JP2022007165A - Dc pulse power supply device for plasma machining apparatus - Google Patents

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Abstract

To simplify a circuit configuration and switching control while quickly rising and falling a DC pulse voltage.SOLUTION: A DC pulse power supply device includes a DC voltage source 10 that generates a DC voltage, a power supply capacitor 13, first and second semiconductor switching parts 14, 16, third and fourth semiconductor switching parts 19, 21, a resonant reactor 18, a resonant capacitor 23, and a control unit 30 that controls ON/OFF operation of the semiconductor switching parts in such a way that an ON operation of the first semiconductor switching part and an ON operation of the second semiconductor switching part are alternately performed at a prescribed time interval, an ON operation of the third semiconductor switching part is performed during a time period from a time when the first semiconductor switching part is turned off to a time when the second semiconductor switching part is turned on, and an ON operation of the fourth semiconductor switching part is performed during a time period from a time when the second semiconductor switching part is turned off to a time when the first semiconductor switching part is turned on.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、各種のプラズマ加工装置に用いられる直流パルス電源装置に関する。 The present invention relates to a DC pulse power supply device used in various plasma processing devices.

現在、半導体プロセスを始めとする様々な分野において、プラズマを利用して対象物に対しエッチング、スパッタリングなどの加工処理を施すプラズマ加工装置が用いられている。こうしたプラズマ加工装置において、プラズマを生成したり、プラズマに電力を供給したり、或いは、プラズマ中の荷電粒子を加速したりするために、直流パルス電圧を利用するものが従来知られている。 Currently, in various fields including semiconductor processes, plasma processing devices that use plasma to perform processing such as etching and sputtering on an object are used. In such a plasma processing apparatus, those using a DC pulse voltage for generating plasma, supplying electric power to plasma, or accelerating charged particles in plasma are conventionally known.

プラズマ加工装置において直流パルス電圧を印加する対象は、プラズマを介した電極や被加工物などであり、一般的には容量性の負荷である。こうした容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加する電源装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。この装置は、直流電源と、二つのスイッチング素子とを含み、その二つのスイッチング素子が相補的にオン・オフ動作すると、直流電源の出力電圧－Ｖ0（一般には数百～千Ｖ以上）と接地電位（０Ｖ）とが交互に出力端に現れ、波高値がＶ0である負極性の直流パルス電圧が生成される。また、特許文献１には、直流パルス電圧を容量性負荷回路に印加するだけでなく、別のスイッチング素子と共振回路とを用い、容量性負荷回路に蓄積されたエネルギを電源装置側に回生する構成も開示されている。 In the plasma processing apparatus, the object to which the DC pulse voltage is applied is an electrode or a work piece via plasma, and is generally a capacitive load. As a power supply device that applies a DC pulse voltage to such a capacitive load circuit, the device described in Patent Document 1 is known. This device includes a DC power supply and two switching elements, and when the two switching elements operate in a complementary manner, the output voltage of the DC power supply is -V0 (generally several hundred to 1,000 V or more) and grounded. The potential (0V) alternately appears at the output end, and a negative DC pulse voltage having a peak value of V0 is generated. Further, in Patent Document 1, not only the DC pulse voltage is applied to the capacitive load circuit, but also another switching element and the resonance circuit are used to regenerate the energy stored in the capacitive load circuit to the power supply device side. The configuration is also disclosed.

しかしながら、こうした電源装置では、容量性負荷回路に印加される直流パルス電圧の立上り及び立下りが緩慢になり、その結果として、プラズマ加工の精度低下をもたらすという問題があった。これに対し、本出願人は、直流パルス電圧の立上り及び立下りの特性を改善することが可能な電源装置として、特許文献２に記載の装置を提案した。この電源装置では、リアクトルと容量性負荷回路を含む共振回路での共振を利用して、直流パルス電圧の立上り波形及び立下り波形を形成している。これにより、単にスイッチング素子等により電源電圧と接地電位とを切り替える場合に比べて、立上り及び立下リの特性を改善することができる。また、特許文献２に記載の電源装置では、特許文献１に記載の電源装置と同様に、容量性負荷回路に蓄積されたエネルギを電源装置側に回生し、エネルギの有効利用を図ることもできる。 However, in such a power supply device, there is a problem that the rising and falling edges of the DC pulse voltage applied to the capacitive load circuit become slow, and as a result, the accuracy of plasma processing is lowered. On the other hand, the applicant has proposed the device described in Patent Document 2 as a power supply device capable of improving the rising and falling characteristics of the DC pulse voltage. In this power supply device, the rising waveform and the falling waveform of the DC pulse voltage are formed by utilizing the resonance in the resonance circuit including the reactor and the capacitive load circuit. As a result, the characteristics of rising and falling can be improved as compared with the case where the power supply voltage and the ground potential are simply switched by a switching element or the like. Further, in the power supply device described in Patent Document 2, similarly to the power supply device described in Patent Document 1, the energy stored in the capacitive load circuit can be regenerated to the power supply device side to effectively utilize the energy. ..

特開２０１８－１０７９０４号公報JP-A-2018-107904 特許第６６１３４１１号公報Japanese Patent No. 6613411

一方で、特許文献２に記載の直流パルス電源装置では、０ＶとＯＶでない所定の電圧との２レベルの矩形波状の直流パルス電圧を生成する場合であっても、複数の直流電源が必要であり、回路素子が多く構成が複雑である。また、共振を利用して電圧が電源電圧付近にまで立ち上がった時点で直流電源による出力電圧に切り替わるようにスイッチング素子を制御する必要があり、例えば電圧が電源電圧付近にまで立ち上がったことを検出する手段を設ける等、制御が複雑になる傾向にある。 On the other hand, the DC pulse power supply device described in Patent Document 2 requires a plurality of DC power supplies even when generating a two-level rectangular wavy DC pulse voltage of 0 V and a predetermined voltage other than OV. , There are many circuit elements and the configuration is complicated. In addition, it is necessary to control the switching element so that the voltage switches to the output voltage of the DC power supply when the voltage rises to the vicinity of the power supply voltage using resonance. For example, it is detected that the voltage rises to the vicinity of the power supply voltage. Control tends to be complicated, such as by providing means.

本発明はこうした課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回路構成が単純で且つ制御も簡単でありながら、直流パルス電圧の立上り及び立下りの特性を改善することができるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to improve the rising and falling characteristics of a DC pulse voltage while having a simple circuit configuration and easy control. It is an object of the present invention to provide a DC pulse power supply device for a plasma processing device.

上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるものである。 A first aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first series circuit in which the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the low potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
It is equipped with.

また上記課題を解決するためになされた本発明の第２の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記中間電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるものである。 A second aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first semiconductor switching unit and a second semiconductor switching unit connected between the high potential line and an intermediate potential line which is a potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line. And the first series circuit connected in series,
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the intermediate potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the low potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
It is equipped with.

また上記課題を解決するためになされた本発明の第３の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるものである。 A third aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first series circuit in which the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
It is equipped with.

また上記課題を解決するためになされた本発明の第４の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記中間電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるものである。 A fourth aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first semiconductor switching unit and a second semiconductor switching unit connected between the high potential line and an intermediate potential line which is a potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line. And the first series circuit connected in series,
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the intermediate potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
It is equipped with.

本発明に係る上記各態様の直流パルス電源装置において、第１～第４半導体スイッチング部としては典型的には電力用ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いることができる。また、高電位線及び低電位線は、いずれか一方を接地電位とすることができる。また、第２及び第４の態様では中間電位線を使用するが、その場合には、低電位線と中間電位線との間に上記電源部とは別の電源部を接続して該中間電位線の電位を決めればよい。また、第３及び第４の態様は、共振コンデンサの接続位置が第１及び第２の態様と異なるだけで、後で述べるように実質的な動作は同じである。 In the DC pulse power supply device of each of the above aspects according to the present invention, a semiconductor switching element such as a power MOSFET can be typically used as the first to fourth semiconductor switching units. Further, either one of the high potential line and the low potential line can be used as the ground potential. Further, in the second and fourth aspects, an intermediate potential line is used, but in that case, a power supply unit different from the power supply unit is connected between the low potential line and the intermediate potential line, and the intermediate potential line is connected. The potential of the line may be determined. Further, in the third and fourth aspects, the connection position of the resonance capacitor is different from the first and second aspects, and the operation is substantially the same as described later.

いま第１の態様において、低電圧線が接地電位（つまり電位０）に接続されているものとする。電源コンデンサは電源部の出力電圧値である電位Ｖ1に充電される。例えば、直流パルス電圧を電位０から電位Ｖ1まで立ち上げる際に、第１半導体スイッチング部がオンされると、共振リアクトルと、共振コンデンサ及び容量性負荷回路中の容量成分とのＬＣ共振による共振電流が流れ、該電流が共振コンデンサを充電する。これにより、電圧出力端の電圧は立ち上がる。共振電流を供給する電源コンデンサの共振初期電圧はＶ1であるため、電圧出力端の電圧は電圧上昇の局面では最大で２×Ｖ1、電圧下降の局面では最小で－Ｖ1になろうとする。ところが、電圧出力端の電圧がＶ1を超えると、第３半導体スイッチング部の寄生ダイオードがオンし、電圧出力端の電圧上昇は止まる。そのあと、第３半導体スイッチング部がターンオンされると、電圧出力端は高電位線に短絡され、電圧出力端の電位はＶ1にクランプされて略一定に維持される。 Now, in the first aspect, it is assumed that the low voltage line is connected to the ground potential (that is, potential 0). The power supply capacitor is charged to the potential V1 which is the output voltage value of the power supply unit. For example, when the first semiconductor switching unit is turned on when the DC pulse voltage is raised from the potential 0 to the potential V1, the resonance current due to LC resonance between the resonance reactor and the capacitive component in the resonant capacitor and the capacitive load circuit. Flows, and the current charges the resonant capacitor. As a result, the voltage at the voltage output end rises. Since the resonance initial voltage of the power supply capacitor that supplies the resonance current is V1, the voltage at the voltage output end tends to be 2 × V1 at the maximum in the voltage rising phase and −V1 at the minimum in the voltage falling phase. However, when the voltage at the voltage output end exceeds V1, the parasitic diode of the third semiconductor switching unit turns on, and the voltage rise at the voltage output end stops. After that, when the third semiconductor switching unit is turned on, the voltage output end is short-circuited to the high potential line, and the potential of the voltage output end is clamped to V1 and maintained substantially constant.

一方、直流パルス電圧を電位Ｖ1から電位０にまで立ち下げる際に、第２半導体スイッチング部がオンされると、ＬＣ共振による共振電流が共振リアクトルを先とは逆方向に流れ、電圧出力端の電圧は低下する。上述したように電圧下降の局面では電圧出力端の電圧は最小で－Ｖ1になろうとするが、電圧出力端の電圧が０を下回ると第４半導体スイッチング部の寄生ダイオードがオンし、電圧出力端の電圧降下は止まる。そのあと、第４半導体スイッチング部がターンオンされると、電圧出力端は低電位線に短絡され、電圧出力端の電位は０Ｖにクランプされて略一定に維持される。 On the other hand, when the second semiconductor switching unit is turned on when the DC pulse voltage is lowered from the potential V1 to the potential 0, the resonance current due to the LC resonance flows through the resonance reactor in the opposite direction to the previous one, and the voltage output end ends. The voltage drops. As described above, in the voltage drop phase, the voltage at the voltage output end tends to be -V1 at the minimum, but when the voltage at the voltage output end falls below 0, the parasitic diode of the 4th semiconductor switching section turns on and the voltage output end The voltage drop of is stopped. After that, when the fourth semiconductor switching unit is turned on, the voltage output end is short-circuited to the low potential line, and the potential of the voltage output end is clamped to 0V and maintained substantially constant.

このようにＬＣ共振に起因して流れる共振電流により、電圧出力端の電位つまり共振コンデンサの充電電圧は上昇したり下降したりするが、特許文献２のような半波共振方式ではなく、実質的に共振波形の立上り及び立下りのスロープの一部のみを利用した部分共振方式である。また、ＬＣ共振による電圧上昇局面及び電圧下降局面の途中での電圧クランプによって、電圧上昇局面から電圧一定局面への移行、及び、電圧下降局面から電圧一定局面への移行を実施している。なお、第３及び第４の態様、つまり共振コンデンサを電圧出力端と高電位線との間に接続した構成では、該共振コンデンサを充放電する動作のタイミングが共振コンデンサを電圧出力端と低電位線との間に接続した構成とは逆になるが、電圧出力端に現れる電圧は高電位線の電位と共振コンデンサの両端電圧との差になるため同じである。 In this way, the potential at the voltage output end, that is, the charging voltage of the resonance capacitor rises or falls due to the resonance current flowing due to the LC resonance, but it is not a half-wave resonance method as in Patent Document 2, but is substantially. This is a partial resonance method that utilizes only a part of the rising and falling slopes of the resonance waveform. Further, the transition from the voltage rising phase to the constant voltage phase and the transition from the voltage falling phase to the constant voltage phase are carried out by the voltage clamp in the middle of the voltage rising phase and the voltage falling phase due to LC resonance. In the third and fourth aspects, that is, in the configuration in which the resonance capacitor is connected between the voltage output end and the high potential line, the timing of the operation of charging and discharging the resonance capacitor is such that the resonance capacitor is connected to the voltage output end and the low potential. The configuration is the opposite of the configuration connected between the wires, but the voltage appearing at the voltage output end is the same because it is the difference between the potential of the high potential wire and the voltage across the resonant capacitor.

また、第１及び第３の態様では、高電位線の電位がハイレベル、低電位線の電位がローレベルである矩形波電圧が電圧出力端に現れる。一方、第２及び第４の態様では、第１の直列回路及び第２の直列回路が共に高電位線と中間電位線との間に接続されているため、高電位線の電位がハイレベル、中間電位線の電位がローレベルである矩形波電圧が電圧出力端に現れる。 Further, in the first and third aspects, a square wave voltage in which the potential of the high potential line is high level and the potential of the low potential line is low level appears at the voltage output end. On the other hand, in the second and fourth aspects, since the first series circuit and the second series circuit are both connected between the high potential line and the intermediate potential line, the potential of the high potential line is at a high level. A rectangular wave voltage at which the potential of the intermediate potential line is low level appears at the voltage output end.

なお、第１乃至第４の態様では、第１半導体スイッチング部がオフするに伴い第３半導体スイッチング部をオン動作させ、また、第２半導体スイッチング部がオフするに伴い第４半導体スイッチング部をオン動作させるが、第１半導体スイッチング部のターンオフ時点から第３半導体スイッチング部のターンオン時点までの間に適度な長さのデッドタイムを設けてもよく、第２半導体スイッチング部のターンオフ時点から第４半導体スイッチング部のターンオン時点までの間にも適度な長さのデッドタイムを設けてもよい。また、実質的に、少なくとも第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、第３半導体スイッチング部をオン状態に維持するとともに、少なくとも第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、第４半導体スイッチング部をオン状態に維持すればよいから、第３半導体スイッチング部のターンオフ時点から第２半導体スイッチング部のターンオン時点までの間、及び、第４半導体スイッチング部のターンオフ時点から第１半導体スイッチング部のターンオン時点までの間にも、それぞれ適度な長さのデッドタイムを設けることができる。 In the first to fourth aspects, the third semiconductor switching unit is turned on when the first semiconductor switching unit is turned off, and the fourth semiconductor switching unit is turned on when the second semiconductor switching unit is turned off. Although it operates, a dead time of an appropriate length may be provided between the turn-off time of the first semiconductor switching unit and the turn-on time of the third semiconductor switching unit, and the fourth semiconductor may be provided from the turn-off time of the second semiconductor switching unit. A dead time of an appropriate length may be provided until the turn-on time of the switching unit. Further, substantially, the third semiconductor switching unit is kept in the ON state until at least the second semiconductor switching unit is turned on, and the fourth semiconductor switching unit is substantially turned on until the first semiconductor switching unit is turned on. From the turn-off time of the third semiconductor switching unit to the turn-on time of the second semiconductor switching unit, and from the turn-off time of the fourth semiconductor switching unit to the turn-on time of the first semiconductor switching unit. In the meantime, a dead time of an appropriate length can be set for each.

また、上記第１乃至第４の態様では、第３及び第４半導体スイッチング部が外部からの制御信号に応じてオン・オフ動作するスイッチング素子であるが、単なるダイオードを用いた構成とすることもできる。 Further, in the first to fourth aspects described above, the third and fourth semiconductor switching units are switching elements that operate on and off in response to an external control signal, but a simple diode may be used. can.

即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の第５の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１スイッチング部と第２スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第１及び第２のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第１スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第１クランプダイオードと、
f)導通時に前記第２スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第２クランプダイオードと、
g)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備えるものである。 That is, the fifth aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing. ,
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A series circuit in which the first switching unit and the second switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A resonance reactor connected between the connection portion of the first and second switching portions and the voltage output end, and
e) A first clamp diode capable of passing a current in one direction from the voltage output end to the high potential end of the first switching unit when conducting.
f) A second clamp diode capable of passing a current in one direction from the low potential end of the second switching unit to the voltage output end at the time of conduction, and
g) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
h) A control unit that complementarily turns on the first switching unit and the second switching unit with a predetermined dead time in between.
It is equipped with.

また、上記課題を解決するためになされた本発明の第６の態様は、プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１スイッチング部と第２スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第１及び第２のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第１スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第１クランプダイオードと、
f)導通時に前記第２スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第２クランプダイオードと、
g)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備えるものである。 A sixth aspect of the present invention made to solve the above problems is a DC pulse power supply device for a plasma processing device that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing. ,
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) The first switching unit and the second switching unit connected between the high potential line and the intermediate potential line which is the potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line are A series circuit connected in series and
d) A resonance reactor connected between the connection portion of the first and second switching portions and the voltage output end, and
e) A first clamp diode capable of passing a current in one direction from the voltage output end to the high potential end of the first switching unit when conducting.
f) A second clamp diode capable of passing a current in one direction from the low potential end of the second switching unit to the voltage output end at the time of conduction, and
g) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
h) A control unit that complementarily turns on the first switching unit and the second switching unit with a predetermined dead time in between.
It is equipped with.

第５及び第６の態様において、電源コンデンサ、第１及び第２スイッチング部を含む直列回路、第１及び第２クランプダイオードは、直流パルス電圧のハイレベル及びローレベルに対応する、それぞれ略一定の電圧（ゼロ電圧を含む）を出力する際の主電圧発生回路を構成する。一方、電源コンデンサ、第１及び第２スイッチング部を含む直列回路、共振リアクトル、共振コンデンサ、及び容量性負荷回路中の容量成分は、直流パルス電圧のハイレベルからローレベルへの、及びその逆の電圧変化の際の共振回路を構成する。即ち、第１乃至第４の態様では、共振のためのスイッチング素子が配置されたレッグ回路と主電圧発生のためのスイッチング素子が配置されたレッグ回路とが別々であるのに対し、本発明では、共振のためのレッグ回路と主電圧発生のためのレッグ回路とが共通である。 In the fifth and sixth aspects, the power supply capacitor, the series circuit including the first and second switching parts, and the first and second clamp diodes correspond to the high level and the low level of the DC pulse voltage, respectively, which are substantially constant. It constitutes a main voltage generation circuit when outputting a voltage (including zero voltage). On the other hand, the capacitive components in the power supply capacitor, the series circuit including the first and second switching sections, the resonant reactor, the resonant capacitor, and the capacitive load circuit are from high level to low level of the DC pulse voltage and vice versa. It constitutes a resonance circuit when the voltage changes. That is, in the first to fourth aspects, the leg circuit in which the switching element for resonance is arranged and the leg circuit in which the switching element for main voltage generation is arranged are separate, whereas in the present invention. , The leg circuit for resonance and the leg circuit for main voltage generation are common.

第５及び第６の態様では、第１乃至第４の態様と同様に、電源コンデンサは電源部の出力電圧値に充電される。例えば、直流パルス電圧を電位０から電位Ｖ1（電源部の出力電圧値）まで立ち上げる際に、第１スイッチング部がオンされると、共振リアクトルと、共振コンデンサ及び容量性負荷回路中の容量成分とのＬＣ共振による共振電流が流れ、該共振コンデンサを放電させる。これにより、電圧出力端の電圧は立ち上がる。共振電流を供給する電源コンデンサの共振初期電圧はＶ1であるため、電圧出力端の電圧は電圧上昇の局面では最大で２×Ｖ1、電圧下降の局面では最小で－Ｖ1になろうとする。ところが、電圧出力端の電圧がＶ1を超えると第１クランプダイオードが導通し、電圧出力端から第１スイッチング部の高電位端へ電流が流れる。そのため、電圧出力端の電圧はＶ1にクランプされ、略一定に維持される。 In the fifth and sixth aspects, as in the first to fourth aspects, the power supply capacitor is charged to the output voltage value of the power supply unit. For example, when the first switching unit is turned on when the DC pulse voltage is raised from the potential 0 to the potential V1 (output voltage value of the power supply unit), the resonance reactor, the resonance capacitor, and the capacitive component in the capacitive load circuit are included. A resonance current flows due to LC resonance with and discharges the resonance capacitor. As a result, the voltage at the voltage output end rises. Since the resonance initial voltage of the power supply capacitor that supplies the resonance current is V1, the voltage at the voltage output end tends to be 2 × V1 at the maximum in the voltage rising phase and −V1 at the minimum in the voltage falling phase. However, when the voltage at the voltage output end exceeds V1, the first clamp diode conducts, and a current flows from the voltage output end to the high potential end of the first switching unit. Therefore, the voltage at the voltage output end is clamped to V1 and maintained substantially constant.

直流パルス電圧を電位Ｖ1から電位０にまで立ち下げる際に、第２スイッチング部がオンされると、ＬＣ共振による共振電流が共振リアクトルを先とは逆方向に流れ、電圧出力端の電圧は低下する。上述したように電圧下降の局面では電圧出力端の電圧は最小で－Ｖ1になろうとするが、電圧出力端の電圧が０を下回ると第２クランプダイオードが導通し、第２スイッチング部を通して共振リアクトルの閉ループが形成され、共振リアクトルの循環電流として流れる。そのため、電圧出力端の電圧は０Ｖにクランプされ、略一定に維持される。 When the second switching unit is turned on when the DC pulse voltage is lowered from the potential V1 to the potential 0, the resonance current due to LC resonance flows in the opposite direction to the resonance reactor, and the voltage at the voltage output end drops. do. As described above, in the voltage drop phase, the voltage at the voltage output end tends to be -V1 at the minimum, but when the voltage at the voltage output end falls below 0, the second clamp diode conducts and the resonance reactor passes through the second switching section. A closed loop is formed and flows as a circulating current in the resonant reactor. Therefore, the voltage at the voltage output end is clamped to 0V and maintained substantially constant.

このようにＬＣ共振によって流れる共振電流により、電圧出力端の電位は上昇したり下降したりするが、第１乃至第４の態様と同様に、共振波形の立上り及び立下りのスロープの一部のみを利用した部分共振方式である。また、ＬＣ共振による電圧上昇局面及び電圧下降局面の途中での電圧クランプによって、電圧上昇局面から電圧一定局面への移行、及び、電圧下降局面から電圧一定局面への移行を実施している。 In this way, the potential at the voltage output end rises and falls due to the resonance current flowing due to the LC resonance, but as in the first to fourth aspects, only a part of the rising and falling slopes of the resonance waveform. It is a partial resonance method using. Further, the transition from the voltage rising phase to the constant voltage phase and the transition from the voltage falling phase to the constant voltage phase are carried out by the voltage clamp in the middle of the voltage rising phase and the voltage falling phase due to LC resonance.

本発明に係る直流パルス電源装置によれば、０ＶとＯＶでない所定の電圧との２レベルの矩形波状の直流パルス電圧を生成する場合には、直流電源は一つのみでよく、回路構成が単純で、使用する回路素子の数を抑えることができる。また、半導体スイッチング部をターンオン又はターンオフするタイミングがそれほど厳密でなくてもよいので、電圧や電流を監視しながら監視結果に基いてスイッチング部のオン・オフの切替えを行うような煩雑な制御も不要である。一方で、ＬＣ共振を利用した迅速な電圧上昇及び電圧降下が可能であるので、直流パルス電圧の立上り及び立下りの特性を改善することができる。 According to the DC pulse power supply device according to the present invention, when generating a two-level rectangular wave DC pulse voltage of 0V and a predetermined voltage other than OV, only one DC power supply is required, and the circuit configuration is simple. Therefore, the number of circuit elements used can be reduced. Further, since the timing of turning on or off the semiconductor switching unit does not have to be so precise, there is no need for complicated control such as switching on / off of the switching unit based on the monitoring result while monitoring the voltage and current. Is. On the other hand, since the rapid voltage rise and voltage drop using LC resonance are possible, the characteristics of the rising edge and the falling edge of the DC pulse voltage can be improved.

本発明の第１実施形態である直流パルス電源装置の概略回路構成図。The schematic circuit block diagram of the DC pulse power supply device which is 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態の直流パルス電源装置の要部の動作波形図。The operation waveform figure of the main part of the DC pulse power supply apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流パルス電源装置における電流の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the current flow in the DC pulse power supply apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流パルス電源装置における電流の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the current flow in the DC pulse power supply apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流パルス電源装置における電流の流れを示す模式図。The schematic diagram which shows the current flow in the DC pulse power supply apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例である直流パルス電源装置の概略回路構成図。The schematic circuit block diagram of the DC pulse power supply device which is a modification of 1st Embodiment. 図６に示した変形例の直流パルス電源装置の要部の動作波形図。FIG. 6 is an operation waveform diagram of a main part of a DC pulse power supply device of a modified example shown in FIG. 第１実施形態の他の変形例である直流パルス電源装置の概略回路構成図。The schematic circuit block diagram of the DC pulse power supply device which is another modification of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態である直流パルス電源装置の概略回路構成図。The schematic circuit block diagram of the DC pulse power supply device which is 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態の直流パルス電源装置の要部の動作波形図。The operation waveform figure of the main part of the DC pulse power supply apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の変形例である直流パルス電源装置の概略回路構成図。FIG. 6 is a schematic circuit configuration diagram of a DC pulse power supply device which is a modification of the second embodiment.

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態のプラズマ加工装置用直流パルス電源装置について、添付図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の直流パルス電源装置の概略回路図、図２は本実施形態の直流パルス電源装置の要部の動作波形図、図３～図５は本実施形態の直流パルス電源装置における電流の流れを示す模式図である。 [First Embodiment]
The DC pulse power supply device for a plasma processing device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic circuit diagram of the DC pulse power supply device of the present embodiment, FIG. 2 is an operation waveform diagram of a main part of the DC pulse power supply device of the present embodiment, and FIGS. 3 to 5 are the DC pulse power supply devices of the present embodiment. It is a schematic diagram which shows the flow of a current.

本実施形態の直流パルス電源装置は、プラズマエッチング装置やプラズマスパッタリング装置において生成されるプラズマを含む容量性負荷回路に、直流パルス電圧を印加するものである。ここでは、負荷キャパシタ５０と負荷抵抗５１との並列回路で容量性負荷回路５を簡易的に（又は等価的に）示している。この容量性負荷回路５は、直流パルス電源装置の正極性出力端２５と負極性出力端２６との間に接続されている。 The DC pulse power supply device of the present embodiment applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit including plasma generated in a plasma etching device or a plasma sputtering device. Here, the capacitive load circuit 5 is simply (or equivalently) shown by a parallel circuit of the load capacitor 50 and the load resistance 51. The capacitive load circuit 5 is connected between the positive output end 25 and the negative output end 26 of the DC pulse power supply device.

本実施形態の直流パルス電源装置は、図１に示すように、直流電圧源１０、電源ダイオード１１、平滑リアクトル１２、電源コンデンサ１３、第１スイッチング部１４、第１ダイオード１５、第２スイッチング部１６、第２ダイオード１７、共振リアクトル１８、第３スイッチング部１９、第３ダイオード２０、第４スイッチング部２１、第４ダイオード２２、共振コンデンサ２３、ダンピング抵抗２４、及び、制御部３０、を含む。 As shown in FIG. 1, the DC pulse power supply device of the present embodiment has a DC voltage source 10, a power supply diode 11, a smoothing reactor 12, a power supply capacitor 13, a first switching unit 14, a first diode 15, and a second switching unit 16. , A second diode 17, a resonance reactor 18, a third switching unit 19, a third diode 20, a fourth switching unit 21, a fourth diode 22, a resonance capacitor 23, a damping resistor 24, and a control unit 30.

直流電圧源１０は電圧値がＶ1である直流電圧を出力するものであり、順方向接続である電源ダイオード１１及び平滑リアクトル１２を介して、電源コンデンサ１３の一端（高電圧側端子）と、第１スイッチング部１４と第２スイッチング部１６とを含む第１の直列回路の一端、さらには、第３スイッチング部１９と第４スイッチング部１６とを含む第２の直列回路の一端に、接続されている。第１の直列回路、第２の直列回路、及び電源コンデンサ１３の他端はいずれも接地されている。 The DC voltage source 10 outputs a DC voltage having a voltage value of V1, and is connected to one end (high voltage side terminal) of the power supply capacitor 13 via a power supply diode 11 and a smoothing reactor 12 which are forwardly connected. Connected to one end of a first series circuit including the first switching unit 14 and the second switching unit 16, and further to one end of the second series circuit including the third switching unit 19 and the fourth switching unit 16. There is. The first series circuit, the second series circuit, and the other end of the power supply capacitor 13 are all grounded.

第１ダイオード１５は第１スイッチング部１４に、第２ダイオード１７は第２スイッチング部１６に、それぞれ逆並列に接続されている。第３ダイオード２０は第３スイッチング部１９に、第４ダイオード２２は第４スイッチング部２１に、それぞれ逆並列に接続されている。第１乃至第４スイッチング部１４、１６、１９、２１は電力用ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子から成り、その場合、第１乃至第４ダイオード１５、１７、２０、２２はそれら半導体スイッチング素子の寄生ダイオードを利用することができる。 The first diode 15 is connected to the first switching unit 14, and the second diode 17 is connected to the second switching unit 16 in antiparallel. The third diode 20 is connected to the third switching unit 19, and the fourth diode 22 is connected to the fourth switching unit 21 in antiparallel. The first to fourth switching units 14, 16, 19, and 21 are composed of semiconductor switching elements such as power MOSFETs, in which case the first to fourth diodes 15, 17, 20, and 22 are parasitic diodes of those semiconductor switching elements. Can be used.

共振リアクトル１８は、第１スイッチング部１４と第２スイッチング部１６との接続点であるノードＮ１と、第３スイッチング部１９と第４スイッチング部２１との接続点であるノードＮ２との間に接続されている。共振コンデンサ２３はノードＮ２と接地端との間に接続され、ダンピング抵抗２４は負極性出力端２６と共振コンデンサ２３の接地端との間に接続されている。 The resonance reactor 18 is connected between the node N1 which is the connection point between the first switching unit 14 and the second switching unit 16 and the node N2 which is the connection point between the third switching unit 19 and the fourth switching unit 21. Has been done. The resonance capacitor 23 is connected between the node N2 and the ground end, and the damping resistor 24 is connected between the negative electrode output end 26 and the ground end of the resonance capacitor 23.

制御部３０は、４系統の制御信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４により四つのスイッチング部１４、１６、１９、２１のオン・オフ動作を制御する。この制御部３０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマなどから成るマイコン（マイクロコンピュータ）を含み、予め与えられたプログラムに従った処理を実行することで、上記各制御信号を生成する構成を採ることができる。 The control unit 30 controls the on / off operation of the four switching units 14, 16, 19, and 21 by the control signals G1, G2, G3, and G4 of the four systems. The control unit 30 includes, for example, a microcomputer (microcomputer) including a CPU, a ROM, a RAM, a timer, and the like, and adopts a configuration for generating each of the above control signals by executing a process according to a program given in advance. be able to.

この直流パルス電源装置は、基本的には、接地電位である０Ｖと直流電圧源１０の出力電圧であるＶ1との二つの電圧レベルの矩形波電圧を容量性負荷回路５に対し出力する。但し、負荷が容量性であるため、単に電源電圧と接地電位とを切り替えるだけであると、限流抵抗が必要になりＲＣ積分回路を構成する。その場合、負荷に加わる電圧波形の立上り及び立下りが緩慢になる。それに対し、この直流パルス電源装置では、ＬＣ共振を利用して、より詳しくは、ＬＣ共振による共振波形を部分的に利用して、立上り及び立下りの高速化を図っている。 This DC pulse power supply device basically outputs a rectangular wave voltage having two voltage levels, 0 V, which is the ground potential, and V1, which is the output voltage of the DC voltage source 10, to the capacitive load circuit 5. However, since the load is capacitive, if the power supply voltage and the ground potential are simply switched, a current limiting resistor is required to form an RC integrator circuit. In that case, the rising and falling edges of the voltage waveform applied to the load become slow. On the other hand, in this DC pulse power supply device, LC resonance is used, and more specifically, the resonance waveform due to LC resonance is partially used to speed up the rise and fall.

図１に加え、図２～図５を参照しつつ、本実施形態の直流パルス電源装置の動作を説明する。図２において、Ｌo(i)は共振リアクトル１８に流れる電流、Ｃo(v)は共振コンデンサ２３の電圧、Ｒd(i)はダンピング抵抗２４に流れる電流つまりは出力電流、Ｒp(i)は負荷抵抗５１に流れる電流である。Ｃo(v)は、出力電圧Ｖoつまりは負荷抵抗５１に掛かる電圧Ｒp(v)とほぼ等しい。 In addition to FIG. 1, the operation of the DC pulse power supply device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 5. In FIG. 2, Lo (i) is the current flowing through the resonant reactor 18, Co (v) is the voltage of the resonant capacitor 23, Rd (i) is the current flowing through the damping resistor 24, that is, the output current, and Rp (i) is the load resistance. It is a current flowing through 51. Co (v) is substantially equal to the output voltage Vo, that is, the voltage Rp (v) applied to the load resistance 51.

第１スイッチング部１４は、図２（ａ）に示す制御信号Ｇ１がハイレベルであるｔ0～ｔ1期間だけオンする。第２スイッチング部１６は、図２（ｂ）に示す制御信号Ｇ２がハイレベルであるｔ2～ｔ3期間だけオンする。ｔ1～ｔ2期間及びｔ3～ｔ0期間は制御信号Ｇ１、Ｇ２が共にローレベルであり、この二つの期間を挟んで二つのスイッチング部１４、１６は交互にオン動作する。 The first switching unit 14 is turned on only during the period from t0 to t1 when the control signal G1 shown in FIG. 2A is at a high level. The second switching unit 16 is turned on only during the period from t2 to t3 when the control signal G2 shown in FIG. 2B is at a high level. The control signals G1 and G2 are both at low levels during the t1 to t2 period and the t3 to t0 period, and the two switching units 14 and 16 operate alternately on both sides of the two periods.

一方、第３スイッチング部１９は、図２（ｃ）に示す制御信号Ｇ３がハイレベルであるｔ1～ｔ2期間だけオンする。第４スイッチング部２１は、図２（ｄ）に示す制御信号Ｇ４がハイレベルであるｔ3～ｔ0期間だけオンする。換言すれば、第１スイッチング部１４、第３スイッチング部１９、第２スイッチング部１６、及び第４スイッチング部２１はこの順番に一つずつオン動作し、そのオン動作が一巡する期間が１サイクルであり、このサイクルが繰り返される。 On the other hand, the third switching unit 19 is turned on only during the period from t1 to t2 when the control signal G3 shown in FIG. 2C is at a high level. The fourth switching unit 21 is turned on only during the period from t3 to t0 when the control signal G4 shown in FIG. 2D is at a high level. In other words, the first switching unit 14, the third switching unit 19, the second switching unit 16, and the fourth switching unit 21 are turned on one by one in this order, and the period during which the on operation goes around is one cycle. Yes, this cycle is repeated.

この直流パルス電源装置における１サイクル中の動作は、大略、α（α1、α2）、β（β1、β2）、γ（γ1、γ2）、δ（δ1、δ2）の四つのモードに集約され得る。
簡単に言うと、αは、共振リアクトル１８と、共振コンデンサ２３と負荷キャパシタ５０との並列回路（以下、この並列回路を「容量並列回路」という）と、を含むＬＣ共振回路において共振が生じる共振モードである。βは、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギが循環される短絡モードである。γは、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギが電源（厳密には電源コンデンサ１３）に回生される電源回生モードである。δは、第３、第４スイッチング部１９、２１を介して、直流電圧源１０から負荷抵抗５１に電力を供給する又は該負荷抵抗５１の両端を短絡させる定常モードである。 The operation of this DC pulse power supply device during one cycle can be roughly summarized into four modes: α (α1, α2), β (β1, β2), γ (γ1, γ2), and δ (δ1, δ2). ..
Simply put, α is a resonance that occurs in an LC resonance circuit including a resonance reactor 18, a parallel circuit of the resonance capacitor 23 and the load capacitor 50 (hereinafter, this parallel circuit is referred to as a “capacitive parallel circuit”). The mode. β is a short-circuit mode in which the energy stored in the resonant reactor 18 is circulated. γ is a power supply regeneration mode in which the energy stored in the resonance reactor 18 is regenerated to the power supply (strictly speaking, the power supply capacitor 13). δ is a steady mode in which power is supplied from the DC voltage source 10 to the load resistance 51 or both ends of the load resistance 51 are short-circuited via the third and fourth switching units 19 and 21.

時刻ｔ0において制御信号Ｇ４がハイレベルからローレベルに変化し、制御信号Ｇ１がローレベルからハイレベルに変化すると、第４スイッチング部２１がターンオフし、第１スイッチング部１４がターンオンする。その後のα1モードのうちの前半期間では、図３（ａ）に示すように、その直前まで電源コンデンサ１３に蓄積されたエネルギによる電流Ｌo(i)が、電源コンデンサ１３→第１スイッチング部１４→共振リアクトル１８→容量並列回路→電源コンデンサ１３、という経路で、ＬＣ共振の電流として流れる。負荷抵抗５１には、電流Ｒp(i)＝（Ｃo//＋Ｃp）(v)／Ｒp（但し、（Ｃo//＋Ｃp）(v)は容量並列回路の両端電圧）は、容量並列回路→負荷抵抗５１→容量並列回路、という経路で流れる。なお、第１スイッチング部１４のターンオン動作は、オン時に流れる電流が共振電流であるためゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）である。 When the control signal G4 changes from high level to low level and the control signal G1 changes from low level to high level at time t0, the fourth switching unit 21 turns off and the first switching unit 14 turns on. In the first half of the subsequent α1 mode, as shown in FIG. 3A, the current Lo (i) due to the energy stored in the power supply capacitor 13 until immediately before that is the power supply capacitor 13 → the first switching unit 14 →. It flows as an LC resonance current through the path of the resonance reactor 18 → the capacitive parallel circuit → the power supply capacitor 13. In the load resistance 51, the current Rp (i) = (Co // + Cp) (v) / Rp (where (Co // + Cp) (v) is the voltage across the capacitive parallel circuit) is the capacitive parallel circuit → load. It flows through the path of resistance 51 → capacitive parallel circuit. The turn-on operation of the first switching unit 14 is zero current switching (ZCS) because the current flowing at the time of turning on is a resonance current.

そして、電流Ｌo(i)によって共振コンデンサ２３が充電されて充電電圧（つまりはノードＮ２の電圧）が上昇し、その電圧が電源コンデンサ１３の充電電圧つまりＶ1を超えると、第３ダイオード２０が順方向にバイアスされて導通する。第３ダイオード２０が導通したあとのβ1モードの期間には、図３（ｂ）に示すように、電流Ｌo(i)は、共振リアクトル１８→第３ダイオード２０→第１スイッチング部１４→共振リアクトル１８、という経路で循環的に流れる。一方、負荷電流Ｒp(i)＝Ｖ1／Ｒpは、電源コンデンサ１３→第３ダイオード２０→負荷抵抗５１→電源コンデンサ１３、という経路で流れる。 Then, when the resonance capacitor 23 is charged by the current Lo (i) and the charging voltage (that is, the voltage of the node N2) rises, and the voltage exceeds the charging voltage of the power supply capacitor 13, that is, V1, the third diode 20 moves in order. It is biased in the direction and conducts. During the β1 mode period after the third diode 20 is conducted, the current Lo (i) is the resonance reactor 18 → the third diode 20 → the first switching unit 14 → the resonance reactor, as shown in FIG. 3 (b). It flows cyclically through the route of 18. On the other hand, the load current Rp (i) = V1 / Rp flows in the order of the power supply capacitor 13 → the third diode 20 → the load resistance 51 → the power supply capacitor 13.

その後、時刻ｔ1において、制御信号Ｇ１がハイレベルからローレベルに変化し制御信号Ｇ３がローレベルからハイレベルに変化すると、第１スイッチング部１４がターンオフし、第３スイッチング部１９がターンオンする。このときの第３スイッチング部１９のターンオン動作は、それよりも前に既に第３ダイオード２０が導通しているのでゼロ電圧スイッチングである。 After that, at time t1, when the control signal G1 changes from high level to low level and the control signal G3 changes from low level to high level, the first switching unit 14 turns off and the third switching unit 19 turns on. The turn-on operation of the third switching unit 19 at this time is zero voltage switching because the third diode 20 is already conducting before that.

そのあとのγ1モードでは、図３（ｃ）に示すように、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギに由来する電流Ｌo(i)が、共振リアクトル１８→第３スイッチング部１９と第３ダイオード２０の並列回路→電源コンデンサ１３→第２ダイオード１７→共振リアクトル１８、という経路を流れ、電圧Ｌo(v)つまりノードＮ２の電圧は電源コンデンサ１３の充電電圧である電圧Ｖ1にクランプされるので、ほぼＶ1一定に固定される。一方、負荷電流Ｒp(i)＝Ｖ1／Ｒpは、電源コンデンサ１３→第３スイッチング部１９と第３ダイオード２０の並列回路→負荷抵抗５１→ダンピング抵抗２４→電源コンデンサ１３、という経路で流れる。 In the subsequent γ1 mode, as shown in FIG. 3C, the current Lo (i) derived from the energy stored in the resonance reactor 18 is the resonance reactor 18 → the third switching unit 19 and the third diode 20. A parallel circuit → power supply capacitor 13 → second diode 17 → resonance reactor 18 flows, and the voltage Lo (v), that is, the voltage of the node N2 is clamped to the voltage V1 which is the charging voltage of the power supply capacitor 13, so it is almost V1. It is fixed to be constant. On the other hand, the load current Rp (i) = V1 / Rp flows in the order of the power supply capacitor 13 → the parallel circuit of the third switching unit 19 and the third diode 20 → the load resistance 51 → the damping resistor 24 → the power supply capacitor 13.

図２（ｅ）に示すように、電流Ｌo(i)が流れることで共振リアクトル１８のエネルギが減少していくに伴い電流Ｌo(i)が０になると、γ1モードからδ1モードに移行する。δ1モードでは、共振リアクトル１８のエネルギはないので電流Ｌo(i)は０であり、第３スイッチング部１９はオン状態であるのでノードＮ２の電圧はＶ1に固定される。また、負荷抵抗５１には、図５（ａ）に示すように、電流Ｒp(i)＝Ｖ1/ Ｒpが、電源コンデンサ１３→第３スイッチング部１９→負荷抵抗５１→ダンピング抵抗２４→電源コンデンサ１３、という経路で流れる。 As shown in FIG. 2 (e), when the current Lo (i) becomes 0 as the energy of the resonant reactor 18 decreases due to the flow of the current Lo (i), the mode shifts from the γ1 mode to the δ1 mode. In the δ1 mode, since there is no energy of the resonant reactor 18, the current Lo (i) is 0, and since the third switching unit 19 is in the ON state, the voltage of the node N2 is fixed to V1. Further, as shown in FIG. 5A, the load resistance 51 has a current Rp (i) = V1 / Rp of the power supply capacitor 13 → the third switching unit 19 → the load resistance 51 → the damping resistance 24 → the power supply capacitor 13. , Flows through the route.

時刻ｔ2で第３スイッチング部１９がターンオフし、第２スイッチング部１６がターンオンしてα2モードに移行すると、図４（ａ）に示すように、並列容量回路の充電電圧による電流Ｌo(i)が、並列容量回路→共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６→並列容量回路、という経路で共振電流として流れる。即ち、共振リアクトル１８には、α1モードとは逆に、左方向に電流が流れる。これによって、共振コンデンサ２３の電圧つまりはノードＮ２の電圧は急速に下がる。負荷抵抗５１には、Ｒp(i)＝（Ｃo//Ｃp）(v)／Ｒpは、並列容量回路→負荷抵抗５１→並列容量回路、という 経路で流れる。 When the third switching unit 19 turns off at time t2 and the second switching unit 16 turns on to shift to the α2 mode, as shown in FIG. 4A, the current Lo (i) due to the charging voltage of the parallel capacitance circuit changes. , Parallel capacitance circuit-> resonance reactor 18-> second switching unit 16-> parallel capacitance circuit. That is, a current flows through the resonance reactor 18 in the left direction, contrary to the α1 mode. As a result, the voltage of the resonant capacitor 23, that is, the voltage of the node N2 drops rapidly. Rp (i) = (Co // Cp) (v) / Rp flows through the load resistance 51 in the order of parallel capacitance circuit → load resistance 51 → parallel capacitance circuit.

そして、電流Ｌo(i)によって共振コンデンサ２３が放電されて充電電圧（つまりはノードＮ２の電圧）が下降し、その電圧が接地電位（０Ｖ）を下回ると、第４ダイオード２２が順方向にバイアスされて導通する。そのため、ノードＮ２の電圧は０Ｖとなる。第４ダイオード２２が導通したあとのβ2モードの期間には、図４（ｂ）に示すように、電流Ｌo(i)は、共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６→第４ダイオード２２→共振リアクトル１８、という経路で循環的に流れる。一方、負荷抵抗５１に流れる電流Ｒp(i)＝（Ｃo//Ｃp）(v)／Ｒpは０である。したがって、出力電圧は０Ｖに固定される。 Then, when the resonance capacitor 23 is discharged by the current Lo (i) and the charging voltage (that is, the voltage of the node N2) drops, and the voltage falls below the ground potential (0V), the fourth diode 22 is biased in the forward direction. It is made conductive. Therefore, the voltage of the node N2 becomes 0V. During the β2 mode period after the fourth diode 22 is conducted, the current Lo (i) is the resonance reactor 18 → the second switching unit 16 → the fourth diode 22 → the resonance reactor, as shown in FIG. 4 (b). It flows cyclically through the route of 18. On the other hand, the current Rp (i) = (Co // Cp) (v) / Rp flowing through the load resistance 51 is 0. Therefore, the output voltage is fixed at 0V.

その後、時刻ｔ3において、制御信号Ｇ２がハイレベルからローレベルに変化し制御信号Ｇ４がローレベルからハイレベルに変化すると、第２スイッチング部１６がターンオフし、第４スイッチング部２１がターンオンする。このときの第４スイッチング部２１のターンオン動作は、それよりも前に既に第４ダイオード２２が導通しているのでゼロ電圧スイッチングである。 After that, at time t3, when the control signal G2 changes from high level to low level and the control signal G4 changes from low level to high level, the second switching unit 16 turns off and the fourth switching unit 21 turns on. The turn-on operation of the fourth switching unit 21 at this time is zero voltage switching because the fourth diode 22 is already conducting before that.

そのあとのγ2モードでは、図４（ｃ）に示すように、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギに由来する電流Ｌo(i)が、共振リアクトル１８→第１ダイオード１５→電源コンデンサ１３→第４スイッチング部２１と第４ダイオード２２の並列回路→共振リアクトル１８、という経路で流れ、電圧Ｌo(v)つまりノードＮ２の接地電位にクランプされるので、０Ｖ一定に固定される。β2モードに引き続き、負荷電流Ｒp(i)も流れない。 In the subsequent γ2 mode, as shown in FIG. 4C, the current Lo (i) derived from the energy stored in the resonance reactor 18 is the resonance reactor 18 → the first diode 15 → the power supply capacitor 13 → the fourth. Since it flows through the parallel circuit of the switching unit 21 and the fourth diode 22 → the resonance reactor 18, and is clamped to the voltage Lo (v), that is, the ground potential of the node N2, it is fixed at 0 V constant. Following the β2 mode, the load current Rp (i) does not flow either.

図２（ｅ）に示すように、電流Ｌo(i)が流れることで共振リアクトル１８のエネルギが減少していくに伴い電流Ｌo(i)が０になると、γ2モードからδ2モードに移行する。δ2モードでは、図５（ｂ）に示すように、共振リアクトル１８のエネルギはないので電流Ｌo(i)は０であり、第４スイッチング部２１はオン状態であるのでノードＮ２の電圧は０Ｖに固定される。また、β2モード、γ2モードに引き続き、負荷電流Ｒp(i)も流れない。 As shown in FIG. 2 (e), when the current Lo (i) becomes 0 as the energy of the resonant reactor 18 decreases due to the flow of the current Lo (i), the mode shifts from the γ2 mode to the δ2 mode. In the δ2 mode, as shown in FIG. 5B, the current Lo (i) is 0 because there is no energy of the resonant reactor 18, and the voltage of the node N2 is 0V because the fourth switching unit 21 is in the ON state. It is fixed. Further, the load current Rp (i) does not flow following the β2 mode and the γ2 mode.

そして、時刻ｔ0までその状態を保ち、時刻ｔ0になると、上述したように第４スイッチング部２１がターンオフし、第１スイッチング部１４がターンオンする。
本実施形態の直流パルス電源装置では、以上を１サイクルとする動作が繰り返されることで、０とＶ1との二つの電圧レベルの直流パルス電圧を容量性負荷回路５に出力することができる。
なお、図２に示した波形図では、ｔ0時点で第１スイッチング部１４がターンオンすると同時に第４スイッチング部２１をターンオフさせているが、第４スイッチング部２１のターンオフのタイミングは第１スイッチング部１４のターンオンよりも遅れてもよい。同様に、第３スイッチング部１９のターンオフのタイミングは第２スイッチング部１６のターンオンよりも遅れてもよい。 Then, the state is maintained until the time t0, and at the time t0, the fourth switching unit 21 turns off and the first switching unit 14 turns on as described above.
In the DC pulse power supply device of the present embodiment, the DC pulse voltage of two voltage levels of 0 and V1 can be output to the capacitive load circuit 5 by repeating the operation with the above as one cycle.
In the waveform diagram shown in FIG. 2, the first switching unit 14 turns on and the fourth switching unit 21 is turned off at the same time as t0, but the turn-off timing of the fourth switching unit 21 is the first switching unit 14. It may be later than the turn-on of. Similarly, the turn-off timing of the third switching unit 19 may be later than the turn-on of the second switching unit 16.

また、第１スイッチング部１４のターンオフ時点と第３スイッチング部１９のターンオン時点、第３スイッチング部１９のターンオフ時点と第２スイッチング部１６のターンオン時点、第２スイッチング部１６のターンオフ時点と第４スイッチング部２２のターンオン時点、及び、第４スイッチング部２２のターンオフ時点と第１スイッチング部１９のターンオン時点、はそれぞれ同時ではなく、それら二つのスイッチング部が同時にオン状態とならないように適宜のデッドタイム（つまりは両スイッチング部が共にオフである期間）を設けてもよい。
また、ダンピング抵抗２４は回路の寄生インダクタンス及び容量のダンピング用であって、場合によっては省略することができる。 Further, the turn-off time of the first switching unit 14 and the turn-on time of the third switching unit 19, the turn-off time of the third switching unit 19 and the turn-on time of the second switching unit 16, the turn-off time of the second switching unit 16 and the fourth switching. The turn-on time of the unit 22 and the turn-off time of the fourth switching unit 22 and the turn-on time of the first switching unit 19 are not simultaneous, and an appropriate dead time (appropriate dead time so that these two switching units are not turned on at the same time). That is, a period during which both switching units are off) may be provided.
Further, the damping resistor 24 is for damping the parasitic inductance and capacitance of the circuit, and may be omitted in some cases.

図１に示した直流パルス電源装置における各素子の定数等のパラメータ値は、例えば次のように定めることができる。
電源電圧Ｖ1：１５００Ｖ、平滑リアクトル１２のインダクタンス：１mH、電源コンデンサ１３のキャパシタンス：１０μF、共振リアクトル１８のインダクタンス：１２μH、共振コンデンサ２３のキャパシタンス：９００pF、ダンピング抵抗２４の抵抗値：２Ω、負荷キャパシタ５０のキャパシタンス：３００pF、負荷抵抗５１の抵抗値：５００Ω、スイッチングパルスの周波数：４００kHz
各素子のパラメータ値を上記のように設定し、第１～第４スイッチング部１４、１６、１９、２１としてＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴを使用、第１～第４ダイオード１５、１７、２０、２２としてはそのＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを用いた回路の動作をコンピュータシミュレーションにより検証した。その結果、図２に示したような、ほぼ所望の波形を得られることが確認できた。 Parameter values such as constants of each element in the DC pulse power supply device shown in FIG. 1 can be determined, for example, as follows.
Power supply voltage V1: 1500V, smoothing reactor 12 inductance: 1mH, power supply capacitor 13 capacitance: 10μF, resonance reactor 18 inductance: 12μH, resonance capacitor 23 capacitance: 900pF, damping resistor 24 resistance value: 2Ω, load capacitor 50 Capacitance: 300pF, load resistance 51 resistance value: 500Ω, switching pulse frequency: 400kHz
The parameter values of each element are set as described above, and SiC- MOSFETs are used as the first to fourth switching units 14, 16, 19, and 21, and the first to fourth diodes 15, 17, 20, and 22 are the same. The operation of the circuit using the parasitic diode of SiC- MOSFET was verified by computer simulation. As a result, it was confirmed that a substantially desired waveform as shown in FIG. 2 can be obtained.

上記説明から明らかであるように、この直流パルス電源装置では、ＬＣ共振動作時に共振電流を供給するための、第１、第２スイッチング部１４、１６を含む共振レッグ回路と、電圧出力端に電源電圧Ｖ1又は接地電位０Ｖを選択的に出力するための、第３、第４スイッチング部１９、２１を含む主レッグ回路と、を共に、電源電圧Ｖ1に充電される電源コンデンサ１３の両端に接続している。そのため、共振初期電圧（つまりは共振開始時の電源コンデンサ１３の充電電圧）は特許文献２に記載の装置ではＶ1／２であるのに対しＶ1である。これによって、ＬＣ共振により、共振コンデンサ２３の充電電圧は電圧上昇時には２Ｖ1、電圧下降時には－Ｖ1になろうとするが、第３、第４スイッチング部１９、２１、と第３、第４ダイオード２０、２２のクランプ動作によって、上電圧昇時にＶ1、電圧下降時に０にクランプさせている。 As is clear from the above description, in this DC pulse power supply device, a resonance leg circuit including the first and second switching units 14 and 16 for supplying a resonance current during LC resonance operation, and a power supply to the voltage output end. The main leg circuit including the third and fourth switching units 19 and 21 for selectively outputting the voltage V1 or the ground potential 0V is connected to both ends of the power supply capacitor 13 charged to the power supply voltage V1. ing. Therefore, the resonance initial voltage (that is, the charging voltage of the power supply capacitor 13 at the start of resonance) is V1 while it is V1 / 2 in the apparatus described in Patent Document 2. As a result, due to LC resonance, the charging voltage of the resonance capacitor 23 tends to be 2V1 when the voltage rises and −V1 when the voltage drops, but the third and fourth switching units 19, 21 and the third and fourth diodes 20 By the clamping operation of 22, it is clamped to V1 when the upper voltage rises and to 0 when the voltage drops.

即ち、この直流パルス電源装置における共振方式は、共振波形の立上り及び立下りのスロープのそれぞれ一部を用いた部分共振方式であるということができる。本電源装置の利点としては次の点が挙げられる。
（１）直流電源が一つで済むため回路構成が簡素である。
（２）部分共振の期間（α1、α2モードの期間）よりも第１、第２スイッチング部１４、１６のオン期間（ｔ0～ｔ1、ｔ2～ｔ3）を長くするようにタイミングを設定する必要はあるが、その条件を満たせば、各スイッチング部のオン・オフのタイミングの制約はそれほど厳しくはない。したがって、共振レッグ回路の共振条件に応じた主レッグ回路の動作タイミングの時間的な余裕が大きく、スイッチング部を駆動するための制御が単純になる。
（３）共振リアクトル１８の蓄積エネルギによる電流は第３、第４スイッチング部１９、２１、及び第３、第４ダイオード２０、２２による閉じたクランプ回路を循環するだけであるので高電圧を発生するモードがない。
（４）共振リアクトル１８の循環電流が殆どないため、平滑リアクトル１２、第１乃至第４スイッチング部１４、１６、１９、２１として電流定格値が比較的小さい素子を用いることができる。
（５）図２から明らかであるように、スイッチング部の制御に対し出力電圧Ｖoの位相遅れが殆どない。 That is, it can be said that the resonance method in this DC pulse power supply device is a partial resonance method using a part of each of the rising and falling slopes of the resonance waveform. The advantages of this power supply unit are as follows.
(1) The circuit configuration is simple because only one DC power supply is required.
(2) It is necessary to set the timing so that the on period (t0 to t1, t2 to t3) of the first and second switching units 14 and 16 is longer than the period of partial resonance (period of α1 and α2 modes). However, if the conditions are satisfied, the on / off timing restrictions of each switching unit are not so strict. Therefore, the time margin of the operation timing of the main leg circuit according to the resonance condition of the resonance leg circuit is large, and the control for driving the switching unit becomes simple.
(3) Since the current due to the stored energy of the resonant reactor 18 only circulates in the closed clamp circuit by the third and fourth switching units 19, 21 and the third and fourth diodes 20 and 22, a high voltage is generated. There is no mode.
(4) Since there is almost no circulating current in the resonant reactor 18, elements having a relatively small current rating can be used as the smoothing reactor 12, the first to fourth switching units 14, 16, 19, and 21.
(5) As is clear from FIG. 2, there is almost no phase delay of the output voltage Vo with respect to the control of the switching unit.

［第１実施形態の変形例］
図１に示した直流パルス電源装置の構成は一例であり、様々に変形が可能である。図６は一変形例の概略ブロック構成図である。第１実施形態の装置では、共振コンデンサ２３が第２ノードＮ２と接地端（低電位線）との間に接続されていたが、この変形例では、共振コンデンサ２３０が第２ノードＮ２と電源電圧線（高電位線）との間に接続されている。この共振コンデンサ２３０は、第２ノードＮ２から負荷側を見たときに、低電位線側と高電位線側のいずれにあってもよく、両方にあってもよい。図６の例でも、負荷キャパシタ５０は第２ノードＮ２と接地端との間に接続されているから、実質的に、共振コンデンサ２３０が低電位線側と高電位線側とに分けて設けられているのと同等である。 [Modified example of the first embodiment]
The configuration of the DC pulse power supply device shown in FIG. 1 is an example, and can be variously modified. FIG. 6 is a schematic block configuration diagram of a modified example. In the apparatus of the first embodiment, the resonance capacitor 23 is connected between the second node N2 and the ground end (low potential line), but in this modification, the resonance capacitor 230 is connected to the second node N2 and the power supply voltage. It is connected to a wire (high potential wire). When the load side is viewed from the second node N2, the resonance capacitor 230 may be on either the low potential line side or the high potential line side, or may be on both sides. Also in the example of FIG. 6, since the load capacitor 50 is connected between the second node N2 and the ground end, the resonance capacitor 230 is substantially provided separately on the low potential line side and the high potential line side. Is equivalent to.

図７は、図６に示した装置における要部の動作波形図である。図７を図２と比較すれば分かるように、各スイッチング部１４、１６、１９、２１のオン・オフ動作のタイミングは第１実施形態の装置と全く同じであり、共振電流Ｌo(i)の波形もほぼ同じである。但し、共振コンデンサ２３０は高電位線側に接続されているため、共振コンデンサ２３０の充電・放電のタイミングは第１実施形態の装置とは逆になり、図７（ｆ１）に示すように、共振コンデンサ２３０の両端電圧（充電電圧）はβ2、γ2、δ2の期間にほぼＶ1となり、β1、γ1、δ1の期間にほぼ０Ｖになる。第２ノードＮ２の電位（正極性出力端２５の電位）は、Ｖ1から共振コンデンサ２３０の両端電圧を差し引いたものとなるから、図７（ｆ２）に示すように、第１実施形態の装置における第２ノードＮ２の電位と同じである。 FIG. 7 is an operation waveform diagram of a main part in the apparatus shown in FIG. As can be seen by comparing FIG. 7 with FIG. 2, the timing of the on / off operation of each of the switching units 14, 16, 19, and 21 is exactly the same as that of the apparatus of the first embodiment, and the resonance current Lo (i). The waveform is almost the same. However, since the resonance capacitor 230 is connected to the high potential line side, the charging / discharging timing of the resonance capacitor 230 is opposite to that of the device of the first embodiment, and as shown in FIG. 7 (f1), resonance occurs. The voltage across the capacitor 230 (charging voltage) becomes approximately V1 during the period of β2, γ2, and δ2, and becomes approximately 0V during the period of β1, γ1, and δ1. Since the potential of the second node N2 (potential of the positive output end 25) is V1 minus the voltage across the resonance capacitor 230, as shown in FIG. 7 (f2), in the apparatus of the first embodiment. It is the same as the potential of the second node N2.

原理的には、第２ノードＮ２から負荷を見たときの負荷容量のキャパシタンスが同じであれば、そのキャパシタンスが高電位線側と低電位線側のいずれにあっても、第２ノードＮ２の電圧波形は同じである。 In principle, if the capacitance of the load capacitance when the load is viewed from the second node N2 is the same, the second node N2 may have the same capacitance regardless of whether the capacitance is on the high potential line side or the low potential line side. The voltage waveform is the same.

また、第１実施形態の装置は、０ＶとＶ1との二値の直流パルス電圧を出力するものであるが、図８は、０ＶではないＶ2（０＜Ｖ2＜Ｖ1）とＶ1との二値の直流パルス電圧を出力する直流パルス電源装置の一例を示す概略構成図である。この例では、図８に示すように、二本のレッグ回路（つまりはスイッチング部の直列回路）の低電圧側の端部と接地電位との間に、別の直流電圧源２７を挿入している。この装置では、第２ノードＮ２の電位がＶ2よりも下がろうとすると、第４ダイオード２２が導通し、そのあと第２ノードＮ２の電位はＶ2に固定される。したがって、この装置では、ローレベルがＶ2、ハイレベルがＶ1である二値の直流パルス電圧を出力することができる。 Further, the apparatus of the first embodiment outputs a binary DC pulse voltage of 0V and V1, but FIG. 8 shows a binary value of V2 (0 <V2 <V1) and V1 which are not 0V. It is a schematic block diagram which shows an example of the DC pulse power supply device which outputs the DC pulse voltage of. In this example, as shown in FIG. 8, another DC voltage source 27 is inserted between the low voltage side end of the two leg circuits (that is, the series circuit of the switching unit) and the ground potential. There is. In this device, when the potential of the second node N2 is about to drop below V2, the fourth diode 22 conducts, and then the potential of the second node N2 is fixed to V2. Therefore, this device can output a binary DC pulse voltage having a low level of V2 and a high level of V1.

図６に示したように高電位線側に共振コンデンサ２３０を接続した場合でも、図８に示した構成のように追加の直流電圧源２７を設けることで、ローレベルがＶ2、ハイレベルがＶ1である二値の直流パルス電圧を出力することができる。 Even when the resonance capacitor 230 is connected to the high potential line side as shown in FIG. 6, by providing the additional DC voltage source 27 as shown in FIG. 8, the low level is V2 and the high level is V1. It is possible to output a binary DC pulse voltage.

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態の直流パルス電源装置の概略回路構成図であり、図１０は第２実施形態の直流パルス電源装置の要部の動作波形図である。
図９では、すでに説明した図１及び図６に記載の装置と同じ又は相当する構成要素には同じ符号を付している。この第２実施形態の装置では、第１実施形態の装置における第３スイッチング部１９及び第３ダイオード（実質的には寄生ダイオード）２０、並びに、第４スイッチング部２１及び第４ダイオード（実質的には寄生ダイオード）２２に代えて、それぞれ単なるダイオード素子である第１クランプダイオード２００、第２クランプダイオード２２０を設けている。したがって、制御部３００は二つのスイッチング部１４、１６のオン・オフ動作のみを制御する。 [Second Embodiment]
FIG. 9 is a schematic circuit configuration diagram of the DC pulse power supply device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an operation waveform diagram of a main part of the DC pulse power supply device according to the second embodiment.
In FIG. 9, the same or corresponding components as those of the apparatus shown in FIGS. 1 and 6 described above are designated by the same reference numerals. In the apparatus of the second embodiment, the third switching unit 19 and the third diode (substantially parasitic diode) 20 in the apparatus of the first embodiment, and the fourth switching unit 21 and the fourth diode (substantially). Instead of the parasitic diode) 22, a first clamp diode 200 and a second clamp diode 220, which are simple diode elements, are provided, respectively. Therefore, the control unit 300 controls only the on / off operation of the two switching units 14 and 16.

図１０を参照しつつ、第２実施形態の直流パルス電源装置の動作について、特に第１実施形態の装置と異なる点を中心に説明する。
制御部３００から供給される制御信号Ｇ１、Ｇ２により、第１スイッチング部１４はｔ1～ｔ2期間だけオンし、第２スイッチング部１６はｔ3～ｔ0期間だけオンする。ｔ0～ｔ1期間及びｔ2～ｔ3期間は二つのスイッチング部１４、１６が共にオフ状態であるデッドタイムであり、デッドタイムを挟んで二つのスイッチング部１４、１６は相補的にオン動作する。 With reference to FIG. 10, the operation of the DC pulse power supply device of the second embodiment will be described with particular focus on the differences from the device of the first embodiment.
By the control signals G1 and G2 supplied from the control unit 300, the first switching unit 14 is turned on only for the t1 to t2 period, and the second switching unit 16 is turned on only for the t3 to t0 period. The t0 to t1 period and the t2 to t3 period are dead times in which the two switching units 14 and 16 are both in the off state, and the two switching units 14 and 16 operate in a complementary manner with the dead time in between.

この直流パルス電源装置の動作は、大略α（α1、α2）、β（β1、β2）、γ（γ1、γ2）の三つのモードに集約され得る。
時刻ｔ0において、第２スイッチング部１６がターンオフすると、二つのスイッチング部１４、１６は共にオフ状態になる。この期間、つまりα1モードのうちの前半であるｔ0～ｔ1期間には、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギに由来する電流Ｌo(i)が、共振リアクトル１８→第１ダイオード１５→電源コンデンサ１３→第２クランプダイオード２２０→共振リアクトル１８、という経路で流れる。これにより、共振リアクトル１８の両端電圧Ｌo(v)は概ね電源コンデンサ１３の充電電圧つまりＶ1にクランプされる。 The operation of this DC pulse power supply device can be summarized into three modes of roughly α (α1, α2), β (β1, β2), and γ (γ1, γ2).
When the second switching unit 16 is turned off at time t0, both the two switching units 14 and 16 are turned off. In this period, that is, in the t0 to t1 period, which is the first half of the α1 mode, the current Lo (i) derived from the energy stored in the resonance reactor 18 is generated by the resonance reactor 18 → the first diode 15 → the power supply capacitor 13 →. It flows through the path of the second clamp diode 220 → the resonance reactor 18. As a result, the voltage across Lo (v) of the resonant reactor 18 is generally clamped to the charging voltage of the power supply capacitor 13, that is, V1.

その後、時刻ｔ1で第１スイッチング部１４がターンオンすると、電流Ｌo(i)が０になるまで、第１スイッチング部１４と第１ダイオード１５とが同時に導通した状態で、電流Ｌo(i)は共振リアクトル１８をそれまでと同じ方向（左方向）に流れ続ける。第１スイッチング部１４のターンオン動作は、第１ダイオード１５が通電状態であるのでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）である。 After that, when the first switching unit 14 turns on at time t1, the current Lo (i) resonates while the first switching unit 14 and the first diode 15 are simultaneously conducting until the current Lo (i) becomes 0. The reactor 18 continues to flow in the same direction (to the left) as before. The turn-on operation of the first switching unit 14 is zero voltage switching (ZVS) because the first diode 15 is in the energized state.

共振リアクトル１８を左方向に流れる電流Ｌo(i)が０になり、β1モードに移行すると、共振コンデンサ２３０の充電電圧が放電することによる電流と、電源コンデンサ１３より負荷キャパシタ５０を充電する電流との加算値であるＬo(i)が、ＬＣ共振の電流として共振リアクトル１８を右方向に流れる。そして、共振コンデンサ２３０の電圧が減少、負荷キャパシタ５０の電圧が増加するので、ノードＮ２の電圧が上昇する。ノードＮ２の電圧が電源コンデンサ１３の充電電圧つまりＶ1を超えると、第１クランプダイオード２００が順方向バイアスされて導通する。第１クランプダイオード２００が導通してγ1モードに移行すると、電流Ｌo(i)は、共振リアクトル１８→第１クランプダイオード２００→第１スイッチング部１４→共振リアクトル１８という経路で、循環的に流れる。このときには、ノードＮ２の電圧は第１クランプダイオード２００によって電圧Ｖ1にクランプされるので、略Ｖ1一定に固定される。 When the current Lo (i) flowing to the left in the resonance reactor 18 becomes 0 and the mode shifts to β1, the current due to the discharge of the charging voltage of the resonance capacitor 230 and the current for charging the load capacitor 50 from the power supply capacitor 13 Lo (i), which is the added value of, flows to the right in the resonance reactor 18 as the current of LC resonance. Then, the voltage of the resonance capacitor 230 decreases and the voltage of the load capacitor 50 increases, so that the voltage of the node N2 rises. When the voltage of the node N2 exceeds the charging voltage of the power supply capacitor 13, that is, V1, the first clamp diode 200 is forward-biased and conducts. When the first clamp diode 200 conducts and shifts to the γ1 mode, the current Lo (i) flows cyclically in the path of the resonance reactor 18 → the first clamp diode 200 → the first switching unit 14 → the resonance reactor 18. At this time, the voltage of the node N2 is clamped to the voltage V1 by the first clamp diode 200, so that the voltage is fixed to be substantially V1.

次いで、時刻ｔ2で第１スイッチング部１４がターンオフすると、二つのスイッチング部１４、１６は共にオフ状態になる。この期間、つまりα2モードのうちの前半であるｔ2～ｔ3期間では、共振リアクトル１８に蓄積されたエネルギに由来する電流Ｌo(i)が、共振リアクトル１８→第１クランプダイオード２００→電源コンデンサ１３→第２ダイオード１７→共振リアクトル１８、という経路で流れる。これにより、ノードＮ２の電圧は電源コンデンサ１３の充電電圧Ｖ1にクランプされ続ける。 Next, when the first switching unit 14 turns off at time t2, both the two switching units 14 and 16 are turned off. In this period, that is, in the t2 to t3 period, which is the first half of the α2 mode, the current Lo (i) derived from the energy stored in the resonant reactor 18 is the resonant reactor 18 → the first clamp diode 200 → the power supply capacitor 13 →. It flows in the path of the second diode 17 → the resonance reactor 18. As a result, the voltage of the node N2 continues to be clamped to the charging voltage V1 of the power supply capacitor 13.

その後、時刻ｔ3において第２スイッチング部１６がターンオンすると、電流Ｌo(i)が０になるα2モードの終了時点まで、電流Ｌo(i)が共振リアクトル１８を右方向へ引き続き流れる。このときの第２スイッチング部１６のターンオン動作は、第２ダイオード１７が通電状態であるのでゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）である。共振リアクトル１８を右方向に流れる電流Ｌo(i)が０になり、β2モードに移行すると、電流Ｌo(i)は、電源コンデンサ１３→共振コンデンサ２３０→共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６→電源コンデンサ１３、及び、負荷キャパシタ５０→共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６→負荷キャパシタ５０、という二つの経路内における共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６、という共通経路を、その二つの経路の電流加算値である共振電流として流れる。これにより、共振コンデンサ２３０は充電、負荷キャパシタ５０は放電され、ノードＮ２の電圧は、Ｖ1から０に向かって急速に低下する。そして、ノードＮ２の電圧が０を下回った時点で、第２クランプダイオード２２０が導通する。 After that, when the second switching unit 16 is turned on at time t3, the current Lo (i) continues to flow to the right in the resonance reactor 18 until the end of the α2 mode in which the current Lo (i) becomes 0. The turn-on operation of the second switching unit 16 at this time is zero voltage switching (ZVS) because the second diode 17 is in the energized state. When the current Lo (i) flowing to the right in the resonance reactor 18 becomes 0 and the mode shifts to β2 mode, the current Lo (i) changes from the power supply capacitor 13 → the resonance capacitor 230 → the resonance reactor 18 → the second switching unit 16 → the power supply. The current of the two paths is the common path of the resonance reactor 18 → the second switching section 16 in the two paths of the capacitor 13 and the load capacitor 50 → the resonance reactor 18 → the second switching section 16 → the load capacitor 50. It flows as a resonance current which is an added value. As a result, the resonance capacitor 230 is charged, the load capacitor 50 is discharged, and the voltage of the node N2 drops rapidly from V1 to 0. Then, when the voltage of the node N2 falls below 0, the second clamp diode 220 conducts.

第４ダイオード２０が導通しγ2モードに移行すると、第２スイッチング部１６及び第２クランプダイオード２２０が共に導通しており、電流Ｌo(i)は、共振リアクトル１８→第２スイッチング部１６→第２クランプダイオード２２０→共振リアクトル１８、という経路で循環電流として流れる。 When the fourth diode 20 conducts and shifts to the γ2 mode, the second switching unit 16 and the second clamp diode 220 both conduct, and the current Lo (i) is the resonance reactor 18 → the second switching unit 16 → the second. It flows as a circulating current in the path of the clamp diode 220 → the resonance reactor 18.

以上のように、第２実施形態の装置でも、共振波形の立上り及び立下りのスロープの一部のみを利用した部分共振によって、直流パルス電圧が立上る又は立下がる。そして、ダイオード素子を利用したクランプ回路によって、出力電圧がＶ1又は０Ｖに固定される。このようにして、簡単な回路で高速に立ち上がる又は立ち下がる直流パルス電圧を容量性負荷に印加することができる。 As described above, even in the apparatus of the second embodiment, the DC pulse voltage rises or falls due to the partial resonance using only a part of the rising and falling slopes of the resonance waveform. Then, the output voltage is fixed to V1 or 0V by the clamp circuit using the diode element. In this way, a DC pulse voltage that rises or falls at high speed can be applied to the capacitive load with a simple circuit.

もちろん、この第２実施形態の装置でも、図１１に示すように構成を変更することで、０ＶではないＶ2とＶ1との二つのレベルの直流パルス電圧を出力することができる。 Of course, even in the apparatus of the second embodiment, by changing the configuration as shown in FIG. 11, it is possible to output two levels of DC pulse voltage of V2 and V1 which are not 0V.

また、第１実施形態及び第２実施形態に示した構成の直流パルス電源装置をスタック状に多段の構成とすることにより、一段の回路では実現が難しい高い電圧のパルスを生成することもできる。 Further, by forming the DC pulse power supply devices having the configurations shown in the first embodiment and the second embodiment in a stack-like multi-stage configuration, it is possible to generate high voltage pulses that are difficult to realize with a one-stage circuit.

また、上記実施形態や変形例はあくまでも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、変更、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。 Further, the above-described embodiment and modification are merely examples of the present invention, and it is clear that the present invention is included in the claims even if appropriate modifications, changes, and additions are made within the scope of the present invention.

１０、２７…直流電圧源
１１…電源ダイオード
１２…平滑リアクトル
１３…電源コンデンサ
１４…第１スイッチング部
１５…第１ダイオード
１６…第２スイッチング部
１７…第２ダイオード
１８…共振リアクトル
１９…第３スイッチング部
２０…第３ダイオード
２１…第４スイッチング部
２２…第４ダイオード
２３、２３０…共振コンデンサ
２４…ダンピング抵抗
２５…正極性出力端
２６…負極性出力端
２００、２２０…クランプダイオード
３０、３００…制御部
５…容量性負荷回路
５０…負荷キャパシタ
５１…負荷抵抗 10, 27 ... DC voltage source 11 ... Power diode 12 ... Smoothing reactor 13 ... Power capacitor 14 ... First switching unit 15 ... First diode 16 ... Second switching unit 17 ... Second diode 18 ... Resonant reactor 19 ... Third switching Unit 20 ... 3rd diode 21 ... 4th switching unit 22 ... 4th diode 23, 230 ... Resonant capacitor 24 ... Damping resistance 25 ... Positive output end 26 ... Negative output end 200, 220 ... Clamp diode 30, 300 ... Control Part 5 ... Capacitive load circuit 50 ... Load capacitor 51 ... Load resistance

Claims (6)

プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first series circuit in which the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the low potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
DC pulse power supply for plasma processing equipment. プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記中間電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記低電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first semiconductor switching unit and a second semiconductor switching unit connected between the high potential line and an intermediate potential line which is a potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line. And the first series circuit connected in series,
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the intermediate potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the low potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
DC pulse power supply for plasma processing equipment. プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first series circuit in which the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
DC pulse power supply for plasma processing equipment. プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１半導体スイッチング部と第２半導体スイッチング部とが直列に接続された第１の直列回路と、
d)前記高電位線と前記中間電位線との間に接続された、第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部とが直列に接続された第２の直列回路と、
e)前記第１半導体スイッチング部と第２の半導体スイッチング部との接続部と、電圧出力端である前記第３半導体スイッチング部と第４半導体スイッチング部との接続部と、の間に接続された共振リアクトルと、
f)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
g)前記第１半導体スイッチング部と前記第２半導体スイッチング部とを所定の時間間隔を空けて交互にオン動作させるとともに、前記第１半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第３半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第２半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第３半導体スイッチング部をオン状態に維持する一方、前記第２半導体スイッチング部がオフするに伴い前記第４半導体スイッチング部をオン動作させ、少なくとも前記第１半導体スイッチング部がオンするまでの間、該第４半導体スイッチング部をオン状態に維持するように、前記第１乃至第４なる各半導体スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A first semiconductor switching unit and a second semiconductor switching unit connected between the high potential line and an intermediate potential line which is a potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line. And the first series circuit connected in series,
d) A second series circuit in which the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the intermediate potential line.
e) Connected between the connection portion between the first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit, and the connection portion between the third semiconductor switching unit and the fourth semiconductor switching unit, which is a voltage output end. Resonant reactor and
f) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
g) The first semiconductor switching unit and the second semiconductor switching unit are alternately turned on at predetermined time intervals, and the third semiconductor switching unit is turned on as the first semiconductor switching unit is turned off. The third semiconductor switching unit is kept on in the on state until it is operated and at least until the second semiconductor switching unit is turned on, while the fourth semiconductor switching unit is turned on as the second semiconductor switching unit is turned off. The on / off operation of each of the first to fourth semiconductor switching units is controlled so as to operate and keep the fourth semiconductor switching unit in the on state at least until the first semiconductor switching unit is turned on. Control unit and
DC pulse power supply for plasma processing equipment. プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と前記低電位線との間に接続された、第１スイッチング部と第２スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第１及び第２のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第１スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第１クランプダイオードと、
f)導通時に前記第２スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第２クランプダイオードと、
g)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) A series circuit in which the first switching unit and the second switching unit are connected in series, which are connected between the high potential line and the low potential line.
d) A resonance reactor connected between the connection portion of the first and second switching portions and the voltage output end, and
e) A first clamp diode capable of passing a current in one direction from the voltage output end to the high potential end of the first switching unit when conducting.
f) A second clamp diode capable of passing a current in one direction from the low potential end of the second switching unit to the voltage output end at the time of conduction, and
g) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
h) A control unit that complementarily turns on the first switching unit and the second switching unit with a predetermined dead time in between.
DC pulse power supply for plasma processing equipment. プラズマ加工のためのプラズマを含む容量性負荷回路に直流パルス電圧を印加するプラズマ加工装置用直流パルス電源装置であって、
a)直流電圧を発生する電源部と、
b)前記電源部による直流電圧が与えられる高電位線と低電位線との間に接続された電源コンデンサと、
c)前記高電位線と、該高電位線の電位と前記低電位線の電位との間の電位である中間電位線との間に接続された、第１スイッチング部と第２スイッチング部とが直列に接続された直列回路と、
d)前記第１及び第２のスイッチング部の接続部と電圧出力端との間に接続された共振リアクトルと、
e)導通時に前記電圧出力端から前記第１スイッチング部の高電位端への一方向に電流を流すことが可能である第１クランプダイオードと、
f)導通時に前記第２スイッチング部の低電位端から前記電圧出力端への一方向に電流を流すことが可能である第２クランプダイオードと、
g)前記電圧出力端と前記高電位線との間に接続された共振コンデンサと、
h)前記第１スイッチング部と前記第２スイッチング部を所定のデッドタイムを挟んで相補的にオン動作させる制御部と、
を備えるプラズマ加工装置用直流パルス電源装置。 A DC pulse power supply for plasma processing equipment that applies a DC pulse voltage to a capacitive load circuit containing plasma for plasma processing.
a) Power supply unit that generates DC voltage and
b) A power supply capacitor connected between the high-potential line and the low-potential line to which the DC voltage is applied by the power supply unit,
c) The first switching unit and the second switching unit connected between the high potential line and the intermediate potential line which is the potential between the potential of the high potential line and the potential of the low potential line are A series circuit connected in series and
d) A resonance reactor connected between the connection portion of the first and second switching portions and the voltage output end, and
e) A first clamp diode capable of passing a current in one direction from the voltage output end to the high potential end of the first switching unit when conducting.
f) A second clamp diode capable of passing a current in one direction from the low potential end of the second switching unit to the voltage output end at the time of conduction, and
g) A resonant capacitor connected between the voltage output end and the high potential line,
h) A control unit that complementarily turns on the first switching unit and the second switching unit with a predetermined dead time in between.
DC pulse power supply for plasma processing equipment.
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