【手続補正書】
【提出日】平成17年11月4日(2005.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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１０１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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
これらインバータ出力ブロックＩＮＶ１、ＩＮＶ２からの出力電流は、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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、アーク検出回路（Ａsen）により、チャンバ１０１への出力電圧と電流からアーク放電が検出されると、トランジスタＱ５、Ｑ６が開かれてインバータ出力が遮断される。同時に、スイッチング回路ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２が閉じられ、コンデンサＣ１からの逆方向電圧を出力することよりアーク放電を急速に遮断する。またこの時、スイッチング回路ＩＧＢＴ１、２によりそれぞれ閉回路を形成し、インダクタＬ１、Ｌ２の電流を保存する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１６に表したような電源を用いてスパッタリングを実施する場合、スパッタ開始時の高電圧を得るために、インバータ出力ブロックＩＮＶ１、ＩＮＶ２を直列に接続しているが、放電開始後の電圧はマイナス７００ボルト程度であるので、インバータは、５０パーセント以下の低いデューティで運転させる必要がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
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、高電圧と大電流のいずれにも対応可能な電源、スパッタ用電源及びスパッタ装置を提供することにある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、複数のインバータ出力ブロックの接続関係を直列にも並列にも変えることができる電源について説明する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
本具体例の電源は、インバータ出力ブロックを含んだ２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を有する。それぞれの電源ブロックは、それぞれ別々のインバータ出力（図示せず）及び別々のトランス出力に結合されている。各電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は、整流器（ＤＢ１、ＤＢ２）とインダクタ（Ｌ１、Ｌ２）とを有する。これら電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１と直列接続用スイッチング素子Ｑ１２とに接続されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
そして、グロー放電の点火時は、これら電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列に接続することより出力電圧を大きくすることができる。また一方、スパッタ時には、これら電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を並列に接続して、出力電流の容量を大きくすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
一方、それぞれの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２にはインダクタ電流をモニタするための個別のインダクタ電流センサＣsen2、Ｃsen3が設けられ、この測定結果に基づいて、電源はアーク遮断動作状態も含めた定電流制御を行うことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
一方、スパッタ中にアーク放電が発生した場合には、アークセンサＡsenが出力電圧の低下によりアーク放電を検出する。すると、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１を開いて、アーク遮断動作を開始する。これは、図１６に関して前述した如くであり、トランジスタＱ５、Ｑ６を開いてインバータ出力を遮断する。同時に、スイッチング回路ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を閉じて、逆方向電圧源としてのコンデンサＣ１からの逆方向電圧を出力することよりアーク放電を急速に遮断する。この時、逆方向電圧源Ｃ１からの電流は、スイッチング回路ＩＧＢＴ１、スイッチング素子Ｑ１２、コンデンサＣ２、スイッチング回路ＩＧＢＴ２、出力ケーブル１２０Ａ、Ｂを経てチャンバ１０１へ接続され、コンデンサＣ２が充電されると逆電圧の出力が停止する。一方、スイッチング回路ＩＧＢＴ１、２によりそれぞれ閉回路を形成し、インダクタＬ１、Ｌ２の電流を保存する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
一方、スパッタ中に雰囲気ガス圧力の変動などの原因により、プラズマが失火することがある。このような場合には、プラズマを再点火する必要がある。そこで、放電中の出力電圧が所定値を所定時間上回ったら失火と判断して、電源ブロックを直列接続させて点火動作に切り替える。スパッタ定格電圧であるマイナス７５０ボルトに対して、直列接続に切り替える閾値は、例えばマイナス１０００ボルトとすることができる。直列接続に切り替えると、電源の点火定格電圧を、マイナス７５０ボルト×２＝マイナス１５００ボルトとすることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
一方、並列接続時の電流制御は、指令電流を並列に接続した電源ブロックの数（図１の場合には２つである）で分割し、ブロック毎のインダクタ電流センサ（Ｃsen2、Ｃsen3）を用いて制御する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
図２は、このような複数の電源を用いたスパッタ装置を表す模式図である。すなわち、本実施形態の電源１１０が複数台設けられ、これらの出力は並列に接続されてチャンバ１０１及びターゲット１０４に接続されている
このような複数台の並列運転の場合には、図２に例示したように、各電源１１０のＳＰ端子とグラウンド（ＧＮＤ）端子をそれぞれ並列に接続する。このようにすれば、電源１１０の何れかがその内部の電源ブロックを直列接続にした場合、ＳＰ信号がローレベルになるので、他の全ての電源１１０もその内部の電源ブロックを直列接続に切り替える。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
本変形例の場合、４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４が、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４により接続されている。そして、直列接続時には、これら４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４を直列に接続して各ブロックの４倍の電圧を出力できる。一方、並列接続時には、これら電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４を２台ずつ並列に接続し、各ブロックの２倍の電流容量と電圧とを出力することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
すなわち、点火時は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１２〜Ｑ１４を閉じ、スイッチング素子Ｑ１１、スイッチング回路ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４の出力を直列接続して高電圧を出力する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
また、スパッタ時は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１１を閉じ、スイッチング素子Ｑ１２〜Ｑ１４、スイッチング回路ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、２つの電源ブロックの出力を並列接続して電流容量を拡大し、かつその２組を直列接続して出力する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
インダクタＬ１の電流が規定値に達したらスイッチング素子Ｑ５を開いて、ダイオードＤ１を経て逆方向電圧源Ｃ１を規定の電圧（例えば、２００Ｖ）に充電する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
一方、スパッタ中にアーク放電が発生し、アークセンサＡｓｅｎがチャンバ１０１の電圧低下を出力電圧の低下として検知すると、スイッチング素子Ｑ１２〜Ｑ１４、スイッチング回路ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を閉じ、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８を開いて出力電流を遮断する。さらに逆方向電圧源Ｃ１からスイッチング回路ＩＧＢＴ１、スイッチング素子Ｑ１２、コンデンサＣ２、スイッチング回路ＩＧＢＴ２、スイッチング素子Ｑ１３、コンデンサＣ３、スイッチング回路ＩＧＢＴ３、スイッチング素子Ｑ１４、コンデンサＣ４、スイッチング回路ＩＧＢＴ４の経路で逆電圧を出力してアーク放電を急速遮断する。これを「遮断期間」と称する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
なお、アーク遮断中に逆方向アークが生ずると、逆方向電流によってコンデンサＣ２〜Ｃ４が逆方向電圧源Ｃ１の電圧まで充電され、逆方向電圧の出力がなくなるので逆方向アークの電流が遮断される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
アーク放電に対する「遮断期間」を経過すると、次に、「復旧期間」に入る。「復旧期間」においては、スイッチング回路ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１２〜Ｑ１４を閉じて、順方向（スパッタを実施する電圧方向）の電流出力を再開する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
「復旧期間」の後にアーク放電を検知したら、上述した「遮断期間」の動作を繰り返し、アーク放電を検知しなければ、スイッチング素子Ｑ１２〜Ｑ１４を開いてスパッタ電流を出力する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
例えば、ひとつのダイオード素子における電圧降下を１．１ボルトとし、ひとつのスイッチング素子（トランジスタ）の電圧降下を２ボルトとすると、並列接続時のインダクタＬ４を出た電流は、インダクタＬ２に着くまでに約５．３ボルトだけ降下する。この電圧降下は発熱を生ずるので、放熱器や冷却ファンを大きくする必要があり、電源が大きくなる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
まず、電源起動の起動に際しては、スイッチング素子Ｑ１２、Ｑ２３、Ｑ３３、Ｑ４３を閉じ、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１３、Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ４１を開く。これにより、図示した初段部のＮ端子とＰ端子との間に、図７に表したように、以下の閉回路が形成される。Ｎ端子−Ｌ４−ＤＢ４−Ｑ４３−Ｌ３−ＤＢ３−Ｑ３３−Ｌ２−ＤＢ２−Ｑ２３−Ｌ１−ＤＢ１−Ｑ１２−Ｐ端子−チャンバ。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
そして、出力電流の上昇によってプラズマの点火を確認すると、スイッチング素子Ｑ１３、Ｑ２２、Ｑ３２を閉じて、スイッチング素子Ｑ２３，３３，４３を開く。その結果、隣接する電源ブロックが並列接続され、（２並列）×（２直列）の接続により、Ｎ端子からの電流は２系統でＰ端子につながれる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
一方、Ｐ端子に接続した逆方向電圧源Ｃ１の充電電圧が、図９に表したように、Ｑ１１−Ｄ２４−Ｃ２−Ｑ２１−Ｄ３４−Ｃ３−Ｑ３１−Ｄ４４−Ｃ４−Ｑ４１を経てＮ端子に誘導されるので、チャンバはスパッタ時とは逆方向の電圧にバイアスされてアーク放電が短時間に消弧する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
上述したアーク遮断が規定の遮断時間（「遮断期間））に達すると、「復旧期間」に入る。「復旧期間」には、スイッチング素子Ｑ１３、Ｑ２２、Ｑ３２を閉じて、スイッチング素子Ｑ２３，３３，４３を開いて電流出力を再開する。「復旧期間」には、放電電圧に係らず、この状態を維持する。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
トランスの出力電圧がある時にインダクタＬ４を出た電流は、トランスＴ４、整流器ＤＢ４、ダイオードＤ３３、スイッチング素子Ｑ３２を流れる。これに対して、トランスの出力電圧が無い時にインダクタＬ４の電流が流れるのはダイオードＤ４１とバイパスダイオードＤ４６だけである。すなわち、ひつとのダイオード素子の電圧降下を１．１ボルトとすると、インダクタ電流の電圧降下は２．２ボルトで済む。その結果として、損失を低減し、発熱も抑制できる。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
また、本変形例の電源の場合、アーク遮断のための「遮断期間」においては、電源の出力端子からチャンバまでの経路（例えば、電源ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂ）の寄生インダクタンス成分に充電された電流は、Ｎ端子−Ｄ４３−Ｌ３−Ｄ３１−Ｄ３６−Ｑ１１−Ｃ１−Ｐ端子を流れて、逆方向電圧源Ｃ１に吸収される。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
また、本実施形態によれば、パイパスを設けることにより、インバータ・トランスの出力電圧が無い時のインダクタの回生電流の電圧落差が少なくなる。例えば、インダクタＬ４について説明すると、電圧損失を５．３ボルトから２．２ボルトまで低減し、さらに１．１ボルトにまで低減することも可能である。従って、この部分の発熱量が５８パーセント低減し、さらに８０パーセント低減させることもできる。電圧降下の低減は電力損失を低減するので、省エネルギーと冷却機構の簡素化が可能となる。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
インバータのスイッチング素子Ｑ１１１、Ｑ１２１を駆動・制御する回路Ｕ１１、Ｕ２１およびスイッチング素子Ｑ１１１、Ｑ１２１を駆動・制御する回路Ｕ１２、Ｕ２２の電源は、それぞれ絶縁された電圧源ＤＣ１１、ＤＣ１２から、電圧を調整するレギュレータＲＥＧ１、ＲＥＧ２を介して供給する。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
本具体例の電源においては、２つのインバータの駆動回路Ｕ１１、Ｕ１２は、ひとつの駆動用直流電圧源ＤＣ１１で駆動し、それぞれ調整器ＲＥＧ１、ＲＥＧ２で安定化している。すなわち、複数のインバータ駆動回路に対してひとつの直流電圧源ＤＣ１１から、インバータ駆動回路の直流電流だけを供給する。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
２つのインバータが同じ電位（ＣＯＭ１＝ＣＯＭ２）で動作する場合は、調整器ＲＥＧ１の電流は、直流電圧源ＤＣ１１から抵抗Ｒ１１１を通って供給し、帰りは整流ダイオードＤ１１１を経て直流電圧源ＤＣ１１に戻る。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
調整器ＲＥＧ２に関しても同様であり、伝送途中で混入したノイズは抵抗Ｒ１１２とコンデンサＣ１２４からなるフィルタで除去される。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
インバータ電位が異なる（ＣＯＭ１＞ＣＯＭ２）電位で動作する場合には、Ｎ１の電位は、ＣＯＭ１とほぼ同電位になる。これに対してＣＯＭ２の電位は、Ｎ１より下がるため、戻り電流が整流ダイオードＤ１２１を流れず、ＣＯＭ２からダイオード・ブリッジＤＢ２１、交流電圧源ＲＳＴ、ダイオード・ブリッジＤＢ１１、インバータ（Ｑ１１１、Ｑ１１２、Ｃ１１１、Ｃ１１２）、ＣＯＭ１、整流ダイオードＤ１１１を経て、直流電圧源ＤＣ１１へ帰還する。この時も、インバータ電流がＮ１を介して他ブロックへ流入することは無い。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
このシステムの電源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。この電源１１０として、図１乃至図１３に関して前述した本発明の電源を用いることができる。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。