JPH0660835A - エミッター銃アッセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性の向上を図る。 【構成】 高周波電圧のかかる高電圧電極間への粒子の
入り込みにより引き起こされる短絡を排除する絶縁物質
を加え、誘導加熱によりこの絶縁体に損傷を与えること
なく粒子を蒸発する。この結果、エミッター銃において
短絡による故障時間が排除される。さらに、ビーム形成
器（７０）とアノード（１０４）との間のギャップを増
大すること、およびひび割れたセラミック絶縁体を排除
するという機械的改良によって半導体工程で用いられる
蒸発装置における電子ビーム用のエミッター銃が改良さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の技術分野は集積回路の製
造分野であり、特に真空室内でスパッタのためにあるい
はその逆に材料を蒸発させるために電子ビームを発生さ
せる分野である。

【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願０７／８７８，１３２号の明細
書の記載に基づくものであって、当該米国特許出願の番
号を参照することによって当該米国特許出願の明細書の
記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。

【０００３】

【従来の技術】化学気相成長法（以下、ＣＶＤと称
す），スパッタリングおよび他の集積回路（以下、ＩＣ
と称す）を形成する方法の分野では、ターゲット材料を
電子ビームでもって加熱することがしばしば要求され
る。このようなビームのための電子の供給源はエミッタ
ー銃（ｅｍｉｔｔｅｒ ｇｕｎ）として知られており、
電子を発生するフィラメントと電子ビームを形成しそれ
を方向付けるための電極とから成る。このようなエミッ
ター銃は多数の問題に影響されやすく、特に真空室内に
存在する粒子、およびエミッター銃のデザインによって
引き起こされる高圧電位と接地間の短絡の形成の問題が
ある。産業界で通常使用されている特別なモデルはテメ
スカル（Ｔｅｍｅｓｃａｌ）の１８００，２５５０，４
０００，４８００型等のモデルシリーズであり、２０年
を越えて市販されている。本発明によるエミッター銃を
用いてもよいこの装置は、金属の薄膜の形成のために使
用されターゲット金属を加熱するためにエミッター銃を
用いている。

【０００４】これ等のモデルにおけるエミッター銃は、
４８００型蒸発器に用いられている２７０°，４ポケッ
ト，６７ｃｃ電子ビーム銃であり、いかなるパワーレベ
ルで用いられても、真空室内を自由に動きまわる堆積材
料の薄片によって引き起こされる短絡に影響されやす
い。たとえ小さな薄片が電極間に入ったときでも、短絡
によって引き起こされた電流パルスが電源供給系の保護
回路を働かせ装置を停止させる。このような短絡は最善
のときでエミッター銃を備えている装置を停止させるこ
とになり、最悪のときには形成途中のワークを廃棄させ
ることとなる。

【０００５】従来技術においては、高電圧用のエミッタ
ー銃の故障間平均時間は２〜２０時間であり、これは装
置にとって莫大な故障停止時間となり、多量の再作業あ
るいは廃棄物をもたらしていた。短絡があったときに
は、エミッター銃の清浄および／または置換のために真
空室が開成されねばならない。特に、チタン（Ｔｉ）の
堆積中に短絡があったときには、露出されたチタンの表
面に酸化物が形成されるので全部の装填材料が廃棄され
ねばならない。

【０００６】この分野での就業者は、この装置の寿命の
限りこの問題と共存することが強いられ、この解決法は
今だ見出されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は装置の重要な
部分の絶縁および他の部分の強化を含み、電子ビーム銃
の信頼性を改良するために採られる対策に関する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、フィラメント
を機械的に支持し第１のＺ軸に沿い該フィラメントを通
過して延び、それぞれのフィラメントブロックの先端部
で終了する第１およびう第２のフィラメントブロックの
間に接続され、熱放射により電子を発生するフィラメン
ト、前記第１および第２のフィラメントブロックにそれ
ぞれ接続される第１および第２のバスバー、一片のシー
ト片で形成されて前記第２のフィラメントブロックに取
付けられ、前記第２のフィラメントブロックから水平方
向に延び前記第１の軸に直交する第２のＸ軸に沿い前記
第１のフィラメントブロックにオーバラップするビーム
形成器であって、前記第１のフィラメントブロックから
絶縁スペーサによって分離され、これにより前記第１お
よび第２の軸に直交する第３のＹ軸に沿う前および後の
ビーム形成器ギャップが画成されているビーム形成器、
アノードブラケットによって支持された一片のシート片
で形成されて前記ビーム形成器の背後で初期位置から垂
直方向に延び、それから前記ビーム形成器の前に下向き
に延び、これにより前および後のビーム形成器−アノー
ドギャップを画成するアノード、を有する電子ビーム銃
において、前記後のビーム形成器−アノードギャップ内
における前記アノードの前表面が絶縁され、および前記
アノードブラケットの頂部表面が絶縁され、これにより
接近している要素間の短絡の形成が減少されていること
を特徴とする。

【０００９】本発明の特徴はエミッター銃において最も
狭いギャップではない電極間の絶縁である。

【００１０】本発明の他の特徴はアノードマウントブラ
ケットの長尺化とアノードの強化である。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】まず図２における従来の電子銃を参照し
て、この装置の作動を説明する。この装置では通常の方
法で電子を発生するために電流がフィラメント３′を流
される。フィラメント３′はカソードブロック４′およ
び５′にクランプ６′によって位置決め保持されてい
る。フィラメントから放射された電子はビーム形成器
７′によって整形され、整形された金属の一片は左手側
のカソードクランプと電気的に接続し、かつ右手側のカ
ソードクランプから絶縁スペーサ２′によって離隔され
ている。従来は１２ＶのＡＣ電圧がフィラメント３′を
加熱すべくその両端間で維持され、かつ０〜２Ａの電流
が流れるように公称周波数１３．５６ＭＨｚで１０，０
００Ｖの高周波電圧がフィラメントに重畳されている。
マウントバー１１′は両カソードブロック４′，５′を
支持している。ビーム形成器７′はフィラメント３′の
左側の電位、実例として１０，０００Ｖの高周波電圧に
維持されている。アノード１０′はフィラメントから放
射された電子を加速するために公称接地電位に維持され
ている。アノード１０′はマウントバー１１′に支持さ
れており、マウントバー１１′は締付スクリュウを囲繞
する一対の絶縁体１′によってマウントブラケット１０
２と離間されている。他に特記しない限り、このアッセ
ンブリにおける全ての材料および導電体はステンレス鋼
である。右手側のフィラメントブラケットはマウントバ
ー１１′から絶縁体フランジ１′によって絶縁されねば
ならず、この絶縁体フランジ１′はクラックが生じやす
く、かくて短絡の源となる。

【００１３】アノード１０′およびビーム形成器７′は
それぞれの取付源から離れて片持ち支持され、略々２イ
ンチの長さを有しているので、金属製の２部片が直接接
触したりあるいはきわめて接近したりする可能性がある
ことを当業者は容易に理解するであろう。このような場
合、真空室に存在している粒子の堆積によって短絡が形
成されることは明らかである。

【００１４】フィラメントに対する電流は不図示の外部
配線からバスバー１３′および１４′に供給される。バ
スバー１３′および１４′は公称厚み３０ミル（ｍｉ
ｌ）のモリブデンで形成されている。絶縁フランジ２
４′は右手側フィラメントの電位にある右手側バスバー
１３′を、マウントバー１１′と直接機械的に接触しフ
ィラメントの左手側の電位にあるスクリュウ２２′か
ら、絶縁するのに役立っている。エミッター支持部材１
２′は接地電位に維持されマウントバー１１′およびマ
ウントブラケット１０２の両者を支持している。マウン
トバー１１′は高電位であるから、セラミック製絶縁部
材１５′がそれをエミッターバーから隔離している。絶
縁部材１５′の表面に沿って材料が堆積することによる
短絡の形成を防ぐために、接地された金属製筒状シール
ド９′がその絶縁部材１５′を長手方向において部分的
に囲繞している。

【００１５】図３を参照するに、左手側のカソードブロ
ックの端部における断面を示し、その頂部およびアノー
ドと接近した位置にフィラメントを、およびビーム形成
プレートを示している。短絡を生じさせる材料が最も止
りやすい場所にぎざぎざの線が描かれている。

【００１６】アノードがビーム形成器を覆い、かつほと
んど囲繞しており、ビーム形成器の大半は真空室内を名
目上ランダムに動き回っている粒子による堆積から護ら
れているので、致命的場所が存在することに気付いて当
業者は驚くかもしれない。さらに、当業者は最狹のギャ
ップが短絡に影響しやすいものではないことを認識する
であろう。ビーム形成器と右手側カソードブロックとの
間のギャップの方がビーム形成器とアノードとの間のギ
ャップよりもかなり狭い。しかし、それは問題を起すギ
ャップと丁度同じように露出されているけれども、それ
はトラブルの源ではない。

【００１７】問題は堆積のために多数の異なる要素、例
示するとＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ，ＴｉおよびＣｏを使
用する蒸発システムにおいて特に激しい。この場合、最
悪の要素はニッケルである。おそらく、それが磁性体で
あり、電子ビームを操縦している磁界によって他の要素
よりも強く影響されるからであろう。図３において太い
実線によって指示されている銃の部分は、通常のプラズ
マスプレープロセスによって８ミルから１０ミルの厚さ
のアルミナセラミック絶縁体層が火炎スプレーされた。
この絶縁された領域は、短絡に影響されやすい全ての領
域ではなく、かくて全ての露出表面を絶縁するコストを
節約した。絶縁が行われた後は、小さな薄片による短絡
は消失した。電極間に割込むに十分な大きさの大きな薄
片のみが問題を提起した。これの発生はまれであり、年
に一回程度である。

【００１８】期待したように絶縁によっては短絡が排除
されなかったことは驚くべきことである。分解されたエ
ミッター銃の検査をしてみると、小さな薄片が変質した
高感度領域におけるトラックの存在が明らかとなった。
起ったことは絶縁は電流の流れを防げず、形成器の電極
間の電子の直接の流れ（例えば、アーク電流）を高周波
放電電流に置換えたことである。高周波放電電流は高周
波エネルギの通過および付随の誘導加熱あるいはオーム
加熱により、アークを形成するために破壊することなく
薄片を焼き払う。高周波放電では電極間に生起する電子
は、真空室内の残留ガスの部分としてあるいは粒子の部
分としても、一つの電極と他の電極との間の全工程を移
動することはない。むしろ、それは急激に変化している
高周波電界の影響の下に前後に振動する。これは、全て
があるいは大部分が金属である粒子を、全距離に亘る電
子の通過なしでマイクロ波オーブン内において金属が加
熱される程度に加熱する。かくて、薄片は絶縁体の破壊
を生じさせない非破壊的方法で除去される。絶縁体はエ
ミッター銃の定格寿命の最後における修復工程において
今や置換えられているから、エミッター銃の寿命は今や
従来の銃の寿命をはるかに越えている。

【００１９】絶縁に加えて、構造に対して多数の機械的
変更もまた行われた。構造的変更は、図１と図２の比較
により例示され得る。ウルヴァク社（Ｕｌｖａｃ ｃｏ
ｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により市販の代替フィラメントは
寿命を改善する。まず、エミッター支持バー１２０から
始めるに、符号Ａで示される半径部が支持バーの両耳部
において機械加工されており、フィラメントバスバー１
３０および１４０から大きく離間させるために支持バー
１２０に切欠が形成されている。これらのフィラメント
バスバーは電気的配線を支持するのみであり、以前は
０．０３０インチの厚さに形成されていた。驚くべきこ
とに、それらはフィラメントからかなりの距離離間され
ているけれども、熱の影響を受けやすいことが示されて
いた。フィラメントバスバー１３０および１４０の厚さ
は、さらに剛性を与えるために０．０３０インチから
０．０６０インチに増大された。

【００２０】フランジ付の絶縁体１５０は、エミッター
マウントバーとフィラメントクランプとの間の短絡源で
ある絶縁体のひび割れを排除するためにそのフランジの
厚さを０．０６０インチから０．０９０インチに増大す
るよう変更された。フィラメントブロック５０の背部で
は、フランジ付の絶縁体１′が、直角折曲部を有し公称
厚み０．０６２インチで公称長さ０．７５０インチの矩
形状セラミック部材１０で置換えられている。この矩形
状セラミック部材１０はフィラメントブロックとマウン
トバー１１０との圧縮力を分散し、旧来のフランジ付絶
縁体１′よりも良好である。矩形状セラミック部材１０
は右手側のカソード（フィラメント）ブロック５０をマ
ウントバー１１０から絶縁し、公称電位差は１０，００
０Ｖの高周波電圧である。

【００２１】円筒状の絶縁体９０は、粒子の堆積と絶縁
体９０の表面に沿う短絡の形成とを防ぐために、金属製
の円筒状シールド１６０により囲繞されている。絶縁体
シールドの直径は増大されずに公称直径０．６２５イン
チから０．５００インチに減少され、かくて絶縁体シー
ルド１６０とバスバーとの間のギャップが増大され、か
つバスバーと絶縁体シールドとの間に名目上アークや薄
片が形成されないようにする。この絶縁体そのものはセ
ミコンダクタマテリアル社（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．）から市販されてい
る。

【００２２】マウントブラケット１０２の脚部は、アノ
ード１０４とマウントバー１１０との間のギャップをそ
の分増大するために、０．０３０インチ増大された。ビ
ーム形成器（モリブデン製）７０は左側におけるスロッ
ト７３′（図２において見えている）を排除することに
より変更され、スロットの代わりに６−３２（米国規
格）スクリュウを通過させるに充分な孔クリアランス７
３が設けられている。左側のタブ７１は、以前スロット
であった領域を覆うために長くされ、かくて、ビーム形
成器の剛性を高め、かつ短絡を引き起こす傾向のあった
反りや持上がりの可能性を減じている。これにより、ビ
ーム形成枠とアノードとの間で両者間の距離に亘り短絡
回路の可能性を減じている。

【００２３】マウントバー１１０は高電圧の離間用絶縁
体９０をフィラメントブロックから遠ざけるためにその
長さが延長されている。

【００２４】アノード（タンタル製）は、アノードとマ
ウントバーとの間のより大きなギャップを補償し、かく
て同一のビーム形成性能を与えるために、その垂直方向
高さが増大されている。アノードの厚さは耐反り性を増
大するために０．０３０インチから０．０６０インチに
増大されている。

【００２５】ここで列挙された部品の寸法は、既存の部
品との適合の必要性および銃全体が制限されたスペース
に適合する必要性によって厳密に押さえられている。好
ましくは、増大した距離あるいは増大した材料の厚さは
所定の寸法より０．０１０インチを越えずに小さくすべ
きである。

【００２６】当業者は、例示した本発明の実施例に対し
種々の変形がなされ得ること、および例示された改良の
いくらかあるいは全ては異なる組合わせで用いられ得る
ことを容易に認識するであろうから、請求項は示された
実施例に限定されるよう意図されていない。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、短絡を排除する絶縁物質を設けるようにした
ので、誘導加熱によりこの絶縁体に損傷を与えることな
く粒子の蒸発が可能であり、この結果エミッター銃にお
いて短絡による故障時間が排除される。

【００２８】さらに、ビーム形成器とアノードとの間の
ギャップを増大すること、およびひび割れたセラミック
絶縁体を排除するという機械的改良によって半導体工程
で用いられる蒸発装置における電子ビーム用のエミッタ
ー銃が改良される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエミッター銃の分解斜視図であ
る。

【図２】従来のエミッター銃の分解斜視図である。

【図３】本発明実施例の詳細を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 矩形状セラミック部材 ２０ 絶縁スペーサ ３０ フィラメント ４０，５０ カソードブロック ６０，８０ クランプ ７０ ビーム形成器 ９０ 円筒状絶縁体 １０２ マウントブラケット １０４ アノード １１０ マウントバー １２０ エミッター支持バー １３０，１４０ フィラメントバスバー １５０ フランジ付絶縁体 １６０ 円筒状シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ エドウィン ホリハン アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンジャーズ フォールズ サブラ レーン 17 (72)発明者 ヘルムート ルドルフ パウエレイト アメリカ合衆国 12528 ニューヨーク州 ハイランド フェルスン レーン ６ (72)発明者 ジェラルド ジョーゼフ スリス アメリカ合衆国 12601 ニューヨーク州 パフキープシィ ブルックランズ ファ ーム ロード 48

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィラメントを機械的に支持し第１のＺ
   軸に沿い該フィラメントを通過して延び、それぞれのフ
   ィラメントブロックの先端部で終了する第１およびう第
   ２のフィラメントブロックの間に接続され、熱放射によ
   り電子を発生するフィラメント、 前記第１および第２のフィラメントブロックにそれぞれ
   接続される第１および第２のバスバー、 一片のシート片で形成されて前記第２のフィラメントブ
   ロックに取付けられ、前記第２のフィラメントブロック
   から水平方向に延び前記第１の軸に直交する第２のＸ軸
   に沿い前記第１のフィラメントブロックにオーバラップ
   するビーム形成器であって、前記第１のフィラメントブ
   ロックから絶縁スペーサによって分離され、これにより
   前記第１および第２の軸に直交する第３のＹ軸に沿う前
   および後のビーム形成器ギャップが画成されているビー
   ム形成器、 アノードブラケットによって支持された一片のシート片
   で形成されて前記ビーム形成器の背後で初期位置から垂
   直方向に延び、それから前記ビーム形成器の前に下向き
   に延び、これにより前および後のビーム形成器−アノー
   ドギャップを画成するアノード、 を有するエミッター銃アッセンブリにおいて、 前記後のビーム形成器−アノードギャップ内における前
   記アノードの前表面が絶縁され、および前記アノードブ
   ラケットの頂部表面が絶縁され、これにより接近してい
   る要素間の短絡の形成が減少されていることを特徴とす
   るエミッター銃アッセンブリ。
2. 【請求項２】 細長いアノードブラケットは前記第２の
   軸に沿い０．０２０インチより大きい所定のアノード延
   長量だけ延びており、これにより後のビーム形成器−ア
   ノードギャップが増大され、 および前記アノードは０．０２０インチより大きい所定
   の垂直方向アノード延長量だけ垂直方向に延びており、
   これにより垂直方向のビーム形成器−アノードギャップ
   が同じ量増大されている請求項１に記載のエミッター銃
   アッセンブリ。
3. 【請求項３】 前記アノードは少なくとも０．０５０イ
   ンチの厚さのタンタルから形成されている請求項１に記
   載のエミッター銃アッセンブリ。
4. 【請求項４】 前記絶縁体は隣接する電極間における電
   子の直接の流れを妨げるに十分な厚みを有するが、前記
   隣接する電極の一方に設けられた物質を通しての高周波
   エネルギの流れを許容し、これにより直流径路の形成の
   ない高周波加熱により堆積された物質が除去される請求
   項１ないし３のいずれかに記載のエミッター銃アッセン
   ブリ。
5. 【請求項５】 前記第１および第２のバスバーは０．０
   ５０インチより大きい所定のバスバー厚みを有し、前記
   第１および第２のフィラメントブロックは、第１および
   第２の高電圧離隔絶縁体によってエミッター支持バーに
   取付けられているマウントバーに支持され、前記エミッ
   ター支持バーは前記第１および第２のバスバーと整列さ
   れて形成された凹部を有しそれらの下側に設けられてお
   り、これにより前記第１および第２のバスバーと前記エ
   ミッター支持バーとの垂直方向離隔距離が減少されてい
   る請求項１に記載のエミッター銃アッセンブリ。