天游线路检测中心 最新电子束蒸发成膜技术

简介

日本的电子束蒸镀技术是由1964年东京奥运会的彩色电视转播引发的，作为一种用于制造由与传统电阻加热方法不兼容的高熔点介电材料制成的多层减反射涂层的成膜技术而逐渐流行起来。如今，电子束蒸镀所使用的蒸镀材料种类繁多，作为一种能够有效加热和蒸发各种材料（从升华材料到高熔点材料）的技术，它已得到广泛应用。它也是在光学元件和各种电子元件（主要是智能手机）上涂覆电极膜的不可或缺的技术。自公司成立之初起，我们就开始开发用于蒸发的偏转式电子枪，并不断开发新产品，以满足快速扩大的电子束蒸发设备的需求。目前，随着良好的电子束形状和电子束扫描技术等附加功能的建立，它已在日本和海外的许多生产现场使用。
电子束蒸发原理简单，通常被认为是一项完整的技术。然而，为了满足逐年严格的镀膜规格和降低成本的要求，对偏转式电子枪制造商的要求也在日益变化。举个具体例子，随着单反相机、智能手机等相机的像素分辨率越来越高，对光学元件的外观质量要求也逐年提高。外观质量由外部观察时观察到的缺陷（异物附着、针孔等）的大小和缺陷数量决定，要求的规格有多种。目前，缺陷尺寸规格为5μm或更小的严格要求规范，但预计亚微米要求规范最终将会出现。为了满足如此严格的外观质量要求，在镀膜工艺中起核心作用的偏转式电子枪的性能也发挥了作用。
此外，还存在待镀膜的基材无法承受高能带电粒子照射的应用，或者蒸发材料无法用高能电子束照射的应用，并且出现了仅通过改进作为传统方法的延伸的偏转式电子枪无法满足的新需求。传统的偏转式电子枪的结构是将电子束偏转180°或270°，并用电子束直接照射沉积材料，但我们开发了一种新型轰击蒸发源，采用电子束间接加热方法，用电子束直接照射装满蒸发材料的容器，间接加热蒸发材料。
下面我们将介绍偏转式电子枪和轰击式蒸发源的最新技术，这是市场上第一个推出的工业蒸发源。

高性能电子枪电源ICE系列介绍

放置在数码相机图像传感器前面的红外截止滤光片使用 TiO₂和低折射率材料SiO₂交替层压。随着像素数量的增加，图像传感器的清晰度也在进步，对光学元件的质量要求也日益严格。红外截止滤光片是利用电子束蒸发形成的，但近年来，微米级的膜缺陷已成为问题，因此提高涂层的外观质量已成为一个问题。造成薄膜缺陷的原因有很多，但气相沉积过程中由偏转式电子枪引起的主要原因是

① 沉积材料的凸块或从坩埚周围掉落的沉积物
② 由于背散射电子导致坩埚周围沉积物蒸发
③ 发生异常放电时，坩埚周围的沉积物蒸发，可能会混入异物。

对于这些对策，①和②可以通过选择蒸发材料和审查蒸发设备的坩埚周围的结构设计来减少坩埚周围沉积的薄膜量，从而在一定程度上得到改善。关于③，由于新型电子枪电源BS-720xxICE系列（图1）具有快速的加速电压恢复性能，当发生异常放电时，可以将坩埚外的电子束照射抑制到可以忽略的水平，并抑制异物的产生（图2、图3、图4）。此外，局部熔化或未熔化的沉积材料会导致异物飞散，因此材料熔化形状的稳定和参数调整的方便性是提高成品率的重要因素。 ICE系列电子枪电源标配三种电子束扫描模式，通过选择适合蒸发材料的模式并微调扫描参数，可以获得稳定的熔体形状（图5）。

图。 1电子枪电源

图。 2 发生电弧时的高速恢复性能

图。 3 BS-720xxICE系列电源的加速电压快速恢复性能

图。 4 使用 BS-720xxICE 系列电源提高成品率的示例

图。 5 BS-720xxICE系列电源循环扫描模式应用示例

高性能偏转式电子枪介绍

光学元件面临着极其严格的低成本以及性能和质量要求。为了应对这种成本降低，偏转式电子枪所要求的性能是减少消耗品的数量并在维护周期方面延长灯丝的寿命。我们的偏转式电子枪/BS-600xx系列（图6）采用不受离子轰击影响的U形灯丝，从而实现了长灯丝寿命和高生产率（图7）。
此外，偏转电子枪通常安装在间歇式（腔室向大气开放，工艺完成后将加工产品放入和取出的方法）气相沉积机中，并且它们暴露在大气中的时间相对较长。结果，在随后的真空成膜过程中，被加热的灯丝成为热源，并且电子枪内吸附的气体被释放，这容易由于高压施加部件和地电势部件之间的瞬时压力增大而引起异常放电现象。由于异常放电现象伴随着电子束加速电压的较大波动，因此电子束轨道半径瞬间发生变化，电子束照射位置也发生显着变化。这导致成膜速率不稳定以及由于异物飞散而产生颗粒，导致生产成品率下降。
ICE系列电子枪电源除了提高加速电源的性能外，我们还提供偏转式电子枪/BS-60060DEBS。 BS-60070DEBS经过专门设计，确保电子源附近的高压施加部件与地电位部件之间有适当的空间距离，以抑制异常放电，并在电子源周围形成开放空间，以便电子源附近产生的排放气体能够快速排出。图8显示了偏转电子枪灯丝附近的压力高于正常工作压力时异常放电发生频率的调查结果。以往的电子枪经常发生异常放电，无法稳定工作，而采用具有异常放电抑制结构的偏转型电子枪，不会发生异常放电，可以确认效果的差异。

图。 6 电子枪 BS-60060DEBS / BS-60070DEBS

图。 7 长寿命灯丝性能比较

图。 8 新型电子枪的放电抑制性能

适合低温成膜的金属蒸镀用偏转式电子枪介绍

溅射和电子束蒸发方法用于在电子元件上形成电极膜。近年来，可实现高产量和低成本的剥离方法在LED制造工艺中越来越多地采用，并且使用偏转电子枪作为沉积源的趋势不断增加。剥离法包括涂敷抗蚀剂、曝光、显影、通过电子束蒸发形成金属膜，然后去除抗蚀剂以形成器件图案。其优点是省略了传统蚀刻方法的离子蚀刻步骤。然而，另一方面，必须在远低于抗蚀剂温度极限的衬底温度下实现低温成膜。
LED电极膜通常在不加热基板的情况下形成。然而，来自加热的蒸发材料和反射电子的辐射热对基板的直接加热，以及由反射电子加热的来自蒸发设备内壁的二次辐射热可能会超过施加到基板上的抗蚀剂的耐热温度，从而导致抗蚀剂变形等问题。我们推出了BS-60210DEM，这是一种用于金属沉积的电子枪，它利用磁场来抑制背散射电子对基板的直接和间接热效应，并拥有量产水平的记录。
这款用于金属沉积的电子枪的特点是，它在坩埚后部标配有背散射电子陷阱，在坩埚上方和后面产生一个磁场，为背散射电子提供方向性，并使它们以小角度偏转（图9）。背散射电子陷阱形成的磁场对偏转型电子枪的电子束偏转角度和束流会聚产生负面影响，因此通过优化调整，以兼顾偏转型电子枪的电子束性能和背散射电子陷阱性能。图 10 显示了铝蒸发过程中降低基板温度的效果。可以看出，与旧电子枪相比，成膜后基板温度的上升得到抑制。

图。 9 金属沉积电子枪背散射电子陷阱机制

图。 10 使用电子枪进行金属蒸发的铝低温沉积

电子束间接加热式轰击沉积源介绍

偏转电子枪有时用于形成有机EL器件的电极膜，因为它具有高速率（高沉积速率）沉积和低温成膜的优点。然而，由于偏转电子枪的工作原理，用高能电子束照射蒸镀材料时会产生X射线和反射电子，当它们进入有机EL器件的有机层时，有机膜会受到损坏，无法实现所需的发光性能。
为此，我们公司正在提供一种添加了针对有机EL器件的对抗技术的偏转型电子枪。具体而言，为了减少X射线的影响，使用了将电子束加速电压降低至3kV以下的技术，并在反射电子进入基板之前使用位于基板附近的磁场来偏转反射电子。
然而，降低加速电压会降低沉积材料的功率输入，从而与沉积速率形成权衡关系。另外，当将反射电子对策用的磁场产生装置用于大型基板时，装置结构变得复杂，并且装置成本的增加成为大问题。因此，我们开发了轰击沉积源/BS-60310BDS作为不需要X射线或背散射电子对抗措施的沉积源，同时保留了速率可控性和通过电子束加热实现低温成膜的优点（图11）。
该产品的主要特点是，通过电子束从下方加热保持在真空中的称为内衬的容器，内衬的热量通过热传导和热辐射传递到沉积材料，使其熔化和蒸发。这种结构将电子束产生源与蒸气产生区域分开，从电子枪产生的电子和X射线被盖等物理上完全隔离，不会到达基板。另外，通过利用加热控制性高的电子束对热容量小的衬里进行加热，能够提高蒸镀速度的控制性。由于电子源和衬管具有分离的结构，其特征之一是衬管可以用作左轮手枪，允许使用单个蒸发源进行不同材料的多层沉积或相同材料的厚膜沉积。
由于这些特性，轰击沉积源在有机EL器件应用中在气相沉积中取得了成功，同时抑制了对有机膜的损坏，并且在光学薄膜的低缺陷沉积和氟化物沉积中也取得了独特的效果。下面介绍代表性数据。
图。图12显示了使用偏转电子枪和轰击蒸发源的MgF₂这是比较成膜时的外观的照片。用偏转电子枪沉积 MgF₂薄膜因凸块而有点缺陷，尺寸为6至22μ米。需要光学薄膜滤光片的相机图像传感器由于成本降低而每像素面积变得更小，并且近年来每像素面积变得更小。μMgF，因为 m 级缺陷被确定为 NG₂意味着产量下降，需要尽可能地消除它们。另一方面，用BS-60310BDS形成的基板不存在任何有问题的缺陷水平并且具有改善的外观质量。
图。图13是评估当沉积在石英基板上时用于光学薄膜应用的YF3的光学性质的图。氟化物主要用于紫外和红外区域的光学薄膜应用，并且需要形成具有低光学损耗（吸收和散射）的薄膜。从该图中可以看出，使用偏转电子枪沉积的样品的光学特性在600nm以下的区域劣化，并且随着波长变短损耗增加。相比之下，用 BS-60310BDS 形成的样品在约 300 nm 范围内具有与石英基板几乎相同的值，从而导致较低的光学损耗。图 14 显示了使用每个蒸发源沉积 YF3 时的熔化痕迹。用偏转电子枪观察蒸镀时材料的电离，蒸镀后的熔体痕迹变暗。这是YF₃被电子束的能量解离，并且由于缺乏氟而吸收显着增加。另一方面，当使用BS-60310BDS沉积相同的材料时，没有观察到电离现象，并且沉积后熔化痕迹保持白色。由此可知，所形成的薄膜的吸收率根据蒸气产生区域有无高能电子而不同，通过使用BS-60310BDS，可以抑制氟的解离，形成光损失少的光学薄膜。

图。 11 轰击沉积源 BS-60310BDS

图。 12 MgF 通过轰击沉积源₂低缺陷成膜

图。 13 YF 通过轰击沉积源₃低吸收成膜

图。 14 YF采用轰击式蒸发源和偏转式电子枪₃熔化状态比较

摘要

在其漫长的历史进程中，电子束蒸发技术已经从一种手工技术转变为一种不需要技能的大规模生产工具。但另一方面，对镀膜产品的要求规格越来越严格，对电子枪及其控制技术的要求也越来越多样化。在日本电子，我们利用多年的知识来满足个性化需求，不仅销售设备，还提供解决方案。近年来，我们通过BS-720xxICE系列产品提高了电子束控制电源的性能，并且随着向市场推出新型轰击蒸发源/BS-60310BDS，我们通过实现兼顾减少基板损伤和薄膜吸收的成膜，进一步扩大了蒸发的可能性。作为电子束蒸发源的领先企业，我们将继续努力获取尖端技术，努力开发成为光学薄膜产业支撑支柱的产品。

致谢

本文介绍的ICE系列电源的外观质量改进，非常感谢光学薄膜加工制造商为我们提供了量产级别的良率改进数据。