JPH07105210B2 - Power supply for plasma discharge - Google Patents
Power supply for plasma dischargeInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、イオンプレーティング、スパッターリング、
プラズマCVDなどの薄膜生成装置において、成膜の前処
理として行なわれるイオン洗浄処理や、イオンエッチン
グなどの除去加工に使われるプラズマ放電用電源装置に
係り、特に、イオンを生成するための放電をスムースに
起動させ得るようにした電源装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION “Industrial field of application” The present invention relates to ion plating, sputtering,
In a thin film generator such as plasma CVD, it relates to a plasma discharge power supply device used for ion cleaning treatment performed as a pretreatment for film formation and removal processing such as ion etching. In particular, it smooths discharge for generating ions. The present invention relates to a power supply device that can be activated.
「従来の技術」 従来のプラズマ放電用電源としては、第５図に示すよう
に、真空槽１に収納された基板２に、直流電源３からの
電圧を、スイッチ４を介して直接印加するようにしたも
のが多い。操作としては手動のものがほとんどで、オペ
レーターが放電の状態を見ながら調整している。"Prior Art" As a conventional plasma discharge power supply, as shown in FIG. 5, a voltage from a DC power supply 3 is directly applied to a substrate 2 housed in a vacuum chamber 1 through a switch 4. There are many things I did. Most of the operations are manual, and the operator makes adjustments while watching the discharge status.
また圧力が低い場合や、放電キャリアである電子の供給
が他にない場合、持続放電への起動が困難なため、第５
図に示すようにフィラメント５を加熱して熱電子６を供
給したり、高周波放電を利用して、放電を起動する方法
があった。If the pressure is low, or if there is no other supply of electrons that are the discharge carriers, it is difficult to start the continuous discharge.
As shown in the figure, there has been a method of heating the filament 5 to supply thermoelectrons 6 or utilizing high frequency discharge to start the discharge.
なお、第５図中、７はフィラメント５を加熱するための
交流電源である。In FIG. 5, numeral 7 is an AC power supply for heating the filament 5.
「発明が解決しようとする問題点」 上述したプラズマ放電装置において、放電の起動が難し
い原因は、一般に処理に使われるグロー放電が、第６図
に示すように、火花電圧を通過する必要があり、圧力が
低い場合や、放電キャリアが存在しない場合、この電圧
が高く、火花電圧到達と同時に、いっきにアーク放電へ
移行する場合があったためである。"Problems to be Solved by the Invention" In the plasma discharge device described above, the reason why it is difficult to start the discharge is that the glow discharge generally used for the treatment needs to pass the spark voltage as shown in FIG. This is because, when the pressure is low or when there are no discharge carriers, this voltage is high, and at the same time when the spark voltage is reached, the arc discharge may occur all at once.
電子を他から供給する事によって、火花電圧は低下し、
スムースにグロー領域へ移行できるが、熱電子供給の場
合、フィラメントをかなり高温にする必要があり、フィ
ラメント材料とその寿命に問題がある。By supplying electrons from others, the spark voltage drops,
Although it is possible to smoothly move to the glow region, in the case of thermionic supply, the filament needs to be heated to a considerably high temperature, and there is a problem in the filament material and its life.
また、高周波を利用する場合は、高価な電源を必要とす
る。Moreover, when using a high frequency, an expensive power supply is required.
本発明は、このような背景の下になされたもので、安定
な放電をスムースに起動させることのできるプラズマ放
電用電源装置を、簡単、安価で、かつ生産設備への適用
を可能なシステムで提供することを目的とする。The present invention has been made under such a background, and a plasma discharge power supply device capable of smoothly starting stable discharge is a system that is simple, inexpensive, and applicable to production equipment. The purpose is to provide.
「問題点を解決するための手段」 上記問題点を解決するために、真空槽内に配置されたト
リガー電極と基板とを有するプラズマ放電装置におい
て、前記トリガー電極の放電起動に十分な高電圧を発生
できるトリガー系電源と、該トリガー系電源と前記トリ
ガー電極との間に挿入された電流制限抵抗と、出力電圧
が可変で、かつ基板の放電維持に十分な電圧が発生でき
る基板系電源と、前記トリガー系電源および基板系電源
の出力を独立にオン／オフする開閉器と、放電起動に際
し、まずトリガー電極に電圧を印加することによって放
電を起動し、所定の時間経過後、基板に電圧を印加し、
その電圧を低い電圧から徐々に上昇させ、最終的に設定
電圧まで上げ、設定電圧に達した後所定の時間経過した
らトリガー電極への電圧を０にするように制御する制御
器とを具備することを特徴とする。"Means for Solving the Problems" In order to solve the above problems, in a plasma discharge device having a trigger electrode and a substrate arranged in a vacuum chamber, a high voltage sufficient for starting discharge of the trigger electrode is applied. A trigger system power source that can be generated, a current limiting resistor inserted between the trigger system power source and the trigger electrode, and a substrate system power source that has a variable output voltage and that can generate a voltage sufficient to maintain discharge of the substrate, A switch that independently turns on / off the outputs of the trigger system power supply and the substrate system power supply, and at the time of starting discharge, first discharge is started by applying a voltage to the trigger electrode, and after a predetermined time, the voltage is applied to the substrate. Apply,
And a controller for gradually increasing the voltage from a low voltage, finally increasing the voltage to a set voltage, and controlling the voltage to the trigger electrode to 0 when a predetermined time has elapsed after reaching the set voltage. Is characterized by.
「作用」 上記手段によれば、基板近傍のトリガー電極で、事前に
放電を発生させ、基板の近傍に豊富な電子群を作り出
し、基板にスムースな放電起動を生じさせ、さらにアー
ク移行の可能性の高い放電初期に、時間をかけて基板電
圧を上昇させることにより、安定な放電をスムースに起
動させることができる。[Operation] According to the above means, the trigger electrode near the substrate generates a discharge in advance, creates abundant electron groups near the substrate, causes a smooth discharge start on the substrate, and has the possibility of arc transfer. By increasing the substrate voltage over time in the early stage of high discharge, stable discharge can be smoothly activated.
「実施例」 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。[Examples] Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例の構成 第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。Configuration of Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.
図において、真空槽１内に配置された基板２とトリガー
電極12へは、３相電源13から、別系統で電力が供給され
る。In the figure, electric power is supplied to the substrate 2 and the trigger electrode 12 arranged in the vacuum chamber 1 from a three-phase power source 13 by another system.
まず、基板２への給電系統につき説明する。First, the power supply system to the substrate 2 will be described.
３相電源13から出力された電源は、コンタクタ15aを介
して、電圧制御素子16に供給される。電圧制御素子16
は、たとえば、サイリスタなどからなり、外部からの制
御信号にしたがって電圧制御を行い、その交流出力をト
ランス17aを介して、整流・平滑回路18aに送る。トラン
ス17aは、整流後に必要な直流電圧に応じて昇圧、降圧
するものである。整流・平滑回路18aの直流出力の正側
は、真空層１に接続されて接地され、負側は、基板２に
接続されている。The power output from the three-phase power supply 13 is supplied to the voltage control element 16 via the contactor 15a. Voltage control element 16
Is composed of, for example, a thyristor, performs voltage control according to a control signal from the outside, and sends its AC output to the rectification / smoothing circuit 18a via the transformer 17a. The transformer 17a steps up and down according to a DC voltage required after rectification. The positive side of the DC output of the rectifying / smoothing circuit 18a is connected to the vacuum layer 1 and is grounded, and the negative side is connected to the substrate 2.
トリガー電極12への給電系統もほぼ同様であるが、コン
タクタ15bの出力は、電圧制御素子を通さずに直接トラ
ンス17bに供給され、また、整流・平滑回路18bとトリガ
ー電極12との間には、電流制限抵抗19が挿入されてい
る。The power supply system to the trigger electrode 12 is almost the same, but the output of the contactor 15b is directly supplied to the transformer 17b without passing through the voltage control element, and between the rectifying / smoothing circuit 18b and the trigger electrode 12. , The current limiting resistor 19 is inserted.
上記コンタクタ15a,15bは、制御器20により制御され、
電圧制御素子16は、電圧コントローラ21によって制御さ
れている。The contactors 15a, 15b are controlled by the controller 20,
The voltage control element 16 is controlled by the voltage controller 21.
電圧コントローラ21は、制御器20からの信号により、電
圧制御素子16の出力が設定電圧となるように制御する。The voltage controller 21 controls a signal from the controller 20 so that the output of the voltage control element 16 becomes a set voltage.
なお、図中、22は、基板２と接地間との電圧を測定する
ための電圧計である。また、真空槽１内に導入される放
電ガス（H2,Arなど）11aの圧力は、その流入量、また
は、排気11bの流出量を、コンダクタンスバルブによっ
て調節することにより、適当な圧力に維持される。In the figure, 22 is a voltmeter for measuring the voltage between the substrate 2 and the ground. Further, the pressure of the discharge gas (H 2 , Ar, etc.) 11a introduced into the vacuum chamber 1 is maintained at an appropriate pressure by adjusting the inflow amount or the outflow amount of the exhaust gas 11b with a conductance valve. To be done.
実施例の作用 まず、真空槽１内を一度、高真空（10-4Pa程度）に排気
した後、放電ガス（Ar,H2など）を導入し、一定の圧力
になるようにする（数Pa程度）。First, the inside of the vacuum chamber 1 is first evacuated to a high vacuum (about 10 −4 Pa), and then a discharge gas (Ar, H 2 etc.) is introduced so as to maintain a constant pressure (number Pa degree).
次に、トリガー系統のコンタクタ15bを閉じて、トリガ
ー電極12に放電を発生させる。トリガー電圧は、火花放
電電圧以上にしておき、特に可変しなくともよい。トリ
ガー電極12の放電は、電流制限抵抗19によって制限さ
れ、第２図の点P1の位置におちつく。なお、第２図にお
いて、Ｒは、電流制限抵抗19の抵抗値である。Next, the contactor 15b of the trigger system is closed to cause the trigger electrode 12 to generate a discharge. The trigger voltage may be higher than the spark discharge voltage and may not be particularly variable. The discharge of the trigger electrode 12 is limited by the current limiting resistor 19 and lands at the position of point P1 in FIG. In FIG. 2, R is the resistance value of the current limiting resistor 19.
トリガー電極12の放電の後、第４図に示す時間t1をお
き、制御器20は、基板系のコンタクタ15aを閉じる。こ
れと同時に、電圧コントローラ21に設定電圧信号を出力
する。電圧コントローラ21は、電圧制御素子16を制御
し、基板電圧Ｖが、指定された電圧になるように動作す
る。After the discharge of the trigger electrode 12, the controller 20 closes the contactor 15a of the substrate system at a time t1 shown in FIG. At the same time, the set voltage signal is output to the voltage controller 21. The voltage controller 21 controls the voltage control element 16 and operates so that the substrate voltage V becomes a designated voltage.
基板２に電圧が印加されると、トリガー放電による電子
がきっかけとなり、スムースに、基板放電が開始する。
第３図は、その様子を示すもので、トリガー放電で生じ
た電子によって、火花電圧が低下し、基板放電が起き易
くなっていることを示している。When a voltage is applied to the substrate 2, the electrons due to the trigger discharge serve as a trigger and the substrate discharge starts smoothly.
FIG. 3 shows such a state, and shows that the spark voltage is lowered by the electrons generated by the trigger discharge, and the substrate discharge is likely to occur.
しかし、基板放電の領域は、異常グロー放電領域にある
ため、基板電圧によって、電流がかなり増減する。従っ
て、設定電圧100％をいっきに印加すると、電流の増大
によってアーク放電へ移行するおそれがある。However, since the region of substrate discharge is in the abnormal glow discharge region, the current considerably increases or decreases depending on the substrate voltage. Therefore, if the set voltage of 100% is applied all at once, there is a risk of an arc discharge due to an increase in current.
これは、整流・平滑回路18aに電流変動抑制用の直列チ
ョークがある場合に、特に顕著となり、高価な基板に樹
枝状の傷がついたり、基板サポート部が絶縁破壊を起こ
し短絡したりする。従って基板２には、設定電圧100％
をいっきに印加するのではなく、第４図（ｂ）に示すよ
うに、50％くらいからステップ状に電圧を上昇するか、
またはランプ状に上昇させても良い。その間中、トリガ
ー放電は継続させているので、基板放電に必要な電圧に
なりしだいスムースに放電が開始する。放電によって生
じたガス分子の正イオンは、高速で基板表面に突入し、
洗浄やエッチングの作用をする。基板電圧が設定電圧の
100％に達して適当な時間t2を経過した後、コンタクタ1
5bを開いてトリガー放電を停止させる。This becomes particularly noticeable when the rectification / smoothing circuit 18a has a series choke for suppressing current fluctuations, and an expensive board is damaged in a dendrite shape, or the board support section causes a dielectric breakdown to cause a short circuit. Therefore, the set voltage on the board 2 is 100%
Is applied at once, as shown in FIG. 4 (b), the voltage is increased stepwise from about 50%.
Alternatively, it may be raised like a lamp. During that time, since the trigger discharge is continued, the discharge starts smoothly as soon as the voltage required for the substrate discharge is reached. The positive ions of gas molecules generated by the discharge plunge into the substrate surface at high speed,
It acts as a cleaning and etching. Substrate voltage is the set voltage
After reaching 100% and passing an appropriate time t2, contactor 1
Open 5b to stop the trigger discharge.
第４図は、上述した一連の動作を示すもので、同図
（ａ）は、トリガー電圧、（ｂ）は基板電圧、（ｃ）は
基板電流の変化を示している。FIG. 4 shows the series of operations described above. FIG. 4A shows the trigger voltage, FIG. 4B shows the substrate voltage, and FIG. 4C shows the change in the substrate current.
これらの制御をつかさどる制御器20は、リレー回路とタ
イマーで構成しても良いし、シーケンサーなどを利用し
ても可能である。The controller 20 that controls these controls may be composed of a relay circuit and a timer, or may be a sequencer or the like.
「発明の効果」 以上説明したように、この発明は、基板近傍のトリガー
電極で、事前に放電を発生させ、基板の近傍に豊富な電
子群を作り出し、基板にスムースな放電起動を生じさ
せ、さらにアーク移行の可能性の高い放電初期に、時間
をかけて基板電圧を上昇させることにより、安定な放電
をスムースに起動させるようにしたので、次の効果を得
ることができる。"Effects of the Invention" As described above, according to the present invention, the trigger electrode in the vicinity of the substrate generates discharge in advance, creates abundant electron groups in the vicinity of the substrate, and causes smooth discharge activation in the substrate. Further, since the stable discharge is smoothly activated by increasing the substrate voltage over a period of time at the beginning of the discharge with a high possibility of arc transfer, the following effects can be obtained.
（１）基板の直流グロー放電をスムースに起動できる。(1) DC glow discharge of the substrate can be activated smoothly.
（２）トリガー電極は、針金のようなもので実現できる
ので、任意の形状のものが簡単にでき、取替えやメンテ
ナンスも楽である。また、基板と同様に、真空槽への導
入端子は１個で済む。(2) Since the trigger electrode can be realized by a wire-like member, it can be easily formed into an arbitrary shape, and replacement and maintenance are easy. Further, like the substrate, only one introduction terminal is required for the vacuum chamber.
（３）基板に印加する電圧を、少しずつ上昇させて行く
ので、異常放電によるアークへの移行を、少なくするこ
とができ、基板へのダメージをなくすことができる。(3) Since the voltage applied to the substrate is gradually increased, the transition to the arc due to abnormal discharge can be reduced and damage to the substrate can be eliminated.
（４）生産設備の自動化に適用できる。(4) It can be applied to automation of production equipment.
第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はトリガー電極の放電特性を示すグラフ、第３図
は基板の放電特性を示すグラフ、第４図は放電起動時の
各部の波形を示すタイムチャート、第５図は従来のプラ
ズマ放電装置を説明するための概念図、第６図はグロー
放電とアーク放電の特性を示すグラフである。 １……真空槽、２……基板、 12……トリガー電極、 15a、15b……コンタクタ（開閉器）、 16……電圧制御素子、 18a,18b……整流・平滑回路、 19……電流制限抵抗、20……制御器、 21……電圧コントローラ。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing the discharge characteristics of the trigger electrode, FIG. 3 is a graph showing the discharge characteristics of the substrate, FIG. 4 is a time chart showing the waveform of each part at the time of starting discharge, and FIG. 5 is a conventional plasma discharge device. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the above, and FIG. 6 is a graph showing the characteristics of glow discharge and arc discharge. 1 ... Vacuum tank, 2 ... Substrate, 12 ... Trigger electrode, 15a, 15b ... Contactor (switch), 16 ... Voltage control element, 18a, 18b ... Rectifying / smoothing circuit, 19 ... Current limit Resistance, 20 ... Controller, 21 ... Voltage controller.
Claims (1)
とを有するプラズマ放電装置において、 前記トリガー電極の放電起動に十分な高電圧を発生でき
るトリガー系電源と、 該トリガー系電源と前記トリガー電極との間に挿入され
た電流制限抵抗と、 出力電圧が可変で、かつ基板の放電維持に十分な電圧が
発生できる基板系電源と、 前記トリガー系電源および基板系電源の出力を独立にオ
ン／オフする開閉器と、 放電起動に際し、まずトリガー電極に電圧を印加するこ
とによって放電を起動し、所定の時間経過後、基板に電
圧を印加し、その電圧を低い電圧から徐々に上昇させ、
最終的に設定電圧まで上げ、設定電圧に達した後所定の
時間経過したらトリガー電極への電圧を０にするように
制御する制御器と を具備することを特徴とするプラズマ放電用電源装置。1. A plasma discharge device having a trigger electrode and a substrate arranged in a vacuum chamber, a trigger system power supply capable of generating a high voltage sufficient to activate discharge of the trigger electrode, the trigger system power supply and the trigger. A current limiting resistor inserted between the electrodes, a substrate-type power supply that can generate an output voltage that is variable and sufficient to maintain discharge of the substrate, and the outputs of the trigger-system power supply and the substrate-system power supply are turned on independently. When the switch is turned on / off and the discharge is started, the discharge is first started by applying a voltage to the trigger electrode, and after a lapse of a predetermined time, the voltage is applied to the substrate and the voltage is gradually increased from a low voltage,
A power supply device for plasma discharge, comprising: a controller that finally raises the voltage to a set voltage, and controls so that the voltage to the trigger electrode becomes 0 when a predetermined time has elapsed after reaching the set voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223743A JPH07105210B2 (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Power supply for plasma discharge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62223743A JPH07105210B2 (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Power supply for plasma discharge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6467853A JPS6467853A (en) | 1989-03-14 |
| JPH07105210B2 true JPH07105210B2 (en) | 1995-11-13 |
Family
ID=16803002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62223743A Expired - Lifetime JPH07105210B2 (en) | 1987-09-07 | 1987-09-07 | Power supply for plasma discharge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105210B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253013A (en) * | 1988-10-17 | 1993-10-12 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Image recording apparatus having releasable fixing device |
-
1987
- 1987-09-07 JP JP62223743A patent/JPH07105210B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6467853A (en) | 1989-03-14 |
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