KR20220031064A - 다공성 탄소질 진공 챔버 라이너 - Google Patents

다공성 탄소질 진공 챔버 라이너 Download PDF

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KR20220031064A
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porous
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트로이 스코긴스
렉스 지. 셰퍼드
아부아겔라 에이치. 라쉬드
아멜리아 에이치. 씨. 하트
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

진공 챔버에서 사용하기 위한 다공성 보호 라이너가 기술되며, 라이너는 무기 탄소질 재료로 이루어지고 다공성 표면을 가지며, 바람직하게는 기공은 개방형 기공 구조인 것이다.

Description

다공성 탄소질 진공 챔버 라이너
발명의 분야
본 발명은 진공 챔버에서 사용하기 위한 다공성 보호 라이너에 관한 것으로, 라이너는 무기 탄소질 재료로 이루어지고 다공성 표면을 가지며, 바람직하게는 기공이 개방형 기공 구조인 것이다.
배경
진공 챔버는 진공에서 재료 및 장치를 가공하는데 유용하다. 진공 챔버를 수반하는 한 가지 공정은 이온 주입으로, 이를 통해 공작물의 표면이 이온에 노출되어, 이온이 표면을 침투하도록 한다.
진공 챔버 내에서의 가공 동안, 진공 챔버의 내부 공간 및 대기는 저압이어야 하며 원하는 가공 단계에 유용한 이온을 포함할 것이다. 이온 주입 공정은 가공 대기에 존재하는 유용한 재료에 대해 매우 높은 수준의 순도를 요구한다. 대기에는 기판에 주입할 수 있는 이온이 아니거나, 공정에 유용하거나 요구되는 관련 재료가 아닌 임의의 불순물 또는 오염 물질이 가능한 한 없어야 한다.
불행하게도, 가공을 위해 진공 챔버를 사용하는 동안, 오염 물질 및 불순물은 통상적으로 진공 챔버 내로 도입되거나 진공 챔버 내에서 생성된다. 예를 들어, 주입 공정 동안, 입자 크기의 오염 물질이 생성될 수 있고 진공 챔버 내에 축적될 수 있다. 이러한 효과를 감소시키거나 바람직하게는 제거하기 위해, 상이한 유형의 불활성 보호 라이너가 진공 챔버 내에 배치되어 주입 공정 동안 입자 생성을 감소시키거나 최소화한다.
요약
본 설명은 진공 챔버의 측벽 또는 기타 내부 표면을 보호하기 위한 라이너, 및 관련 방법에 관한 것이다. 선택적으로 제거 가능하고 교체 가능한 라이너는 측벽의 표면을 덮도록 진공 챔버의 내부에 위치되어, 사용 중에 진공 챔버 내에 입자 오염물의 생성을 감소시킨다. 라이너는 진공 챔버의 내부 공간으로 노출되는 표면을 가지며, 표면은 바람직하게는 개방형 셀 구조(open cell structure)를 포함하는 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진다. 진공 챔버 내의 입자 오염을 감소시키기 위해 라이너는 공작물 또는 이온(예를 들어, 이온 빔)에 노출되는 진공 챔버의 내부 표면에 배치될 수 있다. 라이너는 i) 진공 챔버를 사용하는 동안 이온이 라이너의 표면과 충돌하는 경우 입자 오염물의 형성 또는 방출에 저항하거나; ii) 진공 챔버의 작동 중에 라이너와 접촉하는 입자 오염물을 포획하는 등에 의해 진공 챔버의 벌크 대기로부터 입자 오염물을 제거하거나; 또는 iii) 바람직하게는 이들 모두를 수행하는 재료로 이루어지고 그러한 구조를 가지는 표면을 포함할 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 진공 챔버 및 진공 챔버의 내부로 노출된 표면을 갖는 라이너를 포함하는 장치에 관한 것이며, 표면은 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진다.
다른 양태에서, 본 발명은 내부 및 내부에 있는 라이너를 포함하는 진공 챔버에 관한 것이다. 라이너는 내부로 노출된 표면을 갖고 표면은 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진다.
다른 양태에서, 본 발명은 라이너를 포함하는 진공 챔버를 갖는 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다. 방법은 진공 챔버 내에 이온 빔을 생성하는 단계, 진공 챔버 내에 파편 입자를 생성하는 단계, 또는 진공 챔버 내에 이온 빔 및 파편 입자를 생성하는 단계를 포함한다. 라이너는 진공 챔버의 내부 공간으로 노출된 표면을 가지며, 표면은 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진다. 장치를 사용하는 방법 동안 이온 빔 또는 파편 입자는 라이너의 표면에 접촉한다.
그림에 대한 간략한 설명
도 1a 및 1b는 기술된 바와 같은 다공성 표면의 사진이다.
도 2a 및 2b는 기술된 바와 같은 다공성 표면의 사진이다.
도 3a 및 3b는 기술된 바와 같은 다공성 표면의 사진이다.
도 3c는 기술된 바와 같은 다공성 표면의 섬유의 사진이다.
도 4는 본 설명의 라이너를 갖는 진공 챔버를 포함하는 기술된 바와 같은 장치의 도면이다.
상세한 설명
이하의 설명은 고진공 환경에서 공작물을 가공하기 위한 저압의("진공화된") 내부를 포함하는 진공 챔버에 관한 것이다. 설명은 또한 기술된 바와 같이 진공 챔버를 사용하는 방법에 관한 것이다.
진공 챔버는, 예컨대 공작물의 표면에 재료를 퇴적하거나 또는 공작물의 표면에 재료를 주입하기 위해, 반도체 재료(예를 들어, 반도체 웨이퍼), 마이크로전자 장치, 또는 마이크로전자 장치 전구체인 공작물을 가공하기 위해 이용될 수 있다. 진공 챔버는 예를 들어, 진공 챔버 내로 향하는 이온 빔의 형태로, 주입을 위한 이온들의 공급에 의해 공급되는 진공 챔버를 포함하는 이온 주입 장치 등의 더 큰 장치의 일부로서 포함될 수 있다. 더 큰 장치 또는 시스템의 일부로서 진공 챔버의 하나의 비제한적인 예로는, 이온, 예를 들어 도펀트로서의 이온을 반도체 기판의 표면에 있는 재료 내에 주입하기 위한 이온 주입 장치가 있다.
본 설명에 따르면, 진공 챔버는 진공 챔버의 내부를 한정하는 측벽을 포함한다. 선택적으로 제거 가능하고 교체 가능한 하나 이상의 라이너는 하나 이상의 측벽을 덮도록 진공 챔버의 내부에 위치한다. 하나 이상의 라이너는 진공 챔버의 내부 공간, 예를 들어 공작물, 이온, 또는 둘 모두에 노출되는 라이너 표면을 갖는다. 라이너 표면은 개방형 셀 구조를 갖는 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 진공 챔버는 진공 챔버 전체에 걸쳐 저압, 예컨대 25 torr 미만, 5, 1 또는 0.1 torr 미만으로 유지될 것이다. 진공 챔버는 진공 챔버 내에서 공작물의 가공을 용이하게 하기 위해 공작물(예를 들어, "반도체 웨이퍼" 또는 다른 기판, 예를 들어, 마이크로전자 장치 또는 이의 전구체)을 수용하고 지지하는데 사용되는 공간을 포함한다. 진공 챔버는 또한 이온 빔 등의, 가공을 위해 진공 챔버에 재료를 공급하는데 필요한 인접한 공간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온 주입 장치는 공작물 내에 이온을 주입하는 동안 공작물(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 배치하고 지지하기 위한 위치인 주입실(end station)을 포함할 수 있다. 이온 주입 장치는 또한 이온 빔을 생성 또는 공급하고 이온 빔을 주입실로 보내기 위한 공간을 포함한다. 이러한 공간은 사용 중 저압으로 유지되며, 예를 들어 이온 주입 장치의 진공 챔버의 일부이다.
이온 주입은 반도체 웨이퍼 등의 공작물 내에 전도성-변경 불순물을 도입하기 위한 표준 기술이다. 공정은 주입실 및 이온 빔 소스를 포함하는 진공 챔버를 포함하는 이온 주입 장치를 사용하여 수행된다. 진공 챔버는 매우 저압이다. 그러나 매우 낮은 압력에서도 진공 챔버는 미량의 바람직하지 않는 오염 물질을 포함할 것이다. 오염 물질은 다양한 상이한 방식 중 임의의 방식으로 진공 챔버 내에서 생성되거나 진공 챔버에 제시될 수 있고, 물리적 형태의 면에서 다양할 수 있으며(예를 들어, 마이크로 입자, 나노 입자, 화학적(분자) 증기), 다양한 화학적 구성을 가질 수 있다.
진공 챔버 내 오염물 입자의 존재는 공작물의 가공에 유해하다. 일부 유형의 오염 물질, 예를 들어 입자 오염물은 진공 챔버에서 수행되는 공정 중에 생성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 이온 도핑, 즉 "이온 주입" 동안 공작물의 포토레지스트 재료의 표면 상에 충돌하는 이온 빔(입력)의 이온은 포토레지스트 재료와 반응하여 파편 입자가 포토레지스트로부터 진공 챔버의 대기로 방출되게 할 수 있다. 입자는 잠재적으로 공작물의 개방된 표면 상에 배치될 수 있고, 이 위치에서 입자는 오염 물질이다. 다른 예로서, 입자 오염물은 진공 챔버의 내부 표면의 재료, 예를 들어, 측벽 또는 다른 기능적 구조에 충돌하는 이온 빔의 이온 등의 고에너지 입자에 의해 진공 챔버 내에서 생성될 수 있다. 이러한 입자 오염물의 원천은 종종 "이온 스퍼터링"으로 지칭된다. 생성된 이온은 오염 물질로서 진공 챔버의 대기로 방출된다. 진공 챔버의 다른 내부 표면들에 충돌하는 이온 또한 입자 오염물을 생성할 수 있다.
진공 챔버 내의 오염의 양을 감소시키기 위해 라이너는 공작물 또는 이온(예를 들어, 이온 빔)에 노출되는 진공 챔버의 내부 표면에 배치될 수 있다. 라이너는 i) 진공 챔버를 사용하는 동안 이온이 라이너의 표면 상에 충돌하는 경우 입자 오염물의 형성 또는 방출에 저항하거나; ii) 진공 챔버의 작동 중에 라이너와 접촉하는 입자 오염물을 포획하는 등에 의해 진공 챔버의 벌크 대기로부터 입자 오염물을 제거하거나; 또는 iii) 바람직하게는 이들 모두를 수행하는 재료로 이루어지고 이에 효과적인 구조를 가지는 표면을 포함할 수 있다.
용어 "라이너"는 길이 및 폭 방향 모두로 각각 연장되는 두 개의 대향하는 주 표면을 갖는 실질적으로 이차원의 시트 또는 막을 지칭하며, 두 개의 대향하는 표면 사이에 두께 치수를 갖는다. 두께 치수의 크기는 길이 및 폭 모두보다 실질적으로 적다. 라이너는 라이너의 재료의 유형 및 라이너의 물리적 특징, 예컨대 구성(예를 들어, 직조 또는 "스펀지"), 두께, 공극률, 및 기공 크기 등의 요인에 따라 가요성이거나 강성일 수 있다.
기술된 바와 같은 라이너는 개방형 셀 구조를 갖는 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 예시적인 라이너는 라이너가 진공 챔버 조건 하에서 화학적으로 내성을 갖도록 하는, 예를 들어, 화학적 변화에 내성을 가지거나 진공 챔버 내에서 수행되는 공정의 공정 재료와 접촉할 때 재료 입자의 방출에 내성을 가진 재료 및 구조로 이루어질 수 있다. 예시적인 라이너는 상대적으로 불활성인 다공성 무기 탄소질 재료, 예컨대 비정질 탄소, 흑연 또는 탄화규소로 이루어지며, 이는 라이너가 스퍼터링, 즉 진공 챔버의 내부에서 입자 오염물이 될 수 있는 재료 입자의 방출에 내성을 갖도록 할 수 있다. 화학적으로 내성이 있고 스퍼터링에 내성이 있는 것 외에도, 기술된 바와 같은 라이너는 또한 대기로부터 입자를 제거하기 위해 진공 챔버의 대기에서 오염물 입자를 포획할 수 있는 개구부를 포함하는 표면을 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는, 다공성 표면은 이온 빔에 노출될 때 감소된 수의 직교 빔 충격을 수신하는 추가적인 이점을 가질 수 있다.
무기 탄소질 재료는 비-유기 형태의, 다량의 탄소로 이루어지거나 실질적으로 또는 주로 탄소로 이루어진 고체 재료를 지칭한다. 무기 탄소질 재료는 예를 들어, 50 중량% 이상의 탄소, 또는 60, 70, 80, 90, 95, 또는 99 중량% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 무기 탄소질 재료는 수소, 산소 또는 질소 원자에 공유 결합된 탄소 원자로 이루어진 유기 화합물을 적거나 미미한 양(예를 들어, 5, 1, 0.5 또는 0.1 중량% 미만)으로 포함한다.
무기 탄소질 재료의 일부 예는 주로 비정질 또는 결정질(예를 들어, 흑연) 형태의 탄소 원자로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 비정질 또는 결정질 형태의 90, 95, 98 또는 99 원자 퍼센트 이상의 탄소를 포함할 수 있다.
무기 탄소질 재료의 다른 예는 일반적으로 탄화규소(SiC)로 지칭되는 재료를 포함하여, 주로 탄소 및 규소 원자를 포함할 수 있다. 유용하거나 바람직한 탄화규소 재료는 규소 및 탄소의 총량의 80, 90, 95, 98 또는 99 원자 퍼센트 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 산소 또는 수소 등의 다른 재료를 소량 또는 미미한 양 이하, 예컨대 총 산소 및 수소의 5, 3, 1, 또는 0.5 원자 퍼센트 미만으로 포함할 수 있다. 탄화규소의 예시적인 형태는 결정질 형태뿐만 아니라 비정질 형태를 포함한다. 예시적인 탄화규소 재료는 40 내지 90 원자 퍼센트의 탄소, 10 내지 60 원자 퍼센트의 규소, 및 2 또는 1 원자 퍼센트 이하의 다른 재료, 예를 들어 0.5 원자 퍼센트 이하의 산소, 수소, 또는 산소와 질소의 조합을 포함할 수 있다. 다공성 탄화규소 재료는 흑연을 탄화규소로 전환시키는 공지된 방법을 비롯한 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 또 다른 방법에 의해, 예컨대 화학적 기상 증착법(CVD), 화학적 기상 침투법(CVI) 또는 임의의 관련된 형태의 증착법에 의해, 탄화규소 코팅은 다공성 탄소 발포체 상에 증착될 수 있고, 그 후 산화 단계를 통해 탄소를 제거할 수 있다.
이들 무기 탄소질 재료 중, 그 다공성 물리적 형태와 관련하여, 특정의 보다 구체적인 예는 다음을 포함한다: 개방형 기공 발포체를 포함하는 구조를 갖는 얇은 다공성 라이너로 형성될 수 있는 상이한 형태의 결정질 흑연; 개방형 기공 발포체를 포함하는 구조를 갖는 얇은 다공성 라이너로 형성될 수 있는 비정질 탄소 재료; 다공성 발포체 형태의 탄화규소; 및 직조, 편직, 또는 다르게는 다공성 섬유질 직물의 라이너로 형성될 수 있는 섬유로 형성될 수 있는 비정질 탄소 및 결정질 흑연 재료.
라이너는 개방형 기공 구조를 갖는 다공성의, 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 기술될 때, 개방형 기공 구조를 갖는 "다공성"의 특징을 갖는 라이너의 "표면"은 노출된 표면에 가깝거나 매우 가까운 라이너의 삼차원 영역과 함께 라이너의 노출된 표면을 지칭한다. "표면"의 개방형 기공 구조의 공극률을 고려하기 위한 목적으로, 표면의 삼차원 영역은 표면의 매우 가까운 깊이, 예컨대 표면 아래 500 마이크로미터의 깊이, 대안적으로 표면 아래 700 또는 1000 마이크로미터의 깊이까지 연장되는 것으로 간주될 수 있다.
다공성 표면의 "기공"(또는 라이너의 두께 전체에 걸쳐)은 임의의 효과적인 형태일 수 있다. 예시적인 기공은 탄소질 재료로 구성된 측벽들(예를 들어, "매트릭스")에 의해 그리고 측벽 사이에 한정되는 일반적으로 둥글거나 만곡된 셀 구조를 갖는 개구부의 형태일 수 있다. 대안적으로, 다공성 구조의 기공은 직조, 편직 등과 같은 탄소질 재료의 섬유 사이에 존재하는 틈새 개구부(예를 들어, 채널, 통로)일 수 있다.
라이너의 다공성, 개방형 기공 표면은 바람직할 수 있는데, 이는 이론에 구속되지 않지만, 다공성의 개방형 기공 표면이 비다공성 표면 또는 폐쇄형 기공 표면에 비해 상대적으로 진공 챔버에서 입자의 생성을 감소시키는데 효과적인 것으로 여겨지기 때문이다. 개방형 기공이 있는 다공성 표면은 이온 소스, 예를 들어 이온 빔 형태의 이온에 노출되면, 이온의 이동 방향에 직교하는 표면에 충돌하는 감소된 양의 이온을 받을 수 있다. 특히 개방형 기공 구조를 갖는, 다공성 라이너의 표면에 충돌하는 이온은 이온의 이동 경로에 직교하는(수직인) 평면에서 연장되는 위치에서 표면에 직접적으로 부딪힐 가능성이 적다. 이온은 대신 이온의 경로에 대해 각을 이루거나 만곡된 다공성 표면의 일부에 부딪힐 수 있다. 이온의 운동 방향에 대해 직교하지 않는 라이너의 위치에서 다공성 라이너의 표면에 충돌하는 것은 충돌의 결과로서 이온으로부터 표면으로 전달되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있고, 이는 표면의 재료로부터 입자(파편)의 형성 및 방출에 대한 감소된 퍼텐셜을 생성할 수 있다.
본 설명의 목적상, 만약 표면에서 라이너의 공극률에 기초하여 표면이 약간 이상의 다중성인 경우, 라이너의 표면은 "다공성"인 것으로, 즉 "다공성 표면"을 포함하는 것으로 간주된다. 다공성 라이너, 예를 들어 그 표면은 사용 중에 진공 챔버의 벌크 대기 내에서 순환하는 입자를 포함하고 수집할 수 있을 정도로 충분히 다공성일 수 있다. 라이너의 다공성 개방형 기공 표면을 포함하는 진공 챔버의 대기에서 순환하는 입자는, 입자가 라이너의 표면과 맞물리면 개방형 기공 표면의 기공("셀") 내로 통과하여 개방형 셀 구조 내에 갇힐 수 있다. 입자는 진공 챔버의 벌크 내부 공간으로부터 효과적으로 격리되고(제거되고), 진공 챔버 내에서 가공되는 공작물의 표면에 위치할 수 있는 잠재적인 입자 오염물로서 제거된다.
라이너의 "표면"에서의 공극률은 이차원 표면뿐만 아니라 표면에 가깝거나 매우 가까운 구조의 삼차원 체적의 인접한 양을 포함하는 라이너의 삼차원 부분(체적)의 공극률로 간주될 수 있다. 예를 들어, 라이너의 "표면의 공극률"은 표면에 매우 가까이 위치한 라이너의 체적의 공극률, 예컨대 표면 및 표면에서부터 표면 아래 500 마이크로미터(예를 들어, 1000 마이크로미터)의 깊이까지의 체적을 포함하는 체적의 공극률로서 측정될 수 있다.
기술된 바와 같은 라이너 등의 삼차원 다공성 구조의 "공극률"(또한 종종 "공극 비율"이라고도 지칭됨)은 삼차원 구조 내의 공극(즉, "빈") 공간을 공극 공간 및 고체 비율을 포함한 몸체의 총 체적에 대한 백분율로서 측정한 것이다. 공극률은 구조의 고체 재료 및 구조 내의 공극 공간을 모두 포함하는 구조의 총 체적에 대한 구조의 공극 체적의 비율로 계산된다. 0 %의 공극률을 갖는 구조는 완전히 고체이다.
이러한 측정에 의해, 이러한 방식으로 측정된 표면의 공극률이 적어도 18 %, 예를 들어, 적어도 20, 30, 40, 50, 60, 또는 70 %인 경우, 라이너의 표면은 "다공성"인 것으로 간주될 수 있다. 예시적인 라이너는 기술된 바와 같이 표면에서 측정된, 예를 들어 표면에서부터 500 마이크로미터의 깊이, 예를 들어 표면 아래 1,000 마이크로미터까지 연장되는 라이너의 체적에 대해 측정된, 18, 20, 30, 40, 50, 또는 60 %에서부터, 70 80, 90, 95, 또는 97 %까지의 범위를 가지는 공극률을 가질 수 있다. 다른 예에 따르면, 라이너는 표면에서 다공성의 개방형 기공 구조를 가질 수 있고, 또한 라이너의 전체 두께를 통해 연장될 수 있다. 유용하거나 바람직한 라이너의 예시적인 두께는 500 마이크로미터 내지 10,000 마이크로미터, 예를 들어, 1,000 내지 5,000, 7,000, 9,000 또는 10,000 마이크로미터의 범위일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "개방형 기공"(일명 "개방형 셀") 구조는 구조의 다른 기공에 대해 상대적으로, "폐쇄된"(연결되지 않은) 것과는 대조적으로 "개방된"(연결된), 상당한 양의 삼차원의 기공(개구부, 셀, 구멍, 채널, 통로 등)을 포함하는 라이너(예를 들어, 막, 필름, 라이너, 또는 이들의 일부 또는 층)의 다공성 구조일 수 있다. 개방형 기공 구조의 각 기공은 구조의 고체 재료에 의해, 예컨대 다공성 발포체 또는 스폰지 매트릭스의 고체(강성 또는 가요성) 벽의 형태로, 또는 직조 또는 편직된 직물 라이너의 섬유 표면의 형태로, 실질적으로 한정된다. 기공은 고체 재료(벽 또는 섬유 표면)에 의해 부분적으로 그러나 완전히 둘러싸이지 않기 때문에, 기공이 서로 상호 연결되고 유체 또는 입자는 한 기공에서 다른 기공으로 통과할 수 있다.
개방형 기공 구조의 예로는 개방형 기공 스폰지뿐만 아니라 섬유-기반 직물, 예컨대 직조, 부직조, 편직, 펠트, 및 무기 탄소질 섬유 재료로 이루어진 기타 직물-유형 재료를 포함한다. 바람직한 개방형 기공 구조는 유체 또는 입자(충분히 작은 경우)가 기공 사이를, 즉 하나의 기공에서 적어도 하나의 다른 기공으로 통과할 수 있도록, 적어도 대부분(적어도 50 % 이상)의 기공이 상호 연결, 예를 들어 60, 70, 또는 80 % 이상의, 기공이 상호 연결될 수 있다. 대조적으로, 다른 유형의 다공성 재료는 "폐쇄형-셀" 재료(예를 들어, "폐쇄형-셀 발포체")인 것으로 이해되며, 이는 기공("셀")의 대부분(또는 그 초과, 예를 들어 70, 80, 또는 90 %)이 다른 기공에 연결되어 있지 않고, 유체 또는 입자는 기공 사이를 통과할 수 없다는 것을 의미한다; 예를 들어, 기공은 기공 벽 구조의 고체 재료에 의해 완전히 둘러싸여 있다.
라이너에 유용한 다공성, 개방형 기공 무기 탄소질 재료의 한 구체적인 예는 개방형 셀 발포체이다. 예시적인 발포체는 비정질 탄소, 탄화규소 또는 흑연으로 이루어질 수 있다.
도 1a 및 1b는 예시적인 탄소질 발포체 구조, 구체적으로 개방형 셀 탄소질 발포체(예를 들어, 흑연 발포체)의 사진이다. 도면에 도시된 바와 같이, 발포체(100)는 고체 매트릭스(104)의 만곡된 벽에 의해 한정된 기공("셀")(102)을 포함하고, 다공성 표면(106)을 포함한다. 기공(102)은 실질적으로 상호 연결되고(예를 들어, "개방형" 기공) 표면(106)뿐만 아니라 발포체 구조의 전체 두께에 걸쳐 존재할 수 있다. 기공의 평균 크기는 대략 100 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터(0.1 내지 1 밀리미터)의 범위일 수 있다. 표면(106)에서 또는 발포체의 전체 두께에 걸쳐 측정된 공극률을 포함하는 도시된 발포체의 공극률은 적어도 50 %, 예를 들어 50 또는 60 내지 80, 90, 95, 또는 97 %(또는 초과)의 범위일 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 사용 중에, 이온(110)을 포함하는 이온 빔(108)은 진공 챔버 내부에서 라이너로서 사용되는 발포체(100)의 표면(106)으로 향할 수 있다. 각각의 이온(110)은 발포체(100)의 일반적인 평면 표면에 수직인 방향으로부터 표면(106)에 접근한다. 그러나 확대된 스케일에서는, 다공성 표면, 즉 매트릭스(104)의 표면은 평평하지 않고, 다만 많은 만곡된, 둥근, 비-직교하는 위치를 포함한다. 이온(110)은 이온의 경로에 대해 직교하지 않는, 즉 각을 이루는 표면에서 매트릭스(104)의 고체 부분에 부딪힐 수 있다.
도 2a 및 2b는 또 다른 예시적인 탄소질 발포체 구조, 구체적으로 개방형 셀 저밀도 탄화규소 발포체 구조의 사진이다. 발포체는 탄화규소로 이루어지고, 약 1
Figure pct00001
미만, 예를 들어, 0.8, 0.6 또는 0.5
Figure pct00002
미만의 밀도를 가질 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 발포체(100)는 고체 매트릭스(104)의 만곡된 벽에 의해 한정된 기공("셀")(102)을 포함하고, 다공성 표면(106)을 포함한다. 기공(102)은 실질적으로 상호 연결되고(예를 들어, "개방형" 기공) 표면(106)뿐만 아니라 발포체 구조의 전체 두께에 걸쳐 존재할 수 있다. 기공의 평균 크기는 대략 1000 마이크로미터 내지 5000 마이크로미터(1 내지 5 밀리미터)의 범위일 수 있다. 표면(106)에서 또는 발포체의 전체 두께에 걸쳐 측정된 공극률을 포함하는 도시된 발포체의 공극률은 적어도 50 %, 예를 들어 50 또는 60 내지 90, 95, 또는 97 %의 범위일 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 사용 중에, 이온(110)을 포함하는 이온 빔(108)은 진공 챔버 내부에서 라이너로서 사용되는 발포체(100)의 표면(106)으로 향할 수 있다. 각각의 이온(110)은 발포체(100)의 일반적인 평면 표면에 수직인 방향으로부터 표면(106)에 접근한다. 그러나 확대된 스케일에서는, 다공성 표면은 평평하지 않고, 만곡된, 둥근, 비-직교하는 표면을 포함할 수 있다. 이온(110)은 이온의 경로에 대해 직교하지 않는, 즉 각을 이루는 위치에서 고체 매트릭스(104)의 표면에 부딪힐 수 있다.
무기 탄소질 재료로 이루어진 라이너의 또 다른 예가 도 3a, 3b 및 3c에 도시되어 있으며, 이들은 탄소 섬유로 이루어진 직조-직물 유형 라이너의 사진이다. 라이너(200)는 무기 탄소질 재료, 예를 들어 비정질 탄소, 흑연 등의 섬유로 이루어지고, 섬유(206)의 만곡된 표면(204)에 의해 한정되는 기공("개구부, 채널 또는 통로")(202)을 포함하고, 다공성 표면(208)을 포함한다. 기공(202)은 실질적으로 상호 연결되고(예를 들어, "개방형" 기공) 표면(208)뿐만 아니라 직조 구조의 전체 두께에 걸쳐 존재할 수 있다. 직물의 전체 두께에 걸쳐 측정된 도시된 직물의 공극률은 적어도 40 %, 예를 들어 40 또는 50 내지 70, 80 또는 90 %의 범위 또는 초과일 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 사용 중에, 이온(110)을 포함하는 이온 빔(108)은 진공 챔버 내부에서 라이너로서 사용되는 발포체 직물 라이너(200)의 표면(208)으로 향할 수 있다. 각각의 이온(110)은 직물 라이너(200)의 일반적인 평면 표면에 수직인 방향으로부터 표면(208)에 접근한다. 그러나 확대된 스케일에서는, 다공성 및 섬유성 표면을 구성하는 섬유는 평평하지 않고, 다만 많은 만곡된, 둥근, 비-직교하는 표면을 포함한다. 이온(110)은 표면(204)이 이온의 경로에 대해 직교하지 않지만 이온의 경로에 대해 각을 이루는 위치에서, 표면(208)의 섬유(206)의 표면(204)에 부딪힐 수 있다.
라이너는 일반적으로 각각 노출된 표면을 갖는 두 개의 대향하는 측면을 갖는 얇은 시트 또는 막의 형태이며, 막은 폭, 길이 및 길이 및 폭보다 실질적으로 더 작은 두께를 갖고, 다공성 탄소 재료는 노출된 표면 상에 있다. 라이너는 진공 챔버의 측벽 위에 배치된 보호 라이너로서, 단일 재료로서 단독으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 라이너는 측벽을 덮기 위해 배치되는 다층 라이너 중 하나의 층일 수 있다. 다층 라이너의 하나 이상의 추가적인 층은 비-다공성 흑연 시트 등의 다공성 개방형 셀 재료가 아닌 형태를 갖는, 흑연 층 등의 기저 층일 수 있다.
기술된 바와 같은 라이너는 이온 주입기, 구체적으로 빔-라인 주입기의 진공 챔버와 관련하여 특히 유용할 수 있다. 그러나 기술된 바와 같은 라이너는 다른 시스템 및 공정의 진공 챔버, 예를 들어 반도체 제조에 수반되고 진공 챔버 내에서 이온 또는 미립자 파편을 생성하는 다른 유형의 이온 주입 장치, 예를 들어 플라즈마 처리, 가속된 이온, 또는 진공 챔버에서 수행되는 다른 공정들을 수반하는 다른 시스템 및 공정에서 또한 유용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 기술되고 도시된 특정 실시예로 제한되지 않는다.
도 4를 참조하면, 반도체 웨이퍼 등의 공작물을 처리(예를 들어, "도핑")하기 위한 이온을 제공할 수 있는 빔-라인 이온 주입기(200)의 개략도가 도시되어 있다. 빔-라인 이온 주입기(200)는 선택된 재료("공작물" 또는 "기판")를 도핑하기 위한 이온을 제공할 수 있는 다양한 빔-라인 이온 주입기의 한 예이다. 빔-라인 이온 주입기(200)는 이온 빔(281)을 형성하는 이온을 생성하는 이온 소스(280)를 포함한다. 주입기(200)는 또한 도시된 바와 같이 주입실(211) 및 관련된 이온 빔 처리 기능(예를 들어, 자석, 렌즈 등)을 포함한다. 이들 모두는 진공 또는 "진공 챔버" 내에서 작동된다.
이온 소스(280)는 이온 챔버(283) 및 이온화될 기체를 포함하는 기체 상자를 포함한다. 기체는 이온 챔버(283)에 공급되고, 여기서 기체는 이온화된다. 이 기체는 일부 실시예에서 As, B, P, H, N, O, He, 카르보란
Figure pct00003
, 또 다른 큰 분자 화합물, 다른 비활성 기체, 또는 도펀트 이온에 대한 임의의 다른 전구체이거나 이를 포함할 수 있다. 형성된 이온은 이온 챔버(283)에서 추출되어 이온 빔(281)을 형성하며, 이는 분해 자석(282)의 극 사이를 향한다. 전원은 이온 소스(280)의 추출 전극에 연결된다. 이온 빔(281)은 억제 전극(284) 및 접지 전극(285)을 통해 질량 분석기(286)로 전달된다. 질량 분석기(286)는 분해 자석(282) 및 분해 구멍(289)을 갖는 마스킹 전극(288)을 포함한다. 분해 자석(282)은 이온 빔(281)의 이온을 편향시켜, 바람직한 이온 종의 이온이 분해 구멍(289)을 통과하도록 한다. 바람직하지 않은 이온 종은 분해 구멍(289)을 통과하지 않고, 마스킹 전극(288)에 의해 차단된다.
바람직한 이온 종의 이온은 분해 구멍(289)을 통해 각도 보정 자석으로 전달된다. 각도 보정 자석은 바람직한 이온 종의 이온을 편향시키고 이온 빔을 발산 이온 빔으로부터 리본 이온 빔(212)으로 변환시키며, 이는 실질적으로 평행한 이온 궤적을 갖는다.
주입실(211)은 다수의 측벽, 상부, 하부에 의해 한정되고, 이온 빔(212)이 통과하는 측벽(292) 상의 빔 개구부(290)를 포함한다. 주입실(211)은 리본 이온 빔(212)의 경로에서 공작물(138) 등의 하나 이상의 공작물을 지지하여, 바람직한 종의 이온이 공작물(138)에 주입되도록 한다. 주입실(211)은 공작물(138)을 지지하기 위한 플래튼(295)을 포함할 수 있다. 주입실(211)은 또한 공작물(138)을 리본 이온 빔(212) 단면의 긴 치수에 수직으로 이동시켜, 공작물(138)의 전체 표면 상에 걸쳐 이온을 분배하기 위한 스캐너(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 리본 이온 빔(212)이 도시되어 있지만, 다른 실시예는 스폿 빔을 제공할 수 있다.
본 설명에 따르면, 주입실(211)은 개방형 셀 구조를 갖는 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진, 본 명세서에 기술된 바와 같은 하나 이상의 라이너를 포함한다. 도시된 바와 같이, 라이너(300)는 빔 개구부(290)에 인접한 측벽(292)의 상류(이온 소스-대향측) 측에 위치된다. 라이너(320)는 빔 개구부(290)에 인접한 측벽(292)의 하류(기판-대향측) 측에 위치된다. 단부 라이너(330)는 주입실(211)의 단부 측벽 상에, 공작물(138) 및 플래튼(295)을 지나서 위치된다. 측면 라이너(332)는 주입실(211)의 측방향 측벽 상에, 공작물(138) 및 플래튼(295)에 대해 측방향으로 위치된다. 추가적인 라이너(도시되지 않음)는 또한 주입실(211)의 상단 또는 하단 측벽에 위치될 수 있다.

Claims (19)

  1. 진공 챔버, 및
    진공 챔버의 내부로 노출되고, 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진 표면을 가진 라이너를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 개방형 기공 구조(open pore structure)를 갖는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면은 10 마이크로미터를 초과하는 기공 크기를 갖는 거대다공성 표면 개구부를 포함하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 500 내지 1,000 마이크로미터의 범위의 두께를 갖는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 18 내지 97 % 범위의 공극률을 갖는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 라이너는
    라이너의 제1 면 상의 표면,
    라이너의 제2 면 상의 제2 표면, 및
    제1 표면과 제2 표면 사이의 두께를 포함하고,
    여기서 다공성 무기 탄소질 재료는 개방형 기공 구조를 갖고, 개방형 기공 구조는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 연장되는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 직조된 탄소 또는 흑연 섬유인 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 무기 탄소질 발포체인 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 흑연 발포체인 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 탄화규소 발포체인 장치.
  11. 내부 및 내부에 있는 라이너를 포함하고, 라이너는 내부로 노출되고 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진 표면을 갖는, 진공 챔버.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다공성 무기 탄소질 재료는 개방형 기공 구조를 갖는, 진공 챔버.
  13. 제11항에 있어서, 상기 표면은 10 마이크로미터를 초과하는 기공 크기를 갖는 거대다공성 표면 개구부를 포함하는 진공 챔버.
  14. 제11항에 있어서, 상기 라이너는,
    라이너의 제1 면 상의 표면,
    라이너의 제2 면 상의 제2 표면, 및
    제1 표면과 제2 표면 사이의 두께를 포함하고,
    여기서 다공성 무기 탄소질 재료는 개방형 기공 구조를 갖고, 개방형 기공 구조는 제1 표면으로부터 제2 표면으로 연장되는 진공 챔버.
  15. 라이너를 포함하는 진공 챔버를 갖는 장치를 사용하는 방법이며,
    진공 챔버 내에 이온 빔을 생성하는 단계, 또는
    진공 챔버 내에 파편 입자를 생성하는 단계, 또는
    진공 챔버 내에 이온 빔 및 파편 입자를 생성하는 단계를 포함하고,
    장치를 사용하는 방법 동안, 이온 빔 또는 파편 입자가 라이너의 표면에 접촉하는, 진공 챔버의 내부 공간으로 노출되고, 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진 표면을 갖는 라이너를 포함하는 진공 챔버를 갖는 장치의 사용 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이온 빔은 라이너에 직교하며 향하고, 라이너 표면 상에 충돌하는 이온은 입자 파편을 생성하고, 및
    이온에 의해 생성된 입자 파편의 양은 다공성 무기 탄소질 재료로 이루어진 표면을 갖지 않는 라이너 상에 충돌하는 이온에 의해 생성되는 입자 파편의 양보다 적은, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    진공 챔버의 내부 공간에 진입하는 입자 파편을 생성하는 단계를 포함하고,
    입자 파편은 라이너와 접촉하고 라이너에 의해 포획되어 진공 챔버의 내부 공간에서 제거되는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 라이너는 다공성 표면을 갖지 않는 라이너에 의해 제거될 입자 파편의 양보다 더 많은 양의 입자 파편을 내부 공간으로부터 제거하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서, 기판 표면에 포토레지스트를 포함하는 기판 내에 이온을 주입하는 단계를 포함하고, 이온 빔을 포토레지스트로 향하게 하여 이온 빔이 포토레지스트로부터 유도된 입자 파편을 생성하게 하는 단계를 포함하는, 방법.

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