JP2011119140A - Electron beam device - Google Patents
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Abstract
【課題】カソードの消耗を抑制し、寿命を延ばす。
【解決手段】中央部が空けられたフィラメント60´(カソード)、グリッド7及びアノード8を有する電子銃5からの電子ビームを蒸発物質3に当て、蒸発粒子を基板上に膜状に付着させる様に成した電子ビーム蒸着装置であって、電子銃5の中心軸O′上に、その先端面が、アノード8から見て、フィラメント60´(カソード)の中央部空間内に位置する様にイオンコレクタ20を設け、更に、アノード8から見てフィラメント60´(カソード)側とは反対側に金属板21を設け、スパッタリングによって生じたイオンコレクタ20からのチタン粒子を金属板21上に堆積させ、電子銃5周辺内の酸素ガスを堆積したチタンに吸着させる様に成した。
【選択図】図4An object of the present invention is to suppress consumption of a cathode and extend its life.
An electron beam from an electron gun 5 having a filament 60 '(cathode), a grid 7 and an anode 8 with a central portion evacuated is applied to an evaporating substance 3 so that evaporating particles adhere to the substrate in a film form. The electron beam vapor deposition apparatus is configured such that the tip surface of the electron gun 5 is positioned on the central axis O ′ of the electron gun 5 so as to be positioned in the central space of the filament 60 ′ (cathode) when viewed from the anode 8. A collector 20 is provided, and a metal plate 21 is provided on the side opposite to the filament 60 ′ (cathode) side as viewed from the anode 8, and titanium particles generated from the ion collector 20 generated by sputtering are deposited on the metal plate 21. The oxygen gas around the electron gun 5 was adsorbed on the deposited titanium.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、カソードの消耗を抑制し、寿命を延ばすことの可能な電子ビーム装置に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus capable of suppressing the consumption of a cathode and extending its life.
電子ビーム装置として、坩堝中に収容された物質に当てることにより物質を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に付着等させたり、或いは、加速した電子ビームをターゲットに衝突させることにより、ターゲットに溶接等の加工を行ったりする装置がある。 As an electron beam device, the substance is evaporated by applying it to the substance contained in the crucible, the evaporated particles are adhered to the substrate, or the accelerated electron beam is collided with the target to be welded to the target. There is a device that performs processing.
図1は、このような電子ビーム装置の一例として、電子ビーム蒸発装置の概略を示したもので、図2は図1のA−A線断面である。 FIG. 1 shows an outline of an electron beam evaporation apparatus as an example of such an electron beam apparatus, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図1において、図中1A,1Bは、永久磁石2を挟んで平行に配置された磁極板で、前記永久磁石2によりN極とS極に励磁されている。該磁極板間には、蒸発物質3が収容された坩堝4が設けられている。該坩堝の下には、電子銃5が設けられている。
In FIG. 1,
該電子銃は、カソードとしてのフィラメント6,グリッド7及びアノード8から成る。9はフィラメント加熱電源、10は加速電源である。尚、11はグリッド支持板で、前記フィラメント6は該グリッド支持板に取り付けられている。
The electron gun includes a
13は環状鉄心にX方向走査用偏向コイルとY方向走査用偏向コイルが巻かれた走査用電磁コイル体で、前記電子銃5からの電子ビームの通路上に配置されている。尚、前記走査用電磁コイル体13は、例えば、前記磁極1A,1Bの間で前記坩堝4の近くに取り付けられた非磁性製のホルダー(図示せず)によって支持されている。14は該走査用電磁コイル体13に走査用の電流を流すための走査用電源である。
この様な電子ビーム蒸着装置において、前記電子銃5のフィラメント6から発生された電子ビームは前記グリッド7により集束作用を受けつつ前記アノード8によって加速され、前記磁極1A,1Bが作る磁場により270°前後曲げられ前記坩堝4内に収容された蒸発物質3に照射される。その際、前記電子銃5からの電子ビームは前記走査用電磁コイル体13が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、該電子ビームは前記蒸発物質3上を二次元方向に走査することになる。この結果、該蒸発物質は、電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、例えば、前記坩堝4上方に配置された基板(図示せず)上に膜状に付着する。
In such an electron beam evaporation apparatus, the electron beam generated from the
さて、この様に電子照射により蒸発物質3を蒸発させる電子銃5のフィラメント6としては、一般に低電圧で大電力のビーム(ビーム電流の大きいビーム)が得られる様に、大きいものが使用されている。例えば、図3(a)に示す様な渦巻き状のものが用いられる。
As the
所で、電子ビーム照射による蒸発物質3の蒸発時、蒸気の一部が電子ビームの衝撃によりイオン化する。通常、蒸発物質は金属なので、これらのイオンは正イオンである。これらの正イオンは、前記フィラメント6から前記坩堝4内の蒸発物質3の間の電子ビームの偏向軌道(実質的に導体となっている)15の中心軸Oに沿って負の電位のフィラメント6に向かう。そして、これらの正イオンは、前記フィラメント6の中心部分に当たり、該部分をスパッタしてしまう。
However, when the
その為に、該部分が徐々に細くなるので該部分に過大なジュール熱が生じ、やがて断線してしまい、フィラメントを新しいものに交換しなければならない。
この様な溶断が蒸着操作中に起こると、その蒸着膜は不良品となるばかりではなく、この様な溶断によるフィラメント交換は経済的にも操作的にも著しく不利である。まして、この様な溶断が短時間で起こると、極めて大きな問題となる。
For this reason, since the portion is gradually thinned, excessive Joule heat is generated in the portion, the wire is eventually broken, and the filament must be replaced with a new one.
When such fusing occurs during the vapor deposition operation, the deposited film becomes not only defective, but filament replacement by such fusing is extremely disadvantageous both economically and operationally. Furthermore, when such fusing occurs in a short time, it becomes a very big problem.
そこで、例えば、図3(b)に示す様に、中心部分(前記図3のKに当たる部分)の空いたフィラメント60や、図3(c)に示す様なコイル状フィラメントを環状に形成したもの600を使用すれば、この様な問題を解決することが出来る。
Therefore, for example, as shown in FIG. 3 (b), a
さて、基板上に、例えば、酸化物の如き化合物の膜を付着させる場合、前記坩堝4,電子銃5,及び基板(図示せず)等が収まっている真空チャンバー内にプロセスガスとして酸素ガスを大量に供給している。
For example, when depositing a film of a compound such as an oxide on a substrate, oxygen gas is used as a process gas in a vacuum chamber in which the crucible 4, the
この様な酸素ガスは当然の事ながら、前記電子銃5のフィラメント6周辺にも入り込むので、該フィラメントは、該ガスと化学反応を起こし、該フィラメント表面上に蒸気圧の高い酸化物が生成され、該酸化物の蒸発により、該フィラメントの電子放出面を含む部分(いわゆる電子放出部)が消耗し短時間に該フイラメント自身が断線してしまう。
Of course, such oxygen gas also enters the periphery of the
従って、前記問題を解決する為に、フィラメントとして、図3(a)に示す如き中心部分の空いた渦巻き状のもの、或いは、図3(b)に示す如きコイル状フィラメントを環状に形成したものを用いたとしても、基板上に酸化物の如き化合物の膜を付着させる場合には、電子放出部の消耗によるフィラメント自身の短時間での断線が避けられない。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, as the filament, a spiral-shaped one having a vacant center as shown in FIG. 3 (a) or a coil-shaped filament as shown in FIG. 3 (b) formed in an annular shape. However, when a film of a compound such as an oxide is deposited on the substrate, it is inevitable that the filament itself is disconnected in a short time due to consumption of the electron emission portion.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、カソードの消耗を抑制し、寿命を延ばすことの可能な電子ビーム装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of suppressing the consumption of the cathode and extending the lifetime.
本発明の電子ビーム装置は、中央の空間部を囲むように電子放出部が配置されるカソードと、カソードから発生する電子を通過させる開口部を有し、前記カソードと対向配置させるグリッドと、該グリッドを通過した電子を通過させる開口部を有し、前記グリッドと対向配置させるアノードと、前記グリッドの開口部を通過して前記カソードに向けて飛行するイオンが衝撃するように前記カソードの空間部内又は前記カソードと前記グリッドとの間又は前記アノードから見て前記空間部の後ろ側に先端面を配置させた金属部材を設けたことを特徴とする。 An electron beam apparatus of the present invention includes a cathode in which an electron emission portion is disposed so as to surround a central space portion, an opening through which electrons generated from the cathode pass, and a grid disposed to face the cathode, An opening having electrons passing through the grid, the anode disposed opposite to the grid, and ions passing through the opening of the grid and flying toward the cathode impact in the space of the cathode Alternatively, a metal member having a tip surface disposed between the cathode and the grid or on the rear side of the space portion when viewed from the anode is provided.
本発明によれば、電子銃のカソードの周辺に存在するプロセスガスを減少させることができ、該カソードの酸化に基づく消耗の進行を著しく抑えることが出来るので、カソードの寿命を著しく長くすることが出来る。 According to the present invention, the process gas existing around the cathode of the electron gun can be reduced, and the progress of consumption due to oxidation of the cathode can be remarkably suppressed, so that the life of the cathode can be significantly prolonged. I can do it.
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図4は本発明の電子ビーム装置の一例である電子ビーム蒸着装置の概略を示したものである。図中、図2で使用した記号と同一記号を付したものは同一の構成要素を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 4 shows an outline of an electron beam evaporation apparatus which is an example of the electron beam apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those used in FIG. 2 denote the same components.
尚、本例では、カソードとして、図3(b)に示す如き中心部分の空いた渦巻き状のフィラメント60、或いは、図3(c)に示す様なコイル状フィラメントを環状に形成したもの600が使用されているが、フィラメントに限らず、板状、或いは棒状の発熱体で中央部分に発熱体が存在しない形状であれば、各種カソードを用いることができる。
In this example, as the cathode, a
図中20は、電子ビームの偏向軌道15の中心軸Oの内、前記アノード8の中心孔,グリッド7の中心孔及び前記フィラメント60’の中心部空間における部分(電子銃中心軸と称す)O′上に位置し、その先端面が前記フィラメント60’の中心部空間内に位置する様に、前記グリッド支持板11に取り付けられた円柱形状のイオンコレクタである。
In the drawing,
該イオンコレクタは、ゲッター作用の強い金属材料、例えばチタンで作成されている。 The ion collector is made of a metal material having a strong getter action, such as titanium.
図中21は、前記アノード8から見て前記イオンコレクタ20とは反対側の電子銃中心軸O′延長線上に配置された金属板(例えばステンレス銅の如き非磁性,耐熱性及び耐酸化性を満足する金属で出来ている)で、該金属板は接地されている。
In the figure,
この様な電子ビーム蒸着装置において、基板上に、例えば、酸化物の如き化合物の膜を付着させる場合、前記坩堝4,電子銃5,及び基板(図示せず)等が収まっている真空チャンバー内にプロセスガスとして酸素ガスを供給する。
In such an electron beam evaporation apparatus, when a film of a compound such as an oxide is deposited on the substrate, the inside of the vacuum chamber in which the crucible 4, the
この様な状況において、前記電子銃5のフィラメント6から発生された電子ビームは前記グリッド7により集束作用を受けつつ前記アノード8によって加速され、前記磁極1A,1Bが作る磁場により270°前後曲げられ前記坩堝4内に収容された蒸発物質3に照射される。その際、前記電子銃5からの電子ビームは前記走査用電磁コイル体13が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、該電子ビームは前記蒸発物質3上を二次元方向に走査することになる。この結果、該蒸発物質は、電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、前記酸素ガスと反応し、例えば、前記坩堝4上方に配置された基板(図示せず)上に酸素化合物が膜状に付着する。
In such a situation, the electron beam generated from the
尚、実際にこの様な酸素化合物の成膜を行う場合には、例えば、基板(図示せず)と前記坩堝4との間に高周波電力が印加された高周波コイルを配置し、該高周波コイル周辺部に発生している高周波電界により前記蒸発粒子と酸素粒子のプラズマを生成し、前記基板上に酸化物の膜を形成している。この様に、プラズマ生成した状態で基板上に成膜を行うと、緻密で基板との密着性が高い良質の酸化物膜が形成出来る。 When actually forming such an oxygen compound film, for example, a high-frequency coil to which high-frequency power is applied is disposed between a substrate (not shown) and the crucible 4, and the periphery of the high-frequency coil is arranged. A plasma of the evaporated particles and oxygen particles is generated by a high-frequency electric field generated in the part, and an oxide film is formed on the substrate. In this manner, when a film is formed on a substrate in a state where plasma is generated, a high-quality oxide film having high density and high adhesion to the substrate can be formed.
さて、この様な酸化物の膜形成において、前記真空チャンバー内に供給されている酸素ガスは前記電子銃5のフィラメント60’の周辺にも入り込んでいる。
Now, in the formation of such an oxide film, the oxygen gas supplied into the vacuum chamber also enters the periphery of the
この時、電子ビーム照射による蒸発物質3の蒸発時、蒸気の一部が電子ビームの衝撃によりイオン化(正イオン化)し、該正イオンは、前記フィラメント60’から電子ビームの偏向軌道15の中心軸Oに沿って負電位のフィラメント60’に向かい、該フィラメントの中心空間部を通って前記イオンコレクタ20の先端面に当たり、該先端面をスパッタする。
At this time, when the evaporating
すると、該イオンコレクタの先端面からチタン粒子が飛び出し、該チタン粒子は、グリッド7表面上に到達したり、アノード8表面上に到達したり、或いは電子銃中心軸O′に沿って前記フィラメントの中心部空間,グリッドの中心孔,アノード8の中心孔の順に通過して前記金属板21表面上に到達したりして、前記グリッド7のフィラメント側の表面上と前記アノード8のフィラメント側の表面上と前記金属板21表面上にチタンの堆積層TDLが形成される。
Then, titanium particles jump out of the tip surface of the ion collector, and the titanium particles reach the surface of the
そして、該各チタン堆積層TDLの表面では、チタンの持つゲッター作用(ガスを化学的に吸着する作用)により、前記フィラメント60’を含むグリッド7及びアノード8周辺に存在する酸素ガスが該チタンと反応して化合物(例えばTiO2)が生成され、前記チタン堆積層TDLに吸着される。
Then, on the surface of each titanium deposition layer TDL, oxygen gas existing around the
この様に、前記電子銃5周辺に存在する酸素ガスがチタン堆積層TDLに吸着されるので、前記フィラメント60’周辺の酸素ガス濃度が著しく希薄になり、その結果、該フィラメントと酸素ガスとの化学反応が著しく抑制され、該フィラメントの電子放出部の酸化による消耗が抑制される。
As described above, since the oxygen gas existing around the
尚、前記イオンコレクタ20の先端面をスパッタするものとして、前記蒸発物質3の蒸発粒子がイオン化したものの他に、電子銃5周辺に残留するガスが前記フィラメント60’からの電子衝撃によりイオン化したものがある。
Note that the tip surface of the
又、前記実施例では、本発明をフィラメント周辺に存在する酸素によるフィラメントの酸化を抑制する場合について応用した例を示したが、真空チャンバー内にプラズマを発生させるためのアルゴン等の不活性ガスや酸素以外の反応性ガスを導入している場合で、該ガスが電子銃の周辺に入り込み、高電界が掛かっている電子銃のアノードとグリッド間にアーク放電を発生させる恐れがある場合に、該不活性ガスや反応性ガスを前記グリッド7表面と前記アノード8表面と前記金属板21表面に形成された各チタン堆積層TDL内に捕捉させ、局所的にガス圧を下げることにより前記放電を抑制する場合にも応用可能である。
In the above embodiment, the present invention is applied to the case where the oxidation of the filament by oxygen existing around the filament is suppressed. However, an inert gas such as argon for generating plasma in the vacuum chamber or the like When a reactive gas other than oxygen is introduced and the gas enters the periphery of the electron gun and there is a risk of generating an arc discharge between the anode and the grid of the electron gun to which a high electric field is applied, Inert gas or reactive gas is trapped in each titanium deposition layer TDL formed on the surface of the
又、前記例では、イオンコレクタ20の素材としてチタンを用いた場合を説明したが、ゲッター作用が強いゲッター材料である、チタンを主成分とする合金、タンタル、タンタルを主成分とする合金、ジルコニウム、ジルコニウムを主成分とする合金、バリウム、バリウムを主成分とする合金、マグネシウム、マグネシウムを主成分とする合金等を用いても良い。
In the above example, the case where titanium is used as the material of the
又、前記例では、イオンコレクタ20の先端面がフィラメント60’の中心部空間内に位置する様にイオンコレクタ20をグリッド支持板11に取り付けたが、先端面が該フィラメントの中心部空間より該グリッド支持板側に位置する様に該グリッド支持板に取り付けても良いし、先端面が該フィラメントの中心部空間よりグリッド7側に位置する様に該グリッド支持板に取り付けても良い。但し、グリッド側に位置する様に取り付ける場合には、前記フィラメント60’からの電子のグリッド7による集束性が低下するので、該低下分を補うために、該グリッドの電位を該フィラメントの電位より低くする必要がある。
又、前記例では、前記イオンコレクタ20とは反対側の電子銃中心軸O’の延長上に前記金属板21を配置させた実施例を挙げて説明したが、この金属板21の代わりに、電子ビーム蒸着装置内の内壁(金属)を利用しても良い。
In the above example, the
In the above example, the
1A,1B・・・磁極板
2・・・永久磁石
3・・・蒸発物質
4・・・坩堝
5・・・電子銃
6,60,60’,600・・・フィラメント
7・・・グリッド
8・・・アノード
9・・・フィラメント加熱電源
10・・・加速電源
11・・・グリッド支持板
13・・・走査用電磁コイル体
14・・・走査用電源
15・・・電子ビームの偏向軌道
20・・・イオンコレクタ
21・・・金属板
O・・・電子ビーム偏向軌道の中心軸
O’・・・電子銃中心軸
1A, 1B ...
Claims (3)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009276080A JP2011119140A (en) | 2009-12-04 | 2009-12-04 | Electron beam device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009276080A JP2011119140A (en) | 2009-12-04 | 2009-12-04 | Electron beam device |
Publications (1)
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| JP (1) | JP2011119140A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017162645A (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Charging processor and electron source unit |
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2009
- 2009-12-04 JP JP2009276080A patent/JP2011119140A/en not_active Withdrawn
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