TWI275656B - Power supply for discharge, power supply for sputtering, and sputtering system - Google Patents

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TWI275656B
TWI275656B TW092114754A TW92114754A TWI275656B TW I275656 B TWI275656 B TW I275656B TW 092114754 A TW092114754 A TW 092114754A TW 92114754 A TW92114754 A TW 92114754A TW I275656 B TWI275656 B TW I275656B
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Noboru Kuriyama
Kazuhiko Imagawa
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Shibaura Mechatronics Corp
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Description

1275656 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與放電用電源、濺鍍用電源及濺鍍裝置有關， 且特別與在防止電弧放電發生的同時，施加DC(Direct Current，直流）電壓，來進行安定之電漿放電或輝光放電之 放電用電源、濺鍍用電源及濺鍍裝置有關。 【先前技術】 在各種電漿應用機器或輝光放電應用機器等方面，在放 電中如產生電弧放電，則往往會對機器之動作造成不I影 響；因此，需要用到可確實迅速切斷電弧放電之放電用電 源的情形相當多。以下，在具體實例方面，係以用於薄膜 形成之濺鍍裝置為例，來進行說明。 圖11係D C錢艘裝置之要部結構之模式圖。該丨賤錢裝置係 具有真空處理室101及濺鍍用DC電源110。電源Π0之陽極係 介以連接線120A與處理室101連接，且被設定為接地電位。 另一方面，電源110之陰極係介以連接線12〇b，與設置於處 理室1 0 1内之濺鍍標乾1 〇 4連接。又，在處理室1 〇 1之内部係 設置有用於沉積薄膜之基板100。 在進行成膜之際，首先，利用真空排氣泵1〇6把處理室1〇 j 内抽吸為真空狀態，接著從氣體供給源1〇7導入放電氣體氬 (Ar)等，使處理室1〇1内維持特定之放電壓力。然後，利用 電源110在標靶104和處理室101之間施加電場，來產生輝光 放電1 08。如此一來，在放電空間中所形成之電漿中，正離 子會衝撞標靶104之表面，釋放出使標靶1〇4之原子。利用 85652 !275656 電孤放電。 (5)周期性啟動開關元件，施加逆電壓，來抑制電弧放電。 在前述各方法中，有關使用開關元件之方法，係本發明 之發明者揭示於日本國特許第2835322號公報及日本國特 許第2 8 3 5 3 2 3號公報中者。 另一方面，上述（1)之方法由於會使濺鍍中斷，故有造成 產量下降的問題。 相對的，在上述（2)之方法方面，由於未使用開關元件等 來抑制電弧放電’就此點而言，可使裝置結構簡易化。亦 即’如在DC電源之輸出端設置LC共振電路，當產生電弧放 電時’則可利用其開關作用來產生振動電流。當該振動電 /瓦♦越Ο A (零安培）而變為逆方向時，由於電孤放電之整流 作用（由於僅由熱點放出熱電子，當施加逆電壓時電流並不 流動），可使電流停止，把電弧消除。 然而’根據本發明之發明者獨自的研究發現，如放電用 電源中具有以前述振動電流來消除電弧放電之機構的情形 時’在該動作方面仍然有改善的餘地。 亦即’在使用上述LC共振電路之DC電源的情形時，可把 定電力控制動作、額定電流極限動作及額定電壓極限動作 進行組合’來進行訊號優先之動作控制；而該訊號係可使 前述各者中任一個之輸出為最小者。 亦即’在上述動作控制的情形，如濺鍍電壓低時，則流 過的電流係被控制為下列較小之一方：在定電力控制動作 上之相稱值’或党額定電流極限動作所限制之彳直。 85652 1275656 相對的’為了以振動電路來消除電彳瓜，振動電流之振幅 必須大於濺鍍電流，並產生低於〇 A之電流振動才行；而該 振動電流之振幅，係依照由濺鍍電壓向電弧電壓遷移時產 生的LC電路常數來決定。 為了產生上述大振動電流，在此舉出下列兩種方法： 第一種方法為，使用合乎如下條件之LC常數，該條件係 即使在低濺鍍電壓（譬如，200伏）時，也可獲得與額定電流 極限動作對應之大電流振幅。 第二種方法為，電力額定之可變控制方法；其係把Lc常 數設定為’當在通常之濺鍍電壓之範圍内之較低值（譬如， 400伏）時’可獲得與額定電流極限對應之電流振幅；而在 低於上述濺鍍電壓時，則使電流之上限值與電壓對應而變 小0 然而，如使用第一種方法，則以通常之賤鐘電壓(譬如 ，600伏）運轉時，則會產生超過所需之電流振動。其結果 為’會對使用電源之電子零件造成負擔，產生噪音。 因此，LC常數應以較低濺鍍電壓為準來決定，必須採用 上述第二種方法。譬如，在裝設標靶1〇4之後，或把處理室 101暴路於大氣後，則標把1 〇 4之表面會因氧化物等而呈包 覆狀態’因此經常導致放電電壓大幅下降。基於此原因， 故β必要把錢鍍電力設定得極低。因而，可採取被稱為 「標乾清洗模式」等的方式：最初以極低之電力設定來實 施濺鍍；接著，在除去標靶104表面之氧化物後，隨著放 电黾壓上升，而提南電力設定，最後則移往通常之錢鍍電 85652 1275656
採用上述方法時 ，故具有操作較 然而， 電力設定 ’由於必須依照濺鍍電壓而調整 煩雜的問題。 本發明係基於對上谈网 、問璲的認識而研發者；本發明的目 的為’提供一種放雷闱兩 -州电源、濺鍍用電源及使用之之濺鍍 裝置；而其係可迅i亲、&〜· 、確貫消除電弧放電，且具有簡單結 構並容易操作者。 【發明内容】 為了達成上：L1目的’本發明之第一放電用電源之特徵為 具備：直流電源部；控制部，其係用於控制前述直流電源 部之輸出#;及振動電流形成部，其係具有：電容，其係 與來自則述直况電源部之一對輸出以並聯方式連接者，·及 黾匕係一 ^與如述一對輸出中之任一方連接者；且係 介以前述振動電流形成部來輸出放電用電力之放電用電源 ，而則述控制邵係針對前述直流電源部進行控制，使前述 直流電源部所輸出之電，，在前述直流電源部之可輸出之 電壓範圍之至少一部份之電壓範圍内，不會超過界限電流 值，ΠΤ7在則述至少一部份之電壓範圍内，前述界限電流值 對於前述電壓之絕對值係呈正之相關。 在上述結構中，無論把放電電力設定高的情形或低的情 形’均可防止放電電流超越界限特性線流動，因此即使在 產生電弧放電的情況下，由於可使振動電流之振幅遠大於 放電電流’且讓振動電流確實維持在零安培以下，故可確 實把電弧進行消除。 85652 • 10 - 1275656 本發明之第二放電用電源之特徵為具備：直流電源部； 控制部，其係用於控制前述直流電源部之輸出者；及振動 電流形成部，其係具有：電容，其係與來自前述直流電源 部之一對輸出以並聯方式連接者；及電感，其係至少與前 述一對輸出中之任一方連接者；且係介以前述振動電流形 成部來輸出放電用電力之放電用電源；前述控制部係針對 前述直流電源部進行控制，使前述直流電源部所輸出之電 流，在前述直流電源部之可輸出之電壓範圍之至少一部份 之電壓範圍内，不會超過界限電流值；前述界限電流值係 以如下條件來決定：在該電壓上產生電弧放電，使在前述 振動電流形成部所形成的振動電流之振幅維持在該電壓上 之定常運轉狀態之電流的1.3倍以上。 在上述結構中，無論把放電電力設定高妁情形或低的情 形，均可防止放電電流超越界限特性線流動，因此即使在 產生電弧放電的情況下，由於可使振動電流之振幅遠大於 放電電流，且讓振動電流確實維持在零安培以下，故可確 實把電弧進行消除。 又，在此，在上述第一放電用電源及第二放電用電源上 ，如前述界限電流值與符合下式之上限的電流對應，則可 讓振動電流確實維持在零安培以下，故可確實把電弧進行 消除；
I = (V-Va )x(C/L)W2/K 其中，I為前述直流電源部所輸出之電流，V為前述直流 電源部所輸出之電壓，L為前述電感，C為前述電容，V a為 85652 -11 - 1275656 之靜電電容通常為300 p F以下。 又，DC電源部DCP之電感Lo係電源之輸出濾波器用之電 感，以使用遠比振動電流形成部VCG之電感L1為大（30倍以 上）者為佳。 如具備上述結構，在DC電源部DCP之輸出端設置具有LC 共振電路之振動電流形成部VCG，則在產生電弧放電時， 利用其開關作用，可產生振動電流。當此振動電流穿越0 A (零安培）而變為逆方向時，由於電？瓜放電之整流作用（由於 僅由熱點放出熱電子，當施加逆電壓時電流並不流動），故 可使電流停止，而消除電弧放電。 此外，在本發明中，係把濺鍍電流進行控制，使此振動 電流之振幅大於濺鍍電流。亦即，為了利用振動電流來確 實消除電弧放電，使振動電流形成部VCG所形成之振動電 流之下限低於0 A為必要條件。因此，振動電流之振幅必須 大於錢鍍電流。 在本發明中，係依照振動電流形成部VCG所具有之LC常 數，控制DC電源部DCP之動作，使濺鍍電流在比振動電流 之振幅更小的範圍内進行濺鍍。就典型的方法而言，此一 控制可利用控制電路CC來使之進行。 以下，參考濺鍍電壓•電流特性的同時，針對本發明之 電源之動作機制作詳細解說。 圖2係進行DC濺鍍時之電壓•電流特性曲線圖。 在此，該圖之特性線A係15 kW(千瓦）之額定電力線。又 ，特性線B、C、E、F係依照振動電流振幅而決定之濺鍍電 35652 -15- 1275656 流之界限線，而該振動電流振幅係分別與振動電流形成部 VCG之特SLC常數對應者。χ，特性❹係通常之賤鍵之 放電電壓•電流特性。又’特性線㈣^瓜放電之特性線； 在25 A上之虛實交錯線η係表示6〇〇 Vx 25 A =丨5 kw電源之 最大電流。又，在電壓200 V上朝縱方向延伸之特性線丨，係 表示銘（A1)標靶之表面氧化後的放電特性。 在此，譬如，特性線B係通過600 Vx25A2最大電力之點 (特性線A與特性線Η之交點）的下側。亦即，特性線a與特性 線Η之交點係超過特性線B所定義之濺鍍電流之界限值。因 此，如選擇與特性線Β對應之LC常數的情形，亦即，以25 Α <濺鍍電流行濺鍍的情形，則由於在此交點上，濺鍍電流 比振動電流之振幅更大，所以電弧無法以振動進行消除。 換言之，如想以最大電力來進行安定之濺鍍時，必須針 對振動電流形成部VCG之LC常數進行選擇，使得界限線在 其條件之上側才行。 亦即，如果像特性線C、E、F般，具有直立（坡度較大）特 $者，則會形成比濺鍍電流更大振幅之振動電流，故可獲 侍確實低於0 A之振動電流。然而’相對於代表正常時之濺 鍍特性之電流的特性線D，在特性線F的條件下，則會產 生遠比前者更大的振動電流，有對構成標靶或電源的電子 零件造成負擔之虞。 因此，就實用性觀點而言，如特性線£般，在選擇1^常數 時’應it擇與比最λ電力條件略上側之特性線對應者為佳 。但是，即使為選擇該特性線£時，其與表面氧化之銘（Α1) 85652 •16· 1275656 k革巴的放電特性線I之交點為1 〇 A，因此如採取具有比其更 夕電〉瓦流動的電力設定，則會產生連續電弧放電。 相對的，在先前方式上，唯有採取如下方式才行··把電 力設足採取可變方式，在鎖定電力設定的條件下，利用錢
鍍來除去鋁之氧化面；隨著氧化膜變小，逐漸接近特性線D 時’則加大電力設定，在特性線B或E之LC設定上，實施通 常之濺鍍。 相對的’在本發明中，並不調節電力設定，而根據濺鐘 電壓’把濺鍍電流控制在與LC常數對應之界限線以下。而 該控制係可在圖丨所例示之電源之控制電路CC上使之進行。 圖3係在本發明中，用於把濺鍍電流控制在界限線以下之 電路之基本型之區塊圖。 亦即’該圖係表示，在圖1所示電源中用於形成位準訊號 之邵份’而該位準訊號係用於決定控制電路CC之栅極脈衝 寬或頻率者。 該電路係具有反饋控制部1 〇及界限電流控制部2〇。 反饋控制部1 〇中係分別被輸入：輸出電力之設定值Pset ，·表示濺鍍裝置之標靶電流的訊號1〇，及表示標靶電壓之訊 號Vo 〇 譬如圖1所示，前述訊號i〇、ν〇，在振動電流形成部VCG 上，係可分別從電流檢測器IM、分壓電路VM，以電壓訊號 方式取得。 反饋控制部1 0把輸出電力之設定值pset、訊號【0、Vo進行 比較’來將之進行反饋，並輸出位準訊號L ;而該位準訊 85652 -17· 1275656 號LS係用於控制DC電源部DCP之反相器IN V之栅極脈衝寬 者。 另一方面，界限電流控制部20係根據電源之振動電流形 成部VCG之LC常數，來形成與柵極電壓對應之電流界限訊 號C L。亦即，如圖2之例示般’設定以L C常數為依據的界限 特性線（譬如，特性線E)，輸入表示柵極電壓之訊號v〇 ,對 界限特性線上之電流值進行運算。然後，把表示該電流值 之訊號作為電流界限訊號CL進行輸出。
反饋控制部10把位準訊號LS與該電流界限訊號CL作比 較；而該位準訊號LS係把I〇、Vo進行反饋所獲得者。如位 準訊號LS比電流界限訊號CL小的情形時，則將該位準訊號 L S 1接輸出。另一方面，如位準訊號l s比電流界限訊號c L 大的情形時，則將電流界限訊號CL作為位準訊號LS進行輸 出。 如上所述，本發明係在界限電流控制部2〇上，設定以振 動電流形成部VCG之LC常數為依據的界限特性線，並設定 與標乾電壓Vo對應之電流極限，來使之不超出該界限特性 線。 圖4係本發明之電源動作範圍之例示曲線圖。亦即，在該 圖所示具體例的情形時，譬如，把圖2之特性線E作為界限 特性線進行設定，則濺鍍電流在不超越該特性線E之範圍， 亦即範圍Z(該圖之淡色陰影部份），輸出電流·電壓。 如此一來，無論把濺鍍電力設定高的情形或低的情形， 均可防止濺艘電流超越界限特性線流動，因此即使在產生 85652 •18- 1275656 包孤放弘的情況下，由於可使振動電流之振幅遠大於濺鍍 電流’且讓振動電流確實維持在零安培以下，故可確實把 電？瓜進行消除。就結果而言，如在圖11所例示之濺鍍裝置中 使用此電源，則從高濺鍍電力到低濺鍍電力為止，即使產 生電孤放電，亦可將之迅速消除，來進行安定之濺鍍。 接著’進一步針對本發明之具·體例作說明。 圖5係在本發明中，用於把濺鍍電流控制在界限特性線以 下（電路之一例之區塊圖。亦即，該圖係表示，在圖1所示 電源中用於形成位準訊號之部份，而該位準訊號係用於決 足控制電路CC之柵極脈衝寬或頻率者。 该電路係具有··輸出電力運算部11、電力控制部1 2、電流 控制部13、最大電流訊號形成部21、補償產生部22。其中 ’輸出電力運算部11〜電流控制部13係與圖3之區塊圖中之 反饋控制部10對應；最大電流訊號形成部2 1與補償產生部 22係與圖3之區塊圖中之界限電流控制部2〇對應。 輸出電力運算部11中係分別被輸入：表示濺鍍裝置之標乾 電流的訊號1〇，及表示標靶電壓之訊號ν〇。輸出電力運算部 11係根據削述訊號1〇、Vo，把電源所輸出之電力進行運算， 然後輸出與之對應之輸出電力訊號OS。 電力控制部1 2係實施電力反饋控制。亦即，把輸出電力 運算部11所輸出之輸出電力訊號〇S與輸出電力之設定值 Pset進行比較，並把與其差值對應之電流設定值進行運算。 接著，如後所述般，與電流界限訊號CL2進行比較，輸出電 流設定訊號CS。 85652 19- 1275656 電流控制部1 3係實施電流反饋控制。亦即，把電流設定 訊號CS與訊號1〇進行比較，並輸出位準訊號LS ;而該位準 訊號LS係用於控制DC電源部DCP之反相器INV之柵極脈衝 寬者。 利用以上所說明之各區塊針對電流設定訊號pset，實施把 Io、Vo作為瓦饋訊號之DC電源部DCP之反饋控制。 在本發明中，更進一步在最大電流訊號形成部2 1上，根 據振動電流形成部VCG之LC常數，形成與標靶電壓對應之 電流界限訊號CL。亦即，如圖2所示般，設定根據LC常數之 界限特性線（譬如，特性線E)，輸入表示標靶電壓之訊號v〇 ’把在該界限特性線上之電流值進行運算。然後，把用於 表示此電流值之訊號作為電流界限訊號CL1進行輸出。 此電流界限訊號CL 1係被輸出到補償產生部22 ;譬如，即 使輸出電壓為零伏特時，其係被作為電流界限訊號CL2 ,被 輸出到電力控制部12 ;而該電流界限訊號CL2係被賦予使電 流設定變得比零安培更大之補償者。 包力控制部1 2把輸出電力運算部丨丨所輸出之輸出電力訊 號0S與輸出電力之設定值？^〖進行比較，並把與其差值對應 之包泥设定值進行運算。接著，把此電流設定值與電流界 限訊號C L 2進行比較。 s私流设足值比電流界限訊號CL2小的情形時，亦即，應 泥過之濺鍍電流值比以LC常數所決定之界限特性線（譬如 ’圖2特性線E)小的情形時，則把該電流設定值直接作為電 流設定訊號CS而輸出。 85652 • 20 - 1275656 相對的’當電流設定值比電流界限訊號CL2大的情形時， 亦即，應流過之濺鍍電流值比以LC常數所決定之界限特性 線（譬如，圖2特性線E)大的情形時，則電力控制部1 2會把電 流界限訊號CL2作為電流設定訊號CS，來取代該電流設定值 ，進行輸出。 如上所述，本發明係在最大電流訊號形成部21上，設定 以振動電流形成部VCG之LC常數為依據的界限特性線，並 設定與標靶電壓Vo對應之電流極限。亦即，如圖4所示般， 濺鍍電流係在預先決定之不超出界限特性線的範圍内，使 電源產生動作。 如此一來，無論把濺鍍電力設定高的情形或低的情形， 均可防止濺鍍電流超越界限特性線流動；其結果為，即使 在產生電弧放電的情況下，由於振動電流之振幅遠大於濺 鍍電流，且振動電流確實維持在零安培之下，故可確實把 電弧進行消除。 此外，可進一步依照電源之結構、濺鍍裝置之結構、濺 鍍材料、條件等選擇適當之LC常數，如此則可在不形成過 大振動電流的情況下，把電弧確實進行消除，亦不會有對 標靶、電子零件造成負擔之虞。 在此，可利用補償產生部22對電流設定值給予補償，在 電ί瓜電壓以下的狀況下，把電流界限值之設定固定為額定 值（譬如，5%左右），來獲得最初之輸出電壓。 又’根據本發明之發明者的研究發現，振動電流之振幅 以相當於通常之濺鍍電流之1.3至2倍為適當。因此，依照錢 85652 -21· 1275656 鍵裝置之結構及用途’決足振動電流形成部V c G之L C常數 ’來獲得前述範圍之振動電流，並根據與之對應之界限特 性線，在最大電流訊號形成部2 1上實施運算處理即可。 更具體而言，假設I為電源所輸出之電流，V為電源所輸 出之電壓，L為振動電流形成部VCG之電感，C為振動電流 形成部VCG之電容，V a為電弧電壓，K為振幅之倍率；則 以在符合下式之範圍内為佳。 I = (V-Va )/{K>(C/L)1/2} 在上式中，（V-Va)係濺鍍電壓與電弧電壓之差。在振動電 流形成部VCG上所形成的振動電流之振幅，係相當於其電壓 乘以振動電路之電導（C/L)1/2之值。但由於振動會衰減，因此 如不設定為濺鍍電流之K倍大之值，則無法低於〇 a。 換言之，如把電源所輸出之電流限制於不超出上式所算 出之電流I的範圍，當產生電弧放電時，則振動電流會確實 維持在零安培以下，可把電I瓜銷去。 圖ό係把圖5所示之區塊圖具體化後之電路之一例的模式 圖。在該圖中所出現之要素，如為與圖1至圖5中所出現者 相同，則賦予同一元符號，但省略其詳細說明。 在本具體例之電路中’表示濺鏡電流的訊號1〇及表示濺鍍 電壓之訊號Vo係分別被賦予〇〜5伏、〇〜負6 66伏的電壓訊號 。又’用於表不電力設定值之Pset係被賦予〇〜1〇伏的電壓訊 號。 接著，訊號Io、Vo被輸入乘算器⑴進行乘算，輸出電力 訊號OS被進行運算。 85652 -22 - 1275656 此輸出電力訊號〇s係被輸入電力反饋控制之誤差放大器 U2 ’與電力設定值之pSet進行比較，來輸出電流設定訊號。 U3係電力反饋控制之誤差放大器，其係把誤差放大器⑴ 所計算之電流設定值與Ιο進行比較，來形成位準訊號；而該 位準訊號係用於決定反相器INV之柵極脈衝寬（或頻率）者。 如進行常數設定使誤差放大器U2之最大輸出為電流之最大 值的治’則可在電流最大值（譬如，圖2之特性線η)上乘以極 限值。 此外’在運异器U4中，依照LC常數所預先決定之界限特 性線，來形成與濺鍍電壓Vo呈比例之電流界限訊號CL1。 接著，在運算器U5中，形成賦予小補償之電流界限訊號 CL2，來使在輸出電壓為〇 v時，電流設定亦大於〇 v。 利用前述具體例，則可實現在如圖4所示，在比界限特性 線更下側之區域中動作的電源。 圖7係本發明之放電用電源之要部之變形例之模式圖。在 該圖中所出現之要素，如為與圖1至圖6中所出現者相同， 則賦予同一元符號，但省略其詳細說明。 利用前述圖6之電路，本發明之電源的可進行基本的動作 ，但譬如在輸出電壓為8〇 V以下的情形時，則因補償的關 係，電流設定並不為〇 V。 因此，如圖7所示，在本變形例中增設了比較器U6。比較 器U 6係具有滯後作用之比較器；當輸出電壓超過第一既定 電壓（譬如，200伏）時，則電晶體τΓ呈現ON狀態，把運算器 U5所賦予之補償進行消除。相對的，當輸出電壓低於第二 85652 -23- 1275656 既定電壓（譬如，10伏）時，則CR定時器以特定之定時使電 晶體Tr變成OFF，而賦予補償。 處於電弧電壓以下的狀態時，如把電流界限值之設定固 定在額定之5〇/〇左右，則可出現最初之電壓；另—方面，譬 如一旦出現200伏以上之輸出電壓的情況時，如把此補償消 去，當產生電弧放電的情形時’把電流設定當作零，則可 使振動電流更確實維持在零以下。 圖8係本發明之放電用電源之要部之進一步變形例之模 式圖。在该圖中所出現之要素，如為與圖i至圖7中所出現 者相同，則賦予同一元符號，但省略其詳細說明。 在本4形例中，增汉了用於檢測電孤放電、可立即停止 珊極脈衝的功能。具體而言，係增設了運算器、U8、仍 ，·以運算器in進行輸出電壓的判定，以運算器1；8進行輸出 電流的判定，及以運算器U9來取得前述各項之邏輯積（and) ’來判定電弧，並形成停止輸出的訊號。 運算器U7係將訊號Vo與既定電壓進行比較，輸出邏輯。 而該情況之既定電壓譬如可設定為1 50伏左右。換言之，如 濺鍍電壓比此既定值更低時，則可判定為有電弧放電之可 能。 同樣的，運算器U8係將訊號1〇與和既定之電流值對應的 訊號進行比較。在此，既定之電流值譬如以設定為額定輸 出電流之1/5〜1/1〇左右為佳。 接著，取得前述運算器^及⑽之邏輯積，如濺鍍電壓比 既足值低、且濺鍍電流比既定值大時，則判定為電弧放電 85652 -24- 1275656 。然後，根據此判定， 互即停止柵極脈衝。
此則可在產生連續電弧時， 疋，如判定為連續電弧時，則 並消去電泥界限值之補償，如 減短電弧電流與持續時間，減 少用於連續電弧之能量，同時控制休止時間至最小。 (實施例） 以下’參考貫施例，針對本發明之消去電弧放電之具體 例作說明。 圖9及圖10係本發明之放電用電源之動作之例示曲線圖。 亦即，該圖係表示，振動電流形成部VCG與電弧放電產生 •振動電流’及把電孤消去之波形。 在此，在圖9及圖1 〇中，橫軸係表示時間，且分成濺鍍狀 怨S、電弧放電狀態a及休止狀態R。此外，圖9之波形係表 示標靶104之電壓；而圖10之波形係表示標靶104之電流。 在此，由於係以處理室101為基準來測定標靶104，因此標 乾電壓係以符號B之位置為基準（零伏特），而顯示於負側。 又，標靶電流係以符號C之位置為基準（零安培），而顯示於 正側。 85652 -25· 1275656 電壓之標尺為200 V/diV，電流之標尺為2〇A/djv，時間軸 之標尺為10 ps/div 〇 以下，沿著圖9及圖10之時間軸進行解說。最初，在6〇〇 v 、22 A時係處於安定之濺鍍狀態（s);接著，當電壓突然降低 到80 V弱時，則產生電弧放電（a)。此時，由於電容器c 1中 已經被充電600 V之濺鍍電壓，但由於標乾電壓降至8〇 v , 因此在（Ll) + (同軸線120A、120B)之電感L中，會被施加其 差值之電壓（600-80) =520 V ;因520 V = Lxdl/dt，故標革巴電 流急速上升。同時，為了供給此一標靶電流，電容器c 1之 電壓因而下降。 振動電流係當電容器C1之電荷變為零時呈現最大，其值 為符合CV2 = LI2之能量保存式（註··省略式之兩邊之1/2)之值 。亦即，如以電弧放電電壓80 V來計算，則可獲得如下戈 之關係： c 1 x ( Vsp-Varc)2 =(L 1-Lcabie) x Ip2 ⑴ 在此’ Vsp為錢鍍電壓、Vare)為電弧放電電壓、^ )為線 120A、120B之電感、I p為振動電流。如將上式進行變形， 則可獲得下式： (Vsp-Varc)/Ip = ((Ll+Lca5le)/Cl)1/2 (2) 亦即，振動電流Ip係以（L/C)1/2及先前之濺鍍電凤來、夫— 。振動之週期T為Τ = 2 7Γ (LC)1/2，因此可從週期丁、兩p 篆壓之變 化d V及振動電流Ip，來反算出電感L及電容器c。 (3) (4) dV/Ip=(L/C)1/2 Τ = 2 π (LC)1/2 85652 ·26· 1275656 會驟升到負1 300 V附近。賤鍍電流之反應係比 此上升電壓 遲緩’當錢鍵電流上升到約50 A後’產生衰滅振動而維持 該狀態。在此，當電孤放電消失，而濺鍍電流 、 L令卩不JL刻恢 復的理由，譬如有：因1 〇微秒之休止而使電漿變得稀薄 及因電感L1而產生電流抑制效果等。 以上，參考具體例，對本發明之實施型態作了說明。伸 本發明並不受限於前述具體例。 譬如，本發明之DC電源部、振動電流形成部、控制電路 及其他濺鍍裝置上之各部份之結構、構造、數量、配置、 形狀、材質等方面，並不受限於上述具體例，業者可依實 際需要選擇使用，但只要合乎本發明之要旨者，均被包含 於本發明之範圍内。 更具體而言，譬如，業者把設置於濺鍍用電源之各電路 之具體結構，或二極體、電阻、電晶體等各電路元件之數 量、配置關係等作適當變更的情形，亦包含於本發明之範 圍内。 又’本發明之放電用電源並不僅限定使用於濺鍍方面， 只要是有必要施加Dc電源來產生放電之各種用途，都同樣 適用，且可獲得同樣的功效。 再者，具備本發明之要素，業者可進行適當設計變更之 所喝放電用電源、濺鍍用電源及濺鍍裝置，係均包含於本 發明之範圍内。 產業上利用的可能性 如土所述，在本發明中，設定界限特性線，錢鍍電流在 85652 -29· 1275656 不超越此界限特性線之範圍内使電源產生㈣，@_論 把議力設定高的情形或低的情形，均可防止賤鍍電流 超越界限特性線流動，因此即俅力甚座· 凡丨便在產生電弧放電的情況下 ，由於可使振動電流之振幅遠女认访心心 田逐大於放电電流，且讓振動電 流確貫維持在零安培以下，故可被奋“命^ Γ 4文可確貫把電弧進行消除；而 該界限特性線係根據振動電流形成部之LC常數而決定者。 就結果而言’譬如，當標靶變髒或氧化時，如依照先前 方式，則必須切換為清洗模式，進行賤鐘；但在該情況下 ，如利用本發明則無需切換，即可進行運轉，故可縮短清 洗時間。 此外，當因標靶磨耗而造成放電電壓下降的情形，由於 可大幅減少連續電弧之產生頻率，故可實施安定之濺鍍。 又，S因負荷之變動而造成錢鍍電壓下降的情形，由於 可確實減少連續電弧之產生頻率，故可實施安定之濺鍍。 甚至在運氣不佳，產生連續電弧的情形時，由於可減少 用於電弧之能量，並控制休止時間至最小，因此對加工處 理所造成之損害及濺鍍電力之誤差都可維持很小。 總之’本發明係提供一種放電用電源、濺鍍用電源及濺 鍍裝置’可對相關產業帶來許多益處；而前述放電用電源 、錢鍍用電源及濺鍍裝置係以簡單結構，可迅速、確實切 斷電弧放電者。 【圖式簡單說明】 圖1係與本發明之實施型態有關之放電用電源及使用之 濺鍍裝置之模式圖。 85652 • 30· 1275656 圖2係進行DC濺鍍時之電壓•電流特性曲線圖。 圖3係在本發明中，用於把濺鍍電流控制在界限線以下之 電路之基本型之區塊圖。 圖4係本發明之電源動作範圍之例示曲線圖。 圖5係在本發明中，用於把濺鍍電流控制在界限特性線以 下之電路之一例之區塊圖。 圖6係把圖5所示之區塊圖具體化後之電路之一例的模式 圖。 圖7係本發明之放電用電源之要部之變形例之模式圖。 圖8係本發明之放電用電源之要部之進一步變形例之模 式圖。 係本發明之放電用電源之動作之例示曲線圖。 圖1〇係本發明之放電用電源之動作之例示曲線圖。 圖11係DC濺鍍裝置之要部結構之模式圖。 【圖式代表符號說明】 10 11 12 13 20 21 22 1〇〇 反饋控制部 輸出電力運算部 電力控制部 電流控制部 界限電流控制部 最大電流訊號形成部 補償產生部 基板 真空處理室 85652 -31 - 101 1275656 104 106 107 108 110 120A， 120B 150 DCP VCG Cl C7 cc CL，CL1，CL2 CS DB1，DB2 IGBT Io IM Ll，Lo LS OS P set T1 Tr 濺鍍標靶 真空排氣泵 氣體供給源 輝光放電 濺鍍用DC電源 送電線 電弧放電 DC電源部 振動電流產生部 電容器 低通濾波器 控制電路 電流界限訊號 電流設定訊號 整流二極體群 開關電晶體 標靶電流訊號 電流檢測器 電感 位專訊號 輸出電力訊號 輸出電力設定值 變壓器 電晶體 85652 •32- 1275656 U1 乘算器 U2, U3 誤差放大器 U4, U5, U7， 運算器 U8, U9 U6 比較器 VM 分壓電路 Vo 標靶電壓訊號 R 休止狀態 S 濺鍍狀態 T 週期 FWD 還流二極體 85652 -33 -

Claims (1)

1275#5細4754號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年5月） 拾、申請專利範園： 1· 一種放電用電源，其特徵為具備： 直流電源部； = :、:其係用於控制前述直流電源部之輸出者；及 直产咖、:Γ形成邵’其係具有：電容，其係與來自前述 # 對輸出以並聯方式連接者；及電感，其 係土少與前述-對輸出中之任一方連接者； 、、則述振動電流形成部來輸出放電用電力之 放電用電源，· ,則述控制邵係對前述直流電源部進行控制，在前述直 二電源部上可輸出之電壓範圍之至少一部份之電壓範 使m 4直流電源部所輸出之電流不會超過界限電 流值， ’前述界限電流值對 在岫述至少一部份之電壓範圍内 於電壓之絕對值係呈正之相關。 2. 一種放電用電源，其特徵為具備： 直流電源部； 控制邵’其係用於控制前述直流電源部之輸出者； 流形成部’其係具有：電容，其係與來自前 ^ s, 對輸U並聯万式連接者；及電感， 係土少與前述—對輸出中之任一.方連接者； 且係介以前述振動電流形成部來輸出放電用電力 放電用電源； m A 2制邵係對前述直流電源部進行控制 85652-950526.doc 1275656 直流電源部之可輸出之電壓範圍之至少，部份之電壓 範圍内，使前述直流電源部所輸出之電流不會超過界限 電流值； 而前述界限電流值係以如下方式來決定·藉由在該電 壓下產生電弧放電，使在前述振動電流形成部所形成的 振動電 >死之振幅成為在該電壓下之定常運轉狀態電流 的1.3倍以上。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之放電用電源，其中前述界限 電流值係與符合下式之上限電流對應者； 其中’ I為前述直流電源部所輸出之電流，V為前述J 流電源部所輸出之電壓，L為前述電感，C為前述電容 Va為電派電壓，κ為振幅之倍率。 4·如申請專利範圍第如項之放電用電源，纟中前述電感 亦包含具有連接線之電感，而該連接線係用於連接到相 供給前述放電用電力之被供給體者。 5·如申請專利範圍第1或2項之放 』包/原，其中更具備： 龟壓檢測機構，其係用於檢測介 却工、士认B 乂則述振動電流形成 4而被輸出之電壓者；及電流檢測 人、2 a、+、4 a 、 構’其係用於檢刻 介以則述振動電流形成部而被輸出 啦、、 〈電流者； 而前述控制部係根據前述電壓檢 ， 及前述電流檢測機構之檢測結果，來"、:機構之檢測結果 6·如申請專利範圍第1或2項之放電用電=仃反饋控制。 電壓檢測機構，其係用於檢測介、其中更具備· 乂前述振動電流形成 85652-950526.doc I275656 4而被輸出之雷厭去· 人、二 受有’及電流檢測機構，其係用於檢測 A以則述振動電流形成部而被輸出之電流者； 而前述控制部係： 根據前述電壓檢測機構之檢測結果、前述電流檢測機 構〈檢測結果及輸出電力之設定值，來決定輸出電流之 设定值； 依，、、、則述私壓檢測機構之檢測結果來運算在該電壓 下之前述界限電流值， 當前述輸出電流之設定值比前述界限電流值小時，係 根=該輸出電流之設定值來控制前述直流電源部， 當則述輸出電流之設定值比前述界限電流值大時，則 控制前述直流電源部，來輸出該界限電流值。 7 ·如申請專利範圍第6項之放電用電源，其中 前述控制部係： 在削述電壓檢測機構之檢測結果比第一特定電壓更 回的情形時，係使用不加入偏移（0ffset)值作為前述界限 電流值； 在前述電壓檢測機構之檢測結果比第二特定電壓更低 的情形時，係使用加入偏移值作為前述界限電流值。 8·如申請專利範圍第1或2項之放電用電源，其中前述控制 邵在前述電壓檢測機構之檢測結果比第三特定電愿更 低且在前述電流檢測機構之檢測結果比第一特定電流 更高的情形時，係將前述直流電源部之輸出設定為零。 9·如申請專利範圍第8項之放電用電源，其中係介以低通 85652-950526.doc 1275656 滤波器來㈣前述電壓檢測機構之檢剛結果。 H)· -種濺鍍用電源’係用於對標^行濺鍍來形成 薄膜，其特徵為具備： 直流電源部； 控制部，其係用於控制前述直流電源部之輸出者，·及 振動電流形成部’其係具有：電容，其係與來自前述 成電源邵之-對輸出以並聯方式連接者；及電感，其 係至少與前述一對輸出中之任一方連接者； ，前述控制部係對前述直流電源部進行控制，在前述直 流電源邵之可輸出之電壓範圍之至少一部份之電壓範 圍内’使刖述直流電源部所輸出之電流不 流值； 在則迷至少—部份之電壓範圍内，前述界限電流值對 於電壓之絕對值係呈正之相關； 可把放電用電力中的負輸出與前述標乾連接，來實 施前述濺鍍；而該放電用電力係介以前述振動電流形成 邵而輸出者。 ^ 種義鍍用電源，係用於把標靶進行濺鍍來形成 薄膜，其特徵為具備： 直流電源部； ’其係用於控制前述直流電源部之輸出者；及 電流形成部，其係具有：電容，其係與來自前述 直心私源部 < 一對輸出以並聯方式連接者；及電感，其 係至少與前述一對輸出中之任一方連接者； 85652-950526.doc 1275656 前述控制部係對前述直流電源部進行控制，在前述直 况電源部之可輸出之電壓範圍之至少一部份之電壓範 園内’使前述直流電源部所輸出之電流不會超過界限電 泥值； 如述界限電泥值係以如下方式來決定：藉由在該電壓 下產生電派放電，使在前述振動電流形成部所形成的振 動電流振幅成為在該電壓下之定常運轉狀態電流的1 3 倍以上； 且可把放電用電力中的負輸出與前述標靶連接，來實 施則述濺鍍；而該放電用電力係介以前述振動電流形成 部而輸出者。 一種濺鍍裝置，其特徵為具備： 濺鍍用電源；及 真玉處理至，其係可收納前述標靶且可維持減壓到大 氣壓以下之環境者； 而前述濺鍍用電源係用於對標靶進行濺鍍來形成薄 膜之成鏡用電源，其係具有： 直流電源部；
之電壓範圍之至少_ 5進行控制，在前述直 至少一部份之電壓範 85652-950526.doc 1275656
吏則述直包源邵所輸出之電流不會超過界限電 ^述至少—部份之電壓範圍内，前述界限電流值對 ;电磬之絕對值係呈正之相關； 、〜:、把放％用電力中的負輸出與前述標靶連接，來實 ==濺鍍；而該放電用電力係介以前述振動電流形成 #而輪出者。 13 一種濺鍍裝置，其特徵為具備： 賤鍍用電源；及 ^ ”二處理至，其係可收納前述標靶且可維持減壓到大 乳壓以下之環境者； 、而w迷成鏡JU電源係用於對標革巴進行賤鐘來形成薄膜 <濺鍍用電源，其係具備： 直流電源部； 控制部，其係用於控制前述直流電源部之輸出者；及 2動電流形成部，其係具有：電容，其係與來自前述 直流電源部之-對輸出以並聯方式連接者；及電感，其 係至少與前述一對輸出中之任一方連接者； 、則述控制邵係對前述直流電源部進行控制，在前述直 流電源部之可輸出之電壓範圍之至少一部份之電壓範 圍内使如述直况電源部所輸出之電流不會超過界限電 流值； 則述界限電流值係以如下方式來決定：藉由在該電壓 下產生電弧放電，使在前述振動電流形成部所形成的振 85652-950526.doc 1275656 動電流振幅成為在該電壓下之定常運轉狀態電流的1 ·3 倍以上； 且可把放電用電力中的負輸出與前述標革巴連接，來實 施前述濺鍍；而該放電用電力係介以前述振動電流形成 部而輸出者。 85652-950526.doc 12累祕&6754號專利申請案 中文圖式替換頁(95年5月） 85652 >p/voCNJ A· S LR」 VC S _ >1
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