JPH09148098A - プラズマ発生器用ストライク強化回路およびプラズマをストライクする方法 - Google Patents
プラズマ発生器用ストライク強化回路およびプラズマをストライクする方法Info
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- JPH09148098A JPH09148098A JP8189982A JP18998296A JPH09148098A JP H09148098 A JPH09148098 A JP H09148098A JP 8189982 A JP8189982 A JP 8189982A JP 18998296 A JP18998296 A JP 18998296A JP H09148098 A JPH09148098 A JP H09148098A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/36—Circuit arrangements
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 プラズマ発生器あるいはスパッタリング電源
に合体でき、現有の電源に簡単に付設され、しかも小形
のストライク回路を提供する。 【解決手段】 ストライク強化回路３８は全波整流器あ
るいはピーク検出器として働く複数のダイオード・ブリ
ッジを持つ。変圧器の二次側２６は絶縁コンデンサーを
介して各ダイオード・ブリッジの交流入力の接続され
る。ダイオード・ブリッジの直流ポートは直列にスタッ
クされ結合され、スタックされた電圧はプラズマ室の入
力端子に印加される。各ダイオード・ブリッジは、正と
負の直流ポート間で接続される蓄積コンデンサーを持
つ。変圧器の二次側波形からの正と負の電圧ピークは蓄
積コンデンサーに蓄えられる。プラズマ室に印加される
結合直流出力は、プラズマ放電を開始するために十分に
高い電圧として現れる。
に合体でき、現有の電源に簡単に付設され、しかも小形
のストライク回路を提供する。 【解決手段】 ストライク強化回路３８は全波整流器あ
るいはピーク検出器として働く複数のダイオード・ブリ
ッジを持つ。変圧器の二次側２６は絶縁コンデンサーを
介して各ダイオード・ブリッジの交流入力の接続され
る。ダイオード・ブリッジの直流ポートは直列にスタッ
クされ結合され、スタックされた電圧はプラズマ室の入
力端子に印加される。各ダイオード・ブリッジは、正と
負の直流ポート間で接続される蓄積コンデンサーを持
つ。変圧器の二次側波形からの正と負の電圧ピークは蓄
積コンデンサーに蓄えられる。プラズマ室に印加される
結合直流出力は、プラズマ放電を開始するために十分に
高い電圧として現れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリングある
いはプラズマへの応用のための電源に関し、より詳細に
は、プラズマ室の陰極と陽極に、両電極間での放電を開
始するために高いストライク電圧を印加するストライク
回路に関するものである。本発明は、動作を干渉するこ
となく、また制御回路の搭載を必要とせずに、現存のス
パッタリング電源に直接付設できるストライク回路に関
するものである。
いはプラズマへの応用のための電源に関し、より詳細に
は、プラズマ室の陰極と陽極に、両電極間での放電を開
始するために高いストライク電圧を印加するストライク
回路に関するものである。本発明は、動作を干渉するこ
となく、また制御回路の搭載を必要とせずに、現存のス
パッタリング電源に直接付設できるストライク回路に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリングは真空蒸着方法で、スパ
ッタリング・ターゲットがイオン、とりわけイオン化さ
れた貴ガスで衝撃され、ターゲット材の原子が惰性移送
によって機械的に放散される。ターゲット材はここで基
板近傍をコートする。ターゲット材は、例えばアルミニ
ウムあるいはニッケルといった金属である。反応性スパ
ッタリング方法において、反応性ガスは蒸着室中に導入
され、放散されたターゲット材がコーテング材を形成す
るため反応性ガスと反応する。コーティング材は、例え
ばＡｌ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＣのような炭化物、あ
るいはＴｉＮのような窒化物であり得る。貴ガスが非常
に低圧で真空に近い圧力で存在するプラズマ室の中でス
パッタリング方法が実施される。貴ガス原子をターゲッ
トに向けて加速するために、プラズマが発生される。プ
ラズマは幅の広い電気的放電であって、その中でプラズ
マの貴ガスイオンが陰極として働くターゲットに向かっ
て加速される。プラズマを横切っての電圧は、ターゲッ
ト材とプラズマ室の寸法にもよるが、代表的には約３０
０から７００ボルトである。しかし、プラズマを誘導す
るには、プラズマ動作電圧の数倍に等しい開始電圧もし
くはストライク電圧が先ず存在しなければならない。
ッタリング・ターゲットがイオン、とりわけイオン化さ
れた貴ガスで衝撃され、ターゲット材の原子が惰性移送
によって機械的に放散される。ターゲット材はここで基
板近傍をコートする。ターゲット材は、例えばアルミニ
ウムあるいはニッケルといった金属である。反応性スパ
ッタリング方法において、反応性ガスは蒸着室中に導入
され、放散されたターゲット材がコーテング材を形成す
るため反応性ガスと反応する。コーティング材は、例え
ばＡｌ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＣのような炭化物、あ
るいはＴｉＮのような窒化物であり得る。貴ガスが非常
に低圧で真空に近い圧力で存在するプラズマ室の中でス
パッタリング方法が実施される。貴ガス原子をターゲッ
トに向けて加速するために、プラズマが発生される。プ
ラズマは幅の広い電気的放電であって、その中でプラズ
マの貴ガスイオンが陰極として働くターゲットに向かっ
て加速される。プラズマを横切っての電圧は、ターゲッ
ト材とプラズマ室の寸法にもよるが、代表的には約３０
０から７００ボルトである。しかし、プラズマを誘導す
るには、プラズマ動作電圧の数倍に等しい開始電圧もし
くはストライク電圧が先ず存在しなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の技術では、ス
トライク電圧を発生するために、電源のパワー・ステー
ジで固有のかけすぎ（overshoot ）領域を利用すること
は良く知られている。ストライク電圧を発生する従来の
技術は、固有および寄生のかけすぎ領域を非常に緩やか
に制御する必要があるか、またはプラズマをストライク
するために電圧をブーストあるいは“Ｑ−ｕｐ（Ｑ上
昇）”する目的で共振パワー・ステージを使用する。か
かる従来の技術は付加的な部品を必要とし、電源におい
て付加的な損失も招く。このことは、通常、電源変圧器
において好ましくない巻線比で電源を制作する工程を含
む。さらに、プラズマ開始のための別個の電源を設ける
ことも必要となる。しかし、この場合、別個の開始電源
は別個の制御器を必要とし、また電気的安全性の目的で
少なくとも１０ｍｍの隙間を保持するように一次電源を
改良する必要もある。
トライク電圧を発生するために、電源のパワー・ステー
ジで固有のかけすぎ（overshoot ）領域を利用すること
は良く知られている。ストライク電圧を発生する従来の
技術は、固有および寄生のかけすぎ領域を非常に緩やか
に制御する必要があるか、またはプラズマをストライク
するために電圧をブーストあるいは“Ｑ−ｕｐ（Ｑ上
昇）”する目的で共振パワー・ステージを使用する。か
かる従来の技術は付加的な部品を必要とし、電源におい
て付加的な損失も招く。このことは、通常、電源変圧器
において好ましくない巻線比で電源を制作する工程を含
む。さらに、プラズマ開始のための別個の電源を設ける
ことも必要となる。しかし、この場合、別個の開始電源
は別個の制御器を必要とし、また電気的安全性の目的で
少なくとも１０ｍｍの隙間を保持するように一次電源を
改良する必要もある。
【０００４】本発明の目的は、現存するプラズマ発生器
あるいはスパッタリング電源に組込むか、あるいは現有
の電源に付設できるストライク回路を提供することであ
る。
あるいはスパッタリング電源に組込むか、あるいは現有
の電源に付設できるストライク回路を提供することであ
る。
【０００５】本発明の他の目的は、一次電源変圧器の二
次巻線から動作するための、ストライク回路を提供する
ことであり、これにより電気的な安全性の問題を避ける
ことができる。
次巻線から動作するための、ストライク回路を提供する
ことであり、これにより電気的な安全性の問題を避ける
ことができる。
【０００６】更に、本発明の他の目的は、動作の開始に
おいてプラズマを発生させるために高電圧を提供するよ
うに動作できるが、一旦プラズマが点火されたら、自動
的に高電圧の提供を遮断する高いインピーダンスを持っ
たストライク回路を提供することである。
おいてプラズマを発生させるために高電圧を提供するよ
うに動作できるが、一旦プラズマが点火されたら、自動
的に高電圧の提供を遮断する高いインピーダンスを持っ
たストライク回路を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の実施態様は、正と負の電圧ピークを
持つ交流波形を与える第１と第２の入力リードを持つタ
イプのプラズマ発生器用であって第１と第２の高電圧出
力を供給するストライク強化回路において、その各々が
交流波形が印加される第１と第２の交流ポートと、それ
ぞれの波形の正と負のピーク電圧を示す正と負の直流出
力（＋、−）とを有する複数のＮピーク検出回路と、そ
れぞれ第１の入力リードと前記Ｎピーク検出回路の交流
ポートの間に配置された第１の複数のＮ絶縁コンデンサ
ーと、その各々が第２の入力リードとＮピーク検出回路
の他の交流ポートの間に配置された第２のＮピーク検出
回路と、からなり、前記Ｎピーク検出回路は、前記ピー
クの検出回路の第１の正の出力端子（＋）が第１の高電
圧出力に接続され、ピーク検出回路のＮ番目の負の出力
端子（−）が第２の高電圧出力に接続され、さらに残る
正と負の出力端子に対して、負の端子が次のピーク検出
回路の正の出力端子に順次接続されるように直列に接続
された直流出力ポート（＋、−）を持つストライク強化
回路を特徴とするものである。
に、本発明の第１の実施態様は、正と負の電圧ピークを
持つ交流波形を与える第１と第２の入力リードを持つタ
イプのプラズマ発生器用であって第１と第２の高電圧出
力を供給するストライク強化回路において、その各々が
交流波形が印加される第１と第２の交流ポートと、それ
ぞれの波形の正と負のピーク電圧を示す正と負の直流出
力（＋、−）とを有する複数のＮピーク検出回路と、そ
れぞれ第１の入力リードと前記Ｎピーク検出回路の交流
ポートの間に配置された第１の複数のＮ絶縁コンデンサ
ーと、その各々が第２の入力リードとＮピーク検出回路
の他の交流ポートの間に配置された第２のＮピーク検出
回路と、からなり、前記Ｎピーク検出回路は、前記ピー
クの検出回路の第１の正の出力端子（＋）が第１の高電
圧出力に接続され、ピーク検出回路のＮ番目の負の出力
端子（−）が第２の高電圧出力に接続され、さらに残る
正と負の出力端子に対して、負の端子が次のピーク検出
回路の正の出力端子に順次接続されるように直列に接続
された直流出力ポート（＋、−）を持つストライク強化
回路を特徴とするものである。
【０００８】そして第１の実施態様において、前記第１
と第２の絶縁コンデンサーの各々が３ナノファラドのオ
ーダーのキャパシタンスを持ち、また前記ピーク検出回
路がそれぞれ全波整流器と、正（＋）と負（−）の直流
出力に接続されるコンデンサーとを含み、さらに前記第
１と第２の入力リードが変圧器の二次出力であり、さら
にまた前記第１と第２の高電圧出力が直流電源の直流出
力に接続されることが好ましい。
と第２の絶縁コンデンサーの各々が３ナノファラドのオ
ーダーのキャパシタンスを持ち、また前記ピーク検出回
路がそれぞれ全波整流器と、正（＋）と負（−）の直流
出力に接続されるコンデンサーとを含み、さらに前記第
１と第２の入力リードが変圧器の二次出力であり、さら
にまた前記第１と第２の高電圧出力が直流電源の直流出
力に接続されることが好ましい。
【０００９】また、本発明の第２の実施態様は、プラズ
マ室の入力電極に動作プラズマ電圧を十分に越える高い
ストライク電圧を印加し、自動的に印加電圧を動作電圧
まで低減しながら前記プラズマ室中にプラズマを発生し
て、動作電源において正と負のピークを示す交流波形を
得るようにした低圧プラズマ室でプラズマをストライク
する方法において、絶縁コンデンサーを介して複数のピ
ーク検出回路の交流入力に交流波形を供給し、各々のピ
ーク検出回路に整流された直流電圧を発生させ、前記ピ
ーク検出回路からのそれぞれの整流された直流電圧を結
合し、ストライク電圧がプラズマ放電を発生するために
スタート・アップ状態で動作し、前記プラズマが一旦発
生して存在すると動作電圧により優先されるように、ス
トライク電圧として結合直流電圧を高電圧と高いインピ
ーダンスでプラズマ室の入力電極に印加するプラズマを
ストライクする方法を特徴とするものである。
マ室の入力電極に動作プラズマ電圧を十分に越える高い
ストライク電圧を印加し、自動的に印加電圧を動作電圧
まで低減しながら前記プラズマ室中にプラズマを発生し
て、動作電源において正と負のピークを示す交流波形を
得るようにした低圧プラズマ室でプラズマをストライク
する方法において、絶縁コンデンサーを介して複数のピ
ーク検出回路の交流入力に交流波形を供給し、各々のピ
ーク検出回路に整流された直流電圧を発生させ、前記ピ
ーク検出回路からのそれぞれの整流された直流電圧を結
合し、ストライク電圧がプラズマ放電を発生するために
スタート・アップ状態で動作し、前記プラズマが一旦発
生して存在すると動作電圧により優先されるように、ス
トライク電圧として結合直流電圧を高電圧と高いインピ
ーダンスでプラズマ室の入力電極に印加するプラズマを
ストライクする方法を特徴とするものである。
【００１０】本発明によると、プラズマ発生器用のスト
ライク回路は、プラズマ発生器の変圧器の二次リードに
接続される入力リードを持ち、非正弦形の交流電圧波形
が提供される。この種のプラズマ発生器もしくは電源で
は、段付波、例えば矩形波が一次巻線に印加されるの
で、二次巻線はいくぶん不定の波形を発生する。つま
り、一次巻線のパルスの初めと終わりの端縁で大きいス
パイクもしくはかけすぎ領域がある。ストライク回路は
ピーク検出回路のスタックから形成され、各々は交流波
形が印加される第１と第２のポート、並びに交流波形の
ピークの正と負の電圧が現れる正と負の直流出力を持
つ。第１の入力リードとピーク検出回路の交流ポートの
１つとの間に介在するそれぞれの絶縁コンデンサーがあ
り、さらに第２の入力リードとピーク検出回路の交流ポ
ートの他のポートとの間に介在するそれぞれの絶縁コン
デンサーもある。好ましい実施例では、ピーク検出回路
は正と負の直流ポートの間に接続されるダイオード・ブ
リッジとコンデンサーでそれぞれ形成される。
ライク回路は、プラズマ発生器の変圧器の二次リードに
接続される入力リードを持ち、非正弦形の交流電圧波形
が提供される。この種のプラズマ発生器もしくは電源で
は、段付波、例えば矩形波が一次巻線に印加されるの
で、二次巻線はいくぶん不定の波形を発生する。つま
り、一次巻線のパルスの初めと終わりの端縁で大きいス
パイクもしくはかけすぎ領域がある。ストライク回路は
ピーク検出回路のスタックから形成され、各々は交流波
形が印加される第１と第２のポート、並びに交流波形の
ピークの正と負の電圧が現れる正と負の直流出力を持
つ。第１の入力リードとピーク検出回路の交流ポートの
１つとの間に介在するそれぞれの絶縁コンデンサーがあ
り、さらに第２の入力リードとピーク検出回路の交流ポ
ートの他のポートとの間に介在するそれぞれの絶縁コン
デンサーもある。好ましい実施例では、ピーク検出回路
は正と負の直流ポートの間に接続されるダイオード・ブ
リッジとコンデンサーでそれぞれ形成される。
【００１１】いくつかのピーク検出回路は、該ピーク検
出回路の第１の正の出力端子が第１の高電圧出力に接続
され、ピーク検出回路の最後の負の出力端子が第２の高
電圧出力に接続されるように、直列に接続される直流出
力ポートを持つ。残りの正と負の出力端子は、負の端子
に接続され、該負の端子の各々は連続して、次のピーク
検出回路の正の出力端子に接続される。このようにし
て、高電圧出力は、入力交流波形のピークから次のピー
クまでの電圧（ピーク対ピーク電圧）の数倍である電圧
レベルを供給する。第１と第２の高電圧出力は、一次電
源の正と負の出力、つまり関連するプラズマ室の陽極と
陰極に接続される。
出回路の第１の正の出力端子が第１の高電圧出力に接続
され、ピーク検出回路の最後の負の出力端子が第２の高
電圧出力に接続されるように、直列に接続される直流出
力ポートを持つ。残りの正と負の出力端子は、負の端子
に接続され、該負の端子の各々は連続して、次のピーク
検出回路の正の出力端子に接続される。このようにし
て、高電圧出力は、入力交流波形のピークから次のピー
クまでの電圧（ピーク対ピーク電圧）の数倍である電圧
レベルを供給する。第１と第２の高電圧出力は、一次電
源の正と負の出力、つまり関連するプラズマ室の陽極と
陰極に接続される。
【００１２】１つの実施例において、変圧器の二次側で
の電圧が、たかだか約３００ボルトである場合には、１
０００ボルト以上のストライク電圧を発生するために、
４つの全波整流器、つまり４つのダイオード・ブリッジ
がスタックとして接続される。
の電圧が、たかだか約３００ボルトである場合には、１
０００ボルト以上のストライク電圧を発生するために、
４つの全波整流器、つまり４つのダイオード・ブリッジ
がスタックとして接続される。
【００１３】絶縁コンデンサーは、互いに直列で、しか
も対応するダイオード・ブリッジとも直列に存在する。
ダイオード・ブリッジの直流出力で負荷がない限り、つ
まりプラズマが存在しない時、プラズマ室の陽極と陰極
を横切る高電圧を生ずるためにストライク回路が動作す
る。ここで、一旦イオン化が開始すると、プラズマが点
火され、陽極と陰極間のインピーダンスが１０から１０
０オームのオーダーの値まで低下する。この値は、絶縁
コンデンサーの容量性リアクタンスＸｃと比較して小さ
い。従って、プラズマ発生中、二次のピーク対ピーク電
圧のごく小さい部分だけが対応するピーク検出回路を横
切って現れ、ストライク回路は高電圧レベルを提供する
ためにオフする。
も対応するダイオード・ブリッジとも直列に存在する。
ダイオード・ブリッジの直流出力で負荷がない限り、つ
まりプラズマが存在しない時、プラズマ室の陽極と陰極
を横切る高電圧を生ずるためにストライク回路が動作す
る。ここで、一旦イオン化が開始すると、プラズマが点
火され、陽極と陰極間のインピーダンスが１０から１０
０オームのオーダーの値まで低下する。この値は、絶縁
コンデンサーの容量性リアクタンスＸｃと比較して小さ
い。従って、プラズマ発生中、二次のピーク対ピーク電
圧のごく小さい部分だけが対応するピーク検出回路を横
切って現れ、ストライク回路は高電圧レベルを提供する
ためにオフする。
【００１４】定位置におかれたストライク回路により、
プラズマ室の入力電極に動作プラズマ電圧を越える程十
分なストライク電圧（例えば、直流１２００ボルトから
３０００ボルト）を印加することで、低圧プラズマ室の
中にプラズマを自動的に発生することができる。その
後、室中でプラズマが発生すると、ストライク回路は自
動的に印加電圧をプラズマ動作電圧（例えば、直流３０
０ボルトから７００ボルト）まで低下する。一次変圧器
の二次巻線は、正と負のピークを示す非正弦波形を発生
する。この非正弦波形はピーク検出回路の複数Ｎの交流
入力に、絶縁コンデンサーを介して印加される。各々の
ピーク検出回路は整流された直流電圧を発生する。Ｎ整
流された直流電圧は、ストライク電圧としてプラズマ電
極に印加される高電圧を作るために共に加えられる。し
かし、ストライク電圧が高いインピーダンスで発生され
るので、貴ガス中で放電を開始し、プラズマを発生する
ために、ストライク電圧はスタート・アップ状態（つま
り、プラズマのない状態）で動作される。一旦プラズマ
がストライクされると、印加電圧は一次印加動作電圧の
ため優勢となり、高電圧はもはや存在しない。もしも、
なにかの原因で、プラズマが遮断された場合は、ストラ
イク電圧はプラズマ放電の再開始が必要であれば、自動
的に復帰する。
プラズマ室の入力電極に動作プラズマ電圧を越える程十
分なストライク電圧（例えば、直流１２００ボルトから
３０００ボルト）を印加することで、低圧プラズマ室の
中にプラズマを自動的に発生することができる。その
後、室中でプラズマが発生すると、ストライク回路は自
動的に印加電圧をプラズマ動作電圧（例えば、直流３０
０ボルトから７００ボルト）まで低下する。一次変圧器
の二次巻線は、正と負のピークを示す非正弦波形を発生
する。この非正弦波形はピーク検出回路の複数Ｎの交流
入力に、絶縁コンデンサーを介して印加される。各々の
ピーク検出回路は整流された直流電圧を発生する。Ｎ整
流された直流電圧は、ストライク電圧としてプラズマ電
極に印加される高電圧を作るために共に加えられる。し
かし、ストライク電圧が高いインピーダンスで発生され
るので、貴ガス中で放電を開始し、プラズマを発生する
ために、ストライク電圧はスタート・アップ状態（つま
り、プラズマのない状態）で動作される。一旦プラズマ
がストライクされると、印加電圧は一次印加動作電圧の
ため優勢となり、高電圧はもはや存在しない。もしも、
なにかの原因で、プラズマが遮断された場合は、ストラ
イク電圧はプラズマ放電の再開始が必要であれば、自動
的に復帰する。
【００１５】本発明によるストライク回路は非誘導のセ
ット・アップ回路であり、すべての必要な部品は小さい
補助回路ボードの中に収まる。ダイオード・ブリッジが
高いインピーダンス状態の時のみ作動するので、ごく僅
かな電流しか流れず、過熱の心配もない。ストライク回
路は新しいスパッタリング電源とプラズマ発生器の中に
組込まれ、また現有の電源にも搭載できる。
ット・アップ回路であり、すべての必要な部品は小さい
補助回路ボードの中に収まる。ダイオード・ブリッジが
高いインピーダンス状態の時のみ作動するので、ごく僅
かな電流しか流れず、過熱の心配もない。ストライク回
路は新しいスパッタリング電源とプラズマ発生器の中に
組込まれ、また現有の電源にも搭載できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、プラズマある
いはスパッタリング電源１０用の基本的な回路が図示さ
れている。本実施例では、電源がハーフ・ブリッジ１２
を持ち、これは正と負の直流電源入力ライン間で直列に
配置される一対のスイッチング・トランジスター１４、
１６と、直流電源入力ライン間を直列に接続する一対の
コンデンサー１８、２０を含む。一次電源変圧器の一次
巻線２２はスイッチング・トランジスター１４、１６の
接合部とコンデンサー１８、２０の接合部の間で結合さ
れる。スイッチング・トランジスター１４、１６をＯＮ
あるいはＯＦＦにゲートする制御回路は図示されていな
い。電源１０の出力側２４は、全波整流器あるいはダイ
オード・ブリッジ２８の交流入力に結合されるリードを
有する一次変圧器の二次巻線２６を含む。整流器２８は
正と負の出力端子３０、３２に滑らかに印加される整流
された直流電圧を提供する直流出力を持つ。これらの出
力端子３０、３２はプラズマ発生器の陽極と陰極（つま
りターゲット）に接続される。
いはスパッタリング電源１０用の基本的な回路が図示さ
れている。本実施例では、電源がハーフ・ブリッジ１２
を持ち、これは正と負の直流電源入力ライン間で直列に
配置される一対のスイッチング・トランジスター１４、
１６と、直流電源入力ライン間を直列に接続する一対の
コンデンサー１８、２０を含む。一次電源変圧器の一次
巻線２２はスイッチング・トランジスター１４、１６の
接合部とコンデンサー１８、２０の接合部の間で結合さ
れる。スイッチング・トランジスター１４、１６をＯＮ
あるいはＯＦＦにゲートする制御回路は図示されていな
い。電源１０の出力側２４は、全波整流器あるいはダイ
オード・ブリッジ２８の交流入力に結合されるリードを
有する一次変圧器の二次巻線２６を含む。整流器２８は
正と負の出力端子３０、３２に滑らかに印加される整流
された直流電圧を提供する直流出力を持つ。これらの出
力端子３０、３２はプラズマ発生器の陽極と陰極（つま
りターゲット）に接続される。
【００１７】プラズマを発生させるための高電圧を発生
するストライク回路は二次巻線２６のリードに結合する
第１と第２の入力リード３４、３６を持ち、これらは第
２図に詳しく説明されるように、ストライク・ブリッジ
・ステージ３８の入力ＩＮ１とＩＮ２に繋る。ストライ
ク・ブリッジ・ステージ２８は、第１と第２の出力ＯＵ
Ｔ１とＯＵＴ２に現れ、高電圧リード４０、４２で主出
力端子３０、３２に結合される高いインピーダンスの高
電圧を発生する。
するストライク回路は二次巻線２６のリードに結合する
第１と第２の入力リード３４、３６を持ち、これらは第
２図に詳しく説明されるように、ストライク・ブリッジ
・ステージ３８の入力ＩＮ１とＩＮ２に繋る。ストライ
ク・ブリッジ・ステージ２８は、第１と第２の出力ＯＵ
Ｔ１とＯＵＴ２に現れ、高電圧リード４０、４２で主出
力端子３０、３２に結合される高いインピーダンスの高
電圧を発生する。
【００１８】図２で示したように、ストライク・ブリッ
ジ・ステージ３８は複数の全波整流器あるいはダイオー
ド・ブリッジで形成され、本実施例では、それらは、４
つのダイオード・ブリッジ４４、４６、４８、５０であ
る。これらダイオード・ブリッジ４４の第１は、一対の
交流入力ポートもしくは結合部と、＋と−で指示される
ｐ対の直流出力ポートあるいは結合部を形成するために
接続されたダイオード４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ
から成る。残りのブリッジ４６、４８、５０も同様な仕
組みである。ブリッジ４４の正の直流出力ポート＋はＯ
ＵＴ１、つまり高電圧出力４０に、又最後のブリッジ５
０の負の直流出力ポート−はＯＵＴ２、つまり高電圧出
力４２に、接続される。さらに、ブリッジ４６の正のポ
ートに結合されるブリッジ４４の負のポート、ブリッジ
４８の正のポートに結合されるブリッジ４６の負とポー
ト、そしてブリッジ５０の正のポートの結合されるブリ
ッジ４８の負のポートによる内部接続部がある。
ジ・ステージ３８は複数の全波整流器あるいはダイオー
ド・ブリッジで形成され、本実施例では、それらは、４
つのダイオード・ブリッジ４４、４６、４８、５０であ
る。これらダイオード・ブリッジ４４の第１は、一対の
交流入力ポートもしくは結合部と、＋と−で指示される
ｐ対の直流出力ポートあるいは結合部を形成するために
接続されたダイオード４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ
から成る。残りのブリッジ４６、４８、５０も同様な仕
組みである。ブリッジ４４の正の直流出力ポート＋はＯ
ＵＴ１、つまり高電圧出力４０に、又最後のブリッジ５
０の負の直流出力ポート−はＯＵＴ２、つまり高電圧出
力４２に、接続される。さらに、ブリッジ４６の正のポ
ートに結合されるブリッジ４４の負のポート、ブリッジ
４８の正のポートに結合されるブリッジ４６の負とポー
ト、そしてブリッジ５０の正のポートの結合されるブリ
ッジ４８の負のポートによる内部接続部がある。
【００１９】ダイオード・ブリッジ４４、４６、４８、
５０の各々に対して、二次変圧器２６から入力リード３
４に交流入力ポートの１つを接続するそれぞれの絶縁コ
ンデンサー５２、５４、５６、５８がある。さらに、二
次変圧器２６から他の入力リード３６にブリッジ４４、
４６、４８、５０の他の交流入力ポートを接続する絶縁
コンデンサー６０、６２、６４、６６がある。
５０の各々に対して、二次変圧器２６から入力リード３
４に交流入力ポートの１つを接続するそれぞれの絶縁コ
ンデンサー５２、５４、５６、５８がある。さらに、二
次変圧器２６から他の入力リード３６にブリッジ４４、
４６、４８、５０の他の交流入力ポートを接続する絶縁
コンデンサー６０、６２、６４、６６がある。
【００２０】図２で示されているように、ダイオード・
ブリッジ４４の正＋ポートと負−のポートの間に接続さ
れる蓄積コンデンサー６８がある。又、ブリッジ４６、
４８、５０にそれぞれ接続された同様な蓄積コンデンサ
ー７０、７２、７４がある。
ブリッジ４４の正＋ポートと負−のポートの間に接続さ
れる蓄積コンデンサー６８がある。又、ブリッジ４６、
４８、５０にそれぞれ接続された同様な蓄積コンデンサ
ー７０、７２、７４がある。
【００２１】本実施例において、スイッチング・トラン
スジスター１４、１６は５０キロヘルツから１メガヘル
ツのオーダー周波数でゲートされる。一次巻線２２を介
して往復する電流はステップ状の段付波形を持つ。二次
巻線２６において、これが、一次波形の初めと終わりの
端縁の位置で大きなかけすぎ領域を有する電圧波形を発
生する。ダイオード・ブリッジ４４、４６、４８、５０
はピーク検出器としての働きをし、正と負の電圧ピーク
をそれぞれの蓄積コンデンサー６８、７０、７２、７４
に通過する。絶縁コンデンサー５２から５８、６０から
６６は互いに直流アイソレーションを有するピーク検出
回路を設ける。ダイオード・ブリッジ４４、４６、４
８、５０の正と負の直流出力はスタックされるので、結
果としてコンデンサー６８、７０、７２、７４の蓄えら
れたピーク電圧が共に加えられる。よって、入力リード
３４、３６における数１００ボルトの交流入力によっ
て、１０００ボルト以上の高い電圧出力が出力リード４
０、４２を横切って現れる。
スジスター１４、１６は５０キロヘルツから１メガヘル
ツのオーダー周波数でゲートされる。一次巻線２２を介
して往復する電流はステップ状の段付波形を持つ。二次
巻線２６において、これが、一次波形の初めと終わりの
端縁の位置で大きなかけすぎ領域を有する電圧波形を発
生する。ダイオード・ブリッジ４４、４６、４８、５０
はピーク検出器としての働きをし、正と負の電圧ピーク
をそれぞれの蓄積コンデンサー６８、７０、７２、７４
に通過する。絶縁コンデンサー５２から５８、６０から
６６は互いに直流アイソレーションを有するピーク検出
回路を設ける。ダイオード・ブリッジ４４、４６、４
８、５０の正と負の直流出力はスタックされるので、結
果としてコンデンサー６８、７０、７２、７４の蓄えら
れたピーク電圧が共に加えられる。よって、入力リード
３４、３６における数１００ボルトの交流入力によっ
て、１０００ボルト以上の高い電圧出力が出力リード４
０、４２を横切って現れる。
【００２２】ストライク・ブリッジ・ステージ３８内に
流れる電流は絶縁コンデンサー５２から６６により限定
される。つまり、ストライク・ブリッジ・ステージのイ
ンピーダンスは絶縁コンデンサーの容量性リアクタンス
Ｘｃにより限定される。１つの実施例において、これら
は１０００ｐｆのキャパシタンス値を持つ。ストライク
・ブリッジ・ステージ内に流れる電流はＩ＝ＣｄＶ／ｄ
ｔの電流関係式に基づき限定される。絶縁コンデンサー
の選択される値は電源の設計上のパルス周波数にも依存
する。ストライキ回路が電源自身で駆動されるので、ス
トライク・ブリッジ回路を動作するための付加的な制御
装置は不要である。さらに、ストライク・モデュールが
変圧器の二次側２６で駆動されるので、要求されるクリ
ーページと隙間を維持する補助回路ボードにストライク
回路を設定する問題がないし、安全性にもなんら問題を
残さない。ストライク・ブリッジ回路は、前記プラズマ
室の入力電極に対するストライク電圧として結合される
かスタックされる直流電圧を印加することで、その目的
は達成される。ストライク・ブリッジ回路は、絶縁コン
デンサーの大きい容量性リアクタンスＸｃのために、高
電圧、高インピーダンスで動作される。従って、高いス
トライク電圧はプラズマ放電を発生するためにスタート
・アップ状態でのみ動作可能となる。しかし、一旦プラ
ズマが発生され、存在すると、１０から１００オームの
比較的低いオーダーのインピーダンスがスパッタリング
室の陽極とターゲットの間に現れる。この時点で、高い
インピーダンスのストライク電圧は主電源からの動作電
圧により優先される。
流れる電流は絶縁コンデンサー５２から６６により限定
される。つまり、ストライク・ブリッジ・ステージのイ
ンピーダンスは絶縁コンデンサーの容量性リアクタンス
Ｘｃにより限定される。１つの実施例において、これら
は１０００ｐｆのキャパシタンス値を持つ。ストライク
・ブリッジ・ステージ内に流れる電流はＩ＝ＣｄＶ／ｄ
ｔの電流関係式に基づき限定される。絶縁コンデンサー
の選択される値は電源の設計上のパルス周波数にも依存
する。ストライキ回路が電源自身で駆動されるので、ス
トライク・ブリッジ回路を動作するための付加的な制御
装置は不要である。さらに、ストライク・モデュールが
変圧器の二次側２６で駆動されるので、要求されるクリ
ーページと隙間を維持する補助回路ボードにストライク
回路を設定する問題がないし、安全性にもなんら問題を
残さない。ストライク・ブリッジ回路は、前記プラズマ
室の入力電極に対するストライク電圧として結合される
かスタックされる直流電圧を印加することで、その目的
は達成される。ストライク・ブリッジ回路は、絶縁コン
デンサーの大きい容量性リアクタンスＸｃのために、高
電圧、高インピーダンスで動作される。従って、高いス
トライク電圧はプラズマ放電を発生するためにスタート
・アップ状態でのみ動作可能となる。しかし、一旦プラ
ズマが発生され、存在すると、１０から１００オームの
比較的低いオーダーのインピーダンスがスパッタリング
室の陽極とターゲットの間に現れる。この時点で、高い
インピーダンスのストライク電圧は主電源からの動作電
圧により優先される。
【００２３】図面を簡略化するために、単一変圧器の二
次側２６がここでの電源として示されている。実際の電
源では、別個の整流器・ブリッジを印加する２つの絶縁
された二次巻線があり、その直流出力が共に加えられ
る。この場合、ストライク・ブリッジ・入力リード３
４、３６は、図示されているように、二次巻線の１つに
だけ接続される。高電圧出力は結合された整流器出力と
結合される。
次側２６がここでの電源として示されている。実際の電
源では、別個の整流器・ブリッジを印加する２つの絶縁
された二次巻線があり、その直流出力が共に加えられ
る。この場合、ストライク・ブリッジ・入力リード３
４、３６は、図示されているように、二次巻線の１つに
だけ接続される。高電圧出力は結合された整流器出力と
結合される。
【００２４】
【発明の効果】ストライク・ブリッジ・ステージ３８が
無誘導で、コンデンサーとダイオードのみを利用するの
で、全ストライク・ブリッジ回路は、電源のキャビネッ
トあるいはハウジング内に収まる程小さい補助回路ボー
ドに取付けることができる。このことは、ブリッジ回路
を現存する電源に容易に再搭載されることができること
を意味する。もちろんストライク回路は新しく設計され
た電源に容易に組込むこともできる。
無誘導で、コンデンサーとダイオードのみを利用するの
で、全ストライク・ブリッジ回路は、電源のキャビネッ
トあるいはハウジング内に収まる程小さい補助回路ボー
ドに取付けることができる。このことは、ブリッジ回路
を現存する電源に容易に再搭載されることができること
を意味する。もちろんストライク回路は新しく設計され
た電源に容易に組込むこともできる。
【図１】本発明の１つの実施例による、ストライク回路
に組込まれる電源の回路図である。
に組込まれる電源の回路図である。
【図２】本実施例のストライク回路の詳細を示す回路図
である。
である。
１０ プラズマまたはスパッタリング電源 １２ ハーフ・ブリッジ １４、１６ 一対のスイッチング・トランジスター １８、２０ 一対のコンデンサー ２２ 一次巻線 ２４ 出力側 ２６ 二次巻線 ２８ 全波整流器あるいはダイオード・ブリッジ ３０ 正出力端子 ３２ 負出力端子 ３４ 一次入力リード ３６ 二次入力リード ３８ ストライク・ブリッジ・ステージ ４０ 高電圧リード ４４、４６、４８、５０ ダイオード・ブリッジ ５２、５４、５６、５８ 絶縁コンデンサー ６０、６２、６４、６６ 絶縁コンデンサー ６８、７０、７２、７４ 蓄積コンデンサー
Claims (6)
- 【請求項１】 正と負の電圧ピークを持つ交流波形を与
える第１と第２の入力リードを持つタイプのプラズマ発
生器用であって第１と第２の高電圧出力を供給するスト
ライク強化回路において、その各々が交流波形が印加さ
れる第１と第２の交流ポートと、それぞれの波形の正と
負のピーク電圧を示す正と負の直流出力（＋、−）とを
有する複数のＮピーク検出回路（４４，４６，４８，５
０）と、それぞれ第１の入力リード（３４）と前記Ｎピ
ーク検出回路（４４、４６、４８、５０）の交流ポート
の間に配置された第１の複数のＮ絶縁コンデンサー（５
２，５４，５６，５８）と、その各々が第２の入力リー
ド（３６）とＮピーク検出回路（４４、４６、４８、５
０）の他の交流ポートの間に配置された第２のＮピーク
検出回路（６０、６２、６４、６６）と、からなり、前
記Ｎピーク検出回路（４４、４６、４８、５０）は、前
記ピークの検出回路（４４）の第１の正の出力端子
（＋）が第１の高電圧出力（４０）に接続され、ピーク
検出回路（５０）のＮ番目の負の出力端子（−）が第２
の高電圧出力（４２）に接続され、さらに残る正と負の
出力端子に対して、負の端子が次のピーク検出回路（４
６、４８）の正の出力端子に順次接続されるように直列
に接続された直流出力ポート（＋、−）を持つことを特
徴とするストライク強化回路。 - 【請求項２】 前記第１と第２の絶縁コンデンサー（５
２，５４，５６，５８と６０、６２、６４、６６）の各
々が３ナノファラドのオーダーのキャパシタンスを持つ
ことを特徴とする請求項１に記載のストライク強化回
路。 - 【請求項３】 前記ピーク検出回路（４４，４６，４
８，５０）がそれぞれ全波整流器（４４ａ，４４ｂ，４
４ｃ，４４ｄ等）と、正（＋）と負（−）の直流出力に
接続されるコンデンサー（６８，７０，７２，７４）と
を含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のス
トライク強化回路。 - 【請求項４】 前記第１と第２の入力リード（３４，３
６）が変圧器の二次出力であることを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか１項に記載のストライク強化回
路。 - 【請求項５】 前記第１と第２の高電圧出力（４０，４
２，ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）が直流電源（２８）の直流出
力（３０、３２）に接続されることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれか１項に記載のストライク強化回
路。 - 【請求項６】 プラズマ室の入力電極に動作プラズマ電
圧を十分に越える高いストライク電圧を印加し、自動的
に印加電圧を動作電圧まで低減しながら前記プラズマ室
中にプラズマを発生して、動作電源において正と負のピ
ークを示す交流波形を得るようにした低圧プラズマ室で
プラズマをストライクする方法において、絶縁コンデン
サーを介して複数のピーク検出回路の交流入力に交流波
形を供給し、各々のピーク検出回路に整流された直流電
圧を発生させ、前記ピーク検出回路からのそれぞれの整
流された直流電圧を結合し、ストライク電圧がプラズマ
放電を発生するためにスタート・アップ状態で動作し、
前記プラズマが一旦発生して存在すると動作電圧により
優先されるように、ストライク電圧として結合直流電圧
を高電圧と高いインピーダンスでプラズマ室の入力電極
に印加することを特徴とするプラズマをストライクする
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US54611995A | 1995-10-20 | 1995-10-20 | |
| US08/546,119 | 1995-10-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148098A true JPH09148098A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=24178958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8189982A Pending JPH09148098A (ja) | 1995-10-20 | 1996-07-01 | プラズマ発生器用ストライク強化回路およびプラズマをストライクする方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5717293A (ja) |
| JP (1) | JPH09148098A (ja) |
| CN (1) | CN1149237A (ja) |
| DE (1) | DE19627497A1 (ja) |
| GB (1) | GB2306808A (ja) |
| TW (1) | TW312890B (ja) |
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- 1996-06-25 CN CN96110503A patent/CN1149237A/zh active Pending
- 1996-07-01 JP JP8189982A patent/JPH09148098A/ja active Pending
- 1996-07-08 DE DE19627497A patent/DE19627497A1/de not_active Withdrawn
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1997
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