KR100302178B1 - 게터펌프및반도체공정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 게터 펌프 모듈은, 축방향으로 구멍을 가지고 있는 다수의 게터 디스크, 게터 디스크를 가열하고 지지하기 위해서 구멍을 통하여 뻗어있는 가열요소를 포함한다. 이 게터 디스크는, 가열요소와 맞물리는 티타늄 허브를 가지고 있는 고형질의 다공성, 소결된 게터 디스크가 선호된다. 열 차단 실드는, 챔버내에 열원과 흡열부로 부터 게터 디스크를 차단하고 게터 디스크의 빠른 재생을 돕기 위해서 제공된다. 본 발명에 따른 실시예에서, 열 차단 실드는 고정될 수도 있고 움직일 수도 있다. 한 실시예에서, 외부 가열 소자로부터 게터 물질에 열에너지를 반사하고 펌핑 속도를 증대시키기 위해서 초점 실드가 제공된다. 본 발명은 게터 물질의 사용을 향상시키기 위해서 게터 요소 회전자를 제공한다.

Description

게터 펌프 및 반도체 공정장치.
10-7- 10-12Torr 정도의 아주 높은 진공도를 필요로 하는 많은 공정이 있다. 예를 들어, 사이클로트론과 선형 가속기와 같은 고진공 물리 장치는 10-8- 10-12Torr의 진공도를 요구한다. 또 반도체 제조업체에서, 약 10-7- 10-9Torr의 높은 진공상태를 필요로 하는 반도체 공정 장치가 종종 요구된다.
챔버내에 고진공을 만들기 위하여, 여러 개의 펌프가 직렬로, 또는 병렬로 사용된다. 기계식(예; 오일) 펌프는 챔버 내의 압력을 약 30-50 밀리토르(millitorr)로 낮추기 위해서 자주 사용된다. 이것은, 단지 비교적 고압의 기체만 펌프 작용에 의해 배출하기 때문에 "고압" 펌프로 불린다. 또한, 분자 펌프, 크라이오 펌프, 터어보 펌프 등과 같은 고진공 펌프는, 압력을 약 10-7- 10-9Torr 정도로 감소시키기 위해 사용된다. 이것은 저압기체에 펌프 작용을 가하기 때문에 "저압" 펌프로 불려진다. 특정 챔버에 대한 펌프-다운 시간은, 챔버의 크기,펌프의 용량, 챔버에서 펌프까지 전도력 및 필요한 최종 압력과 같은 요인에 따라 몇 분에서 몇 시간 또는 며칠까지 걸릴 수 있다.
초고진공을 만들기 위해서, 전술한 기계식, 분자 및 크라이오펌프와 함께 게터 펌프가 사용되어 왔다. 게터 펌프는, 어떤 활성 기체에 대해 친화성을 가지는 금속이나 합금으로 이루어진 게터 물질을 포함한다. 예를 들면, 게터 물질의 조성 및 온도에 따라, 수증기와 수소 등의 특정 활성 기체를 선택적으로 펌프로 배출하도록 게터 펌프는 만들어진다.
예로, 이태리 밀라노의 SAES Getters, S.p.A.에 의해 제시된 게터 펌프는 스테인레스 강 컨테이너 내에 게터 물질을 포함한다. 게터 펌프는, 펌프작용을 받는 기체의 종류, 게터 조성 등에 따라 실온에서 약 450℃까지의 범위에서 작동할 수 있다. 종래 SAES 게터 펌프에 대해 선호되는 게터 물질은 St 707로 Zr-V-Fe 합금이고 이태리 밀라노의 SAES Getters, S.p.A.에 의해 생산된다. St 101TM게터 합금 또한 상기 회사에서 생산되며 Zr-Al 의 합금이다. 종래 게터 펌프중 일부는, 그것들이 고진공 물리 장치내에 배치되므로 소요 위치 펌프로 간주될 수 있다.
현재 사용되는 게터 펌프는, 상기 St 707 및 St 101TM게터 합금과 같은 분말 게터 물질을 도포한 금속 리본으로 이루어진 게터 장치를 적용한다. 도포된 리본은, 필요한 기체의 흡착을 증가시키고 도포된 리본이 차지한 부피에 대한 노출된 표면적의 비율을 증가시키기 위해서 콘서티나(concertina) 형태로 주름이 잡힌다.이 펌프는 SAES Getters, S.p.A,에 의해 제작되고 SORB-ACⓡ이라는 상표명으로 시판된다. 또 최근에는 게터 물질 분말을 도포한 원반형 기판을 이용한 형태도 사용된다. 도포된 기판을 사용하는 형태는, 수착에 필요한 게터 물질의 총량이 게터 장치 기판의 표면적으로 제한된다는 단점이 있다.
반도체 공정 장비에 게터 펌프를 사용할 수 있다는 것이 제안되어 왔다. 예로 초청정 기술(Ultra Clean Technology) 1(1):49-57(1990)에서 발표된, Briesacher 등에 의한 "반도체 공정 장비를 위한 비증발성 게터 펌프"라는 발명에서, 반도체 공정 중에 사용된 기체를 정화하기 위해 게터를 사용하는 방법은, 불순물에 대한 선택적 펌프 작용 및 소요 위치 정화를 위해 비증발성 게터 펌프를 이용할 수도 있다고 제안하였다.
상기 Briesacher의 발명은, 반도체 공정 장비의 일종인 스퍼터링(sputtering) 시스템에서 게터 펌프를 사용하는 두 가지 가능한 작동 방법이 있음을 보여준다. 첫 번째 방법은, 시스템의 종래 펌프(예; 기계식 및 크라이오 펌프)와 병행하여 작동하도록 이 시스템에 게터 펌프를 추가하는 것이다. 이 방법에서, 시스템의 작동은 바뀌지 않고, 게터 펌프는 챔버내에 잔류 기체의 특정 성분의 부분 기압을 낮추는 보조 펌프로서 사용된다. 두 번째 방법은, 챔버를 3×10-3~6×10-3Torr의 압력으로 채우고, 아르곤이 챔버로 흐르는 것을 멈추게 하고 챔버를 밀폐한다. 게터 펌프는 아르곤을 위한 "소요 위치"정화 장치로서 역할을 한다. 그러나, 아래에 설명되는 것처럼, 활성 물질이 공정 챔버 공간 내에 있지 않기 때문에 펌프는 사실상 "소요 위치" 펌프가 아니다.
일반적인 스퍼터링 장치에서, 불활성 기체(보통 아르곤)는 펌프 작용으로 챔버로 주입되고 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마 하에서 음(-) 전하를 띤 타겟을 향하여 양(+) 전하를 띠고 있는 마르곤 이온은 가속되고 충돌함으로써, 타겟물질을 떨어져 나오게 한 후, 이 물질은 이동하여 웨이퍼 표면에 정착된다. 필요한 가공 기체는 게터 펌프에 의해 펌프 작용을 받지 않는 불활성 기체이므로 게터 펌프는 스퍼터링 시스템과 함께 사용하기에 적합하다. 그리하여 게터 펌프는, 스퍼터링 공정에 필요한 불활성 기체의 흐름에 영향을 주지 않으면서 스퍼터링 챔버에서 불순 기체를 제거할 수 있다.
Briesacher의 참고문은, 반도체 공정 장비에서 비증발성 게터 펌프를 사용하는 실용성에 대한 이론적 분석이다. 따라서, 이 이론의 실제 응용 및 적용은 거의 공개되어 있지 않다. 또한, Briesacher는 게터 펌프 작동 방법을 설명하기 위해서 "소요 위치"라는 용어를 사용하는데, 게터 펌프는 챔버의 바깥쪽에 있고, 챔버가 밀폐되고 아르곤이 챔버로 전혀 흐르지 않을 때 게터 펌프 내의 부피는 챔버 부피와 연결되는 것으로 간주할 수 있다는 점에서 단지 "소요 위치"로 고려할 수 있다. Briesacher가 발표한 분석에 따르면, 게터성능을 저하시키고 추가 재생을 요구하는 대기 노출로부터 게터를 보호하기 위해서 주챔버와 게터 격납 용기 사이에 밸브가 배치되어야 한다. 이런 보호는 Briesacher 참고문에서 설명한 스트립(strip) 형태의 게터에는 필수적이다. Briesacher에 의해 설명된 게터는, 챔버와 펌프 사이에 전도력을 상당히 제한하는, 제한된 드로우트(throat)를 통하여 챔버 공간과 연결된 영역 내에 게터 펌프 표면이 있다는 점에서 사실상 "소요 위치" 펌프가 아니다. "전도력"은 유체가 공정 챔버에서 다른 펌프 챔버로 흐르는 용이도를 나타낸다. 전도력은, 크라이오펌프의 드로우트 단면적인, 두 챔버 사이의 개구 크기에 의해 제한된다.
본 발명은 초고진공 시스템에 관련되며, 특히 반도체 공정 장치에서 사용되는 소요 위치 게터 펌프(in situ getter pump)에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 소요 위치 게터 펌프 모듈을 포함하는, 반도체 공정 장치를 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 다수의 게터 요소 및 열 분리 실드를 나타낸 투시도.
도 3 은 도 2 의 게터 요소의 정면도.
도 4A 는 도 3 의 4A-4A선을 따라 자른 단일 게터 요소를 나타낸 단면도.
도 4B 는 도 3 의 4A-4A선을 따라서 본 세 개의 인접한 게터 요소를 나타낸단면도.
도 5 는 게터 요소 사이의 거리 함수로서 본 발명에 따른 두 개의 인접한 게터 요소와 한 분자 사이의 충돌 횟수를 나타낸 도면.
도 6A는 인접한 평행한 게터 요소에 대한 치수 매개변수를 나타낸 도면.
도 6B 는 아치형인 인접한 게터 요소의 치수 매개 변수를 나타낸 도면.
도 7 은 인접한 게터 요소 사이의 거리 "d"와 펌프 속도 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 8 은 인접한 게터 요소가 반대 방향으로 기울어져 배치된, 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면.
도 9 는 인접한 게터 요소의 마주보는 면들이 평행하지 않은, 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 10 은 일련의 게터 요소가 스퍼터링 플래터 원주 둘레에 일부 배치된, 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 11 은 별 모양을 이루는 일련의 게터 요소가 회전 지지 요소에서 유지되는, 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면.
도 12 는 게터 요소가 열 분리 실드 내부에 있는, 도 11 에 나타낸 실시예의 측면도.
도 13 은 게터 요소가 열 분리 실드 내부에 있는, 도 2 에 나타낸 실시예의 측면도.
도 14A는 게터 요소가 차단된 닫힌 구조를 나타낸 도면.
도 14B 는 게터 요소가 주변환경에 노출된 열린 구조를 나타낸 도면.
도 15 는 기체 공급원을 나타낸, 도 14A 와 14B 의 실시예의 일부 절단된 도면.
도 16 은 초점 실드를 포함한 게터 펌프를 나타낸 도면.
도 17 은 L 형 열 분리 실드를 포함하는, 도 16 에 나타낸 실시예의 절단된도면.
* 부호설명
100....반도체 공정 장치 102....웨이퍼 공정 챔버
103....내벽 104....외부 펌프
105....도관 106....스퍼터링 단
108....척 110, 124, 132....지지체
112, 112'....열 램프 118, 126.... 열차단 실드
120, 128....열 반사 내벽 122, 130.... 게터 조립체
134, 134', 136, 136'....가열기
본 발명은, 반도체 공정 챔버의 소요 위치 펌프 작용에 적합한 개선된 게터 펌프 모듈과 장치를 제공한다.
제 1 실시예에서, 본 발명은 다수의 게터 요소를 가지는 게터 펌프, 게터 요소를 통하여 뻗어있는 개구를 가지는 다공성 소결 게터 물질로 이루어진 게터 요소및 이 개구를 통하여 뻗어있는 지지 요소를 포함한다. 티타늄 또는 그 외 금속 허브는, 게터 요소를 기계적으로 지지하고 가열 요소 및 게터 요소 사이의 열 전달을 향상시키기 위해서 게터 요소의 개구에 제공된다. 원반형 게터 요소는, 게터 요소나 다른 장치와 반도체 공정 챔버 내의 표면 사이에서 열적으로 차단하는 게터 요소 재생 공정을 돕는 실드(shield)에 의해 부분적으로 둘러싸여져 있다.
선호되는 실시예에서, 게터 물질을 가열하기 위해서 복사 가열기가 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명은 인접한 게터 요소의 면들이 평행하지 않고, 게터요소들은 가열 요소가 뻗어있는 개구를 가지는 게터 펌프를 포함한다. 선호되는 실시예에서, 개구는 축을 정의하고 게터 요소는 축과 직각이 아닌 각도로 배치된다. 다른 실시예에서, 개구는 축과 거의 직각을 이루지만 인접한 게터 요소의 면들은 서로 서로에 대해 각을 이루며 경사져 있고, 동일한 각도로 반대 방향으로 기울어져 있는 것이 선호된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 공정 챔버로 이루어진 반도체 공정장치, 개구를 각각 가지며 상기 개구로 뻗어있는 다수의 게터 요소를 포함하는 소요 위치 게터 펌프 및 개구를 통하여 뻗어있는 지지 요소를 포함한다. 게터 펌프는, 무한 공간에서 다수의 게터 요소들의 이론적 펌핑 속도에 대해 적어도 75%의 공정 챔버에 대한 실제 펌핑 속도를 가진다.
본 발명은 다음 단계로 이루어진 웨이퍼 가공 방법을 포함한다.
(a) 공정 챔버 내에 웨이퍼를 둔다. 이 챔버는, 웨이퍼 공정 챔버내에 놓인 약 75% 이상의 전도력을 가지는 소요 위치 게터 펌프를 포함하고, 이 소요 위치 게터 펌프는 다수의 게터 요소를 포함한다;
(b) 챔버를 밀폐한다:
(c) 불활성 기체는 챔버 내로 흐르며, 외부 저압 펌프 및 소요 위치 게터 펌프는 동시에 펌프 작용을 챔버에 가한다. 상기 저압 펌프는 챔버에서 불활성 기체를 제거하도록 작동하고, 소요 위치 게터 펌프는 챔버에서 활성 기체를 제거하도록 작동한다;
(d) 불활성 기체를 챔버로 흘려주는 동안, 챔버 내에 웨이퍼를 가공 처리한다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 생산된 웨이퍼를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는, 챔버에 펌프 작용을 가하기 위한 방법을 포함한다.
(a) 외부 대기로부터 챔버를 밀폐한다.
(b) 챔버내에 배치된 소요 위치 게터 펌프로 챔버에 펌프 작용을 가한다. 소요 위치 게터 펌프는 약 75% 이상의 전도력을 가지며, 다른 게터 온도에서 선택된 활성 기체를 펌프로 배출하도록 하나 이상의 온도에서 작동할 수 있다.
또다른 실시예에서, 본 발명은 다공성의 소결된 게터 물질과 이 게터 물질을 가열하기 위해서 게터 물질에 인접하여 배치된 가열기를 포함하는 게터 펌프를 제공한다. 이 가열기는 게터 물질 위에 가열기에 의해 방열된 열에너지를 반사하는 초점 실드에 인접하여 배치된다. 게터 펌프는 펌프작용을 받는 인접한 부피에 대해 적어도 75%의 전도력을 가진다. 이 실시예는 열 분리벽을 포함할 수 있으며, 게터 물질과 가열기는 이 벽 위에 지지된다. 열 분리 벽은 "L 형 실드"의 일부일 수도 있고, 열 반사표면을 포함할 수도 있다.
본 발명의 장점들은 첨부도면과 함께 하기 상세한 설명을 읽어봄으로써 좀더 분명해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 반도체 공정 장치(100)의 한 부분을 나타내었다. 이 가공 시스템은 내벽(103)을 가지는 웨이퍼 공정 챔버(102)를 포함한다. 크라이오 펌프나 기계식 펌프와 같은, 외부 펌프(104)("P")는, 게터 펌프 모듈이 작동되기 전에 챔버의 내부 대기압을 줄이기 위해서 도관(105)에 의해 챔버와 연결된다. 게터 펌프가 작동하기 전에 챔버의 내압은 약 10-6bar 정도에 이른다. 내부 챔버(102)는, 지지체(110)의 상부에 배치된 척(chuck,108)을 가지는 스퍼터링 단(106)을 포함한다. 또 열 램프(112, 112')와 적어도 하나의 소요 위치 게터 펌프 모듈(114, 116)을 포함한다. 챔버(102)는, 여러 가지 전원, 분석기, 크라이오 펌프, 플라즈마 발생기, 저진공 펌프, 고진공 펌프 및 제어기로 구성된 다성분 반도체 공정 장치 중의 한가지 성분이다. 형태, 제작 및 작동을 포함해 이런 성분들은 이 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
여기서 사용되는 것처럼, "소요위치 게터 펌프"는 웨이퍼 공정이 진행될 때에, 활성 요소, 즉 활성 게터 물질이 동일 공간 내에 물리적으로 배치되는 게터 펌프를 말한다. 소요 위치 게터 물질과 공정 챔버 사이의 전도력은, 게이트 밸브, 도관, 펌프의 드로우트 등을 통하여 챔버와 외부 게터 점프를 연결했을 때와 비교하였을 때 매우 높다. 이것은 비교적 빠른 펌핑 속도를 이끈다. 예를 들어, 게이트 밸브로 공정 챔버와 연결된 외부 게터 펌프의 경우에는 최대 이론 펌핑 속도에 대하여 최대 75%의 속도를 내지만, 본 발명에 따른 소요 위치 게터 펌프의 경우에는 최대 이론 펌핑 속도의 75% 이상을 달성할 수 있다.
게터 펌프 모듈(114, 116)은 게터 펌프의 게터 물질을 고온, 즉 450℃로 가열함으로써 작동된다. 이런 게터 펌프의 작동은, 대기 노출시에 게터 물질이 "표면 안정화"되기 때문에 필요하고, "건조"단계와 함께 실행될 수 있는데 이 건조 단계에서 램프(112, 112')는 챔버에서 잔류 기체, 수분 등을 제거하기 위해 챔버를 건조하는데 사용된다. 그러나, 건조 시간과 작동 시간이 반드시 일치할 필요는 없다.
도 1을 계속 참조하여 소요 위치 게터 펌프모들(114, 116)이 좀더 상세히 설명될 것이다. 펌프모듈(114, 116)은 각각 열 차단 실드(118, 126)를 포함하는 것이 좋다. 이 실드는, 게터 요소에 열을 반사함으로써 게터 요소의 재생을 촉진시키기 위한 열 반사 내벽(120, 128)을 포함한다. 열 차단 실드내에 지지체(124, 132)에 의해 지지되는 게터 조립체(122, 130)가 있다. 게터 펌프모듈 114는, 공정 챔버 내에 공간 제한 때문에 "로우 보이(low boy)" 구조를 취한다. 게터 펌프모듈 126은, 로우 보이 구조에 의해 제공되는 것보다 비교적 더 큰 개구부 때문에 공정 챔버의 내부와 게터 조립체(130) 사이에 비교적 더 큰 전도력을 제공하는 "하이 보이(high boy)" 구조를 취한다.
게터 펌프모듈(114, 116)은, 상기 게터 물질을 "활성화"시키고, 종래 기술에서 공지된 것과 같은 게터 물질의 흡착 특성을 제어하는데 효과적인 온도로 게터 물질을 가열하기 위한, 가열기(134/ 134', 136/ 136')를 각각 포함한다. 가열기(134, 134', 136, 136')는 가열하는데 있어서 부분적으로 전기 저항을 이용하는 가열기, 즉 저항형 가열기일 수도 있고 인접한 표면을 가열하는데 복사 에너지를 이용하는 가열기, 즉 복사 가열기일 수도 있다. 가열기(134, 136)는 저항성 가열기이고 아래에 좀더 상세히 설명할 게터 요소에서 개구를 통하여 배치된다. 가열기(134, 136)는 게터 물질을 가열하는 기능이외에 게터 요소를 지지하는 지지 기능이 있다는 것을 알 수 있다. 가열 소자(134', 136')는 복사 가열기이고 게터 물질과 열 차단 실드의 벽에 인접하여 배치된다. 가열요소(134', 136')는 열 차단 실드내에 다양한 위치에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있다. 선호되는 위치는, 공정 챔버내의 구조물에 많이 영향을 주지 않으면서 가열기가 필요한 온도로 게터 물질을 효과적으로 가열할 수 있는 위치이다.
본 발명에 따른 소요 위치 게터 펌프는 도 2 에 200으로 나타나 있다. 이 펌프는, 게터조립체(202)와 반도체 공정 챔버(102)의 내부를 열적으로 차단하기 위한 장방형의 박스 모양인 열 차단 실드(214)를 포함한다. 비록 실드(214)가 선호될지라도, 게터 조립체가 배치되거나 챔버에서 가열된 표면으로부터 차단된다면 생략할 수도 있다.
게터 조립체(202)는 다수의 원반형 게터 요소(204)를 포함하고, 각각의 게터 요소는 게터 물질(206)로 구성된다. 게터 요소는 중심에 배치된 개구(208)를 포함하며, 이 개구를 통하여 게터 요소를 물리적으로 지지하기 위한 지지 요소(210)가 뻗어있다. 선호되는 실시예에서, 이 개구는 게터 요소를 통하여 뻗어있는 거의 실린더형 구멍이다. 다른 개구 형상도 동일하다. 지지 요소(210)는, 이 분야에서 공지된 것처럼 게터 물질이 대기에서 특정 기체를 제거하는 저온 및 재생 온도로 게터 요소를 가열하는 저항 가열 소자를 형성하기 위해서 지지요소를 따라 형성된 저항 요소(212)를 포함한다. 이 지지요소는 스테인레스 강으로 형성된 관 모양의 실린더형으로 만들어지고, 열 접촉을 포함하여 게터 요소와 접촉하도록 개구와 맞물리게 치수가 정해진다. 지지 요소는 다양한 공급업체로부터 시판되고 있다. 가열 소자로서 효과적으로 작용하는 지지 요소는 Waltow에 의해 시판된다.
선호되는 실시예에서, 게터 물질의 가열은 게터 물질 가까이에 배치된 가열소자(210')를 사용하여 수행된다. 가열 소자(210')는, 복사 가열기, 즉 Winchester, KY, USA의 Osram-Sylvania에서 시판되고 있는 것과 같은 Sylvania quartz 적외선 램프이다. 가열요소(210')는 스테인레스 강으로 만든 가열되지 않은 단순막대에 의해 지지될 수 있으며, 게터 요소의 축에 의해 정의되는 경로와 거의 평행하게 놓인다. 또한, 금속 지지 막대는 전도에 의해 게터 물질을 가열하는 열을 전달한다는 것을 알 수 있다. 가열기와 게터 요소의 다른 구성은 이 분야의 당업자들에게는 잘 알 수 있는 것이다. 예를 들어, 게터 요소는 모서리에 고정되는 것과 같이 다른 형태로 고정될 수 있다. 이 가열 소자는 도 2 에 나타낸 것처럼 단일 일체형 가열 소자이거나 일련의 불연속 가열 소자로 구성된다.
열 차단 실드(214)는, 외부 열원에서 발생하는 복사열이 챔버 내의 게터 요소에 영향을 주지 않도록 해주는 외부 표면(216)을 포함한다. 이 실드는, 게터요소를 재생하는 동안에 열을 게터 조립체로 반사함으로써 재생 효율을 증가시키는 기능을 가지는, 게터 요소를 향하고 있는 열 반사 내부 표면(218)을 포함한다. 또한, 실드의 내부 표면은 열 차단 실드(214) 바깥쪽의 챔버내의 표면에 게터 요소의 재생시 발생하는 열이 닿지 않도록 막아준다. 선호되는 실시예에서, 이 실드는 약 25RA로 전기 연마된 316 스테인레스 강으로 만들어진다.
단일 게터 요소의 선호되는 예가 도 3 에 300으로 나타나 있다. 이 선호되는 게터 요소는 게터 물질(302)의 고형질, 다공성인 소결된 디스크로 이루어지며, 이 디스크는 디스크의 개구내에 배치된 비-게터 금속 허브(304)와 비-게터 금속 스페이서(306)를 포함한다. 이 스페이서와 허브는, 실린더형이고 지지/가열 소자를 수용하여 맞물리도록 치수가 정해진 개구(308)를 형성한다. 선호되는 실시예에서, 허브와 스페이서는 모두 티타늄으로 만들어진다. 여기서 사용되는 것처럼, "디스크(원반)"라는 용어는 거의 원형이거나 난형인 외주 및 두께를 초과하는 표면적을 가지는 게터 요소를 언급한다. 비록 평면 게터 요소가 하기 설명에서 분명히 알 수 있는 여러 가지 이유 때문에 선호될지라도, 평면 이외의 형태도 본 발명의 범위내에 포함된다.
"고형질"이라는 것은, 게터 물질이 기판 표면에 부착된 다른 게터 요소와는 달리, 참고로 실린 "고용량 게터 펌프"라는 제목의 Manini 등에 의한 U.S. 특허 NO. 5,320,496 에서 설명된 것과 같은 게터 요소의 몸체가 게터 물질로 이루어진다는 것을 의미한다. 고형질, 다공성 게터 디스크를 사용함으로써, 종래 기술에 의한 게터 요소를 단지 표면에서만 가지는 것 보다, 게터 요소의 몸체로 깊이 흡착될 수 있기 때문에 펌핑 효율과 불순물 수용량이 많이 증가된다.
필요한 성질에 따라, 게터 요소는 다양한 게터 물질로 만들어질 수 있다. 일반적인 게터 물질은, 여기서 참고로 실린 U.S. Patent Numbers 3,203,901, 3,820,919, 3,926,832, 4,071,335; 4,269,624, 4,428,856, 4,306,887, 4,312,669, 4,405,487, 4,907,948와 5,242,559; 및 British Patnet No. 1,329,628 와 British Patent Application No. GB 2,077,487A; 및 German Patent No. 2,204,714,에서 발표한 지르코늄, 바나듐과 철의 합금을 포함한다. 다른 종류의 게터 물질은, 티타늄, 하프늄, 우라늄, 토륨, 텅스텐, 탄탈, 니오브, 탄소의 합금을 포함한다.
선호되는 게터 물질은, 세 조성물의 도표를 그렸을 때 세 금속의 무게 퍼센트가 삼각형 내에 있도록 무게 조성을 가지는 Zr-V-Fe 합금으로 구성되는데 상기 삼각형의 정점은 a) 75% Zr/20% V/5% Fe; b) 45% Zr/20% V/35% Fe; c) 45% Zr/50% V/5% Fe 이다. 또 선호되는 게터 물질은 SAES GETTERS , S.p.A 에 의해 St 707로 시판되고 있는, 70% Zr/24.6% V/5.4% Fe 무게 조성을 가지는 세 금속 합금으로 구성된다. 이 물질은 U.S. 특허 No. 4,312,669와 영국 특허 출원 NO. GB 2,077,487A에서 설명된다.
또 다른 선호되는 게터 합금은, 무게 조성상 84% Zr과 16% Al으로 이루어진 지르코늄과 알루미늄으로 만들어진 물질이다. 이 물질은 SAES GETTERS S.p.A.에의해 상표명 St 101ⓡ으로 시판된다. 또다른 선호되는 게터 물질은 무게로 17% 탄소와 83% 지르코늄으로 구성되고, SAES GETTERS S.p.A.에 의해 St 171ⓡ이라는 상표명으로 시판된다. 다른 게터 물질로는 무게 조성상 82% 지르코늄, 14.8% 바나듐과 3.2% 철로 이루어진 물질로 SAES GETTERS S.p.A.에 의해 St 172라는 상표명으로 시판되고 있다. 또 다른 선호되는 게터 물질은 10% 몰리브덴, 80% 티타늄 및 10% TiH2로 구성되고, SAES GETTERS S.p.A.에 의해 St 175라는 상표명으로 시판되고 있다. 당업자들은 게터 물질이 상기 특허의 상세한 설명으로부터 유추하여 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
고다공성 게터 물질이 저다공성 물질보다 더 높은 흡착 능력을 가지고 있기 때문에 고다공성 게터 물질이 보다 선호된다. 이런 다공성 게터 물질은 U.S 특허 NO. 4,428,856의 설명에 따라 만들어 질 수 있으며, 여기서는 텅스텐, 몰리브덴,니오브와 탄탈 중에서 선택된 내열성 금속과 티타늄, TiH2금속을 포함하는 분말의 혼합물로부터 다공성 게터 몸체를 제조한다. 영국 특허 출원 NO. GB 2,077,487A은 지르코늄과 전술한 세 물질의 합금 혼합물을 이용한 다공성 게터 물질의 제법을 설명하며, 독일 특허 NO. 2,204,714 은 지르코늄과 흑연 분말의 혼합물로 이루어진 다공성 게터 물질의 제법을 기술한다.
선호되는 게터 물질과 그것의 제법은 영국 특허 출원 NO. GB 2,077,487A에서 나타나 있다. 이 선호되는 게터 물질은, 무게 조성에서 4부분의 지르코늄: 1부분의 삼원 합금과 1부분의 지르코늄: 6부분의 삼원 합금 사이의 비율로 전술한 삼원 합금을 가지는 지르코늄 분말 혼합물로 구성된다. 또한, 지르코늄: 삼원 합금의 비율은 2:1과 1:2 사이다. 삼원 합금은, 시판되는 Fe-V 합금(Murex, UK)과 지르코늄 스펀지를 감소된 압력으로 용융로에서 용융시키고, 용융된 물질을 냉각하고 고형질 물질을 분말로 만들어 혼합함으로써 형성된다.
이런 게터 물질은, 게터 요소 주형으로 허브를 배치하고(후술됨), 합금과 지르코늄 분말을 첨가하고, 약 5분에서 10분 사이에 1,000℃∼1,100℃의 온도로 물질을 소결하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 4A 는 도 3 의 4A-4A 선을 따라 자른 게터 요소의 단면을 나타낸다. 도 4A 에 나타난 것처럼, 게터 요소는 게터 물질(402)의 다공성 소결된 디스크를 포함하며, 이 디스크는 디스크 내의 개구에 배치된 비게터 물질의 허브(404)를 포함한다. 이 허브는 풋(foot,406)과 중심 개구(408)를 포함한다. 허브의 반대쪽 단부가디스크의 표면 위로 뻗어있는 반면에, 허브의 풋은 디스크와 같은 높이로 배치되는 것이 좋다. 그러나, 허브의 한쪽 단부 또는 두 단부 모두가 디스크 위로 뻗어있어도 된다.
본 발명에 따른 선호되는 게터 요소의 지름은 약 25.4mm이다. 이 게터 디스크의 두께는 약 1.3mm이다. 선호되는 허브는, 8.0mm의 지름과 0.3mm의 높이를 가지는 원형 풋; 약 6.0mm의 지름과 1.7mm의 높이(즉, 허브의 전체높이는 대략 2.0mm이다)를 가지고 풋에서 뻗어있는 원형 융기부를 포함한다. 따라서, 선호되는 실시예의 융기부는 디스크 표면에서 약 0.7mm의 높이로 게터 물질 위로 뻗어있다. 가열 소자 또는 지지체를 수용하는 허브를 통하여 뻗어있는 개구의 지름은 약 3.8 mm이다.
선호되는 실시예에서, 게터 펌프는, 디스크의 개구에 의해 정의되는 축을 따라 서로 서로에 인접하여 놓인 다수의 게터 디스크로부터 구성된다. 이런 실시예는 도 4B 에서 450으로 나타내었다. 도 4B 에서 나타낸 것처럼, 게터 요소는 제 1 디스크(452), 제 2 디스크(454) 및 제 3 디스크(456)를 포함한다. 각 디스크들은 중심 개구(458)가 개개의 디스크의 개구에 의해 형성되도록 배치된다. 활용 표면적을 최대화하기 위해서, 디스크의 허브가 인접한 디스크의 스페이서와 접촉하도록 디스크를 적재하는 것이 유리하다. 따라서, 디스크(452)의 허브(460)는 디스크(454)의 스페이서(462)와 접촉하고, 디스크(454)의 허브(464)는 디스크(456)의 스페이서(466)와 접촉한다. 스페이서는 틈을 제공하며, 이 틈을 통하여 게터 물질은 게터펌프가 노출된 대기와 상호 작용한다. 이 틈들은, 마주보는 면들(476, 478)에 의해 형성된 472, 472'; 마주보는 면들(480, 482)에 의해 형성된 474, 474'로 나타내었다. 도면에 나타난 것처럼, 스택의 단부에서 게터 요소의 면들(484, 486)은 고정되어 있지 않다. 그러나, 일반적으로 많은 틈을 주기 위해서 많은 게터 요소를 겹쳐 쌓는다.
도 5를 참조하여 최적 펌핑 기능에 필요한 요소들이 설명될 것이다. 종래기술에서도 알려진 것처럼, 게터 펌프의 효율은 게터 요소 사이의 거리와 연관된다. 게터 요소들이 너무 멀리 떨어져 배치된다면, 게터 물질과 거의 충돌하지 않으면서 기체 분자는 벽 사이를 지나갈 것이다. 이것은 500으로 설명되어 있으며, 여기서 분자(506)는 경로(508)를 따라 게터요소의 마주보는 면과 단지 몇 번단 충돌하는 거리만큼 떨어져 있으므로 흡착되지 않고 디스크 사이를 지나간다. 반대로, 게터 요소들 사이의 거리가 가까와지면, 분자와 게터 요소 표면 사이에 충돌이 증가하여 분자가 게터 물질 사이에 흡착될 가능성이 증가한다. 이것은 도면에 510으로 나타내었으며, 여기에서 마주보는 게터 요소들(512, 514)은 경로(518)를 따라 마주보는 게터 요소 면에 분자(516)가 여러번 충돌할 만큼 충분히 가까이 배치된다. 분자가 게터 요소 표면과 충돌할 때마다, 분자가 표면에 고정되어 흡착될 가능성이 있다. 따라서 분자와 표면 사이의 많은 충돌은, 분자가 표면에 흡착될 가능성을 증가시킨다. 그러나, 게터 요소가 너무 가까이 배치된다면(예를 들어 접한다면), 디스크의 가장자리 면이 주된 펌핑 표면을 형성하게 되어 마주보는 디스크면의 경우보다 효율이 떨어지게 된다.
전술한 설명에서, 선호되는 게터 요소의 형태는, 여기에 참고로 실린Ferrario등이 1994년 2월 3일자로 공개한 WO 94/02957 및 미국 진공 학회 제 39차국제 심포지움(1992)에서 발표한 기술 논문 TP202에서 나타낸, 여러 가지 기하학적형태를 이용함으로써 게터 펌프의 효율성을 최적화하는 전술한 성질을 이용한다. 고려하여야 할 관련 변수들은 도 6A 에서 마주보는 디스크(602, 604)를 예를 들어 나타내었다. 관련 변수는 디스크 반경 "D", 요소간 거리 "d"와 디스크 두께 "t"이다. 다른 실시예에서, 게터 요소는 도 6B 에 610으로 나타낸 것처럼 팬 모양으로 배치된다. 여기에서 디스크(612, 614, 616)는 디스크 사이에 각 "α"의 각도를 이루면서 아치형으로 배치된다. 따라서, 요소간 거리 d는 게터 요소의 길이 ℓ와 각도 α에 관련될 것이다.
게터 요소의 배치 및 크기와 게터 펌프의 효율 사이의 관계는 도 7 에서 곡선 700을 따라 나타내었으며, 이것은 펌핑 속도 "s"와 전술한 요소간 거리 d 변수간의 관계로서 디스크 성능의 실험 테스트에 의해 결정되었다. 도 7 에 나타난 것처럼, 게터 요소가 접촉할 때, 즉 거리 d=0일 때 정정 속도는 값 "s1"을 취한다. 요소간 거리가 증가함에 따라 최대값에 도달할 때까지 펌핑 속도는 증가하며, 여기서 게터요소간의 거리를 더욱 증가시키면 디스크 사이의 분자 반사가 줄어들게 된다; 따라서, 분자가 디스크 표면 사이에서 비행할 가능성이 높아진다. 인접한 게터 요소 사이의 거리를 보다 더 연장하면, 펌핑속도는 모든 게터 요소가 접촉할 때 보다 더 느린 속도로 감소될 수 있다. 디스크 거리에 대한 최적의 변수는, 펌핑속도와 디스크 거리 사이의 관계를 도표로 나타내고 이에 따른 분포의 최대값을 찾아봄으로써 결정될 수 있다. 상기 25.0mm 지름의 원반형 게터 요소에 대하여, 반도체 공정 작업에서 발생하는 일반적인 불순 기체, H2를 펌프로 배출하는데 약 0.7mm의 거리가 선호된다. H2이외의 불순 기체를 펌프로 배출하는데 있어서는 다른 디스크 간의 거리가 더욱 유리할 수 있다.
게터 요소 거리와 펌핑 속도 사이의 관계를 이용한 실시예가 도 8 에서 800으로 나타내었다. 인접한 게터 요소의 마주보는 면들은 요소(804)의 개구에 의해 정의된 축에 대해, 서로서로 평행하지 않고, 상기 개구는 가열 소자(802)와 평행을 이루는 축을 따라 정렬된다. 상기 설명에서 알 수 있는 것처럼 요소(804)의 축은, 표면 평면(806, 808)이 개구에 의해 정의된 축과 직각을 이루지 않도록 배치된다. 선호되는 실시예에서, 인접한 게터 요소의 개구는 축에 대하여 반대 방향으로 기울어져 있으므로, 인접한 게터 요소는 "V" 형태의 일부를 이룬다.
도 9는, 인접한 게터요소(902)들이 공통축에 대해 수직인 개구를 가지는 허브(904)를 포함하는 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 인접한 게터 요소의 면들은 개구에 의해 형성된 축에 대하여 기울어져 있다. 선호되는 실시예에서, 게터 요소의 마주보는 면들(908, 910)은 축에 대하여 반대 각도로 기울어져 있다. 이런 배치는 게터 요소의 주변 가장자리에서 허브쪽을 향하는 요소간 거리를 조금씩 감소시킨다. 선호되는 각도와 거리는 참고로 실린 Briesacher 등의 초청정기술 1(1):49-57(1990)에서 설명된다.
본 발명의 다른 실시예는, 반도체 공정 챔버 고유의 문제점인 공간 제한성을조절하기 위하여 직선형과 곡선형 게터 펌프 영역을 포함한다. 도 10 에서 1000으로 나타낸 것처럼, 벽(1002), 열 램프(1006, 1008), 스퍼터링 단(1004)을 가지는 공정 챔버는, 가열 소자(1014) 상에 지지되는 게터 요소(1012)를 가지는 게터 펌프(1010)를 포함한다. 이 게터 펌프는, 스퍼터링 단(1004) 가까이에 게터 펌프를 배치할 수 있도록 하는 곡선형 부분(1018)과 직선형 부분(1020)을 포함한다. 게터펌프와 스퍼터링 단을 인접하게 유지하는 것은 저 불순물 부분압을 만들기 위해 활성 기체를 펌프로 배출하기에 용이하게 해주며, 그러한 분압은 웨이퍼 공정이 진행되는 곳에서 가장 중요하다.
도 2 에 나타낸 것과 같은 확장된 긴, 박스 모양의 실드 구조물내에 게터를 배치하면 게터 요소가 불균일하게 노출되고, 개구에 더 가까이에 놓인 게터 요소의 부분은 실드의 내부에 더 가깝게 배치된 게터 요소의 부분보다 챔버 대기에 더 많이 노출된다는 것을 당해 분야에 종사하는 사람들은 알 것이다. 따라서 이런 배치는 게터 요소의 수착 능력을 잘 이용할 수 없다.
이런 문제점을 제거할 수 있는 본 발명에 따른 게터 요소의 실시예가 도 11에 1100으로 나타내었다. 여기에서, 모터(1106)의 샤프트(1102)는 챔버 벽(1105)의 바깥쪽 측부에 배치된 자기 커플링 장치(1108)와 연결된다. 제 2 자기 커플링 장치(1110)는 챔버 벽(1105)의 다른(내부) 측부에 배치된다. 자기 커플링 장치(1110)는 연결자(1112)에 의해 지지체/가열 소자(1126)에 연결된다. 선택적으로 게터 요소 바깥쪽에 놓인 가열 소자(도시안됨)는 지지체/파열 소자(1126)와 함께 사용될 수도 있다.
이 실시예에서, 게터 펌프 모듈(1107)은 다수의 별 모양인 게터 조립체(114)를 포함하며, 각각의 조립체는 중심에 배치된 개구를 가지는 허브와, 허브에서 방사상으로 뻗어있는 다수의 게터 요소(1116, 1118, 1120, 1122, 1124)를 포함한다. 본 발명에 따른 특정 실시예에서 게터 요소는 패들(paddle) 모양이다. 즉, 게터 요소는 게터 요소의 폭이나 깊이보다 더 긴축을 따라 직사각형 또는 팬 모양의 단면을 가진다. 게터 조립체는 표시된 방향으로 회전하는 가열 소자(1126)에 의해 지지된다.
도 12 에서 1200으로 나타낸 것처럼 회전 게터 펌프(1202)는 실드(1204) 내부에 배치되며, 본 분야의 당업자들은 게터 요소의 이용 용량이 증가된다는 것을 알 것이다. 도면에 나타낸 것처럼, 게터 요소 1207은 실드(1204)의 개구 가까이에 배치되어있어, 내부 실드 벽(1206) 가까이에 놓인 게터 요소 1208에 비하여 챔버 대기에 더 많이 노출된다. 더 많이 노출된 게터 요소 1207는 실드의 배면을 향하여 움직이고, 모터(1212)를 사용한 중심 허브(1210) 둘레에서 회전은, 덜 노출된 게터 요소 1208를 개구를 향해 앞쪽으로 움직이도록 한다. 따라서, 모든 게터 요소를 가로지르는 노출은 더욱더 균일하게 된다.
도 2 에서, 열 차단 실드는 공정 챔버로부터 게터 펌프를 열적으로 분리시킨다는 것을 알 수 있다. 이런 열 차단은 공정 챔버에서 벽 또는 다른 성분의 표면으로부터 잔류 기체를 "건조"하거나 반대로 게터 요소를 재생하는 동안 게터 펌프에서 방열되는 열로부터 챔버내의 성분을 보호하는데 사용되는 열 램프의 효과로부터 게터 요소를 보호하기 때문에 유리하다.
도 13 에서 열 차단 게터 펌프는 1300으로 나타내었다. 이 차단장치가 있는 게터 펌프는 게터 요소(1304)를 차단하는 박스 형태의 열 차단 실드(1302)를 포함하며, 이 게터요소는 지지체(1314)에 의해 지지된다. 열 차단 실드는 게터 요소(l304)를 향하고 있는 열반사 내부 표면(1308)과 외부 표면(1306)으로 이루어진다. 선호되는 실시예에서, 열 차단 실드는 1312로 나타낸 바닥(floor)을 포함한다. 이 열 차단 실드는, 공정 챔버 내에 대기와 게터 요소 사이의 접촉을 위한 개구(1316)를 포함한다. 이 실드는 "316 스테인레스 강"에 국한되지 않은 여러 가지 적절한 열 반사 물질로 만들어지고, 이 실드의 내면은 반사도를 높이기 위해서 니켈 등으로 코팅될 수 있다. 또는, 이 실드는 반사도를 증대시키고 기체와 수분 흡착을 감소시키는 다공성을 줄이며, 미립자 오염을 최소화하기 위하여 전기 연마될 수 있다. 중심 허브(1320) 내에 지지체/가열 소자(1322)가 배치된다. 선택적으로, 외부 가열기(1322')가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 열 차단 실드는 챔버 내부의 하나 이상의 표면에 고정된 확장되고 긴, 고정된 박스 모양의 구조물이다. 게터 요소는 열 차단 실드의 상부, 측부와 하부 사이에서 비교적 일정하게 배치된다. 이런 실시예는 전술한 것처럼 "로우 보이" 구조로 보통 언급된다. 다른 실시예에서, 게터 요소와 열 차단 구조물의 바닥 사이의 거리는, 게터 요소와 열 차단 실드의 나머지 측부 사이의 거리보다 더 길다. 그러한 실시예는 보통 상술한 "하이보이" 구조로 불리운다. 이 실시예는 도 13 에서 변수 "1"로 나타내었다. 1은 "로우 보이" 구조물에 대해 대략 0mm이고, "하이 보이" 구조물에 대해 약 13mm에서 약 25mm 사이에 있다.
가동성 실드를 포함한 제 2 실드 실시예는 도 14A 와 14B 에 나타나 있다. 이 가동성 실드는, 모든 게터 요소들이 동시에 대기에 노출되도록 함으로써 전도력손실을 최소화하고, 건조공정 동안 재생, 시스템 정비에 필요한 만큼 게터 요소를 차단할 수 있다. 도 14A 에서 1400으로 나타낸 것처럼 가동성 실드의 실시예에 있어서, 실드가 닫힌 위치, 즉 모든 실드 요소(1402, 1404, 1406)가 게터 요소를 덮는 위치가 나타나있다. 이 실드 요소는 지지체(1410)에 의해 지지되는 허브(1408)둘레에서 회전한다. 가동성 실드 요소는 스테인레스 강으로 만들어지는 것이 선호된다.
도 14B 는 게터 요소(1422)가 챔버 대기에 노출된 실드의 열린 상태를 1420으로 나타내었다. 이 실드의 개폐 메카니즘도 나타나 있다. 선호되는 실시예에서, 실드의 개폐 메카니즘은 일방향 밸브(1428)와 연결된 링(1426)을 포함하는 구부릴 수 있는 관(1424)으로 구성된다. 이 링은 막대(1429)의 단부 근접부에 회전할 수 있게 연결되고, 이 막대는 기어(1430)의 홈이 있는 확장부와 미끄럼운동이 가능하게 연결되며, 상기 확장부는 막대의 단부를 미끌어지도록 수용한다. 기어(1430)의 톱니 부분은 실드(1402, 1404, 1406)와 연결되는 더 작은 기어(도시안됨)와 맞물려진다. 관을 기체로 채워 관이 직선으로 되면, 칼라(collar,1426)의 상승에 따라 기어(1430)가 회전하고, 이 기어의 회전은 더 작은 기어에서 더 많은 회전을 일으켜서 허브(1408) 둘레로 실드가 회전하여 닫히게 한다. 반대로, 관에서 기체가 배출되어 배출 상태일 때, 링(1426)의 하강은 역 방향으로 기어가 회전하도록 하고 실드가 열리도록 한다. 이런 방법으로, 실드가 있는 게터 펌프는 원격으로 개폐될 수있다. 그러나, 같은 결과를 달성하기 위해서 여러 가지 기계식, 전기식, 수압식/공압식 장치를 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예의 다른 도면이 도 15 에서 1500으로 나타나 있으며, 차단된 게터 펌프(1502)와 게터 요소(1506) 및 가열 소자(1508)의 절단된 단면이 1504에 나타나 있다. 이 실드요소는 1510과 1512로나타나 있다. 실드 개페 메카니즘을 작동하기 위한 기체 공급원이 1512로 나타나 있다. 기체의 챔버 대기압에 대해 양(+)의 압력을 부여하기 위한 제 2 기체(질소) 공급원은 1514로 나타나 있다. 게터 펌프에 공급되는 기체로는 불활성 기체나 질소가 선호된다. 이런 식으로 가동성 실드는 닫혀지고 질소를 제거하여 대기로부터 게터 요소를 고립시킨다. 질소층은 가열(재생)에 의해 쉽게 제거될 수 있기 때문에, 산소와 같은 좀 더 유해한 기체로 부터 게터 요소를 보호하기 위해서 게터 요소 표면 위에 "표면 안정화층"을 만드는데 질소가 잘 사용된다. 게터 요소의 보호는 그것의 유효 수명을 증대시키기 때문에, 챔버가 대기에 노출되는 시스템 정비 및 수리 기간동안 특히 유효하다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 도 16 에서 1600으로 나타나 있다. 여기에서, 허브(1608)를 각각 포함하는 다수의 게터 디스크(1606)로 구성된 게터 조립체(1602, 1604)는 가열요소(1610)에 근접하여 위아래로 배치된다. 게터 조립체, 조립체의 구성 게터 디스크와 가열요소는 도 2 에서 설명된 바와 같다. 게터 조립체(1602, 1604)를 위한 지지체 및 가열요소(1610)는 나타나 있지 않다.
게터 조립체와 가열 소자 옆에 촛점 실드(1620)를 지지하는 지지 요소(1614, 1616, 1618)로 이루어진 촛점 실드 유닛(1612)이 배치된다. 이 촛점 실드 유닛은열 차단 실드(214)에 대해 전술한 것과 같은 물질로 형성된다. 촛점 실드(1620)는, 가열 소자(1610)에 인접하여 배치되고 게터 조립체(1602, 1604)의 게터 디스크 위로 가열 소자에 의해 방열되는 열을 반사하도록 크기가 정해진 열 반사 표면을 포함한다. 일부 실시예에서, 촛점 실드 유닛은 "316 스테인레스 강"과 같은 스테인레스 강 물질로 구성된다. 촛점 실드는 고 반사 물질(예; 니켈)로 도금될 수 있고 약 25RA로 전기 연마된다.
이 촛점 실드는 평면, 직사각형 표면을 가지거나 가열 소자에서 게터 디스크로 열 전달 효율성을 증대시키는 어떠한 구조로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 촛점 실드는 부분적으로 또는 전체적으로 볼록하거나 마면이 있을 수 있고, 촛점 실드의 블록면은 게터 물질의 가열을 향상시키는 가열 소자 및 게터 디스크를 향하고 있다. 도 16에 나타낸 실시예는 촛점 실드 유닛의 열린 구조로 인하여 80%∼90% 정도의 높은 전도력을 제공할 수 있는 잇점을 가진다는 것을 전도력과 노출에 관한 상기 설명으로부터 알 수 있다; 가열 소자와 게터 디스크 가까이에 초점 실드를 배치하면 게터 물질이 효율적으로 작동할 수 있도록 충분한 열 에너지를 전달한다.
도 16 에 나타낸 특정 실시예 이외에, 도 16 에 나타낸 초점 실드 유닛을 적용한 다른 실시예도 본 발명에 포함된다. 한 실시예에서 게터조립체와 가열요소는, 게터 물질로 반사되는 열 에너지를 증가시키기 위해서 거의 대칭으로, 두 초점 실드 유닛 사이에 배치된다. 이 "대칭구조"를 가지는 실시예는 게터 펌프의 "뱅크(bank)"를 생산하도록 연장되며, 여기에서 촛점 실드 유닛은 마주보는 촛점 실드면 사이에 배치된 게터 조립체 및 가열요소와 연속적으로 배치된다. 또는, 여러 게터 조립체와 가열 요소는 가열요소의 반대쪽에 배치된 적층된 초점실드와 교대로 적재된다. 이 실시예는, 가로 공간은 제한되지만 세로 공간은 활용할 수 있는 경우에 유용하다. 좀더 유용한 배치들은 당해 분야의 당업자들이 잘 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 촛점 실드 유닛은, 게터 조립체와 가열 소자가 도 2 에서 214로 나타낸 것과 다른 열 차단 실드를 사용하는 것보다 더 많이 챔버의 대기에 노출되어야 하는 실시예에서 유용하게 이용할 수 있다.(따라서, 보다 높은 펌핑속도를 제공한다). 이 실시예는 도 17에서 1700으로 나타내었다. 여기에서, 열차단벽(1702)과 열차단 바닥(1703)으로 구성된 "L 형태"의 실드(1701)가 제공되며, 게터 조립체(1602,1604)와 가열요소(1610)는 지지체(1704,1706,1708)에 의해 각각 지지된다. 촛점 실드(1620)의 반사면은 가열 요소(1610)의 거의 반대쪽에 오도록 초점실드 유닛(1612)을 배치하며, 가열요소에 의해 방열된 열에너지를 게터 조립체(1602,1604)의 게터 물질로 반사하도록 한다. 촛점실드 유닛(1612)은 배치된다. 그러나, L-실드(1702)의 벽은 공정 챔버의 잔여 부분으로 열 전달하는 것을 막아주며, 초점 실드(1620)에서 분리되어 향하고 있는 게터 조립체의 측부로 가열된 요소에서 방출되는 열 에너지를 반사하는 반사기로서 작용할 수 있다. 한 실시예에서, 벽(1702)의 내면(즉, 가열요소와 게터 조립체를 향하는 벽 표면)은 초점 실드와 같은 반사도를 가진다.
도 17 에 나타낸 것과 유사한 다른 실시예는 이 분야의 당업자들에게 명백하다. 예로, 단지 벽(1702)만 배치하고 L-실드(1703)의 바닥은 생략될 수 있다. 또한, 게터 조립체나 혹은 가열요소는 벽(1702)에 대해 지지되도록 작용하는 서스펜션 이외의 장치에 의해 지지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 초점 실드(1620)는 "U-형태"의 실드를 형성하는 벽(1702)과 동일하거나 반대쪽에 배치된 제 2 열 분리 벽에서 지지될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 가열 요소(1610)에 의해 게터 펌프의 바깥쪽에 있는 공정 챔버의 가열을 막기 위해서 촛점 실드 유닛(1612) 없이 열 분리 벽(1702)을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 가열 소자(1610)는 가열 소자에서 게터물질로 직접 열 복사하기 위해서 반사 코팅된다. 램프의 반사 특성은 가열 소자에서 게터 물질로 열 에너지를 전달할 수 있기 때문에, 이런 가열 소자는 상기 촛점 실드가 없는 실시예에서 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 고진공 상태를 만드는 장치 및 방법을 제시한다. 전술한 본 발명에 따른 장치 및 방법을 사용할 때, 반도체 공정 챔버에 필요한 고진공 상태는 종래 기술보다 좀더 효율적으로 달성된다.
비록 본 발명은 몇몇 선호되는 예시를 참고로 설명하였지만, 당해업자는 본 발명의 영역 내에서 수정할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 하기 첨부된 청구범위는 본 발명의 영역 내에 해당한다.

Claims (24)

  1. 반도체 공정 장치에 있어서;
    반도체 공정 챔버와;
    상기 반도체 공정 챔버 내에 배치된 소요 게터 펌프를 포함하며;
    상기 게터 펌프는 많은 게터요소들을 포함하고;
    상기 게터요소들은 다공성, 소결된 게터재료의 디스크로서 게터요소를 통하여 뻗어있는 구멍을 가지며, 상기 구멍에는 허브가 배치되고, 상기 허브는 허브구멍이 구비되며;
    상기 허브구멍을 통하여 뻗어있으며 상기 게터요소를 지지하는 금속막대와;
    상기 게터요소와 상기 금속막대를 가열하기 위한 복사히터를 포함하며, 상기 히터는 히터로부터 발생하는 복사열이 상기 금속막대와 적어도 일부분의 상기 게터요소와 접촉할 수 있도록 배치되고;
    상기 게터펌프는 상기 반도체 공정 챔버에 대하여 상기 많은 게터요소들의 이론적 펌핑 속도의 적어도 75%의 상기 반도체 공정 챔버에 대한 실제 펌핑 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 게터펌프를 포함하는 반도체 공정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속막대와 결합되고 근접한 게터요소들 사이에 배치된 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 허브와 일체형인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 허브와 스페이서는 티타늄 기반 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복사 히터에 의한 열은 상기 금속막대에 의해 전도되는 열과 함께 재생온도로 게터 요소를 가열할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 게터 재료는 무게 조성상 82% Zr, 14.8% V 및 3.2% Fe 로 구성되고, 상기 재생온도는 약 400℃ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 게터 재료는 무게 조성상 84% Zr 및 16% Al로 구성되고, 상기 재생온도는 약 600℃ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 공정장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 게터재료는 무게 조성상 17% 탄소와 83%의 지르코늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 게터재료는 무게 조성상 10% 몰리브덴, 80% 티타늄 그리고 10%의 TiH2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 게터요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 열차단 실드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 실드는 적어도 하나의 개방 측면을 가지는 확장된 박스 형태의 고정실드인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 실드는 상기 게터요소와 상기 실드를 둘러싸는 주변사이의 전도에 의한 손실이 25%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 복사 히터는 적외선 램프인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복사 히터는 적외선 램프이고, 상기 금속막대는 스테인레스강으로 이루어진 중실 막대임을 특징으로 하는 반도체 공정 장치
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 게터요소와 상기 복사 히터를 적어도 부분적으로 열 차단시키는 실드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 실드는 적어도 하나의 개방된 측면을 가지는 확장된 박스 형태의 고정실드임을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 실드는 상기 적어도 하나의 개방된 측면을 마주보는 측면 벽을 포함하고, 상기 복사히터는 상기 측면 벽에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 측면 벽은 상기 게터요소를 마주보는 열반사 내부표면을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 복사히터는 적외선 램프이고, 상기 금속막대는 스테인레스강으로 이루어진 중실 막대임을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 실드는 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 실드는 적어도 하나의 움직일 수 있는 단면을 가지며, 게터요소들이 상기 체임버에서 실질적으로 공기에 노출되는 개방위치와 게터요소들이 상기 체임버에서 상기 공기와 실질적으로 차단되는 닫힌 위치 사이에서 상기 실드는 움직이기 위한 메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 실드를 움직이기 위한 상기 메카너즘은 상기 실드와 연결되어있는 팽창가능 튜브를 포함하며, 상기 팽창성 튜브는 관이 기체로 채워질 때 상기 실드가 상기 개방 위치에서 상기 닫힘 위치로 움직이고, 상기 팽창성 튜브가 가스가 배출되면 상기 닫힘 위치에서 상기 개방 위치로 움직이는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 튜브가 각각 기체로 채워지거나 배출될 때 상기 실드를 상기 개방위치와 닫힘위치 사이에서 움직이기 위한, 상기 실드와 상기 튜브와 연결된 기어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 실드가 닫힘 위치에 있을 때 게터요소는 상기 게터펌프의 밖으로 대기압에 대하여 불활성 기체의 양(+)의 압력 하에 있도록 상기 불활성 기체를 상기 펌프로 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
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