專利名稱：放電電源、濺射電源、以及濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放電電源、濺射電源、以及濺射裝置，更確切的，涉及一種放電電源和濺射電源，其能夠進(jìn)行穩(wěn)定的等離子體放電或輝光放電，所述放電能夠施用DC(直流)電壓同時(shí)還防止發(fā)生電弧放電，以及涉及使用所述放電電源和濺射電源的濺射裝置。
背景技術(shù)：
在多種等離子體應(yīng)用設(shè)備、輝光放電應(yīng)用設(shè)備以及類似設(shè)備中，放電過程中出現(xiàn)電弧放電通常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備操作中的問題。因此，通常需要放電電源能夠確定地且快速的終止電弧放電。作為具體例子，下面將描述用于形成薄膜的一種濺射裝置。
圖11中的示意圖示出了直流濺射裝置的一個(gè)相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)。該濺射裝置包括一個(gè)真空室101和一個(gè)濺射直流電源110。電源110的陽極通過連接電纜120A連接到真空室101，且被置于接地電勢(shì)。另一方面，電源110的陰極通過連接電纜120B連接到提供在真空室101內(nèi)的一個(gè)濺射靶104。將要被沉積薄膜的襯底100被放置于真空室101內(nèi)。
在形成薄膜的過程中，首先，真空室101的內(nèi)部被真空泵106抽真空，諸如氬氣(Ar)這樣的氣體從氣源107被引入，以將真空室內(nèi)部維持在預(yù)定的放電壓強(qiáng)。接著，電源110在靶104和真空室101之間施加電場(chǎng)以產(chǎn)生輝光放電108。然后，在放電空間產(chǎn)生的等離子體中的正離子撞擊到靶104上，以濺射靶104中的原子。這樣的濺射現(xiàn)象能夠被用來在襯底100上形成由靶104材料所構(gòu)成的薄膜。
這樣的濺射裝置被廣泛應(yīng)用于給多種產(chǎn)品形成薄膜的工藝中，這包括半導(dǎo)體器件、CD(高密度盤片)、DVD(數(shù)字化多用盤片)，以及液晶顯示設(shè)備。
然而，在這樣的濺射操作中可能發(fā)生電弧放電150。這樣的電弧放電150更經(jīng)常發(fā)生在靶104的附近。當(dāng)發(fā)生了這樣的電弧放電150時(shí)，一個(gè)大電流在局部流動(dòng)，這會(huì)損壞靶104或襯底100。
例如，當(dāng)電弧放電150發(fā)生在靶104一邊時(shí)，大電流集中在靶104的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，這導(dǎo)致大量的沉積材料瞬時(shí)從該區(qū)域發(fā)射出來。該現(xiàn)象被稱為“噴濺”，它將沉積材料噴濺到襯底100的表面上，從而導(dǎo)致?lián)p壞。
所以，為了防止這種電弧放電所帶來的損壞，就必須在電源110中提供電弧抑制裝置。
在直流濺射中抑制電弧放電的方法可以包括(1)通過周期性的關(guān)閉電源輸出來提供一個(gè)休眠時(shí)間段，從而抑制電弧放電。
(2)利用電弧放電的開關(guān)動(dòng)作以及電源輸出電路所提供的LC振蕩來將電流反向，從而抑制電弧放電。
(3)電弧放電被檢測(cè)，并且電弧電流被一個(gè)開關(guān)元件所關(guān)閉。在此情況下，開關(guān)元件可以與負(fù)載串聯(lián)或并聯(lián)，以關(guān)閉電弧電流。
(4)電弧放電被檢測(cè)，然后，通過激活一個(gè)開關(guān)元件以施加反向電壓來抑制電弧放電。
(5)通過周期性的激活一個(gè)開關(guān)元件來施加反向電壓來抑制電弧放電。
這其中，發(fā)明者公開了使用日本專利No.2835322和2835323的一種開關(guān)元件的方法。
另一方面，由于濺射被中斷，所以上述方法(1)有吞吐量減小的問題。
相反，上述方法(2)具有簡(jiǎn)化裝置配置的潛力，其中電弧放電能夠在不使用開關(guān)元件或類似元件的情況下被抑制。更具體的，如果在直流電源的輸出端提供一個(gè)LC振蕩電路，并且在電弧放電發(fā)生時(shí)，其開關(guān)作用就能夠被用來產(chǎn)生振蕩電流。當(dāng)該振蕩電流已經(jīng)越過0A(零安培)從而改變其極性時(shí)，電流就能夠被電弧放電的整流作用所關(guān)閉(由于熱電子僅從灼熱點(diǎn)發(fā)出，所以電流不會(huì)在反向電壓下流動(dòng))，從而就抑制了電弧。
然而，在經(jīng)過獨(dú)立研究之后，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這樣具有采用了振蕩電流的抑制電弧機(jī)制的放電電源來說，它的操作有可改進(jìn)的空間。
更具體的，對(duì)于這樣使用一個(gè)LC諧振電路的直流電源，可以進(jìn)行對(duì)其的操作控制以使得，一個(gè)恒定功率控制操作、一個(gè)額定電流極限操作、以及一個(gè)額定電壓極限操作被組合起來，從而來選擇將輸出最小化的一個(gè)信號(hào)。
換句話說，在這樣的操作控制中，對(duì)于一個(gè)低濺射電壓，對(duì)流動(dòng)電流的控制使其具有對(duì)應(yīng)于恒定功率控制操作的值與額定電流極限操作所限定的值中的較小者。
相反，為了在振蕩機(jī)制中抑制電弧，振蕩電流的幅度必須超過濺射電流，以產(chǎn)生越過0A的電流振蕩，其中振蕩電流是在從濺射電壓到電弧電壓轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生且依賴于LC電路常數(shù)。
可以提及用來產(chǎn)生這樣的大電流振蕩的兩個(gè)方法。
所述方法中的第一方法使用LC常數(shù)，即使對(duì)于低濺射電壓(例如200V)，也能夠?qū)?yīng)額定電流極限操作獲得一個(gè)大電流幅度。
第二方法在于設(shè)定LC常數(shù)，從而使得對(duì)應(yīng)了額定電流極限的電流幅度可以在標(biāo)準(zhǔn)濺射電壓(例如400V)范圍的一個(gè)較低值被獲得，以及在該濺射電壓以下，可變的控制功率額定值，以使得電流的上限對(duì)應(yīng)該電壓而減小。
然而，在使用第一方法時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)濺射電壓(例如600V)下的操作中，會(huì)產(chǎn)生過大的電流振蕩。其結(jié)果就在于，電源中使用的電學(xué)部件可能被施加大的應(yīng)力和/或噪聲可能出現(xiàn)。
為此，LC常數(shù)必須被確定來對(duì)應(yīng)一個(gè)較低的濺射電壓，從而就必須使用上述第二方法。例如，當(dāng)加上靶104之后，或者當(dāng)真空室101暴露大氣之后，由于靶104的表面覆蓋了氧化物或類似物質(zhì)，所以放電電壓會(huì)立刻下降很多。為此，必須將濺射功率設(shè)定得足夠低。這樣，濺射初始在足夠低的功率設(shè)定下進(jìn)行，這被稱為“靶清理模式”。然后，當(dāng)氧化物從靶104的表面被移除并且放電電壓增大時(shí)，功率設(shè)定就得以提高以轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)濺射電壓。
然而，該方法存在一個(gè)問題，該問題在于，由于功率設(shè)定是根據(jù)濺射電壓來提調(diào)節(jié)的，所以該方法需要一些麻煩的操作。
本發(fā)明已經(jīng)基于對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)而提出。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)就在于提供一種放電電源和濺射電源，它們能夠快速和徹底的抑制電弧放電，具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，且容易操作，并且還提供使用所述電源的濺射裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的第一放電電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出相并聯(lián)的一個(gè)電容器，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的電感，其中所述放電電源通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出放電功率，所述控制單元控制了直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值在所述電壓范圍的至少一部分中與所述電壓的絕對(duì)值成正相關(guān)。
根據(jù)上述配置，不管放電功率被設(shè)置得高還是低，超過極限特性曲線的放電電流流動(dòng)總能夠被阻止。即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總可以被保持在大于放電電流的水平。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧。
此外，本發(fā)明的第二放電電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出相并聯(lián)的一個(gè)電容器，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的電感，其中所述放電電源通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出放電功率，所述控制單元控制了直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值被確定以使得振蕩電流產(chǎn)生單元在所述電壓下由于電弧放電所產(chǎn)生的振蕩電流的幅度為所述電壓下穩(wěn)定操作狀態(tài)電流的1.3或更多倍。
還是根據(jù)上述配置，不管放電功率被設(shè)置得高還是低，超過極限特性曲線的放電電流流動(dòng)總能夠被阻止。即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總可以被保持在大于放電電流的水平。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧。
這里，在第一和第二放電電源中，極限電流值可以對(duì)應(yīng)一個(gè)上限電流，它滿足方程I＝(V-Va)×(C/L)1/2/K其中I是直流電源單元輸出的電流，V是直流電源單元輸出的電壓，L是電感，C是電容，Va是電弧電壓，K是幅度的一個(gè)乘法因子。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧。
所述電感還可以包括連接電纜的電感，所述連接電纜延伸到與放電電源一起提供的供電接收器。
所述電源還可以包括電壓檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電壓；以及電流檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電流，其中所述控制單元基于電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果以及電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果來進(jìn)行反饋控制。這樣，就有利于響應(yīng)濺射電壓的穩(wěn)定的電流控制。
所述電源還可以包括電壓檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電壓；以及電流檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電流，其中控制單元基于電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果、電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果以及一個(gè)輸出功率設(shè)定值來確定一個(gè)輸出電流設(shè)定值，計(jì)算該電壓下的極限電流值以響應(yīng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)輸出電流的設(shè)定值小于極限電流值時(shí)，基于輸出電流的設(shè)定值控制直流電源單元，以及當(dāng)輸出電流的設(shè)定值大于極限電流值時(shí)，控制直流電源單元以使得極限電流值被輸出。這樣，輸出電流就能夠被控制在不超過極限電流的范圍內(nèi)。
所述控制單元可以在電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果高于第一預(yù)定電壓時(shí)，使用沒有加偏置的極限電流值，以及當(dāng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果低于第二預(yù)定電壓時(shí)，使用加了偏置的極限電流值。這樣，輸出電流就能夠在輸出電壓即使為零的情況下流動(dòng)，并且可以防止在高電壓下超過極限特性曲線。
所述控制單元可以在電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果低于第三預(yù)定電壓且電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果高于第一預(yù)定電流時(shí)，將直流電源單元的輸出設(shè)定為零。這樣，電弧放電就能夠被徹底中斷。
電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果可以通過一個(gè)低通濾波器來確定。這樣就能夠通過適當(dāng)確定低通濾波器的常數(shù)，來調(diào)整門脈沖被阻斷之前電弧放電的振蕩數(shù)(持續(xù)時(shí)間)。
本發(fā)明的一種濺射電源，它通過濺射一個(gè)靶來形成薄膜，所述濺射電源包括上述放電電源中的任何一個(gè)，其中，通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的放電功率的負(fù)輸出被連接到所述靶，從而允許實(shí)現(xiàn)濺射。
本發(fā)明的一種濺射裝置包括上述濺射電源；以及一個(gè)真空室，該真空室能夠?qū)蟹忾]于其中，并且能夠維持壓強(qiáng)低于大氣壓的氣氛。
同樣是在濺射電源和濺射裝置中，不管放電功率被設(shè)置得高還是低，超過極限特性曲線的放電電流流動(dòng)總能夠被阻止。即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總可以被保持在大于濺射電流的水平。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧。


圖1中的示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放電電源，以及使用該放電電源的一個(gè)濺射裝置；圖2示出了直流濺射中的電壓-電流特性；圖3中的框圖示出了在本發(fā)明中用來將濺射電流控制在極限曲線以下的電路的基本形式；
圖4示出了本發(fā)明的電源的操作范圍；圖5中的框圖示出了在本發(fā)明中用來將濺射電流控制在極限曲線以下的電路的一個(gè)例子；圖6中的示意圖示出了實(shí)施圖5所示框圖的一個(gè)電路的例子；圖7中的示意圖示出了本發(fā)明放電電源的一個(gè)相關(guān)部件的一個(gè)變化；圖8中的示意圖示出了本發(fā)明放電電源的一個(gè)相關(guān)部件的另一個(gè)變化；圖9示出了本發(fā)明放電電源的操作；圖10示出了本發(fā)明放電電源的操作；圖11中的示意圖示出了一個(gè)直流濺射裝置的一個(gè)相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面將通過參考附圖來更詳細(xì)的描述本發(fā)明。
圖1中的示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的放電電源，以及使用該放電電源的一個(gè)濺射裝置。
更具體的，該圖所示的電源包括一個(gè)直流電源單元DCP和一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元VCG。
作為電源的直流電源單元DCP被用來給真空室101與靶104之間加上電壓，以實(shí)現(xiàn)濺射，其中真空室為正電極，靶為負(fù)電極。如圖1所示，該直流電源單元DCP包括，例如，接收三相交流輸入R、S和T的一個(gè)整流二極管組DB1，由開關(guān)晶體管IGBT和自由輪二極管FWD所構(gòu)成的一個(gè)反相器INV，一個(gè)變壓器T1，一個(gè)整流二極管組DB2，以及一個(gè)平滑電感L0。
直流電源單元DCP的輸出由控制電路CC所控制。更具體的，該控制電路CC給構(gòu)成反相器INV的晶體管IGBT加上門脈沖，從而控制其操作。
這樣，從直流電源單元DCP所得到的直流輸出就通過振蕩電流產(chǎn)生單元VCG和傳輸電纜120A和120B而加到真空室上。
包括一個(gè)電容C1和一個(gè)電感L1以產(chǎn)生振蕩電流的振蕩電流產(chǎn)生單元VCG通過LC諧振電路產(chǎn)生振蕩電流。振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的電氣部分包括延伸到真空室101和靶104的同軸傳輸電纜120A和120B。更具體的，一個(gè)50Ω的同軸電纜具有的電感為0.25μH/m，電容為100pF/m。另一方面，靶104一般具有的電容為300pF或更小。
需要注意的是，直流電源單元DCP的電感L0是用于電源輸出濾波器的電感，所以它的值最好充分的大于(30倍或更多)振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的電感L1。
根據(jù)上述配置，直流電源單元DCP的輸出端就提供了具有LC諧振電路的振蕩電流產(chǎn)生單元VCG，從而，當(dāng)發(fā)生電弧放電時(shí)，它的開關(guān)動(dòng)作可以被用來產(chǎn)生振蕩電流。當(dāng)這一振蕩電流越過0A(零安培)而改變極性時(shí)，電流能夠被電弧放電的整流作用所關(guān)閉(由于熱電子只會(huì)從灼熱點(diǎn)發(fā)射出來，所以電流不會(huì)在反向電壓下流動(dòng))，從而就抑制了電弧。
此外，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)濺射電流的控制使得振蕩電流的幅度大于濺射電流。更具體的，為了用振蕩電流徹底抑制電弧放電，由振蕩電流產(chǎn)生單元VCG所產(chǎn)生的振蕩電流的低限必須低于0A。為了達(dá)到這一點(diǎn)，振蕩電流的幅度必須大于濺射電流。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)直流電源單元DCP操作的控制就使得，進(jìn)行濺射的范圍是濺射電流小于振蕩電流幅度，振蕩電流幅度由振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)所決定。這一控制一般可以通過控制電路CC來實(shí)現(xiàn)。
下文將通過參考濺射的電壓-電流特性來具體描述根據(jù)本發(fā)明的電源的操作原理。
圖2示出了直流濺射中的電壓-電流特性。
這里，圖中的特性曲線A是15kW(千瓦)的額定功率線。特性曲線B、C、E和F是濺射電流的極限線，各自由對(duì)應(yīng)了振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中預(yù)定LC常數(shù)的振蕩電流幅度確定。特性曲線D代表了傳統(tǒng)濺射中的電壓-電流特性。特性曲線G是電弧放電的特性曲線。位于25A處的短劃線H代表了600V×25A＝15kW電源的最大電流。在200V電壓處沿豎直方向延伸的特性曲線I代表了當(dāng)鋁(Al)靶表面被氧化時(shí)的放電特性。
例如，這里的特性曲線B從下面經(jīng)過最大功率600V×25A(特性曲線A和H的交點(diǎn))。也就是說，特性曲線A和H的交叉點(diǎn)超過了由特性曲線B所確定的濺射電流的極限值。所以，當(dāng)選擇了對(duì)應(yīng)于特性曲線B的LC常數(shù)時(shí)，在該交點(diǎn)處濺射的濺射電流，也就是在25A的濺射電流大于振蕩電流的幅度，從而電弧就沒有被振蕩所抑制。
換句話說，如果需要在最大功率處的穩(wěn)定濺射，那么就需要選擇振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)以使得極限線從該條件的上面經(jīng)過。
更具體的，對(duì)于像特性曲線C、E、以及F這樣的陡(具有大斜率的)曲線，產(chǎn)生的振蕩電流的幅度大于濺射電流。因此，可以得到徹底低于0A的振蕩電流。然而，與特性曲線D所代表的標(biāo)準(zhǔn)濺射特性不同，特性曲線C和F所代表的條件會(huì)產(chǎn)生太大的振蕩電流，這將對(duì)組成靶和電源的電氣部件產(chǎn)生應(yīng)力問題。
這樣，從實(shí)際的角度來看，所選的LC常數(shù)最好對(duì)應(yīng)了一條從最大功率條件上面經(jīng)過的特性曲線，例如特性曲線E。然而，即使在選擇了特性曲線E時(shí)，它也會(huì)在10A處與表面被氧化的鋁(Al)靶的放電特性曲線I相交。因此，允許超過該電流的任何功率設(shè)定都會(huì)導(dǎo)致連續(xù)的電弧。
在這種情況下，傳統(tǒng)技術(shù)就不可避免的要采用下面的步驟。也就是，要使用可變功率設(shè)定。鋁的氧化表面在降低的功率設(shè)定條件下被濺射開。隨著氧化膜的減少以及對(duì)特性曲線D的逐漸接近，功率設(shè)定就會(huì)被提高以進(jìn)行對(duì)應(yīng)特性曲線B或E的LC設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)濺射。
相反，本發(fā)明沒有調(diào)整功率設(shè)定，而是將濺射電流控制在對(duì)應(yīng)于LC常數(shù)的極限線以下，以響應(yīng)濺射電壓。該控制可以由圖1所示電源的控制電路CC來實(shí)現(xiàn)。
圖3中的框圖示出了在本發(fā)明中用來將濺射電流控制在極限線以下的電路的一種基本形式。
更具體的，本圖所示的是圖1的電源中控制電路CC的一部分，控制電路CC所產(chǎn)生的水平信號(hào)決定了門脈沖寬度或頻率。
該電路包括一個(gè)反饋控制單元10和一個(gè)極限電流控制單元20。
反饋控制單元10分別接收的輸入有，輸出功率設(shè)定值Pset，代表濺射裝置靶電流的信號(hào)I0，以及代表濺射裝置靶電壓的信號(hào)V0。
如圖1所示，信號(hào)I0和V0例如可以分別作為來自電流檢測(cè)器IM和振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中的分壓器電路VM的電壓信號(hào)而獲得。
反饋控制單元10將輸出功率設(shè)定值Pset與信號(hào)I0和V0相比較，以反饋它們，并且輸出一個(gè)水平信號(hào)LS以用來控制直流電源單元DCP中反相器INV的門脈沖寬度。
極限電流控制單元20基于電源振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)，產(chǎn)生電流極限信號(hào)CL以響應(yīng)靶電壓。更具體的，如圖2所示，基于LC常數(shù)的一條極限特性曲線(例如，特性曲線E)被設(shè)定。代表靶電壓的信號(hào)V0被用作輸入來計(jì)算該極限特性曲線上的電流值。然后，代表該電流值的信號(hào)被輸出為電流極限信號(hào)CL。
反饋控制單元10將通過反饋I0和V0所獲得的水平信號(hào)LS與電流極限信號(hào)CL進(jìn)行比較。當(dāng)水平信號(hào)LS小于電流極限信號(hào)CL時(shí)，反饋控制單元10直接輸出水平信號(hào)LS。另一方面，當(dāng)水平信號(hào)LS大于電流極限信號(hào)CL時(shí)，反饋控制單元10將電流極限信號(hào)CL輸出以作為水平信號(hào)LS。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在極限電流控制單元20中，基于振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中LC常數(shù)的極限特性線被設(shè)定，電流極限被設(shè)定以響應(yīng)靶電壓V0，其值不超過所述極限特性線。
圖4示出了本發(fā)明電源的操作范圍。更具體的，在本圖所示的具體例子中，圖2中的特性曲線E被設(shè)定為極限特性曲線，那么電流和/電壓在濺射電流不超過特性曲線E的范圍Z(本圖中灰色陰影部分)中被輸出。
這樣，不管對(duì)濺射功率的設(shè)定是高還是低，超過極限特性曲線的濺射電流的流動(dòng)都會(huì)被阻止。這樣的結(jié)果就在于，即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度也能夠保持比濺射電流大。這樣，振蕩電流就徹底的降到零安培以下，從而徹底的抑制電弧。所以，該電源可以被用于圖11所示的濺射裝置，以快速抑制可能發(fā)生的電弧放電，并且從高濺射功率到低濺射功率均實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的濺射。
下面將描述本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)例。
圖5中框圖所示的電路例子是本發(fā)明用來將濺射電流控制在極限特性曲線以下。也就是說，該圖還表示了在圖1所示的電源中產(chǎn)生水平信號(hào)的控制電路CC的一部分，所述水平信號(hào)決定了門脈沖寬度或頻率。
該電路包括一個(gè)輸出功率計(jì)算單元11、一個(gè)功率控制單元12、一個(gè)電流控制單元13、一個(gè)最大電流信號(hào)產(chǎn)生單元21，以及一個(gè)偏置產(chǎn)生單元22。其中，輸出功率計(jì)算單元11、…、電流控制單元13對(duì)應(yīng)了圖3所示框圖中的反饋控制單元10。最大電流信號(hào)產(chǎn)生單元21和偏置產(chǎn)生單元22對(duì)應(yīng)了圖3所示框圖中的極限電流控制單元20。
輸出功率計(jì)算單元11分別接收的輸入有，代表濺射裝置的靶電流的信號(hào)I0，以及代表濺射裝置的靶電壓的信號(hào)V0。輸出功率計(jì)算單元11基于這些信號(hào)I0和V0來計(jì)算來自電源的功率輸出，并且輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出功率信號(hào)OS。
功率控制單元12進(jìn)行功率反饋控制。更具體的，功率控制單元12將從輸出功率計(jì)算單元11輸出的輸出功率信號(hào)OS與輸出功率的設(shè)定值Pset進(jìn)行比較，并且計(jì)算出對(duì)應(yīng)了兩者之差的一個(gè)電流設(shè)定值。然后，如下文所要詳述的，功率控制單元12將它與電流極限信號(hào)CL2相比較，以輸出一個(gè)電流設(shè)定信號(hào)CS。
電流控制單元13進(jìn)行電流反饋控制。更具體的，電流控制單元13將電流設(shè)定信號(hào)CS與信號(hào)I0相比較，從而輸出一個(gè)水平信號(hào)LS，以控制直流電源單元DCP中反相器INV的門脈沖寬度。
根據(jù)上述的這些功能模塊，本發(fā)明通過將I0和V0作為電流設(shè)定信號(hào)Pset的反饋信號(hào)來進(jìn)行直流電源單元DCP的反饋控制。
此外，根據(jù)本發(fā)明，最大電流信號(hào)產(chǎn)生單元21基于振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)來產(chǎn)生一個(gè)電流極限信號(hào)CL，以響應(yīng)靶電壓。更具體的，如圖2所示，基于LC常數(shù)的一條極限特性曲線(例如，特性曲線E)被設(shè)定。代表靶電壓的信號(hào)V0被用作輸入，來計(jì)算這條極限特性曲線上的電流值。然后，代表該電流值的信號(hào)被輸出以作為電流極限信號(hào)CL1。
電流極限信號(hào)CL1被輸出到偏置電流單元22，然后作為電流極限信號(hào)CL2而被輸出到功率控制單元12，所述的電流極限信號(hào)CL2已經(jīng)被加上了偏置，從而使得，例如，即使輸出電壓為零伏，電流設(shè)定也會(huì)大于零安培。
功率控制單元12將從輸出功率計(jì)算單元11所輸出的輸出功率信號(hào)OS與輸出功率的設(shè)定值Pset相比較，并且對(duì)應(yīng)兩者之差來計(jì)算一個(gè)電流設(shè)定值。此外，功率控制單元12還將該電流設(shè)定值與電流極限信號(hào)CL2相比較。
當(dāng)電流設(shè)定值小于電流極限信號(hào)CL2時(shí)，也就是當(dāng)要通過的濺射電流的值小于LC常數(shù)所決定的極限特性曲線(例如圖2中的特性曲線E)時(shí)，功率控制單元12直接將電流設(shè)定值輸出以作為電流設(shè)定信號(hào)CS。
另一方面，當(dāng)電流設(shè)定值大于電流極限信號(hào)CL2時(shí)，也就是當(dāng)要通過的濺射電流的值大于LC常數(shù)所決定的極限特性曲線(例如圖2中的特性曲線E)時(shí)，功率控制單元12就將電流極限信號(hào)CL2輸出為電流設(shè)定信號(hào)CS，而不是將電流設(shè)定值輸出。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，最大電流信號(hào)產(chǎn)生單元21基于振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)來設(shè)定極限特性曲線，并且設(shè)定電流極限以響應(yīng)靶電壓V0。也就是說，如圖4所示，電源的操作范圍是，濺射電流不超過一條預(yù)定的極限特性曲線。
這樣，不管濺射功率的設(shè)定是高還是低，超過極限特性曲線的濺射電流的流動(dòng)都會(huì)被阻止。其結(jié)果就在于，即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總能夠保持比濺射電流大。這樣，振蕩電流就會(huì)徹底降到零安培以下，從而就可以徹底抑制電弧。
此外，還可以根據(jù)電源的配置、濺射裝置的結(jié)構(gòu)、濺射材料、以及條件來選擇適當(dāng)?shù)腖C常數(shù)，從而就可以徹底抑制電弧，而又不產(chǎn)生過大的振蕩電流。此外，靶、電學(xué)部件以及類似部件上不會(huì)存在應(yīng)力的問題。
這里，在電弧電壓下面，偏置產(chǎn)生單元22給電流設(shè)定值提供了一個(gè)偏置，以固定對(duì)電流設(shè)定值的設(shè)定，例如，在額定值的百分之五，從而就能夠產(chǎn)生初始輸出電壓。
經(jīng)過研究，發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，合適的振蕩電流幅度約為標(biāo)準(zhǔn)濺射電流的1.3到2倍。所以，就可以根據(jù)濺射裝置的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用來確定振蕩電流產(chǎn)生單元VCG的LC常數(shù)，以得到這樣的振蕩電流范圍。最大電流信號(hào)產(chǎn)生單元21中的計(jì)算過程可以基于對(duì)應(yīng)了這些LC常數(shù)的極限特性曲線來進(jìn)行。
更具體的，期望的范圍能使得下面的方程得到滿足I＝(V-Va)/{K×(C/L)1/2}其中I是從電源輸出的電流，V是從電源輸出的電壓，L是振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中的電感，C是振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中的電容，Va是電弧電壓，K是幅度的乘法因子。
在上述方程中，(V-Va)是濺射電壓與電弧電壓之間的差。振蕩電流產(chǎn)生單元VCG中所產(chǎn)生的振蕩電流的幅度由電壓與振蕩電路電導(dǎo)(C/L)1/2的乘積所給出。然而，由于振蕩是受到衰減的，所以它只有在為濺射電流的K倍的時(shí)候才能越過0A。
也就是說，如果從電源輸出的電流被限制在不能超過上述方程所定義的I的范圍內(nèi)，那么振蕩電流就會(huì)徹底降到零安培以下，從而就可以在發(fā)生電弧放電的時(shí)候徹底抑制電弧。
圖6中的示意圖表示了實(shí)施圖5所示框圖的一個(gè)電路的例子。在該圖中，與圖1到5中相似的元件采用相同的附圖標(biāo)記來表示，這里不對(duì)它們作詳細(xì)描述。
在本具體例子的電路中，代表濺射電流的信號(hào)I0和代表濺射電壓的信號(hào)V0用電壓信號(hào)給出，其值分別為0到5伏，和0到-6.66伏。代表功率設(shè)定值的信號(hào)Pset用0到10伏的電壓信號(hào)給出。
信號(hào)I0和V0被輸入到乘法器U1，然后被相乘來計(jì)算輸出功率OS。
輸出信號(hào)OS被輸入到用于功率反饋控制的誤差放大器U2，在誤差放大器中，輸出信號(hào)OS與功率設(shè)定信號(hào)Pset相比較，以輸出電流設(shè)定信號(hào)。
用于電流反饋控制的誤差放大器U3將誤差放大器U2計(jì)算的電流設(shè)定值與I0進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生確定了反相器INV門脈沖寬度(或頻率)的水平信號(hào)。如果常數(shù)被設(shè)定使得誤差放大器U2的最大輸出為最大電流，那么就可以用該最大電流值(例如，圖2中的特性曲線H)來進(jìn)行限制。
此外，計(jì)算器U4基于LC常數(shù)所預(yù)先確定的極限特性曲線來產(chǎn)生與濺射電壓V0成正比的電流極限信號(hào)CL1。
然后，計(jì)算器U5產(chǎn)生具有小偏置的電流極限信號(hào)CL2，以使得即使當(dāng)輸出電壓為0V的時(shí)候，電流設(shè)定也是高于0A的。
根據(jù)這樣的一個(gè)具體例子，就可以實(shí)現(xiàn)工作在圖4所示極限特性曲線以下區(qū)域的一個(gè)電源。
圖7中的框圖表示了本發(fā)明放電電源相關(guān)部分的變體。在本圖中，與圖1到6中相似的元件采用相同的附圖標(biāo)記來表示，這里不對(duì)它們作詳細(xì)描述。
本發(fā)明的電源利用上述圖6中的電路來實(shí)現(xiàn)其基本操作。然而，例如當(dāng)輸出電壓為80V或更小時(shí)，電流設(shè)定相對(duì)于偏置并沒有變成0A。
所以，圖7所示的變體就加入了一個(gè)比較器U6。當(dāng)輸出電壓超過了第一默認(rèn)電壓，例如200V時(shí)，具有滯后的比較器U6就會(huì)接通晶體管Tr來清除由計(jì)算器U5提供的偏置。另一方面，當(dāng)輸出電壓達(dá)到第二默認(rèn)電壓，例如10V或更小，比較器U6就會(huì)用一個(gè)CR計(jì)時(shí)器在預(yù)定的時(shí)間切斷晶體管Tr以提供所述偏置。
在電弧電壓以下，可以通過將電流設(shè)定值的設(shè)定固定在額定值的大約百分之五來產(chǎn)生初始輸出電壓。然而，一旦產(chǎn)生了像200伏或更高的輸出電壓，該偏置就可以被清除。這樣，電流設(shè)定就能夠歸零，從而，當(dāng)發(fā)生電弧放電時(shí)振蕩電流就可以徹底降到零以下。
圖8中的示意圖表示了本發(fā)明放電電源相關(guān)部件的另一變體。同樣，在該圖中，與圖1到7中相似的元件采用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且這里不對(duì)它們作詳細(xì)描述。
本變體添加了一個(gè)功能來檢測(cè)電弧放電，以迅速終止門電壓。具體的，本變體添加了計(jì)算器U7、U8、和U9。計(jì)算器U7確定了輸出電壓。計(jì)算器U8確定了輸出電流。計(jì)算器U9取它們的邏輯乘(與)來確定電弧，從而產(chǎn)生用于終止輸出的信號(hào)。
計(jì)算器U7將信號(hào)V0與默認(rèn)電壓相比較以輸出一個(gè)邏輯值。這里所述的默認(rèn)電壓例如可以被設(shè)定為150伏。也就是說，如果濺射電壓落到比該值低的情況，那么就認(rèn)為有可能發(fā)生電弧放電。
類似的，計(jì)算器U8將信號(hào)I0與對(duì)應(yīng)默認(rèn)電流值的一個(gè)信號(hào)相比較。這里，期望的默認(rèn)電流值大約為額定輸出電流的1/5到1/10。
對(duì)計(jì)算器U7和U8進(jìn)行邏輯乘以當(dāng)濺射電壓低于其默認(rèn)值且濺射電流大于其默認(rèn)值的時(shí)候確定電弧放電的發(fā)生?；谠摯_定，門脈沖就可以被立刻終止。
此外，還提供了一個(gè)低通濾波器C7以用于計(jì)算器U7所確定的電壓信號(hào)，這樣它就不會(huì)對(duì)一個(gè)振蕩中所抑制的電弧進(jìn)行操作?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)拇_定低通濾波器C7的常數(shù)來調(diào)整停止門脈沖前電弧放電的振蕩數(shù)(持續(xù)時(shí)間)。
此外，在電弧被抑制之后，本變化中的電路可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)輸出，并且在最小的額外等待時(shí)間后開始操作。
換句話說，增加了對(duì)連續(xù)電弧的確定。在確定了連續(xù)電弧的時(shí)候，對(duì)功率控制的切換被迅速終止，并且電流極限值的偏置被刪除。這樣，當(dāng)發(fā)生了連續(xù)電弧的時(shí)候，可以通過減小電弧電流和持續(xù)時(shí)間來減少進(jìn)入連續(xù)電弧的能量，并且休眠時(shí)間可以被控制到需要的最小值。
(實(shí)例)下面將通過參考一個(gè)實(shí)例來描述根據(jù)本發(fā)明抑制電弧放電的具體例子。
圖9和10示出了本發(fā)明放電電源的操作。也就是說，在這些圖所示的波形中，振蕩電流由振蕩電流產(chǎn)生單元VCG所產(chǎn)生，電弧發(fā)生放電，然后電弧被抑制。
這里，在圖9和10中，橫軸代表時(shí)間，它被分成濺射狀態(tài)S、電弧放電狀態(tài)A、以及休眠狀態(tài)R。圖9中的波形代表了靶104的電壓，圖10中的波形代表了靶104的電流。這里，由于靶電壓是相對(duì)真空室101在靶104處測(cè)量得到的，所以靶電壓出現(xiàn)在相對(duì)于符號(hào)B所處位置(零伏)的負(fù)側(cè)。靶電流被表示在附號(hào)C所處位置(零安培)的正側(cè)。
電壓尺度被設(shè)定為200V/div，電流尺度被設(shè)定為20A/div，時(shí)間尺度被設(shè)定為10μs/div。
現(xiàn)在將沿著時(shí)間軸來描述圖9和10。初始狀態(tài)是在600V和22A處的穩(wěn)定濺射狀態(tài)(S)。隨后，放電電壓突然降到近80V的點(diǎn)代表了電弧產(chǎn)生(A)。此時(shí)，電容器C1已經(jīng)在600V的濺射電流下被充電，并且靶電壓已經(jīng)降到了80V。然后，電壓差(600-80)＝520V被加在等于(L1)+(同軸電纜120A和120B)的電感L上，這給出了520V＝L×di/dt，從而，靶電流快速增加。同時(shí)，電容器C1上的電壓會(huì)下降，以提供該靶電流。
當(dāng)電容器C1的電荷達(dá)到零時(shí)，振蕩電流被最大化，其值滿足能量守恒方程CV2＝LI2(注意，方程兩邊的1/2都被略去了)。也就是說，考慮到80V的電弧放電電壓的計(jì)算將得到下列關(guān)系C1×(Vsp-Varc)2＝(L1+Lcable)×Ip2(1)其中，Vsp代表濺射電壓，Varc代表電弧放電電壓，Lcable代表電纜120A和120B的電感，Ip代表振蕩電流。該方程可以被重寫而得到下面的形式
(Vsp-Varc)/Ip＝((L1+Lcable)/C1)1/2(2)也就是說，振蕩電流Ip由(L/C1)1/2以及緊靠在前面的濺射電壓來確定。由于振蕩周期T由T＝2π(LC)1/2給出，所以電感L和電容C可以從周期T、電壓變化dV、以及振蕩電流Ip計(jì)算出來。
dV/Ip＝(L/C)1/2(3)T＝2π(LC)1/2(4)將方程(3)和(4)的兩邊相乘就得到T×dV/Ip＝(LC)1/2×2π(L/C)1/2＝2πL (5)另一方面，用方程(3)的兩邊去除方程(4)的兩邊就得到T/(dV/Ip)＝2π(LC)1/2(L/C)1/2＝2πC (6)從方程(5)，L按下面的方式來決定L＝T×dV/Ip/2π＝520(V)/38(A)×10E-6(s)/2π＝2.18E-5H＝21.8μH從方程(6)，C按下面的方式來決定C＝T/2π/(dV/Ip)＝10E-6(s)/2π/(520(V)/38(A))＝1.16E-7F＝0.116μF這些值接近真實(shí)的電路常數(shù)(L＝(20+2.5)μH，C＝0.102μF)。這里，即使假設(shè)電纜120A和120B的長(zhǎng)度為10m，電纜120A和120B以及靶104的電容部分也處于100pF/m×10m+300pF＝1300pf＝0.0013μF的量級(jí)。這是電容器C1的電容值的大約1/100，所以可以忽略。
在圖9中，虛線代表了電弧開始時(shí)間以后電容C1的電壓變化。在圖10中，虛線J所代表的正弦波是電弧振蕩電流。該振蕩電流的中心為濺射電流。
當(dāng)振蕩電流J增漲到它的峰值時(shí)，電容C1的電壓VC1降到0伏以下。當(dāng)振蕩電流J已經(jīng)經(jīng)過其峰值，并且重新降到濺射電流Isp的水平以下時(shí)，電容C1的電壓VC1增加到最大反向電壓。
當(dāng)振蕩電流降到0A(確切的，是維持電弧放電的電壓水平)以下之后，由于對(duì)電弧放電的整流作用，電弧電流就會(huì)停止流動(dòng)(也就是說，流過電感L1的電流變成0A)。結(jié)果，電壓VC1變得與靶電壓相等。電容C1被濺射電流Isp充電，其中電感L0將該濺射電流維持在恒定值，當(dāng)電容C1的電壓超過200V時(shí)，濺射放電電流開始增加。
在振蕩電流越過0A后直到維持電壓的電弧被超過為止，對(duì)電弧沒有提供能量，那么，由于灼熱點(diǎn)被冷卻并且停止發(fā)射熱電子，所以在這里就推測(cè)電弧放電被抑制了。根據(jù)圖9和10所示的波形，這一時(shí)間段近3μs。然而，必須考慮多個(gè)參數(shù)以確定，不管這一時(shí)間段為多短電弧是否總能被抑制。
決定電弧抑制時(shí)間的參數(shù)可以包括，例如(1)靶的材料屬性(功函數(shù)、熱導(dǎo)率、表面氧化表面功函數(shù)、表面溫度，等等)(2)濺射功率(電壓，電流)(3)振蕩電流的峰值電流以及振蕩周期(LC值)(4)濺射氣氛(氬壓強(qiáng)，殘余氣體部分壓強(qiáng)，添加氣體的種類，等等)在圖9和10中，在電弧產(chǎn)生之后，直到電壓再次超過200V為止，濺射放電停止了大約10微秒的時(shí)間。當(dāng)電弧被抑制，且濺射重新開始時(shí)，電流不會(huì)立刻回到濺射電流Isp，這樣，電壓跳到大約-1300V。滯后于該電壓增加的濺射電流增加到大約50A，然后穩(wěn)定于減幅振蕩。即使在電弧放電被抑制的時(shí)候?yàn)R射電流也不立刻恢復(fù)的原因可以包括，由于10-微秒停止所產(chǎn)生的等離子體稀釋，以及電感L1所導(dǎo)致的電流抑制效應(yīng)。
本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)通過參考具體實(shí)例得到了描述。然而，本發(fā)明不限于這些具體實(shí)例。
例如，直流電源單元、振蕩電流產(chǎn)生單元、控制電路以及本發(fā)明濺射裝置的其它部件中的配置、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、布局、形狀以及類似的并不限于上述具體實(shí)例，并且，只要本領(lǐng)域熟悉技術(shù)的人員適當(dāng)選擇的任何一種覆蓋了本發(fā)明的特征，那么它都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
更具體的，例如，由本領(lǐng)域熟悉技術(shù)的人員適當(dāng)修改的每個(gè)電路的任何具體配置，電路部件的數(shù)量和布局關(guān)系都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其中所述電路部件包括濺射電源中所提供的二極管、電阻以及晶體管。
此外，本發(fā)明的放電電源還可以用于多種應(yīng)用，以及需要通過直流電壓來產(chǎn)生放電的濺射中，從而實(shí)現(xiàn)相似的功能和效果。
包括本發(fā)明元件且能夠被本領(lǐng)域熟悉技術(shù)的人員修改的任何其它放電電源、濺射電源、以及濺射裝置都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用如上說述，根據(jù)本發(fā)明，基于振蕩電流產(chǎn)生單元LC常數(shù)的一條極限特性曲線被設(shè)定，并且電源在濺射電流不超過該極限特性曲線的范圍內(nèi)操作。這樣，不管濺射功率被設(shè)定得高還是低，超過極限特性線的濺射電流的流動(dòng)都會(huì)被阻止。即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總被維持在大于濺射電流的水平。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧放電。
這樣的結(jié)果就在于，例如，操作不需要切換，從而，當(dāng)靶變臟或被氧化的時(shí)候，清潔時(shí)間就被減少，而傳統(tǒng)上這需要切換到濺射的清潔模式。
此外，即使在放電電壓由于靶損耗而降低時(shí)，連續(xù)電弧的出現(xiàn)頻率也會(huì)大大降低。從而，就能夠進(jìn)行穩(wěn)定濺射。
此外，即使當(dāng)濺射電壓由于負(fù)載變化而降低一小段時(shí)間，連續(xù)電弧的發(fā)生頻率也可以切實(shí)的被降低。從而，就能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定濺射。
此外，當(dāng)不幸的發(fā)生了連續(xù)電弧時(shí)，輸入連續(xù)電弧的能量可以被最小化，并且休眠時(shí)間可以是需要的最小值。從而，就能夠減小對(duì)工藝的破壞和濺射功率中的誤差。
也就是說，本發(fā)明能夠提供一種放電電源、濺射電源、以及濺射裝置，它們能夠用簡(jiǎn)單的配置快速且徹底的停止電弧放電，從而提供重大的工業(yè)利益。
權(quán)利要求
1.一種放電電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述放電電源通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出放電功率，所述控制單元控制了直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值在所述電壓范圍的至少一部分中與所述電壓的絕對(duì)值成正相關(guān)。
2.一種放電電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述放電電源通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出放電功率，所述控制單元控制了直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值被確定，以使得振蕩電流產(chǎn)生單元在所述電壓下由于電弧放電的出現(xiàn)所產(chǎn)生的振蕩電流的幅度為所述電壓下穩(wěn)定操作狀態(tài)電流的1.3或更多倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電電源，其中所述極限電流值對(duì)應(yīng)于滿足下面方程的上極限電流I＝(V-Va)×(C/L)1/2/K其中I是直流電源單元輸出的電流，V是直流電源單元輸出的電壓，L是電感，C是電容，Va是電弧電壓，K是幅度的一個(gè)乘法因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電電源，其中所述電感還包括一條連接電纜的電感，所述電纜延伸到被提供所述放電功率的供電接收器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電電源，還包括電壓檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電壓；以及電流檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電流，其中所述控制單元基于電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果以及電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果來進(jìn)行反饋控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電電源，還包括電壓檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電壓；以及電流檢測(cè)裝置，它被用來檢測(cè)通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的電流，其中所述控制單元可操作來基于電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果、電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果以及一個(gè)輸出功率設(shè)定值來確定一個(gè)輸出電流設(shè)定值，計(jì)算所述電壓下的極限電流值，以響應(yīng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)輸出電流的設(shè)定值小于極限電流值時(shí)，基于輸出電流的設(shè)定值控制直流電源單元，以及當(dāng)輸出電流的設(shè)定值大于極限電流值時(shí)，控制直流電源單元以使得極限電流值被輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放電電源，其中控制單元被操作來當(dāng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果高于第一預(yù)定電壓時(shí)，使用沒有加偏置的極限電流值，以及當(dāng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果低于第二預(yù)定電壓時(shí)，使用加了偏置的極限電流值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放電電源，其中，當(dāng)電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果低于第三預(yù)定電壓且電流檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果高于第一預(yù)定電流時(shí)，控制單元將直流電源單元的輸出設(shè)為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放電電源，其中電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果是通過一個(gè)低通濾波器來確定的。
10.一種濺射電源，用來通過濺射一個(gè)靶而形成薄膜，所述濺射電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述控制單元控制直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值在所述電壓范圍的至少一部分中與所述電壓的絕對(duì)值成正相關(guān)，以及通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的放電功率的一個(gè)負(fù)輸出被連接到靶，從而使得濺射能夠進(jìn)行。
11.一種濺射電源，用來通過濺射一個(gè)靶而形成薄膜，所述濺射電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述控制單元控制直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值被確定，以使得振蕩電流產(chǎn)生單元在所述電壓下由于電弧放電的出現(xiàn)所產(chǎn)生的振蕩電流的幅度為所述電壓下穩(wěn)定操作狀態(tài)電流的1.3或更多倍，通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的放電功率的一個(gè)負(fù)輸出被連接到靶，從而使得濺射能夠進(jìn)行。
12.一種濺射裝置，包括一個(gè)濺射電源；以及一個(gè)真空室，它能夠?qū)蟹忾]于其中，并且能夠維持一個(gè)氣氛，其壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，其中所述濺射電源是一個(gè)用來通過濺射一個(gè)靶而形成薄膜的濺射電源，它包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述控制單元控制直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值在所述電壓范圍的至少一部分中與所述電壓的絕對(duì)值成正相關(guān)，以及通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的放電功率的一個(gè)負(fù)輸出被連接到靶，從而使得濺射能夠進(jìn)行。
13.一種濺射裝置，包括一個(gè)濺射電源；以及一個(gè)真空室，它能夠?qū)蟹忾]于其中，并且能夠維持一個(gè)氣氛，其壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，其中所述濺射電源是一個(gè)用來通過濺射一個(gè)靶而形成薄膜的濺射電源，它包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的一個(gè)輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出并聯(lián)連接的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的一個(gè)電感，其中所述控制單元控制直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值被確定，以使得振蕩電流產(chǎn)生單元在所述電壓下由于電弧放電的出現(xiàn)所產(chǎn)生的振蕩電流的幅度為所述電壓下穩(wěn)定操作狀態(tài)電流的1.3或更多倍，通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出的放電功率的一個(gè)負(fù)輸出被連接到靶，從而使得濺射能夠進(jìn)行。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一種放電電源包括一個(gè)直流電源單元；一個(gè)控制單元，它被用來控制直流電源單元的輸出；以及一個(gè)振蕩電流產(chǎn)生單元，它具有與直流電源單元的一對(duì)輸出相并聯(lián)的一個(gè)電容，以及連接到所述一對(duì)輸出中至少一個(gè)的電感，其中所述放電電源通過振蕩電流產(chǎn)生單元輸出放電功率，所述控制單元控制了直流電源單元，從而使得直流電源單元輸出的電流在直流電源單元所能夠輸出的電壓范圍的至少一部分中不超過一個(gè)極限電流值，以及所述極限電流值在所述電壓范圍的至少一部分中與所述電壓的絕對(duì)值成正相關(guān)。根據(jù)該放電電源，不管放電電壓被設(shè)定得高還是低，超過極限特性曲線的放電電流流動(dòng)都會(huì)被阻止。即使發(fā)生了電弧放電，振蕩電流的幅度總能夠被保持在大于放電電流的值。這樣，振蕩電流就徹底降到零安培以下，從而就徹底抑制了電弧。
文檔編號(hào)H01J37/34GK1669369SQ03817300
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者栗山升, 今川和彥 申請(qǐng)人:芝浦機(jī)械電子裝置股份有限公司