(57)【要約】【課題】  スパッタリング中におけるアーク放電抑制の失敗を無くすことができるスパッタリング用電源装置を提供すること。【解決手段】  負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、スパッタリング用直流電源ＰＳ１と、このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段ＳＷ１と、この第1のスイッチング手段に複数直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４と、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路１３と、逆電圧発生用直流電源ＰＳ２と、この逆電圧発生用直流電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段ＳＷ２と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部Ｒ１，Ｒ２と、前記第1のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段２１とから構成される。【選択図】    図１
2011132605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
スパッタリング用直流電源と、
このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、
この第1のスイッチング手段に複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、
この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、
逆電圧発生用直流電源と、
この逆電圧発生用直流電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記第1のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項２記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、周期的に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項２あるいは４記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項６】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第1のスイッチング手段のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項７】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング手段をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項９】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
スパッタリング用直流電源と、
このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、
この第1のスイッチング手段に複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと、
この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、
逆電圧発生用直流電源と、
この逆電圧発生用電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの間に設けられた第３のスイッチング手段と、
この第３のスイッチングと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの接続点から前記逆電圧発生源の陽極との間に接続された還流路と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記第1のスイッチング手段乃至第３のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に第1及び第３のスイッチング手段をオフすると共に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、周期的に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項１０あるいは１２記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１４】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第1のスイッチング手段のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１５】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング手段をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項１５記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１７】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
スパッタリング用直流電源と、
このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、
この第1のスイッチング手段に複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと、
逆電圧発生用直流電源と、
この逆電圧発生用電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと負極出力端子との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの間に設けられた第３のスイッチング手段と、
この第３のスイッチングと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの接続点から前記逆電圧発生源の陽極との間に接続された還流路と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記第1のスイッチング手段乃至第３のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項１８】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項１７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１９】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項１７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２０】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に第1及び第３のスイッチング手段をオフすると共に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項１８記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２１】
前記制御手段は、周期的に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項１７あるいは２０記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２２】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第1のスイッチング手段のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項１７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２３】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング手段をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項１７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２４】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項２３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２５】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
所定電圧の出力を発生する直流電源と、
それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換する第1及び第２のスイッチング回路と、
前記第1及び第２のスイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧をそれぞれ出力する第1及び第２のトランスと、
前記第1のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1のダイオードブリッジと、
前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第２のダイオードブリッジと、
前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、
この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、
前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、
この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項２６】
前記制御手段は、前記スイッチング素子を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項２５記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２７】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項２５記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２８】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項２６記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項２９】
前記制御手段は、周期的に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項２６あるいは２８記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３０】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項２５記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３１】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング素子をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項２５記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３２】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項３１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３３】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
所定電圧の出力を発生する直流電源と、
それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧を出力するトランスと、
前記トランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1及び第２のダイオードブリッジと、
前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、
この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、
前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、
この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項３４】
前記制御手段は、前記スイッチング素子を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項３３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３５】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項３３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３６】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項３４記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３７】
前記制御手段は、周期的に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項３４あるいは３６記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３８】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項３３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３９】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング素子をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項３３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４０】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項３９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４１】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
所定電圧の出力を発生する直流電源と、
それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧を出力するトランスと、
前記トランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1及び第２のダイオードブリッジと、
前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、
前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、
この第２のダイオードブリッジとトランスの２次巻線間に接続された抵抗と、
この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと負極出力端子との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項４２】
前記制御手段は、前記スイッチング素子を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項４１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４３】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項４１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４４】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項４２記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４５】
前記制御手段は、周期的に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項４１あるいは４４記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４６】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項４１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４７】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング素子をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項４１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４８】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項４７記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４９】
負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
所定電圧の出力を発生する直流電源と、
それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換する第1及び第２のスイッチング回路と、
前記第1及び第２のスイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧をそれぞれ出力する第1及び第２のトランスと、
前記第1のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1のダイオードブリッジと、
前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第２のダイオードブリッジと、
前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第３のダイオードブリッジと、
前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、
この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、
前記第３のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、
この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備し、前記第1のダイオードブリッジと第２のダイオードブリッジとは直列接続されていることを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項５０】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング回路と第２のスイッチング回路の位相をずらして制御することを特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５１】
前記制御手段は、前記スイッチング素子を開閉制御して前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに一定電流を流す制御を行うことを特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５２】
前記制御手段は、前記第1のスイッチング手段を開閉制御して前記負極出力端子及び正極出力端子から定電力が出力されるように前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルに流す電流値を制御することを特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５３】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う請求項５０記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５４】
前記制御手段は、周期的に前記スイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させることを特徴とする請求項５１あるいは５３記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５５】
前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング周波数より５倍以上であること特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５６】
前記制御手段は前記電圧検出部により検出された電圧によりアーク判定を行い、アーク判定を行なうと、前記スイッチング素子をオフして、アーク放電の電圧−電流特性を計測するアーク放電特性測定モードを備えていることを特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５７】
前記制御手段は、前記アーク放電特性測定モードで計測されたアーク放電の電圧−電流特性に基づいてアーク判定を行うことを特徴とする請求項５６記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５８】
前記スイッチング手段と前記逆電圧保持用コンデンサとの間がモード選択スイッチが設けられ、このモード選択スイッチを切り替えることにより、逆電圧保持用コンデンサから逆電圧パルスを発生させるかゼロ電圧の発生を切り換えられることを特徴とする請求項４９記載のスパッタリング用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンパクトディスク（CD）やディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）製造用のスパッタリング装置に用いられるスパッタリング用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスク（CD）やディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）製造用のスパッタリング装置に用いられるスパッタリング用電源装置が知られている（例えば特許文献１，２，３）。
【０００３】
コンパクトディスクやディジタル・ビデオ・ディスクへの膜の形成は、マグネトロンスパッタ技術により成膜している。このスパッタリング中にアーク放電の抑制を失敗すると、ターゲット材料が飛散してディスクに付着するため、製品の歩留まりを下げる。
【０００４】
また、より短い時間でディスク上への成膜を完了させるためには、スパッタリング装置用電源装置から出力される平均電力を上げる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８３５３２２号公報
【特許文献２】特許第２８３５３２３号公報
【特許文献３】ＵＳＰ５，５７６，９３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、平均電力を上げると、スパッタリング中にアーク放電が発生し易くなり、アーク放電の抑制を失敗する頻度も上がってしまう。さらに、スパッタリング中にアーク放電抑制を失敗する原因として他にも種々挙げられる。第1に、電源装置の出力フィルターに用いているコンデンサに蓄積したエネルギーがアーク抑制の失敗により起因してアーク放電に大きなエネルギーが入ってしまう、第２に、電源装置のフィルターに用いているチョークコイルのインダクタンスが小さいため、制御のフィードバックより電流が増加する速度が速くて、アークが消弧しないと通常のスパッタ電流に比べて１桁以上大きなアーク電流が流れてしまう場合、第３に、アーク放電を消弧するために逆電圧を印加する方式は、ＵＳＰ５，５７６，９３９のようにタップ付きインダクタ（オートトランス）のため、１発の逆電圧パルスの印加でアーク放電が消弧できて、消える場合は問題無いが、消えない場合はパルス毎にアーク電流は増加して行ってしまう、
第４に、アーク放電によって電流が増加すると、スイッチング素子の飽和電圧が高くなって逆電圧を発生させることができなくなる場合、第５に、前述したタップ付きチョークコイルが磁気飽和してしまうため、逆電圧を発生させることができなくなってアーク放電を消弧させることができなくなる場合などが挙げられる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、スパッタリング中におけるアーク放電を確実に抑制することができるスパッタリング用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、スパッタリング用直流電源と、このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段に複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、逆電圧発生用直流電源と、この逆電圧発生用直流電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記第1のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項９記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、スパッタリング用直流電源と、このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段に複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、逆電圧発生用直流電源と、この逆電圧発生用電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの間に設けられた第３のスイッチング手段と、この第３のスイッチングと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの接続点から前記逆電圧発生源の陽極との間に接続された還流路と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記第1のスイッチング手段乃至第３のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、スパッタリング用直流電源と、このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段に複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、逆電圧発生用直流電源と、この逆電圧発生用電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの間に設けられた第３のスイッチング手段と、この第３のスイッチングと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの接続点から前記逆電圧発生源の陽極との間に接続された還流路と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記第1のスイッチング手段乃至第３のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項１７記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、スパッタリング用直流電源と、このスパッタリング用直流電源の負極側に設けられた第1のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段に複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと、逆電圧発生用直流電源と、この逆電圧発生用電源と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと負極出力端子との中間位置との間に設けられた第２のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段と前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの間に設けられた第３のスイッチング手段と、この第３のスイッチングと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルとの接続点から前記逆電圧発生源の陽極との間に接続された還流路と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記第1のスイッチング手段乃至第３のスイッチング手段の開閉を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２５記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、所定電圧の出力を発生する直流電源と、それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換する第1及び第２のスイッチング回路と、前記第1及び第２のスイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧をそれぞれ出力する第1及び第２のトランスと、前記第1のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1のダイオードブリッジと、前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第２のダイオードブリッジと、前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３３記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、所定電圧の出力を発生する直流電源と、それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧を出力するトランスと、前記トランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1及び第２のダイオードブリッジと、前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とする。
【００１３】
請求項４１記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、所定電圧の出力を発生する直流電源と、それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧を出力するトランスと、前記トランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1及び第２のダイオードブリッジと、前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、前記第２のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、この第２のダイオードブリッジとトランスの２次巻線間に接続された抵抗と、この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと負極出力端子との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４９記載のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子及び正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、所定電圧の出力を発生する直流電源と、それぞれブリッジ接続された複数のスイッチンング素子を有し、前記直流電源の出力をパルス出力に変換する第1及び第２のスイッチング回路と、前記第1及び第２のスイッチング回路からパルス状の一次電圧が供給され、パルス状の２次電圧をそれぞれ出力する第1及び第２のトランスと、前記第1のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第1のダイオードブリッジと、前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第２のダイオードブリッジと、前記第２のトランスから出力されるパルス状の２次電圧を整流する第３のダイオードブリッジと、前記第1のダイオードブリッジの出力側に接続される複数直列接続される互いに独立のチョークコイルと、この複数のチョークコイルと前記負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路と、前記第３のダイオードブリッジの出力側に接続される逆電圧保持用コンデンサと、この逆電圧保持用コンデンサと前記複数直列接続された互いに独立のチョークコイルと逆方向アーク防止回路との中間位置との間に設けられたスイッチング手段と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング素子に対してスイッチング制御信号を出力すると共に、前記スイッチング手段の開閉を制御するスイッチング制御信号を出力する制御手段を具備し、前記第1のダイオードブリッジと第２のダイオードブリッジとは直列接続されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５８記載のスパッタリング装置用電源装置は、請求項４９記載のスイッチング手段と前記逆電圧保持用コンデンサとの間がモード選択スイッチが設けられ、このモード選択スイッチを切り替えることにより、逆電圧発生用コンデンサから逆電圧パルスを発生させるかゼロ電圧とするかを切り換えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スパッタリング中におけるアーク放電抑制の失敗を無くすことができるスパッタリング用電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係わるスパッタリング用電源装置の回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わるスパッタリング用電源装置の回路図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の変形例を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図７】本発明の第６の実施の形態を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図８】本発明の第７の実施の形態を示すスパッタリング用電源装置の回路図。
【図９】本発明の第６の実施の形態の動作を説明するためのドライブ電圧パルスと電流リップルの波形図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態の動作を説明するためのドライブ電圧パルスと電流リップルの波形図。
【図１１】本発明に係わるスパッタリング放電とアーク放電の電圧−電流特性を示す特性図。
【図１２】本発明に係わる逆電圧パルスとスパッタ電流、アーク電流との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１において、ＰＳ１は例えば、８００Ｖのスパッタリング用直流電源である。この直流電源ＰＳ１の両極間には、コンデンサＣ１が接続される。
【００１９】
この直流電源ＰＳ１の陰極は定電流制御を行うためのスイッチング用トランジスタ（以下、スイッチＳＷ１と称する）、ダイオードＤ１を介して直流電源ＰＳ１の陽極に接続される。
【００２０】
このダイオードＤ１のアノードは、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を介し、更に、逆方向アーク防止回路１３を介して本装置の（−）出力端子Ｏ１に接続される。この逆方向アーク防止回路１３はダイオードＤ２に抵抗Ｒ０が並列に接続されている。
【００２１】
さらに、直流電源ＰＳ１の陽極は、本装置の（＋）出力端子Ｏ２に接続される。さらに、最終列のチョークコイルＬ４と逆方向アーク防止回路１３との接続点はスイッチング用トランジスタ（以下、スイッチＳＷ２と呼称する）を介して逆電圧発生用直流電源ＰＳ２の陽極に接続される。
【００２２】
なお、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２との間には、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２との直列接続体が接続される。この分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位は、制御部２１に入力される。この分圧抵抗Ｒ１及びＲ２により電圧検出部が構成される。この制御部２１は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部２１は分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位を検出することにより、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出している。
【００２３】
前述したスイッチＳＷ１及びＳＷ２のオン・オフ制御は制御部２１により制御される。
【００２４】
また、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出される。この電流検出器２２で検出された電流Ｉは制御部２１に出力される。
【００２５】
ところで、本装置の（−）出力端子Ｏ１は、スパッタ源３１に接続され、（＋）出力端子Ｏ２は真空槽３２に接続される。通常、本装置の（＋）出力端子Ｏ２は接地される。
【００２６】
制御部２１は、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出することにより、真空槽３２内でスパッタ放電が発生しているかアーク放電が発生しているかを判定している。スパッタ電圧は通常３００Ｖ以上であり、アーク放電電圧は１５０Ｖ以下であるため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下に下がると、真空槽３２内でアーク放電が発生していると判定される。
【００２７】
制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする。つまり、逆電圧パルスをスパッタ源３１に印加する。この間において、スイッチＳＷ１は制御部２１によりオン、オフ制御され、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に定電流が流れるように制御される。つまり、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出されるので、制御部２１はこの電流Ｉが定電流となるように、スイッチＳＷ１をオン・オフ制御している。前述した逆電圧パルスを印加直後のアーク判定時間Ｔ３は、１０μｓ（0.01〜10μｓ）以下としている（図１２）。そして、このアーク判定時間Ｔ３経過後に再度アークと判定された場合には、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする処理が行われる。以下、アークが検出される間は、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。以上の処理が遮断モードである。ここで、アークを判定してから設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせるのは、設定時間Ｔ１が経過する前にアークが自己消滅する場合があるからである。
【００２８】
次に、スイッチＳＷ２のオン制御を制御部２１の制御により定期的に行っても良い。この場合には、定期的（10から10000μｓ）にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２だけオンする。ここで、定期的にスイッチＳＷ２をオン制御する最中でも、アーク放電の発生が検出されると、前述したように設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせて逆電圧パルスを発生させる処理が行われる。また、このように定期的にスイッチＳＷ２をオンすると共に、前述したアーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンするようにしても良い。
【００２９】
さらに、制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、スイッチＳＷ２はオンさせないで、スイッチＳＷ１をオフ制御するようにしても良い。スイッチＳＷ１をオフすると、スパッタ源３１には電源が供給されなくなるため、アークは消弧する。このように、アークが消弧するまでに、電圧／電流特性を計測する（アーク放電特性測定モード）。そして、アークが消弧したら、スイッチＳＷ１をオン・オフ制御して再度、定電流制御を行う。このように、スイッチＳＷ１をオフしたときの電圧・電流特性を知ることができる。例えば、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性が得られる。通常アーク電流が増加しても電圧はあまり変化しないため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下であると判定されると、アーク放電が発生していると判定することができる。しかし、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性を持つアーク放電が存在するということは、アーク放電の判定レベルを１５０Ｖという値ではなく、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioというように電流の一次関数で表わす必要がある。
【００３０】
最近は、スパッタの適用範囲が広がって、図１１に示すように放電特性が従来と違って、150Ｖのような固定値では判断できないものがある。これは、ターゲット材料による違いに起因する。
【００３１】
そして、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioのように電源の出力電流に対応したスパッタ特性と、アーク特性の中間に電圧判断レベルを設けることにより、逆電圧パルスを加えた直後でも正しくアーク判定することができる。
【００３２】
また、この値に対して10〜20％程度のヒステリシス特性をもちせることにより、より確実にアーク判定を行うことができる。
【００３３】
ここで、Ｖarc：判定レベル  
Ｖa0：負荷特性から求めるＩo＝０付近の判定レベル  
Ｒt：負荷特性から求めるＩoに比例する成分の係数  
Ｉo：その時の電源出力電流≒Ｌ１を流れている電流  
Ｖth：ヒステリシス電圧幅  
このようにすることにより、逆電圧パルス印加後の電圧上昇時間が余分なコンデンサが無いため速くなっているので、負荷によっては0.1μｓ以下でもアーク判定可能である。
【００３４】
次に、アーク放電特性測定モードについて詳細に説明する。アーク放電特性測定モードとは、アーク発生時にアーク電圧及び電流特性を測定するモードである。この場合には、スイッチＳＷ２を動作させない制御を行い、アーク電圧及び電流特性を収集する。アーク放電とスパッタ放電の特性は、ターゲット機構の磁場構造やターゲット材料とプロセス条件によって相違するので、負荷によって設定を変化させる必要がある。
【００３５】
例えば、ターゲット材料として一般的な金属材料の場合には、Ｖaoが150V、Ｒtが０Ω、Vhが20Vであるが、コンポジット材料の場合には、Ｖaoが200Ｖ、Ｒtが0〜200Ω、Ｖhが30Ｖという値をとる。アーク放電とスパッタ電流を０付近から使用値を少し超えるところまで変化させて電圧・電流特性を求める。このように求める方法の一つとして、本装置の出力電圧電流を測定して図１１に示すような特性図を求めて、Ｖao、Ｒt、Vhを設定する方法がある。
【００３６】
また、他の方法として、電源の機能として、出力電圧と電流をＡ／Ｄ変換してメモリに取り込み、電流値に対する電圧のヒストグラムを求めて判定レベルを決定する方法である。取り込むメモリ量を節約するためには、0,10,20,30,40,50,…,…,1480,1490Ｖのように10Ｖ刻みに対応するメモリを設け、電流値を1,2,4,8,16Ａのように決めた記憶用メモリブロックとする。２バイト単位とすると、150＊５＊2＝1500バイトのメモリが必要となる。電流値が±１０％範囲でその時の電圧に対応するメモリをカウントアップするようにすれば、組み込み用マイコンの小さいメモリでもヒストグラムを簡単に収集することができる。このようにして求めた電圧電流のヒストグラムからＶao、Ｒt、Vhを決定する。また、データをとる時、電流設定を５％から100％まで急速に変えて10ms程度の時間放電させてヒストグラムデータをとる。同じ電流値に対して複数の山が得られた場合、１番高い電圧値の山がスパッタで、200Ｖ以下の山は確実にアークである。各電流値に対してヒストグラムの山頂を結んでやれば、スパッタの電圧電流特性とアークの電圧電流特性が得られる。アーク判定レベルはその中間レベルに設定する。
【００３７】
ところで、複数直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を用いた理由について説明する。チョークコイルＬ１〜Ｌ４全体の自己共振周波数はスイッチＳＷ１のスイッチング周波数の５倍以上に設定している。チョークコイルの値は、負荷電圧とスイッチＳＷ１のスイッチング周波数と出力電流と許容リップルで最低値が決定される。例えば、負荷電圧が500Ｖ、最大出力電流が10Ａ、出力電流が1Ａ、スイッチング周波数が50kHz、許容リップルを0.1Ａとすると、1Ａ出力しているときのパルス間隔は出力を絞った状態であるので、20μs近くになる。
【００３８】
Ｖ＝Ｌ＊di/dtであるので、  
Ｌ＝Ｖ＊dt/di＝500＊20e-6/0.1＝0.1＝100[mH]  
となる。従って、直流電源ＰＳ１の電圧が負荷電圧に近ければオフ時間は短くなるので、この半分から１／３の50〜30mHという大きなインダクタンスが必要とされる。スイッチング周波数を上げて、電流の変動幅（リップル）を大きく許容しても、10〜20mH程度が現実的な値である。
【００３９】
例えば、10mHのチョークコイルを１個のチョークコイルで作ると、自己共振周波数が150kHz程度になり、50kHzのドライブでチョークコイルの電圧・電流が振動する。自己共振周波数をスイッチング周波数の５倍以上にすると、その振動を充分に小さくすることができる。
【００４０】
自己共振周波数は、インダクタンスを小さくすれば高くなる。磁気結合させないで直列接続すると、インダクタンスは足し算で増加するが、自己共振周波数はほとんど変化しない。磁気結合が和になるように結合させると、自己共振周波数は下がる。
【００４１】
このように本発明の第1の実施の形態によれば、従来フィルターに用いていたコンデンサは使用しないでチョークコイルだけでフィルターするようにし、チョークコイルのインダクタンス値を従来の十倍以上にすることにより、アークが発生してもチョークコイルを流れる電流の振動を充分小さい値にすることができる。さらに、アーク放電とスパッタ放電を出力電流に応じた出力電圧の絶対値で判断しているので、負荷によって判断基準が変化するが、測定して判断値を設定するので、放電して電流が流れればアーク放電かスパッタ放電か瞬時に判断することができる。さらに、アーク放電と判断すると、アーク放電が消弧するまで何度でも逆電圧パルスを繰り返し印加するので確実にアーク放電を消弧させることができる。この際に、逆電圧パルスを連続して印加しても、チョークコイルの電流は一定となるように制御されているので、チョークコイルの磁気飽和が発生することを防止することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。この第２の実施の形態は、逆電圧パルス印加時に直流電源ＰＳ２の電圧によるチョークコイルＬ１，Ｌ２に流れる電流の増加を防止するための実施の形態である。図２において、図１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明についてはその詳細な説明を省略する。この第２の実施の形態においては、チョークコイルはＬ１、Ｌ２の２個であるが、図１に示した第1の実施の形態のように４つ設けても良い。
【００４３】
図２において、スイッチＳＷ１と電流検出器２２との間には、ＦＥＴよりなるスイッチＳＷ３が設けられている。このスイッチＳＷ３のオン・オフは制御部２１により制御される。
【００４４】
このスイッチＳＷ３と電流検出器２２との接続点とスイッチＳＷ２と直流電源２２との接続点との間には還流路３２が設けられている。この還流路３２には、ダイオードＤ３が図の極性で接続されている。
【００４５】
そして、逆電圧パルスを印加する場合には、スイッチＳＷ２がオンされ、スイッチＳＷ１及びＳＷ３がオフされる。
【００４６】
このため、逆電圧パルス印加時には、スイッチＳＷ２、チョークコイルＬ１、Ｌ２、ダイオードＤ３のルートで電流が流れる。このルートには電源は含まれていないため、チョークコイルＬ１、Ｌ２を流れる電流が増加することを防止することができる。
【００４７】
ところで、アーク放電が発生すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする処理が行われる（図１２）。以下、アークが検出される間は、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。ここで、スイッチＳＷ２がオンされる場合には、スイッチＳＷ１及びＳＷ３がオフされる。
【００４８】
本発明においては、アークが検出されるとアークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。仮に、本実施の形態の特徴であるスイッチＳＷ３及び還流路３２を設けないで、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスを印加し続けると、チョークコイルＬ１、Ｌ２を流れる電流は増加してしまう。例えば、チョークコイルＬ１とＬ２の合計したインダクタンスを20mH、直流電源ＰＳ２の電圧を50V、パルス幅を10μｓとすると、  
Ｖ＝Ｌdi/dtであるので、  
di＝V＊dt/L＝500＊10e−6/20e−3＝0.025[A]  
と小さい値であるが、１０パルス以上のマルチパルスとなった場合には、電流はパルス数に比例して増加する。図２に示すように、逆電圧パルスを印加する場合には、スイッチＳＷ２をオンし、スイッチＳＷ１及びＳＷ３をオフするので、チョークコイルＬ１及びＬ２を流れる電流は、ダイオードＤ３が設けられた還流路３２を介して流れる。つまり、逆電圧パルスを印加する場合には、スイッチＳＷ３をオフしておくようにしたので、直流電源ＰＳ２の電圧は負荷、つまりスパッタ源３１だけに印加されるようにしている。このように、スイッチＳＷ３をオフすることにより、ダイオードＤ１を切り離すようにしたので、逆電圧パルスを連続して印加した場合でも、チョークコイルＬ１及びＬ２に流れる電流を増加させないように制御することができる。
【００４９】
このように、本発明の第２の実施の形態は第1の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００５０】
次に、図３は図２を参照して説明した第２の実施の形態の変形例について説明する。図３において、図２と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。図３の構成は、図２のダイオードＤ２と抵抗Ｒ０との並列回路のうち、抵抗Ｒ０のみを直流電源ＰＳ２の陽極の直ぐ上流で、しかも還流路３２の接続点３２ｐよりも直流電源ＰＳ２の陽極よりに接続している。
【００５１】
つまり、図２の回路において、ダイオードＤ２を不要することができる。図３において、直流電源ＰＳ２の負荷は抵抗Ｒ０とスパッタ源３１であるため、抵抗Ｒ０を直流電源ＰＳ２の陽極の直上流に移動させることにより、図２の回路図と同様な動作を行わせることができる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施の形態について図４を参照して説明する。図４において、３相交流電圧（ＡＣ２００Ｖ３φ）は３相整流回路Ｄ０で全波整流された後、フィルタＬ０を通過した後、一対のスイッチング回路Ｓ１０，Ｓ２０によりパルス出力にされた後、トランスＴ１，Ｔ２の一次側にそれぞれ接続される。
【００５３】
スイッチング回路Ｓ１０はスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、スイッチング回路Ｓ２０はスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４を有する。これらスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４のオン・オフ制御は、制御部２１からの制御信号により行われる。
【００５４】
さらに、スイッチング回路Ｓ１０には並列に平滑用コンデンサＣ１１が接続され、スイッチング回路Ｓ２０には並列に平滑用コンデンサＣ１２が接続されている。
【００５５】
トランスＴ１の２次側は４つのダイオードからなるブリッジ回路Ｂ１に接続され、トランスＴ２の２次側は４つのダイオードからなるブリッジ回路Ｂ２に接続される。
【００５６】
ブリッジ回路Ｂ１の一端は、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を介し、更に、逆方向アーク防止回路１３を介して本装置の（−）出力端子Ｏ１に接続される。この逆方向アーク防止回路１３はダイオードＤ２に抵抗Ｒ０が並列に接続されている。
【００５７】
さらに、ブリッジ回路Ｂ１の他端は、本装置の（＋）出力端子Ｏ２に接続される。さらに、最終列のチョークコイルＬ４と逆方向アーク防止回路１３との接続点はスイッチング用トランジスタ（以下、スイッチＳＷ２と呼称する）を介して逆電圧保持用コンデンサＣ３１の陽極に接続される。
【００５８】
ところで、ブリッジ回路Ｂ１の他端は、ブリッジ回路Ｂ２の一端に接続されている。ブリッジ回路Ｂ１とＢ２との接続点は、コンデンサＣ３１の陰極に接続されると共に本装置の（＋）出力端子Ｏ２に接続される。
【００５９】
なお、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２との間には、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２との直列接続体が接続される。この分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位は、制御部２１に入力される。この分圧抵抗Ｒ１及びＲ２により電圧検出部が構成される。この制御部２１は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部２１は分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位を検出することにより、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出している。
【００６０】
前述したスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４及びスイッチＳＷ２のオン・オフ制御は制御部２１により制御される。
【００６１】
また、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出される。この電流検出器２２で検出された電流Ｉは制御部２１に出力される。
【００６２】
ところで、本装置の（−）出力端子Ｏ１は、スパッタ源３１に接続され、（＋）出力端子Ｏ２は真空槽３２に接続される。通常、本装置の（＋）出力端子Ｏ２は接地される。
【００６３】
制御部２１は、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出することにより、真空槽３２内でスパッタ放電が発生しているかアーク放電が発生しているかを判定している。スパッタ電圧は通常３００Ｖ以上であり、アーク放電電圧は１５０Ｖ以下であるため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下に下がると、真空槽３２内でアーク放電が発生していると判定される。
【００６４】
制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする（図１２）。つまり、逆電圧パルスをスパッタ源３１に印加する。この間において、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は制御部２１によりオン、オフ制御され、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に定電流が流れるように制御される。つまり、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出されるので、制御部２１はこの電流Ｉが定電流となるように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御している。前述した逆電圧パルスを印加直後のアーク判定時間Ｔ３は、１０μｓ（0.01〜10μｓ）以下としている。そして、このアーク判定時間Ｔ３経過後に再度アークと判定された場合には、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする処理が行われる。以下、アークが検出される間は、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。以上の処理が遮断モードである。ここで、アークを判定してから設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせるのは、設定時間Ｔ１が経過する前にアークが自己消滅する場合があるからである。
【００６５】
次に、スイッチＳＷ２のオン制御を制御部２１の制御により定期的に行っても良い。この場合には、定期的（10から10000μｓ）にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２だけオンする。ここで、定期的にスイッチＳＷ２をオン制御する最中でも、アーク放電の発生が検出されると、前述したように設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせて逆電圧パルスを発生させる処理が行われる。また、このように定期的にスイッチＳＷ２をオンすると共に、前述したアーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンするようにしても良い。
【００６６】
さらに、制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、スイッチＳＷ２はオンさせないで、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフ制御するようにしても良い。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフすると、スパッタ源３１には電源が供給されなくなるため、アークは消弧する。このように、アークが消弧するまでに、電圧／電流特性を計測する（アーク放電特性測定モード）。そして、アークが消弧したら、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御して再度、定電流制御を行う。このように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオフしたときの電圧・電流特性を知ることができる。例えば、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性が得られる。通常アーク電流が増加しても電圧はあまり変化しないため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下であると判定されると、アーク放電が発生していると判定することができる。
【００６７】
しかし、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性を持つアーク放電が存在するということは、アーク放電の判定レベルを１５０Ｖという値ではなく、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioというように電流の一次関数で表わす必要がある。
【００６８】
最近は、スパッタの適用範囲が広がって、図１１に示すように放電特性が従来と違って、150Ｖのような固定値では判断できないものがある。これは、ターゲット材料による違いに起因する。
【００６９】
そして、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioのように電源の出力電流に対応したスパッタ特性と、アーク特性の中間に電圧判断レベルを設けることにより、逆電圧パルスを加えた直後でも正しくアーク判定することができる。
【００７０】
また、この値に対して10〜20％程度のヒステリシス特性をもちせることにより、より確実にアーク判定を行うことができる。
【００７１】
ここで、Ｖarc：判定レベル  
Ｖa0：負荷特性から求めるＩo＝０付近の判定レベル  
Ｒt：負荷特性から求めるＩoに比例する成分の係数  
Ｉo：その時の電源出力電流≒Ｌ１を流れている電流  
Ｖth：ヒステリシス電圧幅  
このようにすることにより、逆電圧パルス印加後の電圧上昇時間が余分なコンデンサが無いため速くなっているので、負荷によっては0.1μｓ以下でもアーク判定可能である。
【００７２】
次に、アーク放電特性測定モードについて詳細に説明する。アーク放電特性測定モードとは、アーク発生時にアーク電圧及び電流特性を測定するモードである。この場合には、スイッチＳＷ２を動作させない制御を行い、アーク電圧及び電流特性を収集する。アーク放電とスパッタ放電の特性は、ターゲット機構の磁場構造やターゲット材料とプロセス条件によって相違するので、負荷によって設定を変化させる必要がある。
【００７３】
例えば、ターゲット材料として一般的な金属材料の場合には、Ｖaoが150V、Ｒtが０Ω、Vhが20Vであるが、コンポジット材料の場合には、Ｖaoが200Ｖ、Ｒtが0〜200Ω、Ｖhが30Ｖという値をとる。アーク放電とスパッタ電流を０付近から使用値を少し超えるところまで変化させて電圧・電流特性を求める。このように求める方法の一つとして、本装置の出力電圧電流を測定して図１１に示すような特性図を求めて、Ｖao、Ｒt、Vhを設定する方法がある。また、他の方法として、電源の機能として、出力電圧と電流をＡ／Ｄ変換してメモリに取り込み、電流値に対する電圧のヒストグラムを求めて判定レベルを決定する方法である。取り込むメモリ量を節約するためには、0,10,20,30,40,50,…,…,1480,1490Ｖのように10Ｖ刻みに対応するメモリを設け、電流値を1,2,4,8,16Ａのように決めた記憶用メモリブロックとする。２バイト単位とすると、150＊５＊2＝1500バイトのメモリが必要とつれる。電流値が±１０％範囲でその時の電圧に対応するメモリをカウントアップするようにすれば、組み込み用マイコンの小さいメモリでもヒストグラムを簡単に収集することができる。このようにして求めた電圧電流のヒストグラムからＶao、Ｒt、Vhを決定する。また、データをとる時、電流設定を５％から100％まで急速に変えて10ms程度の時間放電させてヒストグラムデータをとる。同じ電流値に対して複数の山が得られた場合、１番高い電圧値の山がスパッタで、200Ｖ以下の山は確実にアークである。各電流値に対してヒストグラムの山頂を結んでやれば、スパッタの電圧電流特性とアークの電圧電流特性が得られる。アーク判定レベルはその中間レベルに設定する。
【００７４】
ところで、複数直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を用いた理由について説明する。チョークコイルＬ１〜Ｌ４全体の自己共振周波数はスイッチＳＷ１のスイッチング周波数の５倍以上に設定している。チョークコイルの値は、負荷電圧とスイッチＳＷ１のスイッチング周波数と出力電流と許容リップルで最低値が決定される。例えば、負荷電圧が500Ｖ、最大出力電流が10Ａ、出力電流が1Ａ、スイッチング周波数が50kHz、許容リップルを0.1Ａとすると、1Ａ出力しているときのパルス間隔は出力を絞った状態であるので、20μs近くになる。
【００７５】
Ｖ＝Ｌ＊di/dtであるので、  
Ｌ＝Ｖ＊dt/di＝500＊20e-6/0.1＝0.1＝100[mH]  
となる。従って、直流電源ＰＳ１の電圧が負荷電圧に近ければオフ時間は短くなるので、この半分から１／３の50〜30mHという大きなインダクタンスが必要とされる。スイッチング周波数を上げて、電流の変動幅（リップル）を大きく許容しても、10〜20mH程度が現実的な値である。
【００７６】
例えば、10mHのチョークコイルを１個のチョークコイルで作ると、自己共振周波数が150kHz程度になり、50kHzのドライブでチョークコイルの電圧・電流が振動する。自己共振周波数をスイッチング周波数の５倍以上にすると、その振動を充分に小さくすることができる。
【００７７】
自己共振周波数は、インダクタンスを小さくすれば高くなる。磁気結合させないで直列接続すると、インダクタンスは足し算で増加するが、自己共振周波数はほとんど変化しない。磁気結合が和になるように結合させると、自己共振周波数は下がる。
【００７８】
ところで、コンデンサＣ３１の充電電圧により直流電源ＰＳ２を発生させている。つまり、制御部２１は、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をオン・オフ制御することにより、コンデンサＣ３１に充電される電圧をＰＳ２一定に保っている。また、連続して直流電源ＰＳ２から逆電圧パルスを発生させるときに、つまり連続アーク遮断時にチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流の増加を抑制するために、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をオフ制御される。
【００７９】
このように、本発明の第３の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な効果を奏すると共に、定電流制御を一次側で行うようにしたので、スイッチＳＷ１を省略することができる。さらに、トランスの二次側にはコンデンサは存在しないので、チョークコイルＬ１〜Ｌ４とコンデンサにより振動するのを抑制することができる。
【００８０】
次に、本発明の第４の実施の形態について図５を参照して説明する。図５において、図４と同じ部分には同一番号を付し、その詳細な説明について省略する。図５の回路においては、コンデンサＣ３１に充電される電圧は、トランスＴ２の２次側からとっていたが、図４の回路においては、コンデンサＣ３１に充電される電圧をトランスＴ１の２次側からとっている。このため、図４のスイッチング回路Ｓ２０をなくすことができる。
【００８１】
制御部２１は、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出することにより、真空槽３２内でスパッタ放電が発生しているかアーク放電が発生しているかを判定している。スパッタ電圧は通常３００Ｖ以上であり、アーク放電電圧は１５０Ｖ以下であるため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下に下がると、真空槽３２内でアーク放電が発生していると判定される。
【００８２】
制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする（図１２）。つまり、逆電圧パルスをスパッタ源３１に印加する。この間において、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は制御部２１によりオン、オフ制御され、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に定電流が流れるように制御される。つまり、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出されるので、制御部２１はこの電流Ｉが定電流となるように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御している。前述した逆電圧パルスを印加直後のアーク判定時間Ｔ３は、１０μｓ（0.01〜10μｓ）以下としている。そして、このアーク判定時間Ｔ３経過後に再度アークと判定された場合には、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする処理が行われる。以下、アークが検出される間は、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。以上の処理が遮断モードである。ここで、アークを判定してから設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせるのは、設定時間Ｔ１が経過する前にアークが自己消滅する場合があるからである。
【００８３】
次に、スイッチＳＷ２のオン制御を制御部２１の制御により定期的に行っても良い。この場合には、定期的（10から10000μｓ）にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２だけオンする。ここで、定期的にスイッチＳＷ２をオン制御する最中でも、アーク放電の発生が検出されると、前述したように設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせて逆電圧パルスを発生させる処理が行われる。また、このように定期的にスイッチＳＷ２をオンすると共に、前述したアーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンするようにしても良い。
【００８４】
さらに、制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、スイッチＳＷ２はオンさせないで、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフ制御するようにしても良い。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフすると、スパッタ源３１には電源が供給されなくなるため、アークは消弧する。このように、アークが消弧するまでに、電圧／電流特性を計測する（アーク放電特性測定モード）。そして、アークが消弧したら、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御して再度、定電流制御を行う。このように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオフしたときの電圧・電流特性を知ることができる。例えば、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性が得られる。通常アーク電流が増加しても電圧はあまり変化しないため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下であると判定されると、アーク放電が発生していると判定することができる。
【００８５】
ここで、アーク発生時にスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフし、スイッチＳＷ２をオン制御して、逆電圧パルスを連続して印加されると、コンデンサＣ３１への充電は行われなくなる。従って、連続したアーク遮断に入ると、コンデンサＣ３１の電位が下がるので、逆電圧パルス印加によるチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流の増加を抑えることができる。
【００８６】
このように第４の実施の形態によれば、前述した第３の実施の形態と同様な効果を奏すると共に、トランスＴ１の二次側から直流電源ＰＳ２の電源も得るようにしたので、回路部品点数を削減することができる。
【００８７】
次に、本発明の第５の実施の形態について図６を参照して説明する。図６において図５と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。図６において、図５の抵抗Ｒ０とダイオードＤ２との並列回路をなくし、ブリッジ回路Ｂ２の中点間に抵抗Ｒ０を接続するようにしている。
【００８８】
このように本発明の第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様な効果を奏すると共に、ダイオードＤ２を省略することにより、通常のスパッタリング動作時にダイオードＤ２の順方向に流れる電流によるロスを無くすことができる。
【００８９】
次に、本発明の第６の実施の形態について図７を参照して説明する。図７において、３相交流電圧（ＡＣ２００Ｖ３φ）は３相整流回路Ｄ０で全波整流された後、フィルタＬ０を通過した後、一対のスイッチング回路Ｓ１０，Ｓ２０によりパルス出力にされた後、トランスＴ１１，Ｔ１２の一次側にそれぞれ接続される。
【００９０】
スイッチング回路Ｓ１０はスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、スイッチング回路Ｓ２０はスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４を有する。これらスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４のオン・オフ制御は、制御部２１からの制御信号により行われる。
【００９１】
さらに、スイッチング回路Ｓ１０には並列に平滑用コンデンサＣ１１が接続され、スイッチング回路Ｓ２０には並列に平滑用コンデンサＣ１２が接続されている。
【００９２】
トランスＴ１１の２次側は４つのダイオードからなるブリッジ回路Ｂ１１に接続され、トランスＴ２の２次側は４つのダイオードからなるブリッジ回路Ｂ１２に接続される。
【００９３】
さらに、トランスＴ１２の２次側にはもう１つのブリッジ回路Ｂ１３が接続されている。
【００９４】
ブリッジ回路Ｂ１１の一端は、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を介し、更に、逆方向アーク防止回路１３を介して本装置の（−）出力端子Ｏ１に接続される。この逆方向アーク防止回路１３はダイオードＤ２に抵抗Ｒ０が並列に接続されている。
【００９５】
さらに、ブリッジ回路Ｂ１２の他端は、本装置の（＋）出力端子Ｏ２に接続される。さらに、最終列のチョークコイルＬ４と逆方向アーク防止回路１３との接続点はスイッチング用トランジスタＳＷ２１、２２を介して逆電圧保持用コンデンサＣ３１の陽極に接続される。このトランジスタＳＷ２１、ＳＷ２２はドライバ４１により制御される。このドライバ４１は制御部２１からの制御信号により制御される。
【００９６】
トランジスタＳＷ２１の両端及びトランジスタＳＷ２２の両端には、それぞれ保護バリスタＤ３１、Ｄ３２が接続されている。
【００９７】
ところで、ブリッジ回路Ｂ１１にはブリッジ回路１２が直列に接続されている。さらに、ブリッジ回路１２にはブリッジ回路１３が直列に接続されている。
【００９８】
ブリッジ回路Ｂ１２とＢ１３との接続点は、コンデンサＣ３１の陰極に接続されると共に本装置の（＋）出力端子Ｏ２に接続される。さらに、ブリッジ回路Ｂ１３の他端はコンデンサＣ３１の陽極に接続される。
【００９９】
なお、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２との間には、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２との直列接続体が接続される。この分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位は、制御部２１に入力される。この分圧抵抗Ｒ１及びＲ２により電圧検出部が構成される。この制御部２１は、例えばマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御部２１は分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位を検出することにより、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出している。
【０１００】
前述したスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４及びドライバ４１の制御は制御部２１により制御される。
【０１０１】
また、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出される。この電流検出器２２で検出された電流Ｉは制御部２１に出力される。
【０１０２】
ところで、本装置の（−）出力端子Ｏ１は、スパッタ源３１に接続され、（＋）出力端子Ｏ２は真空槽３２に接続される。通常、本装置の（＋）出力端子Ｏ２は接地される。
【０１０３】
制御部２１は、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖを検出することにより、真空槽３２内でスパッタ放電が発生しているかアーク放電が発生しているかを判定している。スパッタ電圧は通常３００Ｖ以上であり、アーク放電電圧は１５０Ｖ以下であるため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下に下がると、真空槽３２内でアーク放電が発生していると判定される。
【０１０４】
制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする。つまり、逆電圧パルスをスパッタ源３１に印加する。この間において、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は制御部２１によりオン、オフ制御され、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に定電流が流れるように制御される。つまり、４つ直列接続される互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流Ｉは電流検出器２２により検出されるので、制御部２１はこの電流Ｉが定電流となるように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御している。前述した逆電圧パルスを印加直後のアーク判定時間Ｔ３は、１０μｓ（0.01〜10μｓ）以下としている。そして、このアーク判定時間Ｔ３経過後に再度アークと判定された場合には、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンする処理が行われる（図１２）。以下、アークが検出される間は、アークが検出されなくなるまで、逆電圧パルスが印加され続ける。以上の処理が遮断モードである。ここで、アークを判定してから設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせるのは、設定時間Ｔ１が経過する前にアークが自己消滅する場合があるからである。
【０１０５】
次に、スイッチＳＷ２のオン制御を制御部２１の制御により定期的に行っても良い。この場合には、定期的（10から10000μｓ）にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２だけオンする。ここで、定期的にスイッチＳＷ２をオン制御する最中でも、アーク放電の発生が検出されると、前述したように設定時間Ｔ１後にスイッチＳＷ２をオンさせて逆電圧パルスを発生させる処理が行われる。また、このように定期的にスイッチＳＷ２をオンすると共に、前述したアーク放電の発生を検出すると、設定時間Ｔ1(0.01〜100μｓ）後にスイッチＳＷ２を設定時間Ｔ２（0.3〜10μｓ)オンするようにしても良い。
【０１０６】
さらに、制御部２１は、アーク放電の発生を検出すると、スイッチＳＷ２はオンさせないで、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフ制御するようにしても良い。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をすべてオフすると、スパッタ源３１には電源が供給されなくなるため、アークは消弧する。このように、アークが消弧するまでに、電圧／電流特性を計測する（アーク放電特性測定モード）。そして、アークが消弧したら、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン・オフ制御して再度、定電流制御を行う。このように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオフしたときの電圧・電流特性を知ることができる。例えば、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性が得られる。通常アーク電流が増加しても電圧はあまり変化しないため、本装置の（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子Ｏ２の電位差Ｖが１５０Ｖ以下であると判定されると、アーク放電が発生していると判定することができる。
【０１０７】
しかし、図１１の直線Ａに示すような電圧・電流特性を持つアーク放電が存在するということは、アーク放電の判定レベルを１５０Ｖという値ではなく、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioというように電流の一次関数で表わす必要がある。
【０１０８】
最近は、スパッタの適用範囲が広がって、図１１に示すように放電特性が従来と違って、150Ｖのような固定値では判断できないものがある。これは、ターゲット材料による違いに起因する。
【０１０９】
そして、Ｖarc＝Ｖa0＋Rt＊Ioのように電源の出力電流に対応したスパッタ特性と、アーク特性の中間に電圧判断レベルを設けることにより、逆電圧パルスを加えた直後でも正しくアーク判定することができる。
【０１１０】
また、この値に対して10〜20％程度のヒステリシス特性をもちせることにより、より確実にアーク判定を行うことができる。
【０１１１】
ここで、Ｖarc：判定レベル  
Ｖa0：負荷特性から求めるＩo＝０付近の判定レベル  
Ｒt：負荷特性から求めるＩoに比例する成分の係数  
Ｉo：その時の電源出力電流≒Ｌ１を流れている電流  
Ｖth：ヒステリシス電圧幅  
このようにすることにより、逆電圧パルス印加後の電圧上昇時間が余分なコンデンサが無いため速くなっているので、負荷によっては0.1μｓ以下でもアーク判定可能である。
【０１１２】
この第６の実施の形態では、このチョークコイルの小型化のため、位相をずらした複数のスイッチング回路の２次側を整流後に直列接続して、広い範囲の負荷インピーダンスに対してチョークコイルにかかる電圧変動を小さく制御をしている。
【０１１３】
本実施の形態では、位相をずらした複数のスイッチング回路の２次側を整流したのち直列接続し、複数のスイッチング回路を制御することによりリップルを減少させることができる。
【０１１４】
例えば、チョークコイルを10mH、負荷電圧を500Ｖ、トランスの２次側で整流した後の800Ｖの電圧をPWM制御する。トランスの一次側のスイッチング周波数を50kHzとすると、整流後のパルス周期は10μsでパルス幅が可変する。
【０１１５】
パルスがオンしている間は、チョークコイルＬ１には、800−500Ｖの電流を増加させる方向の電圧がかかる。パルスがオフしている間はチョークコイルＬ１は、500Ｖを負荷に供給しなければならないので、電流は減少する。オン時間ｔｏとオフ時間ｔｆにおいて同じ電流上昇と下降になれば平均電流は安定する。
【０１１６】
Ｖ＊di/dtでdi＝dt＊Ｖ／Ｌであるので、to＊300／Ｌ＝tf＊500／Ｌ  
となる。従って、to／tf＝500／300となる。
【０１１７】
パルス幅は、to／(10−to）＝500／300＝5／３  
to＝5／3＊（10−to）  to＝50／8＝6.25［μｓ］  
電流の変化量diは、  
di＝6.25e−6＊300／10e−3＝（10−6.25）＊te−6＊500／10e−3  
＝0.1875［Ａ］となる（図９参照）。
【０１１８】
それに対して400Ｖ出力のスイッチング回路を90度位相をずらして２個使用した場合には、パルスがオーバラップしないと負荷電圧より高くならないので、電流が増加するのはオーバラップ時間trで減少する場合、パルスがオーバラップしていない時間tsとなる。
【０１１９】
上昇は(400＋400−500）＝300Ｖで下降は500−400＝100Ｖとなる。
【０１２０】
tr＊300／Ｌ＝ts＊100／tr／ts＝100／300となる。
【０１２１】
オーバラップすると周期は半分になるので、  
tr／(5−tr)＝1／3  tr＝5／3−tr／3  tr（1＋1／3)＝5／3  
tr＝5／3＊3／4＝1.25［μｓ］  
電流の変化量は  
di＝1.25ｅ−6＊300／10ｅ−3＝（5−1.25）＊te＊−6＊100／10e−3  
＝0.0375［Ａ］となり、電流変動は１／５に小さくなる（図１０）。逆に言うと、チョークコイルの値を小さくすることができる。チョークコイルの値を小さくすることができれば、単独のチョークコイルでＬ１を構成することも可能である。しかし、自己共振周波数を充分大きくしておく必要があるために、複数の独立したチョークコイルを用いている。
【０１２２】
このように本発明の第６の実施の形態によれば、位相をずらした複数のスイッチング回路の２次側を整流した後で直列接続し実質上コンデンサを省いてチョークコイルだけのフィルタ回路とすることができる。パルスが重ならなければ、並列接続したのと等価であり、オーバラップすると直列接続により電圧が加算されるため、電流の変動を小さくすることができる。
【０１２３】
次に、本発明の第７の実施の形態について図８を参照して説明する。図８において、図７と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【０１２４】
この第７の実施の形態においては、トランジスタＳＷ２２とコンデンサＣ３１の陽極との間に、切換えスイッチＳＷ３が設けられている。このＳＷ３は手動あるいは制御部２１からの制御信号により切り換えられる。切換えスイッチＳＷ３が図示のａ位置にある場合には、アークが検出されると逆電圧パルスが印加され（バイポーラ動作）、ｂ位置にある場合には逆電圧パルスは印加されない（モノポーラ動作）。
【０１２５】
このように本発明の第７の実施の形態によれば、第６の実施の形態の効果の他にアーク検出した時に逆電圧パルスを印加するか否かを選択することができる。
【０１２６】
なお、前述した第1ないし第６の実施の形態では、制御部２１は複数直列接続された複数の互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４に定電流を流すように制御したが、（−）出力端子Ｏ１と（＋）出力端子から出力される電力が一定となるように複数の複数の互いに独立のチョークコイルＬ１〜Ｌ４を流れる電流を制御するようにしても良い。このように定電力制御することによりスパッタ成膜レートを一定にすることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１３…逆方向アーク防止回路、２１…制御部、２２…電流検出器、３１…スパッタ源、３２…真空槽、ＰＳ１…スパッタリング用直流電源。
【図１】
2011132605.tif 000003
【図２】
2011132605.tif 000004
【図３】
2011132605.tif 000005
【図４】
2011132605.tif 000006
【図５】
2011132605.tif 000007
【図６】
2011132605.tif 000008
【図７】
2011132605.tif 000009
【図８】
2011132605.tif 000010
【図９】
2011132605.tif 000011
【図１０】
2011132605.tif 000012
【図１１】
2011132605.tif 000013
【図１２】
2011132605.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月6日(2011.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極出力端子および正極出力端子を有するスパッタリング用電源装置において、
スパッタリング用直流電源と、
このスパッタリング用直流電源の負極と前記負極出力端子との間に接続されたチョークコイルと、
前記スパッタリング用直流電源の負極と前記チョークコイルとの接続間に直列に設けられた第１のスイッチング手段および第３のスイッチング手段と、
前記チョークコイルおよび前記負極出力端子の接続間に正極が接続され、負極が前記正極出力端子に接続された逆電圧発生用直流電源と、
前記チョークコイルおよび前記負極出力端子の接続間と、前記逆電圧発生用直流電源の正極との間、に接続された第２のスイッチング手段と、
前記第３のスイッチング手段および前記チョークコイルの接続点と、前記第２のスイッチング手段および前記逆電圧発生用直流電源の正極の接続点との間、に接続された還流路と、
前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、
前記各スイッチング手段のオン・オフを制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするスパッタリング用電源装置。
【請求項２】
前記還流路には、前記第３のスイッチング手段および前記チョークコイルの接続点から前記第２のスイッチング手段および前記逆電圧発生用直流電源の正極の接続点に向かう方向を順方向とする極性でダイオードが設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項３】
前記チョークコイルは、互いに直列接続された複数のチョークコイルである、
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項４】
前記チョークコイルおよび前記負極出力端子の接続間における前記第２のスイッチング手段の接続点とその負極出力端子との間に設けられた逆方向アーク防止回路、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項５】
前記第２のスイッチング手段および前記逆電圧発生用直流電源の正極の接続間における前記還流路の接続点とその逆電圧発生用直流電源の正極との間に設けられた逆方向アーク回路、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１のスイッチング手段をオン・オフ制御して前記チョークコイルに一定電流を流す制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１のスイッチング手段をオン・オフ制御して前記負極出力端子および前記正極出力端子から定電力が出力されるように前記チョークコイルに流す電流値を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項８】
前記制御手段は、さらに前記電圧検出部で検出された電圧によりアーク判定を行ない、アーク判定されるとＴ１後に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させ、この逆電圧パルス出力が終了してから設定時間Ｔ３以後に再度前記アーク判定を行い同様の処理を繰り返す制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項９】
前記制御手段は、周期的に前記第２のスイッチング手段を設定時間Ｔ２だけオンして逆電圧パルスを発生させる、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【請求項１０】
前記チョークコイル全体の自己共振周波数は、前記第１のスイッチング手段のスイッチング周波数の５倍以上である、
ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１に係る発明のスパッタリング用電源装置は、負極出力端子および正極出力端子を有するものであって、スパッタリング用直流電源と、このスパッタリング用直流電源の負極と前記負極出力端子との間に接続されたチョークコイルと、前記スパッタリング用直流電源の負極と前記チョークコイルとの接続間に直列に設けられた第１のスイッチング手段および第３のスイッチング手段と、前記チョークコイルおよび前記負極出力端子の接続間に正極が接続され、負極が前記正極出力端子に接続された逆電圧発生用直流電源と、前記チョークコイルおよび前記負極出力端子の接続間と、前記逆電圧発生用直流電源の正極との間、に接続された第２のスイッチング手段と、前記第３のスイッチング手段および前記チョークコイルの接続点と、前記第２のスイッチング手段および前記逆電圧発生用直流電源の正極の接続点との間、に接続された還流路と、前記負極出力端子と前記正極出力端子との間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、前記各スイッチング手段のオン・オフを制御する制御手段と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】