(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ装置にパルス電流を供給する電源システムであって、
パルス電流を生成する電源部と、
前記パルス電流が前記電源部から前記スパッタ装置に通るパルス電流路を制御信号に基づいて制御する保護装置と、
前記保護装置に出力する前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備え、
前記保護装置は、
前記パルス電流路の電流を検出する検出器と、
前記パルス電流路を開閉するスイッチング部と、
前記スイッチング部に対して並列に接続される抵抗部と、
前記スイッチング部に直列に接続されて、前記パルス電流路に配備される限流装置と、
を備え、
前記制御信号生成部は、
前記検出器により検出された前記パルス電流路の電流としての検出電流が第１所定値以上になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を開き、
前記検出電流が第１所定値以上になってから所定時間以内に前記第１所定値より小さい第２所定値以下になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を閉じる制御信号を前記保護装置に出力し、
前記検出電流が前記所定時間以内に前記第２所定値以下にならないときは、前記電源部を停止させることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、１以上の限流器を有し、
各限流器は、
周方向の一箇所を板状間隙により分断されている環状鉄心と、
前記環状鉄心に巻かれて、前記パルス電流路の一部を形成する巻線部と、
前記環状鉄心に前記パルス電流が生成する第１磁束とは逆方向の第２磁束を生成するように、前記環状鉄心の前記板状間隙に配置される板状永久磁石と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電源システムにおいて、
前記環状鉄心は、前記巻線部が巻かれている第１鉄心部分と、該第１鉄心部分の両端に結合して間に前記板状永久磁石が配置されている２つの第２鉄心部分とを含み、
前記環状鉄心は、前記第１鉄心部分において前記第２鉄心部分より細くなっていることを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電源システムにおいて、
前記板状永久磁石は、板面方向の寸法が前記板状間隙より小さいことを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
正のパルス電流のみ通過を許容する第１半波整流回路と
負のパルス電流のみ通過を許容する第２半波整流回路と
前記第１半波整流回路に直列に接続される第１限流器と、
前記第２半波整流回路に直列に接続される第２限流器と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項６】
請求項２〜５項のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
前記パルス電流路に設けられる全波整流回路と、
正負いずれのパルス電流に対しても前記巻線部に流れる電流が前記第２磁束とは反対方向の前記第１磁束を生成するように前記全波整流回路に接続された第３限流器と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、巻線部同士が直列に接続されている複数の限流器を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項８】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の電源システムにおいて、
前記限流装置は、巻線部同士が並列に接続されている複数の限流器を備えることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置等に適用される電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜形成のスパッタ装置として、ＨｉＰＩＭＳ（High Power Impulse Magnetron Sputtering）等の大電力パルススパッタを利用するものがある。このような成膜形成装置では、突発的なアーク放電等に因る過電流から電源装置を保護する保護装置が必要になる。
【０００３】
特許文献１は、スパッタ装置に適用される電源システムを開示する。この電源システムでは、パルススパッタを発生させる真空室にアーク放電が発生すると、スパッタ装置の両端電圧が低下することに着目し、スパッタ装置の両端電圧を検出して、該両端電圧が閾値以下に低下すると、電源システムからスパッタ装置への電力の供給を遮断している。
【０００４】
特許文献２は、ＨｉＰＩＭＳにより成膜を形成するスパッタ装置に適用されて過電流から電源装置を保護する電源システムを開示する。該電源システムでは、パルス電流路にスイッチが設けられ、パルス電流路の電流が所定の閾値を超えると、スイッチが閉位置から開位置に切り替えられる。そして、過電流が、スイッチに対して並列に接続されている抵抗値の大きい抵抗部に流れることにより、所定値以下に低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７８８５号公報
【特許文献２】特許第６３４８２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスパッタ装置では、過電流が発生すると、アーク放電を消滅するためには、電源部を停止している。そして、その後、電源部及びスパッタ装置を再起動して、スパッタ装置のスパッタリングを再開する。電源部の再起動及びスパッタ装置の作動再開には、所定の手順が必要になり、手間と時間がかかる。
【０００７】
一方、スパッタ装置のアーク放電には、短時間で自然消滅するものが多く存在する。
【０００８】
本発明者らは、このようなスパッタ装置の短時間で消滅するアーク放電に対処して、次の第１の考えに思い至った。第１段階として、過電流が生じても、電源部の作動を直ちに停止することなく、パルス電流路を開くとともに、代わりに抵抗値の大きい抵抗を介してスパッタ装置への電流を供給する。これにより、電源部を過電流から保護することができる。第２段階として、所定時間後、過電流が消滅していれば、パルス電流路を閉じて、スパッタ装置を速やかに再開する。これにより、短時間で消滅するアーク放電に対しては、電源部及びスパッタ装置の再起動の手間と時間を省略することができる。
【０００９】
一方、パルス電流路の過電流を検出してから、スイッチング部が、パルス電流路を開くまでに、遅延時間が存在する。アーク放電によるパルス電流路の電流は、短時間で一気に上昇するので、遅延時間内に、パルス電流路の電流値が定格の上限を超えてしまう可能性がある。また、スパッタ装置の真空室の放電電流値が大きいと、真空室の放電状態が変化し、アーク放電が長引いてしまうことが予想される。
【００１０】
特許文献１及び２の電源システムは、過電流から電源部の保護を図りつつ、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、過電流から電源部の保護を図りつつ、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮する電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電源システムは、
スパッタ装置にパルス電流を供給する電源システムであって、
パルス電流を生成する電源部と、
前記パルス電流が前記電源部から前記スパッタ装置に通るパルス電流路を制御信号に基づいて制御する保護装置と、
前記保護装置に出力する前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備え、
前記保護装置は、
前記パルス電流路の電流を検出する検出器と、
前記パルス電流路を開閉するスイッチング部と、
前記スイッチング部に対して並列に接続される抵抗部と、
前記スイッチング部に直列に接続されて、前記パルス電流路に配備される限流装置と、
を備え、
前記制御信号生成部は、
前記検出器により検出された前記パルス電流路の電流としての検出電流が第１所定値以上になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を開き、
前記検出電流が第１所定値以上になってから所定時間以内に前記第１所定値より小さい第２所定値以下になると、前記スイッチング部が前記パルス電流路を閉じる制御信号を前記保護装置に出力し、
前記検出電流が前記所定時間以内に前記第２所定値以下にならないときは、前記電源部を停止させる。
【００１３】
本発明によれば、限流装置が、スパッタ装置におけるアーク放電等の異常発生に伴うパルス電流路の電流上昇を抑える。これにより、パルス電流路の保護装置のスイッチング部がパルス電流路を開くまでに遅延時間が存在しても、該遅延時間中にパルス電流路を介して定格の上限を超える電流が電源部に流れるの阻止して、過電流から電源部を保護することができる。
【００１４】
一方、限流装置は、遅延時間中のスパッタ装置の通電電流を抑えるので、スパッタ装置の放電状態が通常時のものに対して大きく変化することを防止する。こうして、過電流が所定時間内に自然に収まる可能性を高めて、スパッタ装置の再起動の手間及び時間を短縮することができる。
【００１５】
好ましくは、本発明において、
前記限流装置は、１以上の限流器を有し、
各限流器は、
周方向の一箇所を板状間隙により分断されている環状鉄心と、
前記環状鉄心に巻かれて、前記パルス電流路の一部を形成する巻線部と、
前記環状鉄心に前記パルス電流が生成する第１磁束とは逆方向の第２磁束を生成するように、前記環状鉄心の前記板状間隙に配置される板状永久磁石と、
を備える。
【００１６】
この構成によれば、限流装置として、板状永久磁石が環状鉄心の板状間隙に配置された限流器が用いられる。これにより、限流装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
好ましくは、本発明において、
前記環状鉄心は、前記巻線部が巻かれている第１鉄心部分と、該第１鉄心部分の両端に結合して間に前記板状永久磁石が配置されている２つの第２鉄心部分とを含み、
前記環状鉄心は、前記第１鉄心部分において前記第２鉄心部分より細くなっている。
【００１８】
この構成によれば、巻線部が巻かれている第１鉄心部分が、板状永久磁石が間に配置されている２つの第２鉄心部分より細くされている。これにより、異常電流発生時の第１の磁束の増大が抑えられ、板状永久磁石の減磁が抑制される。
【００１９】
好ましくは、本発明において、前記板状永久磁石は、板面方向の寸法が前記板状間隙より小さい。
【００２０】
この構成によれば、板状永久磁石は、板面方向の寸法が板状間隙より小さくされている。これにより、過電流発生時に巻線部が生成する第１磁束は、板状間隙において板状永久磁石から外れて通過するので、板状永久磁石の減磁が抑制される。
【００２１】
好ましくは、本発明において、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
正のパルス電流のみ通過を許容する第１半波整流回路と
負のパルス電流のみ通過を許容する第２半波整流回路と
前記第１半波整流回路に直列に接続される第１限流器と、
前記第２半波整流回路に直列に接続される第２限流器と、
を備える。
【００２２】
この構成によれば、限流装置は、電源部が正負の両方向のパルス電流を生成する場合に、対処することができる。
【００２３】
好ましくは、本発明において、
前記電源部は、正負両方のパルス電流を生成し、
前記限流装置は、
前記パルス電流路に設けられる全波整流回路と、
正負いずれのパルス電流に対しても前記巻線部に流れる電流が前記第２磁束とは反対方向の前記第１磁束を生成するように前記全波整流回路に接続された第３限流器と、
を備える。
【００２４】
この構成によれば、限流装置は、電源部が正負の両方向のパルス電流を生成する場合に、対処することができる。
【００２５】
好ましくは、本発明において、前記限流装置は、巻線部同士が直列に接続されている複数の限流器を備える。
【００２６】
この構成によれば、電源部の生成電圧は、直列接続の複数の限流器に分割されるので、生成電圧の大きい電源部に適用することができる。
【００２７】
好ましくは、本発明において、前記限流装置は、巻線部同士が並列に接続されている複数の限流器を備える。
【００２８】
この構成によれば、電源部の生成電流は、並列接続の複数の限流器に分割されるので、生成電流の大きい電源部に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】スパッタリングシステムの構成図である。
【図２】電源部の詳細図である。
【図３】模式的な電気配線と共に限流装置の構成を示す図である。
【図４】図３の限流器の斜視図である。
【図５】限流器の磁気特性のグラフである。
【図６】限流器の限流性能をシミュレーション及び実験で調べた測定グラフである。
【図７】制御信号生成部による電源部及び保護装置の制御方法のフローチャートである。
【図８】限流器の各種の形態を示している。
【図９Ａ】半波整流回路を用いて電源部の双方向のスパッタパルスに対処した限流装置の構成図である。
【図９Ｂ】全波整流回路を用いて電源部の双方向のスパッタパルスに対処した限流装置の構成図である。
【図１０Ａ】大きな過電圧に対処できる限流装置の構成図である。
【図１０Ｂ】大きな過電流に対処できる限流装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお。実施形態が、本発明を実施形態に限定するものでないことは言うまでもない。また、実施形態において、実質的に同一又は等価な要素及び部分については、共通の参照符号を使用している。構造が同一である複数の要素は、数字が同一で、添え字のみが異なる符号を使用している。
【００３１】
（スパッタリングシステム）
図１は、スパッタリングシステム１０の構成図である。スパッタリングシステム１０は、スパッタ装置１１と、スパッタ装置１１にスパッタリング用のパルス電流を供給する電源システム１２とを備える。
【００３２】
スパッタ装置１１は、真空室１６を備える。真空室１６には、ターゲット電極１７及び基板１８が配置される。ターゲット電極１７は、負極を構成し、基板１８は、正極を構成する。スパッタ装置１１のスパッタリングの正常の放電は、グロー放電であるが、時折り、異常放電であるアーク放電Ｄａが起きる。アーク放電Ｄａは、電源システム１２における過電流となり、スパッタ装置１１及び電源システム１２の双方に損傷を与える可能性があるため、発生を防止する必要がある。
【００３３】
電源システム１２は、パルス電流を生成する電源部２２と、電源部２２の出力側に設けられ、電源部２２からのパルス電流がスパッタ装置１１に供給される際に通過するパルス電流路２８と、パルス電流路２８の途中に設けられる保護装置２３と、制御信号を保護装置２３に出力して保護装置２３を制御する制御信号生成部２４とを備える。
【００３４】
この電源部２２は、バイポーラパルス（正負の両パルス）方式となっている。電源部２２には、モノポーラパルス方式も存在する。
【００３５】
保護装置２３は、さらに、限流装置３０と、スイッチング部３１と、シャント抵抗３２と備える。限流装置３０、スイッチング部３１及びシャント抵抗３２は、直列接続でパルス電流路２８に配備される。バイパス路３５は、両端においてスイッチング部３１の両端に接続されている。抵抗部３６は、抵抗値を大きな値で設定され、バイパス路３５に設けられる。スイッチング部３１と抵抗部３６とは、並列接続の関係にある。
【００３６】
スイッチング部３１は、相互に直列接続された半導体スイッチ３９ａ，３９ｂと、半導体スイッチ３９ａ，３９ｂに対してそれぞれ並列接続されたダイオード４０ａ，４０ｂとを有する。半導体スイッチ３９ａ，３９ｂは、制御信号生成部２４からのゲート信号（制御信号）に応じてオン（閉位置）とオフ（開位置）とに切り替わる。半導体スイッチ３９ａ，３９ｂは、常時はオンを保持している。半導体スイッチ３９ａがオフになると、正の電流がパルス電流路２８において電源部２２から真空室１６の向きに流れることが阻止される。半導体スイッチ３９ｂがオフになると、負の電流がパルス電流路２８において電源部２２から真空室１６の向きに流れることが阻止される。
【００３７】
図１において、スパッタ電流Ｉｓは、図２で後述するパルス電流Ｓａ，Ｓｂに相当する電流である。電流Ｉｔは、パルス電流路２８を流れるすべての電流を含む。スパッタ電流Ｉｓは、電流Ｉｔに含まれる。図１におけるスパッタ電流Ｉｓ及び電流Ｉｔの矢印は、説明の便宜上、スパッタ装置１１の負電極としてのターゲット電極１７に負パルスを印加する電流の向きに合わせている。
【００３８】
（電源部）
図２は、電源部２２の詳細図である。電源部２２は、三相交流電源４３、ＡＣ／ＤＣ変換器４４、一次側パルス生成部４５、変圧部４６及び二次側パルス生成部４７を備える。二次側パルス生成部４７は、ＬＣ回路４８を備える。
【００３９】
三相交流電源４３から出力される三相交流は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４において直流電圧に変換される。一次側パルス生成部４５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４からの直流電圧を電圧変換して、パルス電流Ｐａ，Ｐｂを生成し、変圧部４６の一次側に供給する。変圧部４６は、パルス電流Ｐａ，Ｐｂから二次側のパルス電流Ｓａ，Ｓｂを生成して、二次側パルス生成部４７に供給する。二次側パルス生成部４７は、ＬＣ回路４８を備え、パルス電流Ｓａ，Ｓｂは、ＬＣ回路４８を経て電源システム１２に出力される。
【００４０】
（限流器）
図３は、模式的な電気配線と共に限流装置３０の構成を示す図である。図４は、図３の限流器５３の斜視図である。限流装置３０は、１以上の限流器５３を備える。図３の例は、限流装置３０が単一の限流器５３を備える例である。
【００４１】
限流器５３は、環状鉄心５６及び板状永久磁石５７を備える。環状鉄心５６は、周方向の一箇所において板状間隙５８により分断されている。これにより、分断面５９は、板状間隙５８による分断により環状鉄心５６に形成されている面であり、板状間隙５８を間に挟んで対峙している。
【００４２】
板状永久磁石５７の両面は、それぞれＮ極及びＳ極となっている。板状永久磁石５７は、両面を分断面５９に密着状態にして、板状間隙５８に配置されている。
【００４３】
板状永久磁石５７は、板面方向の寸法が板状間隙５８より小さく設定されている。したがって、１対の分断面５９の間は、分断面５９の面方向に板状永久磁石５７が占める部分と、占めることなく空隙６０として残される部分とから構成される。
【００４４】
環状鉄心５６は、第１鉄心部分としてのＵ字部６４と、Ｕ字部６４の各脚の端面に側面において結合する直方体の１対の第２鉄心部分としてのブロック部６５，６６とを備える。環状鉄心５６における磁路の横断面は、Ｕ字部６４の方がブロック部６５，６６より細い横断面になっている。巻線部６８は、パルス電流路２８の一部を構成し、Ｕ字部６４に巻かれている。
【００４５】
巻線部６８、電源部６９及び負荷７０は、ループ回路を形成している。負荷７０は、スパッタ装置１１に相当する。
【００４６】
巻線部６８のスパッタ電流Ｉｓは、環状鉄心５６に第１磁束Ｆａを生成する。板状永久磁石５７は、環状鉄心５６に第２磁束Ｆｂを生成する。第１磁束Ｆａ及び第２磁束Ｆｂは、相互に逆方向になっている。なお、第２磁束Ｆｂは、固定値であり、第１磁束Ｆａは、電流Ｉｔの増減に応じて変化する。
【００４７】
（限流器の寸法例）
図３を限流装置３０の正面図として、該正面図の縦、横及び奥行きの寸法を例示すると、おおよそ次の寸法になる。なお、単位はｍｍである。
限流器５３の縦：３３
限流器５３の横：３０
限流器５３の奥行き：１０
板状間隙５８の厚さ：１
巻線部６８の巻き数：３巻き
巻線部６８の直径：３．５φ
【００４８】
（限流器の磁気特性）
図５は、限流器５３の磁気特性のグラフである。横軸は起磁力Ｍであり、縦軸は磁束Ｆである。
【００４９】
起磁力Ｍは、巻線部６８に流れる電流Ｉｔと比例関係がある。Ｍ１〜Ｍ４は、Ｉ１〜Ｉ４に対応する。Ｉ１は、電流Ｉｔ＝０Ａ（０アンペア）に対応する。起磁力範囲Ｍａ，Ｍｂは、それぞれ電流範囲Ｉａ，Ｉｂに対応する。
【００５０】
Ｉｄ１は、制御信号生成部２４がシャント抵抗３２の両端電圧からパルス電流路２８に過電流が生じたと判断する電流値である。Ｉｄ２は、Ｉ２とＩｄ１との中間の値として設定されている。Ｉｄ１，Ｉｄ２は、図７で後述する。
【００５１】
電流Ｉｔ＝０Ａであるとき、限流器５３の磁束は、−Ｆｂとなっている。なお、図５では、第１磁束Ｆａの方向が正になっている。スパッタ電流Ｉｓは、範囲Ｉａで変化するので、スパッタ装置１１が正常に作用しているとき、起磁力Ｍは、範囲Ｍａで変化する。範囲起磁力Ｍにおけるインダクタンスは、ほぼ０であるので、スパッタ電流Ｉｓによる電力損失は無視できる。
【００５２】
スパッタ装置１１のアーク放電が生じると、電流Ｉｔは、上昇する。すなわち、横軸の正の方向へ急激に移動する。制御信号生成部２４は、電流ＩｔがＩｄ１に達すると、スイッチング部３１をオンからオフに切り替える作動を開始する。
【００５３】
検出時刻から作動時刻まで、遅延時間Ｔｄが生じる。なお、検出時刻は、電流Ｉｔ＝Ｉｄ１に達した時刻であり、図６の時刻ｔ３に相当する。作動時刻は、スイッチング部３１が実際にオフになった時刻であり、図６の時刻ｔ４に相当する。
【００５４】
したがって、スイッチング部３１がオフに切り替わるまでに、電流Ｉｔは、さらに、上昇し続け、範囲Ｉｂに進入する。範囲Ｉｂでは、限流器５３のインダクタンスは、大きいので、電流Ｉｔの上昇速度は、低下する。
【００５５】
こうして、作動時刻では、電流Ｉｔ≦Ｉｅに収まりつつ、スイッチング部３１が開位置に切り替わる。なお、Ｉｅは、電源部２２の定格の上限電流として定義される。これにより、電源部２２が過電流から保護される。
【００５６】
作動時刻以降は、電流Ｉｔは、大抵抗値の抵抗部３６を流れる。この結果、電流Ｉｔは、作動時刻の値より十分に低下する。そして、スパッタ装置１１の真空室１６では、アーク放電Ｄａが沈静化する。
【００５７】
一方、遅延時間Ｔｄの期間中、電流Ｉｔ≦Ｉｅに維持されることにより、真空室１６の状態が、異常になることが抑制される。したがって、遅延時間Ｔｄの期間中、スパッタ装置１１の真空室１６の放電状態が、通常のグロー放電時の放電状態に比して、アーク放電を長引かせる方向に変化することが抑止される。この結果、アーク放電Ｄａが所定時間Ｔ１（図７のステップ１０６参照）内に収まる可能性が高まる。こうして、電源部２２の作動を停止することなく、所定時間Ｔ１の経過後は、スパッタ装置１１のパルス電流の供給を速やかに再開して、電源部２２及びスパッタ装置１１の再起動（再立上げ）の手間を省略することができる。
【００５８】
（作用）
図６は、限流器５３の限流性能をシミュレーション及び実験で調べた測定グラフである。上がシミュレーションの測定グラフ、下が実験の測定グラフである。シミュレーションの測定グラフでは、限流器付き電源部の特性（実線）と限流器無しのリアクトルのみの電源部の特性（破線）とを対比している。限流器５３無しのリアクトルとは、電源システム１２から保護装置２３を除去したものを意味する。リアクトルそのものは、例えば、図２のＬＣ回路４８のコイルを指す。
【００５９】
時刻ｔ１（横軸の１５μｓ）で、スパッタ装置１１の真空室１６内にアーク放電Ｄａが発生する。これにより、電流Ｉｔは、上昇開始する。
【００６０】
シミュレーションの測定グラフでは、時刻ｔ２に、実験の測定グラフでは、時刻ｔ３に、電流Ｉｔ＝Ｉｄ１（図５参照）となる。なお、図６では、例えば、Ｉｄ１＝１２０Ａに設定されている。
【００６１】
制御信号生成部２４は、シャント抵抗３２の両端電圧から電流ＩｔがＩｄ１に達したことを検出する。ｔ２，ｔ３は、説明の便宜上、「検出時刻」と呼ぶことにする。
【００６２】
前述したように、遅延時間Ｔｄが存在するので、半導体スイッチ３９がバイパス路３５を実際に開くまで時間がかかり、時刻ｔ２，ｔ３以降も、電流Ｉｔは上昇を続ける。
【００６３】
実機としての保護装置２３が制御信号生成部２４からの制御信号を受けて、バイパス路３５は、時刻ｔ４で開かれる。実機の遅延時間Ｔｄの測定値は、２２μｓであった。また、その時、電流Ｉｔ＝２２０Ａと測定された。
【００６４】
遅延時間Ｔｄ＝２２μｓをシミュレーションの測定グラフに適用すると、時刻ｔ２から遅延時間Ｔｄ後の時刻はｔ５となる。時刻ｔ５は、スイッチング部３１が実際にオフに切り替わった時刻であるので、説明の便宜上、「作動時刻」と呼ぶことにする。
【００６５】
電流Ｉｔ＝２２０Ａは、電流Ｉｔ≦Ｉｅ（Ｉｅは電源部２２の定格上限電流である。）であり、スパッタリングシステム１０は、遅延時間Ｔｄの存在にもかかわらず、電源部２２を保護することができることが分かった。
【００６６】
（制御信号生成部）
図７は、制御信号生成部２４による電源部２２及び保護装置２３の制御方法のフローチャートである。制御信号生成部２４は、保護装置２３と共に、電源部２２の作動及び停止も制御する。
【００６７】
ステップＳ１００では、制御信号生成部２４は、シャント抵抗３２の両端電圧から電流Ｉｔを検出する。
【００６８】
ステップＳ１０２では、制御信号生成部２４は、電流Ｉｔ≧Ｉｄ１であるか否かを判定する。そして、判定結果が肯定的であるとき、処理をステップＳ１０４に進め、判定結果が否定的であるとき、処理を終了する。
【００６９】
ステップＳ１０４では、制御信号生成部２４は、スイッチング部３１をオンからオフに切り替える。ただし、スイッチング部３１が実際にオフになるのは、ＳＴＥＰ１０４の実行時刻から遅延時間Ｔｄ遅れる。なお、実行時刻は、前述の検出時刻に相当し、例えば、図６の時刻ｔ３に対応する。
【００７０】
ステップＳ１０６では、制御信号生成部２４は、タイマ（図示せず）による経過時間Ｔｃを測定開始する。
【００７１】
ステップＳ１０８では、制御信号生成部２４は、経過時間ＴｃがＴ１以上になったか否か判定する。そして、判定結果が肯定的になりしだい、処理をステップＳ１１０に進める。
【００７２】
ステップＳ１１０では、制御信号生成部２４は、ステップＳ１００のときと同様に、電流Ｉｔを検出する。
【００７３】
ステップＳ１１２では、制御信号生成部２４は、電流Ｉｔ≦Ｉｄ２（図５参照）であるか否かを判定する。なお、Ｉ２＜Ｉｄ２＜Ｉｄ１である。
【００７４】
制御信号生成部２４は、ステップＳ１１２の判定結果が肯定的であるときは、処理をステップＳ１１４に進め、否定的であるときは、処理をステップＳ１１６に進める。
【００７５】
ステップＳ１１２の判定結果が肯定的であるということは、真空室１６のアーク放電Ｄａが自然消滅したことを意味する。ステップＳ１１２の判定結果が否定的であるということは、真空室１６のアーク放電Ｄａがなお継続している可能性が高いか、スイッチング部３１をオフからオンに切り替えても、また、すぐにアーク放電Ｄａが生じる可能性が高いことを意味する。
【００７６】
ステップＳ１１４では、制御信号生成部２４は、スイッチング部３１をオフからオンに切り替える。これにより、電源システム１２からスパッタ装置１１のターゲット電極１７にスパッタ電流Ｉｓの供給が再開される。この後、制御信号生成部２４は、処理を終了する。
【００７７】
ステップＳ１１６では、制御信号生成部２４は、電源部２２を停止させる。この後、制御信号生成部２４は、処理を終了する。
【００７８】
作業者（スパッタリングシステム１０のオペレータでもある。）は、制御信号生成部２４が、ステップＳ１１６を実行して、電源部２２が停止したことを所定の報知装置（例：ディスプレー、報知ランプ、又は報知スピーカ）から知らされる。その場合は、作業者は、スパッタ装置１１の状況を調べ、スパッタ装置１１の作動を再開しても、支障がないと判断したならば、電源部２２の起動及び起動後のスパッタ装置１１の運転再開を所定の手順に従い、実施する。これらの起動及び運転再開の作業には、手間がかかる。
【００７９】
（限流器の各種形態）
図８は、限流器５３の各種の形態を示している。Ｕ字部６４には、積み鉄心、巻鉄心、及び粉末成型鉄心の３種類のうちのいずれかを採用することができる。これに対し、ブロック部６５，６６には、積み鉄心又は粉末成型鉄心を採用することができる。
【００８０】
限流器５３ａでは、Ｕ字部６４ａ、ブロック部６５ａ及びブロック部６６ａは、すべて積み鉄心となっている。
【００８１】
限流器５３ｂでは、Ｕ字部６４ｂは巻鉄心であり、ブロック部６５ａ及びブロック部６６ａは、積み鉄心である。
【００８２】
限流器５３ｃでは、Ｕ字部６４ａ、ブロック部６５ａ及びブロック部６６ａは、すべて粉末成型鉄心である。
【００８３】
限流器５３ｄでは、Ｕ字部６４ｃは巻鉄心であり、ブロック部６５ａ及びブロック部６６ａは、粉末成型鉄心である。
【００８４】
（双方向の限流装置）
図９Ａは、半波整流回路を用いて電源部６９の双方向のスパッタパルス（スパッタ電流Ｉｓ）に対処した限流装置３０ｕの構成図である。なお、図９Ａ及び次の図９Ｂにおいて、図示のＩｓ，Ｉｔの向きは、電源部６９の出力パルスが正であるときの向きに合わせている。電源部６９の出力パルスが負であるときは、Ｉｓ，Ｉｔの向きは、図示の向きとは逆になる。
【００８５】
限流装置３０ｕは、ダイオード７５ｕ，７５ｖは、それぞれ逆方向を順方向とする半波整流回路を構成するように、電源部６９−負荷７０間に相互に並列に接続されている。限流器５３ｕ，５３ｖは、それぞれダイオード７５ｕ，７５ｖに直列に接続される。
【００８６】
ダイオード７５ｖは、正のパルス電流のみ通過を許容する第１半波整流回路に相当する。ダイオード７５ｕは、負のパルス電流のみ通過を許容する第２半波整流回路に相当する。限流器５３ｖは、第１半波整流回路に直列に接続される第１限流器を構成する。限流器５３ｕは、第２半波整流回路に直列に接続される第２限流器に相当する。
【００８７】
図９Ｂは、全波整流回路を用いて電源部６９の双方向のスパッタパルス（スパッタ電流Ｉｓ）に対処した限流装置３０ｗの構成図である。ダイオード７８ａ〜ダイオード７８ｄは、パルス電流路２８に設けられる全波整流回路を構成する。限流器５３ｗは、正負いずれのパルス電流に対しても巻線部６８ｗに流れる電流が第２磁束Ｆｂとは反対方向の第１磁束Ｆａを生成するように全波整流回路に接続された第３限流器を構成する。
【００８８】
（限流装置の別の形態）
図１０Ａは、大きな過電圧に対処できる限流装置３０ｐの構成図である。限流装置３０ｐでは、複数（例：２つ）の限流器５３が直列に接続される。限流装置３０ｐでは、両端電圧は、各限流器５３に分圧される。この結果、限流装置３０が対処できる過電圧は、増大する。
【００８９】
図１０Ｂは、大きな過電流に対処できる限流装置３０ｑの構成図である。限流装置３０ｑでは、複数（例：２つ）の限流器５３が並列に接続される。限流装置３０ｑでは、過電流が各限流器５３に分流するので、限流装置３０ｐの全体として対処可能な過電流を増大することができる。
【００９０】
（変形例）
実施形態の電源システム１２は、電源部２２がバイポーラパルス生成方式であるため、スイッチング部３１は、正負両方向のパルスに対処して。半導体スイッチ３９ａ，３９ｂが設けられている。電源部２２がモノポーラパルス生成方式であるときは、半導体スイッチ３９ａ，３９ｂの一方と、ダイオード４０ａ，４０ｂの両方とを省略することもできる。
【００９１】
実施形態の限流器５３は、限流器として板状永久磁石５７を備えている。本発明の電源部は、過電流を検出したときに、電源部２２の作動を直ちに停止することなく、所定時間後、スパッタ装置の作動を再開するだけであるならば、永久磁石型以外の限流器（例：電磁石型限流器）を備えることもできる。
【００９２】
実施形態では、パルス電流路２８の電流Ｉｔを検出する検出器としてシャント抵抗３２が設けられている。本発明では、シャント抵抗３２以外にＣＴ（ Current Transformer」）を検出器として採用することも可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１１・・・スパッタ装置、１２・・・電源システム、２２・・・電源部、２３・・・保護装置、２４・・・制御信号生成部、２８・・・パルス電流路、３０・・・限流装置、３１・・・スイッチング部、３２・・・シャント抵抗、３５・・・バイパス路、３６・・・抵抗部、３９・・・半導体スイッチ、４０・・・ダイオード、５３・・・限流器、５６・・・環状鉄心、５７・・・板状永久磁石、５８・・・板状間隙、５９・・・分断面、６０・・・空隙、６８・・・巻線部。
【要約】
【課題】スパッタ装置の過電流から電源を保護しつつ、スパッタ装置の作動再開を円滑化させる電源部を提供する。
【解決手段】電源システム１２は、電源部２２と、電源部２２のパルス電流が通るパルス電流路２８と、パルス電流路２８に設けられる保護装置２３と、保護装置２３を制御する制御信号生成部２４とを備える。保護装置２３は、直列に接続されてパルス電流路２８に設けられる限流装置３０及びスイッチング部３１と、スイッチング部３１に並列接続された抵抗部３６とを有する。制御信号生成部２４は、パルス電流路２８の電流が第１所定値以上になると、スイッチング部３１をオフにし、その後、所定時間内にパルス電流路２８の電流が第２所定値（＜第１所定値）以下になると、スイッチング部３１をオンに戻し、以下にならないときは、電源部２２を停止させる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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