CN107211521B - 高频电源装置及双阴极用电源 - Google Patents

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Abstract

在输出互为反相的交流电压的高频电源装置中，将高频输出电路的输出分压成两个输出的结构中，无法将高电压与低电压的相异的电压值进行与需求相对应的切换，输出端的电压会降低至高频输出电路的输出电压的1/2的峰值。在高频电源装置中，切换将由分压电路进行分压后的高频电压分压为相对于接地电位互为反相的交流电压的分压电路的连接状态来改变两个输出端电压的电压比例，从而切换高电压和低电压并输出。通过切换分压电路的连接状态，能够选择输出高电压和低电压的相异的电压值，在高频电源装置的输出端，通过在高电压输出时选择高电压来输出，抑制源自高频输出电路的输出电压的降低。

Description

高频电源装置及双阴极用电源
技术领域
本案本申请发明，是关于输出互为反相的交流电压的高频电源装置、以及对等离子腔内的两个电极施加互为反相的交流电压的双阴极用电源。
背景技术
在使用腔内所产生的等离子的成膜装置或溅镀装置等装置中，在腔内配置两个电极(靶材(Target))，并进行针对这些电极(靶材)交替地切换施加成为阴极的电压以及成为阳极的电压而产生等离子的被称作双阴极方式的电压施加(参考专利文献1)。
图9(a)，是用于对由双阴极方式进行的电压施加的概略内容进行说明的图。图9(a)中所示的结构具备：配置在腔内的两个电极(靶材)101、102；用于对电极(靶材)101施加高频电压(RF：Radio Frequency)的高频电源103；用于对电极(靶材)102施加高频电压的高频电源104、以及开关单元105。开关单元105对高频电源103和高频电源104进行切换，而对电极101和电极102交替供给改变了极性的高频电压。通过针对一对电极施加互为反相的高频电压，在针对一个电极施加成为阴极的电压的期间，在另外一个电极上施加成为阳极的电压，在针对一个电极施加成为阳极的电压的期间，针对另外一个电极施加成为阴极的电压。
通过施加互为反相的高频电压，被积蓄在电极101以及电极102的电荷被消除，因此能够维持稳定的等离子(参考专利文献1)。
图9(b)是用于对在双阴极方式的电压施加中由1台高频电源所成的结构进行说明的图。图9(b)中所示的结构具备：配置在腔内的两个电极(靶材)111、112；用于对电极(靶材)111、112施加高频电压的1台高频电源113；用于交替作切换高频电压而分别对一对电极111、112施加的开关电路115以及以在一对的电极(靶材)间使阴极以及阳极交替更替的方式来对各电极施加交流电压的交流电源116。
在该结构中，对于一对电极(靶材)共用高频电源113，并将在高频电源113所产生的高频电压，一边针对一对电极(靶材)分别交替进行切换一边重迭施加于交流电源116所产生的交流电压上(参考专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2006-134603号公报(段落[0025])
专利文献2日本特开2010-248577号公报(段落[0006]～段落[0009])
发明内容
发明要解决的课题
在图9(a)所示的结构中，由于针对1个电极(靶材)而使用1台高频电源，因此，对于一对电极(靶材)，需要2台高频电源，而成为阻碍装置小型化和抑制生产成本的重要因素。
作为消除上述问题的结构，提案有图9(b)中所示的结构。在该结构中，通过针对一对电极(靶材)而使用1台高频电源，能够谋求装置的小型化以及生产效率的提升。另一方面，在图9(b)所示的结构中，为了在一对电极(靶材)间交替更换阴极和阳极，除了输出高频电压的高频电源外，另外需要开关电路115和交流电源116。
在对于一对电极(靶材)使用1台高频电源的结构中，作为不需要开关单元和交流电源的结构，可考虑图9(c)中所示的结构。
图9(c)中所示的高频电源装置121，是在高频输出电路122的输出端间，经由变压器123并联连接将电容元件125、126串联连接所成的分压电路124，并将电容元件125、126的中点接地的结构。分压电路124，将经由变压器123而得到的高频输出电路122的输出端a、b间的电压Vab，通过电容元件125、126以交流分压成两个电压。由于电容元件125、126的中点的电位为接地电位，因此，输出端A以及输出端B以Vab的1/2的峰值(Vab/2)输出互为反相的交流电压的输出电压Va以及Vb。
通过在输出端A以及输出端B连接一对电极131、132，能够对各电极131、132交替切换阳极和阴极而施加电压。
在高频电源装置中，有时要求高电压的输出电压和低电压的相异电压值的输出电压。例如，当将等离子产生装置作为负载时，在等离子着火时，作为点火电压而对电极施加高电压，在等离子着火后，为了维持等离子，施加比点火电压更低的低电压。在通过双阴极电源来产生等离子时，在等离子着火时，需要施加比等离子维持时更高的峰值的交流电压。
图9(c)中所示的结构的高频电源装置，为输出定电压的结构，而始终输出一定峰值的电压。因此，即使在维持等离子时，也施加等离子着火时的高电压，而存在无法对应负载所要求的电压值的问题。
因此，在将高频输出电路的输出分压成两个输出的结构中，存在无法输出高电压与低电压的相异的电压值的问题。
另外，在图9(c)的结构中，虽然能够成为不需要设置对于高频电压进行切换的开关电路115和用于在一对电极(靶材)间而交替变更阴极以及阳极的交流电源116，但是，输出端的电压成为高频输出电路的输出电压的1/2的峰值，在负载侧的电极仅能够施加高频输出电路的输出电压的1/2的峰值，而存在无法得到用于使等离子着火的充分的电压的问题。
图10，表示从图9(c)的结构的高频电源装置121经由配线电缆141、142来对等离子产生装置130供给高频电压的结构。
如图10所示，在经由配线电缆141、142供给高频电压的结构中，也与高频电源装置的输出端的输出电压同样的，被施加在电极131、132上的交流电压的输出电压Va以及Vb的峰值，如以下的式(1)、(2)中所示，成为高频输出电路的输出电压Vab的1/2。
在此，若将配线电缆141、142的电感以及电容分别设为Lla、Llb、Cla、Clb，则配线电缆141、142的外线接地，因此施加在电极A上的交流电压的输出电压Va由以下的式(1)来表现。另外，当使用数10kHz～数100kHz的频带的高频电压时，能够将配线电缆的电感L1a、L1b省略，因此，以下的式(1)以高频电源装置侧的分压电路的电容Ca、Cb和配线电缆的电容Cla、Clb来表现。
Va＝[(Cb+Clb)/{(Ca+Cla)+(Cb+Clb)}]·Vab…(1)
在此，若设为Ca＝Cb、C1a＝C1b，则式(1)以式(2)来表现。
Va＝{(Ca+Cla)/2(Ca+Cla)}·Vab＝Vab/2…(2)
如上所述，在如图9(c)中所示那样，在具备将电容元件串联连接所成的分压电路的高频电源装置中，输出电压Va以及Vb被限制在高频输出电路的输出电压Vab的1/2。
针对输出电压被限制在低电压的问题，虽然能够通过将高频电源装置所具备的高频输出电路的输出电压的峰值提高来得到等离子着火所需要的高电压，但是，高频输出电路的高输出化会导致装置的大型化和成本的上升。
因此，在输出互为反相的交流电压的高频电源装置中，在将高频输出电路的输出分压为2个的结构中，除了存在(a)无法根据需要对高电压和低电压的相异的电压值进行切换而输出的问题外，还存在(b)输出端的电压会降低至高频输出电路的输出电压的1/2的峰值的问题，另外，在对等离子负载供给电压时，存在(c)施加于负载侧的电极处的电压的峰值成为高频输出电路的输出电压的1/2，而可能对等离子的着火产生阻碍的问题。
本发明为了解决上述的现有技术问题点，在通过将高频输出电路的输出分压为2个的结构来输出互为反相的交流电压的高频电源装置中，目的在于(a)选择输出高电压与低电压的相异的电压值、(b)在高频电源装置的输出端，在高电压输出时抑制源自高频输出电路的输出电压的降低、以及(c)在对于等离子负载供给电压时，在等离子着火时输出为使等离子着火的充分的高电压，并在等离子维持时输出为维持等离子的充分的低电压。
用于解决课题的手段
本申请发明，提供高频电源装置，通过切换将由分压电路进行分压后的高频电压分压成相对于接地电位而互为反相的交流电压的分压电路的连接状态，改变两个输出端电压的电压比例，切换输出高电压和低电压。
本申请发明，通过分压电路的连接状态的切换，而能够选择输出高电压和低电压的相异的电压值。另外，在高频电源装置的输出端，通过在高电压输出时选择高电压并输出，能够抑制源自高频输出电路的输出电压的降低，在对等离子负载供给电压时，能够在等离子着火时输出为使等离子着火的充分的高电压，并在等离子维持时输出为维持等离子的充分的低电压。
本申请发明的高频电源装置，是输出互为反相的交流电压的高频电源装置，作为其构成，具备交流电源、和将交流电源的电源电压转换为预定频率并输出高频电压的高频输出电路、以及将高频输出电路所输出的高频电压分压为相对于接地电位而互为反相的交流电压的分压电路。
本申请发明所具备的分压电路，具备：串联电路，其将高频输出电路的输出端间的中点作为接地电位，将第1电容元件和第2电容元件这两个电容元件串联连接；和切换电路，其对于串联电路的至少一个电容元件，切换高频输出电路的一个输出端及/或接地电位的连接状态。切换电路将两个电容元件相对于接地电位的两端电压的电压比例设为可变，并切换高电压和低电压来输出。本申请发明的高频电源装置所具备的切换电路，可通过多种方式来构成。切换电路的第1方式以及第2方式，是通过切换接地电位的连接状态来切换输出电压的结构，切换电路的第3方式以及第4方式，是通过切换电容元件的容量来切换输出电压的结构。
(本申请的切换电路的第1方式)
本申请的切换电路的第1方式，具备：开关电路，其在由串联连接第1电容元件和第2电容元件所成的串联电路的两个电容元件的至少一个电容元件的两端间，使高频输出电路的一个电容元件侧的输出端和接地电位之间短路或者开放。另外，短路动作是使开关电路闭合的动作，开放动作是使开关电路开路的动作。
开关电路的短路动作使一个电容元件侧的输出端为接地电位，使高频输出电路的一个电容元件侧的输出端电压为零电压，并使另外一个电容元件侧的输出端电压为高频输出电路的输出电压。
通过该开关电路的短路动作能够从高频电源装置的输出端输出高频输出电路的高电压。
另一方面，开关电路的开放动作使高频输出电路的输出端电压成为根据两电容元件的电容而进行分压后的分压电压。
通过高开关电路的开放动作，能够从高频电源装置的两个输出端输出由分压电压而得的低电压。
第1方式的开关电路可设为在该开关电路向高频电路的连接中而为电气上等价的多个的结构。
开关电路的第1结构是将开关电路设置在高频输出电路的一个输出端和接地电位之间的结构。若依据第1结构，则通过使开关电路闭合，使高频输出电路的一个输出端为接地电位并使输出电压的峰值为0，并仅从另外一个输出端输出高频输出电路的输出电压。另一方面，通过使开关电路开路，而使高频输出电路的一个输出端从接地电位成为绝缘状态，并从各输出端输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路进行分压后的两个电压。
开关电路的第2结构，是将开关电路设置在高频输出电路的一个输出端和中点之间的结构。若依据第2结构，则通过使开关电路闭合，而将高频输出电路的一个输出端与分压电路的中点连接，并且作为接地电位而将输出电压的峰值设为0，并仅从另外一个输出端输出高频输出电路的输出电压。另一方面，通过使开关电路开路，而使高频输出电路的一个输出端从中点成为绝缘状态，并从各输出端输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路进行分压后的两个电压。
开关电路的第3结构，是将开关电路与一个电容元件作并联连接的结构。若依据第3结构，则通过使开关电路闭合，而使一个电容元件间短路，使高频输出电路的一个输出端为接地电位而使输出电压的峰值为0，并仅从另外一个输出端输出高频输出电路的输出电压。另一方面，通过使开关电路开路，从各输出端输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路进行分压后的两个电压。
开关电路的第1～第3结构，为电气等价电路，通过使开关电路闭合，使一个输出端的输出电压为零电压并仅从另外一个输出端输出高频输出电路的输出电压，通过使开关电路开路，从各输出端输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路进行分压后的两个电压。
第1方式的切换电路，对于高频输出电路的两个输出端，能够设置在其中一个或两个输出侧。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端中的一个输出端时，能够将设置有切换电路的一侧的输出端的输出电压设为零电压，并将另外一个输出端的输出电压设为高频输出电路的输出电压。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端的双方时，选择任意一个切换电路进行切换动作，另外一个切换电路被用作开状态。
(本申请的切换电路的第2方式)
本申请的切换电路的第2方式，具备：切换开关，其对串联电路的两个电容元件的中点以及高频输出电路的一个电容元件侧的输出端，切换连接接地电位。
在切换开关的切换中，通过针对串联电路的两个电容元件的中点切换接地电位，将高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压设为根据两个电容元件的电容对高频输出电路的输出电压进行分压后的分压电压。
另一方面，通过针对高频输出电路的一个电容元件侧的输出端切换为接地电位，将高频输出电路的一个电容元件侧的输出端电压设为零电压，将另外一个电容元件侧的输出端电压设为高频输出电路的输出电压。
第2方式的切换电路，可对于高频输出电路的两个输出端，设置在任意一个或两个输出侧。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端中的任意一个时，能够将设置有切换电路的侧的输出端的输出电压设为零电压，并将另外一个输出端的输出电压设为高频输出电路的输出电压。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端的双方时，选择任意一个切换电路并进行切换动作，另外一个切换电路被用作开状态。
(本申请的切换电路的第3方式)
本申请的切换电路的第3方式，具备：切换开关，其对于串联电路的两个电容元件的一个电容元件串联连接第3电容元件。
在切换开关的切换中，第3电容元件的串联连接，将高频输出电路的另外一个电容元件侧的输出端电压的峰值设为比一个电容元件侧的输出端电压的峰值更高。
另一方面，第3电容元件的切离，将高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压，设为将高频输出电路的输出电压根据两个电容元件的电容进行分压后的分压电压。
第3方式的切换电路，对于高频输出电路的两个输出端，可设置在任意一个或两个输出端侧。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端中的一个输出端时，能够将设置有切换电路的一侧的输出端的输出电压设为低电压，并将另外一个输出端的输出电压设为高电压。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端的双方时，选择任意一个切换电路来进行切换动作，另外一个切换电路被用作开状态。
(本申请的切换电路的第4方式)
本申请的切换电路的第4方式具备：切换开关，其对于串联电路的两个电容元件的一个电容元件并联连接第4电容元件。
在切换开关的切换中，第4电容元件的并联连接，将一个电容元件侧的输出端电压的峰值设为比高频输出电路的另外一个电容元件侧的输出端电压的峰值更高。
另一方面，第4电容元件的切离使高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压为将高频输出电路的输出电压根据两电容元件的电容进行分压后的分压电压。
第4形态的切换电路，对于高频输出电路的两个输出端，可设置在任意一个或两个输出端侧。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端中的一个输出端时，能够将设置有切换电路的一侧的输出端的输出电压设为高电压，并将另外一个输出端的输出电压设为低电压。当将切换电路设置在高频输出电路的两个输出端的双方时，选择任意一个切换电路并进行切换动作，另外一个切换电路被用作开状态。
(双阴极用电源)
本申请发明的高频电源装置，可适用在对于等离子腔内的两个电极施加互为反相的交流电压的双阴极用电源中。本申请发明的双阴极用电源，具备：上述的高频电源装置；和控制电路，其对在等离子腔内使等离子着火的点火动作状态和维持着火后的等离子的等离子维持状态的动作状态进行控制。
本申请发明的控制电路，基于在电极中流动的电流而对切换电路进行控制，改变点火动作状态的电压比例和等离子维持状态的电压比例，在点火动作状态中，将两个电极中的使等离子着火的电极的电压比例提高，在等离子维持状态中，将两个电极的电压比例均等化。另一方面，在点火动作状态中，当在使等离子着火的电极中所流动的点火电流超过了设定值时，在切换电路中切换连接状态，并切换为等离子维持状态。
发明效果
如上所述，若依据本发明，则能够选择输出高电压和低电压的相异的电压值。
另外，在高频电源装置的输出端，在高电压输出时能够抑制源自高频输出电路的输出电压的降低。
在对等离子负载供给电压时，能够在等离子着火时输出使等离子着火的充分的高电压，并在等离子维持时输出用于维持等离子的充分的低电压。
附图说明
图1是用于对本申请发明的高频电源装置的概略结构进行说明的图。
图2是用于对本申请发明的切换电路的第1结构例以及动作例进行说明的图。
图3是用于对本申请发明的切换电路的第1构成的变形例进行说明的图。
图4是用于对本申请发明的双阴极用电源的构成例以及控制例进行说明的图。
图5是用于对本申请发明的双阴极用电源的构成例以及控制例进行说明的图。
图6是用于对本申请发明的切换电路的第2构成例以及动作例进行说明的图。
图7是用于对本申请发明的切换电路的第3构成例以及动作例进行说明的图。
图8是用于对本申请发明的切换电路的第4构成例以及动作例进行说明的图。
图9是用于对由双阴极方式所进行的电压施加的概略内容进行说明的图。
图10是用于对由双阴极方式所进行的电压施加的概略内容进行说明的图。
具体实施方式
针对本申请发明的高频电源装置、双阴极用电源，使用图1～图8来进行说明。
以下，使用图1对本申请发明的高频电源装置的概略构成进行说明，并使用图2对本申请发明的切换电路的第1构成例以及动作例进行说明，并使用图3、4对本申请发明的双阴极用电源的构成例以及控制例进行说明，并使用图5对本申请发明的切换电路的第1构成的变形例进行说明，并使用图6对本申请发明的切换电路的第2构成例以及动作例进行说明，并使用图7对本申请发明的切换电路的第3构成例以及动作例进行说明，并且使用图8对本申请发明的切换电路的第4构成例以及动作例进行说明。
(本申请发明的构成)
图1为用于对本申请发明的高频电源装置的概略构成进行说明的图，图1(a)表示概略构成，图1(b)、(c)表示当从高频电源装置对等离子负载供给电压时，使等离子着火的点火动作状态时和等离子着火后维持等离子的状态。
在图1(a)中，高频电源装置1具备交流电源2、将交流电源2的电源电压转换为预定频率并输出高频电压的高频输出电路3、以及将高频输出电路3所输出的高频电压分压为相对于接地电位而互为反相的交流电压的分压电路4，并从输出端A、B输出互为反相的交流电压。
分压电路4具备：串联电路5，其使高频输出电路3的输出端a、b间的中点M为接地电位，将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb这两个电容元件串联连接；和切换电路6，其对于串联电路5的至少任意一个电容元件，切换高频输出电路3的一个输出端及/或接地电位的连接状态，并将两个电容元件Ca、Cb相对于接地电位的输出电压Va、Vb的电压比例设为可变，而将高电压和低电压进行切换输出。
当从高频电源装置对等离子负载供给电压时，从输出端A、B对等离子负载供给输出电压。对等离子负载的输出电压的供给，通过将输出端A、B和配置在腔内的一对电极直接连接或者经由配线电缆连接来进行。
在双阴极方式的电压施加中，对被配置在腔内的一对电极施加互为反相的交流电压。等离子产生进行用于在腔内使等离子着火的点火动作和维持通过点火动作而着火后的等离子的等离子维持动作。在点火动作中，为了使等离子着火，而对腔内的电极施加高电压。
点火动作时：
图1(b)表示点火动作时。在本申请发明的高频电源装置中，在由点火动作引起的腔内的等离子着火中，由于只要在配置于腔内的一对电极的至少任意一个电极处成为着火状态即可，因此，将从输出了由分压电路4进行分压的输出电压的输出端A、B中的任何一个输出端所输出的输出电压设为高电压，并通过将该高电压施加在一个电极上，来进行等离子着火。
在该点火动作时，从另外一个输出端所输出的输出电压，相较于从一个输出端所输出的高电压成为低电压。在被施加了该低电压的电极中，由于施加电压不是足以使等离子着火的电压，因此对于等离子着火没有帮助。另一方面，在被施加了高电压的电极中，由于进行了等离子着火动作，因此，在该电极侧，等离子着火，由此，在腔内产生有等离子。
图1(b)中所示的例子表示将切换电路6的输出电压设为Va＜Vb，而从输出端A输出低电压的输出电压Va，并从输出端B输出高电压的输出电压Vb的例子。关于输出电压的高电压以及低电压，例如，可将高电压设为高频输出电路3的输出电压Vab，并将低电压设为接地电压。关于要将输出端A以及输出端B的何者设为高电压或者是低电压的输出端可通过切换电路6的设定来确定，通过切换在切换电路6处的输出状态，也能够从输出端A输出高电压的输出电压Va，并从输出端B输出低电压的输出电压Vb。
等离子维持状态：
图1(c)表示等离子维持状态。在通过点火动作而在腔内产生了等离子之后，对腔内的一对电极施加等离子维持电压来维持所产生的等离子。此时所施加的等离子维持电压，是用于维持所产生的等离子的电压，因此并不需要在点火动作时所施加的高电压，而仅需为低电压便足够。
在图1(b)所示的例子中，表示在切换电路6中将使高频输出电路3的输出电压Vab分别分压成1/2的Va(＝Vab/2)作为输出电压Va来输出，并将Vb(＝Vab/2)作为输出电压Vb来输出的例子。在此，由于串联电路5的中点M为接地电位，因此输出电压Va和输出电压Vb成为反相的关系。
在上述的图1(b)、(c)中，作为高频电源装置1所进行电压供给的负载，示出了针对一对电极而施加互为反相的电压的双阴极方式的等离子负载的例子，但是，本申请发明的高频电源装置所进行电压供给的负载，并不被限定于等离子负载，而可适用在被施加互为反相的电压的负载中，并能够针对负载切换输出高电压和低电压。
(本申请发明的切换电路的第1构成例以及动作)
图2为用于对本申请发明的切换电路的第1构成例以及动作进行说明的图。图2将高频输出电路省略，而示出了分压电路所具备的串联电路和切换电路的构成例。
图2(a)表示概略构成，图2(b)、(c)表示当从高频电源装置而对等离子负载供给电压时，使等离子着火的点火动作状态时和等离子着火后而维持等离子的状态。图2(d)表示第1构成的变形例。
在图2(a)中，分压电路14具备串联电路15和切换电路16，而将高频输出电路的输出端a、b间的输出Vab进行分压并且进行输出切换，而从输出端A输出输出电压Va，并从输出端B输出输出电压Vb。
串联电路15将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb间的串联连接连接于高频输出电路的输出端a、b之间，并将中点M接地而设为接地电位。
切换电路16由将输出端A或输出端B的任一个与接地电位之间进行连接或者分离的开关电路所构成。图2(a)中所示的切换电路16为将输出端A与接地电位之间进行连接/分离的开关电路的例子。
点火动作时：
图2(b)中所示的例子表示对于将切换电路16的输出电压设为Va＜Vb，而从输出端A输出低电压的输出电压Va，并从输出端B输出高电压的输出电压Vb的例子。在点火动作时，切换电路16使开关电路为闭合状态(ON状态)而将输出端A切换为接地电位。通过该切换，输出端A的输出电压Va成为接地电压，从输出端B输出为高频输出电路的输出电压Vab的峰值并且相位为反相的输出电压Vb。
等离子维持状态：
图2(c)表示等离子维持状态。在通过点火动作而在腔内产生了等离子之后，对于腔内的一对电极施加等离子维持电压，而维持所产生的等离子。在等离子维持状态下，切换电路16使开关电路为开状态(OFF状态)而将输出端A与接地电位分离。通过该切换，从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值且相位为同相的输出电压Va，从输出端B输出有高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值且相位为反相的输出电压Vb。
图2(d)表示第1构成的变形例。在图2(d)所示的构成例中，在切换电路16的输出端B与接地电位之间设置开关电路，并将输出端B和接地电位之间进行连接/分离。在图2(d)所示的构成例中，在点火动作时，将切换电路16的开关电路设为闭合状态(ON状态)并将输出端B切换为接地电位，而将输出端B的输出电压Vb设为接地电压，且从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的峰值并且相位为同相的输出电压Va。
(本申请发明的切换电路的第1构成例的开关电路的变形例)
针对本申请发明的切换电路的第1构成例的开关电路的变形例，使用图3来进行说明。切换电路的第1构成例的开关电路，可通过在开关电路向高频电路的连接中而为电性等价的多个方式来构成。
图3(a)表示开关电路的第1变形例。第1变形例是在分压电路14中将开关电路16A设置在高频输出电路的一个输出端a或者高频电源电路的输出端A和接地电位之间的结构。
若依据第1变形例，则通过将开关电路16A闭合而成为接通(ON)状态，使高频输出电路的一个输出端a以及高频电源装置的输出端A为接地电位，并将输出端A的输出电压Va的峰值设为0，而仅从另外一个输出端B输出高频输出电路的输出电压Vab。另一方面，通过使开关电路16A开路而为断开(OFF)状态，将高频输出电路的一个输出端a以及高频电源装置的输出端A从接地电位成为绝缘状态，并从输出端A输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路14进行分压后的电压Va，且从输出端B输出电压Vb。
图3(b)表示开关电路的第2变形例。第2变形例为在分压电路14中将开关电路16B设置在高频输出电路的一个输出端a以及高频电源电路的输出端A和中点M之间的结构。
若依据第2变形例，则通过将开关电路16B闭合而成为接通(ON)状态，将高频输出电路的一个输出端a以及高频电源装置的输出端A与分压电路的中点M连接，作为接地电位，将输出电压Va的峰值设为0，而仅从另外一个输出端B输出高频输出电路的输出电压Vab。另一方面，通过使开关电路16B开路而成为断开(OFF)状态，将高频输出电路的一个输出端a以及高频电源装置的输出端A从中点M设为绝缘状态，并从输出端A输出将高频输出电路的输出电压Vab通过分压电路14进行分压后的电压Va，且从输出端B输出电压Vb。
图3(c)表示开关电路的第3变形例。第3变形例为在分压电路14中将开关电路16C与一个电容元件Ca并联连接的结构。若依据第3变形例，则通过使开关电路16C闭合而成为接通(ON)状态，来将一个电容元件Ca的两端间短路，而使高频输出电路的一个输出端a以及高频电源装置的输出端A为接地电位，并将输出电压Va的峰值设为0，仅从另外一个输出端B输出高频输出电路的输出电压Vab。另一方面，通过使开关电路16C开路而成为OFF状态，从输出端A输出将高频输出电路的输出电压Vab通过分压电路14进行分压后的电压Va，且从输出端B输出电压Vb。
在图3(a)～图3(c)中，表示将开关电路16A、16B、16C设置在第1电容元件Ca侧的例子，但是，亦可采用设置在第2电容元件Cb侧的结构。开关电路的第1～第3变形例为电性等价的电路，通过使开关电路闭合，使一个输出端的输出电压为零电压并仅从另外一个输出端输出高频输出电路的输出电压，通过使开关电路开路，从各输出端输出将高频输出电路的输出电压通过分压电路进行分压后的两个电压。
(本申请发明的双阴极用电源的构成例以及控制)
针对具备本申请发明的高频电源装置的双阴极用电源的构成以及控制，使用图4来进行说明。
在图4中，双阴极用电源具备：高频电源装置1；和控制电路7，其对在等离子腔内使等离子着火的点火动作状态和维持着火后的等离子的等离子维持状态的动作状态进行控制。
高频电源装置1具备高频输出电路3和分压电路4，分压电路4具备将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb串联连接所成的串联电路5、和切换电路6。
高频输出电路3，作为一构成例，具备将交流电源2的交流电压进行整流的整流部3a、构成用于抑制过渡性地产生的高电压的保护电路的缓冲电路(Snubber circuit)3b、将所输入的直流电压Vin转换为预定的输出电压Vc的斩波电路3c、将直流输出转换为交流输出的逆变电路3d、以及将逆变电路3d的交流输出的电压转换为预定电压的变压器3e。
串联电路5通过将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb串联连接而构成，并被连接于输出端A和输出端B之间，第1电容元件Ca和第2电容元件Cb的中点M接地。
切换电路6，由设置在输出端A侧和接地电位之间的开关电路构成，开关电路由以从输出端A起而朝向接地的方向作为顺方向的二极管D1、和与逆方向的二极管D2并联连接的切换元件Q1的串联电路构成，通过将切换元件Q1设为接通(ON)状态，将输出端A侧接地，并将输出端A的输出电压Va设为接地电位。
在图4中，作为负载，表示了等离子产生装置10，并经由配线电缆11a、11b将输出端A以及输出端B与等离子产生装置10所具备的一对电极连接。
控制电路7反馈斩波电路3c的输出电压Vc和从斩波电路3c流动于逆变电路3d中的电流Ic以及从变压器3e朝向输出端A、B而流动的电流Io，控制斩波电路3c以及切换电路6的切换元件Q1。
图5为用于连接由控制电路控制的点火动作的流程图。
切换电路6的开关元件Q1的控制，在点火动作时，使开关元件Q1闭合而成为接通(ON)状态(S1)，并从输出端B将高频输出电路的输出电压Vab从输出端B施加于等离子产生装置10的一个电极上，而开始点火动作(S2)。若是通过点火动作而使等离子着火，则点火电流Ii增加。控制电路7将检测出的电流Io作为点火电流Ii进行反馈，并与用于判定等离子着火状态的设定电流Id进行比较，当点火电流Ii超过设定电流Id时(S3)，判定等离子已着火，并使开关元件Q1开路而成为断开(OFF)状态(S4)，且从输出端A以及输出端B输出互为反相的电压，而维持所产生的等离子(S5)。
(本申请发明的切换电路的第2构成例以及动作)
图6为用于对本申请发明的切换电路的第2构成例以及动作进行说明的图。图6将高频输出电路省略，表示分压电路所具备的串联电路和切换电路的构成例。
图6(a)表示概略构成，图6(b)、(c)表示当从高频电源装置而对等离子负载供给电压时，在使等离子着火的点火动作时和等离子着火后而维持等离子的状态。图6(d)、(e)表示第2构成的变形例。
在图6(a)中，分压电路24具备串联电路25和切换电路26，而将高频输出电路的输出端a、b间的输出Vab进行分压并且进行输出切换，而从输出端A输出输出电压Va，并从输出端B输出输出电压Vb。
串联电路25将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb的串联连接连接于高频输出电路的输出端a、b之间，并将中点M接地而设为接地电位。
切换电路26为由将输出端A或输出端B的任一个输出端与串联电路25的中点M相对于接地电位而进行切换来连接或者分离的开关电路所构成。图6(a)中所示的切换电路26为通过接点S1来对串联电路25的中点M与接地电位之间的连接/分离进行切换并通过接点S2来对输出端A与接地电位之间的连接/分离进行切换的构成例。
点火动作时：
图6(b)中所示的例子，表示将切换电路26的接点S2连接于接地电位而使输出端A为接地电位，并从输出端B输出与高频输出电路的输出电压Vab相同峰值的输出电压Vb的例子。
在点火动作时，切换电路26将接点S2连接于接地电位而使输出端A切换为接地电位。通过该切换，输出端A的输出电压Va成为接地电压，从输出端B输出为高频输出电路的输出电压Vab的峰值并且相位为反相的输出电压Vb。
等离子维持状态：
图6(c)表示等离子维持状态。在通过点火动作而在腔内产生了等离子之后，对腔内的一对电极施加等离子维持电压，而维持所产生的等离子。在等离子维持状态下，切换电路26将接点S1连接于接地电位，使输出端A与接地电位分离。通过该切换，从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值并且相位为同相的输出电压Va，从输出端B输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值且相位为反相的输出电压Vb。
图6(d)、(e)表示第2构成的变形例。
在图6(d)所示的构成例中，将切换电路26B设置在输出端B与接地电位之间，并将输出端B和接地电位之间进行连接/分离。在图6(d)所示的构成例中，切换电路26B将接点S2连接于接地电位而将输出端B切换为接地电位。通过该切换，输出端B的输出电压Vb成为接地电压，从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的峰值并且相位为反相的输出电压Va。
在图6(e)所示的构成例中，通过串联电路的两个电容元件Ca、Cb和两个开关元件SW1以及SW2来构成桥接电路，并且，将两个电容元件的连接点以及两个开关元件的连接点均接地。在该构成中，通过使切换电路26C的开关元件SW1动作并使开关元件SW2成为断开(OFF)状态，能够构成与图6(a)中所示的结构相同的电路，通过使开关元件SW2动作并使开关元件SW1成为断开(OFF)状态，能够构成与图6(d)中所示的结构相同的电路。
(本申请发明的切换电路的第3构成例以及动作)
图7为用于对本申请发明的切换电路的第3构成例以及动作进行说明的图。图7将高频输出电路省略，而表示分压电路所具备的串联电路和切换电路的构成例。
图7(a)表示概略构成，图7(b)、(c)表示当从高频电源装置而对等离子负载供给电压时，在使等离子着火的点火动作时和等离子着火后而维持等离子的状态。
在图7(a)中，分压电路34具备串联电路35和切换电路36，将高频输出电路的输出端a、b间的输出Vab进行分压并且进行输出切换，而从输出端A输出输出电压Va，并从输出端B输出输出电压Vb。
切换电路36是切换第1电容元件Ca或者与第1电容元件Ca串联连接的第3电容元件Cc来连接第2电容元件Cb的端部以及接地电位的开关元件。在图7(a)所示的结构中，通过接点S1来进行第1电容元件Ca和第2电容元件Cb之间的连接/分离，并通过接点S2来进行第3电容元件Cc和第2电容元件Cb之间的连接/分离。
由于第3电容元件Cc与第1电容元件Ca串联连接，因此，当被切换至接点S1侧时，通过第1电容元件Ca和第2电容元件Cb形成串联电路35，其中点成为接地电位。另外，当被切换至接点S2侧时，通过第1电容元件Ca、第3电容元件Cc以及第2电容元件Cb形成串联电路35，第3电容元件Cc和第2电容元件Cb之间的连接点成为接地电位。
切换电路36通过切换接点S1和接点S2，来切换将电容元件串联连接所成的串联电路的相对于接地电位的电容比，由此，来能够变更被施加于串联电路的两端的交流电压的分压比例，切换从输出端A以及输出端B输出的输出电压。
当在切换电路36中切换至接点S2侧时，串联电路35，相对于接地电位，输出端A侧成为电容元件Ca和电容元件Cc的串联电路，输出端B侧成为第2电容元件Cb，因此，当将各电容元件的电容设为相同时，通过分压，输出端A的输出电压Va成为高电压，输出端B的输出电压Vb成为低电压。
另一方面，当在切换电路36而切换至接点S1侧时，串联电路35，相对于接地电位，输出端A侧成为电容元件Ca，输出端B侧成为第2电容元件Cb，因此，当将两电容元件的电容设为相同时，通过分压，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb成为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的电压。
图7(a)中所示的构成例，表示通过切换电路36在输出端A侧形成第1电容元件Ca和第3电容元件Cc的串联电路的例子，但是，亦能够使连接关系反转，而设为通过切换电路36在输出端B侧形成第2电容元件Cb和第3电容元件Cc的串联电路的结构。
点火动作时：
图7(b)中所示的例子，表示将接地电位连接于切换电路36的接点S2侧而形成将第1电容元件Ca和第3电容元件Cc的串联电路和以接地电位作为中点连接第2电容元件Cb的串联电路的例子。
在点火动作时，切换电路36将接地电位连接于接点S2侧。通过该连接，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb，成为将高频输出电路的输出电压Vab基于第1电容元件Ca以及第3电容元件Cc的串联电路和第2电容元件Cb的电容比进行分压后的峰值，并分别以反相位输出。在图7(b)所示的例中，从输出端A输出高电压的输出电压Va，从输出端B输出低电压的输出电压Vb。输出电压Va成为比高频输出电路的输出电压Vab的1/2更高的电压，因此等离子着火变得容易。
等离子维持状态：
图7(c)表示等离子维持状态。在通过点火动作而在腔内产生了等离子之后，对腔内的一对电极施加等离子维持电压，而维持所产生的等离子。在等离子维持状态，切换电路36将接点S1连接于接地电位。通过该切换，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb，成为将高频输出电路的输出电压Vab基于第1电容元件Ca和第2电容元件Cb的电容比进行分压后的峰值，从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值并且相位为同相的输出电压Va，从输出端B输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值且相位为反相的输出电压Vb。
(本申请发明的切换电路的第4构成例以及动作)
图8为用于对本申请发明的切换电路的第4构成例以及动作进行说明的图。图8将高频输出电路省略，表示分压电路所具备的串联电路和切换电路的构成例。
图8(a)表示概略构成，图8(b)、(c)表示当从高频电源装置对等离子负载供给电压时，在使等离子着火的点火动作状态时和等离子着火后维持等离子的状态。
在图8(a)中，分压电路44具备串联电路45和切换电路46，将高频输出电路的输出端a、b间的输出Vab进行分压并且进行输出切换，而从输出端A输出输出电压Va，并从输出端B输出输出电压Vb。
切换电路46是针对第1电容元件Ca或第2电容元件Cb将第3电容元件Cc的并联连接和分离进行切换的开关元件。
在图8(a)所示的构成中，表示针对第2电容元件Cb将第3电容元件Cc并联连接或分离的例子。
当将第3电容元件Cc与第2电容元件Cb并联连接时，串联电路45将第1电容元件Ca、和第2电容元件Cb以及第3电容元件Cc的并联电路串联连接而形成串联电路，并将串联电路的中点设为接地电位。
另外，当将第3电容元件Cc从与第2电容元件Cb的并联连接分离时，串联电路45成为第1电容元件Ca和第2电容元件Cb的串联电路，并将中点设为接地电位。
切换电路46通过切换开关元件SW，来切换将电容元件串联连接所成的串联电路相对于接地电位的电容比，由此能够变更被施加于串联电路的两端的交流电压的分压比例，而切换从输出端A以及输出端B所输出的输出电压。
当在切换电路46中使切换元件SW闭合时，串联电路45成为将第1电容元件Ca、和第2电容组件Cb以及第3电容组件Cc的并联电路串联连接的串联电路，因此，当将各电容元件的电容设为相同时，通过分压，输出端A的输出电压Va成为高电压，输出端B的输出电压Vb成为低电压。
另一方面，当在切换电路46使开关元件SW开路时，串联电路45成为将第1电容元件Ca和第2电容元件Cb串联连接的串联电路，当将两电容元件的电容设为相同时，通过分压，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb成为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的电压。
图8(a)中所示的构成例，表示通过切换电路46将第2电容元件Cb与第3电容元件Cc并联连接的例子，但是，也能够使连接关系反转，而设为通过切换电路46将第1电容元件Ca与第3电容元件Cc并联连接的结构。
点火动作时：
图8(b)中所示的例子，表示将切换电路46的开关元件SW闭合，将第3电容元件Cc与第2电容元件Cb并联连接而形成并联电路，且形成第1电容元件Ca和并联电路的串联电路，并且在第1电容元件Ca和并联电路处将接点设为接地电位的例子。
在点火动作时，切换电路46使切换元件SW闭合，由此，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb成为将高频输出电路的输出电压Vab基于第1电容元件Ca、和第2电容元件Cb以及第3电容元件Cc的并联电路，此两者的电容比进行分压后的峰值，并分别以反相位输出。在图8(b)所示的例中，从输出端A输出高电压的输出电压Va，从输出端B输出低电压的输出电压Vb。输出电压Va成为比高频输出电路的输出电压Vab的1/2更高的电压，因此等离子着火变得容易。
等离子维持状态：
图8(c)表示等离子维持状态。在通过点火动作而在腔内产生了等离子后，对腔内的一对电极施加等离子维持电压，而维持所产生的等离子。在等离子维持状态，切换电路46使切换元件SW开路。通过该切换，输出端A的输出电压Va和输出端B的输出电压Vb成为将高频输出电路的输出电压Vab基于第1电容元件Ca和第2电容元件Cb的电容比进行分压后的峰值，从输出端A输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值并且相位为同相的输出电压Va，从输出端B输出为高频输出电路的输出电压Vab的1/2的峰值且相位为反相的输出电压Vb。
另外，在上述实施形态以及变形例中的记述内容，仅为本发明的高频电源装置以及双阴极电源的一例，本发明，并不被限定于各实施方式，而能够基于本发明的要旨进行各种变形，并且也不应将这些从本发明的范围中排除。
工业上的可利用性
本发明的高频电源装置以及双阴极用电源，可适用于具备腔内的一对的电极的成膜装置或溅镀装置等施加互为反相的交流电压的用途中。
符号说明
A、B：输出端
C1a、C1b：电容
Ca：电容元件
Cb：电容元件
D1、D2：二极管
Ic：电流
Id：设定电流
Ii：点火电流
Io：电流
L1a、L1b：电感
M：中点
Q1：开关元件
S1、S2：接点
SW：开关元件
SW1：开关元件
SW2：开关元件
Va、Vb：输出电压
Vab：输出电压
Vc：预定输出电压
Vin：直流电压
a、b：输出端
1：高频电源装置
2：交流电源
3：高频输出电路
3a：整流部
3b：缓冲电路
3c：斩波电路
3d：逆变电路
3e：变压器
4：分压电路
5：串联电路
6：切换电路
7：控制电路
10：等离子产生装置
11a、11b：配线电缆
12：切换电路
14：分压电路
15：串联电路
16：切换电路
16A、16B、16C：开关电路
24：分压电路
25：串联电路
26：切换电路
34：分压电路
35：串联电路
36：切换电路
44：分压电路
45：串联电路
46：切换电路
101：电极
102：电极
103：高频电源
104：高频电源
105：开关单元
111、112：电极
113：高频电源
115：开关电路
116：交流电源
121：高频电源装置
122：高频输出电路
123：变压器
124：分压电路
125、126：电容元件
130：等离子产生装置
131、132：电极
141、142：配线电缆

Claims (7)

1.一种高频电源装置，从两个输出端输出相对于接地电位而互为反相的交流电压，其特征为，具备：
交流电源；
高频输出电路，其将上述交流电源的电源电压转换为预定频率并输出高频电压；和
分压电路，其将上述高频输出电路输出的高频电压分压为相对于接地电位而互为反相的交流电压，
上述分压电路，具备：
串联电路，其将上述高频输出电路的输出端间的中点作为接地电位，而将第1电容元件和第2电容元件这两个电容元件串联连接；和
切换电路，其对上述串联电路的至少任意一个电容元件的输出端侧或者是上述第1电容元件和上述第2电容元件之间的中点侧，切换连接上述高频输出电路的一个输出端及/或接地，而使上述两个电容元件相对于接地电位的两端电压的电压比例为可变，并切换高电压和低电压来输出。
2.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
上述切换电路，在上述串联电路的两个电容元件的至少任意一个电容元件的两端间，具备使上述高频输出电路的上述一个电容元件侧的输出端与接地电位之间短路或开放的开关电路，
上述开关电路的短路动作使上述高频输出电路的上述一个电容元件侧的输出端电压为零电压，并使另外一个电容元件侧的输出端电压为高频输出电路的输出电压，
上述开关电路的开放动作使上述高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压成为将高频输出电路的输出电压根据上述两个电容元件的电容而进行分压后的分压电压。
3.根据权利要求2所述的高频电源装置，其特征在于，
上述开关电路设置在上述高频输出电路的一个输出端和接地电位之间，或设置在上述高频输出电路的一个输出端和上述中点之间，或者与上述一个电容元件并联连接。
4.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
上述切换电路具备：切换开关，其对上述串联电路的两个电容元件的中点以及上述高频输出电路的上述一个电容元件侧的输出端切换连接接地电位，
在上述切换开关中，
对于上述串联电路的两个电容元件的中点的接地电位的切换使上述高频输出电路的上述一个电容元件侧的输出端电压为零电压，并使另外一个电容元件侧的输出端电压为高频输出电路的输出电压，
对于上述高频输出电路的上述一个电容元件侧的输出端的接地电位的切换使上述高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压成为将高频输出电路的输出电压根据上述两个电容元件的电容而进行分压后的分压电压。
5.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
上述切换电路具备：切换开关，其对上述串联电路的两个电容元件的任何一个电容元件串联连接第3电容元件，
在由上述切换开关所进行的切换中，
上述第3电容元件的串联连接使上述高频输出电路的另外一个电容元件侧的输出端电压的峰值高于上述一个电容元件侧的输出端电压的峰值，
上述第3电容元件的断开使上述高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压为将高频输出电路的输出电压根据上述两个电容元件的电容而进行分压后的分压电压。
6.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
上述切换电路具备：切换开关，其对上述串联电路的两个电容元件的任意一个电容元件并联连接第4电容元件，
在由上述切换开关所进行的切换中，
上述第4电容元件的并联连接使上述一个电容元件侧的输出端电压的峰值高于上述高频输出电路的另外一个电容元件侧的输出端电压的峰值，
上述第4电容元件的断开使上述高频输出电路的两个电容元件侧的输出端电压成为将高频输出电路的输出电压根据上述两个电容元件的电容而进行分压后的分压电压。
7.一种双阴极用电源，对等离子腔内的两个电极施加互为反相的交流电压，其特征为，具备：
权利要求1～6中的任一项所述的高频电源装置；和
控制电路，其对在等离子腔内而使等离子着火的点火动作状态和维持着火后的等离子的等离子维持状态的动作状态进行控制，
上述控制电路基于在上述电极中流动的电流控制上述切换电路，并改变点火动作状态的输出高电压的电压比例、和等离子维持状态的输出低电压的电压比例，
在上述点火动作状态中，提高上述两个电极中使等离子着火的电极的电压比例，
在上述等离子维持状态中，使上述两个电极的电压比例均等化，
在上述点火动作状态中，当使等离子着火的上述电极中流动的电流超过了设定值时，在上述切换电路中切换连接状态，并切换为等离子维持状态。
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