[發明專利]雙極脈沖電源以及由多個雙極脈沖電源構成的電源裝置

有效

• 申請號: 200980116930.0
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN102027667A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 堀下芳邦;松原忍;小野敦
• 申請（專利權）人: 株式會社愛發科
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;C23C14/34;H02M7/5387
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅

技術領域

本發明涉及等離子體以及向表面處理裝置提供雙極脈沖狀電力的雙極脈沖電源以及由多個雙極脈沖電源構成的電源裝置。

背景技術

眾所周知，這種雙極脈沖電源用于例如在處理基板表面形成規定薄膜的測射裝置之中，具有提供直流電力的整流電路以及連接在該整流電路的正負輸出間、由4個開關元件構成的MOSFET電橋電路。并通過利用控制手段使各開關元件適當動作，以規定的頻率交替切換極性向作為輸出端(電極)的一對靶外加任意脈沖電壓，使靶分別交替切換為陽極電極、陰極電極，在陽極電極以及陰極電極間產生輝光放電形成等離子氣氛，濺鍍各靶。因此具有下述優點：將靶表面上積累的電荷在外加反相電壓時消除，從而獲得穩定放電(例如專利文獻1)。

眾所周知，在此種輝光放電期間，會因某種原因產生電弧放電(異常放電)。一旦產生電弧放電，由于等離子體負載一側的阻抗急劇變小，引發劇烈的壓降，電流亦隨之增加。尤其是當此處的靶是用鋁等金屬制成的情況下，一旦在靶間產生局部性高電弧電流值的電弧放電，靶材熔化后釋放出的物質就會附著到處理基板表面，產生飛濺物及微粒(幾微米～幾百微米的團塊)，無法形成良好的薄膜。

由于該原因，上述專利文獻1所述的雙極脈沖電源之中設有用于檢測電橋電路的輸出電流的檢測電路，以及抑制產生電弧放電時的電流上升的電感器。當該檢測電路檢測的輸出電流超過穩定輸出電流值時，切換正在動作的開關元件，暫時切斷向該電極的輸出，并在過流緩和后該值接近穩定輸出電流值時重新向該電極輸出。在此情況下，輸出電流一旦發生超過一定范圍的變化即可看作異常放電的前兆現象(微電弧)，通過實施該消弧處理，即可抑制產生電流變化量較大的電弧放電。

此處，如果直流電力供給源的輸出具有恒壓特性，與電感成分相比，電容成分(電容)即具有支配性。因此，由于在產生電弧放電時，等離子體負載一側的阻抗變小(有些情況下會小到幾歐姆以下)，因而輸出和等離子體(負載)結合，由電容成分急劇向輸出端釋放。其結果是即使設置了電感值小的電感器也無法有效地抑制電流上升，產生短時間(幾微秒內)過流(即發生電弧放電時單位時間內的電流上升率高)的問題。

當單位時間內的電流上升率較高的情況下，即便在通過捕捉到電流變化量較小的狀態實施微電弧處理時，在從檢出基于滯后電壓變化而發生的電流變化的電弧放電，到切斷向等離子體的電力供給的時間內往往產生巨大的電弧電流，由于釋放出的電弧能量增大(產生穩定電流值的2倍左右的電流)，很容易產生微粒及飛濺物，尤其是在電弧放電連續發生時，無法對微粒及飛濺物進行實質性的抑制。

另一方面，若設置電感值比等離子體的電感成分大一位數以上的電感器，直流電力供給源的輸出呈恒流特性，即可限制發生電弧放電時單位時間內的電流上升率。然而，在切換電橋電路的各開關元件時，往往產生比平常放電電壓高的電壓。也就是說，由于等離子體上產生了電感成分，在顛倒各靶的極性時產生了過壓。一旦產生上述過壓，即有可能誘發電弧放電。

專利文獻1：專利第3639605號公報。

發明內容

鑒于以上各點，本發明的問題是：提供一種雙極脈沖電源以及由多個雙極脈沖電源構成的電源裝置，其可有效限制與產生微粒及飛濺物直接相關的電弧放電時的電流上升的同時，可防止顛倒極性時產生過壓。

為了解決上述問題，本發明的雙極脈沖電源，具有：電橋電路，其由連接在直流電力供給源的正負直流輸出間的開關元件構成；通過控制開關元件的動作，以規定的頻率向與等離子體接觸的一對電極輸出雙極脈沖狀電力，其特征在于：設置了切換前述輸出的輸出特性切換電路，其可在向前述電極輸出時，使最初提供給前述電極的輸出具有恒壓特性，其后提供給前述電極的輸出具有恒流特性。

若采用本發明，由于設置了輸出特性切換電路，當因某種原因產生電弧放電時，源于等離子體的阻抗急劇變小引起劇烈壓降，電流亦隨之增加。此時，由于直流電源供給源提供給電極的輸出具有恒流特性，因而可限制發生電弧放電時單位時間內的電流上升率。另外，由于僅在顛倒各電極性時具有恒壓特性，因而可防止其在顛倒極性時產生過壓，可抑制源于過流的電弧放電。