KR100359886B1 - 웨이퍼에입자를제어하는침적하는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼(14) 또는 다른 표면상에 입자를 용착하는 방법으로, 먼저 용착 챔버내로 챔버(11)를 정화시키는 청정 가스(16) 유동을 제공한다. 웨이퍼(14)가 제위치에 놓여진 후 청정 가스(16) 유동이 계속된다. 에어로솔은 소정의 시간 동안 청정 가스 유동에 혼합되어 그 결합된 혼합 유동이 용착 챔버(11)를 통과할 때 입자가 챔버(11)내에 지지된 웨이퍼(14)상에 용착되게 한다. 소정 입자수를 세는 동안 또는 소정의 시간 동안 입자 용착이 계속된 후, 챔버(11)로 부터 웨이퍼(14)가 분리될 때 에어로솔(22)의 유동은 중단되고, 웨이퍼(14)상에 청정 공기 유동(16) 막이 제공된다. 본 발명의 장치는 청정 공기(16) 공급원, 청정 공기 가스로의 에어로솔 유입을 제어하기 위한 밸브(24), 및 챔버(11)내로 도입된 가스의 경로에서 웨이퍼(14)를 지지하기 위한 지지체(12)를 설치함으로써 상기 방법을 수행한다.

Description

웨이퍼에 입자를 제어하여 침적하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLED PARTICLE DEPOSITION ON WAFERS}
반도체 산업에서는 종종 웨이퍼 검사 기구를 사용하여 웨이퍼 상의 입자수를 측정할 필요가 있다. 그러한 기구들은 일반적으로 빛 산란 원리를 기초로 작동하며, 레이저 빔을 웨이퍼 표면을 가로질러 투사할 때 각 입자에 의해 산란되는 빛의 양에 의해 웨이퍼 상의 입자 크기를 측정한다. 그러한 검사 기구를 표준화하기 위해서는, 웨이퍼에 기지의 크기의 입자를 침적하고, 웨이퍼를 검사 기구에 위치시켜서, 검사 기구의 기지의 공장 설정치와의 비교를 위해 그 기준 웨이퍼 입자로부터의 반응을 측정해야 한다. 또한, 웨이퍼 상의 입자의 수를 알고 웨이퍼 표면 상에 입자가 알맞게 균일한 분포를 이루는 것이 중요하다. 이것은 본질적으로 웨이퍼 검사 기구에서 얻은 결과가 정확하다는 것 또는 어떤 식으로 표준 해석치(standard reading)와 상호 연관될 수 있다는 것을 보장하기 위한 교정 과정이 된다.
또한, 공장에서의 검사 기구를 최초로 교정하는 것도 웨이퍼 상에 기지의 크기의 입자를 사용하는 것에 기초한다. 가장 통상적으로 사용되는 교정용 입자는 폴리스티렌 래텍스(polystyrene latex ; PSL) 구형체인데, 통상 그 크기의 범위는 0.1 ㎛과 2 ㎛ 사이이다. 또한, 상이한 물질의 입자에 대한 검사 기구의 반응을 결정하기 위해서는, 규소, 이산화 규소, 질화 규소, 및 유사한 물질들의 균일한 크기의 입자들을 웨이퍼 상에 침적해야 한다. 예를 들면, 1990년 12월에 간행된 IES 저널(Journal of the IES) 35(6) : 45-52에 수록된 에스.에이. 채(S.A. Chae)와 에이치.에스. 리(H.S. Lee) 및 비.와이.에이치. 리우(B.Y.H. Liu)의 논문 "이상적이지 않은 실존 입자에 대한 웨이퍼 표면 스캐너의 크기 반응 특성(Size Response Characteristics Of A Wafer Surface Scanner for Non-Ideal, Real-World Particles)"을 참조하기 바란다.
그러한 표준 교정용 입자를 웨이퍼에 침적하는데 통상적으로 사용되는 방법은, PSL과 같은 입자를 수중에 부유시킨 후 그 현탁액을 분무시켜 스프레이를 형성하는 것이다. 이 스프레이를 건조시켜서 공기 중에 부유된 균일한 크기의 PSL 입가가 에어로졸로 형성되게 한다. 그리고 나서, 이 에어로졸을 웨이퍼를 파지하는 챔버 내로 도입해서 웨이퍼 표면에 침적한다. 에어로졸로부터 입자를 웨이퍼에 침적하는 메커니즘은 공지되어 있다. 이론 및 실험적 연구들에 의해서, 침적의 주된 메커니즘은 중력에 의한 침강 및 확산이라는 것이 판명되었다. 입자가 하전된 경우에는, 정전기적 인력도 입자의 침적에 기여한다. 1987년에 간행된 에어로졸 사이언스 테크놀로지(Aerosol Sci. Technol.) 6 : 215-224에 실린 비.와이.에이치.리우(B.Y.H. Liu) 및 케이.에이치.안(K.H. Ahn)의 논문 " 반도체 웨이퍼 상의 입자침적(Particle Deposition on Semiconductor Wafers)"과, 및 1990년에 간행된 에어로졸 사이언스 앤드 테크놀로지(Aerosol Science and Technology) 12 : 795-804에 실린 디.와이.에이치 푸이(D.Y.H. Pui) 등의 논문 "반도체 웨이퍼 상의 입자 침적에 대한 실험적 연구(Experimental study of Particle Deposition on Semiconductor Wafers)"를 참조하기 바란다.
웨이퍼를 수용하는 챔버 내에서 침적을 수행하는 데에 단순히 에어로졸을 챔버 내로 도입하는 것은 여러 가지로 불리하다. 첫째, 챔버 내에 웨이퍼를 위치시킬 때 이미 챔버 내에 있던 통제되지 않은 오염 입자가 웨이퍼에 침적되어 원하지 않는 웨이퍼의 오염을 초래할 수 있다. 둘째, 에어로졸이 챔버내로 먼저 도입되는 경우, 에어로졸이 상대적으로 청정한 챔버 내의 공기와 혼합됨에 따라 챔버 내의 입자 농도가 서서히 증가한다. 따라서, 입자 침적율은 변화하는 입자 농도에 기인하는 시간의 함수로서 변화하게 된다. 변화하는 입자 농도는 웨이퍼에 침적될 입자수의 제어를 어렵게 한다. 마찬가지로, 챔버 내로의 에어로졸 유동이 중단되면 챔버 내의 입자 농도가 서서히 감소하여, 또 다시 입자 침적률이 시간에 따라 변화됨으로써 침적되는 입자수를 제어하거나 알아내기가 어려워진다.
브래들리 에이치. 쉬어(Bradley H. Scheer) 등에 허여된 " 웨이퍼 상에 입자를 정확하게 침적하는 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR ACCURATELY DEPOSITING PARTICLES ON A SURFACE) " 이라는 명칭의 미국 특허 제 5,194,297호에는, 챔버 내에 청정막(clean sheath) 유동 영역을 형성함으로써 그러한 어려움을 극복하고자 한 방법이 개시되어 있다. 즉, 웨이퍼 전체에 걸쳐 막을 형성하는 청정 공기가 존재하는 구역이 있으며, 동일한 침적 챔버 내에 별도의 에어로졸 유동 영역이 형성된다. 침적에 앞서 웨이퍼를 청정막 유동 영역 내로 먼저 도입하며, 웨이퍼가 청정막 유동 영역 내에 있을 때에는 입자 침적으로부터 보호된다. 침적을 위해 웨이퍼를 에어로졸 유동 영역 내로 기계적으로 이동시키고, 침적 후에 청정막 유동 영역으로 복귀시킴으로써 일 주기가 완료된다. 침적 챔버 내에서의 기계적 이동은 복잡하며, 챔버 내의 2 구역 사이에서 웨이퍼를 이동시키는데 필요한 컨베이어 벨트, 로봇 암 또는 다른 기어 메커니즘의 기계적 이동에 의해 원하지 않는 오염 입자가 발생될 수 있다.
본 발명은 침적 과정중 입자의 침적을 정밀하게 제어하면서 웨이퍼의 기계적 이동 없이 반도체 웨이퍼 또는 다른 표면 상에 표준 크기 또는 기지의 크기의 입자를 침적하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 이루어진 기본적인 입자 침적 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며;
도 2는 침적 챔버로의 유입 공기 유동을 제어하는 유동 제어 장치를 예시하는 도 1 의 시스템의 변형예를 도시한 도면이며;
도 3은 웨이퍼상에 침적될 에어로졸 입자에 정전기 전하를 제공하는 본 발명의 또 다른 변형예를 도시한 도면이며;
도 4는 침적 챔버 내로의 입자 도입 시간을 정확하게 제어하기 위해 침적 챔버의 유입부 측에 전기 입자 스위치를 구비하는, 본 발명에 따라 이루어진 침적 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명은 원하지 않는 오염물을 도입시킴 없이, 간단하고 용이하게 제어되는 방법으로 기지의 크기의 입자를 웨이퍼 상에 정확하게 침적하는 데에 따르는 문제점을 극복하려는 것이다.
본 발명은, 가장 간단한 형태에 있어서, 공지의 방식으로 웨이퍼가 지지될 수 있는 챔버를 제공하는데, 먼저 챔버를 정화하여 원하지 않는 입자를 제거할 수 있는 공기 또는 건조 질소와 같은 입자 없는 가스의 공급원을 제공하여 챔버를 청정하고 입자가 없도록 만든다. 웨이퍼를 챔버 내에 위치시키고, 챔버 유입부에서 청정 공기 유동을 기지의 크기의 입자를 운반하는 분무기 유동과 결합한다. 따라서, 기지의 크기의 입자를 함유하는 에어로졸과 챔버내로 도입된 청정 공기 유동이 혼합된다. 청정 공기 유동과 혼합된 에어로졸 유동은 챔버 내의 웨이퍼 표면과 접촉하여 입자가 침적되게 한다. 챔버로부터 나온 배기 공기의 유동은 통상 고효율필터를 통과하여 여과됨으로써 에어로졸이 주위의 청정실 환경 내로 유출되는 것이 방지된다.
소정의 시간 동안의 입자 침적후, 수동으로 또는 전기 타이머나 컴퓨터를 통해 조작될 수 있는 밸브를 이용하여 분무기의 작동을 중단함으로써, 에어로졸 유동이 정지되고, 챔버 내로 다시 유입하는 공기 유동 또는 가스 유동은 최초의 청정 공기 유동이 된다. 청정 공기 유동이 웨이퍼 상에 직접 충돌하며, 웨이퍼 표면에 보호용 청정 공기층을 형성함으로써 입자가 더 이상 침적되는 것이 방지된다. 이는 챔버 내에 입자가 남아 있는 경우에 특히 도움이 된다.
에어로졸 유동을 신속하게 공급 및 차단할 수 있으므로, 웨이퍼 상에 침적되는 입자의 수를 정확하게 제어할 수 있다. 입자가 침적되지 않을 때에는 입자 공급원을 형성하는 분무기의 작동이 정지될 수 있으며, 이로써 그러한 물질 및 그에 따른 비용이 절약된다.
본 발명의 변형예에 있어서, 챔버 내로의 총 유동은 에어로졸 유동이 챔버의 유입부 측에서 청정 공기 유동에 더해진 후에도 기지의 수준으로 유지된다. 그럼으로써 챔버 내의 난류 공기 유동을 감소시키는 데에 도움이 된다. 또한, 입자 침적 시스템의 성능을 향상시키기 위해 입자에 추가로 정전하를 가할 수 있다.
그 하우징의 바닥부 부근의 슬릿형 개구부 근처로 원하는 직경의 입자를 편향시킬 전기 에어로졸 스위치를 추가로 설치하고, 그 후에 이들 입자를 스위치로부터 침적 챔버 내로 쓸어 넣음으로써 입자의 크기가 매우 정확하게 제어될 수 있다.
상기 전기 에어로졸 스위치 그 자체는 공지되어 있으나, 청정 공기 유동과결합되어, 기지의 크기의 입자를 청정 공기의 정상 유동 내로, 또는 그 유동으로부터 절환시킴으로써 침적 시간을 매우 정밀하게 제어할 수 있게 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명을 실시하기 위한 기본 시스템이 도시되어 있다. 전체적으로 도면 부호10으로 지시된 침적 장치(10)는, 입자가 침적될 웨이퍼 또는 입자 침적 대상물(14)을 지지하기 위한 지지체(12)를 내장한 공지의 침적 챔버(11)와 결합하여 사용된다. 챔버 구조는 공지된 것으로, 통상 청정실에 있게 된다. 이와 같은 침적 장치는 기지의 크기 및 밀도를 가진 기지의 수의 입자(적절한 한도 내의)를 웨이퍼 상에 제공하기 위한 것으로, 이러한 웨이퍼는 교정을 위해, 또는 사용중인 웨이퍼와 비교하여 그 웨이퍼상의 입자 분포를 결정하기 위해 사용될 수있다. 다양한 형태의 챔버를 이용할 수 있다. 또한, 침적 장치(10)는 전체적으로 도면 부호16으로 지시된 청정 공기의 유동 공급원(16)을 포함한다. 공급원에는 공기 뿐만 아니라 건조 질소와 같은 다른 가스들이 포함될 수 있다. 원한다면, 유동 제어기(18)가 청정 공기 유동 공급원(16)의 유출 관에 놓여져, 관(20)을 따라 Q1으로 나타낸 공기 유동을 제공할 수 있다. 이는 오염 입자를 전혀 함유하지 않은 기지의 청정 가스 또는 공기의 유동을 제공한다.
분무기(22)는 전술한 PCL 입자와 같은 기지의 크기의 입자를 제공하는데 사용된다. 압축 공기가 청정 압축 공기(26)의 공급원으로부터 솔레노이드 밸브(24)를 통해 분무기(22)내로 인도될 때, 분무기는 에어로졸을 제공한다. 솔레노이드 밸브(24)는 전기 타이머 또는 컴퓨터(28)가 제공한 제어 신호(25)에 의해 제어된다. 또한, 타이머 또는 컴퓨터(28)는 적절한 밸브를 작동시킴으로써 공급원(16)으로부터의 청정 공기 유동의 제공을 제어할 수 있다.
분무기(22)로부터 나온 유출관(30)은, 유동 조절기(18)의 하류에서, 유동 제어기(18)와 침적 챔버(11) 사이에서 관(20)에 연결된다. 분무기에 의한 유동(Q2)은 관(30)에 제공된다. 알 수 있는 바와 같이, 관(20)은 침적 챔버(11)의 내부로 연결되는 유입 연결부를 구비한다. 타이머 또는 컴퓨터(28)로 부터의 제어 신호 전달에 의해 밸브(24)가 작동될 때, 분무기(22)는 적절한 에어로졸 유동(Q2)을 보장하기 위해 공지의 방식으로 형성된 기지의 양의 공기 함유 입자를 분출하게 된다. 이와 같은 본 발명의 형태에서, 관(30)과의 접속점과 침적 챔버(11) 사이에서관(20)을 따라 흐르는 유동은 Q1+ Q2의 총 유동을 가지고 입자를 챔버 내로 운반하게 된다. 이들 입자는 도면 부호32로 지시된 바와 같이, 챔버의 내부에서 위를 향하고 있는 웨이퍼(14)의 표면에 하향 인도된다.
침적되지 않은 입자들은 관(34)을 통해 배기 및 필터 장치(36)를 통과하여 완전히 배출된다.
도 1에 도시된 장치를 작동하는 과정에서, 공급원(16)으로부터의 공기 유동이 먼저 시작되고, 다시 그것은 공지의 방식으로 얻어진 입자를 함유하지 않는 가스 또는 공기의 공급원이 된다. 침적 챔버(11) 내로의 청정 공기 유동은, 챔버가 정화되어 입자가 없다는 것을 알게 될 때까지, 챔버를 정화하여 원하지 않은 입자를 제거할 수 있다. 이러한 원하지 않은 입자들은 배기관(34)과 배기 및 필터 장치(36)를 통해 배출된다. 챔버(11) 내의 원하지 않은 입자가 정화된 것을 보장하기 위해 초기의 청정 공기 유동은 충분히 오랜 시간 동안 충분하게 공급된다.
그후, 웨이퍼(14)는 챔버 내의 지지체(12)(이는 어떠한 적절한 지지체라도 될 수 있으며 개략적으로 도시되어 있다)상에 위치된다. 챔버 공간을 입자가 없게 유지하기 위해 웨이퍼 설치중 청정 공기 유동이 계속될 수 있다. 웨이퍼가 설치되고 챔버가 폐쇄된 후 작동되는 솔레노이드 밸브(24)에 의해 기지의 입자 크기 및 체적을 가지는 에어로졸 유동(Q2)이 시작된다. 유동(Q2)이 관(20)으로 유입되고 청정 공기 유동(Q1)과 혼합되어, 챔버 내로 유입하고 입자가 침적될 웨이퍼(14)의 상향 표면쪽으로 인도되는 결합 에어로졸 유동(Q1+Q2)을 형성한다. 이 에어로졸 유동은 챔버(11) 내의 웨이퍼 상에 접촉하여 챔버(11)에 입자가 침적되게 한다. 이러한 과정들이 보통 진행되는 주위 청정실 환경 내로 에어로졸이 유출되는 것을 방지하기 위해, 배기 공기 유동은 필터, 바람직하게는 고효율의 필터를 통과한다.
소정 시간의 입자 침적 기간후, 분무기(22)는 밸브(24)를 수동으로 또는 정밀 타이머 또는 컴퓨터(28)로부터의 전기 신호에 의해 잠금으로써 작동이 정지된다. 에어로졸 유동(Q1)은 정지하게 되고 챔버(11)로 유입하는 유동은 그후 다시 그 최초 청정 공기 유동 또는 가스 유동(Q1)으로 복귀된다. 청정 공기 유동은, 도시된 바와 같이, 웨이퍼(14) 상에 직접 접촉하기 때문에, 챔버(11) 내에 적어도 짧은 시간의 기간동안 남아 있을 수 있는 입자로부터 웨이퍼 상에 더 이상의 입자 침적이 일어나는 것을 방지하도록 보호용 청정 공기층을 제공한다. 청정 공기층이 웨이퍼상에서 유동하는 것을 보장하기 위해, 웨이퍼(14)가 충분한 시간의 기간동안 방치되어 있을 때에는, 웨이퍼(14)는 분석 기구에 사용하기 위해, 또는 원하는 다른 용도를 위해 침적 챔버(11)로부터 분리될 수 있다. 웨이퍼가 챔버내의 최초 위치로부터 이동될 필요는 없으나, 챔버내로 위치되는 동안 청정막 공기의 직접적인 영향을 받는다. 웨이퍼는 그 위에 오염물이 침적되는 것을 방지하기 위해, 정화되어 입자가 없는 청정한 챔버 내에 있게 된다. 비교적 정확하게 제어될 수 있는 침적 시간후 웨이퍼(14)가 분리될 수 있으며, 이후 웨이퍼(14)는 기지의 크기를 가지는 기지의 수의 입자를 그 위에 가지게 된다.
개시된 에어로졸 유동 절환 방법은 에어로졸이 침적될 필요가 있을 경우 짧은 시간의 기간 동안에만 분무기(22)가 작동된다는 추가의 장점을 가진다. 에어로졸을 형성하기 위해 분무화되어야 하는 현탁액의 양을 감소시키기 위해, 잔여 시간동안에는 분무기(22)가 공전되어 재료와 비용을 절감하게 된다. 또한, 웨이퍼 상의 입자 침적이 필요할 때에만 분무기(22)가 작동된다는 것은, 침적 시스템의 내부 표면 상에 원하지 않은 입자의 형성을 최소화함으로써 잦은 청소를 위해 시스템을 분리시킬 필요가 없게 한다.
도 2는 유동 장애를 방지함으로써 침적 챔버(11) 내로의 보다 정확한 유동을 달성하기 위한 변형 시스템을 도시한다. 즉, 도 1의 시스템은 분무기(22)가 작동되었을 때, 침적 챔버(11)내로의 총 유동이 Q1+ Q2가 되고, 청정 공기 유동만이 챔버(11) 내로 유동할 때 유동이 단지 Q1으로 되는 챔버(11) 내로의 유동을 나타내고 있다. 도 2는 유동량을 변경함으로써 유동 장애를 방지하는 방법을 도시한다. 도 2에서, 에어로졸 챔버(11)와, 웨이퍼(14)가 위에 장착되는 지지체(12)를 포함하여 동일 부분은 동일한 도면 부호로 나타낸다. 배기관(34)과 유입관(20)은 동일한 도면 부호로 나타낸다.
관(20)에 이르는 추출관(bleed line)(40)은, 관(30)과 관(20) 사이의 연결부(42)의 하류에 있는 접속점 또는 "T"형 접합부(41)에서 관(20)에 연결된다. 전술한 바와 같이, 관(30)은 솔레노이드 밸브(24)가 작동될 때마다 에어로졸을 운반한다.
관(40)은 제2 솔레노이드 밸브(44)를 통해 필요시 필터를 구비할 수 있는 배기 장치(46)에 연결된다. 솔레노이드 밸브(24)를 작동시키는 제어 신호(25)의 제어와, 그 제어를 동기화하는 전기 타이머 또는 컴퓨터(28)로부터의 제어 신호(48)에 의해 밸브(40)가 작동 및 정지되거나 제어된다. 솔레노이드 밸브(24)를 작동시킴으로써 분무기(22)가 작동되면, 전과 같이 에어로졸 유동은 접속점(42)에서 청정 공기 유동(Q1)과 혼합되고, 솔레노이드 밸브(44)(유동 조절 밸브일 수도 있다)는 접속점(41)에서의 혼합 유동(Q1+ Q2)의 일부를 전환시키는 그것의 출구 크기와 관련하여 개방되고 제어된다. Q2와 동일한 전환된 유동은 배기 장치(46)를 통해 배출된다. 따라서, 결합류는 나누어지고, 관(20)의 하류 부분, 즉, 접속점(41)으로 부터 침적 챔버(11)를 향한 부분은 계속하여 유동량 Q1을 가지나, 에어로졸 유동이 된다. 따라서, 챔버(11)내로의 총 유동은 항상 일정하게 Q1으로 유지된다.
타이머 또는 컴퓨터(28)의 제어하에서 공급원(16)으로부터의 청정 공기 또는 가스 유동에 의해 침적 챔버(11)가 정화되는 과정은 전과 동일하며, 챔버 내에 외부 입자가 없도록 침적 챔버(11)가 정화되었을 때, 입자가 침적될 웨이퍼(14) 또는 다른 입자 침적 대상물이 지지체(12) 상으로 이동된다. 그 후, 솔레노이드 밸브(24)가 관(30)을 따른 에어로졸 유동(Q1)을 제공하기 위해 개방되며, 관(20)을 통과하여 나온 총 유동량을 접속점(41)과 침적 챔버(11)사이에서 에어로졸만 가지는 Q1으로 제어하기 위해, 적절한 시기에 밸브(44)가 또한 개방된다.
원하는 대로 웨이퍼 상의 침적이 이루어지도록 소정 시기에 분무기 유동을중단시키기 위해, 진행 과정의 시간 조절이 전술한 바와 같이 다시 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 변형예를 도시한다. 이 경우, 도면 부호50으로 나타낸 에어로졸(50)은, 도 2의 접속점(41)과 침적 챔버(11) 사이의 에어로졸일 수 있다. 웨이퍼를 제 위치에 놓기 전에 침적 챔버(11)를 정화시키기 위한 공기를 유동시킨 후, 전술한 바와 같이 에어로졸을 공급하게 된다. 분무기(22)의 작동이 정지된 후, 도 3의 챔버(11A)는 청정 공기로 정화될 수 있다.
분무화에 의해 형성된 단일 에어로졸 입자는 통상적으로 하전된다. 따라서, 전장을 가함으로써 입자 침적률을 증대시키는 것이 가능하다. 도 3의 침적 챔버(11A)에서, 금속판(52)이 설치되어 유입구(53)를 둘러싼다. 그 금속판에 전위를 제공하기 위해 금속판(52)은 고압의 전원(54)에 연결된다. 금속판(52)은 침적 챔버(11A)로부터 전기적으로 절연되도록 절연 지지체 상에 놓여져 연결된다. 웨이퍼(14) 자체는 관(55)을 통해 접지 연결부에 연결되는데, 원한다면 이 관(50)은 웨이퍼를 관통하여 연결되거나, 또는 웨이퍼 지지체(12)에 연결될 수 있다.
이와 같은 시스템에서, 챔버(11A)로 유입하는 에어로졸 유동이 웨이퍼(14)상에 접촉할 때, 에어로졸 유동 중에 탑재된 입자에 정전기 변화가 가해져 입자 침적률이 증대되고, 그럼으로써 웨이퍼(14) 상에 기지의 입자수 또는 입자 밀도를 달성하기 위한 입자 침적에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
하전판(52)은 특정 웨이퍼(14) 상에 적절한 침적이 이루어지는데 필요한 시간을 단축시킴으로써 입자 침적을 보다 향상시키기 위해 도 1 및 도 2에 도시된 어느 시스템과도 사용될 수 있다.
관(20) 내로 에어로졸 도입에 앞서, 또한 에어로졸 침적 완료시, 침적을 위한 동일한 과정이 사용된다. 즉, 웨이퍼(14)가 제 위치에 놓여지기 전에 초기에 챔버를 정화시키고, 침적이 중단된 후 웨이퍼(14) 위로 청정 공기 유동이 제공된다.
도 4는 동일한 부분을 도 1 내지 도 3에서와 같이 다시 동일한 도면부호로 나타낸, 본 발명의 또 다른 변형예를 도시한다. 이와 같은 본 발명의 형태에서, 침적 챔버(11)는 그 챔버의 유입부 측에 전기 에어로졸 스위치를 구비한다. 이 경우, 전술한 바와 같이 공급원(16)으로부터 관(20)을 따라 청정 공기 유동이 제공된다. 전술한 바와 마찬가지로, 청정 가스 또는 공기의 유동량은 Q1이다.
분무기(22)는 관(30)을 통해 통상의 건조기(58)에 연결된다. 관(30)을 통과하는 유동은 전술한 바와 같이, 밸브(24)와 타이머 또는 컴퓨터(28)로부터의 제어 신호(25)에 의해 제어된다. 압축 공기 공급부(26)로부터 압축 공기 공급은 밸브(24)를 통해 이루어진다. 건조기(58)는 통상적인 구성으로서, 에어로졸로부터 액체를 건조시키며, 통상의 건조기(58)를 통과한 후 건조 공기중의 에어로졸은 입자를 하전시키는 이온화기(60)를 통과한다. 또한, 이온화기는 현재 에어로졸을 제공하는데 사용되는 통상의 유닛이다. 하전된 입자는 관(30A)을 통해 유출된다.
전기 에어로졸 스위치는 도면 부호62로 지시되어 있다. 그것은 원통형 응축기인데, 그 응축기에서 층류 공기 유동이 형성된다. 2 가지 유입 공기류가 존재한다. 유동 Q1은 스위치의 중심 부근 연결부에서 스위치 내로 유입되고, 유입 에어로졸 유동인 유동 Q2는 전기 스위치(62)의 외주부에 근접한 환형의 유입 접속점(66)에 제공된다.
청정 공기 유동을 위한 유입 공기 연결부(64)는 하우징(76) 내의 중심 전극(70)을 둘러싸는 관형 벽부(67)에 의해 형성된 환형 챔버 또는 플리넘(68 ; plenum )내로 공기를 유출시킨다. 또한, 관형 벽부(67)는 하우징(76)의 내측이고 챔버(68)의 외측에 환형 챔버(74)를 형성한다. 에어로졸 유입 연결부(66)는 청정 공기 및 에어로졸 양쪽 모두 화살표(61,73)로 표시된 바와 같이 하향으로 유동하도록 챔버(68)를 둘러싸는 환형 챔버(74)로 인도된다. 청정 공기 유동은 전극(70)에 근접한, 중심 부근의 공기 코어이다.
전극(70)은 내부 원통체이고 고압 전원에 연결된다. 공기 유동(Q1, Q2)은 양쪽 모두 전기 에어로졸 스위치의 중심 전극(70)과 외측 하우징(76)을 통해 아래쪽으로 유동하고 비교적 분리된 상태로 체류한다. 즉, 이들 유동은 서로 거의 혼합되지 않는다. 내부 원통체인 전극(70)에 전압을 가함으로써, 환형 챔버(74)를 통과하는 유동(Q2)에 실린 입자들은 청정 공기 유동의 외부 쪽에서 계속 이동하나, 전극(70)의 외측부 주변에서 아래쪽으로 내려오는 청정 공기 유동류를 가로질러 편향된다. 따라서, 에어로졸 입자는 중심 전극쪽으로 끌려가고, 전장을 제어함으로써 유출부의 관형 실린더(82)로부터 약간 거리를 두고 있는 전극(70)의 바닥부 가까이 아래쪽에 도면 부호80으로 도시된 슬릿형 개구부(80)의 부근으로 소정 직경의 입자를 편향시키는 것이 가능하다.
실린더(82)는 전기 에어로졸 스위치로부터의 공기 유동을 유출시키기 위한 유출 개구부를 둘러싼다. 슬릿(80)쪽으로 당겨진 입자는 침적 챔버(11)로 인도되는 관(86)을 따라 도면 부호Q 4 로 지시된 유출 에어로졸 유동(Q4)에 의해 스위치로부터 빠져 나온다. 적절한 크기의 입자는 유동과 함께 침적 챔버(11)내로 운반된다. 여분의 에어로졸은 하우징(76)의 유출부 통로(88)로부터 나와 배기 필터 장치(90)내로 가는 배기류(Q3) 중에 포함된다.
전술한 전기 에어로졸 스위치(62)는, 최초 다중상 분산체인 에어로졸로부터 단일상 분산체를 형성하기 위한 정전기 입자 분류기로서 사용되어 왔다. 그 구조는 1974년 간행된 "콜로이드 인터페이스 사이언스 저널(J. Colloid Interface Sci.) 47 : 155-171에 수록된 본원의 발명자인 벤자민 리우(Benjamin Liu) 및 디.와이.에이치. 푸이(D.Y.H. Pui)의 "초미세 에어로졸 규격 및 응축핵 카운터의 1차 절대 교정법(A SUBMICRON AEROSOL STANDARD AND THE PRIMARY, ABSOLUTE CALIBRATION OF THE CONDENSATION NUCLEI COUNTER)"이라는 제목의 논문의 주제이다. 그러나, 이와 같은 유형의 분류기를 침적 챔버의 유입부 쪽에 적용하는 것은 기지의 크기의 입자를 제공할 수 있도록 하는데 큰 장점을 제공하며, 좁은 슬릿(80)을 통과하는 입자의 유동이 전극(70)에 가해진 전압에 의해 조절되기 때문에, 단일상 분산 에어로졸 입자의 침적 챔버(11) 내로의 절환 및 침적 챔버(11)로의 유입 정지가 신속하게 이루어질 수 있어 웨이퍼(14) 상에서의 입자 침적이 매우정확하게 제어된다.
이 경우, 분무기(22)에 의해 형성된 에어로졸은 다중상 분산체일 수 있으며, 전기 에어로졸 스위치(62)는 입자 침적 챔버(11) 내로 단일상 에어로졸을 공급하기 위한 분류기로서 작용한다.
층류 유동은 전기 에어로졸 스위치(62)의 원통형 하우징에서 달성되며, 전기 에어로졸 스위치(62)는 입자 분류기로서의 통상적인 역할에 사용된다. 그러나, 전극이 작동될 때에만 입자 유입을 허용하는 좁은 슬릿형 개구부 때문에, 에어로졸 스위치로서 부가적으로 사용함으로써, 침적 챔버(11) 내로의 일정한 공기 유동(Q4)을 유지하면서 정확한 침적 시간 제어를 위해 흐름 내로, 또는 그로부터 입자를 신속히 절환시킬 수 있다. 다시 말해, 시스템이 작동될 때, 간극(80)을 통해 침적 챔버(11) 내로 가는 공기 유동이 항상 있게 되나, 입자는 전극(70)이 작동된 때에만 그 간극으로 유입한다.
도 4에서, 관(86)으로부터 나오고 따라서 침적 챔버(11) 내로 가는 입자를 세고자 할 경우, 시스템 내에 포함될 수 있는 선택사항으로서 입자 카운터(94)가 관(96)을 통해 제공될 수 있다.
또한, 전기 스위치(62)는 원통형 하우징(76)의 층류가 여전히 유지되면서도 전극(70)이 지속적으로 작동되는 한 분무기(22)를 작동시키는 밸브에 의해 입자 도입 시기가 제어되도록 전극(70)상에 일정한 전압을 유지하는 동안, 전술한 바와 같이 밸브(24) 작동을 통해 에어로졸 유동을 제어함으로써 확실하게 입자 분류기로서사용될 수 있다.
공기 운반 입자 카운터의 출력은 필요시 타이머 또는 컴퓨터(28)를 통해 침적 시간 자동 조절 신호로서 사용될 수 있다.
침적 시간의 자동 조절은 웨이퍼(14) 상에 침적하기 위해 침적 챔버(11)로 유입하는 입자를 계수함으로써 결정될 수 있다. 또한, 전기 제어기가 사용되어 입자 카운터 출력에 의해 제어될 수 있다.
또한, 자동으로 입자 침적을 제어하도록 선택적인 공기 운반 입자 카운터(94)가 도 1 및 도 2에 도시된 시스템과 함께 사용될 수 있다.
따라서, 시스템은, 웨이퍼가 도입되는 시간 전에 챔버로부터 원하지 않은 입자를 제거하기 위해 챔버를 정화시키는 청정 공기 유동을 가지고, 그후 챔버 내로 도입되는 입자를 정확한 시간 동안 선택된 크기 범위로 제어하여 웨이퍼 표면에 필요한 수만큼 침적시킨다는 장점을 제공한다. 또한 이미 밝힌 바와 같이, 입자는 타이머에 대응하여, 또는 소정의 입자를 계수한 후 차단될 수 있다.
또한, 입자가 웨이퍼(14) 상에 침적된 후 청정 공기막을 사용함으로써 원하지 않은 입자가 침적 챔버로부터 분리중인 웨이퍼에 침적되지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상과 영역을 벗어나지 않고 변형 및 세부 변경이 가능하다는 것을 알게 될 것이다.

Claims (14)

  1. 침적 챔버 내의 웨이퍼에 공급원으로부터의 입자를 침적하는 방법으로서,
    침적 챔버 내의 웨이퍼로 지향되는 청정 가스의 유동을 제공 및 유지해서 상기 침적 챔버에서 불필요한 입자를 제거하는 단계와;
    일정 시간 동안 상기 침적 챔버 내의 상기 웨이퍼로 상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스의 유동을 제공하여 상기 웨이퍼에 상기 공급원으로부터의 입자를 필요한 갯수 만큼 침적하고, 이어서 상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스의 유동을 단절하는 단계와;
    상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스의 유동을 단절하고 나서, 상기 웨이퍼를 상기 침적 챔버 밖으로 취출하기 전에 일정 시간 동안 상기 챔버 내로의 청정 가스의 유동을 유지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  2. 제1항에 있어서, 입자의 도입을 제어하기 위해 상기 침적 챔버 내로 도입되는 상기 공급원으로부터의 입자를 계수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급원으로부터의 입자는 정전기를 띄며, 상기 침적 챔버 내에서 상기 하전 입자를 침적하는 데에 전장을 사용하는 것을 특징으로 하는입자 침적 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방법의 단계들을 수행하는 동안에 상기 침적 챔버 내로 유입되는 전체 가스의 유동을 실질적으로 일정한 양으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 청정 가스의 유동에 에어로졸 유동을 첨가하고, 또한 상기 에어로졸의 유동을 첨가한 후에 상기 침적 챔버 내로 유입되는 전체 가스의 유동을 제어하여, 상기 침적 챔버 내로 유입되는 가스의 유동량을 상기 에어로졸 유동을 첨가하기 전과 실질적으로 동일하게 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스 유동을 수용하는 입자 분류기를 마련하여, 상기 공급원으로부터의 입자를, 상기 침적 챔버 내로의 도입 전에 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분류 단계는, 청정 가스 유동으로 구성된 가스와, 입자를 함유한 유동으로 구성된 가스의 2종의 가스의 층류 유동을 생성하는 정전기 분류기를 이용하며, 상기 입자에 정전기를 하전시켜, 상기 입자가, 입자를 함유하는 유동으로부터 상기 청청 가스의 유동을 통해서 상기 침적 챔버 내로 이동되게하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
  8. 웨이퍼에 소정 물질을 침적하기 위한 침적 장치로서,
    내부 공간과, 유입구와, 배출구와, 상기 유입구로부터 상기 배출구를 향하는 유동 경로 내에서 웨이퍼를 지지하는 상기 침적 챔버 내의 지지체를 구비하는 침적 챔버와;
    상기 유입구에 연결되는 청정 가스 유동의 공급원과;
    상기 침적 챔버 내로 기지(旣知)의 컨시스턴시(consistency)의 입자를 함유하는 에어로졸 유동을 도입하기 위해 연결된 에어로졸 발생기와;
    상기 침적 챔버 내로의 에어로졸의 도입을 제어하고, 상기 에어로졸의 도입 전후에 청정 가스의 유동을 유지하기 위한 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, 압축 공기가 분무기 내 유동하는 것과, 이어서 에어로졸이 상기 분무기로부터, 청정 가스의 유동을 상기 유입구로 운반하는 관 내로 배출되는 것을 제어하는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 청정 가스의 유동과 상기 에어로졸의 유동 모두에 연결되어 상기 침적 챔버로 유입하는 입자를 제어하는 정전기 스위치를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 청정 가스의 유동이 상기 전극을 따라 이동할 때 상기 청정 가스의 유동을 둘러싸는 층류 에어로졸 유동을 공급하는 배플과, 상기 가스 유동 및 에어로졸 유동이 원통형 하우징으로 도입되는 단부와 대향하는 단부에서 상기 원통형 하우징에 연결되어 상기 침적 챔버로 개방된 개구부를 또한 구비하며, 상기 전극은 하전되어, 상기 원통형 하우징 내에서 입자가 상기 에어로졸의 유동으로부터 청정 가스의 유동을 가로질러 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유입구로 개방되는 제어 슬릿을 상기 원통형 하우징 내에 또한 구비하며, 상기 제어 슬릿은 상기 전극에 의해 끌어 당겨진 입자만을 유입시켜서 상기 침적 챔버 내로 배출될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 침적 챔버로 유입하는 입자의 침적에 영향을 주는 전장을 제공하는 전원을 또한 구비하며, 상기 전원은 상기 침적 챔버 내의 금속 전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 침적 장치.
  14. 침적 챔버 내에서 공급원으로부터의 입자를 침적하는 방법으로서,
    침적 챔버 내에 청정 가스의 유동을 제공해서 침적 챔버에서 원하지 않는 입자를 제거하는 단계와;
    상기 청정 가스 유동을 유지하면서 상기 침적 챔버 내로 웨이퍼를 도입하는 단계와;
    상기 웨이퍼의 도입 후에, 상기 웨이퍼에 상기 공급원으로부터의 입자를 필요한 갯수 만큼 침적할 때까지 상기 침적 챔버 내에 상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스 유동을 제공하고, 이어서 상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스의 유동을 단절하는 단계와;
    상기 공급원으로부터의 입자를 함유하는 가스의 유동을 단절하고 나서, 상기 웨이퍼를 상기 침적 챔버 밖으로 이동시키기 전에 일정 시간 동안 상기 챔버 내로의 청정 가스의 유동을 유지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 침적 방법.
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