(57)【要約】処理チャンバーに供給される電力を管理するためのシステムおよび方法が記載されている。一実施形態では、電力は、電力ケーブルによって処理チャンバーに供給される。この電力ケーブルは、エネルギーを蓄積するとともに、第１および第２のコンダクタを含んでいる。第１のコンダクタは、第２のコンダクタに対して相対的に、第１の電圧極性を有している。第１のコンダクタにおける電圧極性は、第２のコンダクタに対して相対的に反転され、第１の電力ケーブルの極性が反転されている間に、電力ケーブルに蓄積されているエネルギーの少なくとも一部が、プラズマチャンバーに出力される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバーに供給される電力を管理するための方法であり、
電力ケーブルによって処理チャンバーに電力を供給するステップであり、前記電力ケーブルがエネルギーを蓄積するとともに第１および第２のコンダクタを含んでおり、前記第１のコンダクタが第２のコンダクタに対して相対的に第１の電圧極性を有しているステップと、
前記第１のコンダクタの電圧極性を前記第２のコンダクタに対して相対的に反転し、前記第１のコンダクタの極性が反転している間に、前記電力ケーブルに蓄積されているエネルギーの少なくとも一部を前記プラズマチャンバーに出力するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記プラズマチャンバー内においてアークを検出するステップであり、前記アークの検出に応じて前記反転が開始されるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のコンダクタの電圧極性を第２のコンダクタに対して相対的に周期的に反転するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記反転が、第１のコンダクタの電圧極性を第２のコンダクタに対して相対的に反転するために、電力ケーブルからの蓄積されたエネルギーを利用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のコンダクタに直列に配されている第１のスイッチを開放するステップであり、前記第１のスイッチは、開放されているときに、蓄積されているエネルギーの少なくとも一部が電荷を形成できるようにし、前記電荷が、第１の極性とは逆の極性によって特徴づけられているステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
装置であり、
第１および第２の出力端子と、
前記第１および第２の出力端子に第１の極性を有する電圧を出力するように構成されている電力モジュールであり、前記第１および第２の出力端子のそれぞれが、プラズマチャンバー供給ケーブルの２つのコンダクタの対応する１つと結合するように設定されている電力モジュールと、
前記第１および第２の出力端子に結合されているアーク管理モジュールであり、前記アーク管理モジュールが、プラズマチャンバー供給ケーブルに蓄積されているエネルギーを利用して、前記第１および第２の出力端子にわたって反転電圧を出力するように構成されており、前記反転電圧が前記第１の極性とは逆の極性を有しているアーク管理モジュールと、を含む装置。
【請求項７】
前記アーク管理モジュールが、前記第１および第２の出力端子に反転電圧を出力している間に、前記電力モジュールからの電流を短絡するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記アーク管理モジュールが、アーク表示信号の受信に応じて、前記第１および第２の出力端子に反転電圧を出力するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記アーク管理モジュールが、前記第１および第２の出力端子に対して、周期的に反転電圧を出力するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記アーク管理モジュールが、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続されており、閉じているときに前記電力モジュールからの電流を短絡することができるように、前記電力モジュールと並列に配置されているシャントスイッチと、
前記第１のコンダクタと直列に配されている電圧反転モジュールであり、反転電圧を生成することができるように、前記第１および第２の出力端子が第１の極性を有しているときに、直列スイッチによって前記電力モジュールから前記第１のコンダクタに電流を供給し、直列スイッチが開放されているときに、前記プラズマチャンバー供給ケーブルに蓄積されているエネルギーを受け取るように構成されている電圧反転モジュールと、
前記電圧反転モジュールが反転電圧を生成できるように、シャントスイッチを閉じて直列スイッチを開けるように構成されている制御モジュールと、を含んでいる、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記電圧反転モジュールであり、前記直列スイッチと並列に配置され、前記プラズマチャンバー供給ケーブルに蓄積されているエネルギーを受け取ったことに応じて電荷を形成するように構成されているキャパシタを含んでおり、前記電荷が、前記第１および第２の出力端子の反転電圧を設定する電圧反転モジュールを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記キャパシタと直列になっているダイオードであり、前記直列スイッチが開いているときにキャパシタが電荷を最大化できるように構成されているダイオードを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
装置であり、
電圧を受け取るように設定されている第１および第２の入力端子であり、前記受け取る電圧が、前記第１および第２の入力端子の第１の極性によって特徴づけられている第一および第二の入力端子と、
第一および第二の出力端子であり、前記第２の出力端子が前記第２の入力端子に接続されており、前記第１の出力端子がプラズマチャンバー供給ケーブルにおける第１のコンダクタに結合するように設定されており、前記第２の出力端子が前記プラズマチャンバー供給ケーブルの第２のコンダクタに結合するように設定されている第一および第二の出力端子と、
閉じているときに、少なくとも２つの出力端子から電流を短絡することができるように配置されているシャントスイッチと、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に接続されている電圧反転モジュールであり、前記電圧反転モジュールが、第１の動作モードで動作している間に、前記第１および第２の出力端子全体に第１の極性を有する電圧を出力するため、前記第１の入力端子から前記第１の出力端子に電流を供給するように構成されており、第２の動作モードにおいて、シャントスイッチが閉じているとき、前記プラズマチャンバー供給ケーブルからのエネルギーを利用して、前記第１および第２の出力端子全体に反転電圧を発生するように構成されており、前記反転電圧が第１の極性とは反対の極性を有している電圧反転モジュールと、
前記電圧反転モジュールが前記第１および第２の出力端子全体に反転電圧を発生できるようにするため、シャントスイッチを閉じるとともに、前記第２の動作モードで動作するよう前記電圧反転モジュールに指示するように構成されている制御部と、を含む装置。
【請求項１４】
前記制御部が、前記プラズマチャンバー供給ケーブルの第１および第２のコンダクタでアークが検出されたことに応じて前記シャントスイッチを閉じるとともに、前記第２の動作モードで動作するよう前記電圧反転モジュールに指示するように構成されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御部が、周期的に、前記シャントスイッチを閉じるとともに、前記第２の動作モードで動作するよう前記電圧反転モジュールに指示するように構成されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記電圧反転モジュールが、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子との間に直列に配され、前記第１の動作モード中に、前記第１の入力端子から前記第１の出力端子に電流を供給するために閉じられるように構成されている直列スイッチと、
前記直列スイッチが第２の動作モードにおいて開いているときに、電荷を形成するために、前記第１のプラズマチャンバー供給ケーブルからのエネルギーを受け取るように構成されているキャパシタであり、前記電荷が、前記第１および第２の出力端子の反転電圧を設定するキャパシタと、を含む請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記シャントスイッチと前記第１の入力端子との間に接続されたインダクタであり、前記インダクタのインダクタンスが、前記第１および第２の入力端子に電圧を出力する電源を短絡することなく、前記シャントスイッチが閉まるのを可能にしているインダクタを含む、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、プラズマ処理用途のための電源に関するものである。より詳細には、本発明は、そのアーク放電を制限するシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理用途では、電荷が蓄積しているカソード上のポイントとアノード上のポイントとの間に放電が生じるときに、アーク（ａｒｃ）が成長することが知られている。素早く消失されない場合には、アークは、加工フィルムの質および処理にとって、非常に有害なものになる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラズマ処理におけるアークの制御に関する過去のアプローチは、電源によってアークに供給されるエネルギーを減少させることに焦点をあててきていた。電源のなかには、アークが検出された後、オフとすることによってアークを消失させるものもある。これらのさまざまな過去のアプローチのなかには、シャントスイッチが、電源を横切って配置され、電源内部のインダクタ電流を循環させるために使用されているものもある。このシャントスイッチは、アークが消失したときに、開状態となるものである。このタイプのシステムは、ある程度は効果的であるものの、現在の処理環境においてしばしば必要とされる、都合の良いアーク低減をもたらすことはできない。
【０００４】
システムのなかには、第２の電源を用いるものもある。これは、アークの生じているときに、第１の電源からの電力がプラズマチャンバーから除去され、第１の電源と逆極性の電力が第２の電源からプラズマチャンバーに供給されるようにするためである。これらのシステムは、比較的に素早くアークを消失させることが可能である。けれども、第２の電源は、失敗のリスクを実質的に増大するという点で、システムに実質的なコストを加えるものである。
【０００５】
プラズマ処理用途（例えば、比較的に低電力および低電流が使用される場合）に有効であると証明されている他のアプローチは、電源の出力部とシャントスイッチとに直列な、タップインダクタの使用を含んでいる。このタップインダクタは、単巻変圧器のように作用し、タップインダクタの巻数比の関数である反転電圧を与えるものである。しかしながら、より高い電流を処理することの可能なものであり、また、所望の低い漏インダクタンスを与えることのできるものであるタップインダクタは、比較的に高価なものである。また、十分に低いインダクタンスを有する実装ケーブルも、より高電流となる場合には特に、費用のかかるものである。
【０００６】
プロセス電流が増えるにつれて、出力ケーブルに蓄積されるエネルギーは、アークエネルギーを処理する際における最大の問題点の１つとなる。このエネルギーは、ケーブルによって運ばれる電流の２乗に比例するものである。問題は、この蓄積されたエネルギーが、電源によって制御可能なものではなく、さらに、蓄積されたエネルギーから生成される電流に入手可能な唯一の経路が、アークに向けられていることである。結果として、蓄積されたエネルギーからの電流は、アークの寿命を実質的に延ばし、アークによるダメージ（例えば、ワークピースおよび／またはチャンバーに対するダメージ）を増す可能性がある。また、蓄積されたエネルギーを最小化するようなケーブル設計（例えば、ケーブルのインダクタンスを最小化することによる）は、長さ、絶縁、ワイヤのサイズおよびコストのような制約条件のバランスをとる場合に、すぐにコスト高になって、構築が実質的に不可能になる可能性がある。
【０００７】
現在のデバイスは、多くの用途にとって有用であるけれども、これらは、多くの実装にとって十分なもの、あるいは満足のいくものではない。したがって、現在の技術の不足に対処するとともに、他の新しい革新的な特徴を与えるシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図面に示された本発明における典型的な実施形態について、以下に要約する。これらの実施形態および他の実施形態は、「発明を実施するための形態」欄において、より詳細に説明される。しかしながら、本発明を、「課題を解決するための手段」または「発明を実施するための形態」に記載された形態に限定する意図のないことは理解されるべきである。当業者であれば、特許請求の範囲に表現されているような本発明の精神および範囲内に収まる、多数の修正形、等価物および代替構成のあることを、認識することができるはずである。
【０００９】
本発明は、処理チャンバーに供給される電力を管理するためのシステムおよび方法を提供することが可能である。１つの典型的な実施形態では、電力は、電力ケーブルによって処理チャンバーに供給される。この電力ケーブルは、エネルギーを蓄積するとともに、第１および第２のコンダクタを含んでいる。第１のコンダクタは、第２のコンダクタに対して相対的に、第１の電圧極性を有している。この実施形態では、第１のコンダクタにおける電圧極性は、第２のコンダクタに対して相対的に反転されており、第１の電力ケーブルの極性が反転されている間に、電力ケーブルに蓄積されているエネルギーの少なくとも一部が、プラズマチャンバーに出力される。
【００１０】
既に述べたように、上記した実施形態および実装は、単に、例示目的のものである。本発明における数多くの他の実施形態、実装および詳細は、後述する説明および特許請求の範囲から、当業者によって容易に理解される。
【００１１】
本発明におけるさまざまな目的および有利な点、および、本発明のより完全な理解については、後述する詳細な説明および添付された特許請求の範囲を添付図面とともに参照することによって明らかになり、より容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の典型的な実施形態を示す、ブロック図である。
【図２】本発明における他の典型的な実施形態を示す、ブロック図である。
【図３】図１および図２におけるアーク管理モジュールの一実施形態を示すブロック図である。
【図４】図１および図２におけるアーク管理モジュールの他の実施形態を示すブロック図である。
【図５Ａ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｂ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｃ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｄ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｅ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｆ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｇ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図５Ｈ】図３および図４の電圧反転モジュールにおける、典型的な実施形態の１つを示す概略図である。
【図６】多くの実施形態による方法を示す、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照する。なお、同一のあるいは類似の部材については、複数の図面中で同一の参照符号を付している。具体的に図１を参照すると、これは、本発明における典型的な実施形態を示す、ブロック図１００を示している。図示されている電源ユニット１０２は、供給ケーブル１０６によってプラズマチャンバー１０４に接続されている。図示されているように、電源ユニット１０２は、アーク管理モジュール１１０に接続されている電力モジュール１０８を含んでいる。このアーク管理モジュール１１０は、供給ケーブル１０６の第１のコンダクタ１１２および第２のコンダクタ１１４に接続されている。また、図示されている制御モジュール１２２は、電力モジュール１０８およびアーク管理モジュール１１０の双方に接続されている。
【００１４】
多くの実施形態では、電力モジュール１０８は、スイッチング電源である。このスイッチング電源は、プラズマチャンバー１０４内に含まれるプラズマを着火して維持するために十分なレベルの、直流電圧を与えるように構成されている。このプラズマは、一般的には、図示していないが当業者にとっては周知である、ワークピースを処理するのに使用される。一実施形態では、電力モジュール１０８は、バック・トポロジーにしたがって構成されている。しかしながら、これは、必ず要求されるものではなく、他の実施形態では、電力モジュール１０８は、他の実行可能な電源トポロジーをいずれも含むことが可能である。図示されているように、電力モジュール１０８は、第１のライン１１８を介して、アーク管理モジュール１１０に負の電圧を印加するとともに、第２のライン１２０を介して、アーク管理モジュール１１０に正の電圧を印加する。そして、第１の動作モードでは、アーク管理モジュール１１０は、電源ユニット１０２における第１の出力端子１１１に対して負の電圧を印加するとともに、第２の端子１２１に対しては正の電圧を印加する。
【００１５】
ケーブル１０６は、単純化のために、一対のコンダクタ１１２・１１４として示されている。しかしながら、多くの実施形態では、ケーブル１０６は、プラズマチャンバー１０４と電源ユニット１０２を接続する２つのコンダクタ同軸ケーブルの集合によって実現されている。さらに、他の実施形態では、ケーブル１０６は、１つあるいはそれより多くのツイスト・ペア・ケーブルによって実施されている。さらに他の実施形態では、ケーブル１０６を、いずれのケーブル・ネットワークによって実現することも可能である。このネットワークは、単純なコンダクタ・フックアップおよび４重極接続を含むが、必ずしもこれらに限られるわけではない。図示されているように、ケーブル１０６は、インダクタンスを含んでいる。このインダクタンスは、便宜のために、単一のインダクタ１１６として図示されている。そして、結果として、ケーブル１０６は、コンダクタ１１２・１１４によるプラズマへの電流の供給に応じて、エネルギーを蓄積することが可能となっている。
【００１６】
一般的には、典型的な実施形態におけるアーク管理モジュール１１０は、チャンバー１０４に印加される電圧を反転するために、ケーブルのインダクンタンス１１６によって蓄積されたエネルギーを利用するように構成されている。これにより、第１の端子１１１に正の電圧が印加されるとともに、第２の端子１２１に負の電圧が印加される。このように、アーク管理モジュール１１０は、第一に、アークが生じることを防止し、および／または、単にプラズマチャンバーから電力を除去するシステムに比して、より素早くアークを消すようになっている。
【００１７】
例えば、いくつかの実施形態では、アーク管理モジュール１１０は、チャンバー１０４内のアークを検出するように構成されており、アークの検出に応じて、ケーブル１０６からエネルギーを受け取り、逆極性を生成し、そして、検出したアークを消すために、この逆極性をチャンバー１０４に付与するようになっている。他の実施形態では、アーク管理モジュール１１０は、アークの発生防止を補助するために、電源１０２の出力部に付与される極性を、周期的に反転するように設定されている。
【００１８】
この実施形態における制御モジュール１２２は、電力モジュール１０８およびアーク管理モジュール１１０の双方における１つあるいはそれより多くの態様を、制御するように構成されている。例えば、第１の動作モードでは、制御モジュール１２２は、電力モジュール１０８が、第１の極性を有する電力（例えば、第１の出力端子１１１において負の電圧、および、第２の出力端子１２１において正の電圧）を供給するのを可能にする。第２の動作モードに切り替わったときには（例えば、アークが検出されたことに応じて、あるいは、周期的なクロック信号に応じて）、この実施形態における制御モジュール１２２は、一時的に、電力モジュール１０８の動作を停止し、アーク管理モジュール１１０に対して、ケーブル１０６、および／または、チャンバーからの電流経路における他の誘導素子からエネルギーを受け取ること、および、逆極性の電圧（例えば、第１の出力端子１１１において正の電圧、および、第２の出力端子１２１において負の電圧）を設定するためにエネルギーを使用すること、の双方を指示する。
【００１９】
有益なことに、プラズマに反転電圧を印加するために第２の電源を用いる従来の技術とは異なって、本実施形態は、反転電圧を生成するために、供給ケーブル１１６からの現存するエネルギーを利用している。したがって、信頼性を向上する一方、材料費を削減することが可能となる。さらに、本願明細書にさらに記載するようないくつかの変化形では、アーク管理モジュール１１０は、一般的な電源において既に使用可能な、１つあるいはそれより多くの保護部材を使用する。このため、アーク管理モジュール１１０を実施しても、既存の電源設計に対して、比較的に、ほとんどコストを加えることがない。
【００２０】
さらに、本発明の実施形態は、実際に、従来技術の手法において重大な問題となっているものを利用している。それは、すなわち、出力ケーブル、および、チャンバーへ又はチャンバーからの電流経路における他の誘導素子に蓄積されている、エネルギーである。処理用途のなかには、チャンバーに与えられる電流が、１０００アンペアに近づく、あるいは、これを超えるものもある。そして、誘導素子に蓄積されたエネルギーは電流の２乗に比例するために、高電流用途において蓄積されたエネルギーは、適切に取り扱われない場合には、ワークピースおよび／またはチャンバーに対してダメージを与える可能性がある。本発明における多くの実施形態では、有利なことに、蓄積されたエネルギーを逆極性の電圧を生成するために利用し、この電圧は、アークを消す度合を実質的に減少させるために、チャンバーに印加される。また、出力ケーブルに蓄積されたエネルギーはもはや有害なものではないために、使用される出力ケーブルのタイプは、それほど重大な事項ではなくなっている。例えば、前記タップインダクタによるアプローチとは対照的に、出力ケーブルのインダクタンスは最小化する必要がない。したがって、設計上の選択肢をより多くすることが可能となり、これにより、タップインダクタによるアプローチと比較して、実質的なコストを節約することが可能となる。
【００２１】
図１に示されているように、多くの実施形態におけるアーク管理モジュール１１０は、電源ユニット１０２の部材として一体化されている。しかしながら、これは、必ず要求されるものではない。図２に示されているように、他の実施形態においては、アーク管理モジュール２００を、既存の電源２０２への付属品２０１の一部として（例えば、改装部品として）付加することが可能である。図２に示されているように、付属品２０１におけるインダクタ２０４は、電源２０２における第１の出力部２１８と直列に配されている。これは、電源２０２とアーク管理モジュール２００との間における、相互運用を促進するためである。
【００２２】
例えば電源２０２の観点からすれば、インダクタ２０４は、電源２０２をシャットダウンする原因となるアークとして、アーク管理モジュール２００の動作を電源２０２が「認識する（ｓｅｅｉｎｇ）」のを防止するのに役立つものである。本願明細書でさらに詳しく説明されるように、例えば、いくつかの実施形態では、アーク管理モジュール２００は、ノード２１９と電源２０２の第２の出力部２２０との間に配置された、シャントスイッチを含んでいる。これらの実施形態では、インダクタ２０４は、シャントスイッチが閉じたときに、電源２０２が短絡されるのを防止するのに役立つ。さらに、アーク管理モジュール２００の観点からすれば、インダクタ２０４は、アーク管理モジュール２００が逆極性の電圧をチャンバー１０４に対して印加しているときに、電源２０２からアーク管理モジュール２００が受け取る電流の量を制限するのに役立つ、インピーダンスを与えるものである。さらに、インダクタ２０４、および、図１に示したインダクタ１３０は、それぞれの誘導分圧器の一部である。この誘導分圧器は、電圧検出によって、アーク管理モジュール１１０・２００の内部における高速のアーク検出を可能とするものである。
【００２３】
次に、図３を参照すると、図１および図２に示されたアーク管理モジュール１１０・２１０における、一実施形態のブロック図３００が示されている。図示されているように、この実施形態におけるアーク管理モジュール３００は、第１の入力部３０４と第２の入力部３０６との間に接続されたシャントスイッチ３０２、および、第１の入力端子３０４と第１の出力端子３０７との間に直列に接続された電圧反転モジュール３０８を有している。さらに、図示されているように、この実施形態における第１の入力部３０４は、説明の便宜のために、第２の入力部３０６に対して相対的に負となる電圧を含んでいる。また、この第２の入力部３０６は、第２の出力部３１０に接続されている。電圧反転モジュール３０８は、アーク管理モジュール３００における負側の分岐上に（例えば、第１の入力部３０４と第１の出力部３０７との間の経路上に）配置されているように示されているけれども、これは、必ず要求されるものではない。他の実施形態では、電圧反転モジュール３０８は、アーク管理モジュールにおける正側の分岐上で（例えば、第２の入力部３０６と第２の出力部３１０との間の経路上で）、動作するように構成されている。
【００２４】
また、図３には、シャントスイッチ３０２および電圧反転モジュール３０８の双方と通信する、制御モジュール３１２が示されている。これらの部材における図示されている構成は、論理上のものであり、実際のハードウェアを示す図となるように意図されたものではない。例えば、いくつかの実施形態では、制御モジュール３１２の部材は分散型であり、また、１つの変化形では、制御モジュール３１２は、部分的にあるいは全体的に、図１を参照して説明された制御モジュール１２２によって実現される。
【００２５】
この実施形態におけるシャントスイッチ３０２は、閉じているときに第１および第２の入力部３０４・３０６を短絡するように、配置および構成されている。これは、電圧反転モジュール３０８を出力端子３０７・３１０間にわたって配置し、電力モジュール１０８あるいは電源２０２からの追加的な電流がチャンバー１０４に流れることを制限あるいは防止するためである。いくつかの実施形態では、シャントスイッチ３０２は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）によって実現されている。また、他の実施形態では、シャントスイッチ３０２は、電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）である。さらに他の実施形態では、シャントスイッチ３０２を、集積ゲート整流サイリスタ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＩＧＣＴ）、金属酸化膜半導体制御サイリスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＭＣＴ）、バイポーラスイッチ、あるいはシリコン制御調光器（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）によって実施することも可能である。
【００２６】
ここに記載したいくつかの実施形態は、インダクタ電流（例えば、電力モジュール１０８のインダクタンス１３０からの電流）を管理するために、シャントスイッチを含んでいる。しかしながら、確実に言えることであるが、インダクタ電流の効果を緩和するため、および／または、インダクタ電流がチャンバーに到達するのを防止するために、他のデバイスを実施することも可能である。
【００２７】
一般的には、電圧反転モジュール３０８は、第１の動作モードにおいて、第１の極性を有する電圧を印加する（例えば、第２の出力端子３１０に対して相対的に負となる電圧を、第１の出力端子３０７に印加する）一方、第２の動作モードにおいて、反転電圧を印加する（例えば、第２の出力端子３１０に対して相対的に正となる電圧を、第１の出力端子３０７に印加する）ように構成されている。より具体的には、第１の動作モードでは、第１の極性を有するプラズマ維持電圧（ｐｌａｓｍａ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ  ｖｏｌｔａｇｅ）を第１および第２の出力端子３０７・３１０間にわたって配置した状態で、電圧反転モジュール３０８が、チャンバー１０４からの戻り経路上の電流を、第１の出力端子３０７を介して第１の入力端子３０４に向けて送るように構成されている。そして、第２モードでの動作中では、電圧反転モジュール３０８は、供給ケーブル１０６から蓄積されたエネルギーを受け取り、この蓄積されたエネルギーを、反転電圧を生成するために利用するように構成されている。この反転電圧は、チャンバー１０４内において、アークを防止および／または消すのを補助するために、出力端子３０７・３１０間にわたって印加される。
【００２８】
この実施形態における制御モジュール３１２は、一般的に、アーク管理モジュール３００が、第１の動作モードにおいて、第１の極性を有する電圧を供給ケーブル１０６に供給する一方、第２の動作モードにおいて、供給ケーブル１０６に反転電圧を供給するように、シャントスイッチ３０２および電圧反転モジュール３０８を制御する構成になっている。図１に関連して説明された実施形態では、例えば、第１の動作モードにおいて、電力モジュール１０８からの電力が、第１の極性をもって、チャンバー１０４に供給される。また、図２に関連して説明された実施形態では、電源２０２からの電力が、第１の極性をもって、チャンバー１０４に供給される。
【００２９】
第２の動作モードを開始するために（例えば、アークが検出されたことに応じて、あるいは、周期的なクロック信号に応じて）、制御モジュール３１２は、シャントスイッチ３０２を閉じるように構成されている。そして、シャントスイッチ３０２が閉じるのと同時に、あるいはその後に、電圧反転モジュール３０８に対して、供給ケーブル１０６からエネルギーを受け取り、第１の極性とは反対の極性を有する電圧として出力端子３０７・３１０間にわたって印加される電荷を形成するように指示する構成に、制御モジュール３１２がなっている。代替的な実施形態では、シャントスイッチの開放の前に、供給ケーブル１０６からエネルギーを受け取るように電圧反転モジュール３０８が構成されている。
【００３０】
いくつかの実施形態における制御モジュール３１２は、メモリに格納されているプロセッサに読み込み可能な命令と、この命令を実行するように構成されたプロセッサとの組み合わせから実現されている。しかしながら、これは、必ず要求されるものではなく、他の実施形態では、制御モジュール３１２は、ハードウェアから実施されている。変化形では、制御モジュール３１２は、さらに、アーク検出部材（図示せず）を含んでいる。これは、電流変換器および／または電圧変換器および関連する制御ロジックを含むことのできるものである。
【００３１】
他の実装では、制御モジュール３１２は、周波数生成部材を含んでいる。これにより、制御モジュール３１２は、第１の動作モードと第２の動作モードとの間でシャントスイッチ３０２および電圧反転モジュール３０８を切り換える時期を決めるのに使用される、周期的なクロック信号を送ることが可能となる。例えばいくつかの実施形態では、制御モジュール３１２は、シャントスイッチ３０２および電圧反転モジュール３０８に対して、ほぼ５００Ｈｚと５００ｋＨｚとの間のレートで、スイッチングパルスを送るように構成されている。このレートは、例えば、特定の用途に依存する。
【００３２】
さらに他の実施形態では、制御モジュール３１２は、検出されたアークに反応するとともに、シャントスイッチ３０２および電圧反転モジュール３０８に対して、周期的なスイッチングパルスを出力するように構成されている。これらの実施形態では、電圧反転モジュール３０８は、アークを防止するとともに、もしアークが生じた場合には、アークに反応するように機能する。
【００３３】
電圧反転モジュール３０８は、一般的に、反転電圧を生成するために、供給ケーブル１０６からのエネルギーを利用するように説明されている。しかしながら、いくつかの実装（例えば、高電流の実装）では、実質的なエネルギー量が、シャントスイッチ３０２の正端子と負端子との間に形成されているループのインダクタンスにも格納されている。これは、供給ケーブル１０６、プラズマチャンバー１０４および電圧反転モジュール３０８を含むものである。さらに、プラズマチャンバーへ又はプラズマチャンバーからの電流フローの結果として蓄積されたエネルギーを使用するように、他の実装を利用することも考えられる。
【００３４】
次に、図４を参照すると、例えば、図１および図２に示されているアーク管理モジュール１１０・２１０の他の実施形態のブロック図３００が示されている。図示されているように、この実施形態におけるアーク管理モジュール４００は、電圧反転モジュール３０８と第１の出力端子３０７との間にインダクタ４０２が配置されている点を除いては、図３に関連して説明されたアーク管理モジュールとほぼ同様に構成されている。
【００３５】
動作中では、このインダクタ４０２は、チャンバー１０４から電圧反転モジュール３０８を介して第１の入力部３０４に電流が戻る第１の動作モード中にエネルギーを蓄積する。また、第２の動作モードでは、電圧反転モジュール３０８は、反転電圧を生成するために、インダクタ４０２および１１６の蓄積されたエネルギーを利用する。この反転電圧は、チャンバー１０４内において、アークを防止および／または消すのを補助するために、出力端子３０７・３１０間にわたって印加される。
【００３６】
この実施形態における１つの変化形では、インダクタ４０２内に蓄積されたエネルギーが、実質的に、ケーブル１０６内に蓄積されているエネルギーよりも大きくなるように、インダクタ４０２のサイズが決められている。その結果、ケーブル１０６からのエネルギーは、反転電圧を生成するのに使用されるエネルギーの比較的に小さい部分となる。
【００３７】
次に、図５Ａ〜５Ｈを参照すると、図３および図４の電圧反転モジュールにおける典型的な実施形態を示す概略図が示されている。図５Ａに示されている実施形態では、直列スイッチＳ２が、直列に組み合わされたキャパシタＣ１およびダイオードＤ１と並列となるように示されている。さらに、この直列スイッチＳ２は、また、直列に組み合わされた第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２、および第２のダイオードＤ２と並列となるように配置されている。図示されているように、第１の抵抗Ｒ１は、キャパシタＣ１の端子間にわたって配置されており、直列に組み合わされた第２の抵抗Ｒ２および第２のダイオードＤ２は、第１のダイオードの端子間にわたって配置されている。
【００３８】
いくつかの実施形態では、直列スイッチＳ２は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）によって実現されている。また、他の実施形態では、直列スイッチＳ２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。さらに他の実施形態では、直列スイッチＳ２を、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、金属酸化膜半導体制御サイリスタ（ＭＣＴ）、バイポーラスイッチ、あるいはシリコン制御調光器によって実施することも可能である。典型的な実施形態では、ダイオードＤ１・Ｄ２は、ファストリカバリー・ダイオードである。
【００３９】
この実施形態におけるキャパシタＣ１のサイズは、供給ケーブル１０６からのエネルギーを蓄積するとともに、直列スイッチＳ２全体に危険電圧を生じることなく、出力端子３０７・３１０間に電圧反転を生成するのに十分な大きさとなるように決められる。さらに、キャパシタＣ１は、また、キャパシタＣ１と供給ケーブル１０６のインダクタンス１１６との間の共鳴周波数がケーブル電流を０にするのを補助するようなサイズとなっている。一般的に、キャパシタＣ１間に印加される電圧が高くなるほど、アークは早く消失し、アークのエネルギーは小さくなる。
【００４０】
キャパシタＣ１の値に関して、最小値を、以下のように計算することが可能である。
【００４１】
【数１】
2010503967.tif 000002
ここで、ＶＣ１ｍａｘは、所望される最大の反転電圧であり、Ｉｍａｘは、出力ケーブル１０６を介する最大の出力電流である。ケーブル電流が０アンペアに到達するまでにかかる時間は、ケーブルのインダクタンス１１６がループのインダクタンスにおいて支配的であると仮定すると、およそ、以下のようになる。
【００４２】
【数２】
2010503967.tif 000003
ここで、Ｔｒｉｎｇは、リングアウト時間（ｒｉｎｇ  ｏｕｔ  ｔｉｍｅ）であり、Ｌ＿Ｃａｂｌｅは、供給ケーブル１０６のインダクタンス１１６である。結果として、Ｃ１のサイズを、ＶＣ１ｍａｘを含む複数の要因に基づいて、決定することが可能である。これらの要因は、逆スパッタリングを防止するため、有効な反転電圧をチャンバーに印加するように設定することが可能である。例えば、いくつかの実施形態では、ＶＣ１ｍａｘは、約１５０ボルトより小さい電圧に制限される。Ｃ１、ＩｍａｘおよびＶＣ１ｍａｘの特定の値は、特定の用途、使用されているチャンバーのタイプおよびケーブルのタイプを含む（しかし、勿論これらに限定されない）、複数の要因に依存して変化する可能性がある。けれども、一実施形態では、Ｃ１は１３マイクロファラッドのキャパシタによって実現され、Ｉｍａｘは１０００アンペアであり、ＶＣ１ｍａｘは１５０ボルトより小さくなっていた。
【００４３】
動作中では、シャントスイッチ３０２（図３および図４に示されている）が閉じているときに、キャパシタＣ１は、出力端子３０７・３１０間にわたって配置されている。このため、直列スイッチＳ２が開いたときに、供給ケーブル１０６からのエネルギーが、Ｄ１を介して、キャパシタＣ１を帯電し始める。いくつかの実施形態では、直列スイッチＳ２は、シャントスイッチ３０２が閉まった直後に開放される。また、他の実施形態では、直列スイッチＳ２は、シャントスイッチ３０２が閉まるのと同時に開放される。さらに他の実施形態では、直列スイッチＳ２は、シャントスイッチ３０２が閉まる直前に開放される。
【００４４】
キャパシタＣ１が帯電されると、それは、出力端子３０７・３１０間にわたって反転電圧を印加する（例えば、第２の出力端子３１０に対して相対的に正となる電圧を第１の出力端子３０７に印加する）。また、この反転電圧は、供給ケーブル１０６を通して、チャンバー１０４に印加される。このため、単にチャンバーに供給される電流を制限するシステムに比して、チャンバーの電流が、より速いレートで減少する。この実施形態における第１の抵抗Ｒ１は、直列スイッチＳ２がまだ開いているときには、供給ケーブル１０６に蓄積されているエネルギーを消散し始める。そして、直列スイッチＳ２が閉じた時点で、第２の抵抗が、キャパシタＣ１を放電する。
【００４５】
次に、図５Ｂを参照すると、ブロッキングダイオードＤ３を含む、電圧反転モジュールの他の実施形態が示されている。このブロッキングダイオードＤ３は、アークのエネルギーに実質的に影響することなく、出力端子３０７・３０８に見られる電圧反転を制限するように構成されている。必ず要求されるわけではないが、代替的な実施形態では、ブロッキングダイオードＤ３は、図５Ｃ〜５Ｈに示されている電圧反転モジュールにも付加されている。ブロッキングダイオードを付加することで、チャンバーに印加されるＶＣ１ｍａｘをより高くすることが可能となり、これは、アークのエネルギーを低減し、Ｔｒｉｎｇを減少するため、チャンバーのアノードにおける逆スパッタリングの防止につながる。
【００４６】
図５Ｃに示されているように、一実施形態では、電圧反転モジュールは、図５Ａに関連して説明された、第２の抵抗Ｒ２および第２のダイオードＤ２を備えることなく実現されている。その結果、この実施形態では、キャパシタＣ１は、Ｒ１を介して放電する。
【００４７】
図５Ｄは、図５Ａに関連して説明された第１の抵抗Ｒ１が除去された電圧反転モジュールを示している。このため、キャパシタＣ１は、第２の抵抗Ｒ２および第２のダイオードＤ２を介して放電する。
【００４８】
次に、図５Ｅに移ると、抵抗Ｒ１と直列になっているツェナーダイオードＤ４を含む電圧反転モジュールが示されている。このツェナーダイオードＤ４は、キャパシタＣ１の電圧を、ほぼ一定電圧に維持するように構成されており、また、いくつかの実施形態では、ピーク電圧に維持するように構成されている。
【００４９】
図５Ｆを参照すると、直列スイッチＳ２と平行に配置された、直列に組み合わされたキャパシタＣ１およびダイオードＤ１のみを含む、電圧反転モジュールが示されている。
【００５０】
図５Ｇに示されているように、一実施形態では、キャパシタＣ１に蓄積されているエネルギーを放電して電源（例えば電源２０２）の出力部に戻すために、放電モジュールが、キャパシタＣ１の両側に接続されている。
【００５１】
図５Ｈを参照すると、Ｃ１の電圧を制限するためにツェナーダイオードがＣ１およびＲ１と並列に配されている点を除けば、図５Ａに関連して説明された電圧反転モジュールと同様の電圧反転モジュールの実施形態が示されている。１つの変化形では、例えば、Ｃ１の電圧は、１５０ボルトより小さい電圧に制限される。
【００５２】
次に、図６を参照すると、プラズマチャンバーに電力を供給する方法にしたがって検討されたステップを示す、フローチャートが示されている。図６を参照するとともに、説明の便宜ために、図１〜５に関連して説明された実施形態についても同時に参照することとする。しかしながら、図６に示された方法は、必ずしも、既に説明した特定の実施形態に制限されるものではない。図６に示されているように、第１の極性を有する電力が、供給ケーブル（例えば、供給ケーブル１０６）を介して、プラズマチャンバー（例えば、プラズマチャンバー１０４）に供給される（ブロック６０２）。そして、アークの軽減あるいはアークの防止が所望された場合（ブロック６０４）、チャンバーに供給される第１の極性を有する電流が制限される（ブロック６０６）。
【００５３】
いくつかの実施形態では、アークを検出することにより、アークの軽減が望ましい状態となる。そして、その結果、これらの実施形態では、アークが検出されたときに、チャンバーに供給される第１の極性を有する電流が制限される。代替的な実施形態では、アークの形成を防止するために、チャンバーに供給される第１の極性を有する電流を、周期的に制限することが望ましい。これらの代替的な実施形態では、ブロック６０６〜６１０を、１秒間に複数回（例えば、５００Ｈｚと５００ｋＨｚとの間）実行することが可能である。
【００５４】
プラズマチャンバーへの電流を制限することに加えて、供給ケーブルからのエネルギーが、少なくとも一時的に、プラズマチャンバーにおいて逆極性の電圧を生成するために使用される（ブロック６０８）。そして、逆極性を有する電圧が、プラズマチャンバーに印加される（ブロック６１０）。図示されているように、逆極性を有する電流がチャンバーに供給された（ブロック６１０）後、第１の極性を有する電力が、再びチャンバーに供給される（ブロック６０２）。
【００５５】
以上のように、本発明は、とりわけ、プラズマ処理チャンバーに供給される電力を管理するためのシステムおよび方法を提供する。当業者であれば、本願明細書に記載した実施形態によって得られる結果とほぼ同一の結果を得るため、本発明、その使用および構成の面で多数の変化形および代替形を形成することが可能であることを容易に認識することが可能である。したがって、本発明を、開示された典型的な形態に限定する意図はない。多くの変化形、修正形および代替的な構成が、特許請求の範囲に表現されている本発明の範囲および精神内に含まれる。
【図１】
2010503967.tif 000004
【図２】
2010503967.tif 000005
【図３】
2010503967.tif 000006
【図４】
2010503967.tif 000007
【図５Ａ】
2010503967.tif 000008
【図５Ｂ】
2010503967.tif 000009
【図５Ｃ】
2010503967.tif 000010
【図５Ｄ】
2010503967.tif 000011
【図５Ｅ】
2010503967.tif 000012
【図５Ｆ】
2010503967.tif 000013
【図５Ｇ】
2010503967.tif 000014
【図５Ｈ】
2010503967.tif 000015
【図６】
2010503967.tif 000016
【国際調査報告】
2010503967.tif 000017