JP2762944B2 - 電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機 - Google Patents
電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機Info
- Publication number
- JP2762944B2 JP2762944B2 JP1161595A JP1161595A JP2762944B2 JP 2762944 B2 JP2762944 B2 JP 2762944B2 JP 1161595 A JP1161595 A JP 1161595A JP 1161595 A JP1161595 A JP 1161595A JP 2762944 B2 JP2762944 B2 JP 2762944B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- electron beam
- bias voltage
- temperature
- operating temperature
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910025794 LaB6 Inorganic materials 0.000 description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 5
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム加工機用カ
ソードの動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子
ビーム加工機に関し、特に、エミッションの安定性の向
上およびカソードの長寿命化を可能とするカソードの動
作温度設定方法および電子ビーム加工機に関する。
ソードの動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子
ビーム加工機に関し、特に、エミッションの安定性の向
上およびカソードの長寿命化を可能とするカソードの動
作温度設定方法および電子ビーム加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電子ビーム加工機用カソードの
熱陰極としては、酸化物、ホウ化ランタン、高融点金属
等が使用されている。例えば、電気学会技術報告（ＩＩ
部）第１４７号（社団法人電気学会編 １９８３年４月
発行）第１頁から第４２頁に開示されているように、金
属等の溶融、接合、孔あけおよびアニール等の加工を行
う電子ビーム加工機におけるカソードの熱陰極として、
タングステンまたはタンタル等の高融点金属あるいはホ
ウ化ランタンがよく用いられている。
熱陰極としては、酸化物、ホウ化ランタン、高融点金属
等が使用されている。例えば、電気学会技術報告（ＩＩ
部）第１４７号（社団法人電気学会編 １９８３年４月
発行）第１頁から第４２頁に開示されているように、金
属等の溶融、接合、孔あけおよびアニール等の加工を行
う電子ビーム加工機におけるカソードの熱陰極として、
タングステンまたはタンタル等の高融点金属あるいはホ
ウ化ランタンがよく用いられている。
【０００３】しかしながら、このような材料により形成
されたカソードは、仕事関数の大きさやイオン衝撃性に
対する耐久性の観点から、カソードから放出される電子
ビームの安定性や、カソードの寿命に対して種々の問題
を残していた。例えば、タングステンカソードでは、そ
の動作温度が非常に高温であることが問題であり、ま
た、ＬａＢ６カソードではイオン衝撃性に弱く、ビーム
電流が非常に不安定であることが問題となっていた。そ
こで、本発明者は、新規の物質からなるカソード、つま
り、２４００℃以上の融点を有する金属、または、その
金属を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、
または、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの
炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれ
た少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、
ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処
理等により一体化することによって得られる物質からな
るカソードを発明することによって、従来から用いられ
ているカソードの問題点を解決することに成功した。
されたカソードは、仕事関数の大きさやイオン衝撃性に
対する耐久性の観点から、カソードから放出される電子
ビームの安定性や、カソードの寿命に対して種々の問題
を残していた。例えば、タングステンカソードでは、そ
の動作温度が非常に高温であることが問題であり、ま
た、ＬａＢ６カソードではイオン衝撃性に弱く、ビーム
電流が非常に不安定であることが問題となっていた。そ
こで、本発明者は、新規の物質からなるカソード、つま
り、２４００℃以上の融点を有する金属、または、その
金属を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、
または、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの
炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれ
た少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、
ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処
理等により一体化することによって得られる物質からな
るカソードを発明することによって、従来から用いられ
ているカソードの問題点を解決することに成功した。
【０００４】カソードから電子を放出させるには、この
カソードを所望の温度に加熱する必要がある。ここで、
従来のカソード温度設定方法について図４、図５、図６
および図７を参照して説明する。図４は、従来の電子ビ
ーム加工機の構成を示す概略図である。図５は、カソー
ドの加熱方法を説明する斜視図である。図６は、従来の
方法によって、ＷＣ−ＬａＢ６（タングステンカーバイ
ド−６ホウ化ランタン）カソードの動作温度を設定する
手順を説明するフローチャートである。また、図７は、
空間電荷制限領域を説明する概念図である。
カソードを所望の温度に加熱する必要がある。ここで、
従来のカソード温度設定方法について図４、図５、図６
および図７を参照して説明する。図４は、従来の電子ビ
ーム加工機の構成を示す概略図である。図５は、カソー
ドの加熱方法を説明する斜視図である。図６は、従来の
方法によって、ＷＣ−ＬａＢ６（タングステンカーバイ
ド−６ホウ化ランタン）カソードの動作温度を設定する
手順を説明するフローチャートである。また、図７は、
空間電荷制限領域を説明する概念図である。
【０００５】まず、一般的な電子ビーム加工機の構成に
ついて説明する。電子ビーム加工機は、コラム（電子銃
室）１およびチャンバ（ワーク加工室）２の２つの真空
容器を備えており、それぞれの真空容器には独立した真
空排気系３および４が取り付けられている。また、コラ
ム１とチャンバ２は、コラムバルブ５を介して接続され
ており、このコラムバルブ５を閉じることにより、両者
を真空的に遮断することができる。コラム１内には、一
般的な電子銃を構成するカーボンヒータ６、ＷＣ−Ｌａ
Ｂ６カソード７、ウェネルト電極８およびアノード９が
配置されており、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７とウェネル
ト電極８との間にはバイアス電圧１０が印加される。つ
まり、ウェネルト電極８には、ＷＣ−ＬａＢ６カソード
７よりも負の電圧が印加される。また、図５に示すよう
に、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７は２枚のカーボンヒータ
６に挟まれて取り付けられている。そして、一方のカー
ボンヒータ６から他方のカーボンヒータ６へ、ヒータ加
熱電源１１を用いて電流（以下、カソード加熱電流とす
る）を流すことによってカーボンヒータ６を加熱し、こ
の２つのカーボンヒータ６からの熱伝導によりＷＣ−Ｌ
ａＢ６カソード７は加熱される。ＷＣ−ＬａＢ６カソー
ド７の加熱温度は、カソード加熱電流の電流値を変化さ
せることによって調整される。電子ビーム１２のビーム
電流値は、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７とウェネルト電極
８との間に印加されるバイアス電圧１０を変化させるこ
とによって調整される。ここで、バイアス電圧１０が低
いほど電子ビーム１２が出力されやすく、逆にバイアス
電圧１０が大きいほど電子ビーム１２が出力されにくく
なり、バイアス電圧１０を所定値以上にすると電子ビー
ム１２が出力されなくなる（以下、この状態をビームＯ
ＦＦとする）。ビーム電流は、ＷＣ−ＬａＢ６カソード
７からアースに流れた電流をビーム電流計１３により計
測することによって測定される。ＷＣ−ＬａＢ６カソー
ド７から出射された電子ビーム１２は、加速電圧１４に
より加速され、レンズ系１５によりチャンバ２内に配置
されたワーク１６上に集束照射されて、そのワーク１６
を加工する。チャンバ２内のワーク１６の交換は、バイ
アス電圧１０を大きくしてビームＯＦＦさせ、コラムバ
ルブ５を閉じてチャンバ２とコラム１とを遮断した後、
チャンバ２を大気に開けて行われる。ワーク交換後、チ
ャンバ２内の真空を引き、チャンバ２内が所定の真空度
に達するとコラムバルブ５を開にしてビーム照射を再開
する。この動作を数十秒から数分ごとに繰り返すことに
より次々にワーク１６の加工を行うことができる。
ついて説明する。電子ビーム加工機は、コラム（電子銃
室）１およびチャンバ（ワーク加工室）２の２つの真空
容器を備えており、それぞれの真空容器には独立した真
空排気系３および４が取り付けられている。また、コラ
ム１とチャンバ２は、コラムバルブ５を介して接続され
ており、このコラムバルブ５を閉じることにより、両者
を真空的に遮断することができる。コラム１内には、一
般的な電子銃を構成するカーボンヒータ６、ＷＣ−Ｌａ
Ｂ６カソード７、ウェネルト電極８およびアノード９が
配置されており、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７とウェネル
ト電極８との間にはバイアス電圧１０が印加される。つ
まり、ウェネルト電極８には、ＷＣ−ＬａＢ６カソード
７よりも負の電圧が印加される。また、図５に示すよう
に、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７は２枚のカーボンヒータ
６に挟まれて取り付けられている。そして、一方のカー
ボンヒータ６から他方のカーボンヒータ６へ、ヒータ加
熱電源１１を用いて電流（以下、カソード加熱電流とす
る）を流すことによってカーボンヒータ６を加熱し、こ
の２つのカーボンヒータ６からの熱伝導によりＷＣ−Ｌ
ａＢ６カソード７は加熱される。ＷＣ−ＬａＢ６カソー
ド７の加熱温度は、カソード加熱電流の電流値を変化さ
せることによって調整される。電子ビーム１２のビーム
電流値は、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７とウェネルト電極
８との間に印加されるバイアス電圧１０を変化させるこ
とによって調整される。ここで、バイアス電圧１０が低
いほど電子ビーム１２が出力されやすく、逆にバイアス
電圧１０が大きいほど電子ビーム１２が出力されにくく
なり、バイアス電圧１０を所定値以上にすると電子ビー
ム１２が出力されなくなる（以下、この状態をビームＯ
ＦＦとする）。ビーム電流は、ＷＣ−ＬａＢ６カソード
７からアースに流れた電流をビーム電流計１３により計
測することによって測定される。ＷＣ−ＬａＢ６カソー
ド７から出射された電子ビーム１２は、加速電圧１４に
より加速され、レンズ系１５によりチャンバ２内に配置
されたワーク１６上に集束照射されて、そのワーク１６
を加工する。チャンバ２内のワーク１６の交換は、バイ
アス電圧１０を大きくしてビームＯＦＦさせ、コラムバ
ルブ５を閉じてチャンバ２とコラム１とを遮断した後、
チャンバ２を大気に開けて行われる。ワーク交換後、チ
ャンバ２内の真空を引き、チャンバ２内が所定の真空度
に達するとコラムバルブ５を開にしてビーム照射を再開
する。この動作を数十秒から数分ごとに繰り返すことに
より次々にワーク１６の加工を行うことができる。
【０００６】次に、この電子ビーム加工機によるカソー
ド動作温度の設定方法について図６のフローチャートに
沿って説明する。
ド動作温度の設定方法について図６のフローチャートに
沿って説明する。
【０００７】まず、コラム１内を所定の真空度（例え
ば、１０-6Ｔｏｒｒ台）まで真空引きを行い（Ｓ１
０）、電子銃に各電圧（ヒータ加熱電圧やバイアス電圧
等）を印加するために図示せぬ高圧電源をＯＮし（Ｓ２
０）、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７を通常の動作温度（１
５００〜１８００℃程度）よりも低い温度（例えば、１
４００℃程度）に設定する（Ｓ３０）。次に、チャンバ
２内を所定の真空度（例えば、１０-2Ｔｏｒｒ台）まで
真空引きを行った（Ｓ４０）後、コラムバルブ５を開に
し（Ｓ５０）、電子ビーム１２の照射を開始する（Ｓ６
０）。そして、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７の温度を徐々
に、例えば、２０℃ずつ上昇させていく（Ｓ７０）。こ
のＷＣ−ＬａＢ６カソード７の温度の上昇にともなって
ビーム電流も増加するが、カソード７がある温度以上に
なるとビーム電流が飽和する。そして、カソード７の温
度をこのビーム電流が飽和するまで上昇させる（Ｓ８
０）。最終的に、このビーム電流が飽和し始めたときの
カソード７の温度をカソード７の動作温度として設定し
ていた（Ｓ９０）。
ば、１０-6Ｔｏｒｒ台）まで真空引きを行い（Ｓ１
０）、電子銃に各電圧（ヒータ加熱電圧やバイアス電圧
等）を印加するために図示せぬ高圧電源をＯＮし（Ｓ２
０）、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７を通常の動作温度（１
５００〜１８００℃程度）よりも低い温度（例えば、１
４００℃程度）に設定する（Ｓ３０）。次に、チャンバ
２内を所定の真空度（例えば、１０-2Ｔｏｒｒ台）まで
真空引きを行った（Ｓ４０）後、コラムバルブ５を開に
し（Ｓ５０）、電子ビーム１２の照射を開始する（Ｓ６
０）。そして、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７の温度を徐々
に、例えば、２０℃ずつ上昇させていく（Ｓ７０）。こ
のＷＣ−ＬａＢ６カソード７の温度の上昇にともなって
ビーム電流も増加するが、カソード７がある温度以上に
なるとビーム電流が飽和する。そして、カソード７の温
度をこのビーム電流が飽和するまで上昇させる（Ｓ８
０）。最終的に、このビーム電流が飽和し始めたときの
カソード７の温度をカソード７の動作温度として設定し
ていた（Ｓ９０）。
【０００８】カソード７の温度の上昇にともなってビー
ム電流が増加していくのは、
ム電流が増加していくのは、
【０００９】 Ｊｔｈ＝ＡｅＴ2ｅｘｐ（−φ／ｋＴ） …（１）
【００１０】で表されるように、カソード７の温度の上
昇によりカソード７からの放出電流密度が増加するため
である。ここで、Ｊｔｈ：放出電流密度、Ａｅ：熱電子
放出定数、Ｔ：カソード温度、φ：仕事関数、ｋ：ボル
ツマン定数であり、Ａｅとφはカソード７を形成する金
属の種類やそのカソード７の電子放出表面の状態によっ
て変わる。また、カソード７からアースに流れるビーム
電流が増加していくと、逆に、カソード７から放出され
た電子自身の電荷によりビーム電流が抑制されてしま
い、結局、カソード７の温度がある温度を越えるとビー
ム電流が増加しなくなり飽和することになる。そして、
図７に示すように、ビーム電流がカソード温度の上昇に
伴って増加していく領域を温度制限領域、カソード温度
を上げてもこのカソード自身から放出される電子の電荷
（つまり、電子ビーム自身の電荷）によりビーム電流が
飽和してしまう領域を空間電荷制限領域という。
昇によりカソード７からの放出電流密度が増加するため
である。ここで、Ｊｔｈ：放出電流密度、Ａｅ：熱電子
放出定数、Ｔ：カソード温度、φ：仕事関数、ｋ：ボル
ツマン定数であり、Ａｅとφはカソード７を形成する金
属の種類やそのカソード７の電子放出表面の状態によっ
て変わる。また、カソード７からアースに流れるビーム
電流が増加していくと、逆に、カソード７から放出され
た電子自身の電荷によりビーム電流が抑制されてしま
い、結局、カソード７の温度がある温度を越えるとビー
ム電流が増加しなくなり飽和することになる。そして、
図７に示すように、ビーム電流がカソード温度の上昇に
伴って増加していく領域を温度制限領域、カソード温度
を上げてもこのカソード自身から放出される電子の電荷
（つまり、電子ビーム自身の電荷）によりビーム電流が
飽和してしまう領域を空間電荷制限領域という。
【００１１】このように、従来のカソード温度設定方法
では、徐々にカソード温度を上昇させながら、温度制限
領域から空間電荷制限領域へ変わり始めるときのカソー
ドの温度を検出し、その温度を動作温度として設定する
というものであった。また、従来の方法において、温度
制限領域から空間電荷制限領域への変化点を検出するに
あたり、カソード温度を徐々に上昇させたが、実際に
は、ある温度から徐々に下降させても検出することがで
きる。
では、徐々にカソード温度を上昇させながら、温度制限
領域から空間電荷制限領域へ変わり始めるときのカソー
ドの温度を検出し、その温度を動作温度として設定する
というものであった。また、従来の方法において、温度
制限領域から空間電荷制限領域への変化点を検出するに
あたり、カソード温度を徐々に上昇させたが、実際に
は、ある温度から徐々に下降させても検出することがで
きる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のカソード温度設
定方法により設定されたカソードの動作温度は、空間電
荷制限領域にあるために、安定したビーム電流が得られ
ると考えられていた。さらに、このカソード動作温度
は、空間電荷制限領域となるカソード温度のうち最も低
温である温度であるために、カソード材の蒸発が抑えら
れ、カソードの長寿命化も図られると考えられていた。
定方法により設定されたカソードの動作温度は、空間電
荷制限領域にあるために、安定したビーム電流が得られ
ると考えられていた。さらに、このカソード動作温度
は、空間電荷制限領域となるカソード温度のうち最も低
温である温度であるために、カソード材の蒸発が抑えら
れ、カソードの長寿命化も図られると考えられていた。
【００１３】しかしながら、ＷＣ−ＬａＢ６カソードを
用いた電子ビーム加工機において、従来の方法でそのカ
ソード動作温度を設定すると、電子ビーム照射によるワ
ーク加工時に電子放出（以下、エミッションとする）が
不安定になるという問題点が生じた。この現象は、図７
の実線で示されるＷＣ−ＬａＢ６カソードのエミッショ
ン特性に基づいて空間電荷制限領域でカソードが動作す
るように温度を設定したにもかかわらず、実際のワーク
加工時には、そのエミッション特性が図７の破線に変わ
ってしまい、結果として、ＷＣ−ＬａＢ６カソードが温
度制限領域で動作することによって生じる。このエミッ
ション特性の変化は、前述の（１）式において、熱電子
放出定数Ａｅおよび仕事関数φの劣化、特に仕事関数φ
値の増大が原因となっている。仕事関数φはカソード表
面の状態により変化することが知られており、ワーク加
工時に発生するガスやチャンバ側からコラム側へ流入す
る残留ガスなどによりＷＣ−ＬａＢ６カソードの表面が
汚染されて仕事関数φが劣化する。そして、仕事関数φ
が劣化したために、カソードのエミッション能力がふら
つき、結果として、そのエミッション能力のふらつきが
ビーム電流のふらつきに現れてしまっていた。特に、チ
ャンバ内に酸素を流入させた場合に顕著なエミッション
の劣化が観測された。
用いた電子ビーム加工機において、従来の方法でそのカ
ソード動作温度を設定すると、電子ビーム照射によるワ
ーク加工時に電子放出（以下、エミッションとする）が
不安定になるという問題点が生じた。この現象は、図７
の実線で示されるＷＣ−ＬａＢ６カソードのエミッショ
ン特性に基づいて空間電荷制限領域でカソードが動作す
るように温度を設定したにもかかわらず、実際のワーク
加工時には、そのエミッション特性が図７の破線に変わ
ってしまい、結果として、ＷＣ−ＬａＢ６カソードが温
度制限領域で動作することによって生じる。このエミッ
ション特性の変化は、前述の（１）式において、熱電子
放出定数Ａｅおよび仕事関数φの劣化、特に仕事関数φ
値の増大が原因となっている。仕事関数φはカソード表
面の状態により変化することが知られており、ワーク加
工時に発生するガスやチャンバ側からコラム側へ流入す
る残留ガスなどによりＷＣ−ＬａＢ６カソードの表面が
汚染されて仕事関数φが劣化する。そして、仕事関数φ
が劣化したために、カソードのエミッション能力がふら
つき、結果として、そのエミッション能力のふらつきが
ビーム電流のふらつきに現れてしまっていた。特に、チ
ャンバ内に酸素を流入させた場合に顕著なエミッション
の劣化が観測された。
【００１４】前述の従来のカソード温度設定方法では、
コラムおよびチャンバの真空引きが完了した後、コラム
バルブを開けてビーム照射を開始し、徐々にカソード温
度を上げながら、カソード動作温度を設定していた。通
常、コラム真空度は１０-6Ｔｏｒｒ台で、また、チャン
バの真空度は１０-2Ｔｏｒｒ台で真空引きを完了しコラ
ムバルブを開としていたが、カソード動作温度設定中
は、コラムやチャンバに空気等が流入することはない。
したがって、チャンバとコラムとの真空度の差によりチ
ャンバからコラム内に流入する空気によって、カソード
表面は一旦汚染されるが、カソード動作温度設定が終了
するまで、少なくとも数１０秒間から数分間、コラムや
チャンバ内に新たに空気等が流入することはないので、
カソード表面は加熱されることによって次第に浄化され
る。その結果、ＷＣ−ＬａＢ６カソードの表面がそれほ
ど汚染されず仕事関数φが劣化していない状態で動作温
度の設定がなされることになる。つまり、図７の実線で
示すエミッション特性に基づいてカソードの動作温度が
設定されていた。
コラムおよびチャンバの真空引きが完了した後、コラム
バルブを開けてビーム照射を開始し、徐々にカソード温
度を上げながら、カソード動作温度を設定していた。通
常、コラム真空度は１０-6Ｔｏｒｒ台で、また、チャン
バの真空度は１０-2Ｔｏｒｒ台で真空引きを完了しコラ
ムバルブを開としていたが、カソード動作温度設定中
は、コラムやチャンバに空気等が流入することはない。
したがって、チャンバとコラムとの真空度の差によりチ
ャンバからコラム内に流入する空気によって、カソード
表面は一旦汚染されるが、カソード動作温度設定が終了
するまで、少なくとも数１０秒間から数分間、コラムや
チャンバ内に新たに空気等が流入することはないので、
カソード表面は加熱されることによって次第に浄化され
る。その結果、ＷＣ−ＬａＢ６カソードの表面がそれほ
ど汚染されず仕事関数φが劣化していない状態で動作温
度の設定がなされることになる。つまり、図７の実線で
示すエミッション特性に基づいてカソードの動作温度が
設定されていた。
【００１５】これに対し、実際のワーク加工において
は、実用上、数十秒ごとに次々と新たなワークを加工す
る必要がある。したがって、数十秒間隔でワークの交換
が行われることになり、ワークを交換するたびに、コラ
ム内の真空度とチャンバ内の真空度との差圧分だけ、コ
ラム側にチャンバ内の新たな残留気体が流入することに
なる。このように、ワークを交換する度に、コラム内に
酸素を含む気体が流入するために、その気体によるカソ
ード表面の汚染を浄化するための時間を確保する事がで
きない。その結果、仕事関数φが劣化した状態のエミッ
ション特性（図７の破線）の温度制限領域でカソードを
動作させることになりエミッションを不安定にさせてい
た。
は、実用上、数十秒ごとに次々と新たなワークを加工す
る必要がある。したがって、数十秒間隔でワークの交換
が行われることになり、ワークを交換するたびに、コラ
ム内の真空度とチャンバ内の真空度との差圧分だけ、コ
ラム側にチャンバ内の新たな残留気体が流入することに
なる。このように、ワークを交換する度に、コラム内に
酸素を含む気体が流入するために、その気体によるカソ
ード表面の汚染を浄化するための時間を確保する事がで
きない。その結果、仕事関数φが劣化した状態のエミッ
ション特性（図７の破線）の温度制限領域でカソードを
動作させることになりエミッションを不安定にさせてい
た。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の電子ビーム加工機用カソード動作温度設
定方法では、電子銃室を十分に真空に引いた後、その電
子銃室に酸素を含む気体を間欠的に導入しながらカソー
ドにバイアス電圧を印加してこのカソードを動作させ、
そのときのカソードから放出される電子ビームの状態変
動が所望の範囲内になるように、カソードの動作温度を
調整するというものである。そして、電子銃室に酸素を
間欠的に導入するのは、電子銃室内を被加工物が頻繁に
交換される加工時の環境に近づけ、加工時の状態に合わ
せたカソードの動作温度の設定を行うためである。
めに、本発明の電子ビーム加工機用カソード動作温度設
定方法では、電子銃室を十分に真空に引いた後、その電
子銃室に酸素を含む気体を間欠的に導入しながらカソー
ドにバイアス電圧を印加してこのカソードを動作させ、
そのときのカソードから放出される電子ビームの状態変
動が所望の範囲内になるように、カソードの動作温度を
調整するというものである。そして、電子銃室に酸素を
間欠的に導入するのは、電子銃室内を被加工物が頻繁に
交換される加工時の環境に近づけ、加工時の状態に合わ
せたカソードの動作温度の設定を行うためである。
【００１７】さらに、本発明において、カソードとし
て、２４００℃以上の融点を有する金属、または、その
金属を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、
または、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの
炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれ
た少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、
ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処
理等により一体化することによって得られる物質を用い
ることにより、タングステンカソードよりも動作温度を
低く設定でき、さらに、ＬａＢ６カソードよりもイオン
衝撃等に強いため、ビーム電流の経時変化を小さくする
ことができる。
て、２４００℃以上の融点を有する金属、または、その
金属を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、
または、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの
炭化物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれ
た少なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、
ランタン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ば
れた少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれ
た低仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処
理等により一体化することによって得られる物質を用い
ることにより、タングステンカソードよりも動作温度を
低く設定でき、さらに、ＬａＢ６カソードよりもイオン
衝撃等に強いため、ビーム電流の経時変化を小さくする
ことができる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の第１の実施例の手順を示
すフローチャートであり、図２は、本発明のカソード動
作温度設定方法を実施する電子ビーム加工機の構成を示
す概略図である。
すフローチャートであり、図２は、本発明のカソード動
作温度設定方法を実施する電子ビーム加工機の構成を示
す概略図である。
【００２０】本実施例のカソード動作温度設定方法は、
ワーク加工時の環境を考慮したものであって、図７の破
線で示すエミッション特性における空間電荷制限領域で
動作するようにカソードの動作温度を設定するものであ
る。
ワーク加工時の環境を考慮したものであって、図７の破
線で示すエミッション特性における空間電荷制限領域で
動作するようにカソードの動作温度を設定するものであ
る。
【００２１】図２に示す本実施例の電子ビーム加工機の
構成の大部分が、図４に示す従来の電子ビーム加工機の
構成と同様であるため、その重複部分の説明は省略す
る。
構成の大部分が、図４に示す従来の電子ビーム加工機の
構成と同様であるため、その重複部分の説明は省略す
る。
【００２２】本実施例の電子ビーム加工機の構成は、カ
ソード動作温度設定時に、コラム１に空気等を導入する
ためのコラムリークバルブ１７と、チャンバ２に空気等
を導入するチャンバリークバルブ１８とを備えており、
特に、これらのリークバルブ１７および１８は、バイア
ス電圧１０の変動幅に応じて、コラム１またはチャンバ
２内を所望の真空度に設定するためのものであり、この
ようなリークバルブ１７および１８は、従来の電子ビー
ム加工機には備えられていない。
ソード動作温度設定時に、コラム１に空気等を導入する
ためのコラムリークバルブ１７と、チャンバ２に空気等
を導入するチャンバリークバルブ１８とを備えており、
特に、これらのリークバルブ１７および１８は、バイア
ス電圧１０の変動幅に応じて、コラム１またはチャンバ
２内を所望の真空度に設定するためのものであり、この
ようなリークバルブ１７および１８は、従来の電子ビー
ム加工機には備えられていない。
【００２３】次に、ＷＣ−ＬａＢ６カソード動作温度の
設定方法について図１に示すフローチャートに沿って説
明する。なお、以下の説明では、ビーム電流が予め設定
された値で一定となるように自動的にバイアス電圧が調
整されるものとする。
設定方法について図１に示すフローチャートに沿って説
明する。なお、以下の説明では、ビーム電流が予め設定
された値で一定となるように自動的にバイアス電圧が調
整されるものとする。
【００２４】まず、コラム１内を所定の真空度（例え
ば、１０-6Ｔｏｒｒ台）まで真空引きを行い（Ｓ１０
１）、電子銃に各電圧（ヒータ加熱電圧やバイアス電
圧）を印加するために図示せぬ高圧電源をＯＮし（Ｓ１
０２）、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７を通常の動作温度
（１５００〜１８００℃程度）よりも低い温度（例え
ば、１４００℃程度）に設定する（Ｓ１０３）。次に、
チャンバ２内を所定の真空度（例えば、１０-2Ｔｏｒｒ
台）まで真空引きを行った（Ｓ１０４）後、コラムバル
ブ５を開にし（Ｓ１０５）、電子ビーム１２（ビーム電
流一定）の照射を約３０秒間行い、その後ビームの出力
を停止する（Ｓ１０６）。また、ビーム照射時のバイア
ス電圧１０の変動を観察する（Ｓ１０７）。観察された
バイアス電圧１０の変動が約３０％以上である場合に
は、コラムバルブ５を閉じる（Ｓ１０８）とともに、カ
ソード７の温度を所定温度（例えば、２０℃）上昇させ
る（Ｓ１０９）。
ば、１０-6Ｔｏｒｒ台）まで真空引きを行い（Ｓ１０
１）、電子銃に各電圧（ヒータ加熱電圧やバイアス電
圧）を印加するために図示せぬ高圧電源をＯＮし（Ｓ１
０２）、ＷＣ−ＬａＢ６カソード７を通常の動作温度
（１５００〜１８００℃程度）よりも低い温度（例え
ば、１４００℃程度）に設定する（Ｓ１０３）。次に、
チャンバ２内を所定の真空度（例えば、１０-2Ｔｏｒｒ
台）まで真空引きを行った（Ｓ１０４）後、コラムバル
ブ５を開にし（Ｓ１０５）、電子ビーム１２（ビーム電
流一定）の照射を約３０秒間行い、その後ビームの出力
を停止する（Ｓ１０６）。また、ビーム照射時のバイア
ス電圧１０の変動を観察する（Ｓ１０７）。観察された
バイアス電圧１０の変動が約３０％以上である場合に
は、コラムバルブ５を閉じる（Ｓ１０８）とともに、カ
ソード７の温度を所定温度（例えば、２０℃）上昇させ
る（Ｓ１０９）。
【００２５】ここで、ビーム電流を一定としたとしても
バイアス電圧１０が変動してしまうと、カソード７近傍
の電位分布が変わりビーム軌道が変わるためにワーク１
６上に照射されるビームの電流密度分布が変化してしま
う。そして、このビームの電流密度分布の変化が、ワー
ク加工（例えば、溶接加工）に要求される条件に影響を
与えることになる。本実施例では、このビーム電流密度
分布の変化が溶接等に要求される条件（例えば、溶接幅
あるいはとけ込み深さ等の安定性）に不具合を与えない
程度のバイアス電圧の変動を約３０％と設定した。ただ
し、高い精度が要求されるような加工を行う場合には、
このバイアス電圧の変動幅を５％以下に設定してもよ
く、逆に、ほとんど加工精度が要求されないような加工
を行う場合には、バイアス電圧の変動幅を５０％程度に
設定してもよい。
バイアス電圧１０が変動してしまうと、カソード７近傍
の電位分布が変わりビーム軌道が変わるためにワーク１
６上に照射されるビームの電流密度分布が変化してしま
う。そして、このビームの電流密度分布の変化が、ワー
ク加工（例えば、溶接加工）に要求される条件に影響を
与えることになる。本実施例では、このビーム電流密度
分布の変化が溶接等に要求される条件（例えば、溶接幅
あるいはとけ込み深さ等の安定性）に不具合を与えない
程度のバイアス電圧の変動を約３０％と設定した。ただ
し、高い精度が要求されるような加工を行う場合には、
このバイアス電圧の変動幅を５％以下に設定してもよ
く、逆に、ほとんど加工精度が要求されないような加工
を行う場合には、バイアス電圧の変動幅を５０％程度に
設定してもよい。
【００２６】また、Ｓ１０９でカソード７が上昇される
温度は２０℃に限られたものではなく、ビーム電流の安
定性や温度設定に費やせる時間等を考慮して所望の温度
に設定することができる。
温度は２０℃に限られたものではなく、ビーム電流の安
定性や温度設定に費やせる時間等を考慮して所望の温度
に設定することができる。
【００２７】図１に戻って説明を続けると、カソード７
の温度を上昇させた後、チャンバリークバルブ１８によ
りチャンバ２内に空気を導入する（Ｓ１１０）。これ
は、チャンバ２内およびコラム１内をワーク交換時の環
境と同様の状態にすることを目的としてなされるもので
ある。そして、チャンバ２内に空気導入後、チャンバ２
内の真空引き（Ｓ１０４）を行い、コラムバルブ５を開
け（Ｓ１０５）、ビーム照射して（Ｓ１０８）、その間
のバイアス電圧１０の変動を再び観察する（Ｓ１０
７）。この動作が、Ｓ１０７において観察されるバイア
ス電圧１０の変動が３０％以下になるまで繰り返され、
このバイアス電圧１０の変動が３０％以下になった時点
でカソード動作温度の設定を終了する（Ｓ１１１）。
の温度を上昇させた後、チャンバリークバルブ１８によ
りチャンバ２内に空気を導入する（Ｓ１１０）。これ
は、チャンバ２内およびコラム１内をワーク交換時の環
境と同様の状態にすることを目的としてなされるもので
ある。そして、チャンバ２内に空気導入後、チャンバ２
内の真空引き（Ｓ１０４）を行い、コラムバルブ５を開
け（Ｓ１０５）、ビーム照射して（Ｓ１０８）、その間
のバイアス電圧１０の変動を再び観察する（Ｓ１０
７）。この動作が、Ｓ１０７において観察されるバイア
ス電圧１０の変動が３０％以下になるまで繰り返され、
このバイアス電圧１０の変動が３０％以下になった時点
でカソード動作温度の設定を終了する（Ｓ１１１）。
【００２８】ここで、本実施例では、カソード７から放
出される電子ビーム１２のビーム電流を一定にした状態
におけるバイアス電圧１０の変動に基づいてカソード７
の温度を調節しているが、逆に、バイアス電圧１０を一
定にした状態におけるビーム電流の変動が所望の範囲内
か否かによってカソード温度を調節するようにしてもか
まわない。ただし、バイアス電圧１０の変動３０％とビ
ーム電流の変動３０％とは全く対応していないので、ビ
ーム電流の変動によりカソード温度を調節する場合に
は、そのビーム電流変動の許容範囲幅を新たに設定する
必要がある。
出される電子ビーム１２のビーム電流を一定にした状態
におけるバイアス電圧１０の変動に基づいてカソード７
の温度を調節しているが、逆に、バイアス電圧１０を一
定にした状態におけるビーム電流の変動が所望の範囲内
か否かによってカソード温度を調節するようにしてもか
まわない。ただし、バイアス電圧１０の変動３０％とビ
ーム電流の変動３０％とは全く対応していないので、ビ
ーム電流の変動によりカソード温度を調節する場合に
は、そのビーム電流変動の許容範囲幅を新たに設定する
必要がある。
【００２９】また、本実施例において、カソード動作温
度設定処理中にチャンバ内には空気を導入したが、実際
には、ＷＣ−ＬａＢ６カソードの仕事関数を劣化させる
原因が酸素であるので、酸素ガスをチャンバに導入して
も良い。この場合には、チャンバリークバルブには酸素
供給装置を取り付ける必要がある。なお、空気の１／５
が酸素の流入であることを考えると、酸素の流入量は空
気の流量と比べて１／５倍程度で良いことになる。
度設定処理中にチャンバ内には空気を導入したが、実際
には、ＷＣ−ＬａＢ６カソードの仕事関数を劣化させる
原因が酸素であるので、酸素ガスをチャンバに導入して
も良い。この場合には、チャンバリークバルブには酸素
供給装置を取り付ける必要がある。なお、空気の１／５
が酸素の流入であることを考えると、酸素の流入量は空
気の流量と比べて１／５倍程度で良いことになる。
【００３０】次に、本発明の第２の実施例について図２
および図３を参照して説明する。
および図３を参照して説明する。
【００３１】図３は、本発明の第２の実施例の処理手順
を示すフローチャートであり、第２の実施例の処理手順
のうちＳ２０１〜Ｓ２０７は、図１におけるＳ１０１〜
Ｓ１０７の処理手順と同様であるので、その重複部分の
説明は省略する。
を示すフローチャートであり、第２の実施例の処理手順
のうちＳ２０１〜Ｓ２０７は、図１におけるＳ１０１〜
Ｓ１０７の処理手順と同様であるので、その重複部分の
説明は省略する。
【００３２】つまり、ビーム照射時のバイアス電圧１０
の変動幅が３０％以上であった場合に、まず、カソード
７の温度を所定温度（例えば、２０℃）上昇させる（Ｓ
２０８）。次に、コラム１内の真空度が１〜２×１０-5
Ｔｏｒｒになるように、コラム１内にコラムリークバル
ブ１７により直接空気を流入する（Ｓ２０９）。空気流
入後、再び、Ｓ２０４〜Ｓ２０７の処理によりバイアス
電圧１０の変動幅を観察する。この処理が、前述と同様
に、バイアス電圧１０の変動幅が３０％以下になるまで
繰り返され、このバイアス電圧１０の変動幅が３０％以
下になった時点でカソード動作温度の設定処理を終了す
る（Ｓ２１０）。
の変動幅が３０％以上であった場合に、まず、カソード
７の温度を所定温度（例えば、２０℃）上昇させる（Ｓ
２０８）。次に、コラム１内の真空度が１〜２×１０-5
Ｔｏｒｒになるように、コラム１内にコラムリークバル
ブ１７により直接空気を流入する（Ｓ２０９）。空気流
入後、再び、Ｓ２０４〜Ｓ２０７の処理によりバイアス
電圧１０の変動幅を観察する。この処理が、前述と同様
に、バイアス電圧１０の変動幅が３０％以下になるまで
繰り返され、このバイアス電圧１０の変動幅が３０％以
下になった時点でカソード動作温度の設定処理を終了す
る（Ｓ２１０）。
【００３３】この第２の実施例では、コラムバルブを閉
じる必要がないために、処理が簡略化されるとともに、
カソード温度設定に要する時間も短縮できる。
じる必要がないために、処理が簡略化されるとともに、
カソード温度設定に要する時間も短縮できる。
【００３４】上記第１及び第２の実施例では、バイアス
電圧の変動幅が所定の範囲内になるまで、コラムへの空
気流入およびカソード温度の上昇を繰り返しているが、
逆に、最初のカソードの温度を動作温度よりも高く設定
し、バイアス電圧の変動幅が所定の範囲内になるまで、
カソード温度を徐々に下降させ、ビーム電流が飽和状態
から減少し始める時点の温度にカソードを設定してもよ
い。ただし、カソード温度を上昇させていく場合も、下
降させていく場合も、図７の破線で示す温度制限領域と
空間電荷制限領域との境界近傍にカソード温度を設定す
るようにする。
電圧の変動幅が所定の範囲内になるまで、コラムへの空
気流入およびカソード温度の上昇を繰り返しているが、
逆に、最初のカソードの温度を動作温度よりも高く設定
し、バイアス電圧の変動幅が所定の範囲内になるまで、
カソード温度を徐々に下降させ、ビーム電流が飽和状態
から減少し始める時点の温度にカソードを設定してもよ
い。ただし、カソード温度を上昇させていく場合も、下
降させていく場合も、図７の破線で示す温度制限領域と
空間電荷制限領域との境界近傍にカソード温度を設定す
るようにする。
【００３５】また、本実施例では、カソードとしてＷＣ
−ＬａＢ６カソードを用いた場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。本実施例は、
２４００℃以上の融点を有する金属、または、その金属
を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、また
は、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの炭化
物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれた少
なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、ラン
タン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ばれた
少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれた低
仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処理等
により一体化することによって得られるカソード、Ｌａ
Ｂ６カソードまたはタングステンカソードなど他の物質
からなる熱陰極を用いた電子ビーム加工機に対しても非
常に有効である。特に、仕事関数がチャンバ内やコラム
内の残留気体の影響により変化しやすいＬａＢ６を含む
カソードの動作温度を設定する場合に最適である。
−ＬａＢ６カソードを用いた場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。本実施例は、
２４００℃以上の融点を有する金属、または、その金属
を主成分とする合金、または、その金属の炭化物、また
は、その金属のホウ化物、または、ジルコニウムの炭化
物、または、ジルコニウムのホウ化物のうち選ばれた少
なくとも１種の耐イオン衝撃性高融点耐熱物質と、ラン
タン、イットリウム、セリウム、セシウムから選ばれた
少なくとも１種のホウ化物または酸化物から選ばれた低
仕事関数を有する電子放射物質とを熱間等方加圧処理等
により一体化することによって得られるカソード、Ｌａ
Ｂ６カソードまたはタングステンカソードなど他の物質
からなる熱陰極を用いた電子ビーム加工機に対しても非
常に有効である。特に、仕事関数がチャンバ内やコラム
内の残留気体の影響により変化しやすいＬａＢ６を含む
カソードの動作温度を設定する場合に最適である。
【００３６】
【発明の効果】本発明のカソード動作温度設定方法によ
れば、カソード動作温度設定時に間欠的に酸素を含む気
体がコラムに流入されるために、カソード表面が実際の
加工時とほぼ同じ条件でカソード動作温度を設定でき
る。したがって、加工時に安定したエミッションが得ら
れる温度（空間電荷制限領域）の中で最も低温に設定す
ることが可能となり、エミッションの安定性を向上させ
るとともにカソードの長寿命化を実現できる。
れば、カソード動作温度設定時に間欠的に酸素を含む気
体がコラムに流入されるために、カソード表面が実際の
加工時とほぼ同じ条件でカソード動作温度を設定でき
る。したがって、加工時に安定したエミッションが得ら
れる温度（空間電荷制限領域）の中で最も低温に設定す
ることが可能となり、エミッションの安定性を向上させ
るとともにカソードの長寿命化を実現できる。
【図１】本発明のカソード動作温度設定方法の第１の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の電子ビーム加工機の一実施例の構成を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図３】本発明のカソード動作温度設定方法の第２の実
施例の処理手順を示すフローチャートである。
施例の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】従来の電子ビーム加工機の構成を示す概略図で
ある。
ある。
【図５】一般的な電子ビーム加工機におけるカソードの
加熱方法を説明する斜視図である。
加熱方法を説明する斜視図である。
【図６】従来のカソード動作温度設定方法の処理手順を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図７】エミッション特性、特に、空間電荷制限領域を
説明するグラフである。
説明するグラフである。
１ コラム ２ チャンバ ３ コラム真空排気系 ４ チャンバ真空排気系 ５ コラムバルブ ６ カーボンヒータ ７ ＷＣ−ＬａＢ６カソード ８ ウェネルト電極 ９ アノード １０ バイアス電圧 １１ ヒータ加熱電圧 １２ 電子ビーム １３ ビーム電流計 １４ 加速電圧 １５ レンズ系 １６ ワーク １７ コラムリークバルブ １８ チャンバリークバルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/06 H01J 37/248 H01J 37/30 H01J 37/31
Claims (6)
- 【請求項１】 電子銃室を十分に真空に引いた後、その
電子銃室に酸素を含む気体を間欠的に導入しながらカソ
ードにバイアス電圧を印加してこのカソードを動作さ
せ、そのときの前記カソードから放出される電子ビーム
の状態変動が所望の範囲内になるように、前記カソード
の動作温度を調整することを特徴とする電子ビーム加工
機用カソード動作温度設定方法。 - 【請求項２】 前記電子ビームの状態変動は、前記電子
ビームのビーム電流値を一定とした状態における前記バ
イアス電圧の変動であることを特徴とする前記請求項１
に記載の電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方
法。 - 【請求項３】 前記電子ビームの状態変動は、前記バイ
アス電圧を一定とした状態における前記電子ビームのビ
ーム電流の変動であることを特徴とする前記請求項１に
記載の電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法。 - 【請求項４】 前記カソードは、２４００℃以上の融点
を有する金属、または、その金属を主成分とする合金、
または、その金属の炭化物、または、その金属のホウ化
物、または、ジルコニウムの炭化物、または、ジルコニ
ウムのホウ化物のうち選ばれた少なくとも１種の耐イオ
ン衝撃性高融点耐熱物質と、ランタン、イットリウム、
セリウム、セシウムから選ばれた少なくとも１種のホウ
化物または酸化物から選ばれた低仕事関数を有する電子
放射物質とを加熱・加圧処理により一体化することによ
って得られる物質により構成されることを特徴とする前
記請求項１に記載の電子ビーム加工機用カソード動作温
度設定方法。 - 【請求項５】 真空排気系を備える電子銃室と、 前記電子銃室内に配置され、所定温度以上に加熱される
ことにより電子を放出するカソードと、 前記カソードとの間にバイアス電圧が印加されることに
よりそのカソードから電子を放出させる電極と、 真空排気系を備え、加工すべきワークが載置される加工
容器と、 前記カソードから放出される電子ビームのビーム電流を
一定にした状態における前記バイアス電圧の変動を検出
する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記バイアス電圧の変動
に基づいて前記電子銃室内に酸素を含む気体を導入する
手段と、 前記検出手段により検出された前記バイアス電圧の変動
に基づいて前記カソードの温度を調節する手段とを備え
ることを特徴とする電子ビーム加工機。 - 【請求項６】 真空排気系を備える電子銃室と、 前記電子銃室内に配置され、所定温度以上に加熱される
ことにより電子を放出するカソードと、 前記カソードとの間にバイアス電圧が印加されることに
よりそのカソードから電子を放出させる電極と、 真空排気系を備え、加工すべきワークが載置される加工
容器と、 前記バイアス電圧を一定にした状態における前記カソー
ドから放出される電子ビームのビーム電流の変動を検出
する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記ビーム電流の変動に
基づいて前記電子銃室内に酸素を含む気体を導入する手
段と、 前記検出手段により検出された前記ビーム電流の変動に
基づいて前記カソードの温度を調節する手段とを備える
ことを特徴とする電子ビーム加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161595A JP2762944B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161595A JP2762944B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203457A JPH08203457A (ja) | 1996-08-09 |
| JP2762944B2 true JP2762944B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=11782831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1161595A Expired - Lifetime JP2762944B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | 電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2762944B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10106926A (ja) * | 1996-10-01 | 1998-04-24 | Nikon Corp | 荷電粒子線リソグラフィ装置、荷電粒子線リソグラフィ装置の評価方法およびパターン形成方法 |
| JP4991410B2 (ja) * | 2006-07-06 | 2012-08-01 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 集束イオンビーム装置 |
| RU2713229C1 (ru) * | 2019-03-21 | 2020-02-04 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Способ измерения рабочей температуры катода в пушке или в составе электронного прибора |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP1161595A patent/JP2762944B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08203457A (ja) | 1996-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3440475A (en) | Lanthanum hexaboride cathode system for an electron beam generator | |
| JP2762944B2 (ja) | 電子ビーム加工機用カソード動作温度設定方法およびこの方法を用いた電子ビーム加工機 | |
| US2981823A (en) | Production of metals | |
| US3054896A (en) | Apparatus for electron beam heating control | |
| JP2013089538A (ja) | 荷電粒子線装置、及び脱ガス方法 | |
| JP3406199B2 (ja) | 電界放出型電子銃を備えた粒子線装置及びその加熱脱ガス方法 | |
| US4095083A (en) | Electron-beam apparatus for thermal treatment by electron bombardment | |
| JP2546143B2 (ja) | 電子ビーム加工機用電子銃 | |
| JP3140636B2 (ja) | プラズマ発生装置 | |
| US2968715A (en) | Fusion welding method and apparatus | |
| Yeheskel et al. | An intense electron beam source | |
| EP0637046A1 (en) | Thermoionic emissive cathode method of fabricating the same thermoionic emissive cathode and electron beam apparatus | |
| JP4534078B2 (ja) | アーク放電用陰極及びイオン源 | |
| Albertoni et al. | Experimental Characterization of LaB6 Hollow Cathode for Low-Power Hall Effect Thrusters | |
| JPH08227677A (ja) | イオン源のフィラメント電流の制御方法 | |
| JPH0836983A (ja) | イオン源 | |
| US2902653A (en) | Pulse generating circuits embodying magnetrons | |
| JPH0574395A (ja) | 電子源システム及びその制御法 | |
| JPS6059641A (ja) | 電子ビ−ムを発生する装置 | |
| JPH0794072A (ja) | 電子ビーム照射用の熱陰極およびその熱陰極の製造方法およびその熱陰極を用いた電子ビーム加工装置 | |
| JPS5851385B2 (ja) | ビ−ム電流制御回路 | |
| RU1730864C (ru) | Способ получени плазмы металлов с помощью вакуумной дуги | |
| JP2000011853A (ja) | 電子銃、その長寿命化方法、電子機器 | |
| Lloyd et al. | The initiation of arcs by ion bombardment | |
| JPH02250310A (ja) | 電子ビーム露光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980224 |