专利名称：电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源装置，更具体而言，涉及溅射装置中对靶提供电力时使用的电源
直O
背景技术：
对于在玻璃及晶片等准备处理的处理基板表面形成规定薄膜的方法，溅射(下文 称之为溅镀)法即是其中之一。该溅射法使等离子气氛中的离子加速撞击按照准备在基板 表面上成膜的薄膜成分制作成规定形状的靶，使溅射微粒(靶原子)飞溅，使之附着沉积到 基板表面，形成规定薄膜，近年来在平板显示器(FPD)的制造工序中被用于在大面积基板 上形成ITO等薄膜之中。对于在大面积基板上高效形成规定膜厚的薄膜形成装置，已知有下述溅射装置。 即，该溅射装置具有在真空室内与基板相对的位置上等间隔并列设置的形状相同的多块 靴，以及对在并列设置的靶中、各自成对的靶以规定的频率交替改变极性(使极性反转)地 外加规定电位的AC电源(电源装置)。并在真空室中导入规定的溅射气体的同时，通过AC 电源对成对的靶提供电力，使各靶交替切换为阳极电极、阴极电极，使阳极电极及阴极电极 间产生辉光放电，形成等离子气氛，溅蚀各靶(例如专利文献1)。在使用上述交流电源的溅射装置之中，溅射期间滞留在靶表面的充电电荷可在外 加反相电位的电压时消除。因此即使在使用氧化物等靶的情况下，仍可抑制靶充电引发的 异常放电(电弧放电)。另外，溅射室内电位绝缘或处于浮动状态的基板也会充电，但通常 情况下基板表面的充电电荷可被溅射微粒及电离的溅射气体离子中和而消失。然而，当为了提高溅射速度而加大对靶的电力提供(输出)，或者通过加强靶表面 的磁场强度来提高靶表面附近的等离子密度之类的情况下，单位时间内提供给基板表面的 充电电荷增大，容易在基板表面滞留，此外，例如在FPD制造工序中，在形成有构成电极的 金属膜及绝缘膜的基板表面上形成ITO等透明导电膜的情况下，基板表面的绝缘膜上容易 滞留充电电荷。此处，在使用上述AC电源的溅射装置之中，由于溅射期间在一对靶间放电，因而 放电电流仅在靶间流动。因此，若以接地电位(溅射装置本身通常接地)为基准，则等离子 的电位通常低于接地电位。其结果是，当处理基板(或处理基板表面形成的绝缘膜)上滞 留了充电电荷时，在上述现有的AC电源中，无法防止充电电荷的滞留。如上所述，一旦电荷在基板(或基板表面上形成的绝缘膜)上滞留，例如在基板和 配置在该基板周边部位的接地的罩板的相邻部位上，由于电位差，充电电荷有时会瞬间飞 移到罩板上，由此而引发异常放电(电弧放电)。一旦产生异常放电，因基板表面的膜受损 而产生废品，或产生发生颗粒等问题，妨碍形成良好的薄膜。专利文献1 特开2005-290550号公报
发明内容
发明要解决的问题鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种电源装置，其可抑制基板充电引发的异 常放电，可在大面积的基板上形成良好的薄膜。解决问题的装置为了解决上述问题，本发明的电源装置，其特征在于配置有第一放电电路，其通 过以规定频率交替性地使极性反转，对与等离子接触的一对电极外加规定电位；第二放电 电路，其对前述一对电极中未从第一放电电路外加电位的电极与接地间外加规定电位；前 述第二放电电路具有反向电位外加装置，其在极性反转时至少对前述电极的一方外加与输 出电位相反的电位。若采用本发明，当对某一方电极输出情况下，放电电流除具有通过第一放电电路 从一对靶中的该一方电极流向另一方电极的路径之外，放电电流还具有通过第二放电电路 经接地流向该另一方电极的路径。并且在极性反转时，经反向电位外加装置至少对一方电 极外加与输出电位反向的电位。如上所述，若采用本发明，由于采用了极性反转时对电极外加反向电位的构成，因 而若在以规定频率交替改变极性，对成对的靶外加规定的AC电位的溅射装置中使用本发 明的电源装置，在每次对靶外加反向电位时，通过使溅射室内电位绝缘或以浮动状态配置 的基板与作为电极的靶彼此电容耦合，使滞留在基板上的充电电荷流向靶。其结果即使是 使提供对靶的电力增加，以及/或者通过增加靶表面的磁场强度来提高靶表面附近的等离 子密度，仍可有效防止充电电荷滞留在基板表面，通过抑制基板的充电引发的异常放电，可 在大面积基板上大批量地形成良好的薄膜。在本发明之中可采用以下构成前述第一放电电路具有直流电力供给源和由连接 在前述直流电力供给源的正、负直流输出间的开关元件构成的电桥电路，通过控制前述电 桥电路的各开关元件的动作，对前述一对电极输出；前述第二放电电路配置有另一直流电 力供给源，前述另一直流电力供给源的正直流输出端接地，负直流输出端经与前述电桥电 路的开关元件的动作连动的另一开关元件与前述一对电极连接。此外，在本发明之中，前述反向电位外加装置可采用以下构成配置有连接在第二 放电电路的正、负直流输出间的直流电源，以及控制前述直流电源提供给各电极的反向电 位的开关元件。前述第二放电电路若采用在其正直流输出上配置以接地一侧为阴极的二极管的 结构，则可在因某种原因产生电弧放电时防止流向第二放电电路的反向电流。本发明中，前述电极优选为配置在实施溅射法的处理室内的一对靶。
具体实施例方式下面参照
本发明的实施方式的电源装置E。电源装置E用于例如处于溅 射装置M的真空室(处理室)Ml内，与Ml内的准备处理的基板S相对配置，以规定频率对 作为与等离子接触的电极的一对靶T1、T2提供(输出)AC脉冲电力。电源装置E配置有第 一放电电路E1、第二放电电路E2和控制装置C，所述控制装置统一控制设置在第一放电电 路El及第二放电电路E2上的后述开关元件的动作(参照图1)。
第一放电电路El配置有可提供直流电力的直流电力供给源1。直流电力供给源1 虽未图示，但具有例如可输入商用交流电力(3相AC200V或400V)的输入部和通过整流输 入的交流电力将其变换为直流电力的由二极管构成的整流电路，经正、负直流电力线11a、 lib向振荡部输出直流电力。此外，在直流电力线IlaUlb之间，配置有通过控制装置3经 未图示的输出振荡用驱动电路控制的开关晶体管，可控制提供给振荡部的直流电力。振荡部具有连接在正、负直流电力线IlaUlb间的由4个第一 第四开关晶体管 (开关元件)SWll SW14构成的电桥电路12，从电桥电路12引出的输出线13a、13b分别 与一对靶T1、T2连接。各开关晶体管SWll SW14的通断切换可通过控制装置C，经未图示 的输出振荡用驱动电路控制，例如，通过以定时反转形态控制第一及第四开关晶体管SW11、 SW14和第二及第三开关晶体管SW12、SW13的通断，控制各开关晶体管SWll SW14的切换， 即可以规定的频率(例如1 IOkHz)交替改变极性地对一对靶Tl、T2外加(输出)规定 的脉冲电位。此处，在直流电力供给源1输出直流电力的状态下，切换各开关晶体管SW11、SW14 时，由于这些开关损耗很大，因而需采用提高各开关晶体管SWll SW14的耐久性的构成。 为此，在直流电力供给源1的正、负直流输出线IlaUlb间设置了输出短路用开关晶体管 SW15，其可通过控制装置C，经未图示的输出振荡用驱动电路控制通断切换。并且，在输出短路用开关晶体管SW15处于短路状态(对靶T1、T2的输出被切断的 状态)下实施电桥电路12的各开关晶体管SWll SW14的切换(参照图3)。也就是说，在 开关晶体管SW15处于短路(接通)状态下，例如接通第一及第四开关晶体管SW11、SW14, 然后通过解除(切断)开关晶体管SW15的短路，对一方靶Tl输出(对靶Tl外加负脉冲电 位)。接着，把开关晶体管SW15再次短路，接通第一及第四开关晶体管SW11、SW14的同时， 接通第二及第三开关晶体管SW12、SW13，然后，切断开关晶体管SW15，向另一方靶T2输出 (对靶T2外加负脉冲电位)。这样一来，在向靶Tl、T2输出时产生的开关损耗仅产生于开关晶体管SW15上，而 在各开关晶体管SWll SW14上几乎不产生开关损耗。其结果是不必使用高性能的开关 元件即可实现高耐久性，而且不需要足以应对4个开关元件上均产生开关损耗时的散热结 构，可实现低成本化。第二放电电路E2配置有与第一放电电路El结构相同的直流电力供给源2。直流 电力供给源2的正直流电力线21a、与接地的真空室Ml连接。此外，直流电力供给源2的负 直流电力线21b被分支，分别与第一放电电路El的输出线13a、i;3b连接。在此情况下，从负 直流电力线21b上引出的分支线22a、22b上分别设有与电桥电路13的开关晶体管SWll SW14连动动作的开关晶体管SW21、SW22。两个开关晶体管SW21、SW22的通断切换可通过控制装置C，经未图示的输出振荡 用驱动电路控制，例如，在第一及第四开关晶体管SW11、SW14处于接通状态下，通过第一放 电电路El对一方靶Tl提供电力时，开关晶体管SW21被接通，通过第二放电电路E2对另一 方靶T2提供规定电力(参照图3)。并在把真空室Ml保持在规定真空度上的状态下，经过未图示的气体导入装置以 一定流量导入Ar等气体的同时，通过第一及第二放电电路El、E2对一对靶Tl、T2投入电 力，溅蚀各靶Tl、T2情况下，例如第一及第四开关晶体管SW11、SW14 —接通(此时，第二及第三开关晶体管SW12、SW13处于切断状态)，放电电流Iac通过第一放电电路El从1方靶 Tl流向另一方靶T2的同时，开关晶体管SW21 —接通(这时，开关晶体管SW21处于切断状 态)，放电电流Idc通过第二放电电路E2，从接地的真空室Ml流向另一方的靶T2。接着，当把第一放电电路El的第一及第四开关晶体管SW11、SW14和第二及第三 开关晶体管SW12、SW13的通断定时反转时，也可使第二放电电路E2的各开关晶体管SW21、 SW22通断的定时反转，以规定的频率对一对靶Tl、T2输出。这样一来，各靶Tl、T2被交替 切换为阳极电极、阴极电极，就可使辉光放电产生于阳极电极和阴极电极、以及阴极电极和 接地间，形成等离子气氛，溅蚀各靶Tl、T2。如上所述，本实施方式的电源装置E除在一对靶Tl、T2间具有放电电流Iac的流 动路径之外，在一方靶Tl或T2和接地间也有放电电流Idc的流动路径。因此，当采用现有 技术，放电电流仅在一对靶间流动情况下，输出频率低时等离子仅集中出现在被输出的靶 前方，与之相反，在本实施方式的电源装置E之中，等离子P生成于两个靶Tl、T2的整个前 方(参照图1)。其结果是当在基板S表面上形成规定薄膜时，很容易实现该膜厚分布的均 勻化。而在第二放电电路E2之中，最好把输出短路用的开关晶体管SW23设置在正、负直 流电力线21a、21b间，与上述第一放电电路El相同，可使对靶Tl、T2输出时产生的开关损 耗仅在开关晶体管SW23上产生。不过，在配置了上述电源装置E的溅射装置M之中，溅射期间，靶表面滞留的充电 电荷可在外加相反相位的电压时被消除。因此，即使在使用氧化物等靶的情况下，仍可抑制 靶的充电引发的异常放电(电弧放电)。另外，在真空室Ml内处于电位性绝缘或浮动状态 的基板S也可能充电，但通常情况下基板S表面的充电电荷可被例如溅射微粒及电离的溅 射气体离子中和而消失。但是，当为了提高溅射速度而增大提供给靶Tl、T2的电力时，由于单位时间内基 板S表面的充电电荷e增加，因而容易在基板S表面滞留。如上所述，充电电荷一旦滞留在 基板S上，例如在基板S和配置在该基板S周边部的接地的罩板M2的相邻部位上，因电位 差，充电电荷e有时会瞬间向罩板跳过，由此引发异常放电(电弧放电)。在此情况下，会因 基板S表面的膜受损而产生废品，或出现颗粒，妨碍形成良好的薄膜，因此最好在电源装置 E中有效地抑制充电电荷在基板S表面上的滞留。为此，本实施方式在第二放电电路E2的正直流输出线21a、和分支线22a、22b之间 设置了反向脉冲发生电路(反向电位外加装置)3。反向脉冲发生电路3配置有具有公知结 构的DC脉冲电源31、控制DC脉冲电源31对靶T1、T2外加正脉冲电位的开关晶体管SW31、 SW32(参照图2)。并在为使第一放电电路El的第一及第四开关晶体管SW11、SW14和第二及第三开 关晶体管SW12、SW13的通断定时反转的同时，使第二放电电路E2的各开关晶体管SW21、 SW22的通断定时反转，每当开关晶体管SW15、SW23处于短路(通)状态时，即接通开关晶 体管SW31、SW32，对一对靶Tl、T2外加正脉冲电位Vp(参照图2及图3)。如上所述，由于一在极性反转时对一对靶T1、T2外加正脉冲电位Vp，真空室Ml内 基板S和靶Tl、T2即电容耦合，因而滞留在基板S上的充电电荷e流向靶Tl、T2。其结果 是，即使在增大对靶T1、T2的电力投入情况下，仍可通过电源装置E有效防止充电电荷e滞留在在基板S表面，抑制基板S的充电引发的异常放电，即使在大面积的基板S上也能大批 量地形成良好的薄膜。不过，在上述辉光放电期间，有时会因某种原因产生电弧放电(异常放电)，第二 放电电路E2有可能因为异常放电时产生的反向电流而受到损伤。为此，在正直流电力线 21a上配置了以接地侧作为阴极的二极管对。此外，由于直流电力供给源1、2的输出具有恒压特性，因而与电感成分相比，电容 成分(电容)占支配地位。如上所述，一旦电容成分(电容)占据支配地位，由于产生电弧 放电时等离子负载一侧的电阻变小，因而通过输出与等离子负载的耦合可从电容成分急剧 向输出侧释放。为此，在第一及第二放电电路E1、E2的负直流输出线lib以及21b上设置了电感 值比等离子的电感值大的电感器4，用以限制发生电弧放电时的单位时间内的电流上升率。此外，在设置了上述电感器4的情况下，为了抑制切换各开关晶体管时产生的过 压，设置了与前述电感器并联、彼此串联的二极管5及电阻6。这样即可以在第一及第二放 电电路E1、E2中切换各开关晶体管SWll SW14及SW21、SW22时(极性反转时)，使最初提 供给靶T1、T2的输出具有恒压特性，输出电流逐渐增大，此后，(输出电流一达到规定值)， 输出即呈恒流特性。其结果是可防止各电极极性反转时产生过压，抑制过流引发的电弧放 H1^ ο在本实施方式中，是在负直流输出线lib以及21b上分别设置了电感器4、二极管 5以及电阻6的，但也可在正直流输出线Ila以及21a或在此两者上设置。此外，在本实施方式中作为反向电位外加装置3是以由DC脉冲电源31和开关晶 体管SW31、SW32构成为例进行说明的，但只要是能在极性反转时外加正电位的结构，并不 局限于此，例如也可采用设置变压器外加正脉冲电位的结构。还有，在本实施方式之中是以经一个电源装置E对配置在真空室Ml内的一对靶 Tl、T2进行输出为例进行说明的，但并不局限于此。本发明的电源装置E既可适用于对真 空室内与基板S相对配置的等间隔并列设置的多个形状相同的靶中各对成对的靶分配同 一结构的、以规定的频率对各靶外加AC脉冲电位的装置，也可适用于利用多台交流电源对 成对靶输出的情况。
图1是本发明的电源装置的示意图。图2是反向电位发生电路的示意图。图3是本发明的电源装置的输出控制的说明图。附图标记说明1、2、直流电力供给源，12、电桥电路，3、反向脉冲发生电路(反向电位外加装置)， 4、电感器，5、24、二极管，6、电阻，E、电源装置，E1、第一放电电路，E2、第二放电电路，M、溅射 装置，Ml、真空室，SW11、SW15、开关晶体管(开关元件)，SW21 SW23、开关晶体管(开关元 件)T1、T2、电极(靶)。
权利要求
1.一种电源装置，其特征在于，配置有第一放电电路，其通过以规定频率交替性地使 极性反转，对与等离子接触的一对电极外加规定电位；第二放电电路，其对前述一对电极中 未从第一放电电路外加电位的电极和接地间外加规定电位；前述第二放电电路具有反向电 位外加装置，其在极性反转时至少对前述电极中的一方外加与输出电位相反的电位。
2.根据权利要求1所述的电源装置，前述第一放电电路具有直流电力供给源和由连接 在前述直流电力供给源的正、负直流输出间的开关元件构成的电桥电路，通过控制前述电 桥电路的各开关元件的动作，对前述一对电极输出；其特征在于前述第二放电电路配置 有另一直流电力供给源，前述另一直流电力供给源的正直流输出端接地，负直流输出端经 与前述电桥电路的开关元件的动作连动的另一开关元件与前述一对电极连接。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于前述反向电位外加装置，配置有连接 在第二放电电路的正、负直流输出间的直流电源，以及控制前述直流电源提供对各电极的 反向电位的开关元件。
4.根据权利要求2或3所述的电源装置，其特征在于前述第二放电电路在其正直流 输出上配置有以接地一侧为阴极的二极管。
5.根据权利要求1 4任一项所述的电源装置，其特征在于前述电极是配置在实施 溅射法的处理室内的靶。
全文摘要
提供一种电源装置，其可抑制基板充电引发的异常放电，可在大面积基板上形成良好的薄膜。本发明的电源装置(E)配置有第一放电电路(E1)，其通过以规定频率交替性地使极性反转，对与等离子接触的一对靶(T1)、(T2)外加规定电位；第二放电电路(E2)，其对前述一对电极中未从第一放电电路外加电位的电极与接地间外加规定电位。第二放电电路具有反向电位外加装置(3)，其在极性反转时至少对前述电极的一方外加与输出电位相反的电位。
文档编号C23C14/34GK102076878SQ20098012550
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年6月30日
发明者堀下芳邦, 小野敦, 松原忍 申请人:株式会社爱发科