KR0157373B1 - 코로나 방전 건 - Google Patents

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KR0157373B1
KR0157373B1 KR1019960013344A KR19960013344A KR0157373B1 KR 0157373 B1 KR0157373 B1 KR 0157373B1 KR 1019960013344 A KR1019960013344 A KR 1019960013344A KR 19960013344 A KR19960013344 A KR 19960013344A KR 0157373 B1 KR0157373 B1 KR 0157373B1
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레오나드 버퀼 로저
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제프리 엘. 포맨
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Abstract

실리콘 기판 상의 매우 얇은 산화층들의 두께를 측정하는 방법. 코로나 방전소스는 산화층의 표면상에 조정된 일정 전하 밀도를 반복하여 피착한다. 각각의 전하 피착에 대해 산화물 표면 전위의 결과적인 변화를 측정한다.
가정된 산화층 두께에 대한 시작 값을 선택함으로써, 코로나 방전 단계당 실리콘 밴드벤딩에서의 근사 변화가 판정된다. 산화층 표면 전위에 대한 밴드벤팅에서의 누적 변화들로 바이어스에 대한 실험 밴드벤딩 특성이 얻어진다. 바이어스에 대한 이론 밴드벤딩 특성이 설정된다. 실험 및 이론 특성들은 이들의 소정 점들에서 일치되고, 이어서 가정된 산화층 두께는 두 특성이 실리콘 축적 영역에서 겹치게 될 때까지 반복된다. 두 특성이 겹칠 수 있게 하는 반복된 산화층 두께가 찾고자 하는 산화층 두께가 된다.
최종 얻어진 실험 특성은 산화층의 계면 상태 밀도를 판정하는 데에도 사용된다. 특별히 설계된 코로나 방전 건들에 대해서 산화층 두께 및 계면 상태 밀도 측정 기술에서 사용하기 위해 기술하였다.

Description

코로나 방전 건
제1도는 본 발명에 따라 산화층 두께가 측정되는 시료 내에 존재하는 전계 패턴에 대한 이상적인 단면도.
제2a-2c는 반복적으로 인덱스되어 서로 비교되는 것으로서, 바이어스에 대한 이론 및 실험 밴드벤딩 특성의 세트 일부를 도시한 도면.
제3a 및 3b도는 두께 또는 계면 상태와 더불어 측정될 산화층의 해당 영역에 균일한 일정 전하 밀도를 반복적으로 피착하기 위한 코로나 방전 소스들에 대한 단순화한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 축적 양전하 2 : P 실리콘 기판
3 : 음전하 4 : 음 코로나 방전 건
5 : 산화층 6 : 마스크
7 : 이론 곡선 8 : 실험 곡선
10 : 웨이퍼 11,12 : 빔 형성 전극
13 : 니들 14,15 : 수평 니들
16,17 : 전극
본 발명은 일반적으로 얇은 절연층의 두께 및 관련된 산화물-실리콘 계면 상태 전하 밀도를 측정하는 기술에 관하 것으로, 특히 200Å 정도 이하로 매우 얇은 산화층에 대한 이와 같은 측정 및 이와 관련하여 사용하기 위한 코로나 방전 건(gun)에 관한 것이다.
비교적 얇은 산화물, 즉 DRAM의 기억 노드 산화물의 두께를 측정하는 것은 광학 또는 전기 기기에 의해서 쉽게 행해질 수 있다. 예를 들면, 1994년 8월30일 루돌프 버저(Rudolf Berger) 등에게 허여된 미합중국 특허 번호 제5,343,293호 및 이에 인용된 참고 문헌들은 실리콘 웨이퍼 상의 산화막을 관통하는 편광된 광의 분별가능한 변화에 기초하여 상기 산화막의 두께를 측정하는 광학엘립소미터(ellipsometer)를 개시하고 있다. 상기 변화에 대한 분별력 또는 정량화는 약 200Å 이하로 감소된 산화막 두께에 있어서는 급격하게 감소한다.
1988년 10월25일 클라우스 로이터(Klaus Reuter)등에서 허여된 미합중국 특허 번호 4,780,680호는 비교적 두꺼운 절연 물질로 된 스트립, 및 테이프 및 페인트 등의 절연 코팅에 대한 대강이 두께 측정을 행하는 데 적합한 무접촉 전기 기술을 개시하고 있다.
실리콘 상의 산화층에 대해 상기 인용된 전기 기술이 실시된다면 근사적으로 산화물 두께를 측정하는 것이 가능할 수도 있을 것이다.
그러나, 그 특허에서는 설명되지 않았으나 이하 여기 완전하게 설명한 이유로, 인용 기술은 약200Å이하의 산화층에 대해서는 유용한 두께 결과를 제공할 수 없다.
본 발명의 한 목적은 반도체 기판상에 절연층으로서 매우 얇은 40Å인 이 층에 대한 정확한 두께 측정을 행하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 기판 상의 약 200Å 이하의 산화층 두께를 측정하기 위한 무접촉 전기 기술을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 기판 내에 제로가 아닌 축적 밴드벤딩 효과(non-zero bandbending effects)(축적 용량)의 존재를 보상하는 상기 반도체 기판 상의 산화층 두께를 측정하기 위한 용량-전압 기술을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 산화층-실리콘 구조를 축적 상태로 강하게 바이어스할 필요성을 줄인 용량-전압 기술을 사용하여 반도체 기판 상의 산화층 두께에 대한 정확한 측정치를 구하는 것이다.
또 다른 목적은 반도체 기판 상의 40Å 만큼 얇은 두께를 갖는 절연층의 계면 상태 밀도의 측정을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 본 발명의 절연층 두께 및 계면 상태 밀도 측정시 사용하는 데 적합한 코로나 방전 건들을 제공하는 것이다.
본 발명에 대한 이들 및 기타 목적들은 실리콘 기판 상의 얇은 산화층의 표면상에 조정된(calibrated) 일정 전하 밀도를 반복적으로 피착하기 위한 코로나 방전 소스의 제공에 의해서 최상의 실시예에서 달성된다. 각각의 전하 피착마다 산화층 표면에서의 결과적으로 나타난 변화를 바이브레이팅 프로브(vibrating probe)를 사용하여 측정한다.
이 발명은 산화층 표면에서의 변화는 산화층 자체에서 전압 변화와 상기 기판 내의 유한 축적 용량의 존재에 기인안 실리콘 밴드벤딩 변화와의 합에 기인한다는 것을 인정한다.
산화층 표면 전위가 보정없이 사용되었다면, 나타나게 되는 산화층 두께 측정에라는 다음의 연속적인 근사 방법을 사용하여 수학적으로 해석된다. 가정된 산화층 두께에 대한 시작 값을 고르고, 코로나 방전 분출에 의해 피착된 전하 밀도 각가을 앎으로서, 산화층 전압의 근사화된 변화값이 계산될 수 있다.
실험적으로 도출된 산화층 표면 전위에서의 변화값 각각으로부터 산화층의 근사화된 전압 변화값을 감산함으로써, 코로나 방전 단계당 실리콘 밴드벤딩의 근사화된 변화값을 정할 수 있다. 그러면, 산화층 표면 전위(산화층 바이어스 전압)에 대한 밴드벤딩의 누적된 변화값은 바이어스에 대한 실험적인 밴드벤딩 특성을 제공한다.
산화층 두께에 대해 가정된 시작 값은 실리콘 표면 전위에서의 변화가 산화층 두께의 대강의 근사를 허여할 만큼 작은 상기 언급한 특성의 강(strong) 축적 영역에서의 산화층 표면 전위에서의 변화로부터 취해짐에 유의한다.
바이어스에 대한 이론적인 밴드벤딩 특성은 언급한 가정된 산화층 두께를 갖는 시뮬레이트된 이상적인 MOS 장치에 대해서 설정된다. 어떤 축적 용량에 대해서는 어떠한 가정된 값도 취해지지 않는다. 이어서, 바이어스에 대한 실험 밴드벤딩 특성은 바이어스에 대한 이론적인 벤드벤딩 특성과 비교된다.
2개의 특성은 각 곡선에 대한 2차 도함수가 최대값을 통과하는 점들에서 일치되며, 이어서 두 특성으 형상화에 기여하는 가정된 산화층 두께는 두 개의 특성이 실리콘 축적 영역에서 겹치게 될 때까지 반복된다. 두 개의 특성이 겹치도록 하는 반복된 산화층 두께가 찾고자 하는 산화층 두께가 된다. 전술한 산화물 두께 측정 기술에 따라 최종 전개된 바이어스에 대한 실험 밴드벤딩 특성은 시료의 산화층의 계면 상태 밀도를 판정하는 데에도 사용된다.
특별히 설계된 코로나 방전 건들은 절연층 두께 및 고속의 상태 밀도 측정 기술에 사용하기 위해서 제공된다.
실리콘 축적 용량, 즉 하전된 산화층과 이 밑의 실리콘 기판간의 계면 아래로 확정하는 유효 용량은 층 두께가 임의의 축적층의 깊이보다 상당히 큰 비교적 두꺼운 절연층에 대한 두께 측정을 행할 때는 무시될 수 있다. 실리콘 기판 축적 용량은 산화층 용량과 직력로 있으며, 일반적으로, 약 200Å보다 두꺼운 산화층에 비교될 때 근본적으로 무한대로 간주될 만큼 큰 것이다. 200Å 이하에서, 축적 용량은 산화물 용량에 관련하여 감지될 수 있을 만큼 되어 무시될 수 없다.
더욱이, 산화층 두께가 40Å만큼 얇게 될 때, CMOS 및 DRAM에 있어서 발전하고 있는 현재의 기술과 같이, MOS 구조를 축적(accumulation) 상태로 바이어스하는 데 사용될 수 있는 전계는 두꺼운 산화물에 대한 것보다 낮게 유지되어야 한다(터널링 문제를 회피하기 위해서). 그러므로, MOS 구조는 축적 상태로 될만큼 강하게 바이어스 될 수 없는데, 이렇게 되면 실리콘 축적 용량이 감소되어, 축적 용량이 무시되는 두꺼운 경우라도 종래의 전기적 두께 측정에 에라를 만들게 된다.
제1도에서, P 실리콘 기판(2)내에 축적된 양전하(1)에 의해서, 음 코로나 방전건(4)로부터 음전하(3)들은 기판(2)위에 놓인 산화층(5)의 표면에 피착하게 된다. 코로나 방전은 마스크(6)를 통해 해당 영역에 인가된다. 정확한 두께 측정을 얻기 위한 목적으로, 균일한 농도의 전하(3)가 마스크(6)내의 어퍼튜어를 통해 피착되야 한다. 이러한 균일성을 달성하기 위해 특별히 구성된 코로나 방전 건에 대해서는 제3a도에 관련하여 후에 설명하겠다.
다시 제1도에서, 산화층(5)의 상면에서 기판(2) 벌크에 관하여 측정된 전위(VS)는 산화층(5)에서의 전압 강하(VOX)와 산화층(5)의 하면과 기판(2)내에 축적된 전하 레벨간의 공간 전하 영역에서의 전압 강하(Ψ)와의 합인 것에 유의해야 할 것이다.
따라서, VS=VOX+ Ψ이다. 피착된 전하(Q)와 결과적으로 나타난 전압(Ψ)간 함수 관계는 1981년 에스.엠.쩨, 존 월리 및 손스에 의한 책 반도체 장치의 물리, 366-369 페이지에서 식(13) 및 (16)에 기술되어 있다. 산화층(5)의 두께에 대한 값을 어떤 값으로 가정하고 피착된 전하 밀도(3), 산화층(5)의 유전 상수 및 기판(2)의 P-도펀트 레벨에 대한 값은 알고 있을 때, Ψ에 대한 이론치를 계산할 수 있다.
동일한 값의 전하들이 연속하여 산화층(5)의 표면 상에 피착된다고 또한 가정하였을 때, Ψ에 대한 대응하는 이론치들 또한 계산되어 플롯될 수 있다. 이러한 이론적인 플롯(바이어스 전압에 대한 밴드벤딩 특성)은 제2a도의 곡선 7로 도시되었다.
산화층이 피복된 제1도의 실리콘 기판 구조에 따르는 시료의 산화층 부분의 두께를 판정하기 위해서, 본 발명에 따라, 실험에 의해 도출된 연속된 제2 곡선들과 이론에 의한 풀롯이 비교된다. 이러한 연속된 실험에 의한 플롯(바이어스 전압에 대한 실험에 의한 밴드벤딩 특성)들 중 첫 번째로 제2a도의 곡선 8로 나타내었다.
각각의 실리콘 측정 영역들이 편리하게 서로 비교될 수 있도록 곡선 8은 먼저 곡선 7에 관련하여 인덱스되어야 한다. 이것은 각 곡선의 2차 도함수가 최대값을 통과하는 점을 결정하고 이어서 이 최대 2차 도함수 점이 이론 곡선의 최대 2차 도함수 점과 거의 일치할 때까지 실험 곡선을 변환함으로써 달성된다. 따라서, 실험 곡선 8은 요구된 인덱싱을 달성하기 위해서 Q 횡축으로는 △1양, Ψ종축으로는 △2양만큼 변환됨을 제2a도로부터 알수 있다. 곡선 8'S는 △2양만큼 곡선 8을 변환한 결과를 보여준다. 곡선 8'는 또한 △1양만큼 변환된다.
제2b도는 제1도의 곡선 8에 대해 언급한 이중 인덱싱하여 제2b도의 곡선8''가 제공된 결과를 도시한 것이다. 곡선 7과 곡선 8''와의 실제적인 비교는 제1도의 기판(2)가, 피착된 전하(3)에 의해 축적 상태로 된 때에 대응하는 영역(9)내에서 행해짐에 유의해야 한다.
곡선 8 전체는 코로나 건(4)로부터 동일한 전하 분출을 약 20번 연속하여 만들어 지며, 이중 4번의 분출은 영역(9)에 걸쳐 발생한다.
결과적인 20개의 데이터 샘플들, 즉 산화층의 상면과 반도체 기판의 벌크간 전압 변화들은 예를 들면, 1989년3월14일 헌팅톤 더블류. 커터스(Hungtington W. Curtis)등에게 허여되었으며 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 4,812,756호에 개시된 바와 같이 바이브레이팅 켈빈 프로브(vibrating Kelvin probe) 장치(도시 없음)에 의해서 측정된다.
20개의 모든 전압 데이터 샘픔들이 취해진 후 곡선 8과 같이 연속한 곡선이 만들어지도록 곡선 적합(curve fitting) 기술을 사용하여 Q에 대한 Ψ 특성 상의 대응 점들을 평활화 한다.
곡선 7 및 8''는 샘플링 위치(S1 내지 S5)에서 비교되고, 만약 어떤 누적차가 존재한다면, 가정된 산화층 두께 파라미터에 대해 증분된 값을 고른다. 전과 동일한 측정치를 사용하되, 산하층 두께에 대해서는 초기 가정치를 증가시켜, 전 계산 과정을 반복함으로써, 이론 곡선과의 비교에서 일치됨을 보일 때까지 각각의 가정된 두께값에 대해 새로운 실험 곡선을 만든다. 결국, 인덱스된 실험 곡선 및 이론 곡선은 제2c도에 도시한 바와 같이 적절하게 일치될 것이다. 최종으로 제2c도에 도시한 바와 같이, 두 개의 특성이 적절하게 중첩될 수 있게 하는 가정된 산화층 두께가 구해진 산화층 두께값, 즉 측정되는 시료 상의 산화층의 실제 두께값이 된다.
산화층 두께를 확인하는 데 필요한 것으로서 초기 실험 특성을 발생하고 비교를 수행한 후 이어서 반복된 부가적인 실험 특성을 발생하고 부가적인 비교를 수행하는데에 있어 자동화된 컴퓨터 제어 테스터로 약 3분 걸린다.
전술한 산화층 두께 측정 기술에 따라 최종으로 전개된 제2c도의 바이어스 특성에 대한 실험 및 이론적 밴드벤딩은 또한 시료 산화층의 계면 상태 밀도를 판정하는데 사용될 수 있다.
이 경우에, 바이어스에 대한 상기 실험 밴드벤딩의 기울기는 Ψ의 많은 상이한 값들에서 이론적인 이상적인 밴드벤딩 특성의 기울기에 대해 비교된다.
즉, 많은 상이한 Ψ값 점들에서 제2c도의 곡선들의 기울기들이 비교됨으로써, 다음의 식에 따라, 대응하는 계면 상태 밀도값들을 제공한다.
상기 식에서,
Nss = 계면 상태 밀도*, *최근 문헌에서 계면 상태에 대한 심벌은 Dsi,
q = 전자당 단위 전하,
dQSi = 상기 ΨdΨ의 소정값에서 이상적인 곡선의 기울기
이다. 상기 식은 1966년 10월, IEEE 전자 소자 트랜색션, 볼륨 ED-13, 번호 10의 701페이지에, 시. 엔. 버글룬드(C.N. Berglund)에 의한 증기-성장 실리콘 - 이산화실리콘 계면에서의 표면 상태 논문의 식(2)로부터 쉽게 도출된다.
이러한 계면 상태 측정을 행하기 위해서, 정확한 플랫벤딩(flatbending) 특성이 알 필요가 있으며, 그 이유는 이 특성은 산화층 두께 측정에서 도출된 바와 같이 오프셋 항을 포함하기 때문이다. 이 오프셋 항은 각각의 산화층 표면 전위 데이터 점과 더불어 또한 광전압(photovoltage) 측정치를 취하고, 광전압이 제로로 되었던 곳의 바이어스 전압을 기록함으로써 용이하게 결정될 수 있다.
이것은 바이어스 특성에 대한 광전압을 관찰하고, 바이어스 특성에 대한 광전압을 바이어스 특성에 대한 밴드벤딩으로 변환하는 것과 비교하여 볼 때, 바이어스 특성에 대한 밴드벤딩을 결정하는 데에 있어 보다 정확한 방법이 된다.
제3a도는 본 발명의 특징에 따른 산화층 두께 측정시 사용된 코로나 방출 건의 최선의 실시에에 대한 단순화한 단면도로서, 부분적으로 사시도로 나타낸 도면이다.
상기 건을 설계함에 있어 고려해야 할 사항으로서 웨이퍼(10) 상의 산화물-코팅된 지점의 해당 선태된 곳에서 상대적 균일성(측정 정확도를 위해)을 갖는 명확하며 실제적인 빔 전하 밀도(측정 시간을 최소화하기 위해서)를 제공할 것이 포함된다. 제3a도의 니들(13) 주위의 빔 형성 전극(11 및 12)이 없는 전형적인 종래의 점(니들 대평면) 소스들은 적합하지 않다.
고전압(통상 + 또는 - 6내지 9KV)이 웨이퍼 지점에 관련한 종래의 니들에 인가된다.
양 또는 음 이온화된 분자들이 니들 팁에서 발생되고, 이어서 니들의 팁으로부터 아래쪽의 웨이퍼로 전계선들이 수반된다.
빔 형성 전극(11 및 12) 및 이에 인가된 본 발명에 따른 바이어스 전압이 없을 때에, 웨이퍼 지점 상에 충돌하는 코로나 전하 밀도는 니들 바로 밑에서 가장 높고 니들의 축으로부터 방사 거리가 증가함에 따라 급속히 감소한다.
이러한 광범위한 영역, 불균일한 차징(charging)은 웨이퍼 지점에서 정확한 산화층 두께 측정치 또는 계면 상태 측정치를 얻는데 있어 적합하지 않다.
제3a도와 같이 니들(13)의 축을 중심으로 빔 형성 전극(11 및 12)을 부가하고 이에 바이어싱 전압 20, 22 및 24을 인가하면, 두가지 중요한 방식으로 건의 코로나 차징 능력이 개선된다. 먼저, 하부 전극(12)은 코로나 피착 영역의 직경을 정하는 마스크로서 작용한다. 두 번째로, 전극(12)에의 바이어스 전압(코로나 이온과 동일 극성)은 통상 전극의 엣지에 의해서 포획되는 이온들을 격퇴시켜, 전극(12)의 엣지 아래에서 갑자기 끝나는 향상된 밀도로 웨이퍼 지점으로 상기 이온들이 아래로 지향된다.
상부 전극(11)은 코로나 이온과 동일한 극성의 비교적 고전압(±6-9KV까지)으로 바이어스됨으로서 코로나 건의 능률을 증대시키는 데 협조한다.
±6-9KV 및 ±1.5KV까지의 범위 내의 전위들은 각가 니들(13) 및 마스크 전극(12)에 대해 적당하다. 이것은 코로나 소스의 상부 영역에서, 전계의 형상(configuration)에 있어 이온들이 상부 전극에 의해서 포획되는 것을 방지하고 이들 이온을 하부 전극(12)으로 하향 지향시키며, 이어서 이들을 웨이퍼 지점으로 지향시키는 되는 전계 형상화 결과를 낳는다.
유의할 것은 니들(13) 및 전극(11 및 12)는 필요로 된 바이어스들을 인가할 수 있게 하는 적합한 절연 지지 부재(도시없음)에 의해서 서로로부터 지지 및 절연된다는 것이다.
제3b도는 본 발명의 특징에 따른 산화층 두께 측정시 사용된 코로노 방출 건의 최선의 실시예에 대해 단순화한 단면도로서, 부분적으로 사시도로 나타낸 도면이다.
선택된 웨이퍼 지점들에서의 산화층 전하들을 비접촉 측정하기 위해 코로나 방전 소스를 이용하기 위해서, 상기 소스는 절연(산화층) 표면 상에 매우 균일하게 전하들을 피착시키는 거이 필연적이다.
앞에서 언급하였듯이, 웨이퍼 저점에 대한 전형적인 점(니들) 소스들은 이를 행할 수 없다.
피착된 전하들의 균일성 면에서 실제적인 개선이 빔 형상 전극의 부가 및 제3a도에 따라 설명된 전압들의 부가에 의해서 달성될지라도, 산화층 두께 측정의 경우보다 산화층 전하 측정 및 계면 상태 전하 측정에 있어서는 그 이상의 균일성이 요구된다.
이것은 산화층 두께 측정을 행할 때보다 계면 상태 측정에 필요한 기울기 비교를 행할 때, 바이어스 특성에 대한 최종 전개된 밴드벤딩의 두 개의 구별되게 상이한 영역들이 상기 두 경에 포함되는 한, 피착된 전하 불균일성에 대해 감도가 증가된다는 사싱에 기인한다.
더욱이, 제3a도의 건에 관련하여 그대로 있는 작은 정도(degree)의 불균일성은 통상, 주어진 특정 경우에 어느 하나가 필요로 될 수 있는 양 및 음 코로나 모두에 대해 동일하지 않다.
플러스 및 마이너스 코로나에 있어서의 이와 같은 바람직하지 못한 비대칭은 제3b도의 건 구조를 사용하면 상당히 최소화된다.
제3b도는 근본적으로 제3a도의 것과 동일한 것이나, 중요한 차이점으로서는 2개의 서로 면하여 있는 수평 니들(14 및 15)이 제3a도의 단일의 수직 니들(13)를 대신으로 제3b도에 설치되어 있다는 것이다. 니들(14 및 15) 및 전극(16,17)에 인가된 전위들 26, 28 및 30은 제3a도의 경우에 대응 부분들과 동일한 것일 수 있다.
제3b도의 건이 보다 균일한 피착 전하들을 운반되게 메카니즘에 대해선 정확히 모르지만, 다음과 같은 가늠해야 하는 설명이 제공된다.
제3a도의 경우에, 이온들은 니들의 팁에서의 이온화 점으로부터 웨이퍼 지점으로 곧바로 아래로 주행한다. 그러나, 니들의 팁 주위에서 이온들이 지엽적으로 발생된 것이 균일하지 않다면, 웨이퍼 지점으로의 이온들의 플럭스는 균일하지 않게 될 것이다.
더욱이, 지엽적으로 발생된 양이온 및 음이온들이 니들의 팁 주위의 동일한 물리적인 위치에서 정확하게 발생하지 않는다면, 양이온 및 음이온의 차징 플럭스는 비대칭으로 될 것이다. 이들 불균일성 및 비대칭 차징 문제들은 웨이퍼 표면 상에 충돌되기에 앞서 이온 플럭스가 보다 균일하게 되는 기회를 거의 제공하지 않는 제3a도에 의해서 혹 설명될 수 있을 것이다. 반대로, 제3b도에서, 니들의 팁에서 발생된 이온들은 이들이 먼저 상부 빔 형성 전극(16)의 벽들을 향하여 지향되기 때문에 웨이퍼 포면에 곧바로 하향하여 주행하지 않는다.
대신에, 이들 이온들은 상부 전극으로부터 격퇴되고, 이어서 대부분 소용돌이 공기 패턴(코로나 방전 문헌에서 통상 전기 윈드(electric wind)로 언급되는 것)을 취하게 되는 경향이 있다.
전기윈드는 팁으로부터 격퇴되는 이온들에 기인하여, 니들 팁 바로 앞의 증가된 공기압 및 이어서 팁으로부터 상류로 감소된 압력의 영역을 생성하는 이러한 공기압의 산물로서 볼 수 있다. 이것이 소용돌이 작용이 되는 결과를 초래하는 것이다.
이온들은 웨이퍼 지점으로 즉시 하양 지향되지 않기 때문에, 웨이퍼 표면에 충돌하기 전에, 이와 같은 소용돌이 효과가 이온 집단을 보다 균일하게 할 시간이 있다. 이온들이 웨이퍼 표면에서 보다는 오히려 상부 전극(16)의 벽들에서 초기에 지향되는 비수직한 방위를 갖는 하나 이상의 니들을 사용하여 보다 광범위하게 소용돌이 효과가 만들어 질 수 있다.
제3a도의 건과 관련하여 제3b도의 건의 문제는 제3b도의 경우 이온들에 대한 보다 간접적인 경로들 때문에 낮은 차징 밀도가 나타난다는 것이다.
이것은 제3b도의 건으로부터 피착된 전하들의 균일성을 증가시킬 필요가 없는 경우인 산화층 두께 측정을 완료하는 데 필요한 시간보다 더 긴 시간으로 되게 한다. 이것은 단지 산화물 두께 측정이 요구될 경우라면 제3a도의 건이 바람직하며 마찬가지로 계면 상태 측정으로는 그렇지 않은 이유가 된다.
본 발명에 대해서 바람직한 실시예 측면에서 기술하였으나, 청구된 발명으로부터 그 정신에서 벗어남이 없이 이 분야에 숙련된 자에게 수많은 변화 및 수정이 일어날 것임이 이해된다. 청구 범위의 범위는 본 발명의 정신 내에 드는 수정 및 변화를 포함하도록 된 것이다.

Claims (5)

  1. 코로나 방전 건(corona discharge gun)에 있어서, 팁(tip)에서 소정 극성의 이온들의 소스를 제공하는 바이어스된 니들(needle) 형상 전극; 바이어스된 포커싱 링(focusing ring) 전극; 및 중앙에 어퍼튜어(aperture)된 디스크를 갖는 바이어스된 마스킹 전극을 포함하며; 상기 전극들은 서로로부터 절연되고, 상기 링 전극, 상기 어퍼튜어된 디스크 및 상기 니들 형상 전극이 서로에 관하여 동축 관계에 있도록 지지되며, 상기 링 전극은 상기 니들 형성 전극 및 상기 마스킹 전극에 관하여 중간에 배치되는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 건.
  2. 제1항에 있어서, 상기 링 전극 및 상기 마스킹 전극은 상기 이온들의 극성과 동일한 극성을 갖는 전압으로 바이어스된 것을 특징으로 하는 코로나 방전 건.
  3. 코로나 방전 건에 있어서, 비수직 방위의 적어도 하나의 바이어스된 니들 형상 전극으로서, 상기 적어도 하나의 니들 형상 전극 각각의 팁에서 소정 극성의 이온들의 소스를 제공하며; 바이어된 포커싱 링 전극; 및 중앙에 어퍼튜어된 디스크를 갖는 바이어스된 마스킹 전극을 포함하며; 상기 전극들은 서로로부터 절연되고, 상기 링 전극 및 상기 어퍼튜어된 디스크가 동축 관게에 있도록 지지되며, 상기 링 전극은 각각의 상기 팁 및 상기 마스킹 전극에 관하여 중간에 배치되는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 건.
  4. 제3항에 있어서, 상기 링 전극 및 상기 마스킹 전극은 상기 이온들의 극성과 동일한 극성을 갖는 전압으로 바이어스되는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 건.
  5. 코로나 방전 건에 있어서, 제1 축에 대해서 동축 관게에 있는 두 개의 바이어스된 니들 형상 전극들로서, 상기 니들 형상 전극들의 팁들은 서로에 대해서 면하고 있으며, 소정 극성의 이온들의 소스를 제공하며; 바이어스된 포커싱 링 전극; 및 중앙에 어퍼튜어된 디스크를 갖는 바이어스된 마스킹 전극을 포함하며; 상기 전극들은 서로로부터 절연되고, 상기 링 전극 및 상기 어퍼튜어된 디스크가 제2 축에 관하여 동축 관계에 있도록 지지되며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 서로에 대해 수직하고, 상기 서로 면하여 있는 팀들간 중앙에서 서로 교차하며, 상기 링 전극은 상기 서로 면하고 있는팁들 및 상기 마스킹 전극에 관하여 중간에 배치되는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 건.
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