JP4980869B2

JP4980869B2 - 電子ビーム装置

Info

Publication number: JP4980869B2
Application number: JP2007325438A
Authority: JP
Inventors: 原吉則菅
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP2009146834A

Description

本発明は直流高電圧発生回路を備えた電子ビーム装置に関する。

電子銃からの電子ビームを被ビーム照射物に照射する電子ビーム装置として、例えば、電子銃からの電子ビームを被加工物の任意の箇所に照射して被加工物を加工するように成した電子ビーム加工装置、電子銃からの電子ビームを坩堝に収容された蒸着材料に照射して該蒸着材料を蒸発させ、該蒸発粒子を基板上に膜状に付着させるように成した電子蒸着ビーム装置、電子銃からの電子ビームを収束し、該収束された電子ビームで観察すべき試料上の任意の箇所を走査することによって該試料から発生した二次電子を検出し、該検出した二次電子信号に基づいて試料の二次電子像を得るように成した走査型電子顕微鏡等がある。

これらの電子ビーム装置は直流高電圧発生回路を備えており、該直流高電圧発生回路からの直流高電圧により電子銃からの電子ビームを加速して被ビーム照射物に当てるようにしている。

図１は、電子ビーム装置の一つである電子ビーム蒸着装置の概略例を示している。

図中１は真空チャンバーで真空ポンプ２により真空排気されるように成っている。３は前記真空チャンバー１の上蓋に取り付けられた電子ビーム発生源で、フィラメント４，フィラメント加熱電源５，カソード６，及びアノード７を備えている。８は蒸着材料９を収容した坩堝、１０は基板、１１は直流高電圧発生回路である。

このような構成の電子ビーム蒸着装置において、前記フィラメント加熱電源５による通電により前記フィラメント４が数千Ｋ程度に加熱される。この時、前記フィラメント４と前記カソード６との間には負の直流電圧（例えば、数百Ｖ〜千数百Ｖ程度）が印加されており、前記フィラメント４から発生した熱電子は前記カソード６の表面を電子衝撃する。該電子衝撃により前記カソード６が２千数百Ｋ程度に加熱され、表面から熱電子を発生する。この時、前記カソード６と前記アノード７との間には前記直流高電圧発生回路１１から数十ＫＶ程度の直流高電圧が印加されているので、前記カソード６の表面から発生した熱電子は前記アノード７の方向に加速されて電子ビームを形成し、該電子ビームは前記坩堝８に収容された蒸着材料９を照射することになる。

該電子ビームの照射により前記蒸着材料９は高温に達して溶融し、蒸発する。該蒸発粒子は前記基板１０の表面に膜状に付着する。

図２は、前記電子ビーム発生源３のカソード６とアノード７との間に直流高電圧を印加する直流高電圧発生回路１１の一概略例を示している。

図中１２は２００Ｖの商用の三相交流電源、１３Ａ,１３Ｂ,１３Ｃは位相制御回路１４からの位相制御信号により点弧位相角が制御されることにより前記三相交流電源１２からのＲ相電圧、Ｓ相電圧、Ｔ相電圧の大きさを、それぞれ、制御する位相制御素子で、例えば、サイリスタから成る。

１５は交流直流変換回路で、前記位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを介した交流電圧を適宜昇圧する昇圧変圧器１６及び該昇圧変圧器で昇圧された交流電圧を整流及び平滑する整流平滑回路１７から成る。

１８は分圧抵抗Ｒ_ａとＲ_ｂから成り、前記整流平滑回路１７の出力電圧を検出する出力電圧検出回路である。

１９は前記カソード６から放出される熱電子（電子ビーム）の量に対応したエミッション電流を検出するエミッション電流検出抵抗である。

２０は所望の加速電圧を設定する加速電圧設定回路で、該加速電圧設定回路は直流電圧を出力する可変電圧源Ｓ_ｏから構成されている。該加速電圧設定回路からの出力は制御装置（図示せず）よりの指令により所定時間で設定電圧になる。

２１は、加速電圧設定前に前記位相制御回路１４から位相制御信号が発生しないようにバイアス電圧を出力するバイアス電圧発生回路で、直流電源Ｓ_ａと抵抗ＲＡとから構成され、該電源から負の一定の電圧を抵抗ＲＡを介して出力するように構成されている。

２２は、その負入力端子が前記バイアス電圧発生回路２１、抵抗ＲＢを介して前記出力電圧検出回路１８及び抵抗ＲＣを介して前記加速電圧設定回路２０にそれぞれ繋がり、その正入力端子がアースに繋がった誤差増幅器である。尚、該誤差増幅器の負側入力端子と出力端子との間には、帰還抵抗ＲＦと帰還コンデンサＣが並列に接続されている。

２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、前記誤差増幅器２２の出力端子に繋がり、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの点弧位相角を制御するパルス信号を生成して前記位相制御回路１４に供給するパルス生成回路である。

２４は前記エミッション電流検出抵抗１９からのエミッション電流値を基準値（放電が発生したかどうかの閾値に対応する）と比較し、基準値を越えた場合に所定時間、放電発生信号を出力する放電検出回路である。

２５はスイッチング回路で、前記放電検出回路２４に繋がるスイッチＳ１、前記加速電圧設定回路に繋がる端子Ｔ_Ａ及びアースに繋がる端子Ｔ_Ｂからなり、前記スイッチＳ１は、前記放電検出回路２４からの信号がハイの時に前記端子Ｔ_ＡとＴ_Ｂが繋がれる状態（スイッチがオンの状態）にし、ローの時に前記端子Ｔ_ＡとＴ_Ｂが離れる状態（スイッチがオフ状態）にする。

２６は、前記放電検出回路２４からの信号を反転して各パルス生成回路２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃに供給し、該各パルス生成回路の動作継続と動作停止をコントロールする反転回路で、前記各パルス生成回路２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃは前記反転回路２６からのハイ信号（正の信号）により動作が継続し、ロー信号（負の信号）により動作が停止するようになっている。

このような構成の直流高電圧発生回路において、バイアス電圧発生回路２１の電源Ｓ_ａから抵抗ＲＡを介して負のバイアス電圧が前記誤差増幅器２２に送られる。該誤差増幅器は送られてきたバイアス電圧の極性を反転し、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路では前記交流電源１２の電源周波数に同期した正の三角波電圧（図３の（ａ）のＷ１）が生成されており、該三角波電圧と前記極性が反転されたバイアス電圧（正のバイアス電圧）（図３の（ａ）のＷ２）とが一致する時点の有無をチェックしている。しかし、前記正の三角波電圧と正のバイアス電圧とは一致する時点はないので、前記各パルス生成回路はパルス信号を生成しない。

すると、前記位相制御回路１４は前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃからパルス信号が送られて来ないので、位相制御信号を出力せず、そのため、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは点弧しない。よって、前記三相交流電源１２からのＲ相電圧、Ｓ相電圧、Ｔ相電圧（図３の（ｄ）にＲ相電圧波形を示す。尚、他の電圧波形も同様な波形である）は、前記交流直流変換回路１５へ供給されない。

この状態において、制御装置（図示せず）からの指令に基づき前記加速電圧設定回路２０は正の加速電圧を設定し、前記誤差増幅器２２に送る。

該誤差増幅器は、前記バイアス電圧設定回路２１からの負のバイアス電圧と前記加速電圧設定回路２０からの正の加速電圧の和に対応した電圧（前記負のバイアス電圧の絶対値が前記正の加速電圧の絶対値より大きいので、それらの和は負の電圧となり、該負の電圧の絶対値が所望の加速電圧Ｖ_０に対応する）信号（図３の（ａ）のＷ３）を前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路では、前記誤差増幅器２２からの電圧信号Ｗ３と三角波電圧信号Ｗ１が一致する時点でパルス信号を生成し、前記位相制御回路１４に送る。例えば、Ｒ相電圧の制御に関わるパルス生成回路２３Ａの動作について説明すると、該パルス生成回路２３Ａは、前記誤差増幅器２２からの信号Ｗ３と三角波電圧信号Ｗ１が一致する時点t1,t2,t3,t4に、順次、パルス信号（図３の（ｂ）のＰ１,Ｐ３、同図（ｃ）のＰ２,Ｐ４）を発生する。この際、パルス信号Ｐ１,Ｐ３はＲ相電圧の波形の正極側を制御するもの、パルス信号Ｐ２,Ｐ４はＲ相電圧の波形の負極側を制御するものである。

尚、Ｓ相電圧の制御に関わるパルス生成回路２３Ｂ及びＴ相電圧の制御に関わるパルス生成回路２３Ｃも同様な動作をするので、説明は省略する。

このようにして前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃで生成されたパルス信号は前記位相制御回路１４に送られる。

該位相制御回路は、送られてきたパルス信号に基づいて位相制御信号を作成して、前記位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに送る。

該各位相制御素子は送られてきた位相制御信号により点弧位相角が制御されるので、それに基づいて前記交流電源１２からの相電圧の波形が制御される。

例えば、Ｒ相電圧を制御する位相制御素子１３Ａの動作について説明すると、前記位相制御回路１４から送られてきたパルス信号Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３,Ｐ４に基づく位相制御信号により、前記位相制御素子１３Ａの点弧位相角がαに制御されて、その結果、前記交流電源１２からのＲ相電圧（図３の（ｄ））は、波形が制御されて（図３の（e））、前記交流直流変換回路１５に送られる。

尚、Ｓ相電圧を制御する位相制御素子１３Ｂ及びＴ相電圧を制御する位相制御素子１３Ｃも同様な動作をするので、説明は省略する。

このようにして電力波形が制御された各相電圧は交流直流変換回路１５の昇圧変圧器１６に送られ、ここで昇圧される。そして、整流平滑回路１７により整流平滑されて直流に変換され、前記電子ビーム発生源３のカソード６とアノード７の間に加速電圧（前記所望加速電圧Ｖ_０に対応）として印加される。

この時、出力電圧検出回路１８は常に前記カソード６とアノード７の間に実際に印加される加速電圧に対応した電圧を検出しており、該検出した加速電圧に対応した負の検出加速電圧を抵抗ＲＢを介して誤差増幅器２２に送っている。該誤差増幅器は、該検出加速電圧と前記設定加速電圧と前記バイアス電圧を加算した信号を各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路は前記のようにしてパルス信号を生成して前記位相制御回路１４に送るので、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは所望の加速電圧Ｖ_０に対する検出加速電圧の絶対値の差分だけ点弧位相角が制御される。そして、該点弧位相角の制御に基づいて、前記交流電源１２からの各相電圧の波形が制御されるので、前記カソード６と前記アノード７の間には常に所望の設定加速電圧が印加される。

電子ビーム発生源３のフィラメント加熱電源５より通電が開始してフィラメント４が加熱され、該フィラメントから発生した熱電子はカソード６を加熱し、前記に示したように該カソードとアノード７との間には前記加速電圧が印加されているので、該カソードの表面からアノード７へ熱電子が電子ビームを形成して放出される。

さて、このような構成の直流高電圧発生回路を備えた電子ビーム蒸着装置において、前記電子ビーム発生源３のカソード６とアノード７の間で放電が起きると、図４（a）に示すように放電発生時（Ｔ_a）を境にエミッション電流が急激に上昇し、短時間で下降する。一方、加速電圧は図４の（ｂ）に示すように急上昇して０Ｖになる。

この時、前記エミッション電流検出抵抗１９で検出され、前記放電検出回路２４に送られているエミッション電流の値が基準値を越えるので、該放電検出回路はハイ信号（図４の（ｃ）のＨＬ）を所定時間（Ｔ）に亘って発生する。

このハイ信号（ＨＬ）は前記スイッチング回路２５に送られるので、前記スイッチＳ１を所定時間（Ｔ_ａ時点からＴ_ｂ時点までの時間Ｔ）、オン状態にする。

すると、前記加速電圧設定回路２０で設定された加速電圧に基づく電流が端子Ｔ_Ａ、スイッチＳ１及び端子Ｔ_Ｂを介してアース側に流れる。この結果、前記誤差増幅器２２への前記設定加速電圧の供給が遮断され、該誤差増幅器には前記バイアス電圧発生回路２１からのバイアス電圧のみが入力される。

そのため、前記したようにして、各パルス生成回路２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃは
パルス信号を生成しないので、前記位相制御回路１４は各位相制御素子１３Ａ,１３Ｂ,１３Ｃにそれぞれ位相制御信号を出力しなくなり、交流直流変換器１５への前記交流電源１２から各位相電圧の供給が遮断される。

尚、この時、ハイ信号（ＨＬ）が反転回路２６にも送られているので、該反転回路は該ハイ信号（ＨＬ）をロー信号（ＳＬ）に反転してから、各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。この結果、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは動作を停止する。

前記放電発生後、所定の時間（Ｔ）が経過すると、前記放電検出器２４から前記スイッチング回路２５と前記反転回路２６にロー信号（ＳＬ）（図４の（ｃ）のＳＬ）が送られる。

すると、前記スイッチング回路２５は前記スイッチＳ１をオフ状態にするので、前記加速電圧設定回路２０から、再び、加速電圧設定信号が前記誤差増幅器２２に送られるようになり、前記したようにして、再び、前記交流直流変換回路１５に電圧波形が制御された相電圧が送られるようになる。

尚、前記反転回路２６は前記放電検出器２４からロー信号（ＳＬ）を受けると、該ロー信号をハイ信号に反転して、各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送るので、再び、前記各パルス生成回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは動作を開始する。

特開平１０−２７０１９５号公報

さて、前記したように、放電発生から所定時間（Ｔ）後、放電発生前の動作に戻るが、その時、前記カソード６とアノード７に印加される加速電圧にオーバーシュート（図４の（ｂ）のＯｓ）が発生する。

このようなオーバーシュートＯｓが発生すると、前記直流高電圧発生回路を構成する部品が破損する等の問題が発生する。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた新規な電子ビーム装置を提供することを目的とする。

本発明の電子ビーム装置は、交流電源、該交流電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に印加する交流直流変換手段、前記交流電源と前記交流直流変換手段との間に設けられた交流電力を制御する制御素子、該制御素子の点弧位相角を制御する位相制御信号を発生する位相制御手段、前記負荷に印加される直流電力を検出する検出手段、前記負荷に印加すべき直流電力を設定する手段、バイアス電圧発生手段、前記検出手段からの出力，前記直流電圧設定手段の出力及び前記バイアス電圧発生手段の出力に基づいて前記位相制御手段を制御する信号を発生する増幅手段、及び、前記負荷で発生した放電を検出する手段を備え、該放電検出手段からの信号に基づいて前記位相制御手段からの位相制御信号の出力発生をコントロールする様に成した電子ビーム装置において、前記放電検出手段からの放電検出信号に基づいて前記増幅手段に送られる前記バイアス電圧発生手段の出力をコントロールすることにより該増幅手段の出力の立ち上がり及び立下りを放電発生前より早くする様にしたことを特徴とする。

本発明によれば、電子ビーム発生装置の負荷に放電が発生しても、前記負荷に印加されている加速電圧にオーバーシュートが起きないので、電子ビーム発生装置の直流高圧発生回路を構成している部品を破損させることを防止することが出来る。

本発明者は、放電発生から所定時間（Ｔ）後に放電発生前の状態に戻った時、前記カソード６とアノード７に印加される加速電圧に何故オーバーシュートが発生するのかを以下のように考察した。

放電発生から所定時間後に放電発生前の状態に戻った時、前記加速電圧設定回路２０からの設定加速電圧は瞬時には設定電圧レベルに成らず、図４の（ｄ）のＳｑに示すように漸次立ち上がって（時点Ｔ_ｂ〜Ｔ_ｃ）設定電圧となる。

このような設定加速電圧と前記バイアス電圧発生回路２１からのバイアス電圧が加算され、更に、出力電圧検出回路１８からの検出加速電圧が加算された信号は、図４の（ｅ）の破線Ｓｒに示すように、立ち上がり・立ち下がりが極めて緩やかで、前記設定加速電圧Ｓｑが設定電圧レベルに達する時点（Ｔ_ｃ）以降も暫く間（時点Ｔ_ｄに達するまで）、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃがコントロール可能なレベル（Ｌｏ）にまで落ちていかない。

そのために、このような信号（図４の（ｅ）のＳｒ）を前記誤差増幅器２２から受けた各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの点弧位相角を著しく小さい範囲でコントロールする位相制御信号に対応したパルス信号を生成し位相制御回路１４に送ることになる。

このように、前記位相制御素子１３Ａ,１３Ｂ,１３Ｃの点弧位相角が著しく小さい範囲でコントロールされると、前記三相交流電源１２から前記交流直流変換回路１５に供給される各相電圧が著しく大きくなり、結果的に、前記カソード６とアノード７に印加される加速電圧にオーバーシュートが発生する。

この様な考察に基づいて、放電発生から所定時間後に放電発生前の状態に戻った時に、放電前記カソード６とアノードに印加される加速電圧にオーバーシュートを発生させないようにするには、前記設定加速電圧が緩やかに立ち上がっても、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが生成するパルス信号、強いては前記位相制御回路１４が生成する位相制御信号が前記各位相制御素子１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃの点弧位相角を著しく小さくするものでなければ良いことが分かった。

その為に、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに供給され、パルス信号生成に寄与する信号、即ち、前記設定加速電圧（加速電圧設定回路２０の出力），バイアス電圧（バイアス電圧発生回路２１の出力）及び検出加速電圧（出力電圧検出回路１８の出力）が加算された信号の立ち上がり・立ち下がりを早くすることにより該加算された信号が、前記設定加速電圧Ｓｑが設定電圧レベルに達した時点（Ｔ_ｃ）で、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃがコントロール可能なレベル（Ｌｏ）に達する様にすれば、前記位相制御回路１４が生成する位相制御信号が前記各位相制御素子１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃの点弧位相角をさほど小さくするものとならず、前記加速電圧にオーバーシュートが発生しない筈である。

本発明はこの様な原理に基づいて成されたものである。

図５は、本発明の電子ビーム装置の一つである電子ビーム蒸着装置の主要部を示したもので、電子ビーム発生源３と、該電子ビーム発生源のカソード６とアノード７との間に直流高電圧を印加する直流高電圧発生回路の一概略例を示している。

尚、図中の図２で使用した記号と同一記号の付したものは同一構成要素である。

図中２１´はバイアス電圧発生回路で、直流電源Ｓ_ａ，抵抗ＲＡ１，抵抗ＲＡ２及びスイッチング回路２７から成り、前記抵抗ＲＡ２と前記スイッチング回路２７は並列に接続され、該並列回路と前記抵抗ＲＡ１とが直列に接続され、前記直流電源Ｓ_aからの負のバイアス電圧が該直列回路を介して誤差増幅器２２に出力する様に構成されている。尚、前記抵抗ＲＡ１とＲＡ２の値は、ＲＡ１の抵抗値≪ＲＡ２の抵抗値と成る様に選択されているか、或いは、前記両抵抗とも可変抵抗器にし、ＲＡ１の抵抗値≪ＲＡ２の抵抗値と成る様に両抵抗器を設定しておく。

前記スイッチング回路２７は、放電検出回路２４に繋がるスイッチＳ２、前記抵抗ＲＡ２の直流電源Ｓ_a側に繋がる端子Ｔ_Ｃ及び前記抵抗ＲＡ２の抵抗ＲＡ１側に繋がる端子Ｔ_Ｄからなり、前記スイッチＳ２は、前記放電検出回路２４からの信号がハイの時に前記端子Ｔ_ＣとＴ_Ｄが繋がれる状態（スイッチがオン状態）にし、ローの時に前記端子Ｔ_ＣとＴ_Ｄから離れる状態（スイッチがオフ状態）にする。

尚、前記スイッチＳ２としては、例えば、応答性の速い半導体スイッチが使用されている。

このような構成の電子ビーム蒸着装置において、バイアス電圧発生回路２１´のスイッチング回路２７のスイッチＳ２は、最初、オフ状態にある。従って、該バイアス電圧発生回路２１´の電源Ｓ_ａから抵抗ＲＡ２とＲＡ１を介して負のバイアス電圧が前記誤差増幅器２２に送られる。

該誤差増幅器は送られてきたバイアス電圧の極性を反転し、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路は、前記した様に（図２の場合と同様に）、正の三角波電圧（図３の（ａ）のＷ１）と前記極性が反転されたバイアス電圧（正のバイアス電圧）（図３の（ａ）のＷ２）とが一致する時点の有無をチェックするが、一致する時点はないので、前記各パルス生成回路はパルス信号を生成しない。従って、前記位相制御回路１４は前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃからパルス信号が送られて来ないので、位相制御信号を出力せず、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは点弧しない。よって、前記三相交流電源１２からのＲ相電圧、Ｓ相電圧、Ｔ相電圧は、前記交流直流変換回路１５へ供給されない。

この状態において、制御装置（図示せず）からの指令に基づき前記加速電圧設定回路２０は正の加速電圧を前記誤差増幅器２２に送る。該誤差増幅器は、前記した様に（図２の場合と同様に）、前記バイアス電圧設定回路２１からの負のバイアス電圧と前記加速電圧設定回路２０からの正の加速電圧の和に対応した電圧信号（図３の（ａ）のＷ３）を前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路は、前記誤差増幅器２２からの電圧信号Ｗ３と三角波電圧信号Ｗ１が一致する時点でパルス信号を生成（例えば、前記した様に（図２の場合と同様に）、Ｒ相電圧の制御に関わるパルス生成回路２３Ａの動作について説明すると、該パルス生成回路２３Ａは、前記誤差増幅器２２からの信号Ｗ３と三角波電圧信号Ｗ１が一致する時点t1,t2,t3,t4に、順次、パルス信号（図３の（ｂ）のＰ１,Ｐ３、同図（ｃ）のＰ２,Ｐ４）を生成する）し、前記位相制御回路１４に送る。

該位相制御回路は、前記した様に（図２の場合と同様に）、送られて来たパルス信号に基づいて位相制御信号を作成して前記位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに送るので、該各位相制御素子の点弧位相角が制御され、該制御に基づいて前記交流電源１２からの相電圧の波形が制御されて、前記交流直流変換回路１５の昇圧変圧器１６に送られる（例えば、前記した様に（図２の場合と同様に）、Ｒ相電圧を制御する位相制御素子１３Ａの動作について説明すると、前記位相制御回路１４から送られてきたパルス信号Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３,Ｐ４に基づく位相制御信号により、前記位相制御素子１３Ａの点弧位相角がαに制御されて、その結果、前記交流電源１２からのＲ相電圧（図３の（ｄ））は、波形が制御されて（図３の（e））、前記昇圧変圧器１６に送られる）。

該昇圧変圧器で昇圧された相電圧は、整流平滑回路１７により整流平滑されて直流に変換され、前記電子ビーム発生源３のカソード６とアノード７の間に加速電圧（前記所望加速電圧Ｖ_０に対応）として印加される。

この時、出力電圧検出回路１８は常に前記カソード６とアノード７の間に実際に印加される加速電圧に対応した電圧を検出しており、該検出した加速電圧に対応した負の検出加速電圧を抵抗ＲＢを介して前記誤差増幅器２２に送っているので、該誤差増幅器は、該検出加速電圧と前記設定加速電圧と前記バイアス電圧を加算した信号を各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。

該各パルス生成回路は前記の様にしてパルス信号を生成して前記位相制御回路１４に送るので、前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは所望の加速電圧Ｖ_０に対する検出加速電圧の絶対値の差分だけ点弧位相角が制御される。そして、該点弧位相角の制御に基づいて、前記交流電源１２からの各相電圧の波形が制御されるので、前記カソード６と前記アノード７の間には常に所望の設定加速電圧が印加される。

さて、前記電子ビーム発生源３のカソード６とアノード７の間で放電が起きると、図４（a）に示すように放電発生時（Ｔ_ａ）を境にエミッション電流が急激に上昇し、短時間で下降する。一方、加速電圧は図４の（ｂ）に示す様に急上昇して０Ｖになる。

この時、前記エミッション電流検出抵抗１９で検出され、放電検出回路２４に送られているエミッション電流の値が基準値を越えるので、該放電検出回路はハイ信号（図４の（ｃ）のＨＬ）を所定時間（Ｔ）を発生する。

このハイ信号（ＨＬ）は前記スイッチング回路２５に送られ、前記スイッチＳ１は所定の時間（Ｔ_ａ時点からＴ_ｂ時点の時間Ｔ）オンの状態になるので、前記加速電圧設定回路２０で設定された加速電圧に基づく電流が端子Ｔ_Ａ、スイッチＳ１及び端子Ｔ_Ｂを介してアース側に流れる。

この時同時に、前記放電検出回路２４からのハイ信号（ＨＬ）は前記スイッチング回路２７にも送られるので、スイッチＳ２がオン状態となり、前記バイアス電圧発生回路２１´の電源Ｓ_ａからの負のバイアス電圧は前記端子Ｔ_Ｃ，スイッチＳ２，前記端子Ｔ_Ｄ及び抵抗ＲＡ１を介して前記誤差増幅器２２に送られる。

この結果、前記誤差増幅器２２への前記設定加速電圧の供給が遮断され、該誤差増幅器には前記バイアス電圧発生回路２１´からのバイアス電圧のみが入力される。そのため、前記した様にして、前記各パルス生成回路２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃはパルス信号を生成しないので、前記位相制御回路１４は各位相制御素子１３Ａ,１３Ｂ,１３Ｃにそれぞれ位相制御信号を出力しなくなり、前記交流直流変換器１５への前記交流電源１２から各位相電圧の供給が遮断される。尚、この時同時に、ハイ信号（ＨＬ）が反転回路２６にも送られているので、該反転回路は該ハイ信号（ＨＬ）をロー信号（ＳＬ）に反転してから、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送る。この結果、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは動作を停止する。

さて、放電発生（Ｔ_ａ時点）後に前記誤差増幅器２２から前記パルス発生回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに送られる信号について説明する。

今、増幅器の入力電圧をＶｉｎ，出力電圧をＶｏｕｔとすると、該増幅器の利得Ｇは、Ｇ＝Ｖｏｕｔ/Ｖｉｎと表すことが出来る。

先ず、放電が発生していない時、即ち、前記スイッチング回路２７のスイッチＳ２がオフ状態になっている時、前記した様に、前記バイアス電圧発生回路２１´の電源Ｓａから出力した電圧は抵抗ＲＡ１及びＲＡ２を介して前記誤差増幅器２２に供給される。ここで、該該誤差増幅器の入力電圧、即ち、前記スイッチング回路２７の電源Ｓ_ａからの出力電圧をＶ_Ｓａinとし、該誤差増幅器２２の出力電圧をＶ_Ｓａin /（ＲＡ１＋ＲＡ２）、該誤差増幅器２２の帰還抵抗をＲＦとすると、該誤差増幅器の利得Ｇ１は、Ｇ１＝（（Ｖ_Ｓａin /（ＲＡ１＋ＲＡ２））/Ｖ_Ｓａin）×ＲＦ＝ＲＦ/（ＲＡ１＋ＲＡ２）となる。

次に、放電が発生し、所定時間（Ｔ）の間、即ち、前記スイッチング回路２７のスイッチＳ２がオン状態になっている時、前記した様に、前記バイアス電圧発生回路２１´の電源Ｓ_ａから出力した電圧は端子Ｔ_Ｃ，スイッチＳ２，端子Ｔ_Ｄ及び抵抗ＲＡ１を介して前記誤差増幅器２２に供給される。この場合には、該誤差増幅器２２の出力電圧はＶ_Ｓａin /ＲＡ１となるので、該誤差増幅器の利得Ｇ２は、Ｇ２＝（（Ｖ_Ｓａin /ＲＡ１）/Ｖ_Ｓａin）×ＲＦ＝ＲＦ/ＲＡ１となる。

この様な前記放電発生前後における前記誤差増幅器２２の利得の変化を見ると、前記抵抗ＲＡ１の抵抗値とＲＡ２の抵抗値との間には、ＲＡ１の抵抗値≪ＲＡ２の抵抗値、という関係があるので、放電発生時から所定時間の間、該誤差増幅器２２の利得が著しく大きくなる。その結果、前記誤差増幅器２２の出力信号、即ち、前記パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのパルス信号生成に寄与する信号の立ち上がり，立ち下がりが図４の（e）の実線Ｓｒ´で示す様に、図２に示す装置の誤差増幅器２２の出力信号の立ち上がり，立ち下がり（図４の（ｅ）の破線Ｓｒ）に比べ著しく短時間に立ち上がることになる。

そして、前記所定の時間（Ｔ）が経過すると、前記放電検出器２４から前記スイッチング回路２５，スイッチング回路２７及び前記反転回路２６にロー信号（図４の（ｃ）のＳＬ）が送られるので、前記スイッチング回路２５のスイッチＳ１はオフの状態となって前記加速電圧発生回路２０から、再び、設定加速電圧が前記誤差増幅器２２に送られ、前記スイッチング回路２７のスイッチＳ２もオフの状態となって前記バイアス電圧発生回路２０から、再び、電源Ｓ_ａからの負のバイアス電圧が抵抗ＲＡ２及び抵抗ＲＡ１を介して誤差増幅器２２に送られる様になり、更に、前記各パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、再び、動作を開始するので、装置は放電発生前の動作に復帰する。

この結果、前記誤差増幅器２２から立ち上がり・立ち下がりの早い信号を受けた前記パルス生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは前記各位相制御素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの点弧位相角を著しく大きい範囲でコントロールする位相制御信号に対応したパルス信号を生成して位相制御回路１４に送ることになり、前記三相交流電源１２から前記交流直流変換回路１５に供給される各相電圧が著しく小さくなり、前記カソード６とアノード７に印加される加速電圧にオーバーシュートの発生が起きない。

尚、本発明は電子ビーム蒸着装置に限らず、直流高電圧発生回路を備えた他の電子ビーム装置（電子ビーム露光装置等の電子ビーム加工装置、走査型電子顕微鏡等）にも応用可能であることは言うまでもない。

電子ビーム蒸着装置の一概略例を示す。電子ビーム蒸着装置の主要部の概略を示す。電子ビーム蒸着装置の動作説明に使用した信号波形の一例を示す。電子ビーム蒸着装置の動作説明に使用した信号波形の一例を示す。本発明の電子ビーム装置の一例である電子ビーム蒸着装置の主要部の一概略を示す。

符号の説明

１…真空チャンバー
２…真空ポンプ
３…電子ビーム発生源
４…フィラメント
５…フィラメント加熱電源
６…カソード
７…アノード
８…坩堝
９…蒸着材料
１０…基板
１１…直流高電圧発生回路
１２…交流電源
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…位相制御素子
１４…位相制御回路
１５…交流直流変換回路
１６…昇圧変圧器
１７…整流平滑回路
１８…出力電圧検出回路
１９…エミッション電流検出抵抗
２０…加速電圧設定回路
Ｓｏ、Ｓａ…電源
２１、２１´…バイアス電圧発生回路
２２…誤差増幅器
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…パルス生成回路
２４…放電検出回路
２５、２７…スイッチング回路
２６…反転回路

Claims

交流電源、該交流電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に印加する交流直流変換手段、前記交流電源と前記交流直流変換手段との間に設けられた交流電力を制御する制御素子、該制御素子の点弧位相角を制御する位相制御信号を発生する位相制御手段、前記負荷に印加される直流電力を検出する検出手段、前記負荷に印加すべき直流電力を設定する手段、バイアス電圧発生手段、前記検出手段からの出力，前記直流電圧設定手段の出力及び前記バイアス電圧発生手段の出力に基づいて前記位相制御手段を制御する信号を発生する増幅手段、及び、前記負荷で発生した放電を検出する手段を備え、該放電検出手段からの信号に基づいて前記位相制御手段からの位相制御信号の出力発生をコントロールする様に成した電子ビーム装置において、前記放電検出手段からの放電検出信号に基づいて前記増幅手段に送られる前記バイアス電圧発生手段の出力をコントロールすることにより該増幅手段の出力の立ち上がり及び立下りを放電発生前より早くする様に成した電子ビーム装置。
前記バイアス電圧発生手段を、直流電源と、第１抵抗と、及び、該第１抵抗の抵抗値より大きい抵抗値を有する第２抵抗の両端各々に繋がった端子間の接続，非接続を行うスイッチング回路との直列回路で成し、前記放電検出手段からの放電検出信号により前記端子間を接続状態にすることにより、前記増幅手段に送られる前記バイアス電圧発生手段の出力を大きくすることにより該増幅手段の出力の立ち上がり及び立下りを放電発生前より早くする様に成した請求項１記載の電子ビーム装置。
前記制御素子はサイリスタから成る請求項１記載の電子ビーム装置。
前記制御手段は誤差増幅器から成る請求項１記載の電子ビーム装置。
前記スイッチは高速半導体スイッチであることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。