JP2019179706A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

【課題】電子銃の構成要素の設計自由度が大きく制約されることなく、電子銃の保守性の向上を図ることが可能な電子銃を提供する。【解決手段】電子ビームを発生する電子発生源と、電子ビームを１８０度から２７０度の範囲に偏向し、かつ電子ビームをスポット状に成形する、磁界を発生する磁力発生源と、電子ビームが照射される材料を収容する容器と、磁力発生源に磁気回路接続され、電子ビームの軌道を挟んで配置された、一対の板状の側板ヨークを備え、磁力発生源は、電子発生源から見て容器とは反対の側に配置され、かつ電子ビームの偏向軌道の外に配置されており、側板ヨークは、電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっている電子銃を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子発生源から電子ビームを発生させる電子銃に関する。

光学デバイスや電子デバイスを作製するために、半導体基板等に被膜を形成する方法として、電子ビーム蒸着法が知られている。
電子ビーム蒸着法では、被膜の材料に電子ビームを照射して、材料を加熱して蒸発させることにより、半導体基板等に被膜を形成する。

電子ビーム蒸着法に用いられる電子銃の一般的な基本構造を、図５に示す。
この図５に示す電子銃は、図示を省略した電子発生源およびアノードと、走査コイル５と、一対の側板ヨーク７ａ及び７ｂと、一対のポールピース８と、水冷機構を備えた水冷ルツボ１３を備えている。水冷ルツボ１３は、被膜を形成するための蒸着材料１４を収容する。また、図示を省略しているが、電子銃および水冷ルツボ１３のおおよそ上方に、被膜を形成する対象の基材（半導体基板等）が配置される。

この電子銃では、マイナスの高電位とされた電子発生源と、アース電位とされたアノードとの間に形成される電界によって、電子ビーム４が引き出される。引き出された電子ビーム４は、側板ヨーク７ａおよび７ｂやポールピース８が形成する電子ビーム偏向磁界１２によって、２７０度偏向されてスポット状に成形されて、水冷ルツボ１３内に充填された蒸着材料１４の表面に照射される。これにより、電子ビーム４が照射された蒸着材料１４は、加熱されて蒸発する。ここで、走査コイル５が電子ビーム４との交差空間に形成する交流磁界によって、蒸着材料１４の表面に照射される電子ビーム４のスポット２１が、図中の軌跡２２で示すように、蒸着材料１４の表面上を走査されるので、蒸着材料１４の表面を均一に加熱することができる。そして、蒸発した蒸着材料１４は、上方に配置された基材の表面に堆積する。
このようにして、基材の表面に、蒸着材料１４の被膜を形成することができる。

上述した基本構造を備えた、従来の電子銃の一例（従来例１）の概略構成図を、図６に示す。また、図６のＡ−Ａ´における断面図を図７に示し、図６のＢ−Ｂ´における断面図を図８に示す。なお、図６は、水冷ルツボ１３の部分を蒸発材料１４が見えるように断面図としており、その他の部分は一方の側方ヨーク７ｂの側面から見た図としている。

図６〜図８に示す電子銃２１０は、図５に示した基本構造に加えて、電子発生源１と、電子発生源１を固定する高電圧端子２と、アノード３と、水冷ルツボ１３の下方に配置された磁力発生源６と、側板ヨーク７ａおよび７ｂの上部に接続されたポールピース９と、側板ヨーク７ａおよび７ｂの右に接続された磁気調整板１１を備えている。
磁力発生源６は、中央部に配置された永久磁石６ａと、永久磁石６ａの両側面に磁気回路接続されたヨーク６ｂおよび６ｃと、磁気調整棒１０から構成されている。そして、それぞれ円柱状の永久磁石６ａとヨーク６ｂおよび６ｃに対して、その中心部を磁気調整棒１０が貫通している。
側板ヨーク７ａおよび７ｂは、磁力発生源６の側方に配置されて、磁力発生源６と磁気回路接続されている。
電子発生源１と高電圧端子２、磁力発生源６、走査コイル５は、ケース２０内に収容されている。側板ヨーク７ａ及び７ｂは、上部のポールピース８，９と接続された部分以外は、ケース２０内に収容されている。なお、ケース２０は透明または不透明のいずれの構成も可能であるが、図６ではケース２０の内部が見えるように、ケース２０は断面図で表現している。

この電子銃２１０では、マイナスの高電位の電子発生源１とアース電位のアノード３との間に形成される電界によって、電子ビーム４が引き出される。引き出された電子ビーム４は、側板ヨーク７ａおよび７ｂやポールピース８とポールピース９が形成する電子ビーム偏向磁界１２によって、２７０度偏向されて、スポット状に成形される。そして、偏向された電子ビーム４は、図５に示した基本構造と同様に、水冷ルツボ１３内に充填された蒸着材料１４の表面に照射され、蒸着材料１４が加熱されて蒸発する。

また、この電子銃２１０では、適切な太さの磁気調整棒１０と、適切な厚さの磁気調整板１１を、側板ヨーク７ａ及び７ｂに短絡させることにより、電子ビーム偏向磁界１２が最適な強度に調整されている。

なお、従来例１の電子銃２１０の永久磁石６ａの代わりに電磁石が設けられている構成が、特許文献１に開示されている。

次に、上述した基本構造を備えた、従来の電子銃の他の例（従来例２）の概略構成図を、図１０に示す。なお、図１０は、水冷ルツボ１３の部分を蒸発材料１４が見えるように断面図としており、その他の部分は一方の側方ヨーク７ｂの側面から見た図としている。

図１０に示す電子銃２２０は、図５に示した基本構造に加えて、電子発生源１と、電子発生源１を固定する高電圧端子２と、アノード３と、電子発生源１の下方に配置された磁力発生源６と、側板ヨーク７ａおよび７ｂの右に接続された磁気調整板１１を備えている。
磁力発生源６は、中央部に配置された永久磁石６ａと、永久磁石６ａの両側面に磁気回路接続されたヨーク６ｂおよび６ｃと、磁気調整棒１０から構成されている。そして、それぞれ円柱状の永久磁石６ａとヨーク６ｂおよび６ｃに対して、その中心部を磁気調整棒１０が貫通している。
側板ヨーク７ａおよび７ｂは、磁力発生源６の側方に配置されて、磁力発生源６と磁気回路接続されている。
電子発生源１と高電圧端子２、磁力発生源６、走査コイル５、側板ヨーク７ａ及び７ｂは、ケース２０内に収容されている。なお、図１０では、図６と同様にケース２０の内部が見えるように、ケース２０は断面図で表現している。

また、図１０のＡ−Ａ´における断面図を、図１１Ａと図１１Ｂにそれぞれ示す。図１１Ａは、内部ポールピースが構成された場合（標準構成）の断面図である。図１１Ｂは、内部ポールピースが構成されていない場合の断面図である。
図１１Ａに示す断面図では、側板ヨーク７ａおよび７ｂから、それぞれ電子ビーム４の軌道に向けて内側に延びるように、上下２対４本の内部ポールピース１８が配置されている。これらの内部ピールピース１８によって、図中左向きの磁界１９が形成される。この磁界１９によって、磁力発生源６の永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によって電子ビーム４に作用するローレンツ力１６ａを補正することができる。図１１Ｂでは電子ビーム４が発散する方向にローレンツ力１６ａが作用しているが、図１１Ａでは電子ビーム４が発散しない方向にローレンツ力１６ａが補正されている。

なお、図５に示した基本構造では側板ヨーク７ａ及び７ｂの横にポールピース８が接続されていたが、この電子銃２２０では、側板ヨーク７ａおよび７ｂに接続されたポールピース８が、側板ヨーク７ａおよび７ｂの上方に延びた構成となっている。また、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ポールピース８は、さらに上部が内側に延びて形成され、電子ビーム４の軌道を囲う構成となっている。

この電子銃２２０では、マイナスの高電位の電子発生源１とアース電位のアノード３との間に形成される電界によって、電子ビーム４が引き出される。引き出された電子ビーム４は、側板ヨーク７ａおよび７ｂやポールピース８が形成する電子ビーム偏向磁界１２によって、図１１Ａの場合はさらに内部ポールピース１８が形成する磁界１９にもよって、２７０度偏向され、スポット状に成形される。そして、偏向された電子ビーム４は、図５に示した基本構造と同様に、水冷ルツボ１３内に充填された蒸着材料１４の表面に照射され、蒸着材料１４が加熱されて蒸発する。

また、この電子銃２２０では、適切な太さの磁気調整棒１０と、適切な厚さの磁気調整板１１を、側板ヨーク７ａ及び７ｂに短絡させることにより、電子ビーム偏向磁界１２が最適な強度に調整されている。

なお、従来例２の電子銃２２０と磁力発生源の配置等が同様である構成が、特許文献２に開示されている。

特許第６１９５６６２号明細書 特許第５１３１５４７号明細書

しかしながら、従来例１の電子銃２１０では、図６及び図７に示すように、水冷ルツボ１３の下方に磁力発生源６が配置されているため、水冷ルツボ１３の寸法や配置の設計自由度が大きな制約を受けていた。
また、水冷ルツボ１３の下方に磁力発生源６が配置されているため、磁力発生源６の永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によって、水冷ルツボ１３付近の電子ビーム４にはローレンツ力１６ｂが作用して大きく偏向する。このため、蒸着材料１４の蒸発消耗によって蒸着材料１４の表面の高さが低下するにつれて、電子ビーム４のスポット位置が電子発生源１の方向に次第にずれていく。

これに対して、従来例２の電子銃２２０では、図１０に示すように、電子発生源１の下方に磁力発生源６が配置されているため、水冷ルツボ１３の寸法や配置の設計自由度が制約を受けることはない。また、磁力発生源６が水冷ルツボ１３から離れるため、水冷ルツボ１３付近の電子ビーム４への漏れ磁界１５の影響は小さくなる。

従来例２の電子銃２２０では、電子発生源１の側方に側板ヨーク７ａおよび７ｂが配置されているため、図示しないが、電子発生源１の上方に電子銃開口部を設けて、上方から電子発生源１を脱着できるような構造としている。

しかしながら、電子銃開口部との緩衝を回避するため、走査コイル５等の寸法や配置の設計自由度が大きな制約を受ける。
また特に、図１１Ａに示した内部ポールピース１８を設けた構成においては、電子銃を長時間連続稼働させる場合、電子発生源１からの輻射熱によって内部ポールピース１８の温度が次第に上昇して、磁界１９の強度が弱くなる。このように磁界１９が弱くなると、電子ビーム４のスポットの位置や絞りの安定性が低下する問題が生じる。

上述した問題の解決のために、本発明においては、ルツボ、走査コイルなどの電子銃の構成要素の設計自由度が大きく制約されることなく、電子銃の保守性の向上を図ることが可能な電子銃を提供するものである。

本発明の電子銃は、電子ビームを発生する電子発生源と、電子ビームを１８０度から２７０度の範囲に偏向し、かつ前記電子ビームをスポット状に成形する、磁界を発生する磁力発生源と、電子ビームが照射される材料を収容する容器と、磁力発生源に磁気回路接続され、電子ビームの軌道を挟んで配置された、一対の板状の側板ヨークを備える。
そして、本発明の電子銃では、磁力発生源は、電子発生源から見て、容器とは反対の側に配置され、かつ電子ビームの偏向軌道の外に配置され、側板ヨークは、電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっている

本発明の電子銃において、磁力発生源を、中央部に配置された第１のヨークと、この第１のヨークの両外側にそれぞれ接続された磁石と、各磁石の外側に配置された第２のヨークとから構成することもできる。

本発明の電子銃において、電子銃の構成要素を冷却する冷却部をさらに備え、側板ヨークが冷却部の外側に接しており、側板ヨークの磁力発生源の外側の面と対向する部分が第２の開口部となっており、磁力発生源と側板ヨークの第２の開口部における端面とが接続されている構成とすることもできる。

上述の本発明の電子銃によれば、磁力発生源は、電子発生源から見て、電子ビームが照射される材料を収容する容器とは反対の側に配置され、かつ電子ビームの偏向軌道の外に配置されている。これにより、容器の設計の自由度が向上すると共に、容器内の材料に照射される電子ビームのスポットの位置のずれをほとんど無くすことができる。また、磁力発生源からの漏れ磁界の電子ビームに作用する影響を低減することができる。
従って、容器の設計の自由度を向上し、電子ビームのスポットの位置や絞りの安定性を向上することができる。

また、上述の本発明の電子銃によれば、側板ヨークは電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっているので、電子発生源を側板ヨークの第１の開口部から容易に取り出すことができる。これにより、電子銃の構成要素の寸法や配置の設計自由度を向上し、電子銃の保守性を向上することができる。

本発明の電子銃の一実施の形態の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ´における断面図である。 図１のＢ−Ｂ´における断面図である。 実施形態の電子銃で水冷ブロックを設けた場合の概略構成図である。 電子ビーム蒸着法に用いられる電子銃の一般的な基本構造を示す図である。 従来の電子銃の一例（従来例１）の概略構成図である。 図６のＡ−Ａ´における断面図である。 図６のＢ−Ｂ´における断面図である。 Ａ、Ｂ 従来例１の電子銃で水冷ブロックを設けた場合の概略構成図である。 従来の電子銃の他の例（従来例２）の概略構成図である。 Ａ、Ｂ 図１０のＡ−Ａ´における断面図である。Ａは内部ポールピースが構成された場合の図である。Ｂは内部ポールピースが構成されていない場合の図である。 Ａ、Ｂ 従来例２の電子銃で水冷ブロックを設けた場合の概略構成図である。

本発明の電子銃の具体的な実施の形態の説明に先立ち、まず、本発明の概要を説明する。

本発明の電子銃は、電子ビームを発生させて、容器に収容された材料に電子ビームを照射することによって、材料を加熱して、加熱された材料を、蒸発または溶融させるものである。本発明の電子銃を、例えば、電子ビーム蒸着法や電子ビーム溶融法に用いることができる。

本発明の電子銃は、電子ビームを発生する電子発生源と、磁力発生源と、電子ビームが照射される材料を収容する容器と、磁力発生源に磁気回路接続され、電子ビームの軌道を挟んで配置された、一対の板状の側板ヨークを備えている。
磁力発生源は、電子ビームを１８０度から２７０度の範囲に偏向し、かつ電子ビームをスポット状に成形する、磁界を発生する。そして、磁力発生源は、電子発生源から見て、容器とは反対の側に配置され、かつ電子ビームの偏向軌道の外に配置されている。
側板ヨークは、電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっている。

電子発生源は、例えば、フィラメントが組み込まれて構成される。
フィラメントが通電されて加熱されることにより熱電子が放出され、アノードと電子発生源の電位差によって形成される電界で熱電子を加速することにより、電子ビームを生成することができる。
フィラメントは、繰り返しの使用により消耗していくので、消耗して劣化したフィラメントの交換が必要になる。フィラメントを交換する際には、電子発生源を電子銃から取り出す。

磁力発生源は、磁石と、磁石に磁気回路接続されたヨークとを備えて構成する。
磁石には、永久磁石または電磁石のいずれを用いても構わない。
磁力発生源の磁石及びヨークは、例えば、四角形や多角形の角柱状もしくは円柱状のように、一方向に長い構成とすることが好ましい。
そして、磁石の外側にヨークを接続することにより、磁石とヨークとを磁気回路接続させる。これにより、磁石の両外側の磁極（Ｓ，Ｎ）から発生する磁界が、磁石の外側に接続されたヨークを通るので、磁石の外側に何も接続しない場合と比較して、磁石からの漏れ磁界を大幅に低減することができる。ただし、磁石の外側にヨークを接続しても、磁石のヨークと接続されていない側面の周囲に漏れ磁界が発生する。

一対の側板ヨークは、磁力発生源に磁気回路接続される。これにより、磁力発生源（磁石、ヨーク）から発生した磁界を、側板ヨークに通すことができ、図５に示した基本構造と同様に、一対の側板ヨークの間に電子ビーム偏向磁界を形成する。
そして、一対の側板ヨークは、電子ビームの軌道を挟んで配置されているので、側板ヨークからの電子ビーム偏向磁界によって、電子ビームを１８０度から２７０度の範囲に偏向することができる。

容器は、電子ビームが照射される材料を収容する。
容器としては、例えば、ルツボ、ハース（トラフ）、その他箱状の容器、等が挙げられる。
容器に収容された材料は、電子発生源から発生した電子ビームが照射されることによって、加熱される。
例えば、電子銃を電子ビーム蒸着法に用いる場合には、容器に収容された蒸着材料（液体または固体）を、電子ビームの照射により加熱して蒸発させて、容器の上方に配置された基板に蒸着させて、基板上に被膜を形成する。
また例えば、電子銃を電子ビーム溶融法に用いる場合には、容器に収容された固体材料を、電子ビームの照射により加熱して溶融させて融液とする。融液は、例えば、所望の形状の型に収容して冷却固化させることにより、所望の形状とすることができる。

本発明の電子銃では、特に、磁力発生源は、電子発生源から見て、容器とは反対の側に配置され、かつ電子ビームの偏向軌道の外に配置されている。
これにより、容器と磁力発生源とが離れて配置されているので、容器の設計の自由度が向上すると共に、磁力発生源からの漏れ磁界によって電子ビームが受けるローレンツ力が極めて小さくなり、ローレンツ力によって電子ビームを偏向させる作用を抑制することができる。従って、容器内の材料に照射される電子ビームのスポットの位置が電子発生源の方向にずれることをほとんど無くすことができる。
また、電子発生源１の下に磁力発生源６が配置された、図６の従来例２の電子銃２２０の構成よりも、電子発生源から磁力発生源が離れて配置されるので、磁力発生源の磁石からの漏れ磁界の電子ビームに作用する影響を低減することができる。従って、電子ビームの絞りの安定性を向上することができる。
即ち、磁力発生源を上述した配置としたことにより、容器の設計の自由度を向上し、電子ビームのスポットの位置や絞りの安定性を向上することができる。

また、本発明の電子銃では、特に、側板ヨークは、電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっている。これにより、電子発生源のフィラメントを交換する場合等、電子発生源を取り出す際に、電子発生源を、その側方にある側板ヨークの第１の開口部から取り出すことができる。このため、電子銃開口部を上方に設けて電子発生源１を上方に取り出す必要がある、従来例２の電子銃２２０と比較して、電子銃の構成要素（走査コイルや水冷部など）の寸法や配置の設計自由度が大きくなる。また、電子発生源を側方に取り出す際に、他の構成要素と緩衝することがなく、電子発生源の取り出しが容易になり、電子銃の保守性が向上する。
即ち、側板ヨークを上述した第１の開口部を有する構成としたことにより、電子銃の構成要素の寸法や配置の設計自由度を向上し、電子銃の保守性を向上することができる。

本発明の電子銃において、より好ましくは、磁力発生源を、中央部に配置された第１のヨークと、第１のヨークの両外側にそれぞれ接続された磁石と、各磁石の外側に配置された第２のヨークとから構成する。
これにより、電子ビームの軌道が通過する中央部には、永久磁石ではなく第１のヨークが配置されているため、永久磁石からの漏れ磁界によって電子ビームが受けるローレンツ力は小さくなり、かつローレンツ力は電子ビームが収束する方向に作用する。
従って、永久磁石からの漏れ磁界による電子ビームの軌道への影響を小さくして、電子ビームの軌道をずれにくくすることができる。

本発明の電子銃において、より好ましくは、電子銃の構成要素を冷却する冷却部をさらに備え、側板ヨークが冷却部の外側に接しており、側板ヨークの磁力発生源の外側の面と対向する部分が第２の開口部となっており、磁力発生源と側板ヨークの第２の開口部における端面とが接続されている構成とする。
これにより、磁力発生源や冷却部の寸法に製造上のばらつきがあっても、そのばらつきの側方ヨークへの影響を大幅に低減することができ、かつ側板ヨークの第２の開口部における端面で磁力発生源と隙間無く確実に接続させることができる。そして、磁力発生源と側板ヨークとの隙間に起因する磁気抵抗が発生しないので、磁気抵抗のばらつきに起因する電子ビーム偏向磁界の強度の電子銃個体差の発生を抑制して、電子銃の不良率を低減することができる。

続いて、本発明の電子銃の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の電子銃の一実施の形態の概略構成図を、図１に示す。
また、図１のＡ−Ａ´における断面図を図２に示し、図１のＢ−Ｂ´における断面図を図３に示す。

図１〜図３に示す電子銃１００は、電子発生源１と、電子発生源１を固定する高電圧端子２と、アノード３と、走査コイル５と、磁力発生源６と、一対の側板ヨーク７ａおよび７ｂと、ポールピース８と、磁気調整板１１と、水冷機構を備えた水冷ルツボ１３を備えている。

水冷ルツボ１３は、図示しない水冷機構を備え、被膜を形成するための蒸着材料１４を収容する。
ポールピース８は、図５に示した基本構造と同様に、一対の側板ヨーク７ａおよび７ｂのそれぞれに１個ずつ接続され、２個のポールピース８が水冷ルツボ１３の両側に延びて形成されている。
磁気調整板１１は、側板ヨーク７ａおよび７ｂの図１の左上の部分に接続されている。
また、図示を省略しているが、電子銃および水冷ルツボ１３のおおよそ上方に、被膜を形成する対象の基材（半導体基板等）が配置される。

電子発生源１と高電圧端子２，磁力発生源６、走査コイル５、側板ヨーク７ａおよび７ｂ、磁気調整板１１は、ケース２０内に収容されている。
なお、ケース２０は、透明または不透明のいずれの構成も可能であるが、図１では、図６や図１０と同様に、ケース２０の内部が見えるように、ケース２０を断面図で表現している。

この電子銃１００では、マイナスの高電位の電子発生源１とアース電位のアノード３との間に形成される電界によって、電子ビーム４が引き出される。引き出された電子ビーム４は、側板ヨーク７ａおよび７ｂやポールピース８が形成する電子ビーム偏向磁界１２によって、２７０度偏向されて、スポット状に成形される。そして、偏向された電子ビーム４は、図５に示した基本構造と同様に、水冷ルツボ１３内に充填された蒸着材料１４の表面に照射され、蒸着材料１４が加熱されて蒸発する。
ここで、走査コイル５が電子ビーム４との交差空間に形成する交流磁界によって、蒸着材料１４の表面に照射される電子ビーム４のスポットが、蒸着材料１４の表面上を走査されるので、蒸着材料１４の表面を均一に加熱することができる。そして、蒸発した蒸着材料１４は、上方に配置された基材の表面に堆積する。
このようにして、基材の表面に、蒸着材料１４の被膜を形成することができる。

また、この電子銃１００では、適切な太さと適切な厚さの磁気調整板１１を、側板ヨーク７ａ及び７ｂに短絡させることにより、電子ビーム偏向磁界１２が最適な強度に調整されている。

本実施の形態の電子銃１００では、特に、磁力発生源６が、電子発生源１から見て水冷ルツボ１３とは反対の側に配置され、かつ電子ビーム４の偏向軌道の外に配置されている。具体的には、図１において、電子発生源１の右側の上方に水冷ルツボ１３が配置され、電子発生源１の左に磁力発生源６が配置されている。
これにより、磁力発生源６が水冷ルツボ１３の下に配置された、従来例１の電子銃２１０と比較して、水冷ルツボ１３の設計の自由度が向上する。
また、磁力発生源６が、電子発生源１から見て水冷ルツボ１３とは反対の側に配置され、電子ビーム４の偏向軌道の外に配置されているので、磁力発生源６が水冷ルツボ１３から離れて配置されている。これにより、永久磁石６ａからの漏れ磁界１５による、電子ビーム４を偏向させるローレンツ力の作用は、極めて小さくなっている。このため、蒸着材料１４の蒸発消耗によって蒸着材料１４の表面の高さが低下しても、電子ビーム４のスポットの位置が電子発生源１の方向にずれることがほとんど無くなる。

また、本実施の形態の電子銃１００では、一対の側板ヨーク７ａおよび７ｂは、電子発生源１に対向する部分に四角形状の切り欠きを有していて、電子発生源１と対向する部分が開口（第１の開口部）となっている。
これにより、電子発生源１を、その側方にある、側板ヨーク７ａおよび７ｂの第１の開口部から、容易に取り出すことができる。このため、電子銃開口部を上方に設けて電子発生源１を上方に取り出す必要がある、従来例２の電子銃２２０と比較して、走査コイル５などの寸法や配置の設計自由度が大きくなる。また、電子発生源１を側方に取り出す際に、他の部品と緩衝することがなく、電子発生源１の取り出しが容易になり、電子銃の保守性が向上する。

また、本実施の形態の電子銃１００では、磁力発生源６を、従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０とは異なる構成としている。

従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０では、図８や図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、磁力発生源６を、中央部に１個の永久磁石６ａが配置され、この永久磁石６ａの両側面にヨーク６ｂおよび６ｃが配置された構成としている。そして、永久磁石６ａと、ヨーク６ｂおよび６ｃとが、磁気回路接続されている。
このような構成の磁力発生源６では、中央部に永久磁石６ａが配置されているので、永久磁石６ａから電子ビーム４の軌道までの距離が比較的小さくなり、永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によって電子ビーム４に作用するローレンツ力が大きくなる。
特に、従来例２の電子銃２２０では、磁力発生源６が電子発生源１の下に配置されているので、図１１Ｂに示した内部ポールピースが構成されてない場合において、ローレンツ力１６ａは、電子ビーム４が発散する方向に作用する。電子ビーム４が発散する方向にローレンツ力１６ａが作用すると、電子ビーム４の軌道が側方にずれやすくなる。

そこで、上述したローレンツ力１６ａの電子ビーム４への作用を抑制するために、図１１Ａに示すように内部ポールピース１８を構成すれば、内部ポールピース１８により生じる磁界１９によって、永久磁石６ａからの漏れ磁界１５を補正することができる。
しかしながら、図１１Ａに示すように内部ポールピース１８を構成すると、図１に示したように電子発生源１の側方に対向する部分の側板ヨーク７ａおよび７ｂに開口部を設けることができないので、電子発生源１は上方に取り出すしかなくなる。また、内部ポールピース１８があるため、電子発生源１を上方に取り出す際の空間が狭くなり取り出しが煩雑になる。

これに対して、本実施の形態の電子銃１００では、図２および図３に示すように、磁力発生源６を、２個の永久磁石６ａと、２個の永久磁石６ａの間に磁気回路接続された第１のヨーク６ｄと、永久磁石６ａの外側に磁気回路接続された第２のヨーク６ｂおよび６ｃとを有する構成としている。即ち、電子ビーム４の軌道が通過する中央部には、永久磁石６ａではなく第１のヨーク６ｄが配置され、中央部の第１のヨーク６ｄを挟んで両側にそれぞれ永久磁石６ａが配置されている。
このように磁力発生源６の中央部に第１のヨーク６ｄが構成されているため、永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によって電子ビーム４が受けるローレンツ力１６ｃの大きさは小さい上に、ローレンツ力１６ｃは電子ビーム４が収束する方向に作用する。
従って、永久磁石６ａからの漏れ磁界１５による電子ビーム４の軌道への影響を小さくして、電子ビーム４の軌道をずれにくくすることができる。
また、図１１Ａに示した内部ポールピース１８を設ける必要がなく、図１に示すように電子発生源１の側方に対向する部分の側板ヨーク７ａおよび７ｂに開口部を設けて、電子発生源１を側方に取り出すことができる。

さらに、本実施の形態の電子銃１００では、特に、側方ヨーク７ａおよび７ｂが、磁力発生源６の側方の部分にも切り欠き（第２の開口部）を有している。そして、磁力発生源６の外側の第２のヨーク６ｂおよび６ｃと、板状の側方ヨーク７ａおよび７ｂとの接続が、側方ヨーク７ａおよび７ｂの側面（板の主面）ではなく、側方ヨーク７ａの第２の開口部の端面（板の非主面）となっている。
これにより、磁力発生源６などにおいて、寸法に製造上のばらつきがあっても、そのばらつきの側方ヨーク７ａおよび７ｂへの影響を大幅に低減することができる。

上述の製造上のばらつきの側方ヨーク７ａおよび７ｂへの影響を大幅に低減する効果は、電子銃１００の各部を冷却するための冷却部を、一対の側方ヨーク７ａおよび７ｂに接してそれらの間に設けた場合に顕著である。

ここで、従来例１の電子銃２１０、従来例２の電子銃２２０、本実施の形態の電子銃１００のそれぞれにおいて、一対の側方ヨーク７ａおよび７ｂの間に、かつ側方ヨーク７ａおよび７ｂと接して、冷却部として冷却ブロック１７ａを設けた構成を、比較して示す。
従来例１の電子銃２１０に水冷ブロック１７ａを設けた構成を、図９Ａおよび図９Ｂに示す。従来例２の電子銃２２０に水冷ブロック１７ａを設けた構成を、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す。本実施の形態の電子銃１００に水冷ブロック１７ａを設けた構成を、図４Ａおよび図４Ｂに示す。なお、これらの図面において、水冷ブロック１７ａ、磁力発生源６、および側板ヨーク７ａおよび７ｂ以外の電子銃構成要素は、説明を簡略化するために図示を省略している。

それぞれの構成において、水冷ブロック１７ａは、側方ヨーク７ａおよび７ｂに接しており、これにより、側方ヨーク７ａおよび７ｂを十分に冷却することができる。また、水冷ブロック１７ａは、電子発生源１や走査コイル５など、他の部品も冷却する。
本実施の形態の電子銃１００の図４Ａおよび図４Ｂでは、破線で示すように、水冷ブロック１７ａの中心部に凹部が形成され、この凹部の内部に空間１７ｃを有しており、空間１７ｃ内に走査コイル５などの他の部品が配置される。従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０の水冷ブロック１７ａでも、図示しないが他の部品が配置される空間を有している。
なお、従来例１の電子銃２１０では、水冷ブロック１７ａの下に、さらに別の水冷ブロック１７ｂが設けられている。

従来例１の電子銃２１０では、図９Ｂに示すように、水冷ブロック１７ａの横に側方ヨーク７ａおよび７ｂが接して設けられていると共に、磁力発生源６の外側のヨーク６ｂおよび６ｃの横に側方ヨーク７ａおよび７ｂが設けられている。これにより、側方ヨーク７ａおよび７ｂが水冷ブロック１７ａによって十分に冷却されると共に、磁力発生源６のヨーク６ｂおよび６ｃと側方ヨーク７ａおよび７ｂが磁気回路接続される。
従来例２の電子銃２２０では、図１２Ｂに示すように、従来例１の電子銃２１０と同様に、水冷ブロック１７ａの横に側方ヨーク７ａおよび７ｂが接して設けられていると共に、磁力発生源６の外側のヨーク６ｂおよび６ｃの横に側方ヨーク７ａおよび７ｂが設けられている。
これら従来例１の電子銃２１０および従来例２の電子銃２２０では、理想的には、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１と磁力発生源６の幅寸法Ｌ２が同一寸法とされる。

側板ヨーク７ａおよび７ｂは、水冷ブロック１７ａの両側面に当てて固定することで、間接的に冷却されることから、側板ヨーク７ａおよび７ｂの間隔は、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１によって規定される。
しかしながら、磁力発生源６の永久磁石６ａやヨーク６ｂおよび６ｃと、水冷ブロック１７ａとには、それぞれ製造上のばらつきが若干生じることがあり、それぞれの幅寸法Ｌ１およびＬ２を完全に一致させることが難しい。そして、冷却ブロック１７ａが側板ブロック７ａおよび７ｂと接していないと、冷却の効果が大幅に低下してしまう。これらのことから、従来例１の電子銃２１０および従来例２の電子銃２２０では、磁力発生源６の幅寸法Ｌ２を、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１より僅かに小さくなるように、設計している。このとき、図９Ｂおよび図１２Ｂに示す、磁力発生源６のヨーク６ｂおよび６ｃと側板ヨーク７ａおよび７ｂとの合わせ面ＭＳには、設計上（Ｌ１−Ｌ２）の隙間が生じる。この隙間は、磁気回路において磁気抵抗となり、この磁気抵抗の大きさは、製造の際に隙間の寸法公差の範囲でばらつくため、電子ビーム偏向磁界１２の強度において電子銃個体差が大きくなる。そして、ごく一部の個体では、標準的な強度範囲を外れて製品不良となる問題を生じることとなる。

本実施の形態の電子銃１００では、図４Ａに示すように、水冷ブロック１７ａの横に側方ヨーク７ａおよび７ｂが接して設けられている。これにより、側方ヨーク７ａおよび７ｂが水冷ブロック１７ａによって十分に冷却される。また、側方ヨーク７ａおよび７ｂの間隔は、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１によって規定される。

本実施の形態の電子銃１００では、さらに、前述したように、側方ヨーク７ａおよび７ｂが、磁力発生源６（第２のヨーク６ｂおよび６ｃ）の側方の部分に、切り欠き（第２の開口部）を有している。
また、図４Ｂに示すように、第２のヨーク６ｂおよび６ｃの形状を、従来例１の電子銃２１０および従来例２の電子銃２２０の円柱形から角柱形に変更している。そして、角柱形の第２のヨーク６ｂおよび６ｃの図４Ｂ中右側の側面に、側方ヨーク７ａおよび７ｂの第２の開口部の端面（板の非主面）を接続させている。
これにより、磁力発生源６と側方ヨーク７ａおよび７ｂを磁気回路接続させることができる。また、側板ヨーク７ａおよび７ｂが、第２のヨーク６ｂおよび６ｃの外側の面に接続してなくても、磁力発生源６と磁気回路接続されていることから、磁力発生源６の幅寸法Ｌ２は、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１と等しくする必要がない。
そして、水冷ブロック１７ａの幅寸法Ｌ１と磁力発生源６の幅寸法Ｌ２とに製造上のばらつきが生じても、側板ヨーク７ａおよび７ｂを水冷ブロック１７ａと第２のヨーク６ｂおよび６ｃとの両方に隙間無く接続させることができる。これにより、第２のヨーク６ｂおよび６ｃと側板ヨーク７ａおよび７ｂの間に磁気抵抗が発生しないので、磁気抵抗のばらつきに起因する電子ビーム偏向磁界１２の強度の電子銃個体差の発生を抑制することができる。

また、第２のヨーク６ｂおよび６ｃの形状を角柱形としたことにより、円柱形とした場合と比較して、側方ヨーク７ａおよび７ｂの第２の開口部の端面との接触面積を十分に確保することができる。これにより、第２のヨーク６ｂおよび６ｃの寸法などに製造上のばらつきを生じても、側方ヨーク７ａおよび７ｂの第２の開口部の端面と確実に接続することができる。

上述の本実施の形態の電子銃１００によれば、磁力発生源６が、電子発生源１から見て水冷ルツボ１３の反対の側に配置され、かつ電子ビーム４の偏向軌道の外に配置されている。このため、従来例１の電子銃２１０と比較して、水冷ルツボ１３の設計の自由度が向上し、また磁力発生源６が水冷ルツボ１３から離れて配置される。従って、磁力発生源６の永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によるローレンツ力の影響が、電子ビーム４を偏向させるには極めて小さくなり、蒸着材料１４の表面の高さが低下しても、電子ビーム４のスポットの位置が電子発生源１の方向にずれることがほとんど無くなる。
また、磁力発生源６が、従来例２の電子銃２２０と比較して、より電子発生源１から離れて配置されているので、電子ビーム４が磁力発生源６の永久磁石６ａからの漏れ磁界１５によって受ける影響が小さくなる。

また、本実施の形態の電子銃１００によれば、電子発生源１と対向する部分の側板ヨーク７ａおよび７ｂに、切り欠き（開口部）を有しているため、電子発生源１を側方に取り出すことができ、従来例２の電子銃２２０と比較して、走査コイル５や水冷ブロック１７ａなどの寸法や配置の設計自由度が向上する。

また、本実施の形態の電子銃１００によれば、磁力発生源６の中央部に第１のヨーク６ｄが構成され、第１のヨーク６ｄの両外側にそれぞれ永久磁石６ａが配置されている。このため、永久磁石６ａの漏れ磁界１５が電子ビーム４に作用するローレンツ力１６ｃは極めて小さくなり、電子ビーム４のスポットの位置や絞りの安定性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態の電子銃１００によれば、磁力発生源６は、側板ヨーク７ａおよび７ｂの水冷ブロック１７ａとの合わせ面（板の主面）とは異なる、側板ヨーク７ａおよび７ｂの端面（板の非主面）で磁気回路接続されている。このため、磁力発生源６と水冷ブロック１７ａの製造上のばらつきがあっても、磁力発生源６と側板ヨーク７ａおよび７ｂとを隙間無く接続することができるので、隙間の発生による磁気抵抗が無くなる。これにより、隙間による磁気抵抗の製造上のばらつきに起因する、電子ビーム偏向磁界強度の電子銃個体差を抑制することができ、電子銃１００の不良率を低減することができる。

従って、本実施の形態の電子銃１００の構成によって、電子銃１００の歩留まりの改善および保守性向上、蒸着装置の設計自由度向上、並びに、蒸着プロセスの再現性向上を図ることができる。

上述の実施の形態の電子銃１００では、電子ビーム偏向角度が２７０度の場合を例に挙げたが、電子ビーム偏向角度は１８０度〜２７０度の範囲内であれば、同様の効果が得られる。

上述の実施の形態の電子銃１００では、磁力発生源６に永久磁石６ａを用いた構成であったが、磁力発生源に電磁石を用いても同様の効果が得られる。
さらに、複数の磁力発生源を並列に配置して、それぞれの磁力発生源を側板ヨークと磁気回路接続させても、同様の効果が得られる。

上述の実施の形態の電子銃１００では、図２および図３に示すように、第１のヨーク６ｄの外側に配置された、磁力発生源６の２個の永久磁石６ａと２個の第２のヨーク６ｂ，６ｃを、それぞれ電子ビーム４の軌道を中心としてほぼ対称な配置としている。
磁力発生源の中央部に第１のヨーク６ｄが配置されていれば、漏れ磁界１５によるローレンツ力１６ｃを小さくする効果が得られるので、２個の永久磁石６ａと２個の第２のヨーク６ｂ，６ｃは電子ビーム４の軌道を中心としてほぼ対称な配置に限定されない。例えば、２個の永久磁石６ａや２個の第２のヨーク６ｂ，６ｃが、長さや電子ビーム４の軌道からの距離にある程度差を有する構成も、可能である。また、２個の永久磁石６ａが、磁力にある程度差を有する構成も、可能である。
また、第１のヨーク６ｄの両外側の永久磁石６ａは、片側１個ずつ合計２個に限定されない。第１のヨーク６ｄの両外側に、それぞれ複数個の永久磁石を配置することも可能である。

上述の実施の形態の電子銃１００では、磁力発生源６の構成を従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０とは異なり、中央部には第１のヨーク６ｄを配置して、第１のヨーク６ｄの両外側に永久磁石６ａを配置した構成としていた。
本発明では、従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０と同様に、磁力発生源６の構成を中央部に永久磁石６ａ（電磁石でも構わない）を配置した構成としてもよい。
本発明では、図１に示した実施の形態の電子銃１００のように、磁力発生源は、電子発生源から見て水冷ルツボとは反対の側に配置されるので、従来例１の電子銃２１０や従来例２の電子銃２２０と比較して、より電子発生源から離れて配置される。そのため、磁力発生源の中央部に永久磁石や電磁石を配置しても、永久磁石や電磁石からの漏れ磁界の電子ビームに作用する影響が小さくなる。

１ 電子発生源、２ 高電圧端子、３ アノード、４ 電子ビーム、５ 走査コイル、６ 磁力発生源、６ａ 永久磁石、６ｂ，６ｃ （第２の）ヨーク、６ｄ 第１のヨーク、７ａ，７ｂ 側方ヨーク、８，９ ポールピース、１０ 磁気調整棒、１１ 磁気調整板、１２ 電子ビーム偏向磁界、１３ 水冷ルツボ、１４ 蒸着材料、１５ 漏れ磁界、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ ローレンツ力、１７ａ，１７ｂ 水冷ブロック、１７ｃ 空間、１８ 内部ポールピース、１９ 磁界、２０ ケース、２１ （電子ビームの）スポット、１００ 電子銃、ＭＳ （ヨークと側方ヨークの）合わせ面

Claims (3)

1. 電子ビームを発生する電子発生源と、
   前記電子ビームを１８０度から２７０度の範囲に偏向し、かつ前記電子ビームをスポット状に成形する、磁界を発生する磁力発生源と、
   前記電子ビームが照射される材料を収容する容器と、
   前記磁力発生源に磁気回路接続され、前記電子ビームの軌道を挟んで配置された、一対の板状の側板ヨークを備え、
   前記磁力発生源は、前記電子発生源から見て、前記容器とは反対の側に配置され、かつ前記電子ビームの偏向軌道の外に配置されており、
   前記側板ヨークは、前記電子発生源と対向する部分が第１の開口部となっている
   電子銃。
2. 前記磁力発生源は、中央部に配置された第１のヨークと、前記第１のヨークの両外側にそれぞれ接続された磁石と、各前記磁石の外側に配置された第２のヨークとから構成されている
   請求項１に記載の電子銃。
3. 電子銃の構成要素を冷却する冷却部をさらに備え、
   前記側板ヨークは、前記冷却部の外側に接しており、
   前記側板ヨークの前記磁力発生源の外側の面と対向する部分が第２の開口部となっており、前記磁力発生源と前記側板ヨークの前記第２の開口部における端面とが接続されている
   請求項１または請求項２に記載の電子銃。

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