JP2021061207A - プラズマ装置、電源装置、プラズマ維持方法 - Google Patents
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Abstract
Description
抵抗素子と補助スイッチとが直列接続された負荷回路の動作は後述する。
本発明は、前記抵抗回路は、少なくとも小抵抗値と、前記小抵抗値よりも大きい中抵抗値と、前記中抵抗値よりも大きい大抵抗値とのいずれの抵抗値にも設定されるように構成され、前記抵抗制御回路には、第一基準値と、第一基準値よりも大きい第二基準値とが設定されており、前記抵抗制御回路は、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記大抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値以上であって前記第二基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記中抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第二基準値が示す電力値以上であるときは前記抵抗回路を前記小抵抗値に設定するプラズマ装置である。
本発明は、前記抵抗回路は、直列接続された複数の抵抗素子を有し、前記抵抗制御回路は、導通すると前記抵抗素子の両端をそれぞれ短絡させる副スイッチ素子を有し、前記副スイッチ素子の導通と遮断は、前記目標電力値と前記第一、第二基準値との比較結果によって制御され、前記小抵抗値と前記中抵抗値と前記大抵抗値との間は、所定の前記副スイッチ素子の導通と遮断とが変更されて生成されるプラズマ装置である。
本発明は、前記ブリッジ回路は、前記第一、第二の主スイッチ素子の主直列接続回路と第一、第二のコンデンサの副直列接続回路とが並列接続され、前記主直列接続回路と前記副直列接続回路とには、前記一次側直流電圧がそれぞれ印加され、前記第一、第二の主スイッチ素子の接続点が前記一次巻線の一端に電気的に接続され、前記第一、第二のコンデンサの接続点が前記一次巻線の他端に電気的に接続されたプラズマ装置である。
本発明は、正電圧端子と負電圧端子との間に一次側直流電圧を出力する直流電圧源と、一次巻線と前記一次巻線に磁気結合した二次巻線とを有するトランスと、導通すると前記一次巻線の一端を前記正電圧端子に接続する第一の主スイッチ素子と、導通すると前記一端を前記負電圧端子に接続する第二の主スイッチ素子とを有するブリッジ回路と、前記第一の主スイッチ素子と前記第二の主スイッチ素子とを交互に導通させ、前記一次巻線に一次側交流電流を流す主制御回路と、前記一次側交流電流の流れによって前記二次巻線に誘起された二次側交流電圧を整流平滑して直流出力電圧を出力する整流平滑回路と、を有し、前記主制御回路は、所定の設定周波数の三角波電圧を生成する発振回路と、前記第一の主スイッチ素子又は前記第二の主スイッチ素子を出力期間の間導通させるPWM回路と、を有し、真空雰囲気に接触されたカソード電極に前記出力電圧の負電圧を出力して前記真空雰囲気中にプラズマを生成して維持する電源装置であって、前記プラズマに流れるプラズマ電流を検出し、検出した前記プラズマ電流の電流値を示す電流信号を出力する電流検出器と、前記プラズマに印加されるプラズマ電圧を検出し、検出した前記プラズマ電圧の電圧値を示す電圧信号を出力する電圧検出器と、前記電圧信号と前記電流信号とを用いて電力信号を求め、出力する演算回路と、を有し、前記ブリッジ回路は、前記プラズマが消費する電力が目標電力値になるように動作が制御され、抵抗値が可変の抵抗回路と、前記目標電力値に基づいて前記抵抗回路の抵抗値を変更させる抵抗制御回路とを有し、前記抵抗回路は前記プラズマ電流が流れる経路に挿入された電源装置である。
本発明は、前記抵抗回路は、少なくとも小抵抗値と、前記小抵抗値よりも大きい中抵抗値と、前記中抵抗値よりも大きい大抵抗値とのいずれの抵抗値にも設定されるように構成され、前記抵抗制御回路には、第一基準値と、第一基準値よりも大きい第二基準値とが設定されており、前記抵抗制御回路は、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記大抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値以上であって前記第二基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記中抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第二基準値が示す電力値以上であるときは前記抵抗回路を前記小抵抗値に設定する電源装置である。
本発明は、前記抵抗回路は、直列接続された複数の抵抗素子を有し、前記抵抗制御回路は、導通すると前記抵抗素子の両端をそれぞれ短絡させる副スイッチ素子を有し、前記副スイッチ素子の導通と遮断は、前記目標電力値と前記第一、第二基準値との比較結果によって制御され、前記小抵抗値と前記中抵抗値と前記大抵抗値との間は、所定の前記副スイッチ素子の導通と遮断とが変更されて生成される電源装置である。
本発明は、前記ブリッジ回路は、前記第一、第二の主スイッチ素子の主直列接続回路と第一、第二のコンデンサの副直列接続回路とが並列接続され、前記主直列接続回路と前記副直列接続回路とには、前記一次側直流電圧がそれぞれ印加され、前記第一、第二の主スイッチ素子の接続点が前記一次巻線の一端に電気的に接続され、前記第一、第二のコンデンサの接続点が前記一次巻線の他端に電気的に接続された電源装置である。
本発明は、出力電圧を出力する電源装置をアノード電極とカソード電極とに接続し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加して真空槽の内部にプラズマを発生させて前記プラズマにプラズマ電流を流し、前記プラズマで消費される電力を目標電力値にして前記プラズマを維持するプラズマ維持方法であって、前記プラズマを維持する間に前記目標電力値と基準値とを比較し、前記目標電力値が前記基準値よりも小さい場合に、前記プラズマ電流が流れる経路の抵抗値を増加させるプラズマ維持方法である。
本発明は、前記アノード電極と前記電源装置の間と前記カソード電極と前記電源装置の間のうち、少なくともいずれか一方の間に抵抗回路を配置しておき、前記プラズマ電流が流れる経路の抵抗値を増加させるときには、前記抵抗回路の抵抗値を増加させるプラズマ維持方法である。
本発明は、前記目標電力値は前記電源装置の外部から入力されるプラズマ維持方法である。
次に、抵抗回路15の抵抗値制御を説明する。
演算回路31は、入力された目標電力値と第一基準値と第二基準値と比較結果ではなく、電圧信号と電流信号との演算で求められた電力信号を第一基準値と第二基準値と比較し、電力信号が示す電力値が第一基準値よりも小さいときは大抵抗値に設定し、電力信号が示す電力値が第一基準値以上であって第二基準値よりも小さいときは中抵抗値に設定し、電力信号が示す電力値が第二基準値以上であるときは小抵抗値に設定することもできる。
抵抗回路15の抵抗値を設定する信号が、入力回路37を介して演算回路31に入力されるようにしてもよい。その信号を抵抗値信号とすると、小抵抗値を示す抵抗値信号が入力されると演算回路31は抵抗制御回路16を動作させて抵抗回路15の抵抗値を小抵抗値に設定し、中抵抗値を示す抵抗値信号が入力されると演算回路31は抵抗制御回路16を動作させて抵抗回路15の抵抗値を中抵抗値に設定し、大抵抗値を示す抵抗値信号が入力されると演算回路31は抵抗制御回路16を動作させて抵抗回路15の抵抗値を大抵抗値に設定することができる。
以上説明したように、本発明では、抵抗回路15の抵抗値とプラズマのインピーダンスが直列接続されて出力電圧が印加され、プラズマ消費電力が小さくなったときに、プラズマに直列接続された抵抗回路15の抵抗値が大きくされ、二次側の消費電力が大きくなる。
3……電源装置
4……真空装置
11……直流電圧源
12……ブリッジ回路
13……トランス
14……整流平滑回路
15……抵抗回路
16……抵抗制御回路
21……電圧検出器
22……電流検出器
31……演算回路
36……PWM回路
33……比較器
34……駆動回路
40……アノード電極
41……カソード電極
A……正電圧端子
B……負電圧端子
C11……第一のコンデンサ
C12……第二のコンデンサ
Q1,Q2……副スイッチ素子
Q11……第一の主スイッチ素子
Q12……第二の主スイッチ素子
R1、R2……抵抗素子
W1……一次巻線
W2……二次巻線
Claims (11)
- 正電圧端子と負電圧端子との間に一次側直流電圧を出力する直流電圧源と、
一次巻線と前記一次巻線に磁気結合した二次巻線とを有するトランスと、
導通すると前記一次巻線の一端を前記正電圧端子に接続する第一の主スイッチ素子と、導通すると前記一端を前記負電圧端子に接続する第二の主スイッチ素子とを有するブリッジ回路と、
前記第一の主スイッチ素子と前記第二の主スイッチ素子とを交互に導通させ、前記一次巻線に一次側交流電流を流す主制御回路と、
前記一次側交流電流の流れによって前記二次巻線に誘起された二次側交流電圧を整流平滑して直流出力電圧を出力する整流平滑回路と、
内部に真空雰囲気が形成される真空槽と、
前記真空雰囲気に接触するアノード電極とカソード電極と、
を有し、
前記主制御回路は、
所定の設定周波数の三角波電圧を生成する発振回路と、
前記第一の主スイッチ素子又は前記第二の主スイッチ素子を出力期間の間導通させるPWM回路と、
を有し、
前記カソード電極には前記出力電圧の負電圧が出力されて前記真空雰囲気中にプラズマが生成され、維持されるプラズマ装置であって、
前記プラズマに流れるプラズマ電流を検出し、検出した前記プラズマ電流の電流値を示す電流信号を出力する電流検出器と、
前記プラズマに印加されるプラズマ電圧を検出し、検出した前記プラズマ電圧の電圧値を示す電圧信号を出力する電圧検出器と、
前記電圧信号と前記電流信号とを用いて電力信号を求め、出力する演算回路と、
を有し、
前記ブリッジ回路は、前記プラズマが消費する電力が目標電力値になるように動作が制御され、
抵抗値が可変の抵抗回路と、
前記目標電力値に基づいて前記抵抗回路の抵抗値を変更させる抵抗制御回路とを有し、
前記抵抗回路は前記プラズマ電流が流れる経路に挿入されたプラズマ装置。 - 前記抵抗回路は、少なくとも小抵抗値と、前記小抵抗値よりも大きい中抵抗値と、前記中抵抗値よりも大きい大抵抗値とのいずれの抵抗値にも設定されるように構成され、
前記抵抗制御回路には、第一基準値と、第一基準値よりも大きい第二基準値とが設定されており、前記抵抗制御回路は、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記大抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値以上であって前記第二基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記中抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第二基準値が示す電力値以上であるときは前記抵抗回路を前記小抵抗値に設定する請求項1記載のプラズマ装置。 - 前記抵抗回路は、直列接続された複数の抵抗素子を有し、
前記抵抗制御回路は、導通すると前記抵抗素子の両端をそれぞれ短絡させる副スイッチ素子を有し、
前記副スイッチ素子の導通と遮断は、前記目標電力値と前記第一、第二基準値との比較結果によって制御され、前記小抵抗値と前記中抵抗値と前記大抵抗値との間は、所定の前記副スイッチ素子の導通と遮断とが変更されて生成される請求項2記載のプラズマ装置。 - 前記ブリッジ回路は、前記第一、第二の主スイッチ素子の主直列接続回路と第一、第二のコンデンサの副直列接続回路とが並列接続され、前記主直列接続回路と前記副直列接続回路とには、前記一次側直流電圧がそれぞれ印加され、前記第一、第二の主スイッチ素子の接続点が前記一次巻線の一端に電気的に接続され、前記第一、第二のコンデンサの接続点が前記一次巻線の他端に電気的に接続された請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のプラズマ装置。
- 正電圧端子と負電圧端子との間に一次側直流電圧を出力する直流電圧源と、
一次巻線と前記一次巻線に磁気結合した二次巻線とを有するトランスと、
導通すると前記一次巻線の一端を前記正電圧端子に接続する第一の主スイッチ素子と、導通すると前記一端を前記負電圧端子に接続する第二の主スイッチ素子とを有するブリッジ回路と、
前記第一の主スイッチ素子と前記第二の主スイッチ素子とを交互に導通させ、前記一次巻線に一次側交流電流を流す主制御回路と、
前記一次側交流電流の流れによって前記二次巻線に誘起された二次側交流電圧を整流平滑して直流出力電圧を出力する整流平滑回路と、
を有し、
前記主制御回路は、
所定の設定周波数の三角波電圧を生成する発振回路と、
前記第一の主スイッチ素子又は前記第二の主スイッチ素子を出力期間の間導通させるPWM回路と、
を有し、
真空雰囲気に接触されたカソード電極に前記出力電圧の負電圧を出力して前記真空雰囲気中にプラズマを生成して維持する電源装置であって、
前記プラズマに流れるプラズマ電流を検出し、検出した前記プラズマ電流の電流値を示す電流信号を出力する電流検出器と、
前記プラズマに印加されるプラズマ電圧を検出し、検出した前記プラズマ電圧の電圧値を示す電圧信号を出力する電圧検出器と、
前記電圧信号と前記電流信号とを用いて電力信号を求め、出力する演算回路と、
を有し、
前記ブリッジ回路は、前記プラズマが消費する電力が目標電力値になるように動作が制御され、
抵抗値が可変の抵抗回路と、
前記目標電力値に基づいて前記抵抗回路の抵抗値を変更させる抵抗制御回路とを有し、
前記抵抗回路は前記プラズマ電流が流れる経路に挿入された電源装置。 - 前記抵抗回路は、少なくとも小抵抗値と、前記小抵抗値よりも大きい中抵抗値と、前記中抵抗値よりも大きい大抵抗値とのいずれの抵抗値にも設定されるように構成され、
前記抵抗制御回路には、第一基準値と、第一基準値よりも大きい第二基準値とが設定されており、前記抵抗制御回路は、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記大抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第一基準値が示す電力値以上であって前記第二基準値が示す電力値よりも小さいときは前記抵抗回路を前記中抵抗値に設定し、前記目標電力値が前記第二基準値が示す電力値以上であるときは前記抵抗回路を前記小抵抗値に設定する請求項5記載の電源装置。 - 前記抵抗回路は、直列接続された複数の抵抗素子を有し、
前記抵抗制御回路は、導通すると前記抵抗素子の両端をそれぞれ短絡させる副スイッチ素子を有し、
前記副スイッチ素子の導通と遮断は、前記目標電力値と前記第一、第二基準値との比較結果によって制御され、前記小抵抗値と前記中抵抗値と前記大抵抗値との間は、所定の前記副スイッチ素子の導通と遮断とが変更されて生成される請求項6記載の電源装置。 - 前記ブリッジ回路は、前記第一、第二の主スイッチ素子の主直列接続回路と第一、第二のコンデンサの副直列接続回路とが並列接続され、前記主直列接続回路と前記副直列接続回路とには、前記一次側直流電圧がそれぞれ印加され、前記第一、第二の主スイッチ素子の接続点が前記一次巻線の一端に電気的に接続され、前記第一、第二のコンデンサの接続点が前記一次巻線の他端に電気的に接続された請求項5乃至請求項7のいずれか1項記載の電源装置。
- 出力電圧を出力する電源装置をアノード電極とカソード電極とに接続し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に直流電圧を印加して真空槽の内部にプラズマを発生させて前記プラズマにプラズマ電流を流し、前記プラズマで消費される電力を目標電力値にして前記プラズマを維持するプラズマ維持方法であって、
前記プラズマを維持する間に前記目標電力値と基準値とを比較し、
前記目標電力値が前記基準値よりも小さい場合に、前記プラズマ電流が流れる経路の抵抗値を増加させるプラズマ維持方法。 - 前記アノード電極と前記電源装置の間と前記カソード電極と前記電源装置の間のうち、少なくともいずれか一方の間に抵抗回路を配置しておき、前記プラズマ電流が流れる経路の抵抗値を増加させるときには、前記抵抗回路の抵抗値を増加させる請求項9記載のプラズマ維持方法。
- 前記目標電力値は前記電源装置の外部から入力される請求項9又は請求項10のいずれか1項記載のプラズマ維持方法。
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