(57)【要約】【課題】迅速且つ確実にアーク放電を遮断できるアーク遮断回路と、それを用いたスパッタ電源及びスパッタ装置を提供することを目的とする。【解決手段】アーク遮断用の逆バイアスを印加するコンデンサ（Ｃ１）を充電するためにインダクタ（Ｌ３）を設けると迅速な充電が可能となる。また、チャンバの電圧を検出するために電圧検出抵抗（ＲＤ）と定電流回路（ＣＣ）とを接続し、この接続点で電圧の降下を検出してアーク遮断用のトランジスタ（ＩＧＢＴ）をオンさせると迅速なアーク遮断が可能となる。また、チャンバ電流が所定の値以上で、チャンバ電圧が所定値以下の場合にアーク遮断動作を実行させれば、確実で信頼性の高いアーク遮断ができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対して逆方向の電圧を印加するアーク遮断回路であって、
コンデンサとインダクタとが直列接続された回路を有し、
前記被供給体に対する前記逆方向の電圧の印加は、前記コンデンサに充電された逆方向電圧により行われ、
前記コンデンサが放電した後は、前記インダクタに蓄積された電流エネルギーにより前記コンデンサの少なくとも一部が前記逆方向電圧に充電されることを特徴とするアーク遮断回路。
【請求項２】
前記インダクタによる前記コンデンサの充電の際に、前記コンデンサの電圧の上限を制限する電圧制限手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載アーク遮断回路。
【請求項３】
前記電圧制限手段は、前記コンデンサに並列に接続されたツェナー・ダイオードを含むことを特徴とする請求項２記載のアーク遮断回路。
【請求項４】
正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の供給を停止するアーク遮断回路であって、
前記被供給体における前記正方向の電圧を電圧検出抵抗と定電流回路とにより分圧し、
前記定電流回路の電圧の絶対値の低下により前記アーク放電の発生を検出することを特徴とするアーク遮断回路。
【請求項５】
前記定電流回路における電流は、前記被供給体において前記アーク放電が生じた場合に前記電圧検出抵抗を流れる電流に対応することを特徴とする請求項４記載のアーク遮断回路。
【請求項６】
前記電圧検出抵抗を流れる電流を増幅する電流増幅器をさらに備え、
前記電流増幅器と前記定電流回路とが接続されてなることを特徴とする請求項４または５に記載のアーク遮断回路。
【請求項７】
前記被供給体に対する前記正方向の電圧の絶対値が所定の値を超過した時に、前記正方向の電圧の供給を停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載のアーク遮断回路。
【請求項８】
前記被供給体を流れる電流を観測し、その電流が所定値に満たない場合は、前記定電流回路の電圧の絶対値の低下があっても前記正方向の電圧の供給を停止しないことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載のアーク遮断回路。
【請求項９】
正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対してアーク遮断動作を実行するアーク遮断回路であって、
前記被供給体を流れる電流値が所定の電流閾値よりも大きく、且つ、前記被供給体における電圧が所定の電圧閾値よりも小さい場合に前記アーク遮断動作を実行することを特徴とするアーク遮断回路。
【請求項１０】
前記アーク遮断動作を開始してから所定の時間は、前記被供給体を流れる電流および前記被供給体における電圧の値に関わらず前記アーク遮断動作を継続することを特徴とする請求項９記載のアーク遮断回路。
【請求項１１】
前記電圧閾値を、前記被供給体を流れる電流に応じて可変としたことを特徴とする請求項９または１０に記載のアーク遮断回路。
【請求項１２】
前記正方向の電圧を印加する電源の動作を禁止するインターロック信号が与えられている時は、前記アーク遮断動作を実行しないことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載のアーク遮断回路。
【請求項１３】
ターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ用電源であって、
請求項１〜１２のいずれか１つに記載のアーク遮断回路と、
前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とするスパッタ用電源。
【請求項１４】
ターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ用電源であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のアーク遮断回路と、
前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、
を備え、
前記インダクタに蓄積される前記電流エネルギーは、正方向電圧印加手段が有する第２のインダクタから分配されることを特徴とするスパッタ用電源。
【請求項１５】
前記分配は、前記被供給体に対する前記逆方向の電圧の印加の時に実行されることを特徴とする請求項１４記載のスパッタ用電源。
【請求項１６】
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、
請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のスパッタ用電源と、
を備え、
前記正方向電圧印加手段から印加される前記正方向の電圧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アーク遮断回路により遮断することを特徴とするスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク遮断回路、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関し、特に、アーク放電を遮断するために、順方向電流を停止するとともに逆方向に電圧を印加するアーク遮断回路、これを用いた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、高電圧装置、電力スイッチング装置などにおいて、アーク放電が生ずると機器の動作に弊害をもたらす。このため、アーク放電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。以下、この具体例として、薄膜形成に用いるスパッタ装置を例に挙げて説明する。
【０００３】
図１２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。
【０００４】
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。
【０００５】
しかし、このようなスパッタ動作中に、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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、迅速且つ確実にアーク放電を遮断できるアーク遮断回路、と、それを用いたスパッタ電源及びスパッタ装置を提供することにある。
【０００９】
【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のアーク遮断回路は、正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対して逆方向の電圧を印加するアーク遮断回路であって、
コンデンサとインダクタとが直列接続された回路を有し、
前記被供給体に対する前記逆方向の電圧の印加は、前記コンデンサに充電された逆方向電圧により行われ、
前記コンデンサが放電した後は、前記インダクタに蓄積された電流エネルギーにより前記コンデンサの少なくとも一部が前記逆方向電圧に充電されることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、アーク遮断動作が終了すると、インダクタによりインバータ動作と関係無くコンデンサが急速充電される。よって、コンデンサのキャパシタンスを小さく設定し、連続したアーク放電によりアーク遮断を繰り返した場合でも、逆電圧源となるコンデンサの電圧低下は少なくなる。
【００１１】
ここで、前記インダクタによる前記コンデンサの充電の際に、前記コンデンサの電圧の上限を制限する電圧制限手段をさらに備えることより、過電圧を防ぐことができる。
【００１２】
また、前記電圧制限手段は、前記コンデンサに並列に接続されたツェナー・ダイオードを含むものとすることができる。
【００１３】
ことを特徴とする請求項２記載のアーク遮断回路。
【００１４】
一方、本発明の第２のアーク遮断回路は、正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の供給を停止するアーク遮断回路であって、
前記被供給体における前記正方向の電圧を電圧検出抵抗と定電流回路とにより分圧し、
前記定電流回路の電圧の絶対値の低下により前記アーク放電の発生を検出することを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、アーク放電の発生を極めて高速に検出してアーク遮断動作を開始することができる。
【００１６】
上記第２のアーク遮断回路において、前記定電流回路における電流は、前記被供給体において前記アーク放電が生じた場合に前記電圧検出抵抗を流れる電流に対応するものとすることができる。
【００１７】
また、前記電圧検出抵抗を流れる電流を増幅する電流増幅器をさらに備え、前記電流増幅器と前記定電流回路とが接続されてなるものとすることができる。
【００１８】
また、前記被供給体に対する前記正方向の電圧の絶対値が所定の値を超過した時に、前記正方向の電圧の供給を停止するものとすることができる。
【００１９】
また、前記被供給体を流れる電流を観測し、その電流が所定値に満たない場合は、前記定電流回路の電圧の絶対値の低下があっても前記正方向の電圧の供給を停止しないものとすることができる。
【００２０】
一方、本発明の第３のアーク遮断回路は、正方向の電圧を印加した被供給体におけるアーク放電の発生を検出すると、前記被供給体に対してアーク遮断動作を実行するアーク遮断回路であって、
前記被供給体を流れる電流値が所定の電流閾値よりも大きく、且つ、前記被供給体における電圧が所定の電圧閾値よりも小さい場合に前記アーク遮断動作を実行することを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、チャンバ内の状態に依存せずに、いかなる状況のもとでもアーク放電の発生を確実に検出できる。
【００２２】
上記第３のアーク遮断回路において、前記アーク遮断動作を開始してから所定の時間は、前記被供給体を流れる電流および前記被供給体における電圧の値に関わらず前記アーク遮断動作を継続すれば、電源のインバータが停止した後でも電流が有ってアーク被害が予想される限り、継続時間の制約無しにアーク遮断が可能である。
【００２３】
また、前記電圧閾値を、前記被供給体を流れる電流に応じて可変とすれば、スパッタ特性によりアーク放電の電圧が上昇しても、放電電流で補正した電圧でアークを検知・遮断できる。
【００２４】
また、前記正方向の電圧を印加する電源の動作を禁止するインターロック信号が与えられている時は、前記アーク遮断動作を実行しないものとすれば、緊急停止やメンテナンス時の安全確保などを図ることができる。
【００２５】
一方、本発明のスパッタ用電源は、ターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ用電源であって、上記のいずれかのアーク遮断回路と、前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
または、本発明のスパッタ用電源は、上記第１のアーク遮断回路と、前記正方向の電圧を印加するための正方向電圧印加手段と、を備え、
前記インダクタに蓄積される前記電流エネルギーは、正方向電圧印加手段が有する第２のインダクタから分配されることを特徴とする。
【００２７】
ここで、前記分配は、前記被供給体に対する前記逆方向の電圧の印加の時に実行されるものとすることができる。
【００２８】
一方、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、上記のいずれかのスパッタ用電源と、を備え、
前記正方向電圧印加手段から印加される前記正方向の電圧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アーク遮断回路により遮断することを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、迅速且つ確実にアーク放電を遮断でき、スループットが高く歩留まりが良好なスパッタ成膜が可能となる。
【００３０】
【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。
【００３１】
（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、アーク放電が発生した時点でチャンバへの電力供給を停止し、チャンバ内で放電が生じない範囲で逆方向電圧を高速に印加してアーク放電を消去するアーク遮断回路について説明する。
【００３２】
ここではまず、本実施形態のアーク遮断回路について説明する前に、本発明者が本発明に至る過程で試作した比較例のアーク遮断回路について説明する。
【００３３】
図２は、比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【００３４】
すなわち、このスパッタ装置は、スパッタ用真空チャンバ１０１とターゲット１０４と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦと、平滑化インダクタＬ０と、逆バイアス印加回路ＲＢＳと、スイッチング部Ｑと、アーク検出回路（ａｒｃ　ｓｅｎｓｏｒ）ＡＳと、を有する。
【００３５】
ＤＣ電源部ＤＣＰＦは、チャンバ１０１に正極、ターゲット１０４に負極の電力を印加して、スパッタを生じさせる役割を有する。
【００３６】
これに対して、逆バイアス印加回路ＲＢＳは、アーク放電が生じた時に、チャンバ１０１及びターゲット１０４に対して逆極性の電圧を印加し、高速にアーク電流を遮断する役割を有する。すなわち、逆バイアス印加回路ＲＢＳは、ＤＣ電源部ＤＣＰＦとは逆極性の逆バイアス電源部ＤＣＰＲと、これに対して並列に接続されたコンデンサＣ１と、を有する。
【００３７】
一方、アーク検出回路ＡＳは、チャンバにおける放電電圧または電流からチャンバ内のアーク放電の発生を監視し、スイッチング部Ｑの動作を制御する役割を有する。
【００３８】
スイッチング部Ｑは、アーク検出回路ＡＳからの制御信号に基づいて、逆バイアス印加回路ＲＢＳの出力のスイッチングを行う。
【００３９】
図２に表した比較例の電源の動作について説明すると以下の如くである。
【００４０】
すなわち、通常のスパッタ成膜の時は、スイッチ部Ｑはオフ（ＯＦＦ）状態にあり、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力電流は、出力ダイオードＤ０、送電ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂを経てチャンバ１０１及びターゲット１０４に供給される。また、この際に、逆バイアス電源部ＤＣＰＲからの出力は、コンデンサＣ１に逆方向電圧を印加され充電される。
【００４１】
そして、スパッタ成膜時にアーク検出回路ＡＳが出力電圧の低下（あるいは電流の増加）を検出すると、アーク放電が発生したと認識してアーク遮断動作を開始する。
【００４２】
以下、アーク遮断動作を説明する。
【００４３】
アーク検出回路ＡＳがアーク放電を検出するとまず、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの出力を停止する。そして、スイッチング部Ｑをオン（ＯＮ）にする。すると、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力電流は、インダクタＬ０によって保持されるが、スイッチング部Ｑが電流迂回路を形成するので、電源の機外すなわちチャンバ１０１及びターゲット１０４には出力されない。
【００４４】
同時に、コンデンサＣ１に充電された逆電圧が、スイッチング部Ｑからケーブル１２０Ａ、１２０Ｂを介してチャンバへ出力される。
【００４５】
送電ケーブルを流れる電流が無くなると、出力ダイオードＤ０が逆バイアスされる。そして、逆バイアス電源部ＤＣＰＲからの逆方向電流が出力制限抵抗Ｒｐａｓｓを介して流れ、チャンバを逆電圧にバイアスすることによりアーク放電を遮断する。
【００４６】
アーク遮断が終了すると、スイッチング部Ｑがオフ（ＯＦＦ）になり、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの出力が再開される。
【００４７】
インダクタＬ０の電流は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦを通過してチャンバへ供給される。この際には、スパッタ電流は出力制限抵抗Ｒｐａｓｓを迂回して出力ダイオードＤ０を流れる。
【００４８】
しかし、この比較例の場合、コンデンサＣ１は、アーク遮断動作の度に放電するが、連続した遮断動作でも逆方向電圧を維持できるよう、そのキャパシタンスを高く設定する必要がある。
【００４９】
またさらに、図２の回路の場合、インダクタＬ０の大きな電流がコンデンサＣ１を通過するため、アーク遮断時間の積算が長くなると、コンデンサＣ１の静電容量を大きくしても、放電により逆電圧が無くなってしまう。逆電圧が無くなると、アークの遮断性能が低下する。
【００５０】
また、アーク遮断動作が終了すると、チャンバへのスパッタ電力供給を再開するが、インダクタＬ０の電流がアーク遮断中のコンデンサＣ１の電圧で上昇するため、チャンバ電流が遮断前より大きくなる。ここで、チャンバ電圧はほぼ一定とされるので、遮断動作前よりも電流が大きいと電力の過剰供給となり、アーク放電を再発し易い。
【００５１】
本発明者は、これらの点を改良すべく、本実施形態のアーク遮断回路を発明するに至った。
【００５２】
図１は、本実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置の要部を表す模式図である。
【００５３】
すなわち、このスパッタ装置も、スパッタ用真空チャンバ１０１とターゲット１０４と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦと、平滑化インダクタＬ０と、逆バイアス印加回路ＲＢＳと、スイッチング部Ｑと、アーク検出回路（ａｒｃ　ｓｅｎｓｏｒ）ＡＳと、を有する。
【００５４】
本発明の場合、逆バイアス印加回路ＲＢＳは、逆バイアス電源部ＤＣＰＲと、これに対してインダクタＬ３を介して並列に接続されたコンデンサＣ１と、を有する。そして、このコンデンサＣ１に対して、ダイオードＤ３とツェナー・ダイオードＺＤとの直列回路が並列に接続されている。
【００５５】
図１に例示した具体例の動作について説明すると以下の如くである。
【００５６】
すなわち、通常のスパッタ成膜の時は、スイッチ部Ｑはオフ（ＯＦＦ）状態にあり、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力電流は、出力ダイオードＤ０、送電ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂを経てチャンバ１０１及びターゲット１０４に供給される。また、この際に、逆バイアス電源部ＤＣＰＲからの出力は、インダクタＬ３を介してコンデンサＣ１に逆方向電圧を印加して充電する。
【００５７】
そして、スパッタ成膜時にアーク検出回路ＡＳが出力電圧の低下（あるいは電流の増加）を検出すると、アーク放電が発生したと認識してアーク遮断動作を開始する。
【００５８】
以下、アーク遮断動作を説明する。
【００５９】
アーク検出回路ＡＳがアーク放電を検出するとまず、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの出力を停止する。そして、スイッチング部Ｑをオン（ＯＮ）にする。すると、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力電流は、インダクタＬ０によって保持されるが、スイッチング部Ｑが電流迂回路を形成するので、電源の機外すなわちチャンバ１０１及びターゲット１０４には出力されない。
【００６０】
同時に、コンデンサＣ１に充電された逆電圧が、スイッチング部Ｑからケーブル１２０Ａ、１２０Ｂを介してチャンバへ出力される。
【００６１】
送電ケーブルを流れる電流が無くなると、出力ダイオードＤ０が逆バイアスされる。そして、逆バイアス電源部ＤＣＰＲからの逆方向電流が出力制限抵抗Ｒｐａｓｓを介して流れ、チャンバを逆電圧にバイアスする。この時に、逆バイアス電源部ＤＣＰＲの出力インピーダンスが小さいと、スパッタ時とは逆方向の電流が大量に流れて新たなアーク放電が生ずる虞もある。このため、出力制限抵抗Ｒｐａｓｓにより、逆方向電流を制限する。
【００６２】
コンデンサＣ１は、逆バイアスの印加が終了した後、インダクタＬ０の電流通過により放電を完了する。これにより、インダクタ電流の閉ループには電流を増加する電圧源は無くなる。
【００６３】
残った遮断期間は、インダクタＬ０の電流が逆バイアス電源部ＤＣＰＲを介してＬ３を充電する。
【００６４】
以上説明したアーク遮断動作に続いて、以下に、スパッタ成膜動作への復帰の動作について説明する。
【００６５】
アーク遮断が終了すると、スイッチング部Ｑがオフ（ＯＦＦ）になり、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの出力が再開される。
【００６６】
インダクタＬ０の電流は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦを通過してチャンバへ供給される。この際には、スパッタ電流は出力制限抵抗Ｒｐａｓｓを迂回して出力ダイオードＤ０を流れる。同時に、インダクタＬ３の電流はコンデンサＣ１を充電し、電流が無くなると逆バイアス電源部ＤＣＰＲが逆バイアスになるので共振せずに停止する。
【００６７】
コンデンサＣ１の充電電圧が足りなければ、逆バイアス電源部ＤＣＰＲにより充電される。また、コンデンサＣ１の充電電圧が高過ぎる時は、ツェナー・ダイオードＺＤにより迂回して過充電が防止される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態にアーク遮断回路によれば、インダクタＬ３を設けることより、コンデンサＣ１を所定の逆方向電圧まで急速且つ正確に充電できるという作用効果が得られる。その結果として、アーク放電が繰り返した場合でも確実に消去でき、さらに、スパッタ再開後の過度の電力供給を防ぐことができる。
【００６９】
すなわち、本発明によれば、図１に関して前述したように、コンデンサＣ１のキャパシタンスを小さく設定して、アーク遮断動作の度に急速な充放電を繰り返すとができる。その結果として、逆バイアス電源部ＤＣＰＲにおいて、アーク遮断動作の開始時、チャンバ電圧を逆バイアスしたら逆電圧源のコンデンサ電圧を無くすことができる。
【００７０】
また、アーク遮断の動作中に、インダクタＬ０の電流エネルギーの一部をもうひとつのインダクタＬ３に分配することができる。
【００７１】
そして、アーク遮断動作の終了時、インダクタＬ３に分配された電流エネルギーによって逆電圧源となるコンデンサＣ１を充電することができる。充電電圧が高過ぎる時は、ツェナー・ダイオードＺＤによってコンデンサＣ１の充電電流をバイパスすることができる。
【００７２】
すなわち、本実施形態によれば、アーク遮断動作の時、チャンバが逆バイアスされた後、逆電圧源となるコンデンサＣ１の電圧は無くなる。よって、逆電圧源によるインダクタＬ０の電流上昇は少なくなり、スパッタ再開後の電力の過剰供給によるアーク放電の再発を阻止できる。
【００７３】
また、本実施形態によれば、アーク遮断動作が終了すると、インダクタＬ３によりインバータ動作と関係無くコンデンサＣ１が急速充電される。よって、コンデンサＣ１のキャパシタンスを小さく設定し、連続したアーク放電によりアーク遮断を繰り返した場合でも、逆電圧源となるコンデンサＣ１の電圧低下は少なくなる。
【００７４】
図３は、本発明の実施の形態にかかるアーク遮断回路を搭載したスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【００７５】
すなわち、同図は、アーク遮断機能を内蔵したスパッタ用ＤＣ電源１１０と、送電ケーブル１２０Ａ及び１２０Ｂ、及びチャンバ１０１が組み合われたシステムを表す。但し、電源１１０の定電力運転やインバータ回路の制御部などについては適宜省略した。
【００７６】
本具体例の場合、ＤＣ電源部ＤＣＰＦは、Ｒ、Ｓ、Ｔの３相交流入力を受ける整流ダイオード群ＤＢ０、スイッチングトランジスタＩＧＢＴ、変圧トランスＴ１、および整流ダイオード群ＤＢ１、ＤＢ２を有する。但し、本発明におけるＤＣ電源部ＤＣＰＦは、図３に例示した構成の他にも種々の構成を同様に採用することができる。
【００７７】
ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力は、アーク遮断回路と送電ケーブル１２０Ａ、１２０Ｂを介してチャンバに供給される。
【００７８】
アーク遮断回路は、電源からの出力電圧（または出力電流）を監視して電圧低下（または電流の増加）によりアーク放電を検出するアーク検出回路ＡＳと、インバータのトランスＴ１にＮ４巻線を付加しダイオード群ＤＢ３及びインダクタＬ３により整流平滑した逆電圧源としてのコンデンサＣ１と、出力電流に迂回路を設けて電流出力を遮断するとともに、逆電圧源（コンデンサＣ１）を出力するトランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）と、スパッタ成膜時に正方向電流を出力するダイオード（Ｄ１、Ｄ２）と、アーク遮断時に逆方向電流を制御してチャンバに供給する出力制限抵抗（Ｒｐａｓｓ）とを有する。
【００７９】
本具体例のスパッタ用電源１１０の動作について説明すると、以下の如くである。
【００８０】
まず、スパッタ成膜時の動作について説明する。スパッタ成膜時には、インバータ（ＤＢ０、ＩＧＢＴ、Ｔ１）からの出力をダイオード群（ＤＢ１、ＤＢ２）及び平滑化インダクタ（Ｌ１、Ｌ２）により整流平滑して、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）から送電ケーブル１２０Ａ及び１２０Ｂを介して出力する。この時、チャンバ１０１の極性は正、ターゲット１０４の極性は負にされる。
【００８１】
また、このスパッタ動作の時、インバータのＮ４巻線の出力をダイオード群（ＤＢ３）により整流平滑した逆方向電圧が、コンデンサ（Ｃ１）に充電される。
【００８２】
一方、アーク放電が発生し、アーク検出回路ＡＳが出力電圧の低下（または出力電流の増大）を検出すると、アーク放電と認識してアーク遮断動作を開始する。
【００８３】
以下、本具体例のスパッタ用電源のアーク遮断動作について説明する。
【００８４】
まず、アーク検出回路ＡＳがアーク放電を検出すると、インバータのスイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）の動作を停止させ、トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）をオン（ＯＮ）する。この時、正方向ＤＣ電源部からの出力電流はインダクタ（Ｌ１、Ｌ２）により所定時間、保持されるが、トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）が迂回路を形成するので、チャンバに対しては出力されない。
【００８５】
そして、これと同時に、コンデンサ（Ｃ１）に充電されていた逆方向電圧がトランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）から、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）と出力制限抵抗（Ｒｐａｓｓ）との並列回路を経て、ケーブル（１２０Ａ、１２０Ｂ）へ出力する。
【００８６】
しかし、ケーブル（１２０Ａ、１２０Ｂ）やチャンバは、寄生インダクタンスを有するので、逆方向電圧を出力しても正方向電流が無くなるのに時間を要する。この間の正方向電流は、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）を流れるのでコンデンサ（Ｃｐａｓｓ）は充電されない。そして、寄生インダクタンスなどによるケーブルの正方向電流が無くなると、逆方向電流が優勢となり、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が逆方向バイアスされる。すると、出力制限抵抗（Ｒｐａｓｓ）を介して逆方向電流がチャンバに供給される。
【００８７】
コンデンサＣ１は、チャンバに対する逆バイアスの印加を終了すると、インダクタＬ１、Ｌ２の電流通過により放電を完了する。これにより、インダクタ電流の閉ループにはスパッタ再開後のスパッタ電流を増加する電圧源は無くなる。
【００８８】
残った遮断期間においては、インダクタＬ１、Ｌ２の電流がダイオード群ＤＢ３を通ってインダクタＬ３に電流エネルギーを分配する。
【００８９】
しかる後に、成膜動作が再開される。すなわち、アーク遮断が終了すると、トランジスタＱ１、Ｑ２がオフ（ＯＦＦ）になり、ＤＣ電源部ＤＣＰＦのインバータが動作を再開する。そして、インダクタＬ１、Ｌ２の電流は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦを通過してチャンバに供給される。
【００９０】
同時に、インダクタＬ３の電流は、コンデンサＣ１を充電し、電流が無くなるとダイオード群ＤＢ３が逆バイアスになるので共振せずに停止する。コンデンサＣ１の充電電圧が不足している場合は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦのトランスＴ１のＮ４結線からダイオード群ＤＢ３を通って充電される。一方、コンデンサＣ１の充電電圧が高すぎる場合には、前述したように、ツェナー・ダイオードＺＤにより迂回して過充電を防止できる。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、アーク遮断動作の時、チャンバが逆バイアスされた後、逆電圧源となるコンデンサＣ１の電圧は無くなる。よって、逆電圧源によるインダクタＬ０の電流上昇は少なくなり、スパッタ再開後の電力の過剰供給によるアーク放電の再発を阻止できる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、アーク遮断動作が終了すると、インダクタＬ３によりインバータ動作と関係無くコンデンサＣ１が急速充電される。よって、コンデンサＣ１のキャパシタンスを小さく設定し、連続したアーク放電によりアーク遮断を繰り返した場合でも、逆電圧源となるコンデンサＣ１の電圧低下は少なくなる。
【００９３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、アーク放電の発生を極めて高速に検出してアーク遮断動作を開始することができるアーク遮断回路について説明する。
【００９４】
ここでもまず、本実施形態のアーク遮断回路について説明する前に、本発明者が本発明に至る過程で試作した比較例のアーク遮断回路について説明する。
【００９５】
図５は、比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【００９６】
すなわち、このスパッタ装置は、スパッタ用真空チャンバ１０１とターゲット１０４と、これらに接続された電源と、を有する。この電源は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦと、平滑化インダクタＬ０と、逆バイアス印加回路（図示せず）と、スイッチング部ＩＧＢＴと、アーク検出回路（ａｒｃ　ｓｅｎｓｏｒ）ＡＳと、を有する。
【００９７】
さて、通常のスパッタによる成膜においては、ターゲット１０４における電圧はマイナス４００ボルト以下（例えば、マイナス６００ボルト）である。しかし、アーク放電が発生した時には、ターゲット電圧は、マイナス１５０ボルト以上（例えば、マイナス１００ボルト）にまで絶対値が低下する。
【００９８】
図５に表した比較例の電源の場合、スパッタ成膜中の放電電圧を、検出抵抗ＲＤによって一定比率で分圧し、検出電圧（２）として電圧比較器（コンパレータ）ＣＰに入力する。
【００９９】
一方、コンパレータＣＰには、参照電圧（３）として、例えばマイナス１５０ボルトを、検出抵抗ＲＤと同一比率で圧縮した定電圧を入力し、チャンバからの検出電圧（２）と比較する。そして、検出電圧（２）のほうが参照電圧（３）よりも小さい場合は、アーク放電と認識してスイッチング部ＩＧＢＴのドライバＤＲをオン（ＯＮ）する。ＩＧＢＴドライバＤＲは、コンパレータＣＰからの信号を電流増幅してＩＧＢＴを駆動（ＯＮ）する。
【０１００】
ＩＧＢＴがオンすると、ＤＣ電源部ＤＣＰＦは、インダクタＬ０を介して短絡されるので、チャンバへの出力電流が遮断される。
【０１０１】
そして、所定の遮断時間が終了すると、スイッチング部ＩＧＢＴをオフ（ＯＦＦ）して、チャンバへの電流供給を再開する。
【０１０２】
なおここで、ＤＣ電源部ＤＣＰＦを構成するインバータ（図示せず）が起動前でスパッタ電圧の絶対値が上昇するまでと、アーク放電が発生してターゲット電圧の絶対値が低下した状態を区別する必要がある。そこで、ＤＣ電源部ＤＣＰＦのインバータの動作信号によって、これらいずれの状態であるかを区別し、インバータが停止している時は出力の遮断動作に移行しない。
【０１０３】
さて、一般に、アーク放電による被害を小さくするには、以下の３点を両立させることが重要である。
（１）アーク放電が発生したら、チャンバへの電力供給を速やかに停止する。
（２）熱電子放出の源たる熱点が冷めるのを待つ。
（３）冷却時間をできるだけ短くする。
【０１０４】
アーク放電が持続すると、電源からチャンバへの電力供給が続くのでアーク放電が増強し、被害が拡大する。
【０１０５】
しかし、図５に例示したような比較例の電源の場合、コンパレータＣＰへ入力される検出電圧（２）が変化してからＩＧＢＴドライバＤＲの入力が変化するまでの時間には、さらなる改善の余地があった。
【０１０６】
一方、コンパレータＣＰの入力静電容量による信号遅れを改善するために検出抵抗ＲＤの抵抗値を小さくすると、検出抵抗における電力損失が大きくなるという問題が生ずる。
【０１０７】
また、図５の比較例の場合、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの制御が不規則で、スパッタ中でもそのインバータが動作しない期間があると、この間にアーク放電が生じても遮断動作をしないという現象も見られた。
【０１０８】
またさらに、アークの検出に遅延が生じた場合、アーク遮断動作を終えてチャンバへスパッタ電流を出力した時に、チャンバ内でのグロー放電が衰退していることがある。すると、インダクタＬ０の逆起電力で出力電圧が過大になり、電源を構成する部品に対するストレスが大きくなり、場合によっては破損することもあり得る。
【０１０９】
本発明者は、これらの点に鑑み、本実施形態のアーク遮断回路を発明するに至った。
【０１１０】
図４は、本実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【０１１１】
すなわち、本具体例の電源は、チャンバに対してスパッタ電力を供給するＤＣ電源部ＤＣＰＦ、平滑化インダクタＬ０、逆バイアス電源部ＤＣＰＲ、スイッチング部ＩＧＢＴ、アーク検出回路ＡＳを有する。
【０１１２】
そして、アーク検出回路ＡＳは、電圧検出抵抗ＲＤ、電流増幅器ＣＡ、電流監視部ＣＭ、定電流回路ＣＣ、過電圧制御部ＯＬ、ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲ、タイマＴＭを有する。
【０１１３】
本実施形態の電源の特徴を列挙すると、以下の如くである。
【０１１４】
すなわちまず、図５に例示したような電圧の比較のためのコンパレータＣＰを削減し、電圧検出抵抗ＲＤによって、直接、ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲをオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）する。
【０１１５】
また、電圧検出抵抗ＲＤの電流は、電流増幅器ＣＡにより増幅する。
【０１１６】
また、チャンバへの出力電圧が過大の時は、アーク遮断と同様にスイッチング部ＩＧＢＴを一定時間オン（ＯＮ）する。
【０１１７】
さらに、アーク遮断の可否の判断は、インダクタＬ０の電流によって行う。
【０１１８】
これらの特徴をより具体的な構成により説明すると以下の如くである。
【０１１９】
まず、アーク遮断装置の出力線間に、電圧検出抵抗ＲＤと定電流回路ＣＣを直列接続し、電圧検出抵抗ＲＤと定電流回路ＣＣの接続中点をＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの入力に接続する。そして、ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの入力電圧は、定電流回路ＣＣの出力電圧とする。ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲは、入力電圧が下がったら（０ボルトに近くなったら）スイッチング部ＩＧＢＴをオン（ＯＮ）する。そして、オン（ＯＮ）したＩＧＢＴは、所定の時間後にオフ（ＯＦＦ）する。
【０１２０】
一方、定電流回路ＣＣの電流値は、アーク放電時の最大出力電圧（例えば、マイナス１５０ボルト）の時に電圧検出抵抗ＲＤを流れる電流とすることができる。またさらに、チャンバ電流によってチャンバ電圧が大きく変動する場合は、定電流回路ＣＣの電流値をチャンバ電流により補償する。
【０１２１】
また、応答速度を上げるため、電圧検出抵抗ＲＤの電流は電流増幅器ＣＡで増幅して定電流回路ＣＣに接続する。
【０１２２】
さらに、チャンバ電圧が所定値を超過したら、定電流回路ＣＣへの電流を迂回させて電圧降下を低減する。これによりＩＧＢＴを所定時間オン（ＯＮ）することができる。また、チャンバ電圧が過大でもＩＧＢＴ駆動回路ＤＲへの入力が許容値を超えないように保護することもできる。
【０１２３】
一方、インダクタＬ０の電流が、例えば、定格の１パーセント以下の時は「未放電」と判断してアーク遮断動作を禁止する。
【０１２４】
以下、図４に例示した電源の動作について説明する。
【０１２５】
まず、この電源の起動時の動作について説明する。
【０１２６】
ＤＣ電源部ＤＣＰＦのインバータ（図示せず）が起動した後に、電源からの出力電圧が上昇するが、この期間は、放電が未だ開始せず、アーク放電も生じない。この状態では、電源からの出力電流は流れないので、電流監視回路ＣＭのコンパレータＣＰがオン（ＯＮ）の状態となる。すると、定電流回路ＣＣの出力はハイレベル（ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ）に強制され、アーク遮断は動作しない。
【０１２７】
次に、スパッタ成膜時の動作について説明する。
【０１２８】
出力電圧が上昇してグロー放電が開始すると、電源から送電ケーブルを経由してチャンバへ電流が流れる。すると、電流監視回路ＣＭのコンパレータＣＰは、オフ（ＯＦＦ）するので定電流回路ＣＣが有効になり、アーク放電を監視する。
【０１２９】
この時、多くのスパッタ条件においては、電源からの出力電圧はマイナス２００Ｖ〜マイナス８００Ｖであり、電源の出力線間に電圧がかかる。
【０１３０】
電圧検出抵抗ＲＤには、アーク放電時より大きな電流が流れようとするが、定電流回路ＣＣが制限するので、これらの接合点電位が高位を保つ。よって、ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの入力電圧は、ハイ（ｈｉｇｈ）となり、スイッチング部ＩＧＢＴはオフ（ＯＦＦ）を維持する。
【０１３１】
次に、アーク遮断動作について説明する。
【０１３２】
アーク放電が生じると、チャンバに印加される電圧の絶対値が０Ｖ〜マイナス１００Ｖに低下する。アーク遮断回路に、この電圧低下が伝わると電圧検出抵抗ＲＤの電流が低下する。これに対して定電流回路ＣＣの出力電流は一定なので、出力電圧つまりＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの入力電圧は降下する。なお、電圧検出抵抗ＲＤの電流を電流増幅回路ＣＡにより増幅して定電流回路ＣＣに接続しても、増幅率が一定なので同じ動作をする。
【０１３３】
ＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの入力電圧が低下すると、スイッチング部ＩＧＢＴがオン（ＯＮ）してＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力が遮断され、逆バイアス電源部ＤＣＰＲからの逆電圧がチャンバへ供給される。
【０１３４】
タイマ回路ＴＭは、スイッチング部ＩＧＢＴをオン（ＯＮ）する信号を駆動回路ＤＲから入力してから一定時間を経過すると、休止信号を定電流回路ＣＣに出力する。休止信号を入力した定電流回路ＣＣの出力はハイ（ｈｉｇｈ）になるのでＩＧＢＴ駆動回路ＤＲはオフ（ＯＦＦ）する。
【０１３５】
休止信号の出力時間は、タイマ回路ＴＭで一定であり、その間はアーク放電の有無に係わらず遮断動作を休止する。そして、休止が終了すると電圧低下の監視を再開し、アーク放電と認識されれば、再度、ＤＣ電源部ＤＣＰＦの出力を遮断する。一方、出力電圧が復活していればアーク遮断はしない。
【０１３６】
アーク遮断を休止した時にアーク放電もグロー放電も無いと、電源からの出力電圧が急上昇する。従って、この場合、過電圧を防ぐ対策が必要である。そこで、過電圧制御回路ＯＬがオン（ＯＮ）して、定電流回路ＣＣの出力を短絡する。すると、休止期間中でも、アーク遮断と同様にＩＧＢＴがオン（ＯＮ）する。その結果として、電源出力のインダクタＬ０を流れる電流は、閉回路ができるので過電圧は解消され、部品のストレスや破損を解消することができる。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、まず、信号処理の「遅れ」となるコンパレータを使わずにアーク検知が可能になるので、アーク放電に対して高速に応答できる。例えば、本発明者の試作検討の結果によれば、図５に表したコンパレータを用いた電源の場合、アーク放電が発生してから遮断動作を開始するまでの所要時間は、およそ０．５マイクロ秒であったのに対して、図４に表した電源においては、０．２マイクロ秒でアーク遮断動作を開始することができた。その結果として、アーク放電によるターゲットあるいは基板の損傷を最小限に抑えることが可能となった。
【０１３８】
また一方、本実施形態によれば、電圧検出抵抗ＲＤに抵抗値の大きい抵抗を使えるので電力損失が低減できる。
【０１３９】
さらに、アーク遮断を終了した時に放電が開始しない状態でも、過電圧にならず、部品に対するストレスや破損を防止できる。
【０１４０】
また、電源の動作が不安定でも確実にアークを遮断できる。
【０１４１】
図６は、本実施形態のスパッタ用電源の変型例を表す模式図である。同図については、図４及び図５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。
【０１４２】
本具体例の場合、検出抵抗ＲＤの出力を電流増幅回路ＣＡにより増幅した後に、定電流回路ＣＣに接続し、その接続中点からコンパレータＣＰに入力（２）している。コンパレータＣＰは、定電流回路ＣＣからの信号入力（３）との間で比較判定し、この結果に基づいてＩＧＢＴ駆動回路ＤＲがＩＧＢＴをオン（ＯＮ）する。
【０１４３】
本発明によれば、このようにコンパレータＣＰを用いた場合であっても、図５に例示したような回路よりも高速にアーク放電を検出できる。具体的には、アーク放電が発生してから０．３マイクロ秒でアーク遮断動作を開始することができた。
【０１４４】
また、図７は、本実施形態のスパッタ用電源のもうひとつの変型例を表す模式図である。同図についても、図４乃至図６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。
【０１４５】
本変型例の回路においては、電圧検出抵抗ＲＤからの出力を電流増幅することなく、定電流回路ＣＣと接続し、その接続中点からＩＧＢＴ駆動回路ＤＲの論理和ゲート（１）に入力している。このようにしても、図５に例示したようなコンパレータを介することなく、高速なフィードバックが可能である。
【０１４６】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、チャンバ内の状態に依存せずに、いかなる状況のもとでもアーク放電の発生を確実に検出できるアーク遮断回路について説明する。
【０１４７】
図８は、本実施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。すなわち、この電源は、ＤＣ電源部ＤＣＰＦと、平滑化インダクタＬ１と、逆バイアス印加回路ＲＢＳと、スイッチング部Ｑと、アーク検出制御回路ＡＳＣと、を有する。
【０１４８】
これらＤＣ電源部ＤＣＰＦ、逆バイアス印加回路ＲＢＳあるいはスイッチング部Ｑの具体的な構造や動作については、例えば、第１実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【０１４９】
そして、本実施形態においては、チャンバにおいてアーク放電が発生すると、アーク検出制御回路ＡＳＣにおいて、極めて正確且つ的確に判断がされる。そして、スイッチング部Ｑに対してゲート信号Ｓｇが供給される。スイッチング部Ｑは、このゲート信号Ｓｇを受けるとオン（ＯＮ）して、チャンバに逆バイアスを印加し、アークが消弧される。
【０１５０】
以下、このアーク検出制御回路ＡＳＣの説明をする前にまず、このようなスパッタ装置におけるアーク放電の認定及び遮断動作のタイミングについての技術的な背景を簡単に説明する。
【０１５１】
図９は、スパッタ装置において、電源の起動時及びアーク放電の発生時の電圧と電流の変化を例示するグラフ図である。
【０１５２】
スパッタ装置の電源を起動してチャンバに電圧印加を開始した時、グロー放電が始まるまでは電流は流れていない。そして、スパッタを始める時、制御装置が電源にインタロックの解除と動作指令と電力値を与えて電源を起動する。電源は、インバータを起動し、所定電圧まで出力電圧を上昇し、過電圧の時は、一時的にインバータを停止する。
【０１５３】
電圧が所定のレベルに上昇すると、チャンバ内でグロー放電が始まりプラズマが点火する。そして、プラズマの成長に応じて、電圧やその他の各種のパラメータに応じた放電電流が流れる。電源は、設定された電力になるように出力を調整しつつ、動作指令が無くなるまで運転しスパッタを実施する。
【０１５４】
スパッタ中のスパッタ装置または電源は、アーク放電の被害を防止するために、アークによるチャンバ（チャンバとターゲット間）のインピーダンスの低下を電源出力電圧の低下として監視する。そして、電圧の低下を検知した時は、第１の所定時間の間、電源の電流出力を停止する。
【０１５５】
アーク放電を検知する電圧閾値は、図９に例示したように、ターゲット電圧で例えばマイナス１５０〜マイナス２００Ｖ程度の固定値である。つまり、電圧がこの閾値を上回る（絶対値が小さくなる）と、スパッタ用出力を停止し、必要に応じて、逆バイアスを印加するなどのアーク遮断シーケンスが実行される。この後に、スパッタ作業を継続するために、電源からの出力を再開する。
【０１５６】
電源からの出力を再開した時、第２の所定時間の計測を始め、この時点で電圧が復帰すればスパッタ処理を継続するが、第２の所定時間の経過後でも出力電圧が閾値以下の時は、アーク放電を消弧できなかったとして、再度、電流出力を停止する。
【０１５７】
そして、制御装置が、チャンバへの投入電力量が規定値に達したと判断したら、電源への動作指令を停止する。
【０１５８】
この停止指令により、電源はインバータを停止する。電流が低下してゼロになり、スパッタが終了する。
【０１５９】
この一連動作を繰返すことにより、アーク放電を抑制しつつスパッタが実行される。
【０１６０】
しかし、電源がインバータを起動してから出力電圧が閾値（例えば、マイナス１５０ボルト）を超えるまでの期間や、アーク以外の要因で電圧を下げた時は、アーク放電が発生したと誤認される場合がある。これに対しては、以下の対策が考えられる。
【０１６１】
その一つ目は、電源の起動後、電圧閾値を超えるまでの間は、アーク遮断動作を禁止する、というものである。しかし、この方法による場合、指令による電源の停止動作や、一回の点火で連続放電までプラズマが成長せず再起動する時と、アーク放電と点火待ちの電圧上昇中の区別ができない。
【０１６２】
また、二つ目は、電源インバータの停止中や起動後の一定時間の間は、出力電圧の低下を無視する、というものである。つまり、この間はアーク遮断動作を禁止する。しかし、この方法による場合、電圧の上昇時間の規定が難しく、遮断動作禁止中にグロー放電からアーク放電になっても遮断しない。また、点火待ちや電力制御の不具合によるハンチングでインバータが停止している時は、アーク遮断がされない。
【０１６３】
また一方、アーク放電と判断する閾値電圧は、条件により変動するため、固定値により管理すると問題が生ずる場合がある。例えば、シリコン材料をスパッタする場合などは、アーク放電時のチャンバ電圧がマイナス２５０ボルト前後と非常に高い（絶対値が小さい）。この場合、アーク放電と判断する閾値をマイナス１５０ボルトとすると、アーク放電と判断されて遮断動作が開始するまでのアーク放電の被害が拡大する。
【０１６４】
本発明者は、以上説明した技術的背景に基づき、図８に表したような本実施形態のスパッタ用電源を発明するに至った。つまり、図８に表したアーク検出制御回路ＡＳＣは、上述のようなアーク放電の認定に関する問題を解消するものである。
【０１６５】
図１０は、アーク検出制御回路ＡＳＣの構成を例示するブロック図である。すなわち、アーク検出制御回路ＡＳＣは、電流検出部ＣＳＵ、電圧検出部ＶＳＵ、アーク判定部ＡＤＵ、タイマＴＭＲ、論理演算部ＬＣＵ及び電力制御部ＰＣＵを有する。
【０１６６】
これら各ブロックの機能については、後に詳述するが、この回路ＡＳＣの動作を決定するにあたって考慮した事項は、以下の通りである。
【０１６７】
すなわち、まず、スパッタのグロー放電が始まる前は、チャンバの静電容量は小さいので、電源が起動して出力電圧が上昇する時の突入電流は極めて小さい。
【０１６８】
また、アーク放電の被害は、小さなアーク発生点に対して高い密度の電流が流れることによるので、電源のインバータが停止していても電流が継続している間はアーク放電による被害が生ずる場合がある。つまり、電源のインバータが停止している場合でも、アーク遮断動作が必要な場合がある。
【０１６９】
反面、インバータの動作に関係なくチャンバ電流が極端に小さいとアーク被害も小さく、無視できる。つまり、チャンバ電流が極端に小さい場合には、アーク遮断動作を開始する必要はない。
【０１７０】
以上まとめると、チャンバへの供給電流、つまりは電源の出力電流が大きく、アーク放電の被害が大きい時だけアーク遮断すれば良いこととなる。
【０１７１】
ただし、電源のインタロック中、すなわち、何らかの原因により、電源を停止する必要が生じた場合は、全ての動作を停止しなければいけない。
【０１７２】
これがアーク遮断の条件である。
【０１７３】
また一方、電流の増大に伴ってアーク電圧が大きくなる場合、アーク判定電圧すなわちアーク放電と判定する電圧閾値を電流に比例して大きくすることが望ましい。
【０１７４】
以下、図１０に表したアーク検出制御回路ＡＳＣについて説明する。
【０１７５】
まず、電流検出部ＣＳＵは、スパッタ用電源からの出力電流を計測し、その計測値ＣＤをアーク判定部ＡＤＵ、論理演算部ＬＣＵ及び電力制御部ＰＣＵに送出する。
【０１７６】
また、電圧検出部ＶＳＵは、スパッタ用電源からの出力電圧を計測し、その計測値ＶＤをアーク判定部ＡＤＵ及び電力制御部ＰＣＵに送出する。
【０１７７】
論理演算部ＬＣＵは、出力電流の計測値ＣＤと、所定の電流閾値（例えば、定格電流の１パーセント）とを比較する。そして、その超過した信号と、電源のインタロック解除信号ＲＯＣＫとの論理積をとり、両者成立の時だけアーク遮断を許可する。
一方、アークの判定は、アーク判定部ＡＤＵにおいてなされる。つまり、アーク判定部ＡＤＵは、電圧の計測値ＶＤと、所定の電圧閾値と電源出力電圧とを比較する。ここで、電圧閾値は、電流に応じて可変とされる。例えば、マイナス１５０ボルト出力時の電圧を基準とし、これに、電流の計測値ＣＤをターゲット材料などのパラメータに応じた倍率で加算する。このようにして、アーク放電と判定するための電圧閾値を、電流あるいはその他のパラメータに応じた最適な値とすることができる。
【０１７８】
出力電流の計測値ＣＤとインタロック信号ＲＯＣＫとに基づいて、論理演算部ＬＣＵがアーク遮断許可と判断しているフェイズにおいて、アーク判定部ＡＤＵが出力電圧の計測値ＶＤからアーク放電と判定した時は、その出力信号ＡＤに基づいて、タイマＴＭＲが第１の時間を計測し、許可信号ＡＳを論理演算部ＬＣＵに送出する。その結果、所定時間内は、スイッチ部Ｑがオン状態とされ、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力電流を遮断される。
【０１７９】
そして、第１の所定時間が終了したら電流遮断を終了し、ＤＣ電源部ＤＣＰＦからの出力を再開する。
【０１８０】
それと同時に、タイマＴＭＲは、第２の時間を計測し、所定時間内は、チャンバ電圧が電圧閾値（典型的にはマイナス１５０ボルト以下であり、例えば、マイナス８０ボルトとすることができる）でも遮断前と同じ電流を出力する。
【０１８１】
タイマＴＭＲにおいて第２の所定時間が終了したら、遮断前の動作に戻る。
【０１８２】
ただし、以上説明したいかなる状態においても、電源のインタロック時や出力電流・電圧が限界値を超過した時は、電源からの出力は停止し、インバータの運転を停止する。
【０１８３】
図１１は、本実施形態のスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。同図については、図８乃至図１０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。
【０１８４】
その要部について概説すると、まず、ＤＣ電源部ＤＣＰＦにおいては、直流電圧源ＤＣとトランジスタブリッジＱ１からＱ４とトランスＴ１で構成するインバータの出力を、整流器ＤＢ１で整流した電流を生成する。このようにして整流化された電流は、リアクトル（平滑化インダクタ）Ｌ１で平滑化されてチャンバへ供給される。
【０１８５】
チャンバへの出力電圧は、Ｖｓｅｎ１、２で検出され、差動増幅器ＶＯＬＴａｍｐにより出力電圧信号ＶＤに変換される（電圧検出部ＶＳＵ）。
【０１８６】
また、チャンバへの出力電流は、Ｃｓｅｎで検出され、差動増幅器ＣＵＲａｍｐにより出力電流信号ＣＤに変換される（電流検出部ＣＳＵ）。
【０１８７】
出力電圧信号ＶＤと出力電流信号ＣＤとは、掛け算器によって掛算され、その出力電力信号と指令電力信号Ｐｃｏｍの差から指令電流信号ＯＣが算出される（電力制御部ＰＣＵ）。
【０１８８】
指令電流信号ＯＣと出力電流信号ＶＤとの差から指令電圧信号ＯＶを算出し、ＰＷＭ変調してデューティ信号ＰＷＭが生成される（電力制御部ＰＣＵ）。
【０１８９】
そして、インタロック信号ＲＯＣＫと運転信号ＲＵＮとデューティ信号の論理積でトランジスタＱ１からＱ４が駆動される。
【０１９０】
一方、アーク遮断は、以下のように実行される。
【０１９１】
まず、出力電流信号ＣＤと基準電圧（例えば、定格の１％に相当する基準電圧１％ＦＳ）とがコンパレータＡＲＣａｃｓで比較されて放電信号が生成される。
【０１９２】
出力電流信号ＣＤを可変抵抗ＶＲへ加え、出力電流に比例した補償電圧を算出し、通常のアーク判定レベルであるマイナス１５０Ｖに相当する基準電圧１５０Ｖと加算してコンパレータ（ＡＥＣ　ｓｅｎｓ）の閾値を設定する。
【０１９３】
コンパレータ（ＡＥＣ　ｓｅｎｓ）は、出力電圧信号ＶＤが所定の閾値よりも下がったらアーク放電と判定してアーク信号ＡＤを出力する。
【０１９４】
放電信号出力中にアークと判定されると、トランジスタＱ５を閉じて逆電圧を出力してアーク放電を遮断し、タイマ１が起動される。タイマ１の動作中は、トランジスタＱ５を閉じ、かつ指令電流信号の保持を開始する。
【０１９５】
タイマ１が終了したらタイマ２を起動し、タイマ２の動作中はトランジスタＱ５を閉じない。タイマ２が終了し、且つ再度のアーク遮断が無い場合は、指令電流信号の保持を終了する。
【０１９６】
以上説明したような本実施形態に回路によれば、以下の効果が得られる。
【０１９７】
まず、インバータのハンチング動作や電源出力電圧の変動や上昇遅れに関係無く、グロー放電の開始直後からアーク遮断を開始できる。
【０１９８】
また、電源のインバータが停止した後でも電流が有ってアーク被害が予想される限り、継続時間の制約無しにアーク遮断が可能である。
【０１９９】
さらに、スパッタ特性によりアーク放電の電圧が上昇しても、放電電流で補正した電圧でアークを検知・遮断できる。
【０２００】
すなわち、チャンバの状態によらず、的確なアーク放電の判定と迅速なアーク遮断が可能となり、アーク放電による被害を最小限に抑制しつつ、アーク遮断によるスパッタ作業の中断も最小に抑制することができる。
【０２０１】
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。
【０２０２】
例えば、本発明のアーク遮断回路、スパッタ用電源、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。
【０２０３】
より具体的には、例えば、アーク遮断回路に設けられるアーク検出回路の具体的な構成や、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。
【０２０４】
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アーク遮断回路、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。
【０２０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、迅速且つ確実にアーク放電を遮断できるアーク遮断回路、と、それを用いた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】本発明の第１実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置の要部を表す模式図である。
【図２】比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるアーク遮断回路を搭載したスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図５】比較例のアーク遮断回路を設けたスパッタ装置を表す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態のスパッタ用電源の変型例を表す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態のスパッタ用電源のもうひとつの変型例を表す模式図である。
【図８】本発明の第３実施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９】スパッタ装置において、電源の起動時及びアーク放電の発生時の電圧と電流の変化を例示するグラフ図である。
【図１０】アーク検出制御回路ＡＳＣの構成を例示するブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態のスパッタ用電源の具体例を表す模式図である。
【図１２】ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタ装置の要部構成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、１１０Ａ〜１１０Ｚスパッタ用電源
１２０Ａ、１２０Ｂケーブル
１５０アーク放電
ＡＤＵアーク判定部
ＡＳＣアーク検出制御回路
ＣＡ電流増幅回路
ＣＣ定電流回路
ＣＭ電流監視回路
ＣＰコンパレータ
ＣＳＵ電流検出部
ＤＢ０〜３整流ダイオード群
ＤＣＰＦＤＣ電源部
ＤＣＰＲ逆バイアス電源部
ＤＲドライバ（駆動回路）
ＩＧＢＴスイッチング部
Ｌ０〜Ｌ３インダクタ
ＬＣＵ論理演算部
ＰＣＵ電力制御部
Ｑスイッチング部
Ｑ１〜Ｑ５トランジスタ
Ｒｐａｓｓ出力制限抵抗
ＲＢＳ逆バイアス印加回路
ＲＤ電圧検出抵抗
ＲＯＣＫインタロック解除信号
ＲＵＮ運転信号
Ｓｇゲート信号
Ｔ１トランス
ＴＭタイマ
ＴＭＲタイマ
ＶＳＵ電圧検出部
ＺＤツェナー・ダイオード
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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