KR20080108108A - 반도체 및 반도체를 생산하는 설비 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전반적으로, 반도체, 반도체 내의 재료 층, 반도체의 생산 방법, 반도체를 생산하는 제조 설비에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체는 레이저 융제에 의해 생산되며 표면이 있는 적어도 하나의 층을 포함하고, 생산될 균일 표면 영역은 0.2dm2의 영역을 포함하고, 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 상기 레이저 펄스 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 층이 생산된다.
레이저, 융제, 목표 재료, 펄스, 빔, 퇴적, 표면 영역, 반도체

Description

반도체 및 반도체를 생산하는 설비 및 방법{Semiconductor and an arrangement and a method for producing a semiconductor}
본 발명은 전반적으로 반도체, 반도체와 집적 회로에 관한 재료 층, 반도체의 생산 방법, 및 반도체를 생산하는 제조 설비에 관련된다. 특히, 본 발명은 독립 청구항의 전제부에 개시된 것들에 관련된다.
반도체는 대부분의 전자 기기에 사용된다. 반도체의 통상적인 사용은 인쇄 회로 기판에, 예를 들어, 메모리와 프로세서와 같은 집적 회로 및 트랜지스터를 포함하는 전자 요소들을 제공하는 것을 포함한다. 반도체는 일반적으로 실리콘 기판 상에 제조된다. 다른 반도전성, 도전성, 절연성 재료들과 가능한 광학 재료들이 실리콘 기판 상에 생산되고, 층들을 패터닝하거나 배선함으로써 기능적 반도체 회로들/요소들이 만들어진다.
그러나 반도체들에 대한 새로운 종류의 요구가 나타났다. 전자 평판 디스플레이 및 다른 현대적 사용자 인터페이스는, 경량이지만 일상의 취급에 대하여 강건한(robust) 큰 크기의 회로를 요구한다. 그러나 실리콘 기판에 기초를 둔 반도체 회로는 큰 크기의 애플리케이션에서 너무 비싸고, 필요한 만큼 강건하지도 않다.
다른 저가의 재료를 기판으로 사용하고, 박막층들을 반도전성 재료로서 제공 함으로써 반도체 회로를 생산하는 것이 제안되었다. 예를 들어 유리 또는 플라스틱 또는 섬유 재료가 기판이 될 수 있다. 이러한 종류의 기술에 의해, 무겁지 않고 기계적 스트레스에 민감하지 않은 큰 크기의 반도체 회로를 얻을 수 있다. 특별한 특성을 갖는 다른 반도전성 재료를 또한 사용할 수 있다. 하지만 종래의 기술로는, 충분히 고품질의 재료 층들을, 큰 크기이며 산업적인 양(industrial volume)으로 생산할 수 없다. 또한, 반도전성 층들의 비균일성은 반도체들의 비-이상적 성능의 원인이 된다.
본 출원인은 레이저 냉 융제(laser cold ablation)를 반도체의 생산에 사용하는 가능성을 연구하였다. 최근 몇 년 동안, 상당한 레이저 기술의 발전에 의해, 반도체 섬유들(fibres)에 기반을 둔 고효율 레이저 시스템을 생산하는 수단이 제공되어, 소위 냉 융제 방법의 발전을 지원하고 있다. 냉 융제는 피코초(picosecond) 범위와 같은 짧은 지속기간의 고에너지 레이저 펄스들을 형성하고, 이 펄스들을 목표 재료의 표면으로 지향시키는 것에 기초한다. 따라서 플라즈마 줄기(plume)가 레이저 빔이 목표에 충돌한 영역으로부터 융제된다. 냉 융제의 용도에는 예를 들어, 코팅과 기계가공(machining)이 있다.
신규의 냉 융제법을 채택할 때, 절단/홈파기/새기기(cutting/grooving/carving) 등뿐만 아니라 코팅, 박막 생산과 연관된 문제들에 대한 품질 및 생산률은 레이저 파워를 증가시키고 목표상의 레이저 빔의 스폿 크기를 감소시키는데 집중함으로써 달성되어 왔다. 하지만 증가된 파워 대부분은 잡음으로 소비된다. 위 문제들에 대한 품질 및 생산률은, 비록 일부 레이저 제조업자들 이 레이저 파워 관련 문제를 해결하였지만, 여전히 존재한다. 절단/홈파기/새기기 등뿐만 아니라 코팅/박막 모두에 대한 대표적 샘플들이 오직, 낮은 반복률, 좁은 주사폭, 및 산업적 실현 가능성을 넘은 긴 작업 시간으로 생산될 수 있지만, 이러한 점은 큰 몸체에 대하여 더욱 강조된다.
펄스의 에너지 용량, 즉 펄스의 파워는 펄스의 지속기간이 감소하면 증가하므로, 문제의 심각성은 레이저 펄스 지속기간이 감소함에 따라서 증가한다. 나노초 펄스 레이저들은 냉 융제 방법들에 응용되지는 않지만, 이러한 나노초 펄스 레이저들에서 조차도 문제가 심각하게 발생한다.
펄스 지속 기간이 10-15(femto; 펨토) 또는 더욱더 10-18초(atto-second; 아토초) 정도로 감소하면 문제의 해결은 거의 불가능하다. 예를 들어, 펄스 지속기간이 10~15 피코초인 피코초 레이저 시스템에서, 레이저의 총 파워가 100W이고, 반복률이 20MHz일 때, 펄스 에너지는 10~30 ㎛ 스폿에 대하여 5μJ이 되어야 한다. 이러한 펄스를 견디는 섬유는 본 출원인의 지식에 따르면 본 출원의 출원 시점까지도 존재하지 않았다.
종래 기술의 레이저 취급 시스템은 대부분 진동 미러들에 기초한 광학 스캐너들을 포함한다. 이러한 광학 스캐너는 예를 들어, 독일 특허출원 DE10343080 문서에 개시되어 있다. 진동 미러는 2개의 결정된 각도 사이에서 미러에 평행한 축에 대하여 진동한다. 레이저 빔이 미러에 지향되면, 빔은 그 순간 미러의 위치에 따른 각도로 반사된다. 따라서 진동 미러는 목표 재료의 표면에 있는 라인의 점들로 레 이저 빔을 반사 또는 주사한다.
진동 스캐너 또는 갈바노(galvano) 스캐너의 예가 도 1a에 도시되어 있다. 진동 스캐너는 2개의 진동 미러를 가지고, 하나는 X축에 대하여 빔을 주사하고, 다른 하나는 직교하는 y축에 대하여 빔을 주사한다.
생산률은 반복률 또는 반복 주파수에 직접적으로 비례한다. 한편, 전후 이동에 의한 방식으로 듀티-사이클(duty-cycle)을 하는 공지의 미러-막(mirror-film) 스캐너(갈바노 스캐너 또는 전후 사행(wobbling) 타입 스캐너)에서, 듀티-사이클의 양단에서 미러의 정지뿐만 아니라, 변환점에 관련한 가속과 감속 및 관련된 순간적 멈춤은 어느 정도 문제가 되고, 이것들 모두가 미러의 스캐너로 활용할 가능성을 제한하며, 특히 주사폭에 대하여 그렇다. 갈바노 스캐너를 사용하는 현재의 코팅 방법들은 최대 10 cm, 바람직하게는 이 보다 작은 주사폭을 생산한다. 반복률을 증가시켜서 생산률을 증가시키기 위한 시도가 이루어지면, 가속 및 감속에 의해 주사 범위가 협소해 지거나 조사의 에너지 분포가 불균일해지고, 따라서 조사가 가속 및/또는 감속 미러를 통해 목표에 충돌할 때 목표에서 플라즈마가 발생한다.
종래의 갈바노메트릭(galvanometric) 스캐너들이 통상 약 2~3 m/s의 최대 속도, 실제로는 약 1 m/s의 속도로 레이저 빔을 주사하기 위하여 사용된다. 단지 펄스 반복률을 증가시켜 코팅/박막 생산률을 증가시키려 시도하면, 상기 언급한 공지의 스캐너들은 펄스들을, 목표 영역의 중첩된 지점(overlapping spot)에 kHz 영역의 낮은 펄스 반복률로, 제어되지 않은 방식으로 지향시킨다. 2MHz의 반복률이더라도 40~60의 연속된 펄스들이 중첩된다. 도 1b는 이러한 상황 하에서 중첩된 111개 의 지점들을 도시한다.
최악의 경우, 이러한 방법에서는 목표 재료로부터 플라즈마 대신 입자들(particles)이 방출되나, 적어도 입자 형성 중에 플라즈마가 생성된다. 몇 개의 연속적인 레이저 펄스가 목표 표면의 동일 위치에 지향되면, 누적 효과에 의해 목표 재료가 불균일하게 부식되고, 또한 목표 재료가 가열될 수 있어서 냉 융제의 장점이 상실된다.
동일한 문제가 나노초 영역의 레이저에도 적용되고, 이 문제는, 높은 에너지로 오래 지속하는 펄스 때문에 당연히 더욱 심각하다. 여기서는, 목표 재료 가열이 항상 발생하고, 목표 재료의 온도가 대략 5000K까지 상승한다. 따라서 단지 하나의 나노초 영역의 펄스가 상술한 문제점에 의해 목표 재료를 극적으로 부식한다.
공지의 기술에 있어서, 목표 재료는 불균일하게 마모될 뿐만 아니라 쉽게 파편화(fragment)하고 플라즈마 품질을 저하시킨다. 따라서 그러한 플라즈마로 코팅될 표면은 플라즈마의 악영향(detrimental effects)을 받는다. 표면은 파편들을 포함할 수 있고, 플라즈마는 그러한 코팅을 형성하도록 균일하게 분포되지 않을 수 있으며, 이것은 정확성이 요구되는 응용에서는 문제이지만, 예를 들어, 페인트나 안료(pigment)와 같이, 그 용도의 검출 한도 내로 결함이 제한될 수 있다면 문제가 되지 않을 수 있다.
종래의 방법들은 단일 사용으로 목표를 마모시키므로, 동일한 목표는 동일한 표면을 다시 사용하는데 적합하지 않다. 이 문제는, 목표 재료 및/또는 그에 따른 빔 스폿을 이동시켜 목표의 새로운 표면만을 활용함으로써 다루어지고 있다.
기계가공 또는 공작물 관련 용도에서, 일부 파편을 포함하는 잔류물(left-overs) 또는 잔해(debris)는 절단선을 불균일하게 하여 적절하지 못한 것으로 만들 수 있다. 예를 들어, 유량 제어 천공(flow-control drilling)이 그 경우가 될 수 있다. 또한, 방출된 파편에 의해 유발된 고르지 않고 울퉁불퉁한 외관을 갖는 표면이 형성될 수 있고, 이러한 표면은 반도체의 제조에 적합하지 않다.
부가하여, 전후로 이동하는 미러막 스캐너들은 관성력을 생성하고, 이 관성력은 구조 자체에 부하를 줄뿐만 아니라, 미러가 부착된 베어링에 부하를 주고, 및/또는 미러의 이동을 유발한다. 이러한 관성력은 특히, 그러한 미러가 가능한 동작 설정의 거의 극단 영역에서 작동하고 있다면, 조금씩 미러의 부착을 헐겁게 하고, 오랜 시간에 걸친 설정의 변화를 유발하여, 생산품 품질의 균일하지 않은 반복성이 나타날 수 있다. 이동의 방향 및 관련 속도의 변화뿐만 아니라 정지 때문에, 그러한 미러막 스캐너는 융제 및 플라즈마 생산에 사용될 수 있는 매우 한정된 주사폭을 갖는다. 동작은 어쨌든 상당히 느리지만, 유효 듀티 사이클은 전체 사이클에 비하여 상대적으로 짧다. 미러막 스캐너를 활용한 시스템의 생산성을 증가시키는 관점에서, 플라즈마 생성률은 반드시 느리고, 주사폭은 좁고, 장기간 동안 동작은 불안정하고, 또한, 플라즈마로 불요한 입자가 방출되고, 결과적으로 기계가공 및/또는 코팅을 통해 그 플라즈마와 연관될 생산품들에 불용한 입자가 방출된 가능성이 매우 높다.
최근의 최신 코팅 방법들이나, 나노초 또는 냉 융제 범위(피코, 펨토초 레이저)의 레이저 융제와 관련된 기존의 코팅 기술들은, 큰 표면을 갖는 유리 생산품들 의 산업적 규모 코팅에 관한 실현 가능한 방법을 제공하지 못 한다. 기존 CVD 및 PVD 코팅 기술은 코팅 공정을 배치식(batch wise)으로 만드는 고진공 상태를 필요로 하며, 따라서 반도체의 산업 규모 생산에 적당하지 않다. 더욱이, 코팅될 재료와 코팅 재료간 거리가 통상 50 cm 이상으로 길어서, 코팅 챔버가 크고, 진공 펌핑(vacuum pumping)에 시간과 에너지가 소비된다. 그러한 큰 체적 진공 챔버는 또한 코팅 공정 자체 내의 코팅 재료에 의해 쉽게 오염되므로, 시간 소비적인 청정 공정이 연속적으로 요구된다.
기존의 레이저 지원형(laser-assisted) 코팅 방법들에서 생산률을 높이는 시도를 하면, 단락 회로 결함 인자, 핀홀(pinhole), 증가된 표면 조도(roughness), 광학적 구현에서 광학적 투명도의 저감 또는 상실, 층 표면상의 미립자들, 부식 경로에 영향을 주는 표면 구조내 미립자들, 표면 균일성의 감소, 접착성 감소 등의 다양한 결함들이 발생한다.
공지 기술에 따라서 플라즈마 생성을 도시하는 도2a 및 2b에 플라즈마와 관련된 품질 문제들이 예시되어 있다. 레이저 펄스(214)가 목표 표면(211)에 충돌한다. 펄스는 긴 펄스이므로, 깊이(h)와 빔 직경(d)은 동일한 크기이고, 펄스(214)의 열이 충돌 스폿 영역에서의 표면을 가열하고, 깊이(h) 보다 더 깊은 표면(211)의 아래를 또한 가열한다. 구조는 열적 충역을 받고, 장력(tension)이 구축되며, 이것은 약화되면서 F로 도시된 파면을 생성한다. 이 예시에서, 플라즈마의 품질이 상당히 낮을 수 있어서, 도2b에서 예시된 가스(216)로부터 형성된 핵 또는 유사한 구조들의 군집에 대한 참조 번호(215)에 대하여, 조그만 점(218)으로 표시한 분자들 또 는 분자들의 군집들이 보일 수 있다. 문자 "o"는 가스로부터 형성 및 성장하거나 및/또는 집괴(agglomeration)를 통해서 형성 및 성장할 수 있는 입자를 예시한다. 방출된 파편들은 농축화 및/또는 집괴에 의해 또한 성장할 수 있으며, 이것은 점들로부터 F로 향하고, 또한 o로부터 F로 향하는 굽은 화살표로 표시되었다. 굽은 화살표는 플라즈마(213)로부터 가스(216)로의 상전이(phase transitions), 추가적으로는 입자(215)와 크기가 증가된 입자(217)들로의 상전이를 나타낸다. 도2b에서, 플라즈마 융제 줄기는 증기와 가스들로 구축된 입자들뿐만 아니라 파편들(F)도 포함할 수 있고, 좋지 않은 플라즈마 생산 때문에 플라즈마는 플라즈마 영역으로서 연속적이지 않고, 따라서 품질의 변동이 단일의 펄스 줄기 내에서 발생할 수 있다. 깊이(h) 아래의 조성 및/또는 구조의 결함뿐만 아니라 깊이의 결과적인 변동들 때문에(도2a), 도2b에서 목표 표면(211)은 추가적 융제에 더 이상 이용할 수 없고, 비록 일부 재료가 사용가능하지만 목표 재료는 폐기된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들이 회피되거나 감소된 반도체, 반도체의 생산 설비 및 방법을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 소정 표면을 갖는 반도체용 층들을 펄스 레이저 퇴적(pulsed laser deposition)에 의해 생산하는 기술을 제공하는 것이며, 코팅될 균일한 표면 영역은 적어도 0.2dm2을 포함한다.
본 발명의 제2 목적은, 층들이 펄스 레이저 퇴적에 의해 생산되어 층들의 균일한 표면 영역은 적어도 0.2dm2의 영역을 포함하는 새로운 반도체 생산품을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 반도체 생산품에 사용될 목표로부터 실질적으로 가용한 미세한 플라즈마를 제공하는 문제를 해결하는 것이며, 문제의 해결에 의해, 목표 재료는 플라즈마내로 어떠한 미립자 파편들도 전혀 생성하지 않거나(즉, 플라즈마는 순수 플라즈마임), 존재하더라도 희소한 파편들을 생성하고, 희소한 파편들은 상기 목표로부터 융제에 의해 플라즈마가 생성되는 융제 깊이보다 적어도 그 사이즈가 작다.
본 발명의 제4 목적은 목표로부터 융제에 의해 플라즈마가 생성되는 융제 깊이보다 적어도 사이즈가 큰 미립자 파편없이 고품질의 플라즈마로 반도체 생산품내 층의 균일한 표면 영역을 제공하는 문제, 즉, 기판을 순수 플라즈마로 코팅하는 문제를 해결하는 새로운 방법 및/또는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제5 목적은 균일한 표면 영역에 순수 플라즈마에 의해 코팅의 양호한 접착성을 제공하는 것이며, 이에 따라서, 미립자 파편들로의 운동 에너지 소비가 미립자 파편들의 존재를 제한하거나 그들의 사이즈를 융제 깊이보다 작게 제한함으로써 억제된다. 동시에, 미립자 파편들은 거의 존재하고 있지 않기 때문에, 결정핵생성(nucleation) 및 응축 관련 현상을 통하여 플라즈마 줄기의 균일성에 영향을 미치는 냉 표면들을 형성하지 않는다.
본 발명의 제6 목적은 산업적 방식으로, 큰 반도체 몸체에 대하여도 우수한 플라즈마 품질 및 넓은 코팅폭과 함께 넓은 주사폭을 제공하는 문제를 해결하는 적어도 새로운 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제7 목적은 상술한 발명의 목적들에 따라서 산업적 규모의 용도를 제공하는데 사용될 고 반복률을 제공하는 문제를 해결하는 적어도 새로운 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제8 목적은 제1 목적 내지 제7 목적에 따른 반도체 생산품을 제조하는 층들/표면들을 제공하기 위한 우수한 품질의 플라즈마를 제공하면서, 퇴적 상(phase)에서 사용될 목표 재료를 절약하지만 필요한 동일 품질의 코팅/박막을 생산하는 문제를 해결하는 적어도 새로운 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반도체의 층들을 냉간 가공(cold-work) 및/또는 생산하는 문제를 해결하기 위하여, 상기한 목적들에 따른 방법들과 수단들을 사용하는 것이다.
본 발명은, 큰 표면을 포함하는 반도체 제품용 층들이, 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너에 의해 이 레이저 펄스 빔이 주사되는 방식으로 초단 펄스 레이저 퇴적(ultra short pulsed laser deposition)을 채용함으로써, 산업적 생산률과 우수한 품질로 생산될 수 있으며, 우수한 품질은, 광학적 투명성, 화학적 내성 및/또는 내마모성, 긁힘없는 특성, 열 내성 및/또는 전도성, 저항성, 코팅 접착성, 무미립자(particulate-free) 코팅, 무핀홀 코팅, 및 전자 전도성과 같은 기술적 특징들 중 하나 이상에 관련된다. 더욱이, 본 발명은 목표 재료를 경제적으로 사용하는데, 높은 코팅 결과를 유지하면서 이미 처리된 재료를 재사용하는 방식으로 재료들이 융제되기 때문이다. 본 발명은 또한 낮은 진공 조건에서 높은 코팅 특성의 생산품 층들을 생산할 수 있다. 더욱이, 필요한 코팅 챔버 체적은 경쟁 방법들에 비하여 매우 작다. 이러한 특징들은 총 장치 비용을 매우 감소시키고 코팅 생산률을 증가시킨다. 많은 바람직한 경우들에 있어서, 코팅 장치는 온라인 방식으로 생산 라인에 맞추어질 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 목적은 반도체의 일부로서 사용되며 표면을 갖는 적어도 하나의 층을 레이저 융제에 의해 생산하는 방법을 제공함으로써 달성되고, 위 방법은 생산될 표면 영역이 적어도 0.2dm2의 영역을 포함하고, 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 레이저 펄스 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 코팅이 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 표면을 구비하고 레이저 융제에 의해 생산되는 적어도 하나의 층을 포함하는 반도체에 관한 것이고, 위 반도체는 생산될 균일한 표면 영역이 적어도 0.2dm2의 영역을 포함하고, 상기 층은 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 레이저 펄스 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 생산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다른 실시 형태들은 종속 청구항에 기재된다.
본 출원에서, 용어 "광"은 냉 융제에 사용될 수 있는 임의의 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 의미하며, "레이저"는 간섭성(coherent) 광 또는 그러한 광을 생산하는 광원을 의미한다. 따라서 "광 또는 레이저"는 광 스펙트럼의 가시 부분으로 전혀 한정되는 않는다.
본 출원에서, 용어 "초단 펄스 레이저 퇴적"은 목표 표면의 소정 점(point)이 1회에 1 ns 미만의 시간 기간, 바람직하게는 100 ps 미만의 시간 기간 동안 레이저 빔으로 조사되는 것을 의미한다. 이러한 노출은 목표의 동일한 위치에서 반복될 수 있다.
본 출원에서, 용어 "코팅"은 기판 상에 임의 두께의 재료 층을 형성하는 것을 의미한다. 따라서 코팅은 두께가 예를 들어 1㎛ 보다 작은 박막을 생산하는 것을 의미한다.
본 출원에서, 용어 "표면"은 층, 코팅의 표면을 의미할 수 있고, 표면은 외측 표면이 되거나, 또는 다른 층/코팅/기판과 인터페이스를 형성할 수 있다. 표면은 또한 최종 생산품을 얻기 위하여 추가로 처리되어야 하는 반가공된 생산품(half finished product)의 표면일 수 있다.
본 발명의 상기한 장점들 및 다른 장점들은 첨부 도면 및 후술하는 상세한 설명으로부터 명확해진다.
도1은 최신(state of the art)의 냉 융제 코팅/박막 생산 및 기계가공 및 다른 가공 관련 용도에 채용된 예시적 갈바노 스캐너 설정을 도시한다.
도1b는 종래 기술의 갈바노메트릭 스캐너가 주사 레이저 빔에 채용되어 2MHz 의 반복률로 과도한 중첩이 얻어지는 상황을 도시한다.
도2a는 공지 기술의 플라즈마 관련 문제점들을 도시한다.
도2b는 공지 기술의 또 다른 플라즈마 관련 문제점들을 도시한다.
도3은 반도체용으로 생산된 예시적 층들을 도시한다.
도4는 펄스 레이저 기술을 사용하여 반도체용 층을 생산하는 본 발명에 따른 예시적 설비를 도시한다.
도5는 펄스 레이저 기술을 사용하여 반도체용 다수 층들을 생산하는 본 발명에 따른 예시적 설비를 도시한다.
도6a는 본 발명에 따른 방법에 채택된 하나의 가능한 터빈(turbine) 스캐너 미러를 도시한다.
도6b는 도 6a의 실시예의 각 미러에 의해 달성되는 융제 빔의 움직임을 도시한다.
도7은 본 발명에 따라 채택될 하나의 가능한 회전 스캐너를 통한 빔 안내(guidance)를 도시한다.
도8a는 본 발명에 따라 채택될 다른 하나의 가능한 회전 스캐너를 통한 빔 안내를 도시한다.
도8b는 본 발명에 따라 채택될 추가의 가능한 회전 스캐너를 통한 빔 안내를 도시한다.
도9는 하나의 회전 미러를 구비한 스캐너 및 이 미러의 측면과 종면(end view)을 도시한다.
도10a는 목표 재료가 회전 스캐너(터빈 스캐너)로 레이저 빔을 주사함으로써 융제되는 본 발명에 따른 실시 형태를 도시한다.
도10b는 도10a의 목표 재료의 예시적 부분을 도시한다.
도10c는 도10b의 목표 재료의 예시적으로 융제된 스폿을 도시한다.
도11은 목표 재료를 회전 스캐너로 주사 및 융제하는 본 발명에 따른 예시적 방법을 도시한다.
도 1a, 1b, 2a 및 2b는 종래 기술의 설명에서 이미 기술되었다.
도3은 막층 기술에 기초한 반도체의 예시적 층들을 도시한다. 기판(360)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 재료 또는 섬유 재료일 수 있고, 기판 재료는 또한 유연할(flexible) 수 있다. 디스플레이와 같은 광학 회로에서, 반사방지층 층(362)이 있을 수 있다. 외측 표면을 깨끗이 유지하고 또한 외부 스트레스로부터 보호하기 위하여, 다른 또는 부가적인 층들이 있을 수 있다. 기판(360)의 안측 표면에는, 반도체의 구획(partitioning) 및 회로 레이아웃에 따라서 패터닝되는 전기 도전층(364)이 있다. 도전층은 용도에 따라서 투명할 수 있다. 다음, 도전층 위에 하나 또는 여러 개의 반도전성 층들(366)이 있다. 마지막으로, 추가적 배선을 제공하는 다른 도전층(368)이 있다. 제2 도전층의 표면에 추가적인 보호층이 또한 존재할 수 있다.
반도체가 반도전성 기판으로 생산되면, 유사한 순서로 유사한 층들이 존재하지만, 반도전성 기판으로 시작하고 그 기판 상에 다른 층들을 만듦으로써 생산이 이루어진다.
도4는 레이저 융제로 재료를 취급하는 예시적 시스템을 도시한다. 레이저 빔은 레이저 소스(44)에 의해 형성되고, 회전 광학 스캐너(10)에 의해 목표를 향해 주사된다. 목표(47)는 공급 굴대(feed roll; 48)로부터 내림 굴대(discharge roll; 46)로 감기는 밴드(band)의 형상이다. 목표는 융제의 위치에서 개구(52)를 갖는 지지판(51)에 의해 지지된다. 그러나 목표는 밴드와 달리, 목표 재료의 회전 실린더와 같은 대안적인 것이 될 수 있다. 스캐너로부터 수신된 레이저 빔(49)이 목표에 충돌하면, 재료는 융제되고, 플라즈마 줄기가 제공된다. 기판(50)이 플라즈마 줄기 내에 제공된다. 따라서 기판은 목표 재료의 층으로 코팅된다. 층이 퇴적 후 기계가공된다면, 레이저 빔으로 이루어질 수 있다.
또한, 많은 다른 대안적 구조와 설비로 레이저 융제를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기판 위나 아래로부터 또는 양측 모두로부터 퇴적을 당연히 제공할 수 있다. 또한, 투명 시트(sheet) 상에 제공된 목표 재료를 사용할 수 있다. 이러한 설비에서, 목표 재료를 기판에 매우 밀접하게 제공할 수 있고, 상기 시트의 투명한 부분을 통해 목표 재료에 레이저 빔을 제공할 수 있다. 시트에서 목표 재료가 박막이면, 목표 재료는 기판을 향해 융제한다. 목표 시트는 투명 시트 상의 목표 재료를 융제함으로써 먼저 생산될 수 있다.
도5는 반도체용 층들을 생산하는 예시적 생산 라인 설비를 도시한다. 설비는 5개의 레이저 처리 유닛(571~575)을 동일 처리 챔버(510)내에 포함한다. 처리 유닛 위에 기판들(581~585)을 라인을 따라서 전송하는 컨베이어(591)가 있다. 각 처리 유닛은 기판에 대하여 소정 처리를 제공한다. 처리 유닛들은 층들을 생산하거나, 기판 또는 생산된 층들의 레이저 기계가공을 제공할 수 있다. 물론, 생산 라인 내에 다른 형태의 처리 유닛들이 존재할 수 있다. 본 발명의 중요한 이점은 다른 재료의 층들이 동일 생산 라인 상의 동일 챔버 내에서 퇴적될 수 있다는 것이다. 또한, 요구되는 레이저 패터닝을 가능한 제공할 수 있다. 모든 또는 대부분의 층들이 동일 챔버 내에서 생산되면, 반가공된 생산품의 취급에 기인한 오염이나 다른 결함들의 위험이 최소화된다.
다음, 적절한 회전 스캐너들의 물리적 근거와 구조를 기술한다.
본 발명에 따르면, 레이저 융제에 의해 소정 표면을 갖는 반도체용 층을 제공하는 방법이 제공되며, 이 방법에서 코팅될 표면 영역은 적어도 0.2dm2을 포함하고, 퇴적은, 펄스 레이저 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 펄스 레이저 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 수행된다.
초단 펄스 레이저 퇴적은 USPLD로 약기된다. 이러한 퇴적은 또한 냉 융제로도 불린다. 냉 융제의 특징 중 하나는 예를 들어, 경쟁하는 나노초 레이저와 달리, 노출된 목표 영역으로부터 그 영역의 둘레로 열 전달이 사실상 발생하지 않으며, 레이저 펄스 에너지는 목표 재료의 융제 임계를 초과할 정도로 충분하다는 것이다. 펄스 길이는 5~30 ps와 같이 일반적으로 50 ps 이하(즉, 매우 짧음)이고, 냉 융제 현상은 피코초 이내에 도달되지만, 펨토초 및 아토초 펄스 레이저들로도 도달된다. 레이저 융제에 의해 목표로부터 증발된 재료는 상온 부근으로 유지될 수 있는 기 판 상에 퇴적된다. 여전히, 플라즈마 온도는 노출된 목표 영역에서 1,000,000 K에 도달한다. 플라즈마 속도는 100,000 m/s를 달성하여 우수하고, 따라서 생산된 코팅/박막의 우수한 접착성이 얻어진다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에서, 균일한 표면 영역은 적어도 0.5dm2을 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 균일한 표면 영역은 적어도 1.0dm2을 포함한다. 본 발명은 1 m2 이상과 같이 0.5 m2 보다 큰 균일한 코팅 표면 영역을 포함하는 생산품의 코팅을 쉽게 달성할 수 있다. 이 공정은 고품질의 플라즈마로 반도체용 층들의 큰 표면을 코팅하는데 특히 유용하다.
산업적 용도에서, 레이저 처리의 고효율을 달성하는 것은 중요하다. 냉 융제에서, 레이저 펄스의 강도는 냉 융제 현상을 용이하게 하기 위하여, 미리 결정된 임계값을 초과해야 한다. 이 임계값은 목표 재료에 달려 있다. 고 처리 효율 및 그에 따른 산업적 생산성을 달성하기 위하여, 펄스의 반복률은 1MHz, 바람직하게는 2MHz 이상, 더욱 바람직하게는 5MHz 이상과 같이 높아야 한다. 앞서 기술한 바와 같이, 여러 펄스들을 목표 재료의 동일한 위치에 지향시키는 않는 것이 유리한데, 이것은 목표 재료에 누적 효과를 유발하여, 불량한 품질의 플라즈마로 되는 입자 퇴적, 및 그에 따른 불량 품질의 코팅과 박막, 목표 재료의 바람직하지 않은 부식, 목표 재료의 가능한 가열 등이 유발된다. 따라서 고효율의 처리를 달성하기 위하여, 레이저 빔의 주사 속도가 높을 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 효율적 처리를 달성하기 위하여, 목표 표면에서 빔의 속도는 일반적으로 10 m/s 이상 이어야 하 고, 바람직하게는 50 m/s 이상이고, 더욱 바람직하게는 100m/s 이상이고, 2000m/s와 같은 속도일 수도 있다.
도6a는 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 회전 터빈 스캐너를 도시한다. 이 실시 형태에 다르면, 회전 광학 스캐너는 레이저 빔을 반사하는 적어도 3개의 미러를 포함한다. 본 발명의 일 실시 형태의 코팅 방법은 도5에 도시된 다각형 프리즘을 채택한다. 다각형 프리즘은 면들(21~28)을 갖는다. 화살표(20)는 프리즘이 그 축(19)을 중심으로 회전될 수 있음을 나타내고, 축(19)은 프리즘의 대칭축이다. 도6a의 프리즘 면들이 유리하게는 주사선들을 달성하도록 경사진 미러면들로서, 프리즘이 그 축을 중심으로 회전함에 따라서 각 면이 그 차례에서 반사에 의해, 미러면에 입사하는 조사의 방향을 변경하도록 배열될 때, 이 프리즘은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 방법에서 응용가능하다. 회전 스캐너, 즉 터빈 스캐너의 일부로서 조사 전송 라인에서 응용가능하다. 도6a는 8면을 보이지만, 12개 또는 수백 개의 면들보다 상당히 많은 면들이 있을 수 있다. 도6a는 또한 축에 대하여 동일한 각도로 경사진 미러들을 도시하지만, 여러 개의 미러를 포함하는 다른 실시 형태에서, 이 각도들은 단계적(in steps)으로 변동하여, 소정 영역 내에서 단계적 이동으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 작업 스폿 상의 단계적 편이(stepped shift)가 목표 상에서 달성된다. 본 발명의 다른 실시 형태들은 예를 들어, 레이저 빔 반사 미러의 개수, 형상 및 크기에 대하여, 다양한 터빈 스캐너 미러 설비들로 제한되는 것은 아니다.
도6a의 터빈 스캐너의 구조는 적어도 2개의 미러를 포함하고, 바람직하게는, 중심축(19)을 중심으로 대칭적으로 위치한 6개 이상, 예를 들어 8개 미러(21~28)를 포함한다. 터빈 스캐너 내 프리즘(21)이 중심축(19)을 중심으로 회전함에 따라서, 미러들은 예를 들어 스폿(29)으로부터 반사된 조사(레이저 빔)를 라인 형상의 영역 상에 정확하게 지향시키고, 이 라인 형상의 영역은 항상 하나의 동일한 방향으로부터 시작한다(도 6b). 터빈 스캐너의 미러 구조는 비경사형(도7)이거나 소망하는 각도로 기울어진 경사형(예를 들어, 도8a,8b)일 수 있다. 터빈 스캐너의 크기 및 용적(proportions)은 자유롭게 선택될 수 있다. 코팅 방법의 다른 유리한 실시 형태에 있어서, 스캐너의 주변 길이(perimeter)는 30cm이고, 직경은 12cm이며, 높이는 5cm이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 터빈 스캐너의 미러들(21~28)이 중심축(19)에 대하여 경사진 각도로 위치하는 것이 바람직한데, 레이저 빔이 쉽게 스캐너 시스템으로 안내되기 때문이다.
본 발명의 일 실시 형태(도 6a)에 따라서 채택될 터빈 스캐너에 있어서, 1순환의 회전 이동 동안에, 존재하는 미러들(21~28)과 동일한 수의 라인 형상 영역들이 주사되는 방식으로, 미러들(21~28)은 서로 벗어날(deviate) 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 본 명세서에서 회전 광학계는 레이저 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 스캐너들을 의미한다. 그러한 스캐너 및 그 용도들은 특허 출원 FI20065867호에 기재되어 있다. 도9는 하나의 회전 미러를 구비한 스캐너(910)를 도시한다. 미러(914)는 회전축(916)을 중심으로 회전하도록 배치된다. 도9는 또한 미러의 측면 및 종면을 도시한다. 미러는 회전축(916)에 대하여 약간 경사진 실린더 형상이다. 미러의 형상을 더욱 잘 나타내고자 경사된 실린더로서 미러가 도시되며, 따라서 미러의 단들(ends)은 경사진다. 그러나 미러의 에지는 회전축에 대하여 수직일 수 있다. 광학 스캐너는 회전축에서 축대(axle)를 가지고, 여기에 미러가 연결된다. 미러는 예를 들어, 종판(end plate) 또는 스포크(도면에 도시되지 않음)에 의해 회전 축대에 연결될 수 있다.
도10a는 회전 스캐너들을 채택한 피코초 영역 펄스 레이저로 융제된 목표 재료를 보이며, 이 회전 스캐너들은 종래 기술의 갈바노-스캐너들과 연관된 문제들을 회피하면서, 인접 펄스들의 약간의 중첩으로 목표 재료의 융제를 달성하는 속도를 갖는다. 도10b는 융제된 재료의 일 부분을 확대한 그림으로, x 및 y 축 모두에서 재료의 완만하고 제어된 융제, 및 그에 따른 고품질, 입자 없는 플라즈마의 생성, 추가적으로, 고품질 박막 및 코팅을 명확히 보이고 있다. 도10c는 하나 또는 몇 개의 펄스로 달성되는 단일 융제 스폿의 가능한 x 치수(dimension) 및 y 치수를 보인다. 여기서, 본 발명은 융제된 스폿의 폭이 융제된 스폿 영역의 깊이보다 항상 매우 큰 방식으로 재료의 융제를 달성함을 명확히 알 수 있다. 이론적으로, 존재할 수 있는 입자들(그들이 생성되는 경우)은 스폿 깊이인 최대 크기를 갖는다. 회전 스캐너는 양호한 품질이며, 입자가 없는 플라즈마의 생산을 큰 생산률, 및 코팅될 큰 표면 영역을 포함하는 기판에 특히 유용한 큰 주사폭으로 달성한다. 더욱이, 도 10a, 10b 및 10c는, 종래의 기술과 달리 이미 융제된 목표 재료 영역이 고품격 플라즈마의 새로운 생성을 위하여 융제될 수 있음을 명확히 보이고 있다. 이로서, 총 코팅/박막 생산 비용이 근본적으로 감소된다.
도11은 피코초 USPLD 레이저를 채택하고, 터빈 스캐너로 레이저 펄스들을 주사함으로써 코팅이 수행되는 예를 보인다. 여기서, 주사 속도는 30 m/s이고, 레이서 스폿-폭은 30㎛이다. 이 예에서, 인접한 펄스들 사이에 1/3 중첩이 있다.
다음, 반도체의 층을 제공하는 목표 재료로서 적합한 일부 재료들을 기술한다. 전도성 투명 재료의 층은 예를 들어, ITO(indium tin oxide), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(aluminum doped zinc oxide), 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물로 만들어 질 수 있다. 전도성 비투명 재료의 층은 예를 들어, 알루미늄, 구리 또는 은으로 만들어 질 수 있다. 반도체 재료의 층은 실리콘, 게르마늄 인듐 주석 산화물, 알루미늄 도핑된 주석 산화물, 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물로 만들어 질 수 있다. 반사방지 코팅층은 예들 들어, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물로 만들어 질 수 있다. 그러나 이들은 단지 통상 사용되는 재료들의 일부 예이다. 다음, 일부 또 다른 대안이 더욱 상세히 설명된다.
유리한 금속 산화물은 예를 들어, 알루미늄 산화물, 및 알루미늄 주석 산화물(ATO)과 같은 다른 조성을 포함한다. 이것의 저항성 때문에, 고품질 고광학 투과성의 ITO가, 코팅될 표면을 따뜻하게 하기 위하여(warm-up) 코팅이 채택될 수 있는 용도에서 특히 바람직하다. 이것은 태양광 조절(solar-control)에 또한 채택될 수 있다. 이트륨 안정화 지르코늄 산화물(Yttrium stabilized zirconium oxide)은 우수한 광학, 내마모성 특성을 모두 갖는 다른 산화물의 예이다.
일부 또 다른 금속들이 반도체 용도로 응용될 수 있다. 여기서, 금속 유도된(metal-derived) 박막의 광학 특성들은 벌크 금속의 광학 특성들과 어느 정도 다 르다. 초박막(<100Å 두께)에서, 편차(variations)는 광학 상수의 개념을 불확실하게 만들고, 코팅(박막)의 품질 및 표면 조도는 따라서 중요한 기술적 특징이 된다. 본 발명의 방법에 의해 그러한 코팅은 쉽게 생산될 수 있다.
본 출원에 채택된 절연 재료들은 플루오르(예들 들어, MgF2, CeF3), 산화물(예를 들어, Al2O3, TiO2, SiO2), 황화물(예를 들어, ZnS, CdS) 및 ZnSe와 ZnTe와 같이 선별된 혼합물(assorted compounds)을 포함한다. 절연 광학 재료들의 필수적 공통 특징은 스펙트럼의 일부 관련 부분에서 흡수율이 매우 낮다(α<103/cm)는 것이다. 이 영역에서, 절연 재료들은 본질적으로 투명(예를 들어, 가시부와 적외부에서 플루오루화합물과 산화물, 적외부에서 칼코겐화합물(chalcogenides))이다. 절연 코팅은 본 발명의 방법에 의해 유리하게 생산될 수 있다.
투명 전도 막들은 매우 얇은 금속들이나 반도전성 산화물로 이루어지고, 및 현재에는 반도체용 전방 전극들에 인듐 갈륨 질화물과 같은 질화물로도 이루어지고 있다.
종래부터 투명 도전체로 채택되어 온 금속들은 Au, Pt, Rh, Ag, Cu, Fe 및 Ni를 포함한다. 도전성과 투명성의 동시 최적화는 막 퇴적에 상당한 어려움을 부여한다. 상당한 투명성이 있지만 저항성이 높은 불연속 섬들(islands)이 일 극단에 있다. 반대쪽에는, 일찍 융합(coalesce)하여 연속이고 높은 도전성을 갖지만 투명성이 낮은 막들이 있다. 이러한 이유 때문에, SnO2, In2O3, cdO와 같은 반도체 산화 물들, 및 더욱 통상적으로는, 이들의 합금(예를 들어, ITO), 도핑된 In2O3(Sn, Sb에 의함) 및 도핑된 SnO2(F,Cl 등에 의함)이 사용된다.
금속 산화물 코팅들이 활성 산소 분위기에서 금속 또는 금속들을 융제하거나 또는 산화 재료들을 융제하여 생산될 수 있다. 후자의 상황 하에서도, 활성 산소 내에서 융제를 수행하여 코팅 품질 및/또는 생산률을 높일 수 있다. 질화물을 생산할 때, 본 발명에 따르면, 코팅 품질을 향상시키기 위하여 질소 분위기나 액체 암모니아를 사용할 수 있다. 발명의 대표적 예는 탄소 질화물(C3N4 막)이다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 반도체 층의 균일한 영역이 탄소 재료에 의해 생산되며, 이 탄소 재료는 90 원자% 초과의 탄소를 포함하고, sp3 본딩이 70%를 넘는다. 이러한 재료는, 예를 들어 비정질 다이아몬드, 나노결정 다이아몬드, 또는 의사(pseudo)-단결정 다이아몬드를 포함한다. 다양한 다이아몬드 코팅들은 우수한 마찰, 마모 및 긁힘없는 특성을 제공하지만, 또한, 열전도성과 저항성을 증가시킨다. 유리 상에 다이아몬드 코팅은 반도체에서 결정형(crystalline form)과 같이, 고품질의 특별한 선호(preference)와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 균일한 표면 영역은 다른 비율로 탄소, 질소 및/또는 붕소를 포함하는 재료로 생산될 수 있다. 이러한 재료들은, 붕소 탄소 질화물, 탄소 질화물(C2N2, C3N4 양자), 붕소 질화물, 붕소 탄화물 또는 B-N, B-C와 C-N 상의 다른 교잡(hybridization)의 상을 포함한다. 상기 재료들은 밀도가 매 우 낮은 다이아몬드형 재료들이며, 매우 내-마모성이며, 통상 화학적으로 불활성이다. 예를 들어, 탄소 질화물은 반도체의 코팅으로서, 반도체 생산품을 부식 상태로부터 보호하기 위하여 채택될 수 있다.
또 다른 가능한 재료에는 인듐 갈륨 질화물, 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(selenide), 실리콘 산화물, 6H 실리콘 탄화물(6각형) 및 카드뮴 텔루르 화합물(telluride)이 있다.
적어도 2개의 다른 재료를 융제하여 반도전성 층/표면을 제공할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따라서, 반도체 생산품의 외측 표면이 오직 단일의 코팅으로 피복된다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따라서, 반도체의 균일한 표면이 다층화(multilayered) 코팅으로 피복된다. 다른 이유들로 몇 개의 코팅이 생산될 수 있다. 부가적으로, 다층화 코팅은 이러한 구조없이 달성할 수 없는 여러 기능을 갖는다. 본 발명은 여러 코팅들을 단지 하나의 코팅 챔버 또는 인접한 챔버들에서 생산할 수 있다.
본 발명은 반도체에 대한 복합 층들/코팅들의 생산을, 하나의 복합 재료 목표, 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 둘 이상의 목표 재료를 동시적으로 융제하여 달성한다.
융제된 층의 적합한 두께는 예를 들어 20nm와 20㎛ 사이에 있고, 바람직하게는, 100nm와 5㎛ 사이에 있다. 코팅 두께는 위 범위로 한정되어서는 안 되는데, 본 발명이 한편으로는 분자 규모 코팅을 달성하고, 다른 한편으로는 100㎛ 이상의 매 우 두꺼운 코팅도 달성하기 때문이다.
본 발명에 따라서, 레이저 융제에 의해 코팅된 소정 표면을 포함하는 반도체 생산품이 제공될 수 있으며, 코팅된 균일 표면 영역은 적어도 0.2dm2을 포함하고, 코팅은 초단 펄스 레이저 퇴적의 채택에 의해 수행되고, 펄스 레이저 빔은 펄스 레이저 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 주사된다. 이러한 생산품의 이점은 본 방법의 앞선 설명에서 상세히 기술되었다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에서, 균일한 표면 영역은 적어도 0.5dm2을 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 균일한 표면 영역은 적어도 1.0dm2을 포함한다. 또한, 본 발명은 1.0 m2 이상과 같이, 0.5 m2 보다 큰 균일 코팅된 표면 영역을 포함하는 생산품을 쉽게 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 균일 표면 영역에 생산된 코팅의 평균 표면 조도는, 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 100㎛2의 영역을 주사했을 때, 100nm보다 작다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 균일 표면 영역에 생산된 코팅의 광학 투명도는 88% 이상이고, 바람직하게는 90% 이상이고, 더욱 바람직하게는 92% 이상이다. 일부 경우에 있어서, 광학 투명도는 98%를 초과할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 균일 표면 영역 상의 처음 50%의 코팅은 지름이 1000 nm, 바람직하게는 100nm, 더욱 바람직하게는 30nm를 초과하는 어 떠한 입자도 포함하지 않는 방식으로, 균일 표면 영역이 코팅될 수 있다,
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 층은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 또는 이들의 혼합체를 포함할 수 있다. 가능한 금속들이 본 발명의 코팅 방법의 이전 설명에 기술되었다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 반도체 생산품의 층에는 90 원자% 이상의 탄소를 포함하고, SP3 본딩이 70%를 넘는 탄소 재료가 제공된다. 가능한 탄소 재료들이 본 발명의 코팅 방법의 이전 설명에 기술되었다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 균일한 표면 영역은 탄소, 질소 및/또는 붕소를 다른 비율로 포함한다. 이러한 재료들은 본 발명의 코팅 방법의 이전 설명에 기술되었다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 생산품의 균일한 표면 영역은 유기 고분자 재료로 코팅된다. 이러한 재료들은 본 발명의 코팅 방법의 이전 설명에 보다 상세히 기술되었다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 반도체 층의 균일 표면 상 코팅의 두께는 20nm와 20㎛ 사이에 있고, 바람직하게는, 100nm와 5㎛ 사이에 있다. 본 발명은, 하나 또는 여러 개의 원자 층 코팅들, 및 100㎛를 초과하는 예를 들어 1mm와 같은 두꺼운 코팅들을 포함하는 층들을 또한 달성한다.
본 명세서에서, 레이저 융제 장치의 다른 다양한 요소들의 구조가 상세히 기술되지 않았는데, 이들은 상기한 기재 및 이 기술분야의 당업자가 갖는 일반 상식 을 이용하여 구현될 수 있기 때문이다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 해결책의 일부 실시예가 기술되었다. 본 발명에 따른 원리는 물론 청구항에 의해 규정된 범위 내에서 수정될 수 있다. 예를 들어, 구현의 상세한 내용 및 사용 범위가 수정될 수 있다.
예를 들어, 반도체의 몇몇 구조들만이 설명되었다. 다른 대안적 구조들이 많이 있으며, 한 구조는, 통상, 반도전성, 도전성, 절연성 및 투명한 재료들인 여러 재료들의 하나 또는 여러 층들을 포함한다. 본 발명을 반도체의 다른 구조들의 형태에 응용하는 것은 물론 가능하다.
큰 크기의 반도체들이 설명되었지만, 제조된 큰 크기의 반도체가 작은 성분들로 구획될 수 있음은 당연하다. 또한, 마스크를 사용하여 융제 공정 동안 구획할할 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 단점들이 회피되거나 감소된 반도체, 반도체의 생산 설비 및 방법을 제공한다.

Claims (42)

  1. 표면을 구비하고 반도체의 일부로서 사용되는 적어도 하나의 층을, 레이저 융제에 의해 생산하는 방법으로서, 생산될 표면 영역은 0.2dm2의 영역을 포함하고, 코팅은 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 상기 레이저 펄스 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  2. 청구항1에 있어서, 상기 표면 영역은 균일 표면 영역인 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  3. 청구항1 또는 청구항2에 있어서, 상기 표면 영역은 적어도 0.5dm2의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  4. 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 영역은 적어도 1.0dm2의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  5. 청구항1 내지 청구항4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채택된 레이저 퇴적의 펄스 주파수는 적어도 1MHz인 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  6. 청구항1 내지 청구항5 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 또는 도전층의 표면은 단락 회로 결함 인자들(short circuiting defect factors)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  7. 청구항1 내지 청구항6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 융제는 10-1 내지 10-12의 진공 분위기 하에서 수행되고, 바람직하게는 10-1 내지 10-4의 진공 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  8. 청구항1 내지 청구항7 중 어느 한 항에 있어서, 목표 재료와 생산될 상기 균일한 표면 영역 사이의 거리는 25cm 이하이고, 바람직하게는 15cm 이하이고, 더욱 바람직하게는 10cm 이하인 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  9. 청구항1 내지 청구항8 중 어느 한 항에 있어서, 목표 재료의 융제된 표면은 결함없는(defect-free) 코팅을 생산하기 위하여 반복적으로 융제될 수 있는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  10. 청구항1 내지 청구항9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균일 표면 영역에 생산된 층의 평균 표면 조도(average surface roughness)는 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 100㎛2의 영역을 주사했을 때, 100nm보다 작은 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  11. 청구항1 내지 청구항10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균일 표면 영역에 생산된 층의 광학 투명도는 88% 이상이고, 바람직하게는 90% 이상이고, 더욱 바람직하게는 92% 이상인 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  12. 청구항1에 있어서, 상기 균일 표면 영역 상의 처음 50%의 코팅은 지름이 1000 nm, 바람직하게는 100nm, 더욱 바람직하게는 30nm를 초과하는 어떠한 입자도 포함하지 않는 방식으로 상기 층의 표면 영역이 생산되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  13. 청구항1 내지 청구항12 중 어느 한 항에 있어서, 도전성 투명 재료의 층은 ITO(indium tin oxide), 알루미늄 도핑된 아연 산화물, 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  14. 청구항1 내지 청구항13 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 비투명 재료의 층은 알루미늄 또는 구리로 만들어지는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  15. 청구항1 내지 청구항14 중 어느 한 항에 있어서, 반도전성 재료의 층은 실리콘, 게르마늄 인듐 주석 산화물, 알루미늄 도핑된 주석 산화물, 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  16. 청구항1 내지 청구항15 중 어느 한 항에 있어서, 반사방지 코팅의 층은 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  17. 청구항1 내지 청구항16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 적어도 80%의 금속 산화물 또는 그 합성물(composition)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  18. 청구항1 내지 청구항17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 탄소 재료로 만들어지고, 상기 탄소 재료는 90 원자% 초과의 탄소를 포함하고, sp3 본딩이 70%를 넘는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  19. 청구항1 내지 청구항18 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 재료는 탄소, 질소 및/또는 붕소를 다른 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  20. 청구항1 내지 청구항19 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체의 외측 표면은 다층화(multilayered) 코팅으로 피복되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  21. 청구항1 내지 청구항20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층의 두께는 20nm와 20㎛ 사이에 있고, 바람직하게는, 100nm와 5㎛ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  22. 레이저 융제에 의해 생산되고 표면이 있는 적어도 하나의 층을 포함하는 반도체로서, 생산될 균일 표면 영역은 적어도 0.2dm2의 영역을 포함하고, 상기 층은, 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 회전 광학 스캐너로 상기 레이저 펄스 빔이 주사되는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 생산되는 것을 특징으로 하는 반도체.
  23. 청구항22에 있어서, 상기 표면 영역은 균일 표면 영역인 것을 특징으로 하는 반도체.
  24. 청구항23에 있어서, 상기 균일 표면 영역은 적어도 0.5dm2의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  25. 청구항23에 있어서, 상기 균일 표면 영역은 적어도 1.0dm2의 영역을 포함하 는 것을 특징으로 하는 반도체.
  26. 청구항23 내지 청구항25 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균일 표면 영역에 생산된 코팅의 평균 표면 조도는 원자힘 현미경(AFM)으로 100㎛2의 영역을 주사했을 때, 100nm보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체.
  27. 청구항23 내지 청구항26 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균일 표면 영역에 생산된 코팅의 광학 투명도는 88% 이상이고, 바람직하게는 90% 이상이고, 더욱 바람직하게는 92% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체.
  28. 청구항23 내지 청구항27 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균일 표면 영역 상의 처음 50%의 코팅은 지름이 1000 nm, 바람직하게는 100nm, 더욱 바람직하게는 30nm를 초과하는 어떠한 입자도 포함하지 않는 방식으로 상기 표면 영역이 코팅되는 것을 특징으로 하는 반도체.
  29. 청구항23 내지 청구항28 중 어느 한 항에 있어서, 도전성 투명 재료의 층은 ITO, 알루미늄 도핑된 아연 산화물, 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 반도체.
  30. 청구항23 내지 청구항29 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 비투명 재료의 층은 알루미늄, 구리 또는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  31. 청구항23 내지 청구항30 중 어느 한 항에 있어서, 반도전성 재료의 층은 실리콘, 게르마늄 인듐 주석 산화물, 알루미늄 도핑된 주석 산화물, 주석 산화물 또는 플루오르 도핑된 주석 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  32. 청구항23 내지 청구항31 중 어느 한 항에 있어서, 반사방지 코팅의 층은 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  33. 청구항23 내지 청구항32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 또는 이들의 혼합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  34. 청구항23 내지 청구항33 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 탄소 재료를 포함하고, 상기 탄소 재료는 90 원자% 초과의 탄소를 포함하고, sp3 본딩이 70%를 넘는 것을 특징으로 하는 반도체.
  35. 청구항23 내지 청구항34 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 재료는 탄소, 질 소 및/또는 붕소를 다른 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.
  36. 청구항23 내지 청구항35 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체의 외측 표면은 다층화 코팅으로 피복되는 것을 특징으로 하는 반도체.
  37. 청구항23 내지 청구항36 중 어느 한 항에 있어서, 반도체용 상기 층의 두께는 20nm와 20㎛ 사이에 있고, 바람직하게는, 100nm와 5㎛ 사이에 있는 것을 특징으로 하는 반도체.
  38. 청구항23 내지 청구항37 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체는 전자 디스플레이, 발광 다이오드 및/또는 집적 회로의 일부인 것을 특징으로 하는 반도체.
  39. 반도체의 적어도 일부를 생산하는 설비로서, 표면이 있는 적어도 하나의 층을 레이저 융제에 의해 생산하는 수단을 포함하는 상기 설비에 있어서, 생산될 표면 영역은 적어도 0.2dm2의 영역을 포함하고, 상기 설비는 초단 펄스 레이저 퇴적을 채용하여 상기 층을 제공하는 수단을 포함하고, 상기 설비는 레이저 펄스 빔을 주사하기 위한 회전 광학 스캐너를 포함하고, 상기 회전 광학 스캐너는 상기 레이저 펄스 빔을 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  40. 청구항39에 있어서, 상기 표면 영역은 균일 표면 영역인 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  41. 청구항39 또는 청구항40에 있어서, 동일 반도체용의 적어도 2개의 층을 동일 챔버 내에서 생산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  42. 청구항39 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서, 동일 반도체의 층들 또는 기판을 동일 챔버 내에서 기계가공(machining)하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
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