(57)【要約】【課題】電子ビームにより発生するイオン流によるフィラメントの損耗・断線と高電圧電源からの出力電圧の不安定化を防ぎ、かつ、イオン流に対処するための消耗品を必要としない電子ビーム加工用電子銃を実現する。【解決手段】フィラメント１１より放出された電子を加速して電子ビームＥＢを生成する電界を形成するためのビーム形成電極１２に、その開口部よりも電子ビームＥＢが射出する側に突出するように、電子ビームＥＢを偏向するデフレクション部１３を設ける。ビーム形成電極１２とともに電子ビームＥＢを生成する電界を形成する接地されたアノード１５を、電子ビームＥＢを挟んでデフレクション部１３と対向するように配置する。電子ビームＥＢにより電離したイオンの主なる流れの進路方向において、接地された接地金属板１６を配置する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れて加熱することにより熱電子を放出するフィラメント（１１）と、
開口部（１４，１４Ｂ）よりも突出するように設けられた電子ビーム（ＥＢ）を偏向するためのデフレクション部（１３）を有する、前記フィラメントより放出された前記熱電子を加速して前記電子ビームを生成する電界を形成するための、マイナスの高電圧が印加されるビーム形成電極（１２，１２Ｂ，１２Ｃ）と、
前記ビーム形成電極とともに前記電子ビームを生成する電界を形成するための、グランド電位およびプラス電位のうちの一方に保たれるアノード（１５，１７）と、
前記電子ビームにより電離したイオンの主なる流れの進路方向において配置された、接地された導体からなる部材（１６）と
を具備した電子ビーム加工用電子銃。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着や溶解などの電子ビーム加工において用いられる電子ビーム加工用電子銃に関する。具体的には、真空槽内において電子ビームを射出することにより発生するイオン流によるフィラメントの損耗・断線および高電圧電源の出力電圧の不安定化を防止することができるとともに、イオン流に対処するための消耗品を必要としない電子ビーム加工用電子銃を提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より用いられている電子ビーム加工用電子銃の構成を、図６に示し説明する（従来例１）。ここで、図６は、この従来例１の構成を概略的に示す断面図であり、以下では、蒸着装置に用いる場合を例として説明する。
【０００３】
図６において、６１は、電流が流れることにより加熱されて熱電子を放出するフィラメントである。このフィラメント６１は、ここから放出された熱電子を射出するための円形の開口部６３を有する、筒状のビーム形成電極６２の内部に配置されている。また、ビーム形成電極６２の開口部６３よりは若干大きい孔部６５が設けられた平板状のアノード６４が、ビーム形成電極６２に対向するようにして配置されている。
【０００４】
ここにおけるビーム形成電極６２にはマイナスの高電圧が印加され、アノード６４は接地されてグランド電位に保たれるか、あるいはプラスの電圧が印加される。これにより、フィラメント６１から放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界が形成される。
【０００５】
以上の構成要素からなる電子銃は、図示されてはいない密閉された真空槽内に配設され、真空槽内は、蒸着装置を作動する場合は、一旦真空にした後、アルゴン・ガスなどの不活性ガスあるいは酸素などの反応性ガスが導入されることもある。
【０００６】
そこで、このように構成された電子銃を作動させると、電子銃より射出された電子ビームＥＢは、破線で示すように、磁界により、例えば２７０度回転するように偏向されて、所定位置に配置されたハース内に収容された蒸着材料に照射される。その結果、蒸着材料は、電子ビームＥＢのエネルギーにより加熱・昇華され、発生した蒸着粒子は、ハースの上方に配置された被蒸着物に向けて上昇し、これに付着することにより薄膜が形成されることになる。
【０００７】
しかし、電子銃より電子ビームＥＢが射出されると、電子ビームＥＢによって電離した雰囲気ガスのプラス・イオンが、ビーム形成電極６２のマイナス電位に引き寄せられる。すなわち、電子ビームＥＢの流れに逆流するようにして、イオン流Ｉがフィラメント６１に向けて流れる。
【０００８】
このイオン流Ｉは、ビーム形成電極６２およびアノード６４の形状がそれぞれ対称形の場合は、集束してアノード６４の孔部６５およびビーム形成電極６２の開口部６３を通ってフィラメント６１に衝突する。イオン流Ｉがフィラメント６１に衝突すると、イオン・スパッタリングによりフィラメント６１に損耗が生じ、さらには断線を起こしてしまう。
【０００９】
フィラメント６１が損耗し断線すれば、電子ビームＥＢの射出が停止してしまい、蒸着作業が中断することになる。また、ビーム形成電極６２その他の部材に印加するマイナスの高電圧を出力する高電圧電源からの高電圧を受けている部材に、イオン流Ｉが衝突すると、イオンによる放電が発生するため、高電圧電源からの出力電圧が不安定となってしまう。
【００１０】
そこで、他の従来例では、つぎのような構成を用いており、その概略を図７に示し説明する（従来例２：Ｕｎｉｔｅｄ　Ｓｔａｔｅｓ　Ｐａｔｅｎｔ　Ｎｕｍｂｅｒ　６，０６４，６８６　参照）。
【００１１】
図７（断面図）において、フィラメント７１を包むようにして配置されたビーム形成電極７２は、筒状に形成されている。そして、フィラメント７１からの熱電子を放出するための開口部７４を挟む部分の一方を、断面く字状に形成された屈曲部７３により構成している。同様に、アノード７５も、孔部７８を挟む部分の一方を、断面Ｓ字状に形成された屈曲部７６により構成している。
【００１２】
また、アノード７５の屈曲部７６には、孔７７が穿設されており、この孔７７を介してモリブデンなどの高融点金属を用いた、イオン流Ｉが衝突するイオン・ターゲット１００が、アノード７５の屈曲部７６に接しないようにしてビーム形成電極７２の屈曲部７３に装着される。
【００１３】
そこで、以上のように構成された電子銃を作動させた場合は、ビーム形成電極７２とアノード７５とにより形成される電界は対称的であるが、イオンは電子よりも質量が大きくその流れは曲げにくいため、イオン流Ｉはフィラメント７１に衝突することはなく、イオン・ターゲット１００に衝突することになる。
【００１４】
このように、この従来例２では、ビーム形成電極７２とアノード７５とにより形成される電界は対称的であるが、イオン流Ｉがフィラメント７１に衝突しないようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した従来例１によると、既に述べたように、イオン流Ｉがフィラメント６１に衝突するため、フィラメント６１に損耗・断線が生じてしまう。その結果、電子ビームＥＢの射出が停止してしまい、蒸着作業が中断するという解決すべき課題があった。
【００１６】
また、ビーム形成電極６２に印加するマイナスの高電圧を出力する高電圧電源からの高電圧を受けている部材に、イオン流Ｉが衝突して放電が発生するため、マイナスの高電圧が不安定となってしまうという未解決の課題もあった。
【００１７】
これに対して、図７に示した従来例２によると、イオン流Ｉはフィラメント７１に衝突することはないことから、フィラメント７１の損耗・断線を防止することができ、したがって、電子ビームＥＢの射出の停止による蒸着作業の中断といった問題は生じない。
【００１８】
しかし、ビーム形成電極７２およびアノード７５のそれぞれに屈曲部７３，７６を設けるという複雑な構成を用いているため、コスト増を招くという問題点がある。また、イオン・スパッタリングによるフィラメント７１の損耗・断線は回避することはできても、マイナスの高電圧が印加されたビーム形成電極７２の屈曲部７３に装着されたイオン・ターゲット１００には、加速されたイオンが衝突するので、そのエネルギーによりイオン・ターゲット１００は損耗する。イオン・ターゲット１００が損耗して使用に耐えられなくなれば、新たなイオン・ターゲット１００を装着し直さなければならない。すなわち、装置のランニング・コスト要因となるとともに、その都度イオン・ターゲット１００を装着し直さなければならないという煩わしさを伴う。
【００１９】
このように、図７に示した従来例２によると、フィラメント７１の損耗・断線は回避することはできても、製造コストおよび装置のランニング・コストの双方においてコスト増を招いてしまうという解決すべき課題があった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、フィラメントより放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界を形成するための構成を非対称形、すなわち電子ビームを偏向するデフレクション部を、開口部よりも電子ビームが射出する側に突出するようにビーム形成電極に設ける。ビーム形成電極とともに電子ビームを生成する電界を形成する、グランド電位またはプラス電位に保たれるアノードを配置する。そして、電子ビームにより電離したイオンの主なる流れの進路方向において、接地された導体からなる部材を配置する。以上のような手段を用いるようにした。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの実施の形態を図１に示し説明する。ここで、図１は、本発明による電子ビーム加工用電子銃の構成を概略的に示す断面図である。
【００２２】
図１において、１０は、電子ビームＥＢを射出する電子ビーム射出部である。この電子ビーム射出部１０には、フィラメント１１より放出された熱電子を加速して電子ビームＥＢを生成する電界を形成するための角筒状のビーム形成電極１２と、断面Ｌ字状に形成された板状のアノード１５が配置されている。
【００２３】
前者のビーム形成電極１２にはマイナスの高電圧が印加され、その形状は、図２（斜視図）に示すように、二点鎖線で示す、横断面方向に沿う面Ａに関して非対称に形成されている。すなわち、ビーム形成電極１２の下部は、開口部１４よりも前方（電子ビームＥＢが射出する側）に突出しており、この突出した部分が、射出された電子ビームＥＢを偏向するためのデフレクション部１３を構成している。
【００２４】
他方、アノード１５は、図１に示すように、接地されてグランド電位に保たれるとともに、その前縁部がビーム形成電極１２のデフレクション部１３と対向するように、ビーム形成電極１２の上方に所定の間隔をおいて配置されている。
【００２５】
このように、本発明による電子銃では、ビーム形成電極１２の形状が非対称に形成されている。したがって、ビーム形成電極１２とアノード１５とにより形成される、フィラメント１１より放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界は、非対称のものとなる。その結果、イオン流Ｉは、図示するように、フィラメント１１に衝突することはなく、方向を変えて流れることになる。
【００２６】
この方向を変えて流れるイオン流Ｉは、図７の従来例２では、イオン・ターゲット１００に衝突させる構成を用いるものであった。しかし、本発明による電子銃では、イオン・ターゲット１００は用いずに、接地された接地金属板１６を配設し、これによりイオン流Ｉを受ける構成を用いている。その結果、イオンは減速され、大きなエネルギーを持つことなく、その主なる流れが接地金属板１６に到達して当接し、これを介してグランドに流れることになる。したがって、イオン・スパッタリングにより接地金属板１６が損耗することはない。
【００２７】
ここで、図１では、電子ビーム射出部１０を支持するための構成の図示は省略されており、その構成の詳細は、図３（ａ）に示されている。
【００２８】
図３（ａ）（斜視図）において、電子ビーム射出部１０は、２つの円柱状の支柱２１ａ，２１ｂにより支えられ、各支柱２１ａ，２１ｂは、板状の各高電圧給電部材２２ａ，２２ｂにより支持されている。そして、各高電圧給電部材２２ａ，２２ｂは、基台２４に立設された、セラミクスなどを用いた各がいし２３ａ〜２３により支持されている。
【００２９】
すなわち、電子ビーム射出部１０は、各高電圧給電部材２２ａ，２２ｂ間に橋架されるようにして支持され、電子ビーム射出部１０と基台２４との間に空隙部が生ずるように、電子ビーム射出部１０は配設されている。イオン流Ｉは、この空隙部内を流れて接地金属板１６に到達することになる。
【００３０】
このように、電子ビーム射出部１０の支持は、イオン流Ｉの進路を妨げないような構成とすればよいので、例えば、図３（ｂ）（斜視図）に示すように、側方から各高電圧給電部材３１ａ，３１ｂにより電子ビーム射出部１０を支持するようにしてもよい。
【００３１】
なお、図１では、アノード１５を接地してグランド電位に保つ構成を示したが、アノード１５にプラスの電圧を印加するようにしてもよい。また、イオン流Ｉを受ける部材として、断面Ｌ字状の金属板を示した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、導体からなる部材であれば、その形状は任意のものであってよい。
【００３２】
また、ビーム形成電極１２は、非対称形すなわちデフレクション部１３が開口部１４（図２）より電子ビームＥＢが射出する側に突出した形状であれば、図２に示した形状に限られるものではない。用いるフィラメント１１の形状などに応じて、例えば、図４（ａ）（斜視図）に示すように、Ａ−Ａ線に沿う断面形状を、図２のビーム形成電極１２のようにＬ字状に形成することなく平板状にして、ビーム形成電極１２Ｂの開口部１４Ｂが、より大きなものとなるようにしてもよい。
【００３３】
あるいは、図４（ｂ）（斜視図）に示すように、ビーム形成電極１２Ｃを筒状ではなく断面Ｌ字状の扁平な板材として形成してもよい。その場合、アノード１５Ｂは、図１のアノード１５のように断面Ｌ字状に形成することなく、破線で示すように平板状のものを用い、これをデフレクション部１３に対して垂直となるように配置してもよい。
【００３４】
さらに、アノード１５も、図１に示した形状に限定されるものではない。図４（ｂ）に示した形状以外に、例えば、図５（断面図）に示すように、図６の従来例１におけるアノード６４と同様の平板状のアノード１７を用い、その中央部に設けられた孔部１８の中に、破線で示すビーム形成電極１２のデフレクション部１３が位置するようにしてもよい。その場合は、電子ビームＥＢを挟んでデフレクション部１３と対向する側のアノード１７の部分が、電子ビームＥＢを生成する電界を形成する作用を有し、実質的には、図１に示したアノード１５と同じ作用効果を奏することになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、フィラメントより放出された熱電子を加速して電子ビームを生成する電界を形成するための構成を、非対称のものとしたので、電子ビームにより電離したイオンは、フィラメントに衝突することはない。したがって、イオン・スパッタリングによるフィラメントの損耗・断線を防止することができる。
【００３６】
その結果、用いるフィラメントの長寿命化が可能となり、蒸着装置であれば、電子ビームの射出停止による蒸着作業の中断を回避することができる。すなわち、蒸着工程の作業性を高め、蒸着コストの低減化に寄与することになる。
【００３７】
また、マイナスの高電圧を出力する高電圧電源からの高電圧を受けている部材にイオン流が衝突することがないことから、イオンによる放電が発生することもなく、高電圧電源からの安定した高電圧の供給を実現することが可能となる。
【００３８】
さらに、従来例２におけるイオン・ターゲットのようなイオン・スパッタリングに対処するための消耗品を用いる必要性がない。装置のランニング・コストの低廉化が可能である。
【００３９】
しかも、如上の効果は、簡易な構成すなわち低コストで得ることができる。したがって、電子ビーム加工用電子銃において本発明がもたらす効果は、実用上極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示したビーム形成電極の形状を示す斜視図である。
【図３】図１に示した電子ビーム射出部を支持する構成を示す斜視図である。
【図４】図１に示した電子ビーム射出部を構成するビーム形成電極の他の形状例を示す斜視図である。
【図５】図１に示した電子ビーム射出部を構成するアノードの他の形状例を示す断面図である。
【図６】従来例１の構成を示す断面図である。
【図７】従来例２の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　電子ビーム射出部
１１　フィラメント
１２，１２Ｂ，１２Ｃ　ビーム形成電極
１３　デフレクション部
１４，１４Ｂ　開口部
１５，１５Ｂ　アノード
１６　接地金属板
１７　アノード
１８　孔部
２１ａ，２１ｂ　支柱
２２ａ，２２ｂ　高電圧給電部材
２３ａ〜２３ｄ　がいし
２４　基台
３１ａ，３１ｂ　高電圧給電部材
６１　フィラメント
６２　ビーム形成電極
６３　開口部
６４　アノード
６５　孔部
７１　フィラメント
７２　ビーム形成電極
７３　屈曲部
７４　開口部
７５　アノード
７６　屈曲部
７７　孔
７８　孔部
１００　イオン・ターゲット
ＥＢ　電子ビーム
Ｉ　イオン流
【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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