JPH0521982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、溶融物質の蒸気を噴出孔から噴出
させる蒸気噴出装置における蒸気噴出量の制御方
法特にクラスターイオンビーム法や分子線蒸着法
に用いられる蒸気噴出装置の制御方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特公昭54−9592号公報に開示さ
れた従来の溶融物質の蒸気噴出装置を示す断面図
である。１はルツボ、２はこのルツボ１を電子衝
撃によつて加熱するボンバードフイラメント、３
はルツボ１のふたに設けられた１個もしくは複数
個の噴出孔、４はルツボ１内の溶融物質、５は噴
出孔３から飛び出す噴出蒸気、６は表面に薄膜を
蒸着させる基板、７は基板６に到達する噴出蒸気
量を測定するセンサ、８はボンバードフイラメン
ト２を加熱するための交流電源、９はルツボ１を
ボンバードフイラメント２に対して正の電位に保
つための直流電源、１０はこれらの電源８，９の
制御部、１１は真空槽である。

上記のような構成の従来の蒸気噴出装置におい
て、交流電源８によつて所定の電流が通電され加
熱されたボンバードフイラメント２から放出する
熱電子は、直流電源９による正電位側のルツボ１
に衝突して加熱する。この加熱されたルツボ１内
に発生した溶融物質４の蒸気はルツボ１内の圧力
を高め、噴出孔３から高真空に保たれた真空槽１
１中に噴出し、基板６面に薄膜を形成する。

一般に、高性能の薄膜を形成するためには、薄
膜の形成速度すなわち溶融物質４のの蒸気噴出量
を一定に保つ必要があるため、この蒸気噴出の状
態をセンサ７によつて検知し、この検知した値を
変数として制御部１０を動作させ、その出力によ
つて直流電源９を操作することによりルツボ１と
ボンバードフイラメント２との電位差（以下ボン
バード電圧という）を定め、ルツボ１とボンバー
ドフイラメント２間に流れる電流（以下ボンバー
ド電流と言う）と上記ボンバード電圧との積すな
わちボンバード電力を制御し、第４図に例示する
ように蒸気噴出量と相関関係にあるボンバード電
力を一定値にしながら蒸気噴出量を所定の値に保
つようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の溶融物質の蒸発噴出装置で
は、第５図に例示するように上記ボンバード電圧
とボンバード電流とはそれらの積を一定値にしな
がら、始動時より時間の経過とともにｔ＝０
（0.6KV，0.5A）の状態よりｔ＝１を経てｔ＝２
（0.3KV，1.0A）のようにボンバード電流値が増
大してゆく特性があるので、この電流が所定値を
超すとルツボ１とボンバードフイラメント２との
間に放電現象が発生し、ルツボ１よりの蒸気噴出
状態が不安定になり基板６に形成される薄膜の蒸
着条件を悪化してしまうような問題があつた。

この発明はかかる問題点を解消するためになさ
れたもので、ルツボよりの蒸気噴出量を安定に保
つことによつて高品質の薄膜の蒸着が形成できる
クラスターイオンビーム法や分子線蒸着法に用い
られる蒸気噴出装置の制御方法を得ることを目的
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る蒸気噴出装置の制御方法は、あ
らかじめ設定されたボンバードフイラメントの電
流（以下フイラメント電流）の逓減率に基づいて
作動する時間設定手段により、ボンバードフイラ
メントの端子間電圧を変化させてボンバード電流
の経時変化を抑制する制御を行うとともに、噴出
蒸気量を検出するセンサの信号に応じてボンバー
ド電圧を制御するようにしたものである。

即ち、この発明の蒸気噴出装置の制御方法は、
溶融物質の蒸気を噴出させるためのルツボと、ル
ツボに電子を衝突させて加熱するためのボンバー
ドフイラメントと、ボンバードフイラメントに電
圧を印加するための交流電源と、上記ボンバード
フイラメントに対して上記ルツボを正電位に保持
するための直流電源と、上記交流電源を操作して
ボンバードフイラメントに印加する電圧を制御す
る制御部とを備え、ボンバード電流が時間ととも
に増大する経時特性を打消すような逓減率を前記
制御部に設けた時間設定手段に設定し、該逓減率
でボンバードフイラメントに印加する電圧を徐々
に変化させ、ルツボより噴出する蒸気の噴出量を
検出し、この検出した信号に基づいて制御部が直
流電源を操作し、ボンバードフイラメントとルツ
ボ間の電位を制御しルツボより噴出する蒸気を一
定量に制御するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における制御装置は、あらかじめ設定
した逓減率でボンバードフイラメントの端子間電
圧を変化させるので、この電圧変化に応じて低下
するフイラメント電流の変化によつて、時間経過
に従つて増大するボンバード電流の経時特性を打
ち消すとともに、外乱などによつて生じる噴出蒸
気量の異常状態を検知するセンサの信号に応じ、
ボンバード電圧を制御して正常な状態に修正す
る。

本発明の蒸気噴出装置の制御方法によれば、 (1) 蒸気量が増大してプラズマが生じる程度に空
間インピーダンスが低下しても、フイラメント
加熱電流を一定にして、ルツボへの熱衝突電子
の量を一定に制御することが可能なため、安定
的に蒸着速度を制御できる。

(2) 突発的な蒸気発生現象すなわち、蒸着材料の
溶融に伴うガス発生および蒸着材料のルツボか
らのあふれだしに伴う急激な蒸気発生時にもフ
イラメント加熱電流を制御すれば、ルツボへの
熱衝突電子の量の急激な増加を抑えることが可
能であるため、電源トリツプおよびイオン源の
トラブル等を未然に防止することも可能とな
る。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による蒸気噴出装
置を備えた薄膜形成装置の構成を示す断面図、第
２図はこの発明の動作特性を示す線図である。第
１図において、１〜９および１１は従来例の要部
を示した第３図における同符号と同一または相当
部分であり、１５は例えば内臓するタイマ回路の
作動によつて、あらかじめ設定された速度でボン
バードフイラメント２の端子電圧を逓減させるよ
うに交流電源８を操作して、ボンバードフイラメ
ント２に流れる電流値を徐々に減らす制御機能
と、センサ７が検知する蒸気噴出の状態を変数と
して直源電源９を操作し、ボンバード電圧を制御
する補助的な制御機能とを備えた制御部である。
１２は噴出蒸気５をイオン化するイオン化電子放
出フイラメント、１３はこのイオン化電子フイラ
メント１２から放出された電子を加速するグリツ
ド、１４はイオン化した噴出蒸気５を加速する加
速電極である。

上記のように構成されたこの発明による蒸気噴
出装置を備えた薄膜形成装置において、制御部１
５に設けた例えばタイマ回路によつて交流電源８
を操作し、ボンバードフイラメント２の端子間電
圧を起動時よりの時間経過に従つて逓減すると、
第２図に例示したようにフイラメント電流は徐々
に低下する。このフイラメント電流の時間に対す
る低下率が第５図に例示したボンバード電流の時
間に対する上昇特性を打ち消すように、両者の相
関関係が設定してあるのでボンバード電流は起動
時よりの経過時間には関係なく一定値を保ち、ま
た直流電源９によるボンバードフイラメント２と
ルツボ１との電位差すなわちボンバード電圧が一
定であれば、これら両者の積であるボンバード電
力が一定値を保持して、ルツボ１より安定した噴
出蒸気５を真空槽１内の高真空中へ放出し、イオ
ン化電子放出フイラメント１２、グリツド１３、
加速電極１４によつてイオン化して加速された噴
出蒸気５が安定な条件下で基板６に蒸気して薄膜
を形成する。

ただし、第２図に例示したフイラメント電流の
時間勾配に対応する制御部１５に設けた例えばタ
イマ回路の誤差あるいは制御系に対する外乱等が
原因で、噴出蒸気５の真空槽１内における放出状
態が所定の安定域より逸脱すると、これをセンサ
７が検知して制御部１５が直流電源９を操作し、
ボンバード電圧を制御して噴出蒸気５の放出状態
を安定域に戻して修正する補助的な制御を行うよ
うになつている。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、ボンバード電
流が時間とともに増大する経時特性を打ち消すよ
うに、あらかじめ設定したフイラメント電流の逓
減率に基づいてボンバードフイラメントの端子間
電圧を変化させるように構成したので、ルツボを
加熱する熱エネルギであるボンバード電力が一定
値を保ち、放電現象がないので安定した蒸気噴出
量によつて高品質の薄膜の形成ができるようにな
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による蒸気噴出装
置を備えた薄膜形成装置の構成を示す断面図、第
２図はこの発明の動作を説明するためのフイラメ
ント電流と時間との関係を示す線図、第３図は従
来の蒸気噴出装置の構成の一例を示す断面図、第
４図は蒸気噴出量とボンバード電力との関係を示
す線図、第５図はボンバード電流の経時特性を示
す線図である。 図において、１はルツボ、２はボンバードフイ
ラメント、４は溶融物質、５は噴出蒸気、７はセ
ンサ、８は交流電源、９は直流電源、１５は制御
部。なお図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融物質の蒸気を噴出させるためのルツボ
   と、該ルツボに電子を衝突させて加熱するための
   ボンバードフイラメントと、該ボンバードフイラ
   メントに電圧を印加するための交流電源と、上記
   ボンバードフイラメントに対して上記ルツボを正
   電位に保持するための直流電源と、上記交流電源
   を操作して上記ボンバードフイラメントに印加す
   る電圧を制御する制御部とを備え、ボンバード電
   流が時間とともに増大する経時特性を打消すよう
   な逓減率を前記制御部に設けた時間設定手段に設
   定し、該逓減率で上記ボンバードフイラメントに
   印加する電圧を徐々に変化させ、上記ルツボより
   噴出する蒸気の噴出量を検出し、この検出した信
   号に基づいて制御部が直流電源を操作し、ボンバ
   ードフイラメントとルツボ間の電位を制御し上記
   ルツボより噴出する蒸気を一定量に制御すること
   を特徴とする溶融物質の蒸気噴出装置の制御方
   法。