(57)【要約】【課題】高電圧と大電流のいずれにも対応可能であり、且つ迅速且つ的確なアーク遮断動作が可能な電源、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】負荷に対して順方向の直流電力を出力して定常運転を行い、前記負荷のインピーダンスの低下が生ずると前記負荷に対する前記順方向の直流電力の出力を遮断する消弧動作を行い、しかる後に順方向の直流電力の出力を再開する復旧動作を行う電源であって、交流電流を整流する第１のダイオードと、前記第１のダイオードにより整流された電流を平滑化するインダクタと、を有する複数の電源ブロックを備え、前記定常運転においては、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成し、前記復旧動作においては、前記複数の電源ブロックからの出力を直列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成することを特徴とする電源を提供する。【選択図】  図１
2005042129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して順方向の直流電力を出力して定常運転を行い、前記負荷のインピーダンスの低下が生ずると前記負荷に対する前記順方向の直流電力の出力を遮断する消弧動作を行い、しかる後に順方向の直流電力の出力を再開する復旧動作を行う電源であって、
交流電流を整流する第１のダイオードと、前記第１のダイオードにより整流された電流を平滑化するインダクタと、を有する複数の電源ブロックを備え、
前記定常運転においては、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成し、
前記復旧動作においては、前記複数の電源ブロックからの出力を直列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成することを特徴とする電源。
【請求項２】
前記復旧動作の終了時点において、前記負荷のインピーダンスの低下が解消している場合には、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより形前記定常運転を再開することを特徴とする請求項１記載の電源。
【請求項３】
負荷を流れる電流が一定値に至らないときまたは負荷に印加される電圧が一定値を超えたときに、前記複数の電源ブロックの接続を直列とすることを特徴とする請求項１または２に記載の電源。
【請求項４】
前記複数の電源ブロックの接続が直列の場合には、前記複数の電源ブロックのそれぞれの出力は、前記複数の電源ブロックが有する前記インダクタのいずれかを流れる電流値に基づいて制御され、
前記複数の電源ブロックの接続が並列の場合には、前記複数の電源ブロックのそれぞれの出力は、それぞれの電源ブロックが有する前記インダクタを流れる電流値に基づいてそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源。
【請求項５】
１つまたは複数の第１のスイッチング素子と、
１つまたは複数の第２のスイッチング素子と、
をさらに備え、
前記第１のスイッチング素子の閉動作により前記複数の電源ブロックの接続が直列とされ、
前記第２のスイッチング素子の閉動作により前記複数の電源ブロックの接続が並列とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電源。
【請求項６】
負荷に対して順方向の直流電力を出力して定常運転を行い、前記負荷のインピーダンスの低下が生ずると前記負荷に対する前記順方向の直流電力の出力を遮断する消弧動作を行い、しかる後に前記定常運転を再開する電源であって、
交流電流を整流する第１のダイオードと、前記第１のダイオードにより整流された電流を平滑化するインダクタと、を有する複数の電源ブロックを備え、
前記定常運転においては、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより前記順方向の直流電力が形成し、
前記消弧動作を実行後、前記定常運転を再開する前に、前記複数の電源ブロックのそれぞれからの出力を異なるタイミングで順次加算して並列出力することを特徴とする電源。
【請求項７】
前記消弧動作の後に、前記複数の電源ブロックのうちの一部の電源ブロックのみから順方向の直流電力を前記負荷に出力する復旧動作を実行することを特徴とする請求項６記載の電源。
【請求項８】
前記消弧動作は、前記順方向とは反対の逆方向の電圧を前記負荷に出力する動作を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の電源。
【請求項９】
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１〜８のいずれか１つに記載の電源を備え、
前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能としたことを特徴とするスパッタ用電源。
【請求項１０】
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１〜９のいずれか１つに記載の電源を備え、
前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能とし、
前記インピーダンスの低下は、前記スパッタの際のアーク放電の発生によるものであることを特徴とするスパッタ用電源。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のスパッタ用電源と、
前記ターゲットを収容可能とし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、
を備えた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、電源、スパッタ用電源及びスパッタ装置に関し、特に、順方向に電圧を印加した状態においてアーク放電などの突発的な短絡電流が発生した場合に、これを遮断するために逆方向に電圧を印加可能な電源、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、マイクロ波などの電磁波発生器、電力スイッチング装置などにおいて、電源の運転中に負荷側で突発的なインピーダンスの低下が生ずることがある。このインピーダンスの低下は、負荷側で、短絡的な突発電流が流れることなどによる。このような突発電流が生ずると機器の動作に弊害をもたらす場合が多いため、突発電流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、このような電源の具体例として、薄膜形成に用いるスパッタ用電源を例に挙げて説明する。
【０００３】
図１６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内を真空状態にした後、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】
なお、スパッタ動作中に、チャンバ１０１内でアーク放電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、チャンバの負荷インピーダンスが低下し、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、その部分から瞬間的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。
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。
従って、このようなアーク放電が発生した場合に、迅速且つ確実にアークを消弧できるアーク遮断機能を有するスパッタ用電源が必要とされている。
【０００７】
例えば、特許文献１乃至３には、アーク放電が発生すると、順方向電力の出力を遮断してアーク放電を消弧する電源が開示されている。
図１７は、このようなスパッタ用電源の一例を表す模式図である。
この電源は、制御された直流電流を出力する電源部ＤＣＰＦと整流インダクタＬ０とスイッチング部Ｑと遮断回路ＡＳとを有する。
【０００８】
この電源は、コンピュータやシーケンサなどの上位の制御装置ＭＣＵからの起動信号（ＲＵＮ）に応じて、電力の出力の有無が制御される。また、制御装置ＭＣＵからの電力設定進行（Ｐｓｅｔ）に応じてフィードバック制御を行い、適切な電流を出力する。
【０００９】
スパッタの開始時には、スイッチング部Ｑを開いた状態で、電源部ＤＣＰＦから直流電力をターゲット１０４及びチャンバ１０１に印加し、プラズマを点火する。
一方、スパッタ中にアーク放電が発生すると、チャンバのインピーダンスが低下する。すると、遮断回路ＡＳが、出力電圧の低下あるいは電流の増加としてこれを検出し、スイッチング部Ｑを閉じることにより電源部ＤＣＰＦからの出力を短絡して、チャンバへの出力を遮断する。遮断回路ＡＳは、所定の時間だけスイッチング部Ｑを閉じた後に、再びスイッチング部Ｑを開いて、チャンバへの電力の出力を再開させる。  そして、ここでアーク放電が消弧している場合には、そのままスパッタを再開する。一方、ここでアーク放電が消弧していない場合には、遮断回路ＡＳは再びスイッチング部Ｑを閉じて遮断動作を繰り返す。このようにして、アーク放電がなくなるまで、スイッチング部Ｑの開閉が繰り返される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２９８７５４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９８７５５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２３５１７０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６に表したようなスパッタ装置の場合、プラズマを形成するためにグロー放電を開始する時には、例えばマイナス１５００ボルト程度の高電圧を印加する必要がある。一方、プラズマが形成された後に印加する電圧は例えばマイナス７００ボルト程度であるが、スパッタを高速で実施するためには、例えば、数１０アンペアの大電流を流す必要が生ずる場合もある。
【００１２】
図１７に表したような電源を用いてスパッタリングを実施する場合、スパッタ開始時の高電圧を得るために、電源部ＤＣＰＦにおいては複数のインバータ出力ブロックを直列に接続する必要があるが、放電開始後の電圧はマイナス７００ボルト程度に低下するので、これらインバータを５０パーセント以下の低いデューティで運転させる必要がある。
【００１３】
すなわち、高電圧に対処するために複数のインバータを直列に接続すると、放電開始後には、その運転デューティを低くするため、インバータの使用効率が低く、装置も大規模化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、高電圧と大電流のいずれにも対応可能であり、且つ迅速且つ的確なアーク遮断動作が可能な電源、スパッタ電源及びスパッタ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の第１の電源は、負荷に対して順方向の直流電力を出力して定常運転を行い、前記負荷のインピーダンスの低下が生ずると前記負荷に対する前記順方向の直流電力の出力を遮断する消弧動作を行い、しかる後に順方向の直流電力の出力を再開する復旧動作を行う電源であって、
交流電流を整流する第１のダイオードと、前記第１のダイオードにより整流された電流を平滑化するインダクタと、を有する複数の電源ブロックを備え、
前記定常運転においては、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成し、
前記復旧動作においては、前記複数の電源ブロックからの出力を直列に結合することにより前記順方向の直流電力を形成することを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、高電圧と大電流のいずれにも対応可能であり、且つ迅速且つ的確なアーク遮断動作が可能な電源を提供することができる。
【００１７】
ここで、前記復旧動作の終了時点において、前記負荷のインピーダンスの低下が解消している場合には、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより形前記定常運転を再開するものとすることができる。
【００１８】
また、負荷を流れる電流が一定値に至らないときまたは負荷に印加される電圧が一定値を超えたときに、前記複数の電源ブロックの接続を直列とすることができる。
【００１９】
また、前記複数の電源ブロックの接続が直列の場合には、前記複数の電源ブロックのそれぞれの出力は、前記複数の電源ブロックが有する前記インダクタのいずれかを流れる電流値に基づいて制御され、
前記複数の電源ブロックの接続が並列の場合には、前記複数の電源ブロックのそれぞれの出力は、それぞれの電源ブロックが有する前記インダクタを流れる電流値に基づいてそれぞれ制御されるものとすることができる。
【００２０】
また、１つまたは複数の第１のスイッチング素子と、１つまたは複数の第２のスイッチング素子と、をさらに備え、
前記第１のスイッチング素子の閉動作により前記複数の電源ブロックの接続が直列とされ、
前記第２のスイッチング素子の閉動作により前記複数の電源ブロックの接続が並列とされるものとすることができる。
【００２１】
一方、本発明の第２の電源は、負荷に対して順方向の直流電力を出力して定常運転を行い、前記負荷のインピーダンスの低下が生ずると前記負荷に対する前記順方向の直流電力の出力を遮断する消弧動作を行い、しかる後に前記定常運転を再開する電源であって、
交流電流を整流する第１のダイオードと、前記第１のダイオードにより整流された電流を平滑化するインダクタと、を有する複数の電源ブロックを備え、
前記定常運転においては、前記複数の電源ブロックからの出力を並列に結合することにより前記順方向の直流電力が形成し、
前記消弧動作を実行後、前記定常運転を再開する前に、前記複数の電源ブロックのそれぞれからの出力を異なるタイミングで順次加算して並列出力することを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、高電圧と大電流のいずれにも対応可能であり、且つ迅速且つ的確なアーク遮断動作が可能な電源を提供することができる。
【００２３】
ここで、前記消弧動作の後に、前記複数の電源ブロックのうちの一部の電源ブロックのみから順方向の直流電力を前記負荷に出力する復旧動作を実行するものとすることができる。
【００２４】
また、前記消弧動作は、前記順方向とは反対の逆方向の電圧を前記負荷に出力する動作を含むものとすれば、迅速な回復が可能となる。
【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、上述のいずれかの電源を備え、前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能とし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、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、上述のいずれかの電源を備え、前記順方向の電力を前記ターゲットに与えて前記スパッタを実施可能とし、前記インピーダンスの低下は、前記スパッタの際のアーク放電の発生によるものであることを特徴とする。
【００２７】
一方、本発明のスパッタ装置は、上述のスパッタ用電源と、前記ターゲットを収容可能とし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、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
【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。
【００２９】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、複数のインバータ出力の接続関係を直列にも並列にも変えることができ、同時に迅速且つ的確なアーク遮断動作が可能な電源について説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態にかかる電源の要部を表す模式図である。
【００３１】
すなわち、同図は、図１６に表した電源に対して本実施形態を適用した具体例を表す。図１の電源の構成及び動作については、図１６に関して前述したものと同様の要素に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
本具体例の電源は、インバータ出力を含んだ２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を有する。それぞれの電源ブロックは、それぞれ別々のインバータ（図示せず）及び別々のトランス出力に結合されている。各電源ブロックは、整流器（ＤＢ１、ＤＢ２）と平滑用インダクタ（Ｌ１、Ｌ２）とを有する。これら電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１と直列接続用スイッチング素子Ｑ１２とに接続されている。
【００３３】
そして、グロー放電の点火時は、これら電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列に接続することより出力電圧を大きくすることができる。また一方、スパッタ時には、これら出力ブロックを並列接続して、出力電流の容量を大きくすることができる。
【００３４】
また、アークセンサ（Ａｓｅｎ）により、チャンバへの出力電圧と電流からアーク放電が検出されると、アークを遮断するための「アーク遮断動作」が開始される。「アーク遮断動作」の間は、「消弧期間」と「復旧期間」とが適宜繰り返される。まず、「消弧期間」の間、トランジスタＱ５、Ｑ６が開かれてインバータ出力が遮断される。同時に、スイッチング回路ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２が閉じられ、コンデンサＣ１からの逆方向電圧を出力することよりアーク放電を急速に遮断する。またこの時、スイッチング回路ＩＧＢＴ１、２によりそれぞれ閉回路を形成し、インダクタＬ１、Ｌ２の電流を保存する。
【００３５】
しかる後に、「復旧期間」の間、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は直列接続に変更され、チャンバ１０１に順方向電流が供給される。そして、アークが消失していれば、スパッタ動作を再開し、アークが消失していない場合には、再び「消弧期間」が再開されて逆方向電圧が出力される。
電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２の直列接続と並列接続を制御するスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の動作は、「アーク遮断動作」の際には、アークセンサ（Ａｓｅｎ）により起動されるタイマＴＭＲ１、ＴＭＲ２により管理される。この点については、後に詳述する。
【００３６】
一方、電源の起動時や定常運転時には、これらスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２の動作は、出力電流センサＣｓｅｎ１及び出力電圧センサＶｓｅｎの測定結果に基づいて制御される。すなわち、これらのセンサの計測結果をヒステリシス・コンパレータ（ｃｏｍｐ＋Ｈ）に入力し、所定値に到達したか否かを判断する。所定値に到達したことを表す到達信号には、ＲＣフィルタでサージ電流による誤動作防止を施して、直列運転用のＳＰ信号を生成する。
【００３７】
ＳＰ信号は、フォトカプラＰＣを介して、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２に供給される。ＳＰ信号がローレベル（ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ）の時は、直列接続用スイッチング素子Ｑ１２をオン（ＯＮ）し、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１をオフ（ＯＦＦ）する。一方、ＳＰ信号がハイレベル（ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ）の時は、直列接続用スイッチング素子Ｑ１２をオフし、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１をオンし、電流指令値を１／２に減じる回路を動作させる。
【００３８】
一方、それぞれの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２にはインダクタ電流をモニタするための個別電流センサＣｓｅｎ２、Ｃｓｅｎ３が設けられ、この測定結果に基づいて、電源はアーク遮断動作状態も含めた定電流制御を行うことができる。
【００３９】
以下、本実施形態の電源の動作について具体的に説明する。なお、以下の具体例は、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２の最大出力が、電流６アンペア、電圧７５０ボルトの場合である。
【００４０】
まず、起動から点火に至る動作は以下の如くである。すなわち、インバータの起動時は、電源からの出力電圧は０ボルト、出力電流は０アンペアなので、スイッチング素子Ｑ１１はオフで、スイッチング素子Ｑ１２はオンとされる。よって電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は直列接続され、点火電圧としては、例えば、最大でマイナス１５００Ｖを出力することができる。
【００４１】
放電が始まって電流が流れ始めて閾値０．６Ａを超えると、スイッチング素子Ｑ１１はオン、スイッチング素子Ｑ１２はオフとされる。この時、通常のスパッタ装置においては、出力電流は１．２アンペアから更に上昇する。
またここで、点火時の電源出力にはサージ電流が流れる場合が多いので、点火したか否かの判断は、出力電流が所定値を連続して超過する時間により行う。そして、放電を開始した電流が途切れないように、回路ブロックの接続切替はスイッチング素子により瞬時に行う。
【００４２】
スパッタが開始すると、電源はＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗａｖｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により所定の電力に達するようにインバータのデューティー比を調整する。スパッタ時の電源定格電流（６アンペア×２＝１２アンペア）に対して、並列接続に切り替える閾値を、例えば定格５パーセントの０．６アンペアとすることができる。並列接続時には、必要とされる出力電流センサＣｓｅｎ１の電流値の１／２を指令電流とし、それぞれの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は、この指令電流を得ることを目標に、それぞれのインダクタ電流を個別に帰還制御する。
【００４３】
また、スパッタ中に、適当なタイミングで一時的にスイッチング素子Ｑ５を開き、インダクタＬ１の電流で逆電圧源Ｃ１を充電する。
【００４４】
一方、スパッタ中にアーク放電が発生した場合には、アークセンサＡｓｅｎが出力電圧の低下によりアーク放電を検出する。すると、「アーク遮断動作」が開始される。
図２は、アーク遮断動作を説明するための概念図である。
すなわち、アーク遮断動作が開始されるとまず、タイマＴＭＲ１が起動されて「消弧期間」が開始される。「消弧期間」においては、タイマＴＭＲ１に接続されたフォトカプラＰＣを介して、並列接続用スイッチング素子Ｑ１１を開く。同時に、図１７に関して前述したように、トランジスタＱ５、Ｑ６を開いてインバータ出力を遮断するとともに、スイッチング回路ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を閉じて、コンデンサＣ１からの逆方向電圧を出力することよりアーク放電を急速に遮断する。この時、逆電圧源Ｃ１からの電流は、ＩＧＢＴ１、Ｑ１２、Ｃ２、ＩＧＢＴ２、出力ケーブル１２０Ｂ、１２０Ａを経てチャンバへ接続され、Ｃ２が充電されると逆電圧の出力が停止する。一方、スイッチング回路ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２によりそれぞれ閉回路を形成し、インダクタＬ１、Ｌ２の電流が保存される。
【００４５】
「消弧期間」は、タイマＴＭＲ１により管理され、その時間は例えば、３マイクロ秒とすることができる。「消弧期間」が終了すると、タイマＴＭＲ２が起動され、「復旧期間」が開始される。
「復旧期間」においては、トランジスタＱ５、Ｑ６を閉じ、スイッチング回路ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を開いて、チャンバに順方向電流を供給する。そして、所定の時間が経過した後に、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によりアーク放電の有無をモニタする。例えば、図２に表したように、「復旧期間」の最後にアークセンサによるモニタを実行することができる。ここで、「復旧期間」は、タイマＴＭＲ２により管理され、その時間は、例えば、３マイクロ秒とすることができる。
【００４６】
アークセンサによりモニタした結果、アーク放電が消失していると判断されれば、通常のスパッタ動作が再開される。一方、アーク放電が観察された場合には、再び「消弧期間」が開始され、アーク遮断動作が継続される。
【００４７】
さてここで、本実施形態の電源の場合、「復旧期間」において、２つの電源ブロックＰＢ１及びＰＢ２を直列に接続するか、それとも並列に接続するか、が重要である。
【００４８】
図３は、本発明者が本発明に至る過程で検討した動作モードを表すグラフ図である。
すなわち、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２がそれぞれ７５０ボルト、１アンペアづつ出力する場合について説明する。スパッタ時には、これらを並列接続して７５０ボルト２アンペアとして負荷へ供給する。負荷でアーク放電が発生すると出力電圧の絶対値の低下（例えば、およそマイナス８０ボルト）によりアークセンサ（Ａｓｅｎ）がそれを検出し、「消弧期間」が開始される。「消弧期間」においては、前述したように、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２のインバータ出力が遮断され、コンデンサＣ１から逆電圧が出力される。
【００４９】
所定時間の「消弧期間」が終了すると、「復旧期間」が開始され、チャンバに順方向電流が供給される。ここで、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を並列接続すると、通常のスパッタ時と同様に２アンペアが出力される。「復旧期間」の間は、放電電圧によらずタイマＴＭＲ２により管理される所定の時間（例えば、３マイクロ秒）、順方向電流がチャンバに供給され、所定のタイミングでアークセンサによるモニタが実行される。モニタした結果、放電電圧が回復すれば、そのまま出力を継続してスパッタが再開される。一方、復旧期間の終了時に電圧が回復していなければアーク放電と判定して「消弧期間」が再開される。
【００５０】
しかし、このように、「復旧期間」において、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を並列接続して、アーク放電が始まる直前の電流、すなわちスパッタ状態の電流をターゲットに出力する場合、アーク放電が完全に消弧していれば問題無いが、消弧できない場合、アーク点に大きな電流を投入することとなる。その結果として、投入した電力エネルギーでアーク点の温度をさらに上昇させてしまうので、「連続アーク」が助長され、アーク放電が消え難くなる。また、一度はアークが消弧できたとしても、アーク点が充分に冷却しない状態で大きな電流を与えると、アーク放電を再発させやすくなる。その結果として、チャンバ内に設置した非処理物や、スパッタ装置自体がアーク放電により被害を受ける可能性が高くなる。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、「復旧期間」においては、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列に接続し、電源からの電流出力を半分に低下させる。
【００５２】
図４は、本実施形態における電源の動作モードを表すグラフ図である。
すなわち、「復旧期間」においては、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列に接続し、電源からの電流出力をアーク発生前、すなわち通常のスパッタ状態の半分に低下させる。そして、「復旧期間」の終了時点においてアークセンサによりモニタしてアーク放電が検出されない場合には、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を並列接続にしてスパッタを再開する。これらの接続動作は、タイマＴＭＲ１、ＴＭＲ２により実行させることができる。
【００５３】
すなわち、「消弧期間」を規定するタイマＴＭＲ１の動作中は、フォトカプラＰＣを介して、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列接続するトランジスタＱ１２をＯＮとし（閉じる）、並列接続するトランジスタＱ１１をＯＦＦにする（開く）。またこの時、インダクタＬ１、Ｌ２と並列なトランジスタＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２はＯＮとし、トランジスタＱ５、Ｑ６はＯＦＦにする。これにより、チャンバには、逆方向電圧が印加される。
【００５４】
一方、「復旧期間」を管理するタイマＴＭＲ２の動作中は、フォトカプラＰＣを介して、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列接続するトランジスタＱ１２をＯＮし、並列接続するトランジスタＱ１１をＯＦＦにする。またこの時、インダクタＬ１、Ｌ２と並列なトランジスタＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２はＯＦＦとし、トランジスタＱ５、Ｑ６はＯＮにする。これにより、チャンバには、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２が直列接続されて順方向電流が印加される。
【００５５】
タイマＴＭＲ２がタイムアップしたら、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列接続するトランジスタＱ１２をＯＦＦし、並列接続するトランジスタＱ１１をＯＮにする。そして、アークセンサ（Ａｓｅｎ）がアーク放電を検出した場合には、再び「消弧期間」を開始する。
【００５６】
「消弧期間」中は、従来と変わらず出力電流が無くなるのでアーク発生点は冷却される。そして、「消弧期間」が終了して順方向出力を再開した時、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列接続で出力するので、出力電流は１アンペアになる。この時、図４に例示したように、アーク放電が継続していたとしても、アーク発生中のチャンバ電圧は一定なので、復旧期間中にアーク点に投入される電力は、並列接続した場合の半分（１／２）になる。「復旧期間」の終了時点でアークセンサによるモニタが実行され、アーク放電が検出されると、２回目の「消弧期間」が開始される。
図４に例示した２回目の「消弧期間」も１回目と同様の動作が実行される。そして、図４に表した具体例の場合、２回目の「復旧期間」においてアーク放電が消弧して放電電圧が上昇しているが、その「復旧期間」の間は、そのまま１アンペアを出力する。そして、２回目の「復旧期間」が終了した時点で、タイマＴＭＲ２のタイムアップにより、２つの電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２は、並列接続に変更される。この時、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によりモニタしてアーク放電が観察されないので、並列接続が維持されたまま、２アンペアのスパッタ出力が再開される。
【００５７】
以上説明した一連のアーク遮断動作の時間は、通常は短時間なのでインダクタＬ１、Ｌ２の電流はＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２により形成される閉回路に保存されており、大きな変動はない。従って、出力電流は速やかにもとの出力状態に復元される。
【００５８】
アーク放電が消弧すると、電源の動作はスパッタ状態に戻るが、コンデンサＣ２が逆電圧源Ｃ１で充電されているので、インダクタＬ２の電流はコンデンサＣ２を流れて放電しつつ、整流器ＤＢ２を流れ、全て放電するとダイオードＤＡ２を流れてコンデンサＣ２の逆充電を防止する。
【００５９】
一方、スパッタ中に雰囲気ガス圧力の変動などの原因により、プラズマが失火することかある。このような場合には、プラズマを再点火する必要がある。そこで、放電中の出力電圧が所定値を所定時間上回ったら失火と判断して、電源ブロックを直列接続させて点火動作に切り替える。スパッタ定格電圧であるマイナス７５０ボルトに対して、直列接続に切り替える閾値は、例えばマイナス１０００ボルトとすることができる。直列接続に切り替えると、電源の点火定格電圧を、マイナス７５０ボルト×２＝マイナス１５００ボルトとすることができる。
【００６０】
ここで、プラズマが失火する時、プラズマの衰退速度がインダクタ電流の減少より早いと、出力電圧は、インダクタ電流により急速に上昇して、並列接続時の最大値であるマイナス７５０Ｖを超過する。この時、電圧がさらに上昇して、例えばマイナス１０００Ｖに達すると、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２を直列接続に切り替える。
【００６１】
直列接続に切り替えると出力電流は切替前の１／２になるが、電源の出力耐圧が２倍になり、過電圧による電源ブロックの回路破損を防ぐことができる。
【００６２】
なお、図１に表した具体例の電源の場合、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２毎にインダクタ電流センサＣｓｅｎ２、Ｃｓｅｎ３を設け、これら電流センサの測定結果により、電源ブロックはアーク遮断時を含む定電流制御を行う。ここで、直列接続時の電流制御は、複数のインダクタ電流センサ（Ｃｓｅｎ２、Ｃｓｅｎ３）の平均値を採用するが、簡易的には、いずれか一つのインダクタ電流センサの計測値を用いても良い。
【００６３】
一方、並列接続時の電流制御は、指令電流を並列に接続した電源ブロックの数（図１の場合には２である）で分割し、ブロック毎のインダクタ電流センサ（Ｃｓｅｎ２、Ｃｓｅｎ３）を用いて制御する。
【００６４】
また、本実施形態の電源を複数台、並列に接続して動作させることもできる。
【００６５】
図５は、このような複数の電源を用いたスパッタ装置を表す模式図である。すなわち、本実施形態の電源１１０が複数台設けられ、これらの出力は並列に接続されてチャンバ及びターゲットに接続されている
このような複数台の並列運転の場合には、図２に例示したように、各電源１１０のＳＰ端子とグラウンド（ＧＮＤ）端子をそれぞれ並列に接続する。このようにすれば、電源１１０の何れかがその内部の電源ブロックを直列接続にした場合、ＳＰ信号がローレベルになるので、他の全ての電源１１０もその内部の電源ブロックを直列接続に切り替える。
【００６６】
このようにして、並列接続された電源１１０同士の出力電圧のバランスをとることができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、高電圧が必要だが電流が少なくてよいプラズマ点火時や失火時には、電源ブロックを直列接続するので、高い電圧を出力できる。一方、大電流が必要だが電圧が低くてよいスパッタ時には、電源ブロックを並列接続するので、直列動作時の２倍の電流容量が得られる。その結果として、インバータの運転効率が向上し、電源の小型化、低コスト化が可能となる。
【００６８】
またさらに、アーク放電を消去する「アーク遮断動作」において、「復旧期間」には、これら電源ブロックを直列に接続することにより、チャンバへの出力電流を抑制する。その結果、アーク発生点の温度上昇を抑制することができる。その結果として、その次に実行される「消弧期間」の逆電圧の印加によりアークを完全に消弧できる確率が高くなる。つまり、「スプラッシュ」などのアーク被害を最小限に食い止めることができる。
【００６９】
図６は、本実施形態の変形例の電源を表す模式図である。同図については、図１乃至図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。
【００７０】
本変形例の場合、図１に表した並列接続用スイッチング素子Ｑ１１を省略している。この場合には、スイッチング素子Ｑ１２のオン、オフにより、直列接続、並列接続を切り替えることができる。このようにしても、図１に関して前述したものと同様の効果が得られる。
【００７１】
一方、図１及び図６には２つの電源ブロックを有する電源を例示したが、本実施形態はこれには限定されない。
【００７２】
図７は、４つの電源ブロックを有する電源の初段部を表した模式図である。同図についても、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要素には同様の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７３】
本変形例の場合、４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４が、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４により接続されている。そして、直列接続時には、これら４つの電源ブロックを直列に接続して各ブロックの４倍の電圧を出力できる。一方、並列接続時には、これら電源ブロックを２台ずつ並列に接続し、各ブロックの２倍の電流容量と電圧とを出力することができる。
【００７４】
すなわち、点火時と、「アーク遮断動作」の「復旧期間」は、Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１２〜Ｑ１４を閉じ、Ｑ１１、ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４の出力を直列接続して高電圧を出力する。
【００７５】
また、スパッタ時は、Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１１を閉じ、Ｑ１２〜Ｑ１４、ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、２つの電源ブロックの出力を並列接続して電流容量を拡大し、かつその２組を直列接続して出力する。
【００７６】
インダクタＬ１の電流が規定値に達したらＱ５を開いて、Ｄ１を経て逆電源用コンデンサＣ１を規定の電圧（例えば、２００Ｖ）に充電する。
【００７７】
一方、スパッタ中にアーク放電が発生し、アークセンサがチャンバの電圧低下を出力電圧の低下として検知すると、「消弧期間」が開始され、スイッチング素子Ｑ１２〜Ｑ１４、ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を閉じ、Ｑ５〜Ｑ８を開いて出力電流を遮断する。さらにコンデンサＣ１からＩＧＢＴ１、Ｑ１２、Ｃ２、ＩＧＢＴ２、Ｑ１３、Ｃ３、ＩＧＢＴ３、Ｑ１４、Ｃ４、ＩＧＢＴ４の経路で逆電圧を出力してアーク放電を急速遮断する。
【００７８】
なお、アーク遮断中に逆方向アークが生ずると、逆方向電流によってコンデンサＣ２〜Ｃ４がＣ１の電圧まで充電され、逆方向電圧の出力がなくなるので逆方向アークの電流が遮断される。
【００７９】
タイマＴＭＲ１のタイムアップにより「消弧期間」が終了すると、次に、タイマＴＭＲ２が起動されて「復旧期間」に入る。「復旧期間」においては、Ｑ５〜Ｑ８、Ｑ１２〜Ｑ１４を閉じ、Ｑ１１、ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４を開いて、４つの電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４の出力を直列接続して順方向電流を出力する。アーク放電が発生している場合には、チャンバの電圧は一定になるので、直列接続により、チャンバ電流を抑制できる。
【００８０】
「復旧期間」の終了時にアークセンサ（Ａｓｅｎ）がアーク放電を検知したら、上述した「消弧期間」の動作を再開し、アーク放電を検知しなければ、Ｑ１２〜Ｑ１４を開いて、並列接続としてスパッタ電流を出力する。
【００８１】
以上説明した本変形例においても、高電圧が必要だが電流が少なくてよいプラズマ点火時や失火時、あるいは電流を抑制したい「復旧期間」には、４つの電源ブロックを直列接続するので、高い電圧を出力し、または出力電流を抑制できる。  一方、大電流が必要だが電圧が低くてよいスパッタ時には、４つの電源ブロックを２つずつ並列接続するので、直列動作時の２倍の電流容量が得られる。その結果として、インバータの運転効率が向上し、電源の小型化、低コスト化が可能となる。
【００８２】
なお、本実施形態は図示した具体例には限定されず、例えば、電源ブロックの数についても、２つあるいは４つ以外にも、任意の複数のブロックを用いてその接続関係を直接と並列に適宜変更することにより同様の効果が得られる。
【００８３】
（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、並列接続された複数の電源ブロックを用い、アーク消去後に徐々に電流を増加させる電源について説明する。
【００８４】
図８は、本実施形態にかかる電源の最も基本的な構成を例示する模式図である。同図については、図１乃至図７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。
本具体例の電源においては、第１の電源ブロックＰＢ１と第２の電源ブロックＰＢ２とは、並列に接続されている。これら電源ブロックの出力は、それぞれ遮断スイッチＱ１１、Ｑ１２により制御可能とされている。つまり、遮断スイッチＱ１１、Ｑ１２の開閉に応じて、対応する電源ブロックからの出力は、適宜遮断される。
【００８５】
そして、アークセンサ（Ａｓｅｎ）により起動されるタイマＴＭＲ１、ＴＭＲ２を介して、これら電源ブロックの遮断スイッチＱ１１、Ｑ１２が制御される。
【００８６】
図９は、本実施形態の電源の動作を説明するための概念図である。
また、図１０は、具体的な動作の一例を表す模式図である。
【００８７】
本実施形態の電源においては、定常運転中は、スイッチング素子ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２は開いた状態とされ、また、並列に接続された電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２に接続された遮断スイッチＱ１１、Ｑ１２は、閉じた状態とされ、これら電源ブロックからの出力が並列にチャンバに出力される。例えば、図８に例示した電源の場合、電源ブロックＰＢ１、ＰＢ２からそれぞれ１アンペアが出力され、これらの並列出力として２アンペアがチャンバに供給される。
【００８８】
そして、定常運転中にアーク放電が発生すると、アークセンサ（Ａｓｅｎ）がこれを検出し、アーク遮断動作が開始される。具体的には、まず、タイマＴＭＲ１が起動して「消弧期間」が開始される。「消弧期間」においては、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によるフィードバックは停止し、遮断スイッチＱ１１、Ｑ１２が開き、各電源ブロックからの出力が遮断される。そして、第１実施形態と同様に、スイッチング素子ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２が閉じて閉回路を形成することにより、インダクタＬ１、Ｌ２の電流が保存される。また、図示しない逆バイアス電源からチャンバに逆方向電圧が印加され、アーク放電が急速に遮断される。
【００８９】
タイマＴＭＲ１により管理される所定の時間（例えば、３マイクロ秒）が経過すると、タイマＴＭＲ２が起動して「復旧期間」が開始する。「復旧期間」においては、アークセンサ（Ａｓｅｎ）からのフィードバックは停止した状態のまま、まず、遮断スイッチＱ１１を閉じることにより、第１の電源ブロックＰＢ１から順方向電流が出力される。つまり、一回目の「復旧期間」において、いきなり全ての電源ブロックからの出力を並列に供給するのではなく、まず一部のみの電源ブロックからの出力のみをチャンバに供給する。
【００９０】
タイマＴＭＲ２により管理される所定の時間（例えば、３マイクロ秒）が経過すると、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によるモニタが実行され、「復旧期間」が終了する。ここでアーク放電が検出された場合には、再びタイマＴＭＲ１が起動し、「消弧期間」が開始される。つまり、全ての電源ブロックからの出力は遮断され、逆方向電圧がチャンバに印加される。
一方、アーク放電が検出されない場合には、「漸増期間」が開始される。この「漸増期間」は、タイマＴＭＲ２により継続して管理してもよく、または、図示しない第３のタイマを起動させることによって管理してもよい。
【００９１】
「漸増期間」においては、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によるフィードバックを継続しつつ、電源ブロックからの出力を順次チャンバに接続する。例えば、図１０に例示した如く、「漸増期間」において、遮断スイッチＱ１２を閉じることにより、第２の電源ブロックＰＢ２からの出力を並列に追加する。そして、アークセンサがアーク放電を検出しない場合には、順次、電源ブロックからの出力を追加する。全ての電流ブロックからの出力が並列にチャンバに接続された時に、「定常運転」が再開されることとなる。
【００９２】
また、この「漸増期間」にアークセンサがアーク放電を検出した場合には、再び「アーク遮断動作」が開始され、アーク放電が消弧したら「漸増期間」が開始される。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態によれば、アーク遮断動作において、アーク放電が消去されるまで「消弧期間」と「復旧期間」とが繰り返される。そして、「復旧期間」の終了時点でアークが消弧している場合には、アークセンサによるフィードバックを継続しつつ、「漸増期間」が開始される。「漸増期間」においては、複数の電源ブロックからの出力を順次追加して、チャンバに与える電流出力を漸増させる。このように、段階的に順方向電流を増加させることにより、アーク放電の発生点を急激に再加熱することを防ぎ、アークの再発や、連続アークの形成を効果的に阻止できる。
【００９４】
図１１は、本実施形態にかかる電源のもうひとつの具体例を表す模式図である。  すなわち、本具体例においては、ｎ個の電源ブロックＰＢ１〜ＰＢｎが並列に設けられている。それぞれの電源ブロックには、遮断スイッチＱ１１〜Ｑ（１＋ｎ）が設けられ、それぞれの出力を適宜遮断可能とされている。
【００９５】
これら遮断スイッチＱ１１〜Ｑ（１０＋ｎ）は、タイマＴＭＲ１、ＴＭＲ２により制御され、「アーク遮断動作」及び「漸増期間」において各電源ブロックからの出力が制御される。
【００９６】
図１２は、ｎ＝４すなわち、４台の電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４が設けられた場合の動作の一例を表す模式図である。
すなわち、定常運転の際には、これら４台の電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４からの出力は全てチャンバに供給される。例えば、１台あたり１アンペアの順方向電流を出力する場合には、定常運転の際には、４アンペアの順方向電流がチャンバに出力される。
【００９７】
そして、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によりアーク放電が検出されると、アーク遮断動作が開始される。すなわちまず、タイマＴＭＲ１が起動して１回目の「消弧期間」が開始する。「消弧期間」においては、全ての遮断スイッチＱ１１〜Ｑ１４は開き、電源ブロックからの出力は遮断される。そして、図示しない逆バイアス電源から逆方向電圧が出力され、アーク放電が消去される。
タイマＴＭＲ１により管理される所定の時間が経過すると、タイマＴＭＲ２が起動し、「復旧期間」が開始される。ここでまず、４台の電源ブロックのうちの１台、例えば、第１の電源ブロックＰＢ１のみからの順方向電流がチャンバに出力される。つまり、１アンペアの順方向電流が出力される。この動作は、遮断スイッチＱ１１を閉じることにより実行される。
【００９８】
タイマＴＭＲ２により管理される所定の時間が経過して「復旧期間」が終了する時点において、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によるモニタが実行される。ここで、図示したように、未だチャンバ電圧（絶対値）が低い場合には、アーク放電が継続していると判断され、再びタイマＴＭＲ１が起動して２回目の「消弧期間」が開始される。
【００９９】
２回目の「消弧期間」が終了すると、再びタイマＴＭＲ２が起動して２回目の「復旧期間」が開始される。この時に、再び、第１の電源ブロックＰＢ１のみが接続され、１アンペアの順方向電流がチャンバに出力される。そして、「復旧期間」の終了時点で、アークセンサによるモニタが実行される。この時点で、図示した如く、チャンバの電圧（絶対値）が上昇している場合には、アーク放電が消去したと判断され、「漸増期間」が開始される。
【０１００】
「漸増期間」においては、所定の時間間隔毎に、順次、電源ブロックからの順方向電流出力を追加する。すなわち、各電源ブロックの遮断スイッチを順次閉じる。その結果、チャンバに出力される順方向電流は、１アンペア、２アンペア、３アンペア・・と順次増加する。この動作は、遮断スイッチＱ１１〜Ｑ（１０＋ｎ）の制御により実行される。これらスイッチの制御は、タイマＴＭＲ２により実行させてもよく、または、図示しない第３のタイマなどの他の制御手段により実行させてもよい。
【０１０１】
「漸増期間」においては、アークセンサ（Ａｓｅｎ）によるモニタは継続する。アーク放電を検出した時には、速やかに「アーク遮断動作」が再開され、「消弧期間」が開始される。
一方、アーク放電が検出されない場合には、「漸増期間」が順次進行し、全ての電源ブロックからの出力がチャンバに接続されると、「定常運転」が再開される。すなわち、４アンペアの順方向電流が定常的に出力されることとなる。
【０１０２】
以上説明したように、本具体例においても、アーク遮断動作の後に、４台の電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４の全てをいきなり出力させず、順次出力を増加させることにより、アーク放電の再発を効果的に防止することができる。
【０１０３】
図１３は、アーク遮断動作において、「消弧期間」が３回繰り返された場合を表す模式図である。すなわち、本具体例は、４台の電源ブロックを有する電源を用いてスパッタ中にアーク放電が発生し、「消弧期間」と「復旧期間」が３回づつ繰り返された場合を例示する。このように、アーク放電が消去しにくいような場合でも、本実施形態によれば、「復旧期間」にチャンバに出力する順方向電流を少量に抑えているので、アーク発生点の再加熱を抑制し、アーク被害の拡大を最小限に抑えて、迅速なアーク遮断を可能としている。
【０１０４】
図１４は、「漸増期間」中にアーク放電が発生した場合を例示した模式図である。すなわち、本具体例の場合、最初のアーク放電は、２回の「消弧期間」により消去されているが、その後の「漸増期間」において、３アンペアの順方向電流の出力を開始した時点でアーク放電が再発し、再び、「アーク遮断動作」を実行している。このように、アーク消去後に、順方向電流を出力するとアーク放電が再発する場合がある。これに対して、本実施形態によれば、順方向電流を徐々に増加させることにより、アークの再発を極力抑制できるとともに、アークが再発した場合でも、そのアーク被害を最小限に食い止めることができる。
【０１０５】
（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、第１および第２の実施の形態に関して前述したいずれかの電源を用いたマグネトロン用の電源システムについて説明する。すなわち、マグネトロンに順方向電力を供給して発振動作を生じさせ、またその運転条件に応じて複数の電源ブロックを直列に接続したり並列に接続することができる。
【０１０６】
図１５は、本発明の電源をマグネトロンの発振に用いた構成を例示する概念図である。すなわち、同図は、マグネトロンを用いたマイクロ波発生システムを表す。
【０１０７】
このシステムの電源１１０は、所定の直流高電圧をマグネトロン２００に印加して発振させる。この電源１１０として、図１乃至図１４に関して前述した本発明の電源を用いることができる。マグネトロン２００の発振により生じたマイクロ波電力は、導波管を伝送路としてアイソレータ３１０、マイクロ波センサ３２０、マイクロ波整合器３４０を介して、負荷５００に供給される。また、センサ３２０からはフィードバック信号ＦＳが、電源１１０のインバータに与えられ、マイクロ波の出力電力の制御が行われる。
【０１０８】
このようなシステムの場合にも、マグネトロン２００の特性や状態あるいは要求されるマイクロ波の出力レベルや使用条件に応じて、突発電流が流れる場合があり得る。そのような場合に、その突発電流を遮断するための動作として、前述したアーク遮断動作と同様の動作をさせることができる。すなわち、「復旧期間」において、複数の電源ブロックを並列に接続して出力電流を抑制したり、または、予め並列に設けられた複数の電源ブロックを「漸増期間」において順次追加することにより、突発電流による被害を最小限に抑え、迅速且つ的確に復帰させることが可能となる。
【０１０９】
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。
【０１１０】
例えば、図１乃至図１４においては、２つあるいは４つの電源ブロックまたはインバータを設けた電源を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、これら以外の複数のインバータを設けた、いわゆる「多段インバータ構成」の電源についても同様に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【０１１１】
また一方、本発明の電源、スパッタ用電源及び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。
【０１１２】
より具体的には、例えば、スイッチング素子またはスイッチング回路としてＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の記号により例示したものや、保護用素子としてバリスタの記号により例示したものなどは、これら特定の電気素子には限定されず、同様の機能または作用を有する単一の電気素子あるいは複数の電気素子を含む電気回路として構成することができ、これらすべての変形は、本発明の範囲に包含される。
【０１１３】
また、同様に、インバータやコンパレータ、論理回路、保護回路などの具体的な構成や、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。
【０１１４】
また、本発明の電源は、スパッタ装置やマグネトロンの発振の他にも、各種のプラズマ応用機器や、レーザ発振、電力スイッチング装置などの各種の用途に用いて同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
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電源、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。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の電源ブロックの接続関係を直列にも並列にも可変とし、アーク遮断動作の「復旧期間」において、これら電源ブロックを並列接続として出力することにより、アークの再発を効果的に抑止し、アーク放電を迅速且つ的確に遮断して定常運転に復帰させることができる。
【０１１７】
また、本発明によれば、予め並列に設けられた複数の電源ブロックを「漸増期間」において順次追加することにより、アーク放電の再発を最小限に抑え、迅速且つ的確に定常運転状態に復帰させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる電源の要部を表す模式図である。
【図２】アーク遮断動作を説明するための概念図である。
【図３】本発明者が本発明に至る過程で検討した動作モードを表すグラフ図である。
【図４】本発明の実施形態における電源の動作モードを表すグラフ図である。
【図５】複数の電源を用いたスパッタ装置を表す模式図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例の電源を表す模式図である。
【図７】４つの電源ブロックを有する電源の初段部を表した模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる電源の最も基本的な構成を例示する模式図である。
【図９】本発明の実施形態の電源の動作を説明するための概念図である。
【図１０】具体的な動作の一例を表す模式図である。
【図１１】本実施形態にかかる電源のもうひとつの具体例を表す模式図である。
【図１２】ｎ＝４すなわち、４台の電源ブロックＰＢ１〜ＰＢ４が設けられた場合の動作の一例を表す模式図である。
【図１３】アーク遮断動作において、「消弧期間」が３回繰り返された場合を表す模式図である。
【図１４】「漸増期間」中にアーク放電が発生した場合を例示した模式図である。
【図１５】本発明の電源をマグネトロンの発振に用いた構成を例示する概念図である。
【図１６】ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタ装置の要部構成を表す模式図である。
【図１７】スパッタ用電源の一例を表す模式図である。
【符号の説明】
１００  基板
１０１  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  電源
１２０Ａ、１２０Ｂ  接続ケーブル
１５０  アーク放電
２００  マグネトロン
３１０  アイソレータ
３２０  マイクロ波センサ
３４０  マイクロ波整合器
５００  負荷
Ａｓｅｎ  アークセンサ
Ｃｓｅｎ１  出力電流センサ
Ｃｓｅｎ２、Ｃｓｅｎ３  インダクタ電流センサ
【図１】
2005042129.tif 000003
【図２】
2005042129.tif 000004
【図３】
2005042129.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005042129.tif 000009
【図８】
2005042129.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005042129.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005042129.tif 000015
【図１４】
2005042129.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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