JP2002093356A - 電子ビーム装置 - Google Patents

電子ビーム装置

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JP2002093356A
JP2002093356A JP2000277849A JP2000277849A JP2002093356A JP 2002093356 A JP2002093356 A JP 2002093356A JP 2000277849 A JP2000277849 A JP 2000277849A JP 2000277849 A JP2000277849 A JP 2000277849A JP 2002093356 A JP2002093356 A JP 2002093356A
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武 利 夫 力
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フイラメントからの電子ビームがターゲット
に当たる時の発散を防止する。 【解決手段】 中心部が空けられた渦巻き状のフィラ
メント20、グリッド21、アノード22を、フイラメ
ント20の空間部20Sの中心、グリッド21の孔21
Aの中心、アノード22の孔22Aの中心が、大体、電
子ビーム軌道の中心軸O上に位置するように、互いに適
当な間を開けて配列する。フイラメント20の中心に空
けられた空間部20Sの部分に、その先端面がフイラメ
ント20の先端面より僅かに反アノード側に配置された
棒状の電位補正用電極23を設ける。電位補正用電極2
3はイオン衝撃等に強い、例えば、炭素の如き高融点の
金属で成し、グリッド21に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、被照射物上での電子ビ
ームの集束性を向上させた電子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】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。
【0003】図1は、この様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線断面図である。
【0004】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。該電子銃はフィラメント
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
ッド支持板である。12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、この走査用電磁コイル体は、例え
ば、磁極1A,1Bの間で坩堝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。13は該走査用電磁コイル体に走査用の電流を流
すための走査用電源である。尚、図示しなかったが、グ
リッド7とフィラメント6の間には引き出し電源(図示
せず)から正の引き出し電圧が印加されてる様に成って
いる。
【0005】この様な装置において、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、グリッド7によ
り引き出され、更に、アノード8によって加速され、磁
極1A,1Bが作る磁場により270°前後曲げられ坩
堝4内に収容された蒸発物質3に照射される。その際、
電子銃5からの電子ビームは走査用電磁コイル体12が
作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビーム
は蒸発物質3上を二次元方向に走査することになる。こ
の結果、蒸発物質3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、坩堝4上方に配置された
基板(図示せず)上に付着する。さて、この様に電子照
射により蒸発物質を蒸発させる電子銃のフィラメント
(電子放出部)としては、一般に低電圧で大電力のビー
ム(即ち、ビーム電流の大きいビーム)が得られるよう
に、大きいものが使用されている。例えば、図3に示す
様な渦巻き状のものが用いられる。
【0006】所で、電子照射による蒸発物質の蒸発時、
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+イオン
である。これらの+イオンは図2に示すフィラメント6
から坩堝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)14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
+イオンは、フィラメント6の中心部分(第3図のKの
部分)に当たり、該部分をスパッタしてしまう。その為
に、該部分が細くなるので該部分に過電流が流れ、やが
て溶断してしまい、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の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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで、例えば、図4
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6Aを使用すれば、この様な問題を
解決することは出来る。但し、この様な構成のフイラメ
ントでは電子量不足が心配されるので、例えば、図5に
示す如く、コイル状フイラメントを環状に形成し、環の
中心軸方向に電子を取り出すように成したフィラメント
6Bも提案されている(特願平11−358642
号)。
【0008】しかし、図4及び図5に示す何れのフィラ
メントを使用した場合においても、次の様な問題があ
る。
【0009】図6は中心部分の空いたフィラメント6´
を使用した電子銃のフィラメント6´からの電子ビーム
の進む方向を示したもので、図中7´は該フィラメント
に対して数10〜数100Vの引き出し電圧が印加され
ているグリッド、8´はフィラメント6´に対し数KV
〜数100KVの加速電圧が印加されているアノードで
ある。この様な電子銃においては、フィラメント6´と
グリッド7´の間の等電位面は15に示す様に、電子光
学的中心軸Oの周辺部に対応した部分がフィラメント6
´側に凸の形状となる。さて、フィラメント6´が加熱
されることにより該フィラメント6´から発生した熱電
子は、グリット7´によって引き出され、更に、アノー
ド8´によって加速されるわけであるが、この際、フィ
ラメント6´から発生した熱電子は、前記フィラメント
6´とグリッド7´の間に形成された等電位面15を横
切るように進むので、16に示す様に、一旦電子光学的
中心軸O上で交差し、そこから発散していく。従って、
坩堝4内に収容された蒸発物質3上を電子ビームで二次
元的に走査する場合に、単位断面積当たりの電子密度が
著しく低い、いわゆる著しくぼけた電子ビームで走査さ
れてしまい、蒸発物質の蒸発自体に支障を来す。
【0010】本発明は、この様な問題点を解決する為に
なされたもので、新規な電子ビーム装置を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】 本発明に基づく電子ビ
ーム装置は、電子放出部の一部が空けられたフィラメン
ト,グリッド及びアノードを有する電子銃からの電子ビ
ームを被照射物に当てるようにした電子ビーム装置にお
いて、前記電子放出部に空けられた空間部分において、
前記グリットとフィラメントの間の等電位面が電子光学
中心軸にほぼ垂直になるようにするための電位補正用電
極を設けことを特徴とする。
【0012】本発明に基づく電子ビーム装置は、電子放
出部の一部が空けられたフィラメント、グリッド及びア
ノードを有する電子銃を備えた電子ビーム装置におい
て、前記電子放出部に空けられた空間部分において、そ
の先端面が前記電子放出部の先端面の近傍に位置するよ
うに配置された電位補正用電極を実質的に前記グリッド
に取り付けたたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の態様の形態を詳細に説明する。
【0014】図7(a)は本発明の主要部の一例として
示した電子銃の主要部の概略図、図7(b)は図7
(a)のA−A断面図である。
【0015】図中20は、中心部が空けられた渦巻き状
のフィラメント、21はグリッド、22はアノードで、
フイラメント20の空間部20Sの中心、グリッド21
の孔21Aの中心、アノード22の孔22Aの中心が、
大体、電子光学的中心軸O上に位置するように、フィラ
メント20,グリッド21及びアノード22が互いに適
当な間を開けて配列されている。前記フイラメント20
の中心に空けられた空間部20Sの部分には、その先端
面がフイラメント20の先端面より僅かに反アノード側
に配置された棒状の電位補正用電極23が設けられてい
る。この電位補正用電極23はイオン衝撃等に強い、例
えば、炭素の如き高融点の金属から成り、グリッド21
に取り付けられている。尚、前記電位補正用電極23
は、前記空間部20Sにおけるグリット21とフイラメ
ント20の間の等電位面が電子光学的中心軸Oに対しほ
ぼ垂直になるように、その先端面の位置を調整して配置
する。
【0016】この様な電子銃を図1及び図2に示す電子
ビーム蒸発装置の電子銃として使用すると、フィラメン
ト20から発生された電子ビームは、グリッド21によ
り引き出され、更に、アノード22によって加速され、
磁極1A,1Bが作る磁場により270°前後曲げられ
坩堝4内に収容された蒸発物質3に照射される。その
際、電子銃5からの電子ビームは走査用電磁コイル体1
2が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビ
ームは蒸発物質3上を二次元方向に走査することにな
る。この結果、蒸発物質3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、坩堝4上方に配置
された基板(図示せず)上に付着する。
【0017】さて、この様な電子銃においては、フイラ
メント20の中心に空けられた空間部20Sの部分に、
その先端面がフイラメント20の先端面より僅かに反ア
ノード側に配置され、グリッド21と同電位の棒状の電
位補正用電極23が設けられているので、フィラメント
20とグリッド21の間の等電位面は、図8の24に示
す様に、電子ビームの中心軸Oの周辺部に対応した部分
がフィラメント6´側に凸の形状とならず、この部分は
ほぼ中心軸Oに垂直な形状となる。従って、フィラメン
ト20から発生した熱電子は、前記フィラメント21と
グリッド21の間に形成された等電位面24を横切るよ
うに進むので、25に示す様に、電子ビームは中心軸O
にほぼ平行に進んでいく。その結果、坩堝4内に収容さ
れた蒸発物質3上を電子ビームで二次元的に走査する場
合に、単位断面積当たりの電子密度が著しく高い電子ビ
ームで走査されることになる。
【0018】尚、前記例では、電位補正用電極23をグ
リッド20に取り付け、該電位補正用電極23の電位を
グリッド20と同電位になるようにしているが、電位補
正用電極23をフィラメント20に取り付け、電位補正
用電極23の電位がフィラメント20の電位と同電位に
成るようにしても良い。しかし、一般にフィラメントは
W(タングステン)製であり、その電子放出面の直径が
10mm〜15mm極めて小さいので、その電子放出面
の中心部を空けて、そこに、フイラメントと材質の異な
る(炭素の如き高融点材料)電位補正用電極を取り付け
ること自体極めて困難である。又、譬え、溶接等により
取り付けることが出来たと仮定しても、フィラメント加
熱時(大体、数1000℃前後)に電位補正用電極が取
れてしまう恐れがある。
【0019】その点、グリッド支持板を含めたグリッド
全体は大きいので、該グリッドに電位補正電極を取り付
けることは容易であり、しかも、フィラメントとグリッ
ドの間の電位差は小さく、グリッドがフィラメントに対
して僅かに正電位にあるので、前記正電位に対応した
分、電位補正用電極の先端面がフイラメント20の先端
面より、反アノード側に位置する様に配置すれば、フイ
ラメント20とグリッド21の間の等電位面が電子ビー
ム中心軸Oに対してほぼに垂直になる。
【0020】図9及び図10は、本発明の主要部の他の
例として示したものである。
【0021】図9は、図5に示す様なコイル状フイラメ
ントを環状に形成し、環の中心軸方向に電子を取り出す
ように成したフィラメン25の空間部25Sに、電位補
正用電極26を配置させたもので、フィラメント25と
グリッド(図示せず)の間の等電位面が電子光学的中心
軸にほぼ垂直になるように、該フィラメントの先端面よ
り少し反アノード側に配置される。
【0022】図10は、フィラメント27はコイル状に
巻かれつつリング形状を成すように形成されているが、
1/2程度までリング状に形成したフィラメント27の
空間部27Sに、電位補正用電極28を配置させたもの
で、フィラメント27とグリッド(図示せず)の間の等
電位面が電子光学的中心軸にほぼ垂直になるように、該
フィラメントの先端面より少し反アノード側に配置され
る。
【0023】尚、本発明の電子ビーム装置として電子ビ
ーム蒸発装置を例に上げたが、電子ビーム溶接装置等の
加工装置等にも本発明は適用出来ることはいうまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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ある。
【図2】 図1のA−A線断面図である。
【図3】 従来のフィラメントの一概略例を示したもの
である。
【図4】 従来のフィラメントの一概略例を示したもの
である。
【図5】 最近提案されたのフィラメントの一概略例を
示したものである。
【図6】 従来の電子銃の動作の説明に使用した図であ
る。
【図7】 本発明の主要部を成す電子銃の一概略例を示
したものである。
【図8】 本発明の主要部を成す電子銃の動作の説明に
使用した図である。
【図9】 本発明の主要部を成す電子銃のフイラメント
の一概略例を示したものである。
【図10】 本発明の主要部を成す電子銃のフィラメン
ト一概略例を示したものである。
【番号の説明】
1A,1B…磁極板 2…永久磁石 3…蒸発物質 4…坩堝 5…電子銃 6,6A,6B,6′,20,25,27…フィラメン
ト 7,7′21…グリッド 8,8′22…アノード 9…フィラメント加熱電源 O…電子光学的中心軸 10…加速電源 11…グリッド支持板 12…走査用電磁コイル体 13…走査用電源 14…偏向軌道 15,24…等電位面 20S,25S,27S…空間部 21A,22A…孔 23,26,28…電位補正用電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子放出部の一部が空けられたフィラメ
    ント,グリッド及びアノードを有する電子銃からの電子
    ビームを被照射物に当てるようにした電子ビーム装置に
    おいて、前記電子放出部に空けられた空間部分におい
    て、前記グリットとフィラメントの間の等電位面が電子
    光学中心軸にほぼ垂直になるようにするための電位補正
    用電極を設けことを特徴とする電子ビーム装置。
  2. 【請求項2】 電子放出部の一部が空けられたフィラメ
    ント、グリッド及びアノードを有する電子銃を備えた電
    子ビーム装置において、前記電子放出部に空けられた空
    間部分において、その先端面が前記電子放出部の先端面
    の近傍に位置するように配置された電位補正用電極を実
    質的に前記グリッドに取り付けた電子ビーム装置。
  3. 【請求項3】 前記電位補正電極は、その先端面が前記
    電子放出部の先端面より僅かに反アノード側に位置する
    ように配置されている請求項1又は2に記載の電子ビー
    ム装置。
  4. 【請求項4】 前記電位補正電極は前記フイラメントの
    材料とは異なった高融点材料から成る請求項1又は2に
    記載の電子ビーム装置。
  5. 【請求項5】 前記フイラメントは渦巻き状に形成され
    た請求項1又は2記載の電子ビーム装置。
  6. 【請求項6】 前記フィラメントは、コイル状に巻かれ
    て環状に形成されており、環の中心軸方向に電子を取り
    出すように成した請求項1又は2記載の電子ビーム装
    置。
  7. 【請求項7】 前記被照射物は蒸発物質である請求項1
    又は2に記載の電子ビーム装置。
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