JP2003297273A - 電子ビーム装置 - Google Patents

電子ビーム装置

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JP2003297273A
JP2003297273A JP2002099916A JP2002099916A JP2003297273A JP 2003297273 A JP2003297273 A JP 2003297273A JP 2002099916 A JP2002099916 A JP 2002099916A JP 2002099916 A JP2002099916 A JP 2002099916A JP 2003297273 A JP2003297273 A JP 2003297273A
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electron
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tungsten
emission main
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JP2002099916A
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Kunimasa Sakurai
井 邦 政 桜
Hideo Minegishi
岸 英 夫 峯
Takao Tonoi
宿 孝 夫 御
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィラメントの寿命を長くする。 【解決手段】 電子放出主部22に繋がったタングス
テン線23A,23Bにおいて、電子放出主部22と端
子24A,24Bの中間部に当たる部分に、タングステ
ン線を巻き付けて固着する。そして、この様な電子銃を
電子ビーム蒸発装置の電子銃として使用する。この様な
電子銃のフイラメント21においては、電子放出主部2
2と、端子24A,24Bで支持されている先端部との
間に温度勾配が出来、相対的に温度の中間部となる電子
放出主部22と先端部との中間部分は酸化し易い。しか
し、この中間部にはタングステン線が巻かれているの
で、巻回タングステンが表面から漸次蒸発し、巻回タン
グステンの芯線に当たるタングステン線は長時間蒸発せ
ず、結果的に、フイラメントが長寿命化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、フィラメントの寿命を
延ばし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の電子放出主部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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】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。
【0007】図3はその様なフィラメント及びその周辺
の詳細の一例を示したもので、図3の(b)は図3の
(a)のB−B断面図である。
【0008】図中21はフィラメントで、例えば、直径
0.5mm前後の太さのタングステン線の中央部分で一
平面に沿った渦巻き部(電子放出主部)22を形成し、
その渦巻き部に繋がるタングステン線23A,23Bを
該渦巻き面に対して垂直に垂らしたものである。
【0009】前記タングステン線23A,23Bの端部
は、例えばステンレス製の端子24A,24Bを介して
絶縁性支持体25(図2のグリッド支持板11に相当)
で支持されている。
【0010】前記端子24A,24Bにはフィラメント
加熱電源9から銅線26を介してフィラメント加熱用の
電流が流されるように成っている。
【0011】さて、この様なフィラメントにおいて、フ
ィラメント加熱電源9から銅線26及び端子24A,2
4Bを介してフィラメント21に電流を流すと、渦巻き
部(電子放出主部)22から沢山の電子が放出される。
【0012】この際、フィラメント21において、フィ
ラメント20の渦巻き部(電子放出主部)22を形成し
ている部分と、該渦巻き部(電子放出主部)に繋がって
いるタングステン線23A,23Bの端子24A,24
Bで支持されている先端部との間に温度勾配が出来る。
即ち、渦巻き部(電子放出主部)22を形成している部
分は2300℃前後、端子24A,24Bに近い部分は
700℃前後となり、中間部は1500℃前後になる。
【0013】所で、基板に成膜を行う場合、酸化物を成
膜する場合が多々あり、その様な成膜の場合、電子ビー
ム蒸発装置の蒸発物質3と基板の間に酸素ガスが導入さ
れるが、その際、タングステン製のフィラメントを使用
していると、フィラメントが酸化する。
【0014】この時、温度勾配が出来ているフィラメン
トにおいて、相対的に温度の高い所は、反応は活発であ
るが、酸素が付きにくい為に、渦巻き部(電子放出主
部)22を形成している部分は酸化し難い。又、相対的
に温度の低い所は、酸素は付き易いが、反応が不活発な
為、タングステン線23A,23Bの端子24A,24
Bに近い部分は酸化し難い。一方、相対的に温度の中間
部になる所は、酸素は比較的付き易く、且つ、反応が比
較的活発な為、渦巻き部(電子放出主部)22を形成し
ている部分と端子24A,24Bに近い部分の中間部に
当たるタングステン線は酸化し易い。
【0015】さて、タングステンの酸化物はタングステ
ンに比較して、融点が可成り低いため、タングステンの
酸化物はタングステンに比較して極めて蒸発し易い。従
って、前記渦巻き部(電子放出主部)22を形成してい
る部分と端子24A,24Bに近い部分の中間部に当た
るタングステン線は他の部分に比べて極めて蒸発し易く
なり、この中間部に溶断が起こってしまう。尚、この様
なフィラメントにおいて、ステンレス製の端子24A,
24Bから水素が発生しており、その一部がタングステ
ン線23A,23B方向へ拡散している。その為、この
拡散により水素が届いているタングステン線の部分の表
面では、酸素と化合して水が出来るので、溶断し難い状
態になっているが、この水素が最初から届かない所、或
いは、最初は届いていても拡散が少なくなって水素が届
かなくなった所で溶断が発生する。
【0016】この様な溶断により、フィラメントの寿命
が短くなる。
【0017】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。
【0018】
【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、電子銃からの電子ビームをターゲットに当
てるようにした電子ビーム装置において、前記電子銃
は、電子放出主部に繋がった金属体の端部が支持体に支
持された構造を成しており、電子放出主部と金属体端部
との中間部を金属体で覆ったことを特徴とする。
【0019】
【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。
【0020】図4は本発明の主要部の一例として示した
電子銃の主要部(フィラメント及びその周辺部)の概略
図である。
【0021】図中前記図3にて使用した記号と同一記号
の付されたものは同一構成要素を示す。
【0022】図中、27A,27Bは、タングステン線
の内、渦巻き部(電子放出主部)22を形成している部
分と端子24A,24Bに近い部分の中間部に巻かれた
タングステン線である(以後、卷回タングス線と称
す)。
【0023】前記中間部にタングステン線を巻いた時、
中間部のタングステン線と卷回タングス線との接触が良
くないと、中間部のタングステンと卷回タングステン線
の間に温度差が出来(中間部のタングステンの温度≫卷
回タングステン線の温度)、結果的に、中間部のタング
ステンの溶断が起こってしまうので、中間部にタングス
テン線を巻いた後、卷回タングステン線27A,27B
の両端部を溶接により確実に中間部に固着させる。
【0024】この様なフィラメントを図1及び2に示し
た電子ビーム蒸発装置の電子銃に使用した場合、フィラ
メント加熱電源9から銅線26及び端子24A,24B
を介してフィラメント21に電流を流すことにより、渦
巻き部(電子放出主部)22から沢山の電子が放出され
る。この電子は、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。
【0025】この様な蒸着過程において、フィラメント
21では、フィラメント20の渦巻き部(電子放出主
部)22を形成している部分と、該渦巻き部(電子放出
主部)に繋がっているタングステン線23A,23Bの
端子24A,24Bで支持されている先端部との間に温
度勾配が出来、渦巻き部(電子放出主部)22を形成し
ている部分は2300℃前後、端子24A,24Bに近
い部分は700℃前後となり、中間部は1500℃前後
になる。
【0026】さて、前述した様に、酸化物を成膜する場
合に、電子ビーム蒸発装置の蒸発物質3と基板の間に酸
素ガスが導入されるが、温度勾配が出来ているフィラメ
ントにおいては、相対的に温度の高い渦巻き部(電子放
出主部)22では反応は活発であるが酸素が付きにくい
為、酸化し難い。又、相対的に温度の低いタングステン
線23A,23Bの端子24A,24Bに近い部分は、
酸素は付き易いが、反応が不活発な為、酸化し難い。
【0027】一方、相対的に温度の中間部になる所、即
ち、渦巻き部(電子放出主部)22を形成している部分
と端子24A,24Bに近い部分の中間部は、酸素が比
較的付き易く、且つ、反応が比較的活発な為、この中間
部は酸化し易い。
【0028】しかし、この中間部にはタングステン線が
巻かれているので、芯線に当たるタングステン上に巻か
れた卷回タングステン27A,27Bの表面から漸次蒸
発することになり、該卷回タングステンの芯線に当たる
タングステン線は著しく長時間蒸発することはなく、結
果的にフィラメントの寿命が著しく延びる。
【0029】尚、卷回タングステン27A,27Bの代
わりに、図5に示す様に、前記中間部の上に肉厚筒状の
タングステン製金属体28A,28Bを覆い被すように
固着させても良い。
【0030】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2
2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22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。
【0031】そこで、例えば、図6に示す様に、電子放
出主部の中心部分(前記図3のKに当たる部分)が空い
た渦巻き状のフィラメントを使用すれば、この様な問題
を解決することは出来る。この様な電子放出主部に繋が
るタングステン線の中間部にタングステン線を巻くか或
いは肉厚筒状のタングステン製金属体を被せて固着すれ
ば、フイラメントの寿命を著しく延ばすことが可能にな
る。
【0032】又、この様な中心部分の空いた電子放出主
部を有するフィラメントにおいては、空いた分だけ該フ
ィラメントからの電子量が不足し、蒸発物質3の蒸発が
十分に行われない恐れがある。
【0033】そこで、例えば、図7に示す如く、コイル
状フィ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電子放出主部を有するフィラメ
ントが提案されている(特願平11−358642
号)。この様な電子放出主部に繋がるタングステン線の
中間部にタングステン線を巻くか或いは肉厚筒状のタン
グステン製金属体を被せて固着すれば、フイラメントの
寿命を著しく延ばすことが可能になる。
【0034】尚、前記各例に上げたフィラメントは何れ
もタングステン製のものであったが、他の金属製(例え
ば、L)のフィラメントにおいても、その電子放
出主部に繋がる金属体の中間部に同じ種類の金属を厚く
被覆させれば同様な効果が得られる。
【0035】又、前記例では、電子放出主部と金属体端
部との中間部を電子放出主部と同じ金属体で覆うように
成したが、タンタル等の酸化し難い別の金属で覆うよう
にしても良い。
【0036】又、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】 図1に示すフィラメント及びその周辺の詳細
の一例を示したものである。
【図4】 本発明の主要部の一例として示した電子銃の
主要部(フィラメント及びその周辺部)の概略図であ
る。
【図5】 本発明の主要部の他の例として示した電子銃
の主要部(フィラメント及びその周辺部)の概略図であ
る。
【図6】 他の電子放出主部の例を示したものである。
【図7】 他の電子放出主部の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 6,21…フィラメント 7…グリッド 8…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 22…渦巻き部(電子放出主部) 23A,23B…タングステン線 24A,24B…端子 25…絶縁性支持体 26…銅線 27A,27B…卷回タングステン線 28A,28B…タングステン製金属体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 CA01 DB21 5C030 BB02 BB14 BB15 5C034 BB01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子銃からの電子ビームをターゲットに
    当てるようにした電子ビーム装置において、前記電子銃
    は、電子放出主部に繋がった金属体の端部が支持体に支
    持された構造を成しており、電子放出主部と金属体端部
    との中間部を金属体で覆った電子ビーム装置。
  2. 【請求項2】 電子放出主部と金属体端部との中間部を
    覆う金属体は電子放出主部と同じ金属である請求項1記
    載の電子ビーム装置。
  3. 【請求項3】 電子放出主部と金属体端部との中間部を
    覆う金属体は酸化され難い金属である請求項1記載の電
    子ビーム装置。
  4. 【請求項4】 電子放出主部は、中央部が空けられ且つ
    環状に形成されている請求項1記載の電子ビーム装置。
  5. 【請求項5】 電子放出主部は、コイル状に巻かれてい
    る請求項4記載の電子ビーム装置。
  6. 【請求項6】 中間部の上に金属線を巻いた請求項1記
    載の電子ビーム装置。
  7. 【請求項7】 中間部の上に巻いた金属線の両端部を中
    間部に溶接した請求項6記載の電子ビーム装置。
  8. 【請求項8】 中間部の上に肉厚の金属体で柱状に被覆
    した請求項1記載の電子ビーム装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104620350A (zh) * 2012-09-12 2015-05-13 株式会社岛津制作所 X射线管装置和x射线管装置的使用方法

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CN104620350A (zh) * 2012-09-12 2015-05-13 株式会社岛津制作所 X射线管装置和x射线管装置的使用方法

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