KR102203973B1 - 기질의 표면 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은
상기 기질 표면(7o)을 공정 챔버(8)내에 배열하는 단계,
상기 기질 표면(7o)으로부터 불순물을 제거하기 위해 이온 빔 공급원(2,2',2")에 의해 발생되고 상기 기질 표면(7o)을 향하며 제1 성분을 가지는 이온 빔(3,3',3")으로 상기 기질 표면(7o)을 충돌시키는 단계,
제거된 불순물을 결합하기 위해 제2 성분을 상기 공정 챔버(8)속으로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는
기질(7)을 수용하기 위한 공정 챔버(8)를 포함하고,
상기 기질 표면(7o)으로부터 불순물을 제거하기 위해 상기 기질 표면(7o)을 향하며 제1성분을 가지는 이온 빔(3,3',3")을 발생시키기 위한 이온 빔 공급원(2,2',2")을 포함하며,
제거된 불순물을 결합하기 위해 제2성분을 상기 공정 챔버(8)속으로 도입하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기질의 표면 처리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE SURFACE TREATMENT OF SUBSTRATES}
본 발명은 특허청구범위 제1항을 따르는 방법 및 제9항을 따르는 해당 장치에 관한 것이다.
반도체 산업에서 표면 처리(surface treatment) 특히, 표면 크리닝(cleaning) 및 표면 활성화(activation)을 위해 서로 다른 습식 화학적 에칭(wet chemical etching) 방법 및/또는 건식 에칭 방법들이 이용된다. 이러한 방법들은 부정적인 표면 산화물(oxides) 및/또는 탄소 화합물(carbon compound)을 용이하게 제거한다는 것을 주목한다. 습식 화학적 에칭 방법 및 건식 에칭 방법의 중요한 차이는, 이용되는 청정제(cleaning agent)의 물리적 상태이다. 습식 화학적 에칭 방법의 경우, 기질 표면을 청소하기 위해 액체가 이용되고, 건식 에칭 방법에서, 기질 표면을 청소하기 위해 가스 또는 플라즈마가 이용된다. 습식 화학적 에칭 방법은 아직까지 몇몇 경우에서 이용되며, 최근에 습식 화학적 에칭 방법은 다른 다수의 분야에서 건식 에칭 방법으로 대체되어 왔다.
건식 에칭을 위해, 기본적인 플라즈마 시스템 또는 이온 스퍼터링(ion sputtering) 시스템이 이용된다.
"플라즈마 시스템"은, 준 중성(quasi neutral) 가스, 소위 플라즈마를 발생시킬 수 있는 시스템으로 이해된다. 두 개의 전극들사이에 전압을 제공하여 공정 가스가 이온화되고 이온화된 준 중성 가스, 소위 플라즈마를 형성한다. 상기 시스템들은, "용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)" 플라즈마 시스템이라고 설명된다. 소위 "유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma Spectrometer, ICP) 플라즈마 시스템내에서 자석 장치에 의해 플라즈마를 발생시키는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, 전자기 유도가 플라즈마를 발생시키기 위해 이용된다. 또한, 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 방법이 존재하지만 본 명세서에서는 굳이 설명하지 않는다. 하기 설명은 일반적으로 모든 플라즈마 시스템에 적용되지만 CCP 플라즈마 시스템의 구조가 상대적으로 간단하기 때문에 CCP 플라즈마 시스템을 이용하여 설명된다.
CCP 플라즈마 시스템이 가지는 눈에 띄는 특징에 의하면, 상기 플라즈마는 두 개의 전극들 중 한 개의 전극위에 위치하거나 상기 전극과 근접하게 위치하는 것이 선호되는 기질의 표면위에 작용한다. 일반적으로, 불활성 또는 반응성 공정 가스가 이용된다. 플라즈마 시스템의 경우에 있어서, 두 개의 전극들사이의 전압, 가스 조성 및 가스 압력이 미리 설정된다. 따라서 저온 플라즈마는 임계압력 위에서 점화된다. 상기 임계압력은 고진공 챔버내부의 압력보다 상대적으로 크지만 1 바(bar) 미만이다. 저온 플라즈마는 주로 산소, 질소, 불활성 가스 또는 상대적으로 복잡한 유기 가스 화합물로 구성된다. 상기 플라즈마들은 상기 기질 표면을 이온 충격을 통해 물리적으로 수정하고 플라즈마내에서 발생된 라디칼(radical)들을 통해 화학적으로 수정된다(출처: 에스. 밸런, 에. 호프리히터 등 에이 1, 저널 오브 어드히전 사이언스 앤드 테크놀로지(1996) 볼륨 10, 제12호 1287). 우선 물리적 수정은 고속과 함께 동반되는 기질 표면의 원자 및 가스와 플라즈마 원자사이에 충격 에너지에 의해 형성된다.
이온 스퍼터링 시스템은 한편으로, 이온 공급원 및 가속 유닛을 가진다. 이온 공급원내에서, 공정 가스가 이온화되고 가속 유닛에 의해 기질 표면을 향하여 가속된다. 가속된 이온은 평균 직경, 해당 발산 또는 수렴 및 에너지 밀도를 가지는 소위 이온 빔(ion beam)을 형성한다. 이온의 운동에너지가 불순물과 기질 표면사이의 결합 에너지보다 크거나 동일할 때 가속된 이온들은 기질 표면으로부터 불순물을 느슨하게 만들 수 있다. 상기 공정에서, 이온의 운동에너지는 기질 표면 자체에 영향을 줄 수도 있다. 상기 조절은, 기질 표면이 가지는 미세구조의 변화, 점 결함(point defects), 결정 격자에 포함된 이온들, 플라스틱 변형 등을 나타낸다.
불순물의 제거가 스퍼터링이라고 한다. 완성을 위하여, 표면상의 원자를 분리하는 공정도 스퍼터링이라고 언급될 수 있다. 그러나 스퍼터링은 단지 원자의 제거와 관련된다.
한 가지 기술적 문제점에 의하면, 주어진 환경 조건에서, 기질 상의 (제거되어야 하는) 불순물 및 이온들사이의 반응이 상기 불순물이 상기 기질 표면으로부터 제거되지 않은 채 발생할 수 있다. 또한, 상기 이온들은 청소되어야 하고 제거되어야 하는 불순물 아래에 위치한 기저 재료(base material)와 반응할 수도 있다. 그 결과, 불균질한 제거 및 표면 거칠기의 증가가 발생한다.
또한, 상기 기질의 표면위에서 가스 및 플라즈마 원자들의 흡착(adsorption)이 종종 발생한다.
종래 기술에 의하면, 특히 수소를 이용한 불순물의 제거과정은 주로 하기 방법에 의해 수행된다.
플라즈마 공정
1. 기질 표면은 수소 플라즈마에 의해 방사선 처리(irradiate)된다. 상기 표면의 온도는 일반적으로 상기 플라즈마에 의해 상당히 증가된다. 일반적으로, 서로 다른 재료들을 위해 서로 다른 플라즈마 공정들이 이용된다. InP를 위해 예를 들어, 소위 ECR( 전자 사이클로트론 공명) 플라즈마(출처: 에이. 제이. 넬슨, 에스. 프리고, 디. 만시니 및 알. 로젠버그, 제이. 어플라이드 피직스. 70, 5619(1991)가 이용된다. RF( 라디오 주파수) 플라즈마를 이용한 수소 방사선 처리작업 후에 모든 표면 불순물들의 제거가 약 30분경과 후에 380℃에서 관찰된다( 출처: 에스. 더블유. 로베이 및 케이. 스피니아, 제이. 어플라이드 피직스. 88, 2994(2000)). CuInSe2를 위해, 표면 산화물의 제거가 예를 들어, 200℃의 표본 온도에서 수소 ECR 플라즈마를 이용하여 설명된다( 출처: 에이. 제이. 넬슨, 에스. 피. 프리고 및 알. 로젠버그, 제이. 어플라이드 피직스 72, 8561(1993)).
2. 수소 분자가 작용할 때, 상기 기질 표면은 진공 내에서 500℃를 초과하여 가열된다. GaAs에 의해 예를 들어, 2시간에 이르는 청소시간이 필요하다(출처: DE 100 48 374 A1).
3. 기질 표면이 진공속에서 원자 수소에 의해 가열된다. 상기 가열작용은, GaAs에 의해 예를 들어, 350℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 발생한다. 상기 방법은 문헌들에서 광범위하게 설명된다(출처: 와이. 아이데 및 엠. 야마다, 제이. Vac. Sci. Technol. 에이 12, 1858(1994) 또는 티. 아카추, 에이. 프뢰쓸, 에이치. 스텐첼, 및 유. 괴젤레, 제이. 어플라이드 피직스 86, 7146(1999) 및 DE 100 48 374 A1).
이온 빔 공정
이온 빔 공정의 불활성 가스(아르곤, 질소, 제논 등)를 이용한 표면 불순물의 제거는 주로, 순수 스퍼터 제거(pure sputter removal)를 기초로 한다(출처: 제이. 지. 씨. 라반다, 에스. 에이. 바네트, 및 엘. 훌트만 "여입사각(glancing angle) 이온 충격을 이용한 갈륨비소의 스퍼터 클리닝(cleaning) 및 평탄화(smoothening)", 어플라이드 피직스 Lett. 66, 3114(1995)). 반응기체(수소, 산소, 질소, CF5)은 한편으로 공정 가스와 표면 불순물의 화학적 반응 및 연속적인 반응 생성물의 제거( 열 또는 이온 충격에 의해 부분적으로 여기되는 흡착)에 주로 기초한다. 수소는 반도체 표면에서 다양한 산화물 및 탄소 불순물의 제거를 위해 선호되는 공정가스인 것으로 판명되었다(출처: DE 10 2010 253A1).
종래 기술을 따르는 상기 표면 크리닝 방법은 일반적으로, 계속되는 공정을 위해 기저 표면을 준비하기 위해 이용된다. 계속되는 공정은, 예를 들어, 포토레지스를 이용한 코팅, PVD(물리적 증기 증착) 또는 CVD(화학적 증기 증착)을 이용한 한 개이상의 원자 또는 분자의 증착을 포함한다.
이온에 의해 표면 결함들이 반도체 재료내에 발생되고, 상기 결함은 부품의 전기적 기능을 상당히 손상시킨다. 또한, 종래 기술에 의하면 기본적인 문제점으로서, 플라즈마 시스템 및 스퍼터 시스템은 항상 기질 표면을 기본적으로 변화시키고 일반적으로 손상시킨다.
플라즈마 공정 또는 이온 스퍼터링 공정이 Si-, SiC-, 쿼츠-, 또는 3A- 5A 반도체 표면들을 클리닝하거나 활성화하기 위해 이용될 때 예를 들어, 상당한 문제점으로 추가 손상이 반도체 표면에 발생한다(예를 들어, 거칠기, 금속 위상의 형성, 산화 층 성장, 얇은 수막의 형성). 인정하건대, 표면에서 대부분의 불순물을 효과적이고 확실하게 클리닝하는 것은 플라즈마 시스템을 이용하여 이루어진다. 그러나, 특히 유기 화합물에 의하면, 상기 클리닝 방법은 유기적 연결을 완전히 제거하기엔 불충분한다.
플라즈마 시스템을 이용할 때 손상을 발생시키는 주요 원인은 필수적으로 반도체 표면 및 플라즈마사이의 직접적인 접촉 및, 기질 표면에서 원자 및 플라즈마 성분들(예를 들어, 이온, 라디칼 및 고도로 여기된 분자/원자들, 전자 및 자외선 광자들)사이에 발생하는 상호작용이다. 특히 고도로 여기되고 따라서 이온 스퍼터링 시스템의 상당한 에너지의 입자들 또는 플라즈마 이온들 또는 이온들은 기질 표면 특히 매우 민감한 반도체 표면에 대한 불리한 손상 과정을 발생시킬 확률이 높다.
산소, 질소, 불활성 가스 또는 더욱 복잡한 유기 가스 화합물을 이용하여 발생되는 저온 플라즈마는 플라즈마에 존재하는 라디칼을 이용하여 표면 반응뿐만 아니라 이온 충격을 통해 기질표면을 변화시킨다(출처: 케이 하스, 히브스트, 에이치., 서피스 및 코팅 테크놀로지(1993) 볼륨 59, 제1 내지 제3, 350). 또한, 표면위의 가스 원자들은 흡수된다(출처: 케이, 쉐어쉬미트, 디. 콘라드, 에이. 베로브, 에이치. 스텐젤, "실온에서 UHV 실리콘 웨이퍼 결합: 분자 동역학 및 실험, proc. 4. Int. Symp. 반도체 웨이퍼 결합, 1997년 9월, 프랑스, 381쪽).
진공속에 원자 또는 분자 수소가 작용할 때 반도체 표면을 클리닝하기 위한 방법이 가지는 심각한 문제점은, 일반적으로 400℃ 내지 500℃에 해당하고 필수적인 고온이다(문헌 제 100 48 374 A1 호를 참고). 상기 수소 및 불순물사이의 효과적인 반응 및 반응 생성물 부분들의 흡착을 가능하도록 높은 공정 온도가 필요하다.
분자 및/또는 원자 수소를 이용한 반도체 표면을 클리닝하기 위한 종래 기술의 방법이 가지는 또 다른 문제점은 긴 공정 시간이다. 분자 수소의 경우 공정시간은 적어도 두 시간에 이른다(문헌 제 100 48 374 A1 호를 참고).
특허 명세서 제 DE 102 10 253 A1호의 발명을 따르는 실시예의 이용은 충분히 효율적이지 않은 데, Si, SiO2, SiC 쿼츠 및 제로더(Zerodur)의 수소이온들에 의해 순수한 화학적 공정을 통한 분순물을 제거하는 것은 완전한 제거를 제공하지 못하기 때문이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 기질 표면위에 추가적인 손상(예를 들어, 표면 거칠기의 증가, 화학양론적 변화 및 결정 격자 손상)을 발생시키기지 않고 기질 특히 반도체의 표면위에 화학적 불순물 또는 파괴 기질 표면 층(예를 들어, 자연 산화물을 포함한 산화물, 탄소 및 탄소 화합물)을 제거할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 제1항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 또 다른 유리한 실시예들이 종속항에 주어진다. 명세서, 청구범위 및/또는 도면에 제공된 특징들 중 적어도 두 개의 특징들에 관한 조합은 본 발명의 범위에 속한다. 주어진 수치 범위에 의해 제시된 한계에 속하는 수치들이 경계값으로 간주되고 모든 조합으로 청구될 수 있다.
본 발명의 기존 사상은, 공정 챔버내에서 방향을 가진 이온빔을 이용하여 추가로 처리하기 전에 기질의 기질 표면으로부터 불순물을 제거하는 것이며, 상기 이온빔은 제1 특히 가스상태의 성분 및 제2 특히 가스 상태의 성분을 가지거나 작업 가스가 상기 공정 챔버속으로 공급된다. 상기 제2성분은 분리된 불순물을 결합하기 위해 이용된다. 상기 제2성분은 유동 속도를 가지며 상기 공정 챔버를 통하도록 방향을 가져서 공정 챔버로부터 불순물을 운반한다.
본 발명에 의하면, 특히 가스 혼합물 또는 순수 가스 특히 순수한 불활성 가스가 "제1성분" 또는 "제2성분"으로 추정한다.
다시 말해, 본 발명은, 특히 저 에너지 이온 스퍼터링 및/또는 형성 가스(forming gas)를 이용하여 실온(RT) 또는 매우 낮은 온도에서 서로 다른 재료들 특히 반도체 재료로부터 표면 불순물을 제거하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 따라서, 상기 온도는 500℃ 미만, 선호적으로 300℃ 미만, 더욱 선호적으로 100℃ 미만, 가장 선호적으로 실온이다.
상기 형성 가스는 20퍼센트 초과의 수소 내용물을 가지는 것이 선호된다. "형성 가스"는, 아르곤(Ar) 및 수소(H2)를 포함한 가스 혼합물 또는 질소(N2) 및 수소(H2) 를 포함한 가스 이온혼합물을 의미한다. 그러나, 상기 형성 가스는, 단지 단일 가스 성분 특히 오직 아르곤 또는 오직 수소로 구성되는 것을 고려할 수 있다.
그러므로 본 발명은, 기질 표면에 손상을 주지 않고 가능한 가장 낮은 온도 선호적으로 실온에서 기질 표면을 오염으로 클리닝하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 방법은, 반도체 및 반도체 구조체를 경제적으로 클리닝하기 위해 적용되는 것이 선호된다. 본 발명을 따르는 시스템 및 방법은, 계속되는 결합 특히 영구 결합(bond)을 위해 기질 표면을 준비하기 위해 이용된다.
선호되는 실시예는, 상기 기질 표면을 표면 클리닝 하기 위해 광대역 이온빔을 이용한다.
유리한 실시예에서, 상기 표면 클리닝은 완전하게 수행되는 것이 아니라 선택적으로 수행된다. 상기 실시예는 특히, 정의/결정된 기질 표면만 클리닝 하기 위해 광학장치, 광전자 장치 및 센서 분야에서 이용된다. 따라서 선택적인 상기 표면 클리닝은, 포커싱(focusing)을 통해 직접 발생되는 협대역 이온빔 또는 구멍(aperture)을 이용하여 광대역 이온빔으로부터 형성되는 협 대역 이온빔을 통해 수행된다. 또한, 본 발명에 의하면, 노출되고 화학적으로 처리된 해당 포토레지스를 이용하여 상기 기질을 마스킹(masking)할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 기계적 새도우 마스크(shadow mask)를 이용할 수 있다.
본 발명을 따르는 사상에 의하면, 이온 공급원 특히 광대역 이온빔 공급원을 통해 상기 기질 표면위에 제1성분의 이온을 가속시키는 것이다. 또한, 상기 공정 챔버는, 제2성분으로서 형성가스 또는 선호적으로 순수한 수소를 이용하여 플러싱(flushing)된다. 특히 상기 표본 홀더와 접촉을 통해 상기 기질을 (가능한 적게) 가열하는 것을 고려할 수 있다. 광대역 이온빔 공급원을 이용할 때, 기질위에 화학적 오염은, 저 에너지이온(<1000 eV)을 이용하여 기질의 표면에 유해한 효과를 주지 않고 제거될 수 있다. 또한, 광대역 이온빔 공급원을 이용하면 상기 기질 표면 중 매우 넓은 섹션(극단적인 경우, 전체 기질 표면)을 클리닝하게 되어 유리하다.
특히, 본 발명에 의하면 저 에너지 이온 스퍼터링 시스템이 이용된다. 상기 시스템은 기질 표면에 이온을 충돌시킨다. 상기 이온들은 광대역 이온빔 공급원내에서 상기 기질 표면위에 충돌한다. "광대역 이온빔"은, 기질의 직경 범위에 해당하는 평균 직경을 가진 이온빔을 의미한다. 상기 기질의 직경 및 이온빔 직경사이의 비율은 특히, 1/100, 선호적으로 1/10, 더욱 선호적으로 1/2 가장 선호적으로 1이다. 상기 광대역 이온빔은 전체 기질 표면을 덮는 것이 선호된다.
기질 표면위에서 상기 이온빔의 직경이 기질 표면의 직경보다 작다면, 본 발명에 따라 특히 이온빔 및 기질 표면사이의 상대운동이 형성되어 클리닝되어야 하는 기질 표면의 모든 위치에 도달할 것이다. 상기 상대운동은 이온 공급원에 대해 기질 표본 홀더를 이동시켜서 수행되는 것이 선호된다. 실시예에서, 기질 표면의 위치 특정(positin specific) (즉 공간적인 분해능을 가진(spatially resolved))의 클리닝이 가능해진다. 특히, 협대역 이온빔이 이용될 수 있고 이온빔의 직경 및 기질 표면의 직경사이의 비율은 1미만, 선호적으로 1/10 미만, 더욱 선호적으로 1/100미만 및 가장 선호적으로 1/1000 미만으로 조정된다. 상기 비율이 작아질수록 클리닝 공정의 분해능은 커지지만, 클리닝되어야 하는 기질위에서 상대운동을 통해 해당 영역을 클리닝하기 위한 시간은 증가된다. 상기 협대역 이온빔은 광학 요소를 이용하여 직접 포커싱되거나 마스크 또는 구멍 기술을 이용하여 광대역 이온빔으로부터 발생될 수 있다. 광학 요소들은 특히, 전기적 및/또는 자기적 렌즈들을 포함하고 "광학장치"라고 설명된다. 마스크 및 구멍 기술을 이용할 때 자동화된 유닛 특히 로봇이 이용되어 서로 다른 구멍을 가진 마스크 또는 박막(diaphragms)을 신속하게 교체할 수 있다. 또한, 일치하는 작은 횡단면을 가진 공급원을 이용하여 협대역 이온빔을 발생시킬 수도 있다.
본 발명의 특징에 의하면, 이용되는 이온빔 직경과 무관하게, 해당 형성 가스, 특히 순수한 아르곤 또는 순수한 수소 가스( 제2성분)와 관련하여 저 에너지 이온 스퍼터링 시스템이 이용된다. 따라서 상기 형성 가스는, 이온 스퍼터링 시스템의 이온 공급원내에서 이온을 발생시키기 위해 공정 가스로서 이용되거나 공정 챔버내에서 청정 가스(purge gas)로서 이용된다. 본 발명에 따라 저 에너지 이온 스퍼터링 시스템 및 해당 형성가스의 조합에 의하면, 상기 기질 표면으로부터 불순물이 제거되지만 기질 표면은 변형되거나 손상되지 않는 것이 보장된다. 그러므로 본 발명의 특징에 의하면, 저에너지 이온들이 사실상 이온 스퍼터링 시스템에 의해 기질 표면위로 가속되지만 이온의 에너지는 기질에 대해 주목할만한 변형 또는 손상을 줄 정도로 충분하지 않다. 최소 크기의 손상이 깊이 범위로 표시되며, 기질이 가지는 미세구조(microstructure)의 변화는 상기 깊이 범위내에서 아직까지 확인할 수 있다. 본 발명을 따르는 방법과 시스템을 이용하여 발생되는 상기 깊이 범위는 특히, 10μm 미만, 선호적으로 1μm 미만, 더욱 선호적으로 100nm 미만, 더욱 선호적으로 15nm 미만, 더욱 선호적으로 7nm 미만, 더욱 선호적으로 3nm 미만, 더욱 선호적으로 1.5nm 미만, 가장 선호적으로 영이다. 그러므로, 이상적인 경우에 상기 이온충격으로부터 손상이 발생하지 않는다.
불순물 및/또는 기질 표면에 대해 구체적으로 조정된 제1성분(특히 형성 가스)는 불순물의 스퍼터링된 원자들/분자들과 반응하여 불순물들이 다시 기질 표면으로 돌아가 침적되는 것을 방지한다. 이렇게 형성( 및 제1성분에 의해 결합)된 화합물은 진공 시스템에 의해 흡인되거나 공정 챔버내부에서 포착(snares) 요소에 의해 결합되어 불순물들은 다시 기질 표면위에 침적되는 것이 방지된다. 제2성분(특히 형성가스, 선호적으로 이온 공급원내에서 이온화되는 동일한 형성 가스)에 의해 공정 챔버가 추가로 플러싱되면, 본 발명의 공정은 최적화되고 가속된다. 완전한 클리닝을 수행하기 위해 광대역 이온빔이 이용되는 것이 특히 유리하다.
본 발명을 따르는 실시예 및 시스템은 표면 불순물 특히 탄소를 포함한 불순물을 제거하기 위한 경제적이고 효과적인 수단을 포함한다. 본 발명을 따르는 실시예는 필수적으로 모든 형태의 기질 표면들위에서 이용될 수 있지만 매우 작은 거칠기를 가진 기질 표면에서 이용될 때 특히 효율적이다. 거칠기는 평균 거칠기, 정사각형 거칠기(square roughness) 또는 평균화된 거칠기로서 특정된다. 일반적으로, 상기 평균 거칠기, 정사각형 거칠기(square roughness) 또는 평균화된 거칠기를 위해 확인된 수치들은 동일한 측정 섹션 또는 측정된 표면에 대해 서로 다르지만 동일한 범위에 속한다. 거칠기에 대한 하기 수치 범위는, 평균 거칠기, 정사각형 거칠기 또는 평균화된 거칠기에 대한 수치로서 이해한다. 본 발명에 의하면, 거칠기는 특히, 100μm 미만, 선호적으로 10μm 미만, 더욱 선호적으로 1μm 미만, 가장 선호적으로 100nm 미만, 가장 선호적으로 10nm 미만이다. 본 발명을 따르는 실시예는 특히 광학 요소들이 제조되는 기질들을 클리닝하기에 적합하다. 또한, 예를 들어, 회절격자(diffraction gratings), 프레즈넬 렌즈, 멤스(MEMS) 장치들 및 LED를위한 공동들과 같이 상대적으로 복잡한 토포그라피(topography)를 가진 기능요소들을 포함하는 기질들을 클리닝할 수 있다.
동시에, 충분히 작은 운동 이온에너지가 선택되면 반도체 재료의 손상발생이 방지된다.
본 발명을 따르는 제1 실시예에서, 본 발명을 따르는 시스템은 카우프만(Kaufman) 타입의 광대역 이온 공급원 또는 RF 광대역 이온 공급원을 가진 적어도 한 개의 고진공 챔버를 포함한다(출처: 케이 오테. 에이. 쉰들러, 에프. 비글, 및 에치. 쉬렘, 레브. 에씨아이. 인스트럼., 69, 1499(1998)). 상기 광대역 이온 공급원의 직경은, 10mm 내지 1000mm, 선호적으로 20mm 내지 800mm, 더욱 선호적으로 30mm 내지 600mm, 가장 선호적으로 40mm 내지 400mm이다.
본 발명을 따르는 이온 시스템은 실시예에서, 완전히 비워진다. 상기 형태의 공정 챔버는, 특히 작업 가스 또는 제2성분이 도입되기 전에 비워진다. 상기 이온 시스템은, 1바(bar) 미만, 선호적으로 10-3 mbar 미만, 더욱 선호적으로 10-5 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-7 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-8 mbar 미만의 압력으로 비워질 수 있다. 비워진 후에 상기 이온시스템은 작업 가스에 의해 플러싱된다. 상기 플러싱은 작업 가스가 도달될 때까지 수행된다.
따라서, 상기 이온 챔버내부의 작동 압력은 특히 10-8 mbar 내지 1 bar, 선호적으로 10-6 mbar 내지 1 bar, 더욱 10-5 mbar 내지 1 bar이다.
제2성분 또는 작동 가스의 작동 압력은 특히, 1x 10-3 mbar 내지 8x 10-4 mbar이다. 1 내지 100 sccm/min("표준 cm3/min" = 표준 조건에서 "cm3/min)를 가진 가스 혼합물(수소를 가진 아르곤, 수소를 가진 질소) 또는 순수한 수소의 제어된 가스 유동이, 기질 표면을 클리닝 하기 위해 이용되는 광대역 빔이온 공급원으로 도입된다. 실시예에서 특히 순수한 수소가 이용된다.
특히 선호되는 제1 실시예에서, 기질 표본 홀더가, 적어도 한 개의 회전 자유도, 선호적으로 적어도 두 개의 회전 자유도, 가장 선호적으로 적어도 세 개의 회전 자유도를 가진 테이블 상에 장착되고 고정되고 서로 수직으로 배열된다.
선호되는 제2 실시예에서, 상기 기질 표본 홀더가 다중 병진 및 회전 자유도를 가진 테이블에 장착되고 고정된다. 상기 테이블은 적어도 X 및 수직의 Y 방향을 따라 이동할 수 있다. 상기 테이블은 상기 X 및 Y 방향과 수직으로 형성된 Z 방향으로 자유도를 가진다. 특히 선호되는 실시예에서, 상기 테이블은 특히 정확하게 세 개의 회전 자유도를 가진다. 따라서, 상기 공정 챔버내부에서 상기 기질 표본 홀더를 모든 방향으로 이동시키고 정렬할 수 있다. 이온의 입사각(angle of incidence)은 상기 이온 빔( 정확하게, 이온빔의 대칭축 또는 중심축) 및 기질 표면위에서 법선(normal)사이의 각도로서 정의된다. 상기 이온들의 입사각은 0°( 수직입사) 내지 90°(기질 표면에 대해 평행한 입사)로 자유롭게 조절될 수 있다. 이온들의 입사각은 특히 90°미만, 선호적으로 70°미만, 더욱 선호적으로 50°미만, 가장 선호적으로 30°, 가장 선호적으로 0°이다. 상기 이온 공급원은 공정 챔버에 대해 정적으로 고정되는 것이 선호되기 때문에, 이온의 입사각은 기질을 회전시켜서 특히 기질 표본 홀더를 기울여서 조정된다. 본 발명에 의하면, 이동가능한 이온 공급원이 선호되지 않더라도 고려될 수 있다. 이 경우, 이온의 해당 입사각은 이온 공급원을 이동시켜서 조정된다.
특수한 광대역 이온 공급원을 이용하고 상기 형태의 이온 공급원을 이용하여 비교적 동시에 이온으로 전체 기질 표면을 여기시키기 때문에, 정적인 기질 표본 홀더 및/또는 테이블이 특정 실시예에서 구성될 수 있다.
이온 공급원의 유출 개구부 및 기질 표본 홀더사이의 거리는 특히, 100cm 미만, 선호적으로 80cm 미만, 더욱 선호적으로 60cm 미만, 가장 선호적으로 40cm 미만이다. 매우 특별한 실시예에서, 기질 표면위에서 이온의 에너지는 정확하게 조정된 형성가스 밀도와 관련하여 이온 공급원에서 유출 개구부에 대한 기질의 거리에 의해 조절될 수 있다. 이를 위해 상기 거리를 측정하기 위한 측정 장비가 제공된다.
상기 기질 표본 홀더는 클리닝 공정 동안, 적어도 한 개의 가열 요소, 특히 다수의 가열 요소들에 의해 0°내지 500°의 온도로 가열될 수 있다. 특히 온도 센서와 관련하여 상기 기질 온도는 0℃ 내지 500℃, 선호적으로 0℃ 내지 400℃, 더욱 0℃내지 300℃, 가장 0℃ 내지 200℃, 및 가장 선호적으로 0℃ 내지 250℃로 설정된다.
상기 기질 표본 홀더는 선호적으로 컴퓨터 및/또는 마이크로제어기 및/또는 펌웨어(firmware) 및/또는 해당 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
상기 기질 표본 홀더가 상기 기질 표면의 주어진 영역을 완전히 자동으로 스캔할 수 있도록 개시 위치들이 프로그램될 수 있는 것이 특히 선호된다. 이렇게 하여, 푸시 버튼에서 최적 스캔닝 기술이 저장되고 호출될 수 있다. 상기 선택사항은 무엇보다도, 클리닝 되어야 하는 기질 표면의 모든 위치들에 도달할 수 있도록 협대역 이온 공급원을 이용할 때 유용하다. 광대역 이온 공급원을 이용할 때, 이온을 조사하는 동안 상기 기질 표본 홀더의 선형 및/또는 회전 전환(shift)은 본 발명의 효과를 균질화하는 것을 돕는다. 이 경우, 무엇보다도, 고주파수 선형 및 회전 운동이 유리하다. 그러므로, 기질 표본 홀더의 주파수, 따라서 임의 방향에서 상기 기질 표본 홀더가 초당 수행하는 진동 상태는 특히 1/100 초과, 선호적으로 1/10 초과, 더욱 선호적으로 1 초과, 가장 선호적으로 10 초과, 가장 선호적으로 100을 초과한다. 상기 기질 표본 홀더의 분당 회전수(분당 회전 rpm)는, 1/10 초과, 더욱 선호적으로 1 초과, 가장 선호적으로 10 초과 및 가장 선호적으로 100 초과이다.
이온 공급원
본 발명에 따라 선호적으로 이용되는 이온 공급원의 내부구조는 대략 카우프만 타입과 일치한다. 한 가지 차이점은 특히 추출 그리드 시스템(extraction grid system)이다. 플라즈마 챔버로부터 추출된 이온들은 HF 교번 장(HF alternating field)(20MHz)을 작용하여 추가 그리드 시스템에서 분리된다. 이에 따라 전체 전달(transmittance)은 약 <20%이다. 이것은, 1 내지 100μA/cm2의 이온 전류 밀도에 해당한다. 대량 분리(mass separation) 없이 상대적으로 큰 전류 밀도가 이용될 수 있는 특정 용도를 위하여, 소위 IS 모드(이온 공급원 모드)가 이용될 수 있다.
RAH 모드에서, 이온빔속의 불순물의 방지이외에 이온 공급원이 특정 전하 상태를 이용하여 특정 이온 형태의 원하는 선택을 허용한다. 상대적으로 작은 이온 에너지(eV) 및 상대적으로 작은 이온 전류 밀도( 비 대량 분리 IS 모드에서 Eion< 800eV 및 jion <500μA/cm2 또는 대량 분리 RAH 모드에서 Eion< 500eV 및 jion <50μA/cm2)는 불리하다. 상기 이온 공급원의 기능에 관한 더욱 정확한 설명을 위해, 관련 문헌을 참고한다(출처: 케이 오테. 에이. 쉰들러, 에프. 비글, 및 에치. 쉬렘, 레브. 에씨아이. 인스트럼., 69, 1499(1998)).
본 발명에 의하면, 실시예에서 10- 5μA/cm2 내지 105μA/cm2, 선호적으로 10- 3μA/cm2 내지 103μA/cm2, 더욱 선호적으로 1μA/cm2 내지 500μA/cm2의 공급원으로부터 유출한 직후에 이온 전류를 위한 이온 전류밀도가 공개된다. 기질 표면상에서 해당 이온 전류 밀도는 상기 밀도의 이온 전류 밀도와 동일한 것이 선호된다. 그러나 일반적으로, 이온 전류의 발산(divergence) 때문에 고의적이거나 우연한 감쇄(attenuation)가 발생한다. 기질 표면에서 이온 전류의 이온 전류 밀도는, 10- 5μA/cm2 내지 105μA/cm2, 선호적으로 10- 3μA/cm2 내지 103μA/cm2, 더욱 선호적으로 1μA/cm2 내지 500μA/cm2이다.
작업 가스(제1 및/또는 제2 성분)
특히 하기 원자 또는 분자 형태들이 작업 가스로서 이용된다.
● 형성 가스 FG(아르곤 + 수소) 및/또는
● 형성 가스 RRG(수소 + 아르곤) 및/또는
● 형성 가스 NFG(아르곤 + 질소) 및/또는
● 수소 특히 순수한 수소 및/또는
● 아르곤 특히 순수한 아르곤.
Figure 112016089191560-pct00001
본 발명을 따르는 시스템
본 설명에서, 형성 가스 RFGx(0% 내지 50%의 아르곤을 가진 100% 내지 50%의 수소 함량)를 이용하여 기질 표면을 클리닝하기 위한 방법이 설명된다. 본 발명을 따르는 시스템은, 이온빔 공급원 및 선택적인 가열 요소를 가진 기질 표본 홀더를 포함한다. 상기 기질은 상기 기질 표본 홀더에 고정된다. 상기 이온공급원을 작동시키기 위해, 제어된 양의 형성가스가 도입된다.
상기 가스 유동은, 0.001 내지 100,000 sccm/min, 선호적으로 0.01 내지 10,000 sccm/min, 더욱 선호적으로 0.1 내지 1,000 sccm/min, 가장 선호적으로 1 내지 100 sccm/min으로 설정된다. 공정 챔버내부의 압력은 이용되는 가스 형태 및 이용되는 펌프형태에 의존한다. 무관하게 상기 압력은, 10-8 mbar 내지 1 bar, 선호적으로 10-7 mbar 내지 10-2 bar, 더욱 선호적으로 10-6 mbar 내지 10-3 bar로 설정된다. 상기 이온 공급원 및 기질 표면사이의 포텐샬 차이는, 특히 1V 내지 5000V, 선호적으로 30V 내지 2500V, 더욱 선호적으로 50V 내지 800V으로 설정된다. 기질 위에서 이온빔 전류밀도는 특히, 0.001 내지 5000μA/cm2, 선호적으로 0.01 내지 2500μA/cm2, 더욱 선호적으로 0.1 내지 1000μA/cm2, 가장 선호적으로 1 내지 500μA/cm2의 범위를 가진다. 이온의 입사각은 50°미만, 선호적으로 40° 미만, 더욱 선호적으로 30°미만 가장 선호적으로 22°미만인 것이 선호된다. 상기 기질 표면의 노출 시간 및 가열은 특히 이용되는 반도체 재료의 형태 및 표면위에서 오염층의 두께에 의존한다. 기질로부터 이온 공급원까지 거리는, 1 내지 100cm, 선호적으로 10 내지 80cm, 더욱 선호적으로 20 내지 50cm 및 가장 선호적으로 상기 이온 공급원의 출구 개구부로부터 약 30cm로 설정된다. 특정 온도까지 기질 표면의 가열은 또한 이용되는 반도체 재료의 형태에 의존한다. 수소의 패시베이팅(passivating) 효과는 일반적으로 가장 단순한 경우에서 하기 화학 반응으로 설명된다(출처: 에이. 제이. 페어톤 및 제이. 더블유. 리, 볼륨 61, 엔. 에이치 니켈에 의한 편집(아카데믹 프레스, 샌디에고) 442쪽(1999)):
D + + H - {DH}0 or A - + H + {AH}0,
단, D+는 이온화된 도너(donor)를 나타내고 A-는 이온화된 억셉터(acceptor)를 나타낸다.
Ar + e- Ar +2e
본 발명을 따르는 특수한 실시예에서 다수의 이온 공급원은 특히 1개 초과, 선호적으로 2개 초과 더욱 선호적으로 3개 초과의 공정 챔버 특히 고진공 이온 챔버에 부착될 수 있다. 다수의 이온 공급원을 이용하면, 기질 표면의 이온 밀도는 한편으로 상승되고 더욱 양호하게 제어될 수 있다. 또한, 다수의 이온 공급원들은, 제조과정 동안 서로 분리된 상태로 존재하고 이온공급원을 떠난 후에만, 특히 상기 기질 표면에서 또는 기질 표면과 조금 떨어진 위치에서 충족되는 몇 가지 상이한 이온 형태들이 이용할 수 있다. 본 발명을 따르는 방법은, 모든 형태의 기질 표면을 클리닝하기 위해 이용될 수 있다. 특히 상기 방법은, 하기 재료들/재료 조합으로 제조된 기질 표면들을 클리닝하기 위해 적합하다.
■ 실리콘, 열적으로 산화된 실리콘, 쿼츠(quartz), 제로더(Zerodur), 탄화규소(silicon carbide), 몰리드덴, 및/또는 3A-5B 반도체 재료,
■ 특수 용도:
o 직접적인 웨이퍼 결합과정 동안 균질한 반도체 구조 및/또는
o GaAs/GaAs, InP/InP, Ge/Ge, Si/Si, Si, SiO2 및/또는
o 직접적인 웨이퍼 결합과정 동안 균질한 반도체 구조 및/또는
o GaAs/InP, GaAs/Ge, GaAs/Si, Ge/Si, Ge/InP, InP/Si 및/또는
o 금속 및/또는
o Cu, Al, W, Mo, Ag, Au, Pt, Zn, Ni, Co 및/또는
o 합금 및/또는
o 특히 앞서 설명한 임의 재료들의 조합
본 발명에 따라 기질 표면들이 클리닝된 후에, 상기 기질 표면들은 다음 공정 단계로 전달될 수 있다. 임프린트 공정과 같은 리소그라피(Lithography) 또는 포토리소그라피(photolithography), 코팅 공정, 에칭 공정, 습식 화학적 클리닝 공정 및/또는 진공 침적 공정들이 고려된다. 본 발명에 따라 선호되는 진공 침적 공정은 특히,
● 물리적 증착(PVD)
● 화학적 증착(CVD)
● 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy) (MPE)
● 플라즈마 향상 화학적 증착 (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)
● 플라즈마 향상 물리적 증착( Plasma-Enhanced Physical Vapor Deposition (PEPVD)
● 원자 층 증착 (ALD).
선호적으로 본 발명을 따르는 방법은 제2기질의 제2 기질 표면으로 계속되는 결합 공정을 준비된 기질 표면을 클리닝하기 위해 적합하다. 무엇보다도, 금속 결합 공정 또는 융합 결합 공정과 같은 영구적인 결합 공정에서, 두 개의 기질 표면들은 매우 높은 순도 및 평탄도(flatness)를 가져서 양쪽 기질 표면들을 양호하게 결합할 수 있는 것이 선호된다. 결정적으로, 모든 종류의 불순물들이 결합 공정을 방해한다. 제2 기질 표면은 동일한 방법으로 클리닝되는 것이 선호된다. 이것은 직접적인 결합인 것이 특히 선호된다. 본 발명에 따라 처리된 두 개의 금속 표면들이 결합될 때 자동으로 영구적인 결합이 형성되는 것이 선호된다. 예를 들어, 실리콘 또는 실리콘 산화물과 같은 기질 표면들에 의해 소위 예비 결합이 우선 발생될 수 있고 상기 예비적인 결합은 연속적인 열처리 공정에 의해 영구적인 결합으로 전환된다. 예비적인 결합이 실온에서 발생되는 것이 선호된다. 특히 선호되는 실시예에서 영구적인 결합을 형성하기 위해 필요한 온도가 최소온도로 감소되도록 기질 표면은 순수하다. 가장 이상적이 경우에서, 모든 형태의 기질 표면들을 위한 영구적인 결합이 예비 결합없이 특히 추가적인 열처리 단계 없이 즉시 발생된다.
"직접적인 결합"은 공유(원자) 결합만으로 두 개의 기질 표면들을 연결하는 것을 의미한다. 제1단계에서, 반데어 발스(van der Waals) 힘에 의해 양쪽 기질 표면들사이에 형성되고 아직까지 가역적이며 즉 실행할 수 없는(undoable) 결합을 특징으로 하는 소위 예비 결합이 형성된다. 두 개의 기질 표면들이 우선 예비 결합에 의해 서로 연결되면, 적어도 기질 표면들은 더이상 오염되거나 다시 오염될 수 없다. 상기 예비 결합(pre- bond)은 계속해서 열처리에 의해 영구적인 즉 비가역적인 실행할 수 있는 직접적인 결합으로 전환될 수 있다. 상기 직접적인 결합은 특히 기질 표면들사이에서 공유결합의 형성을 특징으로 한다. 상기 공유 결합은 특히 공유 Si- Si 또는 Si-O 결합이다. 그 결과, 상기 실시예 및 본 발명의 시스템은 우선, 적어도 두 개의 기질들이 서로 결합되어야 하는 공정을 위해 이용된다. 그러므로, 본 발명을 따르는 시스템은 진공 클러스터(vacuum cluster), 더욱 선호적으로 고진공 클러스터 및 가장 선호적으로 초고진공 클러스터의 일부분이고 우선 정렬 시스템과 함께 클러스터들내에서 이용되어 해당 공정에서 기질들을 클리닝하고 결합을 위해 준비한다. 상기 진공 클러스터들 중 한 개속에서 압력은 특히 1 bar 미만, 선호적으로 10-1 mbar 미만, 더욱 선호적으로 10-3 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-5 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-8 mbar 미만이다. 본 발명을 따르는 방법은 또한, 금속 결합, 특히 확산 결합(diffusion bond), 공융결합(eutectic bond), 양극 결합(anodic bond) 또는 다른 임의의 결합에 의해 서로 결합되는 기질들의 표면들을 클리닝하기 위해 이용될 수 있다. 그러므로, 본 발명을 따르는 방법은 금속 및/또는 세라믹 표면들을 클리닝하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명을 따르는 시스템은 특히, 정렬기(aligner)에 의해 상기 진공 클러스터내에서 서로를 향해 정렬되고 결합기(bonder)에 의해 서로 결합되는 기질 표면들을 클리닝하기 위해 이용되는 것이 선호된다. 상기 정렬기는 예를 들어, 본 명세서에서 참고하는 문헌 제AT 405 775 B호, 제PCT/EP 2013/062473호 또는 제PCT/EP 2013/075831호에 공개된 정렬기일 수 있다. 상기 기질들은 정렬기와 결합기사이에서 자기적 요소들에 의해 고정되는 것이 선호된다. 상기 고정 장치는, 본 명세서에서 참고하는 문헌 제 PCT/EP 2013/056620 호의 특허청구범위에 설명된다.
클리닝되어야 하는 기질들의 예
상기 기질 표면들에 있어서 불순물 특히 탄소 포함 불순물 및 본래 산화물(native oxides)의 불순물을 완전히 제거하는 매개변수 세트들이 가지는 다양한 최적 매개변수 세트들이 하기 설명에서 명시된다.
갈륨 비소(GaAs) 기질 표면
갈륨 비소 표면들에 있어서 본 발명의 공정은 주로 산화물 제거에 이용되지만 국한되지 않는다.
갈륨 비소 표면을 위해 이용되는 작업 가스는 형성가스 혼합물, RFG1(100% 수소) 또는 RFG2( 표 1을 참고)이다. 따라서, 이온 에너지는 100eV 내지 500 eV, 선호적으로 200eV 내지 400eV, 가장 선호적으로 정확하게 300eV이다. 전류밀도는 2.5 μA/cm2내지 6.5μA/cm2, 선호적으로 3.5μA/cm2내지 5.5μA/cm2, 가장 선호적으로 정확하게 4.5μA/cm2이다. 기질 표면의 온도는 100℃ 내지 200℃, 선호적으로 125℃ 내지 175℃, 가장 선호적으로 정확하게 150℃이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 50초 초과, 더욱 선호적으로 100초 초과, 가장 선호적으로 300초 초과한다. 이온의 이온 분량(dose )은 1012 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 선호적으로 1013 ion/㎠ 내지 1015ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 1.5 x 1014 ion/㎠ 이다.
수소(H) 이온 충격을 통해 갈륨비소 표면으로부터 산화물을 제거하는 메카니즘은 비소산화물로 수소 이온 또는 라디칼 수소를 화학 반응하는 것을 기초로 한다. 그 결과 비소 산화물은 진공속에서 증발된다. 해당 화학반응은
Figure 112016089191560-pct00002
여기서 X는, 갈륨 비소 표면에서 비소의 서로 다른 산화물에 해당되며 3 또는 5이다. 전자들은, "포텐샬 없는 프로브(probe)의 전도 밴드 또는 중화기(neutralizer)로부터 나온다( 출처: 이. 페티트, 에프. 호우제이 및 제이. 모이슨, 제이. Vac. Sci. Technol. A 10, 2172 (1992)).
갈륨산화물이 클리닝될 때 해당 공정은 다음과 같다.
Figure 112016089191560-pct00003
산화 갈륨(Ga2O)의 승화는 또한 갈륨 산화물을 기질 표면으로부터 제거하기 위한 결정적인 단계이다. 또한, 저온 특히 200℃ 미만에서 산화갈륨의 승화는 발생하지 않는다. 오히려, 갈륨비소의 감소가 수소 원자에 의해 발생한다. 결과적으로 갈륨 및 물이 형성된다. 물은 이에 따라 증발된다.
Figure 112016089191560-pct00004
게르마늄 기질 표면
게르마늄 표면의 경우, 본 발명을 따르는 공정은 주로 산화물의 제거 및 유기 화합물의 제거를 위해 이용된다.
게르마늄 표면을 위해 이용되는 작업 가스는 형성 가스 혼합물 RFG1, RFG3, RFG4, 및 RFG5 (표 1을 참고)이다. 이온 에너지는 100 eV 내지 800 eV, 선호적으로 150eV 내지 400 eV 및 가장 선호적으로 정확하게 350 eV, 200 eV, 400 eV (표 2를 참고)이다. 전류밀도는 4.5 μA/cm2내지 8.5μA/cm2, 선호적으로 5.5μA/cm2내지 7.5μA/cm2, 가장 선호적으로 정확하게 6.5μA/cm2이다. 기질 표면의 온도는 275℃ 내지 350℃, 선호적으로 300℃ 내지 325℃, 가장 선호적으로 정확하게 300℃이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 300초 초과, 더욱 선호적으로 600초 초과, 가장 선호적으로 1200초 초과한다. 이온의 이온 분량은 1012 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 선호적으로 1013 ion/㎠ 내지 1015ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 5 x 1014 ion/㎠ 이다.
Figure 112016089191560-pct00005
이온 충격을 통해 표 2의 공정 매개변수들에 따라, 상기 공정 챔버내에서 불순물에 의해 발생될 수 있는 상대적으로 적은 양(<1%)까지 상기 게르마늄 표면으로부터 본래의 산화물 및 탄소를 완전히 제거되었다. 표면 온도가 실온으로부터 약 350℃까지 상승되면, 탄소 및 산화물 층들은 게르마늄 기질 표면으로부터 완전히 제거될 수 있다. 수소 이온 빔을 통해 게르마늄 산화물을 제거하기 위한 화학 반응은 다음과 같이 설명된다.
Figure 112016089191560-pct00006
InP 기질 표면
InP 표면에 있어서 본 발명을 따르는 공정이 산화물 제거를 위해 이용되지만 국한되지 않는다.
InP 표면을 위해 이용되는 작업 가스는 형성 가스 혼합물 RFG1, RFG3 및 RFG5 (50% 질소 + 50% 아르곤)이다. 이온 에너지는 100 eV 내지 500eV, 선호적으로 200eV 내지 400eV 및 가장 선호적으로 정확하게 300 eV이다. 전류밀도는 2.5 μA/cm2내지 6.5μA/cm2, 선호적으로 3.5μA/cm2내지 5.5μA/cm2, 가장 선호적으로 정확하게 4.5μA/cm2이다. 기질 표면의 온도는 125℃ 내지 225℃, 선호적으로 150℃ 내지 200℃, 가장 선호적으로 정확하게 175℃이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 100초 초과, 더욱 선호적으로 300초 초과, 가장 선호적으로 600초 초과한다. 이온의 이온 분량은 1012 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 선호적으로 1013 ion/㎠ 내지 1015ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 1.5 x 1014 ion/㎠ 이다.
Figure 112016089191560-pct00007
Figure 112016089191560-pct00008
실리콘 기질 표면
실리콘 표면을 위해 이용되는 작업 가스는 형성 가스 혼합물 FG0, FG1, FG3, RFG5, 및 NFG3 (표 1을 참고)이다. 이온 에너지는 150 eV 내지 800eV, 선호적으로 150eV 내지 500eV 및 가장 선호적으로 정확하게 500 eV이다. 전류밀도는 20 μA/cm2내지 70μA/cm2, 선호적으로 30μA/cm2내지 60μA/cm2, 가장 선호적으로 40μA/cm2내지 50μA/cm2,이다. 기질 표면의 온도는 300℃ 내지 400℃, 선호적으로 325℃ 내지 375℃, 가장 선호적으로 정확하게 350℃이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 50초 초과, 더욱 선호적으로 100초 초과, 가장 선호적으로 300초 초과한다. 이온의 이온 분량은 1013 ion/㎠ 내지 1017ion/㎠, 선호적으로 1014 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 1.5 x 1015 ion/㎠ 이다.
Figure 112016089191560-pct00009
실리콘 산화물의 제거는 하기 반응식으로 설명된다.
Figure 112016089191560-pct00010
산화 규소 기질 표면
열적인 산화 규소 표면을 위해 이용되는 작업 가스는 형성 가스 혼합물 FG0, FG2 및 FG5 (표 1을 참고)이다. 이온 에너지는 150 eV 내지 800eV, 선호적으로 475eV 내지 525eV 및 가장 선호적으로 정확하게 500 eV이다. 전류밀도는 20 μA/cm2내지 70μA/cm2, 선호적으로 30μA/cm2내지 60μA/cm2, 가장 선호적으로 40μA/cm2내지 50μA/cm2,이다. 기질 표면의 온도는 300℃ 내지 400℃, 선호적으로 325℃ 내지 375℃, 가장 선호적으로 정확하게 350℃이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 50초 초과, 더욱 선호적으로 100초 초과, 가장 선호적으로 300초 초과한다. 이온의 이온 분량은 1013 ion/㎠ 내지 1017ion/㎠, 선호적으로 1014 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 1.5 x 1015 ion/㎠ 이다.
Figure 112016089191560-pct00011
실리콘 산화물의 제거는 하기 반응식으로 설명된다.
Figure 112016089191560-pct00012
제로더(AlSiO 2 )기질 표면
알루미늄 규소 산화물을 위해 이용되는 작업 가스는 형성 가스 혼합물 FG5(50% 아르곤 및 50% 수소) (표 1을 참고)이다. 이온 에너지는 450 eV 내지 550eV, 선호적으로 475eV 내지 525eV 및 가장 선호적으로 정확하게 500 eV이다. 전류밀도는 5μA/cm2내지 500μA/cm2, 선호적으로 30μA/cm2내지 60μA/cm2, 가장 선호적으로 정확하게 500μA/cm2,이다. 기질 표면의 온도는 실온(RT) 내지 400℃, 가장 선호적으로 정확하게 실온(RT)이다. 상기 기질 표면의 처리시간은, 10초 초과, 선호적으로 50초 초과, 더욱 선호적으로 100초 초과, 가장 선호적으로 120초 초과한다. 이온의 이온 분량은 1013 ion/㎠ 내지 1017ion/㎠, 선호적으로 1014 ion/㎠ 내지 1016ion/㎠, 가장 선호적으로 정확하게 1.5 x 1015 ion/㎠ 이다.
본 발명을 따르는 처리 전후에 기질 표면의 정량화(quantification)가 X-레이 광전자 분광기(XPS)에 의해 일어난다.
본 발명을 따르는 공정에 관한 일반적인 설명
본 발명을 따르는 공정은 특히 다음과 같이 제어될 수 있다.
제1 가스 특히, 단지 한 개의 성분 가장 선호적으로 아르곤을 포함하는 것이 훨씬 더 선호되는 형성 가스가 이온 공급원내에서 이온화되고 기질 표면의 위치에서 가속 유닛에 의해 가속된다. 광대역 이온 빔을 이용하여, 이온 빔은 특히 전체 기질을 덮는다. 제1 성분은 상기 기질 표면에서 오염되지 않은 영역(site)과 만나고 탄성적으로 분산되거나( 따라서 상기 기질 표면에 대해 어떠한 변형/손상을 야기하지 않고 그러므로 물리적 및/또는 화학적 변화를 만들지 않는다), 또 다른 경우, 제1 성분이 불순물과 만난다. 본 발명에 의하면 상기 불순물 및 기질 표면사이의 결합에너지는 상기 기질 표면 자체를 변화시키기 위해 필요한 에너지보다 몇 번이고 다시 작게 설정된다. 선택적이거나 부가적으로, 상기 불순물 및 기질 표면사이의 결합에너지는 제1성분의 운동 에너지보다 몇 번이고 다시 크게 설정된다. 그러므로 상기 성분은 기질 표면 자체를 손상시키지 않고 기질 표면으로부터 불순물을 제거할 수 있다. 본 발명의 제2 단계에서 제2가스 특히 수소가 선호되는 단지 한 개의 성분을 포함하는 형성 가스가, 대기속에서 스퍼터링 이탈(sputtered away)된 불순물을 기질 표면위에 쉽게 침적되지 않고 덜 유해한 화합물로 변환시키기 위해 이용된다. 상기 화합물은 적절한 환경속에서 가스 상태로 존재하는 화합물인 것이 선호되고 따라서 공저 챔버로부터 벗어나 이동할 수 있다. 특정 실시예에서 이온 공급원내에서 발생되는 가스는, 불순물을 기질 표면위에 쉽게 침적되지 않고 덜 유해한 화합물로 변환시키는 제2성분과 동일할 수 있다.
또한, 본 발명을 따르는 시스템이 공개되고, 상기 시스템에 의해 본 발명을 따르는 방법은 효과적으로 응용될 수 있다. 본 발명을 따르는 시스템은, 적어도 한 개의 이온 공급원, 적어도 한 개의 공정 챔버, 작업 가스를 상기 공정 챔버속으로 유동시키기 위한 적어도 한 개의 밸브 및 상기 기질을 고정하고 특히 이동시키기 위한 기질 표본 홀더를 포함한다. 본 발명의 시스템은, 선호적으로 클러스터의 일부분, 더욱 선호적으로 고진공 클러스터의 일부분, 가장 선호적으로 초고진공 클러스터의 일부분이다. 상기 진공 클러스터들 중 한 개내부의 압력은 특히 1 bar 미만, 선호적으로 10-1 mbar 미만, 더욱 선호적으로 10-3 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-5 mbar 미만, 가장 선호적으로 10-8 mbar 미만이다. 특히 선호되는 실시예에서, 본 발명의 실시예는 우선 기질들을 서로 결합시키기 위해 결합기 및/또는 정렬기와 함께 이용된다.
또한, 기질은 본 발명을 따르는 제품으로서 공개되고 상기 제품은 극도로 높은 표면 순도 및 매우 작은 손상을 가진 표면 영역을 특징으로 가진다. 따라서 상기 표면 순도는 기질 표면 원자의 갯수에 대한 불순물의 비율로 특정된다. 따라서, 상기 표면 순도는 무차원 비율이다. 그러므로, 매우 작은 상기 숫자는 ppm(백만 개당 부분수), ppb(십억 개 당 부분수) 또는 ppt(1조 개 당 부분수)로서 주어진다. 본 발명을 따르는 클리닝 공정을 수행하기 전에, 불순물은 전체 기질 표면을 덮고, 상기 표면 순도는 1보다 크거나 같다. 본 발명의 방법을 이용하여, 상기 표면 순도는 이에 따라 감소된다. 본 발명의 방법이 이용된 후에 상기 기질 표면의 불순물들은 1미만(106 ppm), 선호적으로 10-3 (1000ppm), 더욱 선호적으로 10-6 (1ppm), 가장 선호적으로 10-9 (1ppt), 특히 선호적으로 0이다.
손상의 강도는 깊이 범위에 의해 가장 양호하게 표시되고, 깊이 범위내에서 기질이 가지는 미세구조의 변화가 감지될 수 있다. 상기 깊이 범위는 본 발명을 따르는 시스템 및 방법을 이용하기 때문에 10μm 미만, 선호적으로 1μm 미만, 더욱 선호적으로 100nm 미만, 가장 선호적으로 10nm 미만, 가장 선호적으로 1nm 미만이고, 가장 선호적으로 영이다. 따라서 이상적인 경우에, 이온 충격에 의해 절대적으로 손상이 발생하지 않는다. 상기 손상의 감지는, 본 발명에 의해 처리된 제1기질이 가지는 표면 또는 표면과 근접한 영역의 미세구조를 동일한 배치(batch)로부터 나오는 것이 선호되지만 본 발명에 의해 처리되지 않은 제2기질이 가지는 표면 또는 표면과 근접한 영역의 미세구조와 비교하여 수행될 수 있다. 따라서, 상기 미세구조는 TEM(투과 전자 현미경) 및/또는 AFM(원자력 현미경) 및/또는 SEM(스캐닝 전자 현미경) 및/또는 X- 레이 분산 및/또는 전자 분산에 의해 조사되는 것이 선호된다.
본 발명의 또 다른 특징, 장점 및 세부사항들이 도면들을 이용하여 선호되는 실시예에 관한 하기 설명으로부터 이해된다.
도 1은, 본 발명을 따르는 제1 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는, 본 발명을 따르는 제2 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은, 본 발명을 따르는 제3 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는, 본 발명을 따르는 제4 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는, 처리 시간에 대한 다수 원자들의 농도 의존성을 도시한 과학적 선도.
도 6a은, 재료 실리콘을 위한 파장에 대한 XPS 신호의 강도 의존성을 도시한 과학적 선도.
도 6b는 본 발명에 따라 처리하기 전에 기질 표면을 도시한 미세 표면 이미지.
도 6c는 본 발명에 따라 처리한 후에 기질 표면을 도시한 미세 표면 이미지.
도 7은, 실리콘 재료를 위한 파장에 대한 XPS 신호의 강도 의존성을 도시한 과학적 선도.
도 8은, 제로더 재료를 위한 파장에 대한 XPS 신호의 강도 의존성을 도시한 과학적 선도.
도 9는, 금 재료를 위한 파장에 대한 XPS 신호의 강도 의존성을 도시한 과학적 선도.
도면들에서, 동일하건 사실상 동일한 특징요소들은 동일한 도면부호를 가진다.
도 1에 도시되고 본 발명을 따르는 선호되는 제1 실시예는, 이온 빔(3) 특히
광대역(broad band) 이온 빔을 발생시키는 이온 공급원(2)을 가진 이온 스퍼터링 시스템(1)을 포함한다. 상기 빔은 기질(7)의 기질 표면(7o)과 만나고 사기 기질은 기질 표본 홀더(5)에 고정된다. 상기 기질 표본 홀더(5)는 테이블(4)에 고정되고 교체될 수 있는 것이 선호된다. 상기 기질(7)은 로봇에 의해 게이트(gate)(9)를 통해 공정 챔버(8)속으로 적재될 수 있다. 상기 공정 챔버(8)는 밸브(6)를 통해 진공화되거나 공정 가스로 플러싱(flushing)될 수 있다. 상기 테이블(4)은 x 및/또는 y 및/또는 z축 주위에서 x 및/또는 y 및/또는 z 방향을 향해 병진운동 및/또는 회전운동을 할 수 있기 때문에, 기질 표면(7o)은 이온 빔(3)에 대해 임의 위치 및 방향으로 배열될 수 있다.
상기 공정 가스는, 이온 빔(3)을 발생시키기 위해 이온 공급원(2)에 의해 이용되는 동일한 형성 가스인 것이 선호된다.
도 2는 제2 이온 공급원(2')에 의해 확대된 제2 실시예를 도시한다. 상기 제2 이온 공급원(2')은, 공정 챔버(8) 속으로 제2 성형 가스를 도입하기 위해 이용될 수 있거나 이온 빔(3')을 통해 이온 빔(3)의 목표 제어를 보장한다. 예를 들어, 제1 이온 공급원(2)의 이온 빔(3)속의 이온을 산화시키거나 감소시키는 제2 이온 가스를 상기 제2 이온 공급원(2')내에서 발생시켜서 이온 빔(3')을 이용하여 이온 빔(3)속의 이온 밀도를 조절하는 것을 고려할 수 있다. 이온 공급원(2')은 전자 공급원인 것을 고려할 수 있고, 상기 이온 공급원에 의해 전자들이 이온 빔(3)으로 발사된다. 다음에 상기 이온 빔(3')의 전자들은 이온 빔(3)의 양전하 이온들을 감소시킨다. 높은 이온 밀도에 의해 상기 이온 빔(3)의 이온들의 산화 정도는 증가될 수 있다. 따라서 이온들은 상대적으로 더욱 음전하를 가진다.
도 1과 유사한 도 3에 도시되고 본 발명을 따르는 제3 실시예에서, 이온 공급원(2")은 협 대역 이온 빔(3")을 이용하여 본 발명에 따라 기질 표면(7o)을 클리닝한다. 상기 기질 표면(7o)상의 모든 위치들에 도달하기 위해, 기질(7)을 가진 상기 기질 표본 홀더(5)는 상기 이온 빔(3")을 향해 이동한다. 상기 실시예에서, 적어도 한 개의 또 다른 이온 공급원(2')이 이용되는 것도 고려될 수 있다.
본 발명을 따르고 도 2 및 도 3과 유사한 도 4에 도시된 제4 실시예에서, 한 개의 이온 공급원(2)이 구멍(10)위에서 광 대역 이온 빔(3)을 발생시킨다. 상기 구멍(10)은 상기 광 대역 이온 빔(3)을 협대역 이온 빔(3")으로 변환시킨다. 본 발명을 따르는 상기 실시예에서, 제2 이온 공급원(2')은 오직 상기 이온 빔(3")을 조절할 뿐만 아니라 특히 상기 구멍(10)으로부터 분리된 불순물을 고정시키는 것이 선호된다. 상기 불순물은 기질 위에 침적되고 기질을 오염시킬 수 있다. 종종 도 4에 도시된 이온 공급원(2), 광 대역 이온 빔(3) 및 구멍(10)의 조합이 해당 협 대역 이온 빔(3")을 발생시키기 위해 이용되기 때문에, 본 발명을 따르는 상기 실시예는 높은 기술적 및 경제적 관련성을 가진다. 상기 구멍(10)은 특히 탄소 또는 탄소 포함 재료로 제조되어 이에 따라 상기 기질(7)의 유기적 오염과 상당히 관련된다. 특히 이온 건(ion gun)으로서 형성된 제2 이온 공급원(2') 및/또는 도입된 형성 가스를 이용하고 본 발명을 따르는 실시예에 의하면, 상기 구멍(10)에 의한 불순물의 침적이 대부분 방지되거나 심지어 완전히 배제될 수 있다. 상기 제2 이온 공급원(2')의 이온 빔(3')은 상기 구멍(10)의 적절한 배열에 의해 상기 구멍(10) 및 제1 이온 공급원(2)사이에서 즉 상기 광 대역 이온 빔(3)의 영역에서 이용될 수 있다. 매우 선호되는 실시예에서, 상기 이온 빔(3')이 상기 구멍(10) 아래 및 위에서 이용될 수 있도록 이온 공급원(2')이 피봇운동할 수 있다. 물론, 상기 이온 빔(3')은 상기 기질 표면(7o)을 클리닝하기 위해 이용될 수 있다. 상기 기질 표면(7o)위에서 모든 목표 위치에 도달하기 위해, 상기 기질 표본 홀더(5)는 상기 이온 빔(3")에 대해 상기 기질(7)과 함께 이동할 수 있다.
XPS (X 레이 광전자 분광법(spectroscopy))의 과학적 선도를 도시하는 도 5에서, 갈륨 비소 기질 표면(7o)위에서 갈륨, 비소, 탄소 및 산소의 원자 농도(atomic concentration)가 본 발명을 따르는 형성 가스 혼합물 및 본 발명을 따르는 이온 스퍼터링 시스템을 이용한 충격 시간(bombardment time)의 함수로서 도시된다. 산소 및 탄소 농도의 감소 및 관련 갈륨 및 비소 농도의 증가가 눈에 띈다. 여기서 제공된 클리닝 공정에 의해 극도로 낮은 온도와 매우 짧은 시간 동안 상기 기질 표면에 대해 주목할 만한 손상 없이 상기 결과가 구해질 수 있다. 특히, 주목할만한 손상은 깊이 범위내에서 미세구조의 변화를 의미한다. 상기 깊이 범위는 특히 15nm 미만, 선호적으로 7nm 미만, 더욱 선호적으로 3nm 미만, 및 가장 선호적으로 1.5nm 미만이다.
도 6a는, 두 개의 강도 스펙트럼에 관한 XPS (X 레이 광전자 분광법) 측정치를 도시한 과학적 선도이다. 상측의 강도 스펙트럼은, 특성 강도 프로파일을 통해 산소, 탄소 및 규소의 존재를 나타낸다. 본 발명에 따라 실리콘 표면이 클리닝된 후에 기록된 하부의 강도 스펙트럼에서, 특성 산소 및 탄소 프로파일들이 없어졌다. 도 6b 및 도 6c는, 본 발명을 따르는 방법이 이용되기 전 및 후에 조사 중인 기질 표면의 AFM(원자 힘 현미경) 기록을 도시한다. 탄소 불순물의 제거 및 산화물의 제거에 의해 거칠기(roughness)의 감소가 현저한 것을 알 수 있다. 이온 스퍼터링 기술이 이용되더라도, 본 발명의 방법은 표면을 거칠게 만들지 않고 오히려 불순물을 방사하고 다음 공정 단계를 위해 기질 표면을 최적상태로 준비한다.
도 7은, 세 개의 강도 스펙트럼에 관한 XPS (X 레이 광전자 분광법) 측정치를 도시한 과학적 선도이다. 상측의 강도 스펙트럼은, 산화 규소의 산소 및 탄소의 존재를 나타낸다. 최초의 시험에서, 순수한 아르곤을 이용하여 탄소를 제거하려는 시도가 이루어진다. 순수한 아르곤으로 이온 충격된 후에, (중간의) 제2 강도 프로파일이 기록된다. 제2 강도 프로파일에서, 탄소 농도의 증가가 현저하다. 탄소 농도의 증가는 많은 이유를 가질 수 있다. 그러나 상기 탄소는 공정 챔버(8)로부터 나온다는 것이 중요하다. 탄소는 공정 챔버에 누적되고 벽에 침적되며 이온 스퍼터링 시스템의 일부분을 통해 도입되거나 게이트를 통해 도입된다. 본 발명을 따르는 형성 가스(forming gas)와 함께, 본 발명을 따르는 기술을 이용하여 본 발명에 따라 상기 기질 표면(7o)을 처리하여, 제3 (하부의 ) 강도 프로파일에서 확인할 수 있듯이, 동일 파장에서 탄소 프로파일이 제거되는 것으로부터 탄소가 제거된 기질 표면이 생산된다.
도 8에 따라 제로더에서 수행된 시험들에 대해 동일하게 고려된다.
결과적으로, 도 9는 금(gold) 표면위에서 탄소가 제거된 것을 나타낸다. 도 9에 의하면, 본 발명을 따르는 시스템 및 방법은 금속 표면들을 클리닝하기 위해 최적이다. 본 발명의 방법은, 동(copper)과 같은 금속의 표면을 클리닝하여 다른 공정 단계에서 상기 표면을 결합하기 위해 이용될 수 있다.
1......이온 스퍼터링 시스템,
2, 2', 2"......이온 공급원
3, 3', 3"......이온빔,
4......테이블,
5......기질 표본 홀더,
6......밸브,
7......기질,
7o......기질 표면,
8......공정 챔버,
9......게이트,
10......구멍.

Claims (9)

  1. 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법으로서, 상기 방법은:
    기질 표면(7o)을 공정 챔버(8) 내에 배열하는 단계;
    기질 표면(7o)으로부터 불순물을 제거하기 위해, 이온 빔 공급원(2, 2', 2")에 의해 발생되는 <1000 eV의 이온 에너지를 가지고 기질 표면(7o)을 향하여, 제1 성분을 가지는 이온 빔(3, 3', 3")으로 기질 표면(7o)을 충돌시키는 단계; 및
    제거된 불순물을 결합하기 위해 가스 형태의 제2 성분을 공정 챔버(8) 속으로 도입하는 단계를 포함하되, 상기 제2 성분은 아르곤, 수소 및 질소 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 성분이 도입되기 전에 1bar 미만의 압력까지 공정 챔버(8)가 비워지는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 빔(3, 3', 3")은 0.001 내지 5000μA/㎠의 이온 빔 밀도로 기질 표면(7o)과 충돌하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 빔(3, 3', 3")은 전체 기질 표면(7o)과 충돌하는 광대역 이온 빔으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  5. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 빔(3, 3', 3")은 기질 표면(7o)에 충돌하는 이온 빔(3, 3', 3")의 직경이 기질 표면(7o) 직경의 1/100을 초과하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  6. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 기질 표면(7o) 및/또는 제1 이온 빔(3, 3', 3")은 제2 이온 공급원(2')에 의해 발생되는 제2 이온 빔(3, 3', 3")과 충돌하는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  7. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 성분은 가스 형태로 공정 챔버(8) 속으로 도입되는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  8. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 기질(7)은 X, Y 및 Z 방향으로 병진운동 및/또는 회전운동하는 기질 표본 홀더(5) 위에 고정되는 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 방법.
  9. 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 장치로서, 상기 장치는:
    기질(7)을 수용하기 위한 공정 챔버(8);
    기질 표면(7o)으로부터 불순물을 제거하기 위해, 제1 성분을 가지고 기질 표면(7o)을 향하여, <1000 eV의 이온 에너지를 가지는 이온 빔(3, 3', 3")을 발생시키기 위한 이온 빔 공급원(2, 2', 2"); 및
    제거된 불순물을 결합하기 위해 가스 형태의 제2 성분을 공정 챔버(8) 속으로 도입하는 수단을 포함하되, 상기 제2 성분은 아르곤, 수소 및 질소 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기질(7)의 기질 표면(7o)을 표면 처리하는 장치.
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