Електронно-променевий випарник

Випарник електронно-променевий для тугоплавких і хімічно активних металів, що складається з електронно-променевої гармати та тигля з водяним охолодженням для випаровування матеріалу, який відрізняється тим, що в тиглі розміщене горно-вкладиш з хімічно-інертного матеріалу по відношенню до випарювального матеріалу, причому на зовнішній поверхні дна горна-вкладиша виконана виїмка у вигляді теплоізоляційної порожнини, а на верхній поверхні виконана виїмка у вигляді півсфери. Електронно-променевий випарник, що пропонується для захисту в якості корисної моделі, призначений для електронної промисловості і може бути використаний у виробництві інтегральних мікросхем, а, більш точно, для напилення провідників, наприклад, титану, нікелю, алюмінію і таке ін. на підкладки із діелектричних матеріалів, в тому числі, на кераміку 22ХС, сіталл, полікор, сапфір і таке ін. Відомі електронно-променеві випарники з кільцевим катодом і анодом - тиглем, в який поміщають випаруваний матеріал (див., наприклад, патенти РФ №2121522 та №2133308 по кл. С23С14/24). В цих електронно-променевих випарниках електрони, випромінювані катодом бомбардують тигель, нагрівають його до температури, що перевищує температуру випарування матеріалу в тиглі. За допомогою теплопередачі матеріал в тиглі нагрівається і випаровується. Недоліками подібних випарників є: взаємодія хімічно-активного розплавленого матеріалу з тиглем, що не дає можливості напилення плівок деяких металів, наприклад, нікелю або алюмінію навіть використовуючи тиглі із самого тугоплавкого матеріалу - монокристалічного молібдену. Для напилення таких матеріалів, як нікель або алюміній використовуються електронно-променеві випарники з водоохолоджуваним тиглем, в якому розміщують випаруваний матеріал, котрий розігрівається електронним променем без додаткової теплопередачі. Таким випарником є пристрій по а.с. №126569, який і взятий нами за прототип. Цей електронно-променевий випарник для ту гоплавких і хімічно-активних матеріалів та напівпровідників складається з електронно-променевої гармати, пристрою для випарування матеріалу (тиглю-фланцю) і пристрою з водяним охолодженням для подачі випарюваного матеріалу. Недоліком відомого електронно-променевого випарника є безпосередній контакт випаруваного матеріалу з водоохолоджуваним тиглем, із-за чого виникає потреба в додатковій потужності електронного променя для забезпечення напилення плівок необхідної товщини зі слушною швидкістю напилення. Іншими недоліками прототипу є те, що для забезпечення потрібної потужності електронного променя потрібна більш потужна електронно-променева гармата і джерело живлення, що приводить до зниження надійності обладнання, значного перевищення споживання електроенергії. Так, наприклад, в промисловій установці УВН РЭ.Э-60, призначеній для напилення багатошарових оптичних плівок на оптику, яку можливо використати в деяких випадках для напилення металів при виробництві мікросхем, використовується електронно-променева гармата потужністю 10кВт. Для напилення плівок нікелю товщиною 1мкм на підкладку із кераміки "Полікор", нами був виготовлений випарник по а.с. №126569, але без механізму подачі випаруваного матеріалу. Матеріал для випаровування поміщався у водоохолоджуваний тигель у вигляді навісок. Потужність електронно-променевої гармати 4кВт. Випарник був вмонтований в установку вакуумного напилення УВН 71ПЗ, котра до цього мала тільки резистивні випарники. В процесі експериментів і наладки установки, ео 00 CD CO 00 О) 8368 напилення плівок нікелю здійснити не вдалося ізза малої потужності електронно-променевої гармати, тому що навіска випаруваного матеріалу охолоджується через тигель водою за рахунок теплопровідності. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлена задача забезпечення можливості випаровування металів електронним променем малої потужності. Ця задача реалізується шляхом розміщення у водоохолоджуваному тиглі горнавкладиша з хімічно-інертного матеріалу по відношенню до випаруваного, при цьому зовнішня поверхня дна горна-вкладиша виконана в вигляді теплоізоляційної порожнини, а внутрішня - у вигляді сфери. Така конструкція горна-вкладиша дає змогу зменшити витрати енергії на розігрів випаруваного матеріалу і, як наслідок, забезпечити можливість випаровування такого хімічно-активного матеріалу як нікель за допомогою електронно-променевої гармати потужністю всього 2,5кВт. Суттєво також, що використання електроннопроменевої гармати малої потужності дає зменшення споживання електроенергії, габаритів і ваги джерел живлення, а також підвищення надійності установки вакуумного напилення і всього технологічного процесу. Суттєво також, що горн-вкладиш може бути виконаний з інертного матеріалу типу графіт, скло вуглець, нітрид бору і таке ін. Це дає можливість уникнути взаємодії матеріалу вкладиша з випаровуваним матеріалом і підвищити якість напиленої плівки. Суттєво, що електронно-променевий випарник обладнаний горном-вкладишем, виконаним з сферичним дном. Це дає можливість виключити розрив стінок вкладиша при термічних нагрузках і цим саме підвищити надійність обладнання. Електронно-променевий випарник, що пропонується до захисту в якості корисної моделі, пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображений загальний вигляд випарника, а на Фіг.2 приведена конструкція горна-вкладиша. Випарник за Фіг. 1 складається з електроннопроменевої гармати 1, яка є генератором електронного променя 2; електромагніта 3; магніто проводу 4; водоохолоджуваного тигля 5; горнавкладиша 6 випаруваного матеріалу 7; трубок 8 для подачі води на охолодження тигля 5 і електромагніта 3. Електромагніт 3 з магнітопровідником 4 утворюють фокусуючу магнітну систему для формування електронного променя. У горні-вкладиші за Фіг.2 на зовнішній поверхні дна виконана виїмка у вигляді теплоізоляційної порожнини 9, а на верхній поверхні виконана виїмка у вигляді півсфери 10. Випарник працює таким чином. Випарник розміщується в герметичній камері, яка відкачується вакуумною системою до високого вакууму. Для охолодження тигля 5 та електромагніту 3 через трубку 8 подається проточна вода. Подається електричний струм на електромагніт 3 і електронну гармату 1. Електронно-променева гармата 1 розташована біля водоохолоджуваного тигля 5 і випромінює промінь електронів направлений вгору, котрий фокусуючою магнітною системою розвертається на кут близько 180° і спрямовується в горн-вкладиш 6 на випаруваний матеріал 7. Електрони, бомбардуючи випаруваний матеріал, розігрівають його до температури випаровування і він випаровується. Пари випаруваного матеріалу потрапляють на підкладки, розташовані в зоні напилення, конденсуються на них, завдяки чому на них формується плівка. Для збільшення площі і рівномірного розігріву випаруваного матеріалу електронний промінь сканується по його поверхні. Сканування електронного променя досягається подачею на електромагніт З пилкоподібного струму. Заявлений електронно-променевий випарник виготовлено, він використовується на нашому підприємстві в модернізованій установці вакуумного напилення УВН 71ПЗ для напилення плівок нікелю на підкладки із кераміки "Полікор" у виробництві інтегральних мікросхем НВЧ. В установці вмонтований випарник з електронно-променевою гарматою з максимальною потужністю 4кВт. Горн-вкладиш виконаний з графіту МПГ6. Потрібна товщина плівки нікелю 1мкм напиляється за 15 хвилин при використанні всього 2,5кВт потужності електронно-променевої гармати. Горн-вкладиш завдяки своїй конструкції забезпечує більш ніж 50 напилень без його руйнування, що в 10-15 разів більше ніж тиглі звичайної конструкції, а це велика перевага. Вода Фіг. 1 Водо 8368 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601