RU2063473C1 - Apparatus for topological pattern formation on thing film - Google Patents

Abstract

FIELD: apparatuses for topological pattern formation of thin films. SUBSTANCE: apparatus for topological pattern formation of thin films applied in vacuum on dielectric substrate has metal mask of ferromagnetic material located on front side of substrate and magnet located on opposite in respect to mask side of substrate. Between plane of magnet and substrate there is gasket of diamagnetic material. As magnet flat magnet with alternating poles made in the form of stripes is used. In the case thickness of diamagnetic gasket does not exceed half-width of magnet stripe. EFFECT: improved process. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к созданию прецизионных топологических рисунков в тонких пленках, и может быть использовано в производстве ИС, ГИС, изделий индикаторной техники. The invention relates to the field of microelectronics, in particular to the creation of precision topological drawings in thin films, and can be used in the production of IP, GIS, products of indicator technology.

При создании прецизионных топологических рисунков заданной конфигурации в тонких пленках, получаемых вакуумным напылением через металлическую маску на диэлектрических подложках, возникает проблема обеспечения равномерного и плотного контакта с поверхностью подложки. Плотное прижатие маски гарантирует отсутствие дефектов, так называемых "подпылов", т.е. искажения заданной конфигурации напыляемого рисунка. When creating precision topological patterns of a given configuration in thin films obtained by vacuum deposition through a metal mask on dielectric substrates, the problem arises of ensuring uniform and tight contact with the surface of the substrate. The tight pressing of the mask guarantees the absence of defects, the so-called "dusts", i.e. distortion of the given configuration of the sprayed pattern.

В известном устройстве для удержания маски в процессе напыления рисунка, описанном в Заявке ФРГ N 39.18.439, МКИ 4: C23C14/50, 14/04; D03D1/00, 15,00, заявл. 06.06.89 г. опубл. 14.12.89 г. приоритет в Японии N 13482688 от 07.06.88 г. контакт без зазора между маской и подложкой осуществляется с помощью держателя с прижимным устройством. Прижимное устройство содержит так называемые термостойкие элементы (волокна), которые компенсируют коробление маски и обеспечивают прижим маски по всей поверхности подложки. In the known device for holding the mask in the process of spraying the pattern described in the Application of Germany N 39.18.439, MKI 4: C23C14 / 50, 14/04; D03D1 / 00, 15.00, claimed 06/06/89, publ. 12/14/89, priority in Japan N 13482688 from 06/07/88, contact without a gap between the mask and the substrate is carried out using a holder with a clamping device. The clamping device contains the so-called heat-resistant elements (fibers) that compensate for warping of the mask and provide clamping of the mask over the entire surface of the substrate.

Недостатками описанного устройства являются:
отсутствие достаточно плотного и равномерного прилегания маски к поверхности подложки, что отрицательно влияет на качество получаемого рисунка;
сложность конструкции держателя и прижимного устройства;
повышенная материалоемкость устройства;
устройство не универсально, т.к. введение дополнительных термостойких волокон для прижатия маски требует в соответствии с формируемым рисунком их определенного расположения, а при переходе к другому варианту рисунка, размещение этих волокон должно быть изменено, что вызывает дополнительные затраты (изготовление нового устройства).The disadvantages of the described device are:
the absence of a sufficiently dense and uniform fit of the mask to the surface of the substrate, which negatively affects the quality of the resulting pattern;
the complexity of the design of the holder and the clamping device;
increased material consumption of the device;
the device is not universal, because the introduction of additional heat-resistant fibers for pressing the mask requires a certain location in accordance with the generated pattern, and when moving to another version of the pattern, the placement of these fibers must be changed, which causes additional costs (manufacturing a new device).

Эти недостатки частично устранены в устройстве, применяемом в процессе получения прецизионных рисунков в напыляемых тонких пленках на платах микроэлектронных приборов и описанном в Акцептованной заявке Японии N 1-242.768 МКИ 4 C 23 C14/04, заявл. 24.03.88 г. опубл. 27.09.89 г. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому. These disadvantages are partially eliminated in the device used in the process of obtaining precision patterns in sprayed thin films on microelectronic devices boards and described in Japanese Accepted Application N 1-242.768 MKI 4 C 23 C14 / 04, decl. 03.24.88, publ. 09/27/89, This device is the closest in technical essence to the claimed.

Устройство содержит металлическую маску из ферромагнитного материала, через которую методом вакуумного напыления (осаждения) на диэлектрическую подложку наносится тонкая пленка. Устройство содержит также плоский магнит, удерживающий и прижимающий маску к подложке, при этом магнит расположен с противоположной по отношению к маске стороны подложки. Это устройство достаточно просто и универсально, материалоемкость его невелика, прижим маски из ферромагнитного материала через подложку магнитом осуществляется достаточно просто и надежно, при "грубых" рисунках (величина элементов > 150 мкм, без узких длинных элементов типа "струны") обеспечивается отсутствие дефектов типа "подпылов" в получаемом рисунке. The device comprises a metal mask made of ferromagnetic material through which a thin film is deposited by vacuum deposition (deposition) on a dielectric substrate. The device also contains a flat magnet that holds and presses the mask to the substrate, while the magnet is located on the opposite side of the mask with respect to the mask. This device is quite simple and universal, its material consumption is small, the mask is pressed from the ferromagnetic material through the substrate with a magnet, it is quite simple and reliable, with "rough" patterns (element size> 150 μm, without narrow long elements of the "string" type), there are no defects of the type "dusting" in the resulting figure.

Однако описанное устройство обладает следующими недостатками. However, the described device has the following disadvantages.

Материал, из которого изготовлен применяемый в устройстве плоский магнит, имеет твердость, превышающую твердость диэлектрической подложки, выполненной, например, из стекла, германия, кремния, арсенида галлия и т.п. и легко повреждает (царапает) поверхность подложки при наложении пакета "маска-подложка" на магнит, что приводит в негодность полученный продукт (подложку с рисунком, напыленным через маску). При снятии с устройства (при отрыве) пакета "маска-подложка" приходится сдвигать этот пакет параллельно плоскости магнита, что включает за собой травмирование обратной стороны подложки и появление рисок и царапин, что также приводит в негодность конечный продукт. The material from which the flat magnet used in the device is made has a hardness exceeding the hardness of the dielectric substrate made, for example, of glass, germanium, silicon, gallium arsenide, etc. and it easily damages (scratches) the surface of the substrate when the mask-substrate package is applied to the magnet, which renders the product (the substrate with a pattern sprayed through the mask) unusable. When removing the “mask-substrate” package from the device (at separation), it is necessary to shift this package parallel to the magnet plane, which involves trauma to the back of the substrate and the appearance of scratches and scratches, which also renders the final product unusable.

Задачей изобретения является улучшение качества рисунка, напыляемого через маску, при исключении повреждения подложки твердым магнитом за счет разделения подложки и магнита прокладкой из диамагнитного материала. The objective of the invention is to improve the quality of the pattern sprayed through the mask, with the exception of damage to the substrate with a solid magnet due to the separation of the substrate and the magnet by a spacer of diamagnetic material.

Задача решается следующим образом. Предлагается устройство для формирования прецизионного топологического рисунка в тонкой пленке, наносимой в вакууме на диэлектрическую подложку. Устройство содержит металлическую маску из ферромагнитного материала, размещенную на лицевой стороне подложки, и магнит, расположенный с противоположной по отношению к маске стороны подложки, удерживающий и прижимающий маску к подложке. The problem is solved as follows. A device is proposed for forming a precision topological pattern in a thin film deposited in vacuum on a dielectric substrate. The device comprises a metal mask of ferromagnetic material placed on the front side of the substrate, and a magnet located on the opposite side of the mask to the mask, holding and pressing the mask to the substrate.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что между плоскостью магнита и подложкой введена прокладка из диамагнитного материала, в качестве магнита используется плоский магнит с чередующимися полюсами в виде полос, при этом толщина диамагнитной прокладки не превышает половины ширины полюса магнита. New in the proposed device is that between the plane of the magnet and the substrate a gasket of diamagnetic material is introduced, a flat magnet with alternating poles in the form of stripes is used as a magnet, while the thickness of the diamagnetic gasket does not exceed half the width of the magnet pole.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показаны
1 маска из ферромагнитного материала;
2 подложка диэлектрическая;
3 прокладка диамагнитная;
4 плоский магнит с чередующимися полюсами в виде полос.The invention is illustrated in the drawing, which shows
1 mask made of ferromagnetic material;
2 dielectric substrate;
3 diamagnetic gasket;
4 flat magnet with alternating poles in the form of stripes.

В соответствии с изобретением устройство содержит заготовку -подложку 2 из стекла или кремния, ситалла и т.п. маску 1 из ферромагнитного материала, размещенную на лицевой стороне подложки 2, прокладку 3 из диамагнитного материала, которая введена между подложкой 2 и магнитом 4. In accordance with the invention, the device comprises a blank-substrate 2 of glass or silicon, glass, etc. a mask 1 of ferromagnetic material placed on the front side of the substrate 2, a gasket 3 of diamagnetic material, which is inserted between the substrate 2 and the magnet 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Предварительно до процесса нанесения рисунка осуществляется сборка пакета устройства: на диамагнитную прокладку пластину 3 помещается диэлектрическая подложка 2, сверху накладывается маска 1 из ферромагнитного материала. Собранный пакет помещается на плоский магнит 4. Магнит притягивает маску равномерно по всей поверхности заготовки. Затем устройство в целом помещается в камеру для напыления, где формируется рисунок, задаваемый маской. Prior to the drawing process, the device package is assembled: a dielectric substrate 2 is placed on the diamagnetic gasket plate 3, and a mask 1 made of ferromagnetic material is applied on top. The assembled bag is placed on a flat magnet 4. The magnet attracts the mask evenly over the entire surface of the workpiece. Then the device as a whole is placed in the spraying chamber, where the pattern defined by the mask is formed.

Как известно, магнитодвижущая сила F в контуре маска подложка зазор - магнит составляет:

где Bδ индукция в зазоре
d величина зазора маска-магнит
G магнитная проводимость.As you know, the magnetomotive force F in the circuit mask substrate gap - the magnet is:

where Bδ is the induction in the gap
d the magnitude of the gap mask magnet
G magnetic conductivity.

После ряда преобразований получаем выражение для силы F₁, действующей в магнитопроводе.After a series of transformations, we obtain the expression for the force F ₁ acting in the magnetic circuit.

где
B₀ индукция в магнитопроводе
Q коэффициент рассеивания
a ширина полюса
b₁ длина полюса.

Where
B ₀ induction in the magnetic circuit
Q dispersion coefficient
a pole width
b ₁ pole length.

К величине F₁ (выражение 2) предъявляются следующие требования:
осуществлять плотный прижим маски к поверхности подложки;
удерживать маску и подложку в любом положении (наклоном и т.п.);
исключать искажение конфигурации маски из-за чрезмерного действия силы F₁ на длинные элементы маски, расположенные параллельно зонам намагничивания.The value of F ₁ (expression 2) has the following requirements:
carry out a tight clip of the mask to the surface of the substrate;
to keep the mask and the substrate in any position (tilt, etc.);
eliminate distortion of the mask configuration due to the excessive action of the force F ₁ on long mask elements located parallel to the magnetization zones.

Таким образом, для реализации вышеперечисленных условий необходимо выполнение следующего соотношения:

где
d толщина подложки,
m расстояние между полюсами.Thus, for the implementation of the above conditions, the following relationship must be fulfilled:

Where
d is the thickness of the substrate,
m distance between the poles.

Устройство может быть реализовано следующим образом. The device can be implemented as follows.

В качестве подложки брали стеклянную пластину размером 60x100x1 1,4; маску изготавливали из сплава 47HXP толщиной 150 мкм; в качестве диамагнитной прокладки использовали пластину дюраль-алюминия марки Д16 размером 65x110x1,5. Материал плоского магнита размером 65x110x10 бариевая композиция. A glass plate measuring 60x100x1 1.4; the mask was made of 47HXP alloy with a thickness of 150 microns; a duralumin aluminum plate of the D16 brand size 65x110x1.5 was used as a diamagnetic gasket. Flat magnet material measuring 65x110x10 barium composition.

Расстояние между полюсами магнита m 3 мм, ширина полюса a 3 мм, напряженность магнитного поля H≈80 N 100 эргстед. The distance between the poles of the magnet m 3 mm, the width of the pole a 3 mm, the magnetic field strength H≈80 N 100 ergsted.

Устройство в соответствии с изобретением позволяет повысить качество получаемого рисунка при напылении через маску и полностью исключить "подпылы" за счет плотного, равномерного прилегания маски к подложке. Наряду с этим исключается травмирование подложки твердым магнитом за счет разделения подложки и магнита прокладкой из диамагнитного материала. Любые перемещения подложки в горизонтальном направлении (параллельно магнита) не приводят к царапинам на подложке. Кроме того, облегчается и упрощается процесс сборки и разборки пакета, т. к. установка и снятие пакета выполняются на диамагнитной прокладке, которая является носителем подложки и маски. The device in accordance with the invention improves the quality of the resulting pattern when spraying through a mask and completely eliminates "dust" due to the dense, uniform adherence of the mask to the substrate. Along with this, injury to the substrate by a solid magnet due to the separation of the substrate and the magnet by a spacer of diamagnetic material is excluded. Any movement of the substrate in the horizontal direction (parallel to the magnet) does not lead to scratches on the substrate. In addition, the assembly and disassembly of the package is facilitated and simplified, since the installation and removal of the package are performed on a diamagnetic gasket, which is the carrier of the substrate and mask.

Claims (1)

Устройство для формирования топологического рисунка в тонкой пленке, наносимой в вакууме на диэлектрическую подложку, содержащее металлическую маску из ферромагнитного материала, размещенную на лицевой стороне подложки, магнит, расположенный с противоположной по отношению к маске стороны подложки, удерживающий и прижимающий маску к подложке, отличающееся тем, что оно снабжено прокладкой из диамагнитного материала, размещенной между плоскостью магнита и подложкой, магнит выполнен плоским с чередующимися полюсами в виде полос, а толщина диамагнитной прокладки не превышает половины ширины полюса магнита. A device for forming a topological pattern in a thin film applied in vacuum on a dielectric substrate containing a metal mask of ferromagnetic material placed on the front side of the substrate, a magnet located on the opposite side of the substrate to the mask, holding and pressing the mask to the substrate, characterized in that it is equipped with a gasket of diamagnetic material placed between the magnet plane and the substrate, the magnet is made flat with alternating poles in the form of strips, and the thickness and diamagnetic gasket does not exceed half the width of the magnet poles.