JP4689049B2 - 無アーク電子銃 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、無アークの、液冷式電子銃（Ｅガン）に関する。
【０００２】
【背景技術】
Ｅガンは様々な応用、特に密封された真空チャンバ内での気相めっきプロセスに使用される。そのようなＥガンは電子の流れを放つための電子放射源(エミッタ)、エミッタを操作する高電圧リード線、蒸着物質材料を保持するるつぼ、およびエミッタから蒸着物質材料の表面に電子の流れを向ける磁場を発生させる磁石を通常含む。入射電子の流れは材料を蒸発させ、ガス雲をチャンバ内に置かれた基板に蒸着させるためにチャンバ内に満たす。米国特許3,710,072と、5,111,0222は従来技術のＥガンの様々な細部を示す。
【０００３】
そのようなＥガンの1つの問題は、操作の間、特に、密封された真空チャンバ内部の圧力が増えるときに起こるアーク発生である。より明確に言えば、るつぼの材料が気化するとき、それの一部は陽イオンとガスに分解する。これらの陽イオンは機械的エネルギを持ちながら磁場に放出され、その磁場は、電子の流れがとる通路と同様な通路に沿ってイオンをエミッタの方へ戻すように案内する。これらの戻りイオンの一部はエミッタに入りそれを損傷させる。
【０００４】
チャンバの中の陽イオンによって引き起こされる別の問題は、チャンバ壁からＥガンまで延伸する高電圧リード線である。これらのリード線は通常むき出しの高電圧導体である。
【０００５】
これらの導体の間のチャンバ内に浮かぶ陽イオンは導体と接地の間にアーク発生を引き起こす場合がある。導体のシャープな角を最小限度にすることにより、このアーク発生問題は完全に解決されるというわけではない。さらに、ほとんどの絶縁材が気相めっきの間に存在する高いチャンバ温度に耐えることができないので、これらのリード線を電気的に絶縁することは難しい。
【０００６】
米国特許No. 5,216,690(ハンクスに付与)に1つの解決法が提案されている。それは、シールドを用いて高電圧の表面のすべてを囲むことである。シールドは接地され、ＨＶの表面から、予期される最も高い圧力における電子の平均自由行程より小さい距離、離される。通過する電子は、加速して高速で-KV陰極表面から近くの接地まで行くが、全体の距離にわたって最小量のイオン衝突の可能性を持つ。電子は、最小量のエネルギを接地するように単に移行する。これはアーク下降とグロー放電を抑圧する。しかしながら、このタイプのＥガンの欠点は、剛性の接地されシールドされた高電圧リード線が装置をインストールすることを非常に難しくするということである。
【０００７】
気相めっきプロセスのための無アーク電子銃に対する需要がある。
【０００８】
【発明の開示】
本発明は、改良された静電界、改良された磁場及び/又はフレキシブルな絶縁材で被覆され改良された高電圧リード線をＥガンに提供することによって、前述の問題を解決する。
【０００９】
本発明の電子銃はエミッタアセンブリと磁石アセンブリを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放つフィラメントと、フィラメントに隣接して配列されフィラメントに整列する陰極窓を形成する陰極板と、陰極板に隣接して配列され陰極窓に整列する陽極窓を形成する陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放たれた電子を陰極窓と陽極窓を通って横断する電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁気アセンブリは、るつぼと、通路に沿って電子流をるつぼに誘導するための磁場を発生させる磁石を含む。陽極窓、陰極窓およびフィラメントは、電子流の分岐を最小にする静電レンズを形成するために互いに整列される。
【００１０】
別の実施形態において、電子銃は、チャンバ内の材料を蒸着させるために真空蒸着チャンバ内に設けることができる。電子銃はエミッタアセンブリと、磁石アセンブリを有する。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設されフィラメントに整列する陰極窓を形成する陰極板と、陰極板に隣接して配列され陰極窓に整列する陽極窓を形成する陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放たれた電子を陰極窓と陽極窓を通って横断し最小限の分岐を備える電子流に集束させるレンズとして作用する静電界を形成するために、電圧源に接続可能であり、そして互いに、かつ、フィラメントに対して整列される。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる一対の極を有する磁石と、それぞれが磁石の異なる極から延伸する一対の延伸板と、延伸板から電子流の通路まで延伸する複数の延伸部材とを含む。磁石と、対の延伸板と、複数の延伸部材は、最小限の分岐でもって電子流をるつぼに案内するように電子流の通路に沿って均一な磁界を与える。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態において、電子銃は、エミッタアセンブリと、磁石アセンブリと、イオントラップ（捕捉）板とを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設された陰極板と、陰極板に隣接して配列された陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放射された電子を電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む。イオントラップ板は電圧源に電気的に接続可能である。陽極板は、作動の間にイオンを引きつけるイオントラップ板に整列するように陽極板内に形成された陽極窓を有する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様において、電子銃は、エミッタアセンブリと、磁石アセンブリと、一対の絶縁されたワイヤーと、冷却液ジャケットとを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設された陰極板と、陰極板に隣接して配列された陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放射された電子を電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む。一対の絶縁されたワイヤーはフィラメントに電流を通じさせて加熱するためにフィラメントに電気的に接続される。冷却液ジャケット部材は、一方のワイヤーの少なくとも一部が通る第１チャンネルと、冷却液が流れる第２チャンネルを形成する。
【００１３】
本発明のその他の目的及び特徴は、明細書、請求の範囲及び添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施形態】
本発明は、改善された静電界と、改善された磁界と、高電圧リード線の改善された絶縁を与えることによりアーク発生を防止することができる、気相めっきプロセスのための無アーク電子銃（Ｅガン）である。
【００１５】
本発明の無アークＥガンを図１及び図３Ａに示す。無アークＥガンは電子放射源(エミッタ)アセンブリ１０と、磁石アセンブリ１２と、高電圧リード線アセンブリ１４を含む。
【００１６】
エミッタアセンブリ１０は図２Ａ及び２Ｂによりよく示されており、このアセンブリ１０は、陰極窓２２を備える成形された陰極板２０を含む。陰極板２０は、陰極窓２２に隣接して位置するフィラメント２４を囲み、フィラメントのエンクロジャーを形成する。陰極板２０は陰極アセンブリ２６に取り付けられる。陽極窓３０を備える陽極板２８はエミッタブロック５０に取り付けられる。陰極窓２２と、陽極窓３０と、フィラメント２４との相対的な配列は後に図６を参照して説明する。
【００１７】
陰極アセンブリ２６は、電気絶縁アセンブリ３１，３１と取付板３５によってエミッタブロック５０に取り付けられる。絶縁アセンブリ３１（これは図２Ｃにより良く示されている）は、陰極アセンブリ２６をそれが取り付けられるエミッタブロック５０から絶縁する。絶縁アセンブリ３１は、カップ状に成形された外側ＨＶシールド３２と、カップ状に成形された内側ＨＶシールド３３を含み、これらのシールドは電気絶縁材３４によって重なる恰好となるように互いに連結されている。カップ状の外側シールド３２の開放端は、絶縁材３４と、カップ状の内側シールド３３の開放端とオーバラップする。
【００１８】
陰極アセンブリ２６は、図２Ｂに示すように、エアギャップ又は絶縁材４０によって離間された２つの陰極ブロック３６，３８を有する。フィラメント２４は、フィラメント取付板４２，４３によって陰極ブロック３６，３８の間に取り付けられる。陰極板２０は、スクリュ３７によって陰極ブロック３６に電気的に接続するように該ブロックに取り付けられるが、陰極ブロック３８からは陰極ブロック３８の上部に取り付けられた絶縁材４４によって電気的に絶縁される。一対の陰極リード４６，４８がそれぞれ陰極ブロック３６，３８に取り付けられる。
【００１９】
エミッタアセンブリ１０は磁石アセンブリ１２に取り付けられる。磁石アセンブリ１２は、図２Ａ及び３Ａに示すように、エミッタブロック５０と、磁石支持部材５２を含む。スクリュ４９，４９は、取付板３５と陽極板２８をエミッタブロック５０に電気的に接続する。エミッタブロック５０は、エミッタアセンブリ１０を格納するエミッタ用のくぼみ５４と、陰極リード４６，４８が内部に延伸するるつぼ用のくぼみ５６を含む。磁石支持部材５２は一対の対向する磁石用延伸板６０，６０を支持し、磁石６２がこれらの延伸板の一端間で延伸し、他端の近くの間にエミッタアセンブリ１０及びエミッタブロック５０が配設されてエミッタアセンブリ１０及びエミッタブロック５０の回りに磁界Ｍ（図５参照）を生成することができるようになる。一対の磁極ピース６４，６４はそれぞれ延伸板６０，６０に取り付けられエミッタブロック５０の方へ延伸する。さらに、一対の補助の磁極ピース６６，６６はそれぞれ延伸板６０，６０に取り付けられ陽極板２８の方へ延伸する。磁極ピース６４と補助の磁極ピース６６は、以下により詳細に説明するように電子の流れ（電子流）をある範囲内にうまく保持するためにエミッタアセンブリ１０とるつぼ５８の回りに磁界Ｍを形成する働きをなす。図３Ｂに示すように、磁石アセンブリ１２の上の蓋板６７と、エミッタアセンブリ１０の上の陰極蓋板６８はＥガンをチャンバ内に浮かぶ正のイオン及びその他の物から保護する。蓋板６８に孔６９が形成されており、この孔を電子流が流れる。るつぼ５８はくぼみ５６の中又は上に配設される。
【００２０】
高圧リード線アセンブリ１４は図４Ａと４Ｂに最もよく示されており、このアセンブリは取付板７２，７２に接続された水（冷却液）管７０，７０を含み、取付板７２，７２は内側及び外側ベロウズ７４，７６（好ましくはステンレススチールからなる）に接続され、これらのベロウズは絶縁体ブロック７８に接続されている。取付ブロック７２は本発明のＥガンを支持するために気相メッキチャンバの壁８０に設けた孔に取り付けられている。取付ブロック７２と、内側ベロウズ７４と、絶縁体ブロック７８は一対のワイヤーチャンネル８２を形成し、このチャンネル内を一対の絶縁されたワイヤー８４，８５がチャンバの外側から絶縁体ブロック７８まで通る。ワイヤー８４，８５は、絶縁体ブロック７８から絶縁体ポスト８６（これは電気的不導体材料からなる）を通って上方へ延伸し、それぞれ高電圧リード８８，８９において終端する。水管７０と、取付ブロック７２と、内側及び外側ベロウズ７４，７６と、絶縁体ブロック７８は水路９０を形成し、冷却水が取付ブロック７２の一方から入って対の内側と外側のベロウズ７４，７６の間を通り、絶縁体ブロック７８の中を通り、そして他方の対の内側及び外側ベロウズ７４，７６の間を通り、取付ブロック７２及び水管７０内を流れる。
【００２１】
エミッタブロック５０は、該ブロックと絶縁体ブロック７８との間に介在する取付板９２を用いて絶縁体ブロック７８の上部に取り付けられる（図１参照）。一対のアダプタブロック９４，９５は高電圧リード線８８，８９をそれぞれの陰極リード４６，４８と接続する。アダプタブロック９４，９５は、図３Ｃにより詳しく示すように、高電圧リード線８８，８９の一方を締め付けるクランプ部材９６と、陰極リード４６，４８の一方を受ける陰極リードソケット９７を含む。アダプタブロック９４，９５と陰極リード４６，４８の間の電気的接触を良くするためにソケット９７内に環状の金製のスプリング９８を使用することができる。陰極リード４６，４８は取り外すことができるようにソケット９７内に押し込まれ、エミッタアセンブリ１０は（フィラメント２４の取り替えのような）保守のために全体的に容易に取り外される。
【００２２】
チャンバ壁８０がシステムの接地電位であるとすると、導電金属からなり電気的に接続された取付ブロック７２と、ベロウズ７４，７６と、絶縁体ブロック７８と、取付板９２と、エミッタブロック５０と、陰極板２８はまたすべて接地電位である。ある電圧がワイヤー８４に与えられると、導電性であり互いに接続されたリード線８８，アダプタブロック９４，陰極リード４６，陰極ブロック３６，陰極板２０及びフィラメント取付板４２すべてに同じ電圧が存在する。
【００２３】
運転の間に、冷却水を水路９０に循環させる。流れる冷却水は、高温の耐えることができない構成要素を破壊するような温度にチャンバが達したときでさえ、種々のＥガン構成要素を安全な温度に保持する。例えば、流れる冷却水はワイヤー８４，８５の回りの絶縁材が高温により損傷を受けることがないように維持する。絶縁材が存在することで２つのワイヤー８４，８５と接地との間のアーク発生を防止することができる。冷却水はまた、絶縁ブロック７８と高電圧リード線８８，８９をチャンバの高温下で溶融することを防止する。
【００２４】
電子流を生成してるつぼ５８内の材料を蒸発されるために、０−７ＶＡＣイソ変圧器の２次巻線によって電圧Ｖ１をワイヤー８４，８５に印加する。これによって、フィラメントを流れるＡＣ電流を上げ下げさせると共に、フィラメントを負のＤＣ電位Ｖ１に維持することができる。フィラメント２４を流れるＡＣ電流はフィラメントの温度を上昇させてフィラメントの表面から電子をあらゆる方向に放射させる。陰極板２０（これはＶ１の電位である）と、陽極板２８（これはシステム接地電位である）によって静電界Ｆが生成される。電圧Ｖ１はシステム接地電位以下であり、フィラメント２４によって放射された電子を図５に示すように陰極窓２２に通し、閉じこめられた（境界が制限された）電子流１００にする。電子流１００内の電子は、電子流１００が陽極窓３０を通過するまで静電界Ｆによって加速される。
【００２５】
磁石アセンブリ１２と周囲のエミッタアセンブリ１０によって発生させた磁界Ｍは移動する電子流１００に移動方向に垂直な方向の力を作用させるので、電子がるつぼ５８内の蒸着材料１０２に衝突するまで電子流１００を円形通路上を移動させる。るつぼ５８に入射する電子流１００はるつぼ内の蒸着材料１０２を蒸発させてチャンバ内にガス雲を形成する。
【００２６】
陰極板２０と陽極板２８の相対的な整列を図６に示す。陰極板２０と陽極板２８はフィラメント２４の近くに静電界Ｆを生じさせるために互いに離間する。陰極窓２２と陽極窓３０は、フィラメント２４によって放射された電子の静電レンズを形成しかつ電子流１００を形成するように、互いに、かつ、フィラメント２４に対して整列されている。フィラメント２４によって放射された電子は陰極板２０と陰極ブロック３６，３８によって捕捉される。陰極窓２２はこれらの捕捉された電子の出口であり、電子のより閉じこめられた流れを生じさせる。
【００２７】
窓２２，３０はそれを通るイオンをできる限り少なくしかつフィラメントを損傷することを防止するためにできる限り小さくされなければならないが、電子が流れ１００となることを妨げるほど小さくしてはならない。従って、窓２２，３０の大きさはフィラメント２４よりも僅かに大きいものとされ、電子流１００がそこを自由に通れるようにする。さらに、電子が陰極板２０と陽極板２８の間を通ることによる磁界Ｍによって生じる電子の垂直変位を考慮して、陽極窓３０の上縁１０４は陰極窓２２の上縁１０６よりも所定の量だけ高い。窓１０４，１０６のこのオフセットがなければ、陽極板窓３０の上縁１０４は電子流１００の一部を遮ることになり、その結果、電子流１００を散乱させて陽極板２８を燃焼させる。
【００２８】
上に説明したＥガン内におけるアーク発生はいくつかの手段によって防止され、より高い圧力におけるＥガンの無アーク作動を可能にする。第１に、陰極及び陽極窓２２，３０の集束効果は陽極窓３０から出る集束した電子流１００を生成する。第２に、補助の磁極ピース６６と、磁極ピース６４は電子流通路に沿って配設されるので、電子流１００の幅に渡って集中しかつ均一な磁界を与え電子流の分岐を最小にする。静電界Ｆの集束効果によって生成され、成形された磁界Ｍによって案内された集束電子流は、るつぼを打撃するための集中した面積を有する近接した平行な円形流として維持される。第３に、窓２２，３０を備える陰極及び陽極板２０，２８は、蒸発した材料から放出され磁界Ｍによって電子エミッタ１０の方へ戻るように指向された正イオンがフィラメント２４及び陰極板２０に到達して損傷を与えることを防止する。これらのイオンは電子よりも非常に大きな質量を有するので、磁界Ｍによって影響受けるイオンの曲率半径は電子流１００のものよりも大きくなり、大部分のイオンが陽極窓３０の下部の陽極板２８を打撃する。第４に、取付板３５と、それに隣接して設けた陽極板２８と共にシステム接地電位として維持されるカップ状の外側ＨＶシールド３２は、絶縁部材３４と、大きな負電位に維持されるカップ状の内側シールド３３を正イオンから遮蔽する。このように、到来する正イオンにさらされる構成要素（陽極板２８，取付板３５，ＨＶシールド３２、エミッタブロック５０）は全て、（システム接地電位よりかなり低い電位ではなく、）システム接地電位である。第５に、蓋板６７，６８を磁石アセンブリの上に置いて正イオンその他の汚染物がエミッタアセンブリに接近することを防止している。第６に、ワイヤー８４，８５間のアーク発生はそれらのワイヤーの回りの絶縁層の存在によって防止される。この絶縁層の使用は、水路９０を流れる冷却液によって可能になる。冷却液を使用しないならば、チャンバ内の高温に因り絶縁層は損傷を受けて崩壊する。第７に、陰極板２０によって囲まれ保護されている陰極ブロック２６とフィラメント２４を除き、ワイヤー８４，８５からの高電圧はチャンバにさらされない。接地され水冷されたベロウズによって高電圧ワイヤーを囲むことは、高電圧ワイヤーが曝された状態のときにそれに集まるであろう正イオンの集まりを防ぐ。
【００２９】
本発明に従う無アークＥガンは既に開発されており、このＥガンにおいて、陰極窓２２は、フィラメント２４の高さ3.18mm（0.125インチ）及び長さ19.7mm（0.775インチ）よりも1.02-1.52mm（0.04-0.06インチ）高く、2.03-2.54mm（0.08-0.1インチ）長い。陽極板２８は陰極板２０から約2.54-0.127mm（0.100±0.005インチ）離れている。陽極窓３０は、陰極窓２２の高さ及び長さよりも2.16-2.41mm（0.085-0.095インチ）高く、0.51mm（0.020インチ）長い。陽極窓３０の上縁１０４は、電子流１００の円形状の軌跡に適応させるために陰極窓２２の上縁１０６よりも1.27mm（0.05インチ）高い。運転の間にフィラメント２４に０−７VACのＡＣ電流を流すとフィラメントの温度は８５０−９５０℃まで上昇してフィラメントの表面から電子が放射される。静電界は約４−１０KVである。上記無アークＥガンはアークを生じさせることなく、従来のＥガンよりも２桁以上も大きな圧力下で稼働可能であることが判明した。
【００３０】
図７は本発明の別の実施形態を示す。この形態は、陽極板２８に入射した正イオンを陽極窓３０から遠ざけるためのイオントラップを含む。第２陽極窓１１０が陽極板２８の陽極窓３０の下部であって、陰極板２０のフランジ部１１２に直接的に対向する下部に形成されている。陰極板２０のフランジ部１１２は正イオンを引き寄せて第２陽極窓１１０に通すので、陽極窓３０を通りフィラメント２４に損傷を与えるイオンの数を減少させる。
【００３１】
図８Ａと８Ｂは本発明の第２実施形態を示す。ここでは、イオントラップ板１１８は取付板１２０に取り付けられている。この取付板は絶縁材１２２によってフィラメント取付板４３から絶縁されているが、フィラメント取付板４２には電気的に接続されている。陽極板２８は、イオントラップ板１１８が第２陽極窓１１０に整列するように設けられる（イオントラップ板１１８は、図８に示すように、第２陽極窓１１０に隣接され、あるいは、第２陽極窓１１０内に入り込むように、若しくは突き出るように整列される）。イオントラップ板１１８は正イオンを引き寄せて第２陽極窓１１０に通す。
【００３２】
真空チャンバ内での光学薄膜製造プロセスの間に、高エネルギで運動する電子と静的目標材料の表面上の中性分子の衝突と、その衝突による蒸発の蒸気雲とによって多量の正イオンが生成される。中性原子からなるその蒸気雲は電子流の通路に伝播し、多数の中性原子が電子と衝突して電子をその外殻の結合から緩め、正の電荷のイオンとなる。イオンは電子流を指向させるために用いられる磁界に直ちにさらされる。イオンは電子流と反対方向に移動して電子流源フィラメントにぶつかり、結局その表面を急速に浸食してその能力と寿命を制限する。図７，図８Ａ，８Ｂの第２陰極窓はそのような浸食を防止する。図７の陰極板２０の負の電荷を持つフランジ部１１２又は図８Ａ，８Ｂの負の電荷を持つイオントラップ板１１８はその表面に衝突するほとんどの正電荷イオンを引き寄せ中性化する。図７のフランジ部１１２に代えて図８Ａ，８Ｂのイオントラップ板１１８を使用することの利点は、イオントラップ板の方が到来するイオンに対する耐性をより高くすることができることである。
【００３３】
本発明は上に説明し図示した実施の形態に限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲に入る全ての変形例を含むことが理解されるべきである。例えば、内側及び外側ベロウズ７４，７６は、それに代わる剛性又は非剛性の、同軸又は非同軸のワイヤーチャンネル及び水路９０を供給するいかなるタイプの水ジャケットとすることができる。さらに、Ｅガンが真空蒸着チャンバ内の側壁に取り付けられるように説明したが、これはチャンバ内のいずれの位置に取り付けることもできる。さらに、上述の種々の電圧を供給する電圧源は、１つの電圧源装置又は分離した複数の電圧源装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の電子銃の部分分解図。
【図２】 図２Ａは、本発明に関するエミッタアセンブリとエミッタブロックの部分分解図である。図２Ｂは、本発明に関するエミッタアセンブリの分解図である。図２Ｃは、本発明の絶縁アセンブリの断面側面図である。
【図３】 図３Ａは、本発明に関する磁石アセンブリの平面図である。図３Ｂは、所定位置においたカバープレートを備える磁石アセンブリの平面図である。図３Ｃは、本発明に関するアダプタブロックの分解図である。
【図４】 図４Ａは、本発明に関する高圧リード線アセンブリの平面図である。図４Ｂは、本発明に関する高圧リード線アセンブリの部分側面断面図である。
【図５】 本発明に関するエミッタアセンブリとるつぼの部分側面断面図である。
【図６】 本発明に関するエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
【図７】 本発明の代替実施形態のエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
【図８】 図８Ａは、本発明の第２代替実施形態の分解図である。図８Ｂは、本発明の第２代替実施形態のエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
【技術分野】
本発明は、無アークの、液冷式電子銃（Ｅガン）に関する。
【０００２】
【背景技術】
Ｅガンは様々な応用、特に密封された真空チャンバ内での気相めっきプロセスに使用される。そのようなＥガンは電子の流れを放つための電子放射源(エミッタ)、エミッタを操作する高電圧リード線、蒸着物質材料を保持するるつぼ、およびエミッタから蒸着物質材料の表面に電子の流れを向ける磁場を発生させる磁石を通常含む。入射電子の流れは材料を蒸発させ、ガス雲をチャンバ内に置かれた基板に蒸着させるためにチャンバ内に満たす。米国特許3,710,072と、5,111,0222は従来技術のＥガンの様々な細部を示す。
【０００３】
そのようなＥガンの1つの問題は、操作の間、特に、密封された真空チャンバ内部の圧力が増えるときに起こるアーク発生である。より明確に言えば、るつぼの材料が気化するとき、それの一部は陽イオンとガスに分解する。これらの陽イオンは機械的エネルギを持ちながら磁場に放出され、その磁場は、電子の流れがとる通路と同様な通路に沿ってイオンをエミッタの方へ戻すように案内する。これらの戻りイオンの一部はエミッタに入りそれを損傷させる。
【０００４】
チャンバの中の陽イオンによって引き起こされる別の問題は、チャンバ壁からＥガンまで延伸する高電圧リード線である。これらのリード線は通常むき出しの高電圧導体である。
【０００５】
これらの導体の間のチャンバ内に浮かぶ陽イオンは導体と接地の間にアーク発生を引き起こす場合がある。導体のシャープな角を最小限度にすることにより、このアーク発生問題は完全に解決されるというわけではない。さらに、ほとんどの絶縁材が気相めっきの間に存在する高いチャンバ温度に耐えることができないので、これらのリード線を電気的に絶縁することは難しい。
【０００６】
米国特許No. 5,216,690(ハンクスに付与)に1つの解決法が提案されている。それは、シールドを用いて高電圧の表面のすべてを囲むことである。シールドは接地され、ＨＶの表面から、予期される最も高い圧力における電子の平均自由行程より小さい距離、離される。通過する電子は、加速して高速で-KV陰極表面から近くの接地まで行くが、全体の距離にわたって最小量のイオン衝突の可能性を持つ。電子は、最小量のエネルギを接地するように単に移行する。これはアーク下降とグロー放電を抑圧する。しかしながら、このタイプのＥガンの欠点は、剛性の接地されシールドされた高電圧リード線が装置をインストールすることを非常に難しくするということである。
【０００７】
気相めっきプロセスのための無アーク電子銃に対する需要がある。
【０００８】
【発明の開示】
本発明は、改良された静電界、改良された磁場及び/又はフレキシブルな絶縁材で被覆され改良された高電圧リード線をＥガンに提供することによって、前述の問題を解決する。
【０００９】
本発明の電子銃はエミッタアセンブリと磁石アセンブリを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放つフィラメントと、フィラメントに隣接して配列されフィラメントに整列する陰極窓を形成する陰極板と、陰極板に隣接して配列され陰極窓に整列する陽極窓を形成する陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放たれた電子を陰極窓と陽極窓を通って横断する電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁気アセンブリは、るつぼと、通路に沿って電子流をるつぼに誘導するための磁場を発生させる磁石を含む。陽極窓、陰極窓およびフィラメントは、電子流の分岐を最小にする静電レンズを形成するために互いに整列される。
【００１０】
別の実施形態において、電子銃は、チャンバ内の材料を蒸着させるために真空蒸着チャンバ内に設けることができる。電子銃はエミッタアセンブリと、磁石アセンブリを有する。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設されフィラメントに整列する陰極窓を形成する陰極板と、陰極板に隣接して配列され陰極窓に整列する陽極窓を形成する陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放たれた電子を陰極窓と陽極窓を通って横断し最小限の分岐を備える電子流に集束させるレンズとして作用する静電界を形成するために、電圧源に接続可能であり、そして互いに、かつ、フィラメントに対して整列される。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる一対の極を有する磁石と、それぞれが磁石の異なる極から延伸する一対の延伸板と、延伸板から電子流の通路まで延伸する複数の延伸部材とを含む。磁石と、対の延伸板と、複数の延伸部材は、最小限の分岐でもって電子流をるつぼに案内するように電子流の通路に沿って均一な磁界を与える。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態において、電子銃は、エミッタアセンブリと、磁石アセンブリと、イオントラップ（捕捉）板とを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設された陰極板と、陰極板に隣接して配列された陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放射された電子を電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む。イオントラップ板は電圧源に電気的に接続可能である。陽極板は、作動の間にイオンを引きつけるイオントラップ板に整列するように陽極板内に形成された陽極窓を有する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様において、電子銃は、エミッタアセンブリと、磁石アセンブリと、一対の絶縁されたワイヤーと、冷却液ジャケットとを含む。エミッタアセンブリは、加熱されると電子を放出するフィラメントと、フィラメントに隣接して配設された陰極板と、陰極板に隣接して配列された陽極板とを有する。陰極板と陽極板は、放射された電子を電子流にする静電界を形成するために電圧源に接続可能である。磁石アセンブリは、るつぼと、電子流を通路に沿ってるつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む。一対の絶縁されたワイヤーはフィラメントに電流を通じさせて加熱するためにフィラメントに電気的に接続される。冷却液ジャケット部材は、一方のワイヤーの少なくとも一部が通る第１チャンネルと、冷却液が流れる第２チャンネルを形成する。
【００１３】
本発明のその他の目的及び特徴は、明細書、請求の範囲及び添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施形態】
本発明は、改善された静電界と、改善された磁界と、高電圧リード線の改善された絶縁を与えることによりアーク発生を防止することができる、気相めっきプロセスのための無アーク電子銃（Ｅガン）である。
【００１５】
本発明の無アークＥガンを図１及び図３Ａに示す。無アークＥガンは電子放射源(エミッタ)アセンブリ１０と、磁石アセンブリ１２と、高電圧リード線アセンブリ１４を含む。
【００１６】
エミッタアセンブリ１０は図２Ａ及び２Ｂによりよく示されており、このアセンブリ１０は、陰極窓２２を備える成形された陰極板２０を含む。陰極板２０は、陰極窓２２に隣接して位置するフィラメント２４を囲み、フィラメントのエンクロジャーを形成する。陰極板２０は陰極アセンブリ２６に取り付けられる。陽極窓３０を備える陽極板２８はエミッタブロック５０に取り付けられる。陰極窓２２と、陽極窓３０と、フィラメント２４との相対的な配列は後に図６を参照して説明する。
【００１７】
陰極アセンブリ２６は、電気絶縁アセンブリ３１，３１と取付板３５によってエミッタブロック５０に取り付けられる。絶縁アセンブリ３１（これは図２Ｃにより良く示されている）は、陰極アセンブリ２６をそれが取り付けられるエミッタブロック５０から絶縁する。絶縁アセンブリ３１は、カップ状に成形された外側ＨＶシールド３２と、カップ状に成形された内側ＨＶシールド３３を含み、これらのシールドは電気絶縁材３４によって重なる恰好となるように互いに連結されている。カップ状の外側シールド３２の開放端は、絶縁材３４と、カップ状の内側シールド３３の開放端とオーバラップする。
【００１８】
陰極アセンブリ２６は、図２Ｂに示すように、エアギャップ又は絶縁材４０によって離間された２つの陰極ブロック３６，３８を有する。フィラメント２４は、フィラメント取付板４２，４３によって陰極ブロック３６，３８の間に取り付けられる。陰極板２０は、スクリュ３７によって陰極ブロック３６に電気的に接続するように該ブロックに取り付けられるが、陰極ブロック３８からは陰極ブロック３８の上部に取り付けられた絶縁材４４によって電気的に絶縁される。一対の陰極リード４６，４８がそれぞれ陰極ブロック３６，３８に取り付けられる。
【００１９】
エミッタアセンブリ１０は磁石アセンブリ１２に取り付けられる。磁石アセンブリ１２は、図２Ａ及び３Ａに示すように、エミッタブロック５０と、磁石支持部材５２を含む。スクリュ４９，４９は、取付板３５と陽極板２８をエミッタブロック５０に電気的に接続する。エミッタブロック５０は、エミッタアセンブリ１０を格納するエミッタ用のくぼみ５４と、陰極リード４６，４８が内部に延伸するるつぼ用のくぼみ５６を含む。磁石支持部材５２は一対の対向する磁石用延伸板６０，６０を支持し、磁石６２がこれらの延伸板の一端間で延伸し、他端の近くの間にエミッタアセンブリ１０及びエミッタブロック５０が配設されてエミッタアセンブリ１０及びエミッタブロック５０の回りに磁界Ｍ（図５参照）を生成することができるようになる。一対の磁極ピース６４，６４はそれぞれ延伸板６０，６０に取り付けられエミッタブロック５０の方へ延伸する。さらに、一対の補助の磁極ピース６６，６６はそれぞれ延伸板６０，６０に取り付けられ陽極板２８の方へ延伸する。磁極ピース６４と補助の磁極ピース６６は、以下により詳細に説明するように電子の流れ（電子流）をある範囲内にうまく保持するためにエミッタアセンブリ１０とるつぼ５８の回りに磁界Ｍを形成する働きをなす。図３Ｂに示すように、磁石アセンブリ１２の上の蓋板６７と、エミッタアセンブリ１０の上の陰極蓋板６８はＥガンをチャンバ内に浮かぶ正のイオン及びその他の物から保護する。蓋板６８に孔６９が形成されており、この孔を電子流が流れる。るつぼ５８はくぼみ５６の中又は上に配設される。
【００２０】
高圧リード線アセンブリ１４は図４Ａと４Ｂに最もよく示されており、このアセンブリは取付板７２，７２に接続された水（冷却液）管７０，７０を含み、取付板７２，７２は内側及び外側ベロウズ７４，７６（好ましくはステンレススチールからなる）に接続され、これらのベロウズは絶縁体ブロック７８に接続されている。取付ブロック７２は本発明のＥガンを支持するために気相メッキチャンバの壁８０に設けた孔に取り付けられている。取付ブロック７２と、内側ベロウズ７４と、絶縁体ブロック７８は一対のワイヤーチャンネル８２を形成し、このチャンネル内を一対の絶縁されたワイヤー８４，８５がチャンバの外側から絶縁体ブロック７８まで通る。ワイヤー８４，８５は、絶縁体ブロック７８から絶縁体ポスト８６（これは電気的不導体材料からなる）を通って上方へ延伸し、それぞれ高電圧リード８８，８９において終端する。水管７０と、取付ブロック７２と、内側及び外側ベロウズ７４，７６と、絶縁体ブロック７８は水路９０を形成し、冷却水が取付ブロック７２の一方から入って対の内側と外側のベロウズ７４，７６の間を通り、絶縁体ブロック７８の中を通り、そして他方の対の内側及び外側ベロウズ７４，７６の間を通り、取付ブロック７２及び水管７０内を流れる。
【００２１】
エミッタブロック５０は、該ブロックと絶縁体ブロック７８との間に介在する取付板９２を用いて絶縁体ブロック７８の上部に取り付けられる（図１参照）。一対のアダプタブロック９４，９５は高電圧リード線８８，８９をそれぞれの陰極リード４６，４８と接続する。アダプタブロック９４，９５は、図３Ｃにより詳しく示すように、高電圧リード線８８，８９の一方を締め付けるクランプ部材９６と、陰極リード４６，４８の一方を受ける陰極リードソケット９７を含む。アダプタブロック９４，９５と陰極リード４６，４８の間の電気的接触を良くするためにソケット９７内に環状の金製のスプリング９８を使用することができる。陰極リード４６，４８は取り外すことができるようにソケット９７内に押し込まれ、エミッタアセンブリ１０は（フィラメント２４の取り替えのような）保守のために全体的に容易に取り外される。
【００２２】
チャンバ壁８０がシステムの接地電位であるとすると、導電金属からなり電気的に接続された取付ブロック７２と、ベロウズ７４，７６と、絶縁体ブロック７８と、取付板９２と、エミッタブロック５０と、陰極板２８はまたすべて接地電位である。ある電圧がワイヤー８４に与えられると、導電性であり互いに接続されたリード線８８，アダプタブロック９４，陰極リード４６，陰極ブロック３６，陰極板２０及びフィラメント取付板４２すべてに同じ電圧が存在する。
【００２３】
運転の間に、冷却水を水路９０に循環させる。流れる冷却水は、高温の耐えることができない構成要素を破壊するような温度にチャンバが達したときでさえ、種々のＥガン構成要素を安全な温度に保持する。例えば、流れる冷却水はワイヤー８４，８５の回りの絶縁材が高温により損傷を受けることがないように維持する。絶縁材が存在することで２つのワイヤー８４，８５と接地との間のアーク発生を防止することができる。冷却水はまた、絶縁ブロック７８と高電圧リード線８８，８９をチャンバの高温下で溶融することを防止する。
【００２４】
電子流を生成してるつぼ５８内の材料を蒸発されるために、０−７ＶＡＣイソ変圧器の２次巻線によって電圧Ｖ１をワイヤー８４，８５に印加する。これによって、フィラメントを流れるＡＣ電流を上げ下げさせると共に、フィラメントを負のＤＣ電位Ｖ１に維持することができる。フィラメント２４を流れるＡＣ電流はフィラメントの温度を上昇させてフィラメントの表面から電子をあらゆる方向に放射させる。陰極板２０（これはＶ１の電位である）と、陽極板２８（これはシステム接地電位である）によって静電界Ｆが生成される。電圧Ｖ１はシステム接地電位以下であり、フィラメント２４によって放射された電子を図５に示すように陰極窓２２に通し、閉じこめられた（境界が制限された）電子流１００にする。電子流１００内の電子は、電子流１００が陽極窓３０を通過するまで静電界Ｆによって加速される。
【００２５】
磁石アセンブリ１２と周囲のエミッタアセンブリ１０によって発生させた磁界Ｍは移動する電子流１００に移動方向に垂直な方向の力を作用させるので、電子がるつぼ５８内の蒸着材料１０２に衝突するまで電子流１００を円形通路上を移動させる。るつぼ５８に入射する電子流１００はるつぼ内の蒸着材料１０２を蒸発させてチャンバ内にガス雲を形成する。
【００２６】
陰極板２０と陽極板２８の相対的な整列を図６に示す。陰極板２０と陽極板２８はフィラメント２４の近くに静電界Ｆを生じさせるために互いに離間する。陰極窓２２と陽極窓３０は、フィラメント２４によって放射された電子の静電レンズを形成しかつ電子流１００を形成するように、互いに、かつ、フィラメント２４に対して整列されている。フィラメント２４によって放射された電子は陰極板２０と陰極ブロック３６，３８によって捕捉される。陰極窓２２はこれらの捕捉された電子の出口であり、電子のより閉じこめられた流れを生じさせる。
【００２７】
窓２２，３０はそれを通るイオンをできる限り少なくしかつフィラメントを損傷することを防止するためにできる限り小さくされなければならないが、電子が流れ１００となることを妨げるほど小さくしてはならない。従って、窓２２，３０の大きさはフィラメント２４よりも僅かに大きいものとされ、電子流１００がそこを自由に通れるようにする。さらに、電子が陰極板２０と陽極板２８の間を通ることによる磁界Ｍによって生じる電子の垂直変位を考慮して、陽極窓３０の上縁１０４は陰極窓２２の上縁１０６よりも所定の量だけ高い。窓１０４，１０６のこのオフセットがなければ、陽極板窓３０の上縁１０４は電子流１００の一部を遮ることになり、その結果、電子流１００を散乱させて陽極板２８を燃焼させる。
【００２８】
上に説明したＥガン内におけるアーク発生はいくつかの手段によって防止され、より高い圧力におけるＥガンの無アーク作動を可能にする。第１に、陰極及び陽極窓２２，３０の集束効果は陽極窓３０から出る集束した電子流１００を生成する。第２に、補助の磁極ピース６６と、磁極ピース６４は電子流通路に沿って配設されるので、電子流１００の幅に渡って集中しかつ均一な磁界を与え電子流の分岐を最小にする。静電界Ｆの集束効果によって生成され、成形された磁界Ｍによって案内された集束電子流は、るつぼを打撃するための集中した面積を有する近接した平行な円形流として維持される。第３に、窓２２，３０を備える陰極及び陽極板２０，２８は、蒸発した材料から放出され磁界Ｍによって電子エミッタ１０の方へ戻るように指向された正イオンがフィラメント２４及び陰極板２０に到達して損傷を与えることを防止する。これらのイオンは電子よりも非常に大きな質量を有するので、磁界Ｍによって影響受けるイオンの曲率半径は電子流１００のものよりも大きくなり、大部分のイオンが陽極窓３０の下部の陽極板２８を打撃する。第４に、取付板３５と、それに隣接して設けた陽極板２８と共にシステム接地電位として維持されるカップ状の外側ＨＶシールド３２は、絶縁部材３４と、大きな負電位に維持されるカップ状の内側シールド３３を正イオンから遮蔽する。このように、到来する正イオンにさらされる構成要素（陽極板２８，取付板３５，ＨＶシールド３２、エミッタブロック５０）は全て、（システム接地電位よりかなり低い電位ではなく、）システム接地電位である。第５に、蓋板６７，６８を磁石アセンブリの上に置いて正イオンその他の汚染物がエミッタアセンブリに接近することを防止している。第６に、ワイヤー８４，８５間のアーク発生はそれらのワイヤーの回りの絶縁層の存在によって防止される。この絶縁層の使用は、水路９０を流れる冷却液によって可能になる。冷却液を使用しないならば、チャンバ内の高温に因り絶縁層は損傷を受けて崩壊する。第７に、陰極板２０によって囲まれ保護されている陰極ブロック２６とフィラメント２４を除き、ワイヤー８４，８５からの高電圧はチャンバにさらされない。接地され水冷されたベロウズによって高電圧ワイヤーを囲むことは、高電圧ワイヤーが曝された状態のときにそれに集まるであろう正イオンの集まりを防ぐ。
【００２９】
本発明に従う無アークＥガンは既に開発されており、このＥガンにおいて、陰極窓２２は、フィラメント２４の高さ3.18mm（0.125インチ）及び長さ19.7mm（0.775インチ）よりも1.02-1.52mm（0.04-0.06インチ）高く、2.03-2.54mm（0.08-0.1インチ）長い。陽極板２８は陰極板２０から約2.54-0.127mm（0.100±0.005インチ）離れている。陽極窓３０は、陰極窓２２の高さ及び長さよりも2.16-2.41mm（0.085-0.095インチ）高く、0.51mm（0.020インチ）長い。陽極窓３０の上縁１０４は、電子流１００の円形状の軌跡に適応させるために陰極窓２２の上縁１０６よりも1.27mm（0.05インチ）高い。運転の間にフィラメント２４に０−７VACのＡＣ電流を流すとフィラメントの温度は８５０−９５０℃まで上昇してフィラメントの表面から電子が放射される。静電界は約４−１０KVである。上記無アークＥガンはアークを生じさせることなく、従来のＥガンよりも２桁以上も大きな圧力下で稼働可能であることが判明した。
【００３０】
図７は本発明の別の実施形態を示す。この形態は、陽極板２８に入射した正イオンを陽極窓３０から遠ざけるためのイオントラップを含む。第２陽極窓１１０が陽極板２８の陽極窓３０の下部であって、陰極板２０のフランジ部１１２に直接的に対向する下部に形成されている。陰極板２０のフランジ部１１２は正イオンを引き寄せて第２陽極窓１１０に通すので、陽極窓３０を通りフィラメント２４に損傷を与えるイオンの数を減少させる。
【００３１】
図８Ａと８Ｂは本発明の第２実施形態を示す。ここでは、イオントラップ板１１８は取付板１２０に取り付けられている。この取付板は絶縁材１２２によってフィラメント取付板４３から絶縁されているが、フィラメント取付板４２には電気的に接続されている。陽極板２８は、イオントラップ板１１８が第２陽極窓１１０に整列するように設けられる（イオントラップ板１１８は、図８に示すように、第２陽極窓１１０に隣接され、あるいは、第２陽極窓１１０内に入り込むように、若しくは突き出るように整列される）。イオントラップ板１１８は正イオンを引き寄せて第２陽極窓１１０に通す。
【００３２】
真空チャンバ内での光学薄膜製造プロセスの間に、高エネルギで運動する電子と静的目標材料の表面上の中性分子の衝突と、その衝突による蒸発の蒸気雲とによって多量の正イオンが生成される。中性原子からなるその蒸気雲は電子流の通路に伝播し、多数の中性原子が電子と衝突して電子をその外殻の結合から緩め、正の電荷のイオンとなる。イオンは電子流を指向させるために用いられる磁界に直ちにさらされる。イオンは電子流と反対方向に移動して電子流源フィラメントにぶつかり、結局その表面を急速に浸食してその能力と寿命を制限する。図７，図８Ａ，８Ｂの第２陰極窓はそのような浸食を防止する。図７の陰極板２０の負の電荷を持つフランジ部１１２又は図８Ａ，８Ｂの負の電荷を持つイオントラップ板１１８はその表面に衝突するほとんどの正電荷イオンを引き寄せ中性化する。図７のフランジ部１１２に代えて図８Ａ，８Ｂのイオントラップ板１１８を使用することの利点は、イオントラップ板の方が到来するイオンに対する耐性をより高くすることができることである。
【００３３】
本発明は上に説明し図示した実施の形態に限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲に入る全ての変形例を含むことが理解されるべきである。例えば、内側及び外側ベロウズ７４，７６は、それに代わる剛性又は非剛性の、同軸又は非同軸のワイヤーチャンネル及び水路９０を供給するいかなるタイプの水ジャケットとすることができる。さらに、Ｅガンが真空蒸着チャンバ内の側壁に取り付けられるように説明したが、これはチャンバ内のいずれの位置に取り付けることもできる。さらに、上述の種々の電圧を供給する電圧源は、１つの電圧源装置又は分離した複数の電圧源装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の電子銃の部分分解図。
【図２】 図２Ａは、本発明に関するエミッタアセンブリとエミッタブロックの部分分解図である。図２Ｂは、本発明に関するエミッタアセンブリの分解図である。図２Ｃは、本発明の絶縁アセンブリの断面側面図である。
【図３】 図３Ａは、本発明に関する磁石アセンブリの平面図である。図３Ｂは、所定位置においたカバープレートを備える磁石アセンブリの平面図である。図３Ｃは、本発明に関するアダプタブロックの分解図である。
【図４】 図４Ａは、本発明に関する高圧リード線アセンブリの平面図である。図４Ｂは、本発明に関する高圧リード線アセンブリの部分側面断面図である。
【図５】 本発明に関するエミッタアセンブリとるつぼの部分側面断面図である。
【図６】 本発明に関するエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
【図７】 本発明の代替実施形態のエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
【図８】 図８Ａは、本発明の第２代替実施形態の分解図である。図８Ｂは、本発明の第２代替実施形態のエミッタアセンブリの部分側面断面図である。
Claims (18)
- 加熱されると電子を放射するフィラメントと、前記フィラメントを囲む成形された陰極板であって、前記フィラメントに対して整列された陰極窓を形成する陰極板と、前記陰極板に隣接して配設された陽極板あって、前記陰極窓に対して整列された陽極窓を形成する陽極板を含むエミッタアセンブリであって、放射された電子を前記陰極窓及び陽極窓を横切って通過する電子流とする静電界を形成するために前記陰極板と前記陽極板を電圧源に接続可能に設けたエミッタアセンブリと、
るつぼと、前記電子流を通路に沿って前記るつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む磁石アセンブリと,
前記フィラメントに電気的に接続され該フィラメントに電流を流して該フィラメントを加熱する一対の絶縁されたワイヤーと、前記ワイヤーの一方の少なくとも一部が通る第１チャンネルを形成しかつ冷却液が流れる第２チャンネルを形成する冷却液ジャケット部材とを、含んでなる電子銃であって、
静電レンズを形成するように前記陽極窓と、前記陰極窓と、前記フィラメントを整列させた電子銃。 - 前記陰極窓に対する前記陽極窓の整列は、前記陽極窓の上縁の位置を前記陰極窓の上縁よりも高い位置にしてオフセットさせることを含んでなる
請求項１の電子銃。 - 前記陰極窓は前記フィラメントの平行な断面積よりも大きな断面積を持ち、前記陽極窓は前記陰極窓の面積よりも大きな面積を持つ
請求項１の電子銃。 - 前記磁石に連結され前記電子流の前記通路に沿って磁界を作る複数の部材を更に含んでなる
請求項１の電子銃。 - 前記磁石は一対の磁極を有し、前記磁石に連結された前記複数の部材は、
前記磁極の異なる１つから延伸する一対の延伸板と、
前記延伸板から前記電子流の前記通路の方へ延伸し前記電子流の前記通路において前記磁界の均一性を増す複数の延伸部材とを、
含んでなる請求項４の電子銃。 - 前記冷却液ジャケット部材は、前記第１チャンネルを形成する第１ベロウズと、該第１ベロウズを囲む同軸の第２ベロウズであって、前記第２チャンネルを前記第１ベロウズと前記第２ベロウズの間に形成する第２ベロウズとを含む請求項１の電子銃。
- 前記陽極板は、該陽極板に形成され前記陰極板に直接的に対向する第２陽極窓を含んでなる
請求項１の電子銃。 - 前記電圧源に電気的に接続されるイオントラップ板をさらに含み、前記陽極板は前記イオントラップ板に整列する第２陽極窓を含んでなる
請求項１の電子銃。 - 前記陰極板は、前記電子流を形成するために、前記陽極板の電位と比較して負の電位で前記フィラメントを完全に囲むように成形されている
請求項１の電子銃。 - 真空蒸着チャンバ内の材料を蒸発させるために前記真空蒸着チャンバ内に設ける電子銃であって、
加熱されると電子を放射するフィラメントと、前記フィラメントに隣接して配設された陰極板であって、前記フィラメントに整列する陰極窓を形成する陰極板と、前記陰極板に隣接して配設され、前記陰極窓に整列する陽極窓を形成する陽極板とを含むエミッタアセンブリであって、前記陰極板と前記陽極板は、前記放射された電子を前記陰極窓と陽極窓を横切って通る電子流に集束させるレンズとして作用する静電界を形成するために、電圧源に接続可能であり、かつ、互いに及び前記フィラメントに対して整列されているエミッタアセンブリと、
るつぼと、前記電子流を通路に沿って前記るつぼまで案内する磁界を発生させる一対の磁極を有する磁石と、前記磁石の異なる１つの磁極から延伸する一対の延伸板と、前記延伸板から前記電子流の前記通路の方へ延伸する複数の延伸部材とを含む磁石アセンブリであって、前記磁石と、前記対の延伸板と、前記複数の延伸部材は、前記電子流が前記るつぼに案内されるように前記電子流通路に沿って均一な磁界を与える磁石アセンブリと、
前記フィラメントに電気的に接続され該フィラメントに電流を流して該フィラメントを加熱する一対の絶縁されたワイヤーと、前記ワイヤーの一方の少なくとも一部が通る第１チャンネルを形成しかつ冷却液が流れる第２チャンネルを形成する冷却液ジャケット部材とを含んでなる電子銃。 - 前記陰極窓に対する前記陽極窓の整列は、前記陽極窓の上縁の位置を前記陰極窓の上縁よりも高い位置にしてオフセットさせることを含んでなる
請求項１０の電子銃。 - 前記陰極窓は前記フィラメントの平行な断面積よりも大きな断面積を持ち、前記陽極窓は前記陰極窓の面積よりも大きな面積を持つ
請求項１０の電子銃。 - 前記冷却液ジャケット部材は、前記第１チャンネルを形成する第１ベロウズと、該第１ベロウズを囲む同軸の第２ベロウズであって、前記第２チャンネルを前記第１ベロウズと前記第２ベロウズの間に形成する第２ベロウズとを含む
請求項１０の電子銃。 - 前記陽極板は、該板に形成され前記陰極板に直接的に対向する第２陽極窓を含んでなる
請求項１０の電子銃。 - 前記電圧源に電気的に接続されるイオントラップ板をさらに含み、前記陽極板は前記イオントラップ板に整列する第２陽極窓を含んでなる
請求項１０の電子銃。 - 前記陰極板は、前記電子流を形成するために、前記陽極板の電位と比較して負の電位で前記フィラメントを完全に囲むように成形されている
請求項１０の電子銃。 - 加熱されると電子を放射するフィラメントと、前記フィラメントに隣接して配設された陰極板と、前記陰極板に隣接して配設された陽極板とを含むエミッタアセンブリであって、前記陰極板と前記陽極板は、前記放射された電子を電子流にする静電界を形成するために、電圧源に接続可能なであり、かつ、互いに及び前記フィラメントに対して整列されているエミッタアセンブリと、
るつぼと、前記電子流を通路に沿って前記るつぼまで案内する磁界を発生させる磁石を含む磁石アセンブリと、
前記フィラメントに電気的に接続され前記フィラメントに電流を流して加熱する一対の絶縁されたワイヤーと、
前記ワイヤーの一方の少なくとも一部が通る第１チャンネルと、冷却液が流れる第２チャンネルを形成する冷却液ジャケット部材とを、
含んでなる電子銃。 - 前記冷却液ジャケット部材は、前記第１チャンネルを形成する第１ベロウズと、該第１ベロウズを囲む同軸の第２ベロウズであって、前記第２チャンネルを前記第１ベロウズと前記第２ベロウズの間に形成する第２ベロウズとを含む
請求項１７の電子銃。
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