CN109119314A - 等离子体源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离子或电子的引出效率高的等离子体源。等离子体源(1)包括：室(11)，具有用于将在内侧生成的离子或电子向外辐射的开口部(11a)；气体导入部(31)，向室(11)内导入气体；真空连接器(14)，设置在周壁(111)的与开口部(11a)相对的位置上；天线(15)，基端部(15a)与真空连接器(14)连接，在室(11)内朝向开口部(11a)延伸；第一绝缘体部(21)，覆盖天线(15)的位于室(11)内的前端部(15b)一侧的第一部位(P1)；第二绝缘体部(13)，覆盖天线(15)的位于室(11)内的基端部(15a)一侧的第二部位(P2)；以及导体部(16)，覆盖第二绝缘体部(13)。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体源。
背景技术
以往提出了一种离子自由基源，其包括：等离子体生成室；气体导入部，用于向等离子体生成室导入气体；天线，配置在等离子体生成室的内部；以及引出电极，配置在用于将等离子体生成室内的离子或自由基向等离子体生成室外辐射的开口部附近(例如参照专利文献1)。在此，天线的基端部固定在等离子体生成室内的与开口部相对的内壁上，其前端部向开口部突出。
专利文献1：日本专利公开公报特开平8-31358号
并且，在专利文献1记载的结构的离子自由基源中，在等离子体生成室内的天线的基端部附近生成的等离子体的密度较高。另一方面，在等离子体生成室内，距开口部的距离越远的位置生成的离子或电子利用引出电极从开口部向等离子体生成室外引出时的引出效率越低。因此，如果等离子体生成室内的等离子体的密度表现出距开口部的距离较远的天线的基端部附近变高的分布，则相应地离子或电子向等离子体生成室外的引出效率下降。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供离子或电子的引出效率高的等离子体源。
为了达成上述目的，本发明提供一种等离子体源，其包括：室，呈箱状，具有用于将在内侧生成的离子或电子向外辐射的开口部；气体导入部，通过贯通所述室的周壁的供给通道，将气体导入所述室内；连接器，设置在所述周壁的与所述开口部相对的位置上；天线，基端部与所述连接器连接，在所述室内朝向所述开口部延伸；第一绝缘体部，覆盖所述天线的位于所述室内的前端部侧的第一部位；第二绝缘体部，覆盖所述天线的位于所述室内的所述基端部侧的第二部位；以及导体部，覆盖所述第二绝缘体部。
按照本发明，其包括：天线，基端部与连接器连接，在室内朝向开口部延伸；第一绝缘体部，覆盖天线的第一部位；第二绝缘体部，覆盖天线的第二部位；以及导体部，覆盖第二绝缘体部。由此，由于导体部的存在而降低了在室内的天线的第二部位周围产生的等离子体的密度，并且提高了室内的与第二部位的周围相比在靠近开口部的区域产生的等离子体的密度。因此具有如下优点：由于在室内靠近开口部的区域生成的离子或电子增加，所以相应地提高了利用引出电极将其从开口部向室外引出时的引出效率。
附图说明
图1是本发明的实施方式的等离子体源的断面图。
图2的(A)是实施方式的嵌合构件的分解立体图，(B)是实施方式的嵌合构件的断面图。
图3的(A)是实施方式的副绝缘体部的立体图，(B)是表示实施方式的副绝缘体部和天线的一部分的断面图。
图4的(A)是实施方式的罩部的断面图，(B)是实施方式的第二绝缘体部的断面图。
图5是表示实施方式的连接器和导体部的断面图。
附图标记说明
1：等离子体源，11：室，11a：开口部，13：第二绝缘体部，14：真空连接器，15：天线，15a：基端部，15b：前端部，16：导体部，17：引出电极，18：狭缝构件，21：第一绝缘体部，23：绝缘构件，31：气体导入部，32：嵌合构件，41：同轴电缆，111：周壁，112：绝缘体层，113：供给通道，113a：主部，113b：宽幅部，131，161，2111：本体部，132，162，2112：小直径部，133，2113：贯通孔，141：销，142：保持部，143：筒状部，143a：阳螺纹部，144：密封部，161a：阴螺纹部，163：环状部，211：副绝缘体部，212：罩部，321：第一构件，321a：吸入口，321b：底壁，322：第二构件，322a：排出口，411：电缆，412：插头，2114：凹部，G：间隙，P1：第一部位，P2：第二部位
具体实施方式
下面，参照附图对本实施方式的等离子体源进行说明。本实施方式的等离子体源包括：第一绝缘体部，覆盖天线的位于室内的前端部侧的第一部位；第二绝缘体部，覆盖天线的位于室内的基端部侧的第二部位；以及导体部，覆盖第二绝缘体部。在该等离子体源中，通过利用天线向室内导入微波而在室内生成等离子体。并且，通过具有导体部，降低在室内的天线的第二部位的周围产生的等离子体的密度，并且提高室内的与第二部位的周围相比在靠近室的开口部的区域产生的等离子体的密度。
例如，如图1所示，本实施方式的等离子体源1包括：室11；气体导入部31，向室11内导入气体；两个真空连接器14；以及天线15，两个真空连接器14分别与基端部15a连接。并且，等离子体源1包括：引出电极17，用于将在室11内生成的离子或电子向室11外引出；以及狭缝构件18，覆盖室11的开口部11a。此外，等离子体源1包括：第一绝缘体部21，覆盖天线15的前端部15b一侧的第一部位P1；第二绝缘体部13，覆盖天线15的基端部15a一侧的第二部位P2；以及导体部16，覆盖第二绝缘体部13。此外，真空连接器14在与连接有天线15的一侧的相反侧与同轴电缆41连接。同轴电缆41具有电缆411和设置在电缆411的端部上的插头412。同轴电缆41与微波源(未图示)连接，通过同轴电缆41从微波源向天线15供给微波。作为微波例如是频率2.45GHz的微波。
室11是有底圆筒状的箱状，其具有用于将在内侧生成的离子或电子向外辐射的开口部11a。室11由金属形成。此外，在室11的内壁上设置有绝缘体层112。绝缘体层112由AL2O3(氧化铝)、BN(氮化硼)、ALN(氮化铝)等的陶瓷形成。由于通过以上述方式设置绝缘体层112，防止室11的周壁111向在室11内生成的等离子体暴露，所以可以防止室11的内壁的金属原子溅射而向室11外释放。
此外，在室11的周壁111的与开口部11a相对的位置上、即在室11的底壁上埋设有两个真空连接器14。此外，在室11的周壁111上形成有用于将气体从室11外向室11内供给的供给通道113。供给通道113贯通周壁111，其内部与室11内连通。
供给通道113具有主部113a和宽幅部113b，该宽幅部113b形成在气体导入部31一侧的端部的相反侧的端部上，与主部113a相比宽度宽。并且，在宽幅部113b上嵌入有嵌合构件32。如图2的(A)、(B)所示，嵌合构件32具有第一构件321和第二构件322。第一构件321是有底圆筒状，在底壁321b设置有吸入口321a，该吸入口321a用于吸入从气体导入部31供给的气体。此外，第二构件322是圆板状，并且设置有排出口322a，该排出口322a沿其厚度方向贯通，用于排出吸入第一构件321内的气体。
嵌合构件32在嵌入供给通道113内的状态下，将从设置在气体导入部31一侧的吸入口321a吸入的气体，从设置在与气体导入部31一侧相反侧的排出口322a排出。并且，以从室11的内侧、面对供给通道113的第一方向(参照图2的(B)中的箭头AR0)观察时，排出口322a和吸入口321a彼此向与第一方向AR0垂直的方向(第二方向)错开。并且，如图2的(B)的箭头AR1所示，从供给通道113通过吸入口321a向第一构件321内导入的气体，如图2的(B)的箭头AR2所示，通过第二构件322的排出口322a向室11内排出。
气体导入部31从室11的外侧与供给通道113连接，通过供给通道113向室11内导入气体。气体导入部31与例如储存PH3(磷化氢)、AsH3(砷化氢)等的储气瓶(未图示)连接，是将储存在储气瓶内的气体向室11内供给的气体供给源。
真空连接器14具有：长销141；保持部142，由绝缘体形成，保持销141的长边方向的中央部；以及筒状部143，由导电性材料形成为圆筒状，在内侧配置销141。此外，真空连接器14具有密封部144，该密封部144由金属形成，覆盖保持部142的外侧，在真空连接器14埋设在室11的周壁111时焊接在室11的周壁111上，对保持部142和周壁111之间进行密封。如图5所示，在筒状部143的外壁上设置有阳螺纹部143a。在销141的前端部上形成有所谓的切口部分。并且，天线15以其基端部15a被销141的切口部分夹持的状态，安装在销141上。
返回图1，天线15是细长的圆柱状，在室11内朝向其开口部11a延伸。第一绝缘体部21覆盖天线15的位于室11内的前端部15b一侧的第一部位P1。由于通过以上述方式第一绝缘体部21覆盖天线15的第一部位P1，防止天线15的第一部位P1向在室11内生成的等离子体暴露，所以能够防止因等离子体而磨损天线15的第一部位P1。
第一绝缘体部21具有：多个(图1中为五个)副绝缘体部211，沿天线15的长边方向排列；以及罩部212，由绝缘体形成，覆盖天线15的前端部15b。副绝缘体部211和罩部212由AL2O3(氧化铝)、SiO2(氧化硅)、BN(氮化硼)等电介质形成。另外，形成各副绝缘体部211和罩部212的材料可以是同种材料，也可以是相互不同的材料。此外，形成副绝缘体部211和罩部212的材料的介电常数可以相互不同，也可以相同。
如图3的(A)所示，副绝缘体部211具有外形为圆柱状的本体部2111和外形与本体部2111相比直径小的圆柱状的小直径部2112，该小直径部2112与本体部2111长边方向的一端部相连。在本体部2111长边方向的另一端部上设置有断面圆形的凹部2114。在本体部2111和小直径部2112上设置有贯通孔2113，该贯通孔2113从本体部2111的凹部2114的底部贯通至小直径部2112的与本体部2111相反侧的端面。并且，如图1所示，多个副绝缘体部211中除了位于天线15的长边方向的两端的副绝缘体部211以外，在天线15的长边方向上相邻的两个副绝缘体部211的一个的小直径部2112嵌入另一个的凹部2114内。由此，例如，如图3的(B)所示，不会因为在天线15的长边方向上相邻的两个副绝缘体部211之间产生间隙G而使天线15向室11内的等离子体暴露。如图4的(A)所示，罩部212是有底圆筒状，副绝缘体部211的小直径部2112嵌入内侧。
返回图1，第二绝缘体部13覆盖天线15的位于室11内的基端部15a一侧的第二部位P2。第二绝缘体部13也由SiO2(氧化硅)、BN(氮化硼)等电介质形成。另外，形成第二绝缘体部13的材料可以与形成副绝缘体部211的材料相同，也可以不同。此外，形成第二绝缘体部13的材料的介电常数可以与形成各副绝缘体部211的材料的介电常数相同，也可以不同。如图4的(B)所示，第二绝缘体部13具有外形为圆柱状的本体部131和外形与本体部131相比直径小的圆柱状的小直径部132，该小直径部132与本体部131的长边方向一端部相连。在本体部131和小直径部132上设置有贯通孔133，该贯通孔133从本体部131的另一端部贯通至小直径部132的与本体部131相反侧的端面。并且，第二绝缘体部13的小直径部132嵌入天线15的长边方向上相邻的副绝缘体部211的凹部2114。
导体部16覆盖第二绝缘体部13。并且，由该导体部16、第二绝缘体部13和天线15的第二部位P2形成所谓的同轴结构。导体部16例如由不锈钢那样的耐热性高的金属形成。此外，导体部16的外壁被圆筒状的绝缘构件23覆盖。绝缘构件23由AL2O3(氧化铝)、BN(氮化硼)、ALN(氮化铝)等的陶瓷形成。
如图5所示，导体部16具有：圆筒状的本体部161；圆筒状且与本体部161相比直径小的小直径部162；以及安装在本体部161和小直径部162之间的环状部163。在导体部16的本体部161的内壁上设置有阴螺纹部161a，该阴螺纹部161a与设置在真空连接器14的筒状部143的外壁上的阳螺纹部143a螺纹连接。环状部163的真空连接器14一侧与真空连接器14的筒状部143的前端部抵接。此外，如图1所示，环状部163的与真空连接器14一侧相反侧与副绝缘体部211抵接。
在此，天线15的第二部位P2和导体部16之间的阻抗与连接在真空连接器14上的同轴电缆41的内部导体和外部导体之间的阻抗相等。具体地说，以使与真空连接器14连接的同轴电缆41的内部导体和外部导体之间的阻抗相等的方式，选择导体部16的内径、第二绝缘体部13的相对介电常数和天线15的第二部位P2的外径。
如上所述，按照本实施方式的等离子体源1，其包括天线15、第一绝缘体部21、第二绝缘体部13和导体部16。在此，天线15的基端部15a与真空连接器14连接，并且在室11内朝向开口部11a延伸。第一绝缘体部21覆盖天线15的第一部位P1，第二绝缘体部13覆盖天线15的第二部位P2。并且，导体部16覆盖第二绝缘体部13。由此，由导体部16、第二绝缘体部13和天线15的第二部位P2形成所谓的同轴结构。由此，由于导体部16的存在而降低了在室11内的天线15的第二部位P2的周围产生的等离子体的密度，并且提高了与室11内的第二部位P2的周围相比在靠近开口部11a的区域产生的等离子体的密度。因此，具有以下优点：由于在室11内在靠近开口部11a的区域生成的离子或电子增加，所以相应地，提高了利用引出电极17将其从开口部11a向室11外引出时的引出效率。
此外，本实施方式的真空连接器14具有在外壁上设置有阳螺纹部143a的筒状部143，导体部16具有内壁上设置有与阳螺纹部143a螺纹连接的阴螺纹部161a的本体部161。因此，由于能够将导体部16牢固地固定在真空连接器14上，并且能够相对于真空连接器14装拆自如，所以能够抑制微波从真空连接器14和导体部16的间隙泄漏，并且能够提高导体部16的维护性。此外，由于可以将导体部16和第二绝缘体部13更换为长度不同的其他的导体部和第二绝缘体部，所以还具有容易调整在室11内生成的等离子体的密度分布的优点。
此外，本实施方式的天线15的第二部位P2和导体部16之间的阻抗与同轴电缆41的内部导体和外部导体之间的阻抗相等。因此，由于从同轴电缆41向天线15供给的微波在天线15的第二部位P2的反射降低，所以降低了微波的损失。
此外，本实施方式的第一绝缘体部21具有沿天线15的长边方向排列的多个副绝缘体部211。由此，第一绝缘体部21的一部分被等离子体磨损时，只要仅更换与该一部分对应的副绝缘体部211即可。因此，与更换整个第一绝缘体部21的情况相比，可以降低部件成本。
此外，以从室11的内侧、面对供给通道113的第一方向AR0观察时，本实施方式的嵌合构件32的排出口322a和吸入口321a彼此向与第一方向垂直的第二方向错开。因此，由于供给通道113的内壁不容易向在室11内生成的等离子体暴露，所以能够防止向供给通道113的内壁露出的金属原子溅射而向室11外释放。
以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于所述实施方式的结构。例如可以是如下结构：具有设置成围绕室11的磁铁或螺线管线圈，在室11内产生磁场。或者可以是如下结构：以围绕室11的方式具有两个螺线管线圈和多极磁铁，在室11内产生勾形磁场。
在实施方式中，说明了具有两根天线15的结构，但是天线15的根数并不限定于两根，例如可以仅具有一根天线15，或者是也可以具有三根以上的天线15。
在实施方式中，说明了第一绝缘体部21具有多个副绝缘体部211的例子，但是并不限定于此，例如第一绝缘体部21可以具有覆盖天线15的整个第一部位P1的一个绝缘体部。此外，第一绝缘体部21所具有的副绝缘体部211的数量并不限定于五个，可以是6个以上，也可以是四个以下。
在实施方式中，说明了天线15的第二部位P2和导体部16之间的阻抗与同轴电缆41的内部导体和外部导体之间的阻抗相等的例子。但是并不限定于此，天线15的第二部位P2和导体部16之间的阻抗可以与同轴电缆41的内部导体和外部导体之间的阻抗相互不同。
在实施方式中，说明了绝缘体层112和绝缘构件23由陶瓷形成的例子，但是形成绝缘体层112和绝缘构件23的材料并不限定于陶瓷，例如可以由碳材料形成。
在实施方式中，可以是如下结构：真空连接器14具有在外壁上未设置阳螺纹部的筒状部，导体部16具有在内壁上未设置阴螺纹部的本体部。
在实施方式中，说明了供给通道113具有主部113a和宽幅部113b的例子，该宽幅部113b形成在与气体导入部31一侧的端部相反侧的端部，与主部113a相比宽度宽。但是，供给通道的形状并不限定于此，例如供给通道的宽度可以遍及整个供给通道固定。
在实施方式中，可以通过同轴电缆41从高频源(未图示)向天线15供给13.56MHz的高频。
在实施方式中，说明了如下结构：在销141的前端部上形成有所谓的切口部分，在此通过夹持天线15而将天线15安装在销141上。但是，将天线15安装在销141上的结构并不限定于该结构。例如，可以是如下结构：在天线15的基端部15a上形成螺纹部，并且在销141的前端部上形成与形成在天线15上的螺纹部螺纹连接的螺纹部，通过将天线15的基端部15a拧入销141的前端部，将天线15安装在销141上。
工业实用性
本发明适合于用于离子注入装置的等离子体源。
Claims (6)
1.一种等离子体源，其特征在于包括：
室，呈箱状，具有用于将在内侧生成的离子或电子向外辐射的开口部；
气体导入部，通过贯通所述室的周壁的供给通道，将气体导入所述室内；
连接器，设置在所述周壁的与所述开口部相对的位置上；
天线，基端部与所述连接器连接，在所述室内朝向所述开口部延伸；
第一绝缘体部，覆盖所述天线的位于所述室内的前端部侧的第一部位；
第二绝缘体部，覆盖所述天线的位于所述室内的所述基端部侧的第二部位；以及
导体部，覆盖所述第二绝缘体部。
2.根据权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，
所述连接器具有：
长销；
保持部，由绝缘体形成，保持所述销的长边方向的中央部；以及
筒状部，由导电性材料形成为圆筒状，在外壁上设置有阳螺纹部，并且在内侧配置所述销，
所述导体部为筒状，在内壁上设置有与所述阳螺纹部螺纹连接的阴螺纹部。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体源，其特征在于，
所述连接器在与连接所述天线的一侧的相反侧上连接有同轴电缆，
所述第一部位和所述导体部之间的阻抗与所述同轴电缆的内部导体和外部导体之间的阻抗相等。
4.根据权利要求1或2所述的等离子体源，其特征在于，所述第一绝缘体部具有沿所述天线的长边方向排列的多个副绝缘体部。
5.根据权利要求1或2所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源还包括嵌合构件，所述嵌合构件嵌入所述供给通道，并且所述嵌合构件具有从所述气体导入部吸入气体的吸入口、以及排出所吸入的所述气体的排出口，
以从所述室的内侧、面对所述供给通道的第一方向观察时，所述排出口和所述吸入口彼此向与所述第一方向垂直的第二方向错开。
6.根据权利要求4所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源还包括嵌合构件，所述嵌合构件嵌入所述供给通道，并且所述嵌合构件具有从所述气体导入部吸入气体的吸入口、以及排出所吸入的所述气体的排出口，
以从所述室的内侧、面对所述供给通道的第一方向观察时，所述排出口和所述吸入口彼此向与所述第一方向垂直的第二方向错开。
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