RU2031187C1

RU2031187C1 - Evaporator

Info

Publication number: RU2031187C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Грацинский
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие "Электрон-Вега"; Научно-исследовательский технологический институт
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1991-06-06
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: vacuum engineering. SUBSTANCE: evacuator has crucible with cover provided with central bore, crucible heater, vapor flow generator in the form of conical nozzle, crucible conveying mechanism, nozzle heater in the form of electromagnet coil with conical central bore in coil former, all mounted in vacuum chamber; coil is mounted on crucible coaxially with it and functions as its cover. Conical nozzle is formed by inner surface of coil former and outer surface of controlled valve installed in central bore of cover and made in the form of truncated cone from heat-resistant magnetic alloy with polished base contacting bottom polished surface of nozzle. Valve base has longitudinal vapor-exit ducts; temperature sensors (thermocouples) are mounted in nozzle and crucible heaters; crucible temperature sensor is installed in longitudinal axial depression of crucible, coil core part abutting valve base has projection contacting bearing surface of valve and providing permanent clearance for vapor exit. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронике, преимущественно к технологии фото-, электронно- и рентгенолитографии, и может быть использовано при изготовлении сверхбольших (СБИС) и сверхскоростных (ССИС) интегральных схем на этапе нанесения пленки сухого вакуумного резиста. The invention relates to microelectronics, mainly to the technology of photo, electron and X-ray lithography, and can be used in the manufacture of ultra-large (VLSI) and ultra-fast (SSIS) integrated circuits at the stage of applying a film of dry vacuum resist.

Известен испаритель сухого вакуумного резиста (а. с. N 910842, кл. C 23 C 13/12, 1982), содержащий тигель с крышкой и нагреватель, причем на дне тигля выполнена втулка, а крышка имеет выступ, расположенный в отверстии втулки. A known evaporator of a dry vacuum resist (a.s. N 910842, class C 23 C 13/12, 1982), comprising a crucible with a lid and a heater, the sleeve being made at the bottom of the crucible and the lid having a protrusion located in the hole of the sleeve.

Недостатки данного испарителя состоят в том, что зазор сопла открыт постоянно и резист выходит из тигля как при выводе его на режим, так и все время после выхода на режим. The disadvantages of this evaporator are that the nozzle gap is constantly open and the resist exits the crucible both when it enters the mode and all the time after entering the mode.

В современных установках нанесение пленок в вакууме выполняется поштучно с введением и выведением пластин через систему шлюзов. Поэтому резист в период смены пластины летит бесполезно, загрязняя вакуумную камеру и механизмы внутри нее. In modern installations, the application of films in a vacuum is carried out piece by piece with the introduction and removal of plates through a system of locks. Therefore, the resist flies uselessly during the plate change, polluting the vacuum chamber and the mechanisms inside it.

Известен испаритель сухого вакуумного резиста [1], содержащий тигель, перемещаемый на большое расстояние для засыпки резиста, клапан, формирователь потока, нагреватель. Испаритель позволяет перекрывать вылет резиста из тигля в периоды смены пластин. Known evaporator dry vacuum resist [1], containing a crucible that is moved over a long distance to fill the resist, valve, flow former, heater. The evaporator allows you to block the departure of the resist from the crucible during periods of plate change.

Недостатки его следующие. Большое расстояние между точкой управления перемещением тигля и самим тиглем заведомо обеспечивает асимметрию открывания кольца клапана, поэтому испаритель пылит одной стороной; трудность управления клапаном, так как необходимый для нормальной работы зазор клапана должен составлять в открытом состоянии величину 30-50 мкм, что в описанной конструкции не реализуется из-за длинной цепи кинематических связей механики; тигель не имеет датчика контроля температуры резиста, что в данном способе литографии необходимо для успешного выполнения процесса; формирователь потока и детали клапана имеют меньшую температуру, чем температура тигля, что создает или неоптимальную температуру резиста, или резист, переосаждаясь, засоряет детали клапана и формирователя потока. Перегрев же резиста (для выведения температуры сопла на режим) вызывает его разложение, нарушает массовое число, ухудшает резистивные свойства. Its disadvantages are as follows. The large distance between the control point of the movement of the crucible and the crucible itself obviously provides asymmetry in opening the valve ring, so the evaporator dusts on one side; the difficulty of controlling the valve, since the valve clearance necessary for normal operation should be 30-50 μm in the open state, which is not realized in the described construction due to the long chain of kinematic connections of mechanics; the crucible does not have a resistance temperature control sensor, which in this lithography method is necessary for the successful completion of the process; the flow former and valve parts have a lower temperature than the temperature of the crucible, which creates either a non-optimal resist temperature or the resist, reprecipitating, clogs the valve and flow former parts. Overheating of the resist (to bring the nozzle temperature to the mode) causes its decomposition, violates the mass number, and worsens the resistive properties.

Цель изобретения - повышение качества покрытий. The purpose of the invention is to improve the quality of coatings.

Цель достигается тем, что испаритель, содержащий помещенные в вакуумную камеру тигель с крышкой, в которой имеется центральное отверстие, нагреватель тигля, формирователь потока пара в виде конического сопла, механизм транспортировки тигля, дополнительно имеет нагреватель сопла в виде катушки электромагнита с коническим центральным отверстием в каркасе катушки, установленной на тигле соосно ему и являющийся крышкой тигля, коническое сопло формирователя потока пара образовано внутренней поверхностью каркаса катушки и внешней поверхностью управляемого клапана, установленного в центральном отверстии крышки и выполненного в виде усеченного конуса из термостойкого магнитного сплава с полированной поверхностью, контактирующей с нижней полированной поверхностью сопла, в основании клапана имеются продольные каналы для выхода пара, в нагревателях сопла и тигля имеются датчики температуры в виде термопар, причем датчик температуры тигля установлен в продольном осевом углублении тигля, магнитопровод катушки в части, прилегающей к основанию клапана, выполнен с уступом, контактирующим с опорной поверхностью клапана с уступом, контактирующим с опорной поверхностью клапана и обеспечивающим постоянный зазор для выхода паров при напылении. The goal is achieved in that the evaporator containing a crucible placed in a vacuum chamber with a lid in which there is a central opening, a crucible heater, a steam flow former in the form of a conical nozzle, a crucible transport mechanism, further has a nozzle heater in the form of an electromagnet coil with a conical central opening in the frame of the coil mounted on the crucible coaxially to it and which is the cover of the crucible, the conical nozzle of the steam flow former is formed by the inner surface of the coil frame and the outer surface By means of a controlled valve installed in the central opening of the cap and made in the form of a truncated cone of a heat-resistant magnetic alloy with a polished surface in contact with the lower polished surface of the nozzle, there are longitudinal channels for steam exit at the base of the valve, and there are temperature sensors in the nozzle and crucible heaters in the form thermocouples, and the temperature sensor of the crucible is installed in the longitudinal axial recess of the crucible, the magnetic circuit of the coil in the part adjacent to the base of the valve is made with a step to interacting with the supporting surface of the valve with a step in contact with the supporting surface of the valve and providing a constant gap for the release of vapor during spraying.

Кроме того, с целью повышения качества за счет сокращения расстояния между точкой управления перемещением тигля и самим тиглем для обеспечения постоянного зазора для выхода паров при напылении тигель установлен на механизме его транспортировки. In addition, in order to improve the quality by reducing the distance between the crucible control point and the crucible itself, to ensure a constant gap for the escape of vapors during spraying, the crucible is mounted on its transport mechanism.

На чертеже представлен предлагаемый испаритель, общий вид. The drawing shows the proposed evaporator, General view.

Испаритель содержит тигель 1, сопло 2, клапан 3, нагреватель 4 тигля, термопару 5, устройство 6 перемещения тигля, нагреватель 7 сопла, термопару 8 сопла, магнитопровод 9, плоскость 10 уплотнения из клапана, поверхность 11 уплотнения на сопле, паропроводящие каналы 12, ограничитель 13 хода клапана, конус 14 распыления, поверхность 15 уплотнения на тигле, поверхность 16 уплотнения на держателе сопла для тигля, вывод 17 термопары, резист 18, элементы 19 нагреватели тигля, выравниватель 20 температуры, ручку 21 управления осевым перемещением тигля, планку 22 держатель 23. The evaporator comprises a crucible 1, a nozzle 2, a valve 3, a crucible heater 4, a thermocouple 5, a crucible moving device 6, a nozzle heater 7, a nozzle thermocouple 8, a magnetic circuit 9, a seal plane 10 from the valve, a seal surface 11 on the nozzle, steam conduits 12, valve stroke limiter 13, spray cone 14, crucible seal surface 15, seal surface on the crucible nozzle holder, thermocouple lead 17, resist 18, crucible heaters elements 19, temperature equalizer 20, crucible axial movement control handle 21, holding strap 22 tel 23.

Сопло имеет три магнитно-механических уровня состояний: а - ток в катушке 7 отсутствует, магнитный поток в магнитопроводе 9 отсутствует, клапан 3 закрыт притяжением S-полюса магнита клапана зеркалом 10 к зеркалу 11 магнитопроводах б - ток в катушке 7 имеет номинальное значение по условию прогрева сопла, а его направление таково, что на зеркале уплотнения 11 создается N-полюс. Клапан закрыт с еще большим усилием, чем в первом состоянии, хорошо сдерживает давление пара вещества, испарившегося в тигле; в - ток в катушке такой же, но изменен по направлению; на зеркале 11 создается S-полюс. Клапан открывается на величину зазора, определяемого ограничителем 13. При этом пары вещества выходят через отверстия 12 в ограничителе и формируются соплом 2 в конус 14 распыления. The nozzle has three magnetomechanical levels of states: a - there is no current in coil 7, no magnetic flux in magnetic circuit 9, valve 3 is closed by the attraction of the S-pole of the valve magnet by mirror 10 to mirror 11 of the magnetic circuits b - the current in coil 7 has a nominal value according to the condition the nozzle is heated, and its direction is such that an N-pole is created on the seal mirror 11. The valve is closed with even greater force than in the first state, it well restrains the vapor pressure of the substance evaporated in the crucible; c - the current in the coil is the same, but changed in direction; on the mirror 11 creates an S-pole. The valve opens by the size of the gap determined by the restrictor 13. In this case, the substance vapor leaves through the holes 12 in the limiter and is formed by the nozzle 2 into the spray cone 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Обработанный по правилам вакуумной гигиены тигель 1 засыпается резистом 18, устанавливается на иглу термопары 5, планка 22 держателя 23 поворачивается на оси 6 до упора за ручку 21, поверхность уплотнения на тигле 15 соединяется с поверхностью 16 уплотнения на держателе сопла для тигля. Processed according to the rules of vacuum hygiene, the crucible 1 is filled with resist 18, mounted on the thermocouple needle 5, the strap 22 of the holder 23 is rotated on the axis 6 until it stops at the handle 21, the seal surface on the crucible 15 is connected to the seal surface 16 on the nozzle holder for the crucible.

Вакуумная камера откачивается на вакуум в состоянии в. The vacuum chamber is evacuated to vacuum in state c.

После достижения заданной степени вакуума 10^-3-10^-4 Па, при температуре меньше номинальной температуры испарения, например 100-120^оС, клапан переводится в положение б (нагрев сопла осуществляется нагрев тигля 1 с помощью нагревателя 4, включающего элементы 19 и выравниватель 20 температуры.After reaching the specified vacuum degree of 10 ^-3 -10 ^-4 Pa, at a temperature lower than the nominal evaporation temperature, for example 100-120 ^о С, the valve is switched to position b (the nozzle is heated by heating the crucible 1 using heater 4, including elements 19 and the equalizer 20 temperatures.

При достижении рабочей температурой сопла и тигля, например, 180-200^оС, регулируемой датчиками 5 с выводом 17 и 8, открывается клапан 3 переключением направления тока в катушке и пары резиста через паропроводящие каналы 12 и сопло 2 с конусом 14 распыления направляются на рабочую подложку (на чертеже не показана).Upon reaching the operating temperature of the crucible and nozzle, for example, 180-200 ^{° C,} controlled by sensors 5 to 8 and a terminal 17, switching valve 3 opens the current direction in the coil pair and the resist paroprovodyaschie through channels 12 and the spray nozzle 2 directed cone 14 for working a substrate (not shown in the drawing).

Полированные поверхности 10 и 11 сопла и клапана обеспечивают хорошую герметизацию при касании жестких поверхностей, что препятствует, кроме того, излишнему расходу резиста. Polished surfaces 10 and 11 of the nozzle and valve provide good sealing when touching hard surfaces, which prevents, in addition, excessive consumption of the resist.

Размещение датчика температуры тигля в углублении тигля по чертежу обеспечивает точное измерение температуры в массе резиста и управление нагревателем для получения стабильного температурного режима напыления резиста на подложки. The placement of the crucible temperature sensor in the crucible recess according to the drawing provides an accurate measurement of the temperature in the resist mass and controls the heater to obtain a stable temperature regime of the resist deposition on the substrates.

В случае увеличения температуры тигля выше рабочей по сигналу термопары тигля происходит автоматическое регулирование мощности нагревателя тигля с помощью известных автоматических регуляторов мощности нагревателей (например, приборов М333-К). Аналогичным образом регулируется мощность нагрева сопла. If the crucible temperature rises above the working temperature by the signal of the crucible thermocouple, the power of the crucible heater is automatically controlled using the well-known automatic heaters power regulators (for example, M333-K devices). The heating power of the nozzle is similarly regulated.

Использование кольцевого конусного сопла требует наличия теплового потока для нагрева с осевой симметрией, что обеспечивается выполнением нагревателя в виде катушки электромагнита. Это позволяет получить более равномерное распределение температуры по всей поверхности сопла, что в результате приводит к возникновению равномерного конуса распыления, дающего равномерную по толщине пленку резиста по всей подложке. The use of an annular conical nozzle requires a heat flux for heating with axial symmetry, which is ensured by the implementation of the heater in the form of an electromagnet coil. This makes it possible to obtain a more uniform temperature distribution over the entire surface of the nozzle, which results in a uniform spray cone giving a resist film uniform in thickness over the entire substrate.

После напыления пленки заданной толщины меняют направление тока в катушке электромагнита, при этом температурный режим сопла и тигля остается неизменным. В известных же решениях, например в испарителе по а. с. N 1600382, кл. С 23 С 14/26, при открывании клапана включением электромагнита тепловой режим тигля и сопла нарушается, что влияет на качество покрытия. After spraying, films of a given thickness change the direction of the current in the coil of the electromagnet, while the temperature regime of the nozzle and crucible remains unchanged. In well-known solutions, for example, in an evaporator according to a. from. N 1600382, cl. C 23 C 14/26, when the valve is opened by turning on the electromagnet, the thermal regime of the crucible and nozzle is violated, which affects the quality of the coating.

Подложка через шлюзовую камеру (на чертеже не показана) выводится в приемную кассету, а из подающей кассеты на место нанесения подается очередная подложка, цикл повторяется. The substrate through the lock chamber (not shown) is output to the receiving cassette, and the next substrate is fed from the supply cassette to the application site, the cycle repeats.

Выполнение магнитопровода в части, прилегающей к основанию клапана, с уступом, контактирующим с опорной поверхностью клапана, обеспечивает постоянный зазор для выхода паров резиста, т. е. клапан не перекошен, напыление на подложку осуществляется равномерно, качество покрытия повышается. The implementation of the magnetic circuit in the part adjacent to the base of the valve, with a step in contact with the supporting surface of the valve, provides a constant gap for the release of resist vapor, i.e., the valve is not skewed, the deposition on the substrate is uniform, the coating quality improves.

В устройстве же по прототипу из-за длинной цепи кинематических связей механики не обеспечивается постоянный зазор клапана, составляющий при нормальной работе в открытом состоянии 30-50 мкм. In the device according to the prototype, due to the long chain of kinematic connections of mechanics, a constant valve clearance is not provided, which is 30-50 microns during normal operation in the open state.

Размещение тигля на механизме его транспортировки также обеспечивает постоянный зазор клапана, влияющий на качество покрытия. Placing the crucible on its transport mechanism also provides a constant valve clearance, affecting the quality of the coating.

В устройстве же по прототипу большое расстояние между точкой управления перемещением тигля и самим тиглем заведомо обеспечивает асимметрию открывания кольца клапана, поэтому испаритель пылит одной стороной. In the prototype device, the large distance between the crucible control point and the crucible itself obviously provides asymmetry in opening the valve ring, so the evaporator dusts on one side.

Реализация данного изобретения в установках нанесения резиста позволит повысить качество пленок резиста за счет обеспечения равномерности и бездеффектности нанесения и увеличить процент выхода годных изделий. Implementation of this invention in resist application devices will improve the quality of resist films by ensuring uniform and defect-free application and increase the percentage of suitable products.

Claims

1. EVAPORATOR containing a crucible installed in a vacuum chamber with a lid in which there is a central hole, a crucible heater, a steam flow former in the form of a conical nozzle, a crucible transport mechanism, characterized in that, in order to improve the quality of coatings, the evaporator additionally has a nozzle heater in the form of an electromagnet coil with a conical central hole in the coil frame mounted on the crucible coaxially with it and which is the crucible cover, the conical nozzle of the steam flow former is formed internally The lower surface of the coil frame and the outer surface of the controlled valve installed in the center hole of the cover and made in the form of a truncated cone of a heat-resistant magnetic alloy with a polished base in contact with the lower polished surface of the nozzle, there are longitudinal channels at the base of the valve for steam to escape, in the nozzle heaters and temperature sensors in the form of thermocouples are installed in the crucible, and the temperature sensor of the crucible is installed in the longitudinal axial recess of the crucible, the magnetic circuit of the coil adjacent to the base of the valve, made with a ledge in contact with the supporting surface of the valve and providing a constant gap for the release of vapor.

2. The evaporator according to claim 1, characterized in that the crucible is installed on the mechanism of its transportation.