CN1038129A - 薄膜真空喷镀装置 - Google Patents

Abstract

薄膜真空喷镀装置含一个其中装好喷镀材料 (10)的喷镀材料蒸发室(1)，在此室的外面布置着加 热元件(2)。准直室(3)与蒸发室(1)通联，并且它们 的结构相同。这两室(1、3)中的每一室均制作着布置 在同一水平中心线(8)上的两个孔(4、5)。在其中的 一个孔中装一个管接头(6、7)，蒸发室(1)的管接头 (6)装在准直室(3)的孔(5)中，而蒸发室(1)本身备有 一个装在此室(1)另一孔(4)的密封元件(9)。

Description

本发明涉及将镀层涂于产品的技术，更确切地说本发明的涉及薄膜的真空喷镀装置。

薄膜（主要镀如金、银、铂、钯、等贵重材料）真空喷镀装置，在制作如集成电路、以及喷镀金属和真空微调石英共振器时，可用于电子技术、无线电技术和声学上。

目前，将薄膜淀积于垂直安放的基板上的工艺前途最大。因为与水平安放的基板相比，由于垂直安放的基板表面被污染的程度轻微，因此这种工艺可以保证合格产品的产量最大。对薄膜真空淀积装置所提出的基本要求是：装置的结构简单，同时应保证薄膜的厚度高度均匀，并且材料的损耗轻微。

薄膜的舟形真空淀积装置（GB，B，1517085）已广为人知。在舟体中放置淀积材料，通过舟体直接接通供加热和蒸发淀积材料的电流。基板对准舟体呈水平状态安放，但要与舟体保持一定的距离。

此装置的特点是：由于缺乏蒸发材料的定向汽流，淀积材料损耗大;而且只能在基板呈水平状态安放时，此种装置才能用于淀积薄膜。

为了形成蒸发材料的定向汽流，需要采用喷嘴。定向汽流是在装加热器的真空装置（Su，A，397567）的蒸发器中形成的。在蒸发器中装一个在其中填有蒸发材料的坩埚，而喷嘴装在坩埚的上部。将基板对准喷嘴的中心线、呈水平状态安放在离喷嘴喷出口的一定距离处。

为人共知的蒸发器同样有其特点，即靠喷嘴壁近处的汽流中存在着临界层。此临界层的宽度为实际采用喷镀速度时的大部分汽流。由于从临界层中释放出的分子无秩序地运动，因而增加了喷镀材料的损耗。

利用已蒸发的但尚未落到基板上的材料的固相蓄热原理，可以大大减少喷镀材料的损耗。这一点是在薄膜真空喷镀装置（us，A，4700660）内实现的。这种装置有一个喷镀材料的蒸发室，蒸发室的外面布置着加热元件，蒸发室与准直室通联;两室的结构相同，各自都有布置在同一中心线上的两个孔。

喷镀材料蒸发室和准直室是一根带有对称横向平面的管子。蒸发室的下端部置于坩埚中，在坩埚中放置喷镀材料。两室可以用位于对称平面上的带孔的隔板隔开。

根据喷镀材料的消耗量和加入量定时调动管子。调动的方法是将沉降喷镀材料（未落到基板上的）的那一端置于坩埚中，使这种材料在下一喷镀循环中得到利用。

但是，由于构成蒸发室的管子下端部与坩埚的联接部位不紧密，溶化的喷镀材料可能流出来;上述装置仅仅适宜对水平安放的基板可作薄膜的喷镀。此外，在一些最简单的装置方案之中，当管子制作成一个整体，并且在中间部位有一个将蒸发室和准直室分隔开的环状凹槽时;则无论管子处于何种状态，在环状凹槽区域内总是有部位出现材料的冷凝。那末，汇集在环状凹槽内的已溶化的喷镀材料就会从一个室溢流到另一个室中。这种现象会导致从准直室流出的蒸汽汽流的强度分布出现不均称的改变，以致全面降低喷镀薄膜厚度的均匀程度。

此外，这种装置最简易的一种方案对大面积的、甚至呈水平安放的基板也不保证喷镀薄膜厚度的高度均匀，而为此用几块不同的隔板装在管子内，又造成装置结构的复杂化。

当喷镀较厚的薄膜时，准直室中的材料冷凝层改变着从其中流出的蒸汽流的强度分布，因而导致喷镀薄膜厚度的不均匀。

况且，喷镀材料同时从通常有一定温差的坩埚和蒸发室中蒸发，引起喷镀过程中速度的变化：开始材料从加热得较高的表面（蒸发室）以高速度蒸发;然后材料从加热得较低的表面（坩埚）以较低的速度蒸发。为了平衡蒸发速度，就要对喷镀过程中的热流实行调整，这一点也导致着装置的复杂化。

作为本发明的基础，其任务是建造一具备以下要求的薄膜真空喷镀装置。即蒸发室和准直室的相互布置关系及它们的结构应能保证在垂直安放的基板上获得薄膜喷镀厚度的均匀性，而且喷镀材料损耗轻微。

此项任务的完成途径是：在薄膜真空喷镀装置中含一个喷镀材料的蒸发室，在该蒸发室的外面布置着加热元件;蒸发室与准直室通联，它们的结构相同，各自都有布置在同一中心线上的两个孔;根据本发明，孔的中心线呈水平状态;喷镀材料蒸发室和准直室各自装有布置在其中一孔中的一个管接头;喷镀材料蒸发室的管接头布置在准直室的另一个孔中，同时喷镀材料蒸发室备有装入其另一个孔中的密封元件;而喷镀材料直接被置于喷镀材料蒸发室中。

适宜的是，此装置含有一制成心棒状的定向蒸汽汽流的成型器。此心棒沿喷镀材料蒸发室孔的中心线布置，并且固定在蒸发室的密封元件上。

合理的是，心棒的自由端布置在喷镀材料蒸发室的管接头中，并留出与管接头内表面之间的间隙。

有益的是，心棒的自由端衡接于喷镀材料蒸发室的管接头内表面;心棒本身制有一个中心孔，并且在心棒的侧面制有与该孔相通的一组孔。

同样适宜的是，此装置有一个沿准直室管接头的外周布置的辅助加热元件。

十分方便的是，密封元件与主要加热元件制成了一个整体。

所提供的薄膜真空喷镀装置可以喷镀垂直安放的基板，以此方式可增加喷镀组织的均质性和增加优质产品的产量。同时，在材料低消耗的情况下保证喷镀薄膜厚度的高度均匀性;此装置的结构简单，使用可靠。

在下面，通过援引实现其结构方案的说明及附图详细说明本发明：

图1、为按照本发明所示的薄膜真空喷镀装置全貌示意图（纵向剖面图）。

图2、为按照本发明，附以定向蒸汽流成型器（纵向剖面图）的如图1所示的示意图。

图3、为按照本发明，如图2所示的示意图。图中示出了定向蒸汽流成型器的另一个结构方案、与加热器制作成一个整体的密封元件、以及辅助加热器（纵向剖面图）。

薄膜真空喷镀装置含有一个喷镀材料蒸发室1（图1）、该室的外面布置着加热元件2;蒸发室与准直室3通联，它们的结构相同。两室1、3内制有孔4、5，并且装有管接头6、7。孔4、5和管接头6、7布置在同一水平中心线8上，而中心线8在装置结构的上述方案中稍高于两室1、3的对称中心线。为使两室1和3通联，蒸发室1的管接头6插入准直室3的孔5中。蒸发室1装有例如用螺纹（在图中未示出）拧入孔4中的密封元件9。

喷镀材料10直接放入蒸发室1。材料放置的高度应不高于孔4的下边缘。

在蒸发室1中利用加热元件2保持喷镀材料10的蒸发温度。而在准直室3中将温度保持在喷镀材料10的熔点以下。准直室3的用途是对已蒸发的，但尚未通过管接头7的喷镀材料10进行固相蓄热。

将需要喷镀保护膜的基板11对准中心线8放置在距管接头7喷出口的一定距离之处。

两室1、3的相同性允许定时互换它们的位置，以便保证准直室3中的冷凝材料10返回作重复蒸发。

将蒸发室1的管接头6布置在准直室3的孔5中的方法，排除了蒸汽进入两室1、3之间的联结部位。由于这一点防止了喷镀材料10的熔融体粘结两室1、3，而且排除了喷镀材料的损耗。

在上述结构方案中，密封元件9用固定于支座13上的柱销12（图2）装定，而支座13布置在真空室（在图中未示出）内。两室1、3借助于螺钉15固定在支座13上的弹簧14紧压于密封元件9上，这种方法保证着孔4的可靠密封性，其中也包括在密封元件9和蒸发室1热膨胀时的密封性。

在密封元件9上固定着制成心棒16形状的、沿中心线8布置的定向蒸汽流成型器。心棒16的自由端布置在管接头6中并留出间隙17。沿着环状间隙1排出的蒸汽流保证着在基板11上形成的薄膜的厚度具有极好的均匀性。心棒16的端犹如管接头6那样可以制成另一种形状，例如锥体形（在图中未示出），这种方法可以保证在相当大尺寸的基板11上的薄膜的厚度具有均匀性。

两室1、3、密封元件9以及心棒16可以用石墨制成，或者用如钼那样的难熔金属制成。加热元件2也可以用难熔金属板制成，并且连接于装置的电流引入线（在图中未示出）。

在图3内所示的另一个装置结构方案中，心棒16的自由端衔接于蒸发室1的管接头6的内表面。在此情况下，心棒16上制有一个中心孔18和在心棒16侧面上的、与该孔相通的一组孔19。

在装置的上述结构方案中，考虚了沿准直室3的管接头7外周布置的第二个加热元件20。此元件也可以用难熔金属制成并连接于电流引入线（在图中未示出）。加热元件20在喷镀过程中，保证着将管接头7的温度定时升到高于喷镀材料10（图1）的熔点，从而使喷镀材料能流进准直室3。这样便可实现在基板11上喷镀较厚的薄膜，而不降低其质量。

在上述方案中加热元件2（图3）与密封元件9制作成了一个整体，以此方法保证元件9得到有把握的加热。元件9的温度应不低于蒸发室1中的温度。

加热元件2有借以连接于电流引入线（图中未示出）的分接头21和22。顺着加热元件2的中心线制有一条槽（图中未示出），此槽保证电流沿着加热元件2的整个表面作最佳分布。带密封元件9和分接头21、22的加热元件2可以用石墨制成。

蒸发室1可以借助保证其可靠密封性的螺纹联结法与密封元件9连接。准直室3安装在支架23上。为了减少热幅射，在靠近加热元件2和密封元件9之处装有用难熔板材制成的隔热板24。

薄膜喷镀装置以如下方式进行工作：

将喷镀材料10装入蒸发室1（图1）。安放基板11和真空室（图中未示出）内的全套装置之后，抽出真空室内的空气，使之达到工作压力，然后接通加热元件2的电源。在此情况下，将蒸发室1内的温度升高，将蒸发室内放好的材料10加热到蒸发所必须的温度。产生的蒸汽从管接头6中排出，其中一部分通过管接头7并沉降到基板11上的另一部分冷凝在准直室3的内表面上。

将所需厚度的薄膜喷镀到基板11上之后，切断加热元件的电源。然后，根据需要向准直室3中加装喷镀材料10并互换两室1、3的位置。以此方式，沉降在准直室3壁上的材料10就象重新装入的材料那样在下一喷镀循环中得到利用。

借助柱销12和弹簧14将密封元件9和两室1、3装在支座13（图2）上的装置以类似的方式进行工作。这种装置保证着薄膜厚度更高的均匀性，这是因为从间隙17排出的和具有环状的蒸汽流，在由它通过准直室3的范围内形成了接连不断的蒸汽流。此蒸汽流周围部分的汽流冷凝在室3的壁上，而中央部分的汽流到达基板11上，并在其上形成厚度均匀的薄膜。这种装置带心棒16，心棒的一端布置在管接头6中并留出间隙17;该装置当基板的直径与至管接头6的距离之比高出0.4时，便适用于喷镀大尺寸的基板。

在图3中所示的装置以类似的方式进行工作。这种装置的特点是：蒸发材料从蒸发室1出来，穿过心棒16侧面的孔19和自由端中的中央孔18进入准直室3。从孔18出来之后便形成了定向散开的蒸汽流，这样借助所提供的装置即可保证对不同尺寸的基板11喷镀保护膜。

当对基板11喷镀较厚的保护膜时，在喷镀过程中定时接通加热元件20的电源，使沉降在管接头7中的喷镀材料熔融并溢流进准直室3中。以此方式防止导致降低喷镀速度和喷镀薄膜厚度均匀性的管接头7内径的缩小问题。

借助所提供的薄膜真空喷镀装置，可以以此方式保证对垂直安放的基板喷镀薄膜的可能性;并在材料低消耗的情况下，达到薄膜厚度的高度均匀性。

薄膜（主要镀如金、银、铂、钯等贵重材料）真空喷镀装置，在制作例如集成电路、喷镀金属和真空微调石英共振器时，可用于电子技术、无线电技术及声学上。

Claims (7)

1、薄膜真空喷镀装置含有一个喷镀材料的蒸发室(1)，在蒸发室的外面布置着加热元件(2)，蒸发室与准直室(3)通联，它们的结构相同，各自都有布置在同一中心线(8)上的两个孔(4、5)，蒸发室的特点是：(孔4、5)的中心线(8)呈水平状态，喷镀材料蒸发室(1)和准直室(3)各自都有装入其中一孔的管接头(6、7)，喷镀材料蒸发室(1)的管接头(6)装入准直室(3)的另一个孔(5)中，喷镀材料蒸发室(1)还备有装入其另一孔(4)的密封元件(9)，喷镀材料(10)直接放入喷镀材料蒸发室(1)中。

2、根据权利要求1，本装置的特点为：含一制作成心棒（16）状的定向蒸汽流成型器，心棒（16）沿喷镀材料蒸发室（1）的孔（4）的中心线（8）布置并固定在蒸发室的密封元件（9）上。

3、根据权利要求2本装置的特点为：心棒（16）的自由端布置在喷镀材料蒸发室（1）的管接头（6）中，并留出与管接头内表面之间的间隙（17）。

4、根据权利要求2，此装置的特点为：心棒（16）的自由端衔接于喷镀材料蒸发室（1）的管接头（6）内表面，在自由端内有一个中心孔（18），并在心棒（16）的侧面制有与该孔相通的一组孔（19）。

5、根据权利要求1、或者2、或者3、或者4，此装置的特点为：沿准直室（3）的管接头（7）的外周布置一个辅助加热元件（20）。

6、根据权利要求4，此装置的特点为：密封元件（9）与主要加热元件（2）制作成了一个整体。

7、根据权利要求5，此装置的特点为：密封元件（9）与主要加热元件（2）制作成了一个整体。

Images