[发明专利]用来收集和回收沉积材料的薄膜沉积设备的栅板系统

说明书

本发明的主题是一种系统，该系统包括栅板，用于在薄膜沉积过程（特别是利用真空腔室的那些过程）中的金属的收集和回收。

在现有技术状态下知道的是，尚不存在能够回收在金属薄膜沉积过程中在真空腔室内部采用的材料的系统，无论使用的具体沉积工艺如何。

在用于一定材料（在下文中：靶材料）的薄膜到基片表面（在下文中：样本表面）的‘物理沉积’工艺中，我们将基本上区分和提到：

1）热蒸发；

2）电子束蒸发；

3）溅射；

4）电弧蒸汽沉积；

5）离子镀。

基本原理始终是相同的：使待沉积的靶材料的粒子能够从松散材料的表面以原子方式逃逸，扩散过腔室，并到达样本表面。一旦在那里，它们就凝结形成希望的膜。

热和电子束蒸发取决于材料的汽化，该材料的汽化通过将它在高温下加热而得到。在它们中的唯一差别是，为加热在‘坩锅’中的松散‘源’使用的系统：在第一情况下是焦耳效应，而在第二情况下是高能电子束。

在这些技术中，高真空腔室（10^-5-10^-9乇）的存在是决定性的，以便得到用于沉积膜的良好质量。

此外，有三个因素，这三个因素要求这些腔室通常要比在沉积过程中使用的样本的尺寸大得多（就是说，腔室的高度是‘h’，并且其宽度是‘L’）：

1）必须有足够的空间，以便包含沉积设备的基本特征，像活门、到抽真空系统的进口、沉积质量分析仪、等等；

2）应该避免样本区的加热；

3）蒸发膜的均匀性随着涉及的样本表面（比方说其宽度是‘l’）变大而变坏。

因此，并不罕见的是，在真空腔室内部表面与样本的表面之间的巨大比值的使用（比方说：h、L>>l）。

是蒸发技术的基础的物理现象是内在无定向过程，由于发射原子在方向上的分布遵循n次方余弦定律，该n次方余弦定律是模型余弦定律的实验归纳：其中，M_s/A_s是每单位表面的沉积膜质量，□,θ是特征化在空间中的发射方向的角，并且r是离靶的距离。

这意味着，我们正在处理总蒸发通量的重要百分比，该总蒸发通量沉积在远离样本并且不属于它的腔室的内表面上。

在溅射沉积中，原子因为离子起到在靶表面上的‘轰击粒子’的作用而发射。发射的原子在发射中仍然具有余弦分布，而不管（在第一近似中）轰击粒子的入射角如何。

在电弧-蒸汽技术中，与上述不同地，离子从靶发射，并且它们利用电压偏置表面（起到加速器的作用）或借助于磁场的组合作用，可被选择性地驱动向感兴趣区。

最后，离子镀仅因为它发生的等离子环境，与以前考虑的情形不同，所以不需要进一步的考虑。

我们现在进一步讨论真空腔室的特性。这些腔室通常是不锈钢的，并且具有简单形状：

●矩形；

●钟罩形；

●D形；

●圆柱形。

另一个可变元素是对于腔室的接近途径。D形和钟罩形腔室在横向结构上总是具有孔眼，而矩形和圆柱形腔室在腔室本身的顶部上也可具有这种孔眼窗口。

样本通常安装在腔室的顶部上。活门系统，如果需要的话，提供防止沉积材料的通量与样本区相接触的隔板。当不使用时，这块屏板通常设置在靠近顶部的分离区中。

在至此描述的过程种类中使用的仪器一般非常坚固，并且仅需要很少的维护过程。具体地说，因为危险/有害物质对于腔室的污染，腔室的清理是少有的并且不准确的工作，这种工作如果不是严格地需要，通常要避免。

所有沉积过程的主要缺点显然地是如下事实：给定沉积腔室的具体几何形状、样本的很小（比较小）尺寸、其远离源的位置、及将靶原子束单独聚焦到样本上的困难，发射的材料的最大部分将穿过腔室扩散，并且沉积在内表面上，在那些完全不需要它的区中。一般地，金属-金属界面具有良好粘着特性。因此在各种过程和设备的整个寿命期间在腔室的钢壁上偶然沉积的金属将被浪费掉，因为形成若干重叠的薄层（约0.1至5μm厚），这些重叠的薄层彼此之间很高程度地粘着。

此刻，没有专用维护过程存在——该专用维护过程作为用于蒸发器/溅射器的腔室的例行程序，以便调整高浪费比值，回收在不期望的表面上内部沉积的材料。对于这样一种缺失，有多于一种解释：

1）在现有技术状态下，内部腔室壁的人工‘刮削’过程很困难，该过程要求很长时间；

2）在这种清理过程期间，设备不能使用；