Испаритель

(504 С 23 С 14 ОМИТЕТ СССР ЕНИЙ И ОТКРЫТИЙТВЕННЫМ ИЗОБРЕ ГО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТВУ 7) 1. ИСПАРИтЕЛЬ,съемный симметриС испускающей и колгмами, нагреватель(54) ( тигел прово диафр экран что,й одержный плимири тепл тем, апыи с ч ающ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССР У 397567, кл. С 23 С 13/12 1973,Авторское свидетельство СССР У 684934, кл. С 23 С 13/12, 1977. целью повышения скорости,801257115 А 1 ления и снижения расхода испаряемого материала, испускающая диафрагма размещена в средней части паропровода, тепловые экраны расположены по обе стороны испускающей диафрагмы один против другого, а нагреватель охватывает паропровод до уровня тепловых экранов со стороны тигля.2. Испаритель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что отверстие в испускающей диафрагме выполнено в виде сходящегося-расходящегося сопла.3. Испаритель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что паропровод снабжен двумя дополнительными коллижрующими диафрагмами, расположенными симметрично по обе стороны испускающей диафрагмы, причем диафрагмы выполнены в виде дисков с кольцевыми прорезями.Изобретение относится к наесениопокрытий ь вакууме и может быть использовацо для напыления пленок дорогостоящих материалов для элементовинтегральных схем,Известно устройстзо для нанесенияпленок в вакууме, содержащее тигельс выходным профилированным каналом,причем тигель и вьходной канал помещены в радиационный тепловой блок.Такое устройство не обеспечиваетдостаточно низкий расход материалаиз-за того, что в потоке выходящегопара имеются частицы, отраженные отстенок выходгого канала диффузо,т.е, с потерей первоначальной скорости направленного движения потока.Известен таже испарптель направленного действия, содержащий тигель,съемный симметричный паропровод, испускающую и коллимирующую диафрагмы,нагреватель и тспловые экраны.,Верхняя часть паропровода, це погружегцав нагреватель, имеет болеенизкую.температуру, чем цижпял часть1и тигель. Поэтому материал пз наружных слоев выходящего через паропровод потока пара, который не попадаетца подложку, осаждается ца внутреннюю поверхность верхней части паропровода. После напыления при новойзагрузкематериала паропровод устанавливают так, чтобы скоцденсировавшийся материал оказался внизу и былиспользован таким образом в следующем цикле напыления. Благодаря этомув таком испарителе снижен расход испаряемого материала,Недостатком известного испарителяявляется низкая скорость напыления,ограниченная появлением брызг приее повышении. Возникновение брызгобусловлено тем, что при гапылептемпература паропровода изменяетсяот температуры испарения в нижнейчасти паропровоца до температурыконденсации в верхней части, проходявсе значения между этими температурами, вкгачая и температуру, при которой конденсация происходит в жидкуюфазу. Эта фаза находится преимущественно з виде капель, которые при повьддеции скорости напыления:захватываются проходящий по паропроводу потоком и переносятся на поверхность.подложки. Капли микронного размераца подложке появляются уже при скоорости нанесения 70 Л/с. При увеличе-.,в виде дисков с кольцевыми прорезями,З 5 Установка в средней части паро 40 45 50 55 5 10 15.20 25 30 нии скорости напыления путем повьше.т ниц температургд испарения размер капель увеличивается.Этот испаритель также имеет больдой общий диаметр всей цапыляемой пленки при малом размере полезной зоны напыления, т.е. зоны, в которой неравномерность толщины пленки допустима для размещения в ней цапыляемых подложек. Вследствие этого повышается расход испаряемого материала.Цель изобретения - повышение скорости напыления и снижение расхода испаряемого материала.Указанная цель достигается тем, что в испарителе, содержащем тигель, съемпый симметричный паропровод с испускающей и коллимирующей диафрагмами, нагреватель и тепловые экраны, испускающая диафрагма размещена в средней части паропровода, тепловые экрацы расположены по обе стороны испускающей диафрагмы один против другого, а нагреватель охватывает паропровод до уровня тепловых экранов со стороны тигля, причем отверстие в испускающей диафрагме выполнено в виде сходящегося-расходящегося сопла, а паропровод снабжец двумя дополнительными коллимирующими диафрагмами, расположенными симметрично по обе стороны испускающей диафрагмы, а диафрагмы выполнены провода испускающей диафрагмы с тепловыми экранами позволяет осуществитьконденсацио только в твердую фазу,так как верхняя часть (верхний кондесатор) паропровода, отделенная отсредней части экранами, имеет температуру ниже температуры плавления,Средняя часть паропровода вместе сиспускающей диафрагмой размещена вобласти между верхним срезом нагрезателя и Т-образной щелью в цем. Этаобласть нагревателя благодаря меньшему сечению нагрева, обеспеченномуформой щели, имеет более высокую температуру и осуществляет дополнительный подвод тепловой энергии к среднейчасти паропровода, компенсирующий повышенные потери ее из-за излученияс испускающей диафрагмой. Поэтому насредней части паропровода и испускающей диафрагме вообще нет конденсации.Отсутствие жидкой фазы в средней части устраняет возможность захвата еепотоком и переноса на подложку, что позволяет повысить скорость напыления.Кроме того, наличие диафрагмы в средней части паропровода дает воз можность уменьшить диаметр всей плошади, на которую осаждается испаренный материал, и тем самым уменьшить соотношение меду этой площадью и полезной площадью зоны напыления, где обеспечивается требуемый разброс по толщине пленки. При этом за пределами полезной зоны напыления пленка имеет более резкий спад толщины, что снижает расход испаряемого материала. 15Отверстие в испускающей диафрагме в виде сходящегося-расходящегося сопла устраняет турбулентные завихрения выходящего потока при высокой скорости нанесения и повышает тем самым 0 равномерность напыляемой пленки. Это ведет к расширению зоны напыления, а значит, и к снижению расхода напыляемого материала.Коллимирующие диафрагмы с кольце выми прорезями осуществляют дополнительную коррекцию диаграммы направленности испарителя. Б точке, лежащей в центре подложки, часть диафрагм"ы, ограниченная кольцевой прорезью, 30 затеняет определенную часть отверстия испускающей диафрагмы. Б точке, смещенной в сторону от центра подложки, открывается большая часть отверстия, т;е. увеличивается его эффективная испускающая поверхность, что компенсирует спад первоначальной диаграммы направленности испускающей диафрагмы. В коллимирующих диафрагмах с прорезями могут быть выполне ны также отверстия, осуществляющие дополнительную коррекцию диаграммы ,направленности, причем значительно повышается равномерность наносимых пленок, а значит, расширяется полез ная зона напыления, т.е. снижается расход напыляемого материала.Кроме того, расширение полезной зоны напыления при нанесении пленки ,на подложку определенного размера 50 позволяет уменьшить расстояние от испарителя до подложки. Скорость нанесения при этом также возрастает, так как она изменяется обратно пропорционально квадрату этого расстояния. 55На фиг,1 изображен предлагаемый :испаритель, разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1. Испаритель содержит расположенныев вакуумной камере подложку 1 и нагреватель 2 с установленными в немтиглем 3 с испаряемым материалом 4 исъемным симметричным паропроводом.Паропровод состоит из средней части5 с испускающей диафрагмой 6, отверстие в которой выполнено в виде сходящегося-расходящегося сопла 7, иконденсаторов 8 и 9, на торцах которых установлены торцовые коллимирующие диафрагмы 10 и 11 с отверстиямипо форме подложки и дополнительныеколлимирующие диафрагмы 12 и 13 ввиде дисков с кольцевыми прорезями ио,верстиями, укрепленные на молибденовых балках 14 н 15. Края подложкии отверстий в торцовой и испускающейдиафрагмах лежат на прямой, обозначенной штрихпунктиром. Кондесаторысоединены со средней частью паропровода и испускающей диафрагмой посредством молибденовых штифтов 16. По обестороны испускающей диафрагмы установлены тепловые экраны 17.Нагреватель окружен молибденовымиэкранами 18 и выполненными как одноцелое с ним экранами 19. Кроме того,нагреватель имеет токоподводы 20,предназначенные также и для креплениявсего устройства в стандартных держателях вакуумной установки. Т-образная щель нагревателя, обозначеннаяпунктирной линией, оканчивается науровне нижнего торца испускающейдиафрагмы, причем сечение нагревателя в верхней части меньше, чем внижней.Испаритель может быть выполнен изграфита марки ИПГили другого высокотемпературного материала.Предлагаемый испаритель работаетследующим образом,После откачки вакуумной камеры ипрогрева подложки 1 включают нагрева.тель 2 и доводят до рабочей температуру тигля 3 с испаряемым материалом4. До этой же температуры нагревается и нижний конденсатор 9 со среднейчастью паропровода 5, диафрагмой 6и соплом 7. Пары материала проходятчерез сопло 7 и попадают на подложку 1. Часть паров, не попадающих наподложку 1, осаждается на верхнемконденсаторе 8, имеющем более нчэкуютемпературу;После скончания цикла напыленияменяют подложку, в тигель 3 догружа 3 12571 ют испаряемый материал, а паропровод переворачивают конденсатором 8 вниз так, что осевший в нем материал используется в следующем цикле напыления наравне с материалом 4 в тигле 3.Установленная на верхнем конце паропровода торцовая диафрагма 10 формирует поток в отверстии с конфигурацией напыляемой подложки 1, собирая на себя материал, летящий за ее 10 пределы. С диафрагмы 11, находящейся в тигле в это время испаряется материал, осевший в предыдущем цикле напыления.,Диафрагма 12 собирает на себя часть материала, летящего в центр зоны напыления, и ничего не берет или бе" рет меньшую часть из того, материала, который летит на край полезной зоны 2 О напыпения, повышая равномерность пленки и расширяя таким образом полезную зону напыления. С диафрагмы 13, находящейся в тигле, в зто время испаряется материал, осевший на нее 25 в предыдущем цикле напыления.Напряжение к нагревателю 2 подводится через токоподводы 20. Благодаря меньшему сечению нагревателя в верхней части он имеет повьдденную температуру, компенсируя дополнитель 15 Ьные потери тепла в области средней части паропровода.Предложенный испаритель с длиной паропровода 70 мм и внутренним диаметром 20.мм, а также с минимальным диаметром сопла 8 мм .при напылении на подложку размерами б 0 х 48 мм обеспечивает коэффициент полезного использования (КПИ) испаряемого материала 247. при разбросе по толщине напыляемой пленки + 2,57, т.е, позволяет в 2,4 раза снизить расход материала по сравнению с известным устройством при том же разбросе по толдьчне. Установка на расстоянии 14 мм от сопла диафрагмы с кольцевой прорезью наружным диаметром 20 мм и внутренним 4, 5 мм снижает расход материала еще в 1,75 раза, обеспечивая КПИ 427. Торцовая диафрагма с отверстием по форме подложки уменьшает расход в 1,4 раза (КПИ). Одновременная установка торцовой диафрагмы снижает расход материала в 2,45 раза, обеспечивая КПИ 597 Таким образом, в предложенном устройстве расход материала снижен в 5,9 раза по сравнению с известным.Предложенное устройство обеспечивает скорость нанесения 320 А/с, что в 4,5 раза вьдде, чем у известного,1257115 оставитель В,Казанковехред И Попович Корректор В.Синицкая Редактор Н.Швьщкая з 4883/ ете -35 юзводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,ТиражПИ Государсделам изо5, Москва,фиг.1иди Подписио комитета СССРй и открытийРауская наб., д