می دانیم که هر ماده ای که در فرآیند تشکیل لایه ایجاد اختلال کند و بر ویژگی های لایه و یا پایداری آن به طرز نامطلوبی تأثیر بگذارد، آلودگی ناميده می شود. آلودگی می تواند همانند لایه های اکسیدی و یا هیدروکربنی تمام سطح لایه را بپوشاند و یا مانند ذرات یا اثر انگشت فقط ناحیه کوچکی را اشغال کند. از آنجا كه آلودگی می تواند خواص كيفي لايه مانند چسبندگی لایه را كاهش و يا استوكيومتري آنرا تغيير دهد، مي بايست برداشته شود.
برای کاهش آلودگی های سطحی، می بایست سطح مورد نظر، متناسب با نوع کاربرد و حساسیت موردنظر، به روشهای مختلف تمیز شود. روش های بسیاری برای تمیزکاری وجود دارد. فرآیند تمیزکاری باید تا حد امکان ساده و مؤثر باشد چرا که فرآیند های تمیزکاری پیچیده، اغلب پر هزینه و حتی بدون کارآیی کافی می باشند. به هنگام انتخاب روش تمیزکاری می بایست، مواردی همچون نحوۀ نگهداری و فرآیند پس از تمیزکاری، در نظر گرفته شود.
به طور کلی تمیزکاری به دو روش تمیزکاری در داخل و تمیزکاری در خارج محفظه خلا، تقسیم می شود.
تمیزکاری داخل محفظه
زیرلایه می تواند در داخل محفظه لایه نشانی تمیزکاری نهایی شود. این نوع تمیزکاری جایگزین تمیزکاری خارج از محفظه نیست، بلکه برای از بین بردن آلودگی هایی است که ممکن است در داخل سیستم خلأ ایجاد شود(مانند لایه اکسیدی روی سطح) و یا در حین حمل به داخل محفظه خلا روی زیرلایه قرار گرفته باشد.
از جمله اين روش ها مي توان به روش هاي تخليه تابان، تميزكاري يوني و ليزري اشاره نمود.
تخلیه تابان[1]
تا پیش از ده سال گذشته، یکی از روش های معمول، روش تخلیه تابان بود که به عنوان یکی از مهم ترین روش های تمیزکاری در داخل محفظه خلا به شمار می رفت. در این روش، معمولاً تخلیه، بین دو الکترود آلومینیومی صورت می گیرد که نزدیک زیرلایه ها قرار دارند. ولتاژ تخلیه معمولا در بازه ای بین 500 تا 1000 ولت می باشد.
جریان تخلیه نیز به فشار، شکل الکترود و ولتاژ بستگی دارد و مقدار آن، معمولاً از 2/0 تا یک آمپر تغییر می کند.
براي انجام اين فرآيند، ابتدا دستگاه به خلأ بالا برده می شود و سپس با گاز آرگون (و یا گازهای دیگری مانند هلیوم، نئون)پر می شود تا به فشار تخلیه مطلوب برسد. در فشاری مناسب که با هندسۀ ویژۀ الکترودها تغییر می کند (معمولاً حدود 6/0میلی بار)، تخلیه تابان آغاز می شود.
به عبارتی دیگر گاز وارد شده، تحت ولتاژ بالای بین دو الکترود به شکل پلاسما می شود. در این حال، زیرلایه ها درمعرض پلاسما قرار می گیرند، بدون اینکه بخشی از مدار تخلیه تابان باشند. سطح زیرلایه در پلاسمای تخلیه تابان توسط الکترون ها، یون های مثبت، اتم ها و مولکول های فعال بمباران می شود. بمباران ذره ای و همچنین بازترکیب سطح یون ها با الکترون ها، انرژی را به زیرلایه منتقل می کند و منجر به تولید گرما می شود.
فرآیند ایجاد گرما به همراه بمباران الکترونی و یا یونی به خارج شدن آب جذب شده و برخی آلودگی های آلي[2] از روی سطح زیرلایه کمک می کند. زمان تمیزکاری 15-7 دقیقه است، که بستگی به ابعاد محفظه و طراحی داخلی آن دارد. پس از تمیزکاری باید مقدار خلأ به حالت فرا زیاد بازگردد.
تمیزکاری منبع یونی
تمیزکاری پلاسما هرچند در گذشته به عنوان یک روش تمیزکاری مناسب بکار می رفت، ولی بعضی از محدودیت های آن موجب شد که روش های جدید، جایگزین آن شوند. از جمله این محدودیت ها ، آن بود که فرآیند تمیزکاری پلاسما نیازمند فشار بالا بود که این فشار معمولاً با فشاری که برای لایه نشانی نیاز بود، سازگاری نداشت. همچنین در این روش، پلاسما در محدودۀ وسیعی پراکنده می شود که این موجب آزاد شدن گازها و آلودگی ها از دیواره محفظه خلأ می شد.
یکی از روش های جایگزین که امروزه در ساخت بسیاری از دستگاه های جدید لایه نشانی، مورد استفاده قرار گرفته است، روش پرتو یونی می باشد که علاوه بر تولید پلاسما در فشار پایین، پلاسمای جهت یافته و محدود به صورت پرتو یونی با امکان کنترل انرژی یون و چگالی جریان، تولید می کند. با این روش عمل تمیزکاری تنها به سطح زیرلایه محدود می شود.
منبع یونی شامل یک فیلامان است، که توسط جریان مستقیم(و یا متناوب) گرم می شود. فیلامان، گاز وارد شده به داخل محفظه را یونیزه می کند و به یون ها و الکترون ها تبدیل می کند. یون ها و الکترون های تولید شده توسط ولتاژ بالایی که به آن ها اعمال می شود، به سمت زیرلایه شتاب می گیرند.
در فناوری لایه نازک، چشمه یونی علاوه بر تمیزکاری سطوح به عنوان یک فرایند کمکی در لایه نشانی های تبخیری به کار می رود. شکل زیر کاربردهای چشمه یونی را در فناوری لایه نازک نشان می دهد.
شکل : کاربردهای چشمه یونی درفناوری لایه نازک ـ فرآیند کمک کنندۀ پرتو یونی (الف)، کندوپاش(ب)، زدایش یونی(ج)
از دیگر روش های تمیزکاری داخل سیستم، تمیزکاری لیزری است، در این روش در داخل محفظه خلا از پالس های خیلی کوتاه لیزر با توان بالا برای گرم کردن و بخار کردن آلودگی های سطحی استفاده می شود. معمولاً برای تمیز کردن سطوح اکسیدی از لیزرهای UV مانند لیزر فلورید کریپتون استفاده می شود. زیرا تشعشع UV به راحتی توسط اکسید جذب می شود.
توجه به اين نكته ضروري است كه اجتناب از آلوده سازی سطح بیش از تمیزکاری آن ضرورت دارد. بدين جهت معمولاً لایه نشانی در مکانی به نام اتاق تمیز انجام می شود که درجه تمیزی به نوع لایه نشانی و کیفیت مورد نظر بستگی دارد. انتخاب مناسب ترین فرآیند تمیزکاری بستگی زیادی به طبیعت ناخالصی دارد که باید حذف گردد.