JP3047277B2 - グロー放電処理装置におけるアーク放電後の復帰方法 - Google Patents
グロー放電処理装置におけるアーク放電後の復帰方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電処理装置に
関し、特に、アーク放電発生により遮断されたグロー放
電を短時間で元の状態に復帰させることのできる方法関
するものである。
関し、特に、アーク放電発生により遮断されたグロー放
電を短時間で元の状態に復帰させることのできる方法関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】直流グロー放電を用いてイオン窒化、プ
ラズマ侵炭、プラズマＣＶＤ、マグネトロンスパッタ蒸
着などを行うグロー放電処理装置が広く用いられてい
る。
ラズマ侵炭、プラズマＣＶＤ、マグネトロンスパッタ蒸
着などを行うグロー放電処理装置が広く用いられてい
る。
【０００３】かかる直流グロー放電を用いた処理におい
て、陰極である処理物またはスパッタにおけるターゲッ
トは、グロー放電に覆われる。この時、処理物表面上に
汚れが存在したり、あるいは、マグネトロンスパッタ蒸
着で特に酸化物金属被膜のコーティング時にターゲット
上に酸化物被膜が形成されると、これらに起因するアー
ク放電が発生することがある。
て、陰極である処理物またはスパッタにおけるターゲッ
トは、グロー放電に覆われる。この時、処理物表面上に
汚れが存在したり、あるいは、マグネトロンスパッタ蒸
着で特に酸化物金属被膜のコーティング時にターゲット
上に酸化物被膜が形成されると、これらに起因するアー
ク放電が発生することがある。
【０００４】アーク放電が発生すると、処理物が損傷を
受けたり、酸化物・窒化物などの金属被膜コーティング
を目的とした反応性マグネトロンスパッタ蒸着の反応プ
ロセスが崩される。光学膜の場合は、特に薄膜特性に大
きな悪い影響が出るし、蒸着速度が低下し、処理時間が
長くなるなどの影響も出る。
受けたり、酸化物・窒化物などの金属被膜コーティング
を目的とした反応性マグネトロンスパッタ蒸着の反応プ
ロセスが崩される。光学膜の場合は、特に薄膜特性に大
きな悪い影響が出るし、蒸着速度が低下し、処理時間が
長くなるなどの影響も出る。
【０００５】そこで、アーク放電検出回路を設け、アー
ク放電が検出されたら直ちに直流電力の供給を遮断して
放電を停止させ、所定時間経過後、電力の供給を再開し
てグロー放電による処理の状態に復帰させている。その
再開の際、いきなり元の電圧を供給すると、再びアーク
放電が起こりやすいので、直流電圧を徐々に上げ時間を
かけて元の電圧に戻すいわゆるソフトスタートが採用さ
れている。
ク放電が検出されたら直ちに直流電力の供給を遮断して
放電を停止させ、所定時間経過後、電力の供給を再開し
てグロー放電による処理の状態に復帰させている。その
再開の際、いきなり元の電圧を供給すると、再びアーク
放電が起こりやすいので、直流電圧を徐々に上げ時間を
かけて元の電圧に戻すいわゆるソフトスタートが採用さ
れている。
【０００６】なお、直流電力の供給にあたり、直流電力
を連続的に供給する方式と、直流電力を例えば数ＫＨz
〜数100 ＫＨz 程度の一定周波数・一定デューティでパ
ルス変調して供給する方式がある。
を連続的に供給する方式と、直流電力を例えば数ＫＨz
〜数100 ＫＨz 程度の一定周波数・一定デューティでパ
ルス変調して供給する方式がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の復帰方
法では、直流電力の遮断期間が通常１〜５ｍSec 、ソフ
トスタートで元に戻すまでの復帰時間として通常１０〜
５０ｍSec が必要であった。特に、反応性マグネトロン
スパッタのようなプラズマによる反応性プロセスでは、
この遮断時間及び復帰時間が処理に大きな影響を与えて
いた。
法では、直流電力の遮断期間が通常１〜５ｍSec 、ソフ
トスタートで元に戻すまでの復帰時間として通常１０〜
５０ｍSec が必要であった。特に、反応性マグネトロン
スパッタのようなプラズマによる反応性プロセスでは、
この遮断時間及び復帰時間が処理に大きな影響を与えて
いた。
【０００８】すなわち、正常にグロー放電が継続してい
る間は放電による反応ガスの消費と供給とがバランスし
ているが、グロー放電が停止される遮断期間及び復帰期
間の間は、反応ガスの消費と供給のバランスが崩れて反
応ガス過剰となり、反応性プロセスが崩れてしまう。そ
のため、できる限り遮断期間及び復帰期間を短くしなけ
ればならないが、現状では遮断期間１〜５ｍSec 、復帰
時間１０〜５０ｍSecが限界であった・本発明は、上述
した点に鑑みてなされたもので、遮断時間及び復帰時間
を更に短くすることのできる復帰方法を提供することを
目的としている。
る間は放電による反応ガスの消費と供給とがバランスし
ているが、グロー放電が停止される遮断期間及び復帰期
間の間は、反応ガスの消費と供給のバランスが崩れて反
応ガス過剰となり、反応性プロセスが崩れてしまう。そ
のため、できる限り遮断期間及び復帰期間を短くしなけ
ればならないが、現状では遮断期間１〜５ｍSec 、復帰
時間１０〜５０ｍSecが限界であった・本発明は、上述
した点に鑑みてなされたもので、遮断時間及び復帰時間
を更に短くすることのできる復帰方法を提供することを
目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、グロー放電処理装置におけるアーク放電
後の復帰方法であって、アーク放電検出に基づいて所定
期間放電のための電圧供給を停止した後、放電用電圧を
時間間隔をおいてパルス的に且つその波高値を初期値か
ら徐々に上昇させて供給すると共に、そのパルス幅を供
給開始から徐々に増加させるようにしたことを特徴とし
ている。
め、本発明は、グロー放電処理装置におけるアーク放電
後の復帰方法であって、アーク放電検出に基づいて所定
期間放電のための電圧供給を停止した後、放電用電圧を
時間間隔をおいてパルス的に且つその波高値を初期値か
ら徐々に上昇させて供給すると共に、そのパルス幅を供
給開始から徐々に増加させるようにしたことを特徴とし
ている。
【００１０】
【作用】本発明では、放電用電圧を時間間隔をおいてパ
ルス的に且つその波高値を初期値から徐々に上昇させて
供給すると共に、そのパルス幅を供給開始から徐々に増
加させるようにしたため、アーク放電を防ぎながら短時
間で復帰を行うことができる。
ルス的に且つその波高値を初期値から徐々に上昇させて
供給すると共に、そのパルス幅を供給開始から徐々に増
加させるようにしたため、アーク放電を防ぎながら短時
間で復帰を行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳説
する。図１は、本発明を実施するための装置構成の一例
を示す図である。図１において、１は商用電力を直流に
変換する直流制御部である。平滑回路２を介して取り出
された直流電圧は、インバータスイッチング部３へ送ら
れて、交流（矩形波）に変換され、昇圧トランス４、整
流部５を介して処理装置本体６へ供給される。７はサイ
リスタ制御部、８はインバータ制御部である。９は昇圧
トランス４と整流部５の間に設けられたカレントトラン
ス、１０はカレントトランスで検出された電流を読み取
り、その値に応じて前記サイリスタ制御部７及びインバ
ータ制御部８へ制御信号を送る電流検出回路である。１
１は本体処理室内の処理物の温度を検出する温度検出器
で、得られた温度検出信号は、前記インバータ制御部８
へ供給される。
する。図１は、本発明を実施するための装置構成の一例
を示す図である。図１において、１は商用電力を直流に
変換する直流制御部である。平滑回路２を介して取り出
された直流電圧は、インバータスイッチング部３へ送ら
れて、交流（矩形波）に変換され、昇圧トランス４、整
流部５を介して処理装置本体６へ供給される。７はサイ
リスタ制御部、８はインバータ制御部である。９は昇圧
トランス４と整流部５の間に設けられたカレントトラン
ス、１０はカレントトランスで検出された電流を読み取
り、その値に応じて前記サイリスタ制御部７及びインバ
ータ制御部８へ制御信号を送る電流検出回路である。１
１は本体処理室内の処理物の温度を検出する温度検出器
で、得られた温度検出信号は、前記インバータ制御部８
へ供給される。
【００１２】前記直流制御部１は、サイリスタ及びダイ
オードで構成され、サイリスタ制御部７からの制御信号
に基づいてサイリスタの導通タイミングを制御すること
により、平滑回路２から得られる直流電圧Ｖdcを０Ｖか
ら３００Ｖ程度まで任意に設定することができる。
オードで構成され、サイリスタ制御部７からの制御信号
に基づいてサイリスタの導通タイミングを制御すること
により、平滑回路２から得られる直流電圧Ｖdcを０Ｖか
ら３００Ｖ程度まで任意に設定することができる。
【００１３】インバータスイッチング部３は、高速スイ
ッチング素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＳＩＴなど）４個又は複数個並
列で４組使用したフルブリッジのインバータ方式が採用
されている。インバータスイッチング部３とインバータ
制御部８から構成されるインバータにより、平滑部２か
らの直流出力電圧は、繰り返し周波数ｆが数ＫＨZ 〜数
100 ＫＨZ の図２に示すような高周波パルス波形に変換
される。この時、インバータ制御部８は、温度検出器１
１からの温度検出信号または電流検出回路からの制御信
号に基づいて、図２において破線で示すように高周波パ
ルスのデューティの制御（例えば０％〜８０％の範囲
で）を行う。
ッチング素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＳＩＴなど）４個又は複数個並
列で４組使用したフルブリッジのインバータ方式が採用
されている。インバータスイッチング部３とインバータ
制御部８から構成されるインバータにより、平滑部２か
らの直流出力電圧は、繰り返し周波数ｆが数ＫＨZ 〜数
100 ＫＨZ の図２に示すような高周波パルス波形に変換
される。この時、インバータ制御部８は、温度検出器１
１からの温度検出信号または電流検出回路からの制御信
号に基づいて、図２において破線で示すように高周波パ
ルスのデューティの制御（例えば０％〜８０％の範囲
で）を行う。
【００１４】昇圧トランス４は、この高周波パルス電圧
を所定の振幅に昇圧する。イオン窒化、プラズマ侵炭、
プラズマＣＶＤ、マグネトロンスパッタなどでは、例え
ば８００Ｖ〜１０００Ｖ程度に選ばれる。昇圧された高
周波パルス電圧は、整流部５によって整流され、図３に
示すような波形で処理装置本体６へ供給される。
を所定の振幅に昇圧する。イオン窒化、プラズマ侵炭、
プラズマＣＶＤ、マグネトロンスパッタなどでは、例え
ば８００Ｖ〜１０００Ｖ程度に選ばれる。昇圧された高
周波パルス電圧は、整流部５によって整流され、図３に
示すような波形で処理装置本体６へ供給される。
【００１５】上記構成において、インバータの発振周波
数ｆは、例えば１５ＫＨz 一定とされ、Ｖdcが２００Ｖ
一定に維持されるようにサイリスタ制御部７による制御
が行われる。そして、正常動作時、本体処理室６内の処
理物の温度を検出して得られた温度検出信号に基づい
て、前記インバータ制御部８は処理物温度が所定値より
下回ったら高周波パルスのデューティを上げて投入電力
を上昇させ、逆に処理物温度が所定値を越えたらデュー
ティを下げて投入電力を減少させるように制御する。そ
のため、処理物温度が一定に維持された状態で、処理物
に対してイオン窒化、プラズマ侵炭、プラズマＣＶＤな
どの処理を行うことができる。
数ｆは、例えば１５ＫＨz 一定とされ、Ｖdcが２００Ｖ
一定に維持されるようにサイリスタ制御部７による制御
が行われる。そして、正常動作時、本体処理室６内の処
理物の温度を検出して得られた温度検出信号に基づい
て、前記インバータ制御部８は処理物温度が所定値より
下回ったら高周波パルスのデューティを上げて投入電力
を上昇させ、逆に処理物温度が所定値を越えたらデュー
ティを下げて投入電力を減少させるように制御する。そ
のため、処理物温度が一定に維持された状態で、処理物
に対してイオン窒化、プラズマ侵炭、プラズマＣＶＤな
どの処理を行うことができる。
【００１６】なお、放電を開始する際、サイリスタ制御
部７はＶdcを最初２００Ｖよりも十分に高い電圧に設定
し、処理装置本体に放電開始電圧（正常動作時の電圧よ
りも高い）を超えた電圧が供給されるようにし、放電が
始まったらＶdcを２００Ｖに戻すようにしている。
部７はＶdcを最初２００Ｖよりも十分に高い電圧に設定
し、処理装置本体に放電開始電圧（正常動作時の電圧よ
りも高い）を超えた電圧が供給されるようにし、放電が
始まったらＶdcを２００Ｖに戻すようにしている。
【００１７】次に、アーク放電が発生した場合について
説明する。図４（ａ）はアーク放電が発生した前後の放
電電流の変化を表わすカレントトランスの電流検出出力
を示している。期間Ａの放電電流は、正規のパルス電流
波形を示しており、前述のようにデューティを調節する
ことにより放電が制御されている。図４（ｂ）に示すＶ
dcも、２００Ｖ一定に維持されている。
説明する。図４（ａ）はアーク放電が発生した前後の放
電電流の変化を表わすカレントトランスの電流検出出力
を示している。期間Ａの放電電流は、正規のパルス電流
波形を示しており、前述のようにデューティを調節する
ことにより放電が制御されている。図４（ｂ）に示すＶ
dcも、２００Ｖ一定に維持されている。
【００１８】期間Ｂにおいて、グロー放電からアーク放
電に移行しており、電流が急激に増加している。前記電
流検出回路１０は、適宜なスレッショルドレベルＬとの
比較に基づいて図４（ｃ）に示すアーク検出信号ｐを発
生し、前記インバータ制御部８及びサイリスタ制御部７
へ送る。インバータ制御部８は、アーク検出信号ｐに基
づいて直ちにインバータの発振を停止し、遮断期間Ｃ
（例えば数１０μSec 〜１００μSec ）の間停止させ
る。ＩＧＢＴ素子を使用した場合、２〜５μSec で停止
できる。それと同時に、サイリスタ制御部７は、アーク
検出信号ｐに基づいて直流制御部１のサイリスタを制御
し、平滑回路２の直流出力Ｖdcが図４（ｂ）に示すよう
に一旦低下した後再度徐々に上昇するようにする。
電に移行しており、電流が急激に増加している。前記電
流検出回路１０は、適宜なスレッショルドレベルＬとの
比較に基づいて図４（ｃ）に示すアーク検出信号ｐを発
生し、前記インバータ制御部８及びサイリスタ制御部７
へ送る。インバータ制御部８は、アーク検出信号ｐに基
づいて直ちにインバータの発振を停止し、遮断期間Ｃ
（例えば数１０μSec 〜１００μSec ）の間停止させ
る。ＩＧＢＴ素子を使用した場合、２〜５μSec で停止
できる。それと同時に、サイリスタ制御部７は、アーク
検出信号ｐに基づいて直流制御部１のサイリスタを制御
し、平滑回路２の直流出力Ｖdcが図４（ｂ）に示すよう
に一旦低下した後再度徐々に上昇するようにする。
【００１９】インバータ制御部８は、遮断期間Ｃ終了後
の復帰期間Ｄにおいて、インバータの発振を同じ周波数
ｆで再開させるが、その際、高周波パルスのデューティ
を、図４（ａ）に示すように零からアーク検出される前
のデューティまで徐々に増加させる。放電電流値も、図
４（ｂ）のＶdcの変化に従ってデューティと同様に徐々
に上昇し、復帰期間Ｄの終りの時点でアーク検出される
前の状態に戻る。
の復帰期間Ｄにおいて、インバータの発振を同じ周波数
ｆで再開させるが、その際、高周波パルスのデューティ
を、図４（ａ）に示すように零からアーク検出される前
のデューティまで徐々に増加させる。放電電流値も、図
４（ｂ）のＶdcの変化に従ってデューティと同様に徐々
に上昇し、復帰期間Ｄの終りの時点でアーク検出される
前の状態に戻る。
【００２０】従来は、高周波パルスのデューティは常に
一定で、復帰期間Ｄにおいてインバータの発振開始と同
時にアーク検出前のデューティで高周波パルスを処理装
置本体に供給していたため、再度アーク放電に移行して
しまう可能性が高く、それを避けるために、遮断期間Ｃ
を１ｍSec 〜５ｍSec 程度に長く設定しなければならな
かった。
一定で、復帰期間Ｄにおいてインバータの発振開始と同
時にアーク検出前のデューティで高周波パルスを処理装
置本体に供給していたため、再度アーク放電に移行して
しまう可能性が高く、それを避けるために、遮断期間Ｃ
を１ｍSec 〜５ｍSec 程度に長く設定しなければならな
かった。
【００２１】その点、復帰期間Ｄに高周波パルスのデュ
ーティを零から徐々に高めてゆく、換言すれば、パルス
幅を徐々に広げてゆく本発明では、最初の幅の狭いパル
スによりアークへの移行を避けつつ徐々に放電を開始さ
せることになるため、アーク放電への移行が極めて有効
に抑制される。そのため、遮断期間Ｃを例えば数１０μ
Sec 〜１００μSec と従来に比べて非常に短く設定して
もアークへの移行を避けた復帰が可能になった。また、
復帰期間Ｄも併せて短縮することができ、例えば、１５
０μSec 〜６００μSec 程度に短く設定してもアークへ
の移行が避けられることが確認された。
ーティを零から徐々に高めてゆく、換言すれば、パルス
幅を徐々に広げてゆく本発明では、最初の幅の狭いパル
スによりアークへの移行を避けつつ徐々に放電を開始さ
せることになるため、アーク放電への移行が極めて有効
に抑制される。そのため、遮断期間Ｃを例えば数１０μ
Sec 〜１００μSec と従来に比べて非常に短く設定して
もアークへの移行を避けた復帰が可能になった。また、
復帰期間Ｄも併せて短縮することができ、例えば、１５
０μSec 〜６００μSec 程度に短く設定してもアークへ
の移行が避けられることが確認された。
【００２２】なお、本発明は、復帰期間Ｄに高周波パル
スのデューティを零から徐々に高めてゆくことを要旨と
するものであるから、復帰期間終了後の制御は本実施例
のような高周波パルスのデューティ調節によるものに限
らない。例えばデューティ一定で供給電圧あるいは電流
を調節する方式を採用しても良い。
スのデューティを零から徐々に高めてゆくことを要旨と
するものであるから、復帰期間終了後の制御は本実施例
のような高周波パルスのデューティ調節によるものに限
らない。例えばデューティ一定で供給電圧あるいは電流
を調節する方式を採用しても良い。
【００２３】
【発明の効果】この様に、本発明では、放電用電圧を時
間間隔をおいてパルス的に且つその波高値を初期値から
徐々に上昇させて供給すると共に、そのパルス幅を供給
開始から徐々に増加させるようにした遮断期間及び復帰
期間が短縮できる。そのため、反応性マグネトロンスパ
ッタのようなプラズマによる反応性プロセスでも、アー
ク放電発生による大きな影響を受けることなく処理を再
開することが可能となった。
間間隔をおいてパルス的に且つその波高値を初期値から
徐々に上昇させて供給すると共に、そのパルス幅を供給
開始から徐々に増加させるようにした遮断期間及び復帰
期間が短縮できる。そのため、反応性マグネトロンスパ
ッタのようなプラズマによる反応性プロセスでも、アー
ク放電発生による大きな影響を受けることなく処理を再
開することが可能となった。
【図１】本発明を実施するための装置構成の一例を示す
図である。
図である。
【図２】高周波パルス波形を示す図である。
【図３】処理装置本体へ供給される高周波パルス波形を
示す図である。
示す図である。
【図４】アーク放電が発生した前後の装置各部の信号波
形を示す図である。
形を示す図である。
１ 直流制御部 ２ 平滑回路 ３ インバータスイッチング部 ４ 昇圧トランス ５ 整流部 ６ 処理装置本体 ７ サイリスタ制御部 ８ インバータ制御部 ９ カレントトランス １０ 電流検出回路 １１ 温度検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 グロー放電処理装置におけるアーク放電
後の復帰方法であって、アーク放電検出に基づいて所定
期間放電のための電圧供給を停止した後、放電用電圧を
時間間隔をおいてパルス的に且つその波高値を初期値か
ら徐々に上昇させて供給すると共に、そのパルス幅を供
給開始から徐々に増加させるようにしたことを特徴とす
る復帰方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5229490A JP3047277B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | グロー放電処理装置におけるアーク放電後の復帰方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5229490A JP3047277B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | グロー放電処理装置におけるアーク放電後の復帰方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0762521A JPH0762521A (ja) | 1995-03-07 |
| JP3047277B2 true JP3047277B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16892987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5229490A Expired - Lifetime JP3047277B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | グロー放電処理装置におけるアーク放電後の復帰方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3047277B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1309866C (zh) | 1998-05-08 | 2007-04-11 | 三菱电机株式会社 | 放电表面处理装置 |
| JP4763897B2 (ja) * | 2001-02-05 | 2011-08-31 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | スパッタリング用電源装置 |
| JP4889280B2 (ja) * | 2005-11-09 | 2012-03-07 | 株式会社アルバック | スパッタリング装置 |
| JP4418424B2 (ja) * | 2005-11-21 | 2010-02-17 | 日本リライアンス株式会社 | 交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法 |
| JP5301594B2 (ja) * | 2011-03-11 | 2013-09-25 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | スパッタリング用電源装置 |
| JP5284397B2 (ja) * | 2011-03-11 | 2013-09-11 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | スパッタリング用電源装置 |
| JP5943484B2 (ja) | 2013-05-07 | 2016-07-05 | シオン電機株式会社 | 直流電源使用時に生ずるアーク放電防止システム |
-
1993
- 1993-08-23 JP JP5229490A patent/JP3047277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0762521A (ja) | 1995-03-07 |
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