KR20060064649A

KR20060064649A - 스퍼터 처리 시스템에서의 플라즈마 변환의 제어

Info

Publication number: KR20060064649A
Application number: KR1020067003286A
Authority: KR
Inventors: 제프 씨. 셀러스
Original assignee: 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-06-13
Also published as: CN1839459A; JP5517395B2; TW200512306A; US20060011591A1; CN100550274C; KR101227721B1; JP2007503096A; US20050040144A1; WO2005020273B1; US6967305B2; EP1668664A2; US8089026B2; TWI392754B; TW201315294A; WO2005020273A3; WO2005020273A2

Abstract

재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 방법 및 장치는 플라즈마 용기와 전원에 결합된 공진 회로와 스위치부의 상호 작용적 작용에 특징이 있다. 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태와 관련된 신호를 취득하기 위한 센서는 스위치부의 폐쇄 루프 제어를 지원한다. 센서에 의해 검출되는 원치 않는 플라즈마 상태는 스위치부를 폐쇄하여 공진 회로를 션트함으로써 제거될 수 있다.

아크 방전, 글로우 방전, 공진 회로, 션팅, 플라즈마 상태 변환, 플라즈마의 점화

Description

스퍼터 처리 시스템에서의 플라즈마 변환의 제어{CONTROL OF PLASMA TRANSITIONS IN SPUTTER PROCESSING SYSTEMS}

본 발명은 일반적으로 플라즈마 계열 재료 처리에 관한 것으로, 더욱 특히 플라즈마 처리 시스템에서의 아크의 제어 및 플라즈마 상태 변환의 제어에 관한 것이다.

많은 제조 동작의 플라즈마 처리를 이용하고 있다. 예를 들어, 플라즈마 강화 증착법 (PVD)이 금속 및 비금속 박막의 피착에 점차 이용되고 있다. 대부분의 PVD 시스템은 음극 아크 또는 스퍼터링 유형 둘 중 하나이다. 음극 아크 PVD 시스템에 이용되는 아크 방전 플라즈마는 고전류와 저전압의 특성이 있는 반면, 스퍼터 PVD 시스템에 이용되는 글로우 플라즈마는 저전류와 고전압의 특성이 있다. 스퍼터 PVD 시스템은 글로우 플라즈마의 전계 이온화를 지원하도록 자계를 제공하는 특성을 포함한다.

글로우 플라즈마와 아크 방전 플라즈마는 적당한 조건하에서, 모드 변이를 보일 수 있다. 예를 들어, 글로우 플라즈마는 아크 방전 플라즈마로 변환할 수 있으며, 가능성은 없지만 아크 방전 플라즈마는 글로우 플라즈마로 변환할 수 있다.

스퍼터 PVD 시스템의 성능에 바람직하지 않은 아킹이 상당한 문제가 된다. 아킹은 여러 요인으로 인해 일어날 수 있다. 예를 들어, 아킹은 스퍼터링 동안 타겟의 플레이킹, 타겟의 과열, 플라즈마 내의 가스 혼란, 또는 플라즈마를 형성하는 데에 이용되는 불활성 가스나 타겟 재료의 불순물로 인해 일어날 수 있다. 원래, 플라즈마 노이즈는 피착실 내측의 글로우 플라즈마 내에 특정양의 "마이크로 아킹"을 생성하게 된다. 그러나, 이 마이크로 아킹은 챔버 내에서 더욱 심각한 플라즈마 아킹 또는 "하드 아킹 (hard arcing)"으로 발전할 수 있다. 아크가 타겟이 오염되지 않게 할 수는 있지만, 바람직하지 않은 입자를 형성할 수가 있다.

몇 시스템은 아크가 검출될 때 전원을 차단시켜 아킹에 대처한다. 예를 들어, 심각한 아크가 검출되면 전원이 예를 들어 0.100-25msec 동안 출력을 순간적으로 차단되게 할 수 있다. 그러나, 아킹 전류 진동은 약 1-10MHz 의 주파수 (즉, 0.1-1.0μsec의 기간)를 가질 수 있다.

어떤 전원들은 플라즈마 아킹과 관련된 문제를 악화시킨다. 예를 들어, DC 전원은 출력 필터에서와 같은 출력 단계에서 저장된 에너지를 가질 수 있다. 마이크로 아킹이나 아킹 조건의 출현시, 저장된 에너지는 스퍼터링 챔버로 방전될 수 있다. 방전된 에너지 펄스는 약 0.2-20μsec의 기간을 가지며, 이는 너무 빨라 전원의 일반 검출 회로에 의해서는 제어되거나 한정되기가 어렵다.

몇 시스템은 아킹을 방지할 목적으로 음극 전압의 전압 역전을 주기적으로 차단 또는 인가한다. 그러나, 이 피착 속도는 음극 전압이 연속적으로 인가되지 않기 때문에 감소될 수 있다. 더욱, 주기 억제 회로는 상당한 비용을 초래한다. 주기 억제 회로는 보통 반도체 제조시와 같이 결함이 없는 피착을 요할 때 이용되 게 된다.

본 발명은 공진 회로와 션트 회로의 상호 동작이 아크 개시에의 개선된 응답, 여러 플라즈마 상태 간의 개선된 변환, 및 플라즈마의 개선된 점화를 제공할 수 있다는 실현으로 비롯된다. 본 발명의 원리에 따르면, 공진 회로는 션트시, 플라즈마 전류를 제로로 구동하여 예를 들어, 아크 관련 손상을 효율적으로 감소시키는 짧은 시간 주기 내에 플라즈마를 소거하도록 할 수 있다. 공진 회로와 션트의 상호적 동작은 또한 글로우와 아크 방전 플라즈마의 점화를 개선시킬 수 있다.

일 실시예에서, 제어기는 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태 또는 상태 변환을 나타내는 신호에 응답하여, 플라즈마 용기 내의 플라즈마 상태의 폐쇄 루프 제어를 지원한다. 신호는 예를 들어, 공진 회로의 인덕터의 플럭스를 검출하는 플럭스 센서에 의해 제공될 수 있다. 본 발명은 아크 플라즈마에서 글로우 플라즈마로의 변환, 또는 글로우 플라즈마에서 아크 플라즈마로의 변환을 위한 개선된 수단에 특성이 있다. 본 발명은 원하는 플라즈마 상태의 재점화 이전에 원치 않는 플라즈마 상태의 제거를 수반하는 플라즈마 변환에 특성이 있다.

따라서, 제1 형태에서, 본 발명은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 장치에 특성이 있다. 이 장치는 공진 회로, 센서 및 스위치부를 포함한다. 공진 회로는 전원의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신한다. 센서는 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태와 관련되는 신호를 취득한다. 스위치부는 제1 상태 (예를 들어, 개방) 및 제2 상태 (예를 들어, 폐쇄)를 가지며, 신호에 응답하여 상태 간에 전환될 수 있다. 스위치부의 제2 상태는 공진 회로를 션트하여 용기 내의 플라즈마의 상태의 변경을 초래하는 공진 회로의 공진을 가능하게 한다. 공진 회로는 에너지를 저장 및 방출할 수 있다.

센서는 공진 회로의 인덕터에 의해 유도된 플럭스를 감지하도록 구성될 수 있다. 센서는 인덕터에 인접하여 위치된 코일일 수 있다. 이런 센서는 글로우 플라즈마 처리 동안 아크 플라즈마의 개시를 신속하게 검출할 수 있게 한다. 스위치부는 션팅 동안 공진 회로에 대한 댐핑 임피던스로 효율적으로 동작할 만큼 큰 저항을 가질 수 있다.

본 장치는 센서로부터의 신호를 수신하고, 스위치부가 제1 상태와 제2 상태 중 적어도 하나로 전환하여 플라즈마의 상태에 작용하도록 하는 제어기를 포함한다. 제어기는 플라즈마의 상태의 변환이 신호의 변경으로 나타낼 때 스위치부가 제2 상태로 전환하게 하도록 구성될 수 있다. 이 장치는 또한 플라즈마 용기의 입력과 병렬인 전압 클램프 회로를 포함할 수 있다. 전압 클램프는 비대칭 전압 클램프일 수 있다.

본 장치는 스위치부와 직렬인 제로 바이어스 공급부를 포함할 수 있다. 이 공급부는 스위치부에 오프세트 전압을 인가할 수 있다. 오프세트 전압은 스위치부 및/또는 스위치부와 관련되는 기생 회로 소자의 저항으로 초래되는 전압 강하와 관련된다.

본 장치는 공진 회로, 전원 및 플라즈마 용기의 입력 중 적어도 하나의 전압을 감지하기 위한 전압 센서를 더 포함할 수 있다. 장치는 공진 회로, 전원 및 플라즈마 용기의 입력 중 적어도 하나의 전류를 감지하기 위한 전류 센서를 더 포함할 수 있다. 부가의 센서는 플라즈마 상태 변환의 개선된 검출을 제공할 수 있다.

제2 형태에서, 본 발명은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 방법에 특성이 있다. 이 방법은 전원의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하는 공진 회로를 제공하는 단계, 플라즈마 용기의 플라즈마의 상태의 변환을 나타내는 변경을 검출하는 단계, 공진 회로의 공진이 가능하도록 변경이 검출된 후에 공진 회로를 션팅하는 단계를 포함한다. 공진 회로의 션팅은 원하는 플라즈마 상태의 재점화 이전에 용기 내의 플라즈마를 소거할 수 있다.

상태 변경, 예를 들어, 글로우 플라즈마 모드에서 플라즈마 모드로의 변환의 검출에 응답하여, 션팅하는 단계는 공진 회로의 처음 반주기 동안 플라즈마 용기를 통해 흐르는 전류를 처음 반주기 이전에 용기를 통해 흐르는 전류에 비해 상당히 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 션트는 아크 방전 플라즈마가 지속되는 경우 다시 션팅하기 전에 다음 반주기 동안 제거될 수 있다. 션트 및 대기 주기는 하나 이상의 센서로부터의 피드백에 응답하여 원래의 플라즈마 모드가 복구될 때 까지 반복될 수 있다.

이 방법은 플라즈마 용기에 플라즈마를 재점화하는 단계를 포함한다. 재점화는 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 공진 회로를 션팅하는 단계와, 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 점화하도록 저장된 에너지를 플라즈마 용기의 입력으로 향하도록 션트를 제거하는 단계를 포함한다.

제3 형태에서, 본 발명은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 점화하는 방법에 특징이 있다. 본 방법은 공진 회로를 제공하는 단계, 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 전원의 출력을 션팅하는 단계, 및 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 점화하도록 저장된 에너지를 플라즈마 용기의 입력으로 향하게 하도록 션트를 제거하는 단계를 포함한다.

공진 회로는 공진 회로가 전원의 전류를 아크 플라즈마의 정지 상태 전류 보다 더 크게 할 때 까지 션트될 수 있다. 션트는 다음에 플라즈마 용기 내의 아크 플라즈마를 점화하도록 전류의 방향을 플라즈마 용기의 입력으로 바꾸도록 제거될 수 있다. 공진 회로는 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 공진 회로의 유효 주기 부분에 대해 션트될 수 있다. 션트는 플라즈마 용기 내의 글로우 플라즈마를 점화하도록 유효 주기 부분 이후에 저장된 에너지를 플라즈마 용기로 향하도록 제거될 수 있다.

본 발명은 첨부한 청구범위에서 특정하게 기재되어 있다. 본 발명의 상기 및 다른 장점들은 첨부한 도면을 참조한 다음의 설명을 참조함으로써 잘 이해될 것이다.

도 1a은 플라즈마 처리 시스템에서 플라즈마를 제어하기 위한 특성을 포함하는 본 발명의 실시예의 블럭도이다.

도 1b는 마이크로 아크와 하드 아크에 응답하여 플럭스 센서에 의해 검출되는 시간에 따른 전압의 예시의 그래프이다.

도 1c는 플럭스 센서에 의해 검출된 시간에 따른 전압, 전류 센서에 의해 검 출된 시간에 따른 전류, 및 아크의 출현에 대해 전압 센서에 의해 검출된 시간에 따른 전압의 예시의 그래프이다.

도 1d는 더 긴 시간에 걸친 곡선의 동작을 나타내고는 있지만, 도 1c의 그래프에 대응하는 그래프이다.

도 2는 플라즈마 처리 시스템의 실시예의 블럭도이다.

도 3은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 방법의 실시예의 플로우챠트이다.

도 4는 글로우 플라즈마에서 아크 플라즈마로의 변환 동안 시간에 따른 전압과 전류 변경의 그래프이다.

도 5는 글로우 플라즈마에서의 전압과 전류, 및 아크 플라즈마에서의 전압과 전류의 그래프이다.

도 6은 샘플 시스템에서 글로우 플라즈마 상태의 시간에 따른 측정된 전압 변경치를 나타내는 그래프이다.

도 7은 센서에 의해 수집될 수 있는 전류 및 전압 곡선을 나타낸다.

도 8은 시간에 따른 플럭스 센서의 전압의 그래프이다.

도 9는 시간에 따른 전류 센서의 전류의 그래프이다.

도 10은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 점화하기 위한 방법의 플로우챠트이다.

도 11은 플라즈마 처리 시스템에 대해 시간에 따른 전압 및 전류 곡선의 그래프이다.

"플라즈마 시스템"은 플라즈마 형성 구성 요소를 포함하는 장치로서, 재료 처리 구성 요소를 포함할 수 있다. 플라즈마 시스템은 하나 이상의 용기, 전원 요소, 계측 요소, 제어 요소 및 그 외 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 용기 및/또는 하나 이상의 용기와 통신하는 하나 이상의 처리실에서 이루어질 수 있다. 플라즈마 시스템은 플라즈마의 소스이거나 플라즈마에서 형성된 반응 가스 종일 수 있거나 완성된 처리 툴일 수 있다.

"용기"는 가스 및/또는 플라즈마를 함유하는 컨테이너나 컨테이터의 일부이고, 이 내에서 플라즈마가 점화되고/되거나 보유될 수 있다. 용기는 플라즈마 처리 시스템을 형성하기 위해 파워 형성 및 냉각 요소와 같은 다른 요소와 조합된다.

"플라즈마"는 관련 가스의 이온화를 유도하도록 전계와 자계의 조합의 적용으로 나타나게 되는 에너지 충전 입자가 수집된 물질의 상태이다. 일반적으로, 플라즈마는 충전된 이온, 전자 및 중성 입자가 수집된 상태, 이는 충전 입자의 이동으로 형성된 복귀 자계로 인해 전체적으로 중성으로 취급된다. 플라즈마는 충전 입자로 인해 전기적 도전 상태이다. 용기 내의 플라즈마는 용기가 더 이상 전류를 전달할 수 없고, 플라즈마가 광을 형성할 수 없을 때 소거되었다고 생각될 수 있다. 플라즈마 소거를 결정하는 다른 수단은 플라즈마의 전기적 특성에 관련된 것을 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 없이, 플라즈마 용기 음극은 100pf 내지 1μf의 범위의 통상의 용량 값을 갖는 용량 특성을 가질 수 있다.

그러나 플라즈마는 음극으로 이동하는 다량의 이온으로 인해 유도 특성 (전 압이 전류를 리드함)를 갖는다. 따라서, 센서가 플라즈마 용기의 용량 특성을 측정하면, 플라즈마는 소거된다. 센서가 유도 특성을 측정하게 되면, 플라즈마가 플라즈마 용기에 존재하는 것이, 이 전압-전류 비율에 따라서, 플라즈마의 동작 모드를 결정할 수 있다.

"점화"는 플라즈마를 형성하기 위해 가스에서의 초기 브레이크다운을 초래하는 프로세스이다.

문구 "글로우 방전 플라즈마", "글로우 플라즈마", "글로우"는 여기에서 아크 방전 플라즈마와 비교하여 비교적 높은 전압과 낮은 전류로 지속되는 플라즈마 상태를 말하는 것으로 서로 번갈아 이용되고 있다. 여기에서 이용되는 글로우 플라즈마는 글로우와 수퍼글로우 플라즈마를 포괄할 수 있다.

문구 "아크 방전 플라즈마", "아크 플라즈마", "아크"는 여기에서 비교적 낮은 전압과 높은 전류로 지속되는 플라즈마 상태를 말하는 것으로 서로 번갈아 이용되고 있다. 여기에서 이용되는 아크 플라즈마는 마이크로 아크와 하드 아크를 포괄할 수 있다.

다음의 설명은 예시의 음극 DC 계열의 스퍼터링 시스템에 중점을 두고 있다. 그러나, 플라즈마 처리 기술의 당업자에게는 본 발명의 원리가 RF 플라즈마 시스템과 같은 AC 유도 플라즈마를 수반하는 시스템을 포함하여, 각종 플라즈마 처리 시스템에 적용될 수 있다는 것이 명백하게 될 것이다.

도 1a는 플라즈마 처리 시스템(100)에서 플라즈마를 제어하기 위한 특성을 포함하는 본 발명의 실시예의 블럭도이다. 본 발명의 장치(190)는 공진 회로 (110), 및 제1 및 제2 상태를 갖는 스위치부(120)를 포함한다. 도 1a에 나타낸 시스템(100)은 출력을 갖는 전원(170), 전원(170) 및/또는 공진 회로(110)로부터 파워를 수신하기 위한 입력을 갖는 플라즈마 용기(180), 스위치부(120)과 병렬인 전압 클램프부(160), 플럭스 센서(131), 전류 센서(132), 전압 센서(133) 및 센서(131, 132, 133)로부터 신호를 수신하여 스위치부(120)와 제어 바이어스 공급부(150)를 제어하기 위한 제어기(140)를 포함한다. 스위치부는 제2 상태, 예를 들어 폐쇄 상태일 때 공진 회로(110)를 션트한다.

전원(170)은 예를 들어, DC 또는 RF 전원일 수 있으며, 플라즈마 용기(180)는 예를 들어, 용량성 결합되거나 유도성 결합된 플라즈마 용기 뿐만 아니라, 자기적으로 개선된 음극 (예를 들어, 마그네트론)이나 플라즈마 처리 기술에서 공지된 간단한 다이오드 유형의 음극일 수 있다. 스위치부(120)는 전원(170)의 출력 및 플라즈마 용기(180)의 입력과 병렬로 전기적 연결되어 있다. 공진 회로(110)는 플라즈마 용기(180)의 입력과 전원(170)의 출력과 병렬로 전기적 연결되어 있다. 다른 실시예로 플라즈마 처리 시스템(100) 내에서 다른 위치에 스위치부(120)를 포함할 수 있다. 도 1a는 스위치부(120)에 대해 두 가능한 위치를 나타낸다.

플라즈마 용기(180)는 시스템(100)의 다른 구성 요소에 전기적 연결되어 있지만, 이들에 대하여 원격 위치되어 있다. 예를 들어, 시스템(100)의 구성 요소들은 플라즈마 용기(180)에 긴 고전압 케이블을 거쳐 연결될 수 있다.

스위치부(120)는 공진 회로(110)의 션팅을 가능하게 한다. 스위치부(120)는 예를 들어, 용기(180) 내의 바람직하지 않은 아크 플라즈마의 검출에 응답하여 폐 쇄될 때, 공진 회로(110)를 션트할 수 있어, 사실상 플라즈마 용기(180) 내의 아크로 전류 흐름에 맞서는 다른 전기 경로를 형성하게 된다. 아크는 플라즈마 용기(180)에 의해 제시되는 부하의 임피던스가 공진 회로(110)에서 전류가 링업 (ring up)되고 있는 동안 감소되게 할 수 있다. 따라서, 스위치부(120)는 플라즈마 용기(180)와 전류 흐름의 일부를 공유할 수 있다. 아크의 피크 전류와 총 에너지 및 이에 따라 아크에 의해 초래되는 손실은 전류가 다른 경로를 갖는 경우 효율적으로 감소될 수가 있다. 션트는 아크를 제로 전류, 즉 플라즈마 없는 상태로 하는 데에 필요한 시간을 감소시킬 수 있다. 플라즈마는 이 조건에서 소거된 것으로 생각될 수 있다.

아크 플라즈마 임피던스는 아크를 통한 총 전류와 관련하여 감소되는 경향이 있다. 이 효과는 아크 방전시 내재하는 부가의 열적 이온화로 인한 것이다. 따라서, 아크에 가능한 전류의 감소로 방전 시의 온도 상승을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 스위치부(120)는 다른 전류 경로를 제공한다. 스위치부(120)의 임피던스는 시스템(100)의 아크 임피던스와 유사하게 선택될 수 있다. 그러나, 에너지 일부를 소모하는 스위치부(120)에게는 장점이 있을 수 있기 때문에, 너무 낮지 않은 임피던스를 갖는 스위치부(120)를 선택하는 것이 바람직할 수 있다.

전원(170)과 공진 회로(110)는 각각 자신의 인덕터를 포함할 수 있거나, 하나 이상의 인덕터 또는 인덕터의 일부를 공유할 수 있다. 몇 실시예에서, 공진 회로의 인덕터는 전원(170)의 인덕터의 인덕턴스 보다 더 적은 인덕턴스를 갖는다.

플럭스 센서(131)는 공진 회로(110)의 인덕터에 의해 형성된 자기 플럭스를 검출하도록 구성될 수 있다. 플럭스 센서(131)는 플라즈마의 상태를 모니터하는 비교적 간단하면서 효율적인 방법을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 권선을 공진 회로(110)의 인덕터에 간단히 추가하여, 제2 권선을 플럭스 센서(131)로 이용하여 우수산 플라즈마 변환 검출기를 제공할 수 있다. 플라즈마 용기(180)에의 연결시 일련의 마지막 요소로서의 위치에서는 플라즈마 용기(180)로의 전류의 순간적인 변경이 센서(131) 권선의 대응하는 결합 플럭스의 변경을 이룬다.

따라서, 플럭스 센서(131)는 플라즈마 전류 및/또는 전압의 급속한 변경을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 이런 변경이 검출될 때, 제어기(140)는 공진 회로(110)가 링아웃되게 하도록 스위치부(120)가 동작하게 작용할 수 있다. 전류와 전압이 크로스오버되어 (전압 리드 전류 (voltage leading current)로부터 전류 리드 전압으로 변함) 제로에 이르게 되면, 센서(131)는 정확한 플라즈마 모드의 재시작을 모니터하는 데에 이용될 수 있다. 플라즈마 모드는 별개의 특성을 가지며, 이는 플라즈마가 정확한 모드에서 재시작하고 있는지를 결정하는 데에 이용될 수 있다.

도 1b, 1c 및 1d를 참조하면, 플럭스 센서(131)는 재점화 및 플라즈마 실행의 시작과 관련된 전압 및/또는 전류 상승을 검출할 수 있다. 플럭스 센서(131)는 여러 유형의 플라즈마 상태의 점화를 구분할 수가 있다. 도 1b는 마이크로 아크와 하드 아크에 응답하여 플럭스 센서(131)에 의해 검출된 시간에 따른 전압의 예시의 그래프이다. 플럭스 센서(131)로부터의 신호 "백 포치 (back porch)"는 지속하려고 하는 하드 아크의 전압 이전에 제로로 강하한 마이크로 아크의 전압을 나타낸 다. 화살표 A는 마이크로 아크 유도 전압이 제로로 강하하는 시각을 나타내며, 화살표 B는 하드 아크 유도 전압이 제로로 강하한 시각을 나타낸다.

다르게, 플럭스 센서(131)에 부가하여, 제어기(140)는 또한 전류 센서(132) 및 전압 센서(133)으로부터의 전압 및/또는 전류 측정치를 이용하여, 플라즈마 상태를 정의할 수 있다. 측정 지점의 위치에 따라, 여러 정보를 얻게 되어 제어기의 판정 프로세스를 도와주게 된다. 일 예는 현 플라즈마 동작의 모드를 정의하도록 전압-전류 비율을 측정하고 있는 것이다. 다른 예는 하나의 진공 주기 이후에 그리고 다시 두 주기 이후에 전압을 측정하여 재점화의 연속성을 확인하는 것이다. 또한, 둘 이상의 측정 값을 조합하여 이용하게 되면 플라즈마 모드와 필요한 제어 전략에 잘 맞게 제어기의 기능을 변경하는 것이 가능하게 된다.

예를 들어, 세 센서(131, 132, 133)로부터의 측정 값을 제어 룰과 적당히 조합하여, 글로우 플라즈마의 순간적인 아크 변환의 출현을 예상할 수가 있다. 이들 조건이 검출되면, 제어기(140)는 예상 플랙을 세트하여 플라즈마를 중지하는 스위치부(120)의 주기를 이루게 한다 (예를 들어, 차단 및 재기동시킴). 이로 인해 "예측 아크"로 이끄는 조건들이 아크가 실제 발생하기 이전에 중지되게 하므로, 입자 형성의 가능성을 줄일 수 있다.

예상 기능에 이용되는 하나 이상의 신호의 기간은 변환 이전에 단기간, 예를 들어, 3μs 미만 동안만 가능할 수 있다. 이들은 또한 예를 들어, 20% 내지 60%의 변환시 모든 트랜지스터 보다 더 적은 것의 검출에 가능할 수 있다. 글로우에서 아크로의 변환시에는, 아크 변환 바로 이전 및 이로 이끄는 대응하는 전류 변경 없 이 작은 선형 전압 강하가 있게 된다. 이의 변형은 단기간 동안 전압 이동이 발생한 다음에 아크 변환 바로 전에 (2μsec 내지 10μsec) 정상으로 돌아올 때이다.

도 1c는 아크의 출현 바로 이전과 이후의 시간 주기 동안 검출되는 시간에 따른 플럭스 센서(131)의 전압, 시간에 따른 전류 센서(132)의 전류, 및 시간에 따른 전압 센서(133)의 전압의 예시의 그래프이다. 곡선은 상술된 예상 동작을 나타낸다. 도 1d는 도 1c와 같이 샘플 곡선을 포함하는 그래프이지만, 시스템(100)의 션팅 작용 이후에 곡선의 동작을 확장하여 나타내도록 더 긴 시간이 포함되어 있다.

제어기(140)는 시스템(100)의 특성을 모니터하는 데에 이용되는 신호를 수신한다. 센서(131, 132, 133)는 예를 들어, 플라즈마 용기(180) 내의 플라즈마의 상태의 모니터링을 가능하게 하도록 제어기(140)에 하나 이상의 신호를 제공할 수 있다. 제어기(140)는 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 집적 회로를 포함한다. 다르게, 하나의 집적 회로나 마이크로프로세서는 제어기(140) 및 그 외 시스템(100)의 전자 구성 요소와 결합될 수 있다. 하나 이상의 마이크로프로세서는 제어기(140)의 기능을 실행하는 소프트웨어를 구현할 수 있다. 또한, 제어기(140)는 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어 (예를 들어, 어플리케이션 특정 집적 회로)로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 여기 기재된 기능 전용의 범용 장비나 특수한 프로세서에서 실행되게 설계될 수 있다.

제어기(140)는 플라즈마 용기(180) 내의 플라즈마 상태 변환을 제어하기 위해 센서(131, 132, 133)로부터 수신된 하나 이상의 신호에 응답하여 스위치부(120) 를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 제어기(140)는 바람직하지 않은 상태 변환을 검출 및 종료하고, 원하는 플라즈마 상태를 재점화함으로써 개선된 처리를 지원할 수 있다. 제어기(140)는 또한 개선된 점화 방법을 지원할 수 있다. 본 발명의 구현시, 원하는 상태 간의 제어 변환은 센서(131, 132, 133) 중 하나 이상으로부터 수신된 신호로 나타낸 바와 같이 용기(180) 내에 플라즈마 없는 기간을 포함한다.

원하는 아크 플라즈마는 예를 들어, 음극 아크 세정/가열 주기를 툴 코팅 PVD 시스템에서 찾을 수 있다. 이 시스템은 저전력 아크 플라즈마 상태에서 마그네트론의 동작을 수반한다. 마그네트론은 시스템으로 처리되고 있는 툴에서 마그네트론의 타겟 재료의 이온 에칭과 주입에 이온 소스를 제공한다. 아크 플라즈마가 소거되면, 플라즈마는 글로우 플라즈마 상태로 변환되고, 이는 피착 속도의 손실과 툴의 파손으로 이어진다.

툴의 손상을 방지하기 위해, 도 1a의 광범위한 실시예에 있어서는, 제어기(140)가 글로우 플라즈마를 차단시키기 위해 스위치부(120)를 폐쇄한 다음에, 원하는 아크 플라즈마를 재점화하기 위한 단계를 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어기(140)는 스위치부(120)를 개방하여 공진 회로(110)의 하나 이상의 인덕터에 저장된 에너지로 점화되게 한다.

원하는 글로우 플라즈마는 예를 들어, 원치 않는 아크 상태로의 변환을 가끔 보이는 스퍼터 PVD 시스템에서 볼 수 있다. 당업자에게 잘 알려진 여러 유형의 글로우-아크 변환은 제어기(140)에 의해 검출될 때 테일러된 응답을 수신할 수 있다.

마이크로 아크의 검출에 응답하여, 제어기(140)는 스위치부(120)를 폐쇄하여 플라즈마 용기(180)의 전류가 예를 들어, 어떤 실시예에서는 약 200μsec 미만, 어떤 실시예에서는 약 1μsec 미만에 제로 전류가 되게 할 수 있다. 전류를 신속히 감소시키는 것은 미립자 형성과 배출의 가능성을 줄여준다.

마이크로 아크 형성은 하나 이상의 센서(131, 132, 133)에 의해 제공된 신호를 통해 제어기(140)에 의해 검출될 수 있다. 플럭스 센서(131)는 공진 회로(110)의 인덕터의 자기 플럭스와 결합될 때, 과도한 손상이 발생하기 전에 아크 전류를 깍아내는 아크 개시의 시간 길이 내에 제어기(140)가 스위치부(120)를 폐쇄하도록 할 수 있다. 아크의 형성은 일반적으로, 급속한 전압의 감소와 전류의 증가를 가져오게 된다. 제어기(140)는 마이크로 아크를 소거하기 위해 공진 회로의 주기의 일부 동안 스위치부(120)를 폐쇄할 수 있다. 전류는 제로로 강하할 수 있다.

스위치부(120)는 예를 들어, 공진 회로(110)의 고 전류 반주기 동안 폐쇄 유지될 수 있다. 제어기(140)는 다음에 스위치부(120)를 개방할 수 있고, 공진 회로(110)는 양으로 링되어 (ring positive) 글로우 플라즈마를 재점화하도록 전압 오버슛을 지원할 수 있다.

하드 또는 지속적인 아크는 마이크로 아크 보다 소거하기가 더 어렵고 소거된 것을 확인하기가 더욱 어려울 수 있다. 제어기(140)는 하드 아크가 소거될 때 까지 스위치부(120)의 반복 주기를 실행할 수 있다. 하드 아크의 경우, 소거를 확인하기 위해서 플럭스 센서(131)와 전압 및 전류 센서(132, 133) 중 하나나 둘 다를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 잘못된 아크 형성이나 소거 표시의 가능성을 줄일 수 있다.

본 발명의 신호 감지 및 제어 특성을 간략하게 하기 위해서, 센서(132, 133)는 제어기(140)에 제한된 세트의 구별 값을 제공할 수 있다. 제어기(140)는 다음에 폐쇄 루프식으로 응답할 수 있다. 제어기(140)에 의해 구현되는 제어 기능은 도 2 및 도 3을 참조하여 이하 더 기재된다.

시스템(100)의 더욱 상세한 실시예로, 제어기(140)는 시스템 조건 감지 및 적응성 응답 특성을 이용한다. 예를 들어, 제어기(140)는 시스템(100)의 부가의 프로세스와 상태 조건을 나타내는 부가의 신호를 수신할 수 있다. 시스템(100)의 상태와 프로세스 조건에 응답하여, 제어기(140)는 패턴, 예를 들어, 현 조건에 잘 맞는 프로세스 레시피를 불러올 수 있다. 따라서, 제어기(140)는 적당한 패턴이나 동작을 선택할 수 있다. 패턴의 변경은 예를 들어, 하나 이상의 기존의 단계의 길이의 변경이 아닌 프로세스에 포함된 단계의 개수 및/또는 유형의 변경과 관련될 수 있다.

플라즈마 용기(180)는 예를 들어, DC 음극 계열의 스퍼터 용기일 수 있다. 이 용기(180)는 용기(180)의 플라즈마를 모아서 집중시키기 위한 마그네트론 장치를 포함할 수 있다. 용기(180)는 종래의 플라즈마 처리 챔버일 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 반응 스퍼터 피착을 지원하기 위해 용기에서 타겟과 기판 사이에 유도될 수 있다. 기판은 피착 프로세스를 강화하기 위해 DC 또는 RF 소스로 바이어스될 수 있다. 기판 후면은 기판을 가열하기 위해 후측 가스를 이용하는 가열 메커니즘을 포함할 수 있다. 후면은 기판 상에 더욱 균일한 스퍼터 피착을 위해 회전할 수 있다.

도 2는 도 1a에 나타낸 장치(190)의 예시의 실시예인 장치(190A)를 포함하는 플라즈마 처리 시스템(100A)의 블럭도이다. 시스템(100A)은 공진 회로(110A), 스위치부(120A), 플럭스 센서(131A), 전류 센서(132A), 전압 센서(133A), 전압 클램프 회로(160A), 및 전원(170A)를 포함한다. 시스템(100A)은 제로 바이어스 공급부(150A)를 선택적으로 포함한다.

전원(170A)은 DC 전원으로, 전원(170A)의 출력과 직렬인 필터 인덕터 L_f 및 전원(170A)의 출력과 병렬인 필터 커패시터 C_f를 포함한다. 스위치부(120A)는 스위치(121)를, 어떤 실시예서는 다이오드(122)를 포함한다. 스위치(121)는 예를 들어, 가스 스위치, SCR 스위치, IGBT 스위치 및 SiT 스위치, FET 스위치, GTO 스위치, 또는 MCT 스위치일 수 있다. 더욱 일반적으로, 스위치부(120A)는 공통 또는 다른 유형의 둘 이상의 스위치를 포함할 수 있다. 다이오드(122)는 예를 들어, 제너 다이오드일 수 있다.

다이오드(122)는 스위치부(120A)가 일 방향 스위치로 작용하도록 한다. 스위치(121)가 폐쇄되면, 다이오드(122)는 플라즈마 용기의 음극에 반대 극성의 전류 흐름이 진행되게 한다. 반대 전류는 센서(131A, 132A, 133A)로부터의 하나 이상의 신호로 나타낸 바와 같이 플라즈마 용기 내의 플라즈마 없음 상태로의 변환을 가속화할 수 없다. 스위치부(120A)는 용기에서 형성한 아크 플라즈마에 응답하여 폐쇄될 때, 몇 실시예에서 예를 들어, 약 85A의 피크 전류를 전달할 수 있는 반면 음극 은 약 20A의 피크 전류를 거치게 된다 (약 14A의 실행 전류와 비교).

제로 바이어스 공급부(150A)는 트랜스포머(151), 다이오드(152) 및 커패시터(153)를 포함한다. 트랜스포머(151)는 제어기, 예를 들어, 도 1a에 나타낸 제어기(140)와 전기적 통신한다. 공급부(150A)에 의해 제공된 전압은 스위치부(120A)와 그 외 스위치부(120A)와 직렬인 구성 요소의 저항으로 인해 초래된 전압 강하를 수정한다. 공급부(150A)는 예를 들어, 피크 전류에서 하나 이상의 스위치(121) 양단의 전압 강하와 동일한 오프세트 전압을 인가함으로써, 스위치부(120A)에 필요한 개수의 스위치(121)를 감소히키는 데에 이용될 수 있다.

예를 들어, 스위치(121)가 각각 1Ω의 저항을 나타내는 두 개의 FET로 구현되면, 직렬 상태의 이 두 개의 FET는 2Ω의 저항을 나타내게 된다. 50A의 전류에 대해, 전항 강하는 100V이 될 것이다. 이 경우, 공급부(150)의 오프세트는 100V로 세트될 수 있다. 부하 전류, 특 플라즈마 용기(180)의 전류는 제로 바이어스 공급부(150)의 원하는 레벨의 오프세트에 대해 이차적 효과를 줄 수 있다.

스위치부(120A)에 대해 적당한 저항을 구별하기 위해서는 목표의 경합이 균형맞아야 한다. 효율적인 다른 전기적 경로를 형성하기 위해서, 스위치부(120A)는 아크 플라즈마와 관련하여 더 적은 저항을 가질 수 있다. 아크 플라즈마의 부주의한 재점화를 방지하도록 에너지를 분산하기 위해, 스위치부(120A)는 상당한 저항을 가져야 한다. 통상의 실시예에서, 임피던스의 균형은 통상의 아크 플라즈마 임피던스와 거의 동일한 스위치부(120A) 임피던스를 갖도록 세트된다.

예를 들어 아크 플라즈마가 거의 60amps에서 40V의 전압 강하를 갖게 되면, 이는 0.67ohms의 임피던스에 대응하는 것이다. 이들 조건에 대한 통상의 스위치 임피던스는 약 0.6ohm 이하이다. 제로 바이어스 공급부(151A)가 이용되지 않을 때, 스위치부(121)의 임피던스는 적어도 션트 주기의 시작시에는 플라즈마의 것과 유사할 수 있다.

전압 클랩프 회로(160A)는 각각 정 및 역 전압 클램핑을 위해 배향된 두 그룹의 직렬 다이오드(161)를 포함한다. 다이오드는 예를 들어, 단방향성 제너 다이오드일 수 있다. 전압 클램프 회로(160)의 동작의 선택적 구조 및 방법이 셀러즈 (Sellers)의 미국 특허 번호 6,524,455에 기재되어 있다.

공진 회로(110A)는 전원(170A)의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 직렬인 인덕터 L_R, 및 전원(170A)의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 병렬인 커패시터 C_R을 포함한다. 커패시터 Cr 및 인덕터 Lr은 가능한 한 빠른 것으로 선택될 수 있다. 인덕터 Lr가 전원(170A)의 출력과 플라즈마 용기(180)의 입력 사이의 우세 인덕턴스 (최고값)가 되어야 할 필요성으로 인해 고 주파수 제한이 발생할 수 있다. 전류를 제로로 링하도록 공진 회로(110A)에 충분한 에너지를 유지하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 이 에너지는 플라즈마 용기(180)의 DC 프로세스 전류에 비례할 수 있다.

주파수 범위의 하측 단은 전원의 감도로 결정될 수 있다. 예를 들어, 가능한한 일정한 피착 속도를 유지하기 위해서, 전원(170A)이 공진 회로(110A)의 동작은 무시하고, 오직 제어기(140)에 의해 명령받을 때 차단되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 전원(170A)의 필터 인덕터 L_f의 값은 인덕터 Lr 보다 더 크게, 예를 들어, 10x 이상으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 인덕터 Lr는 10μH의 값을 갖는 반면 전원(170A)의 필터 인덕터 L_f는 2mH의 값을 가질 수 있다.

도 2의 플럭스 센서(131A)는 공진 회로(110A)의 인덕터 L_R에 인접하여 배치된 인덕터를 포함하므로 변경 전류가 공진 회로(110A)의 인덕터 L_R를 통과할 때 플럭스 센서(131A)에 전류가 유도되게 된다. 공진 회로(110A)의 인덕터 L_R는 예를 들어, 에어 코어 인덕터에서와 같이 코일을 포함할 수 있으며; 플럭스 센서(131A)는 공진 회로(110A)의 인덕터 L_R 내에 동축으로 배치되는 코일을 포함할 수 있다. 플럭스 센서는 예를 들어, 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태에 변환이 발생하고/하거나 스위치부(160A)가 폐쇄될 때 공진 회로(131A)의 전류 변경에 민감하다.

코일 계열의 플럭스 센서(131A)는 제조를 간략화하기 위해 미세한 게이지 와이어로 만들어진 코일을 포함한다. 플럭스 센서(131A)는 코일에 결합된 고속 SCR 또는 사이러트론을 포함할 수 있다. 바람직하게, 플럭스 센서(131A)는 예를 들어, 플라즈마 용기에 연결된 커넥터로 이어지는 최종 구성 요소로서 인덕터 L_R와 같은 장소에 배치된, 플라즈마 용기로의 전류 경로의 마지막 구성 요소이다.

전류 센서(132A) 및 전압 센서(133A)는 공진 회로, 전원, 및 플라즈마 용기의 입력 중 적어도 하나의 전류와 전압을 각각 감지한다. 센서(131A, 132B, 133C)중 하나나 그 조합이 제어기의 기능을 지원하는 데에 이용될 수 있다. 센서 판독은 어떤 실시예에서는 공진 회로(110)의 공진 주파수의 분수나 정수배로 샘플링된 다.

도 3은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 방법(300)의 실시예의 플로우챠트이다. 이 방법(300)은 도 1a 및 도 2에서 나타낸 장치(190, 190A)로 구현될 수 있다. 이 방법은 전원의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하는 공진 회로를 제공하는 단계를 포함한다 (단계 310). 공진 회로는 에너지를 저장 및 방출할 수 있다. 이 방법은 또한 예를 들어, 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태의 변환을 나타내는 신호의 변경을 검출하는 단계 (단계 320) 및 공진 회로의 공진이 가능하도록 이 변경을 검출한 후에 공진 회로를 션팅하는 단계 (단계 330)를 포함한다.

어떤 실시예에서, 션팅은 공진 회로의 반주기와 동일한 주기 동안 계속된다. 이 실시예의 방법(300)은 아크 방전 플라즈마가 지속되는 경우 다시 션팅하기 전에 반주기 동안 대기하는 단계를 포함한다 (단계 340). 션팅과 대기 프로세스는 변경이 더 이상 검출되지 않을 때 까지 반복된다 (단계 350). 선팅과 대기 프로세스는 플라즈마의 상태의 변경이나 플라즈마의 소거를 나타내는 변경이 검출될 때 종료된다 (단계 360). 이 방법은 또한 원치 않는 플라즈마 상태를 소거한 후에 플라즈마를 재점화하는 단계를 포함한다 (단계 370).

플라즈마 용기 내의 플라즈마의 가능한 상태는 예를 들어, 도 1a의 센서(131, 132, 133)에 의해 취득될 수 있는 하나 이상의 신호로 나타내는, 여러 글로우 플라즈마 상태, 여러 아크 방전 상태, 및 플라즈마 없음 상태를 포함한다. 각종 신호의 변경 중에 상태 변환의 개시를 검출하는 데에 이용되는 것이 있다. 플 럭스 센서(131)는 플라즈마 상태의 변경의 개시를 검출할 때 가장 효율적일 수 있다. 플럭스 센서(131)의 특성은 도 8을 참조하여 아래 개시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 용기 내의 플라즈마의 상태는 예를 들어, 플라즈마와 관련된 전류 및/또는 전압 레벨의 조사로 결정될 수 있다. 도 4는 글로우 플라즈마에서 아크 플라즈마로의 변환 동안 시간에 따라 전압과 전류가 얼마나 변경되하는지를 질적으로 나타내는 그래프이다. 도 5는 글로우 플라즈마와 아크 플라즈마의 전압과 전류 사이의 관계를 질적으로 나타내는 그래프이다. 글로우 및 아크 플라즈마는 이들의 특성 값으로 구별될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서, 글로우 플라즈마는 약 500V의 전압과 약 10A의 전류의 특성이 있는 반면 아크 플라즈마는 약 100A의 전류와 약 20V의 전압의 특성이 있다. 따라서, 전압 및/또는 전류 레벨과 이들의 변환의 감지는 플라즈마 상태와 상태 변환의 표시를 취득하기 위한 일 수단이다.

전류와 전압 레벨이 변경하고 있을 때, 전류와 전압 신호 간의 위상 관계는 용기 내의 플라즈마 상태를 나타내는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 션팅 (단계 330)은 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 소거하는 것을 수반하며, 신호는 플라즈마가 소거된 것을 확인하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 오프 상태에서, 플라즈마 용기는 용량성 임피던스를 나타내는 반면, 글로우나 아크 방전 플라즈마 상태에서, 용기는 유도성 임피던스를 나타낸다. 하나 이상의 센서에 의해 제공되는 전압과 전류 파형의 관계를 조사하면, 용기의 현재 임피던스를 판정할 수 있다. 예를 들어, 글로우 플라즈마와 아크 방전 플라즈마 둘 다는 전압 리드 전류 특성을 나타낸다. 이 특성은 예를 들어, 글로우나 아크 플라즈마가 새로 형성되어 아직 안정화되어 있지 않을 때 관찰될 수 있다.

도 6을 참조하면, 예를 들어, 플라즈마가 소거되었다고 단정하는 데에 전압 레벨만을 이용할 수 있다. 예를 들어, 글로우 플라즈마를 유지할 수 있는 최소한의 전압이 특정 프로세스 조건 (예를 들어, 가스 유형과 압력 조건) 하에서 동작되고 있는 시스템(100)의 특정 실시예에 대해 실험적으로 결정될 수 있다. 도 6은 샘플 시스템에서 글로우 플라즈마 상태의 시간에 따라 (예를 들어, 전압 센서에 의해 감지된) 측정된 전압 변경을 나타내는 그래프이다. 그래프의 데이터는 글로우 플라즈마를 함유하는 플라즈마 용기에 인가된 파워를 감소하고, 플라즈마 용기 양단의 전압을 감지하여 취득된다.

예를 들어, 9watt 전달 파워에서, 전압은 233V이다. 8watt 전달 파워에서, 전압 리플은 증가하는 한편 전체 전압은 강하한다. 전달된 파워가 약 6watt로 감소하면서, 플라즈마는 붕괴되는데, 즉 소거된다. 플라즈마가 붕괴되는 파워 레벨은 그래프 상에서 나타내내 바와 같이, 전압 레벨 V_min에 대응한다. 따라서, 실험적으로 판정된 전압 레벨 V_min은 글로우 플라즈마가 소거된 것을 확실히 하기 위해 플라즈마 용기 전압을 감지할 때 임계 전압으로 작용할 수 있다.

공진 회로가 션트될 때 (단계 330), 플라즈마 용기를 통해 흐르는 전류는 처음 반주기 이전에 용기를 통해 흐르는 전류에 비해 공진 회로의 처음 반주기 동안 상당히 감소될 수 있다. 예를 들어, 스위치부(120)의 폐쇄는 공진 회로(110)의 처 음 반주기 동안의 빠른 속도로 플라즈마 용기(180)의 전류를 감소시킬 수 있다. 공진 회로의 반주기는 약 1 내지 50μsec의 범위를 갖는다. 반주기 동안 션트한 후에, 션트가 제거될 수 있다. 용기의 플라즈마를 소거하는 데에는 간단한 션팅으로도 충분할 수 있다.

도 7은 센서(132, 133)로 수집될 수 있는 전류와 전압 곡선을 나타낸다. 곡선은 소거된 상태로 변환된 글로우 플라즈마를 나타낸다. 공진 회로(110)가 션트될 때, 전류와 전압은 급속히 강하한다. 그러나, 전류와 전압은 제로가 되지는 않는다. 예를 들어, 전류는 약 0.5A이고 전압은 약 10V일 수 있다.

또한, 유니폴라 스위치가 이용될 수 있는데, 이는 공진 회로(110)를 주기의 다음 반주기 동안 제로 이하로 링되게 할 수 있다. 유니폴라 스위치는 또한 스위치의 오프 변환 타이밍을 덜 중요하게 만들 수 있다. 용기(180) 내의 플라즈마는 전류가 그 흐름 방향을 전환할 때 소거된 것으로 생각할 수 있다.

본 발명의 방법(300)은 예를 들어 아크 방전 플라즈마가 지속되는 경우 다시 션팅하기 전에 반주기 또는 그 외 기간 동안 대기하는 단계 (단계 340)를 포함한다. 또한, 션팅(단계 330) 및 대기 (단계 340)는 변경 (단계 320)이 더이상 검출되지 않을 때 까지 (단계 350) 반복된다. 미리 선택된 반복 주기 횟수 이후 또는 미리 선택된 시간 주기가 경과된 후에 아크를 소거하지 못하게 되면, 전원의 차단으로 이르게 될 수 있다. 이 경우, 션팅은 전원이 예를 들어 반주기 이상 동안 차단되게 될 때 까지 지속되게 될 수 있다.

제2 신호의 변경을 감지하는 것은 플라즈마 상태의 변환의 식별 및 플라즈마 재점화의 확인을 지원할 수 있다 (단계 360). 원하는 플라즈마 상태를 소거한 후에 플라즈마를 재점화하는 단계 (단계 360)는 예를 들어, 글로우나 아크 플라즈마를 재점화하는 것을 수반할 수 있다. 아크 플라즈마를 얻기 위해, 공진 회로는 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키기 위해 션트될 수 있고, 다음에 션트를 제거하여 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 점화하도록 저장된 에너지를 플라즈마 용기의 입력으로 향하게 한다. 저장된 에너지가 전원 전류를 아크 방전 플라즈마의 정지 상태 전류 보다 더 큰 레벨로 증가시키게 할 수 있다. 다음에 션트는 플라즈마 용기의 입력으로 전류를 향하도록 제거될 수 있다. 이에 의해 아크 방전 플라즈마는 통상적인 종래 기술과 달리 용기의 음극에 접촉하지 않고, 플라즈마 용기에서 점화되게 될 수 있다.

글로우 플라즈마를 얻기 위해, 공진 회로는 공진 회로의 유효 주기 부분 동안 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 션트될 수 있다. 다음에 저장된 에너지를 플라즈마 용기의 입력으로 향햐도록 션트를 제거하고 이에 의해 플라즈마 용기에서 글로우 방전 플라즈마를 점화시킬 수 있다. 주기의 유효 부분은 주기의 1/2일 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하여, 글로우 플라즈마에서 아크 플라즈마로의 원치 않는 변환, 션팅에 의한 아크 플라즈마의 소거 및 글로우 플라즈마의 재점화의 예가 설명된다. 도 8은 플럭스 센서(131)의 전압 대 시간의 그래프이고; 도 9는 전류 센서(132)의 전류 대 시간의 그래프이다. 플럭스 센서(131)의 신호는 아크 플라즈마의 개시를 감지하는 신속한 표시자이다. 아크가 검출되면, 공진 회로는 반주기 동안 션트되어, 회로가 진동함에 따라 음의 전류로의 약간의 스윙을 가지고, 전류 센서의 전류가 제로로 신속히 강하 (플라즈마 없음)되게 한다. 플럭스 센서(131)의 전압 레벨의 상승은 예를 들어, 아크 플라즈마로의 변환이 발생한 것을 나타내는 표시자로 이용될 수 있다.

플럭스 센서(131)가 플라즈마 변환의 정확한 표시자를 제공하기 때문에, 적은 전압 레벨이 플라즈마 개시의 임계치 표시자로 선택될 수 있다. 예를 들어, 1.0V의 전압이 임계치 레벨로 선택될 수 있다. 공진 회로의 션팅은 임계치 레벨 이상으로 상승한 플럭스 센서 전압의 검출에 응답할 수 있다.

예를 들어, 12μh의 인덕터값과 0.1μf의 커패시터 값을 갖는 공진 회로의 경우, 공진 주파수는 145khz가 된다. 이들 예시의 값은 몇 와트에서 60kw 만큼의 큰 값 까지의 넓은 범위의 스퍼터링 조건를 포괄할 수 있다.

이들 예시의 값은 넓은 범위의 가스 유형, 가스 유속 및 타겟 재료에 대해 또한 효율적이다. 그러나, 더욱 이색적인 타겟 재료는 아크 방전의 전압과 전류 범위가 몇 스퍼터 프로세스 만큼 높을 수 있기 때문에, 최적으로 효율적이기 위해서는 제어기의 조정을 약간 필요로 할 수 있다.

이 효과의 예를 TiB2 (티타늄 다이보라이드)의 스퍼터 피착시 볼 수 있다. 일 프로세서에서 이 TiB2는 385V DC의 스퍼터 전압을 갖고, 이 전압은 아킹시 310V DC로 강하된다. 그러나, 방전은 매우 가시적인 아크이므로, 센서, 예를 들어, 센서(131, 132, 133)는 이 작은 변경을 변환으로 식별해야 한다. 따라서, 하나 이상의 센서는 플라즈마 모드를 적절하게 정의하는 데에 필요하며, 제어기는 작은 상태 변경을 정의하는 데에 충분한 용량을 갖는 것이 더욱 효율적이다.

션트는 플라즈마가 소거된 시각이나 그 후에 거의 제거될 수 있다. 션트를 제거하는 것으로 글로우 플라즈마를 재점화하는 프로세스를 개시할 수 있다. 플럭스 센서(131)는 전류 센서(132)와 마찬가지로 용량성 충전 단계를 알려준다. 점화 및 안정된 상태로의 설정 이후에, 플럭스 센서(131)는 어떤 신호도 나타내지 않는 반면 전류 센서(132)는 글로우 플라즈마를 나타내는 안정된 전류를 나타낸다.

점화가 두 센서로 더욱 확실하게 검출될 수 있다. 예를 들어, 다음 센서 중에서의 조합이 점화를 검출하는 데에 이용될 수 있다: 플러스 센서(131), 전압 센서(133), 전류 센서(132) 및 용기 내의 플라즈마로 발광되는 광을 검출하도록 배치된 광 센서 (도시 생략). 제2 센서로부터의 신호는 제1 센서로부터의 신호로 공급된 플라즈마 재점화의 표시를 유효화하는 데에 이용될 수 있다. 센서 신호는 또한 용기 내의 플라즈마의 유형을 나타내는 데에 이용된다. 예를 들어, 플라즈마에 의해 발광된 광의 특성은 용기 내의 플라즈마의 유형을 나타낸다. 아크 플라즈마의 광 강도는 글로우 플라즈마의 것 보다 약 10배 더 클 수 있다.

플라즈마로 발광된 광을 관찰하기 위해서, 광 센서는 광대역 센서, 예를 들어, 실리콘 검출기일 수 있다. 제어기(140)는 예를 들어, 광 센서로부터의 신호를 아크 소거 주기로 게이트한다. 즉, 광 신호는 실질적으로 모든 광 방출이 사라질 때 플라즈마의 부재의 표시를 얻기 위해 플라즈마의 전류가 제로가 되는 동안 수집될 수 있다. 용기 내의 플라즈마는 상당한 광 방출이 검출되지 않을 때 소거된 것으로 생각될 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 몇 특성들이 개선된 플라즈마 점화 방법을 제공한다. 도 10은 재료 처리에 이용되는 플라즈마를 점화하기 위한 방법(1000)의 플로우챠트이다. 이 방법(1000)은 도 1a 및 도 2에 나타낸 시스템(100, 100A)으로 구현될 수 있으며, 방법(300)과 조합하여 이용될 수 있다. 방법(1000)은 전원의 출력 및 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하며, 에너지를 저장 및 방출하기 위한 공진 회로를 제공하는 단계 (단계 1010), 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키기도록 공진 회로를 션팅하는 단계 (단계 1020), 및 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 점화하기 위해 저장된 에너지를 플라즈마 용기의 입력으로 향하도록 션트를 제거하는 단계 (단계 1030)를 포함한다. 플라즈마 처리 기술의 당업자라면 적당한 관련 조건들, 예를 들어, 가스 유형, 압력 및 유량 조건이 플라즈마를 점화하기 위해 제공되어 한다는 것이 이해될 것이다.

방법(1000)은 예를 들어, 플라즈마의 점화를 확인하기 위해서, 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태와 관련된 신호를 감지하는 단계를 선택적으로 포함한다 (단계 1040). 점화는 예를 들어, 방법(300)과 관련하여 상술된 바와 같이, 확인될 수 있다. 또한, 방법(300)과 관련하여 상술된 바와 같이, 신호가 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 바람직하지 않은 플라즈마 상태를 나타내는 경우, 플라즈마를 소거하기 위해 션팅이 적용될 수 있다 (단계 1050).

아크 플라즈마를 점화하기 위해, 공진 회로는 공진 회로가 전원의 전류를 아크 플라즈마의 정지 상태 전류 보다 더 크게 할 때 까지 션트될 수 있다. 다음에 션트는 플라즈마 용기 내의 아크 플라즈마를 점화하기 위해 플라즈마 용기의 입력 으로 전류를 향하게 하도록 제거될 수 있다. 일반적으로, 시스템은 글로우 방전 조건을 취득하는 데에 보다 가스를 아크 방전 조건이 되게 하는 데에 더 많은 에너지를 가스에 전달해야 한다.

제어기(140)는 플라즈마 용기(180)와 전원(170) 둘 다를 거쳐 단락을 이루도록 스위치부(120)를 폐쇄할 수 있다. 이 단락으로 전원(170)이 아크 플라즈마의 원하는 안정된 동작 전류 레벨 보다 약간 위인 적당한 레벨로 출력 전류를 램프할 수가 있다. 제어기(140)가 DC 전류가 상승된 레벨을 얻었다는 표시를 검출하게 되면, 제어기(140)는 스위치부(120)를 개방한다. 다음에 전류는 스위치부(120)로부터 플라즈마 용기(180)의 음극으로 이동하여, 아크 플라즈마를 형성할 수 있게 하는 고전압과 고전류 둘 다가 전류를 지원하게 한다. 따라서 아크 방전은 음극으로 점화 에너지를 전달하는 물리적인 접촉 단계를 이용하지 않고도 점화될 수 있다.

글로우 플라즈마를 점화하기 위해서, 공진 회로는 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키기 위해 공진 회로의 주기의 유효 부분 동안 션트될 수 있다. 다음에 이 션트는 플라즈마 용기 내의 글로우 플라즈마를 점화하는 주기의 유효 부분 이후에 저장된 에너지를 플라즈마 용기로 향하도록 제거될 수 있다. 이 주기의 유효 부분은 반주기일 있다.

예를 들어, 제어기(140)는 전원(170)의 DC 출력 전압이 그 피크 값으로 설정될 때까지 대기할 수 있다. 제어기(140)는 다음에 반주기 동안 스위치부(120)를 폐쇄하여 회로가 링아웃되어 양으로 감에 따라 공진 회로(110)의 인덕터에 저장된 에너지를 증가시킨다. 전압 레벨은 클램프 회로(160)에 의해 제한되거나 글로우 플라즈마가 점화될 때 까지 증가할 수 있다.

도 11을 참조하여, 글로우 플라즈마의 점화는 예를 들어, 전압이나 전류 센서에 의해 제공된 전압이나 전류 레벨의 관찰로 결정될 수 있다. 도 11은 전압 및 전류 곡선 대 시간의 그래프이다. 전압의 증가는 점화의 시작을 마크하는 용량성 방전이 발생할 때, 점화 전압 레벨에 이른 후에 갑자기 강하한다. 간단한 고전압 및 저전류 동작은 타운센드 (Townsend) 방전 점화 단계에 대응한다. 전압은 다음에 강하하다가 갑자기 동작 레벨로 설정된다. 그래프에서 나타낸 정상적인 동작 영역에서, 전압의 증가는 거의 선형인 글로우 플라즈마의 전류의 증가를 제공한다.

플라즈마 형성 이전의 전압의 점차적 증가는 플라즈마 용기와 관련된 용량의 충전에 대응한다. 용기를 통한 도전을 제공하기 위해 용기에 플라즈마가 존재하지 않기 때문에 전류는 브레이크다운 이전에 전압으로는 상승하지 않는다. 급속한 전류의 증가는 플라즈마의 초기화를 나타내며, 다음에 전류는 동작 레벨로 설정된다.

점화에 필요한 관찰된 과전압은 플라즈마가 점화되었다는 확인을 지원할 수 있으며, 따라서 플라즈마가 먼저 소거되었다는 것을 확인할 수 있다. 플라즈마를 점화하는 데에 필요한 과전압의 레벨은 플라즈마 용기의 조건의 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 이전 한 시간 내에 플라즈마를 유지한 용기는 완전히 "냉" 용기인 것 보다 재점화시 더 적은 오버슛을 나타낼 수 있다. 냉 점화 전압이 예시의 용기에 대해, 약 1250V인 반면, 동일한 용기에 대해서 열 점화 전압은 750V이고, 안정된 동작은 약 500V로 설정된다. 오버슛 레벨은 특정 세트의 조건에 대해 거의 일정한 오버슛 전압에 이를 때 까지 재점화 사이의 주기를 더 짧게 하여 감소하는 경 향이 있게 된다. 플라즈마는 예를 들어, 1μsec 내지 10초 내에 소거될 수 있다. 본 발명이 특정한 바람직한 실시예와 관련하여 도시 및 기재되고 있지만, 당업자라면 첨부한 청구범위로 정의되는 본 발명의 정신과 영역에서 벗어나지 않고 여러 유형과 상세 사항의 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims

재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하기 위한 장치에 있어서:

전원의 출력 및 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하여 에너지를 저장하고 방출하기 위한 공진 회로;

상기 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태와 관련되는 신호를 얻기 위한 센서; 및

상기 신호에 응답하여 제1 상태와 제2 상태 간에서 전환할 수 있는 스위치부 - 상기 스위치부의 제2 상태는 상기 공진 회로를 션팅하여 상기 플라즈마의 상태의 변경을 초래하는 상기 공진 회로의 공진을 가능하게 함 -

를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 공진 회로는 인덕터를 포함하고, 상기 센서는 상기 인덕터에 의해 유도된 플럭스를 감지하도록 구성되는 장치.
제2항에 있어서, 상기 센서는 상기 공진 회로의 상기 인덕터에 인접하여 동축으로 배치되는 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는 션팅 동안 상기 공진 회로에 대해 댐핑 임피던스로 효율적으로 작용하기에 충분히 큰 저항을 갖는 장치.
제4항에 있어서, 상기 스위치부는 상기 플라즈마 용기 내의 아크 방전 플라즈마의 저항 보다 작은 저항을 갖는 장치.
제4항에 있어서, 상기 스위치부는 상기 플라즈마 용기 내의 아크 방전 플라즈마의 임피던스 보다 더 큰 임피던스를 갖는 장치.
제4항에 있어서, 상기 스위치부터의 저항은 약 0.001Ω 내지 약 100.0Ω의 범위의 값을 갖는 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 스위치부가 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 중 적어도 하나로 전환하도록 하여 상기 플라즈마의 상태에 작용하도록 하는 제어기를 더 포함하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 플라즈마의 상기 상태의 변환이 상기 신호의 변경으로 나타날 때 상기 스위치부가 상기 제2 상태로 전환되게 하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 용기의 상기 입력과 병렬인 전압 클램프 회로를 더 포함하는 장치.
제10항에 있어서, 상기 전압 클램프는 비동기 전압 클램프인 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위치부와 직렬 배치되어 상기 스위치부와 상기 스위치부와 관련되는 기생 회로 소자 중 적어도 하나의 저항으로 초래되는 전압 강하와 관련되는 오프세트 전압을 상기 스위치부에 인가하기 위한 제로 바이어스 공급부를 더 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 공진 회로, 상기 전원 및 상기 플라즈마 용기의 상기 입력 중 적어도 하나의 전압을 감지하기 위한 전압 센서를 더 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 공진 회로, 상기 전원 및 상기 플라즈마 용기의 상기 입력 중 적어도 하나의 전류를 감지하기 위한 전류 센서를 더 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는 적어도 하나의 스위치를 포함하는 장치.
제15항에 있어서, 상기 공진 회로는 인덕터를 포함하고, 상기 스위치부는 상기 인덕터와 상기 플라즈마 용기의 상기 입력 사이에 전기적으로 연결되는 하나의 단자를 갖는 장치.
제15항에 있어서, 상기 스위치부는 유니폴라 장치와 바이폴라 장치 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
제15항에 있어서, 상기 스위치부는 가스 스위치, SCR 스위치, IGBT 스위치, SiT 스위치, FET 스위치, GTO 스위치 및 MCT 스위치 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 공진 회로는 상기 스위치부와 병렬인 커패시터를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원은 상기 전원의 상기 출력과 병렬하며, 상기 공진 회로의 커패시터와 병렬인 커패시터를 포함하는 장치.
제20항에 있어서, 상기 공진 회로는 상기 전원의 상기 출력과 직렬인 인덕터를 더 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 용기는 상기 전원의 상기 출력과 전기적 통신하는 음극을 포함하고, 상기 전원은 DC 전원을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원은 상기 플라즈마 용기와 전기적 통신하는 AC 전 원을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 공진 회로와 상기 전원은 구성 요소를 공유하는 장치.
재료 처리에 이용되는 플라즈마를 제어하는 방법에 있어서:

전원의 출력과 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하는 공진 회로를 제공하는 단계 - 상기 공진 회로는 에너지를 저장 및 방출함 - ;

상기 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태의 변환을 나타내는 변경을 검출하는 단계;

상기 변경이 검출된 후에 상기 공진 회로의 공진이 가능하도록 상기 공진 회로를 션팅하는 단계

를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마를 소거하는 단계를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 상기 플라즈마가 10μsec 미만에 소거하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마의 상기 상태와 관련되는 신호를 취득하는 단계를 더 포함하고, 상기 검출하는 단계는 상기 신호의 상기 변경을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마는 글로우 플라즈마 및 아크 방전 플라즈마 중 적어도 하나인 방법.
제25항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 상기 공진 회로의 처음 반주기 동안 상기 플라즈마 용기를 통해 흐르는 전류를 상기 처음 반주기 이전에 상기 용기를 통해 흐르던 전류에 비해 실질적으로 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 변환은 상기 플라즈마 용기 내의 글로우 플라즈마로부터 아크 방전 플라즈마의 개시를 포함하고, 상기 션팅하는 단계는 상기 공진 회로의 반주기 동안의 션팅하는 단계를 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 공진 회로를 션팅하기 위한 스위치부를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 션팅하는 단계는 상기 반주기 동안 상기 스위치를 폐쇄하는 단계를 포함하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 아크 방전 플라즈마가 지속되는 경우 다시 션팅하기 전에 반주기 동안 대기하는 단계를 더 포함하는 방법.
제33항에 있어서, 상기 변경이 더 이상 검출되지 않을 때 까지 상기 션팅 단계와 상기 대기 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 공진 회로, 상기 전원 및 상기 플라즈마 용기 중 적어도 하나의 전압 신호와 전류 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 제2 신호를 취득하는 단계를 더 포함하고, 상기 반복하는 단계는 상기 적어도 제2 신호가 지속된 아크 방전 플라즈마를 나타내는 경우 반복하는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 미리 정해진 회수 이상 상기 반복하는 단계가 발생할 때 상기 전원을 차단하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제36항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 미리 정해진 주기 내에서 상기 미리 정해진 회수 이상 상기 반복하는 단계가 발생할 때 상기 전원을 차단하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 공진 회로, 상기 전원, 및 상기 플라즈마 용기 중 적어도 하나의 전압 신호와 전류 신호 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 제2 신호를 취득하는 단계, 및 상기 플라즈마의 상기 상태의 상기 변환을 나타내는 상기 제2 신호의 변경을 검출하는 단계를 더 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 취득된 신호의 제2 변경을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 변경은 상기 플라즈마의 소거를 나타내는 방법.
제39항에 있어서, 상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마를 재점화하는 단계를 더 포함하는 방법.
제40항에 있어서, 상기 재점화하는 단계는 상기 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 상기 공진 회로를 션팅하는 단계 및 상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마를 점화하도록 상기 저장된 에너지를 상기 플라즈마 용기의 입력으로 향하도록 상기 션트를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 증가하도록 션팅하는 단계는 상기 공진 회로가 상기 전원의 전류를 아크 방전 플라즈마의 정지 상태 전류 보다 더 크게 할 때 까지 상기 공진 회로를 션팅하는 단계를 포함하고, 상기 션트를 제거하는 단계는 상기 플라즈마 용기 내의 아크 방전 플라즈마를 점화하기 위해 상기 플라즈마 용기의 상기 입력으로 상기 전류의 방향을 바꾸는 단계를 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 상기 저장된 에너지를 증가하도록 션팅하는 단계는 상기 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 상기 공진 회로의 유효 주기 부분 동안 상기 공진 회로를 션팅하는 단계를 포함하고, 상기 션트를 제거하는 단계는 상기 플라즈마 용기 내의 글로우 방전 플라즈마를 점화하도록 상기 유효 주기 부분 이후에 상기 저장된 에너지를 상기 플라즈마 용기의 상기 입력으로 향하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 공진 회로는 상기 전원의 상기 출력과 상기 플라즈마 용기의 상기 입력과 직렬인 인덕터를 포함하고, 상기 신호를 감지하는 단계는 상기 인덕터에 의해 유도된 플럭스를 감지하는 단계를 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마의 상태의 상기 변환은 글로우 플라즈마 상태에서 아크 플라즈마 상태로, 아크 플라즈마 상태에서 글로우 플라즈마 상태로, 아크 방전 플라즈마 상태에서 오프 상태로, 글로우 플라즈마 상태에서 오프 상태로, 오프 상태에서 아크 방전 플라즈마 상태로, 및 오프 상태에서 글로우 플라즈마 상태로 중에서 하나인 방법.
제25항에 있어서, 상기 공진 회로는 커패시터 및 인덕터를 포함하고, 상기 션팅하는 단계는 상기 플라즈마 용기의 상기 입력에 인가된 전류가 역전되도록 상기 공진 회로에서 전류가 공진되게 하는 단계를 포함하는 방법.
제46항에 있어서, 상기 역전된 전압의 상기 크기를 미리 정해진 크기 보다 작게 제한하도록 상기 역전된 전류를 클램핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
재료 처리에 이용되는 플라즈마를 점화하는 방법에 있어서:

전원의 출력 및 플라즈마 용기의 입력과 전기적 통신하는 공진 회로를 제공하는 단계 - 상기 공진 회로는 에너지를 저장 및 방출함 - ;

상기 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 상기 공진 회로를 션팅하는 단계; 및

상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마를 점화하기 위해 상기 저장된 에너지를 상기 플라즈마 용기의 상기 입력으로 향하도록 상기 션트를 제거하는 단계

를 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 상기 공진 회로가 상기 전원의 전류를 아크 플라즈마의 정지 상태 전류 보다 더 크게 하도록 할 때 까지 상기 공진 회로를 션팅하는 단계를 포함하고, 상기 션트를 제거하는 단계는 상기 플라즈마 용기 내의 아크 플라즈마를 점화하기 위해서 상기 전류를 상기 플라즈마 용기의 상기 입력으로 방향을 바꾸는 단계를 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 상기 션팅하는 단계는 상기 공진 회로에 저장된 에너지를 증가시키도록 상기 공진 회로의 유효 주기 부분 동안 상기 공진 회로를 션팅하는 단계 및 상기 플라즈마 용기 내의 글로우 플라즈마를 점화하기 위해 상기 유효 주 기 부분 이후에 상기 저장된 에너지를 상기 플라즈마 용기로 향하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제50항에 있어서, 상기 유효 주기 부분은 반주기인 방법.
제48항에 있어서, 상기 플라즈마 용기 내의 플라즈마의 상태와 관련된 신호를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
제52항에 있어서, 상기 신호가 원하는 플라즈마 상태를 점화하지 못한 것을 나타내는 경우 상기 션팅하는 단계와 상기 션트를 제거하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
제53항에 있어서, 상기 반복하는 단계는 글로우 플라즈마가 점화되고, 미리 정해진 상기 글로우 플라즈마의 점화의 실패 회수가 발생하고, 미리 정해진 실패 기간이 만료할 때 까지 반복하는 단계를 포함하는 방법.
제53항에 있어서, 상기 반복하는 단계는 아크 방전 플라즈마가 점화되고, 미리 정해진 상기 아크 방전 플라즈마의 점화의 실패 회수가 발생하고, 미리 정해진 실패 주기가 만료할 때 까지 반복하는 단계를 포함하는 방법.
제52항에 있어서, 상기 신호가 상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마의 원치 않는 플라즈마 상태를 나타내는 경우 상기 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 소거하도록 션팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제56항에 있어서, 상기 신호가 상기 플라즈마 용기 내의 상기 플라즈마의 원치 않는 플라즈마 상태를 나타내는 경우 상기 플라즈마 용기 내의 플라즈마를 소거하도록 션팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 상기 저장된 에너지 대부분은 상기 공진 회로의 인덕터에 의해 저장되는 방법.
제58항에 있어서, 상기 전원의 상기 인덕터 또는 상기 전원의 상기 인덕터의 일부는 상기 공진 회로로 공유되는 방법.
제48항에 있어서, 상기 저장된 에너지 대부분은 상기 전원의 인덕터로 저장되는 방법.
제60항에 있어서, 상기 전원의 인덕터는 상기 공진 회로의 인덕터 보다 더 큰 인덕턴스를 갖는 방법.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마의 상기 상태의 상기 변환을 나타내는 변경을 검출하는 단계는 상기 플라즈마의 상기 상태의 상기 변환을 예상하는 변경을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
제62항에 있어서, 상기 변경이 검출된 후에 상기 공진 회로를 션팅하는 단계는 상기 변환이 발생하기 이전에 션팅하는 단계를 포함하는 방법.