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技術 電子線照射装置、電子線照射領域検出方法、電子線照射方法

出願人 株式会社アルバック
発明者 佐竹徹飛石尭大渡辺将也大橋友美依田英徳
出願日 2010年3月18日 (10年9ヶ月経過) 出願番号 2010-062868
公開日 2011年10月6日 (9年2ヶ月経過) 公開番号 2011-196783
状態 特許登録済
技術分野 その他の放射線取扱い 放射線の測定
主要キーワード 出力程度 副駆動軸 主フィルム 副ロール 鋳型容器 溶解痕 主ロール 水冷ハース
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

ハイパワー電子線の照射中に、照射対象物の照射領域の大きさを検出できる電子線照射装置電子線照射領域検出方法電子線照射方法を提供する。

解決手段

真空排気された真空槽11内で照射対象物60に電子銃30から電子線を照射して照射対象物60を加熱する際に、照射対象物60の表面の電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、照射領域から放出されたX線が入射する位置にX線検出装置20を配置して照射領域の大きさを検出し、検出した照射領域の大きさに基づいて電子線のビーム径を制御する。

概要

背景

現在、比較的エネルギーが大きい電子線を照射して照射対象物を溶解、蒸発昇華等させることができるハイパワー電子線照射装置は主に真空蒸着や、真空溶解精製に用いられている。

ここでハイパワーの電子線とは、エネルギーが数kV〜数十kV、電流アンペアオーダー、出力が数十W〜千kW、あるいは1kW〜千kW、さらには数十kW〜数千kWないしはそれ以上の出力を有する電子線のことである。

従来のハイパワーの電子線照射装置は、容積が1m3以上の比較的大きな真空槽と、真空槽内を真空排気する真空排気装置と、真空槽内に電子線を放出する電子銃と、溶解する金属を保持するための照射材料容器とを有している。照射材料容器はここでは水冷ハースであり、通常熱伝導の良い銅でできている。

真空溶解精製で対象とする金属はチタン等の活性な金属、ステンレス等の真空材料、モリブデン及びタンタル等の高融点金属であり、真空蒸着で対象とする金属はアルミニウム、チタン、銅等である。最近は太陽電池用シリコンの真空溶解精製も行われている。真空排気された真空槽内で、これらの照射対象物に電子銃から電子線を照射して加熱し、精製や蒸着を行う。

ここで、電子銃から真空槽内に放出された電子線は、電流量が増えると、クーロン力による電子同士の反発のためにビーム径が広がってしまう。また、真空槽内の圧力によっても、電子自ら作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働くためにビーム径が変化する。

照射対象物上での電子線のビーム径、すなわち照射対象物の電子線が照射される照射領域の大きさが変化すると、照射領域の電流密度が変化し、パワー密度が変化するので、照射対象物への電子線の照射条件が変わってしまうことになる。

上記のような要因によるビーム径の変化が、実際に精製や蒸着のために電子線を利用する上で電子線の照射条件を安定に保つことを困難にしていた。
特に真空蒸着での成膜レートを一定にするためには、照射領域のパワー密度を制御する必要があるのだが、上記のような要因により照射中にビーム径が変化する虞があるので、オンタイムでビーム径をモニタする必要がある。また、その結果を電子銃の照射制御系(例えば電子線の電流値や電子銃のレンズコイル電流)へフィードバックし、電子線の電流密度あるいは電子線のビーム径を一定にすることが必要である。

ところが、電子線がハイパワーになると、照射対象物の照射面の広い範囲が強く発光するので、可視光では照射領域の大きさをモニタできないという問題があった。
また、数W以下の低パワーの電子線の場合に一般に利用されているような、移動できるファラデーカップまたは金属により電流を測定する方法では、仮にビーム照射部に高融点タングステン(W)を用いたとしても、ハイパワーの電子線を照射されると照射部はすぐに溶けてしまうので、ハイパワーの電子線のビーム径をモニタすることはできなかった。

現実的な方法としては、ハイパワーよりも小さい中出力程度で電子線を金属板等に照射し、溶解した痕を測る方法があり、従来一般にはこの方法により電子線のビーム径を求めていた。しかし、溶解痕が正しく電子線のビーム径を反映しているとはいえないので、測定誤差が大きいという問題があった。また、この方法では、実際にハイパワーの電子線を照射するときの照射条件におけるビーム径を測ることは不可能であり、また、オンタイムでの測定もできないという問題があった。
つまり、ハイパワーの電子線を照射対象物に照射しているときに、照射領域の大きさを検出することは重要な課題になっているが、これまでこの課題を解決する適当な方法は見つかっていなかった。

概要

ハイパワーの電子線の照射中に、照射対象物の照射領域の大きさを検出できる電子線照射装置、電子線照射領域検出方法電子線照射方法を提供する。真空排気された真空槽11内で照射対象物60に電子銃30から電子線を照射して照射対象物60を加熱する際に、照射対象物60の表面の電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、照射領域から放出されたX線が入射する位置にX線検出装置20を配置して照射領域の大きさを検出し、検出した照射領域の大きさに基づいて電子線のビーム径を制御する。

目的

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ハイパワーの電子線の照射中に、照射対象物の照射領域の大きさ、又は電子線のビーム径を検出できる電子線照射装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

真空槽と、前記真空槽内を真空排気する真空排気装置と、前記真空槽内に電子線を放出可能に構成された電子銃と、を有し、前記真空槽内に配置される照射対象物に前記電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱するように構成された電子線照射装置であって、前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、前記照射領域から放出されたX線が入射する位置に配置され、入射した前記X線から前記照射領域の大きさを検出するX線検知部と、を有する電子線照射装置。

請求項2

前記X線検知部が検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する制御装置を有する請求項1記載の電子線照射装置。

請求項3

前記照射領域から放出された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するX線結像光学部を有する請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の電子線照射装置。

請求項4

前記X線結像光学部は、前記X線を遮蔽する遮蔽板を有し、前記遮蔽板には前記X線を通過させる、前記X線検知部よりも小さい針穴が開けられ、前記針穴を通過した前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された請求項3記載の電子線照射装置。

請求項5

前記X線結像光学部は、前記X線を反射する凹面鏡を有し、前記凹面鏡で反射された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された請求項3記載の電子線照射装置。

請求項6

前記照射対象物と前記X線結像光学部との間には、前記X線結像光学部に前記X線を到達させながら、前記照射対象物から放出されて前記X線結像光学部に到達する蒸気の量を減衰させるフィルタ装置が配置された請求項3乃至請求項5のいずれか1項記載の電子線照射装置。

請求項7

前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽するプロペラと、前記プロペラが固定されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸を前記プロペラと共に前記プロペラ回転軸の中心軸線周りに回転させるプロペラ回転装置とを有し、前記プロペラ回転装置によって前記プロペラを回転させたときに、前記プロペラが回転する範囲を回転範囲と呼ぶと、前記回転範囲は、前記X線と前記蒸気との飛行経路横断する位置に配置され、前記回転範囲に入射する前記蒸気は、前記プロペラの回転方向を向いた平面と衝突して遮蔽されるように構成された請求項6記載の電子線照射装置。

請求項8

前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板と、前記第一、第二の回転板に垂直に固定された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸を前記第一、第二の回転板と共に前記第一、第二の回転軸の中心軸線の周りに回転させる第一、第二の回転装置とを有し、前記第一、第二の回転板にはそれぞれ前記蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部が設けられ、前記第一、第二の回転装置によって前記第一、第二の回転板をそれぞれ異なる速度で回転させると、前記第一、第二の開口部は、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされ、前記第一、第二の開口部が前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、前記第一の開口部を通過する前記蒸気は、前記第二の回転板の前記第二の開口部以外の遮蔽部に衝突して遮蔽されるように構成された請求項6記載の電子線照射装置。

請求項9

前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽し、かつ前記X線の少なくとも一部を透過するフィルムを有し、前記フィルムは、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置に配置され、前記フィルムに入射する前記蒸気は、前記フィルムと衝突して遮蔽されるように構成された請求項6記載の電子線照射装置。

請求項10

前記フィルタ装置は、前記フィルムが巻き回されて構成されたロールと、前記ロールの中心に挿入された従動軸と、前記ロールの外周から引き出された前記フィルムの端部が巻装された駆動軸と、前記駆動軸を前記駆動軸の中心軸線の周りに回転させる駆動軸回転装置とを有し、前記駆動軸回転装置によって前記駆動軸を回転させると、前記フィルムは前記駆動軸にロール状に巻き取られるように構成された請求項9記載の電子線照射装置。

請求項11

真空排気された真空槽内で照射対象物に電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱する際に、前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、前記照射領域から放出されたX線から前記照射領域の大きさを検出する電子線照射領域検出方法

請求項12

請求項11記載の電子線照射領域検出方法で前記照射領域の大きさを検出し、検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する電子線照射方法

技術分野

0001

本発明は、電子線照射装置電子線照射領域検出方法電子線照射方法係り、特に電子線を照射して照射対象物を溶解、蒸発昇華等させる技術分野に関する。

背景技術

0002

現在、比較的エネルギーが大きい電子線を照射して照射対象物を溶解、蒸発、昇華等させることができるハイパワーの電子線照射装置は主に真空蒸着や、真空溶解精製に用いられている。

0003

ここでハイパワーの電子線とは、エネルギーが数kV〜数十kV、電流アンペアオーダー、出力が数十W〜千kW、あるいは1kW〜千kW、さらには数十kW〜数千kWないしはそれ以上の出力を有する電子線のことである。

0004

従来のハイパワーの電子線照射装置は、容積が1m3以上の比較的大きな真空槽と、真空槽内を真空排気する真空排気装置と、真空槽内に電子線を放出する電子銃と、溶解する金属を保持するための照射材料容器とを有している。照射材料容器はここでは水冷ハースであり、通常熱伝導の良い銅でできている。

0005

真空溶解精製で対象とする金属はチタン等の活性な金属、ステンレス等の真空材料、モリブデン及びタンタル等の高融点金属であり、真空蒸着で対象とする金属はアルミニウム、チタン、銅等である。最近は太陽電池用シリコンの真空溶解精製も行われている。真空排気された真空槽内で、これらの照射対象物に電子銃から電子線を照射して加熱し、精製や蒸着を行う。

0006

ここで、電子銃から真空槽内に放出された電子線は、電流量が増えると、クーロン力による電子同士の反発のためにビーム径が広がってしまう。また、真空槽内の圧力によっても、電子自ら作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働くためにビーム径が変化する。

0007

照射対象物上での電子線のビーム径、すなわち照射対象物の電子線が照射される照射領域の大きさが変化すると、照射領域の電流密度が変化し、パワー密度が変化するので、照射対象物への電子線の照射条件が変わってしまうことになる。

0008

上記のような要因によるビーム径の変化が、実際に精製や蒸着のために電子線を利用する上で電子線の照射条件を安定に保つことを困難にしていた。
特に真空蒸着での成膜レートを一定にするためには、照射領域のパワー密度を制御する必要があるのだが、上記のような要因により照射中にビーム径が変化する虞があるので、オンタイムでビーム径をモニタする必要がある。また、その結果を電子銃の照射制御系(例えば電子線の電流値や電子銃のレンズコイル電流)へフィードバックし、電子線の電流密度あるいは電子線のビーム径を一定にすることが必要である。

0009

ところが、電子線がハイパワーになると、照射対象物の照射面の広い範囲が強く発光するので、可視光では照射領域の大きさをモニタできないという問題があった。
また、数W以下の低パワーの電子線の場合に一般に利用されているような、移動できるファラデーカップまたは金属により電流を測定する方法では、仮にビーム照射部に高融点タングステン(W)を用いたとしても、ハイパワーの電子線を照射されると照射部はすぐに溶けてしまうので、ハイパワーの電子線のビーム径をモニタすることはできなかった。

0010

現実的な方法としては、ハイパワーよりも小さい中出力程度で電子線を金属板等に照射し、溶解した痕を測る方法があり、従来一般にはこの方法により電子線のビーム径を求めていた。しかし、溶解痕が正しく電子線のビーム径を反映しているとはいえないので、測定誤差が大きいという問題があった。また、この方法では、実際にハイパワーの電子線を照射するときの照射条件におけるビーム径を測ることは不可能であり、また、オンタイムでの測定もできないという問題があった。
つまり、ハイパワーの電子線を照射対象物に照射しているときに、照射領域の大きさを検出することは重要な課題になっているが、これまでこの課題を解決する適当な方法は見つかっていなかった。

先行技術

0011

特開平11−217667号公報

発明が解決しようとする課題

0012

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ハイパワーの電子線の照射中に、照射対象物の照射領域の大きさ、又は電子線のビーム径を検出できる電子線照射装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内を真空排気する真空排気装置と、前記真空槽内に電子線を放出可能に構成された電子銃と、を有し、前記真空槽内に配置される照射対象物に前記電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱するように構成された電子線照射装置であって、前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、前記照射領域から放出されたX線が入射する位置に配置され、入射した前記X線から前記照射領域の大きさを検出するX線検知部と、を有する電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記X線検知部が充分に短い時間に検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する制御装置を有する電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記照射領域から放出された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するX線結像光学部を有する電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記X線結像光学部は、前記X線を遮蔽する遮蔽板を有し、前記遮蔽板には前記X線を通過させる、前記X線検知部よりも小さい針穴が開けられ、前記針穴を通過した前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記X線結像光学部は、前記X線を反射する凹面鏡を有し、前記凹面鏡で反射された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記照射対象物と前記X線結像光学部との間には、前記X線結像光学部に前記X線を到達させながら、前記照射対象物から放出されて前記X線結像光学部に到達する蒸気の量を減衰させるフィルタ装置が配置された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽するプロペラと、前記プロペラが固定されたプロペラ回転軸と、前記プロペラ回転軸を前記プロペラと共に前記プロペラ回転軸の中心軸線周りに回転させるプロペラ回転装置とを有し、前記プロペラ回転装置によって前記プロペラを回転させたときに、前記プロペラが回転する範囲を回転範囲と呼ぶと、前記回転範囲は、前記X線と前記蒸気との飛行経路横断する位置に配置され、前記回転範囲に入射する前記蒸気は、前記プロペラの回転方向を向いた平面と衝突して遮蔽されるように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板と、前記第一、第二の回転板に垂直に固定された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸を前記第一、第二の回転板と共に前記第一、第二の回転軸の中心軸線の周りに回転させる第一、第二の回転装置とを有し、前記第一、第二の回転板にはそれぞれ前記蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部が設けられ、前記第一、第二の回転装置によって前記第一、第二の回転板をそれぞれ異なる速度で回転させると、前記第一、第二の開口部は、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされ、前記第一、第二の開口部が前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、前記第一の開口部を通過する前記蒸気は、前記第二の回転板の前記第二の開口部以外の遮蔽部に衝突して遮蔽されるように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽し、かつ前記X線の少なくとも一部を透過するフィルムを有し、前記フィルムは、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置に配置され、前記フィルムに入射する前記蒸気は、前記フィルムと衝突して遮蔽されるように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記フィルタ装置は、前記フィルムが巻き回されて構成されたロールと、前記ロールの中心に挿入された従動軸と、前記ロールの外周から引き出された前記フィルムの端部が巻装された駆動軸と、前記駆動軸を前記駆動軸の中心軸線の周りに回転させる駆動軸回転装置とを有し、前記駆動軸回転装置によって前記駆動軸を回転させると、前記フィルムは前記駆動軸にロール状に巻き取られるように構成された電子線照射装置である。
本発明は、真空排気された真空槽内で照射対象物に電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱する際に、前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、前記照射領域から放出されたX線から前記照射領域の大きさを検出する電子線照射領域検出方法である。
本発明は、前記電子線照射領域検出方法で前記照射領域の大きさを検出し、検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する電子線照射方法である。

0014

本発明では電子線の照射により発生するX線を利用する。X線は可視光と区別して検出でき、また照射対象物上で電子線を照射された部分からだけX線が放出されるので、オンタイムで高精度に電子線のビーム径をモニタできる。

発明の効果

0015

ハイパワーの電子線の照射中に照射対象物の照射領域の大きさを検出することが可能となり、さらにその結果を電子銃の照射制御系へフィードバックすることにより、照射領域のパワー密度を一定に保つことが可能となる。パワー密度の制御の精度向上によりハイパワーの電子銃の応用分野を拡大できる。

0016

電子線の照射領域のパワー密度を一定に保つことにより、電子線を用いた真空蒸着装置の成膜レートを一定に保つことができ、品質の良い薄膜製品生産することが可能となる。例えば、フィルムコンデンサー磁気テープ等の高記憶メディア熱線遮断膜等の光応用フィルム等の品質向上に貢献できる。

0017

金属の真空溶解精製装置では、照射領域のパワー密度の制御を正確に行うことにより、高品質の金属、例えば高純度のチタン(Ti)、タンタル(Ta)や太陽電池用の高純度結晶シリコン(Si)等の生産が可能になる。

図面の簡単な説明

0018

本発明である電子線照射装置の第一例の内部構成図
電子銃の内部構成図
X線検出装置とフィルタ装置の第一例の概略構成
フィルタ装置の第一例の回転板を説明するための平面図
ピンホール型のX線結像光学部を説明するための模式図
ミラー型のX線結像光学部を説明するための模式図
X線検出装置とフィルタ装置の第二例の概略構成図
X線検出装置とフィルタ装置の第三例の概略構成図
X線検出装置とフィルタ装置の第四例の概略構成図
本発明である電子線照射装置の第二例の内部構成図

実施例

0019

<電子線照射装置の第一例の構造>
本発明である電子線照射装置の第一例の構造を説明する。
図1は電子線照射装置10の内部構成図を示している。
電子線照射装置10は真空槽11と真空排気装置13を有している。
真空排気装置13は真空槽11に接続され、真空槽11内を真空排気するように構成されている。

0020

真空槽11内には凹形状の照射材料容器50が配置されている。照射材料容器50は開口部を上方に向けた状態で真空槽11の底部に配置され、内側に照射対象物60を保持できるように構成されている。
電子線照射装置10は電子線を放出可能に構成された電子銃30と電子銃電源40とを有している。

0021

図2は電子銃30と電子銃電源40の概略構成図を示している。
電子銃30は一端に銃口114が設けられた有底筒状筐体31を有している。
筐体31の内側には中心軸線上にガン室110と接続路111と中間室112と放出路113が、筐体31の底部から銃口114に向かってこの順に並んで設けられている。

0022

ガン室110と中間室112にはそれぞれ不図示の真空排気部が接続され、真空排気部は各室内110、112をそれぞれ真空排気可能に構成されている。接続路111は内周がガン室110や中間室112よりも小さく形成され、ガン室110内と中間室112内を接続するように構成され、従って、ガン室110と中間室112と接続路111とで差動排気構造を成している。接続路111の内側には仕切バルブ39が配置されている。
中間室112内は放出路113を介して銃口114に接続されている。

0023

以下、筐体31のガン室110側を上流、その逆の銃口114側を下流と呼ぶ。
ガン室110内には、筐体31の中心軸線上にフィラメント32とカソード33とウェーネルト34とアノード35が、上流から下流に向かってこの順に並んで配置されている。
フィラメント32にはフィラメント電源41が電気的に接続されている。フィラメント電源41はフィラメント32に電流を流してフィラメント32を加熱できるように構成されている。

0024

フィラメント32とカソード33にはカソード加熱電源42が電気的に接続されている。カソード加熱電源42はフィラメント32に対してカソード33の電位が正になるように、フィラメント32とカソード33の間に電圧印加可能に構成されている。

0025

ウェーネルト34はカソード33よりも内周の大きい無底の円筒形状に形成され、自身の中心軸線が筐体31の中心軸線と一致するように向けられている。ウェーネルト34はカソード33に電気的に接続されている。
アノード35は無底の円筒形状に形成され、自身の中心軸線が筐体31の中心軸線と一致するように向けられている。アノード35は筐体31に電気的に接続されている。

0026

筐体31とカソード33には高電圧電源43が電気的に接続されている。高電圧電源43は筐体31の電位、すなわちアノード35の電位に対してカソード33の電位が負になるように筐体31とカソード33の間に電圧を印加可能に構成されている。

0027

アノード35よりも下流には筐体31の中心軸線に沿って第一のレンズ36と第二のレンズ37と揺動コイル38がこの順に並んで配置されている。
ここでは第一のレンズ36は接続路111の外側に接続路111を囲むように配置され、第二のレンズ37は放出路113の外側に放出路113を囲むように配置されている。

0028

第一、第二のレンズ36、37にはそれぞれレンズ電源44が電気的に接続されている。レンズ電源44は第一、第二のレンズ36、37にそれぞれ電流を流して、それぞれ接続路111、放出路113内に磁界を形成できるように構成されている。

0029

揺動コイル38は放出路113の外側で銃口114を囲むように配置されている。揺動コイル38にはコイル電源45が電気的に接続されている。コイル電源45は揺動コイル38に電流を流して、銃口114の内側に位置する電子線の軌道に磁界を形成できるように構成されている。

0030

コイル電源45には不図示の磁界制御装置が接続されている。磁界制御装置はコイル電源45から揺動コイル38に供給される電流を変更して、電子線の軌道に形成する磁界の向きと大きさを制御するように構成されている。
電子銃30の電源装置を電子銃電源40と呼ぶと、電子銃電源40はフィラメント電源41とカソード加熱電源42と高電圧電源43とレンズ電源44とコイル電源45とで構成されている。

0031

ここでは電子銃30は銃口114を照射材料容器50上の照射対象物60に向けた状態で真空槽11の側壁に気密に挿設されている。
電子銃電源40から電子銃30に電力が供給されると、電子銃30は銃口114から真空槽11内に電子線を放出して照射材料容器50上の照射対象物60に電子線を照射するように構成されている。

0032

照射対象物60の表面の電子線が照射された部分からはX線(特性X線及び白色X線)が放出される。ここで特性X線とは電子線を照射されて励起した照射対象物60表面の原子から放出されるX線であり、白色X線とは照射対象物60の表面で制動された電子線の電子から放出されるX線である。

0033

以下、照射対象物60の表面の電子線が照射されてX線を放出する領域を照射領域と呼ぶ。
照射領域から放出されるX線が入射する位置にはX線検出装置20が配置されている。
図3はX線検出装置20の概略構成図を、後述するフィルタ装置70の第一例と共に示している。

0034

X線検出装置20はX線を遮断する材質で形成された検知部容器21を有している。検知部容器21の内側にはX線検知部24が配置され、X線検知部24にはX線検知部電源25が電気的に接続されている。

0035

本実施形態での電子線のエネルギーは後述するように数keV〜40keV程度であるので、電子線を照射された照射対象物60から放出されるX線のエネルギーも同様の範囲となる。X線検知部24はこの範囲のエネルギーのX線に感度を持つ検知器が使用される。

0036

X線検知部24にはここではX線検出用として市販されている二次元検出器(CCD(Charge Coupled Device)やMOS(Metal on Silicon)型の撮像素子等)を使用する。
X線検知部24と検知部容器21の開口との間には、X線結像光学部23が配置されている。X線結像光学部23にはここでは図5に示すようなピンホール型のX線結像光学部23aや、図6に示すようなミラー型のX線結像光学部23bを用いる。

0037

ピンホール型のX線結像光学部23aの構造を説明すると、図5を参照し、ピンホール型のX線結像光学部23aは、X線を遮蔽する遮蔽板201を有している。遮蔽板201にはここではタングステン(W)やタンタル(Ta)等の重い金属で形成された1mm厚の金属板を使用する。

0038

遮蔽板201にはX線を透過する、X線検知部24よりも小さい針穴202が設けられている。
照射対象物60の照射領域から放出されX線結像光学部23に入射するX線は、X線の直進性により、遮蔽板201の針穴202を通過して、X線検知部24上で照射領域の像を結像する。

0039

符号1、2は照射対象物60の照射領域の外形と直径をそれぞれ示し、符号1’、2’はX線検知部24上で結像した照射領域の像の外形と直径をそれぞれ示している。
照射領域から遮蔽板201までの距離をL1、遮蔽板201からX線検知部24までの距離をL2とすると照射領域の直径1と照射領域の像の直径1’の比はL2/L1で決まるので、X線検知部24の大きさに合わせて適当にL2を選択することにより、ピンホール型のX線結像光学部23aが形成されている。

0040

ミラー型のX線結像光学部23bの構造を説明すると、図6を参照し、ミラー型のX線結像光学部23bはX線を反射する二枚の凹面鏡205、206を有している。ここでは二枚の凹面鏡205、206はどちらも軽い元素(ここではSi)と重い元素(ここではW等)の互いに屈折率が異なる誘電体薄膜nmオーダーの厚さで繰り返し積層させた超格子構造多層膜ミラーである。

0041

二枚の凹面鏡205、206を凸レンズ役割を果たすように配置することで、ミラー型のX線結像光学部23bでは、照射領域からミラー中心(二枚の凹面鏡205、206のそれぞれの中心を結ぶ線分中点)までの距離をL1’、ミラー中心からX線検知部24までの距離をL2’とすると、ピンホール型23aと同様に照射領域の直径1と照射領域の像の直径1’の比はL2’/L1’で決まり、ピンホール型23aに比べて、針穴(ピンホール)202とミラー型23bの入射口(図示されていない)の面積比分だけ、より明るい像を得ることができる。

0042

X線結像光学部23を中央にしてX線検知部24の反対側には、検知部容器21の開口を覆うように窓部22が配置され、検知部容器21の開口に気密に固定されている。窓部22はX線が透過できるように薄く、かつ真空壁として検知部容器21の内側を気密に保つための強度を持つように形成されている。
検知部容器21はX線を遮断する材質で形成されているので、X線がX線検出装置20に入射する場合には、窓部22を通過するX線だけがX線結像光学部23に到達するようにされている。

0043

また窓部22は検知部容器21と共に検知部容器21内を気密に保つように構成され、X線検出装置20を真空排気された真空槽11内に配置したとき、X線結像光学部23及びX線検知部24を真空雰囲気から隔離する役割を果たしている。

0044

図1を参照し、X線検出装置20は真空槽11内のここでは照射材料容器50の上方に、窓部22を下方に向けた状態で配置されている。
照射対象物60に電子線が照射されると、後述するように、X線検出装置20には、照射対象物60の照射領域から放出されたX線と共に、加熱された照射対象物60から放出される蒸気が入射する。
照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置には、フィルタ装置70が配置されている。

0045

図3を参照し、フィルタ装置70はここでは蒸気の粒子を遮蔽する回転板71と、回転板71の中心に垂直に固定された回転軸73と、回転軸73を回転させる回転装置74とを有している。
図4は回転板71の平面図を示している。回転板71には蒸気の粒子を通過させる細長の開口部72が中心から放射状に延びるように設けられている。
ここでは開口部72の長手方向の長さは、X線検出装置20の窓部22の直径より長くされ、回転板71は開口部72が窓部22と対面できる位置に窓部22の表面に平行に配置されている。

0046

図3を参照し、回転装置74はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、回転装置74には不図示の電源装置が電気的に接続されている。電源装置から電力を供給されると、回転装置74は回転軸73を回転板71と共に回転軸73の中心軸線の周りに回転させるように構成されている。

0047

回転装置74によって回転板71を回転させると、回転板71に入射するX線と蒸気は、回転板71の開口部72以外の遮蔽部が窓部22と対面するときには遮蔽部に衝突して遮蔽されて窓部22に到達せず、開口部72と窓部22とが互いに対面するときに開口部72を通過して窓部22に到達する。従って、フィルタ装置70は、X線検出装置20にX線を到達させて照射領域の大きさを検出させながら、蒸気の量を減衰させることができる。

0048

回転板71の開口部72の幅方向の長さを狭くすることで窓部22への蒸気の到達量を抑制できる。このとき窓部22に入射するX線の量も減少することになるが、本実施形態において照射対象物60から放出されるX線の強度はX線検知部24の検知性能に比べて十分に大きいので、X線検出装置20が照射領域の大きさを検出するのに十分な量のX線が窓部22に到達する。
X線結像光学部23によって窓部22を透過したX線からX線検知部24上に照射領域の像が結像され、X線検知部24は照射領域の像から照射領域の大きさを検出する。

0049

図1を参照し、X線検出装置20には制御装置19が接続されている。制御装置19にはここでは照射領域の大きさの設定範囲があらかじめ設定されている。
制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさ(検出値と呼ぶ)をあらかじめ設定された照射領域の大きさの設定範囲と比較して、検出値が設定範囲の上限より大きい場合には、電子銃電源40に制御信号伝送して、電子線のビーム径を縮小させ、検出値が設定範囲の下限より小さい場合には、電子銃電源40に制御信号を伝送して、電子線のビーム径を拡大させて、検出値を設定範囲内に維持するように構成されている。

0050

本発明の電子線照射装置10のフィルタ装置70は、X線検出装置20にX線を到達させながら、X線検出装置20に到達する蒸気の量を減衰させるように構成されていれば、上述の構成に限定されない。

0051

図7は第二例のフィルタ装置70aの概略構成図を、X線検出装置20と共に示している。
第二例のフィルタ装置70aは、蒸気の粒子を遮蔽するプロペラ76と、プロペラ76が固定されたプロペラ回転軸77と、プロペラ回転軸77を回転させるプロペラ回転装置78とを有している。

0052

図7ではプロペラ76が4枚の場合を図示しているが、本発明はこれに限定されず、プロペラが1枚又は2枚以上の場合も本発明に含まれる。
プロペラ回転装置78はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、プロペラ回転装置78には不図示の電源装置が電気的に接続されている。電源装置から電力を供給されると、プロペラ回転装置78はプロペラ回転軸77をプロペラ76と共にプロペラ回転軸77の中心軸線の周りに回転させるように構成されている。

0053

プロペラ回転装置78によってプロペラ76を回転させたときに、プロペラ76が回転する範囲を回転範囲と呼ぶと、回転範囲は、照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置に形成されるようになっている。

0054

ここではプロペラ76の回転方向を向いた平面には接着剤が塗布されており、プロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気の粒子は、回転するプロペラ76の回転方向を向いた平面と衝突して、当該平面に付着するので、回転範囲を通過できず、X線検出装置20の窓部22に到達しない。一方、回転範囲に入射するX線はプロペラ76に付着せず、回転範囲を通過して窓部22に到達するようになっている。

0055

回転範囲に入射する蒸気の速度をv、プロペラ76のプロペラ回転軸77に沿った方向の幅の長さをLとしたとき、(L/v)よりも短い時間周期で上記飛行経路を横断するようにプロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気はプロペラ76と衝突して遮蔽され、X線だけを通過させることができる。

0056

また第二例のフィルタ装置70aは、プロペラ76の回転方向を向いた平面に接着剤が塗布された構成に限定されない。
第二例のフィルタ装置70aの別構成を説明すると、各プロペラ76はX線検出装置20に近い辺と照射対象物60に近い辺の二辺を有し、X線検出装置20に近い辺が照射対象物60に近い辺に対して回転方向に前進するように傾けられた状態で、プロペラ回転軸77に固定されている。

0057

プロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気の粒子は、回転するプロペラ76の回転方向を向いた平面と衝突して、照射対象物60側に跳ね返されるので、回転範囲を通過できず、X線検出装置20の窓部22に到達しない。一方、回転範囲に入射するX線は蒸気の粒子より速度が速いので、回転範囲を通過して窓部22に到達するようになっている。

0058

図8は第三例のフィルタ装置70bの模式図を、X線検出装置20と共に示している。
第三例のフィルタ装置70bは、蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板81a、81bと、第一、第二の回転板81a、81bに垂直に固定された第一、第二の回転軸83a、83bを有している。

0059

ここでは第一、第二の回転軸83a、83bはギア部85によって互いに接続され、第二の回転軸83bには回転軸回転装置84が接続されている。
回転軸回転装置84はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、回転軸回転装置84には不図示の電源装置が電気的に接続されている。
電源装置から電力を供給されると、回転軸回転装置84は第二の回転軸83bを第二の回転板81bと共に第二の回転軸83bの中心軸線の周りに回転させるように構成されている。

0060

第二の回転軸83bを回転させると、ギア部85は第一の回転軸83aに動力を伝達して、第一の回転軸83aを第一の回転板81aと共に、第二の回転軸83bの回転速度のn倍又はn分の一の回転速度で、第二の回転軸83bの回転の向きと同じ向きに回転させるように構成されている(ここでnは2以上の自然数である)。

0061

あるいはギア部85は、第一の回転軸83aを第一の回転板81aと共に、第二の回転軸83bの回転速度のm倍又はm分の一の回転速度で、第二の回転軸83bの回転の向きと逆向きに回転させるように構成されていてもよい(ここでmは1以上の自然数である)。

0062

第一、第二の回転軸83a、83bを第一、第二の回転板81a、81bと共にそれぞれ回転させる装置を第一、第二の回転装置と呼ぶと、ここでは回転軸回転装置84と第二の回転軸83bとギア部85とから第一の回転装置が構成され、回転軸回転装置84から第二の回転装置が構成されている。

0063

前記第一、第二の回転板81a、81bにはそれぞれ蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部82a、82bが設けられている。
第一、第二の回転板81a、81bは、照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置に配置され、回転軸回転装置84によって第一、第二の回転板81a、81bを回転させたときに、第一、第二の開口部82a、82bは上記飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされている。

0064

ここで、第一の回転板81aに入射する蒸気の速度をv、第一、第二の回転板81a、81bの間の間隔をdとすると、第一、第二の開口部82a、82bが互いに対面するときに第一の開口部82aを通過する蒸気は、第二の回転板81bの回転周期が(d/v)の時間の自然数倍のときには、第二の開口部82bも通過するが、第二の回転板81bの回転周期が(d/v)の時間の自然数倍ではないときには、第二の開口部82b以外の遮蔽部に衝突して遮蔽される。

0065

一方、第一、第二の開口部82a、82bが互いに対面するときに第一の開口部82aを通過するX線は、蒸気よりも速度が速いので、第二の開口部82bも通過する。
従って、第三例のフィルタ装置70bでは、第二の回転板81bを(d/v)の時間の自然数倍ではない回転周期で回転させるように構成されており、第一、第二の開口部82a、82bが上記飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、第一の開口部82aを通過する蒸気は第二の回転板の遮蔽部に衝突して遮蔽され、第一の開口部82aを通過するX線は第二の開口部82bを通過して、X線検出装置20の窓部22に到達するようになっている。

0066

図9は第四例のフィルタ装置70cの模式図を、X線検出装置20と共に示している。
第四例のフィルタ装置70cは、蒸気の粒子を遮蔽しかつX線の少なくとも一部を透過する主フィルム(フィルム)86が巻き回されて構成された主ロール(ロール)87と、主ロール87の中心に挿入された主従動軸(従動軸)89と、主ロール87の外周から引き出された主フィルム86の端部が巻装された主駆動軸(駆動軸)88と、主駆動軸88を主駆動軸88の中心軸線の周りに回転させる主駆動軸回転装置(駆動軸回転装置)80とを有している。

0067

主駆動軸88と主従動軸89は、照射対象物60から放出されてX線検出装置20に入射するX線と蒸気の飛行経路を間に挟んで互いに逆側に、互いに平行に対向して配置されている。
主駆動軸回転装置80によって主駆動軸88を回転させると、主フィルム86が引っ張られ、その力によって主従動軸89が回転して主フィルム86が主ロール87から繰り出される。このとき主従動軸89には主ロール87に加えられる引っ張りの力による回転力とは逆向きの力が発生しており、その二力によって主駆動軸88と主従動軸89の間の主フィルム86は平面上に張られる。

0068

照射対象物60から放出された蒸気は主フィルム86に衝突して、主フィルム86に付着し、遮蔽され、照射対象物60の照射領域から放出されたX線の少なくとも一部は主フィルム86を透過してX線検出装置20に入射する。
主フィルム86のX線検出装置20と対面する部分に蒸気が付着堆積すると、当該部分のX線透過率が減少し、X線検出装置20の検知感度の減少に繋がるのだが、蒸気が付着した部分は主駆動軸88にロール状に巻き取られるので、X線検出装置20と対面する部分に蒸気が付着堆積し続けることはなく、電子線の照射時間が経過してもX線はX線検出装置20に到達して照射領域の大きさが検出されるようになっている。

0069

<電子線照射装置の第一例を用いた電子線照射方法>
次に上述の電子線照射装置10を用いた電子線照射方法を、シリコン(Si)を真空溶解精製する場合を例に説明する。ここではフィルタ装置として第一例のフィルタ装置70を使用して説明するが、第二、第三、第四例のフィルタ装置70a、70b、70cを使用する場合も同様に説明できる。

0070

図1を参照し、真空槽11内を真空排気する。以後、真空排気を継続して、真空槽11内の真空雰囲気を維持しておく。
真空槽11の側壁には溶解材料追加装置12が気密に挿設されている。溶解材料追加装置12は、真空槽11内の真空雰囲気を維持したまま、真空槽11の外側から内側に照射対象物60を搬入し、照射対象物60を照射材料容器50上に載置可能に構成されている。

0071

溶解材料追加装置12を動作させて、真空槽11内の真空雰囲気を維持したまま、真空槽11内に照射対象物60であるシリコンを搬入し、照射材料容器50上に載置する。
フィルタ装置70の回転板71を照射対象物60と窓部22との間で回転させておく。
制御装置19に照射領域の大きさの設定範囲をあらかじめ設定しておく。設定範囲はここではシミュレーション又は実験により決定された値である。

0072

図2を参照し、真空槽11内を真空排気すると、電子銃30の筐体31内も真空排気される。
真空槽11内の圧力が10-2Pa台に入ったら、不図示の排気系により電子銃30のガン室110と中間室112内を真空排気し、仕切バルブ39を開く。

0073

中間室112を設けて作動排気構造にしているため、以後、真空槽11内の圧力が電子線照射等により上昇し、1×10-1Pa程度になってもガン室110内の圧力を5×10-3Pa以下に保つことができる。このことにより、ガン室110内での異常放電を防ぎ、フィラメント32及びカソード33の焼損を防ぐことができる。
電子銃30の筐体31、アノード35、真空槽11、照射材料容器50をいずれも電気的に接地しておく。

0074

フィラメント32の電位に対してカソード33の電位が正になるようにフィラメント32とカソード33の間に電圧を印加しておく。さらに、アノード35の接地電位(0V)に対してカソード33の電位が負(ここでは−40kV)になるようにカソード33とアノード35の間に電圧を印加しておく。また、第一、第二のレンズ36、37に電流を流して、接続路111と放出路113にそれぞれ磁界を形成しておき、揺動コイル38に電流を流して銃口114に磁界を形成しておく。

0075

中間室112内が10-3Pa台、ガン室110内が10-4Pa台に入ったら、フィラメント電源41からフィラメント32に電流を流し、フィラメント32を加熱する。フィラメント32が高温になると(ここでは2800K)、フィラメント32から熱電子が発生する。

0076

熱電子はカソード33に向かって加速され、カソード33に衝突し、カソード33を加熱する。
加熱されたカソード33から熱電子が発生する。熱電子の発生量はカソード33の温度が高いほど多くなる。カソード33の温度はカソード加熱電源42により制御され、従って、熱電子発生量はカソード加熱電源42により制御される。

0077

ウェーネルト34はカソード33と同電位であり、カソード33からの電子の発散を抑え、アノード35へ導く役割を果たす。
アノード35の円筒形の内側を通過した電子は第一のレンズ36の磁界で収束され、仕切バルブ39の開口を通り、中間室112を通過した後、第二のレンズ37の磁界で再度収束される。さらに、電子は揺動コイル38の磁界で軌道補正を加えられ、真空槽11内に放出される。

0078

このようにカソード33から生成した電子は電子銃30の筐体31内部で線状に整形されて輸送されるので、通常電子線と呼ばれる。
上述のように電子銃30の筐体31、アノード35、真空槽11、照射材料容器50はいずれも電気的に接地されており、照射材料容器50を介して照射対象物60も電気的に接地されている。

0079

電子線は最初にカソード33の電位(ここでは40kV)とアノード35の接地電位(0V)との差(40kV)で加速され、40keVのエネルギーを獲得する。その後は接地電位の空間(すなわち電界フリーの空間)を通り、40keVのエネルギーで接地電位にある照射対象物60に照射され、照射対象物60は加熱される(図1参照)。

0080

電子線を照射中に、揺動コイル38の磁界を制御して、電子線の照射領域が照射対象物60の表面(照射面)の内側で移動するように電子線の軌道を揺動させてもよい。この場合、照射対象物60の照射面が均一に加熱されるので、局所的な加熱によって照射面に凹凸が生じることを防止できる。
本実施形態においては、電子線のパワーは電子線の電流で決まる。電流が1Aの場合は、40kV×1A=40kWとなる。

0081

電子線を照射された照射対象物60の照射領域からはX線が放出される。
照射領域から放出されたX線はフィルタ装置70に入射する。フィルタ装置70の開口部72がX線検出装置20の窓部22と対面する際に、フィルタ装置70の開口部72を通過したX線は、X線検出装置20の窓部22を通過した後、X線結像光学部23によってX線検知部24上で結像され、X線検知部24で照射領域の大きさが検出される。

0082

制御装置19はX線検出装置20の検出値をモニタしている。
電子線を照射中に、例えば真空槽11内の圧力が増加すると、電子線の電子自らが作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働き、放出領域の大きさが縮小する。

0083

このとき制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を拡大させる。

0084

電子線を照射中に、放出領域の大きさが拡大する場合にも、制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を縮小させる。

0085

このようにして電子線のビーム径を制御することにより、照射領域の大きさを設定範囲内に制御でき、照射領域のパワー密度を一定に保つことができる。
照射領域のパワー密度の制御を正確に行うことにより、溶解されたシリコンが突沸し、飛散することを防止でき、溶解シリコンの無駄なロスを防ぎ、太陽電池用の高純度結晶シリコンの生産が可能になる。

0086

照射領域の大きさが変化して照射領域のパワー密度が変化した場合に、パワー密度を一定に保つためには、上述のように第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して電子線のビーム径を変更させる方法(磁界制御法)以外に、カソード33の温度を制御して電子線の電流量を変更させる方法(温度制御法)も考えられる。しかしながら、磁界制御法の方が温度制御法よりも短時間で照射領域のパワー密度を制御できるので好ましい。

0087

電子線が照射されて加熱された照射対象物60は、溶解し、照射対象物60に含有されていた不純物が蒸発する。
蒸気がX線検出装置20の窓部22に付着堆積すると、窓部22のX線透過量が減少し、X線検出装置20の検知感度の減少に繋がるのだが、ここでは照射対象物60と窓部22との間でフィルタ装置70の回転板71を回転させているので、窓部22と回転板71の開口部72以外の遮蔽部が対面するときには蒸気は遮蔽部で遮蔽されて窓部22に到達せず、窓部22と開口部72が対面するときに開口部72を通過した蒸気は窓部22に到達するようになっており、窓部22に蒸気が付着堆積することが抑制されている。

0088

真空槽11内は真空排気されているため、不純物の蒸気は真空槽11内から真空排気されて、照射対象物60であるシリコンの真空溶解精製が行われる。
照射材料容器50には不図示の傾斜機構が接続されている。傾斜装置は照射材料容器50を水平位置から90度まで傾けることができるように構成されている。
溶解精製が終了した後、傾斜機構を動作させて、溶解した照射対象物60は真空槽11内に設置されている不図示の鋳型容器内に空けられる。

0089

次に、傾斜機構を動作させて照射材料容器50を水平に戻し、溶解材料追加装置12を動作させて照射対象物60を照射材料容器50上に載置し、再び電子銃30から電子線を照射対象物60に照射し、溶解精製を行う。

0090

このサイクルを繰り返し、鋳型容器が満杯になったら、真空槽11を大気解放し、鋳型から精製したシリコンを取り出したあと、鋳型を真空槽11内の元の位置に戻し、真空槽11内の真空排気を再開し、次の溶解精製サイクルに入る。

0091

上記説明では本発明をシリコンの真空溶解精製を例に説明したが、10kW以上又は1kW以上のハイパワーの電子線を照射対象物に照射して加熱する工程を有するならば本発明はこれに限定されず、チタン等の活性な金属、ステンレス等の真空材料、モリブデン及びタンタル等の高融点金属の真空溶解精製にも利用できる。

0092

X線検出装置で照射領域の大きさを検出することで、電子線照射中の照射領域のパワー密度を正確に制御することができるので、高品質の金属、例えば高純度のチタン(Ti)、タンタル(Ta)等の生産が可能になる。

0093

また、本発明はアルミニウム、チタン、銅等の真空蒸着にも利用できる。
真空蒸着の場合には、照射領域のパワー密度を一定に保つことにより、成膜レートを一定に維持することができるので、薄膜製品の品質を向上できる。

0094

照射対象物の種類によって電子線のパワーを調整する。シリコン、チタン、ステンレス鋼に比べて高融点金属であるタンタルやタングステンを溶解するためには、より大きなパワーを必要とするのだが、照射領域のパワー密度を従来より高い精度で制御できるため、上述のような高融点金属の溶解も可能であり、ハイパワーの電子銃の応用分野を拡大できる。

0095

<電子線照射装置の第二例の構造>
本発明である電子線照射装置の第二例の構造を説明する。この電子線照射装置は巻き取り式の真空蒸着装置である。
図10は第二例の電子線照射装置10’の内部構成図を示している。第二例の電子線照射装置10’の構造は後述するフィルムモジュール90に関連する部分の他は第一例の電子線照射装置10の構造と同様であり、第一例の電子線照射装置10と同じ部分には同じ符号を付して説明する。

0096

照射材料容器50の上方にはフィルムモジュール90が配置されている。
フィルムモジュール90は、副駆動軸92と、副従動軸93と、副ロール94とを有している。
副駆動軸92と副従動軸93は、照射材料容器50の上方に、互いに平行に対向して配置されている。

0097

副ロール94は蒸着対象物である副フィルム91が巻き回されて構成されている。副フィルム91は入射するX線の少なくとも一部を透過する材質で構成されている。
副ロール94の中心には副従動軸93が挿入されている。副ロール94の外周から副フィルム91の端部が引き出され、引き出された副フィルム91の端部は副駆動軸92に巻装されている。

0098

副駆動軸92には副駆動軸回転装置95が接続され、副駆動軸回転装置95は副駆動軸92を副駆動軸92の中心軸線の周りに回転可能に構成されている。
副駆動軸回転装置95によって、副駆動軸92が中心軸線の周りに回転すると、副フィルム91が引っ張られ、その力によって副従動軸93が回転して副フィルム91が副ロール94から繰り出される。

0099

このとき副従動軸93には、副ロール94に加えられる引っ張りの力による回転力とは逆向きの力が発生しており、その二力によって、副駆動軸92と副従動軸93の間の副フィルム91は平面状に張られている。

0100

副フィルム91にはここでは幅が600〜1200mm、厚さが2〜3μm、1ロールの長さが約1600mであるPET、PP、ポリイミド等のフィルムを使用する。
副駆動軸回転装置95は副フィルム91を約350m/minの速度で繰り出すように副駆動軸92を回転可能に構成されている。

0101

X線検出装置20は、副フィルム91を中央にして照射材料容器50の反対側に配置されている。
副フィルム91と照射材料容器50との間には、蒸気を遮蔽する防着板96が副フィルム91の下方を覆うように配置されている。防着板96のうち、照射材料容器50と対面する位置にはX線と蒸気とを通過させる開口が設けられている。

0102

<電子線照射装置の第二例を用いた電子線照射方法>
第二例の電子線照射装置10’を用いた電子線照射方法を、アルミニウム(Al)を副フィルム91上に巻き取り蒸着する場合を例に説明する。
第一例と同様に、真空排気された真空槽11内に溶解材料追加装置12によって照射対象物60であるアルミニウムを搬入し、照射材料容器50上に載置する。

0103

ここでは照射材料容器50は水冷ハースであり、照射材料容器50に設けられた不図示の流路内に温度制御された液体循環させる。以後、温度制御された液体の循環を継続する。
電子銃30から電子線を照射して、照射対象物60を加熱する。加熱された照射対象物60は、溶解し、蒸発する。

0104

副駆動軸回転装置95によって副駆動軸92を回転させ、副フィルム91を照射対象物60上で移動させる。
照射対象物60から放出され防着板96の開口を通過した蒸気は、副フィルム91に到達し、付着する。
副駆動軸92を回転させているので、副フィルム91の蒸気が蒸着した部分は副駆動軸92にロール状に巻き取られる。

0105

電子線を照射された照射対象物60の照射領域からは蒸気と共にX線が放出されている。
照射領域から放出されたX線は副フィルム91を通過してX線検出装置20に入射し、照射領域の大きさが検出される。
制御装置19はX線検出装置20の検出値をモニタしている。

0106

電子線を照射中に、例えば真空槽11内の圧力が増加すると、電子線の電子自らが作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働き、放出領域の大きさが縮小する。
このとき制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を拡大させる。

0107

電子線を照射中に、放出領域の大きさが拡大する場合にも、制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を縮小させる。
このようにして電子線のビーム径を制御することにより、照射領域の大きさを設定範囲内に維持することができ、照射領域のパワー密度を一定に保つことができる。

0108

照射領域のパワー密度を一定に保つことで、成膜レートが一定に維持されるので、副フィルム91上にアルミニウム膜を、例えば数100nm(膜抵抗が1.6Ω)の一定の膜厚で連続的に蒸着できる。
1ロールの蒸着が終了したら、真空槽11を大気に解放し、ロール状の副フィルム91を取り出した後、未成膜の副フィルム91からなる副ロール94をフィルムモジュール90に装填し、真空槽11内の真空排気を再開し、次の巻き取り蒸着サイクルに入る。

0109

この第二例の電子線照射装置10’では、照射対象物60から放出された蒸気は成膜対象物である副フィルム91に付着し、X線検出装置20に入射しないので、第一例の電子線照射装置10とは異なり、フィルタ装置70を省くことができる。

0110

10、10’……電子線照射装置
11……真空槽
13……真空排気装置
19……制御装置
23、23a、23b……X線結像光学部
24……X線検知部
60……照射対象物
70、70a、70b、70c……フィルタ装置
76……プロペラ
77……プロペラ回転軸
78……プロペラ回転装置
81a、81b……第一、第二の回転板
82a、82b……第一、第二の開口部
83a、83b……第一、第二の回転軸
86……フィルム(主フィルム)
87……ロール(主ロール)
88……駆動軸(主駆動軸)
89……従動軸(主従動軸)
201……遮蔽板
202……針穴
205、206……凹面鏡

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