JP2006162535A - 電子ビーム管 - Google Patents

Abstract

【課題】窓部材と蓋部材との気密接合が確実に達成され、高い出力を有するものでありながら、窓部材が高温状態となって破損することが確実に防止され、長い使用寿命が得られる電子ビーム管を提供すること。
【解決手段】電子ビーム管は、真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられてなり、真空容器が、各々厚み方向に延びる梁部分によって区画されて形成された複数の電子ビーム透過孔を有する蓋部材によって管部材の前方側の開口が塞がれ、更に、外面に保護膜が形成された窓部材によって電子ビーム透過孔が密閉されて構成される。窓部材は、複数のリブ部分によって区画されて形成された電子ビーム通過領域を有し、各リブ部分の内面が対応する蓋部材における梁部分の外面に接合されており、各リブ部分における内面に、保護膜の材質との関係において選択された材質よりなる反り防止膜が形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ等に塗布されたレジストの硬化処理や各種印刷物に塗布されたインクの乾燥処理等に利用される、電子ビームを用いた真空型の電子ビーム管に関するものである。

現在、例えば半導体ウエハ等に塗布されたレジストの硬化処理や、印刷業界における印刷用インクの乾燥処理等において、短時間に処理を行うために、電子ビームが利用され始めており、かかる電子ビームを照射する器具としては、電子ビーム管が提案されている。この電子ビーム管は、真空容器内に電子ビーム発生器を具えてなり、先端に電子ビームを照射する窓部材を有すると共に基端に当該基端面から突出する給電端子を有するものである。
このような電子ビーム管は、大型の真空装置を用いることなしに電子ビームを照射することができるという利点を有すると共に、それ自体が複雑な構造を有さず、小型で取扱が容易であるという利点を有する。

図６は、従来における電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図７は、図６に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との接合状態を示す説明用断面図である。
この電子ビーム管４０は、内部が真空雰囲気に維持された真空容器４１を具えてなり、この真空容器４１内に、電子ビーム発生器６０が配設されると共に導電体よりなる円筒状スリーブ部材４３が電子ビーム発生器６０の周囲を囲むよう真空容器４１の管軸と同軸状に配設されて構成されている。

真空容器４１は、後方（図６において下方）側が封止されたガラス製の管部材４２と、当該管部材４２の前方側の開口を覆うよう設けられた、電子ビーム発生器６０よりの電子ビームが通過する電子ビーム透過孔４６が形成された蓋部材４５と、当該蓋部材４５の電子ビーム透過孔４６を前面において密閉するよう設けられた窓部材５０とにより構成されている。

窓部材５０は、例えばシリコンウエハよりなる板状の基材５１の一面（内方側に位置される表面）上に、例えばシリコンよりなる補強用の格子状のリブ部分形成部材を、例えば酸化シリコンよりなる接合材５２Ａによって溶着接合し、これにより、複数の小径の電子ビーム通過領域５３がリブ部分５２によって区画されて縦横に並ぶよう形成されたものにより構成されている。このような構成とすることにより、窓部材５０の電子ビーム通過領域５３を電子ビームが通過するときに発生する熱がリブ部分５２を介して蓋部材４５に伝熱され、窓部材５０、特には電子ビーム通過領域５３が高温状態となって破損することを防止することができる。
窓部材５０の外面（電子ビーム出射方向前方側の表面）には、例えばＳｉＮよりなる保護膜５５が形成されている。ここに、保護膜５５は、例えばＣＶＤ法により形成することができる。

そして、この窓部材５０は、例えば金属ロウ材５６によって蓋部材４５に気密に溶着接合されている。具体的には、蓋部材４５における電子ビーム透過孔４６の周縁部分の表面上に、当該電子ビーム透過孔４６に対応する貫通孔を有するアルミニウム−シリコン合金板よりなる金属ロウ材５６を配置し、この金属ロウ材５６の上に窓部材５０を載置し、押圧した状態で、真空中で加熱して金属ロウ材５６を溶融させることにより、当該窓部材５０が蓋部材４５に溶着接合される。

近年、このような電子ビーム管４０に対する要請の一として、例えば高出力化があり、十分に高い強度の電子ビームを安定的に出射することができるものであることが求められている。
しかしながら、高い出力を有する電子ビーム管においては、電子ビーム透過孔４６の中央部に位置される窓部材５０の電子ビーム通過領域５３において発生する熱を十分に逃がしきれず、熱が蓄積されることによって高温状態になって当該窓部材５０が破損されやすくなり、その結果、電子ビーム管の使用寿命を長いものとすることができない、という問題がある。
また、保護膜５５を基材５１上に形成する際に、窓部材５０における、保護膜５５が形成された外面側の熱膨張率と、基材５１の表面が露出する内面側の熱膨張率との差に起因して、冷却時の保護膜５５の収縮による引っ張り応力が発生し、得られる窓部材５０においては、周縁部に反りが生じて全体が弧状に湾曲した状態となってしまうため、十分に信頼性の高い気密接合を達成することができず、所要の電子ビーム管を確実に得ることができない、という問題がある。
特開２００１−０５９９００号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、窓部材と蓋部材との気密接合を確実に達成することができ、高い出力を有するものでありながら、窓部材が高温状態となって破損することを確実に防止することができて、長い使用寿命を有するものとして構成することができる電子ビーム管を提供することを目的とする。

本発明の電子ビーム管は、真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられてなる電子ビーム管において、
前記真空容器は、前方に開口を有する管部材と、当該管部材の開口を塞ぐように設けられた、各々厚み方向に延びる梁部分によって区画されて形成された複数の電子ビーム透過孔を有する蓋部材と、この蓋部材の電子ビーム透過孔をその前面において密閉するよう設けられた、外面に保護膜が形成された窓部材とにより構成されており、
窓部材は、各々真空容器の管軸方向内方に向かって延びる複数のリブ部分によって区画されて形成された電子ビーム通過領域を有し、各々のリブ部分の内方側の表面が対応する蓋部材における梁部分の外方側の表面に接合されており、
各々のリブ部分における内方側の表面には、保護膜を構成する材質との関係において選択された材質よりなる反り防止膜が形成されていることを特徴とする。

本発明の電子ビーム管においては、保護膜および反り防止膜が、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちから選ばれたものよりなることが好ましい。

また、本発明の電子ビーム管においては、反り防止膜が保護膜と同一材質よりなることがさらに好ましく、このような構成の場合には、反り防止膜が保護膜より厚く形成された構成とされていることが好ましい。

本発明の電子ビーム管においては、窓部材の単位面積当たりの電流値の最大値が１２μＡ／ｍｍ² 以上である構成とすることができる。

本発明の電子ビーム管によれば、窓部材がリブ部分の内面に反り防止膜が形成されたものであることにより、保護膜を形成する際に、窓部材の外面側における熱膨張収縮特性と、内面側における熱膨張収縮特性との差が零または小さく抑制された状態とされるので、窓部材の外面と内面とにおいて、実質的に同等の大きさの引っ張り応力が同方向に作用し、窓部材に反りが生ずることを確実に防止することができ、これにより、窓部材と蓋部材との十分に信頼性の高い気密接合を達成することができる。
従って、電子ビームの照射に伴って窓部材に生ずる熱を、窓部材の複数のリブ部分およびこれらに接合された蓋部材の複数の梁部分を介して、高い効率で逃がすことができるので、窓部材が高温状態となって破損することを確実に防止することができる結果、長い使用寿命を得ることができる。

反り防止膜がその材質および厚みが保護膜の材質および厚みとの関係において選択されて形成されたものであることにより、所要の反り防止効果を確実に得ることができ、蓋部材と窓部材との気密接合を一層確実に達成することができる。

本発明の電子ビーム管は、その構造上、高い放熱性を有するので、従来のものであれば、窓部材が高温状態となって破損に至るおそれのある、窓部材の単位面積当たりの電流値の最大値が１２μＡ／ｍｍ² 以上となる極めて高い出力を有するものとして構成することができる。

以下、本発明について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図２は、図１に示す電子ビーム管における蓋部材の構成を示す平面図であり、図３は、図１に示す電子ビーム管における窓部材の構成の一部を示す拡大断面図であり、図４は、図１に示す電子ビーム管における蓋部材と窓部材との接合状態を示す拡大断面図である。
この電子ビーム管１０は、内部が真空雰囲気に維持された略管状の真空容器１１を具えてなり、この真空容器１１内に、電子ビーム発生器３５が配設されると共に電子ビーム遮蔽用の円筒状スリーブ部材１３が電子ビーム発生器３５の周囲を囲むよう真空容器１１の管軸と同軸状に配設されている。

真空容器１１は、前方側に開口を有すると共に後方側が封止された、例えば円筒状のパイレックス（登録商標）ガラスよりなる管部材１２と、当該管部材１２の前方側の開口を覆うよう設けられた板状の蓋部材１５とを備えている。
蓋部材１５は、各々蓋部材１５の肉厚中を厚み方向に延びる複数の梁部分１７によって区画されて縦横に並ぶよう形成された、電子ビーム発生器３５よりの電子ビームが通過する複数の電子ビーム透過孔１６を有する。
そして、蓋部材１５の電子ビーム透過孔１６を前面において密閉するよう窓部材２０が設けられており、これにより、真空容器１１の内部が真空雰囲気に維持されている。
また、図１において、３６〜３８は、いずれも電子ビーム発生器３５に電気的に接続されたリード棒であり、管部材１２の後端壁を気密に貫通した状態で固定されている。

窓部材２０は、例えばシリコンウエハよりなる板状の基材２１の一面（内方側に位置される表面）上に、例えばシリコンよりなる補強用の格子状のリブ部分形成部材を、例えば酸化シリコンよりなる接合材２６によって溶着接合し、これにより、所要の位置において、複数の小径の電子ビーム通過領域２３がリブ部分２２によって区画されて縦横に並ぶよう形成されたものにより構成されている。

窓部材２０の外面（電子ビーム出射方向前方側の表面）には、保護膜２５が形成されている。保護膜２５を形成することにより、例えば窓部材２０を構成するシリコンが酸化したり、あるいは所定の処理雰囲気中に晒された状態とされることにより処理ガスと反応したりして、表面が変質して電子ビームの出力が低下することを防止することができる。
保護膜２５は、窓部材２０の基材２１を構成する材料に対する親和性が高い材質により構成されていることが好ましく、具体的には、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ダイヤモンド、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちから選ばれたものにより構成されていることが好ましい。
保護膜２５の厚みは、例えば０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。
保護膜２５は、例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成することができる。

この窓部材２０には、各々のリブ部分２２における内面に、保護膜２５を構成する材質との関係において選ばれた材質、具体的には、保護膜２５の形成方法上の理由から、保護膜２５と同等の熱膨張率を有する材質よりなる反り防止膜３０が形成されている。
具体的には、反り防止膜３０は、例えば例えばＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ダイヤモンド、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちから選ばれたものよりなることが好ましく、保護膜２５と同一の材質よりなることが特に好ましい。反射防止膜３０が保護膜２５と同一の材質よりなることにより、保護膜２５および反り防止膜３０を容易に形成することができると共に、窓部材２０の外面側と内面側との熱膨張率の調整を容易に行うことができる。

反り防止膜３０の厚みは、窓部材２０の外面側における保護膜２５による熱膨張収縮特性と、窓部材２０の内面側における反り防止膜３０による熱膨張収縮特性とが実質的に同等となるよう設定することができる。一例を示すと、ＳｉＮ（熱膨張率：３．０×１０^-6／℃）よりなる保護膜２５を０．１μｍの厚みで形成する場合には、反射防止膜３０として、例えばＳｉＣ（熱膨張率：４．０×１０^-6／℃）が用いられ、０．１〜０．１４μｍの厚みで形成される。
また、反り防止膜３０が保護膜と同一の材質よりなる場合には、厚みが保護膜より大きい状態で形成されていることが好ましい。これにより、窓部材２０の外面側と内面側との熱膨張収縮特性の均衡化を一層確実に図ることができる。例えば、保護膜２５を０．１μｍの厚みで形成する場合には、反り防止膜３０は０．１２〜０．１６μｍの厚みで形成される。
反り防止膜３０は、例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成することができる。

そして、この窓部材２０は、例えば金属ロウ材２７によって蓋部材１５に気密に溶着接合されている。具体的には、図４に示すように、蓋部材１５における各々の梁部分１７を含む電子ビーム透過孔１６の周縁部分の表面上に、当該電子ビーム透過孔１６に対応する貫通孔を有する板状の金属ロウ材２７を配置し、この金属ロウ材２７の上に窓部材２０を載置し、押圧した状態で、真空中で加熱して金属ロウ材２７を溶融させることにより、当該窓部材２０が、リブ部分２２の一部または全部が対応する蓋部材１５の梁部分１７に位置合わせされた状態で、蓋部材１５に溶着接合される。
金属ロウ材２７としては、例えばアルミニウム、アルミニウム−シリコン合金、金、銀などを用いることができ、厚みは例えば０．５〜２０μｍとされる。

以上において、窓部材が外面側に保護膜２５のみが形成されたものである場合には、図５に示すように、保護膜２５を基材２１の表面に成膜する際に、基材２１と保護膜２５との熱膨張率の差によって例えば保護膜形成面側に、冷却時の保護膜２５の収縮に伴う引っ張り応力が発生する結果、窓部材２０の周縁部に反りが生じ、その断面において全体が弧状に湾曲した状態となってしまい、このような状態の窓部材２０を蓋部材１５に接合しようとした場合には、例えば中央部におけるリブ部分２２Ａと梁部分１７Ａとを先にロウ付け（接着）すると、周辺部のリブ部分２２Ｂは、蓋部材１５から著しく離間した状態となり、十分な気密性が確保された状態で接合を達成することが困難であったり、接合（接着）すること自体が困難となることがある。また、多量の金属ロウ材２７を用いて接合した場合には、大きな（残留）応力が接合部に発生し、電子ビームが照射されると短時間で破損してしまう。

然るに、以上のような電子ビーム管１０によれば、窓部材２０がリブ部分２２の内面に反り防止膜３０が形成されたものであることにより、保護膜２５を形成する際に、窓部材２０の外面側における熱膨張収縮特性と、内面側における熱膨張収縮特性との差が零または小さく抑制された状態とされるので、窓部材２０の外面と内面とにおいて、実質的に同等の大きさの引っ張り応力が同方向に作用し、窓部材２０に反りが生ずることを確実に防止することができ、これにより、窓部材２０に高い平面性が維持され、窓部材２０と蓋部材１５との十分に信頼性の高い気密接合を達成することができる。例えば、得られる窓部材２０の反り量を５μｍ以下とすることができる。
従って、電子ビームが窓部材２０の電子ビーム通過領域２３を通過するときに発生する熱を、窓部材２０の複数のリブ部分２２およびこれらに接合された蓋部材１５の複数の梁部分１７を介して、高い効率で逃がすことができるので、窓部材２０が高温状態となって窓部材２０が破損することを確実に防止することができる結果、長い使用寿命を得ることができる。

反り防止膜３０がその材質および厚みが保護膜２５の材質および厚みとの関係において選択されて形成されたものであることにより、所要の反り防止効果を確実に得ることができ、蓋部材１５と窓部材２０との気密接合を一層確実に達成することができる。

以上の電子ビーム管１０は、その構造上、高い放熱性を有するので、従来のものであれば、窓部材２０が高温状態となって破損に至るおそれのある、窓部材２０の単位面積当たりの電流値の最大値が１２μＡ／ｍｍ² 以上となる極めて高い出力を有するものとして構成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、窓部材におけるリブ部分のすべてが梁部分に接合されている必要はなく、単に補強部材として機能するものが存在する構成とされていてもよい。
また、窓部材と蓋部材との接合方法は、金属ロウ材によるロウ付けに限定されるものではない。また、窓部材は、金属ロウ材を用いることなしに、蓋部材に直接的に接合された構成とされていてもよい。
さらに、保護膜および反り防止膜を形成する方法は、ＣＶＤ法に限定されるものではない。

本発明の電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。 図１に示す電子ビーム管における蓋部材の構成を示す平面図である。 図１に示す電子ビーム管における窓部材の構成の一部を示す拡大断面図である。 図１に示す電子ビーム管における蓋部材と窓部材との接合状態を示す拡大断面図である。 前面側に保護膜のみが形成された窓部材と、蓋部材との接合状態を示す拡大断面図である。 従来における電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。 図６に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との接合状態を示す説明用断面図である。

符号の説明

１０ 電子ビーム管
１１ 真空容器
１２ 管部材
１３ 円筒状スリーブ部材
１５ 蓋部材
１６ 電子ビーム透過孔
１７ 梁部分
１７Ａ 中央部の梁部分
２０ 窓部材
２１ 基材
２２ リブ部分
２２Ａ 中央部のリブ部分
２２Ｂ 周縁部のリブ部分
２３ 電子ビーム通過領域
２５ 保護膜
２６ 接合材
２７ 金属ロウ材
３０ 反り防止膜
３５ 電子ビーム発生器
３６ リード棒
３７ リード棒
３８ リード棒
４０ 電子ビーム管
４１ 真空容器
４２ 管部材
４３ 円筒状スリーブ部材
４５ 蓋部材
４６ 電子ビーム透過孔
５０ 窓部材
５１ 基材
５２ リブ部分
５２Ａ 接合材
５３ 電子ビーム通過領域
５５ 保護膜
５６ 金属ロウ材
６０ 電子ビーム発生器

Claims (5)

1. 真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられてなる電子ビーム管において、
   前記真空容器は、前方に開口を有する管部材と、当該管部材の開口を塞ぐように設けられた、各々厚み方向に延びる梁部分によって区画されて形成された複数の電子ビーム透過孔を有する蓋部材と、この蓋部材の電子ビーム透過孔をその前面において密閉するよう設けられた、外面に保護膜が形成された窓部材とにより構成されており、
   窓部材は、各々真空容器の管軸方向内方に向かって延びる複数のリブ部分によって区画されて形成された電子ビーム通過領域を有し、各々のリブ部分の内方側の表面が対応する蓋部材における梁部分の外方側の表面に接合されており、
   各々のリブ部分における内方側の表面には、保護膜を構成する材質との関係において選択された材質よりなる反り防止膜が形成されていることを特徴とする電子ビーム管。
2. 保護膜および反り防止膜が、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちから選ばれたものよりなることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム管。
3. 反り防止膜が、保護膜と同一の材質よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子ビーム管。
4. 反り防止膜が保護膜より厚いことを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム管。
5. 窓部材の単位面積当たりの電流値の最大値が１２μＡ／ｍｍ² 以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の電子ビーム管。