纯化物理气相沉积过程中工作气氛的吸气系统的利记博彩app

专利名称：纯化物理气相沉积过程中工作气氛的吸气系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种纯化物理气相沉积过程中工作气氛的吸气系统。
由适当蒸汽或等离子体进行金属或陶瓷材料薄层的沉积过程正在工业中日益广泛地加以应用，在此技术领域中通常用英文名词“物理气相沉积”来表示，或简称PVD。这些过程用于，如在半导体领域中进行多层沉积，然后加以有选择地去除以获取集成电路，或在CD盘工业中用以形成铝反射层。
在所有这些过程中要求使用的气体具有高纯度。特别在半导体生产中，流程气体中的杂质会造成电子装置中的显微裂纹，且装置的尺寸越小，这些瑕疵对装置工作的影响就越大。由于这些装置的平均尺寸持续趋于缩小，因而为减小废品率，必须使用越来越纯洁的流程气体。
结合常规泵、应用吸气材料以纯化PVD过程上游的气体是至今在工业中通常的做法。但是，仅对生产线中的入口气体进行纯度控制是不够的，因为制作腔的壁或其它零件的材料脱气形成的杂质会进入工作气氛。特别是，某些诸如铝或氮化钛层的沉积的过程可能造成污染。这些沉积是由以术语“溅射”为称谓的技术来进行的，在进行此技术时，由将被沉积的材料构成的“靶”的表平面由于受被适当电场加速的重原子的离子(通常为Ar+离子)的冲击而冲蚀；从靶表面移走的粒子以薄层的形式沉积在通常相对靶表面平行设置的半导体材料的基底上。靶中的气体，如在其生产期间机械包含于材料结构中的，在溅射过程期间放出，从而在工作区域造成高浓度的杂质。在杂质中最常见的为H2O、H2、CO、CO2和CH4，根据每种过程的具体特征，它们的浓度可分布在约1至100ppm范围之间。
已公开专利申请WO96/13620、WO96/17171、EP693626和WO97/17542涉及应用布置于PVD腔室内的吸气泵进行气体纯化。这些申请中公开的吸气泵是布置在腔室内远离工作区域的部分。在现场应用这些泵的优越性在于能缩短空载时间，这一空载时间是在每次打开腔室后，如为进行护修操作，为使杂质水平低于预定值所必须的。
但是，这些系统没有解决，或只是部分解决了PVD运行期间由于工作区域中杂质引起的问题，因为此区域是由屏蔽板组限定的，这些屏蔽板起着阻止靶材沉积在腔室不要求的部位上的作用，诸如沉积在连通线、将腔室连至气体管线等上。这些屏蔽板的副作用是大大降低腔室的工作区域与其余体积之间的气体通道，从而在处理腔室内产生两种不同的气态气氛，这样在工作区域中杂质被前述现场吸气泵的吸附就微不足道。因而，有效纯化PVD过程期间的工作气氛及由这些过程造成的在支承板上沉积层的最终污染问题仍未得到解决。
本发明的目的是要提出一种吸气系统，用于纯化物理气相沉积过程期间工作区域中的气态气氛。
按照本发明，此目的是通过一种吸气系统获得的，该吸气系统由一个或多个基本为平面的吸气装置构成，这些平面吸气装置插入在物理气相沉积处理腔的工作区域中，并布置成，所述吸气装置与限定所述工作区域的屏蔽板基本平行，并与它们相隔开，且吸气装置与屏蔽板之间的空间与工作区域相连通，所述吸气装置是这样的，即至少面向屏蔽板的表面是由吸气材料制成的。
下文将结合附图对发明加以说明，其中

图1是物理气相沉积处理腔的示意图；图2表示吸气系统在图1处理腔内的布置草图；图3和图4表示可用于本发明系统中的、第一类型吸气装置的某些实施例；图5表示发明的一种可能的吸气系统，它由图3的装置构成；图6表示第二类型吸气装置的一个可能的替换实施例，它可用于本发明的系统中；图7表示发明的另一种可能的吸气系统，它由图6的装置构成。
请参看图1，图中示意地表示了一个生产集成装置用的处理腔10。腔10由壳体11构成，该壳体11限定了一个与大气隔离的空间12。此腔与图中以13表示总体的、用于其抽真空的泵系统，及以14表示总体的、至少一条处理气体供应管线相连接。在腔10内有一个靶15，它通常成形成一个盘或一根短圆柱，并由欲沉积成薄层的材料16制成；一个支承17，在支承17上安装有一个基底19用的壳体18，基底19由材料16的薄层欲沉积于其上的半导体材料(通常为硅)制成；最后还有一些屏蔽板20、20′、……(在图中仅表示了两块)。屏蔽板20、20′、……将空间12分割成两个区域，工作区域21及区域22，在区域22中有诸如电连接或气体供应管线的入口等的PVD过程辅助结构物；区域21和22只通过屏蔽板边缘处的一个狭窄通道23相互进行接触。对上述示意图可有大量不同的方案。例如，工作区域21可以是方形、矩形或圆筒形的；另外，屏蔽板通常是基本为平面的，并插入在腔10中，按多边形加以布置，这样最适于限定工作区域中要求的几何形状。靶15可由欲沉积在基底19上的材料16的先驱物构成，或可是多重靶的部分，此多重靶在某些情况下可用于依次沉积不同的材料层而无需打开腔。支承17通常可在垂直方向移动(1)便将基底19置于工作位置，同时，通常对壳体18加热以便将基底19保持于一个能获得薄层均匀性良好的最佳温度下；随材料16的不同，此温度通常位于约100至500℃的范围。
已知技术中的吸气泵布置于腔10内的各种位置上，而经常置于区域22中，因而实际上它们与区域21的气态气氛相隔离，因为区域21和22之间的通道很小。
相反，根据本发明，吸气系统布置在区域21内，因而这是一个能吸附此区域中杂质的有效位置。
具体讲，本发明提出的吸气系统由基本为平面的吸气装置形成，这些平面吸气装置紧固至屏蔽板上，因而它们相对屏蔽板基本是平行的，在屏蔽板与吸气装置之间存在一个空间，而这样的一个空间是与工作区域21连通的；此外，吸气装置必须紧固至屏蔽板上，以便至少其面向屏蔽板的表面是由吸气材料制成的。
图2表示了本发明提出的位于PVD处理腔内的吸气系统布置草图。吸气系统24基本平行屏蔽板20、20′、……，它限定所述屏蔽板组与系统24之间的空间25。系统24由吸气装置26、26′、……构成；图中没有表示将装置26、26′、……紧固至屏蔽板20、20′、……用的设置，因为正如下文将说明的，随着所使用吸气装置特定类型的不同，这样的设置也不同。吸气系统24具有面向工作区域21的表面27和面向屏蔽板20、20′、……的表面28；至少表面28必须由吸气材料29制成。系统24可围绕工作区域而布置，以便扫过一个小于360°的角度，但最好它包围整个工作区域，从而增加吸气材料的可利用表面及杂质吸附效率。如前述，不管工作区域的几何形状如何，通常屏蔽板以及构成本发明提出的系统的吸气装置26、26′、……基本是平面的。假如吸气系统扫过一个围绕工作区域21、小于360°的角度，则它可只由一个单独的吸气装置构成。但如前所述，吸气系统最好围绕工作区域扫过一个360°的角度，这时，它由若干吸气装置构成，且构成的吸气装置数通常至少和屏蔽板相同。
空间25必须与区域21相连。空间25和区域21之间的连接状态可用许多方法加以实现，如通过这些吸气装置，其表面27是连续的，并如图2所示地在区域21与空间25之间在区域30、30′具有通道。但是，要求的状态最好由这样的吸气装置26、26′、……实现，它们被成形成或布置成表面27是不连续的，特别，已发现，当有效表面27，即所有吸气装置面向区域21的表面之和占据连续吸气系统24的可利用表面的份额达70至99％范围，且最好为80至95％范围时，从区域21去除杂质的效率最好。表面27的间断点可成形成装置26、26′中的通孔，或相邻装置间的空隙，这两种可能性都示于图中，而间断点用31、31′、……表示。在这两种情况，间断点都可具有规则或不规则形状，且均可规则或不规则地布置在可利用表面上，例如，在为单独吸气装置表面上的孔时，这些孔可是方形或圆形，或不规则形状，并可像网络似地或随机地布置在吸气装置的表面上；在为相邻装置间的空隙时，间断点的形状及布置根据装置26、26′、……是否规则地布置在可利用表面上而不同。通常，在单独吸气装置及在相邻装置之间，规则形状和布置的间断点均较受推崇，其原因在于这更宜于吸气系统24的自动化生产，并得以较为容易地控制系统24的有效表面与可利用表面间的前述比例。混合结构显然也是可能的，其中单独吸气装置具有孔，而相邻吸气装置则相互隔开地布置。
吸气系统24与屏蔽板20、20′、……之间的距离主要取决于区域21的总体尺寸及相邻吸气装置之间的距离和/或在所述装置上的孔尺寸。通常，吸气系统与屏蔽板之间的距离位于1mm至5cm的范围；在这些极限内，在小尺寸的PVD腔内，通常所述距离小些，以便防止吸气系统影响在工作区域中发生的过程；此外，所述距离随相邻吸气装置间距离和/或所述装置上孔的尺寸的增大而增大。
为生产装置26、26′、……可应用大量不同的吸气材料，包括诸如Zr、Ti、Nb、Ta、V的金属，这些金属的合金或这些金属和选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Y、La及稀土元素中一种或多种元素的合金，诸如双元合金Ti-V、Zr-V、Zr-Fe和Zr-Ni或三元合金Zr-Mn-Fe或Zr-V-Fe，或前述金属和合金的混合物。应用最多的吸气材料为由SAESGETTERS公司(意大利，米兰)以商标St101生产和销售的、重量成分为Zr 84％-Al 16％的合金；由SAES GETTERS公司以商标St 707TM生产和销售的、重量成分为Zr 70％-V 24.6％-Fe 5.4％的合金，或这两种合金和Zr或Ti的机械混合物；这些混合物是较受推崇的由于它们具有良好的机械性能，特别相对粒子损失。
吸气装置26、26′、……可以是通过粉末烧结仅由吸气材料制成的实体，或可由应用不同技术，沉积在金属支承上的吸气材料制成。
由粉末制成的烧结实体的生产是粉末冶金领域中熟知的，它包括的步骤通常有，将粉末在适当模具中加压，及将粘结的粉末加热至粉末晶粒表面部分熔化。为获得具有特殊性能的实体，如具有高空隙率的实体，在美国专利5324172和专利申请EP-A-765012中，这两个专利均以申请人名义申请，及在专利申请EP-A-765012中公开了一些修正方案。图3和4表示了这一类型的吸气装置。图3的装置35是矩形的，在其端部具有通孔36、36′，设置这些孔是为了应用诸如螺丝和螺栓的部件以便将装置在要求的距离紧固至屏蔽板上；显然可以采用其它方法将装置紧固至屏蔽板上，诸如一种具有与其成一体的框架的金属构件，用以夹持吸气体，以及可紧固至屏蔽板上的适当的间隔块；图4的装置40基本为方形，并具有一系列通孔31、31′、……，如前所述，这使工作区域21和空间25间得以方便地联通。在PVD过程期间，面向区域21的表面覆盖有材料16，此材料16是以薄层形式沉积在基底19上的，从而表面28能有效地吸附杂质。
由于平面烧结体的侧边尺寸远大于它们的厚度，因而生产复杂、机械强度低。当将这些实体应用于发明中的吸气系统时，后者最好由比较多个数的吸气装置构成，每一装置的表面要比它们紧固于其上的屏蔽板小很多。这类布置示于图5中，它表示了部分屏蔽板20，此板具有紧固于其上的若干类型为35′的装置26、26′、26″、……；装置26，……通过适当的安装构件37、37′紧固至屏蔽板上，这些安装构件也起隔离块的作用。
吸气装置26、26′、……也可由沉积在一个金属支承上的吸气材料制成。此类型装置可按照不同技术加以生产。第一种方法是按照粉末冶金领域熟知的技术将吸气材料粉末冷层压在金属支承上。另一方法是诸如公开于专利申请WO95/23425中的、将吸气材料粒子在适当溶剂中的悬浮液喷涂在热的金属支承上，该技术的细节可参照专利申请WO95/23425。此外，金属支承可采用电泳技术被吸气材料粒子覆盖，至于此技术的细节，则必须参看美国专利US5242559。最后，吸气材料的粉末可采用丝网印刷技术沉积在金属支承上，如公开于PCT已公开专利申请WO98/03987中一样。支承可由任何能承受约600℃温度的金属制成，此温度是为活化吸气材料所必须的，支承最好是非铁磁性的，以避免与某些时候应用于PVD过程中的磁场相干扰。应用钢或镍-铬合金是较受推崇的。支承厚度可在一个宽广的范围内变化，通常它可从0.1至1mm；出于机械稳定性，支承厚度最好随吸气装置26的侧边尺寸的增大而增大。装置26中吸气材料沉积层29的厚度可在一个十分宽的范围内变化，但是出于沉积层的生产方便和机械稳定性，此厚度通常位于从约20至500μm的范围。这时，吸气装置要这样安装在屏蔽板上，即使吸气材料的表面面向这些后者。与前述吸气系统由烧结实体形成的情况不同，当吸气装置是通过将吸气材料沉积在金属支承上而获得时，系统最好由较少个数的这些装置构成，每一装置的表面与它们紧固于其上的屏蔽板的表面相似，因而，在每一屏蔽板上紧固着一个，或最多两个这样的装置。此类装置具有较大的表面，因而其生产方便，同时得以在吸气装置生产及将它们紧固至屏蔽板这两方都节约时间和花费。
图6展示了一个通过将吸气材料沉积在金属支承上获得的吸气装置的可能实施例。装置60由一块基本为平面的金属支承61构成，吸气材料29沉积在其表面62上(图中只表示局部被吸气材料所覆盖)；装置具有若干孔31、31′、……；支承61最好具有弯曲，诸如图中所示的隆起的边缘63、63′或相似的构件，它们起装置与装置紧固于其上的屏蔽板之间的间隔块的作用。如前所述，孔31、31′、……可以是规则形状或是非规则形状的，并可像规则网络一样布置在支承61上，或可不规则地布置在支承61上，第一种方法对于较简单的自动化生产是较受推荐的。图7展示了一种PVD腔的屏蔽板和本发明提出的作为系统部分的吸气装置的可能组装方法，它表示屏蔽板20具有紧固于其上的类型60的单独装置26；装置26可通过吸气装置边缘63上的诸如螺丝的适当机械构件，或通过焊点70、70′紧固至屏蔽板上。
为吸气装置进行工作，要求对它们活化，通常通过各种手段在至少为300℃温度下加以加热。此工序可在腔工作的准备阶段期间进行，如在整个腔加热以使壁脱气，并获得较好的最终真空期间。不然，可在材料沉积至受处理的基底上的工序期间，对靶15的表面进行清洁时获取吸气装置的活化，通常在每一沉积步骤之前基底都会受污染；这些工序通常造成腔的加热足以活化吸气剂。
通过本发明的吸气系统，在被沉积(16)材料为钛时，还具有另一优越性。沉积成薄层的钛是一种熟知的吸气材料。在物理气相沉积腔中进行钛沉积时，某些金属也沉积至工作区域的壁上，包括屏蔽板在内。特别是，这些薄层吸附工作气氛中的氢，且由于这一吸附作用首先润胀，然后从其形为金属微层的表面放出氢；它们到达欲处理的基底，从而影响质量、增加废品率。相反，采用本发明的系统，值得推崇的是氢被吸气材料所吸附，从而克服了在普通物理气相沉积腔中发生的缺陷。
权利要求
1．一种吸气系统(24)，它用于纯化物理气相沉积过程中工作区域(21)的气态气氛，该吸气系统(24)由一个或多个基本为平面的吸气装置(26、26′、……；35；40；60)构成，这些平面吸气装置(26、26′、……；35；40；60)插入在所述区域中，并布置成，所述吸气装置与限定所述工作区域的屏蔽板(20、20′、……)基本平行，并与它们互相隔开；且吸气装置与屏蔽板之间的空间(25)与工作区域联通，所述吸气装置是这样的，即至少面向屏蔽板的表面(28)是由吸气材料(29)制成的。
2．根据权利要求1的吸气系统，其特征在于，吸气装置面向工作区域的表面(27)的占有率为可利用表面的70％至99％。
3．根据权利要求2的吸气系统，其特征在于，所述占有率是通过将吸气装置相互不接触地布置在工作区域中而获得的。
4．根据权利要求2的吸气系统，其特征在于，所述占有率是通过应用具有不连续表面的吸气装置获得的。
5．根据权利要求2的吸气系统，其特征在于，所述占有率是通过将具有不连续表面的吸气装置不相互接触地布置在工作区域中获得的。
6．根据权利要求2的吸气系统，其特征在于，所述占有率在80至95％的范围内。
7．根据权利要求1的吸气系统，其特征在于，吸气装置与屏蔽板之间的距离位于1mm至5cm的范围内。
8．根据权利要求1的吸气系统，其特征在于，吸气材料选自金属Zr、Ti、Nb、Ta、V，所述金属间的合金，所述金属及选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Y、La和稀土金属的一种或多种金属的合金，所述金属和所述合金的混合物。
9．根据权利要求8的吸气系统，其特征在于，吸气材料是重量成分为Zr 84％-Al 16％的合金。
10．根据权利要求8的吸气系统，其特征在于，吸气材料是重量成分为Zr 70％-V 24.6％-Fe 5.4％的合金。
11．根据权利要求8的吸气系统，其特征在于，吸气材料是重量成分为Zr84％-Al16％的合金及选自Zr和Ti中一种金属的混合物。
12．根据权利要求8的吸气系统，其特征在于，吸气材料是重量成分为Zr 70％-V 24.6％-Fe 5.4％的合金及选自Zr和Ti中一种金属的混合物。
13．根据权利要求1的吸气系统，其特征在于，吸气装置(35；40)仅由吸气材料制成。
14．根据权利要求13的吸气系统，其特征在于，所述吸气体是由粉末烧结获得的。
15．根据权利要求1的吸气系统，其特征在于，吸气装置由沉积在支承(61)上的吸气材料构成，而此支承(61)则由能承受高达600℃热处理的金属制成。
16．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，制作支承的金属不是铁磁性的。
17．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，支承由钢制成。
18．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，支承由镍铬合金制成。
19．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，吸气材料是通过冷层压沉积在金属支承上的。
20．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，吸气材料是通过喷涂技术沉积在金属支承上的。
21．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，吸气材料是通过电泳技术沉积在金属支承上的。
22．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，吸气材料是通过丝网印刷技术沉积在金属支承上的。
23．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，支承的厚度位于0.1至1mm的范围。
24．根据权利要求15的吸气系统，其特征在于，吸气材料沉积层的厚度位于20至500μm的范围。
全文摘要
公开了一种系统,该系统由一个或多个形式为吸气剂粉末烧结体或吸气材料沉积在金属支承上的吸气装置构成,系统布置在由蒸汽或等离子体进行金属或陶瓷材料的薄层沉积的处理腔的工作区域中,用于对包含该区域中的气态气氛进行纯化。
文档编号G11B7/26GK1221042SQ9812535
公开日1999年6月30日 申请日期1998年12月18日 优先权日1997年12月23日
发明者安德列亚·康特, 弗兰切斯科·马扎 申请人:工程吸气公司