JP2011040293A - Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun - Google Patents
Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011040293A JP2011040293A JP2009187183A JP2009187183A JP2011040293A JP 2011040293 A JP2011040293 A JP 2011040293A JP 2009187183 A JP2009187183 A JP 2009187183A JP 2009187183 A JP2009187183 A JP 2009187183A JP 2011040293 A JP2011040293 A JP 2011040293A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode electrode
- electron gun
- pin
- holding member
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高出力電子銃において、カソード電極からの熱電子放出効率を上げることを目的としたカソード材質に関するものである。 The present invention relates to a cathode material for the purpose of increasing the efficiency of thermionic emission from a cathode electrode in a high-power electron gun.
電子銃は、フィラメント、カソード電極、アノード電極により形成されている。カソード電極は、ピンを介して保持リングによって保持されている。
電子銃を真空槽内に配置し、カソード電極を加熱すると電子が放出され、カソード電極に電圧を印加するとアノード電極側へ電子が引き出される。
カソード電極から電子をより多く放出させるためには、カソード電極を可能な限り高温に加熱する。従って、カソード電極には、高温に耐えられるタングステンが用いられ、カソード電極を保持するためにピンにはタングステンが用いられ、保持リングには高温に耐えられ比較的安価なモリブデンが用いられている。
The electron gun is formed of a filament, a cathode electrode, and an anode electrode. The cathode electrode is held by a holding ring via a pin.
When the electron gun is placed in a vacuum chamber and the cathode electrode is heated, electrons are emitted, and when a voltage is applied to the cathode electrode, electrons are extracted to the anode electrode side.
In order to release more electrons from the cathode electrode, the cathode electrode is heated as high as possible. Therefore, tungsten that can withstand high temperatures is used for the cathode electrode, tungsten is used for the pins to hold the cathode electrode, and molybdenum that can withstand high temperatures and is relatively inexpensive is used for the holding ring.
モリブデンの融点はタングステンの融点より低く、必要な量の電子を放出させるためにカソード電極は、モリブデンの融点よりは低いがモリブデンの融点に近い温度まで加熱される。加熱されたカソード電極からの熱伝導によってピンが昇温し、ピンと接触する保持部材が、モリブデンの融点より低いがモリブデンの融点近くになり、ピンが固着するという問題点がある。
モリブデンより融点の高いタングステンを保持リングに用いると、ピンは固着しない。しかし、ピンと保持部材はタングステン同士が接触していることになり、タングステン同士の摩擦係数はタングステンとモリブデンとの摩擦係数より大きいので、ピンと接触してる部分が擦れてピンが保持リングから抜けなくなるという不都合が生じる。
The melting point of molybdenum is lower than that of tungsten, and in order to emit a necessary amount of electrons, the cathode electrode is heated to a temperature lower than the melting point of molybdenum but close to the melting point of molybdenum. There is a problem in that the temperature of the pin rises due to heat conduction from the heated cathode electrode, and the holding member in contact with the pin is lower than the melting point of molybdenum but close to the melting point of molybdenum, and the pin is fixed.
When tungsten having a melting point higher than that of molybdenum is used for the retaining ring, the pin does not adhere. However, the pin and the holding member are in contact with tungsten, and the friction coefficient between tungsten is larger than the friction coefficient between tungsten and molybdenum, so that the portion in contact with the pin is rubbed and the pin does not come off from the holding ring. Inconvenience arises.
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、必要な電子放出量を得るための温度にカソード電極が加熱されたときに、カソード電極を保持するピンがピンと接触する保持部材に固着しない電子銃を提供することである。 The present invention was created to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and its purpose is to provide a pin for holding the cathode electrode when the cathode electrode is heated to a temperature for obtaining a necessary electron emission amount. It is to provide an electron gun that does not adhere to a holding member that contacts a pin.
上記課題を解決するために、本発明は、リング状の保持部材と、電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極を加熱する加熱装置と、前記保持部材と前記カソード電極を電気的に接続する三個以上のピンとを有し、前記カソード電極は、前記ピンを介して、前記保持部材に保持される電子銃であって、前記カソード電極は、タンタルで構成された電子銃である。
また、本発明は、前記ピンは、タングステンで構成され、前記保持部材は、モリブデンで構成された電子銃である。
また、本発明は、真空槽と真空ポンプと、上記いずれかの電子銃を有し、前記電子銃は、前記真空槽内部に電子を放出するように構成され、処理対象物の処理を前記真空槽内で行う真空処理装置である。
In order to solve the above problems, the present invention electrically connects a ring-shaped holding member, a cathode electrode that emits electrons, a heating device that heats the cathode electrode, and the holding member and the cathode electrode. The cathode electrode is an electron gun held by the holding member via the pin, and the cathode electrode is an electron gun made of tantalum.
In the present invention, the pin is made of tungsten, and the holding member is an electron gun made of molybdenum.
The present invention also includes a vacuum chamber, a vacuum pump, and any one of the above-described electron guns, wherein the electron gun is configured to emit electrons into the vacuum chamber, and the processing of an object to be processed is performed in the vacuum It is the vacuum processing apparatus performed in a tank.
本発明により、従来よりも電子放出量が多くなるようにカソード電極が加熱されても、その温度は従来のカソード電極の温度より低いので、熱伝導によりピンと接触する部分の保持部材の温度は低く、ピンは固着せず、従来より低い温度でピンと保持部材を使用することができる。 According to the present invention, even if the cathode electrode is heated so that the amount of electron emission is larger than the conventional one, the temperature of the cathode electrode is lower than the temperature of the conventional cathode electrode. The pin does not stick, and the pin and the holding member can be used at a lower temperature than before.
図1の符号50は本発明の電子銃を用いる真空処理装置である。
真空処理装置50は真空槽25と電子銃10を有している。真空槽25には、真空ポンプ39が接続され、真空ポンプ39を動作させると真空槽25内を真空雰囲気にすることができる。
電子銃10は、真空槽25の側面に気密に挿通されている。
The
The
真空槽25の底部には、蒸着材料35が、るつぼ36に入れられて配置され、基板30の表面と蒸着材料35の表面が向かい合って位置している。真空槽25とるつぼ36は接地電位に接続されている。
電子銃10の銃口は蒸着材料35に向けられている。
上記電子銃10を詳述する。図2は、電子銃の断面図である。
電子銃10は筺体11を有しており、筺体11の内部には、カソード部材31と、発熱装置32と、アノード電極3が配置されている。
At the bottom of the
The muzzle of the
The
The
カソード部材31は、カソード電極1と、保持部材5とを有している。
カソード電極1は円柱状であり、その外周側面には、三個以上(ここでは4個)の電極側孔60が形成されている。
保持部材5はリング形状であり、そのリング形状の内周側面にも、電極側孔60と同数の保持側孔70が形成されている。
The
The
The
カソード電極1の平面図を図3(a)に示し、カソード電極1のA−A’線截断断面図を図3(b)に示す。
保持部材5の平面図を図4(a)に示し、保持部材5の拡大斜視図を図4(b)に示す。
保持部材5の内周は、カソード電極1の外周よりも大きく形成されており、保持部材5とカソード電極1は、同一平面内で、保持部材5の内周よりも内側にカソード電極1を配置できるように構成されている。
A plan view of the
A plan view of the
The inner periphery of the
カソード電極1を保持部材5の中央に配置し、位置合わせをすると、電極側孔60と保持側孔70は互いに対面する位置にそれぞれ配置することができる。
カソード部材31は、電極側孔60の個数、及び、保持側孔70の個数と同数の直線状のピン15を有しており、ピン15の端部の形状・太さは、電極側孔60や保持側孔70に嵌り込む大きさになっている。
When the
The
電極側孔60と保持側孔70が互いに対面した状態で、ピン15の一端が電極側孔60に嵌り込み、他端が保持側孔70に嵌り込み、カソード電極1と保持部材5は、ピン15によって互いに固定されている。
カソード電極1は、タンタルで構成され、ピン15は、タングステンで構成され、保持部材はモリブデンで構成されている。
With the
The
筺体11の内部には、フィラメント2が配置されている。そのフィラメント2の側方には複数位置に、不図示の支持部が配置されている。
保持部材5は、支持部上に乗せられ、互いに固定された保持部材5とカソード電極1は、支持部によって筺体11内で静止されている。この状態では、カソード電極1は、カソード電極1と保持部材5とが、直接接触しないようにピン15を介して保持部材5に保持されている。
フィラメント2は、カソード電極1と、ピン15と、保持部材5と非接触にされており、電子加速電源22が短絡電流を流さないようにしている。
A
The
The
カソード電極1が保持部材5に保持された状態では、保持側孔70の内周面と、ピン15の一端部の外周面が互いに接触し、電極側孔60の内周面とピン15の他端部の外周面とが互いに接触するから、保持側孔70の内周面を保持側接触面と呼び、電極側孔60の内周面を電極側接触面と呼ぶと、保持側接触面にはモリブデンが露出され、電極側接触面にはタンタルが露出されている。
従って、ピン15は一端がモリブデンと接触しており、他端がタンタルに接触してカソード電極1が保持部材5に支持されていることになる。
In a state where the
Therefore, one end of the
保持部材5は負電圧電源20の出力端子に電気的に接続されている。カソード電極1とピン15と保持部材5は導電性の材質であり、ピン15の一端と保持側接触面が接触してピン15と保持部材5が電気的に接続され、ピン15の他端と電極側接触面が接触し、ピン15とカソード電極1が電気的に接続されて、負電圧電源20を起動し出力端子から負電圧を出力すると保持部材5とピン15とを介してカソード電極1に負電圧が印加されるように構成されている。
The
カソード電極1の表面に、窪みから成る凹部16が形成されている。
カソード電極1の裏面には、その裏面から離間した下方位置にフィラメント2が配置されている。
フィラメント2には、加熱電源21が接続されている。加熱電源21は、フィラメント2に電流を流し、フィラメント2を所定の温度に発熱させるように構成されており、フィラメント2は、真空中で通電されると、カソード電極を加熱すると共に、電子を放出する。
On the surface of the
On the back surface of the
A
フィラメント2には、さらに電子加速電源22が接続されており、電子加速電源22を動作させると、フィラメント2には、フィラメント2の電圧がカソード電極1の電圧よりも低くなるように、負の電子加速電圧が印加される。ここでは、フィラメント2には、カソード電極1の電圧より最大1.5kV低くなるように電圧が印加される。
An electron
その状態でフィラメント2から電子が放出されると、電子はカソード電極1へ向かって加速され、カソード電極1に衝突する。この電子のカソード電極1への衝突と、カソード電極1に流れる電流によってカソード電極1が加熱され、昇温する。
When electrons are emitted from the
カソード電極1の表面には、その表面から離間した上方位置にアノード電極3が配置されている。
アノード電極3は筒状であり、アノード電極3の一方の開口(カソード側開口18)は、カソード電極1の凹部16に向けられている。
アノード電極3の他方の開口は、真空槽25の内部に向けられており、その開口を介して真空槽25の内部とアノード電極3の内部が接続されている。
アノード電極3は、筺体11に接続されており、接地電位となっている。
On the surface of the
The anode electrode 3 has a cylindrical shape, and one opening (cathode side opening 18) of the anode electrode 3 faces the
The other opening of the anode electrode 3 is directed to the inside of the
The anode electrode 3 is connected to the
上記電子銃10を用いた蒸着のプロセスを詳述する。
真空槽25には、不図示の搬入室と搬出室とが真空バルブを介して接続されている。
真空槽25と搬入室と搬出室は、真空ポンプにそれぞれ接続されており、真空槽25内部は真空槽25に接続された真空ポンプ39により真空排気され、真空雰囲気に置かれており、真空バルブを開閉し、真空槽25の真空雰囲気を維持したまま、搬入室を介して基板30を真空槽25内に搬入し、基板ホルダ29に保持させる。
The vapor deposition process using the
A carry-in chamber and a carry-out chamber (not shown) are connected to the
The
発熱装置32を起動してカソード電極1を所定の温度(ここでは2850K程度)まで加熱すると、カソード電極1から電子が放出される。負電圧電源20を起動し、アノード電極3とカソード電極1のそれぞれに電圧を印加すると、アノード電極3とカソード電極1の電位差(ここでは40kV)によって、放出された電子は、アノード電極側へ加速される。
When the
カソード電極1の上方には、リング状のウェネルト電極4が配置されている。ウェネルト電極4には、負電圧電源20が接続され、カソード電極1と等電圧が印加されている。
カソード電極1の表面の形状は、円柱状であり、円柱の中央に外周が円形の窪みから成る凹部16が形成されている。凹部16の表面は凹レンズ状である。カソード電極1の少なくとも凹部16にはタンタルが露出している。
A ring-shaped
The shape of the surface of the
ウェネルト電極4は、電子との反発によりカソード電極1の凹部16から引き出された電子を収束させている。
凹部16から引き出された電子は、凹部16表面の形状により筒状のアノード電極3内部でビーム径を収束させるように構成されており、ウェネルト電極4に狭められた電子は、アノード電極3内で収束した後、アノード電極3内を進行し、アノード電極3の真空槽25側の開口から真空槽25内へ放出される。
The
The electrons drawn from the
真空槽25内へ放出された電子は、蒸着材料35上に照射され、蒸着材料35を加熱し蒸発させる。蒸発した蒸着材料35の蒸気は、基板30の表面に到達し、基板30の表面に蒸着材料35からなる薄膜が形成される。基板30の表面に所定膜厚の薄膜が形成されたら、負電圧電源20と加熱電源21の電源を切り、薄膜が形成された基板30を真空槽25から搬出室を介して大気雰囲気中へ取出される。
The electrons emitted into the
タンタルは2500Kにおいて仕事関数が4.12、電子放出密度が、1.9×104(A/m2)であり、タングステンは2500Kにおいて仕事関数が4.54、電子放出密度が、2.6×103(A/m2)である。
従来のタングステンで構成されたカソード電極1は、2850K程度まで加熱されると、必要な電子放出量が得られるが、タンタルで構成されたカソード電極1は、2700K程度に加熱されると、同じ必要な電子放出量が得られる。
Tantalum has a work function of 4.12 and an electron emission density of 1.9 × 10 4 (A / m 2 ) at 2500 K, and tungsten has a work function of 4.54 and an electron emission density of 2.6 at 2500 K. × 10 3 (A / m 2 ).
The
タンタルで構成されたカソード電極1は、従来より低い温度で必要な電子放出量が得られるので、カソード電極1からピン15を介した熱伝導によってピン15と接触する保持部材5は従来より昇温せず、ピン15は固着しない。従って、カソード電極1、ピン15と保持部材5を従来より長期間使用することができる。
Since the
また、電子銃10を用いて真空処理を複数回行う場合、ピン15と保持部材5が低い温度なのでピン15と保持部材5の膨張量が従来より小さくなり、ピン15と保持部材5が擦れてピン15が保持部材5から抜けなくなる現象を防ぐことができる。
In addition, when the vacuum treatment is performed a plurality of times using the
1……カソード電極
2……フィラメント
3……アノード電極
5……保持部材
10……電子銃
15……ピン
25……真空槽
31……カソード部材
32……発熱装置
35……蒸発材料
39……真空ポンプ
50……真空処理装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記カソード電極は、タンタルで構成された電子銃。 A ring-shaped holding member; a cathode electrode that emits electrons; a heating device that heats the cathode electrode; and three or more pins that electrically connect the holding member and the cathode electrode. Is an electron gun held by the holding member via the pin,
The cathode electrode is an electron gun made of tantalum.
前記電子銃は、前記真空槽内部に電子を放出するように構成され、
処理対象物の処理を前記真空槽内で行う真空処理装置。 A vacuum chamber, a vacuum pump, and the electron gun according to any one of claims 1 and 2,
The electron gun is configured to emit electrons into the vacuum chamber;
The vacuum processing apparatus which processes a process target object in the said vacuum chamber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009187183A JP2011040293A (en) | 2009-08-12 | 2009-08-12 | Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009187183A JP2011040293A (en) | 2009-08-12 | 2009-08-12 | Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011040293A true JP2011040293A (en) | 2011-02-24 |
Family
ID=43767847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009187183A Pending JP2011040293A (en) | 2009-08-12 | 2009-08-12 | Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011040293A (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03194836A (en) * | 1989-12-22 | 1991-08-26 | Shinko Electric Co Ltd | Electron beam generator |
JPH0394759U (en) * | 1990-01-11 | 1991-09-26 | ||
JPH076718A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Nec Corp | Electron gun for electron beam machining |
JPH10223166A (en) * | 1997-01-31 | 1998-08-21 | Nikon Corp | Electron gun |
JP2001345062A (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Toshiba Corp | Electron gun, exposing device and exposing method |
-
2009
- 2009-08-12 JP JP2009187183A patent/JP2011040293A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03194836A (en) * | 1989-12-22 | 1991-08-26 | Shinko Electric Co Ltd | Electron beam generator |
JPH0394759U (en) * | 1990-01-11 | 1991-09-26 | ||
JPH076718A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Nec Corp | Electron gun for electron beam machining |
JPH10223166A (en) * | 1997-01-31 | 1998-08-21 | Nikon Corp | Electron gun |
JP2001345062A (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Toshiba Corp | Electron gun, exposing device and exposing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5808417B2 (en) | Apparatus for forming an electron beam | |
US20080283745A1 (en) | Emitter chamber, charged partical apparatus and method for operating same | |
TWI720372B (en) | Ion source and indirectly heated cathodeion source | |
JP5514472B2 (en) | Charged particle beam equipment | |
JP2015028879A (en) | Target for x-ray generation and x-ray generation device | |
KR20040106580A (en) | Indirectly heated cathode ion source | |
US4019077A (en) | Field emission electron gun | |
US3440475A (en) | Lanthanum hexaboride cathode system for an electron beam generator | |
US10903037B2 (en) | Charged particle beam device | |
JP2010186694A (en) | X-ray source, x-ray generation method, and method for manufacturing x-ray source | |
US20080284332A1 (en) | Gun chamber, charged particle beam apparatus and method of operating same | |
US2960457A (en) | Apparatus for vaporizing coating materials | |
KR101586342B1 (en) | Soft x-ray generator with improved neutralizing range and heat-dissipating function | |
TW201737285A (en) | Indirectly heated cathode ion source and repeller for use within an ion source chamber | |
US3436584A (en) | Electron emission source with sharply defined emitting area | |
US7657003B2 (en) | X-ray tube with enhanced small spot cathode and methods for manufacture thereof | |
EP3142138A1 (en) | X-ray tube | |
JP2011040293A (en) | Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun | |
JP2008140623A (en) | Electron beam source device | |
JP5159724B2 (en) | Electron gun, vacuum processing equipment using electron gun | |
JP2020173984A (en) | Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method | |
US2204999A (en) | Electric discharge device | |
JP5709922B2 (en) | Electron gun and electron beam device | |
WO2023203755A1 (en) | Charged particle beam device | |
JP2011040292A (en) | Electron gun, and vacuum treatment device using the electron gun |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120425 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121127 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130402 |