Напыление вакуумное

НАПЫЛЕНИЕ ВАКУУМНОЕ, нанесение пленок или слоев на пов-сть деталей или изделий в условиях вакуума (1,0-1 • 10^-7 Па). Напыление вакуумное используют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в произ-ве тонкопленочных гибридных схем, изделий пьезотехники, акустоэлектроники и др. (нанесение проводящих, диэлектрических, защитных слоев, масок и др.), в оптике (нанесение просветляющих, отражающих и др. покрытий), ограниченно - при металлизации пов-сти пластмассовых и стеклянных изделий, тонировании стекол автомобилей. Методом напыления вакуумного наносят металлы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (напр., NiCr, CrNiSi), хим. соед. (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного состава (напр., I₂О₃ • В₂О₃ • SiO₂ • Аl₂О₃ • СаО, Та₂О • В₂О₃ • I₂О₃ • GeO₂), керметы.

Напыление вакуумное основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на пов-сть изделий и их конденсации. Процесс включает неск. стадий: переход напыляемого в-ва или материала из конденсир. фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к пов-сти изделия, конденсацию их на пов-сть, образование и рост зародышей, формирование пленки.

По способу перевода в-ва из конденсированной в газовую фазу различают вакуумное испарение и ионное распыление. При и о н н о м р а с п ы л е н и и частицы наносимого в-ва выбиваются с пов-сти конденсир. фазы путем ее бомбардировки ионами низкотемпературной плазмы. Вариантами ионного распыления являются к а т о д н о е, м а г н е т р о н н о е, и о н н о-п л а з м е н н о е и в ы с о к о ч а с т о т н о е р а с п ы л е н и е, к-рые отличаются друг от друга условиями формирования и локализацией в пространстве низкотемпературной плазмы. Если распыление проводится в присут. хим. реагентов (в газовой фазе), то на пов-сти изделия образуются продукты их взаимод. с распыляемым в-вом (напр., оксиды, нитриды). Такое распыление наз. р е а к т и в н ы м.

Перенос частиц напыляемого в-ва от источника (места его перевода в газовую фазу) к пов-сти детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10^-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и путем диффузионного и кон-вективного переноса в плазме при давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10^-1-10^-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц напыляемого в-ва при соударении с пов-стью детали зависит от ее энергии, т-ры пов-сти и хим. сродства материалов пленки и детали. Атомы или молекулы, достигшие пов-сти, могут либо отразиться от нее, либо адсорбироваться и через нек-рое время покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и образовывать на пов-сти конденсат (конденсация). При высоких энергиях частиц, большой т-ре пов-сти и малом хим. сродстве частица отражается пов-стью. Т-ра пов-сти детали, выше к-рой все частицы отражаются от нее и пленка не образуется, наз. к р и т и ч е с к о й т-р о й напыления вакуумного; ее значение зависит от природы материалов пленки и пов-сти детали и от состояния пов-сти. При очень малых потоках испаряемых частиц, даже если эти частицы на пов-сти адсорбируются, но редко встречаются с другими такими же частицами, они десорбируются и не могут образовывать зародышей, т.е. пленка не растет. К р и т и ч е с к о й п л о т н о с т ь ю потока испаряемых частиц для данной т-ры пов-сти наз. наименьшая плотность, при к-рой частицы конденсируются и формируют пленку.

Структура напыленных пленок зависит от св-в материала, состояния и т-ры пов-сти, скорости напыления. Пленки м.б. аморфными (стеклообразными, напр. оксиды, Si), поликристаллическими (металлы, сплавы, Si) или монокристаллическими (напр., полупроводниковые пленки, полученные молекулярно-лучевой эпитаксией). Для упорядочения структуры и уменьшения внутр. мех. напряжений пленок, повышения стабильности их св-в и улучшения адгезии к пов-сти изделий сразу же после напыления без нарушения вакуума производят отжиг пленок при т-рах, неск. превышающих т-ру пов-сти при напылении. Часто посредством напыления вакуумного создают многослойные пленочные структуры из разл. материалов.

Вакуумно-напылительные установки. Для напыления вакуумного используют технол. оборудование периодич., полунепрерывного и непрерывного действия. У с т а н о в к и п е р и о д и ч е с к о г о д е й с т в и я осуществляют один цикл нанесения пленок при заданном числе загружаемых изделий. У с т а н о в к и н е п р ер ы в н о г о д е й с т в и я используют при серийном и массовом произ-ве. Они бывают двух видов-многокамерные и многопозиционные однокамерные. Первые состоят из последовательно расположенных напылит. модулей, в каждом из к-рых осуществляется напыление пленок определенных материалов или их термич. обработка и контроль. Модули объединены между собой шлюзовыми камерами и транспортирующим конвейерным устройством. Многопозиционные однокамерные установки содержат неск. напылитель-ных постов (расположенных в одной вакуумной камере), соединяемых транспортным устройством конвейерного или роторного типа.

Осн. узлы и системы установок для напыления вакуумного представляют собой самостоят. устройства, выполняющие заданные функции: создание вакуума, испарение или распыление материала пленок, транспортировку деталей, контроль режимов напыления вакуумного и св-в пленок, электропитание и др. Обычно установка для напыления вакуумного включает след. узлы: рабочую камеру, в к-рой осуществляется напыление пленок; источники испаряемых или распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления; откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение необходимого вакуума и организацию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, ср-в измерения вакуума и скоростей газовых потоков); систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки; систему контроля и управления установкой напыления вакуумного, обеспечивающую заданные скорость напыления, толщину пленок, т-ру пов-сти деталей, т-ру отжига, физ. св-ва пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнит. механизмами и устройствами вывода информации); транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, точное размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при создании многослойной системы пленок; систему вспомогат. устройств и технол. оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро-и пневмоприводов, устройств очистки газов).

Лит.: Технология тонких пленок. Справочник, под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга, пер. с англ., т. 1-2, М., 1977; Плазменная металлизация в вакууме, Минск, 1983; Черняев В.Н., Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров, 2 изд., М., 1987; Волков С. С., Гирш В. И., Склеивание и напыление пластмасс, М., 1988; Коледов Л. А., Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок, М., 1989. Л. А. Коледов.