JPH08102399A - 励起原子線源 - Google Patents

励起原子線源

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JPH08102399A
JPH08102399A JP23674494A JP23674494A JPH08102399A JP H08102399 A JPH08102399 A JP H08102399A JP 23674494 A JP23674494 A JP 23674494A JP 23674494 A JP23674494 A JP 23674494A JP H08102399 A JPH08102399 A JP H08102399A
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JP
Japan
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nozzle
cylinder
skimmer
excited
atomic beam
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JP23674494A
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English (en)
Inventor
Zenichi Yoshida
善一 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速の励起原子線を生成する。 【構成】 絶縁物でできたガスノズル12とスキマー1
3の間にマイクロ波プラズマを発生させることにより、
プラズマ中の高速中性及び励起原子がスキマーを通過し
たのち超音速の励起原子線を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体への不純物ドーピ
ングに用いる励起原子線源に関する。
【0002】
【従来の技術】以下に、従来の励起原子線源(OXFO
RD APPLIED RESEARCH製 ラジカル
ビーム源)について説明する。
【0003】図6は従来の励起原子線源であり、ガラス
でできたプラズマ生成室1の周りに高周波コイル2が巻
いてあり、ガス導入管3から窒素ガスを送ると高周波プ
ラズマ4が生成される。プラズマ4中の窒素ラジカルは
ビーム引き出し板5の孔から電子、イオン、中性粒子と
一緒に圧力差によってプロセス室6に放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方式では、孔から出た励起原子は拡散して被加工物
に到達するために、例えば、P型ZnSeを作るために
必要な窒素ドーズ量が得られにくいという課題があっ
た。
【0005】そこで本発明は、上記課題に鑑み、超音速
の原子ビームを発生させるノズルとスキマーとの間にプ
ラズマを発生させる手段を設け方向が揃った高速の励起
原子を被加工物に到達させることができる励起原子線源
の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、超音速の原子ビームを発生させる誘電体でで
きたノズルとスキマーとを備え、ノズルとスキマーの間
に磁界を発生させる手段と、高周波プラズマを発生させ
る手段を設けた構成である。
【0007】
【作用】この構成により、方向性を持った励起窒素ビー
ムを半導体薄膜に供給することができる。
【0008】
【実施例】
(第1の実施例)本発明の励起原子線源の好適な第1の
実施例を図1を用い、ZnSe薄膜への窒素ドーピング
を行なう場合を例にして説明する。
【0009】図1において、ガス導入管11から導入さ
れたガス流は窒化ボロンでできたノズル12を通り過
ぎ、流束の中心部だけを通過させる窒化ボロンのスキマ
ー13と呼ばれる孔を通る。空気力学の一般法則から、
例えば、「アトム アンド イオン ソースズ」(L.Va
lyi著ATOM AND ION SOURCES(JOHN WILEY & SONS出版、
ロンドン、1977年))p.91の設計によれば、スキマー1
3を通過した原子は超音速となりビームを形成するに十
分な速度と方向性が得られる。ここで、ノズル12とス
キマー13との間を流れるガスにループアンテナ14か
ら、例えば同軸コネクター15を通して2.45GHzの
マイクロ波を放射する。また、ノズル12とスキマー1
3は磁性体でできた磁極16、17に、例えば化学的気
相成長法で多結晶の窒化ボロンを約1mm成長させてお
り、磁性体16、17は磁性体の上部フランジ18と磁
性体の下部フランジ19にそれぞれつながっており、上
部フランジ18と下部フランジ19の間には非磁性体の
ガイドリング20で支持されたリング状の永久磁石21
と磁性体の継ぎ鉄22が非磁性体のプラズマ室23には
め込んであり、ノズル12とスキマー13の間に例え
ば、1kGの磁界を発生させる事ができる。
【0010】このような構造において、ノズル12のX
方向から、例えば窒素ガスを流す。窒素ガスは、例え
ば、磁極16の内部管24から30度の円錐勾配を経て
0.3mm径、長さ0.6mmの管に導かれノズル12を出
る。そして、ノズル12の先から、例えば2.6mm離れ
たところに開口径0.6mmのスキマー13がある。スキ
マー13は、例えば磁極17の内部の傾斜25度、外部
が35度の窒化ボロンの円錐管である。マイクロ波はア
ンテナ14により、ノズル12とスキマー13の間隙を
狙って周囲から放射され、窒素の電離によりプラズマが
生成される。磁界により、マイクロ波プラズマはノズル
12とスキマー13との間に強く閉じ込められる。この
プラズマにより窒素ガスは励起され、励起窒素を含む超
音速のビームとして、放出される。この時、スキマー1
3は誘電体でできているため、通過する励起窒素は内壁
に衝突しても消滅する確立は少なく、金属内壁に比べ多
くの励起窒素が得られる。また、磁極16、17も誘電
体で覆われているために、プラズマ密度も高くなる。
【0011】その結果、第1の実施例に係る装置により
窒素励起原子線が生成される。この励起された窒素原子
線を成長中のZnSe薄膜に照射することによって、窒
素ドーピングを行なう。分子線エピタキシャル(MB
E)装置に第1の実施例に係る装置を設置し、MBE成
長中のZnSe膜に窒素励起原子線を照射することによ
って、キャリア密度5.7×1017cmー3のp型ZnS
eを作成することができた。尚、ノズル12の外壁を誘
電体としたが、金属でも同じ効果が得られる。
【0012】(第2の実施例)以下、本発明の第2の実
施例について、図2を参照しながら説明する。図2は本
発明に係る励起原子線源の第2の実施例の構成を示す断
面図である。
【0013】図2において、31はガラス製の円筒、3
2、33は円筒の上端面、下端面のそれぞれに中心軸上
で対向するように取り付けられたガラス製のノズルとス
キマーで、ノズル32は、円筒31の上端面から円筒3
1内部に突き出し、スキマー33は、円筒31の下端面
から円筒31内部に突き出している。34は円筒31の
側面からノズル32とスキマー33とが形成する空間の
前記中心軸の手前まで挿入された針金等の針状のアンテ
ナで、円筒31の外側に位置するアンテナ34の周囲に
は円筒状の外部導体35が挿入されている。
【0014】以上のような第2の実施例に示す構造にお
いて、アンテナ34と外部導体35で構成される同軸管
36に矢印Xで示す方向に、例えば2.45GHzのマ
イクロ波を導入する。また、ガス供給管37から、例え
ば窒素ガスを矢印Yで示す方向に導入する。そうする
と、第1の実施例と同様に、アンテナ34の先からノズ
ル32とスキマー33との間にマイクロ波を放射した状
態で、ノズル32から窒素ガスを噴出させると、マイク
ロ波放電が引き起こされる。この放電により、窒素は電
子とイオンに電離され、ノズル32とスキマー33の間
に窒素ガスのプラズマ流束が発生する。
【0015】その結果、第2の実施例に係る装置により
窒素励起原子線が生成される。この励起された窒素原子
線を成長中のZnSe薄膜に照射することにより、窒素
ドーピングを行なうことができる。
【0016】(第3の実施例)以下、本発明の第3の実
施例について、図3を参照しながら説明する。図3は本
発明に係る励起原子線源の第3の実施例の構成を示す断
面図である。
【0017】図3において、ガラス製の楕円筒41の上
面には楕円筒41内部に一列に突き出した3個のガラス
製のノズル42a、b、cが設けられている。楕円筒4
1の下面には楕円筒41内部に突き出し、ノズル42
a、b、cのそれぞれに対向した3個のガラス製のスキ
マー43a、b、cが設けられている。また、楕円筒4
1の側面からはノズル42a、b、cとスキマー43
a、b、cが形成するそれぞれの空間に向けて3本の針
状のアンテナ44a、b、cが挿入されている。楕円筒
41の外側に位置するアンテナ44a、b、cの周囲に
は第2の実施例に示したように円筒状の外部導体(図示
せず)が挿入されている。
【0018】第3の実施例に示す構造において、アンテ
ナ44a、b、cのそれぞれに例えば2.45GHzの
マイクロ波を導入する。また、ガス供給管45a、b、
cから、例えば窒素ガスを矢印Xで示す方向に導入す
る。そうすると、第2の実施例と同様に、アンテナ44
の先からノズル42とスキマー43との間にマイクロ波
を放射した状態で、ノズル42から窒素ガスを噴出させ
ると、マイクロ波放電が引き起こされる。この放電によ
り、窒素は電子とイオンに電離され、ノズル42とスキ
マー43の間に窒素ガスのプラズマ流束が発生する。
【0019】その結果、第3の実施例に係る装置により
横長(スリット状)の窒素励起原子線が生成される。こ
の励起された窒素原子線を成長中のZnSe薄膜に照射
することにより、窒素ドーピングを行なうことができ
る。
【0020】(第4の実施例)以下、本発明の第4の実
施例について、図4を参照しながら説明する。図4は本
発明に係る励起原子線源の第2の実施例の構成を示す断
面図である。なお、図2に示す第2の実施例と同一の番
号を付した部材は実質的に同一のものであるため、その
説明は省略する。
【0021】図4において、ガラス製の円筒31の上面
のノズル32の周りにループアンテナ51が設置されて
いる。ループアンテナ51には割が入っており、割の一
端は同軸管の中心導体52につながっており、その周囲
には円筒状の外部導体53が挿入されている。
【0022】第4の実施例に示す構造において、ループ
アンテナ51に、例えば2.45GHzのマイクロ波を
導入する。また、ガス供給管37から、例えば窒素ガス
を矢印Xで示す方向に導入する。そうすると、前記第2
の実施例と同様に、ループアンテナ51の周辺からノズ
ル32の近傍にマイクロ波を放射した状態で、ノズル3
2から窒素ガスを噴出させると、マイクロ波放電が引き
起こされる。この放電により、窒素は電子とイオンに電
離され、ノズル32とスキマー33の間に窒素ガスのプ
ラズマ流束が発生する。
【0023】その結果、第4の実施例に係る装置により
窒素励起原子線が生成される。この励起された窒素原子
線を成長中のZnSe薄膜に照射することにより、窒素
ドーピングを行なう。
【0024】(第5の実施例)以下、本発明の第5の実
施例について、図5を参照しながら説明する。図5は本
発明に係る励起原子線源の第5の実施例の構成を示す上
面図である。尚、図4に示す第4の実施例と同一の番号
を付した部材は実質的に同一のものであるため、その説
明は省略する。
【0025】図5において、ガラス製の円筒31の上面
のノズル32の周りにループアンテナ51が設置されて
いる。ループアンテナ51の周囲にはノズル32を中心
として等間隔でノズル61a、b、c、dが配置されて
いる。また、ノズル61の周囲にはループアンテナ62
が設置されている。
【0026】第5の実施例に示す構造において、ループ
アンテナ51、62に、例えば2.45GHzのマイク
ロ波を導入する。また、ガス供給管37から、例えば窒
素ガスを導入する。そうすると、第4の実施例と同様
に、ループアンテナ51、62の周辺からノズル32、
61の近傍にマイクロ波を放射した状態で、ノズル3
2、61から窒素ガスを噴出させると、マイクロ波放電
が引き起こされる。この放電により、窒素は電子とイオ
ンに電離され、ノズル32、61とそれぞれに対向した
スキマー(図示せず)の間に窒素ガスのプラズマ流束が
発生する。
【0027】その結果、第5の実施例に係る装置により
窒素励起原子線が生成される。この励起された窒素原子
線を成長中のZnSe薄膜に照射することにより、窒素
ドーピングを行なう。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明の励起原子線源によ
れば、超音速の励起原子線を得る事ができ、ZnSe薄
膜への窒素ドーピングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における励起原子線源を示す
断面図
【図2】本発明の実施例2における励起原子線源を示す
断面図
【図3】本発明の実施例3における励起原子線源を示す
断面図
【図4】本発明の実施例4における励起原子線源を示す
断面図
【図5】本発明の実施例5における励起原子線源を示す
上面図
【図6】従来の励起原子線源を示す断面図
【符号の説明】
11 ガス導入管 12 ノズル 13 スキマー 14 アンテナ 15 コネクタ 16 磁極 17 磁極 18 上部フランジ 19 下部フランジ 20 ガイドリング 21 永久磁石 22 継ぎ鉄

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音速の原子ビームを発生させる誘電体で
    できたノズルとスキマーとを備え、前記ノズルとスキマ
    ーの間に磁界を発生させる手段と、高周波プラズマを発
    生させる手段が設けられた励起原子線源。
  2. 【請求項2】超音速の原子ビームを発生させる磁性体金
    属でできたノズルと誘電体でできたスキマーとを備え、
    前記ノズルとスキマーの間に磁界を発生させる手段と、
    高周波プラズマを発生させる手段が設けられた励起原子
    線源。
  3. 【請求項3】ガラス製の円筒と、前記円筒の両端のそれ
    ぞれに中心軸上で対向するように取り付けられたガラス
    製のノズルとスキマーと、前記円筒の側面から前記ノズ
    ルとスキマーの間に中心軸の手前まで挿入された針金
    と、前記ノズルにガスを導入するための手段と、前記針
    金に高周波電力を印加する手段が設けられた励起原子線
    源。
  4. 【請求項4】ガラス製の楕円筒と、前記楕円筒の一端面
    から楕円筒内部に突き出した複数個のガラス製のノズル
    と、前記楕円筒のもう一方の端面から楕円筒内部にそれ
    ぞれのノズルに対向するように取り付けられた複数個の
    ガラス製のスキマーと、前記楕円筒の側面から前記ノズ
    ルとスキマーとが形成する空間の近傍に挿入された複数
    個の針金と、前記ノズルにガスを導入するための手段
    と、前記針金に高周波電力を印加する手段が設けられた
    励起原子線源。
  5. 【請求項5】ガラス製の円筒と、前記円筒の両端のそれ
    ぞれに中心軸上で対向するように取り付けられたガラス
    製のノズルとスキマーと、前記円筒のノズル側の端面の
    外側に前記ノズルの先端近傍に巻かれた針金と、前記ノ
    ズルにガスを導入するための手段と、前記針金に高周波
    電力を印加する手段が設けられた励起原子線源。
  6. 【請求項6】ガラス製の円筒と、前記円筒の一端面から
    円筒内部に向けて取り付けられた複数個のガラス製のノ
    ズルと、前記円筒にもう一方の端面から円筒内部にそれ
    ぞれのノズルに対向するように取り付けられた複数個の
    ガラス製のスキマーと、前記円筒のノズル側の端面の外
    側にノズルの先端近傍に巻かれた複数の針金と、前記ノ
    ズルにガスを導入するための手段と、前記針金に高周波
    電力を印加する手段が設けられた励起原子線源。
  7. 【請求項7】高周波をノズルとスキマーの間に放射する
    アンテナがある請求項1から6のいずれかに記載の励起
    原子線源。
  8. 【請求項8】高周波の周波数は2.45GHzである請
    求項1から6のいずれかに記載の励起原子線源。
  9. 【請求項9】誘電体は磁性体のノズルとスキマーに成長
    させた多結晶窒化ボロンである請求項1記載の励起原子
    線源。
  10. 【請求項10】誘電体は磁性体のスキマーに成長させた
    多結晶窒化ボロンである請求項2記載の励起原子線源。
  11. 【請求項11】磁場発生コイルが円筒の周囲に設置され
    ている請求項3から6のいずれかに記載の励起原子線
    源。
JP23674494A 1994-09-30 1994-09-30 励起原子線源 Pending JPH08102399A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105430864A (zh) * 2015-11-12 2016-03-23 华中科技大学 一种原子发生器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105430864A (zh) * 2015-11-12 2016-03-23 华中科技大学 一种原子发生器

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