Термическое вакуумное испарение

По этому методу тонкие пленки получаются в результате нагрева, испарения и осаждения вещества на подложку в замкнутой камере при сниженном давлении газа в ней.

Основными элементами установки вакуумного напыления, упрощенная схема которой представлена на картинке ниже, являются:

1. Вакуумный колпак из нержавеющей стали;
2. Заслонка;
3. Трубопровод для водяного нагрева или охлаждения колпака;
4. Игольчатый натекатель для подачи атмосферного воздуха в камеру
5. Нагреватель подложки
6. Подложкодержатель с подложкой, на которой может быть размещен трафарет
7. Герметизирующая прокладка
8. Испаритель с размещенным в нем веществом и нагревателем

Процесс проведения операции вакуумного напыления включает в себя выполнение следующих действий. В верхнем положении колпака с подложкодержателя снимают обработанные подложки и устанавливают новые. Колпак опускают и включают систему вакуумных насосов (вначале для предварительного разрежения, затем высоковакуумный). Для ускорения десорбции (удаления) воздуха с внутренних поверхностей и сокращения времени откачки в трубопровод подают горячую проточную воду. По достижении давления внутри камеры порядка 10⁻⁴ Па (контроль по манометру) включают нагреватели испарителя и подложек. По достижении рабочих температур (контроль с помощью термопар) заслонку отводят в сторону и пары вещества достигают подложки, где происходит их конденсация и рост плёнки. Система автоматического контроля за ростом плёнки фиксирует либо толщину плёнки (для диэлектрика плёночных конденсаторов), либо поверхностное сопротивление (для резисторов), либо время напыления (проводники и контакты, защитные покрытия). Вырабатываемый при этом сигнал об окончании напыления после усиления воздействует на соленоид заслонки, перекрывая ею поток пара. Далее отключают нагреватели испарителя и подложек, выключают систему откачки, а в трубопровод подают холодную проточную воду. После остывания подколпачных устройств через натекатель плавно впускают атмосферный воздух. Выравнивание давлений внутри и вне колпака даёт возможность поднять его и начать следующий цикл обработки.

Основными достоинствами метода являются:

1. Возможность получения резистивных пленок с широким диапазоном изменения удельного поверхностного сопротивления
2. Относительная простота технологического контроля, обеспечивающая хорошую воспроизводимость номиналов резистора
3. Совместимость технологических процессов получения резистивных, проводящих и диэлектрических пленок
4. Высокая производительность при напылении тонкопленочных элементов

Термическое вакуумное напыление имеет ряд недостатков и ограничений, главные из которых следующие:

1. Напыление плёнок из тугоплавких материалов (W, Mo, SiO2, Al2O3 и др.) требует высоких температур на испарителе, при которых неизбежно "загрязнение" потока материалом испарителя
2. При напылении сплавов различие в скорости испарения отдельных компонентов приводит к изменению состава плёнки по сравнению с исходным составом материала, помещённого в испаритель
3. Инерционность процесса, требующая введения в рабочую камеру заслонки с электромагнитным приводом
4. Неравномерность толщины плёнки, вынуждающая применять устройства перемещения подложек и корректирующие диафрагмы.

Первые три недостатка обусловлены необходимостью высокотемпературного нагрева вещества, а последний - высоким вакуумом в рабочей камере. Из-за недостатков данного способа термическое вакуумное испарение применяется, в основном, только для чистых металлов.