JP3679840B2 - スパッタ装置用電源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野の説明】
本発明はトランジスタ、ＩＣ等の半導体その他電子部品の製造に用いられるスパッタ装置用の電源回路に関するもので、特にＳｉＯｘ膜等の絶縁物をタ−ゲット上に効率良く被着せしめることの可能な電源に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
スパッタ装置には高速化、製品の歩留り向上が望まれ、この方向でスパッタ技術が進展してきている。一般にスパッタ装置に適用する電源はタ−ゲットに負の高電圧を印加するためのＤＣパワ−電源が使用されるが、この高電圧印加状態で長時間の連続運転を行うと、真空室内（チャンバ）に設けられたタ−ゲット近傍で電弧を発生し、正常な運転が出来なくなることがある。電弧の発生はタ−ゲットの材質あるいは形状により相違する。この電弧はタ−ゲットから異常なスパッタリングを起こし、薄膜を形成する基板上に不正規な膜を作り、製品の歩留低下が問題になる。この電弧の発生をなくすことは、技術的に非常に困難であり、従来種々の電源回路が検討されているが決めてに欠けるのが現状である。
【０００３】
そこで本願出願人は先にスパッタを行うための真空室内のタ−ゲットに直流電圧、電力（パワ−）を供給する電源の出力部に前記電源と逆極性のパルスを重畳せしめ、該逆パルスの電圧及び周波数を任意に調整することにより電弧或は異常放電を消弧するようにした構成を提案した。（特開平７−１５０３４８号）
【０００４】
図７はこの回路図で図中ＤＣは直流電源でタ−ゲット等の負荷ＲＬに負の直流高電圧を印加する極性に接続されている。Ｌはインダクタ、Ｄ1、Ｒ1はサ−ジ吸収用のダイオ−ド及び抵抗、次にＲＰＣは逆パルス発生回路でＰＴはパルストランス、ｎ1、ｎ2はその１次巻線及び２次（出力）巻線で１次巻線ｎ1側はスイッ チング回路ｓｗと、該スイッチング回路ｓｗの発振周波数等を制御す発振回路ＯＳＣが接続されている。又２次巻線ｎ2は直流電源ＤＣの出力部に該出力と逆極 性にパルスが重畳される如く接続されている。Ｃ1は該直流電源ＤＣよりダイオ −ドＤ2を介して充電されるコンデンサでスイッチング回路ｓｗの電源を形成す る。Ｄ3、Ｒ2はパルストランスＰＴのフライバック電圧を抑制するダイオ−ド及び抵抗である。
この回路の基本動作は直流電源ＤＣを負荷ＲＬに給電すると同時に必要に応じて連続的に或いは間欠的に逆パルス電圧を該直流電源ＤＣに重畳して負荷ＲＬに給電する。即ちこの回路は負電位のタ−ゲットに正電位を一定の周波数で、パルス状に印加する事で蓄積されたプラスイオンのエネルギ−を中和させ、異常放電を防止するものである。
【０００５】
【従来技術の問題点】
所でこの回路の例では直流電源ＤＣの出力が２０ＫＷ以下の比較的小容量であれば安定した異常放電防止が可能であるが、２０ＫＷ以上の大容量になると実負荷テストにおいて異常放電が発生する恐れがある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は負荷容量が小容量から大容量まで安定して異常放電を防止できる電源の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための本発明の手段】
本発明は負荷（タ−ゲ−ト）が異常放電を発生する前段として、マイクロア−ク放電現象が所定時間（又は回数）生じることに着目し、この前段現象を監視して直流電源の出力を制御することにより異常（ア−ク）放電を防止するようにしたもので、スパッタを行うための真空室内のタ−ゲ−トに直流電圧、電力を供給するため直流電源の出力部にインダクタ（直列リアクトル）を介して前記直流電源と逆極性のパルスを重畳せしめる逆パルス発生回路を接続し、且つ直流電源の出力電圧と前記タ−ゲ−ト電圧を比較する比較回路を設け、前記逆パルスの電圧及び周波数を調整して前記タ−ゲットの電弧或は異常放電を消弧せしめると共に、前記比較回路の出力が設定値に達したことを前記異常放電等の前段現象（マイクロア−ク）として捕えて前記直流電源を制御する。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の一実施例を示すシステムブロック図で図中ＤＣは直流電源、Ｌはインダクタ（直列リアクトル）、ＲＰＣは逆パルス発生回路ＲＬはタ−ゲット（負荷）ＣＯＮＴは直流電源ＤＣの制御部である。制御部ＣＯＮＴにおいて、直流電源ＤＣの出力電流検出端子Ｉ1より設定値の電流（例えばＩ1≧５Ａ又はＩ1 ≧５０Ａ等）を検出する電流検出部（イ）、（ロ）と、直流電源ＤＣの出力電圧検出端子Ｖ1より設定値（例えばＶ1≦１５０Ｖ）の電圧を検出する電圧検出部（ハ）、（ニ）と、前記電流検出部（イ）と電圧検出部（ハ）の論理をとる論理回路ＡＮＤ１と、この論理が成立した時電源側に異常信号Ｓ1（ア−クコントロ− ル信号）を送出する信号送出部（ホ）と、前記電流検出部（ロ）と電圧検出部（ニ）の論理をとる論理回路ＡＮＤ２と、前記論理回路ＡＮＤ２の出力を一方の入力とし、後述する前段状態検出信号を他方の入力とする論理回路ＯＲと、この論理が成立した時、電源側に異常信号Ｓ2（マイクロア−クコントロ−ル信号）を 送出する信号送出部（ヘ）と、異常放電の前段現象としてのマイクロア−ク状態を検出するために、直流電源の出力電圧Ｖ1の平均値と負荷（タ−ゲット）電圧 Ｖ0の平均値を比較する比較回路ＣＯＭＰと、前記比較回路ＣＯＭＰの出力を計 測して前記論理回路ＯＲに入力する計測回路（ト）等により構成されている。
【０００９】
【作用】
次にこの回路の作用について、図２を参照して説明する。
先ず図２は直流電源ＤＣの出力電圧６００Ｖ、出力電流５０Ａに逆パルス発生回路ＲＰＣの発振周波数４０ＫＨZとした時のＲＰＣの出力電圧波形（イ）、直流電源ＤＣの出力電流波形（ロ）の関係を示す動作波形図で横軸は時間（５０μｓ／ｄｉｖ）、縦軸は特性（イ）は５００Ｖ／ｄｉｖ、特性（ロ）は１０Ａ／ｄｉｖを示している。即ち図２において、期間ｔ1では装置は正常な放電状態を示し、期間ｔ2は異常放電（マイクロア−ク）状態、期間ｔ3は正常状態、又期間ｔ4は 異常状態を示している。本発明ではこの期間ｔ2及びｔ4をア−ク放電移行の前段状態として捕えて直流電源ＤＣの制御を行うものである。因みに期間ｔ2の異常 放電は期間ｔ3で正常に戻っており、これは逆パルス発生回路の逆パルスに起因 する。然し乍ら期間ｔ4では異常放電が連続し、又直流電源ＤＣの出力電流も急 激に上昇する傾向になる。実験によればこの異常放電が２００μｓ以上継続するとア−ク放電に移行することが確認された。従って本発明ではこの間に直流電源ＤＣの出力電圧Ｖ1に比し、負荷（タ−ゲ−ト）電圧Ｖ0は時間積に換算して約２割乃至５割低下することが確認された。
【００１０】
なおインダクタ（直列リアクトル）Ｌは負荷電流を連結して供給するために挿入したもので上記前段現象時に出力電圧Ｖ1、出力電流Ｉ1の急激な増加がなく、単に直流電源ＤＣの出力電圧Ｖ1、出力電流Ｉ1のみの監視ではこの前段現象によるマイクロア−クの制御は不能となる。
【００１１】
図３は本発明の実施例に適用する前段現象（マイクロア−ク）を検出するブロック図、図４は図３のタイムチャ−ト図で、図３においてコンパレ−タ１は所定の基準ＶBをもち、Ｖ0モニタ信号及びＶ1モニタ信号が入力される。そして両者 （Ｖ0、Ｖ1）か基準（ＶB）より下がった期間出力する。（図４ｂ）
従ってマイクロア−クが生じＶ0が低下するとその期間（Ｔ）は長くなる。
コンパレ−タ２はこのコンパレ−タ１の検出出力と、逆パルス発生回路ＲＰＣの基準発振信号に同期したワンショット出力（図４Ｃ）が入力され、Ｖ0の低下期 間出力する。（図４ｄ）、Ｖ0がＶ1に対し時間巾を基準に２０％乃至５０％低下することについて、カウンタ３は予め設定しておき、例えばコンパレ−タ２から３回入力されると前段現象として検出する。
【００１２】
本発明の実施例（図１）において、異常信号Ｓ1は主として直流電源ＤＣの出 力電圧Ｖ1が極端に低下（低電圧）した時電源の運転を停止せしめる機能を果た すものであり、又異常信号Ｓ2は主に出力電流Ｉ1の極端な増加又は上述の前段現象時に夫々電源の運転を停止してア−ク等の異常放電への移行を防止する。
【００１３】
図５は本発明の実施例（図１）による実負荷試験における特性図で特性（波形）（イ）は直流電源ＤＣの出力（２０ＫＷ時）に逆パルス発生回路（周波数４０ＫＨZ）の逆パルスを重畳した時の負荷（タ−ゲット）電圧波形を示し、又（ロ ）はこの時の直流電源ＤＣの出力電流（Ｉ1）波形を示す。図中横軸は時間軸（ ５０μｓ／ｄｉｖ）、又縦軸は電圧、電流を示し特性（イ）は５００Ｖ／ｄｉｖ、特性（ロ）は５０Ａ／ｄｉｖを基に示している。図から明らかなように本発明では特性（イ）に於いて矢印で示すようにマイクロア−ク３回目で異常と判定し直流電源の運転を中止し、逆パルス回路のみ運転の結果出力電流Ｉ1の増加傾向が 停止し、その後の電源の運転開始において異常放電が完全に防止できることを示している。従ってこの前段現象の検知に基づく直流電源の運転、停止の繰返しにより安定したスパッタ動作を行うことが確認できた。なお特性（ロ）において点線矢印は前段現象が捕えられない時の出力電流の急激な増加状態を示している。
【００１４】
図６は本発明の他の実施例回路図に負荷容量に応じて、逆パルス発生回路を複数台並列接続（ＲＰＣ１、ＲＰＣ２等）して運転する例を示すもので例えば直流電源ＤＣの出力電圧８００Ｖ、１８００Ｖ（無負荷時）、出力電流５０Ａ、パルス周波数４０ＫＨZ、パルス巾５μｓ〜１０μｓ等の仕様に適している。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によればスパッタ装置用電源としてタ−ゲットの材質（金属、絶縁物）に係わりなく異常放電を防止し得る装置を提供でき、特に大容量負荷用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステムブロック図
【図２】本発明を説明する動作波形図
【図３】本発明に適用する異常放電検出回路図（ブロック図）
【図４】図３のタイムチャ−ト図
【図５】本発明（図１）の特性図
【図６】本発明の他の実施例図
【図７】従来回路図
【符号の説明】
ＤＣ 直流電源
Ｌ インダクタ（直列リアクトル）
ＲＰＣ 逆パルス発生回路
ＲＬ 負荷（タ−ゲット）
ＣＯＭＰ コンパレ−タ
Ｖ1 直流電源出力電圧
Ｉ1 直流電源出力電流
Ｖ0 負荷電圧
Ｓ1、Ｓ2 異常信号

Claims (4)

1. スパッタを行うための真空室内のタ−ゲットに直流電圧、電力を供給するための直流電源の出力部にインダクタ（直列リアクトル）を介して前記直流電源と逆極性のパルスを重畳せしめる逆パルス発生回路を接続し、且つ前記直流電源の出力電圧と前記タ−ゲット電圧を比較する比較回路を設け、前記逆極性パルスの電圧及び周波数を調整して前記タ−ゲットの電弧或いは異常放電を消弧せしめると共に、前記比較回路の出力が設定値に達したことを前記異常放電等の前段現象（マイクロア−ク）として捕らえて前記直流電源を制御するようにしたことを特徴とするスパッタ装置用電源。
2. 直流電源の出力電圧Ｖ1（インダクタの入力電圧）とタ−ゲ ット電圧Ｖ0の関係がＶ0≦０.８Ｖ1に達した時前段現象として捕らえるようにしたことを特徴とする請求項１のスパッタ装置用電源。
3. 前段現象の時間巾を検出し直流電源を制御するようにしたことを特徴とする請求項１、請求項２のスパッタ装置用電源。
4. 直流電源の制御部において、直流電源の出力電圧及び出力電流が設定値に達した時制御信号を送出する第１の制御手段と、直流電源の出力電圧及び出力電流が第２の設定値に達するか又は前段現象が所要時間継続した時第２の制御信号を送出する第２の制御手段を備えたことを特徴とする請求項１のスパッタ装置用電源。

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