CN1099188A

CN1099188A - 激励原子束源

Info

Publication number: CN1099188A
Application number: CN94103083A
Authority: CN
Inventors: 吉田善一; 水口信一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-02-22
Also published as: KR970008650B1; US5506405A

Abstract

激励原子束源，通过设置半同轴空腔谐振器的放电室，沿该轴向加磁场的构件，被激气体导入口和沿径向引出激励原子的导出口。能沿轴向加磁场，封闭原子与离子，从而能沿径向优先引出呈电气中性的激励原子。本发明还通过在喷嘴与小孔之间产生形成磁路的微波等离子体，并只让等离子体中的高速中性及激励原子通过小孔，能获得超音速的激励原子束，用于向半导体的掺杂。

Description

本发明涉及用于向半导体掺杂的激励原子束源。

以下说明以往的激励原子束源（OXFORD APPLIED RESEARCH制原子团射束源）。

图4为以往的激励原子束源，玻璃制等离子体发生室1的周围绕有高频线圈2，当由气体导入管3送来氮气时，则发生高频等离子体4。等离子体4中的激励氮，因压力差关系，与电子、离子、中性粒子一起经射线束引出板5的孔射入处理室6。

然而这种方法因由孔出来的射线束还含有电子、离子，存在会操作被加工物的问题。

而且，用这种方式，要使由孔出来的激励原子经漫射后到达被加工物，存在难以获得必要注入量的问题，例如不易获得用于制作P型ZnSe所必要的氮注入量。

鉴于上述问题，本发明的目的是要提供一种沿半同轴空腔共振器的轴向加磁场，封闭电子与离子，能沿径向优先引出电中性的激励原子的激励原子束源。

本发明的另一目的是要提供一种具有使产生超音速原子束的喷嘴与小孔之间发生等离子体的构件，并能使方向一致的高速激励原子到达被加工物上的激励原子束源。

为实现前一目的，本发明激励原子束源包括：（1）由中心导体和外部导体构成、一端为微波导入口而另一端以容抗作终端的半同轴空腔谐振器的放电室;（2）沿其轴向加磁场的构件;（3）设于外部导体的被激励气体导入口;（4）设于外部导体且沿径向引出激励原子的激励原子导出口。

此技术方案的作用如下。

即，由于微波与磁场的作用，放电室中产生高密度等离子体。等离子体中的电子和离子被轴向磁场所封闭。此时，不受磁场影响的中性基态原子、受激原子易从径向出口射入被加工物所在的处理室。

为实现后一目的，本发明激励原子束源具有使超音速原子束发生的喷嘴和小孔，并设有使等离子体发生于喷嘴和小孔之间的构件。

利用这种结构能获得超音速激励原子束，能进行向ZnSe薄膜的掺杂。

图1是本发明第1实施例激励原子束源的剖面图;

图2是对图1所示例的工作说明图;

图3是本发明第2实施例的部分剖面图;

图4是以往的激励原子束源的剖面图;

图5是本发明第3实施例激励原子束源的剖面图;

图6是图5实施例的工作说明图。

图中标号分别为以下含义。11：放电室、12：外部导体、13：被激气体引入口、14：激励原子引出口、15：联接器、16：微波引入法兰、17：终端法兰、18：中心导体、19：磁极、20：磁极、21：永久磁铁、22：氮化硼、23：氮化硼、111：气体导入管、112：喷嘴、113：小孔、114：天线、116：上部法兰、117：下部法兰、118：导向法兰、120：轭铁、121：等离子体发生室、122：磁场、123：等离子体、124：原子束。

以下根据附图说明本发明第1实施例。

图1中，11为外部导体12所包围的放电室，具有被激气体导入口13和激励电子导出口14。放电室11，例如为内径26mm的圆筒，其一端被装有微波引入联接器15的微波引入法兰16、而另一端被终端法兰17所封堵。联接器15上装有突出至放电室11的，例如外径为5mm的中心导体18，放电室11做成终端法兰17与中心导体18成分离结构的半同轴空腔谐振器。法兰16与17上分别装有凸出磁极19与20，包围中心导体18的外围并将其周围围成某规定空间。非磁性体制成的外部导体12的外部嵌有沿轴向充磁的环状永久磁铁21，该永久磁铁21与磁性体法兰16、17连接，让（例如1500高斯的）磁场发生在磁极19、20（例如12mm）的磁气隙中。为了防止异常放电和改善热传导，在中心导体与磁极19、20之间填塞有绝缘物（例如氮化硼22、23），法兰16、17上装有冷却管24。

如图2所示，在这种结构中是用从X方向引入（例如2.45GHz、100W）的微波和轴向磁场25产生（例如氮气26的）等离子体。等离子中含有中性粒子26、离子27、电子28和激发子29。若磁场为1500高斯，则氮离子27和电子28的旋转半径（拉莫尔半径）为1mm以下不易向径向扩散。而激励子29不受磁场影响，会因压力差从（例如直径为0.2mm的）激励原子引出口14出来变为射线束朝Y方向发射。

以下说明本发明第2实施例。

图3表示第2实施例，此例与第1实施例的区别点在于用绝缘物30覆盖中心导体18。离子、激励粒子等在绝缘表面消灭的几率约为金属表面的千分之一，提高了激励粒子的生成率。

若利用本发明激励原子束源，处理室的气压在5×10^-5Pa下也能获得激励原子束，能向ZnSe薄膜进行掺氮。

以下根据附图说明本发明第3实施例。

图5中，由气体导入管111导入的气流通过喷嘴112后，再经过只让射流束中心部通过的、称为小孔113的孔而通过。根据空气动力学的一般定律，例如根据埃罗·巴利著的《原子与离子源》[约翰威利父子公司出版、伦敦、1977[L.Valyi 著 ATOM AND IONSOURCES（JOHN WILEY & SONS出版 London，1977年）]91页的设计，通过小孔113的原子因被加速成超音速形成射流束，获得了足够的速度和方向性。这时，由环形天线114通过例如同轴联接器15向于喷嘴112和小孔113之间流动的气体发射2.45GHz的微波。而且喷嘴112与小孔113用磁体做成，分别与磁体的上部法兰116和磁体的下部法兰117连接，在上部法兰116和下部法兰117之间嵌入由非磁性体导向法兰118所支撑的环形永久磁铁21和轭铁120，在非磁性体等离子体发生室21所包围的喷嘴112和小孔113之间能发生例如1KG的磁场。如图6所示，在这样的结构中，自喷嘴112的X方向通例如氮气，氮气由气体导入管111引导至成30度圆锥、直径为0.3mm、长度为0.6mm的管子，然后自喷嘴112喷出。离开喷嘴112前端例如2.6mm的地方有一开口直径为0.6mm的小孔113。小孔113是例如内部倾斜为25度，外部倾斜为35度的圆锥管。用环形天线瞄准喷嘴112和小孔113的间隙，由外周朝Y方向发射微波。因磁场122作用，微波等离子体123被牢牢地关在喷嘴112与小孔113之间。靠该等离子体123激励氮气，发生含激励氮的超音速原子束124。

若利用本发明的激励原子束源，能获得超音速的激励原子束，能进行向ZnSe薄膜的氮掺杂。

Claims

1、一种激励原子束源，其特征是包括：(1)由中心导体与外部导体构成且一端为微波导入口而另一端以容抗作终端的半同轴空腔谐振器的放电室；(2)沿半同轴空腔谐振器的轴向加磁场的构件；(3)设于外部导体的被激励气体导入口；(4)设于外部导体上且沿径向引出激励原子的激励原子导出口。

2、根据权利要求1所述的激励原子束源，其特征是加磁场的构件自外部导体凸出，使一对磁极部相对放置于中心导体的周围。

3、根据权利要求1所述的激励原子束源，其特征是中心导体被绝缘物覆盖。

4、一种激励原子束源，其特征是具有使超音速原子束发生的喷嘴和小孔，且设有使等离子体发生于喷嘴与小孔之间的构件。

5、根据权利要求4所述的激励原子束源，其特征是使喷嘴与小孔之间产生磁场。

6、根据权利要求4所述的激励原子束源，其特征是以高频产生等离子体。

7、根据权利要求6所述的激励原子束源，其特征是具有向喷嘴与小孔之间发射高频波的天线。