(57)【要約】【課題】コレクター電極、これを備えた電子ビーム照射装置及び電子ビーム照射処理装置において、特別な機構及び処理を施すことなく安定した動作を有する装置を提供する。【解決手段】電子ビーム照射装置において、非磁性のニッケル系合金からなる筒状のコレクター電極及び前記コレクター電極に巻装された高周波誘導コイルを備えるように構成した。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性のニッケル系合金からなる筒状のコレクター電極及び前記コレクター電極に巻装された高周波誘導コイルを備える電子ビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１の電子ビーム照射装置において、
前記ニッケル系合金がインコネル又はハステロイである電子ビーム照射装置。
【請求項３】
高周波誘導コイルを巻装するように構成された電子ビーム照射装置用コレクター電極であって、
非磁性のニッケル系合金からなる筒状のコレクター電極。
【請求項４】
請求項３のコレクター電極であって、
前記ニッケル系合金がインコネル又はハステロイであるコレクター電極。
【請求項５】
内部を真空に維持する真空チャンバー、
前記真空チャンバー内で基板を保持する基板保持手段、
前記基板を照射する電子ビーム照射装置を備え、
前記電子ビーム照射装置は、請求項１及び２のいずれか１つに記載の電子ビーム照射装置である電子ビーム照射処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム照射装置、これを用いる電子ビーム照射処理装置、及びこれらに用いるコレクター電極に関し、より具体的には、高周波イオンソース用ニュートラライザのイオンコレクター電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置及び光学素子を製造するための成膜技術として、コイル状のアンテナに電流を流してその誘導電界でプラズマを生成し、電子ビームを引き出して照射する装置が用いられている。
【０００３】
イオンアシスト成膜蒸着装置において、イオンソースからターゲットとなる基板にイオンを照射し続けると、正に帯電された基板によってイオンが膜に到達せずアシストできなくなる。また、電位が許容を超えると、正に帯電された基板と他の部材との間で異常放電が発生し、膜欠陥の要因となる。このため、電子ビーム照射装置（ニュートラライザ）から電子を基板に照射して基板を中和させる必要がある。
【０００４】
従来の技術として、図３に示すような電子ビーム照射装置が広く用いられている。電子ビーム照射装置１は、ガス導入口２、高周波誘導コイル３、チャンバー４、コレクター電極５（カソード電極）、ナット６、チャンバープレート７、及びキーパー電極８（アノード電極）で構成されている。また、プラズマの着火性改善、特に初期放電のためにコレクター電極内にトリガー電極（図示せず）が設置される場合もある。
【０００５】
ニュートラライザとして電子ビーム照射装置を使用する場合、ガス導入口２を通じてチャンバー４の内部にガスを導入した状態で、高周波電源から高周波誘導コイルに高周波電流を流すと、チャンバー４の内部に高周波誘導電界が生じて、プラズマが発生する。プラズマが発生して、コレクター電極５よりも正電位になるようにキーパー電極８に電圧を印加すると、コレクター電極５とキーパー電極８の間の電位差によってプラズマ中の電子はキーパー電極８側へ引き寄せられる。引き寄せられた電子は、キーパー電極８に形成された孔から電子ビームとして引き出され、正に帯電された基板に照射される。
【０００６】
図３の電子ビーム照射装置は放電中に数百度程度の高温になるために、コレクター電極５には融点が高く、耐熱性に優れた材料として現在ニッケル（Ｎｉ）が広く用いられている。しかし、コレクター電極５は絶縁体からなるチャンバー４の内側に設置される上、ニッケルは常温で磁性を持つことから、キュリー点（３５８℃）未満の温度ではコレクター電極５が高周波電界（誘導磁場）に対してシールドとして作用することによりプラズマの着火性は著しく悪化する。プラズマを着火させるためには、高電圧を高周波誘導コイルに給電する必要があり、高周波電源の電流容量を大きくする必要がある他、アーク放電等の絶縁破壊及び電源故障を誘発する等の問題がある。
【０００７】
特許文献１の電子ビーム照射装置は、チャンバー内に収納され、プラズマを集束させるための空間を有し、側面に複数のスリットが形成された中空略円筒体の導電体からなるコレクター電極を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２４２９１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１のようにコレクター電極に複数のスリット状の開口部を設ける場合であっても、コレクター電極の材料としてニッケルを使用することで生じるプラズマの着火性不良の問題は残る。つまり、コレクター電極の材料としてニッケルを使用した場合、コレクター電極が冷えた状態では着火性が悪いので、電子ビーム照射装置の安定した動作のためにコレクター電極に対する十分な暖気が必要となる。
【００１０】
そして、コレクター電極の材料としてニッケルを使用した場合、使用時間の経過と共に酸化によってコレクター電極の表面が変化する。このようなコレクター電極の表面の酸化による経時変化を防止するために、プラズマ放電後の十分な冷却及びメンテナンスが必要となる。
【００１１】
さらに、コレクター電極に複数のスリット状の開口部を設けた場合、コレクター電極が変形し易くなる上に、コレクター電極に流れるエミッション電流が減少することになる。エミッション電流は電子の放出量を表すものであり、コレクター電極の表面積に依存し、表面積が多いと得られるエミッション電流は大きい。従って、複数の開口部は電子の放出量を減少させることになる。
【００１２】
そこで、本発明は、特別な機構及び処理を施すことなく、電子ビーム照射装置の暖気及び冷却時間の短縮、メンテナンスサイクルを延長すると共に、電子ビーム照射装置の着火性不良及び不安定動作を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の側面は、電子ビーム照射装置であって、非磁性のニッケル系合金からなる筒状のコレクター電極及び前記コレクター電極に巻装された高周波誘導コイルを備える電子ビーム照射装置である。
【００１４】
本発明の第２の側面は、高周波誘導コイルを巻装するように構成された電子ビーム照射装置用コレクター電極であって、非磁性のニッケル系合金からなる筒状のコレクター電極である。
【００１５】
本発明の第３の側面は、第１及び第２の側面において、前記ニッケル系合金がインコネル又はハステロイであるように構成した。
【００１６】
本発明の第４の側面は、内部を真空に維持する真空チャンバー、真空チャンバー内で基板を保持する基板保持手段、第１及び第３の側面における電子ビーム照射装置を備える電子ビーム照射処理装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の実施例の電子ビーム照射装置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおけるコレクター電極及び高周波誘導コイルの構成を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａにおけるコレクター電極を示す図である。
【図２】本発明の電子ビーム照射装置を含む電子ビーム照射処理装置を示す図である。
【図３】従来の電子ビーム照射装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施例は本発明の最も好適な例であり、本発明の趣旨の範囲内で種々に改変することが可能である。
【００１９】
実施例．
図１Ａは本発明の実施例の電子ビーム照射装置を示す図であり、図１Ｂは図１Ａのコレクター電極及び高周波誘導コイルの構成を示す図である。また、図１Ｃは図１Ａのコレクター電極を示す図である。コレクター電極の材料を除いて、図１Ａと図３は同じである。
【００２０】
図１Ａに示すように、電子ビーム照射装置１１は、ガス導入口１２、高周波誘導コイル１３、チャンバー１４、コレクター電極１５（カソード電極）、ナット１６、チャンバープレート１７、及びキーパー電極１８（アノード電極）で構成されている。
電子ビームの照射原理は、ガス導入口１２を通じてチャンバー１４の内部にガスを導入した状態で、高周波電源から高周波誘導コイルに高周波電流を流すと、チャンバー１４の内部に高周波誘導電界が生じて、プラズマが発生する。プラズマが発生し、コレクター電極１５よりも正電位になるようにキーパー電極１８に電圧を印加すると、コレクター電極１５とキーパー電極１８の間の電位差によってプラズマ中の電子はキーパー電極１８側へ引き寄せられる。引き寄せられた電子は、キーパー電極１８に形成された孔から電子ビームとして引き出される。
【００２１】
ガス導入口１２は、チャンバー１４内にプラズマ発生用のガスを導入するものである。プラズマ発生用のガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
【００２２】
チャンバー１４は、高周波誘導コイル１３とコレクター電極１５を離隔させて絶縁するものであれば良く、必ずしも高周波誘導コイル１３とコレクター電極１５に接触している必要はない。
【００２３】
キーパー電極１８は、電圧が印加されてコレクター電極１５内のプラズマから電子を引き出すために用いられ、電極に用いられる公知の素材から形成される。ナット１６でガス導入口をコレクター電極１５内に固定し、チャンバープレート１７でチャンバー１４と連結することで全体を固定する。
【００２４】
高周波誘導コイル１３は、高周波電波の放射器であり、チャンバー１４を介してコレクター電極１５に巻装されている。図１Ｂに示すように、高周波誘導コイル１３の高圧側端部は高周波電源１９に接続され、高周波誘導コイル１３の低圧側端部は接地されている。高周波誘導コイル１３を制御する装置、及び容量等がこれらの間に接続されても良い。
【００２５】
コレクター電極１５は、発生したプラズマを集束させ、電子ビームの量を制御して電子ビームを引き出すものであり、その材料を磁性のないニッケル系合金とする。例えば、コレクター電極１５の材料として、インコネル、ハステロイ等の周知のニッケル系合金を使用することが出来る。また、コレクター電極１５は内部に空間を有するのであれば、その形状は必ずしも図１Ｃのように円筒状である必要はない（例えば、多角柱等）。
【００２６】
以下の３つのコレクター電極について、着火が可能となる電力を含むプラズマの着火性をコレクター電極の材料の特徴と共に検証して比較する実験を行った。
（１）コレクター電極の材料をタンタル（Ｔａ）とした場合、（２）コレクター電極の材料をニッケルとした場合、及び（３）コレクター電極の材料をインコネルとした場合で、アルゴンガスの流量を一定とした。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、着火可能な電力に大きな差は見られなかったが、（３）の場合で使用時間を考慮せずに着火性が良いことが認められた。また、（１）の場合では、使用時間と共に着火性は上昇するものの、（３）の場合と比較して着火性が安定しているとは言い難い。（２）の場合では、ニッケルが常温で磁性を持つためキュリー点未満の温度では高周波電界に対しシールドとして作用するので、コレクター電極が冷えた状態では着火しない。よって、着火時にコレクター電極に対する暖気が必要となる。
【００２９】
そして、コレクター電極の材料の特徴として、（３）の場合で、耐熱性及び耐蝕性が高く、コレクター電極の表面が酸化し難いことが分かった。
【００３０】
以上の結果から、コレクター電極の材料としてニッケル系合金を使用した場合、電子ビーム照射装置の着火性が良く、その動作が安定する。また、ニッケル系合金は耐熱性及び耐蝕性が高く、コレクター電極の表面が酸化し難いため、プラズマ放電後の冷却時間の短縮及びメンテナンスのサイクルを延長することが出来る。
【００３１】
さらに、コレクター電極の材料としてニッケル系合金を使用した場合、コレクター電極の材料としてニッケルを使用した場合におけるコレクター電極に対する十分な暖気を必要としないため、暖気時間を短縮することが出来る。
【００３２】
そして、コレクター電極に複数のスリットを形成する等の特別な処理を施すことがないので、コレクター電極の表面積を少なくすることによって生じるエミッション電流の低下を抑えることが出来る。つまり、簡易にプラズマの着火性を向上させるのみならず、エミッション電流の減少を防止することが出来る。
【００３３】
図２は、本発明の電子ビーム照射装置を有する電子ビーム照射処理装置を示す図である。電子ビーム照射処理装置２１には、真空チャンバー２２、基板保持手段２３、電子ビーム照射装置２４、及び荷電粒子照射装置２５等が設置されている。
【００３４】
図２に示すように、電子ビーム照射装置２４は、基板等のターゲット２６に照射するように設置されており、本発明の電子ビーム照射装置に相当する。荷電粒子照射装置２５も基板等のターゲット２６に照射するように設置されており、電子ビーム照射装置２４により荷電粒子を中和する。真空チャンバー２２は真空ポンプ（図示せず）に接続され、真空チャンバー２２内が排気されるように構成されている。そして、基板保持手段２３は、真空チャンバー内でターゲット２６を保持するものであり、独立して形成しても良いし、制御部２７を介して荷電粒子照射装置及び電子ビーム照射装置と連動しても良い。
【００３５】
このような電子ビーム照射処理装置を使って、本発明の電子ビーム照射装置が有する利益を確保しつつ金属等のサンプル加熱、不純物の除去、及びニュートラライズ等を実施することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１１．電子ビーム照射装置
２、１２．ガス導入口
３、１３．高周波誘導コイル
４、１４．チャンバー
５、１５．コレクター電極
６、１６．ナット
７、１７．チャンバープレート
８、１８．キーパー電極
１９．高周波電源
２１．電子ビーム照射処理装置
２２．真空チャンバー
２３．基板保持手段
２４．電子ビーム照射装置
２５．荷電粒子照射装置
２６．ターゲット
２７．制御部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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