(57)【要約】【課題】本発明は、電子ビームを被照射材料に照射する電子源装置および電子源装置調整方法に関し、電子ビームスポットによる被照射材料の均一加熱を実現すると共に被照射材料を均一に溶かして被照射材料の利用効率を向上させることを目的とする。【解決手段】電子源から放出されて加速された電子ビームを磁界によって１８０度以上回転させて被照射材料にほぼ垂直方向から照射させる磁石と、電子ビームのスポットが被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を、所定領域内で走査電流を供給して平面走査する偏向コイルと、偏向コイル自身に重畳して、あるいは偏向コイルの磁心に別に巻いたコイルに、磁石により発生されて当該偏向コイルの磁心に鎖交する磁束を丁度キャンセルする磁束を発生させる電流を供給するコイル電流制御回路とを備え電子源装置および電子源調整方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源から放出されて加速された電子ビームを磁界によって１８０度以上回転させて被照射材料にほぼ垂直方向から照射させる磁石と、
前記電子ビームのスポットが被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を、所定領域内で走査電流を供給して平面走査する偏向コイルと、
前記偏向コイル自身に重畳して、あるいは前記偏向コイルの磁心に別に巻いたコイルに、前記磁石により発生されて当該偏向コイルの磁心に鎖交する磁束を丁度キャンセルする磁束を発生させる電流を供給するコイル電流制御回路と
を備えたことを特徴とする電子源装置。
【請求項２】
前記供給する電流を、予め測定した加速電圧に対応する所定電流として設定したことを特徴とする請求項１記載の電子源装置。
【請求項３】
電子源から放出されて加速された電子ビームを磁界によって１８０度以上回転させて被照射材料にほぼ垂直方向から照射させる磁石と、
前記電子ビームのスポットが被照射材料のほぼ垂直方向から照射する位置を、所定領域内で走査電流を供給して平面走査する偏向コイルと、
前記偏向コイル自身に重畳して、あるいは前記偏向コイルの磁心に別に巻いたコイルに、前記磁石により発生されて当該偏向コイルの磁心に鎖交する磁束を丁度キャンセルする磁束を発生させる電流を供給するコイル電流制御回路とを備え、
前記コイル電流制御回路によって、前記磁石により発生されて前記偏向コイルの磁心に鎖交する磁束を丁度チャンセルする磁束を発生させる電流を供給するように調整することを特徴とする電子源装置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを被照射材料に照射する電子源装置および電子源装置調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱されたフィラメントから放出された電子を加速して引き出し、磁界によって約１８０度〜回転させると共にレンズ作用によって電子ビームスポットにしてルツボ内の被溶解材料を照射しつつ当該電子ビームスポットで所定領域内を平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）し、当該電子ビームのエネルギーで被溶解材料の所定領域内をほぼ均一に加熱し溶解して蒸発させ、対向面に配置した基板に蒸着などする電子源装置がある。
【０００３】
従来、電子源装置は、フィラメントから放出されて加速された電子ビームをルツボ内に導くために約１８０度〜回転させる必要があり当該回転させるために磁界を用いると共に電子ビームスポットをルツボ内の被溶解材料面のほぼ中央の所定領域内を平面走査するためにＸスキャンコイルおよびＹスキャンコイルを当該電子ビームスポットの経路の途中に配置して偏向して当該所定領域内を平面走査して被照射材料を均一に加熱するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したＸスキャンコイルおよびＹスキャンコイルは電子ビームを１８０度〜回転させるための磁界により磁化されてしまい、走査用のスキャン波形電流を供給すると図６に示すように、当該スキャンコイルの磁気回路に飽和現象が発生してしまい、当該飽和した領域では電子ビームスポットがルツボ内の被照射材料の所定領域内で走査が停止して同じ場所を照射するために当該部分の被照射材料が他の部分に比して速く蒸発してしまい、対向して配置した基板上への蒸着ムラが発生したり、更に、被照射材料に穴が開いてしまい、穴が開くと被照射材料は使えなくなるので高価な被照射材料の利用効率が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するため、電子ビームを磁界により１８０度以上回転させてルツボ内の被照射材料面をほぼ垂直方向から照射しつつスキャンコイルで所定領域内を平面走査する際に、永久磁石によるスキャンコイルの鉄心に鎖交する磁束を丁度キャンセルする電流を当該スキャンコイルに流して電子ビームスポットをルツボ内の被照射材料の所定領域を均一に平面走査し、電子ビームスポットによる被照射材料の均一加熱を実現すると共に被照射材料を均一に溶かして被照射材料の利用効率を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して課題を解決するための手段を説明する。
図１において、永久磁石１は、フィラメント１１から放出されて加速された電子ビーム１２を１８０度〜回転させてルツボ６内の被照射材料面上を垂直でほぼ中央を照射させるための磁界を発生するものである。
【０００７】
スキャンコイル４は、ルツボ６内の被照射材料面上を垂直でほぼ中央を照射する電子ビームスポットを所定領域内について平面走査（Ｘ，Ｙ走査）するものである。
【０００８】
鉄心５は、スキャンコイル４によって発生された磁束を導く磁路であって、ここでは、永久磁石１によって発生された磁束が通る鉄心である。
ルツボ６は、被照射材料を入れて電子ビームスポットを照射して所定範囲を平面走査して均一に加熱して蒸発させるためのルツボである。
【０００９】
フィラメント１１は、通電して加熱し、電子ビーム１２を放射するフィラメントである。
次に、構成および動作を説明する。
【００１０】
通電加熱されたフィラメント１１から放出されて加速された電子ビーム１２が永久磁石１による磁界により１８０度〜回転してルツボ６内の被照射材料をほぼ垂直で中央を照射した状態で、スキャンコイル４に走査電流を供給してルツボ６内の被照射材料をほぼ垂直で所定領域内を平面走査して均一に加熱し、蒸発させて対向面に配置した基板上に蒸着する。この際、永久磁石１が発生した磁束がスキャンコイル４内の鉄心５を通る方向と反対方向の磁束が発生するようにスキャンコイル４（あるいは鉄心棒５に別に巻いた図示外のコイル）に所定電流を流した状態で、当該スキャンコイル４に走査電流を供給して飽和を無くし、ルツボ６内の被照射材料をほぼ垂直に所定領域内を平面走査する電子ビームスポットが停止して加熱ムラが発生しないようにしている。
【００１１】
また、スキャンコイル４（あるいは鉄心５に別に巻いたコイル）に供給する電流を、予め測定した加速電圧に対応する所定電流とし、ルツボ６内の被照射試料面にほぼ垂直で所定領域内を平面走査して均一に加熱するようにしている。
【００１２】
従って、電子ビーム１２を磁界により１８０度以上回転させてルツボ６内の被照射材料面をほぼ垂直方向から照射しつつスキャンコイル４で所定領域内を平面走査する際に、永久磁石１によるスキャンコイル４の鉄心５に鎖交する磁束を丁度キャンセルする電流を当該スキャンコイル４（あるいは鉄心５に別に巻いたコイル）に流して電子ビームスポットをルツボ内の被照射材料の所定領域を均一に平面走査することにより、電子ビームスポットによる被照射材料の均一加熱を実現すると共に被照射材料を均一に溶かして当該被照射材料の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図１から図５を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の説明図を示す。
図１の（ａ）は上面図を示し、図１の（ｂ）は正面図を示す。
図１において、永久磁石１は、フィラメント１１から放出されて加速された電子ビームを１８０度〜回転させてルツボ６内の被照射材料面上を垂直でほぼ中央を照射させるための磁界を発生するものである。
【００１５】
シャント棒２は、永久磁石１によって発生された磁界を導く磁路であって、軟鉄で作成した棒状のものである。
ＤＥＦコイル３は、永久磁石１の磁界の強さのバラツキを補正するものであって、永久磁石１と同軸かつ接近して巻いたコイルである。
【００１６】
スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）４は、走査磁界を発生させて、ルツボ６内の被照射材料面にほぼ垂直で中央を照射する電子ビームスポットを所定領域内で平面走査し、当該領域内の被照射材料を均一に加熱するためのものである。
【００１７】
鉄心５は、スキャンコイル４に電流を流して発生させた磁界を導く磁路であって、ここでは、永久磁石１によって発生された磁界が通る磁路となるものである。永久磁石１によって鉄心５を通過する磁束を、丁度キャンセルする磁束を発生させる電流を、当該鉄心に巻いたスキャンコイル４自身あるいは別に当該鉄心５に巻いたコイルに供給する。
【００１８】
ルツボ６は、被照射材料を入れ、電子ビームスポットでほぼ垂直に所定領域内を平面走査し、均一に当該所定領域を加熱して蒸発させ、対向面に配置した基板上に蒸着などするためのものである。
【００１９】
フィラメント１１は、電子ビーム１２を放出するものであって、例えばタングステン線をヘアピン型に成型したものであり、電流を流して加熱して電子ビームを放出するものである。
【００２０】
電子ビーム１２は、加熱されたフィラメント１１から放出された電子を、対向して設けたグリッド電極、および更に、対向して設けたアノード電極にバイアス電圧、加速電圧（例えば１０ＫＶ）をそれぞれ印加して所定電流、所定電圧の当該電子ビーム１２を放出するためのものである。
【００２１】
尚、Ａは、電子銃上面がルツボ６に対して高い場合（他の装置）の位置（電子銃上面の位置）の例を示す。このＡの場合には、ルツボ６からの輻射熱が直接に電子銃上面に入射して加熱したり、更に、ルツボ６内の被照射材料が溶解して蒸発して電子銃上面に付着して汚れて電子ビーム１２（１０ＫＶの電位を持つ）が放電して不安定になったりする欠点がある。
【００２２】
Ｂは、本発明の電子銃上面がルツボ６に対して同じ高さあるいは低い場合の位置（電子銃上面の位置）の例を示す。このＢの場合には、ルツボ６からの輻射熱が直接に電子銃上面に入射しないので加熱されず、更に、ルツボ６内の被照射材料が溶解して蒸発して電子銃上面に付着しなくてきれいであって電子ビーム１２（１０ＫＶの電位を持つ）が放電しなくて安定にできるという特徴がある。Ｂのように、ルツボ６の面と同一あるいは低くするには、フィラメント１１から放出されて加速された電子ビームを、永久磁石１によって発生された磁界の中心Ｏを、ポールピース１３によって図１の（ｂ）で上方向に移動させることで実現できる。
【００２３】
図２は、本発明の説明図を示す。これは、図１の永久磁石１によって発生された磁界中にスキャンコイル（Ｘ）４の鉄心５が配置されているために当該鉄心５に永久磁石１による磁化Ｘｍが発生する。当該発生した磁化Ｘｍをキャンセルするようにスキャンコイル（Ｘ）４（あるいは図示外の別に鉄心５に巻いたコイル）に電流を流して結果として永久磁石１による磁化をゼロに補正する。これにより、鉄心５に正負が対称の走査電流を供給したときに、ルツボ６内の被照射材料のほぼ中央を中心に、電子ビームスポットを所定矩形領域内を均一に走査し、均一に加熱することが可能となる。
【００２４】
図３は、本発明のキャンセル電流設定手順例を示す。
図３において、Ｓ１は、シャント棒断面積に対する電流Ｘｃを求める。これは、図１の永久磁石１が発生した磁界により影響を受ける（磁界の鎖交する）、ここでは、シャント棒２の断面積を変えた複数の当該シャント棒２を作成して図示の位置に順番に配置し、当該鉄心５に鎖交している永久磁石１からの磁界（磁束）を丁度キャンセルする（鉄心５に磁束計を取り付けて磁束が丁度ゼロとなってキャンセルする）ために必要な当該スキャンコイル（Ｘ）４に流す電流を実験的にそれぞれ測定し、これら測定した値をもとに図４の（ａ）のシャント棒断面積Ｓに対する電流Ｘｃの曲線（ここでは、ほぼ直線）を求める。
【００２５】
Ｓ２は、シャント棒断面積に対する加速電圧ＡＣＣを求める。これは、図１の永久磁石１が発生した磁界により影響を受ける（磁界の鎖交する）、ここでは、シャント棒２の断面積を変えた複数の当該シャント棒２を作成して図示の位置に順番に配置し、当該鉄心５に鎖交している永久磁石１からの磁界（磁束）を丁度キャンセルする（鉄心５に磁束計を取り付けて磁束が丁度ゼロとなってキャンセルする）ために必要な電流を当該スキャンコイル（Ｘ）４に流すように常に調整する状態で、当該シャント棒２の断面積を変えたときの電子ビームの加速電圧ＡＣＣとの関係をそれぞれ測定し、これら測定した値をもとに図４の（ｂ）のシャント棒断面積Ｓに対する加速電圧ＡＣＣの曲線を求める。
【００２６】
Ｓ３は、ＡＣＣ  Ｋ１（ＫＶ）に対するシャント棒断面積Ｓ１を求め、更にＳ１よりＸ１を求める。これは、図１のスキャンコイル（Ｘ）４に流す電流Ｘ１を、Ｓ１、Ｓ２の実験結果から求めて設定するために、
・電子ビーム１１の加速電圧Ｋ１に対するシャント棒断面積Ｓ１を、図４の（ｂ）の曲線から矢印のように求める。
【００２７】
・求めたシャント棒断面積Ｓ１に対するスキャンコイル（Ｘ）４に流す電流Ｘ１を、図４の（ａ）の線分から矢印のように求める。
Ｓ４は、スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）を組み込む。これは、図１のスキャンコイル（Ｘ、Ｙ）４のアセンブリを図示のように組み込む。
【００２８】
Ｓ５は、影響を受けるスキャンコイルにＸ１電流を流すように設定する。これは、Ｓ４で図１に示すように、スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）４を組み込んだ後、図示外のスキャンコイル電流制御回路の、永久磁石１の磁界により影響を受ける、ここでは、スキャンコイル（Ｘ）４の調整ボリュームを調整してＳ３で求めた現在の電子ビーム１１の加速電圧に対応する電流Ｘ１を供給し、当該スキャンコイル（Ｘ）４に永久磁石１からの影響で発生する磁束をキャンセルする。
【００２９】
以上によって、図１の構成で、電子ビーム１１を加速する電圧が決まると、当該加速電圧に対応するスキャンコイル（Ｘ）４に流す電流を図４の（ｂ）、（ａ）のカーブを用いて算出して当該算出した電流を、永久磁石１が発生した磁界により影響を受けるここではスキャンコイル（Ｘ）４に流すように調整した後、スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）４に走査電流を供給してルツボ６内の被照射材料のほぼ中央を中心に所定領域の範囲を均一に走査して加熱することが可能となる。これにより、電子ビームスポットがルツボ６内の被照射材料面上の所定走査範囲のいずれかの場所で鉄心５の磁気飽和による走査が停止して部分的に加熱が過大となって当該被照射材料を部分的に速く蒸発させて穴が空いて被照射材料の利用効率が低下してしまう事態を無くすと共に均一な加熱を行なってムラの少ない蒸着膜を作成することが可能となる。
【００３０】
図４は、本発明の説明図（キャンセル電流）を示す。
図４の（ａ）は、シャント棒断面積Ｓに対するスキャンコイルに流す電流Ｘｃの関係を示す曲線である。これは、図３のＳ１で既述したように、図１の永久磁石１が発生した磁界により影響を受ける（磁界の鎖交する）、ここでは、シャント棒２の断面積を変えた複数の当該シャント棒２を作成して図示の位置に順番に配置し、当該鉄心５に鎖交している永久磁石１からの磁界（磁束）を丁度キャンセルする（鉄心５に磁束計を取り付けて磁束が丁度ゼロとなってキャンセルする）ために必要な当該スキャンコイル（Ｘ）４に流す電流を実験的にそれぞれ測定し、これら測定した値をプロットして作成した曲線（ここでは、ほぼ直線）である。
【００３１】
図４の（ｂ）は、シャント棒断面積Ｓに対するスキャンコイルに流す電流Ｘｃの関係を示す曲線である。これは、図３のＳ２で既述したように、図１の永久磁石１が発生した磁界により影響を受ける（磁界の鎖交する）、ここでは、シャント棒２の断面積を変えた複数の当該シャント棒２を作成して図示の位置に順番に配置し、当該鉄心５に鎖交している永久磁石１からの磁界（磁束）を丁度キャンセルする（鉄心５に磁束計を取り付けて磁束が丁度ゼロとなってキャンセルする）ために必要な電流を当該スキャンコイル（Ｘ）４に流すように常に調整する状態で、当該シャント棒２の断面積を変えたときの電子ビームの加速電圧ＡＣＣとの関係をそれぞれ測定し、これら測定した値をプロットして作成した曲線である。
【００３２】
図５は、本発明の波形図を示す。これは、図３のＳ５で図１の永久磁石１が発生した磁界の影響を受ける鉄心５に当該影響を受ける磁界をキャンセルする電流をスキャンコイル（Ｘ）４（あるいは鉄心５に別に巻いたコイル）に流した状態で、走査電流（正負が対称の走査電流）をスキャンコイル（Ｘ）４に流してルツボ６内の被照射材料のほぼ中央を中心に所定領域内を均一に走査して加熱するときの、当該鉄心５が発生する磁界（磁束）の様子を測定して模式的に表現したものである。ここでは、永久磁石１が発生した磁界による影響をキャンセルするように、当該永久磁石１より影響を受ける鉄心５のスキャンコイル（Ｘ）４（あるいは別途巻いたコイル）にキャンセル電流（図３のＳ５）を設定して流しているので、常にスキャンコイル（Ｘ）４，更に、永久磁石１が発生した磁界の影響を受けないスキャンコイル（Ｙ）４に走査電流（正負対称の走査電流）を流すことでルツボ６内の被照射材料のほぼ中央を中心に所定矩形領域内を均一に電子ビームスポットを走査して加熱でき、被照射材料の一部を過度に照射して速く溶解して穴を開けることがなく、被照射材料の利用効率を向上させることが可能となると共に均一に加熱してバラツキの少ない蒸着膜を形成することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビーム１２を磁界により１８０度以上回転させてルツボ６内の被照射材料面をほぼ垂直方向から照射しつつスキャンコイル４で所定領域内を平面走査する際に、永久磁石１によるスキャンコイル４の鉄心５に鎖交する磁束を丁度キャンセルする電流を当該スキャンコイル４（あるいは鉄心５に別に巻いたコイル）に流して電子ビームスポットをルツボ６内の被照射材料の所定領域を均一に平面走査する構成を採用しているため、電子ビームスポットによる被照射材料の均一加熱を実現すると共に被照射材料を均一に溶かして当該被照射材料の利用効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図である。
【図２】本発明の説明図である。
【図３】本発明のキャンセル電流設定手順例である。
【図４】本発明の説明図（キャンセル電流）である。
【図５】本発明の波形図である。
【図６】従来の波形図である。
【符号の説明】
１：永久磁石
２：シャント棒
３：ＤＥＦコイル
４：スキャンコイル（Ｘ、Ｙ）
５：鉄心
６：ルツボ
１１：フィラメント
１２：電子ビーム
【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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