Способ управления фокусировки электронного луча электронной пушки типа пирса и управляющее устройство для нее
Использование: для управления электронной пушкой типа Пирса. Сущность заключается в том, что состояние фокусировки электронного луча выполняют постоянным посредством измерения температуры внутри электронной пушки и осуществления обратной связи температуры по скорости выпуска вакуумной системы выпуска для регулирования давления внутри электронной пушки. Технический результат: обеспечение возможности устранения любых влияний эффекта пространственного заряда, а также нейтрализующего действия пространственного заряда внутри электронной пушки для достижения полного управления электронным лучом. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления электронной пушкой типа Пирса, которая способна поддерживать стабильный электронный луч в течение продолжительного периода времени, к управляющему устройству для управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса и к вакуумному устройству, предусмотренному для этого.
Уровень техники
Электронная пушка типа Пирса отличается тем, что она способна отделять источник генерирования луча и атмосферу вакуума, включающую в себя мишень для облучения, и способна поддерживать стабильный источник генерирования луча. Кроме того, электронная пушка типа Пирса широко используется в качестве источника нагрева для устройства осаждения из паровой фазы, плавильной печи и печи для термической обработки, поскольку электронная пушка типа Пирса использует электроны в качестве источника энергии и способна к простому сканированию и отклонению. Область применения электронной пушки типа Пирса, как ожидается, будет становиться все шире и шире в будущем, в особенности в качестве источника нагрева для устройства в составе линии осаждения из паровой фазы для оксида металла, такого как MgO и SiO2, для которого требуется долговременная стабильность в течение 300 часов или более, в качестве источника нагрева для устройства осаждения из паровой фазы с рулонной приемкой, которое способно нагревать до заданной скорости испарения за короткое время, в которое необходимо испарять стабильно и с высокой производительностью металл, такой как Al, Co-Ni и Cu, с превосходным распределением по толщине осаждения, в качестве источника нагрева для устройства для осаждения из паровой фазы с рулонной приемкой для оптических слоев, в котором слои оксида металла, SiO2, ZrO и тому подобное, воспроизводимо испаряются при распределении по толщине осаждения в пределах ±1%, и тому подобное (примеры использования электронной пушки в устройстве осаждения из паровой фазы MgO и в устройстве осаждения из паровой фазы с рулонной приемкой показаны на фиг. 9 и 10 соответственно).
В частности, в последние годы, чтобы соответствовать тренду увеличения размеров стекла и промышленного производства, имеется потребность в более гомогенном и имеющем более высокую скорость осаждения слое оксида магния (MgO), который используют в качестве защитного слоя для поверхности стеклянной подложки для панели плазменного дисплея (PDP).
При таких предпосылках разработано устройство осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча, содержащее множество электронных пушек типа Пирса (фиг.15), например. Это устройство в основном имеет структуру, как показано на устройствах 81, 82 с электронным лучом, в каждом из которых две камеры, камера загрузки/выгрузки и камера осаждения из паровой фазы или три камеры, камера загрузки, камера осаждения из паровой фазы и камера выгрузки соединены через вакуумный затвор.
Схема камеры 2 осаждения из паровой фазы в устройствах 81, 82 осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча является такой, как показано на фиг.9. То есть в качестве источника нагрева для непрерывного образования MgO в качестве защитного слоя для PDP в основном используют электронную пушку 3 типа Пирса. Электронный луч F, приблизительно горизонтально испускаемый из электронной пушки типа Пирса, которая фиксируется на боковой стенке камеры осаждения из паровой фазы, отклоняется с помощью устройства 20 отклонения электронного луча и фокусируется на точке P испарения MgO 11 в очаге 4 в качестве источника испарения, для генерирования при этом потока паров MgO и образования слоя MgO на стеклянной подложке 10, установленной на носителе, который проходит и движется над ней. То есть камера осаждения из паровой фазы дублируется как камера облучения электронным лучом.
Устройства 81, 82 осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча имеют те особенности, что предотвращается уязвимость камеры осаждения из паровой фазы для атмосферы и атмосфера в камере осаждения из паровой фазы может поддерживаться стабильно, поскольку предварительная обработка, такая как дегазация и нагрев, может осуществляться по отношению к стеклянной подложке 10 или к носителю, установленному вместе со стеклянной подложкой в камере 83 загрузки/выгрузки или в камере 84 загрузки, и что объем производства является большим по сравнению с устройством циклического типа.
Однако имеется пожелание относительно стабильной работы электронной пушки типа Пирса в течение продолжительного периода времени.
В этом отношении в прошлом делались различные типы попыток стабильной работы электронной пушки типа Пирса в течение продолжительного периода времени.
Например, имеется случай, где влажность, остаточный газ, испаряющиеся частицы и тому подобное существуют в камере осаждения из паровой фазы, и тепловые электроны, которые составляют электронный луч, соударяются с ними, генерируя при этом ионы, и ионы протекают назад, вызывая аномальный электрический разряд электронной пушки. Таким образом, катод снабжают сквозным отверстием и коллектором ионов для приема ионов и компонентов, которые рассеиваются посредством столкновений ионов (смотри, например, патентные документы 1, 2).
Однако диаметр электронного луча внутри электронной пушки и диаметр (плотность мощности) электронного луча, который облучает мишень, колеблется в зависимости от давления внутри электронной пушки и давления в атмосфере, в которой размещают мишень для облучения, из-за эффекта пространственного заряда, который увеличивает диаметр луча и ширину распределения по энергии из-за взаимодействия между частицами, которое вызывается зарядами, заключенными в электронах, и из-за нейтрализующего действия пространственного заряда из-за ионизации атмосферного газа, вызываемой столкновениями электронов с газом. Соответственно, если брать осаждение из паровой фазы в качестве примера, то существует проблема, что скорость осаждения из паровой фазы нестабильна и тому подобное. По этой причине имеется случай, когда стабильная работа на широком участке посредством разделения источника генерирования луча и атмосферы, содержащей мишень облучения, которая является одной из характеристик электронной пушки типа Пирса, не может быть полностью использована.
Кроме того, расплывание луча внутри электронной пушки может влиять на компоненты и перегревать их внутри электронной пушки. В результате имеется случай, когда повреждается сама электронная пушка.
В этом отношении для стабилизации диаметра луча внутри электронной пушки, то есть для предотвращения большого расширения луча и предохранения электронной пушки от повреждения должны использоваться такие средства, как введение Ar в электронную пушку в качестве газа, нейтрализующего пространственный заряд, регулировка проводимости регистратора потока и создание множества ступеней фокусирующих катушек.
Кроме того, участок эмиттера электронного луча (участок генерирования луча, участок генерирования) стабилизируется по отношению к точности сборки и к изменениям со временем. Другими словами, сама электронная пушка конструируется оптимально, так чтобы угол поверхности катода, угол цилиндра Венельта, угол анода, зазор между катодом и цилиндром Венельта, зазор между катодом и анодом и тому подобное соответствовали указанной выше цели. Это осуществляют с целью стабилизации условия фокусирования луча, которое зависит от электрического поля.
Однако в обоих случаях нет соответствующих средств обратной связи, и электронная пушка работает при заранее установленных значениях. Таким образом, трудно осуществлять стабильный и точный способ осаждения. Кроме того, инертный газ, такой как Ar, может также влиять на процесс осаждения.
В этом отношении предложен способ, в котором диаметр луча измеряют на выходе луча и участке облучения луча и вводят обратно в ток луча и ток фокусирующей катушки (смотри патентный документ 3). Как показано на фиг.14, части для мониторинга XR 1, XR 2, XR 3, XL 1, XL 2, XL 3, которые способны выдавать температуру точки луча электронного луча как электрический сигнал, предусматриваются вблизи кольцевого очага 4 как участка облучения луча для обратной связи температуры точки луча по току луча и току фокусирующей катушки, чтобы достигнуть при этом стабилизации.
Однако остается влияние эффекта пространственного заряда внутри электронной пушки. Таким образом, эта ситуация неидеальна.
Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии № 2004-14226 (page 3, fig.1)
Патентный документ 2: Выложенная заявка на патент Японии № 2005-268177 (page 3, fig.1)
Патентный документ 3: Выложенная заявка на патент Японии № 2005-264204 (page 3, fig.1)
Описание изобретения
Проблемы, которые должны решаться с помощью изобретения
Настоящее изобретение выполнено с учетом рассмотренных выше проблем, и целью настоящего изобретения является устранение любых влияний эффекта пространственного заряда и нейтрализующего действия пространственного заряда внутри электронной пушки и достижение полного управления электронного луча.
Средства для решения проблем
Как описано выше, луч внутри электронной пушки подвергается влиянию эффекта пространственного заряда.
Расплывание электронного луча и тенденция энергии луча являются такими, как показано на фиг.11. Расплывание луча внутри электронной пушки влияет на компоненты и перегревает их внутри электронной пушки. Таким образом, состояние фокусировки электронного луча, который колеблется внутри электронной пушки из-за влияний эффекта пространственного заряда и нейтрализующего действия пространственного заряда, выполняется постоянным посредством измерения температуры внутри электронной пушки и осуществления обратной связи температуры по скорости выпуска вакуумной системы выпуска для регулировки давления внутри электронной пушки.
Другими словами, указанную выше проблему решают с помощью способа непосредственного измерения температуры внутри электронной пушки и управления электронной пушкой типа Пирса в соответствии с измеренной температурой.
Кроме того, указанную выше проблему решают с помощью устройства для управления электронной пушкой типа Пирса, содержащего средство для осуществления непосредственного измерения температуры внутри электронной пушки.
Необходимо отметить, что при учете стабильности луча по отношению к объекту желательно в электронной пушке, имеющей две или более фокусирующих катушек, получение луча, который параллельно поступает из первой фокусирующей катушки во вторую фокусирующую катушку настолько долго, насколько это возможно. Это управление осуществляют посредством регулировки давления внутри электронной пушки. Разумеется, поскольку фокусирующая катушка представляет собой линзу, луч регулируется по существу из параллельного состояния в несколько рассеянное состояние.
Эффект изобретения
Для улучшения рабочих характеристик PDP (плазменная индикаторная панель), выхода продукта и стабильности продукта требуется поддерживать стабильное распределение толщины осаждения на стеклянной подложке в течение продолжительного периода времени. Становится возможным справиться с этим. Конкретно, обычное время непрерывной работы для стекла, на которое производится осаждение, которое может разрезаться на две 42-дюймовых (107 см) подложки, составляет 144 часа (примерно одну неделю) при 8000 Å ±10%, но при 8000 Å ±5% становится возможной непрерывная работа в течение 240 часов (примерно десяти дней) для такого же размера. Кроме того, становится возможным время непрерывной работы в течение двух недель или более при 8000 Å ±7% для панели, которую можно разрезать на шесть - восемь 42-дюймовых (107 см) подложек. Кроме того, обычно диаметр луча внутри электронной пушки приблизительно измеряют с помощью визуального наблюдения для настройки фокусирующих катушек и для инертного газа, такого как Ar. Однако является возможным их воспроизводимая регулировка посредством измерения температуры.
Кроме того, посредством отслеживания температуры внутри электронной пушки можно предотвратить повреждение электронной пушки и это можно применять для предотвращения и раннего обнаружения дефектов продукта, которые обычно трудно обнаружить. Обычно, нормальное состояние определяют с помощью электрической взаимосвязи, если электронный луч представляет собой выходной сигнал и заранее заданный электрический ток протекает через фокусирующую катушку и сканирующую катушку.
Кроме того, в устройстве для осаждения из паровой фазы в составе линии, в котором непрерывно работает электронная пушка в течение продолжительного периода времени, имеются случаи, когда давлением в камере осаждения из паровой фазы управляют при постоянном значении для осуществления производства, и где поток технологического газа поддерживается постоянным для осуществления производства. В последнем случае, если входной поток газа извне колеблется, то колеблется и скорость осаждения из паровой фазы. В этом случае, если материал для осаждения из паровой фазы является иным, чем MgO, например, осуществляется осаждение металла, является возможным осуществление обратной связи по мощности, по фокусу луча и по системе сканирования электронной пушки посредством использованием надежных средств измерения скорости осаждения, таких как контроллер осаждения типа вибрирующего кристалла. Однако в случае оксида металла средств для измерения скорости осаждения в течение продолжительного периода времени нет. Однако посредством использования средств, разработанных в этот раз, является возможным обеспечение эффективных средств управления даже для колебания давления в камере облучения.
С помощью указанной выше структуры становится возможным иметь дело со всеми видами стабилизации участка, производящего луч (оптимизированная конструкция самой электронной пушки), со стабилизацией участка переноса луча (способ в соответствии с настоящим изобретением) и со стабилизацией участка использования луча (способ патентного документа 3).
Краткое описание чертежей
Фиг.1 Схема вакуумной системы выпуска электронной пушки в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 Показан вариант осуществления 1 настоящего изобретения. Это вид поперечного сечения 30-кВт электронной пушки типа Пирса. Показаны положения установки термопар R1, R2.
Фиг.3 Схема вакуумной системы выпуска 100-кВт электронной пушки типа Пирса в соответствии с вариантом осуществления 2 настоящего изобретения. Необходимо отметить, что в этом варианте осуществления другое отверстие для выпуска снабжено дифференциальной трубой для выпуска.
Фиг.4 Вид поперечного сечения 100 кВт электронной пушки типа Пирса в соответствии с вариантом осуществления 2 настоящего изобретения. Показаны положения установки термопар R1-R6.
Фиг.5 Принципиальная схема электронной пушки типа Пирса. Показан принцип испускания электронного луча. Тепловые электроны испускаются с нагретого катода 37 и извлечение и фокусировка электронов осуществляются посредством использования электрического поля, формируемого с помощью катода 37, цилиндра 38 Венельта и анода 39. По этой причине размеры и положения катода 37, цилиндра 38 Венельта и анода 39 являются важными для формирования луча. Электронный луч, который проходит через анод 39, управляется с помощью фокусирующей катушки 40, сканирующей катушки 41 и устройства отклонения электронного луча 20, так что электронный луч не рассеивается и излучается на материал 11 на соответствующем очаге 4.
Фиг.6 График давления в камере облучения и температуры регистратора потока в соответствии с настоящим изобретением. Можно увидеть, что когда осуществляют управление скоростью вращения турбомолекулярного насоса 51 (фиг.1), состояние фокусировки луча и температура регистратора 43 потока являются постоянными, даже если давление в камере облучения изменяется.
Фиг.7 График тока луча и температуры регистратора потока в соответствии с настоящим изобретением. Когда осуществляют управление скоростью вращения турбомолекулярного насоса 51 (фиг.1), состояние фокусировки луча является постоянным и температура регистратора потока является почти постоянной, даже если ток луча изменяется.
Фиг.8 График тока луча и температуры анода и регистратора потока для сравнения. Эта диаграмма соответствует случаю, где управление скоростью вращения турбомолекулярного насоса 51 (фиг.1) не осуществляется. Температура регистратора потока уменьшается, когда увеличивается ток луча.
Фиг.9 Схематическое изображение устройства осаждения MgO из паровой фазы. В этом примере четыре электронных пушки 3 типа Пирса предусматриваются для четырех кольцевых очагов 4. Осуществляют управление скачком, при котором электронный луч альтернативно фокусируют на двух точках P облучения на кольцевом очаге посредством управления отклоняющей катушкой. Необходимо отметить, что стрелка на фигуре обозначает направление перемещения стеклянной подложки 10. Кроме того, кольцевой очаг, который расположен ниже стеклянной подложки 10, показан прерывистыми линиями.
Фиг.10 Схематическое изображение устройства для осаждения из паровой фазы с рулонной приемкой. Электронный луч облучает материал для осаждения из паровой фазы, в контейнере 104 для материала для осаждения из паровой фазы, для испарения материала для осаждения из паровой фазы. Когда ленточный материал 110 основы, вводимый из разматываемого рулона 108, обертывается вокруг главного валика 107, главный валик обнажается для паров материала, который испаряется из контейнера 104 для материала для осаждения из паровой фазы, размещенного ниже, и осаждаемый слой образуется на его поверхности. Ленточный материал основы, на котором формируется осаждаемый слой, наматывается с помощью бобины 109. Таким образом, устройство осуществляет непрерывное осаждение.
Фиг.11 Диаграмма, иллюстрирующая увеличение диаметра цилиндрического электронного луча из-за эффекта пространственного заряда. Фиг.11A показывает состояние магнитного поля, генерируемого с помощью фокусирующей катушки. Фиг.11B показывает диаметр электронного луча. Когда увеличивается уровень эффекта пространственного заряда, диаметр луча становится больше.
Фиг.12 Диаграмма, иллюстрирующая соотношение между давлением осаждения из паровой фазы и скоростью осаждения. В этом примере скорость осаждения является самой высокой при давлении осаждения из паровой фазы 1,0 E-02 Па. При давлении осаждения из паровой фазы 3,0 E-03 Па скорость осаждения уменьшается, поскольку диаметр электронного луча увеличивается, плотность мощности уменьшается и количество электронов, которые достигают материала для осаждения из паровой фазы, уменьшается из-за влияния эффекта пространственного заряда. При давлении осаждения из паровой фазы 3,0 E-02 Па скорость осаждения уменьшается из-за столкновений между электронным лучом и испаряемым материалом, вызываемых увеличением количества частиц в атмосфере.
Фиг.13 Схема, иллюстрирующая состояние расширения луча внутри электронной пушки. Необходимо отметить, что диафрагма 44b, которая представляет собой вспомогательный элемент для управления давления, предусматривается на дифференциальном отверстии для выпуска.
Фиг.14 Пример способа управления обычного устройства для осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча в составе линии. Части для мониторинга XR 1, XR 2, XR 3, XL 1, XL 2, XL 3 предусматриваются вблизи кольцевого очага 4 для осуществления обратной связи по току луча и/или по току фокусирующей катушки для стабилизации. Необходимо отметить, что одна электронная пушка 3 типа Пирса осуществляет управление скачком посредством использования электронного луча для попеременного нагрева точек PR1, PR2 облучения на материале, содержащемся на участке бороздки 4a на кольцевом очаге. На фигуре сплошная линия показывает одну часть управления скачком, а прерывистая линия показывает другую часть управления скачком.
Фиг.15 Схематическая диаграмма устройства для осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча. Фиг.15A показывает случай двух камер и фиг.15B показывает случай трех камер.
Описание символов
| 1 | устройство для осаждения MgO из паровой фазы |
| 2 | камера облучения (камера осаждения из паровой фазы) |
| 3 | электронная пушка типа Пирса |
| 4 | кольцевой очаг (контейнер для материала для осаждения из паровой фазы) |
| 4a | участок бороздки |
| 6 | электронная пушка типа Пирса |
| 10 | стеклянная подложка |
| 11 | материал (MgO) |
| 20 | устройство отклонения электронного луча |
| 30 | корпус электронной пушки (кожух) |
| 31 | катодная камера |
| 32 | промежуточная камера |
| 33 | сканирующая камера |
| 34 | узел для выпуска |
| 36 | нить |
| 37 | катод |
| 38 | цилиндр Венельта |
| 39 | анод |
| 40 | фокусирующая катушка |
| 41 | сканирующая катушка |
| 42 | коллектор ионов |
| 43 | регистратор потока |
| 44a | дифференциальная труба для выпуска |
| 44b | диафрагма |
| 45 | первая фокусирующая катушка (первая линза) |
| 46 | вторая фокусирующая катушка (вторая линза) |
| 49 | вакуумная система выпуска |
| 49' | дифференциальная система выпуска |
| 50, 51 | турбомолекулярный насос |
| 52, 53, 54 | насос |
| 55, 56, 57 | клапан |
| 60 | корпус электронной пушки (кожух) |
| 61 | катодная камера |
| 62 | промежуточная камера |
| 63 | сканирующая камера |
| 64, 65 | узел для выпуска |
| 66 | нить |
| 67 | катод |
| 68 | цилиндр Венельта |
| 69 | анод |
| 71 | сканирующая катушка |
| 72 | коллектор ионов |
| 73a, 73b | регистратор потока |
| 74a, 74b | кольцо |
| 75 | первая фокусирующая катушка |
| 76 | вторая фокусирующая катушка |
| 81, 82 | устройство осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча |
| 83 | камера загрузки/выгрузки |
| 84 | камера загрузки |
| 85 | камера выгрузки |
| 91 | узел для выпуска |
| 94-96 | дверца |
| 97-99 | клапан |
| 101 | устройство осаждения из паровой фазы с рулонной приемкой |
| 102 | камера облучения |
| 104 | контейнер для материала для осаждения из паровой фазы (тигель) |
| 107 | главный валик |
| 108 | разматываемая бобина |
| 109 | бобина |
| 110 | ленточный материал основы |
| 111 | материал для осаждения из паровой фазы (металл) |
| 112 | ведущий валик |
| 120 | устройство осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча в составе линии |
| F | электронный луч |
| PG | манометр |
| IG | манометр |
| R1-R6 | термопара (температурный датчик на сопротивлении) |
| P, P1, P2 | точка облучения электронного луча (точка испарения) |
| PR1, PR2 | точка облучения электронного луча (точка испарения) |
| XR1, XR2, XR3, XL1, XL2, XL3 | части для мониторинга |
Наилучший способ осуществления изобретения
Далее, конкретный вариант осуществления, к которому применяется настоящее изобретение, будет описываться подробно со ссылками на чертежи. Фиг.1 показывает схему вакуумной системы выпуска 30-кВт электронной пушки типа Пирса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.2 показывает вид поперечного сечения 30-кВт электронной пушки типа Пирса. Фиг.3 показывает схему вакуумной системы 100-кВт электронной пушки типа Пирса. Фиг.4 показывает вид поперечного сечения 100-кВт электронной пушки типа Пирса. Фиг.5 показывает схему электронной пушки типа Пирса.
С использованием фиг.1 и 5 будет описываться типичная структура и функции соответствующих компонентов 30-кВт электронной пушки 3 типа Пирса. Главные компоненты 30-кВт электронной пушки типа Пирса представляют собой нить 36, катод 37, цилиндр 38 Венельта, анод 39, фокусирующую катушку 40, сканирующую катушку 41, коллектор ионов 42 (фиг.5), регистратор 43 потока, корпус (кожух) 30 и вакуумную систему 49 выпуска (фиг.1). Соответствующие функции являются следующими.
Как показано на фиг.5, через нить 36 проходит переменный ток и генерирует Джоулево тепло с испусканием тепловых электронов. Принимая электроны, которые генерируются и ускоряются в нити 36, посредством приложения положительного напряжения к нити 36 катод 37 нагревается и испускает тепловые электроны. Цилиндр 38 Венельта также упоминается как фокусирующий электрод, он имеет такой же потенциал, как катод 37, и формирует электрическое поле между цилиндром 38 Венельта и анодом 39, в котором электроны движутся по направлению к центру анода 39 для эффективного генерирования электронного луча. Анод 39 имеет положительный потенциал по отношению к катоду 37 и ускоряет тепловые электроны, генерируемые на катоде 37. Поскольку анод 39 обычно соединяют с потенциалом земли, к катоду 37 прикладывают отрицательное напряжение. Электронный луч проходит через отверстие в центре.
Фокусирующая катушка 40 может упоминаться как фокусирующая линза или просто линза. Электронный луч F, который проходит через анод 39, фокусируется на материале 11 очага 4 посредством генерируемого магнитного поля. Ионы, генерируемые посредством столкновения с электронным лучом F, и тому подобное ускоряются под действием напряжений анода 39 и катода 37 и распыляются по катоду 37 с образованием отверстия. Когда отверстие проходит через весь катод 37 из-за продолжительного использования, коллектор 42 ионов принимает ионный луч для предотвращения повреждения корпуса электронной пушки. Регистратор 43 потока делает проводимость малой для поддержания низкого давления в катодной камере (участок генерирования луча) 31.
Кроме того, как показано на фиг. 3 и 4, электронная пушка типа Пирса, имеющая нормальный выход 60 кВт или более, содержит в дополнение к указанному выше вторые фокусирующие катушки 46, 76, второй регистратор 73b потока (фиг.4) и дифференциальную вакуумную систему 49' выпуска (фиг.3). Это делается в основном по следующим причинам. В качестве источника испускания электронов, в общем электронной пушки типа Пирса используют катод типа непрямого нагрева, изготовленный из вольфрама. Величина испускания тепловых электронов с поверхности катода на единицу площади зависит от температуры. С другой стороны, имеется предел для использования самой высокой температуры, поскольку электронная пушка типа Пирса используется в вакууме. Таким образом, для получения большого тока луча требуется катод, имеющий большой диаметр. Соответственно, диаметр анода и диаметр регистратора потока становятся больше. Таким образом, проводимость становится больше и требуется вторая система выпуска для обеспечения дифференциального давления по отношению к камере облучения.
(Вариант осуществления 1)
Сначала будет описываться вариант осуществления 30-кВт электронной пушки типа Пирса. Как показано на фиг.2, термопары R1, R2 непосредственно устанавливают на аноде 39 катодной камеры 31 и регистраторе 43 потока сканирующей камеры 32. Кроме того, как показано на фиг.1, турбомолекулярный насос 51 со скоростью выпуска 800 литр/сек устанавливают на вакуумной системе 49 выпуска с помощью вакуумного затвора 56. В качестве турбомолекулярного насоса 51 используют насос, который способен управлять скоростью вращения (управление скоростью вращения для изменения скорости выпуска). В одном из вариантов осуществления температура регистратора 43 потока, полученная с помощью термопары R2 на фиг.2, используется для обратной связи по скорости вращения турбомолекулярного насоса 51. Фиг. 6 и 7 показывают результат. Можно увидеть, что состояние фокусировки луча и температура регистратора 43 потока остаются постоянными, даже если давление на стороне камеры облучения 2 изменяется (фиг.6). Кроме того, состояние фокусировки луча и температура регистратора 43 потока являются постоянными, даже если ток луча изменяется (фиг.7).
Для сравнения результат измерения тока луча и температур анода 39 и регистратора 43 потока в случае, когда обратной связи нет, показан на фиг.8. Когда ток луча увеличивается, температура анода 39 постоянна, в то время как температура регистратора 43 потока стремится к уменьшению. Это происходит потому, что луч фокусируется из-за нейтрализующего действия пространственного заряда. То есть результат показывает, что диаметр луча внутри электронной пушки изменяется, поскольку обратной связи нет.
Как описано выше, можно увидеть, что в соответствии с настоящим изобретением хорошее управление становится возможным.
(Вариант осуществления 2)
Далее, с использованием фиг. 3, 4 и 13 будет описываться один из вариантов осуществления 100-кВт электронной пушки, имеющей вторую фокусирующую катушку, второй регистратор потока и дифференциальную систему выпуска. Необходимо отметить, что вакуумная система выпуска и дифференциальная система выпуска, которые не показаны на фиг.4, как предполагается, должны соединяться с узлом 64 выпуска и узлом 65 выпуска соответственно.
Является желательным, чтобы местоположение, где осуществляют измерение температуры с помощью термопары, представляло собой термопару R4 кольца 74a, предусмотренную на выходной стороне первого регистратора 73a потока промежуточной камеры 62 на фиг.4, или термопару R5 кольца 74b, предусмотренную на входе второго регистратора 73b потока. Альтернативно, может использоваться термопара R2 первого регистратора 73a потока или термопара R6 второго регистратора 73b потока. Необходимо отметить, что кольцо 74a и кольцо 74b представляют собой вспомогательные элементы для регулировки давления, которые предусматриваются в регистраторе потока. Кроме того, дифференциальная труба для выпуска 44b на фиг.3 и диафрагма 44b представляют собой вспомогательные элементы для регулировки давления, которые предусматриваются в промежуточной камере 32.
С помощью этой структуры получают такой же эффект, как для варианта осуществления 1.
Вариант осуществления настоящего изобретения описан выше. Настоящее изобретение, разумеется, не ограничивается им и может разнообразно модифицироваться на основе технической идеи настоящего изобретения.
Например, настоящее изобретение может применяться к вакуумному устройству, имеющему другую структуру. Кроме того, настоящее изобретение может использоваться в сочетании с другими средствами для стабилизации электронного луча.
Кроме того, в вариантах осуществления используются турбомолекулярные насосы 50, 51, которые способны изменять скорость выпуска посредством управления скоростью вращения, для управления давлением внутри электронной пушки, но может использоваться и дроссельный клапан 56 (фиг. 1 и 3). Примеры способа управления проводимостью включают в себя дроссельный клапан, такой как клапан двустворчатого типа, который обычно используется, типа затвора и диафрагменного типа (типа диафрагмы камеры).
В дополнение к этому, в случае, когда инертный газ, такой как Ar, не доставляет никаких проблем в способе, результат измерений внутри электронной пушки может использоваться для обратной связи по потоку газа. Посредством объединения множества способов, таких как способ использования результата измерения температуры внутри электронной пушки для создания обратной связи по потоку газа, способ создания обратной связи по проводимости, способ создания обратной связи по введению некоторого количества газа, нейтрализующего пространственный заряд, и способ использования результата измерения температуры для создания обратной связи по давлению внутри камеры 2 облучения и по давлению внутри электронной пушки, возможно создание высокостабильной системы испарения.
Кроме того, если рассматривать, в дополнение к пространственному заряду в камере 2 облучения, расплывание электронов, вызываемое столкновениями с частицами в атмосфере, температура не может быть просто постоянной, но может доводиться до соответствующей температуры, которая предварительно задана, так что диафрагма луча соответствует давлению внутри камеры 2 облучения, чтобы получить оптимальную величину облучения лучом в камере 2 облучения. Например, в качестве примера осаждения, показанном на фиг.12, скорость осаждения является самой высокой при давлении для осаждения из паровой фазы, равном 1,0 E-02 Па. При давлении осаждения из паровой фазы, равном 3,0 E-03 Па, диаметр электронного луча увеличивается, а плотность мощности уменьшается, и скорость осаждения уменьшается из-за влияния эффекта пространственного заряда. С другой стороны, при 3,0 E-02 Па скорость осаждения уменьшается из-за столкновений между электронным лучом и испаряемыми материалами из-за увеличения количества частиц в атмосфере. Показано, что давление для осаждения из паровой фазы, равное 1,0 E-02 Па, является пригодным для использования при такой величине облучения электронным лучом.
Кроме того, более эффективным является использование в дополнение к способу, показанному в вариантах осуществления, способа непосредственно отслеживания диаметра электронного луча и способа электрического отслеживания состояния луча.
Кроме того, настоящее изобретение может применяться не только к осаждению MgO из паровой фазы, но также к устройству для осаждения из паровой фазы, которое использует электронную пушку типа Пирса.
В дополнение к этому в устройстве в составе линии для осаждения из паровой фазы с помощью электронного луча в вариантах осуществления кольцевой очаг используется в качестве контейнера для хранения материала для осаждения из паровой фазы, но может использоваться и тигель-лодочка.
Кроме того, является возможным использование настоящего изобретения не только в качестве способа формирования слоя MgO, но также и в качестве способа формирования слоя оксида металла, такого как слой SiO2 и слой TiO2. Кроме того, способ формирования слоя осаждением из паровой фазы в соответствии с настоящим изобретением может использоваться как способ получения слоя оксида металл, такого слой как Al.
1. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса, отличающийся тем, что содержит этап, на котором состояние фокусировки электронного луча выполняют постоянным посредством измерения температуры внутри электронной пушки и осуществления обратной связи температуры по скорости выпуска вакуумной системы выпуска для регулирования давления внутри электронной пушки.
2. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что для непосредственного измерения используют термопару.
3. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что местоположения, где осуществляют непосредственное измерение, представляют собой анод и регистратор потока.
4. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что местоположение, где осуществляют непосредственное измерение, представляет собой любое из кольца, диафрагмы и трубы для выпуска, предусмотренных на входе или выходе любой одной из катодной камеры, промежуточной камеры и сканирующей камеры.
5. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что обратную связь по скорости выпуска осуществляют посредством использования отверстия диафрагмы, предусмотренной в вакуумной системе выпуска.
6. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что обратную связь по скорости выпуска осуществляют посредством изменения скорости вращения насоса вакуумной системы выпуска.
7. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что обратную связь по скорости выпуска осуществляют посредством изменения величины потока газа вакуумной системы выпуска.
8. Способ управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.1, отличающийся тем, что электронная пушка типа Пирса представляет собой электронную пушку, имеющую две или более фокусирующих катушки, и электронный луч управляется так, чтобы он проходил приблизительно параллельно от фокусирующей катушки на предыдущей ступени к катушке следующей ступени.
9. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса, отличающееся тем, что содержит средство для осуществления непосредственного измерения температуры внутри электронной пушки типа Пирса и средство для осуществления обратной связи результата измерения температуры внутри электронной пушки типа Пирса по скорости выпуска вакуумной системы выпуска, посредством которых фокусировку электронного луча выполняют постоянной.
10. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что средство для осуществления непосредственного измерения представляет собой термопару.
11. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что местоположения, где предусмотрено средство для осуществления непосредственного измерения, представляют собой анод и регистратор потока.
12. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что местоположение, где находится средство для осуществления непосредственного измерения, представляет собой любое одно местоположение из кольца, диафрагмы и трубы для выпуска, предусмотренных на выходе или входе любой одной из катодной камеры, промежуточной камеры и сканирующей камеры.
13. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что средство для осуществления обратной связи по скорости выпуска представляет собой средство для изменения отверстия диафрагмы, предусмотренной в вакуумной системе выпуска.
14. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что средство для осуществления обратной связи по скорости выпуска представляет собой средство для изменения скорости вращения насоса вакуумной системы выпуска.
15. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что средство для осуществления обратной связи по скорости выпуска представляет собой средство для изменения величины потока газа вакуумной системы выпуска.
16. Устройство управления электронным лучом электронной пушки типа Пирса по п.9, отличающееся тем, что электронная пушка типа Пирса представляет собой электронную пушку, имеющую две или более фокусирующих катушек, и устройство для управления электронной пушкой типа Пирса содержит средство для управления электронным лучом так, чтобы он проходил приблизительно горизонтально от фокусирующей катушки предыдущей ступени к фокусирующей катушке следующей ступени.
