JP3392885B2 - 電子ビーム加熱装置およびその方法 - Google Patents
電子ビーム加熱装置およびその方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/02—Control circuits therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体，半金属等の材
料を電子ビームによって加熱し熱処理を施すための電子
ビーム加熱装置および材料加熱方法に関する。
料を電子ビームによって加熱し熱処理を施すための電子
ビーム加熱装置および材料加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体等の材料の各種の製造プ
ロセスにおける各種のアニール（例えば、イオン注入時
のアニール，絶縁層の平坦化リフロー，配線メタルシン
タリング）や各種の活性化処理（例えば、液晶ＴＦＴ等
における絶縁物基板上の薄膜電子デバイスの活性化処
理）を行なう場合、材料の加熱処理がなされる。特に、
半導体デバイスや薄膜デバイス等の電子デバイスの製造
プロセスにおけるアニール技術としては、デバイスの高
密度化に伴なって、短時間で材料表面のみを加熱し、下
地に影響を与えないものが必要であり、これには電子ビ
ームによる加熱が適している。すなわち、材料をアニー
ルするのに、電子ビーム，あるいはレーザ光，ランプ光
などを用いることができるが、このうちで、電子ビーム
は、基本的にどのような材料に対しても表面加熱が可能
であり、ランプ光，レーザ光を用いる場合に比べて、適
応範囲が広いという利点がある。
ロセスにおける各種のアニール（例えば、イオン注入時
のアニール，絶縁層の平坦化リフロー，配線メタルシン
タリング）や各種の活性化処理（例えば、液晶ＴＦＴ等
における絶縁物基板上の薄膜電子デバイスの活性化処
理）を行なう場合、材料の加熱処理がなされる。特に、
半導体デバイスや薄膜デバイス等の電子デバイスの製造
プロセスにおけるアニール技術としては、デバイスの高
密度化に伴なって、短時間で材料表面のみを加熱し、下
地に影響を与えないものが必要であり、これには電子ビ
ームによる加熱が適している。すなわち、材料をアニー
ルするのに、電子ビーム，あるいはレーザ光，ランプ光
などを用いることができるが、このうちで、電子ビーム
は、基本的にどのような材料に対しても表面加熱が可能
であり、ランプ光，レーザ光を用いる場合に比べて、適
応範囲が広いという利点がある。
【０００３】電子ビームにより材料を加熱する電子ビー
ム加熱装置として、従来では、著者N.J.Ianno等による
文献「“イオン注入された半導体のプラズマアニーリン
グ”，Appl.Phys.Lett.39(8),１９８１年１０月１５
日」に開示されているような装置が知られている。この
装置では、図９に示すように、チャンバ５０内に５０〜
１００ｍｔｏｒｒのヘリウムガスを満たし、チャンバ５
０内を低真空状態にし、この状態で、陰極５１と陽極５
２との間に数ＫＶの電位差を与えて１０〜８０ｍＡの電
流が流れるように維持し、２つの領域に放電を生じさせ
るようにしている。そのうちの１つの放電領域は、陰極
５１の近くの陰極暗部（イオンシース）領域であり、他
の１つは、陽極５２の陰極５１とは反対の側の下流にお
いて生ずる負のグロー放電領域である。定常状態では、
陰極５１からは、ガス放電によるイオン等の衝撃によっ
て電子が放出される。この電子は陰極暗部領域において
高電界を受け、負のグロー放電領域に向けて加速され、
高エネルギー電子ビームとなる（ビーム状に形成され
る）。一方、負のグロー領域は、電界がほとんどない領
域であり、この領域においてグローは、陰極暗部領域か
ら入射する高エネルギー電子ビームによって維持され
る。グロー領域の長さは、高エネルギー電子ビームが存
在する範囲に等しく、高エネルギー電子ビームは、この
グロー領域を経てグロー電子ビームとして材料５３に入
射し、材料５３のアニーリングに使用される。なお、図
９の装置では、グロー電子ビームの焦点を材料５３上に
合わせるなどのために、磁気レンズ５４がさらに設けら
れている。
ム加熱装置として、従来では、著者N.J.Ianno等による
文献「“イオン注入された半導体のプラズマアニーリン
グ”，Appl.Phys.Lett.39(8),１９８１年１０月１５
日」に開示されているような装置が知られている。この
装置では、図９に示すように、チャンバ５０内に５０〜
１００ｍｔｏｒｒのヘリウムガスを満たし、チャンバ５
０内を低真空状態にし、この状態で、陰極５１と陽極５
２との間に数ＫＶの電位差を与えて１０〜８０ｍＡの電
流が流れるように維持し、２つの領域に放電を生じさせ
るようにしている。そのうちの１つの放電領域は、陰極
５１の近くの陰極暗部（イオンシース）領域であり、他
の１つは、陽極５２の陰極５１とは反対の側の下流にお
いて生ずる負のグロー放電領域である。定常状態では、
陰極５１からは、ガス放電によるイオン等の衝撃によっ
て電子が放出される。この電子は陰極暗部領域において
高電界を受け、負のグロー放電領域に向けて加速され、
高エネルギー電子ビームとなる（ビーム状に形成され
る）。一方、負のグロー領域は、電界がほとんどない領
域であり、この領域においてグローは、陰極暗部領域か
ら入射する高エネルギー電子ビームによって維持され
る。グロー領域の長さは、高エネルギー電子ビームが存
在する範囲に等しく、高エネルギー電子ビームは、この
グロー領域を経てグロー電子ビームとして材料５３に入
射し、材料５３のアニーリングに使用される。なお、図
９の装置では、グロー電子ビームの焦点を材料５３上に
合わせるなどのために、磁気レンズ５４がさらに設けら
れている。
【０００４】この装置の利点は、グロー電子ビームのエ
ネルギー（すなわち、電子の侵入深さ）をアニーリング
に必要な全体のパワーとは独立に制御することができる
ことにある。すなわち、グロー電子ビームのエネルギー
をチャンバ内の圧力とは独立して、陰極５１，陽極５２
間の印加電圧のみによって変化させることができる一方
で、グロー電子ビームのパワーについては、チャンバ内
の圧力を変えることによってこれを変化させることがで
きる。グロー電子ビームのこのような特徴は、アモルフ
ァス材料よりもアニールが難かしいとされる軽度に損傷
した材料，例えば表面にイオン注入がなされた材料をア
ニールする際に、特に有利であり、この種の装置によっ
て結晶の表面から所定の深さの部分だけを良好にアニー
ルすることができる。
ネルギー（すなわち、電子の侵入深さ）をアニーリング
に必要な全体のパワーとは独立に制御することができる
ことにある。すなわち、グロー電子ビームのエネルギー
をチャンバ内の圧力とは独立して、陰極５１，陽極５２
間の印加電圧のみによって変化させることができる一方
で、グロー電子ビームのパワーについては、チャンバ内
の圧力を変えることによってこれを変化させることがで
きる。グロー電子ビームのこのような特徴は、アモルフ
ァス材料よりもアニールが難かしいとされる軽度に損傷
した材料，例えば表面にイオン注入がなされた材料をア
ニールする際に、特に有利であり、この種の装置によっ
て結晶の表面から所定の深さの部分だけを良好にアニー
ルすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本願の発明
者は、上記グロー領域がアーク放電の発生するアーク領
域と隣接しており、上記装置において何らかの要因で陰
極５１の全面や一部で電流密度の増加や集中が起こる
と、グロー放電からアーク放電に移行してしまうという
ことを見出した。すなわち、アーク放電へ移行すると、
陰極５１の近くに形成されていた陰極暗部領域が削減
し、従って、この領域で電子が加速されず、アニールに
必要な十分なエネルギーのものでなくなるため、材料５
３の加熱特性にゆらぎが生じ、材料５３を良好に安定し
てアニールすることができなくなるということを見出し
た。
者は、上記グロー領域がアーク放電の発生するアーク領
域と隣接しており、上記装置において何らかの要因で陰
極５１の全面や一部で電流密度の増加や集中が起こる
と、グロー放電からアーク放電に移行してしまうという
ことを見出した。すなわち、アーク放電へ移行すると、
陰極５１の近くに形成されていた陰極暗部領域が削減
し、従って、この領域で電子が加速されず、アニールに
必要な十分なエネルギーのものでなくなるため、材料５
３の加熱特性にゆらぎが生じ、材料５３を良好に安定し
てアニールすることができなくなるということを見出し
た。
【０００６】本発明は、上記問題を解決することを意図
しており、電子ビームにより材料のアニールを行なう
際、アニールを良好にかつ安定して行なうことができる
よう材料を加熱することの可能な電子ビーム加熱装置お
よび材料加熱方法を提供することを目的としている。
しており、電子ビームにより材料のアニールを行なう
際、アニールを良好にかつ安定して行なうことができる
よう材料を加熱することの可能な電子ビーム加熱装置お
よび材料加熱方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、 電子ビームにより材料を
加熱する電子ビーム加熱装置において、グロー放電によ
り得られる電子ビームで材料を加熱する加熱部と、該加
熱部内で電子ビームを発生させるための電力を供給する
電源供給手段と、該電源供給手段から前記電子ビーム発
生用の電流を制御する制御手段とを備え、該制御手段
は、前記電子ビーム発生用の電流に対し負帰還の定電流
制御を行なう定電流制御手段と、正帰還の定電流制御を
行なうゲート制御手段と、を備えていることを特徴とす
る。
に、請求項１記載の発明は、 電子ビームにより材料を
加熱する電子ビーム加熱装置において、グロー放電によ
り得られる電子ビームで材料を加熱する加熱部と、該加
熱部内で電子ビームを発生させるための電力を供給する
電源供給手段と、該電源供給手段から前記電子ビーム発
生用の電流を制御する制御手段とを備え、該制御手段
は、前記電子ビーム発生用の電流に対し負帰還の定電流
制御を行なう定電流制御手段と、正帰還の定電流制御を
行なうゲート制御手段と、を備えていることを特徴とす
る。
【０００８】また、請求項２記載の発明は、前記定電流
制御手段は、前記電源供給手段の変動により異常グロー
放電領域からアーク放電領域に移行するのを防止し、前
記ゲート制御手段は、前記加熱部の加熱特性の不安定性
により異常グロー放電領域からアーク放電領域に移行す
るのを防止することを特徴とする。
制御手段は、前記電源供給手段の変動により異常グロー
放電領域からアーク放電領域に移行するのを防止し、前
記ゲート制御手段は、前記加熱部の加熱特性の不安定性
により異常グロー放電領域からアーク放電領域に移行す
るのを防止することを特徴とする。
【０００９】また、請求項３記載の発明は、前記ゲート
制御手段は、前記加熱部内に設けられた陰極部と陽極部
間の電位変化を検知する電位変化検知手段と、該電位変
化検知手段からの電位変化に基づき負性抵抗を感知する
負性抵抗感知手段と、該負性抵抗感知手段により前記負
性抵抗が感知された場合、所定の時間前記陰極部の電源
経路を遮断するゲート手段とを備えていることを特徴と
する。
制御手段は、前記加熱部内に設けられた陰極部と陽極部
間の電位変化を検知する電位変化検知手段と、該電位変
化検知手段からの電位変化に基づき負性抵抗を感知する
負性抵抗感知手段と、該負性抵抗感知手段により前記負
性抵抗が感知された場合、所定の時間前記陰極部の電源
経路を遮断するゲート手段とを備えていることを特徴と
する。
【００１０】また、請求項４記載の発明は、前記加熱部
と前記制御手段の中間に位置し、電子ビーム発生用の電
流を所望の時間単位でスイッチングする付加制御手段を
更に備えたことを特徴とする。
と前記制御手段の中間に位置し、電子ビーム発生用の電
流を所望の時間単位でスイッチングする付加制御手段を
更に備えたことを特徴とする。
【００１１】また、請求項５の発明は、電子ビームによ
り材料を加熱する電子ビーム加熱方法において、加熱部
内の材料をグロー放電により得られる電子ビームで加熱
する場合、前記加熱部内で電子ビームを発生させるため
の電力を供給する電源から前記電子ビーム発生用の電流
に対し負帰還の定電流制御と、正帰還の定電流制御を同
時に行なうことを特徴とする。
り材料を加熱する電子ビーム加熱方法において、加熱部
内の材料をグロー放電により得られる電子ビームで加熱
する場合、前記加熱部内で電子ビームを発生させるため
の電力を供給する電源から前記電子ビーム発生用の電流
に対し負帰還の定電流制御と、正帰還の定電流制御を同
時に行なうことを特徴とする。
【００１２】また、請求項６の発明は、前記負帰還の定
電流制御は、前記電源からの電流値を検出し、該電流値
に基づき前記電源からの経路を遮断若しくは短絡するこ
とを特徴とする。 また、請求項７の発明は、前記正帰還
の定電流制御は、前記加熱部内に設けられた陰極部と陽
極部間の電位変化を検知し、該電位変化に基づき負性抵
抗を感知することにより、所定の時間前記陰極部の電源
経路を遮断することを特徴とする。 また、請求項８の発
明は、前記電子ビーム発生用の電流を所望の時間単位で
更にスイッチングすることを特徴とする
電流制御は、前記電源からの電流値を検出し、該電流値
に基づき前記電源からの経路を遮断若しくは短絡するこ
とを特徴とする。 また、請求項７の発明は、前記正帰還
の定電流制御は、前記加熱部内に設けられた陰極部と陽
極部間の電位変化を検知し、該電位変化に基づき負性抵
抗を感知することにより、所定の時間前記陰極部の電源
経路を遮断することを特徴とする。 また、請求項８の発
明は、前記電子ビーム発生用の電流を所望の時間単位で
更にスイッチングすることを特徴とする
【００１３】
【作用】本発明では、グロー放電により得られる電子ビ
ームで材料を加熱する加熱部に電源手段より電力を供給
するが、この際に、制御手段によって電源手段からの電
子ビーム発生用の電流を制御して加熱部における放電を
制御し、これにより、グロ−放電からア−ク放電への移
行を防止する。
ームで材料を加熱する加熱部に電源手段より電力を供給
するが、この際に、制御手段によって電源手段からの電
子ビーム発生用の電流を制御して加熱部における放電を
制御し、これにより、グロ−放電からア−ク放電への移
行を防止する。
【００１４】また、さらに、電子ビーム発生用の電流を
意図的な信号により付加制御するための付加制御手段が
設けられている場合には、材料の表面温度のみを上昇さ
せ、材料のバルク中を低温のままに維持できて、材料の
表面のみを効果的に熱処理することができる。
意図的な信号により付加制御するための付加制御手段が
設けられている場合には、材料の表面温度のみを上昇さ
せ、材料のバルク中を低温のままに維持できて、材料の
表面のみを効果的に熱処理することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る電子ビーム加熱装置の第１の
実施例の概略構成図である。図１を参照すると、この電
子ビーム加熱装置は、チャンバ１内が加熱部として機能
するようになっており、チャンバ１内に陰極２と、加熱
処理がなされるべき半導体等の材料９を支持するホルダ
ー３とが設けられている。陰極２とホルダー３とは、制
御回路５を介して高圧の直流電源４に隣接されており、
陰極２とホルダー３との間には、グロー放電を生じさせ
る電位差が直流電源４から制御回路５を介し加えられ
て、陰極２からグロー電子ビームが材料９に向けて放出
されるようになっている。なお、チャンバ１内を０．１
〜１００ｔｏｒｒの真空度にするため、チャンバ１に
は、ガス導入部４６およびガス排気部４７が設けられて
いる。チャンバ１内に導入されるガスとしては、基本的
には任意の種類のものを使用することができるが、グロ
ー放電を安定して生じさせるためには、ヘリウムなどの
希ガス等が有利である。また、陰極２の材質としては、
基本的には導電性を有するものであれば良いが、電子放
出能の高い材料，すなわち仕事関数の小さい材料がより
好ましい。また、この例では、ホルダー３自体が陽極と
して機能し、陰極２とホルダー３との間が直流電源４に
対する負荷となっているが、図９の従来の装置のよう
に、ホルダー３とは別に、ホルダー３と陰極２との間の
適宜の位置に陽極を設け、また、グロー電子ビームの焦
点をホルダー３上の材料に合わせるための磁気レンズを
さらに設けるような構成にしても良い。
する。図１は本発明に係る電子ビーム加熱装置の第１の
実施例の概略構成図である。図１を参照すると、この電
子ビーム加熱装置は、チャンバ１内が加熱部として機能
するようになっており、チャンバ１内に陰極２と、加熱
処理がなされるべき半導体等の材料９を支持するホルダ
ー３とが設けられている。陰極２とホルダー３とは、制
御回路５を介して高圧の直流電源４に隣接されており、
陰極２とホルダー３との間には、グロー放電を生じさせ
る電位差が直流電源４から制御回路５を介し加えられ
て、陰極２からグロー電子ビームが材料９に向けて放出
されるようになっている。なお、チャンバ１内を０．１
〜１００ｔｏｒｒの真空度にするため、チャンバ１に
は、ガス導入部４６およびガス排気部４７が設けられて
いる。チャンバ１内に導入されるガスとしては、基本的
には任意の種類のものを使用することができるが、グロ
ー放電を安定して生じさせるためには、ヘリウムなどの
希ガス等が有利である。また、陰極２の材質としては、
基本的には導電性を有するものであれば良いが、電子放
出能の高い材料，すなわち仕事関数の小さい材料がより
好ましい。また、この例では、ホルダー３自体が陽極と
して機能し、陰極２とホルダー３との間が直流電源４に
対する負荷となっているが、図９の従来の装置のよう
に、ホルダー３とは別に、ホルダー３と陰極２との間の
適宜の位置に陽極を設け、また、グロー電子ビームの焦
点をホルダー３上の材料に合わせるための磁気レンズを
さらに設けるような構成にしても良い。
【００１６】図２は制御回路５の構成例を示す図であ
る。制御回路５は、直流電源４からの電子ビーム発生用
の電流を制御するために設けられており、定電流制御部
６と、ゲート部７と、ゲート部７を制御するゲート制御
部８とから構成されている。
る。制御回路５は、直流電源４からの電子ビーム発生用
の電流を制御するために設けられており、定電流制御部
６と、ゲート部７と、ゲート部７を制御するゲート制御
部８とから構成されている。
【００１７】図３はチャンバ１内が低真空状態であると
きの放電の代表的な電流−電圧特性を示す図であり、図
３からグロー電子ビームの発生する異常グロー領域は正
抵抗性を示すことがわかる。材料９を電子ビームによっ
て安定してアニールするためには、材料９への電子の量
を制御することが必要であり、定電流制御部６は異常グ
ロー領域での制御を行なうために設けられている。すな
わち、定電流制御部６は、正抵抗性を示す回路に対する
定電流制御を行なうようになっており、電源４から陰極
への電流の増加を感知すると電流量を減少させ、また電
流の低下を感知すると電流を増加させる負帰還の定電流
制御を行なうよう構成されている。
きの放電の代表的な電流−電圧特性を示す図であり、図
３からグロー電子ビームの発生する異常グロー領域は正
抵抗性を示すことがわかる。材料９を電子ビームによっ
て安定してアニールするためには、材料９への電子の量
を制御することが必要であり、定電流制御部６は異常グ
ロー領域での制御を行なうために設けられている。すな
わち、定電流制御部６は、正抵抗性を示す回路に対する
定電流制御を行なうようになっており、電源４から陰極
への電流の増加を感知すると電流量を減少させ、また電
流の低下を感知すると電流を増加させる負帰還の定電流
制御を行なうよう構成されている。
【００１８】より具体的には、定電流制御部６は、電流
経路Ｐを流れる電流値を読出す電流値読出器１０と、読
出された電流値に基づき、電流経路Ｐを流れる電流の増
加，減少を感知する負帰還の差動増幅器１１と，差動増
幅器１１において電流の増加が感知されたときに電流経
路Ｐを電気的に遮断し、電流の低下が感知されたときに
は電流経路Ｐを短絡（シャント）状態にするトランジス
タ１２とを有している。また、差動増幅器１１における
電流の増加，減少の感知特性を適宜調節するためにバイ
アス電圧源Ｖsが設けられている。なお、この例では、
電流値読出器１０は、抵抗Ｒiで構成されており、抵抗
Ｒiの両端の電位差によって電流値をＶiとして読出すよ
うになっているが、電流値読出器１０としては、抵抗Ｒ
iに限らず各種の手段を用いることもでき、さらに、定
電流制御部６としては負帰還の定電流制御がなされる構
成であれば良く、上記例以外の構成のものにすることも
可能である。
経路Ｐを流れる電流値を読出す電流値読出器１０と、読
出された電流値に基づき、電流経路Ｐを流れる電流の増
加，減少を感知する負帰還の差動増幅器１１と，差動増
幅器１１において電流の増加が感知されたときに電流経
路Ｐを電気的に遮断し、電流の低下が感知されたときに
は電流経路Ｐを短絡（シャント）状態にするトランジス
タ１２とを有している。また、差動増幅器１１における
電流の増加，減少の感知特性を適宜調節するためにバイ
アス電圧源Ｖsが設けられている。なお、この例では、
電流値読出器１０は、抵抗Ｒiで構成されており、抵抗
Ｒiの両端の電位差によって電流値をＶiとして読出すよ
うになっているが、電流値読出器１０としては、抵抗Ｒ
iに限らず各種の手段を用いることもでき、さらに、定
電流制御部６としては負帰還の定電流制御がなされる構
成であれば良く、上記例以外の構成のものにすることも
可能である。
【００１９】一方、図３から、アーキング，すなわちグ
ロー放電からアーク放電への移行（正抵抗性を示す領域
から負性抵抗性を示す領域への移行）は、グロー放電時
における電流（陰極面での電流密度）よりもさらに電流
（陰極面での電流密度）が増加することによって引き起
こされることがわかる。単なる電源４の不安定さ等に起
因した電流増加によるアーキング、すなわち、電流経路
Ｐ上で実際に検知可能な電流増加に基づくアーキング
は、上述した定電流制御部６による制御である程度防ぐ
ことができる。しかしながら、陰極２の面上への不純
物，ゴミ等の付着、あるいは陰極２の面上のおう・とつ
によって陰極２の一部の箇所で電界が集中し、見かけ上
電流密度が増加する場合にもアーキングが生ずる。この
場合、この見かけ上の電流密度の増加については電流経
路Ｐ上で検知することができないので、これに対しては
定電流制御部６では有効な制御を行なうことができな
い。ゲート部７およびゲート制御部８は、このような見
かけ上の電流増加によって生ずるアーキングをも防止す
るために設けられている。すなわち、ゲート部７および
ゲート制御部８は、電流経路Ｐを流れる電流に対し、正
帰還の電流制御を行なうようになっており、ゲート部７
によって電流経路Ｐを電気的に遮断したり短絡（シャン
ト）状態にしたりするようになっている。
ロー放電からアーク放電への移行（正抵抗性を示す領域
から負性抵抗性を示す領域への移行）は、グロー放電時
における電流（陰極面での電流密度）よりもさらに電流
（陰極面での電流密度）が増加することによって引き起
こされることがわかる。単なる電源４の不安定さ等に起
因した電流増加によるアーキング、すなわち、電流経路
Ｐ上で実際に検知可能な電流増加に基づくアーキング
は、上述した定電流制御部６による制御である程度防ぐ
ことができる。しかしながら、陰極２の面上への不純
物，ゴミ等の付着、あるいは陰極２の面上のおう・とつ
によって陰極２の一部の箇所で電界が集中し、見かけ上
電流密度が増加する場合にもアーキングが生ずる。この
場合、この見かけ上の電流密度の増加については電流経
路Ｐ上で検知することができないので、これに対しては
定電流制御部６では有効な制御を行なうことができな
い。ゲート部７およびゲート制御部８は、このような見
かけ上の電流増加によって生ずるアーキングをも防止す
るために設けられている。すなわち、ゲート部７および
ゲート制御部８は、電流経路Ｐを流れる電流に対し、正
帰還の電流制御を行なうようになっており、ゲート部７
によって電流経路Ｐを電気的に遮断したり短絡（シャン
ト）状態にしたりするようになっている。
【００２０】より具体的には、ゲート制御部８は、陰極
２と陽極（ホルダー）３との間の電位変化を検知する電
位変化検知部２０と、検知した電位変化に基づき負性抵
抗を感知する比較器２１と、比較器２１において負性抵
抗が感知されたときにゲート部７のゲート遮断期間ｔs
を設定するゲート遮断時間設定部２２とを有している。
この例では、電位変化検知部２０は抵抗Ｒｊ，Ｒｋから
構成され、比較器２１は演算増幅器により構成されてお
り、電位変化検知部２０と比較器２１とは放電の電流−
電圧特性における負性抵抗を読出す負性抵抗読出部とし
て機能するようになっている。なお、負性抵抗読出部と
しては、グロー放電に必要な電位差以上の耐圧をもって
いることが必要であり、図２の例では、抵抗Ｒｊと抵抗
Ｒｋとの比を例えば１：１０００にし、陰極２とホルダ
ー３との間の電位差を１／１０００に分圧した上で比較
器２１に入力させることで耐圧を確保している。電位変
化検知部２０については、抵抗以外にも、例えばフォト
トランジスタやフォトダイオードの組み合せなどの種々
の回路素子を用いることができ、比較器２１についても
演算増幅器以外の任意の回路により構成することができ
るが、電流制御の応答性を高めるため、動作速度の速い
素子により構成されるのが望ましい。図２の例では、コ
ンデンサＣ１等からなる微分回路を設けることによっ
て、さらに応答性に優れた回路を実現している。
２と陽極（ホルダー）３との間の電位変化を検知する電
位変化検知部２０と、検知した電位変化に基づき負性抵
抗を感知する比較器２１と、比較器２１において負性抵
抗が感知されたときにゲート部７のゲート遮断期間ｔs
を設定するゲート遮断時間設定部２２とを有している。
この例では、電位変化検知部２０は抵抗Ｒｊ，Ｒｋから
構成され、比較器２１は演算増幅器により構成されてお
り、電位変化検知部２０と比較器２１とは放電の電流−
電圧特性における負性抵抗を読出す負性抵抗読出部とし
て機能するようになっている。なお、負性抵抗読出部と
しては、グロー放電に必要な電位差以上の耐圧をもって
いることが必要であり、図２の例では、抵抗Ｒｊと抵抗
Ｒｋとの比を例えば１：１０００にし、陰極２とホルダ
ー３との間の電位差を１／１０００に分圧した上で比較
器２１に入力させることで耐圧を確保している。電位変
化検知部２０については、抵抗以外にも、例えばフォト
トランジスタやフォトダイオードの組み合せなどの種々
の回路素子を用いることができ、比較器２１についても
演算増幅器以外の任意の回路により構成することができ
るが、電流制御の応答性を高めるため、動作速度の速い
素子により構成されるのが望ましい。図２の例では、コ
ンデンサＣ１等からなる微分回路を設けることによっ
て、さらに応答性に優れた回路を実現している。
【００２１】また、ゲート遮断時間設定部２２には、例
えばマルチバイブレータ等の発振器を用いることができ
る。
えばマルチバイブレータ等の発振器を用いることができ
る。
【００２２】また、ゲート部７は、図４あるいは図５の
ような構成のものにすることができる。ゲート部７とし
ては、電流経路Ｐを遮断する場合にも、あるいは短絡
（シャント）する場合にも、グロー放電を生じさせるに
必要な電位（数ｋＶ）以上の耐圧が必要であり、図４の
例では、ゲート部７は、ゲート素子として機能するトラ
ンジスタ１４と、真空管１５，１６と、数ｋΩの抵抗Ｒ
１，Ｒ２と、１ＭΩ以上の抵抗Ｒ３，Ｒ４と、耐圧５ｋ
Ｖ以上のコンデンサＣ２とから構成されている。また、
図５の例では、ゲート部７は、ゲート素子として機能す
るトランジスタ１７と、耐圧を得るのに必要な個数だけ
多段に接続されたトランジスタ群１８とから構成されて
いる。図４，図５の構成例では、耐圧のために真空管１
５，１６を用いるかトランジスタ群１８を用いており、
また、ゲート素子としてトランジスタを用いているが、
ゲート部７としては充分な耐圧とスイッチングが可能で
あるものであれば良く、ゲート部７を図４，図５以外の
回路構成にすることもできる。
ような構成のものにすることができる。ゲート部７とし
ては、電流経路Ｐを遮断する場合にも、あるいは短絡
（シャント）する場合にも、グロー放電を生じさせるに
必要な電位（数ｋＶ）以上の耐圧が必要であり、図４の
例では、ゲート部７は、ゲート素子として機能するトラ
ンジスタ１４と、真空管１５，１６と、数ｋΩの抵抗Ｒ
１，Ｒ２と、１ＭΩ以上の抵抗Ｒ３，Ｒ４と、耐圧５ｋ
Ｖ以上のコンデンサＣ２とから構成されている。また、
図５の例では、ゲート部７は、ゲート素子として機能す
るトランジスタ１７と、耐圧を得るのに必要な個数だけ
多段に接続されたトランジスタ群１８とから構成されて
いる。図４，図５の構成例では、耐圧のために真空管１
５，１６を用いるかトランジスタ群１８を用いており、
また、ゲート素子としてトランジスタを用いているが、
ゲート部７としては充分な耐圧とスイッチングが可能で
あるものであれば良く、ゲート部７を図４，図５以外の
回路構成にすることもできる。
【００２３】次にこのような構成の第１の実施例の電子
ビーム加熱装置の動作について説明する。直流電源４か
らグロー放電に必要な電力が制御回路５を介し、負荷，
すなわち陰極２，ホルダー３間に加わると、陰極２，ホ
ルダー３間でグロー放電が生じ、陰極２の面から電子が
放出されてホルダー３上の材料９に電子ビームとして入
射する。この電子ビームが入射することによって前述の
ように材料の表面部分（表面から所定深さの部分）のみ
を加熱し、この部分のみをアニールすることができる。
ビーム加熱装置の動作について説明する。直流電源４か
らグロー放電に必要な電力が制御回路５を介し、負荷，
すなわち陰極２，ホルダー３間に加わると、陰極２，ホ
ルダー３間でグロー放電が生じ、陰極２の面から電子が
放出されてホルダー３上の材料９に電子ビームとして入
射する。この電子ビームが入射することによって前述の
ように材料の表面部分（表面から所定深さの部分）のみ
を加熱し、この部分のみをアニールすることができる。
【００２４】ところで、直流電源４の不安定性さなどに
よって、電流経路Ｐを流れる電流が変動すると、制御回
路５の定電流制御部６ではこのような電流変動を負帰還
で制御する。すなわち、図３において正抵抗性を示す異
常グロー放電領域で作動しているときに、電流経路Ｐを
流れる電流が低下すると、電流を増加させるように制御
し（トランジスタ１２を短絡状態にし）、これと反対
に、電流が増加すると、電流を低下させるように制御す
る（トランジスタ１２を遮断状態にする）。これによ
り、正抵抗性を示す異常グロー放電領域において、陰極
２への電流が常に一定となるように制御することがで
き、直流電源４の不安定性などによって、電流が増加し
て異常グロー放電領域からアーク領域に移行してしまう
という事態を有効に防止することができる。
よって、電流経路Ｐを流れる電流が変動すると、制御回
路５の定電流制御部６ではこのような電流変動を負帰還
で制御する。すなわち、図３において正抵抗性を示す異
常グロー放電領域で作動しているときに、電流経路Ｐを
流れる電流が低下すると、電流を増加させるように制御
し（トランジスタ１２を短絡状態にし）、これと反対
に、電流が増加すると、電流を低下させるように制御す
る（トランジスタ１２を遮断状態にする）。これによ
り、正抵抗性を示す異常グロー放電領域において、陰極
２への電流が常に一定となるように制御することがで
き、直流電源４の不安定性などによって、電流が増加し
て異常グロー放電領域からアーク領域に移行してしまう
という事態を有効に防止することができる。
【００２５】このように、直流電源４の不安定性などに
よる電流変動に対しては、定電流制御部６によって変動
を抑えアーキングを有効に防止することができるが、定
電流制御部６によってアーキングを有効に防止できるの
はチャンバ１内における加熱特性が非常に安定している
場合に限られ、加熱特性が不安定であるとき，具体的に
は、陰極面の一部における見かけ上の電流密度が増加し
てアーキングに移行するようなときには、このアーキン
グを定電流制御部６によっては防止することができな
い。しかしながら、第１の実施例では、定電流制御部６
の他に、ゲート部７およびゲート制御部８が設けられて
おり、加熱特性が不安定であることに基づいて生ずるア
ーキングに対してはゲート部７およびゲート制御部８に
よって防止することができる。すなわち、陰極面の一部
において電流密度が増加し、図３の正抵抗領域（異常グ
ロー放電領域）から負性抵抗領域（アーク放電領域）へ
の移行が始まると、ゲート制御部８においては、負性抵
抗性を感知（すなわち陰極２，ホルダー３間の電圧の降
下を感知）し、ゲート遮断時間設定部２２では、電流遮
断（あるいは低下）を所定期間ｔs行なうための信号を
ゲート部７に出力する。これにより、ゲート部７では、
所定期間ｔs、電流経路Ｐを遮断し（あるいは電流量を
低下させ）、この期間直流電源４から陰極２に流れる電
流を制御する。この結果、陰極２，ホルダー３間に流れ
る電流密度は減少し、図３において、アーク放電領域へ
の移行が始まった場合にも、これを再び異常グロー放電
領域に戻すことができる。このように、ゲート部７，ゲ
ート制御部８を設けることによって、負性抵抗領域への
移行が起こった際にも、再度正抵抗領域へ復帰させるこ
とが可能となる。
よる電流変動に対しては、定電流制御部６によって変動
を抑えアーキングを有効に防止することができるが、定
電流制御部６によってアーキングを有効に防止できるの
はチャンバ１内における加熱特性が非常に安定している
場合に限られ、加熱特性が不安定であるとき，具体的に
は、陰極面の一部における見かけ上の電流密度が増加し
てアーキングに移行するようなときには、このアーキン
グを定電流制御部６によっては防止することができな
い。しかしながら、第１の実施例では、定電流制御部６
の他に、ゲート部７およびゲート制御部８が設けられて
おり、加熱特性が不安定であることに基づいて生ずるア
ーキングに対してはゲート部７およびゲート制御部８に
よって防止することができる。すなわち、陰極面の一部
において電流密度が増加し、図３の正抵抗領域（異常グ
ロー放電領域）から負性抵抗領域（アーク放電領域）へ
の移行が始まると、ゲート制御部８においては、負性抵
抗性を感知（すなわち陰極２，ホルダー３間の電圧の降
下を感知）し、ゲート遮断時間設定部２２では、電流遮
断（あるいは低下）を所定期間ｔs行なうための信号を
ゲート部７に出力する。これにより、ゲート部７では、
所定期間ｔs、電流経路Ｐを遮断し（あるいは電流量を
低下させ）、この期間直流電源４から陰極２に流れる電
流を制御する。この結果、陰極２，ホルダー３間に流れ
る電流密度は減少し、図３において、アーク放電領域へ
の移行が始まった場合にも、これを再び異常グロー放電
領域に戻すことができる。このように、ゲート部７，ゲ
ート制御部８を設けることによって、負性抵抗領域への
移行が起こった際にも、再度正抵抗領域へ復帰させるこ
とが可能となる。
【００２６】なお、陰極面での電流密度の増加によって
生ずるアーキングを防ぐために、陰極面積を大きくする
ことも考えられる。しかしながら、陰極面積を大きくす
ると、加熱装置自体の規模が大きくなる。これに対し、
上述の実施例では制御回路だけによってアーキングを防
止することができるので、陰極面積を不必要に大きくす
る必要がなく、加熱装置をコンパクトなものに維持する
ことができる。
生ずるアーキングを防ぐために、陰極面積を大きくする
ことも考えられる。しかしながら、陰極面積を大きくす
ると、加熱装置自体の規模が大きくなる。これに対し、
上述の実施例では制御回路だけによってアーキングを防
止することができるので、陰極面積を不必要に大きくす
る必要がなく、加熱装置をコンパクトなものに維持する
ことができる。
【００２７】図２には、制御回路５が、定電流制御部６
と、ゲート部７と、ゲート制御部８との全てを有してい
る場合を示したが、制御回路５としては、定電流制御部
６だけが設けている構成、ゲート部７，ゲート制御部８
だけが設けられている構成についても考えることができ
る。但し、定電流制御部６だけが設けられている場合に
は、前述のように、直流電源４の不安定性等による電流
変動については、これを抑えることができるものの、陰
極面での電流密度の増加によって生ずるアーキングを防
止することができない。一方、ゲート部７，ゲート制御
部８だけが設けられている場合には、アーキングが始ま
ったときにこれを再び異常グロー放電領域に戻すことが
できるものの、定電流制御がなされないために、直流電
源４が不安定であったりする場合、電流変動が大きくな
り、安定した加熱処理ができなくなることがある。
と、ゲート部７と、ゲート制御部８との全てを有してい
る場合を示したが、制御回路５としては、定電流制御部
６だけが設けている構成、ゲート部７，ゲート制御部８
だけが設けられている構成についても考えることができ
る。但し、定電流制御部６だけが設けられている場合に
は、前述のように、直流電源４の不安定性等による電流
変動については、これを抑えることができるものの、陰
極面での電流密度の増加によって生ずるアーキングを防
止することができない。一方、ゲート部７，ゲート制御
部８だけが設けられている場合には、アーキングが始ま
ったときにこれを再び異常グロー放電領域に戻すことが
できるものの、定電流制御がなされないために、直流電
源４が不安定であったりする場合、電流変動が大きくな
り、安定した加熱処理ができなくなることがある。
【００２８】これに対し、定電流制御部６，ゲート部
７，ゲート制御部８の全てが設けられているときには、
上記両者の各欠点を克服することができる。すなわち、
直流電源４の不安定性等による電流変動についてこれを
抑えることができるとともに、陰極面での電流密度の増
加によってアーキングが始まったときにも、これを再び
異常グロー放電領域に戻すことができて、アニールに必
要な十分なエネルギーをもつ電子ビームをより安定して
形成することができ、材料９の加熱，アニールをより良
好に安定して行なうことができる。
７，ゲート制御部８の全てが設けられているときには、
上記両者の各欠点を克服することができる。すなわち、
直流電源４の不安定性等による電流変動についてこれを
抑えることができるとともに、陰極面での電流密度の増
加によってアーキングが始まったときにも、これを再び
異常グロー放電領域に戻すことができて、アニールに必
要な十分なエネルギーをもつ電子ビームをより安定して
形成することができ、材料９の加熱，アニールをより良
好に安定して行なうことができる。
【００２９】図６（ａ）は制御回路５を定電流制御部６
のみからなる構成とした場合の加熱特性を示す図であ
り、図６（ｂ）は制御回路５を図２に示すような定電流
制御部６，ゲート部７，ゲート制御部８からなる構成と
したときの加熱特性を示す図である。図６（ａ），
（ｂ）を比べると、定電流制御部６のみの構成では（図
６（ａ））、ア−キングが生ずることにより陰極，ホル
ダ間の電流値が変動し、同時に加熱温度も変動し加熱特
性が不安定であるが、定電流制御部６にさらにゲート部
７，ゲート制御部８を付加した構成とすることによって
（図６（ｂ））、電流，温度とも安定し加熱特性が飛躍
的に向上して、高効率な加熱が可能になることがわか
る。
のみからなる構成とした場合の加熱特性を示す図であ
り、図６（ｂ）は制御回路５を図２に示すような定電流
制御部６，ゲート部７，ゲート制御部８からなる構成と
したときの加熱特性を示す図である。図６（ａ），
（ｂ）を比べると、定電流制御部６のみの構成では（図
６（ａ））、ア−キングが生ずることにより陰極，ホル
ダ間の電流値が変動し、同時に加熱温度も変動し加熱特
性が不安定であるが、定電流制御部６にさらにゲート部
７，ゲート制御部８を付加した構成とすることによって
（図６（ｂ））、電流，温度とも安定し加熱特性が飛躍
的に向上して、高効率な加熱が可能になることがわか
る。
【００３０】図７は本発明に係る電子ビーム加熱装置の
第２の実施例の概略構成図である。この第２の実施例で
は、図１に示した第１の実施例の構成において、さらに
付加制御部３０が設けられている。付加制御部３０は、
電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により制御する
ためのものであって、図７の例では、ゲート部３１と、
該ゲート部３１を任意パルス状に所定期間ｔpを動作さ
せるための発振器３２とから構成されている。すなわ
ち、ゲート部３１は、発振器３２からの信号により、任
意パルス状に所定期間ｔpだけ電流経路Ｐをオンにし、
それ以外の期間中は電流経路Ｐをオフにするようになっ
ており、その際、制御回路５におけるゲート部７の遮断
期間ｔsと付加制御部３０のゲート部３１のパルス・オ
ン期間ｔpとの間には次式の関係が必要である。
第２の実施例の概略構成図である。この第２の実施例で
は、図１に示した第１の実施例の構成において、さらに
付加制御部３０が設けられている。付加制御部３０は、
電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により制御する
ためのものであって、図７の例では、ゲート部３１と、
該ゲート部３１を任意パルス状に所定期間ｔpを動作さ
せるための発振器３２とから構成されている。すなわ
ち、ゲート部３１は、発振器３２からの信号により、任
意パルス状に所定期間ｔpだけ電流経路Ｐをオンにし、
それ以外の期間中は電流経路Ｐをオフにするようになっ
ており、その際、制御回路５におけるゲート部７の遮断
期間ｔsと付加制御部３０のゲート部３１のパルス・オ
ン期間ｔpとの間には次式の関係が必要である。
【００３１】
【数１】ｔs＜ｔp
【００３２】このような構成の第２の実施例の電子ビー
ム加熱装置では、ｔsを１００μ秒以下にしてゲート部
７を制御し、ｔpを１００μ秒〜１秒にしてゲート部３
１を動作させることによって、良好なパルス状の電子ビ
ームを発生することができた。実際に、電流値を１００
ｍＡとし、ゲート部３１のパルスオン時間，パルス休止
時間を図８（ａ）に示すように、それぞれ２．５ｍ秒に
して電子ビーム加熱装置を動作させると、図８（ｂ）に
示すような加熱特性を得ることができた。図８（ｂ）か
ら、電子ビームをパルス動作させると、材料９の表面温
度のみを上昇させることができ、材料９のバルク中を低
温のままに維持できて、材料９の表面のみを効果的に熱
処理することが可能となる。
ム加熱装置では、ｔsを１００μ秒以下にしてゲート部
７を制御し、ｔpを１００μ秒〜１秒にしてゲート部３
１を動作させることによって、良好なパルス状の電子ビ
ームを発生することができた。実際に、電流値を１００
ｍＡとし、ゲート部３１のパルスオン時間，パルス休止
時間を図８（ａ）に示すように、それぞれ２．５ｍ秒に
して電子ビーム加熱装置を動作させると、図８（ｂ）に
示すような加熱特性を得ることができた。図８（ｂ）か
ら、電子ビームをパルス動作させると、材料９の表面温
度のみを上昇させることができ、材料９のバルク中を低
温のままに維持できて、材料９の表面のみを効果的に熱
処理することが可能となる。
【００３３】このような加熱特性は、半導体デバイスや
薄膜デバイスのアニール技術に要求されるようなごく表
面の下地に影響を与えない加熱に適するものである。例
えば、第２の実施例の電子ビーム加熱装置を用い、Ｐ
（リン）イオン打ち込み後のＳiウェハーの活性化アニ
ールを行なうと、Ｓiバルク温度約４００℃以下の温度
で活性化が可能であり、さらに、Ｓi中へのＰイオンの
拡散については次表に示すように、通常の電気炉中で行
なわれる条件でのアニールに比較し、非常に小さく、イ
オン打ち込み深さとほとんど変わらない。すなわち、イ
オン拡散による下地層への影響がほとんどないアニール
方法を提供することが可能となる。
薄膜デバイスのアニール技術に要求されるようなごく表
面の下地に影響を与えない加熱に適するものである。例
えば、第２の実施例の電子ビーム加熱装置を用い、Ｐ
（リン）イオン打ち込み後のＳiウェハーの活性化アニ
ールを行なうと、Ｓiバルク温度約４００℃以下の温度
で活性化が可能であり、さらに、Ｓi中へのＰイオンの
拡散については次表に示すように、通常の電気炉中で行
なわれる条件でのアニールに比較し、非常に小さく、イ
オン打ち込み深さとほとんど変わらない。すなわち、イ
オン拡散による下地層への影響がほとんどないアニール
方法を提供することが可能となる。
【００３４】
【表１】
【００３５】半導体製造プロセス等において熱処理の必
要な工程は、他に配線層メタルのシンタリング、層間絶
縁層の平坦化等種々あげられるが、この種の熱処理に対
しても、本発明の電子ビーム加熱装置は適している。
要な工程は、他に配線層メタルのシンタリング、層間絶
縁層の平坦化等種々あげられるが、この種の熱処理に対
しても、本発明の電子ビーム加熱装置は適している。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１、５記
載の発明によれば、グロー放電により得られる電子ビー
ムで材料を加熱する加熱部に電源手段より電力を供給す
るに際し、制御手段によって電源手段からの電子ビーム
発生用の電流を制御して加熱部における放電を制御する
ようにしているので、加熱部の構造を不必要に大きくし
たりせずとも、グロ−放電からア−ク放電への移行を防
止し、安定した電子ビームを形成できて、電子ビームに
よる材料のアニ−ルを良好にかつ安定して行なうことが
できる。
載の発明によれば、グロー放電により得られる電子ビー
ムで材料を加熱する加熱部に電源手段より電力を供給す
るに際し、制御手段によって電源手段からの電子ビーム
発生用の電流を制御して加熱部における放電を制御する
ようにしているので、加熱部の構造を不必要に大きくし
たりせずとも、グロ−放電からア−ク放電への移行を防
止し、安定した電子ビームを形成できて、電子ビームに
よる材料のアニ−ルを良好にかつ安定して行なうことが
できる。
【００３７】また、請求項２、６記載の発明のように、
前記定電流制御手段は、前記電源供給手段の変動により
異常グロー放電領域からアーク放電領域に移行するのを
防止し、前記ゲート制御手段は、前記加熱部の加熱特性
の不安定性により異常グロー放電領域からアーク放電領
域に移行するのを防止するので、安定した材料の加熱を
行なうことができる。
前記定電流制御手段は、前記電源供給手段の変動により
異常グロー放電領域からアーク放電領域に移行するのを
防止し、前記ゲート制御手段は、前記加熱部の加熱特性
の不安定性により異常グロー放電領域からアーク放電領
域に移行するのを防止するので、安定した材料の加熱を
行なうことができる。
【００３８】また、請求項３、７記載の発明のように、
制御手段に、放電の電流−電圧特性の負性抵抗性を感知
し、負性抵抗性を感知したときに電子ビーム発生用の電
流の増加を制限する制限手段が設けられている場合に
は、加熱部の加熱特性が不安定であることによる電流増
加を抑えて、ア−ク放電への移行を防止できる。
制御手段に、放電の電流−電圧特性の負性抵抗性を感知
し、負性抵抗性を感知したときに電子ビーム発生用の電
流の増加を制限する制限手段が設けられている場合に
は、加熱部の加熱特性が不安定であることによる電流増
加を抑えて、ア−ク放電への移行を防止できる。
【００３９】また、請求項４、８記載の発明のように、
さらに、電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により
付加制御するための付加制御手段が設けられている場合
には、材料の表面温度のみを上昇させ、材料のバルク中
を低温のままに維持できて、材料の表面のみを効果的に
熱処理することができ、これにより、種々の表面熱処理
が可能となり、例えば、半導体等の製造プロセスにおけ
る熱処理工程に用いると、下地層に影響を与えない熱処
理が可能となるので、デバイス特性を向上させることが
できる。
さらに、電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により
付加制御するための付加制御手段が設けられている場合
には、材料の表面温度のみを上昇させ、材料のバルク中
を低温のままに維持できて、材料の表面のみを効果的に
熱処理することができ、これにより、種々の表面熱処理
が可能となり、例えば、半導体等の製造プロセスにおけ
る熱処理工程に用いると、下地層に影響を与えない熱処
理が可能となるので、デバイス特性を向上させることが
できる。
【００４０】また、請求項５，６記載の発明のように、
さらに、電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により
付加制御するための付加制御手段が設けられている場合
には、材料の表面温度のみを上昇させ、材料のバルク中
を低温のままに維持できて、材料の表面のみを効果的に
熱処理することができ、これにより、種々の表面熱処理
が可能となり、例えば、半導体等の製造プロセスにおけ
る熱処理工程に用いると、下地層に影響を与えない熱処
理が可能となるので、デバイス特性を向上させることが
できる。
さらに、電子ビーム発生用の電流を意図的な信号により
付加制御するための付加制御手段が設けられている場合
には、材料の表面温度のみを上昇させ、材料のバルク中
を低温のままに維持できて、材料の表面のみを効果的に
熱処理することができ、これにより、種々の表面熱処理
が可能となり、例えば、半導体等の製造プロセスにおけ
る熱処理工程に用いると、下地層に影響を与えない熱処
理が可能となるので、デバイス特性を向上させることが
できる。
【図１】本発明に係る電子ビーム加熱装置の第１の実施
例の概略構成図である。
例の概略構成図である。
【図２】制御回路の構成例を示す図である。
【図３】チャンバ内が低真空状態にあるときの放電の代
表的な電流−電圧特性を示す図である。
表的な電流−電圧特性を示す図である。
【図４】ゲート部の構成例を示す図である。
【図５】ゲート部の構成例を示す図である。
【図６】（ａ）は制御回路を定電流制御部のみからなる
構成とした場合の加熱特性を示す図、（ｂ）は制御回路
を定電流制御部，ゲート部，ゲート制御部からなる構成
としたときの加熱特性を示す図である。
構成とした場合の加熱特性を示す図、（ｂ）は制御回路
を定電流制御部，ゲート部，ゲート制御部からなる構成
としたときの加熱特性を示す図である。
【図７】本発明に係る電子ビーム加熱装置の第２の実施
例の概略構成図である。
例の概略構成図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は図７に示す電子ビーム加熱装
置における動作，特性を説明するための図である。
置における動作，特性を説明するための図である。
【図９】従来の電子ビーム加熱装置の構成図である。
１ チャンバ
２ 陰極
３ ホルダー
４ 直流電源
５ 制御回路
６ 定電流制御部
７ ゲート部
８ ゲート制御部
９ 材料
１０ 電流値読出器
１１ 差動増幅器
１２ トランジスタ
１４，１７ ゲート素子
１５，１６ 真空管
１８ トランジスタ群
２０ 電位変化検知部
２１ 比較器
２２ ゲート遮断時間設定部
３０ 付加制御部
３１ ゲート部
３２ 発振器
４６ ガス導入部
４７ ガス排気部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−23442（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−303687（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−40449（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−115637（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21D 1/38
H01L 21/263
Claims (8)
- 【請求項１】 電子ビームにより材料を加熱する電子ビ
ーム加熱装置において、 グロー放電により得られる電子ビームで材料を加熱する
加熱部と、該加熱部内で電子ビームを発生させるための
電力を供給する電源供給手段と、該電源供給手段から前
記電子ビーム発生用の電流を制御する制御手段とを備
え、 該制御手段は、前記電子ビーム発生用の電流に対し負帰
還の定電流制御を行なう定電流制御手段と、正帰還の定
電流制御を行なうゲート制御手段と 、を備えていること
を特徴とする電子ビーム加熱装置。 - 【請求項２】 前記定電流制御手段は、前記電源供給手
段の変動により異常グロー放電領域からアーク放電領域
に移行するのを防止し、前記ゲート制御手段は、前記加
熱部の加熱特性の不安定性により異常グロー放電領域か
らアーク放電領域に移行するのを防止することを特徴と
する請求項１記載の電子ビーム加熱装置。 - 【請求項３】 前記ゲート制御手段は、前記加熱部内に
設けられた陰極部と陽極部間の電位変化を検知する電位
変化検知手段と、該電位変化検知手段からの電位変化に
基づき負性抵抗を感知する負性抵抗感知手段と、該負性
抵抗感知手段により前記負性抵抗が感知された場合、所
定の時間前記陰極部の電源経路を遮断するゲート手段と
を備えていることを特徴とする請求項１記載の電子ビー
ム加熱装置。 - 【請求項４】 前記加熱部と前記制御手段の中間に位置
し、電子ビーム発生用の電流を所望の時間単位でスイッ
チングする付加制御手段を更に備えたことを特徴とする
請求項１〜３記載の電子ビーム加熱装置。 - 【請求項５】 電子ビームにより材料を加熱する電子ビ
ーム加熱方法において、 加熱部内の材料をグロー放電により得られる電子ビーム
で加熱する場合、前記加熱部内で電子ビームを発生させ
るための電力を供給する電源から前記電子ビーム発生用
の電流に対し負帰還の定電流制御と、正帰還の定電流制
御を同時に行なうことを特徴とする電子ビーム加熱方
法。 - 【請求項６】 前記負帰還の定電流制御は、前記電源か
らの電流値を検出し、該電流値に基づき前記電源からの
経路を遮断若しくは短絡することを特徴とする請求項５
記載の電子ビーム加熱方法。 - 【請求項７】 前記正帰還の定電流制御は、前記加熱部
内に設けられた陰極部と陽極部間の電位変化を検知し、
該電位変化に基づき負性抵抗を感知することにより、所
定の時間前記陰極部の電源経路を遮断することを特徴と
する請求項５記載の電子ビーム加熱方法。 - 【請求項８】 前記電子ビーム発生用の電流を所望の時
間単位で更にスイッチングすることを特徴とする請求項
５〜７記載の電子ビーム加熱方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02896192A JP3392885B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 電子ビーム加熱装置およびその方法 |
| US08/006,075 US5393953A (en) | 1992-01-20 | 1993-01-15 | Electron-beam heating apparatus and heating method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02896192A JP3392885B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 電子ビーム加熱装置およびその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195049A JPH05195049A (ja) | 1993-08-03 |
| JP3392885B2 true JP3392885B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=12263015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02896192A Expired - Lifetime JP3392885B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 電子ビーム加熱装置およびその方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5393953A (ja) |
| JP (1) | JP3392885B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7001457B2 (en) * | 2001-05-01 | 2006-02-21 | Ricoh Company, Ltd. | Crystal growth method, crystal growth apparatus, group-III nitride crystal and group-III nitride semiconductor device |
| US8173335B2 (en) | 2006-07-14 | 2012-05-08 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Beam ablation lithography |
| US20130248374A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Apple Inc. | Chemical polishing of aluminum |
| US10384299B2 (en) | 2013-06-26 | 2019-08-20 | Apple Inc. | Electron beam conditioning |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2033704B (en) * | 1978-10-30 | 1982-09-29 | Electricity Council | Electron discharge heating device |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP02896192A patent/JP3392885B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-01-15 US US08/006,075 patent/US5393953A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5393953A (en) | 1995-02-28 |
| JPH05195049A (ja) | 1993-08-03 |
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