(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力電子銃において、カソードからの熱電子放出効率を上げる技術を提供する。【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、保持部材５とを有している。ピン１５は、タングステンで構成され、カソード電極１は、タンタルで構成されている。タンタルで構成されたカソード電極１は、タングステンで構成されたカソード電極１より低い温度で必要な電子放出量を得ることができるので、電子銃１０を用いて真空処理を複数回行う場合、カソード電極１からの輻射やカソード電極１からピン１５を介した熱伝導によって保持側接触面が従来より昇温せず、ピン１５は固着しない。【選択図】図２
2011040293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の保持部材と、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、前記保持部材と前記カソード電極を電気的に接続する三個以上のピンとを有し、前記カソード電極は、前記ピンを介して、前記保持部材に保持される電子銃であって、
前記カソード電極は、タンタルで構成された電子銃。
【請求項２】
前記ピンは、タングステンで構成され、前記保持部材は、モリブデンで構成された請求項１記載の電子銃。
【請求項３】
真空槽と真空ポンプと、請求項１又は請求項２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。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力電子銃において、カソード電極からの熱電子放出効率を上げることを目的としたカソード材質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ている。カソード電極は、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、カソード電極を加熱すると電子が放出され、カソード電極に電圧を印加するとアノード電極側へ電子が引き出される。
カソード電極から電子をより多く放出させるためには、カソード電極を可能な限り高温に加熱する。従って、カソード電極には、高温に耐えられるタングステンが用いられ、カソード電極を保持するためにピンにはタングステンが用いられ、保持リングには高温に耐えられ比較的安価なモリブデンが用いられている。
【０００３】
モリブデンの融点はタングステンの融点より低く、必要な量の電子を放出させるためにカソード電極は、モリブデンの融点よりは低いがモリブデンの融点に近い温度まで加熱される。加熱されたカソード電極からの熱伝導によってピンが昇温し、ピンと接触する保持部材が、モリブデンの融点より低いがモリブデンの融点近くになり、ピンが固着するという問題点がある。
モリブデンより融点の高いタングステンを保持リングに用いると、ピンは固着しない。しかし、ピンと保持部材はタングステン同士が接触していることになり、タングステン同士の摩擦係数はタングステンとモリブデンとの摩擦係数より大きいので、ピンと接触してる部分が擦れてピンが保持リングから抜けなくなるという不都合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
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、必要な電子放出量を得るための温度にカソード電極が加熱されたときに、カソード電極を保持するピンがピンと接触する保持部材に固着し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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、リング状の保持部材と、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、前記保持部材と前記カソード電極を電気的に接続する三個以上のピンとを有し、前記カソード電極は、前記ピンを介して、前記保持部材に保持される電子銃であって、前記カソード電極は、タンタルで構成された電子銃である。
また、本発明は、前記ピンは、タングステンで構成され、前記保持部材は、モリブデンで構成された電子銃である。
また、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。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、従来よりも電子放出量が多くなるようにカソード電極が加熱されても、その温度は従来のカソード電極の温度より低いので、熱伝導によりピンと接触する部分の保持部材の温度は低く、ピンは固着せず、従来より低い温度でピンと保持部材を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の電子銃を用いた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】（ａ）：カソード電極の平面図（ｂ）：カソード電極のＡ−Ａ’線截断断面図
【図４】（ａ）：保持部材の平面図（ｂ）：保持部材の拡大斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１の符号５０は本発明の電子銃を用いる真空処理装置である。
真空処理装置５０は真空槽２５と電子銃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。
電子銃１０は、真空槽２５の側面に気密に挿通されている。
【００１０】
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、基板３０の表面と蒸着材料３５の表面が向かい合って位置している。真空槽２５とるつぼ３６は接地電位に接続されている。
電子銃１０の銃口は蒸着材料３５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、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。
【００１１】
カソード部材３１は、カソード電極１と、保持部材５とを有している。
カソード電極１は円柱状であり、その外周側面には、三個以上（ここでは４個）の電極側孔６０が形成されている。
保持部材５はリング形状であり、そのリング形状の内周側面にも、電極側孔６０と同数の保持側孔７０が形成されている。
【００１２】
カソード電極１の平面図を図３（ａ）に示し、カソード電極１のＡ−Ａ’線截断断面図を図３（ｂ）に示す。
保持部材５の平面図を図４（ａ）に示し、保持部材５の拡大斜視図を図４（ｂ）に示す。
保持部材５の内周は、カソード電極１の外周よりも大きく形成されており、保持部材５とカソード電極１は、同一平面内で、保持部材５の内周よりも内側にカソード電極１を配置できるように構成されている。
【００１３】
カソード電極１を保持部材５の中央に配置し、位置合わせをすると、電極側孔６０と保持側孔７０は互いに対面する位置にそれぞれ配置することができる。
カソード部材３１は、電極側孔６０の個数、及び、保持側孔７０の個数と同数の直線状のピン１５を有しており、ピン１５の端部の形状・太さは、電極側孔６０や保持側孔７０に嵌り込む大きさになっている。
【００１４】
電極側孔６０と保持側孔７０が互いに対面した状態で、ピン１５の一端が電極側孔６０に嵌り込み、他端が保持側孔７０に嵌り込み、カソード電極１と保持部材５は、ピン１５によって互いに固定されている。  
カソード電極１は、タンタルで構成され、ピン１５は、タングステンで構成され、保持部材はモリブデンで構成されている。
【００１５】
筺体１１の内部には、フィラメント２が配置されている。そのフィラメント２の側方には複数位置に、不図示の支持部が配置されている。
保持部材５は、支持部上に乗せられ、互いに固定された保持部材５とカソード電極１は、支持部によって筺体１１内で静止されている。この状態では、カソード電極１は、カソード電極１と保持部材５とが、直接接触しないようにピン１５を介して保持部材５に保持されている。
フィラメント２は、カソード電極１と、ピン１５と、保持部材５と非接触にされており、電子加速電源２２が短絡電流を流さないようにしている。
【００１６】
カソード電極１が保持部材５に保持された状態では、保持側孔７０の内周面と、ピン１５の一端部の外周面が互いに接触し、電極側孔６０の内周面とピン１５の他端部の外周面とが互いに接触するから、保持側孔７０の内周面を保持側接触面と呼び、電極側孔６０の内周面を電極側接触面と呼ぶと、保持側接触面にはモリブデンが露出され、電極側接触面にはタンタルが露出されている。
従って、ピン１５は一端がモリブデンと接触しており、他端がタンタルに接触してカソード電極１が保持部材５に支持されていることになる。
【００１７】
保持部材５は負電圧電源２０の出力端子に電気的に接続されている。カソード電極１とピン１５と保持部材５は導電性の材質であり、ピン１５の一端と保持側接触面が接触してピン１５と保持部材５が電気的に接続され、ピン１５の他端と電極側接触面が接触し、ピン１５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負電圧を出力すると保持部材５とピン１５とを介してカソード電極１に負電圧が印加されるように構成されている。
【００１８】
カソード電極１の表面に、窪みから成る凹部１６が形成されている。
カソード電極１の裏面には、その裏面から離間した下方位置にフィラメント２が配置されている。
フィラメント２には、加熱電源２１が接続されている。加熱電源２１は、フィラメント２に電流を流し、フィラメント２を所定の温度に発熱させるように構成されており、フィラメント２は、真空中で通電されると、カソード電極を加熱すると共に、電子を放出する。
【００１９】
フィラメント２には、さらに電子加速電源２２が接続されており、電子加速電源２２を動作させると、フィラメント２には、フィラメント２の電圧がカソード電極１の電圧よりも低くなるように、負の電子加速電圧が印加される。ここでは、フィラメント２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。
【００２０】
その状態でフィラメント２から電子が放出されると、電子はカソード電極１へ向かって加速され、カソード電極１に衝突する。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。
【００２１】
カソード電極１の表面には、その表面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、筺体１１に接続されており、接地電位となっている。
【００２２】
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。
【００２３】
発熱装置３２を起動してカソード電極１を所定の温度（ここでは２８５０Ｋ程度）まで加熱すると、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とカソード電極１のそれぞれ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、アノード電極側へ加速される。
【００２４】
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には、負電圧電源２０が接続され、カソード電極１と等電圧が印加されている。
カソード電極１の表面の形状は、円柱状であり、円柱の中央に外周が円形の窪みから成る凹部１６が形成されている。凹部１６の表面は凹レンズ状である。カソード電極１の少なくとも凹部１６にはタンタルが露出している。
【００２５】
ウェネルト電極４は、電子との反発によりカソード電極１の凹部１６から引き出された電子を収束させている。
凹部１６から引き出された電子は、凹部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せ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。
【００２６】
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と加熱電源２１の電源を切り、薄膜が形成された基板３０を真空槽２５から搬出室を介して大気雰囲気中へ取出される。
【００２７】
タンタルは２５００Ｋにおいて仕事関数が４．１２、電子放出密度が、１．９×１０4（Ａ/ｍ2）であり、タングステンは２５００Ｋにおいて仕事関数が４．５４、電子放出密度が、２．６×１０3（Ａ/ｍ2）である。
従来のタングステンで構成されたカソード電極１は、２８５０Ｋ程度まで加熱されると、必要な電子放出量が得られるが、タンタルで構成されたカソード電極１は、２７００Ｋ程度に加熱されると、同じ必要な電子放出量が得られる。
【００２８】
タンタルで構成されたカソード電極１は、従来より低い温度で必要な電子放出量が得られるので、カソード電極１からピン１５を介した熱伝導によってピン１５と接触する保持部材５は従来より昇温せず、ピン１５は固着しない。従って、カソード電極１、ピン１５と保持部材５を従来より長期間使用することができる。
【００２９】
また、電子銃１０を用いて真空処理を複数回行う場合、ピン１５と保持部材５が低い温度なのでピン１５と保持部材５の膨張量が従来より小さくなり、ピン１５と保持部材５が擦れてピン１５が保持部材５から抜けなくなる現象を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１……カソード電極
２……フィラメント
３……アノード電極
５……保持部材
１０……電子銃
１５……ピン
２５……真空槽
３１……カソード部材
３２……発熱装置
３５……蒸発材料
３９……真空ポンプ
５０……真空処理装置
【図１】
2011040293.tif 000003
【図２】
2011040293.tif 000004
【図３】
2011040293.tif 000005
【図４】
2011040293.tif 000006