KR20000053175A - 하전입자원 - Google Patents

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KR20000053175A
KR20000053175A KR1019990704124A KR19997004124A KR20000053175A KR 20000053175 A KR20000053175 A KR 20000053175A KR 1019990704124 A KR1019990704124 A KR 1019990704124A KR 19997004124 A KR19997004124 A KR 19997004124A KR 20000053175 A KR20000053175 A KR 20000053175A
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드루즈보리스엘.
헤이즈알란브이.
카나로브빅터
디스테파노살바토르에이.
라키오스엠마뉴엘엔.
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비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

에칭, 박막증착 또는 표면변형에 적용할 수 있는 하전입자원(100)은 플라즈마전위 및 빔전압을 제어하기 위한 전도성전극(129)을 구비하고, 전도성전극(129)은, 예를 들면 동작 중의 차폐 또는 원위치에서의(in situ)청소에 의해, 그리고/또는 이온추출 동안의 하전입자원 내의 전하축적을 방지할 수 있는 펄스모드조건들에서 동작되어짐에 의해 장기간 전도성을 유지한다.

Description

하전입자원{Charged particle source}
하전입자원들은 여러 가지 표면변형, 에칭 및 증착 응용들을 위해 사용되고, 다른 방법들에 비해 에칭 및 또는 증착하는 종(species)을 발생하는데 사용되는 반응기의 조건들로부터 기판의 분리, 기판에 대한 입사각, 그리고 입자 에너지 및 플럭스(flux)의 직접제어를 제공하는데 특히 유리하다.
광폭빔이온소스들은, 특히, 마이크로전자공학 기기 제작에 수많은 응용들을 갖는다. 이온빔장비는 예를 들면, 고주파수의 마이크로파 집적회로들 및 얇은 자기헤드들의 생산에 이미 광범위하게 사용된다.
일반적으로 "이온밀링(ion milling)"으로 알려진 이온빔에칭 또는 표면변형에서, 이온들의 빔은 플라즈마이온소스로부터 정전기학적인 방법들에 의해 추출되고, 빔의 경로에 설치된 기판으로부터 물질을 제거하는데 사용된다. 반응이온밀링 방법들에서, 어떤 화학제품(들)은 이온소스 또는 에칭챔버(chamber) 속으로 도입되어 화학반응들이 밀링공정의 일부로서 기판 위에서 일어나게 한다. 종종 이 화학 공정은 (이온소스의) 플라즈마 및/또는 이온빔에 의한 활기찬(energetic) 조력에 의해 영향받게 된다. 한 예는 이온소스에 대한 "불활성(inert)" 테트라플루오로메탄가스의 첨가로, 이 첨가물은 산화알루미늄 또는 이산화규소와 같이 특정 기판들의 에칭율을 증가시키는 다양한 반응불화(reactive fluorinated)종으로 파괴된다.
이온빔증착의 경우 두 개의 기본구성들이 존재한다. "초기(primary)" 또는 "직접" 이온빔증착에서, 이온빔소스는 기판에 축적되는 소망된 막의 성분들을 포함한 입자들의 플럭스를 생산하는데 사용된다. 한 분류(category)의 "초기"이온빔증착에서, 증착된 재료는 이온소스에 도입된 선구(precursor)화학제품으로부터 반응 수단에 의해, 통상적으로는 기체상태로 형성된다. 큰 실용적 가치를 갖는 한 예는 메탄과 같은 탄화수소가스(들)에 작용하는 이온소스로부터의 직접이온빔증착으로 형성된 다이아몬드같은 탄소막들이다.
이온빔들이 박막증착을 위해 사용될 수 있는 다른 일반적인 구성은 통상 "이차적인(secondary) 이온빔증착" 또는 "이온빔스퍼터링"으로 알려져 있다. 이 방법에서, 증착된 막에 필수적이지 않은 입자들로 구성된 이온빔은 소망된 재료의 표적으로 향하게 되고, 스퍼터링된 표적재료는 기판 위에 모아진다. 이차적인 이온빔증착은 완전히 불활성스퍼터링공정이 될 것이다. 다른 대안으로는, 특정 화학제품이 이온소스에 첨가되거나 또는 다른 경우로는 증착챔버에 포함되어 표적재료 또는 기판과의 반응에 의해 증착된 막의 화학적 특성들을 변경시키는 것이다. 이것은 활기찬 활성화와 함께 또는 없이 이온소스플라즈마 또는 이온빔에 의해 행해진다.
다른 유형들의 하전입자원들은 전자소스들 및 음이온소스들을 포함한다. 전자빔들은 박막들의 특성 또는 반응 변형을 위한 산업적인 응용들에서 사용될 수 있다. 전자빔들은 전자들이 거의 운동량(momentum)을 갖지 않는다는 점에서 이온빔들로부터 구분되고, 이 때문에 기판의 표면에 대해 덜 파괴적이다. 음이온소스들은 연구적용(research application)을 위해 개발되었다. 특히, 음수소이온들의 빔들은 융합에너지소스들에서 사용할 수 있어 흥미롭다.
전형적인 하전입자원(또는 총)에서, 중성기체 원자들 또는 분자들의 담는용기(contained vessel) 내에서의 전자폭격은 소망된 하전입자종이 적절한 수단에 의해 추출되는 플라즈마를 만드는데 사용된다. 연속하며, 안정하며, 효율적이고 실질적인 입자빔소스는 전형적으로 다음의 기본요소들을 포함한다: (1) 신선한 중성 기체종의 중단없는 공급을 제공하는 메카니즘; (2) 이온화를 위한 고에너지전자들의 일정한 공급을 보증하는 활력제공기(energizing device); (3) 입자총이 탑재된 공정챔버에 위치한 고진공펌핑(pumping)시스템에 의한 작동압력의 제어 및 소비된 기체종의 연속적인 제거를 위한 설비; (4) 접지에 대한 플라즈마전위의 제어를 통한 겨냥된 표적에 대한 입자빔 에너지를 제어하는 메카니즘; (5) 하전입자원의 개구를 통한 소망된 입자들의 추출을 가능하게 하며 동시에 동일한 개구(입자광학)를 통해 반대 전하의 입자들이 하전입자원을 떠나는 것을 방지하는 기기; 및 (6) (하전입자원의 충전 및 후속하는 불안정성을 방지하는) 의사중성(quasi-neutrality)을 유지하기 위하여 플라즈마에게 한 극성의 대전입자들의 추출을 전기적으로 보상하는 메카니즘.
실지로, 구성요소 (4) 및 (6)은 동일하다. 즉, 플라즈마를 대전시킴으로써 접지에 대한 플라즈마전위를 제어하는 전극 및 파워 공급기는 또한 전하보상을 위한 경로를 제공함으로써 플라즈마를 그 레벨에서 안정하게 유지시킨다. 이 전극은 여기에서는 일반적으로 "플라즈마전위제어전극"으로 언급될 것이다. 예를 들면, 이온소스에서, 이온소스로부터 추출된 이온전류는, 양의 고전압빔공급기에 연결된 플라즈마전위제어전극을 통하여 플라즈마로부터 접지로 추출된 전자들의 동등한 전류에 의해 보상된다. 양으로 대전된 입자들의 소스의 경우, 플라즈마전위제어전극은 "애노드(anode)"로 간주된다.
전형적인 소스에서, 이온화(ionizing)전자들은 방전파워공급기의 음극단자에 연결된 캐소드로부터 생성되고, 방전파워공급기의 양극단자는 플라즈마와 접촉하고 있는 애노드에 연결된다. 전자들의 에너지는 방전파워공급기의 전압에 의해 제어된다. 예를 들면, Ar이온들을 효과적으로 이온화하기 위하여, 방전전압은 15eV보다 커야하고 전형적으로 20eV 및 60eV 사이로 설정된다. 플라즈마 및 전체 방전파워공급기는 빔파워공급기와의 연결에 의해 접지로부터 전기적으로 분리되고 소망된 플라즈마전위로 떠오르게 된다. 이러한 연결은 통상적으로 이전에 설명된 방전 캐소드 또는 애노드에 대해 만들어진다. 예를 들면, 단독으로 대전된 아르곤이온들의 이온빔에 약 500eV의 소망된 에너지를 제공하면, 빔공급기의 양극단자는 방전애노드에 연결되고 500V로 설정된다. 캐소드는 통상적으로 가열필라멘트 또는 속빈음극(hollow-cathode)이나, 냉음극방출(cold cathode emission)일 수 도 있다. 두번째 예로서, 1keV의 전자빔을 제공하면, 빔공급기의 음극단자는 방전애노드에 연결되고 100OV로 설정된다. 전술한 플라즈마발생 방법들을 사용하는 하전입자원들은 "DC"소스들로 분류된다.
산업적인 DC소스의 초기 버전은 1975년에 발행된 리더(reader) 및 카우프만(Kaufman)의 미합중국특허번호 제 3,913,320호에 기술되어 있다. 이 유형의 이온소스는 원래 우주추진(space propulsion)을 위해 개발되었다. 카우프만 소스의 여러 가지 변형들은 그 이후로 개시되어 왔고, 이것들은 주로 카우프만 소스의 효율을 최적화 하도록, 그리고 이온빔에칭 및 증착 응용을 위해 이온들을 추출하거나 또는 빔프로파일을 모양만드는(shaping) 방법을 개선하도록 설계되었다. 예로 1989년에 발행된 카우프만의 미합중국특허 제 4,873,467호를 참조. 전술한 소스들은 보통 가열(heated)필라멘트 또는 속빈음극 중의 어느 하나인 가열된 캐소드를 사용한다. 이온총의 챔버 내의 이온화소스로서 사용되어지는 냉음극전자방출기는 1988년에 발행된 바르(Barr)의 미합중국특허 제 4,739,2l4호에 기술되어있다. 냉음극플라즈마애노드전자총은 미합중국특허 제 4,707,637호에 기술되어있다. 미합중국특허 제 4,684,848호는 광폭빔전자소스를 개시한다. 음이온소스들(예, 페이지 299 - 309)을 포함한 여러 가지 이온소스들의 설계들은 1995년 CRC출판사에서 출판된 비. 울프(B. Wolf)의 이온소스들의 핸드북(Handbook of Ion Sources)에서 논의되었다.
DC소스들은 하전입자원 유지보수 및 반응가스적합성(compatibility)이란 점에서 에칭 및 박막증착 기법들을 위한 다른 소스들에 비해 불편하다. 필라멘트형 캐소드들을 지닌 하전입자원들은 예를 들면, 작동 및 유지보수가 용이하나, 필라멘트조립품의 빈번한 교체를 요구한다. 더욱이 뜨커운 필라멘트들은 플라즈마상태에서 탄화수소들, 산소, 수소, 및 불화가스들과 같이 박막증착 및 에칭에 유용한 가스들에 의해 급속히 공격받는다. 속빈음극들을 갖추고 있는 하전입자원들은 유지보수가 어렵다. 이것들은 또한 속빈음극들이 쉽사리 오염되므로 고농도의 반응가스로 작용할 수 없게되고, 불활성가스로 연속적인 불순물제거(purging)를 함으로써 보호되어야 한다. 냉음극들은 쉽게 유지보수될 수 있고 얼마간의 반응가스들(예, 산소)과 양립할 수 있으나, 일반적으로 낮은 입자빔밀도, 및 빈약한 빔시준(beam collimation)과 같은 다른 제한들을 갖는다. DC소스들의 이러한 단점들은 제조공정들 중의 이온빔주입공정들을 방해한다.
우리는, 전술한 불편들을 마이크로파에너지소스들을 포함하여, 이온발생을 위해 고주파전자기에너지를 사용하는 라디오주파수(RF)하전입자원들을 사용함으로써 피할 수 있음을 발견하였다. 최적으로 설계된 RF하전입자원들은 다음의 일반적인 속성들을 갖는다:
- 방전필라멘트들의 부재에 기인한 산소, 할로겐 성분들 등과 같은 반응가스들을 위한 적응성(applicability);
- 적당한 파워공급기 및 제어 요구물들의 조립 및 해체가 쉬운 단순하고 엄격한 설계, 쉬운 가연성(ignitability);
- 방전안정성, 신뢰할만한 결함없고 장기간 지속하는 동작;
- 소스 성분들 및 재료들의 감소된 스퍼터링에 기인한 기판들의 오염에 대한 감소된 걱정 및 최적화된 재료 계획(예. 스테인레스강 챔버 대신 석영).
RF유도결합된 이온소스들은 원래 1960년에 시작된 우주추진을 위해 개발되었었다. 기센(Giessen)대학교의 에치. 뢰브(H. Loeb) 등에 의한, 축방향RF코일을 지닌 이온소스를 기술하는 "State of the Art of the RIT-Ion Thrusters and Their Spin-0ffs"(1988)를 참조. 평평한 RF코일설계의 유도결합된 RF이온소스는 1993년에 다비스(Davis) 등에게 권리부여된 미합중국특허 제 5,198,718호에 개시되어있다. 내부RF코일을 지닌 이온소스는 울프의 핸드북 104페이지에 보여진다. RF전기용량결합된(capacitively coupled) 이온소스들, 예컨대 울프 핸드북의 230페이지에 보여진 것 및 1993년 12월에 발행된 카우프만의 미합중국특허 제 5,274,306호가 알려져 있다. 전자사이클로트론 껴울림(resonance)이온소스는 1988년에 발행된 관바리(Ghanbari)에 의해 미합중국특허 제 4,778,561호에서 기술되었다.
DC소스들과는 현저히 다르게, 많은 RF소스들은 플라즈마에 직접 접촉하는 어떠한 방전전극들도 필요로 하지 않는다. 그러나 전술한 것처럼, 전극은 플라즈마전위를 제어하기 위해 그리고 플라즈마의 전하보상을 제공하기 위해 준비되어야 한다. 이것은 약간 다른 기능과 결합되어질 것이다. 예를 들면, 뢰브(1988)에서 이 기능은 가스분배기에 의해 수행된다. 미합중국특허 제 5,198,718호에서 이것은 이온광학기들(ion optics)의 "스크린"그리드(grid) 부분에 의해 수행된다.
실제 적용들에서 종래기술의 하전입자원들의 하나의 일반적인 제한은 특정 가스들의 분해의 결과로 또는 다른 유전체재료들의 물리적인 스퍼터링으로부터 전극표면들 위에 높은 전기저항력침전물들이 형성된다는 것이다. 이러한 유전체재료들은 예를 들면, 종종 RF 및 마이크로파 플라즈마소스들 내의 석영으로 구성된 플라즈마용기 벽들을 포함할 것이다. 일반적으로, 플라즈마 및 라디칼 농도들은 반응기표면조건들에 매우 민감하다. 전극표면들의 전도도 변경들은 노화 및 비재현성(irreproducibility)의 문제들을 일으킬 수 있으며, 플라즈마전위 제어에 사용되는 플라즈마 및 전극 사이의 전류흐름을 금지시킴으로써 이온소스 내의 전하증강(buildup)을 야기할 수 있다.
안정도 개선은 특수한 소스조절하기(conditioning)절차들에 의해 성취될 것이다. 그러나, 소스내부표면들 및 소스동작의 조절하기가 고전기저항력침전물들이 벽들 및 전극들 위에 증착되는 것을 수반한다면, 노화 및 비재현성의 문제들은 더욱 복잡해질 것이다.
실제 적용들에서, 하전입자원 안쪽에서 작동 중에 반응하여 커다란 량의 고전기저항력침전물들을 형성하는, 탄화수소, 할로겐화탄소 가스들 등과 같은 많은 가스들이 있다. 이러한 경우들에 대해, 전술한 제한은 박막증착 및 에칭을 위한 하전입자원들의 적용을 크게 방해한다.
소스 작동 동안에 소스 내에 전기전하의 축적을 방지할 능력이 있는 반응가스들을 이용하는 광폭빔하전입자원에 대한 명백한 필요가 있다.
본 발명의 목적은 특히 고전기저항력침전물들을 소스 안쪽에 형성하는 탄화수소들, 할로겐화탄소들 등과 같은 반응가스들로 작동하는 안정한 하전입자원을 제공함에 있다.
본 발명은 이온빔증착(ion beam deposition) 및 에칭(etching)을 위한 광폭빔(broad-beam)이온소스들, 그리고 표면변형(surface modification)을 위한 전자소스들을 포함하는 하전입자원들의 분야에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 나선형RF코일을 지닌 유도결합된 RF하전입자원의 개략도.
도 2는 이 발명의 제 1실시예에 따른 하전입자원을 도시하는 개략도.
도 3은 이 발명의 제 2실시예에 따른 하전입자원을 도시하는 개략도.
도 3b는 도 3에 보여진 추출전극의 단면도.
도 3c는 도 3에 보여진 추출전극의 평면의 개략도.
도 4는 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 4b는 도 4에 보여진 추출전극의 평면의 개략도.
도 4c는 도 4에 보여진 추출전극의 확대 단면도.
도 5는 추출전극의 다른 대안에 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 5b는 도 5에 보여진 전극구조의 3차원 사시도.
도 5c는 도 5에 보여진 추출전극의 단면도.
도 6은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 6b는 도 6에 보여진 추출전극의 평면의 개략도.
도 7은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 7b는 도 7에 보여진 추출전극의 평면의 개략도.
도 8은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 8b는 도 8에 보여진 추출전극의 단면도.
도 9는 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 9b는 도 9에 보여진 추출전극의 단면도.
도 9c는 도 9에 보여진 추출전극의 공동(cavity)구조의 확대 단면도.
도 10은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 1Ob는 도 10에 보여진 추출전극의 평면의 개략도.
도 10c는 도 10에 보여진 전극구조의 3차원 사시도
도 11은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 11b는 도 11에 보여진 전극구조의 3차원 사시도.
도 12는 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 12b는 도 12에 보여진 전극구조의 3차원 사시도.
도 13은 추출전극의 다른 대안이 되는 형태를 보여주는, 이 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 13b는 도 13에 보여진 전극구조의 3차원 사시도.
도 14는 이 발명의 하전입자원 동작의 제 1펄스모드(pulsed mode)를 도시하는 그래프.
도 15는 이 발명의 하전입자원 동작의 제 2펄스모드를 도시하는 그래프.
상술한 목적은 본 발명에 의하여 플라즈마전위를 제어하기 위해 각별히 구성된 전극을 구비하는 하전입자원 형태로 달성된다. 이 발명은 또한 하전입자추출 동안 소스 내의 전하축적을 금지하도록 하기 위하여 펄스모드로 소스를 동작시키는 수단을 갖는 하전입자원을 꾀하였다.
본 발명의 제 1실시예에서, 하전입자원은 플라즈마전위를 제어하는 전도성전극을 구비하고, 이 전극은 금속전도도를 갖는 액체를 포함한다.
본 발명의 제 2실시예에서, 플라즈마전위제어전극은 플라즈마로부터 효과적으로 숨겨지고, 예를 들면 플라즈마 이온화 및 해리(dissociation)의 결과로서 하전입자원의 동작에 의해 발생된 비휘발성산물의 직접충돌로부터 차폐(shield)된 영역들을 담고있다. 이 전극은 이러한 차폐된 영역들을 통해 가스를 흐르게 하는 수단을 구비해도 좋다.
본 발명의 제 3실시예에서, 플라즈마전위를 제어하는 전도성전극은, 비휘발성산물의 직접 충돌로부터는 차폐된 영역들이면서 차폐 또는 전극 구성요소의 어떤 운동메카니즘에 의해 플라즈마에 점차로 노출되는 숨겨진 영역들을 담고 있다.
본 발명의 제 4실시예에서, 이 소스는 펄스전위(pulsed potential)를 전도성 플라즈마전위제어전극에 인가하는 수단으로, 아마도 다중그리드(multigrid)이온광학기조립품에서의 "스크린"그리드인 수단을 구비한 양으로 하전된 입자소스일 것이다. "가속기"그리드는 하전입자추출을 위한 소망된 값, 예를 들면, -5 내지 3000V사이로 고정될 것이고, "감속기"그리드는 만약 사용된다면, 하전입자추출을 위한 소망된 값, 전형적으로는 접지전위에 고정된 것이다. 이 기간의 제 1부분 동안 전도성전극에 인가된 전위는 10 내지 3000V이고, 이 기간의 제 2부분 동안 전도성전극에 인가된 전위는 "가속기"그리드의 전위와 동일하게 설정된다. 위의 극성들은 소스가 음으로 대전된 입자소스인 경우 역전될 것이다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 실시예들 및 이점들은 상세한 설명 및 뒤따르는 바람직한 실시예들을 살핌으로써 더 상세히 설명될 것이고 더욱 쉽사리 명백하게 될 것이다.
도 1은 종래기술에서 알려진 유도결합된 RF하전입자원을 도시하는 개략도이다. 이 도면은 설명의 목적만을 위한 것이다. 내부RF코일들을 지닌 RF유도결합된 소스들 및 전자사이클로트론껴울림소스들, 전자 및 음이온 소스들 뿐만 아니라 RF전기용량결합된 또는 헬리콘파(helicon wave)결합된 소스들 등을 포함하여, 다른 유형들의 하전입자원들은 이 기술의 숙련된 사람들에게 알려져 있고 상세하게 설명되는 것이 필요없다.
도 1에 보인 것처럼, 종래기술의 유도결합된 RF하전입자원(10)은 전형적으로석영으로 만들어 질 것인 플라즈마방전용기(11)를 구비한다. 이 소스(10)는 RF정합상자(matchbox)(12), 이 정합상자에 연결가능한 RF파워공급기(13) 및 도 1에서 물냉각된 RF유도코일로서 도시된 RF조사기(applicator) 또는 에너지발생기(14)를 더 구비한다. 코일(14)은 정합상자(12)에 연결되고, 도시된 것처럼 용기(11)는 코일(14) 내부에 배치된다.
소스(10)는 방전용기(11) 내의 플라즈마를 실질적으로 담고있고 용기로부터 이온들의 추출을 제어하는 다중홀(multihole)의 3개의 그리드전극조립품(15)을 더 구비한다. 제 1그리드(15a)는 보통 "가속기"라 불리며, 음의 고전압 공급기(17)에 연결가능하다. 이 그리드는 알려진 형태로 구성된 복수개 개구들을 구비하여 플라즈마용기(11)내의 플라즈마의 가둠(confinement)을 최적화하고 동시에 플라즈마로부터의 이온들의 추출을 허용하고 얼마큼은 지시한다. 이 도면에서, "스크린"그리드(15b)는 플라즈마 및 가속기그리드 사이에 배치된다. "스크린"그리드는 전도성전극으로서 보여지며 양의 고전압 이온빔파워공급기(16)에 연결된다. 따라서, 그리드전극(15b)은 사실상 "빔전압"인 플라즈마의 전위를 제어하는 전극이다. 이온들은 플라즈마로부터 "이온광학기들"(15)을 통해 추출된다. 이온화된 플라즈마의 의사중성을 유지하기 위하여 추출되어지는 이온들의 갯수와 동등한 수의 전자들이 플라즈마로부터 제거되어야 한다. 이러한 전자들은 이 예에서 "스크린"그리드 위에 모아지고 빔파워공급기를 통해 흘러서, 표시된 "빔전류"가 읽어지게 한다.
"감속기"로 알려진 제 3그리드(15c)는 전기접지전위에 놓인다. 중화장치(neutralizer)(미도시)는 저에너지전자들을 이온빔에 공급하여 양의 공간 전하(space charge)를 중화시킨다. 작동가스(working gas)는 (자세하게 되지는 않은) 입구(19)를 통해 소스의 안으로 제공된다. 이 이온소스의 다른 대안이 되는 실시예들에서, 스크린그리드와는 다른 플라즈마와 접촉하는 전도성소자들은 이온빔파워공급기에 연결되며 플라즈마 및 빔 전위들을 제어하는데 이용되는 전극들로 소용되도록 사용된다. 이러한 경우들에서, 스크린그리드는 비전도성재료로 코팅되어질 것이다.
소스 안의 고전기저항력침전물들의 발생을 설명하기 위하여, 우리는 나선형의 유도결합된 소스, 즉 비코마이크로에치(Veeco Microetch) RIM-210의 메탄에 대한 동작을 고려한다. 두 시간이상의 성능시험(performance runs)이 100-900V 범위의 빔전압으로 수행되었으며, 가속기전압은 -400V이었고 가스흐름은 20sccm이었다. 우리는 이 시험 동안 시스템가동의 세 개의 별개의(distinct) 기간들을 관측하였다. 첫 번째 기간은 약 30 내지 40분으로, 안정한 작동에 의해 특징지워지며; 두번째 기간은 약 70 내지 90분으로, 평균크기의 약 10%의 이온빔전류에서 불안정성에 의해; 약 90 내지 100분의 세 번째 기간은 플라즈마의 소화(extinction)(이 기간 동안 플라즈마는 다시 발화될 수 있고 약 40초의 짧은 시간동안 유지된다)에 의해 특징 지워졌다. 이 기간 이후에는 그러나 플라즈마는 복구되지 않았다. 이러한 기간들의 정확한 시간은 작동매개변수들에 의존하여 변화되는 반면, 그 경향들은 동일한 채로 있었다. 그에 더하여, 낮은 빔전압에서 우리는 20부터 30mA까지의 가속기그리드전류의 증가를 관측하였다.
시험 후의 소스 벽들 및 그리드들의 직접관측은 소스내부표면들 전부에 걸친 고저항력침전물들의 증착을 증명하였다. 이러한 발견들은 다음과 같은 소스작동문제들에 관련된다:
플라즈마전위를 고전기저항력침전물들로 제어하는데 사용되는 전도성전극의 코팅은 플라즈마 상태들의 격렬한 변경들을 야기한다. 전극 위의 침전물들은 전극 및 플라즈마 사이에 도입되는 저항층(resistive layer)으로 나타난다. 명백히, 이층을 가로지르는 전압강하가 존재한다. 이 층이 두껍게 되자마자, 그것의 저항력은 전압강하가 전기절연파괴(breakdown)한계를 초과할 때까지 증가한다. 전기절연파괴에 의해 야기된 소스에서의 아킹(arcing)은 불안정한 소스작동을 야기하고 결국에는 플라즈마가 절멸된다.
특정 작동가스들을 지닌 어떤 하전입자원들의 장기간의 동작 이후에 관측될 수 있는 이차적인 효과는 가속기그리드 또는 스크린그리드 하류의 다른 그리드들 위에, 특히 각 개구의 원주를 따라 저항층의 증착이 있다는 것이다. 이것은 아마도 플라즈마로부터, 아마 추출된 소빔들(beamlets)의 꼬리들로부터 흐르는 입자들의 그리드에 대한 입사에 기인한 것일 것이다. 이것은 전기적인 표면 하전 및 그리드간 전기장 구성의 변형을 이끌 것이다. 그 결과로, 빔시준의 나빠짐, 챔버로부터 소스로의 반대로 대전된 입자들의 역흐름(backstreaming) 및 그 결과로서의 잘못된 빔전류읽기의 발생, 및 증가된 가속기그리드전류가 일어날 수 있다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 참조번호 100으로 지정된 주제의 하전입자원의 제 1실시예가 도식적으로 설명되어있다. 실례를 설명하는 목적만을 위한 것이고 한정하는 것은 결코 아닌 것으로, 소스(1OO)는 유도결합된 RF이온빔소스로서 묘사되었다. 또한 필요한 플라즈마를 발생하기 위한 다른 메카니즘들이 사용됨 및 소스가 음으로 대전된 입자들을 추출하기 위해 역의(reverse) 극성으로 동작됨이 이해될 것이다.
도 2에 보인 것처럼, 하전입자원은 석영으로 만들어질 것인 플라즈마방전용기(111)를 구비한다. 이 용기(111)는 필요한 플라즈마가 발생되는 안쪽부(111a)를 규정한다. 용기의 한 말단(111b)에는, 작동가스를 방전용기의 안으로 공급하는 플라즈마형성원자들의 외부공급기(미도시)에 연결가능한 입구(119)가 배치된다. 플라즈마용기의 한 말단(111c)은 일반적으로 열려있다. 이 소스는 RF정합상자, 정합상자에 연결가능한 RF파워공급기, 및 정합상자에 연결가능한 RF조사기를 추가로 구비한다. 명료함을 위하여, 이러한 잘 알려진 소자들은 도 2에서 보여지지 않았으나, 도 1에 보여진 것 같은 구성으로 되어질 것임은 잘 이해될 것이다.
전극지지부재(127)는 용기의 표면(111b)을 통하여 연장되고 용기(111)에 배치된 끝부분(127a)을 갖는다. 바람직하게는, 지지부재(127)는 속이 빈 것이다. 애노드트레이부재(128)는 전극지지부재(127)의 끝부분(127a)에 배치된다. 도시된 것처럼, 트레이부재(128)는 내부를 규정하는 베이스부(128a) 및 직립벽부(128b)를 구비한다. 트레이(128)의 내부에는 갈륨과 같은 전도성액체재료(129)가 배치되며, 이 재료는 플라즈마의 동작조건들 하에서 액체이고 전극으로서 기능 한다. 전기도체(130)는 액체전극(129) 내에 배치되고, 도선(136)에 의해 전극지지부재(127)를 통하여 양전압파워공급기(116)에 연결 가능하다. 바람직하게는 소스(100)는 또한 트레이(128)에 아주 근접하게 배치되나, 벌크(bulk)플라즈마 및 액체전극 사이의 접촉을 방해하지 않게 하도록 충분히 멀리 떨어지게 이격된 판(126) 또는 다른 일반적으로 평평한 표면을 구비한다. 이 표면은 플라즈마용기(111)의 벽이 되거나 입구(119)로부터 유입가스의 재분배를 위한 배플(baffle)조립품의 일부가 될 것이다.
이온광학기조립품, 예를 들면 그리드조립품(115)은 열린말단(111c)에 인접하게 배치된다. 그리드조립품(115)은, 알려진 형태로 구성된 복수개 개구들을 가져 용기(111)내의 플라즈마의 가둠을 최적화하며 동시에 플라즈마로부터 이온들의 추출을 허용하고 일부는 지시하는 하나 이상의 그리드들을 포함한다. 그리드(115a)는 도선(118)에 의해 음의 고전압 공급기(117)에 연결가능하다.
그리드조립품(115)은 또한 비전도성재료로 도포되어지는 별도의 "스크린"그리드(115b)를 구비한다. 그리드(115b)는 그리드(115a) 및 플라즈마 사이에 놓이게 된다. 조립품(115)은 또한 통상 접지전위에 연결가능한 감속기그리드(115c)를 구비한다. 소스(100)는 또한 그리드조립품(115)에 인접하게 배치된 중화장치(미도시)를 구비한다. 다중그리드 이온광학기 설계들 및 이온빔중화장치들은 잘 알려져 있으며 상세한 설명을 필요로 하지 않는다.
이 발명에 따르면, 전극조립품은 액체전극(129) 및 전극트레이(128)를 구비한 것으로, 하전입자원의 동작을 손상시킬 수 있는 고저항재료의 소망스럽지 못한 증착을 금지시키는 구성으로 된다. 애노드(129)는 액체이므로, 침전물오염에 본질적으로 둔감하고, 이 량의 이러한 침전물들은 전극의 액체에 비해 무시해도 좋다. 이 침전물들은 전극의 액체와 혼합되어짐에 의해 효과적으로 파괴된다.
도 2에 묘사된 발명의 구체적인 예로서, 직경 5cm 및 높이 2cm의 원형 전극트레이(128)는 갈륨으로 1cm의 높이까지 채워지고 25cm의 석영사발직경을 갖는 이온소스에 설치된다.
도 3을 참조하면, 사용된 전극조립품의 유형을 제외하면 도 2에 보여진 것과 매우 유사한 발명의 다른 대안이 되는 실시예가 도시되어있다. 따라서, 단순함을 위하여 그리고 반복을 피하기 위하여, 오로지 전극조립품의 구조만이 상세하게 기술될 것이다. 도 2에 도시된 것들과 동일한 것인 도 3에 도시된 소자들은, 도 2에서의 동일 소자들과 동일한 참조번호들을 가진다.
도 3에 보인 것처럼, 전극조립품(228)은 금속전극지지부재(227)의 한 끝단에 배치되고, 바람직하게는 속이 빈 것이다. 전극조립품(228)은 활동전극(233) 및 복수개 공동들(234)을 담고있는 표면판(237)을 구비한다. 전극(233)은, 도선(136) 및 접촉(230)을 통해 고전압파워공급기(116)에 연결된 지지부재(227)에 전기적으로 연결된다. 바람직한 실시예에서, 가스, 바람직하게는 불활성가스 또는 비반응, 비이온화된 선구가스는 전극관통채널(219)의 내부 및 전극지지부(227)의 중앙을 통해 가스플리넘(plenum, 240)까지 도입되고, 가수플리넘에서 재분배되고 그 후에 공동들(234)을 통과하여 플라즈마용기 속으로 들어간다. 이 가스는, 전극(233a) 내부 표면 위의 흡착 및 플라즈마용기로부터 공동들(234)로 들어가는 입자들과의 충돌에 의해, 전극의 작동수명을 추가로 연장시킨다. 만약 가스가 사용되지 않으면, 공동들(234)은 전극(233)에서 직접 형성될 것이다.
공동들(234)의 기하구조(geometry)는 도 3b에서 보여진다. 그 공동 직경은 또한 일반적으로 여기서 개구사이즈로 언급되는 것으로, 치수(dimension) "x"로 보여진다. 치수 "y"는 공동의 최대깊이이다. 공동의 종횡비(aspect ratio)는 y/x의 비율로 정의된다.
발명의 이 실시예의 기본개념은 "숨겨진"전극영역을 공동들(234)의 안쪽에 제공하여 고저항력침전물들이 공동들 안쪽의 전극 위에 증착되는 것을 금지시키는 것이다. 이러한 증착물들은 공동의 바깥쪽에서 유래하거나 공동 안에 유지된 플라즈마에 의해 직접 발생될 것이다. 전극 쪽으로 움직이는 플라즈마용기 내의 고저항력입자들의 플럭스의 오로지 작은 부분만이 공동벽들을 최초로 때린 다음 들러붙음 없이 공동을 가로지르는 것을 허용하는 궤도들을 가질 것이므로, 첫 번째 유형의 증착물들은 최소화된다. 공동들의 벽들에 대한 플라즈마로 발생된 (plasma-generated) 입자들의 도포율은 공동의 종횡비가 1:1을 넘게 증가할 때에 급격히 감소되고 5:1 또는 이보다 큰 종횡비들의 경우 크게(greatly) 감소된다.
국소플라즈마공정들로부터 공동들 안으로의 증착은 또한 공동 안쪽의 플라즈마가 벌크플라즈마 보다 낮은 밀도를 갖는다는 사실에 기인하여 감소된다. 플라즈마는 데바이길이(debye length)(약 O.1mm) 근처의 매우 작은 개구들을 지닌 공동들의 안쪽에서 멸절될 것이고, 또한 (약 10:1보다 큰) 매우 높은 종횡비들을 지닌 공동들 때문에 크게 감소될 것이다. 그러나, 이러한 플라즈마감쇠(damping)는 또한 전극에 대한 전자들의 흐름을 금지시킬 수 있다. 이온소스 안쪽의 애노드 위에 모인 전자전류 "Ie,a"가 사실은 아래의 수학식에 주어진 것처럼 플라즈마밀도에 직접 비례한다:
여기서, "e"는 전자전하, k는 볼쯔만상수, me는 전자질량, np,a는 애노드 근처에서의 전자(플라즈마)밀도, Te는 플라즈마의 전자온도, Us는 전극 및 플라즈마 간의 전위차(통상 음의 값), 그리고 Ae는 전극의 면적이다. 이 수학식 1은 통상적으로 플라즈마에서의 맥스웰의 전자분포의 합리적인 가정에 근거한다.
전자전류에 대한 제한을 고려하면, 공동들의 기하구조들이 전극 위의 고저항력침전물들의 증착율을 그것의 전자수집기능 없이 현저히 감소시키도록 최적화되는 것은 연역적으로 자명하지 않다. 그러나 우리는 실험적으로 전극 위에 고저항력증착물들을 세우는 것은 거의 무시해도 좋은 반면, 애노드로의 전자흐름은 방해되지 않는 합리적인 공동기하구조들 및 전극치수들이 존재하는 것으로 판단하였다. 이러한 실험들은 초기에는 "숨겨진"전극개념의 또 다른 실시예인 "쌓아진 판(stacked plate)"전극으로 수행되었고, 이것은 아래에서 기술된다.
최적의 공동기하구조는 정확히 예측되지 않음에도 불구하고, 어떤 일반적인 제한들이 주목되었다. 첫째, 공동의 개구 "x"(도 3b)는 플라즈마의 데바이길이 보다 클 것이고 공동을 통과하는 전자들의 경우 적어도 플라즈마덮개(sheath)두께(이것은 통상 데바이길이의 몇 배이다)와 비슷할 것이다. 이러한 최소 치수들은 플라즈마상태들의 함수들이고 전형적으로는 약 0.1 내지 약 0.5mm와 비슷할 것이다. 둘째로, 공동의 종횡비는 벌크플라즈마로부터의 직접적인 증착으로부터 의미있는 수준의 보호를 제공하도록 적어도 약2:1이어야 한다.
전극 설계를 위한 다른 고려사항은 전극전류수집에 충분하며, 효과적인 영역을 준비하는 것이다. 플라즈마의 의사중성을 유지하기 위하여, 애노드에 대한 전자전류(Ie,a)는 빔전류(Ib) 더하기 애노드에 대한 전류(Ii,a)와 평형을 이룰 것이다. 즉, Ie,a= Ib+ Ii,a·
애노드에 대한 전자전류는 아래에 주어진 것처럼 플라즈마매개변수들 np,a, Aa, Te, 및 Us의 함수이다:
여기서, qi는 이온전하이고 mi는 이온 질량이다.
비슷하게 최대빔전류(포화플라즈마밀도에서의 전류)는 다음과 같이 표현된다:
여기서 np는 이온추출전극에서의 플라즈마의 밀도이고, Ag는 총이온빔추출면적이다.
안정한 기존의 플라즈마시스템들은 플라즈마와 접촉하는 모든 표면들에서의 덮개전위강하의 음의 값들인 Us에 의해 특징지워진다. 이 조건을 애노드에 적용하고 위에서 주어진 수학식들을 결합하면, 우리는 최대빔전류에서 이온소스동작을 위한 일반적인 최소 애노드면적이 아래의 수학식과 거의 같음을 발견하였다:
따라서 비율 np/np,a는 요구된 애노드면적에 의미있는 충격을 가질 것이다. 종래기술의 애노드, 예를 들면, 도 1에 보여진 스크린그리드애노드의 경우 이 비율은 일에 가깝거나 같을 것이고, 반면에 본 발명의 공동전극의 경우 공동 안쪽의 플라즈마밀도는 벌크플라즈마밀도로부터 현저하게 감소할 것이고 비율 np/np,a는 일 보다 클 것이다. 그러므로, 더 큰 애노드면적이 동일한 소스동작을 유지하기 위하여 사용되어야 한다. 예를 들면, 합리적인 값은 적어도 np/np,a= 7 일 것이다.
단독으로 대전된 메탄이온플라즈마의 경우, 예를 들면, 이 수학식은 다음과 같이 정리될 것이다:
Aa (min) = (np/np,a)Ag/68
이온추출을 위해 50%의 열린 영역을 지닌 30cm 직경 이온소스의 경우 Ag= 350㎠이다. 단독으로 대전된 메탄이온플라즈마로 작동했을 때, 우리는 애노드면적이 약 5㎠( np/np,a= 1인 경우)보다 크고 바람직하게는 35㎠ (np/np,a= 7인 경우)보다 큼을 계산해 내었다.
도 3에 보여진 "숨겨진 전극" 실시예의 경우, 우리는 반경 "r"을 갖는 갯수 "Nc"의 실린더형 공동들을 고려한다. 이 공동갯수는 Nc= Aa/(πr2)에 의해 총유효 애노드면적에 관련된다.
소스 동작의 시작에서, 도 3에 보여진 애노드조립품(228)의 전체 전도성표면이 전자수집에 참여할 때에 애노드의 영역은 비교적 크다. 그러나, 약간의 동작시간 이후에, 공동들의 외면(superficial)영역을 포함하여, 이 표면은 고저항력증착물들로 도포될 것이고 유효애노드영역은 감소될 것이다. 이 남아있는 전도성영역은 특히 흥미로운 영역이다. 정량적인 예로서, 우리는 공동벽들이 도포되나 이 공동들의 바닥은 전도성인 채로 남아있는 것으로 가정하였다. 이것은 약3:1의 종횡비를 지닌 공동의 경우 합리적인 보존가정이다. 이 예에서, 우리는 또한 x= 5mm의 공동직경을 가정하였다. 각 공동은 약 0.2㎠의 애노드영역을 갖는다. 예를 들어, 전술한 바람직하게 된 애노드면적치수들을 수용하기 위하여, 우리는 공동들의 최소 갯수가 약 25 내지 175 사이가 됨을 계산해 내었다. 증가된 전류용량은 공동들의 갯수 증가에 의해 얻어진다.
도 4는, 특수한 외부전기배선들이 없다는 점을 제외하면 도 3에 보여진 것과 매우 유사한, 형성된 공동들을 지닌 "숨겨진 전극"의 다른 대안이 되는 버전을 도시한다.
도 4에 보여진 것처럼, 금속전극(328)은 전극지지부재(327)의 한 끝단에 배치된다. 전극(328)은 복수개 공동들(334)을 담고 있다. 이것은 접촉(330) 및 리드(336)를 통하여 스크린그리드(115b)의 전기접촉에 연결되고, 스크린그리드(115b)는 도선(136)을 통해 양의 고전압파워공급기(116)에 연결된다. 그리드(115b)가 전도성이라면, 애노드 기능은 그리드(115b) 및 전극(328)에 의해 분담될 것이다. 그러나, 작동 중에, 비보호된 그리드(115b) 및 전극(328)의 바깥쪽은 완전히 고저항력증착물들로 도포되어질 것이다. 그러한 경우, 또는 만약 그리드표면이 고의로 비전도성으로 된다면, 오로지 전극(328)의 공동들 안쪽의 표면들만이 활동적으로 되며 애노드처럼 작동할 것이다. 도시만의 단순함을 위하여, 설계된 전극(328)이 도 3에 기술된 가스흐름을 위한 설비 없이 도 4에서 보여진다. 가스흐름은 도 3에 도시된 것처럼 제공될 것임은 이해될 것이다. 도 4c의 치수 "x" 및 "y"는 도 3b에 보여진 발명의 실시예를 위해 기술된 것과 동일한 의미를 가지고, 바람직한 공동기하구조들 및 공동들의 갯수는 그 경우를 위해 기술된 것과 동일하다.
도 5를 참조하면, "숨겨진 전극"의 개념을 사용한 발명의 또 다른 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 숨겨진 전극의 공동들(434)은 그리드(115b) 자체의 표면에 형성된다. 도 5b에 보여진 것처럼, 공동들은 그리드 주변에 배열된 동심고리들(concentric rings, 433) 간에 형성된다. 이러한 고리들은 이 기술에서 숙련된 사람들에게 알려진 방법들에 의해 그리드 제작공정의 일부로서 그리드 자체로부터 형성되어지거나, 또는 제작된 그리드판에 별도로 기계적으로 부착되게 형성되어진 다. 그리드(115b)는 도선(136)에 의해 양의 고전압 파워공급기(116)에 연결된다.
도 5c에 보여진 "고리공동"의, 치수 "x"인 개구사이즈 또는 직경, "y"인 공동의 깊이는 도 3b에 관련하여 정의된 실린더형 공동들의 "x" 및 "y" 치수들과 정확히 유사하다. 또, 공동의 종횡비 y/x는 적어도 약 2:1일 것이고 바람직하게는 적어도 약3:1이다.
우리는 x= 5mm의 간격을 갖는 (6인치 직경의 하전입자원에 알맞은) 직경 20cm의 두 개의 고리들을 고려한다. (도 3에 관하여 위에서 논의된 이유 때문에) 오로지 공동의 바닥만이 활동적으로 전자들을 모을 것이라 가정하면, 우리는 총유효 애노드면적이, 이 예가 되는 이온소스에 대해 충분한 것보다 많은, 31㎠가 됨을 계산해 낸다.
도 6을 참조하면, "숨겨진 전극" 개념의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도면에 보인 것처럼, 전극조립품(528)은 금속전극지지부재(527)의 끝단(527a)에 인접하게 배치된다. 불필요한 군더더기를 피하기 위하여, 하전입자원을 포함하는 발명의 다른 요소들, 즉 도 2 내지 도 4에 보여진 것들인, RF코일들, 그리드조립품, 억제장치(suppressor)파워공급기 등은 도 5 또는 후속하는 전극실시예들에서 보여지지 않는다. 이 발명의 이전 실시예들에서 처럼, 전극지지부재(527)는 플라즈마용기(111)의 내부(111a)에 탑재되고, 이것은 명료함을 위해 부분적으로 도 6에서 그림으로 보여진다.
도 6의 전극조립품(528)은 공동들(534)을 규정하는 복수개의 이격된 금속판 부재들(533)을 구비한다. 공동(534a)은 최상위의 판(533a)과 플라즈마용기벽(111b)의 안쪽, 또는 벽(111) 및 판(533a) 간에 놓이게 된 다른 표면 사이에 형성된다. 공동들(534)은 고저항력침전물들이 판들(533b)의 내부표면들 및 지지부재(527) 위에 증착되는 것을 방지하는 기하구조를 갖는다. 이러한 부분들은 이것들이 530에서 지지부재(527)와 전기 접촉을 만드는 도선(536)을 통해 파워공급기(116)에 전기적으로 연결될 때에 전극의 활동적인 부분을 형성한다. 도 6에 보여진, 치수 "x"인 판들 간의 개구사이즈 또는 이격(spacing), 및 "y"인 공동의 깊이는 도 3에 표시된 "x" 및 "y" 치수들과 유사하다. 그 도면에 도시된 발명의 실시예의 설명에서 주어진 것과 동일한 이유 때문에, 최소개구치수 "x"는 전형적으로 약 0.1 내지 약 0.5mm에 속하고 공동의 종횡비 y/x는 적어도 약 2:1일 것이고 바람직하게는 적어도 약 3:1이다. 이용가능한 활동적인 "숨겨진"전극영역을 최대화하기 위하여, 공동(534a)의 치수들은 바람직하게는 또한 이 규준들(criteria)을 따른다.
바람직하게는, 전극의 치수들은 최소유효의 "숨겨진"애노드영역을 제공하고 이것의 하한은 다음과 같이 추정된다: 먼저, 도 6b에 보인 것처럼, 유효애노드영역 계산으로부터 판의 바깥쪽 모서리로부터 측정된 치수 "y1"에 의해 표현되는 쌓아진 판들의 주변을 둘러싸는 구역(zone)을 제외시킨다. 이 구역은 벌크플라즈마로부터 보호되지 않고 고저항력침전물들로 도포되어질 것이다. 유효애노드영역은 도 6b에 보인 것처럼, 폭 "y2"의 구역으로 표현될 수 있다. "y1"은 개수치수 "x"의 약 3배가 될 것이다. 예를 들면, 판들간의 이격이 1 및 2mm 사이라 가정하면, y1 = 5mm라고 가정하는 것도 타당하다. 쌓아 올려져 있는 길이 l = 2mm 의 사각형 판들의 경우, y2 = 0.5mm 이고, 각각의 숨겨진 표면 당 애노드면적은 7㎠ 이다. 따라서 4개의 숨겨진 표면들을 지닌 쌓아올려진 3개의 판들은 28㎠ 인 총애노드표면을 가지며, 도 3에 관련하여 기술된 것처럼 30cm 메탄이온빔소스의 경우에 바람직한 약 5㎠ 내지 약 30㎠ 의 범위에 있다.
이 쌓아진 판전극의 바람직한 실시예에서, 가스, 바람직하게는 불활성가스 또는 비반응성의, 비이온화된 선구가스가 전극의 내부로 도입되고 공동들(534)을 통해 흐른다. 도 6에 보여진 예시에서, 지지부재(527)는 속이 빈 것이나 플러그(531)에 의해 끝단(527a)에서 닫힌 것이다. 가스는 입구(519)로부터 지지부재(527)의 내부(540)까지 유입되고, 이곳에서부터 가스가 지지부재(527)에 형성된 홀들(541)을 통해 판들(533)간에 분배된다. 숨겨진 전극의 공동들을 통해 가스가 흐르는 이점은 위에 주어진 도 3의 설명에서 논의되었다.
도 7은 발명에 따른 숨겨진 전극의 또 다른 실시예이다.
금속전극지지부재(627)는 플라즈마용기의 표면(111b)을 통하여 연장되고 용기(111) 속에 배치된 끝부분(627a)을 갖는다. 바람직하게는, 지지부재(627)는 속이 빈 것이다. 전극조립품(628)은 지지부재(627)의 끝단(627a)에 배치되고, 지지부재와 전기접촉하는 금속전극트레이(633) 및 판(626) 또는 일반적으로 평평한 표면을 포함한다. 도시된 것처럼, 트레이(633)는 내부를 규정하는 베이스부(633a) 및 직립벽부(633b)를 구비한다. 전극벽(633b)의 면(633c) 및 표면(626) 간의 틈새는 전극의 내부(633d)를 고저항력증착물들에 의한 증착으로부터 보호하는 공동(634)을 형성한다.
도 7에 보여진 공동의 치수들 "x" 및 "y"는 도 3에 보여진 "x" 및 "y" 치수들과 참으로 유사하다. 최소개구치수 "x"는 전형적으로 약 0.1 내지 약 0.5mm에 속하고 공동의 종횡비는 적어도 약 2:1 일 것이며 바람직하게는 적어도 약 3:1이다. 빔전류의 A 당 트레이를 위한 실제적인 최소치수를 결정하기 위하여, 전극의 유효표면영역이 트레이(633d)의 안쪽 면적 즉, 도 7b에 보여진 사각형 트레이의 경우, (지지부(627)의 작은 영역을 무시하면) 치수 l1의 제곱인 것으로 가정되었다. 따라서 l1= 4cm의 트레이는 16㎠ 의 전극영역을 갖는다. 이것은, 도 3에 관련한 위의 논의에 따른 벌크플라즈마 보다 3배 적은 플라즈마밀도를 지닌 30cm 메탄이온소스에 충분하다. 증가된 전류용량은 트레이의 사이즈를 증가시킴으로써 또는, 바람직하게는, 몇 개의 트레이들을 함께 쌓음으로써 얻어진다.
도 7에 보여진 전극의 바람직한 실시에에서, 불활성가스 또는 비반응성, 비이온화된 선구가스는 전극의 내부로 도입되고 공동들(634)을 통해 흐른다. 도 7에 보인 예시에서, 지지부재(627)는 속이 빈 것이나 플러그(631)에 의해 끝단(627a)에서 닫혀있다. 가스는 입구(619)로부터 지지부재(627)의 내부(640)로 도입되고, 거기서부터 지지부재(627)에 형성된 홀들(641)을 통해 전극 내부로 분배된다. 숨겨진 전극의 공동들을 통해 가스가 흐르는 이점은 위에 주어진 도 3의 설명에서 논의되었다. 표면(626)은 단순히 플라즈마(111)의 내부벽 또는 가스배플(baffle)과 같이, 다른 형편에 맞는 표면일 것이다.
도 8은 도 6에 도시된 숨겨진 전극의 변형된 버전으로 이 도면에서의 전극은 복수개의 쌓아진 판들의 안쪽에 놓여지며, 이러한 판들로부터 전기적으로 분리되고, 판들보다는 높은 양의 전위로 유지된다. 전극조립품(728)은 플라즈마용기(111)의 내부(111a)에 놓여진다. 금속조립품지지부재(720)는 플라즈마용기의 관통표면(111b)을 통해 연장되고, 플라즈마용기 안쪽에서 공동들(734)을 규정하는 복수개의 쌓아진 판들(733)에 연결된다. 금속전극(760)은 금속지지부재(751)에 연결되고, 금속지지부재(751)는 외부끝단(750a)까지의 그것의 바깥쪽 직경에 나사산 새겨지고 너트(754) 및 이격기들(770 및 771)에 의해 조립품 지지부재(720)에 탑재된다. 이격기들(770 및 771)은 세라믹과 같은 적절한 재료로 만들어진 전기절연체들이다.
공동들(734)은 고저항력침전물들이 전극의 내부표면들에 또는 전도성침전물들이 절연체(771) 위에 증착되는 것을 방지하는 기하구조를 가지며, 또한 절연체(771)는 공동(734a)에 의해 전극의 내부에서 발생된 어떠한 스퍼터된 재료들로부터 숨겨진다. 전극(760)은 지지부재(750), 접촉(751) 및 도선(752)을 통해 파워공급기(753)에 전기적으로 연결된다. 이 파워공급기의 음극단은 파워공급기(723)의 양극단에 연결되고, 파워공급기(723)는 또한 지지부재(720), 접촉(721) 및 도선(722)을 통해 쌓아진 판들(733)에 연결된다.
도 8에 보여진 치수들인 판들간의 개구사이즈 또는 이격인 "x", 및 공동의 깊이인 "y"는 도 6에 표시된 "x" 및 "y"와 매우 유사한다.
이 실시예는 전극구성요소의 높은 양의 전위가 플라즈마로부터 전자들을 활발히 끌어당길 것이라는 이점을 갖는다. 따라서 전극에 대한 전자전류는 파워공급기(753)의 전압을 조절함에 의해 제어되어진다.
도 8에 보여진 전극의 바람직한 실시예에서, 불활성가스, 또는 비반응성, 비이온화된 선구가스는 전극의 내부로 유입되고 공동들(734)을 통해 흐른다. 도 8에 보여진 예시에서, 지지부재(750)는 속이 빈 것이다. 가스는 입구(719)로부터 지지부재(750)의 내부(740)로 유입되고, 거기서부터 채널들(741)을 통해 전극(760)의 내부로 분배된다. 그 이후에 가스채널들(742)에 의해 다중 공동들(740) 가운데 재분배된다. 숨겨진 전극의 공동들을 통해 가스를 흐르게 함의 이점은 위에 주어진 도 3의 설명에서 논의되었다.
도 9는 이 발명에 따른 숨겨진 전극의 또 다른 실시예이다. 금속전극지지부재(827)는 플라즈마용기의 표면(111b)을 통해 연장되고 용기의 안쪽에서 예를 들면 소결(sintered)몰리브덴과 같은, 전도성 다공(porous)전극블록(833)에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 바람직하게는, 지지부재(827)는 속이 빈 것이다. 전 극과 지지부재(827)는 접촉(830) 및 도선(836)을 통해 양의 고전압파워공급기(116)에 연결된다. 전극에서의 세공들(pores)은 도 3에 보여진 공동들과 유사한 일련의 공동들(834)을 형성한다. 따라서 도 9에 보여진 많은 세공들의 내부표면들(833a)은, 고저항력침전물들이 플라즈마 본체(body)에서 발생된 것들로부터 숨겨지고 좁은 세공들이 고저항력침전물들을 발생할 수 있는 플라즈마의 주요 레벨을 내부적으로 지지하지 않기 때문에, 고저항력침전물들로 증착되지 않는다. 도 9c에 보여진 세공의 치수들 "x" 및 "y"는 도 3에 보여진 공동의 "x" 및 "y" 치수들과 유사하다. 그 도면에 도시된 발명의 실시예의 설명에 주어진 것과 동일한 이유 때문에, 바람직한 최소개구사이즈(세공직경) "x"는 약 0.1 내지 0.5mm에 속하며 세공(공동)의 종횡비는 적어도 약 2:1 일 것이며 바람직하게는 적어도 약 3:1이다.
바람직하게는, 전극블록(833)의 치수들은 하전입자원의 빔전류 요구사항들과 일치하는 최소 유효"숨겨진"전극영역을 제공한다. 많은 다른 세공사이즈들이 다공재료들에서 관측되어질 것임에도 불구하고, 우리는 바람직하게는 전자들이 세공에 들어가나 고저항력증착물들로의 전체 다공채널의 도포를 금지하는 (약 2:1 및 약 5:1 사이의 종횡비들과 같은) 기하구조를 지닌 그러한 세공들만을 고려한다. 각 세공의 유효전극영역은 평균하여 개구의 면적으로 정의될 것이다. 예를 들면, 균일세공사이즈직경 5mm 및 50%의 표면세공밀도를 가정하면, 75표면세공들의 량은 약 30㎠의 애노드영역을 얻기 위하여 사용될 것이다. 이러한 면적은 도 3에 관련하여 위에서 설명한 것 같은 3Ocm 메탄이온소스에 대해 합리적이다. s = h = l1= l2의 치수들을 지닌 다공성입방체(833)의 경우, 표면적은 6s2과 동일하고, 최소치수 l은 (30/6)1/2= 약 2.2cm로 주어진다.
도 9에 보여진 전극의 바람직한 실시예에서, 메탄과 같은, 불활성가스 또는 비이온화된 선구가스는 전극의 내부로 유입되고 세공들(834)을 통해 흐른다. 도 9에 보여진 예시에서, 지지부재(927)는 속이 빈 것이다. 가스는 입구(819)로부터 지지부재(827)의 내부로 유입되고, 거기서부터 가스는 채널들(842)을 통해 전극의 내부에 분배된다. 이러한 채널들의 각각은, 가스가 가스채널들(842)을 지닌 전극의 표면에서 공동들(834)에 연결된 세공들로 강제로 흘러가게 되도록, 한 끝단이 플러그(832)로 닫혀진다. 숨겨진 전극의 공동들을 통해 가스를 흐르게 함의 이점은 위에 주어진 도 3의 설명에서 논의되었다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 개략적으로 도시된 특별히 구성된 추출전극들이 있으며 이 추출전극들은 전극의 "숨겨진"영역들을 플라즈마에 점차로 노출시키는 수단을 구비한다. 도 10을 참조하면, 전극조립품(928)은 표면(933a)을 갖는 전도성 디스크 또는 판 부재(933) 및 표면(933a) 위에 배치된 회전가능한 차폐부재(934)를 구비하고, 차폐부재(934)는 표면(933a)의 부분(933b)을 노출시키는 절단부(934a)를 갖는다. 차폐부재(934)는 축(shaft, 935)에 탑재되고, 축은 회전공급관통(feedthrough, 975)에 의해 플라즈마용기벽(111)과 통하고 있고 전기적으로 절연하는 연결기(coupling, 976)를 통해 모터(977)에 의해 구동된다. 도 10에 보인 것처럼, 모터는 공정챔버의 감소된 압력 및 바깥 환경간을 밀폐하는 플랜지조립품(981)에 의해 공정챔버의 벽(980)에 탑재된다. 전극(933)은 금속볼트들(927)에 의해 플라즈마용기의 벽(111) 위에서 지지된다.
빔파워공급기(116)를 볼트들(927)까지 챔버벽(980) 위에 탑재된 고전압공급관통(983)을 통과하는 도선(936)으로 연결가능하다.
회전공급관통(975), 고전압공급관통(983) 및 진공조립품(981)은 이 기술의 숙련자들에게 잘 알려진 표준진공시스템 구성요소들일 것이다.
하전입자원의 동작 중에, 오로지 전극(933)의 표면(933b) 만이 플라즈마에 노출되어 침전물들이 생기게 한다. 연장된 사용에서, 차폐부재(934)는 전극표면(933a)의 숨겨지고 오염되지 않은 부분들을 노출시키도록 회전된다. 전극의 숨겨진, 비오염 부분들의 이러한 점차적인 노출은 전극의 완전한 오염을 현저하게 금지시키고, 따라서, 전극의 생산적인 사용을 연장시킨다. 도 10에 보여진 것처럼 차폐부재(934)는 회전가능하게 구동됨에도 불구하고, 그 대신에 전극(933)이 회전가능하게 구동되어도 좋음을 이해할 것이다.
도 11은 도 10에 보여진 전극조립품의 변형을 개략적으로 도시한다. 이 도면에서, 전극조립품(1028)은 상부표면(1033a)을 갖는 전도성판부재(1033) 및 판부재(1033)의 부분(1033b)을 노출시키기 위하여 판부재(1033)의 위쪽에 배치된 차폐부재(1034)를 구비한다. 보여진 것처럼 전극판부재(1033)는 양의 전압공급기(116)에 도선(1036)을 통해 연결가능하다. 판부재(1033) 및 차폐부재(1034) 둘 다는 평면도로는 사각형인 것으로 보여졌으나 다른 모양들도 사용될 수 있다.
차폐부재(1034)는 나사돌림축(screw drive shaft, 1035)에 탑재되고, 이 나사돌림축은 플라즈마용기벽(111)까지 선형공급관통(1075)에 의해 통하고 있고 모터(1077)에 의해 전기적으로 절연된 나사돌림연결기(1076)를 통하여 구동된다. 도 11b에 보인 것처럼, 모터는 공정챔버의 벽(980) 위에 플랜지조립품(981)에 의해 탑재된다. 전극(1033)은 금속볼트(1027)에 의해 플라즈마용기의 벽(111) 위에서 지지된다. 빔파워공급기(116)를 볼트(1027)까지 챔버벽(980)에 탑재된 고전압공급관통(983)을 통과하는 도선(1936)에 의해 연결하는 것이 가능하다. 선형공급관통(1075)은 이 기술의 숙련자들에게 잘 알려진 표준 진공시스템 구성요소일 것이다.
하전입자원의 동작 중에 전극(1033)의 부가적인 표면(1033a)은 플라즈마 및 고저항력침전물에 점차로 노출되어, 전극의 생산적인 사용을 연장시킨다.
도 12는 이 발명의 추출전극의 추가 실시예를 개략적으로 도시하는 것으로, 이 도면의 실시예는 도 11에 보여진 것과 기계적인 동작이 유사하다. 보여진 바와 같이, 전극조립품(1128)은 실린더형 덮개부재(1134)가 그 위에 배치된 지지판(1127)과 일체화된다. 실린더형 전도성전극부재(1133)는 덮개부재(1134) 속에서 지지판(1127)을 통하여 미끄럼 가능하게 배치된다. 보여진 바처럼, 이 조립품은 덮개부재(1134) 위에 배치된 전극부재(1133)의 부분(1133a)이 플라즈마에 노출되도록 구성된다. 이 발명에 따르면, 이 장치는 전극부재(1133)를 미끄럼가능하게 이동시키기 위하여, 모터(1177), 전기적으로 절연된 연결기(1176) 및 축(1135)으로 구성된 동력화된(motorized) 나사돌림기와 같은 수단을 추가로 구비한다. 동작 중에, 이것은 플라즈마에 대해 이전에 완전히 노출되지 않았던 전극부재(1133)의 플라즈마비오염된 부분들을 점차로 노출하도록 한다. 전도성소자는 선형공급관통(1175)을 통하여 플라즈마용기벽(111)과 통하고 있다. 보여진 바와 같이, 전극부재(1133)는 도선(1136)을 통한 브러시(brush)접촉(1178)에 의해 빔파워공급기 (116)에 연결가능하게 될 것이다. 도면에서, 모터는 플랜지조립품(981)에 의해 공정챔버벽(980) 위에 탑재될 것이고 도선(1136)은 고전압공급관통(983)에 의해 챔버벽(980)을 통하여 공급될 것이다.
이 발명의 다른 양태(aspect)는 소스동작 동안 추출전극으로부터 증착된 물질을 제거하는 수단을 지닌 하전입자원을 제공하는 것이다. 예를 들면, 이것은 연마(abrasive)표면에 대고 전극의 일부분을 누름으로써 그리고 늘 청결한 전도성표면을 제공하기 위하여 연마표면에 관련된 전극을 회전시키는 수단을 제공함으로써 기계적으로 달성될 것이다.
도 13은 이 유형의 추출전극의 실시예를 개략적으로 도시한다. 도시된 것처럼, 전극조립품(1228)은 전도성디스크부재(1233), 디스크부재(1233)에 관련된 회 전가능한 축부재(1235) 및 축부재(1235)와 고정되게 맞물려있는 전극표면(1233a)의 면적 보다 작은 면적을 갖는 연마부재(1234)를 구비한다. 보여진 것처럼, 축부재(1235)는 디스크부재(1233) 중심의 구멍을 통하여 수용된다. 돌림부재, 예를 들면, 모터(1277) 및 전기적으로 절연된 연결기(1276)는 축부재(1235)와 맞물려 축부재(1235) 및 이것과 함께 전극 표면(1233a) 위쪽의 연마부재(1234)를 회전시킨다. 연마부재는 전도성전극의 표면(1233a)과 접촉하는 연마표면(1234a)을 구비한다. 연마표면(1234a)은 전극재료보다 단단한 금속의 형성패턴 또는 거칠게 된 표면이거나, 또는 연마재료, 예를 들면 알루미늄 또는 스테인레스강인 금속매트릭스에 끼워진 아이아몬드 또는 탄화규소 그릿(grit)을 담고 있을 것이다. 보여진 바처럼, 전극인 디스크부재(1233)는 금속볼트들(1227)에 의해 플라즈마용기벽(111)위에 탑재되고, 챔버벽(980)에 탑재된 고전압공급관통(983)을 통하는 도선(1236)에 의해 빔파워공급기에 연결 가능하다. 모터(1277)는 또한 플랜지조립품(982)에 의해 챔버벽(980) 위에 탑재된다.
작동중, 플라즈마에 의해 전극의 표면(1233a)에 증착된 어떠한 침전물들이라도 제거하기 위하여 축부재(1235)는 연마부재(1234)가 전극의 표면(1233a)을 따라 문질러지도록(scraped) 회전된다. 이러한 청소(cleaning) 작용은 전극(1233)의 전도도를 유지시킨다.
발명의 다른 양태에서, 만약 그렇지 않으면 도 1에 도시된 종래기술에 관련하여 위에서 설명된 것처럼 발생할 하전입자원의 그리드조립품의 플라즈마침전물오염을 방지하게 위한 수단이 제공된다.
이것은 펄스모드에서 소스를 동작시키는 수단을 제공함에 의해 달성된다. 기간의 처음 절반에 전기장은 하전입자추출을 위해 인가되고, 그 기간의 다른 절반에서 그리드들의 전위들은 플라즈마들의 저항성 침전물들로 도포된 그리드표면에 축적된 전하의 전멸(annihilation)을 제공하도록 설정된다.
이 발명에 따른 펄스모드성능은 이온소스에 대해 도 14에서 나타내어진다. 펄스전위는 플라즈마전위를 제어하는데 사용된 전극, 즉, 애노드에 인가되고, 기간의 처음부분인 "t1" 동안에 전위는 이온추출을 위한 소망된 값은 전형적으로 약 10 내지 약 20OOV 사이인 V1이다. 기간의 2차적인 부분인 "t2" 동안에 전위는 가속기그리드의 전위 V2와 동일하다. 가속기그리드전위는 이온추출을 위해 통상적으로 약 -5 내지 약 -3000V 사이인 소망된 값 V2에 고정된다. 이온추출의 이러한 모드는 기간의 처음부분 동안에 이온들을 추출하는 것을 허용하고, 두 번째 부분 동안에 플라즈마소스로부터 전자들에 의한 가속기그리드표면의 재충전을 허용한다. 동시에, 과다(excess)이온들은 중화를 위한 애노드로 이동한다.
이 발명에 따른 이온추출의 펄스모드의 또 다른 변형은 도 15에서 나타내어진다. 이 모드의 이온추출은, 두 개보다 많은 그리드들이 사용된다면, 이온오염의 영향을 방지한다. (감속기그리드를 포함하는) 세 개의 그리드광학기들의 예가 지금 논의된다. 각 기간의 처음부분 "t1" 동안에 전자추출전극, 즉, 애노드에 인가되는 전위는, 이온추출을 위한 소망된 값 V1으로 설정되고, 가속기그리드는 V2로 설정된다. 기간의 두 번째 부분 "t2" 동안에 양쪽 그리드들은 접지전위로 남겨진다. 감속기그리드는 또한 기간의 처음부분 "t1"에서의 그것의 이온추출을 위한 소망된 값 및 두 번째 부분 "t2"에서의 접지전위 사이를 오락가락한다. 통상적으로 일정한 접지전위로 정확히 유지된다. 도 14에 보여진 이전의 펄스모드와는 달리, 모든 사용된 그리드들의 양으로 대전된 표면들은 기간의 두 번째 절반 동안에 이전의 단락에서 기술된 것과 동일한 방식으로 중화될 것이다.
이 발명에 따르면, 도 14 및 도 15에 나타낸 펄스모드변형들 둘 다를 위한 펄스전기장들의 주파수들은 다음의 조건들을 만족한다:
1. 이온추출시간 ""은 적어도 스크린그리드로부터 가장 바깥의 그리드까지 이동하는 이온들을 위해 요구된 시간 "t1" 보다는 커야 할 것이나, 명목상의 (nominal) 그리드전위들에 비해 현저하게 되도록 대전함에 기인한 표면전위변경들을 위해 취하는 시간 "t2" 에 비해 짧아야 할 것이다.
2. 이온추출이 저지되는 동안의 시간간격은 축적된 전하의 중화를 위해 요구된 시간인 t3보다는 클 것이다. 이러한 시간간격들의 추정된 값들은, t1> 5.1O-8sec, t2< 1O-4sec, t3> 1O-8sec 이다.
이러한 조건들을 만족하는 펄스전기장들의 예가 되는 주파수들은 약 0.1MHz부터 약15MHz까지의 범위에 있다.
본 발명의 특정한 실시예들이 보여지고 설명되었으나, 이 기술의 숙련된 자들에게는 변경들 및 변형들이 이 발명의 넓은 양태들로의 이 발명으로부터 벗어남없이 만들어지는 것이 자명할 것이고, 그러므로, 첨부된 청구범위에서의 목표는 모든 이러한 변경들 및 변형들을 이 발명의 참된 정신 및 범주 내의 것들로서 포괄하게 하는 것이다.

Claims (87)

  1. 플라즈마를 담기 위해 내부를 규정하는 용기로서, 이 용기의 내부와 통해있고 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 하전입자빔이 자신을 통하여 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통해있고 용기내 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기의 내부에 배치되어, 전압소스와 연결가능한 전도성전극부재를 구비하고, 플라즈마로부터의 침전물들이 전극 위에 형성됨을 금지시키기 위하여 플라즈마 및 불휘발성 플라즈마산물의 직접 충돌로부터 차폐되는 부분들을 구비한, 전극조립품; 및
    용기개구에 인접하게 배치되어 전극과 동일한 극성을 갖는 플라즈마발생된(plasma-generated) 하전입자들을 용기로부터 가속시키며 용기 내부의 반대 극성의 하전입자들을 유지시키는 이온광학기조립품을 포함하는 하전입자원.
  2. 제 1항에 있어서, 에너지발생기는 RF에너지발생기인 하전입자원.
  3. 제 1항에 있어서, 에너지발생기는 마이크로웨어 에너지발생기인 하전입자원.
  4. 제 1항에 있어서, 하전입자원은 이온빔소스를 포함하고, 전극부재는 양의 전압에 연결가능한 하전입자원.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 이온광학기조립품은 제 1그리드는 플라즈마와 접촉하고 있으며 부동(floating)전위를 유지하거나 상기 전극부재에 전기적으로 연결되고, 제 2그리드는 음의전압소스에 연결되어있는, 복수개 개구들을 갖는 적어도 두개의 전도성 그리드부재들을 구비한 하전입자원.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전극조립품은 플라즈마 및 불휘발성 플라즈마산물의 직접 충돌로부터 차폐되는 전극부분들의 안쪽에 배치된 전도성 삽입물(insert)을 구비하고, 상기 삽입물은 상기 제 2전압소스에 연결가능하게 되며 전극 보다 양극쪽으로 더 큰 전위를 갖는, 하전입자원.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전극조립품은 전도성 전극지지부재, 상기 지지부재에 연계된 전극판부재, 그리고 상기 판부재 및 양의 전압소스 사이를 연결가능한 도선을 구비하고,
    상기 플라즈마는 데바이길이(Debye length)를 가지고 상기 공동들의 각각은 플라즈마의 데바이길이 보다는 큰 것인 폭 X 및 높이 Y를 갖는, 하전입자원.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 폭 X 및 높이 Y는 적어도 약 2:1인 비율 Y/X로 정의하는 하전입자원.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 공동폭 X는 약 0.1 - 3mm인 하전입자원.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 전극은, 다음의 일반적인 플라즈마 조건들을 만족하는, 상기 공동개구들의 약 총면적으로 정의된 유효전자추출면적(Aa)을 갖는 애노드를 포함하고,
    여기서, "Ie,a" 및 "Ii,a"는 각각 이온소스 안쪽의 애노드의 차폐부분들 위에 모인 전자전류 및 이온전류이고, Ib는 소스로부터 추출된 이온빔전류, k는 볼쯔만상수, "e"는 전자전하, "qi"는 이온전하, me는 전자질량, mi는 이온질량, np,a는 애노드의 차폐된 전자추출부분에서의 플라즈마밀도, Te는 애노드의 차폐된 전자추출부분에서의 플라즈마의 전자온도, 그리고 Us는 전극 및 플라즈마 간의 전위차인, 하전입자원.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 전하 q, 질량 mi를 갖는 이온들을 구비하며 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 전극의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 가지고 추가로 질량 me및 전하 e를 갖는 전자들을 구비하고, 상기 애노드는 대략 상기 공동들의 개구들의 총면적으로 정의되는 유효전자추출영역 Aa를 가지며, 최대빔전류에서의 이온소스동작에 대한 다음의 일반적인 플라즈마조건들을 만족하는,
    하전입자원.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 전극조립품은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 가지며, 상기 애노드는, (np/np,a)Ag/68 보다 큰, 최대빔전류에서의 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되는 이온소스동작을 위한 유효전저추출영역을 갖는 하전입자원.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 갖고, 상기 애노드는, Ag/68보다 큰, 최대빔전류에서의 이온소스동작에 대하여 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 하전입자원.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 전극조립품은 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 애노드를 포함하고, 상기 면적은 약 5㎠ 보다 큰 것인 하전입자원.
  15. 제 7항에 있어서, 상기 전극지지부재는 가스공급기에 연결가능한 가스관(gas conduit) 및 상기 공동들과 통하고 있는 가스출구(outlet)를 구비한 하전입자원.
  16. 제 7항에 있어서, 상기 전극조립품은 상기 판들 간에 형성된 공동들의 영역을 정의하는 상기 지지부재와 연계된 한 쌍의 공간 이격된 전도성 판부재들을 구비하고, 상기 판들은 거리 X 만큼 공간 이격되며, 형성된 공동들은 약 데바이길이 보다 큰 폭 X를 갖고, 각 공동은 깊이 Y를 갖고, 상기 폭 X 및 상기 깊이 Y는 약 2:1보다 큰 비율 Y/X를 정의하는 하전입자원.
  17. 제 7항에 있어서, 상기 전극조립품은, 바닥부분 및 직립벽부를 갖는 전도성지지부재, 및 공동을 규정하기 위해 상기 직립벽부로부터 거리 X 만큼 공간 이격된 판부재를 구비하고, 상기 직립벽부는 두께 Y를 가지고, 상기 거리 X는 약 데바이길이 보다 큰 것이며, 상기 거리 X 및 상기 두께 Y는 약 2:1 보다 큰 비율 Y/X를 정의하는 하전입자원.
  18. 제 7항에 있어서, 상기 판부재는 세공들을 갖는 다공성의 전도성 재료를 포함하고, 각 세공(pore)은 약 데바이길이 보다 큰 직경 및 세공직경의 약 2배 보다 큰 세공깊이를 갖는 하전입자원.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 다공성의 재료는 소결된(sintered) 전도성 재료인 하전입자원.
  20. 플라즈마를 담기 위해 내부를 규정하는 용기로서, 이 용기의 내부와 통하고 있고 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 하전입자빔이 자신을 통하여 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있고 용기 내 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기의 내부에 배치되고, 전도성전극부재, 상기 지지부재와 연계되는 트레이부재, 상기 트레이부재 속에 배치된 전도성액체를 구비하고, 상기 액체는 표면영역과 상기 전도성액체 및 전압소스 사이를 연결가능한 도선을 갖는, 전극조립품; 및
    용기개구에 인접하게 배치되어 전극과 동일한 극성을 갖는 플라즈마로 발생된 하전입자들을 용기로부터 가속시키는 동시에 용기 내부의 반대 극성의 하전입자들을 유지시키는 이온광학기조립품을 포함하는 하전입자원.
  21. 제 20항에 있어서, 에너지발생기는 RF에너지발생기인 하전입자원.
  22. 제 20항에 있어서, 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 하전입자원.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 전도성 액체는 갈륨인 하전입자원.
  24. 제 20항에 있어서, 하전입자원은 이온소스이고, 전압소스는 양의 전압 소스인 하전입자원.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 이온광학기조립품은 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2 전도성그리드부재들을 구비하고, 제 1그리드는 플라즈마와 접촉하고 있고 부동전위에서 유지되거나 상기 전극조립품에 전기적으로 연결되고, 제 2그리드는 음의 전압소스에 연결되어진 하전입자원.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 전극은, 플라즈마와 접촉하는 상기 전도성액체의 대략 표면영역으로 정의되는 유효전자추출영역 Ag를 갖는 유효추출표면을 가지며 다음의 일반적인 플라즈마 조건들을 만족하는 애노드를 포함하고,
    여기서, "Ie,a" 및 "Ii,a"는 각각 유효표면 위에 모인 전자전류 및 이온전류이며, Ib는 소스로부터 추출된 이온빔전류이고,
    여기서 k는 볼쯔만상수, "e"는 전자전하, "qi"는 이온전하, me는 전자질량, mi는 이온질량, ne= np,a는 애노드의 유효전자추출영역에서의 플라즈마밀도, Te는 애노드의 유효전자추출영역에서의 플라즈마의 전자온도, 그리고 Us는 전극 및 플라즈마 간의 전위차인, 하전입자원.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 전극은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 전하 q, 질량 mi를 갖는 이온들을 구비하며, 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드에서의 밀도 np,a를 가지고, 추가로 질량 me및 전하 e를 갖는 전자들을 구비하고, 상기 애노드는 대략 플라즈마와 접촉하는 상기 전도성액체의 표면영역으로 정의되는 유효전자추출영역 Ag를 가지며 최대빔전류에서의 이온소스동작을 위한 다음의 일반적인 플라즈마조건들을 만족하는,
    하전입자원.
  28. 제 24항에 있어서, 상기 전극은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드에서의 밀도 np,a를 가지고, 상기 애노드는, 최대빔전류에서 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되며, (np/np,a)Ag/68 보다 큰, 이온소스동작을 위한 유효전자추출영역을 갖는 하전입자원.
  29. 제 24항에 있어서, 상기 전극조립품은 이온빔추출영역 Ag를 갖는 애노드를 포함하고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드에서의 밀도 np,a를 갖고, 상기 애노드는, Ag/68보다 큰, 최대빔전류에서의 이온소스동작에 대해 플라즈마와 접촉하는 상기 전도성액체의 대략 표면영역으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 하전입자원.
  30. 제 24항에 있어서, 상기 전극조립품은 플라즈마와 접촉하는 상기 전도성액체의 대략 표면영역으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 애노드를 포함하고, 상기 표면영역은 약 5㎠ 보다 큰 하전입자원.
  31. 플라즈마를 담기 위해 내부를 규정하는 용기로서, 이 용기의 내부와 통하고 있고 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 하전입자빔이 자신을 통하여 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있고 용기 내의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기의 내부에 배치된 것으로, 활동적인 표면을 갖는 전도성판과 상기 전도성판 및 전압소스 간을 연결가능한 도선을 포함하고, 상기 전극을 부분적으로 덮는 차폐부재 및 상기 전극에 대해 상기 차폐를 움직여 상기 전극의 활동적인 표면의 부가적인 부분들을 플라즈마에 노출시키는 수단을 추가로 구비한, 전극조립품; 및
    용기개구에 인접하게 배치되어 전극과 동일한 극성을 갖는 플라즈마로 발생된 하전입자들을 용기로부터 가속시키며 용기 내부의 반대 극성의 하전입자들을 유지시키는 이온광학기조립품을 포함하는 하전입자원.
  32. 제 31항에 있어서, 에너지발생기는 RF에너지발생기인 하전입자원.
  33. 제 31항에 있어서, 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 하전입자원.
  34. 제 32항에 있어서, 하전입자원은 이온소스이고 상기 전압소스는 양의 전압소스인 하전입자원.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 이온광학기조립품은 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2전도성그리드부재들을 구비하고, 제 1그리드부재는 플라즈마와 접촉하고 있고 부동전위를 유지하거나 상기 전극조립품에 전기적으로 연결되어 있고, 제 2그리드부재는 음의 전압소스에 연결되어 있는, 하전입자원.
  36. 제 31항에 있어서, 상기 차폐부재는 전극의 활동적인 표면의 일부분을 노출시키는 절단부분 및 상기 차폐와 맞물리는 회전가능한 축부재를 갖는 판, 그리고 상기 축 및 차폐를 전극에 대하여 회전시키는 수단을 포함하는 하전입자원.
  37. 제 31항에 있어서, 상기 차폐부재는 상기 전극 위쪽에 배치된 판을 포함하고, 전극의 활동적인 표면의 부가적인 부분들을 노출시키기 위하여 상기 차폐를 상기 전극에 대하여 선형적으로 움직이게 하는 수단을 추가로 구비하는 하전입자원.
  38. 제 30항에 있어서, 상기 전극은 길게된(elongated)부재를 포함하고, 전극조립품은 지지부재, 상기 지지부재 위에 배치된 속빈덮개(hollow sheath)부재를 구비하고, 상기 전극은 전극의 일부분이 용기 내에서 플라즈마에 노출가능하게 되도록상기 덮개에 미끄럼 가능하게 배치되어지고, 전극조립품은 전극과 함께 동작하여 전극의 활동적인 표면의 부가적인 부분들을 플라즈마에 소망된 바대로 노출하기 위하여 덮개에서 전극을 미끄러지게 하는 수단을 추가로 구비한, 하전입자원.
  39. 플라즈마를 담기 위해 내부를 규정하는 용기로서, 이 용기의 내부와 통하고 있고 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 하전입자빔이 자신을 통하여 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있고 용기에서의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기의 내부에 배치된 것으로, 활동적인 표면, 상기 활동적인 표면 및 전압소스 간을 연결가능한 도선을 포함하고, 전극의 활동적인 표면과 맞물려 하전입자원의 동작 동안에 상기 활동적인 표면을 청소하는 수단을 추가로 구비한, 전극조립품; 및
    용기개구에 인접하게 배치되어 전극과 동일한 극성을 갖는 플라즈마로 발생된 하전입자들을 용기로부터 가속시키며 반대 극성의 하전입자들을 용기 내부에 유지시키는 이온광학기조립품을 포함하는 하전입자원.
  40. 제 39항에 있어서, 에너지발생기는 RF에너지발생기인 하전입자원.
  41. 제 39항에 있어서, 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 하전입자원.
  42. 제 40항에 있어서, 이온빔소스를 포함하는 하전입자원.
  43. 제 39항에 있어서, 상기 이온광학기조립품은 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2전도성그리드부재들을 구비하고, 제 1그리드부재는 플라즈마와 접촉하고 있으며 부동전위에서 유지되거나 상기 전극조립품에 전기적으로 연결되어 있고, 제 2그리드부재는 음의 전압에 연결되어 있는 하전입자원.
  44. 제 39항에 있어서, 전극조립품은 전극과 함께 동작하는 축부재를 추가로 구비하고, 상기 전극은 활동적인 표면을 갖는 평평한 부재를 포함하고, 상기 전극조리품은 전극의 활동적이 표면의 일부분에 배치된 연마부재를 추가로 구비하고, 연마부재는 상기 축에 고정되어지고 전극의 활동적인 표면과 접촉하는 연마표면을 갖고, 전극조립품은 연마부재의 연마표면이 전극의 활동적인 표면에서 회전하고 청소하도록 축 및 연마부재를 회전시키는 수단을 추가로 구비한, 하전입자원.
  45. 플라즈마를 담기 위해 내부를 규정하는 용기로서, 이 용기의 내부와 통하고 있고 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 하전입자빔이 자신을 통하여 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있고 용기에서의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기개구에 인접하게 배치된 것으로, 플라즈마와 접촉하고 있으며 제 1그리드부재 위에 플라즈마로부터의 침전물들이 형성되는 것을 금지하도록 하기 위해 플라즈마 및 불휘발성 플라즈마산물들의 직접 충돌로부터 차폐된 복수개 공동들을 규정하는 부분들을 구비한 제 1그리드부재 및 상기 제 1그리드부재로부터 공간 이격된 제 2전도성그리드부재인, 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2공간이격된 전도성그리드부재들, 상기 제 1그리드부재와 전압소스를 연결시키는 수단, 및 상기 제 2그리드부재를 상기 제 1그리드부재에 대한 반대극성의 전압소스에 연결시키기 위한 수단을 구비한 이온광학기조립품을 포함하고,
    상기 플라즈마는 데바이길이를 가지고 상기 공동들의 각각은 데바이길이 보다 큰 것인 폭 X 및 높이 Y를 갖는 하전입자원.
  46. 제 45항에 있어서, 에너지발생기는 RF에너지발생기인 하전입자원.
  47. 제 45항에 있어서, 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 하전입자원.
  48. 제 45항에 있어서, 상기 하전입자원은 이온빔소스이고, 상기 제 1그리드부재는 양의 전압 소스에 연결가능하고, 상기 제 2그리드부재는 음의 전압 소스에 연결가능한 하전입자원.
  49. 제 45항에 있어서, 상기 제 1그리드부재는 플라즈마와 접촉하고 있고 각 고리부재 간의 공동을 규정하는 복수개의 공간이격된 고리부재들을 구비하고, 상기 공동은 폭 X 및 높이 Y를 갖는 하전입자원.
  50. 제 45항에 있어서, 상기 폭 X 및 높이 Y의 치수들은 적어도 약 2:1인 Y/X의 비율을 정의하는 하전입자원.
  51. 제 45항에 있어서, 상기 공동폭은 약 0.1 - 3mm인 하전입자원.
  52. 제 45항에 있어서, 상기 제 1그리드부재는 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되며, 다음의 일반적인 플라즈마조건들을 만족하는 유효전자추출영역 Aa를 가지고,
    여기서, "Ie,a" 및 "Ii,a"는 각각 유효표면 위에 모인 전자전류 및 이온전류이고, Ib는 소스로부터 추출된 이온빔전류이고,
    여기서 k는 볼쯔만상수, "e"는 전자전하, "qi"는 이온전하, me는 전자질량, mi는 이온질량, ne= np,a는 애노드의 유효전자추출부분에서의 전자(플라즈마)밀도, Te는 애노드의 유효전자추출부분에서의 플라즈마의 전자온도, 그리고 Us는 전극 및 플라즈마 간의 전위차인, 하전입자원.
  53. 제 47항에 있어서, 하전입자원은 이온빔추출영역 Ag를 가지고, 플라즈마는 전하 q, 질량 mi를 갖는 이온들을 구비하며, 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 애노드의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 가지고, 질량 me및 전하 e를 갖는 전자들을 추가로 구비하고, 상기 제 1그리드는 대략 상기 공동들의 개구들의 총면적으로 정의되며 최대빔전류에서의 이온소스동작을 위한 다음의 일반적인 플라즈마조건들을 만족하는
    하전입자원.
  54. 제 47항에 있어서, 하전입자원은 이온빔추출영역 Ag를 가지고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 제 1그리드부재의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 가지며, 상기 제 1그리드는 (np/np,a)Ag/68 보다 큰 최대빔전류에서의 이온소스동작의 경우, 대략 상기 공동들의 개구들의 총면적으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 하전입자원.
  55. 제 47항에 있어서, 하전입자원은 이온빔추출영역 Ag를 가지고, 플라즈마는 이온빔추출영역에서의 밀도 np및 제 1그리드부재의 차폐된 부분들에서의 밀도 np,a를 갖고, 상기 제 1그리드는, Ag/68 보다 큰 최대빔전류에서의 이온소스동작을 위한, 상기 공동들의 개구들의 대략 총면적으로 정의되는 유효전자추출영역을 갖는 하전입자원.
  56. 제 47항에 있어서, 하전입자원은 대략 상기 공동들의 개구들의 총영역으로 정의되는 유효전자추출영역을 가지고, 상기 총면적은 약 5㎠ 보다 큰 것인 하전입자원.
  57. 내부를 규정하여 플라즈마를 담는 것으로, 용기의 내부와 통하고 있으며 원자들의 소스에 연결가능한 입구, 및 자신을 통해 이온빔이 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있으며 용기 내의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기의 내부에 배치된 것으로 양 또는 음의 전압소스에 연결가능한 전도성 전극부재를 구비한 전극조립품;
    용기개구에 인접하게 배치되고, 자신을 통해 이온빔이 방전가능한 복수개 개구들을 담고있으며 플라즈마이온들을 용기로부터 가속하는 동시에 용기 내부에 자유전자들을 유지시키는 적어도 하나의 판부재를 포함한 이온광기학조립품; 및
    제 1부분 및 제 2부분을 갖는 기간의 제 1부분 동안에 전극에 인가되어진 전위는 약 10 및 약 2000V 사이가 되며, 이 기간의 제 2부분 동안에 전극에 인가되어진 전위는 이온광학기조립품의 상기 판부재에 연결가능한 음의 전위인, 한 기간에 걸쳐 전극에 펄스전압을 공급하는 수단을 포함하는 이온빔소스.
  58. 제 57항에 있어서, 상기 에너지발생기는 RF에너지발생기인 이온빔소스.
  59. 제 57항에 있어서, 상기 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 이온빔소스.
  60. 제 57항에 있어서, 상기 이온광학기조립품은 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2전도성그리드부재들을 구비하고, 제 1그리드부재는 플라즈마와 접촉하고 있으며 부동전위에서 유지되거나 상기 전극조립품에 전기적으로 연결되고, 제 2그리드는 음의 전압소스에 연결되어진 이온빔소스.
  61. 제 57항에 있어서, 전극에 연결가능한 전위는 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 이온빔소스.
  62. 상기 기간의 제 1부분 동안, 상기 전극을 양의 전위로 두는 단계; 및
    상기 기간의 제 2부분 동안, 상기 전극을 이온광학기조립품에 연결가능한 음의 전위와 동일한 전위로 두는 단계를 포함하는, 플라즈마침전물들에 의한 이온광학기오염의 영향을 최소화하기 위하여, 제 57항의 이온빔소스를 작동시키는 방법.
  63. 제 62항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있는 방법.
  64. 제 62항에 있어서, 상기 음의 전위는 약 -5 내지 -3000V의 범위 내에 있는 방법.
  65. 제 62항에 있어서, 상기 양의 전위 및 음의 전위 각각은 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 방법.
  66. 내부를 규정하여 플라즈마를 담는 용기로서, 용기의 내부에 통하고 있으며 원자들의 소스에 연결가능한 입구, 및 자신을 통해 이온빔이 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있으며 용기 내의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기개구에 인접하게 배치된 것으로, 제 1그리드부재가 플라즈마와 접촉하고 있는, 복수개 개구들을 갖는 제 1 및 제 2공간이격된 전도성그리드부재들, 상기 제 1그리드부재를 양 또는 음의 전압소스에 연결시키는 수단, 및 상기 제 2그리드부재를 음의 전압소스에 연결시키는 수단을 구비한, 이온광학기조립품; 및
    제 1부분 및 제 2부분을 갖는 기간의 제 1부분 동안에 제 1그리드부재에 인가되어진 전위가 약 10 및 약 2000V 사이가 되며, 이 기간의 제 2부분 동안에 제 1그리드부재에 인가되어진 전위가 제 2그리드에 연결가능한 음의 전위가 되는 한 기간에 걸쳐, 제 1그리드부재에 펄스전위를 공급하는 수단을 포함하는 이온빔소스.
  67. 제 66항에 있어서, 제 1그리드에 연결가능한 펄스전위는 약 0.1 내지 약 10MHz 범위내의 주파수를 갖는 이온빔소스.
  68. 상기 기간의 제 1부분 동안, 상기 제 1그리드부재를 양의 전위로 두는 단계; 및
    상기 기간의 제 2부분 동안, 상기 제 1그리드부재를 제 2그리드에 연결가능한 음의 전위가 되는 전위로 두는 단계를 포함하는, 플라즈마침전물들에 의한 이온광학기오염의 영향을 최소화하기 위해 제 66항의 이온빔소스를 동작시키는 방법.
  69. 제 68항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있는 방법.
  70. 제 68항에 있어서, 상기 음의 전위는 약 -5 내지 -3000V의 범위 내에 있는 방법.
  71. 제 68항에 있어서, 상기 펄스전위는 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 방법.
  72. 내부를 규정하여 플라즈마를 담는 용기로서, 용기의 내부와 통하고 있으며 원자들의 소스에 연결가능한 입구, 및 자신을 통해 이온빔이 방전가능한 개구를 구비한 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있으며 용기 내의 원자들의 이온화를 초래하고 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기 내부에 배치된 것으로, 양의 전압소스 도는 전기접지에 연결가능한 전도성전극부재를 구비한 전극조립품;
    용기개구에 인접하게 배치된 것으로, 제 1그리드부재가 플라즈마와 접촉하고 있으며 부동전위로 유지되거나 상기 전극조립품에 전기적으로 연결가능하며, 제 2그리드가 음의 전압소스 또는 전기적인 접지에 연결되고, 제 3바깥쪽그리드는 전기적인 접지에 연결되어 있는, 복수개 개구들을 갖는 세 개의 전도성그리드부재들을 구비한 이온광학기조립품; 및
    제 1기간부분 동안, 상기 양의 전위가 상기 전극에 공급되며, 상기 음의 전위가 상기 제 2그리드에 공급되고 상기 접지전위가 상기 제 3그리드에 공급되고, 제 2기간부분동안, 상기 전극, 제 2 및 제 3그리드들에 접지전위가 공급되도록, 제 1 및 제 2부분들을 갖는 한 기간의 시간에 걸쳐, 상기 전위들을 상기 전극, 제 2 및 제 3그리드들에 공급하는 수단을 포함하는 이온빔소스.
  73. 제 72항에 있어서, 상기 에너지발생기는 RF에너지발생기인 이온빔소스.
  74. 제 72항에 있어서, 상기 에너지발생기는 마이크로파에너지발생기인 이온빔소스.
  75. 제 72항에 있어서, 상기 펄스전위들은 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 이온빔소스.
  76. 제 72항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있으며 상기 음의 전위는 약 -5 내지 약 -3000V의 범위 내에 있는 이온빔소스.
  77. 상기 기간의 제 1부분 동안, 상기 전극을 양의 전위에 그리고 상기 제 2그리드는 음의 전위에 두는 단계; 및
    상기 기간의 제 2부분 동안, 상기 전극, 및 상기 제 2그리드를 접지전위에 두는 단계를 포함하는, 플라즈마침전물들에 의한 이온광학기오염의 영향을 최소화하기 위해 제 72항의 이온빔소스를 작동시키는 방법.
  78. 제 77항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있는 방법.
  79. 제 77항에 있어서, 상기 음의 전위는 약 -5 내지 약 -3000V의 범위 내에 있는 방법.
  80. 제 77항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 방법.
  81. 내부를 규정하여 플라즈마를 담는 것으로, 용기의 내부와 통하고 있으며 원자들의 소스와 연결가능한 입구, 및 자신을 통해 이온빔이 방전가능한 개구를 갖는 용기;
    용기 내부의 원자들과 통하고 있고, 용기 내의 원자들의 이온화를 초래하며 플라즈마를 창출하는 에너지발생기;
    용기개구에 인접하게 배치된 것으로, 제 1그리드부재는 플라즈마와 접촉하고 있으며, 제 2전도성그리드부재는 상기 제 1그리드부재로부터 이격되고 제 3바깥쪽그리드는 전기적인 접지에 연결가능한, 복수개 개구들을 갖는 세 개의 전도성그리드부재들, 상기 제 1그리드부재를 양의 전압소스 또는 전기적인 접지에 연결시키는 수단, 및 상기 제 2그리드를 음의 전압소스 또는 전기적인 접지에 연결시키는 수단을 구비한, 이온광학기조립품; 및
    제 1기간부분 동안, 상기 양의 전위가 상기 제 1그리드에 공급되며, 상기 음의 전위가 상기 제 2그리드에 공급되고 상기 접지전위가 상기 제 3그리드에 공급되고, 제 2기간부분동안, 상기 제 1, 제 2 및 제 3그리드들에 접지전위가 공급되도록, 제 1 및 제 2부분들을 갖는 한 기간의 시간에 걸쳐, 상기 전위들을 상기 제 1, 제 2 및 제 3그리드들에 공급하는 수단을 포함하는 이온빔소스.
  82. 제 81항에 있어서, 상기 양 및 음의 전위들 각각은 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 방법.
  83. 제 81항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있고 상기 음의 전위는 약 -5 내지 약 -3000V의 범위 내에 있는 방법.
  84. 상기 기간의 제 1부분 동안, 상기 전극을 양의 전위에 그리고 상기 제 2그리드는 음의 전위에 두는 단계; 및
    상기 기간의 제 2부분 동안, 상기 전극, 및 상기 제 2그리드를 접지전위에 두는 단계를 포함하는, 플라즈마침전물들에 의한 이온광학기오염의 영향을 최소화하기 위해 제 81항의 이온빔소스를 작동시키는 방법.
  85. 제 84항에 있어서, 상기 양의 전위는 약 10 내지 약 2000V의 범위 내에 있는 방법.
  86. 제 84항에 있어서, 상기 음의 전위는 약 -5 내지 약 -3000V의 범위 내에 있는 방법.
  87. 제 84항에 있어서, 상기 양 및 음의 전위들 각각은 약 0.1 내지 약 10MHz 범위 내의 주파수를 갖는 방법.
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