CN1559103B - 溅射电源单元 - Google Patents

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Abstract

一种溅射电源单元，包括：DC电源；连接DC电源的第一开关部；扼流圈；电流检测部，对供给到溅射单元的直流电流进行检测；电压检测部，检测溅射单元的电源端子之间的电压；控制器，在由电压检测部检测到与在溅射单元内产生的电弧放电相对应的电压时，输出开关信号；根据开关信号接通的第二开关部；反向电压源，将用于使电弧放电停止的反向电压供给到溅射单元的电源端子之间；计算部，计算供给到溅射单元的瞬时功率值；积分部；脉冲输出产生部，产生脉冲输出；通过脉冲输出来控制第一开关部的开关的元件；使从积分部输出的电流设定值保持在将要产生电弧之前的值的元件；通过脉冲信号对第一开关部进行开关控制，以控制供给到溅射单元的电流的元件。

Description

溅射电源单元
技术领域
本发明涉及一种溅射电源单元，用于用在制造紧致盘(CD)或数字通用光盘(DVD)的溅射设备中。
背景技术
在日本专利No.2835322、日本专利No.2835323和美国专利5,576,939中公开了一种用于用在制造紧致盘(CD)或数字通用光盘(DVD)的溅射设备中的溅射电源单元。
通过磁控管溅射技术在激光唱片或数字化视频光盘上形成薄膜。如果在这种溅射过程中对电弧放电的抑制失败了，那么靶(target)材料就会扩散而粘附到光盘上，结果降低了产量。因此，如果在溅射过程中产生了电弧放电，就要产生反向电压以抑制电弧放电的产生。但是，由于输出电缆或类似部件的断开使得有时电弧抑制电路已经被破坏了。
此外，为了在较短的时间内完成在光盘上的薄膜形成，必须要提高溅射电源单元的平均功率输出。
但是，当提高平均功率后，在溅射过程中就会很容易地产生电弧放电，从而增加了电弧放电抑制失败的次数。
人们希望，即使产生了这样的电弧放电，也会减小溅射电流的波动，以形成稳定连续的溅射放电。
发明内容
本发明的目的是提供一种溅射电源单元，其在即使产生电弧放电时也可以减小溅射电流中的波动。
本发明的另一个目的是提供一种不容易被损坏的溅射电源单元。
本发明的实施例提供一种溅射电源单元，包括：用于溅射的DC电源；一端连接在上述DC电源的负极侧的第一开关部；在该第一开关部的另一端与第二开关部的一端之间连接的扼流圈；电流检测部，对从该DC电源通过上述扼流圈供给到溅射单元的直流电流进行检测；电压检测部，对上述溅射单元的电源端子之间的电压进行检测；控制器，在由上述电压检测部检测到与在上述溅射单元内产生的电弧放电相对应的电压时，输出开关信号；根据该开关信号接通的第二开关部；反向电压源，通过该第二开关部将用于使上述电弧放电停止的反向电压供给到上述溅射单元的电源端子之间；计算部，根据由上述电压检测部检测的电压和由上述电流检测部检测的电流，计算供给到上述溅射单元的瞬时功率值；积分部，对该瞬时功率值和希望的指令功率值的误差值进行检测并进行积分；脉冲输出产生部，产生脉冲输出，该脉冲输出所具有的脉冲宽度，对应于基于从该积分部得到的积分输出而形成的电流设定值、与由上述电流检测部检测的电流值的差；通过该脉冲输出来控制上述第一开关部的开关的元件；在上述第二开关部被接通时，使从上述积分部输出的电流设定值保持在将要产生电弧之前的值的元件；通过脉冲信号对上述第一开关部进行开关控制，以控制供给到上述溅射单元的电流的元件，其中该脉冲信号所具有的脉冲宽度，对应于基于上述积分部所保持的积分输出而形成的电流设定值、与由上述电流检测部检测的电流值的差。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的溅射电源单元的构成图。
图2是根据本发明第二实施例的溅射电源单元的构成图。
图3是根据本发明第三实施例的溅射电源单元的构成图。
图4是根据本发明第四实施例的溅射电源单元的构成图。
图5是说明了第四实施例的工作过程的波形图。
图6是根据本发明第五实施例的溅射电源单元的构成图。
图7是根据本发明第六实施例的溅射电源单元的构成图。
图8是根据本发明第七实施例的溅射电源单元的构成图。
图9是根据本发明第八实施例的溅射电源单元的构成图。
图10是根据本发明第九实施例的溅射电源单元的构成图。
图11是根据本发明第十实施例的溅射电源单元的构成图。
图12是根据本发明第十一实施例的溅射电源单元的构成图。
图13是根据本发明第十二实施例的溅射电源单元的构成图。
图14是根据本发明第十三实施例的溅射电源单元的构成图。
图15是根据本发明第十四实施例的溅射电源单元的构成图。
具体实施方式
下文，将参考附图描述本发明的实施例。图1中，附图标记10表示控制部分，其控制溅射电源单元。
附图标记11表示例如800V的溅射DC电源。电容器12并联连接在该DC电源11的两极之间。
DC电源11的负极连接到开关晶体管SW1的源极。
续流二极管13连接在开关晶体管SW1的漏极与DC电源11的正极之间。开关晶体管SW1的漏极通过扼流圈L连接到开关晶体管SW2的源极。反向电压源14的正极连接到该开关晶体管SW2的漏极。该反向电压源14的负极连接到接地线a。
开关晶体管SW2的源极连接到二极管15的阴极。电阻R1与二极管15并联连接。二极管15和电阻R1构成反向电弧阻止电路。
二极管15的阳极连接到溅射电源单元的负极(-)。接地线a连接到溅射电源单元的正极(+)。
溅射电源单元的负极(-)和正极(+)之间的负载电压VM由电压检测部分16检测。这里，在室19中溅射放电期间，溅射电压通常为300V或更高，电弧放电电压为150V或更低。因此，负载电压VM的检测能够确定溅射的正常进行以及放电的发生。
进一步，电流检测器17设置在二极管13的阳极和扼流圈L之间。该电流检测器17检测负载电流CM。
负极(-)连接到靶18，正极(+)连接到室19。
顺便指出，由电压检测部分16检测出的负载电压和由电流检测器17检测出的负载电流输入到控制器10。控制器10检测负载电压VM，确定室19中电弧放电的发生，如果电压为150V或更低，则接通门极信号CS2将其输出到晶体管SW2，从而使得晶体管SW2导通。
由电压检测部分16检测出的负载电压VM和由电流检测器17检测出的负载电流CM通过模拟乘法器21相乘以计算瞬时功率P。然后，计算出该瞬时功率P和设定功率Pset之间的差值，即误差功率，并通过开关S1将其输入到功率反馈误差放大器22。该误差功率在误差放大器22中进行积分。这里，当从控制器10输出的门控制信号CS2被接通而输出时，开关S1为开路(打开)。
接着，误差放大器22的输出作为设定电流值Iset输入到误差放大器23。该误差放大器23将负载电流CM和设定电流值Iset之间的差值放大并输出到PWMIC24。该PWMIC24根据负载电流CM和设定电流值Iset之间的差值输出具有一脉宽的信号到驱动器25。门控制信号CS1从驱动器25输出到晶体管SW1。
下面，将描述工作过程。如果在没有电弧产生的状态下在室19中进行溅射，则负载电压由电压检测部分16检测为300V或更高的溅射电压。
从而，控制器10关断门控制信号CS2。就是说，不施加反向电压源14以抑制电弧产生。
在此状态下，开关S1关闭。因此，电压检测部分16检测的负载电压VM和电流检测器17检测的负载电流在模拟乘法器21中相乘以计算瞬时功率P。然后，计算出该瞬时功率P和设定功率Pset之间的差值，即误差功率，并通过开关S1将其输入到功率反馈误差放大器22。该误差功率在误差放大器22中进行积分。
接着，误差放大器22的输出作为设定电流值Iset输入到误差放大器23。该误差放大器23将负载电流CM和设定电流值Iset之间的差值放大并输出到PWMIC24。该PWMIC24根据负载电流CM和设定电流值Iset之间的差值输出具有一脉宽的信号到驱动器25。驱动器25控制晶体管SW1的ON/OFF(通/断)。
就是说，进行反馈控制以得到设定功率Pset，并且基于溅射电源单元的瞬时功率和该设定功率Pset之间的差值设定设定电流值Iset。
另一方面，当室19中产生电弧时，电压检测部分16检测的负载电压VM降低到150V或更低。接着，从控制器10输出的门控制信号CS2被接通以将正电压输出从反向电压源14输出到室19，从而抑制电弧产生。
由于门控制信号CS2接通，所以开关SW1关断。因此从误差放大器22输出的设定电流值Iset维持在室19中电弧产生即前的值。
通常，当溅射电源单元通过设定功率Pset而恒功率运行时，如果室19中产生电弧，则降低负载电压VM，进行控制以提高负载电流CM。然而，根据第一实施例，如果产生电弧，则由于将开关S1打开以将设定电流值Iset维持在电弧产生之前即溅射之前的值，因此即使有电弧产生也能够防止负载电流CM的突然增加。
下面，将参考图2描述本发明第二实施例。图2中，与图1中相同的部件用同样的附图标记表示，而且不再对其作详细描述。
电流检测器17中检测的负载电流CM输入到比较器31的(-)端。设定电流值Iset输入到该比较器31的(+)端。比较器31的输出通过电阻32反馈到该比较器31的(+)端。
驱动器25连接到比较器31的输出。门控制信号CS1从驱动器25输出到晶体管SW1。
下面，将描述第二实施例的工作过程。由于比较器31的输出通过电阻32反馈到+端，所以它充当具有滞后作用的比较器。
在比较器31的(+)输入端，电阻器32的电路常数或类似被判定为比设定电流值Iset高例如5％的值。
首先，由于负载电流CM为0，所以比较器31(-)端的输入电压为0V。从而，比较器31的输出变为+，而且门控制信号CS1通过驱动器25被接通以输出到晶体管SW1。因此，晶体管SW1导通，并且DC电源11提供给室19，从而进行溅射放电。
顺便提及，当晶体管SW1导通时，负载电流CM根据下面的等式增加：
(DC电源11的电压-负载电压)＝L*di/dt
接着，当负载电流CM变化到高于Iset*1.05时，比较器31的输出变为0V以关断门控制信号CS1并关断晶体管SW1。
当晶体管SW1关断时，负载电流CM根据下面的等式减小：
(-负载电压VM)＝L*di/dt
当负载电流CM变化到低于设定电流值Iset*0.95时，比较器31的输出变为+以接通晶体管SW1。这样重复操作的结果是，能够将负载电流CM限制在设定电流值Iset的±5％。
下面，参考图3描述本发明的第三实施例。图3中，与图1和图2中相同的部件用同样的附图标记表示，而且不再对其作详细描述。根据第三实施例，如图2所示，基于具有滞后作用的比较器的输出驱动并控制晶体管SW1。
参考图1如上所述，输入到比较器31(+)端的设定电流值Iset基于溅射电源单元的瞬时功率与设定功率Pset之间的误差来设定。
接着，通过具有滞后作用的比较器31，可以将负载电流CM限制在设定电流值Iset的±5％。
进一步，根据第三实施例，设定电流值Iset被决定，使得提供给室19的功率等于设定功率Pset。此外，当室19中有电弧产生时，通过关断开关SW1，误差放大器22维持在室19中电弧产生即前的值。因此，当提供给室19的功率被控制为等于设定功率Pset时，能够防止因室19中有电弧产生而引起的负载电流CM的增加。
下面，参考图4描述本发明的第四实施例。图4中，在3相整流电路D0对3相AC电压(AC200V3ф)进行全波整流，其通过滤波器L0，经开关电路S10被脉冲输出，然后连接到变压器T1的初级侧。
开关电路S10具有开关元件S11到S14。开关元件S11和S13串联连接，开关元件S12和S14串联连接。进一步，该两个串联体并联连接。这些开关元件S11到S14的ON/OFF控制是基于来自后面描述的驱动器的门控制信号而实现的。
此外，平滑电容器C11并联连接到开关电路S10。
变压器T1的次级侧连接到四个二极管构成的桥式电路B1，B2。
桥式电路B1的一端经四个串联连接的独立扼流圈L1到L4，并进一步经反向电弧防止电路41连接到该单元的(-)输出端O1。该反向电弧防止电路41中，电阻R0与二极管D2并联连接。
进一步，桥式电路B1的另一端连接到该单元的(+)输出端O2。此外，扼流圈L14与反向电弧防止电路41之间的连接点通过开关晶体管(下文中指开关SW2)连接到反向电压保持电容器C31的阳极。
桥式电路B1的另一端连接到桥式电路B2的一端。桥式电路B1和B2的之间连接点连接到电容器C31的阴极，并连接到该单元的(+)输出端O2。
流过四个串联的独立扼流圈L1到L4的电流由电流检测器22检测。
该单元的(-)输出端O1连接到靶18，(+)输出端O2连接到室19。通常，该单元的(+)输出端O2接地。
控制器10检测由该单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2的电压检测部分16检测的负载电压VM，以确定室19中溅射放电或电弧放电的发生。由于溅射电压通常为300V或更高，且电弧放电电压为150V或更低，因此当该单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2之间的电势差V降低到150V或更低时，则确定使室19中发生电弧放电。
基于检测到电弧放电发生，控制器10接通SW2以在经设定时间ST1(0.01到100μs)之后设定时间ST2(0.3到10μs)。就是说，施加反向电压脉冲到靶18。在该期间，通过后面描述的驱动器控制开关元件S11到S14为ON/OFF，使得恒定电流能够流过四个串联的独立扼流圈L1到L4。就是说，由电流检测器22检测流过四个串连连接的独立扼流圈L1到L4的负载电流CM。紧接施加前述反向电压脉冲之后的电弧决定时间ST3设定到10μs(0.01到10μs)或更低。接着，如果在经过电弧决定时间ST3之后，再次确定电弧，则在设定时间ST1(0.01到100μs)之后将开关SW2导通设定时间ST2(0.3到10μs)。之后，在检测电弧时，连续施加反向电压脉冲直到没有检测到电弧。这里，由于电弧可能在经过设定时间ST1之前自行熄灭，因此从电弧确定起过去设定时间ST1之后开关SW2导通。
流过变压器T1初级线圈的电流CT通过电流检测器42被检测。检测流过变压器T1初级线圈的电流原因在于，除非在设定时间之内交替提供初级电流，则在变压器T1中出现磁饱和而提供大电流，从而毁坏开关元件S11到S14。
由电流检测器42检测的流过变压器T1初级线圈的电流CT输入到比较器51的-端，并且将变压器T1的限制电流CTlim输入到其+端。
进一步，由电流检测器22检测的负载电流CM输入到比较器31的-端，该比较器31具有参考图2所述的滞后作用。设定电流值Iset输入到比较器31的+端。
进一步，比较器31的输出被输出到CR振荡电路52。比较器31的输出通过电阻器52a输入到比较器52b的+端，并通过电阻器52c，电容器52d输入到比较器52b的-端。因此，当比较器31的输出为正时，电容器52d被充电以提高其-端的输入电位。在比较器52b-端的输入电位高于正端输入电位的时刻，比较器52b的输出变为0。电容器52d突然放电，并在其低于+输入的滞后设定时刻变为+输出。
因此，当比较器31的输出为正时，CR振荡电路52继续振荡。
比较器51，31和CR振荡电路52的输出被输入到AND(与)电路53。该AND电路53的输出被输入到T型FF54的T输入端，并输入到AND电路55a，55b的一个输入端。T型FF54的Q输出被输入到AND电路55a的另一输入端，并且其Q输出输入到AND电路55b的另一输入端。
AND电路55a的输出被输出到驱动器56a，并且AND电路55b的输出被输出到驱动器56b。开关元件S11，S14的导通由驱动器56a控制，并且开关元件S13，S12的导通由驱动器56b控制。
通过前述构成，当比较器31的输出为正时，CR振荡电路52继续振荡。因此，对于T型FF54的Q输出交替输出“1”和“0”。这样，使得驱动器56a，56b被交替驱动。通过如上述设置CR振荡电路，能够控制流过变压器T1初级线圈的电流而不会使变压器T1磁饱和。
在控制流过变压器T1初级线圈的电流的情况下，如果第一脉冲宽度设定到最大，则发生磁饱和的可能性为1/2。因此，在正常驱动器56a，56b中，通过设定误差放大器的时间常数到大于脉冲周期的5到10倍，从而如图5所示逐步增加脉冲宽度来防止磁饱和。
在利用具有滞后作用的比较器31的情况下，由于第一脉冲全部打开，所以发生磁饱和的可能性为1/2。因此，当电流检测器42检测到初始电流并且通过比较器51确定其值大于CTlim时，比较器51的输出变为0。从而，变压器T1的磁饱和通过停止来自驱动器56a，56b的脉冲输出而被防止。
下面，将参考图6描述本发明的第五实施例。图6中，与图1到图4相同的部件用相同的附图标记表示，并不再对其作详细描述。根据第五实施例，输入到如图4具有滞后作用的比较器31的+端的设定电流值Iset基于如上参照图1所述溅射电源单元的瞬时功率和设定功率Pset之间的误差来设定。
借助具有滞后作用的比较器31，可以将负载电流CM设定到设定电流值Iset的±5％。
根据第五实施例，设定电流Iset被判定以使得提供给室19的功率能够等于设定功率Pset。此外，如果室19中产生电弧，则关断开关S1以通过误差放大器22维持即在室19中电弧产生之前的值。
因此，根据第五实施例，除了第四实施例的效果之外，在提供给室19的功率控制为等于设定功率Pset时，如果室19中产生电弧，则能够防止负载电流CM的增加。
下面，将参考图7描述本发明的第六实施例。首先，描述第六实施例的基本原理。流过线圈L的电流和电压之间的关系用下面的等式表示：
E＝L*di/dt                         …(1)
等式(1)中，如果L为感应系数，Vi为电源脉冲，Vo为输出电压，T为PWM周期，dt为脉冲宽度，Is为目标电流，Ir为当前电流，那么PWM的每周期变化电流di用下面的等式表示：
di＝(Vi-Vo)L*dt-Vo/L*(T-dt)…(2)
等式(2)中，第一项是指接通PWM脉冲以增加电流，第二项是指关断PWM脉冲以提供存储在L中的能量提供到负载，从而减小电流。
接着，等式(2)展开为：
di＝Vi/L*dt-Vo/L*dt-Vo/L*T+Vo/L*dt
＝Vi/L*dt-Vo/L*T                     …(3)
等式(3)中第一项是指接通PWM脉冲以增加电流，第二项是指在周期T期间输出Vo。因此，电流认为是在二者之间被减小。
由于控制量为PWM脉冲宽度dt，所以如果等式(3)是为得出dt，那么其变为：
di+Vo/L*T＝Vi/L*dt
dt＝(di+Vo/L*T)*L/Vi
＝di*L/Vi+Vo/Vi*T                    …(4)
等式(4)中，第一项是指用于电流超过或短缺的校正脉冲宽度，第二项是指借助输入电压和输出电压的比，用于维持当前电流所需的脉冲宽度。
进一步，由于di＝Is-Ir，
因此等式(4)变形为：
＝(Is-Ir)*L/Vi+Vo/Vi*T
＝Is*L/Vi-Ir*L/Vi+Vo/Vi*T                 …(5)
＝(Is*L-Ir*L+Vo*T)/Vi                     …(6)
这里，等式(5)中，第一项是指用于设定电流的脉冲宽度，第二项是指用于当前电流的脉冲宽度，第三项是指为维持当前电流所需的脉冲宽度。
图7中下部的电路为等式(6)的电路图。就是说，等式(6)中Is，Ir，Vo相当于图7中的设定电流值Iset，负载电流CM，和负载电压VM。
负载电压VM，负载电流CM，设定电流值Iset输入到运算放大器61的-端。在该运算放大器61中，计算出Iset*L-CM*L+VM*T。
然后，在除法器62中，执行运算放大器61的输出除以输入电压Vi的运算过程。接着，除法器62的输出被输出到PWMIC 24。脉冲宽度由该PWMIC 24决定。此外，驱动器25连接到该PWMIC 24的输出，门控制信号CS1通过该驱动器25被输出到晶体管SW1。
如上所述，通过基于等式(6)在运算放大器61和除法器62中执行一数学运算，由该PWMIC 24决定脉冲宽度。
因此，根据第六实施例，由于脉冲宽度通过如等式(6)所示的周期T的平均电流来计算，因此为使得电流纹波显著减少，感应系数L增大以实现周期T变短。就是说，能够提高PWM的开关速度。此外，如果因室19中产生电弧而使负载电压VM降低，则由于是在负载电压VM减小的时刻得到脉冲宽度的计算结果，因此能够限制负载电流CM较小增加。
下面，将参考图8描述本发明的第七实施例。图8中，与图7或图1中相同的部件采用相同的附图标记表示，并略去对其的详细描述。
图8中，输入到运算放大器61的-端的设定电流值Iset基于溅射电源单元的瞬时功率和设定功率Pset之间的误差来设定。
就是说，第七实施例除具有上述第六实施例的效果之外还具有下面的效果。就是说，设定电流Iset这样被决定以使得提供到室19的功率能够等于设定功率Pset。进一步，如果室19中产生电弧，则关断开关S1以借助误差放大器22保持，即在室19中电弧产生之前的值。因此，在控制以设定提供给室19的功率等于设定功率Pset期间，能够防止因室19中电弧产生而引起的负载电流CM的增加。
下面，将参考图9描述本发明的第八实施例。图9的上部电路图基本与图6中相同。因此，相同的部件采用相同的附图标记表示，并不再对其作详细描述。
负载电压VM，负载电流CM，设定电流值Iset输入到运算放大器61的-端。在该运算放大器61中，计算出Iset*L-CM*L+VM*T。
然后，在除法器62中，执行运算放大器61的输出除以输入电压Vi的运算过程。脉冲宽度由该除法器62的输出决定。该除法器62的输出通过开关S2输入到采样保持电路63。该采样保持电路63的输出被输入到PWMIC 64。驱动器56a，56b连接到该PWMIC 64。开关元件S11，S14的导通由驱动器56a控制，开关元件S13，S12的导通由驱动器56b控制。
定时电路65连接到该PWMIC 64。该定时电路65控制开关S2的打开/关闭以采样保持除法器62的输出，该除法器62决定PWM的脉冲宽度使得输出到开关元件S11到S14的正和负脉冲能够设定相等(set equal)以防止变压器T1的磁饱和。
根据本发明的第八实施例，由于脉冲宽度通过如等式(6)所示的周期T的平均电流来计算，因此为使得电流纹波显著减少，感应系数L被增大以实现周期T变短。就是说，能够提高PWM的开关速度。此外，如果因室19中产生电弧而使负载电压VM降低，则由于是在负载电压VM减小的时刻得到脉冲宽度的计算结果，因此能够限制负载电流CM较小增加。
此外，定时电路65控制开关S2的打开/关闭以采样保持除法器62的输出，该除法器62决定PWM的脉冲宽度使得输出到开关元件S11到S14的正和负脉冲能够设定相等以防止变压器T1的磁饱和。因此，能够抑制变压器T1的磁饱和。
下面，将参考图10描述本发明的第九实施例。图10中，与图1到9中相同的部件采用相同的附图标记表示，并不再对其作详细描述。
图10中，输入到运算放大器61-端的设定电流值Iset基于该溅射电源单元的瞬时功率和设定功率Pset之间的误差来设定。
就是说，第九实施例除具有上述第八实施例的效果之外还具有下面的效果。就是说，设定电流Iset被决定以使得提供到室19的功率能够等于设定功率Pset。进一步，如果室19中产生电弧，则关断开关S1以借助误差放大器22保持即在室19中电弧产生之前的值。因此，在控制以设定提供给室19的功率等于设定功率Pset期间，能够防止因室19中电弧产生而引起的负载电流CM的增加。
下面，将参考图11描述本发明的第十实施例。图11中，与图9中相同的部件采用相同的附图标记表示，并不再对其作详细描述。图11中，设置了一微型计算机71。该微型计算机71中，计算Iset*L-CM*L+VM*T，并被除以输入电压Vi，以计算出脉冲宽度。其它运算由与图9中相同的电路处理。
因此，第十实施例具有与上述第八实施例同样的效果，并能够数字处理脉冲宽度的计算。此外，脉冲宽度计算的数字处理能够得出感应系数L的值。因此，通过得出并控制感应系数L的值，能够实现高精度控制。
下面，将参考图12描述本发明的第十一实施例。图12中，图11中采样保持电路63的功能由微型计算机71执行。因此，定时电路65的输出输入到微型计算机71以控制用于执行相当于该采样保持电路63的软件处理的定时。
因此，第十一实施例具有与上述第八实施例同样的效果，并能够数字处理脉冲宽度的计算。此外，脉冲宽度计算的数字处理能够得出感应系数L的值。因此，通过得出并控制感应系数L的值，能够实现高精度控制。
下面，将参考图13描述本发明的第十二实施例。图13的电路借助微型计算机71执行图12的各PWMIC 64和定时电路65的处理。
因此，通过微型计算机71产生PWM脉冲，其中每个脉冲的脉冲宽度可被决定，每个脉冲通过微型计算机71的计算而不引起磁饱和，而在图9的模拟电路中，变压器T1的磁饱和通过脉冲对来抑制。此外，微型计算机71能够精确得知变压器T1的磁记录。
接下来，将参考图14描述本发明的第十三实施例。图14中，在三相整流电路D0内对三相AC电压(AC 200V3φ)进行全波整流，然后经过滤波器L0，通过一对开关电路S10、S20被脉冲输出，然后连接到变压器T11、T12的初级侧。
开关电路S10具有开关元件S11到S14。开关电路S20具有开关元件S21到S24。根据来自于控制部分121的控制信号进行对这些开关元件S11到S14、S21到S24的ON/OFF控制。
此外，平滑电容器C11并联连接到开关电路S10，平滑电路C12并联连接到开关电路S20。
变压器T11的次级侧连接到由四个二极管构成的桥式电路B11上，变压器T12的次级侧连接到由四个二极管构成的桥式电路B12上。
此外，另一个桥式电路B13连接到变压器T12的次级侧上。
桥式电路B11的一端通过四个串联连接并相互独立的扼流圈L1到L4，以及进一步通过反向电弧防止电路113连接到单元的(-)输出端O1上。在这个反向电弧防止电路113中，电阻器R0并联连接到二极管D2上。
此外，桥式电路B12的另一端连接到单元的(+)输出端O2上。另外，扼流圈L4和反向电弧防止电路113之间的连接点通过作为开关装置的开关晶体管SW21、22连接到反向电压保持电容器C31的正极。这些晶体管SW21、SW22由驱动器141控制。驱动器141由来自于控制部分121的控制信号控制。
保护(barrister)元件(恒压元件)D31、D32的串联连接主体151与晶体管SW21和晶体管SW22的串联连接主体并联连接。检测流过保护元件D31、D32的电流Ib的电流检测器142连接到串联连接主体151上。
桥式电路B12串联连接到桥式电路B11上。此外，桥式电路B13串联连接到桥式电路B12上。
桥式电路B12和B13间的连接点连接到电容器C31的负极，并连接到单元的(+)输出端O2。此外，桥式电路B13的另一端连接到电容器C31的正极。
分压电阻器R1、R2的串联连接主体连接在单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2之间。在这些分压电阻器R1和R2之间连接点处的电势V1输入到控制部分121。电压检测部分由分压电阻器R1和R2构成。控制部分121主要由例如微型计算机构成。控制部分121检测在分压电阻器R1和R2之间连接点处的电势，用以检测在单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2之间的电势差V。
前面提到的开关元件S11到S14、S21到S24和驱动器141由控制部分121控制。
流过四个串联连接并相互独立的扼流圈L1到L4的电流Ia由电流检测器122检测。由这个电流检测器122检测的电流Ia输出到控制部分121。
单元的(-)输出端O1连接到溅射源131，(+)输出端O2连接到真空室132。通常，单元的(+)输出端O2接地。
控制部分121检测单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2之间的电势差V以确定在真空室132内是否产生了溅射放电或者电弧放电。由于溅射电压通常为300V或更高，而电弧放电电压为150V或更低，因此当单元的(-)输出端O1和(+)输出端O2之间的电势差V减小到150V或更低时，就可以确定在真空室132内产生了电弧放电。
一旦检测到电弧放电已产生，控制部分121在经过设定时间ST1(0.01到100μs)之后接通晶体管SW21和SW22并持续设定时间ST2(0.3到10μs)。也就是说，将反向电压脉冲施加到溅射源131。在该周期期间，通过控制部分121控制开关元件S11到S14为ON/OFF，使得恒定电流可以流过四个串联连接并相互独立的扼流圈L1到L4。也就是说，由于通过电流检测器122检测流过四个串联连接并相互独立的扼流圈L1到L4的电流Ia，所以控制部分121控制开关元件S11到S14的ON/OFF，使得电流Ia可以变为恒定电流。紧接在前述反向电压脉冲的应用之后的电弧确定时间ST3被设定为10μs(0.01到10μs)或更小。然后，如果在电弧确定时间ST3经过之后再一次确定有电弧，则进行一处理以在设定时间ST1(0.01到100μs)之后接通晶体管SW21和SW22并持续设定时间ST2(0.3到10μs)。其后，在检测到有电弧时，就持续地施加反向电压脉冲，直到检测到没有电弧。这里，因为经过设定时间ST1之前，电弧可以自行熄灭，所以从电弧确定开始起过去设定时间ST1之后接通晶体管SW21和SW22。
接下来，将描述用前述方式构成的本发明第十三实施例的工作过程。例如，将描述这样一种情况，即将(-)输出端O1连接到溅射源131的电缆被切断了。在这种情况下，流过变压器T11和T12的电流Ia突然停止了。因此，(-)输出端O1的电压与晶体管SW21和22的ON/OFF状态无关地升高了。然后，当(-)输出端O1的电压变为预定电压或更高的电压时，电流流过保护元件D31、D32，其中该保护元件D31、D32与开关晶体管SW21、SW22的串联连接主体并联连接。这时的电流Ib由电流检测器142检测。
当在确定时间确定了从电流检测器142输入的电流Ib超过了参考电平，则控制电路121输出OFF信号给开关电路S10和S20中的所有开关元件。
这样，当确定了由电流检测器142检测的流过元件D31、D32的电流超过了参考电平时，OFF信号输出给了开关电路S10和S20中的所有开关元件，用以阻止了电流的进一步流动。这样，可以防止元件D31、D32的损坏。
因此，没有电压被施加到变压器T11和T12的初级侧上。然后，控制电路121执行处理以进行等待，直到由电流检测器142检测的电流Ib变为零为止。
一旦检测到由电流检测器142检测的电流Ib变为零，控制电路121重新开始有选择地将ON信号输出给构成开关电路S10和S20的开关元件。结果，脉冲电压输入到变压器T11和T12的初级侧，并在(-)输出端O1处产生用于放电开始的电压(1200到1500V)。
顺便指出，如果L1到L4的总电感值为10mH，并且溅射电流为10A，则能量EL1如下所示：
EL1＝0.01×10A×10A/2＝0.5[J]
如果元件D31、D32的工作电压为1600到1800V，平均值为1700V，
1700V＝L×di/dt
则设定dt＝0.01H×10A/1700V＝5.88e-5。60μs和电感L1到L4的能量被元件D31、D32吸收了。
即使在没有更多用于溅射放电的Ar气体存在，并且放电过程不能由存储在电感L1到L4中的能量来实现的情况下，电流也会像前述操作过程一样地流过元件D31、D32。这个电流Ib由电流检测器142检测。
当在确定时间确定了从电流检测器142输入的电流Ib超过参考电平时，控制电路121输出OFF信号给开关电路S10和S20中的所有开关元件。因此，没有电压施加到变压器T11和T12的初级侧。然后，控制电路121执行处理以进行等待，直到由电流检测器142检测的电流Ib变为零为止。
一旦检测到由电流检测器142检测的电流Ib变为零，控制电路121重新开始有选择地将ON信号输出给构成开关电路S10和S20的开关元件。
这样，即使将把(-)输出端O1连接到溅射源131的电缆切断，施加给晶体管SW21和SW22的电压也会由元件D31、D32吸收，并通过检测流过元件D31、D32的电流，可以防止元件D31、D32的损坏。
接下来，将参考图15描述本发明的第十四实施例。图15中，与图14相同的部分用相同的附图标记来表示，并将省略对其的详细描述。
根据第十四实施例，替代设置有元件D31、D32和电流检测器142的串联连接主体151，可以设置由二极管D3、D4构成的恒压电源CV。
第十四实施例的操作过程与第十三实施例的操作过程相似，因此将省略对其的描述。
工业应用性
根据本发明，可以提供一种溅射电源单元，该溅射电源单元在即使产生电弧放电的情况下也可以减小溅射电流中的波动。

Claims (9)

1.一种溅射电源单元，包括：
用于溅射的DC电源；
一端连接在上述DC电源的负极侧的第一开关部(SW1)；
在该第一开关部(SW1)的另一端与第二开关部(SW2)的一端之间连接的扼流圈(L)；
电流检测部，对从该DC电源通过上述扼流圈供给到溅射单元的直流电流进行检测；
电压检测部，对上述溅射单元的电源端子之间的电压进行检测；
控制器，在由上述电压检测部检测到与在上述溅射单元内产生的电弧放电相对应的电压时，输出开关信号；
根据该开关信号接通的第二开关部(SW2)；
反向电压源，通过该第二开关部(SW2)将用于使上述电弧放电停止的反向电压供给到上述溅射单元的电源端子之间；
计算部，根据由上述电压检测部检测的电压和由上述电流检测部检测的电流，计算供给到上述溅射单元的瞬时功率值；
积分部，对该瞬时功率值和希望的指令功率值的误差值进行检测并进行积分；
脉冲输出产生部，产生脉冲输出，该脉冲输出所具有的脉冲宽度，对应于基于从该积分部得到的积分输出而形成的电流设定值、与由上述电流检测部检测的电流值的差；
通过该脉冲输出来控制上述第一开关部的开关的元件；
在上述第二开关部(SW2)被接通时，使从上述积分部输出的电流设定值保持在将要产生电弧之前的值的元件；
通过脉冲信号对上述第一开关部(SW1)进行开关控制，以控制供给到上述溅射单元的电流的元件，其中该脉冲信号所具有的脉冲宽 度，对应于基于上述积分部所保持的积分输出而形成的电流设定值、与由上述电流检测部检测的电流值的差。
2.根据权利要求1所述的溅射电源单元，
还具有由负极连接到上述第二开关部(SW2)的一端的二极管(15)和与该二极管并联的电阻(R1)构成的反向电弧防止电路。
3.根据权利要求1或2所述的溅射电源单元，
上述脉冲输出产生部包括：
比较器，该比较器具有对基于从上述积分部得到的积分输出而形成的电流设定值、与由上述电流检测部检测的电流进行比较的滞后作用；
根据该比较器的比较输出控制上述第一开关部的开关的元件。
4.根据权利要求1或2所述的溅射电源单元，
上述脉冲输出产生部包括：
运算放大器，根据基于从上述积分部得到的积分输出而形成的电流设定值Iset、由上述电流检测部检测的电流值CM、由上述电压检测部检测的电压值VM、和上述扼流圈的电感L，来进行由Iset*L-CM*L+VM*T表示的计算；
除法电路(62)，将该运算放大器的输出值除以上述DC电源的输出电压值Vi；
驱动电路，根据该除法电路的除法输出来输出上述脉冲输出。
5.根据权利要求1或2所述的溅射电源单元，
上述DC电源包括：
三相整流电路(D0)，将三相AC电压全波整流而转换为DC电压； 
开关电路(S10)，将来自该三相整流电路的DC电压转换为脉冲电压；
变压器(T1)，将来自该开关电路(S10)的脉冲电压供给到一次侧，且二次侧具有第一线圈和第二线圈；
第一桥式电路(B1)，其输入端被连接到所述二次侧的第一线圈；
第二桥式电路(B2)，其输入端被连接到所述二次侧的第二线圈；
上述开关电路(S10)包括四个开关元件(S11～S14)，根据来自驱动器的控制信号控制这些开关元件的开关，以将开关输出供给到上述变压器(T1)的一次侧，
被用作上述扼流圈的多个扼流圈(L1～L4)串联连接在设置在上述变压器(T1)的二次侧的上述第一桥式电路(B1)的一个输出端、和上述溅射单元的电源端子中的一个之间，
上述电弧停止用的反向电压源包括：
所述第二桥式电路(B2)，在上述变压器的二次侧连接到上述第二线圈；
反向电压保持电容器，其被连接在该第二桥式电路的输出端之间。
6.根据权利要求4所述的溅射电源单元，
上述控制第一开关部的开关的元件包括：
采样保持电路，对来自上述除法电路的除法输出进行采样保持；
脉冲产生电路，将具有对应于该采样保持电路的输出的脉冲宽度的脉冲信号输出到上述第一开关部；
定时电路(65)，控制设在上述除法电路(62)和采样保持电路(63)之间的开关(S2)的开关，以将来自上述除法电路(62)的输出采样保持在上述采样保持电路(63)。
7.根据权利要求5所述的溅射电源单元，还包括： 
一次电流检测部，对在上述变压器的一次侧流动的电流进行检测；
其中，在由该一次电流检测部检测的电流值比设定值大时，停止来自上述脉冲输出产生部的脉冲输出。
8.根据权利要求4所述的溅射电源单元，
上述运算放大器以及除法电路由微型计算机构成。
9.根据权利要求6所述的溅射电源单元，
上述运算放大器、除法电路、和采样保持电路由微型计算机构成。 
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