JP2021103919A - Power supply system - Google Patents

Power supply system Download PDF

Info

Publication number
JP2021103919A
JP2021103919A JP2019234169A JP2019234169A JP2021103919A JP 2021103919 A JP2021103919 A JP 2021103919A JP 2019234169 A JP2019234169 A JP 2019234169A JP 2019234169 A JP2019234169 A JP 2019234169A JP 2021103919 A JP2021103919 A JP 2021103919A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
current
supply system
pulse
pulse current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019234169A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6713143B1 (en
Inventor
理 一ノ倉
Osamu Ichinokura
理 一ノ倉
英雄 関本
Hideo Sekimoto
英雄 関本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hs Electric Kk
Tohoku University NUC
Original Assignee
Hs Electric Kk
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hs Electric Kk, Tohoku University NUC filed Critical Hs Electric Kk
Priority to JP2019234169A priority Critical patent/JP6713143B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6713143B1 publication Critical patent/JP6713143B1/en
Publication of JP2021103919A publication Critical patent/JP2021103919A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

To provide a power supply unit which facilitates restarting of operation of a sputtering apparatus while protecting a power supply from an overcurrent of the sputtering apparatus.SOLUTION: A power supply system 12 comprises: a power supply unit 22; a pulse current path 28 through which a pulse current of the power supply unit 22 passes; a protective device 23 provided in the pulse current path 28; and a control signal generation unit 24 which controls the protective device 23. The protective device 23 comprises: a current limiting device 30 and a switching unit 31 connected in series and provided in the pulse current path 28; and a resistance unit 36 connected in parallel to the switching unit 31. The control signal generation unit 24 turns off the switching unit 31 when current in the pulse current path 28 exceeds a first predetermined value, and then turns back on the switching unit 31 when the current in the pulse current path 28 falls below a second predetermined value (<the first predetermined value) within a predetermined time, and stops the power supply unit 22 when the current does not fall below.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スパッタ装置等に適用される電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system applied to a sputtering apparatus or the like.

成膜形成のスパッタ装置として、HiPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering)等の大電力パルススパッタを利用するものがある。このような成膜形成装置では、突発的なアーク放電等に因る過電流から電源装置を保護する保護装置が必要になる。 As a sputtering device for forming a film, there is one that uses high power pulse sputtering such as HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering). In such a film forming apparatus, a protective device that protects the power supply device from an overcurrent caused by a sudden arc discharge or the like is required.

特許文献1は、スパッタ装置に適用される電源システムを開示する。この電源システムでは、パルススパッタを発生させる真空室にアーク放電が発生すると、スパッタ装置の両端電圧が低下することに着目し、スパッタ装置の両端電圧を検出して、該両端電圧が閾値以下に低下すると、電源システムからスパッタ装置への電力の供給を遮断している。 Patent Document 1 discloses a power supply system applied to a sputtering apparatus. In this power supply system, paying attention to the fact that when an arc discharge occurs in a vacuum chamber that generates pulse sputtering, the voltage across the sputtering device drops, the voltage across the sputtering device is detected, and the voltage across the sputtering device drops below the threshold. Then, the power supply from the power supply system to the sputtering device is cut off.

特許文献2は、HiPIMSにより成膜を形成するスパッタ装置に適用されて過電流から電源装置を保護する電源システムを開示する。該電源システムでは、パルス電流路にスイッチが設けられ、パルス電流路の電流が所定の閾値を超えると、スイッチが閉位置から開位置に切り替えられる。そして、過電流が、スイッチに対して並列に接続されている抵抗値の大きい抵抗部に流れることにより、所定値以下に低下する。 Patent Document 2 discloses a power supply system that is applied to a sputtering device that forms a film by HiPIMS and protects the power supply device from overcurrent. In the power supply system, a switch is provided in the pulse current path, and when the current in the pulse current path exceeds a predetermined threshold value, the switch is switched from the closed position to the open position. Then, the overcurrent flows to the resistance portion having a large resistance value connected in parallel with the switch, so that the overcurrent drops to a predetermined value or less.

特開2004−7885号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-7885 特許第6348243号公報Japanese Patent No. 6348243

従来のスパッタ装置では、過電流が発生すると、アーク放電を消滅するためには、電源部を停止している。そして、その後、電源部及びスパッタ装置を再起動して、スパッタ装置のスパッタリングを再開する。電源部の再起動及びスパッタ装置の作動再開には、所定の手順が必要になり、手間と時間がかかる。 In the conventional sputtering apparatus, when an overcurrent occurs, the power supply unit is stopped in order to extinguish the arc discharge. Then, after that, the power supply unit and the sputtering apparatus are restarted to restart the sputtering of the sputtering apparatus. A predetermined procedure is required for restarting the power supply unit and restarting the operation of the sputtering device, which takes time and effort.

一方、スパッタ装置のアーク放電には、短時間で自然消滅するものが多く存在する。 On the other hand, there are many arc discharges of a sputtering device that spontaneously disappear in a short time.

本発明者らは、このようなスパッタ装置の短時間で消滅するアーク放電に対処して、次の第1の考えに思い至った。第1段階として、過電流が生じても、電源部の作動を直ちに停止することなく、パルス電流路を開くとともに、代わりに抵抗値の大きい抵抗を介してスパッタ装置への電流を供給する。これにより、電源部を過電流から保護することができる。第2段階として、所定時間後、過電流が消滅していれば、パルス電流路を閉じて、スパッタ装置を速やかに再開する。これにより、短時間で消滅するアーク放電に対しては、電源部及びスパッタ装置の再起動の手間と時間を省略することができる。 The present inventors have dealt with the arc discharge that disappears in a short time of such a sputtering apparatus, and have come up with the following first idea. As a first step, even if an overcurrent occurs, the operation of the power supply unit is not immediately stopped, the pulse current path is opened, and instead, the current is supplied to the sputtering apparatus through a resistor having a large resistance value. As a result, the power supply unit can be protected from overcurrent. As a second step, if the overcurrent has disappeared after a predetermined time, the pulse current path is closed and the sputtering apparatus is restarted promptly. As a result, it is possible to save the trouble and time of restarting the power supply unit and the sputtering device for the arc discharge that disappears in a short time.

一方、パルス電流路の過電流を検出してから、スイッチング部が、パルス電流路を開くまでに、遅延時間が存在する。アーク放電によるパルス電流路の電流は、短時間で一気に上昇するので、遅延時間内に、パルス電流路の電流値が定格の上限を超えてしまう可能性がある。また、スパッタ装置の真空室の放電電流値が大きいと、真空室の放電状態が変化し、アーク放電が長引いてしまうことが予想される。 On the other hand, there is a delay time from the detection of the overcurrent of the pulse current path to the opening of the pulse current path by the switching unit. Since the current in the pulse current path due to the arc discharge rises at once in a short time, the current value in the pulse current path may exceed the rated upper limit within the delay time. Further, if the discharge current value of the vacuum chamber of the sputtering apparatus is large, it is expected that the discharge state of the vacuum chamber will change and the arc discharge will be prolonged.

特許文献1及び2の電源システムは、過電流から電源部の保護を図りつつ、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮することはできない。 The power supply systems of Patent Documents 1 and 2 cannot reduce the labor and time for restarting the sputtering apparatus while protecting the power supply unit from overcurrent.

本発明の目的は、過電流から電源部の保護を図りつつ、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮する電源システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a power supply system that saves time and effort for restarting a sputtering apparatus while protecting the power supply unit from overcurrent.

本発明の電源システムは、
スパッタ装置にパルス電流を供給する電源システムであって、
パルス電流を生成する電源部と、
前記パルス電流が前記電源部から前記スパッタ装置に通るパルス電流路を制御信号に基づいて制御する保護装置と、
前記保護装置に出力する前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備え、
前記保護装置は、
前記パルス電流路の電流を検出する検出器と、
前記パルス電流路を開閉するスイッチング部と、
前記スイッチング部に対して並列に接続される抵抗部と、
前記スイッチング部に直列に接続されて、前記パルス電流路に配備される限流装置と、
を備え、
前記制御信号生成部は、
前記検出器により検出された前記パルス電流路の電流としての検出電流が第1所定値以上になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を開き、
前記検出電流が第1所定値以上になってから所定時間以内に前記第1所定値より小さい第2所定値以下になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を閉じる制御信号を前記保護装置に出力し、
前記検出電流が前記所定時間以内に前記第2所定値以下にならないときは、前記電源部を停止させる。
The power supply system of the present invention
A power supply system that supplies pulsed current to a sputtering device.
The power supply unit that generates pulse current and
A protective device that controls the pulse current path through which the pulse current passes from the power supply unit to the sputtering device based on a control signal.
A control signal generation unit that generates the control signal to be output to the protection device,
With
The protective device is
A detector that detects the current in the pulse current path and
A switching unit that opens and closes the pulse current path,
A resistor section connected in parallel to the switching section and
A current limiting device connected in series with the switching unit and deployed in the pulse current path,
With
The control signal generation unit
When the detected current as the current of the pulse current path detected by the detector becomes the first predetermined value or more, the switching unit opens the pulse current path and opens the pulse current path.
When the detected current becomes equal to or less than the second predetermined value smaller than the first predetermined value within a predetermined time after becoming equal to or more than the first predetermined value, the switching unit outputs a control signal for closing the pulse current path to the protection device. And
When the detected current does not fall below the second predetermined value within the predetermined time, the power supply unit is stopped.

本発明によれば、限流装置が、スパッタ装置におけるアーク放電等の異常発生に伴うパルス電流路の電流上昇を抑える。これにより、パルス電流路の保護装置のスイッチング部がパルス電流路を開くまでに遅延時間が存在しても、該遅延時間中にパルス電流路を介して定格の上限を超える電流が電源部に流れるの阻止して、過電流から電源部を保護することができる。 According to the present invention, the current limiting device suppresses the current rise in the pulse current path due to the occurrence of an abnormality such as an arc discharge in the sputtering device. As a result, even if there is a delay time before the switching unit of the pulse current path protection device opens the pulse current path, a current exceeding the upper limit of the rating flows to the power supply unit through the pulse current path during the delay time. It is possible to protect the power supply unit from overcurrent.

一方、限流装置は、遅延時間中のスパッタ装置の通電電流を抑えるので、スパッタ装置の放電状態が通常時のものに対して大きく変化することを防止する。こうして、過電流が所定時間内に自然に収まる可能性を高めて、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮することができる。 On the other hand, since the current limiting device suppresses the energizing current of the sputtering device during the delay time, it prevents the discharge state of the sputtering device from changing significantly from that in the normal state. In this way, the possibility that the overcurrent is naturally settled within a predetermined time can be increased, and the labor and time for restarting the sputtering apparatus can be shortened.

好ましくは、本発明において、
前記限流装置は、1以上の限流器を有し、
各限流器は、
周方向の一箇所を板状間隙により分断されている環状鉄心と、
前記環状鉄心に巻かれて、前記パルス電流路の一部を形成する巻線部と、
前記環状鉄心に前記パルス電流が生成する第1磁束とは逆方向の第2磁束を生成するように、前記環状鉄心の前記板状間隙に配置される板状永久磁石と、
を備える。
Preferably, in the present invention
The current limiting device has one or more current limiting devices and has one or more current limiting devices.
Each current limiter
An annular iron core whose circumferential direction is divided by a plate-shaped gap,
A winding portion wound around the annular iron core to form a part of the pulse current path, and a winding portion.
A plate-shaped permanent magnet arranged in the plate-shaped gap of the annular core so as to generate a second magnetic flux in the direction opposite to the first magnetic flux generated by the pulse current in the annular core.
To be equipped.

この構成によれば、限流装置として、板状永久磁石が環状鉄心の板状間隙に配置された限流器が用いられる。これにより、限流装置の小型化を図ることができる。 According to this configuration, as the current limiting device, a current limiting device in which a plate-shaped permanent magnet is arranged in a plate-shaped gap of an annular iron core is used. As a result, the current limiting device can be miniaturized.

好ましくは、本発明において、
前記環状鉄心は、前記巻線部が巻かれている第1鉄心部分と、該第1鉄心部分の両端に結合して間に前記板状永久磁石が配置されている2つの第2鉄心部分とを含み、
前記環状鉄心は、前記第1鉄心部分において前記第2鉄心部分より細くなっている。
Preferably, in the present invention
The annular core includes a first core portion around which the winding portion is wound and two second core portions that are coupled to both ends of the first core portion and have a plate-shaped permanent magnet arranged between them. Including
The annular core is thinner in the first core portion than in the second core portion.

この構成によれば、巻線部が巻かれている第1鉄心部分が、板状永久磁石が間に配置されている2つの第2鉄心部分より細くされている。これにより、異常電流発生時の第1の磁束の増大が抑えられ、板状永久磁石の減磁が抑制される。 According to this configuration, the first core portion around which the winding portion is wound is made thinner than the two second core portions in which the plate-shaped permanent magnet is arranged between them. As a result, the increase of the first magnetic flux when an abnormal current is generated is suppressed, and the demagnetization of the plate-shaped permanent magnet is suppressed.

好ましくは、本発明において、前記板状永久磁石は、板面方向の寸法が前記板状間隙より小さい。 Preferably, in the present invention, the plate-shaped permanent magnet has a dimension in the plate surface direction smaller than the plate-shaped gap.

この構成によれば、板状永久磁石は、板面方向の寸法が板状間隙より小さくされている。これにより、過電流発生時に巻線部が生成する第1磁束は、板状間隙において板状永久磁石から外れて通過するので、板状永久磁石の減磁が抑制される。 According to this configuration, the plate-shaped permanent magnet has a dimension in the plate surface direction smaller than that of the plate-shaped gap. As a result, the first magnetic flux generated by the winding portion when an overcurrent is generated passes away from the plate-shaped permanent magnet in the plate-shaped gap, so that demagnetization of the plate-shaped permanent magnet is suppressed.

好ましくは、本発明において、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
正のパルス電流のみ通過を許容する第1半波整流回路と
負のパルス電流のみ通過を許容する第2半波整流回路と
前記第1半波整流回路に直列に接続される第1限流器と、
前記第2半波整流回路に直列に接続される第2限流器と、
を備える。
Preferably, in the present invention
The power supply unit generates both positive and negative pulse currents, and the power supply unit generates both positive and negative pulse currents.
The current limiting device is
A first half-wave rectifier circuit that allows only positive pulse current to pass, a second half-wave rectifier circuit that allows only negative pulse current to pass, and a first current limiter connected in series with the first half-wave rectifier circuit. When,
A second current limiter connected in series with the second half-wave rectifier circuit,
To be equipped.

この構成によれば、限流装置は、電源部が正負の両方向のパルス電流を生成する場合に、対処することができる。 According to this configuration, the current limiting device can deal with the case where the power supply unit generates pulse currents in both positive and negative directions.

好ましくは、本発明において、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
前記パルス電流路に設けられる全波整流回路と、
正負いずれのパルス電流に対しても前記巻線部に流れる電流が前記第2磁束とは反対方向の前記第1磁束を生成するように前記全波整流回路に接続された第3限流器と、
を備える。
Preferably, in the present invention
The power supply unit generates both positive and negative pulse currents, and the power supply unit generates both positive and negative pulse currents.
The current limiting device is
A full-wave rectifier circuit provided in the pulse current path and
With the third current limiter connected to the full-wave rectifier circuit so that the current flowing through the winding portion generates the first magnetic flux in the direction opposite to the second magnetic flux for both positive and negative pulse currents. ,
To be equipped.

この構成によれば、限流装置は、電源部が正負の両方向のパルス電流を生成する場合に、対処することができる。 According to this configuration, the current limiting device can deal with the case where the power supply unit generates pulse currents in both positive and negative directions.

好ましくは、本発明において、前記限流装置は、巻線部同士が直列に接続されている複数の限流器を備える。 Preferably, in the present invention, the current limiting device includes a plurality of current limiting devices in which winding portions are connected in series.

この構成によれば、電源部の生成電圧は、直列接続の複数の限流器に分割されるので、生成電圧の大きい電源部に適用することができる。 According to this configuration, since the generated voltage of the power supply unit is divided into a plurality of current limiters connected in series, it can be applied to the power supply unit having a large generated voltage.

好ましくは、本発明において、前記限流装置は、巻線部同士が並列に接続されている複数の限流器を備える。 Preferably, in the present invention, the current limiting device includes a plurality of current limiting devices in which winding portions are connected in parallel.

この構成によれば、電源部の生成電流は、並列接続の複数の限流器に分割されるので、生成電流の大きい電源部に適用することができる。 According to this configuration, the generated current of the power supply unit is divided into a plurality of current limiters connected in parallel, so that it can be applied to the power supply unit having a large generated current.

スパッタリングシステムの構成図である。It is a block diagram of a sputtering system. 電源部の詳細図である。It is a detailed view of a power-source part. 模式的な電気配線と共に限流装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the current limiting device together with the typical electric wiring. 図3の限流器の斜視図である。It is a perspective view of the current limiter of FIG. 限流器の磁気特性のグラフである。It is a graph of the magnetic characteristics of a current limiter. 限流器の限流性能をシミュレーション及び実験で調べた測定グラフである。It is a measurement graph which investigated the current limiting performance of a current limiting device by simulation and experiment. 制御信号生成部による電源部及び保護装置の制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the control method of a power-source part and a protection device by a control signal generation part. 限流器の各種の形態を示している。It shows various forms of current limiting devices. 半波整流回路を用いて電源部の双方向のスパッタパルスに対処した限流装置の構成図である。It is a block diagram of the current limiting device which coped with the bidirectional sputter pulse of a power-source part using a half-wave rectifier circuit. 全波整流回路を用いて電源部の双方向のスパッタパルスに対処した限流装置の構成図である。It is a block diagram of the current limiting device which coped with the bidirectional sputter pulse of a power-source part using a full-wave rectifier circuit. 大きな過電圧に対処できる限流装置の構成図である。It is a block diagram of the current limiting device which can cope with a large overvoltage. 大きな過電流に対処できる限流装置の構成図である。It is a block diagram of the current limiting device which can cope with a large overcurrent.

以下に、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお。実施形態が、本発明を実施形態に限定するものでないことは言うまでもない。また、実施形態において、実質的に同一又は等価な要素及び部分については、共通の参照符号を使用している。構造が同一である複数の要素は、数字が同一で、添え字のみが異なる符号を使用している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In addition. It goes without saying that the embodiments do not limit the present invention to the embodiments. Further, in the embodiment, a common reference code is used for substantially the same or equivalent elements and parts. A plurality of elements having the same structure use a code having the same number but different subscripts.

(スパッタリングシステム)
図1は、スパッタリングシステム10の構成図である。スパッタリングシステム10は、スパッタ装置11と、スパッタ装置11にスパッタリング用のパルス電流を供給する電源システム12とを備える。
(Sputtering system)
FIG. 1 is a block diagram of the sputtering system 10. The sputtering system 10 includes a sputtering device 11 and a power supply system 12 that supplies a pulse current for sputtering to the sputtering device 11.

スパッタ装置11は、真空室16を備える。真空室16には、ターゲット電極17及び基板18が配置される。ターゲット電極17は、負極を構成し、基板18は、正極を構成する。スパッタ装置11のスパッタリングの正常の放電は、グロー放電であるが、時折り、異常放電であるアーク放電Daが起きる。アーク放電Daは、電源システム12における過電流となり、スパッタ装置11及び電源システム12の双方に損傷を与える可能性があるため、発生を防止する必要がある。 The sputtering apparatus 11 includes a vacuum chamber 16. The target electrode 17 and the substrate 18 are arranged in the vacuum chamber 16. The target electrode 17 constitutes a negative electrode, and the substrate 18 constitutes a positive electrode. The normal discharge of sputtering of the sputtering apparatus 11 is a glow discharge, but occasionally an arc discharge Da, which is an abnormal discharge, occurs. Since the arc discharge Da becomes an overcurrent in the power supply system 12 and may damage both the sputtering apparatus 11 and the power supply system 12, it is necessary to prevent the arc discharge Da from occurring.

電源システム12は、パルス電流を生成する電源部22と、電源部22の出力側に設けられ、電源部22からのパルス電流がスパッタ装置11に供給される際に通過するパルス電流路28と、パルス電流路28の途中に設けられる保護装置23と、制御信号を保護装置23に出力して保護装置23を制御する制御信号生成部24とを備える。 The power supply system 12 includes a power supply unit 22 that generates a pulse current, a pulse current path 28 that is provided on the output side of the power supply unit 22 and passes through when the pulse current from the power supply unit 22 is supplied to the sputtering device 11. It includes a protection device 23 provided in the middle of the pulse current path 28, and a control signal generation unit 24 that outputs a control signal to the protection device 23 to control the protection device 23.

この電源部22は、バイポーラパルス(正負の両パルス)方式となっている。電源部22には、モノポーラパルス方式も存在する。 The power supply unit 22 is of a bipolar pulse (both positive and negative pulses) system. The power supply unit 22 also has a monopolar pulse system.

保護装置23は、さらに、限流装置30と、スイッチング部31と、シャント抵抗32と備える。限流装置30、スイッチング部31及びシャント抵抗32は、直列接続でパルス電流路28に配備される。バイパス路35は、両端においてスイッチング部31の両端に接続されている。抵抗部36は、抵抗値を大きな値で設定され、バイパス路35に設けられる。スイッチング部31と抵抗部36とは、並列接続の関係にある。 The protection device 23 further includes a current limiting device 30, a switching unit 31, and a shunt resistor 32. The current limiting device 30, the switching unit 31, and the shunt resistor 32 are arranged in series in the pulse current path 28. The bypass path 35 is connected to both ends of the switching unit 31 at both ends. The resistance portion 36 has a large resistance value and is provided on the bypass path 35. The switching unit 31 and the resistance unit 36 are in a parallel connection relationship.

スイッチング部31は、相互に直列接続された半導体スイッチ39a,39bと、半導体スイッチ39a,39bに対してそれぞれ並列接続されたダイオード40a,40bとを有する。半導体スイッチ39a,39bは、制御信号生成部24からのゲート信号(制御信号)に応じてオン(閉位置)とオフ(開位置)とに切り替わる。半導体スイッチ39a,39bは、常時はオンを保持している。半導体スイッチ39aがオフになると、正の電流がパルス電流路28において電源部22から真空室16の向きに流れることが阻止される。半導体スイッチ39bがオフになると、負の電流がパルス電流路28において電源部22から真空室16の向きに流れることが阻止される。 The switching unit 31 has semiconductor switches 39a and 39b connected in series to each other and diodes 40a and 40b connected in parallel to the semiconductor switches 39a and 39b, respectively. The semiconductor switches 39a and 39b are switched between on (closed position) and off (open position) according to the gate signal (control signal) from the control signal generation unit 24. The semiconductor switches 39a and 39b are always kept on. When the semiconductor switch 39a is turned off, the positive current is prevented from flowing from the power supply unit 22 toward the vacuum chamber 16 in the pulse current path 28. When the semiconductor switch 39b is turned off, negative current is prevented from flowing from the power supply unit 22 toward the vacuum chamber 16 in the pulse current path 28.

図1において、スパッタ電流Isは、図2で後述するパルス電流Sa,Sbに相当する電流である。電流Itは、パルス電流路28を流れるすべての電流を含む。スパッタ電流Isは、電流Itに含まれる。図1におけるスパッタ電流Is及び電流Itの矢印は、説明の便宜上、スパッタ装置11の負電極としてのターゲット電極17に負パルスを印加する電流の向きに合わせている。 In FIG. 1, the sputtering current Is is a current corresponding to the pulse currents Sa and Sb described later in FIG. The current It includes all currents flowing through the pulsed current path 28. The sputtering current Is is included in the current It. The arrows of the sputtering current Is and the current It in FIG. 1 are aligned with the directions of the currents that apply a negative pulse to the target electrode 17 as the negative electrode of the sputtering apparatus 11 for convenience of explanation.

(電源部)
図2は、電源部22の詳細図である。電源部22は、三相交流電源43、AC/DC変換器44、一次側パルス生成部45、変圧部46及び二次側パルス生成部47を備える。二次側パルス生成部47は、LC回路48を備える。
(Power supply part)
FIG. 2 is a detailed view of the power supply unit 22. The power supply unit 22 includes a three-phase AC power supply 43, an AC / DC converter 44, a primary side pulse generation unit 45, a transformer unit 46, and a secondary side pulse generation unit 47. The secondary side pulse generation unit 47 includes an LC circuit 48.

三相交流電源43から出力される三相交流は、AC/DC変換器44において直流電圧に変換される。一次側パルス生成部45は、AC/DC変換器44からの直流電圧を電圧変換して、パルス電流Pa,Pbを生成し、変圧部46の一次側に供給する。変圧部46は、パルス電流Pa,Pbから二次側のパルス電流Sa,Sbを生成して、二次側パルス生成部47に供給する。二次側パルス生成部47は、LC回路48を備え、パルス電流Sa,Sbは、LC回路48を経て電源システム12に出力される。 The three-phase AC output from the three-phase AC power supply 43 is converted into a DC voltage by the AC / DC converter 44. The primary side pulse generation unit 45 converts the DC voltage from the AC / DC converter 44 into a voltage to generate pulse currents Pa and Pb, which are supplied to the primary side of the transformer unit 46. The transformer unit 46 generates secondary side pulse currents Sa and Sb from the pulse currents Pa and Pb and supplies them to the secondary side pulse generation unit 47. The secondary side pulse generation unit 47 includes an LC circuit 48, and the pulse currents Sa and Sb are output to the power supply system 12 via the LC circuit 48.

(限流器)
図3は、模式的な電気配線と共に限流装置30の構成を示す図である。図4は、図3の限流器53の斜視図である。限流装置30は、1以上の限流器53を備える。図3の例は、限流装置30が単一の限流器53を備える例である。
(Current limiter)
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the current limiting device 30 together with the schematic electrical wiring. FIG. 4 is a perspective view of the current limiter 53 of FIG. The current limiting device 30 includes one or more current limiting devices 53. The example of FIG. 3 is an example in which the current limiting device 30 includes a single current limiting device 53.

限流器53は、環状鉄心56及び板状永久磁石57を備える。環状鉄心56は、周方向の一箇所において板状間隙58により分断されている。これにより、分断面59は、板状間隙58による分断により環状鉄心56に形成されている面であり、板状間隙58を間に挟んで対峙している。 The current limiter 53 includes an annular iron core 56 and a plate-shaped permanent magnet 57. The annular iron core 56 is divided by a plate-shaped gap 58 at one location in the circumferential direction. As a result, the divided cross section 59 is a surface formed on the annular iron core 56 by being divided by the plate-shaped gap 58, and faces each other with the plate-shaped gap 58 in between.

板状永久磁石57の両面は、それぞれN極及びS極となっている。板状永久磁石57は、両面を分断面59に密着状態にして、板状間隙58に配置されている。 Both sides of the plate-shaped permanent magnet 57 have north and south poles, respectively. The plate-shaped permanent magnet 57 is arranged in the plate-shaped gap 58 with both sides in close contact with the partial cross section 59.

板状永久磁石57は、板面方向の寸法が板状間隙58より小さく設定されている。したがって、1対の分断面59の間は、分断面59の面方向に板状永久磁石57が占める部分と、占めることなく空隙60として残される部分とから構成される。 The size of the plate-shaped permanent magnet 57 in the plate surface direction is set to be smaller than that of the plate-shaped gap 58. Therefore, between the pair of partial cross sections 59, a portion occupied by the plate-shaped permanent magnet 57 in the plane direction of the partial cross section 59 and a portion left as a gap 60 without occupying the partial cross section 59 are composed.

環状鉄心56は、第1鉄心部分としてのU字部64と、U字部64の各脚の端面に側面において結合する直方体の1対の第2鉄心部分としてのブロック部65,66とを備える。環状鉄心56における磁路の横断面は、U字部64の方がブロック部65,66より細い横断面になっている。巻線部68は、パルス電流路28の一部を構成し、U字部64に巻かれている。 The annular core 56 includes a U-shaped portion 64 as a first core portion and block portions 65 and 66 as a pair of second core portions of a rectangular parallelepiped connected to the end faces of the legs of the U-shaped portion 64 on the side surface. .. The cross section of the magnetic path in the annular iron core 56 is narrower in the U-shaped portion 64 than in the block portions 65 and 66. The winding portion 68 forms a part of the pulse current path 28 and is wound around the U-shaped portion 64.

巻線部68、電源部69及び負荷70は、ループ回路を形成している。負荷70は、スパッタ装置11に相当する。 The winding unit 68, the power supply unit 69, and the load 70 form a loop circuit. The load 70 corresponds to the sputtering apparatus 11.

巻線部68のスパッタ電流Isは、環状鉄心56に第1磁束Faを生成する。板状永久磁石57は、環状鉄心56に第2磁束Fbを生成する。第1磁束Fa及び第2磁束Fbは、相互に逆方向になっている。なお、第2磁束Fbは、固定値であり、第1磁束Faは、電流Itの増減に応じて変化する。 The sputtering current Is of the winding portion 68 generates a first magnetic flux Fa in the annular iron core 56. The plate-shaped permanent magnet 57 generates a second magnetic flux Fb in the annular iron core 56. The first magnetic flux Fa and the second magnetic flux Fb are opposite to each other. The second magnetic flux Fb is a fixed value, and the first magnetic flux Fa changes according to an increase or decrease in the current It.

(限流器の寸法例)
図3を限流装置30の正面図として、該正面図の縦、横及び奥行きの寸法を例示すると、おおよそ次の寸法になる。なお、単位はmmである。
限流器53の縦:33
限流器53の横:30
限流器53の奥行き:10
板状間隙58の厚さ:1
巻線部68の巻き数:3巻き
巻線部68の直径:3.5φ
(Dimensional example of current limiter)
Taking FIG. 3 as a front view of the current limiting device 30, exemplifying the vertical, horizontal, and depth dimensions of the front view, the dimensions are approximately as follows. The unit is mm.
Vertical of current limiter 53: 33
Next to the current limiter 53: 30
Depth of current limiter 53: 10
Thickness of plate gap 58: 1
Number of turns of winding part 68: 3 turns Diameter of winding part 68: 3.5φ

(限流器の磁気特性)
図5は、限流器53の磁気特性のグラフである。横軸は起磁力Mであり、縦軸は磁束Fである。
(Magnetic characteristics of current limiter)
FIG. 5 is a graph of the magnetic characteristics of the current limiter 53. The horizontal axis is the magnetomotive force M, and the vertical axis is the magnetic flux F.

起磁力Mは、巻線部68に流れる電流Itと比例関係がある。M1〜M4は、I1〜I4に対応する。I1は、電流It=0A(0アンペア)に対応する。起磁力範囲Ma,Mbは、それぞれ電流範囲Ia,Ibに対応する。 The magnetomotive force M has a proportional relationship with the current It flowing through the winding portion 68. M1 to M4 correspond to I1 to I4. I1 corresponds to the current It = 0A (0 amperes). The magnetomotive force ranges Ma and Mb correspond to the current ranges Ia and Ib, respectively.

Id1は、制御信号生成部24がシャント抵抗32の両端電圧からパルス電流路28に過電流が生じたと判断する電流値である。Id2は、I2とId1との中間の値として設定されている。Id1,Id2は、図7で後述する。 Id1 is a current value that the control signal generation unit 24 determines that an overcurrent has occurred in the pulse current path 28 from the voltage across the shunt resistor 32. Id2 is set as an intermediate value between I2 and Id1. Id1 and Id2 will be described later in FIG.

電流It=0Aであるとき、限流器53の磁束は、−Fbとなっている。なお、図5では、第1磁束Faの方向が正になっている。スパッタ電流Isは、範囲Iaで変化するので、スパッタ装置11が正常に作用しているとき、起磁力Mは、範囲Maで変化する。範囲起磁力Mにおけるインダクタンスは、ほぼ0であるので、スパッタ電流Isによる電力損失は無視できる。 When the current It = 0A, the magnetic flux of the current limiter 53 is −Fb. In FIG. 5, the direction of the first magnetic flux Fa is positive. Since the sputtering current Is changes in the range Ia, the magnetomotive force M changes in the range Ma when the sputtering apparatus 11 is operating normally. Since the inductance in the range magnetomotive force M is almost 0, the power loss due to the sputtering current Is can be ignored.

スパッタ装置11のアーク放電が生じると、電流Itは、上昇する。すなわち、横軸の正の方向へ急激に移動する。制御信号生成部24は、電流ItがId1に達すると、スイッチング部31をオンからオフに切り替える作動を開始する。 When the arc discharge of the sputtering apparatus 11 occurs, the current It increases. That is, it rapidly moves in the positive direction of the horizontal axis. When the current It reaches Id1, the control signal generation unit 24 starts an operation of switching the switching unit 31 from on to off.

検出時刻から作動時刻まで、遅延時間Tdが生じる。なお、検出時刻は、電流It=Id1に達した時刻であり、図6の時刻t3に相当する。作動時刻は、スイッチング部31が実際にオフになった時刻であり、図6の時刻t4に相当する。 A delay time Td occurs from the detection time to the operation time. The detection time is the time when the current It = Id1 is reached, and corresponds to the time t3 in FIG. The operation time is the time when the switching unit 31 is actually turned off, and corresponds to the time t4 in FIG.

したがって、スイッチング部31がオフに切り替わるまでに、電流Itは、さらに、上昇し続け、範囲Ibに進入する。範囲Ibでは、限流器53のインダクタンスは、大きいので、電流Itの上昇速度は、低下する。 Therefore, by the time the switching unit 31 is switched off, the current It continues to rise and enters the range Ib. In the range Ib, the inductance of the current limiter 53 is large, so that the rate of increase of the current It decreases.

こうして、作動時刻では、電流It≦Ieに収まりつつ、スイッチング部31が開位置に切り替わる。なお、Ieは、電源部22の定格の上限電流として定義される。これにより、電源部22が過電流から保護される。 In this way, at the operating time, the switching unit 31 switches to the open position while keeping the current It ≦ Ie. Ie is defined as the rated upper limit current of the power supply unit 22. As a result, the power supply unit 22 is protected from overcurrent.

作動時刻以降は、電流Itは、大抵抗値の抵抗部36を流れる。この結果、電流Itは、作動時刻の値より十分に低下する。そして、スパッタ装置11の真空室16では、アーク放電Daが沈静化する。 After the operation time, the current It flows through the resistance portion 36 having a large resistance value. As a result, the current It is sufficiently lower than the value at the operating time. Then, in the vacuum chamber 16 of the sputtering apparatus 11, the arc discharge Da is calmed down.

一方、遅延時間Tdの期間中、電流It≦Ieに維持されることにより、真空室16の状態が、異常になることが抑制される。したがって、遅延時間Tdの期間中、スパッタ装置11の真空室16の放電状態が、通常のグロー放電時の放電状態に比して、アーク放電を長引かせる方向に変化することが抑止される。この結果、アーク放電Daが所定時間T1(図7のステップ106参照)内に収まる可能性が高まる。こうして、電源部22の作動を停止することなく、所定時間T1の経過後は、スパッタ装置11のパルス電流の供給を速やかに再開して、電源部22及びスパッタ装置11の再起動(再立上げ)の手間を省略することができる。 On the other hand, by maintaining the current It ≦ Ie during the delay time Td, it is possible to prevent the state of the vacuum chamber 16 from becoming abnormal. Therefore, during the period of the delay time Td, it is suppressed that the discharge state of the vacuum chamber 16 of the sputtering apparatus 11 changes in the direction of prolonging the arc discharge as compared with the discharge state at the time of normal glow discharge. As a result, there is an increased possibility that the arc discharge Da will be within the predetermined time T1 (see step 106 in FIG. 7). In this way, without stopping the operation of the power supply unit 22, after the elapse of the predetermined time T1, the supply of the pulse current of the sputtering device 11 is promptly restarted, and the power supply unit 22 and the sputtering device 11 are restarted (restarted). ) Can be omitted.

(作用)
図6は、限流器53の限流性能をシミュレーション及び実験で調べた測定グラフである。上がシミュレーションの測定グラフ、下が実験の測定グラフである。シミュレーションの測定グラフでは、限流器付き電源部の特性(実線)と限流器無しのリアクトルのみの電源部の特性(破線)とを対比している。限流器53無しのリアクトルとは、電源システム12から保護装置23を除去したものを意味する。リアクトルそのものは、例えば、図2のLC回路48のコイルを指す。
(Action)
FIG. 6 is a measurement graph in which the current limiting performance of the current limiting device 53 is examined by simulation and experiment. The top is the simulation measurement graph, and the bottom is the experimental measurement graph. In the measurement graph of the simulation, the characteristics of the power supply unit with a current limiter (solid line) and the characteristics of the power supply unit with only a reactor without a current limiter (broken line) are compared. The reactor without the current limiter 53 means that the protective device 23 is removed from the power supply system 12. The reactor itself refers to, for example, the coil of the LC circuit 48 of FIG.

時刻t1(横軸の15μs)で、スパッタ装置11の真空室16内にアーク放電Daが発生する。これにより、電流Itは、上昇開始する。 At time t1 (15 μs on the horizontal axis), an arc discharge Da is generated in the vacuum chamber 16 of the sputtering apparatus 11. As a result, the current It starts to rise.

シミュレーションの測定グラフでは、時刻t2に、実験の測定グラフでは、時刻t3に、電流It=Id1(図5参照)となる。なお、図6では、例えば、Id1=120Aに設定されている。 In the simulation measurement graph, at time t2, in the experimental measurement graph, at time t3, the current It = Id1 (see FIG. 5). In FIG. 6, for example, Id1 = 120A is set.

制御信号生成部24は、シャント抵抗32の両端電圧から電流ItがId1に達したことを検出する。t2,t3は、説明の便宜上、「検出時刻」と呼ぶことにする。 The control signal generation unit 24 detects that the current It has reached Id1 from the voltage across the shunt resistor 32. For convenience of explanation, t2 and t3 will be referred to as "detection time".

前述したように、遅延時間Tdが存在するので、半導体スイッチ39がバイパス路35を実際に開くまで時間がかかり、時刻t2,t3以降も、電流Itは上昇を続ける。 As described above, since the delay time Td exists, it takes time for the semiconductor switch 39 to actually open the bypass path 35, and the current It continues to increase even after the times t2 and t3.

実機としての保護装置23が制御信号生成部24からの制御信号を受けて、バイパス路35は、時刻t4で開かれる。実機の遅延時間Tdの測定値は、22μsであった。また、その時、電流It=220Aと測定された。 The protection device 23 as an actual machine receives the control signal from the control signal generation unit 24, and the bypass path 35 is opened at time t4. The measured value of the delay time Td of the actual machine was 22 μs. At that time, the current was measured as It = 220A.

遅延時間Td=22μsをシミュレーションの測定グラフに適用すると、時刻t2から遅延時間Td後の時刻はt5となる。時刻t5は、スイッチング部31が実際にオフに切り替わった時刻であるので、説明の便宜上、「作動時刻」と呼ぶことにする。 When the delay time Td = 22 μs is applied to the measurement graph of the simulation, the time from the time t2 to the time after the delay time Td is t5. Since the time t5 is the time when the switching unit 31 is actually switched off, it will be referred to as the “operating time” for convenience of explanation.

電流It=220Aは、電流It≦Ie(Ieは電源部22の定格上限電流である。)であり、スパッタリングシステム10は、遅延時間Tdの存在にもかかわらず、電源部22を保護することができることが分かった。 The current It = 220A is the current It ≦ Ie (Ie is the rated upper limit current of the power supply unit 22), and the sputtering system 10 can protect the power supply unit 22 in spite of the existence of the delay time Td. I found that I could do it.

(制御信号生成部)
図7は、制御信号生成部24による電源部22及び保護装置23の制御方法のフローチャートである。制御信号生成部24は、保護装置23と共に、電源部22の作動及び停止も制御する。
(Control signal generator)
FIG. 7 is a flowchart of a control method of the power supply unit 22 and the protection device 23 by the control signal generation unit 24. The control signal generation unit 24 controls the operation and stop of the power supply unit 22 together with the protection device 23.

ステップS100では、制御信号生成部24は、シャント抵抗32の両端電圧から電流Itを検出する。 In step S100, the control signal generation unit 24 detects the current It from the voltage across the shunt resistor 32.

ステップS102では、制御信号生成部24は、電流It≧Id1であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるとき、処理をステップS104に進め、判定結果が否定的であるとき、処理を終了する。 In step S102, the control signal generation unit 24 determines whether or not the current It ≧ Id1. Then, when the determination result is positive, the process proceeds to step S104, and when the determination result is negative, the process ends.

ステップS104では、制御信号生成部24は、スイッチング部31をオンからオフに切り替える。ただし、スイッチング部31が実際にオフになるのは、STEP104の実行時刻から遅延時間Td遅れる。なお、実行時刻は、前述の検出時刻に相当し、例えば、図6の時刻t3に対応する。 In step S104, the control signal generation unit 24 switches the switching unit 31 from on to off. However, the switching unit 31 is actually turned off after the delay time Td is delayed from the execution time of STEP104. The execution time corresponds to the above-mentioned detection time, and corresponds to, for example, the time t3 in FIG.

ステップS106では、制御信号生成部24は、タイマ(図示せず)による経過時間Tcを測定開始する。 In step S106, the control signal generation unit 24 starts measuring the elapsed time Tc by the timer (not shown).

ステップS108では、制御信号生成部24は、経過時間TcがT1以上になったか否か判定する。そして、判定結果が肯定的になりしだい、処理をステップS110に進める。 In step S108, the control signal generation unit 24 determines whether or not the elapsed time Tc is T1 or more. Then, as soon as the determination result becomes positive, the process proceeds to step S110.

ステップS110では、制御信号生成部24は、ステップS100のときと同様に、電流Itを検出する。 In step S110, the control signal generation unit 24 detects the current It as in step S100.

ステップS112では、制御信号生成部24は、電流It≦Id2(図5参照)であるか否かを判定する。なお、I2<Id2<Id1である。 In step S112, the control signal generation unit 24 determines whether or not the current It ≦ Id2 (see FIG. 5). In addition, I2 <Id2 <Id1.

制御信号生成部24は、ステップS112の判定結果が肯定的であるときは、処理をステップS114に進め、否定的であるときは、処理をステップS116に進める。 When the determination result in step S112 is affirmative, the control signal generation unit 24 advances the process to step S114, and when it is negative, the control signal generation unit advances the process to step S116.

ステップS112の判定結果が肯定的であるということは、真空室16のアーク放電Daが自然消滅したことを意味する。ステップS112の判定結果が否定的であるということは、真空室16のアーク放電Daがなお継続している可能性が高いか、スイッチング部31をオフからオンに切り替えても、また、すぐにアーク放電Daが生じる可能性が高いことを意味する。 If the determination result in step S112 is affirmative, it means that the arc discharge Da in the vacuum chamber 16 has naturally disappeared. The fact that the determination result in step S112 is negative means that there is a high possibility that the arc discharge Da in the vacuum chamber 16 is still continuing, or even if the switching unit 31 is switched from off to on, the arc is immediately performed. This means that there is a high possibility that an electric discharge Da will occur.

ステップS114では、制御信号生成部24は、スイッチング部31をオフからオンに切り替える。これにより、電源システム12からスパッタ装置11のターゲット電極17にスパッタ電流Isの供給が再開される。この後、制御信号生成部24は、処理を終了する。 In step S114, the control signal generation unit 24 switches the switching unit 31 from off to on. As a result, the supply of the sputtering current Is from the power supply system 12 to the target electrode 17 of the sputtering apparatus 11 is restarted. After this, the control signal generation unit 24 ends the process.

ステップS116では、制御信号生成部24は、電源部22を停止させる。この後、制御信号生成部24は、処理を終了する。 In step S116, the control signal generation unit 24 stops the power supply unit 22. After this, the control signal generation unit 24 ends the process.

作業者(スパッタリングシステム10のオペレータでもある。)は、制御信号生成部24が、ステップS116を実行して、電源部22が停止したことを所定の報知装置(例:ディスプレー、報知ランプ、又は報知スピーカ)から知らされる。その場合は、作業者は、スパッタ装置11の状況を調べ、スパッタ装置11の作動を再開しても、支障がないと判断したならば、電源部22の起動及び起動後のスパッタ装置11の運転再開を所定の手順に従い、実施する。これらの起動及び運転再開の作業には、手間がかかる。 An operator (also an operator of the sputtering system 10) notifies that the control signal generation unit 24 executes step S116 and the power supply unit 22 is stopped by a predetermined notification device (eg, display, notification lamp, or notification). Informed by the speaker). In that case, if the operator examines the situation of the sputtering device 11 and determines that there is no problem even if the operation of the sputtering device 11 is restarted, the power supply unit 22 is started and the sputtering device 11 is operated after the start-up. Resume according to the prescribed procedure. The work of starting and restarting these operations takes time and effort.

(限流器の各種形態)
図8は、限流器53の各種の形態を示している。U字部64には、積み鉄心、巻鉄心、及び粉末成型鉄心の3種類のうちのいずれかを採用することができる。これに対し、ブロック部65,66には、積み鉄心又は粉末成型鉄心を採用することができる。
(Various forms of current limiter)
FIG. 8 shows various forms of the current limiter 53. For the U-shaped portion 64, any one of three types of a stacked iron core, a wound iron core, and a powder molded iron core can be adopted. On the other hand, a stacked iron core or a powder molded iron core can be adopted for the block portions 65 and 66.

限流器53aでは、U字部64a、ブロック部65a及びブロック部66aは、すべて積み鉄心となっている。 In the current limiter 53a, the U-shaped portion 64a, the block portion 65a, and the block portion 66a are all iron stacking cores.

限流器53bでは、U字部64bは巻鉄心であり、ブロック部65a及びブロック部66aは、積み鉄心である。 In the current limiter 53b, the U-shaped portion 64b is a wound iron core, and the block portion 65a and the block portion 66a are stacked iron cores.

限流器53cでは、U字部64a、ブロック部65a及びブロック部66aは、すべて粉末成型鉄心である。 In the current limiter 53c, the U-shaped portion 64a, the block portion 65a, and the block portion 66a are all powder molded iron cores.

限流器53dでは、U字部64cは巻鉄心であり、ブロック部65a及びブロック部66aは、粉末成型鉄心である。 In the current limiter 53d, the U-shaped portion 64c is a wound iron core, and the block portion 65a and the block portion 66a are powder molded iron cores.

(双方向の限流装置)
図9Aは、半波整流回路を用いて電源部69の双方向のスパッタパルス(スパッタ電流Is)に対処した限流装置30uの構成図である。なお、図9A及び次の図9Bにおいて、図示のIs,Itの向きは、電源部69の出力パルスが正であるときの向きに合わせている。電源部69の出力パルスが負であるときは、Is,Itの向きは、図示の向きとは逆になる。
(Bidirectional current limiting device)
FIG. 9A is a configuration diagram of a current limiting device 30u that copes with bidirectional sputter pulses (sputter current Is) of the power supply unit 69 by using a half-wave rectifier circuit. In FIG. 9A and FIG. 9B below, the directions of Is and It shown are aligned with the directions when the output pulse of the power supply unit 69 is positive. When the output pulse of the power supply unit 69 is negative, the directions of Is and It are opposite to those shown in the drawing.

限流装置30uは、ダイオード75u,75vは、それぞれ逆方向を順方向とする半波整流回路を構成するように、電源部69−負荷70間に相互に並列に接続されている。限流器53u,53vは、それぞれダイオード75u,75vに直列に接続される。 In the current limiting device 30u, the diodes 75u and 75v are connected in parallel to each other between the power supply unit 69 and the load 70 so as to form a half-wave rectifier circuit in which the opposite directions are forward. The current limiting devices 53u and 53v are connected in series with the diodes 75u and 75v, respectively.

ダイオード75vは、正のパルス電流のみ通過を許容する第1半波整流回路に相当する。ダイオード75uは、負のパルス電流のみ通過を許容する第2半波整流回路に相当する。限流器53vは、第1半波整流回路に直列に接続される第1限流器を構成する。限流器53uは、第2半波整流回路に直列に接続される第2限流器に相当する。 The diode 75v corresponds to a first half-wave rectifier circuit that allows only a positive pulse current to pass. The diode 75u corresponds to a second half-wave rectifier circuit that allows only a negative pulse current to pass. The current limiter 53v constitutes a first current limiter connected in series with the first half-wave rectifier circuit. The current limiter 53u corresponds to a second current limiter connected in series with the second half-wave rectifier circuit.

図9Bは、全波整流回路を用いて電源部69の双方向のスパッタパルス(スパッタ電流Is)に対処した限流装置30wの構成図である。ダイオード78a〜ダイオード78dは、パルス電流路28に設けられる全波整流回路を構成する。限流器53wは、正負いずれのパルス電流に対しても巻線部68wに流れる電流が第2磁束Fbとは反対方向の第1磁束Faを生成するように全波整流回路に接続された第3限流器を構成する。 FIG. 9B is a configuration diagram of a current limiting device 30w in which a bidirectional sputter pulse (sputter current Is) of the power supply unit 69 is dealt with by using a full-wave rectifier circuit. The diodes 78a to 78d form a full-wave rectifier circuit provided in the pulse current path 28. The current limiter 53w is connected to a full-wave rectifier circuit so that the current flowing through the winding portion 68w generates the first magnetic flux Fa in the direction opposite to the second magnetic flux Fb for both positive and negative pulse currents. Consists of 3 current limiters.

(限流装置の別の形態)
図10Aは、大きな過電圧に対処できる限流装置30pの構成図である。限流装置30pでは、複数(例:2つ)の限流器53が直列に接続される。限流装置30pでは、両端電圧は、各限流器53に分圧される。この結果、限流装置30が対処できる過電圧は、増大する。
(Another form of current limiting device)
FIG. 10A is a configuration diagram of a current limiting device 30p capable of coping with a large overvoltage. In the current limiting device 30p, a plurality of (eg, two) current limiting devices 53 are connected in series. In the current limiting device 30p, the voltage across the current limiter 53 is divided into the current limiting devices 53. As a result, the overvoltage that the current limiting device 30 can handle increases.

図10Bは、大きな過電流に対処できる限流装置30qの構成図である。限流装置30qでは、複数(例:2つ)の限流器53が並列に接続される。限流装置30qでは、過電流が各限流器53に分流するので、限流装置30pの全体として対処可能な過電流を増大することができる。 FIG. 10B is a configuration diagram of a current limiting device 30q capable of coping with a large overcurrent. In the current limiting device 30q, a plurality of (eg, two) current limiting devices 53 are connected in parallel. In the current limiting device 30q, the overcurrent is diverted to each current limiting device 53, so that the overcurrent that can be dealt with by the current limiting device 30p as a whole can be increased.

(変形例)
実施形態の電源システム12は、電源部22がバイポーラパルス生成方式であるため、スイッチング部31は、正負両方向のパルスに対処して。半導体スイッチ39a,39bが設けられている。電源部22がモノポーラパルス生成方式であるときは、半導体スイッチ39a,39bの一方と、ダイオード40a,40bの両方とを省略することもできる。
(Modification example)
In the power supply system 12 of the embodiment, since the power supply unit 22 is a bipolar pulse generation method, the switching unit 31 deals with pulses in both positive and negative directions. Semiconductor switches 39a and 39b are provided. When the power supply unit 22 is of the monopolar pulse generation method, one of the semiconductor switches 39a and 39b and both the diodes 40a and 40b can be omitted.

実施形態の限流器53は、限流器として板状永久磁石57を備えている。本発明の電源部は、過電流を検出したときに、電源部22の作動を直ちに停止することなく、所定時間後、スパッタ装置の作動を再開するだけであるならば、永久磁石型以外の限流器(例:電磁石型限流器)を備えることもできる。 The current limiter 53 of the embodiment includes a plate-shaped permanent magnet 57 as a current limiter. When the power supply unit of the present invention detects an overcurrent, the operation of the power supply unit 22 is not stopped immediately, but only restarts the operation of the sputtering device after a predetermined time. A flow device (eg, an electromagnet type current limiter) can also be provided.

実施形態では、パルス電流路28の電流Itを検出する検出器としてシャント抵抗32が設けられている。本発明では、シャント抵抗32以外にCT( Current Transformer」)を検出器として採用することも可能である。 In the embodiment, a shunt resistor 32 is provided as a detector for detecting the current It of the pulse current path 28. In the present invention, a CT (Current Transformer) can be used as a detector in addition to the shunt resistor 32.

11・・・スパッタ装置、12・・・電源システム、22・・・電源部、23・・・保護装置、24・・・制御信号生成部、28・・・パルス電流路、30・・・限流装置、31・・・スイッチング部、32・・・シャント抵抗、35・・・バイパス路、36・・・抵抗部、39・・・半導体スイッチ、40・・・ダイオード、53・・・限流器、56・・・環状鉄心、57・・・板状永久磁石、58・・・板状間隙、59・・・分断面、60・・・空隙、68・・・巻線部。 11 ... Spattering device, 12 ... Power supply system, 22 ... Power supply unit, 23 ... Protective device, 24 ... Control signal generator, 28 ... Pulse current path, 30 ... Limited Flow device, 31 ... switching part, 32 ... shunt resistance, 35 ... bypass path, 36 ... resistance part, 39 ... semiconductor switch, 40 ... diode, 53 ... current limiting Vessel, 56 ... annular iron core, 57 ... plate-shaped permanent magnet, 58 ... plate-shaped gap, 59 ... divided section, 60 ... void, 68 ... winding part.

Claims (8)

スパッタ装置にパルス電流を供給する電源システムであって、
パルス電流を生成する電源部と、
前記パルス電流が前記電源部から前記スパッタ装置に通るパルス電流路を制御信号に基づいて制御する保護装置と、
前記保護装置に出力する前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備え、
前記保護装置は、
前記パルス電流路の電流を検出する検出器と、
前記パルス電流路を開閉するスイッチング部と、
前記スイッチング部に対して並列に接続される抵抗部と、
前記スイッチング部に直列に接続されて、前記パルス電流路に配備される限流装置と、
を備え、
前記制御信号生成部は、
前記検出器により検出された前記パルス電流路の電流としての検出電流が第1所定値以上になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を開き、
前記検出電流が第1所定値以上になってから所定時間以内に前記第1所定値より小さい第2所定値以下になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を閉じる制御信号を前記保護装置に出力し、
前記検出電流が前記所定時間以内に前記第2所定値以下にならないときは、前記電源部を停止させることを特徴とする電源システム。
A power supply system that supplies pulsed current to a sputtering device.
The power supply unit that generates pulse current and
A protective device that controls the pulse current path through which the pulse current passes from the power supply unit to the sputtering device based on a control signal.
A control signal generation unit that generates the control signal to be output to the protection device,
With
The protective device is
A detector that detects the current in the pulse current path and
A switching unit that opens and closes the pulse current path,
A resistor section connected in parallel to the switching section and
A current limiting device connected in series with the switching unit and deployed in the pulse current path,
With
The control signal generation unit
When the detected current as the current of the pulse current path detected by the detector becomes the first predetermined value or more, the switching unit opens the pulse current path and opens the pulse current path.
When the detected current becomes equal to or less than the second predetermined value smaller than the first predetermined value within a predetermined time after becoming equal to or more than the first predetermined value, the switching unit outputs a control signal for closing the pulse current path to the protection device. And
A power supply system characterized in that the power supply unit is stopped when the detected current does not fall below the second predetermined value within the predetermined time.
請求項1に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、1以上の限流器を有し、
各限流器は、
周方向の一箇所を板状間隙により分断されている環状鉄心と、
前記環状鉄心に巻かれて、前記パルス電流路の一部を形成する巻線部と、
前記環状鉄心に前記パルス電流が生成する第1磁束とは逆方向の第2磁束を生成するように、前記環状鉄心の前記板状間隙に配置される板状永久磁石と、
を備えることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to claim 1,
The current limiting device has one or more current limiting devices and has one or more current limiting devices.
Each current limiter
An annular iron core whose circumferential direction is divided by a plate-shaped gap,
A winding portion wound around the annular iron core to form a part of the pulse current path, and a winding portion.
A plate-shaped permanent magnet arranged in the plate-shaped gap of the annular core so as to generate a second magnetic flux in the direction opposite to the first magnetic flux generated by the pulse current in the annular core.
A power supply system characterized by being equipped with.
請求項2に記載の電源システムにおいて、
前記環状鉄心は、前記巻線部が巻かれている第1鉄心部分と、該第1鉄心部分の両端に結合して間に前記板状永久磁石が配置されている2つの第2鉄心部分とを含み、
前記環状鉄心は、前記第1鉄心部分において前記第2鉄心部分より細くなっていることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to claim 2,
The annular core includes a first core portion around which the winding portion is wound and two second core portions that are coupled to both ends of the first core portion and have a plate-shaped permanent magnet arranged between them. Including
A power supply system characterized in that the annular core is thinner than the second core portion in the first core portion.
請求項2又は3に記載の電源システムにおいて、
前記板状永久磁石は、板面方向の寸法が前記板状間隙より小さいことを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to claim 2 or 3.
The plate-shaped permanent magnet is a power supply system characterized in that the dimension in the plate surface direction is smaller than the plate-shaped gap.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
正のパルス電流のみ通過を許容する第1半波整流回路と
負のパルス電流のみ通過を許容する第2半波整流回路と
前記第1半波整流回路に直列に接続される第1限流器と、
前記第2半波整流回路に直列に接続される第2限流器と、
を備えることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to any one of claims 2 to 4.
The power supply unit generates both positive and negative pulse currents, and the power supply unit generates both positive and negative pulse currents.
The current limiting device is
A first half-wave rectifier circuit that allows only positive pulse current to pass, a second half-wave rectifier circuit that allows only negative pulse current to pass, and a first current limiter connected in series with the first half-wave rectifier circuit. When,
A second current limiter connected in series with the second half-wave rectifier circuit,
A power supply system characterized by being equipped with.
請求項2〜5項のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
前記パルス電流路に設けられる全波整流回路と、
正負いずれのパルス電流に対しても前記巻線部に流れる電流が前記第2磁束とは反対方向の前記第1磁束を生成するように前記全波整流回路に接続された第3限流器と、
を備えることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to any one of claims 2 to 5.
The power supply unit generates both positive and negative pulse currents, and the power supply unit generates both positive and negative pulse currents.
The current limiting device is
A full-wave rectifier circuit provided in the pulse current path and
With the third current limiter connected to the full-wave rectifier circuit so that the current flowing through the winding portion generates the first magnetic flux in the direction opposite to the second magnetic flux for both positive and negative pulse currents. ,
A power supply system characterized by being equipped with.
請求項2〜6のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、巻線部同士が直列に接続されている複数の限流器を備えることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to any one of claims 2 to 6.
The current limiting device is a power supply system including a plurality of current limiting devices in which winding portions are connected in series.
請求項2〜6のいずれか1項に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、巻線部同士が並列に接続されている複数の限流器を備えることを特徴とする電源システム。
In the power supply system according to any one of claims 2 to 6.
The current limiting device is a power supply system including a plurality of current limiting devices in which winding portions are connected in parallel.
JP2019234169A 2019-12-25 2019-12-25 Power system Active JP6713143B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019234169A JP6713143B1 (en) 2019-12-25 2019-12-25 Power system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019234169A JP6713143B1 (en) 2019-12-25 2019-12-25 Power system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6713143B1 JP6713143B1 (en) 2020-06-24
JP2021103919A true JP2021103919A (en) 2021-07-15

Family

ID=71104023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019234169A Active JP6713143B1 (en) 2019-12-25 2019-12-25 Power system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6713143B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6713143B1 (en) 2020-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5695158B2 (en) Accident current high-speed detection circuit
JP2007215399A (en) Overcurrent protection system and electric circuit provided with the same
EP3895271B1 (en) Fault current mitigation method and system for solid state circuit breaker
EP0483164B1 (en) A ground fault circuit interrupter
JP2009124880A (en) High-voltage power supply device
JPH11206001A (en) Protector for motor
KR20010088890A (en) Circuit for Preventing a Earth Leakage Circuit Breaker from Miss-operating by Serge Voltage
JP6029993B2 (en) Static frequency conversion power supply
JP6713143B1 (en) Power system
KR20170096369A (en) Fault current limiter with circuit breaker
JPH1014094A (en) Breaker for wiring
CN109690718B (en) Drive circuit of electromagnetic operating mechanism
JP2010074970A (en) Surge protector
JP2000354398A (en) Protector for generator
US11984881B2 (en) Thyristor circuit and thyristor protection method
JP2005323444A (en) Protection system of dc power feeding circuit network
KR20180006009A (en) Apparatus and method of coil driving circuit for magnetic contactor with anti-release fuction
JP2010074971A (en) Surge protector
JP3258258B2 (en) Overcurrent protection device
JP2000341853A (en) Electric power system protecting device
JP2017131032A (en) Transformer for cut-off circuit
JP3456253B2 (en) Power supply for sputter ion vacuum pump
JP2017126438A (en) Earth leakage circuit breaker
JP2006025513A (en) Trip device of circuit breaker
JPH0632755Y2 (en) AC thyristor power protection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191226

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191226

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200414

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200512

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6713143

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150