JP3021536B2 - Heating device using hollow cathode discharge - Google Patents

Heating device using hollow cathode discharge

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斎藤  一也
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば蒸発源や溶解用加熱装置として利用
され得るホローカソード放電を利用した加熱装置に関す
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heating device using hollow cathode discharge which can be used as, for example, an evaporation source or a heating device for melting.

[従来の技術] 従来のホローカソード放電を利用した加熱装置として
は例えば添附図面の第6図に示すように、カソードA
と、被加熱体であるアノードBと、ビームを収束させる
ためのコイルSとから成り、カソードAは円筒形状であ
り、内部を通ってガスを導入できるようにされており、
これらの組立体は通常真空排気できる容器内に設置さ
れ、またアノードB及びコイルCは水冷されている。
[Prior Art] As a conventional heating device utilizing hollow cathode discharge, for example, as shown in FIG.
And an anode B to be heated, and a coil S for converging a beam. The cathode A has a cylindrical shape so that gas can be introduced therethrough.
These assemblies are usually installed in a container that can be evacuated, and the anode B and the coil C are water-cooled.

この従来装置では通常カソードAからアルゴンガスを
導入し、アノードBが正の電位となるように電圧を印加
することにより、ホローカソード放電が発生され、それ
により、カソードAから放出される電子はアノードBに
衝突し、アノードBを加熱する。そして収束コイルCに
よって発生される磁場は、ホローカソード放電のビーム
が空間的に拡がるのを防止する働きをもち、放電を安定
化させ、しかも被加熱体を効率良く加熱できるようにし
ている。この発熱作用を利用して真空蒸着における蒸発
源や溶解用加熱装置に用いられている。
In this conventional apparatus, a hollow cathode discharge is generated by introducing an argon gas from a cathode A and applying a voltage so that an anode B has a positive potential, whereby electrons emitted from the cathode A are converted into an anode. B and heats the anode B. The magnetic field generated by the converging coil C has a function of preventing the beam of the hollow cathode discharge from spatially expanding, stabilizes the discharge, and enables the object to be heated to be efficiently heated. Utilizing this heat generation effect, it is used for an evaporation source and a heating device for melting in vacuum evaporation.

また別の従来例としては、第7図及び第8図に示すも
のが知られており、この装置は円筒状カソードDと、ア
ノードEと、ビーム移動用のコイルFと、アノードEの
両側に沿ってのびるヨークGとから成り、第6図の場合
と同様に通常真空排気できる容器内に設置され、そして
アノードE及びコイルFは水冷されている。
As another conventional example, the one shown in FIGS. 7 and 8 is known. This apparatus has a cylindrical cathode D, an anode E, a coil F for moving a beam, and both sides of the anode E. The yoke G extends along the same and is installed in a container which can be evacuated as in the case of FIG. 6, and the anode E and the coil F are water-cooled.

この従来例では第6図の従来例の場合と同様に円筒状
カソードDを通ってアルゴンガスが導入され、アノード
Eとの間でホローカソード放電が発生され、これにより
アノードEにおける被加熱体が加熱される。この場合、
ビーム移動用のコイルFによって発生される磁場の方向
はビームに対して垂直であり、ビームは図示したように
この磁場に対して垂直方向に曲げられる。そしてビーム
移動用のコイルFに流す電流を変化させて磁場強度を調
整することにより、ビームの軌道を変化させることがで
き、一軸方向に限られるがアノードE上の任意の位置に
ビームを当てて加熱することができる。
In this conventional example, as in the case of the conventional example shown in FIG. 6, an argon gas is introduced through a cylindrical cathode D, and a hollow cathode discharge is generated between itself and an anode E. Heated. in this case,
The direction of the magnetic field generated by the beam moving coil F is perpendicular to the beam, and the beam is bent perpendicular to this field as shown. The trajectory of the beam can be changed by changing the current flowing through the beam moving coil F to adjust the magnetic field strength. Can be heated.

[発明が解決しようとする課題] 第6図に示すような従来公知の装置では、ビームを収
束コイルCで収束させるように構成されているので、ア
ノードB上の加熱部位は一点に限られ、従って蒸発源と
して使用する場合には、蒸発材料に蒸発むらが生じたり
する問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In a conventionally known device as shown in FIG. 6, since a beam is converged by a converging coil C, the heating portion on the anode B is limited to one point. Therefore, when used as an evaporation source, there has been a problem that evaporation unevenness occurs in the evaporation material.

またこの装置を溶解用に利用する場合にはカソードを
機械的に移動しない限り大きな領域を加熱できないとい
う問題があった。
When this apparatus is used for melting, there is a problem that a large area cannot be heated unless the cathode is moved mechanically.

一方、第7図及び第8図に示すような構造の装置で
は、ビームに対して垂直に磁場を発生させるため、ビー
ムに対して本質的に平行であるべきビーム収束コイル磁
場と同時に実現させることは不可能であり、このため、
ビームがある程度拡がるのは避けられず、その結果効率
良い加熱を達成することができないという問題があっ
た。
On the other hand, in a device having a structure as shown in FIGS. 7 and 8, a magnetic field is generated perpendicular to the beam. Is not possible, so
It is inevitable that the beam expands to some extent, and as a result, there is a problem that efficient heating cannot be achieved.

そこで、本発明は、このような従来公知の装置に伴う
問題点を解決して、加熱効率がよくしかも任意の加熱部
位に対して容易に適用できるホローカソード放電を利用
した加熱装置を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention solves the problems associated with such a conventionally known device, and provides a heating device utilizing hollow cathode discharge which has good heating efficiency and can be easily applied to any heating portion. It is an object.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明によれば、ビー
ム収束用コイルを備えたホローカソード放電を利用した
加熱装置において、アノードの軸線の回りに間隔を置い
て配列した複数のコイルから成り、アノードの近傍でそ
の周囲を囲んでビーム収束用コイルによる磁場と平行な
成分をもつ不均一磁場を発生するビーム位置制御用コイ
ルを設けたことを特徴としている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, according to the present invention, in a heating apparatus using a hollow cathode discharge provided with a beam focusing coil, a space is provided around an axis of an anode. A beam position control coil, which comprises a plurality of coils arranged in a row and surrounds the vicinity of the anode and generates an inhomogeneous magnetic field having a component parallel to the magnetic field of the beam converging coil, is provided.

[作用] このように構成した本発明による加熱装置において
は、被加熱体を成すアノードの近傍に、ビーム移動用コ
イルによって発生される磁場は不均一磁場であり、ビー
ム移動用コイルに供給する電流を調整することによりそ
の分布を変化させることができ、これにより、アノード
上におけるビームの当たる加熱位置を任意に調整するこ
とができる。
[Operation] In the heating device according to the present invention configured as described above, the magnetic field generated by the beam moving coil is a non-uniform magnetic field near the anode forming the object to be heated, and the current supplied to the beam moving coil is Can be adjusted to change the distribution, and thereby the heating position on the anode where the beam hits can be arbitrarily adjusted.

また、このビーム移動用コイルによって発生される不
均一磁場はビーム集束用コイルによる磁場と平行な成分
をもつため、ビームの収束の度合いとビーム位置とを独
立して制御することが可能となり、その結果、加熱操作
の自由度が拡がり、効率良い加熱と加熱位置の任意性と
を同時に達成することができるようになる。
In addition, since the non-uniform magnetic field generated by the beam moving coil has a component parallel to the magnetic field generated by the beam focusing coil, the degree of convergence of the beam and the beam position can be controlled independently. As a result, the degree of freedom of the heating operation is increased, and efficient heating and arbitrary heating positions can be achieved at the same time.

[実施例] 以下、添附図面の第1図〜第5図を参照して本発明の
実施例について説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5 in the accompanying drawings.

第1図には、本発明を蒸発源に適用した実施例の構成
を概略的に示し、図示装置において1は円筒状カソー
ド、2は水冷アノード(ハース)で、その中に加熱すべ
き蒸発物質3が入れられている。また4はビーム収束用
コイル、5は第2図に示すように水冷アノード2の底部
を横切って十字形に伸びそして水冷アノード2の上方側
縁部まで伸びて設けられたヨーク部材、6はヨーク部材
5に装着されたビーム位置制御用コイルであり、このビ
ーム位置制御用コイル6は二つのX軸コイル7と二つの
Y軸コイル8(図面にはそのうちの一方のみを示す)と
から成っている。
FIG. 1 schematically shows the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to an evaporation source. In the illustrated apparatus, reference numeral 1 denotes a cylindrical cathode, 2 denotes a water-cooled anode (hearth), in which an evaporating substance to be heated is provided. 3 is inserted. Numeral 4 denotes a beam focusing coil, numeral 5 denotes a yoke member which extends in a cross shape across the bottom of the water-cooled anode 2 and extends to the upper side edge of the water-cooled anode 2 as shown in FIG. A beam position control coil mounted on the member 5, the beam position control coil 6 comprising two X-axis coils 7 and two Y-axis coils 8 (only one of them is shown in the drawing). I have.

動作において、ホローカソード放電によって生じるビ
ームは、ビーム収束用コイル4によって発生された磁場
の方向(図面に点線矢印で示す)に沿った形態で形成さ
れる。この状態で、ビーム位置制御用コイル6の二つの
X軸コイル7に通電すると、二つのX軸コイル7の一方
はビーム収束用コイル4と順方向の磁場成分を、また他
方のX軸コイル7は逆方向の磁場成分をコーク部材5の
先端部に発生するようにされているので、アノード2の
近傍における磁場の方向は順方向の磁場成分を発生する
X軸コイル7側に曲げられ、これに沿ってアノード2上
におけるビームの衝突位置も移動されることになる。そ
して各X軸コイル7に通電する電流を変えることによ
り、ビームの移動距離は調節でき、また通電する電流の
極性を逆にすることにより磁場方向は逆となり、ビーム
の移動方向を反対にすることができる。そして、ビーム
位置制御用コイル6の二つのY軸コイル8についても同
様に励磁制御することによりy軸方向についてもビーム
の移動を調節することができる。従ってビーム位置制御
用コイル6の二つのX軸コイル7及び二つのY軸コイル
8を適宜制御することによってアノード2上におけるビ
ームの衝突位置を随意に制御することができる。
In operation, the beam generated by the hollow cathode discharge is formed in a direction along the direction of the magnetic field generated by the beam focusing coil 4 (indicated by a dotted arrow in the drawing). In this state, when the two X-axis coils 7 of the beam position control coil 6 are energized, one of the two X-axis coils 7 receives the forward magnetic field component from the beam converging coil 4 and the other X-axis coil 7. Is designed to generate a magnetic field component in the reverse direction at the tip of the coke member 5, so that the direction of the magnetic field near the anode 2 is bent toward the X-axis coil 7 that generates a magnetic field component in the forward direction. The position of the collision of the beam on the anode 2 is also moved along. The beam moving distance can be adjusted by changing the current applied to each X-axis coil 7, and the direction of the magnetic field can be reversed by reversing the polarity of the supplied current to reverse the beam moving direction. Can be. Then, the excitation of the two Y-axis coils 8 of the beam position control coil 6 is similarly controlled to adjust the movement of the beam in the y-axis direction. Therefore, by appropriately controlling the two X-axis coils 7 and the two Y-axis coils 8 of the beam position control coil 6, the collision position of the beam on the anode 2 can be arbitrarily controlled.

第3図には、本発明を溶解用加熱装置として実施した
別の実施例を示し、図面において11は円筒状カソード、
12は水冷アノード(ハース)で、その中に加熱すべき溶
解材料13が挿置されている。14はビーム収束用コイルで
ある。この実施例ではアノード(ハース)12中で溶解し
た材料を下方向に引き抜くため第4図に示すように水冷
アノード12の周囲を囲んで円筒状のヨーク部材15が設け
られ、このヨーク部材15に装着されるビーム位置制御用
コイル16は、二つのX軸コイル17と二つのY軸コイル18
とから成り、これらのX軸コイル17及びY軸コイル18は
図示したように90゜の間隔をおいてヨーク部材15に装着
されている。
FIG. 3 shows another embodiment in which the present invention is implemented as a heating device for melting, in which 11 is a cylindrical cathode,
Reference numeral 12 denotes a water-cooled anode (hearth) into which a melting material 13 to be heated is inserted. 14 is a beam converging coil. In this embodiment, a cylindrical yoke member 15 is provided to surround the periphery of the water-cooled anode 12 as shown in FIG. The mounted beam position control coil 16 includes two X-axis coils 17 and two Y-axis coils 18.
The X-axis coil 17 and the Y-axis coil 18 are mounted on the yoke member 15 at an interval of 90 ° as shown.

この実施例でも前述の実施例の場合と同様にビーム位
置制御用コイル16の二つのX軸コイル17及び二つのY軸
コイル18を適当に励磁させることにより、ビームを溶解
材料13の全域に移動させて加熱させることができる。
Also in this embodiment, the beam is moved to the entire area of the molten material 13 by appropriately exciting the two X-axis coils 17 and the two Y-axis coils 18 of the beam position control coil 16 in the same manner as in the previous embodiment. And heat it.

ところで、図示実施例ではいずれもホローカソード放
電ビームを生成するためにアノードの真上にカソードを
配置しているが、代わりに第5図に示すようにカソード
21をアノード22に対して斜め上方に位置させてホローカ
ソード放電ビームを生成するように構成することもでき
る。なお第5図において23はアノード22に装着される蒸
発材料、24はビーム収束用コイル、25はヨーク部材、26
はヨーク部材25に装着されたビーム位置制御用コイルで
ある。
By the way, in each of the illustrated embodiments, the cathode is disposed immediately above the anode in order to generate a hollow cathode discharge beam, but instead, as shown in FIG.
It is also possible to arrange so that 21 is positioned obliquely above the anode 22 to generate a hollow cathode discharge beam. In FIG. 5, reference numeral 23 denotes an evaporating material mounted on the anode 22, 24 denotes a beam focusing coil, 25 denotes a yoke member, and 26 denotes a yoke member.
Is a beam position control coil mounted on the yoke member 25.

また各実施例ではビーム位置制御用コイルはX軸及び
Y軸方向に二つづコイルを設けた構成であるが、設けら
れる各コイルの角度位置及び数は必要に応じて任意に設
計することができる。
In each embodiment, the coil for controlling the beam position has a configuration in which two coils are provided in the X-axis and Y-axis directions. However, the angular position and the number of each provided coil can be arbitrarily designed as necessary. .

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、被加熱体
を成すアノードの近傍に、ビーム集束用コイルによる磁
場と平行な成分をもつ不均一磁場を発生するビーム移動
用コイルを設けているので、このビーム移動用コイルの
励磁を適当に制御することによって被加熱体に対するビ
ームの衝突位置を任意に制御することができ、その結果
小さな領域から比較的大きな領域まで効率良く加熱する
ことができ、蒸発源や溶解用加熱装置として有用な装置
を提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a beam moving coil that generates an inhomogeneous magnetic field having a component parallel to the magnetic field generated by the beam focusing coil in the vicinity of the anode forming the object to be heated By appropriately controlling the excitation of the beam moving coil, the collision position of the beam with respect to the object to be heated can be arbitrarily controlled. As a result, the heating can be efficiently performed from a small area to a relatively large area. And a device useful as an evaporation source or a heating device for melting can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第2図は
第1図の装置のアノード部の概略平面図、第3図は本発
明の別の実施例を示す概略断面図、第4図は第3図の装
置におけるアノード部の概略平面図、第5図は本発明の
変形実施例を示す概略断面図、第6図は従来のホローカ
ソード放電を利用した加熱装置の一例を示す概略線図、
第7図及び第8図は従来の別の加熱装置の例を示す概略
側面図及び断面図である。 図中 1:円筒状カソード 2:アノード(ハース) 3:加熱すべき蒸発物質 4:ビーム収束用コイル 5:ヨーク部材 6:ビーム位置制御用コイル 7:X軸コイル 8:Y軸コイル 11:円筒状カソード 12:水冷アノード(ハース) 13:加熱すべき溶解材料 14:ビーム収束用コイル 15:円筒状のヨーク部材 16:ビーム位置制御用コイル 17:X軸コイル 18:Y軸コイル
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of an anode part of the apparatus of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention, 4 is a schematic plan view of an anode part in the apparatus of FIG. 3, FIG. 5 is a schematic sectional view showing a modified embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an example of a conventional heating apparatus utilizing hollow cathode discharge. Schematic diagram showing,
7 and 8 are a schematic side view and a sectional view showing an example of another conventional heating device. In the figure, 1: cylindrical cathode 2: anode (hearth) 3: evaporating substance to be heated 4: beam focusing coil 5: yoke member 6: beam position control coil 7: X-axis coil 8: Y-axis coil 11: cylinder Cathode 12: Water-cooled anode (hearth) 13: Melting material to be heated 14: Beam focusing coil 15: Cylindrical yoke member 16: Beam position control coil 17: X-axis coil 18: Y-axis coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 一弘 茨城県つくば市東光台5丁目9番地7 日本真空技術株式会社筑波超材料研究所 内 (56)参考文献 特開 平1−168860(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H01J 37/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuhiro Watanabe 5-9-9 Tokodai, Tsukuba, Ibaraki Pref. Tsukuba Super Materials Laboratory, Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. (56) References A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 H01J 37/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ビーム収束用コイルを備えたホローカソー
ド放電を利用した加熱装置において、アノードの軸線の
回りに間隔を置いて配列した複数のコイルから成り、ア
ノードの近傍でその周囲を囲んでビーム収束用コイルに
よる磁場と平行な成分をもつ不均一磁場を発生するビー
ム位置制御用コイルを設けたことを特徴とするホローカ
ソード放電を利用した加熱装置。
1. A heating apparatus using a hollow cathode discharge provided with a coil for converging a beam, comprising a plurality of coils arranged at intervals around an axis of the anode, and surrounding the periphery of the coil in the vicinity of the anode. A heating device utilizing hollow cathode discharge, wherein a beam position control coil for generating an inhomogeneous magnetic field having a component parallel to the magnetic field generated by the focusing coil is provided.
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