CN102484024B

CN102484024B - 电子枪、真空处理装置

Info

Publication number: CN102484024B
Application number: CN201080041421.9A
Authority: CN
Inventors: 渡边将也; 楠本淑郎
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: TWI476805B; TW201130008A; JPWO2011034086A1; JP5186599B2; CN102484024A; WO2011034086A1

Abstract

本发明的电子枪的特征在于，在比阳极电极（23）靠近发射口（13）侧具备被施加了相对于阳极电极（23）为正电压的推斥电极（24），所述推斥电极（24）将通过电子束与残留气体的碰撞而产生的沿着中心轴线（28）向阴极电极（21）方向行进的正离子向真空槽（18）侧推回。由于所述推斥电极（24）是圆筒形形状，所以不使电子束的轨道弯曲。此外，由于在所述推斥电极（24）形成有许多细孔，所以推斥电极（24）内的气体通过所述细孔而被真空排气。由此，能够提供防止正离子入射到阴极电极（21）的长寿命的电子枪。

Description

电子枪、真空处理装置

技术领域

本发明涉及电子枪。

背景技术

电子枪是对发射的电子进行加速并且使其会聚为束状，并对配置在真空槽内的对象物照射电子束的装置，例如在对于对象物照射电子束进行加热而在真空气氛中进行基板的成膜的成膜装置中使用。

当这样的电子束在电子枪的内部、真空槽的内部行进时，与残留的气体碰撞，产生正带电的离子。

该正离子被电子束的空间电荷吸引，会聚在电子束的中心轴线上，进而朝向电位低的阴极电极沿着中心轴线反向行进。

在真空槽内、电子发射口附近产生的正离子最终被阴极电极吸引并被加速，与阴极电极碰撞。

由于该碰撞导致的离子冲击，阴极电极蒙受损伤，产生电子发射面的后退、变形，在严重情况下在中心部产生穿孔，成为阴极电极的寿命缩短的主要原因。此外，通过离子的碰撞，阴极电极被溅射，飞散的阴极电极材料主要附着在阳极电极，这导致阳极电极由于温度变化等而剥离等的事态，也成为异常放电的原因。

专利文献1：日本特公平07-007648号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明正是为了解决上述现有技术的问题而创造的，其目在于提供一种电子枪，该电子枪防止电子和残留气体在真空槽内部、电子枪内部碰撞而产生的正离子与阴极电极碰撞，并是长寿命的。

用于解决课题的手段

本发明是一种电子枪，其中，具备：阴极电极，其被加热并发射热电子；维纳尔电极，对从所述阴极电极发射的电子束进行会聚；阳极电极，具有阳极孔，相对于所述阴极电极而被施加正电压，所述热电子作为电子束而通过所述阳极孔；推斥电极（repeller electrode），相对于所述阳极电极而被施加正电压，设置在所述阳极电极与发射所述电子束的发射口之间，使所述电子束沿着中心轴线而通过；以及发射口，将通过了所述推斥电极的所述电子束发射。

本发明是一种电子枪，具有：配置有所述阴极电极、所述维纳尔电极、所述阳极电极以及所述推斥电极的框体，在所述框体中，设置有对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述阴极电极之间的部分进行真空排气的第1真空排气口，和对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述发射口之间的部分进行真空排气的第2真空排气口。

本发明是一种电子枪，其中，在所述推斥电极形成有细孔，位于被所述推斥电极包围的空间中的气体通过所述细孔而从所述第2真空排气口被真空排气。

本发明是一种电子枪，其中，所述推斥电极通过网状的导电材料而被成形为圆筒形形状。

本发明是一种电子枪，其中，在所述推斥电极中，内周面位于同一的筒形状的侧面。

本发明是一种真空处理装置，其中，具有：真空槽；上述任一种的电子枪，所述真空槽的内部与所述电子枪的内部连接，在所述真空槽内配置有照射对象物，该照射对象物被从所述发射口所发射的所述电子束照射。

本发明以上述方式构成，推斥电极是使电子束通过其中心轴线上的轴对称的圆筒形形状或者是环形形状，与阳极电极相比配置在电子束的下流侧。

以对推斥电极施加相对于阳极电极的正电压，将从发射口侧朝向推斥电极飞来的正离子推回至发射口侧的方式而构成。

发明的效果

通过推斥电极将在电子束的中心轴线上溯流而上的正离子推回至真空槽侧，从而能防止阴极电极的损伤并延长寿命。同时，使通过离子轰击（Ion-Bombard）而被溅射的阴极电极材料附着在阳极电极上所导致的异常放电的发生情况减少。

此外，由于在推斥电极形成有细孔，能够经由细孔来对于被推斥电极包围的空间进行真空排气，所以即使设置推斥电极也不会妨碍中间室的排气。

附图说明

图1是用于说明本发明的电子枪的图。

图2是用于说明去除了推斥电极时的电子枪内部的正离子的动的图。

图3是用于说明本发明的一例的电子枪内部的正离子的动的图。

图4是用于说明本发明的一例的电子枪的电子束的轨道外形的图。

图5（a）是用于说明本发明的一例的真空处理装置的图，（b）是用于说明以导电性的网形成的推斥电极的图。

附图标记说明

2 真空处理装置；

3 基板；

4 蒸镀材料；

5 基板夹具；

6 真空槽用真空泵

10 电子枪；

11 框体；

12 底面；

13 发射口；

16、17 真空泵；

18 真空槽；

21 阴极电极；

22 维纳尔电极；

23 阳极电极；

24 推斥电极；

25 维纳尔孔；

26 阳极孔；

28 中心轴线；

31 第1会聚线圈；

32 第2会聚线圈；

33 摆动线圈；

34 第1真空排气口；

35 第2真空排气口。

具体实施方式

图5（a）是本发明的一例的真空处理装置2，在真空槽18的内部配置有蒸镀材料4，在蒸镀材料4的上方配置有基板夹具5。

在真空槽18连接有真空槽用真空泵6，通过该真空槽用真空泵6对真空槽18内部进行真空排气，一边维持真空气氛一边将基板3搬入到真空槽18内并保持在基板夹具5。

在真空槽18的壁面、顶板处安装有本发明的电子枪10，对电子枪10内直接真空排气而一边使电子枪10内与真空槽18内相比为高真空的气氛，一边从电子枪10将电子束发射到真空槽18内，当对蒸镀材料4照射时，蒸镀材料4在真空气氛中蒸发，其蒸气到达基板3并在基板3表面形成蒸镀材料4的薄膜。

图1表示本发明的电子枪10的内部的示意图。

该电子枪10具备筒状的框体11，在框体11的一个端部形成有发射口13。在与发射口13相反侧的底面12上配置有阴极电极21。此外，在与阴极电极21接近并分离的位置配置有维纳尔（Wehnelt）电极22。

维纳尔电极22是在中央具备作为贯通孔的维纳尔孔25的环形状，具有与阴极电极21相同的中心轴线28，以维纳尔孔25的内表面与阴极侧面相邻的方式配置。

在与阴极电极21和维纳尔电极22相比靠近发射口13侧，从维纳尔电极22侧起将阳极电极23和推斥电极24以该顺序配置。

阳极电极23是在中央具有作为贯通孔的阳极孔26的环形状，推斥电极24是将一端朝向阴极电极21侧并将另一端朝向发射口13侧的筒形状，推斥电极24的中心轴线28通过阴极电极21的中心，此外，维纳尔电极22的中心轴线与阳极电极23的中心轴线设为一致。在这里，推斥电极24是圆筒形状，以使推斥电极24内部的电场成为轴对称。

框体11以框体11的内部经由发射口13与真空槽18的内部连接的方式安装在真空槽18，框体11与真空槽18均连接于接地电位。

在框体11以及真空槽18的外部配置有电源装置30，各电极21~24连接于电源装置30。

在框体11设置有第1、第2真空排气口34、35，第1、第2真空排气口34、35与真空泵16、17连接。在这里，第1、第2真空排气口34、35分别与不同的真空泵16、17连接。

在使用真空处理装置2时，预先使真空槽用真空泵6和连接于第1、第2真空排气口34、35的真空泵16、17工作，对真空槽18的内部与框体11的内部进行真空排气。

在阴极电极21的背面配置有加热装置38，一边使加热装置38发热来对阴极电极21加热，一边通过电源装置30对阴极电极21施加相对于接地电位的负电压，对维纳尔电极22施加与阴极电极21相同的电压。对阳极电极23施加相对于阴极电极21的正电压。在这里，阳极电极23连接于接地电位。

对阴极电极21施加负的高电压（例如-40kV），从阴极电极21发射的热电子通过维纳尔电极22与阳极电极23被会聚为束状，通过阳极电极23被加速，通过维纳尔孔25与阳极孔26，并沿着推斥电极24的中心轴线28行进，通过推斥电极24内。

通过电源装置30，对推斥电极24施加相对于阳极电极23的正电压，但是由于束的中心轴与推斥电极24的中心轴线28一致，所以是不会有束的轴对称性崩溃的情况。

当比较各电极21~24的电位时，是维纳尔电极=阴极电极＜阳极电极＜推斥电极的顺序，在这里，阳极电极23连接于接地电位。

符号31、32、33分别为第1会聚线圈与第2会聚线圈以及摆动线圈，第1会聚线圈31位于阳极电极23的一部分的外侧，包围阳极电极23的一部分而配置。

第2会聚线圈32和摆动线圈33与第1会聚线圈31相比位于电子束的下流侧，从第1会聚线圈31侧起按该顺序以包围电子束的轨道的方式配置。推斥电极24位于第1会聚线圈31与第2会聚线圈32之间。

电子束通过第1、第2会聚线圈31、32而被会聚，从发射口13发射，照射到真空槽18内的对象物。

图4的符号L₁是表示对推斥电极24施加了相对于接地电位是300V的正电压时的电子束的轨道外形的曲线，确认了其与未设置推斥电极24时是大致相同的形状。因此，可知被施加正电压的推斥电极24不会对第1、第2会聚线圈31、32的电子束会聚作用造成不良影响。

此图4以及后述的图2、图3仅示出电子枪10以及推斥电极24的中心轴线28的配置有排气口的单侧。

再有，当使摆动线圈33工作时，从发射口13发射的电子束的行进方向摆动，对于对象物能够照射比电子束的剖面积更大的范围。

上述的第1真空排气口34构成为连接于框体11内部的空间中的、作为阳极电极23与阴极电极21之间的部分的电子枪室，对位于电子枪室的气体进行真空排气。

此外，第2真空排气口35构成为连接于框体11内部的空间中作为阳极电极23与发射口13之间的、与第2会聚线圈32相比接近阴极21的部分的中间室，对位于中间室内的气体进行真空排气。

在这里，如上述那样，电子束在推斥电极24的中心轴线28上沿着中心轴线28延伸的方向行进，第2真空排气口35被配置在推斥电极24的外侧。

推斥电极24是如图5（b）中所示那样，由金属制的网41所构成，位于中间室的气体是通过网41的网眼42从第2真空排气口35被真空排气。

另外，在上述的实施例中，虽是采用金属制的网，但是也能用多根的金属制的细棒以位于相同的圆筒的侧面的方式，与电子束的行进方向平行地等间隔配置，构成筒状形状的推斥电极24。此外，也可以将形成有许多细孔的导电性的板成形为圆板状来做成推斥电极24。此外，也可以对金属制的中空圆筒的一部分进行细缝加工、切缺加工，例如加工为皇冠状或者是加工为螺旋形状来做成推斥电极24。

在这些推斥电极24中，气体能够通过细孔、细缝或者是切缺口，通过后的气体从第2真空排气口35被真空排气。

在任何推斥电极24的情况下，在细缝、切缺口、细孔或其它的气体通过单元中，优选设置成当以与电子束的中心轴线垂直相交的平面切断推斥电极24时气体通过手段以电子束的中心轴线为中心而成为旋转对称，使得不对电子束的轨道造成影响。

对推斥电极24的功能进行说明，当将相对于阳极电极23的正电压施加到推斥电极24时，推斥电极24的中心轴线28的位置的电位与不存在推斥电极24的现有技术的电子枪相比，向正电压侧上升。

在电子枪10的框体11的内部，通过从第1、第2真空排气口34、35的真空排气，电子枪室的压力变得比中间室的压力低，中间室的压力变得低于比中间室接近真空槽18的部分的压力。

真空槽18的内部、框体11内部的比中间室接近真空槽18的部分是压力高的空间，电子束与许多残留气体碰撞，残留气体电离而产生正离子。

所产生的正离子集中在电位低的电子束的中心轴线，进而朝向负电位大的阴极电极21侧行进。

在本发明的电子枪10中，因为对推斥电极24施加相对于阳极电极23为正的电压，所以推斥电极24的中心轴线28的电位与不存在被施加正电压的推斥电极24时相比上升。

特别是在本发明中，对于推斥电极24施加如下电压，即，即使在从阴极电极21发射的电子束在推斥电极24的中心轴线28上行进时，推斥电极24的中心轴线28上的电位在推斥电极24包围的内部也变为最大值的电压。

因此，在发射口13与推斥电极24之间，形成有比发射口13靠近推斥电极24侧的电位高于靠近发射口13侧的电位的电场，在真空槽18内部、比推斥电极24靠近发射口13的空间内产生的正离子，通过该电场而被推回，不会超越推斥电极24所形成的电场而侵入阴极电极21侧。

图3是模拟在从图1的构造的电子枪的阴极电极21照射电子束时位于电子枪10的内部的正离子的行动的结果，通过附加有符号A的点划线来包围表示被阴极电极21吸引而入射到阴极电极21的正离子所处的范围。

此外，通过附加有符号B的点划线来包围表示即使照射电子束也不会到达阴极电极21的正离子所处的范围。

电子枪室与中间室分别从第1、第2真空排气口34、35被直接真空排气，电子枪室被设为1×10^-4Pa以下的压力，中间室被设为1×10^-3Pa以下的压力，实际上几乎不会产生正离子，入射到阴极电极21的正离子是微少的。

模拟的条件是推斥电极24的电位为+300V，维纳尔电极22的电位为-40kV，阴极电极21的电位为-40kV，阳极电极23为0V（接地电位），电子束电流是6A。作为离子初速赋予了1000K的随机的热速度。

在此条件下，可知位于比推斥电极24靠近发射口13侧的正离子不向阴极电极21侧移动，在真空槽18内、接近于真空槽18的空间中大量产生的正离子不会入射到阴极电极21。

图2是从图1的构造的电子枪10去除了推斥电极24后的电子枪的模拟结果，是除了不存在被施加正电压的推斥电极24之外，与图1的电子枪10为相同构造的电子枪的模拟结果。

与推斥电极24所处的部分相比接近发射口13的位置的正离子（符号A的范围）入射到阴极电极21，由于该位置的残留气体的压力高，所以大量产生的正离子入射，因此可知阴极电极21会快速损伤。

另外，在上述实施例中，针对本发明的真空处理装置为蒸镀装置的情况进行了说明，但是本发明并不被限定于蒸镀装置，也包含其他的真空处理装置。

此外，在上述实施例中，推斥电极24的内周与外周均为圆筒状，但是只要内周面为圆筒状的话，外周面就算不是圆筒也可。

推斥电极的剖面形状优选如同上述实施例那样是不会对于电子束的轨道造成影响的圆形，但是根据装置构成上的制约、制造成本的情况，也可以是勒洛三角形（Reuleaux triangle）或者是外摆线圆曲线（茧型）等的将多角形和圆弧组合起来的形状。

此外，也包含内周面能和圆筒形状的侧面密接的螺旋形状的推斥电极，也可以将相互电连接的多个圆形环以相互平行地并使中心位于相同的中心轴线上的方式来构成推斥电极。

此外，也可以将相互电连接的棒状的电极在1个圆的圆周上相互平行地并与圆柱成直角地设置来构成推斥电极。

总之，上述实施例的推斥电极24是使内周面位于同一的筒形状的侧面的推斥电极的一例。

此外，并不限定于圆筒，也可以是内周面的一方的开口比另一方的开口广阔的圆锥台形状的推斥电极。

Claims

1.一种电子枪，其中，具有：

阴极电极，其被加热并发射热电子；

维纳尔电极，对从所述阴极电极发射的所述热电子进行会聚；

阳极电极，具有阳极孔，相对于所述阴极电极而被施加正电压，被会聚的所述热电子作为电子束而通过所述阳极孔；以及

推斥电极，相对于所述阳极电极而被施加正电压，设置在所述阳极电极与发射所述电子束的发射口之间，使所述电子束沿着中心轴线而通过，

将通过了所述推斥电极的所述电子束从所述发射口发射，

在与所述阴极电极和所述维纳尔电极相比靠近所述发射口侧，从所述维纳尔电极侧起依次配置所述阳极电极和所述推斥电极，

通过施加到所述推斥电极的正电压，在所述发射口和所述推斥电极之间形成所述推斥电极侧的电位高于所述发射口侧的电位的电场，比所述推斥电极靠近所述发射口的空间内产生的正离子通过所述推斥电极侧的电位高于所述发射口侧的电位的电场而被推回。

2.一种电子枪，其中，具有

阴极电极，其被加热并发射热电子；

阳极电极，具有阳极孔，相对于所述阴极电极而被施加正电压，被会聚的所述热电子作为电子束而通过所述阳极孔；

圆筒形形状的推斥电极，相对于所述阳极电极被施加正电压，通过了所述阳极孔的所述电子束沿着中心轴线在所述中心轴线上行进；以及

框体，配置有所述阴极电极、所述维纳尔电极、所述阳极电极以及所述推斥电极，

通过了所述推斥电极的所述电子束从发射口发射，

通过施加到所述推斥电极的正电压，在所述发射口和所述推斥电极之间形成所述推斥电极侧的电位高于所述发射口侧的电位的电场，比所述推斥电极靠近所述发射口的空间内产生的正离子通过所述推斥电极侧的电位高于所述发射口侧的电位的电场而被推回，

在所述框体中，设置有对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述阴极电极之间的部分进行真空排气的第1真空排气口，和对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述发射口之间的部分进行真空排气的第2真空排气口。

3.根据权利要求2所述的电子枪，其中，

在所述推斥电极形成有细孔，

位于被所述推斥电极包围的空间中的气体通过所述细孔而从所述第2真空排气口被真空排气。

4.一种电子枪，其中，具有

阴极电极，其被加热并发射热电子；

圆筒形形状的推斥电极，相对于所述阳极电极被施加正电压，通过了所述阳极孔的所述电子束沿着中心轴线在所述中心轴线上行进，

通过了所述推斥电极的所述电子束从发射口发射，

在框体中，设置有对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述阴极电极之间的部分进行真空排气的第1真空排气口，和对所述框体内的空间中的所述阳极电极与所述发射口之间的部分进行真空排气的第2真空排气口，

在所述推斥电极形成有细孔，

5.根据权利要求1至权利要求3的任意一项所述的电子枪，其中，所述推斥电极通过网状的导电材料而被成形为圆筒形形状。

6.根据权利要求1至权利要求3的任意一项所述的电子枪，其中，在所述推斥电极中，内周面位于同一的筒形状的侧面。

7.一种真空处理装置，其中，具有：

真空槽；以及

权利要求1至权利要求3的任一项所述的电子枪，

所述真空槽的内部与所述电子枪的内部连接，

在所述真空槽内配置有照射对象物，该照射对象物被从所述发射口所发射的所述电子束照射。