JP2009043613A - Pulsed electron beam generating device, and pulsed electron beam film deposition device - Google Patents

Pulsed electron beam generating device, and pulsed electron beam film deposition device Download PDF

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Masashi Kawasaki
雅司 川▲崎▼
Masaki Watanabe
真祈 渡辺
Takushi Kita
拓志 木太
Tateya Murai
盾哉 村井
Kazuo Ebisumori
一雄 戎森
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Tohoku University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulsed electron beam generating device capable of continuously generating a large number of electron beam pulses, and an electron beam film deposition device using the above device. <P>SOLUTION: In this pulsed electron beam generating device 8 equipped with a pulsed electron beam generating part 8a to generate pulsed electron beams, and a guide tube 8b forming a hollow tube made of an insulating material, which is connected to the pulsed electron beam generating part 8a to guide the generated electron beam to a target surface, a cylindrical structure 8c for coating a part of the side of the guide tube is mounted to the guide tube with a gap provided between itself and the surface of the guide tube 8b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルス電子ビームを安定して発生することが可能なパルス電子ビーム発生装置およびこのパルス電子ビーム発生装置を用いた成膜装置に関する。   The present invention relates to a pulsed electron beam generator capable of stably generating a pulsed electron beam and a film forming apparatus using the pulsed electron beam generator.

パルス電子ビーム堆積法(PED法)とは、基板に対向して設置されたターゲットの表面にパルス化された電子ビームを照射することにより、ターゲット表面の一部をアブレージョンし、これによって生じたプラズマ流を基板に付着させることによって、基板上にターゲットと同一物質の膜を形成する方法である。この方法は、ターゲットのアブレージョンに連続した電子ビームを使用する通常の電子ビーム蒸着法とは異なって、高い出力密度を得ることが可能なパルス状の電子ビームを用いている。そのため、ターゲット物質の融点あるいは比熱といった熱力学的特性に大きく依存することなくアブレージョンを行いうるので、ターゲット物質が複合材料の場合に特に有用な成膜方法である。また、ナノコンポジット材料の開発に当たって有用な手段を提供するものとして、その将来が期待されている。   In the pulsed electron beam deposition method (PED method), a part of the target surface is ablated by irradiating a pulsed electron beam onto the surface of the target placed opposite to the substrate, and the plasma generated thereby. In this method, a film made of the same material as the target is formed on the substrate by attaching a flow to the substrate. This method uses a pulsed electron beam capable of obtaining a high power density, unlike a normal electron beam vapor deposition method using a continuous electron beam for target abrasion. Therefore, ablation can be performed without largely depending on the thermodynamic characteristics such as the melting point or specific heat of the target material, and this is a particularly useful film forming method when the target material is a composite material. In addition, the future is expected to provide a useful means in the development of nanocomposite materials.

パルス電子ビーム堆積法は理論としては比較的以前から提案されている。例えば、特許文献1は、パルス電子ビーム成膜装置に使用されるパルス電子ビーム発生装置の基本的な構造を開示している。この装置では、プラズマ源に電界を印加することによって取り出した電子ビームを誘電体のガイドチューブによってターゲット上に導き、ターゲット成分を蒸発させるようにしている。電子ビームは、誘電体のガイドチューブに設けた磁石によって曲げられ、ターゲット表面上に誘導される。   The pulsed electron beam deposition method has been proposed in theory for a relatively long time. For example, Patent Document 1 discloses a basic structure of a pulsed electron beam generator used in a pulsed electron beam film forming apparatus. In this apparatus, an electron beam taken out by applying an electric field to a plasma source is guided onto a target by a dielectric guide tube to evaporate the target component. The electron beam is bent by a magnet provided in a dielectric guide tube and guided onto the target surface.

また、特許文献2はパルス電子ビーム発生の原理と構成を記載している。特に、高品質の電子ビームを高い発射回数で出射することを意図して改良を行ったパルス電子ビーム発生装置を開示している。なお、現在市販されているパルス電子ビーム発生装置としては、Neocera社製のPEBS−20が存在するのみである。   Patent Document 2 describes the principle and configuration of pulsed electron beam generation. In particular, a pulsed electron beam generator improved with the intention of emitting a high-quality electron beam with a high number of firings is disclosed. Note that there is only PEBS-20 manufactured by Neocera as a pulsed electron beam generator currently on the market.

特表平07−501654号Special table 07-501654 特表2005−518637号Special table 2005-518637

上述したように、パルス電子ビーム堆積法は理論としては比較的以前から提案されているが、成膜装置として製品化されたのは最近のことである。その重要な原因として、パルス電子ビーム発生装置を安定して長時間連続駆動することが難しいことがある。成膜中にパルス電子ビーム発生装置が異常停止すると、必要な厚さの成膜を行うことができない。パルス電子ビームの励起電圧にもよるが、現在入手可能な装置の場合、数百〜数千程度のパルス電子ビームを発射することにより装置が異常停止し、その結果成膜作業が不完全なまま終了する。   As described above, the pulsed electron beam deposition method has been proposed in theory for a relatively long time, but has recently been commercialized as a film forming apparatus. An important cause is that it is difficult to stably drive the pulsed electron beam generator for a long time. If the pulsed electron beam generator stops abnormally during film formation, film formation with a required thickness cannot be performed. Although it depends on the excitation voltage of the pulsed electron beam, in the case of currently available equipment, the equipment is abnormally stopped by firing several hundred to several thousands of pulsed electron beams, resulting in incomplete film formation. finish.

したがって、実用に耐えうるパルス電子ビーム成膜装置を得るためには、安定して長時間作動し、成膜の途中で異常停止しないパルス電子ビーム発生装置を得ることが必須である。なお、ここで、長時間作動するとは、連続して発射可能な総パルス数が大きいことを意味している。   Therefore, in order to obtain a pulsed electron beam film forming apparatus that can withstand practical use, it is essential to obtain a pulsed electron beam generating apparatus that operates stably for a long time and does not stop abnormally during film formation. Here, operating for a long time means that the total number of pulses that can be continuously emitted is large.

本発明は、従来のパルス電子ビーム発生装置の上記のような問題を解決するためになされたもので、安定して長時間動作可能なパルス電子ビーム発生装置および実用に耐えうるパルス電子ビーム成膜装置を得ることを課題とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the conventional pulsed electron beam generator, and can be stably operated for a long time, and a pulsed electron beam film that can withstand practical use. It is an object to obtain a device.

上記課題を解決するために、本発明の第1のパルス電子ビーム発生装置は、パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブとを備えるパルス電子ビーム発生装置において、前記ガイドチューブ側面の少なくとも一部を被覆する筒状構造物を、前記ガイドチューブ表面と空隙を設けて取り付けている。   In order to solve the above problems, a first pulsed electron beam generator of the present invention comprises a pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam and a hollow tube made of an insulating material. A pulsed electron beam generating apparatus connected to the pulsed electron beam generating unit and including a guide tube for guiding the generated electron beam to a target surface, and covering at least a part of a side surface of the guide tube The structure is attached with a space from the guide tube surface.

パルス電子ビーム発生装置を使用して成膜を行う場合、ターゲット表面から蒸発したターゲット物質がパルス電子ビーム発生装置の方向に飛散し、その先端部に設けられたガイドチューブに付着して徐々に堆積する。ターゲット物質が導電性である場合、ガイドチューブへのターゲット物質の堆積によってガイドチューブの絶縁性が破壊される。堆積の進行と共に絶縁性の破壊が進行し、ガイドチューブ先端部からパルス電子ビーム発生部に到る導電路が形成されると、ガイドチューブ先端より放出されてターゲット表面へ向かうべき電荷がガイドチューブ表面を伝わって、パルス電子ビーム発生部および真空槽本体へ逃げてしまう。その結果、パルス電子ビーム装置の正常な動作が損なわれ、装置が異常停止するものと考えられる。   When film formation is performed using a pulsed electron beam generator, the target material evaporated from the target surface scatters in the direction of the pulsed electron beam generator and adheres to the guide tube provided at the tip of the target material and gradually accumulates. To do. When the target material is conductive, the insulating property of the guide tube is destroyed by the deposition of the target material on the guide tube. When the breakdown of insulation progresses with the progress of deposition, and a conductive path is formed from the tip of the guide tube to the pulsed electron beam generator, the charge that is released from the tip of the guide tube and is directed to the target surface is transferred to the surface of the guide tube. And escapes to the pulsed electron beam generator and the vacuum chamber body. As a result, it is considered that the normal operation of the pulsed electron beam apparatus is impaired and the apparatus is abnormally stopped.

また、パルス電子ビームの発生中、ガイドチューブは例えば300℃近くの高温になり、ターゲット材料がMgのような蒸発し易いものである場合、付着したターゲット成分が再蒸発し易い。パルス電子ビームの発生には低圧の不活性ガス雰囲気が不可欠であり、蒸発したターゲット成分の分圧が高くなると、パルス電子ビームの発生に悪影響を及ぼす。   Further, during the generation of the pulsed electron beam, the guide tube becomes a high temperature, for example, near 300 ° C., and when the target material is easily evaporated such as Mg, the attached target component is easily evaporated again. A low-pressure inert gas atmosphere is indispensable for the generation of the pulsed electron beam. If the partial pressure of the evaporated target component is increased, the generation of the pulsed electron beam is adversely affected.

ところが上記本発明の第1のパルス電子ビーム発生装置では、筒状構造体によってガイドチューブの少なくとも一部分が被覆されているので、成膜中、ガイドチューブ表面へのターゲット成分の付着が部分的に防止され、ガイドチューブの絶縁性の低下が抑制される。また、ガイドチューブ側面に取り付けた筒状構造体は、ガイドチューブと熱的に離間されているので、パルス電子ビームの発生中であってもその温度は低く維持される。そのため、ガイドチューブ表面より再蒸発したターゲット成分は筒状構造体に接触して冷やされ凝結するので、ターゲット成分の分圧上昇に寄与することはない。   However, in the first pulsed electron beam generator of the present invention, at least a part of the guide tube is covered with the cylindrical structure, so that the target component is partially prevented from adhering to the surface of the guide tube during film formation. Thus, a decrease in the insulating properties of the guide tube is suppressed. Moreover, since the cylindrical structure attached to the side surface of the guide tube is thermally separated from the guide tube, the temperature is kept low even during the generation of the pulsed electron beam. Therefore, the target component re-evaporated from the surface of the guide tube contacts the cylindrical structure and is cooled and condensed, so that it does not contribute to an increase in the partial pressure of the target component.

本発明の上記第1のパルス電子ビーム発生装置では、以上のような理由により、多数の電子ビームパルスを連続して発生することができるようになる。   The first pulsed electron beam generator of the present invention can generate a large number of electron beam pulses continuously for the reasons described above.

上記課題を解決するために、本発明の第2のパルス電子ビーム発生装置は、パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブとを備えるパルス電子ビーム発生装置において、前記ガイドチューブ側面の一部を繊維性のシート状構造体で被覆している。なお、このシート状構造体は、ガラスウールあるいはセラミッククロスで構成されていても良い。   In order to solve the above problems, a second pulsed electron beam generator of the present invention comprises a pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam, and a hollow tube made of an insulating material. A pulsed electron beam generator connected to the pulsed electron beam generating unit and for guiding the generated electron beam to a target surface, wherein a part of the side surface of the guide tube is a fibrous sheet It is covered with a structure. The sheet-like structure may be made of glass wool or ceramic cloth.

上記第2のパルス電子ビーム発生装置では、ガイドチューブの少なくとも一部分が、絶縁性のシート状構造体で被覆されているので、ガイドチューブ表面へのターゲット成分の付着を部分的に抑制することができる。また、繊維性のシート状構造体表面はガイドチューブ表面と比較して充分に低い温度に維持されるので、シート表面に付着したターゲット成分の再蒸発を抑制することができる。この結果、多数の電子ビームパルスを連続して発生することが可能な、パルス電子ビーム発生装置を実現することができる。   In the second pulsed electron beam generator, since at least a part of the guide tube is covered with the insulating sheet-like structure, adhesion of the target component to the surface of the guide tube can be partially suppressed. . Further, since the surface of the fibrous sheet-like structure is maintained at a sufficiently low temperature as compared with the surface of the guide tube, re-evaporation of the target component attached to the sheet surface can be suppressed. As a result, it is possible to realize a pulsed electron beam generator that can continuously generate a large number of electron beam pulses.

さらに、成膜作業の終了後、シート状構造体をガイドチューブ表面から剥ぎ取り、新しいものと交換するのみで、表面に付着したターゲット成分を除去することができる。そのため、成膜作業の終了後の定期的なガイドチューブの洗浄あるいは交換が不要となり、装置のメインテナンス性が向上する。   Furthermore, after the film forming operation is completed, the target component attached to the surface can be removed simply by peeling the sheet-like structure from the surface of the guide tube and replacing it with a new one. This eliminates the need for periodic cleaning or replacement of the guide tube after completion of the film forming operation, improving the maintainability of the apparatus.

上記課題を解決するために、本発明の第3のパルス電子ビーム発生装置は、パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブとを備えるパルス電子ビーム発生装置において、前記ガイドチューブ側面を加熱する加熱機構を設けている。この加熱機構は、前記ガイドチューブを構成する側壁部材中に埋め込まれたヒータで構成されていても良い。   In order to solve the above-mentioned problems, a third pulsed electron beam generator of the present invention comprises a pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam, and a hollow tube made of an insulating material. A pulsed electron beam generator connected to the pulsed electron beam generation unit and provided with a guide tube for guiding the generated electron beam to a target surface, and a heating mechanism for heating a side surface of the guide tube is provided. . This heating mechanism may be constituted by a heater embedded in a side wall member constituting the guide tube.

上記第3のパルス電子ビーム発生装置によれば、成膜作業の終了後、真空槽内に酸素を含むガスを導入して加熱機構を作動させることにより、ガイドチューブ表面に付着した、例えば金属等のターゲット成分を酸化させて絶縁体とすることができる。ターゲット成分が絶縁体となれば、ガイドチューブの絶縁性は損なわれない。そのため、ガイドチューブを洗浄しあるいは交換することなく再生して、次の成膜作業に使用することができるので、多数の電子ビームパルスを連続して安定的に発生することが可能なパルス電子ビーム発生装置を得ることができる。また、このパルス電子ビーム発生装置を用いた成膜装置のメインテナンス性が向上する。   According to the third pulsed electron beam generator, after the film forming operation is completed, a gas containing oxygen is introduced into the vacuum chamber and the heating mechanism is operated, for example, metal attached to the surface of the guide tube. The target component can be oxidized to form an insulator. If the target component is an insulator, the insulating properties of the guide tube are not impaired. As a result, the guide tube can be regenerated without being cleaned or replaced and used for the next film-forming operation. Therefore, a pulsed electron beam that can stably generate a large number of electron beam pulses continuously. A generator can be obtained. In addition, the maintainability of the film forming apparatus using this pulsed electron beam generator is improved.

上記課題を解決するために、本発明のパルス電子ビーム成膜装置は、真空槽と、前記真空槽内に設けられ、パルス電子ビームが照射されるターゲットを保持するためのターゲット保持台と、前記真空槽内に設けられ、前記ターゲットへのパルス電子ビームの照射によって蒸発したターゲット材料により成膜される基板を保持するための基板保持台と、前記ターゲット保持台に保持されたターゲットにパルス電子ビームを照射するためのパルス電子ビーム発生装置とを備えるパルス電子ビーム成膜装置において、前記パルス電子ビーム発生装置を前記第1乃至第3のいずれかのパルス電子ビーム発生装置で構成する。   In order to solve the above-described problems, a pulsed electron beam film forming apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a target holding table that is provided in the vacuum chamber and holds a target irradiated with a pulsed electron beam, A substrate holder provided in a vacuum chamber for holding a substrate formed by a target material evaporated by irradiation of a pulsed electron beam to the target, and a pulsed electron beam on the target held by the target holding table A pulsed electron beam film forming apparatus comprising the pulsed electron beam generating apparatus for irradiating the light source, wherein the pulsed electron beam generating apparatus comprises any one of the first to third pulsed electron beam generating apparatuses.

上記構造のパルス電子ビーム成膜装置では、ガイドチューブの絶縁性の低下が抑制され、かつガイドチューブ等に付着したターゲット成分の再蒸発が抑制されるので、パルス電子ビーム発生装置が連続して安定的に多くの電子ビームパルスを発生することができるようになる。その結果、実用に耐えうる成膜作業を実行することが可能となる。   In the pulsed electron beam deposition apparatus having the above structure, the deterioration of the insulating properties of the guide tube is suppressed, and the re-evaporation of the target component adhering to the guide tube or the like is suppressed, so that the pulsed electron beam generator is continuously stable. Therefore, many electron beam pulses can be generated. As a result, it is possible to execute a film forming operation that can withstand practical use.

以上に述べたように、本発明のパルス電子ビーム発生装置では、成膜中のガイドチューブの絶縁性の低下が抑制され、また、ガイドチューブ等に付着したターゲット成分の再蒸発も抑制されるので、多数の電子ビームパルスを連続して安定的に発生することができる。また、このパルス電子ビーム発生装置を用いた成膜装置では、実用に耐えうる成膜作業を実施することが可能となる。   As described above, in the pulsed electron beam generator of the present invention, the deterioration of the insulating properties of the guide tube during film formation is suppressed, and the re-evaporation of the target component adhering to the guide tube and the like is also suppressed. A large number of electron beam pulses can be generated continuously and stably. In addition, in a film forming apparatus using this pulsed electron beam generator, it is possible to carry out a film forming operation that can withstand practical use.

[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1にかかるパルス電子ビーム成膜装置の概略構成を示す図である。図において、1は真空槽であって、ターボ分子ポンプなどの排気装置を連結するための連結部2およびマスフローコントローラなどのガス導入装置を連結するための連結部3を有している。真空槽1内には、ターゲット4を保持するターゲット保持部5、成膜するための基板6を保持する基板保持部7が設けられている。8は、ターゲット4にパルス電子ビームを照射するためのパルス電子ビーム発生装置である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a pulsed electron beam film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum tank, which has a connecting portion 2 for connecting an exhaust device such as a turbo molecular pump and a connecting portion 3 for connecting a gas introducing device such as a mass flow controller. In the vacuum chamber 1, a target holding unit 5 that holds the target 4 and a substrate holding unit 7 that holds a substrate 6 for film formation are provided. Reference numeral 8 denotes a pulsed electron beam generator for irradiating the target 4 with a pulsed electron beam.

図2は、図1の成膜装置による基板6上への成膜の原理、およびパルス電子ビーム発生装置8の詳細構造を示す拡大図である。図1の装置では、図2に示すように、パルス電子ビーム発生装置8からターゲット4に対して、例えば角度40°でパルス状の電子ビームを照射することにより、ターゲット物質を蒸発、アブレージョンさせ、プラズマ流9を生成する。このプラズマ流が基板6に達して堆積することにより、ターゲットと同一物質の膜が基板6上に形成される。   FIG. 2 is an enlarged view showing the principle of film formation on the substrate 6 by the film formation apparatus of FIG. 1 and the detailed structure of the pulsed electron beam generator 8. In the apparatus of FIG. 1, as shown in FIG. 2, the target material is evaporated and ablated by irradiating the target 4 from the pulsed electron beam generator 8 with a pulsed electron beam at an angle of 40 °, for example. A plasma stream 9 is generated. As the plasma flow reaches the substrate 6 and is deposited, a film of the same material as the target is formed on the substrate 6.

パルス電子ビーム発生装置8は、図2に示すように、パルス電子ビーム発生部8aと絶縁性のガイドチューブ8bで構成されている。ガイドチューブ8bは、パルス電子ビーム発生部8aで生成されフォーカスされたパルス電子ビームを、ターゲット4の表面にガイドするために設けられたものである。本実施形態ではガイドチューブ8bを絶縁性材料で構成された円筒形のチューブとしている。ガイドチューブ8bが絶縁体である必要性については諸説あり、パルス電子ビーム発生部8aからフローティングされていれば金属性であっても良いとする説もあるが、しかしながらパルス電子ビーム発生部8aおよび真空槽1とは絶縁されていなければならない。   As shown in FIG. 2, the pulsed electron beam generator 8 includes a pulsed electron beam generator 8a and an insulating guide tube 8b. The guide tube 8 b is provided for guiding the focused pulsed electron beam generated by the pulsed electron beam generator 8 a to the surface of the target 4. In the present embodiment, the guide tube 8b is a cylindrical tube made of an insulating material. There are various theories about the necessity of the guide tube 8b being an insulator, and there is a theory that the guide tube 8b may be metallic as long as it is floating from the pulsed electron beam generating unit 8a. However, the pulsed electron beam generating unit 8a and the vacuum It must be insulated from the tank 1.

パルス電子ビーム発生装置8は、図2に示すように、ガイドチューブ8bの先端付近にガイドチューブ8bの一部を覆うように円筒状構造物8cを設けた構造を有する。円筒状構造物8cは熱容量の大きな絶縁性材料で構成されることが好ましく、ガイドチューブ8bへの取り付け構造は特に規定しないが、ガイドチューブ8bの熱が円筒状構造物8cに伝わり難い構造が好ましい。   As shown in FIG. 2, the pulsed electron beam generator 8 has a structure in which a cylindrical structure 8c is provided in the vicinity of the tip of the guide tube 8b so as to cover a part of the guide tube 8b. The cylindrical structure 8c is preferably made of an insulating material having a large heat capacity, and a mounting structure to the guide tube 8b is not particularly defined, but a structure in which the heat of the guide tube 8b is not easily transmitted to the cylindrical structure 8c is preferable. .

図3の(a)に円筒状構造物8cを取り付けた状態のガイドチューブ8bの側面図を示し、(b)にその断面図を示す。図(b)に示すように、円筒状構造物8cは、固定具8d、8eによってガイドチューブ8bに2点で固定されている。そのため、ガイドチューブ8bの熱が円筒状構造物8cに伝わり難い。固定具8d、8eは、熱伝導性の低い材料で構成されることが好ましい。   FIG. 3A shows a side view of the guide tube 8b with the cylindrical structure 8c attached thereto, and FIG. 3B shows a cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2B, the cylindrical structure 8c is fixed to the guide tube 8b at two points by fixtures 8d and 8e. Therefore, it is difficult for the heat of the guide tube 8b to be transmitted to the cylindrical structure 8c. The fixtures 8d and 8e are preferably made of a material having low thermal conductivity.

図2に示すように、パルス電子ビーム発生器8によってパルス電子ビームをターゲット4に照射すると、ターゲット成分が蒸発しプラズマ流9となって基板6の方向へ飛散するが、一部はガイドチューブ8bの方向に向かい、ガイドチューブ8bの表面に付着して堆積する。円筒状構造物8cはガイドチューブ8bの一部分をカバーしているので、ターゲット成分のガイドチューブ8b表面への付着が部分的に防止される。また、ガイドチューブ8bの先端部分は、パルス電子ビームの照射中、200〜300℃程度の高温となるが、円筒状構造物8cは熱伝導性の低い固定具8d、8eによりガイドチューブ8bの表面とは離れて固定されているため、ガイドチューブ8bの熱が伝わり難く、成膜作業中、ガイドチューブ8cよりかなり低温に維持される。   As shown in FIG. 2, when the pulsed electron beam generator 8 irradiates the target 4 with the pulsed electron beam, the target component evaporates and becomes a plasma flow 9 and scatters in the direction of the substrate 6, but part of the guide tube 8b. In this direction, it adheres and accumulates on the surface of the guide tube 8b. Since the cylindrical structure 8c covers a part of the guide tube 8b, adhesion of the target component to the surface of the guide tube 8b is partially prevented. The tip portion of the guide tube 8b becomes a high temperature of about 200 to 300 ° C. during irradiation with the pulsed electron beam, but the cylindrical structure 8c is fixed to the surface of the guide tube 8b by the fixtures 8d and 8e having low thermal conductivity. Since the heat of the guide tube 8b is difficult to be transmitted, the guide tube 8b is kept at a considerably lower temperature than the guide tube 8c during the film forming operation.

さらに、パルス電子ビーム発生装置の動作中、真空槽内は数mTorrまで減圧されているので、Mg、Zn等の蒸気圧の高い元素がガイドチューブ8bに付着した場合、これらの物質の再蒸発が起こる。[課題を解決するための手段]の項でも説明したように、パルス電子ビームの発生には低圧の不活性ガス雰囲気が不可欠であり、蒸発したターゲット成分の分圧が高くなると、パルス電子ビームの発生に悪影響を及ぼす。   Further, during operation of the pulsed electron beam generator, the inside of the vacuum chamber is depressurized to several mTorr. Therefore, when an element with a high vapor pressure such as Mg or Zn adheres to the guide tube 8b, these substances are re-evaporated. Occur. As described in the section [Means for Solving the Problems], a low-pressure inert gas atmosphere is indispensable for the generation of a pulsed electron beam. When the partial pressure of the evaporated target component increases, Adversely affects outbreaks.

ところが、図2、3に示す本実施形態のガイドチューブ8bでは、パルス電子ビーム発生装置8の動作中であっても、円筒状構造物8cが低温に維持されるので、ガイドチューブ8bから再蒸発したターゲット成分は、低温の円筒状構造物8cに接触することにより凝結されてこれに付着する。これにより、真空槽内のターゲット成分の分圧をパルス電子ビームの発生に悪影響を及ぼすことがない程度に低く保つことができる。   However, in the guide tube 8b of the present embodiment shown in FIGS. 2 and 3, since the cylindrical structure 8c is maintained at a low temperature even during the operation of the pulsed electron beam generator 8, it is reevaporated from the guide tube 8b. The target component thus condensed is brought into contact with the low-temperature cylindrical structure 8c and adheres thereto. Thereby, the partial pressure of the target component in the vacuum chamber can be kept low enough not to adversely affect the generation of the pulsed electron beam.

なお、本実施形態において、図3に示した円筒状構造物8cは必ずしも円筒状である必要はなく、ガイドチューブ8bの側面の周囲を被覆することができる筒状であれば、どのような形状でも良い。   In the present embodiment, the cylindrical structure 8c shown in FIG. 3 does not necessarily have a cylindrical shape, and any shape can be used as long as it can cover the periphery of the side surface of the guide tube 8b. But it ’s okay.

[実施形態2]
図4は、本発明の実施形態2にかかるパルス電子ビーム発生装置の、特にガイドチューブ先端部分の構造を示す図である。本実施形態では、ガイドチューブ8bの先端付近にシート状構造体8fを巻きつけた構成を特徴とする。シート状構造体8fは、ガラス、セラミックス等の高温に耐える絶縁性材料で構成された、繊維状あるいは織物状の構造体、即ち、ガラスウールあるいはセラミッククロスであり、ガイドチューブ8bに巻きつけあるいは剥がすことができるようにシート状とされている。このようなシート状構造体8fでは、ガイドチューブ8bに巻きつけた場合、シートの表面温度はガイドチューブ8bの表面と比較して充分に低くなり、そのためシート表面に付着したターゲット成分の再蒸発を抑制することができる。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a view showing the structure of the tip portion of the guide tube of the pulsed electron beam generator according to Embodiment 2 of the present invention. The present embodiment is characterized in that a sheet-like structure 8f is wound around the tip of the guide tube 8b. The sheet-like structure 8f is a fibrous or woven structure made of an insulating material that can withstand high temperatures such as glass and ceramics, that is, glass wool or ceramic cloth, and is wound around or peeled off from the guide tube 8b. It is in the form of a sheet so that it can be used. In such a sheet-like structure 8f, when wound around the guide tube 8b, the surface temperature of the sheet is sufficiently lower than the surface of the guide tube 8b, so that the re-evaporation of the target component adhering to the sheet surface is prevented. Can be suppressed.

また、成膜作業の終了後、成膜装置のメインテナンスを行う場合、シート状構造体8fをガイドチューブ8bから剥がして新しいシート状構造体と取り替えることにより、シート表面に付着したターゲット成分を容易に除去することができる。そのため、成膜装置のメインテナンスの一環として必要であったガイドチューブの洗浄が不要となる効果がある。   Further, when maintenance of the film forming apparatus is performed after the film forming operation is completed, the target component attached to the sheet surface can be easily removed by removing the sheet-like structure 8f from the guide tube 8b and replacing it with a new sheet-like structure. Can be removed. Therefore, there is an effect that it is not necessary to clean the guide tube, which is necessary as part of maintenance of the film forming apparatus.

[実施形態3]
図5は、本発明の実施形態4にかかるパルス電子ビーム発生装置の、特にガイドチューブの先端部分の構造を示す断面図である。本実施形態では、ガイドチューブ8bに加熱機構を付与したことを特徴とする。即ち、図5(a)に示すように、ガイドチューブ8bの側壁を構成する部材81内にヒータ82を埋め込み、あるいは図(b)に示すように、ガイドチューブ8bの側面上にヒータ82を埋め込んだ加熱部材83を取り付ける。
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the tip portion of the guide tube of the pulsed electron beam generator according to Embodiment 4 of the present invention. The present embodiment is characterized in that a heating mechanism is provided to the guide tube 8b. That is, as shown in FIG. 5A, the heater 82 is embedded in the member 81 constituting the side wall of the guide tube 8b, or as shown in FIG. 5B, the heater 82 is embedded on the side surface of the guide tube 8b. A heating member 83 is attached.

成膜中、パルス電子ビームの照射によって蒸発したターゲット成分がガイドチューブ8bへ付着することを完全に防止することはできない。ターゲット成分の付着が少なく、成膜作業の終了時までガイドチューブ8bの絶縁性が保持されている場合であっても、次の成膜作業を行う場合にはガイドチューブ8bを洗浄し、あるいはガイドチューブ8bを新しいものと交換して、前回の成膜作業時にガイドチューブ8bに付着したターゲット成分の影響を取り除かなければならない。   During film formation, it is impossible to completely prevent the target component evaporated by irradiation with the pulsed electron beam from adhering to the guide tube 8b. Even when there is little adhesion of the target component and the insulating property of the guide tube 8b is maintained until the end of the film forming operation, the guide tube 8b is washed or guided when the next film forming operation is performed. The tube 8b must be replaced with a new one, and the influence of the target component adhering to the guide tube 8b during the previous film forming operation must be removed.

しかしながら、本実施形態のガイドチューブ8bを用いる場合、一回の成膜作業が終了した時点で、真空槽内に酸素を含んだガスを充填しヒータ82に通電してガイドチューブ8bを充分高温に加熱する。これによって、ガイドチューブ8bの表面に付着し堆積した金属のような導電性物質は酸化されて絶縁体となり、ガイドチューブの絶縁性破壊の要因となることはない。そのため、ガイドチューブ8bを洗浄しあるいは交換することなく再利用することが可能となる。   However, when the guide tube 8b of the present embodiment is used, when one film forming operation is completed, the gas containing oxygen is filled in the vacuum chamber, and the heater 82 is energized to bring the guide tube 8b to a sufficiently high temperature. Heat. As a result, the conductive material such as metal deposited and deposited on the surface of the guide tube 8b is oxidized to become an insulator, and does not cause a dielectric breakdown of the guide tube. Therefore, the guide tube 8b can be reused without being washed or replaced.

なお、図5では、加熱機構を設けたガイドチューブ8bを単独で示しているが、このようなガイドチューブ8bを、上述した本発明の実施形態1または2に示すガイドチューブとして用いることも可能である。即ち、図3または4に示すガイドチューブに、図5に示すような加熱機構を設けてガイドチューブのメインテナンス性を向上させることができる。   In FIG. 5, the guide tube 8b provided with a heating mechanism is shown alone, but such a guide tube 8b can also be used as the guide tube shown in the first or second embodiment of the present invention. is there. That is, the guide tube shown in FIG. 3 or 4 can be provided with a heating mechanism as shown in FIG. 5 to improve the maintainability of the guide tube.

[発明の効果の検証]
図6は、本発明を適用したパルス電子ビーム成膜装置と、従来のパルス電子ビーム成膜装置とを用いて成膜実験を行った結果を比較する表である。実験は、真空槽内に配置するターゲット材料としてMgを用い、アルミナ製の基板をターゲット材料に対して対向配置して行った。パルス電子ビーム発生装置は、ターゲットに対して40度の角度となるように配置した。パルス電子ビーム発生部は、Neocera社製のPEBS−20を使用し、本発明の装置ではガイドチューブとして図3に示す構造のものを取り付けた。従来の装置では、円筒状構造物8cを設けないガイドチューブを使用した。実験例1、2、3は、ガイドチューブの径、フィンの径、フィン間の間隔等を変えて行ったものである。
[Verification of the effect of the invention]
FIG. 6 is a table comparing results of film formation experiments using a pulsed electron beam film forming apparatus to which the present invention is applied and a conventional pulsed electron beam film forming apparatus. In the experiment, Mg was used as a target material to be placed in the vacuum chamber, and an alumina substrate was placed facing the target material. The pulsed electron beam generator was disposed at an angle of 40 degrees with respect to the target. As the pulsed electron beam generator, PEBS-20 manufactured by Neocera was used, and in the apparatus of the present invention, a guide tube having the structure shown in FIG. 3 was attached. In the conventional apparatus, a guide tube without the cylindrical structure 8c is used. Experimental examples 1, 2, and 3 are performed by changing the diameter of the guide tube, the diameter of the fin, the interval between the fins, and the like.

実験条件は次の通りである。
ガス導入前真空槽内圧力:3×10−8torr以下
導入ガス種:Ar−1%H
ガス導入量:1.55cc/分
ガス導入後真空槽内圧力:5×10−3torr
パルス電子ビーム発生装置における加速電圧:図6に示す2水準
パルス電子ビーム発生装置におけるパルス周波数:5Hz
ガイドチューブ先端/ターゲット表面距離:図6に示す3水準
The experimental conditions are as follows.
Pressure inside vacuum chamber before gas introduction: 3 × 10 −8 torr or less Introduced gas type: Ar-1% H 2
Gas introduction amount: 1.55 cc / min Pressure inside the vacuum chamber after gas introduction: 5 × 10 −3 torr
Acceleration voltage in pulsed electron beam generator: 2 levels shown in FIG. 6 Pulse frequency in pulsed electron beam generator: 5 Hz
Guide tube tip / target surface distance: 3 levels shown in FIG.

図6の、「パルス電子ビーム発生装置が異常を検知して停止するまでの総パルス数」の項を参照することによって明らかなように、従来の装置では、数百パルスを発生することによってパルス電子ビーム発生装置が異常停止するが、本発明の装置では、ターゲット材料として蒸気圧の高いMgを用いたにもかかわらず、実験例1、2、3の何れでも、10,000パルス以内では装置が異常停止することはなかった。これにより、本発明の顕著な効果を理解することができる。   As is apparent by referring to the section of “Total number of pulses until the pulsed electron beam generator detects an abnormality and stops” in FIG. 6, the conventional apparatus generates pulses by generating several hundred pulses. Although the electron beam generator is abnormally stopped, in the apparatus of the present invention, although Mg having a high vapor pressure is used as the target material, the apparatus is within 10,000 pulses in any of Experimental Examples 1, 2, and 3. Never stopped abnormally. Thereby, the remarkable effect of this invention can be understood.

本発明の実施形態1にかかるパルス電子ビーム成膜装置の概略構造を示す図。1 is a diagram showing a schematic structure of a pulsed electron beam film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図1に示す装置による成膜原理を説明するための図。The figure for demonstrating the film-forming principle by the apparatus shown in FIG. 図2に示すガイドチューブの構造を示す図。The figure which shows the structure of the guide tube shown in FIG. 本発明の実施形態2にかかるパルス電子ビーム発生装置のガイドチューブ部分の構成を示す図。The figure which shows the structure of the guide tube part of the pulsed electron beam generator concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3にかかるパルス電子ビーム発生装置のガイドチューブ部分の構成を示す図。The figure which shows the structure of the guide tube part of the pulsed electron beam generator concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明にかかる成膜装置と従来の成膜装置の動作結果を比較した表。The table | surface which compared the operation | movement result of the film-forming apparatus concerning this invention, and the conventional film-forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空槽
4 ターゲット
5 ターゲット保持台
6 基板
7 基板保持台
8 パルス電子ビーム発生装置
8a パルス電子ビーム発生部
8b ガイドチューブ
8c 円筒状構造物
8d、8e 結合具
8f シート状構造体
81 ガイドチューブ側壁部材
82 ヒータ
83 加熱部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 4 Target 5 Target holding stand 6 Substrate 7 Substrate holding stand 8 Pulsed electron beam generator 8a Pulsed electron beam generating part 8b Guide tube 8c Cylindrical structure 8d, 8e Joiner 8f Sheet-like structure 81 Guide tube side wall member 82 Heater 83 Heating member

Claims (6)

パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、
絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブと、を備えるパルス電子ビーム発生装置において、
前記ガイドチューブ側面の少なくとも一部を被覆する筒状構造物を、前記ガイドチューブ表面と空隙を設けて取り付けたことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
A pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam;
In a pulsed electron beam generator comprising: a hollow tube made of an insulating material, and a guide tube connected to the pulsed electron beam generator and guiding the generated electron beam to a target surface;
A pulsed electron beam generator, wherein a cylindrical structure covering at least a part of a side surface of the guide tube is attached with a space from the guide tube surface.
パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、
絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブと、を備えるパルス電子ビーム発生装置において、
前記ガイドチューブ側面の一部を繊維性のシート状構造体で被覆したことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
A pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam;
In a pulsed electron beam generator comprising: a hollow tube made of an insulating material, and a guide tube connected to the pulsed electron beam generator and guiding the generated electron beam to a target surface;
A pulsed electron beam generator, wherein a part of a side surface of the guide tube is covered with a fibrous sheet-like structure.
請求項1に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、前記シート状構造体はガラスウールまたはセラミッククロスで構成されていることを特徴とする、請求項2に記載のパルス電子ビーム発生装置。   The pulsed electron beam generator according to claim 1, wherein the sheet-like structure is made of glass wool or ceramic cloth. パルス状の電子ビームを発生するためのパルス電子ビーム発生部と、
絶縁材料で構成された中空のチューブであって、前記パルス電子ビーム発生部に連結され、前記発生させた電子ビームをターゲット表面に案内するためのガイドチューブと、を備えるパルス電子ビーム発生装置において、
前記ガイドチューブ側面を加熱する加熱機構を設けたことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
A pulsed electron beam generator for generating a pulsed electron beam;
In a pulsed electron beam generator comprising: a hollow tube made of an insulating material, and a guide tube connected to the pulsed electron beam generator and guiding the generated electron beam to a target surface;
A pulsed electron beam generator having a heating mechanism for heating the side surface of the guide tube.
請求項4に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、前記加熱機構は前記ガイドチューブを構成する側壁部材中に埋め込まれたヒータであることを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。   5. The pulsed electron beam generator according to claim 4, wherein the heating mechanism is a heater embedded in a side wall member constituting the guide tube. 真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、パルス電子ビームが照射されるターゲットを保持するためのターゲット保持台と、
前記真空槽内に設けられ、前記ターゲットへのパルス電子ビームの照射によって蒸発したターゲット材料により成膜される基板を保持するための基板保持台と、
前記ターゲット保持台に保持されたターゲットにパルス電子ビームを照射するためのパルス電子ビーム発生装置と、を備えるパルス電子ビーム成膜装置において、
前記パルス電子ビーム発生装置を請求項1乃至5の何れか1項に記載のパルス電子ビーム発生装置で構成したことを特徴とする、パルス電子ビーム成膜装置。
A vacuum chamber;
A target holding base for holding a target which is provided in the vacuum chamber and irradiated with a pulsed electron beam;
A substrate holder for holding a substrate formed in a target material provided in the vacuum chamber and evaporated by irradiation of a pulsed electron beam to the target;
In a pulsed electron beam film forming apparatus comprising: a pulsed electron beam generator for irradiating a target held on the target holding table with a pulsed electron beam;
6. A pulsed electron beam film forming apparatus comprising the pulsed electron beam generating apparatus according to any one of claims 1 to 5.
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