KR100221421B1 - 조사에 의한 표면 오염물 제거장치 - Google Patents

조사에 의한 표면 오염물 제거장치 Download PDF

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오드레이 씨 엥겔스버그
조셉 에이. 디하이스
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피츠패트릭 돈나 알
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Abstract

본 발명은 고에너지 조사에 의해 기판(12,70)의 평탄하거나 혹은 불규칙하게 형성된 표면으로 부터 표면 오염물질을 제거하는 장치를 제공하는데 있다. 본 발명은 기판(12,70)의 하부에 놓여진 분자 결정 구조를 변경시키지 않고 표면 오염물질의 제거가 가능하다. 고에너지 조사의 소오스는 진동 혹은 연속파의 레이저(14) 또는 고에너지 램프(59)를 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
조사에 의한 표면 오염물 제거 장치
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 표면의 오염물을 제거하는 장치에 관한 것으로, 구체적으로 설명하면, 처리되는 표면의 분자 결정 구조를 변경시키지 않는 방사선 조사에 의해 기재 표면으로부터 오염물을 제거하는 장치에 관한 것이다.
표면 오염물로는 초미세 입자로부터 육안 식별 가능한 입자 크기에 이르는 여러 물질의 파편이 있다. 이들 오염물은 미세한 먼지, 오염된 입자 또는 탄소나 산소등의 원소로 이루어진 바람직하지 않은 분자들일 수 있다. 오염물들은 종종 약한 공유 결합, 정전기력, 반 데르 바알스의 힘, 수소 결합, 쿠울롱의 힘 또는 쌍극자간 상호작용(dipole-dipole interaction)에 의해 표면에 점착되므로 오염물의 제거가 어렵다.
일례로서, 표면에 오염물이 존재하면 오염된 기재는 의도된 목적의 기재로서 동작하지 않거나 효율이 저하된다. 예컨대, 특정한 정밀 과학 측정 장치에 있어서 장치의 광학 렌즈 또는 반사경이 미세한 표면 오염물로 덮이면 정밀도가 상실된다. 마찬가지로, 반도체에 있어서도 종종 미소한 분자 오염물에 기인한 표면 결함으로 반도체 마스크 또는 칩이 무용화된다. 석영으로 된 반도체 마스크의 분자 표면 결함의 수를 조금만 감소시켜도 반도체 칩 수율을 크게 개선할 수 있다. 마찬가지로, 웨이퍼상에 회로를 증착하기 전 또는 증착하는 도중에 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 탄소나 산소 등의 분자 표면 오염물을 제거하면, 제조되는 컴퓨터 칩의 질을 현저히 향상시킬 수 있다.
제조시 실리콘 웨이퍼를 궁극적으로 오염시키는 이물질 부스러기(debris)의 대부분은 웨이퍼가 배치되는 공정 챔버와, 상기 챔버에 처리 가스를 안내하는 파이프 등의 제조 장치로부터 발생한다. 따라서, 제조 과정중에 파악되는 웨이퍼의 오염 수준은 이러한 장치의 주기적인 세정에 의해 크게 감소될 수 있다.
초미세 오염물 조차도 없는 청결 표면의 필요성 때문에 여러 가지의 표면 세정 방법이 개발되어 왔다. 그러나 이들 공지의 방법들은 각각 심각한 결함들을 가지고 있다. 예컨대, 습식 화학 세정은 금속 이온 및 가용성 불순물은 제거하지만, 미립을 제거하지는 못한다. 그에 비해, 스크러빙(scrubbing)법은 미립은 제거하지만 정기 정비를 요하며 물리적인 접촉으로 인해 처리 표면을 손상시킬 위험이 있는 장치를 사용한다. 유사하게, 고압 유체 제트 세정은 입자를 용이하게 제거하지만, 세정 유체가 고압으로 유지되므로 처리 표면을 손상시킬 위험이 있다. 또한, 이 기법은 세정 유체 중의 이온의 존재에 기인해 처리 표면을 정전기적으로 손상시킬 수 있다. 초음파 세정은 액체 매질 내에서 전달되는 음파의 세기에 따라 처리 표면에 물리적인 손상을 가져올 수 있는 기법이다. 또한, 고압 화학적 송출 시스템인 "메가소닉스(Megasonics)"는 오염물을 제거하기 위한 해당 화학 용액의 성분이 처리 표면을 오염시킬 수 있다. 유사하게는, 박리성(剝離性)의 스트리퍼블 중합체 테이프는 처리 표면상에 잔여의 중합체를 피복함으로써 처리 표면을 오염시킬 수 있다. 결국, "메가소닉스" 및 중합체 테이프와 마찬가지로, 각각의 전술한 세정기법은 제거하는 만큼의 새로운 오염물을 처리 표면에 도입할 수 있는 세정 공구 및/또는 작용제를 사용한다.
외부 작용제없이 기재 표면을 세정하기 위한 공지된 또하나의 방법에서는 초고진공에 의해 제거될 오염물을 분리하기 위해 처리 표면이 용융되어야 한다. 이 방법은 처리되는 표면이 일시적으로 용융되어야 한다는 단점을 갖고 있다. 이와 같은 용융은 바람직하지 않을 수 있는데, 예컨대, 반도체 표면이 회로층의 증착 도중에 세정되며, 이전에 증착된 층들의 집적도가 방해받지 않아야 하는 경우에는 바람직하지 않다. 또한 파이프 및 웨이퍼 공정 챔버에서 발견될 수 있는 것과 같은 불규칙한 표면을 세정하기 위해 그러한 작업을 수행하는 것은 불가능하거나 난해하다. 결국, 이 공정에 사용되는 초고진공 설비는 고가이고 작동하는데 많은 시간이 소요된다.
어닐링 처리법은 유사한 결점을 갖는다. 표면이 어닐링법에 의해 세정될때, 세정중인 기재의 처리 표면은 일반적으로 처리되는 재료의 융점보다는 낮지만, 재료의 분자 결정 구조를 재배열시키기에는 충분히 높은 온도로 가열된다. 처리되는 표면은 연장된 시간 동안 이 상승된 온도로 유지되며, 이 시간 동안 표면 분자 결정 구조는 재배열되고 오염물은 초고진공에 의해 제거된다. 어닐링 세정법은 기재 표면의 분자 결정 구조를 보존해야 하는 경우에는 사용될 수 없다.
애블레이션법(ablation)으로 공지된 또하나의 현재 이용되는 세정 방법은 그 자체의 특정한 결점을 갖는다. 애블레이션법으로 인하여 표면 또는 표면의 오염물은 기화점까지 가열된다. 애블레이션되는 재료에 따라, 재료는 용융된 후 기화될 수도 있고 또는 가열시 직접 승화될 수 있다. 애블레이션 세정법에 있어서, 처리 표면의 손상이 예방되어야 한다면, 애블레이션 에너지는 오염물이 묻은 표면이 아닌 오염물에만 정확히 인가되어야 하는데, 이는 오염물이 극히 작거나 무작위로 배치되어 있거나, 또는 처리되는 표면이 불규칙한 형태인 경우 어려운 작업이 된다. 애블레이션 에너지가 오염물에만 성공적으로 인가될 수 있는 경우에도, 하부의 처리 표면도 같이 손상시키지 않으면서 오염물을 기화시키기는 어렵다.
용융, 어닐링 및 애블레이션에 의한 표면 세정은 레이저 에너지원으로 실행될 수 있다. 그러나, 용융, 어닐링 및 애블레이션에 의해 표면으로부터 오염물을 제거하도록 레이저 에너지원을 사용하여도 이들 공정의 본질적인 결점은 극복하지 못한다. 예컨대, 미국 특허 제4,292,093호의 "원자적으로 청결한 결정 실리콘 및 게르마늄 표면을 제조하기 위해 레이저 방사선을 사용하는 방법"에 있어서 개시된 레이저 어닐링 방법은 처리 표면의 용융 및 재배열을 일으키기에 충분한 에너지준위 및 진공 조건 모두를 필요로 한다. 용융 또는 어닐링을 비롯한 다른 공지의 레이저 표면 세정 방법은, 미국 특허 제4,181,538호 및 제4,680,616호에 개시된 바와 같이, 유사한 고(高)에너지 레이저 조사 및/또는 진공 조건을 요한다. 마찬가지로, 레이저 애블레이션 기술인, 미국 특허 제3,464,534호에 개시된 "레이저 이레이저(Laser Erasor)"는 다른 고에너지 애블레이션 방법과 같은 결점을 갖는다.
[발명의 개요]
본 발명은 분자 결정 구조를 변경하거나 처리되는 표면을 손상시키지 않고 기재의 표면으로부터 표면의 오염물을 제거함으로써, 전술한 문제점을 해결하고 종래 기술의 결점을 방지한다. 가스는 기재 처리 표면을 따라 유동되며, 그 기재는 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거할 만큼 충분히 크지만 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 변경시키지 않을 만큼 충분히 작은 지속 시간과 에너지 밀도로 연속적으로 조사된다. 방사원은 펄스 혹은 연속 파장의 레이저 혹은 고에너지 램프와 같은 공지된 임의의 수단이 될 수 있다. 바람직하게는 이 방사선은 펄스형 자외선 레이저에 의해 발생된다. 본 발명은 반도체 기재상의 회로층 적층 이전, 적층 도중 또는 적층 이후에 대체로 평탄한 반도체 기재로부터 표면 오염물을 제거하기 위해 유리하게 적용될 수 있다. 또한, 그것은 불규칙한 형태의 표면, 더 구체적으로는 불일치하는 평면들에 배치된 복수 개의 표면에 인가될 수 있다. 그와 같은 평면에 의해, 기재의 표면들 간에는 동일한 공간 또는 평면을 점유하는 것을 제외한 모든 관계가 가능하다. 예컨대, 파이프의 대향 내부 벽면 또는 입방체 쳄버 내의 인접 벽면과 같은 평행하거나 또는 각진 각각의 표면들은 불일치하는 평면들을 점유하고 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따른 오염물의 제거 방법 및 장치의 개략도이다.
제2도는 비교적 평탄한 처리 표면으로부터 오염물을 제거하기 위한 본 발명의 일실시예에서 인가되는 레이저 방사선을 보여주는 개략도이다.
제3도는 비교적 평탄한 처리 표면으로부터 오염물을 제거하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에서 인가되는 레이저 방사선을 보여주는 개략도이다.
제4도는 비교적 평탄한 처리 표면으로부터 오염물을 제거하기 위한 본 발명에 따라 인가되는 방사선과 가스의 조합에서 마스크의 사용을 보여주는 개략도이다.
제5도는 본 발명에 따른 불규칙한 형태의 처리 표면으로부터 오염물을 제거하기 위한 오염물 제거 장치의 개략도이다.
제6도 내지 제11도는 불규칙한 형태의 처리 표면에 가스 및 방사선을 운반하기 위한 본 발명의 원리에 따른 장치의 개략 단부도이다.
제12도 및 제13도는 긴 봉합 통로의 내부로부터 오염물을 제거하기 위해 인가되는 제5도의 발명을 보여주는 개략 측면도이다.
제14도는 불규칙한 형태의 처리 표면에 가스 및 방사선을 운반하기 위한 본 발명의 원리에 따른 장치의 개략 단부도이다.
제15도는 제14도에 도시된 장치의 부분 평면도이다.
제16도는 불규칙한 형태의 처리 표면에 가스 및 방사선을 운반하기 위한 본 발명의 원리에 따른 장치의 또다른 구성의 부분 평면도이다.
제17a도 및 제17b도는 가요성의 다공성 중앙 지지 구조를 갖는 제5도의 발명의 적용례를 보여주는 개략 측면도이다.
제18도는 광학 분산기를 가진 본 발명의 적용례를 보여주는 개략 측면도이다.
제19도 및 제20도는 공정 챔버 내부로부터 오염물을 제거하기 위해 적용되는 제5도의 발명을 보여주는 개략 측면도이다.
제21도 및 제22도는 불규칙한 형태를 갖는 물체의 외부로부터 오염물을 제거하기 위해 적용되는 제5도의 발명을 도시하는 개략 측면도이다.
제23도 및 제24도는 도관 내부로부터 오염물을 제거하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에서 인가되는 방사선을 보여주는 개략 측면도이다.
제25도 및 제26도는 불규칙한 형태를 갖는 물체의 외부로부터 오염물을 제거하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에서 인가되는 방사선을 보여주는 각각의 개략단부도 및 측면도이다.
[상세한 설명]
이하, 첨부 도면에 도시된 본 발명의 양호한 실시예를 상술한다. 전 도면에 걸쳐서 동일 부분을 지시하기 위해 동일 기호를 사용하였다.
1. 처리방법
제1도에는 기재 표면의 분자 결정 구조를 변경시키거나 기재 표면을 손상시키지 않으면서 기재의 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는 방법 및 장치가 도시되어 있다. 제1도에 도시한 바와 같이, 장치(10)에는 표면 오염물이 제거될 기재(12)가 유지되어 있다. 가스원(16)에서 나온 가스(18)가 기재(12) 위로 연속적으로 유동한다. 가스(18)는 기재(12)에 대하여 불활성이며, 기재(12)가 비반응 가스분위기 내에 놓이도록 기재(12)를 따라 유동된다. 가스(18)는 양호하게는 헬륨, 질소 또는 아르곤 등의 화학적으로 불활성인 가스이다. 기재(12)를 유지하는 인클로저(enclosure; 15)는 일련의 튜브(21), 밸브(22) 및 가스 유량계(20)를 통해 가스원(16)에 연결되어 있다.
제1도에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 인클로저(15)는 양측의 가스 입구 포트 및 출구 포트(23,25)에 각각 고정된 스테인레스강 시편 반응 셀을 구비한다. 인클로저(15)에는 방사선이 통과할 수 있는 봉합된 광학 등급의 석영창(quartz window; 17)이 장착되어 있다. 입구 및 출구 포트(23,25)는, 예컨대, 밸브가 장착된 스테인레스강 튜브를 포함한다. 시편(기재)(12)이 인클로저(15) 내에 배치된 후, 인클로저(15)는 가스(18)가 반복적으로 분출되고 재충전되어, 다른 가스의 유입을 방지하도록 대기압보다 약간 높은 압력으로 유지된다. 비록 인클로저(15)가 단체 챔버(solid chamber)로 도시되었지만, 세정되는 표면은 가스가 유동될 수 있는 모든 유형의 인클로저 내에 내장될 수 있다. 예컨대, 처리될 표면이 커다란 고정물이라면, 플라스틱 봉지 등의 커다란 휴대형 인클로저를 사용할 수 있다.
가스(18)의 유동은 유량계(20)에 의해 조절되는데, 이 유량계는 양호한 실시예에서는 마데슨 모델 602 유량계이다. 밸브(22)는 양호하게는 고온, 고압 용례와, 유해하거나, 위험하거나, 부식성이거나 팽창성인 가스 또는 액체에 사용하기에 적합한 계량, 조절 또는 벨로우즈 밸브이며, 예컨대, 오하이오주 솔론에 소재한 스와겔록(Swagelok)사의 "스와겔록 SS-4HTM"계 밸브가 있다. 밸브(22)는 개폐되어 인클로저(15)를 격리시키거나, 인클로저(15)를 가스원(16)과 연통되게 배치하거나, 또는 인클로저(15)를 대체 가스원(40)으로부터 유출된 가스 등의 기재(12)에 증착되기 위한 다른 재료와 연통되게 배치할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 고에너지 방사선은 소정의 에너지 밀도와 지속 시간으로 기재 처리 표면에 조사되는데, 이 값은 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 분리하는데 필요한 값과 이 표면의 분자 결정 구조를 변경시킬 값 사이의 값이다. 제1도에 도시된 발명의 실시예에 따르면, 레이저 또는 고에너지 램프일 수 있는 방사원(14)은 기재(12)의 처리 표면에 대향하는 방향으로 방사선(11)을 발생시킨다. 제1도에 있어서, 방사원(14)은 인클로저(15)의 외부에 있고 석영창(17)을 통해 기재(12)를 조사하는 것으로 도시되어 있다. 그러나 다른 방법으로서, 방사원(14)은 인클로저(15) 내에 배치될 수도 있다.
고에너지 방사선의 에너지 플럭스 및 파장은 양호하게는 제거되는 표면 오염물에 따라 선택된다. 이를 위해, 출구 포트(25)에는 가스 분석기(27)가 연결될 수 있다. 분석기(27)는 방사원(14)의 에너지 및 파장 조정을 쉽게하기 위해 인클로저(15)에서 나오는 배기 가스의 성분을 분석한다. 가스 분석기(27)는 질량 분석계일 수 있으며, 예컨대, 메사추세츠주 빌레리카에 소재한 브루커 인스트루먼츠(Bruker Instruments) 인코포레이티드 또는 미네소타주 에덴 프레어리에 소재한 퍼어킨 엘머(Perkin Elmer)의 사극자 질량 분석계일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 방사원의 선택은 원하는 방사선 에너지 및 파장에 의존한다. 전자볼트/광자(Ev/광자)인 방사선의 에너지 준위는 양호하게는 세정되는 표면에 오염물을 점착시킨 결합을 파괴하는데 필요한 에너지의 2배 이상이다. 일반적인 오염물(탄소나 산소 등)과 통상의 기재 재료(실리콘, 티타늄, 게르마늄, 철, 백금 및 알루미늄 등) 사이의 결합 에너지는 2~7Ev/결합의 범위이며, 이는 화학 및 물리학 핸드북(Handbook of Chemistry and Physics) 68판(씨알씨 프레스, 1987) F-169~F-177페이지에 기재되어 있다. 따라서, 4~14Ev/광자의 범위의 에너지를 가진 광자 방출 방사원이 바람직하다. 파장은, 본워에 참조된 G. W. Castellan이 저술한 물리 화학(Physical Chemistry) 2판(아카데믹 프레스, 1975) 458~459에 기술된 바와 같이, 공지된 광전 효과에 의해 기재 표면의 보전성을 보상하는 파장보다 짧아야 한다. 양호한 파장은 제거되는 분자의 종과 그 종의 공명 상태에 의존한다.
고에너지 램프 및 레이저를 비롯한 적합한 에너지 준위의 방사선을 발생시키기 위한 공지의 소정 수단들이 본 발명에 사용될 수 있다. 용례에 따라, 전술한 방사원에서 나오는 광 에너지는 각각 193~3000nm의 상응하는 파장을 갖는 원자외선에서 적외선의 범위 내에 있다.
다수의 적합한 많은 레이저의 파장 및 광 에너지는 아래의 표 1과 같다.
이들 레이저들은 다음의 참조 문헌, 즉 엠제이 웨버(M. J. Webber)가 편찬한 레이저 과학의 씨알씨 핸드북(CRC Handbook of Laser Science) 제1~5권(1982~1987)과; 미쯔오 마에다(Mitsuo Maeda)의 레이저 다이즈(Laser Dyes)(아카데믹 프레스, 1984)와; 메사추세츠주 액톤 그레이트 로드 289에 소재한 람다 피직(Lambda Physik), 캘리포니아주 팔로 알토 포터 드라이브 3210에 소재한 코헤런트(Coherent) 인코오포레이티드 및 캘리포니아주 마운틴 뷰우 웨스트 미들필드 로드 1250에 소재한 스펙트라 피직스(Spectra Physics)에서 발간된 레이저 용품 문헌에 상세히 기재되어 있다. 고에너지의 크세논 또는 수은 램프 또는 가시광선, 자외선, 적외선, X 레이 또는 자유 전자 레이저 등을 비롯한 다른 유형의 레이저를 적절한 방사선원으로서 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오염물을 제거되는 기재 처리 표면에 대향되게 조사되는 방사선은 기재 표면의 분자 결정 구조를 변경하는데 필요한 것보다 작은 출력 밀도를 갖는다. 양호하게는, 조사의 출력 밀도 및 지속 시간은 기재 표면 구조의 변경에 필요한 에너지보다 현저히 작은 양의 에너지를 기재 표면에 전하도록 선택된다. 양호한 에너지 준위는 처리되는 기재의 조성에 의존한다. 예컨대, 플라스틱 등의 기재 재료에 있어서, 이 에너지 준위는 고강도 카바이드강 등의 다른 재료의 에너지 준위보다 훨씬 더 낮다. 여러가지 재료의 생성열(heat of formation)은 공지되어 있으며, 화학 및 물리학 핸드북 68판(씨알씨 프레스, 1987) D33~D42 페이지에 기재되어 있다. 생성열은 통상 여러 가지 물질을 분해하는데 필요한 열량과 일치하며, 처리 표면의 분자 결정 구조를 변경시키지 않을 방사 에너지 밀도 및 지속 시간을 선택하는 지침으로서 사용될 수 있다. 많은 통상의 기재 재료의 생성열은 아래의 표 2에 요약되어 있다.
본 발명에서 사용되는 조사 에너지 밀도 및 지속 시간은 생성열이 기재 처리 표면에 접근하지 않을 정도이다. 그러나, 주어진 기재 재료에 사용할 수 있는 최대 에너지를 알아내는 것은 재료의 공지된 생성열의 견지에서 몇가지 실험을 요한다. 이러한 실험에서는 어닐링, 애블레이션 및 용융이 발생되지 않는다.
기재 표면을 전술한 바와 같이 조사하는 경우, 기재 표면에 표면 오염물을 유지하는 결합 및/또는 힘은 파괴되고 불활성의 운반 가스는 조사중에 기재 표면으로부터 오염물을 송출한다. 세정된 기재가 불활성 가스 분위기 내에 유지되는 한, 기재 표면에는 새로운 오염물이 형성되지 않을 것이다. 필요한 경우, 제거된 오염물 종류를 트래핑하고 중화시키기 위해 인클로저 출구 포트(25)에 적절한 트래핑 시스템을 연결할 수 있다.
2. 평탄한 처리 표면
본 발명에 따라 처리되는 평탄한 기재는 레이저로 선택적으로 조사될 수 있다. 예컨대, 제2도에 도시된 바와 같이, 기재(12)는 레이저(14')에 의해 발생되는 레이저 펄스(11')의 고정 빔에 관해 선택적으로 이동되는 XY 테이블(13)에 고정되는데, 상기 레이저 펄스(11')는 불활성 가스(18)가 유동되는 기재(12) 표면의 선택된 부분과 접촉하기 전에 빔 스플리터(24) 및 초점 렌즈(28)를 통해 안내된다. 다른 방법으로서, 제3도에 도시한 바와 같이, 레이저 펄스(11')는 분광기(30,32)에 의해 2조의 펄스로 분리될 수 있으며, 이들 펄스는 조정 반사경(34~37)에 의해 고정 테이블(19) 위의 기재(12) 표면으로 선택적으로 이동된다. 레이저로부터 직접 에너지를 측정하는 레이저 출력계(26)는 기재에 인가되는 레이저 출력을 정확히 모니터할 수 있다. 적합한 레이저 출력계로는 뉴욕주 오리스카니에 소재한 디지래드(Digirad)와, 콜로라도주 불더에 소재한 사이언테크(Scientech) 인코포레이티드로부터 구입 가능하다.
평탄 표면의 선택적 조사는 반도체 산업에서 사용되는 것과 유사하게 방사원과 처리되는 표면 사이에 배치되는 마스크의 사용을 통해 달성될 수 있다. 제4도에 도시한 바와 같이, 마스크(9)에 의해 기재(12)에 조사되는 방사선(11)은 마스크통로(a)를 통해서만 이루어짐으로써 고정 테이블(19)에 고정되는 기재(12)의 선택적 조사는 용이해진다. 제1도에서 상술한 바와 같이, 인클로저(15)는 양측의 가스 입구 포트와 출구 포트(23,25)에 각각 장착된 스테인레스 기재 반응 셀과, 방사선이 통과할 수 있는 밀봉된 광학 등급 석영창(17)을 포함한다.
또한, 고에너지 램프는 제2도 내지 제4도에 개시한 것과 유사한 구성으로 평탄 표면을 조사하기 위해 사용될 수 있다.
이하의 실시예는 대체로 평탄한 처리 표면에서의 본 발명에 따른 용례를 예시하고 있다. 예 1에서, 펄스형 KrF 엑시머 레이저의 각종 에너지 밀도는 연속된 여러 등급의 실리콘 산화물 기재에 적용된다. 예 2에서는, 광학 성분 영역에서의 본 발명의 필요성이 논의된다.
[예 1]
반도체 표면상의 박막 성장을 개선하기 위해서는 순수한 산화 실리콘이 필요하다. 그러나 산화 실리콘의 반도체 표면이 외기에 노출되면 그 반도체 표면에 탄소 오염물이 약하게 점착된다. 이들 오염물이 존재하면 증착될 박막의 절연성 또는 도전성이 크게 감소한다. 따라서, 반도체 제조시 정밀한 진공, 화학 및 물리적 기법을 사용하여 외기에 최대한 노출되지 않도록 주위해야 한다. 진공 기법은 공정 단계중에 표면을 청결하게 유지하기 위해 고진공 또는 거의 초고진공을 사용할 때는 특히 고가이다. 화학(습식 및 건식) 및 물리적 기법은 기재 처리 표면을 손상시킬 수 있으며, 만일 처리되는 기재가 가공된 집적 회로인 경우에는 하부 구조가 손상될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 기본 파장이 248nm(UV 범위)인 펄스형 KrF 엑시머 레이저로에서 나온 방사선을 아르곤 가스가 유입되는 실드 박스(sealed box) 내의 실리콘 기재의 표면에 인가하였다. 표면 탄소 오염물을 감소시키고, 반도체 제조시 알루미늄 박막 형성에 대한 선구 물질(precursor)인 화학 흡착된 유기금속(트리메틸 알루미늄)과 결합된 탄소 비율로 감소시키기 위해, 35mJ/cm 의 방사선을 KrF 엑시머 레이저로 10Hz 반복율에서 6000회 레이저 투사하여 산화실리콘 기재 표면에 조사하였다. 레이저 처리된 표면을 1.03×10 토르 배킹 레귤레이터 압력하에서 16 l/시간의 유량으로 아르곤 가스가 연속 유동되는 동안 노출시켰다. 처리후, X선 광전자 분광(XPS) 분석을 해보면, 기재는 기재 표면의 전처리 평균 표면 탄소 피복량 30~45%에서 기재 표면의 후처리 평균 표면 탄소 피복량 19%로 표면 탄소의 현저한 감소를 나타내었다. 기재 표면 자체는 손상 또는 변경되지 않았다.
전술한 바와 같이 레이저 조사로 처리되고, 이어서 유기 금속 가스 흐름에 노출되는 표면은, XPS 분석에 의해 기재 표면의 20.8%가 탄소로 피복되었으며, 이에 비해 비레이저 처리된 표면에 유기 금속 가스를 노출시킨 후의 기재 표면의 40~45%가 탄소로 피복되었다. 전술한 바와 같이 레이저가 인가되면, 유기 금속 가스에 대한 노출 이전 및 가스에 대한 노출 이후 모두에서 표면의 8.9%만이 탄소로 피복되었다. 또한, 레이저 노출 영역에 인접한 영역은 레이저 세정 처리로 인한 일정 효과를 보여주었다. 처리된 영역에 인접한 영역은 12.7%의 감소된 탄소 수준을 나타내었다. 이 효과는 주로 인가된 레이저 펄스의 가우스 특성 때문이다.
웨이퍼는 기재 셀로부터 아르곤 가스가 충전된 장갑 상자를 통해 XPS 분석기로 이송된다. 실리콘 웨이퍼는 불활성의 UHV 이송 로드를 통해 XPS에 이송된다. 이것은 외기 노출을 최소로 유지한다.
전술한 바와 같이 아르곤 가스에 노출되는 동안, 다른 하나의 산화실리콘 웨이퍼를 9mJ/cm 의 펄스형 KrF 엑시머 레이저 조사에 10Hz 반복율로 6000회 투사동안 노출시켰다. XPS 분석은 레이저 처리 전후에 40~45%의 표면 탄소 피복을 나타내었다. 따라서, 9mJ/cm 로 조사할 때, 흡착된 표면 탄소는 제거되지 않았다.
전술한 바와 같이 아르곤 가스에 노출되는 동안, 또하나의 산화실리콘 웨이퍼를 300mJ/cm 의 펄스형 KrF 엑시머 레이저 조사에 10Hz 반복율로 6000회 투사동안 노출시켰다. 처리의 말미에서, 기재 표면은 기재에 뚫린 구멍을 비롯하여 심각한 손상을 받았다. 따라서, 300mJ/cm 로 조사할 때, 기재 표면의 분자 결정 구조는 변경되었다.
이들 예는 적절한 에너지 플럭스 및 파장의 레이저 조사로 하부 표면 또는 인접 구조를 손상시키지 않고도 표면 오염물을 감소시킬 수 있음을 나타낸다.
SiO의 생성열의 관점에서, 산화실리콘 기재 표면은 100mJ/cm 보다 작은 펄스형 KrF 엑시머 레이저 조사에 10Hz 반복율로 6000회 투사 동안 노출시킬 때, 기재의 분자 결정 구조는 변경되지 않는다고 예상된다. 75mJ/cm 보다 작은 펄스형 KrF 엑시머 레이저 조사를 10Hz 반복율에서 6000회 투사할 때, 산화실리콘 기재 표면은 변경되지 않는다고 예상된다.
[예 2]
고에너지 광학 소자는 레이저 용융, X선 석판인쇄 및 UV 엑시머 레이저 광학 등의 기술로는 제조하기가 어렵다. 레이저 용융 및 X선 석판 인쇄 기술은 청결한 분위기에서만 사용된다. 엑시머 레이저 공학 기술은 짧은 가용 수명을 갖는데, 이는 현행의 상용 막 증착 기술로는 장기간 고에너지 플럭스를 견딜 수 있는 막을 제조하기 어렵기 때문이다.
고에너지 광학이 갖고 있는 고질적인 문제점은 광학 파괴 현상이다. 이 현상은 와이알 셴(Y. R. Shen)이 편찬한 비선형 광학의 원리(Principle of Non-Linear Optics) 제1판(와일리 인터사이언스, 1984) 528~540 페이지에 기재된 강한 레이저 필드 내의 투명 매질에 가해진 손상의 급격한 전개로서 설명될 수 있다. 이 현상은 가스뿐만 아니라 고체에서도 발생한다. 고체에 있어서, 고에너지 광학에서와 같은 파괴 현상은 벌크재에 긁힌 자국이나 세공 등의 표면 결함이 존재하면 악화된다. 대부분의 경우 광학 파괴 현상은 흡착된 먼지 입자 등의 표면 오염물에 기인한다. 이들 오염물이 존재하면, 주어진 레이저 시스템으로부터 사용될 수 있는 최대 레이저 출력을 한정하는 파괴 임계치가 낮아진다. 이러한 사실은 외부 펌프 에너지원에 의한 레이저 매질(고체 또는 기체 상태)의 펌핑을 고려할 때 매우 중요한 한정 사항이다. 한편, 이것은 광학 창, 렌즈 및 다른 광학 소자를 통해 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있는 레이저 출력을 차례로 제한한다.
예컨대 고체에서의 광학 파괴는 표면 점착된 오염물이 존재하면 증가된다. 충분한 에너지 단면과 레이저 펄스열의 상호 작용은 고체 표면에 애벌런치 이온화(avalanche ionization)를 발생하기에 충분한 에너지를 발생시킨다. 이것은 고체를 분해하는 표면 플라즈마를 형성할 수 있다. 오염물이 존재하면 레이저의 효율이 크게 감소되며 가능한 용례에서의 사용이 감소된다.
전술한 문제점들을 극복하기 위해, 흡착된 먼지 등의 점착 오염물을 제거하기 위해 본원에 기재된 오염물 제거 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 광학 소자를 다루는데 있어서, 해당 소자는 펄스형 KrF 엑시머 레이저가 광학 소자의 표면에 조사되는 시간 동안 연속 유동되는 아르곤 가스 흐름에 노출된다. 레이저는 고에너지 광학에서 이온화 및 후속 플라즈마를 촉진시키는데 필요한 고에너지 펄스보다 상당히 적은 적절한 에너지 플럭스 및 파장으로 동조된다. 광학 소자 표면은 흡착된 오염물을 제거하기에 충분한 지속 시간 동안 선택된 플럭스 및 파장으로 조사된다.
2. 불규칙한 형태의 처리 표면
제2도 내지 제4도에 개시된 실시예는 실리콘 웨이퍼와 같은 평탄하거나 납작한 기재의 처리에 관한 것이다. 따라서, 이 용례는 공정 챔버 내에 편리하게 고정되고, 대체로 고정된 위치로부터 방사되는 방사원에 직접 노출되도록 구성될 수 있는 기재 표면으로 한정된다.
이와는 달리, 제5도 내지 제26도는 불규칙한 형태의 내부 및 외부 기재 표면, 보다 구체적으로는 불일치하는 평면으로 배치된 기재 표면을 갖는 물체로부터 표면 오염물을 제거할 수 있는 본 발명의 실시예를 개시하고 있다. 이들 평면은 동일 공간 또는 평면을 점유하는 관계를 제외한 기재의 표면들 사이의 가능한 모든 관계를 포함한다. 예컨대, 파이프의 양측 내부벽 또는 입방 챔버의 인접한 벽 등의 평행하거나 각이진 이들 표면은 각각 불일치하는 평면을 점유한다.
확실히, 제2도 내지 제4도에 개시된 장치가 이 기재 표면을 처리하는 것은 불가능하다. 이들 장치는 단독의 평탄한 기재로 엄격하게 한정된다. 이와 반대로, 이하에 논의되는 바와 같이, 제5도 내지 제26도에 개시된 장치는 불일치하는 평면을 점유하는 표면을 순차적으로 또는 동시에 효율적으로 처리할 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만, 전술한 가스 분석기(27) 및/또는 입자 검출기는 전술한 바와 같이 방사원(14)의 선택 에너지 및 파장 조정을 용이하게 하기 위해 이들 실시예에 포함될 수 있다. 적합한 입자 검출기는 콜로라도주의 부울더에 소재한 파티클 메저링 시스템(Particle Measuring System) 인코포레이티드와, 캐리포니아주의 마운틴 뷰우에 소재한 텐코 인스트루먼츠(Tencor Instruments)로부터 구매 가능하다.
제5도는 파이프(71)와 같은 긴 봉합 통로에서 오염물을 제거하기 위한 장치(80)를 개략적으로 보여준다. 방사원(14)에서 나온 방사선은 일단의 광섬유 또는 광 파이프 등의 광학 도파관인 방사선 도관(50)을 통해 안내되며, 한편 기재 처리표면에 불활성인 가스가 가스원(16)으로부터 가스 도관(51)을 통해 처리 표면으로 안내된다. 방사선 도관(50)과 가스 도관(51)은 케이블 헤드(53) 또는 그 전방에서 합쳐지는데, 이곳에서 이들은 다발로 묶여 단일 케이블(52)이 된다. 케이블(52)의 단부에 접속되는 케이블 헤드(53)는 방사선 통로(54)(하나 이상의 광섬유일 수 있음) 및 가스 통로(55)를 포함한다. 케이블 헤드(53)의 여러 구성이 제6도 내지 제11도에 단면으로 도시되어 있다.
케이블 헤드(53)의 단부에서 방사선 통로(54) 및 가스 통로(55)의 기하학적 형성 및 구성은 특정 용례에 필요한 방사선의 농도와 분포 및/또는 가스 난류에 기초하여 선택될 수 있다(예컨대, 신장 봉합된 통로 또는 더 확장된 평탄 표면). 예컨대, 제6도 및 제7도는 각각 증대된 조사 노출 및 가스 난류를 위한 구성을 개시한다. 또한 제6도 내지 제9도는 통상 표면 위로 반복 통과하는 불균일한 양의 가스 및/또는 방사선을 운반하는 형상을 나타낸다. 이들은 제10도 및 제11도의 구성에 의해 표면에 수직으로 향할 때 제공되는 가스 및 방사선의 균일한 분포와 대조된다. 이와는 달리, 보다 구체적으로 후술되는 바와 같이, 제8도 및 제9도의 구성은 케이블 헤드(53)의 축선에 대체로 평행한 표면에 인가될 때 가스 및 방사선의 비교적 균일한 분포를 제공한다. 가스 및 방사선 제어가 케이블 헤드(53)의 사용을 통해 증대되더라도, 특정 용례에서는 이 소자가 완전히 제거되어 가스 및 방사선은 직접 가스 도관(51)과 방사선 도관(50)의 단부로부터 간단히 방사될 수 있다.
다중 방사선 통로(54) 및 가스 통로(55)를 수용하는 것 이외에, 케이블 헤드(53)는 방사선 및 가스를 기재 처리 표면(70)으로 재안내하는 수단을 제공한다. 이러한 재안내는 제12도 및 제13도에 도시한 바와 같이 장치(80)가 파이프(71)와 같은 좁은 통로의 내부를 세정하기 위해 사용될 때 필요한데, 이 경우 케이블 헤드(53)의 축선은 처리 표면(70)에 대체로 평행해야 한다.
제15도에 도시한 바와 같이, 방사선 통로(54) 및 가스 통로(55)는 케이블 헤드(53)의 중심선으로부터 외측으로 나팔꽃 모양으로 벌어져서 방사선 및 가스 흐름을 세정될 통로의 내부벽 쪽으로 안내한다. 케이블 헤드(53)의 중심선으로부터 벌어진 플레어 각은 각각 제15도 및 제16도에 도시한 바와 같이 수 도에서 90°이상의 범위일 수 있다. 케이블 헤드(53)는 용례에 따라 특정한 구성을 가지며, 이 구성은 오염물의 제거를 위한 가스 유량 및 광전달 조건과 관련된다. 더 구체적으로 설명하면, 케이블 헤드(53)는 조사되는 기재의 일부를 따라 연속적인 불활성 가스 흐름을 유지하면서, 특정 오염물 및 기재에 대한 적절한 입사각 및 밀도로 방사선을 안내한다.
작동에 있어서 장치(80), 더 구체적으로는 케이블(52) 및 케이블 헤드(53)는 제12도 및 제13도에 각각 도시한 바와 같이, 긴 봉합 통로(71)를 전방 방향 또는 역방향으로 통과한다. 제12도의 화살표(60)로 나타낸 바와 같이 전방 방향으로 이동하는 경우, 케이블 헤드(53)는 제15도에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다. 방사선 통로(54) 및 가스 통로(55)는 각각 케이블 헤드(53)의 내부 및 외부 통로에 배치될 수 있다. 이 방식으로, 방사선 통로(54)를 통해 운반되는 에너지에 의한 기재 표면(70)의 조사는 가스 통로(55)의 배출 단부로부터 방출되는 가스 흐름으로부터 하류에 발생하며, 분리되는 오염물은 케이블 헤드가 전방으로 이동함에 따라 배출되는 가스에 의해 연속해서 케이블 헤드(53)의 앞쪽으로 밀려갈 것이다.
다른 방법으로서, 케이블 헤드(53)는 제13도의 화살표(61)로 지시된 바와 같이 역방향 또는 후방 방향으로 이동할 수 있다. 후방으로 이동하는 경우, 케이블 헤드(53')는 제16도에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다. 방사선 통로(54) 및 가스 통로(55)는 각각 케이블 헤드(53')의 외부 및 내부 통로에 배치될 수 있다. 가스 통로(55)로부터 배출되는 가스는 케이블과 파이프(71) 사이의 환상 공간 내에서 케이블(52)을 따라 후방으로 유동된다. 이 방식으로, 방사선 통로(54)를 통해 안내되는 에너지에 의해 조사되는 기재 표면(70)의 일부가 가스에 의해 덮이며, 분리되는 오염물은 케이블 헤드가 파이프를 따라 후방으로 이동함에 따라 가스에 의해 케이블 헤드(53')의 이동 방향으로 연속적으로 밀려갈 것이다. 파이프의 이미 처리된 부분 내로 오염물이 적재된 가스가 통과되는 것을 방지하기 위해 최초 처리된 부분에 가장 근접한 파이프의 단부에는 캡이 배치될 수 있다. 다른 방법으로서, 제16도에 도시된 바와 같이 캡(53a')을 케이블 헤드(53')의 단부에 장착할 수 있다. 이 캡은 캡과 파이프 사이의 환상 유동 영역이 파이프(71)와 케이블(52) 혹은 케이블 헤드(53') 사이의 환상 유동 영역보다 훨씬 작게 되도록 파이프(71)의 내경보다 다소 작은 외경을 갖는다. 따라서, 가스는 캡(53a')으로부터 케이블(52)쪽으로 흐른다.
전방 및 후방 방향으로 이동하는 구성들 모두에 있어서, 가스 통로(55)에서 배출되는 일정한 유량의 불활성 가스는 오염물을 처리 영역으로부터 이동시키는데 충분하다. 또한, 이러한 가스 흐름은 세정될 긴 봉합 통로 내에서 케이블 헤드(53)를 중앙에 위치시키기 위한 수단으로서 작용할 수 있다. 제14도 내지 제16도에 도시한 바와 같이, 가스 통로(55)는 케이블(52)의 중심선으로부터 외측으로 향한 환상 링으로 구성될 수 있다. 충분한 가스 압력이 인가되는 경우, 가스 통로(55)로부터 외측으로 균일하게 안내되는 가스는 케이블 헤드(53)를 긴 봉합 통로 내의 중앙에 위치시킬 수 있다.
다른 방법으로서, 제17a도 및 제17b도에 도시한 바와 같이, 케이블 헤드(53)둘레에는 안정된 비탈립성(非脫粒性) 재료(non-particle shedding material)로 구성된 가요성의 다공성 지지 구조체(56)가 배치되어 헤드(53)를 중앙에 위치시킬 수 있다. 세정된 표면의 오염을 예방하기 위해 지지 구조체(56)는 케이블 헤드(53)가 전방[화살표(60)]이나 후방[화살표(61)]으로 이동하는 가에 관계없이 처리된 표면과 접촉해서는 안된다. 따라서, 지지 구조체(56)는 방사선 처리에 앞서 기재 표면위를 통과해야 한다. 이러한 용례에 있어서, 그 지지 구조체는 케이블 헤드(53)가 봉합 통로를 횡단함에 따라 가스 및 제거된 오염물이 통로를 통해 유동될 수 있도록 충분한 다공성을 가져야 한다. 제17도에 도시한 전방으로 이동하는 실시예에 있어서, 가스 통로(55) 및 방사선 통로(54)(도시 생략)는 가스 및 오염물 흐름의 하류에 지지 구조체(56)를 설치할 수 있도록 제14도 및 제15도에 도시된 전면 보다는 케이블 헤드(53)의 측면에 형성될 수 있다.
긴 봉합 통로의 내부가 기본 어닐링된 316 스테인레스강과 같은 양호한 반사재료로 이루어진 경우, 제18도에 도시한 바와 같이, 광학 분산기(57)가 단부에 장착된 고에너지 램프 또는 방사 도관(50)은 단순히 통로의 입구에서 방사선(11)을 방사하여 이 반사선(11)이 내부(70')에서 반사되며 통과하게 할 수 있다. 긴 통로(71')의 내부(70')는 방사원을 이동시키지 않고도 방사선(11)이 내부를 통과할 수 있도록 충분한 반사성을 갖는다. 당업계에 공지된 수단에 의해 통로(71')의 입구로 운반되는 불활성 가스 흐름(18)에 의해 입자가 기재 표면(70')으로부터 분리된뒤 하류로 이동되는 것이 확보된다. 또한, 316 스테인레스강으로도 구성될 수 있는 반사체(58)는 방사선 및 가스가 후방으로 흐르는 것을 예방하기 위해 통로(71') 입구의 가장자리에 고정되어 있다.
또한, 기체 이외에 액체가 좁고 긴 통로로부터 방사선을 통해 분리된 오염물을 송출하도록 불활성 매질로서 작용할 수 있다고 예상된다. 이러한 수정례는 혈관의 내벽으로부터 플라크(plaque)의 제거에 특히 유용할 수 있다. 이러한 용례에서, 인가된 방사선은 소정의 에너지 밀도 및 지속 시간에 의해 특정되는데, 이 값은 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는데 필요한 값과 혈관 구조의 성분에 손상을 주거나 혹은 외상을 입히는 값 사이에 있다.
긴 봉합 통로와 유사하게도, 장치(80), 더 구체적으로는 케이블(52) 및 케이블 헤드(53)는 공정 챔버 등의 더 확장된 내부를 세정하도록 이용될 수 있다. 상기 예에서, 케이블 헤드(53)는 비(非)플레어 형상으로 구성되므로, 방사선 및 불활성 가스는 케이블 축선을 따라 케이블의 단부 밖으로 일직선으로 안내되기 때문이다. 수동 또는 로봇식 제어를 사용하여, 조립체가 그 표면을 따라 소제하는 동안 조립체를 안내할 수 있다.
예컨대, 제19도의 챔버(15)는 가스 출구(25)와 케이블 헤드(53)의 가스 통로(54) 내에 마련된 가스 입구를 포함한다. 챔버 내에서, 베이스(83)에 부착된 로봇식 아암(81)은 기재 처리 표면(70)과 동일시되는 챔버의 내벽 둘레로 케이블 헤드(53)를 이동시키는 수단을 제공한다. 아암은 완전히 360°회전할 수 있고, 베이스(83)는 화살표(62)로 나타낸 바와 같이 상하 이동이 가능하여 챔버의 내부에 완전한 접근을 제공한다. 방사선 및 가스가 케이블 헤드(53)의 통로(54,55)에 의해 기재 처리 표면(70)으로 운반됨에 따라, 오염물은 그 표면으로부터 제거되어 중력 및 가스 흐름에 의해 출구(25)로 송출된다.
다른 방법으로서, 제20도는 가스 출구(25)가 챔버의 상부에 배치된 챔버 세정 기구를 보여준다. 제19도에서와 같이 베이스(83)에 부착된 로봇식 아암(81)은 챔버의 내벽 둘레로 케이블 헤드(53)를 이동시키기 위한 수단을 제공한다. 그러나, 이 경우에, 분리된 오염물의 가스 출구(25) 쪽으로의 송출은 중력에 의존하지 않는다. 그에 따라서, 챔버(15)의 베이스(하부)에 일정한 난류를 유지하기 위해, 화살표(55')로 지시한 바와 같이 제2가스 흐름이 제공된다. 이 제2가스 흐름은 챔버의 최대 깊이를 따라 출구(25)를 향한 가스의 일정한 이동을 발생시킨다. 따라서, 기재 표면(70)이 하부에서 상부로 세정됨에 따라, 오염물은 제2가스 흐름(55')에 의해 발생된 가스 흐름에 의해 상향 이동되어 출구(25)를 통해 배출된다. 상이한 챔버의 형상 및 가스 출구 배치(즉, 측면 장착)를 수용하기 위해, 챔버(15)에 하나 이상의 제2가스원이 부가될 수 있다.
내부 이외에도, 케이블(52)과 케이블 헤드(53)는 불규칙한 형태의 물체의 외부로부터 오염물을 제거하도록 사용될 수 있다. 예컨대, 제21도에 있어서, 전체 가스 흐름(18)이 챔버를 통과할 수 있도록, 챔버(15')에는 가스 입구(23) 및 출구(25)가 장착되어 있다. 챔버 내에서, 베이스(82)에 부착된 로봇식 아암(81)은 기재 처리 표면(70)을 비롯하여 물체(72)둘레로 케이블 헤드(53)를 이동시키는 수단을 제공한다. 물체(72)의 전체 표면(70)에 대한 접근은 턴테이블(84)에 의해 용이해진다. 케이블 헤드(53)내의 통로(54,55)는 방사선과 충분한 가스 흐름을 특정 처리 영역으로 운반하여 기재 표면(70)으로부터 오염물이 분리된다. 일단 오염물이 처리 영역으로부터 분리되면, 오염물은 전체 가스 흐름(18)에 들어가서 가스 출구(25)를 통해 챔버(15')로부터 송출된다. 전술한 바와 같이, 이 배출 가스는 방사원(14)(도시 생략)의 선택 에너지 및 파장 조정을 용이하게 하기 위해 가스 분석기 및/또는 입자 검출기의 사용을 통해 모니터될 수 있다.
제21도의 원리는 제22도에 동일하게 적용되는데, 물체(73)는 도장시에 발견되는 것과 같은 더 평탄한 기재 처리 표면(70)을 포함한다.
불규칙한 형태를 갖는 물체의 외부는, 도관(51)에 의해 공급되는 가스에만 의존하여, 챔버를 사용하지 않고도 전술한 공정을 통해 성공적으로 처리될 수 있다. 상기 장치는 핸드헬드(hand-held) 장치 형태로 구성될 수 있으며, 이 경우 충분한 오염물 제거는 가스 분석기 및/또 입자 검출기가 아닌 육안 검사에 의해 측정된다.
몇몇 불규칙한 형태의 표면 용례에 있어서, 그것은 방사선 전송 수단으로부터 가스를 완전히 분리시켜 장치(80)를 변경시키는 데 유리할 수 있다. 예컨대, 공정 챔버의 내부로부터 오염물을 제거하는 경우, 자외선 램프와 같은 하나 이상의 방사원이 제23도에 도시한 바와 같이 지지 구조체(85)를 통해 챔버 내부에 배치될 수 있다. 자외선 램프가 챔버 내부(70)(기재 처리 표면)를 조사함에 따라, 하나 이상의 입구(23)로부터 가스(18)가 제공되어 분리된 오염물을 출구(25)를 통해 챔버(15)로부터 배출할 수 있다. 가스 흐름(18)은 전술한 바와 같이 밸브(22)에 의해 제어된다. 다른 방법으로는, 방사선은 제24도에 도시한 바와 같이, 도관(50) 및 로봇식 아암(81)을 통해 챔버(15')의 내부로 운반될 수 있다.
최종적으로, 제25도 및 제26도에 예시된 바와 같이, 방사선은 오염물을 제거하기 위해 충분한 준위의 방사선으로 물체(74)의 기재 처리 표면(70)을 필수적으로 세정시키는 고에너지 램프 열(列)(59) 수단에 의해 발생될 수 있다. 장갑 차량일 수 있는 물체(74)는 퀀셋(Quonset) 허트 85 내의 램프(59)에 노출되며, 팬(86)에 의해 가속된 불활성 가스(18)는 기재 표면(70)을 따라 유동된다. 기하학적으로 차폐된 영역에서는 팬(86)에 의해 생성된 가스 난류와 램프 열(59) 수단에 의해 발생된 방사선이 새어 나올 수 있는 경우, 하나 이상의 장치(80)(도시 생략)가 이들 영역에 접근하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (35)

  1. 복수개의 불일치 평면을 이루는 기재의 복수개의 처리표면(70)으로부터, 이 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 보존하면서, 표면 오염물을 제거하는 장치에 있어서, a. 상기 복수개의 기재처리 표면에 대해 불활성인 가스 흐름을 기재 처리 표면에 안내하여, 처리되는 각각의 기재 처리 표면을따라 이 가스를 유동시키기 위한 가스 흐름 안내 수단(16,51,86)과; b. 상기 가스가 기재 처리 표면에 안내되는 동안 기재 처리 표면에 방사선을 조사(照射)하기 위한 수단으로서, 각각의 복수개의 불일치 처리 표면을 따라 유동하는 가스의 흐름 방향과 교차되게 조사 에너지를 각각의 복수개의 불일치 처리 표면에 안내하기 위한 조사 에너지 안내수단(50,53,57,59,81,83)을 포함하고, 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 분리시키기에는 충분하지만 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 변화시키기에는 불충분한 에너지 밀도 및 지속 시간을 갖는 방사선을 발생시키도록 설계된 조사 수단(50,59)을 구비하며; 상기 조사 수단(50,59) 및 상기 가스 흐름 안내 수단(16,51,86)은 조사 에너지 및 가스 흐름의 인가를 조정하여, 조사 에너지에 의해 복수개의 불일치 처리 표면으로부터 분해 또는 분리된 오염물을 불일치 처리 표면에서 제거하여 가스 흐름 내에서 송출하기 위한 치수 및 배치를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 복수개의 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면을 순차적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 복수개의 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면을 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 자외선 영역에서 동작하는 것을 특징으로 한는 장치.
  5. 기재의 표면(70)으로부터, 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 보존하면서, 표면 오염물을 제거하는 장치(80)에 있어서, a. 중앙 배치된 종방향 축선과 상기 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부를 가지며, 기재 처리 표면에 불활성인 가스를 운반하는 가스 도관(51)과; b. 중앙 배치된 종방향 축선과, 입구 단부와, 기재 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부를 가지며, 기재 처리 표면에 방사선을 전달하는 방사선 도관(50)과; c. 상기 방사선 도관의 입구 단부에 결합되어, 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는 데는 충분하지만 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 변경하는 데는 불충분한 에너지 밀도 및 지속 시간을 갖는 방사선을 상기 입구 단부에 조사하는 방사원(14)을 구비하며; 상기 방사선 도관의 배출 단부 및 상기 가스 도관의 배출 단부는 가스 도관에서 배출되는 가스가 방사선 도관에서 배출되는 방사선에 의해 조사되는 기재 표면 부분을 따라 유동되도록 배치되며; 가스 도관 및 가스 도관의 배출 단부에서 나온 가스 흐름을 종방향 축선으로부터 멀어지게 안내하기 위한 가스 흐름 안내 수단(55)을 포함하고, 방사선 도관은 배출 단부에서 나온 방사선을 방사선 도관의 종방향 축선으로부터 멀어지게 안내하는 방사선 안내 수단(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가스 안내 수단 및 상기 방사선 안내 수단은 상기 가스 도관 및 상기 방사선 도관의 배출 단부에 장착된 다중 통로 장치(53)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 방사선 도관은 광 파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 방사선 도관은 광학 섬유(fibre optics)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 방사원은 펄스형 레이저인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스형 레이저는 자외선 영역에서 동작하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 방사원은 연속파 레이저인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 방사원은 고(高)에너지 램프인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 기재 처리 표면에 대해 불활성인 가스는 화학적 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 복수개의 불일치 평면을 이루는 기재의 표면으로부터, 이 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 보존하면서, 표면 오염물을 제거하는 장치에 있어서, a. 상기 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면에 대해 불활성인 가스의 가스원(16,18)과; b. 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면이 배치되며, 출구를 갖는 인클로저(71,71',15',15'",85)와; c. 가스가 상기 인클로저 내에 배치된 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면을 따라 유동되어 인클로저의 출구로 배출되도록, 인클로저 내의 상기 가스원으로부터 가스를 연속 유동시키기 위한 가스 유동 수단(23,51)과; d. 가스가 유동되는 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면을 조사하기 위한 수단으로서, 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는데는 충분하지만 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 변경하는데는 불충분한 에너지 밀도 및 지속 시간을 갖는 방사선을 발생시키도록 설계된 조사 수단(50,59)을 구비하며; 상기 가스를 연속 유동시키는 수단 및 조사 수단 중 적어도 하나는 조사 수단에서 나온 조사 에너지와 가스 유동 수단에서 나온 가스 흐름을 조정되는 방식으로 처리 표면에 인가시키도록 동작시 처리 표면에 대해 조정 가능함으로써, 조사 에너지를 불일치 표면에 인가하면서, 이 인가된 조사 에너지와 교차하는 가스 흐름을 처리되는 모든 불일치 표면을 따라 인가하여, 복수개의 불일치 처리 표면으로부터 조사 에너지에 의해 분해 또는 분리되는 오염물을 가스 흐름 내에서 제거하며, 조사 수단은 기재 처리 표면에 방사선을 운반하고 상기 인클로저 내의 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부(54)를 갖는 방사선 도관(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조사 수단은 복수개의 방사원을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 조사 수단은 펄스형 레이저, 연속파 레이저 및 고에너지 램프로 구성된 군(群)으로부터 선택되는 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제14항에 있어서, 출구에서 배출되는 오염물이 적재된 배출 가스를 분석하기 위한 가스 분석기를 더 구비하며, 이 가스 분석기는 상기 배출 가스 내에 포함된 오염물의 성분을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 가스를 연속 유동시키는 수단은 상기 기재 처리 표면에 대해 불활성인 가스를 운반하기 위한 도관을 포함하며, 이 가스 도관은 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 가스 흐름 안내 수단은 이동 가능한 가스 흐름 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 조사 수단은 인클로저 내의 하나 이상의 축선을 따라 이동 가능한 배출 단부(54)를 갖는 방사선 도관을 포함하며, 상기 가스 흐름은 상기 방사선 도관이 조정되는 동안 정지 상태를 유지하고 상기 인클로저내로 가스 흐름을 안내하는 가스원에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제1항에 있어서, a. 상기 가스 흐름을 안내하는 수단은 종방향 축선과, 상기 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부를 가지며, 가스원으로부터 가스를 운반하는 가스 도관(51)을 포함하며; b. 상기 조사 수단은 종방향 축선과, 입구 단부와, 기재 처리 표면에 대해 이동 가능한 배출 단부(54)를 가지며, 기재 처리 표면에 방사선을 운반하는 방사선 도관(50)과; 상기 방사선 도관의 입구 단부에 결합되고, 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는데는 충분하지만 기재 처리 표면의 분자 결정 구조를 변경하는데는 불충분한 에너지 밀도 및 지속 시간을 갖는 방사선을 상기 입구단부내로 조사하는 방사원(14)과; 상기 가스 도관에 결합되고, 가스 도관의 상기 배출 단부에서 나온 가스 흐름을 가스 도관의 종방향 축선으로부터 방사상 외측으로 안내하는 수단(55)과; 상기 방사선 도관에 결합하고, 방사선 도관의 상기 배출 단부에서 나온 방사선을 종방향 축선으로부터 방사상 외측으로 안내하는 수단(54)을 포함하며; 방사선 도관의 배출 단부 및 가스 도관의 배출 단부는 가스 도관에서 배출되는 가스가 방사선 도관에서 배출되는 방사선에 의해 조사되는 기재 표면의 부분을 따라 유동되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 가스 흐름 안내 수단은 긴 부재를 따라 여러 위치로 이동하기에 적합한 유동 헤드(53)를 포함하며, 상기 긴 부재는 상기 유동 헤드(53)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 가스 흐름 안내 수단은 복수개의 입구 도관(23)을 포함하며, 각각의 입구는 상기 처리 표면에 접촉하는 유체 흐름의 성질을 변경시키기 위해 여러 위치에 배치될 수 있는 복수개의 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 오염물 제거 장치는 오염물을 제거하는 동안 처리되는 상기 기재가 어느 순간에도 진공 상태에 놓이지 않게 하기 위한 치수 및 배치를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 안내 수단은 a. 복수개의 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면에 대해 불활성인 가스원과, b. 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면이 배치되는 인클로저로서, 가스가 상기 가스원으로부터 인클로저의 입구 부분을 통해 불일치 평면을 이루는 기재 처리 표면을 따라 출구 포트(25) 밖으로 유동되도록 상기 가스원 및 상기 출구 포트(25)와 연통된 입구 포트를 구비하는 인클로저(71,71',15',15",15'")를 포함하며; 조사 수단은 불일치 평면을 이루는 복수개의 기재 처리 표면을 동시에 조사하도록 배치된 복수개의 방사원을 구비하며, 상기 가스를 연속 유동시키는 수단은 가스 흐름을 복수개의 기재 처리 표면을 따라 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 방사선 도관을 포함하고, 상기 가스 흐름 안내 수단은 가스 도관을 포함하며, 상기 방사선 도관을 방사선을 중심 축선으로부터 멀어지게 안내하는 출구를 갖고, 상기 가스 도관은 가스를 가스 도관의 중심 축선으로부터 멀어지게 안내하는 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 가스 도관 및 방사선 도관의 출구는 도관의 출구 단부의 전방으로 가스 및 방사선을 안내하기 위해 배치되며, 가스 통로 출구는 상기 방사선 출구에 대해 방사상 외측으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 가스 및 방사선 통로는 상기 가스 및 방사선 도관의 입구 단부 섹션을 향해 후방으로 나팔꽃 모양으로 벌어진 출구 단부를 구비함으로써, 상기 가스 도관은 그 입구 단부 섹션에서 상기 방사선 통로의 내측으로 방사상 형태가 되고 그 출구 단부 섹션에서 ㅅ방사선 도관에 대해 외측으로 방사상 형태가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 방사선 및 가스 도관의 출구 단부를 수용하는 출구 노즐(53)과, 상기 노즐에 장착되고 상기 노즐의 직경보다 큰 직경을 갖는 가스 차단 캡(53a')을포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제1항에 있어서, 상기 조사 수단은 입구 단부 및 출구 단부(54)를 갖는 방사선 도관과, 상기 방사선 도관의 입구 단부와 출구 단부 사이의 피벗 섹션(82)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 복수개의 불일치 평면을 이루는 복수개의 표면(70)으로부터 오염물을 제거하는 방법에 있어서, 상기 복수개의 기재 처리 표면 위로, 이 기재 처리 표면에 불활성인 가스 흐름을 안내하여, 이 가스흐름을 불일치 처리 표면을 따라 유동시키는 가스 흐름 안내 단계와; 가스를 안내하면서 불일치 기재 처리 표면에 방사선을 조사하는 단계로서, 기재 처리 표면으로부터 표면 오염물을 제거하는데는 충분하지만 분자 결정 구조를 변경시키는데는 불충분한 에너지 밀도 및 지속 시간을 갖는 방사선을 복수개의 불일치 처리 표면에 안내하는 단계를 포함하는 조사 단계를 포함하며; 상기 가스 흐름 안내 단계 및 불일치 기재 처리 표면의 조사 단계를 조사 에너지 및 가스 흐름이 조정되는 방식으로 인가되도록 수행함으로써, 처리되는 불일치 표면을 따라 가스 흐름을 연속적으로 인가하면서, 각각의 불일치 처리 표면을 따라 유동하는 가스의 흐름 방향과 교차하도록 에너지를 인가하여, 복수의 불일치 처리 표면으로부터 조사 에너지에 의해 분해 또는 분리되는 오염물을 유체 흐름 내에서 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 조사 단계는 입구 단부 및 출구 단부를 갖는 방사선 도관(50)으로 조사하는 단계와, 상기 방사선 도관의 출구 단부(54)를 긴 인클로저 내에 삽입하는 단계와, 방사선을 상기 방사선 도관의 중심 축선으로부터 상기 긴 인클로저에 의해 형성된 불일치하는 기재 처리 표면에 방사상 외측으로 안내하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 긴 인클로저는 실린더이고, 상기 가스 흐름 안내 단계는 상기 방사선 도관용 출구에 인접한 개구를 갖는 가스 도관으로부터 가스 흐름을 안내하는 단계를 포함하며, 상기 가스 도관 개구는 방사선 도관 출구에 대하여 배치됨으로써, 가스 흐름은 상기 방사선 도관으로부터 외측으로 안내된 방사선에 대한 접촉 위치 상류에서 불일치 처리 표면과 접촉되어, 방사선 도관으로부터 외측으로 안내된 방사선과 교차하는 긴 인클로저를 따라 연장하는 흐름 방향으로 재안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제14항에 있어서, 입구 단부 및 출구 단부(54)를 갖는 상기 방사선 도관은 상기 입구 단부와 출구 단부 사이에 피벗 조립체(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 방사선 도관은 베이스(83)와, 이 베이스(83)를 수직으로 조정하는 조정 수단(62)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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