真空裝置用異常放電抑制裝置的制作方法

專利名稱：真空裝置用異常放電抑制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空異常放電抑制裝置，特別涉及為抑制在使用高頻電源進行的等離
子體生成中所發生的異常放電而切斷高頻電源的輸出的真空裝置用異常放電抑制裝置，通過該異常放電的抑制，在使用等離子體的基板的成膜或者基板的腐蝕中，保護基板不受由于異常放電而造成的損傷。
背景技術：
在半導體設備、液晶面板、盤等的制造過程中，有使用等離子體對這些基板進行處理的工序。在進行該等離子體處理的工序的裝置中，從高頻電源供給高頻電力，使處理氣體等離子體化，通過該等離子體對基板的表面進行成膜或者腐蝕處理。在該真空裝置中，在高頻電源和負荷之間設置匹配器，通過調整從匹配器到等離子體的阻抗和從匹配器到高頻電源的阻抗，進行抑制來自等離子體的反射波電力的控制。 在成膜或者腐蝕等使用等離子體的處理中，由于磁鐵部分的配置、陰極表面的狀態、絕緣部分的制造方法、耙子的質量制造方法、邊緣部分的形狀*腐蝕，表面腐蝕狀態*表面活性化的均勻性 溫度控制方法、濺射氣體的種類 壓力控制 流動方式等各種各樣的原因，會發生異常放電。 異常放電，開始發生少數電弧，接著因為少數電弧部分的升溫能量集中，轉移到大部分的異常放電(多數電弧)。當發生該多數電弧時，通過高能量電子的移動、耙子表面溫度的上升、氣體壓力的異常分布等進行正反饋，發生靶子材料的蒸發，發生局部的等離子體密度的上升，形成被稱之為粒子軌道電弧(racetrack arc)那樣的大的電弧的扳機。除了由于少數電弧、多數電弧、以及粒子軌道電弧對靶子造成物理破壞這樣的影響之外，還有由于碎片在成膜中的存儲器或者光學表面上發生針孔等的影響。 當由于破壞在靶子上發生小的氧化部分時，該部分的電子密度升高，通過吸收等離子體自身積蓄的能和通過高頻電源或者直流電源供給的能，氧化部分附近的阻抗急劇降低，其吸收的能變換為熱。該熱使靶子材料蒸發，使一部分壓力升高或者使電子密度升高。因此，在發生上述那樣的大的異常放電的場合，需要在使靶子或者樣本附近的熱散逸、使氣體散發后，再投入電源(參照專利文獻1)。 另外，作為影響基板處理的原因之一，有等離子體中的電子密度。因為等離子體狀態隨高頻電力或者真空室內的壓力等而變化，因此即使在用匹配器調整了阻抗的場合，根據等離子體狀態，由等離子體反射而返回高頻電源的反射波也會增加。提出了通過反射系數的檢測監視該等離子體中的電子密度的技術(參照專利文獻2)。 另外，由于電弧等異常放電的發生，有時在玻璃基板或者硅晶片上發生損壞。在高頻發生裝置中，在等離子體發生室中發生電弧的場合，通過反射波電力的檢測來檢測電弧的發生，通過接收檢測信號的控制電路降低或者暫時(數十msec)停止高頻發生裝置的輸出，由此進行消弧(例如參照專利文獻3)。 另外，為抑制在成膜電極上發生的瞬間的異常放電，提出了具有抑制異常放電的
4發生的稱為斷弧功能的等離子體CVD裝置。該斷弧功能是通過匹配箱內的電流等檢測發生 瞬間異常放電的前兆、短時間停止高頻電力的施加、或者降低施加電力的功能(參照專利 文獻4)。 另外，在專利文獻3中，還提出了計數斷弧動作的動作次數、記錄成膜處理中的斷 弧動作次數的技術。 專利文獻1 :特許第2733454號公報
專利文獻2 :特開2000-299198號公報
專利文獻3 :特開平06-119997號公報
專利文獻4 :特開2001-102196號公報 在真空裝置中，通過反射波電力急增進行異常放電發生的檢測，但是因為即使在 異常放電發生之外的情況下該反射波電力有時也會增加，所以有盡管不是異常放電也切斷 了高頻電源這樣的問題。例如，在起動高頻電源向負荷側供給高頻電力的點火時反射波電 力增加。因此，即使在不發生異常放電的場合，也會由于該反射波電力的增加而判斷是異常 放電發生，進行切斷從該高頻電源向負荷的高頻電力的輸出的控制。這樣，當切斷來自高頻 電源的輸出時，因為不能進行電力供給所以不能形成等離子體，而對于成膜處理就會產生 障礙。 另外，在上述點火時之外，在檢出異常放電而切斷高頻電力的輸出之后，在再起動 高頻電源時也有同樣的問題，因為由于阻抗的不匹配等引起反射波電力的增加，所以即使 在不發生異常放電的場合，也有時把該反射波電力的增加誤檢測為異常放電的發生，再次 執行切斷操作，在再起動時產生障礙。 在該點火時或者再起動時，考慮通過把作為異常放電檢測的檢測電平提高設定來 抑制誤檢測。但是，因為高頻電源通常具有為保護過電流而使輸出電壓降低的下降特性的 保護功能，所以需要設定比該反射波電力的下降電平(例如15% )足夠高的檢測電平(例 如20% 50% )。這樣，當提高設定檢測異常放電的檢測電平時，有檢測初期階段的異常放 電變得困難、不能進行良好的異常放電檢測這樣的問題。 另外，在正常的等離子體動作中，在降低檢測異常放電的檢測電平的場合會殘存 離子。當該殘存的離子被積累時，會成為發生異常電弧的原因，而使異常放電的發生頻度升 高，有對于等離子體穩定地供給電力變得困難這樣的問題。

發明內容
因此，本發明的目的在于，解決上述現有的問題，對于等離子體穩定地供給電力。
本發明的目的在于，為進行對于等離子體穩定的電力供給，抑制電弧的成長、和消 除使發生異常電弧的離子的積累。 另外，本發明的目的在于，為進行對于等離子體穩定的電力供給，減低異常放電的 誤檢測。 另外，本發明的目的在于，為進行對于等離子體穩定的電力供給，在點火時或者再 起動時，不提高設定檢測異常放電的檢測電平，抑制誤檢測。 本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，是為對于等離子體穩定地供給電力而抑 制發生異常放電的裝置，且作為抑制異常放電的方式有兩種方式。
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抑制異常放電的第一方式，是分開使用第一操作切斷控制和第二操作切斷控制這兩種切斷控制的方式，第一操作切斷控制，通過使切斷高頻電源的輸出的切斷時間的時間范圍不同而能夠在等離子體中的離子殘存的狀態下再起動，第二操作切斷控制在使異常電弧離子消失的狀態下進行再起動。 第二方式，是在點火時、或者在通過第一操作切斷后進行的高速上升的再起動時等的反饋信號容易變動的區間內，通過禁止切斷動作來抑制由于異常放電的誤檢測而引起的誤動作的方式。第一方式和第二方式都是能夠向等離子體進行穩定的電力供給的方式。
在第一方式中，通過能夠在等離子體中殘存離子的狀態下再起動的第一操作切斷控制來抑制電弧的成長，通過在使異常電弧離子消失的狀態下進行再起動的第二操作切斷控制來消除使發生異常電弧的離子的積蓄。 另外，第二方式，在點火時或者在第一操作切斷后的再起動時等的區間內，即使在檢出異常放電的場合也禁止切斷動作。 本發明的第一方式是抑制從高頻電源向等離子體反應室內供給電力來生成等離子體的真空裝置的異常放電的裝置，其具有電力控制部和切斷控制部，前者根據電力指令值和電力反饋值的偏差控制高頻電源，后者根據在等離子體反應室內異常放電時、以及向異常放電的轉移過程時的至少某一個時期中發生的反射波電力或者反射波電壓的檢測，切斷從高頻電源向等離子體反應室的電力供給。 切斷控制部進行切斷時間不同的第一操作切斷控制和第二操作切斷控制。第一操作切斷控制，使能夠在等離子體反應室內殘存離子，在作為異常放電的原因的少數電弧的起弧因素消滅的時間范圍內切斷控制高頻電源。另一方面，第二操作切斷控制在異常放電的多數電弧的離子消滅的時間范圍內切斷控制高頻電源。 在第一操作切斷控制中，例如把切斷時間的時間范圍取為1 y s至IJ 100 ii s的短的時間范圍，在等離子體反應室內殘存離子的狀態下結束切斷控制。少數電弧的起弧因素，因為通過該短時間的切斷而消失，所以消除了異常放電。另外，在通過第一操作切斷控制的切斷時間范圍內，因為是等離子體反應室內的離子殘存的狀態，所以在進行切斷后進行了再起動時能夠用短的時間極快地進行電力供給的提升。由此，能夠瞬時恢復正常放電。
在第二操作切斷控制中，例如，取為lms到100ms的時間范圍，在多數電弧的異常電弧離子消滅的狀態下結束切斷控制。由此，能夠消除使異常電弧發生的離子的積蓄，切斷起弧。 該第二操作切斷，因為使異常電弧離子消滅，所以也稱為電弧離子刷新動作。
在第一方式中，電力控制部，在通過第一操作切斷控制切斷高頻電源的輸出后進行高速上升的再起動，對于電力指令值或者電壓指令值反饋行進波電力值或者行進波電壓值來進行控制，控制成高頻電源的輸出成為電力指令值或者電壓指令值。
在該第一操作切斷控制后進行的高速上升，是在與第一操作切斷控制的切斷時間相同時間數量級的時間范圍內輸出從零到電力指令值或者電壓指令值的斜坡形狀的電力或者電壓的高速上升。因此，該高速上升所需要的時間，可以根據第一操作切斷控制的切斷時間決定。該高速上升的時間范圍例如可以取1 y s到100ii s。 另外，電力控制部，在通過第二操作切斷控制切斷高頻電源的輸出后進行軟起動的再起動，對于電力指令值或者電壓指令值反饋行進波電力值或者行進波電壓值來進行控制，控制成高頻電源的輸出成為電力指令值或者電壓指令值。 在該第二操作切斷控制后進行的軟起動，以在高頻電源和離子體反應室之間配置 的匹配箱的匹配電路可充分應對的匹配速度進行從零到電力指令值或者電壓指令值的斜 坡形狀的電力輸出或者電壓輸出。因此，該軟起動需要的時間范圍，可以視電力指令值或者 電壓指令值的大小、匹配箱的匹配特性來決定。該軟起動的時間范圍，例如，可以設為從lms 到10s 。 第二操作切斷控制，因為以消除發生作為多數電弧的異常電弧的離子的積蓄、切 斷起弧為目的，所以在使等離子體中發生異常電弧的離子積蓄的階段執行是有效的。
本發明，根據在規定的單位時間(例如10ms)以內發生的第一操作切斷控制的累 計執行次數來判斷發生該異常電弧的離子的積蓄狀況，把第一操作切斷控制的累計執行次 數達到預先設定的次數的時刻，判斷為是在等離子體內發生異常電弧的離子積蓄的階段， 執行第二操作切斷控制。切斷控制禁止部，在第一規定的時間內，計數第一操作切斷控制的 執行次數，在通過該計數得到的計數值達到預先設定的設定次數的時刻，執行第二操作切 斷控制。 另外，在執行第二操作切斷控制的同時對計數值進行清零，重新開始第一操作切 斷控制的執行次數的計數，再次在規定時間內在該計數值達到設定次數的時刻，再次執行 第二操作切斷控制。通過重復該規定次數的第一操作切斷控制和在其后執行的第二操作切 斷控制，能夠有效地進行電弧的成長抑制和異常電弧離子的消除。 本發明的第二方式，在點火方式區間、第一操作切斷后的高速上升區間、第二操作 切斷后的重點火方式區間等內，通過即使在檢出異常放電的場合也禁止切斷動作，抑制由 異常放電的誤檢測引起的切斷，使對于等離子體的電力供給穩定。在點火時或者切斷后的 再起動時，由于對于等離子體負荷不匹配而使反射波電力增大。為抑制通過該反射波電力 的增大引起的過電壓或者過電流，進行反射波電力下降控制。此時，反射波電力增大，因為 原因是不匹配，而不是異常放電的電弧，所以不需要進行切斷動作。因此，在這樣的場合，禁 止切斷動作，來使對于等離子體的電力供給穩定。 本發明的第二方式的結構，是抑制使用給等離子體反應室內供給電力而生成的等 離子體進行成膜或者腐蝕處理的真空裝置的異常放電的裝置，具有供給電力的高頻電源。 該高頻電源具有電力控制部和切斷控制部，前者根據電力指令值和電力反饋值的偏差控制 高頻電源，后者檢測在等離子體反應室內異常放電時、以及向異常放電的轉移過程時的至 少某一個時期中發生的反射波電力或者反射波電壓，切斷從高頻電源向等離子體反應室的 電力供給。切斷控制部具有檢測異常放電的起弧檢測"切斷部、和禁止基于該起弧檢測《切 斷部的電力供給的切斷控制的切斷控制禁止部。 本發明的第二方式具有的切斷控制禁止部，在作為電弧切斷禁止區間決定的區間 內，禁止通過切斷控制部進行的電力供給的切斷控制，即使切斷控制部進行切斷電力供給 的控制，也禁止該切斷控制而繼續電力供給。 電力控制部，作為電力反饋值使用行進波電力值，控制輸出電力，以使電力指令值 和行進波電力值的偏差減小。 另外，切斷控制部以兩種方式進行切斷控制。第一方式是抑制少數電弧的第一操 作切斷控制，通過比較反射波電力或者反射波電壓與低電平的閾值來檢測異常放電，根據該異常放電的檢測切斷電力供給。第二方式是抑制多數電弧的第二操作切斷控制，通過比較反射波電力或者反射波電壓與高電平的閾值來檢測反射波電力的增加，根據該反射波電力增加的檢測切斷電力供給。 第一操作切斷控制和第二操作切斷控制，使與反射波電力Pr比較的閾值的大小不同。作為閾值，第一操作切斷控制使用低電平的值，檢測反射波電力或者反射波電壓增加的初期階段。由此檢測伴隨異常放電的發生的反射波電力的增加。 另一方面，第二操作切斷控制，作為閾值使用比在第一操作切斷控制中使用的低電平的值大的高電平的值，檢測能量集中、向大部分的異常放電轉移的多數電弧的狀態，進行切斷。 本發明的切斷控制禁止部，對于第一操作切斷控制，執行禁止切斷控制的禁止控制，對于第二操作切斷控制，不進行禁止控制。第一操作切斷控制，在使等離子體離子殘存的同時消除少數電弧的起弧因素，第二操作切斷控制，消除異常放電時的多數電弧離子，由此，來實現抑制異常放電的目的。 在對于以異常放電為原因的第二操作切斷控制應用禁止切斷控制的禁止控制的
場合，就會減低第二操作切斷控制的效果。因此，切斷控制禁止部僅對于第一操作切斷控制
應用禁止控制，而不進行由于錯誤地檢出異常放電而導致的誤切斷控制。 電弧切斷禁止區間，是對于高頻電源的等離子體負荷的發生不匹配的區間，包含
有高頻電源起動時的點火方式區間、高頻電源再起動時的第一操作切斷后的高速上升區
間、第二操作切斷后的重點火方式區間、以及作為行進波達到規定電平時的區間的行進波
電力過渡區間的各區間。 因為在上述的電弧切斷禁止區間內等離子體處于不穩定的狀態，且對于等離子體負荷的匹配電路的匹配不充分，所以有時反射波電力增加。此時的反射波電力的增加，不作為異常放電的原因。對于該反射波電力的增加，因為高頻電源作為保護動作進行反射波電力下降控制，所以在上述的電弧切斷禁止區間內沒有必要進行切斷控制。點火方式區間以及重點火方式區間可認為是等離子體已經著火的區間，是從行進波電力開始電力輸出的時刻到超過反射波電力的下降電平的區間。 在點火方式區間以及重點火方式區間內，在行進波電力或者對于等離子體的負荷電力，相對于高頻電源的輸出電力的電力指令值大大偏離了的場合，接受過大的反射波電力進行下降控制，用下降特性保護過電壓、過電流。高頻電源的輸出電力，因為通過該下降特性降低，所以不需要通過切斷控制停止電力供給。 在該點火方式區間、重點火方式區間、高速上升區間內，第一操作切斷控制，把反射波電力的增加作為異常放電誤檢測，根據該誤檢測切斷電力供給，盡管未發生異常放電，也不能對于等離子體供給電力。因此，在該區間內，作為電弧切斷禁止區間，不切斷而繼續電力供給。 在點火方式區間、重點火方式區間、高速上升區間內，下降電平，可以用在額定電力指令值CslOOX上乘以反射下降系數L的LXCslOOX決定。這里，反射下降系數L可以在O. 1 0. 3的范圍內決定。 另外，在起動時或者再起動時，行進波電力比電力指令值Cs滯后增加，通過反饋控制向電力指令值Cs無限漸近。在該行進波電力處于過渡狀態的區間內，當把反射波電力的增加檢測作為異常放電檢測，根據該檢測切斷電力供給時，盡管未發生異常放電，也不能 對于等離子體供給電力。因此，該行進波電力過渡期間，作為電弧切斷禁止區間，不切斷而 繼續電力供給。 行進波電力過渡期間，是行進波電力Pf和電力指令值Cs的差(Cs-Pf)充分大的
區間，可以通過把電力指令值Cs作為上限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值
CslOOX上乘以規定的系數K的KXCsl00X的值(Cs-KXCslOO% )作為下限的電平范圍
決定，當行進波電力Pf在該電平范圍以外時，作為電弧切斷禁止區間不切斷而繼續電力供
給。這里，系數K例如在0. 01 0. 2的范圍內設定，例如可以設定為0. 03。 如上所述，通過本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，能夠對于等離子體穩定
地供給電力。 另外，通過本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，能夠抑制電弧的成長，消除發
生異常電弧的離子的積蓄，由此能夠進行對于等離子體的電力的穩定供給。 另外，通過本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，能夠減低異常放電的誤檢測，
由此能夠進行對于等離子體的電力的穩定供給。 另外，通過本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，能夠在點火時或者再起動時， 不提高設定檢測異常放電的檢測電平，而能抑制誤檢測，由此能夠進行對于等離子體的電 力的穩定供給。


圖1是本發明的真空裝置的電源系統以及真空裝置用異常放電抑制裝置的概略 結構圖。 圖2是表示本發明的電源控制部的控制系統的框圖。 圖3是用于說明本發明的切斷處理以及切斷禁止處理的信號圖。 圖4是用于說明本發明的切斷處理以及切斷禁止處理的信號圖。 圖5是用于說明本發明的切斷處理以及切斷禁止處理的流程圖。 圖6是用于說明本發明的切斷處理以及切斷禁止處理的流程圖。 圖7是用于說明本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置的實施方式的結構例的圖。 圖8是用于說明本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置的實施方式的切斷處理 以及切斷禁止處理的流程圖。 圖9是用于說明本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置的第二操作切斷的流程 圖。 圖10是表示使用比較電路的切斷控制部的輸出狀態的圖。 圖11是表示本發明的切斷控制禁止部的另外的結構例的圖。 圖12是表示本發明的始動時刻的軟起動時的電弧切斷禁止區間的圖。 圖13是表示本發明的第一操作切斷后的高速上升時的電弧切斷禁止區間的圖。 圖14是表示本發明的第二操作切斷后的軟起動時的電弧切斷禁止區間的圖。 符號說明 1...電力控制部
la-.電力設定部lb..軟起動控制部lc、Id...傳遞函數le..電力設定部lf、lg...電力設定部2..切斷中斷電路3..切斷控制部4..起弧檢測 切斷部4A..第一操作切斷系統4Aa 電力設定部4Ab..第一比較電路4Ac..第一控制信號生成電路4B..第二操作切斷系統4Ba 電力設定部4Bb..第二比較電路4Bc..第二控制信號生成電路5..切斷控制禁止部5a..第一開關電路5b..第三比較電路5c..第二開關電路5d..判定電路5e..計數器電路6..振蕩器7..運算放大器8..功率放大器9..傳感器10..高頻電源ll-.匹配電路lZ..等離子體負荷
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明的實施形式。 下面使用圖1說明本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置的結構例。
圖1是真空裝置的電源系統以及真空裝置用異常放電抑制裝置的概略結構圖。在
該圖中，電源系統具有包含電力控制部1、振蕩器6、傳感器9的高頻電源10。電力控制部1
把用傳感器9檢出的行進波電力Pf作為反饋信號，根據與電力指令值Cs的差控制輸出電
力。高頻電源lO通過匹配電路ll向等離子體負荷12供給電力。這里，等離子體負荷12
是從電源側看在具有真空裝置的等離子體反應室內形成的等離子體時的電負荷。 在電源系統中，電力控制部1把來自傳感器9的行進波電力Pf作為反饋信號，根
10據輸入的反饋信號與電力指令值Cs的偏差進行反饋控制，控制成使高頻電源10的輸出電 力成為電力指令值Cs。通過電力控制部1進行的控制，除了對于電力指令值Cs控制輸出電 力之外，還可以通過對于電壓指令值控制輸出電壓來進行。以下說明對于電力指令值Cs控 制輸出電力的場合。 傳感器9檢測從高頻電源10向等離子體負荷12發送的行進波電力Pf、以及從等 離子體負荷12朝向高頻電源10的反射波電力Pr。向電力控制部1反饋行進波電力Pf的 檢出信號，向后述的切斷控制部3具有的起弧檢測*切斷部4發送反射波電力Pr的檢出信 號，向切斷控制禁止部5發送行進波電力Pf的檢出信號。 傳感器9檢測行進波電力Pf以及反射波電力Pr，向電力控制部1發送行進波電力 Pf的檢出信號以及反射波電力Pr的檢出信號。電力控制部1通過使用行進波電力Pf的檢 出信號進行的反饋控制使高頻電源10的輸出電力追隨目標值。 通過電力控制部1進行的反饋控制，把電力指令值Cs和行進波電力Pf的差分信 號作為控制輸出電力的指令信號生成，向運算放大器7的一個端子輸入。另一方面，在運算 放大器7的另一個端子上輸入作為基準的高頻信號。運算放大器7根據電力控制部1的指 令信號控制高頻信號的振幅。高頻信號可以通過振蕩器6形成，該高頻信號的頻率可以根 據供給等離子體負荷的高頻決定，例如做成13. 56MHz的頻率信號。 由此，控制運算放大器7的交流輸出信號使供給等離子體負荷12的電力成為電力 指令值Cs。運算放大器7的輸出信號，在通過功率放大器8變成規定電力后，通過匹配電路 11向等離子體負荷12發送。 反饋控制，除了使用運算放大器7進行之外，代替運算放大器7還可以使用反相
器，也可以通過控制開關元件的開關間隔的P麗控制信號控制交流電力的電壓。 另夕卜，電力控制部1使用反射波電力Pr的檢出信號檢測反射波電力Pr的增加，在
檢出反射波電力Pr的增加的場合進行下降控制，抑制伴隨反射波電力Pr的增加的過電流
或者過電壓，保護電源。 匹配電路11是進行高頻電源10側和等離子體負荷12之間的阻抗匹配的電路。例 如，可以通過電感和電容構成。 圖2是表示電源控制部的控制系統的框圖。 在圖2中，Cs是與高頻電源10的輸出電力的目標值對應的電力指令值，Pf是朝向 等離子體負荷12的行進波電力。在該控制系統中，進行反饋控制，以使作為輸出電力的行 進波電力Pf與作為電力指令值的目標值Cs —致。 在電力控制部l中，Sl是計算電力指令值Cs和經過傳遞函數13從傳感器9反饋 的行進波電力的檢出信號Pfb的差、作為電力的控制偏差e輸出的求和點。G是根據電力 的控制偏差e生成電流指令信號I時的傳遞函數，具有比例特性以及積分特性。行進波電 力Pf被供給等離子體負荷12，同時經過傳遞函數13被反饋到求和點S。 13是把行進波電 力Pf反饋到求和點S時的傳遞函數，這里，相當檢測行進波電力Pf的傳感器9的傳遞函數。
另外，電力控制部l，包含在起動時或者切斷后再起動時以斜坡狀使電力從零輸出 狀態增加到規定電力值的軟起動控制。 另外，在本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置中，高頻電源10具有在檢測到異 常放電時暫時切斷向等離子體負荷12輸出的電力的機構。該切斷機構具有控制輸出電力
11的切斷操作的切斷控制部3，該切斷控制部3包含檢測起弧、控制切斷動作的起弧檢測*切斷部4 ;在異常放電以外的場合禁止起弧檢測 切斷部4的動作、繼續電力供給的切斷控制禁止部5 ;以及對于通常的電力控制進行通過切斷控制部3進行的切斷動作的中斷的切斷
中斷部2。 切斷中斷部2接受切斷控制部3的切斷控制而使振蕩器6的動作停止。通過停止該振蕩器6的動作，使暫時停止從高頻電源10向等離子體負荷12的電力供給。另外，切斷控制，除停止向等離子體負荷12的電力供給之外，也可以進行減低供給的電力量的控制，也可以代替振蕩器6停止動作而通過電力控制部1抑制輸出電力。 切斷控制部3的起弧檢測 切斷部4，輸入用傳感器9檢出的反射波電力Pr的檢出信號，比較該反射波電力Pr的檢出信號與切斷用的閾值，在反射波電力Pr的檢出信號的大小超過該閾值時，判斷為在等離子體負荷12中發生了異常放電，對于切斷中斷部2輸出切斷指令。切斷中斷部2，當接收到來自切斷控制部3的切斷指令時停止振蕩器6的振蕩動作，由此暫時停止從高頻電源10向等離子體負荷12的電力供給，抑制異常放電的發生。
切斷控制部3進行的異常放電的抑制，可以通過兩種切斷控制來進行，S卩，在殘存了等離子體中的離子的狀態下能夠再起動的第一操作切斷控制和在消除了異常電弧離子的狀態下進行再起動的第二操作切斷控制。這兩種切斷控制，可以通過使切斷高頻電源的輸出的切斷時間的時間范圍不同來選擇。 第一操作切斷控制在殘存了等離子體中的離子的狀態下能夠再起動的狀態下進行切斷控制，抑制電弧的成長。另一方面，第二操作切斷控制，通過使異常電弧離子消失，消除發生電弧的離子的積蓄。 切斷控制部3的起弧檢測，切斷部4，進行使切斷時間不同的第一操作切斷控制和
第二操作切斷控制。第一操作切斷控制，可殘存等離子體反應室內的離子，在起弧因素消失的時間范圍內切斷控制高頻電源。另一方面，第二操作切斷控制，在異常電弧離子消失的時間范圍內切斷控制高頻電源。 在第一操作切斷控制中，例如，取切斷時間的時間范圍為1 y s到100 ii s的短的時間范圍，在等離子體反應室內的離子殘存的狀態下結束切斷控制。由此，作為異常放電的原因的起弧因素，通過該短時間的切斷消失，消除異常放電。另外，在通過第一操作切斷控制的切斷時間范圍內，是等離子體反應室內的離子殘存的狀態。因此，在切斷后的再起動中，因為能夠極快地在短時間內進行電力供給的提升，所以能夠瞬時恢復正常放電。
在第二操作切斷控制中，例如，取比第一操作切斷控制長的lms到100ms的時間范圍，在異常電弧離子消失的狀態下結束切斷控制。由此，能夠消除發生異常放電的離子的積蓄，切斷起弧。 在本發明中，通過第一操作切斷控制的切斷動作，在反射波電力達到低電平的閾值(第一操作電平)的時刻停止電力供給來消除異常放電。另外，通過第二操作切斷控制的切斷動作，在反射波電力達到高電平的閾值(第二操作電平)的時刻停止電力供給來消除異常電弧離子。該第二操作切斷控制也稱為電弧離子刷新動作。 因為通過第一切斷控制的切斷動作先于通過第二切斷控制的切斷動作進行，所以把第一切斷控制稱為第一操作，把第二切斷控制稱為第二操作，把第一操作電平設定為比第二操作電平低的電平。
電力控制部l，在通過第一操作切斷控制切斷高頻電源10的輸出后以高速上升再 起動，對于電力指令值Cs反饋行進波電力Pf進行控制，控制成使高頻電源的輸出成為電力 指令值Cs。 在該第一切斷控制后進行的再起動是高速上升的起動，通過在與第一操作切斷控 制的切斷時間相同的時間數量級的時間范圍內輸出從零輸出狀態到電力指令值的斜坡狀 的電力來進行。因此，該高速上升所需要的時間范圍可以根據第一操作切斷控制的切斷時 間決定。該時間范圍例如可以取1 ii s至IJ 100 ii s。 另外，電力控制部l，在通過第二操作切斷控制切斷高頻電源10的輸出后進行通 過軟起動的再起動，對于電力指令值Cs反饋行進波電力Pf進行控制，控制成使高頻電源的 輸出成為電力指令值Cs。 該第二操作切斷控制后進行的再起動的軟起動，以匹配電路11能夠充分應對的 匹配速度進行從零輸出狀態到電力指令值的斜坡狀的電力輸出。由此，能夠抑制由于匹配 不良引起的反射波電力Pr的增加。 因此，通過該第二操作切斷控制進行的再起動的軟起動所需要的時間范圍，可以 依據電力指令值Cs的大小、匹配電路11的匹配特性等決定。該軟起動的時間范圍，例如可 以取lms到ls。 第二操作切斷控制，因為以消除使異常電弧發生的離子的積蓄、切斷起弧為目的， 所以在使等離子體發生異常電弧的離子的積蓄的階段執行是有效的。 第二操作切斷控制，根據在規定時間內發生的第一操作切斷控制的累計執行次 數，判斷發生異常電弧的離子的積蓄狀況，通過把在第一操作切斷控制的累計執行次數達 到預先設定的次數的時刻判斷為是使等離子體內發生異常電弧的離子積蓄了的階段來執 行。因此，切斷控制部3具有的起弧檢測 切斷部4與切斷控制禁止部5 —起計數第一操 作切斷控制的執行次數，在通過該計數得到的計數值達到預先設定的設定次數的時刻，執 行第二操作切斷控制。 另外，在執行第二操作切斷控制的同時對計數值進行清零，重新開始第一操作切 斷控制的執行次數的計數，在規定時間內計數值達到設定次數的時刻再次執行第二操作切 斷控制。通過重復該規定次數的第一切斷控制及在其后的第二操作切斷控制，能夠有效地 進行電弧的成長抑制和異常電弧離子的消除。 另外，切斷控制部3可以用第一操作切斷控制和第二操作切斷控制兩種方式執行 切斷控制。 各切斷控制，例如，可以通過反射波電力的絕對值電平和閾值的比較檢測異常放 電，根據檢出的異常放電來進行。 在通過比較反射波電力的絕對值電平和閾值檢測異常放電的場合，第一操作切斷 控制，通過把反射波電力與低電平的閾值比較檢測異常放電，根據該異常放電的檢出來切 斷電力供給。另一方面，第二操作切斷控制，通過把反射波電力與高電平的閾值比較檢測反 射波電力的增加，根據該反射波電力的增加的檢出來切斷電力供給。 第一操作切斷控制和第二操作切斷控制，通過使和反射波電力Pr要比較的閾值 的大小不同來選擇。第一操作切斷控制作為閾值使用低電平的值，檢測反射波電力的增加 的初期階段。由此，能夠檢測伴隨異常放電的發生的反射波電力的增加。其結果，能夠在少
13數電弧的狀態下切斷等離子體成膜時以及腐蝕時的異常放電。 另一方面，作為閾值，第二操作切斷控制使用比在第一操作切斷控制中使用的低電平的值大的高電平的值，檢測經過了初期階段的階段的反射波電力的增加。由此，檢測能量集中、向大部分異常放電轉移的多數電弧的狀態并進行切斷。 另外，切斷控制禁止部5，在作為電弧切斷禁止區間決定的區間內，禁止通過起弧檢測*切斷部4進行的電力供給的切斷控制，即使在執行切斷電力供給的控制的場合，切斷控制禁止部5也禁止該切斷控制，繼續電力供給。該電弧切斷禁止區間，是在由于異常放電以外的因素引起發生反射波電力增加的場合，為防止誤認為異常放電而停止電力供給而決定的區間。在該電弧切斷禁止區間內，在起弧檢測 切斷部4檢測到反射波電力的增加而輸出切斷指令的場合，禁止該切斷指令，不執行切斷控制。 這里，電弧切斷禁止區間，可以包含高頻電源起動時的點火方式區間、第一操作切斷控制后的高速上升區間、第二操作切斷控制后的點火方式區間、反饋值(行進波電力)漸近電力指令值達到規定的變動范圍內的行進波電力過渡區間。 點火方式區間以及重點火方式區間是到認為等離子體著火的區間，是從行進波電力開始電力輸出的時刻到超過反射波電力的下降電平的區間。在該區間內在反射波電力增加的場合，因為高頻電源作為保護動作進行反射波電力下降控制，所以不需要進行第一操作切斷控制，另外，第二操作切斷控制為了保護不論是否是管電弧切斷禁止區間都執行切斷動作。 在電弧切斷禁止區間內，當通過第一操作切斷控制檢測到反射波電力的增加而作為異常放電被誤檢出時，根據該誤檢出切斷電力供給，盡管未發生異常放電，也不能對于等離子體進行電力供給。因此，在本發明中，在該電弧切斷禁止區間內不切斷而繼續電力供給。 在點火方式區間或者重點火方式區間內，電弧切斷禁止區間可以用下降電平決定。下降電平可以用在額定電力指令值CslOOX上乘以反射下降系數L的LXCslOOX決定。這里，反射下降系數L可以在0. 1 0. 3的范圍內決定。 另外，在起動時或者再起動時，行進波電力比電力指令值Cs滯后增加，通過反饋控制向電力指令值Cs漸近。在行進波電力處于過渡狀態的區間內，當把反射波電力的增加作為異常放電檢出、根據該檢出切斷電力供給時，盡管未發生異常放電，也不能對于等離子體供給電力。因此，該行進波電力過渡期間作為電弧切斷禁止區間，不切斷而繼續進行電力供給。 該行進波電力過渡期間，可以作為電力反饋值(行進波電力)對于電力指令值超過規定的變動范圍的區間決定，是行進波電力Pf和電力指令值Cs的差(Cs-Pf)足夠大的區間，可以通過把電力指令值Cs作為上限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值CslOOX上乘以規定的系數K的KXCslOOX的值(Cs_KXCslOO% )作為下限的電平范圍決定，在行進波電力Pf在該電平范圍以外時，作為電弧切斷禁止區間不切斷而繼續進行電力供給。這里，系數K例如可以在O.Ol 0.2的范圍內設定。 例如，在作為系數K設定成0. 03的場合，電弧切斷禁止區間可以通過把電力指令值Cs作為上限、把(Cs-0. 03XCsl00%)作為下限的電平范圍來設定，在行進波電力在該范圍以外時，不停止而繼續進行電力供給。
接著使用圖3、圖4的信號圖以及圖5、6的流程圖說明切斷處理以及切斷禁止處 理。另外，這里，說明檢出異常放電后進行的第一操作切斷處理、和在點火方式區間、重點火 方式區間、以及行進波電力過渡區間的電弧切斷禁止區間內禁止該第一操作切斷處理的動 作。另外，圖4、圖6表示在多次發生第一操作切斷時進行第二操作切斷的切斷處理。
圖3的信號圖表示通過軟起動進行控制高頻電源10的電力提升的場合、以及在第 一操作切斷后進行電力的高速提升的場合，圖4表示在第一操作切斷后進行電力的高速提 升、以及在第二操作切斷后進行軟起動的場合。 圖3、圖4中的虛線表示電力指令值Cs，濃實線表示行進波電力Pf，淡實線表示反 射波電力Pr。另外，圖3、圖4中的淡虛線表示決定電弧切斷禁止區間的電力電平，包含反 射波電力的下降電平、和根據電力指令值Cs變動的電平范圍。把用該下降電平決定的點 火方式區間和重點火方式區間、以及反射波電力低于電平范圍的區間作為電弧切斷禁止區 間，該區間表示是禁止電弧切斷動作的范圍。 首先，根據軟起動控制，用規定的時間以斜坡狀的增加特性慢慢從零電力增加到 目標電力。 在該軟起動中決定點火方式區間，點火方式區間是從給等離子體負荷開始施加電 力開始的初期期間，這里，取為從行進波電力增加然后執行匹配到點火點的狀態的區間。該 點火方式區間可以根據行進波電力在下降電平以下的狀態決定。 繼點火方式區間之后，把行進波電力低于規定的電平范圍的區間設定為電弧切斷 禁止區間。該行進波電力過渡區間，是關于由于行進波電力Pf與電力指令值Cs的延遲而 產生的差，行進波電力Pf朝向電力指令值Cs增加、漸近時的過渡期間，在該區間內，行進波 電力Pf與電力指令值Cs的差(Cs-Pf)充分大。該行進波電力過渡區間，可以通過把電力 指令值Cs作為上限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值CslOOX上乘以規定的系 數K的KXCslOOX的值(Cs-KXCslOO% )作為下限的電平范圍決定。
在該點火方式區間以及行進波電力過渡區間內，有由于對于等離子體負荷的不匹 配使得反射波電力Pr增大的可能性。因此，在把反射波電力Pr的增大作為指標檢測異常 放電的場合，有把該區間中的反射波電力Pr的增大作為異常放電誤檢測的可能。因此，在 本發明中，在該點火方式區間以及行進波電力過渡區間內，即使在檢出反射波電力Pr增大 的場合也不切斷而繼續進行電力的供給。 因此，在反射波電力是下降電平以下的點火方式區間的場合、以及行進波電力Pf 處于根據電力指令值設定的行進波電力過渡區間的電平范圍內的場合，把這些區間作為電 弧切斷禁止區間，不切斷而繼續進行電力的供給。 因此，電弧切斷禁止區間的范圍是對于電力指令值Cs行進波電力Pf變動大的范 圍，是抑制不是由于異常放電引起的反射波電力Pr的增加而引起的電力供給的切斷、繼續 電力供給的范圍。通過保護電源的下降特性，減低不是由于異常放電引起的反射波電力Pr 的增加。 另外，圖中的匹配區間，是從開始施加電力到行進波電力Pf對于電力指令值Cs的 追隨控制變得穩定的區間，在該區間以后通過反饋控制追隨電力指令值Cs來控制行進波 電力Pf。 在軟起動區間結束后，通常，電力指令值Cs指示一定值，以使對于等離子體負荷供給穩定的電力，行進波電力Pf通過反饋控制追隨電力指令值Cs，穩定在額定電力指令值Csl00X處。 在該狀態下反射波電力Pr增加、超過第一操作切斷電平的場合，判定為起弧發生后發生了異常放電，通過來自切斷中斷電路2的中斷使振蕩器6的振蕩停止，停止電力供給，暫時切斷從高頻電源10對于等離子體負荷12的電力供給。通過切斷中斷電路2使振蕩器6停止振蕩的切斷時間，例如以1 P sec 3ii sec的時間間隔進行。該暫時切斷的切斷時間的范圍，取等離子體室內的離子能夠殘存而且起弧因素消失的最短時間范圍。例如取1 ii sec 100 ii sec。通過使離子殘存，在暫時切斷后再上升時，使能夠迅速地正常放電。圖中，該暫時切斷區間記為第一操作電弧(lst操作電弧)切斷。 另外，即使在暫時切斷中也保持等離子體的控制狀態，在暫時切斷后的控制重新
開始時解除保持狀態，能夠不進行用于控制的初始處理而迅速地繼續控制動作。 在經過第一操作切斷的暫時切斷期間后，停止切斷處理，進行上升控制以使行進
波電力Pf成為電力指令值Cs。這里，把該上升控制稱為高速上升控制。在該高速上升控制
中，行進波電力Pf從幾乎是零的狀態大大增加，同時反射波電力Pr也從幾乎是零的狀態增加。 切斷控制部3檢測該反射波電力Pr的增加，通過由切斷中斷電路2進行的中斷進行切斷電力供給的控制。但是，當執行該切斷控制部3的切斷控制時，電力供給被切斷，不能進行高速上升控制。因此，通過把該區間作為電弧切斷禁止區間，禁止切斷控制部3的切斷控制，不使電力供給停止。該電弧切斷禁止區間的設定，可以通過上述的、行進波電力Pf是否在反射波電力的下降電平以下的范圍、以及行進波電力Pf是否在把電力指令值Cs作為上限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值CslOOX上乘以規定系數K的值K《s的值(Cs-K CslOO% )作為下限的范圍內的判定來進行。 切斷控制禁止部5把點火方式區間、重點火方式區間以及行進波電力過渡區間作為電弧切斷禁止區間，在該區間內禁止通過起弧檢測，切斷部4進行的切斷控制，繼續電力供給。圖3(b)、圖4(b)表示電弧切斷禁止區間，圖3(c)、圖4(c)表示根據第一操作切斷控制的檢測狀態，圖3(d)、圖4(d)表示根據第一操作切斷控制的切斷狀態，圖3(e)、圖4(e)表示根據第二操作切斷控制的檢測以及切斷狀態 在圖5的流程圖中，首先電力控制部1開始軟起動控制(Sl)。開始軟起動后，在行進波處于點火方式區間內時(S2)，起弧檢測*切斷部4比較反射波電力Pr與第二操作切斷電平，在檢出通過第二操作產生的電弧的場合(S3)，進行第二操作切斷處理(SIO)。另外，在點火方式區間內未檢出通過第二操作產生的電弧、但是檢出通過第一操作產生的電弧的場合(S4)，因為該區間是電弧切斷禁止區間，所以不進行切斷處理，繼續進行電力供給的控制(S5)。 在行進波電力超過反射波電力的下降電平而脫離點火方式區間后(S2)，起弧檢測*切斷部4比較反射波電力Pr和第二操作切斷電平，在檢測到由第二操作引起的電弧的場合(S6)，進行第二操作切斷處理(Sll)。另外，在未檢測到由第二操作引起的電弧但是檢測到由第一操作引起的電弧的場合(S7)，在是行進波電力過渡區間時(S8)，因為行進波電力過渡區間是電弧切斷禁止區間，所以不進行切斷處理繼續進行電力供給的控制(S9)。
另一方面，在不是電弧切斷禁止區間的場合(S8)，進行第一操作切斷處理(S2)。
上述SI S12的步驟，被應用在圖3(b)中的點火方式區間以及行進波電力過渡 區間的電弧切斷禁止區間內。 另外，上述S6 S12的步驟，可以在圖3(b)以及圖4(b)中的電弧切斷禁止區間 內、第一操作切斷后進行的高速上升、或者第二操作切斷后進行的軟起動時應用(S13)。
圖3 (c)、圖4 (c)表示根據比較反射波電力和第一操作電平檢出的第一操作的起 弧檢出信號，圖3(d)、圖4(d)表示根據切斷控制禁止處理后第一操作的切斷信號。
圖3 (d)、圖4 (d)表示的切斷信號，在圖3 (c)、圖4 (c)的檢出信號內，處于圖3 (b)、 圖4(b)的電弧切斷禁止區間內的起弧檢出信號禁止切斷處理，僅抽出切斷控制禁止區間 外的切斷信號，由此進行第一操作切斷控制。 圖3 (e)、圖4 (e)表示比較反射波電力和第二操作切斷電平得到的切斷信號。通過 該第二操作切斷電平得到的切斷信號，不管是否是切斷控制禁止區間，無條件地進行切斷 控制。 另外，在第一操作和第二操作中同時進行檢測的場合，優先進行第二操作。例如圖 3 (e)、圖4 (e)表示的第二操作切斷優先于圖3 (d)、圖4 (d)中表示的同時點處的第一操作切 斷來進行。 接著使用圖4的信號圖、以及圖6的流程圖說明在發生多次第一操作切斷時進行 的切斷處理以及切斷禁止處理。 切斷處理，在規定的時間內(例如10msec)以規定次數執行短時間范圍的第一操 作切斷后，以較長的時間范圍(例如lmsec 100msec)通過第二操作切斷執行暫時切斷。
在圖4的信號圖中，在多次執行第一操作切斷后，以比通過第一操作切斷的切斷 時間范圍長的時間范圍(例如lmsec到100msec的時間范圍)通過第二操作切斷執行暫時 切斷。在第二操作切斷后，通過軟起動控制高頻電源10使電力上升。在該軟起動控制中， 和所述點火時的軟起動控制同樣，使用規定的時間以斜坡狀的增加特性慢慢從零電力增加 到目標電力。圖4中的虛線表示電力指令值Cs，濃的實線表示行進波電力Pf，淡的實線表 示反射波電力Pr。 另外，關于禁止切斷的處理、以及切斷后的再上升的處理，可以與上述處理同樣。
圖6是用于說明通過第二操作切斷執行暫時切斷的過程的流程圖。
計數器電路把計數器值C置零(C= 1) (S21)，每次執行第一操作切斷時(S22)，在 計數器值C上加"l" (C = C+l)。計數器值C的加運算，根據第一操作切斷的控制信號進行 (S23)。 計數器值C與預先設定的設定次數N比較(S24)，在計數器值C超過設定次數N的 時刻，開始暫時切斷(S25)，停止電源(S26)。另外，在計數器值C不到預先設定的設定次數 N的場合，不執行第二操作切斷，僅重復第一操作切斷。 第二操作切斷，在經過規定的規定時間后(S27)，通過軟起動對電源進行再起動 (S28)。在等離子體的成膜處理結束前重復S21 S28的步驟(S29)。 圖4(b)表示點火方式區間和行進波電力過渡區間，圖4(c)表示比較反射波電力 和第一操作電平檢出的起弧檢出信號，圖4(d)表示第一操作的切斷信號，圖4(d)表示的切 斷信號，處于電弧切斷禁止區間內的起弧檢出信號被禁止切斷，僅抽出切斷控制禁止區間 外的切斷信號，由此，進行第一操作切斷控制。
圖4(e)表示比較反射波電力和第二操作切斷電平得到的切斷信號。用該第二操
作切斷電平得到的切斷信號，不管是否是切斷禁止控制區間，無條件地進行切斷控制。
下面使用圖7 圖10說明本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置的實施方式。圖 7表示本發明的實施方式的結構例，圖8、圖9表示說明操作例的流程圖，圖10表示使用比 較電路的切斷控制部的輸出狀態。 該實施方式是在通過反射波電力的電力電平判斷可否切斷的同時把點火方式區 間、重點火方式區間、以及行進波電力過渡區間作為電弧抑制區間的方式。
圖7是表示本發明的電力控制部1、和包含起弧檢測 切斷部4、切斷禁止控制部 5的切斷控制部3的結構例的圖。 下面說明起弧檢測 切斷部4。起弧檢測 切斷部4具有第一操作切斷控制系統 4A和第二操作切斷控制系統4B兩個切斷控制系統。 在該實施方式中，通過將反射波電力Pr與第一操作切斷電平和第二操作切斷電 平進行比較，嚴格區別檢測由于異常放電的切斷操作和由于異常放電以外的原因的切斷操 作，輸出使切斷動作執行的控制信號。控制信號通過切斷中斷電路2暫時停止振蕩器6的 振蕩動作。 第一操作切斷控制系統4A，通過將反射波電力與低電平(第一操作電平)的閾值 進行比較檢測異常放電，根據該異常放電的檢出切斷電力供給。另一方面，第二操作切斷控 制系統4B，通過將反射波電力與高電平的閾值(第二操作電平)進行比較檢測反射波電力 的增加，根據由于異常放電以外的原因的反射波電力的增加的檢出來切斷電力供給。
第一操作切斷控制系統4A和第二操作切斷控制系統4B，通過使與反射波電力Pr 比較的閾值的大小不同來選擇。第一操作切斷控制系統4A作為閾值使用低電平的第一操 作電平值，檢測反射波電力的增加的初期階段。由此，能夠檢測少數電弧的狀態執行切斷。
另一方面，第二操作切斷控制系統4B作為閾值使用比在第一操作切斷控制中使 用的低電平的值大的高電平的值，檢測初期階段過去后的反射波電力的增加。由此，檢測能 量集中、向大部分的異常放電轉移的多數電弧的狀態執行切斷。 第一操作切斷控制系統4A，通過將反射波電力Pr與第一操作切斷電平PA進行比 較檢測異常放電，輸出控制信號。切斷中斷電路2，通過接收該控制信號、暫時停止振蕩器6 的振蕩暫來切斷從高頻電源10向等離子體負荷12的輸出電力的供給。
第一操作切斷控制系統4A，在第一比較電路4Ab中，比較用傳感器9檢出的反射波 電力Pr的檢出信號和用電力設定部4Aa生成的第一操作切斷電平，在反射波電力Pr的檢 出信號超過第一操作切斷電平的時刻，輸出控制信號。切斷中斷電路2，接收該控制信號后 暫時停止振蕩器6的振蕩，執行切斷操作。 另一方面，第二操作切斷控制系統4B，通過比較反射波電力Pr與第二操作切斷電
平檢測由于異常放電以外的原因引起的反射波電力Pr的增加來形成控制信號，向切斷中
斷電路2發送。切斷中斷電路2，通過接收該控制信號、暫時停止振蕩器6的振蕩、執行切斷
操作，暫時切斷從高頻電源10向等離子體負荷12的輸出電力的供給。 第二操作切斷控制系統4B，在第二比較電路4Bb中，比較用傳感器9檢出的反射波
電力Pr的檢出信號和用電力設定部4Ba生成的第二操作切斷電平，在反射波電力Pr的檢
出信號超過第二操作切斷電平的時刻，輸出控制信號。切斷中斷電路2，接收該控制信號，執
18行切斷操作。 第一操作切斷電平是低電平的閾值，第二操作切斷電平是高電平的閾值。因此，在 反射波電力Pr增加的場合，反射波電力Pr首先超過第一操作切斷電平，接著超過第二操作 切斷電平。 另外，在第一操作切斷控制系統4A中得到的控制信號通過切斷控制禁止部5向切 斷中斷電路2發送。此時，在切斷控制禁止部5動作的場合，因為控制信號不向切斷中斷電 路2發送，所以振蕩器6的振蕩動作繼續，不執行輸出電力的供給切斷操作，維持對于等離 子體負荷的電力供給。 另一方面，在第二操作切斷控制系統4B中得到的控制信號不通過切斷控制禁止 部5向切斷中斷電路2發送，因此，切斷中斷電路2不會依從切斷控制禁止部5的動作，而 根據起弧檢測*切斷部4的控制信號暫時停止振蕩器6的振蕩動作，切斷輸出電力的供給。
圖10是表示使用比較電路的切斷控制部3的輸出狀態的圖。反射波電力Pr增 加，在反射波電力Pr超過第一操作切斷電平PA的時刻TA輸出控制信號SA(圖10(b))，在 超過第二操作切斷電平PB的時刻TB輸出控制信號SB(圖10(b))。 切斷控制禁止部5，在滿足點火狀態、重點火狀態、行進波電力對于電力指令值Cs 超過規定的范圍(Cs (Cs-K *CS100% ))變動的場合等的規定的條件的場合，禁止來自起 弧檢測*切斷部4的控制信號，在不滿足規定的條件的場合，向切斷中斷電路2發送來自起 弧檢測 切斷部4的控制信號。該控制信號，作為用于停止電力供給使電弧被切斷的電弧 切斷信號起作用，將其從切斷中斷電路2向振蕩器6發送，暫時停止振蕩器6。
在圖7中，切斷控制禁止部5，做成禁止點火狀態下的控制信號的結構，具有第一 開關電路5a和第三比較電路5b，做成在行進波電力Pf對于電力設定值超過規定的范圍變 動的場合禁止控制信號的結構，具有第二開關電路5c和判定電路5d。 第一開關電路5a和第三比較電路5b的結構，控制是否向切斷中斷電路2發送由 起弧檢測 切斷部4生成的控制信號，在高頻電源10處于點火狀態的場合，停止控制信號 向切斷中斷電路2的發送，禁止控制信號，在高頻電源10不處于點火狀態的場合，允許控制 信號向切斷中斷電路2發送，使控制信號有效。 第三比較電路5b，通過比較行進波電力Pf與反射波電力的下降電平，判定點火方 式區間。第三比較電路5b，當行進波電力Pf超過下降電平時使第一開關電路5a成為導通 狀態。下降電平可以通過在額定電力指令值Cs 100 %上乘以反射下降系數L的L X Cs 100 % 設定。反射下降系數L可以在0.1 0.3的范圍內決定。 另外，在已知點火方式區間的時間間隔的場合，也可以用計數器電路計時點火的 經過時間并監視點火狀態。計數器電路，從軟起動控制部lb接受通知電力供給已開始的信 號后開始點火時間的計時，在經過預先設定的點火時間后，將第一開關電路置成為導通狀 態。 第一開關電路5a，輸入用起弧檢測*切斷部4的第一操作切斷控制系統4A檢出的 異常放電的檢出信號。第一開關電路5a，在點火時間區間內，停止向第二開關電路5c發送 輸入的檢出信號，禁止控制信號，在點火時間區間以外，允許向第二開關電路5c發送輸入 的檢出信號，使控制信號有效。 第二開關電路5c和判定電路5d的結構，在行進波電力對于電力指令值Cs超過規
19定的范圍(Cs (Cs-K*CS100%))變動的場合，控制是否向切斷中斷電路2發送由起弧檢 測，切斷部4生成的控制信號，在行進波電力超過規定范圍變動的場合，停止向切斷中斷電 路2發送控制信號，禁止控制信號，在行進波電力的變動在規定范圍內的場合，允許控制信 號向切斷中斷電路2發送，使控制信號有效。更詳細說，第二開關電路5c，關于第一開關電 路5a的輸出信號控制向切斷中斷電路2的發送。 判定電路5d，從傳感器9輸入行進波電力Pf的檢出信號，通過比較該行進波電力 Pf的檢出信號與閾值，來判定行進波電力Pf是否超過規定范圍變動了，或是行進波電力Pf 的變動是否在規定范圍內。 這里，判定行進波電力Pf的變動狀態的變動范圍，規定為把電力指令值Cs作為上 限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值Csl00^上乘以規定系數K的KXCs100^ 的值(Cs-KXCslOO% )作為下限的電平范圍。規定系數K可以在O.Ol 0.2的范圍內決定。 判定電路5d，在行進波電力Pf的檢出信號超過規定范圍變動的場合，向第二開關 電路5c發送電弧切斷禁止信號，通過切斷中斷電路2禁止通過電力供給的停止的切斷動 作。由此，和點火狀態同樣，在通過為保護過大的反射波電力Pr或者過電壓、過電流而進行 的下降控制而使行進波電力Pf大幅變動的場合，能夠防止由于誤認為是異常放電而導致 的切斷操作。第二開關電路5c，根據來自判定電路5d的判定信號，控制向切斷中斷電路2 發送從第一開關電路4a輸入的控制信號。另外，上述的切斷控制禁止部5的結構是例子， 不限于該結構。該實施形式中的信號狀態可以用圖3、4表示。 在圖8的流程圖中，首先軟起動控制部lb開始軟起動控制(S31)。在開始軟起動 后，比較行進波電力Pf與下降電平(例如LXCslOO% )，監視是否在點火方式區間(S32)， 在點火方式區間內僅進行第二操作切斷，禁止第一操作切斷(S33)。 在第二比較電路4Bb中，在反射波電力Pr超過第二操作切斷電平的場合(S34)， 檢出第二操作電弧后執行第二操作切斷處理(S50)。在第二操作切斷處理中，停止振蕩器6 的振蕩停止電源輸出后(S51)，等待經過規定時間(S52)，重新開始振蕩器6的振蕩，恢復電 源輸出(S53)。 在脫離開點火方式區間后(S35)，通過比較行進波電力Pf與(Cs-KXCslOO% )判 定行進波電力Pf的變動狀態。在行進波電力Pf在Cs和(Cs-KXCslOO% )的范圍外的場 合，設定電弧切斷禁止區間，禁止切斷處理(S37)。 在電弧切斷禁止區間內，即使在第一比較電路4Ab中反射波電力Pr超過第一操作 切斷電平的場合(S38)，因為切斷處理已經被禁止，所以繼續電力供給(S39)。
其后行進波電力Pf增力口，在行進波電力Pf進入了Cs和(Cs-KXCslOO%)的范圍 內場合(S40)，解除電弧切斷禁止區間。在反射波電力Pr超過第二操作電平的場合，進行第 二操作切斷處理(S42)。在S36，在行進波電力Pf在Cs和(Cs-KXCslOO% )的范圍內場 合，因為未設定電弧切斷禁止區間，所以在第一比較電路4Ab中反射波電力Pr超過第一操 作切斷電平的場合(S43)，通過第一操作切斷控制(S44)，停止電源輸出(S45)。在電源輸 出的停止經過規定期間(1 y sec 100 ii sec)后(S46)，高速恢復電源輸出(S47)。在結束 S34 S42的處理前繼續執行(S48) 接著使用圖11說明切斷控制禁止部5的別的結構。
圖11中表示的切斷控制禁止部5的結構，是實現消滅在等離子體中積蓄的異常電 弧離子的離子刷新功能的結構例。 上述的切斷控制禁止部的切斷控制(第一操作切斷)，可在等離子體反應室內殘 存離子，在消滅起弧因素的時間范圍內切斷控制高頻電源。另一方面，圖ll表示的結構的 切斷控制，通過延長切斷時間消滅異常電弧離子。 在該切斷控制中，例如，設為1ms到100ms的時間范圍，在消滅了異常電弧離子的
狀態下結束切斷控制。由此，消除使發生異常電弧的離子的積蓄，切斷起弧。 切斷控制禁止部5，根據第一切斷控制的累計執行次數判斷使發生該異常電弧的
離子的積蓄狀況，把第一切斷控制的累計執行次數達到預先設定的次數的時刻，判斷為在
等離子體內積蓄了使異常電弧發生的離子的階段，執行切斷控制。另外，第一切斷控制，是
通過第一開關電路5a、第三比較電路5b、第二開關電路5c進行的切斷控制。 因此，切斷控制禁止部5具有計數第一切斷控制的執行次數的計數器電路5e。計
數器電路5e，計數第二開關電路5c的控制信號，在通過該計數得到的計數值達到預先設定
的設定次數的時刻，對于切斷中斷電路2發送執行切斷控制的控制信號。 計數器電路5e在發送切斷控制的控制信號的同時清除對計數值進行清零，再計
數第一切斷控制的執行次數，在該計數值達到設定次數的時刻再次執行第二切斷控制。通
過重復該規定次數的第一切斷控制和其后的第二切斷控制，有效地進行電弧的成長抑制和
異常電弧離子的消除。 另外，軟起動控制部lb，在通過第二切斷控制切斷高頻電源的輸出后進行通過軟 起動的再起動，對于電力指令值或者電壓指令值反饋行進波電力值來進行控制，控制成使 高頻電源的輸出成為電壓指令值。 該第二切斷控制后進行的軟起動，以匹配箱的匹配電路能夠充分應對的匹配速度 進行從零到電力指令值的斜坡狀的電力輸出，而且在以切斷控制部不會將反射波電力作為 異常放電檢測而能夠進行阻抗匹配的時間范圍內輸出。因此，該軟起動所需要的時間范圍 可以依據電力指令值的大小、匹配箱的匹配電路的匹配特性等決定。該軟起動的時間范圍 例如可以取lms到10s。 下面使用圖12 圖14說明電弧切斷禁止區間。圖12表示始動時刻的軟起動時 的電弧切斷禁止區間，圖13表示第一操作切斷后的高速上升時的電弧切斷禁止區間，圖14 表示第二操作切斷后的軟起動時的電弧切斷禁止區間 在圖12中，在始動時刻的軟起動時，電弧切斷禁止區間包含點火方式區間和行進 波電力過渡區間。點火方式區間是行進波電力Pf在反射波電力的下降電平以下的范圍。下 降電平可以用對于額定電力指令值Csl00X乘以反射下降系數L的LXCsl00X來設定。
另外，行進波電力過渡區間是行進波電力Pf從下降電平開始達到對于電力指令 值Cs決定的規定電平范圍的區間。規定電平范圍可以用把電力指令值Cs作為上限、把 從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值CslOOX乘以規定系數K的KXCslOOX的值 (Cs-KXCslOO% )作為下限的電平范圍決定。另外，在圖12中，把反射波電力降低前的期 間作為匹配區間。 在圖13中，在第一操作切斷后的高速上升時，電弧切斷禁止區間包含通過下降電 平決定的區間和行進波電力過渡區間。
21
在圖14中，在第二操作切斷后的軟起動時，電弧切斷禁止區間通過重點火方式區 間設定。因為第二操作切斷是使異常電弧離子消滅的切斷處理，所以在越過了重點火方式 區間后，行進波電力不經過行進波電力過渡區間而漸近電力指令值。 根據本發明的實施例，可以進行等離子體室內的離子能夠殘存、而且用消滅起弧 因素所需要的最短時間范圍(IP sec 100 i！ sec)切斷電力供給的第一操作切斷、和用要 消失異常電弧離子所需要的時間范圍(lmsec 100msec)切斷電力供給的暫時切斷。
根據本發明的實施例，通過進行第一操作切斷，因為殘存有離子，所以能夠縮短切 斷后的上升時間生成正常放電。另外通過進行切斷時間較長的暫時切斷，使異常電弧離子 消失后切斷起弧，能夠對于等離子體進行穩定的電力供給。 根據本發明的實施例，通過在匹配區間內設定禁止切斷動作的區間，能夠防止由 于未伴隨異常放電的反射波電力Pr的增加而造成的電力供給的誤切斷。
根據本發明的實施例，能夠根據切斷的目的進行抑制異常放電的切斷動作(第一 操作切斷動作)、和抑制不是由異常放電引起的反射波電力的增加的切斷動作(第二操作 切斷動作) 另外，本發明不限于上述各實施形式。根據本發明的主旨能夠進行各種變形，不從 本發明的范圍排除這些變形。 本發明的真空裝置用異常放電抑制裝置，不限于成膜裝置，而可以應用于濺射裝 置或者灰化裝置等使用等離子體的處理裝置領域。
2權利要求
一種真空裝置用異常放電抑制裝置，其是抑制從高頻電源向等離子體反應室內供給電力來生成等離子體的真空裝置的異常放電的裝置，其特征在于，具有電力控制部，其根據電力指令值和電力反饋值的偏差控制所述高頻電源；和切斷控制部，其檢測在等離子體反應室內異常放電時、以及向異常放電的轉移過程時的至少某一個時期發生的反射波電力或者反射波電壓，來切斷從所述高頻電源向等離子體反應室的電力供給，所述切斷控制部，包含使切斷時間的時間范圍不同的第一操作切斷控制和第二操作切斷控制，所述第一操作切斷控制，使可能在等離子體反應室內殘存離子，在少數電弧的起弧因素消滅的時間范圍內切斷控制高頻電源，所述第二操作切斷控制，在異常放電時的多數電弧的離子消滅的時間范圍內切斷控制高頻電源。
2. 根據權利要求1所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，所述第一切斷 控制的切斷時間的時間范圍為1 P s至lj 100i! s，所述第二切斷控制的切斷時間的時間范圍 為lms至lj 100ms。
3. 根據權利要求1所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述電力控制部，在通過所述第一切斷控制切斷高頻電源的輸出后通過軟起動進行再起動， 該軟起動，以與所述第一切斷控制的切斷時間相同時間數量級的時間范圍輸出從零到 電力指令值的斜坡輸出。
4. 根據權利要求3所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，所述軟起動的 時間范圍是lii s到100 ii s。
5. 根據權利要求1所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述電力控制部，在通過所述第二切斷控制切斷高頻電源的輸出后通過軟起動進行再起動， 該軟起動，以與高頻電源和等離子體反應室之間的匹配電路的匹配速度對應的時間范 圍輸出從零到電力指令值的斜坡輸出。
6. 根據權利要求5所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，所述軟起動的 時間范圍是lms到10s。
7. 根據權利要求1到6中任何一項所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述切斷控制部，計數第一切斷控制的執行次數，在該計數值達到預先設定的設定次數的時刻執行所述第二切斷控制。
8. 根據權利要求7所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，在執行所述第 二切斷控制的同時對所述計數值進行清零，重新計數所述第一切斷控制的執行次數。
9. 一種真空裝置用異常放電抑制裝置，其是抑制對于等離子體反應室內供給電力來生 成進行成膜處理的等離子體的真空裝置的異常放電的裝置，其特征在于，具有供給所述電力的高頻電源， 所述高頻電源具有電力控制部，其根據電力指令值和電力反饋值的偏差控制所述輸出電力；禾口 切斷控制部，其檢測在等離子體反應室內異常放電時、以及向異常放電的轉移過程時的至少某一個時期發生的反射波電力或者反射波電壓，切斷從所述高頻電源向等離子體反應室的電力供給，所述切斷控制部具有起弧檢測 切斷部，其檢測所述異常放電；禾口切斷控制禁止部，其禁止通過所述起弧檢測 切斷部進行的電力供給的切斷控制， 所述切斷控制禁止部，在電弧切斷禁止區間內，禁止基于所述起弧檢測 切斷部的電力 供給的切斷控制，繼續電力供給。
10. 根據權利要求1到8中任何一項所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，具有切斷控制禁止部，其用于禁止通過所述切斷控制部進行的電力供給的切斷控制， 所述切斷控制禁止部，在電弧切斷禁止區間內，禁止通過所述切斷控制部進行的電力 供給的切斷控制，繼續電力供給。
11. 根據權利要求9或10所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述電力控制部，作為所述電力反饋值使用行進波電力值，控制輸出電力，以使電力指令值和行進波電力值的偏差減小，所述切斷控制部具有如下的切斷控制第一操作切斷控制，其通過比較反射波電力與低電平的閾值來檢測異常放電，根據該 異常放電的檢測切斷電力供給，抑制少數電弧；禾口第二操作切斷控制，其通過比較反射波電力與高電平的閾值來檢測異常放電，根據該 異常放電的檢測切斷電力供給，抑制多數電弧，所述切斷控制禁止部，在電弧切斷禁止區間內禁止所述第一操作切斷控制的切斷控制。
12. 根據權利要求9到11中任何一項所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，所述電弧切斷禁止區間，包含到等離子體著火的點火方式區間、以及行進波電力朝電 力指令值增加的行進波電力過渡區間。
13. 根據權利要求12所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于，所述點火方 式區間，是從行進波電力開始電力輸出的時刻到超過反射波電力的下降電平的區間。
14. 根據權利要求13所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述下降電平是在額定電力指令值CslOOX上乘以反射下降系數L的LXCslOO% 。
15. 根據權利要求12所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述行進波電力過渡期間，是行進波電力為根據電力指令值決定的規定電平范圍以外的區間。
16. 根據權利要求15所述的真空裝置用異常放電抑制裝置，其特征在于， 所述規定電平范圍，是把額定電力指令值CslOOX作為上限、把從電力指令值Cs中減去在額定電力指令值CslOOX上乘以規定的系數K的KXCslOOX的值(Cs_KXCslOO% )作 為下限的電平范圍。
全文摘要
一種抑制真空裝置的異常放電的裝置，所述真空裝置從高頻電源向等離子體反應室內供給電力進行成膜處理，所述抑制異常放電的裝置具有電力控制部和切斷控制部，前者根據電力指令值和電力反饋值的偏差控制高頻電源，后者根據等離子體反應室內的異常放電的檢測，切斷從高頻電源向等離子體反應室的電力供給。切斷控制部進行切斷時間不同的第一操作切斷控制和第二操作切斷控制。第一操作切斷控制使可能在等離子體反應室內殘存離子，在起弧因素消失的時間范圍內切斷控制高頻電源。另一方面，第二操作切斷控制在異常電弧離子消滅的時間范圍內切斷控制高頻電源。由此對于等離子體穩定地供給電力。
文檔編號H01L21/3065GK101772992SQ20088010179
公開日2010年7月7日 申請日期2008年7月14日 優先權日2008年3月26日
發明者讓原逸男, 高柳敦 申請人:株式會社京三制作所