JP4257770B2 - Arc interruption circuit, power supply for sputtering and sputtering equipment - Google Patents

Arc interruption circuit, power supply for sputtering and sputtering equipment Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク遮断回路、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関し、特に、アーク放電を遮断するために、順方向電流を停止するとともに逆方向に電圧を印加するアーク遮断回路、これを用いたスパッタ用電源及びスパッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種のプラズマ応用機器や、高電圧装置、電力スイッチング装置などにおいて、アーク放電が生ずると機器の動作に弊害をもたらす。このため、アーク放電を確実且つ迅速に遮断する回路が必要とされる場合が多い。以下、この具体例として、薄膜形成に用いるスパッタ装置を例に挙げて説明する。
【0003】
図12は、DC(direct current)スパッタ装置の要部構成を表す模式図である。このスパッタ装置は、真空チャンバ101とスパッタ用DC電源110とを有する。電源110の陽極は、接続ケーブル120Aを介してチャンバ101に接続され、接地電位とされている。一方、電源110の陰極は、接続ケーブル120Bを介して、チャンバ101の内部に設けられたスパッタリング・ターゲット104に接続されている。そして、チャンバ101の内部には、薄膜を堆積する基板100が設置される。
【0004】
成膜に際しては、まず、真空排気ポンプ106によりチャンバ101内を真空状態にし、ガス供給源107からアルゴン(Ar)などの放電ガスを導入してチャンバ内を所定の放電圧力に維持する。そして、電源110によりターゲット104とチャンバ101との間に電界を印加し、グロー放電108を発生させる。すると、放電空間において生成されたプラズマ中の正イオンがターゲット104の表面に衝突し、ターゲット104の原子をはじき出す。このようなスパッタ現象を利用することにより、ターゲット104の材料からなる薄膜を基板100の上に形成することができる。
【0005】
しかし、このようなスパッタ動作中に、アーク放電150が生ずる場合がある。このようなアーク放電150は、ターゲット104の近傍において生ずる場合が比較的多いが、基板100の近傍において生ずる場合もある。そして、このようなアーク放電150が生ずると、局所的に大電流が流れるために、ターゲット104や基板100に損傷が生ずる。
【0006】
例えば、ターゲット104の側でアーク放電150が生ずると、ターゲット104の微小領域に大電流が集中するために、その部分から瞬間に大量の被着材料が放出される。この現象は「スプラッシュ」などと称され、基板100の表面に被着材料の粒子が飛び散るために、被害を受けてしまう。
【0007】
一方、基板100の側にアーク放電150が生じた場合にも、基板100が損傷を受けて不良品になってしまう場合が多い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、迅速且つ確実にアーク放電を遮断できるアーク遮断回路、と、それを用いたスパッタ電源及びスパッタ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1のアーク遮断回路は、正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の供給を停止するアーク遮断回路であって、
前記被供給体における前記正方向の電圧を電圧検出抵抗と定電流回路とにより分圧し、
前記定電流回路の電圧の絶対値の低下により前記アーク放電の発生を検出することを特徴とする。
【0010】
上記構成によれば、アーク放電の発生を極めて高速に検出してアーク遮断動作を開始することができる。
【0011】
上記第2のアーク遮断回路において、前記定電流回路における電流は、前記被供給体において前記アーク放電が生じた場合に前記電圧検出抵抗を流れる電流に対応するものとすることができる。
【0012】
また、前記電圧検出抵抗を流れる電流を増幅する電流増幅器をさらに備え、前記電流増幅器と前記定電流回路とが接続されてなるものとすることができる。
【0013】
また、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の絶対値が所定の値を超過した時に、前記正方向の電圧の供給を停止するものとすることができる。
【0014】
また、前記被供給体を流れる電流を観測し、その電流が所定値に満たない場合は、前記定電流回路の電圧の絶対値の低下があっても前記正方向の電圧の供給を停止しないものとすることができる。
【0015】
一方、本発明の第2のアーク遮断回路は、正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対して逆電圧を出力するアーク遮断動作を実行するアーク遮断回路であって、
前記被供給体を流れる電流値が所定の電流閾値よりも大きく、且つ、前記被供給体における電圧が所定の電圧閾値よりも小さい場合に前記アーク遮断動作を実行し、
前記アーク遮断動作を開始してから所定の第1の時間は、前記被供給体を流れる電流および前記被供給体における電圧の値に関わらず前記アーク遮断動作を継続し、
前記第1の時間が経過した後の所定の第2の時間は、前記被供給体における電圧が前記電圧閾値の場合でも前記アーク遮断動作を開始せずに前記アーク遮断動作を開始する前と同じ電流を前記被供給体に出力することを特徴とする。
【0016】
上記構成によれば、チャンバ内の状態に依存せずに、いかなる状況のもとでもアーク放電の発生を確実に検出できる。
【0017】
上記第2のアーク遮断回路において、前記アーク遮断動作を開始してから所定の時間は、前記被供給体を流れる電流および前記被供給体における電圧の値に関わらず前記アーク遮断動作を継続すれば、電源のインバータが停止した後でも電流が有ってアーク被害が予想される限り、継続時間の制約無しにアーク遮断が可能である。
【0018】
また、前記電圧閾値を、前記被供給体を流れる電流に応じて可変とすれば、スパッタ特性によりアーク放電の電圧が上昇しても、放電電流で補正した電圧でアークを検知・遮断できる。
また、前記正方向の電圧を印加する電源の動作を禁止するインターロック信号が与えられている時は、前記アーク遮断動作を開始しないものとすれば、緊急停止やメンテナンス時の安全確保などを図ることができる。
【0025】
一方、本発明のスパッタ用電源は、ターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ用電源であって、上記のいずれかのアーク遮断回路と、前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【0028】
一方、本発明のスパッタ装置は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、上記のいずれかのスパッタ用電源と、を備え、
前記正方向電圧印加手段から印加される前記正方向の電圧によりスパッタを実施し、真空チャンバ内において発生する前記アーク放電を前記アーク遮断回路により遮断することを特徴とする。
【0029】
上記構成によれば、迅速且つ確実にアーク放電を遮断でき、スループットが高く歩留まりが良好なスパッタ成膜が可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0031】
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態として、アーク放電が発生した時点でチャンバへの電力供給を停止し、チャンバ内で放電が生じない範囲で逆方向電圧を高速に印加してアーク放電を消去するアーク遮断回路について説明する。
【0032】
ここではまず、本実施形態のアーク遮断回路について説明する前に、本発明者が本発明に至る過程で試作した比較例のアーク遮断回路について説明する。
【0033】
図2は、比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【0034】
すなわち、このスパッタ装置は、スパッタ用真空チャンバ101とターゲット104と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、DC電源部DCPFと、平滑化インダクタL0と、逆バイアス印加回路RBSと、スイッチング部Qと、アーク検出回路(arc sensor)ASと、を有する。
【0035】
DC電源部DCPFは、チャンバ101に正極、ターゲット104に負極の電力を印加して、スパッタを生じさせる役割を有する。
【0036】
これに対して、逆バイアス印加回路RBSは、アーク放電が生じた時に、チャンバ101及びターゲット104に対して逆極性の電圧を印加し、高速にアーク電流を遮断する役割を有する。すなわち、逆バイアス印加回路RBSは、DC電源部DCPFとは逆極性の逆バイアス電源部DCPRと、これに対して並列に接続されたコンデンサC1と、を有する。
【0037】
一方、アーク検出回路ASは、チャンバにおける放電電圧または電流からチャンバ内のアーク放電の発生を監視し、スイッチング部Qの動作を制御する役割を有する。
【0038】
スイッチング部Qは、アーク検出回路ASからの制御信号に基づいて、逆バイアス印加回路RBSの出力のスイッチングを行う。
【0039】
図2に表した比較例の電源の動作について説明すると以下の如くである。
【0040】
すなわち、通常のスパッタ成膜の時は、スイッチ部Qはオフ(OFF)状態にあり、DC電源部DCPFからの出力電流は、出力ダイオードD0、送電ケーブル120A、120Bを経てチャンバ101及びターゲット104に供給される。また、この際に、逆バイアス電源部DCPRからの出力は、コンデンサC1に逆方向電圧を印加され充電される。
【0041】
そして、スパッタ成膜時にアーク検出回路ASが出力電圧の低下(あるいは電流の増加)を検出すると、アーク放電が発生したと認識してアーク遮断動作を開始する。
【0042】
以下、アーク遮断動作を説明する。
【0043】
アーク検出回路ASがアーク放電を検出するとまず、DC電源部DCPFの出力を停止する。そして、スイッチング部Qをオン(ON)にする。すると、DC電源部DCPFからの出力電流は、インダクタL0によって保持されるが、スイッチング部Qが電流迂回路を形成するので、電源の機外すなわちチャンバ101及びターゲット104には出力されない。
【0044】
同時に、コンデンサC1に充電された逆電圧が、スイッチング部Qからケーブル120A、120Bを介してチャンバへ出力される。
【0045】
送電ケーブルを流れる電流が無くなると、出力ダイオードD0が逆バイアスされる。そして、逆バイアス電源部DCPRからの逆方向電流が出力制限抵抗Rpassを介して流れ、チャンバを逆電圧にバイアスすることによりアーク放電を遮断する。
【0046】
アーク遮断が終了すると、スイッチング部Qがオフ(OFF)になり、DC電源部DCPFの出力が再開される。
【0047】
インダクタL0の電流は、DC電源部DCPFを通過してチャンバへ供給される。この際には、スパッタ電流は出力制限抵抗Rpassを迂回して出力ダイオードD0を流れる。
【0048】
しかし、この比較例の場合、コンデンサC1は、アーク遮断動作の度に放電するが、連続した遮断動作でも逆方向電圧を維持できるよう、そのキャパシタンスを高く設定する必要がある。
【0049】
またさらに、図2の回路の場合、インダクタL0の大きな電流がコンデンサC1を通過するため、アーク遮断時間の積算が長くなると、コンデンサC1の静電容量を大きくしても、放電により逆電圧が無くなってしまう。逆電圧が無くなると、アークの遮断性能が低下する。
【0050】
また、アーク遮断動作が終了すると、チャンバへのスパッタ電力供給を再開するが、インダクタL0の電流がアーク遮断中のコンデンサC1の電圧で上昇するため、チャンバ電流が遮断前より大きくなる。ここで、チャンバ電圧はほぼ一定とされるので、遮断動作前よりも電流が大きいと電力の過剰供給となり、アーク放電を再発し易い。
【0051】
本発明者は、これらの点を改良すべく、本実施形態のアーク遮断回路を発明するに至った。
【0052】
図1は、本実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置の要部を表す模式図である。
【0053】
すなわち、このスパッタ装置も、スパッタ用真空チャンバ101とターゲット104と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、DC電源部DCPFと、平滑化インダクタL0と、逆バイアス印加回路RBSと、スイッチング部Qと、アーク検出回路(arc sensor)ASと、を有する。
【0054】
本発明の場合、逆バイアス印加回路RBSは、逆バイアス電源部DCPRと、これに対してインダクタL3を介して並列に接続されたコンデンサC1と、を有する。そして、このコンデンサC1に対して、ダイオードD3とツェナー・ダイオードZDとの直列回路が並列に接続されている。
【0055】
図1に例示した具体例の動作について説明すると以下の如くである。
【0056】
すなわち、通常のスパッタ成膜の時は、スイッチ部Qはオフ(OFF)状態にあり、DC電源部DCPFからの出力電流は、出力ダイオードD0、送電ケーブル120A、120Bを経てチャンバ101及びターゲット104に供給される。また、この際に、逆バイアス電源部DCPRからの出力は、インダクタL3を介してコンデンサC1に逆方向電圧を印加して充電する。
【0057】
そして、スパッタ成膜時にアーク検出回路ASが出力電圧の低下(あるいは電流の増加)を検出すると、アーク放電が発生したと認識してアーク遮断動作を開始する。
【0058】
以下、アーク遮断動作を説明する。
【0059】
アーク検出回路ASがアーク放電を検出するとまず、DC電源部DCPFの出力を停止する。そして、スイッチング部Qをオン(ON)にする。すると、DC電源部DCPFからの出力電流は、インダクタL0によって保持されるが、スイッチング部Qが電流迂回路を形成するので、電源の機外すなわちチャンバ101及びターゲット104には出力されない。
【0060】
同時に、コンデンサC1に充電された逆電圧が、スイッチング部Qからケーブル120A、120Bを介してチャンバへ出力される。
【0061】
送電ケーブルを流れる電流が無くなると、出力ダイオードD0が逆バイアスされる。そして、逆バイアス電源部DCPRからの逆方向電流が出力制限抵抗Rpassを介して流れ、チャンバを逆電圧にバイアスする。この時に、逆バイアス電源部DCPRの出力インピーダンスが小さいと、スパッタ時とは逆方向の電流が大量に流れて新たなアーク放電が生ずる虞もある。このため、出力制限抵抗Rpassにより、逆方向電流を制限する。
【0062】
コンデンサC1は、逆バイアスの印加が終了した後、インダクタL0の電流通過により放電を完了する。これにより、インダクタ電流の閉ループには電流を増加する電圧源は無くなる。
【0063】
残った遮断期間は、インダクタL0の電流が逆バイアス電源部DCPRを介してL3を充電する。
【0064】
以上説明したアーク遮断動作に続いて、以下に、スパッタ成膜動作への復帰の動作について説明する。
【0065】
アーク遮断が終了すると、スイッチング部Qがオフ(OFF)になり、DC電源部DCPFの出力が再開される。
【0066】
インダクタL0の電流は、DC電源部DCPFを通過してチャンバへ供給される。この際には、スパッタ電流は出力制限抵抗Rpassを迂回して出力ダイオードD0を流れる。同時に、インダクタL3の電流はコンデンサC1を充電し、電流が無くなると逆バイアス電源部DCPRが逆バイアスになるので共振せずに停止する。
【0067】
コンデンサC1の充電電圧が足りなければ、逆バイアス電源部DCPRにより充電される。また、コンデンサC1の充電電圧が高過ぎる時は、ツェナー・ダイオードZDにより迂回して過充電が防止される。
【0068】
以上説明したように、本実施形態にアーク遮断回路によれば、インダクタL3を設けることより、コンデンサC1を所定の逆方向電圧まで急速且つ正確に充電できるという作用効果が得られる。その結果として、アーク放電が繰り返した場合でも確実に消去でき、さらに、スパッタ再開後の過度の電力供給を防ぐことができる。
【0069】
すなわち、本発明によれば、図1に関して前述したように、コンデンサC1のキャパシタンスを小さく設定して、アーク遮断動作の度に急速な充放電を繰り返すとができる。その結果として、逆バイアス電源部DCPRにおいて、アーク遮断動作の開始時、チャンバ電圧を逆バイアスしたら逆電圧源のコンデンサ電圧を無くすことができる。
【0070】
また、アーク遮断の動作中に、インダクタL0の電流エネルギーの一部をもうひとつのインダクタL3に分配することができる。
【0071】
そして、アーク遮断動作の終了時、インダクタL3に分配された電流エネルギーによって逆電圧源となるコンデンサC1を充電することができる。充電電圧が高過ぎる時は、ツェナー・ダイオードZDによってコンデンサC1の充電電流をバイパスすることができる。
【0072】
すなわち、本実施形態によれば、アーク遮断動作の時、チャンバが逆バイアスされた後、逆電圧源となるコンデンサC1の電圧は無くなる。よって、逆電圧源によるインダクタL0の電流上昇は少なくなり、スパッタ再開後の電力の過剰供給によるアーク放電の再発を阻止できる。
【0073】
また、本実施形態によれば、アーク遮断動作が終了すると、インダクタL3によりインバータ動作と関係無くコンデンサC1が急速充電される。よって、コンデンサC1のキャパシタンスを小さく設定し、連続したアーク放電によりアーク遮断を繰り返した場合でも、逆電圧源となるコンデンサC1の電圧低下は少なくなる。
【0074】
図3は、本発明の実施の形態にかかるアーク遮断回路を搭載したスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【0075】
すなわち、同図は、アーク遮断機能を内蔵したスパッタ用DC電源110と、送電ケーブル120A及び120B、及びチャンバ101が組み合われたシステムを表す。但し、電源110の定電力運転やインバータ回路の制御部などについては適宜省略した。
【0076】
本具体例の場合、DC電源部DCPFは、R、S、Tの3相交流入力を受ける整流ダイオード群DB0、スイッチングトランジスタIGBT、変圧トランスT1、および整流ダイオード群DB1、DB2を有する。但し、本発明におけるDC電源部DCPFは、図3に例示した構成の他にも種々の構成を同様に採用することができる。
【0077】
DC電源部DCPFからの出力は、アーク遮断回路と送電ケーブル120A、120Bを介してチャンバに供給される。
【0078】
アーク遮断回路は、電源からの出力電圧(または出力電流)を監視して電圧低下(または電流の増加)によりアーク放電を検出するアーク検出回路ASと、インバータのトランスT1にN4巻線を付加しダイオード群DB3及びインダクタL3により整流平滑した逆電圧源としてのコンデンサC1と、出力電流に迂回路を設けて電流出力を遮断するとともに、逆電圧源(コンデンサC1)を出力するトランジスタ(Q1、Q2)と、スパッタ成膜時に正方向電流を出力するダイオード(D1、D2)と、アーク遮断時に逆方向電流を制御してチャンバに供給する出力制限抵抗(Rpass)とを有する。
【0079】
本具体例のスパッタ用電源110の動作について説明すると、以下の如くである。
【0080】
まず、スパッタ成膜時の動作について説明する。スパッタ成膜時には、インバータ(DB0、IGBT、T1)からの出力をダイオード群(DB1、DB2)及び平滑化インダクタ(L1、L2)により整流平滑して、ダイオード(D1、D2)から送電ケーブル120A及び120Bを介して出力する。この時、チャンバ101の極性は正、ターゲット104の極性は負にされる。
【0081】
また、このスパッタ動作の時、インバータのN4巻線の出力をダイオード群(DB3)により整流平滑した逆方向電圧が、コンデンサ(C1)に充電される。
【0082】
一方、アーク放電が発生し、アーク検出回路ASが出力電圧の低下(または出力電流の増大)を検出すると、アーク放電と認識してアーク遮断動作を開始する。
【0083】
以下、本具体例のスパッタ用電源のアーク遮断動作について説明する。
【0084】
まず、アーク検出回路ASがアーク放電を検出すると、インバータのスイッチングトランジスタ(IGBT)の動作を停止させ、トランジスタ(Q1、Q2)をオン(ON)する。この時、正方向DC電源部からの出力電流はインダクタ(L1、L2)により所定時間、保持されるが、トランジスタ(Q1、Q2)が迂回路を形成するので、チャンバに対しては出力されない。
【0085】
そして、これと同時に、コンデンサ(C1)に充電されていた逆方向電圧がトランジスタ(Q1、Q2)から、ダイオード(D1、D2)と出力制限抵抗(Rpass)との並列回路を経て、ケーブル(120A、120B)へ出力する。
【0086】
しかし、ケーブル(120A、120B)やチャンバは、寄生インダクタンスを有するので、逆方向電圧を出力しても正方向電流が無くなるのに時間を要する。この間の正方向電流は、ダイオード(D1、D2)を流れるのでコンデンサ(Cpass)は充電されない。そして、寄生インダクタンスなどによるケーブルの正方向電流が無くなると、逆方向電流が優勢となり、ダイオード(D1、D2)が逆方向バイアスされる。すると、出力制限抵抗(Rpass)を介して逆方向電流がチャンバに供給される。
【0087】
コンデンサC1は、チャンバに対する逆バイアスの印加を終了すると、インダクタL1、L2の電流通過により放電を完了する。これにより、インダクタ電流の閉ループにはスパッタ再開後のスパッタ電流を増加する電圧源は無くなる。
【0088】
残った遮断期間においては、インダクタL1、L2の電流がダイオード群DB3を通ってインダクタL3に電流エネルギーを分配する。
【0089】
しかる後に、成膜動作が再開される。すなわち、アーク遮断が終了すると、トランジスタQ1、Q2がオフ(OFF)になり、DC電源部DCPFのインバータが動作を再開する。そして、インダクタL1、L2の電流は、DC電源部DCPFを通過してチャンバに供給される。
【0090】
同時に、インダクタL3の電流は、コンデンサC1を充電し、電流が無くなるとダイオード群DB3が逆バイアスになるので共振せずに停止する。コンデンサC1の充電電圧が不足している場合は、DC電源部DCPFのトランスT1のN4結線からダイオード群DB3を通って充電される。一方、コンデンサC1の充電電圧が高すぎる場合には、前述したように、ツェナー・ダイオードZDにより迂回して過充電を防止できる。
【0091】
以上説明したように、本実施形態によれば、アーク遮断動作の時、チャンバが逆バイアスされた後、逆電圧源となるコンデンサC1の電圧は無くなる。よって、逆電圧源によるインダクタL0の電流上昇は少なくなり、スパッタ再開後の電力の過剰供給によるアーク放電の再発を阻止できる。
【0092】
また、本実施形態によれば、アーク遮断動作が終了すると、インダクタL3によりインバータ動作と関係無くコンデンサC1が急速充電される。よって、コンデンサC1のキャパシタンスを小さく設定し、連続したアーク放電によりアーク遮断を繰り返した場合でも、逆電圧源となるコンデンサC1の電圧低下は少なくなる。
【0093】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態として、アーク放電の発生を極めて高速に検出してアーク遮断動作を開始することができるアーク遮断回路について説明する。
【0094】
ここでもまず、本実施形態のアーク遮断回路について説明する前に、本発明者が本発明に至る過程で試作した比較例のアーク遮断回路について説明する。
【0095】
図5は、比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【0096】
すなわち、このスパッタ装置は、スパッタ用真空チャンバ101とターゲット104と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、DC電源部DCPFと、平滑化インダクタL0と、逆バイアス印加回路(図示せず)と、スイッチング部IGBTと、アーク検出回路(arc sensor)ASと、を有する。
【0097】
さて、通常のスパッタによる成膜においては、ターゲット104における電圧はマイナス400ボルト以下(例えば、マイナス600ボルト)である。しかし、アーク放電が発生した時には、ターゲット電圧は、マイナス150ボルト以上(例えば、マイナス100ボルト)にまで絶対値が低下する。
【0098】
図5に表した比較例の電源の場合、スパッタ成膜中の放電電圧を、検出抵抗RDによって一定比率で分圧し、検出電圧(2)として電圧比較器(コンパレータ)CPに入力する。
【0099】
一方、コンパレータCPには、参照電圧(3)として、例えばマイナス150ボルトを、検出抵抗RDと同一比率で圧縮した定電圧を入力し、チャンバからの検出電圧(2)と比較する。そして、検出電圧(2)のほうが参照電圧(3)よりも小さい場合は、アーク放電と認識してスイッチング部IGBTのドライバDRをオン(ON)する。IGBTドライバDRは、コンパレータCPからの信号を電流増幅してIGBTを駆動(ON)する。
【0100】
IGBTがオンすると、DC電源部DCPFは、インダクタL0を介して短絡されるので、チャンバへの出力電流が遮断される。
【0101】
そして、所定の遮断時間が終了すると、スイッチング部IGBTをオフ(OFF)して、チャンバへの電流供給を再開する。
【0102】
なおここで、DC電源部DCPFを構成するインバータ(図示せず)が起動前でスパッタ電圧の絶対値が上昇するまでと、アーク放電が発生してターゲット電圧の絶対値が低下した状態を区別する必要がある。そこで、DC電源部DCPFのインバータの動作信号によって、これらいずれの状態であるかを区別し、インバータが停止している時は出力の遮断動作に移行しない。
【0103】
さて、一般に、アーク放電による被害を小さくするには、以下の3点を両立させることが重要である。
(1)アーク放電が発生したら、チャンバへの電力供給を速やかに停止する。
(2)熱電子放出の源たる熱点が冷めるのを待つ。
(3)冷却時間をできるだけ短くする。
【0104】
アーク放電が持続すると、電源からチャンバへの電力供給が続くのでアーク放電が増強し、被害が拡大する。
【0105】
しかし、図5に例示したような比較例の電源の場合、コンパレータCPへ入力される検出電圧(2)が変化してからIGBTドライバDRの入力が変化するまでの時間には、さらなる改善の余地があった。
【0106】
一方、コンパレータCPの入力静電容量による信号遅れを改善するために検出抵抗RDの抵抗値を小さくすると、検出抵抗における電力損失が大きくなるという問題が生ずる。
【0107】
また、図5の比較例の場合、DC電源部DCPFの制御が不規則で、スパッタ中でもそのインバータが動作しない期間があると、この間にアーク放電が生じても遮断動作をしないという現象も見られた。
【0108】
またさらに、アークの検出に遅延が生じた場合、アーク遮断動作を終えてチャンバへスパッタ電流を出力した時に、チャンバ内でのグロー放電が衰退していることがある。すると、インダクタL0の逆起電力で出力電圧が過大になり、電源を構成する部品に対するストレスが大きくなり、場合によっては破損することもあり得る。
【0109】
本発明者は、これらの点に鑑み、本実施形態のアーク遮断回路を発明するに至った。
【0110】
図4は、本実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【0111】
すなわち、本具体例の電源は、チャンバに対してスパッタ電力を供給するDC電源部DCPF、平滑化インダクタL0、逆バイアス電源部DCPR、スイッチング部IGBT、アーク検出回路ASを有する。
【0112】
そして、アーク検出回路ASは、電圧検出抵抗RD、電流増幅器CA、電流監視部CM、定電流回路CC、過電圧制御部OL、IGBT駆動回路DR、タイマTMを有する。
【0113】
本実施形態の電源の特徴を列挙すると、以下の如くである。
【0114】
すなわちまず、図5に例示したような電圧の比較のためのコンパレータCPを削減し、電圧検出抵抗RDによって、直接、IGBT駆動回路DRをオン・オフ(ON/OFF)する。
【0115】
また、電圧検出抵抗RDの電流は、電流増幅器CAにより増幅する。
【0116】
また、チャンバへの出力電圧が過大の時は、アーク遮断と同様にスイッチング部IGBTを一定時間オン(ON)する。
【0117】
さらに、アーク遮断の可否の判断は、インダクタL0の電流によって行う。
【0118】
これらの特徴をより具体的な構成により説明すると以下の如くである。
【0119】
まず、アーク遮断装置の出力線間に、電圧検出抵抗RDと定電流回路CCを直列接続し、電圧検出抵抗RDと定電流回路CCの接続中点をIGBT駆動回路DRの入力に接続する。そして、IGBT駆動回路DRの入力電圧は、定電流回路CCの出力電圧とする。IGBT駆動回路DRは、入力電圧が下がったら(0ボルトに近くなったら)スイッチング部IGBTをオン(ON)する。そして、オン(ON)したIGBTは、所定の時間後にオフ(OFF)する。
【0120】
一方、定電流回路CCの電流値は、アーク放電時の最大出力電圧(例えば、マイナス150ボルト)の時に電圧検出抵抗RDを流れる電流とすることができる。またさらに、チャンバ電流によってチャンバ電圧が大きく変動する場合は、定電流回路CCの電流値をチャンバ電流により補償する。
【0121】
また、応答速度を上げるため、電圧検出抵抗RDの電流は電流増幅器CAで増幅して定電流回路CCに接続する。
【0122】
さらに、チャンバ電圧が所定値を超過したら、定電流回路CCへの電流を迂回させて電圧降下を低減する。これによりIGBTを所定時間オン(ON)することができる。また、チャンバ電圧が過大でもIGBT駆動回路DRへの入力が許容値を超えないように保護することもできる。
【0123】
一方、インダクタL0の電流が、例えば、定格の1パーセント以下の時は「未放電」と判断してアーク遮断動作を禁止する。
【0124】
以下、図4に例示した電源の動作について説明する。
【0125】
まず、この電源の起動時の動作について説明する。
【0126】
DC電源部DCPFのインバータ(図示せず)が起動した後に、電源からの出力電圧が上昇するが、この期間は、放電が未だ開始せず、アーク放電も生じない。この状態では、電源からの出力電流は流れないので、電流監視回路CMのコンパレータCPがオン(ON)の状態となる。すると、定電流回路CCの出力はハイレベル(high level)に強制され、アーク遮断は動作しない。
【0127】
次に、スパッタ成膜時の動作について説明する。
【0128】
出力電圧が上昇してグロー放電が開始すると、電源から送電ケーブルを経由してチャンバへ電流が流れる。すると、電流監視回路CMのコンパレータCPは、オフ(OFF)するので定電流回路CCが有効になり、アーク放電を監視する。
【0129】
この時、多くのスパッタ条件においては、電源からの出力電圧はマイナス200V〜マイナス800Vであり、電源の出力線間に電圧がかかる。
【0130】
電圧検出抵抗RDには、アーク放電時より大きな電流が流れようとするが、定電流回路CCが制限するので、これらの接合点電位が高位を保つ。よって、IGBT駆動回路DRの入力電圧は、ハイ(high)となり、スイッチング部IGBTはオフ(OFF)を維持する。
【0131】
次に、アーク遮断動作について説明する。
【0132】
アーク放電が生じると、チャンバに印加される電圧の絶対値が0V〜マイナス100Vに低下する。アーク遮断回路に、この電圧低下が伝わると電圧検出抵抗RDの電流が低下する。これに対して定電流回路CCの出力電流は一定なので、出力電圧つまりIGBT駆動回路DRの入力電圧は降下する。なお、電圧検出抵抗RDの電流を電流増幅回路CAにより増幅して定電流回路CCに接続しても、増幅率が一定なので同じ動作をする。
【0133】
IGBT駆動回路DRの入力電圧が低下すると、スイッチング部IGBTがオン(ON)してDC電源部DCPFからの出力が遮断され、逆バイアス電源部DCPRからの逆電圧がチャンバへ供給される。
【0134】
タイマ回路TMは、スイッチング部IGBTをオン(ON)する信号を駆動回路DRから入力してから一定時間を経過すると、休止信号を定電流回路CCに出力する。休止信号を入力した定電流回路CCの出力はハイ(high)になるのでIGBT駆動回路DRはオフ(OFF)する。
【0135】
休止信号の出力時間は、タイマ回路TMで一定であり、その間はアーク放電の有無に係わらず遮断動作を休止する。そして、休止が終了すると電圧低下の監視を再開し、アーク放電と認識されれば、再度、DC電源部DCPFの出力を遮断する。一方、出力電圧が復活していればアーク遮断はしない。
【0136】
アーク遮断を休止した時にアーク放電もグロー放電も無いと、電源からの出力電圧が急上昇する。従って、この場合、過電圧を防ぐ対策が必要である。そこで、過電圧制御回路OLがオン(ON)して、定電流回路CCの出力を短絡する。すると、休止期間中でも、アーク遮断と同様にIGBTがオン(ON)する。その結果として、電源出力のインダクタL0を流れる電流は、閉回路ができるので過電圧は解消され、部品のストレスや破損を解消することができる。
【0137】
以上説明したように、本実施形態によれば、まず、信号処理の「遅れ」となるコンパレータを使わずにアーク検知が可能になるので、アーク放電に対して高速に応答できる。例えば、本発明者の試作検討の結果によれば、図5に表したコンパレータを用いた電源の場合、アーク放電が発生してから遮断動作を開始するまでの所要時間は、およそ0.5マイクロ秒であったのに対して、図4に表した電源においては、0.2マイクロ秒でアーク遮断動作を開始することができた。その結果として、アーク放電によるターゲットあるいは基板の損傷を最小限に抑えることが可能となった。
【0138】
また一方、本実施形態によれば、電圧検出抵抗RDに抵抗値の大きい抵抗を使えるので電力損失が低減できる。
【0139】
さらに、アーク遮断を終了した時に放電が開始しない状態でも、過電圧にならず、部品に対するストレスや破損を防止できる。
【0140】
また、電源の動作が不安定でも確実にアークを遮断できる。
【0141】
図6は、本実施形態のスパッタ用電源の変型例を表す模式図である。同図については、図4及び図5に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0142】
本具体例の場合、検出抵抗RDの出力を電流増幅回路CAにより増幅した後に、定電流回路CCに接続し、その接続中点からコンパレータCPに入力(2)している。コンパレータCPは、定電流回路CCからの信号入力(3)との間で比較判定し、この結果に基づいてIGBT駆動回路DRがIGBTをオン(ON)する。
【0143】
本発明によれば、このようにコンパレータCPを用いた場合であっても、図5に例示したような回路よりも高速にアーク放電を検出できる。具体的には、アーク放電が発生してから0.3マイクロ秒でアーク遮断動作を開始することができた。
【0144】
また、図7は、本実施形態のスパッタ用電源のもうひとつの変型例を表す模式図である。同図についても、図4乃至図6に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0145】
本変型例の回路においては、電圧検出抵抗RDからの出力を電流増幅することなく、定電流回路CCと接続し、その接続中点からIGBT駆動回路DRの論理和ゲート(1)に入力している。このようにしても、図5に例示したようなコンパレータを介することなく、高速なフィードバックが可能である。
【0146】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態として、チャンバ内の状態に依存せずに、いかなる状況のもとでもアーク放電の発生を確実に検出できるアーク遮断回路について説明する。
【0147】
図8は、本実施形態にかかるスパッタ用電源の要部を表す模式図である。すなわち、この電源は、DC電源部DCPFと、平滑化インダクタL1と、逆バイアス印加回路RBSと、スイッチング部Qと、アーク検出制御回路ASCと、を有する。
【0148】
これらDC電源部DCPF、逆バイアス印加回路RBSあるいはスイッチング部Qの具体的な構造や動作については、例えば、第1実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【0149】
そして、本実施形態においては、チャンバにおいてアーク放電が発生すると、アーク検出制御回路ASCにおいて、極めて正確且つ的確に判断がされる。そして、スイッチング部Qに対してゲート信号Sgが供給される。スイッチング部Qは、このゲート信号Sgを受けるとオン(ON)して、チャンバに逆バイアスを印加し、アークが消弧される。
【0150】
以下、このアーク検出制御回路ASCの説明をする前にまず、このようなスパッタ装置におけるアーク放電の認定及び遮断動作のタイミングについての技術的な背景を簡単に説明する。
【0151】
図9は、スパッタ装置において、電源の起動時及びアーク放電の発生時の電圧と電流の変化を例示するグラフ図である。
【0152】
スパッタ装置の電源を起動してチャンバに電圧印加を開始した時、グロー放電が始まるまでは電流は流れていない。そして、スパッタを始める時、制御装置が電源にインタロックの解除と動作指令と電力値を与えて電源を起動する。電源は、インバータを起動し、所定電圧まで出力電圧を上昇し、過電圧の時は、一時的にインバータを停止する。
【0153】
電圧が所定のレベルに上昇すると、チャンバ内でグロー放電が始まりプラズマが点火する。そして、プラズマの成長に応じて、電圧やその他の各種のパラメータに応じた放電電流が流れる。電源は、設定された電力になるように出力を調整しつつ、動作指令が無くなるまで運転しスパッタを実施する。
【0154】
スパッタ中のスパッタ装置または電源は、アーク放電の被害を防止するために、アークによるチャンバ(チャンバとターゲット間)のインピーダンスの低下を電源出力電圧の低下として監視する。そして、電圧の低下を検知した時は、第1の所定時間の間、電源の電流出力を停止する。
【0155】
アーク放電を検知する電圧閾値は、図9に例示したように、ターゲット電圧で例えばマイナス150〜マイナス200V程度の固定値である。つまり、電圧がこの閾値を上回る(絶対値が小さくなる)と、スパッタ用出力を停止し、必要に応じて、逆バイアスを印加するなどのアーク遮断シーケンスが実行される。この後に、スパッタ作業を継続するために、電源からの出力を再開する。
【0156】
電源からの出力を再開した時、第2の所定時間の計測を始め、この時点で電圧が復帰すればスパッタ処理を継続するが、第2の所定時間の経過後でも出力電圧が閾値以下の時は、アーク放電を消弧できなかったとして、再度、電流出力を停止する。
【0157】
そして、制御装置が、チャンバへの投入電力量が規定値に達したと判断したら、電源への動作指令を停止する。
【0158】
この停止指令により、電源はインバータを停止する。電流が低下してゼロになり、スパッタが終了する。
【0159】
この一連動作を繰返すことにより、アーク放電を抑制しつつスパッタが実行される。
【0160】
しかし、電源がインバータを起動してから出力電圧が閾値(例えば、マイナス150ボルト)を超えるまでの期間や、アーク以外の要因で電圧を下げた時は、アーク放電が発生したと誤認される場合がある。これに対しては、以下の対策が考えられる。
【0161】
その一つ目は、電源の起動後、電圧閾値を超えるまでの間は、アーク遮断動作を禁止する、というものである。しかし、この方法による場合、指令による電源の停止動作や、一回の点火で連続放電までプラズマが成長せず再起動する時と、アーク放電と点火待ちの電圧上昇中の区別ができない。
【0162】
また、二つ目は、電源インバータの停止中や起動後の一定時間の間は、出力電圧の低下を無視する、というものである。つまり、この間はアーク遮断動作を禁止する。しかし、この方法による場合、電圧の上昇時間の規定が難しく、遮断動作禁止中にグロー放電からアーク放電になっても遮断しない。また、点火待ちや電力制御の不具合によるハンチングでインバータが停止している時は、アーク遮断がされない。
【0163】
また一方、アーク放電と判断する閾値電圧は、条件により変動するため、固定値により管理すると問題が生ずる場合がある。例えば、シリコン材料をスパッタする場合などは、アーク放電時のチャンバ電圧がマイナス250ボルト前後と非常に高い(絶対値が小さい)。この場合、アーク放電と判断する閾値をマイナス150ボルトとすると、アーク放電と判断されて遮断動作が開始するまでのアーク放電の被害が拡大する。
【0164】
本発明者は、以上説明した技術的背景に基づき、図8に表したような本実施形態のスパッタ用電源を発明するに至った。つまり、図8に表したアーク検出制御回路ASCは、上述のようなアーク放電の認定に関する問題を解消するものである。
【0165】
図10は、アーク検出制御回路ASCの構成を例示するブロック図である。すなわち、アーク検出制御回路ASCは、電流検出部CSU、電圧検出部VSU、アーク判定部ADU、タイマTMR、論理演算部LCU及び電力制御部PCUを有する。
【0166】
これら各ブロックの機能については、後に詳述するが、この回路ASCの動作を決定するにあたって考慮した事項は、以下の通りである。
【0167】
すなわち、まず、スパッタのグロー放電が始まる前は、チャンバの静電容量は小さいので、電源が起動して出力電圧が上昇する時の突入電流は極めて小さい。
【0168】
また、アーク放電の被害は、小さなアーク発生点に対して高い密度の電流が流れることによるので、電源のインバータが停止していても電流が継続している間はアーク放電による被害が生ずる場合がある。つまり、電源のインバータが停止している場合でも、アーク遮断動作が必要な場合がある。
【0169】
反面、インバータの動作に関係なくチャンバ電流が極端に小さいとアーク被害も小さく、無視できる。つまり、チャンバ電流が極端に小さい場合には、アーク遮断動作を開始する必要はない。
【0170】
以上まとめると、チャンバへの供給電流、つまりは電源の出力電流が大きく、アーク放電の被害が大きい時だけアーク遮断すれば良いこととなる。
【0171】
ただし、電源のインタロック中、すなわち、何らかの原因により、電源を停止する必要が生じた場合は、全ての動作を停止しなければいけない。
【0172】
これがアーク遮断の条件である。
【0173】
また一方、電流の増大に伴ってアーク電圧が大きくなる場合、アーク判定電圧すなわちアーク放電と判定する電圧閾値を電流に比例して大きくすることが望ましい。
【0174】
以下、図10に表したアーク検出制御回路ASCについて説明する。
【0175】
まず、電流検出部CSUは、スパッタ用電源からの出力電流を計測し、その計測値CDをアーク判定部ADU、論理演算部LCU及び電力制御部PCUに送出する。
【0176】
また、電圧検出部VSUは、スパッタ用電源からの出力電圧を計測し、その計測値VDをアーク判定部ADU及び電力制御部PCUに送出する。
【0177】
論理演算部LCUは、出力電流の計測値CDと、所定の電流閾値(例えば、定格電流の1パーセント)とを比較する。そして、その超過した信号と、電源のインタロック解除信号ROCKとの論理積をとり、両者成立の時だけアーク遮断を許可する。
一方、アークの判定は、アーク判定部ADUにおいてなされる。つまり、アーク判定部ADUは、電圧の計測値VDと、所定の電圧閾値と電源出力電圧とを比較する。ここで、電圧閾値は、電流に応じて可変とされる。例えば、マイナス150ボルト出力時の電圧を基準とし、これに、電流の計測値CDをターゲット材料などのパラメータに応じた倍率で加算する。このようにして、アーク放電と判定するための電圧閾値を、電流あるいはその他のパラメータに応じた最適な値とすることができる。
【0178】
出力電流の計測値CDとインタロック信号ROCKとに基づいて、論理演算部LCUがアーク遮断許可と判断しているフェイズにおいて、アーク判定部ADUが出力電圧の計測値VDからアーク放電と判定した時は、その出力信号ADに基づいて、タイマTMRが第1の時間を計測し、許可信号ASを論理演算部LCUに送出する。その結果、所定時間内は、スイッチ部Qがオン状態とされ、DC電源部DCPFからの出力電流を遮断される。
【0179】
そして、第1の所定時間が終了したら電流遮断を終了し、DC電源部DCPFからの出力を再開する。
【0180】
それと同時に、タイマTMRは、第2の時間を計測し、所定時間内は、チャンバ電圧が電圧閾値(典型的にはマイナス150ボルト以下であり、例えば、マイナス80ボルトとすることができる)でも遮断前と同じ電流を出力する。
【0181】
タイマTMRにおいて第2の所定時間が終了したら、遮断前の動作に戻る。
【0182】
ただし、以上説明したいかなる状態においても、電源のインタロック時や出力電流・電圧が限界値を超過した時は、電源からの出力は停止し、インバータの運転を停止する。
【0183】
図11は、本実施形態のスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。同図については、図8乃至図10に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0184】
その要部について概説すると、まず、DC電源部DCPFにおいては、直流電圧源DCとトランジスタブリッジQ1からQ4とトランスT1で構成するインバータの出力を、整流器DB1で整流した電流を生成する。このようにして整流化された電流は、リアクトル(平滑化インダクタ)L1で平滑化されてチャンバへ供給される。
【0185】
チャンバへの出力電圧は、Vsen1、2で検出され、差動増幅器VOLTampにより出力電圧信号VDに変換される(電圧検出部VSU)。
【0186】
また、チャンバへの出力電流は、Csenで検出され、差動増幅器CURampにより出力電流信号CDに変換される(電流検出部CSU)。
【0187】
出力電圧信号VDと出力電流信号CDとは、掛け算器によって掛算され、その出力電力信号と指令電力信号Pcomの差から指令電流信号OCが算出される(電力制御部PCU)。
【0188】
指令電流信号OCと出力電流信号VDとの差から指令電圧信号OVを算出し、PWM変調してデューティ信号PWMが生成される(電力制御部PCU)。
【0189】
そして、インタロック信号ROCKと運転信号RUNとデューティ信号の論理積でトランジスタQ1からQ4が駆動される。
【0190】
一方、アーク遮断は、以下のように実行される。
【0191】
まず、出力電流信号CDと基準電圧(例えば、定格の1%に相当する基準電圧1%FS)とがコンパレータARCacsで比較されて放電信号が生成される。
【0192】
出力電流信号CDを可変抵抗VRへ加え、出力電流に比例した補償電圧を算出し、通常のアーク判定レベルであるマイナス150Vに相当する基準電圧150Vと加算してコンパレータ(AEC sens)の閾値を設定する。
【0193】
コンパレータ(AEC sens)は、出力電圧信号VDが所定の閾値よりも下がったらアーク放電と判定してアーク信号ADを出力する。
【0194】
放電信号出力中にアークと判定されると、トランジスタQ5を閉じて逆電圧を出力してアーク放電を遮断し、タイマ1が起動される。タイマ1の動作中は、トランジスタQ5を閉じ、かつ指令電流信号の保持を開始する。
【0195】
タイマ1が終了したらタイマ2を起動し、タイマ2の動作中はトランジスタQ5を閉じない。タイマ2が終了し、且つ再度のアーク遮断が無い場合は、指令電流信号の保持を終了する。
【0196】
以上説明したような本実施形態に回路によれば、以下の効果が得られる。
【0197】
まず、インバータのハンチング動作や電源出力電圧の変動や上昇遅れに関係無く、グロー放電の開始直後からアーク遮断を開始できる。
【0198】
また、電源のインバータが停止した後でも電流が有ってアーク被害が予想される限り、継続時間の制約無しにアーク遮断が可能である。
【0199】
さらに、スパッタ特性によりアーク放電の電圧が上昇しても、放電電流で補正した電圧でアークを検知・遮断できる。
【0200】
すなわち、チャンバの状態によらず、的確なアーク放電の判定と迅速なアーク遮断が可能となり、アーク放電による被害を最小限に抑制しつつ、アーク遮断によるスパッタ作業の中断も最小に抑制することができる。
【0201】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【0202】
例えば、本発明のアーク遮断回路、スパッタ用電源、スパッタ装置における各部の構成、構造、数、配置、形状、材質などに関しては、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択採用したものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に包含される。
【0203】
より具体的には、例えば、アーク遮断回路に設けられるアーク検出回路の具体的な構成や、ダイオード、抵抗、トランジスタをはじめとする各回路素子の数や配置関係などについても、当業者が適宜設計変更したものは本発明の範囲に包含される。
【0204】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのアーク遮断回路、スパッタ用電源及びスパッタ装置は本発明の範囲に包含される。
【0205】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、迅速且つ確実にアーク放電を遮断できるアーク遮断回路、と、それを用いたスパッタ電源及びスパッタ装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置の要部を表す模式図である。
【図2】比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態にかかるアーク遮断回路を搭載したスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【図4】本発明の第2実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図5】比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図6】本発明の第2実施形態のスパッタ用電源の変型例を表す模式図である。
【図7】本発明の第2実施形態のスパッタ用電源のもうひとつの変型例を表す模式図である。
【図8】本発明の第3実施形態にかかるスパッタ用電源の要部を表す模式図である。
【図9】スパッタ装置において、電源の起動時及びアーク放電の発生時の電圧と電流の変化を例示するグラフ図である。
【図10】アーク検出制御回路ASCの構成を例示するブロック図である。
【図11】本発明の第3実施形態のスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【図12】DC(direct current)スパッタ装置の要部構成を表す模式図である。
【符号の説明】
100 基板
101 真空チャンバ
104 ターゲット
106 真空排気ポンプ
107 ガス供給源
108 グロー放電
110、110A〜110Z スパッタ用電源
120A、120B ケーブル
150 アーク放電
ADU アーク判定部
ASC アーク検出制御回路
CA 電流増幅回路
CC 定電流回路
CM 電流監視回路
CP コンパレータ
CSU 電流検出部
DB0〜3 整流ダイオード群
DCPF DC電源部
DCPR 逆バイアス電源部
DR ドライバ(駆動回路)
IGBT スイッチング部
L0〜L3 インダクタ
LCU 論理演算部
PCU 電力制御部
Q スイッチング部
Q1〜Q5 トランジスタ
Rpass 出力制限抵抗
RBS 逆バイアス印加回路
RD 電圧検出抵抗
ROCK インタロック解除信号
RUN 運転信号
Sg ゲート信号
T1 トランス
TM タイマ
TMR タイマ
VSU 電圧検出部
ZD ツェナー・ダイオード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc interruption circuit, a sputtering power source, and a sputtering apparatus, and more particularly to an arc interruption circuit that stops a forward current and applies a voltage in the reverse direction to interrupt arc discharge, and for sputtering using the same The present invention relates to a power source and a sputtering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In various plasma application devices, high voltage devices, power switching devices, etc., when arc discharge occurs, the operation of the devices is adversely affected. For this reason, a circuit that reliably and quickly interrupts arc discharge is often required. Hereinafter, as a specific example, a sputtering apparatus used for forming a thin film will be described as an example.
[0003]
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of a DC (direct current) sputtering apparatus. This sputtering apparatus has a vacuum chamber 101 and a DC power source 110 for sputtering. The anode of the power supply 110 is connected to the chamber 101 via the connection cable 120A and is set to the ground potential. On the other hand, the cathode of the power source 110 is connected to the sputtering target 104 provided inside the chamber 101 via the connection cable 120B. A substrate 100 on which a thin film is deposited is placed inside the chamber 101.
[0004]
In film formation, first, the inside of the chamber 101 is evacuated by the evacuation pump 106 and a discharge gas such as argon (Ar) is introduced from the gas supply source 107 to maintain the inside of the chamber at a predetermined discharge pressure. Then, an electric field is applied between the target 104 and the chamber 101 by the power source 110 to generate a glow discharge 108. Then, positive ions in the plasma generated in the discharge space collide with the surface of the target 104 and eject atoms of the target 104. By utilizing such a sputtering phenomenon, a thin film made of the material of the target 104 can be formed on the substrate 100.
[0005]
However, arc discharge 150 may occur during such sputtering operation. Such arc discharge 150 occurs relatively near the target 104, but may occur near the substrate 100. When such an arc discharge 150 occurs, a large current flows locally, causing damage to the target 104 and the substrate 100.
[0006]
For example, when the arc discharge 150 is generated on the target 104 side, a large current is concentrated in a minute region of the target 104, and a large amount of deposition material is instantaneously discharged from that portion. This phenomenon is referred to as “splash” and the like, and particles of the deposition material are scattered on the surface of the substrate 100, which causes damage.
[0007]
On the other hand, when the arc discharge 150 occurs on the substrate 100 side, the substrate 100 is often damaged and becomes defective.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made on the basis of recognition of such problems, and an object of the present invention is to provide an arc interruption circuit capable of interrupting arc discharge quickly and reliably, and a sputtering power source and a sputtering apparatus using the arc interruption circuit. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first arc interrupting circuit of the present invention detects the occurrence of arc discharge in the supplied object to which a positive voltage is applied, and supplies the positive voltage to the supplied object. An arc breaking circuit to stop,
The voltage in the positive direction in the supplied object is divided by a voltage detection resistor and a constant current circuit,
The occurrence of the arc discharge is detected by a decrease in the absolute value of the voltage of the constant current circuit.
[0010]
According to the said structure, generation | occurrence | production of arc discharge can be detected very rapidly and arc interruption | blocking operation | movement can be started.
[0011]
In the second arc interrupt circuit, the current in the constant current circuit may correspond to a current flowing through the voltage detection resistor when the arc discharge occurs in the supply target.
[0012]
Further, a current amplifier for amplifying a current flowing through the voltage detection resistor may be further provided, and the current amplifier and the constant current circuit may be connected.
[0013]
In addition, when the absolute value of the positive voltage to the supply body exceeds a predetermined value, the supply of the positive voltage can be stopped.
[0014]
In addition, when the current flowing through the supply target is observed and the current is less than a predetermined value, the supply of the positive voltage is not stopped even if the absolute value of the voltage of the constant current circuit is reduced. It can be.
[0015]
On the other hand, when the second arc interrupting circuit of the present invention detects the occurrence of arc discharge in the supplied object to which a positive voltage is applied, Output reverse voltage An arc breaking circuit for performing an arc breaking operation,
When the value of the current flowing through the supplied object is larger than a predetermined current threshold value and the voltage at the supplied object is smaller than a predetermined voltage threshold value, the arc interruption operation is performed.
For a predetermined first time after the start of the arc interrupting operation, the arc interrupting operation is continued regardless of the value of the current flowing through the supplied object and the voltage at the supplied object.
The predetermined second time after the first time has elapsed is Even when the voltage at the supply target is the voltage threshold The same current as before the arc interrupting operation is started without starting the arc interrupting operation is output to the supplied object.
[0016]
According to the above configuration, the occurrence of arc discharge can be reliably detected under any circumstances without depending on the state in the chamber.
[0017]
In the second arc interruption circuit, if the arc interruption operation is continued for a predetermined time after the arc interruption operation is started, regardless of the value of the current flowing through the supplied object and the voltage of the supplied object. As long as there is a current and an arc damage is expected even after the inverter of the power supply is stopped, the arc can be interrupted without restriction of the duration.
[0018]
Further, if the voltage threshold is made variable according to the current flowing through the supply target, the arc can be detected and interrupted with the voltage corrected by the discharge current even if the arc discharge voltage increases due to the sputtering characteristics.
In addition, when an interlock signal that prohibits the operation of the power supply that applies the positive voltage is applied, the arc interrupting operation is performed. start If not, it is possible to ensure safety during emergency stop or maintenance.
[0025]
On the other hand, the power source for sputtering of the present invention is a power source for sputtering that forms a thin film by sputtering a target, and applies a positive voltage for applying the positive voltage in any one of the above arc interrupting circuits. Means.
[0028]
On the other hand, the sputtering apparatus of the present invention includes a vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure from atmospheric pressure, and any one of the above-described sputtering power sources,
Sputtering is performed by the positive voltage applied from the positive voltage application means, and the arc discharge generated in the vacuum chamber is cut off by the arc cut-off circuit.
[0029]
According to the above configuration, it is possible to quickly and surely interrupt arc discharge, and to perform sputter deposition with high throughput and good yield.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
(First embodiment)
First, as a first embodiment of the present invention, when an arc discharge occurs, the power supply to the chamber is stopped, and a reverse voltage is applied at a high speed within a range in which no discharge occurs in the chamber. The arc interruption circuit to be erased will be described.
[0032]
Here, before describing the arc breaker circuit according to the present embodiment, a description will be given of an arc breaker circuit of a comparative example that the inventors have made as a prototype in the process leading to the present invention.
[0033]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus provided with an arc interruption circuit of a comparative example.
[0034]
That is, the sputtering apparatus includes a sputtering vacuum chamber 101, a target 104, and a power source connected to them. This power supply includes a DC power supply unit DCPF, a smoothing inductor L0, a reverse bias application circuit RBS, a switching unit Q, and an arc detection circuit (arc sensor) AS.
[0035]
The DC power source DCPF has a role of causing sputtering by applying positive power to the chamber 101 and negative power to the target 104.
[0036]
On the other hand, the reverse bias application circuit RBS has a role of applying a reverse polarity voltage to the chamber 101 and the target 104 when the arc discharge occurs, and interrupting the arc current at high speed. That is, the reverse bias application circuit RBS includes a reverse bias power supply unit DCPR having a polarity opposite to that of the DC power supply unit DCPF, and a capacitor C1 connected in parallel thereto.
[0037]
On the other hand, the arc detection circuit AS has a role of monitoring the occurrence of arc discharge in the chamber from the discharge voltage or current in the chamber and controlling the operation of the switching unit Q.
[0038]
The switching unit Q performs switching of the output of the reverse bias application circuit RBS based on the control signal from the arc detection circuit AS.
[0039]
The operation of the power source of the comparative example shown in FIG. 2 will be described as follows.
[0040]
That is, during normal sputter deposition, the switch unit Q is in an OFF state, and the output current from the DC power supply unit DCPF is sent to the chamber 101 and the target 104 via the output diode D0 and the power transmission cables 120A and 120B. Supplied. At this time, the output from the reverse bias power source DCPR is charged by applying a reverse voltage to the capacitor C1.
[0041]
When the arc detection circuit AS detects a decrease in output voltage (or an increase in current) during sputtering film formation, it recognizes that arc discharge has occurred and starts an arc interrupting operation.
[0042]
Hereinafter, the arc breaking operation will be described.
[0043]
When the arc detection circuit AS detects arc discharge, first, the output of the DC power supply unit DCPF is stopped. Then, the switching unit Q is turned on. Then, the output current from the DC power supply unit DCPF is held by the inductor L0, but since the switching unit Q forms a current bypass, it is not output outside the power source, that is, to the chamber 101 and the target 104.
[0044]
At the same time, the reverse voltage charged in the capacitor C1 is output from the switching unit Q to the chamber via the cables 120A and 120B.
[0045]
When no current flows through the power transmission cable, the output diode D0 is reverse-biased. A reverse current from the reverse bias power source DCPR flows through the output limiting resistor Rpass, and the arc discharge is interrupted by biasing the chamber to a reverse voltage.
[0046]
When the arc interruption is finished, the switching unit Q is turned off, and the output of the DC power supply unit DCPF is resumed.
[0047]
The current of the inductor L0 is supplied to the chamber through the DC power supply unit DCPF. At this time, the sputtering current bypasses the output limiting resistor Rpass and flows through the output diode D0.
[0048]
However, in the case of this comparative example, the capacitor C1 is discharged every time the arc breaking operation is performed, but it is necessary to set the capacitance high so that the reverse voltage can be maintained even in the continuous breaking operation.
[0049]
Further, in the case of the circuit of FIG. 2, since a large current of the inductor L0 passes through the capacitor C1, if the integration of the arc interruption time becomes long, the reverse voltage disappears due to the discharge even if the capacitance of the capacitor C1 is increased. End up. When the reverse voltage disappears, the arc breaking performance decreases.
[0050]
When the arc cut-off operation ends, the sputtering power supply to the chamber is resumed. However, since the current of the inductor L0 rises due to the voltage of the capacitor C1 during the arc cut-off, the chamber current becomes larger than before the cut-off. Here, since the chamber voltage is substantially constant, if the current is larger than before the shut-off operation, the power is excessively supplied, and the arc discharge is likely to reoccur.
[0051]
In order to improve these points, the present inventor has invented the arc breaking circuit of the present embodiment.
[0052]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a sputtering apparatus provided with an arc interruption circuit according to this embodiment.
[0053]
That is, this sputtering apparatus also includes a sputtering vacuum chamber 101, a target 104, and a power source connected to them. This power supply includes a DC power supply unit DCPF, a smoothing inductor L0, a reverse bias application circuit RBS, a switching unit Q, and an arc detection circuit (arc sensor) AS.
[0054]
In the case of the present invention, the reverse bias application circuit RBS has a reverse bias power supply unit DCPR and a capacitor C1 connected thereto in parallel via an inductor L3. A series circuit of a diode D3 and a Zener diode ZD is connected in parallel to the capacitor C1.
[0055]
The operation of the specific example illustrated in FIG. 1 will be described as follows.
[0056]
That is, during normal sputter deposition, the switch unit Q is in an OFF state, and the output current from the DC power supply unit DCPF is sent to the chamber 101 and the target 104 via the output diode D0 and the power transmission cables 120A and 120B. Supplied. At this time, the output from the reverse bias power supply unit DCPR is charged by applying a reverse voltage to the capacitor C1 via the inductor L3.
[0057]
When the arc detection circuit AS detects a decrease in output voltage (or an increase in current) during sputtering film formation, it recognizes that arc discharge has occurred and starts an arc interrupting operation.
[0058]
Hereinafter, the arc breaking operation will be described.
[0059]
When the arc detection circuit AS detects arc discharge, first, the output of the DC power supply unit DCPF is stopped. Then, the switching unit Q is turned on. Then, the output current from the DC power supply unit DCPF is held by the inductor L0, but since the switching unit Q forms a current bypass, it is not output outside the power source, that is, to the chamber 101 and the target 104.
[0060]
At the same time, the reverse voltage charged in the capacitor C1 is output from the switching unit Q to the chamber via the cables 120A and 120B.
[0061]
When no current flows through the power transmission cable, the output diode D0 is reverse-biased. Then, a reverse current from the reverse bias power supply unit DCPR flows through the output limiting resistor Rpass to bias the chamber to a reverse voltage. At this time, if the output impedance of the reverse bias power source DCPR is small, a large amount of current flows in the direction opposite to that during sputtering, which may cause new arc discharge. For this reason, the reverse current is limited by the output limiting resistor Rpass.
[0062]
Capacitor C1 completes discharging by passing the current through inductor L0 after the application of the reverse bias is completed. This eliminates the voltage source that increases the current in the closed loop of the inductor current.
[0063]
During the remaining cutoff period, the current of the inductor L0 charges L3 via the reverse bias power supply unit DCPR.
[0064]
Following the arc interrupting operation described above, an operation for returning to the sputter film forming operation will be described below.
[0065]
When the arc interruption is finished, the switching unit Q is turned off, and the output of the DC power supply unit DCPF is resumed.
[0066]
The current of the inductor L0 is supplied to the chamber through the DC power supply unit DCPF. At this time, the sputtering current bypasses the output limiting resistor Rpass and flows through the output diode D0. At the same time, the current in the inductor L3 charges the capacitor C1, and when the current disappears, the reverse bias power supply unit DCPR becomes reverse bias and stops without resonating.
[0067]
If the charging voltage of the capacitor C1 is insufficient, the capacitor C1 is charged by the reverse bias power supply unit DCPR. On the other hand, when the charging voltage of the capacitor C1 is too high, it is bypassed by the Zener diode ZD to prevent overcharging.
[0068]
As described above, according to the arc breaker circuit of the present embodiment, by providing the inductor L3, there is an effect that the capacitor C1 can be charged quickly and accurately to a predetermined reverse voltage. As a result, even when arc discharge is repeated, it can be erased reliably, and furthermore, excessive power supply after resuming sputtering can be prevented.
[0069]
That is, according to the present invention, as described above with reference to FIG. 1, the capacitance of the capacitor C1 can be set small, and rapid charge / discharge can be repeated each time the arc is interrupted. As a result, in the reverse bias power supply unit DCPR, the capacitor voltage of the reverse voltage source can be eliminated if the chamber voltage is reverse biased at the start of the arc cutoff operation.
[0070]
Further, part of the current energy of the inductor L0 can be distributed to the other inductor L3 during the arc breaking operation.
[0071]
At the end of the arc interrupting operation, the capacitor C1 serving as a reverse voltage source can be charged by the current energy distributed to the inductor L3. When the charging voltage is too high, the charging current of the capacitor C1 can be bypassed by the Zener diode ZD.
[0072]
That is, according to the present embodiment, the voltage of the capacitor C1 serving as the reverse voltage source disappears after the chamber is reverse-biased during the arc breaking operation. Therefore, the current increase in the inductor L0 due to the reverse voltage source is reduced, and the reoccurrence of arc discharge due to excessive supply of power after resuming sputtering can be prevented.
[0073]
Further, according to the present embodiment, when the arc interruption operation is completed, the capacitor C1 is rapidly charged by the inductor L3 regardless of the inverter operation. Therefore, even when the capacitance of the capacitor C1 is set small and arc interruption is repeated by continuous arc discharge, the voltage drop of the capacitor C1 serving as a reverse voltage source is reduced.
[0074]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific example of a power source for sputtering equipped with an arc breaker circuit according to an embodiment of the present invention.
[0075]
That is, this figure shows a system in which a sputtering DC power supply 110 with a built-in arc interruption function, power transmission cables 120A and 120B, and a chamber 101 are combined. However, the constant power operation of the power source 110 and the control unit of the inverter circuit are omitted as appropriate.
[0076]
In this specific example, the DC power supply unit DCPF includes a rectifier diode group DB0 that receives a three-phase AC input of R, S, and T, a switching transistor IGBT, a transformer T1, and rectifier diode groups DB1 and DB2. However, the DC power supply unit DCPF in the present invention can similarly adopt various configurations in addition to the configuration illustrated in FIG.
[0077]
The output from the DC power supply unit DCPF is supplied to the chamber via the arc cutoff circuit and the power transmission cables 120A and 120B.
[0078]
The arc cut-off circuit monitors the output voltage (or output current) from the power supply and detects arc discharge by voltage drop (or current increase), and N4 winding is added to the transformer T1 of the inverter. Capacitor C1 as a reverse voltage source rectified and smoothed by diode group DB3 and inductor L3, and a transistor (Q1, Q2) that cuts off the current output by providing a detour in the output current and outputs the reverse voltage source (capacitor C1) And diodes (D1, D2) that output a forward current during sputtering film formation, and an output limiting resistor (Rpass) that controls the reverse current to be supplied to the chamber when the arc is interrupted.
[0079]
The operation of the sputtering power source 110 of this specific example will be described as follows.
[0080]
First, the operation during sputtering film formation will be described. At the time of sputtering film formation, the output from the inverter (DB0, IGBT, T1) is rectified and smoothed by the diode group (DB1, DB2) and the smoothing inductor (L1, L2), and the power transmission cable 120A and the diode (D1, D2) are connected. Output via 120B. At this time, the polarity of the chamber 101 is positive and the polarity of the target 104 is negative.
[0081]
Further, during this sputtering operation, the reverse voltage obtained by rectifying and smoothing the output of the N4 winding of the inverter by the diode group (DB3) is charged in the capacitor (C1).
[0082]
On the other hand, when an arc discharge occurs and the arc detection circuit AS detects a decrease in output voltage (or an increase in output current), it recognizes the arc discharge and starts an arc breaking operation.
[0083]
Hereinafter, the arc interruption operation of the power source for sputtering of this specific example will be described.
[0084]
First, when the arc detection circuit AS detects arc discharge, the operation of the switching transistor (IGBT) of the inverter is stopped, and the transistors (Q1, Q2) are turned on. At this time, the output current from the positive DC power supply unit is held for a predetermined time by the inductors (L1, L2), but is not output to the chamber because the transistors (Q1, Q2) form a bypass.
[0085]
At the same time, the reverse voltage charged in the capacitor (C1) is transferred from the transistors (Q1, Q2) through the parallel circuit of the diodes (D1, D2) and the output limiting resistor (Rpass) to the cable (120A , 120B).
[0086]
However, since the cables (120A, 120B) and the chamber have parasitic inductance, it takes time for the forward current to disappear even if the reverse voltage is output. Since the positive current during this period flows through the diodes (D1, D2), the capacitor (Cpass) is not charged. When the forward current of the cable due to parasitic inductance or the like disappears, the backward current becomes dominant, and the diodes (D1, D2) are reverse-biased. Then, a reverse current is supplied to the chamber via the output limiting resistor (Rpass).
[0087]
When the application of the reverse bias to the chamber ends, the capacitor C1 completes the discharge by passing the current through the inductors L1 and L2. As a result, there is no voltage source in the closed loop of the inductor current that increases the sputtering current after resuming sputtering.
[0088]
In the remaining cutoff period, the current of the inductors L1 and L2 distributes current energy to the inductor L3 through the diode group DB3.
[0089]
Thereafter, the film forming operation is resumed. That is, when the arc interruption is completed, the transistors Q1 and Q2 are turned off, and the inverter of the DC power supply unit DCPF resumes its operation. The currents of the inductors L1 and L2 are supplied to the chamber through the DC power supply unit DCPF.
[0090]
At the same time, the current in the inductor L3 charges the capacitor C1, and when the current disappears, the diode group DB3 is reverse-biased and stops without resonance. When the charging voltage of the capacitor C1 is insufficient, the capacitor C1 is charged through the diode group DB3 from the N4 connection of the transformer T1 of the DC power supply unit DCPF. On the other hand, when the charging voltage of the capacitor C1 is too high, overcharge can be prevented by bypassing the Zener diode ZD as described above.
[0091]
As described above, according to the present embodiment, the voltage of the capacitor C1 serving as a reverse voltage source disappears after the chamber is reverse-biased during the arc breaking operation. Therefore, the current increase in the inductor L0 due to the reverse voltage source is reduced, and the reoccurrence of arc discharge due to excessive supply of power after resuming sputtering can be prevented.
[0092]
Further, according to the present embodiment, when the arc interruption operation is completed, the capacitor C1 is rapidly charged by the inductor L3 regardless of the inverter operation. Therefore, even when the capacitance of the capacitor C1 is set small and arc interruption is repeated by continuous arc discharge, the voltage drop of the capacitor C1 serving as a reverse voltage source is reduced.
[0093]
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment of the present invention, an arc interrupt circuit capable of detecting the occurrence of arc discharge at an extremely high speed and starting an arc interrupt operation will be described.
[0094]
Also here, first, before describing the arc breaker circuit of the present embodiment, a description will be given of an arc breaker circuit of a comparative example that was experimentally manufactured by the inventor in the process leading to the present invention.
[0095]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus provided with an arc interruption circuit of a comparative example.
[0096]
That is, the sputtering apparatus includes a sputtering vacuum chamber 101, a target 104, and a power source connected to them. This power supply includes a DC power supply unit DCPF, a smoothing inductor L0, a reverse bias application circuit (not shown), a switching unit IGBT, and an arc detection circuit (arc sensor) AS.
[0097]
Now, in film formation by normal sputtering, the voltage at the target 104 is minus 400 volts or less (for example, minus 600 volts). However, when arc discharge occurs, the absolute value of the target voltage decreases to minus 150 volts or more (for example, minus 100 volts).
[0098]
In the case of the power source of the comparative example shown in FIG. 5, the discharge voltage during sputtering film formation is divided at a constant ratio by the detection resistor RD and input to the voltage comparator (comparator) CP as the detection voltage (2).
[0099]
On the other hand, as a reference voltage (3), a constant voltage obtained by compressing minus 150 volts, for example, at the same ratio as the detection resistor RD is input to the comparator CP, and compared with the detection voltage (2) from the chamber. When the detection voltage (2) is smaller than the reference voltage (3), it is recognized as arc discharge, and the driver DR of the switching unit IGBT is turned on. The IGBT driver DR amplifies the signal from the comparator CP and drives (ON) the IGBT.
[0100]
When the IGBT is turned on, the DC power supply unit DCPF is short-circuited via the inductor L0, so that the output current to the chamber is cut off.
[0101]
When the predetermined shut-off time ends, the switching unit IGBT is turned off (OFF), and the current supply to the chamber is resumed.
[0102]
Here, the state in which the absolute value of the target voltage is decreased due to the occurrence of arc discharge until the absolute value of the sputtering voltage is increased before the inverter (not shown) constituting the DC power supply unit DCPF is started. There is a need. Therefore, the state of the inverter is distinguished by the operation signal of the inverter of the DC power supply unit DCPF, and when the inverter is stopped, the operation is not shifted to the output cutoff operation.
[0103]
In general, in order to reduce damage caused by arc discharge, it is important to satisfy the following three points.
(1) When arc discharge occurs, the power supply to the chamber is promptly stopped.
(2) Wait for the hot spot that is the source of thermionic emission to cool.
(3) Make the cooling time as short as possible.
[0104]
If the arc discharge continues, the power supply from the power source to the chamber continues, so that the arc discharge is enhanced and the damage is expanded.
[0105]
However, in the case of the power source of the comparative example as illustrated in FIG. 5, there is room for further improvement in the time from when the detection voltage (2) input to the comparator CP changes until the input of the IGBT driver DR changes. was there.
[0106]
On the other hand, if the resistance value of the detection resistor RD is reduced in order to improve the signal delay due to the input capacitance of the comparator CP, there arises a problem that the power loss in the detection resistor increases.
[0107]
Further, in the case of the comparative example of FIG. 5, if the control of the DC power supply unit DCPF is irregular and there is a period during which the inverter does not operate even during sputtering, there is also a phenomenon that the interruption operation is not performed even if arc discharge occurs during this period. It was.
[0108]
Further, when a delay occurs in the detection of the arc, the glow discharge in the chamber may be attenuated when the sputtering operation is output to the chamber after the arc interruption operation is finished. Then, the output voltage becomes excessive due to the counter electromotive force of the inductor L0, the stress on the components constituting the power supply increases, and it may be damaged in some cases.
[0109]
In view of these points, the present inventor has invented the arc breaking circuit of the present embodiment.
[0110]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus provided with the arc interruption circuit of the present embodiment.
[0111]
That is, the power supply of this example includes a DC power supply unit DCPF that supplies sputtering power to the chamber, a smoothing inductor L0, a reverse bias power supply unit DCPR, a switching unit IGBT, and an arc detection circuit AS.
[0112]
The arc detection circuit AS includes a voltage detection resistor RD, a current amplifier CA, a current monitoring unit CM, a constant current circuit CC, an overvoltage control unit OL, an IGBT drive circuit DR, and a timer TM.
[0113]
The characteristics of the power supply of this embodiment are listed as follows.
[0114]
That is, first, the comparator CP for voltage comparison as illustrated in FIG. 5 is reduced, and the IGBT drive circuit DR is directly turned on / off (ON / OFF) by the voltage detection resistor RD.
[0115]
Further, the current of the voltage detection resistor RD is amplified by the current amplifier CA.
[0116]
When the output voltage to the chamber is excessive, the switching unit IGBT is turned on (ON) for a certain period of time as in the case of arc interruption.
[0117]
Further, whether or not the arc can be interrupted is determined by the current of the inductor L0.
[0118]
These features will be described below with a more specific configuration.
[0119]
First, the voltage detection resistor RD and the constant current circuit CC are connected in series between the output lines of the arc breaker, and the connection midpoint between the voltage detection resistor RD and the constant current circuit CC is connected to the input of the IGBT drive circuit DR. The input voltage of the IGBT drive circuit DR is the output voltage of the constant current circuit CC. The IGBT drive circuit DR turns on the switching unit IGBT when the input voltage decreases (when it approaches 0 volts). Then, the IGBT turned on is turned off after a predetermined time.
[0120]
On the other hand, the current value of the constant current circuit CC can be a current flowing through the voltage detection resistor RD at the maximum output voltage (for example, minus 150 volts) during arc discharge. Furthermore, when the chamber voltage greatly fluctuates due to the chamber current, the current value of the constant current circuit CC is compensated by the chamber current.
[0121]
In order to increase the response speed, the current of the voltage detection resistor RD is amplified by the current amplifier CA and connected to the constant current circuit CC.
[0122]
Further, when the chamber voltage exceeds a predetermined value, the current to the constant current circuit CC is bypassed to reduce the voltage drop. As a result, the IGBT can be turned on for a predetermined time. It is also possible to protect the input to the IGBT drive circuit DR from exceeding the allowable value even if the chamber voltage is excessive.
[0123]
On the other hand, when the current of the inductor L0 is, for example, 1% or less of the rating, it is determined as “undischarged” and the arc breaking operation is prohibited.
[0124]
Hereinafter, the operation of the power source illustrated in FIG. 4 will be described.
[0125]
First, the operation at the time of starting the power supply will be described.
[0126]
After the inverter (not shown) of the DC power supply unit DCPF is started up, the output voltage from the power supply rises, but during this period, discharge has not yet started and arc discharge does not occur. In this state, the output current from the power supply does not flow, so the comparator CP of the current monitoring circuit CM is turned on. Then, the output of the constant current circuit CC is forced to a high level (high level), and the arc interruption does not operate.
[0127]
Next, the operation at the time of sputtering film formation will be described.
[0128]
When the output voltage rises and glow discharge starts, a current flows from the power source to the chamber via the power transmission cable. Then, the comparator CP of the current monitoring circuit CM is turned off, so that the constant current circuit CC is enabled and the arc discharge is monitored.
[0129]
At this time, under many sputtering conditions, the output voltage from the power source is minus 200 V to minus 800 V, and a voltage is applied between the output lines of the power source.
[0130]
Although a larger current tends to flow through the voltage detection resistor RD than at the time of arc discharge, the constant current circuit CC limits, so that the junction potential is kept high. Therefore, the input voltage of the IGBT drive circuit DR becomes high, and the switching unit IGBT is kept off (OFF).
[0131]
Next, the arc interruption operation will be described.
[0132]
When arc discharge occurs, the absolute value of the voltage applied to the chamber decreases from 0V to minus 100V. When this voltage drop is transmitted to the arc breaking circuit, the current of the voltage detection resistor RD is lowered. On the other hand, since the output current of the constant current circuit CC is constant, the output voltage, that is, the input voltage of the IGBT drive circuit DR drops. Even if the current of the voltage detection resistor RD is amplified by the current amplifier circuit CA and connected to the constant current circuit CC, the same operation is performed because the amplification factor is constant.
[0133]
When the input voltage of the IGBT drive circuit DR decreases, the switching unit IGBT is turned on (ON), the output from the DC power supply unit DCPF is cut off, and the reverse voltage from the reverse bias power supply unit DCPR is supplied to the chamber.
[0134]
The timer circuit TM outputs a pause signal to the constant current circuit CC when a predetermined time has elapsed after the signal for turning on the switching unit IGBT is input from the drive circuit DR. Since the output of the constant current circuit CC to which the pause signal is input becomes high, the IGBT drive circuit DR is turned off.
[0135]
The output time of the pause signal is constant in the timer circuit TM, and during that period, the interruption operation is paused regardless of the presence or absence of arc discharge. When the pause is completed, the voltage drop monitoring is resumed, and when the arc discharge is recognized, the output of the DC power supply unit DCPF is shut off again. On the other hand, if the output voltage is restored, the arc is not interrupted.
[0136]
If there is neither arc discharge nor glow discharge when the arc interruption is stopped, the output voltage from the power supply rises rapidly. Therefore, in this case, measures to prevent overvoltage are necessary. Therefore, the overvoltage control circuit OL is turned on (ON) to short-circuit the output of the constant current circuit CC. Then, the IGBT is turned on (ON) in the same manner as the arc interruption even during the rest period. As a result, the current flowing through the inductor L0 of the power supply output can be closed circuit, so that the overvoltage is eliminated and the stress and breakage of the parts can be eliminated.
[0137]
As described above, according to the present embodiment, since arc detection is possible without using a comparator that causes “delay” in signal processing, it is possible to respond to arc discharge at high speed. For example, according to the results of the inventor's trial examination, in the case of the power source using the comparator shown in FIG. 5, the time required from the start of the arc discharge to the start of the interruption operation is about 0.5 micron. In contrast to the second, in the power source shown in FIG. 4, the arc breaking operation could be started in 0.2 microseconds. As a result, it has become possible to minimize damage to the target or the substrate due to arc discharge.
[0138]
On the other hand, according to this embodiment, since a resistor having a large resistance value can be used as the voltage detection resistor RD, power loss can be reduced.
[0139]
Further, even when the discharge is not started when the arc interruption is finished, the overvoltage is not generated, and the stress and damage to the parts can be prevented.
[0140]
Moreover, even if the operation of the power source is unstable, the arc can be reliably interrupted.
[0141]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the sputtering power source of this embodiment. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0142]
In the case of this specific example, after the output of the detection resistor RD is amplified by the current amplifier circuit CA, it is connected to the constant current circuit CC and input (2) to the comparator CP from the midpoint of connection. The comparator CP makes a comparison with the signal input (3) from the constant current circuit CC, and the IGBT drive circuit DR turns on the IGBT based on the result.
[0143]
According to the present invention, even when the comparator CP is used, arc discharge can be detected at a higher speed than the circuit illustrated in FIG. Specifically, the arc breaking operation could be started 0.3 microseconds after the occurrence of arc discharge.
[0144]
FIG. 7 is a schematic diagram showing another modification of the sputtering power source of the present embodiment. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS.
[0145]
In the circuit of this modified example, the output from the voltage detection resistor RD is connected to the constant current circuit CC without amplifying the current, and is input to the OR gate (1) of the IGBT drive circuit DR from the connection middle point. Yes. Even in this case, high-speed feedback is possible without using a comparator as illustrated in FIG.
[0146]
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment of the present invention, an arc interrupt circuit that can reliably detect the occurrence of arc discharge under any circumstances without depending on the state in the chamber will be described.
[0147]
FIG. 8 is a schematic diagram showing a main part of the sputtering power supply according to the present embodiment. That is, this power supply includes a DC power supply unit DCPF, a smoothing inductor L1, a reverse bias application circuit RBS, a switching unit Q, and an arc detection control circuit ASC.
[0148]
Specific structures and operations of the DC power supply unit DCPF, the reverse bias application circuit RBS, or the switching unit Q can be the same as those described above with reference to the first embodiment, for example.
[0149]
In the present embodiment, when an arc discharge occurs in the chamber, the arc detection control circuit ASC makes an extremely accurate and accurate determination. Then, the gate signal Sg is supplied to the switching unit Q. When receiving the gate signal Sg, the switching unit Q is turned on (ON), applies a reverse bias to the chamber, and the arc is extinguished.
[0150]
In the following, before explaining the arc detection control circuit ASC, first, the technical background of the arc discharge qualification and the timing of the interruption operation in such a sputtering apparatus will be briefly explained.
[0151]
FIG. 9 is a graph illustrating changes in voltage and current when the power supply is started and when arc discharge occurs in the sputtering apparatus.
[0152]
When the power supply of the sputtering apparatus is activated and voltage application is started to the chamber, no current flows until glow discharge starts. Then, when starting sputtering, the control device activates the power supply by releasing the interlock, giving an operation command and a power value to the power supply. The power source starts the inverter, increases the output voltage to a predetermined voltage, and temporarily stops the inverter when overvoltage occurs.
[0153]
When the voltage rises to a predetermined level, glow discharge begins in the chamber and the plasma ignites. As the plasma grows, a discharge current according to the voltage and other various parameters flows. The power supply is operated until the operation command disappears while performing the sputtering while adjusting the output so as to become the set power.
[0154]
A sputtering apparatus or a power source during sputtering monitors a decrease in impedance of the chamber (between the chamber and the target) due to the arc as a decrease in power supply output voltage in order to prevent damage from arc discharge. When a voltage drop is detected, the current output of the power supply is stopped for the first predetermined time.
[0155]
As illustrated in FIG. 9, the voltage threshold value for detecting the arc discharge is a fixed value of, for example, about minus 150 to minus 200 V as the target voltage. That is, when the voltage exceeds this threshold value (the absolute value becomes smaller), the sputtering output is stopped, and an arc interruption sequence such as applying a reverse bias as necessary is executed. Thereafter, in order to continue the sputtering operation, the output from the power source is resumed.
[0156]
When the output from the power supply is resumed, the measurement for the second predetermined time is started, and if the voltage is restored at this time, the sputtering process is continued. However, when the output voltage is below the threshold even after the second predetermined time has elapsed. If the arc discharge cannot be extinguished, the current output is stopped again.
[0157]
When the control device determines that the amount of power input to the chamber has reached the specified value, the operation command to the power supply is stopped.
[0158]
With this stop command, the power supply stops the inverter. The current decreases to zero, and the sputtering ends.
[0159]
By repeating this series of operations, sputtering is performed while suppressing arc discharge.
[0160]
However, if the output voltage exceeds the threshold (for example, minus 150 volts) after the power supply starts the inverter, or if the voltage is reduced due to a factor other than arcing, it is mistaken that arcing has occurred. There is. The following countermeasures can be considered for this.
[0161]
The first is that after the power is turned on, the arc breaking operation is prohibited until the voltage threshold is exceeded. However, according to this method, it is impossible to distinguish between the operation of stopping the power supply according to the command, the time when the plasma does not grow until the continuous discharge with one ignition and the restart, and the voltage increase during arc discharge and ignition waiting.
[0162]
The second is that the decrease in output voltage is ignored during a certain period of time after the power supply inverter is stopped or started. That is, during this time, the arc breaking operation is prohibited. However, according to this method, it is difficult to define the voltage rise time, and even if the glow discharge is changed to the arc discharge while the cutoff operation is prohibited, the cutoff is not cut off. Further, when the inverter is stopped due to hunting due to ignition waiting or power control failure, the arc is not interrupted.
[0163]
On the other hand, since the threshold voltage for determining arc discharge varies depending on conditions, problems may arise if it is managed with a fixed value. For example, when sputtering a silicon material, the chamber voltage at the time of arc discharge is as high as about minus 250 volts (the absolute value is small). In this case, if the threshold value for determining the arc discharge is minus 150 volts, the damage of the arc discharge until the interruption operation is determined after the arc discharge is determined is increased.
[0164]
Based on the technical background described above, the present inventors have invented the sputtering power source of this embodiment as shown in FIG. That is, the arc detection control circuit ASC shown in FIG. 8 solves the problem related to the arc discharge certification as described above.
[0165]
FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of the arc detection control circuit ASC. That is, the arc detection control circuit ASC includes a current detection unit CSU, a voltage detection unit VSU, an arc determination unit ADU, a timer TMR, a logic operation unit LCU, and a power control unit PCU.
[0166]
The function of each block will be described in detail later, but the items considered in determining the operation of the circuit ASC are as follows.
[0167]
That is, first, before the glow discharge of sputtering starts, the electrostatic capacity of the chamber is small, so that the inrush current when the power supply is activated and the output voltage rises is extremely small.
[0168]
In addition, arc discharge damage is caused by high-density current flowing at a small arc generation point. Therefore, even if the power inverter is stopped, damage may be caused by arc discharge while the current continues. is there. That is, even when the inverter of the power supply is stopped, an arc interruption operation may be necessary.
[0169]
On the other hand, if the chamber current is extremely small regardless of the operation of the inverter, the arc damage is small and can be ignored. That is, when the chamber current is extremely small, it is not necessary to start the arc breaking operation.
[0170]
In summary, it is only necessary to cut off the arc only when the supply current to the chamber, that is, the output current of the power source is large and the damage of arc discharge is great.
[0171]
However, if the power supply needs to be stopped during the power supply interlock, that is, for some reason, all operations must be stopped.
[0172]
This is the condition for arc interruption.
[0173]
On the other hand, when the arc voltage increases as the current increases, it is desirable to increase the arc determination voltage, that is, the voltage threshold value for determining arc discharge, in proportion to the current.
[0174]
Hereinafter, the arc detection control circuit ASC shown in FIG. 10 will be described.
[0175]
First, the current detection unit CSU measures the output current from the sputtering power supply, and sends the measured value CD to the arc determination unit ADU, the logic operation unit LCU, and the power control unit PCU.
[0176]
Moreover, the voltage detection part VSU measures the output voltage from the power supply for sputtering, and sends the measured value VD to the arc determination part ADU and the power control part PCU.
[0177]
The logical operation unit LCU compares the measured value CD of the output current with a predetermined current threshold (for example, 1% of the rated current). Then, the logical product of the excess signal and the interlock release signal ROCK of the power source is calculated, and arc interruption is permitted only when both are established.
On the other hand, the arc is determined in the arc determination unit ADU. That is, the arc determination unit ADU compares the measured voltage value VD with a predetermined voltage threshold value and the power supply output voltage. Here, the voltage threshold is variable according to the current. For example, the voltage at the time of minus 150 volt output is used as a reference, and the current measurement value CD is added to the voltage at a magnification according to parameters such as the target material. In this way, the voltage threshold for determining arc discharge can be set to an optimum value according to the current or other parameters.
[0178]
When the arc determination unit ADU determines arc discharge from the output voltage measurement value VD in the phase in which the logic operation unit LCU determines that the arc interruption is permitted based on the measurement value CD of the output current and the interlock signal ROCK. The timer TMR measures the first time based on the output signal AD, and sends the permission signal AS to the logic operation unit LCU. As a result, the switch unit Q is turned on within a predetermined time, and the output current from the DC power supply unit DCPF is cut off.
[0179]
Then, when the first predetermined time is finished, the current interruption is finished, and the output from the DC power supply unit DCPF is resumed.
[0180]
At the same time, timer TMR measures a second time and shuts off for a predetermined time even if the chamber voltage is at a voltage threshold (typically less than minus 150 volts, eg minus 80 volts). Output the same current as before.
[0181]
When the second predetermined time ends in the timer TMR, the operation returns to the operation before the interruption.
[0182]
However, in any state described above, when the power supply is interlocked or when the output current / voltage exceeds the limit value, the output from the power supply is stopped and the operation of the inverter is stopped.
[0183]
FIG. 11 is a schematic diagram showing a specific example of the sputtering power source of the present embodiment. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0184]
The main part will be briefly described. First, in the DC power source DCPF, a current obtained by rectifying the output of the inverter constituted by the DC voltage source DC, the transistor bridges Q1 to Q4 and the transformer T1 by the rectifier DB1 is generated. The current thus rectified is smoothed by the reactor (smoothing inductor) L1 and supplied to the chamber.
[0185]
The output voltage to the chamber is detected by Vsen 1 and 2 and converted into an output voltage signal VD by the differential amplifier VOLTamp (voltage detection unit VSU).
[0186]
Further, the output current to the chamber is detected by Csen and converted into an output current signal CD by the differential amplifier CURamp (current detection unit CSU).
[0187]
The output voltage signal VD and the output current signal CD are multiplied by a multiplier, and a command current signal OC is calculated from the difference between the output power signal and the command power signal Pcom (power control unit PCU).
[0188]
The command voltage signal OV is calculated from the difference between the command current signal OC and the output current signal VD, and PWM modulation is performed to generate the duty signal PWM (power control unit PCU).
[0189]
Then, the transistors Q1 to Q4 are driven by the logical product of the interlock signal ROCK, the operation signal RUN, and the duty signal.
[0190]
On the other hand, arc interruption is performed as follows.
[0191]
First, the output current signal CD and a reference voltage (for example, a reference voltage 1% FS corresponding to 1% of the rating) are compared by the comparator ARCacs to generate a discharge signal.
[0192]
The output current signal CD is added to the variable resistor VR, a compensation voltage proportional to the output current is calculated, and added to the reference voltage 150V corresponding to minus 150V, which is a normal arc judgment level, to set the threshold value of the comparator (AEC sens) To do.
[0193]
The comparator (AEC sens) determines arc discharge when the output voltage signal VD falls below a predetermined threshold value, and outputs an arc signal AD.
[0194]
If it is determined that an arc is occurring during the output of the discharge signal, the transistor Q5 is closed to output a reverse voltage to interrupt the arc discharge, and the timer 1 is started. During the operation of the timer 1, the transistor Q5 is closed and the holding of the command current signal is started.
[0195]
When timer 1 expires, timer 2 is started, and transistor Q5 is not closed while timer 2 is operating. When the timer 2 ends and there is no arc interruption again, the holding of the command current signal is ended.
[0196]
According to the circuit of this embodiment as described above, the following effects can be obtained.
[0197]
First, the arc interruption can be started immediately after the start of glow discharge regardless of the hunting operation of the inverter, the fluctuation of the power supply output voltage, or the rise delay.
[0198]
Moreover, even after the inverter of the power supply is stopped, as long as there is a current and an arc damage is expected, the arc can be interrupted without restriction of the duration.
[0199]
Furthermore, even if the arc discharge voltage increases due to the sputtering characteristics, the arc can be detected and interrupted with the voltage corrected by the discharge current.
[0200]
In other words, regardless of the state of the chamber, accurate determination of arc discharge and rapid arc interruption are possible, minimizing damage caused by arc discharge and minimizing interruption of sputtering work due to arc interruption. it can.
[0201]
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
[0202]
For example, the configuration, structure, number, arrangement, shape, material, etc. of each part in the arc interruption circuit, sputtering power source, sputtering apparatus of the present invention are not limited to the above specific examples, and those appropriately selected and adopted by those skilled in the art As long as the gist of the present invention is included, it is included in the scope of the present invention.
[0203]
More specifically, for example, those skilled in the art appropriately design the specific configuration of the arc detection circuit provided in the arc breaker circuit and the number and arrangement relationship of each circuit element including diodes, resistors, and transistors. Modifications are within the scope of the present invention.
[0204]
In addition, all arc interruption circuits, power supplies for sputtering, and sputtering apparatuses that include elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
[0205]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an arc interruption circuit capable of quickly and surely interrupting arc discharge, and a sputtering power source and a sputtering apparatus using the arc interruption circuit. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a main part of a sputtering apparatus provided with an arc breaker circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus provided with an arc interrupt circuit of a comparative example.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific example of a power source for sputtering equipped with an arc breaker circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a sputtering apparatus provided with an arc breaker circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus provided with an arc interrupt circuit of a comparative example.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the power supply for sputtering according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing another modification of the sputtering power supply according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a main part of a sputtering power supply according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph illustrating changes in voltage and current when the power supply is started and when arc discharge occurs in the sputtering apparatus.
FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of an arc detection control circuit ASC.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a specific example of a sputtering power supply according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a main configuration of a DC (direct current) sputtering apparatus.
[Explanation of symbols]
100 substrates
101 Vacuum chamber
104 target
106 Vacuum pump
107 Gas supply source
108 Glow discharge
110, 110A-110Z Power supply for sputtering
120A, 120B cable
150 arc discharge
ADU arc detector
ASC arc detection control circuit
CA current amplifier circuit
CC constant current circuit
CM current monitoring circuit
CP comparator
CSU current detector
DB0-3 Rectifier diode group
DCPF DC power supply
DCPR reverse bias power supply
DR driver (drive circuit)
IGBT switching part
L0 to L3 inductor
LCU logic unit
PCU power controller
Q switching section
Q1-Q5 transistors
Rpass output limiting resistor
RBS reverse bias application circuit
RD voltage detection resistor
ROCK Interlock release signal
RUN operation signal
Sg gate signal
T1 transformer
TM timer
TMR timer
VSU voltage detector
ZD Zener diode

Claims (10)

正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の供給を停止するアーク遮断回路であって、
前記被供給体における前記正方向の電圧を電圧検出抵抗と定電流回路とにより分圧し、
前記定電流回路の電圧の絶対値の低下により前記アーク放電の発生を検出することを特徴とするアーク遮断回路。
An arc interruption circuit that stops supply of the voltage in the positive direction to the supply object when detecting the occurrence of arc discharge in the supply object to which a voltage in the positive direction is applied,
The voltage in the positive direction in the supplied object is divided by a voltage detection resistor and a constant current circuit,
An arc interrupting circuit for detecting occurrence of the arc discharge by a decrease in an absolute value of a voltage of the constant current circuit.
前記定電流回路における電流は、前記被供給体において前記アーク放電が生じた場合に前記電圧検出抵抗を流れる電流に対応することを特徴とする請求項1記載のアーク遮断回路。  2. The arc breaking circuit according to claim 1, wherein the current in the constant current circuit corresponds to a current flowing through the voltage detection resistor when the arc discharge occurs in the supplied object. 前記電圧検出抵抗を流れる電流を増幅する電流増幅器をさらに備え、
前記電流増幅器と前記定電流回路とが接続されてなることを特徴とする請求項1または2に記載のアーク遮断回路。
A current amplifier for amplifying a current flowing through the voltage detection resistor;
The arc interrupt circuit according to claim 1, wherein the current amplifier and the constant current circuit are connected to each other.
前記被供給体に対する前記正方向の電圧の絶対値が所定の値を超過した時に、前記正方向の電圧の供給を停止することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のアーク遮断回路。  The supply of the voltage in the positive direction is stopped when the absolute value of the voltage in the positive direction with respect to the supply object exceeds a predetermined value. Arc interruption circuit. 前記被供給体を流れる電流を観測し、その電流が所定値に満たない場合は、前記定電流回路の電圧の絶対値の低下があっても前記正方向の電圧の供給を停止しないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のアーク遮断回路。  The current flowing through the supply target is observed, and when the current is less than a predetermined value, the supply of the positive voltage is not stopped even if the absolute value of the voltage of the constant current circuit is reduced. The arc breaker circuit according to any one of claims 1 to 4. 正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対して逆電圧を出力するアーク遮断動作を実行するアーク遮断回路であって、
前記被供給体を流れる電流値が所定の電流閾値よりも大きく、且つ、前記被供給体における電圧が所定の電圧閾値よりも小さい場合に前記アーク遮断動作を実行し、
前記アーク遮断動作を開始してから所定の第1の時間は、前記被供給体を流れる電流および前記被供給体における電圧の値に関わらず前記アーク遮断動作を継続し、
前記第1の時間が経過した後の所定の第2の時間は、前記被供給体における電圧が前記電圧閾値の場合でも前記アーク遮断動作を開始せずに前記アーク遮断動作を開始する前と同じ電流を前記被供給体に出力することを特徴とするアーク遮断回路。
When detecting the occurrence of arc discharge in the supplied object to which a positive voltage is applied, an arc interrupting circuit that performs an arc interrupting operation for outputting a reverse voltage to the supplied object,
When the value of the current flowing through the supplied object is larger than a predetermined current threshold value and the voltage at the supplied object is smaller than a predetermined voltage threshold value, the arc interruption operation is performed.
For a predetermined first time after the start of the arc interrupting operation, the arc interrupting operation is continued regardless of the value of the current flowing through the supplied object and the voltage at the supplied object.
The predetermined second time after the elapse of the first time is the same as that before the arc interrupting operation is started without starting the arc interrupting operation even when the voltage at the supply target is the voltage threshold. An arc breaking circuit that outputs an electric current to the supplied body.
前記電圧閾値を、前記被供給体を流れる電流に応じて可変としたことを特徴とする請求項6記載のアーク遮断回路。  The arc interrupt circuit according to claim 6, wherein the voltage threshold is variable according to a current flowing through the supply target. 前記正方向の電圧を印加する電源の動作を禁止するインターロック信号が与えられている時は、前記アーク遮断動作を開始しないことを特徴とする請求項6または7に記載のアーク遮断回路。8. The arc interrupting circuit according to claim 6, wherein the arc interrupting operation is not started when an interlock signal for prohibiting the operation of the power supply for applying the positive voltage is applied. ターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ用電源であって、
請求項1〜のいずれか1つに記載のアーク遮断回路と、
前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とするスパッタ用電源。
A power supply for sputtering that forms a thin film by sputtering a target,
An arc breaker circuit according to any one of claims 1 to 8 ,
A positive voltage applying means for applying the positive voltage;
A sputtering power source characterized by comprising:
大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
請求項記載のスパッタ用電源と、
を備え、
前記正方向電圧印加手段から印加される前記正方向の電圧によりスパッタを実施し、
真空チャンバ内において発生する前記アーク放電を前記アーク遮断回路により遮断することを特徴とするスパッタ装置。
A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere depressurized from atmospheric pressure;
A power supply for sputtering according to claim 9 ;
With
Sputtering is performed by the positive voltage applied from the positive voltage applying means,
A sputtering apparatus characterized in that the arc discharge generated in a vacuum chamber is interrupted by the arc interrupt circuit.
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