(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃からの電子ビームをターゲットに当てるようにした電子ビーム装置において、電子銃の電子放出部は、コイル状フィラメントを環状に形成し、環の中心軸方向に電子を取り出すように成したことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項２】
前記コイル状フィラメントを円環状、楕円環状又は半リング状に形成した請求項１記載の電子ビーム装置。
【請求項３】
前記ターゲットは蒸発物質である請求項１乃至２の何れかに記載の電子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電子放出部の寿命を延ばした電子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム装置として、坩堝中に収容された物質に当てることにより物質を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に付着等させたり、或いは、加速した電子ビームをターゲットに衝突させることにより、ターゲットに溶接等の加工を行ったりする装置がある。
【０００３】
図１は、この様な電子ビーム装置の一例として、電子ビーム蒸発装置の概略を示したもので、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【０００４】
図中１Ａ，１Ｂは、永久磁石２を挟んで平行に配置された磁極板で、前記永久磁石２によりＮ極とＳ極に励磁されている。該磁極板間には、蒸発物質３が収容された坩堝４が設けられている。該坩堝の下には、電子銃５が設けられている。該電子銃はフィラメント６，グリッド７及びアノード８から成る。９はフィラメント加熱電源、１０は加速電源である。尚、１１はグリッド支持板である。１２は環状鉄心にＸ方向走査用偏向コイルとＹ方向走査用偏向コイルが巻かれた走査用電磁コイル体で、前記電子銃５からの電子ビームの通路上に配置されている。尚、この走査用電磁コイル体は、例えば、磁極１Ａ，１Ｂの間で坩堝４の近くに取り付けられた非磁性製のホルダー（図示せず）によって支持されている。１３は該走査用電磁コイル体に走査用の電流を流すための走査用電源である。
【０００５】
この様な装置において、電子銃５のフィラメント６から発生された電子ビームは、アノード８によって加速され、磁極１Ａ，１Ｂが作る磁場により２７０°前後曲げられ坩堝４内に収容された蒸発物質３に照射される。その際、電子銃５からの電子ビームは走査用電磁コイル体１２が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビームは蒸発物質３上を二次元方向に走査することになる。この結果、蒸発物質３は電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、例えば、坩堝４上方に配置された基板（図示せず）上に付着する。
さて、この様に電子照射により蒸発物質を蒸発させる電子銃のフィラメント（電子放出部）としては、一般に低電圧で大電力のビーム（即ち、ビーム電流の大きいビーム）が得られるように、大きいものが使用されている。例えば、図３に示す様な渦巻き状のものが用いられる。
【０００６】
所で、電子照射による蒸発物質の蒸発時、蒸気の一部が電子ビームの衝撃によりイオン化する。通常、蒸発物質は金属なので、これらのイオンは＋イオンである。これらの＋イオンは図２に示すフィラメント６から坩堝４内の蒸発物質３の間の電子ビームの偏向軌道（実質的に導体となっている）１４の中心軸Ｏに沿って負の電位のフィラメント６に向かう。そして、これらの＋イオンは、フィラメント６の中心部分（第３図のＫの部分）に当たり、該部分をスパッタしてしまう。その為に、該部分が細くなるので該部分に過電流が流れ、やがて溶断してしまい、フィラメントを新しいものに交換しなければならない。この様な溶断が蒸着操作中に起こると、その蒸着膜は不良品となるばかりではなく、この様な溶断によるフィラメントの交換は経済的にも操作的にも著しく不利である。まして、この様な溶断が短時間で起こると、極めて大きな問題となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、例えば、図５（ａ）に示す様に、中心部分（前記図３のＫに当たる部分）の空いたフィラメント６′を使用すれば、この様な問題を解決することは出来るが、空いた分だけ該フィラメントからの電子量が不足し、蒸発物質３の蒸発が十分に行われない恐れがある。
【０００８】
そこで、例えば、図５（ｂ）に示す様に、中心部分（前記図３のＫに当たる部分）の空いたドーナッ板状のフィラメント６″を使用すれば、前記イオンに依るスパッタを避けることが出来ると同時に、電子放出面を線状のものから面積の大きな面状のものにしたことで前記空いた分による電子量の不足を補うことが出来る。
【０００９】
しかし、この様にフィラメントの電子放出面を板状にしたことで、以下に説明する様な新たな問題が発生する。
【００１０】
ここで説明している電子銃は、フィラメントに電流を流すことによりフイラメントから電子を放出させるわけであるが、このフイラメントの抵抗をＲ、フィラメントに流す電量をＩとすると、Ｉ2Ｒの電力が必要となる。一方、このフィラメントとフィラメント加熱電源の間をつなぐリード体の全表面積をＳ、このフィラメントの加熱温度をＴ、このフィラメントの輻射率をεとすると、前記電力によりフィラメントとリード体全体で４．８８×ε×Ｓ×（Ｔ／１００）4  に対応した熱量が消費される。ここで、εとＴはフィラメントの材料により決まる数値なので、フィラメントへの電力Ｉ2Ｒはフィラメントとリード体全体の表面積に左右される。
【００１１】
さて、前記図５（ｂ）に示す如き中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメントにおいては、面積の広い板状のフィラメントに一様に電流を流すためにリード６Ｌａ，６Ｌｂの幅をフィラメント６″の径にほぼ合わせた大きさにしなければならず（もし、リード体の幅をフィラメントの径より明確に小さくすると、フィラメントを十分に暖めることが不可能になる）、フィラメント及びリード体の表面，裏面及び側面の表面積を合わせた全体の表面積が極めて大きいものとなってしまう。その為に、この様な中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメントにおいては、フィラメントに流すべき電流が極めて大きいものにしなければならず、その様な電源の実現が難しくなる。又、譬え実現しても可成り高価なものとなってしまう。そこで、フィラメントの厚みを大幅に薄くしてその抵抗値を小さくする方法も考えられるが、それではフィラメントの支持が困難となる。
【００１２】
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な電子ビーム装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく電子ビーム装置は、電子銃からの電子ビームをターゲットに当てるようにした電子ビーム装置において、電子銃の電子放出部は、コイル状フィラメントを環状に形成し、環の中心軸方向に電子を取り出すように成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図４（ａ）は本発明の主要部の一例として示した電子銃の主要部の概略図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
図に示す様に、フィラメント２０はコイル状に巻かれつつリング形状を成す様に形成されているので、全体としては円環形状を成している。そして、その円環部の内側の空間部２０Ｓの中心、グリッド２１の孔２１Ａの中心、アノード２２の孔２２Ａの中心が、大体、電子ビーム軌道の中心軸Ｏ上に位置するように、フィラメント２０，グリッド２１及びアノード２２が互いに適当な間を開けて配列されている。尚、２３はフィラメント２０にフィラメント加熱電源９から電流を流すためのリード線である。
【００１７】
この様な電子銃を図１及び図２に示す電子ビーム蒸発装置の電子銃として使用すると、フィラメント２０から発生された電子ビームは、アノード２２によって加速され、磁極１Ａ，１Ｂが作る磁場により２７０°前後曲げられ坩堝４内に収容された蒸発物質３に照射される。その際、電子銃５からの電子ビームは走査用電磁コイル体１２が作る二次元方向走査用磁場を通過するので、電子ビームは蒸発物質３上を二次元方向に走査することになる。この結果、蒸発物質３は電子ビームにより加熱されて蒸発し、その蒸発粒子が、例えば、坩堝４上方に配置された基板（図示せず）上に付着する。この際、蒸気の一部が電子ビーム衝撃によりイオン化し、該イオンが図２の１４に示す電子の偏向軌道の中心軸Ｏに沿って負の電位のフィラメント２０方向に向かう。しかし、フィラメント２０は円環状に形成されているために、殆どのイオンはその円環部の内側の空間部を素通りし、フィラメント２０に衝突するイオンは極めて少ない。従って、フィラメント２０のイオンによるスパッタは殆ど起こらない。しかも、フィラメント２０の中央部が空いているので、一見、フィラメント２０から発生される電子の量が少なくなると思われるが、該フィラメントの電子ビーム中心軸Ｏに垂直な断面が面状になっており、中央部が空いている分を十分補う量の電子がフィラメント２０から発生される。
【００１８】
更に、本例のフイラメントと前記中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメント６″の電子放出面の大きさは殆ど変わらないが、前記中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメント６″ではリード体が面積の著しく大きな板状のものになってしまったが、本例のフィラメント２０は極めて細い（例えば、直径０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）線状のもの（例えば、タングステン線）をコイル状に巻いたものなので、そのリード線２３はフィラメント２０に合わせて極めて径の小さいものとなり、その為に前記中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメント６″に比べて著しく小さな電流の供給ですむ。
【００１９】
例えば、電子放出面の直径を２ｃｍとし、リード体の長さを１０ｃｍとした場合、前述した中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメント６″においては、リード体の幅が２ｃｍ程度になるので、リード体６Ｌ１個の表面の面積は大体、２０ｃｍ2となる。それに対して、本例のフイラメント２０のリード線は１．５７ｃｍ〜２．５１2となる。前記したフィラメントへの電流Ｉと、フィラメント及びリード体全体の表面積Ｓとの関係から明らかなように、抵抗Ｒを一定とすると、ＩはＳの平方根にほぼ比例するので、本例のフィラメント２０は中央部の空いた板状（ドーナッ状）のフィラメント６″に対して約１／４〜１／３．６の電流Ｉですむ。
【００２０】
しかも、前記中央部の空いた板状（ドーナッ状）のものはフィラメント６″を成す各部分からの輻射熱は互いに各部分に及ぼし合うことが無く、殆ど外部へ逃げてしまうが、本例のフィラメント２０は、コイル状に形成されているので、フィラメント２０を成す各コイル部分が互いに輻射熱を及ぼし合うので、加熱効率が良く、その分流すべき電流が少なくて済む。
【００２１】
尚、この様な電子銃のフィラメントからは断面がドーナツ状の電子ビームが発生されるが、蒸発物質上では走査用電磁コイル１２による二次元方向に走査されるので、坩堝４内の蒸発物質全体が均一に電子ビームで照射されるので問題ない。  又、電子銃と蒸発物質３間の電子ビーム軌道上に電子ビーム集束用の電磁コイルを配置しておけば、フィラメントからの電子ビームを適宜絞ることが出来るので、蒸発物質上に照射される電子ビームの断面をスポット状にする事が出来る。
【００２２】
又、該フィラメント２０の奥のイオンが衝突する箇所にイオン衝撃に強い金属板などを配置しておくと、電子銃の奥の部分がイオンによってスパッタされることが避けられる。
【００２３】
尚、前記フィラメント２０は必ずしも円環状に形成されている必要はない。例えば、コイル状のフィラメントを楕円環状に形成しても良い。
【００２４】
又、前記例では、フィラメント２０はコイル状に巻かれつつリング形状を成す様に形成されているが、完全なリング状にしなくても良い。例えば、３／４程度までリング状に形成しても良いし、放出される電子の量が許容限度以下にならなければ、半リング状でも良い。
【００２５】
又、本発明の電子ビーム装置として電子ビーム蒸発装置を例に上げたが、電子ビーム溶接装置等の加工装置等にも本発明は適用出来ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電子ビーム装置の一例として、電子ビーム蒸発装置の概略を示したものである。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  従来のフィラメントの一概略例を示したものである。
【図４】  本発明のフィラメントの一概略例を示したものである。
【図５】  従来のフィラメントの一概略例を示したものである。
【番号の説明】
１Ａ，１Ｂ…磁極片
２…永久磁石
３…蒸発物質
４…坩堝
５…電子銃
６，２０…フィラメント
７，２１…グリッド
８，２２…アノード
９…フィラメント加熱電源
１０…加速電源
１１…グリッド支持板
１２…走査用電磁コイル体
１３…走査用電源
２３…リード線
【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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