JP5514595B2 - Electron beam irradiation device - Google Patents

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Description

本発明は、電子線照射装置、電子線照射領域検出方法、電子線照射方法に係り、特に電子線を照射して照射対象物を溶解、蒸発、昇華等させる技術分野に関する。   The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation region detection method, and an electron beam irradiation method, and more particularly to a technical field in which an electron beam is irradiated to dissolve, evaporate, sublime, and the like.

現在、比較的エネルギーが大きい電子線を照射して照射対象物を溶解、蒸発、昇華等させることができるハイパワーの電子線照射装置は主に真空蒸着や、真空溶解精製に用いられている。   Currently, a high-power electron beam irradiation apparatus that can irradiate an object to be irradiated with a relatively high energy electron beam to dissolve, evaporate, sublimate, etc. is mainly used for vacuum deposition and vacuum dissolution purification.

ここでハイパワーの電子線とは、エネルギーが数kV〜数十kV、電流がアンペアオーダー、出力が数十W〜千kW、あるいは1kW〜千kW、さらには数十kW〜数千kWないしはそれ以上の出力を有する電子線のことである。   Here, the high-power electron beam is energy of several kW to several tens of kW, current is in ampere order, output is several tens of watts to thousands kW, or 1 kW to 1,000 kW, or several tens kW to several thousand kW It is an electron beam having the above output.

従来のハイパワーの電子線照射装置は、容積が1m3以上の比較的大きな真空槽と、真空槽内を真空排気する真空排気装置と、真空槽内に電子線を放出する電子銃と、溶解する金属を保持するための照射材料容器とを有している。照射材料容器はここでは水冷ハースであり、通常熱伝導の良い銅でできている。 The conventional high-power electron beam irradiation device has a relatively large vacuum chamber with a volume of 1 m 3 or more, a vacuum exhaust device that evacuates the vacuum chamber, an electron gun that emits an electron beam into the vacuum chamber, And an irradiation material container for holding the metal to be used. Here, the irradiation material container is a water-cooled hearth and is usually made of copper having good heat conduction.

真空溶解精製で対象とする金属はチタン等の活性な金属、ステンレス等の真空材料、モリブデン及びタンタル等の高融点金属であり、真空蒸着で対象とする金属はアルミニウム、チタン、銅等である。最近は太陽電池用にシリコンの真空溶解精製も行われている。真空排気された真空槽内で、これらの照射対象物に電子銃から電子線を照射して加熱し、精製や蒸着を行う。   The target metal in vacuum melting and refining is an active metal such as titanium, a vacuum material such as stainless steel, and a high melting point metal such as molybdenum and tantalum, and the target metal in vacuum deposition is aluminum, titanium, copper or the like. Recently, vacuum melting purification of silicon has also been performed for solar cells. In an evacuated vacuum chamber, these irradiation objects are irradiated with an electron beam from an electron gun and heated to perform purification and vapor deposition.

ここで、電子銃から真空槽内に放出された電子線は、電流量が増えると、クーロン力による電子同士の反発のためにビーム径が広がってしまう。また、真空槽内の圧力によっても、電子自ら作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働くためにビーム径が変化する。   Here, the electron beam emitted from the electron gun into the vacuum chamber has an increased beam diameter due to repulsion between electrons due to Coulomb force when the amount of current increases. Also, the beam diameter changes due to the action of converging the beam diameter of the electron beam by the ions generated by the electrons themselves, depending on the pressure in the vacuum chamber.

照射対象物上での電子線のビーム径、すなわち照射対象物の電子線が照射される照射領域の大きさが変化すると、照射領域の電流密度が変化し、パワー密度が変化するので、照射対象物への電子線の照射条件が変わってしまうことになる。   When the beam diameter of the electron beam on the irradiation object, that is, the size of the irradiation area irradiated with the electron beam of the irradiation object changes, the current density of the irradiation area changes and the power density changes. The irradiation condition of the electron beam to the object will change.

上記のような要因によるビーム径の変化が、実際に精製や蒸着のために電子線を利用する上で電子線の照射条件を安定に保つことを困難にしていた。
特に真空蒸着での成膜レートを一定にするためには、照射領域のパワー密度を制御する必要があるのだが、上記のような要因により照射中にビーム径が変化する虞があるので、オンタイムでビーム径をモニタする必要がある。また、その結果を電子銃の照射制御系(例えば電子線の電流値や電子銃のレンズコイル電流)へフィードバックし、電子線の電流密度あるいは電子線のビーム径を一定にすることが必要である。
Changes in the beam diameter due to the above factors have made it difficult to maintain stable electron beam irradiation conditions when actually using an electron beam for purification and vapor deposition.
In particular, in order to keep the film formation rate in vacuum deposition constant, it is necessary to control the power density of the irradiated region. However, the beam diameter may change during irradiation due to the above factors. It is necessary to monitor the beam diameter with time. In addition, it is necessary to feed back the result to an electron gun irradiation control system (for example, the current value of the electron beam or the lens coil current of the electron gun) and to make the current density of the electron beam or the beam diameter of the electron beam constant. .

ところが、電子線がハイパワーになると、照射対象物の照射面の広い範囲が強く発光するので、可視光では照射領域の大きさをモニタできないという問題があった。
また、数W以下の低パワーの電子線の場合に一般に利用されているような、移動できるファラデーカップまたは金属により電流を測定する方法では、仮にビーム照射部に高融点のタングステン(W)を用いたとしても、ハイパワーの電子線を照射されると照射部はすぐに溶けてしまうので、ハイパワーの電子線のビーム径をモニタすることはできなかった。
However, when the electron beam becomes high power, a wide range of the irradiation surface of the irradiation object emits light strongly, so that there is a problem that the size of the irradiation region cannot be monitored with visible light.
Further, in a method of measuring current with a movable Faraday cup or metal, which is generally used in the case of an electron beam with a low power of several watts or less, tungsten (W) having a high melting point is used for the beam irradiation portion. Even so, the irradiated portion melts immediately when irradiated with a high-power electron beam, so the beam diameter of the high-power electron beam could not be monitored.

現実的な方法としては、ハイパワーよりも小さい中出力程度で電子線を金属板等に照射し、溶解した痕を測る方法があり、従来一般にはこの方法により電子線のビーム径を求めていた。しかし、溶解痕が正しく電子線のビーム径を反映しているとはいえないので、測定誤差が大きいという問題があった。また、この方法では、実際にハイパワーの電子線を照射するときの照射条件におけるビーム径を測ることは不可能であり、また、オンタイムでの測定もできないという問題があった。
つまり、ハイパワーの電子線を照射対象物に照射しているときに、照射領域の大きさを検出することは重要な課題になっているが、これまでこの課題を解決する適当な方法は見つかっていなかった。
As a realistic method, there is a method of irradiating a metal plate or the like with an electron beam at a medium output level smaller than high power and measuring a dissolved trace. Conventionally, the beam diameter of the electron beam has been generally obtained by this method. . However, it cannot be said that the dissolution mark correctly reflects the beam diameter of the electron beam. In addition, this method has a problem that it is impossible to measure the beam diameter under irradiation conditions when actually irradiating a high-power electron beam, and it is impossible to measure on-time.
In other words, detecting the size of the irradiated area when irradiating an irradiation object with a high-power electron beam has become an important issue, but a suitable method for solving this problem has been found so far. It wasn't.

特開平11−217667号公報JP 11-217667 A

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ハイパワーの電子線の照射中に、照射対象物の照射領域の大きさ、又は電子線のビーム径を検出できる電子線照射装置を提供することにある。   The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and its purpose is to irradiate the size of the irradiation region of the irradiation object or the beam diameter of the electron beam during irradiation of the high-power electron beam. It is in providing the electron beam irradiation apparatus which can detect.

上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内を真空排気する真空排気装置と、前記真空槽内に電子線を放出可能に構成された電子銃と、を有し、前記真空槽内に配置される照射対象物に前記電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱するように構成された電子線照射装置であって、前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、前記照射領域から放出されたX線が入射する位置に配置され、入射した前記X線から前記照射領域の大きさを検出するX線検知部と、前記照射領域から放出された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するX線結像光学部と、を有し、前記照射対象物と前記X線結像光学部との間には、前記X線結像光学部に前記X線を到達させながら、加熱された前記照射対象物から放出されて前記X線結像光学部に到達する蒸気の量を減衰させるフィルタ装置が配置された電子線照射装置であって、前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板と、前記第一、第二の回転板に垂直に固定された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸を前記第一、第二の回転板と共に前記第一、第二の回転軸の中心軸線の周りに回転させる第一、第二の回転装置とを有し、前記第一、第二の回転板にはそれぞれ前記蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部が設けられ、前記第一、第二の回転装置によって前記第一、第二の回転板をそれぞれ異なる速度で回転させると、前記第一、第二の開口部は、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされ、前記第一、第二の開口部が前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、前記第一の開口部を通過する前記蒸気は、前記第二の回転板の前記第二の開口部以外の遮蔽部に衝突して遮蔽されるように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記X線検知部が検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する制御装置を有する電子線照射装置である
発明は電子線照射装置であって、前記X線結像光学部は、前記X線を遮蔽する遮蔽板を有し、前記遮蔽板には前記X線を通過させる、前記X線検知部よりも小さい針穴が開けられ、前記針穴を通過した前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された電子線照射装置である。
本発明は電子線照射装置であって、前記X線結像光学部は、前記X線を反射する凹面鏡を有し、前記凹面鏡で反射された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された電子線照射装置である
In order to solve the above problems, the present invention has a vacuum chamber, a vacuum exhaust device that evacuates the vacuum chamber, and an electron gun configured to emit an electron beam into the vacuum chamber, An electron beam irradiation apparatus configured to irradiate an irradiation object disposed in the vacuum chamber with an electron beam from the electron gun to heat the irradiation object, wherein the irradiation object has a surface on the surface of the irradiation object. When an area irradiated with an electron beam and emitting X-rays is an irradiation area, the X-ray emitted from the irradiation area is disposed at a position where the X-ray is incident, and the size of the irradiation area is detected from the incident X-ray. possess the X-ray detection unit, and a X-ray imaging optical unit for forming an image of the irradiated region from the released the X-ray to the X-ray detection portion from the irradiated region, the said irradiation object The X-rays reach the X-ray imaging optical unit between the X-ray imaging optical unit and the X-ray imaging optical unit. However, an electron beam irradiation apparatus in which a filter device that attenuates the amount of vapor that is emitted from the heated irradiation object and reaches the X-ray imaging optical unit is disposed, and the filter device includes the vapor First and second rotating plates for shielding particles, first and second rotating shafts fixed perpendicularly to the first and second rotating plates, and the first and second rotating shafts. The first and second rotating plates have first and second rotating devices that rotate around the central axis of the first and second rotating shafts together with the first and second rotating plates. Are provided with first and second openings through which the vapor particles pass, and when the first and second rotating plates are rotated at different speeds by the first and second rotating devices, The first and second openings face each other at a position crossing the flight path of the X-ray and the steam. When the first and second openings face each other at a position crossing the flight path between the X-rays and the steam, the steam passing through the first opening is It is an electron beam irradiation apparatus comprised so that it might collide and shield with shielding parts other than said 2nd opening part of a 2nd rotating plate .
The present invention is an electron beam irradiation apparatus, an electron beam irradiation apparatus having a control device for controlling a beam diameter of the electron beam based on the size of the irradiated area in which the X-ray detection unit has detected.
The present invention is an electron beam irradiation apparatus, wherein the X-ray imaging optical unit includes a shielding plate that shields the X-ray, and the shielding plate allows the X-ray to pass through the X-ray detection unit. The electron beam irradiation apparatus is configured to form an image of the irradiation region on the X-ray detection unit from the X-rays having a small needle hole and passing through the needle hole.
The present invention is an electron beam irradiation apparatus, wherein the X-ray imaging optical unit includes a concave mirror that reflects the X-ray, and the irradiation region from the X-ray reflected by the concave mirror to the X-ray detection unit. It is an electron beam irradiation apparatus comprised so that the image of this may be formed .

本発明では電子線の照射により発生するX線を利用する。X線は可視光と区別して検出でき、また照射対象物上で電子線を照射された部分からだけX線が放出されるので、オンタイムで高精度に電子線のビーム径をモニタできる。   In the present invention, X-rays generated by electron beam irradiation are used. X-rays can be detected separately from visible light, and X-rays are emitted only from the portion irradiated with the electron beam on the irradiation target, so that the beam diameter of the electron beam can be monitored with high accuracy on time.

ハイパワーの電子線の照射中に照射対象物の照射領域の大きさを検出することが可能となり、さらにその結果を電子銃の照射制御系へフィードバックすることにより、照射領域のパワー密度を一定に保つことが可能となる。パワー密度の制御の精度向上によりハイパワーの電子銃の応用分野を拡大できる。   It becomes possible to detect the size of the irradiation area of the irradiation object during irradiation of the high-power electron beam, and by feeding back the result to the irradiation control system of the electron gun, the power density of the irradiation area is made constant. It becomes possible to keep. The application field of high-power electron guns can be expanded by improving the accuracy of power density control.

電子線の照射領域のパワー密度を一定に保つことにより、電子線を用いた真空蒸着装置の成膜レートを一定に保つことができ、品質の良い薄膜製品を生産することが可能となる。例えば、フィルムコンデンサー、磁気テープ等の高記憶メディア、熱線遮断膜等の光応用フィルム等の品質向上に貢献できる。   By keeping the power density of the electron beam irradiation region constant, the film formation rate of the vacuum vapor deposition apparatus using the electron beam can be kept constant, and a thin film product with good quality can be produced. For example, it can contribute to quality improvement of high storage media such as film capacitors and magnetic tapes, and optical application films such as heat ray blocking films.

金属の真空溶解精製装置では、照射領域のパワー密度の制御を正確に行うことにより、高品質の金属、例えば高純度のチタン(Ti)、タンタル(Ta)や太陽電池用の高純度結晶シリコン(Si)等の生産が可能になる。   In the metal vacuum melting and refining apparatus, the power density in the irradiated region is accurately controlled, so that a high-quality metal such as high-purity titanium (Ti), tantalum (Ta) or high-purity crystalline silicon for solar cells ( Si) and the like can be produced.

本発明である電子線照射装置の第一例の内部構成図The internal block diagram of the 1st example of the electron beam irradiation apparatus which is this invention 電子銃の内部構成図Internal structure of electron gun X線検出装置とフィルタ装置の第一例の概略構成図Schematic configuration diagram of first example of X-ray detection device and filter device フィルタ装置の第一例の回転板を説明するための平面図The top view for demonstrating the rotating plate of the 1st example of a filter apparatus ピンホール型のX線結像光学部を説明するための模式図Schematic diagram for explaining a pinhole type X-ray imaging optical unit ミラー型のX線結像光学部を説明するための模式図Schematic diagram for explaining a mirror type X-ray imaging optical unit X線検出装置とフィルタ装置の第二例の概略構成図Schematic configuration diagram of second example of X-ray detection device and filter device X線検出装置とフィルタ装置の第三例の概略構成図Schematic configuration diagram of third example of X-ray detection device and filter device X線検出装置とフィルタ装置の第四例の概略構成図Schematic configuration diagram of fourth example of X-ray detection device and filter device 本発明である電子線照射装置の第二例の内部構成図The internal block diagram of the 2nd example of the electron beam irradiation apparatus which is this invention

<電子線照射装置の第一例の構造>
本発明である電子線照射装置の第一例の構造を説明する。
図1は電子線照射装置10の内部構成図を示している。
電子線照射装置10は真空槽11と真空排気装置13を有している。
真空排気装置13は真空槽11に接続され、真空槽11内を真空排気するように構成されている。
<Structure of first example of electron beam irradiation apparatus>
The structure of the first example of the electron beam irradiation apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 1 shows an internal configuration diagram of the electron beam irradiation apparatus 10.
The electron beam irradiation device 10 includes a vacuum chamber 11 and a vacuum exhaust device 13.
The vacuum exhaust device 13 is connected to the vacuum chamber 11 and configured to evacuate the vacuum chamber 11.

真空槽11内には凹形状の照射材料容器50が配置されている。照射材料容器50は開口部を上方に向けた状態で真空槽11の底部に配置され、内側に照射対象物60を保持できるように構成されている。
電子線照射装置10は電子線を放出可能に構成された電子銃30と電子銃電源40とを有している。
A concave irradiation material container 50 is disposed in the vacuum chamber 11. The irradiation material container 50 is disposed at the bottom of the vacuum chamber 11 with the opening facing upward, and is configured to hold the irradiation object 60 inside.
The electron beam irradiation apparatus 10 includes an electron gun 30 and an electron gun power source 40 that are configured to emit an electron beam.

図2は電子銃30と電子銃電源40の概略構成図を示している。
電子銃30は一端に銃口114が設けられた有底筒状の筐体31を有している。
筐体31の内側には中心軸線上にガン室110と接続路111と中間室112と放出路113が、筐体31の底部から銃口114に向かってこの順に並んで設けられている。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the electron gun 30 and the electron gun power source 40.
The electron gun 30 has a bottomed cylindrical casing 31 provided with a muzzle 114 at one end.
Inside the casing 31, a gun chamber 110, a connection path 111, an intermediate chamber 112, and a discharge path 113 are provided in this order from the bottom of the casing 31 toward the muzzle 114 on the central axis.

ガン室110と中間室112にはそれぞれ不図示の真空排気部が接続され、真空排気部は各室内110、112をそれぞれ真空排気可能に構成されている。接続路111は内周がガン室110や中間室112よりも小さく形成され、ガン室110内と中間室112内を接続するように構成され、従って、ガン室110と中間室112と接続路111とで差動排気構造を成している。接続路111の内側には仕切バルブ39が配置されている。
中間室112内は放出路113を介して銃口114に接続されている。
A vacuum exhaust unit (not shown) is connected to each of the gun chamber 110 and the intermediate chamber 112, and the vacuum exhaust unit is configured so that each chamber 110, 112 can be evacuated. The connection path 111 is formed so that the inner periphery is smaller than the gun chamber 110 and the intermediate chamber 112, and is configured to connect the inside of the gun chamber 110 and the inside of the intermediate chamber 112. Therefore, the connection path 111 between the gun chamber 110 and the intermediate chamber 112 is connected. And has a differential exhaust structure. A partition valve 39 is disposed inside the connection path 111.
The interior of the intermediate chamber 112 is connected to the muzzle 114 via the discharge path 113.

以下、筐体31のガン室110側を上流、その逆の銃口114側を下流と呼ぶ。
ガン室110内には、筐体31の中心軸線上にフィラメント32とカソード33とウェーネルト34とアノード35が、上流から下流に向かってこの順に並んで配置されている。
フィラメント32にはフィラメント電源41が電気的に接続されている。フィラメント電源41はフィラメント32に電流を流してフィラメント32を加熱できるように構成されている。
Hereinafter, the gun chamber 110 side of the casing 31 is referred to as upstream, and the opposite muzzle 114 side is referred to as downstream.
In the gun chamber 110, a filament 32, a cathode 33, a Wehnelt 34, and an anode 35 are arranged in this order from upstream to downstream on the central axis of the casing 31.
A filament power supply 41 is electrically connected to the filament 32. The filament power source 41 is configured to heat the filament 32 by passing a current through the filament 32.

フィラメント32とカソード33にはカソード加熱電源42が電気的に接続されている。カソード加熱電源42はフィラメント32に対してカソード33の電位が正になるように、フィラメント32とカソード33の間に電圧を印加可能に構成されている。   A cathode heating power source 42 is electrically connected to the filament 32 and the cathode 33. The cathode heating power source 42 is configured to be able to apply a voltage between the filament 32 and the cathode 33 so that the potential of the cathode 33 becomes positive with respect to the filament 32.

ウェーネルト34はカソード33よりも内周の大きい無底の円筒形状に形成され、自身の中心軸線が筐体31の中心軸線と一致するように向けられている。ウェーネルト34はカソード33に電気的に接続されている。
アノード35は無底の円筒形状に形成され、自身の中心軸線が筐体31の中心軸線と一致するように向けられている。アノード35は筐体31に電気的に接続されている。
The Wehnelt 34 is formed in a bottomless cylindrical shape having a larger inner circumference than the cathode 33, and is directed so that its own central axis coincides with the central axis of the casing 31. The Wehnelt 34 is electrically connected to the cathode 33.
The anode 35 is formed in a bottomless cylindrical shape, and is directed so that its center axis coincides with the center axis of the housing 31. The anode 35 is electrically connected to the housing 31.

筐体31とカソード33には高電圧電源43が電気的に接続されている。高電圧電源43は筐体31の電位、すなわちアノード35の電位に対してカソード33の電位が負になるように筐体31とカソード33の間に電圧を印加可能に構成されている。   A high voltage power supply 43 is electrically connected to the casing 31 and the cathode 33. The high voltage power supply 43 is configured to be able to apply a voltage between the casing 31 and the cathode 33 so that the potential of the cathode 33 is negative with respect to the potential of the casing 31, that is, the potential of the anode 35.

アノード35よりも下流には筐体31の中心軸線に沿って第一のレンズ36と第二のレンズ37と揺動コイル38がこの順に並んで配置されている。
ここでは第一のレンズ36は接続路111の外側に接続路111を囲むように配置され、第二のレンズ37は放出路113の外側に放出路113を囲むように配置されている。
Downstream of the anode 35, a first lens 36, a second lens 37, and a swing coil 38 are arranged in this order along the central axis of the housing 31.
Here, the first lens 36 is disposed outside the connection path 111 so as to surround the connection path 111, and the second lens 37 is disposed outside the discharge path 113 so as to surround the discharge path 113.

第一、第二のレンズ36、37にはそれぞれレンズ電源44が電気的に接続されている。レンズ電源44は第一、第二のレンズ36、37にそれぞれ電流を流して、それぞれ接続路111、放出路113内に磁界を形成できるように構成されている。   A lens power supply 44 is electrically connected to each of the first and second lenses 36 and 37. The lens power supply 44 is configured to allow current to flow through the first and second lenses 36 and 37 to form magnetic fields in the connection path 111 and the emission path 113, respectively.

揺動コイル38は放出路113の外側で銃口114を囲むように配置されている。揺動コイル38にはコイル電源45が電気的に接続されている。コイル電源45は揺動コイル38に電流を流して、銃口114の内側に位置する電子線の軌道に磁界を形成できるように構成されている。   The swing coil 38 is disposed so as to surround the muzzle 114 outside the discharge path 113. A coil power supply 45 is electrically connected to the swing coil 38. The coil power supply 45 is configured to allow a current to flow through the oscillating coil 38 so as to form a magnetic field in the trajectory of the electron beam located inside the muzzle 114.

コイル電源45には不図示の磁界制御装置が接続されている。磁界制御装置はコイル電源45から揺動コイル38に供給される電流を変更して、電子線の軌道に形成する磁界の向きと大きさを制御するように構成されている。
電子銃30の電源装置を電子銃電源40と呼ぶと、電子銃電源40はフィラメント電源41とカソード加熱電源42と高電圧電源43とレンズ電源44とコイル電源45とで構成されている。
A magnetic field controller (not shown) is connected to the coil power supply 45. The magnetic field control device is configured to change the current supplied from the coil power supply 45 to the oscillating coil 38 to control the direction and magnitude of the magnetic field formed in the trajectory of the electron beam.
When the power supply device of the electron gun 30 is referred to as an electron gun power supply 40, the electron gun power supply 40 includes a filament power supply 41, a cathode heating power supply 42, a high voltage power supply 43, a lens power supply 44, and a coil power supply 45.

ここでは電子銃30は銃口114を照射材料容器50上の照射対象物60に向けた状態で真空槽11の側壁に気密に挿設されている。
電子銃電源40から電子銃30に電力が供給されると、電子銃30は銃口114から真空槽11内に電子線を放出して照射材料容器50上の照射対象物60に電子線を照射するように構成されている。
Here, the electron gun 30 is hermetically inserted into the side wall of the vacuum chamber 11 with the muzzle 114 facing the irradiation object 60 on the irradiation material container 50.
When electric power is supplied from the electron gun power source 40 to the electron gun 30, the electron gun 30 emits an electron beam from the muzzle 114 into the vacuum chamber 11 and irradiates the irradiation object 60 on the irradiation material container 50 with the electron beam. It is configured as follows.

照射対象物60の表面の電子線が照射された部分からはX線(特性X線及び白色X線)が放出される。ここで特性X線とは電子線を照射されて励起した照射対象物60表面の原子から放出されるX線であり、白色X線とは照射対象物60の表面で制動された電子線の電子から放出されるX線である。   X-rays (characteristic X-rays and white X-rays) are emitted from the portion irradiated with the electron beam on the surface of the irradiation object 60. Here, the characteristic X-rays are X-rays emitted from atoms on the surface of the irradiation object 60 that are excited by being irradiated with an electron beam, and the white X-rays are electrons of an electron beam damped on the surface of the irradiation object 60. X-rays emitted from.

以下、照射対象物60の表面の電子線が照射されてX線を放出する領域を照射領域と呼ぶ。
照射領域から放出されるX線が入射する位置にはX線検出装置20が配置されている。
図3はX線検出装置20の概略構成図を、後述するフィルタ装置70の第一例と共に示している。
Hereinafter, a region where an electron beam on the surface of the irradiation object 60 is irradiated and X-rays are emitted is referred to as an irradiation region.
An X-ray detection apparatus 20 is disposed at a position where X-rays emitted from the irradiation region are incident.
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the X-ray detection device 20 together with a first example of a filter device 70 described later.

X線検出装置20はX線を遮断する材質で形成された検知部容器21を有している。検知部容器21の内側にはX線検知部24が配置され、X線検知部24にはX線検知部電源25が電気的に接続されている。   The X-ray detection apparatus 20 has a detection unit container 21 made of a material that blocks X-rays. An X-ray detection unit 24 is disposed inside the detection unit container 21, and an X-ray detection unit power source 25 is electrically connected to the X-ray detection unit 24.

本実施形態での電子線のエネルギーは後述するように数keV〜40keV程度であるので、電子線を照射された照射対象物60から放出されるX線のエネルギーも同様の範囲となる。X線検知部24はこの範囲のエネルギーのX線に感度を持つ検知器が使用される。   Since the energy of the electron beam in this embodiment is about several keV to 40 keV as will be described later, the energy of the X-ray emitted from the irradiation object 60 irradiated with the electron beam is in the same range. As the X-ray detector 24, a detector having sensitivity to X-rays having energy in this range is used.

X線検知部24にはここではX線検出用として市販されている二次元検出器(CCD(Charge Coupled Device)やMOS(Metal on Silicon)型の撮像素子等)を使用する。
X線検知部24と検知部容器21の開口との間には、X線結像光学部23が配置されている。X線結像光学部23にはここでは図5に示すようなピンホール型のX線結像光学部23aや、図6に示すようなミラー型のX線結像光学部23bを用いる。
Here, a two-dimensional detector (CCD (Charge Coupled Device), MOS (Metal on Silicon) type imaging device, etc.) commercially available for X-ray detection is used for the X-ray detection unit 24.
An X-ray imaging optical unit 23 is disposed between the X-ray detection unit 24 and the opening of the detection unit container 21. Here, a pinhole type X-ray imaging optical unit 23a as shown in FIG. 5 or a mirror type X-ray imaging optical unit 23b as shown in FIG. 6 is used as the X-ray imaging optical unit 23.

ピンホール型のX線結像光学部23aの構造を説明すると、図5を参照し、ピンホール型のX線結像光学部23aは、X線を遮蔽する遮蔽板201を有している。遮蔽板201にはここではタングステン(W)やタンタル(Ta)等の重い金属で形成された1mm厚の金属板を使用する。   The structure of the pinhole type X-ray imaging optical unit 23a will be described. Referring to FIG. 5, the pinhole type X-ray imaging optical unit 23a has a shielding plate 201 that blocks X-rays. Here, a 1 mm thick metal plate made of heavy metal such as tungsten (W) or tantalum (Ta) is used as the shielding plate 201.

遮蔽板201にはX線を透過する、X線検知部24よりも小さい針穴202が設けられている。
照射対象物60の照射領域から放出されX線結像光学部23に入射するX線は、X線の直進性により、遮蔽板201の針穴202を通過して、X線検知部24上で照射領域の像を結像する。
The shielding plate 201 is provided with a needle hole 202 that transmits X-rays and is smaller than the X-ray detection unit 24.
X-rays that are emitted from the irradiation region of the irradiation object 60 and enter the X-ray imaging optical unit 23 pass through the needle holes 202 of the shielding plate 201 due to the straightness of the X-rays, and then on the X-ray detection unit 24. An image of the irradiated area is formed.

符号1、2は照射対象物60の照射領域の外形と直径をそれぞれ示し、符号1’、2’はX線検知部24上で結像した照射領域の像の外形と直径をそれぞれ示している。
照射領域から遮蔽板201までの距離をL1、遮蔽板201からX線検知部24までの距離をL2とすると照射領域の直径1と照射領域の像の直径1’の比はL2/L1で決まるので、X線検知部24の大きさに合わせて適当にL2を選択することにより、ピンホール型のX線結像光学部23aが形成されている。
Reference numerals 1 and 2 indicate the outer shape and diameter of the irradiation region of the irradiation object 60, respectively, and reference symbols 1 ′ and 2 ′ indicate the outer shape and diameter of the image of the irradiation region imaged on the X-ray detection unit 24, respectively. .
If the distance from the irradiation region to the shielding plate 201 is L1, and the distance from the shielding plate 201 to the X-ray detection unit 24 is L2, the ratio of the irradiation region diameter 1 to the irradiation region image diameter 1 ′ is determined by L2 / L1. Therefore, the pinhole type X-ray imaging optical unit 23a is formed by appropriately selecting L2 in accordance with the size of the X-ray detection unit 24.

ミラー型のX線結像光学部23bの構造を説明すると、図6を参照し、ミラー型のX線結像光学部23bはX線を反射する二枚の凹面鏡205、206を有している。ここでは二枚の凹面鏡205、206はどちらも軽い元素(ここではSi)と重い元素(ここではW等)の互いに屈折率が異なる誘電体薄膜をnmオーダーの厚さで繰り返し積層させた超格子構造の多層膜ミラーである。   The structure of the mirror type X-ray imaging optical unit 23b will be described. Referring to FIG. 6, the mirror type X-ray imaging optical unit 23b has two concave mirrors 205 and 206 that reflect X-rays. . Here, the two concave mirrors 205 and 206 are superlattices obtained by repeatedly laminating dielectric thin films having different refractive indexes of light elements (here, Si) and heavy elements (here, W, etc.) with a thickness of nm order. It is a multilayer mirror with a structure.

二枚の凹面鏡205、206を凸レンズの役割を果たすように配置することで、ミラー型のX線結像光学部23bでは、照射領域からミラー中心(二枚の凹面鏡205、206のそれぞれの中心を結ぶ線分の中点)までの距離をL1’、ミラー中心からX線検知部24までの距離をL2’とすると、ピンホール型23aと同様に照射領域の直径1と照射領域の像の直径1’の比はL2’/L1’で決まり、ピンホール型23aに比べて、針穴(ピンホール)202とミラー型23bの入射口(図示されていない)の面積比分だけ、より明るい像を得ることができる。   By disposing the two concave mirrors 205 and 206 so as to function as convex lenses, the mirror type X-ray imaging optical unit 23b allows the mirror center (the center of each of the two concave mirrors 205 and 206 to be centered) from the irradiation region. Assuming that the distance from the center of the connecting line segment to L1 ′ and the distance from the mirror center to the X-ray detector 24 is L2 ′, the diameter 1 of the irradiation area and the diameter of the image of the irradiation area are the same as in the pinhole type 23a The ratio of 1 ′ is determined by L2 ′ / L1 ′, and a brighter image is obtained by the area ratio of the needle hole (pinhole) 202 and the entrance of the mirror mold 23b (not shown) than the pinhole mold 23a. Can be obtained.

X線結像光学部23を中央にしてX線検知部24の反対側には、検知部容器21の開口を覆うように窓部22が配置され、検知部容器21の開口に気密に固定されている。窓部22はX線が透過できるように薄く、かつ真空壁として検知部容器21の内側を気密に保つための強度を持つように形成されている。
検知部容器21はX線を遮断する材質で形成されているので、X線がX線検出装置20に入射する場合には、窓部22を通過するX線だけがX線結像光学部23に到達するようにされている。
A window 22 is disposed on the opposite side of the X-ray detection unit 24 with the X-ray imaging optical unit 23 in the center so as to cover the opening of the detection unit container 21, and is hermetically fixed to the opening of the detection unit container 21. ing. The window portion 22 is thin so that X-rays can pass therethrough, and is formed to have a strength to keep the inside of the detection portion container 21 airtight as a vacuum wall.
Since the detector container 21 is formed of a material that blocks X-rays, when the X-rays enter the X-ray detector 20, only the X-rays that pass through the window portion 22 are the X-ray imaging optical unit 23. Has been to reach.

また窓部22は検知部容器21と共に検知部容器21内を気密に保つように構成され、X線検出装置20を真空排気された真空槽11内に配置したとき、X線結像光学部23及びX線検知部24を真空雰囲気から隔離する役割を果たしている。   The window 22 is configured so as to keep the inside of the detection unit container 21 airtight together with the detection unit container 21, and when the X-ray detection device 20 is disposed in the vacuum chamber 11 evacuated, the X-ray imaging optical unit 23. And the X-ray detector 24 is isolated from the vacuum atmosphere.

図1を参照し、X線検出装置20は真空槽11内のここでは照射材料容器50の上方に、窓部22を下方に向けた状態で配置されている。
照射対象物60に電子線が照射されると、後述するように、X線検出装置20には、照射対象物60の照射領域から放出されたX線と共に、加熱された照射対象物60から放出される蒸気が入射する。
照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置には、フィルタ装置70が配置されている。
Referring to FIG. 1, the X-ray detection apparatus 20 is disposed in the vacuum chamber 11 above the irradiation material container 50 with the window portion 22 facing downward.
When the irradiation object 60 is irradiated with the electron beam, the X-ray detection device 20 emits the X-ray emitted from the irradiation region of the irradiation object 60 from the heated irradiation object 60 as described later. Vapor enters.
A filter device 70 is disposed at a position that crosses the flight path of X-rays and steam emitted from the irradiation object 60 and incident on the X-ray detection device 20.

図3を参照し、フィルタ装置70はここでは蒸気の粒子を遮蔽する回転板71と、回転板71の中心に垂直に固定された回転軸73と、回転軸73を回転させる回転装置74とを有している。
図4は回転板71の平面図を示している。回転板71には蒸気の粒子を通過させる細長の開口部72が中心から放射状に延びるように設けられている。
ここでは開口部72の長手方向の長さは、X線検出装置20の窓部22の直径より長くされ、回転板71は開口部72が窓部22と対面できる位置に窓部22の表面に平行に配置されている。
Referring to FIG. 3, the filter device 70 includes a rotating plate 71 that shields vapor particles, a rotating shaft 73 fixed perpendicularly to the center of the rotating plate 71, and a rotating device 74 that rotates the rotating shaft 73. Have.
FIG. 4 shows a plan view of the rotating plate 71. The rotating plate 71 is provided with elongated openings 72 through which vapor particles pass so as to extend radially from the center.
Here, the length of the opening 72 in the longitudinal direction is longer than the diameter of the window 22 of the X-ray detection apparatus 20, and the rotating plate 71 is placed on the surface of the window 22 at a position where the opening 72 can face the window 22. They are arranged in parallel.

図3を参照し、回転装置74はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、回転装置74には不図示の電源装置が電気的に接続されている。電源装置から電力を供給されると、回転装置74は回転軸73を回転板71と共に回転軸73の中心軸線の周りに回転させるように構成されている。   With reference to FIG. 3, the rotation device 74 is fixed to the side surface of the detection unit container 21 of the X-ray detection device 20, and a power supply device (not shown) is electrically connected to the rotation device 74. When power is supplied from the power supply device, the rotating device 74 is configured to rotate the rotating shaft 73 around the central axis of the rotating shaft 73 together with the rotating plate 71.

回転装置74によって回転板71を回転させると、回転板71に入射するX線と蒸気は、回転板71の開口部72以外の遮蔽部が窓部22と対面するときには遮蔽部に衝突して遮蔽されて窓部22に到達せず、開口部72と窓部22とが互いに対面するときに開口部72を通過して窓部22に到達する。従って、フィルタ装置70は、X線検出装置20にX線を到達させて照射領域の大きさを検出させながら、蒸気の量を減衰させることができる。   When the rotating plate 71 is rotated by the rotating device 74, X-rays and steam incident on the rotating plate 71 collide with the shielding portion when the shielding portion other than the opening 72 of the rotating plate 71 faces the window portion 22. Thus, when the opening 72 and the window 22 face each other, the window 72 passes through the opening 72 and reaches the window 22. Therefore, the filter device 70 can attenuate the amount of vapor while causing the X-ray detection device 20 to reach the X-ray and detecting the size of the irradiation region.

回転板71の開口部72の幅方向の長さを狭くすることで窓部22への蒸気の到達量を抑制できる。このとき窓部22に入射するX線の量も減少することになるが、本実施形態において照射対象物60から放出されるX線の強度はX線検知部24の検知性能に比べて十分に大きいので、X線検出装置20が照射領域の大きさを検出するのに十分な量のX線が窓部22に到達する。
X線結像光学部23によって窓部22を透過したX線からX線検知部24上に照射領域の像が結像され、X線検知部24は照射領域の像から照射領域の大きさを検出する。
By reducing the length in the width direction of the opening 72 of the rotating plate 71, the amount of steam reaching the window 22 can be suppressed. At this time, the amount of X-rays incident on the window portion 22 also decreases, but the intensity of X-rays emitted from the irradiation object 60 in this embodiment is sufficiently higher than the detection performance of the X-ray detection unit 24. Since it is large, an amount of X-rays sufficient for the X-ray detection device 20 to detect the size of the irradiation region reaches the window portion 22.
An image of the irradiation region is formed on the X-ray detection unit 24 from the X-rays transmitted through the window portion 22 by the X-ray imaging optical unit 23, and the X-ray detection unit 24 determines the size of the irradiation region from the image of the irradiation region. To detect.

図1を参照し、X線検出装置20には制御装置19が接続されている。制御装置19にはここでは照射領域の大きさの設定範囲があらかじめ設定されている。
制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさ(検出値と呼ぶ)をあらかじめ設定された照射領域の大きさの設定範囲と比較して、検出値が設定範囲の上限より大きい場合には、電子銃電源40に制御信号を伝送して、電子線のビーム径を縮小させ、検出値が設定範囲の下限より小さい場合には、電子銃電源40に制御信号を伝送して、電子線のビーム径を拡大させて、検出値を設定範囲内に維持するように構成されている。
Referring to FIG. 1, a control device 19 is connected to the X-ray detection device 20. Here, a setting range for the size of the irradiation area is set in advance in the control device 19.
The control device 19 compares the size of the irradiation area (referred to as a detection value) detected by the X-ray detection device 20 with a preset setting range of the size of the irradiation region, and the detection value is greater than the upper limit of the setting range. When the detection value is larger, the control signal is transmitted to the electron gun power source 40 to reduce the beam diameter of the electron beam. When the detected value is smaller than the lower limit of the setting range, the control signal is transmitted to the electron gun power source 40. The beam diameter of the electron beam is enlarged to maintain the detection value within a set range.

本発明の電子線照射装置10のフィルタ装置70は、X線検出装置20にX線を到達させながら、X線検出装置20に到達する蒸気の量を減衰させるように構成されていれば、上述の構成に限定されない。   If the filter device 70 of the electron beam irradiation apparatus 10 according to the present invention is configured to attenuate the amount of vapor reaching the X-ray detection device 20 while allowing the X-ray detection device 20 to reach X-rays, the above-described operation can be performed. It is not limited to the configuration.

図7は第二例のフィルタ装置70aの概略構成図を、X線検出装置20と共に示している。
第二例のフィルタ装置70aは、蒸気の粒子を遮蔽するプロペラ76と、プロペラ76が固定されたプロペラ回転軸77と、プロペラ回転軸77を回転させるプロペラ回転装置78とを有している。
FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of the filter device 70 a of the second example together with the X-ray detection device 20.
The filter device 70 a of the second example includes a propeller 76 that shields vapor particles, a propeller rotation shaft 77 to which the propeller 76 is fixed, and a propeller rotation device 78 that rotates the propeller rotation shaft 77.

図7ではプロペラ76が4枚の場合を図示しているが、本発明はこれに限定されず、プロペラが1枚又は2枚以上の場合も本発明に含まれる。
プロペラ回転装置78はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、プロペラ回転装置78には不図示の電源装置が電気的に接続されている。電源装置から電力を供給されると、プロペラ回転装置78はプロペラ回転軸77をプロペラ76と共にプロペラ回転軸77の中心軸線の周りに回転させるように構成されている。
Although FIG. 7 illustrates the case where the number of propellers 76 is four, the present invention is not limited to this, and the present invention includes cases where there are one or more propellers.
Here, the propeller rotation device 78 is fixed to the side surface of the detector container 21 of the X-ray detection device 20, and a power supply device (not shown) is electrically connected to the propeller rotation device 78. When power is supplied from the power supply device, the propeller rotating device 78 is configured to rotate the propeller rotating shaft 77 around the central axis of the propeller rotating shaft 77 together with the propeller 76.

プロペラ回転装置78によってプロペラ76を回転させたときに、プロペラ76が回転する範囲を回転範囲と呼ぶと、回転範囲は、照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置に形成されるようになっている。   When the range in which the propeller 76 rotates when the propeller 76 is rotated by the propeller rotation device 78 is referred to as a rotation range, the rotation range is defined as X-rays and steam emitted from the irradiation object 60 and incident on the X-ray detection device 20. It is formed at a position that crosses the flight path.

ここではプロペラ76の回転方向を向いた平面には接着剤が塗布されており、プロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気の粒子は、回転するプロペラ76の回転方向を向いた平面と衝突して、当該平面に付着するので、回転範囲を通過できず、X線検出装置20の窓部22に到達しない。一方、回転範囲に入射するX線はプロペラ76に付着せず、回転範囲を通過して窓部22に到達するようになっている。   Here, an adhesive is applied to the plane facing the rotation direction of the propeller 76, and when the propeller 76 is rotated, the vapor particles incident on the rotation range become a plane facing the rotation direction of the rotating propeller 76. Since they collide and adhere to the plane, they cannot pass through the rotation range and do not reach the window portion 22 of the X-ray detection apparatus 20. On the other hand, X-rays incident on the rotation range do not adhere to the propeller 76 but pass through the rotation range and reach the window portion 22.

回転範囲に入射する蒸気の速度をv、プロペラ76のプロペラ回転軸77に沿った方向の幅の長さをLとしたとき、(L/v)よりも短い時間周期で上記飛行経路を横断するようにプロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気はプロペラ76と衝突して遮蔽され、X線だけを通過させることができる。   Crossing the flight path with a time period shorter than (L / v) where v is the velocity of the vapor incident on the rotation range and L is the width of the propeller 76 in the direction along the propeller rotation axis 77. When the propeller 76 is rotated in this manner, the vapor incident on the rotation range collides with the propeller 76 and is shielded, and only X-rays can pass therethrough.

また第二例のフィルタ装置70aは、プロペラ76の回転方向を向いた平面に接着剤が塗布された構成に限定されない。
第二例のフィルタ装置70aの別構成を説明すると、各プロペラ76はX線検出装置20に近い辺と照射対象物60に近い辺の二辺を有し、X線検出装置20に近い辺が照射対象物60に近い辺に対して回転方向に前進するように傾けられた状態で、プロペラ回転軸77に固定されている。
The filter device 70a of the second example is not limited to a configuration in which an adhesive is applied to a plane facing the rotation direction of the propeller 76.
Explaining another configuration of the filter device 70a of the second example, each propeller 76 has two sides, a side close to the X-ray detection device 20 and a side close to the irradiation target 60, and a side close to the X-ray detection device 20 is present. It is fixed to the propeller rotating shaft 77 in a state where it is tilted so as to advance in the rotational direction with respect to the side close to the irradiation object 60.

プロペラ76を回転させると、回転範囲に入射する蒸気の粒子は、回転するプロペラ76の回転方向を向いた平面と衝突して、照射対象物60側に跳ね返されるので、回転範囲を通過できず、X線検出装置20の窓部22に到達しない。一方、回転範囲に入射するX線は蒸気の粒子より速度が速いので、回転範囲を通過して窓部22に到達するようになっている。   When the propeller 76 is rotated, the vapor particles incident on the rotation range collide with the plane facing the rotation direction of the rotating propeller 76 and are bounced back to the irradiation object 60 side, and thus cannot pass through the rotation range. It does not reach the window portion 22 of the X-ray detection device 20. On the other hand, since the X-rays incident on the rotation range have a higher speed than the vapor particles, they pass through the rotation range and reach the window portion 22.

図8は第三例のフィルタ装置70bの模式図を、X線検出装置20と共に示している。
第三例のフィルタ装置70bは、蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板81a、81bと、第一、第二の回転板81a、81bに垂直に固定された第一、第二の回転軸83a、83bを有している。
FIG. 8 shows a schematic diagram of the filter device 70 b of the third example together with the X-ray detection device 20.
The filter device 70b of the third example includes first and second rotating plates 81a and 81b that shield vapor particles, and first and second fixed vertically to the first and second rotating plates 81a and 81b. Rotating shafts 83a and 83b.

ここでは第一、第二の回転軸83a、83bはギア部85によって互いに接続され、第二の回転軸83bには回転軸回転装置84が接続されている。
回転軸回転装置84はここではX線検出装置20の検知部容器21の側面に固定され、回転軸回転装置84には不図示の電源装置が電気的に接続されている。
電源装置から電力を供給されると、回転軸回転装置84は第二の回転軸83bを第二の回転板81bと共に第二の回転軸83bの中心軸線の周りに回転させるように構成されている。
Here, the first and second rotating shafts 83a and 83b are connected to each other by the gear portion 85, and the rotating shaft rotating device 84 is connected to the second rotating shaft 83b.
Here, the rotating shaft rotating device 84 is fixed to the side surface of the detector container 21 of the X-ray detecting device 20, and a power supply device (not shown) is electrically connected to the rotating shaft rotating device 84.
When power is supplied from the power supply device, the rotating shaft rotating device 84 is configured to rotate the second rotating shaft 83b together with the second rotating plate 81b around the central axis of the second rotating shaft 83b. .

第二の回転軸83bを回転させると、ギア部85は第一の回転軸83aに動力を伝達して、第一の回転軸83aを第一の回転板81aと共に、第二の回転軸83bの回転速度のn倍又はn分の一の回転速度で、第二の回転軸83bの回転の向きと同じ向きに回転させるように構成されている(ここでnは2以上の自然数である)。   When the second rotating shaft 83b is rotated, the gear portion 85 transmits power to the first rotating shaft 83a, and the first rotating shaft 83a together with the first rotating plate 81a is connected to the second rotating shaft 83b. It is configured to rotate in the same direction as the rotation direction of the second rotation shaft 83b at a rotation speed n times or 1 / n of the rotation speed (where n is a natural number of 2 or more).

あるいはギア部85は、第一の回転軸83aを第一の回転板81aと共に、第二の回転軸83bの回転速度のm倍又はm分の一の回転速度で、第二の回転軸83bの回転の向きと逆向きに回転させるように構成されていてもよい(ここでmは1以上の自然数である)。   Alternatively, the gear unit 85 uses the first rotary shaft 83a together with the first rotary plate 81a at a rotational speed of m times or one-mth of the rotational speed of the second rotary shaft 83b. It may be configured to rotate in the direction opposite to the direction of rotation (where m is a natural number of 1 or more).

第一、第二の回転軸83a、83bを第一、第二の回転板81a、81bと共にそれぞれ回転させる装置を第一、第二の回転装置と呼ぶと、ここでは回転軸回転装置84と第二の回転軸83bとギア部85とから第一の回転装置が構成され、回転軸回転装置84から第二の回転装置が構成されている。   The devices that rotate the first and second rotating shafts 83a and 83b together with the first and second rotating plates 81a and 81b are referred to as first and second rotating devices. The second rotating shaft 83b and the gear portion 85 constitute a first rotating device, and the rotating shaft rotating device 84 constitutes a second rotating device.

前記第一、第二の回転板81a、81bにはそれぞれ蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部82a、82bが設けられている。
第一、第二の回転板81a、81bは、照射対象物60から放出されX線検出装置20に入射するX線と蒸気との飛行経路を横断する位置に配置され、回転軸回転装置84によって第一、第二の回転板81a、81bを回転させたときに、第一、第二の開口部82a、82bは上記飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされている。
The first and second rotating plates 81a and 81b are provided with first and second openings 82a and 82b, respectively, through which vapor particles pass.
The first and second rotary plates 81a and 81b are arranged at positions that cross the flight path of X-rays and steam emitted from the irradiation object 60 and incident on the X-ray detection device 20, and are rotated by the rotary shaft rotation device 84. When the first and second rotating plates 81a and 81b are rotated, the first and second openings 82a and 82b face each other at a position crossing the flight path.

ここで、第一の回転板81aに入射する蒸気の速度をv、第一、第二の回転板81a、81bの間の間隔をdとすると、第一、第二の開口部82a、82bが互いに対面するときに第一の開口部82aを通過する蒸気は、第二の回転板81bの回転周期が(d/v)の時間の自然数倍のときには、第二の開口部82bも通過するが、第二の回転板81bの回転周期が(d/v)の時間の自然数倍ではないときには、第二の開口部82b以外の遮蔽部に衝突して遮蔽される。   Here, when the velocity of the vapor incident on the first rotating plate 81a is v and the interval between the first and second rotating plates 81a and 81b is d, the first and second openings 82a and 82b are The steam that passes through the first opening 82a when facing each other also passes through the second opening 82b when the rotation period of the second rotating plate 81b is a natural number times the time of (d / v). However, when the rotation period of the second rotating plate 81b is not a natural number times the time of (d / v), the second rotating plate 81b collides with a shielding part other than the second opening part 82b and is shielded.

一方、第一、第二の開口部82a、82bが互いに対面するときに第一の開口部82aを通過するX線は、蒸気よりも速度が速いので、第二の開口部82bも通過する。
従って、第三例のフィルタ装置70bでは、第二の回転板81bを(d/v)の時間の自然数倍ではない回転周期で回転させるように構成されており、第一、第二の開口部82a、82bが上記飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、第一の開口部82aを通過する蒸気は第二の回転板の遮蔽部に衝突して遮蔽され、第一の開口部82aを通過するX線は第二の開口部82bを通過して、X線検出装置20の窓部22に到達するようになっている。
On the other hand, the X-rays passing through the first opening 82a when the first and second openings 82a and 82b face each other have a speed higher than that of the vapor, so that the second opening 82b also passes through.
Therefore, in the filter device 70b of the third example, the second rotating plate 81b is configured to rotate at a rotation cycle that is not a natural number multiple of the time (d / v). When the portions 82a and 82b face each other at a position crossing the flight path, the steam passing through the first opening 82a collides with the shielding portion of the second rotating plate and is shielded. The X-ray passing through 82a passes through the second opening 82b and reaches the window 22 of the X-ray detection device 20.

図9は第四例のフィルタ装置70cの模式図を、X線検出装置20と共に示している。
第四例のフィルタ装置70cは、蒸気の粒子を遮蔽しかつX線の少なくとも一部を透過する主フィルム(フィルム)86が巻き回されて構成された主ロール(ロール)87と、主ロール87の中心に挿入された主従動軸(従動軸)89と、主ロール87の外周から引き出された主フィルム86の端部が巻装された主駆動軸(駆動軸)88と、主駆動軸88を主駆動軸88の中心軸線の周りに回転させる主駆動軸回転装置(駆動軸回転装置)80とを有している。
FIG. 9 shows a schematic diagram of the filter device 70 c of the fourth example together with the X-ray detection device 20.
The filter device 70c of the fourth example includes a main roll (roll) 87 formed by winding a main film (film) 86 that shields vapor particles and transmits at least part of X-rays, and a main roll 87. A main driven shaft (driven shaft) 89 inserted at the center of the main roll 87, a main drive shaft (drive shaft) 88 around which an end of the main film 86 drawn from the outer periphery of the main roll 87 is wound, and a main drive shaft 88 And a main drive shaft rotation device (drive shaft rotation device) 80 that rotates the main drive shaft 88 around the central axis of the main drive shaft 88.

主駆動軸88と主従動軸89は、照射対象物60から放出されてX線検出装置20に入射するX線と蒸気の飛行経路を間に挟んで互いに逆側に、互いに平行に対向して配置されている。
主駆動軸回転装置80によって主駆動軸88を回転させると、主フィルム86が引っ張られ、その力によって主従動軸89が回転して主フィルム86が主ロール87から繰り出される。このとき主従動軸89には主ロール87に加えられる引っ張りの力による回転力とは逆向きの力が発生しており、その二力によって主駆動軸88と主従動軸89の間の主フィルム86は平面上に張られる。
The main drive shaft 88 and the main driven shaft 89 are opposed to each other in parallel and opposite to each other across the flight path of X-rays and steam emitted from the irradiation object 60 and incident on the X-ray detection device 20. Has been placed.
When the main drive shaft 88 is rotated by the main drive shaft rotating device 80, the main film 86 is pulled, the main driven shaft 89 is rotated by the force, and the main film 86 is fed out from the main roll 87. At this time, the main driven shaft 89 generates a force opposite to the rotational force due to the pulling force applied to the main roll 87, and the main film between the main drive shaft 88 and the main driven shaft 89 is generated by the two forces. 86 is stretched on a plane.

照射対象物60から放出された蒸気は主フィルム86に衝突して、主フィルム86に付着し、遮蔽され、照射対象物60の照射領域から放出されたX線の少なくとも一部は主フィルム86を透過してX線検出装置20に入射する。
主フィルム86のX線検出装置20と対面する部分に蒸気が付着堆積すると、当該部分のX線透過率が減少し、X線検出装置20の検知感度の減少に繋がるのだが、蒸気が付着した部分は主駆動軸88にロール状に巻き取られるので、X線検出装置20と対面する部分に蒸気が付着堆積し続けることはなく、電子線の照射時間が経過してもX線はX線検出装置20に到達して照射領域の大きさが検出されるようになっている。
The vapor emitted from the irradiation object 60 collides with the main film 86, adheres to the main film 86, is shielded, and at least a part of the X-rays emitted from the irradiation region of the irradiation object 60 passes through the main film 86. The light passes through and enters the X-ray detection apparatus 20.
If vapor adheres to and accumulates on the portion of the main film 86 facing the X-ray detection device 20, the X-ray transmittance of the portion decreases, leading to a decrease in detection sensitivity of the X-ray detection device 20. Since the portion is wound around the main drive shaft 88 in a roll shape, the vapor does not continue to adhere to and accumulate on the portion facing the X-ray detection device 20, and X-rays are X-rays even when the electron beam irradiation time elapses. The size of the irradiation area is detected by reaching the detection device 20.

<電子線照射装置の第一例を用いた電子線照射方法>
次に上述の電子線照射装置10を用いた電子線照射方法を、シリコン(Si)を真空溶解精製する場合を例に説明する。ここではフィルタ装置として第一例のフィルタ装置70を使用して説明するが、第二、第三、第四例のフィルタ装置70a、70b、70cを使用する場合も同様に説明できる。
<Electron beam irradiation method using first example of electron beam irradiation apparatus>
Next, an electron beam irradiation method using the above-described electron beam irradiation apparatus 10 will be described by taking, as an example, the case where silicon (Si) is purified by vacuum dissolution. Here, the description will be made using the filter device 70 of the first example as the filter device, but the same applies to the case of using the filter devices 70a, 70b, and 70c of the second, third, and fourth examples.

図1を参照し、真空槽11内を真空排気する。以後、真空排気を継続して、真空槽11内の真空雰囲気を維持しておく。
真空槽11の側壁には溶解材料追加装置12が気密に挿設されている。溶解材料追加装置12は、真空槽11内の真空雰囲気を維持したまま、真空槽11の外側から内側に照射対象物60を搬入し、照射対象物60を照射材料容器50上に載置可能に構成されている。
Referring to FIG. 1, the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated. Thereafter, evacuation is continued and the vacuum atmosphere in the vacuum chamber 11 is maintained.
On the side wall of the vacuum chamber 11, a melting material adding device 12 is inserted in an airtight manner. The melting material adding device 12 can carry the irradiation object 60 from the outside to the inside of the vacuum chamber 11 while maintaining the vacuum atmosphere in the vacuum chamber 11, and can place the irradiation object 60 on the irradiation material container 50. It is configured.

溶解材料追加装置12を動作させて、真空槽11内の真空雰囲気を維持したまま、真空槽11内に照射対象物60であるシリコンを搬入し、照射材料容器50上に載置する。
フィルタ装置70の回転板71を照射対象物60と窓部22との間で回転させておく。
制御装置19に照射領域の大きさの設定範囲をあらかじめ設定しておく。設定範囲はここではシミュレーション又は実験により決定された値である。
The melting material adding device 12 is operated, and while the vacuum atmosphere in the vacuum chamber 11 is maintained, silicon as the irradiation object 60 is carried into the vacuum chamber 11 and placed on the irradiation material container 50.
The rotating plate 71 of the filter device 70 is rotated between the irradiation object 60 and the window 22.
A setting range of the size of the irradiation area is set in advance in the control device 19. Here, the setting range is a value determined by simulation or experiment.

図2を参照し、真空槽11内を真空排気すると、電子銃30の筐体31内も真空排気される。
真空槽11内の圧力が10-2Pa台に入ったら、不図示の排気系により電子銃30のガン室110と中間室112内を真空排気し、仕切バルブ39を開く。
Referring to FIG. 2, when the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated, the inside of the housing 31 of the electron gun 30 is also evacuated.
When the pressure in the vacuum chamber 11 enters the 10 −2 Pa range, the inside of the gun chamber 110 and the intermediate chamber 112 of the electron gun 30 is evacuated by an exhaust system (not shown), and the partition valve 39 is opened.

中間室112を設けて作動排気構造にしているため、以後、真空槽11内の圧力が電子線照射等により上昇し、1×10-1Pa程度になってもガン室110内の圧力を5×10-3Pa以下に保つことができる。このことにより、ガン室110内での異常放電を防ぎ、フィラメント32及びカソード33の焼損を防ぐことができる。
電子銃30の筐体31、アノード35、真空槽11、照射材料容器50をいずれも電気的に接地しておく。
Since the intermediate chamber 112 is provided and the working exhaust structure is provided, the pressure in the vacuum chamber 11 is increased by electron beam irradiation and the like, and the pressure in the gun chamber 110 is reduced to about 1 × 10 −1 Pa. It can be kept at 10-3 Pa or less. Thereby, abnormal discharge in the gun chamber 110 can be prevented, and burning of the filament 32 and the cathode 33 can be prevented.
The casing 31, the anode 35, the vacuum chamber 11, and the irradiation material container 50 of the electron gun 30 are all electrically grounded.

フィラメント32の電位に対してカソード33の電位が正になるようにフィラメント32とカソード33の間に電圧を印加しておく。さらに、アノード35の接地電位(0V)に対してカソード33の電位が負(ここでは−40kV)になるようにカソード33とアノード35の間に電圧を印加しておく。また、第一、第二のレンズ36、37に電流を流して、接続路111と放出路113にそれぞれ磁界を形成しておき、揺動コイル38に電流を流して銃口114に磁界を形成しておく。   A voltage is applied between the filament 32 and the cathode 33 so that the potential of the cathode 33 becomes positive with respect to the potential of the filament 32. Further, a voltage is applied between the cathode 33 and the anode 35 so that the potential of the cathode 33 is negative (in this case, −40 kV) with respect to the ground potential (0 V) of the anode 35. Further, a current is supplied to the first and second lenses 36 and 37 to form magnetic fields in the connection path 111 and the discharge path 113, respectively, and a current is supplied to the swing coil 38 to form a magnetic field in the muzzle 114. Keep it.

中間室112内が10-3Pa台、ガン室110内が10-4Pa台に入ったら、フィラメント電源41からフィラメント32に電流を流し、フィラメント32を加熱する。フィラメント32が高温になると(ここでは2800K)、フィラメント32から熱電子が発生する。 When the intermediate chamber 112 enters the 10 −3 Pa level and the gun chamber 110 enters the 10 −4 Pa level, current is supplied from the filament power supply 41 to the filament 32 to heat the filament 32. When the filament 32 reaches a high temperature (here, 2800 K), thermoelectrons are generated from the filament 32.

熱電子はカソード33に向かって加速され、カソード33に衝突し、カソード33を加熱する。
加熱されたカソード33から熱電子が発生する。熱電子の発生量はカソード33の温度が高いほど多くなる。カソード33の温度はカソード加熱電源42により制御され、従って、熱電子発生量はカソード加熱電源42により制御される。
The thermoelectrons are accelerated toward the cathode 33, collide with the cathode 33, and heat the cathode 33.
Thermoelectrons are generated from the heated cathode 33. The amount of generated thermoelectrons increases as the temperature of the cathode 33 increases. The temperature of the cathode 33 is controlled by the cathode heating power source 42, and accordingly, the amount of thermoelectrons generated is controlled by the cathode heating power source 42.

ウェーネルト34はカソード33と同電位であり、カソード33からの電子の発散を抑え、アノード35へ導く役割を果たす。
アノード35の円筒形の内側を通過した電子は第一のレンズ36の磁界で収束され、仕切バルブ39の開口を通り、中間室112を通過した後、第二のレンズ37の磁界で再度収束される。さらに、電子は揺動コイル38の磁界で軌道補正を加えられ、真空槽11内に放出される。
The Wehnelt 34 has the same potential as that of the cathode 33 and serves to suppress the divergence of electrons from the cathode 33 and lead it to the anode 35.
Electrons that have passed through the inside of the cylindrical shape of the anode 35 are converged by the magnetic field of the first lens 36, pass through the opening of the partition valve 39, pass through the intermediate chamber 112, and then converged again by the magnetic field of the second lens 37. The Further, the electrons are subjected to trajectory correction by the magnetic field of the oscillating coil 38 and are emitted into the vacuum chamber 11.

このようにカソード33から生成した電子は電子銃30の筐体31内部で線状に整形されて輸送されるので、通常電子線と呼ばれる。
上述のように電子銃30の筐体31、アノード35、真空槽11、照射材料容器50はいずれも電気的に接地されており、照射材料容器50を介して照射対象物60も電気的に接地されている。
The electrons generated from the cathode 33 in this manner are linearly shaped and transported inside the casing 31 of the electron gun 30 and are therefore usually called electron beams.
As described above, the casing 31, the anode 35, the vacuum chamber 11, and the irradiation material container 50 of the electron gun 30 are all electrically grounded, and the irradiation object 60 is also electrically grounded via the irradiation material container 50. Has been.

電子線は最初にカソード33の電位(ここでは40kV)とアノード35の接地電位(0V)との差(40kV)で加速され、40keVのエネルギーを獲得する。その後は接地電位の空間(すなわち電界フリーの空間)を通り、40keVのエネルギーで接地電位にある照射対象物60に照射され、照射対象物60は加熱される(図1参照)。   The electron beam is first accelerated by the difference (40 kV) between the potential of the cathode 33 (here, 40 kV) and the ground potential (0 V) of the anode 35, and acquires 40 keV energy. After that, it passes through the ground potential space (that is, the electric field free space), and is irradiated to the irradiation object 60 at the ground potential with the energy of 40 keV, and the irradiation object 60 is heated (see FIG. 1).

電子線を照射中に、揺動コイル38の磁界を制御して、電子線の照射領域が照射対象物60の表面(照射面)の内側で移動するように電子線の軌道を揺動させてもよい。この場合、照射対象物60の照射面が均一に加熱されるので、局所的な加熱によって照射面に凹凸が生じることを防止できる。
本実施形態においては、電子線のパワーは電子線の電流で決まる。電流が1Aの場合は、40kV×1A=40kWとなる。
While irradiating the electron beam, the magnetic field of the oscillating coil 38 is controlled so that the electron beam trajectory is oscillated so that the irradiation region of the electron beam moves inside the surface (irradiation surface) of the irradiation object 60. Also good. In this case, since the irradiation surface of the irradiation object 60 is heated uniformly, it can prevent that an unevenness | corrugation arises in an irradiation surface by local heating.
In the present embodiment, the power of the electron beam is determined by the current of the electron beam. When the current is 1 A, 40 kV × 1 A = 40 kW.

電子線を照射された照射対象物60の照射領域からはX線が放出される。
照射領域から放出されたX線はフィルタ装置70に入射する。フィルタ装置70の開口部72がX線検出装置20の窓部22と対面する際に、フィルタ装置70の開口部72を通過したX線は、X線検出装置20の窓部22を通過した後、X線結像光学部23によってX線検知部24上で結像され、X線検知部24で照射領域の大きさが検出される。
X-rays are emitted from the irradiation region of the irradiation object 60 irradiated with the electron beam.
X-rays emitted from the irradiation region enter the filter device 70. When the opening 72 of the filter device 70 faces the window 22 of the X-ray detection device 20, the X-ray that has passed through the opening 72 of the filter device 70 passes through the window 22 of the X-ray detection device 20. The X-ray imaging optical unit 23 forms an image on the X-ray detection unit 24, and the X-ray detection unit 24 detects the size of the irradiation region.

制御装置19はX線検出装置20の検出値をモニタしている。
電子線を照射中に、例えば真空槽11内の圧力が増加すると、電子線の電子自らが作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働き、放出領域の大きさが縮小する。
The control device 19 monitors the detection value of the X-ray detection device 20.
When, for example, the pressure in the vacuum chamber 11 is increased during irradiation with an electron beam, the action of converging the beam diameter of the electron beam works due to ions produced by the electrons themselves, and the size of the emission region is reduced.

このとき制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を拡大させる。   At this time, the control device 19 sends a control signal to the electron gun power source 40 based on the size of the irradiation area detected by the X-ray detection device 20 to control the magnetic field generated by the first and second lenses 36 and 37. Thus, the beam diameter of the electron beam emitted from the electron gun 30 is enlarged.

電子線を照射中に、放出領域の大きさが拡大する場合にも、制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を縮小させる。   Even when the size of the emission region is enlarged during irradiation with the electron beam, the control device 19 sends a control signal to the electron gun power supply 40 based on the size of the irradiation region detected by the X-ray detection device 20. The magnetic field generated by the first and second lenses 36 and 37 is controlled to reduce the beam diameter of the electron beam emitted from the electron gun 30.

このようにして電子線のビーム径を制御することにより、照射領域の大きさを設定範囲内に制御でき、照射領域のパワー密度を一定に保つことができる。
照射領域のパワー密度の制御を正確に行うことにより、溶解されたシリコンが突沸し、飛散することを防止でき、溶解シリコンの無駄なロスを防ぎ、太陽電池用の高純度結晶シリコンの生産が可能になる。
By controlling the beam diameter of the electron beam in this way, the size of the irradiation region can be controlled within the set range, and the power density of the irradiation region can be kept constant.
By accurately controlling the power density in the irradiated area, it is possible to prevent the dissolved silicon from bumping and scattering, preventing unnecessary loss of dissolved silicon, and producing high-purity crystalline silicon for solar cells. become.

照射領域の大きさが変化して照射領域のパワー密度が変化した場合に、パワー密度を一定に保つためには、上述のように第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して電子線のビーム径を変更させる方法(磁界制御法)以外に、カソード33の温度を制御して電子線の電流量を変更させる方法(温度制御法)も考えられる。しかしながら、磁界制御法の方が温度制御法よりも短時間で照射領域のパワー密度を制御できるので好ましい。   In order to keep the power density constant when the size of the irradiation region changes and the power density of the irradiation region changes, the magnetic field generated by the first and second lenses 36 and 37 is controlled as described above. In addition to the method of changing the beam diameter of the electron beam (magnetic field control method), a method of controlling the temperature of the cathode 33 and changing the amount of current of the electron beam (temperature control method) is also conceivable. However, the magnetic field control method is preferable because the power density of the irradiation region can be controlled in a shorter time than the temperature control method.

電子線が照射されて加熱された照射対象物60は、溶解し、照射対象物60に含有されていた不純物が蒸発する。
蒸気がX線検出装置20の窓部22に付着堆積すると、窓部22のX線透過量が減少し、X線検出装置20の検知感度の減少に繋がるのだが、ここでは照射対象物60と窓部22との間でフィルタ装置70の回転板71を回転させているので、窓部22と回転板71の開口部72以外の遮蔽部が対面するときには蒸気は遮蔽部で遮蔽されて窓部22に到達せず、窓部22と開口部72が対面するときに開口部72を通過した蒸気は窓部22に到達するようになっており、窓部22に蒸気が付着堆積することが抑制されている。
The irradiation object 60 irradiated with the electron beam and heated is dissolved, and the impurities contained in the irradiation object 60 are evaporated.
If the vapor adheres to and accumulates on the window portion 22 of the X-ray detection device 20, the amount of X-ray transmission through the window portion 22 decreases, leading to a decrease in detection sensitivity of the X-ray detection device 20. Since the rotating plate 71 of the filter device 70 is rotated between the window portion 22 and the shielding portion other than the opening portion 72 of the window portion 22 and the rotating plate 71 face each other, the vapor is shielded by the shielding portion and the window portion. When the window portion 22 and the opening portion 72 face each other, the vapor that has passed through the opening portion 72 reaches the window portion 22, and the vapor is prevented from being deposited on the window portion 22. Has been.

真空槽11内は真空排気されているため、不純物の蒸気は真空槽11内から真空排気されて、照射対象物60であるシリコンの真空溶解精製が行われる。
照射材料容器50には不図示の傾斜機構が接続されている。傾斜装置は照射材料容器50を水平位置から90度まで傾けることができるように構成されている。
溶解精製が終了した後、傾斜機構を動作させて、溶解した照射対象物60は真空槽11内に設置されている不図示の鋳型容器内に空けられる。
Since the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated, the impurity vapor is evacuated from the inside of the vacuum chamber 11 and the silicon that is the irradiation object 60 is subjected to vacuum melting and purification.
A tilting mechanism (not shown) is connected to the irradiation material container 50. The tilting device is configured to tilt the irradiation material container 50 up to 90 degrees from the horizontal position.
After completion of dissolution and purification, the tilting mechanism is operated, and the melted irradiation object 60 is emptied in a mold container (not shown) installed in the vacuum chamber 11.

次に、傾斜機構を動作させて照射材料容器50を水平に戻し、溶解材料追加装置12を動作させて照射対象物60を照射材料容器50上に載置し、再び電子銃30から電子線を照射対象物60に照射し、溶解精製を行う。   Next, the irradiation material container 50 is returned to the horizontal position by operating the tilting mechanism, the dissolving material adding device 12 is operated, the irradiation object 60 is placed on the irradiation material container 50, and the electron beam is again emitted from the electron gun 30. The irradiation object 60 is irradiated and dissolution purification is performed.

このサイクルを繰り返し、鋳型容器が満杯になったら、真空槽11を大気に解放し、鋳型から精製したシリコンを取り出したあと、鋳型を真空槽11内の元の位置に戻し、真空槽11内の真空排気を再開し、次の溶解精製サイクルに入る。   This cycle is repeated, and when the mold container is full, the vacuum chamber 11 is released to the atmosphere, and after purifying silicon from the mold, the mold is returned to the original position in the vacuum chamber 11, The evacuation is resumed and the next dissolution purification cycle is entered.

上記説明では本発明をシリコンの真空溶解精製を例に説明したが、10kW以上又は1kW以上のハイパワーの電子線を照射対象物に照射して加熱する工程を有するならば本発明はこれに限定されず、チタン等の活性な金属、ステンレス等の真空材料、モリブデン及びタンタル等の高融点金属の真空溶解精製にも利用できる。   In the above description, the present invention has been described by taking the vacuum dissolution purification of silicon as an example. It can also be used for vacuum melting and purification of active metals such as titanium, vacuum materials such as stainless steel, and refractory metals such as molybdenum and tantalum.

X線検出装置で照射領域の大きさを検出することで、電子線照射中の照射領域のパワー密度を正確に制御することができるので、高品質の金属、例えば高純度のチタン(Ti)、タンタル(Ta)等の生産が可能になる。   By detecting the size of the irradiation region with an X-ray detection device, the power density of the irradiation region during electron beam irradiation can be accurately controlled, so that a high-quality metal, such as high-purity titanium (Ti), Production of tantalum (Ta) or the like becomes possible.

また、本発明はアルミニウム、チタン、銅等の真空蒸着にも利用できる。
真空蒸着の場合には、照射領域のパワー密度を一定に保つことにより、成膜レートを一定に維持することができるので、薄膜製品の品質を向上できる。
The present invention can also be used for vacuum deposition of aluminum, titanium, copper and the like.
In the case of vacuum deposition, the film formation rate can be kept constant by keeping the power density of the irradiated region constant, so that the quality of the thin film product can be improved.

照射対象物の種類によって電子線のパワーを調整する。シリコン、チタン、ステンレス鋼に比べて高融点金属であるタンタルやタングステンを溶解するためには、より大きなパワーを必要とするのだが、照射領域のパワー密度を従来より高い精度で制御できるため、上述のような高融点金属の溶解も可能であり、ハイパワーの電子銃の応用分野を拡大できる。   The power of the electron beam is adjusted according to the type of irradiation object. In order to dissolve tantalum and tungsten, which are refractory metals compared to silicon, titanium, and stainless steel, greater power is required, but the power density in the irradiated area can be controlled with higher accuracy than before, so the above It is possible to melt refractory metals such as the above, and the application field of high-power electron guns can be expanded.

<電子線照射装置の第二例の構造>
本発明である電子線照射装置の第二例の構造を説明する。この電子線照射装置は巻き取り式の真空蒸着装置である。
図10は第二例の電子線照射装置10’の内部構成図を示している。第二例の電子線照射装置10’の構造は後述するフィルムモジュール90に関連する部分の他は第一例の電子線照射装置10の構造と同様であり、第一例の電子線照射装置10と同じ部分には同じ符号を付して説明する。
<Structure of second example of electron beam irradiation apparatus>
The structure of the second example of the electron beam irradiation apparatus according to the present invention will be described. This electron beam irradiation apparatus is a take-up vacuum deposition apparatus.
FIG. 10 shows an internal configuration diagram of the electron beam irradiation apparatus 10 ′ of the second example. The structure of the electron beam irradiation apparatus 10 ′ of the second example is the same as the structure of the electron beam irradiation apparatus 10 of the first example except for the part related to the film module 90 described later, and the electron beam irradiation apparatus 10 of the first example. The same parts as those in FIG.

照射材料容器50の上方にはフィルムモジュール90が配置されている。
フィルムモジュール90は、副駆動軸92と、副従動軸93と、副ロール94とを有している。
副駆動軸92と副従動軸93は、照射材料容器50の上方に、互いに平行に対向して配置されている。
A film module 90 is disposed above the irradiation material container 50.
The film module 90 has a sub drive shaft 92, a sub driven shaft 93, and a sub roll 94.
The sub drive shaft 92 and the sub driven shaft 93 are disposed above the irradiation material container 50 so as to face each other in parallel.

副ロール94は蒸着対象物である副フィルム91が巻き回されて構成されている。副フィルム91は入射するX線の少なくとも一部を透過する材質で構成されている。
副ロール94の中心には副従動軸93が挿入されている。副ロール94の外周から副フィルム91の端部が引き出され、引き出された副フィルム91の端部は副駆動軸92に巻装されている。
The sub roll 94 is formed by winding a sub film 91 that is a deposition target. The sub film 91 is made of a material that transmits at least part of incident X-rays.
A sub driven shaft 93 is inserted in the center of the sub roll 94. The end portion of the sub film 91 is drawn out from the outer periphery of the sub roll 94, and the end portion of the sub film 91 drawn out is wound around the sub drive shaft 92.

副駆動軸92には副駆動軸回転装置95が接続され、副駆動軸回転装置95は副駆動軸92を副駆動軸92の中心軸線の周りに回転可能に構成されている。
副駆動軸回転装置95によって、副駆動軸92が中心軸線の周りに回転すると、副フィルム91が引っ張られ、その力によって副従動軸93が回転して副フィルム91が副ロール94から繰り出される。
A sub drive shaft rotating device 95 is connected to the sub drive shaft 92, and the sub drive shaft rotating device 95 is configured to be able to rotate the sub drive shaft 92 around the central axis of the sub drive shaft 92.
When the sub drive shaft 92 is rotated around the central axis by the sub drive shaft rotating device 95, the sub film 91 is pulled, and the sub driven shaft 93 is rotated by the force to feed the sub film 91 from the sub roll 94.

このとき副従動軸93には、副ロール94に加えられる引っ張りの力による回転力とは逆向きの力が発生しており、その二力によって、副駆動軸92と副従動軸93の間の副フィルム91は平面状に張られている。   At this time, a force opposite to the rotational force due to the pulling force applied to the sub roll 94 is generated in the sub driven shaft 93, and the force between the sub drive shaft 92 and the sub driven shaft 93 is generated by the two forces. The sub film 91 is stretched flat.

副フィルム91にはここでは幅が600〜1200mm、厚さが2〜3μm、1ロールの長さが約1600mであるPET、PP、ポリイミド等のフィルムを使用する。
副駆動軸回転装置95は副フィルム91を約350m/minの速度で繰り出すように副駆動軸92を回転可能に構成されている。
Here, a film of PET, PP, polyimide or the like having a width of 600 to 1200 mm, a thickness of 2 to 3 μm, and a roll length of about 1600 m is used for the sub film 91.
The sub drive shaft rotating device 95 is configured to rotate the sub drive shaft 92 so that the sub film 91 is fed out at a speed of about 350 m / min.

X線検出装置20は、副フィルム91を中央にして照射材料容器50の反対側に配置されている。
副フィルム91と照射材料容器50との間には、蒸気を遮蔽する防着板96が副フィルム91の下方を覆うように配置されている。防着板96のうち、照射材料容器50と対面する位置にはX線と蒸気とを通過させる開口が設けられている。
The X-ray detector 20 is disposed on the opposite side of the irradiation material container 50 with the sub film 91 in the center.
Between the sub film 91 and the irradiation material container 50, a deposition preventing plate 96 that shields the vapor is disposed so as to cover the lower side of the sub film 91. An opening through which X-rays and steam pass is provided at a position facing the irradiation material container 50 in the deposition preventing plate 96.

<電子線照射装置の第二例を用いた電子線照射方法>
第二例の電子線照射装置10’を用いた電子線照射方法を、アルミニウム(Al)を副フィルム91上に巻き取り蒸着する場合を例に説明する。
第一例と同様に、真空排気された真空槽11内に溶解材料追加装置12によって照射対象物60であるアルミニウムを搬入し、照射材料容器50上に載置する。
<Electron beam irradiation method using second example of electron beam irradiation apparatus>
The electron beam irradiation method using the electron beam irradiation apparatus 10 ′ of the second example will be described by taking as an example the case where aluminum (Al) is wound up and deposited on the sub film 91.
Similarly to the first example, aluminum as the irradiation object 60 is carried into the evacuated vacuum chamber 11 by the melting material adding device 12 and placed on the irradiation material container 50.

ここでは照射材料容器50は水冷ハースであり、照射材料容器50に設けられた不図示の流路内に温度制御された液体を循環させる。以後、温度制御された液体の循環を継続する。
電子銃30から電子線を照射して、照射対象物60を加熱する。加熱された照射対象物60は、溶解し、蒸発する。
Here, the irradiation material container 50 is a water-cooled hearth, and a temperature-controlled liquid is circulated in a flow path (not shown) provided in the irradiation material container 50. Thereafter, the temperature-controlled liquid circulation is continued.
The irradiation target 60 is heated by irradiating an electron beam from the electron gun 30. The heated irradiation object 60 dissolves and evaporates.

副駆動軸回転装置95によって副駆動軸92を回転させ、副フィルム91を照射対象物60上で移動させる。
照射対象物60から放出され防着板96の開口を通過した蒸気は、副フィルム91に到達し、付着する。
副駆動軸92を回転させているので、副フィルム91の蒸気が蒸着した部分は副駆動軸92にロール状に巻き取られる。
The sub drive shaft 92 is rotated by the sub drive shaft rotating device 95 to move the sub film 91 on the irradiation object 60.
The vapor released from the irradiation object 60 and passing through the opening of the deposition preventing plate 96 reaches the sub-film 91 and adheres thereto.
Since the sub drive shaft 92 is rotated, the portion of the sub film 91 where the vapor is deposited is wound around the sub drive shaft 92 in a roll shape.

電子線を照射された照射対象物60の照射領域からは蒸気と共にX線が放出されている。
照射領域から放出されたX線は副フィルム91を通過してX線検出装置20に入射し、照射領域の大きさが検出される。
制御装置19はX線検出装置20の検出値をモニタしている。
X-rays are emitted together with vapor from the irradiation region of the irradiation object 60 irradiated with the electron beam.
X-rays emitted from the irradiation area pass through the sub-film 91 and enter the X-ray detection device 20, and the size of the irradiation area is detected.
The control device 19 monitors the detection value of the X-ray detection device 20.

電子線を照射中に、例えば真空槽11内の圧力が増加すると、電子線の電子自らが作り出すイオンにより、電子線のビーム径を収束する作用が働き、放出領域の大きさが縮小する。
このとき制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を拡大させる。
When, for example, the pressure in the vacuum chamber 11 is increased during irradiation with an electron beam, the action of converging the beam diameter of the electron beam works due to ions produced by the electrons themselves, and the size of the emission region is reduced.
At this time, the control device 19 sends a control signal to the electron gun power source 40 based on the size of the irradiation area detected by the X-ray detection device 20 to control the magnetic field generated by the first and second lenses 36 and 37. Thus, the beam diameter of the electron beam emitted from the electron gun 30 is enlarged.

電子線を照射中に、放出領域の大きさが拡大する場合にも、制御装置19はX線検出装置20で検出された照射領域の大きさに基づいて、電子銃電源40に制御信号を送り、第一、第二のレンズ36、37が作る磁界を制御して、電子銃30から放出される際の電子線のビーム径を縮小させる。
このようにして電子線のビーム径を制御することにより、照射領域の大きさを設定範囲内に維持することができ、照射領域のパワー密度を一定に保つことができる。
Even when the size of the emission region is enlarged during irradiation with the electron beam, the control device 19 sends a control signal to the electron gun power supply 40 based on the size of the irradiation region detected by the X-ray detection device 20. The magnetic field generated by the first and second lenses 36 and 37 is controlled to reduce the beam diameter of the electron beam emitted from the electron gun 30.
By controlling the beam diameter of the electron beam in this way, the size of the irradiation region can be maintained within the set range, and the power density of the irradiation region can be kept constant.

照射領域のパワー密度を一定に保つことで、成膜レートが一定に維持されるので、副フィルム91上にアルミニウム膜を、例えば数100nm(膜抵抗が1.6Ω)の一定の膜厚で連続的に蒸着できる。
1ロールの蒸着が終了したら、真空槽11を大気に解放し、ロール状の副フィルム91を取り出した後、未成膜の副フィルム91からなる副ロール94をフィルムモジュール90に装填し、真空槽11内の真空排気を再開し、次の巻き取り蒸着サイクルに入る。
Since the deposition rate is kept constant by keeping the power density in the irradiation region constant, an aluminum film is continuously formed on the sub-film 91 at a constant film thickness of, for example, several hundred nm (film resistance is 1.6Ω). Can be vapor deposited.
When the vapor deposition of one roll is completed, the vacuum chamber 11 is released to the atmosphere, the roll-shaped subfilm 91 is taken out, and then the subroll 94 made of the non-deposited subfilm 91 is loaded into the film module 90. The vacuum evacuation was resumed and the next winding vapor deposition cycle was started.

この第二例の電子線照射装置10’では、照射対象物60から放出された蒸気は成膜対象物である副フィルム91に付着し、X線検出装置20に入射しないので、第一例の電子線照射装置10とは異なり、フィルタ装置70を省くことができる。   In the electron beam irradiation apparatus 10 ′ of the second example, the vapor released from the irradiation object 60 adheres to the sub film 91 that is the film formation object, and does not enter the X-ray detection apparatus 20. Unlike the electron beam irradiation device 10, the filter device 70 can be omitted.

10、10’……電子線照射装置
11……真空槽
13……真空排気装置
19……制御装置
23、23a、23b……X線結像光学部
24……X線検知部
60……照射対象物
70、70a、70b、70c……フィルタ装置
76……プロペラ
77……プロペラ回転軸
78……プロペラ回転装置
81a、81b……第一、第二の回転板
82a、82b……第一、第二の開口部
83a、83b……第一、第二の回転軸
86……フィルム(主フィルム)
87……ロール(主ロール)
88……駆動軸(主駆動軸)
89……従動軸(主従動軸)
201……遮蔽板
202……針穴
205、206……凹面鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10 '... Electron beam irradiation apparatus 11 ... Vacuum chamber 13 ... Vacuum exhaust apparatus 19 ... Control apparatus 23, 23a, 23b ... X-ray imaging optical part 24 ... X-ray detection part 60 ... Irradiation Object 70, 70a, 70b, 70c …… Filter device 76 …… Propeller 77 …… Propeller rotating shaft 78 …… Propeller rotating device 81a, 81b …… First and second rotating plates 82a, 82b …… First, Second opening 83a, 83b ...... first and second rotating shafts 86 ... film (main film)
87 …… Roll (main roll)
88 …… Drive shaft (main drive shaft)
89 …… Driven shaft (Main driven shaft)
201 …… Shielding plate 202 …… Needle hole 205, 206 …… Concave mirror

Claims (4)

真空槽と、
前記真空槽内を真空排気する真空排気装置と、
前記真空槽内に電子線を放出可能に構成された電子銃と、
を有し、
前記真空槽内に配置される照射対象物に前記電子銃から電子線を照射して前記照射対象物を加熱するように構成された電子線照射装置であって、
前記照射対象物の表面の前記電子線を照射されてX線を放出する領域を照射領域とすると、
前記照射領域から放出されたX線が入射する位置に配置され、入射した前記X線から前記照射領域の大きさを検出するX線検知部と、
前記照射領域から放出された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するX線結像光学部と、
を有し、
前記照射対象物と前記X線結像光学部との間には、前記X線結像光学部に前記X線を到達させながら、加熱された前記照射対象物から放出されて前記X線結像光学部に到達する蒸気の量を減衰させるフィルタ装置が配置された電子線照射装置であって、
前記フィルタ装置は、前記蒸気の粒子を遮蔽する第一、第二の回転板と、前記第一、第二の回転板に垂直に固定された第一、第二の回転軸と、前記第一、第二の回転軸を前記第一、第二の回転板と共に前記第一、第二の回転軸の中心軸線の周りに回転させる第一、第二の回転装置とを有し、
前記第一、第二の回転板にはそれぞれ前記蒸気の粒子を通過させる第一、第二の開口部が設けられ、
前記第一、第二の回転装置によって前記第一、第二の回転板をそれぞれ異なる速度で回転させると、前記第一、第二の開口部は、前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するようにされ、
前記第一、第二の開口部が前記X線と前記蒸気との飛行経路を横断する位置で互いに対面するときに、前記第一の開口部を通過する前記蒸気は、前記第二の回転板の前記第二の開口部以外の遮蔽部に衝突して遮蔽されるように構成された電子線照射装置。
A vacuum chamber;
An evacuation device for evacuating the vacuum chamber;
An electron gun configured to emit an electron beam into the vacuum chamber;
Have
An electron beam irradiation apparatus configured to irradiate an irradiation object placed in the vacuum chamber with an electron beam from the electron gun to heat the irradiation object,
When an area that is irradiated with the electron beam on the surface of the irradiation object and emits X-rays is an irradiation area,
An X-ray detector that is disposed at a position where X-rays emitted from the irradiation region are incident, and detects the size of the irradiation region from the incident X-rays;
An X-ray imaging optical unit that forms an image of the irradiation region on the X-ray detection unit from the X-rays emitted from the irradiation region;
I have a,
Between the irradiation object and the X-ray imaging optical unit, the X-ray is emitted from the heated irradiation object while the X-ray reaches the X-ray imaging optical unit, and the X-ray imaging is performed. An electron beam irradiation device in which a filter device that attenuates the amount of vapor reaching the optical unit is disposed,
The filter device includes first and second rotating plates that shield the vapor particles, first and second rotating shafts fixed perpendicularly to the first and second rotating plates, and the first The first and second rotating devices for rotating the second rotating shaft together with the first and second rotating plates around the central axis of the first and second rotating shafts,
The first and second rotating plates are respectively provided with first and second openings for allowing the vapor particles to pass therethrough,
When the first and second rotating plates are rotated at different speeds by the first and second rotating devices, the first and second openings have a flight path between the X-ray and the steam. To face each other in a crossing position,
When the first and second openings face each other at a position crossing the flight path of the X-rays and the steam, the steam passing through the first opening becomes the second rotating plate. An electron beam irradiation apparatus configured to collide with and shield the shielding part other than the second opening .
前記X線検知部が検出した前記照射領域の大きさに基づいて前記電子線のビーム径を制御する制御装置を有する請求項1記載の電子線照射装置。   The electron beam irradiation apparatus according to claim 1, further comprising a control device that controls a beam diameter of the electron beam based on a size of the irradiation region detected by the X-ray detection unit. 前記X線結像光学部は、前記X線を遮蔽する遮蔽板を有し、
前記遮蔽板には前記X線を通過させる、前記X線検知部よりも小さい針穴が開けられ、
前記針穴を通過した前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された請求項1記載の電子線照射装置。
The X-ray imaging optical unit has a shielding plate that shields the X-ray,
The shield plate has a needle hole smaller than the X-ray detector that allows the X-ray to pass through,
The electron beam irradiation apparatus according to claim 1 , configured to form an image of the irradiation region on the X-ray detection unit from the X-rays that have passed through the needle hole.
前記X線結像光学部は、前記X線を反射する凹面鏡を有し、
前記凹面鏡で反射された前記X線から前記X線検知部に前記照射領域の像を結像するように構成された請求項1記載の電子線照射装置。
The X-ray imaging optical unit has a concave mirror that reflects the X-ray,
The electron beam irradiation apparatus according to claim 1 , configured to form an image of the irradiation region on the X-ray detection unit from the X-ray reflected by the concave mirror.
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