JP4492975B2 - Power supply, power supply for sputtering, and sputtering equipment - Google Patents

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Description

本発明は、電源、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関し、特に、順方向に電圧を印加した状態においてアーク放電などの突発的な短絡電流が発生した場合に、これを遮断する電源、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関する。   The present invention relates to a power supply, a power supply for sputtering, and a sputtering apparatus, and in particular, when a sudden short-circuit current such as arc discharge occurs in a state where a voltage is applied in the forward direction, the power supply for cutting off, a power supply for sputtering, and The present invention relates to a sputtering apparatus.

各種のプラズマ応用機器や、マイクロ波などの電磁波発生器、電力スイッチング装置などにおいて、電源の運転中に負荷側で突発的なインピーダンスの低下が生ずることがある。このインピーダンスの低下は、負荷側で、短絡的な突発電流が流れることなどによる。このような突発電流が生ずると機器の動作に弊害をもたらす場合が多いため、突発電流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。   In various plasma application devices, electromagnetic wave generators such as microwaves, power switching devices, and the like, sudden drop in impedance may occur on the load side during operation of the power supply. This decrease in impedance is caused by a short-circuit sudden current flowing on the load side. When such a sudden current occurs, the operation of the device is often adversely affected. Therefore, a circuit that reliably and quickly cuts off the sudden current is often required.

以下、このような電源の具体例として、薄膜形成に用いるスパッタ用電源を例に挙げて説明する。   Hereinafter, as a specific example of such a power source, a sputtering power source used for forming a thin film will be described as an example.

図16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・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。   FIG. 16 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.

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。   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.

しかし、このようなスパッタ動作中に、チャンバ101内での放電が停止する場合がある。例えば、ガス供給源107から供給されるガスとポンプ106による排気速度とのバランスが変動したような場合、放電条件が満たされなくなると放電が停止してプラズマが消失することがある。放電が停止すると、スパッタ電流が流れなくなり、負荷インピーダンスが急激に上昇する。従って、電源110は、このような負荷インピーダンスの急激な上昇に対して柔軟に対応できる構造を有する必要がある。   However, the discharge in the chamber 101 may stop during such a sputtering operation. For example, when the balance between the gas supplied from the gas supply source 107 and the exhaust speed of the pump 106 fluctuates, the discharge may stop and the plasma may disappear if the discharge condition is not satisfied. When the discharge is stopped, the sputtering current stops flowing, and the load impedance increases rapidly. Therefore, the power source 110 needs to have a structure that can flexibly cope with such a sudden increase in load impedance.

また一方、スパッタ動作中に、チャンバ101内でアーク放電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、チャンバの負荷インピーダンスが低下し、ターゲット104や基板100に損傷が生ずる。   On the other hand, arc discharge 150 may occur in the chamber 101 during the 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 is generated, a large current flows locally, so that the load impedance of the chamber is lowered and the target 104 and the substrate 100 are damaged.

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。   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.

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。   On the other hand, when the arc discharge 150 occurs on the substrate 100 side, the substrate 100 is often damaged and becomes defective.

従って、このようなアーク放電が発生した場合に、迅速且つ確実にアークを消弧できるアーク遮断機能を有するスパッタ用電源が必要とされている。   Therefore, there is a need for a sputtering power source having an arc interrupting function that can extinguish an arc quickly and reliably when such arc discharge occurs.

例えば、特許文献1乃至3には、アーク放電が発生すると、順方向電力の出力を遮断してアーク放電を消弧する電源が開示されている。   For example, Patent Documents 1 to 3 disclose power supplies that cut off the output of forward power and extinguish arc discharge when arc discharge occurs.

図17は、このようなスパッタ用電源の一例を表す模式図である。   FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of such a power source for sputtering.

この電源は、制御された直流電流を出力する電源部DCPFと整流インダクタL0とスイッチング部Qと遮断回路ASとを有する。   This power supply includes a power supply unit DCPF that outputs a controlled direct current, a rectifying inductor L0, a switching unit Q, and a cutoff circuit AS.

この電源は、コンピュータやシーケンサなどの上位の制御装置MCUからの起動信号(RUN)に応じて、電力の出力の有無が制御される。また、制御装置MCUからの電力設定信号(Pset)に応じてフィードバック制御を行い、適切な電流を出力する。   This power source is controlled to output power according to a start signal (RUN) from a host control unit MCU such as a computer or a sequencer. Further, feedback control is performed according to the power setting signal (Pset) from the control unit MCU, and an appropriate current is output.

スパッタの開始時には、スイッチング部Qを開いた状態で、電源部DCPFから直流電力をターゲット104及びチャンバ101に印加し、プラズマを点火する。   At the start of sputtering, DC power is applied from the power supply unit DCPF to the target 104 and the chamber 101 with the switching unit Q open, and plasma is ignited.

一方、スパッタ中にアーク放電が発生すると、チャンバの負荷インピーダンスが低下する。すると、遮断回路ASが、出力電圧の低下あるいは電流の増加としてこれを検出し、スイッチング部Qを閉じることにより電源部DCPFからの出力を短絡して、チャンバへの出力を遮断する。遮断回路ASは、所定の時間だけスイッチング部Qを閉じた後に、再びスイッチング部Qを開いて、チャンバへの電力の出力を再開させる。 そして、ここでアーク放電が消弧している場合には、そのままスパッタを再開する。一方、ここでアーク放電が消弧していない場合には、遮断回路ASは再びスイッチング部Qを閉じて遮断動作を繰り返す。このようにして、アーク放電がなくなるまで、スイッチング部Qの開閉が繰り返される。   On the other hand, when arc discharge occurs during sputtering, the load impedance of the chamber decreases. Then, the shut-off circuit AS detects this as a decrease in output voltage or an increase in current, and closes the switching unit Q to short-circuit the output from the power supply unit DCPF, thereby shutting off the output to the chamber. The shut-off circuit AS closes the switching unit Q for a predetermined time, and then opens the switching unit Q again to restart the output of power to the chamber. If arc discharge is extinguished here, sputtering is resumed. On the other hand, when the arc discharge is not extinguished here, the interruption circuit AS again closes the switching unit Q and repeats the interruption operation. In this way, the switching unit Q is repeatedly opened and closed until there is no arc discharge.

通常のスパッタの際には、2ミリ秒を超えるような長い連続アークは観察されないことが多い。そして、図17に表した電源によれば、チャンバ内で生ずる通常のアーク放電をほぼ確実に遮断することが可能である。
特開平10−298754号公報 特開平10−298755号公報 特開2002−235170号公報
During normal sputtering, long continuous arcs exceeding 2 milliseconds are often not observed. Then, according to the power source shown in FIG. 17, it is possible to almost certainly cut off normal arc discharge generated in the chamber.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-298754 JP-A-10-298755 JP 2002-235170 A

しかし、図17に例示した電源の場合、アーク放電を検出してから遮断動作に入るまでの時間に遅延が生ずると、チャンバ内でのアーク放電による被害が大きくなる場合がある。   However, in the case of the power source illustrated in FIG. 17, if there is a delay in the time from the detection of arc discharge to the start of the shut-off operation, damage due to arc discharge in the chamber may increase.

また、アーク遮断動作の後に、順方向電力を再投入する時に、過大な電力を投入すると、アーク放電が再発する場合もあり得る。またこれと同様に、プラズマの点火までの待ち時間が長いと、電源に対する点火時の指令電流値が大きくなり、オーバーシュート状態になることもあり得る。   Further, when the forward power is turned on again after the arc interruption operation, if excessive power is supplied, the arc discharge may recur. Similarly, if the waiting time until the plasma ignition is long, the command current value at the time of ignition to the power source becomes large, and an overshoot state may occur.

また一方、電源内部の高電圧部分などにおいて、「地絡事故」すなわちグラウンドへの短絡が生じて電流が外部にリークした場合、これを正常なチャンバ電流と区別できないと、短絡電流を流しつづけてしまうという問題もある。   On the other hand, if the current leaks to the outside due to a “ground fault”, that is, a short circuit to ground, in the high voltage part inside the power supply, etc., if this cannot be distinguished from the normal chamber current, the short circuit current will continue to flow. There is also a problem of end.

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、アーク放電を迅速且つ確実に停止し、電力再投入時の過大電力の印加も防ぎ、地絡事故に対して迅速に対処できる電源、スパッタ電源及びスパッタ装置を提供することにある。   The present invention has been made on the basis of recognition of such problems, and its purpose is to quickly and surely stop arc discharge, prevent application of excessive power when power is turned on again, and quickly against ground faults. It is an object of the present invention to provide a power source, a sputtering power source and a sputtering apparatus that can cope with the above.

一方、本発明の電源は、インダクタにより平滑した順方向の直流電力を負荷に対して出力する電源であって、力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値に基づいて電流の目標値を求め、前記インダクタを流れる電流の測定値と、前記電流の目標値と、に基づいて前記インダクタを流れる電流を制御し、前記出力電圧の測定値の絶対値が一定の値を下回る場合は、前記出力電圧の測定値の代わりに前記一定の値により、前記除算を実行することにより過電流を抑制することを特徴とする。 On the other hand, the power supply of the present invention is a power supply that outputs a forward DC power smoothed by the inductor to the load, based on the value obtained by dividing the measured value of the output voltage target value of the output power of the current When the target value is obtained, the current flowing through the inductor is controlled based on the measured value of the current flowing through the inductor and the target value of the current, and the absolute value of the measured value of the output voltage is below a certain value Is characterized in that an overcurrent is suppressed by executing the division by the constant value instead of the measured value of the output voltage .

上記構成によれば、アーク放電を迅速且つ確実に停止し、電力再投入時の過大電力の印加も防ぐことができる電源を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a power source that can quickly and surely stop arc discharge and prevent application of excessive power when power is reapplied .

ここで、前記出力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値と、出力電流と、の誤差を積分する積分回路をさらに備え、前記積分回路は、前記出力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値と、出力電流と、の差がまたは比率が一定の範囲内となった場合に動作するものとすることができる。   Here, the circuit further includes an integration circuit that integrates an error between a value obtained by dividing the target value of the output power by the measured value of the output voltage and the output current, and the integration circuit converts the target value of the output power to the output voltage. It can operate when the difference between the value divided by the measured value and the output current or the ratio falls within a certain range.

また、前記インダクタを流れる電流の測定値と、前記電流の目標値と、に基づいて前記インダクタに印加すべき電圧の目標値を求め、前記電圧の目標値と、前記インダクタに印加されている電圧の測定値と、に基づいて前記インダクタを流れる電流を制御するものとすることができる。   Further, the target value of the voltage to be applied to the inductor is obtained based on the measured value of the current flowing through the inductor and the target value of the current, and the target value of the voltage and the voltage applied to the inductor The current flowing through the inductor can be controlled based on the measured value.

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、上記いずれかの電源を備え、前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能としたことを特徴とする。   On the other hand, the sputtering power source of the present invention is a sputtering power source that forms a thin film by sputtering a target, and includes any one of the above-mentioned power sources, and can perform the sputtering by applying the forward power to the target. It is characterized by that.

一方、本発明のスパッタ装置は、上記のスパッタ用電源と、前記ターゲットを収容可能とし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、を備えたことを特徴とする。   On the other hand, a sputtering apparatus of the present invention is characterized by comprising the above-described sputtering power source and a vacuum chamber capable of accommodating the target and maintaining an atmosphere depressurized from atmospheric pressure.

本発明によれば、アーク放電を迅速且つ確実に停止し、電力再投入時の過大電力の印加も防ぐことができる電源、スパッタ電源及びスパッタ装置が提供される。 According to the present invention, to stop the arc discharge quickly and reliably, the power supply also applies excessive power during power cycling can proof Gukoto, sputtering power and the sputtering apparatus is provided.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の関連技術
まず、本発明の第1の関連技術として、アーク放電の発生を検出すると、極めて迅速にアーク遮断動作を開始できる電源について説明する。
(First related technology )
First, as a first related technique of the present invention, a power supply capable of starting an arc interrupting operation very quickly when occurrence of arc discharge is detected will be described.

図1は、本関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main part of a power supply according to the related technology .

また、図2は、本発明者が本関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a main part of a power source of a comparative example that the inventor made in the process of reaching the related technology .

以下、まず図2に表した比較例の電源について説明する。   Hereinafter, the power source of the comparative example shown in FIG. 2 will be described first.

この電源は、直流電源DC1とトランジスタQ1〜Q4とを共有した2つのインバータ出力を有する。すなわち、第1のインバータINV1は、直流電源DC1、トランジスタQ1〜Q4、トランスT1及び整流器DB1を有し、第2のインバータINV2は、直流電源DC1、トランジスタQ1〜Q4、トランスT1及び整流器DB2を有する。これらインバータの出力電流は、インダクタL1及びL2によりそれぞれ平滑化されてチャンバ101及びターゲット104に供給される。   This power supply has two inverter outputs sharing the DC power supply DC1 and the transistors Q1 to Q4. That is, the first inverter INV1 has a DC power supply DC1, transistors Q1 to Q4, a transformer T1, and a rectifier DB1, and the second inverter INV2 has a DC power supply DC1, transistors Q1 to Q4, a transformer T1, and a rectifier DB2. . The output currents of these inverters are smoothed by the inductors L1 and L2, respectively, and supplied to the chamber 101 and the target 104.

一方、電源の出力側には、アークセンサ(Asen1)が設けられている。アークセンサは、出力電圧の低下により「アーク放電」を検出する。そして、その検出出力は、ワンショット・タイマTMR1及びTMR2に入力される。これらタイマからの制御信号は、電流検出信号(current)とともにアンド・ゲートに入力され、その出力信号(arc信号、ack信号)によりフォトカプラ (PC11〜PC32)を制御する。電流検出信号(current)は、電源からの出力電流に応じて、アーク判定を有効にするための制御信号である。つまり、出力電流が所定値に達すると、電流検出信号(current)がオンになり、アークセンサによる制御動作が許可される。   On the other hand, an arc sensor (Asen1) is provided on the output side of the power source. The arc sensor detects “arc discharge” when the output voltage decreases. The detection output is input to the one-shot timers TMR1 and TMR2. The control signals from these timers are input to the AND gate together with the current detection signal (current), and the photocouplers (PC11 to PC32) are controlled by the output signals (arc signal, ack signal). The current detection signal (current) is a control signal for enabling arc determination according to the output current from the power source. That is, when the output current reaches a predetermined value, the current detection signal (current) is turned on, and the control operation by the arc sensor is permitted.

また、ワンショット・タイマTMR1は、arc信号を管理する。すなわち、ワンショット・タイマTMR1は、所定の「消弧期間」の間、arc信号をオンにするための制御信号を出力する。一方、ワンショット・タイマTMR2は、ack信号を管理する。すなわち、ワンショット・タイマTMR2は、「消弧期間」が経過した後に、所定の「復旧期間」の間、ack信号をオフにするための制御信号を出力する。   The one-shot timer TMR1 manages the arc signal. That is, the one-shot timer TMR1 outputs a control signal for turning on the arc signal during a predetermined “extinguishing period”. On the other hand, the one-shot timer TMR2 manages the ack signal. That is, the one-shot timer TMR2 outputs a control signal for turning off the ack signal for a predetermined “restoration period” after the “extinguishing period” elapses.

arc信号とack信号がいずれもオンの時に、フォトカプラ(PC11〜PC32)がオンとなり、アーク遮断動作が実施される。   When both the arc signal and the ack signal are on, the photocouplers (PC11 to PC32) are turned on, and the arc cutoff operation is performed.

以下、スパッタプロセスにおける電源の動作を参照しつつ、この比較例の電源の構成についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the power source of this comparative example will be described in more detail with reference to the operation of the power source in the sputtering process.

まず、スパッタを実施する時には、インバータINV1、INV2を起動し、スイッチング素子Q5、Q6を閉じ、インダクタ電流を短絡する絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を開いた状態として、直流電圧をチャンバ101及びターゲット104に出力する。   First, when performing sputtering, the inverters INV1 and INV2 are started, the switching elements Q5 and Q6 are closed, and the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 that short-circuit the inductor current are opened. Output to the target 104.

一方、チャンバ内にアーク放電が発生すると、チャンバのインピーダンスが低下し、出力電圧が低下する。アークセンサ(Asen1)は、このような電圧の低下によってアーク放電を検出すると、ワンショット・タイマTMR1を起動する。ワンショット・タイマTMR1は、所定の「消弧期間」の間、オン信号を出力し、これに基づいてフォトカプラ(PC11〜PC32)、アンド・ゲートを介して、スイッチング素子Q5、Q6を開き、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を閉じる。   On the other hand, when arc discharge occurs in the chamber, the impedance of the chamber decreases and the output voltage decreases. When the arc sensor (Asen1) detects an arc discharge due to such a voltage drop, the arc sensor (Asen1) starts the one-shot timer TMR1. The one-shot timer TMR1 outputs an ON signal during a predetermined “extinguishing period”, and based on this, opens the switching elements Q5 and Q6 via the photocouplers (PC11 to PC32) and the AND gate, The insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are closed.

すると、逆電圧源DC2から絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT2、IGBT1、逆方向アーク防止用ダイオードDA1、DA2、チャンバ、逆電圧源DC2の経路で逆電圧がチャンバに印加され、アーク電流が急速遮断される。またこの時、インダクタL1、L2を流れていた電流は、それぞれダイオードD1と絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、ダイオードD2と絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT2の閉回路により保存される。   Then, reverse voltage is applied to the chamber from the reverse voltage source DC2 through the insulated gate bipolar transistors IGBT2, IGBT1, reverse arc prevention diodes DA1, DA2, the chamber, and the reverse voltage source DC2, and the arc current is rapidly cut off. The At this time, the currents flowing through the inductors L1 and L2 are stored by the closed circuit of the diode D1 and the insulated gate bipolar transistor IGBT1, and the diode D2 and the insulated gate bipolar transistor IGBT2, respectively.

逆電圧を出力する「消弧期間」は、ワンショット・タイマTMR1の動作時間により管理される。「消弧期間」の終了と同時に、ワンショット・タイマTMR2が起動する。ワンショット・タイマTMR2は、「復旧期間」の間、ack信号をオフにするための制御信号を出力する。つまり、「復旧期間」の間は、アークの検出の有無に係らずフォトカプラ(PC12、PC22、PC32)はオフとされる。すると、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2が開かれ、スイッチング素子Q5、Q6が閉じられて、順方向電流(スパッタするための電流方向)が出力される。   The “extinguishing period” for outputting the reverse voltage is managed by the operation time of the one-shot timer TMR1. Simultaneously with the end of the “arcing period”, the one-shot timer TMR2 is started. The one-shot timer TMR2 outputs a control signal for turning off the ack signal during the “recovery period”. That is, during the “recovery period”, the photocouplers (PC12, PC22, and PC32) are turned off regardless of whether or not an arc is detected. Then, the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are opened, the switching elements Q5 and Q6 are closed, and a forward current (current direction for sputtering) is output.

ワンショット・タイマTMR2が停止すると「復旧期間」は終了し、ワンショット・タイマTMR1の動作前の状態に戻って、再度アーク放電を検知したら上述のアーク遮断動作を繰り返す。一方、アーク放電を検知しなければ、そのままスパッタ電流の出力を継続する。   When the one-shot timer TMR2 stops, the “recovery period” ends, returns to the state before the operation of the one-shot timer TMR1, and when arc discharge is detected again, the above-described arc interruption operation is repeated. On the other hand, if arc discharge is not detected, the output of sputtering current is continued as it is.

以上説明した比較例の電源において、アーク放電による被害を小さくするには、アーク放電の発生から出力電流の遮断までの時間(アーク応答時間)を短くしなければならない。ところが、図2に表した比較例の電源の場合、複数の絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT(IGBT1、IGBT2)に対して同期と絶縁とを確保するため、アーク放電を検出した信号がフォトカプラPC11〜PC32を介して伝達される。しかし、このような回路構成においては、フォトカプラの信号伝達時間(約1マイクロ秒)だけアーク応答時間が長くなり、アーク放電の被害が大きくなる場合がある。   In the power source of the comparative example described above, in order to reduce the damage caused by the arc discharge, the time from the occurrence of the arc discharge to the interruption of the output current (arc response time) must be shortened. However, in the case of the power source of the comparative example shown in FIG. 2, in order to ensure synchronization and insulation for a plurality of insulated gate bipolar transistors IGBT (IGBT1, IGBT2), a signal that detects arc discharge is a photocoupler PC11. ~ Transmitted via PC32. However, in such a circuit configuration, the arc response time becomes longer by the signal transmission time (about 1 microsecond) of the photocoupler, and the arc discharge damage may be increased.

そこで、本発明者は、図1に例示したような電源至った。 Accordingly, the present inventors have led to the power supply as illustrated in Figure 1.

すなわち、図1と図2とを比較すれば分かるように、新たにアークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)を設け、フォトカプラを介さずにスイッチング素子やIGBTを制御するようにしている。以下、フォトカプラを介して信号伝達を行うアークセンサを「統括アークセンサ」と称し、フォトカプラを介さず信号伝達を行うアークセンサを「個別アークセンサ」と称することとする。   That is, as can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 2, arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) are newly provided to control the switching elements and IGBTs without using a photocoupler. Hereinafter, an arc sensor that transmits a signal via a photocoupler is referred to as a “general arc sensor”, and an arc sensor that transmits a signal without passing through a photocoupler is referred to as an “individual arc sensor”.

これら個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)と統括アークセンサ(Asen1)の検出しきい値は、異なるように設定することができる。すなわち、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)がアーク放電を検出する状態(範囲)では、統括アークセンサ(Asen1)もアーク放電を検知するように設定しておくとよい。   The detection threshold values of these individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) and the general arc sensor (Asen1) can be set differently. That is, in a state (range) where the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) detect arc discharge, the general arc sensor (Asen1) may be set so as to detect arc discharge.

例えば、個別アークセンサは、チャンバへの出力電圧がマイナス150ボルト以上(絶対値で150ボルト以下)の時に「アーク放電」と判定する。これに対して、統括アークセンサは、出力電圧がマイナス180ボルト以上(絶対値で180ボルト以下)の時に「アーク放電」と判定するように設定することができる。すなわち、統括アークセンサのほうが個別アークセンサよりも先にアークを検出するようにすることができる。この点については、後に詳述する。   For example, the individual arc sensor determines “arc discharge” when the output voltage to the chamber is minus 150 volts or more (absolute value is 150 volts or less). On the other hand, the general arc sensor can be set to determine “arc discharge” when the output voltage is minus 180 volts or more (absolute value is 180 volts or less). That is, the general arc sensor can detect an arc earlier than the individual arc sensor. This will be described in detail later.

個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)は、同一電源で動作するスイッチング素子及び絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT毎に設けられている。そして、これらセンサからの出力に基づいて動作する制御回路は、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)から検出出力と、フォトカプラ(PC11、PC21、PC31)からの出力との論理和に基づいて動作する。   The individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) are provided for each switching element and insulated gate bipolar transistor IGBT operating with the same power source. The control circuit that operates based on the output from these sensors is based on the logical sum of the detection output from the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) and the output from the photocouplers (PC11, PC21, PC31). Operate.

ただし、両者の間では、信号伝達の応答時間が異なる。つまり、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)は、フォトカプラを介さずに信号伝達するので、応答時間が短いが、統括アークセンサ(Asen1)は、フォトカプラ(PC11、PC21、PC31)を介して信号伝達を行うので、応答時間が長い。 一方、統括アークセンサ(Asen1)は、「アーク放電」と判定すると、ワンショット・タイマTMR1を動作させて「消弧期間」の間は遮断信号(arc)を出力し、その後、ワンショット・タイマTMR2を動作させて「復旧期間」の間、ack信号を停止する。   However, the response time of signal transmission differs between the two. That is, the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) transmit signals without going through the photocoupler, so the response time is short, but the general arc sensor (Asen1) goes through the photocouplers (PC11, PC21, PC31). Response time is long. On the other hand, when the general arc sensor (Asen1) determines “arc discharge”, the one-shot timer TMR1 is operated to output a cut-off signal (arc) during the “extinguishing period”, and then the one-shot timer The TMR2 is operated to stop the ack signal during the “recovery period”.

図1の電源においては、フォトカプラ(PC11〜PC32)からの出力と、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)からの検出出力とをそれぞれ論理回路において論理演算することにより、以下のようにアーク遮断の動作を実行する。   In the power source shown in FIG. 1, by performing logical operations on the outputs from the photocouplers (PC11 to PC32) and the detection outputs from the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) in the logic circuit, respectively, Performs a shut-off action.

(1)統括アークセンサ(Asen1)がアーク放電を検出しフォトカプラ(PC11、PC21、PC31)からアーク遮断のための制御信号が出力された時は、アーク遮断動作を行う。   (1) When the general arc sensor (Asen1) detects arc discharge and a control signal for arc interruption is output from the photocouplers (PC11, PC21, PC31), the arc interruption operation is performed.

(2)フォトカプラ(PC11、PC21、PC31)からアーク遮断のための制御信号が出力される前であっても、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)がアーク放電を検知して検出信号が出力された時には、アーク遮断動作を行う。   (2) Even before the control signal for arc interruption is output from the photocoupler (PC11, PC21, PC31), the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) detect the arc discharge and the detection signal is output. When it is output, the arc is interrupted.

(3)統括アークセンサ(Asen1)により起動されるワンショット・タイマTMR2が管理する「復旧期間」の間は、統括アークセンサ(Asen1)及び個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)がアーク放電を検知してもアーク遮断動作をしない。   (3) During the “recovery period” managed by the one-shot timer TMR2 activated by the general arc sensor (Asen1), the general arc sensor (Asen1) and the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) perform arc discharge. Even if it is detected, the arc is not interrupted.

(4)電源の動作を制御する目的などにより、アーク遮断動作を禁止する場合は、各アークセンサの検知に係らず遮断動作をしない。   (4) When the arc interrupting operation is prohibited for the purpose of controlling the operation of the power source, the interrupting operation is not performed regardless of the detection of each arc sensor.

以下、本関連技術の電源の動作について、具体的な数値を例示しつつ説明する。 Hereinafter, the operation of the power supply according to the related technology will be described with specific numerical values.

なお、以下の具体例においては、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)の検出しきい値をマイナス150ボルト、統括アークセンサ(Asen1)の検出しきい値をマイナス180ボルトとし、また、「消弧期間」と「復旧期間」はそれぞれ3マイクロ秒とする。   In the following specific example, the detection threshold of the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) is set to minus 150 volts, the detection threshold of the general arc sensor (Asen1) is set to minus 180 volts, The “arc period” and “recovery period” are each 3 microseconds.

まず、電源が起動する時には、電源からの出力電圧が無いと各アークセンサは「アーク放電」と判定するが、出力電流も無いので制御信号(current)が得られず、ack信号も出力されない。このため、フォトカプラ(PC11〜PC32)はオフのままである。その結果として、スイッチング素子Q5、Q6はオン(ON)し、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2はオフ(OFF)するのでインバータが起動すれば電源は直流電圧を出力する。   First, when the power supply is activated, each arc sensor determines “arc discharge” if there is no output voltage from the power supply. However, since there is no output current, no control signal (current) is obtained and no ack signal is output. For this reason, the photocouplers (PC11 to PC32) remain off. As a result, the switching elements Q5 and Q6 are turned on (ON), and the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are turned off (OFF). Therefore, when the inverter is started, the power supply outputs a DC voltage.

次に、プラズマの点火およびスパッタの開始までは、以下の如くである。すなわち、トランジスタQ1〜Q4のスイッチングによりインバータINV1、INV2が起動すると、トランスT1とダイオードブリッジDB1、DB2を介して直流電圧を出力し、徐々にチャンバ101へ供給される電圧が上昇する。   Next, plasma ignition and sputtering start are as follows. That is, when the inverters INV1 and INV2 are activated by switching of the transistors Q1 to Q4, a DC voltage is output via the transformer T1 and the diode bridges DB1 and DB2, and the voltage supplied to the chamber 101 gradually increases.

プラズマの点火電圧は、例えばマイナス200ボルト以下であり、この時点で、アークセンサのアーク判定レベルであるマイナス150ボルト(Asen10、Asen20、Asen30)やマイナス180ボルト(Asen1)を超過する。つまり、各アークセンサは、アーク放電を検出せず、センサからのアーク検出信号はオフになる。   The plasma ignition voltage is, for example, minus 200 volts or less, and at this time, the arc determination level of the arc sensor is minus 150 volts (Asen10, Asen20, Asen30) or minus 180 volts (Asen1). That is, each arc sensor does not detect arc discharge, and the arc detection signal from the sensor is turned off.

所定の条件が成立するとチャンバ内で放電が始まり、電流が流れてプラズマが形成されてスパッタが開始される。同時に電流が流れ始め、所定の電流しきい値を超えると制御信号(current)が得られ、ack信号が出力されて、フォトカプラ(PC12、PC22、PC32)がオンされるが、すでにarc信号が無いので、フォトカプラ(PC11、PC21、PC31)がオフのままであり、順方向(スパッタを実施する電圧方向)の直流電圧・電流の出力を継続する。   When a predetermined condition is satisfied, discharge starts in the chamber, current flows, plasma is formed, and sputtering is started. At the same time, current begins to flow, and when a predetermined current threshold is exceeded, a control signal (current) is obtained, an ack signal is output, and the photocouplers (PC12, PC22, PC32) are turned on. Since there is no photocoupler (PC11, PC21, PC31), the output of the DC voltage / current in the forward direction (voltage direction for performing sputtering) is continued.

そして、スパッタ中にアーク放電が発生した時には、以下の動作が実行される。すなわち、正常なスパッタ中の放電電圧は、マイナス400ボルト以上(例えば、マイナス750ボルト程度)であるが、アーク放電が始まると短時間に負荷電圧(すなわち出力電圧)が上昇(絶対値が低下)する。出力電圧がマイナス180ボルトよりも上昇する(ゼロボルトに近づく)と、まず統括アークセンサ(Asen1)が応答して、アーク検出信号を出力し、ワンショット・タイマTMR1を起動して「消弧期間」の間、arc信号を出力する。しかし、フォトカプラPC11、PC21、PC31の信号伝達には、例えば1マイクロ秒程度の遅延が生ずる。   Then, when arc discharge occurs during sputtering, the following operation is performed. That is, the discharge voltage during normal sputtering is minus 400 volts or more (for example, around minus 750 volts), but when the arc discharge starts, the load voltage (that is, output voltage) rises in a short time (absolute value decreases). To do. When the output voltage rises above minus 180 volts (approaches zero volts), the general arc sensor (Asen1) responds first, outputs an arc detection signal, starts the one-shot timer TMR1, and "extinguish period" During this period, the arc signal is output. However, the signal transmission of the photocouplers PC11, PC21, and PC31 has a delay of about 1 microsecond, for example.

この間に出力電圧がマイナス150ボルトにまで到達すると、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)が応答し、アーク検出信号をオア・ゲートに出力する。オア・ゲートの出力はアンド・ゲートを介して、スイッチング素子Q5、Q6を開き、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を閉じることにより、逆電圧を出力する。個別アークセンサからの出力経路には、フォトカプラが介在しないので、その信号伝達は迅速であり、極めて短時間にアーク遮断動作が開始される。従って、フォトカプラを介したアーク遮断動作よりも先に、アーク遮断動作を開始することができる。   If the output voltage reaches minus 150 volts during this time, the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) respond and output an arc detection signal to the OR gate. The output of the OR gate outputs a reverse voltage by opening the switching elements Q5 and Q6 and closing the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 via the AND gate. Since there is no photocoupler in the output path from the individual arc sensor, the signal transmission is quick and the arc breaking operation is started in a very short time. Therefore, the arc interruption operation can be started prior to the arc interruption operation via the photocoupler.

一方、ワンショット・タイマTMR1により管理される「消弧期間」が終了すると、ワンショット・タイマTMR2により「復旧期間」の間、ack信号がオフになるので、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)の検出信号に係らず、順方向の電流出力が再開される。   On the other hand, when the “extinguishing period” managed by the one-shot timer TMR1 ends, the ack signal is turned off during the “restoration period” by the one-shot timer TMR2, so that the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) ), The forward current output is resumed regardless of the detection signal.

そして、「復旧期間」が終了し、ack信号がオンになった時にアーク放電が連続していれば、各アークセンサが遮断指令を出して、再びアーク遮断動作を再開する。   If the arc discharge continues when the “restoration period” ends and the ack signal is turned on, each arc sensor issues a cutoff command and restarts the arc cutoff operation again.

一方、「復旧期間」が終了し、ack信号がオンになった時にアーク放電が無くなっていれば、チャンバ電圧は、アークセンサの検出しきい値を超えているので、各アークセンサは遮断指令を出さずスパッタを継続する。   On the other hand, if the arc is gone when the “recovery period” ends and the ack signal is turned on, the chamber voltage exceeds the detection threshold of the arc sensor, so each arc sensor issues a shutoff command. Continue sputtering without taking out.

以上説明したように、本関連技術によれば、アーク放電が発生してチャンバ電圧が急速に上昇すると、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)を介した制御回路によ
って迅速に遮断動作を開始し、一方、「消弧期間」と「復旧期間」は常に統括アークセンサ(Asen1)によって管理される。従って、複数のアークセンサを設けても、「消弧期間」と「復旧期間」は一定に維持され、動作タイミングの「ずれ」などが生ずることがなくなる。
As described above, according to this related art, when an arc discharge occurs and the chamber voltage rises rapidly, the control circuit via the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) starts the shut-off operation quickly. On the other hand, the “extinguishing period” and the “recovery period” are always managed by the general arc sensor (Asen1). Therefore, even if a plurality of arc sensors are provided, the “extinguishing period” and the “recovery period” are kept constant, and there is no occurrence of “shift” in the operation timing.

すなわち、複数のアークセンサを設けた場合、現実には、それぞれのアークセンサの個体差に応じて、検出しきい値に「ばらつき」が生ずることが多い。これに対して、本実施形態によれば、「消弧期間」と「復旧期間」を管理するワンショット・タイマを共通化することにより、動作タイミングを統一することができる。   That is, in the case where a plurality of arc sensors are provided, in reality, there are many cases where “variation” occurs in the detection threshold according to the individual difference of each arc sensor. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to unify the operation timing by sharing the one-shot timer for managing the “extinguishing period” and the “restoring period”.

図3は、通常のアーク放電が発生した時の出力電圧の変化を表すグラフ図である。   FIG. 3 is a graph showing changes in the output voltage when normal arc discharge occurs.

また、図4は、このようなアーク放電が発生した場合の本関連技術の電源の動作を表す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation of the power supply according to the related art when such arc discharge occurs.

すなわち、正常なスパッタ時には、例えば、マイナス750ボルト程度の電圧が出力されている。これに対して、アーク放電が発生すると、電圧は例えばマイナス80ボルト程度にまで急激に上昇(絶対値が低下)する。そして、まず統括アークセンサ(Asen1)の検出しきい値(例えば、マイナス180ボルト)を超え、さらに個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)の検出しきい値(例えば、マイナス150ボルト)を超える。ただし、図3に表したようなアーク放電の場合、電圧の上昇は急激であるため、これらアークセンサによる検知タイミングは、非常に接近している。   That is, during normal sputtering, for example, a voltage of about minus 750 volts is output. On the other hand, when arc discharge occurs, the voltage rapidly increases (absolute value decreases) to, for example, about minus 80 volts. First, it exceeds the detection threshold value (for example, minus 180 volts) of the general arc sensor (Asen1), and further exceeds the detection threshold value (for example, minus 150 volts) of the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30). However, in the case of arc discharge as shown in FIG. 3, since the voltage rises rapidly, the detection timing by these arc sensors is very close.

統括アークセンサ(Asen1)が電圧の低下を検出すると、ワンショット・タイマTMR1を起動させることにより、「消弧期間」の計測が開始される。同時に、フォトカプラ(PC11〜PC32)を介した遮断動作(逆方向電圧の出力)が開始されるが、この時に、フォトカプラの動作には遅延が生ずる。   When the general arc sensor (Asen1) detects a drop in voltage, the one-shot timer TMR1 is started to start measurement of the “arcing period”. At the same time, a cutoff operation (reverse voltage output) via the photocouplers (PC11 to PC32) is started. At this time, a delay occurs in the operation of the photocoupler.

これに対して、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)は、アーク放電を検出するとフォトカプラを介さずに遮断動作を開始する。その結果として、統括アークセンサよりも先に、チャンバに対して迅速に逆方向電圧を印加し、アーク放電を迅速に遮断できる。   On the other hand, the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) start a cut-off operation without passing through the photocoupler when arc discharge is detected. As a result, the reverse voltage can be quickly applied to the chamber prior to the general arc sensor, and the arc discharge can be quickly interrupted.

一方、「消弧期間」と「復旧期間」の管理は、統括アークセンサに接続されたワンショット・タイマTMR1、TMR2により行われるため、これら複数のアークセンサを設けても動作タイミングに「ずれ」が生ずることはない。   On the other hand, the management of the “arcing period” and the “recovery period” is performed by the one-shot timers TMR1 and TMR2 connected to the general arc sensor. Will not occur.

なお、図3に例示したように、チャンバ電圧が急速に上昇(絶対値が低下)するアーク放電は、例えば、アルミニウムをはじめとした各種の金属をスパッタする場合などに生ずることが多い。そして、このようなスパッタは、例えば、20〜30kW程度の大きな電力を投入する場合が多く、アーク放電の被害も大きいので、迅速に消弧することが望まれる。本関連技術によれば、個別アークセンサにより遮断動作を極めて迅速に開始できる点で、特に顕著な効果が得られる。 As illustrated in FIG. 3, arc discharge in which the chamber voltage rapidly increases (absolute value decreases) often occurs, for example, when various metals such as aluminum are sputtered. In such sputtering, for example, large electric power of about 20 to 30 kW is often applied, and arc damage is great, so it is desirable to extinguish the arc quickly. According to the related art , a particularly remarkable effect is obtained in that the interruption operation can be started very quickly by the individual arc sensor.

一方、スパッタ中に電圧が徐々に上昇(電圧の絶対値が徐々に低下)する「異常放電」が生ずることがある。   On the other hand, “abnormal discharge” in which the voltage gradually increases (the absolute value of the voltage gradually decreases) may occur during sputtering.

図5は、異常放電が生じた時の電圧変化を例示するグラフ図である。   FIG. 5 is a graph illustrating a voltage change when an abnormal discharge occurs.

また、図6は、このような異常放電が生じた場合の本関連技術の電源の動作を表す模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the operation of the power supply according to the related art when such abnormal discharge occurs.

例えば、SiOなどをスパッタする場合、図5に例示したように、電圧が徐々に上昇することがある。この上昇の時間は、例えば、20ミリ秒程度と比較的長い場合がある。このような「異常放電」が生じた場合には、まず、統括アークセンサ(Asen1)が電圧の異常を検出し、「消弧期間」の計測を開始させると同時にフォトカプラ(PC11〜PC32)を介した遮断動作を開始する。 For example, when sputtering SiO 2 or the like, the voltage may gradually increase as illustrated in FIG. The rising time may be relatively long, for example, about 20 milliseconds. When such “abnormal discharge” occurs, first, the general arc sensor (Asen1) detects a voltage abnormality and starts measurement of the “arcing period”, and at the same time, the photocouplers (PC11 to PC32) are turned on. The shut-off operation is started.

そして、チャンバ電圧がさらに上昇すると、個別アークセンサ(Asen10、Asen20、Asen30)が電圧の異常を検出し、遮断動作を開始する。しかし、図5に例示したようにチャンバ電圧の上昇速度が小さい場合には、統括アークセンサによる逆電圧の出力のほうが先に開始される。つまり、図3及び図4に表したように電圧が急速に変化する場合とは、動作の順序が逆になる。   When the chamber voltage further rises, the individual arc sensors (Asen10, Asen20, Asen30) detect a voltage abnormality and start an interruption operation. However, when the chamber voltage rise rate is small as illustrated in FIG. 5, the output of the reverse voltage by the general arc sensor is started first. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the order of operations is reversed from the case where the voltage changes rapidly.

一般に、統括アークセンサや個別アークセンサの検出感度には、個体差などに起因する「ばらつき」などが含まれる場合がある。このような場合、図5に例示したように電圧がゆっくり変化すると、それぞれのセンサによる遮断動作のタイミングが大きくずれる虞がある。センサ毎に遮断動作のタイミングが大きくずれると、電源の動作が不安定になる場合もある。   In general, the detection sensitivity of the general arc sensor or the individual arc sensor may include “variation” caused by individual differences. In such a case, as illustrated in FIG. 5, if the voltage changes slowly, the timing of the shut-off operation by each sensor may be greatly shifted. If the timing of the shut-off operation is greatly shifted for each sensor, the operation of the power supply may become unstable.

これに対して、統括アークセンサのほうが個別アークセンサよりも先に異常放電を検知するように検知レベルを設定しておけば、図5に例示したように電圧がゆっくり変化したような場合に、統括アークセンサによる遮断動作を先に実行させることができる。その結果として、センサ毎の動作タイミングのばらつきによる問題を解消することができる。また、このような場合にも、「消弧期間」と「復旧期間」は統括アークセンサにより管理され、動作タイミングに「ずれ」が生ずることはない。   On the other hand, if the detection level is set so that the general arc sensor detects abnormal discharge earlier than the individual arc sensor, the voltage slowly changes as illustrated in FIG. The interruption operation by the general arc sensor can be executed first. As a result, it is possible to solve the problem caused by variations in operation timing for each sensor. In such a case, the “arcing period” and the “recovery period” are managed by the general arc sensor, and there is no “deviation” in the operation timing.

また、図5に例示したような「異常放電」は、SiOなどを、例えば2〜3kW程度の比較的低い投入電力でスパッタする場合に生ずることが多い。従って、このような場合には、フォトカプラの遅延を含んだ遮断動作を用いても放電の被害が比較的少なくて済む。 Further, “abnormal discharge” as illustrated in FIG. 5 often occurs when SiO 2 or the like is sputtered with a relatively low input power of, for example, about 2 to 3 kW. Therefore, in such a case, even if a cut-off operation including a delay of the photocoupler is used, the damage of the discharge can be relatively small.

以上説明したように、本関連技術によれば、フォトカプラを介さない遮断動作を行う個別アークセンサを付加し、さらに、「消弧期間」と「復旧期間」の管理は共通のワンショット・タイマで行うことにより、迅速且つ統一のとれた遮断動作を行う電源を提供することができる。 As described above, according to this related technology , an individual arc sensor that performs a shut-off operation without using a photocoupler is added, and the management of the “extinguishing period” and the “recovery period” is a common one-shot timer. By performing the above, it is possible to provide a power source that performs a quick and unified shut-off operation.

(第2の関連技術
次に、本発明の第2の関連技術として、アーク遮断動作の後に順方向電力を再投入する際に、過電力の投入を防ぐことができる電源について説明する。
(Second related technology )
Next, as a second related technique of the present invention, a power supply capable of preventing the application of overpower when re-applying forward power after an arc interruption operation will be described.

図7は、本関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a main part of a power supply according to the related technology .

また、図8は、本発明者が本関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。図7及び図8については、図1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。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a main part of a power source of a comparative example that was experimentally manufactured by the inventor in the process of reaching the related technology . 7 and 8, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

以下、まず図8に表した比較例の電源について説明する。   Hereinafter, the power source of the comparative example shown in FIG. 8 will be described first.

この電源も、第1の関連技術に関して前述したものと同様に、2つのインバータINV1、INV2からの順方向直流出力をチャンバに出力してスパッタを行うものである。 This power supply also performs sputtering by outputting the forward DC output from the two inverters INV1 and INV2 to the chamber, similar to that described above with respect to the first related technology .

また、出力電力は帰還制御される。すなわち、出力電圧センサ(Vsen)と出力電流センサ(Csen1)とによりそれぞれ出力電圧と出力電流を計測し、これらを積算回路MTLにおいて積算することにより実際の出力電力を得る。そして、この出力電力値と、これとは別に上位の制御装置(図示せず)から入力した設定値(Pset)と、を電力比較回路(Perr)において比較することにより、指令電流値を計算する。そして、この指令電流値と、電流センサ(Csen1)からの計測値とを電流比較回路(Cerr)において比較し、PWM回路(PWM)に入力することによりインバータのPWM(pulsewidth modulation)制御を行う。   The output power is feedback controlled. That is, the output voltage sensor (Vsen) and the output current sensor (Csen1) measure the output voltage and the output current, respectively, and integrate these in the integration circuit MTL to obtain the actual output power. Then, a command current value is calculated by comparing the output power value and a set value (Pset) input from a higher-level control device (not shown) separately from the output power value in a power comparison circuit (Perr). . Then, the command current value and the measured value from the current sensor (Csen1) are compared in the current comparison circuit (Cerr), and input to the PWM circuit (PWM) to perform PWM (pulse width modulation) control of the inverter.

さて、スパッタ中にアーク放電が発生するとチャンバ101の電圧が低下する。アークセンサ(Asen)は、この出力電圧の低下によってアーク放電を検出すると、まず、所定の「消弧期間」の間、以下に説明する動作を実行する。   Now, when arc discharge occurs during sputtering, the voltage of the chamber 101 decreases. When the arc sensor (Asen) detects an arc discharge due to the decrease in the output voltage, first, the arc sensor (Asen) executes an operation described below during a predetermined “extinguishing period”.

すなわち、サンプル・ホールド・スイッチ(S&Hold)を開いて、電力比較回路(Perr)から電流比較回路(Cerr)に至る指令電流値の出力経路を遮断する。すると、その経路に直列に接続されているホールド用コンデンサCHによって、直前の指令電流値が電流比較回路(Cerr)に出力される。   That is, the sample hold switch (S & Hold) is opened, and the output path of the command current value from the power comparison circuit (Perr) to the current comparison circuit (Cerr) is cut off. Then, the previous command current value is output to the current comparison circuit (Cerr) by the holding capacitor CH connected in series with the path.

また、アークセンサは、アーク放電を検出すると、図示しない制御回路によって絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を閉じ、スイッチング素子Q5、Q6を開いて逆電圧源DC2から絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2、チャンバ、逆電圧源DC2の経路で逆方向電圧を出力してチャンバ電流を急速遮断する。   When the arc sensor detects an arc discharge, the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are closed by a control circuit (not shown), the switching elements Q5 and Q6 are opened, and the insulated gate bipolar transistor IGBT1 from the reverse voltage source DC2 is opened. A reverse voltage is output through the path of the IGBT 2, the chamber, and the reverse voltage source DC 2 to quickly cut off the chamber current.

また同時に、ダイオードD1と絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、ダイオードD2と絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT2の閉回路を形成することにより、インダクタL1、L2の電流を保存する。   At the same time, by forming a closed circuit of the diode D1 and the insulated gate bipolar transistor IGBT1, and the diode D2 and the insulated gate bipolar transistor IGBT2, the currents of the inductors L1 and L2 are stored.

以上の動作を「消弧期間」の間、実行した後に、所定の「復旧期間」の間は、アーク検出の有無に係らず絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を開いて順方向電流を出力する。「復旧期間」の後にアーク放電を検出したら、上述した「消弧期間」の動作を繰り返し、アーク放電を検知しなければそのままスパッタ電流を出力する。   After performing the above operation during the “extinguishing period”, the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are opened and the forward current is output during a predetermined “restoration period” regardless of whether or not arc detection is performed. To do. If the arc discharge is detected after the “restoration period”, the operation of the “arc extinguishing period” described above is repeated. If no arc discharge is detected, the sputtering current is output as it is.

インダクタL1、L2の電流は、「消弧期間」が終わるまでの間、コンデンサCHにホールドされたアーク発生直前の指令電流値を目標にして定電流制御される。   The currents of the inductors L1 and L2 are subjected to constant current control with the target current value immediately before the occurrence of arc held in the capacitor CH as a target until the “extinguishing period” ends.

しかし、重大なアーク放電が発生すると、「消弧期間」と「復旧期間」を繰り返しても、放電を完全に消弧するまでに長い時間を要する場合がある。図8に表した回路構成の場合、この間の電流センサ(Csen1)は、「復旧期間」の間しかインダクタの電流を監視できない。また、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2やスイッチング素子Q5、Q6のスイッチング時の過渡応答による電流誤差を含めると、電流センサにおける測定値は、実際のインダクタ電流よりも小さくなる傾向がある。このため、コンデンサCHにホールドされた指令電流値に固定して定電流制御しても、「復旧期間」に流す順方向電流は大きくなる。その結果として、順方向の過電力を投入することにより、「復旧期間」においてアーク放電を再発させることがある。   However, if a serious arc discharge occurs, it may take a long time to completely extinguish the discharge even if the “extinguishing period” and the “recovery period” are repeated. In the case of the circuit configuration shown in FIG. 8, the current sensor (Csen1) during this period can monitor the inductor current only during the “recovery period”. Further, when a current error due to a transient response during switching of the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 and the switching elements Q5 and Q6 is included, the measured value in the current sensor tends to be smaller than the actual inductor current. For this reason, even if the constant current control is performed with the command current value held in the capacitor CH fixed, the forward current flowing during the “recovery period” increases. As a result, arc discharge may reoccur during the “restoration period” by applying forward overpower.

既に形成されているアーク発生点(ホットスポット)へ過電力を投入すると、ホットスポットの温度が急激に上昇し、周囲に飛び散る「スプラッシュ」などのアーク被害が発生しやすい。また、このような被害は、特に、複数の電源を並列接続してスパッタしたり、電源を大電力で運転したりする場合に顕著となる。   When overpower is applied to an arc generation point (hot spot) that has already been formed, the temperature of the hot spot rises rapidly, and arc damage such as “splash” that scatters around is likely to occur. Such damage is particularly noticeable when sputtering is performed by connecting a plurality of power supplies in parallel or when the power supplies are operated with high power.

そこで、本発明者は、本関連技術に至った。 Therefore, the present inventor has reached this related technology .

以下、図7を参照しつつ、本関連技術の電源について詳細に説明する。 Hereinafter, the power supply of the related technology will be described in detail with reference to FIG.

関連技術においては、出力電流センサ(Csen1)とは別に、インダクタ電流センサ(
Csen2)を設ける。出力電流センサ(Csen1)は、アーク遮断時(「消弧期間」)に形成するインダクタ電流の保存のための閉回路と、電源出力端子と、の間に設けられている。また、インダクタ電流センサ(Csen2)は、アーク遮断時のインダクタ電流の保存のための閉回路内であって、且つ電源からの順方向出力時にもインダクタの電流が流れる箇所に設ける。インダクタ電流センサ(Csen2)は、具体的には、インダクタL1またはL2と隣接する箇所に設けることができる。
In this related technology , in addition to the output current sensor (Csen1), the inductor current sensor (
Csen2) is provided. The output current sensor (Csen1) is provided between the closed circuit for storing the inductor current formed at the time of arc interruption ("arc extinction period") and the power supply output terminal. In addition, the inductor current sensor (Csen2) is provided in a closed circuit for storing the inductor current when the arc is interrupted, and at a location where the inductor current flows even during forward output from the power source. Specifically, the inductor current sensor (Csen2) can be provided at a location adjacent to the inductor L1 or L2.

出力電流センサ(Csen1)は、電源を定電力運転し、実際の出力電流をモニタする役割を有する。すなわち、電源は、この出力電流センサ(Csen1) の計測データを元に、出力の定電力制御と実際の電流モニタを行う。   The output current sensor (Csen1) has a role of operating the power source at a constant power and monitoring an actual output current. That is, the power supply performs constant power control of the output and actual current monitoring based on the measurement data of the output current sensor (Csen1).

一方、インダクタ電流センサ(Csen2)は、アーク遮断動作を行う「消弧期間」においても、インダクタ電流を計測する役割を有する。すなわち、電源は、インダクタ電流センサ(Csen2)の計測データに基づいて「消弧期間」を含む動作時の定電流制御を行う。   On the other hand, the inductor current sensor (Csen2) has a role of measuring the inductor current even during the “arc-extinguishing period” in which the arc interruption operation is performed. That is, the power supply performs constant current control during operation including the “extinguishing period” based on the measurement data of the inductor current sensor (Csen2).

なお、図7においては、インダクタ電流センサ(Csen2)をインダクタL1の近傍に設けた具体例を表したが、このインダクタ電流センサ(Csen2)はインダクタL2の近傍に設けてもよい。   7 shows a specific example in which the inductor current sensor (Csen2) is provided in the vicinity of the inductor L1, the inductor current sensor (Csen2) may be provided in the vicinity of the inductor L2.

以下、本関連技術の電源の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the power supply of this related technology will be described.

まず、スパッタ時には、出力電圧センサ(Vsen)による電圧測定値と、出力電流センサ (Csen1)による電流測定値とを掛算(MTL)して出力電力の測定値を得る。そして、図示しない上位の制御装置から入力した設定電力値(Pset)に対して、出力電力の測定値が有する誤差を電力比較回路(Perr)において計算し、出力すべき指令電流値を決定する。   First, at the time of sputtering, a measured value of output power is obtained by multiplying (MTL) the measured voltage value by the output voltage sensor (Vsen) and the measured current value by the output current sensor (Csen1). Then, with respect to the set power value (Pset) input from a higher-level control device (not shown), an error of the output power measurement value is calculated in the power comparison circuit (Perr), and a command current value to be output is determined.

このようにして得られた指令電流値に対して、電流比較回路(Cerr)は、インダクタ電流センサ(Csen2)による電流測定値からの誤差を求め、PWM回路(PWM)がインバータのパルス幅を決定する。   With respect to the command current value thus obtained, the current comparison circuit (Cerr) calculates an error from the current measurement value by the inductor current sensor (Csen2), and the PWM circuit (PWM) determines the pulse width of the inverter. To do.

一方、アーク放電が発生すると、アークセンサ(Asen)は、出力電圧の低下によってアーク放電を検出し、上述したように、「消弧期間」と「復旧期間」とにより管理するアーク遮断動作を開始する。   On the other hand, when an arc discharge occurs, the arc sensor (Asen) detects the arc discharge by a decrease in the output voltage, and starts the arc interruption operation managed by the “extinguishing period” and “recovery period” as described above. To do.

「消弧期間」の間、出力電流センサ(Csen1)は、チャンバに流れる実際の電流を測定して測定電流値として出力し、掛算器(MTL)を通して電力比較回路(Cerr)に電流情報を与える。しかし、電流比較回路(Cerr)に供給される指令電流値は、アーク発生時にコンデンサCHにホールドされたデータであるので変動しない。一方、出力電流センサ(Csen1)により測定したチャンバ電流をモニタ端子(moni)から取り出して、アーク放電の消弧の状態を調べることができる。   During the “arc-extinguishing period”, the output current sensor (Csen1) measures the actual current flowing in the chamber, outputs it as a measured current value, and provides current information to the power comparison circuit (Cerr) through the multiplier (MTL). . However, since the command current value supplied to the current comparison circuit (Cerr) is data held in the capacitor CH when the arc occurs, it does not vary. On the other hand, the chamber current measured by the output current sensor (Csen1) can be taken out from the monitor terminal (moni) to check the arc extinction state of the arc discharge.

これに対して、出力電流センサ(Csen1)は、「消弧期間」の間も、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、ダイオードD1、インダクタL1を含む閉回路に保存されているインダクタ電流の測定を行い、電流比較回路(Cerr)に測定値を入力し、ホールドされた指令電流値との誤差に基づく定電流制御が実行される。インダクタ電流は、「消弧期間」にも保存されるが、何らかの原因でインダクタ電流が変動したら、指令電流値を目標に定電流制御される。従って、「消弧期間」が終了して「復旧期間」が開始された時も、チャンバに対して、過大な電力が投入されるという問題を解消できる。   In contrast, the output current sensor (Csen1) measures the inductor current stored in the closed circuit including the insulated gate bipolar transistor IGBT1, the diode D1, and the inductor L1 even during the “extinguishing period”. Then, a measured value is input to the current comparison circuit (Cerr), and constant current control based on an error from the held command current value is executed. The inductor current is also stored in the “extinguishing period”, but if the inductor current fluctuates for some reason, constant current control is performed with the command current value as a target. Therefore, even when the “extinguishing period” ends and the “restoration period” starts, the problem that excessive electric power is supplied to the chamber can be solved.

アーク放電が消弧すると、「復旧期間」にチャンバ電圧が回復するので、アークセンサ(Asen)によって出力電圧の上昇を確認したら、サンプル・ホールド・スイッチ(S&Hold)を閉じて、電力比較回路(Perr)からの指令電流値を電流比較回路(Cerr)に入力する。電流比較回路(Cerr)は、新たな指令電流値に応じてインダクタL1、L2の電流を制御し、チャンバ101へ出力する。   When the arc discharge is extinguished, the chamber voltage recovers during the “recovery period”. When the increase of the output voltage is confirmed by the arc sensor (Asen), the sample hold switch (S & Hold) is closed and the power comparison circuit (Perr ) Is input to the current comparison circuit (Cerr). The current comparison circuit (Cerr) controls the currents of the inductors L1 and L2 according to the new command current value, and outputs them to the chamber 101.

以上説明したように、本実施形態によれば、スパッタ中のチャンバでアーク放電が生じて電源がアーク遮断動作を実行しいる間でも、インダクタ電流をそれに隣接するインダクタ電流センサ(Csen2)により計測して帰還制御することができる。その結果として、「消弧期間」の間も、インダクタL1、L2を流れる電流をアーク放電の発生前の状態に維持することができ、アーク消弧後に過電力を投入することによるアーク放電の再発を解消できる。   As described above, according to the present embodiment, the inductor current is measured by the inductor current sensor (Csen2) adjacent thereto even while arc discharge occurs in the sputtering chamber and the power source performs the arc cutoff operation. Feedback control. As a result, the current flowing through the inductors L1 and L2 can be maintained in the state before the occurrence of the arc discharge even during the “extinguishing period”, and the reoccurrence of the arc discharge due to the application of overpower after the arc is extinguished. Can be eliminated.

図9は、本関連技術かかる変形例の電源を表す模式図である。同図についても、図1乃至図8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。 Figure 9 is a schematic view showing a power variation according to the related art. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本変形例においては、インダクタ電流を個別に保存するための閉回路が省略されている。すなわち、図7と比較すると分かるように、ダイオードD1、D2を含む経路が省略され、またスイッチング素子Q5、Q6も省略されている。   In this modification, the closed circuit for individually storing the inductor current is omitted. That is, as can be seen from comparison with FIG. 7, the path including the diodes D1 and D2 is omitted, and the switching elements Q5 and Q6 are also omitted.

この電源の場合、「消弧期間」においては、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を閉じることにより、逆電圧源DC2からチャンバに対して逆方向電圧を印加すると同時に、インダクタL1を流れている電流は、インダクタL1、整流器DB1、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1を含む回路において保存され、インダクタL2を流れている電流も、インダクタL2、整流器DB2、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT2を含む回路において保存される。   In the case of this power source, during the “extinguishing period”, the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 are closed to apply a reverse voltage from the reverse voltage source DC2 to the chamber and simultaneously flow through the inductor L1. The current is stored in a circuit including the inductor L1, the rectifier DB1, and the insulated gate bipolar transistor IGBT1, and the current flowing through the inductor L2 is also stored in the circuit including the inductor L2, the rectifier DB2, and the insulated gate bipolar transistor IGBT2. Is done.

そして、この「消弧期間」中においても、インダクタ電流センサ(Csen2)によって実際のインダクタ電流を計測し、帰還制御することにより、「復旧期間」に適正な順方向電力を投入することができる。すなわち、過大な電力を再投入することによるアーク放電の再発を解消することができる。   Even during the “extinguishing period”, the actual inductor current is measured by the inductor current sensor (Csen2), and feedback control is performed, whereby appropriate forward power can be input during the “recovery period”. In other words, it is possible to eliminate the recurrence of arc discharge due to excessive input of electric power again.

(第3の関連技術
次に、本発明の第3の関連技術として、第2の関連技術のように、出力電流センサとインダクタ電流センサとを設けた電源において、「地絡事故」すなわちグラウンドに対して短絡などが生じた場合にも対処できる改良を施した電源について説明する。
(Third related technology )
Next, as a third related technique of the present invention, as in the second related technique , in a power source provided with an output current sensor and an inductor current sensor, a “ground fault”, that is, a short circuit to the ground occurs. An explanation will be given of a power supply that has been improved so that it can cope with the situation.

図10は、本関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。 FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a main part of a power supply according to the related technology .

また、図11は、本発明者が本関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。図10及び図11についても、図1乃至図9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。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a main part of a power source of a comparative example that was experimentally manufactured by the inventor in the process of reaching the related technology . Also in FIGS. 10 and 11, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

以下、まず図11に表した比較例の電源について説明する。   Hereinafter, the power source of the comparative example shown in FIG. 11 will be described first.

この電源は、図7および図9に表したように、出力電流センサ(Csen1)と、インダクタ電流センサ(Csen2)とを備え、第2実施形態に関して前述したように、「消弧期間」の間でも、インダクタ電流センサ(Csen2)によってインダクタ電流を帰還制御することができる。なお、同図においては、サンプル・ホールド・スイッチ(S&Hold)や、ホールド用コンデンサCHなどは便宜上、省略した。   As shown in FIGS. 7 and 9, this power source includes an output current sensor (Csen1) and an inductor current sensor (Csen2). As described above with reference to the second embodiment, However, the inductor current can be feedback controlled by the inductor current sensor (Csen2). In the figure, the sample hold switch (S & Hold), the hold capacitor CH, and the like are omitted for the sake of convenience.

さて、この電源の場合、通常の順方向出力時には、出力電圧センサ(Vsen)と出力端子正極の出力電流センサ(Csen1)の観測値の積を積算回路(MTL)に演算することにより出力電力を得る。そして、この出力電力と、上位の制御装置(図示せず)からの電力指令値(Pset)を電力比較回路(Perr)で比較することにより、指令電流値(Cset)を求め、これに対してインダクタ電流センサ(Csen2)の観測値が一致するようにPWM回路(PWM)を介してインバータをPWM制御する。   In the case of this power source, during normal forward output, the output power is calculated by calculating the product of the observed values of the output voltage sensor (Vsen) and the output current sensor (Csen1) of the output terminal positive electrode in the integrating circuit (MTL). obtain. A command current value (Cset) is obtained by comparing the output power with a power command value (Pset) from a higher-level control device (not shown) by a power comparison circuit (Perr). The inverter is PWM controlled via the PWM circuit (PWM) so that the observed values of the inductor current sensor (Csen2) match.

ところが、電源の出力は高電圧(例えば、1500ボルトあるいはそれ以上)であり、電源内部の高圧部などでは、図11に矢印GSで例示したような「地絡事故」が発生することもあり得る。つまり、電源の高電圧部と、その近傍の接地電位部分との間で「気中アーク放電」などによる短絡が生ずることがあり得る。   However, the output of the power supply is a high voltage (for example, 1500 volts or more), and a “ground fault” as exemplified by the arrow GS in FIG. . That is, a short circuit due to “air arc discharge” or the like may occur between the high voltage portion of the power supply and the ground potential portion in the vicinity thereof.

このような「地絡事故」が生ずると、短絡点(矢印GS)からインダクタ電流センサ(Csen2)と出力電流センサ(Csen1)を介して、チャンバ101の接地電位に至る短絡電流が流れる。この短絡電流は、2つの電流センサを流れるので、これらの差分などを演算しても、その判定ができない。しかも、スパッタの負荷は通常は定電圧特性を有し、そこを流れる順方向電流が減少しても電圧が維持されるので、電圧の変化としても検出できない。   When such a “ground fault” occurs, a short-circuit current from the short-circuit point (arrow GS) to the ground potential of the chamber 101 flows through the inductor current sensor (Csen2) and the output current sensor (Csen1). Since this short-circuit current flows through the two current sensors, it cannot be determined even if the difference between them is calculated. In addition, the sputtering load usually has a constant voltage characteristic, and the voltage is maintained even if the forward current flowing therethrough decreases, so that it cannot be detected as a voltage change.

つまり、図11に表した電源の場合、このような「地絡事故」による短絡電流が流れても、それを検出することができず、異常を認識できないまま正極Pの電流を一定に制御しようとする。すると、地絡事故が生じた短絡箇所(GS)においては電流が連続するため、気中アーク放電が維持され、部品の破損などが生ずることもあり得る。   That is, in the case of the power source shown in FIG. 11, even if a short-circuit current due to such a “ground fault” flows, it cannot be detected, and the current of the positive electrode P is controlled to be constant without recognizing an abnormality. And Then, since the current continues at the short-circuit portion (GS) where the ground fault has occurred, air arc discharge is maintained, and parts may be damaged.

本発明者は、かかる課題の認識に基づいて本関連技術に至った。 The present inventor has arrived at the related art based on recognition of such a problem.

すなわち、本関連技術においては、まず、図10に表したように、出力電流センサ(Csen1)を負極側の出力端子とアーク遮断用の絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBTとの間であって、さらにはこの出力端子と逆方向アーク防止用ダイオードDA1の間に設ける。 That is, in this related technique , first, as shown in FIG. 10, the output current sensor (Csen1) is disposed between the negative output terminal and the arc-blocking insulated gate bipolar transistor IGBT. Is provided between this output terminal and the reverse arc preventing diode DA1.

これは、地絡事故が起き易い高電圧箇所は、電源の負極の出力(N端子)側であり、さらには電流平滑前の整流器の出力部分だからである。地絡事故の発生時は、多くの場合、ここから短絡電流が流入するので、短絡電流が出力電流センサ(Csen1)を流れないようにするため、この整流器(DB2)よりも負荷側(N端子側)に出力電流センサ(Csen1)を設ける。   This is because the high voltage portion where a ground fault is likely to occur is on the output (N terminal) side of the negative electrode of the power source, and further, is the output portion of the rectifier before current smoothing. When a ground fault occurs, a short-circuit current often flows from here, so that the short-circuit current does not flow through the output current sensor (Csen1). Output current sensor (Csen1).

一方、インダクタ電流センサ(Csen2)には、短絡電流が流れるようにするため、この整流器(DB2)より接地側(P端子側)に設置する。つまり、インダクタ電流センサ(Csen2)は、正極側の出力端子(P端子)とそれに一番近いインダクタL1との間に設ける。さらには、「消弧期間」においてもインダクタ電流を計測できるように、アーク遮断用の絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBTが閉じた時に形成される閉回路の中にインダクタ電流センサ(Csen2)を設ける。   On the other hand, the inductor current sensor (Csen2) is installed on the ground side (P terminal side) from the rectifier (DB2) so that a short-circuit current flows. That is, the inductor current sensor (Csen2) is provided between the positive output terminal (P terminal) and the closest inductor L1. Further, an inductor current sensor (Csen2) is provided in a closed circuit formed when the insulated gate bipolar transistor IGBT for interrupting the arc is closed so that the inductor current can be measured even during the “extinguishing period”.

このように、各電流センサを配置した上で、これら電流センサ(Csen1、Csen2)の計測値が一致しない時は、「地絡事故」と判定する。具体的には、例えば、これら2つの電流センサの出力側において、抵抗分圧回路を設けてレベルが90%の信号を用意する。そして、コンパレータCMP1、CMP2に各電流センサ(Csen1、Csen2)の出力信号を入力し、それぞれが他方の90%を超過することをアンド・ゲートにより確認する。   As described above, when the current sensors are arranged and the measured values of the current sensors (Csen1, Csen2) do not match, it is determined as a “ground fault”. Specifically, for example, a resistance voltage dividing circuit is provided on the output side of these two current sensors to prepare a signal having a level of 90%. Then, the output signals of the current sensors (Csen1, Csen2) are input to the comparators CMP1, CMP2, and it is confirmed by AND gate that each exceeds 90% of the other.

ただし、アーク放電が発生して消弧動作をすると、出力電流は遮断されるがインダクタ電流は保存され、これら電流値が異なる。そこで、コンパレータCMP1、CMP2を用いた上記判定において、消弧動作の状態を除外するため、「消弧期間」中およびその後の所定の時間は、これら電流センサの比較を無効にする必要がある。このため、アークセンサ(Asen)からの出力信号をマルチトリガのタイマ回路(TMR)に入力し、タイマの出力中である「消弧期間」およびその後の所定時間は、コンパレータCMP1、CMP2による確認結果をマスクする。   However, when arc discharge occurs and arc extinguishing operation is performed, the output current is cut off, but the inductor current is preserved, and these current values are different. Therefore, in the determination using the comparators CMP1 and CMP2, in order to exclude the state of the arc extinguishing operation, it is necessary to invalidate the comparison of these current sensors during the “extinguishing period” and for a predetermined time thereafter. For this reason, the output signal from the arc sensor (Asen) is input to the multi-trigger timer circuit (TMR), and the “extinguishing period” during the output of the timer and the predetermined time thereafter are confirmed by the comparators CMP1 and CMP2. Mask.

一方、マスクされない状態において、コンパレータCMP1、CMP2による上記の確認が得られない場合は、「地絡事故」と判断し、必要に応じてタイマ回路(TMR)を介して、電源の運転信号(RUN)を遮断することにより、電源を停止する。   On the other hand, if the above-mentioned confirmation by the comparators CMP1 and CMP2 is not obtained in the unmasked state, it is determined that there is a “ground fault” and, if necessary, the operation signal (RUN) of the power supply is passed through the timer circuit (TMR). ) Is turned off.

このように、「地絡事故」を検出した場合には、例えば、所定時間の間、電源の運転を停止して、運転モニタに異常を表示するなどの処理を実行させることができる。   As described above, when the “ground fault” is detected, for example, the operation of the power supply can be stopped for a predetermined time and an abnormality can be displayed on the operation monitor.

またこのとき、電源の運転を管理する上位の制御装置(図示せず)は、「地絡事故」による電源の停止動作が頻発するような場合には、電源の運転信号を停止するようにしてもよい。   At this time, the upper control device (not shown) that manages the operation of the power supply should stop the operation signal of the power supply when the operation of stopping the power supply due to the “ground fault” occurs frequently. Also good.

また一方、このような電源を複数台設け、並列接続してスパッタ装置に電力を出力するような場合がある。   On the other hand, there are cases where a plurality of such power supplies are provided and connected in parallel to output power to the sputtering apparatus.

図12は、このように複数の電源110を並列接続したスパッタシステムを表す模式図である。このような場合にも、電源110のそれぞれにおいて出力電流センサ(Csen1)とインダクタ電流センサ(Csen2)とによる計測値を比較して「地絡事故」を判定することができる。また、電源110のそれぞれにおいてインダクタ電流センサ(Csen2)による計測を行い、この合計値と、別途設けた外部電流センサによって計測した各電源110からの出力電流の合計値とを比較してもよい。   FIG. 12 is a schematic diagram showing a sputtering system in which a plurality of power supplies 110 are connected in parallel as described above. Even in such a case, the “ground fault” can be determined by comparing the measured values of the output current sensor (Csen1) and the inductor current sensor (Csen2) in each of the power supplies 110. Alternatively, measurement may be performed by the inductor current sensor (Csen2) in each power source 110, and the total value may be compared with the total value of output current from each power source 110 measured by an external current sensor provided separately.

以下、本関連技術の電源の動作について、具体例を挙げつつ説明する。すなわち、500ボルト、2アンペアで運転中に、矢印GSの「地絡事故」が発生した場合の動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the power supply of the related technology will be described with specific examples. That is, the operation when the “ground fault accident” of the arrow GS occurs during operation at 500 volts and 2 amps will be described.

まず、スパッタ時には、2つのインバータINV1、INV2の出力をそれぞれダイオードブリッジで整流し、かつそれぞれをインダクタL1、L2で平滑して出力端子P、Nを経て負荷へ供給し、負荷の正極は接地する。   First, at the time of sputtering, the outputs of the two inverters INV1 and INV2 are rectified by diode bridges, smoothed by the inductors L1 and L2, respectively, and supplied to the load via the output terminals P and N, and the positive electrode of the load is grounded. .

出力電圧を電圧センサ(Vsen)で、出力電流を電流センサ(Csen1)で計測して、指令電力が得られるための電流値(Cset)を計算し、インダクタ電流センサ(Csen2)の計測結果が、この電流値になるようにインバータの運転を調整する。   The output voltage is measured with the voltage sensor (Vsen), the output current is measured with the current sensor (Csen1), the current value (Cset) for obtaining the command power is calculated, and the measurement result of the inductor current sensor (Csen2) is The operation of the inverter is adjusted so that this current value is obtained.

そして、「地絡事故」が発生すると、事故点(GS)から流入した電流は整流器DB2、インダクタL1、電流センサ(Csen2)、整流器DB1、P端子、を経て負荷においてアースに戻る。よって、出力電流センサ(Csen1)は負荷を流れる電流2アンペアを計測するが、インダクタ電流センサ(Csen2)は負荷電流2アンペアと、インバータの1次側で過電流にならない限界の短絡電流(例えば、約20アンペア)を合わせた22アンペアを計測する。なお、インバータの1次側の限界を超えた場合は、「過電流」として電源が停止するようにすることができる。   When a “ground fault” occurs, the current flowing from the fault point (GS) returns to the ground at the load via the rectifier DB2, the inductor L1, the current sensor (Csen2), the rectifier DB1, and the P terminal. Therefore, the output current sensor (Csen1) measures the current of 2 amperes flowing through the load, while the inductor current sensor (Csen2) has the load current of 2 amperes and a short circuit current that is not overcurrent on the primary side of the inverter (for example, Measure 22 amps, about 20 amps). When the limit on the primary side of the inverter is exceeded, the power supply can be stopped as “overcurrent”.

この場合、出力電流センサ(Csen1)の計測値は、インダクタ電流センサ(Csen2)の90%である19.8アンペアよりも小さいので「異常」と判定され、PWM回路(PWM)の運転信号(RUN)を遮断して電源が停止し、運転モニタ(図示せず)を切るなどの処理を実行する。   In this case, since the measured value of the output current sensor (Csen1) is smaller than 19.8 amperes which is 90% of the inductor current sensor (Csen2), it is determined as “abnormal”, and the operation signal (RUN) of the PWM circuit (PWM) is determined. ) Is cut off, the power supply is stopped, and the operation monitor (not shown) is turned off.

その後、所定の時間の経過の後に、電源を復帰させてもよい。すなわち、タイマ回路(TMR)により管理される停止時間が終了すると、電源の運転を再開するようにすることができる。この時点で、「地絡事故」が解除されていれば点火動作からスパッタを再開するが、「地絡事故」が継続していれば、上述した動作により、再度電源を停止する。   Thereafter, the power supply may be restored after a predetermined time has elapsed. That is, when the stop time managed by the timer circuit (TMR) ends, the operation of the power supply can be resumed. At this time, if the “ground fault accident” is cancelled, the sputtering is resumed from the ignition operation. If the “ground fault accident” continues, the power supply is stopped again by the above-described operation.

また一方、「地絡事故」が頻発するような場合には、電源の自動復帰を停止してもよい。例えば、電源に対して上位の制御装置(図示せず)が電源の運転モニタを監視し、「地絡事故」による停止が頻発する時は、自動復帰不能な異常状態と判断して、運転信号(RUN)を止めて装置を停止させ、必要に応じてオペレータなどにアラームを出すようにしてもよい。このようにすれば、「地絡事故」の被害をより低減し、原因を迅速に取り除くことができる。   On the other hand, when the “ground faults” frequently occur, the automatic power supply recovery may be stopped. For example, a control device (not shown) for the power supply monitors the operation monitor of the power supply, and when frequent stoppages due to “ground faults” occur, it is determined that the abnormal state cannot be automatically restored, and the operation signal (RUN) may be stopped to stop the apparatus, and an alarm may be issued to an operator or the like as necessary. In this way, the damage of the “ground fault” can be further reduced and the cause can be quickly removed.

以上説明したように、本関連技術によれば、電源内部の高電圧部分で「地絡事故」が発生し、過大な短絡電流が流れると、2つの電流センサの計測値が異なるので、迅速かつ正確に検知することができる。つまり、短絡電流が、インバータの過電流とはならない範囲であっても、「異常」を検出し、電源を停止することができる。その結果として、「地絡事故」による部品の破損や、生産プロセスの停止、不良品の形成などの問題を防ぐことが可能となる。 As described above, according to this related technique, when a “ground fault” occurs in the high voltage portion inside the power supply and an excessive short circuit current flows, the measured values of the two current sensors are different. It can be detected accurately. That is, even if the short-circuit current is within a range that does not become an overcurrent of the inverter, “abnormality” can be detected and the power supply can be stopped. As a result, it is possible to prevent problems such as damage to parts due to a “ground fault”, stop of the production process, and formation of defective products.

(第の実施の形態)
次に、本発明の第の実施の形態として、プラズマの点火時や、アーク放電が発生した時に、過電流を投入することを防ぐことができる電源について説明する。
(First Embodiment)
Next, as a first embodiment of the present invention, a power supply capable of preventing an overcurrent from being applied when plasma is ignited or when arc discharge occurs will be described.

図13は、本実施形態にかかる電源の要部を表す模式図である。   FIG. 13 is a schematic diagram showing the main part of the power supply according to the present embodiment.

また、図14は、本発明者が本実施形態に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。図13及び図14についても、図1乃至図12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。   FIG. 14 is a schematic diagram showing a main part of a power source of a comparative example that was experimentally manufactured by the inventors in the course of reaching the present embodiment. Also in FIGS. 13 and 14, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

以下、まず図14に表した比較例の電源について説明する。   Hereinafter, the power source of the comparative example shown in FIG. 14 will be described first.

このような電源は、例えば、上位の制御装置(図示せず)によって、電源が出力する電力と処理時間とを管理され、運転指令(RUN)と電力指令値(Pset)とを入力する。これらの制御信号を入力した電源は、インバータを起動して整流したインバータ電流をインダクタで平滑して出力する。   Such a power source is managed, for example, by a host control device (not shown), and the power output from the power source and the processing time are managed, and an operation command (RUN) and a power command value (Pset) are input. The power supply to which these control signals are input smoothes and outputs the inverter current rectified by starting the inverter with an inductor.

インバータの制御回路は、電力比較回路(Perr)によって出力電力の誤差積分演算を開始するが、電源の起動時は指令電流値(Cset)がゼロから上昇する。ただし、後段の増幅率が高いので、出力電圧はプラズマの点火電圧まで一気に上昇する。   The inverter control circuit starts the error integration calculation of the output power by the power comparison circuit (Perr), but the command current value (Cset) increases from zero when the power supply is started. However, since the amplification factor in the subsequent stage is high, the output voltage rises at a stretch to the plasma ignition voltage.

プラズマが点火するまでの間は、出力電圧が上昇しても出力電流がゼロなので、指令電流値(Cset)は時間経過とともに大きくなる。   Until the plasma is ignited, the output current is zero even if the output voltage rises, so the command current value (Cset) increases with time.

一方、プラズマが点火すると、負荷に電流が流れる。すると、電圧センサ(Vsen)および出力電流センサ(Csen1)とによりそれぞれ計測した出力電圧と出力電流に応じて計算(MTL)した出力電力と、指令電力との誤差を電力比較回路(Perr)で積分して指令電流値(Cset)を定める。電流比較回路(Cerr)では、電流センサ(Csen2)により計測したインダクタ電流と指令電流(Cset)との誤差に比例してインバータをPWM制御する。   On the other hand, when the plasma is ignited, a current flows through the load. Then, an error between the output power calculated (MTL) according to the output voltage and the output current measured by the voltage sensor (Vsen) and the output current sensor (Csen1) and the command power is integrated by the power comparison circuit (Perr). To determine the command current value (Cset). The current comparison circuit (Cerr) PWM-controls the inverter in proportion to the error between the inductor current measured by the current sensor (Csen2) and the command current (Cset).

一方、スパッタ中にアーク放電が発生し、チャンバの電圧低下を出力電圧の低下として検知した電源は、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2を閉じ、スイッチング素子Q5、Q6を開いて逆電圧源DC2から逆電圧を出力し、規定した「消弧期間」の間、出力電流を遮断する。   On the other hand, a power source in which an arc discharge is generated during sputtering and a chamber voltage drop is detected as a drop in output voltage closes the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 and opens the switching elements Q5 and Q6 to open the reverse voltage source DC2. The reverse voltage is output from and the output current is cut off during the specified “extinguishing period”.

なお、アーク放電中は遮断動作のため出力電力がほとんど無く、指令値(Pset)との誤差が大きくなるので指令電流値(Cset)が大きくなる。これは電流遮断とは反対の動作指令となっしまう。そのため、例えば、図7に例示したようなサンプル・ホールド・スイッチ(S&Hold)とホールド用コンデンサCHなどを設けて、指令電流値(Cset)の保持や調節を行う必要がある。   During arc discharge, there is almost no output power because of the interruption operation, and the error from the command value (Pset) increases, so the command current value (Cset) increases. This is an operation command opposite to the current interruption. Therefore, for example, it is necessary to provide a sample hold switch (S & Hold) and a hold capacitor CH as illustrated in FIG. 7 to hold and adjust the command current value (Cset).

ところが、図14に表した電源の場合、プラズマの点火までの待ち時間が長いと、点火時の指令電流値(Cset)が大きくなり、オーバーシュート状態になることがある。その結果として、点火時に、過大な電流を投入することがある。   However, in the case of the power source shown in FIG. 14, if the waiting time until the plasma ignition is long, the command current value (Cset) at the time of ignition becomes large and an overshoot state may occur. As a result, an excessive current may be input during ignition.

また、アーク放電が発生した時は、出力電圧の降下により増加した電流を測定してから電流制御により出力電流が抑制されるが、インダクタ電流の応答は遅いために、その電流の抑制動作が遅れる場合がある。その結果として、アーク放電が発生した初期の大きな瞬間電流を抑制できず、アーク被害が拡大することがある。   In addition, when arc discharge occurs, the output current is suppressed by current control after measuring the increased current due to the drop in the output voltage, but the current suppression operation is delayed because the response of the inductor current is slow. There is a case. As a result, the initial large instantaneous current at which arc discharge occurs cannot be suppressed, and arc damage may increase.

本発明者は、かかる課題の認識に基づいて本実施形態に至った。   The present inventor has reached the present embodiment based on the recognition of the problem.

すなわち、本実施形態においては、図13に例示したように、除算回路(DIV)を設け、(指令電力値÷出力電圧)を計算して出力すべき電流値を演算する。また、除算回路(DIV)に入力する出力電圧は、電圧センサ(Vsen1)の計測データであるが、リミッタ(limit)を設けることによって、正常放電の最低電圧を制限値とする。正常放電の最低電圧値、すなわち制限値は、例えばマイナス150ボルトとすることができる。   That is, in this embodiment, as illustrated in FIG. 13, a division circuit (DIV) is provided, and (command power value ÷ output voltage) is calculated to calculate a current value to be output. The output voltage input to the divider circuit (DIV) is the measurement data of the voltage sensor (Vsen1). By providing a limiter (limit), the minimum voltage for normal discharge is set as the limit value. The minimum voltage value of normal discharge, that is, the limit value can be set to, for example, minus 150 volts.

そして、このようにして得られた出力すべき電流値に対して、出力電流センサ(Csen1)が測定した電流の誤差を電流比較回路(Cerr1)において演算する。電流比較回路(Cerr1)の出力は、積分動作を停止するスイッチSWに接続する。このスイッチSWが閉じている状態では積分動作はされず、開いている状態において積分動作が実行される。従って、このスイッチSWを出力電流センサ(Csen1)とコンパレータ(Cmp)により制御することにより、出力電流が所定値以上の時だけ積分動作するように制御することができる。   Then, an error of the current measured by the output current sensor (Csen1) is calculated in the current comparison circuit (Cerr1) with respect to the current value to be output thus obtained. The output of the current comparison circuit (Cerr1) is connected to a switch SW that stops the integration operation. The integration operation is not performed when the switch SW is closed, and the integration operation is performed when the switch SW is open. Therefore, by controlling the switch SW with the output current sensor (Csen1) and the comparator (Cmp), it is possible to control so that the integration operation is performed only when the output current is equal to or greater than a predetermined value.

スイッチSWを動作させるためのしきい値、すなわち積分動作させるか否かの判断値は、例えば、出力電流が出力すべき電流の半分(1/2)とすることができる。   The threshold value for operating the switch SW, that is, the judgment value as to whether or not to perform the integration operation, can be, for example, half (1/2) of the current that the output current should be output.

以上説明した構成によれば、電力制御に際して、スパッタの開始から誤差の積分を始めることができる。そして、スパッタの開始の判断は、出力電流センサ(Csen1)による測定値が所定値に上昇したことにより判断できる。   According to the configuration described above, error integration can be started from the start of sputtering during power control. The determination of the start of sputtering can be made by the fact that the measured value by the output current sensor (Csen1) has increased to a predetermined value.

そして、この積分を実行しない時間帯は、(出力すべき電流値=指令電力値÷出力電圧)を電流指令値とすることができる。   In a time zone during which this integration is not executed, (current value to be output = command power value ÷ output voltage) can be set as a current command value.

一方、本実施形態においては、出力電圧の帰還制御回路を設けることにより、電圧降下時にインバータの出力を絞ることができる。すなわち、図13に表したように、インダクタL1の電圧を測定するインダクタ電圧センサ(Vsen2)を設ける。また、インダクタの指令電流値(Cset)と、インダクタ電流センサ(Csen2)の出力とを電流比較回路(Cerr2)において比較することにより、インダクタL1に印加される電圧を計算する。そして、この計算値と、インダクタ電圧センサ(Vsen2)の出力と、を電圧比較回路(Verr)において比較して、その出力によりPWM回路(PWM)を介してインバータのPWM制御を実行する。このようにすれば、出力電圧の帰還制御が可能となり、インダクタの電圧が降下した時にインバータの出力を絞ることができる。   On the other hand, in the present embodiment, by providing an output voltage feedback control circuit, the output of the inverter can be narrowed down when the voltage drops. That is, as shown in FIG. 13, an inductor voltage sensor (Vsen2) for measuring the voltage of the inductor L1 is provided. Further, the voltage applied to the inductor L1 is calculated by comparing the command current value (Cset) of the inductor with the output of the inductor current sensor (Csen2) in the current comparison circuit (Cerr2). Then, the calculated value is compared with the output of the inductor voltage sensor (Vsen2) in the voltage comparison circuit (Verr), and the PWM control of the inverter is executed by the output via the PWM circuit (PWM). In this way, feedback control of the output voltage becomes possible, and the output of the inverter can be reduced when the inductor voltage drops.

以下、本実施形態の電源の動作について具体例を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, the operation of the power supply of the present embodiment will be described in detail with reference to specific examples.

まず、起動の際には、運転する指令電力値(Pset)を入力するが、出力電圧がゼロであり、正常放電の最低電圧値、すなわち制限値のマイナス150ボルトで電流を計算する。例えば、出力電力が300ワットの設定の場合には、2アンペアが指令電流値(Cset)のスタート値となる。インダクタ電流、インダクタ電圧ともにゼロだが、運転信号(RUN)が入るまでは、トランジスタQ1〜Q4は動作しない。   First, at the time of start-up, the command power value (Pset) to be operated is input, but the output voltage is zero, and the current is calculated with the lowest normal discharge voltage value, that is, the limit value minus 150 volts. For example, when the output power is set to 300 watts, 2 amperes becomes the start value of the command current value (Cset). Although both the inductor current and the inductor voltage are zero, the transistors Q1 to Q4 do not operate until the operation signal (RUN) is input.

そして、上位の制御装置から運転信号(RUN)が入るとインバータが起動する。プラズマの点火までは、インダクタ電流が無く、インダクタ電圧も無い。よって別途制限する点火電圧まで出力電圧が上昇する。   When the operation signal (RUN) is input from the host control device, the inverter is activated. There is no inductor current and no inductor voltage until plasma ignition. Therefore, the output voltage rises to an ignition voltage that is separately limited.

チャンバ101内でグロー放電が始まると、出力電流(=インダクタ電流)が流れ始め、出力電圧が上昇する。出力電圧がマイナス400ボルトの場合、出力すべき電流は0.75アンペアとなり、出力電流がその1/2の0.375アンペアに達すると、スイッチSWが開かれて電流誤差の積分を開始する。   When glow discharge starts in the chamber 101, an output current (= inductor current) starts to flow, and the output voltage rises. When the output voltage is minus 400 volts, the current to be output is 0.75 ampere, and when the output current reaches 0.375 ampere, which is half of that, the switch SW is opened and integration of the current error is started.

指令電流値よりインダクタ電流が小さければ、インダクタ電圧が正になるようにPWM回路(PWM)が動作し、逆に大きければインダクタ電圧が負になるようにPWM回路(PWM)がインバータを制御する。   If the inductor current is smaller than the command current value, the PWM circuit (PWM) operates so that the inductor voltage becomes positive, and if the inductor current is larger, the PWM circuit (PWM) controls the inverter so that the inductor voltage becomes negative.

一方、アーク放電が発生した場合には、以下の動作が実行される。   On the other hand, when arc discharge occurs, the following operation is performed.

すなわち、チャンバ101内でアーク放電が始まると出力電圧が降下する。すると、電源はアークセンサ(図示せず)によってこれを検知し、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタIGBT1、IGBT2をONして逆電圧を出力する。同時に、インダクタ電圧が正になりPWM回路(PWM)への入力が急減するので、インバータは一瞬停止して、電流の上昇を防止する。その後、アーク遮断を終えてスパッタを再開すると、出力すべき電流とインダクタ電流を比較して、インダクタに必要な電圧をインバータが出力する。   That is, when arc discharge starts in the chamber 101, the output voltage drops. Then, the power source detects this by an arc sensor (not shown), and turns on the insulated gate bipolar transistors IGBT1 and IGBT2 to output a reverse voltage. At the same time, since the inductor voltage becomes positive and the input to the PWM circuit (PWM) decreases rapidly, the inverter stops for a moment to prevent an increase in current. Thereafter, when the arc interruption is finished and the sputtering is resumed, the current to be outputted is compared with the inductor current, and the inverter outputs the voltage necessary for the inductor.

以上説明したように、本実施形態によれば、プラズマ点火後の目標電流値が点火までの放電待ち時間によらず、設定電力と出力電圧に依存して決定される。従って、点火までに時間を要したような場合でも、オーバーシュート無しに電流制御を開始できる。   As described above, according to the present embodiment, the target current value after plasma ignition is determined depending on the set power and the output voltage regardless of the discharge waiting time until ignition. Therefore, even when it takes time to ignite, current control can be started without overshoot.

また、本実施形態によれば、アーク放電が始まった時、インダクタ電流の増加を待たず、インダクタ電圧センサ(Vsen2)によってインダクタ電圧の降下を検出して直ちにインバータのデューティー比を絞ることができる。その結果として、過電流によるアーク被害を抑制できる。   In addition, according to the present embodiment, when arc discharge starts, the inductor voltage sensor (Vsen2) can detect the drop in the inductor voltage and immediately reduce the duty ratio of the inverter without waiting for the inductor current to increase. As a result, arc damage due to overcurrent can be suppressed.

(第の実施の形態)
次に、本発明の第の実施の形態として、第1実施の形態に関して前述した止回路を有するマグネトロン用の電源システムについて説明する。すなわち、マグネトロンに順方向電力を供給して発振動作を生じさせ、何らかの原因により、突発的な短絡電流が生じた場合にも、上述した充電動作により充電された逆バイアス電圧源から逆電圧を印加して、迅速に電流を遮断することができる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention, the power supply system for a magnetron having a stop circuit described above for the first embodiment will be described. That is, a forward power is supplied to the magnetron to cause an oscillation operation, and a reverse voltage is applied from the reverse bias voltage source charged by the above-described charging operation even when a sudden short-circuit current occurs due to any cause. Thus, the current can be cut off quickly.

図15は、本発明の電源をマグネトロンの発振に用いた構成を例示する概念図である。すなわち、同図は、マグネトロンを用いたマイクロ波発生システムを表す。   FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which the power supply of the present invention is used for magnetron oscillation. That is, this figure represents a microwave generation system using a magnetron.

このシステムの電源110は、所定の直流高電圧をマグネトロン200に印加して発振させる。この電源110として、図1乃至図14に関して前述した本発明の電源を用いることができる。マグネトロン200の発振により生じたマイクロ波電力は、導波管を伝送路としてアイソレータ310、マイクロ波センサ320、マイクロ波整合器340を介して、負荷500に供給される。また、センサ320からはフィードバック信号FSが、電源110のインバータに与えられ、マイクロ波の出力電力の制御が行われる。   The power supply 110 of this system applies a predetermined high DC voltage to the magnetron 200 to oscillate it. As the power source 110, the power source of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 14 can be used. The microwave power generated by the oscillation of the magnetron 200 is supplied to the load 500 through the isolator 310, the microwave sensor 320, and the microwave matching unit 340 using the waveguide as a transmission path. Further, a feedback signal FS is supplied from the sensor 320 to the inverter of the power source 110, and the output power of the microwave is controlled.

このようなシステムの場合にも、電源110からマグネトロン200に順方向電力を供給して発振動作を生じさせ、マグネトロン200において物理的な短絡や放電などが生じた場合にも、本発明の第1実施形態によれば、迅速且つ確実な遮断動作を実行させることができる。   Even in such a system, the forward power is supplied from the power source 110 to the magnetron 200 to cause an oscillation operation, and a physical short circuit or discharge occurs in the magnetron 200. According to the embodiment, a quick and reliable blocking operation can be executed.

また、本発明よれば、そのような遮断動作の際にもインダクタ電流を適正に計測し帰還制御することができるので、遮断動作の後に、過大電力を投入することによる問題を防ぐことができる。 Further , according to the present invention , the inductor current can be appropriately measured and feedback controlled even in such a cut-off operation, so that problems caused by applying excessive power after the cut-off operation can be prevented. .

また、本発明よれば、負荷が定常状態に移行するまでの間に、目標電流値がオーバーシュートする問題を解消し、さらに、アーク放電などのインピーダンスの低下が発生した時にも、過大電流を防ぐことができる。 Further , according to the present invention , the problem that the target current value overshoots until the load shifts to the steady state is solved, and furthermore, when an impedance decrease such as arc discharge occurs, an excessive current is also generated. Can be prevented.

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。   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.

例えば、図1乃至図14においては、2つのインバータINV1、INV2を設けた電源を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、3つあるいはそれ以上のインバータを設けた、いわゆる「多段インバータ構成」の電源についても同様に適用して同様の作用効果を得ることができる。   For example, in FIGS. 1 to 14, a power supply provided with two inverters INV1 and INV2 is illustrated, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be similarly applied to a power supply of a so-called “multi-stage inverter configuration” in which three or more inverters are provided, and the same operation and effect can be obtained.

また一方、本発明の電源、スパッタ用電源及び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。   On the other hand, the configuration, structure, number, arrangement, shape, material, etc. of each part in the power source, sputtering power source and 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.

より具体的には、例えば、スイッチング回路としてMOSトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の記号により例示したものや、保護用素子としてバリスタの記号により例示したものなどは、これら特定の電気素子には限定されず、同様の機能または作用を有する単一の電気素子あるいは複数の電気素子を含む電気回路として構成することができ、これらすべての変形は、本発明の範囲に包含される。   More specifically, for example, those exemplified by the symbols of MOS transistors and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) as switching circuits, those exemplified by the symbols of varistors as protective elements, and the like, The present invention is not limited, and can be configured as a single electric element having a similar function or action or an electric circuit including a plurality of electric elements, and all these variations are included in the scope of the present invention.

また、同様に、インバータやコンパレータ、論理回路、保護回路などの具体的な構成や、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。   Similarly, the person skilled in the art appropriately changed the design of the specific configuration of the inverter, comparator, logic circuit, protection circuit, etc., and the number and arrangement of each circuit element including diodes, resistors, transistors, etc. Are within the scope of the present invention.

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電源、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。   In addition, all power supplies, sputtering power supplies, and sputtering apparatuses that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

本発明の第1の関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply concerning the 1st related technique of this invention. 本発明者が第1の関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply of the comparative example which this inventor made as an experiment in the process leading to 1st related technology . 通常のアーク放電が発生した時の出力電圧の変化を表すグラフ図である。It is a graph showing the change of the output voltage when normal arc discharge occurs. アーク放電が発生した場合の第1の関連技術の電源の動作を表す模式図である。It is a schematic diagram showing operation | movement of the power supply of the 1st related technique when arc discharge generate | occur | produces. 異常放電が生じた時の電圧変化を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the voltage change when abnormal discharge arises. 異常放電が生じた場合の第1の関連技術の電源の動作を表す模式図である。It is a schematic diagram showing operation | movement of the power supply of the 1st related technique when abnormal discharge arises. 本発明の第2の関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply concerning the 2nd related technique of this invention. 本発明者が第2の関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply of the comparative example which this inventor made as an experiment in the process leading to 2nd related technology . 第2の関連技術かかる変形例の電源を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the power supply of the modification concerning 2nd related technology . 本発明の第3の関連技術にかかる電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply concerning the 3rd related technique of this invention. 本発明者が第3の関連技術に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply of the comparative example which this inventor made as an experiment in the process leading to 3rd related technology . 複数の電源110を並列接続したスパッタシステムを表す模式図である。It is a schematic diagram showing the sputtering system which connected the several power supply 110 in parallel. 本発明の第1の実施形態にかかる電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明者が第1の実施形態に至る過程で試作した比較例の電源の要部を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part of the power supply of the comparative example which this inventor made as an experiment in the process to reach 1st Embodiment. 本発明の電源をマグネトロンの発振に用いた構成を例示する概念図である。It is a conceptual diagram which illustrates the structure which used the power supply of this invention for the oscillation of the magnetron. DC(direct current)スパッタ装置の要部構成を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the principal part structure of DC (direct current) sputtering apparatus. スパッタ用電源の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of the power supply for sputtering.

符号の説明Explanation of symbols

100 基板
101 チャンバ
104 ターゲット
106 ポンプ
107 ガス供給源
108 グロー放電
110 電源
120A、120B 接続ケーブル
150 アーク放電
200 マグネトロン
310 アイソレータ
320 センサ
340 マイクロ波整合器
500 負荷
CH ホールド用コンデンサ
Cmp コンパレータ
CMP1、CMP2 コンパレータ
DA1 逆方向アーク防止用ダイオード
DB1、DB2 整流器
DC1 直流電源
DC2 逆電圧源
DCPF 電源部
INV1、INV2 インバータ
L1,L2 インダクタ
PC11〜PC32 フォトカプラ
Q1〜Q4 トランジスタ
Q5、Q6 スイッチング素子
SW スイッチ
T1 トランス
TMR1,TMR2 ワンショット・タイマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate 101 Chamber 104 Target 106 Pump 107 Gas supply source 108 Glow discharge 110 Power supply 120A, 120B Connection cable 150 Arc discharge 200 Magnetron 310 Isolator 320 Sensor 340 Microwave matching device 500 Load CH Hold capacitor Cmp Comparator CMP1, CMP2 Comparator DA1 Reverse Directional arc prevention diode DB1, DB2 Rectifier DC1 DC power supply DC2 Reverse voltage source DCPF Power supply section INV1, INV2 Inverter L1, L2 Inductor PC11-PC32 Photocoupler Q1-Q4 Transistor Q5, Q6 Switching element SW Switch T1 Transformer TMR1, TMR2 One shot・ Timer

Claims (5)

インダクタにより平滑した順方向の直流電力を負荷に対して出力する電源であって、
出力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値に基づいて電流の目標値を求め、前記インダクタを流れる電流の測定値と、前記電流の目標値と、に基づいて前記インダクタを流れる電流を制御し、
前記出力電圧の測定値の絶対値が一定の値を下回る場合は、前記出力電圧の測定値の代わりに前記一定の値により、前記除算を実行することにより過電流を抑制することを特徴とする電源。
A power supply that outputs forward DC power smoothed by an inductor to a load,
A current target value is obtained based on a value obtained by dividing a target value of output power by a measured value of output voltage, and a current flowing through the inductor based on a measured value of the current flowing through the inductor and a target value of the current. controls,
When the absolute value of the measured value of the output voltage is lower than a certain value, overcurrent is suppressed by executing the division by the certain value instead of the measured value of the output voltage. Power supply.
前記出力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値と、出力電流と、の誤差を積分する積分回路をさらに備え、
前記積分回路は、前記出力電力の目標値を出力電圧の測定値で除算した値と、出力電流と、の差がまたは比率が一定の範囲内となった場合に動作することを特徴とする請求項1記載の電源。
An integration circuit for integrating an error between a value obtained by dividing the target value of the output power by a measured value of the output voltage and an output current;
The integration circuit operates when a difference between a value obtained by dividing a target value of the output power by a measured value of an output voltage and an output current or a ratio falls within a certain range. Item 1. The power source according to item 1.
前記インダクタを流れる電流の測定値と、前記電流の目標値と、に基づいて前記インダクタに印加すべき電圧の目標値を求め、
前記電圧の目標値と、前記インダクタに印加されている電圧の測定値と、に基づいて前記インダクタを流れる電流を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の電源。
Obtaining a target value of the voltage to be applied to the inductor based on the measured value of the current flowing through the inductor and the target value of the current;
The power supply according to claim 1 or 2, wherein a current flowing through the inductor is controlled based on a target value of the voltage and a measured value of the voltage applied to the inductor.
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つに記載の電源を備え、
前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能とし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,
The power supply according to any one of claims 1 to 3 ,
A sputtering power source characterized in that the sputtering can be performed by applying the forward power to the target.
請求項に記載のスパッタ用電源と、
前記ターゲットを収容可能とし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、
を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
A power supply for sputtering according to claim 4 ,
A vacuum chamber capable of accommodating the target and maintaining an atmosphere depressurized from atmospheric pressure;
A sputtering apparatus comprising:
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