JP4129860B2

JP4129860B2 - Power supply, power supply for sputtering, and sputtering equipment

Info

Publication number: JP4129860B2
Application number: JP2002202807A
Authority: JP
Inventors: 和彦今川
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004048903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、これを遮断するために逆方向に電圧を印加可能な電源、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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短絡的な突発電流が流れることがある。このような突発放電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、短絡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。
【０００３】
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。
【０００４】
図４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リング・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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、ターゲット１０４や基板１００に損傷が生ずる。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
図５は、本発明者が本発明に至る過程で試作したスパッタ用電源の要部を表す模式図である。
【００１２】
この電源は、直流電源ＤＣ１とトランジスタＱ１〜４を共有した２つのインバータを有する。すなわち、直流電源ＤＣ１、トランジスタＱ１〜４、トランスＴ１及び整流器ＤＢ１を有する第１のインバータＩＮＶ１と、直流電源ＤＣ１、トランジスタＱ１〜４、トランスＴ１及び整流器ＤＢ２を有する第２のインバータＩＮＶ２と、を有する。これらインバータの出力電流は、インダクタＬ１とＬ２と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。
【００１３】
その動作について説明すると、まず、スパッタを開始する時には、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を起動し、整流されたインバータ電流を断続するトランジスタＱ５・６を閉じる。また、インダクタ電流を短絡するＩＧＢＴ１・２を開いた状態として、直流電圧（例−１５００Ｖ）をチャンバ１０１及びターゲット１０４に出力する。
【００１４】
スパッタ開始時の最大電圧としては、例えば、マイナス１５００ボルト程度が必要とされる。そして、チャンバ内にグロー放電が存在しないので電流が流れず、最大電圧を出力してグロー放電の開始を待つ。
【００１５】
この際に、同時にトランス出力Ｎ３をＤＢ３で整流して逆バイアス電圧源Ｃ１を充電する。この充電電圧は、例えば、２００ボルト程度とすることができる。
【００１６】
チャンバ内でグロー放電が大きくなると、スパッタが開始される。これに対応して放電電流が流れるので、印加電圧レベルは低下する。電源は、出力電流をインダクタＬ１・２で平滑するが、出力電圧は定常スパッタ時には例えばマイナス３００ボルト程度まで低下するので、インバータＩＮＶ１・２のデューティ比を調整して出力電力を一定に保つ。
【００１７】
一方、チャンバ内にアーク放電が発生すると、アークセンサ（ARC sensor）ＡＳがこれを検出し、ＩＧＢＴ１・２を閉じ、トランジスタＱ５・６を開く。これにより、逆バイアス電圧源Ｃ１からＩＧＢＴ２・１、ＤＡ１・２、チャンバ（１０１、１０４）、Ｃ１の閉回路において逆方向バイアス電圧を印加し、アーク電流を急速に遮断する。ここで、コンデンサＣ１からの逆方向電圧が大きいほど電流遮断の所要時間が短く、アーク放電の被害が少ない。
【００１８】
アーク電流を遮断すると、ダイオードＤＡ１・２は逆バイアスされて逆方向電流によるアーク被害を防止する。また、このアーク遮断動作の際には、インダクタＬ１・２の電流は、それぞれＤ１とＩＧＢＴ１、Ｄ２とＩＧＢＴ２により構成される短絡回路によって保存される。
【００１９】
このようにして、所定時間スパッタ電流を遮断した後、ＩＧＢＴ１・２を開きＱ５・６を閉じて、チャンバへのスパッタ電流の供給を再開する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に例示した電源の場合、アーク遮断用の逆バイアス電圧源Ｃ１を充電するための回路が複雑であるという問題を有する。すなわち、電圧源Ｃ１を充電するために、トランスＴ１に逆電圧源用の巻線Ｎ３を設け、さらにその出力を整流する整流器ＤＢ３が必要である。このため、トランスＴ１が大型化し、また部品点数も増える。
【００２１】
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、簡素な構成でアーク遮断用の逆バイアス電圧源を充電することができる電源、スパッタ電源及びスパッタ装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の電源は、
第１及び第２のインバータ出力（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）と、
前記第２のインバータ出力に対して並列に設けられたコンデンサ（Ｃ１）と、
前記コンデンサの充電動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１及び第２のインバータ出力を直列に結合した順方向電力を出力し、
前記第１及び第２のインバータ出力を遮断して前記コンデンサから前記順方向電力とは逆極性の逆方向電圧を出力し、
前記制御回路は、前記順方向電力を出力している途中で前記第２のインバータ出力を遮断して前記第１のインバータ出力を前記コンデンサに与えることより充電することを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、簡素な構成でアーク遮断用の逆バイアス電圧源としてのコンデンサを充電することができる電源を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の第２の電源は、
第１及び第２のインバータ出力（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）と、
前記第１のインバータ出力に対して直列に設けられた第１のスイッチング回路（Ｑ５）と、
前記第２のインバータ出力に対して直列に設けられた第２のスイッチング回路（Ｑ６）と、
前記第１のインバータ出力に対して並列に設けられた第３のスイッチング回路（ＩＧＢＴ１）と、
前記第２のインバータ出力に対して並列に設けられた第４のスイッチング回路（ＩＧＢＴ２）と、
前記第２のインバータ出力に対して並列且つ前記第４のスイッチング回路に対して直列に設けられたコンデンサ（Ｃ１）と、
前記４のスイッチング回路に対して並列に接続された整流手段（Ｄ２）と、
前記第２のスイッチング回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１及び第２のスイッチング回路を閉状態とし前記第３及び第４のスイッチング回路を開状態として前記第１及び第２のインバータ出力を直列に結合した順方向電力を出力し、
前記第１及び第２のスイッチング回路を開状態とし前記第３及び第４のスイッチング回路を閉状態として前記コンデンサから前記順方向電力とは逆極性の逆方向電圧を出力し、
前記制御回路は、前記順方向電力を出力している途中で前記第２のスイッチング回路を開状態とすることにより、前記第１のインバータ出力を前記整流手段を介して前記コンデンサに与えて充電することを特徴とする。
【００２５】
上記構成によっても、簡素な構成でアーク遮断用の逆バイアス電圧源を充電することができる電源を提供することができる。
【００２６】
また、本発明の第３の電源は、
第１及び第２のインバータ出力（ＩＮＶ１、ＩＮＶ２）と、
前記第１のインバータ出力に対して直列に設けられた第１のインダクタ（Ｌ１）と、
前記第２のインバータ出力に対して直列に設けられた第２のインダクタ（Ｌ２）と、
前記第１のインバータ出力に対して直列に設けられた第１のスイッチング回路（Ｑ５）と、
前記第２のインバータ出力に対して直列に設けられた第２のスイッチング回路（Ｑ６）と、
前記第１のインバータ出力に対して並列に設けられた第３のスイッチング回路（ＩＧＢＴ１）と、
前記第２のインバータ出力に対して並列に設けられた第４のスイッチング回路（ＩＧＢＴ２）と、
前記第２のインバータ出力に対して並列且つ前記第４のスイッチング回路に対して直列に設けられたコンデンサ（Ｃ１）と、
前記第１のインダクタ及び前記第３のスイッチング回路に対して並列に接続された第１の整流手段（Ｄ１）と、
前記第２のインダクタ及び前記第４のスイッチング回路に対して並列に接続された第２の整流手段（Ｄ２）と、
前記第２のスイッチング回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記第１及び第２のスイッチング回路を閉状態とし前記第３及び第４のスイッチング回路を開状態として前記第１及び第２のインバータ出力と前記第１及び第２のインダクタとを直列に結合した順方向電力を出力し、
前記第１及び第２のスイッチング回路を開状態とし前記第３及び第４のスイッチング回路を閉状態として前記コンデンサから前記順方向電力とは逆極性の逆方向電圧を出力し、
前記制御回路は、前記順方向電力を出力している途中で前記第２のスイッチング回路を開状態とすることにより、前記第１のインバータ出力を前記第２の整流手段を介して前記コンデンサに与えて充電することを特徴とする。
【００２７】
上記構成によっても、簡素な構成でアーク遮断用の逆バイアス電圧源を充電することができる電源を提供することができる。
【００２８】
上記第１乃至第３の電源において、前記制御回路は、前記コンデンサの電圧が所定の値よりも低下すると前記充電するものとすれば、コンデンサの電圧を常に一定の電圧に維持することができる。
【００２９】
また、前記制御回路は、前記順方向電力における電流値が所定の値よりも高いのみ前記充電するものとすれば、順方向電力の出力が安定している時のみにコンデンサを充電することにより、負荷側に与える影響を抑制できる。
【００３０】
また、前記コンデンサの電圧が所定の定格値を超えないように保護する保護回路をさらに備えたものとすれば、過電圧によるコンデンサの破壊や、逆方向のアーク放電あるいは短絡電流などを防止することができる。
【００３１】
また、前記順方向電力の出力において前記第１及び第２のインバータ出力と直列に結合される少なくともひとつのインバータ出力をさらに備えたものとすれば、いわゆる「多段インバータ構成」により高電圧を出力可能な電源が実現できる。
【００３２】
一方、本発明のスパッタ用電源は、上記にいずれかの電源を備え、前記順方向電力をスパッタ用電力として出力することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明のスパッタ装置は、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、上記のスパッタ用電源と、を備え、
前記スパッタ用電力を前記真空チャンバに供給することによりスパッタを実施し、
真空チャンバ内において発生する前記アーク放電を前記逆方向電圧により遮断することを特徴とする。
【００３４】
ここで、前記制御回路は、前記真空チャンバ内でグロー放電が生じている時のみ前記充電するものとすれば、コンデンサを充電してもスパッタに与える影響を抑制できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
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。
【００３６】
図１は、本実施形態の電源の要部を表す模式図である。
【００３７】
本具体例の電源は、直流電源ＤＣ１とトランジスタＱ１〜４を共有した２つのインバータを有する。すなわち、直流電源ＤＣ１、トランジスタＱ１〜４、トランスＴ１及び整流器ＤＢ１を有する第１のインバータＩＮＶ１と、直流電源ＤＣ１、トランジスタＱ１〜４、トランスＴ１及び整流器ＤＢ２を有する第２のインバータＩＮＶ２と、を有する。これらインバータの出力電流は、インダクタＬ１とＬ２と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。但し、本発明の電源におけるインバータの数は、２つに限定されるものではなく、３つあるいはそれ以上のインバータを設けてもよい。
【００３８】
そして、図５に例示した電源と比較すると分かるように、本発明においては、トランス巻線Ｎ３とその整流器ＤＢ３が設けられていない。そして、逆バイアス電圧源Ｃ１の両端には、制御回路ＣＣが接続されている。また、この制御回路ＣＣは、アークセンサＡＳからの信号を入力し、トランジスタＱ６に対して制御信号を出力する。また、この制御回路ＣＣは、チャンバに印加される電圧、あるいはチャンバ内を流れる放電電流をモニタする回路も有する。
【００３９】
図１の電源の動作について説明すると、まず、スパッタを開始する時には、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２を起動し、整流されたインバータ電流を断続するトランジスタＱ５・６を閉じる。また、インダクタ電流を短絡するＩＧＢＴ１・２を開いた状態として、直流電圧（例えば、マイナス１５００Ｖ）をチャンバ１０１及びターゲット１０４に出力する。つまり、この状態では、インバータＩＮＶ１、インダクタＬ２、インバータＩＮＶ２、チャンバ１０１、ターゲット１０４、出力ダイオードＤＡ１・２、インダクタＬ１、インバータＩＮＶ１という経路で電圧を出力する。
【００４０】
チャンバ内でプラズマが点火しグロー放電が始まると、スパッタ電流が流れるために、電源の出力電圧は、例えばマイナス７５０ボルトあるいはそれ以下のレベルまで低下する。すると、制御回路ＣＣは、スパッタ電流の上昇あるいは印加電圧の低下を検出し、トランジスタＱ６にオフ信号を与えてスイッチを開く。
【００４１】
すると、インバータＩＮＶ２の出力が遮断され、インバータＩＮＶ１の出力は、トランジスタＱ５、インダクタＬ２、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ１（逆バイアス電圧源）に印加され、これを充電する。制御回路ＣＣは、コンデンサＣ１の充電電圧をモニタし、これが所定の電圧レベル（例えば、２００ボルト）になると、トランジスタＱ６を再びオンしてスイッチを閉じる。すると、インバータＩＮＶ２の出力が接続され、インバータＩＮＶ１、トランジスタＱ５、インダクタＬ２、インバータＩＮＶ２、トランジスタＱ６という直列接続電源から電圧が出力され、スパッタが続行される。
【００４２】
一方、スパッタ中にも、制御回路ＣＣは、コンデンサＣ１の電圧をモニタする。そして、その電圧が所定の電圧レベル（例えば、１８０ボルト）を下回ると、再びトランジスタＱ６をオフする（開く）。すると、インバータＩＮＶ２は遮断され、インバータＩＮＶ１の出力がコンデンサＣ１に与えられて充電される。コンデンサＣ１の電圧が所定のレベルまで上昇すると、制御回路ＣＣはトランジスタＱ６をオンする（閉じる）。すると、再び、インバータＩＮＶ１・２の直列接続電源からスパッタ電圧が出力される。
【００４３】
このように、スパッタ中には、制御回路ＣＣがトランジスタＱ６を適宜オン・オフすることにより、コンデンサＣ１が所定の電圧レベルに充電された状態を維持することができる。また、制御回路ＣＣは、スパッタ電流あるいは出力電圧をモニタし、スパッタ電流が小さかったり出力電圧が高いような場合、すなわちスパッタが安定していない状態においては、コンデンサＣ１に対する充電動作を行わないようにすることができる。
【００４４】
一方、スパッタ中にチャンバ内でアーク放電が生ずると、アークセンサＡＳがこれを検出し、制御回路ＣＣに検出信号を出力すると同時に、ＩＧＢＴ１・２をオンし（閉じ）て、トランジスタＱ５をオフする（開く）。すると、制御回路ＣＣは、トランジスタＱ６をオフする（開く）。
【００４５】
このスイッチング動作により、インバータＩＮＶ１・２の出力は遮断され、コンデンサ（逆バイアス電圧源）Ｃ１に充電された電圧がチャンバに印加される。この電圧は、スパッタ時の電圧とは逆方向であるため、アーク放電による過大電流が吸収され消去される。ここで、コンデンサＣ１からの逆方向電圧が大きいほど電流遮断の所要時間が短く、アーク放電の被害が少ない。
【００４６】
アークセンサＡＳがアーク放電の消去を検出すると、ＩＧＢＴ１・２をオフして、トランジスタＱ５をオンする。また、制御回路ＣＣは、トランジスタＱ６をオンする。このようにして、再び、インバータＩＮＶ１・２からスパッタ電圧が出力される。
【００４７】
なお、アーク遮断動作の際には、ＩＧＢＴ１・２が閉じられるために、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、ＩＧＢＴ１からなる閉回路と、インダクタＬ２、ダイオードＤ２、ＩＧＢＴ２からなる閉回路と、が形成される。そして、インダクタＬ１、Ｌ２の電流をこれらそれぞれの閉回路に保存することができる。従って、アーク遮断後に、迅速にスパッタ電圧の印加を再開することができる。
【００４８】
その後、グロー放電が安定して所定のスパッタ電流が流れると、制御回路ＣＣは、再び、トランジスタＱ６をオフしてコンデンサＣ１の充電を行う。
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、制御回路ＣＣを設けてトランジスタＱ６を適宜オン・オフすることにより、インバータＩＮＶ１の出力をコンデンサＣ１に与えて逆バイアス電圧を充電することができる。
【００５０】
その結果として、図５に例示したようなトランスの巻線Ｎ３や整流器ＤＢ３などが不用となり、従来よりも軽量、コンパクトで、安価な電源を提供することができる。
【００５１】
特に、高電圧が必要とされる電源などの場合、インバータを多段構成とする必要があるが、本発明によれば、逆バイアス電圧のためのインバータが不用となるため、同一のトランス容量のままで順方向出力のインバータを増加することができ有利である。
【００５２】
図２は、制御回路ＣＣの具体例を表す模式図である。同図については、図１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。
【００５３】
本具体例の制御回路ＣＣは、コンパレターＣＭ１、ＣＭ２と、論理回路ＲＣを有する。コンパレータＣＭ１は、コンデンサＣ１の電圧をモニタする。コンパレータＣＭ２は、電源の出力電流から放電状況をモニタする。論理回路ＲＣは、コンパレータＣＭ１、ＣＭ２からの出力とアークセンサＡＳからの出力信号に基づいてトランジスタＱ６を制御する。
【００５４】
これらコンパレータＣＭ１、ＣＭ２、及び論理回路ＲＣを設けることにより、図１に関して前述したように、チャンバでの放電状況を考慮しつつ、適宜、充電動作を行って、コンデンサＣ１の電圧を所定のレベルに維持することができる。
【００５５】
また、図２の具体例の場合、コンデンサＣ１に対して並列にバリスタＺＲが接続されている。このバリスタＺＲは、コンデンサＣ１を過充電などから保護する保護回路として作用する。
【００５６】
例えば、アーク遮断動作の際には、インバータの出力を遮断した後でも、ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂが有する寄生インダクタンスにより、多量の順方向電流がコンデンサＣ１に流入することがある。このような場合には、コンデンサＣ１がこの電流により過充電されることがあるが、バリスタＺＲを並列に設けることにより、充電電荷を放電させてコンデンサＣ１を保護できる。
【００５７】
図２に表した電源の動作について、以下に具体例を挙げて説明する。
【００５８】
インバータＩＮＶ１・２のスイッチング周波数を５０ｋＨｚ、スパッタ電流を２アンペア、逆バイアス電圧源Ｃ１の所定充電電圧を２００ボルト、コンデンサＣ１の容量を０．１μＦとすると、完全に放電したコンデンサＣ１を充電するための所要時間Ｔは、以下の如くである。

ここでインバータのスイッチング周期は２０μ秒より短いので、スパッタ中にコンデンサＣ１に対して１０μ秒間の充電動作を行うことの影響は無視しうる。
【００５９】
また、電源の起動時などのように、コンデンサＣ１が充電されていない状態で、電源の出力電流が立ち上がる場合について説明すると、２アンペアの出力電流が立ち上がるまでに１ｍ秒を要する場合には、コンデンサＣ１の充電の所要時間Ｔは、以下の如くである。
Ｔ＝（０．１μ×２００×２×０．００１÷２）^１／２
＝１４０μ秒
つまり、コンデンサＣ１が充電されていない状態から電源を起動した場合でも、僅か１４０μ秒で充電を完了できる。
【００６０】
一方、コンデンサＣ１の充電電圧を２００ボルトとした場合、バリスタＺＲの放電開始電圧は例えば２４０ボルト程度とすることができる。つまり、出力ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂの寄生インダクタンスによる電流がコンデンサＣ１の充電方向に流れて電圧が２４０ボルトまで上昇すると、バリスタＺＲがオンして放電され、コンデンサＣ１を保護できる。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、図１及び図２においては、２つのインバータ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。つまり、３つ以上のインバータを設けた電源の場合にも、これらインバータのいずれかに対して並列に逆バイアス電圧源Ｃ１を設け、このインバータの出力を遮断して他のインバータ出力によりこの逆バイアス電圧源Ｃ１を充電することができる。
【００６３】
また、上述した具体例に関しては、スパッタ用電源を例に挙げて説明したが、本発明の電源はスパッタ用に限定されるものではなく、マグネトロンの発振用電源としても同様に用いて同様の作用効果が得られる。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。
【００６４】
図３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。
【００６５】
すなわち、図１及び図２に関して前述した本発明の電源は、マグネトロン２００を駆動する電源としても用いることができる。
【００６６】
すなわち、図３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。本発明の電源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。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。
【００６７】
このようなシステムの場合にも、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、その間に逆バイアス電圧源Ｃ１を適宜、充電しておき、マグネトロン２００において突発的な短絡的電流が生じた場合にも、電源１１０は、上述したアーク放電遮断動作と同様の動作により、迅速に電流を遮断することができる。その結果として、高性能で軽量且つコンパクトな電源を実現できる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トランスの巻線やそれに付随する整流器などを設けることなく、逆バイアス電圧源を充電してアーク放電を迅速に遮断することができ、しかも、小型化や軽量化、低コスト化も実現可能な電源、スパッタ電源及びスパッタ装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるスパッタ用電源の要部を表す模式図である。
【図２】制御回路ＣＣの具体例を表す模式図である。
【図３】本発明の電源をマグネトロン発振用電源として用いた構成を例示する概念図である。
【図４】ＤＣ（direct current）スパッタ装置の要部構成を表す模式図である。
【図５】本発明者が本発明に至る過程で試作したスパッタ用電源を表す模式図である。
【符号の説明】
１００基板
１０１真空チャンバ
１０４ターゲット
１０６真空排気ポンプ
１０７ガス供給源
１０８グロー放電
１１０電源（スパッタ用電源、マグネトロン用電源）
１２０Ａ、１２０Ｂケーブル
１５０アーク放電
２００マグネトロン
ＡＳアークセンサ
Ｃ１逆バイアス電圧源
Ｃコンデンサ
Ｄ１、２、ＤＡ１、２ダイオード
ＤＢ１〜３整流器
ＤＣ１直流電源
ＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２スイッチング回路
ＩＮＶ１、２インバータ
Ｌ１、Ｌ２インダクタ
Ｎ１、Ｎ２巻線
Ｑ１〜６スイッチング回路
Ｔ１トランス
ＺＲバリスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
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 present invention relates to a power source that can be applied, a sputtering power source, and a sputtering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In various plasma application devices, electromagnetic wave generators such as microwaves, power switching devices, and the like, a short-circuit sudden current may flow on the load side during operation of the power supply. When such a sudden discharge occurs, the operation of the device is often adversely affected. Therefore, a circuit that reliably and quickly interrupts the short-circuit current is often required.
[0003]
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.
[0004]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main part configuration 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.
[0005]
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.
[0006]
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.
[0007]
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 occurs, a large current flows locally, causing damage to the target 104 and the substrate 100.
[0008]
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.
[0009]
On the other hand, when the arc discharge 150 occurs on the substrate 100 side, the substrate 100 is often damaged and becomes defective.
[0010]
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.
[0011]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the main part of the sputtering power source that the inventors have made in the process of reaching the present invention.
[0012]
This power supply has two inverters sharing the DC power supply DC1 and the transistors Q1 to Q4. That is, it has a first inverter INV1 having a DC power source DC1, transistors Q1 to 4, transformer T1 and rectifier DB1, and a second inverter INV2 having DC power source DC1, transistors Q1 to 4, transformer T1 and 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.
[0013]
The operation will be described. First, when starting sputtering, the inverters INV1 and INV2 are activated, and the transistors Q5 and 6 that interrupt the rectified inverter current are closed. Further, with the IGBTs 1 and 2 that short-circuit the inductor current being opened, a DC voltage (eg, 1500 V) is output to the chamber 101 and the target 104.
[0014]
As the maximum voltage at the start of sputtering, for example, about minus 1500 volts is required. Since no glow discharge exists in the chamber, no current flows, and the maximum voltage is output to wait for the start of glow discharge.
[0015]
At this time, the transformer output N3 is simultaneously rectified by DB3 to charge the reverse bias voltage source C1. This charging voltage can be about 200 volts, for example.
[0016]
When glow discharge increases in the chamber, sputtering starts. Since the discharge current flows correspondingly, the applied voltage level decreases. The power supply smoothes the output current with the inductors L1 and 2, but the output voltage decreases to, for example, about minus 300 volts during steady sputtering, so the output power is kept constant by adjusting the duty ratio of the inverters INV1 and 2.
[0017]
On the other hand, when an arc discharge occurs in the chamber, an arc sensor (ARC sensor) AS detects this, closes the IGBTs 1 and 2 and opens the transistors Q5 and 6. As a result, a reverse bias voltage is applied from the reverse bias voltage source C1 to the IGBTs 2 · 1, DA1 · 2, chambers (101, 104), and the closed circuit of C1, and the arc current is rapidly cut off. Here, the larger the reverse voltage from the capacitor C1, the shorter the time required for interrupting the current, and the less the damage of arc discharge.
[0018]
When the arc current is interrupted, the diodes DA1 and 2 are reverse-biased to prevent arc damage due to the reverse current. Further, during the arc interruption operation, the currents of the inductors L1 and L2 are stored by a short circuit constituted by D1 and IGBT1, and D2 and IGBT2, respectively.
[0019]
In this way, after the sputtering current is cut off for a predetermined time, the IGBTs 1 and 2 are opened, the Q5 and 6 are closed, and the supply of the sputtering current to the chamber is resumed.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, the power source illustrated in FIG. 5 has a problem that the circuit for charging the arc-biasing reverse bias voltage source C1 is complicated. That is, in order to charge the voltage source C1, a reverse voltage source winding N3 is provided in the transformer T1, and a rectifier DB3 for rectifying the output is required. This increases the size of the transformer T1 and increases the number of parts.
[0021]
The present invention has been made on the basis of recognition of such problems, and an object thereof is to provide a power source, a sputtering power source, and a sputtering device that can charge a reverse bias voltage source for arc interruption with a simple configuration. It is in.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first power source of the present invention comprises:
First and second inverter outputs (INV1, INV2);
A capacitor (C1) provided in parallel with the second inverter output;
A control circuit for controlling the charging operation of the capacitor;
With
Outputting a forward power obtained by coupling the first and second inverter outputs in series;
Shutting off the first and second inverter outputs and outputting a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power from the capacitor;
The control circuit is characterized in that charging is performed by cutting off the second inverter output and supplying the first inverter output to the capacitor while outputting the forward power.
[0023]
According to the said structure, it is providing the power supply which can charge the capacitor | condenser as a reverse bias voltage source for arc interruption with a simple structure.
[0024]
The second power source of the present invention is
First and second inverter outputs (INV1, INV2);
A first switching circuit (Q5) provided in series with the first inverter output;
A second switching circuit (Q6) provided in series with the second inverter output;
A third switching circuit (IGBT1) provided in parallel with the first inverter output;
A fourth switching circuit (IGBT2) provided in parallel with the second inverter output;
A capacitor (C1) provided in parallel with the second inverter output and in series with the fourth switching circuit;
Rectifying means (D2) connected in parallel to the four switching circuits;
A control circuit for controlling the second switching circuit;
With
The first and second switching circuits are closed and the third and fourth switching circuits are opened to output forward power in which the first and second inverter outputs are coupled in series.
The first and second switching circuits are opened, the third and fourth switching circuits are closed, and a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power is output from the capacitor.
The control circuit supplies the first inverter output to the capacitor via the rectifier and charges it by opening the second switching circuit in the middle of outputting the forward power. It is characterized by that.
[0025]
Also with the above configuration, it is possible to provide a power source that can charge a reverse bias voltage source for arc interruption with a simple configuration.
[0026]
The third power source of the present invention is
First and second inverter outputs (INV1, INV2);
A first inductor (L1) provided in series with the first inverter output;
A second inductor (L2) provided in series with the second inverter output;
A first switching circuit (Q5) provided in series with the first inverter output;
A second switching circuit (Q6) provided in series with the second inverter output;
A third switching circuit (IGBT1) provided in parallel with the first inverter output;
A fourth switching circuit (IGBT2) provided in parallel with the second inverter output;
A capacitor (C1) provided in parallel with the second inverter output and in series with the fourth switching circuit;
First rectifying means (D1) connected in parallel to the first inductor and the third switching circuit;
A second rectifier (D2) connected in parallel to the second inductor and the fourth switching circuit;
A control circuit for controlling the second switching circuit;
With
The first and second switching circuits are closed, the third and fourth switching circuits are opened, and the first and second inverter outputs and the first and second inductors are coupled in series. Outputs forward power,
The first and second switching circuits are opened, the third and fourth switching circuits are closed, and a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power is output from the capacitor.
The control circuit provides the first inverter output to the capacitor via the second rectifying means by opening the second switching circuit while outputting the forward power. Charging.
[0027]
Also with the above configuration, it is possible to provide a power source that can charge a reverse bias voltage source for arc interruption with a simple configuration.
[0028]
In the first to third power supplies, if the control circuit charges when the voltage of the capacitor falls below a predetermined value, the voltage of the capacitor can always be maintained at a constant voltage.
[0029]
Further, if the control circuit is to charge only when the current value in the forward power is higher than a predetermined value, by charging the capacitor only when the output of the forward power is stable, The influence on the load side can be suppressed.
[0030]
In addition, if a protective circuit is further provided to protect the capacitor voltage from exceeding a predetermined rated value, it is possible to prevent destruction of the capacitor due to overvoltage, reverse arc discharge or short-circuit current. it can.
[0031]
Further, if the forward power output further includes at least one inverter output coupled in series with the first and second inverter outputs, a high voltage can be output by a so-called “multi-stage inverter configuration”. Power supply can be realized.
[0032]
On the other hand, a sputtering power source according to the present invention includes any one of the above-described power sources, and outputs the forward power as sputtering power.
[0033]
Further, the sputtering apparatus of the present invention comprises a vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure from atmospheric pressure, and the sputtering power source,
Sputtering is performed by supplying the sputtering power to the vacuum chamber,
The arc discharge generated in the vacuum chamber is interrupted by the reverse voltage.
[0034]
Here, if the control circuit is charged only when glow discharge is generated in the vacuum chamber, the influence on the spatter can be suppressed even if the capacitor is charged.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the main part of the power supply of this embodiment.
[0037]
The power source of this specific example has two inverters sharing the DC power source DC1 and the transistors Q1 to Q4. That is, it has a first inverter INV1 having a DC power source DC1, transistors Q1 to 4, transformer T1 and rectifier DB1, and a second inverter INV2 having DC power source DC1, transistors Q1 to 4, transformer T1 and 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. However, the number of inverters in the power source of the present invention is not limited to two, and three or more inverters may be provided.
[0038]
As can be seen from comparison with the power source illustrated in FIG. 5, the transformer winding N <b> 3 and its rectifier DB <b> 3 are not provided in the present invention. A control circuit CC is connected to both ends of the reverse bias voltage source C1. The control circuit CC receives a signal from the arc sensor AS and outputs a control signal to the transistor Q6. The control circuit CC also has a circuit for monitoring a voltage applied to the chamber or a discharge current flowing in the chamber.
[0039]
The operation of the power supply of FIG. 1 will be described. First, when starting sputtering, the inverters INV1 and INV2 are activated, and the transistors Q5 and 6 that interrupt the rectified inverter current are closed. In addition, a DC voltage (for example, minus 1500 V) is output to the chamber 101 and the target 104 with the IGBTs 1 and 2 that short-circuit the inductor current being opened. In other words, in this state, a voltage is output through a path of the inverter INV1, the inductor L2, the inverter INV2, the chamber 101, the target 104, the output diode DA1 · 2, the inductor L1, and the inverter INV1.
[0040]
When plasma is ignited in the chamber and glow discharge is started, a sputtering current flows, so that the output voltage of the power supply decreases to a level of, for example, minus 750 volts or less. Then, the control circuit CC detects an increase in sputtering current or a decrease in applied voltage, and gives an off signal to the transistor Q6 to open the switch.
[0041]
Then, the output of the inverter INV2 is cut off, and the output of the inverter INV1 is applied to the capacitor C1 (reverse bias voltage source) via the transistor Q5, the inductor L2, and the diode D2 to charge it. The control circuit CC monitors the charging voltage of the capacitor C1, and when this reaches a predetermined voltage level (for example, 200 volts), the transistor Q6 is turned on again to close the switch. Then, the output of the inverter INV2 is connected, and a voltage is output from the series-connected power source of the inverter INV1, the transistor Q5, the inductor L2, the inverter INV2, and the transistor Q6, and the sputtering is continued.
[0042]
On the other hand, also during sputtering, the control circuit CC monitors the voltage of the capacitor C1. When the voltage falls below a predetermined voltage level (for example, 180 volts), the transistor Q6 is turned off (opened) again. Then, the inverter INV2 is cut off, and the output of the inverter INV1 is given to the capacitor C1 to be charged. When the voltage of the capacitor C1 rises to a predetermined level, the control circuit CC turns on (closes) the transistor Q6. Then, the sputtering voltage is output again from the series connection power supply of the inverters INV1 and 2.
[0043]
In this way, during sputtering, the control circuit CC appropriately turns on / off the transistor Q6, so that the capacitor C1 can be kept charged to a predetermined voltage level. Further, the control circuit CC monitors the sputtering current or the output voltage, and when the sputtering current is small or the output voltage is high, that is, when the sputtering is not stable, the control circuit CC does not charge the capacitor C1. can do.
[0044]
On the other hand, when arc discharge occurs in the chamber during sputtering, the arc sensor AS detects this and outputs a detection signal to the control circuit CC. At the same time, the IGBTs 1 and 2 are turned on (closed) and the transistor Q5 is turned off. (open). Then, the control circuit CC turns off (opens) the transistor Q6.
[0045]
By this switching operation, the outputs of the inverters INV1, 2 are cut off, and the voltage charged in the capacitor (reverse bias voltage source) C1 is applied to the chamber. Since this voltage is in the opposite direction to the voltage during sputtering, an excessive current due to arc discharge is absorbed and eliminated. Here, the larger the reverse voltage from the capacitor C1, the shorter the time required for interrupting the current, and the less the damage of arc discharge.
[0046]
When the arc sensor AS detects the disappearance of the arc discharge, the IGBTs 1 and 2 are turned off and the transistor Q5 is turned on. The control circuit CC turns on the transistor Q6. In this way, the sputtering voltage is again output from the inverters INV1 and 2.
[0047]
In the arc breaking operation, the IGBTs 1 and 2 are closed, so that a closed circuit including the inductor L1, the diode D1, and the IGBT1 and a closed circuit including the inductor L2, the diode D2, and the IGBT2 are formed. The currents of the inductors L1 and L2 can be stored in their respective closed circuits. Therefore, the application of the sputtering voltage can be resumed quickly after the arc is interrupted.
[0048]
Thereafter, when the glow discharge is stabilized and a predetermined sputtering current flows, the control circuit CC turns off the transistor Q6 again to charge the capacitor C1.
[0049]
As described above, according to the present invention, the reverse bias voltage can be charged by providing the output of the inverter INV1 to the capacitor C1 by providing the control circuit CC and appropriately turning on / off the transistor Q6.
[0050]
As a result, the transformer winding N3, the rectifier DB3, and the like illustrated in FIG. 5 are unnecessary, and a power source that is lighter, more compact, and less expensive than the conventional one can be provided.
[0051]
In particular, in the case of a power supply that requires a high voltage, the inverter needs to have a multi-stage configuration. However, according to the present invention, the inverter for the reverse bias voltage is not required, so the same transformer capacity remains. This can advantageously increase the number of forward output inverters.
[0052]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a specific example of the control circuit CC. In the figure, the same elements as those described above with reference to FIG.
[0053]
The control circuit CC of this specific example includes comparators CM1 and CM2 and a logic circuit RC. The comparator CM1 monitors the voltage of the capacitor C1. The comparator CM2 monitors the discharge status from the output current of the power supply. The logic circuit RC controls the transistor Q6 based on the outputs from the comparators CM1 and CM2 and the output signal from the arc sensor AS.
[0054]
By providing the comparators CM1 and CM2 and the logic circuit RC, as described above with reference to FIG. 1, the charging operation is appropriately performed while considering the discharge state in the chamber, and the voltage of the capacitor C1 is set to a predetermined level. Can be maintained.
[0055]
In the specific example of FIG. 2, a varistor ZR is connected in parallel to the capacitor C1. The varistor ZR acts as a protection circuit that protects the capacitor C1 from overcharging.
[0056]
For example, in the arc interruption operation, a large amount of forward current may flow into the capacitor C1 due to the parasitic inductance of the

cables

120A and 120B even after the output of the inverter is interrupted. In such a case, the capacitor C1 may be overcharged by this current, but by providing the varistor ZR in parallel, the charge can be discharged and the capacitor C1 can be protected.
[0057]
The operation of the power supply shown in FIG. 2 will be described below with a specific example.
[0058]
To charge the fully discharged capacitor C1 when the switching frequency of the inverters INV1 and 2 is 50 kHz, the sputtering current is 2 amps, the predetermined charging voltage of the reverse bias voltage source C1 is 200 volts, and the capacity of the capacitor C1 is 0.1 μF. The required time T is as follows.

Here, since the switching cycle of the inverter is shorter than 20 μsec, the effect of performing the charging operation for 10 μsec on the capacitor C1 during sputtering can be ignored.
[0059]
Further, a case where the output current of the power supply rises when the capacitor C1 is not charged, such as when the power supply is started, will be described. If 1 msec is required until the output current of 2 amperes rises, the capacitor The required time T for charging C1 is as follows.
T = (0.1 μ × 200 × 2 × 0.001 ÷ 2)^1/2
= 140 microseconds
That is, even when the power supply is started from a state where the capacitor C1 is not charged, the charging can be completed in only 140 μsec.
[0060]
On the other hand, when the charging voltage of the capacitor C1 is 200 volts, the discharge start voltage of the varistor ZR can be set to about 240 volts, for example. That is, when a current due to the parasitic inductance of the

output cables

120A and 120B flows in the charging direction of the capacitor C1 and the voltage rises to 240 volts, the varistor ZR is turned on and discharged, and the capacitor C1 can be protected.
[0061]
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.
[0062]
For example, in FIGS. 1 and 2, a power supply provided with two inverters 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. That is, even in the case of a power supply provided with three or more inverters, a reverse bias voltage source C1 is provided in parallel with any one of these inverters, and the output of this inverter is cut off and this reverse bias is generated by another inverter output. The voltage source C1 can be charged.
[0063]
In addition, the above-described specific example has been described by taking the power source for sputtering as an example, but the power source of the present invention is not limited to sputtering, and it can be used similarly as a power source for oscillation of a magnetron and has the same function. An effect is obtained. 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.
[0064]
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which the power source of the present invention is used for magnetron oscillation.
[0065]
That is, the power source of the present invention described above with reference to FIGS. 1 and 2 can also be used as a power source for driving the magnetron 200.
[0066]
That is, FIG. 3 shows a microwave generation system using a magnetron. The power source 110 of the present invention applies a predetermined DC high voltage to the magnetron 200 to oscillate. 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 supply 110, and the output power of the microwave is controlled.
[0067]
Even in such a system, forward power is supplied to the magnetron 200 to cause an oscillation operation, and the reverse bias voltage source C1 is appropriately charged during that time, and a sudden short-circuit current is generated in the magnetron 200. Even if it occurs, the power source 110 can quickly cut off the current by the same operation as the arc discharge interruption operation described above. As a result, a high-performance, lightweight and compact power supply can be realized.
[0068]
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.
[0069]
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.
[0070]
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.
[0071]
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.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a reverse bias voltage source can be charged and arc discharge can be quickly interrupted without providing a transformer winding or a rectifier associated therewith. In addition, it is possible to provide a power source, a sputter power source and a sputter apparatus that can realize a reduction in weight and cost, and there are great industrial advantages.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a sputtering power supply according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a specific example of a control circuit CC.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which the power source of the present invention is used as a magnetron oscillation power source.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main configuration of a DC (direct current) sputtering apparatus.
FIG. 5 is a schematic view showing a sputtering power source that the inventors have made in the process of reaching the present invention.
[Explanation of symbols]
100 substrates
101 Vacuum chamber
104 target
106 Vacuum pump
107 Gas supply source
108 Glow discharge
110 power supply (sputtering power supply, magnetron power supply)
120A, 120B cable
150 arc discharge
200 magnetron
AS arc sensor
C1 Reverse bias voltage source
C capacitor
D1,2, DA1,2 Diode
DB1-3 rectifier
DC1 DC power supply
IGBT1, IGBT2 switching circuit
INV1, 2 inverter
L1, L2 inductor
N1, N2 winding
Q1-6 Switching circuit
T1 transformer
ZR Varistor

Claims

First and second inverter outputs;
A capacitor provided in parallel with the second inverter output;
A control circuit for controlling the charging operation of the capacitor;
With
Outputting a forward power obtained by coupling the first and second inverter outputs in series;
Shutting off the first and second inverter outputs and outputting a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power from the capacitor;
The power supply is characterized in that the control circuit is charged by cutting off the second inverter output and supplying the first inverter output to the capacitor while outputting the forward power.

First and second inverter outputs;
A first switching circuit provided in series with the first inverter output;
A second switching circuit provided in series with the second inverter output;
A third switching circuit provided in parallel with the first inverter output;
A fourth switching circuit provided in parallel with the second inverter output;
A capacitor provided in parallel with the second inverter output and in series with the fourth switching circuit;
Rectifying means connected in parallel to the four switching circuits;
A control circuit for controlling the second switching circuit;
With
The first and second switching circuits are closed and the third and fourth switching circuits are opened to output forward power in which the first and second inverter outputs are coupled in series.
The first and second switching circuits are opened, the third and fourth switching circuits are closed, and a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power is output from the capacitor.
The control circuit supplies the first inverter output to the capacitor via the rectifier and charges it by opening the second switching circuit in the middle of outputting the forward power. Power supply characterized by that.

First and second inverter outputs;
A first inductor provided in series with the first inverter output;
A second inductor provided in series with the second inverter output;
A first switching circuit provided in series with the first inverter output;
A second switching circuit provided in series with the second inverter output;
A third switching circuit provided in parallel with the first inverter output;
A fourth switching circuit provided in parallel with the second inverter output;
A capacitor provided in parallel with the second inverter output and in series with the fourth switching circuit;
First rectifying means connected in parallel to the first inductor and the third switching circuit;
A second rectifier connected in parallel to the second inductor and the fourth switching circuit;
A control circuit for controlling the second switching circuit;
With
The first and second switching circuits are closed, the third and fourth switching circuits are opened, and the first and second inverter outputs and the first and second inductors are coupled in series. Outputs forward power,
The first and second switching circuits are opened, the third and fourth switching circuits are closed, and a reverse voltage having a reverse polarity to the forward power is output from the capacitor.
The control circuit provides the first inverter output to the capacitor via the second rectifying means by opening the second switching circuit while outputting the forward power. A power supply characterized by charging.

The power supply according to any one of claims 1 to 3, wherein the control circuit charges the capacitor when the voltage of the capacitor falls below a predetermined value.

5. The power supply according to claim 1, wherein the control circuit charges the current only when a current value in the forward power is higher than a predetermined value. 6.

The power supply according to any one of claims 1 to 5, further comprising a protection circuit for protecting the voltage of the capacitor so as not to exceed a predetermined rated value.

The power supply according to claim 1, further comprising at least one inverter output coupled in series with the first and second inverter outputs at the output of the forward power. .

A power supply according to any one of claims 1 to 7,
A sputtering power supply that outputs the forward power as sputtering power.

A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere depressurized from atmospheric pressure;
A power supply for sputtering according to claim 8,
With
Sputtering is performed by supplying the sputtering power to the vacuum chamber,
A sputtering apparatus characterized in that the arc discharge generated in a vacuum chamber is interrupted by the reverse voltage.

The sputtering apparatus according to claim 9, wherein the control circuit charges only when glow discharge occurs in the vacuum chamber.