KR20010113796A - 박층의 증착에 사용되기 위한 방법 및 게터 장치 - Google Patents

Abstract

제조된 기판을 처리하고 가열하기 위해 챔버 내에 이미 존재하는 설비와 공정을 적용함으로써, 챔버 내의 반응 가스의 압력이 약 10^-3mbar 이하이고 기판이 처리되지 않을 때, 처리 챔버 내의 분위기와 활성화된 장치를 접촉시킴으로써 기판 상에 박층을 증착시키는 공정의 생산성을 증가시키는 방법이 개시된다. 상기 방법은 처리 챔버의 개방과 제조 공정의 개시 사이에 포함된 연속 작동(1, 2, 3, 4)으로 적용될 때 특히 유용하다. 상기 방법에 사용되기에 적절한 게터 장치(50, 60, 70)가 또한 개시된다.

Description

박층의 증착에 사용되기 위한 방법 및 게터 장치{METHOD AND GETTER DEVICES FOR USE IN DEPOSITION OF THIN LAYERS}

기판 상에 박층을 증착시키는 공정은 다양한 산업 분야에서 광범위하게 적용된다. 예를 들어, 전자 집적 회로(이러한 분야에서 IC로 공지됨), CD(박층이 투명 플라스틱의 기판에 증착됨) 또는 컴퓨터용 하드 디스크(일반적으로 알루미늄의 매체 상에 자기 재료가 증착됨)와 같은 정보를 저장하는 매체, 평면 표시 장치의 생산은 이러한 공정에 기초하며, 결국 박층을 증착시키는 공정은, IC를 제조하는데 사용되는 기술과 아주 유사한 기술로 제조되는 발전하는 미세기계 장치 분야에 적용된다.

박층을 증착하는 주요 산업적 공정은 기상으로부터의 화학 증착과 기상으로부터의 물리 증착 공정이며, 이러한 공정들은 기술 분야에서 각각 "화학 증착" 및 "물리 증착" 또는 약칭 "CVD" 및 "PVD"로 공지되어 있다.

CVD 공정에서, 둘 이상의 가스종은 기판이 있는 진공 챔버 내에서 반응하며, 상기 반응에 의해 박층의 형태로 기판 상에 증착하는 고체 생성물이 형성된다. 배기되어야 할 챔버의 압력은 다양한 CVD 공정에서 현저히 상이하며, 이들 공정중(저압 또는 초-고 진공 형태로 정의되는) 몇몇 공정들은 10^-8내지 10^-9mbar 범위의 압력값으로 초기 배기를 요구하는데, 이후 CVD 공정들은 이러한 압력 범위의 공정들을 지칭한다.

약칭의 PVD에서 일련의 가능한 선택적인 기술이 실제로 지적된다. 그러나 이러한 모든 기술은 다음의 공통된 특징을 나타낸다.

- 박층을 얻기 위해 증착될 타겟 재료가 사용되며, 기판 전방에 그리고 평행하게 챔버 내에 위치된 짧은 높이의 실린더 형태를 일반적으로 갖는다.

- 우선 챔버는 배기되어 기판의 지지대와 타겟의 지지대(양의 포텐셜을 가짐) 사이에 수천 볼트의 포텐셜 차이를 적용함으로써 10^-2내지 10^-5mbar의 압력으로 희가스, 일반적으로 아르곤의 분위기로 채워지며, 전자와 Ar⁺이온의 플라즈마가 기판과 타겟 사이의 공간에 생성되며, 이러한 이온은 전기장에 의해 타겟을 향해 가속되어 충격에 의해 부식되며 타겟 부식으로부터 기인된 종(일반적으로 원자 또는 "클러스터" 원자)은 기판 상(다른 이용 가능한 표면 뿐만 아니라)에 증착되어 박층을 형성한다.

각각의 공정은 박층을 증착시키는 많은 단계를 포함하며 또한 CVD 및 PVD 단계를 포함하는 혼합 공정이 있다.

특히 IC의 경우에 박막층 장치의 특징은 증착된 층 내에 결함의 존재 여하에 매우 의존한다고 공지되어 있다. 이러한 결함은 주로 층을 형성하는 종과 상이한화학적 종의 원자의 존재 때문이다. 결국 최대로 가능한 순도(CVD의 경우에 반응 가스와 PVD의 경우에 타겟)의 반응물을 사용하고 처리 챔버 내의 모든 표면과 공정 분위기의 청정도를 가장 높게 보장함으로써 공정의 모든 단계에서 가능한 오염원을 최소로 감소시키는 것이 필요하다.

또한, 다양한 기판 상에 증착을 동시에 수행하는 것이 가능하지만(CVD 및 PVD의 경우에) 산업적 경향은 증착 미세구조물의 양호한 제어를 허용하는 단일 기판에 의해 수행되는 공정이다.

전술된 요구 사항을 충족시키기 위해, 박층의 증착 공정은 특정 작업을 위해 설계된 하나 이상의 챔버, 일반적으로 복수의 챔버를 포함하는 시스템 내에서 수행되며, 예를 들어 증착 단계가 수행되는 실제적인 처리 챔버가 있으며, 또는 예를 들어 증착 전에 기판을 세정하거나 가열하는데 사용되는 제어 챔버가 있다. 다음에, 처리 및 제어 챔버는 일반적으로 처리 챔버로 지칭될 것이다. 다양한 처리 챔버의 경우에, 선택적으로 이러한 챔버는 중앙 수송 챔버 주위에 위치될 수 있다. 각각의 챔버는 일반적으로 개폐되어 공정의 다양한 단계 중에 챔버로부터 다른 챔버로 기판의 수송을 허용하는 밸브에 의해 인접 챔버와 연결된다.

최상의 세정 가능성을 보장하기 위해, 일반적으로 모든 챔버는 증착 챔버 내에서 최적값을 갖는 진공하에 유지된다. 기판은 자동화 수단, 일반적으로 기계적 아암을 통해 챔버로부터 연속된 챔버로 처리된다. 처리 시스템(수송 챔버 주위에 위치된 챔버를 포함하는 형태의)의 단순한 작동예에서, 기판은 제 1 챔버 내의 적절한 형태의 박스 내측에 유입되며, 내측벽에는 자동 처리 작동을 단순화하기 위해기판을 서로 분리되게 유지시키는 탱(tang)이 제공된다. 제 1 챔버는 약 10^-5내지 10^-6mbar의 진공 상태가 유지되며 제 1 밸브는 상기 챔버를 수송 챔버와 연통시키도록 개방되며, 기계적 아암은 박스로부터 기판을 취하여 수송 챔버에 수송하며, 압력은 제 1 챔버보다 낮은 정도, 일반적으로 약 10^-7mbar이며, 제 1 밸브는 폐쇄되며, 제 2 밸브는 수송 챔버를 처리 챔버와 연통시키도록 개방되며, 기판은 증착이 발생하는 위치로 가며 처리 챔버는 제 2 밸브에 의해 폐쇄된다. 박층의 증착을 완성했을 때, 기판은 기계적 아암에 의해 수송 챔버를 통해 다시 시스템의 외부 또는 다른 챔버로 수송된다.

이상적으로, 박층을 증착시키는 시스템은 대기로부터 고립되게 유지되어야 한다. 그러나, 처리 챔버는 자동 설비의 보수유지, PVD의 경우에, 타겟이 소모되거나 다른 재료가 증착되어야 할 때 타겟을 교체하기 위해 내측면의 세정과 관련된 작업을 위해 주기적으로 개방되어야 한다. 각 개방에서 챔버는 주변 압력으로 되며 내측벽인 설비와 타겟의 표면은 대기 가스, 특히 수증기를 흡수한다. 이러한 가스는 제조 단계 중에 챔버 내로 해방된다. 제조 단계 중에, 연속 펌핑이 불순물과, 특히 전술된 표면에 의해 해방된 대기 가스를 제거하기 위해 챔버 내에서 유지된다. 제조 공정 중에 배기 가스 유동과 펌프의 가스 제거 속도 사이의 균형은 시스템의 기본 압력으로 결정되며, 상기 기본 압력이 낮을수록, 증착 중의 층에 대해 가능한 오염물의 양은 더 작다. 일반적으로, 기본 압력을 개선하기 위해, 각 개방 후에 챔버는 약 100 내지 300℃의 온도로 가열되면서 펌핑을 겪게 된다(이러한 단계는 본 발명의 기술분야에서 "베이킹(baking)"으로 공지됨). 이러한 처리는 챔버 내의 모든 표면의 가스 배기와 이러한 표면 상에 초기에 흡수된 가스를 가능한 한 많이 제거하는 것을 목적으로 하며, 베이킹 단계 중에 펌핑 속도가 높으면 높을수록, 이러한 제거는 보다 효과적이다. 이러한 방식으로 흡수된 가스의 잔류량은 감소되며 결과적으로 제조 단계 중에 배기 가스 유동이 감소되며, 펌핑 속도는 제조 중에 동일하며, 챔버의 더 낮은 기본 압력이 얻어지며 결과적으로 공정 분위기 내에 더 낮은 불순물의 양이 얻어진다. 베이킹 후에 진공은 계속되며, 챔버의 세정도는 압력이 일반적으로 약 10^-7내지 10^-9mbar 범위의 소정의 값에 도달할 때 새로운 세정 사이클을 개시하기에 적절하다고 판단된다. PVD 공정에서 사용되는 타겟의 표면은 제조 공정에서와 동일한 증착 단계가 배출되는 가상 기판 상에서 수행되는 처리에 의해 세정되며, 이러한 타겟의 개선 단계는 본 발명의 기술 분야에서 "번-인(burn-in)"이라고 공지되어 있다.

현 기술에 있어서, 챔버의 압력을 약 1000 내지 10^-8mbar 범위에 이르게 하는 펌핑 단계는 약 4시간 내지 12시간 범위의 시간을 요하며, 번-인 단계는 반시간 내지 4시간 범위의 시간을 요한다. 이러한 두 예비 단계는 고품질의 장치를 얻기 위해 필요하지만, 생산성과 관련된 지연 시간과 관련된다.

증착 챔버의 또다른 가능한 오염원은 기판의 수송에 있어서 챔버의 반복된 개방이다. 전술한 것처럼, 수송 챔버는 처리 챔버보다 일반적으로 낮은 압력으로 유지되며, 교대로 기판을 유지하는 박스를 구비한 챔버는 수송 챔버보다 높은 압력에서 유지된다. 챔버와 연통하는 밸브가 개방될 때마다, 고압의 챔버로부터 저압의 챔버로 가스가 수송되어, 기판 박스 챔버로부터 처리 챔버로 오염 가스가 연속적으로 수송된다. 더욱이, 기판 자체의 표면은 일반적으로 "오염"되어 있으며, 표면 상에 흡수된 대기 가스를 가지며, 이러한 가스는 처리 챔버의 저압 환경에서 해방된다.

전술한 바에 따라, 형성 중인 박층에 대한 잠재적인 다수의 오염원이 있으며, 이는 생산성 저하를 야기할 수 있다. 박층 증착 기술을 사용함으로써 생산된 장치의 생산성은 챔버의 펌프-다운 시간을 감소시키거나 작동 분위기의 전체적인 오염도를 감소시킴으로써 증가될 수 있으며, 보다 양호하게 이러한 모든 공정 특징을 적용함으로써 증가될 수 있다.

본 발명은 기판 상에 박층을 증착시키는 공정에서 생산성을 증가시키는 방법과 상기 방법을 수행하기 위한 게터 장치에 관한 것이다.

도 1 내지 도 4는 흐름도로서 본 발명에 따른 방법의 가능한 선택적인 실시예를 도시한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 게터 장치의 가능한 실시예를 도시한다.

도 8은 공지된 공정과 본 발명의 방법에 따라 각각 기록된 진공 중에 PVD 챔버 내의 압력을 나타내는 두 곡선을 도시한다.

본 발명의 목적은 기판 상에 박층을 증착시키는 공정에서 생산성을 증가시키는 방법을 제공할 뿐만 아니라 상기 방법을 수행하는 게터 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 달성되는데, 이러한 본 발명의 일면은 제조 단계에서 사용되는 자동 기판 처리 설비와 공정을 사용하여, 처리 챔버 내의 반응 가스의 부분압의 총합이 약 10^-3mbar 이하이고 처리 챔버 내에서 실제적으로 기판이 처리되지 않을 때, 상기 처리 챔버 내의 작동 분위기와 활성화된 형태의 게터 장치를 접촉시키는 단계를 포함하는 박층 증착 공정의 생산성 증가 방법을 다룬다.

전술한 반응성 가스는 게터 분야에서 공지된 게터 재료가 매우 반응성인 가스이며, 이러한 가스는 주로 산소, 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 포함하며 소정의 경우에 질소를 포함한다. 공지된 것처럼, 게터 재료는 특정 재료의 화학적 조성에 따라 그들의 작동을 위해 약 250 내지 900℃ 범위의 온도와 몇 분 내지 약 1 시간 범위의 시간 동안 활성 가열 처리를 요구한다. 활성화된 게터 장치가 반응성 가스의 부분압의 총합이 약 10^-3mbar 이상인 분위기에 노출되는 경우에, 격렬한 반응이 발생하며, 잠재적으로 챔버 내에 존재하는 설비를 위협한다. 반면, 게터 재료는 일반적으로 박층의 증착 공정에서 작동 대기로 사용되는 희가스에 전체적으로 불활성이다. 따라서, 후술하는 것처럼 본 발명의 방법은 10^-3mbar가 전술한 반응성 가스의 부분압을 합쳐 얻어진 최대 압력이라면, 게터 장치는 전체 압력이 10^-3mbar 이상일 때 활성화된 형태로 처리 챔버 내에 존재할 가능성을 예상한다.

본 발명은 도면을 참조하여 소정의 실시예에서 후술될 것이다.

박층 증착 챔버 내에 있는 게터 재료 및 장치의 사용은 특허 출원번호 EP-A-693626호, 국제 특허출원 공개번호 제 WO 96/13620호 및 WO 97/17542호 및 미국 특허 제 5,778,682호에 이미 개시되어 있다. 그러나, 이러한 모든 내용은 제조 공정 중에 챔버 내에 남아 있는 게터 시스템을 개시한다. 상기 내용은 특히 게터 재료를 활성화시키고 작동시키기 위한 적절한 가열 수단을 제공하기 위해 처리 챔버의 구성에 실질적인 수정을 요구하기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 상기 내용에 따른 게터 시스템의 사용과 상이하다. 출원인 명의의 유럽 특허 출원번호 EP-A-926258호는 PVD 공정에서 또다른 게터 시스템의 사용을 개시하지만, 이러한 경우에도 역시 게터 시스템은 공정 중에 챔버 내에 유지된다.

본 발명에 따라 처리 챔버 내에 활성화된 게터 장치의 존재는 배기 속도를 증가시키고 전체 오염을 감소시키며, 상이한 방식으로 생산성에 기여한다.

이러한 결과는 많은 방식으로 게터 장치를 사용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 가능한 제 1 실시예에서, 비활성화된 게터 장치는 개방된 챔버 내에서 기판 유지기 상에 유입되며, 챔버는 밀폐되며 배기가 개시된다. 압력이 약 10^-3mbar에 도달하면, 챔버 내에 미리 유입된 게터 장치는 예를 들어 기판 유지기 내의 가열 수단을 사용하여 열적으로 활성화된다. 동시에, 아르곤과 같은 희가스로 챔버의 세정과 가능하게 베이킹 공정이 개시되며, 챔버에 연결된 펌프는 이러한 작동 중에 항상 작동한다. 아르곤으로의 세정은 챔버에 연결된 질량 분석계와 같은 센서 또는 분석기로 체크될 수 있는 것처럼, 오염 정도가 소정의 값 이하로 될 때까지 계속된다. 선택적으로, 배기 챔버 변수의 교정에서 아르곤으로의 세정은 소정의 시간동안 계속될 수 있다. 오염의 정도가 생산이 가능하도록 적절할 때, 게터 장치는 챔버로부터 제거되며 새로운 생산 작동이 개시된다. 이 시점에서, 챔버는 처리 매체인 아르곤으로 이미 채워진다. 이러한 공정에 따라, 챔버 내의 압력은 10^-7mbar 이하로 떨어지지 않으며, 챔버 분위기로부터 오염물의 제거는 활성화된 게터 장치와 함께 세정 희가스의 세척에 의해 수행된다.

선택적으로, 전술한 동일한 공정이 챔버를 밀폐시키고 게터 장치가 없는 상태에서 배기를 개시함으로써 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 예비 활성화된 게터 장치는 기계적 아암에 의해 챔버 내에(기판 유지기 상에 있을 필요는 없음) 유입된다.

본 발명에 따른 게터 장치는 재유입될 수 있으며 일정 작동 중에 일정한 시간에서 그들의 작동을 수행하며, 예를 들어 챔버 밸브의 반복된 개방 또는 기판 표면의 기체 제거에 의해 유입된 오염물을 감소시키는 것을 돕는다. 본 발명에 따른 방법의 가능한 적용예에 따라, 게터 장치는 일정 시간에서 챔버 내에 유입된다. 이러한 경우에 처리 챔버 분위기의 세정 단계는 소정 수의 기판이 처리된 후에 제공될 수 있으며, 예를 들어 이는 박스 내의 모든 기판이 처리된 후, 그리고 새로운 박스의 기판을 사용하기 전에 행해질 수 있다. 이를 위해, 생산 기판 대신에 두 기판의 처리 사이에 본 발명의 게터 장치(예비 활성화된 또는 활성화될)를 처리 챔버 내에 수송하는 것이 충분하다.

전술한 것처럼, 10^-7mbar 이하의 챔버 압력에 미리 도달함이 없이 새로운 생산 작동이 챔버의 개방 후에 개시될 수 있다. 그러나, 새로운 생산 작동 전에 챔버 내에 매우 낮은 압력에 도달하는 것은 본 발명이 속하는 산업 분야에서 가장 공통된 과정이다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 방법은 소정의 개방 후에 챔버를 작동 조건으로 되돌리는데 필요한 시간을 감소시키는데 특히 유용하며, 게터 장치는 대기 가스를 제거하는데 기여한다. 다음의 설명에서, "생산을 개시하는데 필요한 압력"으로 10^-7mbar 이하의 압력이 정해진다.

바람직한 실시 방법에 따라, 본 발명의 방법은,

- 압력이 10^-3mbar 이하로 도달할 때 게터 장치가 활성화된 형태로 챔버 내에 존재하도록 작동하면서, 처리 챔버의 개방 후에, 처리 챔버의 배기 전 또는 중에 게터 장치를 처리 챔버 내에 유입시키는 단계,

- 제조 공정을 개시하는데 필요한 압력에 도달할 때까지 게터 장치가 활성화된 상태를 유지하도록 챔버 배기를 계속하는 단계, 및

- 제조 단계에서 사용되는 동일한 자동 기판 처리 설비와 공정을 사용함으로써 챔버로부터 게터 장치를 제거하는 단계를 포함한다.

전술한 공정의 변화로, 실제적인 제조 단계에 예비적인 소정의 작동이 수행될 때, 생산을 개시하는데 필요한 압력에 도달할 때 게터 장치를 챔버 내에 유지시키는 것이 가능하다.

흐름도 형태의 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 바람직한 방법의 소정의 가능한 선택적인 실시예를 도시한다.

도 1을 참조하면, 처리 챔버가 각각 개방된 후에, 처리 챔버는 다시 밀폐되며 배기가 시작되며(단계 1), 배기에 있어서 터보모레큘라 또는 극저온 펌프와 같은 매체 및 고진공 펌프가 사용될 때 챔버 내의 압력이 1 내지 10^-2mbar일 때 저진공의 기계적 아암(예를 들어 회전 펌프)은 개시시에 그리고 연속적으로 사용된다. 펌핑 하에서 압력이 10^-3mbar 이하에 도달할 때, 게터 장치는 제조 단계에서 사용되는 동일한 자동 기판 처리 설비와 공정에 의해 박스로부터 나와 처리 챔버로 들어가며(단계 2), 게터 장치는 박층의 제조 중에 기판에 의해 점거된 증착 영역으로 정의된 동일한 영역에 위치된다. 이는 일반적으로 기판을 챔버 중앙에 위치시키는 이동 가능한 받침대에 의해 지지된 기판 유지기로 형성된다. 증착 영역의 가열 가능성은 일반적으로 박층 증착 챔버 내에 제공되며, 사실 제조 단계 중에 기판 가열은 보다 균일한 박층을 얻게 하며, 또한 배기의 초기 단계 중에 받침대가 가스 배기를 허용하도록 가열될 수 있을 것이 필요하다. 이러한 목적을 위해 증착 영역을 챔버의 내부로부터 또는 외부로부터 석영창을 통해 가열하는 전기 저항체, 또는 적외선 램프와 같은 가열 수단이 제공된다.

증착 영역 내에 위치된 게터 장치는 기판을 가열하기 위해 제공된 수단에 의해 사용된 게터 재료에 따라 약 10분 내지 1시간 동안 약 300 내지 700℃ 범위의 온도로 열적 활성화 처리(단계 3)를 받는다.

그러므로 활성화된 게터 장치는 제조 공정을 개시하는데 필요한 압력, 일반적으로 약 10^-8mbar의 압력까지 챔버의 연속 펌핑 속도를 증가시켜, 벽의 잔류 가스 배기로 인한 시스템의 기초 압력을 개선시킨다.

게터 장치는 기판의 수송을 위해 제조되도록 적용된 처리 수단과 공정을 사용함으로써 챔버로부터 제거되며(단계 4), 제조 공정은 제조된 기판을 챔버 내로 유입시킴으로써 개시된다.

도 2는 본 발명의 방법을 수행하는 가능한 선택적인 방법을 도시한다. 배기를 개시한 후에(단계 5), 10^-3mbar의 압력에 도달할 때, 예비 활성화된 게터 장치는 처리 챔버 내에 유입되며(단계 6), 예를 들어 장치는 제조된 기판을 예비 가열하기 위해 제공된 챔버와 같은 또다른 처리 챔버 내에서 활성화될 수 있다. 연속적으로, 제조 단계를 개시하기 위한 소정의 압력에 도달할 때, 게터 장치는 챔버로부터 제거된다(단계 7).

도 3은 본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 선택적인 실시예를 도시한다. 이러한 경우에 게터 장치는 배기 단계(단계 9)의 개시 전에 처리 챔버 내에 유입되며(단계 8), 이러한 경우에, 게터 장치는 시스템의 자동 처리 수단을 사용하거나 밀폐 전에 수동으로 밀폐 직후에 챔버 내로 유입될 수도 있다. 처리 챔버 내의 압력이 10^-3mbar 이하에 도달할 때, 장치는 기판을 가열하기 위해 제조되도록 적용된 수단과 공정을 사용함으로써 약 300 내지 700℃ 범위의 온도로 가열함으로써 활성화된다(단계 10). 그 후 배기는 제조 공정의 개시를 위한 소정의 압력에 도달할때까지 챔버 내의 활성화된 게터 장치에서 계속되며, 상기 압력에서 게터 장치는 챔버로부터 제거되고(단계 11) 제조 공정은 개시된다.

결국, 공정이 실제 제조 단계에 예비적인 단계를 제공할 때, 제 1 단계 중에 게터 장치를 챔버 내측에 유지시키는 것이 가능하다. 상기 가능성이 본 발명에 따른 방법의 실시예에 따른 도 4에 도시되며, 도 1 내지 도 3을 참조하여 개시된 일 방법의 초기 단계는 반복되지만, 소정의 진공 정도에 도달할 때, 제조 단계에 예비적인 단계(12)는 게터 장치가 챔버로부터 제거되기 전에(단계 13) 수행된다. 이러한 형태의 공정예는 약 10^-7내지 10^-8mbar 이하의 압력으로 챔버를 배기할 때, 전술된 번-인 단계가 챔버 내에 10^-3mbar의 압력으로 아르곤을 유입시키고 제조 공정을 시뮬레이트함으로써 일반적으로 수행되는 PVD 공정에 의해 제공된다. 이러한 조건 하에서 게터 장치는 타겟 재료로 코팅되며 가스 수착 효율을 급속히 손실하며, 반면 가스 수착 작용은 제 1 처리 단계에서 여전히 존재하여, 공정 분위기를 청정하게 유지하는데 기여하며, 소정의 경우에 게터 장치의 존재는 박스로부터 챔버로의 가상 기판의 수송 단계를 절약한다.

본 발명의 제 2 측면에 따라, 본 발명은 전술된 방법을 수행하는 게터 장치에 관한 것이다.

전술한 것처럼, 본 발명의 게터 장치는 제조에 사용된 기판의 동일한 박스 내에 장입되며 상기 기판을 처리하는 동일한 자동 설비에 의해 처리된다. 이러한 목적을 위해, 게터 장치는 기본적으로 제조된 기판과 동일한 크기를 가져야 하며,사실 보다 큰 크기의 게터 장치는 콘테이너 내에 위치될 수 없으며 수송 챔버를 밀폐시키는 밸브를 통과할 수 없으며, 기판 보다 작은 크기의 게터 장치는 자동 처리 설비에 의해 포획될 수 없다. 기판과 동일한 크기의 게터 장치를 사용하는 또다른 이유는 게터 재료로 이용가능한 표면과 장치의 가스 수착 특성이 최대로 되기 때문이다. 본 발명의 게터 장치는 결국 약 0.5 내지 5㎜ 범위의 두께와, 약 10 내지 100㎝ 범위의 측면 치수를 가질 수 있으며, 소정의 실시예를 제공하기 위해, IC의 경우에 기본적으로 둥근 형태의 장치가 사용되며, 약 0.5 내지 1㎜ 범위의 두께와 약 150 내지 300㎜ 범위의 직경을 가지며, 평면 표시 장치를 제조하는 경우에 장치는 일반적으로 약 1 내지 5㎜ 범위의 두께와 10㎝ 내지 1m 범위의 측면 크기를 갖는 직육면체이다.

본 발명의 게터 장치는 게터 재료, 예를 들어 소결된 분말로 제조될 수 있다. 그러나, 두께보다 큰 측면 치수를 갖는 특수한 구조를 고려할 때, 분말로만 제조된 소결체는 가능한 파단 결과 자동 설비에 의해 처리되도록 형성될 수 없는 부분과 처리 챔버 내에 존재하는 파편 또는 분말을 야기하는 낮은 기계적 저항을 나타낼 수 있다.

결과적으로, 필요한 기계적 저항을 보장하는 지지대 상에 증착된 게터 재료층으로 형성된 게터 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 지지대로서 게터 재료가 양호한 부착성을 갖는 어떠한 재료를 사용하는 것이 가능하며 기계적 저항과 장치가 챔버 내에서 겪어야 하는 조건, 특히 게터 재료의 활성화 처리에 대한 저항의 양호한 특성을 나타낸다. 지지 재료는 챔버 내에 가스 양에 감지할 수 있는 기여를 하지 않기 위해 활성화 중에 도달된 온도에서 진공 하에 많은 양의 가스를 해방하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족시키는 최상의 재료는 금속과 금속 합금, 예를 들어 강, 타이타늄, 니켈-크롬 합금, 또는 규소, 세라믹 또는 유리이다.

지지대 상에 있는 게터 재료로 형성된 장치는 양면 또는 단일면 상에 증착물을 가질 수 있다. 소정의 박층 증착 공정에서, 기판은 시스템 내에서 수직 위치로 처리되고, 기판이 선단부를 통해 지지되는 가이드와 접촉되며 기본적으로 자유로운 양면을 가지며, 그 일예는 양면 상에 정보를 저장하는 자기 재료로 코팅된 컴퓨터용 하드 디스크의 제조이다. 이러한 경우에 양면 상에 증착된 게터 재료를 갖는 장치를 사용하는 것이 바람직하며, 활성 재료의 표면을 최상으로 한다. 대신 기판이 표본 유지기 상에 정지된 면을 갖고 수평 위치로 처리되는 챔버 내에서 사용되도록 의도된 경우에, 사용될 장치는 바람직하게 단일면 상에 게터 재료 증착물을 가지며, 사실 이러한 구성에서 표본 유지기와 접촉하는 면 상에 게터 재료의 가능한 증착물은 가스 제거에 기여함이 없이 입자 손실의 가능성과 관련된다. 이러한 기판 구성을 적용하는 공정의 예는 IC와 CD의 제조이다.

모든 경우에 지지 표면은 게터 재료로 완벽히 코팅되지 않는 것이 바람직하지만, 지지 단부의 일부분 이상이 증착물 없이 남겨지는 것이 바라직하다. 이는 게터 장치가 적절한 탱에 의해 수직 위치에 유지되는 기판 박스 내에 있을 때, 또는 선단에 기판을 유지시키는 클램프를 포함하는 처리 챔버 내에 제공된 자동 수단에 의해 처리될 때 문지름으로써 입자를 손실할 수도 있는 가능성을 방지한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 가능한 게터 장치의 소정의 실시예를 나타낸다.

도 5는 컴퓨터의 하드 디스크를 제조하기 위한 시스템 내에 사용되기에 적절한 게터 장치(50)의 절단면도이다. 상기 장치는 게터 재료의 증착물(52, 52')로 양면 상에 코팅된 원형의 지지대(51)를 포함하며, 상기 증착물(52, 52')은 지지면을 완전히 코팅하진 않지만, 양면 상의 지지 선단에 대응하는 두 자유 영역(53, 53')을 남긴다. 이러한 형태의 장치는 선단에서 장치를 유지시키는 클램프를 갖고 종결하는 자동 시스템에 의해 공정 시스템 내에서 수직 위치로 처리된다.

도 6은 집적 회로를 제조하기 위한 시스템 내에 사용되기에 적절한 게터 장치(60)를 도시한다. 지지대(61)로서, 제조된 기판이 사용되고, 단결정 규소의 "슬라이스"로서 형성된 경우가 예시되며, 이러한 기판은 호에 대한(subtended) 부분을 제외하고 기본적으로 원형을 가지며, 공정 시스템 내의 기판의 방향을 일정하게 유지시킨다. 게터 재료의 증착물(63)은 지지대(61)의 일면(62) 상에 존재하며, 증착물은 전술한 목적을 위해 면(62)의 선단(64)을 청정하게 한다.

결국, 도 7은 평면 표시 장치를 제조하기 위해 시스템 내에 사용되는 게터 장치(70)를 도시한다. 상기 장치는 지지대의 선단(74)을 코팅되지 않은 상태로 남기는 게터 재료의 증착물(73)을 갖는 일면(72) 상에 코팅된 지지대(71)를 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 생산을 위해 사용될 수 있는 게터 재료는 다양하며 예를 들어 Zr, Ti, Nb, Ta, V와 같은 금속, Ti-V, Zr-V, Zr-Fe 및 Zr-Ni의 2상 합금 또는 Zr-Mn-Fe 또는 Zr-V-Fe의 이러한 금속 또는 3상 합금과 같은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Y, La 및 희토류 중에서 선택된 하나 이상의 다른 성분을 갖는 혼합물, 전술된 합금을 갖는 금속의 혼합물을 포함한다. 이러한 목적에 적절한 게터 재료는 80.8 중량%의 Zr - 14.2 중량%의 Co - 5 중량%의 A의 조성%를 가지며, 여기서 A는 이트륨, 란탄, 희토류 중 선택된 소정의 원소 또는 이들의 혼합물을 의미하는 St787이라는 명칭으로 출원인에 의해 제조되고 판매되는 합금, St101(등록 상표)이라는 명칭으로 출원인에 의해 제조되고 판매되는 84 중량%의 Zr - 16 중량%의 Al의 %조성을 갖는 합금, St707이라는 명칭으로 출원인에 의해 제조되고 판매되는 70 중량%의 Zr - 24.6 중량%의 V - 5.4 중량%의 Fe의 %조성을 갖는 합금, 또는 금속 Zr 또는 Ti을 갖는 상기 합금 중 두 합금의 기계적 혼합물이며, 이러한 혼합물은 특히 입자 손실에 관해 양호한 기계적 특성으로 인해 바람직하다. 합금 St101(등록 상표) 분말의 30 중량%와 티타늄 분말의 70 중량%로 형성된 St121이라는 명칭으로 출원인에 의해 제조되어 판매되는 혼합물을 통해 얻어진 장치가 본 발명의 목적에 특히 적절하다.

지지대 상에 게터 재료로서 형성된 게터 장치는 다양하고 상이한 기술에 따라 얻어질 수 있다. 제 1 가능성은 PVD 기술로 지지대상에 층을 증착시키는 방법이다. PVD 기술로 게터 장치를 준비하는 것은 예를 들어 국제 특허 출원 공개 번호 제 WO 97/49109호에 개시된다. 이러한 기술은 유리와 세라믹을 포함하는 많은 종류의 지지대 상에 게터 재료의 증착을 허용하는 장점을 제공하며, 또한 PVD 기술을 통해 얻어진 증착물은 입자 손실의 단점을 나타내지 않는다. 다른 기술은 분말형태의 게터 재료를 지지대 상에 증착시키는데 있다. 분말의 증착은 냉간 압연에 의해 수행될 수 있으며, 이러한 기술은 분말 야금 분야에서 광범위하게 공지되어 있지만, 금속 지지대에 대해 적용될 수 있다. 또다른 가능성은 상기 기술을 상세히 참조한 특허 출원 WO 95/23425호에 개시되는 것처럼, 게터 입자의 부유물을 적절한 용매 내에서 고온으로 유지된 지지대 상에 분사하는 것이다. 또한 지지대는 전기 이동 기술에 의해 게터 재료의 입자로 코팅될 수도 있다. 이러한 경우에 지지대는 전기적으로 전도성이며, 상기 기술의 설명은 미국 특허 제 5,242,559호에 개시된다. 결국, 지지대 상에 게터 재료의 분말의 증착은 국제 특허 출원 공개 번호 제 WO 98/03987호에 개시된 것처럼, 세리그래프 기술에 의해 수행될 수 있다. 세리그래프 기술은 상이한 성질(금속, 규소, 유리,....)의 지지대 상에 게터 재료를 증착시키고 형상을 갖는 증착물을 얻을 수 있어서, 예를 들어 지지대 표면의 일부가 증착물이 없는 도 4 내지 도 6에 예시된 게터 장치의 제조를 용이하게 하기 때문에 특히 편리하다.

본 발명은 다음의 실시예에 의해 설명될 것이다. 이러한 비제한적 실시예는 본 발명을 실행하고 본 발명을 실행하는 최상의 모드를 표시하는 방법을 당업자에게 개시하도록 형성된 소정의 실시예를 나타낸다.

실시예 1(비교)

본 실시예는 대표적인 처리 챔버의 공지된 배기 과정이다. 표준 PVD 챔버 배기 작동이 수행되고, 작동을 통해 압력 변화를 모니터한다. 상기 챔버는 내부 전기 저항 형태로 가열 수단을 교대로 포함하는 샘플 유지기를 지지하는 받침대를포함한다. 상기 챔버는 또다른 내부 가열 수단으로서 두 반대 측벽 상에 위치된 두 개의 석영 램프를 포함한다. 배기 동안, 챔버는 회전 펌프와 극저온 펌프를 포함하는 펌프-다운 그룹으로 향한다. 10^-5mbar 이하의 압력에서, 챔버 내의 압력은 바야드-알퍼트(Bayard-Alpert) 측정계에 의해 측정된다.

시험 초기에 챔버는 밀폐되고, 펌핑은 개시된다. 챔버 내의 압력이 약 10^-6mbar에 도달할 때, 베이킹 과정은 개시되고, 석영 램프와 샘플 유지기 내측에 제공된 가열기를 켜서 챔버의 내부를 가열하여, 500℃로 되며, 전술한 것처럼, 펌프-다운 단계 중에 가스들을 최대 가능한 정도로 제거하고, 제조 중에 동일한 가스가 연속적으로 챔버 분위기 내에서 해방되는 것을 방지하기 위해 이러한 과정은 가스, 주로 챔버 내측의 모든 표면 상에 흡수된 H₂O를 해방시키는 작용을 갖는다. 베이킹은 2시간 동안 지속된다. 베이킹 과정의 끝에, 가열은 꺼지며, 챔버는 펌핑 하에서 냉각된다. 시험 중에 챔버 내에서 측정된 압력값은 도 8에서 곡선 1로서 표시된다.

실시예 2

본 실시예는 대표적인 본 발명에 따른 방법의 바람직한 수행 방법이다. 특히, 상기 실시예는 도 3을 참조하여 개시된 방법의 실시예이다. 전술된 게터 재료인 St121의 층(150㎛의 두께)을 스크린날염(screen printing)에 의해 증착되는 면 상에 약 200㎜ 직경의 규소 웨이퍼를 포함하는 비활성 게터 장치가 제공된다. 게터 장치는 챔버의 샘플 유지기 상에 위치된다. 그 후 실시예 1에 설명된 배기 과정은 반복된다. 베이킹 과정 중에, 샘플 유지기는 게터 장치의 온도를 약 500℃로 올려, 게터 재료를 활성화시킨다. 시험 중에 챔버 내에서 측정된 압력값은 도 8에서 곡선 2로 표시된다.

도 8의 곡선 1과 2를 비교함으로써 용이하게 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 방법에 따른 게터 장치의 사용은 챔버 내측에 존재하는 모든 표면(챔버 벽과 챔버 내에 존재하는 소정의 부품과 장치의 표면)에 의해 해방되는 가스 양을 제거하는 것을 돕는다. 특히, 도 8의 곡선은 표면으로부터 가스 해방 속도와 펌핑 그룹으로부터 가스 제거 속도의 균형으로 인해 시험 1에서 압력 증가를 나타내며, 이러한 경우에 게터 장치는 전체 가스 수착에 기여하는 것처럼, 본 발명에 따른 시험에서 유사한 압력 증가는 관찰 할 수 없다. 베이킹의 끝에, 챔버 내의 압력은 선행 기술에 따른 시험에서 보다 본 발명에 따른 시험에서 더 낮으며, 유사하게 본 발명에 따른 방법은 선행 기술에 따른 시험 보다 낮은 최종 압력값에 도달한다. 또다른 관점에서 관찰할 때, 반도체 산업에 보다 더 흥미로우며, 본 발명은 보다 짧은 시간내에 소정의 기저 압력(예를 들어, 새로운 생산 작업이 개시되는 소정의 압력값)에 도달하는 관련 장점을 제공한다. 이는 도 8에서 점선(예비 설정 P로 표시됨)으로 도시되며, 약 2 ×10^-8mbar의 압력값이 본 발명에 따른 방법으로 4시간 내에 도달되며, 정상적인 과정에서는 5시간 이상이다.

본 발명에 따른 방법은 게터 장치를 수송하기 위해 처리 챔버 내외로 제조된기판을 이동시키는데 사용되는 동일한 처리 수단을 사용하기 때문에 공지된 증착 공정에서 용이하게 수행될 수 있으며, 게터 장치를 활성화시키기 위해 상기 챔버 내에 이미 존재하는 동일한 기판 가열 수단을 사용하여, 상기 방법은 부가적인 적절한 설비가 이용가능하게 제조될 것을 요구하지 않는다. 게다가, 본 발명에 따른 방법의 수행은 제조 공정의 일반적인 준비 단계에서 수행되어, 실질적인 수정 그리고 특히 이러한 단계의 지연을 요구하지 않는다.

Claims (25)

1. 기판 상에 박층을 증착시키는 공정의 생산성을 증가시키는 방법으로서,

   제조 단계에 사용되는 자동 기판 처리 설비와 공정을 사용하여, 처리 챔버 내의 반응 가스의 부분압의 총합이 약 10^-3mbar 이하이고 실제적으로 기판이 처리되지 않을 때, 상기 처리 챔버 내의 작동 분위기와 활성화된 형태의 게터 장치를 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 게터 장치는 상기 챔버 내의 총압력이 10^-3mbar 이상일 때 상기 처리 챔버의 분위기에 노출되며, 상기 작동 분위기는 주로 희가스를 포함하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   처리 챔버의 배기를 개시하는 단계와,

   압력이 약 10^-3이하에 도달할 때, 상기 챔버 내에 예비 활성화된 게터 장치를 유입시키거나, 선택적으로 상기 챔버 내에 이미 유입된 게터 장치를 활성화시키는 단계와,

   상기 공정 분위기로 사용될 동일한 희가스로 상기 챔버를 세정하는 단계와, 그리고

   상기 챔버 분위기의 오염 정도가 소정의 값 이하일 때, 상기 증착 공정을 개시하는 단계를 더 포함하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   게터 장치가 상기 처리 챔버 내에 재유입되고 공정 작동 중 일정 시간 동안 게터 작동을 수행하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   박스 내의 모든 기판이 처리된 후에, 그리고 새로운 박스 내의 기판을 처리하기 전에 게터 장치가 상기 처리 챔버 내에 재유입되는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 챔버 내의 압력이 10^-3mbar 이하에 도달할 때에만 상기 게터 장치가 상기 챔버 내에 활성화된 형태로 존재하는 방식으로 작동하면서, 상기 처리 챔버(2, 6, 8)의 개방 후, 상기 처리 챔버(1, 5, 9)의 배기 전 또는 중에 상기 처리 챔버(2, 6, 8) 내에 게터 장치를 유입시키는 단계와,

   상기 활성화된 게터 장치를 상기 챔버 내에 유지시키면서, 상기 챔버 내에서 배기를 계속하는 단계와, 그리고

   상기 제조 단계에서 사용되는 상기 자동 기판 처리 설비와 공정을 사용하여상기 챔버(4, 7, 11)로부터 상기 게터 장치를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 처리 챔버의 배기(1)를 개시하는 단계와,

   상기 챔버 내에 10^-3mbar 이하의 압력값에 도달하면, 상기 자동 기판 처리 설비와 상기 제조 단계 중에 사용된 공정에 의해 비활성화 형태로 게터 장치를 유입시키는 단계(2)와,

   상기 제조 단계 중에 상기 기판을 가열하는데 사용된 상기 설비와 공정에 의해 상기 챔버 내의 상기 게터 장치를 활성화시키는 단계(3)와, 그리고

   10^-7mbar 이하의 압력에 도달면, 상기 제조 단계 중에 상기 기판을 이동시키는데 사용된 자동 기판 처리 설비와 공정에 의해 상기 챔버로부터 상기 게터 장치를 제거하는 단계(4)를 더 포함하는 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 처리 챔버의 배기를 개시하는 단계(5)와,

   상기 챔버 내의 압력이 10^-3mbar 이하에 도달하면, 상기 제조 단계 중에 상기 기판을 이동시키는데 사용된 상기 자동 기판 처리 설비와 공정에 의해 상기 시스템의 상이한 챔버 내에 있는 예비 활성화된 게터 장치를 상기 챔버 내에 유입시키는 단계(6)와, 그리고

   상기 챔버 내의 압력이 10^-7이하에 도달하면, 상기 제조 단계 중에 상기 기판을 이동시키는데 사용된 상기 자동 기판 처리 설비와 공정에 의해 상기 챔버로부터 상기 게터 장치를 제거하는 단계(7)를 더 포함하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   비활성화된 형태의 게터 장치를 상기 처리 챔버 내측으로 유입시키는 단계(8)와,

   상기 챔버의 배기를 개시하는 단계(9)와,

   상기 챔버 내의 압력이 10^-3mbar 이하에 도달하면, 상기 기판을 가열하기 위해 제조 중에 사용되는 상기 수단과 공정에 의해 상기 게터 장치를 열적으로 활성화시키는 단계(10)와, 그리고

   상기 챔버 내의 압력이 10^-7mbar 이하에 도달하면, 상기 제조 단계 중에 상기 기판을 이동시키는데 사용되는 상기 자동 기판 처리 설비와 공정에 의해 챔버로부터 상기 게터 장치를 제거하는 단계(11)를 더 포함하는 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    압력이 10^-7mbar 이하에 도달하면, 박층의 증착 이전의 단계들을 수행하는 단계(12) 후에만 상기 게터 장치가 상기 챔버로부터 제거되는 단계(13)를 더 포함하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    박층을 위한 상기 증착 공정이 PVD 형태이고 상기 증착 이전의 단계가 타겟을 세정하는 단계를 포함하는 방법.
12. 제 1항의 방법을 수행하기 위한 게터 장치(50, 60, 70)로서,

    상기 방법이 적용되는 증착 공정에 사용되는 기판과 동일한 크기를 갖는 게터 장치(50, 60, 70).
13. 제 12 항에 있어서,

    약 0.5 내지 5㎜ 범위의 두께와 약 10 내지 100㎝ 범위의 측면 크기를 갖는 게터 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    호에 대한 영역을 제외하고, 약 0.5 내지 1㎜ 범위의 두께와 150 내지 300㎜ 범위의 직경을 갖는 기본적으로 원형을 가지며, 집적회로를 제조하기 위한 시스템 내에서 사용되는 게터 장치(60).
15. 제 12 항에 있어서,

    약 1 내지 5㎜ 범위의 두께와 약 10 내지 100㎝ 범위의 측면 크기를 갖는 직육면체의 형태를 갖고, 평면 표시 장치를 제조하기 위한 시스템 내에서 사용되는 게터 장치(70).
16. 제 12 항에 있어서,

    게터 재료의 분말로만 형성된 게터 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    지지대 상에 하나 이상의 게터 재료의 증착물로 형성된 게터 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 지지대가 금속, 금속 합금, 규소, 세라믹 또는 유리 중에서 선택된 재료로 형성된 게터 장치.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 증착물이 상기 지지대의 양면 상에 존재하는 게터 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 증착물(52, 52')이 지지대(51)의 반대면 상에 코팅되지 않은 두 대응 영역(53, 53')을 남기는 게터 장치(50).
21. 제 17 항에 있어서,

    상기 증착물이 상기 지지대(61, 71)의 일면(62, 72) 상에 존재하는 게터 장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 증착물(63, 73)이 지지대의 상기 면에 코팅되지 않은 영역(64, 74)을 남기는 게터 장치(60, 70).
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 코팅되지 않은 영역이 지지대의 선단인 게터 장치.
24. 제 16 항에 있어서,

    상기 게터 재료는 Zr, Ti, Nb, Ta, V와 같은 금속, 상기 금속의 합금 또는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Y, La 및 희토류 중에서 선택된 하나 이상의 다른 성분을 갖는 상기 금속의 합금, 상기 합금을 갖는 금속의 혼합물 중에서 선택된 게터 장치.
25. 제 17 항에 있어서,

    상기 게터 재료는 Zr, Ti, Nb, Ta, V와 같은 금속, 상기 금속의 합금 또는Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Y, La 및 희토류 중에서 선택된 하나 이상의 다른 성분을 갖는 상기 금속의 합금, 상기 합금을 갖는 금속의 혼합물 중에서 선택된 게터 장치.