JPH07161495A - ラジカル源 - Google Patents

ラジカル源

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JPH07161495A
JPH07161495A JP30821793A JP30821793A JPH07161495A JP H07161495 A JPH07161495 A JP H07161495A JP 30821793 A JP30821793 A JP 30821793A JP 30821793 A JP30821793 A JP 30821793A JP H07161495 A JPH07161495 A JP H07161495A
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JP
Japan
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excitation
casing
capillary
gas
chamber
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Pending
Application number
JP30821793A
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English (en)
Inventor
Soichi Ogawa
倉一 小川
Akio Okamoto
昭夫 岡本
Tsutomu Ueno
勉 上野
Shigeo Fukui
滋夫 福居
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KURAIO BATSUKU KK
Osaka Prefecture
Original Assignee
KURAIO BATSUKU KK
Osaka Prefecture
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Abstract

(57)【要約】 【構成】励起室に送られてきたガス分子を励起して励起
線を形成し、荷電粒子を除去してラジカル線を出射する
ラジカル源において、原子化されるべきガス分子を該励
起室へ送り込むための放出源が、放出される分子を高密
度で略一定の運動方向とするために、複数のキャピラリ
ーを相互に平行に且つ密に並置したマルチキャピラリー
を備えていることを特徴とするラジカル源。 【効果】励起室へ放出される分子は高密度で略一定の運
動方向となる結果、励起室での励起作用を効率的に受け
ることができ、ラジカル源からの放出後も、励起線は略
一定方向で移動を続けるので、高いエネルギの励起線に
よる集中的な加工が可能となり、優れた加工効率が達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PVD法等による高機
能薄膜形成、半導体基板表面の低損傷エッチングや表面
改質等に使用されるラジカル源に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】PVD法による薄膜形成時に
は、窒素、酸素、水素等の活性ガスの励起線照射により
高品質の化合物や合金の薄膜を合成している。従来のラ
ジカル源は、励起室に供給されるガスが該室内で拡散し
てしまうため、励起線の輸送効率が低く、高密度のラジ
カル線を得るには装置が大掛かりになるという欠点があ
った。
【0003】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記の如
き技術の現状に鑑み、装置を大型化することなく高密度
のラジカル線を出射し得るラジカル源を提供すべく種々
研究を重ねた結果、アスペクト比が100〜1000程
度のキャピラリーを複数本束ねたマルチキャピラリーに
より、線束の拡散が少ない高密度の励起線を形成し高密
度のラジカル線を出射し得ることを見出した。
【0004】すなわち、本発明は、励起室に送られてき
たガス分子を励起して励起線を形成し、荷電粒子を除去
してラジカル線を出射するラジカル源において、励起す
べきガス分子を該励起室へ送り込むための放出源が、放
出される分子を高密度で略一定の運動方向とするため
に、複数のキャピラリーを相互に平行に且つ密に並置し
たマルチキャピラリーを備えていることを特徴とするラ
ジカル源を提供するものである。
【0005】前記励起線から荷電粒子を除去するには、
例えば、励起室外への出射経路内に、導電材料製メッシ
ュを装着すること、電場を形成すること、磁場を形成す
ることのいずれかを採用することができる。
【0006】励起室内の分子を励起するために、該励起
室に、高周波電力投入用電極、マイクロ波投入用導波管
又は直流放電用電極を設けることができる。或いは、励
起室に熱電子を供給するための陰極を備え、さらに、励
起効率を高めるための補助電極を該陰極に対向させて設
けることもできる。
【0007】
【実施例】以下、添付図面を参照しつつ、本発明を更に
詳細に説明する。
【0008】図1は、本発明に係るラジカル源の1実施
例を示している。このラジカル源は、円筒状のケーシン
グ1と、その一端に設けられた取り付けフランジ2とを
備えている。以下の説明においては、ケーシング1に対
し、フランジ2側を後方、その反対側を前方として記述
する。ケーシング1内では、取り付けフランジ2から中
心軸線に沿ってケーシングの略中央の位置までマルチキ
ャピラリ3が延び、先端を支持壁4により支持されてい
る。マルチキャピラリーは、通常内径0.01〜1.0
mm程度のキャピラリーを50〜1000本程度束ねて構
成され、その材質は、金属、高分子材料、ガラス等とす
ることができるが、特にこれらの寸法や材質に限定され
るものではない。マルチキャピラリ3の後端部は、フラ
ンジ2に支持されて後方に延びるガス供給管5に接続さ
れている。マルチキャピラリ3の前端は、支持壁4から
ケーシング1先端部まで延びる内筒6内に開いている。
内筒6の外周には高周波電力を印加するためのコイル7
が巻回されている。内筒6は、コイル7の発熱に耐える
高融点の絶縁性材料で形成され、高周波電力の作用に基
づく励起室を形成している。コイル7は、導電性の中空
管であり内部に冷却水を通すようになっており、その両
端部はケーシング1内を通りフランジ2を経て後方に延
び、電源及び冷却水供給源に接続されている。励起操作
のにより発生する電荷粒子がケーシング外へ放出される
のを防止するために、この例では、ケーシング1の前端
面には金属メッシュ8が取り付けられている。金属メッ
シュ8には、ステンレス等の種々の金属を使用すること
ができる。但し、荷電粒子の衝突時のスパッタ作用によ
り金属原子を放出することがあるので、それを防止する
には、炭素、タングステン、タンタル等の低スパッタ率
又は高融点の材料を使用するのが望ましい。
【0009】図示の装置は、ケーシング1の外径が15
2mmφ、フランジ後端面から金属メッシュ前面までの
長さが300mmである。コイルに適用する高周波電源
の仕様は、励起すべきガスの種類や放出量に応じて適切
な値が変わるが、例えば、酸素ガスを励起する場合、周
波数13.56MHz、高周波電力100〜200Wと
することができる。励起するガスは、この他、窒素、水
素、種々の不活性ガス等とすることができ、酸素の場合
と略同様の仕様の高周波電源を使用することができる。
【0010】本装置を使用するには、取り付けフランジ
2を支持台に取り付けガス供給管、水冷コイル等をポー
トに通して、本装置を真空室中に配置し、ケーシング1
の前方に被加工物を置き、真空室を適宜の真空状態とす
る。この状態で、ガス供給管5を通じてマルチキャピラ
リ3に、励起すべきガスを供給する。このとき、コイル
には、電源及び冷却水供給源から高周波電力及び冷却水
を供給する。供給されたガスはマルチキャピラリ3を経
ることにより、流れが略一定方向に揃えられてマルチキ
ャピラリ3先端から流出する。流出したガスは、内筒6
内(励起室)高周波電力の作用下に励起され、一部が原
子状態となった励起線としてケーシング1先端から放出
される。励起室での高周波放電により生じた荷電粒子
は、ケーシング1先端部に取り付けられた金属メッシュ
8により、ケーシング外への流出が防止される。ケーシ
ング1から放出された励起線は、マルチキャピラリ3か
らの流出時の略一定方向に揃えられた状態から大きく拡
がることなく移動し、被加工物に到達する。したがっ
て、被加工物は高密度の励起線の作用を受けることとな
り、薄膜形成等の加工が効率的に行われる。
【0011】図2は、励起作用を高周波電力に代えて、
熱電子との衝突により得るようにしたラジカル源の例を
示している。この装置も前述の装置と同様のケーシン
グ、取り付けフランジ、内筒等を備えており、同一又は
類似の部材には図1におけるのと同じ番号が付されてい
る。この例では図1の例におけるコイル7がなく、代わ
りに熱電子放出用のフィラメント11が内筒6の周壁の
小孔に臨んで設けられている。フィラメント11の外側
には、熱電子が内筒外に飛散しないようにカバー12が
設けられている。さらに、内筒6におけるフィラメント
11に対抗する位置には、補助電極13が設けられ、熱
電子を内筒内で径方向に移動させ、マルチキャピラリ3
からのガスとの接触を効率的にするようになっている。
このように、この例においては内筒6内が、熱電子の作
用による励起室となっている。フィラメント11及び補
助電極13へ通じる電線はケーシング1内を通って取り
付けフランジ2まで延び、取り付けフランジ2外に突設
された電極14、15に接続されている。
【0012】図2の装置の作動に関する仕様は、励起す
べきガスの種類や放出量に応じて適切な値が変わるが、
例えば酸素ガスを励起する場合は、フィラメント電流1
5A、補助電極電圧50Vとすることができる。励起す
るガスは、この他、窒素、水素、種々の不活性ガス等と
することができ、酸素の場合と略同様の作動仕様とする
ことができる。
【0013】図2のラジカル源を使用するには、図1の
装置と同様に、真空室中に本装置及び被加工物を配置す
る。電極14、15には電源からポートを経て延びる電
線を接続し、真空室を適宜の真空状態とする。この状態
で、ガス供給管5を通じてマルチキャピラリ3に、励起
すべき活性ガスを供給し、フィラメント11及び補助電
極13に通電する。供給されたガスはマルチキャピラリ
3を経てその先端から流出し、内筒6内(励起室)で熱
電子と衝突することにより励起され、励起線としてケー
シング1先端から放出される。この例においても、マル
チキャピラリ3によりガス流が略一定方向に揃えられて
流出するので、励起室での熱電子の作用を効率的に受け
ることができる。ケーシング1から放出される励起線
も、略一定方向に揃えられた状態から大きく拡がること
なく移動し、集中したエネルギ密度の高い励起線の作用
を被加工物に及ぼすこととなる。
【0014】励起操作により発生する荷電粒子がケーシ
ング外へ放出するのを防止するために、図1及び図2の
例では、ケーシング1の前端面に金属メッシュ8を設け
たが、これに代えて、ケーシング1の前端部に電場又は
磁場を形成するようにしてもよい。このためには、例え
ば、ケーシング前端部に平行平板電極等の電極を対抗配
置し直流電圧を印加するようにし、或いは永久磁石若し
くは電磁石を配置した構成とすることができる。
【0015】実験例 以下、図1に示したラジカル源を使用して行った実験例
につき説明する。図3は、励起室で発生したプラズマを
出射部から約3cmの箇所で測定した発光分光分析の結
果の1例を示すグラフである。この実験では、高周波電
源に200wの電力を使用し、酸素ガス供給圧は、8.
0×10-2Paとした。このグラフにおけるピーク中、
波長777.6nmは原子状酸素、波長563.2nm
及び525.6nmは酸素イオンを示しており、原子状
酸素の存在を明確に示している。
【0016】図4は、被加工物としての銀薄膜を採用
し、その配置を変えて本装置を作動させ、銀薄膜の酸化
による質量の増加を測定し、照射時間との関係を示した
グラフである。この実験では、酸素ガス供給圧は、4.
0×10-2Paとした。被加工物からケーシング先端ま
での距離は、120mm及び250mmとし、各々の場
合に10分おきに酸化増量を測定した。
【0017】この質量増加が銀薄膜で取り込まれた原子
状酸素の酸化作用によるものであるとして、照射時間1
0分毎の平均フラックス量を算出すると、以下の表1の
通りである。
【0018】表1 照射時間(分) 平均フラックス量(atoms/cm2sec) 0〜10 3.8×1014 10〜20 2.0×1014 20〜30 1.7×1014 30〜40 1.7×1014 このように、照射時間40分にわたり安定して多量のフ
ラックス量が得られている。
【0019】また、このグラフから、被加工物の配置距
離の変化に拘わらず、酸化増量は略等しく得られてお
り、ほとんど減衰なしで原子状酸素の輸送を行えている
ことが分かる。これは、酸素ガスがマルチキャピラリに
より高密度の分子線状態で励起室内に導入され、高周波
電力の印加により形成され放出される原子状酸素の流れ
も略平行に揃えられた高密度状態で輸送されるからであ
ると考えられ、マルチキャピラリによる効果を明らかに
している。
【0020】図5は、プラズマの状態を表す発光スペク
トルの中で、原子状酸素O*(777.6nm)と酸素イ
オンO2 +(563.2nm)の2本のスペクトルに着目
し、投入高周波電力によるそれぞれの発光強度の変化を
測定した結果を示すグラフである。酸素イオンO2 +(5
63.2nm)の発光強度は高周波電力によらずほぼ一
定であるが、原子状酸素O*(777.6nm)の発光強
度は高周波電力により大きく変化する。これらのことよ
り、投入する高周波電力を変えることで、放出される原
子状酸素の量を制御できることが明らかである。
【0021】
【発明の効果】本発明に係るラジカル源においては、ガ
ス分子を励起室へ送り込むための放出源が、複数のキャ
ピラリーを相互に平行に且つ密に並置したマルチキャピ
ラリーを備えているので、励起室へ放出される分子は高
密度で略一定の運動方向となる。したがって、励起室で
の高周波電流や熱電子による励起作用を効率的に受ける
ことができ、高密度の励起線を得ることができる。ま
た、ラジカル源からの放出後も、励起線は略一定方向の
移動を続けて被加工物に到達するので、距離による減衰
が極めて小さい状態で加工することが可能となり、優れ
た加工効率が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るラジカル源の1例の縦断面図であ
る。
【図2】本発明に係るラジカル源の他の例の縦断面図で
ある。
【図3】励起室で発生したプラズマを出射部付近で測定
した発光分光分析の結果の1例を示すグラフである。
【図4】被加工物の銀薄膜の配置を変えて本装置を作動
させ、銀薄膜の酸化による質量の増加を測定し、照射時
間との関係を示したグラフである。
【図5】プラズマの状態を表す発光スペクトルの中で、
原子状酸素O*と酸素イオンO2 +の2本のスペクトルに
着目し、投入高周波電力によるそれぞれの発光強度の変
化を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 取り付けフランジ 3 マルチキャピラリ 5 ガス供給管 6 内筒(励起室) 7 コイル 8 金属メッシュ 11 フィラメント 13 補助電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福居 滋夫 京都府京都市北区紫野下石竜町26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起室に送られてきたガス分子を励起し
    て励起線を形成し、荷電粒子を除去してラジカル線を出
    射するラジカル源において、励起すべきガス分子を該励
    起室へ送り込むための放出源が、放出される分子を高密
    度で略一定の運動方向とするために、複数のキャピラリ
    ーを相互に平行に且つ密に並置したマルチキャピラリー
    を備えていることを特徴とするラジカル源。
  2. 【請求項2】 前記励起線から荷電粒子を除去するため
    に励起室外への出射経路内に、導電材料製メッシュが装
    着されていることを特徴とする請求項1に記載のラジカ
    ル源。
  3. 【請求項3】 前記励起線から荷電粒子を除去するため
    に励起室外への出射経路内に、電場が形成されることを
    特徴とする請求項1に記載のラジカル源。
  4. 【請求項4】 前記励起線から荷電粒子を除去するため
    に励起室外への出射経路内に、磁場が形成されることを
    特徴とする請求項1に記載のラジカル源。
JP30821793A 1993-12-08 1993-12-08 ラジカル源 Pending JPH07161495A (ja)

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JP30821793A JPH07161495A (ja) 1993-12-08 1993-12-08 ラジカル源

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JPH07161495A true JPH07161495A (ja) 1995-06-23

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JP30821793A Pending JPH07161495A (ja) 1993-12-08 1993-12-08 ラジカル源

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228299A (ja) * 1998-12-23 2000-08-15 Eaton Corp イオン注入装置のリニア加速器用の共振器及びその小型コイル
JP2013245388A (ja) * 2012-05-28 2013-12-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超伝導体の作製方法

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