KR100647883B1 - 광역 무음 방전 여기 방사기 - Google Patents

Abstract

반도체의 생산에 사용하기 위한 자외선 및 진공 자외선 방사기들(100)은 개선된 수명, 개선된 방사선 생성의 분포, 개선된 방사선 방사의 분포, 증가된 방사선 방사 효율, 그리고 개선된 냉각수단을 가지도록 제공된다. 상기 방사기들(100)은 새로운 전극들(106), 새로운 전극 구성들, 상기 전극들간의 플라즈마들 분배를 위한 새로운 수단, 그리고 새로운 냉각 수단을 가진다. 이러한 특징들은 상기 방사기들이 평탄한 표면에 대해 높은 강도와 균일성을 가진 방사선 노광을 허용하면서 소형화되는 것을 가능하게 한다. 상기 방사기들은 반도체 표면의 선처리, 반도체 박막의 증착, 그리고 반도체 박막의 후 증착공정에 이용된다.

방사기, 방사체, 반도체 선처리, 박막 증착

Description

광역 무음 방전 여기 방사기{LARGE AREA SILENT DISCHARGE EXCITATION RADIATOR}

I. 본 발명의 기술 분야

본 발명은 반도체 장비의 제조 디바이스 및 제조 방법에 사용되는 자외선 및 진공 자외선 파장을 가진 전자기적인 방사선을 생성하도록 하는 디바이스에 관한 것이다.

II.관련 기술의 설명

A.반도체 제조상의 문제점들

반도체 디바이스의 제조는 원하는 화학 조성물 및 구조의 얇고, 엷은 막의 증착에 의존한다. 얇고, 엷은 막의 증착에 있어서 상기 막이 증착되는 표면은 매끄럽고 평탄해야 한다. 그렇지 않으면, 상기 증착된 막은 매끄럽지도 평평하지도 않을 것이다. 엷은 층 증착의 상기 특성의 하나가 "표면 감도(sensitivity)"로 표현된다{여기서 참고로 인용되는, 곡(Kwok) 등, 제이. 일렉트로켐. 협회(J. Electrochem. Soc.), 141(8);2172-2177(1994); 마추우라(Matsuura) 등, 고체 회로 디바이스 및 물질에 관한 제22회 국제 학술회의의 회보, 센다이, pp:239-242(1990); 후지노(Fujino) 등, 제이. 일렉트로켐. 협회. 138(2):550-554(1991); 후지노 등, 제이. 일렉트로켐. 협회. 139(6):1690-1692(1992) 등의 참고 자료 참조} 표면 감도는 상기 공정 상태가 변화함에 따라 일정하지 않고 변동하는 증착 속도와 상기 결과 막의 증가된 거칠기로 특징지워진다. 상기 공정 상태의 관심은 증착 온도와, 증착 압력과, 상기 반응체들(예를 들면, TEOS 및 오존)의 몰-비 및 상기 엷은 막을 증착하는 상기 반응기의 설계에 특징적인 가능한 임의의 하드웨어 상태에 있다.

상기 표면 감도를 감소시키는 방법에는 상기 밑에 놓인 엷은 막의 상기 표면을 변경시키는 것이 있다. 매다(Maeda) 등, 미국 특허등록 제 5,387,545호는 가열동안에 증착된 반도체 막을 자외선 방사선에 노출하도록 개시한다. 상기 자외선 방사는 수은 램프에 의해 생성되고, 상기 수은 램프는 185nm 내지 254nm의 파장을 가진 전자기 방사선뿐만 아니라 더 긴 파장의 방사선을 생성한다. 그러나, 이 공정은 기 증착된 USG 막 위에서 수행되기 때문에, 상기 표면 감도의 문제를 해결하지 못한다. 따라서, 표면 감도를 감소시키는 향상된 방법이 요구된다.

또한, 반도체 디바이스의 소형화가 가속화되면서, 디바이스 피쳐(feature)들간의 갭(gap)이 감소됨에 따라, 상기 갭을 유전물질로 채우는 어려움이 증가되고 있다. 또한, 상기 표면 막의 두께가 늘어남에 따라, 상기 대응 막은 상기 갭을 완전히 채우지 못하여, "공극(void)"을 남기게 된다. 상기 갭내의 증착 물질에 표면 감응성이 있을 경우 특히 공극이 생기게 된다. 디바이스 피쳐들과 동형의 코팅을 제공하는 막은 상기 갭이 채워지면서 공극이 형성되게 된다. 상기 공극은 상기 집적 회로 디바이스의 품질을 저하시킬 수 있는, 유효 유전물이 아닌 오염 물질을 내포할 수 있다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조에서 향상된 갭충전이 요구된다.

또한, 회로 피쳐들의 집적도가 증가함에 따라서, 새로운 유전 물질의 개발이 요구된다. 상기 물질로 유기 중합체가 있다. 이 중합체의 증착은 반응 중간체를 사용하여 전구체를 해리하고 상기 중간체가 상기 반도체 기판상에서 중합화하는 것에 의해 실행될 수 있다. 상기 증착된 유전체의 물리적 및 화학적 특성을 향상시키도록, 전구체의 해리 과정은 자외선 및 진공 자외선 파장을 가진 전자기적 방사선의 사용에 의해 실행될 수 있다. 그러나, 현재 사용 가능한 그러한 방사선 디바이스는 기판과 막의 자외선 방사선에의 노출을 최적화시키는 점에 있어 적합하지 않다. 상기 문제와 상기 문제에 대한 시도된 해결책은 하기에서 더욱 상세하게 개시된다.

B.자외선 및 진공 자외선 램프

자외선 또는 진공 자외선 방사선을 생성하는 램프는 종래에도 알려져 있고, 예를 들면, 코겔샤츠(Kogelschatz), 미국 특허 등록 제 5,432,398호; 코겔샤츠, 미국 특허 등록 제 5,386,170호; 엘리아손(Eliasson) 등, 미국 특허 등록 제 4,837,483호; 엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 4,945,290호; 엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 4,983,881호; 겔러트(Gellert) 등, 미국 특허 등록 제 5,006,758호; 코겔샤츠 등, 미국 특허 등록 제 5,198,717호; 및 코겔샤츠, 미국 특허 등록 제 5,214,344호가 있다. 상기의 문헌들은 여기서 충분히 참고 자료로 인용된다.

유전 장벽 방전 디바이스는 두 개의 도전성 전극으로 구성되고, 상기 전극 중의 적어도 하나는 유전 막으로 싸여있고 방사체 성분-수용 갭(emitter moiety-containing gap)에 의해 서로 해리되어 있다. 방사체 성분은 가스의 형태이고, 정규 온도 및 다른 압력하에서, 상기 방사체 성분의 원자들은 그들간에 화학적 결합을 형성하지 않는다. 예를 들면, 보통의 온도 및 압력 하에서, 새로운 귀 가스(noble gases)는 일반적으로 원자간의 결합을 형성하지 않는다. 그러나, 고 에너지 상태 하에서는, 예를 들면, 플라즈마와 같은 상태에서는, 상기 방사체 성분은 전자를 상실하고, 그러므로 상기 성분은 원자간의 결합을 형성할 수 있으며, 따라서 "여기 방사체 성분"을 형성한다. 여기서 정의되는 바와 같은 "상기 여기 방사체 성분"은 적어도 두개의 방사체 성분으로 구성되고, 이들이 방사기 작동상태하에서, 서로 결합된 것이다. 이 결합은 고 에너지를 내포하고, 불안정하고, 상기 결합의 붕괴시에는, 상기 여기 방사체 성분의 특징적 파장들을 갖는 전자기적 방사선이 방사된다.

상기 여기 방사체 성분을 형성하는 상기 고에너지 플라즈마는 유전 방전에 의해 생성되고, 상기 유전 방전은 전극들간에서 전기장이 생성된 때 생성되고, 상기 전극들은 상기 전극들간에 흐르는 전류에 대해 높은 내성을 갖는 전극들이다. 전극들은 유전 물질로 덮여있고, 높은 커패시턴스를 지니고, 상기 유전 물질은 상기 전극들간의 전류의 흐름에 대해 높은 내성을 제공한다. 따라서, 상기 유전 장벽을 극복하기 위해 고전압이 요구되고, 상기 전압이 충분히 높을 때에, 상기 장벽은 극복되어, 상기 전극들간의 상기 가스에서 플라즈마가 생성된다. 보다 높은 전압이 유전 장벽 전극들간에 플라즈마 형성을 개시하기 위해 요구되기 때문에, 상기 가스를 통하는 결과로 생기는 전류는 상기 유전 층이 없는 전극들간에 흐르는 전류보다 실질적으로 더 높아서, 더 많은 전력이 상기 가스에 전달된다.

C.종래 기술의 문제점들

상기 종래 기술 디바이스는 여러 문제점을 가지고 있기 때문에 반도체 제조의 정확성을 요구하는 사용에는 적합하지 않다. 상기 문제점들은 상기 디바이스간의 불균등한 온도 분포와, 상기 처리되는 상기 표면간의 불균등한 방사선 분포 및 짧은 사용 수명이 있다.

1.불균등한 플라즈마의 생성

상기 제 1 문제는 전극들간에서 생성되는 각 플라즈마 마이크로필라멘트의 경우, 상기 유전 장벽은 상기 전극의 표면을 따라 단 몇개의 부분에서만 극복된다는 것이다. 플라즈마 마이크로필라멘트 형성의 부분이 일단 설정되면, 그 부분에서의 유전 물질은 품질이 저하될 수 있고, 그럼으로써 전류에 대한 내성을 감소시킨다. 상기 내성이 감소됨에 따라서, 상기 부분은 후속되는 방전의 초점이 된다. 반복되는 방전은 상기 유전 품질 저하를 한층 악화시키고 상기 유전 물질내의 온도가 국부적으로 높아진다. 그럼으로써 상기 유전 물질의 특성은 더욱 더 저하된다. 상기 유전 물질이 저하됨으로써, 상기 유전 물질은 전하를 저장하는 능력을 상실하고, 유전 방전의 상기 문턱 전압(threshold voltage)은 감소되어서, 전력의 손실과 상기 플라즈마계의 약화를 유발한다. 상기 엑시머 디바이스의 상기 전력 출력이 상기 전기 방전의 상기 전력과 관련 있기 때문에, 전력의 손실은 상기 디바이스로부터의 방사선 출력의 감소를 유발한다. 따라서, 상기 엑시머 디바이스의 사용 수명이 제한된다.

2.온도 정규화

또 다른 문제는 사용 동안에, 상기 전극과 방사체 가스가 과열될 수 있다는 것이다. 상기 전극들의 과열은 상기 방전된 방사선의 파장을 변경시키고, 상기 전기 유전 물질의 품질 저하를 유발하고, 상기 램프의 사용 수명을 감소시킨다. 상기 과열의 정확한 메커니즘이 알려져 있지 않지만, 플라즈마 마이크로필라멘트가 상기 종래 디바이스의 상기 방전 공간에서는 균등하게 분포되지 않는 것으로 알려져 있다. 상기 플라즈마의 불균등한 분포는 상기 디바이스 다른 부분의 가스 온도 변동을 유발한다.

상기 방전 튜브내의 온도 차이의 결과로, 상기 램프에 의해 생성되는 상기 방전된 방사선의 상기 파장의 차이가 생긴다. 따라서 결과는 더 넓은 스펙트럼의 방전된 방사선을 유발하고, 상기 방사선은 반도체 공정에서 바람직하지 않은 결과를 가져올 수 있다. 막의 증착을 위한 전구 물질과 작용할 때, 특수한 형태의 화학 결합을 해리하는데 요구되는 상기 에너지는 폭이 좁다. 상기 전구체 분자의 조절된 과정에서 상기 원하는 결합을 해리하기위해 사용되는 상기 방사선의 상기 전력의 정확한 조절이 요구된다.

그러나, 방사선의 상기 스펙트럼을 확대시키는 것은 상기 반도체 물질내의 결합을 붕괴시킬 수 있으며, 상기 결합은 붕괴되지 않아야 하는 것이고, 상기 결합의 붕괴는 전구체 분자의 이질적 혼합물을 발생시키고, 상기 전구체 분자 중의 일부는 바람직하지 않고 상기 증착될 막을 사실적으로 오염시킨다. 또한, 표면을 확대된 스펙트럼의 방사선에 노출시키는 것은 상기 반도체 표면의 품질 저하 또는 바람직하지 않는 종류의 라디칼의 형성을 유발할 수 있다. 예를 들면, Xe의 경우에, 상기 엑시머 가스의 온도가 약 300℃를 초과한 때는, 크세논 원자간의 원자간 결합은 형성되지 않는다. 따라서, 원자간 결합이 붕괴되지 않으면, 상기 디바이스에 의해 방사되는 엑시머 방사선도 없다.

따라서, 종래 기술상의 중요한 문제는 상기 디바이스내의 부분적인 온도 차이를 극복하는 방법과, UV 또는 VUV 방사선을 충분히 생성할 만큼 상기 방사체를 냉각시키는 방법에 있다. 종래의 디바이스는 물을 사용하여 상기 디바이스를 냉각시켜서 보다 균등한 온도를 제공한다. 그러나, 물은 굉장히 높은 유전 상수(K=81)를 가지기 때문에, 물은 쉽게 전기장을 형성하고, 그러므로 전기 에너지가 상기 엑시머 가스로부터 멀리 떨어져서 흐를 수 있는 통로를 제공하게 된다. 전기적 접지로의 상기 전류의 누설은 상기 가스가 램프 작동을 개시시키고 유지할 수 있는 필요한 전력을 생성시키기위해 상기 AC 전원으로부터 훨씬 더 높은 전력 출력을 요구한다.

3.불균등한 방사선의 분포

반도체 디바이스의 제조상에서의 다른 문제는 반도체 웨이퍼의 표면상에 상기 방사선을 균등하게 분포시키는 것이다. 종래의 여러 디바이스는 튜브로 구성되고, 상기 튜브의 중앙 전극은 외부 전극에 의해 둘러싸여져 있다. 상기 디바이스의 예는 코겔샤츠(Kogelschatz), 미국 특허 등록 제 5,013,959호, 코겔샤츠, 미국 특허 등록 제 5,386,170호, 코겔샤츠 등, 미국 특허 등록 제 5,198,717호에서 발견된다. 상기 특허의 각각은 여기서 참고자료로서 인용된다. 상기 디바이스의 상기 방전 튜브는 모든 방향으로 방사선을 방사형으로 방사하기 때문에, 상기 튜브는 특정의 원하는 방향으로의 균등한 방사선의 방사를 제공하지 못한다. 이는 상기 방사선이 상기 디바이스의 구성 엘리먼트를, 예를 들면, 수정 튜브와, 전극을 통과함에 의해서 또한 상기 방사체 가스를 통과함에 의해서 상기 방사선의 강도가 변경되기 때문이다. 따라서 상기 웨이퍼에 미치지 않는 전자기적 전력은 낭비된다. 또한, 상기 전극에 의해 둘러싸여진 중앙 전극을 구비한 원통형의 방사체의 형태는 불균등한 방사선을 본래 생성한다. 불균등한 방사선의 분포는 상기 플랫 웨이퍼의 불균등한 노출을 유발함으로써, 상기 표면의 불균등한 처리를 발생시키고, 그러므로 반도체 웨이퍼의 상기 방사선으로의 노출의 정확성과 일관성을 감소시킨다.

불균등한 분포를 극복하고자하는 종래의 시도는 예를 들면, 겔러트 등, 미국 특허 등록 제 5,006,758호, 엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 4,983,881호; 엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 5,173,638호; 엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 4,945,290호에서의 디바이스를 포함한다. 상기 특허의 각각은 여기서 충분히 참고자료로서 인용된다. 상기 디바이스들은 유전 효율의 부분적 손실과 불균등한 플라즈마 생성의 동일한 문제를 안고 있다. 또한, 상기 종래 기술상의 디바이스의 대부분에는, 상기 전극을 냉각시키는 수단이 없고, 게다가 상기 유전 물질의 품질 저하와 상기 엑시머 가스의 가열은 비효율과 디바이스의 사용 수명을 단축시킨다.

4. 방사기의 오염

종래 기술상의 또 다른 문제는 사용 중에 엑시머 램프가 상기 엑시머 가스내 및 상기 유전 물질로부터의 부산물인 불순물로 오염되는 것이다. 상기 오염물질은 상기 램프의 창에 증착됨으로써, 상기 UV 또는 VUV 방사선에 대한 투과성을 감소시킨다. 상기 오염물질은 상기 디바이스의 사용 수명을 감소시킨다.

따라서, 사용 중에 냉각을 유지하고, 긴 사용 수명을 가지고, 원하는 파장의 범위내의 스펙트럼을 좁게 유지하고, 상기 방전된 방사선의 강도를 균등하게 분포시키고, 제조상 편리하고 상대적으로 저렴한 것을 엑시머 디바이스를 설계하고 제조함에 있어서 기술상 어려운 문제이다.

[발명의간단한 설명]

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 방사된 방사선의 균등한 분포를 제공하고 반도체의 제조 및 제조 공정에 적합한 엑시머 램프의 설계에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용 수명이 긴 엑시머 램프를 설계하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 엑시머 램프의 소형화 설계에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 증가된 전력 출력의 상태에서 램프의 효율을 유지하는 엑시머 램프의 설계에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 작동 중에 쉽게 오염이 되지 않는 엑시머 램프의 설계에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 오염이 상기 방사선 강도 또는 파장에 영향을 미치지 않는 영역으로만 국한되는 엑시머 램프의 설계에 있다.

상기 문제를 겨냥하여, 본 발명은 평면내에 전극의 열을 구비하는 엑시머 램프를 제공하는 것이고, 상기 전극은 개별적으로 냉각되고, 각 전극의 길이에 따라 상기 플라즈마 방전을 분포시키는 수단을 구비한다.

따라서, 본 발명의 하나의 특징은 유전 물질에 의해 둘러싸인 도전 전극에 대한 설계를 포함하는 것이고, 상기 유전 물질내에 홈을 구비함으로써 상기 전극의 길이를 따라 상기 플라즈마 생성 영역을 분포시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 유전층내에 배치된 전극의 열을 포함하는 것이고, 상기 유전 물질내에 함몰부분을 구비함으로써 상기 유전층상의 상기 플라즈마 생성 영역을 분포시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 전극의 열과 방사기를 구비하는 것으로, 상기 전극의 열과 방사기를 소형화하여 효율을 증가시키고, 전력 소모를 감소시키고, 방전된 방사선의 균등한 분포를 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 방전 튜브간에 전극을 구비한 상기 방전 튜브의 열을 포함함으로써, 상기 방사선이 상기 튜브의 벽을 통하여 쉽게 투과되게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 엑시머 가스가 상기 방사기내에 있을 동안에 상기 엑시머 가스를 오염시키지 않는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 방사선 투과를 위한 얇은 창을 구비함으로써 고압력 구배를 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 유지하게 하는 것이다.

도 1a는 전극의 열의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 전극은 냉각 블록과 투과창과 접촉한다. 전극은 단면으로 도시된다.

도 1b는 도 1a의 전극의 평면도를 도시한 것으로, 상기 전극은 상기 전극의 길이를 따라 플라즈마 방전을 분포시키는 홈을 구비한다.

도 1c는 도 1b에 도시된 전극의 측면도를 도시한 것으로, 상기 측면도는 상기 유전층의 홈의 방향을 보여준다.

도 1d는 도 1b의 홈의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 홈은 구부러진 형상을 지니고 있다.

도 1e는 도 1b의 전극의 단면도를 도시한 것으로, 상기 단면도는 홈의 방향과 상기 전극에 상대적인 크기를 도시한다.

도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 전극에 평행하게 방사체 가스의 흐름이 있고, 상기 가스를 오염제거하는 게터(getter)장치가 사용된다.

도 3a는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 전극은 냉각 블록과 액체 매체에 의해 냉각된다. 전극은 단면으로 도시된다.

도 3b는 도 3a의 전극의 측면도를 도시한 것으로, 상기 측면도는 플라즈마를 분산시키는 홈과 방사체 가스가 흐르는 채널 및 냉각 수단을 도시한다.

도 3c는 도 3b의 상기 전극 몸체의 측면도를 도시한 것으로, 상기 측면도는 가스 채널과 홈의 방향을 도시한다.

도 4는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 전극은 냉각 블록과 접촉되고, 상기 냉각 블록은 상기 블록내에 순환하는 냉각 유체에 의해 냉각된다.

도 5a는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 가스 방전 튜브의 열에는 전극이 산재되어 있다.

도 5b는 냉각 블록과, 전극과 도 5a의 가스 방전 튜브를 구비하는 배치의 상세도를 도시한다.

도 5c는 도 5a의 판 전극의 일실시예의 구성을 도시한다.

도 5d는 본 발명의 일실시예를 도시하는 것으로, 상기 방전 공간이 투과창에 의해 한정되어 있다.

도 6a는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 전극이 전극 냉각 공간내의 선 또는 나선형 선이다.

도 6b는 도 6a에 도시된 전극의 구성의 상세도를 도시한 것으로, 상기 전극은 나선형 도전 요소를 구비한다.

도 6c는 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 전극의 냉각이 상기 내부 전극의 냉각 공간에 의해 주로 이루어진다.

도 7a는 본 발명의 일시시예를 도시한 것으로, 상기 방전 공간은 반원형 엘리먼트와 투과창에 의해 한정되고, 각 전극 주위를 순환하는 냉각 유체를 구비한다.

도 7b는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 상기 전극은 냉각 유체와 직접적으로 접촉하고, 유전 물질내에 매립되고 상기 방전 공간의 평면 외부에 있고 창의 구성이 상세하게 도시된다.

도 7c는 일실시예를 도시한 것으로, 얇은 전극은 유전 물질내에 매립되어 있고 상기 방전 공간의 외부에 있다.

도 7d는 도 7b 또는 7c의 일실시예를 나타내는 평면도를 도시한 것으로, 구형의 스페이서(spacer)와 하층 전극간의 관계를 도시한다.

도 8은 방사선 방출의 원형 영역을 제공하도록 된 전극의 열을 도시한다.

상기 도면은 본 발명의 상세한 설명에서 상세히 설명된다.

본 발명은 반도체 기판을 상기 자외선(UV) 및 진공 자외선(VUV) 파장인 전자기적 방사선으로 처리하는 디바이스를 포함한다. 상기 처리는 반도체 디바이스층, 예를 들면, 금속선이나 유전층의 증착 전이나 증착 후에 이루어질 수 있다.

I.유전 장벽 방전 램프

유전 장벽 방전 램프(무음 방전 램프로도 알려진)는 새로운 전극 설계와, 새로운 방전 튜브와, 새로운 전극 배치와 새로운 냉각 수단을 포함하고, 본 발명 디바이스의 기초를 형성한다. 상기 디바이스는 형광 방사 메카니즘에 의해서 또한 엑시머 방법들에 의해 방사선을 생성하고, 상기 방전 튜브내에 존재하는 성분의 형태에 의존한다. 상기 방사체 가스의 종류에 따라, 상기 방사된 방사선의 파장이 상기 자외선 또는 진공 자외선 범위에 존재하게 된다. VUV 및 UV 방사선은 귀가스 및 다른 원자 성분으로부터 생성될 수 있다(표 1 참조).

[표 1]
선택된 전자기적 방사선 방사체의 방사 파장

엘리아손 등, 미국 특허 등록 제 4,983,881호 및 코겔샤츠, 미국 특허 등록 제 5,432,398호로부터의 데이터가, 여기서 참고자료로서 충분하게 인용된다.

상기 파장의 범위는 막증착에 대한 상기 전구체의 상기 화학적 결합의 상기 에너지에 대응하는 상기 파장을 포함하고, 상기 전구체는 상기 증착된 막의 내부에 있거나, 상기 기판 표면 상에 바람직하지 않은 오염물질로서 존재할 수 있다. 반도체 제조 및 공정에서 대개 수반되는 상기 화학적 결합의 일부는 하기의 표2에서 주어지고 상기 UV 및 VUV 범위내의 에너지에 대응한다.

몇가지 이론에 따르면, 표면 변형은 바람직하지 않은 결합의 붕괴 및/또는 바람직한 표면 결합이나 표면 부분의 형성을 필요로 한다. 상기 결합은 특히, Si-OH, Si-C 및 Si-N을 포함한다. 일부 관련 결합의 상기 결합 에너지가 표2에 도시된다. 상기 에너지는 가시광선, 자외선(UV) 및 진공 자외선(VUV) 영역내에 있고, 따라서 상기 파장의 전자기적 방사선은 상기 결합과 상호작용을 한다. 따라서, 상기 표면을 UV 및 VUV 방사선에 노출시킴으로써, 상기 열산소나 다른 하층 물질, 가령 절연체, 금속 도체 나 장벽층의 결합 상태를 변형시키는 것이 가능하다.

[표 2]
선택된 결합의 결합 에너지

상기 데이터는 엘. 폴링이 발표한, 화학 결합의 성질과 분자 및 결정의 구조: 현대 구조 화학의 입문, 제 3판, 코넬 대학 출판사, 이싸카, 뉴욕, 1960 및; 아트킨스, 물리화학, 제 3판 옥스포드 대학 출판사(1988)로부터 발췌된 것으로서, 여기서 참고자료로서 충분히 인용된다.

표2에서 알 수 있듯이, 특정 결합은 전자기적 방사선을 흡수함으로써 붕괴된다. 본 발명의 상기 램프의 상기 전자기적 방사선은 상기 결합을 붕괴시킬 충분한 에너지를 구비함으로써, 상기 표면으로부터 상기 성분을 제거할 수 있다. {예를 들면, 칸 등, 일련 번호 08/986,916의 전자기적 방사선을 사용한 반도체의 표면 변형방법은 테트라에틸오르도실리케이트/오존막의 후속되는 증착에 대한 반도체 웨이퍼의 상기 표면 감도를 감소시키는 방법을 개시하고, 여기서 충분히 참고자료로서 인용된다.}

표1의 상기 파장들은 최대 전력을 나타내는 것들이지만, 상기 방사체 성분의 각각에 의해 생성되는 파장의 대역폭이 있다. 상기 대역폭은 약 1 내지 17nm 정도에서 변화된다.{뉴만 등, 어스트.제이. 물리학. 48;543-556(1995)는 여기서 충분히 참고자료로 인용된다. } 따라서, 상기 방사체는 반도체 기판의 표면을 전자기적 방사선의 스펙트럼에 노출시킴으로써, 해리될 화학 결합의 수와 형태를 증가시킬 수 있다.

A. 전극 설계

상기 디바이스에서의 불균등한 플라즈마 형성의 문제는 상기 유전-피복 전극의 상기 표면내에 새로운 둥근 형태의 홈이나 작게 패인 곳, 타원, 원통이나 다른 형태의 함몰부를 사용함으로써, 또한 상기 전극의 크기를 최소화함(예를 들면, 도 1a의 타원형 전극)으로써 최소화된다. 상기 전극은 약 20㎛ 내지 20㎜의 직경을, 바람직하게는 20㎛ 내지 10㎜의 직경을, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 내지 3㎜의 직경을 가진다. 상기 홈이나 함몰부는 상기 유전 물질의 상기 전극의 반지름의 약 1/4부터 1/2까지의 깊이로 식각되고, 상기 전극 열의 평면과는 수직한 방향이다(예를 들면, 도 3b 및 3c를 참고). 상기 함몰부는 플라즈마 마이크로필라멘트가 형성되는 부분이다. 플라즈마 마이크로필라멘트 형성의 상기 부분을 제공함으로써, 상기 플라즈마가 상기 방전 공간의 극히 일부분에서만 점진적으로 형성되는 경향이 줄어들고 있다. 따라서, 상기 전력은 방사기내에서 보다 균등하게 분포되고 상기 방사된 방사선은 보다 균일하게 될 것이다.

상기 함몰부는 인접한 전극간의 커패시턴스가 증가되는 영역을 제공한다. 상기 영역은 플라즈마 필라멘트가 형성되는 부분이 된다. 상기 함몰부는 임의의 편리한 갭으로, 예를 들면, 약 20㎛ 내지 10㎜ 정도로 상기 전극을 따라 배치되어, 보다 많은 함몰부나 홈이 플라즈마 형성의 보다 많은 부분을 제공한다. 따라서, 함몰부가, 예를 들면, 20㎛ 내지 5㎜ 정도와 같이 보다 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 함몰부의 배치는 상기 전극의 곡률의 반지름(r) 정도가 바람직하다. 따라서, 더 얇은 전극에서, 상기 함몰부는 더 넓은 전극에서의 갭보다 더 가깝게 배치된다.

또한, 더 깊은 함몰부는 더 얕은 함몰부보다 커패시턴스를 더욱 증가시킨다. 상기 함몰부나 홈은 플라즈마 방전을 개시시킬 정도로 깊어야 한다. 그러나, 더 깊은 함몰부는 더 얕은 함몰부보다 더 넓어야 한다. 상기 함몰부의 깊이는 상기 유전 물질의 직접적인 전기적 붕괴를 피할 수 있을 정도로 얕아야 한다. 상기 함몰부의 바람직한 깊이는 상기 전극의 상기 도전 요소를 덮고 있는 상기 유전 물질의 두께의 약 0.1 내지 0.9 배의 범위이다. 함몰부의 거리는 상기 함몰부의 크기의 비로서 정해지고, 상기 전극의 상기 표면에서 길이로 분할된 상기 함몰부의 가장 깊은 깊이에 의해 추정된다. 일반적으로, 상기 함몰부는 상기 마이크로-방전 채널(직경의 약 10㎛ 내지 100㎛ 이내)의 상기 단면 직경보다 크지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 더 얕은 함물부는 서로 더 가깝게 배치될 수 있다.

상기 함몰부의 정확한 형태와 크기는 변할 수 있지만, 상기 함몰부는 뾰족한 모서리나 가장자리가 없는 것이 바람직하고, 상기 뾰족한 모서리나 가장자리는 상기 전하를 집중시키고 바람직하지 않은 위치에서 플라즈마 형성을 개시시킨다(도 1c-1d). 함몰부의 형태는 상기 형태의 반지름은 약 0.1r 내지 0.3r의 범위가 바람직하고, 여기서 r은 상기 전극의 반지름이다.

다른 전극 설계에서, 상기 함몰부는 예를 들면, 유전 물질(도 7b및 7c)내에 매립된 전극을 포함하고, 상기 함몰부는 상기 상부 유전층내에 형성될 수 있다. 함몰부는 홈, 작게 패인 곳, 타원, 원통 형태의 구조가 바람직하다. 홈에 있어서, 상기 홈의 방향은 상기 전극에 수직이거나 상기 전극과 평행인 매트릭스 열일 수 있다. 작게 패인 곳인 경우에, 상기 위치는 상기 도전성 엘리먼트의 상부가 바람직하다. 그러나, 함몰부의 다른 방향도 구현될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위내이다.

B.전극 배치와 램프 설계

본 발명의 일실시예에서, 전극은 얇은 도전 요소로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 도전 요소로는 예를 들면, 유전 물질의 층으로 둘러싸인 탄탈륨 전선(tantalum wire)이 있고, 상기 유전 물질로는 수정이나 세라믹이 있다(도 1a). 상기 구성의 형태는 평행하게 배열될 수 있는 길고 얇은 전극을 제공함으로써, 종래에 사용되는 디바이스보다 더 얇은 평면 전극 열을 제공한다(도 2). 방사체 가스를 포함하는 방전 공간내에 위치되면, 상기 방전 공간의 용적은 상기 전극과 같이 좁아질 수 있다(도 1 참고). 전형적인 전극 직경(t)은 약 20㎛ 내지 20㎜의 범위내이고, 바람직하게는 약 100㎛ 내지 5㎜의 범위내이고, 더욱 바람직하게는 약 1㎜ 내지 3㎜의 범위내이다. 상기 전극 배치에 있어서, 상기 방사체 가스는 상기 전극간에 있고 창에 의해 한 표면이 한정되는 방전 공간내에 포함되고, 상기 창은 생성된 방사선의 파장이 비치는 것이다.

다른 실시예에 있어서, 상기 방전 튜브는 작고(직경이 약 100㎛ - 10㎛정도)상기 방전 튜브간의 전극과 평평한 열로 배치된다. 상기 방전 튜브의 단면 형태는 사각형(도 5a-5d, 도 6a 및 6c), 원형, 반원형(도 7a) 또는 다른 원하는 형태로 변할 수 있다. 상기 배치의 형태에 있어서, 상기 전극은 개별 유전 물질의 층내에 싸여질 필요가 없다. 상기 방전 튜브는 충분한 내성을 구비한 충분한 유전 물질이므로 상기 고전력 플라즈마가 상기 방전 튜브내에서 생성될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 전극은 상기 방전 공간의 한면에 의해 한정되는 표면을 구비한 유전 물질내에 매립된다(예를 들면, 도 7b 및 7c를 참고). 상기 유전 물질의 두께는 유전 붕괴 전압이 플라즈마 마이크로필라멘트 형성과 상기 방전 공간내의 상기 방사체 가스의 여기를 개시시킬 정도로 충분하게 제공할 수 있도록 선택된다.

상기 램프의 모든 형태는 상기 전극간의 상기 공간의 길이와 형태에 따라 변화될 수 있다. 원형, 사각형, 타원, 삼각형 또는 다른 원하는 형태의 램프가 열 형태의 상기 전극의 상대적 길이와 위치를 조절하도록 만들어 질 수 있다.

상기 전극은 대체 전자 전류의 소스에 연결되어 플라즈마를 생성한다. 상기 전기적 디바이스는 종래에도 알려진 것이므로 더 이상 설명을 하지 않는다. 플라즈마 방전을 개시하기에 필요한 전극간의 갭에 걸친 전압은 약 1㎸/㎝ 내지 50㎸/㎝의 범위내이고, 바람직하게는 약 10㎸/㎝ 내지 40㎸/㎝의 범위내이고, 직경 1.2㎜의 전극에 있어서는, 상기 갭간의 작동 전압은 약 10㎸이하일 것이다. 상기 전극의 소형화와 더욱 근접한 공간은 상기 필요한 전압을 5㎸이하로 감소시키고, 예를 들면, 특정 가스에 있어서는 300V정도로 낮출 수 있다.

상기 창 또는 방전 튜브는 상기 방사선이 방사될 수 있도록 투과성이어야 한다. UV 방사선에 있어서, 상기 창은 예를 들면, 수정으로 바람직하게는 단일 결정 수정 또는 세라믹으로 제조될 것이고, VUV 방사선에 있어서는, 상기 창은 예를 들면, LiF, MgF₂, CaF₂, 인조 수정 또는 사파이어로 제조될 것이다.

또한, 방전 공간의 압력은 VUV 디바이스에 있어서는 대기압이하가 일반적이다. 상기 VUV 방사선은 상기 가스에 의해 흡수됨으로써 상기 디바이스의 외부로 상기 VUV 방사선의 투과를 감소시키기 때문이다. 상기 방전 공간내의 압력은 상기 방전 공간의 외부의 압력이하일 수 있고, 그럼으로써 상기 창간에 다른 압력을 생성시키고, 상기 압력은 상기 창이 큰 압력을 받기 쉽다. 감소된 용적과 감소된 압력의 결합은 상기 디바이스의 창이 방전 공간과 방사선이 사용되는 노출실의 내부간의 압력의 차이를 인식할 정도로 강할 것을 요구한다. 따라서, 본 발명은 상기 디바이스간의 상대적으로 큰 압력차의 면에서 상기 창이 원상태를 유지하도록 하는 수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 창의 반대쪽 방전 공간의 측면들은 예를 들면, MgF₂와 같은 적당한 반사 물질로서 피복될 수 있다.

또한, 상기 방전 튜브의 새로운 형태가 예를 들면, 원통형이나 사각형 단면 부로서 사용됨으로써 개별 창의 필요성을 제거할 수 있다. 방전 튜브간에 전극을 배치시킴으로써, 상기 튜브내에서 생성되는 방사선은 상기 튜브에서 나오고 상기 표면이 처리되도록 노출시킨다. 더 넓은 방전 공간을 요구하는 디바이스에 있어서는, 창들이 상기 전극 또는 세라믹에 의해 지지될 수 있다.

C.램프 오염의 최소화

밀봉 램프는 상기 가스로부터 또는 상기 창물질로부터의 오염원에 의해 오염된다. 상기 오염은 상기 창 또는 방전 튜브를 통한 방사선의 투과를 감소시킨다. 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 상기 램프는 유통 시스템을 사용함으로써 상기 방전 공간 및 튜브내의 상기 방사체 가스를 계속적으로 교환한다. 가스의 상기 흐름이 상기 플라즈마의 방향과 평행하지 않으면 플라즈마는 불안정하다고 알려져 있다. 불안정한 플라즈마는 불균등한 방전 강도를 생성시킨다. 따라서, 유통시스템을 사용하는 본 발명의 어떤 실시예에서는, 상기 방사체 가스의 흐름이 상기 전극과 수직인 방향으로 이루어짐으로써 상기 가스 흐름이 상기 플라즈마 마이크로필라멘트의 방향과 평행한 것으로 보장한다. 상기 플라즈마 마이크로필라멘트와 평행한 방향의 가스 흐름은 상기 방출된 방사선의 강도가 균등한 것을 보장함으로써 상기 표면 처리의 보다 정확한 정규화를 성취한다. 방사체 가스의 유통 시스템을 포함하는 다른 실시예에서, 상기 가스의 흐름은 상기 전극과 평행하고, 따라서 상기 플라즈마 마이크로필라멘트에 수직하고, 가스 흐름의 방향과 플라즈마 방향에 관련된 상기 플라즈마의 불안정성은 낮은 가스 흐름 속도를 사용함으로써 최소화될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 방사체 가스는 상기 램프내에서 게터를 사용함으로써 오염되지 않을 수 있다. 게터는 이온 또는 라디칼 성분을 포획함으로써 상기 흐름의 방사체 가스를 오염시키지 않는다. 상기 게터는 전극의 열 주변에 위치되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된다.

오염의 문제는 상기 램프로부터 외부 필터로의 상기 방사체 가스를 배기시킴으로써 해결될 수 있고, 상기 가스는 오염되지 않고 따라서 재 사용될 수 있다. 또한, 새롭고, 사용되지 않은 가스는 상기 램프로 도입될 수 있다.

D. 냉각

유전 방전 램프의 상기 고 전력 필요성 때문에, 상기 디바이스의 온도를 주의 깊게 정규화시킬 수 있는 것이 중요하다. 상기 정규화는 상기 램프를 소형화하여 전력을 감소시킴에 의해서 그리고 상기 램프에 새로운 냉각 수단을 구비시킴으로써 수행될 수 있다.

소형화는 열 도전 요소를 통해 열을 더 짧은 거리에 걸쳐 투과함으로써 균등한 온도 분포를 향상시킨다. 또한, 소형화는 상기 디바이스에 보다 효율적인 전력 사용을 가능하게 함으로써, 상기 디바이스내에 분산된 총 전력을 감소시킨다. 따라서, 더 적은 열이 생성되고, 또한 새로운 냉각 수단의 사용으로, 상기 소형화는 본 발명의 상기 램프의 작동을 더 낮은 온도에서 가능하게 한다.

또한, 상기 전극은 열 도전 물질, 예를 들면, 산화 베릴륨, 질화 알루미늄 또는 케라포일^TM, MHNW 인터네셔널 코오퍼레이션(마와, 엔.제이)의 세라믹 열-도전 필름의 상표와 같은 열 도전 물질상에 설치된다. 종래에 알려진 다른 적절한 열 도전 물질은 본 발명에서도 역시 사용될 수 있다. 적절한 세라믹 물질은 빠르게 열을 처리하고, 그럼으로써 상기 전극에 의해 생성되는 과도한 열을 발산한다. 상기 작용이 효과적으로 이루어지기 위해, 상기 전극은 상기 열 도전 세라믹 물질에 근접하여야 한다. 또한, 전극과, 유전 물질 및 상기 세라믹 지지물은 우선적으로 유사한 열 도전성과 열 팽창 계수를 가진다. 탄탈 전선과 수정은 유사한 열 팽창 계수를 지님으로써, 전극 구성에 있어서 바람직한 물질 중에 하나이다. 사용 중에 상기 전극과 지지물 엘리먼트가 서로 근접하게 됨으로써, 전극 온도의 증가는 전극과 상기 냉각 블록간에 갭을 생성하는 팽창의 차이를 통해 열 손실을 감소시키지는 않는다.

상기 도전 냉각 수단에 추가하여, 본 발명은 상기 역 펠티어 효과를 사용하는 디바이스를 구비함으로써 상기 열 도전 물질로부터의 과도한 열을 제거한다. 상기 역 펠티어 효과(reverse Peltier effect)를 사용하는 디바이스는 종래에도 알려진 것이고 상업적으로 이용 가능하다. 예를 들면, 테크니쿨^TM이, 멜코(트렌톤, 엔. 제이.)의 고체 상태 열전기 냉각 디바이스의 상표가 적절하다.

또한, 방사기는 액체 냉각 수단을 구비함으로써 과도한 열을 제거한다. 도 3-7에 도시된다. 상기 수단은 상기 냉각 블록내에 구멍과 펌프를 형성하여 냉각수를 방사기에 순화시킴으로써 과도한 열을 제거한다. 특정 용도에서는, 상기 냉각 액체는 물일 수 있고, 상기 전극으로부터 상기 냉각 수단의 전기적 분리를 필요로 하는 다른 용도에서는, 낮은 유전 상수를 지닌 액체가 사용될 수 있다. 상기 액체로는 글리콜 또는 글리콜을 기반으로 하는 할론^TM 이 있다.

냉각의 정도는 상기 방사기의 전력 소모와 출력에 의존할 것이다. 상기 방사기의 상기 전력 출력의 증가는 보다 효율적인 냉각을 요구하여 상기 방사기 온도를 원하는 작동 범위내에 유지시킬 수 있다. 상기 엑시머 성분의 상기 온도가 충분히 낮아야만 방사기 작동 중에 원자간 결합이 가능하다. 예를 들면, Xe가 엑시머 성분으로 사용될 때, 최대 작동 온도는 약 300℃이하이어야 한다.

본 발명의 다른 모든 특징은 방사선 강도의 분포를 주의깊게 제어하는 것과, 상기 램프에 있어 상기 전력 요구치를 감소시키고, 그럼으로써 상기 방사선에 반도체 물질을 더 정확하게 노출시키는 것을 가능하게 하는 것이다. 상기 개량은 반도체 물질의 제조 및 공정 상에서 유용하다.

II. UV 및 VUV 램프의 사용

A. 반도체 기판의 전처리

UV 및 VUV 방사선을 사용한 반도체 기판의 전처리는 상기 반도체 물질상의 오염물질을 감소시킴으로써, 반도체 물질의 후속되는 층이 증착되는 보다 이상적인 표면을 제공한다. 예를 들면, 만약, 상기 반도체 표면이 거칠다면, 후속되는 반도체 물질의 층은 상기 표면 위에 균등하게 증착되지 않을 것이고, 막 두께나 유전 상수의 편차를 유발할 수 있다. 상기 막 증착의 편차는 상기 매립 기판에 의존하고 이를 표면 감도라 한다. 막 증착내의 표면 거칠기 또는 공극은 유기 물질, 물 또는 다른 원하지 않은 물질에 의한 오염물질의 존재로부터 발생될 수 있다. UV 및 VUV 방사선에 의한 처리는 상기 현상에 원인이 되는 오염물질을 제거함으로써 표면 감도를 낮출 수 있다.

예를 들면, 열 산화 반도체 표면은 일부 탄화수소 또는 다른 유기 오염원과 함께 상기 표면상에 Si-O-Si와, Si-H 및 Si-OH 결합을 구비할 것이다. 한 이론에 의하면, 상기 형태의 결합의 존재는 상기 최종 증착 막의 균등성을 감소시킴으로써 상기 반도체 표면이 거친 표면을 가지게 한다. 상기 이론에 의하면, 상기 결합은 상기 표면상의 오염 물질이 상기 SiO₂ 필름내의 실리콘이나 산소와 결합하는 경우에 형성될 수 있다.

다른 이론은 상기 기판 표면 상에 존재하는 유지 오염물질에 관한 것이다. 유기 오염 물질의 전형적인 소스는 깨끗한 실내공기와 포토리소그래피 공정으로부터의 포토레지스트 잉여물이다. 발견되는 유기 성분에는 실리콘 카바이드와, 아미드와, 실리콘과, 유기인 화합물과, C₆ - C₂₈ 지방족 또는 방향족 탄화수소와, 프탈렌과, 알콜(예를 들면, 이소프로필 알콜)과, N-메틸 피로리돈과 크레졸 및 아민이 있다. 카멘진드 등, 발라즈 뉴스, 번호 20: 1-3(1997년 10월); 카멘진드 등, 마이크로 pp: 71-76(1995년 10월)은 충분한 참고자료로 여기에 인용된다.

이러한 이론들은 설명의 목적만을 위해 포함되어 있고, 본 발명은 본 발명의 작동성에 있어서 이들 특정 이론에 의존하지 않는다. UV 및 VUV 방사선에 의한 반도체 표면의 변형을 일으키는 상기 분자 소스 또는 메카니즘과는 관계없이, 본 발명은 반도체 표면 공정에 대한 향상된 엑시머 디바이스를 개시한다.

Ⅲ. 유전막들의 증착과 기판 물질들의 막내(In-Film) 처리

반도체 기판의 선처리에 부가적으로, UV 및 VUV 방사는 반도체 제조상에 관계되는 화학적 반응을 초기화 하는데 유용하다. 예를들어, 이(Lee) 등의 미국 특허 제 08/958,057호는 여기서 전체적으로 참조로써 인용되고, 전구체 분자들내의 결합을 선택적으로 붕괴시키기 위해 VUV 및 UV 방사선을 사용하고, 이를 통해 중합화할 수 있는 반응적인 중간물들을 생성함으로써, 반도체 기판상에 열적, 기계적 안정성이 개선된 저유전 막들을 형성할 수 있는 것으로 개시한다.

게다가, 전자기 방사선을 이용하는 증착된 반도체 막들의 처리 또한 상기 막 자신내부의 특정 결합을 끊기 위해 사용될 수 있고, 그로 인하여 상기 물질내에서 가교결합 또는 다른 원하는 화학적 반응들을 촉진한다. 이러한 화학적 반응들은 상기 물질의 열적, 기계적 안정성을 개선하며, 또한 결과적으로 상기 물질의 유전 특성들이 변경될 수 있다.

예제들

다음의 예제들은 본 발명의 몇가지 특징들을 예시한다. 다른 예들도 가능하며, 이들은 모두 본 발명의 일부로 여겨진다.

예제 1

예제 1은 본 발명에 따르는 디바이스(100)의 개략도(도 1a)를 보인다. 디바이스(100)는 열 도전성이 있는 세라믹 물질(104)의 평면층과, 예를들어 수정등과 같은 적절한 물질로 제조된 유전 물질(108)로 둘러싸여있는, 예를들자면 탄탈륨과 같은 임의의 적절한 물질로 이루어진 중앙 도전성(central conductive) 엘리먼트(112)로 이루어진 다수의 전극들(106)을 포함한다. 상기 도전성 엘리먼트(112)와 상기 유전 물질(108)은 열 확산에 대한 호환성 있는 계수들을 가지도록 선택되며, 그로인해 그 사용 중에, 상기 전극들(106)이 데워짐으로써 상기 전극에서는 갭이나 과도한 스트레스가 생성되지 않는다. 이는 상기 전극들의 가용 수명을 증가시킨다. 탄탈륨과 수정은 유사한 열 확산 계수를 가지므로 바람직하다. 그러나, 높은 열 도전성과 유사한 열 확산 계수를 가지는 다른 도전성 엘리먼트들과 유전성 물질들의 쌍도 적절하다. 열 도전성이 있는 세라믹(104)은 다른 임의의 적절한 물질일 수 있으며 베릴륨 옥사이드와 알루미늄 니트라이드를 포함하는 물질들이 바람직하다.

상기 전극들(106)은 도전성 엘리먼트들(112)과 상기 도전성 엘리먼트(112)보다 약간 작은 지름의 중심 구멍을 가지는 유전 튜브(108)로부터 제조될 수 있다. 충분한 열을 가하면, 상기 유전 튜브(108)는 늘어나고, 상기 중심 구멍의 지름은 상기 도전성 엘리먼트(112)를 수용할 수 있을 만큼 늘어난다. 상기 도전성 엘리먼트(112)를 삽입한 후, 상기 전극은 냉각되고, 상기 유전체는 상기 도전성 엘리먼트(112)와 완전한 밀착을 이루도록 수축한다. 상기 전극이 약해지거나 상기 물질(108)의 유전적 특성을 감소시킬 수 있는 부서짐을 유발할 수 있는 스트레스를 방지하기위해 세심한 주의가 필요하다.

상기 전극(106)은 그 외부 지름이 약 20㎛에서 약 20㎜사이에 있어야만 하고, 약 100㎛에서 약 5㎜가 바람직하며, 좀더 바람직하게는 약 1㎜에서 3㎜정도에 있어야 한다. 상기 전극들(106)은 상기 세라믹 또는 수정 물질(104)에 어떠한 적절한 열적으로 도전성을 가지는 방법으로 접합되고, 그로인해 상기 전극들에서 생성되는 열을 상기 물질(104)로 쉽게 발산할 수 있으며, 그에따라 상기 디바이스로부터 열이 발산될 수 있다. 이러한 접합 방법은 예를들어 유리용융(glass frits), 스티칭(stitching), 세라믹 접착 또는 열 압착 방법들이 당업계에 알려져 있다.

상기 전극들(106)은 근접하면서 고르게 위치되고, 그로인해 약 100㎛에서 약 1㎜ 폭을 가지도록 정의된 다수의 방전 공간들은 어떠한 적절한 가스 혹은 가스들의 혼합물을 포함한다. 상기 가스들은 방사 가스들일 수 있고, 또는 방사 가스들과 니크로겐과 같은 운반 가스들과의 혼합일 수 있다. 상기 가스들은 방출되는 방사선에서 원하는 파장을 과도하게 흡수하지 않도록 선택되어야 한다는 것은 중요하다. 그러나, 방사의 원하지 않는 파장을 선택적으로 흡수하는 특정 가스는 엑시머 램프 출력의 선택도를 증가시킬 수 있다. 가스들과 그들의 흡수 스팩트라(spectra)는 당업계에서 잘 알려져 있다.

상기 방전 공간들(116)내의 가스 압력은 대기압 보다 낮을수도, 대기압과 같을 수도, 또는 대기 압보다 클 수도 있다. 더 많은 방사 가스를 제공함으로써, 상기 방사선의 강도는 증가될 수 있다. 그러나, 가스를 통한 상기 VUV 경로 길이는 증가된 가스 압력에 의해 고압에서 존재하는 농후(denser) 가스에 의해 증가된 흡수 때문에 감소된다. 그러므로, 바람직한 압력은 약 10 milliTorr 에서 약 100 Torr의 범위이고, 더욱 바람직한 경우는 약 10 milliTorr이며, 상기 압력에서 VUV 방사선의 경로 길이는 약 1㎝이다.

상기 전극들(106)은 상기 설명한 바와 유사한 방법으로 창(124)에 접합된다. 상기 전극들(106)과 창(124) 사이의 접합부는 생성된 열을 발산할 수 있으며, 상기 도전성 세라믹(104) 역시 상기 목적을 위해 보조한다. 상기 창(124)은 원하는 방사선의 파장을 투과 시킬 수 있는 물질이라면 어떠한 것으로도 만들어 질 수 있다. 일반적으로, 창을 통해 투과되는 방사선의 강도는 다음과 같은 관계식으로 표현될 수 있다.

I=I^oe^-αx

여기서 I는 상기 빛이 상기 창을 통과한 후 측정되는 방사선 강도이고, I^o는 상기 창을 통과하기 전의 초기 방사선 강도, e는 네피아 대수(Napierian logarithms)의 기수, α는 상기 창의 투과계수이며, x는 상기 창의 두께이다. 일반적으로, 만일 상기 비율 I/I^o 가 약 80% 에서 약 90%이라면, 방사선 방사의 효율은 최대이므로 바람직하다.

예를 들어서, UV 파장에 대해서는 수정 결정이 적당하고, 단결정으로 만들어지는 것이 바람직하다. VUV와 같이 비교적 짧은 파장들의 경우에 고순도 수정 결정들, LiF, MgF₂, 또는 CaF₂가 사용되며, 이러한 물질들의 단결정을 이용하는 것이 바람직하다. LiF가 바람직한 경우, 이 물질은 약 110㎚정도인 짧은 파장을 약 80%에서 90% 정도 투과시킨다. 파장이 약 120㎚보다 짧지 않은 경우에는 MgF₂ 또한 사용하기 적당하며, MgF₂는 약 120㎚ 보다 긴 파장을 약 80%에서 약 90% 투과시킨다. 더 긴 파장일 경우, 용해(fused) 수정 또는 사파이어 결정이 적당하다. 창(124)은 상기 방전 공간(116)과 상기 방사 디바이스 외부와의 압력 차이를 견딜 수 있는 충분한 강도를 가지면서 가능한한 얇아야만 한다.

상기 방전 공간(116)과 상기 전극들(106)의 두께(t)는 약 20㎛에서 약 10㎜여야만 하고, 약 100㎛에서 약 5㎜인 것이 바람직하며, 약 1㎜에서 약 3㎜인 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 상기 전극들과 방전 공간의 용적은 방사선의 방사를 최적화하도록 선택될 수 있다. 더 많은 가스 분자들은 더 큰 지름을 가진 전극들(106)을 이용함으로써 주어진 가스 압력에서 더 많은 방사선을 방사할 수 있다. 대안적으로,높은 가스 압력에서, 상기 t 치수가 좀더 얇은 방전 공간(116)을 이용하면 동일한 양의 방사선이 생성될 수 있다.

교류 전기 전력이 상기 쌍으로 된 상기 전극들에 인가되고, 인접하는 전극들중 하나에 AC 전원의 한 극이 연결되고, 다른 쪽은 상기 다른 극에 노출된다. 교류 전류 주파수들은 약 5Hz에서 약 1000kHz까지 변화할 수 있고, 약 10kHz에서 약 200kHz 사이인 것이 바람직하며, 약 20kHz 인 것이 더욱 바람직하다. 상기 전극들을 지나는 전압은 약 300V에서 약 20kV의 범위일 수 있고, 약 3kV에서 약 8kV 사이의 전압이 바람직하며, 그리고 더욱 바람직한 전압은 약 5kV이다. 이러한 낮은 전압들은 상기 전극들의 거리가 낮게 유지되고, 상기 방전 공간의 가스 압력이 약 10milliTorr의 범위일 경우 가능하다.

상기 전압과 노출 시간들은 원하는 효과를 제공하기위해 선택된다. 도핑되지 않은 실리케이트 글라스(USG)의 증착에 대해 그 표면 민감도를 최소화 하기위해서, 상기 엑시머 램프의 출력 전력은 약 15mW/㎠ 에서 100W/㎠의 범위이다. 바람직하게, 상기 출력 전력은 약 15mW/㎠에서 약 50W/㎠내의 범위이고, 더욱 바람직하게는 약 1W/㎠이다.

노출 시간은 상기 생성기의 출력 전력에 반비례하여 변동할 수 있다. 그러나, 이러한 노출 지침(guideline)들은 상기 기판의 기존 상태에 따라 변동 될 수 있다. 어떠한 표면에 대해서는 낮은 전력과/또는 짧은 압력 지속이 필수적이다.

상기 엑시머 디바이스내의 플라즈마 마이크로필라멘트들의 생성 위치들을 분배하기 위해서, 상기 전극들(106)은 상기 유전체(108)에 홈들(118)(도 1b에서 도 1e)을 가지도록 만들어진다. 상기 홈들(118)은 그 단면을 보면 삼각형이 되거나(도 1b), 안쪽이 둥글게 되도록(도 1d) 형성될 수 있다. 상기 홈들은 경계나 모서리가 날카롭지 않은 것이 바람직하다. 일반적으로, 상기 홈들(118)의 축들은 상기 도전성 엘리먼트(112)(도 1c)의 축과 수직이다. 상기 홈들은 또한 상기 전극 배열의 축에 수직인 축으로 배열된다. 그래서, 상기 홈들은 근접 전극들을 향해있는내부 표면을 가지게된다. 일반적으로, 상기 홈들은 상기 홈들의 끝과 상기 도전성 엘리먼트(112)의 중심간의 각도가 약 90°로 접하도록 충분한 깊이를 가진다. 그러나, 상기 홈의 깊이와 길이는 본 발명에서 벗어나지 않으면서 변화할 수 있다.

상기 홈들은 플라즈마 마이크로필라멘트 구성의 위치들을 배치하고, 그로인해 상기 전극의 사용 수명을 증가시킨다. 이들은 상기 방사선을 더욱 균일하게 분배한다. 그들내부에 증가된 커패시턴스의 영역을 생성함으로써, 상기 홈들은 상기 홈들에서 플라즈마 방전의 형성을 촉진하고, 그로인해 종래 기술 디바이스들의 경우에서처럼 상기 전극을 따라서 몇몇 위치들만으로 국부적 방전 패턴이 제한되는 것을 방지한다. 상기 전극을 따라서 더 많은 위치들에 방전을 분포시킴으로써, 각 방전 위치에서의 전기적 전류의 다발(flux)이 줄어들고, 그 결과 상기 전극의 국부적 가열을 보다 고르게 분배할 수 있고, 그로 말미암아 상기 세라믹(108)의 열로 유발되는 붕괴를 최소화 한다. 이는 상기 홈들(118)의 유용한 기능에 대해 가능한 이론 중 한가지일뿐이다. 상기 유용한 효과에 대한 다른 이론들도 설명될 수 있을 것이며, 이런 모든 것들은 본 발명의 범위에 포함된다.

대안적으로, 홈들(118)은 딤플(dimple)모양, 타원모양, 실린더모양을 포함하며 이로써 제한되지는 않고 다른 모양들로 대치될 수 있으며 이는 본 발명의 사상에 포함된다.

도 2는 상기 도 1에 도시되고, 설명된 홈이 있는 전극과 관계하는 본 발명의 일실시예를 도시한다. 이러한 배열에서, 전극들의 배열는 방사 디바이스(200)의 일부로써 인접 전극들(206)은 번갈아가면서 상기 디바이스(200)의 반대편에 연결된다. 리드(lead)들의 한 세트(210)는 AC 전원(미도시)의 일측에 연결되고, 리드들(211)은 상기 AC 전원의 타측에 연결된다. 상기 디바이스(200)은 혼합 가스들을 인도하는내부 포트(204)를 가지며 상기 가스들을 밖으로 분출하는 외부 포트(220)를 가진다. 게터들(217)은 상기 디바이스를 관통하는 방사 가스의 정화를 허용하기위해서 상기 램프의 벽내부에 포함된다. 상기 게터들은 티타늄 또는 당 업계에서 알려진 다른 적절한 물질로 형성된다. 상기 게터들(217)은 평탄한 판들 또는 망사의 형태일 수 있다. 상기 게터들(217)은 오염 이온들의 흡입을 강화하도록 전자장의 적용을 통해 활성화된다. 상기 전기장들은 당업계에서 알려진 임의의 적절한 전원을 이용하여 생성될 수 있다. 직류 전류 전압은 약 50V에서 약 1000V영역이고, 바람직하게는 약 300V이다.

이러한 구조에서, 가스의 흐름은 상기 전극들에 대해 평행이고(화살표), 그로인해 인접 전극들간에 생성되는 플라즈마 마이크로필라멘트들에 대해 수직이다. 이러한 구조는 생산하기 간편한데, 상기 전극들이 비교적 간단하게 설계되기 때문이다. 상기 디바이스(200)의 용적들은 상기 방사선에 노출되는 반도체 웨이퍼의 크기를 수용할 수 있도록 선택된다. 다중 전극들 또한 특정 응용에서 필요하므로, 이러한 구조로 형성될 수 있다.

예제 2

도 3a에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 부가적인 냉각 수단과 상기 디바이스(300)를 통과하는 방사 가스 흐름의 대안적인 패턴을 포함한다. 도 3a는 본 실시예의 전형적인 엘리먼트 배열을 보인다. 유전 물질(308)로 둘러싸여지는 전기적으로 도전성 엘리먼트(312)를 포함하는 전극들(306)이 도 1 및 도 2에서와 같이 배열되고, 열적으로 도전성 있는 엘리먼트(304) 및 창(324)과 접합된다. 상기 열적으로 도전성 있는 엘리먼트(304)를 냉각하기 위해서, 냉각 매체(medium)(328)는 상기 엘리먼트(304)의 표면을 가로질러 운반된다. 상기 냉각 매체(328)는 냉각제 억제 엘리먼트(332)로 싸여 있으며, 이는 선택된 냉각제와 호환성있는 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 열적으로 도전성있는 엘리먼트(304)와 냉각제 억제 엘리먼트(332)는 냉각제 억제 공간을 정의한다. 예를들기위한 목적만으로써, 상기 냉각제 억제 공간은 도전성 엘리먼트(304)와 억제 엘리먼트(332) 사이에서 냉각 매체의 비교적 자유로운 흐름 패턴들을 가지면서 쉬트 모양(sheet like)이다. 상기 냉각 매체(328)는 좋은 열 도전성과 높은 열용량을 제공하기위해 선택된다. 바람직한 매체들은 역시 낮은 유전 상수를 가지며 램프 동작 중에 전기적 전류가 접지로 누설되는 것을 최소화하기 위하여 높은 유전적 강도를 가진다. 바람직한 매체들은 글리콜(glycol)과 할론(Halon

)을 기반으로 하는 글리콜을 포함한다. 상기 냉각제의 유량비는 Xe를 방사 가스로 이용한 경우에는 전극의 온도를 약 300℃ 이하로 유지하도록 충분해야만한다. 상기 냉각제는 펌프 수단(미도시)에 의해 순환된다.

부가적으로, 본 실시예에서, 상기 방전 공간(316)내의 상기 엑시머 가스 흐름은 상기 전극들의 축에 대해 수직이다(화살표). 즉, 가스의 흐름은 상기 전극들 사이의 전기장 방전들에 평행이 된다. 이러한 구조는 도 2에서 보인 구조로써 가능하는 것보다 더욱 안정적인 플라즈마의 형성을 허용한다. 상기 플라즈마의 증가된 안정성은 상기 램프의 출력이 다른 구조를 이용하는 경우보다 더 좁은 허용 한계치내에 더욱 근접하도록 조절되는 것을 허용한다. 그러나, 도 3a - 도 3c에 도시된 실시예는 더욱 복잡하고, 도 1 및 2에 보인 실시예보다 많은 공정 단계가 요구된다.

도 3b는 실시예(301)를 도시하며, 여기서 상기 전극들은 수직 엑시머 가스 흐름을 허용하고, 또한 도 3a와는 다른 냉각 엘리먼트들의 구성을 보인다. 상기 전극(306)은 세로부분의 측면도로 도시되며, 계란 모양의 홈들(318)과 가스 채널들(336)을 가진다. 가스 채널들(336)은 가스가 한 방전 공간(316)에서 인접 방전 공간으로 흐를 수 있는 채널을 제공한다. 이러한 가스 채널들은 도시된 바와 같이 둥근 외관일 수 있고, 또는 다른 편리한 형태일 수 있다. 상기 가스 채널들(336)은 충분하게 많아야하며, 상기 디바이스내부로의 가스 흐름을 적게 방해하도록 충분한 크기여야 한다. 만일 상기 가스 채널들(336)이 너무 좁거나 그 수가 너무 작으면, 한 방전 공간과 인접하는 방전 공간간의 압력 차이가 너무 커져서 방전 공간들간의 압력이 크게 변하므로 램프 동작이 비효율적이 된다. 상기 예제들 처럼, 상기 전극들(306)은 열적으로 도전성을 가진 물질(304)과 상기 창(324)에 접합된다.

부가적으로, 도 3b는 냉각 블록(342)이 인접하며, 열적으로 도전성을 가진 물질(304)과 열적으로 접촉한다. 냉각액(328)을 위한 냉각제 채널들(344)은 상기 냉각 블록(342)내에 있으며, 상기 전극들에 대해 수직이고, 상기 전극들로부터 과다한 열을 방출하기위해 사용된다. 상기 냉각제 채널들은 냉각제 펌프와 저장소(미도시)에 연결된다.

도 3c는 도 3b에 보인 본 실시예 구조의 세부를 도시한 것으로, 상기 전극(306)을 포함한다. 상기 도전성 엘리먼트들(312), 유전 엘리먼트들(308), 홈들(318), 창(324), 열적으로 도전성이 있는 엘리먼트(304), 그리고 계란형 가스 채널들(336)의 위치가 도시된다.

예제 3

본 발명의 다른 실시예(400)에서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 냉각 블록(442)은 냉각제(428)의 흐름을 한 방향으로 수용하기 위한 냉각 채널들(430)을 가지고, 교번적인 냉각 채널들(430)은 냉각제(428)의 다른 방향 흐름을 수용한다. 본 실시예에서, 상기 냉각 채널들은 상기 전극들에 평행인 방향이다. 이러한 구조는 상기 디바이스를 통해 온도를 평탄하게 함으로써 상기 램프가 모든 부분에서 보다 일정하게 방사한다. 이전 도면에서와 같이, 전극들(406)은 유전 물질(408)내부에 있는 도전성 엘리먼트(412)로 이루어진다. 상기 전극들(406)은 열적으로 도전성이 있는 물질(404)와 접합되고, 이는 상기 물질(404)과 같거나 다른 혼합으로된 인접층(410)에 접합된다. 전극들(406)은 또한 유리 시멘트, 유리용융, 열 압착, 또는 다른 접합 수단(420)을 이용하여 창(424)과 접합된다.

예제 4

예제 4는 램프(500)(도 5a에서 도 5c)의 다른 실시예를 나타낸다. 상기 디바이스에서, 도 5a에서 도시한 바와 같이, 상기 열적으로 도전성을 가진 물질(504)은 사각 단면을 가지는 가스 방전 튜브들(508)에 접착된다. 상기 방전 튜브들은 상기 설명한 바와 같이 방전 가스를 포함하는 방전 공간들(516)로 정의된다. 상기 열적으로 도전성을 가지는 물질(504)은 펌프(미도시)에 의해 상기 물질(504)상을 순환하는 냉각제(528)로 냉각된다. 상기 열적으로 도전성을 가진 물질(504)은 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 니트라이드, 또는 높은 열 도전성을 가지는 다른 물질일 수 있다. 도 5b와 도 5c는 본 실시예의 전극들(512)을 묘사한다. 전극들(512)은 물질(504)의 결합 홈들(511)로 삽입되는 결합 부분(520)을 포함한다. 이러한 구성은 상기 주변 엘리먼트들과 상기 전극들간의 기계적, 전기적 그리고 열적 접합을 제공한다. 전극판(522)은 얇으며, 약 10㎛에서 1000㎛ 사이의 두께이고, 방전 튜브(508)의 측면을 따라 전체 거리의 1/4정도의 거리만큼 뻗어나와 있다. 상기 전극들은 박막 증착 또는 다른 기법으로 만들어질 수 있다.

전극들은 쌍으로 배열되고, 각 쌍들 중 하나는 AC 전원(미도시)의 한 극에 연결되고, 각 쌍의 다른 하나는 상기 AC 전원의 다른쪽 극에 연결된다. 방전 튜브(508)는 유전 방전 조건을 초기화 및 유지하기위한 전기적 흐름에 대해 필요한 커패시터와 내성을 제공하기위해 유전적 성분이 충분한 물질로 만들어진다. 부가적으로, 방전 튜브(508)는 원하는 방사선의 파장에 대해 투과성 물질로 만들어진다.

이러한 구조는 상기 전극들과 방전 튜브로부터의 좋은 열 전달을 제공하며, 전원에 대한 전기적 연결부로서 동작한다. 부가적으로, 상기 구성은 예제1-3에서 처럼 도전성 엘리먼트/유전체가 결합된 전극의 생산을 요구하지 않는다.

이러한 종류의 램프에 대한 또다른 실시예(501)에서, 도 5d에 보인 바와 같이, 상기 방전 튜브는 U자형 방전 엘리먼트(509)로 대체된다. 상기 실시예의 창(524)은 상기 U자형 엘리먼트(509)와 동일한 물질일 필요는 없다. 예를 들어서, 엘리먼트(509)는 수정이나 세라믹일 수 있고, 그 창(524)은 생성되는 방사선에 대해 투과성이다. 창(524)은 유리 시멘트, 유리용융, 또는 압력에 강한 봉인을 제공하기위해서 상기 U자형 엘리먼트(509)에 대한 열 압착으로 접합된다. 상기 이전 실시예들에서 처럼, 상기 전극들(512)은 열적으로 도전성을 가진 물질(504)과 열 접촉한다.

예제 5

다른 종류의 전극 구조가 도 6a에서 도 6b에 도시된다. 본 실시예의 한 구조(도 6a)에서, 가스 방전 튜브들(608)은 가스 방전 공간들(616)을 정의하고, 상기 전극들(612)이 튜브들(608) 사이에 삽입될 수 있도록 공간을 두고 떨어져 있다. 전극들(612)은 지지물들(supports)(620)에 의해 지지되어 상기 전극들이 상기 가스 방전 튜브들(608)의 중간 부분에 위치된다. 가스 방전 튜브들(608)은 열적으로 도전성을 가진 물질(604)상에 장착되고, 이는 베릴륨 옥사이드 혹은 알루미늄 니트라이드와 같이 높은 열 도전성을 가지는 적당한 물질로 만들어진다. 상기 전극 배열는 펌프(미도시)에 의해 순환되는 냉각액으로 냉각된다.

전극들(612)은 티타늄 선이 상기 이전 예제들에서 설명된 바와 같은 유전 물질내에 단단히 넣어지도록 만들어질 수 있으며, 얇은 코일선(614)이 전극내부 공간(615)에 위치하도록 형성되어 선택적으로 냉각제의 흐름(화살표)(도 6b)에 의해 내부적으로 냉각될 수 있다. 이온이 제거된 물을 냉각제로 사용하며 이를 냉각과, 선전극 엘리먼트(614)와 상기 전극(613)의 벽 사이의 전기적 접촉에 이용한다. 상기 전극과 방전 튜브(608)의 부가적인 냉각은 높은 열 도전성의 액체를 가지는 다른 냉각 공간(629)에 의해 실시될 수 있으며, 이는 냉각제(628)를 순환시키기 위해 사용되는 것과는 분리된 펌프로 순환된다. 상기 방전 튜브들은 본 발명의 이전 실시예들을 위해 설명된 방법들을 이용하여 창(624)과 접합된다.

본 발명의 또 다른 실시예가 도 6c에 도시된다. 본 실시예에서, U자형 방전 엘리먼트들(609)은 지지물들(620)에 의해 고정되는 도 6b의 전극들(612)과 함께 창(624)에 접합되고, 그로인해 가스 방전 공간들(616)을 정의한다. 본 실시예에서, 냉각은 주로 도 6b에 도시된 내부 전극 냉각 수단(614)을 통한다.

예제 6

대안적 실시예(700)를 도 7a에 보인다. 디바이스(700)는 평면적인 배열로써 서로 인접하는 방전 튜브들(709)의 나열들로 이루어져 있으며, 상기 방전 튜브들(709)의 경계는 그들간에 첨단(cusp)들(710)을 이룬다. 각 튜브(709)는 반-원통형의 단면을 가지며, 적절한 유전 물질로 만들어진다. 상기 방전 튜브들(709)은 방사선을 투과시킬 수 있는 창(724)에 접합된다. 상기 방전 튜브들(709) 및 창(724)은 가스 방전 공간들(716)을 정의한다. 전극들(712)은 상기 방전 튜브들(709) 사이와 갭을 가지며, 예로써 보면, 상기 첨단들(710)에서는 전기적 방전의 작용이 상기 방전 공간(716)에서 엑시머 방사선을 도출한다. 전극들(712)은 상기 방전 튜브들(709)과 열적으로 도전성이 있는 물질(704)로 정의되는 냉각제 공간내에 위치된다. 상기 냉각제 공간은 냉각액(728)으로 채워져 있고, 이는 펌프(미도시)에 의해 순환되고, 그로인해 상기 전극과 상기 방전 공간을 냉각한다. 냉각제(728)는 전극들(712)간의 전기적 흐름을 위한 통로가 될 가능성을 최소화하기 위해서 충분히 낮은 유전 상수와 충분히 높은 유전 강도를 가져야만 한다.

다른 실시예(701)(도 7b)는 상기 전극들을 직접 냉각하기위해 제공된다. 본 실시예에서, 전극들(712)은 부분적으로 유전 물질(705)에 끼워넣어지며, 부분적으로 냉각제(728)에 노출되고, 상기 유전 물질(705)과 냉각제 벽(732)으로 정의되는 냉각 공간에 위치된다. 이러한 종류의 전극 구성에서, 상기 유전 방전은 전극들(712) 사이에 인접하지 않고, 상기 유전 물질(705) 상부의 상기 방전 공간(716)내에 있다. 상기 전극들(712)에 의해 생성되는 전기장은 상기 전극들(712) 상부의 유전층(705) 표면에 직접적으로 유도된다. 충분한 전압 문턱에 이르면, 전기적 전류는 상기 유전 표면(705)의 한 부분에서 인접 부분으로 흐르고, 그로인해 방전 공간(716)내에서 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 분산 함몰(dispersion depression)들(718)이 상기 유전 물질(705)에 도시된다. 상기 분산 함몰들(718)은 예를들어 홈(groove)모양, 딤플(dimple)모양, 원통모양, 타원모양, 또는 다른 적절한 형태일 수 있다. 구형(spherical) 세라믹 또는 수정 스페이서들(726)은 상기 방전 공간의 적절한 두께를 유지하기 위해서 상기 유전층(705)과 상기 창(724)에 접합된다. 스페이서들은 구형일 필요는 없지만, 창(724)을 지지하는데 있어 상기 부분들에 과도한 기계적 스트레스를 유발하지 않도록 충분히 유사한 크기를 가져야한다. 이러한 스페이서들은 상기 방전 공간(716)을 통틀어서 다양한 패턴과 격자구조로(도 7d 참조) 늘어 놓아질 수 있다. 본 실시예에서, 냉각제(728)는 전극들(712)간의 전기적 흐름을 위한 통로를 제공하지 못하도록 충분히 낮은 유전 상수와 충분히 높은 유전 강도를 가져야만 한다.

도 7c는 본 발명의 다른 실시예(702)를 묘사한다. 이러한 경우, 전극들(714)은 상기 유전층(705)내의 우묵한 부분에 위치된다. 본 실시예의 다른 엘리먼트들은 도 7b에서와 같은 번호를 가진다. 이러한 방법에서, 상기 전극들은 얇을 수 있고, 약 100㎚에서 약 1000㎛의 범위이고, 바람직하게는 약 100㎚에서 약 500㎛의 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 200㎛이다.

상기 전극을 얇게 만드는 것에 의해서, 상기 유전층내의 상기 전극들간 측면 커패시턴스는 상기 전극들 상부의 유전층들과 상기 방전 공간의 방전 가스의 커패시턴스들 총합 보다도 높다. 그래서, 전류의 흐름은 한 전극에서 시작해서 상기 유전층을 거쳐, 상기 가스를 통과하고, 상기 유전층의 다른 부분을 통해서 제 2전극으로 흐르는 것이, 상기 전극들간 직접적인 흐름보다 바람직하다.

바람직하게, 상기 냉각제(728)는 전극의 온도를 300℃ 이하로 유지하기 위해서 충분한 열 도전성 및 열용량을 가져야하며, 상기 냉각 시스템을 통해 전기적 접지로의 누설 전류를 방지하기위해서 충분히 낮은 유전 상수와 충분히 높은 유전 강도를 가지는 것이 바람직하다. 적절한 냉각제는 글리콜과 할론

에 기초한 글리콜을 포함한다.

도 7d는 실시예들(701 또는 702)의 상면도를 도시하며 스페이서들(726)의 배열을 보인다. 상기 배열은 예제로써 한 방법일 뿐이며, 도시된 바와 같이 격자형태이고, 하부 전극들(712 또는 714)의 상부에 위치한다. 대안적으로, 상기 스페이서들(726)은 상기 방전 공간(716)과 디바이스의 외부와의 압력차이를 견딜 수 있는 충분한 강도를 제공할 수 있도록, 도 7b-7c에 도시된 바와 같이 창(724)을 충분히 지지할 수 있는 다른 적절한 방법으로 배열 될 수 있다. 그러나, 구형 스페이서들은 근접하여 배열될 수도 있으나 상기 방전 공간(716)의 방사 가스의 흐름을 제한하지 않록 그들 사이에 충분한 공간을 유지해야 한다. 만일 막대(rod)들이 스페이서로 사용될 경우, 상기 방전 가스 흐름을 제한하지 않을 정도의 충분히 짧은 조각인 것이 바람직하다.

예제 7

도 8은 대안적인 실시예(800)를 도시한 것으로, 이는 순환 방사선 소스를 제 공한다. 상기 디바이스의 방사선 패턴은 상기 전극들(812및 183)의 길이에 의해 결정된다. 전극들(812)은 AC 전원(815)의 한 극에 연결되고, 전극들(813)은 상기 AC 전원(815)의 다른 극에 연결된다.

상기 설명된 대안적인 실시예들을 참고하여 본 발명이 설명되었지만, 이러한 실시예들은 예로써 제공되어진 것이며 제한적인 방법은 아니다. 당업자는 본 설명에 의해서, 다양하고 명백한 방법으로 본 발명의 실시예를 변경하거나 합할 수 있다. 따라서, 이러한 변경들과 부가된 것들은 첨부되는 청구항으로 정의되는 본 발명의 사상이나 범위안에 포함되는 것으로간주된다.

Claims (46)

1. 무음 방전 방사기에 있어서,

   각각 전극 축을 갖는 다수의 전극들과; 그리고

   상기 전극들이 내포되며 방전 공간을 한정하는 벽들을 포함하여 구성되며,

   상기 방전 공간은 유전 방전 조건들 하에서 방사선을 방사 할 수 있는 가스로 충진되도록 되어 있고, 상기 방전 공간의 적어도 1 개의 벽은 상기 방사되는 방사선의 파장에 대해 투과성이며,

   상기 전극들의 적어도 하나는, 유전 물질내에 매립됨과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전성 요소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 영역의 분배는 인접 전극들 중 선택된 부분들사이에서의 저항을 상기 인접한 전극들 중 다른 영역들 사이에서의 저항에 비해 감소 되게 하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 영역들 각각은 더 높은 캐패시턴스의 영역에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전극들 중 적어도 하나는 단부들을 지닌 적어도 하나의 홈을 가지며, 상기 적어도 하나의 홈의 단부들은 상기 적어도 하나의 전극의 중심에 대해 약 90°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 방전 공간의 벽은 상기 방전 공간 내로 상기 가스를 유입시키기 위한 내부 포트를 가지며, 상기 방전 공간의 벽은 상기 방전 공간으로부터 상기 가스를 방출하기 위한 외부 포트를 가지는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 가스를 정화하기 위하여 상기 가스 방전 공간 내에 게터가 위치되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
7. 무음 방전 방사기에 있어서,

   다수의 전극들과, 여기서 상기 다수의 전극들 각각은 유전 물질 내에 매립됨과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전성 요소로 이루어지는 한편, 전극 축을 가지며;

   방전 공간을 한정하는 벽들과, 여기서 상기 방전 공간은 상기 전극들을 내포함과 아울러 유전 방전 조건들 하에서 방사선을 방사 할 수 있는 가스로 충진되도록 되어 있고, 상기 방전 공간의 적어도 1 개의 벽은 상기 방사되는 방사선의 파장에 대해 투과성이며; 그리고 ,

   적어도 하나의 전극과 관계하는 다수의 분배된 유전 방전 영역들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
8. 제 7항에 있어서, 각 전극을 냉각시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
9. 제 8항에 있어서, 상기 전극을 냉각시키는 수단은, 각 전극과 상기 전극들 각각을 통해 흐르는 냉각액과의 사이에 열적 접촉을 갖는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
10. 제 7항에 있어서, 상기 각 전극은 열적으로 도전성 있는 기저부에 연결되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
11. 무음 방전 방사기에 있어서,

    적어도 하나의 벽을 가지는 다수의 방전 튜브들과, 여기서 상기 방전 튜브들은 유전 방전 조건들 하에서 방사선을 방사할 수 있는 가스로 충진되도록 되어 있고, 상기 방전 튜브들 각각의 적어도 1 개의 벽은 상기 충진된 가스에 의해 방사되는 파장에 대해 투과성이며; 그리고

    상기 방전 튜브들 간에 배치되는 전극들을 포함하여 구성되며,

    상기 전극들 각각은 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 전극들을 냉각하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
13. 제 11항에 있어서, 상기 방전 튜브들은 단면이 사각형인 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
14. 제 11항에 있어서, 상기 방전 튜브들은 곡선의 측면과 평탄한 측면을 가지는 반구형에 가까운 단면을 가지는 형상이며, 인접 방전 튜브들의 상기 평탄한 측면들은 동일 평면인 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
15. 제 14항에 있어서, 상기 방전 튜브는 내벽과 외벽을 가지며, 인접 방전 튜브들이 상기 방전 튜브들의 외벽들 간에 첨단(cusp)을 형성하도록 만나며, 상기 첨단은 전극을 내포하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
16. 제 11항에 있어서, 상기 전극들은 개별적으로 상기 각 인접 튜브들 사이에서 근접하게 위치되며, 상기 각 전극은 전극 온도를 약 300℃ 이하로 유지하기에 충분하도록 상기 각 전극들을 통해 흐르는 냉각액에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
17. 무음 방전 방사기에 있어서,

    다수의 전극들을 제공하기 위한 수단과, 여기서 상기 전극들 각각은 유전 물질 내에 매립됨과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전성 요소를 포함하며;

    상기 전극들 상에 격자 구조의 방전 영역들을 정의하는 수단과; 그리고

    유전 방전 조건들 하에서 상기 영역들에 방사선을 방출할 수 있는 가스를 제공하는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
18. 무음 방전 방사기에 있어서,

    유전 물질과 관계함과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전체를 포함하는 전극 어레이를 포함하여 구성되며, 상기 전극어레이는 유전 방전을 위한 다수의 소정 영역을 구비하며; 그리고

    상기 플라즈마 발생 영역과 관계하는 방출 가스 분배 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
19. 제 18항에 있어서,

    얇은 창과; 그리고

    압력 차이의 존재시 상기 창을 지지하기 위한 다수의 스페이서들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
20. 유전 물질 내에 매립됨과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전성 요소를 구비하고; 그리고

    자체 내에 다수의 가스 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기용 전극.
21. 제 20항에 있어서, 상기 가스 채널들은 상기 전극에 대해 수직인 가스 채널 축을 가지는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
22. 제 11항에 있어서, 상기 전극들은 상기 방전 튜브들 사이에서 신장되는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기.
23. 유전 물질내에 매립됨과 아울러 플라즈마 발생 영역을 분배시키기 위해 물리적으로 불연속적인 도전성 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 무음 방전 방사기용 전극.
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