專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，更具體而言，涉及濺射裝置中對靶提供電力時使用的電源
直O(jiān)
背景技術(shù)：
對于在玻璃及晶片等準(zhǔn)備處理的處理基板表面形成規(guī)定薄膜的方法，濺射(下文 稱之為濺鍍)法即是其中之一。該濺射法使等離子氣氛中的離子加速撞擊按照準(zhǔn)備在基板 表面上成膜的薄膜成分制作成規(guī)定形狀的靶，使濺射微粒(靶原子)飛濺，使之附著沉積到 基板表面，形成規(guī)定薄膜，近年來在平板顯示器(FPD)的制造工序中被用于在大面積基板 上形成ITO等薄膜之中。對于在大面積基板上高效形成規(guī)定膜厚的薄膜形成裝置，已知有下述濺射裝置。 即，該濺射裝置具有在真空室內(nèi)與基板相對的位置上等間隔并列設(shè)置的形狀相同的多塊 靴，以及對在并列設(shè)置的靶中、各自成對的靶以規(guī)定的頻率交替改變極性(使極性反轉(zhuǎn))地 外加規(guī)定電位的AC電源(電源裝置)。并在真空室中導(dǎo)入規(guī)定的濺射氣體的同時，通過AC 電源對成對的靶提供電力，使各靶交替切換為陽極電極、陰極電極，使陽極電極及陰極電極 間產(chǎn)生輝光放電，形成等離子氣氛，濺蝕各靶(例如專利文獻(xiàn)1)。在使用上述交流電源的濺射裝置之中，濺射期間滯留在靶表面的充電電荷可在外 加反相電位的電壓時消除。因此即使在使用氧化物等靶的情況下，仍可抑制靶充電引發(fā)的 異常放電(電弧放電)。另外，濺射室內(nèi)電位絕緣或處于浮動狀態(tài)的基板也會充電，但通常 情況下基板表面的充電電荷可被濺射微粒及電離的濺射氣體離子中和而消失。然而，當(dāng)為了提高濺射速度而加大對靶的電力提供(輸出)，或者通過加強靶表面 的磁場強度來提高靶表面附近的等離子密度之類的情況下，單位時間內(nèi)提供給基板表面的 充電電荷增大，容易在基板表面滯留，此外，例如在FPD制造工序中，在形成有構(gòu)成電極的 金屬膜及絕緣膜的基板表面上形成ITO等透明導(dǎo)電膜的情況下，基板表面的絕緣膜上容易 滯留充電電荷。此處，在使用上述AC電源的濺射裝置之中，由于濺射期間在一對靶間放電，因而 放電電流僅在靶間流動。因此，若以接地電位(濺射裝置本身通常接地)為基準(zhǔn)，則等離子 的電位通常低于接地電位。其結(jié)果是，當(dāng)處理基板(或處理基板表面形成的絕緣膜)上滯 留了充電電荷時，在上述現(xiàn)有的AC電源中，無法防止充電電荷的滯留。如上所述，一旦電荷在基板(或基板表面上形成的絕緣膜)上滯留，例如在基板和 配置在該基板周邊部位的接地的罩板的相鄰部位上，由于電位差，充電電荷有時會瞬間飛 移到罩板上，由此而引發(fā)異常放電(電弧放電)。一旦產(chǎn)生異常放電，因基板表面的膜受損 而產(chǎn)生廢品，或產(chǎn)生發(fā)生顆粒等問題，妨礙形成良好的薄膜。專利文獻(xiàn)1 特開2005-290550號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種電源裝置，其可抑制基板充電引發(fā)的異 常放電，可在大面積的基板上形成良好的薄膜。解決問題的裝置為了解決上述問題，本發(fā)明的電源裝置，其特征在于配置有第一放電電路，其通 過以規(guī)定頻率交替性地使極性反轉(zhuǎn)，對與等離子接觸的一對電極外加規(guī)定電位；第二放電 電路，其對前述一對電極中未從第一放電電路外加電位的電極與接地間外加規(guī)定電位；前 述第二放電電路具有反向電位外加裝置，其在極性反轉(zhuǎn)時至少對前述電極的一方外加與輸 出電位相反的電位。若采用本發(fā)明，當(dāng)對某一方電極輸出情況下，放電電流除具有通過第一放電電路 從一對靶中的該一方電極流向另一方電極的路徑之外，放電電流還具有通過第二放電電路 經(jīng)接地流向該另一方電極的路徑。并且在極性反轉(zhuǎn)時，經(jīng)反向電位外加裝置至少對一方電 極外加與輸出電位反向的電位。如上所述，若采用本發(fā)明，由于采用了極性反轉(zhuǎn)時對電極外加反向電位的構(gòu)成，因 而若在以規(guī)定頻率交替改變極性，對成對的靶外加規(guī)定的AC電位的濺射裝置中使用本發(fā) 明的電源裝置，在每次對靶外加反向電位時，通過使濺射室內(nèi)電位絕緣或以浮動狀態(tài)配置 的基板與作為電極的靶彼此電容耦合，使滯留在基板上的充電電荷流向靶。其結(jié)果即使是 使提供對靶的電力增加，以及/或者通過增加靶表面的磁場強度來提高靶表面附近的等離 子密度，仍可有效防止充電電荷滯留在基板表面，通過抑制基板的充電引發(fā)的異常放電，可 在大面積基板上大批量地形成良好的薄膜。在本發(fā)明之中可采用以下構(gòu)成前述第一放電電路具有直流電力供給源和由連接 在前述直流電力供給源的正、負(fù)直流輸出間的開關(guān)元件構(gòu)成的電橋電路，通過控制前述電 橋電路的各開關(guān)元件的動作，對前述一對電極輸出；前述第二放電電路配置有另一直流電 力供給源，前述另一直流電力供給源的正直流輸出端接地，負(fù)直流輸出端經(jīng)與前述電橋電 路的開關(guān)元件的動作連動的另一開關(guān)元件與前述一對電極連接。此外，在本發(fā)明之中，前述反向電位外加裝置可采用以下構(gòu)成配置有連接在第二 放電電路的正、負(fù)直流輸出間的直流電源，以及控制前述直流電源提供給各電極的反向電 位的開關(guān)元件。前述第二放電電路若采用在其正直流輸出上配置以接地一側(cè)為陰極的二極管的 結(jié)構(gòu)，則可在因某種原因產(chǎn)生電弧放電時防止流向第二放電電路的反向電流。本發(fā)明中，前述電極優(yōu)選為配置在實施濺射法的處理室內(nèi)的一對靶。
具體實施例方式下面參照


本發(fā)明的實施方式的電源裝置E。電源裝置E用于例如處于濺 射裝置M的真空室(處理室)Ml內(nèi)，與Ml內(nèi)的準(zhǔn)備處理的基板S相對配置，以規(guī)定頻率對 作為與等離子接觸的電極的一對靶T1、T2提供(輸出)AC脈沖電力。電源裝置E配置有第 一放電電路E1、第二放電電路E2和控制裝置C，所述控制裝置統(tǒng)一控制設(shè)置在第一放電電 路El及第二放電電路E2上的后述開關(guān)元件的動作(參照圖1)。
第一放電電路El配置有可提供直流電力的直流電力供給源1。直流電力供給源1 雖未圖示，但具有例如可輸入商用交流電力(3相AC200V或400V)的輸入部和通過整流輸 入的交流電力將其變換為直流電力的由二極管構(gòu)成的整流電路，經(jīng)正、負(fù)直流電力線11a、 lib向振蕩部輸出直流電力。此外，在直流電力線IlaUlb之間，配置有通過控制裝置3經(jīng) 未圖示的輸出振蕩用驅(qū)動電路控制的開關(guān)晶體管，可控制提供給振蕩部的直流電力。振蕩部具有連接在正、負(fù)直流電力線IlaUlb間的由4個第一 第四開關(guān)晶體管 (開關(guān)元件)SWll SW14構(gòu)成的電橋電路12，從電橋電路12引出的輸出線13a、13b分別 與一對靶T1、T2連接。各開關(guān)晶體管SWll SW14的通斷切換可通過控制裝置C，經(jīng)未圖示 的輸出振蕩用驅(qū)動電路控制，例如，通過以定時反轉(zhuǎn)形態(tài)控制第一及第四開關(guān)晶體管SW11、 SW14和第二及第三開關(guān)晶體管SW12、SW13的通斷，控制各開關(guān)晶體管SWll SW14的切換， 即可以規(guī)定的頻率(例如1 IOkHz)交替改變極性地對一對靶Tl、T2外加(輸出)規(guī)定 的脈沖電位。此處，在直流電力供給源1輸出直流電力的狀態(tài)下，切換各開關(guān)晶體管SW11、SW14 時，由于這些開關(guān)損耗很大，因而需采用提高各開關(guān)晶體管SWll SW14的耐久性的構(gòu)成。 為此，在直流電力供給源1的正、負(fù)直流輸出線IlaUlb間設(shè)置了輸出短路用開關(guān)晶體管 SW15，其可通過控制裝置C，經(jīng)未圖示的輸出振蕩用驅(qū)動電路控制通斷切換。并且，在輸出短路用開關(guān)晶體管SW15處于短路狀態(tài)(對靶T1、T2的輸出被切斷的 狀態(tài))下實施電橋電路12的各開關(guān)晶體管SWll SW14的切換(參照圖3)。也就是說，在 開關(guān)晶體管SW15處于短路(接通)狀態(tài)下，例如接通第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14, 然后通過解除(切斷)開關(guān)晶體管SW15的短路，對一方靶Tl輸出(對靶Tl外加負(fù)脈沖電 位)。接著，把開關(guān)晶體管SW15再次短路，接通第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14的同時， 接通第二及第三開關(guān)晶體管SW12、SW13，然后，切斷開關(guān)晶體管SW15，向另一方靶T2輸出 (對靶T2外加負(fù)脈沖電位)。這樣一來，在向靶Tl、T2輸出時產(chǎn)生的開關(guān)損耗僅產(chǎn)生于開關(guān)晶體管SW15上，而 在各開關(guān)晶體管SWll SW14上幾乎不產(chǎn)生開關(guān)損耗。其結(jié)果是不必使用高性能的開關(guān) 元件即可實現(xiàn)高耐久性，而且不需要足以應(yīng)對4個開關(guān)元件上均產(chǎn)生開關(guān)損耗時的散熱結(jié) 構(gòu)，可實現(xiàn)低成本化。第二放電電路E2配置有與第一放電電路El結(jié)構(gòu)相同的直流電力供給源2。直流 電力供給源2的正直流電力線21a、與接地的真空室Ml連接。此外，直流電力供給源2的負(fù) 直流電力線21b被分支，分別與第一放電電路El的輸出線13a、i;3b連接。在此情況下，從負(fù) 直流電力線21b上引出的分支線22a、22b上分別設(shè)有與電橋電路13的開關(guān)晶體管SWll SW14連動動作的開關(guān)晶體管SW21、SW22。兩個開關(guān)晶體管SW21、SW22的通斷切換可通過控制裝置C，經(jīng)未圖示的輸出振蕩 用驅(qū)動電路控制，例如，在第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14處于接通狀態(tài)下，通過第一放 電電路El對一方靶Tl提供電力時，開關(guān)晶體管SW21被接通，通過第二放電電路E2對另一 方靶T2提供規(guī)定電力(參照圖3)。并在把真空室Ml保持在規(guī)定真空度上的狀態(tài)下，經(jīng)過未圖示的氣體導(dǎo)入裝置以 一定流量導(dǎo)入Ar等氣體的同時，通過第一及第二放電電路El、E2對一對靶Tl、T2投入電 力，濺蝕各靶Tl、T2情況下，例如第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14 —接通(此時，第二及第三開關(guān)晶體管SW12、SW13處于切斷狀態(tài))，放電電流Iac通過第一放電電路El從1方靶 Tl流向另一方靶T2的同時，開關(guān)晶體管SW21 —接通(這時，開關(guān)晶體管SW21處于切斷狀 態(tài))，放電電流Idc通過第二放電電路E2，從接地的真空室Ml流向另一方的靶T2。接著，當(dāng)把第一放電電路El的第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14和第二及第三 開關(guān)晶體管SW12、SW13的通斷定時反轉(zhuǎn)時，也可使第二放電電路E2的各開關(guān)晶體管SW21、 SW22通斷的定時反轉(zhuǎn)，以規(guī)定的頻率對一對靶Tl、T2輸出。這樣一來，各靶Tl、T2被交替 切換為陽極電極、陰極電極，就可使輝光放電產(chǎn)生于陽極電極和陰極電極、以及陰極電極和 接地間，形成等離子氣氛，濺蝕各靶Tl、T2。如上所述，本實施方式的電源裝置E除在一對靶Tl、T2間具有放電電流Iac的流 動路徑之外，在一方靶Tl或T2和接地間也有放電電流Idc的流動路徑。因此，當(dāng)采用現(xiàn)有 技術(shù)，放電電流僅在一對靶間流動情況下，輸出頻率低時等離子僅集中出現(xiàn)在被輸出的靶 前方，與之相反，在本實施方式的電源裝置E之中，等離子P生成于兩個靶Tl、T2的整個前 方(參照圖1)。其結(jié)果是當(dāng)在基板S表面上形成規(guī)定薄膜時，很容易實現(xiàn)該膜厚分布的均 勻化。而在第二放電電路E2之中，最好把輸出短路用的開關(guān)晶體管SW23設(shè)置在正、負(fù)直 流電力線21a、21b間，與上述第一放電電路El相同，可使對靶Tl、T2輸出時產(chǎn)生的開關(guān)損 耗僅在開關(guān)晶體管SW23上產(chǎn)生。不過，在配置了上述電源裝置E的濺射裝置M之中，濺射期間，靶表面滯留的充電 電荷可在外加相反相位的電壓時被消除。因此，即使在使用氧化物等靶的情況下，仍可抑制 靶的充電引發(fā)的異常放電(電弧放電)。另外，在真空室Ml內(nèi)處于電位性絕緣或浮動狀態(tài) 的基板S也可能充電，但通常情況下基板S表面的充電電荷可被例如濺射微粒及電離的濺 射氣體離子中和而消失。但是，當(dāng)為了提高濺射速度而增大提供給靶Tl、T2的電力時，由于單位時間內(nèi)基 板S表面的充電電荷e增加，因而容易在基板S表面滯留。如上所述，充電電荷一旦滯留在 基板S上，例如在基板S和配置在該基板S周邊部的接地的罩板M2的相鄰部位上，因電位 差，充電電荷e有時會瞬間向罩板跳過，由此引發(fā)異常放電(電弧放電)。在此情況下，會因 基板S表面的膜受損而產(chǎn)生廢品，或出現(xiàn)顆粒，妨礙形成良好的薄膜，因此最好在電源裝置 E中有效地抑制充電電荷在基板S表面上的滯留。為此，本實施方式在第二放電電路E2的正直流輸出線21a、和分支線22a、22b之間 設(shè)置了反向脈沖發(fā)生電路(反向電位外加裝置)3。反向脈沖發(fā)生電路3配置有具有公知結(jié) 構(gòu)的DC脈沖電源31、控制DC脈沖電源31對靶T1、T2外加正脈沖電位的開關(guān)晶體管SW31、 SW32(參照圖2)。并在為使第一放電電路El的第一及第四開關(guān)晶體管SW11、SW14和第二及第三開 關(guān)晶體管SW12、SW13的通斷定時反轉(zhuǎn)的同時，使第二放電電路E2的各開關(guān)晶體管SW21、 SW22的通斷定時反轉(zhuǎn)，每當(dāng)開關(guān)晶體管SW15、SW23處于短路(通)狀態(tài)時，即接通開關(guān)晶 體管SW31、SW32，對一對靶Tl、T2外加正脈沖電位Vp(參照圖2及圖3)。如上所述，由于一在極性反轉(zhuǎn)時對一對靶T1、T2外加正脈沖電位Vp，真空室Ml內(nèi) 基板S和靶Tl、T2即電容耦合，因而滯留在基板S上的充電電荷e流向靶Tl、T2。其結(jié)果 是，即使在增大對靶T1、T2的電力投入情況下，仍可通過電源裝置E有效防止充電電荷e滯留在在基板S表面，抑制基板S的充電引發(fā)的異常放電，即使在大面積的基板S上也能大批 量地形成良好的薄膜。不過，在上述輝光放電期間，有時會因某種原因產(chǎn)生電弧放電(異常放電)，第二 放電電路E2有可能因為異常放電時產(chǎn)生的反向電流而受到損傷。為此，在正直流電力線 21a上配置了以接地側(cè)作為陰極的二極管對。此外，由于直流電力供給源1、2的輸出具有恒壓特性，因而與電感成分相比，電容 成分(電容)占支配地位。如上所述，一旦電容成分(電容)占據(jù)支配地位，由于產(chǎn)生電弧 放電時等離子負(fù)載一側(cè)的電阻變小，因而通過輸出與等離子負(fù)載的耦合可從電容成分急劇 向輸出側(cè)釋放。為此，在第一及第二放電電路E1、E2的負(fù)直流輸出線lib以及21b上設(shè)置了電感 值比等離子的電感值大的電感器4，用以限制發(fā)生電弧放電時的單位時間內(nèi)的電流上升率。此外，在設(shè)置了上述電感器4的情況下，為了抑制切換各開關(guān)晶體管時產(chǎn)生的過 壓，設(shè)置了與前述電感器并聯(lián)、彼此串聯(lián)的二極管5及電阻6。這樣即可以在第一及第二放 電電路E1、E2中切換各開關(guān)晶體管SWll SW14及SW21、SW22時(極性反轉(zhuǎn)時)，使最初提 供給靶T1、T2的輸出具有恒壓特性，輸出電流逐漸增大，此后，(輸出電流一達(dá)到規(guī)定值)， 輸出即呈恒流特性。其結(jié)果是可防止各電極極性反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生過壓，抑制過流引發(fā)的電弧放 H1^ ο在本實施方式中，是在負(fù)直流輸出線lib以及21b上分別設(shè)置了電感器4、二極管 5以及電阻6的，但也可在正直流輸出線Ila以及21a或在此兩者上設(shè)置。此外，在本實施方式中作為反向電位外加裝置3是以由DC脈沖電源31和開關(guān)晶 體管SW31、SW32構(gòu)成為例進(jìn)行說明的，但只要是能在極性反轉(zhuǎn)時外加正電位的結(jié)構(gòu)，并不 局限于此，例如也可采用設(shè)置變壓器外加正脈沖電位的結(jié)構(gòu)。還有，在本實施方式之中是以經(jīng)一個電源裝置E對配置在真空室Ml內(nèi)的一對靶 Tl、T2進(jìn)行輸出為例進(jìn)行說明的，但并不局限于此。本發(fā)明的電源裝置E既可適用于對真 空室內(nèi)與基板S相對配置的等間隔并列設(shè)置的多個形狀相同的靶中各對成對的靶分配同 一結(jié)構(gòu)的、以規(guī)定的頻率對各靶外加AC脈沖電位的裝置，也可適用于利用多臺交流電源對 成對靶輸出的情況。

圖1是本發(fā)明的電源裝置的示意圖。圖2是反向電位發(fā)生電路的示意圖。圖3是本發(fā)明的電源裝置的輸出控制的說明圖。附圖標(biāo)記說明1、2、直流電力供給源，12、電橋電路，3、反向脈沖發(fā)生電路(反向電位外加裝置)， 4、電感器，5、24、二極管，6、電阻，E、電源裝置，E1、第一放電電路，E2、第二放電電路，M、濺射 裝置，Ml、真空室，SW11、SW15、開關(guān)晶體管(開關(guān)元件)，SW21 SW23、開關(guān)晶體管(開關(guān)元 件)T1、T2、電極(靶)。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，配置有第一放電電路，其通過以規(guī)定頻率交替性地使 極性反轉(zhuǎn)，對與等離子接觸的一對電極外加規(guī)定電位；第二放電電路，其對前述一對電極中 未從第一放電電路外加電位的電極和接地間外加規(guī)定電位；前述第二放電電路具有反向電 位外加裝置，其在極性反轉(zhuǎn)時至少對前述電極中的一方外加與輸出電位相反的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，前述第一放電電路具有直流電力供給源和由連接 在前述直流電力供給源的正、負(fù)直流輸出間的開關(guān)元件構(gòu)成的電橋電路，通過控制前述電 橋電路的各開關(guān)元件的動作，對前述一對電極輸出；其特征在于前述第二放電電路配置 有另一直流電力供給源，前述另一直流電力供給源的正直流輸出端接地，負(fù)直流輸出端經(jīng) 與前述電橋電路的開關(guān)元件的動作連動的另一開關(guān)元件與前述一對電極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于前述反向電位外加裝置，配置有連接 在第二放電電路的正、負(fù)直流輸出間的直流電源，以及控制前述直流電源提供對各電極的 反向電位的開關(guān)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電源裝置，其特征在于前述第二放電電路在其正直流 輸出上配置有以接地一側(cè)為陰極的二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的電源裝置，其特征在于前述電極是配置在實施 濺射法的處理室內(nèi)的靶。
全文摘要
提供一種電源裝置，其可抑制基板充電引發(fā)的異常放電，可在大面積基板上形成良好的薄膜。本發(fā)明的電源裝置(E)配置有第一放電電路(E1)，其通過以規(guī)定頻率交替性地使極性反轉(zhuǎn)，對與等離子接觸的一對靶(T1)、(T2)外加規(guī)定電位；第二放電電路(E2)，其對前述一對電極中未從第一放電電路外加電位的電極與接地間外加規(guī)定電位。第二放電電路具有反向電位外加裝置(3)，其在極性反轉(zhuǎn)時至少對前述電極的一方外加與輸出電位相反的電位。
文檔編號C23C14/34GK102076878SQ20098012550
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者堀下芳邦, 小野敦, 松原忍 申請人:株式會社愛發(fā)科