JP5992407B2 - アーク消去方法及びアーク消去システム - Google Patents

Description

本発明は、気体放電チャンバ内のアークの消去方法であって、該気体放電チャンバに電力が供給され、電流が第１の方向に流れるときと、逆の第２の方向に流れるときとの双方の場合において、該気体放電チャンバ内に気体放電が生成され、アークが検出された場合、該気体放電チャンバへの電力供給を中断する、アークの消去方法に関する。

本発明はさらに、電力供給部と気体放電チャンバの電極との間の少なくとも一部区間に給電線を含むアーク消去システムであって、一方向に電流が流れたときと、逆の第２の方向に電流が流れたときとの双方の場合において、該気体放電チャンバ内に気体放電が生成されるように構成されたアーク消去システムに関し、該アーク消去システムはアーク消去装置を有する。

真空プラズマ発生装置としては、種々の電力クラスのものや、種々の出力信号波形を有するものが公知となっている。

ガラス真空コーティングでは、たとえば、出力信号が３０〜３００ｋＷの電力を有するＭＦ信号である中波帯（ＭＦ）発生器が使用される。このＭＦ信号は大抵、１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数を有する正弦波信号である。その場合には、出力電圧は数百Ｖ〜１０００Ｖを超える場合がある。プラズマを点弧させるためには、この電圧はしばしば、通常動作時よりも格段に高くなることがある。

プラズマ中には、いわゆるアークと称される、短時間の弧絡や比較的長時間維持される弧絡が生じることがあり、このアークは望ましくない。アークは通常、とりわけ発生器の出力端や発生器の別の場所における電圧の降下や低下と電流の上昇とによって検出される。このようなアークが検出された場合には、このアークが可能な限り迅速に消去するかないしは完全に発達しきらないようにしなければならない。

ＥＰ１７２０１９５Ａ１から、交流電圧とりわけＭＦ交流電圧で動作する気体放電装置におけるアーク消去システムが公知である。このアーク消去システムは、アーク消去装置と、該アーク消去装置を制御するアーク検出装置とを有し、該アーク消去装置は少なくとも１つの制御可能な抵抗を有し、該制御可能な抵抗は、交流電圧源から前記気体放電装置まで繋がっている電気的線路に直列接続で配置されている。前記制御可能な抵抗器としてスイッチが設けられる。これはとりわけＩＧＢＴである。アークが検出された場合、スイッチを導通状態に切り替えることにより、スイッチにおいて電気エネルギーを意図的に熱に変換する。その際には、ＩＧＢＴの空乏層が非常に大きく加熱されてしまうので、その結果、ＩＧＢＴを破壊することなく対応できるアークの数はごく僅かとなってしまう。

それゆえ本発明の課題は、アーク発生率が上昇しても使用できるアーク消去方法とアーク消去装置とを提供することである。

前記課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法と、請求項７に記載の構成を有するアーク消去システムとによって解決される。

本発明では、アークが検出された場合、気体放電チャンバへの給電線および／または気体放電チャンバ内部に存在する残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給する。このことにより、プラズマプロセスの残留エネルギーを格段に低減することができる。本発明の方法により、非常に迅速かつ高効率なアーク消去を実現することができる。アークエネルギーを非常に大きくかつ迅速に低減することができる。さらに本発明の方法によって、気体放電チャンバの部品の劣化も、気体放電チャンバの電極の駆動制御装置の劣化も軽減することができる。

上記実施形態に代わる、本発明の方法の択一的な実施形態では、アークが検出された場合、少なくとも１つのスイッチを開放することによって気体放電チャンバへの電力供給を遮断し、該スイッチにおける電圧をエネルギー蓄積器の電圧に制限することができる。このようにして、気体放電チャンバへの給電線および／または気体放電チャンバ内部に存在する残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給することができる。さらに付加的に、出力トランスの漏れインダクタンスまたは出力振動回路のインダクタンスに残った残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給することもできる。このようにして、この残留エネルギーがアークへ供給されるのが阻止される。

非線形の素子により、前記エネルギー蓄積器からエネルギーが、気体放電チャンバへの給電線および／または気体放電チャンバへ戻るのを低減するか、または遮断することができる。このことにより、気体放電チャンバ内において残留エネルギーが非常に小さい場合にはアークを非常に迅速に消去することができる。アークエネルギーを迅速かつ高効率で低減することができる。

このようにして、気体放電チャンバにおける破壊の程度を低減することができる。スイッチにおける損失電力を低減し、それにより、たとえば２ｋＨｚを上回る高いアーク発生率の場合にも本発明の方法を使用できるようになる。

アークが無い動作状態において、すなわち通常動作時に、予め定められた蓄積状態にまでエネルギー蓄積器のチャージを予め行うことができる。このような方法により、アーク消去を迅速化することができる。

また、アーク消去を行った後に、予め定められた蓄積状態になるまでエネルギー蓄積器の放電を行うこともできる。このことにより、次のアークが発生したときにエネルギー蓄積器が十分に残留エネルギーを再び吸収できるようになることが保証される。このことにより、アーク処理の開始時の初期状態は常に同じになる。さらに、このような実施形態によってエネルギー蓄積器の破壊を防止することもできる。

第１の方向に電流が流れることに起因する残留エネルギーも、第２の方向に電流が流れることに起因する残留エネルギーも、もっぱら１つの（同じ）エネルギー蓄積器にのみ供給されるようにすることができる。このようにすると、電流の方向が異なるごとに異なるエネルギー蓄積器を２つ設ける必要がなくなる。このことにより、回路の構成がより簡略化され、高コストの部品の数が低減し、エネルギー蓄積器の事前充電および放電を簡略化することができる。

残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給することにより、給電線において、とりわけ給電線の線路インダクタンスにおいて、電圧の反転を生じさせることができ、このことにより、アーク消去がより迅速化される。

気体放電への電力の供給を遮断して残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給するために、該電力の供給を切り替えることは、１つの駆動制御信号のみを用いて行うことができ、こうするためには、２つの電子スイッチを該１つの駆動制御信号によって同時に駆動制御し、とりわけ開放することができる。

前記電子スイッチは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴまたは別の電子スイッチとすることができる。

これら２つのスイッチの構成は同一とすることができる。このことにより、本発明の方法を実施するための回路の構成が簡略化される。高コストの部品の数を低減することができる。始動および監視が簡略化される。

気体放電チャンバへ電力が供給される間は、前記２つの電子スイッチを閉成し、アークが検出されたときにこれらの電子スイッチを開放することができる。このことにより、スイッチにおける損失電力が低減され、この損失電力の低減により、アーク発生率が高くても（＞２ｋＨｚ）本発明の方法を使用することができる。

気体放電チャンバへ電力が供給される間は、少なくとも１つの電子スイッチを閉成し、アークが検出されたときにこの電子スイッチを開放することができる。このことにより、スイッチにおける損失電力が低減する。

本発明のアーク消去システムは、気体放電チャンバへの給電線および／または気体放電チャンバ内に存在するエネルギーを吸収するためのエネルギー蓄積器を備えたアーク消去装置を含む。このようなアーク消去装置により、非常に迅速かつ高効率なアーク消去を実現することができる。アークエネルギーは低減し、気体放電チャンバの部品の劣化は軽減される。

このようなシステムにより、出力振動回路の出力トランスの漏れインダクタンスに残った残留エネルギーをエネルギー蓄積器へ供給することもできる。このようにして、この残留エネルギーがアークへ供給されるのが阻止される。

気体放電チャンバ内の気体放電は、第１の方向に電流を流しても、逆方向に電流を流しても生成される。その際に、気体放電チャンバ内にアークが発生することがある。エネルギー蓄積器を設けることにより、アークにエネルギーが供給され続けるのを阻止することができる。とりわけ、気体放電チャンバからアークエネルギーを取り出してエネルギー蓄積器へ供給することもできる。

前記アーク消去装置は、エネルギー蓄積器から前記給電線と前記気体放電チャンバとへ電力が流れるのを低減または阻止するように設けられた非線形の素子を有することができる。その際にはとりわけ、前記アーク消去装置は少なくとも１つのスイッチを有し、該少なくとも１つのスイッチは、エネルギー供給装置から気体放電チャンバの両電極のうち１つへ繋がっている給電線に直列接続で配されており、アーク検出時には該少なくとも１つのスイッチは駆動制御信号による駆動制御によって開放されるように構成することができる。このことにより回路の構成が簡略化される。スイッチにおける損失を低減することができる。このことにより、アーク頻度の上昇にも対応することができる。

前記スイッチに接続された駆動制御回路を有するアーク検出装置を、前記アーク消去装置に接続して設けることができる。このことにより、アーク持続時間、アーク応答閾値、および、アークに応答するまでの遅延時間を調整することができる。前記駆動制御回路は、周期的または非周期的なパルスにも使用することができ、たとえば予防的なアーク防止にも使用することができる。

前記エネルギー蓄積器はキャパシタを含むことができる。前記エネルギー蓄積器がキャパシタである場合、たとえば前記給電線のインダクタンスに蓄積された残留エネルギーを別のエネルギー蓄積器に、最も迅速に移し替えることができる。有利にはさらにダイオードを設ける。このダイオードにより、回路技術的に非常に簡単に、エネルギーが給電線へ戻るのを阻止することができる。

残留エネルギーの大部分はしばしば、給電線のインダクタンスおよび／または出力振動回路のインダクタンスに蓄積されることが多い。その際には、この残留エネルギーをキャパシタに移し替えるのが特に有利である。残留エネルギーの大部分が、たとえば給電線のキャパシタンスおよび／または気体放電チャンバ等である容量に蓄積される構成の場合には、エネルギー蓄積器をインダクタンスとすることができる。

エネルギー蓄積器の事前充電を行うために直流電圧源を設けることができる。直流電圧は簡単に準備することができる。直流電圧は非常に簡単に、接地電位から直流分離して準備することができ、このことは上述の場合に有利である。直流電圧は非常に簡単に、場合によっては非常に迅速に制御することができ、しばしば気体放電プロセスが異なることが多く、気体放電プロセスのアークの振舞いが異なっても、直流電圧をこの気体放電プロセスに適合することができる。エネルギー蓄積器の事前充電を行うために、整流素子を介して、とりわけダイオードを介して、給電線の接続ノードとエネルギー蓄積器のキャパシタとを接続することができる。このように構成された回路により、エネルギー蓄積器の事前充電、とりわけキャパシタンスの事前充電を簡単に行うことができる。さらに、直流分離された電圧供給部を追加する必要もない。このことにより、キャパシタの電圧がプラズマ処理の電圧に適合される。

前記整流素子に直流電圧制御回路を後置接続することができる。

相互に直列に配置された２つのダイオードと２つのスイッチ装置とを設け、両ダイオードの接続点と両スイッチ装置の接続点との間にエネルギー蓄積器を接続して、前記アーク消去装置を対称的に構成することができる。このことにより、最低限の数の能動部品を有する簡単かつ高速な回路が実現される。より多くの能動部品を必要とする場合には、アークに応答する速度が低下してしまう。

前記スイッチ装置はそれぞれ少なくとも１つのＩＧＢＴを有することができる。この少なくとも１つのＩＧＢＴには逆並列ダイオードが並列接続され、コレクタとエミッタとの間に接続される。このことにより、パワーエレクトロニクスにおいて幅広く使用される標準的な部品を使用できるようになる。標準的部品は幅広く使用されるので、確実かつ低コストで入手することができる。

スイッチとダイオードとを有するモジュールを設けることができる。このことにより、部品数を低減し、配線のノイズを確実に防止することができる。このことにより、回路全体の信頼性を改善することができる。

さらに、エネルギー蓄積器の事前充電を行うために、接地電位と直流分離された直流電圧源を設けることができる。直流電圧は非常に簡単に準備することができる。直流電圧は非常に簡単に、接地電位から直流分離して準備することができ、このことは上述の場合に有利である。直流電圧は非常に簡単に、場合によっては非常に迅速に制御することができ、気体放電プロセスが部分的に異なっても、直流電圧をこの気体放電プロセスに適合することができる。

前記アーク消去システムは、接地電位との間に直流接続部を有さないように構成することができる。このことにより、アーク消去システムの信頼性を改善することができる。というのもアーク消去システムは、アース電位に対する線路に及ぼされる妨害や、アース接続部に及ぼされる妨害自体に依存しなくなるからである。

プラズマ動作中には前記スイッチを閉成し、アーク消去の場合には開放することができる。このことにより、スイッチにおける損失が低減し、アーク発生率の上昇に対応することができる。

さらに、エネルギー蓄積器の放電を行うために放電装置を設けることができる。このことにより、予め定められた蓄積状態になるまでエネルギー蓄積器の放電を行うことができる。このことにより、残留エネルギーを吸収しなければならないときのエネルギー蓄積器の初期状態が常に同じになることを保証することができる。

所定の電圧値を超えたときにエネルギー蓄積器の放電を行うように放電装置を作動させる電圧監視部を設けることができる。このことにより、エネルギー蓄積器を過電圧から保護することができる。

さらに、予め定められた電圧値を下回った場合、放電装置がエネルギー蓄積器の放電を行うのをデアクティベートする電圧監視部を設けることもできる。このことにより、エネルギー蓄積器における電圧を簡単に制御することができる。このようにして、アーク消去のための事前設定される値を調整することができる。

所定の電流値を超えたときにエネルギー蓄積器の放電を行うように放電装置を作動させる電流監視部を設けることができる。このことにより、エネルギー蓄積器を過電流から保護することができる。

さらに、所定の電流値を下回った場合に放電装置がエネルギー蓄積器の放電を行うのをデアクティベートする電流監視部を設けることもできる。このことにより、エネルギー蓄積器における電流を簡単に制御することができる。このようにして、アーク消去のための事前設定される値を調整することができる。

エネルギー蓄積器から取り出されたエネルギーは、放電装置において熱に変換することができる。このことにより、アーク発生率が低い場合、エネルギー変換を簡単かつ低コストで実現することができる。エネルギー蓄積器から取り出されたエネルギーの少なくとも一部は、前記放電装置に後置接続されたエネルギー変換装置を介して電力供給部へ戻されるように構成することができる。このような実施形態は幾らか面倒になるが、その代わり、少なくとも、エネルギーを熱に変換するのに非常に大きなスペースを必要とすることが多い、アーク発生率が高い用途では、省エネルギーおよび省スペースとなる。というのも、熱変換を行うには大きな表面積に分布させなければならないからである。

前記スイッチに電圧制限回路を設けることができる。これにより、前記スイッチが可能な限りスイッチングモードで動作し、エネルギーがスイッチにおいて熱に変換されるのではなくエネルギー蓄積器に移し替えられることを保証することができる。なおかつ、前記スイッチを過電圧から保護することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明している。この実施例の記載と特許請求の範囲から、本発明の別の特徴および利点が明らかである。図面には、本発明に重要な詳細を示している。個々の特徴は単独で実現することができ、また、本発明の一実施形態において任意の組み合わせで実現することができ、この任意の可能な組み合わせは複数存在する。

図面に本発明の有利な実施例を概略的に示しており、以下の記載にて図面を参照してこれらの実施例を詳細に説明する。

気体放電チャンバに接続された交流電圧気体放電励起システムの第１の実施形態を示す。 前記交流電圧気体放電励起システムの別の択一的な実施形態を示す。 アーク消去装置の一実施例を示す。 アーク消去装置の第２の実施例を示す。 アーク消去装置の第３の実施例を示す。 電圧制限回路を備えたアーク消去システムを示す。 エネルギー変換装置を備えたアーク消去システムを示す。 アーク消去装置における電流および電圧の時間特性を示す。

図１ａに交流電圧気体放電励起システム１を示しており、この交流電圧気体放電励起システム１は給電線２を介して気体放電チャンバ５の電極３，４に、とりわけプラズマ装置の電極３，４に接続されている。両電極３，４は気体放電チャンバ５内に配置されており、該気体放電チャンバ５内においてワーク６が処理される。

交流電圧気体放電励起システム１は交流電圧発生器７．１を含み、該交流電圧発生器７．１は配電網接続端子８を有する。前記配電網接続端子８は、単相または多相とすることができる。前記配電網接続端子８には配電網整流器９が接続されている。この配電網整流器９は、たとえばＤＣ／ＤＣ変換器等である別の構成要素を含むことができる。この出力端において、いわゆる中間回路直流電圧が出力される。前記配電網整流器９に電圧変換器１０が後置接続されており、該電圧変換器１０はブリッジ回路１１を含む。この電圧変換器１０により出力振動回路１２が駆動制御される。前記電圧変換器１０の出力信号は、当該電圧変換器１０を制御する電圧変換器制御部１３によって調整される。前記電圧変換器１０および出力振動回路１２は電力供給部２７と見なすことができ、とりわけ交流電圧源または交流電流源と見なすことができる。前記出力振動回路１２は、図中に示されているように並列共振回路とするか、または直列共振回路とすることができる。

前記出力振動回路１２は、キャパシタ１４と、出力トランス１６の漏れインダクタンス１５とを含む。前記出力トランス１６により、直流分離を行うことができる。また、この出力トランス１６を電圧調整に用いることもできる。共振周波数を最適に調整できるようにするために、キャパシタ１４を調整可能であるように構成することができる。気体放電チャンバ５の電極３まで繋がっている給電線１７にアーク消去装置１８が直列接続されている。通常動作時には、給電線１７，１９間と、交流電圧発生器７．１の出力接続端子２０とに、５ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数を有する中波（ＭＦ）交流電圧が発生する。

気体放電チャンバ５内に光アーク（Arc）が発生すると、この光アークは、交流電流発生器７．１における電流および／または電圧および／または電力に影響を及ぼす。これらのパラメータのうち１つまたは複数は、たとえば、電圧変換器１０と出力振動回路１２との間に配置された測定装置２１によって測定することができる。しかし、この測定装置２１を交流電圧発生器７．１内の別の場所に配置するか、または気体放電チャンバ側に配置することもできる。

測定装置２１によって測定された（複数の）前記パラメータに基づき、アークが発生したかまたは発生中であることを、アーク検出装置２２が判定することができる。このアーク検出装置２２は、アーク消去装置１８と同様、アーク消去システム２３．１の一部分を成す。アーク検出装置２２はさらに、電圧変換制御部１３に接続されている。アーク検出装置２２はアークを検出した場合、電圧変換器１０から出力振動回路１２の方向にエネルギーが流れなくなるようにブリッジ回路１１を制御するよう、前記電圧変換制御部１３に影響を及ぼすことができる。前記アーク消去装置１８はエネルギー蓄積器を有し、アークの発生時には、残留エネルギーがたとえば（線路）インダクタンス１７．１，１９．１，１７．４，１９．４または気体放電チャンバ５から、このエネルギー蓄積器へ供給される。前記インダクタンス１７．１，１９．１は出力トランス１６の漏れインダクタンスの成分を成すか、または含むことができる。実質的に、前記インダクタンス１７．４および１９．４が、交流電圧発生器７．１から気体放電チャンバ５の電極３，４までの給電線２を含む線路インダクタンスを成す。

オプションとして、線路１９とアーク消去装置１８とを接続することができる。この接続は符号２４によって示されている。

オプションとして、アーク消去装置１８はエネルギー変換装置２５を有する。このエネルギー変換装置２５は、前記エネルギー蓄積器に供給されたエネルギーを直流電圧パワーに変換し、接続部２９を介してこの直流電圧パワーを、交流電圧発生器７．１の直流電圧供給点２８へ供給する。前記直流電圧供給点２８は、たとえば中間回路直流電圧となることができる。

図１ｂは基本的に図１ａに相当するが、相違点として、アーク消去システム２３．２は交流電圧発生器７．２の外部に配置されている。つまり、アーク消去装置１８が気体放電チャンバ５への給電線２のうちいずれかの給電線に配置されているということである。その際には、アーク検出装置２２．１を交流電圧発生器７．２内に配置し、および／または、アーク検出装置２２．２を前記アーク消去システム２３．２内に配置することができる。

図２に、対称的に構成されたアーク消去装置１８の第１の実施形態を示す。このアーク消去装置１８は給電線セグメント１７．２，１７．３を有する。この実施例では、エネルギー蓄積器３０はキャパシタとして構成されている。前記エネルギー蓄積器３０は、ＩＧＢＴとして構成されたスイッチＳ１と、該スイッチＳ１に逆並列接続されたダイオードＤ１とを介して、給電線セグメント１７．２に接続されている。さらに前記エネルギー蓄積器３０は、ＩＧＢＴとして構成されたスイッチＳ２と、該スイッチＳ２に逆並列接続されたダイオードＤ２とを介して、給電線セグメント１７．３に接続されている。エネルギー蓄積器３０の他方の端子は、ダイオードＤ３を介して給電線セグメント１７．２に接続されており、かつ、ダイオードＤ４を介して給電線セグメント１７．３に接続されている。素子Ｓ１，Ｄ１およびＤ３は、事前製造されるモジュール３１内に配置することができ、素子Ｓ２，Ｄ２およびＤ４は、事前製造されるモジュール３２内に配置することができる。ダイオードＤ３，Ｄ４は直列接続されている。スイッチＳ１とダイオードＤ１とは１つのスイッチ装置を構成し、スイッチＳ２とダイオードＤ２とは１つのスイッチ装置を構成する。エネルギー蓄積器３０は、ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点ＶＰ１と、前記２つのスイッチ装置の接続点ＶＰ２との間に接続されている。ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードは接続点ＶＰ１に接続されている。ダイオードＤ３のアノードは前記給電線セグメント１７．２に接続されている。ダイオードＤ４のアノードは前記給電線セグメント１７．３に接続されている。

アークが検出された場合、通常動作時には閉成されているスイッチＳ１，Ｓ２が開放される。このことにより、ダイオードＤ１，Ｄ２とスイッチＳ１，Ｓ２とに電流が流れなくなり、ダイオードＤ３，Ｄ４を介してダイオードＤ２，Ｄ１へ電流が流れる。給電線１７，１９と気体放電チャンバ５内部とに存在するエネルギーは、エネルギー蓄積器３０へチャージされる。非線形の素子であるスイッチＳ１，Ｓ２のスイッチング状態と、ダイオードＤ１〜Ｄ４の配置構成とにより、エネルギー蓄積器３０からエネルギーが給電線１７，１９へ戻ること、特に気体放電チャンバ５へ戻ることが阻止される。この阻止を行うためには、それぞれ１つのスイッチＳ１またはＳ２と２つのダイオードＤ１，Ｄ３またはＤ２，Ｄ４を有する、同一構成のモジュール３１，３２を２つ設けるだけでよい。エネルギーをエネルギー蓄積器３０に移し替えることは、交流電圧のどちらの半波が気体放電チャンバ５に現在印加されているかに関係なく、ないしは、気体放電チャンバ５内の電流が流れる方向に関係なく実現される。

スイッチＳ１，Ｓ２を駆動制御するための駆動制御回路３３とアーク検出装置２２とを接続するか、または、この駆動制御回路３３をアーク検出装置２２の一部とすることができる。エネルギー蓄積器３０の事前充電を行えるようにするため、直流分離された直流電圧源または直流電流源３４が当該エネルギー蓄積器３０に対して並列に設けられている。さらに、前記エネルギー蓄積器３０に対して並列に放電装置３７が設けられている。この放電装置３７はスイッチ３５と抵抗３６とを有し、この放電装置３７を介してエネルギー蓄積器３０の放電を行うことができる。電圧監視部５０がエネルギー蓄積器３０の充電状態を監視し、予め定められた電圧値を超えた場合には電圧監視部５０は放電装置３７をアクティベートし、電圧値を下回る場合には電圧監視部５０は放電装置３７をデアクティベートする。

図３に、アーク消去装置１８．１の択一的な実施形態を示す。図２との相違点は、素子Ｓ１，Ｓ２，Ｄ１，Ｄ２およびＤ３，Ｄ４が逆向きに組み付けられていることである。

図４に示された実施形態では、アーク消去装置１８．２は給電線１９に配置されており、さらに、給電線１７との接続部を有する。このアーク消去装置１８．２は給電線セグメント１９．２，１９．３を有する。アーク消去装置１８との相違点として、アーク消去装置１８．２は直流電圧源や直流電流源３４を有さない。こうするためには、ダイオードＤ７と抵抗Ｒとを介してエネルギー蓄積器３０と給電線１７とが接続されている。抵抗Ｒの他に付加的に、電圧制御回路または電流制御回路またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。アーク消去装置１８．２の利点は、エネルギー蓄積器の充電を行うために、直流分離された電圧供給部を追加する必要がないことである。さらに、エネルギー蓄積器３０の電圧がプラズマ処理の電圧に適合される。このことを望まない場合には、抵抗Ｒを使用する代わりに、電圧制御回路および／または電流制御回路を電流制限のために使用することができる。その場合には、直流分離は不要である。

図５に、アーク消去システム２３．３の一実施形態を示す。このアーク消去システム２３．３の構成は、図１の構成におけるアーク消去システム２３．１としても、図２の構成におけるアーク消去システム２３．２としても使用することができる。アーク消去システム２３．３は、相互に逆方向に直列接続された２つのスイッチＳ１，Ｓ２を含む。これらのスイッチＳ１，Ｓ２はＩＧＢＴとして構成されている。各スイッチＳ１，Ｓ２にそれぞれダイオードＤ１，Ｄ２が並列接続されており、ダイオードＤ１，Ｄ２の各順方向は各スイッチＳ１，Ｓ２と逆方向になるように、ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。スイッチＳ１，Ｓ２はアーク検出装置２２によって駆動制御される。

図５では、各スイッチＳ１，Ｓ２ごとに電圧制限回路４０および４１も設けられているのが示されている。この電圧制限回路４０，４１はそれぞれ、２つのツェナーダイオード４２，４３，４４，４５を含む。通常動作時には、前記スイッチＳ１，Ｓ２は導通状態に切り替えられている。つまり、スイッチＳ１とダイオードＤ２を介して矢印方向３８に電流が流れ、スイッチＳ２とダイオードＤ１とを介して矢印方向３９に電流が流れる。

アークが検出されると、アーク検出部２２はスイッチＳ１，Ｓ２を開放するように制御する。このことにより、スイッチＳ１，Ｓ２には矢印方向３８にも矢印方向３９にも電流が流れることができなくなる。しかし、電圧が所定の値を超えたことを電圧制限回路４１が検出すると直ちに、スイッチＳ１，Ｓ２は再び導通状態に切り替えられる。このことは、スイッチ自体を破壊する過電圧からスイッチを保護するのに利用される。通常、スイッチにおける電圧は、キャパシタ３０における電圧によって制限され、電圧制限回路４０，４１が作動しないようにツェナーダイオード４２，４３，４４，４５は選定される。しかし、前記回路には内因性のインダクタンスが存在し、順方向動作時にダイオードの空乏層にキャリアが蓄積し、逆方向動作時にはこの蓄積されたキャリアが放出されるので、短時間の間、非常に高いピーク電圧が発生し、このピーク電圧がスイッチを破壊してしまうおそれがある。電圧制限回路４０，４１が設けられているのはそのためである。スイッチＳ１，Ｓ２を可能な限りスイッチングモードで動作させることにより、熱に変換されるエネルギーが可能な限り少なくなり、エネルギー蓄積器３０へ移し替えられるエネルギーが可能な限り多くなるようにする。

図６に、図４の回路を示す。ここでは前記放電装置３７を設ける代わりに、種々の素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有するエネルギー変換装置２５が設けられており、これらの種々の素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、直流分離型の別のＤＣ／ＤＣコンバータ、および、非直流分離型の別のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかを構成するように、相互に接続することができる。前記エネルギー変換装置２５は放電装置３７と異なり、エネルギーを完全に熱に変換するだけではなく、少なくともその一部を電力供給部２７または別のエネルギー負荷に供給し戻すことができる。こうするために前記エネルギー変換装置２５は、制御される直流電圧または制御される直流電流を生成することができる。交流電圧または交流電流に変換することも可能である。前記接続部２９を介して直流電流を、交流電圧発生器７．１の中間回路直流電圧に供給することができる。

図７に、アーク消去装置１８，１８．１，１８．２における電流特性曲線４０および電圧特性曲線４１を示す。電流特性４０は、アーク消去装置１８，１８．１，１８．２へ流れる電流、または、アーク消去装置１８，１８．１，１８．２から流れ出る電流等である電流の時間特性を示している。電流特性曲線４０はたとえば、図５に示された矢印３８または３９の方向に流れる電流である。以下、電流特性曲線４０が矢印３８の方向に流れる電流であると仮定する。そうすると、電圧特性曲線４１は、図５に示されたスイッチＳ１，Ｓ２における電圧Ｕ_Ｓの電圧特性に相当するということになる。時点ｔ１においてスイッチＳ１，Ｓ２が開放され、これらのスイッチに電流が流れるのが阻止される。矢印３８の方向には、ダイオードＤ３，Ｄ２とエネルギー蓄積器３０とを介して電流が流れ続ける。Ｄ３，Ｄ２では、エネルギー蓄積器３０における電圧と比較して、ごく僅かな電圧のみが降下する。気体放電チャンバ５への給電線１７，１９および／または気体放電チャンバ５内部および／または出力振動回路１２のインダクタンスに存在する残留エネルギーがエネルギー蓄積器３０へ供給され、この残留エネルギーの供給により、エネルギー蓄積器３０はさらに充電される。それゆえ、電圧の上昇は僅かのみである。電流は、電圧の印加に起因して迅速に低下する。時点ｔ２において電流の方向が切り替わり、電流はダイオードＤ４，Ｄ１に流れるようになる。スイッチＳ１，Ｓ２における電圧Ｕ_Ｓは反転し、逆方向に流れる電流を阻止し続ける。時点ｔ３において電流の方向が再び切り替わるが、電流は、ごく僅かな程度に低下するだけである。図中の実施例のように両スイッチが開放状態に維持される場合、両スイッチにおいて、電力供給部２７に起因して交流電圧が降下する。

Claims (14)

1. 気体放電チャンバ（５）内におけるアーク消去方法であって、
   前記気体放電チャンバ（５）へ電力が供給され、該気体放電チャンバ（５）内において、第１の方向に電流が流れたときと、逆の第２の方向に電流が流れたときとの双方において気体放電が生成され、
   アークを検出した場合、前記気体放電チャンバ（５）への電力の供給を遮断する、アークの消去方法において、
   アークを検出した場合、前記気体放電チャンバ（５）への給電線（１７，１９）内に、および／または前記気体放電チャンバ（５）内に存在する残留エネルギーを一つの電気エネルギー蓄積器（３０）へ供給し、および、
   アークを検出した場合、給電線（１７，１９）内に配置されており、かつ、前記電気エネルギー蓄積器と接続されている２つの半導体スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）を開放することにより、前記気体放電チャンバ（５）への電力の供給を遮断し、
   前記２つの半導体スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）の開放の時、前記２つの半導体スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）の端子間の電圧（Ｕ_Ｓ）を、前記電気エネルギー蓄積器（３０）の端子間の電圧まで制限する、
   ただし、前記２つの半導体スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）にそれぞれ１つのダイオードＤ１およびＤ２が並列接続されており、更に直列に配置された２つのダイオードＤ３およびＤ４が設けられており、
   前記電気エネルギー蓄積器（３０）は、前記２つのダイオードＤ３およびＤ４が自身のカソード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ１）と前記２つのダイオードＤ１およびＤ２が自身のアノード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ２）との間に接続されており、
   または、
   前記電気エネルギー蓄積器（３０）は、前記２つのダイオードＤ３およびＤ４が自身のアノード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ１）と前記２つのダイオードＤ１およびＤ２が自身のカソード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ２）との間に接続されており、
   前記ダイオードＤ３の別の端子と、前記ダイオードＤ１の別の端子とは、互いに接続され、かつ、前記給電線を通じて、電力供給部に接続され、
   前記ダイオードＤ４の別の端子と、前記ダイオードＤ２の別の端子とは、互いに接続され、かつ、前記給電線を通じて、前記気体放電チャンバ（５）に接続されている、
   ことを特徴とする、アーク消去方法。
2. 非線形の素子により、前記電気エネルギー蓄積器（３０）から電気エネルギーが、前記気体放電チャンバ（５）への給電線（１７，１９）および／または前記気体放電チャンバ（５）内へ戻るのを低減または遮断する、
   請求項１記載のアーク消去方法。
3. アークが発生する前に、所定の蓄積状態まで前記電気エネルギー蓄積器（３０）の充電を行う、
   請求項１または２記載のアーク消去方法。
4. アークの消去を行った後、所定の蓄積状態まで前記電気エネルギー蓄積器（３０）の放電を行う、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のアーク消去方法。
5. 前記第１の方向に電流が流れることに起因する残留エネルギーと、前記第２の方向に電流が流れることに起因する残留エネルギーとの双方を、もっぱら１つの前記電気エネルギー蓄積器（３０）にのみ供給する、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のアーク消去方法。
6. 前記残留エネルギーを前記電気エネルギー蓄積器（３０）へ供給することにより、前記２つの半導体スイッチの端子間に電圧反転を生じさせる、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のアーク消去方法。
7. 電力供給部と気体放電チャンバ（５）の電極（３，４）との間の少なくとも一部区間に給電線（１７，１９）を含むアーク消去システム（２３．１，２３．２，２３．３）であって、
   前記気体放電チャンバ（５）内において、第１の方向に電流が流れたときと、逆の第２の方向に電流が流れたときとの双方において、気体放電が生成されるように構成されており、
   前記アーク消去システム（２３．１，２３．２，２３．３）はアーク消去装置（１８，１８．１，１８．２）を有する、アーク消去システム（２３．１，２３．２，２３．３）において、
   前記アーク消去装置は、気体放電チャンバ（５）内にアークが発生すると、前記気体放電チャンバへの給電線および／または前記気体放電チャンバ内に存在するエネルギーを吸収するための一つの電気エネルギー蓄積器（３０）を有し、
   直列に接続された２つの半導体スイッチ（Ｓ１、Ｓ２）が設けられており、当該２つの半導体スイッチにはそれぞれ１つのダイオードＤ１およびＤ２が並列接続されており、更に直列に配置された２つのダイオードＤ３およびＤ４が設けられており、
   前記電気エネルギー蓄積器（３０）は、前記２つのダイオードＤ３およびＤ４が自身のカソード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ１）と、前記２つのダイオードＤ１およびＤ２が自身のアノード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ２）との間に接続されており、
   または、
   前記電気エネルギー蓄積器（３０）は、前記２つのダイオードＤ３およびＤ４が自身のアノード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ１）と前記２つのダイオードＤ１およびＤ２が自身のカソード端部同士で接続されている接続点（ＶＰ２）との間に接続されており、
   前記ダイオードＤ３の別の端子と、前記ダイオードＤ１の別の端子とは、互いに接続され、かつ、前記給電線を通じて、前記電力供給部に接続され、
   前記ダイオードＤ４の別の端子と、前記ダイオードＤ２の別の端子とは、互いに接続され、かつ、前記給電線を通じて、前記気体放電チャンバ（５）に接続されている、
   ことを特徴とする、アーク消去システム（２３．１，２３．２，２３．３）。
8. 前記アーク消去装置（１８，１８．１，１８．２）は、前記電気エネルギー蓄積器（３０）から前記給電線（１７，１９）と前記気体放電チャンバ（５）とへ電気エネルギーが流れるのを低減または阻止するように設けられた非線形の素子を有する、
   請求項７記載のアーク消去システム。
9. 前記アーク消去装置（１８，１８．１，１８．２）は少なくとも１つのスイッチ（Ｓ１，Ｓ２）を有し、
   前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）は、前記電力供給部から前記気体放電チャンバ（５）の前記電極（３，４）のうち１つへ繋がっている給電線（１７，１９）に直列接続で配されており、
   アークを検出した場合、前記スイッチ（Ｓ１，Ｓ２）が駆動制御信号による駆動制御によって開放されるように構成されている、
   請求項７または８記載のアーク消去システム。
10. アークが発生する前に、前記電気エネルギー蓄積器（３０）の充電を行うために、ダイオード（Ｄ７）を介して、給電線の接続ノード（ＶＰ１）と前記電気エネルギー蓄積器（３０）のキャパシタとが接続されている、
    請求項７から９までのいずれか１項記載のアーク消去システム。
11. アークが発生する前に、前記電気エネルギー蓄積器（３０）の充電を行うために、接地電位と直流分離された直流電圧源（３４）が設けられている、
    請求項７から１０までのいずれか１項記載のアーク消去システム。
12. 前記電気エネルギー蓄積器（３０）の放電を行うための放電装置（３７）が設けられている、
    請求項７から１１までのいずれか１項記載のアーク消去システム。
13. 前記電気エネルギー蓄積器（３０）の電圧が、予め定められた電圧値を下回った場合、前記放電装置（３７）が前記電気エネルギー蓄積器（３０）の放電を行うことをデアクティベートする電圧監視部（５０）が設けられている、
    請求項１２記載のアーク消去システム。
14. 前記電気エネルギー蓄積器（３０）から取り出されたエネルギーの少なくとも一部は、前記放電装置（３７）に後置接続されたエネルギー変換装置（２５）を介して前記電力供給部へ戻されるように構成されている、
    請求項１２または１３記載のアーク消去システム。

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