KR20110117014A - 방전 램프 점등 장치 - Google Patents

방전 램프 점등 장치 Download PDF

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KR20110117014A
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마사시 오카모토
마사키 나카무라
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 램프 전류를 낮게 설정할 때에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치에 대해서, 지나친 여유를 갖게할 필요가 없고, 램프 전류 파형의 설계·설정의 자유도를 높이는 것을 달성한 방전 램프 점등 장치를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 주 콘덴서에 충전된 전하를 방전 램프를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자와,
주 게이트 신호를 수신함으로써 주 스위치 소자의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로와,
방전 램프에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로와,
시동 신호를 수신함으로써 시동 전극에 고전압을 인가하는 시동 회로와,
주 게이트 신호와 시동 신호를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로를 가지고,
방전 램프의 점등 시에는, 방전 시퀀스 제어 회로는, 시동 신호를 출력하고, 주 스위치 소자의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 주 게이트 신호의 시퀀스를 생성한다.

Description

방전 램프 점등 장치 {DISCHARGE LAMP LIGHTING APPARATUS}
본 발명은, 반도체나 박막 트랜지스터 등의 제조 공정에 이용되는 가열 장치·어닐링 장치 등에 있어서 이용 가능한 플래시 방전 램프를 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 웨이퍼 표면의 이온 주입이나 불순물 활성화를 위해서, 플래시 램프를 응용하여 기판을 급속 가열하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1).
또한, 플래시 램프를 응용한 급속 가열에, 할로겐 램프 등을 이용한 예비 가열을 병용하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 2).
기판의 가열에 플래시 램프를 이용하는 것의 이점은, 가열이 급속히 행해져, 단시간에 처리를 완료시킬 수 있으므로, 활성화시키는 불순물의, 반도체의 깊이 방향으로의 쓸데없는 확산을 억제할 수 있는 점에 있다.
일반적인 플래시 램프에는, 플래시 방전 발광, 즉 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치되고, 또한 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않는, 램프 밸브의 외측에 시동 전극(Et)이 설치되어 있다.
그 점등 회로는, 주 방전을 위한 방전 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와, 상기 주 콘덴서에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와, 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)를 가진다.
램프의 상기 주 전극(E1, E2)의 각각은 상기 주 콘덴서(Cz)의 양 단자에 접속되고, 상기 주 콘덴서(Cz)의 충전이 완료된 상태에서 상기 시동 회로(Ut)를 활성화하면, 상기 시동 전극(Et)에 고전압이 인가되어, 램프의 상기 방전 공간(Ds) 내에 있어서 유전체 배리어 방전이 발생하고, 이 방전에 의해 생긴 플라즈마에 이끌려 상기 주 전극(E1, E2)의 사이에 주 방전을 발생시켜, 램프를 점등할 수 있다.
주 방전이 개시하면, 상기 주 콘덴서에 축적된 에너지가 램프에서 해방되므로, 상기 주 콘덴서의 전압은 감소하지만, 통상은, 상기 주 콘덴서와 램프를 접속하는 경로에 인덕터를 끼워 삽입함으로써, 주 방전 개시 후의 램프 전류의 증가율이 원하는 범위에 규정되도록 하고 있으므로, 램프 전류는 서서히 증가하고, 피크를 맞아, 서서히 감소한다.
상기 주 콘덴서로부터 램프에 인가되는 전압이 방전 유지할 수 있는 하한 전압치를 밑돌면, 혹은 램프에 흐르는 전류가 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌면, 방전이 정지하고, 램프가 소등된다.
이러한 플래시 램프를 이용한 기판 가열의 활용을 위해, 가열 장치·어닐링 장치에 대한 궁리·개선을 향한 다양한 제안이 행해지고 있다.
예를 들면, 램프의 장수명화를 목적으로 하여, 주 방전의 직전에, 중력 하방측에서 시머 방전을 발생시켜, 발광관 내의 열대류로, 방전이 발광관 축 근방까지 떠올랐을 때에, 스위칭 수단에 의해 시머 방전용 저항을 단락하고, 주 방전을 발생시키도록 함으로써, 발광관의 내벽 또는 그 근방에 주 방전 전류가 흐르는 것을 억제하여, 발광관의 백탁(白濁)이나 파손을 방지하는 기술이 제안되어 있다(특허 문헌 3).
또한, 가열 시간을 짧게 하기 위해서, 플래시 램프의 발광의 상승을 급준하게 하면, 기판의 온도 상승이 급준화함으로써, 기판의 저면과 표면의 온도차에 의해 발생하는 열왜곡이 원인으로, 기판의 변형이나 균열을 일으키는 문제가 있어, 이 문제를 회피할 수 있는 기술이 제안되어 있다(특허 문헌 4).
이 기술은, 기판의 표면 온도를 목표 온도까지 단번에 상승시키는 것이 아니라, 일단 목표 온도보다 낮은 제2의 온도까지 상승시켜 단시간 그 온도로 유지하거나, 승온 레이트를 억제하면서 온도를 상승시키고, 그 후, 목표 온도까지 상승시키는 것과 같은 처리가 바람직한 것을 발견하고, 그 실현을 위해서, 플래시 램프에 직렬로 반도체 스위치(25)를 접속하고, 플래시 램프의 트리거 후에, 상기 반도체 스위치(25)를 적어도 1회, 온·오프시킨 후, 상기 반도체 스위치(25)를 1회만 온으로 함으로써, 플래시 램프에 흐르는 전류 파형을 조작하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 2002－198322호 특허 문헌 2 : 일본국 특허공표 2005－527972호 특허 문헌 3 : 일본국 특허공개 2009－164080호 특허 문헌 4 : 일본국 특허공개 2009－164201호
그러나, 상기 특허 문헌 4에 기재된 기술에 있어서는, 원하는 램프 전류 파형을 실현할 수 없는 경우가 있다고 하는 결점이 있다.
이는, 램프 전류의 낮은 기간을 설정한 경우, 램프의 제조 편차나 온도 조건, 상기 반도체 스위치(25)의 온·오프 타이밍의 흔들림 등에 기인하여, 그 기간 내에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌면, 방전이 도중에 끊겨, 소등되어 버릴 가능성이 있는 점에 기인한다.
만약, 램프가 소등되어 버렸을 때에, 이를 재점등하기 위해서는, 램프가 소등된 것을 검지하고, 상기 시동 회로(Ut)를 활성화하기 위한 신호를 출력하고, 이를 받은 상기 시동 회로(Ut)가 동작을 개시하여 고전압을 발생하기 시작하고, 인가된 고전압에 의해, 램프의 상기 방전 공간(Ds) 내에 있어서 유전체 배리어 방전이 발생하고, 상기 주 전극(E1, E2)의 사이의 주 방전이 이끌리는 것을 기다릴 필요가 있으므로, 재점등의 실현까지 상당한 시간 지연이 발생하는데다, 상기 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하고 나서, 실제로 방전이 개시할 때까지의 타이밍의 편차가 생기기 때문에, 기판 처리에 있어서의 가열 프로그램에 악영향을 미친다.
따라서, 상기 하한 전류치에 대해서 충분히 여유가 있는 전류치까지 밖에 램프 전류를 낮출 수 없어, 램프 전류 파형의 설계·설정에 있어서 제약이 생겼다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 램프 전류를 낮게 설정할 때에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치에 대해서, 지나친 여유를 갖게할 필요가 없고, 램프 전류 파형의 설계·설정의 자유도를 높이는 것을 달성한 방전 램프 점등 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 있어서의 제1의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서, 상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와, 주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와, 상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게 할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와, 시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와, 상기 주 게이트 신호(Sz)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고, 상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며, 상기 시동 신호(St)의 출력에 앞서서는, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태에 대응하는 상태로 하여 대기하고, 상기 시동 신호(St)를 출력한 시점부터, 상기 시퀀스의 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제2의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서, 상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와, 주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와, 상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와, 시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와, 상기 주 게이트 신호(Sz)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고, 상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며, 상기 시동 신호(St)의 출력에 앞서서는, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 상기 주 스위치 소자(Qz)의 오브 상태에 대응하는 상태로 하여 대기하고, 상기 시동 신호(St)의 출력 후는, 시머 전류가 흐른 상태에 있어서 상기 시퀀스의 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제3의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 제1부터 2의 발명에 있어서, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 방전 램프(Ld)의 전류가 정지하도록, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 최후의 온 상태의 기간을 충분히 길게 한 상기 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제4의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 제1부터 2의 발명에 있어서, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하여, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 가지고, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)가 정지하기까지 상기 주 스위치 소자(Qz)의 최후의 온 상태의 기간을 유지한 상기 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제5의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서, 상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와, 상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와, 주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와, 시머 제어 신호(Sy)를 수신함으로써 활성화되는, 상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와, 시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와, 상기 주 게이트 신호(Sz)와 상기 시머 제어 신호(Sy)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고, 상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)가 활성화되도록 상기 시머 제어 신호(Sy)를 출력하고, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며, 상기 시퀀스의 종료전 또는 후에 있어서 상기 시머 제어 신호(Sy)를 정지하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제6의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 제1부터 5의 발명에 있어서, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 대한, 각각 순서대로 실현되는 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’,…, Tn－1’, Tn’)와, 상기 온 상태의 각각의 후에, 각각 순서대로 실현되는 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’)를 기억하는 주 게이트 시퀀스 메모리를 가지고 있고, 상기 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’,…, Tn－1’, Tn’)와 상기 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’)를 상기 주 게이트 시퀀스 메모리로부터 각각 순서대로 교호로 읽어내고, 읽어낸 정보에 의거하는, 온 상태 계속 기간과 오프 상태 계속 기간을 교호로 반복하는 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성하는 것임을 특징으로 하는 것이다.
제7의 발명의 방전 램프 점등 장치는, 제1부터 5의 발명에 있어서, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하여, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 가지고, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류치에 관한 목표 파형 신호인 램프 전류 목표 신호(Sgi)를 생성하는 전류 목표 신호 생성 회로(Ug)를 가지고, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 램프 전류 목표 신호(Sgi)와 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 비교하여, 양자의 차이가 작아지도록, 펄스폭 변조에 의해 상기 주 스위치 소자(Qz)에 대한, 각각 순서대로 실현되는 온 상태 계속 기간(T1, T2,…, Tn－1, Tn)의 정보와, 상기 온 상태의 각각의 후에, 각각 순서대로 실현되는 오프 상태 계속 기간(X1, X2,…, Xn－1)의 정보를 생성하고, 온 상태 계속 기간과 오프 상태 계속 기간을 교호로 반복하는 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성하는 것임을 특징으로 하는 것이다.
본 발명을 적용함으로써, 램프 전류를 낮게 설정할 때에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치에 대해서, 지나친 여유를 가지게 할 필요가 없고, 램프 전류 파형의 설계·설정의 자유도를 높이는 것을 달성한 방전 램프 점등 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태를 간략화하여 도시하는 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태의 간략화된 타이밍도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태를 간략화하여 나타내는 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태의 간략화된 타이밍도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성을 나타낸다.
먼저 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태를 간략화하여 도시하는 블록도인 도 1 및 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태의 간략화된 타이밍도인 도 2를 이용하여 설명한다.
도 2에 있어서, (a)는 시동 신호(St), (b)는 주 게이트 신호(Sz), (c)는 방전 램프(Ld)에 흐르는 램프 전류(IL)를 나타낸다.
방전 램프(Ld)에 방전 발광을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)의 양 단자에는, 이에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)가 접속된다.
또한, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하를 방전하여, 자연스럽게 플래시 점등을 종료시키기 위해, 소정 전압까지의 상기 주 콘덴서(Cz)에의 충전이 완료하면, 상기 충전 회로(Ux)는 동작을 정지한다. 이 때, 상기 주 콘덴서(Cz)로부터 상기 충전 회로(Ux)를 향해 전류가 역류하는 것을 방지하기 위해, 또한, 상기 주 콘덴서(Cz) 및 그 후단으로 이루어지는 플래시 램프 모듈(Um)의 복수개를 1개의 상기 충전 회로(Ux)로 충전할 수 있도록, 상기 플래시 램프 모듈(Um)의 충전 전류의 입구에는, 다이오드(Dx)를 설치하는 것이 바람직하다.
이 경우, 각 플래시 램프 모듈(Um)의 노드(N10, N12)를 상기 충전 회로(Ux)에 접속하면 된다.
또한 상기 주 콘덴서(Cz)의 양 단자에는, 상기 방전 램프(Ld)와 IGBT 등을 사용한 주 스위치 소자(Qz)를 직렬로 접속한 회로가 접속된다.
상기 주 스위치 소자(Qz)는, 주 게이트 구동 회로(Gz)를 통하여, 주 게이트 신호(Sz)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어된다.
상기 방전 램프(Ld)의 밸브의 외측에, 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 설치된 시동 전극(Et)에는, 시동 신호(St)를 받아 고전압을 발생하는 시동 회로(Ut)가 접속되어 있다.
상기 주 게이트 신호(Sz) 및 상기 시동 신호(St)는, 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)에 의해 생성된다.
또한, 상기 도 2에 있어서는, 상기 주 게이트 신호(Sz)가 하이레벨일 때에 상기 주 스위치 소자(Qz)가 온 상태, 상기 주 게이트 신호(Sz)가 로우 레벨일 때에 상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태로 되는 것으로서 기재되어 있다.
또한, 상기 시동 신호(St)가 하이레벨일 때에 상기 시동 회로(Ut)를 활성화하는 것으로서 기재되어 있다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 온 상태가 되도록, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 출력한 상태에서, 시점(ts)에 있어서 상기 시동 신호(St)를 활성화함으로써, 상기 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하고, 그 고전압이 상기 시동 전극(Et)에 인가된다.
인가된 고전압은, 상기 방전 램프(Ld)의 밸브벽을 통하여 상기 방전 공간(Ds) 내에 있어서 유전체 배리어 방전이 발생한다.
상기 주 스위치 소자(Qz)는 온 상태로 되어 있으므로, 상기 방전 램프(Ld) 주 전극(E1, E2)의 사이에는, 상기 주 콘덴서(Cz)의 충전 전압이 그대로 인가되어 있으므로, 유전체 배리어 방전에 의해 발생한 플라즈마에 이끌려 시점(ti)에 있어서 상기 주 전극(E1, E2)의 사이에서 주 방전이 개시된다.
발생한 주 방전 전류의 상승 속도를 제한하기 위해서, 인덕터(Lf)가 상기 방전 램프(Ld)에 직렬로 접속되어 있고, 상기 인덕터(Lf)는 자기 에너지를 축적하면서, 상기 도 2에 기재와 같이, 램프 전류(IL)는 천천히 상승해 간다.
램프 전류가 상승해 가는 도중의 시점(tf1)에 있어서, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 로우 레벨로 전환, 상기 주 스위치 소자(Qz)를 오프 상태로 하면, 상기 주 콘덴서(Cz)로부터 램프에 공급되는 전류가 절단된다.
단, 상기 인덕터(Lf)에는 자기 에너지가 축적되어 있으므로, 전류 경로를 갑자기 절단하려고 하면, 전류가 계속 흐르는 방향의 고전압이 상기 인덕터(Lf)에 발생해 버리기 때문에, 상기 인덕터(Lf)와 상기 방전 램프(Ld)의 직렬 회로에 대해 병렬로 다이오드(Df)가 접속되어 있다.
이 다이오드의 기능에 의해, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태로 되면, 상기 인덕터(Lf)와 상기 방전 램프(Ld)와 상기 다이오드(Df)로 이루어지는 폐(閉)루프가 생겨, 이 폐루프를 램프 전류가 환류하면서 상기 인덕터(Lf)에 축적된 자기 에너지가 해방되므로, 상기 도 2에 기재와 같이, 램프 전류(IL)는 천천히 하강해 간다.
또한, 램프 전류가 하강해 가는 도중의 시점(tg2)에 있어서, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 하이레벨로 전환, 상기 주 스위치 소자(Qz)를 온 상태로 하면, 상기 주 콘덴서(Cz)로부터 램프로의 전류 공급이 재개되어, 램프 전류(IL)는 천천히 상승해 간다.
이와 같이 하여, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 관한 온 상태 계속 기간(T1, T2, T3,…)과 오프 상태 계속 기간(X1, X2,…)의 비율(또는 듀티 사이클비)이 적절한 값으로 되는, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스로 함으로써, 상기 도 2의 (c)에 2점 쇄선으로 표시한, 상정하는 램프 전류 목표 파형(Ig)에 대해서, 톱니형상 물결파적으로 상하하면서, 이를 근사적으로 실현할 수 있다.
상기 도 1의 방전 램프 점등 장치에 있어서는, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태여도 시머 전류가 흐를 수 있도록, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 대해서 병렬 적으로 시머 전류 공급 회로(Uy)가 설치되어 있다.
그 시머 전류 공급 회로(Uy)는, 예를 들면 저항으로 구성되어 있고, 상기 주 콘덴서(Cz)의 플러스측 단자로부터, 이에 접속된 상기 방전 램프(Ld)와 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)를 통하여, 상기 주 콘덴서(Cz)의 마이너스측 단자에 흐르는 전류 경로가 형성되고, 따라서, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태로 되어 있는 경우에 있어서도, 상기 주 콘덴서(Cz)로부터 미약한 전류, 즉 시머 전류를 상기 방전 램프(Ld)에 흐르게할 수 있다.
이 때문에, 예를 들면, 상기 도 2의 (c)에 기재된 상기 램프 전류 목표 파형(Ig)이 낮게 설정되어 있는 기간에 있어서, 램프의 제조 편차나 온도 조건, 상기 반도체 스위치(25)의 온·오프 타이밍의 흔들림 등에 기인하여, 그 기간 내에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌면, 방전이 중간에 끊기고, 소등되어 버리는 문제의 발생을 방지할 수 있다.
만약, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)가 존재하지 않는 경우는, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌면, 상기 도 2의 (c)에 기재와 같이, 시점(te)에 있어서 방전이 도중에 끊기고, 전류 파형(Ioff)과 같이 소등되어 버리는 것이, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)가 존재함으로써, 그 전류 공급 능력, 즉, 이것이 저항인 경우는 그 저항값과, 상기 방전 램프(Ld)와, 그 시점에 있어서의 상기 주 콘덴서(Cz)의 전압에 의해 정해지는 값의 시머 전류(ILy)가, 최저라도 확보되어, 방전을 계속할 수 있다.
그리고, 시점(tg3)에 있어서 상기 주 게이트 신호(Sz)가 하이레벨로 전환되고, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 온 상태로 되면, 시머 방전으로부터 주 방전으로 복귀하고, 램프 전류(IL)는 천천히 상승해 간다.
여기서 주목해야 할 것은, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스의 도중에 있어서, 상기한 것과 같은, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑도는 현상이 일어나지 않는 경우는, 이 방전 램프 점등 장치에 있어서는, 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하여 플래시 방전 발광이 개시하고, 근사적으로 상기 램프 전류 목표 파형(Ig)의 램프 전류가 흐르고, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 다하여, 상기 주 콘덴서로부터 램프에 인가되는 전압이 방전 유지할 수 있는 하한 전압치를 밑돌면, 자연스럽게 램프에 흐르는 전류가 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌아, 방전이 정지하여 램프가 소등한다는 동작을 행하는 것이며, 시머 전류가 흐르지 않는 점이다.
즉, 본 발명의 방전 램프 점등 장치를 사용하면, 이러한 정상적인 동작 형태에 있어서는, 종래부터 축적된 기판 가열 처리에 관한 지견이 그대로 이용 가능한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기한 것과 같은, 의도하지 않고 소등되어 버리는 경우뿐만 아니라, 램프 전류 파형의 설계·설정의 자유도의 하나로서, 의도적인 단시간의 실질적 소등 기간을 설정하고 싶은 경우에 대해서도, 유효하게 이용 가능하다.
상기 주 스위치 소자(Qz)의 오프 상태로의 전이로부터, 상기 방전 램프(Ld)에 직렬로 삽입된 상기 인덕터(Lf)의 작용에 의해 흐르는 유도 전류가, 램프가 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌고, 만약 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)가 없다면, 방전이 중간에 끊길 시점까지 요하는 시간 이상의 계속 기간을 가지는 상기 주 스위치 소자(Qz)의 오프 상태에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 기간, 즉 유도 완화 시간 초과 오프 기간이, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)가 생성하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스 중에, 1개 이상 포함되도록 한 경우, 상기 방전 램프(Ld)의 방전은, 상기 유도 완화 시간 초과 오프 기간에 있어서 확실히 주 방전이 중간에 끊겨 시머 방전에 이른다.
그리고, 상기 유도 완화 시간 초과 오프 기간이 만료하여, 주 방전을 재개하는 경우에는, 상기 시동 회로(Ut)를 작용시킬 필요가 없고, 따라서 상기한 것과 같은, 상기 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하고 나서, 실제로 방전이 개시하기까지의 타이밍의 편차가 생기는 문제를 면할 수 있다.
또한, 이 경우, 기재의 실질적 소등 기간은, 실제로는 시머 방전이 존재하는데, 시머 방전을 미약하게 하면, 기판 가열의 관점에서, 실질적으로 소등 기간과 동등하게 할 수 있다.
또한, 상기 도 2에 있어서, 상기 시동 신호(St)를 활성화하는 상기 시점(ts)과, 주 방전이 개시하는, 상기 시점(ti)이 일치하지 않는 것은, 상기한 것처럼 상기 시동 신호(St)에 의해 활성화된 상기 시동 회로(Ut)가 동작을 개시하여 고전압을 발생하기 시작하고, 인가된 고전압에 의해, 램프의 상기 방전 공간(Ds) 내에 있어서 유전체 배리어 방전이 발생하여, 상기 주 전극(E1, E2)의 사이의 주 방전이 이끌리기까지, 상당한 시간 지연이 발생하기 때문이다.
또한, 상기 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하고 나서, 실제로 방전이 개시하기까지의 타이밍의 편차가 발생한다.
따라서, 본 실시예의 방전 램프 점등 장치에 있어서는, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하고, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 가지고, 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)에 의거하여 주 방전이 개시하는 상기 시점(ti)을 검지하고, 그 시점에서 상기 주 게이트 신호(Sz)의 상기 시퀀스를 개시하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 방전 램프 점등 장치에 관해서 이용하고 있는 시머 방전, 시머 전류라고 하는 용어는, 일반적인 플래시 램프의 점등 기술에 있어서의 시머 방전, 시머 전류와 의미적으로 완전히 동일한 것은 아니지만, 개념적으로 유사하므로, 편의상 동일한 용어를 이용하고 있다.
또한, 상기 방전 램프(Ld)와 상기 인덕터(Lf), 상기 주 스위치 소자(Qz), 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)의 접속 방법에 대해서는, 상기 도 1에 기재된 것에 한정되지 않는다.
예를 들면, 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태를 간략화하여 도시하는 블록도인 도 3에 기재된 접속 방법과 같이, 상기 인덕터(Lf)를 상기 주 콘덴서(Cz)의 단자측, 상기 방전 램프(Ld)를 상기 주 스위치 소자(Qz)측으로 하거나, 혹은, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)를 상기 주 스위치 소자(Qz)에 병렬 접속하는 등, 회로 설계적, 혹은 부품 선택적 관점에서, 적절한 접속의 방법을 선택할 수 있다.
다음에 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일형태의 간략화된 타이밍도인 도 4를 이용하여 설명한다.
상기 도 2와 마찬가지로, 도 4에 있어서, (a)는 시동 신호(St), (b)는 주 게이트 신호(Sz), (c)는 방전 램프(Ld)에 흐르는 램프 전류(IL)를 나타낸다.
본 도면의 실시 형태에 있어서는, 상기 도 2의 것과 상이하고, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태가 되도록, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 출력한 상태에서 대기하고, 시점(ts)에 있어서 상기 시동 신호(St)를 활성화한다.
상기 시동 회로(Ut)가 고전압을 발생하고, 그 고전압이 상기 시동 전극(Et)에 인가되어, 상기 방전 공간(Ds) 내에 있어서 유전체 배리어 방전이 발생한다.
상기 방전 램프(Ld)의 상기 주 전극(E1, E2)의 사이에는, 상기 주 콘덴서(Cz)의 충전 전압이 인가되어 있으므로, 유전체 배리어 방전에 의해 생긴 플라즈마에 이끌려 시점(ty)에 있어서 상기 주 전극(E1, E2)의 사이에 방전이 개시되는데, 상기 주 스위치 소자(Qz)는 오프 상태로 되어 있으므로, 램프에 흐르는 전류는, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)를 통하여 흐르는 시머 전류(ILy)로 된다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 시머 전류(ILy)가 흐르고 있는 상태에서, 시점(ti)에 있어서 상기 주 스위치 소자(Qz)가 온 상태로 되도록, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 출력을 개시한다.
이 때는, 이미 시머 전류가 흐르고 있으므로, 큰 시간 지연없이, 상기 방전 램프(Ld)에 주 방전이 개시된다.
이와 같이 하여, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 관한 온 상태 계속 기간(T1, T2, T3,…)과 오프 상태 계속 기간(X1, X2,…)의 비율(또는 듀티 사이클비)이 적절한 값으로 되는 것과 같은, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스로 함으로써, 상기 도 2의 것과 마찬가지로, 램프 전류 목표 파형(Ig)을 근사적으로 실현할 수 있다.
이 때, 마찬가지로, 상기 램프 전류 목표 파형(Ig)이 낮게 설정되어 있는 기간에 있어서, 램프의 제조 편차나 온도 조건, 상기 반도체 스위치(25)의 온·오프 타이밍의 흔들림 등에 기인하여, 그 기간 내에, 램프에 있어서 방전 유지할 수 있는 하한 전류치를 밑돌면, 방전이 중간에 끊기고, 소등되어 버리는 문제의 발생을 방지할 수 있다.
시머 방전을 이용한 플래시 램프 광원은, 예를 들면 고속의 토너 프린터의 정착이나 스트로브스코프 등의 용도에 있어서, 종래부터 사용되고 있는데, 이들 용도의 경우에 비해, 본 발명과 같은 반도체나 박막 트랜지스터 등의 제조 공정에 이용되는 가열 장치·어닐링 장치 등에 있어서 이용되는 방전 램프 점등 장치의 경우는, 주 방전, 즉 플래시 발광의 빈도가 낮다.
이 때문에, 이러한 상황에 있어서는, 주 방전과 주 방전 사이의 기간에 있어서, 길게 시머 방전을 계속해도 이익이 없고, 또한, 램프의 상기 주 전극(E1, E2)의 재료·구조에도 의하지만, 램프 수명의 점에서 바람직하지 않다.
따라서, 시머 방전은, 상기한 것과 같은, 주 방전 직전의 단기간, 혹은, 상기한 것과 같은, 방전이 중간에 끊기려 할 때에, 방전을 유지하여 소등을 방지할 때, 혹은, 상기한 것과 같은, 램프 전류 파형의 설계·설정의 자유도의 하나로서의, 의도적인 단시간의 실질적 소등 기간에 한정하여 발생시키는 것이 유리하다.
이러한 시머 방전의 한정은, 간단하게는, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 방전 램프(Ld)의 전류가 정지하도록, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 마지막 온 상태의 기간을 충분히 길게 함으로써 이를 실현할 수 있다.
이 양태를 상기 도 4에 있어서는, 충분히 긴 마지막 상기 주 게이트 신호(Sz)의 온 상태 계속 기간(Tn)에 의해, 시점(td)에 있어서 상기 방전 램프(Ld)의 전류가 정지하는 것으로서 그려져 있다.
혹은, 동작을 더욱 확실화하기 위해서, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하고, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 설치해 두고, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)가 정지하기까지 상기 주 스위치 소자(Qz)의 마지막 온 상태의 기간을 유지하여 끝내도록 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 짜맞춤으로써 이를 실현할 수 있다.
상기한 시머 방전의 한정은, 상기한 것처럼, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 다하는 것을 기다리는 것이 아니라, 시머 전류 공급 회로(Uy)가, 시머 제어 신호(Sy)를 수신함으로써 활성화되는 것으로 함으로써, 능동적으로 이를 실현할 수 있다.
이를 위한 시머 전류 공급 회로(Uy)의 구성에 대해서 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성인 도 5를 이용하여 설명한다.
본 도면의 회로는, 기재의 노드(N20, N21)가, 상기 도 1이나 도 3의 구성에 있어서, 기재한, 동일한 기호의 노드에 대응하도록 배치된다.
상기 주 스위치 소자(Qz)가 오프 상태여도 시머 전류를 흐르게할 수 있는, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 대해서 병렬적으로 접속되는 저항(Ry)에 대해, 직렬로, IGBT 등을 사용한 스위치 소자(Qy)를 삽입하여, 시머 전류를 차단할 수 있도록 되어 있다.
상기 스위치 소자(Qy)는, 게이트 구동 회로(Gy)를 통하여, 상기 시머 제어 신호(Sy)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되고, 상기 스위치 소자(Qy)가 온 상태일 때에, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)는 활성 상태로 된다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는 상기 시머 제어 신호(Sy)를 활성화하고, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스 종료 직전 또는 직후에 있어서 상기 시머 제어 신호(Sy)를 정지시킨다.
또한, 1개의 상기 스위치 소자(Qy) 및 상기 게이트 구동 회로(Gy)의 그룹에 의해, 복수개의 상기 플래시 램프 모듈(Um)의 시머 전류를 제어할 수 있다.
그 경우는, 저항(Ry)은 각 플래시 램프 모듈(Um)마다 설치한다.
상기 도 5의 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)의 경우, 시머 전류의 에너지 공급원은 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하이기 때문에, 주 방전 개시 후는, 상기 주콘덴서(Cz)의 전압은 하강의 일로를 걷는다.
따라서, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)의 시머 전류 공급 능력도 하강의 일로를 걸으므로, 방전이 중간에 끊기는 것을 방지하는 능력이, 주 방전 개시 직후는 강하지만, 뒤로 될수록 약해지는 결점을 가지는 것을 알 수 있다.
여기에서는, 이 결점을 회피한 시머 전류 공급 회로(Uy)의 구성에 대해서 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성인 도 6을 이용하여 설명한다.
본 도면의 시머 전류 공급 회로(Uy)는, 그 출력의 노드(N31, N32)를 방전 램프(Ld)의 주 전극(E1, E2)에 접속하는 형식의 것이다.
또한, 본 도면에 있어서의 방전 램프(Ld)나 주 스위치 소자(Qz), 인덕터(Lf), 다이오드(Df)의 배치는, 상기 도 1에 기재된 구성에 대응시키고 있는데, 이에 한정되지 않고, 본 도면의 시머 전류 공급 회로(Uy)는, 상기 도 3에 기재된 구성이나 그 외의 구성의 방전 램프 점등 장치에 적용 가능하다.
승압 트랜스(Ty)의 1차측 권선(Lp)을 구동하기 위한 인버터(Uv)는, 예를 들면 풀 브릿지나 하프 브릿지 등의 회로에 의해 구성되고, 그 인버터(Uv)는, 시머 제어 신호(Sy)에 의해 활성화·비활성화, 즉 동작·정지의 제어가 행해진다.
상기 승압 트랜스(Ty)의 2차측 권선(Ls)에는, 직렬로 콘덴서(Cy1)가 접속되고, 이들에 병렬로 다이오드(Dy1) 및 다이오드(Dy2)와 콘덴서(Cy2)의 직렬 회로가 접속됨으로써, 상기 콘덴서(Cy2)에 상기 2차측 권선(Ls)의 첨두 전압의 2배의 전압이 나타난다. 이른바 배(倍)전압 정류 회로를 구성하고 있다.
주 방전이 발생하면, 이 배전압 정류 회로를 램프로부터 떼어내기 위한 다이오드(Dy3)와, 안정된 시머 전류를 흐르게 하기 위한 저항(Ry1)을 통하여 이 배전압 정류 회로의 출력 전압이, 상기 방전 램프(Ld)에 인가됨으로써, 상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게 할 수 있다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는 상기 시머 제어 신호(Sy)의 활성화, 상기 시동 신호(St)의 활성화, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 출력을 행하여 주 방전을 개시시키고, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스의 종료 직전 또는 직후에 있어서 상기 시머 제어 신호(Sy)를 비활성화하고, 상기 인버터(Uv)의 동작을 정지시켜, 시머 방전을 정지시킬 수 있다.
그리고, 본 도면의 시머 전류 공급 회로(uy)에 있어서는, 상기 인버터(Uv)의 동작은, 상기 주 콘덴서(Cz)의 전압과는 독립으로 제어할 수 있으므로, 상기한, 방전이 도중에 끊기는 것을 방지하는 능력이, 주 방전 개시 직후는 강하지만, 뒤로 될수록 약해진다고 하는 결점을 회피한 방전 램프 점등 장치를 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 1개의 상기 배전압 정류 회로에 의해, 복수개의 상기 플래시 램프 모듈(Um)의 램프에 시머 전류를 공급할 수 있다.
그 경우는, 상기 다이오드(Dy3) 및 상기 저항(Ry1)은, 각 플래시 램프 모듈(Um)마다 설정한다.
여기에서는, 트랜스의 2차측에 배전압 정류 회로를 구성하는 예를 기재했는데, 이를 다단으로 접속하고, 이른바 코크로프트·월튼 회로를 구성하여 다배 정류하는 것이나, 배전압 정류하지 않는 다이오드 브릿지를 이용하는 것 등, 회로 설계적, 혹은 부품 선택적 관점에서, 적절한 회로를 이용할 수 있다.
상기 도 2에 기재된, 램프 전류 목표 파형(Ig)을 근사적으로 실현하기 위해서, 상기 주 스위치 소자(Qz)에 관한 온 상태 계속 기간(T1, T2, T3, …)과 오프 상태 계속 기간(X1, X2, …)의 비율(또는 듀티 사이클비)이 적절한 값이 되는, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스로 하는 것을 설명했는데, 구체적으로, 그러한 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하기 위한 구성으로서, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)에 주 게이트 시퀀스 메모리를 구비하고, 사전에 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’, …, Tn－1’, Tn’)와, 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’)를 기억해 두고, 램프의 점등 시는, 이들 정보를 상기 주 게이트 시퀀스 메모리로부터 각각 순서대로 교호로 읽어내, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성하는 것으로 할 수 있다.
여기서, 상기 주 게이트 시퀀스 메모리에 기억하는 온 상태·오프 상태 계속 기간 정보로는, 예를 들면, 일정시간마다 카운트치를 인크리먼트하는, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 하이·로우 제어용 타이머 카운터의 카운트 상한치를 기억해 두도록 하면 된다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 게이트 시퀀스 메모리로부터 읽어낸 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(Ti’)를 레지스터에 로드함과 더불어, 타이머 카운터를 제로에 리셋하고, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 하이레벨에 세트한 다음, 일정 시간마다 타이머 카운터의 카운트치를 인크리먼트하고, 카운트치가 상기 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(Ti’)에 일치한 것을 검지하면, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 로우 레벨에 세트한 다음, 상기 주 게이트 시퀀스 메모리로부터 읽어낸 오프 상태 계속 기간 카운트 상한치(Xi’)를 레지스터에 로드함과 더불어, 타이머 카운터를 제로에 리셋하고, 일정시간마다 타이머 카운터의 카운트치를 인크리먼트하고, 카운트치가 상기 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(Xi’)에 일치한 것을 검지하면, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 다음의 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(Ti＋1’)에 관한 동일 처리로 되돌아오는 처리 루프를, 최초의 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(T1)로부터 시작하여, 최후의 온 상태 계속 기간 카운트 상한치(Tn)까지 행하도록 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 구성함으로써, 상기한 상기 주 게이트 신호(Sz)의 생성을 실현할 수 있다.
또한, 상기 주 게이트 시퀀스 메모리에 기억하는 구체적인 온 상태·오프 상태 계속 기간 정보는, 실제의 램프 전류 파형을 관측하면서, 이것이, 램프 전류 목표 파형(Ig)의 상하를 진동하는 형태로 생성되도록, 시행 착오에 의해 결정하면 된다.
상기 주 게이트 시퀀스 메모리에 기억하는 정보가 고정이면, 램프의 특성 편차나 상기 충전 회로(Ux)의 충전 전압의 편차 등의 영향을 받는 결점이 있다.
이하에 있어서, 램프 전류를 실시간으로 측정하고, 피드백 제어에 의해 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 시머 전류 공급 회로(Uy)의 구성에 대해서 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 실시예의 일부의 일형태의 간략화된 구성인 도 7을 이용하여 설명한다.
본 도면의 회로는, 기재의 노드(N20, N21)가, 상기 도 1이나 도 3의 구성에 있어서, 기재한, 동일한 기호의 노드에 대응하도록 배치된다.
상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류 경로에 설치한, 예를 들면 션트 저항(Ri)등의 전류 검출 소자와 작동 증폭기(Ai) 등을 이용하여 구성한 램프 전류 검출 수단(Fi)에 의해 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성한다.
또한, 전류 목표 신호 생성 회로(Ug)는, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류치에 관한 목표 파형 신호인 램프 전류 목표 신호(Sgi)를 생성한다.
상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 램프 전류 목표 신호(Sgi)와 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 비교하여, 양자의 차이가 작아지도록, 펄스폭 변조에 의해 상기 주 스위치 소자(Qz)에 관한 온 상태 계속 기간(T1, T2,…, Tn－1, Tn)과, 오프 상태 계속 기간(X1, X2, …, Xn－1)을 피드백적으로 결정하여 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성한다.
또한, 상기 전류 목표 신호 생성 회로(Ug)가 상기 램프 전류 목표 신호(Sgi)를 시계열적으로 생성하기 위한, 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스 개시 타이밍 신호가 필요한데, 본 도면에 있어서 생략되어 있다.
본 명세서에 기재된 회로 구성은, 본 발명의 방전 램프 점등 장치의 동작이나 기능, 작용을 설명하기 위해서, 필요 최소한의 것을 기재한 것이다. 따라서, 설명한 회로 구성이나 동작의 상세 사항, 예를 들면, 신호의 극성이나, 구체적인 회로 소자의 선택이나 추가, 생략, 혹은 소자 입수의 편이나 경제적 이유에 의거하는 변경 등의 창의 연구는, 실제 장치의 설계 시에 수행되는 것을 전제로 하고 있다.
특히 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)나, 그 주변 회로인, 상기 주 게이트 시퀀스 메모리나 상기 전류 목표 신호 생성 회로(Ug), 상기 타이머 카운터 등의 기능 블록에 대해서는, 방전 램프 점등 장치의 실제 구성에 있어서, 반드시, 각각 독립하여 별개로 존재시킬 필요는 없고, 예를 들면, 이들 기능 블록의 몇개를, 마이크로 프로세서나 디지털 시그널 프로세서 중의 소프트 웨어적 기능으로서 실현하도록 구성해도 상관없다.
이 경우는, 예를 들면 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)나 상기 램프 전류 목표 신호(Sgi), 상기 타이머 카운터의 카운트치 등의 신호는, 마이크로 프로세서나 디지털 시그널 프로세서에 있어서의 디지털적 신호 또는 변수의 값으로서 실현되고, 아날로그적 전압 신호나 전류 신호로서는 존재하지 않게 되는데, 이러한 구성도 본 발명의 형태의 하나이다.
또한, 상기한, 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’, …, Tn－1’, Tn’)나 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’) 등을, FLASH 메모리 등을 이용한 불휘발성 메모리나, 방전 램프 점등 장치와의 통신 수단을 가지는 본체 장치에 유지하는, 혹은, 상기 램프 전류 검출 수단(Fi)을, 자기적 수단을 이용한 전류 프로브 등으로 실현하는 등의 연구에 의해 기능·성능 향상을 도모하는 것은, 방전 램프 점등 장치의 설계의 자유도의 범위 내에서 실현될 수 있다.
또한, 과전압이나 과전류, 과열 등의 파손 요인으로부터 IGBT 등의 스위치 소자 등의 회로 소자를 보호하기 위한 기구, 또는, 급전 장치의 회로 소자의 동작에 따라 발생하는 방사 노이즈나 전도 노이즈의 발생을 저감시키거나, 발생한 노이즈를 외부로 내보지 않기 위한 기구, 예를 들면, 스너버 회로나 배리스터, 클램프 다이오드(펄스 바이 펄스 방식을 포함한다), 전류 제한 회로, 코먼 모드 또는 노멀 모드의 노이즈 필터 초크 코일, 노이즈 필터 콘덴서 등은, 필요에 따라서, 실시예에 기재된 회로 구성의 각 부에 추가되는 것을 전제로 하고 있다.
본 발명이 되는 방전 램프 점등 장치의 구성은, 본 명세서에 기재된 회로 방식의 것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 반도체나 박막 트랜지스터 등의 제조 공정에 이용되는 가열 장치·어닐링 장치 등에 있어서 이용 가능하다.
Ai : 작동 증폭기 Cy1 : 콘덴서
Cy2 : 콘덴서 Cz : 주 콘덴서
Df : 다이오드 Ds : 방전 공간
Dx : 다이오드 Dy1 : 다이오드
Dy2 : 다이오드 Dy3 : 다이오드
E1 : 주 전극 E2 : 주 전극
Et : 시동 전극 Fi : 램프 전류 검출 수단
Gy : 게이트 구동 회로 Gz : 주 게이트 구동 회로
IL : 램프 전류 ILy : 시머 전류
Ig : 램프 전류 목표 파형 Ioff : 전류 파형
Ld : 방전 램프 Lf : 인덕터
Lp : 1차측 권선 Ls : 2차측 권선
N10 : 노드 N12 : 노드
N20 : 노드 N21 : 노드
N22 : 노드 N31 :노드
N32 : 노드 Qy : 스위치 소자
Qz : 주 스위치 소자 Ri : 션트 저항
Ry : 저항 Ry1 : 저항
Sfi : 램프 전류 검출 신호 Sgi : 램프 전류 목표 신호
St : 시동 신호 Sy : 시머 제어 신호
Sz : 주 게이트 신호 T1 : 온 상태 계속 기간
T2 : 온 상태 계속 기간 T3 : 온 상태 계속 기간
Tn : 온 상태 계속 기간 Tn－1 : 온 상태 계속 기간
Ty : 승압 트랜스 Ug : 전류 목표 신호 생성 회로
Um : 플래시 램프 모듈 Ut : 시동 회로
Uv : 인버터 Ux : 충전 회로
Uy : 시머 전류 공급 회로 Uz : 방전 시퀀스 제어 회로
X1 : 오프 상태 계속 기간 X2 : 오프 상태 계속 기간
Xn－1 : 오프 상태 계속 기간 t : 시각
td : 시점 te : 시점
tf1 : 시점 tg2 : 시점
tg3 : 시점 ti : 시점
ts : 시점 ty : 시점

Claims (7)

  1. 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서,
    상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와,
    주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와,
    상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와,
    시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와,
    상기 주 게이트 신호(Sz)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고,
    상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며,
    상기 시동 신호(St)의 출력에 앞서서는, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태에 대응하는 상태로 하여 대기하고, 상기 시동 신호(St)를 출력한 시점부터, 상기 시퀀스의 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  2. 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서,
    상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와,
    주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와,
    상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와,
    시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와,
    상기 주 게이트 신호(Sz)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고,
    상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며,
    상기 시동 신호(St)의 출력에 앞서서는, 상기 주 게이트 신호(Sz)를 상기 주 스위치 소자(Qz)의 오프 상태에 대응하는 상태로 하여 대기하고, 상기 시동 신호(St)의 출력 후는, 시머 전류가 흐른 상태에 있어서 상기 시퀀스의 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 방전 램프(Ld)의 전류가 정지하도록, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 최후의 온 상태의 기간을 충분히 길게 한 상기 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하여, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 가지고, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 콘덴서(Cz)에 축적된 전하가 방전되어 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)가 정지하기까지 상기 주 스위치 소자(Qz)의 최후의 온 상태의 기간을 유지한 상기 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  5. 주 방전을 위한 한쌍의 주 전극(E1, E2)이 방전 공간(Ds) 내에 대향 배치됨과 더불어, 상기 방전 공간(Ds)에 접하지 않도록 시동 전극(Et)이 설치된 방전 램프(Ld)를 플래시 방전에 의해 점등하기 위한 방전 램프 점등 장치로서,
    상기 방전 램프(Ld)에 방전을 일으키기 위한 전하를 축적하는 주 콘덴서(Cz)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 전하를 충전하기 위한 충전 회로(Ux)와,
    상기 주 콘덴서(Cz)에 충전된 전하를 상기 방전 램프(Ld)를 통하여 방전하는 경로의 도중에 끼워넣어진 주 스위치 소자(Qz)와,
    주 게이트 신호(Sz)를 수신함으로써 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태를 제어 구동하는 주 게이트 구동 회로(Gz)와,
    시머 제어 신호(Sy)를 수신함으로써 활성화되는, 상기 방전 램프(Ld)에 시머 전류를 흐르게할 수 있는 시머 전류 공급 회로(Uy)와,
    시동 신호(St)를 수신함으로써 상기 시동 전극(Et)에 고전압을 인가하는 시동 회로(Ut)와,
    상기 주 게이트 신호(S2)와 상기 시머 제어 신호(Sy)와 상기 시동 신호(St)를 생성하는 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)를 가지고,
    상기 방전 램프(Ld)의 점등 시에는, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 시머 전류 공급 회로(Uy)가 활성화되도록 상기 시머 제어 신호(Sy)를 출력하고, 상기 시동 신호(St)를 출력하고, 상기 주 스위치 소자(Qz)의 온 상태와 오프 상태의 교호 반복에 대응하는 상기 주 게이트 신호(Sz)의 시퀀스를 생성하는 것이며,
    상기 시퀀스의 종료전 또는 후에 있어서 상기 시머 제어 신호(Sy)를 정지하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  6. 청구항 1, 2 또는 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 주 스위치 소지(Qz)에 대한, 각각 순서대로 실현하는 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’, …, Tn－1’, Tn’)와, 상기 온 상태의 각각의 후에, 각각 순서대로 실현하는 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’)를 기억하는 주 게이트 시퀀스 메모리를 가지고 있고, 상기 온 상태 계속 기간 정보(T1’, T2’, …, Tn－1’, Tn’)와 상기 오프 상태 계속 기간 정보(X1’, X2’, …, Xn－1’)를 상기 주 게이트 시퀀스 메모리로부터 각각 순서대로 교호로 읽어내고, 읽어낸 정보에 의거하는, 온 상태 계속 기간과 오프 상태 계속 기간을 교호로 반복하는 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성하는 것임을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
  7. 청구항 1, 2 또는 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류를 검출하여, 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 생성하기 위한 램프 전류 검출 수단(Fi)을 가지고, 상기 방전 램프(Ld)에 흐르는 전류치에 관한 목표 파형 신호인 램프 전류 목표 신호(Sgi)를 생성하는 전류 목표 신호 생성 회로(Ug)를 가지고, 상기 방전 시퀀스 제어 회로(Uz)는, 상기 램프 전류 목표 신호(Sgi)와 상기 램프 전류 검출 신호(Sfi)를 비교하여, 양자의 차이가 작아지도록, 펄스폭 변조에 따라 상기 주 스위치 소자(Qz)에 대한, 각각 순서대로 실현하는 온 상태 계속 기간(T1, T2, …, Tn－1, Tn)의 정보와, 상기 온 상태의 각각의 후에, 각각 순서대로 실현하는 오프 상태 계속 기간(X1, X2,…, Xn－1)의 정보를 생성하고, 온 상태 계속 기간과 오프 상태 계속 기간을 교호로 반복하는 상기 주 게이트 신호(Sz)를 생성하는 것임을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
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