KR101181875B1 - 바이폴라 펄스 전원 및 이 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치 - Google Patents

바이폴라 펄스 전원 및 이 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급하는 바이폴라 펄스 전원을, 브릿지 회로의 스위칭 소자의 스위칭 손실이 경감될 수 있고, 고기능 스위칭 소자를 이용하지 않고 높은 내구성을 달성할 수 있도록 한다. 바이폴라 펄스 전원은 직류 전력 공급원(1)으로부터의 양 및 음의 직류 출력단에 접속된 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)로 구성되는 브릿지 회로(22)와, 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 온(ON), 오프(OFF)의 전환을 제어하는 제어수단을 구비한다. 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력 사이에 출력 단락용의 스위칭 소자(SW0)를 설치하고, 이 출력 단락용의 스위칭 소자의 단락 상태에서, 제어 수단에 의해 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환을 행한다.

Description

바이폴라 펄스 전원 및 이 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치{BIPOLAR PULSE POWER SOURCE AND POWER SOURCE DEVICE FORMED BY CONNECTING A PLURALITY OF BIPOLAR PULSE POWER SOURCES IN PARALLEL}
본 발명은 플라즈마 및 표면 처리 장치에 바이폴라 펄스 형태의 전력 공급을 가능하게 하는 바이폴라 펄스 전원 및 이 바이폴라 펄스 전원의 복수대를 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치에 관한 것이다.
이 종류의 바이폴라 펄스 전원은 예를 들어, 처리 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 이용되고, 직류 전력을 공급하는 정류 회로와, 이 정류 회로의 양(positive) 및 음(negative)의 출력단에 접속되어, 4개의 스위칭 소자로 구성되는 MOSFET 브릿지 회로를 가지는 것이 알려져 있다. 그리고, 각 스위칭 소자를 적절하게 작동시켜서, 출력단(전극)인 한 쌍의 타겟에 소정의 주파수로 교대로 극성을 전환(switching)하여 임의의 펄스 전압을 인가하고, 각 타겟을 어노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 전환하여 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전을 일으켜서 플라즈마 분위기를 형성하고, 각 타겟을 스퍼터링 한다. 이것에 의해, 타겟 표면에 축적되는 전하를 반대의 위상 전압을 인가하여 상쇄함으로써 안정적인 방전이 얻어진다(예를 들어, 특허 문헌 1).
이러한 글로우 방전 중에는, 어떠한 원인에 의해 이상 방전(아크 방전)이 발생하는 것이 알려져 있고, 전류 변화량이 많은(아크 전류가 크다) 이상 방전이 전극 사이에 국소적으로 생기면, 스플래쉬(splash)나 파티클(particle)의 발생 등의 문제를 유발하고, 양호한 성막을 할 수 없다. 이 때문에, 상기 바이폴라 펄스 전원에서는, 브릿지 회로로부터의 출력 전류를 검출하는 검출 회로를 설치하고, 이 검출 회로로 검출한 출력 전류가 정상 출력 전류값을 초과하였을 때, 작동 중인 스위칭 소자를 전환하여 그 전극으로의 출력을 일단 차단한다. 그리고, 과전류가 진정되어 그 값이 정상 출력 전류값 근처가 되면, 그 전극으로의 출력을 재개하도록 하고 있다(특허 문헌 1 참조). 즉, 이 바이폴라 펄스 전원에서는, 출력 전류가 일정한 범위를 초과하여 변화하면, 이상 방전의 전단 현상(마이크로 아크)으로서 인식되어, 그 소호 처리(extinguishing process)를 행함으로써 전류 변화량이 많은 이상 방전의 발생이 억제될 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제3639605호 공보(예를 들어, 청구항 1, 단락 번호 0016의 기재 참조).
그러나, 상기한 것에서는, 타겟의 산화 등에 기인하여 방전이 안정되지 않는 스퍼터링 개시 당초나 스퍼터링 중에 이상 방전이 생겨서 과전류가 흘렀을 때, 4개의 스위칭 소자 자체를 각각 고속 제어하여 대처하기 때문에, 즉, 직류 전력이 공급된 상태에서 각 스위칭 소자의 스위칭이 행해지기 때문에, 개개의 스위칭 소자의 스위칭 손실이 크고, 사용 조건에 따라서는 조기에 작동 불량을 일으킬 우려가 있다. 이 때문에, 스위칭 소자로서, 내구성이 높고 스위칭 속도가 높은 것을 이용할 필요가 있지만, 이것으로는 고비용을 초래한다.
여기서, 종래의 스퍼터링 장치에는, FPD 제조시에 이용되는 피처리 기판과 같이 대면적의 것에 대해 박막의 형성을 가능하게 한 것이 있다. 이 종류의 스퍼터링 장치에서는, 피처리 기판에 대향시켜서 동일 형상의 타겟을 복수 매 병렬로 설치하고, 이 병렬로 설치한 타겟 중에서 각각 쌍을 이루는 타겟마다 상술한 바이폴라 펄스 전원을 할당하여 설치하고, 서로 통신이 자유롭게 한 각 바이폴라 펄스 전원에 의해 각 타겟에 전력을 투입하는 것이 일반적이다.
다만, 종래의 바이폴라 펄스 전원에서는, 각각 4개의 스위칭 소자가 있고, 게다가, 스위칭 소자에는 그 스위칭 속도의 개체차이가 있음과 동시에(대전류용의 스위칭 소자에는 최대 수 ㎛의 차이가 생기는 경우가 있다), 각 스위칭 소자의 제어 회로에도 제어 속도의 변동이 있다. 이 때문에, 각 바이폴라 펄스 전원으로부터의 출력이 변동되어, 그 동기 운전이 곤란하다.
따라서, 상기 점을 고려하여, 본 발명의 제 1 목적은 브릿지 회로의 스위칭 소자의 스위칭 손실이 경감될 수 있어서, 고기능 스위칭 소자를 이용하지 않고 높은 내구성을 달성할 수 있는 바이폴라 펄스 전원을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 제 2 목적은 출력의 동기가 용이한 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1에 기재된 바이폴라 펄스 전원은, 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력단에 접속된 스위칭 소자로 구성되는 브릿지 회로와, 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 온(ON), 오프(OFF)의 전환을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급하는 바이폴라 펄스 전원에 있어서, 상기 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력 사이에 출력 단락용의 스위칭 소자를 설치하고, 이 출력 단락용의 스위칭 소자의 단락 상태에서 제어 수단에 의한 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환을 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 직류 전력 공급원으로부터 브릿지 회로에 직류 전력을 공급한다. 그 다음으로, 출력 단락용의 스위칭 소자를 단락(온(ON))한 상태에서 브릿지 회로를 구성하는 스위칭 소자 중 한쪽의 전극에 출력하는 2개의 스위칭 소자를 온(ON) 한다. 그 후, 출력 단락용의 스위칭 소자의 단락을 해제(오프(OFF))하면, 한쪽의 전극에 전력이 공급(출력)된다. 그 다음으로, 출력 단락용의 스위칭 소자를 다시 단락하고, 한쪽의 전극에 출력 중인 스위칭 소자를 오프(OFF) 함과 동시에, 다른 쪽의 전극에 출력하는 2개의 스위칭 소자를 온(ON) 하고, 그 후, 출력 단락용의 스위칭 소자의 단락을 해제하면, 다른 쪽의 전극에 출력된다. 이 제어를 반복함으로써, 플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력이 공급된다.
바이폴라 펄스 형태의 전력 공급시에, 스위칭 손실을 1개의 출력 단락용의 스위칭 소자에서만 발생시키기 때문에, 브릿지 회로의 각 스위칭 소자에는 스위칭 손실이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 고기능의 스위칭 소자를 이용하지 않고 높은 내구성을 달성할 수 있어서, 4개의 스위칭 소자에서 스위칭 손실이 발생하는 경우와 같이 충분한 방열 기구도 필요하지 않다. 따라서, 바이폴라 펄스 전원의 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 상기 전극은 스퍼터링법을 실시하는 처리실 내에 배치한 한 쌍의 타겟인 것이 바람직하다.
또한, 상기 한 쌍의 전극 사이의 출력 전류를 검출하는 검출 수단과, 이 출력 전류의 절대값이 전극으로의 정상 출력 전류값을 초과하면, 이상 방전 발생의 전단 현상(pre-stage phenomenon)으로서 인식하는 이상 방전 검출 수단을 구비하고, 이 이상 방전 검출 수단에 의해 이상 방전 발생의 전단 현상이 인식되면, 상기 출력 단락용의 스위칭 소자에 의해 전극으로의 출력을 차단하여 이상 방전의 소호 처리를 행함으로써, 출력 중인 2개의 스위칭 소자를 제어하여 이상 방전의 소호 처리를 행하는 경우보다, 응답성 좋게 그 제어를 할 수 있어서, 이 처리 중에도 브릿지 회로의 각 스위칭 소자에는 스위칭 손실이 거의 발생하지 않고, 그 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 4에 기재된 전원 장치는 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 기재된 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치로서, 동일한 처리실 내에 배치한 복수대의 전극에 바이폴라 펄스 형태의 전력 공급을 행할 때, 각 바이폴라 펄스 전원의 출력 단락용의 스위칭 소자의 온(ON), 오프(OFF)의 전환을 제어하는 통괄 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 통괄 제어 수단을 통해 각 바이폴라 펄스 전원의 각 출력 단락용의 스위칭 소자만을 동기시키면 좋기 때문에, 브릿지 회로의 스위칭 소자를 충분한 여유를 갖고 작동시킬 수가 있고, 각 바이폴라 펄스 전원의 스위칭 소자나 제어 회로에 개체 차이가 있어도, 그 동기 운전은 용이하다.
상기 통괄 제어 수단에 의해 각 바이폴라 펄스 전원의 출력 단락용의 스위칭 소자를 단락한 상태에서, 제어 수단에 의한 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환 시기를 변경이 자유롭게 해 두면, 예를 들어, 동일한 바이폴라 펄스 전원에 접속된 한 쌍의 타겟 사이에서 이상 방전이 발생하였을 경우에, 그 타겟에 인접하는 타겟의 전위가 이상 방전이 발생하고 있는 타겟의 전위에 일치하도록, 브릿지 회로의 각 스위칭 소자를 제어할 수가 있고, 이상 방전을 소호하기 쉽게 할 수 있어서 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바이폴라 펄스 전원은 브릿지 회로의 스위칭 소자의 스위칭 손실이 경감될 수 있고, 고기능 스위칭 소자를 이용하지 않고 높은 내구성을 달성할 수 있어서, 저비용화를 꾀할 수 있다고 하는 효과를 달성한다. 또한, 본 발명의 전원 장치는 각 바이폴라 펄스 전원으로부터의 출력의 동기가 용이하다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 바이폴라 펄스 전원의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 바이폴라 펄스 전원의 출력 제어를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 바이폴라 펄스 전원에서의 마이크로 아크 처리를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 바이폴라 펄스 전원에서의 마이크로 아크 처리를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 전원 장치를 이용한 스퍼터링 장치를 개략적으로 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 전원 장치의 출력 제어를 설명하는 도면.
도 1을 참조하면, E는 본 발명의 바이폴라 펄스 전원이며, 바이폴라 펄스 전원(E)은 예를 들어, 스퍼터링 장치의 진공 챔버에서 처리 기판 S에 대향하여 배치되고, 플라즈마(P)에 접촉하는 전극인 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 대해 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급하기 위해 이용된다. 바이폴라 펄스 전원(E)은 직류 전력의 공급을 가능하게 하는 직류 전력 공급부(1)와, 각 타겟(T1, T2)으로의 출력(전력 공급)을 제어하는 발진부(2)로 구성된다. 이 경우, 출력 전압의 파형은 대략 방형파나 대략 정현파이다.
직류 전력 공급부(1)는 그 작동을 제어하는 제1 CPU 회로(11)와, 상용 교류 전력(3상 AC 200V 또는 400V)이 입력되는 입력부(12)와, 입력된 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하는 6개의 다이오드(13a)로 구성되는 정류 회로(13)를 가지고, 양 및 음의 직류 전력 라인(14a, 14b)을 통해 직류 전력을 발진부(2)에 출력한다. 또한, 직류 전력 공급부(1)에는, 직류 전력 라인(14a, 14b) 사이에 설치한 스위칭 트랜지스터(15)와, 제1 CPU 회로(11)에 통신이 자유롭게 접속되어 스위칭 트랜지스터(15)의 온(ON), 오프(OFF)를 제어하는 출력 발진용의 드라이버 회로(16)가 설치되어 있다. 직류 전력 라인(14a, 14b) 사이에는, 그 전류, 전압을 검출하는 검출 회로(17a)가 접속되고, 검출 회로(17a)로 검출된 전류, 전압은 AD 변환 회로(17b)를 통해 제1 CPU 회로(11)에 입력되도록 되어 있다.
다른 한편으로, 발진부(2)에는, 제1 CPU 회로(11)에 통신이 자유롭게 접속된 제2 CPU 회로(21)와, 양 및 음의 직류 전력 라인(14a, 14b) 사이에 접속된 4개의 제1 내지 제4 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)로 구성되는 브릿지 회로(22)와, 제2 CPU 회로(21)에 통신이 자유롭게 접속되고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 온(ON), 오프(OFF)의 전환을 제어하는 출력 발진용의 드라이버 회로(23)가 설치되어 있다.
그리고, 출력 발진용의 드라이버 회로(23)에 의해, 예를 들어, 제1 및 제4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)와, 제2 및 제3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)의 온(ON), 오프(OFF)의 타이밍이 반전하도록 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 전환을 제어하면, 브릿지 회로(22)로부터의 출력 라인(24a, 24b)을 통해 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 바이폴라 펄스 형태로 전력이 공급된다. 출력 라인(24a, 24b)에는, 한 쌍의 타겟(T1, T2)으로의 출력 전류 및 출력 전압을 검출하는 검출 회로(25)가 접속되고, 이 검출 회로(25)로 검출된 출력 전류 및 출력 전압은 AD 변환 회로(26)를 통해 제2 CPU 회로(11)에 입력되도록 되어 있다.
여기서, 상기 구성의 바이폴라 펄스 전원(E)에서, 직류 전력 공급부(1)로부터 직류 전력을 출력한 상태에서 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 전환한 것에서는, 그들의 스위칭 손실이 커지기 때문에, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 내구성이 향상되도록 할 필요가 있다.
본 실시 형태에서는, 직류 전력 공급부(1)로부터의 양 및 음의 직류 출력 라인(14a, 14b) 사이에, 출력 발진용의 드라이버 회로(23)에 의해 온(ON), 오프(OFF)의 전환이 제어되는 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)를 설치하고, 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락 상태(타겟(T1, T2)으로의 출력이 차단되는 상태)에서, 브릿지 회로(22)의 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 전환을 행하도록 하였다.
즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급하는 경우, 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락 상태(ON)에서, 예를 들어, 제1 및 제4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 온(ON) 하고, 그 후, 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락을 해제(OFF)하여 한쪽의 타겟(T1)에 출력한다(타겟(T1)에 음(negative)의 전위가 인가된다). 그 다음으로, 스위칭 트랜지스터(SW0)를 다시 단락하고, 제1 및 제4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 오프(OFF) 함과 동시에, 제2 및 제3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)를 온(ON) 하고, 그 후, 스위칭 트랜지스터(SW0)를 오프(OFF) 하여, 다른 쪽의 타겟(T2)에 출력한다(타겟(T2)에 음(negative)의 전위가 인가된다).
그리고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 온(ON), 오프(OFF)의 타이밍이 반전하는 상기 제어를 반복함으로써, 한 쌍의 타겟(T1, T2) 사이에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급한다. 이것에 의해, 소정 압력으로 유지된 진공 챔버 내에 Ar 등의 스퍼터링 가스를 도입한 상태에서, 소정의 주파수로 교대로 극성을 바꾸어 전력이 투입되는 한 쌍의 타겟(T1, T2)이 어노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 전환되고, 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전을 일으켜서 플라즈마 분위기가 형성되어 각 타겟(T1, T2)이 스퍼터링 된다.
이것에 의해, 타겟(T1, T2)으로 출력할 때에 발생하는 스위칭 손실은 스위칭 트랜지스터(SW0)에서만 발생하고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)에는 스위칭 손실이 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 고기능의 스위칭 소자를 이용하지 않고 높은 내구성을 달성할 수 있고, 게다가, 4개의 스위칭 소자에서 스위칭 손실이 발생하는 경우와 같이 충분한 방열 기구가 불필요하게 되어, 저비용화를 꾀할 수 있다.
상기와 같은 글로우 방전 중에는, 어떠한 원인에 의해 아크 방전이 발생하는 경우가 있고, 아크 전류가 큰 아크 방전이 한 쌍의 타겟(T1, T2) 사이에서 생기면, 스플래쉬나 파티클의 발생 등의 문제를 유발하고, 양호한 성막을 할 수 없다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 검출 회로(25)로 검출된 출력 전류 및 출력 전압이 입력되는 아크 검출 제어 회로(27)를 제2 CPU 회로(21)에 통신이 자유롭게 설치하고(도 1 참조), 아크 방전의 소호 처리를 행하도록 하고 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 검출 회로(25)로 검출한 출력 전류 Va가, 정상 출력 전류값 Vc를 초과하였을 때, 아크 검출 제어 회로(27)에 의해 아크 방전 발생의 전단 현상으로서 인식되고, 제2 CPU 회로(21) 및 아크 검출 제어 회로(27)를 통해 출력 발진용의 드라이버 회로(23)에 의해 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)를 단락(온(ON))한다. 이 경우, 브릿지 회로(22)의 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)는 어느 한쪽의 타겟(T1, T2)으로의 출력 상태로 유지되고 있지만, 스위칭 트랜지스터(SW0)가 단락됨으로써 타겟(T1, T2)으로의 출력이 차단된다(마이크로 아크 처리).
다음으로, 소정 시간 경과 후에, 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락을 해제(오프(OFF))하고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 작동 상태에 따라 어느 한쪽의 타겟(T1, T2)으로의 출력을 재개한다. 이때, 아크 검출 제어 회로(27)에 의해 출력 전류 Va가 정상 출력 전류값 Vc를 초과하고 있는지를 판단하고, 정상 출력 전류값 Vc를 아직 초과하고 있으면, 출력 발진용의 드라이버 회로(23)에 의해 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)를 다시 단락한다.
이 일련의 마이크로 아크 처리를 복수 회 반복하여도 출력 전류 Va가 정상 출력 전류값 Vc를 초과한 상태 그대로이거나, 또는, 출력 전류 Va가 미리 설정된 소정 값을 초과하면, 스플래쉬나 파티클의 발생을 유발하는 아크 방전이 발생한다고 판단고, 제1 CPU 회로(11)로부터의 제어에 의해 스위칭 트랜지스터(15)를 오프(OFF) 하고, 직류 전력 공급부(1)로부터의 출력을 정지한다(하드 아크 처리).
상술한 바와 같이 마이크로 아크 처리를 실시하면, 출력 중인 2개의 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 전환하여 아크 방전의 소호 처리를 행하는 경우보다, 응답성 좋게 그 제어를 할 수 있고, 이 처리 중에도 브릿지 회로(22)의 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)에는 스위칭 손실이 거의 발생하지 않고, 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 바이폴라 펄스 전원(E)을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치에 대해 설명한다. ES는 본 발명의 전원 장치이며, 이 전원 장치(ES)는 예를 들어, 다음의 구성을 가지는 마그네트론 스퍼터링 장치(이하, 「스퍼터 장치」라고 한다)(3)에 이용되고 있다.
스퍼터 장치(3)는 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단(도시하지 않음)을 통해 소정의 진공압(예를 들어, 10-5 Pa)으로 유지할 수 있는 진공 챔버(31)를 가지고, 스퍼터실(처리실)(32)을 구성한다. 진공 챔버(31)의 상부에는, 예를 들어, FPD 제조시에 이용되는 대면적의 처리 기판(S)을 전위에 있어서 플로팅 상태로 유지하는 기판 홀더(33)가 설치되어 있다. 진공 챔버(31)에는, 또한 프로세스 가스를 스퍼터실(32) 내에 도입하는 가스 도입관(도시하지 않음)이 설치되고, Ar 등의 희가스(rare gas)로 구성되는 스퍼터 가스나, 반응성 스퍼터에 의해 소정의 박막을 형성하는 경우에 처리 기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 적절하게 선택되는 O2, N2나, H2O 등의 반응성 가스가 처리실(32)에 도입될 수 있다.
스퍼터실(32)에는, 처리 기판(S)에 대향시켜서 복수 매(본 실시 형태에서는 8매)의 타겟(41a 내지 41h)이 동일한 간격으로 병렬로 설치되어 있다. 각 타겟(41a 내지 41h)은 Al, Ti, Mo, 인듐 및 주석의 산화물(ITO)이나 인듐 및 주석의 합금 등, 처리 기판(S) 표면에 형성하려고 하는 박막의 조성에 따라 공지의 방법으로 제작되어, 예를 들어, 대략 직방체(평면도로 볼 경우 장방형) 등의 동일한 형상으로 형성되어 있다.
각 타겟(41a 내지 41h)은 스퍼터 중에, 타겟(41a 내지 41h)을 냉각하는 백킹 플레이트(backing plate)에, 인듐이나 주석 등의 본딩재(bonding material)를 통해 접합되어 있다. 각 타겟(41a 내지 41h)은, 미사용시의 스퍼터 면이 처리 기판(S)에 평행한 동일 평면 상에 위치하도록, 절연 부재를 통해 진공 챔버(31)에 설치되어 있다. 또한, 타겟(41a 내지 41h)의 후방(스퍼터 면과 배향하는 측)에는, 공지의 구조를 가지는 자석 조립체(도시하지 않음)가 배치되고, 각 타겟(41a 내지 41h)의 전방(스퍼터 면) 측에서 전리한 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자를 포착함으로써, 각 타겟(41a 내지 41h) 전방에서의 전자 밀도를 높게 하여 플라즈마 밀도가 높아지고, 스퍼터 레이트(sputtering rate)를 높게 할 수 있다.
각 타겟(41a 내지 41h)은 인접하는 2매로 한 쌍의 타겟(41a와 41b, 41c와 41d, 41e와 41f, 41g와 41h)을 구성하고, 한 쌍의 타겟(41a 내지 41h)마다 할당하여 상기 실시 형태의 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)이 설치되고, 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)으로부터의 출력 라인(24a, 24b)이 각 한 쌍의 타겟(41a, 41b)(41c 및 41d, 41e 및 41f, 41g 및 41h)에 접속되어 있다. 이에 따라, 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)에 의해, 각 한 쌍의 타겟(41a 내지 41h)에 대해 교대로 극성을 바이폴라 펄스 형태로 한 전력 공급이 가능해진다.
본 실시 형태에서는, 안정적으로 타겟(41a 내지 41h)의 전방으로 플라즈마를 생성하기 위하여, 서로 인접하는 타겟(41a 내지 41h)의 극성이 서로 반전하도록, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)을 동기시켜서 전력이 공급된다(도 5 참조). 이 동기 운전을 위하여, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)의 제2 CPU 회로(21)에 통신이 자유롭게 접속된 CPU로 구성되는 통괄 제어 수단(5)이 설치되어 있다.
그리고, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)의 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락 상태에서, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)마다, 제1 및 제4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)와, 제2 및 제3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)의 온(ON), 오프(OFF)의 타이밍이 반전함과 동시에, 서로 인접하는 타겟(41a 내지 41h)으로의 극성이 반전하도록 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 작동시킨 후, 통괄 제어 수단(5)으로부터의 출력으로 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락이 해제되고, 한 쌍의 타겟 중 한쪽의 것(41a, 41c, 41e, 41g)에 출력한다.
그 다음으로, 통괄 제어 수단(5)으로부터의 출력으로 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)의 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)를 단락하고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 전환한 후에, 통괄 제어 수단(5)으로부터의 출력으로 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락이 해제되고, 다른 쪽의 각 타겟(41b, 41d, 41f, 41h)에 출력한다. 그리고, 상기 제어를 반복함으로써, 각 타겟(41a 내지 41h)에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력이 공급되어 동기 운전된다.
이 동기 운전시에, 통괄 제어 수단(5)에 의해 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)의 출력 단락용의 스위칭 소자(SW0)의 온(ON), 오프(OFF)의 전환 타이밍만을 동기시키면 좋기 때문에, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)의 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)를 충분한 여유를 갖고 작동시킬 수가 있고, 각 바이폴라 펄스 전원의 스위칭 소자나 제어 회로에 개체차이가 있어도 그 동기 운전은 용이하다.
또한, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)은, 스퍼터링 중에, 어느 1개의 바이폴라 펄스 전원에서 검출 회로(25)로 검출한 출력 전류 Va가 정상 출력 전류값 Vc를 초과하였을 때, 그 바이폴라 펄스 전원의 아크 검출 제어 회로(23)에 의한 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)의 전환으로 상술한 마이크로 아크 처리를 행하도록 구성되어 있다.
어느 1개의 바이폴라 펄스 전원으로 마이크로 아크 처리를 행할 때, 이 바이폴라 펄스 전원으로부터의 출력 케이블(14a, 14b)이 접속된 한 쌍의 타겟과, 이 한 쌍의 타겟에 인접하는 다른 바이폴라 펄스 전원으로부터의 출력 케이블(14a, 14b)이 접속된 다른 타겟과의 전위가 서로 일치하고 있으면, 이상 방전을 소호하기 용이할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 어느 1개의 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)에서 마이크로 아크 처리를 개시하였을 때, 그것이 통괄 제어 수단(5)을 통해 인접하는 타겟으로 출력하고 있는 바이폴라 펄스 전원의 제2 CPU 회로(21)에 출력된다. 이 경우, 그 제2 CPU 회로(21)를 통해, 출력 발진용의 드라이버 회로(23)에 의해 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)가 일단 단락되고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 작동 상태에 따라, 전위가 서로 일치하도록 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 작동 타이밍이 변경되고, 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW0)의 단락이 해제되어 타겟으로 출력되도록 하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 각 바이폴라 펄스 전원(E1 내지 E4)을 동기 운전하기 위해 통괄 제어 수단을 설치한 것에 대해 설명하였지만, 어느 1개의 제2 CPU 회로(21)를 통괄 제어 수단으로서 구성하고(마스터 전원), 이 통괄 제어 수단의 출력에 의해, 다른 바이폴라 펄스 전원(E2 내지 E)(슬레이브 전원)의 작동이 제어되도록 하여도 좋다.
1 : 직류 전력 공급부
2 : 발진부
22 : 브릿지 회로
24a, 24b : 출력 케이블
25 : 출력 전류, 전압 검출 회로
27 : 아크 검출 제어 회로
E : 바이폴라 펄스 전원
SW0 내지 SW4 : 스위칭 소자
T1, T2 : 전극(타겟)

Claims (5)

  1. 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력단에 접속된 스위칭 소자로 구성되는 브릿지 회로와, 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 온(ON), 오프(OFF)의 전환(switching)을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 형태로 전력을 공급하는 바이폴라 펄스 전원에 있어서,
    상기 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력 사이에 출력 단락용의 스위칭 소자를 설치하고, 이 출력 단락용의 스위칭 소자의 단락 상태에서, 제어 수단에 의한 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환을 행하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 펄스 전원.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 스퍼터링법을 실시하는 처리실 내에 배치한 한 쌍의 타겟인 것을 특징으로 하는 바이폴라 펄스 전원.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 출력 전류를 검출하는 검출 수단과, 이 출력 전류의 절대값이 전극으로의 정상 출력 전류값를 초과하면, 이상 방전 발생의 전단(pre-stage) 현상으로서 인식하는 이상 방전 검출 수단을 구비하고, 이 이상 방전 검출 수단에 의해 이상 방전 발생의 전단 현상이 인식되면, 상기 출력 단락용의 스위칭 소자에 의해 전극으로의 출력을 차단하여 이상 방전의 소호 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 펄스 전원.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 바이폴라 펄스 전원을 복수대 병렬 접속하여 구성되는 전원 장치로서, 동일한 처리실 내에 배치한 복수대의 전극에 바이폴라 펄스 형태의 전력 공급을 행할 때, 각 바이폴라 펄스 전원의 출력 단락용의 스위칭 소자의 온(ON), 오프(OFF)의 전환을 제어하는 통괄 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통괄 제어 수단에 의해 각 바이폴라 펄스 전원의 출력 단락용의 스위칭 소자를 단락한 상태에서, 제어 수단에 의한 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환 시기를 변경이 자유롭게 한 것을 특징으로 하는 전원 장치.
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