KR100607895B1 - 제어 대기에서 전자기 방사에 의한 재료 처리 방법 및 장치 - Google Patents
제어 대기에서 전자기 방사에 의한 재료 처리 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
제어 대기에서 또는 반응 챔버(12) 내의 진공에서 전자기 방사에 의하여 재료(M)를 처리하거나 또는 형성하기 위한 프로세스는 급속 가열을 유발하는 제 1 적외 방사(IR)와, 자외 방사(UV)의 파장에 관계없이 40nm 보다 낮은 스펙트럼 분해능을 가지는 엑시머형 제 2 자외 방사(UV)를 사용하여, 재료(M)의 물리 화학적 특성의 변형 또는 기판(14) 상의 증착 형성 중 어느 하나를 위하여 적합한 광자 플럭스를 생성한다. 제 2 자외 방사(UV)의 노출 시간은 제 1 적외 방사(IR)의 노출 시간보다 짧으며, 처리 온도는 재료(M) 및 기판(14)의 성질에 좌우되어 70℃ 내지 800℃ 사이이다.
재료 처리, 전자기 방사, 적외선 에미터, 자외선 램프.
Description
도 1은 본 발명에 따라 조합된 IR 및 UV를 가열하는 처리장치의 개략도이며,
도 2는 다른 실시예를 동일하게 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 장치 12 : 반응 챔버
14 : 기판 16 : 적외선 에미터
18 : 자외선 램프 20 : 이중 냉각벽
22 : 외부 펌프 시스템 24 : 제 1 오리피스
26 : 가스 플로우 28 : 주입 수단
30, 32 : 윈도우 34, 36 : 반사기
본 발명은 제어 대기에서 또는 반응 챔버 내의 진공에서 전자기 방사(electromagnetic radiation)에 의하여 재료를 처리하는 프로세스에 관한 것이며, 본 어셈블리는 소정의 온도로 급속히 가열시키는 제 1 적외 방사(first infrared radiation)의 영향을 받아서 기판 상에 배열된 재료의 물리 화학적 특성을 변형시키거나 또는 상기 기판상의 재료의 증착을 수행한다.
재료는 일반적으로 가능한 부가적인 중간 서브층을 가지는 기판에 의하여 형성된 지지부 상에 증착된다. 기판은 일반적으로 미소전자장의 실리콘에 의하여 구성되나, 또한 특히 중합체(polymer), 유리 또는 세라믹 같은 다른 재료로 제조될 수도 있다. 서브층은 광범위한 다양한 종류일 수 있으며, 적합한 기술로써 기판 상에 미리 증착될 수 있다. 예컨대, 서브층은 인쇄 회로 또는 절연 코팅에 의하여 구성될 수 있다.
재료의 물리 화학적 특성을 변형시키기 위하여, 격자는 공지된 가열 기술로써 일반적으로 1000℃ 이상의 고온에서 어닐링되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 기판 또는 서브층이 깨지기 쉬운 경우에서는, 기판 또는 서브층이 파괴되는 경향이 있으므로 고온 사용이 불가능하다.
미소 전자장에서, RTP 어닐링 및 RTCVD 화학 증착(RTCVD chemical vapour deposition) 같은 급속 가열 처리 응용은 진공 또는 제어 대기에서의 특별 화로(furnace)에서 실행된다. RTP의 경우, 재료의 소정 온도로의 급속 가열이 획득되어, 결과적으로 온도가 유지되는 동안 또는 온도가 감소하는 동안 중 어느 하나에서 재료의 물리 화학적 특성을 변형시킨다. RTCVD의 경우, 반응 기체와 접하는 표면의 급속 가열은 재료의 얇은 층이 가스 및 가열된 표면 사이의 반응에 의하여 이 표면상에 증착되도록 한다.
급속 열 처리는 안정적이며 재생가능해야 하며, 일반적으로 적외 방사 램프(IR) 및 냉벽(cold wall)을 가지는 화로에서 수행된다.
열 처리가 수행될 때, 급속 가열 동안 도달된 최대 온도는 상당히 높으며, 응용 종류에 따라 1000℃ 내지 2000℃ 사이로 구성될 수 있다. 따라서, 처리 가능한 재료의 범위는 보다 많은 기판, 특히 중합체 기재(polymer base), 낮은 녹는점을 가지는 재료, CMOS 요소 지지부 등으로 달성된 기판이 고온을 견디도록 설계되지 않으므로 제한적이다.
광자 UV 방사의 효과로 인하여 특정 화학 요소를 변형시키기 위한 자외 방사(UV)의 작용 또한 공지되었다. 광자 UV 소스중에서, 100nm 내지 800nm 사이로 구성된 광 스펙트럼 대역 및 비교적 낮은 파워를 가지는 통상적인 크세논, 수은 및 중수소 UV 램프가 구별될 수 있다. CO2, Nd, YAG, Ar의 레이저 및 엑시머형 또한 존재하여, 중앙 협대역 및 약 수 cm2의 감소된 공간 분해능을 가지는 경제적인 에미터를 구성한다.
US-A-4,837,484에는 협 스펙트럼 분해능, 높은 파워 및 수십 cm2의 광 공간 분해능을 가지는 UV 방전 램프가 개시되어 있다. 이들 UV 램프는 엑시머 가스 또는 Ar2
*, Kr2
*, Xe2
*, F2
*, Cl2
*, Br2
*, I2
*, ArF*, ArCl*, KrCl*, XeCl*, HgNe*, HgAr*, HgKr*, HgXe*로 구성된 혼합 기체를 함유한다.
US-A-5,441,569에는 하나의 CO2 및 248 nm의 파장을 가진 다른 엑시머의 2 개의 레이저를 사용하는 얇은 층 증착을 위한 처리 장치가 개시되어 있다. 레이저는 소형 처리 표면을 제공하며, 장치는 적외선 가열장치가 설치되어 있지 않다.
US-A-5,863,327에는 적외 방사(IR) 소스 및 50nm 내지 300nm 사이로 구성된 파장을 가지는 램프 UV를 가지는 자외 방사 소스를 사용하는 처리 기기에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 재료의 처리 온도를 하강시키는 단계로 구성되어 기판 또는 서브층의 성질 또는 구성물에 관계없이 기판의 또는 서브층의 저항에 악영향을 미치지 않는 표면 처리 프로세스를 달성하는 것이다.
본 발명에 따른 프로세스는,
자외 방사(UV)의 파장에 관계없이 40nm 보다 낮은 스펙트럼 분해능을 가지는 제 2 엑시머형 자외 방사(UV)는 상기 반응 챔버 내에서 사용되어 재료(M)의 물리 화학적 특성의 변형 또는 상기 증착의 형성 중 어느 하나를 위하여 적합한 광자 플럭스를 발생하며,
제 2 자외 방사(UV)의 노출 시간은 제 1 적외 방사(IR)의 노출 시간보다 짧으며,
처리 온도는 재료의 성질에 따라 70℃ 내지 800℃ 사이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
제 1 적외 방사 및 제 2 엑시머 자외 방사의 조합 작용은 처리 온도가 재료 및 기판의 형태에 따라 하강하도록 한다. 따라서, 실리콘의 열 저항 보다 낮은 열 저항을 가지는 재료가 기판 및 서브층용으로 사용될 수 있을 것이다.
제 2 자외 방사(UV)의 스펙트럼 분해능은 바람직하게는 약 10nm 이다.
본 발명의 다른 특성에 따라, 처리될 재료 또는 기판은 제 2 엑시머 자외 방사(UV)의 광자 플럭스의 파장에 광화학적으로 민감한 화합물을 포함한다.
본 발명은 또한,
기판의 급속 가열을 유발하는 제 1 적외 방사(IR)를 획득하도록 설계된 적외선 에미터,
처리될 재료 또는 기판의 특성의 변형시키는 40nm 보다 낮은 스펙트럼 분해능을 가지는 제 2 자외 방사(UV)를 방출할 수 있는 엑시머형 자외선 램프,
기판 및 적외선 에미터 사이와, 기판 및 자외선 램프 사이에 삽입되며, 제 1 적외 방사(IR) 및 제 2 자외 방사(UV)가 통과되도록 하는 투명 재료로 제조된 윈도우, 및
반응 챔버의 벽 및 적외선 에미터 사이와, 반응 챔버의 벽 및 자외선 램프 사이에 삽입되어 기판 상의 최적 열파워 밀도를 획득하는 반사기
를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치에 관한 것이다.
기판은 반응 챔버의 중앙부에 배열되며, 적외선 에미터 및 엑시머형 적외선 램프로부터 2 개의 대향하는 방사에 영향을 받는다.
냉각 이중벽을 가지는 스테인레스 스틸 반응 챔버는 바람직하게는 진공에서 또는 대기압에서 작동하는 제 1 오리피스에 연결된 외부 펌프 시스템과, 제 2 오리피스를 경유하여 상기 챔버로 중성 또는 반응 가스의 흐름을 주입하기 위한 주입 수단을 구비한다.
재료의 열 처리 응용에 부가하여, 다음의 다른 2 개의 가능한 응용은 엑시머 자외 방사(UV)에 의하여 온도를 하강시키는 것으로 실행된다.
가스 상태가 표면과 반응하도록 하는 화학 증착(CVD) 기술로서, 반응을 달성하기 위하여, 표면은 적외 방사(IR)에 의하여 특정 온도로 가열되어 기판의 표면 상의 자외 방사(UV)에 민감한 가스 상태의 반응으로부터 발생된 재료층을 형성한다.
자외 방사(UV)에 민감한 유기 금속층을 전개하는 단계로 구성되는, 지지부 상의 재료의 유기 금속의 항복에 의한 증착 기술로서, 자외 방사(UV)의 영향하에서, 유기 금속은 휘발 상태 및 기판에 부착되어 남아 있는 금속 또는 비금속층으로 항복된다. 자외 방사(UV)는 기판의 적외 가열에 의하여 실행될 수 있다.
도 1에서, 장치(10)에 실행된 프로세스는 화로의 반응 챔버(12) 내의 2 개의 방사 소스의 동시 작용으로 인하여 처리 온도가 하강되도록 한다. 재료(M)는 일반적으로 기판(14)에 의하여 가능한 부가적인 중간 서브층(S)으로 형성된 지지부 상에 증착된다. 기판(14) 상의 재료(M)의 조합된 프로세스는 적외선 에미터(16)에 의한 제 1 방사(IR)로부터 그리고 엑시머형 자외선 램프(18)에 의하여 발생된 제 2 방사(UV)로부터 유발된다. 기판(14)은 반응 챔버(12)의 각 면 상에 배열된 IR 에미터(16) 및 UV 램프(18)를 가지는 반응 챔버(12)의 중간 영역에 위치되는 것이 바람직하다.
적외선 에미터(16)에 의하여 생성된 에너지 플럭스는 수십 kW 까지 도달할 수 있어서 기판(14)이 방사에 의하여 신속하게 가열되고 주어진 시간동안 소정의 온도에서 유지되도록 한다.
제 1 적외 방사(IR)에 마주보도록 배열된 엑시머형 자외선 램프(18)에 의하여 방출된 제 2 방사(UV)의 광자 플럭스가 노출 표면 상에 작용하여 재료(M)의 특성(활성화, 밀도강화, 항복 등)을 변형시킨다. 플럭스는 200mW/㎠ 까지 일 수 있다.
제 2 자외 방사(UV)의 노출 시간은 처리될 재료(M)의 특성 및 요구되는 최종 특성에 좌우한다. 엑시머형 자외 방사 램프의 스펙트럼 분해능은 램프(18)에 의하여 방출된 UV 방사의 파장에 관계없이 40 nm 보다 낮게 선택된다.
재료(M) 상의 2 개의 방사(IR, UV)의 작용은 기판(14)의 전 표면에 걸쳐 가열 및 자외 방사의 양호한 동질성(homogeneity)이 획득되도록 한다. 이것은, 어닐링이 제 2 UV 방사에 의하여 원조되므로 저온에서 수행되는 열 처리를 야기시킨다. 따라서, 광범위한 재료 범위는 이러한 반응 챔버(12)에서 처리될 수 있다. 처리 온도는 70℃ 내지 800℃의 범위 내이다.
반응 챔버(12)는 제어 대기에서 이중 냉각벽(20)을 가지는 스테인레스 스틸로 제조된다. 외부 펌프 시스템(22)은 반응 챔버(12)의 제 1 오리피스(24)에 연결되어 대기압에서 작동하거나 내압을 고진공으로 하강시킨다.
가스 플로우(26)(중성, 반응 또는 가스 혼합)는 주입 수단에 의하여 제 2 오리피스(28)를 경유하여 반응 챔버(12)로 주입될 수 있어서 불활성 또는 반응 대기 에서 프로세스를 수행한다.
반응 대기에서, 적용가능하다면 서브층(S)으로 코팅된 기판(14)에 의하여 구성된 지지부의 노출 표면은 가스 상태와 접촉하여 얇은 층을 형성하도록 또는 표면의 물리 화학적 특성을 변형시키도록 반응할 수 있다. 제 2 자외 방사(UV)는 이 반응을 촉진시킨다.
재료가 엑시머 UV 광자의 파장에 광화학적으로 민감한 화합물일 경우, 항복되어 얇은 금속층을 형성하거나(유기 금속의 경우) 또는 밀도가 강화되어 재료의 특성을 변형시킬 수 있다(강유전 또는 실리콘 옥사이드의 경우).
도 2를 참조로 하여, 윈도우(30,32)는 기판(14)과 적외 에미터(16) 사이 및 기판(14)과 자외 램프(18) 사이에 배열된다. 윈도우(30,32)는 적외선 에미터(16) 및 자외선 램프(18)를 반응 챔버(12)로부터 분리시킨다. 이들 윈도우는 제 1 적외 방사(IR) 및 제 2 자외 방사(UV)를 통과시키는 투명 재료로 제조된다. 반사기(34,36)는 반응 챔버(12)의 벽(20)과 적외선 에미터(16) 사이 및 반응 챔버(12)의 벽(20)과 자외선 램프(18) 사이에 배열되어 기판(14) 상의 최적 열파워 밀도를 획득한다.
자외선 램프(18)의 윈도우(32)는 각 램프 주위에 배열된 외부 튜브에 의하여 위치될 수 있다. 이 외부 튜브는 반사기(36)의 구멍을 통하여 고온 측정을 허용하여 기판(14)의 온도를 조절한다.
제어 대기에서 또는 반응 챔버내의 진공에서 전자기 방사에 의하여 재료를 처리하여 제 1 적외 방사와 제 2 자외 방사의 조합 작용으로 기판 상에 배열된 재료의 물리 화학적 특성을 변형시키거나 재료의 증착을 달성한다.
Claims (8)
- 제어 대기 내에 또는 반응 챔버(12) 내의 진공에서 전자기 방사로 재료(M)를 처리하는 방법으로서, 어셈블리가 소정 온도로의 급속 가열을 유발하는 제 1 적외 방사(IR)의 영향을 받아 기판(14) 상에 배열된 상기 재료(M)의 물리 화학적 특성이 변형되거나 상기 기판 상에서 상기 재료(M)의 증착이 수행되는, 상기 재료 처리 방법에 있어서,자외 방사(UV)의 파장에 관계없이 40nm 보다 낮은 스펙트럼 분해능을 가지는 제 2 엑시머형 자외 방사(UV)가 상기 반응 챔버(12) 내에서 사용되어 상기 재료(M)의 물리 화학적 특성의 변형 또는 상기 증착의 형성 중 어느 하나에 적합한 광자 플럭스를 발생하며,제 2 자외 방사(UV)의 노출 시간은 제 1 적외 방사(IR)의 노출 시간보다 짧으며,처리 온도는 상기 재료(M)의 성질에 따라 70℃ 내지 800℃ 사이인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 자외 방사(UV)의 스펙트럼 분해능은 약 10nm 인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 재료는 상기 제 2 엑시머 자외 방사(UV)의 광자 플럭스의 파장에 대해 광화학적으로 민감한 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 엑시머 자외 방사(UV)에 의한 증착 형성은, 기판의 표면과 반응하는 반응 가스에 의하여 달성되어 얇은 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제어 대기 내에 또는 반응 챔버(12) 내의 진공에서 전자기 방사에 의해 재료(M)를 처리하며, 기판(14)의 급속 가열을 유발하는 제 1 적외 방사(IR)를 획득하도록 설계된 적외선 에미터(16)를 구비하는 처리장치에 있어서,처리될 재료의 특성을 변형시키는 40nm 보다 낮은 스펙트럼 분해능을 가지는 제 2 자외 방사(UV)을 방출할 수 있는 엑시머형 자외선 램프(18),상기 기판(14)과 상기 적외선 에미터(16) 사이 및 상기 기판(14)과 상기 자외선 램프(18) 사이에 삽입되며, 제 1 적외 방사(IR) 및 제 2 자외 방사(UV)를 통과시키는 투명 재료로 제조된 윈도우(30,32), 및상기 반응 챔버(12)의 벽(20)과 상기 적외선 에미터(16) 사이 및 상기 반응 챔버(12)의 벽(20)과 상기 자외선 램프(18) 사이에 삽입되어 상기 기판(14) 상의 최적 열파워 밀도를 획득하는 반사기(34,36)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 기판(14)은 상기 반응 챔버(12)의 중앙부에 배열되며, 상기 적외선 에미터(16) 및 상기 엑시머형 자외선 램프(18)로부터의 2 개의 대향하는 방사의 영향을 받는 것을 특징으로 하는 재료 처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 반응 챔버(12)는 이중 냉각벽(20)을 가지는 스테인레스 스틸로 제조되며, 진공에서 또는 대기압에서 작동하도록 제 1 오리피스(24)에 연결된 외부 펌프 시스템(22)과, 제 2 오리피스(28)를 경유하여 상기 챔버로 중성 또는 반응 가스(26)의 흐름을 주입하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 기판(14)은 제 1 적외 방사(IR)를 흡수하는 탄소 서셉터(carbon susceptor) 수단 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
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