JP2729943B2 - Radical beam emitting device and radical beam emitting method - Google Patents

Radical beam emitting device and radical beam emitting method

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JP2729943B2
JP2729943B2 JP22108395A JP22108395A JP2729943B2 JP 2729943 B2 JP2729943 B2 JP 2729943B2 JP 22108395 A JP22108395 A JP 22108395A JP 22108395 A JP22108395 A JP 22108395A JP 2729943 B2 JP2729943 B2 JP 2729943B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分子線エピタキシ
ー装置のような薄膜形成装置において、成膜面にラジカ
ルビームを発射する装置と方法に関し、特にイオンの発
射を抑え、ラジカル原子のみを発射することができるラ
ジカルビーム発射装置と発射方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for emitting a radical beam to a film forming surface in a thin film forming apparatus such as a molecular beam epitaxy apparatus, and more particularly, to suppressing the emission of ions and emitting only radical atoms. The present invention relates to a radical beam launching device and a launching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜形成装置の代表的なものとして、分
子線エピタキシー装置(MBE装置)がある。このMB
E装置は、高真空に維持される真空チェンバー内の基板
ホルダーに取り付けた基板に向けてクヌードセンセル
(Kセル)等の分子線源を配置し、この分子線源から薄
膜原料の分子を前記基板の成膜面に向けて発射し、同成
膜面に薄膜を成長させるものである。電気加熱による分
子を発生するKセルの場合、ヒーターが液体窒素等で冷
却されるシュラウドで囲まれる。
2. Description of the Related Art A typical example of a thin film forming apparatus is a molecular beam epitaxy apparatus (MBE apparatus). This MB
The E apparatus arranges a molecular beam source such as a Knudsen cell (K cell) toward a substrate attached to a substrate holder in a vacuum chamber maintained in a high vacuum, and removes molecules of a thin film raw material from the molecular beam source. The light is emitted toward the film forming surface of the substrate, and a thin film is grown on the film forming surface. In the case of a K cell that generates molecules by electric heating, the heater is surrounded by a shroud cooled by liquid nitrogen or the like.

【0003】このようなMBE装置において、高温超伝
導薄膜等の酸化物膜や、化合物半導体膜を形成する場
合、プラズマ中で発生した電気的に中性で、化学的に活
性なラジカル原子のビームを基板の成膜面に発射しなが
ら成膜することが行われている。この場合は、前記の分
子線源の他に、プラズマビーム源が基板の成膜面に向け
て真空チェンバー内に設置される。
In such an MBE apparatus, when forming an oxide film such as a high-temperature superconducting thin film or a compound semiconductor film, a beam of electrically neutral and chemically active radical atoms generated in plasma. Is formed while projecting on a film formation surface of a substrate. In this case, in addition to the molecular beam source, a plasma beam source is installed in the vacuum chamber toward the film formation surface of the substrate.

【0004】さらに、10〜50keVに加速された電
子ビームを基板の成膜面に浅い角度で入射させ、成膜面
で回折された電子ビームを蛍光スクリーンに映し出させ
て、その回折像により膜の結晶格子等を観察する、反射
形高速電子回折(RHEED)が使用される。この場合
は、基板の成膜面に向けて浅い角度で電子銃が真空チェ
ンバーの中に設置され、この電子銃に対向する観察窓に
蛍光スクリーンが張られる。
Further, an electron beam accelerated to 10 to 50 keV is made incident on the film formation surface of the substrate at a shallow angle, and the electron beam diffracted on the film formation surface is projected on a fluorescent screen. Reflection high-speed electron diffraction (RHEED) for observing a crystal lattice or the like is used. In this case, an electron gun is installed in the vacuum chamber at a shallow angle toward the film-forming surface of the substrate, and a fluorescent screen is provided on an observation window facing the electron gun.

【0005】前記のような薄膜形成装置において、プラ
ズマビーム源においてラジカル原子を発生させるセルの
内部では、希薄ガスをプラズマ状態に励起することか
ら、ラジカル原子の他にイオンが発生する。このイオン
は正の電荷を有し、プラズマビーム源から基板の成膜面
上に発射されると、その電荷によるエネルギーによって
基板の成膜面に衝突し、成膜面に形成された薄膜にダメ
ージを与える。そこで、プラズマビーム源のセルの放出
口付近に正電位に印加された電極を配置し、その電界で
イオンの発射を抑えることが行われている。
In the above-described thin film forming apparatus, ions are generated in addition to radical atoms in a cell in which a plasma beam source generates radical atoms because a rare gas is excited into a plasma state. When these ions have a positive charge and are emitted from the plasma beam source onto the film-forming surface of the substrate, they collide with the film-forming surface of the substrate due to the energy of the charge and damage the thin film formed on the film-forming surface. give. Therefore, an electrode applied to a positive potential is arranged near the discharge port of the cell of the plasma beam source, and the emission of ions is suppressed by the electric field.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとしている課題】しかし、前記電極
にどの程度の電圧を印加すればセルからイオンの発射が
抑えられるか容易に知ることはできない。このため、従
来では或る程度勘に頼って電極電位を決定しており、こ
のため電位が高すぎたり低すぎたりし、最適に制御する
ことができない。従って、成膜条件を最適に設定するの
が困難であった。本発明は、前記従来の課題に鑑み、ラ
ジカルビーム源からラジカルビームのみを発射させ、イ
オンの発射を完全に抑え、且つそのイオン発射防止の条
件を正確に正確に把握できるようにしたラジカルビーム
発射装置と発射方法を得ることを目的とする。
However, it is not easy to know how much voltage should be applied to the electrodes to suppress the emission of ions from the cell. For this reason, conventionally, the electrode potential is determined to some extent by intuition, and therefore the potential is too high or too low, and cannot be optimally controlled. Therefore, it has been difficult to optimally set the film forming conditions. In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a radical beam emission method that emits only a radical beam from a radical beam source, completely suppresses the emission of ions, and accurately grasps conditions for preventing the ion emission. The aim is to obtain the device and the launch method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、セル3の放射口26近くに設けたサプ
レッサー電極4に正電圧を印加し、イオンの発射を抑え
ると共に、セル3の放射口26を閉じた導体からなるシ
ャッター5に電流が流れないようにサプレッサ電極4の
電圧を調整する。そして、シャッター5に電流が流れな
くなったとき、シャッター5を開いてセル3の放射口2
6からラジカル原子を発射する。この場合、シャッター
5に電流が流れているか否かは、シャッター5とアース
との間に電流計27を接続し、この電流計27に電流が
流れているか否かにより確認することにした。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a positive voltage is applied to the suppressor electrode 4 provided near the radiation port 26 of the cell 3 so as to suppress the emission of ions, The voltage of the suppressor electrode 4 is adjusted so that current does not flow through the shutter 5 made of a conductor whose radiation port 26 is closed. Then, when the current stops flowing through the shutter 5, the shutter 5 is opened and the radiation port 2 of the cell 3 is opened.
6 emits a radical atom. In this case, whether or not a current is flowing through the shutter 5 is determined by connecting an ammeter 27 between the shutter 5 and the ground and determining whether or not a current is flowing through the ammeter 27.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】このラジカルビーム発射装置は、
真空チェンバー2内に配置されると共に、プラズマ状態
としたセル3の内部でラジカル原子を発生させ、セル3
の放射口26から真空チェンバー2内の所定の位置に向
けてラジカルビームを発射する。本発明では、このよう
なラジカルビーム発射装置において、前記セル3のラジ
カル原子の放射口26を開閉する導体からなシャッター
5と、このシャッター5とアースとの間に接続された電
流計27と、前記シャッター5と前記放射口26との間
に配置され、セル3の放射口26からイオンが放射され
るのを抑えるサプレッサー電極4とを備えることを特徴
とする。なお、サプレッサー電極4には、放出口26か
らイオンが発射されるのを防止するため、電圧可変自在
な正電圧が印加される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Radical atoms are generated inside the cell 3 which is placed in the vacuum chamber 2 and is in a plasma state.
A radical beam is emitted from a radiation port 26 of the vacuum chamber 2 toward a predetermined position in the vacuum chamber 2. In the present invention, in such a radical beam emitting device, a shutter 5 composed of a conductor for opening and closing a radiation port 26 of the radical atom of the cell 3, an ammeter 27 connected between the shutter 5 and the ground, A suppressor electrode 4 is disposed between the shutter 5 and the radiation port 26 and suppresses emission of ions from the radiation port 26 of the cell 3. In order to prevent ions from being emitted from the emission port 26, a positive voltage that can be varied is applied to the suppressor electrode 4.

【0009】また、このようなラジカルビーム発射装置
を使用した本発明によるラジカルビーム発射方法では、
サプレッサー電極4に正電圧を印加すると共に、セル3
の放射口26を閉じたシャッター5を通して電流計27
に電流が流れないようにサプレッサー電極4の電圧を調
整する。そして、電流計27に電流が流なくなったと
き、シャッター5を開いてセル3の放射口26からラジ
カル原子を発射する。
Further, in the radical beam emitting method according to the present invention using such a radical beam emitting device,
A positive voltage is applied to the suppressor electrode 4 and the cell 3
Ammeter 27 through the shutter 5 with the radiation outlet 26 closed
The voltage of the suppressor electrode 4 is adjusted so that no current flows. Then, when the current stops flowing to the ammeter 27, the shutter 5 is opened and the radical atom is emitted from the emission port 26 of the cell 3.

【0010】このようなラジカルビーム発射装置と発射
方法では、シャッター5でセル3の放射口26を閉じた
状態で、サプレッサー電極4に正電圧を印加すると共
に、シャッター5を通して電流計27に電流が流れない
ようにサプレッサー電極4の電圧を調整する。このた
め、セル3の放射口26からイオンが放射されているか
否かが容易に確認できる。すなわち、セル3の放射口2
6を閉じているシャッター5に荷電粒子であるイオンが
当たると、その電荷がアース側に流れるときに、電流計
27に電流が流れる。他方、シャッター5に荷電粒子で
あるイオンが当たらないときは、電流計27に電流が流
れない。このため、電流計27に電流が流なくなったと
き、シャッター5を開いてセル3の放射口26からラジ
カル原子を発射することにより、イオンの発射を完全に
抑えた状態で、ラジカル原子のみを放射口26から発射
することができる。
In the radical beam emitting device and the emitting method described above, a positive voltage is applied to the suppressor electrode 4 while the radiation port 26 of the cell 3 is closed by the shutter 5, and a current is supplied to the ammeter 27 through the shutter 5. The voltage of the suppressor electrode 4 is adjusted so as not to flow. Therefore, it can be easily confirmed whether or not ions are emitted from the emission port 26 of the cell 3. That is, the radiation port 2 of the cell 3
When ions, which are charged particles, hit the shutter 5 closing the shutter 6, a current flows through the ammeter 27 when the charge flows to the ground side. On the other hand, when ions as charged particles do not hit the shutter 5, no current flows through the ammeter 27. Therefore, when the current stops flowing through the ammeter 27, the shutter 5 is opened and the radical atoms are emitted from the emission port 26 of the cell 3 to emit only the radical atoms in a state where the emission of ions is completely suppressed. It can be fired from the mouth 26.

【0011】このようにして、セル3の内部から放射さ
れようとする荷電粒子であるイオンの放出口26からの
発射を防止することができるので、ラジカルビームの照
射先である基板等にはラジカル原子のみを発射すること
ができる。これにより、ラジカルビームの照射先にイオ
ンの衝突し、成膜中の薄膜がダメージを受けるという問
題も確実に解消できる。
In this way, it is possible to prevent ions, which are charged particles, which are to be radiated from the inside of the cell 3, from being emitted from the emission port 26. Only atoms can be fired. Thereby, the problem that the thin film being formed is damaged by the collision of ions with the irradiation destination of the radical beam can be surely solved.

【0012】[0012]

【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について具体的且つ詳細に説明する。図1は本発明の実
施例によるラジカルビーム発射装置とラジカルビームの
照射先である基板とを示している。すなわち、真空チェ
ンバー2内に基板ホルダー19が配置されており、その
下面に基板20が取り付けられ、図1において図示して
ない分子線源からこの基板20の下面である成膜面上に
薄膜原料の分子が照射され、薄膜が形成される。ラジカ
ルビーム発射装置は、ラジカル原子を発生させるセル3
を上端に備えたラジカルビーム源1を有しており、セル
3の放射口26が前記基板20の成膜面に向けて設置さ
れている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention; FIG. 1 shows a radical beam emitting apparatus according to an embodiment of the present invention and a substrate to which a radical beam is irradiated. That is, a substrate holder 19 is arranged in the vacuum chamber 2, a substrate 20 is mounted on the lower surface thereof, and a thin film material is supplied from a molecular beam source not shown in FIG. Are irradiated to form a thin film. The radical beam emitting device is a cell 3 for generating radical atoms.
Is provided at the upper end, and the radiation port 26 of the cell 3 is set to face the film forming surface of the substrate 20.

【0013】前記真空チェンバー2のフランジ8にフレ
ーム9が気密に接続されており、このフレーム9と並行
に配置されたもう一つのフレーム37との間にガイド1
0とスクリューガイド11とが並行に架設されている。
このうち、後者のスクリューガイド11は、フレーム
9、37に回転自在に支持されており、このスクリュー
ガイド11は、ハンドル16により回転される。
A frame 9 is hermetically connected to a flange 8 of the vacuum chamber 2 and a guide 1 is provided between the frame 9 and another frame 37 arranged in parallel.
0 and the screw guide 11 are installed in parallel.
Among them, the latter screw guide 11 is rotatably supported by the frames 9 and 37, and the screw guide 11 is rotated by the handle 16.

【0014】これらフレーム9、37の間に可動フラン
ジ13が配置され、この可動フランジ13に固定された
ブッシュ17、38が前記スクリューガイド11とガイ
ド10の外側に各々嵌め込まれている。このうち、ブッ
シュ38はガイド10に対してその長手方向にスライド
自在であるが、ブッシュ17の内周にはネジ溝が設けら
れ、これがスクリューガイド11にねじ込まれている。
このため、ハンドル16によりスクリューガイド11を
回転させると、このスクリューガイド11とブッシュ1
7とのねじのリードに従い、可動フランジ10がスクリ
ューガイド11とガイド10の中心軸方向に移動する。
A movable flange 13 is disposed between the frames 9 and 37, and bushes 17 and 38 fixed to the movable flange 13 are fitted to the outside of the screw guide 11 and the guide 10, respectively. Of these, the bush 38 is slidable in the longitudinal direction with respect to the guide 10, but a thread groove is provided on the inner periphery of the bush 17, which is screwed into the screw guide 11.
Therefore, when the screw guide 11 is rotated by the handle 16, the screw guide 11 and the bush 1 are rotated.
The movable flange 10 moves in the central axis direction of the screw guide 11 and the guide 10 according to the lead of the screw 7.

【0015】前記フレーム9と可動フランジ13との間
には円筒状のベローズ12が気密に張られ、このベロー
ズ12と可動フランジ13とに囲まれた空間は、真空チ
ェンバー2内部と同じ雰囲気となっており、その外部と
気密に区画されている。このベローズ12は、前記スク
リューガイド11とガイド10の中心軸方向に伸縮し、
可動フランジ13の同方向への移動を許容する。
A cylindrical bellows 12 is airtightly stretched between the frame 9 and the movable flange 13, and a space surrounded by the bellows 12 and the movable flange 13 has the same atmosphere as the inside of the vacuum chamber 2. And is sealed off from the outside. This bellows 12 expands and contracts in the central axis direction of the screw guide 11 and the guide 10,
The movable flange 13 is allowed to move in the same direction.

【0016】前記ラジカルビーム源1は、前記可動フラ
ンジ13に立設され、ベローズ12により囲まれてい
る。さらに、このラジカルビーム源1の近くにシャッタ
ー軸6が回転自在に立設され、その上端に導体からなる
円板状のシャッター5が取り付けられている。シャッタ
ー軸6は、マニピュレーター39により回転操作され、
これによりラジカルビーム源1の上面と基板ホルダー1
9側とが対面し、遮蔽される。
The radical beam source 1 is erected on the movable flange 13 and is surrounded by a bellows 12. Further, a shutter shaft 6 is rotatably provided near the radical beam source 1, and a disk-shaped shutter 5 made of a conductor is attached to an upper end thereof. The shutter shaft 6 is rotated by a manipulator 39,
Thereby, the upper surface of the radical beam source 1 and the substrate holder 1
The 9 side faces and is shielded.

【0017】さらに、このラジカルイオン源1の近くに
立設されたシャッター軸6にオプチカルガイド7が組み
込まれている。このオプチカルガイド7は、オプチカル
ファイバー等からなるもので、その上端の受光端部24
がシールドケース21に設けた通孔を介してセル3側に
向けて設置され、そのオプチカルガイド7の受光端部2
4の受光視野がセル3側にある。このオプチカルガイド
7の視光端部15側は可動フランジ13を貫通して、真
空チェンバー2の雰囲気の外側に導出されている。この
オプチカルガイド7の視光端部15には、例えば光ファ
イバーを介して分光計が接続され、ここでオプチカルガ
イド7で受光された光が分光分析される。また、オプチ
カルガイド7の視光端部15に前記のような分光計等を
接続しない場合は、視光端部15で受光端部24側から
入射した光の状態を直接観察することもできる。
Further, an optical guide 7 is incorporated in a shutter shaft 6 erected near the radical ion source 1. The optical guide 7 is made of an optical fiber or the like, and has a light receiving end 24 at the upper end thereof.
Is installed toward the cell 3 through a through hole provided in the shield case 21, and the light receiving end 2 of the optical guide 7 is
The light receiving field of view 4 is on the cell 3 side. The viewing end 15 side of the optical guide 7 penetrates the movable flange 13 and is led out of the atmosphere of the vacuum chamber 2. A spectrometer is connected to the viewing light end 15 of the optical guide 7 via, for example, an optical fiber, and the light received by the optical guide 7 is spectrally analyzed. When the above-described spectrometer or the like is not connected to the viewing light end 15 of the optical guide 7, the state of the light incident from the light receiving end 24 side can be directly observed at the viewing light end 15.

【0018】図1において符号40は、後述する高周波
コイル22に高周波電流を供給する高周波電源コネクタ
ー、符号18は、セル3内にラジカル原子の原料となる
希薄ガスを供給する供給口、符号14は、後述するフィ
ラメント25に電流を供給するフィラメント電源コネク
タである。図2に前記ラジカルビーム源1の要部、すな
わちその上端部と各要素の電気的接続状態を示す。ラジ
カルビーム源1は、そのセル3の内部に電界を発生させ
る方式により、磁界を利用する容量型と高周波電源を利
用する誘導型とに分けられる。図2では特に後者の方式
のものを示しているが、本発明は前者の方式のものにも
同様にして適用できる。
In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a high-frequency power supply connector for supplying a high-frequency current to a high-frequency coil 22 described later, reference numeral 18 denotes a supply port for supplying a rare gas as a raw material of radical atoms into the cell 3, and reference numeral 14 denotes a supply port. , A filament power supply connector for supplying a current to a filament 25 described later. FIG. 2 shows a main part of the radical beam source 1, that is, an upper end thereof and an electrical connection state of each element. The radical beam source 1 is classified into a capacitive type using a magnetic field and an inductive type using a high-frequency power source according to a method of generating an electric field inside the cell 3. Although FIG. 2 particularly shows the latter system, the present invention can be similarly applied to the former system.

【0019】ラジカルビーム源1の外殻は円筒状のシー
ルドケース21からなり、その内側の上端部にセル3が
収納されている。このセル3は、石英ガラスのような化
学的に安定で耐熱性を有し、且つ透明な円筒容器状の部
材からなる。このセル3の底部には、その内部に希薄ガ
スを供給するためのガス導入ノズル23と、セル3の内
部に電子を放出するためのフィラメント25が取り付け
られている。さらに、セル3の外周には高周波コイルが
巻かれている。セル3の上端は開口しており、この開口
部がラジカルビームの放射口26となっている。
The outer shell of the radical beam source 1 is made up of a cylindrical shield case 21, and a cell 3 is housed in the upper end inside the shield case. The cell 3 is made of a transparent cylindrical container-like member that is chemically stable and has heat resistance, such as quartz glass. A gas introduction nozzle 23 for supplying a lean gas into the inside of the cell 3 and a filament 25 for emitting electrons into the inside of the cell 3 are attached to the bottom of the cell 3. Further, a high frequency coil is wound around the outer periphery of the cell 3. The upper end of the cell 3 is open, and this opening serves as a radiation port 26 for a radical beam.

【0020】このセル3の放射口26の上には、イオン
の放出を抑えるサプレッサー電極4が配置されている。
このサプレッサー電極4には、電圧が可変自在な可変電
圧電源28が接続され、正電圧が印加される。この可変
電圧電源28には、その電圧を測定する電圧計29が接
続されている。既に述べた通り、前記シャッター5は導
体からなるが、このシャッター5は、電流計27を介し
てアースされている。
On the radiation port 26 of the cell 3, a suppressor electrode 4 for suppressing the emission of ions is arranged.
A variable voltage power supply 28 whose voltage is variable is connected to the suppressor electrode 4, and a positive voltage is applied. A voltmeter 29 for measuring the voltage is connected to the variable voltage power supply 28. As described above, the shutter 5 is made of a conductor, and the shutter 5 is grounded via an ammeter 27.

【0021】このような構成を有するラジカルビーム発
射装置では、まずシャッター5でセル3の放射口26と
閉じた状態とする。また、サプレッサー電極4に可変電
圧電源28により正電圧を印加する。この状態でガス導
入ノズル23からセル3内部に窒素ガス等のガスを導入
し、セル3内部を希薄ガス雰囲気とすると共に、高周波
コイル22に高周波電流を流してセル3内部に電場を形
成し、且つフラメント25からセル3内部に電子を放出
し、セル3内部をプラズマ状態とする。これにより、セ
ル3の内部に活性化されたラジカル窒素原子が発生す
る。
In the radical beam emitting apparatus having such a configuration, first, the shutter 5 closes the radiation port 26 of the cell 3 with the shutter 5. Further, a positive voltage is applied to the suppressor electrode 4 by the variable voltage power supply 28. In this state, a gas such as nitrogen gas is introduced from the gas introduction nozzle 23 into the inside of the cell 3 to make the inside of the cell 3 a rare gas atmosphere, and a high-frequency current is passed through the high-frequency coil 22 to form an electric field inside the cell 3. At the same time, electrons are emitted from the filament 25 into the cell 3, and the inside of the cell 3 is brought into a plasma state. As a result, activated radical nitrogen atoms are generated inside the cell 3.

【0022】他方、このようなラジカル窒素原子と共
に、セル3の内部に窒素イオン等のイオンが発生する。
このイオンは正の電荷を有する荷電粒子であるため、正
電圧を印加したサプレッサー電極4から生じる電場によ
り抑えられ、セル3の放出口26から放出されるのが防
止される。しかし一部のイオンがセル3の放出口26か
ら放出されると、放出口26を閉じているシャッター5
に当り、電流計27に電流が流れる。そこで、この電流
計27に電流が流れることが確認されたら、可変電圧電
源28でサプレッサー電極4に印加する電圧を高くし、
電流計27に電流が流れないようにする。すなわち、放
出口26からイオンが放射され、シャッター5にイオン
が当たっていることが電流計27の指針により確認され
たら、サプレッサー電極4に印加する電圧を調整し、放
出口26からのイオンの放射が完全に抑えられ、シャッ
ター5にイオンが当たらない状態とする。
On the other hand, along with such radical nitrogen atoms, ions such as nitrogen ions are generated inside the cell 3.
Since these ions are charged particles having a positive charge, they are suppressed by an electric field generated from the suppressor electrode 4 to which a positive voltage is applied, and are prevented from being emitted from the emission port 26 of the cell 3. However, when some ions are released from the outlet 26 of the cell 3, the shutter 5 closing the outlet 26
, A current flows through the ammeter 27. Therefore, when it is confirmed that a current flows through the ammeter 27, the voltage applied to the suppressor electrode 4 by the variable voltage power supply 28 is increased,
The current is prevented from flowing through the ammeter 27. That is, when ions are emitted from the emission port 26 and it is confirmed by the pointer of the ammeter 27 that the ions are hitting the shutter 5, the voltage applied to the suppressor electrode 4 is adjusted, and the emission of the ions from the emission port 26 is performed. Is completely suppressed, so that ions do not hit the shutter 5.

【0023】この状態でシャッター5を開くと、電気的
に中性なラジカル原子のみが、発生時に有するエネルギ
ーによりセル3の放出口26から放出され、基板20に
照射される。このようにして基板20の成膜面には電気
的に中性なラジカル原子のみが照射されるため、荷電粒
子の衝突等により基板20の成膜面がダメージを受けな
い。また、このようにしてラジカル原子が発生するとき
のセル3内のプラズマ発光が透明なセル3の外壁を通し
てオプチカルガイド7の受光端部24で受光され、これ
が真空チェンバー2の外側の視光端部15(図1参照)
で見ることができる。
When the shutter 5 is opened in this state, only electrically neutral radical atoms are emitted from the emission port 26 of the cell 3 by the energy possessed at the time of generation, and are irradiated on the substrate 20. In this way, the film formation surface of the substrate 20 is irradiated with only electrically neutral radical atoms, so that the film formation surface of the substrate 20 is not damaged by collision of charged particles or the like. Further, the plasma emission in the cell 3 when the radical atoms are generated in this manner is received by the light receiving end 24 of the optical guide 7 through the outer wall of the transparent cell 3, and the light is emitted to the visual end outside the vacuum chamber 2. 15 (see FIG. 1)
You can see it in

【0024】このようなラジカルビームの成膜面への照
射は、図1に示したラジカルビーム源1の移動機構のハ
ンドル16の操作により、セル3の放射口26を基板2
0の成膜面に適当な距離に近づけて行う。他方、RHE
ED電子銃により基板20の成膜面に浅い角度で電子を
照射し、反射形高速電子回折像により膜の分析を行うよ
うな場合、前記ハンドル16の操作により、セル3を基
板20の成膜面から充分な距離に離して行う。これによ
り、RHEED電子銃から基板20の成膜面までのビー
ムパスに影響を与えることがなく、所要の反射形高速電
子回折像を得ることができる。
The irradiation of the radical beam onto the film-forming surface is performed by operating the handle 16 of the moving mechanism of the radical beam source 1 shown in FIG.
The process is performed by bringing the film to a suitable distance close to the film formation surface of No. 0. On the other hand, RHE
When the film is analyzed by a reflection type high-speed electron diffraction image by irradiating electrons at a shallow angle to the film formation surface of the substrate 20 by the ED electron gun, the cell 3 is formed on the substrate 20 by operating the handle 16. Perform the test at a sufficient distance from the surface. As a result, a required reflection-type high-speed electron diffraction image can be obtained without affecting the beam path from the RHEED electron gun to the film formation surface of the substrate 20.

【0025】図4は、前記のようなラジカルビーム発射
装置をMBE装置に組み込んだ例である。耐圧容器から
なる真空チェンバー2の内部が図示してない真空ポンプ
により所定の真空度に減圧される。この真空チェンバー
2の上部には基板導入室が設けられ、その基板導入室か
らマニプレータ35の先端が導入され、同マニプレータ
35の先端に基板ホルダー19が取り付けられている。
この基板ホルダー19の下面に基板20が取り付けら
れ、この基板20の下面が成膜面となっている。
FIG. 4 shows an example in which the above-described radical beam emitting device is incorporated in an MBE device. The inside of the vacuum chamber 2 composed of a pressure-resistant container is reduced to a predetermined vacuum degree by a vacuum pump (not shown). A substrate introduction chamber is provided above the vacuum chamber 2, and the tip of the manipulator 35 is introduced from the substrate introduction chamber, and the substrate holder 19 is attached to the tip of the manipulator 35.
A substrate 20 is attached to the lower surface of the substrate holder 19, and the lower surface of the substrate 20 is a film forming surface.

【0026】真空チェンバー2の下部には各種のエフェ
ージョンセルが基板ホルダー19に保持された基板20
の成膜面に向けて設置されている。すなわち、薄膜原料
の発射源としてKセル等の分子線源31が配置され、こ
こから薄膜原料の分子が前記基板20の成膜面に向けて
照射される。前述のラズマビーム源1も基板2の成膜面
に向けて設置されており、このプラズマビーム源1で発
生した電気的に中性で、化学的に活性なラジカル原子の
ビームのみが基板20の成膜面に照射されるのは、既に
述べた通りである。
At the lower part of the vacuum chamber 2, various kinds of effusion cells are placed on a substrate 20 held by a substrate holder 19.
It is installed facing the film formation surface of. That is, a molecular beam source 31 such as a K cell is arranged as an emission source of the thin film raw material, and the molecules of the thin film raw material are irradiated toward the film forming surface of the substrate 20 from here. The above-mentioned plasma beam source 1 is also provided facing the film formation surface of the substrate 2, and only a beam of electrically neutral and chemically active radical atoms generated by the plasma beam source 1 forms the substrate 20. Irradiation to the film surface is as described above.

【0027】基板20の側方には、RHEED電子銃3
3が設置され、それが基板20の成膜面に浅い角度で向
けられている。このRHEED電子銃33からは、10
〜50keVに加速された電子ビームが基板20の成膜
面に浅い角度で入射する。真空チェンバー2の前記RH
EED電子銃33と対向する位置に観察窓36が設けら
れ、この観察窓36に張られた蛍光スクリーンに、基板
20成膜面で回折された電子ビームが映し出される。そ
の回折像により基板20の成膜面上に成膜された膜の結
晶格子等を観察する、いわゆる反射形高速電子回折(R
HEED)が行われる。
At the side of the substrate 20, the RHEED electron gun 3
3 is installed, and is directed at a shallow angle to the deposition surface of the substrate 20. From the RHEED electron gun 33, 10
An electron beam accelerated to about 50 keV is incident on the film formation surface of the substrate 20 at a shallow angle. The RH of the vacuum chamber 2
An observation window 36 is provided at a position facing the EED electron gun 33, and the electron beam diffracted on the film formation surface of the substrate 20 is projected on a fluorescent screen stretched over the observation window 36. A so-called reflection-type high-speed electron diffraction (R
HEED).

【0028】さらに、この観察窓36側にファイバース
コープ等からなるロッド状のイメージガイド34が挿入
されており、このイメージガイド34は、図4において
左右にスライド自在に挿入され、このスライド部分はベ
ローズにより気密に仕切られている。このイメージガイ
ド34の基端部に観察部を有し、この観察部に分光計、
ディテクター或はモニターディスプレイ等を接続するこ
ともできる。このイメージガイド34により、例えば基
板20の成膜面上に成膜途中の膜の様子、原料の照射源
31の発射口の様子等が観察することができる。
Further, a rod-shaped image guide 34 made of a fiberscope or the like is inserted into the observation window 36 side, and the image guide 34 is slidably inserted left and right in FIG. Partitioned airtight. The image guide 34 has an observation section at the base end thereof, and a spectrometer,
A detector or a monitor display can also be connected. With this image guide 34, for example, the state of a film being formed on the film formation surface of the substrate 20, the state of the emission port of the irradiation source 31 of the raw material, and the like can be observed.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるラジカ
ルビーム発射装置では、シャッター5を開けてセル3の
放出口26からラジカルビームを発射する前に、同放射
口26からイオンが放射されないようにサプレッサー電
極4に印加する電圧を調整することができる。こにれよ
り、セル3の放射口26からラジカルビームのみを発射
することができ、例えば基板上に成膜される膜面にダメ
ージを与えるのが防止される。
As described above, in the radical beam emitting apparatus according to the present invention, before the shutter 5 is opened and the radical beam is emitted from the emission port 26 of the cell 3, ions are not emitted from the emission port 26. The voltage applied to the suppressor electrode 4 can be adjusted. As a result, only the radical beam can be emitted from the radiation port 26 of the cell 3, and for example, damage to the film surface formed on the substrate can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるのプラズマビーム発射装
置を示す概略一部縦断側面図である。
FIG. 1 is a schematic partial vertical sectional side view showing a plasma beam emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例によるプラズマビーム発射装置の要部
縦断側面図とその電気的接続状態図である。
FIG. 2 is a vertical sectional side view of a main part of the plasma beam emitting device according to the embodiment and an electrical connection state diagram thereof.

【図3】図2のA−A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】本発明の実施例によるのプラズマビーム発射装
置を組み込んだMBE装置の例を示す概略縦断側面図で
ある。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional side view showing an example of an MBE device incorporating a plasma beam emitting device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ラジカルビーム源 2 真空チェンバー 3 セル 26 セルの放射口 27 電流計 28 可変電圧電源 29 電圧計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radical beam source 2 Vacuum chamber 3 Cell 26 Cell emission port 27 Ammeter 28 Variable voltage power supply 29 Voltmeter

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空チェンバー(2)内に配置されると
共に、プラズマ状態としたセル(3)の内部でラジカル
原子を発生させ、セル(3)の放射口(26)から真空
チェンバー(2)内の所定の位置に向けてラジカルビー
ムを発射するラジカルビーム発射装置において、前記セ
ル(3)のラジカル原子の放射口(26)を開閉する導
体からなるシャッター(5)と、このシャッター(5)
とアースとの間に接続された電流計(27)と、前記シ
ャッター(5)と前記放射口(26)との間に配置さ
れ、セル(3)の放射口(26)からイオンが放射され
るのを抑えるサプレッサー電極(4)と、を備えること
を特徴とするラジカルビーム発射装置。
1. A vacuum chamber (2) which is disposed in a vacuum chamber (2) and generates radical atoms inside a cell (3) in a plasma state, and from a radiation port (26) of the cell (3). A radical beam emitting device that emits a radical beam toward a predetermined position in the cell, a shutter (5) comprising a conductor for opening and closing a radiation atom emission port (26) of the cell (3), and the shutter (5).
And an ammeter (27) connected between the shutter (5) and the emission port (26), and ions are emitted from the emission port (26) of the cell (3). A radical beam emitting device, comprising:
【請求項2】 サプレッサー電極(4)に電圧可変自在
な正電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載
のラジカルビーム発射装置。
2. The radical beam emitting device according to claim 1, wherein a positive voltage that can be varied is applied to the suppressor electrode.
【請求項3】 真空チェンバー(2)内に配置されると
共に、プラズマ状態としたセル(3)の内部でラジカル
原子を発生させ、セル(3)の放射口(26)から真空
チェンバー(2)内の所定の位置に向けてラジカルビー
ムを発射するラジカルビーム発射装置からラジカルビー
ムを発射する方法において、前記セル(3)のラジカル
原子の放射口(26)を開閉する導体からなるシャッタ
ー(5)とアースとの間に電流計(27)を接続し、こ
のシャッター(5)でセル(3)の放射口(26)を閉
じた状態でサプレッサー電極(4)に正電圧を印加する
と共に、その電圧を調整して前記電流計(27)に電流
が流れないようにし、この電流が無くなったときシャッ
ター(5)を開いてセル(3)の放射口(26)からラ
ジカル原子を発射することを特徴とするラジカルビーム
発射方法。
3. A vacuum chamber (2) which is arranged in a vacuum chamber (2) and generates radical atoms inside a cell (3) in a plasma state, and from a radiation port (26) of the cell (3). A method of emitting a radical beam from a radical beam emitting device for emitting a radical beam toward a predetermined position in a cell, wherein a shutter (5) comprising a conductor for opening and closing a radiation atom emission port (26) of the cell (3). A current meter (27) is connected between the shutter (5) and the radiation port (26) of the cell (3) is closed by the shutter (5), and a positive voltage is applied to the suppressor electrode (4). The voltage is adjusted so that the current does not flow through the ammeter (27). When the current disappears, the shutter (5) is opened to emit radical atoms from the emission port (26) of the cell (3). A radical beam emitting method.
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