JPH02125868A - 電子ビーム蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子ビーム照射により金属を加熱し、基板
に蒸着させる電子ビーム蒸着装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図ｉｄ従来用いられている電子ビーム蒸着源の要部
を示す構成図である。図において、（１）はるつぼ、（
２）は陰極、（３）は蒸着材料、（４）は偏向用磁極、
（５）は電子ビーム、（６）は冷却水出入り口である。

るつぼ（１）に入れた蒸着材料（３）を偏向用磁極（４
）によって１８００あるいは２７０°偏向された電子ビ
ーム（５）により加熱する。蒸着材料（３）は中央部分
のみを加熱し、るつぼ壁＋１１は冷却水出入口（６）か
ら冷却水を循環させて水冷している。こうすることによ
って、蒸着材料（３）の中央部分からるつぼ壁＋１１へ
向かって温度勾配を持たせている。従って例えば蒸着材
料（３）としてタングステン（融点３６８０Ｋ　）を用
いた場合でもタンタル（融点３２６３Ｋ　）のるつは（
１）が溶融しない条件でタングステンを蒸発させること
が出来る。

ところが、上記のようにこの装置では、蒸着材料（３）
とるつぼ壁（１）との間に所定の温度勾配をもたせるた
めに大量のビームエネルギーを投入している。またこれ
と同時に大量の水で冷却している。

このため、エネルギー効率が非常に悪く、投入エネルギ
ーのほとんどすべてが冷却により排出されるわけである
から、冷加設備も大掛かりになるなとの問題点がある。

また、蒸着材料（３）の表面積が比較的大きいので、被
蒸着基板（図示せず）に対する熱輻射の影響がある。こ
れを解決するために、蒸着材料（３）とり、て線状ター
ゲットを利用することが考えられるが、第５図に示す装
置構成では、電子ビームの集束性があまり良くない。そ
のうえ、−軸方向の走査しかできず正確なビーム位置制
御ができないので、線状ターゲットを利用することはで
きない。

この問題を解決するため、金属蒸発源に材料陽極型′市
子線加熱法を用いるものがある。第６図は特公昭６１−
３３９２号公報に示さｙｔだ従来の電子線点蒸着源装置
を示す該略構成図である。図において、（２）は環状陰
極、（３）は線状ターゲットである線状陽極、（５）は
熱電子線、（力は溶融球、（８ａ）、（８ｂ）は制御電
極、（９）は蒸発粒子流、（１０）は被蒸着基板、０ル
は電圧１４に諒、（６）は陰極加熱電源、１段は電子線
電流検出系、ａΦは基準′電流設定器、叫、　ＱＧは比
較器、α力は陰極加熱電力検出系、（至）は臨界電力設
定器、００は線状陽極駆動機構、翰はドライバ、ｅ→は
絶縁物である。

次に動作について説明する。この第６図に示す装Ｍは、
電子衝突を利用して線状Ｉ＠極（３）の先端を溶融し、
蒸発させる。一般に、線状陽＊　ｆ３）となっている蒸
着材料を蒸発させるのに要する電力およびその電力を投
入した時に溶融球（７）が加熱される温度は、理論的、
実験的にすでに知られているので、用いる材料に応じ、
高圧電源０υの出力を調節して、当該材料による線状陽
極（３）に対して所要の蒸発温度が得られるように、高
圧電源αυの電圧と基準電流設定器側の基準電流値を設
定する。次に陰極加熱・市原＠を動作させると、塊状陰
極（２）が加熱され熱電子を放出する。環状陰極（２）
から放出された熱電子線（５）は、一般には接地されて
いる制御電極（８ａ）、（８ｂ）の作用により線状陽極
（３）の先端に集束し、その部分を浴融温度まで加熱上
昇させる。

溶融した先端部分は蒸着材料自身の表面張力と蒸気圧と
で平衡した一定の溶融球（７）となシ、電子線による加
熱が一定ならば線状陽極（３）の先端に安定な状態で保
持される。溶融球（７）は熱電子線（５）の照射により
さらに加熱されて蒸発温度に達すると、その温度での蒸
気圧により、溶融球（７）の表面から蒸発が始まる。そ
して、蒸発粒子流（９）は制御電極（８ｂ）の穴を通過
して被蒸着基板（１０）の五に到達して蒸着が行われる
。制御電極（８ｂ）は環状陰極（２）からの輻射熱によ
り被蒸着基板００）が加熱され７ることを防ぐイ動きも
している。

この装置では、蒸発量を一定に保持するために電気的な
制御をおこなっている。環状陰極（２）から放出された
熱電子（５）が線状陽極（３）に到達することにより電
子線電流が流れ、その電流は電子線電流検出系（１４で
検出し、比較器（旧で糸準電流設定器０くに設定されて
いる基準電流値と比較される。この時に、設定値よりも
低ければ陰極加熱電源（イ）を制御して更に加熱′電力
を増し、高ければ同様にして加熱′電力を減じて、４常
に電子線電流を所定の基準電流値に保持する。一方、蒸
発が進行するにしたがい、溶融球（７）は制御′１１（
極（８ａ）に近すき、環状陰極（２）近傍の電界が小さ
くなって電子流の放射が少なくなり、従って、電子線電
流は減少傾向となっていく。電子線電流の減少は当然、
電子線電流検出系（至）で検出され陰極加熱電源（６）
を制御し補ＩＦされるが、さらに蒸発が進むと、電子線
電流はついにカットオフとなり、いくら陰極加熱電源＠
を制御しても電子線電流は増加せず、ただ陰極加熱電源
＠の環状陰極（２）への印加電力のみ上昇するような動
作を示す。この状態は環状陰極（２）にとって断線など
の危険を伴う範囲である。そこで、この範囲にはいる手
前の臨界電力を臨界電力設定器（至）で設定し、陰極加
熱電力検出系θηで検出された電力を比較器θＱで比較
する。設定値より高くなれば線状−極部動機構０９にド
ライバＯ）ρ）ら駆動信号を送信し、絶縁物ψυ以下に
取シ（りけられ／こ線状陽極（３）を移動して溶融球（
７）の位置を初期設定の位置に再設定する。このように
、溶融球（７）が初期設定の位置に近ずくに従い、再び
電子線電流が流れはじめ陰極加熱電源＠の制御が始まる
。

これら一連の動作を電気的に制御することにより、電子
線点蒸着源の蒸発量を一定に保持することがｉｉｆ能と
なる。ｆた、従来の他の装置に比較して、被蒸着基板へ
の熱の影響が極めて小さく、かつ精度の高い微細蒸着が
小電力で制御性良く実現できると言われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電子ビーム蒸着装置は以上のように構成されてい
るので、エネルギー効率が悪いこと、冷却設備が大掛か
りになること、被蒸着基板に対する蒸着材料表面からの
熱輻射の影響があること、電子ビームの集束性および制
御卸性があまり良くないことなどの問題点があった。

また、上記の問題点を解決できる特公昭６１−３３９２
号公報に示された電、子線点蒸着源装置に関しても、制
御電極（８ｂ）は電子線軌道の制御をすると共に、環状
陰極（２）からの輻射熱により被蒸着基板（１，０１が
加熱されることを防ぐ熱シールド効果を兼ねており、線
状陽極（３）からの照光粒子流の大部分を遮蔽する構成
になっているため、大面積の蒸着は困難で量産装置にｑ
ｉ、適さないという問題点がある。

さらに、線状陽極（３）からの蒸発粒子が環状陰極（２
）およびその周辺の制御電極（８ａ）、（８ｂ）等に蒸
着しやすく、陰極（２）への蒸発物は陰極（２）の仕事
関数を上げて電子線放出を妨げる働きをする。これを防
ぐためには、陰極（２）の温度を充分高温にして陰極（
２）に蒸着した蒸着物を再蒸発させる方法が考えられ、
そのためには陰極（２）として融点の最も高い高融点金
属を高温で使用しなければならず、従って陰極材料の選
択性が少なくなる。例えば、陰極（２）の材料にタンタ
ルやモリブデンを用いると、線状陽極（３）の材料とし
てはこれらよりも融点の高いタングステンを用いること
ができない。このように低温動作可能の陰極を用いて陰
極の長寿命化および高効率化をはかることができないと
いう問題がある。その上、成膜室内において線状陽極（
３）を接地し・ベルよシ数ＫＶの高電位にするために絶
縁ガイシ（図示せず）を使用しているが、これを量産装
置に適用しようとしだ揚台、ガイシへの蒸発物の付着に
よる絶縁耐圧の劣化を防止する必要や、絶縁を維持した
まま線状陽極（３）の供給を行う必要があるなどの困難
な技術課題を伴っている０この発明は上記のような問題
点を解消するためになされたもので、小電力で被蒸着基
板に対する輻射熱の影響が少ない蒸発を行うと共に、大
面積の蒸着を長時間行うことのできる電子ビーム蒸着装
置を得ることを目的とする。

〔Ｂ題を解決するだめの手段〕

この発明に係る電子ビーム蒸着装置は、電子を放出する
電子銃、金属蒸着源で構成した線状タゲット、電子銃と
線状ターゲット間の電子ビーム路における電子を集束す
る集束手段、及びこの集束手段により集束した電子ビー
ムを偏向して線状ターゲットに照射する偏向手段を備え
たものである０ 〔作用〕 この発明における金属蒸発源は、蒸着材料として線状タ
ーゲットを使用しており、熱効率が良く輻射熱の影響の
少ない蒸発を行う。さらに、装置の構成を電子銃を用い
た電子ビーム発生部分と線状ターゲットを配置した蒸着
部分に分けることにより、大面積の蒸着を長時間行うこ
とができる０〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による電子ビーム蒸着装置を示
す構成図であシ、図において、（２）は電子銃、（３）
は線状ターゲット、（４）はｌｆ電子ビーム偏向して線
状ターゲラｌ−（３１に照射する偏向レンズ、（５）は
電子ビーム、（７）ｖよ溶融球、（８）は電子銃（２）
と線状ターゲット（３）間の電子ビーム路における電子
を集束する集束手段で、例えば集束レンズ、ａ〔は被蒸
着基板、（ホ）は真空保持手段、Ｈはワイヤ供給機、に
）は信号処理装置、（イ）は集束レンズ電源、■は偏向
レンズ電源である。

次に動作について説明する。電子銃（２）から放出され
た電子ビーム（５）は、集束レンズ（８）により一段集
束され、偏向レンズ（４）により数１ｏ度から９０度の
間の任意の角度に偏向された後、線状ターゲット（３）
の先端部に焦点を結び、その部分を溶融温度まで加熱上
昇させる。溶融した先端部分は、一定の溶融球（７）と
なる。溶融球（７）は蒸発温度に達すると表面から蒸発
が始まシ、基板θＯ）の上に蒸着が行われる。二次電子
の影響を小さくするために、基板００）と線状ターゲッ
ト（３）との間にわずかに電位をかける。

この装置では、電子銃（２）と線状ターゲット（３）を
分離して構成したので、基板００１に苅する電子ビーム
発生源からの輻射熱の影響がほとんどなく、従って、蒸
着材料（３）と被蒸着基板ＱＯｉとの間に熱輻射シール
ドを設置する必要がない。また、従来装置のように陰極
に蒸着物が付着する心配がないため低温動作陰極が使用
できる。

さらに、線状ターゲット（３）は高電位にならず、接地
に対してたかだか数■の電位しかもたないため、簡単な
絶縁機構のみでワイヤ供給機構に組み込むことができる
。この線状ターゲット（３）は、ワイヤ供給機（ハ）の
内部で数Ωの抵抗を介して接地されておシ、これを流れ
る電流を測定できるようにしている。第２図、第３図は
それぞれ一実施例に係る動作を説明するだめの説明図で
あシ、（ａ）は電子ビーム（５）と線状ターゲット（３
）との関係を示す図、（ｂ）は線状ターゲット（３）に
流れる電流波形を示す波形図で、横軸は時間、縦軸は電
流を示す。第２図（ａ）に示すように電子ビーム（５）
をターゲット（３１上で一方向例えば矢印Ａ方向に走査
しながら電流値の変化を検出すると、電子ビーム（５）
が線状ターゲット（３）上で焦点を結んでいる場合は第
２図（ｂ）のように鋭い立上りを示す。−万策３図（ａ
）に示すようにデフォーカスの場合には第３図（１））
のように緩慢な立上りを示す。この４ｇ号を信号処理装
（，２’　Ｈ内の微分回路によって微分すると、それぞ
れ第２図（Ｃ）。

第３図（Ｃ）となり、フォーカス、デフォーカスの違い
が信号のピーク値の違いとなって定量化される。

この信ぢ・を更に信号処理装置（イ）で処理し、集束レ
ンズ電源（イ）を制御するかまたはワイヤ供給機■を駆
動することによって、常にターゲット（３）の先端部に
電７ビーム（５）が集中するように制御し１線状ターゲ
ツト（３）を常に供給する。

このように、この実施例では、電子＆：（２１を用いた
電子ビーム発生部分と線状ターゲットを配置した蒸着部
分とを分離して構成でき、熱輻射シールドが不賛になり
大面積の蒸着が可能である。また、低温動作陰極が使用
でき陰極の長寿命化が可能である。さらに、線状ターゲ
ット（３）が高電位にならないので連続してターゲット
を供給することができ、量産化にも適している。

なお、上記実施例では１本の線状ターゲット（３）を設
置したものを示したが、第４図に示すように２本以上の
線状ターゲラ）　（３ａ）、（３ｂ）を設置してもよい
。＋：の際、νｆ１）向レンズ電源（イ）から偏向レン
ズ（４）に流れる電流を制御して電子ビームの偏向角度
を制御（７、焦点を結ぶ位置と照射時間とを変えること
により、各々の線状ターゲット（３ａ）、（３ｂ）から
の蒸発量の割合を変えることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは、電子を放出する電子
銃、金属蒸着源で構成した線状ターゲット、電子銃と線
状ターゲット間の電子ビーム路における電子を集束する
集束手段、及びこの集束手段により築束した電子ビーム
を偏向して線状ターゲットに照射する偏向手段を備えた
ことにより、効率よく、被蒸着基板に対する輻射熱の影
響が少ない蒸加が１］°能とｌす、さらに大面積の蒸着
を長時間行なうことのできる電子ビーム蒸着装置を得る
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電子ビーム蒸着装置
を示す構成図、第２図、第３図はそれぞれこの発明の一
実施例に係わる説明図、第４図はこの発明の他の実施例
を示す構成図、第５図は従来の電子ビーム蒸着源の要部
を示す構成図、第６図は従来の電子線点蒸着源装置を示
す構成図である。 （２）・・電子銃、（３）・・・線状ターゲット、（４
）・・・偏向レンズ、（５）・・・電子ビーム、（８）
・・・集束レンズ、（１（２）・・・基板。 なお、図中、同一符号は同一、又は和尚部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子ビーム照射により金属を加熱して基板に蒸着する電
   子ビーム蒸着装置において、電子を放出する電子銃、金
   属蒸着源で構成した線状ターゲット、上記電子銃と上記
   線状ターゲット間の電子ビーム路における電子を集束す
   る集束手段、及びこの集束手段により集束した電子ビー
   ムを偏向して上記線状ターゲットに照射する偏向手段を
   備えたことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。