JPH08250295A - Stimulated atomic beam source - Google Patents
Stimulated atomic beam sourceInfo
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- JPH08250295A JPH08250295A JP7056017A JP5601795A JPH08250295A JP H08250295 A JPH08250295 A JP H08250295A JP 7056017 A JP7056017 A JP 7056017A JP 5601795 A JP5601795 A JP 5601795A JP H08250295 A JPH08250295 A JP H08250295A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体のドーピング処
理、クリーニング処理、エッチング処理及び成膜処理等
に用いる励起原子線源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excited atomic beam source used for semiconductor doping processing, cleaning processing, etching processing, film forming processing and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の高速原子線源は、例えば特開平１
−３１３８９７号公報に示されたものが知られている。
従来の原子線源の構成を図９を用いて説明する。2. Description of the Related Art A conventional high-speed atomic beam source is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
The one disclosed in Japanese Patent No. 313897 is known.
The structure of a conventional atomic beam source will be described with reference to FIG.
【０００３】図９において、純鉄製の針状陽極１に対向
するように純鉄製の円板状の第１の陰極２が設けられて
いる。第１の陰極２には、その中央に純鉄製のイオン中
性化ノズル４が設けられており、またノズル４の周囲に
は多数の小孔３が設けられている。第１の陰極２の後方
には、円板状の第２の陰極５が設けられている。さらに
針状陽極１と第１の陰極２との間には、非金属磁石６が
設けられており、針状陽極１とノズル４との間に磁界を
印加している。第２の陰極５の後方において、ノズル４
にはガス供給管７が接続されており、ガス供給管７から
ノズル４の内部に酸素ガスを導入する。In FIG. 9, a disk-shaped first cathode 2 made of pure iron is provided so as to face a needle-shaped anode 1 made of pure iron. The first cathode 2 is provided with an ion neutralizing nozzle 4 made of pure iron in the center thereof, and a large number of small holes 3 are provided around the nozzle 4. A disk-shaped second cathode 5 is provided behind the first cathode 2. Further, a non-metal magnet 6 is provided between the needle-shaped anode 1 and the first cathode 2, and a magnetic field is applied between the needle-shaped anode 1 and the nozzle 4. Behind the second cathode 5, the nozzle 4
A gas supply pipe 7 is connected to this, and oxygen gas is introduced from the gas supply pipe 7 into the nozzle 4.
【０００４】第１の陰極２を接地し、針状陽極１に第１
の電源８により、正の高電圧を印加する。一方、第２の
電源９により第２の陰極５に負の高電圧を印可すると、
針状陽極１とノズル４との間及び第１の陰極２と第２の
陰極５との間にグロー放電が発生する。この放電によ
り、ノズル４の中心軸付近に高濃度の酸素イオンが発生
する。発生した酸素イオンはノズル４内部に入り、ノズ
ル４の内部に導入された酸素原子と衝突して電荷を失い
中性の酸素原子に戻る。一方、衝突された酸素原子は加
速されてノズル４から放出され、酸素の高速原子線が得
られる。The first cathode 2 is grounded and the needle-shaped anode 1 is firstly grounded.
A positive high voltage is applied by the power source 8 of. On the other hand, when a negative high voltage is applied to the second cathode 5 by the second power source 9,
Glow discharge occurs between the needle-shaped anode 1 and the nozzle 4 and between the first cathode 2 and the second cathode 5. Due to this discharge, high-concentration oxygen ions are generated near the central axis of the nozzle 4. The generated oxygen ions enter the inside of the nozzle 4, collide with oxygen atoms introduced into the inside of the nozzle 4, lose the charge, and return to neutral oxygen atoms. On the other hand, the bombarded oxygen atoms are accelerated and ejected from the nozzle 4, and a fast atom beam of oxygen is obtained.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の原子線源の構成では、高速の酸素イオンがノズル４を
スパッタリングし、ノズル４の形状が変化するため、針
状陽極１とノズル４との間のグロー放電や酸素イオンの
発生が不安定になると同時に、高速原子線に蒸発したノ
ズル４の材料である不純物が混入するという問題点を有
していた。However, in the structure of the conventional atomic beam source described above, since the high-speed oxygen ions sputter the nozzle 4 and the shape of the nozzle 4 is changed, the space between the needle-shaped anode 1 and the nozzle 4 is changed. However, at the same time that the glow discharge and the generation of oxygen ions become unstable, there is a problem that impurities that are the material of the nozzle 4 that have evaporated into the fast atom beam are mixed.
【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、不純物が混入しない高速の励起原子
を安定して被加工物に到達させることができる励起原子
線源を提供することを目的としている。The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides an excited atom beam source capable of stably allowing high-speed excited atoms, which are not mixed with impurities, to reach a workpiece. It is an object.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の励起原子線源は、被放電ガスを噴出さ
せるためのノズルと、前記ノズルより噴出される被放電
ガスを断続する高速バルブと、前記ノズルに対向するよ
うに設けられ前記ノズルから噴出した被放電ガスの高速
成分だけを通過させるためのスキマーと、前記ノズルと
前記スキマーとの間にプラズマを発生させるプラズマ発
生手段が設けられている。また、前記構成において、高
速バルブは電磁力により開閉を行う電磁バルブであるこ
とが好ましく、開閉をパルス動作で行うことが好まし
い。In order to achieve the above object, the excited atomic beam source according to the first aspect of the present invention intermittently connects a nozzle for ejecting a discharge target gas and a discharge target gas discharged from the nozzle. A high-speed valve, a skimmer provided so as to face the nozzle for passing only the high-speed component of the discharge target gas ejected from the nozzle, and a plasma generating means for generating plasma between the nozzle and the skimmer. It is provided. Further, in the above structure, the high-speed valve is preferably an electromagnetic valve that opens and closes by an electromagnetic force, and the opening and closing is preferably performed by a pulse operation.
【０００８】また、第２の発明の励起原子線源は、被放
電ガスを噴出させるためのノズルと、前記ノズルの内部
に位置し前記ノズルの開口より小径の開口を持ち可動で
ある可動小ノズルと、前記ノズルに対向するように設け
られ前記ノズルから噴出した被放電ガスの高速成分だけ
を通過させるためのスキマーと、前記ノズルと前記スキ
マーとの間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段が
設けられている。また、前記構成において、可動小ノズ
ルは電磁力により移動を行うことが好ましい。The excited atomic beam source of the second invention is a movable small nozzle which has a nozzle for ejecting a gas to be discharged and an opening which is located inside the nozzle and has a diameter smaller than the opening of the nozzle. And a skimmer provided so as to face the nozzle for passing only a high-speed component of the discharge target gas ejected from the nozzle, and a plasma generating means for generating plasma between the nozzle and the skimmer. ing. Further, in the above-mentioned configuration, it is preferable that the movable small nozzle move by electromagnetic force.
【０００９】また、第３の発明の励起原子線源は、被放
電ガスを噴出させるための複数のノズルと、前記複数の
ノズル各々に対向するように設けられ前記複数のノズル
から噴出した被放電ガスの高速成分だけを通過させるた
めの複数のスキマーと、前記複数のノズルと前記複数の
スキマーとの間にプラズマを発生させるプラズマ発生手
段が設けられている。また、前記構成において、複数の
ノズルの端面の配置は平面状であるか、または、中心が
凸または凹の円錐状であることが好ましい。The excited atomic beam source according to the third aspect of the invention is provided with a plurality of nozzles for ejecting a gas to be discharged, and a discharge target ejected from the plurality of nozzles provided so as to face each of the plurality of nozzles. A plurality of skimmers for passing only high-speed components of the gas, and a plasma generating means for generating plasma between the plurality of nozzles and the plurality of skimmers are provided. In addition, in the above-mentioned configuration, it is preferable that the end surfaces of the plurality of nozzles are arranged in a flat shape or in a conical shape having a convex or concave center.
【００１０】また、上記構成においては、ノズルとスキ
マーとの間に磁界を発生させるための手段を設けること
が好ましく、プラズマ発生手段はマイクロ波を放射する
アンテナであることが好ましい。また、マイクロ波を放
射するアンテナは対向するノズルとスキマーの中心軸と
垂直または平行な軸に沿ってマイクロ波を放射すること
が好まく、さらに、マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨ
ｚであることが好ましい。Further, in the above structure, it is preferable to provide means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, and the plasma generating means is preferably an antenna for radiating microwaves. Further, it is preferable that the antenna that radiates microwaves radiates microwaves along an axis that is perpendicular or parallel to the central axis of the nozzle and the skimmer that face each other, and the frequency of the microwaves is 2.45 GHz.
It is preferably z.
【００１１】[0011]
【作用】上記構成によれば、ノズルを備えることにより
超音速の被放電ガスの原子ビームが発生し、プラズマ発
生手段を備えることによりノズルとスキマーとの間に放
電が発生する。この放電により被放電ガスは電子とイオ
ンに電離され、被放電ガスのプラズマ流束が発生する。
発生したプラズマはある程度の指向性を有しているた
め、ノズルを電極とせずとも励起原子線が発生する。さ
らに、ノズルに対向する位置に設けられたスキマーによ
り発生したプラズマ流束の中心部だけが通過し、極めて
指向性の高い励起原子線源が得られる。さらに、高速バ
ルブにより、ノズルから間欠的に被放電ガスを噴出させ
ることにより、連続流に比べて、少量のガス流量でプラ
ズマの維持、励起原子線の生成が可能となる。According to the above construction, the atom beam of the supersonic discharge target gas is generated by providing the nozzle, and the discharge is generated between the nozzle and the skimmer by providing the plasma generating means. By this discharge, the discharged gas is ionized into electrons and ions, and a plasma flux of the discharged gas is generated.
Since the generated plasma has a certain degree of directivity, an excited atomic beam is generated without using the nozzle as an electrode. Further, only the central portion of the plasma flux generated by the skimmer provided at the position facing the nozzle passes, and an excited atomic beam source with extremely high directivity can be obtained. Furthermore, by intermittently ejecting the discharge target gas from the nozzle using the high-speed valve, it becomes possible to maintain plasma and generate excited atomic beams with a smaller gas flow rate compared to the continuous flow.
【００１２】また、可動小ノズルを備えることにより、
ノズルの噴出口が可変となり、噴出の広がり角度の異な
る原子ビームによる特性の異なる励起原子線を得ること
ができる。Further, by providing a movable small nozzle,
The ejection port of the nozzle is variable, and it is possible to obtain excited atomic beams having different characteristics due to atomic beams having different divergence angles of the ejection.
【００１３】また、複数のノズル及び複数のスキマーを
備えることにより、複数の原子ビームが得られ、大面積
に広がるシャワー状の励起原子線群が得られる。By providing a plurality of nozzles and a plurality of skimmers, a plurality of atomic beams can be obtained, and a shower-like excited atomic beam group spreading over a large area can be obtained.
【００１４】[0014]
（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
を行う場合を例にして説明する。(First Embodiment) A preferred first embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 as an example in which a ZnSe thin film is doped with nitrogen.
【００１５】図１において、ガス導入管１１から導入さ
れたガス流は、高速バルブ１２の開閉によりその流れを
断続され間欠的な脈流を生じる。高速バルブ１２は流路
に配設されたプランジャ１２ａ、バネ１２ｂ及びソレノ
イドコイル１２ｃからなり、ソレノイドコイル１２ｃに
パルス電流を加えることで連続的に高速開閉される。In FIG. 1, the gas flow introduced from the gas introduction pipe 11 is interrupted by opening and closing the high-speed valve 12 to generate an intermittent pulsating flow. The high-speed valve 12 includes a plunger 12a, a spring 12b, and a solenoid coil 12c arranged in the flow path, and is continuously opened and closed at high speed by applying a pulse current to the solenoid coil 12c.
【００１６】高速バルブ１２を通過し間欠的な脈流とな
ったガス流はノズル１３より間欠的に噴射され、流束の
中心部だけを通過させるスキマー１４と呼ばれる孔を通
る。空気力学の一般法則から、例えば、文献「アトム
アンド イオン ソースズ」ジョン ウイレイ アンド
サンズ出版、ロンドン、1977年（L.Valyi：ATOM AND
ION SOURCES（JOHN WILEY & SONS））の第91頁の設計に
よれば、スキマー１４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１３とスキマー１４との間を流れるガスに図
２で示される形状のループアンテナ１５から、同軸コネ
クター１６を通して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を放射
する。The gas flow, which has passed through the high-speed valve 12 and becomes an intermittent pulsating flow, is intermittently jetted from a nozzle 13 and passes through a hole called a skimmer 14 which passes only the central portion of the flux. From the general law of aerodynamics, for example, the document "Atom
And Ion Sources "John Willey And Sons Publishing, London, 1977 (L.Valyi: ATOM AND
According to the design of page 91 of ION SOURCES (JOHN WILEY & SONS), atoms passing through the skimmer 14 become supersonic and have sufficient velocity and directionality to form a beam. Here, a microwave of 2.45 GHz is radiated to the gas flowing between the nozzle 13 and the skimmer 14 from the loop antenna 15 having the shape shown in FIG. 2 through the coaxial connector 16.
【００１７】また、ノズル１３とスキマー１４は磁性体
でできており、磁性体の上部フランジ１７と磁性体の下
部フランジ１８にそれぞれつながっており、上部フラン
ジ１７と下部フランジ１８の間には非磁性体のガイドフ
ランジ１９で支持されたリング状の永久磁石２０と継ぎ
鉄２１がはめ込んであり、非磁性体のプラズマ生成室２
２で囲まれたノズル１３とスキマー１４の間に例えば、
１kGの磁界を発生させる事ができる。The nozzle 13 and the skimmer 14 are made of a magnetic material and are connected to an upper flange 17 of the magnetic material and a lower flange 18 of the magnetic material, respectively, and a non-magnetic material is provided between the upper flange 17 and the lower flange 18. A ring-shaped permanent magnet 20 supported by a body guide flange 19 and a yoke 21 are fitted therein, and the plasma generation chamber 2 is made of a non-magnetic material.
Between the nozzle 13 and the skimmer 14 surrounded by 2, for example,
It can generate a magnetic field of 1 kG.
【００１８】上記第１の実施例に示す構造において、ガ
ス導入管１１から例えば窒素ガスを導入する。窒素ガス
は、例えば１０Hz、デューティ比５０％で連続的に高速
開閉する高速バルブ１２により間欠的な脈動となり、例
えば３０度の円錐で０．３mm径、長さ０．６mmの管に導
かれ、図３に示すように、ノズル１３より、矢印Ｘで示
す方向から間欠的に噴射される。そして、ノズル１３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１４がある。スキマー１４は、例えば内側の
傾斜２５度、外側が３５度の円錐管である。マイクロ波
はループアンテナ１５により、ノズル１３とスキマー１
４の間隙を狙って周囲から矢印Ｙで示す方向に放射さ
れ、マイクロ波プラズマ２４を発生する。また、磁界２
３の作用により、マイクロ波プラズマ２４はノズル１３
とスキマー１４との間に強く閉じ込められる。In the structure shown in the first embodiment, for example, nitrogen gas is introduced from the gas introduction pipe 11. Nitrogen gas is intermittently pulsated by the high-speed valve 12 that continuously opens and closes at a high speed of 10 Hz and a duty ratio of 50%, and is introduced into a pipe having a diameter of 0.3 mm and a length of 0.6 mm by a cone of 30 degrees, As shown in FIG. 3, it is intermittently ejected from the nozzle 13 in the direction indicated by the arrow X. Then, for example, at a position 2.6 mm away from the tip of the nozzle 13, an opening diameter of 0.6 mm
There is a skimmer 14 of. The skimmer 14 is, for example, a conical tube having an inner inclination of 25 degrees and an outer inclination of 35 degrees. Microwaves are transmitted by the loop antenna 15 to the nozzle 13 and the skimmer 1.
The microwave plasma 24 is generated by being radiated from the surroundings in the direction indicated by the arrow Y toward the gap 4 in FIG. Also, the magnetic field 2
By the action of 3, the microwave plasma 24 is generated by the nozzle 13
Is strongly trapped between the skimmer 14 and the skimmer 14.
【００１９】このプラズマ２４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２５として放出さ
れ、その結果、間欠的な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う。分子線エピ
タキシャル（ＭＢＥ）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
-3のｐ型ＺｎＳｅを作成することができた。しかも、高
速バルブによってガス流を断続することにより、プラズ
マを維持し同量の励起原子線を得るのに必要なガス流量
が、連続的にガスを流す場合と比べて小量で済み、ＭＢ
Ｅ成長中の背景真空度を改善することができた。The nitrogen gas is excited by the plasma 24 and emitted as a supersonic beam 25 containing excited nitrogen, and as a result, an intermittent nitrogen excited atomic beam is generated.
Nitrogen doping is performed by irradiating the ZnSe thin film during growth with this excited nitrogen atom beam. The device according to the first embodiment is installed in a molecular beam epitaxy (MBE) device, and the ZnSe film during MBE growth is irradiated with a nitrogen-excited atomic beam to obtain a carrier density of 5.7 × 10 17 cm 2.
-3 p-type ZnSe could be prepared. Moreover, by interrupting the gas flow by the high-speed valve, the gas flow rate required to maintain the plasma and obtain the same amount of excited atomic beams is smaller than that in the case of continuously flowing the gas.
E The background vacuum during the growth could be improved.
【００２０】なお、第１の実施例では高速バルブ１２を
電磁バルブとしたが、空気圧による駆動等、高速に開閉
できるバルブであれば同様の効果が得られる。また、ア
ンテナ１５はループ状としたが、ノズル１３とスキマー
１４との間の近傍にあれば直線状でも同様の効果が得ら
れる。Although the high-speed valve 12 is an electromagnetic valve in the first embodiment, the same effect can be obtained as long as the valve can be opened and closed at high speed, such as driving by pneumatic pressure. Further, although the antenna 15 has a loop shape, the same effect can be obtained even if the antenna 15 has a linear shape as long as it is located between the nozzle 13 and the skimmer 14.
【００２１】（第２の実施例）以下、本発明の第２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。尚、図１に示す第１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。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment of the excited atom beam source according to the present invention. Since the members with the same numbers as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, the description thereof will be omitted.
【００２２】図４において、２６は、小ノズル２６ａ、
ソレノイドコイル２６ｂ、バネ２６ｃとからなる可動小
ノズルである。小ノズル２６ａはノズル１３の内部に中
心軸が互いに一致するように配置されており、中心軸に
沿って可動となっている。また、小ノズル２６ａの先端
部の外径はノズル１３の開口部の内径よりわずかに小径
になっており、ソレノイドコイル２６ｂに電流を加えな
い状態ではバネ２６ｃの力により、図４に示すように、
小ノズル２６ａの先端部がノズル１３の開口部に挿入さ
れた状態となっている。一方、ソレノイドコイル２６ｂ
に電流を加えた状態では、電磁力により小ノズル２６ａ
が移動し、図５に示す状態となる。したがって、ガス導
入管１１から導入されたガス流は、ソレノイドコイル２
６ｂに電流を加えない状態では小ノズル２６ａから噴出
され、ソレノイドコイル２６ｂに電流を加えた状態では
ノズル１３から噴出され、２種類の超音速流が得られる
ようになっている。In FIG. 4, 26 is a small nozzle 26a,
A movable small nozzle including a solenoid coil 26b and a spring 26c. The small nozzles 26a are arranged inside the nozzle 13 so that their central axes coincide with each other, and are movable along the central axes. Further, the outer diameter of the tip of the small nozzle 26a is slightly smaller than the inner diameter of the opening of the nozzle 13, and in the state where no current is applied to the solenoid coil 26b, as shown in FIG. ,
The tip of the small nozzle 26 a is in a state of being inserted into the opening of the nozzle 13. On the other hand, the solenoid coil 26b
When a current is applied to the small nozzle 26a due to electromagnetic force
Moves to the state shown in FIG. Therefore, the gas flow introduced from the gas introduction pipe 11 is applied to the solenoid coil 2
When a current is not applied to 6b, it is ejected from the small nozzle 26a, and when a current is applied to the solenoid coil 26b, it is ejected from the nozzle 13 so that two kinds of supersonic flows can be obtained.
【００２３】上記第２の実施例に示す構造において、ガ
ス導入管１１から、例えば窒素ガスを流し、ループアン
テナ１５によりマイクロ波を放射すれば、第１の実施例
と同様にプラズマが発生し、窒素励起原子線が生成され
る。しかも、小ノズル２６ａ（例えば、先端部管径０．
２mm、長さ０．８mm）とノズル１３（例えば、先端部管
径０．６mm、長さ０．８mm）の切り換えにより、例え
ば、同じ圧力のガス流に対して、流速、噴射の広がり角
度の異なる超音速流が得られ、例えば、同じ背景真空度
を保ちつつ励起原子の量を変化させることができ、より
最適なドーピング処理が可能となる等、ドーピング処理
の制御が容易となる。In the structure shown in the second embodiment, if, for example, nitrogen gas is flown from the gas introduction pipe 11 and microwaves are radiated by the loop antenna 15, plasma is generated as in the first embodiment. A nitrogen excited atomic beam is generated. Moreover, the small nozzle 26a (for example, the tip end tube diameter of 0.
2 mm, length 0.8 mm) and nozzle 13 (for example, tip tube diameter 0.6 mm, length 0.8 mm) are switched, for example, for a gas flow of the same pressure, the flow velocity and the spread angle of the injection can be changed. Different supersonic flows can be obtained, for example, the amount of excited atoms can be changed while maintaining the same degree of background vacuum, and a more optimal doping process can be performed, which facilitates control of the doping process.
【００２４】（第３の実施例）以下、本発明の第３の実
施例について、図６を参照しながら説明する。図６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。尚、図１に示す第１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。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of the third embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention. Since the members with the same numbers as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, the description thereof will be omitted.
【００２５】図６において、２７ａ〜ｇ（２７ｄ〜ｇは
図示せず）は、７つのノズルを中心軸が平行となるよう
に、２７ａを中心として２７ｂ〜ｇを、例えば直径１０
mmの円周上に６等配で配置した複数のノズル（例えば先
端部管径０．３mm、長さ０．６mm）であり、その端面の
配置は平面状となっている。ガス導入管１１から導入さ
れたガス流は、各ノズル２７ａ〜ｇに分配され、複数の
超音速流として噴出される。また、２８ａ〜ｇ（２８ｄ
〜ｇは図示せず）はノズル２７ａ〜ｇ各々に対抗するよ
うに配置された複数のスキマー（例えば開口径０．６m
m）である。In FIG. 6, 27a-g (27d-g are not shown) have 27b-g centered on 27a, for example, a diameter of 10 so that the central axes of the seven nozzles are parallel.
There are a plurality of nozzles (for example, the tip end tube diameter is 0.3 mm and the length is 0.6 mm) arranged in 6 equal distributions on the circumference of mm, and the arrangement of the end faces is flat. The gas flow introduced from the gas introduction pipe 11 is distributed to the nozzles 27a to 27g and ejected as a plurality of supersonic flows. In addition, 28a-g (28d
˜g are not shown) are a plurality of skimmers (for example, an opening diameter of 0.6 m) arranged so as to oppose each of the nozzles 27a to 27g.
m).
【００２６】上記第３の実施例に示す構造において、ガ
ス導入管１１から例えば窒素ガスを流し、ループアンテ
ナ１５によりマイクロ波を放射すれば、第１の実施例と
同様にプラズマが発生し、窒素励起原子線が生成され
る。しかも、複数のノズル２７ａ〜ｇ及び複数のスキマ
ー２８ａ〜ｇの効果により、シャワーの様に広がりを持
った励起原子線群が得られ、単数のノズル、単数のスキ
マーの場合に比べ、大面積に均一なドーピング処理が可
能となる。In the structure shown in the third embodiment, if, for example, nitrogen gas is flown from the gas introduction pipe 11 and microwaves are radiated by the loop antenna 15, plasma is generated as in the first embodiment, and nitrogen is emitted. Excited atomic beams are generated. Moreover, due to the effect of the plurality of nozzles 27a to 27g and the plurality of skimmers 28a to 28g, an excited atomic beam group having a spread like a shower can be obtained, and the area is larger than that of a single nozzle and a single skimmer. A uniform doping process becomes possible.
【００２７】なお、第３の実施例では７本のノズル２７
ａ〜ｇの端面の配置を平面状としたが、これに限られる
わけではなく、例えば、図７に示すように中央が凸の円
錐状であってもよい。この場合には永久磁石２０により
ノズル２７とスキマー２８の間に形成される磁場の中央
部への集中度合が増加し、アンテナ１５の形状がループ
形状であることから周辺部に偏りがちなプラズマを中央
部へと引き寄せ、より均一な原子線が得られるという効
果を発揮する。以上のように、ノズル２７の端面の配置
形状に関しては、必要とされる原子線の広がり、アンテ
ナの形状等を考慮に入れ最適な形状とすればよく、ノズ
ルの端面の配置を中央が凹の円錐状であってもよい。ま
た、第３の実施例ではノズル２７とスキマー２８の個数
を７としたが、これに限られるわけではないことはいう
までもない。In the third embodiment, seven nozzles 27 are used.
Although the arrangement of the end faces a to g is flat, the present invention is not limited to this, and may be, for example, a conical shape having a convex center as shown in FIG. 7. In this case, the permanent magnet 20 increases the concentration of the magnetic field formed between the nozzle 27 and the skimmer 28 in the central portion, and since the shape of the antenna 15 is a loop shape, plasma that tends to be biased in the peripheral portion is generated. It has the effect of attracting to the central part and obtaining a more uniform atomic beam. As described above, with respect to the arrangement shape of the end surface of the nozzle 27, it may be an optimum shape in consideration of the required spread of the atomic beam, the shape of the antenna, etc., and the arrangement of the end surface of the nozzle is concave at the center. It may be conical. Further, although the number of nozzles 27 and skimmers 28 is set to 7 in the third embodiment, it goes without saying that the number is not limited to this.
【００２８】（第４の実施例）以下、本発明の第４の実
施例について、図８を参照しながら説明する。図８は本
発明に係る励起原子線源の第４の実施例の構成を示す断
面図である。尚、図１に示す第１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。(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of the fourth embodiment of the excited atom beam source according to the present invention. Since the members with the same numbers as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are substantially the same, the description thereof will be omitted.
【００２９】図８において、２９はマイクロ波の同軸コ
ネクタ、３０はマイクロ波を放射するためのアンテナで
ある。アンテナ３０は直線状で先端が尖った形状になっ
ており、そのまわりにはアンテナ３０と平行にノズル３
１ａ〜ｆ（３１ｃ〜ｆは図示せず。例えば先端部管径
０．３mm、長さ０．６mm）が円周上に６等配で配置され
おり、ノズル３１ａ〜ｆに対向するようにスキマー３２
ａ〜ｆ（３２ｃ〜ｆは図示せず。例えば開口径０．６m
m）が配置されている。In FIG. 8, 29 is a microwave coaxial connector, and 30 is an antenna for radiating microwaves. The antenna 30 has a linear shape with a sharp tip, and the nozzle 3 is provided around the antenna 30 in parallel with the antenna 30.
1a to f (31c to f are not shown. For example, the tip end tube diameter is 0.3 mm and the length is 0.6 mm) are arranged on the circumference in six equal parts, and are arranged so as to face the nozzles 31a to f. 32
af (32c-f are not shown. For example, opening diameter 0.6m
m) is located.
【００３０】上記第４の実施例に示す構造において、ガ
ス導入管１１から例えば窒素ガスを流し、ループアンテ
ナ１５によりマイクロ波を放射すれば、第１の実施例と
同様にプラズマが発生し、窒素励起原子線が生成され
る。しかも、直線状のアンテナ３０よりマイクロ波が放
射状に均一に放射されるため均一なプラズマが発生し、
第３の実施例の場合に比べて、円周方向に均一な分布を
持つ原子線群を得ることができ、大面積に均一なドーピ
ング処理を行うことが可能となる。In the structure shown in the fourth embodiment, if, for example, nitrogen gas is made to flow from the gas introducing pipe 11 and microwaves are radiated by the loop antenna 15, plasma is generated as in the first embodiment, and nitrogen is generated. Excited atomic beams are generated. Moreover, since the microwaves are uniformly radiated radially from the linear antenna 30, uniform plasma is generated,
As compared with the case of the third embodiment, it is possible to obtain an atomic beam group having a uniform distribution in the circumferential direction, and it is possible to perform a uniform doping process on a large area.
【００３１】[0031]
【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、ノズルを電極とせずとも励起原子線を発生させ
ることができるため、従来の直流放電による場合と比較
してノズル等がスパッタリングされることがなく、ノズ
ルの経時変化や励起された原子線に不純物が混じること
もない。そのため、極めて安定した高純度の励起原子線
を得る事ができる。また、ノズルに対向する位置に設け
られたスキマーにより極めて指向性の高い励起原子線源
が得られ、さらに、高速バルブにより少量のガス流量で
プラズマの維持、励起原子線の生成が可能となる。した
がって、本発明の励起原子線源により、高純度、高密度
な半導体のドーピング処理が可能となるとともに、ドー
ピング処理の制御も容易となる。As described above, according to the excited atom beam source of the present invention, the excited atom beam can be generated without using the nozzle as an electrode, so that the nozzle etc. can be compared with the conventional direct current discharge. Is not sputtered, and impurities are not mixed with the time-dependent change of the nozzle or the excited atomic beam. Therefore, it is possible to obtain a highly stable excited atom beam of high purity. Further, a skimmer provided at a position facing the nozzle can provide an excited atomic beam source with extremely high directivity, and further, a high-speed valve can maintain plasma and generate an excited atomic beam with a small gas flow rate. Therefore, according to the excited atom beam source of the present invention, it is possible to dope a semiconductor having a high purity and a high density and to easily control the doping.
【００３２】また、可動小ノズルによっても、噴出の広
がり角度の異なる原子ビームによる特性の異なる励起原
子線を得ることができ、上記と同様の効果が得られる。Also, the movable small nozzle can obtain excited atomic beams having different characteristics due to the atomic beams having different jet divergence angles, and the same effect as described above can be obtained.
【００３３】また、複数のノズルと複数のスキマーによ
り大面積に広がるシャワー状の励起原子線群が得られた
め、高純度、高密度な半導体のドーピング処理が可能と
なるとともに、大面積で均一なドーピング処理が可能と
なる。Further, since a shower-like excited atomic beam group spread over a large area is obtained by a plurality of nozzles and a plurality of skimmers, it is possible to dope a semiconductor with high purity and high density, and to make it uniform over a large area. A doping process becomes possible.
【図１】本発明に係る励起原子線源の第１の実施例の構
成を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a first embodiment of an excited atomic beam source according to the present invention.
【図２】本発明に係る励起原子線源の第１の実施例のア
ンテナの形状を示す平面図FIG. 2 is a plan view showing the shape of the antenna of the first embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図３】本発明に係る励起原子線源の第１の実施例の動
作を示す要部拡大断面図FIG. 3 is an enlarged sectional view of an essential part showing the operation of the first embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図４】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FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図５】本発明に係る励起原子線源の第２の実施例の動
作を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing the operation of the second embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図６】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FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of a third embodiment of the excited atom beam source according to the present invention.
【図７】本発明に係る励起原子線源の第３の実施例の他
の構成を示す断面図FIG. 7 is a sectional view showing another configuration of the third embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図８】本発明に係る励起原子線源の第４の実施例の構
成を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図９】従来の励起原子線源を示す一部切り欠き斜視図FIG. 9 is a partially cutaway perspective view showing a conventional excited atomic beam source.
１１ ガス導入管 １２ 高速バルブ １３ ノズル １４ スキマー １５ アンテナ １６ コネクター １７ 上部フランジ １８ 下部フランジ １９ ガイドフランジ ２０ 永久磁石 ２１ 継ぎ鉄 ２２ プラズマ生成室 ２３ 磁界 ２４ プラズマ ２５ ビーム ２６ 可動小ノズル ２７ ノズル ２８ スキマー ２９ 同軸コネクター ３０ アンテナ ３１ ノズル ３２ スキマー 11 Gas Introducing Pipe 12 High Speed Valve 13 Nozzle 14 Skimmer 15 Antenna 16 Connector 17 Upper Flange 18 Lower Flange 19 Guide Flange 20 Permanent Magnet 21 Joint Iron 22 Plasma Generation Chamber 23 Magnetic Field 24 Plasma 25 Beam 26 Movable Small Nozzle 27 Nozzle 28 Skimmer 29 Coaxial Connector 30 Antenna 31 Nozzle 32 Skimmer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/304 ３４１Ｄ 21/304 ３４１ 21/265 Ｆ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H01L 21/265 H01L 21/304 341D 21/304 341 21/265 F
Claims (12)
前記ノズルより噴出される被放電ガスを断続する高速バ
ルブと、前記ノズルに対向するように設けられ前記ノズ
ルから噴出した被放電ガスの高速成分だけを通過させる
ためのスキマーと、前記ノズルと前記スキマーとの間に
プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えた励起
原子線源。1. A nozzle for ejecting a gas to be discharged,
A high-speed valve for connecting and disconnecting the discharged gas ejected from the nozzle, a skimmer provided so as to face the nozzle for passing only the high-speed component of the discharged gas ejected from the nozzle, the nozzle and the skimmer An excited atomic beam source comprising a plasma generating means for generating a plasma between the source.
バルブである請求項１記載の励起原子線源。2. The excited atomic beam source according to claim 1, wherein the high-speed valve is an electromagnetic valve that opens and closes by an electromagnetic force.
を特徴とする請求項１または２記載の励起原子線源。3. The excited atomic beam source according to claim 1, wherein the high speed valve is opened and closed by a pulse operation.
前記ノズルの内部に位置し前記ノズルの開口より小径の
開口を持ち可動である可動小ノズルと、前記ノズルに対
向するように設けられ前記ノズルから噴出した被放電ガ
スの高速成分だけを通過させるためのスキマーと、前記
ノズルと前記スキマーとの間にプラズマを発生させるプ
ラズマ発生手段とを備えた励起原子線源。4. A nozzle for ejecting a gas to be discharged,
A movable small nozzle, which is located inside the nozzle and has a smaller diameter opening than the opening of the nozzle, and is movable, and for passing only the high-speed component of the discharged gas ejected from the nozzle, which is provided so as to face the nozzle. Excited atomic beam source comprising the skimmer of claim 1 and plasma generating means for generating plasma between the nozzle and the skimmer.
とを特徴とする請求項４記載の励起原子線源。5. The excited atomic beam source according to claim 4, wherein the movable small nozzle is moved by an electromagnetic force.
ルと、前記複数のノズル各々に対向するように設けられ
前記複数のノズルから噴出した被放電ガスの高速成分だ
けを通過させるための複数のスキマーと、前記複数のノ
ズルと前記複数のスキマーとの間にプラズマを発生させ
るプラズマ発生手段とを備えた励起原子線源。6. A plurality of nozzles for ejecting a discharge target gas, and a plurality of nozzles provided so as to face each of the plurality of nozzles for passing only a high-speed component of the discharge target gas discharged from the plurality of nozzles. Excited atomic beam source comprising the skimmer and plasma generating means for generating plasma between the plurality of nozzles and the plurality of skimmers.
請求項６記載の励起原子線源。7. The excited atom beam source according to claim 6, wherein the end faces of the plurality of nozzles are arranged in a plane.
くは凹の円錐状である請求項６記載の励起原子線源。8. The excited atomic beam source according to claim 6, wherein the end faces of the plurality of nozzles are arranged in a conical shape having a convex or concave center.
るための手段を設けた請求項１から８のいずれかに記載
の励起原子線源。9. The excited atomic beam source according to claim 1, further comprising means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer.
るアンテナである請求項１から９のいずれかに記載の励
起原子線源。10. The excited atomic beam source according to claim 1, wherein the plasma generating means is an antenna that radiates microwaves.
るノズルとスキマーの中心軸と垂直もしくは平行な軸に
沿ってマイクロ波を放射する請求項１０記載の励起原子
線源。11. The excited atomic beam source according to claim 10, wherein the microwave radiating antenna radiates the microwave along an axis perpendicular or parallel to the central axis of the nozzle and the skimmer facing each other.
ある請求項１０または１１記載の励起原子線源。12. The excited atomic beam source according to claim 10, wherein the microwave has a frequency of 2.45 GHz.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05601795A JP3407458B2 (en) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | Excited atomic beam source |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250295A true JPH08250295A (en) | 1996-09-27 |
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ID=13015301
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3407458B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038476A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 日本碍子株式会社 | Atomic beam source |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP05601795A patent/JP3407458B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
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| WO2017038476A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 日本碍子株式会社 | Atomic beam source |
| JPWO2017038476A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-09-21 | 日本碍子株式会社 | Atomic beam source |
| US9947428B2 (en) | 2015-08-28 | 2018-04-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Atomic beam source |
Also Published As
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