KR20100080913A - 음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템에 관한 것으로, 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마(quiescent plasma)를 생성한다. 처리 시스템은 제1 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 제1 챔버 영역과, 분리 부재에 의해 제1 챔버 영역과 분리되어 있는 제2 챔버 영역을 포함한다. 제1 챔버 영역의 플라즈마로부터의 전자가 제2 챔버 영역으로 이송되어 제2 공정 가스와의 충돌을 통하여 정지 플라즈마를 형성한다. 제1 챔버 영역으로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하도록 제2 챔버 영역에 결합된 압력 제어 시스템을 활용하여 제2 챔버 영역 내의 압력을 제어한다.

Description

음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템{PROCESSING SYSTEM FOR PRODUCING A NEGATIVE ION PLASMA}
본 발명은 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마를 생성하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마로부터 유도되는 중성빔을 생성하는 시스템에 관한 것이다.
반도체 처리와 같은 재료 처리 중에는, 주로 플라즈마를 활용하여 반도체 기판 상에 패터닝된 비아(또는 콘택트) 내에서 또는 미세 라인을 따라 재료를 이방성으로 용이하게 제거함으로써 에칭 공정을 돕고 있다. 예컨대, 패턴 에칭은, 포토레지스트와 같은 복사선 민감성 재료의 박층을 기판의 상면에 도포하고, 후속하여 패터닝하여 에칭 중에 기판 상의 기저 박막에 패턴을 전사하기 위한 마스크를 제공하는 것을 포함한다.
그러나 기판 처리용의 양전기 플라즈마 방전(집단의 양이온 및 전자)을 활용하는 종래의 플라즈마 공정에서는, 기판 상에 형성된 재료층 및 디바이스가 전하로 인해 손상될 우려가 더욱 크다. 예컨대, 이온과 전자 사이의 이동성의 차이가 상당하기 때문에, 이온은 (전자에 비하여) 디바이스 피처 내로 더 깊이 침투할 수 있으며, 이에 따라 필드의 세기가 충분하게 클 때 전기적 파괴를 초래할 수 있는 기판 상에서의 전하의 변화(gradient)를 초래한다. 디바이스가 보다 소형화되고 집적 밀도가 증가함에 따라, 대부분의 경우에 내부의 절연 및 격리 구조의 파괴 전압이 현저하게, 종종 10볼트보다 훨씬 작게 감소한다. 예컨대, 일부 집적 회로(IC) 디바이스 구조는 서브미크론 두께의 절연체를 필요로 한다.
동시에, 재료 구조(즉, 막 두께, 피처 임계 치수 등)가 계속해서 축소됨에 따라, 전하로 인한 손상 가능성이 급격하게 증가한다. 구조의 사이즈의 감소는 절연 또는 격리 구조의 용량값(capacitance value)을 감소시키며, 절연 또는 격리 구조를 파괴하기에 충분한 강도의 자기장을 발생시키는데 비교적 적은 하전 입자를 필요로 한다. 따라서 건식 플라즈마 에칭 공정과 같은 제조 공정 중에 반도체 구조에 충돌하는 입자가 수반하는 전하를 위한 반도체 구조의 공차가 상당히 제한되게 되고, 제조 중에 그러한 전하를 소멸시키기 위한 구조가 종종 필요하여, 반도체 디바이스의 구조를 복잡하게 하는 경우가 있다.
결과적으로, IC 제조 중의 재료 프로세스는 기판의 이방성 처리를 용이하게 하기 위하여 (음전기 가스로부터의) 이온-이온 플라즈마 방전을 사용하는 것을 고려하고 있다. 여기서는, 전하에 기인한 손상을 줄이거나 최소화하기 위하여 처리를 위한 기판에 양이온 및 음이온 모두가 끌어 당겨질 수 있다.
또한, 재료 프로세스는 기판의 이방성 처리를 용이하게 하기 위하여 중성빔의 사용을 고려하고 있다. 여기서는, 활성 중성입자가 생성되고 기판을 향하여 안내되어 그러한 이방성 처리를 용이하게 한다.
"중성빔(neutral beam)"이라는 용어는 문헌적으로는 공간 전하 중성화빔에 적용되지만, (있는 경우라도) 비교적 소수의 중성입자를 포함할 수도 있다. 따라서 이 용어는 실질적으로 동일한 집단의 전자 및 이온이 있는 거시적 개념에서만 정확한 것이다. 그러나 본원 명세서에서 사용되고 있듯이, "중성빔"이라는 용어는, 전자 및 이온이 중성입자에 결합되어 있는 상당한 집단의 중성입자를 갖는 빔을 의미하는데 사용되고 있다.
중성빔 공정 기술에 있어서는, 기판을 처리하는데 적합한 이온화 기상 성분을 갖는 (조밀한) 플라즈마가 형성된다. 이들 이온화 기상 성분에 관련한 전하에 기인하여, 이들 이온화 기상 성분의 초기 궤적을 안내하고 이들 이온종을 중성화될 때의 궤적을 유지하기에 충분한 에너지 레벨로 가속시키는데 전기장을 활용하고 있다. 예로서, 복수의 에이퍼처(aperture)를 갖는 뉴트럴라이저 그리드를 이온종의 활성 빔(energetic beam)에 일치하게 배치할 수 있다. 이온종이 이들 에이퍼처를 통과함에 따라, 이온종은 양이온의 경우에서와 같이 전자와 재결합되거나, 음이온의 경우에서와 같이 하나 이상의 전자를 잃어서 기판에 실질적으로 수직인 궤적을 갖는 활성 중성빔을 형성한다.
일반적으로, 중성입자 빔의 생성은 양이온의 중성화에 초점을 두고 있다. 그러나 이 방법은 그다지 실용적이지 않을 수 있다. 양이온의 중성화 공정은 양이온의 가속과, 충돌을 통한 전하 교환에 의존하며, 이는 비효율적일 수 있다. 대안으로, 음이온의 중성화에 초점을 두고 있는 중성입자 빔이 보다 실용적일 수 있다. 음이온의 중성화 공정은 전자의 제거(stripping)에 의존하며, 이는 에너지를 그다지 필요로 하지 않으므로, 보다 효율적일 수 있다. 상당한 집단의 음이온을 갖는 플라즈마를 생성하는 데에 어려움이 있다.
본 발명은 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마를 생성하는 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마로부터 유도되는 중성빔을 생성하는 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 플라즈마로부터 추출되는 음이온에 대하여 협대역 에너지 스펙트럼을 생성하면서 음이온을 효율적으로 생성할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 추출된 음이온이 중성화되면, 결과적인 중성빔은 협대역 중성빔 에너지를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템이 제공되며, 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마(quiescent plasma)를 생성한다. 처리 시스템은 제1 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 제1 챔버 영역과, 분리 부재에 의해 제1 챔버 영역과 분리되어 있는 제2 챔버 영역을 포함한다. 제1 챔버 영역의 플라즈마로부터의 전자가 제2 챔버 영역으로 이송되어 제2 공정 가스와의 충돌을 통하여 정지 플라즈마를 형성한다. 제1 챔버 영역으로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하도록 제2 챔버 영역에 결합된 압력 제어 시스템을 활용하여 제2 챔버 영역 내의 압력을 제어한다.
다른 실시예에 따르면, 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마를 생성하는 처리 시스템이 제공되고, 이 처리 시스템은 제1 공정 가스를 수용하고 제1 압력에서 동작하도록 구성된 제1 챔버; 제1 챔버에 결합되고 제1 공정 가스를 도입하도록 구성된 제1 가스 주입 시스템; 제1 챔버에 결합되며, 제2 공정 가스를 수용하고 제2 압력에서 동작하도록 구성된 제2 챔버로서, 출구가 기판을 처리하는 기판 처리 시스템에 결합되도록 구성되어 있는 것인 제2 챔버; 제2 챔버에 결합되고 제2 공정 가스를 도입하도록 구성된 제2 가스 주입 시스템; 제1 챔버에 결합되고 제1 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성 시스템; 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되는 분리 부재로서, 제2 챔버 내에 정지 플라즈마(quiescent plasma)를 형성하기 위하여 제1 챔버 내의 플라즈마로부터의 전자를 제2 챔버에 공급하도록 구성된 하나 이상의 개구를 갖는 것인 분리 부재; 제1 챔버, 제2 챔버 또는 양 챔버 모두에 결합된 압력 제어 시스템으로서, 제1 챔버로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 제2 챔버 내에 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하도록 제2 압력을 제어하는 것인 압력 제어 시스템을 포함하고, 제2 공정 가스는 적어도 1종의 음전기 가스종을 포함한다.
추가의 실시예에 따르면, 음의 전하를 띠는 이온을 생성하는 중성빔 소스가 제공되며, 이 중성빔 소스는, 제1 공정 가스를 수용하고 제1 압력에서 동작하도록 구성된 제1 챔버 영역과, 제1 챔버 영역의 하류에 배치되고, 제2 공정 가스를 수용하고 제2 압력에서 동작하도록 구성된 제2 챔버 영역을 포함하는 중성빔 생성 챔버; 제1 챔버 영역에 결합되고 제1 공정 가스를 도입하도록 구성된 제1 가스 주입 시스템; 제2 챔버 영역에 결합되고 제2 공정 가스를 도입하도록 구성된 제2 가스 주입 시스템; 제1 챔버 영역에 결합되고 제1 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성 시스템; 제1 챔버 영역과 제2 챔버 영역 사이에 배치되는 분리 부재로서, 제2 챔버 영역 내에 정지 플라즈마를 형성하기 위하여 제1 챔버 영역 내의 플라즈마로부터의 전자를 제2 챔버 영역에 이송할 수 있도록 구성된 하나 이상의 개구를 갖는 것인 분리 부재; 중성빔 생성 챔버에 결합되고, 제1 챔버 영역으로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하기 위하여 제2 압력을 제어하도록 구성되는 것인 압력 제어 시스템; 제2 챔버 영역의 상기 출구에 결합되고 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키도록 구성된 서브디바이 뉴트럴라이저 그리드를 포함한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마로부터 추출되는 음이온에 대하여 협대역 에너지 스펙트럼을 생성하면서 음이온을 효율적으로 생성할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 처리 시스템을 도시하고,
도 2는 실시예에 따른 처리 시스템을 도시하고,
도 3a는 실시예에 따른 분리 부재의 개구의 분해도이고,
도 3b는 실시예에 따른 뉴트럴라이저 그리드의 개구의 분해도이고,
도 4는 실시예에 따라 기판을 처리하는 처리 시스템을 도시하고,
도 5는 실시예에 따른 처리 시스템을 도시하고,
도 6은 실시예에 따른 처리 시스템을 도시한다.
이하의 설명에 있어서, 한정의 의도는 없는 설명을 목적으로, 기판을 처리하기 위한 중성빔 처리 시스템과 플라즈마 처리 시스템을 포함한 처리 시스템과 같은 특정의 세부 사항을 설명한다. 그러나 본 발명을 이들 특정의 세부 사항에서 벗어나는 다른 실시예로 실시할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
실시예에 따르면, 음이온 플라즈마를 생성하는 시스템이 개시되어 있고, 이 시스템에서는 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마가 생성된다. 처리 시스템은, 제1 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 제1 챔버 영역과 분리 부재에 의해 제1 챔버 영역과 분리되는 제2 챔버 영역을 포함한다. 제1 챔버 영역 내의 플라즈마로부터의 전자가 제2 챔버 영역으로 이송되어, 제2 공정 가스와의 충돌을 통하여 정지 플라즈마를 형성한다. 본 명세서에 있어서, "정지(quiescent)" 플라즈마라는 용어는 제2 챔버 영역에서 형성된 플라즈마와 제1 챔버 영역에서 형성된 플라즈마를 구별하기 위하여 사용되고 있다. 예컨대 제1 공정 가스에 전자기(EM) 에너지를 결합하여 전자를 가열함으로써 제1 챔버 영역 내에 플라즈마가 형성되고, 제1 챔버 영역으로부터의 전자를 제2 챔버 영역으로 이송하여 제2 공정 가스와 작용하게 함으로써 제2 챔버 영역 내에 플라즈마가 형성된다. 제1 챔버 영역으로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 제2 챔버 영역 내에 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하기 위하여 제2 챔버 영역에 결합된 압력 제어 시스템을 활용하여 제2 챔버 영역 내의 압력을 제어한다.
시스템은, 플라즈마로부터 추출되는 음이온에 대하여 (비교적) 좁은 에너지 스프렉트럼을 형성할 수 있게 하면서 음이온(즉, 이온-이온 플라즈마)을 효율적으로 생성하게 할 수 있다. 추출된 음이온이 중성화되면, 결과적인 중성빔이 (비교적) 좁은 중성빔 에너지를 가질 수 있다. 도 1을 참조하면, 음이온 플라즈마 형성 및 추출을 이용하여 중성빔을 생성하는 처리 시스템(1)이 도시되어 있다.
처리 시스템(1)은, 제1 공정 가스(22)를 제1 압력으로 수용하도록 구성된 제1 챔버 영역(20)과 제1 챔버 영역(20)의 하류에 배치되고 제2 공정 가스(32)를 제2 압력으로 수용하도록 구성된 제2 챔버 영역(30)을 구비하는 중성빔 생성 챔버(10)를 포함한다. 제2 공정 가스(32)는 적어도 1종의 음전기 가스를 포함한다. 제1 챔버 영역(20)에 결합된 플라즈마 생성 시스템(70)은 제1 공정 가스(22)로부터 (파선으로 나타낸 바와 같이) 플라즈마를 형성하도록 구성된다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, (점선으로 나타낸 바와 같이) 중성빔 생성 챔버(10)의 밀폐면(confined surface)에 플라즈마 쉬스(12; plasma sheath)가 형성된다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 쉬스는 도전성 밀폐면과 같은 밀폐면과 벌크 플라즈마 사이의 경계층을 나타낸다. 일반적으로, 플라즈마 쉬스는 에이퍼처(aperture; 예컨대, 밀폐면을 관통하여 형성된 개구 또는 오리피스)에의 입구와 같은 표면의 불연속 부근을 제외하고는 플라즈마를 밀폐하는 도전성 표면을 밀접하게 따른다. 플라즈마 쉬스는, 에이퍼처 사이즈(즉, 횡방향 치수 또는 직경)가 디바이(Debye) 길이보다 작은 때에는 에이퍼처를 따르지 않는다.
여전히 도 1을 참조하면, 제1 챔버 영역(20)과 제2 챔버 영역(30) 사이에 분리 부재(50)가 배치되고, 분리 부재(50)는, 제2 챔버 영역(30) 내에 정지 플라즈마를 형성하기 위하여 제1 챔버 영역(20) 내의 플라즈마로부터의 전자를 제2 챔버 영역(30)에 이송하도록 구성된 하나 이상의 개구(52)를 포함한다. 분리 부재(50)의 개구(52)는 수퍼디바이(super-Debye) 길이의 에이퍼처를 포함할 수 있는데, 즉 횡방향 치수 또는 직경이 디바이 길이보다 크다. 개구는 적절한 전자 이송을 허용하기에 충분하게 클 수 있으며, 개구는 분리 부재(50)를 가로질러 전자 가열을 억제하거나 감소시키기에 충분하게 작을 수 있다.
또한, 처리 시스템(1)에 결합된 압력 제어 시스템(42)은 제2 압력을 제어하도록 구성된다. 제1 챔버 영역(20)으로부터의 전자가 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 제2 챔버 영역 내에 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성할 수 있다.
처리 시스템(1)은, 처리 시스템(1)의 출구에 결합되어 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키는 뉴트럴라이저 그리드(80)를 또한 포함한다. 뉴트럴라이저 그리드(80)는 접지 결합될 수도 있고, 전기적으로 바이어스될 수도 있다. 뉴트럴라이저 그리드(80)는 이하에서 보다 상세하게 설명하는 서브디바이(sub-Debye) 뉴트럴라이저 그리드일 수 있다.
선택적으로, 처리 시스템(1)은 제2 챔버 영역(30)의 하류에 배치된 제3 챔버 영역(40)을 포함할 수 있고, 제3 챔버 영역(40)의 출구는 뉴트럴라이저 그리드(80)에 결합되어 있다. 제2 챔버 영역(30)과 제3 챔버 영역(40) 사이에 압력 배리어(60)가 배치될 수 있고, 이 압력 배리어(60)는 제2 챔버 영역(30) 내의 제2 압력과 제3 챔버 영역(40) 내의 제3 압력 사이의 압력차를 생성하도록 구성되며, 제3 압력이 제2 압력보다 작다. 압력 배리어(60)의 개구는 수퍼디바이 길이의 에이퍼처를 포함할 수 있다. 개구는 제2 챔버 영역(30)과 제3 챔버 영역(40) 사이의 압력차를 허용하기에 충분하게 작을 수도 있다.
선택적으로, 처리 시스템(1)은, 제1 챔버 영역(20)의 둘레에 위치하고 플라즈마와 접촉하도록 구성된 하나 이상의 전극(65)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극(65)에 파워 소스가 결합될 수 있고, 이 파워 소스는 하나 이상의 전극(65)에 전압을 결합하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 전극(65)은 원통형의 중공 캐소드로서 작용하도록 구성된 파워 공급식의 원통형 전극을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 전극(65)을 사용하여 제1 챔버 영역(20)에 형성된 플라즈마의 플라즈마 전위를 줄일 수도 있고, 전자 온도를 낮출 수도 있고, 이들 양자를 모두 실행할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자는 제1 챔버 영역(20)으로부터 분리 부재(50)를 통하여 제2 챔버 영역(30)으로 이송된다. 전자 이송은 확산에 의해 추진될 수도 있고, 필드 개선 확산(field-enhanced diffusion)에 의해 추진될 수도 있다. 전자가 분리 부재(50)로부터 나와서 제2 챔버 영역(30)으로 들어감에 따라, (도 1에 도시된 바와 같이) 이들 전자는 제2 공정 가스와 충돌하여 에너지를 잃어, 전자 온도가 저하된다. 예시를 목적으로, 제2 공정 가스(32)는 음전기 가스로서 염소(Cl2)를 포함한다.
전자 온도가 낮아지면, 제2 공정 가스의 음전기 가스종(예컨대, Cl2)은 (해리성) 전자 부착을 겪는데, 즉
Cl2+e→Cl-+Cl (3)
전자 온도가 낮아짐에 따라, 전자 농도(e-)가 감소하고 음의 전하를 띠는 염소 이온(Cl-)의 농도가 높아진다(도 1 참조). 음전기 가스종을 제1 공정 가스(22)와 함께 도입할 수 있지만, 음의 전하를 띠는 이온을 생성하는 효율이 낮을 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 실시예에 따라 음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템(100)이 제공된다. 처리 시스템(100)은, 제1 공정 가스를 제1 압력으로 수용하도록 구성된 제1 챔버 영역(120)과 제1 챔버 영역(120)의 하류에 배치되고 제2 공정 가스를 제2 압력으로 수용하도록 구성된 제2 챔버 영역(130)을 구비하는 공정 챔버(110)를 포함한다.
제1 챔버 영역(120)에 결합된 제1 가스 주입 시스템(122)은 제1 공정 가스를 도입하도록 구성된다. 제1 공정 가스는 양전기 가스(예컨대, Ar 또는 기타 귀금속) 또는 음전기 가스(예컨대, Cl2, O2 등) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 공정 가스는 Ar과 같은 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 가스 주입 시스템(122)은 하나 이상의 가스 공급부 또는 가스 공급원, 하나 이상의 제어 밸브, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 질량 유량 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
제2 챔버 영역(130)에 결합된 제2 가스 주입 시스템(132)은 제2 공정 가스를 도입하도록 구성된다. 제2 공정 가스는 적어도 1종의 음전기 가스(예컨대, O2, N2, Cl2, HCl, CCl2F2, SF6 등)를 포함한다. 제2 가스 주입 시스템(132)은 하나 이상의 가스 공급부 또는 가스 공급원, 하나 이상의 제어 밸브, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 질량 유량 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
제1 챔버 영역(120)에 결합된 플라즈마 생성 시스템(160)은 제1 공정 가스로부터 (실선으로 나타낸 바와 같이) 플라즈마(125)를 형성하도록 구성된다. 플라즈마 생성 시스템(160)은 용량 결합형 플라즈마 소스, 유도 결합형 플라즈마 소스, 변압기 결합형 플라즈마 소스, 마이크로파 플라즈마 소스, 표면파 플라즈마 소스, 또는 헬리콘파 플라즈마 소스 중 적어도 하나를 포함한다.
예컨대, 플라즈마 생성 시스템(160)은, 고주파(RF) 전력이 선택적 임피던스 매치 네트워크를 통하여 RF 발생기를 매개로 결합되는 유도 코일을 포함할 수 있다. 고주파에서의 전자기(EM) 에너지는 유도 코일로부터 유전체 창(도시 생략)을 통하여 플라즈마(125)에 유도 결합된다. 유도 코일에 RF 파워를 인가하기 위한 통상의 주파수 범위는 약 10 MHz 내지 약 100 MHz일 수 있다. 또한, 슬롯형 패러데이 실드(도시 생략)를 채용하여 유도 코일과 플라즈마(125) 사이의 용량 결합을 줄일 수 있다.
임피던스 매치 네트워크는 반사 파워를 줄임으로써 RF 파워를 플라즈마(125)에 전달하는 것을 향상시키는 기능을 수 있다. 매치 네트워크 토폴로지(match network topology; 예컨대, L-타입, π-타입, T-타입 등)과 자동 제어 방법은 당업자에게 널리 알려져 있다.
유도 코일은 헬리컬 코일을 포함할 수 있다. 대안으로, 유도 코일은, 변압기 결합형 플라즈마(TCP)에서와 같이 위로부터 플라즈마(125)와 교통하는 "스파이럴(spiral)" 코일 또는 "팬케이크(fancake)" 코일일 수 있다. 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스 또는 변압기 결합형 플라즈마(TCP) 소스의 구조 및 동작은 당업자에게 널리 알려져 있다.
양전기 방전에 있어서, 플라즈마의 조성은 전자와 양의 전하를 띠는 이온을 포함한다. 준중성 플라즈마 근사치(approximation)를 이용하면, 자유전자의 수는 1가의 양이온의 수와 균등하다. 예로서, 양전기 방전에 있어서, 전자 밀도의 범위는 약 1010 cm-3 내지 1013 cm-3일 수 있고, 전자 온도의 범위는 (사용된 플라즈마 소스의 유형에 따라) 약 1 eV 내지 약 10 eV일 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 제1 챔버 영역(120)과 제2 챔버 영역(130) 사이에 분리 부재(150)가 배치되고, 이 분리 부재(150)는, 제2 챔버 영역(130) 내에 (파선으로 나타낸) 정지 플라즈마(135)를 형성하기 위하여 제1 챔버 영역(120)의 플라즈마(125)로부터의 전자를 제2 챔버 영역(130)으로 이송할 수 있도록 구성되는 하나 이상의 개구(152)를 포함한다. 분리 부재(150)의 하나 이상의 개구(152)는 수퍼디바이 길이의 에이퍼처를 가질 수 있는데, 즉 횡방향 치수 또는 직경이 디바이 길이보다 크다. 하나 이상의 개구(152)는 적절한 전자 이송을 허용하기에 충분히 클 수 있고, 하나 이상의 개구(152)는 분리 부재(150)를 가로질러 전자 가열을 억제하거나 줄이기에 충분히 작을 수 있다.
도 3a는, 개구의 횡방향 치수에 대한 플라즈마 쉬스의 치수를 나타내는, 분리 부재를 통한 개구의 개략적인 단면도를 도시하며, 전자(e-)가 플라즈마로부터 나온다.
제2 챔버 영역(130)에 있어서, 공정 챔버(110)와 분리 부재(150)는 SiO2 또는 석영과 같은 유전체 재료로 제조될 수 있다. 유전체 재료는 전하 손실을 최소화할 수 있고, 챔버를 통한 전류 경로를 제거할 수 있다.
또한, 처리 시스템(100)에 결합된 압력 제어 시스템이 제2 압력을 제어하도록 구성된다. 제1 챔버 영역(120)으로부터의 전자는 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 제2 챔버 영역(130) 내에 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 정지 플라즈마(135)를 생성하는 비활성 전자를 형성한다. 예컨대, 분리 부재(150)를 통하여 나오는 전자는 약 1 eV의 전자 온도를 가질 수 있고, 전자 온도가 약 0.05 eV 내지 약 0.1 eV로 감소하면, 음이온을 유효하게 생성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 제어 시스템이 제2 챔버 영역(130)에 결합되어 있지만, 제1 챔버 영역(120)에 결합될 수도 있고, 제1 챔버 영역(120) 및 제2 챔버 영역(130)에 결합될 수도 있다.
압력 제어 시스템은, 펌핑 덕트(172)를 통하여 공정 챔버(110)에 결합된 펌핑 시스템(170)과, 펌핑 덕트(172)에 결합되고 펌핑 시스템(170)과 공정 챔버(110) 사이에 위치하는 밸브(174)와, 공정 챔버(110)에 결합되고 제2 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치(176)를 포함한다. 압력 측정 장치(176), 펌핑 시스템(170) 및 밸브(174)에 결합된 컨트롤러(180)가 제2 압력의 모니터링, 조정 또는 제어 중 하나 이상을 실행하도록 구성될 수 있다.
펌핑 시스템(170)은 펌핑 속도가 5000 리터/초(이상)에 이를 수 있는 터보 분자 진공 펌프(TMP)를 포함할 수 있다. 건식 플라즈마 에칭에 사용되는 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 펌핑 속도가 1000 리터/초 내지 3000 리터/초인 TMP를 채용할 수 있다. TMP는 통상적으로 50 mTorr 미만의 저압 처리에 사용될 수 있다. 고압 처리(즉, 100 mTorr 초과)에 대해서는, 기계적 부스터 펌프 및 건식 러핑 펌프를 사용할 수 있다. 또한, 챔버 압력을 모니터링하는 압력 측정 장치(176)가 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다. 예컨대, 압력 측정 장치(176)는 MKS Instruments, Inc(미국 매사추세츠주 안도버 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 상대 또는 절대 캐패시턴스 마노미터일 수 있다.
압력 제어 시스템은 공정 챔버(110)에 결합된 배기 실린더(178)를 더 포함할 수 있고, 이 배기 실린더를 통하여 공정 챔버(110)를 저압(예컨대, 대기압 미만의 진공 압력)으로 배기시킬 수 있다. 배기 실린더(178)는, 디바이 길이보다 작거나(서브디바이) 디바이 길이보다 큰(수퍼디바이) 횡방향 치수(또는 직경)를 가질 수 있는 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 또한, 배기 실린더(178)는 전기적으로 바이어스될 수도 있고 접지 결합될 수도 있다.
일례에 따르면, 배기 실린더(178)는 하나 이상의 서브디바이 개구를 포함하고, 배기 실린더(178)는 음의 전압에서 전기적으로 바이어스되어 있다. 양의 전하를 띠는 이온과 중성 가스를 배기 실린더(178)를 통하여 펌핑할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 개구는 직경이 약 1 ㎜일 수 있고, 길이가 3 ㎜일 수 있다.
다른 예에 따르면, 배기 실린더(178)는 하나 이상의 수퍼디바이 개구를 포함하고, 배기 실린더(178)는 접지 결합되어 있다. 배기 실린더(178)를 통하여 비교적 고유량의 컨덕턴스로 가스를 펌핑할 수 있다.
배기 실린더(178)는 도전성 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 배기 실린더(178)는 RuO2(산화루테늄) 또는 Hf(하프늄)으로 제조될 수도 있다.
처리 시스템(100)은, 공정 챔버(110)의 출구에 결합되고 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키도록 구성된 뉴트럴라이저 그리드(190)를 또한 포함한다. 뉴트럴라이저 그리드(190)는 이온종의 통과 시에 이들 이온종을 중성화시키기 위한 하나 이상의 에이퍼처(192)를 포함한다. 뉴트럴라이저 그리드(190)는 접지 결합될 수도 있고, 전기적으로 바이어스될 수도 있다. 뉴트럴라이저 그리드(190)는 서브디바이 뉴트럴라이저 그리드일 수 있다. 하나 이상의 에이퍼처(192)는 예컨대 직경이 대략 1 ㎜이고 길이가 12 ㎜일 수 있다.
하나 이상의 에이퍼처(192)의 직경(또는 횡방향 치수)이 디바이 길이보다 작은 정도이고(즉, 서브디바이 치수이고), 종횡비[즉, 횡방향 치수(d)에 대한 종방향 치수(L)의 비; 도 3b 참조]가 대략 1:1 이상으로 유지되면, 플라즈마 쉬스의 기하형상은 에이퍼처가 없는 뉴트럴라이저 그리드(즉, 평면벽)에 의해 야기되는 기하형상으로부터 거의 영향을 받지 않고 실질적으로 평면형으로 유지된다.
따라서 에이퍼처 인근이지만 반드시 그 내부일 필요는 없는, 이온과 전자의 재결합이 유리한 영역이 존재하고, 활성 중성입자의 수는 이온 집단에 비하여 증가하게 된다. 또한 뉴트럴라이저 그리드의 상류에 형성된 플라즈마가 밀폐되고, 에이퍼처를 통하여 대전 입자 플럭스를 형성하지 않는다. 그러나 하나 이상의 에이퍼처의 종횡비를 증가시킴으로써 분출 중성빔 성분(effusive neutral beam component)을 줄일 수는 있지만, 에이퍼처를 통한 입자의 플럭스는 일부 분출 중성빔 성분을 포함한다.
뉴트럴라이저 그리드(190)는 도전성 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 뉴트럴라이저 그리드(190)는 RuO2 또는 Hf로 제조될 수 있다.
서브디바이 길이의 뉴트럴라이저 그리드를 갖는 하이퍼서멀 중성빔 소스에 대한 추가의 상세 내용이, 발명의 명칭이 "Neutral beam apparatus for in-situ production of reactants and kinetic energy transfer"인 미국 특허 5,468,955에 개시되어 있다.
계속 도 2를 참조하면, 처리 시스템(100)은 마이크로프로세서, 메모리 및 디지털 I/O 포트를 구비하는 컨트롤러(180)를 더 포함하고, 디지털 I/O 포트는 처리 시스템(100)과 통신하여, 처리 시스템(100)으로부터의 출력을 모니터할 뿐만 아니라 처리 시스템(100)으로의 입력을 작동시키기에 충분한 제어 전압을 발생시킬 수 있다. 또한, 컨트롤러(180)는 플라즈마 생성 시스템(160), 압력 제어 시스템, 제1 가스 주입 시스템(122), 제2 가스 주입 시스템(132), 뉴트럴라이저 그리드(190)에 결합된 전기 바이어스 시스템(도시 생략)과 결합하여 이들과 정보를 교환할 수 있다. 메모리에 기억된 프로그램을 활용하여 공정 레시피에 따라 처리 시스템(100)의 전술한 구성 요소로의 입력을 작동시켜 음이온 플라즈마를 형성할 수 있다. 컨트롤러(180)의 하나의 예로는, 미국 텍사스주 오스틴에 소재하는 Dell Corporation에서 판매하는 DELL PRECISION WORKSTATION 610TM이 있다.
컨트롤러(180)는 처리 시스템(100)에 대하여 근거리에 위치할 수도 있고, 인터넷 또는 인트라넷을 통하여 처리 시스템(100)에 대하여 원거리에 위치할 수도 있다. 따라서 컨트롤러(180)는 직접 접속, 인트라넷 또는 인터넷 중 적어도 하나를 이용하여 처리 시스템(100)과 데이터를 교환할 수 있다. 컨트롤러(180)는 커스토머 사이트(즉, 디바이스 메이커 등)의 인트라넷에 결합될 수도 있고, 벤더 사이트(즉, 장비 제작자)의 인트라넷에 결합될 수도 있다. 또한, 다른 컴퓨터(즉, 컨트롤러, 서버 등)가 컨트롤러(180)에 액세스하여 직접 접속, 인트라넷 또는 인터넷 중 적어도 하나를 통하여 데이터를 교환할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 일부 형태의 프로세싱 코어[컴퓨터의 프로세서와 같은, 예컨대 컨트롤러(180)]에서 실행되거나, 그 외에 기계 판독 가능한 매체에서 실행 또는 구현되는 소프트웨어 프로그램으로서 또는 그 소프트웨어 프로그램을 지원하는데 사용될 수 있다. 기계 판독 가능한 매체는 기계(예컨대 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태의 정보를 저장하는 임의의 기구를 포함한다. 예컨대, 기계 판독 가능한 매체는 ROM(read only memory); RAM(random access memory); 자기 디스크 기록 매체; 광 기록 매체; 플래시 메모리 디바이스 등을 포함할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 실시예에 따라 음이온 플라즈마를 생성하는 처리 시스템(100')이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(100')은 기판 홀더(104) 상의 기판(105)을 처리하는 기판 처리 영역(103)을 제공하는 기판 처리 시스템(102)에 결합되어 있다. 기판(105)은 중성빔에 의해 처리될 수도 있고, 뉴트럴라이저 그리드(190)가 생략되거나 수퍼디바이 에이퍼처를 갖게 설계되는 경우에는 음이온 플라즈마에 의해 처리될 수도 있다.
기판 홀더(104)는 냉각 시스템 또는 가열 시스템을 갖는 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 예컨대, 냉각 시스템 또는 가열 시스템은, 냉각 시에 기판 홀더(104)로부터 열을 수용하여 그 열을 열교환기 시스템(도시 생략)에 전달하거나, 가열 시에 열교환기 시스템으로부터의 열을 유체 흐름에 전달하는 재순환 유체 흐름을 포함할 수 있다. 또한, 예컨대 냉각 시스템 또는 가열 시스템은 저항성 가열 소자 또는 기판 홀더(104) 내에 위치한 열전 가열기/냉각기와 같은 가열/냉각 소자를 포함할 수 있다.
또한, 기판 홀더(104)는 이면측 가스 공급 시스템을 통하여 기판(105)의 이면측에 열전달 가스를 용이하게 공급할 수 있어 기판(105)과 기판 홀더(104) 사이의 가스 갭 열 전도를 향상시킬 수 있다. 기판의 온도를 고온 또는 저온으로 제어할 필요가 있을 때에 이러한 시스템을 활용할 수 있다. 예컨대 이면측 가스 공급 시스템은 투 존 가스 분배 시스템을 포함할 수 있고, 이면측 가스(예컨대 헬륨)의 압력은 기판(105)의 중심과 가장자리 사이에서 독립적으로 변경될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 저항성 가열 소자 또는 열전 가열기/냉각기와 같은 가열/냉각 소자를 기판 처리 시스템(102)의 챔버벽과 기판 처리 시스템(102) 내의 임의의 다른 구성 요소에 구비할 수 있다.
기판 처리 시스템(102)이 기판(105)을 플라즈마 처리하도록 구성되는 경우에, 기판 홀더는 전기적으로 바이어스될 수 있다. 예컨대, 기판 홀더(104)는 선택적 임피던스 매치 네트워크를 통하여 RF 발생기에 결합될 수 있다. 기판 홀더(104; 또는 하부 전극)에 파워를 인가하기 위한 통상적 주파수의 범위는 약 0.1 MHz 내지 약 100 MHz일 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 실시예에 따라 음이온을 생성하는 처리 시스템(200)이 도시되어 있다. 처리 시스템(200)은, 제1 챔버 영역(120)의 둘레에 위치하고 플라즈마(125)에 접촉하도록 구성된 하나 이상의 전극(210)을 포함한다. 하나 이상의 전극(210)에 파워 소스(220)가 결합되고, 이 파워 소스는 하나 이상의 전극(210)에 전압을 결합하도록 구성된다. 하나 이상의 전극(210)은 원통형의 중공 캐소드로서 작용하도록 구성된 파워 공급식의 원통형 전극을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 전극(210)을 활용하여 제1 챔버 영역(120)에 형성된 플라즈마(125)의 플라즈마 전위, 전자 온도, 또는 이들 모두를 감소시킬 수 있다.
파워 소스(220)는 직류(DC) 파워 서플라이를 포함할 수 있다. DC 파워 서플라이는 가변 DC 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 또한, DC 파워 서플라이는 바이폴라 DC 파워 서플라이를 포함할 수 있다. DC 파워 서플라이는 극성, 전류, 전압, 또는 DC 파워 서플라이의 온/오프 상태, 또는 이들의 임의의 조합을 모니터링하거나, 조정하거나 또는 제어하도록 구성된 시스템을 더 포함할 수 있다. 전기 필터를 활용하여 RF 파워를 DC 파워 서플라이로부터 분리시킬 수 있다.
예컨대, 파워 소스(220)에 의해 하나 이상의 전극(210)에 인가된 DC 전압의 범위는 대략 -5000 V 내지 대략 1000 V일 수 있다. 유리하게는, DC 전압의 절대값은 약 100 V 이상의 값을 갖고, 더 바람직하게는 DC 전압의 절대값이 대략 500 V 이상의 값을 갖는다. 또한 DC 전압이 음의 극성을 갖는 것이 유리하다. 예컨대, DC 전압의 범위는 약 -1 V 내지 약 -5 kV일 수 있고, 바람직하게는 DC 전압의 범위는 약 -1 V 내지 약 -2 kV일 수 있다.
또한, DC 전압이 플라즈마(125)의 플라즈마 전위, 전자 온도 또는 이들 모두를 감소시키기에 적합한 음의 전압인 것이 유리하다. 예컨대, 정지 플라즈마(135)의 플라즈마 전위에 대하여 플라즈마(125)의 플라즈마 전위를 감소시킴으로써, 제1 챔버 영역(120)과 제2 챔버 영역(130) 사이의 전자의 전기장 개선 확산이 발생할 수 있다. 또한, 예컨대 플라즈마(125)의 전자 온도를 낮춤으로써, 음이온의 유효한 생성을 위한 전자 에너지를 생성하기 위하여 제2 챔버 영역(130)에서의 충돌이 그다지 필요하지 않게 된다.
하나 이상의 전극(210)은 도전성 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 전극(210)은 RuO2 또는 Hf로 제조될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 실시예에 따라 음이온 플라즈마를 생성하기 위한 처리 시스템(300)이 도시되어 있다. 처리 시스템(300)은 제2 챔버 영역(130)의 하류에 배치된 제3 챔버 영역(140)을 더 포함할 수 있고, 제3 챔버 영역(140)의 출구는 뉴트럴라이저 그리드(190)에 결합되어 있다. 제2 챔버 영역(130)과 제3 챔버 영역(140) 사이에 압력 배리어(310)가 배치될 수 있고, 이 압력 배리어(310)는 제2 챔버 영역(130) 내의 제2 압력과 제3 챔버 영역(140) 내의 제3 압력 사이의 압력차를 생성하도록 구성되며, 제3 압력이 제2 압력보다 작다. 압력 배리어(310)는 수퍼디바이 길이의 에이퍼처를 포함할 수 있는 하나 이상의 개구(312)를 포함한다. 하나 이상의 개구(312)는 제2 챔버 영역(130)과 제3 챔버 영역(140) 사이의 압력차를 허용하기에 충분히 작을 수 있다. 압력 배리어(310)를 도입함으로써, 제2 압력을 증가시킬 수 있으며, 이는 제2 챔버 영역(130)에서의 유효 충돌 소광에 유리할 수 있다.
압력 배리어(310)는 SiO2 또는 석영과 같은 유전체 재료로 제조될 수 있다.
일례에 따르면, 기판 처리 영역[예컨대, 도 4의 기판 처리 영역(103)]에서 기판을 처리하기 위한 중성빔을 생성할 때에, 제1 압력의 범위는 약 10 mTorr 내지 약 100 mTorr(예컨대, 약 50 mTorr 내지 70 mTorr)일 수 있고, 제2 압력의 범위는 약 10 mTorr 내지 약 100 mTorr(예컨대, 약 50 mTorr 내지 70 mTorr)일 수 있고, 제3 압력의 범위는 약 1 mTorr 내지 약 10 mTorr(예컨대, 약 3 mTorr 내지 5 mTorr)일 수 있으며, 기판 처리 영역 내의 압력은 약 1 mTorr 미만(예컨대 약 0.1 mTorr 내지 0.3 mTorr)일 수 있다. 제3 챔버 영역에 결합된 진공 펌핑 시스템은 약 1000 리터/초(l/sec)의 펌핑 속도를 제공할 수 있고, 기판 처리 영역에 결합된 진공 펌핑 시스템은 약 3000 l/sec의 펌핑 속도를 제공할 수 있다. 압력 배리어를 통한 유동 컨덕턴스는 약 10 l/sec 내지 약 500 l/sec(예컨대, 약 50 l/sec)일 수 있고, 뉴트럴라이저 그리드를 통한 유동 컨덕턴스는 약 100 l/sec 내지 약 1000 l/sec(예컨대, 약 300 l/sec)일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정 실시예만을 설명하고 있지만, 당업자는, 본 발명의 신규한 교시 사항 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 상기 실시예에 대하여 많은 변형이 가능하다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이러한 모든 변형이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈마를 생성하는 처리 시스템으로서,
    제1 공정 가스를 수용하고 제1 압력에서 동작하도록 구성된 제1 챔버;
    상기 제1 챔버에 결합되고 상기 제1 공정 가스를 도입하도록 구성된 제1 가스 주입 시스템;
    상기 제1 챔버에 결합되며, 제2 공정 가스를 수용하고 제2 압력에서 동작하도록 구성된 제2 챔버로서, 출구가 기판을 처리하는 기판 처리 시스템에 결합되도록 구성되어 있는 것인 제2 챔버;
    상기 제2 챔버에 결합되고 상기 제2 공정 가스를 도입하도록 구성된 제2 가스 주입 시스템;
    제1 챔버에 결합되고 상기 제1 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성 시스템;
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 배치되는 분리 부재로서, 상기 제2 챔버 내에 정지 플라즈마(quiescent plasma)를 형성하기 위하여 상기 제1 챔버 내의 상기 플라즈마로부터의 전자를 상기 제2 챔버에 공급하도록 구성된 하나 이상의 개구를 갖는 것인 분리 부재;
    상기 제1 챔버, 상기 제2 챔버 또는 양 챔버 모두에 결합된 압력 제어 시스템으로서, 상기 제1 챔버로부터의 상기 전자가 상기 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 상기 제2 챔버 내에 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 상기 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하도록 상기 제2 압력을 제어하는 것인 압력 제어 시스템
    을 포함하고,
    상기 제2 공정 가스는 적어도 1종의 음전기 가스종을 포함하는 것인 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 시스템은 용량 결합형 플라즈마 소스, 유도 결합형 플라즈마 소스, 변압기 결합형 플라즈마 소스, 마이크로파 플라즈마 소스, 표면파 플라즈마 소스 또는 헬리콘파 플라즈마 소스 중 적어도 하나를 포함하는 것인 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 시스템은, 상기 제1 챔버 위에 위치된 유도 코일을 구비하고 유전체 창을 통하여 상기 제1 챔버의 내부에 전자기(EM) 에너지를 결합하도록 구성된 변압기 결합형 플라즈마 소스를 포함하는 것인 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 둘레에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하도록 구성된 하나 이상의 전극과,
    상기 하나 이상의 전극에 결합되고 상기 하나 이상의 전극에 전압을 결합하도록 구성된 파워 소스
    를 더 포함하는 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버의 둘레를 에워싸며 상기 플라즈마와 접촉하도록 구성된 원통형 전극과,
    상기 원통형 전극에 결합되고 상기 원통형 전극에 전압을 결합하도록 구성된 파워 소스
    를 더 포함하는 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 원통형 전극은 원통형의 중공 캐소드로서 작용하도록 구성되고, 상기 전압은 약 -1V(볼트) 내지 약 -5kV 범위의 직류(dc) 전압을 포함하는 것인 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전압은 약 -1V(볼트) 내지 약 -2kV 범위의 직류(dc) 전압을 포함하는 것인 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압력 제어 시스템은 펌핑 덕트를 통하여 상기 제2 챔버에 결합되는 펌핑 시스템과, 상기 펌핑 덕트에 결합되고 상기 펌핑 시스템과 상기 제2 챔버 사이에 위치된 밸브와, 상기 제2 챔버에 결합되어 상기 제2 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치와, 상기 압력 측정 장치 및 상기 밸브에 결합되고 상기 제2 압력의 모니터링, 조정 또는 제어 중 적어도 하나를 실행하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 것인 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 챔버의 상기 출구에 결합되고 상기 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키도록 구성된 뉴트럴라이저 그리드(neutralizer grid)를 더 포함하는 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 뉴트럴라이저 그리드가 서브디바이(sub-Debye) 뉴트럴라이저 그리드를 포함하는 것인 처리 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 챔버의 상기 출구 근처에서 상기 제2 챔버에 결합되는 제3 챔버를 더 포함하고,
    상기 제2 챔버와 상기 제3 챔버 사이에 압력 배리어가 배치되어 있고, 이 압력 배리어는 상기 제2 챔버 내의 상기 제2 압력과 상기 제3 챔버 내의 제3 압력 사이의 압력차를 생성하도록 구성되며, 상기 제3 압력이 상기 제2 압력보다 작은 것인 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압력 제어 시스템은 상기 제3 챔버에 결합되는 것인 처리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제3 챔버의 출구에 결합되고, 상기 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키도록 구성된 뉴트럴라이저 그리드를 더 포함하는 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 뉴트럴라이저 그리드는 서브디바이 뉴트럴라이저 그리드를 포함하는 것인 처리 시스템.
  15. 음의 전하를 띠는 이온을 생성하는 중성빔 소스로서,
    제1 공정 가스를 수용하고 제1 압력에서 동작하도록 구성된 제1 챔버 영역과, 상기 제1 챔버 영역의 하류에 배치되고, 제2 공정 가스를 수용하고 제2 압력에서 동작하도록 구성된 제2 챔버 영역을 포함하는 중성빔 생성 챔버;
    상기 제1 챔버 영역에 결합되고 상기 제1 공정 가스를 도입하도록 구성된 제1 가스 주입 시스템;
    상기 제2 챔버 영역에 결합되고 상기 제2 공정 가스를 도입하도록 구성된 제2 가스 주입 시스템;
    상기 제1 챔버 영역에 결합되고 상기 제1 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성 시스템;
    상기 제1 챔버 영역과 상기 제2 챔버 영역 사이에 배치되는 분리 부재로서, 상기 제2 챔버 영역 내에 정지 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 제1 챔버 영역 내의 상기 플라즈마로부터의 전자를 상기 제2 챔버 영역에 이송할 수 있도록 구성된 하나 이상의 개구를 갖는 것인 분리 부재;
    상기 중성빔 생성 챔버에 결합되고, 상기 제1 챔버 영역으로부터의 상기 전자가 상기 제2 공정 가스와 충돌 소광하여, 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 상기 정지 플라즈마를 생성하는 비활성 전자를 형성하기 위하여 상기 제2 압력을 제어하도록 구성되는 것인 압력 제어 시스템;
    상기 제2 챔버 영역의 출구에 결합되고 상기 음의 전하를 띠는 이온을 부분적으로 또는 전체적으로 중성화시키도록 구성된 서브디바이 뉴트럴라이저 그리드
    를 포함하는 중성빔 소스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 챔버 영역의 하류에 배치되는 제3 챔버 영역을 더 포함하고,
    상기 제3 챔버 영역의 출구는 상기 서브디바이 뉴트럴라이저 그리드에 결합되는 것인 중성빔 소스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 챔버 영역과 상기 제3 챔버 영역 사이에 배치되고, 상기 제2 챔버 영역 내의 상기 제2 압력과 상기 제3 챔버 영역 내의 제3 압력 사이의 압력차를 생성하도록 구성되는 압력 배리어를 더 포함하고,
    상기 제3 압력이 상기 제2 압력보다 작은 것인 중성빔 소스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 챔버 영역의 둘레를 에워싸며 상기 플라즈마와 접촉하도록 구성된 원통형 전극과,
    상기 원통형 전극에 결합되고 상기 원통형 전극에 전압을 결합하도록 구성된 파워 소스를 더 포함하고,
    상기 원통형 전극은 원통형의 중공 캐소드로서 작용하도록 구성되고, 상기 전압은 약 -1V(볼트) 내지 약 -5kV 범위의 직류(dc) 전압을 포함하는 것인 중성빔 소스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 압력 제어 시스템은 접지되거나 전기적으로 바이어스된 배기 실린더를 통하여 상기 제3 챔버 영역에 결합되고, 상기 배기 실린더는 관통 형성된 하나 이상의 서브디바이 개구, 또는 관통 형성된 하나 이상의 수퍼디바이(super-Debye) 개구, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 중성빔 소스.
  20. 음의 전하를 띠는 이온을 갖는 플라즈를 생성하는 처리 시스템으로서,
    제1 챔버 영역과 제2 챔버 영역을 갖는 공정 챔버;
    상기 제1 챔버 영역 내의 제1 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하는 수단;
    상기 제1 챔버 영역을 상기 제2 챔버 영역과 분리하는 수단;
    상기 제1 챔버 영역 내의 상기 플라즈마로부터의 전자를 상기 제2 챔버 영역으로 이송하는 수단;
    상기 이송된 전자를 이용하여 상기 제2 챔버 영역 내의 제2 공정 가스로부터 음의 전하를 띠는 이온을 형성하는 수단
    을 포함하는 처리 시스템.
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