JP2003516706A - フラックス制御変圧器を有する電源 - Google Patents

フラックス制御変圧器を有する電源

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ドミトリー コバレフスキイ，
マイケル キシネフスキー，
デイビッド ジェイ． クリスティー，
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Abstract

(57)【要約】 本発明によって、電圧パルス（Ｖ）を、プラズマチャンバ（４）内の第１（Ａ）および第２（Ｂ）のマグネトロンデバイスに発生する装置および方法が提供される。絶縁変圧器（８）が、フラックスセンサ（１０）、例えば、ホール効果センサを有するパルス化されたＤＣ電源（２）に、エアギャップ（１２）の近傍で接続されて、変圧器フラックス（Ｂ）をモニタリングする。制御回路が、フラックスセンサ（１０）に接続されて、飽和を防ぐため、最大および最小ピーク変圧器フラックス（Ｂ）の大きさが等しく、符号が逆になるように、変圧器（８）のフラックス（Ｂ）を制御することによって、変圧器（８）のデューティーサイクルを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願の相互参照） 本出願は、１９９９年１２月７日に出願された同一人に譲渡された仮特許出願
第６０／１６９，４４１号に関連し、その優先権主張しており、これら全ての開
示が、あらゆる目的のために本明細書中で参考として援用される。
【０００２】 （発明の背景） 発明の分野 本発明は、一般的に、様々な用途における電力供給（ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ
ｐｏｗｅｒ）制御、さらに詳細には、プラズマ薄膜フィルム処理および他の用
途に適用し得るパルス電力の供給および制御に関する方法およびシステムに関す
る。
【０００３】 （従来技術の簡単な説明） 薄膜層システムは、大面積コータ（ｃｏａｔｅｒ）で一般にガラスまたはポリ
マー基板に堆積される。上記の層システムは、光フィルタの実行する場合が多い
。上記のフィルタは、干渉効果および個別の金属ならびに誘電体層の伝播かつ反
射スペクトルの組み合せを用いて、上記の複合スペクトル伝播および吸収特性を
可能にする。一般には、チタン、銀、ニクロム、アルミニウムまたはステンレス
鋼が認められている金属層は、Ｒ．Ｊ．Ｈｉｌｌ，Ｓ．Ｊ．Ｎａｄｅｌ，「Ｃｏ
ａｔｅｄ ｇｌａｓｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍａｒｋｅｔｓ」
，ＢＯＣ（１９９９），ｐ．５５〜８６の書籍において説明されているアルゴン
ガス環境で金属モードで動作するマグネトロンで通常スパッタリングされ、ＤＣ
供給で電力が与えられる。
【０００４】 金属または半導体が、酸素または窒素といった反応性ガスのある所でスパッタ
リングされる、反応性スパッタリングとして既知のプロセスは、誘電体層を堆積
する。次いで、通常、そのガスは、導電性のスパッタリングされた材料を組み合
して、誘電体を形成する。この誘電体は、スパッタリング目標およびアノードお
よび被加工物（ｗｏｒｋ ｐｉｅｃｅ）上に堆積される傾向にある。その結果が
、スパッタリング目標およびアノード両方の絶縁コーティングである。絶縁コー
ティングにより、ＤＣ電源で電力供給される場合、結局、品質が下がり、おそら
くプロセスの中断さえ生じる。この品質低下は、主に「アノード消失（ｄｉｓａ
ｐｐｅａｒｉｎｇ ａｎｏｄｅ）」と呼ばれる効果が原因である。アノードが、
絶縁体、同一の反応を生じる被加工物上の誘電体化合物に最終的にコーティング
されるので、アノードは消失する。
【０００５】 この問題の１つの解決策は、図１に示されるように、デュアルマグネトロンス
パッタリング配列を用いることである。このアプローチでは、マグネトロンＡお
よびＢのペアは、プラズマ６を形成するプラズマチャンバー４から電気的に絶縁
されるＡＣ電源で駆動される。それゆえ、カスケードとアノードの役割は交代す
る。アノードとして機能する短い時間の後で、誘電体のわずかな堆積を受け、マ
グネトロンは、カソードとして機能し、アノードとして機能する時間に堆積され
た導電性材料およびわずかな誘電体がスパッタリングされる。結果として、堆積
物のない（ｃｌｅａｎ）アノードは、いつも電流経路として完全に役割を果たす
ことが可能である。
【０００６】 いくつかの産業上の用途では、逆の極性で送られる電力が独立に調整されなけ
ればならない、パルス形式の電力供給を必要とする。例としては、薄膜コーティ
ングを堆積するのに用いられるパルスデュアルマグネトロンスパッタリング配列
がある。「Ａ」および「Ｂ」のラベルのついた２つのマグネトロンが、低圧ガス
環境でプラズマチャンバーに置かれる。電源は、気密性（ｇａｓｔｉｇｈｔ）の
絶縁フィードスルー（ｆｅｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）を通じてマグネトロンに接続
される。このタイプの負荷は、各極性に異なる電圧を有し得る。電圧はまた、時
間で動的に、電流で非線形に変わる。デュアルマグネトロン配列についての電流
対電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の１例が、図２に示される。電流は、電圧とともに非線形
に変化し得、正および負電圧に対するＩ−Ｖ特性は、対称性を有し得ない。パル
ス電圧および電流波形の例が、時間の関数として図３に示される。電源は、正負
の極性に対して異なる振幅およびパルス幅を有するように設定され得、各マグネ
トロンに独立に送られる電力を調整する能力を提供し得る。正電流は、負電流が
負電圧に比例して小さくなるより、正電圧に比例してより小さくなり得る。これ
は、正負電圧に対するＩ−Ｖ特性が対称性を有し得ないので、図３に示されるよ
うに生じる。実用な用途において、上記の負荷により、定常状態で動作する電圧
は変わり得、それゆえ、磁場の強さ、プロセスガス組成および圧力、目標組成、
および定常電流といった物理的な構成に依存して、大きな信号インピーダンスは
変わり得る。
【０００７】 この技術は、Ｇ．Ｅｓｔｅ、Ｗ．Ｄ．Ｗｅｓｔｗｏｏｄ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ
．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａ６（３）、（５月／１月、１９９８年）、１８４５
〜１８４８頁において報告された。現在、一般に、デュアルマグネトロンスパッ
タリング（ＤＭＳ）またはデュアルカソードスパッタリングと呼ばれている。こ
の構成は、大きなインラインコータ内で建築用ガラス上に低放射率（「低−ｅ」
）コーティングを堆積する際に広く用いられる。他の重要なアプリケーションに
は、ミラー、フラットパネルディスプレイ、および非反射（ＡＲ）コーティング
ガラスが含まれる。ＤＭＳはまた、貼り付け型グレア低減フィルタ用のプラスチ
ックフィルムおよびプラスチック食品パッケージングフィルム用の酸素バリア上
に、コーティングを堆積するためのロールコータにおいて用いられる。デュアル
マグネトロンスパッタリングのさらなる利点は、基板にて活性化したイオンのさ
らに高いフラックスにより、より高密度かつより平滑な膜が生成されることであ
る。これらのより平滑な膜上に堆積される銀層は、より低いシート抵抗、従って
より低い放射率を有し、Ｈ．Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇらの「Ｎｅｗ ｌａｙｅｒ ｓ
ｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｇｌａｓｓ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｄｕａｌ ｔｗｉｎ−ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ＴｉＯ
２」、４１ｓｔ Ａｎｎｕａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．、
ＳＶＣ（１９９８）、１６５〜１７３頁において教示されるのと同じ光透過特性
を有する。
【０００８】 かなりの労力を費やして、これらデュアルマグネトロンシステムを駆動させる
ために最適化される電源形態（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を開発してきた。方形波パル
ス電源および正弦波（または共振）電源の両方が用いられてきた。高出力正弦波
ＡＣ電源は市販されている。これらの電源の記載は、技術文献において見うけら
れ、Ｔ．Ｒｅｔｔｉｃｈ、Ｐ．ＷｉｅｄｅｍｕｔｈのＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎ
ｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ ２１８（１９９７）５０〜５３
頁、Ｔ．Ｒｅｔｔｉｃｈ、Ｐ．Ｗｉｅｄｅｍｕｔｈの「Ｎｅｗ ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ
ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｃｏａｔｉｎｇ」、４１ｓｔ Ａｎｎｕａｌ
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．、ＳＶＣ（１９９８）１８２〜１８
６頁、およびＧ．ＷａｌｌａｃｅのＴｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ３５１（
１９９９）２１〜２６ページに開示されるように、過去数年内の会議にて発表さ
れた。今日の市場におけるＡＣ電源は、２つのマグネトロンに送達される全電力
を制御し、測定する。個々のマグネトロンについての電力、電流および電圧の測
定および制御は、正弦波ＡＣ電源では未だに利用可能ではない。
【０００９】 パルス電源はもともと、プロセスの制御におけるさらなる柔軟性を提供する。
これらパルス電源は、各マグネトロンに送達される電力を独立して調整する能力
を提供する。このことは、既存のプロセスにとっていくつかの利点を有しており
、新たなプロセスの実行を可能にする。第１に、各マグネトロンへの電力の独立
した調整によって、各マグネトロンは同じ電力を受け取ることができる。従って
、トラックは同じ速度で腐食させる。共振電源を用いた場合には、２つのマグネ
トロン間のインピーダンス差によって、腐食予防用の維持サイクル間の時間を不
必要に減少させる一方のターゲットを早く腐食させる。第２に、異なる電力で２
つのマグネトロンを意図的に動作させることが可能である。一方のターゲットが
、アークする傾向をもつ場合、その電力は許容可能な速度でアークする点まで減
少され得、時に、他方のマグネトロンへの電力は、その対と同じ堆積速度を補償
し、かつ維持するように増加させられ得る場合もある。第３に、異なる材料をマ
グネトロンターゲットに用いる場合、独立制御によって膜中に制御された材料の
混合を生成し得る。このことによって、カスタマイズされた屈折率または段階状
の屈折率を有する膜を生成することが可能になる。例えば、約１．５の屈折率を
有するＳｉＯ２が堆積され得、約２．４の屈折率を有するＴｉＯ２が堆積され得
る。デュアルマグネトロンスパッタリング構成が、１つのＳｉターゲットおよび
１つのＴｉターゲットで構成される場合、Ｔｉ対Ｓｉの比は、各マグネトロンへ
の電力を制御することによって制御され得る。従って、原理的には、１．５〜２
．４の間であればどこにでも屈折率を「合わせる」ことが可能である。
【００１０】 電圧、電流、または電力を調整する能力を有し、２００ｋＷまで１２０と定め
られる必要のある、デュアルマグネトロンスパッタリングに用いられるパルス電
源は、Ｐ．Ｇｒｅｅｎｅ、Ｒ．Ｄａｎｎｅｎｂｅｒｇの「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏ
ｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｃａｌｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ」、４２ｎｄ Ａｎｎｕａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．
、ＳＶＣ（１９９９）、２３〜２８頁、およびＵ．Ｈｅｉｓｔｅｒらの「Ｒｅｃ
ｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ
ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｂｙ ｄｕａｌ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｉｎ ｓｙｓｔｅｍ」、４２ｎｄ Ａｎ
ｎｕａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．、ＳＶＣ（１９９９）、
３４〜３８頁に開示される。これらの電源は、２〜１ボルトの範囲で全出力を送
達し得るべきであり、アーク防止および回復、ならびに超低アークエネルギーを
提供する最新のアーク管理能力を有する必要がある。これらの電源はまた、可変
周波数を提供すべきである。一般に、プロセスは、最も高い堆積速度を達成する
ために、許容可能なアーク速度と一貫した最も低い周波数で実行されるべきであ
る。いくつかのプロセスでは、周期的なクリーニングサイクルを必要とする。こ
の場合、高い周波数でクリーニングを実行する能力が望ましくあり得る。
【００１１】 方形波電圧ソース源は、「Ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｐｕｌｓｅｄ，ｂｉ
ｐｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ａ ｐｌａｓｍａ ｃｈａｍ
ｂｅｒ」と称されるＧ．Ｍａｒｋに１９９４年４月に付与された米国特許第５，
３０３，１３９号に開示される。パルス電圧ソース源は典型的には、アークへの
遅い電流の立上がりおよび高いピーク電流を示す。従って、それらパルス電圧ソ
ース電源は、デュアルマグネトロンスパッタリングアプリケーションにしか商業
的に受け入れられない。さらなる研究が、「Ｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏ
ｄｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏ
ｒ ｍａｇｎｅｔｏｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｃａｔｈｏｄｅｓ」と称さ
れるＤ．ＫｏｖａｌｅｖｓｋｉｉおよびＭ．Ｋｉｓｈｉｎｅｖｓｋｙに１９９８
年７月に付与された米国特許第５，７７７，８６３号、「Ｐｕｌｓｅｄ ｄｉｒ
ｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
ｏｎｓ ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｐｌａｓｍａｓ」と称されるＲ．Ａ．
ＳｃｈｏｌｌおよびＤ．Ｊ．Ｃｈｒｉｓｔｉｅに１９９９年６月に付与された米
国特許５，９１７，２８６号、および「Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｉ
ｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｕｌｓｅ−ｓｈａｐｅｄ ｆｅｅｄｉ
ｎｇ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｏ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｓｍ
ａｓ」と称されるＨ．Ｗａｌｄｅらに１９９９年１２月に付与された米国特許第
６，００５，２１８号に開示されるようにパルス電流ソース源の開発に集中して
いる。
【００１２】 非対称バイポーラパルス電源の１つの問題は、接地絶縁である。一次巻線に印
加される電圧波形が平衡でない場合（平均入力電圧がゼロでないということを意
味する）、ＡＣ電源で使用されるのと同様の単純な出力変圧器は飽和し得るとい
うことを当業者は理解する。Ｋｏｖａｌｅｖｓｋｉｉらの上記特許では、電源の
入力部に低周波数絶縁変圧器を用いることによってこの問題を解決した。第１に
、低周波数変圧器は、高電力要件では極めて大きくかつ重たくなりがちである。
第２に、変圧器タップを変更することによって負荷を整合することができなくな
るので、出力変圧器がない場合には電源の負荷電圧範囲を狭くする。
【００１３】 本発明の目的は、飽和を防ぎつつ、パルス電源を用いた出力変圧器を使用する
方法を提供することである。
【００１４】 本発明の別の目的は、パルス電源における負荷の範囲の拡大ならびに電力デバ
イスのより効率的な使用を可能にする、出力変圧器を提供することである。
【００１５】 本発明のさらに別の目的は、低周波数入力変圧器をなくすことによって、より
小さなサイズ、より小さなフットプリント、そしてより小さな重さを有する電源
を提供することである。
【００１６】 （発明の要旨） 本発明は、絶縁機能および電位変換を提供する変圧器を用いるデュアルマグネ
トロンスパッタリング用途用の新規なパルス化ＤＣ電源を提供する。これにより
、出力電圧の変換単位が異なるレベルになる可能性なく、絶縁を提供することが
可能になる。処理負荷の電源出力電流特性および電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性によ
って、出力電圧が決定される。ホール効果センサーを用いて、磁気回路中のフラ
ックスを直接感知する。制御回路は、この信号を用いて、電源のデューティーサ
イクルを設定して、変圧器の一次側の平均電圧がゼロになる条件（すなわち、変
圧器が飽和する事態を防ぐために必要な条件）を達成する。さらに回路を追加す
ると、単パルスの間に飽和が生じる事態が回避される。
【００１７】 （好適な実施形態の簡単な説明） 図４は、出力変圧器８を備える電源によって駆動されるデュアルマグネトロン
スパッタリング構成の模式図を示す。この変圧器は、絶縁機能および電圧レベル
変換機能を提供する。各極性に対して電圧および電流が異なり得る場合、それは
、変圧器が飽和する可能性を示す。なぜならば、変圧器の一次側における平均電
圧は通常は、変圧器を飽和させないためにゼロに等しくなければならないからで
ある。主電源（ｍａｉｎｓ）からの絶縁が必要なのは、主電源（ｍａｉｎｓ ｐ
ｏｗｅｒ）およびプラズマチャンバは典型的には、接地を基準とするからである
。絶縁が無いと、望ましくない電流経路が生じ、これは、プロセス中に予期不可
能な挙動が発生する事態および電源の故障の原因となる。処理負荷の電源出力電
流および電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性によって、出力電圧が決定される。動作電圧
が電源能力を超えるプロセスを駆動することが望ましい場合がしばしばある。そ
の場合、出力変圧器を追加することにより、電源のユーティリティを増加させる
。この出力変圧器を、電源の出力側に直接ＤＣ結合させて、これにより飽和させ
やすくする。飽和を防ぐために必要な長期的な平均条件は、変圧器の一次側に対
する平均入力電圧（ＤＣ電圧成分）がゼロであることである。短期の場合、電圧
−時間の積が、設定値を超えないか、または、ピークフラックスが磁気材料の許
容最大値を超えることである。ホール効果センサーを用いて、磁気回路中のフラ
ックスを直接感知する。制御回路は、この信号を用いて、電源のデューティーサ
イクルを設定し、これにより、変圧器の一次側の平均電圧がゼロになる条件を達
成する。
【００１８】 図５は、この回路の動作時の波形を時間の関数として示したものである。負電
圧が正電圧よりも小さくなり得るため、平均電圧をゼロにするためには、負パル
スを長時間継続させる必要がある場合が多い。この条件はまた、正方向のフラッ
クス変化を負方向のフラックス変化と等しくさせることもできる。
【００１９】 本発明は、パルス化電源（例えば、譲受人から供給されているＡｓｔｒａｌ２
００（登録商標））を出力変圧器で動作させることを可能にし得る複数の局面を
含み得る。これらの局面は、出力変圧器を通じて異なる電力を異なる極性で送出
する工程と、フラックス制御ループおよび制御システムをインプリメントする構
想を用いる工程と、完全較正されたフラックス測定は不要であるため、別個の磁
気回路を用いてフラックスのサンプルをタップオフする（ｔａｐ ｏｆｆ）工程
と、を含む（但し、これらに限定されない）。
【００２０】 本発明は、正極性および負極性について別々に変圧器を通過して送出される電
力を調整する手段を提供する。負荷は抵抗性またはプラズマであり得るが、これ
ら２つに限定されない。なぜならば、ピーク電力は、電圧が増加するにつれ線形
増加するよりも高速に増加し得るからである。抵抗器の場合、ピーク電力は、電
圧の２乗として増加し得る。プラズマ負荷の場合、ピーク電力は典型的には、電
圧の２乗よりも大きく増加する。そのため、電圧が増加すると、飽和を避けるた
めにデューティーサイクルを調節する必要があり、これにより、平均電力の極性
が線形に低減する傾向となるが、ピーク電力は、電圧に対して線形よりもずっと
高速に増加し得る。これは、１つの極性で他の極性に送出される電力を比較的大
きく変化させれば、デューティーサイクルを少し変化させるだけで飽和を回避す
ることができることを意味し得る。フィードバックループを用いて、変圧器の飽
和を防ぐことが可能である。これは、変圧器コア中のフラックスを感知し、デュ
ーティーサイクルを制御して正フラックスと負フラックスとの間とを均衡させる
ことにより達成可能である。別個の回路を用いて、パルス単位で飽和を回避する
ことが可能である。フラックス制御ループは、正極性および負極性について電力
制御ループと協働して動作し得る。フラックス制御ループは、電力制御ループに
より生じる変化が変圧器の飽和を招かないような十分な速度を必要とし得る。
【００２１】 フラックスセンサーを用いて、変圧器コア中のフラックスに関する２つの事項
を決定することが可能である。第１の事項は、最小フラックスおよび最大フラッ
クスの相対的大きさおよび符号（ｓｉｇｎ）である。第２の事項は、フラックス
がゼロの場合の時間である。これは、振幅を完全に較正する必要無く達成可能で
ある。正確なヌルまたはゼロフラックスの較正で十分であり得る。変圧器コアの
ギャップの寸法が十分に大きい場合、フラックスセンサー１０をギャップに挿入
して、図６ａに示すようにフラックスを直接測定することが可能である。磁化の
インダクタンスを最大化し、これにより変圧器の一次側の磁化電流を最小化する
ためにギャップの無い磁心を用いることは一般的である。この場合、フラックス
の感知はより困難となり得る。磁気回路を用いて磁心内部のフラックスの一部を
フラックスセンサーを配置してあるギャップ中を通過するように経路設定すると
、この問題は解決し得る。
【００２２】 図６ｂ中の構成は、１つの磁心中のフラックスを測定する様子を示す。図６ｃ
は、２つの隣接する磁心中で測定されるフラックスを加算平均する手段である。
この設計用に、市販のホール効果センサーが選択され得る。他の種類のフラック
スセンサー（例えば、磁気抵抗式センサーまたはファラデー回転を用いた光学式
センサー。但し、これらに限定されない）も使用可能である。
【００２３】 図７中の回路をフラックスセンサーと共に用いて、デューティーサイクル制御
信号を生成することが可能である。デューティーサイクルコントローラの目的は
、大きさが等しくかつ符号が逆の最大ピークフラックスおよび最小ピークフラッ
クスを生成することであり得る。最大ピークフラックス検出器１４は、サンプル
アンドホールド回路１８によって１サイクル毎に取得される信号を生成し得る。
最小ピークフラックス検出器１６は、第２のサンプルアンドホールド回路２０に
よって１サイクル毎に取得される信号を生成し得る。これら２つのサンプルアン
ドホールド回路１８および２０の出力は合計され、これによりエラー信号２２が
生成され得る。エラー信号２２がゼロである場合、これは、最大ピークフラック
スおよび最小ピークフラックスの大きさが等しく、それらの符号が逆であること
を示し得る。エラー信号がゼロでない場合、これは、デューティーサイクルを変
更してエラー信号をゼロにすべきであることを示し得る。これは、出力によって
デューティーサイクルを制御する積分器の入力に信号を送ることにより、達成さ
れ得る。また、これは、エラー信号がゼロになるまでデューティーサイクルをデ
ジタル的に変化させる（ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｓｔｅｐｐｉｎｇ）ことによって
も達成され得る。デューティーサイクルを制御するために用いられ得る制御アル
ゴリズムは他にも多くある。重要なことは、エラー信号がゼロになるようにデュ
ーティーサイクルを制御することであり得る。
【００２４】 プロセスパラメータにおける変動、または電源における素早い過渡事象は、フ
ラックス制御ループが応答できるよりも、速く発生し得る。従って、電源への損
傷またはプラズマプロセスへの一貫した分裂を防ぐために、変圧器が単一パルス
で飽和することを防ぐことが必要になり得る。これには、ピークフラックスを正
確に推定する手段が必要になり得る。変圧器の磁気フラックススイングは、以下
のように数学的に表され得る。
【００２５】
【数１】 ただし、 Ｂは、テスラにおける磁気フラックスのスイング Ｖは、変圧器の一次電圧 Ｎは、変圧器の一次ターンの数 Ａは、変圧器コアの実効領域 ｔ１は、フラックススイングが開始する時刻 ｔ２は、フラックススイングが終了する時刻 図８に示す電子回路は、この式の値を求めるために用いられ得る。差動増幅器
Ｕ１は、変圧器一次電圧の測定を行い得る。オペアンプＵ２、およびＲ１、Ｒ３
、Ｃ１、およびＳＷ１を含む積分器回路が用いられて、変圧器内のピークフラッ
クスが推定され得る。フラックスセンサは、フラックスがゼロであることを示す
信号を提供し得る。これは、式のｔ１に対応して、スイッチＳＷ１を閉じること
によって、積分器をゼロにし得る。フラックスが、ゼロから少しでも変動する場
合、積分器が動作することが可能とされ得る。フラックスの許容される最大の大
きさに相当するプリセット閾値より、正のフラックスが大きい場合、または負の
フラックスが小さい場合、比較器は、遮断され得、このことによって、変圧器が
飽和する前に、電源の出力を止め得る。フラックス信号の小さい部分は、レジス
タＲ２を通じて、積分器に加えられ得、実際のオペアンプにおける小さいオフセ
ット電流を補償する。これによって、積分器が、一次電圧の小さい値について、
常に正しい方向に進み得る。Ｒ３は、短時間の間、回路の動作にあまり影響を与
えない、大きい値のレジスタであり得るが、プロセスにおける、アークまたは他
の一時的分裂に応答するため電源が切られる必要がある場合、スイッチＳＷ１が
長時間開いている場合にオペアンプが飽和へと進むことを防ぐ。
【００２６】 励磁電流を用いて、変圧器を制御することも可能である。励磁電流は、一次電
流からの巻数比によって一次側に向けられた二次電流を引くことによって、推定
され得る。フラックスの代わりに励磁電流を用いることには、図７における制御
回路が用いられ得る。制御システムの目的は、ピークの正および負の励磁電流の
大きさを等しくし、符号を逆にすることである。最大許容励磁電流が達する場合
に電源を切ることは、飽和を防ぐ。
【００２７】 上記から容易に理解されるように、本発明の基本的な概念は、様々な方法にお
いて実施され得る。本発明は、電力制御技術、説明したプロセス、このようなプ
ロセスからの製品、および電源を含む。この適用例において、制御技術は、上記
の様々なデバイスによって得られることが示される結果の一部として、および利
用において必要なステップとして、開示される。これらは、意図され、説明され
るデバイスを利用した、自然な結果に過ぎない。さらに、いくつかのデバイスが
開示されているが、これらのみが特定の方法を達成するのではなく、多くの様式
において変化し得るということが理解されるべきである。重要なことに、上記の
全てに関して、これらの要因は、この開示内容に含まれていると理解される。
【００２８】 読者は、特定の記述が、可能な実施形態全てを明確に開示しているわけではな
く、多くの代替例が潜在的に含まれていることに留意されたい。本発明の概略的
な性質も、十分に説明されておらず、特徴または要素のそれぞれが、より広い機
能、あるいは、多様な代替例または同等の要素を、実際には、どのように表すの
かも明示的に示されていない。これらも、この開示内容に、潜在的に含まれる。
本発明が、デバイスに関する専門用語で記載されているが、デバイスの各要素は
、暗黙にある機能を行う。記載したデバイスについて、装置クレームが含まれる
だけでなく、本発明および各要素が行う機能に対処するため、方法またはプロセ
スクレームも含まれ得る。
【００２９】 さらに、本発明および請求項の様々な要素のそれぞれが、様々な様態で達成さ
れ得る。この開示内容は、任意の装置の実施形態の実施形態の変形例であれ、方
法またはプロセス実施形態であれ、これらの任意の要素の変形例であれ、このよ
うな変形例のそれぞれを含むと理解されるべきである。特に、開示が本発明の要
素に関する限り、各要素についての語は、機能または結果のみが同じであるとし
ても、同等の装置の用語または方法の語によって表され得ることが理解されるべ
きである。このような同等の語、より広い、またはより一般的でさえある用語が
、要素またはアクションのそれぞれの記載に含まれると考慮されるべきである。
このような用語は、本発明が潜在的に権利を有する広い範囲を明確することが所
望される場合、置き換えられ得る。この最後の局面に関して、一例として、「ス
イッチ」の開示は、明確に記載されいているか否かに関わらず、「スイッチする
」という行動の開示を含むと理解されるべきである。反対に、「スイッチする」
という行動のみが開示されている場合、このような開示は、「スイッチ」、およ
び「スイッチする」手段の開示さえも含むと理解されるべきである。このような
変化および代替的な用語は、記載に潜在的に含まれると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来技術のデュアルマグネトロンスパッタリング構成の模式図である
。
【図２】 図２は、従来技術のデュアルマグネトロンスパッタリング構成の電圧−電流（
Ｖ−Ｉ）曲線の一例を示す。
【図３】 図３は、従来技術のパルス化電圧および電流の波形の正極性および負極性に関
する異なるＶ−Ｉ特性を示す。
【図４】 図４は、本発明の原理を取り入れた変圧器によって出力が結合さのた電源によ
って駆動されるデュアルマグネトロンスパッタリング構成の模式図を示す。
【図５】 図５は、パルス化電圧および電流の波形と、変圧器フラックスとの例を示す。
【図６ａ】 図６ａは、フラックスセンサーを変圧器の磁気コア中のギャップに挿入するこ
とによりフラックスをサンプリングする手段を示す。
【図６ｂ】 図６ｂは、ギャップの無い変圧器コアにおいてフラックスをサンプリングする
手段を示す。
【図６ｃ】 図６ｃは、１つのフラックスセンサーを用いて２つのギャップの無い変圧器コ
ア内のフラックスをサンプリングする手段を示す。
【図７】 図７は、フラックスセンサーからの信号を用いて出力変圧器中のフラックスを
制御するシステムのブロック図を示す。
【図８】 図８は、変圧器の飽和をパルス単位で防止する回路の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キシネフスキー， マイケル アメリカ合衆国 コロラド 80526， フ ォート コリンズ， ホワイト ウィロウ ドライブ 5306 (72)発明者 クリスティー， デイビッド ジェイ． アメリカ合衆国 コロラド 80525， フ ォート コリンズ， ツイン オーク コ ート 1300 Ｆターム(参考） 5F004 BC08 5H007 AA17 CC32 DA04 DA06 DB02 DC05 EA08 FA05 FA13 FA14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマチャンバ内の第１および第２のマグネトロンデバイ
    スに電圧パルスを発生する電源であって、 絶縁変圧器の一次側に接続されたパルス化されたＤＣ電力源と、 第１および第２のマグネトロンスパッタリングデバイスに接続された該変圧器
    の二次出力と、 該変圧器コアでフラックスを検出するように配置されたフラックスセンサと、 該フラックスセンサに接続されて、飽和を防ぐように、該変圧器のデューティ
    ーサイクルを制御する、制御回路と を備える、電源。
  2. 【請求項２】 飽和を防ぐため、最大および最小ピーク変圧器フラックスの
    大きさが等しく、符号が逆になるように、前記制御回路が配置された、請求項１
    に記載のプラズマチャンバ内の第１および第２のマグネトロンデバイスに電圧パ
    ルスを発生する電源。
  3. 【請求項３】 前記フラックスセンサが、ホール効果センサである、請求項
    １に記載のプラズマチャンバ内の第１および第２のマグネトロンデバイスに電圧
    パルスを発生する電源。
  4. 【請求項４】 飽和を防ぐため、前記変圧器のピークフラックスを推定する
    制御回路をさらに備える、請求項１に記載のプラズマチャンバ内の第１および第
    ２のマグネトロンデバイスに電圧パルスを発生する電源。
  5. 【請求項５】 パルス化されたＤＣ電力をプラズマチャンバ内の第１および
    第２のマグネトロンデバイスに供給する方法であって、 ＤＣ電圧パルスを発生する工程と、 該ＤＣ電圧パルスを絶縁変圧器の一次側に供給する工程と、 該絶縁変圧の出力を、該プラズマチャンバ内の第１および第２のマグネトロン
    デバイスに接続する工程と、 該絶縁変圧器のフラックスを検出する工程と、 飽和を防ぐため、最大および最小ピーク変圧器フラックスの大きさが等しくな
    り、符号が逆になるように、該変圧器のフラックスを制御する工程と を包含する、方法。
  6. 【請求項６】 飽和を防ぐため、該ピーク変圧器フラックスを正確に推定す
    る工程をさらに包含する、請求項５に記載のパルス化されたＤＣ電力をプラズマ
    チャンバ内の第１および第２のマグネトロンデバイスに供給する方法。
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