JP5131547B2 - 蒸着用電子銃 - Google Patents

Description

本発明は蒸着用電子銃に関する。より詳しくは、電子銃より射出された電子ビームの照射を受けた蒸着材料から生成される蒸着粒子が、電子ビームを偏向するために電子銃に配設されているポールピースに付着することがない蒸着用電子銃を提供せんとするものである。

従来より、基板・レンズ等の表面部に薄膜を形成する手段として真空蒸着法が用いられている。この真空蒸着法では、基板等の表面部に薄膜を形成するために、真空チャンバ内で電子銃より射出された電子ビームを金属・化合物などの蒸着材料に照射して加熱蒸発させ、これにより生成された蒸着粒子を基板等の表面部に付着堆積させる。

そこで、この真空蒸着法で使用される電子銃の従来例の構成を、図３（ａ）に示し説明する（従来例１）。ここで、図３（ａ）は、従来例１の構成を簡略に図示した斜視図である。

図３（ａ）において、電子銃３０の本体ケース３１の内部には、加熱されることにより熱電子を放出するフィラメント、フィラメントより放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界を形成するための電極、冷却水が流通する流水路などが配設されている。

他方、本体ケース３１の上部には、生成された電子ビームを射出するための方形状の開口３３を有する、非磁性体からなる上部カバー３２が、取り付けられている。また、本体ケース３１上部の一方の端部には、強磁性体からなりＬ字状に形成された１対のポールピース３４ａ，３４ｂが対向して横設されている。

これらのポールピース３４ａ，３４ｂは、強磁性体からなる部材を介して本体ケース３１内に配設された磁力発生源である永久磁石と接続することにより磁化されている。したがって、ポールピース３４ａ，３４ｂの周囲には磁界が形成されることになり、この磁界により、上部カバー３２の開口３３を介して射出された電子ビームは、図３（ａ）では図示されてはいないルツボ内に収容された金属等の蒸着材料に向かうように偏向する。

すなわち、図３（ｂ）（一部を切り欠いた側面図）に示すように、本体ケース３１内のフィラメント３５から放出された熱電子が加速して生成された電子ビームＥＢは、破線で示すように、ポールピース３４ａ，３４ｂが形成する磁界により概ね２７０度回転するように偏向されて、ルツボ１００内に収容された蒸着材料の表面部に照射される。そして、電子ビームＥＢの照射を受けて生成された蒸着粒子は、上方に配置された基板などの被蒸着物に向けて上昇し、これに付着堆積することになる。

なお、電子ビームＥＢの照射が開始されてから蒸着材料の蒸発が活発化して蒸着粒子が定量的に生成するようになるまでは、一定の時間を要する。蒸着粒子が定量的に生成していない段階で、基板などの被蒸着物に蒸着粒子を付着させると、被蒸着物に求められている品質・特性を確保することができないことになる。

そこで、蒸着粒子が定量的に生成するようになるまでは、図４（ａ）（側面図）に示すように、蒸着材料が収容されたルツボ１００の上方であって、かつ、電子ビームＥＢの軌道に触れない位置に、伏せた円皿状の、水平方向に移動可能なシャッター２００を配置して、被蒸着物への蒸着粒子の付着を遮断する。

その後、加熱された蒸着材料の蒸発が活発化して、蒸着粒子が定量的に生成するようになると、図４（ｂ）（平面図）に示すように、蒸着粒子の飛散範囲からはずれた位置に、破線で示す位置からシャッター２００を移動させることになる。

図５（ａ）は、他の従来例の構成を示している（従来例２）。ここで、図５（ａ）は、従来例２の構成を簡略に図示した斜視図であり、図３（ａ）における構成要素に対応する構成要素については、ポールピースを除いて同一の符号を付している。

図５（ａ）において、ここに示した従来例２の構成が、従来例１の構成と異なるところは、本体ケース３１の上部に取り付けられた上部カバー３２の開口３３を挟むようにして、１対のポールピース４１ａ，４１ｂが対向して立設されていることである。その他の構成は、図３（ａ）に示した従来例１の構成と同じである。

このように構成された従来例２によった場合も、図５（ｂ）（一部を切り欠いた側面図）に示すように、本体ケース３１内から射出された電子ビームＥＢは、破線で示すように、ポールピース４１ａ，４１ｂが形成する磁界により概ね２７０度偏向されて、ルツボ１００内に収容された蒸着材料の表面部を照射することになる。

また、この従来例２においても、電子ビームＥＢの照射が開始されてから蒸着粒子が定量的に生成するようになるまでは、図６（ａ）（側面図）に示すように、ルツボ１００の上方であって、かつ、ポールピース４１ｂの上端よりも高くポールピース４１ｂに当接しない位置に、シャッター２００を配置して被蒸着物への蒸着粒子の付着を遮断するようにしている。

そして、電子ビームＥＢの照射を受けた蒸着材料の蒸発が活発化して、蒸着粒子が定量的に生成するようになれば、図６（ｂ）（平面図）に示すように、従来例１におけると同じく、蒸着粒子の飛散範囲からはずれた位置に、破線で示す位置からシャッター２００を移動させることになる。

図３により説明した従来例１によると、ルツボ１００の近傍にポールピース３４ａ，３４ｂが位置していることから、ルツボ１００内の蒸着材料に電子ビームＥＢを照射すると、ルツボ１００から飛散した蒸着粒子が、ポールピース３４ａ，３４ｂに付着し、例えば、使用する蒸着材料によっては、そのまま固着してしまう。とくに、ポールピース３４ａ，３４ｂの下面部と、ルツボ１００の上端周縁部との間の空隙部に、飛散する蒸着粒子が入り込んでポールピース３４ａ，３４ｂの下面部に付着堆積すると、つぎのような問題が生ずる。

すなわち、蒸着装置の作動中は、ルツボ１００内に収容された蒸着材料が均一に溶融するように、ルツボ１００は回転している。この回転しているルツボ１００の上端周縁部と、ポールピース３４ａ，３４ｂの下面部との間に、蒸着粒子が入り込んでポールピース３４ａ，３４ｂの下面部に付着堆積すると、堆積した蒸着粒子とルツボ１００の上端周縁部との摩擦が生じる。摩擦が生じれば、ルツボ１００を回転させるモータの負荷が大きくなり、ついにはモータは回転を停止してしまう。

これを回避するためには、ポールピース３４ａ，３４ｂの恒常的なクリーニング作業が必要となるが、クリーニング手段として、例えば、付着した蒸着粒子をショット・ブラストにより削り落とすとすると、ポールピース３４ａ，３４ｂ自体もともに削られることになる。

しかし、ポールピース３４ａ，３４ｂが削られると、ポールピース３４ａ，３４ｂの形状が変化し、その形成する磁界に変化が生ずる結果、電子ビームＥＢの軌道が変化して、電子ビームＥＢの照射スポットの位置ずれを起こしてしまう。そのため、クリーニングの限界に達したポールピース３４ａ，３４ｂは、これを取り外して新たなポールピース３４ａ，３４ｂと交換しなければならないことになる。

他方、ポールピース３４ａ，３４ｂに蒸着粒子が付着しても、それがそのまま固着することなく剥離する場合もある。しかし、その場合は、剥離した蒸着粒子が、ルツボ１００内に落下して溶融し、蒸着材料の組成を変えてしまうという問題点がある。以上のような解決すべき課題が、図３により説明した従来例１にはあった。

これに対して、図５により説明した従来例２によると、ポールピース４１ａ，４１ｂは、ルツボ１００からは離隔した位置に配設されているため、上述した従来例１におけるような堆積した蒸着粒子とルツボ１００の上端周縁部との摩擦という問題は生じない。

しかし、ルツボ１００から離隔した位置に、ポールピース４１ａ，４１ｂが配設されているとしても、ルツボ１００からの蒸着粒子は、ポールピース４１ａ，４１ｂの配設位置まで飛散し、これに付着する。そのため、従来例１について説明したところと同様のポールピース４１ａ，４１ｂへの蒸着粒子の付着に起因する問題（クリーニングあるいは剥離した蒸着粒子のルツボ内への落下）が生ずる。

また、従来例２では、従来例１とは異なり、ポールピース４１ａ，４１ｂは横設するのではなく立設する構成を用いている。そのため、電子ビームＥＢの照射を受けた蒸着材料の蒸発が活発化するまで用いるシャッター２００（図６）は、それが水平方向に移動してもポールピース４１ａ，４１ｂに当接しないように、ポールピース４１ａ，４１ｂの上端よりも高い位置に配置しなければならない。

しかし、ルツボ１００より飛散する蒸着粒子は、逆円錐状に放散する。すなわち、生成された蒸着粒子は、上昇するにしたがって水平方向に拡散する。そのため、シャッター２００の配置位置が高いと、蒸着粒子の拡散範囲のすべてをカバーすることができず、カバーしきれない蒸着粒子が、シャッター２００よりも上方に上昇する。このカバーしきれない蒸着粒子が基板などの被蒸着物に付着すると、膜厚の不均一などの問題を生じてしまう。

これに対処するために、蒸着粒子の拡散範囲のすべてをカバーすることができるサイズの大きいシャッターを用いることは、これを水平方向に移動させる必要があることを考慮すると、真空チャンバの容積などの制約から困難である。

また、シャッター２００以外についても、ポールピース４１ａ，４１ｂを立設する構成を用いていることによる不都合がある。すなわち、真空チャンバ内を視認するために設けられている監視窓を通して電子ビームＥＢの位置を確認しようとする場合、立設しているポールピース４１ａ，４１ｂが視界を妨げてしまい、電子ビームＥＢの位置を的確に確認することができない。以上のような解決すべき課題が、図５により説明した従来例２にはあった。

さらには、図３（ａ）および図５（ａ）にそれぞれ示した各従来例１，２では、ポールピース３４ａ，３４ｂ，４１ａ，４１ｂが、ともに本体ケース３１の外部に露出して水平方向あるいは垂直方向に配設されている。

しかし、蒸着装置を作動させると、真空チャンバ内の温度は上昇し、ポールピース３４ａ，３４ｂ，４１ａ，４１ｂの温度が上昇する。温度が上昇すれば、温度変化に伴って磁気回路の特性が変化し、電子ビームＥＢの軌道が不安定なものとなってしまう。以上のような未解決の課題が、各従来例１，２にはそれぞれあった。

そこで、上記課題に照らし、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、永久磁石、熱電子を放出するフィラメント、蒸着材料上で電子ビームをＸ軸およびＹ軸方向においてスキャンするためのスキャンコイルユニットなどが内部に配設されるとともに、電子ビームを射出するための開口を有するカバーが上部に取り付けられた本体ケース内に、電子ビームを偏向する磁界を形成するための対向する１対のポールピース、および電子ビームの軌道を調整する磁界を形成するための対向する１対のポールピースを、それぞれ横設するようにした。

本発明によるならば、ポールピースが、電子銃の本体ケースの外部に露出していないので、蒸着装置の作動時に、ルツボから飛散する蒸着粒子がポールピースに付着堆積することがない。したがって、飛散する蒸着粒子に起因する問題は生じない。すなわち、ポールピースの恒常的なクリーニング作業が不要となり、蒸着の作業性が向上するとともに、装置のメンテナンス上の負担が著しく軽減される。

また、ポールピースのクリーニングが不要となるため、クリーニング手段としてショット・ブラストによった場合のようなポールピースの損耗を回避することができる。したがって、ポールピースが形成する磁界は、ポールピースの損耗による変化ということはなく、電子ビームの軌道は安定したものとなる。のみならず、ポールピースの交換が不要となり、蒸着に要するコストの低減化を図ることが可能となる。

他方、ポールピースに蒸着粒子が付着するということはないので、ポールピースに付着した蒸着粒子が剥離するということもない。したがって、剥離した蒸着粒子がルツボ内に落下溶融して、蒸着材料の組成を変えるということもない。

さらに、本発明では、ポールピースが電子銃の本体ケース内に配設され、図５（ａ）に示した従来例２のようにポールピースが本体ケースの上部に立設していない。したがって、電子ビームの照射が開始されてから蒸着材料の蒸発が活発化するまでルツボの上方を覆うシャッターの配置位置を低く設定することができる。すなわち、シャッターによってはカバーしきれない蒸着粒子が上方に上昇するのを極力抑えることが可能となり、基板などの被蒸着物に要求される品質・特性が確保されることになる。

また、ポールピースが本体ケースの上部に立設していないことから、真空チャンバの監視窓を通して電子ビームの位置を確認しようとする場合に、その視界がポールピースによって妨げられることはなく、的確に視認することができる。

そのうえ、冷却水の流通により冷却されている本体ケースの内部に、ポールピースが配設されていることから、各従来例１，２におけるように、蒸着装置の作動時にポールピースの温度が上昇するということもない。その結果、磁気回路の特性も変化することはなく、電子ビームＥＢの軌道は安定したものとなる。したがって、本発明によりもたらされる効果は、実用上極めて大きい。

従来、ポールピースが電子銃の本体ケースの外部に水平方向あるいは垂直方向に露出して配設されていたのに対して、本発明では、永久磁石、熱電子を放出するフィラメント、蒸着材料上で電子ビームをＸ軸およびＹ軸方向においてスキャンするためのスキャンコイルユニットなどが内部に配設された本体ケース内に、電子ビームを偏向する磁界を形成するためのポールピース、および電子ビームの軌道を調整する磁界を形成するためのポールピースをそれぞれ横設する。以下、実施例により詳しく説明する。

本発明の一実施例の構成を、図１に示し説明する。ここで、図１（ａ）は、本実施例における蒸着用電子銃の外観を示す斜視図、図１（ｂ）は、内部構成を示す、一部を切り欠いた斜視図である。

図１（ａ）において、ここに示した電子銃１０は、非磁性体からなる箱体状の本体ケース２０と、本体ケース２０の上部に取り付けられた、非磁性体からなり方形状の開口２２を有する上部カバー２１とにより、外形的には方形体状に形成されている。図３（ａ）および図５（ａ）にそれぞれ示した各従来例１，２とは異なり、ポールピースが外部に露出していない。

図１（ｂ）は、上部カバー２１を取り外した状態の電子銃１０を示している。本体ケース２０内の底部の、ルツボが配設される側の端部中央には、方形体状の永久磁石１４が配設されており、永久磁石１４の両端部には、永久磁石１４からの磁気を受けて磁気回路を形成するための、強磁性体からなる角柱状の回路形成部材１５ａ，１５ｂがそれぞれ接続されている。

一方の回路形成部材１５ａにおける永久磁石１４とは接続していない端部には、磁気回路を形成するための、強磁性体からなる板状の垂設された回路形成部材１３ａが触接して固定されている。この回路形成部材１３ａの上端部には、電子銃１０より射出された電子ビームを偏向する磁界を形成するための、強磁性体からなる細板状のポールピース１１ａが、その一方の端部が回路形成部材１３ａに触接して固定されることにより横設されている。

また、このポールピース１１ａと所定の間隔をおいた回路形成部材１３ａの上端部には、電子ビームの軌道を調整する磁界を形成するための、強磁性体からなる細板状のポールピース１２ａが、その一方の端部が回路形成部材１３ａに触接して固定されることにより横設されている。

同様に、永久磁石１４に接続している他方の角柱状の回路形成部材１５ｂにも、垂設された板状の回路形成部材１３ｂが触接して固定され、その上端部には、電子ビームの偏向用のポールピース１１ｂと、電子ビームの軌道調整用のポールピース１２ｂとが、その一方の端部が回路形成部材１３ｂに触接して固定されることにより横設されている。

このような構成により、垂設された２つの回路形成部材１３ａ，１３ｂに固定された、電子ビームの偏向用のポールピース１１ａ，１１ｂと、電子ビームの軌道調整用のポールピース１２ａ，１２ｂは、それぞれ対向して１対をなしている。

この１対をなす電子ビーム偏向用のポールピース１１ａ，１１ｂの中間の斜め下方の部位には、加熱されることにより熱電子を放出するフィラメント１６が配設されている。また、蒸着材料上でＸ軸方向において電子ビームをスキャンすなわち照射スポットを往復動させるためのＸスキャンコイルと、Ｙ軸方向において電子ビームをスキャンするためのＹスキャンコイルにより構成されるスキャンコイルユニット１７が、フィラメント１６を囲むようにして配設されている。

以上説明した各構成要素の他にも、図示は省略されているが、フィラメント１６より放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界を形成するための電極、冷却水が流通する流水路などが、本体ケース２０の内部には配設されている。

図２（一部を切り欠いて断面表示した側面図）は、以上のように構成された電子銃１０を作動させた場合の様子を示している。図示するように、フィラメント１６より放出された熱電子が加速されることにより生成され、上部カバー２１の開口２２を介して射出される電子ビームＥＢは、本体ケース２０の内部に配設された各ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成する磁界により、概ね２７０度偏向して、ルツボ１００内に収容された蒸着材料の表面部を照射することになる。

このように、本発明による電子銃１０では、各ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを、本体ケース２０の外部に露出しない構成を用いて、電子ビームＥＢを偏向するようにしている。したがって、電子ビームＥＢの照射を受けてルツボ１００から飛散する蒸着粒子が、各ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに付着することはない。

また、冷却されている本体ケース２０の内部に、各ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが配設されていることから、各ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが熱せられて、その温度が上昇するということもない。したがって、磁気回路の特性も変化することはなく、電子ビームＥＢの軌道は安定したものとなる。

以上においては、磁力発生源として、永久磁石１４を用いる場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。電流が流れることによって磁力が発生する電磁石を用いる場合についても、本発明は適用され得るものである。

また、ポールピース１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂとして、細板状に形成されたものを例に挙げて説明したが、本発明は、これに限られるものではない。その他にも、例えば角柱状に形成されたポールピースを使用する場合にも、本発明は適用し得るものである。

さらに、電子ビームＥＢを概ね２７０度偏向する場合について説明した、しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、これ以外にも、例えば概ね１８０度偏向する場合についても、本発明は適用することができるものである。

本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。 図１に示した電子銃の作動状態を説明するための説明図である。 従来例１の構成および作動状態を示す図である。 図３に示した従来例１における被蒸着物への蒸着粒子の付着を遮断するシャッターを説明するための説明図である。 従来例２の構成および作動状態を示す図である。 図５に示した従来例２における被蒸着物への蒸着粒子の付着を遮断するシャッターを説明するための説明図である。

符号の説明

１０ 電子銃
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ ポールピース
１３ａ，１３ｂ 回路形成部材
１４ 永久磁石
１５ａ，１５ｂ 回路形成部材
１６ フィラメント
１７ スキャンコイルユニット
２０ 本体ケース
２１ 上部カバー
２２ 開口
３０ 電子銃
３１ 本体ケース
３２ 上部カバー
３３ 開口
３４ａ，３４ｂ ポールピース
４０ 電子銃
４１ａ，４１ｂ ポールピース
１００ ルツボ
２００ シャッター
ＥＢ 電子ビーム

Claims (1)

1. 開口（２２）を有するカバー（２１）が上部に取り付けられたケース（２０）内に配設された磁力発生源（１４）と、
   前記ケース内に配設された、加熱されることにより熱電子を放出するためのフィラメント（１６）と、
   前記ケース内に配設された、前記フィラメントより放出される前記熱電子を加速して生成される電子ビーム（ＥＢ）を偏向する第１の磁界を、前記磁力発生源からの磁気を受けて形成するための第１の対向する１対の横設されたポールピース（１１ａ，１１ｂ）と、
   前記ケース内に配設された、前記第１の対向する１対の横設されたポールピースが形成する前記第１の磁界により偏向される前記電子ビームの軌道を調整する第２の磁界を、前記磁力発生源からの磁気を受けて形成するための第２の対向する１対の横設されたポールピース（１２ａ，１２ｂ）と、
   前記ケース内に配設された、前記電子ビームをルツボ（１００）内に収容された蒸着材料上でＸ軸方向においてスキャンするための第１のスキャンコイルおよびＹ軸方向においてスキャンするための第２のスキャンコイルからなるスキャンコイルユニット（１７）とを
   含む蒸着用電子銃。

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