JP4331294B2 - 物理的蒸着プロセスにおける作業雰囲気を高純度化するためのゲッタシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理的蒸着プロセスにおける作業雰囲気を高純度化するためのゲッタシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属若しくはセラミックの薄膜を適当な蒸気若しくはプラズマから形成する付着プロセスは、産業界で益々広範に使用されてきており、そして英語名では「Physical Vapor Deposition」、短縮して「PVD」と一般に呼ばれている。これらプロセスは、例えば、集積回路を得るために、多数の層を付着しそして後選択的に除去するための半導体分野で、或いはアルミニウムの反射層を形成するためのコンパク・ディスク分野において使用されている。
【０００３】
これらすべてのプロセスにおいて、使用されるガスに対しては高い純度が必要とされる。特に、半導体の製造においては、プロセスガスにおける不純物は、電子デバイスにおける微少欠陥をもたらし、そしてデバイスの寸法が小さくなるほど、そうしたデバイスへの動作にこれら欠陥の影響は大きくなる。これらデバイスの平均寸法の減縮への絶えざる要求のために、廃棄％を減じるためにはなお一層高純度のプロセスガスを使用することが必要である。
【０００４】
PVDプロセスにおいてその上流で気体を精製するための従来からのポンプと組み合わせてゲッタ材料の使用は、今では、斯界での一般的な実施態様となっている。しかし、製造ラインへの導入気体の純度コントロールは、作業室の壁や他の部品を構成する材料の脱ガスから生じる不純物が作業雰囲気に侵入する恐れがあるため十分ではない。特に、アルミニウムやチタンの窒化物層の付着のような幾つかのプロセスは汚染を生じる危険がある。これら付着物は、スパッタリングと呼ばれる技術により作成され、ここでは、付着されるべき材料を構成する「ターゲット」の平坦な表面が適当な電界により加速された重原子イオン（一般にAr⁺ イオン）衝突により侵食され、ターゲット表面から除去された粒子が一般にターゲット表面に平行に配列して、半導体材料基板上に薄層の形態で付着される。ターゲット中の気体、例えば材料の製造中材料の組織に機械的に含まれた気体がスパッタリング工程中放出され、従って作業帯域において高濃度の不純物をもたらす。不純物のうち、もっとも一般的なものは、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂及びＣＨ₄であり、そしてそれらの濃度は各プロセスの特定条件に依存して約１〜１００ｐｐｍの範囲である。
【０００５】
特許公開公報ＷＯ９６／１３６２０、ＷＯ９６／１７１７１、ＥＰ６９３６２６及びＷＯ９７／１７５４２は、PVD室内部に配列されたゲッタポンプを使用しての気体精製について言及している。これらは、室内で作業帯域から遠く離れた部位において配列されるゲッタポンプを開示する。これらポンプを作業帯域現場で使用することにより得られる主たる利点は、例えばメンテナンス作業のための室の開放後毎に不純物の水準を所定値以下に持ち来すに必要な時間であるデッドタイムを短縮できることである。
【０００６】
しかしながら、これらシステムは、ＰＶＤ作業中の作業帯域における不純物による問題を全然若しくは部分的にしか解決しない。何故なら、この作業帯域は、ターゲット材料が例えば挿入口、室を気体管路に接続する開口等の、室の所望されざる部分に付着するのを防止するように作用するスクリーンにより分画されているからである。これらスクリーンは、室の作業帯域と残りの部分との間での気体導通を大幅に減じる副次的作用を有しており、従ってプロセス室内部に２つの異なった気体雰囲気を創出し、そのため上述した作業帯域現場でのゲッタポンプによる作業帯域での不純物の収着は無視しうるほどにしか起こらない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、ＰＶＤプロセス中作業雰囲気を有効に高純度化しそしてこれらプロセスによる基板上に付着される層の汚染を防止する問題は未だ解決されていない。
本発明の課題は、物理的蒸着プロセスにおける作業帯域での気体雰囲気を高純度化するためのゲッタシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に従えば、物理的蒸着のためのプロセス室の作業帯域内部に挿入される１つ以上の、実質上平面状のゲッタ装置から形成されるゲッタシステムにより実現される。この場合、ゲッタ装置は、前記作業帯域を分画するスクリーンに対して実質上平行でありそして該スクリーンから離間されそして該ゲッタ装置とスクリーンとの間のスペースは前記作業帯域に連通され、そして前記ゲッタ装置は少なくとも前記スクリーンに面する表面がゲッタ材料から構成されるように配列されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、集積型デバイスの製造のためのプロセス室が概略的に示されている。室１０は、周囲雰囲気から隔離されたスペース１２を構成するハウジング１１から形成される。室は、その排気のための真空系統１３と接続されまたプロセスガス供給のための少なくとも一つの供給管路１４を装備している。室１０の内部には、一般に円盤乃至短い円筒状の形態を有しそして薄層として付着されるべき材料１６から成るターゲット１５、材料１６の薄層を付着されるべき半導体材料（一般にシリコン）から成る基板１９のためのハウジング１８を支持する支持体１７、そしてスクリーン２０、２０’・・・（図面では２つのみ示す）が存在する。スクリーン２０、２０’・・・は、スペース１２を２つの帯域２１及び２２に分画する。帯域２１は作業帯域でありそして帯域２２は内部に電気接続部や気体導入管路のような、ＰＶＤプロセス補助構造物を装備している。帯域２１及び２２は、スクリーンの縁片における小さな導通路２３を通しのみ互いに導通している。以上説明した概略形態に広く様々の変更例が存在する。例えば、作業帯域２１は、方形、矩形、円形、その任意の断面形態をとりうるし、また一般にスクリーンは実質上平面上でありそして作業帯域に所望の形態を構成するのに最も適した形態である多角形配列でもって挿入される。ターゲット１５は、基板１９上に付着されるべき材料１６の前駆体でありうるし、また室を開放する必要なく異なった材料の層の順次しての付着を可能ならしめるために幾つかの場合使用される複数ターゲット系の一部であり得る。支持体１７は、基板１９を作業位置まで持ち来すために垂直方向に昇降しうるし、同時にハウジング１８は一般に、良好な均質性を有する薄層を得るのに最適の温度に基板１９を維持するために加熱される。この温度は、材料１６に依存するが、一般に約１００〜５００℃の範囲である。
【００１０】
既知技術のゲッタポンプは、室１０内部の様々の位置に、いずれにせよ常に帯域２２内に配列され、従ってそれらは、帯域２１と２２との間に小さな導通路しか存在しないため、作業帯域２１の気体雰囲気からは実際上隔離されていた。
他方、本発明に従えば、ゲッタシステムは作業帯域２１内部に配列される、即ちこの帯域内部の不純物を収着するのに有効な位置にある。
【００１１】
詳しくは、本発明に従うゲッタシステムは、実質上平面上のゲッタ装置から形成され、これらはスクリーンに対して平行となるようスクリーンに止着される。この場合、スクリーンとゲッタ装置との間には、スペースが存在し、そしてこうしたスペースは作業帯域に連通している。更に、ゲッタ装置は、少なくともスクリーンに面する表面がゲッタ材料から構成されるようにスクリーンに止着されねばならない。
【００１２】
図２は、ＰＶＤプロセス室内での本発明のゲッタシステムの配列状態を概略的に示す。ゲッタシステム２４は、スクリーン２０、２０’・・・に対して実質上平行でありそしてこれらゲッタシステムと２４とスクリーン２０、２０’・・・との間にスペース２５を形成する。ゲッタシステム２４は、ゲッタ装置２６、２６’・・・から形成される。図面は、ゲッタ装置２６、２６’・・・をスクリーン２０、２０’・・・に止着するための手段を示していない。これは、そうした手段は以下に述べる通り使用されるゲッタ装置の特定の形式に依存して異なるからである。ゲッタシステム２４は、作業帯域２１に面する表面２７とスクリーン２０、２０’・・・に面する表面２８を有し、そして少なくとも表面２８はゲッタ材料２９から形成されねばならない。ゲッタシステム２４は、作業帯域周囲に３６０度より小さな角度で取り巻くよう配置しうるが、好ましくは作業帯域全体を包囲し、それによりゲッタ材料の使用面積を増大しそして不純物収着効率を増大する。既に述べたように、作業帯域の形態が如何ようであれ、一般に、スクリーンは、実質上平面状であり、同じくゲッタ装置２６、２６’・・・も平面状であり、本発明に従うゲッタシステムを構成する。ゲッタシステムが作業帯域周囲に３６０度より小さな角度で取り巻くよう配置される場合には、ゲッタシステムは単一のゲッタ装置から構成することができる。しかし、既に述べたように、ゲッタシステムは好ましくは作業帯域全体を３６０度取り巻いて配置され、この場合には複数のゲッタ装置から形成され、そして一般にスクリーンと少なくとも同数のゲッタ装置から形成される。
【００１３】
スペース２５は、帯域２１に連通されねばならない。スペース２５と帯域２１との間の連通状態は、多くの態様で実現でき、例えば表面２７が連続している場合には、図２に示すように帯域３０、３０’において帯域２１とスぺース２５との間に導通路が存在する。しかし、所要の条件は好ましくは、表面２７が不連続であるように成形された若しくは配列されたゲッタ装置を使用して実現される。特には、作業帯域２１から不純物を除去する最適の効率は表面２７が実効的である、即ちゲッタ装置すべてに対しての、作業帯域に２１に面する表面積の合計（有効面積）が連続したゲッタシステムに対して利用しうる表面の７０〜９９％、好ましくは８０〜９５％の割合であるときに得られることが判明した。表面２７の不連続部は、ゲッタ装置２６、２６’における貫通穴の形態でありうるしまた隣り合うゲッタ装置の間の間隙スペースの形態をとりうる。これら具体例の両方が図面に不連続部３１、３１’・・・として示されている。両方の場合に、不連続部は、定形でも不定形でもよく、また利用しうる表面に規則的にでもまた不規則的にでも配列されうる。例えば、単一ゲッタ装置の表面における穴の場合、それらは、方形、円形若しくは不規則な形状をとりうるしそしてゲッタ装置の表面にネットワーク状に若しくは無秩序に配列されうる。隣り合うゲッタ装置間の間隙の場合、不連続部の形状及び配列は、ゲッタ装置２６、２６’が利用表面に一定に配列されているかどうかに依存する。一般に、単一のゲッタ装置においてまた隣り合うゲッタ装置間で一定した形状及び配列が、ゲッタシステムの製造の自動化に一層適しそしてシステム２４に対して有効面積と利用可能な面積との間の比率の上述した条件のコントロールを一層容易ならしめる点で好ましい。単一ゲッタ装置が穴を有しそして隣り合うゲッタ装置が互いに離間している混合形態の採用もまた可能であることは云うまでもない。
【００１４】
ゲッタシステム２４とスクリーン２０、２０’・・・との間の距離は、主に、帯域２１の全体寸法と隣り合うゲッタ装置間の間隔及び/又はゲッタ装置における穴の寸法に依存する。一般に、ゲッタシステムとスクリーンとの間隔は、１ｍｍ〜５ｃｍの範囲である。この範囲内で、その距離は、小さな寸法のＰＶＤ室においては、ゲッタシステムが作業帯域において起こるプロセスに悪影響を及ぼすのを防止するために一般に小さくされる。更に、この間隔は、ゲッタ装置間の間隔及び／又はゲッタ装置における穴の寸法増大に伴い増大する。
【００１５】
広く様々のゲッタ材料が、ゲッタ装置２６、２６’・・・を製造するのに使用することができる。その例として、Zr、Ti、Nb、Ta、Vのような金属、これら金属間の合金、或いはこれら金属とCr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Y、La及び希土類元素から選択される１種以上の元素との合金、例えば2元合金Ti-V、Zr-V、Zr-Fe若しくはZr-Ni等、３元合金Zr-Mn-Fe、Zr-V-Fe等、或いは上述した金属と合金との混合物を挙げることができる。最も一般的に使用されるゲッタ材料は、本件出願人により「Ｓｔ１０１」の商品名で製造販売されているZr８４％-Al１６％の重量組成を有する合金、本件出願人により「Ｓｔ７０７」の商品名で製造販売されているZr７０％-Ｖ２４．６％-Fe５．４%の重量組成を有する合金或いはこれら合金とZr乃至Ti機械的混合物である。これら混合物は、特にパーティクル損失に関してそれらの良好な機械的性質により好ましい。
【００１６】
ゲッタ装置２６、２６’・・・は、粉末の焼結により得られるゲッタ材料単独から作製された塊体であり得るしまた金属支持体上に様々の技術でゲッタ材料を付着して構成されうる。
【００１７】
粉末からの焼結体の製造は、粉末冶金分野では良く知られており、そして一般に粉末を適当な型内で圧縮しそして粉末粒の表面の部分溶融が得られるまで凝集粉末を加熱する段階を包含する。例えば高い気孔率のような特定の特性を有する焼結体を得るために、多くの改良方法が、例えば、本件出願人に係わる米国特許第５３２４１７２号及び欧州特許出願EP-A-７１９６０９号にまた欧州特許出願EP-A-７６５０１２号に開示されている。図３及び４はこの型式のゲッタ装置を示す。
【００１８】
図３のゲッタ装置３５は、矩形状でありそして装置をスクリーンに対して所望の距離に止着するためネジ及びボルトのような部材のために設けられた貫通穴３６、３６’を両端に有している。ゲッタ装置を保持するためのフレームとスクリーンに止着可能な適当なスペーサを一体的に具備する金属部材のようなゲッタ装置をスクリーンに止着するための他の手段を使用することもまた可能である。
図４のゲッタ装置４０は、実質上方形でありそして既に述べた通り作業帯域２１とスペース２５との間の容易な連通を可能ならしめる一群の貫通穴３１、３１’・・・を有する。ＰＶＤプロセス中、帯域２１に面する表面は基板１９上に薄層として付着されるべき材料１６により被覆され、他方表面２８は不純物を収着するべく活性である。
【００１９】
厚さより格段に大きな側面寸法を有する平面状の焼結体は製造が複雑でありそして低い機械的強度しか有しないから、本発明のゲッタシステムに対してこれらゲッタ焼結体を使用する場合には、前者は、好ましくは、各止着されるべきスクリーンよりかなり小さな表面を有する比較的多数のゲッタ装置から形成される。この種の配列が図５に示され、タイプ３５のゲッタ装置２６、２６’２６”・・・を多数止着したスクリーンの一部を示している。ゲッタ装置２６、２６’、２６”・・・スペーサとしても機能する適当な取付部材３７、３７’を介してスクリーンに止着される。
【００２０】
ゲッタ装置２６、２６’、２６”・・・は、金属支持体上に付着されたゲッタ材料から作製することができる。この型式の装置は、様々の技術に従って製造することができる。第１の方法は、粉末冶金の分野で周知の技術に従って金属支持体上にゲッタ材料粉末の冷間積層である。また別の方法は、適当な溶剤に配合したゲッタ粒子の懸濁液を高温に維持された金属支持体上にスプレイすることである。この技術の詳細については、ＰＣＴ特許出願公報WO９５/２３４２５号を参照されたい。更に、金属支持体は電気泳動技術によりゲッタ材料粒子により被覆されうる。この技術の詳細については、米国特許第５２４２５５９号を参照されたい。最後に、金属支持体上へのゲッタ材料の粉末の付着は、ＰＣＴ特許出願公報WO９８/０３９８７号に開示されるようなスクリーン印刷技術によっても得ることができる。
【００２１】
支持体は、ゲッタ材料の賦活のために必要とされる約６００℃の温度に耐えることができる任意の金属、好ましくはＰＶＤプロセス中で時として使用される磁場との干渉を回避するために強磁性でない金属を使用することができる。鋼若しくはニッケルークロム合金の使用が好ましい。支持体の厚さは広い範囲内で変更することができ、一般に０．１〜１mmの範囲である。機械的安定性の点から、支持体の厚さは好ましくはゲッタ装置側部寸法の増加に伴い増大する。ゲッタ装置２６におけるゲッタ材料付着物２９の厚さは広い範囲内で変更することができるが、製造の便宜さや付着物の機械的安定性の観点から、この厚さは一般に約２０〜５００μｍの範囲である。
この場合、ゲッタ装置はスクリーン上にゲッタ材料の表面がスクリーンに面するようにスクリーンに取付られる。ゲッタシステムが焼結体から形成される上述した場合と違って、ゲッタ装置がゲッタ材料を金属支持体上に付着することによって得られる場合には、システムは好ましくは比較的少数のそうした装置から形成され、その場合、各々は各スクリーンに１つの、せいぜい２つのそうした装置が止着されるよう止着するスクリーンと同様の表面を有するものとされる。比較的大きな表面を有するこの型式の装置の製造は、容易であり、そしてゲッタ装置の製造に際してまたそれらをスクリーンに止着するに際して時間及びコストを節減する。
【００２２】
図６は、ゲッタ材料を金属支持体の上に付着することにより得られるゲッタ装置の具体例を示す。装置６０は、ゲッタ材料２９を付着した表面６２を有する実質上平面状の金属製支持体６１から形成される（図面はゲッタ材料の部分被覆状態のみを示す）。装置は、多数の穴３１、３１’・・・を具備する。支持体６１は好ましくは、装置とそれを止着したスクリーンとの間のスペーサとして機能する図面に示される折り曲げ縁片６３、６３’乃至類の部材のような変形部を有する。既に述べたように、穴３１、３１’、・・・定形でもよいし、そうでなくとも良く、一定のネットワークとしてまたそうでない状態で、支持体６１に配列されうる。最初の方式が製造の自動化を容易ならしめるために好ましい。
本発明に従うシステムの部分であるＰＶＤしつのスクリーンとゲッタ装置を組み立てる別の具体例が図７に示される。図７は、型式６０の単一の装置２６を止着したスクリーン２０を示す。ゲッタ装置２６は、装置の縁辺６３において、ネジのような適当な機械的取付手段を介して或いはスポット溶接部７０、７０’を介して止着されうる。
【００２３】
ゲッタ装置は、その動作のためには、一般に、少なくとも３００℃の温度において様々の手段を使用しての加熱による賦活を必要とする。この操作は、例えば壁を脱ガスしそして一層良好な真空結果を得るため室全体の加熱といった室作業の予備段階中行うことができる。別様には、ゲッタ装置の賦活は、一般に各付着段階の前に汚染されているターゲット１５の表面のクリーニングためおこなわれる、使い捨て基板上への材料の付着作業中に得られる。これら作業は、一般に、ゲッタ賦活に十分の室の加熱をもたらす。
【００２４】
本発明のゲッタシステムにより、付着されるべき材料１６がチタンである場合にまた別の利益が得られる。薄膜として付着されたチタンはゲッタ材料として周知である。物理的蒸着のため室内でのチタンの付着中、一部のチタンは、スクリーンを含め作業帯域の壁上にも付着される。特に、この薄い層が作業雰囲気内で水素を収着し、そしてこの収着により薄膜形態で付着している表面上で最初膨張しそして剥離する。これらは処理されている基板に達する危険があり、従ってその品質を悪化しそしてスクラップ発生率を増大させる。ところが、本発明のゲッタシステムにより、水素がゲッタ材料にうまく収着され、かくして物理的蒸着のための共通室内で起こった上記欠点を克服する。
【００２５】
【発明の効果】
ＰＶＤプロセス中スクリーンにより分隔された作業雰囲気を有効に高純度化しそしてこれらプロセスによる基板上に付着される層の汚染を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】物理的蒸着のためのプロセス室の概略図である。
【図２】図１のプロセス室内部でのゲッタシステム配置状況を示す概略図である。
【図３】本発明のゲッタシステムにおいて使用できるゲッタ装置の具体例を示す。
【図４】本発明のゲッタシステムにおいて使用できるゲッタ装置の具体例を示す。
【図５】図３のゲッタ装置から構成されたゲッタシステムの具体例を示す。
【図６】本発明のゲッタシステムにおいて使用できるゲッタ装置のまた別の具体例を示す。
【図７】図６のゲッタ装置から構成された本発明のゲッタシステムの別の具体例を示す。
【符号の説明】
１０ プロセス室
１１ ハウジング
１２ スペース
１３ 真空系統
１４ プロセスガス供給管路
１５ ターゲット
１６ 付着材料
１７ 支持体
１８ 基板ハウジング
１９ 基板
２０、２０’ スクリーン
２１ 作業帯域
２２ 残りの帯域
２３ 導通路
２４ ゲッタシステム
２５ ゲッタシステムとスクリーンとの間のスペース
２６、２６’ ゲッタ装置
２７ 作業帯域に面する表面
２８ スクリーンに面する表面
２９ ゲッタ材料
３０、３０’ 導通路帯域
３１、３１’ 不連続部
３５、４０ ゲッタ装置（体）
３６、３６’ 貫通穴
２７、３７’ 取付部材
６０ ゲッタ装置
６１ 金属製支持体
６２ ゲッタ材料付着表面
６３ 折り曲げ縁片
７０、７０’ スポット溶接部

Claims (10)

1. 物理的蒸着プロセスにおける作業帯域（２１）の気体雰囲気を精製するためのゲッタシステム（２４）にして、前記作業帯域に挿入される一つ乃至複数の実質上平面状のゲッタ装置（２６、２６’・・・；３５；４５；６０）から形成され、その場合該ゲッタ装置は前記作業帯域を画定するスクリーン（２０、２０’・・・）に対して実質上平行でありかつ離間されそして前記ゲッタ装置とスクリーンとの間のスペース（２５）が該作業帯域に連通されるように配列され、該ゲッタ装置は少なくともスクリーンに面する表面（２８）がゲッタ材料（２９）から作製されていることを特徴とするゲッタシステム。
2. ゲッタ装置の作業帯域に面する表面（２７）の有効面積率が利用可能な表面の７０〜９９％の範囲である請求項１に従うゲッタシステム。
3. 前記有効面積率が作業帯域内でゲッタ装置を互いに接触しないように配列することにより得られる請求項２に従うゲッタシステム。
4. ゲッタ材料が金属Zr、Ti、Nb、Ta、V、これら金属間の合金、或いはこれら金属とCr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Y、La及び希土類元素から選択される１種以上の元素との合金、並びに前記金属及び前記合金の混合物のうちから選択される請求項１に従うゲッタシステム。
5. ゲッタ装置がゲッタ材料（３５、４０）のみのゲッタ体から成り、ゲッタ体が粉末焼結により得られる請求項１に従うゲッタシステム。
6. ゲッタ装置が６００℃までの熱処理に耐えることのできる金属製支持体（６１）上のゲッタ材料付着物から形成される請求項１に従うゲッタシステム。
7. ゲッタ材料が金属支持体上に冷間積層により付着される請求項６に従うゲッタシステム。
8. ゲッタ材料が金属支持体上にスプレイ技術により付着される請求項６に従うゲッタシステム。
9. ゲッタ材料が金属支持体上に電気泳動技術により付着される請求項６に従うゲッタシステム。
10. ゲッタ材料が金属支持体上にスクリーン印刷技術により付着される請求項６に従うゲッタシステム。

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