Испарения материала

2) методы, основанные на измерении параметров потока испаряемого материала;

Скорость нанесения пленки определяют по двум величинам: скорости испарения, характеризующей поток испаряемого материала, и скорости осаждения, характеризующей рост пленки на подложке. Следовательно, скорость испарения можно измерить методами второго и третьего типов, а скорость осаждения — методами первого типа. Однако если допустить, что поток испаряемого материала молекулярный и все молекулы, подлетая к подложке, осаждаются на ней, то для измерения скорости осаждения можно воспользоваться методами второго и третьего типов, разместив преобразователь измерительного устройства на уровне подложки.

Таким образом, методы измерения толщины и скорости нанесения пленок, несмотря на разнообразие физических принципов, обладают универсальностью и могут быть использованы для измерения как параметров потока испаряемого материала, так и параметров пленки, осаждаемой на подложку. Для этих целей наибольшее применение нашли резистивный, резонансно-частотный и ионизационный методы.

кого процесса можно пользоваться системами, основанными на измерении ионного тока, который создается путем ионизации части потока паров осаждаемого материала в специальном устройстве— ионизационном преобразователе. При этом значение ионного тока оказывается пропорциональным скорости осаждения пленки, если преобразователь находится рядом с подложкой. Однако в пространстве, где происходит ионизация, наряду с молекулами испаряемого материала, движущимися в определенном направлении, всегда имеются хаотически перемещающиеся молекулы остаточных газов, которые тоже ионизируются и тем самым создают помеху, искажающую результат измерения. Поэтому при измерении скорости осаждения ионизационным методом возникает необходимость выделения из общего ионного тока полезной составляющей, т.е. ионного тока испаряемого материала. На основе этого метода построен отечественный прибор контроля скорости роста и толщины пленок КСТ-1.

д) капли испаряемого материала на поверхности пленок.

через шлюзовое устройство /. В камере 5 расположены два водоохлаждаемых барабана, по которым движется напыленная лента. В результате лента охлаждается до необходимой температуры. К камере напыления 7 подсоединены еще две камеры: камера электронно-лучевых пушек и камера подачи слитков испаряемого материала 9.

Величина k/L0 есть отношение количеств конденсата и исходного материала. Обозначим эту величину гКОНд и назовем степенью испарения. Применяя уравнения (2-37) и (2-39), выразим зависимость степени испарения от состава испаряемого материала

с таковыми для чистых веществ. Величина xi-z является также функцией скорости диффузии компонентов из глубины расплава к поверхности испарения. Избежать этого влияния можно только при энергичном перемешивании испаряемого сплава. При испарении твердых веществ нестабильность процесса испарения вносит существенный вклад в значение концентрации испаряемого материала и его необходимо учитывать при расчетах состава осаждаемой пленки. Если диффузионный поток /даф компонента из глубины расплава к его поверхности равен потоку испарения по условию

Основное преимущество метода испарения с непосредственным подогревом заключается в отсутствии элементов подогревателя, загрязняющих напыляемую пленку. Этот тип испарителей ограничивает скорость испарения и количество испаряемого материала. Сечение таких испарителей должно быть одинаковым на всем протяжении, так как в противном случае возникает местный перегрев и испаритель перегорает. Испарители с непосредственным подогревом применяются в настоящее время лишь в лабораторной практике.

Для испарения металлов, плохо удерживающихся на нитях, а также диэлектрических соединений изготавливают испарители из тонких листовых металлов, придавая им форму лодочек или неглубоких тиглей. Для испарения порошкообразных материалов применяют испарители в виде лодочек с сетчатой крышкой, которая предотвращает разбрасывание материала при испарении вследствие образования повышенного давления пара в глубине испарителя — в месте контакта испаряемого материала и нагревателя. На

Испаритель с радиационным нагревом позволяет избежать непосредственного контакта испаряемого материала с подогревателем, однако загрязнение нагревателя парами осаждающейся пленки все же возможно. Испаритель состоит из тигля, смонтированного на изолирующей подставке (для уменьшения потерь за счет теплопроводности), и проволочного нагревателя из тугоплавкого металла. Эффективность радиационного нагрева увеличивается при применении отражателя с отверстием в центре, расположенного над нагревателем.

В настоящее время в полупроводниковом производстве лазерный луч применяют главным образом для разделения пластин на кристаллы (лазерное скрайбирование), для создания контактов и контактной сварки, при вырезании заготовок различной формы из тонкого материала. Большинство технологических операций, выполняемых с помощью лазерного луча, основано на тепловом воздействии света на непрозрачные среды. Этот процесс описывается тепловой моделью и может быть разделен на несколько стадий: поглощение света и передача энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела; нагревание материала без разрушения, включая плавление; разрушение материала путем испарения и выброса расплава; остывание после окончания действия лазерного луча. Экспериментально установлено, что стадия разрушения вначале происходит за счет испарения материала, в дальнейшем, при образовании глубокой лунки, часть вещества удаляется в виде расплава. Плотность мощности излучения в фокальном пятне достигает значения Ю13 Вт/см2, диаметр фокального пятна не превышает длины волны излучения (~1 мкм). Температура материала в зоне действия луча может превышать 10000 К, что превосходит точку кипения всех известных материалов.

энергии на минимальной площади. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет обрабатывать заготовки за счет нагрева (температура в зоне действия луча достигает 6300 К), расплавления и испарения материала с локального участка. Электроннолучевая обработка используется для получения глухих и сквозных от-

Плазменная обработка. Плазменная дуга позволяет обрабатывать заготовки 33 счет нагрева (температура в зоне действия 10000— 30000 К), расплавления и испарения материала; не требует создания вакуума. Плазменную обработку используют для прошивки отверстий, разрезания заготовок различного профиля на части выреания из плоских заготовок деталей различной формы и размеров, клеймения и др.

Температура плавления и испарения материала контактов должна быть возможно более высокой, так как это позволяет существенно снизить эрозию контактов и склонность их к свариванию. Кроме того, с повышением температур плавления и испарения уменьшается выброс паров контактного материала в межконтактный промежуток, вследствие чего повышается эквивалентный потенциал ионизации газоразрядной среды и улучшаются условия гашения дуги и восстановления электрической прочности. Следует также учесть работу выхода электронов контактного материала, так как с ее увеличением снижается интенсивность эмиссии электронов с поверхности контактов.

электронно-лучевые, в которых для испарения материала используется энергия электронного луча;

дуговые, в которых для испарения материала используется дуговой разряд.

Резистивные испарители косвенного подогрева более универсальны, так как позволяют испарять проводящие и непроводящие материалы в виде порошка, гранул, проволоки, ленты и т. п. Но при этом получаются менее чистые пленки из-за испарения материала подогревателя. Для того чтобы это загрязнение пленки свести к минимуму, необходимо выбирать металл для подогревателя так, чтобы его давление пара было пренебрежимо малым при рабочих температурах испарения, чтобы не происходило никаких химических реакций между материалом подогревателя и испаряемым металлом, а также не образовывались сплавы между ними. В качестве материалов подогревателей применяются тугоплавкие металлы: W, Та, Mo. rtosepxHOCTb резистивных испарителей предварительно очищается промывкой в растворителях. Часто проводят также отжиг испарителей в вакууме.

Эта мощность расходуется на нагрев анода. В установившемся температурном режиме мощность, выделяемая на аноде, должна быть равна мощности, рассеиваемой анодом за счет излучения в пространство и теплоотвода. Чем больше мощность, выделяемая на аноде, тем выше температура анода в установившемся режиме. Допустимая рабочая температура анода ограничивается рядом факторов, в том числе возможностью тепловых деформаций, испарения материала анода, а также явлением дополнительного подогрева катода (за счет излучения с внутренней поверхности анода),' особенно опасного в лампах с оксидными катодами.

На 2.2 приведена упрощенная схема подколпач-ного устройства для нанесения тонкой пленки на подложку путем испарения материала в вакууме. В усло-

Достаточно благоприятные условия для диффузии (испарения материала) возникают при давлениях насыщенного пара ps не более 1 мм рт. ст. и давлении окружающего газа р0 не более 10~3 мм рт. ст., когда пар имеет возможность свободно и равномерно распределиться по объему замкнутого пространства.

Учет 'сложных условий конденсации затруднителен, поэтому формулы (2.5) и (2,5') могут служить лишь для приближенной оценки скорости испарения материала, а также для качественного сравнения степени испарения различных материалов.