JPS6324535A - 電子ビ−ム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、揮発性物質を含んだ材料、たとえば未焼成セ
ラミツクの加工に適した電子ビーム加工装質に係り、特
に、高速、高精度化を志向した電子ビーム加工装置に関
するものである。

［従来の技術］ 揮発性物質を含んだ材料に対して電子ビーム加工を行な
うと、加工時（たとえば、穴加工、溝加工）に生ずる放
出ガスがプラズマ化し、その正イオンにより電子ビーム
空間電荷が中和されて、加工用の′電子ビームの焦点位
置が被加工物の−Ｆ方へ移ＶＪするという、いわゆるビ
ームデフォーカス現象が生ずる。その結果として、加工
穴径やｉＡ￥幅が大きくなってしまう。このビームデフ
ォーカス現象は、放出ガスの量と、面起電子ビームを発
生する電子銃、被加工物などを収納する真空チャンバの
排気系による排気量との差に起因する真空度の低下が大
きな要因であることがわかっており、加工が高速化して
放出ガスの量が増加するにつれてますます顕著になる。

そこで、たとえば穴加工の場合、一つの穴を加工してか
ら次の穴を加工するまでに待ち時間を設ければ、そのＪ
３′ｌ象の発生を抑止できるが、加工速度が大きく低下
してしまう。

また、ある個所を穴加工したのちに、ある程度離れた個
所を加工するようにしても、その現象の発生を緩和する
ことができる。しかし、高速加工であって、しかも穴ピ
ッチが小さいものでは、一つの穴を加工してから隣接の
穴を加工するまでの間に、他の穴を加工するという、飛
び飛びの加工を実施したとしても、放出ガスの影響は小
さくなるものの、これを無視できるものではない。

従来、前記ビームデフォーカス現象の対策に係るものと
しては、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・
テクノロジ、１５　（３）、１９７８年［Ｊ　、　Ｖ　
ａ　ｃ　、　Ｓ　ｃ　ｉ　、　Ｔ　ｅ　ｃ　ｈ　ｎ　ｏ
　１　、　。

１５　（３）ｒ　Ｍａｙ／Ｊ　ｕｎｅ１９７８　　ＩＭ
Ｐ１０６０〜１０６３］が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術は、電子ビーム加工装置の収束コイルのす
ぐ上に補助収束コイルを載置し、その補助収束コイルへ
あるパターンの電流を流して電子ビームの焦点位置移動
を補正する。いわゆる動的焦点制御を行なうことによっ
て、穴加工の際の穴径閉度を維持するようにしたもので
ある。しかしながら、上記従来技術は、動的焦点制御を
開始あるいは終了させる手段に関しては配慮されておら
ず、動的焦点制御を効果的に実施できないので。

高精度の加工を行なうことができないという問題点があ
った。また前記補助収束コイルが収束コイルと隣接して
いるため、この収束コイルの磁界の端部を変化させるこ
とになり制御効率が良くないという問題点もあった。

本発明は、上記した従来技術の問題点を改善して、動的
焦点制御を有効に実施し、高速、高精度の加工を行なう
ことができる電子ビーム加工袋筒の提供を、その目的と
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を改善するための本発明にかかる電子ビーム
加工装置の構成は、電子ビームを発生する電子銃と、そ
の電子ビームを加速する高電圧回路と、前記電子銃を制
御して該電子銃からビームパルスを発射させるビームパ
ルス指令回路と、電子ビームを収束させる収束コイルと
、その電子ビームを偏向させる偏向コイルと、この偏向
コイルへ指令を与える偏向コイル指令回路と、被加工物
を載置するＸＹテーブルと、このＸＹテーブルへ指令を
与えるＸＹテーブル指令回路とを有する電子ビーム加工
装置において、電子ビームの焦点を移動させることがで
きる補助収束コイルを、収束コイルの上方に、該収束コ
イルから離間して配設し、その補助収束コイルと接続し
て該補助収束コイルを駆動する動的焦点制御回路を設け
、この動的制御回路を、ビームパルス指令回路と、少な
くとも、このビームパルス指令回路に接続されたパルス
カウンタ、ＸＹテーブル指令回路、偏向コイル指令回路
のいずれか１つとへ接続したものである。

［作用］ 補助収束コイルを駆動する動的焦点制御回路へ、ビーム
パルス指令回路からの信号と、すくなくとも、このビー
ムパルス指令回路に接続されたパルスカウンタ、ＸＹテ
ーブル指令回路、偏向コイル指令回路のいずれか１つか
らの信号とを送って、前記補助収束コイルの動作を制御
することにより動的焦点制御を有効に実施し、ビームデ
フォーカス現象による加工穴の穴径増大を補正するよう
にした。

［実施例コ 以下、本発明を実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる電子ビーム加工装
置の略示構成図、第２図は、第１図における被加工物の
穴加工領域を、大きさＬの複数個の加ニブロックに区画
した状態を示す平面図、第３図は、第２図における１加
ニブロツク内の加工手順を示す平面図、第４図は、第１
図に係る電子ビーム加工装置における各部の信号の推移
の−例を示す信号である。

第１図において、１は、電子ビーム３を発生する電子銃
、２は、電子ビーム３を加速する高電圧回路である。ま
た、この高電圧回路２は、後述するシ」内焦点制御回路
１６へ接続されており、加工中に高電圧回路２にたとえ
ば放電が起って電圧が降下したとき、前記動的焦点制御
回路１６を待機状態にすることができるようになってい
る。４は、電子ビーム３を収束させる収束コイル、５は
、被加工物６を載置することができるＸＹテーブル、５
ａは、このＸＹテーブル５を駆動するモータ、５ｂは、
このＸＹテーブル５の位置を検出するためのエンコーダ
、７は、電子ビーム３を偏向させる偏向コイル、１５は
、電子ビーム３の焦点を移動させることができる補助収
束コイルであって。

この補助収束コイル１５は、収束コイル４の」二方に、
該収束コイル４から離間して配設されている。

このように、補助収束コイル１５を収束コイル４から難
問しであるので、該収束コイル４の磁界の端部を変化さ
せることはなく、コイルの制御効率が良いのみならず、
その保持が容易である。また、コイルの設計も容易にな
る。

８は、その内部に、電子銃１．補助収束コイル１５、収
束コイル４．偏向コイル７、ＸＹテーブル５を収納する
真空チャンバ、１６は、補助収束コイル１５と接続され
、該補助収束コイル１５を駆動するシ」内焦点制御回路
、９は、電子銃１を制御してビームパルスを発生させ、
且つ、動的焦点制御回路１６へ信号を送って補助収束コ
イルの制御を開始させることができるビームパルス指令
回路、１０は、収束コイル４へ電流を供給する電源回路
、１１は、偏向コイル７へ指令を与える偏向コイル指令
回路、１２は、ＸＹテーブル５へ指令を与えて該ＸＹテ
ーブル５を移動させ、且つ、動的焦点制御回路１６へ信
号を送って補助収束コイル１５を待機状態にすることが
できるＸＹテーブル指令回路、１３は、ビームパルス指
令回路６゜電源回路１０．偏向コイル指令回路１１．Ｘ
Ｙテーブル指令回路１２をミニコンピユータ１４で制御
するためのインタフェースである。

このように構成した電子ビーム加工装置を使用して、被
加工物６の穴加工を行なうための動作の一例を説明する
。

まず、この被加工物６の加工を行なうに際し、穴加工領
域を複数個の加ニブロック２１．２１”。

・・・（各ブロックの大きさＬ）に区画する。１個の加
ニブロック２１の範囲では、電子ビーｔｚ　３の偏向コ
イル７によるビーム偏向で加工点を位置決めし１次の加
ニブロック２１′へ移るときには、ＸＹテーブル５を移
動させろというように、ビーム偏向とＸＹテーブル移シ
Ｊとを組合せて加工することにする。

電子ビーｔ１加工装胃をＯＮにして加工が開始すると、
ＸＹテーブル指令回路１２によりＸＹテーブル５が所定
位置へ移動し、電子ビーム３が最υＪの加ニブロック２
１の中心点であるビーム初期位置２０へ位置決めされる
。コイル指令回路１１から偏向コイル７へ指令が与えら
れ、電子ビーム３の軌跡が軌跡２２のように偏向して加
工点２３へ位置決めされ、ビームパルス制御回路９から
の指により、最初のビームパルスが１個照射される。

このとき、補助収束コイル１５の制御が開始される（詳
細後述）。そして、前記ビームパルスの照射が終了した
ら、直ちに軌跡２５のように電子ビーム３が穴ピッチｐ
だけ偏向して、次の加工点２４に位置決めされ、そこで
ビームパルスが１個照射される。以上の操作を繰り返し
て、最後の加工点２６まで全ての加工点にビームパルス
が１個ずつ照射されたら、軌跡２７のように電子ビーム
３を偏向して最初の加工点２３に位置決めする。そして
、上に述べた方法で、全ての加工点へ再びビームパルス
が１個ずつ照射されて加工点２６に達すると、再び軌跡
２７のように電子ビーム３が偏向して最初の加工点へ戻
る。以上の操作を繰り返して、全ての加工点に所定のパ
ルス数を投入して加工点２６へ達したら、軌跡２８のよ
うに電子ビーム３を偏向してビーム初期位置２ｏへ戻る
。以上で１加ニブロツク２１の穴加工が終了する。これ
と同時に、補助収束コイル１５の制御も終了する（詳ａ
ｔ後述）。

１加ニブロツク２１の加工が終了すると、ＸＹテーブル
指令回路１２からモータ５ａへ所定の移動指令が与えら
れ、このモータ５ａによりＸＹテーブル５が移動する。

エンコーダ５ｂで検出された位置信号がＸＹテーブル指
令回路１２へ送られて、所定の移動が終了したことを検
知したとき、ＸＹテーブル５が停止する。このようにし
て、ＸＹテーブル５が縦方行（あるいは横方行）へＸＹ
テーブル移動指令値Ｌ＋ｐ　（ｐは穴ピッチ）だけ移動
して、次の加工ブロッロ２１′のビーム初期位置２０′
に位置決めされ、前述した過程が再び繰り返され、すべ
ての加ニブロックの加工が行なわれ、加工が終了し、電
子ビーム加工装置がＯＦＦになる。途中で、高電圧回路
２の電圧が下降した場合には、電子ビーム３の発生がな
く加工が中断し、動的焦点制御回路１６が待機状態にな
る。

なお、１加ニブロツク内の加工においては加工中の放出
ガスのためビームデフォーカス現象が発生し、その効果
は累積ビームパルス数の増加とともに増大するが、補助
収束コイル１５の動作によってこれが補正され、加工穴
２３，２４．・・・・・・。

２６の穴径が大きくなることはない。

さらに、ＸＹテーブル′５によって加ニブロック間の移
動を行なうと、空間的にＬ＋ｐだけ離れ、またその間に
時間も経過するので、次の加ニブロックではビームデフ
ォーカス現象は消滅しており。

新たに加工を開始する場合と同様になる。したがって、
その加ニブロックでの補助収束コイル１５の制御は、さ
きの加ニブロックと同一の制御パターンでよい。

さらにまた、動的焦点制御を、たとえば収束コイル４用
の電源回路１０で行なおうとすると、収束コイル４のイ
ンダクタンスが大きいために応答性が悪く、また電源回
路１０を制御するための命令によりＮＣ加工命令のステ
ップ数が増えて加工速度が低下するので１本発明におい
ては、上述のように、インダクタンスの小さな補助収束
コイル１５によりわずかの距離だけを制御することとし
、専用の動的焦点制御回路１６を用いることにより加工
速度を落さずに動的焦点制御をすることを可能にした。

次に、補助収束コイル１５の制御方法の一例を、第４図
を用いて詳細に説明する。

この第４図において、１０１は、ミニコンピユータから
インタフェース１３を通して、ビー１１パルス指令回路
９．電源回路１０．偏向コイル指令回路１１．ＸＹテー
ブル指令回路１２へ与えられる加工用ＮＣ命令のクロッ
クを示す。ミニコンピユータ１４により制御されるこれ
らの回路９，１０．１１．１２は、クロック１０１の各
クロック゛に１つずつ命令が実行される。１０２は、Ｘ
Ｙテーブル指令回路１２の出力を示す波形、１０３は、
偏向コイル指令回路１１の出力を示す波形、１０４は、
ビームパルス指令回路９の出力を示す波形、１０５は、
動的焦点制御回路１６の出力を示す波形である。

まず、時刻ａにＸＹテーブル５の移動を終了する（１０
２のａ′）。これと同時に、動的焦点制御回路１６をＯ
Ｎにして動的焦点制御を待機状態にする（１０５のａ′
）。つぎのクロックｂで偏向コイル指令（１０３のｂ’
）を与える。さらに、次のクロックＣではビームパルス
指令指令回路９を○ＮＬ　（１０４のａ′）、このとき
動的焦点制御を開始する（１０５のａ′）。所定のパル
ス時間を経過したらビームパルス指令回路９をＯＦＦす
る（１０４のτ′）。動的焦点制御回路１６は、ビーム
デフォーカス現象による焦点位置移動を補正することが
できる指数関数的垂下特性をもつ回路であるが、さらに
、ビームパルス指令回路９をＯＮにしたことによる瞬間
的なガス放出の影響も補正するための三角波関数を加算
できるようになっている。その三角波部の０Ｎ−ＯＦＦ
は、ビームパルス指令回路９の０Ｎ−ＯＦＦと対応させ
である（ａ′とＣ“およびτ′と三′）ので、前記指数
関数部と加算されて、ビームデフォーカス現象が補正さ
れる。次のクロックｄではビーム偏向ｄ′を行ない、さ
らに次のクロックｅではビームパルス指令回路９をＯＮ
し、三角波部をＯＮしている（ｅ′およびｅ″）。同様
の操作を繰り返して１時刻ｐにおいて最後のパルス照射
の最後の加工への移動を行ない（１０３のｐ′）、次の
タロツクｑでビームパルスを照射する。次のクロックＰ
で電子ビームを中心へ戻して、さらに次のクロックＳで
ＸＹテーブル５の移動を開始する。このとき動的焦点制
御回路１６の一連のり１作が終了することになる。そし
て、ＸＹテーブル５の移動が終了したら、動的焦点制御
回路１６をＯＮしてジノ的焦点制御を待機状態にする。

すなわち、１０５のａ′へ戻る。

なお、動的焦点制御を待機状態にするのは、テーブル移
動終了時（１０２ａ’　、１０５ａ’）ではなく、テー
ブル移動開始時（１０２ｓ’　、１０５５′）であって
もよい。

以上説明した実施例によハば、補助収束コイル１５の制
御を動的焦点制御回路１６によって適正に行ない、動的
焦点制御回路を有効に実施するようにしたので、ビーム
デフォーカス現象による穴径増大を抑止して、揮発性物
質材料の穴加工を高精度に行なうことができるという効
果がある。

なお、本実施例においては、動的焦点制御回路１６に、
指数関数的垂下特性を持たせるとともに、三角波関数部
を加算できるようにしたが、穴加工の条件や、被加工物
６の材りτ、穴ピッチ、排気速度などによっては、三角
波関数部を加算する必要がない場合もある６指数関数部
、三角波関数部のそれぞれの変化率、傾きは、放出ガス
の量、排気速度などに応じて、適正な大きさに決めれば
よい。

さらに、本実施例においては、ＸＹテーブル５の加ニブ
ロック間の移動のときに、動的焦点制御回路１６をＯＮ
にして動的焦点制御を待機状態にするようにしたが、第
３図における軌道２７のとき、すなわちビームパルス照
射のｎ番目と＋１＋１番目との間に、動的焦点制御を待
機状態にしてもよい。この場合には、動的焦点制御回路
１６を、パルスカウンタ］７（第１図における破線）を
介してビームパルス指令回路９へ接続する（この場合、
動的焦点制御回路１６とＸＹテーブル指令回路１２との
接続は、なくてもよい）。そして、ビームパルスをパル
スカウンタ１７でカウントし。

１加工ブロック間の加工点の数と一致したとき、動的焦
点制御回路を待機状態にすればよい。

さらにまた、ビーム偏向信号を監視していて、最後の加
工点に達したとき、動的焦点制御を待機状態にしてもよ
い。これを実施するためには、　ＩＩＪ的焦点焦点制御
回路１６偏向コイル指令回路１１へ接続する（この場合
、動的焦点制御回路１６とＸＹテーブル指令回路１２と
の接続は、なくてもよい）。

また、本実施例においては、１加エブロツタ内の穴加工
を行なう際に、各加工点に位置決めしてそこへ１個ずつ
のビームパルスを照射することを複数回繰り返すように
したが、各加工点に位置決めしてそこへ集中的に複数個
のビームパルスを照射する場合に適用しても、同様−二
効果を奏するものである。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、動的焦点制
御を有効に実施し、高速、高精度の加］−を行なうこと
ができる電子ビーｌ、加工装置を捉供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る電子ビーム加工装置
の略示構成図、第２図は、第１図におけろ被加工物の穴
加工領域を、大きさＬの複数個の加ニブロックに区画し
た状態を示す平面図、第３図は、第２図における１加ニ
ブロツク内の加工手順を示す平面図、第４図は、第１図
に係る電子ビーム加工装置における各部の信号の推移の
一例を示す信号図である。 １・・・電子銃、２・・高電圧回路、３・・電子ビーム
、４・収束コイル、５・・・ＸＹテーブル、６・被加工
物、７・・偏向コイル、９・・・ビームパルス指令回路
。 １１　・偏向コイル指令回路、１２・・ＸＹテーブル指
令回路、１５・・・補助収束コイル、１６・・ＵＪ的点
焦点制御回路１７・・パルスカウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電子ビームを発生する電子銃と、その電子ビームを
   加速する高電圧回路と、前記電子銃を制御して該電子銃
   からビームパルスを発射させるビームパルス指令回路と
   、電子ビームを収束させる収束コイルと、その電子ビー
   ムを偏向させる偏向コイルと、この偏向コイルへ指令を
   与える偏向コイル指令回路と、被加工物を載置するＸＹ
   テーブルと、このＸＹテーブルへ指令を与えるＸＹテー
   ブル指令回路とを有する電子ビーム加工装置において、
   電子ビームの焦点を移動させることができる補助収束コ
   イルを、収束コイルの上方に、該収束コイルから離間し
   て配設し、その補助収束コイルと接続して該補助収束コ
   イルを駆動する動的焦点制御回路を設け、この動的焦点
   制御回路を、ビームパルス指令回路と、少なくとも、こ
   のビームパルス指令回路に接続されたパルスカウンタ、
   ＸＹテーブル指令回路、偏向コイル指令回路のいずれか
   １つとへ接続したことを特徴とする電子ビーム加工装置
   。