JPH0372300A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は照射加熱用の電子ビームを発生する電子銃に係
り、特に金属原料の加熱・蒸発用電子ビーム発生に好適
な電子銃に関する。

（従来の技術） 一般に金属原料を高分子樹脂フィルムや半導体ペレット
に蒸着させる装置では、金属原料の加熱・蒸発装置とし
て電子銃を用いている。従来、この用途にはスポット状
の電子ビームを発生する電子銃が用いられていたが、近
年ではより効率よく金属原料の加熱・蒸発が行える線状
の電子ビームを発生する電子銃が使用され始めている。

第１１図は金属原料の加熱・蒸発装置を概略的に示した
模式図である。同図において、加熱・蒸発装置（１）は
、装置本体を気密に収容する真空容器（２）と、装置全
体を構成する各機器とからなる。

加熱・蒸発させる金属原料（３）は、熱化学的耐性を有
する蒸発用るつぼ（４）に収容される。蒸発用るつぼ（
４）は、金属原料（３）の温度を調節するための冷却管
（５）が埋設される。蒸発用るつぼ（４）内に収容され
た金属原料（３）に対して電子銃（６）から発射された
電子ビーム（７）は、偏向磁場（８）により変向され金
属原料（３）の液面（９）に照射される。電子ビーム（
７）の照射を受けた金属原料（３）は高温に加熱され溶
融状態を経て蒸発し、気体金属の蒸気流（１０）を連続
的に生成する。生成した蒸気流（１０）は、蒸発用るつ
ぼ（４）の上部空間に囲むように形成された蒸気封入容
器（１１）内に封入され、さらに上方に案内される。そ
して、蒸気流（１０）に対して、蒸着を目的とする高分
子樹脂フィルムや半導体ベレット等の被蒸着物（１２）
が配設される。

第１２図は従来の線状の電子ビームを発生する電子銃（
６）の−例を示すもので、フィラメント状の陰極（６１
）が支持装置（６２）により凹形のウェーネルト電極（
６３）の谷部（６４）に数ｍａｎのギャップを保ち固定
される。陽極（６５）は陽極支持装置（６６）により同
図水平方向に２個一定の間隔で平行に台座（６７）に固
定される。ウェーネルト電極（６３）と陽極（６５）の
間隔はウェーネルト固定台（６８）および絶縁碍子（６
９）により調整可能となっている。そしてフィラメント
状の陰極（６１）を通電加熱し、陰極（６１）、ウェー
ネルト電極（６３）に負の電位を与えることにより、陰
極（６１）から放出された熱電子は陽極（６５）の方向
へ引張られ、さらに陽極間を通り越して台座（６７）の
開口部から電子ビームとなって空間へ飛び出して行く。

また、ウェーネルト電極（６３）は凹形になっていて、
陰極（６１）から放出される熱電子を効率よく陽極方向
へ導く。陰極（６１）は熱電子放出可能な温度まで通電
加熱されるが、同時に熱膨張により延びるためテンショ
ンボルト（７０）により生じるフィラメント支持装置（
６２）の板バネ効果を利用して熱膨張時の変形によりフ
ィラメント状の陰極（６１）とウェーネルト電極（６３
）のギャップが変わらないようになっている。なお、フ
ィラメント状の陰極（６１）は一般に高融点金属である
タングステン系の材料が用いられている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様な金属原料の加熱・蒸発装置においては、蒸
発用るつぼ（４）内に収容した金属原料（３）に強力な
電子ビーム（７）を照射してその保有エネルギによって
金属原料（３）を加熱溶融し、さらに蒸発させている。

しかしながら電子ビーム（７）を陰極（６１）から発射
する際に陰極（６１）軸方向端部から支持装置（６２）
への伝導による熱逃げにより陰極（６１）軸方向端部の
温度が低くなる。すると、この部分での熱電子の放出量
が減少し発射される電子ビームが少なくなり、陰極（６
１）からるつぼ（４）へ照射する電子ビーム（７）が不
均一となり、るつぼ（４）内の金属原料（３）を均一に
加熱溶融するに当たって不都合を生じていた。すなわち
、金属原料（３）の溶融が不均一になると蒸気流（１０
）が不均一になり、被蒸着物（１２）への金属の蒸着量
が不均一となる。そのため、蒸気流の均一な部分のみし
か利用できず蒸着システム全体の効率が悪くなっていた
。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、帯状の電子ビームを均一に発生させ、金属原料の加
熱溶融を均一にして蒸着システム効率を向上させる電子
銃を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明においては、直接通
電加熱され線状の照射用電子ビームを発生する陰極と、
この陰極より正電位に保持されて前記照射用電子ビーム
を加速する陽極とを有する電子銃において、次の（１）
ないしく４）の手段がある。

（１）請求項１に対応する手段としては、前記陰極の形
状を軸方向両端部をコイル状にし、中央部をフィラメン
ト状とする。

（２）請求項２に対応する手段としては前記陰極の軸方
向端部位置に陰極と電気的に直列に接続された補助陰極
を設置する。

（３）請求項３に対応する手段としては、前記陰極と陽
極間の距離をｌｌａ極の軸方向端部位置において他の部
位における距離より小さくなるようにする。

（４）請求項４に対応する手段としては、前記陰極の軸
方向端部位置の電気抵抗を他の部位の電気抵抗より高く
なるように断面積又は材質のうちの少なくとも一方を変
える。

（５）また、前記目的を達成するために、本発明の請求
項５に対応する手段としては、間接的に加熱された線状
の照射用電子ビームを発生する平板状またはブロック状
の陰極と、この陰極より正電位に保持されて前記照射用
電子ビームを加速する陽極とを有する電子銃において、
前記陰極の軸方向端部位置の陰極の陽極と対向する面積
を他の部位における面積より大きくなるようにする。

（作　用） 各手段における作用は次の通りである。

（１）請求項１に対応する手段については、陰極の軸方
向両端部はコイル状となっているので、両端部がフィラ
メント状となっている場合に比へ、陰極端部から陰極支
持装置への熱逃げの伝導距離が長くなり、陰極端部の温
度が下がりにくくなることに加え、電気抵抗が増大し陰
極端部での発熱量が増加するため陰極の軸方向端部位置
での熱電子放出が補われ、陰極から均一に熱電子が放出
され均一な電子ビームが得られる。従って、るつぼ内の
金属原料を均一に加熱溶融することができ金属蒸気流が
均一になり被蒸着物への金属の蒸着量が均一となり、蒸
着システムの効率を向上させることが可能となる。また
、陰極端部がコイル状となっているので、陰極の熱膨張
変形が自動的に吸収され陰極とウェーネルト電極とのギ
ャップが維持される。

（２）請求項２に対応する手段については、陰極の軸方
向端部位置に補助陰極を設置したため、陰極の軸方向端
部位置での熱電子放出が補われ、陰極から均一に熱電子
が放出され均一な電子ビームが得られる。従って、るつ
ぼ内の金属原料を均一に加熱溶融することができ金属蒸
気流が均一になり被蒸着物への金属の蒸着量が均一とな
り、蒸着システムの効率を向上させることが可能となる
。

（３）請求項３に対応する手段については、陰極の軸方
向端部位置の陰極・陽極間の距離を他の部位における距
離より小さくなるようにしたため。

陰極の軸方向端部位置での陰極近傍の電界が他の部位よ
り強くなる。従って陰極近傍の電界を強くすることによ
り陰極の軸方向端部より支持装置への伝導による熱逃げ
に伴う陰極温度の低下を補い、陰極から均一に熱電子が
放出され均一な電子ビームが得られる。従って、るつぼ
内の金属原料を均一に加熱溶融することができ金属蒸気
流が均一になり被蒸着物への金属の蒸着量が均一となり
、蒸着システムの効率を向上させることが可能となる。

（４）請求項４に対応する手段については、陰極の軸方
向端部位置の電気抵抗を他の部位の電気抵抗より高くな
るようにしたため、陰極の軸方向端部位置でのジュール
熱の発生量が他の部位より多くなり、陰極の軸方向端部
より支持装置への伝導による熱逃げを補い陰極の軸方向
の温度分布を均一にすることができる。そのため、陰極
から均一に熱電子が放出され均一な電子ビームが得られ
る。

従って、るつぼ内の金ａ原料を均一に加熱溶融すること
ができ金属蒸気流が均一になり被蒸着物への金属の蒸着
量が均一となり、蒸着システムの効率を向上させること
が可能となる。

（５〉請求項５に対応する手段については、陰極の軸方
向端部位置において陰極の陽極と対向する面積を他の部
位より大きくなるようにしたため。

陰極の軸方向端部位置での電子放出面積が他の部位より
多くなり、陰極の軸方向端部より支持装置への伝導によ
る熱逃げに伴う熱電子放出能力の低下を補い、陰極から
均一に熱電子が放出され均一な電子ビームが得られる。

従って、るつぼ内の金Ｈ１原料を均一に加熱溶融するこ
とができ金属蒸気流が均一になり被蒸着物への金属の蒸
着量が均一となり、蒸着システムの効率を向上させるこ
とが可能となる。

（実施例） 実施例１ 以下本発明の第１の実施例について第１図を参照して説
明する。これは請求項１に対応するものである。なお、
第１図において従来例の第１２図と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。

第１図においての陰極（６１）の軸方向両端部はコイル
状部（１５）になっており、中央部はフィラメント状部
（１６）となっている。陰極（６１）は、支持装置（６
２）に固定され加熱電流が通電されている。

次に第２図を参照して上記実施例１の作用を説明する。

第２図はフィラメントの熱電子放出分布を示す。

横軸は電子銃のフィラメント状陰極の長手方向位置を示
し、縦軸は陰極の単位時間当りの熱電子放出量を示して
いる。この第２図において、実線は本実施例１による陰
極の温度の分布を示すものであり、破線は比較のために
示した従来の分布である。本実施例１では、前述のよう
に陰極（６Ｉ）端部から陰極支持装置（６２）への熱逃
げの伝導距離が長くなり陰極端部の温度が下がりにくく
なることに加え、端部での発熱量が増加するため、従来
、陰極端部からの伝導による熱逃げに起因して陰極端部
での熱電子放出が低下していたのが防がれ、破線で示す
従来例に比べ平坦で均一な分布となる。

さらに本実施例１は、放射による熱逃げに対し、端部か
らの伝導による熱逃げが問題となる比較的低い温度で使
用される陰極材に対し、コイル状部（１５）が熱逃げを
防止するから、特に有効である。

実施例２ 次に第２の実施例について第３図を参照して説明する。

これは請求項２に対応するものである。

第３図においてフィラメント状の陰極（６１）の軸端部
位置に陰極（６１）の熱電子放出を補うように補助陰極
（１７）が設置されている。陰極（６１）と補助陰極（
１７）は電気的に直列に接続されて支持装置（６２）に
固定されている。他は第１２図に示す従来例と同様であ
る。

作用効果は第２図に示した実施例１と同様である。

実施例３ 次に第３の実施例について第４図を参照して説明する。

これは請求項３に対応するものである。

第４図において陽極（６５）はフィラメント状陰極（６
１）と陽極（６５）間の距離が陰極（６１）の端部に向
かって徐々に小さくなるように軸方向に不均一な構造と
なっている。他は第１２図に示す従来例と同様である。

次に第５図を参照して上記実施例３の作用を説明する。

第５図はフィラメント状陰極（６１）の温度分布および
陰極近傍の電界を示したものである。横軸は電子銃のフ
ィラメント状陰極の長手方向位置を示し、縦軸は陰極の
温度および陰極近傍の電界を示している。第５図におい
て、実線は陰極の温度の分布を示すものであり、破線は
電界を示すものである。本発明では、第５図に示される
ように陽極と陰極間の距離の変化に伴って、端部の電界
が他の部位より高くなっているため、電子を強力に６１
張り、支持装置（６２）からの伝導による熱逃げに伴う
温度の低下を補い、実施例上で示した第２図と同様に軸
方向に均一な熱電子放出能力が得られる。

実施例４ 次に第４の実施例について第６図を参照して説明する。

これも請求項３に対応するものであって、実施例３の変
形例である。

第６図において、陽極（６５）は軸方向に均一な構造と
なっているが、フィラメント状陰極（６１）の端部に対
向し、陰極（６１）に近い位置に陽極支持装置（６Ｇ）
とは独立した第２の陽極支持装置（１８）に支持される
第２の陽極（１９）が設けられている。

このため、陰極（６１）の端部では陰極（６１）近傍の
電界は陰極（６１）と第２の陽極（１９）の距離で決ま
り、その作用・効果は第４図のものと同様である。さら
に第６図の本実施例４においては陽極（６５）と第２の
陽極（１９）がそれぞれ別個の支持装置によって支持さ
れるため、それぞれの支持装置間の距離を調整すること
により電界分布を調整することも可能である。

実施例５ 次に第７図を参照して第５の実施例を説明する。

これは請求項４に対応するものである。

本実施例５においてはフィラメント状陰極（６１）の両
端部の断面積および材質を変えて中央部より両端部の単
位長さ当りの抵抗値を大にする。他は第１２図に示した
従来例と同様である。

次に第８図を参照して上記実施例５の作用について説明
する。

第８図において横軸は電子銃のフィラメント状陰極の長
手方向位置を示し、縦軸は電気抵抗を示している。第８
図において、実線は本実施例５による陰極の電気抵抗の
分布を示すもので、端部の電気抵抗が他の部位の抵抗よ
り高く、本実施例５では連続的に変化している。また、
比較のため従来の陰極の電気抵抗分布を破線で示した。

この様な電気抵抗が端部で高く中央部方向に連続的に減
少する陰極は、陰極を主材料により制作した後、主材料
より電気抵抗の高い、あるいは低い材料を両端部あるい
は中央部にドープすることにより得られる。また、陰極
の断面積を変化させることに依っても得られる。尚、実
際に陰極に通電する際には、温度分布による抵抗の変化
が生じ、中央部の電気抵抗が凸になる様な分布に変化す
る。また、温度により放射による陰極からの熱逃げも変
化する。従って電気抵抗の分布は、実際に陰極に通電し
所要の温度付近になった時に温度分布が均一になるよう
に決める。尚また、電気抵抗の変化は断面積の変化また
は材料の変化のいずれか一方のみでもよい。

これによって、実施例１で示した第２図と同様に、軸方
向に均一な熱電子放出能力が得られる。

実施例６ 次に第９図を参照して第６の実施例を説明する。

これは請求項５に対応するものである。第９図は、本実
施例６による電子銃のブロック状陰極の構造を示す図で
あり、陽極に対向する陰極表面形状を示している。

第９図においてブロック状陰極（６１）は端部に行くに
従って図示されない陽極と対向する幅が大きくなり、従
って表面積が大きくなるような構造となっている。ただ
し、支持装置（６２）に支持される部分はその部分から
の伝導による熱逃げが増大しないように幅が狭くなる構
造となっている。

次に第１０図を参照して上記実施例６の作用について説
明する。

第１０図は実施例６のブロック状陰極の温度分布を示し
たもので、横軸は電子銃の陰極の長手方向位置を示し、
縦軸は陰極の温度を示している。このように陰極の軸方
向端部より支持装置への伝導による熱逃げによって中央
部の温度が高い凸形の分布となるため、熱電子放出能力
は端部で低くなる。しかし、本実施例６ではこの部分の
陽極と対向する熱電子放出面積を大きくしているため、
熱電子放出能力の低下を放出面積の増加が補って、陰極
から放出される電子ビームとしては、実施例１で示した
第２図と同様に軸方向に均一にできる。

尚１本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、
リボン状の陰極や図示した以外の陽極形状、ウェーネル
ト形状の電子銃等に適用でき、その要旨を変更しない範
囲で種々変形して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、電子銃の陰極の熱電
子放出分布を均一にすることができ。

均一な電子ビームが得られる。従って、るつぼ内の金属
原料を均一に加熱溶融することができ、金属蒸気流が均
一になり、被蒸着物への金属の蒸着量が均一となり、蒸
着システムの性能と効率を向上させることが可能となる
効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に対応する本発明の電子銃の第工の実
施例を示す要部断面立面図、第２図は本発明の各実施例
に共通な陰極の長手方向位置に対する熱電子放出分布を
従来例と比較して示す曲線図、第３図は請求項２に対応
する第２の実施例を示す要部断面立面図、第４図は請求
項３に対応する第３の実施例を示す要部断面立面図、第
５図は第４図の陰極の長手方向位置に対する電界および
温度の分布を示す曲線図、第６図は前記請求項３に対応
する第４の実施例を示す要部断面立面図、第７図は請求
項４に対応する第５の実施例を示す要部斜視図、第８図
は第７図の陰極の電気抵抗の分布を示す曲線図、第９図
は請求項５に対応する第６の実施例の陰極を示す上面図
、第１０図は第９図の陰極の温度分布を示す曲線図、第
１Ｉ図は金属原料の加熱・蒸発装置の一例を示す模式図
、第１２図は従来の線状の電子ビームを発生する電子銃
を示す要部破断立面図である。 ６・・・電子銃、１５・・・コイル状部、１６・・・フ
ィラメント状部、 ６１・・・陰極、６５・・・陽極。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）直接通電加熱され線状の照射用電子ビームを発生
   する陰極と、この陰極より正電位に保持されて前記照射
   用電子ビームを加速する陽極とを有する電子銃において
   、前記陰極の軸方向両端部をコイル状にし、中央部をフ
   ィラメント状にしたことを特徴とする電子銃。
2. （２）直接通電加熱され線状の照射用電子ビームを発生
   する陰極と、この陰極より正電位に保持されて前記照射
   用電子ビームを加速する陽極とを有する電子銃において
   、前記陰極の軸方向端部位置に陰極と電気的に直列に接
   続された補助陰極を設置したことを特徴とする電子銃。
3. （３）直接通電加熱され線状の照射用電子ビームを発生
   するフィラメント状の陰極と、この陰極より正電位に保
   持されて前記照射用電子ビームを加速する陽極とを有す
   る電子銃において、前記陰極と陽極間の距離を陰極の軸
   方向端部位置において他の部位における距離より小さく
   なるようにしたことを特徴とする電子銃。
4. （４）直接通電加熱され線状の照射用電子ビームを発生
   する陰極と、この陰極より正電位に保持されて前記照射
   用電子ビームを加速する陽極とを有する電子銃において
   、前記陰極の軸方向端部位置の電気抵抗を他の部位の電
   気抵抗より高くなるように断面積又は材質のうちの少な
   くとも一方を変えたことを特徴とする電子銃。
5. （５）間接的に加熱され線状の照射用電子ビームを発生
   する平板状またはブロック状の陰極と、この陰極より正
   電位に保持されて前記照射用電子ビームを加速する陽極
   とを有する電子銃において、前記陰極の軸方向端部位置
   の陰極の陽極と対向する面積を他の部位における面積よ
   り大きくなるようにしたことを特徴とする電子銃。