JP4421846B2

JP4421846B2 - 電子源装置および電子源装置調整方法

Info

Publication number: JP4421846B2
Application number: JP2003204583A
Authority: JP
Inventors: 健児高木; 薫杉田; 和春加藤; 浩明若田
Original assignee: Nissin Giken Co Ltd
Current assignee: Nissin Giken Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005048221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを被照射材料に照射する電子源装置および電子源装置調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱されたフィラメントから放出された電子を加速して引き出し、磁界によって約１８０度〜回転させると共にレンズ作用によって電子ビームスポットにしてルツボ内の被溶解材料を照射し、当該電子ビームのエネルギーで加熱し溶解して蒸発させ、対向面に配置した基板に蒸着などする電子源装置がある。
【０００３】
従来、電子源装置は、フィラメントから放出されて加速された電子をルツボ内に導くために約１８０度〜回転させる必要があり当該回転させる磁界として永久磁石を用いる装置がある。当該永久磁石を用いた場合には、電子ビームスポットをルツボ内の被溶解材料面のほぼ中央にくるように調整する必要があり、そのために永久磁石にシャント機構を設けて当該シャント機構を調整して丁度、電子ビームスポットがルツボの被溶解材料面のほぼ中央にくるように調整していた。
【０００４】
また、永久磁石を用いる代わりに、フィラメントから放出されて加速された電子をルツボ内に導くために約１８０度〜回転させる磁界として、コイルを巻いた電磁石を用いる装置もある。当該電磁石を用いた装置では、電子ビームスポットをルツボ内の被溶解材料面のほぼ中央にくるように電磁石に流す電流を調整していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前者の永久磁石を用い、電子ビームスポットが丁度、ルツボの被溶解材料面のほぼ中央にくるようにシャント機構で調整する装置は、調整が面倒であるが、電子ビームスポットを平面走査してルツボの被溶解材料面のほぼ中央の所定領域を均一に照射して加熱している状態で、何らかの原因で電子ビームが放電し、走査コイルが誤動作しても電子ビームスポットはほぼルツボの中心に照射するので、それほど問題が観察されなかった。
【０００６】
しかし、従来の後者のコイルを巻いた電磁石を用いた装置では、電子ビームスポットがルツボ内の被溶解材料のほぼ中央にくるように調整することは簡単であるが、放電時した場合には前者の永久磁石のシャント機構を用いて調整した場合とは異なり、コイルやコイル電流供給回路などに誤動作が発生して電子ビームスポットがルツボ内の被溶解材料の中央からずれてしまい、信頼性が低く、また、長時間蒸着のように誤動作が発生する確率が高くなり、安全性を高めるために永久磁石を用いた装置を使わざるを得ないという問題があった。また、ルツボ内の被溶解材料の電子ビームスポットの走査範囲を可及的に広くして均一加熱しようとしても、誤動作による影響が大きくなってしまい、信頼性の面から走査範囲を広くできないという問題もあった。
【０００７】
本願発明は、これらの問題を解決するため、電子ビームを永久磁石による磁界により１８０度以上回転させてルツボ５の被照射材料面のほぼ中央を垂直方向から照射かつ微細調整を当該永久磁石と同軸に配置したコイルに電流を流して行い、電子ビームスポットをルツボ内の被照射材料面のほぼ中央に簡易に調整かつ永久磁石の近傍に軸を一致させたコイルを配置し電子ビームスポットの変位を最小限にすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して課題を解決するための手段を説明する。
図１において、フィラメント１は、電子ビームを放出するものであって、例えば加熱して電子ビームを放出するものである。
【０００９】
永久磁石２は、フィラメントから放出されて加速された電子ビームを１８０度以上回転させてルツボ５内の被照射材料面にほぼ垂直に照射させるための磁界を発生するものである。
【００１０】
ＤＥＦコイル３は、永久磁石２と同軸かつ両側に挟んで対称に設けたコイルであって、永久磁石２によってフィラメントから放出されて加速された電子ビームを１８０度以上回転させてルツボ５内の被照射材料面にほぼ垂直に照射させた位置が、ほぼ中央でないときに補正するためのものである。
【００１１】
スキャンコイル４は、電子ビームスポットをルツボ５内の被照射材料面の所定領域を平面走査（Ｘ走査およびＹ走査）するためのコイルである。
ルツボ５は、被照射材料を収納するものである。
【００１２】
次に、構成および調整方法を説明する。
フィラメント１から放出されて図示外の加速電極で加速された電子ビーム１１は、永久磁石２による磁界によって、図示の中央の実線の曲線のように１８０度以上回転（ここでは、約２７０度回転）してルツボ５内の図示外の被照射材料面にほぼ垂直に中央を照射し、加熱する。ここで、電子ビームスポットの照射位置が、被照射材料面の中央からずれていた場合には、永久磁石２の両側に接して同軸に設けたＤＥＦコイル２（図２参照）に電流を流し、電子ビームスポットがほぼ中央にくるように調整する。そして、スキャンコイル４に走査電流を流し、電子ビームスポットが被照射材料面の所定領域内を平面走査して均一に加熱し、図示外の対向面に配置した基板上に蒸着などする。
【００１３】
この際、ＤＥＦコイル３を、永久磁石２の両側から挟んで対称かつ可及的に接しかつ同軸に配置する。
従って、電子ビームを永久磁石２による磁界により１８０度以上回転させてルツボ５内の被照射材料面のほぼ中央を垂直方向から照射かつ微細調整を当該永久磁石２と同軸に配置したコイル（ＤＥＦコイル３）に電流を流して行うことにより、電子ビームスポットをルツボ５内の被照射材料面のほぼ中央に簡易に調整かつ永久磁石２の近傍に軸を一致させたコイル（ＤＥＦコイル３）を配置し電子ビームスポットの変位を最小限にすることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図１から図３を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の説明図を示す。
図１の（ａ）は上面図を示し、図１の（ｂ）は正面図を示す。
図１において、フィラメント１は、電子ビーム１１を放出するものであって、例えばタングステンをヘアピン型に成型したものであり、電流を流して加熱して電子ビームを放出するものである。電子ビーム１１は、加熱されたフィラメント１から放出された電子を、対向して設けたグリッド電極、および更に、対向して設けたアノード電極にバイアス電圧、加速電圧（例えば１０ＫＶ）をそれぞれ印加して所定電流、所定電圧の当該電子ビーム１１を放出するためのものである。
【００１６】
永久磁石２は、加熱されたフィラメント１から放出されて加速された電子ビームを１８０度以上回転（ここでは、約２７０度回転）させてルツボ５内の被照射材料面にほぼ垂直に照射させるための磁界を発生するものである。
【００１７】
ＤＥＦコイル３は、永久磁石２と同軸かつ両側に挟んで対称に設けたコイルであって、永久磁石２によってフィラメント１から放出されて加速された電子ビームを１８０度以上回転（ここでは、２７０度回転）させてルツボ５内の被照射材料面にほぼ垂直に照射させた位置が、ほぼ中央でないときに補正するためのものである。
【００１８】
スキャンコイル４は、電子ビームスポットをルツボ５内の被照射材料面の所定領域を平面走査（Ｘ走査およびＹ走査）するためのコイルである。
ルツボ５は、被照射材料を収納するものであって、電子ビームスポットによって照射されて加熱され溶解し、対向して設けた基板上に蒸着などするためのものである。
【００１９】
尚、実線の電子ビーム１１は、本発明の電子ビームの軌跡の例であって、
・Ａは、永久磁石２による磁界によって、フィラメント１から放出された電子ビーム１１の軌跡の例であって、ルツボ５内の被照射材料面をほぼ垂直に中央を照射するときの軌跡の例であり、ＤＥＦコイル３による補正が不要の軌跡の例である。
【００２０】
・Ｂ，Ｃは、永久磁石２による磁界によって、フィラメント１から放出された電子ビーム１１の軌跡の例であって、ルツボ５内の被照射材料面をほぼ垂直で端を照射するときの軌跡の例であり、ＤＥＦコイル３による補正が必要な軌跡の例である。この場合には、ＤＥＦコイル３に電流を流して、Ａの軌跡のように調整する（電子ビームスポットがルツボ５内の被照射材料面をほぼ垂直で中央に照射するように、ＤＥＦコイル３に流す電流を調整する）。
【００２１】
また、点線のＢ’，Ｃ’の電子ビーム１１は、スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）４で補正したときの電子ビームの軌跡の例であって、スキャンコイル（Ｘ，Ｙ）４で、実線のＢ，Ｃのルツボ５内の被照射材料の端の部分を電子ビームスポットが照射する場合の補正を行なうと、当該スキャンコイル（Ｘ，Ｙ）の中心位置で電子ビームを図示のように偏向してルツボ５内の被照射材料面上のほぼ中央に照射するように補正（調整）できるが、しかし、ルツボ５内の被照射材料面上で垂直に照射しなく、右下に記載したように、ａ、ｂの角度だけ垂直からずれてしまい、電子ビームスポットによるルツボ５内の被照射材料への加熱度合いが異なり、結果として当該ルツボ５に対向して配置した基板上への蒸着ムラが発生してしまうという大きな欠点が発生する事態となる。従って、ルツボ５内の被照射材料には常にほぼ垂直方向（あるいは常に同じ方向）からビームスポットを照射し、基板への蒸着ムラを無くす必要がある。
【００２２】
図２は、本発明の説明図を示す。これは、図１の構成の詳細説明図である。
図２の（ａ）は上面図を示し、図２の（ｂ）は正面図を示す。
図２において、永久磁石２は、ここでは、リング状の永久磁石であって、図２の（ａ）において上下方向にＮＳ極（あるいはＳＮ極）を持つものである。
【００２３】
ＤＥＦコイル３は、永久磁石２を挟んで両側に対称に設けたコイル（巻き線）であって、永久磁石２と同軸である。ＤＥＦコイル３を永久磁石２と同軸かつ両側から挟んで対称に設けたことにより、当該ＤＥＦコイル３に電流を流して磁界を発生させると、永久磁石２と同軸の磁界が発生して当該永久磁石２の磁界自身を強めたり、弱めたりとほぼ同一に作用させることができ、既述した図１の実線の電子ビーム１１の軌跡であるＢ，ＣをＡに補正し、電子ビーム１１をルツボ５内の被照射材料面上にほぼ垂直（あるいは永久磁石２によるＡと同じ角度）で中央に照射することが可能となる。
【００２４】
ポールピース１２は、永久磁石２による電子ビーム１１の回転中心を上方向に持ち上げるように磁界を発生させるためのポールピースであって、ここでは、当該ポールピース１２を設けたことでルツボ５の上面（あるいはルツボ５内の被照射材料面をほぼ垂直で電子ビームスポットが照射できる面）をスキャンコイル（そのカバー）４よりも上方向に配置できるようにするためのものである。これにより、ルツボ５からの輻射熱がスキャンコイル（あるいはそのカバー）４を照射しなくなって加熱される度合が低下したり、ルツボ５から蒸発した物質がスキャンコイル（そのカバー）５に付着して汚れることを防止できる。尚、ポールピース１２は、ルツボ５からの輻射熱により、約２７０℃にも加熱されるので、十分な冷却が必要となる。
【００２５】
図３は、本発明の斜視図を示す。これは、スキャンコイル５およびポールピース１２、スキャンコイルカバー１３の関係を模式的にわかり易く表示したものである。ポールピース１２は、電子ビーム１１の通路に配置して当該電子ビーム１１の回転中心を上方向に持ち上げるための磁界を発生させるものである。また、スキャンコイルカバー１３を設けて図示外のルツボ５からの輻射熱による温度上昇を抑えたり、電子ビーム１１への影響（例えばチャージによる電子ビーム１１の不安定性）を無くしたりするためのものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビーム１１を永久磁石２による磁界により１８０度以上回転させてルツボ５内の被照射材料面のほぼ中央を垂直方向から照射かつ微細調整を当該永久磁石２と同軸に配置したコイル（ＤＥＦコイル３）に電流を流して行う構造を採用しているため、電子ビームスポットをルツボ５内の被照射材料面のほぼ中央に簡易に調整かつ永久磁石２の近傍に軸を一致させたコイル（ＤＥＦコイル３）を配置し電子ビームスポットの変位を最小限にすることが可能となる。
【００２７】
これにより、永久磁石２に多少のバラツキがあっても、ＤＥＦコイル３による補正で電子ビームを毎回（毎ロット）、同じ入射角、同じ電子ビームスポット形状にし、安定した電子ビーム蒸着を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図である。
【図２】本発明の説明図である。
【図３】本発明の斜視図である。
【符号の説明】
１：フィラメント
２：永久磁石
３：ＤＥＦコイル
４：スキャンコイル（Ｘ，Ｙ）
５：ルツボ
１１：電子ビーム
１２：ポールピース
１３：キャンコイルカバー

Claims

電子源から放出されて加速された電子ビームを磁界によって１８０度以上回転させて被照射材料にほぼ垂直方向から照射する永久磁石と、
前記電子ビームスポットが被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を、所定領域内で電気的に平面走査する偏向コイルと、
前記永久磁石に近接かつ同軸に巻いて電流を流し磁界を発生させて当該永久磁石によって発生される磁界を強めたりあるいは弱めたりし、前記被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を調整するためのコイルと
を備えたことを特徴とする電子源装置。
前記コイルを、前記永久磁石の両側から挟みかつ接しあるいは近接しかつ同軸に配置したことを特徴とする請求項１記載の電子源装置。
前記コイルを、前記永久磁石の両側から挟んで対称かつ接しあるいは近接しかつ同軸に配置したことを特徴とする請求項１記載の電子源装置。
電子源から放出されて加速された電子ビームを磁界によって１８０度以上回転させて被照射材料にほぼ垂直方向から照射する永久磁石と、
前記電子ビームスポットが被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を、所定領域内で電気的に平面走査する偏向コイルと、
前記永久磁石に近接かつ同軸に巻いて電流を流し磁界を発生させて当該永久磁石によって発生される磁界を強めたりあるいは弱めたりし、前記被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を調整するためのコイルと
を備え、
前記コイルに電流を流し、前記電子ビームスポットが前記被照射材料のほぼ中央を照射するように調整することを特徴とする電子源装置調整方法。