KR100242483B1 - 중성 입자 비임 조사 장치 - Google Patents

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가네꼬 히사시
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Abstract

본 발명은 다음의 소자들을 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치를 제공한다. 플라즈마 발생기는 고주파 전계의 인가 및 인가 정지를 교호적으로 하여 처리 가스로부터 플라즈마 발생시키기 위해 제공된다. 또한, 음이온 가속기는 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 음이온을 인출하고 그것을 가속시켜 음이온 빔을 형성하도록 제공된다. 또한, 음이온 빔을 중성화하여 중성 입자 빔을 형성하도록 중성화기가 제공된다. 또한, 홀더(holder)는 중성 입자 빔이 조사되는 위치에 시료를 홀딩하도록 제공된다.

Description

중성 입자 빔 조사 장치
본 발명은 중성 입자 빔 조사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 에칭 및 클리닝 등의 반도체 기판의 표면 처리를 행하기 위하여 반도체 기판상으로의 조사를 위한 중성 입자 빔을 음이온으로부터 발생하는 장치에 관한 것이다.
이온 에칭 방법은 플라즈마를 이용하는 표면 처리 기술 및 에칭 기술들중의 하나이다. 이온 에칭 방법에 따르면, 플라즈마중의 양으로 이온화된 가스가 전계에 의해 가속되어 고체 시료상에 조사되므로, 고체 시료의 표면에서 일어나는 화학반응 및 스퍼터링이 에칭에 이용된다. 대전 입자들을 이용하는 이러한 기술 이외에도, 에칭을 위해 중성 입자를 시료에 조사하는 기술이 있다.
일본 공개특허공보 제61-248428호에는, 중성 가스 분위기를 통과할 때 일어나는 전하 교환 현상에 의해 양이온이 중성화되어, 시료상에 조사됨으로써 에칭이 행해지는 것에 대해 개시되어 있다. 이러한 중성 입자 빔 처리 장치에서는, 염소 및 아르곤 등의 양이온이 이온 소스에 의해 발생되므로 바이어스 전압을 인가하여 이온 빔을 형성한다. 이온 빔은 길이가 1m이고 염소 가스를 포함하는 전하 교환부를 통과하면 이온 교환에 의해 입자가 중성화된다. 중성화되지 않은 나머지 이온은 빔에 직교하는 방향으로 전계를 인가하여 이온을 제거하고 중성 입자들만이 남게 되므로 중성 입자 빔이 시료상에 조사된다.
일본 공개특허공보 제4-343421호에는, 미세공(micropore)들을 갖는 미세 채널판을 이용하여 플라즈마중의 양이온들을 중성화하고 이것들을 기판상에 조사하는 것이 개시되어 있다. 상기와 같은 중성 입자 빔 처리 장치에서, 미세공들은 가스분위기에서의 전하 교환에 비해서 양이온의 중성화 효율을 높이는데 이용된다.
도 1은 미세공들을 갖는 미세 채널을 사용하는 중성 입자 빔 처리 장치를 도시한 도면이다. 플라즈마 챔버(101)는 에칭 챔버(102)로부터 미세 채널판(103)에 의해 분리된다. 미세 채널판(103)에는 그것을 관통하는 미세 채널 구멍(104)이 형성된다. 제 1 및 제 2 표면 전극(105, 106)이 판(103)의 양측면에 그리고 미세 채널 구멍(104)의 근방에 형성된다.
플라즈마 챔버(101)내로 염소 가스가 가스 도입구(107)를 통해 도입된다. 플라즈마 챔버(101)내에는, 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 고주파 글로우 방전을 위해 고주파 전극(108)이 제공된다. 소정의 전압이 전자 증배 전원(109)에 의해 제 1 및 제 2 표면전극(105, 106)들 사이에 인가된다. 플라즈마중에 래디칼(radical) 등의 중성 입자들이 미세 채널 구멍(104)들을 통과하여 중성 입자 빔으로서 시료(111)상에 조사한다. 양이온이 미세 채널 구멍(104)들의 전자 증배에 의해 중성화되고 시료(111)상에 중성 입자 빔으로서 발광된다.
미세 채널 구멍을 사용하면 거의 모든 양이온들을 중성화시킬 수 있으므로, 시료의 주변에 전계를 인가함으로써 비중성화된 이온들을 제거할 필요가 없다.
"Applied Physics Letter"지의 제63권 24호, 1993년, 3355페이지에는, 미세공 판에 의해 분리되는 2개의 챔버들 사이의 압력 차이에 의해 발생하는 분자 흐름을 이용함으로써 중성 입자 빔이 발생하는 것이 기술되어 있다. 일반적으로, 압력 차이에 의해 발생된 중성 입자 빔은, 가스를 가열시켜 핫(hot) 분자 빔을 형성한 후에 에칭 및 표면 처리에 사용된다.
플라즈마중의 양이온이 에칭 및 이온 에칭에 이용되는 경우에 특정 패턴에서는 플라즈마중의 전자에 기인하는 하전 입자들이 기판 표면상에 누적된다. 따라서, 평면내 균일 에칭 또는 원하는 에칭을 얻는 것이 곤란하다. 통상적으로는, 이온 빔에 의해 처리되는 영역을 제외하고는 포토레지스트 패턴이 피복된다. 그 포토레지스트는 유전체이기 때문에, 플라즈마에 의해 공급되는 전자로 인해 대전이 일어난다. 그 결과, 기판상에 입사하는 양이온의 궤도가 변화되어 정확한 등방성 에칭이 어렵게 된다. 또한, 기판위의 트랜지스터를 위한 산화 박막 등의 미세 수조가 누적된 전하에 의해 파손될 수도 있다.
그러나, 중성 입자를 사용하면, 대전된 입자와 같은 문제는 발생하지 않는다. 일본 공개특허공보 제61-248428호에는, 중성화를 위해 전자를 가스로부터 수취하여 전자와 양이온을 재결합하는 것이 개시되어 있다. 이와 같이 양이온 빔을 완전히 중성화하는 것은 어렵다. 중성 입자의 밀도가 낮고 빔의 세기가 약화될 가능성이 있다.
또한, 전자 교환을 행하기 위해서는, 양이온은 100eV 이상으로 가속되어야 한다. 또한, 플라즈마 발생 부분과 전하 교환을 위한 가스 분위기는, 일정한 압력차로 유지되어야 하므로, 배기 시스템이 대형화하고, 장치의 대형화 및 비용 상승을 초래한다.
일본 공개특허공보 제4-343421호에는, 미세 채널판의 미세공을 통과할 때에, 미세공(micropores)의 표면상에 에칭 가스와의 화학 반응 및 스퍼터링 현상이 나타나서 챔버내에 더스트(dust)가 발생될 수도 있고 반응 생성물이 기판상으로 강화할 수도 있음이 개시되어 있다. 이런 이유 때문에, 미세 패턴을 형성하는 것이 어렵다. 또한, 빔의 에너지를 제어하는 것이 어렵기 때문에 각종 에칭 재료들에 대한 에칭 조건들을 적합하게 대응시키는 것이 곤란하다.
핫 분자 빔이 사용되는 경우, 빔 직경울 웨이퍼 레벨까지 구경을 확대하는 것은 곤란하다. 이 때문에 다수의 노즐을 제공해야 필요가 있다. 이것은 배기 시스템의 대형화 및 비용 증가를 초래한다. 또한, 실용 레벨의 에칭 레이트를 얻기가 곤란하다.
상기 환경에 있어서, 미세 패턴 형성에 적합하고 고강도 빔의 에너지 제어를 정확히 할 수 있는 새로운 중성 입자 빔 처리 장치를 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 어떠한 단점도 없는 새로운 중성 입자 빔 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 미세 패턴 형성에 적합한 새로운 중성 입자 빔 처리 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고강도 빔의 에너지를 정확히 제어할 수 있는 새로운중성 입자 빔 처리 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 장점들 및 특징들이 하기의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 다음의 소자들을 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치를 제공한다. 플라즈마 발생기는 고주파 전계의 인가 및 인가 정지를 교호적으로 하여 처리 가스로부터 플라즈마 발생시키기 위해 제공된다. 또한, 음이온 가속기는 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 음이온을 인출하고 그것을 가속시켜 음이온 빔을 형성하도록 제공된다. 또한, 음이온 빔을 중성화하여 중성 입자 빔을 형성하도록 중성화기가 제공된다. 또한, 홀더(holder)는 중성 입자 빔이 조사되는 위치에 시료를 홀딩하도록 제공된다.
상기 장치에 의해서, 고주파 전계의 인가 및 인가 정지는 음이온 빔을 형성하도록 가속되는 다량의 음이온을 발생시키기 위해 반복된다. 음이온의 과잉 전자들은 그로부터 제거되어 중성 입자 빔을 형성하므로 중성 입자 빔은 표면 처리를 위한 시료상에 조사된다. 고주파 전계를 인가하는 동안 발생된 전자는 고주파 전계의 인가 정지 동안 잔여 처리 가스와 결합된다. 음이온이 양이온에 비해 쉽게 제거되기 때문에, 충분한 세기를 갖는 중성 입자 빔을 얻기가 용이하다.
플라즈마 발생기는 다음의 소자를 구비한다. 전계 인가 정지부는, 음이온 가스를 발생시키기 위해 플라즈마중의 전자가 잔여 가스와 결합하는 시간보다는 길지만 플라즈마가 소멸되도록 플라즈마의 전자 밀도가 강하되는 시간보다는 짧은 시간 동안 고주파 전계의 인가를 정지하기 위해 제공된다. 고주파 전계 인가부가, 에너지가 저하된 경우에 플라즈마의 저하된 전자 에너지를 회복하기 위한 충분한 시간 동안 고주파 전계를 인가하기 위해 제공된다. 또한, 반복기가 고주파 전계의 인가 및 인가 정지를 반복하기 위해 제공된다.
상기 플라즈마 발생기에 의해서, 고주파 전계의 인가는, 음이온 가스를 발생하기 위해 플라즈마중의 전자가 잔여 가스와 결합하는 시간보다는 길지만 플라즈마가 소멸되도록 플라즈마의 전자 밀도가 강하되는 시간보다는 짧은 시간 동안 정지된다. 이러한 고주파 전계의 인가 및 인가 정지는 해리 반을응 정상 상태로 유지하도록 반복되므로 음이온이 효과적으로 연속하여 생성된다.
상기 음이온 가속기는 그리드 전극과, 이 그리드 전극에 포지티브 바이어스를 공급하기 위한 전압원을 포함한다.
상기 음이온 가속기에 의해서, 그리드 전극에 전압이 인가되어 음이온을 인출하는 전계를 발생시킨다. 그리드 전극에서는 전하 교환이 불필요한데, 그 이유는 금속 메쉬(mesh)가 사용될 수 있기 때문이다. 그리드 전극상에는, 화학 반응도 표면 스퍼터링 현상도 전혀 일어나지 않는다. 미세 공정이 용이해진다. 중성 입자 빔의 강도는 그리드에 인가되는 전압 및 그 시간 기간을 제어함으로써 쉽게 제어될 수도 있다.
상기 음이온 가속기는 플라즈마로부터 음이온을 인출하여 고주파 전계의 인가 정지 동안에 가속시킨다.
상기 음이온 가속기에 따라서, 음이온은 고주파 전계 인가가 정지되고 대량의 음이온이 발생되는 동안에만 인출된다. 고주파 전계가 인가되는 경우 음이온의 양은 불안정하다. 그러나 고주파 전계의 인가가 정지되면 대량의 음이온이 발생하고, 그로 인해 인출된 음이온의 양이 안정하며 빔 강도를 정확히 제어할 수 있다.
중성화기는 음이온 빔에 광을 조사하는 광원이다.
상기 중성화기에 의해서, 음이온의 최외각 전자가 분리된다. 음이온이 자유로운 최외각 전자를 갖고 있고 음이온이 중성인 것 같기 때문에, 그로 인해서 음이온을 광조사로 중성화하는 것이 가능하다, 단파장을 갖는 광의 조사에 의해 음이온의 최외각 전자가 자유로울 수 있다.
상기 중성화기는 전극과, 고주파 전압을 상기 전극에 공급하기 위한 고주파 전원을 구비한다.
상기 중성화기에 의해서, 고주파 전계는 음이온에 인가되어 이로부터 최외각 전자를 분리한다.
상기 중성화기는 음이온에 대한 전자빔의 조사를 위한 전자빔 조사기이다.
상기 중성화기에 의해서, 전자빔은 음이온에 조사되어 이로부터 최외각 전자를 분리한다.
상기 중성화기는 가스 분자 또는 가스 원자를 음이온 빔의 경로상에 도입하는 가스 도입부이다.
상기 중성화기에 의해서, 음이온 빔은 가스를 통과하므로 음이온은 가스 분자 및 가스 원자와 충돌하여 음이온으로부터 최외각 전자를 분리하게 된다. 상기 음이온은 과잉 전자 또는 최외각 전자만의 분리를 나타내므로 음이온은 중성이 된다. 음이온으로부터 최외각 전자의 분리는 효율적이면서 저충돌 에너지로 가능하다.
이제 본 발명의 양호한 실시예들에 대해 첨부 도면을 참조하여 기술한다.
제1도는 미세공을 갖는 미세 채널을 사용하는 종래의 중성 입자 빔 처리 장치를 도시하는 도면.
제2도는 본 발명에 따른 제 1 실시예에서의 중성 입자 빔 처리 장치를 도시하는 도면.
제3도는 펄스 변조에 의해 발생된 음이온의 양을 도시하는 도면.
제4도는 본 발명에 따른 제 2 실시예에서의 중성 입자 빔 처리 장치를 도시하는 도면.
제5도는 고주파 전계의 인가에 의한 음이온으로부터의 전자의 분리를 도시하는 도면.
제6도는 가스 또는 플라즈마를 통과하는 음이온으로부터의 전자의 분리를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 41 : 플라즈마 발생 챔버 12, 42 : 에칭 챔버
13, 45 : 마이크로파 전원 14 : 가스 도입 경로
15, 24, 43 : 그리드 전극 16, 23 : 포지스트 전압원
17, 46, 64, 71 : 음이온 빔 18, 47 : 기판
19, 48 : 기판 홀더 21 : 플라즈마원
25 : 전자빔 27, 83 : 중성 입자 빔
49 : 자외광 61, 62 : 전극
63 : 고주파 전원 72 : 중성 가스
본 발명에 따른 제 1 실시예는 중성 입자 빔에 의하여 기판을 에칭하는 장치를 나타내는 도면들을 참조하여 설명한다. 상기 장치는 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생 챔버(11)와, 기판을 에칭하기 위한 에칭 챔버(12)를 구비한다. 플라즈마 발생 챔버(11)에는 도시하지 않은 고주파 전극이 제공된다. 마이크로파 전원(13)이 고주파 전극에 변조 펄스 전압을 인가하기 위하여 제공된다. 마이크로파 전원(13)의 펄스 시간 주기는 선택적으로 설정된다. 플라즈마 챔버(11)에서 염소가스는 가스 도입 경로를 통하여 도입된다.
플라즈마 발생 챔버(11)와 에칭 챔버(12)간의 경계에는, 플라즈마 챔버(11)로부터 음이온을 인출하고 에칭 챔버(12)로 그 음이온을 제공하는 메쉬(meshed) 그리드 전극(15)이 제공된다. 일정 전유 전원(16)이 그리드 전극(15)에 소정의 전압을 인가하기 위하여 제공된다. 인출된 음이온은 빔(17)의 형태로 보내진다. 에칭 챔버(12)의 우측단에는 기판(18)을 홀딩하기 위한 기판 홀더(19)가 제공된다. 기판(18)은 기판 홀더(19)에 의해 홀딩되므로 기판(18)의 표면은 빔(17)에 대해 수직으로 향하게 된다.
에칭 챔버(12)의 상부에는 음이온 빔(17)의 경로에 대해 수직 방향으로 전자 빔을 조사하기 위한 플라즈마원(21)이 제공된다. 플라즈마원(21)에는 아르곤 가스가 도입된다. 플라즈마원(21)의 개구(22) 근방에는 그리드 전극(24)이 일정 전류 전원(22)에 접속되도록 제공된다. 전자가 플라즈마원에서 발생되어 전자빔의 형태로 에칭 챔버(12)를 향하여 가속된다. 에칭 챔버에서 영역(26)은, 음이온 빔(17)과 전자빔(25)이 서로 직각으로 교차하는 영역을 나타낸다. 음이온의 최외각 전자는 전자빔(25)에 의하여 그로부터 분리되므로 음이온 빔(17)은 중성 입자 빔(27)이 된다. 에칭 챔버(12)에는, 도시되지 않은 진공 배기 시스템에 연결되는 배기구(28)가 제공된다.
마이크로파 전원(13)은, 10 마이크로초의 ON 시간과 100마이크로초의 OFF 시간을 각각 포함하는 사이클의 펄스 변조에 의해 변조된 플라즈마를 발생한다. 염소 가스의 흐름 속도는 20sccm으로 설정한다. 가스 압력은 4mTorr로 설정된다. 마이크로파 전원(13)은 ON 시간에서 1kW로 공급된다. 펄스 변조에 의해 발생되는 플라즈마 중에는, 다량의 Cl-이온 및 Cl2이온이 발생된다.
도 3은 펄스 변조에 의해 발생된 음이온의 양을 도시한다. 저압 고밀도 플라즈마중에 효율적으로 음이온을 발생하기가 어렵다. 그러나, 전력 on-off 펄스 변조가 행해지면, OFF 시간 동안에 플라즈마중의 전자는 잔여 가스와 결합하게 되어 다량의 음이온이 플라즈마중에 발생된다. 시간 간격(31)은 ON 시간을 나타내며 시간 간격(32)은 OFF 시간을 나타낸다. ON 시간이 OFF 시간으로 변화되는 경우 그 시간으 "0"이 된다. -20V 이하의 이온 포화 전류 대 전자 포화 전류의 포화 전류비는 시간에 대해 변화하며, 여기서는 염소 가스가 사용된다.
도 3 은 다음을 도시한다. ON 시간이 OFF 시간으로 변환된 후에 50-100 마이크로초의 시간 간격 동안, 플라즈마의 전자 밀도와 같이 높은 고밀도 음이온이 발생된다. ON 시간이 OFF 시간으로 변화되고 플라즈마 전자 밀도가 강화되지만 플라즈마가 아직은 소멸되지 않은 경우에, OFF 시간은 그다음 ON 시간으로 변화되므로 예를 들어 약 10 마이크로초의 짧은 시간 동안 소실된 플라즈마 전자 에너지를 회복할 수 있게 되어, 플라즈마중의 해리 반응은 정상 상태를 달성한다. 염소 가스가 사용되면, ON 시간 및 OFF 시간은 음이온의 효과적 발생을 위해 10 마이크로초 및 50-100 마이크로초로 설정된다.
상기 ON-OFF 시간은, 사용되는 가스의 종류, 플라즈마에 인가되는 전력, 챔버내에 가스를 머무르게 하는 시간, 발생 방법에 의해서 규정되는 해리 반응의 발생중에 설정된다.
플라즈마 챔버(11)내에서 펄스 변조에 의해 발생되는 음이온은 그리드 전극(15)에 의해 공급되는 전계에 의해 인출되어 에칭 챔버(12)를 향해 가속된다. 그리고 전극(15)에는 약 30V가 인가된다. 그리드 전극(15)은, 전하 교환을 행할 필요가 없고, 그로 인해서 그리드 전극(15)은 플라즈마가 균일하다고 간주될 정도의 균일 플라즈마 면적이상의 면적을 갖는 메쉬 금속 그리드 전극을 포함할 수도 있다. 미세공을 갖는 전극과 비교하면, 메쉬 금속 그리드 전극(15)이 음이온과 접촉하는 최소 표면적을 메쉬 금속 그리드 전극(15)이 갖기 때문에, 바람직하지 않은 표면 반응 또는 스퍼터링 현상을 억제할 수 있다. 균일 플라즈마 면적이상의 접촉 표면적을 갖는 메쉬 금속 그리드(15)를 사용함으로써, 에칭 챔버(12)를 향해 직선으로 음이온을 가속시켜 주로 Cl-로 구성되는 음이온 빔을 발생시킬 수 있게 된다.
인출된 음이온은 최외각 전자 등의 과잉 이온을 방전시켜서 중성화된다. 과잉 전자를 분리시키도록 음이온에 에너지를 인가하는 경우에 음이온이 중성이 된다. 예를 들면, 플라즈마원(21)에서 전자빔(25)이 발생되고 이후에 음이온에서 과잉 전자를 분리하도록 영역(26)상에 음이온 빔(17)을 조사된다. 플라즈마원(21)에서 발생된 플라즈마로부터 전자를 인출하기 위해 그리드 전극(24)에 10V가 인가된다.
전자 질량이 매우 작기 때문에 최외각 전자가 분리되는 경우에도 음이온 빔의 운동량은 거의 변하지 않는다. 음이온의 가속에 의해 얻어지는 운동량은 음이온 빔이 중성 입자 빔으로 된 경우에 변하지 않고 유지되고, 이후에 운동량을 유지하는 중성 전자 빔이 기판상에 조사된다. 염소 원자의 중성 입자 빔을 얻기 위해 음이온 빔이 중성화된다.
포토 레지스트 패턴이 형성된 실리콘 기판(18) 위로 중성 입자 빔(27)이 조사되고 상기 기판(18)은 홀더(19)에 의해 홀딩된다. 포토 레지스트 패턴에 의해 커버되지 않은 기판 표면은 중성 입자 빔으로 에칭된다. 주사 전자 현미경을 사용하여 기판 표면을 관찰한 결과, 포토 레지스트 패턴 위에 중성 입자 빔에 기인하는 어떠한 대전 입자도 누적되지 않았음을 확인하였으며, 포토 레지스트 패턴으로부터 전사된 정확한 패턴이 기판 표면에 형성되었음을 확인하였다. 산화물 박막이 형성된 기판이 에칭될 때, 대전 입자가 누적되지 않으며 반도체 소자를 파손할 수도 있는 국부 전류도 나타나지 않는다.
중성 입자 빔의 운동량은 각종 에칭 조건들을 채용하기 위하여 음이온 빔의 운동량을 규정하는 그리드 전극(15)에 인가되어질 전압을 제어하는 것에 의해 제어 가능하다. 왜냐하면, 실제로 필요한 빔 강도를 얻기 위해 대량의 음이온을 얻는 것이 용이하기 때문에다.
도 4는 자외광 조사에 의해 음이온을 중성화하기 위한 중성 입자 빔 처리 장치를 도시한다.
상기 장치는, 플라즈마를 위한 플라즈마 챔버(41)와, 기판을 에칭하기 위한 에칭 챔버(42)를 구비한다. 플라즈마 챔버(41) 및 에칭 챔버(42) 사이의 경계에, 메쉬 금속 그리드 전극(42)을 제공한다. 그리드 전극(43)은 소정의 전압을 인가하기 위한 일정한 전압원에 접속된다. 에칭 챔버(42)의 상부에, 자외광원(44)이 자외광을 조사하기 위해 제공되어 있다. 플라즈마 챔버(41)에는 염소 가스가 도시하지 않은 도입구를 통해 도입된다. 마이크로파 전원(45)은, 도시하지 않은 전극에 펄스 변조 전압을 인가하기 위한 고주파 전원으로서, 플라즈마 챔버(41)내에 제공된다.
음이온은 그리드 전극(43)의 전계에 의해 플라즈마 챔버(41)로부터 인출되고 에칭 챔버(42)내에 기판 홀더(48)에 의해 유지되는 기판(47)을 향해 화살표(46)로 나타내어진 방향으로 가속되어, 음이온 빔을 형성한다. 음이온 빔(46)이 자외광(49)의 조사를 받으므로 음이온은 중성화되어 음이온 빔은 기판(47)상에 조사될 중성 입자 빔이 된다.
음이온 빔의 중성화는 음이온에 고주파 전계를 인가하거나 음이온 빔이 중성 가스 또는 플라즈마 가스를 통과하게 함으로써 얻어질 수 있다.
도 5는 고주파 전계가 인가되는 경우에 음이온의 최외각 전자 등의 과잉 전자의 분리 현상을 도시하고 있다. 한 쌍의 전극(61, 62)에 고주파 전압이 인가되어 전계를 음이온(64)에 인가한다. 따라서, 음이온(64)은, 최외각 전자와 같은 과잉 전자가 음이온으로부터 분리되어 음이온이 중성 입자로 되도록 발진된다.
도 6은 음이온 빔이 중성 가스를 통과하는 경우에 음이온의 최외각 전자 등의 과잉 전자의 분리 현상을 도시하고 있다. 음이온(71)이 중성 가스(72)를 통과하는 경우에, 음이온(71)이 중성 가스(72)와 충돌하여 전하 교환을 야기한다. 즉, 최외각 전자와 같은 과잉 전자가 음이온으로부터 분리된다. 그 결과, 음이온(71)이 중성화되어 중성 입자(73)가 된다. 본 발명과 대조적으로 양이온이 중성 가스(72)를 통과하하는 경우에는, 전자가 중성 가스로부터 분리되고 양이온과 재결합된다. 이 공정은 효과적이지 못하며 큰 충돌 에너지를 필요로 한다.
본 발명의 변형예들이 당업자들에게는 자명할 것이며, 설명을 위해 기술되고 도시된 바와 같은 실시예들이 제한적으로 고려되어서는 안될 것이다. 따라서, 본 발명의 의도와 범위에 속하는 본 발명의 모든 변형예들이 특허청구범위에 의해 보호되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 중성 입자 빔 처리 장치에 있어서,
    고주파 전계의 인가 및 인가의 정지를 교호적으로 행하여 처리 가스로부터 플라즈마를 발생하기 위해 제공되는 플라즈마 발생기와;
    음이온 빔을 형성하기 위해 상기 플라즈마 발생기에 발생된 상기 플라즈마로부터의 음이온의 인출 및 그것의 가속을 위해 제공되는 음이온 가속기와;
    중성 임자빔을 형성하도록 상기 음이온 빔을 중성화하기 위해 제공되는 중성화기를 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  2. 제 1항에 았어서, 상기 플라즈마 발생기는;
    음이온 가스를 발생하기 위해 플라즈마중의 전자가 잔여 가스와 결합되는 시간보다는 길지만 플라즈마의 전자 밀도가 플라즈마가 소멸되도록 강화되는 시간보다는 짧은 시간 동안 고주파 전계의 인가의 장치를 위해 제공되는 전계 인가 정지 수단과;
    플라즈마의 상기 강화된 전자 에너지가 회복되도록 충분한 시간 동안 고주파 전계를 인가하기 위해 제공되는 고주파 전계 인가 수단과,
    고주파 전계의 인가 및 인가의 정지를 반복하기 위해 제공되는 반복기를 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 음이온 가속기는;
    그리드 전극과;
    상기 그리드 전극에 포지티브 바이어스를 공급하기 위한 전압 공급기를 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 음이온 가속기는 고주파 전계의 인가가 정지되는 기간에 플라즈마로부터 음이온을 인출하여 가속시키는 중성 입자 빔 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 중성화기는 광을 음이온 빔에 조사하는 광원을 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 중성화기는 전극, 및 고주파 전압을 상기 전극에 공급하기 위한 고주파 전력 공급 장치를 구비하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 중성화기는 음이온에 전자빔을 조사하기 위한 전자빔 조사기를 포함하는 중성 입자 빔 처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 중성화기는 음이온 빔의 경로상에 가스를 도입하는 가스 도입부인 중성 입자 빔 처리 장치.
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