Устройство для нанесения металлических покрытий на подложки
Полезная модель относится к технике вакуумного нанесения покрытий на подложки 1 и может быть использована, преимущественно, в микроэлектронике при изготовлении различных полупроводниковых устройств. В устройстве для нанесения металлических покрытий на подложки 1, включающем вакуумную камеру, содержащую корпус 2, в котором размещен подложкодержатель 3 с узлом его крепления, в нижней части корпуса 2 размещен электронно-лучевой испаритель 10 наносимого покрытия с блоком 26 катодного излучения потока электронов, при этом устройство содержит систему контроля процесса нанесения покрытия, включающую верхний центральный кварцевый датчик 12 измерения толщины наносимого покрытия, три или более нижних периферийных кварцевых датчика 13 измерения толщины наносимого покрытия, а также процессор 27, при этом датчики 12, 13 соединены со входом процессора 27, нижние кварцевые датчики 13 жестко соединены с узлом крепления подложкодержателя 3, подложкодержатель 3 сопряжен с корпусом 2 вакуумной камеры с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси корпуса 2 вакуумной камеры, при этом вход-выход процессора 27 соединен со входом-выходом блока 26 катодного излучения электронов. Устройство может дополнительно содержать блок управления двигателями, вход которого соединен с выходом процессора 27, а выходы соединены с управляющими входами электрических двигателей 9 и 23. Повышается равномерность нанесенного на подложки 1 металлического покрытия.
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.
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», 39th 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.
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 A3B5 . 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.
Патрубок 31 корпуса 2 соединяют с системой создания вакуума и обеспечивают необходимую степень вакуума в вакуумной камере, в данном примере, не хуже 1·10 -6 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.
1. Устройство для нанесения металлических покрытий на подложку, включающее 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, отличающееся тем, что 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.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления электрическими двигателями, вход которого соединен с выходом процессора, а выходы соединены с управляющими входами электрических двигателей.
