JP2651394B2 - 電子ビーム検出装置 - Google Patents

電子ビーム検出装置

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JP2651394B2
JP2651394B2 JP3120021A JP12002191A JP2651394B2 JP 2651394 B2 JP2651394 B2 JP 2651394B2 JP 3120021 A JP3120021 A JP 3120021A JP 12002191 A JP12002191 A JP 12002191A JP 2651394 B2 JP2651394 B2 JP 2651394B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空中で電子ビームを
用いて金属等を溶融又は蒸発させる真空溶解炉や蒸着装
置において、電子ビームを検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に従来の蒸着装置を示す。同図に示
すように真空チャンバ9内は真空ポンプ10により真空
状態が保持され、真空チャンバ9内には電子銃4及びる
つぼ3が収容されている。電子銃4は、高圧電源7によ
り加速電圧が印加されるアノード5及び所定の電圧が印
加されるフィラメント6を有しており、フィラメント6
から発生した熱電子はアノード5の加速電圧で引き出さ
れ、電子ビーム2となる。
【0003】るつぼ3上部には、溶融又は蒸発用ターゲ
ット1が収納されると共に電子ビーム偏向用ポールピー
ス8が設置され、電子銃4から出射した電子ビーム2は
270°偏向してターゲット1に照射される。電子ビーム
2の照射されたターゲット1は溶融して蒸気18を発生
する。るつぼ3の上方には蒸着基板19が配置され、溶
融液面から発生する蒸気18は、この蒸着基板19に蒸
着する。
【0004】更に、真空チャンバ9には窓ガラス16が
設けられ、この窓ガラス16を通じて一点鎖線で示すよ
うにるつぼ3の電子ビーム照射位置、すなわち、溶融液
面が目視又はTVカメラで観察できるようになってい
る。窓ガラス16の内側にはシャッタ17が開閉自在に
設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置では窓ガラ
ス16を通して観察しているため、長時間運転すると、
蒸発物質が窓ガラス16に蒸着し、光の透過率が低下し
て、るつぼ3の電子ビーム照射位置の確認や、るつぼ3
内の液面のモニターができなくなり、安全性や品質確保
を困難なものにしていた。更に、蒸着物質が大量に堆積
すると、真空容器の開放、窓ガラス清掃をある定期的に
実施する必要が生じるため稼動率が低下していた。
【0006】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、可視光でなく、電子ビーム照射部から放射
される制動X線を利用し、電子ビーム照射位置やるつぼ
内の液面をモニターすることのできる電子ビーム検出装
置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は真空容器内で電子ビームをるつぼ内のター
ゲットに照射することにより該ターゲットを溶融或いは
蒸発させる装置において、前記真空容器にX線透過率の
高いX線導入窓と、該X線導入窓と電子ビーム照射位置
との間に、X線を透過し蒸気を遮断する蒸着防止壁を設
け、該X線導入窓の外側に電子ビーム照射部から放射さ
れる制動X線を検出するマイクロチャンネルプレートを
有するX線検出器を配置し、該マイクロチャンネルプレ
ートの内壁にCsIをコーティングし、更に、X線像を
前記マイクロチャンネルプレート上へ結像させる小径穴
を有するピンホール部材を前記X線導入窓と前記X線検
出器との間に移動自在に配設したことを特徴とする。
【0008】更に、真空容器内の蒸着防止壁は、蒸着物
質の融点以上に加熱する手段を備えるようにしても良
い。
【0009】
【作用】真空チャンバに設けられるX線導入窓は、X線
透過率の高いベリリウム等であり、また、蒸着物質の蒸
着によりX線の透過率はほとんど変化しない為、電子ビ
ーム照射部から放射される制動X線を、X線導入窓を通
じて長時間観察することが可能となる。X線導入窓から
出射したX線は、マイクロチャンネルプレートのチャン
ネル壁で反射を繰り返すことにより増倍されてX線検出
器で検出されることになる。
【0010】また、ピンホール部材によりマイクロチャ
ンネルプレートで結像したX線像は、X線発生部の2次
元像として検出され、電子ビーム形状、位置及びるつぼ
内の液面位置を知ることが可能となる。電子ビーム照射
位置とX線検出器の間に蒸発物質の融点以上の高温に保
持したグラファイト壁を設けることにより蒸発物はグラ
ファイト壁に、蒸着することなく流れ落ち、蒸着物によ
るX線の減衰は最少限となり、長時間にわたりモニター
が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例に
基づいて詳細に説明する。本発明の一実施例を図1及び
図2に示す。両図に示すように真空容器である真空チャ
ンバ9内は真空ポンプ10により真空状態が保持され、
真空チャンバ9内には電子銃4及びるつぼ3が収容され
ている。電子銃4は、高圧電源7により加速電圧が印加
されるアノード5及び所定の電圧が印加されるフィラメ
ント6を有しており、フィラメント6から発生した熱電
子はアノード5の加速電圧で引き出され、電子ビーム2
となる。
【0012】るつぼ3上部には、溶融又は蒸発用ターゲ
ット1が収容されると共に電子ビーム偏向用ポールピー
ス8が設置され、電子銃4から出射した電子ビーム2は
270°偏向してターゲット1に照射される。電子ビーム
2の照射されたターゲット1は溶融し、蒸気18を発生
する。るつぼ3の上方には蒸着基板19が配置され、溶
融液面から発生する蒸気18は、この蒸着基板19に蒸
着する。
【0013】更に、本発明では真空チャンバ9には、X
線吸収係数の小さい窓材、例えば、ベリリウム等からな
るX線導入窓11が設けられている。ベリリウムは、X
線吸収係数が小さく、しかも、蒸着物質が蒸着しても、
X線の透過率はほとんど変化しないため、長時間使用す
ることが可能である。X線導入窓11の外側にはX線検
出器13が配置されると共にこのX線検出器13とX線
導入窓11との間には小径穴を設けたピンホール部材1
2が配置されている。
【0014】X線検出器13は、図3に示すようにマイ
クロチャンネルプレート(Micro Channel Plate,以下M
CPと略す) を使用したものである。即ち、X線検出器
13は、図3(a)に示すように2枚のMCP24に螢光
板25を重ね合わせ、ファイバプレート26を介してテ
ーパーファイバ27に結合し、更に、このテーパーファ
イバ27をCCDカメラ28に接続して構成されてい
る。MCP24は、図3(b)に示すように微細な小孔で
あるチャンネル24aを二次元的に多数配列し、同図
(c)に示すように各チャンネル24aの入射端とその出
射端との間に電圧vDを印加し、チャンネル壁24bで
ある光電面にCsIをコーティングしたものである。従
って、同図(c)に示すように入射電子であるX線がチャ
ンネル24aに入射してチャンネル壁24bで反射を繰
り返すことにより出力電子が増倍することになる。
【0015】この為、溶融液面の電子ビーム照射部から
発生する制動X線は、X線導入窓11を透過してピンホ
ール部材12の小径穴を通った後、MCP24で増倍さ
れ、更に、螢光板25、ファイバープレート26を経
て、CCDカメラ27に結像することになる。これによ
り、X線発生部の2次元像が得られ、電子ビーム形状、
位置及びるつぼ内の液面位置を知ることが可能となる。
尚、図3中、29はベリリウム板である。
【0016】このように発明のX線検出器13は、MC
P24を使用してX線を増倍するので、他のX線検出
器、例えば、X線ビジコンカメラ等に比較して、検出感
度が高く、リアルタイムで検出できる特徴がある。この
為、本発明のX線検出器13は、X線導入窓11を透過
したX線の出力が低い場合でも、確実に検出することが
できる利点がある。
【0017】X線検出器13は、画像処理装置14、C
RTモニタ15に接続され、X線検出器13で検出され
たX線発生源の位置、形状は、画像処理装置14で画像
処理され、CRTモニタ15により可視像として表示さ
れるようになっている。ここで、X線検出器13により
溶融液面を観察する場合における倍率は次式で決定され
る。 l2 /l1 =L2 /L1 …(1) 但し、l1は、溶融液面における長さ、l2はX線検出器
13での結像、L1は溶融液面からピンホール部材12
までの距離、L2ピンホール部材12からX線検出器1
3までの距離である。
【0018】更に、ピンホール部材12は、図2に示す
ようにリニアガイド20に図中左右に移動自在に設置さ
れ、ボールスクリュー21をハンドル22で回転するこ
とにより、ピンホール部材12を図中左右、即ち、X線
導入窓11とX線検出器13との間で自由に移動させる
ことができる。その移動量は、ボールスクリュー21の
回転数を表示する回転カウンタ23で読みとれるように
なっている。従って、ピンホール部材12を移動して、
上記(1)式におけるL1及びL2を変更し、X線検出器
13に結像する像の大きさを、自由に拡大縮小すること
ができる。
【0019】このように本実施例は、X線導入窓11、
ピンホール部材12及びX線検出器13は一体的に構成
され、しかも、外部にX線が漏れないように鉛板により
囲まれている。上記構成を有する実施例の電子ビーム検
出器では、電子銃4から電子ビーム2をターゲット1に
照射して溶融液面から蒸気を発生させると、その蒸発物
質はX線度導入窓11にも蒸着することとなる。この
為、X線度導入窓11は、可視光についての透過率が低
下するが、多少の蒸着物質の堆積ではX線についての透
過率は低下することがない。この為、X線導入窓11を
通じてX線を長時間観察することが可能となり、これに
より、るつぼ3の電子ビーム照射位置の確認が可能とな
る。更には、安全性や品質確保が容易となり、更には、
稼動率が向上することになる。
【0020】また、X線検出器13は、NCP24を使
用してX線を増倍するので、検出感度が高く、リアルタ
イムで検出でき、X線導入窓11を透過したX線の出力
が低い場合でも、確実に検出することができる利点があ
る。また、その倍率は、ピンホール部材12の移動によ
り、自由に調整可能であり、精度の高い観察が可能であ
る。
【0021】次に、本発明の他の実施例について図4及
び図5を参照して説明する。本実施例は、蒸着防止壁3
0及びヒータ用電源31を追加したものであり、その他
の構成は前述した実施例と同様である。図4に示すよう
に、真空チャンバ9内においてX線導入窓11と溶融液
面との間には、X線は透過するが蒸気を遮断する蒸着防
止壁30としてグラファイト板が配置されている。この
蒸着防止壁30はヒータ用電源31に接続しており、通
電により蒸発物質の融点以上に加熱可能な構造となって
いる。
【0022】従って、蒸発物質の融点以上の高温に蒸着
防止壁30を保持することにより、蒸気は蒸着防止壁3
0に蒸着することなく流れ落ち、蒸着物質によるX線の
減衰は最少限となり、長時間にわたりモニターが可能と
なる。蒸発防止壁30としては、小さい面積であれば、
単純な平板状グラファイトが使用できるが、広い面積で
あると断面積に対する長さが短くなるため、抵抗が低く
なってしまう。そこで、そのような場合は、図5(a)に
示すようにスリット32を上下から複数本入れて断面積
に対する長さを増大して抵抗を増大するようにすると有
効である。
【0023】但し、スリット32を通じて蒸気を通過さ
せないようにするため、スリット32は板厚方向に対し
てある角度θを持たせると良い。更に、そのスリット3
2の角度θは下記条件を満足するものとすると良い。
【0024】上記実施例では、蒸着防止壁30をX線導
入窓11と溶融液面との間に配置したので、蒸気は蒸着
防止壁30に遮断され、X線導入窓30には蒸着物質が
殆ど蒸着しなくなる。X線導入窓30に蒸着物質が多少
堆積する程度では、X線透過率は殆ど変化しないもの
の、長時間の使用により蒸着物質が大量に堆積すると、
蒸着物質によりX線は減衰し、X線透過率の低下は無視
できない。特に、Al等の軽元素に比較し、U等の重元
素の場合に著しい。
【0025】そこで、このような場合には、本実施例の
ようにグラファイト板からなる蒸着防止壁30を設け
て、X線導入窓11に対する蒸着物質の蒸着を防止する
と効果的である。尚、上記実施例では、X線導入窓11
の材料としては、X線透過率の高いベリリウムを使用し
ていたが、本発明はこれに限るものではなく、他のX線
透過率の高い物質を使用してもよい。
【0026】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように本発明は、真空容器内の電子ビーム照射位置が
X線導入窓を介してチャンバ外部から長時間連続的に観
察することが可能となり、各種真空溶解、真空蒸着装置
を連続的に安全に、さらに高品質に運転することが可能
となった。特に、マイクロチャンネルプレートを使用し
たX線検出器は、検出精度が高く、リアルタイムで検出
が可能であり、また、ピンホール部材により、その結像
の大きさを自由に調整できるという利点がある。しか
も、本願発明では、マイクロチャンネルプレートの内壁
にCsIをコーティングすることにより、2次電子を発
生する性質を強化させ、正確で、微小X線も逃がさない
性能アップを実現している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る電子ビーム検出装置を
示す構成図である。
【図2】上記実施例に係る電子ビーム検出装置の要部を
示す構成図である。
【図3】マイクロチャンネルプレートを使用するX線検
出器の構成を示す説明図である。
【図4】本発明の他の実施例に係る電子ビーム検出装置
を示す構成図である。
【図5】上記実施例に係る蒸着防止壁を示す説明図であ
る。
【図6】従来の蒸着装置を示す説明図である。
【符号の説明】
1 溶融液面 2 電子ビーム 3 るつぼ 4 電子銃 5 アノード(引出し電極) 6 フィラメント 7 高圧電源 8 電子ビーム偏向用ポールピース 9 真空チャンバ 10 真空ポンプ 11 X線導入窓 12 ピンホール部材 13 X線検出器 14 画像処理装置 15 CRTモニタ 16 窓ガラス 17 シャッタ 18 蒸気 19 蒸着基板 20 リニアガイド 21 ボールスクリュー 22 ハンドル 23 回転カウンタ 24 マイクロチャンネルプレート 25 螢光板 26 ファイバプレート 27 テーパーファイバ 28 CCDカメラ 29 ベリリウム板 30 蒸着防止壁 31 ヒータ用電源 32 スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−39465(JP,A) 特開 昭58−145379(JP,A) 特開 平1−117252(JP,A) 特開 昭58−189574(JP,A) 特開 昭53−76739(JP,A) 特開 昭61−205900(JP,A) 特公 昭52−36598(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内で電子ビームをるつぼ内のタ
    ーゲットに照射することにより該ターゲットを溶融或い
    は蒸発させる装置において、前記真空容器にX線透過率
    の高いX線導入窓と、該X線導入窓と電子ビーム照射位
    置との間に、X線を透過し蒸気を遮断する蒸着防止壁を
    設け、該X線導入窓の外側に電子ビーム照射部から放射
    される制動X線を検出するマイクロチャンネルプレート
    を有するX線検出器を配置し、該マイクロチャンネルプ
    レートの内壁にCsIをコーティングし、更に、X線像
    を前記マイクロチャンネルプレート上へ結像させる小径
    穴を有するピンホール部材を前記X線導入窓と前記X線
    検出器との間に移動自在に配設したことを特徴とする電
    子ビーム検出装置。
  2. 【請求項2】 前記真空容器内の蒸着防止壁は、蒸着物
    質の融点以上に加熱する手段を備えていることを特徴と
    する請求項1記載の電子ビーム検出装置。
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