CN111316761A - 等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法 - Google Patents

等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111316761A
CN111316761A CN201780096637.7A CN201780096637A CN111316761A CN 111316761 A CN111316761 A CN 111316761A CN 201780096637 A CN201780096637 A CN 201780096637A CN 111316761 A CN111316761 A CN 111316761A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
plasma
harness
voltage
supply device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780096637.7A
Other languages
English (en)
Inventor
泷川慎二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Corp
Original Assignee
Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Machine Manufacturing Co Ltd filed Critical Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Publication of CN111316761A publication Critical patent/CN111316761A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • H01J37/32036—AC powered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • H01J37/32045—Circuits specially adapted for controlling the glow discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32577—Electrical connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/3299—Feedback systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/22—DC, AC or pulsed generators

Abstract

等离子体用电源装置具有交流电源及控制部，交流电源生成经由电源线束向一对电极施加的预定频率的交流电压，该电源线束为了使布线长变化而一部分乃至全部能够更换且具有挠性，控制部以所述电源线束越长则频率越低的方式设定所述交流电源的所述预定频率。

Description

等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置 的控制方法
技术领域
本说明书涉及向一对电极施加交流电压的等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法。
背景技术
已知通过在原料气体中放电来产生等离子体的等离子体装置。等离子体装置是通过向分离的一对电极施加由等离子体用电源装置生成的交流电压来对气体进行等离子体化的装置。等离子体装置广泛应用于固体材料的表面加工、清洗、粘接等工业用、杀菌、空气净化等环境保护用、医疗用等。开发的最初，等离子体装置使用真空泵将原料气体设为低气压(负压)，使放电稳定化来实现等离子体的品质维持。近年来，使用大气压的原料气体的大气压等离子体装置被实际应用，以使获得高的等离子体密度。这种等离子体装置的一技术例在专利文献1中公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-174736号公报
专利文献2：日本特开2008-293925号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，如上述那样，等离子体装置为了在各种用途应用，希望以按照用途使产生等离子体的电极能够移动的方式使将电极与等离子体用电源装置之间连接的电源线束的长度变化。
电源线束因为连接交流电源，所以希望采用同轴电缆，但是为了实现电极的移动，采用缺乏挠性的同轴电缆比较困难。
本说明书的公开是鉴于上述实际情况而完成的，要解决的课题为，提供通过挠性优异的电源线束与电极连接使用的等离子体用电源装置、具备该等离子体用电源装置的等离子体装置以及等离子体用电源装置的控制方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本说明书公开一种等离子体用电源装置，具有：交流电源，生成经由无屏蔽的电源线束向产生等离子体的一对电极施加的预定频率的交流电压；及控制部，以所述电源线束越长则频率越低的方式设定所述交流电源的所述预定频率。
为了解决上述课题，本说明书公开了一种等离子体装置，供上述的等离子体用电源装置使用，通过使所述电源线束弯曲，所述一对电极能够相对于所述交流电源相对移动。
为了解决上述课题，本说明书公开了一种等离子体用电源装置的控制方法，控制具有交流电源的等离子体用电源装置，所述交流电源生成经由无屏蔽的电源线束向产生等离子体的一对电极施加的预定频率的交流电压，等离子体用电源装置的控制方法具有如下的工序：以所述电源线束越长则频率越低的方式设定所述交流电源的所述预定频率。
发明效果
根据在本说明书中公开的等离子体用电源装置，以即使电源线束的长度变化也能够形成相同程度的等离子体能力的方式供给电源。
根据在本说明书中公开的等离子体装置，即使电源线束的长度变化也能够形成相同程度的等离子体能力。
根据在本说明书中公开的等离子体用电源装置的控制方法，能够以即使电源线束的长度变化也能够形成相同程度的等离子体能力的方式供给电源。
附图说明
图1是示意性地示出构成实施方式的等离子体装置的实施方式的等离子体用电源装置及主体部的图。
图2是例示脉冲宽度调制电源的电路结构的电路图。
图3是说明电源线束比通常情况A长的情况B的电压的上升变慢的示意图。
图4是示意性地示出在向变压器输出正弦波交流电压的情况下控制部进行的控制方法的图。
图5是示出图4的情况的脉冲电压波形及正弦波交流电压波形的图。
图6是在向变压器输出失真波交流电压的情况下控制部进行的控制方法的图。
图7是示出从图6(实线)及图4(虚线)的脉冲生成并输出至变压器的交流电压波形的图。
图8是在施加了正弦波交流电压波形的情况下对表示等离子体的产生状况的电极间的电压波形进行了实测的图。
图9是在施加了失真波交流电压波形的情况下对表示等离子体的产生状况的电极间的电压波形进行了实测的图。
图10是示出图1所示的结构的变形方式的示意图。
图11是示意性地示出实施方式的等离子体照射系统的图。
具体实施方式
1.实施方式的等离子体用电源装置及等离子体装置的结构
将图1～图10作为参考说明实施方式的等离子体用电源装置及等离子体装置。图1是示意性地示出构成实施方式的等离子体装置的实施方式的等离子体用电源装置1及主体部9的图。首先，说明主体部9。主体部9具备容器91、一对电极92及大气压气体置换部93。
容器91将内部空间与外部气体分隔。一对电极92相向配置于容器91的内部。一对电极92之间成为等离子体的产生区域94。大气压气体置换部93向产生区域94导入大气压的原料气体，并且使在产生区域94产生的等离子体移动。等离子体可以在容器91内使用，也可以另外移动使用。作为原料气体能够例示氧气、空气、干空气、氮与氧的混合气体，不限于这些。实施方式的等离子体装置是大气压等离子体装置，与低气压等离子体装置相比较，等离子体产生电压通常较高。实施方式的等离子体装置不需要用于形成低气压(负压)的真空泵，装置结构简单。
等离子体用电源装置1具备脉冲宽度调制电源2、平滑电路6、变压器7及电源线束81。脉冲宽度调制电源2对正负各多个脉冲电压波形的占空比可变地进行调整并输出。平滑电路6使脉冲宽度调制电源2输出的正负各多个脉冲电压波形平滑来设为交流电压，并输出至变压器7。关于交流电压的波形，能够根据多个脉冲电压波形的正负、占空比的调整来调整频率，而且可以变为正弦波，也能够变为失真波。
平滑电路6例如由图1所示的线圈61及电容器65构成。线圈61的一端611与脉冲宽度调制电源2的输出侧的一端连接。线圈61的另一端612与变压器7的初级绕组71的一端连接。电容器65的一端651与线圈61的另一端612及初级绕组71的一端连接。电容器65的另一端652与脉冲宽度调制电源2的输出侧的另一端及初级绕组71的另一端连接。脉冲宽度调制电源2及平滑电路6构成本实施方式的交流电源。此外，本说明书中的“交流电源”中的“交流”仅指不是“直流”，作为交流的频率的“交流频率”可用的范围，只要能够产生等离子体即可，能够采用低频到高频的任何频率。但是，等离子体随着交流电源重复产生和消失，交流频率的上限值为等离子体能够重复产生和消失的程度。该上限值是根据交流电压的波形、电极的形状等变化的值。
变压器7是单相器，具有电磁耦合的初级绕组71及次级绕组72。变压器7的次级绕组72的匝数比初级绕组71的匝数多，具有升压功能。次级绕组72的一端及另一端经由电源线束81与一对电极92连接。变压器7的构造没有特别的制约，但是优选具有良好的高频特性。变压器7将输入到初级绕组71的交流电压升压，从次级绕组72施加于一对电极92。作为升压后的电压没有特别限定，优选设定为成为15kV左右，作为该情况的实际有效值优选形成为5kV左右。
电源线束81确保与主体部9的容器91绝缘，并且将主体部9具备的一对电极92和等离子体用电源装置1之间连接。电源线束81不是同轴电缆。电源线束81能够设为一对电极92与等离子体用电源装置1之间的一部分乃至全部。具体地说，电源线束81将变压器7的次级绕组72的输出与一对电极92之间连接，成为能够利用连接器81a及81b相对于变压器7的次级绕组72的输出进行装拆的结构，成为能够利用连接器81c及81d相对于一对电极92进行装拆的结构。此外，电源线束81具有挠性而能够弯曲，并且能够采用各种长度的线束。
电源线束81为了使布线长变化而一部分乃至全部能够更换为优选。作为电源线束81没有特别限定，能够采用具有成为一对芯的导体，例如橡胶绝缘电缆等未屏蔽的电缆或即使屏蔽也以挠性为优先而屏蔽不完全的电缆。即使未进行充分的屏蔽，由于电缆足够长，所以也不产生谐波(反射波)，或者几乎不产生对周边环境的影响。
在根据一对电极92如何配设使用需要适当的布线长的线束时，能够选择并更换电源线束81。例如，如需要使主体部9适当移动到作为进行等离子体处理的对象的被处理物的附近等的情况，电源线束81的长度能够形成为在设想的范围相对移动时不会成为障碍的布线长。
图2是例示脉冲宽度调制电源2的电路结构的电路图。脉冲宽度调制电源2由直流电源3、脉冲产生电路4及控制部5构成。直流电源3从高压端子31及低压端子32输出直流电压Vdc。作为直流电源3，能够使用对商用频率的交流电压进行整流的整流电源、蓄电池电源。
脉冲产生电路4通过4个开关元件的桥接构成。作为开关元件能够使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)元件、IGBT(绝缘栅门极晶体管)元件等，以下以MOSFET元件的情况为例进行说明。第1开关元件41的漏极D与直流电源3的高压端子31连接，源极S与第1输出端子47连接。第2开关元件42的漏极D与第1输出端子47连接，源极S与直流电源3的低压端子32连接。第3开关元件43的漏极D与直流电源3的高压端子31连接，源极S与第2输出端子48连接。第4开关元件44的漏极D与第2输出端子48连接，源极S与直流电源3的低压端子32连接。
第1输出端子47及第2输出端子48被引出而与平滑电路6连接。第1开关元件41的栅极G及第4开关元件44的栅极G汇集并与控制部5连接。第2开关元件42的栅极G及第3开关元件43的栅极G也汇集并与控制部5连接。开关元件41～44仅在向栅极G输入控制信号时，漏极D与源极S间导通。
控制部5向栅极G送出控制信号，控制开关元件的开关动作。控制部5由具有CPU(中央处理单元)并通过软件进行动作的电子控制电路构成。不限于此，控制部5可以由硬件电路构成。控制部5设定表示脉冲电压波形的重复频率的脉冲频率。另外，控制部5将交流电压的交流频率设定为预定频率。
预定频率根据电源线束81的长度设定。电源线束81的长度越长，则预定频率的值越低。作为预定频率的优选的上限值，能够例示9kHz，作为优选的下限值，能够例示5kHz、8kHz。具体地说，由于因电源线束81的长度的变动，从一对电极92输出的等离子体的强度变动，所以以该等离子体的强度的变动小的方式确定预定频率。例如，能够将预定频率控制确定为使得供给至一对电极92的电力的大小近似相同。具体地说，电源线束81越相对地变长，则预定频率的值越相对地变低。例如，在电缆的长度为5m的情况下能够为9kHz左右，在电缆的长度为7m的情况下，能够为8kHz左右。
作为电源线束81越长则预定频率越低的理由如以下那样。在电源线束81存在寄生电容等。由于电源线束81越长，则电源线束81的寄生电容等越大，所以即使输出相同的预定频率作为交流频率，也是电源线束81越长，则供给至一对电极92的电压的上升越慢。例如，如在图3中示意性地示出的那样，电源线束81的长度相对长的情况B与相对短的情况A相比较，施加于一对电极92的电压的上升变慢。
在此，在一对电极92间放电的方式的等离子体装置中，等离子体的生成在交流的一个周期期间重复多个如下的循环，即，达到一定的电压后放电，然后，电压再次变高并放电(参照后述的图8及图9)。如前述的情况B那样，若上升变慢，则一个周期的长度即使相同，一个循环中的放电次数也比情况A少。其结果，若电源线束81变长，则即使供给相同的电力产生的等离子体的强度也相对地变小。
在该一个循环中，如图8所示，在某些时间存在对等离子体的产生不起作用的无效期间T11等。即使交流频率的一个周期变动，无效期间的长度也不同等程度地变化，所以如情况B那样，即使上升变慢，交流频率也变低，使一个周期变长，由此对等离子体产生不起作用的无效期间在循环中所占的比例相对地变小。其结果，若以整体评价，则能够确保单位时间的等离子体的强度。
控制部5以合适的方法获取电源线束81的长度来确定预定频率。例如，控制部5能够在等离子体装置、等离子体用电源装置1的操作面板等设置操作者输入电源线束81的长度的电源线束长度输入机构。另外，关于控制部5能够采用如下的装置，即，在作为电源线束81的结构将电源线束81的长度输出至控制部5的机构，例如连接器81a～81d中的某一个保持与电源线束81的长度关联的信息(连接器的形状的信息、电阻值等电气信息)，在此基础上读取该信息并输出至控制部5。
作为脉冲频率能够例示200kHz。脉冲频率除以交流频率得到的脉冲数表示与交流电压的一个周期对应的脉冲电压波形的个数。脉冲数优选为几十个以上。
而且，电源线束81越长，则控制部5能够使施加于一对电极92的交流电压的上升越快。另外，也能够代替将上升控制得快，或者不仅将上升控制得快，也将下降控制地缓慢。通过将上升控制得快，或者将下降控制地缓慢，等离子体的强度能够变高，所以能够对电源线束81变长而降低了的等离子体的强度进行补偿。此外，将上升控制得快或者将下降控制地缓慢的交流电压的波形相对于通常的交流电压的波形(正弦波交流电压波形)称为失真波交流电压波形。另外，电源线束81越长，则控制部5也能够使施加的交流电压越高。通过使施加的交流电压变高，能够提高等离子体的强度，所以能够对电源线束81变长而降低的等离子体的强度进行补偿。
在相当于交流电压的正半波的时间段，控制部5不向第2开关元件42及第3开关元件43送出控制信号，维持截止状态。并且，控制部5向第1开关元件41及第4开关元件44送出时间长可变的控制信号进行开关控制，可变地调整占空比。由此，脉冲宽度调制电源2输出占空比被调整了的多个正脉冲电压波形。
另外，在相当于交流电压的负半波的时间段，控制部5不向第1开关元件41及第4开关元件44送出控制信号，维持截止状态。并且，控制部5向第2开关元件42及第3开关元件43送出时间长可变的控制信号进行开关控制，可变地调整占空比。由此，脉冲宽度调制电源2输出占空比被调整了的多个负脉冲电压波形。正负脉冲电压波形的高度与直流电源3的直流电压Vdc一致。
2.实施方式的等离子体用电源装置1的动作及作用
接着，说明实施方式的等离子体用电源装置1的动作及作用。图4是示意性地示出在向变压器7输出正弦波交流电压的情况下控制部5进行的控制方法的图。另外，图5是示出按照图4的输出生成的脉冲电压波形及正弦波交流电压波形Wsin的图。在图4的情况下，控制部5将相当于交流电压的一个周期的时间段分割为第1区间R1到第17区间R17的17个。一个周期的长度根据交流频率(预定频率)确定，交流频率(预定频率)按照电源线束81的长度确定。此外，第1区间R1及第17区间R17仅时间宽度的一半处于交流电压的一个周期内。多个脉冲电压波形分别处于第1～第17区间R1～R17。
在此，从第1区间R1到第5区间R5与交流电压的正半波的上升对应。因此，在第1～第5区间R1～R5，控制部5与正弦波的上升的增加趋势对应，使占空比D1～D5依次增加。如果用不等式对此进行表示，则如下的关系成立。第1区间R1的占空比D1＜第2区间R2的占空比D2＜第3区间R3的占空比D3＜第4区间R4的占空比D4＜第5区间R5的占空比D5。
另外，从第5区间R5到第9区间R9对应于交流电压的正半波的下降。因此，在第5～第9区间R5～R9，控制部5对应于正弦波的下降的减小趋势，使占空比D5～D9依次减小。如果用不等式对此进行表示，如下的关系成立。第5区间R5的占空比D5＞第6区间R6的占空比D6＞第7区间R7的占空比D7＞第8区间R8的占空比D8＞第9区间R9的占空比D9。
同样地，从第9区间R9到第17区间R17对应于交流电压的负半波。因此，在第9～第17区间R9～R17，控制部5对应于正弦波的负的上升的减小趋势及下降的增加趋势，使占空比D9～D17依次增加及减小。如果用不等式对此进行表示，则如下的关系成立。
第9区间R9的占空比D9＜第10区间R10的占空比D10＜第11区间R11的占空比D11＜第12区间R12的占空比D12＜第13区间R13的占空比D13。
第13区间R13的占空比D13＞第14区间R14的占空比D14＞第15区间R15的占空比D15＞第16区间R16的占空比D16＞第17区间R17的占空比D17。
作为具体例，控制部5如下那样设定第1～第17区间R1～R17的占空比D1～D17。
D1＝D9＝D17＝0[％]
D2＝D8＝D10＝D16＝30[％]
D3＝D7＝D11＝D15＝70[％]
D4＝D6＝D12＝D14＝90[％]
D5＝D13＝100[％]
在此，图5示出在第1～第17区间R1～R17分别进入3个脉冲电压波形的情况且对应于交流电压的正半波的上升的时间段。在图5中示出占空比D1的一个半的脉冲电压波形、占空比D2～D4各3个脉冲电压波形及占空比D5的一个半的脉冲电压波形，合计示出12个脉冲电压波形。这些脉冲电压波形被平滑电路6平滑，获得从零点ZP到正峰值点PP的正弦波交流电压波形Wsin。实际上，从平滑电路6输出的正弦波交流电压波形Wsin相对于脉冲电压波形具有相位滞后。
图6是示意性地示出在向变压器7输出失真波交流电压的情况下控制部5进行的控制方法的图。在图6中，控制部5实施使电压波形的上升比正弦波交流电压快速的上升调制。优选的是，交流频率越低即电源线束81越长，则电压波形的上升的程度越快。
作为具体例，控制部5如下那样对从第1区间R1到第4区间R4的占空比D1A～D4A及从第9区间R9到第12区间R12的占空比D9A～D12A进行大的调整。
D1A＝D9A＝(D1+α)[％]
D2A＝D10A＝(D2+α)[％]
D3A＝D11A＝(D3+α)[％]
D4A＝D12A＝(D4+α)[％]
此外，控制部5不实施下降调制。因此，占空比D5～D8及占空比D13～D16与正弦波交流电压的情况一致。上述的+α在各区间R1～R4、R9～R12可以相互不同，也可以通用。例如，+α在各区间R1～R4、R9～R12通用设定为10[％]。
控制部5实施上升调制的结果，向变压器7输出失真波交流电压波形Wris(参照图7)。实际上，从平滑电路6输出的失真波交流电压波形Wris相对于脉冲电压波形具有相位滞后。图7是示出在实施例及比较例中向变压器7输出的交流电压波形的图。图7的横轴表示时间轴t，纵轴表示电压V。在图7中，比较例的正弦波交流电压波形Wsin用虚线表示。另外，实施例的失真波交流电压波形Wris用实线表示上升，下降与正弦波交流电压波形Wsin一致。
如图7中的正半波所示，失真波交流电压波形Wris与正弦波交流电压波形Wsin相比较，电压波形的上升变快。因此，失真波交流电压波形Wris达到等离子体产生电压Vp的时刻t1比正弦波交流电压波形Wsin达到等离子体产生电压Vp的时刻t2早。上述的说明在负半波也同样成立。因此，根据实施了上升调制的情况(有上升调制)，能够产生等离子体的时间段与不进行上升调制的情况(无上升调制)相比变长。其结果，能够有效地补偿因电源线束81变长而产生的等离子体的强度的降低。
另外，也能够代替实施了上升调制的失真波交流电压波形Wris，而使用实施了下降调制的失真波交流电压波形Wdwn。在图7中，失真波交流电压波形Wdwn的上升与正弦波交流电压波形Wsin一致，用点划线表示下降。作为实施下降调制的具体例，控制部5将从第6区间R6到第9区间R9的占空比D6～D9及从第14区间R14到第17区间R17的占空比D14～D17调大+β[％]。此外，控制部5不实施上升调制，所以占空比D2～D5及占空比D10～D13与正弦波交流电压的情况一致。
如在图7中的正半波所示，实施了下降调制的失真波交流电压波形Wdwn与正弦波交流电压波形Wsin相比较，电压波形的下降变慢。因此，失真波交流电压波形Wdwn减低到等离子体消失电压Vd的时刻t4比正弦波交流电压波形Wsin降低到等离子体消失电压Vd的时刻t3晚。上述的说明对于负半波也同样成立。因此，在使用实施了下降调制的失真波交流电压波形Wdwn时，能够产生等离子体的时间段与使用正弦波交流电压波形的情况相比变长。
而且，也能够使用实施了上升调制及下降调制两者的失真波交流电压波形。在该情况下，由电压波形的上升及下降两者，产生使能够产生等离子体的时间段变长的效果。
此外，失真波交流电压波形Wris及失真波交流电压波形Wdwn与正弦波交流电压波形Wsin相比较，电压波形的零点ZP、正峰值点PP、零点ZN及负峰值点PN在时间轴t上不移动。而且，失真波交流电压波形Wris及失真波交流电压波形Wdwn在从零点ZP到正峰值点PP之间及从负峰值点PN到零点ZP之间，电压瞬时值平滑地单调增加，并且在从正峰值点PP经由零点ZN到负峰值点PN之间，电压瞬时值平滑地单调减小。
失真波交流电压波形Wris及失真波交流电压波形Wdwn具有上述的性质，所以高频成分的含有率被限定。由此，变压器7能够抑制电压波形的失真地进行升压。而且，变压器7的产生损失与正弦波交流电压波形Wsin相比较，未显著增加。若即使将含有多的高频成分的脉冲波形输入到变压器7的初级绕组71，则次级绕组72中的电压波形的失真变得显著。而且，导致变压器7中的产生损失的增加、杂音及振动的增加。因此，利用变压器7使脉冲波形升压是不实用的。
说明图4(有上升调制)及图6(无上升调制)的情况下的等离子体的产生状况的实测结果供参考。图8是对表示无上升调制的情况的等离子体的产生状况的电极92间的电压波形V1进行实测的图。另外，图9是表示对在有上升调制的情况下等离子体的产生状况的电极92间的电压波形V2进行实测的图。在图8中用虚线表示的正弦波交流电压波形Wsin的交流频率及在图9中用虚线表示的失真波交流电压波形Wris的交流频率都是5kHz。
在图8中，当产生等离子体时，电极92间大致导通，电压波形V1的电压瞬时值从正弦波交流电压波形Wsin大大减小。能够据此判断对等离子体的产生不起作用的无效期间T11、T12、T13、T14。同样地，在图9中，当产生等离子体时，电极92间大致导通，电压波形V2的电压瞬时值从失真波交流电压波形Wris大大地减小。能够据此判断对等离子体的产生不起作用的无效期间T21、T22、T23、T24。各无效期间T11、T12、T13、T14、T21、T22、T23、T24包括零点ZP及零点ZN中的一个。
在此，有上升调制的情况的无效期间T21、T22、T23、T24与进行了上升调制的情况的无效期间T11、T12、T13、T14相比较，平均时长短。尤其是，无效期间T21、T22、T23、T24的零点ZP以后和零点ZN以后的时长短。如使用图7说明的那样，这是由于通过使失真波交流电压波形Wris的上升比正弦波交流电压波形Wsin快产生的作用。因此，根据进行了上升调制的情况的失真波交流电压波形Wris，与未进行上升调制的情况的正弦波交流电压波形Wsin相比较，在交流电压的一个周期中，能够产生等离子体的时间段变长。
3.实施方式的等离子体用电源装置1的方式及效果
实施方式的等离子体用电源装置1是经由能够更换的电源线束81对一对电极92施加交流电压而产生等离子体的等离子体用电源装置1。实施方式的等离子体用电源装置1具备随着电源线束81变长而控制交流频率变低的控制部5。
另外，实施方式的等离子体用电源装置1具备交流电源，该交流电源随着电源线束81变长，能够输出实施了使电压波形的上升比正弦波交流电压波形Wsin快的上升调制的失真波交流电压波形Wris及实施了使电压波形的下降比正弦波交流电压波形Wsin慢的下降调制的失真波交流电压波形Wdwn中的至少一者。
随着电源线束81的长度变长，供给至一对电极92的交流的交流频率相对地变低。而且，也能够进行电源线束81的长度越长使电压波形的上升越快的控制。
据此，由于按照电源线束81的长度控制交流频率，所以即使电源线束81变长而供给至一对电极92的电力相对地变小，也能够通过降低交流频率，抑制产生的等离子体的强度的降低。
而且，即使电源线束81变长而向一对电极92供给的电力相对难以供给，与正弦波交流电压波形Wsin相比较，也使电压波形的上升变快，或者使下降变慢，所以在交流电压的一个周期中能够产生等离子体的时间段变长。因此，实施方式的等离子体用电源装置1即使更换电源线束81而长度变化，也能够将等离子体产生能力的降低抑制为最低限度。
4.实施方式的等离子体装置及实施方式的等离子体产生方法的方式及效果
实施方式的等离子体装置具备产生等离子体的容器91、配置于容器91的内部的一对电极92及实施方式的等离子体用电源装置1。一对电极92与等离子体用电源装置1之间由电源线束81连接。电源线束81能够按照需要更换为合适的长度并且具有挠性。关于具有挠性的电源线束81，即使采用能够按照需要更换的结构，也能够抑制产生的等离子体的强度降低。
5.实施方式的应用及变形
此外，在实施方式中说明的第1～第17区间R1～R17及占空比D1～D17、D1A～D4A、D9A～D12A的设定方法是一个例子，具有多个变形例。例如，也能够采用将平滑电路6的输出与变压器7的初级绕组71之间连接的电源线束82(图10)，来代替将变压器7的次级绕组72的输出与一对电极92之间连接的电源线束81。在该情况下，通过与采用电源线束81的情况同样的控制，能够发挥同样的作用效果。
另外，对应于交流电压的上升的多个脉冲电压波形的占空比可以全部不同，逐渐增加。另外，脉冲频率、交流频率也能够适当变更。此外，交流频率高的一方产生的声音小，所以优选。而且，由于3kHz左右的声音最易于听到，所以在将交流频率设定在高于3kHz的范围的情况下，通过设定为尽可能高的频率，由此能够抑制产生刺耳的声音，所以优选。
而且，本实施方式的等离子体用电源装不限于在大气压等离子体装置中使用，例如也能够省略变压器7而在低气压等离子体装置中使用。本实施方式除此以外能够进行各种各样的应用及变形。
6.利用等离子体装置的等离子体照射系统
列举一个例子说明利用本实施方式的等离子体装置的等离子体照射系统。
如图11所示，本实施方式的等离子体照射系统具备上述的本实施方式的等离子体装置(100、120、9、11、12)及等离子体装置驱动单元(111～118)。
本实施方式的等离子体装置(100、120、9、11、12)具有基座部100、主体部9、在基座部100与主体部9之间连结的连结单元120、操作装置12、连接操作装置12和基座部100的连接单元11。
基座部100收纳有：作为本实施方式的等离子体用电源装置1的构成要素的一部分的脉冲宽度调制电源2、平滑电路6、变压器7；及非活性气体供给单元。连结单元120是对电源线束81和非活性气体供给管进行捆束的单元。非活性气体供给管是连结为能够从基座部100的非活性气体供给单元向主体部9的大气压气体置换部供给非活性气体的管。连结单元120被具有挠性的柔性管覆盖，其中间部分被安装部12固定于后述的上臂114的侧面。
操作装置12是对本实施方式的等离子体照射系统进行操作的装置，利用连接单元11与基座部100连接，向基座部100及等离子体装置驱动单元(111～118)输出操作信号。
等离子体装置驱动单元(111～118)是如下的多轴机械手，即，三维地驱动等离子体装置的主体部9，将主体部9调整为形成能够使由该主体部9生成的等离子体有效地作用于被处理物M的角度。
等离子体装置驱动单元(111～118)由具备臂保持部111、上臂114、下臂116和支撑臂118的多关节型机械手构成。
臂保持部111能够经由臂回旋部112在水平面旋转自如地形成在基座部100上。上臂114经由上臂转动部113与臂保持部111转动驱动自如地枢接。下臂116能够经由下臂转动部115在垂直面转动驱动自如地与上臂114枢接。支撑臂118能够经由支撑臂转动部117在垂直面转动驱动自如地与下臂116枢接。支撑臂118以其前端保持主体部9。
通过具有上述的结构，能够利用等离子体装置驱动单元(111～118)自如地控制产生等离子体的主体部9，使得主体部9相对于被处理物M的相对位置关系适当。其结果，能够有效地利用所产生的等离子体。
而且，对于被处理物M也采用与等离子体装置驱动单元(111～118)类似的单元，通过三维地驱动，能够使主体部9与被处理物M的相对位置关系更适当。
附图标记说明
1：等离子体用电源装置 2：脉冲宽度调制电源 3：直流电源 4：脉冲产生电路 41：第1开关元件 42：第2开关元件 43：第3开关元件 44：第4开关元件 5：控制部 6：平滑电路7：变压器 81、82：电源线束 9：主体部 92：电极 93：大气压气体置换部 100：基座部 111～118：等离子体装置驱动单元 120：连结单元 12：操作装置 D1～D17、D1A～D4A、D9A～D12A：占空比 Wsin：正弦波交流电压波形 Wris：失真波交流电压波形(上升调制) Wdwn：失真波交流电压波形(下降调制) ZP：零点 PP：正峰值点 ZN：零点 PN：负峰值点 A：电源线束的长度短的情况 B：电源线束的长度长的情况 M：被处理物。

Claims (8)

1.一种等离子体用电源装置，具有：
交流电源，生成经由无屏蔽的电源线束向产生等离子体的一对电极施加的预定频率的交流电压；及
控制部，以所述电源线束越长则频率越低的方式设定所述交流电源的所述预定频率。
2.根据权利要求1所述的等离子体用电源装置，其中，
所述电源线束为了使布线长变化而一部分乃至全部能够更换且具有挠性，并且包括作为一对芯的导体。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体用电源装置，其中，
所述控制部将所述预定频率控制在9kHz以下的范围。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体用电源装置，其中，
所述电源线束越长，则所述控制部使电压波形的上升越快。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的等离子体用电源装置，其中，
所述电源线束越长，则所述控制部使向所述一对电极施加的电压越高。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的等离子体用电源装置，其中，
所述交流电源具有：
对正负各多个脉冲电压波形的占空比可变地进行调整并输出的脉冲宽度调制电源；及
使所述正负各多个脉冲电压波形平滑而成为所述交流电压的平滑电路。
7.一种等离子体装置，
具备权利要求1～6中任一项所述的等离子体用电源装置，
通过使所述电源线束弯曲，所述一对电极能够相对于所述交流电源相对移动。
8.一种等离子体用电源装置的控制方法，控制具有交流电源的等离子体用电源装置，所述交流电源生成经由无屏蔽的电源线束向产生等离子体的一对电极施加的预定频率的交流电压，
所述等离子体用电源装置的控制方法具有以所述电源线束越长则频率越低的方式设定所述交流电源的所述预定频率的工序。
CN201780096637.7A 2017-11-22 2017-11-22 等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法 Pending CN111316761A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/041939 WO2019102536A1 (ja) 2017-11-22 2017-11-22 プラズマ用電源装置、プラズマ装置及びプラズマ用電源装置の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111316761A true CN111316761A (zh) 2020-06-19

Family

ID=66630939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780096637.7A Pending CN111316761A (zh) 2017-11-22 2017-11-22 等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11114278B2 (zh)
EP (1) EP3716735B1 (zh)
JP (1) JP6829326B2 (zh)
CN (1) CN111316761A (zh)
WO (1) WO2019102536A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1826736A (zh) * 2003-07-18 2006-08-30 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于在电力线通信系统中减少共模信号的方法和设备
US20100270141A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 Advanced Energy Industries, Inc. Detecting and Preventing Instabilities in Plasma Processes
CN103415247A (zh) * 2011-03-10 2013-11-27 皇家飞利浦有限公司 针对基于电极的监测系统的电流保护
JP2015136196A (ja) * 2014-01-16 2015-07-27 株式会社リコー インバータ装置及びプラズマ発生装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07159562A (ja) * 1993-12-06 1995-06-23 Toshiba Corp 高周波加熱装置
US5556549A (en) * 1994-05-02 1996-09-17 Lsi Logic Corporation Power control and delivery in plasma processing equipment
JP4605940B2 (ja) * 2001-06-15 2011-01-05 三菱電機株式会社 プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法および半導体装置の製造方法
JP3866057B2 (ja) * 2001-06-29 2007-01-10 アルプス電気株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理システムとその安定化方法
JP2003273602A (ja) * 2001-12-11 2003-09-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 位相調整方法とその装置及び素子分割組み合せ方法とその装置及びプラズマ加工装置
US7157857B2 (en) * 2003-12-19 2007-01-02 Advanced Energy Industries, Inc. Stabilizing plasma and generator interactions
JP4727377B2 (ja) * 2005-10-06 2011-07-20 三菱重工業株式会社 真空処理装置、真空処理装置における高周波電力供給方法
JP5300211B2 (ja) 2007-05-28 2013-09-25 株式会社東芝 管内流制御方法、管路要素、流体機器および流体機器システム
GB2487199A (en) * 2011-01-11 2012-07-18 Creo Medical Ltd Electrosurgical device with fluid conduit
JP5484375B2 (ja) 2011-02-17 2014-05-07 三菱電機株式会社 プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法
US9059101B2 (en) * 2011-07-07 2015-06-16 Lam Research Corporation Radiofrequency adjustment for instability management in semiconductor processing
JP5808012B2 (ja) * 2011-12-27 2015-11-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US10083818B2 (en) * 2014-09-24 2018-09-25 Applied Materials, Inc. Auto frequency tuned remote plasma source
DE102015212220A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenzverstärkeranordnung
US10755190B2 (en) * 2015-12-21 2020-08-25 D-Wave Systems Inc. Method of fabricating an electrical filter for use with superconducting-based computing systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1826736A (zh) * 2003-07-18 2006-08-30 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于在电力线通信系统中减少共模信号的方法和设备
US20100270141A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 Advanced Energy Industries, Inc. Detecting and Preventing Instabilities in Plasma Processes
CN103415247A (zh) * 2011-03-10 2013-11-27 皇家飞利浦有限公司 针对基于电极的监测系统的电流保护
JP2015136196A (ja) * 2014-01-16 2015-07-27 株式会社リコー インバータ装置及びプラズマ発生装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3716735A4 (en) 2020-10-28
EP3716735A1 (en) 2020-09-30
EP3716735B1 (en) 2022-12-28
US11114278B2 (en) 2021-09-07
JP6829326B2 (ja) 2021-02-10
WO2019102536A1 (ja) 2019-05-31
JPWO2019102536A1 (ja) 2020-10-22
US20200273669A1 (en) 2020-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101625780B1 (ko) 임펄스 전압 발생 장치
US7947918B2 (en) Method and generator for electrical discharge machining
US7816620B2 (en) Method and generator for electrical discharge machining
US20070023399A1 (en) Method and generator for electrical discharge machining
KR102524759B1 (ko) 이오나이저
CN1199849C (zh) 用于产生高浓度臭氧的装置
JP2005278394A (ja) コンバータの制御装置及び方法並びにその装置を有するコンバータ及び電気装置
CN111316761A (zh) 等离子体用电源装置、等离子体装置及等离子体用电源装置的控制方法
CN105553381A (zh) 机器人
CN101877580A (zh) 高压脉冲发生装置
US11955914B2 (en) Processing device
JP6937177B2 (ja) オゾン発生装置、およびオゾン発生装置用の電源装置
JP2010148221A (ja) 非接触給電用電源
CN105191111A (zh) 高频产生装置以及放电加工电源装置
JP2002263472A (ja) インバータ回路を用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP6732924B2 (ja) プラズマ用電源装置、プラズマ装置、およびプラズマ発生方法
JP4032707B2 (ja) Ｐｗｍ駆動装置
KR100406459B1 (ko) 이중 주파수를 이용한 오존 발생량 조절 방법 및 장치
EP2947759A1 (en) Electric interference limitation
CN111446766A (zh) 一种用于冲击波治疗系统的高压充电电源及冲击波治疗系统
JP4059053B2 (ja) 高圧放電灯の点灯方法
KR200386887Y1 (ko) 아크젯 전원 장치
KR20000060883A (ko) 인버터 구동 전동기의 과전압 억제장치
KR100710831B1 (ko) 아크젯 전원 장치
CN1254001C (zh) 用于提供高电压的电源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination