JPH0762240B2

JPH0762240B2 - 電子ビーム蒸着用電子銃

Info

Publication number: JPH0762240B2
Application number: JP1200985A
Authority: JP
Inventors: 久山本
Original assignee: 日電アネルバ株式会社
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPH0364457A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、電子ビーム蒸着で用いられる電子銃に関す
る。

（従来の技術）従来、真空中で原材料物質（例えばアルミニウム）に電
子ビームを照射することにより、原材料物質を加熱、蒸
発させ、半導体基板等の基板表面に前記原材料物質の薄
膜を堆積させる電子ビーム蒸着が知られている。そし
て、前記電子ビーム源と、原材料物質を収容するるつぼ
とを備えた電子銃として、種々の構造のものが知られて
いる。

多元系の薄膜を基板表面に堆積させる場合、複数の電子
銃を真空処理室内に設置し、複数の原材料物質を同時に
蒸発させて、基板表面に蒸発物を堆積させることが行な
われている。

然し乍ら、このような方法では、真空処理室内に設置し
た複数の電子銃の夫々の電子ビーム偏向用磁場が、互い
に干渉し合って、各電子銃の電子ビームが、夫々のるつ
ぼの中心に照射されなくなったり、電子ビームに歪が生
じて、ビーム収束性が悪くなるという問題点が生じてい
た。

この磁場の相互干渉を低減する為に、複数の電子銃の、
相互の距離を大きくする方法があったが、装置全体が大
型化したり、るつぼから蒸発する蒸気の方向分布が、い
わゆる余弦則に支配される為に薄膜の堆積速度、均一性
が損なわれるといった問題点があった。

そこで発明者は、先に電子ビームの偏向の為の磁場を、
平面環状の磁気回路で形成し、該環状磁気回路に沿って
複数のるつぼと電子ビーム源を配置した電子ビーム蒸着
用の電子銃を提案した（特開平１−149955）。

（発明が解決しようとする課題）前記の、環状磁気回路に沿ってるつぼと電子ビーム源を
配置した電子銃は、装置の大型化や、蒸着分布が悪化す
るといった問題点を解決できるものであったが、各るつ
ぼに照射される電子ビームをスイープ（電子ビームの照
射される位置を移動すること）できない問題点があっ
た。

前記電子ビームのスイープは、アルミニウム等で代表さ
れる、融点が比較的低い温度で、昇華性でない金属等を
蒸着する場合には、必要とされない機能である。然し乍
ら、タングステン、モリブデン等の高融点金属や、石英
などに代表される絶縁物や、昇華性の物質を蒸着する場
合には、電子ビームをるつぼに収容された原材料物質の
一点のみでなく、広範囲に照射しなければ正常な蒸着が
行われないので、電子ビームスイープは必要な機能であ
る。

（課題を解決する為の手段）そこでこの発明は、前記複数のるつぼを設けた電子銃
に、更に電子ビームをスイープさせる機能を付加して、
問題点の解決を図ったのである。

即ちこの発明の電子ビーム蒸着用電子銃は、電子ビーム
を偏向する為の磁場を平面環状の磁気回路により形成
し、該環状磁気回路に沿って、複数のるつぼと電子ビー
ム源を配置してなる電子ビーム蒸着用電子銃において、
前記環状磁気回路の外側に沿って、１個の環状ヨークと
２対以上のコイルで構成した、電子ビームをスイープさ
せる為の電磁コイルが設置してあることを特徴としてい
る。

前記１個の環状ヨークは複数対のヨークで構成し、各ヨ
ークにコイルを巻くようにしても良い。

（作用）この発明の電子ビーム蒸着用電子銃では、電子ビームを
スイープさせる為の電磁コイルにより磁界で、電子ビー
ムの、原材料物質に対する照射位置をスイープすること
ができる。

電磁コイルを、１又は複数のヨークで構成した環状ヨー
クに２対以上のコイルを巻装して構成してあり、各コイ
ルによって発生する磁力によって、電子ビームをスイー
プが行われ、また、これはすべての電子ビームに同時に
作用する。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図乃至第３図は第１の実施例であって、図中１が水
冷ハースである。水冷ハース１は平面略方形としてあ
り、四隅部に永久磁石21、22、…24が埋設してあり、該
永久磁石21、22、…24で平面環状の磁気回路３が形成し
てある。そしてこの環状磁気回路３に沿うように、水冷
ハース１の各辺の中央上面に、るつぼ41、42、…44が設
けてあると共に、各るつぼの外側に電子ビーム源51、5
2、…54が設けてある。前記電子ビーム源51、52、…54
は、夫々フィラメント６と電極７で構成されている。第
２図において、８は水冷ハース１に対する冷却水の循環
路である。

この環状の磁気回路を形成することによって、各々のる
つぼ付近には、夫々単発の電子銃と同様の偏向磁界を得
ることができる。換言すれば、各電子ビーム源から発し
た電子ビームを夫々のるつぼに偏向させる磁界は、互い
に干渉し合うことが無く、電子ビームの収束性が劣化す
ることもない。

この実施例の永久磁石の配置は、近接した電子ビーム経
路に電子ビーム偏向磁界を形成するのに適したものであ
る。また、永久磁石の作る磁界の影響が小さくなる外周
部にコイルの作る磁界が強く作用するので、スイープ効
率が良好なものとなる（例えば第８図のフィラメント63
の付近）。

上記は、先に提案した電子ビーム蒸着用電子銃と同様の
構成部分であり、この発明では更に、前記水冷ハース１
の外周に、平面円形とした環状の電磁コイル９が設けて
ある。電磁コイル９は第３図に示したように、１個のヨ
ーク10で構成した環状ヨーク11に、４個のコイル121、1
22、…124を巻装して構成してあるもので、コイル121、
122、…124は対向するコイル同士で一対とされ、各対に
おけるコイルによる磁力線の方向が反対の方向となるよ
う構成してある。即ち、今、リード線131、132を介して
コイル121、123に電流を流すと、コイル121によって磁
力線141が発生する一方、コイル123によって磁力線143
が発生するようにしてある。この結果として、第３図に
示す151の磁力線が発生する。コイル122、124の対に対
してリード線133、134を介して電流を流した場合も同様
である。

上記のように構成した電子ビーム蒸着用電子銃において
は、電子ビーム源51、52、…54から発射された電子ビー
ムは、前記磁気回路３による磁場によって、夫々第２図
中15のような軌跡を描いて、るつぼ41、42、…44の略中
央に照射する。ここで前記電磁コイル９を動作させる
と、コイル121、122、…124による磁界が作用するの
で、電子ビームの照射位置を変化させることができる。

前記の如く、リード線131、132を介してコイル121、123
に電流を流した時の磁力線141、143によって、電子ビー
ムの飛行空間には、151のような磁力線（Ｘ方向）を作
用させることができ、一方リード線133、134を介してコ
イル122、124に電流を流せば、前記磁力線151と直交す
る方向の磁力線（Ｙ方向）を作用させることができる。
即ち、コイル121、122、…124における対毎に流す電流
の方向および大きさを調整することで、あらゆる方向成
分を持つ磁力線を作用させることが可能で、結局、電子
ビーム源51、52、…54から発射された電子ビームのるつ
ぼ41、42、…44における照射位置を自由に、かつ同時に
スイープさせることができる。

電磁コイルから発生した磁界がどのように電子ビームの
スイープに作用するか、具体的に説明する。

第８図に一対のコイル121、123から発生した磁界の磁力
線を示す（電子ビーム偏向の為の、永久磁石21、22…24
による磁気回路３は設けていない。）。

この場合、コイル121、123に1Aの電流を流すと、水冷ハ
ースの中央では８ガウス、るつぼ42、44の中心では10ガ
ウス、フィラメント62、64の中心では18ガウス、るつぼ
41、43の中心では９ガウス、フィラメント61、63の中心
では12ガウスの磁界の強さであった。

次に、第９図のように水冷ハース１に永久磁石21、22、
…24を配置して、電子ビーム偏向用の環状磁気回路３に
よる磁界を重畳した場合のビーム照射点の変位を考案す
る。

るつぼ41付近では、環状磁気回路３の磁界の強度は、コ
イル121、123により発生した磁界によって小さくなり、
その反対にるつぼ43付近では大きくなる。それによっ
て、るつぼ41に照射する電子ビームの軌道半径は大きく
なり、その反対にるつぼ43で小さくなる。従って、第10
図の矢印41′、43′に示す方向にビーム照射点が変位す
ることになる。

るつぼ42、44付近では、環状磁気回路３の磁界の方向と
コイル121、123より発生した磁界の方向は直角となる。
そのため、るつぼ42、44に照射する電子ビームは、軌道
半径に変化は無いが、Ｙ方向に力を受けることになる。

ただし電子ビームがフィラメントから発するときにかか
る力の方向と、るつぼに照射するときにかかる力の方向
は逆向きとなる（電子の飛行方向が反対方向だからであ
る）。ここで、フィラメント62、64の中心では18ガウ
ス、るつぼ42、44の中心では10ガウスと、Ｘ方向の磁界
の強さに差があるため、その差の分だけ、Ｙ方向に力を
受けることになる。その力の方向は、第10図に示したよ
うに、るつぼ42付近では矢印42′方向に、るつぼ44付近
では矢印44′方向である。また、コイル122、124（互い
に逆方向に磁界が発生するように結線されている）は、
第８図を90゜回転した方向に磁界を発生する。なぜな
ら、各コイルは、４回回転対称となっているからであ
る。従って、コイル122、124による磁界の重畳によっ
て、電子ビームは、第10図中に示した矢印41″、42″、
43″、44″の方向に移動する。

以上に説明したように、対向したコイル121、123とコイ
ル122、124とが発生した夫々の磁界の方向と強さを変化
させ、また、夫々の磁界（偏向用磁界とスイープ用磁
界）の相互作用によって、電子ビームのスイープが自由
に操作できる。例えば、AC電流を各電磁コイルにかけれ
ば、電子ビームのスイープ操作が可能となる。

実験例を示す。第10図において、環状磁気回路３の磁界
の強さを約200ガウスとしておき、それぞれ巻数200ター
ンのコイル121、123に3Aの電流を流した。すると、コイ
ル121、123に電流をかけないときの照射位置から、るつ
ぼ41、43では41′43′方向に約10mm移動し、一方、るつ
ぼ42、44では42′44′方向に約7mm移動した。

尚、前記実施例では、るつぼ41、42、…44と電子ビーム
源51、52、…54が４個ずつとした、いわゆる４連のもの
について説明したが、この数に制限はなく、３連、５
連、若しくは６連以上等、同様のスイープが可能であ
る。

次に、第４図および第５図は、電磁コイル９を複数のヨ
ークで構成した実施例である。

即ち第４図は、水冷ハース１の外側において、各電子ビ
ーム源51、52、…54と対向させた弧状のヨーク161、16
2、…164で一つの環状ヨーク17を構成し、各ヨーク16
1、162、…164に、前記実施例と同様に、対向するヨー
ク毎で対をなすコイル181、182、…184を巻装して、ス
イープ用の電磁コイルを構成してある。

この場合は、第８図乃至第10図で説明した磁界の発生の
電子ビームの照射位置の移動は同じである。

第５図も同様であるが、ヨーク161、162、…164の配置
される位置を、電子ビーム源と電子ビーム源の間とした
ものである。

この場合、隣合うコイルが互いに同一方向になるように
磁界を発生させると、第６図に示した矢印のように、電
子ビームの照射位置が移動する。反対に、隣合う電磁コ
イルにより発生する磁界が互いに反発し合うようにする
と、第７図に示した矢印のように、電子ビームの照射位
置が移動する。

これらの実施例においても、電子ビームの飛行する空間
に、スイープの為の磁力線を作用することが可能であ
り、前記実施例と同様に、電子ビームの照射位置を自由
に、かつ同時にスイープすることができる。

第11図は前記第１の実施例における、４個のるつぼ41〜
44を８個のるつぼ41〜48に代えた場合の、各るつぼにお
けるビームスイープの方向を示したものである。この場
合も全るつぼにおいて41′〜48′のような同時スイープ
が可能である。

（発明の効果）以上に説明した通り、この発明によれば、るつぼに収容
した原材料物質に照射される電子ビームをスイープでき
るようにしたので、高融点金属、絶縁物、昇華性物質で
も多元電子ビーム蒸着が可能にできる効果がある。

また、複数のるつぼの夫々に照射される電子ビームを、
１個の環状ヨークと２対以上のコイルで構成した電磁コ
イルでスイープさせるので、各ビームを同時にスイープ
させることができ、高融点金属、絶縁物、昇華性物質等
の多元電子ビーム蒸着を、失敗することなく、かつ確実
に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の平面図、第２図は同
じく一部縦断面図、第３図は第１の実施例の電磁コイル
を説明する図、第４図はこの発明の第２の実施例の平面
図、第５図乃至第７図はこの発明の第３の実施例の平面
図、第８図および第９図は電磁コイルより発生する磁力
線を示す平面図、第10図は第９図の磁界の発生している
ときの電子ビームの照射位置の移動方向を示す平面図、
第11図は、第１の実施例でるつぼを８個とした場合のビ
ームスイープ方向を示す平面図である。 21、22、…24……永久磁石３……磁気回路 41、42、…44……るつぼ 51、52、…56……電子ビーム源６……フィラメント９、91、92、…96……電磁コイル 10……ヨーク 11……環状ヨーク 121、122、…124、181、182、…184、201、202、…206
……コイル 161、162、…164……ヨーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを偏向する為の磁場を平面環状
の磁気回路により形成し、該環状磁気回路に沿って複数
のるつぼと電子ビーム源を配置してなる電子ビーム蒸着
用電子銃において、前記環状磁気回路の外側に沿って１
個の環状ヨークと２対以上のコイルで構成した、電子ビ
ームをスイープさせる為の電磁コイルが設置してあるこ
とを特徴とした電子ビーム蒸着用電子銃
【請求項２】複数対のヨークで１個の環状ヨークを構成
し、各ヨークにコイルを巻いて構成した請求項１記載の
電子ビーム蒸着用電子銃