(57)【要約】      （修正有）【課題】  窓部材の熱を確実に逃がすことによって、高い出力を有するものでありながら、窓部材の温度上昇を確実に抑制し、窓部材が破壊せず、長い使用寿命を得ることができる電子ビーム管を提供することにある。【解決手段】電子ビーム管は、真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられており、真空容器は、管部材と電子ビーム透過領域２０６が形成された窓部材２０とにより構成されており、窓部材２０は、真空容器の内部空間に伸びる複数の梁部２０４と、電子ビーム透過領域２０６を構成するための窓基体部２０１を有し、窓基体部２０１に伝熱部材２０７が接合され、伝熱部材２０７は梁部２０４に対向する位置であって電子ビーム管の外部空間Ｓに露出するように設けられている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられてなる電子ビーム管において、
前記真空容器は、管部材の前方の開口を覆うよう設けられた、電子ビーム通過孔を有する蓋部材と、この蓋部材の電子ビーム通過孔を密閉するよう設けられた、電子ビーム透過領域が形成された窓部材とにより構成されており、
前記窓部材は、真空容器の内部空間に伸びる複数の梁部と、電子ビーム透過領域を構成するための窓基体部を有し、
前記窓基体部に伝熱部材が接合され、当該伝熱部材は前記梁部に対向する位置であって電子ビーム管の外部空間に露出するように設けられていることを特徴とする電子ビーム管。
【請求項２】
前記梁部が前記蓋部材に接合され、
前記伝熱部材が梁部に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム管。
【請求項３】
前記伝熱部材が、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子ビーム管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空型の電子ビーム管に関し、特に、電子ビーム管の窓部材に関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば半導体ウエハ等に塗布されたレジストの硬化処理や、印刷業界における印刷用インクの乾燥処理等において、短時間に処理を行うために、電子ビームが利用され始めており、かかる電子ビームを照射する器具としては、電子ビーム管が提案されている。
【０００３】
この電子ビーム管は、真空容器内に電子ビーム発生器を具えてなり、先端に電子ビームを照射する窓部材を有すると共に基端に当該基端面から突出する給電端子を有するものである。
【０００４】
このような電子ビーム管は、大型の真空装置を用いることなしに電子ビームを照射することができるという利点を有すると共に、それ自体が複雑な構造を有さず、小型で取扱が容易であるという利点を有する。
【０００５】
図７は、従来の電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図８は、図７に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との説明用断面図である。
図７に示すように、この電子ビーム管４０は、内部が真空雰囲気に維持された真空容器４１を具えてなり、この真空容器４１内に、電子ビーム発生器６０が配設されると共に導電体よりなる円筒状スリーブ部材４３が電子ビーム発生器６０の周囲を囲むよう真空容器４１の管軸と同軸状に配設されて構成されている。
【０００６】
真空容器４１は、後方（図７において下方）側が封止されたガラス製の管部材４２と、当該管部材４２の前方側の開口を覆うよう設けられた、電子ビーム発生器６０よりの電子ビームが通過する電子ビーム通過孔４６が形成された蓋部材４５と、当該蓋部材４５の電子ビーム通過孔４６を前面において密閉するよう設けられた窓部材５０とにより構成されている。
【０００７】
図８に示すように、窓部材５０は、Ｓｉよりなる窓基体部５０１の一方の面上にＳｉＯ２よりなる上層部５０２が形成され、窓基体部５０１の他方の面上にＳｉＯ２よりなる下層部５０３が形成され、この下層部５０３の下には梁部５０４が形成され、上層部５０２の上にはＳｉＮよりなる保護層部５０５が形成されている。
そして、梁部５０４と蓋部材４５が金属ロウ材によって接合されている。
【０００８】
窓部材５０は、図９（ａ）に示すように、予め、窓基体部５０１、上層部５０２、下層部５０３となる下層部構成部５０３０、梁部５０４となる梁部構成部５０４０、保護層部５０５が一体的に積層されたシリコンウエハを作成しておき、図９（ｂ）に示すように、始めに梁部構成部５０４０をドライエッチング処理によって削り取り残留部が梁部５０４となる。さらに、図９（ｃ）に示すように梁部構成部５０４０が削り取られ露出した状態の下層部構成部５０３０をウエットエッチングによって削り取り、窓基体部５０１と上層部５０２と保護層部５０５からなる薄膜化した電子ビーム透過領域５０６が区画されるものである。
【０００９】
つまり、梁部５０４を製造する場合に、梁部構成部５０４０をドライエッチングするが、このエッチングは時間管理で削り量を制御することが難しく、物理的にエッチングを止めるために下層部５０３が必要となり、この下層部５０３がエッチングストップ層の役目を果たすものである。
この結果、窓部材５０にとって、下層部５０３は必須の構造となっている。
【００１０】
窓部材５０の電子ビーム透過領域５０６を電子ビームが通過する際、窓部材５０が加熱されることになるが、梁部５０４と蓋部材４５が接合されているために、窓部材５０で発生した熱をこの梁部５０４を介して、蓋部材４５に伝えることができ、窓部材５０、特に、電子ビーム透過領域５０６が高温状態となって破損することを防止することができる。
【００１１】
近年、このような電子ビーム管４０に対する要請の一として、例えば高出力化があり、十分に高い強度の電子ビームを安定的に出射することが求められている。
しかしながら、窓部材５０は、図８中、電子ビーム透過領域５０６を形成している窓基体部５０１の熱は、下層部５０３を介して梁部５０４に伝わるものであるが、この下層部５０３はＳｉＯ２よりなり、ＳｉＯ２は熱伝導率が低く、確実にしかも十分に窓基体部５０１の熱を梁部５０４に伝えることができないと問題があった。
【００１２】
つまり、高い出力を有する電子ビーム管においては、窓部材５０の電子ビーム透過領域５０６において発生する熱を、梁部５０４を介して蓋部材４５に十分に逃がしきれず、熱が蓄積されることによって高温状態になって窓部材５０が破損されやすくなり、その結果、電子ビーム管の使用寿命を長いものとすることができない、という問題があった。
【特許文献１】特開２００１−５９９００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、窓部材の熱を確実に逃がすことによって、高い出力を有するものでありながら、窓部材の温度上昇を確実に抑制し、窓部材が破壊せず、長い使用寿命を得ることができる電子ビーム管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の電子ビーム管は、真空容器の内部に電子ビーム発生器が設けられてなる電子ビーム管において、前記真空容器は、管部材の前方の開口を覆うよう設けられた、電子ビーム通過孔を有する蓋部材と、この蓋部材の電子ビーム通過孔を密閉するよう設けられた、電子ビーム透過領域が形成された窓部材とにより構成されており、前記窓部材は、真空容器の内部空間に伸びる複数の梁部と、電子ビーム透過領域を構成するための窓基体部を有し、前記窓基体部に伝熱部材が接合され、当該伝熱部材は前記梁部に対向する位置であって電子ビーム管の外部空間に露出するように設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の電子ビーム管は、請求項１に記載の電子ビーム管であって、特に、前記梁部が前記蓋部材に接合され、前記伝熱部材が梁部に接合されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の電子ビーム管は、請求項１または請求項２に記載の電子ビーム管であって、特に、前記伝熱部材が、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明の電子ビーム管によれば、窓部材の電子ビーム透過領域を構成する窓基体部に、伝熱部材が接合され、伝熱部材は梁部に対向する位置であって外部空間に露出している構造であるので、電子ビーム透過領域から出射される電子ビームを阻害することなく、窓基体部の熱を外部空間に放熱でき、窓部材の温度上昇を抑制することができる。
さらには、伝熱部材が、窓基体部に接合され外部空間に露出している構造に加え、窓基体部を貫通して梁部材に接合されているので、窓基体部の熱を外部空間に放熱できるとともに、蓋部材にも逃がすことができるので、なお一層確実に窓基体部の熱を放熱でき、窓部材の温度上昇を確実に抑制することができる。
従って、高い出力を有する電子ビーム管においても、長い使用寿命を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の電子ビーム管の一例における構成の概略を示す説明用断面図であり、図２は、図１に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との説明用断面図である。
電子ビーム管１０は、内部が真空雰囲気に維持された略管状の真空容器１１を具えてなり、この真空容器１１内に、電子ビーム発生器３５が配設されると共に電子ビーム遮蔽用の円筒状スリーブ部材１３が電子ビーム発生器３５の周囲を囲むよう真空容器１１の管軸と同軸状に配設されている。
【００１９】
真空容器１１は、前方側に開口を有すると共に後方側が封止された、例えば円筒状のパイレックス（登録商標）ガラスよりなる管部材１２と、この管部材１２の前方側の開口を覆うよう設けられた板状のシリコン製の蓋部材１５とを備えている。
蓋部材１５は、電子ビーム発生器３５よりの電子ビームが通過する電子ビーム通過孔１６を有する。
そして、蓋部材１５の電子ビーム通過孔１６を前面において密閉するよう窓部材２０が設けられており、これにより、真空容器１１の内部が真空雰囲気に維持されている。
また、図１において、３６〜３８は、いずれも電子ビーム発生器３５に電気的に接続されたリード棒であり、管部材１２の後端壁を気密に貫通した状態で固定されている。
【００２０】
図２に示すように、窓部材２０は、厚さ０．３〜３．０μｍのＳｉよりなる窓基体部２０１の一方の面上に厚さ０．０１〜０．３μｍのＳｉＯ２よりなる上層部２０２が形成され、窓基体部２０１の他方の面上に厚さ０．１〜２．０μｍのＳｉＯ２よりなる下層部２０３が形成され、この下層部２０３の下には厚さ２００〜２５００μｍの梁部２０４が形成され、上層部２０２の上には厚さ０．０５〜０．４μｍのＳｉＮよりなる保護層部２０５が形成されている。
そして、梁部２０４と蓋部材１５が金属ロウ材によって接合されている。
【００２１】
保護層部２０５はＳｉＮよりなるものであり、この保護層部２０５によって窓部材２０が、被処理物を電子ビームで処理する際に発生する反応ガスによって劣化することを防止するものである。
また、この保護層部２０５はＳｉＮよりなるものであり、窓基体部２０１のＳｉと直接接合すると剥がれやすくなることから、強固な接合を得るために接合部材として、ＳｉＯ２よりなる上層部２０２を有するものである。このように上層部２０２は、必須の構成ではなく、必要に応じて設けるものである。
つまり、窓部材２０は、その基礎となる構造物はＳｉよりなる窓基体部２０１であり、この窓基体部２０１が、真空容器を密閉する基礎構造物であり、電子ビーム透過領域２０６を構成する基礎構造物である。
【００２２】
そして、図２に示すように、窓部材２０は、伝熱部材２０７が梁部２０４と対向する位置であって、窓基体部２０１の上面に接合された状態で電子ビームの管の外部空間Ｓに露出している。
【００２３】
図３は、窓部材２０の製造方法の説明図である。
窓部材２０は、図３（ａ）に示すように、予め、窓基体部２０１、上層部２０２、下層部２０３となる下層部構成部２０３０、梁部２０４となる梁部構成部２０４０、保護層部２０５が一体的に積層されたシリコンウエハを作成しておく。
そして、図３（ａ）中、点線で示すように、保護層部２０５上の任意の位置にマスクＭを形成しておき、エッチングを行うことにより、図３（ｂ）に示すように、マスキングされた以外の部分の保護層部２０５と上層部２０２がエッチングされて削り取られた構造になる。
【００２４】
さらに、図３（ｃ）に示すように、エッチングで削り取られた部分と保護層部２０５を覆うように、伝熱部材２０７となるＣｕ製の伝熱部材構成部２０７０を形成する。この時、伝熱部材構成部２０７０は、窓基体部２０１の上面に接合された状態になっている。
【００２５】
次に、図３（ｃ）中、点線で示すように、保護層部２０５と上層部２０２がエッチングされて削り取られたところに形成された伝熱部材構成部２０７０の上面に再びマスクＭを形成し、マスキングされた以外の部分を保護層部２０５が露出するまでエッチングを行い図３（ｄ）に示すように、伝熱部材２０７が形成され、この伝熱部材２０７が露出した構造になる。
さらに、図３（ｄ）中、点線で示すように、伝熱部材２０７に対向する位置の梁部構成部２０４０の上面にマスクＭを形成し、マスキングされた以外の部分の梁部構成部２０４０と下層部構成部２０３０を順次異なったエッチング方法で削り取り、図３（ｅ）に示すように、電子ビーム透過領域２０６を有する窓部材２０が製造される。
【００２６】
図４は、窓部材２０を電子ビーム出射方向から見た平面図であり、伝熱部材２０７が格子状に形成され、伝熱部材２０７で囲まれた部分が電子ビーム透過領域２０６になっている。
また、この伝熱部材２０７の背後の位置に、梁部２０４（図２、図３参照）が形成されており、この梁部２０４は元々厚みが厚く電子ビームを透過しない部分であり、この梁部２０４に対向する位置に伝熱部材２０７が設けられているので、伝熱部材２０７が存在しても窓部材２０から出射される電子ビームを阻害することがないものである。
【００２７】
図２に戻り説明をすると、伝熱部材２０７の幅ｈ１は１００μｍ、突出高さｈ２は３μｍであり、隣接する伝部材２０７の離間距離ｈ３は１．５ｍｍである。
また、電子ビーム透過領域２０６の厚みｈ４は１．４μｍである。
【００２８】
伝熱部材２０７はＣｕであり、熱伝導率が４０３（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。また、下層部２０３はＳｉＯ２であり、熱伝導率は１．３３（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
つまり、伝熱部材２０７が窓基体部２０１に接合されているので、窓基体部２０１の熱が伝熱部材２０７に伝わり、伝熱部材２０７が外部空間Ｓに露出した構造になっているので、伝熱部材２０７に伝わった熱が外部空間Ｓに放熱され、この結果、窓基体部２０１の熱を効果的に逃がすことができ、窓部材２０の温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
また、伝熱部材２０７が下層部２０３より熱伝導率が大きいので、窓基体部２０１の熱が下層部２０３より伝熱部材２０７に伝わりやすく、確実に窓基体部２０１の熱を伝熱部材２０７を介して、外部空間Ｓに放熱することができる。
【００３０】
図５は、本発明の電子ビーム管の窓部材の他の実施例であり、窓部材と蓋部材との説明用断面図である。
図５に示すように、窓部材２０は、伝熱部材２０７が窓基体部２０１に接合した状態であるとともに、窓基体部２０１を貫通して梁部２０４の上面に対向した状態で接合され、さらに、伝熱部材２０７の一部が電子ビーム管の外部空間Ｓに露出している。
また、梁部２０４と蓋部材１５が金属ロウ材によって接合されている。伝熱部材２０７は、図２の伝熱部材２０７と同様にＣｕである。
【００３１】
この窓部材２０は、図３（ｂ）で示す、保護層部２０５と上層部２０２をエッチングする工程に続き、窓基体部２０１と下層部構成部２０３０も梁部構成部２０４０が露出するまでエッチングし、その次に、エッチングされ削りとられた部分にＣｕ製の伝熱部材構成部２０７０を形成し、その後の工程は、図３（ｄ）と同じように、伝熱部材２０７を形成し、この伝熱部材２０７に対向する位置の梁部構成部２０４０の上面にマスクＭを形成し、マスキングされた以外の部分の梁部構成部２０４０と下層部構成部２０３０を順次異なったエッチング方法で削り取り、図５に示す、電子ビーム透過領域２０６を有する窓部材２０が製造される。
【００３２】
この窓部材２０では、窓基体部２０１に接合した伝熱部材２０７が、直接、梁部２０４に接合されており、梁部２０４が蓋部材１５に接合されているので、窓基体部２０１の熱を外部空間Ｓで放熱する以外に、梁部２０４に逃がすことができる。
そして、梁部２０４に伝わった熱が蓋部材１５に伝わる構造であるので、窓基体部２０１の熱を外部空間Ｓに伝熱部材２０７を介して放熱するとともに、伝熱部材２０７と梁部材２０４を介して蓋部材１５にも逃がすことができ、十分確実に、窓基体部２０１の熱を逃がし、窓部材２０の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００３３】
なお、伝熱部材２０７は、Ｃｕを含め以下表１に示す物質がよい。
表１には、本願発明の電子ビーム管の窓部材に利用できる伝熱部材と、下層部を形成するＳｉＯ２の熱伝導率も合わせて示すものである。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
なお、本願発明に適用される伝熱部材は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、効果的に窓部材の温度上昇を抑制することができる。
【００３６】
次に、図６に示す本願発明の窓部材４つと従来の窓部材１つを用いて、窓部材の電子ビーム透過領域の温度測定を行った。
それぞれの電子ビーム管は、１３ｋＶ、３０００μｍの管電流で、電子ビームを発生した時の電子ビーム透過領域の温度結果である。
【００３７】
図６の結果から理解できるように、本願発明の電子ビーム管１は、Ｃｕの伝熱部材が窓基体部に接合され外部空間に露出している構造であるので、伝熱部材がない従来の電子ビーム管５に比べ、窓部材の温度を８１℃低くすることができる。
なお、電子ビーム管１と同様の構造であって、熱伝導部材をＣｕに替えてＳｉにした本願発明の電子ビーム管２によれば、表１に示すように、伝熱部材の熱伝導率がＣｕに比べ低下するものの、窓部材の温度を伝熱部材がない従来の電子ビーム管５に比べ、７５℃低くすることができ、十分に窓部材の温度上昇を抑制できることがわかる。
【００３８】
さらに、本願発明の電子ビーム管３は、Ｃｕの伝熱部材が窓基体部に接合され外部空間に露出していることに加え、伝熱部材が窓基体部を貫通して梁部材に接合された構造であるので、伝熱部材がない従来の電子ビーム管５に比べ、窓部材の温度を８６℃も低くすることができる。
また、電子ビーム管３と同様の構造であって、熱伝導部材をＣｕに替えてＳｉにした本願発明の電子ビーム管４によれば、表１に示すように、伝熱部材の熱伝導率がＣｕに比べ低下するものの、窓部材の温度を伝熱部材がない従来の電子ビーム管５に比べ、８３℃低くすることができ、十分に窓部材の温度上昇を抑制できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の電子ビーム管の説明図である。
【図２】図１に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との説明用断面図である。
【図３】本発明の窓部材の製造方法の説明図である。
【図４】本発明の窓部材を電子ビーム出射方向から見た平面図である。
【図５】本発明の電子ビーム管の窓部材の他の実施例であり、窓部材と蓋部材との説明用断面図である。
【図６】電子ビーム管の窓部材の電子ビーム透過領域の温度測定実験結のデータ説明図である。
【図７】従来の電子ビーム管の説明図である。
【図８】図７に示す電子ビーム管における、蓋部材と窓部材との説明用断面図である。
【図９】従来の窓部材の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      電子ビーム管
１１      真空容器
１２      管部材
１５      蓋部材
２０      窓部材
２０１    窓基体部
２０２    上層部
２０３    下層部
２０４    梁部
２０５    保護層部
２０６    電子ビーム透過領域
２０７    伝熱部材
Ｓ        外部空間
【図１】
2006234646.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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