Применение ЭВМ при моделировании процессов термического напыления в вакууме (90

В качестве примера в табл.1.4 представлены результаты, полученные в автоматизированном режиме в ходе проведения технологического процесса на промышленной установке УВН- 74П4.М расположенной в отделе микроэлектроники ФГУП «КПКБ».

Данные обработаны и представлены в виде графиков рис.1.5, 1.6.

21

4.Какие существуют способы вакуумного термического испарения?

5.Как можно предварительно определить скорость испарения Vи?

6.Как зависит Vи от материала?

7.Как зависит Vи от температуры?

8.От чего зависит увеличение области возбуждения электронов?

23

Тема 2 КОНФИГУРАЦИЯ СИСТЕМЫ НАПЫЛЕНИЯ

ПРИ НАНЕСЕНИИ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ

Технологический аспект процесса конденсации отражает характер распределения толщины плёнки вдоль поверхности подложки и рассматривает влияние геометрических параметров испарения (размеров и формы испарителей и подложки, их взаимного расположения) и режима металлизации на равномерность толщины покрытия.

Предварительное моделирование и расчет системы испарения позволяют достичь равномерности толщины напыленной пленки, т.к. равномерность толщины имеет важное значение при создании различных функциональных элементов методами тонкопленочной технологии. Чтобы обеспечить допустимую неравномерность пленок по толщине для требуемого распределения покрытия по толщине, оператор должен знать основные принципы обеспечения данного технологического параметра металлизации, основные закономерности формирования покрытия на неподвижных и движущихся подложках при использовании испарительных систем различных конструкций.

Толщина пленки в произвольной точке на поверхности неподвижной подложки, удаленной от точечного испарителя на расстояние h, определяется выражением

Приняты следующие допущения: давление в вакуумной камере в процессе напыления невелико, что исключает рассеяние частиц испаренного вещества вследствие соударений с молекулами остаточной атмосферы; возможное столкновение испаренных частиц между собой в пространстве между

24

испарителем и подложкой не влияют на характер распределения потока паров; испарение происходит с зеркала расплава (т.е. не учтены реальная форма испарителя, а также явление смачивания поверхности испарителя расплавом, искажающее форму поверхности испарения).

Если толщину пленки, формирующейся в центре подложки, обозначить d0, то отношение d/d0 определяет относительную толщину пленки в произвольной точке на поверхности подложки.

Наиболее простой способ увеличения равномерности толщины вакуумных покрытий – подбор геометрии испарения (взаимного расположения испарителя и подложки, размеров и формы испарителя).

Рассмотрим наиболее характерный вариант получения функциональных покрытий на подложках, вращающихся относительно вертикальной оси (рис.2.1). Линейные размеры испарителя (2) значительно меньше размеров подложки (1). Обозначим h – расстояние между испарителями и подложкой;

δ – расстояние между осью вращения подложки и осью испарителя; R и γ- радиус вектор и угловая координата произвольный точки на поверхности подложки; r0 и r – расстояние от испарителя до двух точек соответственно B и C.

Введя безразмерные параметры геометрии испарения

Н = h/ δ и Х =R/ δ, (2.2)

можно получить группу кривых, описывающих распределение толщины покрытия в точках с различными координатами Х при фиксированных значениях Н (рис.2.2). При многократном прохождение подложки над поверхностью испарителя характер распределения толщины пленки вдоль поверхности подложки аналогичен получаемому за один оборот подложки.

Для кольцевого испарителя мгновенное значение толщины покрытия, формирующегося за промежуток времени dτ в точке В с координатами ξ, η от элемента испарителя

25

площадью dS на поверхности подложки, определяется выражением

где Vи – скорость испарения материала; r – расстояние от элемента испарителя до точки В.

Рис. 2.1. Схематичное изображение плоской вращающейся подложки параллельной плоскому элементарному испарителю

26

С ростом n резко уменьшается равномерность распределения толщины покрытия от точечного и кольцевого испарителя. Равномерность распределения покрытия по толщине можно увеличить:

∙распределением зон интенсивного испарения на большой площади;

∙размещением подложек по поверхности с одинаковой плотностью потока пара;

∙согласованием времени пребывания подложки в потоке пара с распределением плотности путем подбора геометрии испарения;

∙коррекцией распределения плотности потока пара установкой диафрагм.

Рассмотрим каждый из этих способов.

Один из методов повышения равномерности толщины покрытия большой площади – применение нескольких источников с малой поверхностью испарения. Оптимизируя их число и взаимное расположение, а также скорость испарения с учетом эмиссионных характеристик отдельных испарителей, можно добиться требуемого распределения плотности общего потока паров. Результирующее распределение толщины слоя можно рассчитать, суммируя вклады отдельных испарителей. При нанесении покрытий на подложки большой площади испарители располагают по прямой или по окружности.

Равномерность толщины можно повысить подбором взаимного расположения испарителя и подложки.

При металлизации большого числа подложек их располагают в верхней части куполообразной установки. При этом куполообразная часть вращается, перемещаясь по кольцевым направляющим, расположенным внутри установки. Получение равномерного покрытия обеспечивают соответственно рассчитанные кольцевые диафрагмы, расположенные в непосредственной близости от покрываемых

29

подложек. При этом источник напыления находится внизу вблизи центра кривизны куполообразной оболочки.

При оптимальной геометрии испарения равномерность распределения покрытия по толщине можно незначительно откорректировать, повысив давление инертного газа в камере, что приводит к рассеянию испаренных частиц на молекулах инертного газа (рис.2.4).

Рис.2.4. Кривые распределения толщины покрытия вдоль поверхности подложки: 1 - при отсутствии столкновений испаренных частиц между собой; 2 - при диффузии испаренного металла через аргон (рAr = 1,33 Па)

Наиболее эффективный способ повышения равномерности распределения толщины покрытия - использование различных экранирующих устройств, а также диафрагм и заслонок в сочетании с вращением подложек и подбор оптимальной геометрии испарения.

30