JP2010251242A - 電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オペレータによる目視に基づく操作を行うことなく、自動的に、初期設定した大きさの断面の電子ビームを蒸発材料表面上に照射することが出来るようにする。
【解決手段】 蒸発材料３を収容した坩堝４と基板６が設けられたチャンバー１、及び、電子銃７、集束レンズ８、９、走査コイル１１が設けられた鏡筒２を備えており、温度検出器１８が取り付けられたアパーチャ１０を集束レンズ８による電子ビーム集束位置の近傍に配置し、温度検出器１８からのアパーチャ温度信号値を基準値と比較し、その差分を制御装置１３に送る演算回路１９を設け、制御装置１３からの指令により集束レンズ８の集束作用をコントロールする様に成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発材料を溶融蒸発させるための電子ビーム装置に関する。

電子ビームを物質表面に当てると熱を発生するが、その際、電子ビームを細く絞れば、極めて大きな電力密度となり熱を発生させることが可能である。その為、タングステン、モリブデン等の高融点金属、酸化珪素、酸化アルミニウム等の誘電体物質まで色々な物質を電子ビーム照射によって瞬時に溶融して蒸発させることが可能となる。

そして、近年、この様な電子ビームを発生する電子銃を備えた電子ビーム装置では、電子ビーム照射により蒸発物質を基板上に膜状に付着させることにより、種々のフィルム、ガラス、パネル、鋼板等への膜形成を行っている。

図１は電子ビーム装置の一例である膜形成装置の一概略例を示したものである。

図中１はチャンバーで、該チャンバーの側壁部分に電子光学系鏡筒２が取り付けられている。
前記チャンバー１の底部には蒸発材料３が収容される坩堝４が設けられており、上壁中央部にはホルダーを介して基板６が取り付けられている。

前記電子光学系鏡筒２内には、電子銃７、該電子銃からの電子ビームＥＢを集束させるための第一集束レンズ８、第二集束レンズ９、該第一集束レンズを通過した電子ビームＥＢの拡散を抑制するためのアパーチャ１０、前記第二集束レンズ９を通過した電子ビームＥＢで前記坩堝４内の蒸発材料３上を二次元的に走査するための走査コイル１１が設けられている。

図中１２は前記第一集束レンズ８によって集束された電子ビームＥＢの前記アパーチャ１０上での断面状態を観察するための覗き窓である。

図中１３は制御装置、１４は該制御装置からの指令に基づいて前記電子銃７を作動させるための電子銃電源、１５は該制御装置からの指令に基づいて前記第一集束レンズ８を作動させるための第一集束レンズ電源、１６は該制御電源からの指令に基づいて前記第二集束レンズ９を作動させるための第二集束レンズ電源、１７は該制御装置からの指令に基づいて前記走査コイル１１を作動させるための走査コイル電源である。

尚、図示しなかったが、前記チャンバー内を真空に排気するための排気装置、前記電子光学系鏡筒２内を真空に排気するための排気装置がそれぞれ設けられている。

この様な膜形成装置において、先ず、オペレータの指令に基づき、前記チャンバー１内と前記電子光学系鏡筒２内を排気装置（図示せず）により真空に排気する。

前記チャンバー１内と前記電子光学系鏡筒２内がそれぞれ所定の真空度に達したら、前記制御装置１３は前記電子銃７を作動させ、該電子銃からの電子を所定の加速度で坩堝４方向に向ける。

該電子銃からの電子ビームＥＢは前記第一集束レンズ８で集束され、その内、前記アパーチャ１０を通過した電子ビームＥＢは前記第二集束レンズ９で前記坩堝４に収容された前記蒸発材料３の表面上に集束される。この時、該電子ビームＥＢは前記走査コイル１１により該蒸発材料の表面上で二次元的に走査する。

この集束された電子ビームＥＢの蒸発材料表面上での走査により、前記蒸発材料３は加熱されて溶融し、蒸発する。そして、該蒸発物質が前記基板６の表面上に膜状に付着する。

さて、この様な基板への膜形成においては、常に一定レートで蒸発材料の蒸発を行うことにより、基板に良質の膜形成を行う様にしており、その為に、初期に設定された蒸発材料表面上での電子ビーム断面の大きさが常に保たれる様にしなければならない。

所で、前記蒸発材料３を加熱するための前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂを段階的に変化させ、該蒸発材料の溶融、蒸発が始まる蒸着過程において、前記電子ビームＥＢの集束状態は変化し、該変化に基づいて前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが変化する。又、前記チャンバー１内の圧力が変化した場合も、該チャンバー内に入って来た前記電子ビームＥＢの集束状態が変化し、該変化に基づいて前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが変化する。そこで、前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂの変化及び前記チャンバー１内の圧力変化に応じて、前記第一集束レンズ８の励磁状態を調節している。
更に、前記チャンバー１において、成膜制御装置（図示せず）は、一定の蒸発状態になるまで前記坩堝４上方のシャッター（図示せず）を閉じておき、一定の蒸発状態になったら該シャッターを開けて前記基板６に蒸発物質が付着する様にする。それと同時に、一定の蒸発状態になった時に、前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが最初に設定した初期状態になる様に前記第一集束レンズ８の励磁状態を調整している。

以下に、この調整について詳説する。

前記チャンバー１内に入って来た前記電子ビームＥＢの集束状態が前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂの変化及び前記チャンバー１内の圧力変化により変化すると、該変化に応じて前記集束レンズ等による電子ビームＥＢ全体の光学状態も変化する。そこで、電子ビームＥＢの集束状態、即ち、前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさを最初に設定した時、前記第一集束レンズ８で集束された電子ビームＥＢの内、前記アパーチャ１０の電子ビーム通過孔を通過出来ずに該通過孔の外側周辺部分に照射される電子照射領域（リング状のもので、以後、電子ビームフリンジと称す）の大きさを初期フリンジ基準大とする。

そして、前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂ及び前記チャンバー１内の圧力が一定になった時、前記覗き窓１２を通して、前記アパーチャ１０の電子銃側表面に形成されている電子ビームフリンジを観察し、該フリンジの大きさが初期フリンジ基準大に成る様に、キーボード等（図示せず）を操作して前記制御装置１３から前記第一集束レンズ電源１５に指令を送り、前記第一集束レンズ８の励磁状態を調整している。

その後、前記蒸発材料３の蒸発が進んでいくと、時間の進行と共に前記坩堝４内の蒸発材料３表面の高さが変化し、該蒸発材料表面上の電子ビームＥＢ断面の大きさも変化（大きくなる様に変化している）する。そこで、或る所定の時間毎に、前記高さが変化している蒸発材料表面上に最初に設定した断面の大きさの電子ビームＥＢが照射される様に、前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂを変えて調整している。この際、実際に、蒸発材料表面上に最初に設定した断面の大きさの電子ビームＥＢが照射されているかどうかを確認し、その微調整を、前記の調整と同じ様に、前記覗き窓１２を通して前記アパーチャ１０の電子銃側表面上における電子ビームフリンジを見て、該フリンジの大きさが各蒸発材料表面高さに対する基準の大きさ（高さフリンジ基準大）になる様に、キーボード等（図示せず）を操作して前記制御装置１３から前記第一集束レンズ電源１５に指令を送り、前記第一集束レンズ８の励磁状態を調整している。

この様な調整（蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが最初に設定した初期状態に調整する）により、常に一定レートで蒸発材料の蒸発を行うことにより、基板に良質の膜形成を行う様にしている。

特開平１０− １６２７６０号公報

しかし、前記目視に基づく調整はオペレータに多大な疲労を与えるばかりか、正確な調整が行われ難い。又、オペレータによる個人差が生じる問題がある。

本発明は、この様な問題を解決する新規な電子ビーム装置を提供することを目的とする。

本発明の電子ビーム装置は、蒸発材料を収容した容器と該蒸発材料の溶融に基づく蒸発物質が付着される基板が設けられたチャンバー、及び、電子銃と該電子銃からの電子ビームを前記蒸発材料上に集束するための集束系電子光学素子が設けられた鏡筒を備えた電子ビーム装置において、電子ビーム通過孔を有するアパーチャを前記鏡筒内の光軸上に配置すると共に、該アパーチャの温度を検出する温度検出器を設け、該温度検出器が検出した前記アパーチャの温度信号値を基準値と比較し、該比較に基づいて前記集束系電子光学素子の集束作用をコントロールする様に成したことを特徴とする。

本発明によれば、チャンバー内の圧力変化と、電子銃からの電子ビーム電流が変化しても、或いは、蒸発材料を収容する容器内の蒸発材料の高さが変化しても、オペレータによる目視に基づく操作を行うことなく、自動的に、初期設定した大きさの断面の電子ビームを蒸発材料表面上に照射することが出来る。

従来の電子ビーム装置の一例である膜形成装置の一概略例を示したものである。 本発明の電子ビーム装置の一例である膜形成装置の一概略例を示したものである。

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。

図２は本発明の電子ビーム装置の一例である膜形成装置の一概略例を示したものである。尚、図１で使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図２に示す膜形成装置が図1の膜形成装置に対して異なる所は次の通りである。

前記アパーチャ１０の温度を測定するための温度検出器１８（例えば、熱電対）が取り付けられている。

そして、前記制御装置１３には、前記アパーチャ１０上の電子ビームフリンジが前記初期フリンジ基準大に対応した値にある時の該アパーチャの温度信号値（初期フリンジ基準値Ｔｒ）及び該アパーチャ上の電子ビームフリンジが前記各高さフリンジ基準大に対応した値にある時のアパーチャの温度信号値（高さフリンジ基準値Ｔｒ０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、…）が設定されている。

又、前記温度検出器１８からの前記アパーチャ１０の温度信号値Ｔを受け、該温度信号値と前記初期フリンジ基準値或いは高さフリンジ基準値との差分を前記制御装置１３に送る演算回路１９が設けられている。

この様な膜形成装置において、先ず、オペレータの指令に基づき、前記チャンバー１内と前記電子光学系鏡筒２内を排気装置（図示せず）により真空に排気する。

前記チャンバー１内と前記電子光学系鏡筒２内がそれぞれ所定の真空度に達したら、前記制御装置１３は、前記電子銃７を作動させ、該電子銃からの電子を所定の加速度で坩堝方向に向ける。

該電子銃からの電子ビームＥＢは前記第一集束レンズ８で集束され、その内、前記アパーチャ１０を通過した電子ビームＥＢは前記第二集束レンズ９で前記坩堝４に収容された蒸発材料３の表面上に集束される。この時、該電子ビームは前記走査コイル１１により該蒸発材料の表面上で二次元的に走査する。

この集束された電子ビームＥＢの蒸発材料表面上での走査により、前記蒸発材料３は加熱されて溶融し、蒸発が開始される。

そして、前記蒸発材料３の蒸発が進行し、一定の蒸発状態になると成膜制御装置（図示せず）は、それまで閉じられていたシャッター（図示せず）を開ける。同時に、前記制御装置１３からの指令に基づいて、前記演算回路１９は、前記温度検出器１８からの前記アパーチャ１０の温度信号値Ｔ（該アパーチャの電子銃側表面に形成されている電子ビームフリンジの大きさに対応する電気信号）を受け、該温度信号値と前記初期フリンジ基準値Ｔｒとを比較し、その差分を前記制御装置１３に送る。

すると、該制御装置は、該差分が０になる様に前記第一集束レンズ８の励磁状態が調整される指令を前記第一集束レンズ電源１５に送る。
例えば、前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂを段階的に変化（Ｉｂ１、Ｉｂ２、Ｉｂ３、…）させた場合、前記電子ビームＥＢの集束状態は変化して、前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが変化する。該変化に基づいて前記温度検出器１８からの前記アパーチャ１０の温度信号値Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…）を受け、該温度信号と前記初期フリンジ基準値Ｔｒとを比較し、その差分が０になる様に前記第一集束レンズ８の励磁状態が調整される指令を前記第一集束レンズ電源１５に送り、前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさは初期状態に保たれる。又、前記チャンバー１内の圧力が変わっても、同様に前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさの変化に基づいて前記温度検出器１８からの前記アパーチャ１０の温度信号値Ｔを受け、該温度信号値と前記初期フリンジ基準値Ｔｒとを比較し、その差分が０になる様に前記第一集束レンズ８の励磁状態が調整される指令を前記第一集束レンズ電源１５に送り、前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさは初期状態に保たれる。

又、予め決めた所定時間毎に、前記制御装置１３から前記第一集束レンズ電源１５に指令が送られ、高さが変化している蒸発材料表面上に最初に設定した断面の大きさの電子ビームＥＢが照射される様に、前記電子銃７からの電子ビーム電流Ｉｂを変えるように調整している。

同時に、前記予め決めた所定時間毎に、前記制御装置１３からの指令に基づいて、前記演算回路１９は、前記温度検出器１８からのアパーチャ１０の温度信号値Ｔ（所定時間毎の温度信号値Ｔ１′、Ｔ２′、Ｔ３′、…）を受け、該各温度信号値と各高さフリンジ基準値（Ｔｒ０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、…）とをその都度比較し、その差分を前記制御装置１３に送る。

すると、該制御装置は該差分が０になる様に前記第一集束レンズ８の励磁状態が調整される指令を前記第一集束レンズ電源１５に送る。この結果、経時的に前記蒸発材料表面の高さが変化しても、各高さにおける蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさは初期状態に保たれる。

尚、前記例では、アパーチャ１０を前記第一集束レンズ８による電子ビーム集束位置の後方近傍に配置したが、該集束位置の前方近傍に配置しても良い。

又、前記例では、二段の集束レンズを備えた電子ビーム装置に本発明を応用するものを示したが、一段、或いは、三段以上の集束レンズを備えた電子ビーム装置に本発明を応用することも可能である。

１…チャンバー
２…電子光学鏡筒
３…蒸発材料
４…坩堝
５…ホルダー
６…基板
７…電子銃
８…第一集束レンズ
９…第二集束レンズ
１０…アパーチャ
１１…走査コイル
１２…覗き窓
１３…制御装置
１４…電子銃電源
１５…第一集束レンズ電源
１６…第二集束レンズ電源
１７…走査レンズ電源
１８…温度検出器
１９…演算回路
ＥＢ…電子ビーム
Ｉｂ（Ｉｂ１、Ｉｂ２、Ｉｂ３、…）…電子ビーム電流
Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、Ｔ１′、Ｔ２′、Ｔ３′、…）…温度信号値
Ｔｒ（Ｔｒ０、Ｔｒ１、Ｔｒ２、…）…基準値

Claims (5)

1. 蒸発材料を収容した容器と該蒸発材料の溶融に基づく蒸発物質が付着される基板が設けられたチャンバー、及び、電子銃と該電子銃からの電子ビームを前記蒸発材料上に集束するための集束系電子光学素子が設けられた鏡筒を備えた電子ビーム装置において、電子ビーム通過孔を有するアパーチャを前記鏡筒内の光軸上に配置すると共に、該アパーチャの温度を検出する温度検出器を設け、該温度検出器が検出した前記アパーチャの温度信号値を基準値と比較し、該比較に基づいて前記集束系電子光学素子の集束作用をコントロールする制御手段を有した電子ビーム装置。
2. 前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが初期設定値にある時の前記アパーチャの温度信号を基準値、電子銃からの電子ビーム電流を変化させた時の前記蒸発材料表面上での電子ビーム断面の大きさが初期設定値に調整された時の前記アパーチャ温度を前記温度検出器からの温度信号を受け、該温度信号値と前記基準値との差分に基づいて前記集束系電子光学素子の集束作用をコントロールする様に成した請求項１記載の電子ビーム装置。
3. 前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが初期設定値にある時の前記アパーチャの温度信号を基準値、真空チャンバー内の圧力を変化せた時の前記蒸発材料表面上での電子ビーム断面の大きさが初期設定値に調整された時の前記アパーチャ温度を前記温度検出器からの温度信号を受け、該温度信号値と前記基準値との差分に基づいて前記集束系電子光学素子の集束作用をコントロールする様に成した請求項１記載の電子ビーム装置。
4. 前記蒸発材料表面上の電子ビーム断面の大きさが初期設定値にある時の前記アパーチャの温度信号を初期基準値、前記蒸発材料の蒸発が開始されてから各所定時間後の前記蒸発材料表面上での電子ビーム断面の大きさが初期設定値に調整された時の前記各アパーチャ温度を高さ基準値としてそれぞれ設定されており、前記温度検出器からの温度信号を受け、該温度信号値と前記初期基準値或いは該温度信号値と各高さ基準値との差分に基づいて前記集束系電子光学素子の集束作用をコントロールする様に成した請求項１記載の電子ビーム装置。
5. 前記集束系電子光学素子は二段の集束レンズから成り、前記電子銃側の集束レンズによる電子ビーム集束位置の近傍に前記アパーチャを配置した請求項１記載の電子ビーム装置。

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