JP3247159B2 - 電子線加熱蒸着装置 - Google Patents
電子線加熱蒸着装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーで電子線
を高融点金属に照射して蒸発させ、その蒸気を試料や基
板等の被蒸着物表面に入射させて、高融点金属を蒸着す
る電子線加熱蒸着装置に関する。
を高融点金属に照射して蒸発させ、その蒸気を試料や基
板等の被蒸着物表面に入射させて、高融点金属を蒸着す
る電子線加熱蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄い高分子薄膜上に形成される半導体装
置の電極を形成する場合、或は、電子顕微鏡等の試料の
作製に於て微細構造の観察にしばしば金属の蒸着が利用
される。例えば、電子顕微鏡で観察するためには微粒子
であることが要求されるため、白金やカーボン、あるい
はモリブデン、タンタル、タングステン等の高融点金属
が使われる。このような高融点金属の蒸着にはもっぱら
電子線加熱法が利用される。
置の電極を形成する場合、或は、電子顕微鏡等の試料の
作製に於て微細構造の観察にしばしば金属の蒸着が利用
される。例えば、電子顕微鏡で観察するためには微粒子
であることが要求されるため、白金やカーボン、あるい
はモリブデン、タンタル、タングステン等の高融点金属
が使われる。このような高融点金属の蒸着にはもっぱら
電子線加熱法が利用される。
【０００３】図２に従来の電子線加熱蒸着装置の構成を
示しており、左側に電子銃の電極構成を、右にその電源
部の回路を示す。１は、蒸発させる金属ｍを先端に取り
付けた棒状のアノードで、通常はアース電位に置かれ
る。２は、前記アノード１の先端に設けた金属ｍを囲む
ように設けられた電子を発生するフィラメントで、電流
を流して熱電子を発生させると同時に、負の高電圧を印
加して発生した電子を加速する。３は、フィラメント２
で発生した電子をアノード１の先端に収束させるための
収束電極であり、フィラメント２と同一電位に接続され
る。従来、この収束電極３は、形状が単なる２枚の平板
電極からなり、これでリング型フィラメント２を挟み、
これにアノード１を通す孔と、蒸発した金属粒子が通過
する孔をそれぞれ上下に設けている。４、５は、金属ｍ
の蒸気の被蒸着物ｓへの照射経路ｖで対向し、そこを通
過する熱電子や２次電子、イオン等の荷電粒子を偏向
し、それらによる被蒸着物ｓの損傷を防止するための偏
向電極である。この偏向電極は、負の偏向電極４と正の
偏向電極５とからなる。この電子銃を動作させる電源部
は、直流高電圧発生器６と可変電圧調節器７、及びフィ
ラメント加熱電流発生器８と可変電流調節器９よりな
り、図２の如く結線される。
示しており、左側に電子銃の電極構成を、右にその電源
部の回路を示す。１は、蒸発させる金属ｍを先端に取り
付けた棒状のアノードで、通常はアース電位に置かれ
る。２は、前記アノード１の先端に設けた金属ｍを囲む
ように設けられた電子を発生するフィラメントで、電流
を流して熱電子を発生させると同時に、負の高電圧を印
加して発生した電子を加速する。３は、フィラメント２
で発生した電子をアノード１の先端に収束させるための
収束電極であり、フィラメント２と同一電位に接続され
る。従来、この収束電極３は、形状が単なる２枚の平板
電極からなり、これでリング型フィラメント２を挟み、
これにアノード１を通す孔と、蒸発した金属粒子が通過
する孔をそれぞれ上下に設けている。４、５は、金属ｍ
の蒸気の被蒸着物ｓへの照射経路ｖで対向し、そこを通
過する熱電子や２次電子、イオン等の荷電粒子を偏向
し、それらによる被蒸着物ｓの損傷を防止するための偏
向電極である。この偏向電極は、負の偏向電極４と正の
偏向電極５とからなる。この電子銃を動作させる電源部
は、直流高電圧発生器６と可変電圧調節器７、及びフィ
ラメント加熱電流発生器８と可変電流調節器９よりな
り、図２の如く結線される。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】前記従来の電子線
加熱蒸着装置では、フィラメント２を挟んで相対して設
置された収束電極３の収束効率が不十分で、アノード１
先端への電子の収束力が弱く、集束電極３の間隙から、
アース電位とされた図示されてない真空チェンバーの壁
面に向かって一部の電子が逸散する。この損失を補うた
め、フィラメント２での電子加速電圧を高めて、電子の
速度を増大させ、放出電子流を増やすためにフィラメン
ト電流を増加させている。このように電子加速電圧を高
め、電子電流を増やすと、同時に荷電粒子も増加し、そ
のエネルギも大きくなって偏向電極４、５による偏向効
率が低下する。
加熱蒸着装置では、フィラメント２を挟んで相対して設
置された収束電極３の収束効率が不十分で、アノード１
先端への電子の収束力が弱く、集束電極３の間隙から、
アース電位とされた図示されてない真空チェンバーの壁
面に向かって一部の電子が逸散する。この損失を補うた
め、フィラメント２での電子加速電圧を高めて、電子の
速度を増大させ、放出電子流を増やすためにフィラメン
ト電流を増加させている。このように電子加速電圧を高
め、電子電流を増やすと、同時に荷電粒子も増加し、そ
のエネルギも大きくなって偏向電極４、５による偏向効
率が低下する。
【０００５】例えば、従来の電子線加熱蒸着装置で、白
金の場合のフィラメント２に印加する電子加速電圧は、
２．５ｋＶ以上であり、モリブデンやタングステンに至
っては、４〜５ｋＶで、それぞれ７０〜１００ｍＡの衝
撃電流を必要とする。このような高い電力によって溶融
蒸発された金属粒子は、高いエネルギで被蒸着物ｓを衝
撃する。加えて、フィラメントからの輻射熱、発生した
電子やイオンなどの荷電粒子もエネルギが過大のため、
フィラメントと同電位にある偏向電極のみでは完全に排
除できず、被蒸着物ｓに衝突し、その表面の微細構造を
損傷する。
金の場合のフィラメント２に印加する電子加速電圧は、
２．５ｋＶ以上であり、モリブデンやタングステンに至
っては、４〜５ｋＶで、それぞれ７０〜１００ｍＡの衝
撃電流を必要とする。このような高い電力によって溶融
蒸発された金属粒子は、高いエネルギで被蒸着物ｓを衝
撃する。加えて、フィラメントからの輻射熱、発生した
電子やイオンなどの荷電粒子もエネルギが過大のため、
フィラメントと同電位にある偏向電極のみでは完全に排
除できず、被蒸着物ｓに衝突し、その表面の微細構造を
損傷する。
【０００６】近時生物研究のみならず新素材開発研究に
は電子顕微鏡による原子オーダーの観察が行われるが、
高融点金属の蒸着の際に生ずる構造変化が問題となり、
改善が要求されるようになった。そこで、本発明は、集
束電極での集束効率を高めることで、比較的低い電力で
高融点金属を溶融蒸発させることが出来、限られた空間
の真空チェンバー内で被蒸着物に熱損傷等の損害を与え
ることなく金属の真空蒸着を可能にすることを目的とす
る。
は電子顕微鏡による原子オーダーの観察が行われるが、
高融点金属の蒸着の際に生ずる構造変化が問題となり、
改善が要求されるようになった。そこで、本発明は、集
束電極での集束効率を高めることで、比較的低い電力で
高融点金属を溶融蒸発させることが出来、限られた空間
の真空チェンバー内で被蒸着物に熱損傷等の損害を与え
ることなく金属の真空蒸着を可能にすることを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明では、
前記の目的を達成するため、蒸発させる金属ｍを取り付
けたアノード１と、該アノード１に取り付けた前記金属
ｍを囲むように形成された電子発生用のフィラメント２
と、該フィラメント２で発生した電子を前記アノード１
に取り付けた金属ｍに集束させる集束電極３と、被蒸着
物ｓへ向けて金属粒子が照射される金属粒子の通過経路
ｖ上に配置され、金属ｍ側から被蒸着物ｓに向けて飛来
する荷電粒子を偏向する偏向電極４、５とを備える電子
線加熱蒸着装置において、前記集束電極３を、アノード
１の挿入部分及び金属粒子の通過経路ｖを除いてフィラ
メント２を全方向から囲む形状とすると共に、同集束電
極３をフィラメント２よりさらに負の電位とし、偏向電
極が、前記集束電極３から金属粒子の通過経路ｖ側に延
設した負の偏向電極４と、金属粒子の通過経路ｖを挟ん
で該負の偏向電極６に対向させた正の偏向電極５とから
なることを特徴とする電子線加熱蒸着装置。を提供す
る。
前記の目的を達成するため、蒸発させる金属ｍを取り付
けたアノード１と、該アノード１に取り付けた前記金属
ｍを囲むように形成された電子発生用のフィラメント２
と、該フィラメント２で発生した電子を前記アノード１
に取り付けた金属ｍに集束させる集束電極３と、被蒸着
物ｓへ向けて金属粒子が照射される金属粒子の通過経路
ｖ上に配置され、金属ｍ側から被蒸着物ｓに向けて飛来
する荷電粒子を偏向する偏向電極４、５とを備える電子
線加熱蒸着装置において、前記集束電極３を、アノード
１の挿入部分及び金属粒子の通過経路ｖを除いてフィラ
メント２を全方向から囲む形状とすると共に、同集束電
極３をフィラメント２よりさらに負の電位とし、偏向電
極が、前記集束電極３から金属粒子の通過経路ｖ側に延
設した負の偏向電極４と、金属粒子の通過経路ｖを挟ん
で該負の偏向電極６に対向させた正の偏向電極５とから
なることを特徴とする電子線加熱蒸着装置。を提供す
る。
【０００８】
【作用】被蒸着物に熱損傷等の損害を与えるのを防止す
るためには、第一に、電子加速電圧を下げ、且つ電子電
流を少なくして、蒸発した金属粒子のエネルギを低下さ
せることが必要である。第二に、フィラメントからの輻
射熱を少なくするためフィラメント電流を少なくして、
絶対温度を下げ、輻射熱による被蒸着物ｓの熱的損傷を
少なくし、併せて荷電粒子を偏向する偏向電極の効果を
強化し、電子銃内で発生するイオンや二次電子を完全に
取り除き、純粋に金属粒子のみが被蒸着物ｓに到達する
ようにすることである。本発明では、フィラメント２を
包むような形状の収束電極３を用い、この収束電極３を
フィラメント２より更に負の電位に置いているため、そ
の中から散逸する電子を少なくすることができる。これ
により、収束電極内で発生した荷電粒子の中の負電荷の
粒子は、収束電極３内に閉じ込められ、正電荷の粒子は
収束電極３に吸収される。また、一部金属粒子と共に被
蒸着物ｓの方向に放出される荷電粒子は、収束電極の一
部を負の偏向電極４とし、これに対向して正のアース電
位の偏向電極５を配置することにより、完全に取り除く
ことができる。
るためには、第一に、電子加速電圧を下げ、且つ電子電
流を少なくして、蒸発した金属粒子のエネルギを低下さ
せることが必要である。第二に、フィラメントからの輻
射熱を少なくするためフィラメント電流を少なくして、
絶対温度を下げ、輻射熱による被蒸着物ｓの熱的損傷を
少なくし、併せて荷電粒子を偏向する偏向電極の効果を
強化し、電子銃内で発生するイオンや二次電子を完全に
取り除き、純粋に金属粒子のみが被蒸着物ｓに到達する
ようにすることである。本発明では、フィラメント２を
包むような形状の収束電極３を用い、この収束電極３を
フィラメント２より更に負の電位に置いているため、そ
の中から散逸する電子を少なくすることができる。これ
により、収束電極内で発生した荷電粒子の中の負電荷の
粒子は、収束電極３内に閉じ込められ、正電荷の粒子は
収束電極３に吸収される。また、一部金属粒子と共に被
蒸着物ｓの方向に放出される荷電粒子は、収束電極の一
部を負の偏向電極４とし、これに対向して正のアース電
位の偏向電極５を配置することにより、完全に取り除く
ことができる。
【０００６】
【実施例】次に、本発明の実施例について、図１を参照
しながら、詳細に説明する。なお、図１において、先に
説明した従来例と同じ部分は、共通の符号で示した。こ
こで、電子銃におけるアノード１とフィラメント２は、
前記従来例と同一形状とし、さらにアノード１はアース
電位におき、フィラメント２に電子加速電圧を印加する
ことも同様である。
しながら、詳細に説明する。なお、図１において、先に
説明した従来例と同じ部分は、共通の符号で示した。こ
こで、電子銃におけるアノード１とフィラメント２は、
前記従来例と同一形状とし、さらにアノード１はアース
電位におき、フィラメント２に電子加速電圧を印加する
ことも同様である。
【０００７】他方、収束電極３の形状は、単なる並行平
板とせず、周囲のチェンバー壁等のアース電位にある部
位に対してフィラメント２を完全に覆うように、同フィ
ラメント２を包囲する形状としている。すなわち、収束
電極３は、アノード１を挿入する孔と蒸発した金属粒子
の通過経路ｖとなる孔とが対向して設けられ、ている
が、これらの孔を除いて、集束電極３がフィラメント２
を全方向から囲む形状としている。さらに、金属粒子の
通過経路ｖの部分を下方に延長し、荷電粒子を偏向する
ための負の偏向電極４を形成し、これに対向してアース
電位の正の偏向電極５を配置している。
板とせず、周囲のチェンバー壁等のアース電位にある部
位に対してフィラメント２を完全に覆うように、同フィ
ラメント２を包囲する形状としている。すなわち、収束
電極３は、アノード１を挿入する孔と蒸発した金属粒子
の通過経路ｖとなる孔とが対向して設けられ、ている
が、これらの孔を除いて、集束電極３がフィラメント２
を全方向から囲む形状としている。さらに、金属粒子の
通過経路ｖの部分を下方に延長し、荷電粒子を偏向する
ための負の偏向電極４を形成し、これに対向してアース
電位の正の偏向電極５を配置している。
【０００８】このような構成の電子銃に接続される電源
部は、直流高電圧発生器６の入力側を可変電圧調整器７
で出力電圧を調節し、フィラメント加熱電流発生器８も
その入力側を電圧調整器９でフィラメントに希望の電流
を供給することは従来の装置と同じである。このような
構成において、直流高電圧発生器６のマイナス側は収束
電極３に接続し、収束電極３とフィラメント２との間は
抑制抵抗１２を通して接続する。この抑制抵抗１２は、
可変電圧電源に変えることができる。電子加速電圧のプ
ラス側は電流計１０を経てアースに接続する。電子加速
電圧の監視はフィラメント端子とアース間に電圧計１１
を接続する。
部は、直流高電圧発生器６の入力側を可変電圧調整器７
で出力電圧を調節し、フィラメント加熱電流発生器８も
その入力側を電圧調整器９でフィラメントに希望の電流
を供給することは従来の装置と同じである。このような
構成において、直流高電圧発生器６のマイナス側は収束
電極３に接続し、収束電極３とフィラメント２との間は
抑制抵抗１２を通して接続する。この抑制抵抗１２は、
可変電圧電源に変えることができる。電子加速電圧のプ
ラス側は電流計１０を経てアースに接続する。電子加速
電圧の監視はフィラメント端子とアース間に電圧計１１
を接続する。
【０００９】次に、前記実施例による電子線加熱蒸着装
置の金属蒸着動作について述べる。図１の左側の電子銃
を所望の真空チェンバー内に配置し、真空チェンバー内
を真空排気する。真空度が１０-3〜１０-4Ｐａに到達し
たらアノード１とフィラメント２の間に高電圧を印加す
る。印加する電圧Ｖ1 は蒸発源となる金属ｍによって異
なるが、例えば、白金は２ｋＶ、カーボンは２．５ｋ
Ｖ、タングステン等は３ｋＶが適当である。電圧が印加
されたら次にフィランメント２に電流を流す。電流値Ｉ
は後述のようにして決定するが、抵抗値Ｒの抑制抵抗１
２の中で降下する電圧をＩ×Ｒ＝Ｖ2 とした場合、その
降下電圧Ｖ2 が印加電圧の５〜１０％になるような電流
値Ｉが適当である。例えば、白金の場合、２ｋＶの５％
は１００Ｖ、従って電流Ｉは接続した抵抗Ｒが２ｋΩの
場合は５０ｍＡとなる。この時１００Ｖが収束電極３で
の抑制電圧となる。これにより、フィラメントから放出
された電子を収束電極３外に散逸することを抑制し、効
率よくアノード１の先端の金属ｍに電子を集中し、加熱
する。このとき、アノード先端を加熱するエネルギは
（Ｖ1−Ｖ2）×Ｉである。
置の金属蒸着動作について述べる。図１の左側の電子銃
を所望の真空チェンバー内に配置し、真空チェンバー内
を真空排気する。真空度が１０-3〜１０-4Ｐａに到達し
たらアノード１とフィラメント２の間に高電圧を印加す
る。印加する電圧Ｖ1 は蒸発源となる金属ｍによって異
なるが、例えば、白金は２ｋＶ、カーボンは２．５ｋ
Ｖ、タングステン等は３ｋＶが適当である。電圧が印加
されたら次にフィランメント２に電流を流す。電流値Ｉ
は後述のようにして決定するが、抵抗値Ｒの抑制抵抗１
２の中で降下する電圧をＩ×Ｒ＝Ｖ2 とした場合、その
降下電圧Ｖ2 が印加電圧の５〜１０％になるような電流
値Ｉが適当である。例えば、白金の場合、２ｋＶの５％
は１００Ｖ、従って電流Ｉは接続した抵抗Ｒが２ｋΩの
場合は５０ｍＡとなる。この時１００Ｖが収束電極３で
の抑制電圧となる。これにより、フィラメントから放出
された電子を収束電極３外に散逸することを抑制し、効
率よくアノード１の先端の金属ｍに電子を集中し、加熱
する。このとき、アノード先端を加熱するエネルギは
（Ｖ1−Ｖ2）×Ｉである。
【００１０】電流値Ｉは求める蒸発速度に応じて決め
る。即ち薄い蒸着膜を希望する時は電流を少なくし、逆
に短時間に厚い蒸着膜を希望する時は電流を多くするこ
とは従来の装置と同じである。しかし、本発明の装置に
おいては、電流を増すほど収束電極３の抑制力と収束力
が増大してアノード１の先端に効率よく電子が収束さ
れ、金属の蒸発速度が加速される。金属を蒸発させるエ
ネルギは、（Ｖ1−Ｖ2）×Ｉであるから抑制電圧Ｖ2 を
大きくするため抵抗Ｒを大きくし、電流Ｉを少なくする
ことには限界が有ることは勿論である。
る。即ち薄い蒸着膜を希望する時は電流を少なくし、逆
に短時間に厚い蒸着膜を希望する時は電流を多くするこ
とは従来の装置と同じである。しかし、本発明の装置に
おいては、電流を増すほど収束電極３の抑制力と収束力
が増大してアノード１の先端に効率よく電子が収束さ
れ、金属の蒸発速度が加速される。金属を蒸発させるエ
ネルギは、（Ｖ1−Ｖ2）×Ｉであるから抑制電圧Ｖ2 を
大きくするため抵抗Ｒを大きくし、電流Ｉを少なくする
ことには限界が有ることは勿論である。
【００１１】蒸発した金属粒子は、アノード１に対して
設けられた収束電極３の孔を通り抜けて被蒸着物ｓの方
向に放出されるが、金属粒子の通過経路ｖに負の偏向電
極４が形成され、その電圧は、集束電極３と同電位であ
り、フィラメントより更に負側にあるので、これと対向
して設置された正の偏向電極５との間に生じる偏向力に
よって、集束電極３内で発生した荷電粒子は効率良く取
り除かれ、被蒸着物ｓの損傷が回避される。具体的に
は、従来の装置での電流効率は７０％以下であるが、本
発明による装置では、ほぼ９０％の効率に改善される。
特に加速電圧と電流の積の値で比較すると、金属の蒸着
速度は３倍以上に改善され、被蒸着物ｓの荷電粒子損傷
は全く認められない。
設けられた収束電極３の孔を通り抜けて被蒸着物ｓの方
向に放出されるが、金属粒子の通過経路ｖに負の偏向電
極４が形成され、その電圧は、集束電極３と同電位であ
り、フィラメントより更に負側にあるので、これと対向
して設置された正の偏向電極５との間に生じる偏向力に
よって、集束電極３内で発生した荷電粒子は効率良く取
り除かれ、被蒸着物ｓの損傷が回避される。具体的に
は、従来の装置での電流効率は７０％以下であるが、本
発明による装置では、ほぼ９０％の効率に改善される。
特に加速電圧と電流の積の値で比較すると、金属の蒸着
速度は３倍以上に改善され、被蒸着物ｓの荷電粒子損傷
は全く認められない。
【００１２】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、集
束電極での抑制効果により、高い電流効率で高融点金属
を溶融蒸発させることが出来、限られた空間の真空チェ
ンバー内で被蒸着物に熱損傷等の損害を与えることなく
金属の真空蒸着を可能にすることができる。
束電極での抑制効果により、高い電流効率で高融点金属
を溶融蒸発させることが出来、限られた空間の真空チェ
ンバー内で被蒸着物に熱損傷等の損害を与えることなく
金属の真空蒸着を可能にすることができる。
【図１】本発明の実施例による電子線加熱蒸着装置を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】従来の電子線加熱蒸着装置の例を示す概略構成
図である。
図である。
１ アノード ２ フィラメント ３ 収束電極 ４ 負の偏向電極 ５ 正の偏向電極 ６ 直流高電圧発生器 ７ 可変電圧調節器 ８ フィラメント加熱電流発生器 ９ 可変電圧調節器 １０ 電流計 １１ 電圧計 １２ 抑制抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/04 H01J 37/06 - 37/08 H01J 37/248
Claims (1)
- 【請求項１】 蒸発させる金属ｍを取り付けたアノード
１と、該アノード１に取り付けた前記金属ｍを囲むよう
に形成された電子発生用のフィラメント２と、該フィラ
メント２で発生した電子を前記アノード１に取り付けた
金属ｍに集束させる集束電極３と、被蒸着物ｓへ向けて
金属粒子が照射される金属粒子の通過経路ｖ上に配置さ
れ、金属ｍ側から被蒸着物ｓに向けて飛来する荷電粒子
を偏向する偏向電極４、５とを備える電子線加熱蒸着装
置において、前記集束電極３を、アノード１の挿入部分
及び金属粒子の通過経路ｖを除いてフィラメント２を全
方向から囲む形状とすると共に、同集束電極３をフィラ
メント２よりさらに負の電位とし、偏向電極４、５が、
前記集束電極３から金属粒子の通過経路ｖ側に延設した
負の偏向電極４と、金属粒子の通過経路ｖを挟んで該負
の偏向電極６に対向させた正の偏向電極５とからなるこ
とを特徴とする電子線加熱蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26279592A JP3247159B2 (ja) | 1992-09-05 | 1992-09-05 | 電子線加熱蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26279592A JP3247159B2 (ja) | 1992-09-05 | 1992-09-05 | 電子線加熱蒸着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0688213A JPH0688213A (ja) | 1994-03-29 |
| JP3247159B2 true JP3247159B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=17380716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26279592A Expired - Fee Related JP3247159B2 (ja) | 1992-09-05 | 1992-09-05 | 電子線加熱蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3247159B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-05 JP JP26279592A patent/JP3247159B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0688213A (ja) | 1994-03-29 |
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