JP5095540B2 - Electron gun and electron beam generator - Google Patents

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Description

本発明は、電子ビームを発生して放射する電子銃及び電子ビーム発生装置に関し、特に、フィラメント近傍のカソードから集束し易い方向に電子ビームを放射することができる電子銃及び電子ビーム発生装置に関する。   The present invention relates to an electron gun and an electron beam generator that generate and emit an electron beam, and more particularly to an electron gun and an electron beam generator that can emit an electron beam in a direction that can be easily focused from a cathode near a filament.

電子銃は、フィラメントを加熱して熱電子を放出し、この放出された熱電子をカソードとアノードとで加速して電子ビームとして放射する装置である(特許文献1参照。)。この電子銃を用いた電子ビーム発生装置の概略構成図を図1に示す。また、電子ビーム発生装置1に用いられる電子銃10の電子放射部分の概略構成を図2に示す。但し、図2(a)は平面図、(b)は(a)に示す矢印Y1方向から見た側面図である。   The electron gun is a device that emits thermoelectrons by heating a filament, and radiates the emitted thermoelectrons as an electron beam by accelerating the cathode and the anode (see Patent Document 1). FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an electron beam generator using this electron gun. FIG. 2 shows a schematic configuration of the electron emission portion of the electron gun 10 used in the electron beam generator 1. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a side view as viewed from the direction of the arrow Y1 shown in FIG.

電子銃10は、カソード12の内側に底面と平行な凹溝が設けられて上下に形成された上側カソード12a及び下側カソード12bと、これら上側カソード12aと下側カソード12bとの間に配設されたフィラメント14と、上側カソード12aの上方から電子ビームe1放射方向に架けて上側カソード12aと所定間隔で配設されたアノード15とを備えて構成されている。   The electron gun 10 is disposed between the upper cathode 12a and the lower cathode 12b, and the upper cathode 12a and the lower cathode 12b, which are vertically formed by forming a concave groove parallel to the bottom surface inside the cathode 12. The filament 14 is provided, and the upper cathode 12a and the anode 15 disposed at a predetermined interval from the upper cathode 12a to the electron beam e1 radiation direction.

図1に示すように、カソード12とアノード15との間には、高電圧を印加する高圧電源16が接続され、また、フィラメント14にはフィラメント14に通電するフィラメント用電源17が接続されている。更に、電子銃10から外側へ電子ビームe1が放射される開口19側には後述する磁界18を生成する磁界生成装置が配設されている。なお、図1には、図示せぬ蒸着装置内に配置される蒸着材料20の入った坩堝21を表した。   As shown in FIG. 1, a high voltage power supply 16 that applies a high voltage is connected between the cathode 12 and the anode 15, and a filament power supply 17 that supplies current to the filament 14 is connected to the filament 14. . Further, a magnetic field generating device that generates a magnetic field 18 described later is disposed on the side of the opening 19 where the electron beam e1 is emitted from the electron gun 10 to the outside. FIG. 1 shows a crucible 21 containing a vapor deposition material 20 disposed in a vapor deposition apparatus (not shown).

このような構成において、高圧電源16でカソード12とアノード15間に高電圧が印加されると共に、フィラメント用電源17でフィラメント14に所定電流が流されたとする。この場合、フィラメント14が加熱されて熱電子が放出され、この熱電子が上側及び下側カソード12a,12bとアノード15間とで加速され、これが電子ビームe1としてアノード15側に設けられた開口19から電子銃10の外部へ放射される。   In such a configuration, it is assumed that a high voltage is applied between the cathode 12 and the anode 15 by the high voltage power supply 16 and a predetermined current is passed through the filament 14 by the filament power supply 17. In this case, the filament 14 is heated to emit thermoelectrons, and the thermoelectrons are accelerated between the upper and lower cathodes 12a and 12b and the anode 15, and this is an opening 19 provided on the anode 15 side as an electron beam e1. To the outside of the electron gun 10.

この放射された電子ビームe1は、磁界生成装置による磁界18によってターゲットである蒸着材料20に集束して照射されるように偏向される。電子ビームe1が蒸着材料20に照射されると、蒸着材料20が溶融して蒸発し、図示せぬ被蒸着物の表面に成膜する。   The emitted electron beam e1 is deflected so as to be focused and irradiated on the vapor deposition material 20 as a target by the magnetic field 18 generated by the magnetic field generator. When the vapor deposition material 20 is irradiated with the electron beam e1, the vapor deposition material 20 melts and evaporates, and a film is formed on the surface of the deposition object (not shown).

特開2007−165160号公報JP 2007-165160 A

上述したように、図2に示すように、フィラメント14からの電子ビームe1は上側及び下側カソード12a,12bから拡散方向に放射されると共に、上側及び下側カソード12a,12bとアノード15間で加速されて開口19から外部へ放射される。このように電子ビームe1が拡がって放射されるので電子ビームe1の集束が悪い、又は、集束させるための調整が非常に難しいという課題があった。   As described above, as shown in FIG. 2, the electron beam e1 from the filament 14 is emitted in the diffusion direction from the upper and lower cathodes 12a and 12b, and between the upper and lower cathodes 12a and 12b and the anode 15. It is accelerated and emitted from the opening 19 to the outside. As described above, since the electron beam e1 is spread and emitted, there is a problem that the focusing of the electron beam e1 is poor or adjustment for focusing is very difficult.

また、その拡がって放射された電子ビームe1を蒸着材料20の位置まで曲げながら適正に集束させなければならない。電子ビームe1を良好に集束させるためには、磁性材料など多くの部品を適正に調整して組み合わせた磁界18を生成する磁界生成装置が必要となり、このため装置コストが高くなるという課題があった。   Further, the electron beam e1 radiated and spread must be properly focused while being bent to the position of the vapor deposition material 20. In order to focus the electron beam e1 satisfactorily, a magnetic field generation device that generates a magnetic field 18 in which many components such as a magnetic material are appropriately adjusted and combined is necessary, which causes a problem that the device cost increases. .

前記課題を解決するために、本発明は、電子銃から放射される電子ビームの電極部での集束を向上させ、集束特性の良いビームを得ることと、集束用の磁界生成装置の部品点数を削減して装置コストを下げることを目的とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention improves the focusing of the electron beam emitted from the electron gun at the electrode section, obtains a beam with good focusing characteristics, and reduces the number of components of the focusing magnetic field generator. The purpose is to reduce the cost of the equipment.

上記目的を達成するために、開口を有し内部に円弧状の側面を有する空間を備え、この空間内の円弧状の側面に周方向に沿って凹溝が形成されたカソードと、前記凹溝内に配設され、加熱されることにより電子を放出するフィラメントと、このフィラメントから放出された電子を前記カソードとの間で加速するアノードとを有する電子銃において、前記カソードが、前記凹溝を挟んで上下に円弧状に形成される上側カソード及び下側カソードを備え、前記上側カソードの円弧辺の曲率半径が、前記下側カソードの円弧辺の曲率半径と異なるように形成されていることを特徴とする電子銃とした。   In order to achieve the above object, a cathode having an opening and a space having an arc-shaped side surface inside, and a groove formed in the arc-shaped side surface in the space along the circumferential direction, and the groove An electron gun having a filament that is disposed inside and emits electrons when heated, and an anode that accelerates electrons emitted from the filament between the cathode and the cathode. An upper cathode and a lower cathode formed in a circular arc shape with the upper and lower sides sandwiched, and the radius of curvature of the arc side of the upper cathode is different from the radius of curvature of the arc side of the lower cathode. A featured electron gun was used.

この構成によれば、上側及び下側カソードの双方の円弧辺による電子ビーム放射面の形状が、光を集光する凹レンズ状に形成されているので、フィラメントから放出された熱電子が、電子ビーム放射面のレンズ効果により集束方向に向かって加速される。この加速された電子は開口での集束状態で電子銃から電子ビームとして放射される。この放射される電子ビームは開口で集束状態となっている。従って、電子ビームの集束特性を向上させることができる。   According to this configuration, the shape of the electron beam radiation surface formed by the arc sides of both the upper and lower cathodes is formed in the shape of a concave lens that collects light, so that the thermoelectrons emitted from the filament are It is accelerated toward the focusing direction by the lens effect of the radiation surface. The accelerated electrons are emitted as an electron beam from the electron gun in a focused state at the aperture. This emitted electron beam is focused at the aperture. Therefore, the focusing characteristics of the electron beam can be improved.

本発明の電子銃は、前記カソードの開口付近に先端部が配置される状態に当該カソードの空間内に立設された柱状の突部、を更に備えることが望ましい。   It is desirable that the electron gun of the present invention further includes a columnar protrusion that is erected in the space of the cathode in a state where the tip is disposed in the vicinity of the opening of the cathode.

この構成によれば、電子銃から電子ビームが放射された際に、電子ビームの周囲にプラスイオンが発生して開口からカソード側に引き寄せられるが、開口には突部の先端部が配置されているので、プラスイオンは先端部に衝突して突部で吸収される。従って、カソード側に引き寄せられるプラスイオンがフィラメントに衝突してフィラメントが劣化することを防止することができる。   According to this configuration, when an electron beam is emitted from the electron gun, positive ions are generated around the electron beam and attracted to the cathode side from the opening. Therefore, the positive ions collide with the tip and are absorbed by the protrusion. Therefore, it is possible to prevent the positive ions attracted to the cathode side from colliding with the filament and degrading the filament.

本発明の電子銃は、前記上側カソード及び前記下側カソードの双方の円弧辺の曲率半径を、前記加速される電子が開口での集束状態となる寸法としたことが望ましい。   In the electron gun of the present invention, it is preferable that the radius of curvature of the arc sides of both the upper cathode and the lower cathode is set to a dimension that allows the accelerated electrons to be focused at the opening.

この構成によれば、上側及び下側カソードの電子の放射側の形状を、電子を所定の集光状態とするに最適な凹レンズ状とすることができるので、電子銃から放射される電子ビームの集束特性をより向上させることができる。   According to this configuration, the shape of the electron emission side of the upper and lower cathodes can be a concave lens that is optimal for bringing the electrons into a predetermined condensing state, so that the electron beam emitted from the electron gun The focusing characteristic can be further improved.

本発明の電子銃は、前記上側カソードの一部が、前記アノードと前記フィラメントとを結ぶ仮想の直線に交差して介在することが望ましい。   In the electron gun of the present invention, it is desirable that a part of the upper cathode is interposed so as to intersect a virtual straight line connecting the anode and the filament.

この構成によれば、フィラメントから熱電子が放出される際、フィラメントとアノードとを結ぶ仮想の直線に上側カソードの一部が介在するので、フィラメントから発生した電子がアノードに直接衝突することが無くなる。   According to this configuration, when thermionic electrons are emitted from the filament, a part of the upper cathode is interposed in a virtual straight line connecting the filament and the anode, so that the electrons generated from the filament do not directly collide with the anode. .

本発明の電子銃は、前記フィラメントが、直線状であることが望ましい。   In the electron gun of the present invention, it is desirable that the filament is linear.

この構成によれば、フィラメントが直線状であっても当該フィラメントから放出された熱電子は、上述したレンズ効果により集束方向に向かって加速され電子ビームとして電子銃から放射されるので、電子ビームの集束特性が所定以下に低下することはない。従って、フィラメントの形状を単純化することができるので、その分、フィラメントを低コストで作製することができる。   According to this configuration, even if the filament is linear, the thermoelectrons emitted from the filament are accelerated toward the focusing direction by the lens effect described above and are emitted from the electron gun as an electron beam. The focusing characteristic does not decrease below a predetermined level. Accordingly, since the shape of the filament can be simplified, the filament can be manufactured at a low cost accordingly.

また、具体的には、上述したいずれかの電子銃と、この電子銃から放射される電子ビームを偏向及び集束する磁界生成装置とを備えたことを特徴とする電子ビーム発生装置である。   More specifically, the electron beam generator includes any one of the above-described electron guns and a magnetic field generator that deflects and focuses an electron beam emitted from the electron gun.

この構成によれば、電子銃から放射される電子ビームは開口での集束状態となっているので、磁界生成装置は従来に比べ簡略な構成且つ簡単な調整で電子ビームを偏向しながら集束してターゲットに照射することができる。従って、磁界生成装置の構成を従来よりも簡略化することができるので、その分、電子ビーム発生装置の製作コストを下げることができる。   According to this configuration, since the electron beam emitted from the electron gun is focused at the opening, the magnetic field generator is focused while deflecting the electron beam with a simpler configuration and easier adjustment than in the past. The target can be irradiated. Accordingly, since the configuration of the magnetic field generation device can be simplified as compared with the conventional case, the manufacturing cost of the electron beam generation device can be reduced accordingly.

本発明によれば、電子銃から放射される電子ビームの集束特性を向上させることと、集束用の磁界生成装置の部品点数を削減して装置コストを下げることができる電子銃及び電子ビーム発生装置を提供することができる。   According to the present invention, an electron gun and an electron beam generating apparatus capable of improving the focusing characteristics of an electron beam emitted from an electron gun and reducing the number of parts of a focusing magnetic field generating apparatus to reduce the apparatus cost. Can be provided.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

図3は、本発明の実施形態による電子銃30の構成を示し、(a)は電子銃30のカソード32の2枚の側板32a,32bのうち一方の側板32aを取り外した状態における断面斜視図、(b)は平面図である。   FIG. 3 shows a configuration of the electron gun 30 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a cross-sectional perspective view in a state in which one of the two side plates 32a and 32b of the cathode 32 of the electron gun 30 is removed. , (B) is a plan view.

電子銃30は、内部に空間を有するカソード32と、カソード32の内部に設けられている後述の凹溝32c内に配設された円弧形でソレノイド状のフィラメント34と、カソード32の上方に配設された概略扇形状のアノード36と、カソード32の扇形の要位置V1に当接して立設された柱状の突部38とを備えて構成されている。なお、カソード32及びアノード36は金属で形成されるが、加工性、高温での耐久性に優れた金属が好適に用いられる。電子銃30から放射される電子ビームeを磁場で偏向する場合には、磁性体は磁場の影響を受けるので、非磁性体金属とするのが好ましい。   The electron gun 30 includes a cathode 32 having a space inside, an arc-shaped solenoid-like filament 34 disposed in a concave groove 32 c described later provided inside the cathode 32, and a cathode 32. A substantially fan-shaped anode 36 disposed and a columnar protrusion 38 erected in contact with the fan-shaped essential position V1 of the cathode 32 are provided. In addition, although the cathode 32 and the anode 36 are formed with a metal, the metal excellent in workability and durability at high temperature is used suitably. When the electron beam e radiated from the electron gun 30 is deflected by a magnetic field, the magnetic material is affected by the magnetic field, so it is preferable to use a non-magnetic metal.

更に詳述すると、カソード32は、V1を要位置とする扇形の底板32dと、この底板32dの両側に沿って底板32dの底面に対して垂直に互いの一辺が当接して扇状に配設された2枚の側板32a,32bと、これら側板32a,32bの離隔した垂直な他辺同士を接合する円弧状の側板(以降、円弧状側板と称す)32eとを備えている。但し、本実施形態ではカソード32が底板32dを有する構造としているが、底板32dの無い構造であってもよい。   More specifically, the cathode 32 is arranged in a fan shape with a fan-shaped bottom plate 32d having V1 as a required position and one side of the bottom plate 32d perpendicular to the bottom surface of the bottom plate 32d along both sides of the bottom plate 32d. In addition, two side plates 32a and 32b and an arc-shaped side plate (hereinafter referred to as an arc-shaped side plate) 32e that joins the separated vertical other sides of the side plates 32a and 32b are provided. However, in the present embodiment, the cathode 32 has a structure having the bottom plate 32d, but may have a structure without the bottom plate 32d.

また、円弧状側板32eの内側に円弧の周方向に沿って底板32dの底面に平行に凹溝32cが形成されており、2枚の側板32a,32bと上方に配設されたアノード36の内側の円弧状の辺(以降、内側円弧辺と称す)とで囲まれた領域が、電子ビームeを外部へ放射する開口40となっている。   Further, a concave groove 32c is formed inside the arc-shaped side plate 32e in parallel with the bottom surface of the bottom plate 32d along the circumferential direction of the arc, and inside the two side plates 32a and 32b and the anode 36 disposed above. A region surrounded by the arc-shaped side (hereinafter referred to as the inner arc side) is an opening 40 that radiates the electron beam e to the outside.

この開口40の付近に先端部38aが配置される突部38が底面に立設されている。この突部38は、円柱を扇形の角度で区切った形状を成し、フィラメント34に対向する側面に上方に向かい徐々に細くなる傾斜状の傾斜部38bが形成され、この傾斜部38bの上端に細長い棒状の先端部38aが立設された形状となっている。この突部38は、電子ビームeが放射された際に周囲にプラスイオンが発生してこれがカソード32側に引き寄せられ、フィラメント34に衝突して断線することを防止するものである。但し、一点鎖線H1は、平面形状が扇形状の電子銃30を、扇形の要位置V1を通って左右対称に分ける中心軸であり、底板32dの底面と平行な直線である。また、上述したように底板32dの無い構造の場合は、突部38は側板32a,32bのみで固定される。または、別の支持方法によって固定されてもよい。更に、突部38は、円柱を扇形の角度で区切った形状の他、円柱や直方体などの形状でもよい。また、電子銃30は本例では平面形状が扇形状であるとしたが、必ずしも扇形状でなくでもカソード32が凹溝32cの形成された円弧状側板32eを備えていれば他の平面形状でもよい。   In the vicinity of the opening 40, a projecting portion 38 is disposed on the bottom surface where the tip end portion 38a is disposed. The protrusion 38 has a shape in which a cylinder is divided at a fan-shaped angle, and an inclined inclined portion 38b that gradually narrows upward is formed on the side surface facing the filament 34, and is formed at the upper end of the inclined portion 38b. It has a shape in which an elongated rod-like tip portion 38a is erected. The protrusion 38 prevents positive ions from being generated around the electron beam e when the electron beam e is radiated and attracted to the cathode 32, colliding with the filament 34, and being disconnected. However, the alternate long and short dash line H1 is a central axis that divides the electron gun 30 having a fan-shaped plane shape symmetrically through the fan-shaped essential position V1, and is a straight line parallel to the bottom surface of the bottom plate 32d. Further, as described above, in the case of the structure without the bottom plate 32d, the protrusion 38 is fixed only by the side plates 32a and 32b. Or you may fix by another support method. Further, the protrusion 38 may have a shape such as a cylinder or a rectangular parallelepiped, in addition to a shape in which a cylinder is divided by a fan-shaped angle. Further, although the electron gun 30 has a fan shape in this example, the electron gun 30 is not necessarily a fan shape, but may have another plane shape as long as the cathode 32 includes an arcuate side plate 32e having a groove 32c. Good.

本実施形態の1つ目の特徴は、図4(a)にも示すように、カソード32の凹溝32cを挟んで上下に形成される上側カソード32fの内側円弧辺の曲率半径R1と、下側カソード32gの内側円弧辺の曲率半径R2との大きさを、R1>R2の関係となるように形成した点にある。但し、R1<R2の関係であってもよい。また、アノード36の内側円弧辺の曲率半径R3は、曲率半径R2と同じか、R2よりも小さいサイズが好ましい。例えばR1=15mm、R2=12mm、R3=12mmのサイズで形成される。但し、本実施形態においては上側カソード32fと下側カソード32gとの各円弧辺の中心軸が上下で一致する構造としたが、必ずしも一致しなくてもよい。   The first feature of the present embodiment is that, as shown in FIG. 4A, the curvature radius R1 of the inner arc side of the upper cathode 32f formed above and below the concave groove 32c of the cathode 32, and the lower This is that the size of the inner arc side of the side cathode 32g and the radius of curvature R2 is formed so as to satisfy the relationship of R1> R2. However, the relationship of R1 <R2 may be sufficient. Further, the radius of curvature R3 of the inner arc side of the anode 36 is preferably the same as or smaller than the radius of curvature R2. For example, it is formed in a size of R1 = 15 mm, R2 = 12 mm, and R3 = 12 mm. However, in the present embodiment, the center axes of the arc sides of the upper cathode 32f and the lower cathode 32g are aligned vertically, but they do not necessarily have to be aligned.

2つ目の特徴は、フィラメント34を凹溝32c内に配設する際に、図4(b)又は(c)の断面図に示すように、上側カソード32fの内側円弧辺の中心軸を通り底面に対して垂直な垂直線V2から開口40側にフィラメント34が突き出ないようにした点にある。但し、下側カソード32gの内側円弧辺は、図4(b)に示すように、上側カソード32fの内側円弧辺と中心軸が上下で一致する形状、及び、図4(c)に示すように、上側カソード32fよりも凹溝32cの奥側に位置する形状の何れでもよい。つまり、別の言い方をすれば、上側カソード32fの一部が、アノード36とフィラメント34とを結ぶ仮想の直線に交差していればよい。   The second feature is that when the filament 34 is disposed in the concave groove 32c, it passes through the central axis of the inner arc side of the upper cathode 32f as shown in the cross-sectional view of FIG. 4B or 4C. The filament 34 does not protrude from the vertical line V2 perpendicular to the bottom surface to the opening 40 side. However, the inner arc side of the lower cathode 32g has a shape in which the inner arc side of the upper cathode 32f and the central axis coincide vertically as shown in FIG. 4B, and as shown in FIG. 4C. Any of the shapes positioned on the deeper side of the groove 32c than the upper cathode 32f may be used. That is, in other words, it is only necessary that a part of the upper cathode 32 f intersects a virtual straight line connecting the anode 36 and the filament 34.

このような構成の電子銃30を用いた電子ビーム発生装置の構成を図5に示す。電子ビーム発生装置41は、電子銃30のアノード36及びカソード32間に高圧電源42が接続され、フィラメント34にフィラメント用電源43が接続され、更に電子ビームeの軌道近くに磁界44を生成する磁界生成装置が配設されて構成されている。なお、図5には、図示せぬ蒸着装置内に配置される蒸着材料20の入った坩堝21が表してある。   FIG. 5 shows a configuration of an electron beam generator using the electron gun 30 having such a configuration. The electron beam generator 41 includes a high voltage power source 42 connected between the anode 36 and the cathode 32 of the electron gun 30, a filament power source 43 connected to the filament 34, and a magnetic field that generates a magnetic field 44 near the orbit of the electron beam e. A generation device is provided and configured. FIG. 5 shows a crucible 21 containing a vapor deposition material 20 arranged in a vapor deposition apparatus (not shown).

このような構成において、高圧電源42でカソード32とアノード36間に高電圧が印加されると共に、フィラメント用電源43でフィラメント34に所定電流が流れると、フィラメント34が加熱されて熱電子が放出され、この熱電子が上側及び下側カソード32f,32gとアノード36間とで加速され、これが電子ビームeとして開口40から電子銃30の外部へ放射される。   In such a configuration, when a high voltage is applied between the cathode 32 and the anode 36 by the high voltage power source 42 and a predetermined current flows through the filament 34 by the filament power source 43, the filament 34 is heated and thermoelectrons are emitted. The thermoelectrons are accelerated between the upper and lower cathodes 32 f and 32 g and the anode 36, and are emitted as an electron beam e from the opening 40 to the outside of the electron gun 30.

この際、上側及び下側カソード32f,32gの双方の内側円弧辺による電子ビームeの放射面(電子ビーム放射面と称す)の形状が、光を集光する凹レンズ状に形成されている。このため、図6に示すようにフィラメント34から放出された熱電子は、上側及び下側カソード32f,32gによる電子ビーム放射面のレンズ効果により集束方向に向かって電子ビームeとして加速される。この加速された電子ビームeは、開口での集束状態で図5に示すように開口40から放射される。   At this time, the shape of the emission surface of the electron beam e (referred to as an electron beam emission surface) by the inner arc sides of both the upper and lower cathodes 32f and 32g is formed as a concave lens that collects light. For this reason, as shown in FIG. 6, the thermoelectrons emitted from the filament 34 are accelerated as an electron beam e toward the focusing direction by the lens effect of the electron beam radiation surface by the upper and lower cathodes 32f and 32g. The accelerated electron beam e is emitted from the opening 40 as shown in FIG. 5 in a focused state at the opening.

更に、開口40から開口での集束状態で放射された電子ビームeは、磁界44を生成する磁界生成装置によりターゲットである蒸着材料20に集束して照射されるように偏向される。電子ビームeが蒸着材料20に照射されると、蒸着材料20が溶融して蒸発し、図示せぬ被蒸着物の表面に成膜する。   Further, the electron beam e emitted from the aperture 40 in a focused state at the aperture is deflected so as to be focused and irradiated onto the vapor deposition material 20 as a target by a magnetic field generating device that generates a magnetic field 44. When the vapor deposition material 20 is irradiated with the electron beam e, the vapor deposition material 20 is melted and evaporated, and a film is formed on the surface of the deposition target (not shown).

また、開口40から電子ビームeが放射された際に、この周囲にプラスイオンが発生して開口40からカソード32側に引き寄せられるが、開口40には突部38の先端部38aが配置されているので、プラスイオンは先端部38aに衝突して突部38で吸収される。従って、カソード32側に引き寄せられるプラスイオンがフィラメント34に衝突することはない。但し、本実施形態の電子銃30においては、突部38の無い構成であってもよい。   Further, when the electron beam e is radiated from the opening 40, positive ions are generated around the electron beam e and attracted to the cathode 32 side from the opening 40. The tip 40a of the protrusion 38 is disposed in the opening 40. Therefore, the positive ions collide with the tip portion 38 a and are absorbed by the projection 38. Accordingly, positive ions attracted to the cathode 32 do not collide with the filament 34. However, the electron gun 30 of the present embodiment may be configured without the protrusion 38.

このように本実施形態の電子銃30は、開口40を有すると共に内部に円弧状の側面を有する空間を有し、この空間内の円弧状の側面に周方向に沿って凹溝32cが形成された箱状のカソード32と、凹溝32cに配設され、通電による加熱によって電子を放出するフィラメント34と、このフィラメント34から放出された電子をカソード32との間で加速するアノード36とを備え、次の特徴を有する構成とした。   As described above, the electron gun 30 of the present embodiment has the space having the opening 40 and the arc-shaped side surface inside, and the groove 32c is formed along the circumferential direction on the arc-shaped side surface in the space. A box-like cathode 32, a filament 34 that is disposed in the concave groove 32c and emits electrons when heated by energization, and an anode 36 that accelerates electrons emitted from the filament 34 to and from the cathode 32. The configuration has the following characteristics.

即ち、凹溝32cを挟んで上下に円弧状に形成される上側カソード32f及び下側カソード32gを、上側カソード32fの円弧辺の曲率半径R1が、下側カソード32gの円弧辺の曲率半径R2と異なるように形成した。   That is, the upper cathode 32f and the lower cathode 32g, which are formed in a circular arc shape with the concave groove 32c interposed therebetween, have a radius of curvature R1 of the arc side of the upper cathode 32f and a radius of curvature R2 of the arc side of the lower cathode 32g. Formed differently.

この構成によって、上側及び下側カソード32gの電子ビームの放射側の形状が、円弧状、換言すれば光を集光する凹レンズ状に形成されているので、フィラメント34から放出された熱電子が、上側及び下側カソード32gの電子ビーム放射面のレンズ効果により集束方向に向かって加速される。この加速された電子は開口での集束状態で開口40から放射されて電子銃30から電子ビームとして放射される。この放射される電子ビームは開口での集束状態となっている。従って、系全体での電子ビームの集束が容易となり、集束特性を向上させることができる。   With this configuration, the shape of the electron beam radiation side of the upper and lower cathodes 32g is formed in an arc shape, in other words, a concave lens shape for condensing light, so that the thermoelectrons emitted from the filament 34 are The lens is accelerated toward the focusing direction by the lens effect of the electron beam emitting surfaces of the upper and lower cathodes 32g. The accelerated electrons are emitted from the opening 40 in a focused state at the opening and are emitted from the electron gun 30 as an electron beam. This emitted electron beam is focused at the aperture. Therefore, it is easy to focus the electron beam in the entire system, and the focusing characteristics can be improved.

上側及び下側カソード32f,32gの双方の円弧辺の曲率半径R1,R2を、加速される電子が開口での集束状態となる寸法とすることが望ましい。この構成によって、上側及び下側カソード32f,32gによる電子ビーム放射面の形状を、電子を所定の集光状態とするに最適な凹レンズ状とすることができるので、電子銃から放射される電子ビームの集束をより向上させることができる。   It is desirable that the radii of curvature R1 and R2 of the arc sides of both the upper and lower cathodes 32f and 32g have dimensions that allow the accelerated electrons to converge at the aperture. With this configuration, the shape of the electron beam radiation surface formed by the upper and lower cathodes 32f and 32g can be a concave lens shape that is optimal for bringing electrons into a predetermined condensing state. Therefore, the electron beam emitted from the electron gun Can be further improved.

また、電子銃30と組み合わされて、電子銃30から放射される電子ビームを偏向及び集束する処理を行う磁界44を生成する磁界生成装置は、従来に比べ簡略な構成且つ簡単な調整で電子ビームを偏向しながら集束することができる。従って、磁界生成装置を従来よりも簡略化して構成することができるので、良好な集束を得るための部品調整も削減することができ、この結果、製作コストを下げることができる。従って、電子銃30及び磁界生成装置を備えて構成される電子ビーム発生装置41の製作コストを下げることができる。   In addition, a magnetic field generation device that generates a magnetic field 44 that combines with the electron gun 30 and performs a process of deflecting and converging the electron beam emitted from the electron gun 30 has a simpler configuration and easier adjustment than the conventional one. Can be focused while deflecting. Therefore, since the magnetic field generation device can be configured in a simplified manner as compared with the conventional case, the adjustment of components for obtaining good focusing can be reduced, and as a result, the manufacturing cost can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the electron beam generator 41 configured to include the electron gun 30 and the magnetic field generator can be reduced.

また、フィラメント34から熱電子が放出される際、上側カソード32fの一部が、フィラメント34とアノード36とを結ぶ仮想の直線に交差して介在するようにした。この構成によって、フィラメント34から熱電子が放出される際、フィラメント34とアノード36とを結ぶ仮想の直線に上側カソード32fが交差して介在するので、フィラメント34からの電子がアノード36に直接衝突することが無くなる。   Further, when thermionic electrons are emitted from the filament 34, a part of the upper cathode 32f intersects with an imaginary straight line connecting the filament 34 and the anode 36. With this configuration, when thermionic electrons are emitted from the filament 34, the upper cathode 32f intersects the imaginary straight line connecting the filament 34 and the anode 36, so that the electrons from the filament 34 directly collide with the anode 36. Things will disappear.

また、図7に示すように、フィラメント34−1を直線状として凹溝32cに配設しても、このフィラメント34−1から放出された熱電子は、上述したレンズ効果により集束方向に向かって電子ビームeとして加速されて放射される。このようにフィラメント34−1を直線状とした場合、フィラメント34−1の形状を単純化することができるので、その分、フィラメント34−1を低コストで作製することができる。   Further, as shown in FIG. 7, even if the filament 34-1 is linearly disposed in the concave groove 32c, the thermoelectrons emitted from the filament 34-1 are directed toward the focusing direction by the lens effect described above. It is accelerated and emitted as an electron beam e. In this way, when the filament 34-1 is linear, the shape of the filament 34-1 can be simplified, and accordingly, the filament 34-1 can be manufactured at low cost.

本発明の電子銃及び電子ビーム発生装置は、ディジタルカメラ、メガネ、プロジェクター用レンズ、DVD、CD検出用レンズ、プラズマディスプレイ、ディジタルビデオテープ等のコーティング用の真空蒸着装置の蒸発源として多岐に渡って適用することができ、更には、光通信、太陽エネルギー利用分野、複写機等にも適用することができる。   The electron gun and electron beam generator of the present invention are widely used as evaporation sources for vacuum deposition apparatuses for coating such as digital cameras, glasses, projector lenses, DVDs, CD detection lenses, plasma displays, digital video tapes, etc. It can also be applied to optical communication, solar energy application fields, copying machines, and the like.

従来の電子銃を用いた電子ビーム発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electron beam generator using the conventional electron gun. 従来の電子銃の電子放射部分の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示す矢印Y1方向から見た側面図である。The schematic structure of the electron emission part of the conventional electron gun is shown, (a) is a top view, (b) is the side view seen from the arrow Y1 direction shown to (a). 本発明の実施形態による電子銃の構成を示し、(a)は電子銃のカソードの2枚の側板のうち一方の側板を取り外した状態における断面斜視図、(b)は平面図である。The structure of the electron gun by embodiment of this invention is shown, (a) is a cross-sectional perspective view in the state which removed one side plate among the two side plates of the cathode of an electron gun, (b) is a top view. (a)は本実施形態の電子銃の上側カソード、下側カソード及びアノードの各々の内側円弧辺の曲率半径を示す平面図、(b)は(a)の上側及び下側カソードの内側円弧辺が上下で一致する際の断面図、(c)は(a)の下側カソードの内側円弧辺が上側カソードの内側円弧辺よりも奥に配置された際の断面図である。(A) is a top view which shows the curvature radius of each inner side arc side of the upper cathode of the electron gun of this embodiment, a lower cathode, and an anode, (b) is an inner side arc side of the upper side and lower cathode of (a). (C) is a cross-sectional view when the inner arc side of the lower cathode of (a) is arranged deeper than the inner arc side of the upper cathode. 本実施形態の電子銃を用いた電子ビーム発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electron beam generator using the electron gun of this embodiment. 本実施形態の電子銃のレンズ効果を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the lens effect of the electron gun of this embodiment. 本実施形態の電子銃における他の構成のフィラメントを示す平面図である。It is a top view which shows the filament of the other structure in the electron gun of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,41:電子ビーム発生装置
10,30:電子銃
12,32:カソード
12a,32f:上側カソード
12b,32g:下側カソード
14,34,34−1:フィラメント
15,36:アノード
16,42:高圧電源
17,43:フィラメント用電源
19,40:開口
20:蒸着材料
21:坩堝
32a,32b:カソードの側板
32c:凹溝
32d:底板
34:フィラメント
32e:カソードの円弧状側板
38:突部
38a:先端部
38b:傾斜部
18,44:磁界生成装置の生成磁界
e,e1:電子ビーム
R1:上側カソードの内側円弧辺の曲率半径
R2:下側カソードの内側円弧辺の曲率半径
R3:アノードの内側円弧辺の曲率半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41: Electron beam generator 10, 30: Electron gun 12, 32: Cathode 12a, 32f: Upper cathode 12b, 32g: Lower cathode 14, 34, 34-1: Filament 15, 36: Anode 16, 42: High-voltage power supply 17, 43: Filament power supply 19, 40: Opening 20: Vapor deposition material 21: Crucible 32a, 32b: Side plate 32c of cathode: Groove 32d: Bottom plate 34: Filament 32e: Arc-shaped side plate 38 of cathode: Projection 38a : Tip portion 38b: inclined portion 18, 44: generated magnetic field e, e1: electron beam R1: radius of curvature of inner arc side of upper cathode R2: radius of curvature of inner arc side of lower cathode R3: radius of curvature R3 of anode Curvature radius of inner arc side

Claims (6)

開口を有し内部に円弧状の側面を有する空間を備え、この空間内の円弧状の側面に周方向に沿って凹溝が形成されたカソードと、前記凹溝内に配設され、加熱されることにより電子を放出するフィラメントと、このフィラメントから放出された電子を前記カソードとの間で加速するアノードとを有する電子銃において、
前記カソードが、前記凹溝を挟んで上下に円弧状に形成される上側カソード及び下側カソードを備え、前記上側カソードの円弧辺の曲率半径が、前記下側カソードの円弧辺の曲率半径と異なるように形成されていることを特徴とする電子銃。
A cathode having an opening and having an arc-shaped side surface in the interior, the arc-shaped side surface in which the groove is formed along the circumferential direction, and a cathode disposed in the groove and heated. In an electron gun having a filament that emits electrons and an anode that accelerates electrons emitted from the filament to the cathode,
The cathode includes an upper cathode and a lower cathode that are formed in an arc shape up and down across the concave groove, and the radius of curvature of the arc side of the upper cathode is different from the radius of curvature of the arc side of the lower cathode. An electron gun characterized by being formed as follows.
前記上側カソード及び前記下側カソードの双方の円弧辺の曲率半径を、前記加速される電子が開口での集束状態となる寸法としたことを特徴とする請求項に記載の電子銃。 The electron gun of claim 1 wherein said upper cathode and the curvature radius of the arc sides of both the lower cathodes, said accelerated the electrons are sized to a focusing state at the opening. 前記上側カソードの一部が、前記アノードと前記フィラメントとを結ぶ仮想の直線に交差して介在することを特徴とする請求項1又は2に記載の電子銃。 3. The electron gun according to claim 1, wherein a part of the upper cathode crosses an imaginary straight line connecting the anode and the filament. 前記カソードの開口付近に先端部が配置される状態に当該カソードの空間内に立設された柱状の突部、を更に備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電子銃。 The electron gun according to any one of claims 1 to 3, characterized in further comprise a columnar projection provided upright on the space of the cathode in a state where the tip portion is disposed in the vicinity of the cathode of the opening . 前記フィラメントが、直線状であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電子銃。   The electron gun according to claim 1, wherein the filament is linear. 請求項1から5のいずれかに記載の電子銃と、この電子銃から放射される電子ビームを偏向及び集束する磁界生成装置とを備えたことを特徴とする電子ビーム発生装置。   6. An electron beam generator comprising: the electron gun according to claim 1; and a magnetic field generator for deflecting and focusing an electron beam emitted from the electron gun.
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