(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源を用いたグロー放電装置におけるアーク判定方法において、
前記グロ−放電装置への進行波電圧をVf、反射波電圧をVrとした場合に、dVr/dt−dVf/dtが予め設定された第１レベル以上となると前記高周波電源に遮断パルスをＴ１時間だけ出力して前記グロー放電装置への給電をＴ１時間だけ停止した後、前記グロー放電装置への給電を再開し、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが予め設定された第２レベルより大きくなり、かつVf＞Vfmax×0.05となるとアーク放電が発生したと判定するアーク判定方法。
【請求項２】
高周波電源を用いたグロー放電装置におけるアーク判定方法において、
前記グロ−放電装置への進行波電圧をVf、反射波電圧をVrとした場合に、dVr/dt−dVf/dtが予め設定された第１レベル以上となると前記高周波電源に遮断パルスをＴ１時間だけ出力して前記グロー放電装置への給電をＴ１時間だけ停止した後、前記グロー放電装置への給電を再開し、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが予め設定された第２レベルより大きくなり、かつVf＞Vfmax×0.05となるとアーク放電が発生したと判定し、この判定によりアーク検出後再度Ｔ１時間だけ前記高周波電源からの給電を停止するようにしたアーク遮断方法。
【請求項３】
前記第１レベルはＶfmax×0.05〜Ｖfmax×0.2であり、第２レベルは0.5〜0.95である請求項１又は請求項２に記載のアーク判定方法。
【請求項４】
前記Vr／Vfが第２レベル以上の状態がＴ２時間以上継続するとアーク放電が発生したと判定する請求項１又は請求項２に記載のアーク判定方法。
【請求項５】
前記設定時間Ｔｏは前記遮断パルスの立下りから計時するようにした請求項１又は請求項２に記載のアーク判定方法。
【請求項６】
高周波電源を用いたグロー放電装置におけるアーク判定方法において、
グロー放電装置への進行波電圧をVf、反射波電圧をVrとした場合に、Ｖｒ／Ｖｆが予め設定されたレベル以下でグロー放電装置の負荷のインピーダンスマッチングが取れたことを判定し、その後Ｖｒ／Ｖｆが予め設定されたレベル以上で、かつVf>Vfmax×0.05となるとアーク放電が発生したと判定し、この判定によりアーク検出後Ｔ１時間だけ前記高周波電源からの給電を停止した後、前記グロー放電装置への給電を再開し、設定時間Ｔｏ以内に前記Vr／Vfが予め設定されたレベル以上で、かつVf>Vfmax×0.05となるとアーク放電が再度発生したと判定するようにしたアーク判定方法。
【請求項７】
高周波電源を用いたグロー放電装置におけるアーク判定方法において、
グロー放電装置への進行波電圧をVf、反射波電圧をVrとした場合に、Ｖｒ／Ｖｆが予め設定されたレベル以下でグロー放電装置の負荷のインピーダンスマッチングが取れたことを判定し、その後Vr／Vfが予め設定されたレベル以上で、かつVf＞Vfmax×0.05となるとアーク放電が発生したと判定し、この判定によりアーク検出後Ｔ１時間だけ前記高周波電源からの給電を停止した後、前記グロー放電装置への給電を再開し、設定時間Ｔｏ以内に前記Vr／Vfが予め設定されたレベル以上で、かつVf>Vfmax×0.05となるとアーク放電が再度発生したと判定し、この判定によりアーク検出後Ｔ１時間だけ前記高周波電源からの給電を再度停止するようにしたアーク遮断方法。
【請求項８】
前記インピーダンスマッチングが取れたことを判定するレベルは0.05〜0.5であり、前記アーク放電が発生したと判定するレベルは0.5〜0.95である請求項６又は請求項７に記載のアーク判定方法。
【請求項９】
高周波電源から電力計、インピーダンス・マッチング回路を介して供給されるグロー放電装置と、
前記電力計から取り出された進行波電圧Vf、反射波電圧Vrの関係dVr/dt−dVf/dtが予め設定された第１レベル以上となると高周波電源に遮断パルスをＴ１時間だけ出力する第１の遮断パルス出力部と、
第１の遮断パルス出力部から遮断パルスが出力され前記高周波電源の供給がＴ１時間だけ停止された後、前記高周波電源の供給を再開し、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが予め設定された第２レベルより大きく、かつVf＞Vfmax×0.05となると再度遮断パルスをＴ１時間だけ前記高周波電源に出力する第２の遮断パルス出力部を具備した高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１０】
前記第１レベルはＶfmax×0.05〜Ｖfmax×0.2であり、前記第２レベルは0.5〜0.95である請求項９に記載の高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１１】
前記第２の遮断パルス出力部は、前記Vr／Vfが前記第２レベル以上の状態がＴ２時間以上継続するとアーク放電が発生したと判定する請求項９に記載の高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１２】
前記設定時間Ｔｏは前記遮断パルスの立下りから計時するようにした請求項９に記載の高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１３】
高周波電源から電力計、インピーダンス・マッチング回路を介して供給されるグロー放電装置と、
前記電力計から取り出された進行波電圧Vf、反射波電圧Vrの関係Vr／Vfが予め設定されたレベル以下となると負荷のマッチングが取れたことを記憶するマッチング記憶部と、
このマッチング記憶部に負荷のマッチングが取れたことが記憶されている間にVr／Vfが予め設定されたレベル以上となり、かつVf＞Vfmax×0.05となると前記高周波電源の供給がＴ１時間だけ停止された後、前記高周波電源の供給を再開し、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが予め設定されたレベル以上で、かつVf＞Vfmax×0.05となると再度遮断パルスをＴ１時間だけ前記高周波電源に出力するように構成されている遮断パルス出力部を具備した高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１４】
高周波電源から電力計、インピーダンス・マッチング回路を介して供給されるグロー放電装置と、
前記電力計から取り出された進行波電圧Vf、反射波電圧Vrの関係Vr／Vfが予め設定されたレベル以下となると負荷のマッチングが取れたことを記憶するマッチング記憶部と、
このマッチング記憶部に負荷のマッチングが取れたことが記憶されている間にVr／Vfが予め設定されたレベル以上となり、かつVf＞Vfmax×0.05となると遮断パルスを前記高周波電源に出力する遮断パルス出力部を具備し、この遮断パルス出力部は前記高周波電源の供給がＴ１時間だけ停止された後、前記高周波電源の供給を再開する手段と、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが予め設定されたレベル以上で、かつVf＞Vfmax×0.05となると再度遮断パルスをＴ１時間だけ前記高周波電源に出力する手段とを含んで構成されている高周波アーク放電抑制装置。
【請求項１５】
前記負荷のマッチングが取れたことを示すレベルは0.05〜0.5であり、前記遮断パルスを出力するＶｒ／Ｖｆのレベルは0.5〜0.95である請求項１３又は請求項１４に記載の高周波アーク放電抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、高周波スパッタリングや高周波エッチング装置のグロー放電を止めないで、持続するアーク放電を抑制することができるアーク判定方法及び高周波アーク放電抑制装置に関する。
【０００２】
背景技術
例えばスパッタリング装置においては、所定空間においてグロー放電を行なうが、とくに絶縁物などをスパッタリングするには高周波電源を用いて給電する。この高周波スパッタリングでは、そのグロー放電による処理中に突然アーク放電に移行し、試料にダメージを与えることがある。一般的に、電力が大きくなるとアーク放電が発生しやすくなる。すなわち電力を増加してスパッタ速度を大きくしていくと、アーク発生が少ない領域からアークが生じてもすぐに消えない領域となり、さらに大きくしていくと連続してアーク放電し消えない領域となる。
【０００３】
そこで、グロー放電からアーク放電の移行を検出すると、２００μ秒給電を停止するようにしたグロー放電装置におけるアーク放電抑制装置が知られている。
【０００４】
しかし、この装置のように、２００μ秒給電を停止すると、アーク放電だけなくグロー放電も停止してしまうという問題があった。
【０００５】
このため、図５に示す特開平２０００−１３３４１２号公報に示すように、グロー放電からアーク放電の移行を検出すると、５μ秒だけ給電を停止させるようにしたグロー放電装置におけるアーク放電抑制装置が知られている。
【０００６】
以下、図５を参照して説明する。図５において、ＰＳは１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を出力する高周波電源である。この高周波電源ＰＳは、同軸ケーブル、電力計ＣＭ、同軸ケーブル、インピーダンスマッチング回路ＩＭ、直流カットキャパシタＣｃを介してターゲットＴおよびチャンバＣＨに接続されて、高周波電源ＰＳからターゲットＴ−チャンバＣＨ間に給電される構成となっている。ここで、ＧＤはグロー放電装置である。
【０００７】
そして、電力計ＣＭから取り出した進行波電力及び反射波電力の替わりに、反射波電圧Ｖｒおよび進行波電圧Ｖｆをそれぞれアンプ１，２に入力し、さらに微分回路３，４を介してコンパレータ５に入力させている。そして、dVr／dt−dVf／dtがレベル設定部６で設定された第１レベル、例えば０．２以上となると、コンパレータ５からＨレベル信号がモノマルチ回路Ｍ／Ｍに出力され、このモノマルチ回路Ｍ／ＭからＴ１時間例えば５μ秒のアークカットパルスが高周波電源ＰＳに出力する構成となっている。
【０００８】
つまり、図４Ａのａで示すように、反射波電圧Ｖｒのピークがあると、図４Ｂに示すようにアークカットパルスが高周波電源PSに出力されて、高周波電源ＰＳからターゲットＴ−チャンバＣＨ間への給電が停止される。この結果、アークカットパルスを出力した後に反射波電圧Ｖｒがｂに示すように変化してもアーク放電の検出を行なうことはできなかった。これは、反射波電圧Ｖｒ及び進行波電圧Ｖｆがいずれも上昇しているため、dVr／dt−dVf／dtが第１レベルを超えないからである。また、ｃに示すようにアークが持続してしまい反射電圧Ｖｒがあるレベルを保っている場合にもアーク放電の検出を行なうことはできなかった。これは、反射波電圧Ｖｒ及び進行波電圧Ｖｆがあるレベルを保っていると、微分値は０となってしまい、dVr／dt−dVf／dtがレベル設定部６で設定された第１レベル以上とはならないため、アーク放電の検出を行なうことはできなかった。
【０００９】
発明の開示
本発明の目的は、グロー放電を止めないで持続するアーク放電を抑制することができるアーク判定方法及び高周波アーク放電抑制装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の一実施の形態のアーク判定方法は、高周波電源を用いたグロー放電装置におけるアーク判定方法において、
前記グロ−放電装置への進行波電圧をVf、反射波電圧をVrとした場合に、dVr/dt−dVf/dtが第１レベルより大きくなると前記高周波電源に遮断パルスをＴ１時間だけ出力して前記グロー放電装置への給電を停止した後、設定時間Ｔｏ以内にVr／Vfが第２レベル以上となるとアーク放電が発生したと判定している。
【００１１】
即ち、本発明の一実施の形態のアーク判定方法によれば、グロー放電を止めないで持続するアーク放電を抑制することができるアーク判定方法を提供することができる。
【００１２】
発明を実施するための最良の形態
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図１を参照して説明する。図１において、図５と同一部分には同一番号を付しておく。
【００１３】
つまり、ＰＳは１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を出力する高周波電源である。この高周波電源ＰＳは、同軸ケーブル、電力計ＣＭ、同軸ケーブル、インピーダンスマッチング回路ＩＭ、直流カットキャパシタＣｃを介してターゲットＴおよびチャンバＣＨに接続されて、高周波電源ＰＳからターゲットＴ−チャンバＣＨ間に給電される構成となっている。ここで、ＧＤはグロー放電装置である。
【００１４】
放電装置ＧＤにおいてグロー放電が行なわれている間、高周波電源ＰＳから放電装置ＧＤへは、できる限り反射波電力が少なくかつ進行波電力が大きくなるように給電が行われ、反射波電力、進行波電力ともに大きな変化をしない。これに対して、放電装置ＧＤでアーク放電が生じると、反射波電力が急増し、この変化によってアーク放電の発生を検出することができる。
【００１５】
一方、アーク放電が発生すると進行波電力は減少する。したがって、反射波電力が急増したこととによってアーク放電への移行を検出することができる。
【００１６】
電力計ＣＭは反射波電力及び進行波電力の替わりに、反射波電圧Ｖｒおよび進行波電圧Ｖｆをそれぞれアンプ１，２に出力する。これら反射波電圧Ｖｒおよび進行波電圧Ｖｆはさらに微分回路３，４を介してコンパレータ５に入力される。これは、放電装置ＧＤ内でアーク放電が発生すると、反射波電力と同様に反射波電圧Ｖｒが上昇し、進行波電力と同様に進行波電圧Ｖｆは下降するためである。コンパレータ５及びこのコンパレータ５に接続される回路により第１の遮断パルス出力部が構成される。
【００１７】
そして、dVr／dt−dVf／dtがレベル設定部６で設定された０．２（第１レベル）以上となると、コンパレータ５からＨレベル信号がオア回路１１を介してモノマルチ回路Ｍ／Ｍに出力される。このモノマルチ回路Ｍ／ＭからＴ１時間例えば５μ秒のアークカットパルス（遮断パルス）ＡＣＰが高周波電源ＰＳに出力される。
【００１８】
さらに、アンプ１から出力される反射波電圧Ｖｒはコンパレータ１２の＋端子に入力され、アンプ２から出力される進行波電圧Ｖｆは分圧抵抗ｒ１により進行波電圧Ｖｆが１／２されてコパレータ１２の−端子に入力される。
【００１９】
コンパレータ１２は反射波電圧Ｖｒが進行波電圧Ｖｆの１／２より大きくなると、アーク放電が発生したことを検出している。つまり、Ｖｒ／Ｖｆ＞０．５（第２レベル）となるとＨレベル信号を出力する。
【００２０】
コンパレータ１２の出力は抵抗ｒ２、コンデンサｃ１よりなる時刻Ｔ２を計数するタイマ１３を介してシュミットトリガ回路１４に入力される。この時刻Ｔ２は例えば１μ秒に設定されている。
【００２１】
さらに、シュミットトリガ回路１４の出力はアンド回路１５の一入力端に入力される。
【００２２】
さらに、アンプ２から出力される進行波電圧Ｖｆはコンパレータ１６の＋端子に入力される。このコンパレータ１６の−端子には、進行波電圧Ｖｆの最大値Ｖfmax（＝１０Ｖ）を０．０５倍した値、つまり０．５Ｖが入力されている。
【００２３】
このコンパレータ１６は、Ｖｆ＞０．５ＶであるとＨレベル信号をアンド回路１５の一入力端子に出力する。ここで、Ｖｆ＞０．５Ｖということは高周波電源ＰＳから電力が出力されていることを意味する。
【００２４】
さらに、モノマルチ回路Ｍ／Ｍの出力は抵抗ｒ３，ｃ２のよりなるタイマ回路１７を介して接地される。そして、コンデンサｃ２の非接地端子はシュミットトリガ回路１８を介してアンド回路１５の一入力端子に入力される。つまり、タイマ回路１７はアークカットパルスＡＣＰが立ち下ってからＴｏ時間（例えば２０μ秒）だけアンド回路のゲートを開くように機能する。そして、アンド回路１５の出力はオア回路１１の一入力端子に入力される。なお、破線A内がアーク判定回路である。また、アンド回路１５及びアンド回路１５の入力側に接続される回路により第２の遮断パルス出力部が構成される。
【００２５】
次に、本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。
【００２６】
まず、放電装置ＧＤ内においてグロー放電がアーク放電に移行すると、進行波電圧Ｖｆは下降し、反射波電圧Ｖｒは図４Ａのａに示すように上昇する。従って、コンパレータ５はＨレベル信号を出力した時刻ｔ１の時点からＴ１時間だけアークカットパルスＡＣＰが高周波電源ＰＳに出力され、給電がＴ１時間だけ停止される。
【００２７】
そして、このＴ１時間の給電停止が終了すると、再度高周波電源ＰＳは給電を開始する。この給電の開始はコンパレータ１６がＨレベルとなることにより検出される。
【００２８】
さらに、このＴ１時間の給電停止が終了した時点、つまりアークカットパルスＡＣＰが立ち下がった時点からＴｏ時間はタイマ回路１７によりアンド回路１５のゲートが開かれている。
【００２９】
さらに、反射波電圧Ｖｒが０．５Ｖｆより大きくなる（図４Ａのｃ）と、コンパレータ１２の出力はＨレベル状態となる。そして、コンパレータ１２の出力がＨレベル状態となってからタイマ１３で計数されるＴ２時間経過すると、シュミットトリガ回路１４からＨレベル信号が出力される。この結果、アンド回路１５の論理積条件が成立すると、アンド回路１５からＨレベル信号がオア回路１１を介してモノマルチ回路Ｍ／Ｍに出力される。従って、再度アークカットパルスＡＣＰが高周波電源ＰＳに出力されて、給電がＴ１時間だけ停止される。
【００３０】
このように再度のアークカットパルスＡＣＰを出力し、アークカットパルスＡＣＰの立ち下りからＴｏ時間にアーク放電が検出されると、アンド回路１５の論理が成立してアークカットパルスＡＣＰが出力される。
【００３１】
以下、アーク放電がなくなるまで、アークカットパルスＡＣＰが出力される。
【００３２】
このようにして、この第１実施の形態においては、コンパレータ５の出力を監視することによりアーク放電を検出した後も、アンド回路１５の論理条件を検出することにより、アークが持続した場合には、アーク放電が消滅するまで、アークカットパルスＡＣＰを出力し続けることにより、持続するアーク放電を確実に消滅させることができる。
【００３３】
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。図２において、図１と同一部分について同一番号を付しその詳細な説明については省略する。
【００３４】
図２の回路は、図１のアーク判定回路Ａの別の例を示す回路図である。ここで、コンパレータ１２、１６の入力は図１と同じである。
【００３５】
この図２の回路はマッチングが取れたことを検出するためにコンパレータ２１を設けた。
【００３６】
つまり、このコンパレータ２１の＋端子にはアンプ２から出力される進行波電圧Ｖｆが分圧抵抗ｒ４により１／１０されて入力されている。つまり、このコンパレータ２１はＶｒ／Ｖｆ＜０．１（第３レベル）となると、マッチングが取れたと判定してＨレベル信号を出力する。
【００３７】
さらに、コンパレータ１６及び２１の出力はアンド回路２２に入力される。このアンド回路２２の出力はＳ−Ｒ型フリップフロップ２３のＳ端子に入力される。つまり、Ｓ−Ｒ型フリップフロップ２３はコンパレータ１６及び２１の出力レベルの論理積が成立するとセットされる。
【００３８】
さらに、Ｓ−Ｒ型フリップフロップ２３のＱ出力はアンド回路２４の一入力端子に入力される。ここで、コンパレータ１６及びシュミットトリガ回路１４の出力はいずれもアンド回路２４の一入力端子に入力されている。
【００３９】
アンド回路２４の出力はモノマルチ回路Ｍ／Ｍに出力され、このモノマルチ回路Ｍ／ＭからアークカットパルスＡＣＰが高周波電源ＰＳに出力される。
【００４０】
次に、上記のように構成された本発明の第２の実施の形態の動作について説明する。
【００４１】
つまり、この第２の実施の形態では、マッチングが取れたことをＳ−Ｒ型フリップフロップ２３で記憶しておくようにしたので、図１のＤに示した微分方式の回路を不要とすることができる。
【００４２】
その以外の動作、つまり、コンパレータ１２，１６の論理条件が成立したときのアークカットパルスＡＣＰの出力は第１の実施の形態で説明した動作と同様である。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施の形態にいて図３を参照して説明する。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の回路は図２のアンド回路２２と２４との間に抵抗ｒ５、コンデンサｃ３よりなるタイマ回路２５とシュミット回路２６を直列に接続している。
【００４４】
この第３の実施の形態では、図２のアンド回路２２と２４との間に抵抗ｒ５、コンデンサｃ３よりなるタイマ回路２５とシュミット回路２６を直列に接続することにより、マッチングがゆっくりずれて「Ｖｒ／Ｖｆ＞０．５」となった場合に、アークカットパルスＡＣＰを出力させないようにすることができる。
【００４５】
なお、前述した実施例においては、タイマ回路１３でＴ２時間を計数するようにしたが、このタイマ回路１３を設けなくても良い。
【００４６】
なお、前述した設定時間Ｔｏは５〜１００μ秒であれば良く、Ｔ１時間は２〜１０μ秒であれば良く、Ｔ２時間は０．５〜５μ秒であれば良く、第１レベルはＶfmax×0.05からＶfmax×0.2程度で良く、第２レベルは０．５〜０．９５で良く、第３レベルは0.05〜０．５であれば良い。好ましくは、第１レベルはＶfmax×０．２、第２レベルは０．５、第３レベルは０．１であれば良い。
【００４７】
さらに、Ｖf＞Ｖfmax×0.05をアーク判定の論理積条件として追加しても良い。
【００４８】
産業上の利用可能性
本発明によれば、グロー放電を止めないで持続するアーク放電を抑制することができるアーク判定方法及び高周波アーク放電抑制装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る高周波アーク放電抑制装置の構成を示す図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態に係る高周波アーク放電抑制装置の構成を示す図である。
【図３】  本発明の第３の実施の形態に係る高周波アーク放電抑制装置の構成を示す図である。
【図４Ａ】  本願発明及び従来の動作を示す動作波形図である。
【図４Ｂ】  本願発明及び従来の動作を示す動作波形図である。
【図５】    従来の高周波アーク放電抑制装置の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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