[发明专利]双极脉冲电源以及由多个双极脉冲电源构成的电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体以及向表面处理装置提供双极脉冲状电力的双极脉冲电源以及由多个双极脉冲电源构成的电源装置。

背景技术

众所周知，这种双极脉冲电源用于例如在处理基板表面形成规定薄膜的测射装置之中，具有提供直流电力的整流电路以及连接在该整流电路的正负输出间、由4个开关元件构成的MOSFET电桥电路。并通过利用控制手段使各开关元件适当动作，以规定的频率交替切换极性向作为输出端(电极)的一对靶外加任意脉冲电压，使靶分别交替切换为阳极电极、阴极电极，在阳极电极以及阴极电极间产生辉光放电形成等离子气氛，溅镀各靶。因此具有下述优点：将靶表面上积累的电荷在外加反相电压时消除，从而获得稳定放电(例如专利文献1)。

众所周知，在此种辉光放电期间，会因某种原因产生电弧放电(异常放电)。一旦产生电弧放电，由于等离子体负载一侧的阻抗急剧变小，引发剧烈的压降，电流亦随之增加。尤其是当此处的靶是用铝等金属制成的情况下，一旦在靶间产生局部性高电弧电流值的电弧放电，靶材熔化后释放出的物质就会附着到处理基板表面，产生飞溅物及微粒(几微米～几百微米的团块)，无法形成良好的薄膜。

由于该原因，上述专利文献1所述的双极脉冲电源之中设有用于检测电桥电路的输出电流的检测电路，以及抑制产生电弧放电时的电流上升的电感器。当该检测电路检测的输出电流超过稳定输出电流值时，切换正在动作的开关元件，暂时切断向该电极的输出，并在过流缓和后该值接近稳定输出电流值时重新向该电极输出。在此情况下，输出电流一旦发生超过一定范围的变化即可看作异常放电的前兆现象(微电弧)，通过实施该消弧处理，即可抑制产生电流变化量较大的电弧放电。

此处，如果直流电力供给源的输出具有恒压特性，与电感成分相比，电容成分(电容)即具有支配性。因此，由于在产生电弧放电时，等离子体负载一侧的阻抗变小(有些情况下会小到几欧姆以下)，因而输出和等离子体(负载)结合，由电容成分急剧向输出端释放。其结果是即使设置了电感值小的电感器也无法有效地抑制电流上升，产生短时间(几微秒内)过流(即发生电弧放电时单位时间内的电流上升率高)的问题。

当单位时间内的电流上升率较高的情况下，即便在通过捕捉到电流变化量较小的状态实施微电弧处理时，在从检出基于滞后电压变化而发生的电流变化的电弧放电，到切断向等离子体的电力供给的时间内往往产生巨大的电弧电流，由于释放出的电弧能量增大(产生稳定电流值的2倍左右的电流)，很容易产生微粒及飞溅物，尤其是在电弧放电连续发生时，无法对微粒及飞溅物进行实质性的抑制。

另一方面，若设置电感值比等离子体的电感成分大一位数以上的电感器，直流电力供给源的输出呈恒流特性，即可限制发生电弧放电时单位时间内的电流上升率。然而，在切换电桥电路的各开关元件时，往往产生比平常放电电压高的电压。也就是说，由于等离子体上产生了电感成分，在颠倒各靶的极性时产生了过压。一旦产生上述过压，即有可能诱发电弧放电。

专利文献1：专利第3639605号公报。

发明内容

鉴于以上各点，本发明的问题是：提供一种双极脉冲电源以及由多个双极脉冲电源构成的电源装置，其可有效限制与产生微粒及飞溅物直接相关的电弧放电时的电流上升的同时，可防止颠倒极性时产生过压。

为了解决上述问题，本发明的双极脉冲电源，具有：电桥电路，其由连接在直流电力供给源的正负直流输出间的开关元件构成；通过控制开关元件的动作，以规定的频率向与等离子体接触的一对电极输出双极脉冲状电力，其特征在于：设置了切换前述输出的输出特性切换电路，其可在向前述电极输出时，使最初提供给前述电极的输出具有恒压特性，其后提供给前述电极的输出具有恒流特性。

若采用本发明，由于设置了输出特性切换电路，当因某种原因产生电弧放电时，源于等离子体的阻抗急剧变小引起剧烈压降，电流亦随之增加。此时，由于直流电源供给源提供给电极的输出具有恒流特性，因而可限制发生电弧放电时单位时间内的电流上升率。另外，由于仅在颠倒各电极性时具有恒压特性，因而可防止其在颠倒极性时产生过压，可抑制源于过流的电弧放电。