JPH02218433A - パルスガスノズル装置およびパルスガスノズル反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、パルス状に噴射するガスにパルス放電を加
え、これを分解してラジカルを形成し、パルス状のラジ
カルビームを発生するパルスガスノズル装置およびこの
パルスガスノズル装置を取付けたパルスガスノズル反応
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来技術においても、放電により分解したガスを噴出す
るノズルおよびこのようなノズルを取付けた反応装置が
あった。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これらにはいずれも下記■〜■の欠点があった
。

■　ガスの噴射が連続的もしくは断続的であっても噴射
時間が長いため、噴射ガス分子が先に噴射されたガス分
子と衝突し、ビーム状でないため噴射ガスの分子の気相
での反応を押さえられない。

■　放電電極などが小型でないため、およびこれらの超
高真空対策が図られていないため、これらノズルを超高
真空容器の中に取付けることができない。

■　放電が連続的になされるため、反応容器内に放電が
広がり、電界で加速された荷電粒子が反応容器の壁など
をスパッタするため、不純物混入の原因となる。

この発明は、上記従来技術の欠点を解決した充分短い時
間幅のパルスラジカルビームな発生するパルスガスノズ
ル装置と、かつこれを使用したパルスガスノズル反応装
置を実現することを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 この発明にかかるパルスガスノズル装置は、ガス供給管
に連通ずる弁室にガス噴出口が形成され、弁室内にガス
噴出口の開閉を行う弁体を有し、さらに弁体によるガス
噴出口の開閉をガスに対し気密に封止されたコイルへの
通電により行う電磁石を備えてなるガスノズル部と、パ
ルス幅と繰り返し周期とを制御してコイルへパルス電流
を印加する電磁駆動電源とガス噴出口に近傍に設けられ
ガスノズル部からのパルス状の噴射に同期してパルス状
の放電を行う表面が絶縁材で封止された放電部とからな
るのである。

そして、電磁石のコイルおよび放電部は真空に排気でき
る空間に収容してもよい。

また、この発明にかかるパルスガスノズル反応装置は、
パルスガスノズル装置を真空容器内に設置し、この真空
容器内に設置される基板表面を噴射ガスのビームが照射
するようにし、かつガス噴出口の開時間が、パルスガス
分子がガス噴出口より噴射された後、真空容器のノズル
正面の壁に到達するまでの時間の数倍以内に設定したも
のである。

〔作用〕

この発明のパルスガスノズル装置は、コイルにパルス通
電を行うことによりガスがガス噴出口から噴射し、これ
と同期して放電部から放電が行われガスが分解し出力す
る。

そして、電磁石のコイルと放電部が真空中にあるので、
ガスによる腐食が発生しない。

さらに、この発明のパルスガスノズル反応装置は、噴出
した分解ガスはパルス状のため容器内のガス分子と衝突
することがなく、指向性を保つことができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明装置の一実施例を示す構成略図である
。この図で、１０はガスノズル部で、ガス供給管２０中
に挿入接続される。３０は放電部で、ガス供給管２０中
にガスノズル部１０と直列に接続された石英、アルミナ
などの絶縁管３１の外周に高周波放電用のコイル３２を
巻回して構成される。５０は電磁石駆動電源で、ガスノ
ズル部１０の電磁石のコイルへパルス電流を供給するも
のであり、パルス幅とパルスの繰り返し周期の調節が可
能なものである。６０は高周波電源で、コイル３２にガ
スノズル部１０からのパルス状の噴射に同期してパルス
状の放電を行う。

第２図は、第１図の実施例におけるガスノズル部１０の
詳細を示す断面図である。この図で、１は常磁性材料よ
りなる中空のハウジングで、１側は開放され他側に弁室
２とガス噴出口３が形成されている。４は弁体で、弁室
２内に設けられ、フランジ４ａと弁室２の側壁との間に
、常時弁体４をガス噴出口３側に弾発してガス噴出口３
を閉止させるように作用するコイル状のスプリング４ｂ
が装着されている。ハウジング１の開放部分の内側にね
じ部が形成され、ここに同じく常磁性材料よりなる支持
板５がその外周に形成されたねじ部を螺合することによ
り取付けられる。６は前記支持板５と一体に形成された
常磁性材料からなるガス漬路を兼ねた鉄心であり、端部
にガス供給管２０の接続部６ａを有する。この鉄心６の
外周に非磁性体のコイル巻枠７が装着され、これにリー
ド線８ａを有するコイル８が巻回さされている。

９はＯリングで、ハウジング１のコイル８を巻回した内
部へガスが流出しないように気密封止するためのもので
ある。１ａは排気用パイプで、必要に応じて設けられ、
ここからポンプＰで吸引することで内部を真空に保つ、
また、１ｂは前記ガス供給管２０の接続部である。なお
、弁体４は全体を常磁性材料で作成するか、またはコイ
ル８側の一部のみ常磁性材料で作成するかしてコイル８
に通電が行われたときスプリング４ｂに抗して電磁石に
吸引されるようにする。

次に第２図のガスノズル部１０の動作について説明する
。

コイル８に電流を流すと鉄心６が磁化し、弁体４が図に
おいて左に引っばられるためガス噴出口３が開となる。

電流を切るとスプリング４ｂの力で弁体４が右に移動し
、ガス噴出口３が閉となる。したがって、ガス流路を兼
ねる鉄心６の一端より導入されたガスＧは、コイル８へ
のパルス状の電流印加によりガス噴出口３よりパルス状
に噴出され、ガスノズル部１０はパルスガスノズルとし
て動作する。

次に第１図の実施例の動作を以下に示す。

電磁石駆動電源５０によりコイル８に時間ＩＩｔのパル
ス電流を印加すると鉄心６が磁化し、常磁性材料でつく
られた弁体４が左方に引き付けられガスノズル部１０の
ガス噴出口３が開となる。これによりガス供給管２０よ
り導入されたガスＧがガス噴出口３より噴射される。こ
のガスＧの噴射に同期して高周波電源６０よりコイル３
２に高周波電流が印加され、絶縁管３１の内部でガスＧ
が放電により分解し、絶縁管３１の出口よりビーム状に
噴射する。一般にイオンの寿命は短いのでビーム中に含
まれるものは、導入したもとの分子および分解して生成
したラジカルが主成分である。

例えばＳ　ｉ　Ｈ４を導入ガスとした場合は、ＳｉＨ２
、Ｓｔ、２．ＳｉＨ，Ｓｔ、Ｈなどが含まれる。

第３図はこの発明に係るパルスガスノズル装置の第２の
実施例を示す。基本的な動作原理は第１図の実施例と同
じであるが、第１図に示すノズル全体が真空容器４０の
中に収納されており、かつ真空容器４０が真空フランジ
４１に接続され、該真空容器４０内が排気口４２より真
空排気されるようになされている点、および放電電極３
３゜３４を絶縁管３１上に離隔して設けた点が異なる。

この構成により真空フランジ４１を超高真空容器のボー
トフランジに接続してノズル全体を超高真空の中に挿入
して取付けることができる。このような構成のため、反
応ガスがコイル８に接触しないためコイル８の腐食を防
げる。また、コイル８に吸蔵されているガスの脱ガスが
ありても、排気口４２から排気されるため超高真空容器
の真空容器の真空度を低下させることがない、さらに、
反応ガスが放電電極３４付近にもこないので、コイル巻
枠７の外部で放電することもない。

第４図は、第２図に示すパルスガスノズル装置を超高真
空容器７０の中に挿入する形で取付けたパルスガスノズ
ル反応装置の一実施例を示す図である。７１は基板ホル
ダー　７２は排気ボート、８０は半導体基板である。こ
のように、第３図の構成のパルスノズルの場合、超高真
空容器７０の中に取付けられるため、ノズル先端と半導
体基板８０の距離を任意に設定できる長所がある。

さらに、第４図の構成において、ノズルより噴射される
ガスの挙動を考えると、ガスはノズル先端より噴射され
たのち、半導体基板８０の表面や超高真空容器７０の壁
に衝突し反射し、超高真空容器７０内で均一な分布にな
るよう拡散する。このため、ガスの噴射パルスの時間が
長いと噴射された分子が容器内の分子と衝突し、指向性
のある分子線を形成できな（なる。この発明装置におい
ては、ノズルのパルス幅をノズルから出たガスが超高真
空容器７０の壁に到達する時間の数倍以下とすることに
より、分子間の衝突が起こらない条件で動作できるよう
になっており、分子線の状態が保たれるようになってい
る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明にかかるパル
スガスノズル装置は、ガス供給管に連通ずる弁室にガス
噴出口が形成され、弁室内にガス噴出口の開閉を行う弁
体な有し、さらに弁体によるガス噴出口の開閉をガスに
対し気密に封止されたコイルへの通電により行う電磁石
を備えてなるガスノズル部と、パルス幅と繰り返し周期
とを制御してコイルへパルス電流を印加する電磁駆動電
源とガス噴出口近傍に設けられガスノズル部からのパル
ス状の噴射に同期してパルス状の放電を行う表面が絶縁
材で封止された放電部とからなるので、ラジカルや反応
ガスのパルス分子線を発生できるため反応しやすい２種
類のガスも交互に噴射することにより、これらのガスが
気相で反応するのを押え、半導体基板の表面のみで反応
を起させることが可能で、これにより従来技術では形成
できなかったような新材料などを形成することが可能で
ある。

また、先に述べたように電磁石コイルの放電部が反応ガ
スに接触しないので、ガスによりコイルや放電電極の腐
食が発生しない。

また、パルスの幅をガスの噴射パルス幅と同程度とする
ことにより、反応ガスが真空容器内に均一に拡散する以
前に放電が終了し、したがって真空容器内に漏れた放電
電界によって容器内で放電することがなく、容器壁の放
電スパッタによる反応系の汚染の心配がない、これらの
特徴からこの発明装置は特に高純度を必要とする反応ガ
ス系に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るパルスガスノズル装置の一実施
例を示す構成略図、第２図は第１図の実施例におけるパ
ルスノズル部の詳細を示す断面−、第３図はこの発明の
パルスガスノズル装置の他の実施例を示す構成略図、第
４図はこの発明のパルスガスノズル反応装置の一実施例
を示す構成略図である。 図中、１はハウジングで、２は弁室、３はガス噴出口、
４は弁体、５は支持板、６は鉄心、７はコイル巻枠、８
はコイル、９は０リング、１０はガスノズル部、２０は
ガス供給管、３０は放電部、３１は絶縁管、３２はコイ
ル、３３．３４は放電電極、４０は真空容器、４１は真
空フランジ、４２は排気口、５０は電磁石駆動電源、６
０は高周波電源、７ｏは超高真空容器、７１は基板ホル
ダー　７２は排気ボート、８ｏは半導体基板である。 第 図 １コ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス供給管に連通する弁室にガス噴出口が形成さ
   れ、前記弁室内に前記ガス噴出口の開閉を行う弁体を有
   し、さらに前記弁体によるガス噴出口の開閉をガスに対
   し気密に封止されたコイルへの通電により行う電磁石を
   備えてなるガスノズル部と、パルス幅と繰り返し周期と
   を制御して前記コイルへパルス電流を印加する電磁駆動
   電源と、前記ガス噴出口に近傍に設けられ前記ガスノズ
   ル部からのパルス状の噴射に同期してパルス状の放電を
   行う表面が絶縁材で封止された放電部とからなることを
   特徴とするパルスガスノズル装置。
2. （２）電磁石のコイルおよび放電部は真空に排気できる
   空間内に収容されていることを特徴とする請求項（１）
   記載のパルスガスノズル装置。
3. （３）請求項（１）記載のパルスガスノズル装置が真空
   容器内に、同じくこの真空容器内に設置される基板表面
   を噴射ガスのビームが照射するよう配置されて、かつ前
   記パルスガスノズル装置のガス噴出口の開時間が、パル
   スガス分子が前記ガス噴出口より噴射された後、前記真
   空容器のノズル正面の壁に到達するまでの時間の数倍以
   内に設定されていることを特徴とするパルスガスノズル
   反応装置。