JP2009043615A - パルス電子ビーム発生装置およびパルス電子ビーム成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って安定して動作するパルス電子ビーム発生装置およびこの装置を用いたパルス電子ビーム成膜装置を得る。
【解決手段】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（８a）と、絶縁材料で構成された中空のチューブであって、パルス電子ビーム発生部（８a）に連結され、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（８ｂ）とを備えるパルス電子ビーム発生装置（８）において、ガイドチューブ（８ｂ）の側面に、その長手方向と交差する方向に高さを有する絶縁材料のフィン（８ｃ）を、ガイドチューブ側面をほぼ一周するように設ける。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

特表平０７−５０１６５４号 特表２００５−５１８６３７号

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。

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。

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。

上記課題を解決するために、第１の発明にかかるパルス電子ビーム発生装置では、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、前記ガイドチューブ側面に、その長手方向と交差する方向に高さを有する絶縁材料のフィンを、前記ガイドチューブ側面をほぼ一周するように設けている。

前記フィンは円盤のような板状または椀状である。また、板状のフィンの場合、ガイドチューブ側面に少なくとも２個のフィンが設けられ、２個のフィンの間隔ａと前記フィンの高さｂとが、ｂ／ａ≧１の関係を有するように設定されている。

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。

上記本発明の第１のパルス電子ビーム発生装置では、絶縁性のガイドチューブに絶縁性のフィンを設けることによって、成膜中にガイドチューブに付着するターゲット物質の量を抑制するようにしている。また、フィンのターゲット方向とは反対の側のガイドチューブ表面上にターゲット物質が廻り込み難くなるので、ターゲット物質が付着しない小さな領域が形成される。そのため、ターゲット物質のガイドチューブへの付着が進んだ場合でも、ターゲット先端部分からパルス電子ビーム発生部に到る導電路が形成され難い。その結果として、ガイドチューブの絶縁性が比較的長く保持され、パルス電子ビーム装置は成膜中に異常停止することはない。

なお、板状のフィンを複数個設ける場合に、隣接する２個のフィン間の間隔ａよりもフィンの高さｂを大きくすることによって、フィン間にターゲット成分の粒子が侵入し難くなり、ガイドチューブ両端を導通する導電路が形成され難い。その結果、ガイドチューブの絶縁性がより長く保持され、パルス電子ビーム発生装置は長時間に亘って安定して動作するようになる。また、椀状のフィンの場合には、ターゲット成分粒子がフィンの背後（ターゲットとは反対の側）に廻り込み難い効果が顕著である。

なお、板状のフィンは必ずしもガイドチューブ全周を覆うものでなくても良い。複数のフィンが一部切り欠きを有するフィンである場合、切り欠き部を通してガイドチューブ両端を導通する導電路が形成されないように、それぞれの切り欠き部の配置を考慮する必要がある。

本発明の第２のパルス電子ビーム発生装置は、上記第１のパルス電子ビーム発生装置のフィンに代わって、ガイドチューブの側面を一周する少なくとも１個の溝を設けている。成膜中、この溝の中にターゲット成分粒子が侵入しにくいため、ガイドチューブは比較的長く絶縁性を保持し、その結果、パルス電子ビーム発生装置は長時間に亘って安定して動作するようになる。なお、溝の開口部の幅ａと溝の深さｂとがｂ／ａ≧１の関係を有するように構成することにより、ターゲット成分粒子がこの溝の中に侵入する確率をさらに低下させることができる。その結果、より長時間安定して動作するパルス電子ビーム発生装置を得ることができる。

本発明の第３のパルス電子ビーム発生装置は、第１、第２の装置に設けられたフィンおよび溝の両者を備えるガイドチューブを有している。その結果、ガイドチューブの絶縁性がより長く保持され、より長時間安定して動作するパルス電子ビーム発生装置を得ることができる。

本発明の第１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、前記パルス電子ビーム発生装置として、上記第１乃至第３のパルス電子ビーム発生装置を用いて構成される。

上述したように、本発明の第１乃至第３のパルス電子ビーム発生装置は、ガイドチューブの絶縁性が長時間に亘って破壊されずそれによって長時間安定して動作する。したがって、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できる。

本発明の第２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、前記パルス電子ビーム発生装置は、発生させたパルス電子ビームを前記ターゲット方向に案内するための絶縁性のガイドチューブを備え、さらに、前記ターゲット保持台はパルス電子ビーム出射口付近を残して前記ガイドチューブ先端部分をカバーするカバー部材を備えて構成される。

ターゲット保持台に、パルス電子ビーム発生装置のガイドチューブ先端部周辺をカバーするカバー部材を設けることによって、従来のパルス電子ビーム発生装置を用いて成膜作業を行った場合であっても、ターゲット成分粒子がガイドチューブ先端部に付着する量を大幅に抑制することができる。これによって、ガイドチューブの絶縁性が長時間保持され、パルス電子ビーム発生装置が長時間安定して動作するので、実用に耐えうる充分な成膜作業を実施することできる。

本発明の第３のパルス電子ビーム成膜装置は、上記第２のパルス電子ビーム成膜装置におけるガイドチューブに、本発明の第１乃至第３のパルス電子ビーム発生装置のガイドチューブに設けたフィン、溝またはフィンと溝の両者を備えて構成される。

この構成によって、成膜中のガイドチューブの絶縁性がさらに長く維持されるので、パルス電子ビーム発生装置がより長時間に亘って安定して動作し、実用に耐えうる充分な成膜作業を実施することが可能となる。

以上の様に、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が長時間に亘って維持されるため、高い回数のパルス電子ビーム発射に耐えうる。したがって、このパルス電子ビーム発生装置を用いた成膜装置では、実用に耐えうる充分な成膜作業の実施が可能となる。

［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。

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。

パルス電子ビーム発生装置８は、図２（ａ）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。

本実施形態にかかるパルス電子ビーム発生装置８は、図２（ａ）に示すように、ガイドチューブ８ｂの先端付近において、ガイドチューブ８ｂへのターゲット成分粒子の付着を抑制する絶縁性材料の、例えば円盤のような板状フィン８ｃを有している。フィン８ｃの形状は特に規定しないが、ガイドチューブ８ｂの長さ方向と交差する方向に比較的大きな面積を有していれば良い。また、図２（ｂ）に示すように、円盤状フィン８ｃは、ガイドチューブ８ｂの中心軸に対して傾斜して取り付けられていても良い。この場合、図（ａ）の場合よりもフィン８ｃをターゲット４に近づけることができるので、ターゲット成分粒子のガイドチューブ８ｂへの付着をさらに抑制することが可能となる。

図２（ａ）に示すように、ターゲット成分のアブレージョンによるプラズマ流９は方向性を有しているため、フィン８ｃが存在することによってフィン８ｃの後方（パルス電子ビーム発生部８ａ側）へのターゲット成分粒子の飛散が阻止され、ガイドチューブへのターゲット成分粒子の付着量が抑制される。さらにフィン８ｃの後方直下ではターゲット成分粒子の廻り込みによる付着が抑制されるので、その部分にターゲット成分粒子が付着しない小領域が形成され、ターゲット先端８ｄとパルス電子ビーム発生部８ａ間に導電性ターゲット成分粒子による導電路が形成され難い。そのため、ガイドチューブ８ｂとパルス電子ビーム発生装置８間の絶縁性が長時間に亘って保持され、その間、パルス電子ビーム発生装置８が正常に動作する。

図３は、パルス電子ビーム発生装置８を駆動して成膜中の、ガイドチューブ８ｂの先端部分の状態を示す図である。ガイドチューブ８ｂの先端からターゲット４にパルス電子ビームを照射すると、ターゲット材料がターゲット表面から蒸発しその一部はガイドチューブ８ｂの方向に向かって飛散しガイドチューブ８ｂに到達してこれに付着する。図３の９ａはガイドチューブ８ｂに付着し堆積したターゲット成分粒子を示す。なお、図３では、ターゲット成分粒子９ａは拡大して示してある。

本実施形態のガイドチューブ８ｂでは、その先端付近に例えば円盤状のフィン８ｃが形成されているので、ターゲット表面から飛散しガイドチューブ８ｂの方向に向かうターゲット成分粒子９ａはフィン８ｃによって阻止され、フィン８ｃの後方には向かわない。これによって、成膜作業中にガイドチューブ８ｂに付着するターゲット成分粒子９ａの量が大幅に抑制される。

一方、ガイドチューブ８ｂの方向以外に飛散したターゲット成分粒子であっても、真空槽１内のガス分子に衝突し種々の方向に散乱されてその一部はフィン８ｃの後方に達し、ガイドチューブ８ｃに付着する。しかしながら、フィン８ｃが存在することによって、散乱粒子がフィン８ｃの後方直下に廻りこんで付着することが抑制され、ガイドチューブ上に導電性粒子が存在しない小領域が形成される。その結果、ガイドチューブ両端を導通する電流の経路が形成され難くなる。

以上のように、実施形態１にかかるパルス電子ビーム生成装置では、ガイドチューブ８ｂに絶縁性材料で構成されるフィン８ｃが設けられているので、ターゲット成分粒子のガイドチューブへの付着が大幅に抑制される。また、導電性のターゲット成分粒子がガイドチューブに付着したとしても、フィンの存在によって、導電成分によるガイドチューブ先端からパルス電子ビーム発生部８ａへの通電経路が途中で遮断されるので、ガイドチューブ８ｂの絶縁性が長期間に亘って維持され、結果としてパルス電子ビーム発生装置が多くのパルス電子ビームを安定して発生することができるようになる。

図４は、図１、２に示すフィン８ｃの種々の変形例を示す図である。ガイドチューブ８ｂに設けるフィンは、ターゲット成分粒子がガイドチューブに付着することを防止できれば、必ずしも板状である必要はない。図８（ａ）はガイドチューブ８ｂに椀状のフィン８ｃ’を取り付けた状態を示し、図（ｂ）にその断面図を示す。椀状のフィン８ｃ’では、図１、２に示した円盤状のフィン８ｃと比べて、ターゲット成分粒子のフィン後方への回り込みをさらに効果的に防止することができる。図４（ｃ）では、椀状のフィン８ｃ’を開口部分をターゲット４の方向に向けて取り付けた例を示す。図（ｄ）はその場合の断面図である。図（ｃ）の形状のフィンでは、開口部によってターゲット成分粒子を確実に捕獲することができるので、ガイドチューブの他の部分に飛散するターゲット成分粒子量を抑制することができる。なお、図（ｅ）およびその断面図である図（ｆ）に示すように、椀状フィン８ｃ’に円盤状フィンで構成される補強材８１を設けることによって、椀状フィン８ｃ’の強度を向上させることができる。

［実施形態２］
図５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１８の概略構成を示す図である。本実施形態のパルス電子ビーム発生装置１８は、ガイドチューブ１８ｂに、少なくとも２個の円盤状フィン１８ｃで構成されるフィン状構造体２０を設けたことを特徴としている。フィン状構造体２０の各フィン１８ｃ１、１８ｃ２・・・１８ｃ５は絶縁性の材料で構成されている。これらのフィンの個数は少なくとも２個あればよく、また少なくとも１組の隣接するフィン間で、フィンの間隔ａとフィンの高さｂとの間に、ｂ／ａ≧１（式１）の関係を有していればよい。その他の条件、例えばフィンの位置、形状には特に規定されることはない。

図６は、成膜中のガイドチューブ１８ｂの先端部分の拡大図、図７の（ａ）〜（ｃ）は、フィン状構造物２０の隣接する２個のフィンの間隔ａとフィンの高さｂとの関係を示す図である。図６に示す例では、フィン状構造物２０は５個のフィン１８ｃ１〜１８ｃ５を含んでいるが、基本的には少なくとも２個のフィンを含んでいれば良い。このとき、隣接する２個のフィン、例えばフィン１８ｃ１と１８ｃ２において、上記式１の関係が成立するように２個のフィン１８ｃ１と１８ｃ２を構成することが好ましい。

図６に示すように、成膜作業中、パルス電子ビームの照射によってターゲット成分が蒸発し、その一部分がガイドチューブ１８ｂの方向に飛散してガイドチューブ先端付近に付着する。一方、ガイドチューブ１８ｂの方向以外に飛散したターゲット成分粒子であっても、真空槽１内のガス分子に衝突して種々の方向に散乱され、先頭のフィン１８ｃ１の後方（パルス電子ビーム発生部１８ａ側）に達してガイドチューブ１８ｂ上に付着し、同時に隣接する２個のフィン間の隙間にも侵入しようとする。

しかしながら、隣接する２個のフィン間の間隔ａに対してフィンの高さｂが大きい程、ターゲット成分粒子がこの隙間に侵入する確率が低下し、ガイドチューブ表面へのターゲット成分の付着を抑制することができる。そのため、ターゲット成分粒子９ａによって形成されるガイドチューブ１８ｂの先端からパルス電子ビーム発生装置１８に到る導電経路が途中で遮断され、成膜中であっても、ガイドチューブ１８ｂはパルス電子ビーム発生部１８ａに対して絶縁状態を比較的長時間に亘って維持することが可能となる。なお、ターゲット成分粒子のガイドチューブ表面への付着は、ｂ／ａの値が大きい程、より抑制される。

式１におけるａおよびｂは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すようにして決定する。即ち、図７（ａ）に示すように、フィン１８ｃ１と１８ｃ２とが同じ高さを有する場合、高さｂはフィン１８ｃ１または１８ｃ２がガイドチューブ１８ｂの外表面から突出した部分（フィンの高さ）として定義される。一方、図（ｂ）または（ｃ）に示すように、フィン１８ｃ１、１８ｃ２の高さが違う場合は、低い方のフィン１８ｃ１の高さによってｂを規定する。また、フィン１８ｃ１と１８ｃ２との間隔ａは、各フィンが図７（ａ）、（ｂ）に示すように平面状の先端を有する場合は、隣接する側面間を間隔ａと定義し、図（ｃ）に示すようにフィンの先端が突出している場合は先端間を間隔ａと定義する。

図８は、円盤状フィンの好ましい形状および好ましくない配置方法を示す図である。図８（ａ）に示すようにフィン１８ｃはガイドチューブ１８ｂの全周を覆うものでも良く、あるいは図（ｂ）に示すように一部に切り欠きを有するものでも良い。しかしながら、フィン１８ｃが切り欠きを有する場合、図（ｃ）に示すように切り欠き部１８ｅがガイドチューブ１８ｂの両端部分を連結するように、フィン１８ｃ１〜１８ｃ５を配置することは好ましくない。このような場合、例えば、各フィンの切り欠き部１８ｅを相互にずらして配置するか、あるいは複数のフィンのうちの１個を全周のフィンにすれば良い。

［実施形態３］
図９は、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先端部分を示す図である。本実施形態のパルス電子ビーム発生装置では、図示するように、絶縁性材料で構成されたガイドチューブ２１の先端２１ｅ付近に少なくとも１個の溝２１ｃを設けたことを特徴としている。溝２１ｃの幅、深さおよび位置については、実施形態１、２の場合と同様に特に規定しないが、実施形態２の場合と同様に、溝２１ｃの開口部幅ａと溝の深さｂとの間に、ｂ／ａ≧１の関係を有していることが望ましい。

このようなガイドチューブ２１では、ターゲット表面からガイドチューブ先端部分２１ｅの方向に飛来したターゲット成分粒子は、ガイドチューブ２１の表面には付着するが、実施形態２の場合と同様の理由で溝２１ｃ内には侵入し難く、そのため、導電性のターゲット成分粒子がガイドチューブ２１の両端間で連続した導電経路を形成するのが抑制される。これによって、ターゲット成分が導電性であっても、成膜中にガイドチューブの絶縁性が比較的長時間維持され、パルス電子ビーム発生装置はその間、安定して動作する。

なお、溝２１ｃはガイドチューブ２１の全周に亘って形成されること、即ち溝加工の始点および終点が連結されていることが好ましく、図１０に示すように、溝の始点と終点が連結されていないものは望ましくない。

［実施形態４］
図１１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ガイドチューブ先端部分を示す図である。本実施形態では、ガイドチューブ２２に、実施形態２に示した複数のフィン２３および実施形態３に示した複数の溝２１ｃの両方を設けることにより、より高い絶縁効果を発揮することができるようにしたものである。フィン２３の高さ、フィン間の幅、溝２１ｃの開口部の幅、溝の深さにおけるそれぞれの関係は、実施形態２および３で説明したものと同じである。

［実施形態５］
図１２は、本発明の実施形態５にかかる成膜装置の、特にターゲット保持部３０の構成を示す図である。本実施形態では、上記で説明した各実施形態とは異なり、ターゲット保持部３０上に設置されるターゲット３１と、パルス電子ビーム発生装置３２に設けたガイドチューブ３３の先端部分３４との間に、カバー３５を設けたことを特徴としている。例えば絶縁性のカバー３５は、図示するように、ガイドチューブ３３の先端部分３４をパルス電子ビームの出射口を除いてカバーする形状を有している。

そのため、ガイドチューブ３３の先端開口から出射したパルス電子ビームによってターゲット成分が蒸発した場合、ガイドチューブ３３方向に飛散するターゲット成分粒子はカバー３５によってガイドチューブ３３方向への飛散が阻止される。その結果、成膜中にガイドチューブ３３に付着する導電性のターゲット成分粒子の量が抑制され、ガイドチューブ３３の絶縁性が長期間保持される。これによって、パルス電子ビーム発生装置３２は、長時間に亘って安定して動作する。

図１２の装置では、パルス電子ビーム発生装置３２として、ガイドチューブ３３に実施形態１乃至４に示したフィンあるいは溝を設けないものを示しているが、ガイドチューブ３３にフィンあるいは溝、その両者を設けた構造のパルス電子ビーム発生装置を用いれば、ガイドチューブの絶縁性保持効果はさらに向上し、パルス電子ビーム発生装置はより安定して動作するようになる。

図１３は、図１２のパルス電子ビーム発生装置３２に代わって、図５に示すパルス電子ビーム発生装置１８を使用した状態を示す図である。この場合、ガイドチューブ１８ｂに複数の円盤状フィンからなるフィン状構造体２０が設けられているので、ガイドチューブ１８ｂへのターゲット成分粒子の付着がさらに抑制され、ガイドチューブはより長く絶縁性を保持する。

図１４は、図１２の成膜装置において、パルス電子ビーム発生装置のガイドチューブを図９に示した溝を有するガイドチューブ２１で構成した場合を示し、さらに図１５は、図１１に示すフィンおよび溝の両者を有するガイドチューブ２２で構成した場合を示す。何れの場合も、ガイドチューブへのターゲット成分粒子の付着がさらに抑制され、長期間に亘って安定して動作するパルス電子ビーム成膜装置を得ることができる。

［発明の効果の検証］
図１６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Ｔｉ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５に示す構造のものを取り付けた。従来の装置では、フィンあるいは溝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。

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_２
ガス導入量：図１５に示す３水準
ガス導入後真空槽内圧力：図１５に示す３水準
パルス電子ビーム発生装置における加速電圧：図１５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：図１５に示す２水準
ガイドチューブ先端／ターゲット表面距離：図１５に示す２水準

図１５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、数百から数千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、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。

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。 図１に示すパルス電子ビーム発生装置の構成を説明するための図。 図２に示すガイドチューブの絶縁性保持効果を説明するための図。 ガイドチューブに設けるフィンの種々の変形構造を示す図。 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概略構成を示す図。 図５に示すガイドチューブの絶縁性保持効果を説明するための図。 図６に示すフィンの構造を説明するための図。 図６に示すフィンの構造を説明するための図。 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におけるガイドチューブの構成を示す図。 実施形態３のガイドチューブの好ましくない構成を示す図。 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ガイドチューブの構成を示す図。 本発明の実施形態５にかかるパルス電子ビーム成膜装置の構成を示す図。 実施形態５の変形例を示す図。 実施形態５の他の変形例を示す図。 実施形態５のさらに他の変形例を示す図。 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。

符号の説明

１ パルス電子ビーム成膜装置
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 円盤状フィン
８ｃ’ 椀状フィン
９ プラズマ流
９ａ ターゲット成分粒子
１８ｃ フィン
２０ フィン状構造体
２１ ガイドチューブ
２１ｃ 溝
２２ ガイドチューブ
２３ フィン
３０ ターゲット保持台
３１ ターゲット
３５ カバー

Claims (9)

1. 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に、その長手方向と交差する方向に高さを有する絶縁材料のフィンを、前記ガイドチューブ側面をほぼ一周するように設けたことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
2. 請求項１に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、前記フィンは板状または椀状であることを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
3. 請求項１に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、前記フィンが板状のフィンである場合、当該フィンが前記ガイドチューブ側面に少なくとも２個設けられ、前記２個のフィンの間隔ａと前記フィンの高さｂとが、ｂ／ａ≧１の関係を有するように設定されていることを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
4. パルス状の電子ビームを生成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、前記電子ビームをターゲット表面にガイド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にその側面を一周する少なくとも１個の溝を設けたことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
5. 請求項３に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、前記溝の開口部の幅ａと溝の深さｂとがｂ／ａ≧１の関係を有するように構成されていることを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
6. 請求項１に記載のパルス電子ビーム発生装置であって、さらに、前記ガイドチューブ側面に前記ガイドチューブを一周する少なくとも１個の溝を設けたことを特徴とする、パルス電子ビーム発生装置。
7. 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６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。
8. 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案内するためのガイドチューブを有する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であって、
   前記ターゲット保持台は、パルス電子ビーム出射口付近を残して前記パルス電子ビーム発生装置の前記ガイドチューブ先端部分をカバーするカバー部材を備えることを特徴とする、パルス電子ビーム成膜装置。
9. 請求項８に記載のパルス電子ビーム成膜装置であって、前記パルス電子ビーム発生装置は請求項１乃至６の何れか１項に記載のパルス電子ビーム発生装置であることを特徴とする、パルス電子ビーム成膜装置。

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