Испаритель

(505 С 23 С 14/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ О О О м 4 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(57) Использование: в технологии нанесения пленок в вакууме при производстве приборов микроэлектроники. Сущностьизобретения заключается в том, что в испарителе, обеспечивающем испарение тонкого приповерхностного слоя рабочего Изобретение относится к технике нанесения пленок в вакууме и может быть использовано в технологии производства приборов микроэлектроники,Известен испаритель порошкообразных материалов, содержащий нагревательный элемент, выполненный в виде перфорированной ленты, емкость для испаряемого материала, механизм для его подачи к нагревательному элементу, представляющий собой цилиндр с поршнем,Известен испаритель для получения пленок многокомпонентных веществ в вакууме, содержащий контейнер для испаряемого вещества, выполненный в виде охлаждаемого полого цилиндра из диэлектрического материала с узлом подачи испаряемого материала, расположенным со стороны одного из его торцов, и нагреваЮ 2, 2000357 С материала. в области контактирования с испаряемым материалом испарительный узел имеет гладкую или рифленую поверхность, отверстия для выхода пара располагаются вне области контактирования, а нагреватель встроен в корпус нагревательного узла над областью контактирования. Этим достигается неизменность площади испарения вплоть до полного испарения материала, что обеспечивает высокое постоянство скорости осаждения пленок заданного состава, устраняется попадание на подложку неиспаренных частиц, 1 ил. тель, выполненный в виде перфорированной пластины и размещенный с возможностью контактирования со всей площадью другого торца контейнера.Испарение материала в укаэанных испарителях достигается при контактировании его с разогретой перфорированной лентой и пластиной, а инжекция пара в вакуум осуществляется через имеющиеся в зоне испарения отверстия.Существенный недостаток данных испарителей - ненадежность в работе. Она обусловлена тем, что по мере испарения материала он Проникает за пределы ленты (пластины), в результате чего сопротивление истечению пара через отверстия резко возрастает и может произойти их закупорка, Кроме того, пленки, полученные посредством использования таких испарителей, отличает пористость из-эа выброса в сторо 2000357ну подложки под давлением паров, создаваемых на участках между отверстиями в ленте или пластине, частиц неиспаренного материала.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является взятый в качестве прототипа испаритель, содержащий тигель для испарения материала, нагреватель. паропровод, испарительный элемент о виде решетки со стенками ножевидной формы, у которой острые концы обращены в сторону тигля, а поршень для подачи материала к испарительному элементу из тигля.В данном испарителе испарение материала осуществляется при его контактирооании с разогретой решеткой, эа пределы которой пар оыходит через образованные в ней ножевидными элементами щели.Недостатком испарителя является то, что при его длительной работе без перезагрузки испаряемого материала получение пленок с идентичной структурой и своиствами невозможно, Вызвано это нарушением постоянства скорости осаждения (уменьшением ее с увеличением времени работы испарителя) вследствие уменьшения площади контактирования испаряемого материала с решеткой, Последнее обусловлено появлением в материале выступов, между сторонами которых и стенками ножевидных элементов решетки при длительной работе испарителя (при последовательном осаждении пленок на большое количество подложек, при получении толстых .пленок толщиной 1 мкм и т.д,) образуются зазоры; неравномерностью нагрева решетки (температура нагрева на ее периферии выше, чем в центре).Ь 50 При длительной работе данного испарителя частично компенсировать уменьшение площади контактирооания испаряемого материала с решеткой можно только за счет повышения температуры нагрева последней, увеличения усилия поджима к ней испаряемого материала, Однако при испарении сложных по составу материалов первое ведет к нарушению стехиометрии пара, что на свойствах пленок сказывается отрицательно. В то же время увеличение усилия поджима ускоряет проникновение материала за пределы решетки и появление там макрочастиц, вероятность доиспарения которых крайне мала. Поступление макро- частиц на подложку существенно ухудшает качество пленок,Цель изобретения - получение высококачестоенных пленок с воспроизводимыми структурой и свойствами при длительной работе испарителя35 40 45 55 узла 1 и подающего узла 2, Испарительный узел 1 представляет собой корпус 3 со встроенным нагревателем 4. Для выхода пара в вакуум или формирователь потока пара (на чертеже не показан) в корпусе 3 имеются отверстия 5, образующие зону инжекции пара. Узел 2 состоит из тигля 6 с помещенным в его внутреннюю полость поршнем 7, служащим для подачи материала 8 в зону испарения.Поверхность корпуса 3, обращеннар, в сторону тигля 6, в области контактирования с испаряемым материалом 8 (в зоне испарения) гладкая или рифленая, Отверстия 5 в корпусе 3 располагаются эа пределами области контактирования, Стыковка подающего узла 2 с испарительным узлом 1 и контактирование испаряемого материала 8 с корпусом 3 осуществляется посредством механизмов продольного перемещения, соединенных с тиглем 6 и штоком поршня 7 соответственно. При необходимости тигель 6 может охлаждаться водой или любыми другими хладагентами,Корпус 3 выполняется иа материала с хорошей теплопроводностлн 1 илллди с заЦель достигается тем, что в испарителе,состоящем иэ тигля для испаряемого материала, нагревателя, испарительного узла ипоршня для подачи материала к испаритель 5 ному узлу, в области контактирования с испаряемым материалом, обращенной всторону тиля. испарительный узел имеетгладкую или рифленую поверхность, причемотверстия для выхода пара располагаютсявне ее,Отличительные признаки заявляемогоиспарителя - получение высококачественных пленок с воспроизводимымиструктурой и свойствами при его длитель 15 ной работе обеспечивают за счет неизменности площади контактирования сиспарительным узлом материала (вплоть дополного его испарения). обеспечивающейвысокое постоянство скорости осаждения20 пленок заданного состава, и устраненияпроникновения испаряемого материала эапределы испарительного узла,Не обнаружены технические решения,содержащие совокупность отличительных25 признаков изобретения, в связи с чем оносоответствует критерию "существенные отличия",На чертеже схематично показан испаритель, где 1 - испарительный узел, 2 -30 подающий узел, 3 - корпус испарительногоузла. 4 - нагреватель, 5 - отверстия длявыхода пара, 6 - тигель, 7 - поршень, 8 -испаряемый материал,Испаритель состоит из испарительногощитным покрытием, из никеля или хрома, окиси бериллия и т,д.), Рифление его поверхности в зоне испарения может достигаться нанесением на нее, например, множества бороздок. Оно увеличивает площадь контактирования материала 8, если он используется в виде порошка, таблетки или стержня с низкой механической прочностью, Нагреватель 4 может выполняться из вольфрама, тантала, нихрома и т.п., в качестве него могут также использоваться выпускаемые промышленностью источники инфракрасного излучения, Материалами для изготовления тигля б могут служить как металлы, так и полупроводники или диэлектрики.Работает испаритель следующил образом.Исходное состояние испарителя - узел 2 отстыкован от испарительного узла 1, Испаряемый материал 8 в виде порошка. таблетки или стержня помещается во внутреннюю полость тигля 6, После включения нагревателя 4, обеспечивающего равномерный разогрев корпуса 3 в зоне испарения до заданной рабочей температуры, узел 2 с помощью механизма продольного перемещения тигля 6 герметично пристыковывается к испарительному узлу 1, Затем посредством механизма продольного перемещения поршня 7 обеспечивается надежное контактирование материала 8 с поверхностью корпуса 3 в зоне испарения, Тонкий поверхностный слой материала 8 разогревается и испаряется. За пределы испарительного узла 1 пар из зоны испарения поступает через отверстия 5.Время испарения материала 8 определяется временем его контактирования с разогретой поверхностью корпуса 3 испарительного узла 1 в зоне испарения, Прекращение испарения достигается нарушением теплового контакта материала 8 с корпусом 3, осуществляемое либо отстыковкой тигля б от испарительного узла 1, либо отведением только поршня 7 (в случае закрепления на последнем материале 8 в форме таблетки или стержня).Как показали экспериментальные исследования, выполнение испарительного уз.ла с гладкой или рифленой поверхностью в области контак гирования с испаряемыл материалом и вынос отверстий для выхода пара за ее пределы в сравнении с испарителем аналогичного назначения (прототипом) обеспечивают получение высококачественных (беспористых, с идентичными структурой и свойствами) пленок задан ого состава при полнол испарении большой массы рабочего материала, Достигается это высоким постоянством скорости осаждения55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 пленок, устранением проникновения испа. ряемого материала за пределы испарительного узла.Высокое постоянство скорости осаждения в заявляемом испарителе обеспечивается за счет следующего. Во-первых, контактирующий с испарится."ьным узлом приповерхностный слой материала прогревается равномерно, так как. как показали эксперименты, различие в значениях температур нагрева в центре и на периферии эоны испарения испарительного узла составляет единицы К у прототипа такое различие может достигать неСколько десятков К). БовторЫх, контактирует. материал с испарительным узлом в зоне испарения практически без зазоров, При этом обеспечивается свободное истечение пара в зону его инжекции за пределы испарительного узла, а при поджиме к нему материала требуется усилие не менее чем в два раза меньшее по сравнению с усилием, прикладываемым к поршню при работе прототипа, Последнее в случае испарения материала. спрессованного в таблетки или стержни, позволяет снизить требования к их механической прочности.Устранение проникновения рабочего материала за пределы ибпарительного узла, что при использовании прототипа ведет к появлению там макрочастиц, обуславливается тем, что отверстия для выхода пара находятся вне зоны испарения и выдавливание через них материалов не происходит, Это ведет к устранению пористости в пленках, Снижению до минемума непроизводительных потерь испаряемого материала.Заявляемый испаритель конструктивно прост, может использоваться с любыми серийно выпускаемыми установками для получения пленок в вакууме, позволяет осуществлять полное испарение большого количества материала, достаточного для работы не менее одной рабочей смены.П р и м е р. В заявляемом испарителе красный кубовый краситель, предварительно спрессованный в стержень диаметром 18 мм и длиной 40 мм. Поверхность корпуса испарительного узла в зоне испарения рифленая.Установлено, что применение данного испарителя вплоть до полного испарения красителя обеспечивало получение пленок со скоростями осаждения, отличающимися друг От друга не более чем на 10. Материал испарялся беэ видимого обуглероживания, равномерно. Все полученные пленки отличала стехиометричность состава, идент.,чность их структуры и свойств, отсутствие пар, При использовании испарителя-прото2000357 Составитель Р.ГрицкевичТехред М,Моргентал Корректор Н.Милюкова РедакторЗаказ 3066 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва. Ж.,Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, Ул. Гагарина. 101 типа скорость осаждения по мере расходования испаряемого материала заметно уменьшалась (уже при его испарении207 ь она уменьшалась в 1.6 раза). На торце красителя появлялись выступы со следами их разрушения, края его значительно скруглялись. Вследствие увеличения времени контэктировэния с испарительным узлом испаряемого материала происходило обуглероживание его приповерхностного слоя. В результате качество пленок по мере испарения материала зэметно ухудшалось.Формула изобретения 1, Испэритель, содержащий тигель с испэряемым материалом, нагреватель, испэрительный узел, поршень для подачи материала к испарительному узлу; о т л и ч а ющ и й с я т ем, что. с целью повышения качества наносимых пленок при длительной 5 работе испарителя. испарительный узел вобласти контактирования с испаряемым материалом, обращенной в сторону тигля, имеет гладкую или рифленую поверхность с отверстиями для выхода пара, расположен ными вне поверхности контактирования,2. Испаритель по п.1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что нагреватель установлен в корпусе испарительного узла над поверхностью контактирования с испаряемым 15 материалом.