KR102452196B1 - 전자총 장치 및 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

고신뢰성, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다. 전자총 장치에서, 요크판은 제1 주면과 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과 제1 주면으로부터 제2 주면을 향하는 방향으로 직교하는 중심선을 가진다. 전자빔원은 요크판의 제1 주면 측에 위치해 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 요크판의 제2 주면 측으로 전자빔을 출사할 수 있다. 자기장 발생원은 요크판의 제2 주면에 설치되어 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가진다. 제1 자석의 제1극 및 제2극과 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향에 나란히 서 있다. 자기장 발생원은 요크판의 제2 주면 측에서 전자빔의 궤도를 제1 자석의 제2극과 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향한다. 제1 자석의 제1극과 제2 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장은 요크판에 갇힌다.

Description

전자총 장치 및 증착 장치{ELECTRON GUN DEVICE AND DEPOSITION DEVICE}
본 발명은 전자총 장치 및 증착 장치에 관한 것이다.
전자총 장치와 도가니를 구비한 증착 장치에서는 도가니에 수용한 증착 재료에 전자총 장치로부터 출사한 전자빔을 조사해서 증착 재료를 가열하고, 도가니로부터 증착 재료를 증발시켜서 기판에 증착막을 형성한다.
이러한 장치에서, 증착 재료에 조사하기 전에 전자빔을 집속할 필요가 있기 때문에 폴피스(pole piece)라고 불리는 돌기상의 부재를 전자총 장치에 적용하는 경우가 있다(예를 들면, 특허문헌1참조).
국제공개 2013/153604호
그렇지만, 폴피스(pole piece)를 전자총 장치에 적용하면, 예를 들면, 증착 중에 폴피스에 증착 재료가 퇴적되었을 경우, 폴피스로부터 벗겨진 증착 재료가 도가니에 낙하하게 되면, 낙하된 증착 재료의 성분이 재증발하게 될 가능성이 있다. 이것은, 증착막의 오염을 발생시킨다. 또, 폴피스는 돌기상이기 때문에 예를 들면, 그 메인터넌스 전후, 혹은, 증착 중의 열이력에 의해 폴피스의 효과가 변화될 가능성이 있다.
이러한 경우, 폴피스에 의해서 형성되는 자기장이 메인터넌스 시마다 미묘하게 변하고, 전자빔의 집속성이 불안정해진다. 또, 열이력에 의해, 폴피스의 온도가 변화되었을 경우, 그 투자율이 변하게 되는 경우가 있다. 이것에 의해, 폴피스에 의해서 형성되는 자기장이 변화되고, 전자빔의 위치가 어긋나는 경우도 생각할 수 있다.
또, 폴피스를 구비한 전자총 장치에서는 한 쌍의 폴피스 사이에서 국소적으로 강한 자기장을 형성하기 때문에, 전자빔의 집속을 유지한 상태의 전자빔의 주사 범위가 이른바 한계점에 도달하고 있다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본발명의 목적은 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치, 및, 그 전자총 장치를 구비한 증착 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 1형태에 따른 전자총 장치는, 요크판(yoke plate)과, 전자빔원과, 자기장 발생원을 구비한다.
상기 요크판은 자성체 재료를 포함하고, 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향으로 직교하는 중심선을 가진다.
상기 전자빔원은 상기 요크판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사할 수 있다.
상기 자기장 발생원은 상기 요크판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가진다. 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향으로 나란히 서 있다. 상기 자기장 발생원은 상기 요크판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향한다. 상기 제1 자석의 제1극과 상기 제2 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장은 상기 요크판에 갇힌다.
이러한 전자총 장치에서는, 요크판에 의해 요크판의 제1 주면측이 자기 차단되고, 요크판의 제2 주면측에 편향용 자기장이 형성되므로, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 1형태에 따른 전자총 장치는 지지판과, 전자빔원과, 자기장 발생원을 구비한다.
상기 지지판은, 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향으로 직교하는 중심선을 가진다.
상기 전자빔원은 상기 지지판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 지지판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 지지판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사할 수 있다.
상기 자기장 발생원은 상기 지지판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가진다. 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향에 나란히 서 있다. 상기 자기장 발생원은 상기 지지판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향한다.
상기 보조 자석은 상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 반전 가능하며, 적어도 일부가 상기 방향에서 상기 지지판으로부터 노출되고, 상기 방향으로부터 상기 지지판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 나란히 서 있다.
상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 제1 자석의 제2극과 상기 보조 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있다.
이러한 전자총 장치에서는 지지판의 제2 주면측에 편향용 자기장이 형성되고, 편향용 자기장에 보조 자석에 의해서 형성되는 자기장이 중첩되므로, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다.
상기의 전자총 장치에서는 상기 요크판에는 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면으로 관통하는 구멍 또는 패임 형상의 개구가 설치되고, 상기 개구는 상기 중심선에 겹치고, 상기 전자빔원은 상기 개구를 통해서 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 상기 전자빔을 출사할 수도 있다.
이러한 전자총 장치에서는 요크판에 형성된 개구를 통해서 요크판의 제1 주면 측으로부터 제2 주면 측으로 전자빔을 출사되므로, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다.
상기의 전자총 장치에서는 상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 반전 가능한 보조 자석을 추가로 구비한다. 상기 보조 자석의 적어도 일부는, 상기 방향에서 상기 요크판으로부터 노출되고, 상기 보조 자석은, 상기 방향으로부터 상기 요크판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 나란히 서 있고, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 보조 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있다.
이러한 전자총 장치에서는 요크판의 제2 주면측에 편향용 자기장이 형성되고, 편향용 자기장에 보조 자석에 의해서 형성되는 자기장이 중첩되므로, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다.
상기의 전자총 장치에서는 상기 전자빔원은 전자빔을 방출하는 필라멘트와, 상기 전자빔을 집속하는 집속 코일을 가지고, 상기 집속 코일에 의해서 집속된 상기 전자빔이 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 개구를 통해서 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 통과할 수도 있다.
이러한 전자총 장치에서는 집속성이 우수한 전자빔이 개구를 통해서 요크판의 제1 주면 측으로부터 제2 주면 측으로 통과하므로, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치가 제공된다.
상기의 전자총 장치에서는 비자성체 재료를 포함하고, 상기 전자빔원, 상기 요크판, 및 상기 자기장 발생원을 덮는 커버를 추가로 구비한다. 상기 커버에는 상기 전자빔을 통과시키는 개구가 설치되어 있을 수도 있다.
이러한 전자총 장치에서는, 전자빔원, 요크판, 및 자기장 발생원이 커버에 의해 덮어지므로, 전자총 장치의 메인터넌스가 용이해진다.
상기의 전자총 장치에서는 상기 방향에서 상기 전자빔원에 포함되는 필라멘트는 상기 커버의 일부와 겹쳐 있을 수도 있다.
이러한 전자총 장치에서는 전자빔원에 포함되는 필라멘트가 커버의 일부와 겹치므로, 필라멘트로의 이물의 부착이 방지된다.
상기의 전자총 장치에서는, 상기 요크판의 상기 제1 주면 또는 상기 제2 주면에 냉각회로가 형성되어 있을 수도 있다.
이러한 전자총 장치에서는, 요크판에 냉각회로가 형성되어 있으므로, 요크판에 설치된 자석의 투자율이 거의 일정하게 유지된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 1형태에 따른 증착 장치는 상기 전자총 장치와, 도가니를 구비한다.
상기 도가니는 상기 방향으로부터 상기 요크판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 요크판에 나란하게 서 있고, 증착 재료를 수용할 수 있다.
이러한 증착 장치에서는 상기 전자총 장치를 구비하는 것에　의해, 전자총 장치의 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 증착 장치가 제공된다.
상기의 증착 장치에서는 상기 방향에서, 상기 전자빔원의 높이가 상기 도가니의 상단 높이보다도 낮을 수도 있다.
이러한 증착 장치라면, 도가니로부터의 전자빔원으로의 증착 재료의 유입이 방지된다.
상기의 증착 장치에서는 비자성체 재료를 포함하고, 상기 전자총 장치를 덮고, 상기 전자빔을 통과시키는 개구가 설치된 커버를 추가로 구비한다. 상기 방향에서, 상기 커버의 높이가 상기 도가니의 상단 높이와 동등 이하일 수도 있다.
이러한 증착 장치라면, 도가니로부터의 전자빔원으로의 증착 재료의 유입이 방지된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 신뢰성이 높고, 주사성을 향상시킨 전자총 장치, 및 그 전자총 장치를 구비한 증착 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시형태의 전자총 장치를 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 2는 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 3은 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 별도의 모식도이다.
도 4는 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 보조 자석을 동작했을 경우에서의 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 6은 비교예에 따른 전자빔의 궤도를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 전자총 장치의 별형태를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 각 도면에는 XYZ축 좌표가 도입되는 경우가 있다. 또, 동일한 부재 또는 동일한 기능을 가지는 부재에는 동일한 부호를 붙이는 경우가 있고, 그 부재를 설명한 후에는 적당하게 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1의 (a), (b)는 본 실시형태의 전자총 장치를 나타내는 모식적인 사시도이다. 도 1의 (a), (b)에서는 XYZ축 좌표의 X축 방향이 요크판(30)의 중심선(30c)과 평행한 방향으로 나타내고, Z축 방향이 요크판(30)의 수직선에 대응하고, Y축 방향이 중심선(30c) 및 수직선에 직교하는 방향에 대응하고 있다.
도 1의 (a)에 나타내는 전자총 장치(1)는 예를 들면, 전자빔 가열식의 증착 장치에 적용되는 편향형 전자총이다.
전자총 장치(1)는 전자빔원(10)과, 자기장 발생원(20)과, 요크판(30)을 구비한다. 요크판(30)은 자기장 발생원(20)의 지지판이기도 하다.
전자빔원(10)은 요크판(30)의 하면(30d)(제1 주면)의 측에 위치한다. 여기에서, 하면(30d)이란 요크판(30)의 상면(30u)(제2 주면)의 반대측의 면이다. 전자빔원(10)은 요크판(30)의 하면(30d)의 측으로부터 요크판(30)의 상면(30u)의 측에 전자빔을 출사할 수 있다. 도 1의 (a)의 예에서는 전자빔원(10)은 예를 들면, 그 중심축(10c)이 요크판(30)의 하면(30d)(또는, 상면(30u))에 대하여 비스듬하도록 배치되어 있다.
예를 들면, 요크판에는 하면(30d)으로부터 상면(30u)에 걸쳐서 관통하는 구멍으로 구성된 개구(30h)가 설치되어 있다. 개구(30h)는 예를 들면, 요크판(30)의 중심선(30c)에 겹친다. 전자빔원(10)은 개구(30h)를 통해서 요크판(30)의 하면(30d)의 측으로부터 요크판(30)의 상면(30u)의 측으로 전자빔을 출사한다. 또, 개구(30h)는 관통 구멍에 한정되지 않고, 예를 들면, 요크판(30)의 단부부터 내부를 향해서 패임 형상의 개구일 수도 있다.
자기장 발생원(20)은 요크판(30)의 상면(30u)에 설치되어 있다. 자기장 발생원(20)은 예를 들면, X축 방향으로 나란히 서 있는 적어도 1개의 제1 자석과, X축 방향으로 나란히 서 있는 적어도 1개의 제2 자석을 가진다. 도 1의 (a)의 예에서는 예를 들면, X축 방향으로 1세트의 제1 자석(201A, 201B)이 나란히 서 있고, X축 방향으로 1세트의 제2 자석(202A, 202B)이 나란히 서 있다. X축 방향으로 나란히 서 있는 제1 자석(201A, 201B)의 간극과, X축 방향으로 나란히 서 있는 제2 자석(202A, 202B)의 간극의 사이에는 요크판(30)의 개구(30h)가 위치하고 있다.
제1 자석 및 제2 자석의 각각의 개수는 이 예에 한정되지 않는다. 제1 자석 및 제2 자석은 예를 들면, 페라이트계, 사마륨 코발트계 등의 자성체 재료로 형성된 영구자석이다.
또, 제1 자석(201A, 201B)은 요크판(30)의 중심선(30c)의 양측의 한쪽 측에 배치되고, 제2 자석(202A, 202B)는, 중심선(30c)의 양측의 다른 쪽 측에 배치되어 있다. 여기에서, 제1 자석(201A)은 Y축 방향에서 중심선(30c)을 사이에 두고 제2 자석(202A)에 나란히 서 있다. 제1 자석(201B)은 Y축 방향에서 중심선(30c)을 사이에 두고 제2 자석(202B)에 나란히 서 있다.
본 실시형태의 제1 자석으로서는 X축 방향에서 제1 자석(201A)과 제1 자석(201B)이 이간하고 있지 않은 연속한 자석을 적용할 수도 있고, X축 방향에서 제2 자석(202A)과 제2 자석(202B)이 이간하고 있지 않은 연속한 자석을 적용할 수도 있다.
제1 자석(201B)의 X축 방향에서의 길이, Y축 방향에서의 폭, 및 자극의 방향은 예를 들면, 제1 자석(201A)의 X축 방향에서의 길이, Y축 방향에서의 폭, 및 자극과 동일하다. 제2 자석(202B)의 X축 방향에서의 길이, Y축 방향에서의 폭, 및 자극의 방향은 예를 들면, 제2 자석(202A)의 X축 방향에서의 길이, Y축 방향에서의 폭, 및 자극과 동일하다.
제1 자석(201B) 및 제2 자석(202B)의 Y축 방향의 간격, 요크판(30)으로의 접속상태는 예를 들면, 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)의 Y축 방향의 간격, 요크판(30)으로의 접속상태와 동일하다. 제1 자석(201A)과 제1 자석(201B)의 자속밀도는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 제2 자석(202A)과 제2 자석(202B)의 자속밀도는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.
제1 자석(201A), 중심선(30c), 및 제2 자석(202A)은 Y축 방향에서, 이 순서로 나란히 서 있다. 예를 들면, 제1 자석(201A)으로부터 중심선(30c)까지의 거리와, 제2 자석(202A)으로부터 중심선(30c)까지의 거리와는 동일하다. 또, 제1 자석(201B), 중심선(30c), 및 제2 자석(202B)은 Y축 방향에서, 이 순서로 나란히 서 있다. 예를 들면, 제1 자석(201B)으로부터 중심선(30c)까지의 거리와, 제2 자석(202B)으로부터 중심선(30c)까지의 거리와는 동일하다.
도 1의 (a)의 예에서는 제1 자석(201A)의 하면이 N극(제1극)이 되어 있고, 제1 자석(201A)의 상면이 S극(제2극)이 되어 있다. 또, 제2 자석(202A)의 상면이 N극이 되어 있고, 제2 자석(202A)의 하면이 S극이 되어 있다. 여기에서, 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)의 각각의 하면이란, 요크판(30)의 상면(30u)에 대향하는 면, 혹은 상면(30u)에 접촉하는 면이다. 예를 들면, 도 1의 (a)의 예에서는 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)의 각각의 하면은 요크판(30)의 상면(30u)을 접하고 있다.
또, 제1 자석(201B)의 하면은 N극이 되어 있고, 제1 자석(201B)의 상면은 S극이 되어 있다. 제2 자석(202B)의 상면은 N극이 되어 있고, 제2 자석(202B)의 하면은 S극이 되어 있다.
자기장 발생원(20)에서는 제1 자석(201A)의 N극 및 S극과, 제2 자석(202A)의 N극 및 S는 각각 서로 역방향이 되어 Z축 방향으로 나란히 서 있다. 예를 들면, 제1 자석(201A)의 S극과, 제2 자석(202A)의 N극은 Z축 방향에서 같은 방향을 향하고 있다. 또, 제1 자석(201A)의 N극과, 제2 자석(202A)의 S극은 Z축 방향에서 같은 방향을 향하고 있다.
이것에 의해, 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서는 제2 자석(202A)의 N극으로부터 제1 자석(201A)의 S극에 걸쳐서, 예를 들면, 위로 볼록하게 된 아치상의 자력선이 형성된다. 자력선은 예를 들면, 중심선(30c)의 바로 위를 정점으로 해서, 중심선(30c)을 타고 넘도록 형성된다. 또, 제1 자석(201B)과 제2 자석(202B)에 의해서도 동일한 아치상의 자력선이 형성된다.
동일하게, 제1 자석(201B)의 N극 및 S극과, 제2 자석(202B)의 N극 및 S극은 각각 서로 역방향이 되어 Z축 방향으로 나란히 서 있다. 이것에 의해, 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서는 제2 자석(202B)의 N극으로부터 제1 자석(201B)의 S극에 걸쳐서, 예를 들면, 위로 볼록하게 된 아치상의 자력선이 형성된다. 이 자력선은 예를 들면, 중심선(30c)의 바로 위를 정점으로 해서, 중심선(30c)을 타고 넘는다. 이 자력선을 벡터장으로 설명하면 Y-Z축 평면에서 중심선(30c)을 주회하는 모양으로 각 점의 벡터가 그려진 장이 되어 있다.
이 자력선(자기장)은 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서, 전자빔원(10)이 요크판(30)의 상면(30u)에 놓은 전자빔의 궤도를 편향한다.
요크판(30)은 예를 들면, 강자성체 재료인 철을 사용한다. 예를 들면, 요크판(30)으로서 JIS G 3101일반 구조용 압연 강재를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 예를 들면, SS400을 사용한다. 또, 필요에 따라서 투자율이 높은 순철이나 JIS C 2531 철 니켈 연질자성 재료를 이용할 수도 있다. 요크판(30)은 SUS 등의 비자성체 재료로 구성된 지지판(40)에 지지되고, 지지판(40)은 SUS 등의 비자성체 재료로 구성된 기체(41)에 지지된다.
요크판(30)은 하면(30d)과, 하면(30d)과는 반대측의 상면(30u)과, 중심선(30c)을 가진다. 중심선(30c)은 하면(30d)으로부터 상면(30u)을 향하는 Z축 방향에 직교한다. 또, 중심선(30c)은 상면(30u)의 일부를 이룬다. 요크판(30)은 예를 들면, 중심선(30c)에 겹치는 개구(30h)를 가진다. 또, 「직교」란 실질적으로 직교의 의미로 사용되고, 수직(90°)으로 교차하는 특히, 수직으로부터 약간의 오차로 교차하는 상태를 포함한다.
요크판(30)이 강자성체 재료로 구성되어 있는 것에　의해, 제1 자석(201A)의 N극과 제2 자석(202A)의 S극에 의해서 형성되는 자기장(자력선)은 요크판(30)에 갇힌다. 또, 제1 자석(201B)의 N극과 제2 자석(202B)의 S극에 의해서 형성되는 자기장(자력선)은 요크판(30)에 갇힌다. 여기에서, 「갇히다」란 실질적으로 갇혀 있다는 의미로 사용된다. 예를 들면, 요크판(30)의 하측에서 미량인 자속이 누출되었다고 해도 요크판(30)에 의해 완전하게 자속이 갇힌 상태와 동일한 작용효과를 가지고 있는 것이라면, 갇힌 상태이라고 한다.
즉, 자기장 발생원(20)에서는 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서 제2 자석(202A)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 자력선과, 요크판(30)의 내부에서 제1 자석(201A)의 N극과 제2 자석(202A)의 S극에 의해서 자기회로가 형성된다. 동일하게, 자기장 발생원(20)에서는 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서 제2 자석(202B)의 N극과 제1 자석(201B)의 S극에 의해 형성되는 자력선과, 요크판(30)의 내부에서 제1 자석(201B)의 N극과 제2 자석(202B)의 S극에 의해서도 자기회로가 형성된다.
바꾸어 말하면, 요크판(30)의 상면(30u)의 측의 공간(요크판(30)의 상측)에는, 자기장(B)이 형성되지만, 요크판(30)의 하면(30d)의 측의 공간(요크판(30)의 하측)에는 자기장이 실질적으로 형성되지 않게 된다.
요크판(30)의 상면(30u) 또는 하면(30d)에는 예를 들면, 개구(30h)를 둘러싸는 냉각회로(35)(냉각 파이프)가 설치될 수도 있다. 이것에 의해, 요크판(30), 제1 자석(201A, 201B), 및 제2 자석(202A, 202B)이 외부로부터 열복사를 받았다고 해도, 요크판(30)의 온도, 및 제1 자석(201A, 201B), 및 제2 자석(202A, 202B)의 각각의 온도상승을 억제할 수 있다. 즉, 냉각회로(35)에 매체를 유통킴으로써, 증착 재료의 증착 중에는 요크판(30), 제1 자석(201A, 201B), 및 제2 자석(202A, 202B)의 각각의 투자율이 안정되고, 요크판(30)의 상면(30u)의 측에 안정된 자기장이 형성된다.
본 실시형태의 전자총 장치(1)는 추가로 보조 자석(25)을 구비한다. 보조 자석(25)은 예를 들면, 기체(41)에 지지된다. 보조 자석(25)은 Z축 방향에서 N극으로부터 S극을 향하는 방향이 반전 가능한 자석으로 구성된다. 예를 들면, 보조 자석(25)은 전자석에 의해 구성되고, Z축 방향으로 연장되는 자성재료의 코어재에 코일이 감기고, 이 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 것에　의해, 상단(25u)이 N극, 하단(25d)이 S극이 되거나, 상단(25u)이 S극, 하단(25d)이 N극이 되거나 한다. 또, 코일에 흐르는 전류값은 변경 가능하며, 보조 자석(25)이 발사한 자력선의 밀도가 적당하게 변경된다.
보조 자석(25)의 적어도 일부는 Z축 방향에서 요크판(30)로부터 노출된다. 예를 들면, 도 1의 (a)의 예에서는 보조 자석(25)의 상단(25u)이 Z축 방향에서 요크판(30)로부터 노출되어 있다. 보조 자석(25)은, Z축 방향으로부터 요크판(30)을 보았을 때에, 중심선(30c)이 연장하는 방향에서 전자빔원(10) 또는 개구(30h)와 나란히 서 있다. 보조 자석(25)은 Y축 방향에서 제1 자석(201A)과 제2 자석(202A) 사이에 위치한다.
예를 들면, 보조 자석(25)의 상단(25u)을 N극으로 설정했을 경우에는, 제2 자석(202A)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 자기장에, 보조 자석(25)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩된다. 또는, 보조 자석(25)의 상단(25u)을 S극으로 설정했을 경우에는, 제2 자석(202A)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 자기장에, 제2 자석(202A)의 N극과 보조 자석(25)의 S극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩된다.
또, 전자총 장치(1)에는 비자성체 재료를 포함하는 커버(80)가 장착되어 있을 수 있다(도 1의 (b)). 커버(80)는 자기장 발생원(20) 및 요크판(30)과 비접속 상태를 유지하면서, 전자빔원(10), 자기장 발생원(20) 및 요크판(30)을 덮는다. 이 비접속 상태는 요크판으로의 열유입 저해효과에도 기여한다. 커버(80)에는 전자총 장치(1)로부터 발사된 전자빔이 통과하는 개구(80h)가 설치되어 있다. Z축 방향에서, 전자빔원(10)의 필라멘트는 커버(80)의 일부와 겹친다. 즉, 커버(80)의 개구(80h)는 전자빔원(10)의 필라멘트 바로 위에 위치하지 않고, 그것들이 X축 방향 또는 Y축 방향에서 오프셋의 관계에 있다.
도 2는 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식적인 사시도이다. 여기에서, 도 2에서는 도 1에서 나타난 부재의 일부가 적당하게 생략되어 있다.
도 2에는 전자총 장치(1)와 도가니(50)를 구비하는 증착 장치(5)가 나타나 있다. 도가니(50)는 증착 재료(51)를 수용한다. Z축 방향으로부터 요크판(30)을 보았을 때에, 도가니(50)는 중심선(30c)이 연장되는 방향에서, 요크판(30), 전자총 장치(1), 개구(30h), 또는 보조 자석(25)이 나란히 서 있다.
예를 들면, Z축 방향으로부터 요크판(30)을 보았을 때에, 도 2의 예에서는 X축 방향에서, 전자총 장치(1), 개구(30h), 3개의 자석의 세트(제1 자석(201A), 제2 자석(202A), 및 보조 자석(25)), 도가니(50)의 순서로 나란히 서 있고, 보조 자석(25)이 도가니(50)와 개구(30h) 사이에 위치하고 있다. 단, 제1 자석(201B) 및 제2 자석(202B)의 세트와 도가니(50) 사이의 거리보다도, 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)의 세트와 도가니(50) 사이의 거리 쪽이 짧다.
도 2에는, 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)에 의해서 형성되는 자력선, 제1 자석(201B) 및 제2 자석(202B)에 의해서 형성되는 자력선이 모식적으로 파선으로 나타나 있다. 이하, 이 파선을 자력선(B)이라고 한다. 혹은, 단순하게 자기장(B), 편향용 자기장(B) 등으로 호칭되는 경우가 있다.
예를 들면, 전자빔원(10)에 의해 출사된 직후의 전자빔(10E)은 요크판(30)의 하면(30d)의 측에서는 자기장이 없고, 혹은 자기장이 매우 약하기 때문에, 자기장의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에, 전자빔(10E)은 요크판(30)의 하면(30d)의 측으로부터 개구(30h) 부근까지는 직선형상으로 진행된다. 또, 전자빔원(10)의 중심축(10c)이 요크판(30)의 하면(30d)에 대하여 비스듬하게 배치되어 있기 때문에, 전자빔(10E)은 요크판(30)의 상면(30u)의 법선으로부터의 출사각이 예각(<90°)으로 출사한다.
전자빔(10E)이 요크판(30)의 개구(30h)를 통과하고, 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서 자력선(B)의 영향을 받으면, 전자빔(10E)이 진행되는 방향과 자력선(B)이 거의 직교하고 있기 때문에 전자에는 로런츠 힘이 작용한다. 이것에 의해, 전자빔(10E)의 궤도가 편향된다.
예를 들면, 전자빔(10E)은 개구(30h)로부터 요크판(30)에서 멀어지듯이 일단 상승하지만, 요크판(30) 상에서 로런츠 힘을 받으면서 비행한다. 이 때문에, 전자빔(10E)은 보조 자석(25)을 타고 넘으면서 볼록하게 된 궤적을 그리며 하강하고, 요크판(30)의 끝에 위치하는 도가니(50)에 착탄한다. 이 경우, Z축 방향으로부터 전자빔(10E)를 보았을 경우, 전자빔(10E)의 궤적은 중심선(30c)에 거의 겹친다.
즉, 전자빔(10E)의 궤적은 중심선(30c) 상에 거의 겹친다. 증착 재료(51)가 전자빔(10E)에 조사된 위치를 스폿(51p)이라고 한다. Z축 방향으로부터 본 스폿(51p)의 외형은 예를 들면, 보다 트루서클에 가까운 형상인 것이 바람직하다. 이 때문에, 전자빔(10E)에는 뛰어난 집속성이 요구된다.
도가니(50) 내의 증착 재료(51)에 전자빔(10E)이 조사되면, 증착 재료(51)에 전자빔(10E)에 의한 가열이 이루어지고, 당해 부위에서의 증착 재료(51)의 증기압이 상승한다. 이것에 의해, 증착 재료(51)가 도가니(50)에서 상방으로 증발해 간다.
도 3은 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 별도의 모식적인 사시도이다. 여기에서, 도 3에서는 요크판(30)의 중심선(30c)을 따라서, X-Z축 평면에서 증착 장치(5)를 보았을 경우의 전자빔원(10), 제1 자석(201A), 보조 자석(25), 요크판(30), 도가니(50), 증착 재료(51), 및 커버(80) 등의 배치의 상태가 나타나 있다. 전자빔원(10)은 예를 들면, 음극이고, 전자빔(열전자)을 방출하는 필라멘트(10f)와, 필라멘트(10f)에 대향하는 환상의 양극(10a)을 가진다. 또, 제2 자석(202A)은 도시하고 있지 않지만, 도 3의 예에서는 제1 자석(201A)의 앞쪽에 위치하고 있다.
도 3에서는 커버(80)의 상면에 따른 중심선(30c) 상의 방향의 평행선을 X축으로 하고, 커버(80)의 상면(80u)에 대한 법선 방향을 Z축으로 하고 있다. Z축은 전자빔(10E)의 정점과 교차한다.
이 2차원 좌표를 제1∼제4 상한(orthant)(1st∼4th)으로 구분했을 경우, 전자빔원(10)은 예를 들면, 제3 상한(orthant)에 속한다. 요크판(30)은 예를 들면, 제3 상한(orthant)에 속한다. 요크판(30)은 제4 상한(orthant)에 접어들어 있을 수도 있다. 단, 요크판(30)의 개구(30h)는 제3 상한(orthant)에 속한다. 커버(80)는 예를 들면, 제3 및 제4 상한(orthant)에 속한다. 단, 커버(80)의 개구(80h)는 제3 상한(orthant)에 속한다.
제1 자석(201A)은 예를 들면, 제3 및 제4 상한에 속한다. 단, 제1 자석(201A)은 제3 상한만 속하는 경우도 있다. 동일하게, 도시를 생략한 제2 자석(202A)은 예를 들면, 제3 및 제4 상한에 속한다. 단, 제2 자석(202A)은 제3 상한만 속하는 경우도 있다. 보조 자석(25)은 예를 들면, 제4 상한에 속한다. 단, 보조 자석(25)은 제3 및 제4 상한에 속하거나, 제4 상한에만 속하거나 하는 경우도 있다. 도가니(50) 및 증착 재료(51)는 예를 들면, 제4 상한에 속한다. 또, 자기장(B)은 제1 상한, 제2 상한, 및 요크판(30)의 상방의 상한에 형성되어 있다.
또, Z축 방향에서, 개구(30h, 80h)의 각각과, 전자빔원(10)의 필라멘트(10f)는 떨어져 있다. Z축 방향에서, 전자빔원(10)의 높이는 도가니(50)의 상단 높이보다도 낮다. Z축 방향에서, 커버(80)의 높이는 도가니(50)의 상단 높이와 동등 이하다. 예를 들면, Z축 방향에서, 커버(80)의 상면(80u)은 도가니(50) 및 증착 재료(51)보다도 낮은 위치에 위치한다.
이러한 구성에서, 전자빔(10E)이 제3 상한에서 전자빔원(10)으로부터 출사하면, 전자빔(10E)은 법선(80N)으로부터 소정의 출사각으로 방출된 후에 제2 상한에 입사한다. 특히, 요크판(30)에 의한 자기차단에 의해, 제3 상한에서는 자기장이 없고, 혹은 자기장은 매우 약하다. 또는, 제3 상한에서의 자기장이 전자빔(10E)의 편향량을 무시할 수 있을 정도의 벡터장이 되도록 요크판(30)의 자기차단 효과를 설정한다.
또, 제1 자석(201A)과 제1 자석(201B)은 X축 방향에서 멀어지고, 제2 자석(202A)은 제2 자석(202B)은 X축 방향에서 멀어지고 있다. 이 때문에, 요크판(30)의 상면(30u)의 측에서는 개구(30h)의 상방에서 자기장 강도가 상대적으로 낮게 되어 있다.
이것에 의해, 전자빔원(10)로부터 출사된 전자빔(10E)은 제3 상한에서는 직진하고, 제2 상한에서도 잠시는 직선상으로 나간다. 그리고 전자빔(10E)이 제2 상한에서 자기장(B)의 영향을 받기 시작하면, 전자빔(10E)은 로런츠 힘에 의해 제2 상한으로 편향되기 시작한다. 도 3에서는 전자빔(10E)이 편향하기 시작한 시점을 변곡점(10p)이라고 하고 있다.
그 후, 전자빔(10E)은 요크판(30)에서 멀어지도록 상승하지만, 제1 및 제2 상한에서 로런츠 힘을 받으면서 비행하기 때문에, 위로 볼록하게 된 된 궤적을 그리며 보조 자석(25)을 타고 넘고, 그 후에 요크판(30)의 안쪽에 위치하는 도가니(50)에 착탄한다.
여기에서, 보조 자석(25)의 상단(25u)의 극을 N극 혹은 S극으로 반전하면, 예를 들면, 이하와 같은 작용이 일어난다.
도 4의 (a), (b)는 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식도이다. 도 4의 (a), (b)는 X축 방향으로부터 본 자기장을 간략적으로 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)에서는 보조 자석(25)의 상단(25u)을 N극으로 설정했을 경우의 예를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 자석(202A)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 자기장(B)에, 보조 자석(25)의 N극과 제1 자석(201A)의 S극에 의해서 형성되는 것 같은 자기장(B1)이 중첩되고, 자기장(B)과 자기장(B1)에 의한 합성 자기장이 형성된다. 이것에 의해, 전자빔(10E)에는 자기장(B)에 의해서 받는 로런츠 힘(F0) 이외에 자기장(B1)에 의해 받는 로런츠 힘(F1)이 합성된다.
여기에서, 로런츠 힘(F0)은 자기장(B)을 형성하는 자력선이 보조 자석(25)의 바로 위에서는 Y축 방향과 거의 평행하기 때문에, 요크판(30)을 향해서 수직으로 작용한다. 한편, 로런츠 힘(F1)은 자기장(B1)을 형성하는 자력선의 곡률이 자기장(B)의 자력선보다도 높고, 제1 자석(201A)에 접근하고 있기 때문에, 요크판(30)을 향하면서도 제1 자석(201A) 쪽으로 기울게 된다.
이것에 의해, F0과 F1이 합성된 로런츠 힘은 제1 자석(201A) 쪽으로 기울고, 전자빔(10E)의 궤도가 중심선(30c) 상에서 제1 자석(201A)의 측으로 벗어난다.
한편, 보조 자석(25)의 상단(25u)을 S극으로 설정했을 경우에는, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 자기장(B)에, 제2 자석(202A)의 N극과 보조 자석(25)의 S극에 의해서 형성되는 것과 같은 자기장(B2)이 중첩되고, 자기장(B)과 자기장(B2)에 의한 합성 자기장이 형성된다. 이것에 의해, 전자빔(10E)에는 자기장(B)에 의해 받는 로런츠 힘(F0) 이외에 자기장(B1)에 의해 받는 로런츠 힘(F2)이 합성된다.
로런츠 힘(F2)은 자기장(B2)을 형성하는 자력선의 곡률이 자기장(B)의 자력선보다도 높고, 제2 자석(202A)에 접근하고 있기 때문에, 요크판(30)을 향하면서도 제2 자석(202A) 쪽에 기울게 된다.
이것에 의해, F0과 F2가 합성된 로런츠 힘은, 제2 자석(202A) 쪽으로 기울고, 전자빔(10E)의 궤도가 중심선(30c) 상에서 제2 자석(202A)의 측으로 벗어난다.
도 5는 보조 자석을 동작했을 경우에서의 전자총 장치의 작용의 1예를 나타내는 모식적인 사시도이다.
보조 자석(25)의 상단(25u)의 극을 N극으로 설정했을 경우에는 전자빔(10E)이 보조 자석(25)의 상방에서 제1 자석(201A)의 측으로 벗어나서 스폿(51p)이 도 2의 상태보다도 왼쪽으로 어긋난다. 한편, 보조 자석(25)의 상단(25u)의 극을 S극으로 설정했을 경우에는, 전자빔(10E)이 보조 자석(25)의 상방에서 제2 자석(202A)의 측으로 벗어나서 스폿(51p)이 도 2의 상태보다도 오른쪽으로 어긋난다. 즉, 보조 자석(25)의 상단(25u)의 극을 N극, 비자성, S극, 비자성, N극…으로 반복하는 것에　의해, 스폿(51p)은 도가니(50)의 중심을 기준으로 Y축 방향으로 진동한다.
여기에서, 폴피스(pole piece)를 적용한 전자총 장치에서는 한 쌍의 폴피스를 대향시켜서, 한 쌍의 폴피스 사이에서 국소적으로 강한 자기장을 형성하기 때문에, 전자빔의 주사 범위에 한계가 발생한다. 예를 들면, 그 도가니의 중심점을 중심으로 좌우로 ±25mm의 범위의 정도에서 진동한다.
이에 대하여 본 실시형태의 전자총 장치(1)에서는 폴피스 사이와 같은 좁은 영역에서의 국소적인 강자기장을 형성하고, 전자빔을 Y축 방향으로 진동시키는 것을 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 폴피스 대신에, 도가니(50)의 앞쪽에 위치하고, 요크판(30)의 양측에 설치한, 제1 자석(201A) 및 제2 자석(202A)에 의해서 형성되는 자기장(B)에, 보조 자석(25)에 의해서 형성되는 자기장(자기장(B1) 또는 자기장(B2))을 중첩시킨다. 이것에 의해, 전자빔(10E)의 궤도가 도가니(50)의 직전에서 중심선(30c) 상으로부터 벗어나고, 스폿(51p)을 도가니(50)의 중심을 기준으로 Y축 방향으로 광범위에 걸쳐서 진동시킬 수 있다.
예를 들면, 표 1은 보조 자석(25)에 통전하는 코일 전류와, 스폿(51p)의 도가니(50)의 중심으로부터의 이동거리의 관계를 나타내는 표이다. P점은 도 5에 나타내는 보조 자석(25)의 상단(25u)의 중심점이고, Q점은 제2 자석(202A)의 보조 자석(25) 측의 끝의 위치를 나타내는 점이다. 표1에는 자속 밀도계를 사용하고, P점, Q점에서 계측한 자속밀도(gauss)를 나타내고 있다. 또, Q점에서의 계측값에, (-1)을 곱한 값은 제1 자석(201A)의 보조 자석(25) 측의 끝의 위치에서의 자속밀도에 대응한다.
Figure 112020139266395-pat00001
제2 자석(202A)은 영구자석이기 때문에, Q점에서의 자속밀도는 코일 전류의 값에 관계없이, 290gauss(고정)이다. 보조 자석(25)은 전자석이기 때문에, 코일 전류가 증가함에 따라, P점에서의 자속밀도가 증가한다. 그리고 코일 전류의 증가에 따라서 보조 자석(25)이 형성하는 자기장의 자기장(B)으로의 중첩효과가 높아지고, 전자빔(10E)의 어긋남량이 증가하고, 스폿(51p)의 이동거리가 증가한다.
예를 들면, 표 1에 나타내는 바와 같이 스폿(51p)의 도가니(50)의 중심으로부터의 이동거리로서, 최대 35mm가 수득되고 있다. 즉, 스폿(51p)은 도가니(50)의 중심점을 중심으로 좌우로 ±35mm의 범위에서 크게 진동한다.
또, X축 방향에서는, 예를 들면, 전자빔(10E)의 가속 에너지(keV)를 약하게 하거나, 높게 하거나 함으로써, 스폿(51p)k 보조 자석(25)의 측으로 가까이하거나, 스폿(51p)을 보조 자석(25)으로부터 멀리하거나 할 수 있다. 이것에 의해, X축 방향에서도, 스폿(51p)리 도가니(50)의 중심점을 중심으로 ±35mm의 범위에서 크게 진동할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 전자빔(10E)의 스폿(51p)이 70제곱mm라는 넓은 범위에 널기 퍼져 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 전자빔원(10)으로부터 출사한 직후의 전자빔(10E)의 궤도를 바꾸는 것이 아니라, 도가니(50)의 직전에서 전자빔(10E)의 궤도를 바꾼다. 이 때문에, 전자빔원(10)의 출사로부터 도가니(50)의 직전까지라고 하는 긴 거리에서 전자빔원(10)의 집속이 유지되고, 전자빔원(10)을 중심축(30) 상을 기준으로 진동시켜도 스폿(51p)의 외형(예를 들면, 스폿 직경)이 흐트러지기 어려워진다. 이것에 의해, 전자빔원(10)을 중심축(30) 상을 기준으로 Y축 방향으로 진동시켜도, 전자빔(10E)의 도가니(50)로의 돌출이 억제되고, 전자빔원(10)의 스폿 전역을 보다 확실하게 증착 재료(51)에 조사할 수 있다.
예를 들면, 도 6의 (a)∼도 6의 (c)는 비교예에 따른 전자빔의 궤도를 나타내는 모식도이다. 도 6의 (a)∼도 6의 (c)에서는 보조 자석(25)을 설치하지 않고, 전자빔원(10)으로부터 출사한 직후에 주사 코일(미도시)에 의해 전자빔(10E)을 Y축 방향으로 돌리고, 전자빔(10E)이 좌우로 진동하는 상태가 나타나고 있다.
예를 들면, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 중심선(30c) 상으로 출사한 전자빔을 전자빔(10Ec), 중심선(30c) 상에서 왼쪽으로 돌린 전자빔을 전자빔(10El), 중심선(30c) 상에서 오른쪽으로 돌린 전자빔을 전자빔(10Er)으로 하고 있다.
이러한 경우, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전자빔(10Ec)에 작용하는 로런츠 힘(Fc)보다도 전자빔(10El)에 작용하는 로런츠 힘(Fl) 및 전자빔(10Er)에 작용하는 로런츠 힘(Fr)이 커진다. 이것에 의해, 전자빔(10El) 및 전자빔(10Er)은 전자빔(10Ec)보다도 전방, 즉, 전자빔원(10) 측으로 더욱 착탄되게 되어 버린다.
이 때문에, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이 전자빔(10El)의 스폿(51pl) 및 전자빔(10Er)의 스폿(51pr)은 전자빔(10Ec)의 스폿(51pc)보다도 앞쪽에 위치한다.
이러한, 전자빔(10El)에 작용하는 로런츠 힘(Fl) 및 전자빔(10Er)에 작용하는 로런츠 힘(Fr)에 반대해서, 스폿(51pl) 및 스폿(51pr)을 스폿(51pc)에 Y축 방향에서 직렬상으로 늘어서게 하기 위해서는, 추가로 전자빔(10El, 10Er)을 X축 방향 또는 Y축 방향으로 편향시킬 필요가 있다. 이 결과, 전자빔(10El, 10Er)을 중심축(30c) 상을 비행하는 전자빔(10Ec)과는 다른 자기장 분포 중을 비행시키는 필요가 있고, 전자빔(10El, 10Er)의 집속을 전자빔(10Ec)의 형상과 동일하게 유지하는 것이 어렵게 되어버린다.
또, 본 실시형태에서는 증착 재료(51)으로의 조사(착탄)가 비교예에 비해서 증착 재료(51)에 대하여보다 연직이 되는(Z축에 대한 각도가 작아진다) 상태이기 때문에 증착 재료(51)가 소모되어 증착 재료(51)의 조사면이 Z축 방향의 하방측으로 이동했을 때라도, 스폿(51p)의 외형 및 조사 위치는 변하기 어렵다. 이 결과, 증착 재료(51)의 증발량이 일정하게 되는 동시에, 도가니(50)의 상단에 의해 규제되는 증착 재료(51)로의 조사 범위가 축소되는 현상이 최소한이 된다.
또, 본 실시형태에서는 폴피스를 전자총 장치(1)에 적용하지 않기 때문에, 증착 중에 폴피스에 증착 재료가 퇴적하게 되는 경우가 없어지고, 폴피스로부터 증착 재료가 재증발해서 증착막의 오염을 발생시키거나, 폴피스로부터 벗겨진 막이 도가니에 혼입하고, 재증발하는 현상이 없어진다.
또, 본 실시형태에서는 폴피스를 전자총 장치(1)에 적용하지 않기 때문에, 메인터넌스 전후, 혹은, 증착 중의 열이력에 의해 발생하는 폴피스의 효과가 변화되는 문제가 없어진다. 종래 예에서는 폴피스는 3차원의 돌기형상을 사용하고 있었기 때문에 돌기부 근방의 온도를 상시 균일하게 하는 것은 물리적으로 곤란하였고, 온도변동은 폴피스의 투자율 변동을 초래한다. 이 결과, 폴피스에 의해서 형성되는 자기장 분포가 변동하는 경우가 있었다. 또, 3차원 위치의 변동은 각 지지부재의 열팽창 계수, 메인터넌스 등의 영향으로 피할 수 없었지만, 폴피스를 사용하지 않는 본 실시형태에서는 전자빔(10E)의 집속성이 더욱 안정되게 된다.
또, 본 실시형태에서는 Z축 방향에서, 전자빔원(10)의 높이가 도가니(50)의 상단 높이보다도 낮게 되어 있다. 이것에 의해, 증착의 여현(cosine)측에 따르면, 도가니(50)로부터 증발하는 증착 재료(51)의 전자빔원(10)까지의 유입이 확실하게 억제된다.
또, 본 실시형태에서는 Z축 방향에서, 커버(80)의 높이가 도가니(50)의 상단 높이가 동등 이하가 되어 있다. 이것에 의해, 도가니(50)로부터 증발하는 증착 재료(51)는 커버(80)에 퇴적하는 것만으로 충분하고, 증착 재료(51)의 전자빔원(10)까지의 유입이 확실하게 억제된다.
또, 본 실시형태에서는 전자총 장치(1)는 커버(80)로 덮어져 있다. 이 때문에, 증착 재료(51)가 전자총 장치(1)를 향해서 비산하거나, 플레이크편, 분진 등의 이물이 전자총 장치(1)에 낙하하거나 해도 커버(80)의 청소, 또는 교환에 의해 전자총 장치(1)의 메인터넌스가 끝난다. 이것에 의해, 증착의 양산성이 향상한다.
또, 본 실시형태에서는 커버(80)의 개구(80h)가 전자빔원(10)의 필라멘트(10f)의 바로 위에 위치하지 않고, 그것들이 X축 방향 또는 Y축 방향에서 오프셋의 관계에 있다. 이것에 의해, 전자총 장치(1)의 상방으로부터 전자총 장치(1)에 진공용기 내의 이물이 낙하했다고 하더라도 필라멘트(10f)에는 이물이 직접 낙하하지 않는다. 이것에 의해, 필라멘트(10f)의 전기적 단락이 방지된다.
도 7은 본 실시형태에 따른 전자총 장치의 별형태를 나타내는 모식도이다.
전자빔원(10)은 전자빔(10E)을 집속하기 위해서, 폴피스의 대용으로서 집속 코일(60)을 가질 수 있다. 집속 코일(60)은 예를 들면, 전자빔(10E)의 양극(10a)과, 요크판(30) 사이에 설치된다. 예를 들면, 필라멘트(10f)로부터 출사한 전자빔(10E)이 양극(10a)에 의해 가속화되고, 양극(10a)을 통과하면, 집속 코일(60)에 의해서 집속된다. 그리고 집속된 전자빔(10E)이 요크판(30)의 하면(30d)의 측으로부터 개구(30h)를 통해서 요크판(30)의 상면(30u)의 측으로 통과된다.
본 실시형태에서는 요크판(30)에 의해 자기장(B)이 요크판(30)의 하면(30d)의 측에 누출되기 어려워지고 있기 때문에, 집속 코일(60)의 자기장이 자기장(B)과 간섭하기 어려워진다. 이것에 의해, 집속 코일(60)에 의한 전자빔(10E)의 집속의 제어가 향상하고, 추가로 집속성이 우수한 전자빔(10E)을 증착 재료(51)에 조사할 수 있다.
또, 집속 코일(60)과 요크판(30) 사이에, 보조적인 주사 코일을 구비할 수도 있다. 이것에 의해, 스폿(51p)의 Y축 방향 또는 X축 방향에서의 주사의 자유도가 더욱 증가한다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니라 여러 가지로 변경을 부가할 수 있는 것은 물론이다. 각 실시형태는 독립의 형태로는 한정되지 않고, 기술적으로 가능한 한 복합할 수 있다.
1: 전자총 장치 5: 증착 장치
10: 전자빔원 10E, 10Ec, 10El, 10Er: 전자빔
10a: 양극 10f: 필라멘트
10c: 중심축 10p: 변곡점
20: 자기장 발생원 25: 보조 자석
25u: 상단 25d: 하단
30: 요크판 3: 중심선
30u: 상면 30d: 하면
30h: 개구 35: 냉각회로
40: 지지판 41: 기체
50: 도가니 51: 증착 재료
51p, 51pl, 51pc, 51pr: 스폿 60: 집속 코일
80: 커버 80u: 상면
80h: 개구 201A, 201B: 제1 자석
202A, 202B: 제2 자석

Claims (11)

  1. 자성체 재료를 포함하고, 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향과 직교하는 중심선을 가지는 요크판과,
    상기 요크판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사하는 것이 가능한 전자빔원과,
    상기 요크판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가지고, 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향으로 나란히 서 있고, 상기 요크판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향하고, 상기 제1 자석의 제1극과 상기 제2 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 상기 요크판에 갇힌 자기장 발생원과,
    상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 번갈아 반전 가능하며, 적어도 일부가 상기 방향에서 상기 전자빔의 궤도의 전방으로 상기 요크판으로부터 노출되고, 상기 방향으로부터 상기 요크판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 정렬시키는 보조 자석을 구비하고,
    상기 제2 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 보조 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있는 전자총 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 요크판에는 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면으로 관통하는 구멍 또는 패임 형상의 개구가 설치되고,
    상기 개구는 상기 중심선에 겹치고,
    상기 전자빔원은 상기 개구를 통해서 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 상기 전자빔을 출사하는 전자총 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전자빔원은 전자빔을 방출하는 필라멘트와, 상기 전자빔을 집속하는 집속 코일을 가지고,
    상기 집속 코일에 의해서 집속된 상기 전자빔이 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 개구를 통해서 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 통과하는 전자총 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있서,
    비자성체 재료를 포함하고, 상기 전자빔원, 상기 요크판, 및 상기 자기장 발생원을 덮는 커버를 추가로 구비하고,
    상기 커버에는 상기 전자빔을 통과시키는 개구가 설치되어 있는 전자총 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 방향에서 상기 전자빔원에 포함되는 필라멘트는 상기 커버의 일부와 겹치는 전자총 장치.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 요크판의 상기 제1 주면 또는 상기 제2 주면에 냉각회로가 형성되어 있는 전자총 장치.
  7. 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향과 직교하는 중심선을 가지는 지지판과,
    상기 지지판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 지지판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 지지판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사하는 것이 가능한 전자빔원과,
    상기 지지판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가지고, 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향으로 나란히 서 있고, 상기 지지판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향시키는 자기장 발생원과,
    상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 반전 가능하며, 적어도 일부가 상기 방향에서 상기 지지판으로부터 노출되고, 상기 방향으로부터 상기 지지판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 나란히 서 있는 보조 자석을 구비하고,
    상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 제1 자석의 제2극과 상기 보조 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있는 전자총 장치.
  8. 자성체 재료를 포함하고, 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향과 직교하는 중심선을 가지는 요크판과,
    상기 요크판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 요크판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 요크판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사하는 것이 가능한 전자빔원과,
    상기 요크판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가지고, 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향으로 나란히 서 있고, 상기 요크판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향하고, 상기 제1 자석의 제1극과 상기 제2 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 상기 요크판에 갇힌 자기장 발생원과,
    상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 번갈아 반전 가능하며, 적어도 일부가 상기 방향에서 상기 전자빔의 궤도의 전방으로 상기 요크판으로부터 노출되고, 상기 방향으로부터 상기 요크판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 정렬시키는 보조 자석을 가지는 전자총 장치와,
    상기 방향으로부터 상기 요크판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 요크판에 나란하게 서 있고, 증착 재료를 수용 가능한 도가니를 구비하고,
    상기 제2 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 보조 자석의 제1극과 상기 제1 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있는 증착 장치.
  9. 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면과, 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향과 직교하는 중심선을 가지는 지지판과,
    상기 지지판의 상기 제1 주면 측에 위치하고, 상기 지지판의 상기 제1 주면 측으로부터 상기 지지판의 상기 제2 주면 측으로 전자빔을 출사하는 것이 가능한 전자빔원과,
    상기 지지판의 상기 제2 주면에 설치되고, 상기 중심선의 양측의 한쪽 측에 배치된 제1 자석과, 상기 양측의 다른 쪽 측에 배치된 제2 자석을 가지고, 상기 제1 자석의 제1극 및 제2극과, 상기 제2 자석의 제1극 및 제2극이 서로 역방향이 되어 상기 방향으로 나란히 서 있고, 상기 지지판의 상기 제2 주면 측에서 상기 전자빔의 궤도를 상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에 의해 편향시키는 자기장 발생원과,
    상기 방향에서 제1극으로부터 제2극을 향하는 방향이 반전 가능하며, 적어도 일부가 상기 방향에서 상기 지지판으로부터 노출되고, 상기 방향으로부터 상기 지지판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 전자빔원과 나란히 서 있는 보조 자석을 가지는 전자총 장치와,
    상기 방향으로부터 상기 지지판을 보았을 때에 상기 중심선이 연장하는 방향에서 상기 지지판에 나란하게 서 있고, 증착 재료를 수용 가능한 도가니를 구비하고,
    상기 제1 자석의 제2극과 상기 제2 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장에, 상기 제1 자석의 제2극과 상기 보조 자석의 제1극에 의해서 형성되는 자기장, 또는, 상기 제2 자석의 제1극과 상기 보조 자석의 제2극에 의해서 형성되는 자기장이 중첩될 수 있는 증착 장치.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 방향에서, 상기 전자빔원의 높이가 상기 도가니의 상단 높이보다도 낮은 증착 장치.
  11. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    비자성체 재료를 포함하고, 상기 전자총 장치를 덮고, 상기 전자빔을 통과시키는 개구가 설치된 커버를 추가로 구비하고,
    상기 방향에서, 상기 커버의 높이가 상기 도가니의 상단 높이와 동등 이하인 증착 장치.
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