JP3961158B2

JP3961158B2 - Electron beam evaporator

Info

Publication number: JP3961158B2
Application number: JP19507099A
Authority: JP
Inventors: 茂生今野; 英夫峯岸; 利夫力武
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: JP2001020062A

Description

【０００１】
【０００２】
【発明の属する分野】
本発明は、フィラメントの損傷を防止するように成した電子ビーム蒸発装置に関する。
【０００３】
【０００４】
【従来の技術】
真空蒸着装置やイオンプレーティング装置等には、電子ビーム蒸発装置が備えられており、例えば、基板に蒸着すべき材料（蒸発物質）を坩堝内に収容し、坩堝の横若しくは下側に設けられた電子銃からの電子ビームを磁場により曲線状に偏向させて坩堝内の蒸発物質に導き、蒸発物質を加熱蒸発させるようにしている。
【０００５】
【０００６】
図１はこの様な電子ビーム蒸発装置の概略を示したもので、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【０００７】
【０００８】
図中１Ａ，１Ｂは、永久磁石２を挟んで平行に配置された磁極板で、前記永久磁石２によりＮ極とＳ極に励磁されている。該磁極板間には、蒸発物質３が収容された坩堝４が設けられている。該坩堝の下には、電子銃５が設けられている。該電子銃はフィラメント６，グリッド７及びアノード８から成る。９はフイラメント加熱電源、１０は加速電源である。尚、１１はグリッド支持板である。１２は環状鉄心にＸ方向走査用偏向コイルとＹ方向走査用偏向コイルが巻かれた走査用電磁コイル体で、前記電子銃５からの電子ビームの通路上に配置されている。尚、この走査用電磁コイル体は、例えば、磁極１Ａ，１Ｂの間で坩堝４の近くに取り付けられた非磁性製のホルダー（図示せず）によって支持されている。１３は該走査用電磁コイル体に走査用の電流を流すための走査用電源である。
【０００９】
【００１０】
この様な装置において、電子銃５のフイラメント６から発生された電子ビームは、アノード８によって加速され、磁極１Ａ，１Ｂが作る磁場により２７０°前後曲げられ坩堝４内に収容された蒸発物質３に照射される。その際、電子銃５からの電子ビームは走査用電磁コイル体１２が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビームは蒸発物質３上を二次元方向に走査することになる。この結果、蒸発物質３は電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、例えば、坩堝４上方に配置された基板（図示せず）上に付着する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この様な電子ビーム蒸発装置は、通常、真空チャンバー内に設けられており、前記した様に坩堝４内の蒸発物質３を電子ビームにより加熱して溶解すると、該溶解に伴う輻射熱と蒸発物質３からの反射電子ビームが前記チャンバー内壁に及び、該チャンバー内壁から大量のガスが発生する。該大量のガスと前記溶解による蒸気により前記チャンバー内の圧力が高まると同時に、該ガスに反射電子ビームが当たり、大量のイオンが発生する。このイオンが前記電子銃５からの電子ビームの軌道上を電子ビームとは逆方向に進み、フイラメント６に当たり、該フイラメントに断線等の損傷を与える。
【００１２】
【００１３】
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な電子ビーム蒸発装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子ビーム蒸発装置は、フィラメント、グリッド、アノードを備えた電子銃からの電子を坩堝内に収容された蒸発物質に照射されるように成した電子ビーム蒸発装置において、前記グリッドの中心軸に平行で該グリッドのビーム通過孔のエッジ部を横切るラインより外側に、且つ、互いに対向するようにフィラメントと引出電極が配置されるように成したことを特徴とする。
【００１６】
【００１７】
又、本発明の蒸発装置は、フィラメント、グリッド、アノードを備えた電子銃からの電子を坩堝内に収容された蒸発物質に照射されるように成した電子ビーム蒸発装置において、前記グリッドの中心軸に平行で該グリッドのビーム通過孔のエッジ部を横切るラインより外側に、且つ、互いに対向するようにフィラメントと引出電極が配置され、該引出電極と該フィラメント間に印加される正の電圧が前記アノードと該フィラメント間に印加される正の電圧より小さくなるように成したことを特徴とする。
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
【００２１】
図３は本発明の電子ビーム蒸発装置の１概略例を示したものである。図中前記図１及び図２と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００２２】
【００２３】
図１及び図２に対して図３に示した電子ビーム蒸発装置の構成上の差異は、次の通りである。
【００２４】
【００２５】
図中２０はフィラメント、２１は引出し電極で、該フイラメントと引出電極２１は共に、破線で示す電子ビーム軌道Ｔ上若しくは該軌道を延長した線上に配置せず、グリッド７の中心軸Ｏに平行で該グリッドのビーム通過孔７Ｈのエッジ部を横切るラインＬ１，Ｌ２より外側に、しかも、フィラメント２０の電子放出面と引出電極２１の表面が互いに対向するように配置されている。図中２２は引出電極２１とフィラメント２０との間に正の引出電圧を印加するための引出電源である。
【００２６】
【００２７】
この様な構成の装置の動作を次に説明する。
【００２８】
【００２９】
フィラメント加熱電源９によりフィラメント６が加熱され高温になると、該フイラメントから熱電子が発生される。該熱電子は引出電圧により引出電極２１の方に向かおうとする。この時、アノード８とフィラメント２０の間には、引出電極２２とフィラメント２０との間に印加されている前記引出電圧より絶対値の大きい加速電圧が印加されているので、フイラメント２０から引出電極２１方向に向かおうとする熱電子は、アノード８によってアノード方向に加速され、実線Ｒに示す様にフイラメントの電子放出面から出て直ぐに破線に示す軌道Ｔに沿って進み、磁極１Ａ，１Ｂが作る磁場により２７０°前後曲げられて坩堝４内に収容された蒸発物質３に照射される。その際、電子銃５からの電子ビームは走査用電磁コイル体１２が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビームは蒸発物質３上を二次元方向に走査することになる。この結果、蒸発物質３は電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、例えば、坩堝４上方に配置された基板（図示せず）上に付着する。
【００３０】
【００３１】
この際、坩堝４内の蒸発物質３の溶解に伴う輻射熱と蒸発物質３からの反射電子ビームが前記チャンバー内壁に及び、該チャンバー内壁から大量のガスが発生する。該大量のガスと前記溶解による蒸気により前記チャンバー内の圧力が高まると同時に、該ガスに反射電子ビームが当たり、大量のイオンが発生する。このイオンが前記電子銃５からの破線で示す電子ビームの軌道Ｔ上を電子ビームとは逆方向に進み、アノードのビーム通過孔８Ｈ及びグリッドのビーム通過孔７Ｈを通過して来るが、イオンは質量が重いためにフィラメント２０の電子放出面方向に急に曲がれずに殆どが直進する。従って、フイラメント２０に当たるイオンが極めて少なく、該フイラメントに断線等の損傷を与えるまでに至らることはない。尚、前記例では、加速電源がアノードとフイラメントの間に接続されるように成したが、アノードとフィラメントの間に印加される加速電圧が引出電極とフィラメント間に印加される引出電圧より絶対値が大きければ、アノードと引出電極の間でも良いし、或いは、アノードとグリッドの間に設けても良い。
尚、前記例では、電子ビームを２７０°前後偏向させる電子銃を備えた装置を示したが、この様な電子銃に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子ビーム蒸発装置の１概略例を示している。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の電子ビーム蒸発装置の１概略例を示している。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…磁極板
２…永久磁石
３…蒸発物質
４…坩堝
５…電子銃
６，２０…フイラメント
７…グリッド
７Ｈ…ビーム通過孔
８…アノード
８Ｈ…ビーム通過孔
９…フイラメント加熱電源
１０…加速電源
１１…グリッド支持板
１２…走査用電磁コイル体
１３…走査用電源
２１…引出電極
２２…引出電源[0001]
[0002]
[Field of the Invention]
The present invention relates to an electron beam evaporation apparatus designed to prevent filament damage.
[0003]
[0004]
[Prior art]
A vacuum vapor deposition apparatus, an ion plating apparatus, and the like are provided with an electron beam evaporation apparatus. For example, a material (evaporation substance) to be vapor deposited on a substrate is accommodated in a crucible and provided on the side or the lower side of the crucible. The electron beam from the electron gun is deflected in a curved line by a magnetic field and guided to the evaporated material in the crucible, and the evaporated material is heated and evaporated.
[0005]
[0006]
FIG. 1 shows an outline of such an electron beam evaporation apparatus, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
[0007]
[0008]
In the figure, 1A and 1B are magnetic pole plates arranged in parallel with the permanent magnet 2 in between, and are excited by the permanent magnet 2 to the N pole and the S pole. A crucible 4 in which the evaporating substance 3 is accommodated is provided between the magnetic pole plates. An electron gun 5 is provided under the crucible. The electron gun comprises a filament 6, a grid 7 and an anode 8. 9 is a filament heating power source and 10 is an acceleration power source. Reference numeral 11 denotes a grid support plate. Reference numeral 12 denotes a scanning electromagnetic coil body in which an X-direction scanning deflection coil and a Y-direction scanning deflection coil are wound around an annular iron core, which is disposed on the electron beam path from the electron gun 5. The scanning electromagnetic coil body is supported by, for example, a non-magnetic holder (not shown) attached near the crucible 4 between the magnetic poles 1A and 1B. Reference numeral 13 denotes a scanning power source for supplying a scanning current to the scanning electromagnetic coil body.
[0009]
[0010]
In such an apparatus, the electron beam generated from the filament 6 of the electron gun 5 is accelerated by the anode 8 and bent to about 270 ° by the magnetic field generated by the magnetic poles 1A and 1B. Irradiated. At this time, since the electron beam from the electron gun 5 passes through the two-dimensional scanning magnetic field created by the scanning electromagnetic coil body 12, the electron beam scans the evaporation substance 3 in the two-dimensional direction. As a result, the evaporating substance 3 is heated and evaporated by the electron beam, and the evaporated particles adhere to, for example, a substrate (not shown) disposed above the crucible 4.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Such an electron beam evaporation apparatus is usually provided in a vacuum chamber. When the evaporating substance 3 in the crucible 4 is heated and melted by an electron beam as described above, the radiant heat and evaporating substance 3 associated with the melting are obtained. The reflected electron beam from the gas reaches the inner wall of the chamber, and a large amount of gas is generated from the inner wall of the chamber. At the same time as the pressure in the chamber increases due to the large amount of gas and the vapor resulting from the dissolution, a reflected electron beam hits the gas and a large amount of ions are generated. The ions travel in the direction opposite to the electron beam on the trajectory of the electron beam from the electron gun 5, hit the filament 6, and damage the filament such as disconnection.
[0012]
[0013]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a novel electron beam evaporation apparatus.
[0014]
[0015]
[Means for Solving the Problems]
An electron beam evaporation apparatus according to the present invention is an electron beam evaporation apparatus configured to irradiate an evaporating substance contained in a crucible with electrons from an electron gun including a filament, a grid, and an anode. The filament and the extraction electrode are disposed outside the line parallel to the grid and crossing the edge of the beam passage hole of the grid and so as to face each other.
[0016]
[0017]
The evaporation apparatus of the present invention is an electron beam evaporation apparatus configured to irradiate electrons from an electron gun including a filament, a grid, and an anode onto an evaporation material contained in a crucible, and the central axis of the grid. The filament and the extraction electrode are arranged outside the line crossing the edge of the beam passage hole of the grid and opposite to each other, and the positive voltage applied between the extraction electrode and the filament is It is characterized by being made smaller than the positive voltage applied between the anode and the filament.
[0018]
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
[0021]
FIG. 3 shows one schematic example of the electron beam evaporation apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components.
[0022]
[0023]
The difference in configuration of the electron beam evaporation apparatus shown in FIG. 3 with respect to FIGS. 1 and 2 is as follows.
[0024]
[0025]
In the figure, 20 is a filament, 21 is an extraction electrode, and both the filament and the extraction electrode 21 are not arranged on the electron beam trajectory T indicated by a broken line or on a line extending the trajectory, and are parallel to the central axis O of the grid 7. Outside the lines L1 and L2 crossing the edge of the beam passage hole 7H of the grid, the electron emission surface of the filament 20 and the surface of the extraction electrode 21 are arranged to face each other. In the figure, reference numeral 22 denotes an extraction power source for applying a positive extraction voltage between the extraction electrode 21 and the filament 20.
[0026]
[0027]
Next, the operation of the apparatus having such a configuration will be described.
[0028]
[0029]
When the filament 6 is heated by the filament heating power source 9 and becomes high temperature, thermoelectrons are generated from the filament. The thermoelectrons are directed toward the extraction electrode 21 by the extraction voltage. At this time, an acceleration voltage having an absolute value larger than the extraction voltage applied between the extraction electrode 22 and the filament 20 is applied between the anode 8 and the filament 20. The thermoelectrons to be directed in the direction are accelerated in the anode direction by the anode 8 and, as indicated by the solid line R, immediately follow the trajectory T indicated by the broken line as they emerge from the electron emission surface of the filament, and are formed by the magnetic poles 1A and 1B. The evaporative substance 3 that is bent around 270 ° by the magnetic field and accommodated in the crucible 4 is irradiated. At this time, since the electron beam from the electron gun 5 passes through the two-dimensional scanning magnetic field created by the scanning electromagnetic coil body 12, the electron beam scans the evaporation substance 3 in the two-dimensional direction. As a result, the evaporating substance 3 is heated and evaporated by the electron beam, and the evaporated particles adhere to, for example, a substrate (not shown) disposed above the crucible 4.
[0030]
[0031]
At this time, radiant heat accompanying the dissolution of the evaporating substance 3 in the crucible 4 and a reflected electron beam from the evaporating substance 3 reach the inner wall of the chamber, and a large amount of gas is generated from the inner wall of the chamber. At the same time as the pressure in the chamber increases due to the large amount of gas and the vapor resulting from the dissolution, a reflected electron beam hits the gas and a large amount of ions are generated. The ions travel on the trajectory T of the electron beam indicated by the broken line from the electron gun 5 in the direction opposite to the electron beam and pass through the anode beam passage hole 8H and the grid beam passage hole 7H. Since the mass is heavy, most of the filament 20 goes straight without being bent suddenly in the direction of the electron emission surface of the filament 20. Therefore, the number of ions hitting the filament 20 is extremely small, and the filament is not damaged such as disconnection. In the above example, the acceleration power source is connected between the anode and the filament, but the acceleration voltage applied between the anode and the filament is more absolute than the extraction voltage applied between the extraction electrode and the filament. May be provided between the anode and the extraction electrode, or may be provided between the anode and the grid.
In the above example, an apparatus including an electron gun that deflects an electron beam around 270 ° is shown, but it is needless to say that the present invention is not limited to such an electron gun.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic example of a conventional electron beam evaporation apparatus.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 shows a schematic example of an electron beam evaporation apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Magnetic pole plate 2 ... Permanent magnet 3 ... Evaporation substance 4 ... Crucible 5 ... Electron gun 6, 20 ... Filament 7 ... Grid 7H ... Beam passage hole 8 ... Anode 8H ... Beam passage hole 9 ... Filament heating power supply 10 ... Acceleration Power supply 11 ... Grid support plate 12 ... Scanning electromagnetic coil body 13 ... Scanning power supply 21 ... Extraction electrode 22 ... Extraction power supply

Claims

フィラメント、グリッド、アノードを備えた電子銃からの電子を坩堝内に収容された蒸発物質に照射されるように成した電子ビーム蒸発装置において、前記グリッドの中心軸に平行で該グリッドのビーム通過孔のエッジ部を横切るラインより外側に、且つ、互いに対向するようにフィラメントと引出電極が配置されるように成した電子ビーム蒸発装置。An electron beam evaporation apparatus configured to irradiate electrons from an electron gun provided with a filament, a grid, and an anode onto an evaporation material accommodated in a crucible, wherein the grid has a beam passage hole parallel to a central axis of the grid. An electron beam evaporation apparatus in which a filament and an extraction electrode are arranged outside a line crossing the edge portion of the electrode and so as to face each other.

フィラメント、グリッド、アノードを備えた電子銃からの電子を坩堝内に収容された蒸発物質に照射されるように成した電子ビーム蒸発装置において、前記グリッドの中心軸に平行で該グリッドのビーム通過孔のエッジ部を横切るラインより外側に、且つ、互いに対向するようにフィラメントと引出電極が配置され、該引出電極と該フィラメント間に印加される正の電圧が前記アノードと該フィラメント間に印加される正の電圧より小さくなるように成した電子ビーム蒸発装置。An electron beam evaporation apparatus configured to irradiate electrons from an electron gun provided with a filament, a grid, and an anode onto an evaporation material accommodated in a crucible, wherein the grid has a beam passage hole parallel to a central axis of the grid. The filament and the extraction electrode are arranged outside the line crossing the edge of the electrode and opposite to each other, and a positive voltage applied between the extraction electrode and the filament is applied between the anode and the filament. An electron beam evaporator that is smaller than the positive voltage.