KR101324955B1 - 스퍼터링 장치용의 교류 전원 - Google Patents

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Abstract

각 전극의 극성 반전 시에 발생하는 과전압을 억제함으로써, 아크 방전의 유발을 방지할 수 있는 스퍼터링 장치용의 교류 전원을 제공한다. 직류 전력 공급원(1)으로부터의 양 및 음의 직류 출력 라인(2a, 2b) 사이에, 복수의 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)로 구성되는 브릿지 회로(3)를 설치한다. 직류 전력 공급원(1)으로부터 브릿지 회로(3)로의 양 및 음의 직류 출력 라인(2a, 2b) 중의 적어도 한쪽에, 직류 출력을 정전류 특성으로 하는 인덕터(DCL)를 설치하고, 브릿지 회로(3)의 입력(3a, 3b)에 대하여 병렬로 스너버 회로(7)를 설치한다.

Description

스퍼터링 장치용의 교류 전원{ALTERNATING CURRENT POWER SUPPLY FOR SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 스퍼터링 장치에 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원에 관한 것이다.
바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하는 교류 전원은 예를 들어, 처리 기판 표면에 소정의 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 이용된다. 이 종류의 교류 전원으로서, 직류 전력 공급원과 부하와의 사이에 설치된 4개의 스위칭 소자(MOSFET)로 이루어진 브릿지 회로를 구비한 것이 알려져 있다. 이 브릿지 회로의 각 스위칭 소자를 적절하게 작동시켜서, 출력단(전극)인 한 쌍의 타겟에 대하여 소정의 주파수로 교대로 극성을 반전시켜서 임의의 펄스 전압을 인가하면, 각 타겟의 극성이 어노드 전극과 캐소드 전극에서 교대로 전환된다. 이것에 의해, 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우(glow) 방전을 생기게 하여 플라즈마를 생성하고, 각 타겟을 스퍼터링한다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
이러한 글로우 방전 중에는, 어떠한 원인에 의해 아크 방전(이상 방전)이 발생하는 것이 알려져 있다. 아크 방전이 발생하면, 플라즈마(부하)의 임피던스가 급격하게 작아지기 때문에, 급격한 출력 전압의 저하가 생기고, 그것에 수반하여 출력 전류가 급격하게 증가한다. 여기서, 타겟이 특히 알루미늄 등의 금속제인 경우, 높은 아크 전류값의 아크 방전이 타겟 사이에서 국소적으로 발생하면, 타겟이 용융되어 방출된 것이 처리 기판 표면에 부착하는 파티클이나 스플래쉬(수 ㎛ 내지 수백 ㎛의 덩어리)가 발생하고, 양호하게 성막될 수 없다.
그런데, 일반적으로 직류 전력 공급원으로부터의 출력은 정전압 특성을 가지고 있기 때문에, 인덕턴스 성분보다 용량 성분(캐패시턴스 성분)이 지배적으로 되어 있다. 이 때문에, 아크 방전의 발생 시에, 플라즈마 부하 측의 임피던스가 작아짐(경우에 따라서는, 수 오옴 이하까지 작아짐)으로써, 출력과 플라즈마(부하)가 결합되어 용량 성분으로부터 급격하게 출력 측으로 방출된다. 그 결과, 전류 상승을 효율 좋게 억제할 수 없고, 단시간(수 ㎲ 사이)에서 과전류가 흐른다(즉, 아크 방전 발생 시의 단위 시간 당의 전류 상승률이 높다)라는 문제가 있다.
이러한 문제의 해결책의 하나로서, 플라즈마의 인덕턴스 값보다도 큰 인덕턴스 값을 가지는 인덕터를, 직류 전력 공급원으로부터 브릿지 회로로의 양(positive) 및 음(negative)의 출력 중에서 적어도 하나에 설치하고, 이 인덕터에 의해 직류 전력 공급원으로부터의 출력을 정전류 특성으로 하는 것이 고려될 수 있다.
그러나, 직류 전력 공급원으로부터의 출력을 인덕터에 의해 정전류 특성으로 하면, 플라즈마 부하가 인덕턴스 성분을 가지기 때문에, 각 전극의 극성 반전 시에 플라즈마 부하로 전류가 급격하게 흘러들어가므로, 그때에 스파이크 모양의 과전압이 생긴다. 이러한 과전압은 아크 방전을 유발할 우려가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제3639605호 공보
본 발명은 이상의 점을 고려하여, 각 전극의 극성 반전 시에 발생하는 과전압을 억제함으로써, 아크 방전의 유발을 방지할 수 있는 스퍼터링 장치용의 교류 전원을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 직류 전력 공급원과, 이 직류 전력 공급원으로부터의 양 및 음의 직류 출력 사이에 접속된 복수의 스위칭 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하고, 상기 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환에 의해, 플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원에 있어서, 상기 플라즈마의 인덕턴스 값보다도 큰 인덕턴스 값을 가지는 인덕터를, 상기 직류 전력 공급원으로부터 상기 브릿지 회로로의 양 및 음의 직류 출력 중에서 적어도 한 쪽에 설치하고, 상기 브릿지 회로의 입력에 대하여 병렬로 스너버 회로를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 플라즈마의 인덕턴스 값보다도 큰 인덕턴스 값을 가지는 인덕터를, 직류 전력 공급원으로부터 브릿지 회로로의 양 및 음의 출력 중에서 적어도 한 쪽에 설치함으로써, 아크 방전 발생 시의 전류 상승을 제한할 수 있다.
여기서, 직류 전력 공급원으로부터의 출력을 인덕터에 의해 정전류 특성으로 하면, 전극과 용량 결합하고 있는 플라즈마 부하가 인덕턴스 성분을 가지기 때문에, 각 전극의 극성 반전 시에 플라즈마 부하에 전류가 급격하게 흘러들어가기 때문에 스파이크(spike) 모양의 과전압이 생긴다. 이러한 과전압은 아크 방전을 유발할 우려가 있다. 본 발명에서는, 각 전극의 극성 반전 시의 출력 전류의 상승을 스너버 회로에 의해 효과적으로 제한함으로써, 각 전극의 극성 반전 시에 발생하는 과전압을 효과적으로 억제할 수 있고, 아크 방전의 유발을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스너버 회로는, 상기 인덕터와 상기 브릿지 회로의 사이에 설치되고, 서로 직렬로 접속된 다이오드 및 컨덴서와, 상기 다이오드에 대하여 병렬인 저항에 의해 구성할 수 있다.
이 구성에 의하면, 각 전극의 극성 반전 시에, 직류 전력 공급원으로부터의 전류가 플라즈마 부하의 인덕턴스에 급격하게 흘러들어가지 않고 스너버 회로의 컨덴서에 흘러들어가서 충전되고, 이 충전 전류에 의해 스너버 회로의 컨덴서의 전압이 서서히 올라가고, 이 컨덴서 전압에 따라 출력 전류가 완만하게 상승하므로, 각 전극의 극성 반전 시에 발생하는 과전압이 효과적으로 억제된다.
본 발명에 있어서, 상기 스너버 회로는, 상기 인덕터와 상기 브릿지 회로의 사이에 설치되고, 서로 직렬로 접속된 다이오드 및 컨덴서와, 일단이 상기 다이오드와 상기 컨덴서 사이에 접속되고, 타단이 상기 직류 전력 공급원과 상기 인덕터 사이에 접속된 저항에 의해 구성하도록 하여도 좋다.
이 구성에 의하면, 아크 발생 시에도 스너버 회로의 컨덴서로부터의 방전 전류가 인덕터를 흐르기 때문에, 스너버 회로의 저항의 저항값을 작게 할 수 있다. 따라서, 상기 구성으로 얻어지는 효과에 부가하여, 스너버 회로의 컨덴서의 초기 전압을 낮게 할 수 있고, 상기 과전압을 더욱 낮게 억제할 수 있다는 효과가 얻어지므로, 스너버 회로의 손실을 낮출 수 있고, 이 교류 전원의 효율을 높게 할 수 있다.
또한, 무엇인가의 원인에 의해 모든 스위칭 소자가 오프(off)로 된 경우, 인덕터를 흐르는 전류가 급격하게 차단되기 때문에, 과전압이 발생하고, 이 과전압에 의해 스위칭 소자가 고장날 가능성이 있다. 따라서, 통상적으로는, 서로 직렬로 접속된 다이오드와 저항으로 구성되는 플라이휠(flywheel) 회로를, 스위칭 소자를 보호하는 보호 회로로서 설치할 필요가 있다. 본 발명의 구성에 의하면, 인덕터를 흐르는 전류의 급격한 변화가 생겼다고 하더라도, 인덕터가 지닌 에너지가 스너버 회로의 다이오드 및 저항을 통하여 방출되기 때문에 과전압이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 스너버 회로가 스위칭 소자를 보호하는 플라이휠 회로로서 역할을 달성하기 때문에, 플라이휠 회로를 생략할 수 있고, 비용을 내릴 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 브릿지 회로의 각 스위칭 소자를 전환할 때에 상기 직류 전력 공급원의 직류 출력을 단락시키기 위한 스위칭 소자를 더욱 설치하여도 좋다. 이것에 의해, 바이폴라 펄스 모양의 전력 공급 시에, 스위칭 손실을 1개의 출력 단락용의 스위칭 소자만으로 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 교류 전원(E1)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 교류 전원(E1)의 출력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 교류 전원(E1)의 한쪽의 전극으로의 출력 전압 및 출력 전류의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 교류 전원(E2)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 교류 전원(E2)의 한쪽의 전극으로의 출력 전압 및 출력 전류의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 의한 교류 전원(E3)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙여서 중복되는 설명을 생략한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 교류 전원(E1)의 구성을 설명한다. 이 교류 전원(E1)은 예를 들어, 스퍼터링 장치(S) 내의 처리 기판에 대향시켜서 배치되고, 플라즈마 부하(P)에 접촉하는 전극인 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 대하여, 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하기 위해 이용되는 AC 펄스 전원이다. 여기서, 플라즈마 부하(P)는 등가 회로(5)에 의해 나타낼 수 있다. 이 등가 회로(5)는 인덕턴스 값이 20 μH ~ 30 μH인 인덕턴스 성분(Lp)을 가지고, 한 쌍의 타겟(T1, T2)과 용량 결합하고 있다.
교류 전원(E1)은 직류 전력 공급원(1)을 구비하고, 이 직류 전력 공급원(1)은 예를 들어, 500 V의 DC 전압을 출력하는 DC 전원에 의해 구성된다. 직류 전력 공급원(1)으로부터의 양 및 음의 출력 라인(2a, 2b) 사이에는, 4개의 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)로 이루어진 브릿지 회로(3)가 설치되어 있다.
브릿지 회로(3)의 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 온, 오프의 전환은 도시를 생략하는 드라이버 회로에 의해 제어된다. 예를 들어, 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)와, 제 2 및 제 3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)의 온, 오프의 타이밍이 반전되도록 전환 제어하면, 브릿지 회로(3)로부터의 출력 라인(4a, 4b)을 통해 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 바이폴라 펄스 모양으로 전력이 공급된다.
여기서, 상기 구성의 교류 전원(E1)에 있어서, 직류 전력 공급원(1)으로부터 전력을 공급한 상태에서 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 전환하는 경우에, 그들의 스위칭 손실이 커진다. 이 때문에, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 내구성이 향상하는 것과 같은 구성을 설치할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 직류 전력 공급원(1)으로부터의 양 및 음의 출력 라인(2a, 2b) 사이에, 출력 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW5)가 설치되어 있다. 이 스위칭 트랜지스터(SW5)가 단락 상태(온)에서, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 전환이 행해진다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 타겟(T1, T2)에 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하는 경우, 예를 들어, 시각 t1에서 스위칭 트랜지스터(SW5)를 단락 상태(온)로 한다. 이 단락 상태에 의해, 그때까지 플라즈마 부하(P)에 흐르고 있던 전류가 단락 경로(6)에 흘러들어가기 때문에, 전류가 플라즈마 부하(P)를 바이패스하여 흐른다.
그리고, 스위칭 트랜지스터(SW5)가 단락 상태인 시각 t2에서, 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 오프(off)하고, 그 후의 시각 t3에서, 제 2 및 제 3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)를 온(on)한다. 그 다음, 시각 t4에서 스위칭 트랜지스터(SW5)의 단락 상태를 해제(오프)한다. 이 단락 상태의 해제에 의해, 그때까지 단락 경로(6)를 흐르고 있던 전류가 스위칭 트랜지스터(SW3), 플라즈마 부하(P), 스위칭 트랜지스터(SW2)의 순서로 흐르기 때문에, 음의 극성의 출력 전류가 상승한다. 여기서, 스위칭 트랜지스터(SW5)의 온 기간(도 2에 도시한 시각 t1 ~ t4)은 예를 들어, 수 μsec 이다.
다음으로, 시각 t5에서 스위칭 트랜지스터(SW5)를 다시 단락함으로써, 플라즈마 부하(P)를 바이패스하여 단락 경로(6)에 전류가 흘러들어간다. 그리고, 시각 t6에서 제 2 및 제 3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)를 오프하고, 그 후의 시각 t7에서 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 온한다. 그 후, 시각 t8에서 스위칭 트랜지스터(SW5)의 단락 상태를 오프한다. 이것에 의해, 그때까지 단락 경로(6)를 흐르고 있던 전류가 스위칭 트랜지스터(SW1), 플라즈마 부하(P), 스위칭 트랜지스터(SW4)의 순서로 흐르기 때문에, 양의 극성의 출력 전류가 상승한다.
또한, 도 2에 도시한 예에서는, 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 온, 오프를 상이한 타이밍에서 행하고 있지만, 동일한 타이밍에서 행하여도 좋다. 또한, 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 온으로부터 오프로, 제 2 및 제 3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)를 오프로부터 온으로 각각 전환하는 경우, 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터를 오프하기 전에 제 2 및 제 3 스위칭 트랜지스터(SW2, SW3)를 온하고, 그 후에 제 1 및 제 4 스위칭 트랜지스터(SW1, SW4)를 오프하여도 좋다. 즉, 스위칭 트랜지스터(SW5)를 이용하는 대신에, 4개의 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 모두 온으로 함으로써 단락 상태를 형성하여도 좋다.
그리고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 온, 오프의 타이밍이 반전되는 상기 제어를 반복함으로써, 한 쌍의 타겟(T1, T2) 사이에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급한다. 그때, 소정 압력으로 유지된 스퍼터링 장치(S) 내에 Ar 등의 스퍼터 가스를 도입한 상태에서, 소정의 주파수로 서로 극성을 바꾸어 전력이 투입되는 한 쌍의 타겟(T1, T2)이 어노드 전극, 캐소드 전극으로 교대로 전환되고, 어노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 글로우 방전을 생기게 하여 플라즈마가 형성되고, 각 타겟(T1, T2)을 스퍼터링할 수 있다. 이때, 타겟(T1, T2)으로 출력할 때에 발생하는 스위칭 손실은 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW5)에서만 발생하고, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)에서는 거의 발생하지 않는다.
여기서, 종래의 교류 전원과 같이, 직류 전력 공급원으로부터의 정전압 특성을 가지는 출력을 타겟(T1, T2)에 공급하면, 글로우 방전 중에 무엇인가의 원인으로 아크 방전이 발생하였을 때에 플라즈마 부하 측의 임피던스가 작아지고, 큰 아크 전류가 발생한다.
본 실시 형태에서는, 이러한 아크 전류의 발생을 억제하기 때문에, 양(positive)의 출력 라인(2a)에, 플라즈마(P)의 인덕턴스 값보다도 큰 인덕턴스 값(예를 들어, 5 mH)을 가지는 인덕터(직류 리액터)(DCL)를 설치하고, 이 인덕터(DCL)에 의해 직류 전력 공급원(1)으로부터의 출력을 정전류 특성으로 한다. 직류 전력 공급원(1)으로부터의 출력을 정전류 특성으로 하기 위해서는, 이 인덕터(DCL)의 인덕턴스 값을 1 mH 이하로 하면 좋다. 인덕터(DCL)를 양의 출력 라인(2a)에 설치함으로써, 아크 방전 발생 시의 전류 상승률을 억제할 수 있기 때문에, 아크 전류의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 인덕터(DCL)를 양의 출력 라인(2a)에 설치하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 음의 출력 라인(2b) 또는 양 및 음의 출력 라인(2a, 2b)에 각각 설치하여도 좋다.
출력 라인(2a)에 인덕터(DCL)를 설치한 경우, 상술한 바와 같이, 각 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 소정의 주파수(예를 들어, 5 kHz)로 전환할 때, 즉, 각 타겟(T1, T2)의 극성을 반전시킬 때에는, 단락용의 스위칭 트랜지스터(SW5)가 온, 오프된다. 스위칭 트랜지스터(SW5)가 오프되면, 출력 전류가 상승한다. 즉, 스위칭 트랜지스터(SW5)가 오프되기 직전까지 단락되고 있던 전류가 타겟(T1, T2)과 용량 결합하고 있는 플라즈마 부하(P)에 흘러들어간다. 플라즈마 부하(P)는 인덕턴스 성분(Lp)을 가지기 때문에, 급격하게 전류가 흘러들어가면, 스파이크 모양(정상값의 2배 근처의 값)의 과전압이 생긴다. 이러한 과전압은 아크 방전을 유발할 우려가 있다.
본 실시 형태에서는, 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시의 출력 전류의 상승을 억제하여 스파이크 모양의 과전압을 억제하기 위하여, 브릿지 회로(3)의 입력(3a, 3b)에 대하여 병행하도록 스너버(snubber) 회로(7)를 설치하였다. 이 스너버 회로(7)는, 인덕터(DCL)와 브릿지 회로(3)의 사이에 설치되고, 동시에, 서로 직렬로 접속된 스너버 다이오드(Ds) 및 스너버 컨덴서(Cs)를 구비하고 있다. 이 스너버 컨덴서(Cs)의 용량이 5 μF 미만인 경우에는, 출력 전류의 상승을 효과적으로 억제할 수 없을 가능성이 있고, 20 μF를 초과하는 경우에는 자유 방전이 증가할 가능성이 있기 때문에, 이 스너버 컨덴서(Cs)의 용량은 예를 들어, 5 μF ~ 20 μF의 범위로 하는 것이 좋다. 또한, 스너버 회로(7)는 스너버 저항(Rs)을 스너버 다이오드(Ds)에 대하여 병렬로 구비하고 있다. 이 스너버 저항(Rs)이 방전 저항으로서 기능하기 때문에, 스너버 다이오드(Ds)의 전압이 너무 높아지는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태의 스너버 회로(7)에 의하면, 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시에 스위칭 트랜지스터(SW5)를 오프하면, 그때까지 단락 경로(6)를 흐르고 있던 전류가 스너버 다이오드(Ds)를 통하여 스너버 컨덴서(Cs)에 흘러들어간다. 그리고, 이 스너버 컨덴서(Cs)의 충전 전압의 상승에 수반하여, 타겟(T1, T2)을 통하여 플라즈마 부하(P)에 흐르는 전류가 서서히 상승한다. 그 결과, 도 3에서 점선으로 둘러싸서 도시한 바와 같이(또한, 도 3에서는, 한쪽의 타겟에서의 출력 전압(Vc) 및 출력 전류(Ic)의 변화만을 도시하고 있다), 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시에 출력 전류(Ic)의 상승이 완만하게 되고, 그 결과 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시의 과전압이 효과적으로 억제되기 때문에, 아크 방전의 유발을 방지할 수 있다.
여기서, 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시의 과전압을 억제하기 위해서는, 스너버 컨덴서(Cs)의 충전 전압이 낮아지도록, 스너버 저항(Rs)의 저항값을 작게 하는 것이 바람직하다. 그 한편으로, 스너버 저항(Rs)의 저항값을 너무 작게 하면, 플라즈마 부하(P)에서 아크 방전이 발생하였을 때, 스너버 저항(Rs)을 통해 흐르는 스너버 컨덴서(Cs)의 방전 전류가 커지고, 너무 큰 아크 에너지가 플라즈마 부하(P)에 공급된다. 본 실시 형태에서는, 스너버 저항(Rs)의 저항값은 예를 들어, 20 ~ 50 Ω의 범위로 하는 것이 좋다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 제 2 실시 형태의 교류 전원(E2)의 구성을 설명한다. 이 교류 전원(E2)에서는, 스너버 회로(7)를 구성하는 스너버 저항(Rs)의 일단의 접속 위치가 상기 교류 전원(E1)과 다르다. 즉, 스너버 저항(Rs)의 일단이 직류 전력 공급원(1)과 인덕터(DCL) 사이에 접속되어 있다. 이 스너버 저항(Rs)의 타단은 상기 교류 전원(E1)과 마찬가지로, 스너버 다이오드(Ds)의 캐소드와 스너버 컨덴서(Cs) 사이에 접속되어 있다. 이 교류 전원(E2)에 있어서의 그 다른 구성, 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4) 및 단락용 스위칭 트랜지스터(SW5)의 전환 제어는 상기 교류 전원(E1)과 마찬가지이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 교류 전원(2)에 의하면, 각 타겟(T1, T2)의 극성 반전 시에, 스위칭 트랜지스터(SW5)를 오프하면, 그때까지 단락 경로(6)를 흐르고 있던 전류가 스너버 다이오드(Ds)를 통하여 스너버 컨덴서(Cs)에 흘러들어간다. 그리고, 상기 제 1 실시 형태의 교류 전원(E1)과 마찬가지로, 이 스너버 컨덴서(Cs)의 충전 전압의 상승에 수반하여, 타겟(T1, T2)을 통해 플라즈마 부하(P)에 흐르는 전류가 서서히 상승한다. 그 결과, 도 5에서 점선으로 둘러싸서 도시한 바와 같이, 출력 전류(Ic)의 상승이 완만하게 되고, 그 결과 과전압이 효과적으로 억제되기 때문에, 아크 방전의 유발을 방지할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 스위칭 트랜지스터(SW5)가 오프되기 직전의 스너버 컨덴서(Cs)의 전압이 직류 전력 공급원(1)의 전압으로 클램프(clamp)되기 때문에, 상기 제 1 실시 형태(도 3 참조)에 비해 스위칭 트랜지스터(SW5)의 오프 후의 스너버 컨덴서(Cs)의 충전 전압이 더욱 낮아지고, 과전압을 또한 억제할 수 있다.
또한, 무엇인가의 원인에 의해 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)가 모두 오프된 경우, 인덕터(DCL)를 흐르는 전류가 급격하게 차단되기 때문에, 과전압이 발생하고, 이 과전압에 의해 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)가 고장날 가능성이 있다. 따라서, 통상적으로는, 서로 직렬로 접속된 다이오드와 저항으로 구성되는 플라이휠 회로를, 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 보호하는 보호 회로로서 설치할 필요가 있다.
본 실시 형태에서는, 인덕터(DCL)를 흐르는 전류의 급격한 변화가 생기더라도, 스너버 회로(7)의 스너버 다이오드(Ds) 및 스너버 저항(Rs)을 통하여 인덕터(DCL)의 에너지가 방출되므로 과전압이 발생하지 않는다. 따라서, 스너버 회로(7)가 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)를 보호하는 플라이휠 회로로서 역할을 달성하기 때문에, 플라이휠 회로를 생략할 수 있고, 비용을 내릴 수 있다.
또한, 무엇인가의 원인에 의해 플라즈마 부하(P)에서 아크 방전이 발생한 경우에 있어서도, 스너버 컨덴서(Cs)의 방전은 인덕터(DCL)를 통해 행해진다. 이 때문에, 스너버 저항(Rs)의 저항값을 작게 하여도, 스너버 컨덴서(Cs)로부터의 방전 전류가 너무 커지지 않는다. 따라서, 스너버 저항(Rs)의 저항값을 상기 제 1 실시 형태보다도 작은 예를 들어, 수 Ω ~ 10 Ω의 범위로 할 수 있다. 이것에 의해, 스너버 컨덴서(Cs)의 초기 전압을 낮게 할 수 있고, 스위칭 컨덴서(SW5)의 오프 후에 생기는 과전압을 또한 낮게 억제할 수 있으므로, 스너버 회로(7)의 손실을 상기 제 1 실시 형태의 75% 정도로 낮출 수 있기 때문에, 전원의 효율을 높일 수 있다고 하는 효과가 또한 얻어진다.
한편, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않은 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시한 교류 전원(E3)과 같이, 2개의 스너버 회로(7a, 7b)를 직렬로 접속하는 구성으로 하여도 좋다. 이 교류 전원(E3)에서는, 양 및 음의 두 출력 라인(2a, 2b)에 인덕터(DCL1, DCL2)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 스너버 회로(7a, 7b)를 구성하는 스너버 다이오드(Ds) 및 스너버 컨덴서(Cs)의 직렬 회로에 대하여 병행하도록, 스위칭 트랜지스터(SW5a, SW5b)와 저항(R1, R2)이 각각 설치되어 있다. 이들 저항(R1, R2)은 각 스너버 회로(7a, 7b)로의 인가 전압을 분압하기 위한 분압 저항이다. 이 교류 전원(E3)에 있어서의 그 다른 구성, 및 스위칭 트랜지스터(SW1 내지 SW4)의 전환 제어는 상기 교류 전원(E2)과 마찬가지이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다. 이 교류 전원(E3)에 의하면, 상기 교류 전원(E2)에 의해 얻어지는 효과에 더하여, 스너버 회로(7a, 7b)에 내압을 가지게 할 수 있다는 효과가 또한 얻어진다.
E1, E2, E3 : 교류 전원
S : 스퍼터링 장치
P : 플라즈마 부하
T1, T2 : 타겟(전극)
DCL : 인덕터
SW5 : 단락용의 스위칭 트랜지스터
1 : 직류 전력 공급원
2a, 2b : 출력 라인
3 : 브릿지 회로
SW1 ~ SW4 : 스위칭 트랜지스터
7 : 스너버 회로
Ds : 스너버 다이오드
Cs : 스너버 컨덴서
Rs : 스너버 저항

Claims (4)

  1. 직류 전력 공급원과, 이 직류 전력 공급원으로부터의 양(positive) 및 음(negative)의 직류 출력 사이에 접속된 복수의 스위칭 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하고, 상기 브릿지 회로의 각 스위칭 소자의 전환에 의해, 플라즈마에 접촉하는 한 쌍의 전극에 소정의 주파수로 바이폴라 펄스 모양으로 전력을 공급하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원에 있어서,
    상기 플라즈마의 인덕턴스 값보다 큰 인덕턴스 값을 가지는 인덕터를, 상기 직류 전력 공급원으로부터 상기 브릿지 회로로의 양 및 음의 직류 출력 중에서 적어도 한쪽에 설치하고,
    상기 브릿지 회로의 입력에 대하여 병렬로 스너버 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스너버 회로는, 상기 인덕터와 상기 브릿지 회로 사이에 설치되고, 서로 직렬로 접속된 다이오드 및 컨덴서와, 상기 다이오드에 대하여 병렬인 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스너버 회로는, 상기 인덕터와 상기 브릿지 회로 사이에 설치되고, 서로 직렬로 접속된 다이오드 및 컨덴서와, 일단이 상기 다이오드와 상기 컨덴서 사이에 접속되고, 타단이 상기 직류 전력 공급원과 상기 인덕터 사이에 접속된 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 브릿지 회로의 각 스위칭 소자를 전환할 때에 상기 직류 전력 공급원의 직류 출력을 단락시키기 위한 스위칭 소자를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용의 교류 전원.
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