JP2011103762A - High voltage generation device for electrostatic chuck - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high voltage generation device for an electrostatic chuck which the high voltage generation device requires an input power extremely smaller than an input power required by a conventional high voltage generator. <P>SOLUTION: The high voltage generation device includes a high voltage generation circuit 121 which amplifies a high-frequency signal output from an oscillation circuit 3 driven by a low-voltage power supply 2 and generates a high voltage using a high-frequency transformer, boosting/rectifying circuits 122 and 123 which raise the high voltage generated by the high voltage generating circuit 121 while rectifying the high voltage, an electrostatic chuck 22 serving as a capacitive load to which the high voltage raised and rectified by the boosting/rectifying circuits 122 and 123 is applied and discharge resistances R6 and R7 are connected in parallel, and a control circuit 110 which directly drives the oscillation circuit 3 with power from the low-voltage power supply 2 at the start of the generator, and drives the oscillation circuit 3 intermittently at a cycle shorter than a time constant determined by the capacitance of the electrostatic chuck 22 and the resistance values of the discharge resistances R6 and R7 with an elapse of a given time from the start of the generator. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置の基板保持用に使われる静電チャックや、静電チャック機能を利用した展示・掲示装置などに用いられる静電チャック用の高電圧発生装置に係り、特に、太陽電池や二次電池(蓄電池)などの低電圧電源を入力電源としてkVオーダーの高電圧を発生することが可能であり、しかも小型かつ軽量で消費電力の非常に少ない直流−直流変換型の静電チャック用の高電圧発生装置に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic chuck used for holding a substrate of a semiconductor manufacturing apparatus and a high voltage generator for an electrostatic chuck used in an exhibition / posting apparatus using an electrostatic chuck function, and more particularly to a solar cell. DC-DC conversion type electrostatic chuck that can generate high voltage in the order of kV using a low-voltage power source such as a battery or a secondary battery (storage battery) as an input power source. The present invention relates to a high voltage generator for use.

静電チャックは、例えば、一対の吸着電極を有し、これら一対の吸着電極にそれぞれ正極性及び負極性の電荷を蓄積して静電気を発生させることにより、ガラスやプラスチックなどの誘電体基板、シリコンウエハなどの半導体基板、鉄、銅、アルミ、ステンレス鋼などの金属基板等の種々の基板を吸着、保持させるために使用される。   An electrostatic chuck has, for example, a pair of suction electrodes, and accumulates positive and negative charges on the pair of suction electrodes to generate static electricity, thereby generating a dielectric substrate such as glass or plastic, silicon It is used for adsorbing and holding various substrates such as semiconductor substrates such as wafers and metal substrates such as iron, copper, aluminum, and stainless steel.

また、静電チャックは、吸着電極間の距離を調整することにより、1×107V/m程度の非常に強い電界を容易に作り出すことができることを利用して、上述した種々の基板を吸着保持する機能だけではなく、除菌や滅菌装置、空気中の塵や埃を集める集塵装置、あるいは植物やキノコなどの植生の成長を促進する成育装置などの機器にも応用が可能である。以下、これらの静電チャック応用機器も含めて単に「静電チャック」と称する。 In addition, the electrostatic chuck can attract various substrates described above by utilizing the fact that a very strong electric field of about 1 × 10 7 V / m can be easily created by adjusting the distance between the attracting electrodes. It can be applied not only to the function of holding, but also to devices such as sterilization and sterilization devices, dust collectors that collect dust and dirt in the air, and growth devices that promote the growth of vegetation such as plants and mushrooms. Hereinafter, these electrostatic chuck applied devices are also simply referred to as “electrostatic chuck”.

静電チャックには、一般に、直流や交流の高電圧電源が使用されるが、半導体製造装置などの比較的大型の装置では、スペースを比較的大きくとれることと、信頼性を確保するため、外装は頑丈な筐体で覆われるなど、メンテナンス時の不意な物理的損傷を避けることが容易であり、高電圧電源の大きさや電源自身の消費電力には特に制約がなかった。静電チャック用の高電圧電源の消費電力は、例えば、±1kV(電位差2kV)の両極電圧発生タイプで、出力電流をそれぞれ最大10mAとすると、この高電圧電源の入力に必要とする電力は、少なくとも30W程度となる。   In general, a high voltage power supply such as a direct current or an alternating current is used for the electrostatic chuck. However, in a relatively large apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus, it is possible to take a relatively large space and to ensure reliability. It is easy to avoid unexpected physical damage during maintenance, such as being covered with a sturdy housing, and there was no particular restriction on the size of the high-voltage power supply or the power consumption of the power supply itself. The power consumption of the high voltage power supply for the electrostatic chuck is, for example, ± 1 kV (potential difference 2 kV) bipolar voltage generation type. If the output current is 10 mA maximum, the power required for the input of this high voltage power supply is At least about 30W.

そのため、静電チャックを使用する際には、静電チャックの外部の遠隔に高電圧電源を設置し、高電圧電源に例えばAC100Vのコンセントから電力を供給する必要があり、静電チャックの物理的な使用範囲は、少なからず外部電源の設置位置に影響を受けることになる。   Therefore, when using an electrostatic chuck, it is necessary to install a high-voltage power supply remotely outside the electrostatic chuck and supply power to the high-voltage power supply from, for example, an AC 100V outlet. The range of use will be affected by the installation position of the external power supply.

そこで、静電チャック用の高電圧電源の小型化や省電力化を図ることにより、例えばAC100Vのコンセントから電源を取らなくても太陽電池や乾電池あるいは二次電池を利用して独立して動作可能な静電チャック利用機器が望まれている。   Therefore, by reducing the size and power consumption of the high-voltage power supply for the electrostatic chuck, for example, it is possible to operate independently using solar cells, dry cells, or secondary batteries without removing power from an AC 100V outlet. A device using an electrostatic chuck is desired.

しかしながら、従来の高電圧電源は大型であり、しかも消費電力が大きいため、実用化するのが困難であった。   However, the conventional high voltage power supply is large and consumes a large amount of power, so that it is difficult to put it into practical use.

そこで、静電チャック利用機器の電源として使用可能な高電圧発生装置に関する技術としては、例えば、特許文献1〜特許文献4等に開示されたものが既に提案されている。   Then, as a technique regarding the high voltage generator which can be used as a power source of the electrostatic chuck utilizing device, for example, those disclosed in Patent Documents 1 to 4 have already been proposed.

特許文献1に係るトランス方式DC−DCコンバータは、高周波トランスの1次巻線に対して電池などの低電圧直流電源と逆流防止ダイオードとスイッチング素子とで閉ループ回路を構成し、前記スイッチング素子のON/OFFの制御回路の起動用電源を前記低電圧直流電源から起動用ダイオードを介して印加するように構成し、前記高周波トランスのインダクタンスに蓄積されたエネルギーを前記1次巻線に並列接続したスナバ回路で吸収するように構成されたトランス方式DC−DCコンバータにおいて、前記スナバ回路に吸収したエネルギーを前記制御回路に対してその駆動電源として供給するように構成したものである。   In the transformer type DC-DC converter according to Patent Document 1, a low-voltage DC power source such as a battery, a backflow prevention diode, and a switching element form a closed loop circuit for the primary winding of a high-frequency transformer, and the switching element is turned on. / OFF control circuit starter power supply is applied from the low-voltage DC power supply via a starter diode, and the energy stored in the inductance of the high-frequency transformer is connected in parallel to the primary winding In the transformer type DC-DC converter configured to be absorbed by the circuit, the energy absorbed by the snubber circuit is supplied to the control circuit as its drive power.

また、特許文献2に係るイオン発生器用の高電圧発生回路は、発振回路と、この発振回路のパルス出力によりスイッチングされるスイッチング素子と、このスイッチング素子により1次側コイルに流れる電流が制御され2次側に高電圧パルスを出力するパルストランスと、このパルストランスの1次側コイルに並列に接続されたコンデンサと、前記パルストランスの2次側に得られる高電圧パルスを整流する整流回路と、この整流回路により整流された負の高電圧を印加する負放電電極と、を備えたマイナスイオン発生器において、
前記発振回路及びパルストランスの駆動電源が直流電源であり、
前記パルストランスの1次側コイルに直列にダイオードを順方向に挿入したものである。
A high voltage generation circuit for an ion generator according to Patent Document 2 includes an oscillation circuit, a switching element that is switched by a pulse output of the oscillation circuit, and a current that flows through the primary coil is controlled by the switching element. A pulse transformer for outputting a high voltage pulse to the secondary side, a capacitor connected in parallel to the primary coil of the pulse transformer, a rectifier circuit for rectifying the high voltage pulse obtained on the secondary side of the pulse transformer, In a negative ion generator comprising a negative discharge electrode for applying a negative high voltage rectified by this rectifier circuit,
A driving power source for the oscillation circuit and the pulse transformer is a DC power source,
A diode is inserted in the forward direction in series with the primary coil of the pulse transformer.

さらに、特許文献3に係る静電塗装装置は、(A)直流電源回路と、(B)外部信号により発振の停止が可能な第1の高周波発振回路と、第1の昇圧トランスと、第1の倍電圧整流回路と、該倍電圧整流回路の出力端子間に接続した第1の放電抵抗とを含みアースに対して負極の直流高電圧を発生する負極高電圧発生回路と、(B)該負極高電圧発生回路の出力端子とノズルとの間に接続した第1の電流制限抵抗と、(C)外部信号により高出力電圧発振と低出力電圧発振との切り換え及び発振の停止が可能な第2の高周波発振回路と、第2の昇圧トランスと、第2の倍電圧整流回路と、該倍電圧整流回路の出力端子間に接続した第2の放電抵抗とを含み、前記第2の高周波発振器が高出力電圧で発振の時にはアースに対して正極の直流高電圧を発生する正極高電圧発生回路と、(D)該正極高電圧発生回路の出力端子とノズルとの間に接続した第2の電流制限抵抗と、(E)前記負極高電圧発生回路の出力電流を検出する出力電流検出回路と、(F)安全回路と、から構成され、該安全回路は、前記出力電流検出回路で検出した出力電流に異常がない間は前記第2の高周波発振回路に低出力電圧で発振させる指令信号を送信し、前記出力電流に異常を検出した場合には、前記第1の高周波発振回路に発振停止の指令信号を送信すると同時に、前記第2の高周波発振回路に高出力電圧で発振させる指令信号を所定時間送信し、その後、前記第2の高周波発信回路に発振停止の指令信号を送信するものである。   Furthermore, the electrostatic coating apparatus according to Patent Document 3 includes (A) a DC power supply circuit, (B) a first high-frequency oscillation circuit capable of stopping oscillation by an external signal, a first step-up transformer, A negative voltage high voltage generating circuit that generates a negative DC high voltage with respect to the ground, including a voltage doubler rectifier circuit and a first discharge resistor connected between output terminals of the voltage doubler rectifier circuit; A first current limiting resistor connected between the output terminal of the negative high voltage generating circuit and the nozzle; and (C) a switch capable of switching between high output voltage oscillation and low output voltage oscillation and stopping oscillation by an external signal. The second high-frequency oscillator, a second step-up transformer, a second voltage doubler rectifier circuit, and a second discharge resistor connected between the output terminals of the voltage doubler rectifier circuit. When high output voltage oscillates, the positive DC high voltage with respect to ground (D) a second current limiting resistor connected between the output terminal of the positive high voltage generation circuit and the nozzle; and (E) an output current of the negative high voltage generation circuit. An output current detection circuit for detecting the output current, and (F) a safety circuit, which is low in the second high-frequency oscillation circuit as long as the output current detected by the output current detection circuit is normal. When a command signal for oscillating at an output voltage is transmitted and an abnormality is detected in the output current, an oscillation stop command signal is transmitted to the first high-frequency oscillation circuit, and at the same time, a high-frequency signal is supplied to the second high-frequency oscillation circuit. A command signal for oscillating at the output voltage is transmitted for a predetermined time, and then a command signal for stopping oscillation is transmitted to the second high-frequency transmission circuit.

又、特許文献4に係る高電圧発生装置は、特に静電塗装器具(15)の内部に収容された発電機と、一方で電圧ブースター変圧器(2)、他方で変圧器(2)の出力部に配置された、高電圧増幅器(3)を具備した高電圧"カスケード"(16)とを備えた、静電塗装器具(15)用の高電圧発生装置において、
前記変圧器(2)は、少なくとも二つの基本変圧器により形成された、ダブルまたは複式の変圧器から成り、その個々の一次巻線(8A、8B、8C)は、電気的に並列で取り付けられ、その個々の二次巻線(9A、9B、9C)は、電気的に直列で取り付けられ、二次巻線(9A、9B、9C)の直列配置が出力電圧(Vs)をもたらし、総電圧(Vs/N)が二次巻線の各々の端子をわたり、それが電圧増幅器(3)の入力電圧であるように構成したものである。
In addition, the high voltage generator according to Patent Document 4 includes a generator housed in an electrostatic coating device (15), on the one hand, a voltage booster transformer (2) on the one hand, and an output from the transformer (2) on the other hand. A high voltage generator for an electrostatic coating device (15), comprising a high voltage “cascade” (16) with a high voltage amplifier (3) arranged in
Said transformer (2) consists of a double or double transformer formed by at least two basic transformers, the individual primary windings (8A, 8B, 8C) being mounted electrically in parallel. The individual secondary windings (9A, 9B, 9C) are electrically connected in series, and the series arrangement of the secondary windings (9A, 9B, 9C) provides the output voltage (Vs), and the total voltage (Vs / N) crosses each terminal of the secondary winding, and is configured to be the input voltage of the voltage amplifier (3).

特開平05−176533号公報JP 05-176533 A 特開2004−311158号公報JP 2004-31158 A 特開2003−164777号公報JP 2003-164777 A 特表2005−500894号公報JP 2005-200594 A

しかしながら、特許文献1は、一般的なブロッキング発振を利用したものであり、高周波トランスのインダクタに供給していた電流をスイッチング素子で瞬時に遮断したときに、高周波トランスのインダクタに蓄積されていた電気エネルギによって高周波トランスの2次巻線に高電圧を発生させることを利用して昇圧するものであり、所望の高電圧を得るためには、高周波トランスの1次巻線にある程度大きな電流を流す必要があり、回路自身の電力ロスが大きい。特許文献1の場合、電池の出力電圧が例えば5Vであるとすると、電流は負荷に関係なく200〜500mA供給しなければならず、全体で1W(=5V×200mA)程度の電力を必要とし、電池として大型のものが必要となる。   However, Patent Document 1 uses general blocking oscillation, and when the current supplied to the inductor of the high-frequency transformer is instantaneously cut off by the switching element, the electric power stored in the inductor of the high-frequency transformer is stored. The voltage is boosted by generating a high voltage in the secondary winding of the high-frequency transformer by energy, and in order to obtain a desired high voltage, it is necessary to pass a certain amount of current through the primary winding of the high-frequency transformer. There is a large power loss in the circuit itself. In the case of Patent Document 1, if the output voltage of the battery is 5 V, for example, the current must be supplied from 200 to 500 mA regardless of the load, and requires a total power of about 1 W (= 5 V × 200 mA), A large battery is required.

また、特許文献1は、上記の如く全体で1W程度の電力を必要とし、蓄電池や太陽電池などのように比較的低電力の電源では、kVオーダーの高電圧を発生させ、かつ静電チャックのような容量性の負荷を動作させるのが困難である。   Patent Document 1 requires about 1 W of electric power as a whole as described above, and a relatively low power power source such as a storage battery or a solar battery generates a high voltage of kV order and It is difficult to operate such a capacitive load.

さらに、特許文献2は、発振回路及びパルストランスの駆動電源が直流電源であり、パルストランスの1次側コイルに直列にダイオードを順方向に挿入したものであって、パルストランスの1次側コイルに直列に挿入された順方向ダイオードによってノイズの影響を抑制するものであるが、発振回路に直流電源によって直流電圧を常時印加する必要があり、その分だけ低消費電力化する上で限界を有している。   Further, in Patent Document 2, a driving power source for an oscillation circuit and a pulse transformer is a DC power source, and a diode is inserted in a forward direction in series with a primary side coil of the pulse transformer. Although a forward diode inserted in series with the diode suppresses the influence of noise, it is necessary to always apply a DC voltage to the oscillation circuit with a DC power supply, and there is a limit in reducing power consumption accordingly. is doing.

さらに、特許文献3は、直流電源回路が商用電源を電源とするものであり、電池などの低電圧の直流電源を電源として採用することができるものではない。   Furthermore, in Patent Document 3, a DC power supply circuit uses a commercial power supply as a power supply, and a low-voltage DC power supply such as a battery cannot be used as a power supply.

又、特許文献4は、やはり静電塗装器具(15)の内部に収容された発電機を電源とするものであり、電池などの低電圧の直流電源を電源として採用することができるものではない。   Further, Patent Document 4 uses a generator housed in the electrostatic coating device (15) as a power source, and cannot use a low-voltage DC power source such as a battery as a power source. .

そこで、本発明が解決しようとする第一の課題は、従来の高電圧発生装置と比較して入力電力が非常に小さくて済む静電チャック用の高電圧発生装置を提供することにある。   Accordingly, a first problem to be solved by the present invention is to provide a high voltage generator for an electrostatic chuck that requires very little input power compared to a conventional high voltage generator.

また、本発明が解決しようとする第二の課題は、静電チャックのような容量性負荷に対して高電圧発生装置からの電荷を効率良く流入させて、所定の電圧を静電チャックの電極間で発現させることが可能な静電チャック用の高電圧発生装置を提供することにある。   In addition, the second problem to be solved by the present invention is that a charge from a high voltage generator is efficiently allowed to flow into a capacitive load such as an electrostatic chuck, and a predetermined voltage is applied to the electrode of the electrostatic chuck. It is an object of the present invention to provide a high voltage generator for an electrostatic chuck that can be developed between the two.

すなわち、本発明は、低電圧電源で駆動される自励式発振回路と、前記自励式発振回路から出力される高周波信号を電流増幅するダーリントン接続された複数のトランジスタからなる増幅回路と、前記増幅回路によって増幅された高周波信号が一次巻線に印加される高周波トランスと、前記高周波トランスの二次側巻線に接続されたダイオードとコンデンサからなる整流回路と備えたことを特徴とする高電圧発生装置を基本構成としている。   That is, the present invention provides a self-excited oscillation circuit driven by a low-voltage power supply, an amplifying circuit composed of a plurality of Darlington-connected transistors for amplifying a high-frequency signal output from the self-excited oscillation circuit, and the amplifying circuit A high-voltage generator comprising: a high-frequency transformer that applies a high-frequency signal amplified by a primary winding; and a rectifier circuit that includes a diode and a capacitor connected to a secondary winding of the high-frequency transformer. Is the basic configuration.

そして、本発明は、低電圧電源によって駆動される発振回路から出力される高周波信号を増幅するとともに、高周波トランスを用いて高電圧を発生させる高電圧発生回路と、
前記高電圧発生回路によって発生された高電圧を整流しつつ昇圧する昇圧整流回路と、
前記昇圧整流回路によって整流しつつ昇圧された高電圧が印加されるとともに放電抵抗が並列に接続された容量性負荷としての静電チャックと、
起動時は、前記発振回路を前記低電圧電源によって直接駆動するとともに、起動時から予め定められた時間が経過した後は、前記発振回路を前記静電チャックの静電容量及び前記放電抵抗の抵抗値で決定される時定数よりも短い周期で間欠的に駆動するように制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする静電チャック用の高電圧発生装置である。
The present invention amplifies a high-frequency signal output from an oscillation circuit driven by a low-voltage power supply, and generates a high voltage using a high-frequency transformer,
A boost rectifier circuit that boosts the high voltage generated by the high voltage generator circuit while rectifying the high voltage;
An electrostatic chuck as a capacitive load to which a high voltage boosted while being rectified by the boost rectifier circuit is applied and a discharge resistor is connected in parallel;
At the time of start-up, the oscillation circuit is directly driven by the low-voltage power supply, and after a predetermined time has elapsed since the start-up, the oscillation circuit is made to have a capacitance of the electrostatic chuck and a resistance of the discharge resistor. A control circuit that controls to drive intermittently at a cycle shorter than the time constant determined by the value;
A high voltage generator for an electrostatic chuck.

従来の高電圧発生装置では、入力電力が1W〜30W程度のものが必要となる。この程度の電力を太陽電池で発生させる場合には、現状の太陽電池の出力はまだ小さく、単位面積当たりの太陽光下で得られる電力は、高々0.013W/cm2程度と小さい。また、乾電池などの蓄積された電気エネルギを入力電源として使用する場合には、その寿命を長く持たせる必要があるが、市販されている乾電池の電源容量は、電池電圧に依存することなく、およそ1000mAh程度である。たとえば、10Vで100mA、すなわち1Wの入力電力を必要とする高電圧発生装置の場合、乾電池の寿命は10時間しか持たないことになる。そのため、入力電力が小さくて済む高電圧発生装置が必要とされる。 A conventional high voltage generator requires an input power of about 1 W to 30 W. When this level of power is generated by a solar cell, the current output of the solar cell is still small, and the power obtained under sunlight per unit area is as small as about 0.013 W / cm 2 at most. In addition, when using accumulated electrical energy such as dry batteries as an input power source, it is necessary to have a long life, but the power capacity of a commercially available dry battery is approximately independent of the battery voltage. It is about 1000 mAh. For example, in the case of a high voltage generator that requires an input power of 100 mA at 10 V, that is, 1 W, the lifetime of the dry battery will have only 10 hours. Therefore, a high voltage generator that requires a small input power is required.

また、高電圧発生装置の負荷としての静電チャックは、合成樹脂やセラミックなどの電気絶縁層を介して電極を有し、電極は同じく合成樹脂やセラミックの絶縁層で被覆されているため、高電圧発生装置側から見ると超高抵抗で容量性の負荷と考えられる。静電容量の値は、電極の配置やその面積にもよるが、1nFから50nF程度であり、この電極間に形成される静電容量に入力電源として大きな電流を必要とせず、効率的に電荷を移行させないと、電極には必要な電圧が発現できず、本来の吸着力や強い電界を発生させることができない。   In addition, an electrostatic chuck as a load of a high voltage generator has an electrode through an electrically insulating layer such as synthetic resin or ceramic, and the electrode is also covered with an insulating layer of synthetic resin or ceramic. Seen from the side of the voltage generator, it is considered to be an extremely high resistance and capacitive load. The capacitance value is about 1 nF to 50 nF, although it depends on the arrangement and area of the electrodes. The capacitance formed between the electrodes does not require a large current as an input power source, and can be charged efficiently. If this is not transferred, a necessary voltage cannot be developed in the electrode, and the original attractive force or strong electric field cannot be generated.

本発明では、低電圧電源で駆動される自励式発振回路から高周波信号を出力し、この高周波信号をダーリントン接続された複数のトランジスタからなる増幅回路によって電流増幅した状態で高周波トランスの一次巻線に印加し、当該高周波トランスにその一次巻線に流れる電流と一次巻線側のインダクタンスとで決定される電気エネルギーを蓄積し、増幅回路を構成するトランジスタに印加される高周波信号によって当該トランジスタがOFF状態となったとき電流が瞬時にゼロになるため、高周波トランスの一次巻線に蓄積された電気エネルギーによって、高周波トランスの一次巻線側に高電圧が発生し、この高周波トランスの一次巻線側に発生した高電圧が、二次巻線によって更に昇圧された高電圧となった後に整流回路で整流することで、直流の高電圧を得るように構成したので、電源として低電圧電源を使用することができるのは勿論のこと、高周波トランスの一次側に流れる電流は、自励式発振回路から出力された高周波信号を増幅回路によって電流増幅したものであるため、低電圧電源から供給される入力電流は、数十mA程度で済み、太陽電池や二次電池の組合せ、あるいは乾電池等によっても長時間駆動することが可能となる。   In the present invention, a high-frequency signal is output from a self-excited oscillation circuit driven by a low-voltage power source, and the high-frequency signal is amplified in a primary winding of a high-frequency transformer in a state where the high-frequency signal is current-amplified by an amplifier circuit including a plurality of Darlington-connected transistors. When applied, the electric energy determined by the current flowing in the primary winding and the inductance on the primary winding side is accumulated in the high-frequency transformer, and the transistor is turned off by the high-frequency signal applied to the transistor constituting the amplifier circuit. Since the current instantaneously becomes zero, a high voltage is generated on the primary winding side of the high-frequency transformer due to the electrical energy accumulated in the primary winding of the high-frequency transformer. The generated high voltage is further boosted by the secondary winding and then rectified by the rectifier circuit. Since the DC high voltage is obtained, a low voltage power source can be used as a power source, and the current flowing to the primary side of the high frequency transformer is a high frequency signal output from the self-excited oscillation circuit. Is amplified by an amplifier circuit, the input current supplied from the low-voltage power supply is about several tens of mA, and can be driven for a long time by a combination of solar cells, secondary batteries, or dry cells. It becomes possible.

さらに、本発明では、起動時は、発振回路を低電圧電源によって直接駆動するものの、起動時から予め定められた時間が経過した後は、発振回路を静電チャックの静電容量及び放電抵抗の抵抗値で決定される時定数よりも短い周期で間欠的に駆動するように制御することにより、低電圧電源から供給される入力電流を更に低減させることができ、更なる省電力化が可能となる。   Further, in the present invention, the oscillation circuit is directly driven by a low voltage power source at the time of startup, but after a predetermined time has elapsed from the time of startup, the oscillation circuit is connected to the electrostatic capacity and discharge resistance of the electrostatic chuck. By controlling to drive intermittently with a cycle shorter than the time constant determined by the resistance value, the input current supplied from the low-voltage power supply can be further reduced, and further power saving can be achieved. Become.

本発明の高電圧発生装置によれば、従来の高電圧発生装置と比較して入力電力が非常に小さくて済む高電圧発生装置を提供することができる。   According to the high voltage generator of the present invention, it is possible to provide a high voltage generator that requires very little input power as compared with the conventional high voltage generator.

また、本発明の高電圧発生装置によれば、静電チャックのような容量性負荷に対して高電圧発生装置からの電荷を効率良く流入させて、所定の電圧を静電チャックの電極間で発現させることが可能な高電圧発生装置を提供することができる。   Further, according to the high voltage generator of the present invention, the electric charge from the high voltage generator is efficiently allowed to flow into a capacitive load such as an electrostatic chuck, and a predetermined voltage is applied between the electrodes of the electrostatic chuck. It is possible to provide a high voltage generator capable of being expressed.

図1はこの発明の実施の形態1に係る高電圧発生装置を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a high voltage generator according to Embodiment 1 of the present invention. 図2はこの発明の実施の形態1に係る高電圧発生装置を実際に駆動した場合のパラメータを示す図表である。FIG. 2 is a chart showing parameters when the high voltage generator according to Embodiment 1 of the present invention is actually driven. 図3は平行平板型プラズマエッチング装置において本発明の高電圧発生装置を適用した静電チャックを用いてシリコンウエハを吸着保持し、シリコンウエハのエッチング処理を行う様子を示す斜視断面模式図である。FIG. 3 is a schematic perspective sectional view showing a state in which a silicon wafer is sucked and held using an electrostatic chuck to which the high voltage generator of the present invention is applied in a parallel plate type plasma etching apparatus, and the silicon wafer is etched. 図4は、高電圧発生装置1が適用された静電チャックを示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrostatic chuck to which the high voltage generator 1 is applied. 図5はこの発明の実施の形態2に係る高電圧発生装置を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a high voltage generator according to Embodiment 2 of the present invention. 図6はこの発明の実施の形態2に係る高電圧発生装置を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a high voltage generator according to Embodiment 2 of the present invention. 図7はこの発明の実施の形態2に係る高電圧発生装置の動作を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing the operation of the high voltage generator according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、添付図に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following description.

実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1に係る高電圧発生装置を示す回路図である。
図において、1は高電圧発生装置を示すものであり、この高電圧発生装置1は、低電圧電源2としての二次電池(蓄電池)BATと、二次電池BATに逆流防止用ショットキーバリアダイオードD100を介して並列に接続された同じく低電圧電源としての太陽電池SCとを備えている。低電圧電源2としては、二次電池BATと太陽電池SCの組み合わせに限らず、太陽電池、乾電池、二次電池、燃料電池の少なくとも一つを含んでいれば良く、又これら太陽電池、乾電池、二次電池、燃料電池のうち、いずれか二つ以上を任意に組み合わせて用いても良い。低電圧電源2の供給電圧は、例えば、3〜15Vに設定され、供給平均電流は、例えば、10〜100mAに設定される。
Embodiment 1
FIG. 1 is a circuit diagram showing a high voltage generator according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a high voltage generator. The high voltage generator 1 includes a secondary battery (storage battery) BAT as a low voltage power source 2 and a Schottky barrier diode for preventing backflow in the secondary battery BAT. And a solar cell SC as a low-voltage power supply connected in parallel via D100. The low voltage power source 2 is not limited to the combination of the secondary battery BAT and the solar battery SC, and may include at least one of a solar battery, a dry battery, a secondary battery, and a fuel cell. Any two or more of secondary batteries and fuel cells may be used in any combination. The supply voltage of the low voltage power supply 2 is set to 3 to 15 V, for example, and the supply average current is set to 10 to 100 mA, for example.

二次電池BATとしては、任意のものを使用することができるが、例えば、マイクロビークル社製の容量11V/300mAhのリチウム二次電池PB3048を3個直列に接続したものが用いられる。太陽電池SCとしては、任意のものを使用することができるが、例えば、TDK社製のアモルファスシリコン型の太陽電池BCS0906Pを2個並列に接続したものや、SANYO社製のアモルファスシリコン型の太陽電池AM−5815、総受光面積約3cm2を複数個(例えば、8個)並列に接続したものが用いられる。 As the secondary battery BAT, any battery can be used. For example, a battery in which three lithium secondary batteries PB3048 with a capacity of 11 V / 300 mAh manufactured by Micro Vehicle are connected in series is used. Any solar cell SC can be used. For example, two amorphous silicon solar cells BCS0906P manufactured by TDK are connected in parallel, or an amorphous silicon solar cell manufactured by SANYO. AM-5815 having a total light receiving area of about 3 cm 2 connected in parallel (for example, 8) is used.

二次電池BATの容量としては、例えば、300mAhのものが用いられる。したがって、低電圧電源2として電圧9Vで動作させた場合、太陽光がなくても約10時間連続して運転が可能である。太陽光がある場合には、後述する第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2からなる昇圧回路であまった電流によって二次電池BATが充電される。   As the capacity of the secondary battery BAT, for example, a capacity of 300 mAh is used. Therefore, when the low-voltage power supply 2 is operated at a voltage of 9 V, it can be continuously operated for about 10 hours without sunlight. When there is sunlight, the secondary battery BAT is charged by the current that has been in the booster circuit composed of first and second high-frequency transformers TR1 and TR2, which will be described later.

二次電池BATには、スイッチSWを介して自励式発振回路としての汎用タイマーIC3が接続されている。汎用タイマーIC3としては、例えば、LMC555型発振ICが用いられるが、他のものを使用しても勿論良い。汎用タイマーIC3は、無安定発振にて周波数6.5kHzの高周波信号を出力する。自励式発振回路3は、汎用タイマーICに限らず、1〜10kHz程度の高周波電圧を出力可能なものであればよく、出力信号の波形は、矩形波である。汎用タイマーIC3は、VCC端子及びRESET端子に二次電池BATの正極が接続されているとともに、GND端子が二次電池BATの負極(アース電位)に接続されている。汎用タイマーIC3のDISC端子は、二次電池BATの正極側に第1の抵抗器R1を介して接続されており、THRES端子及びTRIG端子は、二次電池BATの正極側に直列接続の第1の抵抗器R1及び第2の抵抗器R2を介して接続されているとともに、二次電池BATの負極に第1のコンデンサC1を介して接続されている。上記第1及び第2の抵抗器R1、R2、並びに第1のコンデンサC1は、汎用タイマーIC3を低電圧電源2によって駆動するためのものであり、これらの抵抗器やコンデンサに限定されるものではない。   A general-purpose timer IC3 as a self-excited oscillation circuit is connected to the secondary battery BAT via a switch SW. As the general-purpose timer IC3, for example, an LMC555 type oscillation IC is used, but other types may be used as a matter of course. The general-purpose timer IC3 outputs a high-frequency signal having a frequency of 6.5 kHz with astable oscillation. The self-excited oscillation circuit 3 is not limited to the general-purpose timer IC, and may be any circuit that can output a high-frequency voltage of about 1 to 10 kHz, and the waveform of the output signal is a rectangular wave. In the general-purpose timer IC3, the positive electrode of the secondary battery BAT is connected to the VCC terminal and the RESET terminal, and the GND terminal is connected to the negative electrode (ground potential) of the secondary battery BAT. The DISC terminal of the general-purpose timer IC3 is connected to the positive electrode side of the secondary battery BAT via the first resistor R1, and the THRES terminal and the TRIG terminal are connected in series to the positive electrode side of the secondary battery BAT. Are connected via the first resistor C1 and the second resistor R2, and are connected to the negative electrode of the secondary battery BAT via the first capacitor C1. The first and second resistors R1 and R2 and the first capacitor C1 are for driving the general-purpose timer IC3 by the low-voltage power supply 2, and are not limited to these resistors and capacitors. Absent.

汎用タイマーIC3の出力端子であるOUT端子から出力される高周波出力信号4は、電流調整用の第3の抵抗器R3を介して、ダーリントン接続された複数(図示例では、2つ)の第1及び第2のトランジスタT1、T2からなる増幅回路5に入力されている。汎用タイマーIC3から出力される高周波出力信号4は、増幅回路5を構成する第1のトランジスタT1のベース端子に入力されており、第1及び第2のトランジスタT1、T2のコレクタ端子は、後述する第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1の一端に並列に接続されている。第1のトランジスタT1のエミッタ端子は、第2のトランジスタT2のベース端子に接続されており、第2のトランジスタT2のエミッタ端子は、二次電池BATの負極(アース電位)に接続されている。増幅回路5は、第1のトランジスタT1の増幅率と第2のトランジスタT2の増幅率との関に応じた増幅率で、汎用タイマーIC3から出力される高周波出力信号4を電流増幅する。   The high-frequency output signal 4 output from the OUT terminal, which is the output terminal of the general-purpose timer IC 3, is a plurality (two in the illustrated example) of first (two in the illustrated example) that are Darlington-connected via a third resistor R 3 for current adjustment. And an amplifier circuit 5 composed of the second transistors T1 and T2. The high-frequency output signal 4 output from the general-purpose timer IC3 is input to the base terminal of the first transistor T1 constituting the amplifier circuit 5, and the collector terminals of the first and second transistors T1 and T2 will be described later. The first and second high-frequency transformers TR1 and TR2 are connected in parallel to one end of the primary windings N1 and N1. The emitter terminal of the first transistor T1 is connected to the base terminal of the second transistor T2, and the emitter terminal of the second transistor T2 is connected to the negative electrode (ground potential) of the secondary battery BAT. The amplifier circuit 5 current-amplifies the high-frequency output signal 4 output from the general-purpose timer IC3 with an amplification factor according to the relationship between the amplification factor of the first transistor T1 and the amplification factor of the second transistor T2.

第1及び第2のトランジスタT1、T2のコレクタ端子は、第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1の一端に並列に接続されているとともに、第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1の他端は、電圧調整ボリュームP1及びスイッチSWを介して二次電池BATの正極にそれぞれ接続されている。第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2としては、例えば、SANSUI社製の高周波トランスST−14(1k:500k)が用いられる。第1の高周波トランスTR1は、正極性の直流高電圧出力用のものであり、第2の高周波トランスTR2は、負極性の直流高電圧出力用のものである。高周波トランスTR1、TR2は、必ずしも2つ使用する必要はなく、正極性又は負極性のものを何れかを1つ備えていれば良い。   The collector terminals of the first and second transistors T1 and T2 are connected in parallel to one ends of the primary windings N1 and N1 of the first and second high-frequency transformers TR1 and TR2, and the first and second transistors The other ends of the primary windings N1 and N1 of the high-frequency transformers TR1 and TR2 are connected to the positive electrode of the secondary battery BAT via the voltage adjustment volume P1 and the switch SW, respectively. As the first and second high-frequency transformers TR1 and TR2, for example, a high-frequency transformer ST-14 (1k: 500k) manufactured by SANSUI is used. The first high-frequency transformer TR1 is for positive-polarity DC high-voltage output, and the second high-frequency transformer TR2 is for negative-polarity DC high-voltage output. The high-frequency transformers TR1 and TR2 do not necessarily need to be used, and only need to have one of positive polarity or negative polarity.

第1の高周波トランスTR1の二次巻線N2には、正極性用の昇圧整流回路としての第1のコッククロフト・ウオルトン回路6が接続されている。この第1のコッククロフト・ウオルトン回路6は、5つのコンデンサC2、C3、C4、C5、C6と5つのダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6を5段接続して構成されている。第1のコッククロフト・ウオルトン回路6の出力側には、アース電位との間に第6の抵抗器R6(100MΩ程度)が並列に接続されているとともに、正極性の出力端子7との間に1MΩ程度に設定された高抵抗の電流制限用の第4の抵抗器R4が直列に接続されている。   Connected to the secondary winding N2 of the first high-frequency transformer TR1 is a first Cockcroft-Walton circuit 6 as a positive voltage boosting rectifier circuit. The first Cockcroft-Walton circuit 6 is configured by connecting five capacitors C2, C3, C4, C5, C6 and five diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 in five stages. A sixth resistor R6 (about 100 MΩ) is connected in parallel with the ground potential on the output side of the first Cockcroft-Walton circuit 6, and 1 MΩ is connected between the positive output terminal 7. A fourth resistor R4 for current limiting with a high resistance set to a degree is connected in series.

整流用のダイオードとしては、例えば、ファーストリカバリダイオードが用いられるが、通常の整流用ダイオードIN4007(耐圧1kV)等を用いても勿論良い。   For example, a fast recovery diode is used as the rectifying diode, but a normal rectifying diode IN4007 (withstand voltage of 1 kV) or the like may be used.

また、第2の高周波トランスTR2の二次巻線N2には、負極性用の昇圧整流回路としての第2のコッククロフト・ウオルトン回路8が接続されている。この第2のコッククロフト・ウオルトン回路8は、5つのコンデンサC7、C8、C9、C10、C11と5つのダイオードD6、D7、D8、D9、D10、D11を5段接続して構成されている。第2のコッククロフト・ウオルトン回路8の出力側には、アース電位との間に第7の抵抗器R7(100MΩ程度)が並列に接続されているとともに、負極性の出力端子9との間に1MΩ程度に設定された高抵抗の電流制限用の第5の抵抗器R5が直列に接続されている。   Further, a second cockcroft-Walton circuit 8 as a negative-polarity step-up rectifier circuit is connected to the secondary winding N2 of the second high-frequency transformer TR2. The second Cockcroft-Walton circuit 8 is configured by connecting five capacitors C7, C8, C9, C10, C11 and five diodes D6, D7, D8, D9, D10, D11 in five stages. A seventh resistor R7 (about 100 MΩ) is connected in parallel with the ground potential on the output side of the second Cockcroft-Walton circuit 8, and 1 MΩ between the negative output terminal 9 A high resistance current limiting fifth resistor R5 set to a degree is connected in series.

上記出力端子に並列に接続されている100MΩ程度の抵抗器R6、R7は、自己放電用、及び電源のスイッチSWが切れたら速やかに出力電圧を降下させ、安全性を確保するためのものである。また、出力端子に直列に接続されている1MΩ程度の抵抗器R4、R5は、負荷の電流制限用のものであり、静電チャックの吸着電極からなる負荷のようなキャパシタにスムーズに電荷をチャージ(=昇圧)する役目を有している。   Resistors R6 and R7 of about 100 MΩ connected in parallel to the output terminal are for self-discharging and for quickly reducing the output voltage when the power switch SW is turned off to ensure safety. . The resistors R4 and R5 of about 1 MΩ connected in series with the output terminal are for limiting the current of the load, and charges the capacitor such as the load consisting of the chucking electrode of the electrostatic chuck smoothly. (= Pressure increase).

以上の構成において、この実施の形態に係る高電圧発生装置では、次のようにして、従来の高電圧発生装置と比較して入力電力が非常に小さくて済む高電圧発生装置を提供することが可能となっている。   In the above configuration, the high voltage generator according to this embodiment can provide a high voltage generator that requires very little input power as compared with the conventional high voltage generator as follows. It is possible.

すなわち、高電圧発生装置1は、図1に示すように、太陽電池SCが受光している際に発電した電力によって二次電池BATが充電される。本実施の形態では、TDK社製のアモルファスシリコン型の太陽電池BCS0906Pを2個並列に接続したものが用いられ、図2に示すように、発電電圧は自然光にて最大9.0V程度であり、電流平均値は35mA程度、電流ピーク値は48mA程度である。したがって、総電力(W)は、平均値で0.32W、ピーク値で0.43W程度である。   That is, as shown in FIG. 1, in the high voltage generator 1, the secondary battery BAT is charged with the electric power generated when the solar battery SC is receiving light. In the present embodiment, two amorphous silicon solar cells BCS0906P manufactured by TDK are connected in parallel. As shown in FIG. 2, the generated voltage is about 9.0 V at the maximum by natural light. The current average value is about 35 mA, and the current peak value is about 48 mA. Therefore, the total power (W) is about 0.32 W on average and about 0.43 W on peak.

高電圧発生装置1は、図1に示すように、スイッチSWがオン状態となると、二次電池BAT又は太陽電池SCの少なくとも一方から平均値で0.32W程度の電力が回路の下流側に供給され、汎用タイマーIC3が駆動され、汎用タイマーIC3からは、無安定発振にて周波数6.5kHzの高周波信号4が出力端子OUTから出力される。汎用タイマーIC3から出力される高周波出力信号4は、第3の抵抗器R3を介してダーリントン接続された第1のトランジスタT1のベース端子に入力され、ダーリントン接続された第1及び第2のトランジスタT1、T2によって電流増幅される。   As shown in FIG. 1, when the switch SW is turned on, the high voltage generator 1 supplies an average power of about 0.32 W from at least one of the secondary battery BAT and the solar battery SC to the downstream side of the circuit. Then, the general-purpose timer IC3 is driven, and the high-frequency signal 4 having a frequency of 6.5 kHz is output from the output terminal OUT by the astable oscillation from the general-purpose timer IC3. The high-frequency output signal 4 output from the general-purpose timer IC3 is input to the base terminal of the first transistor T1 connected in Darlington via the third resistor R3, and the first and second transistors T1 connected in Darlington connection. , T2 is current amplified.

ダーリントン接続された第1及び第2のトランジスタT1、T2によって増幅された高周波信号10は、第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1に印加され、当該高周波トランスTR1、TR2にその一次巻線N1、N1に流れる電流と一次巻線側のインダクタンスとで決定される電気エネルギーが蓄積され、増幅回路を構成するトランジスタ第1のトランジスタT1に印加される高周波信号10によって当該トランジスタT1がOFF状態となったとき電流が瞬時にゼロになるため、高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1に蓄積された電気エネルギーによって、高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1側に高電圧が発生し、この高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1側に発生した高電圧が、二次巻線N2、N2によって更に昇圧された高電圧となり、第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の二次巻線N2、N2には、一次巻線N1に印加される高周波信号10に同期して昇圧された高電圧が発生する。   The high-frequency signal 10 amplified by the first and second transistors T1, T2 connected in Darlington is applied to the primary windings N1, N1 of the first and second high-frequency transformers TR1, TR2, and the high-frequency transformer TR1, Electric energy determined by the current flowing through the primary windings N1 and N1 and the inductance of the primary winding side is stored in TR2, and the high-frequency signal 10 applied to the first transistor T1 of the transistor constituting the amplifier circuit Since the current instantaneously becomes zero when the transistor T1 is turned off, the primary windings N1, N1 of the high-frequency transformers TR1, TR2 are generated by the electrical energy accumulated in the primary windings N1, N1 of the high-frequency transformers TR1, TR2. A high voltage is generated on the side, and the primary windings N1, N1 of the high-frequency transformers TR1, TR2 Is generated by the secondary windings N2 and N2, and the secondary windings N2 and N2 of the first and second high-frequency transformers TR1 and TR2 are connected to the primary winding N1. A high voltage boosted in synchronism with the applied high-frequency signal 10 is generated.

第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の二次巻線N2、N2に発生した高電圧は、第1及び第2のコッククロフト・ウオルトン回路6、8によって整流されるとともに昇圧されて出力される。   The high voltage generated in the secondary windings N2 and N2 of the first and second high-frequency transformers TR1 and TR2 is rectified and boosted and output by the first and second Cockcroft-Walton circuits 6 and 8. .

第1のコッククロフト・ウオルトン回路6から出力される直流高電圧は、電流制限用の第4の抵抗器R4を介して出力端子7から正極性の直流高電圧(例えば、+900V)として出力される。一方、第2のコッククロフト・ウオルトン回路8から出力される直流高電圧は、電流制限用の第6の抵抗器R5を介して出力端子9から負極性の直流高電圧(例えば、−900V)として出力される。また、出力電圧は、電圧調整ボリュームP1によって、第1及び第2の高周波トランスTR1、TR2の一次巻線N1、N1に流れる電流を制御することにより、1〜900Vまでにわたって調整することができる。   The DC high voltage output from the first Cockcroft-Walton circuit 6 is output as a positive DC high voltage (for example, +900 V) from the output terminal 7 via the fourth resistor R4 for current limiting. On the other hand, the DC high voltage output from the second Cockcroft-Walton circuit 8 is output as a negative DC high voltage (for example, -900 V) from the output terminal 9 via the sixth resistor R5 for current limiting. Is done. Further, the output voltage can be adjusted over 1 to 900 V by controlling the current flowing through the primary windings N1 and N1 of the first and second high-frequency transformers TR1 and TR2 by the voltage adjustment volume P1.

本発明者は、図1に示す高電圧発生装置1を試作し、高電圧発生装置1の特性を調べたところ、図2に示すような結果が得られた。   The inventor made a prototype of the high voltage generator 1 shown in FIG. 1 and examined the characteristics of the high voltage generator 1. As a result, the results shown in FIG. 2 were obtained.

二次電池BAT又は太陽電池SCの少なくとも一方から供給される入力電圧が9Vの場合には、入力電流の平均値が35mA、入力電流のピーク値が48mA、最大出力電圧が±850V、入力電力の平均値が0.32W、入力電力のピーク値が0.43Wであった。   When the input voltage supplied from at least one of the secondary battery BAT or the solar battery SC is 9 V, the average value of the input current is 35 mA, the peak value of the input current is 48 mA, the maximum output voltage is ± 850 V, and the input power The average value was 0.32 W, and the peak value of input power was 0.43 W.

また、入力電圧が5.5Vの場合には、入力電流の平均値が23mA、入力電流のピーク値が28mA、最大出力電圧が±480V、入力電力の平均値が0.13W、入力電力のピーク値が0.15Wであった。   Also, when the input voltage is 5.5V, the average value of the input current is 23mA, the peak value of the input current is 28mA, the maximum output voltage is ± 480V, the average value of the input power is 0.13W, the peak of the input power The value was 0.15W.

このように、高電圧発生装置1では、低電圧電源2として、入力電圧が9V、入力電流の平均値が35mA程度と非常に少ない電流で、出力端子7、9から電流制限用の第4及び第5の抵抗器R4、R5を介して正極性の直流高電圧(例えば、+900V)及び負極性の直流高電圧(例えば、−900V)を出力することができ、出力端子7、9に接続される負荷として、静電チャックの吸着電極のような静電容量が20nF程度の容量性負荷を接続した場合であっても、kVオーダーに近い+900V及び−900V程度の高電圧を出力し、基板等を安定して吸着保持することが可能となる。   As described above, in the high voltage generator 1, the low voltage power source 2 has the input voltage of 9V and the average value of the input current of about 35 mA, and the current and the fourth and the current limiting currents from the output terminals 7 and 9. A positive DC high voltage (for example, +900 V) and a negative DC high voltage (for example, -900 V) can be output via the fifth resistors R4 and R5, and are connected to the output terminals 7 and 9. Even when a capacitive load having an electrostatic capacity of about 20 nF, such as an adsorption electrode of an electrostatic chuck, is connected as a load, a high voltage of about +900 V and −900 V close to the kV order is output, and the substrate, etc. Can be stably adsorbed and held.

図3は、平行平板型プラズマエッチング装置21において本発明の高電圧発生装置1を適用した静電チャック22を用いてシリコンウエハwを吸着保持し、シリコンウエハwのエッチング処理を行う様子を示す斜視断面模式図であり、図4は、高電圧発生装置1が適用された静電チャックを示す回路図である。   FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the silicon wafer w is sucked and held using the electrostatic chuck 22 to which the high voltage generator 1 of the present invention is applied in the parallel plate type plasma etching apparatus 21 and the etching process of the silicon wafer w is performed. FIG. 4 is a circuit diagram showing an electrostatic chuck to which the high voltage generator 1 is applied.

静電チャック22は、厚さ12mm、直径340mmのアルミニウム製の金属基盤23の上面側に電極シート24が貼着されている。電極シート24は、吸着電極25の上下面側に、それぞれ厚さ100μm、直径298mmのポリイミドフィルムからなる下部絶縁層26及び上部絶縁層27が積層されてなる。また、この電極シート24には、基板wを吸着させる基盤吸着面の周縁部であって基板が吸着されない箇所にアモルファスシリコン製の太陽電池SCが取り付られ、更に金属基盤23には、高電圧発生装置1が内蔵されている。なお、高電圧発生装置1としては、図1に示したものが用いられている。太陽電池SCは、プラズマエッチング装置21のプラズマによって発電を行うが、太陽電池SCをプラズマエッチング装置21の外部に配置し、外部から太陽光などを取り入れるように構成しても良い。   The electrostatic chuck 22 has an electrode sheet 24 attached to the upper surface side of an aluminum metal base 23 having a thickness of 12 mm and a diameter of 340 mm. The electrode sheet 24 is formed by laminating a lower insulating layer 26 and an upper insulating layer 27 made of a polyimide film having a thickness of 100 μm and a diameter of 298 mm on the upper and lower surfaces of the adsorption electrode 25, respectively. The electrode sheet 24 is attached with a solar cell SC made of amorphous silicon at a peripheral portion of the substrate adsorption surface that adsorbs the substrate w and does not adsorb the substrate, and the metal substrate 23 has a high voltage. The generator 1 is incorporated. As the high voltage generator 1, the one shown in FIG. 1 is used. The solar cell SC generates power using the plasma of the plasma etching device 21. However, the solar cell SC may be arranged outside the plasma etching device 21 so as to take in sunlight or the like from the outside.

図3中、符号28はプラズマエッチング装置21の上部電極を示しており、上部電極28には高周波電源29が接続されている。   In FIG. 3, reference numeral 28 denotes an upper electrode of the plasma etching apparatus 21, and a high frequency power supply 29 is connected to the upper electrode 28.

実施の形態2
図5は本発明の実施の形態2に係る高電圧発生装置を示すブロック図であり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態2では、低電圧電源によって駆動される発振回路から出力される高周波信号を増幅するとともに、高周波トランスを用いて高電圧を発生させる高電圧発生回路と、前記高電圧発生回路によって発生された高電圧を整流しつつ昇圧する昇圧整流回路と、前記昇圧整流回路によって整流しつつ昇圧された高電圧が印加されるとともに放電抵抗が並列に接続された容量性負荷としての静電チャックと、起動時は、前記発振回路を前記低電圧電源によって直接駆動するとともに、起動時から予め定められた時間が経過した後は、前記発振回路を前記静電チャックの静電容量及び前記放電抵抗の抵抗値で決定される時定数よりも短い周期で間欠的に駆動するように制御する制御回路とを備えるように構成されている。
Embodiment 2
FIG. 5 is a block diagram showing a high voltage generator according to Embodiment 2 of the present invention. The same reference numerals are given to the same parts as those in Embodiment 1, and in this Embodiment 2, A high-frequency signal output from an oscillation circuit driven by a low-voltage power supply is amplified and a high voltage is generated using a high-frequency transformer, and the high voltage generated by the high-voltage generation circuit is rectified A boost rectifier circuit that boosts the voltage, an electrostatic chuck as a capacitive load to which a high voltage boosted while rectified by the boost rectifier circuit is applied and a discharge resistor is connected in parallel; The oscillation circuit is directly driven by the low-voltage power supply, and after a predetermined time has elapsed from the start-up, the oscillation circuit is connected to the electrostatic chuck capacitance and the discharge resistance. It is configured to include a control circuit for controlling to intermittently driven in a shorter period than the time constant determined by the resistance value.

すなわち、この高電圧発生装置1は、図5に示すように、大別して、直流の低電圧電源2と、制御部110と、高電圧発生部120とから構成されており、高電圧発生部120には、容量性負荷としての静電チャック22が接続されている。   That is, as shown in FIG. 5, the high voltage generator 1 is roughly composed of a DC low voltage power supply 2, a controller 110, and a high voltage generator 120, and the high voltage generator 120. Is connected to an electrostatic chuck 22 as a capacitive load.

ところで、上記制御部110は、タイマー回路111と、変調信号発生回路112と、論理回路(AND回路)113とから構成されている。   The control unit 110 includes a timer circuit 111, a modulation signal generation circuit 112, and a logic circuit (AND circuit) 113.

タイマー回路111は、直流電源2をオン状態としたときに、1秒程度の予め定められた時間Tが経過した後、当該タイマー回路111の出力電圧を0からハイ(直流電源2の出力電圧)に切り替えるための回路である。このタイマー回路111は、図6に示すように、直流電源2から第9の抵抗R9を介して出力電圧が印加されるCR回路を構成する直列接続の抵抗R12とコンデンサC16を備えており、この直列接続の抵抗R12とコンデンサC16との接続点には、第3のトランジスタQ3のベース端子が接続されている。また、この第3のトランジスタQ3のコレクタ端子には、抵抗R13を介して出力電圧が印加されているとともに、そのエミッタ端子は接地されている。さらに、上記第3のトランジスタQ3のコレクタ端子には、第4のトランジスタQ4のベース端子が接続されているとともに、当該第4のトランジスタQ4のコレクタ端子には、抵抗R13を介して出力電圧が印加されているとともに、そのエミッタ端子は接地されている。そして、上記第4のトランジスタQ4のコレクタ端子は、論理回路113の逆方向ダイオードD15に接続されている。   The timer circuit 111 changes the output voltage of the timer circuit 111 from 0 to high (output voltage of the DC power supply 2) after a predetermined time T of about 1 second elapses when the DC power supply 2 is turned on. It is a circuit for switching to. As shown in FIG. 6, the timer circuit 111 includes a series-connected resistor R12 and a capacitor C16 that constitute a CR circuit to which an output voltage is applied from the DC power source 2 via a ninth resistor R9. A base terminal of the third transistor Q3 is connected to a connection point between the series-connected resistor R12 and the capacitor C16. An output voltage is applied to the collector terminal of the third transistor Q3 via the resistor R13, and its emitter terminal is grounded. Furthermore, the base terminal of the fourth transistor Q4 is connected to the collector terminal of the third transistor Q3, and the output voltage is applied to the collector terminal of the fourth transistor Q4 via the resistor R13. And its emitter terminal is grounded. The collector terminal of the fourth transistor Q4 is connected to the reverse diode D15 of the logic circuit 113.

そして、上記タイマー回路111は、直流電源2をオン状態とした直後は、第3のトランジスタQ3がオフ状態、第4のトランジスタQ4がオン状態であって、タイマー回路111の出力電圧が0となり、直列接続の抵抗R12とコンデンサC16で決まる時定数[=R(R12の抵抗値)×C(コンデンサC16の静電容量)]に応じて、第3のトランジスタQ3がオン状態、第4のトランジスタQ4がオフ状態となり、タイマー回路111の出力電圧がハイとなる。ここで、直流電源2をオン状態にしてからタイマー回路111の出力電圧がハイとなるまでの時間は、例えば、1秒程度に設定されている。   In the timer circuit 111, immediately after the DC power supply 2 is turned on, the third transistor Q3 is turned off and the fourth transistor Q4 is turned on, and the output voltage of the timer circuit 111 becomes 0. The third transistor Q3 is turned on according to a time constant [= R (resistance value of R12) × C (capacitance of the capacitor C16)] determined by the series-connected resistor R12 and the capacitor C16, and the fourth transistor Q4 Is turned off, and the output voltage of the timer circuit 111 becomes high. Here, the time from when the DC power supply 2 is turned on until the output voltage of the timer circuit 111 becomes high is set to about 1 second, for example.

このタイマー回路111の出力電圧がハイとなるまでの時間は、後述する図7に示すように、電源スイッチSWをオンしてから高電圧発生部120の出力電圧が予め定められた高電圧まで立ち上がるのに十分な時間に設定されており、本実施の形態では、上述したように、約1秒程度に設定されている。   The time until the output voltage of the timer circuit 111 becomes high, as shown in FIG. 7, which will be described later, the output voltage of the high voltage generator 120 rises to a predetermined high voltage after the power switch SW is turned on. In this embodiment, as described above, the time is set to about 1 second.

また、上記変調信号発生部112は、例えば、上述した高電圧発生装置1の自励式発振回路と同様に構成され、汎用タイマーIC114が用いられる。汎用タイマーIC114としては、例えば、LMC555型発振ICが用いられるが、他のものを使用しても勿論良い。この汎用タイマーIC114は、例えば、無安定発振にて周波数10.0〜20.0Hz程度の矩形波状の低周波信号を出力する。この自励式発振回路は、汎用タイマーICに限らず、周波数10.0〜20.0Hz程度の矩形波状の低周波信号を出力可能なものであれば良い。   The modulation signal generator 112 is configured in the same manner as the self-excited oscillation circuit of the high voltage generator 1 described above, for example, and a general-purpose timer IC 114 is used. For example, an LMC555 type oscillation IC is used as the general-purpose timer IC 114, but other types may be used. For example, the general-purpose timer IC 114 outputs a low-frequency signal having a rectangular wave shape with a frequency of about 10.0 to 20.0 Hz by astable oscillation. The self-excited oscillation circuit is not limited to the general-purpose timer IC, and may be any circuit that can output a rectangular wave-shaped low frequency signal having a frequency of about 10.0 to 20.0 Hz.

汎用タイマーIC114には、図6に示すように、当該汎用タイマーIC114を駆動するための抵抗R10、抵抗R11、可変抵抗X3、コンデンサC15、コンデンサC14、ダイオードD13、D14が、上述した汎用タイマーIC3と同様に対応する端子にそれぞれ接続されている。なお、可変抵抗X3は、汎用タイマーIC114から出力される出力電圧のデューティ比を調整するためのものである。   As shown in FIG. 6, the general-purpose timer IC 114 includes a resistor R10, a resistor R11, a variable resistor X3, a capacitor C15, a capacitor C14, and diodes D13 and D14 for driving the general-purpose timer IC 114. Similarly, they are connected to the corresponding terminals. The variable resistor X3 is used to adjust the duty ratio of the output voltage output from the general-purpose timer IC 114.

さらに、上記論理回路(アンド回路)113は、図6に示すように、直流電源2の出力電圧が抵抗R15を介して印加される逆方向ダイオードD15と逆方向ダイオードD16を備えており、逆方向ダイオードD15と逆方向ダイオードD16の接続点には、第5のトランジスタQ5のベース端子が接続されている。この第5のトランジスタQ5のコレクタ端子には、抵抗R16を介して直流電源2の出力電圧が印加されているとともに、当該コレクタ端子から出力されるコントロール信号は、高電圧発生部120の汎用タイマーIC3のRESET端子に入力されている。   Further, as shown in FIG. 6, the logic circuit (AND circuit) 113 includes a reverse diode D15 and a reverse diode D16 to which the output voltage of the DC power supply 2 is applied via a resistor R15. The base terminal of the fifth transistor Q5 is connected to the connection point between the diode D15 and the reverse diode D16. The output voltage of the DC power supply 2 is applied to the collector terminal of the fifth transistor Q5 via the resistor R16, and the control signal output from the collector terminal is the general-purpose timer IC3 of the high voltage generator 120. Is input to the RESET terminal.

上記論理回路(アンド回路)113は、一方の逆方向ダイオードD15に入力されるタイマー回路111からの出力信号と、他方の逆方向ダイオードD16に入力される変調信号発生部112からの出力信号とが共に“ハイ”となった場合にのみ、エミッタ接地の第5のトランジスタQ5がオン状態となって“0”の信号を出力するようになっている。   The logic circuit (AND circuit) 113 receives an output signal from the timer circuit 111 input to one reverse diode D15 and an output signal from the modulation signal generator 112 input to the other reverse diode D16. Only when both are "high", the fifth emitter-grounded transistor Q5 is turned on to output a "0" signal.

したがって、上記論理回路(アンド回路)113は、タイマー回路111からの出力信号が“0”の場合には信号を出力せず、タイマー回路111からの出力信号が“ハイ”となった後は、変調信号発生部112から出力される矩形波状の低周波信号が“ハイ”の場合には“0”を、変調信号発生部112から出力される矩形波状の低周波信号が“0”の場合には“ハイ”を、つまり変調信号発生部112から出力される矩形波状の低周波信号を反転して出力する。   Therefore, the logic circuit (AND circuit) 113 does not output a signal when the output signal from the timer circuit 111 is “0”, and after the output signal from the timer circuit 111 becomes “high”, When the rectangular wave low frequency signal output from the modulation signal generation unit 112 is “high”, “0” is obtained. When the rectangular wave low frequency signal output from the modulation signal generation unit 112 is “0”, Is “high”, that is, a rectangular low frequency signal output from the modulation signal generator 112 is inverted and output.

一方、上記高電圧発生部120は、基本的に、上述した実施の形態1に係る高電圧発生装置と略同様に構成されている。   On the other hand, the high voltage generator 120 is basically configured in the same manner as the high voltage generator according to the first embodiment described above.

すなわち、上記高電圧発生部120は、図5に示すように、大別して、発振回路3と、フライバックコンバータ回路121と、正極昇圧整流回路122と、負極昇圧整流回路123と、正極側の放電抵抗R6と、負極側の放電抵抗R7と、電流制限用の第4の抵抗器R4と、同じく電流制限用の第5の抵抗器R5とから構成されている。   That is, as shown in FIG. 5, the high voltage generator 120 is roughly divided into an oscillation circuit 3, a flyback converter circuit 121, a positive boost rectifier circuit 122, a negative boost rectifier circuit 123, and a positive discharge. The resistor R6, the discharge resistor R7 on the negative electrode side, the fourth resistor R4 for limiting current, and the fifth resistor R5 for limiting current are also included.

この実施の形態2では、図6に示すように、直流電源2に第8の抵抗R8と第13のコンデンサC13がそれぞれ並列に接続されているとともに、抵抗R8とコンデンサC13との間には、第9の抵抗R9が直列に接続されている。また、上記高電圧発生部120の自励式発振回路3は、直流電源2に接続されたVCC端子が第12のコンデンサC12を介して接地されている。さらに、上記高電圧発生部120の自励式発振回路3には、直流電源2の正極側と出力端子との間にダイオードD12が逆方向に接続されているとともに、出力端子と直流電源2の負極側(アース電位)との間もダイオードD11が逆方向に接続されている。なお、図6では、直流電源2が省略されている。今回追加された抵抗R8は、ダミー電流を流すためのもの、R9は流入電流の制限抵抗であり、電源スイッチSWをオンしたときに過電流が流れるのを防止するためのもの、コンデンサC12、C13、C14はバイパスコンデンサ、ダイオードD11、D12、D13、D14は保護用ダイオードをそれぞれ示している。   In the second embodiment, as shown in FIG. 6, an eighth resistor R8 and a thirteenth capacitor C13 are respectively connected in parallel to the DC power source 2, and between the resistor R8 and the capacitor C13, A ninth resistor R9 is connected in series. Further, in the self-excited oscillation circuit 3 of the high voltage generator 120, the VCC terminal connected to the DC power supply 2 is grounded via a twelfth capacitor C12. Further, in the self-excited oscillation circuit 3 of the high voltage generator 120, a diode D12 is connected in the reverse direction between the positive electrode side of the DC power supply 2 and the output terminal, and the output terminal and the negative electrode of the DC power supply 2 are connected. The diode D11 is also connected in the reverse direction to the side (ground potential). In FIG. 6, the DC power source 2 is omitted. The resistor R8 added this time is for flowing a dummy current, R9 is a limiting resistor for the inflow current, and is for preventing an overcurrent from flowing when the power switch SW is turned on, capacitors C12, C13. , C14 represents a bypass capacitor, and diodes D11, D12, D13, and D14 represent protective diodes, respectively.

以上の構成において、この実施の形態2に係る高電圧発生装置では、次のようにして、従来の高電圧発生装置と比較して入力電力の更なる省電力化が可能となっている。   In the above configuration, the high voltage generator according to the second embodiment can further reduce the input power as compared with the conventional high voltage generator as follows.

すなわち、この実施の形態2に係る高電圧発生装置1では、図6に示すように、図示が省略されたスイッチSWがオン状態となると、低電圧の直流電源2から9V程度の直流電圧が供給され、汎用タイマーIC3が駆動される。汎用タイマーIC3からは、無安定発振にて周波数15.1kHzの高周波信号4が出力端子OUTから出力される。汎用タイマーIC3から出力される高周波出力信号4は、フライバックコンバータ回路120によって数10〜100V程度の比較的高い交流電圧に変換される。   That is, in the high voltage generator 1 according to the second embodiment, as shown in FIG. 6, when the switch SW (not shown) is turned on, a DC voltage of about 9 V is supplied from the low voltage DC power supply 2. Then, the general-purpose timer IC3 is driven. From the general-purpose timer IC3, a high-frequency signal 4 having a frequency of 15.1 kHz is output from the output terminal OUT by astable oscillation. The high-frequency output signal 4 output from the general-purpose timer IC 3 is converted into a relatively high AC voltage of about several tens to 100 V by the flyback converter circuit 120.

更に、上記フライバックコンバータ回路120によって比較的高い電圧に変換された交流電圧は、正極性昇圧整流部122と負極性昇圧整流部123とによって、±約1.8kV程度の正極性の直流高電圧と負極性の直流高電圧にそれぞれ変換された後、容量性負荷としての静電チャック22(図3及び図4を参照)の正極性の吸着電極25と負極性の吸着電極25とにそれぞれ印加される。   Further, the AC voltage converted into a relatively high voltage by the flyback converter circuit 120 is converted into a positive DC high voltage of about ± 1.8 kV by the positive boost rectifier 122 and the negative boost rectifier 123. And converted to a negative DC high voltage, and then applied to a positive suction electrode 25 and a negative suction electrode 25 of an electrostatic chuck 22 (see FIGS. 3 and 4) as a capacitive load, respectively. Is done.

その際、上記高電圧発生装置1の高電圧発生部120には、図5及び図6に示すように、制御部110からコントロール信号130が入力されている。この制御部110から出力されるコントロール信号130は、図5に示すように、スイッチSWがオン状態となった直後は、タイマー回路111が起動された状態であり、タイマー回路111からの出力は、“0”となっている。そのため、上記高電圧発生装置1の高電圧発生部120は、低電圧の直流電源2から供給される直流電圧によって上述したように駆動される。   At that time, a control signal 130 is input from the control unit 110 to the high voltage generation unit 120 of the high voltage generator 1 as shown in FIGS. As shown in FIG. 5, the control signal 130 output from the control unit 110 is a state in which the timer circuit 111 is activated immediately after the switch SW is turned on, and the output from the timer circuit 111 is It is “0”. Therefore, the high voltage generator 120 of the high voltage generator 1 is driven as described above by the DC voltage supplied from the low voltage DC power supply 2.

次に、上記制御部110は、図5に示すように、スイッチSWがオン状態となってから予め定められた時間Tが経過すると、タイマー回路111からの出力が“ハイ”状態となり、論理回路113の他方に入力される変調信号発生回路112からの矩形波状の低周波信号が反転されたコントロール信号130として、高電圧発生部120の汎用タイマーIC3のRESET端子に入力される。   Next, as shown in FIG. 5, when a predetermined time T elapses after the switch SW is turned on, the control unit 110 changes the output from the timer circuit 111 to the “high” state, A control signal 130 obtained by inverting the rectangular wave low-frequency signal from the modulation signal generation circuit 112 input to the other of 113 is input to the RESET terminal of the general-purpose timer IC 3 of the high-voltage generation unit 120.

すると、上記高電圧発生部120の汎用タイマーIC3は、RESET端子に入力される変調信号発生回路112からの矩形波状の変調信号に応じて変調され、汎用タイマーIC3の出力端子から出力される出力電圧は、変調信号の周波数に応じてオンオフ変調されて、フライバックコンバータ回路121が間欠的に駆動される。上記汎用タイマーIC3の出力端子から出力される変調信号は、そのデューティ比が可変となっており、例えば、デューティ比が50〜75%程度に設定されている。   Then, the general-purpose timer IC3 of the high voltage generation unit 120 is modulated in accordance with the rectangular wave-like modulation signal from the modulation signal generation circuit 112 input to the RESET terminal, and the output voltage output from the output terminal of the general-purpose timer IC3. Is on / off modulated in accordance with the frequency of the modulation signal, and the flyback converter circuit 121 is driven intermittently. The modulation signal output from the output terminal of the general-purpose timer IC3 has a variable duty ratio. For example, the duty ratio is set to about 50 to 75%.

そして、上記高電圧発生部120から出力される正極性の高電圧と負極性の高電圧は、電流制限用の第4の抵抗器R4と電流制限用の第5の抵抗器R5を介して、容量性負荷としての静電チャック22(図3及び図4を参照)の正極性の吸着電極25と負極性の吸着電極25とにそれぞれ印加される。   The positive high voltage and the negative high voltage output from the high voltage generator 120 are connected to the current limiting fourth resistor R4 and the current limiting fifth resistor R5. The electrostatic chuck 22 (see FIG. 3 and FIG. 4) as a capacitive load is applied to the positive suction electrode 25 and the negative suction electrode 25, respectively.

その際、上記汎用タイマーIC3の出力端子から出力され、フライバックコンバータ回路121を間欠的に駆動する変調信号の周波数は、高電圧発生部120の出力とアース(グランド電位)との間に取り付けられる放電抵抗R6と放電抵抗R7の抵抗値R(100MΩ程度)と、容量性負荷としての静電チャック22の正極性電極25と負極性電極25との間の静電容量C(10〜1000nF程度)の積で表わされる時定数よりも十分に小さい(1/10〜1/20程度)の周期に設定されている。   At this time, the frequency of the modulation signal that is output from the output terminal of the general-purpose timer IC3 and intermittently drives the flyback converter circuit 121 is attached between the output of the high voltage generator 120 and the ground (ground potential). The resistance value R (about 100 MΩ) of the discharge resistors R6 and R7 and the capacitance C (about 10 to 1000 nF) between the positive electrode 25 and the negative electrode 25 of the electrostatic chuck 22 as a capacitive load. The period is set sufficiently smaller than the time constant represented by the product of (1/10 to 1/20).

このように、フライバックコンバータ回路121を間欠的に駆動する変調信号の周波数を、放電抵抗R6と放電抵抗R7の抵抗値Rと、容量性負荷としての静電チャック22の正極性電極25と負極性電極25との間の静電容量Cの積で表わされる時定数よりも十分に小さい周期で決定される周波数に設定することによって、静電チャック22の正極性電極25と負極性電極25に印加される高電圧出力の電圧を十分高くとりながら、入力に要する平均電流を低減することが可能となる。   As described above, the frequency of the modulation signal for intermittently driving the flyback converter circuit 121 includes the resistance value R of the discharge resistor R6 and the discharge resistor R7, and the positive electrode 25 and the negative electrode of the electrostatic chuck 22 as a capacitive load. By setting the frequency to be determined with a period sufficiently smaller than the time constant represented by the product of the capacitance C between the positive electrode 25 and the negative electrode 25, the positive electrode 25 and the negative electrode 25 of the electrostatic chuck 22 It is possible to reduce the average current required for input while taking a sufficiently high voltage of the applied high voltage output.

いま、放電抵抗R6と放電抵抗R7の抵抗値R(100MΩ程度)と、容量性負荷としての静電チャック22の正極性電極25と負極性電極25との間の静電容量C(10〜1000nF程度)の積で表わされる時定数RCを、RC=1秒とすると、変調信号発生回路112の周期は、0.1秒、つまり周波数は10Hz程度に設定され、その変調信号発生回路112の出力波形のデューティー比を50%に設定すれば、消費電力を1/2にすることができる。   Now, the resistance value R (about 100 MΩ) of the discharge resistors R6 and R7 and the capacitance C (10 to 1000 nF) between the positive electrode 25 and the negative electrode 25 of the electrostatic chuck 22 as a capacitive load. When the time constant RC expressed by the product of the degree is RC = 1 second, the period of the modulation signal generation circuit 112 is set to 0.1 second, that is, the frequency is set to about 10 Hz, and the output of the modulation signal generation circuit 112 is If the duty ratio of the waveform is set to 50%, the power consumption can be halved.

したがって、上記高電圧発生部120の汎用タイマーIC3から出力される交流電圧は、低電圧の直流電源2から供給される直流電圧によって直接駆動した場合と比較して、デューティ比に応じて消費電力を低減することが可能となる。そのため、上記高電圧発生装置1では、汎用タイマーIC114の出力端子から出力される変調信号のデューティ比を50%に設定すれば、直流電源2によって直接駆動した場合と比較して消費電力を半分に減少させることができる。   Therefore, the AC voltage output from the general-purpose timer IC 3 of the high voltage generator 120 consumes power according to the duty ratio as compared with the case where it is directly driven by the DC voltage supplied from the low-voltage DC power supply 2. It becomes possible to reduce. Therefore, in the high voltage generator 1, if the duty ratio of the modulation signal output from the output terminal of the general-purpose timer IC 114 is set to 50%, the power consumption is halved compared to the case where it is directly driven by the DC power supply 2. Can be reduced.

図7は本発明者が実施の形態2に係る高電圧発生装置1を試作し、当該高電圧発生装置1の出力電圧をオシロスコープで観察した場合の波形を示したものである。尚、ここで、高電圧発生部120のタイマーIC3の発振周波数は15.1kHz、制御部のタイマーIC114の発振周波数は13.6Hz、制御部のタイマーIC114のデューティ比は72%(オン状態)、電源電圧は9Vにそれぞれ設定されている。   FIG. 7 shows a waveform when the inventor made a prototype of the high voltage generator 1 according to Embodiment 2 and observed the output voltage of the high voltage generator 1 with an oscilloscope. Here, the oscillation frequency of the timer IC 3 of the high voltage generation unit 120 is 15.1 kHz, the oscillation frequency of the timer IC 114 of the control unit is 13.6 Hz, the duty ratio of the timer IC 114 of the control unit is 72% (ON state), Each power supply voltage is set to 9V.

この図7から明らかなように、制御部110から出力されるコントロール信号130は、スイッチSWがオン状態となった直後から予め定められた時間が経過するまで“ハイ”となっており、出力電圧は、スイッチSWがオン状態となった直後から急激に立ち上がり、約1.8kVまで上昇する。そして、スイッチSWがオン状態となった直後からタイマー回路111によって設定された所定の時間が経過すると、コントロール信号130は、変調信号発生回路112から出力される変調信号となり、出力電圧は、コントロール信号130に応じてオンオフ変調された信号となり、約1.8kV程度の直流高電圧を得ることができる。   As is apparent from FIG. 7, the control signal 130 output from the control unit 110 is “high” immediately after the switch SW is turned on until a predetermined time elapses, and the output voltage Immediately rises immediately after the switch SW is turned on and rises to about 1.8 kV. When a predetermined time set by the timer circuit 111 elapses immediately after the switch SW is turned on, the control signal 130 becomes a modulation signal output from the modulation signal generation circuit 112, and the output voltage is the control signal. The signal becomes an on / off modulated signal according to 130, and a DC high voltage of about 1.8 kV can be obtained.

また、上記高電圧発生装置1の消費電流と消費電力を測定したところ、立ち上がりの連続運転時と通常の動作時である間欠運転時でそれぞれ92mA/0.80Wと48mA/0.42Wとなり、消費電力を略半減することがわかった。この実施の形態2では、出力電圧を実施の形態1の2倍である約1.8kVに上げることができたにも関わらず、消費電力を大幅に省電力化することができる。なお、高電圧発生装置1の消費電流は、2.2Ω程度のシャント抵抗を直流電源2の正極側と本回路の間に挿入し、電位差をオシロスコープの2つのプローブで観測することによって測定した。   Further, when the current consumption and power consumption of the high voltage generator 1 were measured, they were 92 mA / 0.80 W and 48 mA / 0.42 W, respectively, during the continuous operation at the start-up and during the intermittent operation, which is the normal operation. It was found that the electric power was almost halved. In the second embodiment, although the output voltage can be increased to about 1.8 kV which is twice that of the first embodiment, the power consumption can be greatly reduced. The current consumption of the high voltage generator 1 was measured by inserting a shunt resistor of about 2.2Ω between the positive side of the DC power supply 2 and this circuit and observing the potential difference with two probes of an oscilloscope.

なお、上記実施の形態1に係る高電圧発生装置1では、その出力電圧が約0.9kVであったのに対して、本実施の形態2では、出力電圧が約1.8kVと高くなった理由は、高電圧発生部120の汎用タイマーIC3の発振周波数を実施の形態1の6.5kHから15.1kHに上げたためである。この高電圧発生部120の汎用タイマーIC3の発振周波数を上げたことによって、昇圧率が約17%程度改善し、汎用タイマーIC3の発振周波数が6.5kHであった場合に聞こえていたキーンという発振音も聞こえなくなった。   In the high voltage generator 1 according to the first embodiment, the output voltage is about 0.9 kV, whereas in the second embodiment, the output voltage is as high as about 1.8 kV. The reason is that the oscillation frequency of the general-purpose timer IC3 of the high voltage generator 120 is increased from 6.5 kH in the first embodiment to 15.1 kH. By increasing the oscillation frequency of the general-purpose timer IC3 of the high voltage generator 120, the boosting rate is improved by about 17%, and the oscillation called Keen that was heard when the oscillation frequency of the general-purpose timer IC3 was 6.5 kHz. I can no longer hear the sound.

その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明は省略する。   Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

本発明の静電チャックは、所定の基板の処理を行う際に光エネルギーを発する装置であれば、半導体製造プロセスや液晶製造プロセス等で使用される種々の基板処理装置で用いることができる。特に、本発明の静電チャックは外部電源を使用しなくても基板を吸着保持することができることから、例えば基板を吸着させたまま移動や搬送が可能となり、基板処理装置において従来使用されている静電チャックの用途に制限されずに新たな使用態様を生み出す可能性を有する。   The electrostatic chuck of the present invention can be used in various substrate processing apparatuses used in a semiconductor manufacturing process, a liquid crystal manufacturing process or the like as long as it is an apparatus that emits light energy when processing a predetermined substrate. In particular, since the electrostatic chuck of the present invention can attract and hold a substrate without using an external power source, for example, it can be moved and transported while the substrate is attracted, and is conventionally used in a substrate processing apparatus. There is a possibility of creating a new usage mode without being limited to the use of the electrostatic chuck.

本発明は、半導体製造装置の基板保持用に使われる静電チャックや、静電チャック機能を利用した展示・掲示装置、除菌・滅菌装置、空気中の塵や埃を集める集塵装置、あるいは植物やキノコなどの植生の成長を促進する成育装置など、種々の装置に供給する高電圧を発生する高電圧発生装置に係り、特に太陽電池あるいは電池などを入力の電源として数kVオーダーの高電圧を発生することが可能で、小型・軽量で消費電力の非常に少ない直流−直流変換の高電圧発生装置に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic chuck used for holding a substrate of a semiconductor manufacturing apparatus, an exhibition / posting apparatus using a function of electrostatic chuck, a sterilization / sterilization apparatus, a dust collector that collects dust and dirt in the air, or The present invention relates to a high-voltage generator that generates a high voltage to be supplied to various devices, such as a growth device that promotes the growth of vegetation such as plants and mushrooms. In particular, a high voltage of the order of several kV using a solar cell or battery as an input power source The present invention relates to a DC-DC conversion high voltage generator that is small, light, and consumes very little power.

1:高電圧発生装置、2:低電圧電源、3:自励式発振回路、5:増幅回路、6、8:整流回路、7、9:出力端子。   1: high voltage generator, 2: low voltage power supply, 3: self-excited oscillation circuit, 5: amplifier circuit, 6, 8: rectifier circuit, 7, 9: output terminal.

Claims (5)

低電圧電源によって駆動される発振回路から出力される高周波信号を増幅するとともに、高周波トランスを用いて高電圧を発生させる高電圧発生回路と、
前記高電圧発生回路によって発生された高電圧を整流しつつ昇圧する昇圧整流回路と、
前記昇圧整流回路によって整流しつつ昇圧された高電圧が印加されるとともに放電抵抗が並列に接続された容量性負荷としての静電チャックと、
起動時は、前記発振回路を前記低電圧電源によって直接駆動するとともに、起動時から予め定められた時間が経過した後は、前記発振回路を前記静電チャックの静電容量及び前記放電抵抗の抵抗値で決定される時定数よりも短い周期で間欠的に駆動するように制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする静電チャック用の高電圧発生装置。
A high voltage generation circuit for amplifying a high frequency signal output from an oscillation circuit driven by a low voltage power source and generating a high voltage using a high frequency transformer;
A boost rectifier circuit that boosts the high voltage generated by the high voltage generator circuit while rectifying the high voltage;
An electrostatic chuck as a capacitive load to which a high voltage boosted while being rectified by the boost rectifier circuit is applied and a discharge resistor is connected in parallel;
At the time of start-up, the oscillation circuit is directly driven by the low-voltage power supply, and after a predetermined time has elapsed since the start-up, the oscillation circuit is made to have a capacitance of the electrostatic chuck and a resistance of the discharge resistor. A control circuit that controls to drive intermittently at a cycle shorter than the time constant determined by the value;
A high voltage generator for an electrostatic chuck, comprising:
前記整流回路と出力端子との間に直列接続された負荷に所定の高電圧を印加するための抵抗器を有することを特徴とする請求項1に記載の静電チャック用の高電圧発生装置。   The high voltage generator for an electrostatic chuck according to claim 1, further comprising a resistor for applying a predetermined high voltage to a load connected in series between the rectifier circuit and the output terminal. 前記低電圧電源は、太陽電池、乾電池、二次電池、燃料電池の少なくとも一つを含み、当該低電圧電源の供給電圧は3〜15V、供給平均電流は10〜100mAであることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電チャック用の高電圧発生装置。   The low voltage power source includes at least one of a solar cell, a dry cell, a secondary battery, and a fuel cell, and the supply voltage of the low voltage power source is 3 to 15 V and the average supply current is 10 to 100 mA. The high voltage generator for electrostatic chucks according to claim 1 or 2. 前記発振回路の発振周波数は、1〜20kHzであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の静電チャック用の高電圧発生装置。   4. The high voltage generator for an electrostatic chuck according to claim 1, wherein an oscillation frequency of the oscillation circuit is 1 to 20 kHz. 正極性の高電圧を発生させるための第1の高周波トランスと、負極性の高電圧を発生させるための第2の高周波トランスとを少なくとも1つずつ有し、前記第1及び第2の高周波トランスの一次側巻線の一方は、前記増幅回路を構成するダーリントン接続された複数のトランジスタのコレクタに並列に接続し、前記第1及び第2の高周波トランスの二次側巻線の他方は、共通のアース電位に接続することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電チャック用の高電圧発生装置。   At least one first high-frequency transformer for generating a positive high voltage and one second high-frequency transformer for generating a negative high voltage, the first and second high-frequency transformers One of the primary side windings is connected in parallel to the collectors of a plurality of Darlington-connected transistors constituting the amplifier circuit, and the other of the secondary side windings of the first and second high-frequency transformers is common. The high voltage generator for an electrostatic chuck according to claim 1, wherein the high voltage generator is connected to a ground potential of the electrostatic chuck.
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