专利名称：压差式真空抽吸的材料蒸发室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空材料蒸发室。
背景技术：
一表面的洁净度或一沉积薄膜的纯度等级在一些技术领域例如纳米技术、催化化学、生物技术中是基本要求。
例如，在所涉及对象为几纳米至几微米数量级的纳米技术中，只有当薄膜以及其上形成有这些薄膜的基底不受任何污染时，才能理解诸如所述薄膜的生成/生长(growth)、所述薄膜中的光诱导反应之类的现象。
在半导体领域中，薄膜的生成不能有杂质并因此不能在无意间掺杂也是基本要求。将已知量的纯净材料沉积到半导体表面上对形成金属半导体结和半导体异质结构确实尤其重要。金属半导体结可在半导体装置的所有金属触点例如电子探测器的欧姆触点中找到。而半导体异质结构对于光电装置较重要。
最后，金属异质结构因为其可能会被应用于例如磁学领域也值得探讨。
在超高真空下制备这种结构的一种现有技术称为MBE(分子束外延)。在该技术中，通过将包含使层形成的元素的材料传送到一吸收其的金属或半导体基底上来获得外延层。分子束外延可实现—尤其对于半导体来说—控制掺杂层的生成，该控制掺杂层的化学成分可在若干埃的空间上随深度的不同而变化。
因此，一蒸发室包含多个材料源1(图1)。这些材料源1相对于要形成的积聚(piled)层交替使用。材料源1可为各种材料源，将其中最常用的一种材料源从一包含一通过焦耳效应加热的坩埚的室(cell)中蒸发。其它材料源包括一其气体例如是氧(O2)、氢(H2)、氮(N2)或其它气体的等离子源，或气体喷射器或静电轰击蒸发枪。当这些材料源1是室时，它们的坩埚通常为在一个端部2处开口的柱状或锥状或其它形状，并被安装成所述开口端2面对其上要沉积材料的基底3定位。
如前所述，这些沉积系统的一个要求是形成薄膜的低污染。除了材料在真空且优选在超高真空即压力小于10-9托下在一室4中的沉积外，材料源1本身不应该成为一可能的污染源。因此，要对材料源1进行一深入的脱气操作。
然而，在蒸发室中存在多个材料源1会造成另一种污染材料源1的交叉污染。这种污染部分地是固体源由于存在气体(已离子化或未离子化)而造成的污染。当这些材料源中的一个随后被使用时，不仅所述坩埚的元素朝向基底3蒸发，而且吸收的污染元素也会蒸发或者与所述材料源反应。然后，如此沉积在基底3上的层会包含不需要的杂质，在半导体材料的情况下该杂质不仅会影响半导体的掺杂而且会影响材料性能。在这些材料源1附近设置具有液态氮循环的贮存面板5以冷凝(材料源蒸发的)气体，以及在未使用的材料源1前方设置单独的掩模6不能提供避免这种交叉污染的完全令人满意的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计简单且操作方式简单的真空材料蒸发室，它包括用于在一免受任何污染的基底上生成层的材料蒸发源。
为此，本发明涉及一种材料蒸发室，它包括一真空室，一用于抽吸所述室和材料源的第一抽吸单元。
根据本发明，一易于提供全部或部分真空密封度的壁在该真空室内限定一由所述第一抽吸单元抽吸的第一空间和一由一第二抽吸单元抽吸的第二空间；将具有一主轴线的多个材料源放入所述第二空间，并将其它材料源放入所述第一空间；
所述壁包括凹口，每个所述凹口以具有一主轴线的所述材料源中的一个材料源的主轴线为中心；并且所述室包含用于堵塞或打开(clear)每个所述凹口的装置，所述装置被单独的控制以便保护具有一未使用的主轴线的材料源。
本发明还涉及下面说明的在技术上可单独或结合起来考虑的特征用于堵塞或打开所述凹口的装置包括掩模；在生成时，形成来自于所述第一空间的材料的元素经由已被打开的所述凹口的流速是由所述第二抽吸单元抽吸形成的。
“生成”是指通过吸收形成由放入蒸发室中的材料源蒸发的材料的元素而在样品上逐渐形成层的过程。应区分开其中放入所述第一空间内的至少一个材料源和放入所述第二空间内的至少一个材料源同时工作的共同蒸发生成与其中放入蒸发室内的一个材料源在给定时间内工作的相继生成。在后者的情况下，在放入所述第一空间内的一个材料源工作期间，用于堵塞或打开每个所述凹口的所述装置处于堵塞位置。
易于提供全部或部分真空密封度的所述壁包含一板；所述第一抽吸单元包含一主泵和一副泵；所述第二抽吸单元包含一副泵；所述第一空间和所述第二空间包括至少一个液态氮贮存面板；由所述壁限定的所述第二空间的压力低于10-7托；所述蒸发室包含用于控制所述压力以独立地测量所述第一空间和所述第二空间中的压力的装置；放入所述第二空间的具有一主轴线的所述材料源包括通过焦耳效应加热的坩埚室；放入所述第二空间的具有一主轴线的所述材料源包括电子轰击蒸发枪；放入所述第一空间的所述材料源包括至少一个等离子源；放入所述第一空间的所述材料源包括至少一个气体喷射器。
下面将结合附图对本发明进行详细说明，其中图1是现有技术蒸发室的示意图；图2是根据本发明一实施例的材料蒸发室的示意图；以及图3是根据本发明一实施例的易于提供全部或部分真空密封度的壁的俯视图。
具体实施例方式
根据本发明的材料蒸发室包含一真空室10，该真空室10包括一可安装在一操作装置12上的样品11。该材料蒸发室的第一个目的是通过蒸发已知量的纯材料在样品11上生成层。该材料可为通常易于在真空下蒸发的任何类型材料(铝(Al)、钙(Ca)、铟(In)、镧(La)、锂(Li)、镓(Ga)、锶(Sr)、钛(Ti)、钇(Y)、锆(Zr)等)。所述真空室10优选包括能够将所述真空室连接到其它真空室从而形成一单个真空组件以便处理和制备一样品11-可能地还会分析和修正形成的所述样品11-的传送凸缘或塞子(tap)。然后通过操纵臂将样品11从一个真空室传送到另一个真空室。
通过一第一抽吸单元13抽吸该蒸发室。第一抽吸单元13优选包含一主泵和一副泵，例如一低温泵或一涡轮分子泵或其它泵。除此之外，所述抽吸单元13可包含一钛升华器14和一低温面板15。真空室10可包含一能够维持层的纯度的普通低温面板16。该真空室还包含用于控制所述室内的压力的装置。这些控制装置包括例如连接到一外部压力控制装置的所谓的B-A型真空计(Bayard-Alpert gauge)。
该蒸发室包含材料源。可设计各种材料源，最常用的一种是利用一克努森(Knudsen)式材料源17进行蒸发。然后通过焦耳效应加热一坩埚。例如可由氮化硼或高纯度石墨制成的坩埚呈具有一主轴线18的柱状或锥状或其它形状。所述坩埚的一个端部19是开口的并且面对操作装置12定位。可使用一电阻元件例如一金属丝获得焦耳效应。该金属丝可有利地由钽(Ta)制成，但也可由其它耐火材料(钼(Mo)、钨(W)等)制成。在另一实施例中，通过电子轰击一蒸发枪20中的材料源进行蒸发。
蒸发室还包含其它材料源21例如其产品易于与具有一主轴线18的材料源17的材料反应的等离子源或气体喷射器。主轴线18还限定了一主蒸发轴线。承载气体的等离子或气体喷射器中的气体选自氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)等。优选地，对样品11的温度也进行控制，即样品11的温度可随要沉积在其表面上的元素变化。
根据本发明，可将具有一主轴线18的材料源17放入由一壁23在所述室中限定的一空间22。该壁23可确保全部或部分真空密封度，并通过一第二抽吸单元24抽吸由壁23限定的空间22。在一实施例中，该壁23由金属(钽、钼、不锈钢等)制成。因此，应区分一包含材料源21例如等离子源或气体喷射器的由第一抽吸单元17抽吸的第一空间25和一包含具有一主轴线18的材料源17例如坩埚室以及电子轰击蒸发枪20的第二空间22。
所述壁23包含凹口26，每个凹口26以放入第二空间22中的具有一主轴线18的一个材料源17的主轴线18为中心。当与一凹口26对应的材料源17工作时，由该材料源发射的分子束经由所述凹口26到达样品11。为了维持由壁23限定的空间22的有效真空(度)即一小于10-7托优选小于10-9托的压力，该室10包含用于堵塞每个所述凹口26的装置27。单独地控制这些装置27以打开选定材料源17的凹口26。在一实施例中，用于堵塞每个凹口26的这些装置27为掩模，例如肘节(toggling)掩模或线性掩模或其它掩模。这些装置27能够保护材料源17不受可能的污染。这些污染可例如是由放入第一空间25内的材料源21(气体喷射器、等离子源等)中的一个材料源的操作引起的。有利地，在沉积过程中在第一空间25中测得的局部压力P1基本不影响在由第二抽吸单元抽吸的第二空间22中测得的压力P2。换句话说，在生成过程中，形成等离子的元素例如经由敞开的凹口26的流速比第二抽吸单元24的抽吸速度S小，从而该元素由所述第二抽吸单元抽吸。然而，即使所述流速大于抽吸速度，差压式抽吸原理仍然能保护材料源17。实际上，一旦壁23的凹口26被封闭掩模27堵塞，形成要进入真空室下部的等离子的元素将被第二抽吸单元24抽吸。因此，形成等离子的元素处在材料源17附近的时间仅仅是有限的。第二抽吸单元24包含至少一个副泵例如低温泵、涡轮分子泵或其它泵。由壁23限定的第二空间22还可包含至少一个液态氮循环贮存面板28。这些附加的冷凝表面能够限制分子束和第二空间22中的杂质。优选地，通过所谓的B-A型压力控制装置测量由壁23限定的第二空间22中的压力。
图2示出本发明的一实施例。蒸发室的空间由壁23分成一第一空间25和一第二空间22。该壁23是一连接到室10的侧壁29上以确保部分或全部真空密封度的钼板。在这种情况下，将该板焊接或连接到所述壁29上。该板23包含凹口26，为了简洁，图2中示出一个凹口。凹口26以放入在蒸发室下部由板23限定的第二空间22内的一材料源17的主轴线18为中心。装置27能够堵塞和打开所述凹口26。这些装置27包括一由一外部肘节装置30致动的肘节掩模。单独控制每个掩模27。当一掩模27处于堵塞位置时，掩模的叶片(blade)31与板23的凹口26周围的表面平行，以确保所述表面和掩模27之间的完全接触。当操作放入第一空间25内的一个材料源21例如等离子源或气体喷射器时，第一空间25和第二空间22之间的压差也可加强该密封(度)。
蒸发室的第一空间25由一抽吸井(pumping well)32形成的第一抽吸单元13抽吸，抽吸单元13包括一可提供一冷凝表面的低温面板15，一个或多个同时用于在该室内形成一真空并用于抽吸在层生成过程中存在的元素的副低温泵，一确保真空的形成的钛升华器14。由板23限定的第二空间22本身是由用于抽吸在生成薄膜期间和当打开选定的相应材料源的掩模27时存在的元素的一涡轮分子泵24和一液态氮循环贮存面板28抽吸的。
图3示出对应于图2的实施例中所述的板23的俯视图。该板23包括具有椭圆形状的凹口26。该椭圆形状是由于材料源17的管状形状的影响以及材料源的主轴线18相对于板23的倾斜而形成的。双线33示意性地示出图2中所示板23的位于其中间的曲柄。
放入由壁23限定的第二空间22内的具有主轴线18的材料源17，以及放入第一空间25内的材料源21例如等离子源或气体喷射器在该蒸发室中以便生成(含)氧层、(含)氮层或半导体。
权利要求
1.一种材料蒸发室，它包括一真空室(10)，一用于抽吸所述室的第一抽吸单元(13)以及材料源，其特征在于一易于提供全部或部分真空密封度的壁(23)在所述真空室(10)中限定一由所述第一抽吸单元(13)抽吸的第一空间(25)和一由一第二抽吸单元(24)抽吸的第二空间(22)；将具有一主轴线(18)的多个材料源(17)放入所述第二空间(22)，并将其它材料源(21)放入所述第一空间(25)；所述壁(23)包括凹口(26)，每个凹口(26)以具有一主轴线(18)的所述材料源(17)中的一个材料源的所述主轴线(18)为中心；并且所述蒸发室包含用于堵塞或打开每个所述凹口(26)的装置(27)，所述装置(27)被单独地控制以便保护具有一未使用的主蒸发轴线(18)的所述材料源(17)。
2.一种根据权利要求1所述的蒸发室，其特征在于，用于堵塞或打开所述凹口(26)的所述装置(27)包含掩模。
3.一种根据权利要求1或2所述的蒸发室，其特征在于，在生成时，形成来自于所述第一空间(25)的材料的元素经由已被打开的所述凹口(26)的流速是由所述第二抽吸单元(24)抽吸形成的。
4.一种根据权利要求1至3之一所述的蒸发室，其特征在于，所述易于提供全部或部分真空密封度的壁(23)包含一板。
5.一种根据权利要求1至4之一所述的蒸发室，其特征在于，所述第一抽吸单元(13)包含一主泵和一副泵。
6.一种根据权利要求1至5之一所述的蒸发室，其特征在于，所述第二抽吸单元(24)包含一副泵。
7.一种根据权利要求5和6所述的蒸发室，其特征在于，所述第一空间(25)和所述第二空间(22)包括至少一个液态氮贮存面板(16，28)。
8.一种根据权利要求1至7之一所述的蒸发室，其特征在于，由所述壁(23)限定的所述第二空间(22)的压力低于10-7托。
9.一种根据权利要求1至8之一所述的蒸发室，其特征在于，所述蒸发室包含用于控制所述压力以便独立地测量所述第一空间(25)和所述第二空间(22)中的压力的装置(16)。
10.一种根据权利要求1至9之一所述的蒸发室，其特征在于，放入所述第二空间(22)的具有一主轴线(18)的所述材料源(17)包括一通过焦耳效应加热的坩埚室。
11.一种根据权利要求1至10之一所述的蒸发室，其特征在于，放入所述第二空间(22)的具有一主轴线(18)的所述材料源(17)包括电子轰击蒸发枪(20)。
12.一种根据权利要求1至11之一所述的蒸发室，其特征在于，放入所述第一空间(25)的所述材料源(21)包括至少一个等离子源。
13.一种根据权利要求1至12之一所述的蒸发室，其特征在于，放入所述第一空间(25)的所述材料源(21)包括至少一个气体喷射器。
全文摘要
本发明涉及一种压差式真空抽吸的材料蒸发室。该材料蒸发室包括一真空室(10)和一用于抽吸所述室和材料源的第一抽吸单元(13)。根据本发明，一可提供完全或部分真空密封的壁(23)将所述室分成一第一空间(25)和一第二空间(22)。将具有一主轴线(18)的多个材料源(17)放入所述第二空间(22)。通过一第二抽吸单元(24)抽吸所述第二空间(22)。所述壁(23)包括都以一个材料源(17)的主轴线(18)为中心的凹口(26)。所述蒸发室还包括用于封闭或打开每个所述开孔(26)的装置(27)，所述装置(27)被单独地控制以保护具有一未使用的主轴线(18)的材料源(17)。
文档编号H05B1/00GK1662673SQ03814326
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月18日 优先权日2002年6月18日
发明者C·谢, A·雅里, P-A·尼特, J-P·洛凯, J·丰佩伊里内, H·西格瓦尔特 申请人:瑞必尔