(57)【要約】      （修正有）【課題】カソード電極の水平方向の位置ずれを起こさない電子銃を提供する。【解決手段】電子銃１０は筺体１１を有しており、筺体１１の内部には、カソード部材３１と、発熱装置３２と、アノード電極３が配置されている。カソード部材３１は、カソード電極１とカソード電極１を支持する支柱５５で構成されている。支柱５５は加熱用フィラメント２1の中心に位置している。電子銃１０を使用して真空処理を行い、加熱用フィラメント２1からの輻射によりフィラメント支柱５５が昇温し、熱膨張した場合、支柱５５は、カソード電極１を鉛直方向には移動させるが水平方向には移動させないので、電子がアノード電極３から真空槽内の照射対象物に到達する前に水平方向にずれないので、照射対象物に正確に照射される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極を加熱する加熱装置とを有する電子銃であって、
前記カソード電極と電気的に接続する支柱を有し、
前記カソード電極には、カソード側結合部が設けられ、前記支柱には、支柱側結合部が設けられ、前記カソード側結合部、又は前記支柱側結合部のいずれか一方が凸形状から成る凸部を有し、他方が凹形状から成る凹部を有し、
前記カソード電極は、前記凸部と前記凹部とが嵌合して前記支柱に支持される電子銃。
【請求項２】
前記凸部の外周面と、前記凹部の内周面にネジが設けられた請求項１記載の電子銃。
【請求項３】
前記カソード電極は、タングステン、又はタンタルで構成され、前記支柱は、タングステン、タンタル、又はモリブデンで構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の電子銃。
【請求項４】
真空槽と真空ポンプと、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電子銃を有し、
前記電子銃は、前記真空槽内部に電子を放出するように構成され、処理対象物の処理を前記真空槽内で行う真空処理装置。
【請求項５】
電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極を加熱する加熱装置とを有する電子銃のカソード電極の保持方法であって、
前記カソード電極には、カソード側結合部が設けられ、前記支柱には、支柱側結合部が設けられ、前記カソード側結合部、又は前記支柱側結合部のいずれか一方が凸形状から成る凸部を有し、他方が凹形状から成る凹部を有し、
前記凸部と前記凹部とを嵌合させて前記支柱に前記カソード電極を保持させるカソード電極の保持方法。
【請求項６】
前記凸部の外周面と、前記凹部の内周面にネジが設けられた請求項５記載のカソード電極の保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃のカソード電極を安定的に支持する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子銃は、フィラメント、カソード電極、アノード電極により形成される。カソード電極は、複数のピンを介して保持リングによって保持されている。
電子銃を真空槽内に配置し、フィラメントによってカソード電極を加熱しながら保持リングに電圧を印加するとカソード電極から電子が放出されるようになっている。
従来は、カソード電極とピンはタングステンであり、保持リングには、モリブデン、又はタングステンが用いられている。
【０００３】
電子銃を用いて複数回真空処理を行い、カソード電極からの熱伝導や輻射により、複数のピンのうちのいずれかのピンが保持リングと接触する部分に固着した場合に、ピンと保持リングの熱膨張によりピンが変形し、ピンが保持リングから抜けなくなる現象が起こる。更に加熱されると、各ピンと保持リングの水平方向の伸びが、ピンを変形させ、カソード電極の位置を水平方向や角度方向にずらしていた。
【０００４】
電子銃を用いて真空処理を行う場合に、カソード電極が水平方向や角度方向にずれると、電子がアノード電極から真空槽を通って照射対象物に到達する前に水平方向や角度方向のずれ量が拡大し、照射対象物に正確に照射されない。
下記文献には、タングステン製のカソード電極を有するピアス式電子銃が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６８１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、カソード電極の水平方向の位置ずれや角度方向のずれを起こさない電子銃を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極を加熱する加熱装置とを有する電子銃であって、前記カソード電極と電気的に接続する支柱を有し、前記カソード電極には、カソード側結合部が設けられ、前記支柱には、支柱側結合部が設けられ、前記カソード側結合部、又は前記支柱側結合部のいずれか一方が凸形状から成る凸部を有し、他方が凹形状から成る凹部を有し、前記カソード電極は、前記凸部と前記凹部とが嵌合して前記支柱に支持される電子銃である。
本発明は、前記凸部の外周面と、前記凹部の内周面にネジが設けられた電子銃である。
本発明は、前記カソード電極は、タングステン、又はタンタルで構成され、前記支柱は、タングステン、タンタル、又はモリブデンで構成された上記いずれかの電子銃である。
本発明は、真空槽と真空ポンプと、上記いずれかの電子銃を有し、前記電子銃は、前記真空槽内部に電子を放出するように構成され、処理対象物の処理を前記真空槽内で行う真空処理装置である。
本発明は、電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極を加熱する加熱装置とを有する電子銃のカソード電極の保持方法であって、前記カソード電極には、カソード側結合部が設けられ、前記支柱には、支柱側結合部が設けられ、前記カソード側結合部、又は前記支柱側結合部のいずれか一方が凸形状から成る凸部を有し、他方が凹形状から成る凹部を有し、前記凸部と前記凹部とを嵌合させて前記支柱に前記カソード電極を保持させるカソード電極の保持方法である。
本発明は、前記凸部の外周面と、前記凹部の内周面にネジが設けられたカソード電極の保持方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、カソード電極が温度上昇しても、カソード電極の水平方向の位置ずれ及び角度方向のずれが起きない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電子銃を用いる真空処理装置を説明するための図
【図２】本発明の電子銃の断面図
【図３】本発明の電子銃に用いられる一例の加熱用フィラメントとカソード部材の斜視図
【図４】本発明の電子銃に用いられる他の例の加熱用フィラメントとカソード部材の斜視図
【図５】本発明の電子銃に用いられる他の例の加熱用フィラメントとカソード部材の斜視図
【図６】支柱によって支持されるカソード電極を説明するための図
【図７】支柱側結合部とカソード側結合部の形状を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１の符号５０は本発明の真空処理装置である。
真空処理装置５０は真空槽２５と、本発明の電子銃１０を有している。真空槽２５には、真空ポンプ３９が接続され、真空ポンプ３９を動作させると真空槽２５内を真空雰囲気にすることができる。
真空槽２５の底部には、蒸着材料３５が、るつぼ３６に入れられて配置され、真空槽２５の天井部には、基板３０を保持する基板ホルダー２９が配置されている。基板３０は、基板ホルダー２９に保持され、基板３０の表面と蒸着材料３５の表面が向かい合っている。真空槽２５と、るつぼ３６は、接地されている。
【００１１】
電子銃１０は、真空槽２５の側面に気密に挿通され、電子銃１０の開口が真空槽２５内に向けられている。
上記電子銃１０を詳述する。図２は、電子銃１０の断面図である。
電子銃１０は筺体１１を有しており、筺体１１の内部には、発熱装置３２と、カソード部材３１と、アノード電極３が配置されている。
【００１２】
発熱装置３２は、加熱用フィラメント２1と加熱用電源２１と電子加速電源２２を有している。加熱用フィラメント２1には、加熱用電源２１が接続されている。加熱用電源２１は、加熱用フィラメント２1に電流を流し、加熱用フィラメント２1を所定の温度に発熱させる。加熱用フィラメント２1は、真空状態で発熱すると電子を放出する。さらに加熱用フィラメント２1には、電子加速電源２２が接続されている。電子加速電源２２は、加熱用フィラメント２1の電圧がカソード電極１の電圧より低くなるようにカソード電極１と加熱用フィラメント２1の間に電圧を印加し、加熱用フィラメント２1から放出される電子をカソード電極１へ衝突させる。この電子のカソード電極１への衝突と、カソード電極１に流れる電流によってカソード電極１が加熱され、昇温する。ここでは、加熱用フィラメント２1には、カソード電極１の電圧より最大１．５ｋＶ低くなるように電圧が印加される。
【００１３】
図３の符号２1は、加熱用フィラメントの一例であり、加熱用フィラメント２1は、渦形状の第一、第二のフィラメント部材４１、４２が接続されて構成されている。第一、第二のフィラメント部材４１、４２と、その接続を説明すると、第一、第二のフィラメント部材４１、４２は、電流が流れると発熱する抵抗加熱線から形成され、第一、第二のフィラメント部材４１、４２を形成する二本の抵抗加熱線は、それぞれ両端部を有し、両方とも同じ方向に渦巻き状に巻かれている。第一、第二のフィラメント４１、４２は、それぞれ中心側の端部５１、５２と外側の端部５３、５４を有し、中心側の端部５１、５２同士が接続されている。加熱用フィラメント２1は、渦形状の第一のフィラメント部材４１の抵抗加熱線の間に渦形状の第二のフィラメント部材４２が入り込んで形成されており、第一、第二のフィラメント部材４１、４２の中心から放射方向に向かうとともに第一、第二のフィラメント部材４１、４２と交互に横断するようになっている。
【００１４】
加熱用フィラメント２1の中心から一定半径の円内に抵抗加熱線は無く、その円の半径は後述する支柱５５の半径より大きく、一定半径の円内に支柱５５を挿入したときに抵抗加熱線と支柱５５が接触しないようになっている。
【００１５】
筺体１１の外部に配置された負電圧電源２０の出力端子と、入力端子には、それぞれ別々の導線４３、４４が接続されている。導線４３、４４は、筺体１１とは電気的に絶縁した状態で筺体１１の底面に気密に挿通され筺体１１内部に導入され、加熱用フィラメント２1の両端に接続されている。加熱用フィラメント２1は、筺体１１の底面の上方位置に筺体１１の底面から離間し、水平に配置されている。
【００１６】
入力端子と出力端子には、加熱用電源２１が接続されており、加熱用電源２１を起動すると加熱用フィラメント２1の一端から他端へ電流が流れて加熱用フィラメント２1が発熱するように構成されている。加熱用フィラメント２1は、小面積内に密に抵抗加熱線が置かれており、熱を多量に放出することができる。
【００１７】
カソード部材３１は、支柱５５と、カソード電極１とを有している。支柱５５は、加熱用フィラメント２1の中心に挿入され、筺体１１の底面に例えば碍子７５を介して立てられており、支柱５５と筺体１１とは絶縁されている。支柱５５の側面は、加熱用フィラメント２1と接触せず、離間しており、加熱用フィラメント２1は、支柱５５と電気的に絶縁されている。
【００１８】
カソード電極１は円柱形状であり、円柱の底面には、カソード側結合部８１が設けられ、支柱５５の上端には、支柱側結合部８２が設けられ、カソード側結合部８１と支柱側結合部８２とが嵌合し、カソード電極１が支柱５５に支持されるようになっている。
【００１９】
支柱側結合部８２とカソード側結合部８１のうち、いずれか一方が凹形状から成る凹部６１を有し、他方が凸形状から成る凸部６０を有している。凹部６１の内部に凸部６０を挿入したときに凹部６１と凸部６０の間に隙間は少なくなっており、凸部６０と凹部６１とが密着して嵌合し、カソード電極１が支柱５５から脱落しないようにされている。
【００２０】
ここでは、凸部６０の外周面と、凹部６１の内周面にそれぞれネジ６２、６３が設けられており、カソード電極１の凹部６１の内部に支柱５５の凸部６０の先端を回転しながら挿入するとネジ６２、６３との嵌合が進み、凸部６０の先端が凹部６１の底面方向に進行すると凸部６０と、凹部６１とがネジ止め固定され、支柱５５によるカソード電極１の保持が確実となっている。
【００２１】
図６に示すように、カソード電極１は、支柱５５の上に配置され、支柱５５によって下から支持されて、支柱５５から滑り落ちないようになっている。
ここでは、支柱側結合部８２が凸部６０を有し、カソード側結合部８１が凹部６１を有して、その凸部６０の外周面と凹部６１の内周面に、それぞれネジ６２、６３を設けたが、図７に示すように支柱側結合部８２に凹部６１を設け、カソード側結合部８１に凸部６０を設けて、その凸部６０の外周面と凹部６１の内周面にそれぞれネジ６２、６３を設けてもよい。
【００２２】
筺体１１の外部に配置された負電圧電源２０の出力端子には、導線４５が接続されており、導線４５は、筺体１１の底面から気密に筺体１１の内部に導入され、支柱５５の下端に接続されている。カソード電極１の材質は、タングステン、又はタンタルであり、支柱５５の材質は、タングステン、タンタル、又はモリブデンである。カソード電極１と支柱５５は導電性であり、支柱側結合部８２とカソード側結合部８１が接触して支柱５５とカソード電極１が電気的に接続されて、負電圧電源２０を起動し出力端子から電圧を出力すると支柱５５を介してカソード電極１に電圧が印加されるように構成されている。筺体１１の底面には、絶縁性の材質の部材が配置されており、筺体１１の底面に気密に挿通された導線４３〜４５同士と、導線４３〜４５と支柱５５それぞれを互いに電気的に絶縁している。
【００２３】
カソード電極１のカソード側結合部８１が設けられた面と反対側の底面には、円形の窪みから成る凹面部１６が形成され、凹面部１６から離間した上方位置にアノード電極３が配置されている。
アノード電極３は筒状であり、アノード電極３の一方の開口（カソード側開口１８）は、カソード電極１の凹面部１６に向けられている。
アノード電極３の他方の開口は、真空槽２５の内部に向けられており、その開口を介して真空槽２５の内部とアノード電極３の内部が接続されている。
アノード電極３は、接地されている。
【００２４】
図４の符号２2は、加熱用フィラメントの他の例であり、上述した抵抗加熱線を右巻き、又は左巻きで接触せず離間して渦巻き状に巻き回して加熱用フィラメント２2を構成している。
図５の符号２3は、加熱用フィラメントの他の例であり、上述した抵抗加熱線を両端を互いに離間させながら円形に近い形状に湾曲させて、加熱用フィラメント２3を構成している。
ここでは、支柱５５の数は一本であるが、二本以上の支柱を配置することもできる。
【００２５】
上記電子銃１０を用いた蒸着のプロセスを詳述する。
真空槽２５には、不図示の搬入室と搬出室とが真空バルブを介して接続されている。
真空槽２５と搬入室と搬出室は、真空ポンプにそれぞれ接続されており、真空槽２５内部は真空槽２５に接続された真空ポンプ３９により真空排気され、真空雰囲気に置かれており、真空バルブを開閉し、真空槽２５の真空雰囲気を維持したまま、搬入室を介して基板３０を真空槽２５内に搬入し、基板ホルダ２９に保持させる。
【００２６】
加熱用電源２１を起動して加熱用フィラメント２1を加熱し、電子加速電源２２を起動し、加熱用フィラメント２1とカソード電極１に電圧を印加すると加熱用フィラメント２1からの電子がカソード電極１に衝突しカソード電極１を加熱（ここでは２８５０Ｋ）すると、カソード電極１から電子が放出される。負電圧電源２０を起動し、アノード電極３を接地電位として、カソード電極１に電圧を印加すると、アノード電極３とカソード電極１の電位差（ここでは４０ｋＶ）によって、放出された電子は、アノード電極３側へ加速される。
【００２７】
カソード電極１の上方には、リング状のウェネルト電極４が配置されている。ウェネルト電極４は、カソード電極１に接続され、カソード電極１と等電圧が印加されている。ウェネルト電極４は、カソード電極１の凹面部１６から引き出された電子を収束させている。
【００２８】
凹面部１６の表面はここでは凹レンズ状であり、凹面部１６から引き出された電子は、凹面部１６表面の形状により筒状のアノード電極３内部でビーム径を収束さるように構成されており、ウェネルト電極４に狭められた電子は、アノード電極３内で収束した後、アノード電極３内を進行し、アノード電極３の真空槽２５側の開口から真空槽２５内へ放出される。
【００２９】
真空槽２５内へ放出された電子は、蒸着材料３５上に照射され、蒸着材料３５を加熱して蒸発させる。蒸発した蒸着材料３５の蒸気は、基板３０の表面に到達し、基板３０の表面に蒸着材料３５からなる薄膜が形成される。基板３０の表面に所定膜厚の薄膜が形成されたら、負電圧電源２０と加熱用電源２１の電源及び電子加速電源２２を切り、薄膜が形成された基板３０は、真空槽２５から搬出室を介して大気雰囲気中へ取出される。
【００３０】
カソード電極１の凹面部１６の中心は、カソード電極１の円柱の中心軸線上に位置している。凹面部１６の中心軸線は、ここではカソード電極１の円柱の中心軸線と一致しており、凹面部１６から放出される電子の焦点も円柱の中心軸線上に位置している。
カソード電極１は、カソード電極１の円柱の中心軸線と支柱５５の中心軸線が一致した状態で下から支柱５５に支持されている。従って、本発明の電子銃１０を用いて上記真空処理工程を行い、カソード電極１が加熱され熱膨張しても、凹面部１６の中心は移動せず、電子が放出される凹面部１６の焦点は移動しない。
【００３１】
カソード電極１は、従来の保持方法のようにピンによって水平方向から支持されておらず、カソード電極１の円柱の外周面に働く力がないので、外周面からの不均一に働く力によるカソード電極１の水平方向や角度方向の移動はない。
尚、支柱５５が加熱用フィラメント２1の輻射により熱膨張したとき、支柱５５は、上向きの力によりカソード電極１を鉛直方向には移動させるが、水平方向には移動させないから凹面部１６の焦点は水平方向や角度方向に移動しない。
【００３２】
従って、電子銃１０のカソード電極１が電子を放出すると、放出された電子は、アノード電極３から真空槽２５を通って蒸着材料３５に到達する前に水平方向にずれることはなく、又、角度方向のずれも生じないので電子は蒸着材料３５に正確に照射される。
【符号の説明】
【００３３】
１……カソード電極
２1〜２3……加熱用フィラメント
３……アノード電極
１０……電子銃
２５……真空槽
３０……基板
３１……カソード部材
３２……発熱装置
３５……蒸着材料
３９……真空ポンプ
５０……真空処理装置
５５……支柱
６１……凹部
６０……凸部
６２、６３……ネジ
８１……カソード側結合部
８２……支柱側結合部
【図１】
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【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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