УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ПОДЛОЖКИ

Полезная модель относится к технике вакуумного нанесения покрытий на подложки и может быть использована, преимущественно, в микроэлектронике при изготовлении различных полупроводниковых устройств.
Известно устройство нанесения тонких пленок, содержащее плоский испаритель, приемный свод с подложкодержателями и закрепленными на них подложками; подложкодержатели с подложками установлены на приемном своде, профиль которого выполнен по кривой в виде степенной косинусоидальной функции с показателем степени - одна вторая, RU 2114931 C1.
В данном устройстве отсутствует система контроля процесса нанесения покрытий, что не позволяет влиять на его результаты.
Известно устройство для нанесения металлических покрытий на подложки, включающее вакуумную камеру, в корпусе которой размещен подложкодержатель и испаритель наносимого покрытия. Устройство содержит систему контроля толщины наносимого покрытия, включающую один периферийно расположенный кварцевый датчик, US 4588942.
Недостатком данного устройства является то, что с помощью только одного датчика невозможно контролировать толщину наносимого покрытия в случае какого-либо смещения факела распыления наносимого материала.
th
Известно устройство для нанесения металлических покрытий на подложки, включающее вакуумную камеру, содержащую корпус, в котором размещен подложкодержатель с узлом его крепления, представляющим трубу, жестко соединенную с корпусом. В нижней части корпуса размещен электронно-лучевой испаритель наносимого покрытия с блоком катодного излучения потока электронов; устройство содержит систему контроля процесса нанесения покрытия, включающую верхний центральный кварцевый датчик измерения толщины наносимого покрытия в процессе нанесения, и три или более таких же нижних периферийных датчиков; все датчики соединены со входом процессора, см. Y.Kushneir и др. «Reducing Process Variation through Multiple Point Crystal Sensor Monitoring», 39 Annual Technical Conference Proceedings, 1996, Society of vacuum Coaters ISSN 0737-5921, p.p.19-23. (Копия ссылки прилагается).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является неравномерность наносимого покрытия, что объясняется следующими обстоятельствами. В устройстве-прототипе расстояние между электронно-лучевым испарителем и подложкодержателем неизменно; информация от датчиков измерения толщины только регистрируется процессором (см. таблица А, с.22), но никак не влияет на ход процесса нанесения покрытия. Вместе с тем, различным типам металлов соответствуют различные формы и размеры факелов распыления; кроме того, в процессе испарения металла возможно отклонение факела распыления от первоначального положения вследствие особенностей плавления того или иного металла. Какую-либо коррекцию формы и положения факела распыляемого металла в процессе его нанесения на подложки устройство-прототип не обеспечивает, что снижает равномерность нанесенного покрытия.
Задачей настоящей полезной модели является повышение равномерности нанесенного на подложки металлического покрытия.
Согласно полезной модели в устройстве для нанесения металлических покрытий на подложки, включающем вакуумную камеру, содержащую корпус, в котором размещен подложкодержатель с узлом его крепления, в нижней части корпуса размещен электронно-лучевой испаритель наносимого покрытия с блоком катодного излучения потока электронов со входом-выходом, при этом устройство содержит систему контроля процесса нанесения покрытия, включающую верхний центральный кварцевый датчик измерения толщины наносимого покрытия, три или более нижних периферийных кварцевых датчика измерения толщины наносимого покрытия, а также процессор со входом-выходом, при этом верхний центральный кварцевый датчик измерения толщины наносимого покрытия и три или более нижних периферийных кварцевых датчика измерения толщины наносимого покрытия соединены со входом входа-выхода процессора, нижние кварцевые датчики жестко соединены с узлом крепления подложкодержателя, подложкодержатель сопряжен с корпусом вакуумной камеры с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси корпуса вакуумной камеры, при этом вход входа-выхода процессора соединен с выходом входа-выхода блока катодного излучения электронов, а выход входа-выхода процессора соединен со входом входа-выхода блока катодного излучения электронов; устройство может дополнительно содержать блок управления электрическими двигателями, вход которого соединен с выходом процессора, а выходы соединены с управляющими входами электрических двигателей.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен продольный разрез устройства.
3
5
Устройство для нанесения металлических покрытий на подложки 1 включает вакуумную камеру, содержащую металлический корпус 2. В конкретном примере использованы полупроводниковые подложки 1 на основе соединений типа AB. В корпусе 2 вакуумной камеры размещен подложкодержатель 3, на котором размещаются подложки 1. Подложкодержатель 3 сопряжен с корпусом 2 посредством узла крепления подложкодержателя с возможностью обеспечения возвратно-поступательного перемещения подложкодержателя 3 вдоль продольной оси корпуса 2 вакуумной камеры. Узел крепления подложкодержателя 3 включает втулку 4, к верхнему фланцу которой прикреплено верхнее кольцо 5. К кольцу 5 прикреплен верхний край сильфона 6, нижний край которого прикреплен к нижнему кольцу 7, жестко соединенному с фланцем 8 корпуса 2. Кольца 5 и 7 соединены со штоками шагового электрического двигателя 9, в данном примере, HLSM 100 фирмы UHV DESIGN, Великобритания.
Подложкодержатель 3 поддерживается жесткими связями 16, которые прикреплены к наружному кольцу подшипника 17. Внутреннее кольцо подшипника 17 закреплено на неподвижной втулке 18, жестко соединенной со втулкой 4.
В нижней части корпуса 2 размещен электронно-лучевой испаритель 10, в конкретном примере, типа 568ЕВ, производитель TELEMARK, США, служащий для испарения металла 11, наносимого на подложки 1. Как правило, используются следующие металлы: Au, Al, Ti, Ta, Ni, Ge. Испаритель 10 снабжен блоком 26 катодного излучения потока электронов со входом-выходом. Блок 26 включает излучающий электроны катод и систему управления потоком электронов, обеспечивающую отклонение потока и его фокусировку, необходимые для попадания потока электронов на испаряемый металл 11. В данном примере использован блок 26 катодного излучения потока электронов типа 508-3150 фирмы TELEMARK, США.
Устройство содержит систему контроля процесса нанесения покрытия, включающую верхний центральный кварцевый датчик 12 измерения толщины покрытия в процессе его нанесения и три или более таких же нижних периферийных кварцевых датчиков 13. Использованы датчики типа QUARTZ CRYSTAL SENSOR 880-0201 фирмы TELEMARK, США. Система также содержит процессор 27 со входом-выходом, в частности, компьютер. Датчики 12, 13 соединены со входом входа-выхода процессора 27 магистралью 28. Вход входа-выхода процессора 27 соединен с выходом входа-выхода блока 26, а выход входа-выхода процессора 27 соединен со входом входа-выхода блока 26 катодного излучения. Датчики 13 жестко соединены с узлом крепления подложкодержателя 3. В частности, датчики 13 укреплены на кольце 14, жестко соединенном со стаканом 15, прикрепленным ко втулке 4.
К наружному кольцу подшипника 17 прикреплена шестерня 19, находящаяся в зацеплении с шестерней 20, укрепленной на нижнем конце вала 21. Вал 21 соединен с валом 22 шагового электрического двигателя 23 типа MD35 фирмы UHV DESIGN, Великобритания. Электрический двигатель 23 размещен на крышке 24, укрепленной на переходной втулке 25, герметично соединенной с фланцем втулки 4.
Устройство работает следующим образом.
-6
Патрубок 31 корпуса 2 соединяют с системой создания вакуума и обеспечивают необходимую степень вакуума в вакуумной камере, в данном примере, не хуже 1·10 Па.
Поток электронов, создаваемый блоком 26, направляют на испаряемый металл 11, при этом в нормальной ситуации возникает симметричный продольной оси подложкодержателя 3 факел 29 распыления металла 11, который равномерно осаждается на поверхности подложек 1. Для большей равномерности нанесения покрытия с помощью электрического двигателя 23 осуществляют вращение подложкодержателя 3 относительно его вертикальной оси. Вращение от электрического двигателя 23 к подложкодержателю 3 передается через вал 21, шестерни 19, 20, подшипник 17 и жесткие связи 16.
При использовании различных металлов, каждый из которых имеет определенную форму факела 29 распыления, осуществляют возвратно-поступательные перемещения подложкодержателя 3, изменяя тем самым расстояние от подложкодержателя 3 до электронно-лучевого испарителя 10 с учетом формы и размеров факела 29. Для этого с помощью шагового электрического двигателя 9 сжимают или разжимают сильфон 6, опуская или поднимая втулку 4, с которой через связи 16, подшипник 17 и втулку 18 жестко связан подложкодержатель 3.
При изменении формы и размеров факела 29 и его отклонении от вертикальной оси (позиция 30 на чертеже) эти изменения фиксируются датчиками 12, 13, и соответствующая информация по магистрали 28 поступает в процессор 27, из которого соответствующий сигнал по магистрали 32 поступает в блок 26. По этой же магистрали 32 из блока 26 в процессор 27 постоянно поступает информация о текущих параметрах работы блока 26. В соответствии с сигналом от процессора 27 блок 26 меняет отклонение, фокусировку, интенсивность потока электронов, попадающего на металл 11, благодаря чему обеспечивается правильная форма факела (позиция 29 на чертеже) и его положение относительно подложкодержателя 3.
Включение-выключение электрических двигателей 9, 23 может осуществляться непосредственно оператором или автоматически с помощью блока управления электрическими двигателями, вход которого соединен с выходом процессора 27, а выходы соединены с управляющими входами, соответственно, электрических двигателей 9 и 23 (блок управления электрическими двигателями на чертеже не показан). В конкретном примере в качестве блока управления электрическими двигателями может быть использован контроллер G110, производитель GECKODRIVE, США.
Заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает важный технический результат, состоящий в обеспечении возможности возвратно-поступательного перемещения подложкодержателя 3 применительно к различным размерам и конфигурациям факела 29 распыления металла 11. Кроме того, полезная модель позволяет устранять отклонения факела 29 от продольной оси подложкодержателя 3 путем воздействия на поток электронов, излучаемых катодным излучателем. В результате значительно повышается равномерность и качество нанесенного на подложки 1 металлического покрытия.