交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法
【課題】アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法を提供する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣ整流器２５及びＤＣ−ＤＣ整流器２７が、商用交流電力から直流電力に変換し、ＤＣ−ＡＣ変換器３０が、直流電力から高周波交流電力に変換し、高周波トランス３１を介して高周波交流電力を負荷へ供給する。発振制御手段３５は、電流検出器３２が検出した高周波交流電力の電流値を入力し、この電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記高周波交流電力の供給を遮断させる。その後、初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して変化するようなパルスを生成し、このパルスを有するスイッチング信号をＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣ整流器２５及びＤＣ−ＤＣ整流器２７が、商用交流電力から直流電力に変換し、ＤＣ−ＡＣ変換器３０が、直流電力から高周波交流電力に変換し、高周波トランス３１を介して高周波交流電力を負荷へ供給する。発振制御手段３５は、電流検出器３２が検出した高周波交流電力の電流値を入力し、この電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記高周波交流電力の供給を遮断させる。その後、初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して変化するようなパルスを生成し、このパルスを有するスイッチング信号をＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源装置に関し、特に、アーク放電が抑制される交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸着やスパッタリングなどの成膜プロセスを用いて、成膜用基板（以下、基板という）に種々な材料を成膜させて半導体や液晶基板などを製造する成膜装置がある。この成膜装置は、例えば、スパタリング装置であれば、真空容器の中において、アルゴンなどの不活性ガスを導入しながら、被膜材料を取り付けた電極を陰極としてグロー放電を発生させ、放電中に生成したイオンを放電電圧に相当する数百ｅVのエネルギで陰極に衝突させ、その際に反動で放出する粒子を基板上に体積させて成膜を行う。この成膜装置に電力を供給する電源装置は、直流電源や高周波の交流電源であって、かつ、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する。しかし、これらの成膜プロセスでは電力を供給するための電極に熱的変化が起こり、プロセス状態が一定せず、アーク放電やフラッシュバックなどの現象が発生する。従来、アーク放電を抑制する方法として、アーク放電を検出し、成膜装置への供給電力を瞬時に停止し、アーク放電が消去した後、再スタートする方法が用いられていた。
【０００３】
また、アーク放電の発生時の遮断期間および復帰期間が短縮できるプラズマ処理装置として、特許文献１に記載されているものがある。プラズマ処理装置は、図９に示すように、直流制御部１で商用電力から変換され、平滑回路２を介して取り出された直流電圧は、インバータスイッチング部３へ送られて、交流（矩形波）に変換され、昇圧トランス４および整流部５を介して処理装置本体６へ供給される。７はサイリスタ制御部、８はインバータ制御部である。９は昇圧トランス４と整流部５との間に設けられたカレントトランス、１０はカレントトランス９で検出された電流を読み取り、その値に応じて前記サイリスタ制御部７およびインバータ制御部８へ制御信号を送る電流検出回路である。
【０００４】
図１０（ａ）は、アーク放電が発生した前後の放電電流の変化を表わすカレントトランス９の電流検出出力を示している。期間Ａの放電電流は、正規のパルス電流波形を示しており、デューティを調節することにより放電が制御される。図１０（ｂ）は、平滑回路２から得られる直流電圧Ｖdcを示している。期間Ａにおいて、直流電圧Ｖdcは、２００Ｖ一定に維持されている。期間Ｂにおいて、グロー放電からアーク放電に移行しており、電流が急激に増加している。図１０（ｃ）は、アーク放電が発生したときのアーク検出信号Ｐを示している。インバータ制御部８は、遮断期間Ｃ終了後の復帰期間Ｄにおいて、インバータの発振を同じ周波数で再開させるが、その際、高周波パルスのデューティを、図１０（ａ）に示すように零からアーク検出される前のデューティまで徐々に増加させる。放電電流値も、図１０（ｂ）に示すように直流電圧Ｖdcの変化に従ってデューティと同様に徐々に上昇し、復帰期間Ｄの終りの時点でアーク検出される前の状態に戻る。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６２５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する電源装置では、電極が加熱気味の状況において再度同容量の電力を供給する場合には、アーク放電が再発し、電極に熱的な変化が起こり、成膜プロセスが一定しない。このため、成膜の品質が低下し、または製品歩留まりが悪化するという問題が生じる虞がある。
【０００７】
また、前述の特許文献１の電源装置では、アーク放電を検出し、負荷への電力を遮断して、再度可変する電力を供給する場合、可変する電力は、高周波パルスのデューティを零から徐々に増加させる。このため、アークの発生から回復までには、アーク放電の検出時点から電力を遮断するまでの期間に加えて、停止期間や復帰期間を要するので、アーク放電への移行が頻繁に発生するような場合には、成膜の品質が低下し、処理時間が増大するなどの問題を生じる虞がある。この場合、アーク放電を検出してから復帰するまでの間に、多大なエネルギーが消費されるため、このエネルギー消費量をできる限り抑えることが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の交流電源装置は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、スイッチング信号によりスイッチング素子のゲートを制御し、前記高周波交流電力を生成する電力変換器と、前記負荷へ供給される高周波交流電力の電流値を検出する電流検出器と、前記電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記電力変換器に高周波交流電力の供給を遮断させ、遮断の後、予め設定された初期パルス巾から漸増するパルスを生成し、前記パルスを有するスイッチング信号を前記電力変換器に出力する発振制御手段と、を備えることを特徴とする。この交流電源装置は、アーク放電を検出すると、スイッチング信号の出力を停止して負荷への電力供給を遮断する。そして、初期パルス巾から漸増させるようなパルス巾を有するスイッチング信号を出力し、電力供給を再開するようにした。つまり、スイッチング信号の出力は、零のパルス巾から開始するのではなく、初期パルス巾から開始するようにしたので、アーク放電の検出から復帰までの時間を短縮することができる。
【００１０】
また、本発明の交流電源装置は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流器と、前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換器と、前記ＤＣ―ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第１の電流検出器と、前記第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、前記第１の高周波の交流電力を入力し、前記第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する高周波トランスと、前記高周波トランスの２次側の負荷へ入力される出力電流値を検出する第２の電流検出器と、前記帰還直流電流値と前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力し、前記ゲート制御信号によって、前記第２の直流電力を制御する電力制御手段と、前記出力電流値と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値と、前記スイッチング信号の再起動時における初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号を出力し、そのスイッチング信号によって、前記第１の高周波の交流電力を制御する発振制御手段と、を備え、前記発振制御手段は、前記出力電流値とアーク基準値とに基づいてアーク信号を出力し、前記アーク信号に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、前記リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のスイッチング信号のパルス巾が前記初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して電力制御することを特徴とする。
【００１１】
また、好適には、前記発振制御手段は、前記第２の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに前記アーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、前記リセット信号を出力するアーク検出手段と、前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、前記初期パルス巾と、前記スイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、好適には、前記アーク検出手段は、前記第２の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ／遮断信号発生器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ／遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、好適には、前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする。
【００１４】
また、好適には、前記初期パルス巾指令演算手段は、設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、前記再起動信号演算出力器によるリセット信号が入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、好適には、前記アーク検出手段は、さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランスを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、好適には、前記電力制御手段は、前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、好適には、前記揺動電力が、正弦波形、方形波または三角波からなる電力波形、揺動振動数および揺動振幅から設定されることを特徴とする。
【００１８】
また、好適には、前記負荷が、スパッタ装置であることを特徴とする。
【００１９】
また、好適には、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする。
【００２０】
本発明のアーク抑制方法は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置におけるアーク抑制方法において、前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換工程と、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する電力制御工程と、前記第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、前記アーク放電を検出してアーク信号を出力し、アーク信号に基づいて電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して、電力制御する発振制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、好適には、前記電力制御工程が、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値を設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、前記基本電力指令値から帰還電力値を減算し、電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する工程とを備え、前記発振制御工程が、前記高周波トランスを介して第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力につき、その第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、両入力端子間電圧を増幅し、出力電圧値を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号を出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、保持されたアーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、前記リセット信号を入力し、レート時間とパルス巾減衰比率とから演算される所定パルス巾を出力するレート演算工程と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾の大小とを比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択する初期パルス巾選択工程と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値とデッドバンド期間とから設定パルス巾を生成し、設定パルス巾と前記初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号のパルス巾を演算し、リセット信号によって再起動するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、好適には、前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする。。
【００２３】
また、好適には、前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、前記交流電源装置は、成膜用基板製造装置などに用いる交流電源装置として、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る交流電源装置を成膜用基板製造装置に適用した場合の制御ブロック図である。図２は、本発明に係る交流電源装置における電力制御手段を示す制御ブロック図である。図３は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段を示す制御ブロック図である。図４は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段の一部分の回路例を示す図である。図５、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図６は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図７は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。図８は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号、リセット信号およびスイッチング信号と経過時間との関係を示す図である。
【００２６】
〔構成〕
成膜用基板製造装置２１は、図１に示すように、商用交流電源２２、交流電源装置２３および負荷２４例えば、スパッタ装置を備える。交流電源装置２３は、ＡＣ−ＤＣ整流器２５、第１の直流フィルタ２６、ＤＣ―ＤＣ変換器２７、第２の直流フィルタ２８、第１の電流検出器２９、ＤＣ−ＡＣ変換器３０、高周波トランス３１、第２の電流検出器３２、直流制御用電源３３、電力制御手段３４および発振制御手段３５を備える。交流電源装置２３は、商用交流電源２２から供給される３相交流電力を一旦、直流電力に変換し、さらに直流電力から交流電力に変換して、交流電力を負荷２４に出力する。すなわち、交流電源装置２３は、ＡＣ−ＡＣコンバータとして機能する。
【００２７】
ＡＣ−ＤＣ整流器２５は、整流素子例えば、ダイオードを用いた３相全波整流回路であり、３相交流電力を入力し、３相交流電力を整流し、直流電力を第１の直流フィルタ２６に出力する。ＡＣ−ＤＣ整流器２５の出力正極端子は、第１の直流フィルタ２６の一端に、出力負極端子は、第１の直流フィルタ２４の他端にそれぞれ接続される。第１の直流フィルタ２６は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、ＡＣ−ＤＣ整流器２５による直流電力を入力し、直流電力を平滑にし、その結果により得られる第１の直流電力をＤＣ―ＤＣ変換器２７に出力する。第１の直流フィルタ２６は、その一端がＤＣ―ＤＣ変換器２７の入力正極端子に接続され、他端がＤＣ―ＤＣ変換器２７の入力負極端子に接続される。
【００２８】
ＤＣ―ＤＣ変換器２７は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、半導体スイッチング素子例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（以下、第１のスイッチング素子という）と直流リアクトルとを備えるスイッチング回路であり、ＩＧＢＴのゲートに入力される制御信号（以下、ゲート制御信号という）Ａにより、コレクターエミッタ間の導通／遮断が制御される。ＩＧＢＴのコレクタは、第２の直流フィルタ２８の負極端子に、エミッタは、第１の直流フィルタ２６の負極端子にそれぞれ接続される。直流リアクトルは、その一端が第１の直流フィルタ２６の正極端子に接続され、他端が第２の直流フィルタ２８の正極端子に接続される。すなわち、ＤＣ―ＤＣ変換器２７は、直流電力のうち第１の直流電力を入力し、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第２の直流電力を第２の直流フィルタ２８に出力する。
【００２９】
第２の直流フィルタ２８は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、第２の直流電力を入力し、第２の直流電力を平滑にして、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。第２の直流フィルタ２８は、その一端がＤＣ−ＡＣ変換器３０の入力正極端子に接続され、他端が第１の電流検出器２９を介してＤＣ−ＡＣ変換器３０の入力負極端子に接続される。第１の電流検出器２９は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して、被測定電流を非接触で検出するセンサであり、ＤＣ―ＤＣ変換器２７の出力側の帰還直流電流値〔Ｃ〕（以下、〔〕は信号レベルをいう。例えば、信号Ｃの信号レベルは〔Ｃ〕を示す。）を検出する。
【００３０】
ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、インバータ回路であり、相対向する２対の半導体スイッチング素子（以下、第２のスイッチング素子という）例えば、ＩＧＢＴ（Ｑ１およびＱ４スイッチ）およびＩＧＢＴ（Ｑ２およびＱ３スイッチ）の対が、ＩＧＢＴのゲートに入力される制御信号（以下、スイッチング信号という）Ｄにより、コレクターエミッタ間の導通／遮断が制御される。すなわち、ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、ＩＧＢＴの対が、交互にオン／オフ動作を繰り返して、第２の直流フィルタ２８による第２の直流電圧波形が平滑された波形を略矩形波交流波形である第１の高周波の交流電力に変換する回路である。すなわち、ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換する。
【００３１】
高周波トランス３１は、相互に電磁結合された１次巻線３１pおよび２次巻線３１sからなる変圧器であり、１次巻線３１pに交流電圧を入力し、相互電磁誘導作用により、１次巻線３１pと２次巻線３１sの巻数比に比例した交流電圧が２次巻３１sに発生する。高周波トランス３１の１次巻線３１pは、巻き始めがＩＧＢＴのＱ１のエミッタおよびＱ３のコレクタに接続され、巻き終りがＩＧＢＴのＱ２のエミッタおよびＱ４のコレクタに接続される。高周波トランス３１の２次巻線３１sは、負荷２４に接続される。すなわち、高周波トランス３１は、第１の高周波の交流電力を入力し、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する。第２の電流検出器３２は、第１の電流検出器２９と同様に、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して、被測定電流を非接触で検出するセンサである。
【００３２】
尚、本実施の形態において、直流制御用電源３３は、商用交流電源２２から２相商用電源を入力し、直流定電圧を出力するようにしたが、商用交流電源２２とは別系統の電源を用いることにより、全く独立した直流制御用電源として直流定電圧を出力するようにしてもよい。
【００３３】
電力制御手段３４−１は、図１に示した電力制御手段３４の一例であり、図２に示すように、基本電力指令値設定器３６、帰還電力演算器３７、減算器３８、ＰＩＤ制御器３９およびＧＡＴＥ制御器４０を備える。基本電力指令値設定器３６は、負荷２４に応じて定められる第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値〔Ｆ〕を設定する設定器である。帰還電力演算器３７は、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを入力し、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを乗算し、演算の結果により、得られる帰還電力値を減算器３８に出力する。減算器３８は、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕と帰還電力値とを入力し、基本電力指令値〔Ｆ〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をＰＩＤ制御器３９に出力する。
【００３４】
ＰＩＤ制御器３９は、電力偏差値を入力し、電力偏差値をＰＩＤ制御して操作量を求め、操作量をＧＡＴＥ制御器４０に出力する。ＧＡＴＥ制御器４０は、ＰＩＤ制御器３９による操作量に基づいてゲート制御信号Ａを第１のスイッチング素子のゲートに出力する。
【００３５】
すなわち、電力制御手段３４−１は、負荷２４に応じて定められる基本電力指令値Ｆから帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて、ゲート制御信号ＡをＤＣ―ＤＣ変換器２７に出力し、そのゲート制御信号Ａによって、第２の直流電力を制御する。
【００３６】
発振制御手段３５−１は、図１に示した発振制御手段３５の一例であり、図３に示すように、アーク検出手段４１−１、初期パルス巾指令演算手段４２およびパルス巾可変演算／ゲート制御手段４３を備える。アーク検出手段４１−１は、電流−電圧変換器４４、差動増幅器４５、絶対値変換器４６、アーク基準値設定器４７、比較器４８、ラッチ／遮断信号発生器４９および再起動信号演算出力器５０を備える。
【００３７】
電流−電圧変換器４４は、図４に示すように、例えば、抵抗体６３およびコンデンサ６４を備え、第２の電流検出器３２の出力端子に直列に抵抗６３を配し、抵抗体６３に並列にコンデンサ６４を配する。電流−電圧変換器４４は、出力電流値〔Ｅ1〕を入力し、電圧値を差動増幅器４５に出力する。差動増幅器４５は、減算回路であり、図４に示すように、例えば、抵抗体６５a〜６５dおよびオペアンプ６６を備える。差動増幅器４５は、電流−電圧変換器４４による前記電圧値を入力し、出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する。抵抗体６５ａ〜６５ｄは、出力電圧値〔Ｅ２〕を出力電流値〔Ｅ1〕の数値に等しくするように、それぞれの抵抗値が予め設定されており、差動増幅器４５の電力入力線に接続されている。例えば、出力電流値〔Ｅ1〕が１アンペアであれば、出力電圧値〔Ｅ2〕を１ボルトにする。これにより、差動増幅器４５の出力端子から出力電圧値〔Ｅ2〕を出力することによって、出力電流値〔Ｅ1〕を知ることができる。
【００３８】
絶対値変換器４６は、図３に示すように、差動増幅器４５による出力電圧値〔Ｅ2〕を入力し、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を比較器４８に出力する。アーク基準値設定器４７は、ＤＣ−ＡＣ変換器３０が高周波トランス３１を介して負荷２４に第２の高周波の交流電力を供給して、アーク放電と判定される基準となるアーク基準値〔Ｇ〕を設定する設定器である。比較器４８は、前記絶対値とアーク基準値設定器４７によるアーク基準値〔Ｇ〕とを入力し、絶対値とアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較し、絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいとき、またはより大きいとき、アーク信号をラッチ／遮断信号発生器４９に出力する。
【００３９】
ラッチ／遮断信号発生器４９は、アーク信号を入力し、アーク信号によってラッチされる遮断信号Ｌを再起動信号演算出力器５０、初期パルス巾指令演算手段４２およびパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３に出力する。再起動信号演算出力器５０は、遮断信号Ｌを入力し、遮断信号Ｌが再起動信号演算出力器５０に入力して、所定時間だけ経過した後、ラッチ／遮断信号発生器４９のラッチを解除するためのリセット信号Ｍをラッチ／遮断信号発生器４９に出力する。
【００４０】
初期パルス巾指令演算手段４２は、パルス巾減衰比率設定器５１、アーク遮断指令器５２、レート指令書込み器５３、レート時間設定器５４、レート演算器５５、最小パルス巾設定器５６および初期パルス巾選択器５７を備える。パルス巾減衰比率設定器５１は、定常時における第２のスイッチング素子のスイッチング周波数の逆数に相当するパルス巾（以下、「元のパルス巾」という）〔Ｈ〕にデッドバンド期間〔ＤＴ〕（または「デッドタイム」という）を含めた設定パルス巾〔ＨＡ〕につき、これに対する所定パルス巾〔Ｎ〕の比率とするパルス巾減衰比率指令値Ｋを設定する設定器である。ここで、デッドバンド期間〔ＤＴ〕は、Ｐ側とＮ側のスイッチング信号Ｄの切換えのときに、第２のスイッチング素子が確実にオフするための期間である。さらに、設定パルス巾〔ＨＡ〕は、元のパルス巾〔Ｈ〕からデッドバンド期間〔ＤＴ〕を減算した値である。
【００４１】
アーク遮断指令器５２は、ラッチ／遮断信号発生器４９による遮断信号Ｌを入力し、アーク遮断信号をレート指令書込み器５３に出力する。レート指令書込み器５３は、アーク遮断指令器５２によるアーク遮断信号を入力し、パルス巾減衰比率設定器５１によるパルス巾減衰比率Ｋを書き込む書込み器である。レート時間設定器５４は、スイッチング信号Ｄのパルス巾が所定パルス巾〔Ｎ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕まで漸増して変化するのに要する時間とするレート時間〔Ｊ〕を設定する設定器である。レート演算器５５は、リセット信号Ｍによる遮断信号Ｌが解除されて、レート時間〔Ｊ〕とパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とによって、演算される所定パルス巾Ｎを初期パルス巾選択器５７に出力する。
【００４２】
最小パルス巾設定器５６は、スイッチング信号Ｄの最小パルス巾〔Ｉ〕を設定する設定器である。最小パルス巾〔Ｉ〕は、第２のスイッチング素子の特性やアークの発生等の点から定める。最小パルス巾〔Ｉ〕が狭すぎると、第２のスイッチング素子を破壊する虞があり、また放電が起こらなくなる虞があり、さらにまた、電源がオン状態から正常な放電状態になるまでの時間がかかり過ぎて、基板の生産効率が低下する虞があるからである。例えば、ＩＧＢＴでは、最小パルス巾〔Ｉ〕は２マイクロ秒とする。
【００４３】
初期パルス巾選択器５７は、最小パルス巾設定器５６による最小パルス巾〔Ｉ〕とレート演算器５５による所定パルス巾〔Ｎ〕とを入力し、最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕との大小を比較し、大きい方のパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕としてパルス巾可変演算手段４３に出力する。すなわち、初期パルス巾〔Ｐ〕は、設定パルス巾〔ＨＡ〕を制御する比率信号に相当する。初期パルス巾〔Ｐ〕は、例えば、設定パルス巾〔ＨＡ〕に対して６０％相当の出力であれば、６０％相当のパルス巾で再起動し、レート時間〔Ｊ〕が経過した後に、１００％となる信号である。
【００４４】
パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３は、スイッチング周波数指令設定器５８、デッドバンド設定器５９、スイッチングパルス巾生成器６０、パルス巾可変演算器６１およびＧＡＴＥ制御器６２を備える。スイッチング周波数指令値設定器５８は、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させるスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令値を設定する設定器である。デッドバンド設定器５９は、第２のスイッチング素子のゲートを切り替えるときに、スイッチング信号ＤのＰ側とＮ側とが短絡するのを防止するために設けられたデッドバンド期間〔ＤＴ〕を設定する設定器である。
【００４５】
スイッチングパルス巾生成器６０は、スイッチング周波数指令値設定器５８によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器５９によるデッドバンド期間〔ＤＴ〕とを入力し、スイッチング周波数指令値から元のパルス巾〔Ｈ〕を演算し、元のパルス巾〔Ｈ〕からデッドバンド期間〔ＤＴ〕を減算し、演算の結果により、得られる設定パルス巾〔ＨＡ〕をパルス巾可変演算器６１に出力する。パルス巾可変演算器６１は、初期パルス巾選択器５７による初期パルス巾〔Ｐ〕と、スイッチングパルス巾生成器６０による設定パルス巾〔ＨＡ〕とを入力する。遮断信号Ｌにより負荷２４への電力供給が遮断されて、一定時間t1が経過した後、再起動信号演算出力器５０によるリセット信号Ｍによって電力供給が復帰するとき、パルス巾可変演算器６１は、スイッチング信号Ｄのパルス巾が、初期パルス巾〔Ｐ〕から始まって、レート時間設定器５４によるレート時間〔Ｊ〕が経過し、設定パルス巾〔ＨＡ〕になるまでの間、漸増して変化するパルス巾列をゲート制御器６２に出力する。ゲート制御器６２は、パルス巾列を入力し、パルス巾列に基づくスイッチング信号Ｄを第２のスイッチング素子のゲートに出力する。
【００４６】
すなわち、発振制御手段３５−１は、出力電流値〔Ｅ1〕と、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令設定器５８によるスイッチング周波数から演算される元のパルス巾〔Ｈ〕と、アーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕と、前記スイッチング信号Ｄの再起動時における初期パルス巾〔Ｐ〕とに基づいて、スイッチング信号ＤをＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力し、スイッチング信号Ｄによって、第１の高周波の交流電力を制御する。言い換えると、発振制御手段３５−１は、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、所定時間だけ負荷２４への電力供給を遮断した後、一定時間後に、電力供給が復帰するように、前記スイッチング信号Ｄのパルス巾が初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増するように電力制御する。
【００４７】
次に、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段３５−２について説明する。図５は、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図５は、図３と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の発振制御手段３５−２は、図５に示すように、発振制御手段３５−１にパルストランス６７を追加したものである。すなわち、発振制御手段３５−２は、発振制御手段３５−１の電流―電圧変換器４４と差動増幅器４５との間にパルストランス６７を配置する。
【００４８】
次に、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段３４−２について説明する。図６は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図６は、図２と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の電力制御手段３４−２は、図６に示すように、電力制御手段３４−１に揺動電力制御手段６８、加減算器７３および電力指令演算器７４を追加したものである。
【００４９】
揺動電力制御手段６８は、揺動レベル設定器６９、加算器７０、揺動値／揺動周波数設定器７１および揺動波形選択器７２を備える。揺動レベル設定器６９は、後述する揺動電力の指令の直流レベルを設定する設定器である。揺動値／揺動周波数設定器７１は、基本電力指令値〔Ｆ〕に付加して揺動する電力（以下、揺動電力という）の基本波形を揺動波形（以下、基本揺動波形という）として、揺動値とする基本揺動波形の揺動振幅Ｚと、揺動周波数の逆数である揺動周期Ｙとを設定する設定器である。揺動波形選択器７２は、揺動振幅Ｚと揺動周期Ｙとを入力し、負荷２４の電力容量および／またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Ｚおよび揺動周期Ｙによる揺動電力の波形形状として、正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形を選択する選択器である。
【００５０】
加算器７０は、揺動電力の直流レベルと揺動振幅Ｚ、揺動周期Ｙおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを入力し、これらの直流レベルとパルス特性値とを含むパルス特性情報を加減算器７３に出力する。加減算器７３は、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを入力し、基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを加算または減算し、合成した電力指令値を電力指令演算器７４に出力する。電力指令演算器７４は、前記電力指令値を入力し、電力指令値に基づいて、新たな電力指令値を減算器３８に出力する。その他の構成については、図２に示した電力制御手段３４−１の場合の基本電力指令値〔Ｆ〕の代わりに、新たな電力指令値を置換したものと同一であるため、説明を省略する。
【００５１】
〔アークの抑制方法〕
次に、本発明に係る交流電源装置におけるアーク抑制方法について説明する。交流電源装置２３におけるアーク抑制方法は、先ず、商用の交流電源を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、負荷２４に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換工程と、第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御する電力制御工程と、第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号Ｌを出力し、所定時間だけ負荷２４への電力供給を遮断した後、リセット信号Ｍを出力し、リセット信号Ｍが出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増させて、電力制御する発振制御工程とを備える。
【００５２】
さらに、電力制御工程が、第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値Ｆを設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、基本電力指令値Ｆから帰還電力値を減算して、演算の結果により、得られる電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力して、第２の直流電力を制御する工程とを備える。
【００５３】
また、発振制御工程が、高周波トランス３１を介して、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔Ｅ1〕を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値〔Ｅ1〕を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を増幅し、得られる出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいか、または大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号Ｌを出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、遮断信号Ｌを入力して、遮断信Ｌにより第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから、所定時間が経過した後、保持されたアーク信号を解除し、かつリセット信号Ｍを出力する再起動信号演算出力工程と、リセット信号Ｍを入力し、レート時間〔Ｊ〕と、パルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから演算される所定パルス巾〔n〕を出力するレート演算工程と、所定パルス巾〔Ｎ〕と、最小パルス巾〔Ｉ〕とを入力し、所定パルス巾〔Ｎ〕と最小パルス巾〔Ｉ〕との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔Ｐ〕として選択する初期パルス巾選択工程と、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間ＤＴとに基づく設定パルス巾〔ＨＡ〕と、初期パルス巾〔Ｐ〕とに基づいて、スイッチング信号Ｄのパルス巾を演算し、リセット信号Ｍによって再起動するスイッチング信号Ｄを出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程とを備える。
【００５４】
さらに、前記再起動時のスイッチング信号は、Ｐ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄにおいて、アークを検出するＰ側またはＮ側と反対側のＮ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始する。
【００５５】
さらに、基本電力指令値〔Ｆ〕に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して、得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値〔Ｃ〕と、帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを入力し、新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力して、第２の直流電力を制御する。
【００５６】
図７は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。発振制御工程が、図７に示すように、高周波トランス３１を介して、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて、第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔Ｅ1〕を検出する出力電流値検出工程（Ｓ−１）と、出力電流値〔Ｅ1〕から電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を差動増幅し、増幅電圧である出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する差動増幅工程と、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程（Ｓ−２）と、絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較する比較工程（Ｓ−３）と、絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいときまたは大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程（Ｓ−４）と、アーク信号を保持するアーク信号保持工程（Ｓ−５）と、アーク信号を入力し、アーク信号を保持（ラッチ）するとともに、遮断信号Ｌを出力するラッチ／遮断信号発生工程（Ｓ−５）と、遮断信号Ｌを入力して、所定時間が経過した後、リセット信号Ｍを出力する再起動信号演算出力工程（Ｓ−７）と、アーク信号でスイッチング信号Ｄの旧データをリセット（消去）するとともに、所定レート時間〔Ｊ〕とパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから演算される所定パルス巾〔Ｎ〕を初期パルス巾選択器５７に出力し、同時にレート演算器５５をリセットする工程（Ｓ−８）と、最小パルス巾〔Ｉ〕を設定し、最小パルス巾〔Ｉ〕を初期パルス巾選択器５７に出力する工程（Ｓ−９）と、所定パルス巾〔Ｎ〕と、最小パルス巾〔Ｉ〕との大小を比較し（Ｓ−１０）、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔Ｐ〕として選択する初期パルス巾選択工程（Ｓ−１１ＡおよびＳ−１１Ｂ）と、スイッチング信号Ｄのスイッチング周波数と、デッドバンド期間ＤＴとを設定し、スイッチング周波数とデッドバンド期間ＤＴとから演算される設定パルス巾〔ＨＡ〕をパルス巾可変演算器５９に出力する工程（Ｓ−１２）と、設定パルス巾〔ＨＡ〕、初期パルス巾〔Ｐ〕およびレート時間〔Ｊ〕に基づいて、スイッチング信号Ｄのパルス巾を演算するパルス巾可変演算工程（Ｓ−１３）とを備える。これにより、交流電源装置２３におけるアーク放電を抑制することができる。
【００５７】
また、前記基本電力指令値〔Ｆ〕から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するためのゲート制御信号Ａを出力し、第２の直流電力を制御する工程を備える。
【００５８】
さらに、前記基本電力指令値〔Ｆ〕に電力波形が遥動的に変化する遥動電力を付加した新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力し、第２の直流電力を制御する工程を備える。これにより、交流電源装置２３におけるアーク放電をさらに抑制できる。
【００５９】
〔動作〕
次に、本発明に係る交流電源装置２３の動作について説明する。
先ず、交流電源装置２３の全体的な動作について説明する。商用交流電源２２をＡＣ−ＤＣ整流器２５に入力すると、ＡＣ−ＤＣ整流器２５によって、交流電力から直流電力に整流し、第１の直流電力を出力する。第１の直流電力をＤＣ−ＤＣ変換器２７に入力すると、ＤＣ−ＤＣ変換器２７に内在する第１のスイッチング素子のゲートを電力制御手段３４によるゲート制御信号Ａによってオン／オフ制御して、ＤＣ−ＤＣ変換器２７の出力電圧を一定に制御しかつ、出力電力を制御して、第２の直流電力を出力する。
【００６０】
第２の直流電力をＤＣ−ＡＣ変換器３０に入力すると、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に内在する第２のスイッチング素子のゲートを発振制御手段３５によるスイッチング信号Ｄによって、高速でスイッチングし、高周波交流電力とする第１の高周波の交流電力に逆変換する。第１の高周波の交流電力を高周波トランス３１に入力すると、商用交流電源２２と電気的に絶縁した第２の高周波の交流電力を負荷２４に供給する。
【００６１】
次に、電力制御手段３４−１の動作について説明する。電力制御手段３４−１は、図１および図２に示すように、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と第１の電流検出器２９による帰還直流電流値〔Ｃ〕とを入力し、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とにより、第１のスイッチング素子を動作させるためのゲート制御信号ＡをＤＣ−ＤＣ変換器２７に出力する。ここで、基本電力指令値〔Ｆ〕は、負荷２４の装置の大きさ、生産効率等のパラメータにより定める。
【００６２】
帰還直流電圧値〔Ｂ〕と第１の電流検出器２９による帰還直流電流値〔Ｃ〕とが帰還電力演算器３７に入力すると、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算器３８に出力する。帰還電力値と基本電力指令値〔Ｆ〕とが減算器３８に入力すると、基本電力指令値〔Ｆ〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をＰＩＤ制御器３９に出力する。
【００６３】
電力偏差値がＰＩＤ制御器３９に入力すると、ＰＩＤ制御器３９によって、電力偏差値に比例動作させるとともに、前記電力偏差値の積分に比例して入力値を変化させる積分動作、および前記電力偏差値の微分に比例して入力値を変化させる微分動作を組み合わせた制御を行って、操作量をＧＡＴＥ制御器４０に出力する。この場合、ＰＩＤ動作の代わりにＰＩ動作のみの制御を行うようにしてもよい。ＧＡＴＥ制御器４０によって、ＰＩＤ制御器３９による操作量に基づいて、ゲート制御信号Ａを第１のスイッチング素子のゲートに出力する。すなわち、電力偏差値が増加すれば、ゲート制御信号Ａのオン動作時間が長くなるように制御し、電力偏差値が減少すれば、ゲート制御信号Ａのオン動作時間が短くなるように制御する。これにより、電力制御手段３４−１は、入力する直流電力を一定の直流電力に制御することができる。
【００６４】
次に、発振制御手段３５−１の動作について説明する。図８は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号Ｌ、リセット信号Ｍおよびスイッチング信号Ｄと経過時間との関係を示す図である。図８（Ａ）は、アーク信号と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、アーク信号をそれぞれ示す。点Ｑは、アーク信号が発生する時点を示す。図８（Ｂ）は、遮断信号Ｌおよびリセット信号Ｍと経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、遮断信号およびリセット信号をそれぞれ示す。時間t1は、例えば、数マイクロ秒から１ミリ秒で遮断信号Ｌが出力してからリセット信号Ｍが出力するまでの所定時間を示す。点Ｒは、遮断信号Ｌが出力する時点、点Ｓは、リセット信号Ｍが出力する時点をそれぞれ示す。
【００６５】
図８（Ｃ）は、スイッチング信号ＤのうちＰ側（スイッチＱ１、Ｑ４）の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、オン／オフ信号をそれぞれ示す。時間t3は、Ｐ側の電源遮断時間を示す。点Ｔは、遮断信号Ｌが発生する時刻にスイッチング信号Ｄがオフ状態となる時点を示す。点Ｕは、点Ｓの時点からＮ側のスイッチング信号Ｄがオン状態になった直後、Ｐ側がオン状態となる点を示す。点Ｖは、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオン状態になった後、一定時間〔Ｊ〕が経過した後、設定パルス巾〔ＨＡ〕に復帰する点を示す。図８（Ｄ）は、スイッチング信号ＤのうちＮ側（スイッチＱ２、Ｑ３）の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、スイッチング信号とするオン／オフ信号をそれぞれ示す。ＤＴは、Ｐ側と同様に、Ｎ側にも設ける。時間t2は、Ｎ側の電源遮断時間を示す。点Ｗは、リセット信号Ｍが出力して、Ｎ側のスイッチング信号Ｄがオン状態となる点を示す。点Ｘは、スイッチング信号Ｄがオン状態になってから、一定時間〔Ｊ〕例えば、１ミリ秒が経過した後、設定パルス巾〔ＨＡ〕に復帰する点を示す。
【００６６】
第２の電流検出器３２による出力電流値〔Ｅ1〕がアーク検出手段（Ａ）４１−１に入力すると、アーク検出手段４１−１の電流−電圧変換器４４によって、電圧値を差動増幅器４５に出力する。前記電圧値を差動増幅器４５に入力すると、差動増幅器４５によって、電圧値が増幅された出力電圧値〔Ｅ2〕を絶対値変換器４６に出力する。これにより、配線経路のグランドに対し高圧側の電圧に電気的ノイズが重畳するときに、コモンモードノイズを軽減することができる。
【００６７】
出力電圧値〔Ｅ2〕が絶対値変換器４６に入力すると、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を比較器４８に出力する。絶対値とアーク基準値設定器４７によるアーク基準値〔Ｇ〕とが比較器４８に入力すると、絶対値とアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号をラッチおよび遮断信号発生器４９に出力する。すなわち、成膜中にアーク信号が発生すると、アーク信号は、例えば、図８（Ａ）に示すように、点Ｑにおいて、ＨＩＧＨ信号からＬＯＷ信号となる。
【００６８】
アーク信号がラッチおよび遮断信号発生器４９に入力すると、ラッチおよび遮断信号発生器４９によって、ラッチされた遮断信号Ｌを再起動信号演算出力器５０および初期パルス巾演算手段４２に出力する。この場合、遮断信号Ｌは、図８（Ｂ）に示すように、点Ｒにおいて出力する。すなわち、ラッチおよび遮断信号発生器４９による信号処理時間の遅延によって、アーク信号が出力する点Ｑから僅かな時間だけ遅れた点Ｒにおいて、負荷２４への通電状態ＨＩＧＨから遮断状態ＬＯＷに変化するように、遮断信号Ｌを出力する。遮断信号Ｌを出力すると、図８（Ｃ）に示すように、スイッチング信号Ｄのうち、例えば、最初、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオフ状態となる。
【００６９】
遮断信号Ｌが再起動信号演算出力器５０に入力すると、再起動信号演算出力器５０に内蔵するタイマが作動し、所定時間t1だけ経過した後、タイマがオフとなって、リセット信号Ｍをラッチおよび遮断信号発生器４９に出力する。すなわち、遮断信号Ｌは、リセット信号Ｍにより、図８（Ｂ）に示すように、点Ｓにおいて、ＬＯＷからＨＩＧＨに変化し出力する。リセット信号Ｍが出力すると、図８（Ｄ）に示すように、スイッチング信号Ｄのうち、Ｎ側であって、リセット信号Ｍに直近のパルス信号（点Ｗ）から立ち上がるように設定する。その結果として、負荷２４への電力が、遮断信号Ｌによって、Ｐ側およびＮ側のスイッチング信号Ｄによる時間t2、t3の間、それぞれ停止する。
【００７０】
以上の説明では、遮断信号Ｌが、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオン状態で出力するときに、リセット信号Ｍによってスタートするスイッチング信号Ｄは、先ず、Ｎ側であり、続いてＰ側となるように設定するが、逆に、遮断信号Ｌが出力するとき、Ｎ側のスイッチング信号Ｄがオン状態である場合、リセット信号Ｍによってスタートするスイッチング信号Ｄは、先ず、Ｐ側であり、続いてＮ側となるように設定する。すなわち、リセット信号Ｍによって、再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄは、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始する。この場合、アークが検出された際の極性と同じＰ側またはＮ側にてスイッチングが開始すると、高周波トランス３１において、磁気飽和が起きて抵抗値が小さくなる。この結果、電流が増大し、アークが発生する可能性がある。つまり、反対側の極性のＰ側またはＮ側にてスイッチングを開始させることにより、高周波トランス３１の磁気飽和を防止することができ、結果として、アークの発生を抑制することができる。また、プラズマに起因して、アークを増長させないようにすることもできる。すなわち、高周波トランス３１は、ＤＣ−ＡＣ変換器３０により出力される第１の高周波交流電力を第２の高周波交流電力に変換する際に、飽和することなく、発振制御手段３５により出力されるスイッチング信号に応じた第２の高周波交流電力を負荷２４へ供給することができる。
【００７１】
遮断信号Ｌが初期パルス巾演算手段４２に入力すると、遮断信号Ｌが初期パルス巾演算手段４２にあるアーク遮断指令器５２に入力して、アーク遮断信号をレート指令書込み器５３に出力する。アーク遮断信号がレート指令書込み器５３に入力すると、パルス巾減衰比率設定器５１によるパルス巾減衰比率〔Ｋ〕をレート指令書込み器５３に書き込む。パルス巾減衰比率〔Ｋ〕は、成膜中にアーク放電が発生したとき、アーク放電を抑制するように、再起動時のスイッチング信号Ｄのパルス巾を随時可変できるようにするための情報である。アーク信号でスイッチング信号Ｄの旧データをリセット（消去）するとともに、レート時間設定器５４によるレート時間〔Ｊ〕と、レート指令書込み器５３によるパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから所定パルス巾〔Ｎ〕を初期パルス巾選択器５７に出力し、同時にリセット信号Ｍによって初期パルス巾演算手段４２のレート演算器５５をリセットする。
【００７２】
最小パルス巾設定器５６による最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕が初期パルス巾選択器５７に入力すると、最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる初期パルス巾〔Ｐ〕としてパルス巾の大きい方を選択し、初期パルス巾〔Ｐ〕をパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３に出力する。初期パルス巾〔Ｐ〕と、スイッチング周波数指令設定器５８によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器５９によるデッドバンド期間ＤＴとから演算される設定パルス巾〔ＨＡ〕とが、パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３のパルス巾可変演算器６１に入力すると、図８に示すように、パルス巾可変演算器６１によって、スイッチング信号Ｄが、レート時間〔Ｊ〕内に再起動時の初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して変化するように演算されて、パルス巾列をＧＡＴＥ制御器６２に出力する。パルス巾列がＧＡＴＥ制御器６２に入力すると、パルス巾列に基づいて、第２のスイッチング素子を制御するスイッチング信号Ｄをドライブ回路（図示せず）を介して、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。
【００７３】
次に、電力制御手段３４−２の動作について説明する。電力制御手段３４−２は、電力指令値を設定する機能について電力制御手段３４−１と異なる。電力制御手段３４−２は、揺動値／揺動周波数設定器７１によって、基本電力指令値〔Ｆ〕に付加する基本揺動波形の揺動振幅Ｚと、揺動周波数の逆数である揺動周期Ｙとを設定する。次に、揺動波形選択器７２によって、負荷２４の電力容量および／またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Ｚと、揺動周期Ｙと、かつ基本揺動波形の形状が正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形とを選択する。遥動レベル設定器による直流の遥動レベルと、揺動振幅Ｚ、揺動周期Ｙおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを加算したパルス特性情報を出力し、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを合成し、得られる電力指令値を新たな電力指令値として減算器３８に出力する。電力制御手段３４−２は、電力制御手段３４−１における基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕の代わりに、新たな電力指令値に置き換えたものであるので、以下の電力制御については説明を省略する。
【００７４】
次に、他の発振制御手段３５−２の動作について説明する。パルストランス６７の２次側６７sは、パルストランス６７の２次側巻線であり、１次側巻線６７pに対し、巻線比が例えば１：１とする。これにより、パルストランス６７を有する交流電源装置２３は、パルストランス６７を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、前記信号の伝達遅れを低減することができる。
【００７５】
以上により、アーク放電が発生すると、遮断信号Ｌにより電力の供給を遮断し、所定時間t1が経過した後、リセット信号Ｍを出力する。リセット信号Ｍが出力して、一定時間が経った後、負荷２４に供給する高周波の交流電力を制御するスイッチング信号Ｄのパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して電力制御する。スイッチング信号Ｄは、零のパルス巾から開始するのではなく初期パルス巾〔Ｐ〕から開始するので、アーク放電を検出してから復帰するまでの時間を短縮することができる。これにより、アーク放電から復帰するまでのエネルギーを抑制することができる。また、リセット信号Ｍによって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄは、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始するようにした。これにより、高周波トランス３１の磁気飽和を防止することができる。つまり、高周波トランス３１において、抵抗が小さくなるのを防ぐことができるから、電流が増大することはない。したがって、アーク放電の発生を抑制することができる。
【００７６】
また、パルストランス６５を電流―電圧変換器４４と差動増幅器４５との間に配することによって、パルストランス６７を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、アーク信号を検出するための信号の伝達遅れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る交流電源装置を成膜用基板製造装置に適用した場合の制御ブロック図である。
【図２】本発明に係る交流電源装置における電力制御手段を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明に係る交流電源装置における発振制御手段を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明に係る交流電源装置における発振制御手段の一部分の回路例を示す図である。
【図５】本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号、リセット信号およびスイッチング信号と経過時間との関係を示す図である。
【図９】従来技術における装置構成を示す図である。
【図１０】従来技術における装置のアーク放電が発生した前後の装置各部の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 直流制御部
２ 平滑回路
３ インバータスイッチング部
４ 昇圧トランス
５ 整流部
６ 処理装置本体
７ サイリスタ制御部
８ インバータ制御部
９ カレントトランス
１０ 電流検出回路
２１ 成膜用基板製造装置
２２ 商用交流電源
２３ 交流電源装置
２４ 負荷
２５ ＡＣ−ＤＣ整流器
２６ 第１の直流フィルタ
２７ ＤＣ−ＤＣ変換器
２８ 第２の直流フィルタ
２９ 第１の電流検出器
３０ ＤＣ−ＡＣ変換器
３１ 高周波トランス
３２ 第２の電流検出器
３３ 直流制御用電源
３４−１，３４−２ 電力制御手段
３５−１，３５−２ 発振制御手段
３６ 基本電力指令値設定器
３７ 帰還電力演算器
３８ 減算器
３９ ＰＩＤ制御器
４０ ＧＡＴＥ制御器
４１−１，４１−２ アーク検出手段
４２ 初期パルス巾指令演算手段
４３ パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段
４４ 電流―電圧変換器
４５ 差動増幅器
４６ 絶対値変換器
４７ アーク基準値設定器
４８ 比較器
４９ ラッチ／遮断信号発生器
５０ 再起動信号演算出力器
５１ パルス巾減衰比率設定器
５２ アーク遮断指令器
５３ レート指令書込器
５４ レート時間設定器
５５ レート演算器
５６ 最小パルス巾設定器
５７ 初期パルス巾選択器
５８ スイッチング周波数指令設定器
５９ デッドバンド設定器
６０ スイッチングパルス巾生成器
６１ パルス巾可変演算器
６２ ＧＡＴＥ制御器
６３ 抵抗体
６４ 平滑用コンデンサ
６５ 抵抗体
６６ オペアンプ
６７ パルストランス
６８ 揺動電力制御手段
６９ 揺動レベル設定器
７０ 加算器
７１ 揺動値／揺動周波数設定器
７２ 揺動波形選択器
７３ 加減算器
７４ 電力指令演算器
Ａ ゲート制御信号
Ｂ 帰還直流電流信号
Ｃ 帰還直流電圧信号
Ｄ スイッチング信号
Ｅ1 出力電流信号
Ｅ2 出力電圧信号
Ｆ 基本電力指令信号
Ｇ アーク基準信号
Ｈ 元のパルス巾信号
ＨＡ 設定パルス巾信号
Ｐ 初期パルス巾信号
Ｙ 遥動周期信号
Ｚ 遥動振幅信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源装置に関し、特に、アーク放電が抑制される交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸着やスパッタリングなどの成膜プロセスを用いて、成膜用基板（以下、基板という）に種々な材料を成膜させて半導体や液晶基板などを製造する成膜装置がある。この成膜装置は、例えば、スパタリング装置であれば、真空容器の中において、アルゴンなどの不活性ガスを導入しながら、被膜材料を取り付けた電極を陰極としてグロー放電を発生させ、放電中に生成したイオンを放電電圧に相当する数百ｅVのエネルギで陰極に衝突させ、その際に反動で放出する粒子を基板上に体積させて成膜を行う。この成膜装置に電力を供給する電源装置は、直流電源や高周波の交流電源であって、かつ、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する。しかし、これらの成膜プロセスでは電力を供給するための電極に熱的変化が起こり、プロセス状態が一定せず、アーク放電やフラッシュバックなどの現象が発生する。従来、アーク放電を抑制する方法として、アーク放電を検出し、成膜装置への供給電力を瞬時に停止し、アーク放電が消去した後、再スタートする方法が用いられていた。
【０００３】
また、アーク放電の発生時の遮断期間および復帰期間が短縮できるプラズマ処理装置として、特許文献１に記載されているものがある。プラズマ処理装置は、図９に示すように、直流制御部１で商用電力から変換され、平滑回路２を介して取り出された直流電圧は、インバータスイッチング部３へ送られて、交流（矩形波）に変換され、昇圧トランス４および整流部５を介して処理装置本体６へ供給される。７はサイリスタ制御部、８はインバータ制御部である。９は昇圧トランス４と整流部５との間に設けられたカレントトランス、１０はカレントトランス９で検出された電流を読み取り、その値に応じて前記サイリスタ制御部７およびインバータ制御部８へ制御信号を送る電流検出回路である。
【０００４】
図１０（ａ）は、アーク放電が発生した前後の放電電流の変化を表わすカレントトランス９の電流検出出力を示している。期間Ａの放電電流は、正規のパルス電流波形を示しており、デューティを調節することにより放電が制御される。図１０（ｂ）は、平滑回路２から得られる直流電圧Ｖdcを示している。期間Ａにおいて、直流電圧Ｖdcは、２００Ｖ一定に維持されている。期間Ｂにおいて、グロー放電からアーク放電に移行しており、電流が急激に増加している。図１０（ｃ）は、アーク放電が発生したときのアーク検出信号Ｐを示している。インバータ制御部８は、遮断期間Ｃ終了後の復帰期間Ｄにおいて、インバータの発振を同じ周波数で再開させるが、その際、高周波パルスのデューティを、図１０（ａ）に示すように零からアーク検出される前のデューティまで徐々に増加させる。放電電流値も、図１０（ｂ）に示すように直流電圧Ｖdcの変化に従ってデューティと同様に徐々に上昇し、復帰期間Ｄの終りの時点でアーク検出される前の状態に戻る。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６２５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の、電圧、電流および電力を一定に制御して成膜装置に印加する電源装置では、電極が加熱気味の状況において再度同容量の電力を供給する場合には、アーク放電が再発し、電極に熱的な変化が起こり、成膜プロセスが一定しない。このため、成膜の品質が低下し、または製品歩留まりが悪化するという問題が生じる虞がある。
【０００７】
また、前述の特許文献１の電源装置では、アーク放電を検出し、負荷への電力を遮断して、再度可変する電力を供給する場合、可変する電力は、高周波パルスのデューティを零から徐々に増加させる。このため、アークの発生から回復までには、アーク放電の検出時点から電力を遮断するまでの期間に加えて、停止期間や復帰期間を要するので、アーク放電への移行が頻繁に発生するような場合には、成膜の品質が低下し、処理時間が増大するなどの問題を生じる虞がある。この場合、アーク放電を検出してから復帰するまでの間に、多大なエネルギーが消費されるため、このエネルギー消費量をできる限り抑えることが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる交流電源装置およびその装置におけるアーク抑制方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の交流電源装置は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、スイッチング信号によりスイッチング素子のゲートを制御し、前記高周波交流電力を生成する電力変換器と、前記負荷へ供給される高周波交流電力の電流値を検出する電流検出器と、前記電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記電力変換器に高周波交流電力の供給を遮断させ、遮断の後、予め設定された初期パルス巾から漸増するパルスを生成し、前記パルスを有するスイッチング信号を前記電力変換器に出力する発振制御手段と、を備えることを特徴とする。この交流電源装置は、アーク放電を検出すると、スイッチング信号の出力を停止して負荷への電力供給を遮断する。そして、初期パルス巾から漸増させるようなパルス巾を有するスイッチング信号を出力し、電力供給を再開するようにした。つまり、スイッチング信号の出力は、零のパルス巾から開始するのではなく、初期パルス巾から開始するようにしたので、アーク放電の検出から復帰までの時間を短縮することができる。
【００１０】
また、本発明の交流電源装置は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流器と、前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換器と、前記ＤＣ―ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第１の電流検出器と、前記第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、前記第１の高周波の交流電力を入力し、前記第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する高周波トランスと、前記高周波トランスの２次側の負荷へ入力される出力電流値を検出する第２の電流検出器と、前記帰還直流電流値と前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力し、前記ゲート制御信号によって、前記第２の直流電力を制御する電力制御手段と、前記出力電流値と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値と、前記スイッチング信号の再起動時における初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号を出力し、そのスイッチング信号によって、前記第１の高周波の交流電力を制御する発振制御手段と、を備え、前記発振制御手段は、前記出力電流値とアーク基準値とに基づいてアーク信号を出力し、前記アーク信号に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、前記リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のスイッチング信号のパルス巾が前記初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して電力制御することを特徴とする。
【００１１】
また、好適には、前記発振制御手段は、前記第２の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに前記アーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、前記リセット信号を出力するアーク検出手段と、前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、前記初期パルス巾と、前記スイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、好適には、前記アーク検出手段は、前記第２の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ／遮断信号発生器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ／遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、好適には、前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする。
【００１４】
また、好適には、前記初期パルス巾指令演算手段は、設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、前記再起動信号演算出力器によるリセット信号が入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、好適には、前記アーク検出手段は、さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランスを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、好適には、前記電力制御手段は、前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御することを特徴とする。
【００１７】
また、好適には、前記揺動電力が、正弦波形、方形波または三角波からなる電力波形、揺動振動数および揺動振幅から設定されることを特徴とする。
【００１８】
また、好適には、前記負荷が、スパッタ装置であることを特徴とする。
【００１９】
また、好適には、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする。
【００２０】
本発明のアーク抑制方法は、商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置におけるアーク抑制方法において、前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換工程と、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する電力制御工程と、前記第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、前記アーク放電を検出してアーク信号を出力し、アーク信号に基づいて電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して、電力制御する発振制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、好適には、前記電力制御工程が、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値を設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、前記基本電力指令値から帰還電力値を減算し、電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する工程とを備え、前記発振制御工程が、前記高周波トランスを介して第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力につき、その第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、両入力端子間電圧を増幅し、出力電圧値を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号を出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、保持されたアーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、前記リセット信号を入力し、レート時間とパルス巾減衰比率とから演算される所定パルス巾を出力するレート演算工程と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾の大小とを比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択する初期パルス巾選択工程と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値とデッドバンド期間とから設定パルス巾を生成し、設定パルス巾と前記初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号のパルス巾を演算し、リセット信号によって再起動するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、好適には、前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする。。
【００２３】
また、好適には、前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、前記交流電源装置は、成膜用基板製造装置などに用いる交流電源装置として、アーク放電を抑制することができ、かつ、アーク放電の検出から復帰までに必要なエネルギーを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る交流電源装置を成膜用基板製造装置に適用した場合の制御ブロック図である。図２は、本発明に係る交流電源装置における電力制御手段を示す制御ブロック図である。図３は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段を示す制御ブロック図である。図４は、本発明に係る交流電源装置における発振制御手段の一部分の回路例を示す図である。図５、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図６は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図７は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。図８は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号、リセット信号およびスイッチング信号と経過時間との関係を示す図である。
【００２６】
〔構成〕
成膜用基板製造装置２１は、図１に示すように、商用交流電源２２、交流電源装置２３および負荷２４例えば、スパッタ装置を備える。交流電源装置２３は、ＡＣ−ＤＣ整流器２５、第１の直流フィルタ２６、ＤＣ―ＤＣ変換器２７、第２の直流フィルタ２８、第１の電流検出器２９、ＤＣ−ＡＣ変換器３０、高周波トランス３１、第２の電流検出器３２、直流制御用電源３３、電力制御手段３４および発振制御手段３５を備える。交流電源装置２３は、商用交流電源２２から供給される３相交流電力を一旦、直流電力に変換し、さらに直流電力から交流電力に変換して、交流電力を負荷２４に出力する。すなわち、交流電源装置２３は、ＡＣ−ＡＣコンバータとして機能する。
【００２７】
ＡＣ−ＤＣ整流器２５は、整流素子例えば、ダイオードを用いた３相全波整流回路であり、３相交流電力を入力し、３相交流電力を整流し、直流電力を第１の直流フィルタ２６に出力する。ＡＣ−ＤＣ整流器２５の出力正極端子は、第１の直流フィルタ２６の一端に、出力負極端子は、第１の直流フィルタ２４の他端にそれぞれ接続される。第１の直流フィルタ２６は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、ＡＣ−ＤＣ整流器２５による直流電力を入力し、直流電力を平滑にし、その結果により得られる第１の直流電力をＤＣ―ＤＣ変換器２７に出力する。第１の直流フィルタ２６は、その一端がＤＣ―ＤＣ変換器２７の入力正極端子に接続され、他端がＤＣ―ＤＣ変換器２７の入力負極端子に接続される。
【００２８】
ＤＣ―ＤＣ変換器２７は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、半導体スイッチング素子例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（以下、第１のスイッチング素子という）と直流リアクトルとを備えるスイッチング回路であり、ＩＧＢＴのゲートに入力される制御信号（以下、ゲート制御信号という）Ａにより、コレクターエミッタ間の導通／遮断が制御される。ＩＧＢＴのコレクタは、第２の直流フィルタ２８の負極端子に、エミッタは、第１の直流フィルタ２６の負極端子にそれぞれ接続される。直流リアクトルは、その一端が第１の直流フィルタ２６の正極端子に接続され、他端が第２の直流フィルタ２８の正極端子に接続される。すなわち、ＤＣ―ＤＣ変換器２７は、直流電力のうち第１の直流電力を入力し、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第２の直流電力を第２の直流フィルタ２８に出力する。
【００２９】
第２の直流フィルタ２８は、平滑コンデンサからなるフィルタ回路であり、第２の直流電力を入力し、第２の直流電力を平滑にして、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。第２の直流フィルタ２８は、その一端がＤＣ−ＡＣ変換器３０の入力正極端子に接続され、他端が第１の電流検出器２９を介してＤＣ−ＡＣ変換器３０の入力負極端子に接続される。第１の電流検出器２９は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して、被測定電流を非接触で検出するセンサであり、ＤＣ―ＤＣ変換器２７の出力側の帰還直流電流値〔Ｃ〕（以下、〔〕は信号レベルをいう。例えば、信号Ｃの信号レベルは〔Ｃ〕を示す。）を検出する。
【００３０】
ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、インバータ回路であり、相対向する２対の半導体スイッチング素子（以下、第２のスイッチング素子という）例えば、ＩＧＢＴ（Ｑ１およびＱ４スイッチ）およびＩＧＢＴ（Ｑ２およびＱ３スイッチ）の対が、ＩＧＢＴのゲートに入力される制御信号（以下、スイッチング信号という）Ｄにより、コレクターエミッタ間の導通／遮断が制御される。すなわち、ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、ＩＧＢＴの対が、交互にオン／オフ動作を繰り返して、第２の直流フィルタ２８による第２の直流電圧波形が平滑された波形を略矩形波交流波形である第１の高周波の交流電力に変換する回路である。すなわち、ＤＣ−ＡＣ変換器３０は、第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換する。
【００３１】
高周波トランス３１は、相互に電磁結合された１次巻線３１pおよび２次巻線３１sからなる変圧器であり、１次巻線３１pに交流電圧を入力し、相互電磁誘導作用により、１次巻線３１pと２次巻線３１sの巻数比に比例した交流電圧が２次巻３１sに発生する。高周波トランス３１の１次巻線３１pは、巻き始めがＩＧＢＴのＱ１のエミッタおよびＱ３のコレクタに接続され、巻き終りがＩＧＢＴのＱ２のエミッタおよびＱ４のコレクタに接続される。高周波トランス３１の２次巻線３１sは、負荷２４に接続される。すなわち、高周波トランス３１は、第１の高周波の交流電力を入力し、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する。第２の電流検出器３２は、第１の電流検出器２９と同様に、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して、被測定電流を非接触で検出するセンサである。
【００３２】
尚、本実施の形態において、直流制御用電源３３は、商用交流電源２２から２相商用電源を入力し、直流定電圧を出力するようにしたが、商用交流電源２２とは別系統の電源を用いることにより、全く独立した直流制御用電源として直流定電圧を出力するようにしてもよい。
【００３３】
電力制御手段３４−１は、図１に示した電力制御手段３４の一例であり、図２に示すように、基本電力指令値設定器３６、帰還電力演算器３７、減算器３８、ＰＩＤ制御器３９およびＧＡＴＥ制御器４０を備える。基本電力指令値設定器３６は、負荷２４に応じて定められる第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値〔Ｆ〕を設定する設定器である。帰還電力演算器３７は、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを入力し、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを乗算し、演算の結果により、得られる帰還電力値を減算器３８に出力する。減算器３８は、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕と帰還電力値とを入力し、基本電力指令値〔Ｆ〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をＰＩＤ制御器３９に出力する。
【００３４】
ＰＩＤ制御器３９は、電力偏差値を入力し、電力偏差値をＰＩＤ制御して操作量を求め、操作量をＧＡＴＥ制御器４０に出力する。ＧＡＴＥ制御器４０は、ＰＩＤ制御器３９による操作量に基づいてゲート制御信号Ａを第１のスイッチング素子のゲートに出力する。
【００３５】
すなわち、電力制御手段３４−１は、負荷２４に応じて定められる基本電力指令値Ｆから帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて、ゲート制御信号ＡをＤＣ―ＤＣ変換器２７に出力し、そのゲート制御信号Ａによって、第２の直流電力を制御する。
【００３６】
発振制御手段３５−１は、図１に示した発振制御手段３５の一例であり、図３に示すように、アーク検出手段４１−１、初期パルス巾指令演算手段４２およびパルス巾可変演算／ゲート制御手段４３を備える。アーク検出手段４１−１は、電流−電圧変換器４４、差動増幅器４５、絶対値変換器４６、アーク基準値設定器４７、比較器４８、ラッチ／遮断信号発生器４９および再起動信号演算出力器５０を備える。
【００３７】
電流−電圧変換器４４は、図４に示すように、例えば、抵抗体６３およびコンデンサ６４を備え、第２の電流検出器３２の出力端子に直列に抵抗６３を配し、抵抗体６３に並列にコンデンサ６４を配する。電流−電圧変換器４４は、出力電流値〔Ｅ1〕を入力し、電圧値を差動増幅器４５に出力する。差動増幅器４５は、減算回路であり、図４に示すように、例えば、抵抗体６５a〜６５dおよびオペアンプ６６を備える。差動増幅器４５は、電流−電圧変換器４４による前記電圧値を入力し、出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する。抵抗体６５ａ〜６５ｄは、出力電圧値〔Ｅ２〕を出力電流値〔Ｅ1〕の数値に等しくするように、それぞれの抵抗値が予め設定されており、差動増幅器４５の電力入力線に接続されている。例えば、出力電流値〔Ｅ1〕が１アンペアであれば、出力電圧値〔Ｅ2〕を１ボルトにする。これにより、差動増幅器４５の出力端子から出力電圧値〔Ｅ2〕を出力することによって、出力電流値〔Ｅ1〕を知ることができる。
【００３８】
絶対値変換器４６は、図３に示すように、差動増幅器４５による出力電圧値〔Ｅ2〕を入力し、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を比較器４８に出力する。アーク基準値設定器４７は、ＤＣ−ＡＣ変換器３０が高周波トランス３１を介して負荷２４に第２の高周波の交流電力を供給して、アーク放電と判定される基準となるアーク基準値〔Ｇ〕を設定する設定器である。比較器４８は、前記絶対値とアーク基準値設定器４７によるアーク基準値〔Ｇ〕とを入力し、絶対値とアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較し、絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいとき、またはより大きいとき、アーク信号をラッチ／遮断信号発生器４９に出力する。
【００３９】
ラッチ／遮断信号発生器４９は、アーク信号を入力し、アーク信号によってラッチされる遮断信号Ｌを再起動信号演算出力器５０、初期パルス巾指令演算手段４２およびパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３に出力する。再起動信号演算出力器５０は、遮断信号Ｌを入力し、遮断信号Ｌが再起動信号演算出力器５０に入力して、所定時間だけ経過した後、ラッチ／遮断信号発生器４９のラッチを解除するためのリセット信号Ｍをラッチ／遮断信号発生器４９に出力する。
【００４０】
初期パルス巾指令演算手段４２は、パルス巾減衰比率設定器５１、アーク遮断指令器５２、レート指令書込み器５３、レート時間設定器５４、レート演算器５５、最小パルス巾設定器５６および初期パルス巾選択器５７を備える。パルス巾減衰比率設定器５１は、定常時における第２のスイッチング素子のスイッチング周波数の逆数に相当するパルス巾（以下、「元のパルス巾」という）〔Ｈ〕にデッドバンド期間〔ＤＴ〕（または「デッドタイム」という）を含めた設定パルス巾〔ＨＡ〕につき、これに対する所定パルス巾〔Ｎ〕の比率とするパルス巾減衰比率指令値Ｋを設定する設定器である。ここで、デッドバンド期間〔ＤＴ〕は、Ｐ側とＮ側のスイッチング信号Ｄの切換えのときに、第２のスイッチング素子が確実にオフするための期間である。さらに、設定パルス巾〔ＨＡ〕は、元のパルス巾〔Ｈ〕からデッドバンド期間〔ＤＴ〕を減算した値である。
【００４１】
アーク遮断指令器５２は、ラッチ／遮断信号発生器４９による遮断信号Ｌを入力し、アーク遮断信号をレート指令書込み器５３に出力する。レート指令書込み器５３は、アーク遮断指令器５２によるアーク遮断信号を入力し、パルス巾減衰比率設定器５１によるパルス巾減衰比率Ｋを書き込む書込み器である。レート時間設定器５４は、スイッチング信号Ｄのパルス巾が所定パルス巾〔Ｎ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕まで漸増して変化するのに要する時間とするレート時間〔Ｊ〕を設定する設定器である。レート演算器５５は、リセット信号Ｍによる遮断信号Ｌが解除されて、レート時間〔Ｊ〕とパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とによって、演算される所定パルス巾Ｎを初期パルス巾選択器５７に出力する。
【００４２】
最小パルス巾設定器５６は、スイッチング信号Ｄの最小パルス巾〔Ｉ〕を設定する設定器である。最小パルス巾〔Ｉ〕は、第２のスイッチング素子の特性やアークの発生等の点から定める。最小パルス巾〔Ｉ〕が狭すぎると、第２のスイッチング素子を破壊する虞があり、また放電が起こらなくなる虞があり、さらにまた、電源がオン状態から正常な放電状態になるまでの時間がかかり過ぎて、基板の生産効率が低下する虞があるからである。例えば、ＩＧＢＴでは、最小パルス巾〔Ｉ〕は２マイクロ秒とする。
【００４３】
初期パルス巾選択器５７は、最小パルス巾設定器５６による最小パルス巾〔Ｉ〕とレート演算器５５による所定パルス巾〔Ｎ〕とを入力し、最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕との大小を比較し、大きい方のパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕としてパルス巾可変演算手段４３に出力する。すなわち、初期パルス巾〔Ｐ〕は、設定パルス巾〔ＨＡ〕を制御する比率信号に相当する。初期パルス巾〔Ｐ〕は、例えば、設定パルス巾〔ＨＡ〕に対して６０％相当の出力であれば、６０％相当のパルス巾で再起動し、レート時間〔Ｊ〕が経過した後に、１００％となる信号である。
【００４４】
パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３は、スイッチング周波数指令設定器５８、デッドバンド設定器５９、スイッチングパルス巾生成器６０、パルス巾可変演算器６１およびＧＡＴＥ制御器６２を備える。スイッチング周波数指令値設定器５８は、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させるスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令値を設定する設定器である。デッドバンド設定器５９は、第２のスイッチング素子のゲートを切り替えるときに、スイッチング信号ＤのＰ側とＮ側とが短絡するのを防止するために設けられたデッドバンド期間〔ＤＴ〕を設定する設定器である。
【００４５】
スイッチングパルス巾生成器６０は、スイッチング周波数指令値設定器５８によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器５９によるデッドバンド期間〔ＤＴ〕とを入力し、スイッチング周波数指令値から元のパルス巾〔Ｈ〕を演算し、元のパルス巾〔Ｈ〕からデッドバンド期間〔ＤＴ〕を減算し、演算の結果により、得られる設定パルス巾〔ＨＡ〕をパルス巾可変演算器６１に出力する。パルス巾可変演算器６１は、初期パルス巾選択器５７による初期パルス巾〔Ｐ〕と、スイッチングパルス巾生成器６０による設定パルス巾〔ＨＡ〕とを入力する。遮断信号Ｌにより負荷２４への電力供給が遮断されて、一定時間t1が経過した後、再起動信号演算出力器５０によるリセット信号Ｍによって電力供給が復帰するとき、パルス巾可変演算器６１は、スイッチング信号Ｄのパルス巾が、初期パルス巾〔Ｐ〕から始まって、レート時間設定器５４によるレート時間〔Ｊ〕が経過し、設定パルス巾〔ＨＡ〕になるまでの間、漸増して変化するパルス巾列をゲート制御器６２に出力する。ゲート制御器６２は、パルス巾列を入力し、パルス巾列に基づくスイッチング信号Ｄを第２のスイッチング素子のゲートに出力する。
【００４６】
すなわち、発振制御手段３５−１は、出力電流値〔Ｅ1〕と、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令設定器５８によるスイッチング周波数から演算される元のパルス巾〔Ｈ〕と、アーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕と、前記スイッチング信号Ｄの再起動時における初期パルス巾〔Ｐ〕とに基づいて、スイッチング信号ＤをＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力し、スイッチング信号Ｄによって、第１の高周波の交流電力を制御する。言い換えると、発振制御手段３５−１は、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、所定時間だけ負荷２４への電力供給を遮断した後、一定時間後に、電力供給が復帰するように、前記スイッチング信号Ｄのパルス巾が初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増するように電力制御する。
【００４７】
次に、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段３５−２について説明する。図５は、本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。図５は、図３と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の発振制御手段３５−２は、図５に示すように、発振制御手段３５−１にパルストランス６７を追加したものである。すなわち、発振制御手段３５−２は、発振制御手段３５−１の電流―電圧変換器４４と差動増幅器４５との間にパルストランス６７を配置する。
【００４８】
次に、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段３４−２について説明する。図６は、本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。図６は、図２と同一の機能を示すものについて、同一の符号を付して表す。他の電力制御手段３４−２は、図６に示すように、電力制御手段３４−１に揺動電力制御手段６８、加減算器７３および電力指令演算器７４を追加したものである。
【００４９】
揺動電力制御手段６８は、揺動レベル設定器６９、加算器７０、揺動値／揺動周波数設定器７１および揺動波形選択器７２を備える。揺動レベル設定器６９は、後述する揺動電力の指令の直流レベルを設定する設定器である。揺動値／揺動周波数設定器７１は、基本電力指令値〔Ｆ〕に付加して揺動する電力（以下、揺動電力という）の基本波形を揺動波形（以下、基本揺動波形という）として、揺動値とする基本揺動波形の揺動振幅Ｚと、揺動周波数の逆数である揺動周期Ｙとを設定する設定器である。揺動波形選択器７２は、揺動振幅Ｚと揺動周期Ｙとを入力し、負荷２４の電力容量および／またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Ｚおよび揺動周期Ｙによる揺動電力の波形形状として、正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形を選択する選択器である。
【００５０】
加算器７０は、揺動電力の直流レベルと揺動振幅Ｚ、揺動周期Ｙおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを入力し、これらの直流レベルとパルス特性値とを含むパルス特性情報を加減算器７３に出力する。加減算器７３は、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを入力し、基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを加算または減算し、合成した電力指令値を電力指令演算器７４に出力する。電力指令演算器７４は、前記電力指令値を入力し、電力指令値に基づいて、新たな電力指令値を減算器３８に出力する。その他の構成については、図２に示した電力制御手段３４−１の場合の基本電力指令値〔Ｆ〕の代わりに、新たな電力指令値を置換したものと同一であるため、説明を省略する。
【００５１】
〔アークの抑制方法〕
次に、本発明に係る交流電源装置におけるアーク抑制方法について説明する。交流電源装置２３におけるアーク抑制方法は、先ず、商用の交流電源を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、負荷２４に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換工程と、第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御する電力制御工程と、第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、アーク放電によるアーク信号の検出に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号Ｌを出力し、所定時間だけ負荷２４への電力供給を遮断した後、リセット信号Ｍを出力し、リセット信号Ｍが出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増させて、電力制御する発振制御工程とを備える。
【００５２】
さらに、電力制御工程が、第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値Ｆを設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、基本電力指令値Ｆから帰還電力値を減算して、演算の結果により、得られる電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力して、第２の直流電力を制御する工程とを備える。
【００５３】
また、発振制御工程が、高周波トランス３１を介して、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔Ｅ1〕を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値〔Ｅ1〕を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を増幅し、得られる出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいか、または大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号Ｌを出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、遮断信号Ｌを入力して、遮断信Ｌにより第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから、所定時間が経過した後、保持されたアーク信号を解除し、かつリセット信号Ｍを出力する再起動信号演算出力工程と、リセット信号Ｍを入力し、レート時間〔Ｊ〕と、パルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから演算される所定パルス巾〔n〕を出力するレート演算工程と、所定パルス巾〔Ｎ〕と、最小パルス巾〔Ｉ〕とを入力し、所定パルス巾〔Ｎ〕と最小パルス巾〔Ｉ〕との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔Ｐ〕として選択する初期パルス巾選択工程と、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号Ｄのスイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間ＤＴとに基づく設定パルス巾〔ＨＡ〕と、初期パルス巾〔Ｐ〕とに基づいて、スイッチング信号Ｄのパルス巾を演算し、リセット信号Ｍによって再起動するスイッチング信号Ｄを出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程とを備える。
【００５４】
さらに、前記再起動時のスイッチング信号は、Ｐ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄにおいて、アークを検出するＰ側またはＮ側と反対側のＮ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始する。
【００５５】
さらに、基本電力指令値〔Ｆ〕に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加して、得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値〔Ｃ〕と、帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを入力し、新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力して、第２の直流電力を制御する。
【００５６】
図７は、本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。発振制御工程が、図７に示すように、高周波トランス３１を介して、第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて、第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値〔Ｅ1〕を検出する出力電流値検出工程（Ｓ−１）と、出力電流値〔Ｅ1〕から電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、前記電圧値とする両入力端子間電圧を差動増幅し、増幅電圧である出力電圧値〔Ｅ2〕を出力する差動増幅工程と、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を演算し、演算の結果により、得られる絶対値を出力する絶対値演算工程（Ｓ−２）と、絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較する比較工程（Ｓ−３）と、絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいときまたは大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程（Ｓ−４）と、アーク信号を保持するアーク信号保持工程（Ｓ−５）と、アーク信号を入力し、アーク信号を保持（ラッチ）するとともに、遮断信号Ｌを出力するラッチ／遮断信号発生工程（Ｓ−５）と、遮断信号Ｌを入力して、所定時間が経過した後、リセット信号Ｍを出力する再起動信号演算出力工程（Ｓ−７）と、アーク信号でスイッチング信号Ｄの旧データをリセット（消去）するとともに、所定レート時間〔Ｊ〕とパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから演算される所定パルス巾〔Ｎ〕を初期パルス巾選択器５７に出力し、同時にレート演算器５５をリセットする工程（Ｓ−８）と、最小パルス巾〔Ｉ〕を設定し、最小パルス巾〔Ｉ〕を初期パルス巾選択器５７に出力する工程（Ｓ−９）と、所定パルス巾〔Ｎ〕と、最小パルス巾〔Ｉ〕との大小を比較し（Ｓ−１０）、パルス巾が大きい方を初期パルス巾〔Ｐ〕として選択する初期パルス巾選択工程（Ｓ−１１ＡおよびＳ−１１Ｂ）と、スイッチング信号Ｄのスイッチング周波数と、デッドバンド期間ＤＴとを設定し、スイッチング周波数とデッドバンド期間ＤＴとから演算される設定パルス巾〔ＨＡ〕をパルス巾可変演算器５９に出力する工程（Ｓ−１２）と、設定パルス巾〔ＨＡ〕、初期パルス巾〔Ｐ〕およびレート時間〔Ｊ〕に基づいて、スイッチング信号Ｄのパルス巾を演算するパルス巾可変演算工程（Ｓ−１３）とを備える。これにより、交流電源装置２３におけるアーク放電を抑制することができる。
【００５７】
また、前記基本電力指令値〔Ｆ〕から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するためのゲート制御信号Ａを出力し、第２の直流電力を制御する工程を備える。
【００５８】
さらに、前記基本電力指令値〔Ｆ〕に電力波形が遥動的に変化する遥動電力を付加した新たな電力指令値から、前記帰還直流電流値〔Ｃ〕と帰還直流電圧値〔Ｂ〕とを乗算して得られる帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号Ａを出力し、第２の直流電力を制御する工程を備える。これにより、交流電源装置２３におけるアーク放電をさらに抑制できる。
【００５９】
〔動作〕
次に、本発明に係る交流電源装置２３の動作について説明する。
先ず、交流電源装置２３の全体的な動作について説明する。商用交流電源２２をＡＣ−ＤＣ整流器２５に入力すると、ＡＣ−ＤＣ整流器２５によって、交流電力から直流電力に整流し、第１の直流電力を出力する。第１の直流電力をＤＣ−ＤＣ変換器２７に入力すると、ＤＣ−ＤＣ変換器２７に内在する第１のスイッチング素子のゲートを電力制御手段３４によるゲート制御信号Ａによってオン／オフ制御して、ＤＣ−ＤＣ変換器２７の出力電圧を一定に制御しかつ、出力電力を制御して、第２の直流電力を出力する。
【００６０】
第２の直流電力をＤＣ−ＡＣ変換器３０に入力すると、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に内在する第２のスイッチング素子のゲートを発振制御手段３５によるスイッチング信号Ｄによって、高速でスイッチングし、高周波交流電力とする第１の高周波の交流電力に逆変換する。第１の高周波の交流電力を高周波トランス３１に入力すると、商用交流電源２２と電気的に絶縁した第２の高周波の交流電力を負荷２４に供給する。
【００６１】
次に、電力制御手段３４−１の動作について説明する。電力制御手段３４−１は、図１および図２に示すように、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と第１の電流検出器２９による帰還直流電流値〔Ｃ〕とを入力し、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とにより、第１のスイッチング素子を動作させるためのゲート制御信号ＡをＤＣ−ＤＣ変換器２７に出力する。ここで、基本電力指令値〔Ｆ〕は、負荷２４の装置の大きさ、生産効率等のパラメータにより定める。
【００６２】
帰還直流電圧値〔Ｂ〕と第１の電流検出器２９による帰還直流電流値〔Ｃ〕とが帰還電力演算器３７に入力すると、帰還直流電圧値〔Ｂ〕と帰還直流電流値〔Ｃ〕とを乗算し、得られる帰還電力値を減算器３８に出力する。帰還電力値と基本電力指令値〔Ｆ〕とが減算器３８に入力すると、基本電力指令値〔Ｆ〕から帰還電力値を減算し、演算の結果により、得られる電力偏差値をＰＩＤ制御器３９に出力する。
【００６３】
電力偏差値がＰＩＤ制御器３９に入力すると、ＰＩＤ制御器３９によって、電力偏差値に比例動作させるとともに、前記電力偏差値の積分に比例して入力値を変化させる積分動作、および前記電力偏差値の微分に比例して入力値を変化させる微分動作を組み合わせた制御を行って、操作量をＧＡＴＥ制御器４０に出力する。この場合、ＰＩＤ動作の代わりにＰＩ動作のみの制御を行うようにしてもよい。ＧＡＴＥ制御器４０によって、ＰＩＤ制御器３９による操作量に基づいて、ゲート制御信号Ａを第１のスイッチング素子のゲートに出力する。すなわち、電力偏差値が増加すれば、ゲート制御信号Ａのオン動作時間が長くなるように制御し、電力偏差値が減少すれば、ゲート制御信号Ａのオン動作時間が短くなるように制御する。これにより、電力制御手段３４−１は、入力する直流電力を一定の直流電力に制御することができる。
【００６４】
次に、発振制御手段３５−１の動作について説明する。図８は、本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号Ｌ、リセット信号Ｍおよびスイッチング信号Ｄと経過時間との関係を示す図である。図８（Ａ）は、アーク信号と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、アーク信号をそれぞれ示す。点Ｑは、アーク信号が発生する時点を示す。図８（Ｂ）は、遮断信号Ｌおよびリセット信号Ｍと経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、遮断信号およびリセット信号をそれぞれ示す。時間t1は、例えば、数マイクロ秒から１ミリ秒で遮断信号Ｌが出力してからリセット信号Ｍが出力するまでの所定時間を示す。点Ｒは、遮断信号Ｌが出力する時点、点Ｓは、リセット信号Ｍが出力する時点をそれぞれ示す。
【００６５】
図８（Ｃ）は、スイッチング信号ＤのうちＰ側（スイッチＱ１、Ｑ４）の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、オン／オフ信号をそれぞれ示す。時間t3は、Ｐ側の電源遮断時間を示す。点Ｔは、遮断信号Ｌが発生する時刻にスイッチング信号Ｄがオフ状態となる時点を示す。点Ｕは、点Ｓの時点からＮ側のスイッチング信号Ｄがオン状態になった直後、Ｐ側がオン状態となる点を示す。点Ｖは、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオン状態になった後、一定時間〔Ｊ〕が経過した後、設定パルス巾〔ＨＡ〕に復帰する点を示す。図８（Ｄ）は、スイッチング信号ＤのうちＮ側（スイッチＱ２、Ｑ３）の電圧波形と経過時間との関係を示す図であり、横軸は、経過時間t、縦軸は、スイッチング信号とするオン／オフ信号をそれぞれ示す。ＤＴは、Ｐ側と同様に、Ｎ側にも設ける。時間t2は、Ｎ側の電源遮断時間を示す。点Ｗは、リセット信号Ｍが出力して、Ｎ側のスイッチング信号Ｄがオン状態となる点を示す。点Ｘは、スイッチング信号Ｄがオン状態になってから、一定時間〔Ｊ〕例えば、１ミリ秒が経過した後、設定パルス巾〔ＨＡ〕に復帰する点を示す。
【００６６】
第２の電流検出器３２による出力電流値〔Ｅ1〕がアーク検出手段（Ａ）４１−１に入力すると、アーク検出手段４１−１の電流−電圧変換器４４によって、電圧値を差動増幅器４５に出力する。前記電圧値を差動増幅器４５に入力すると、差動増幅器４５によって、電圧値が増幅された出力電圧値〔Ｅ2〕を絶対値変換器４６に出力する。これにより、配線経路のグランドに対し高圧側の電圧に電気的ノイズが重畳するときに、コモンモードノイズを軽減することができる。
【００６７】
出力電圧値〔Ｅ2〕が絶対値変換器４６に入力すると、出力電圧値〔Ｅ2〕の絶対値を比較器４８に出力する。絶対値とアーク基準値設定器４７によるアーク基準値〔Ｇ〕とが比較器４８に入力すると、絶対値とアーク基準値〔Ｇ〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる絶対値がアーク基準値〔Ｇ〕に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号をラッチおよび遮断信号発生器４９に出力する。すなわち、成膜中にアーク信号が発生すると、アーク信号は、例えば、図８（Ａ）に示すように、点Ｑにおいて、ＨＩＧＨ信号からＬＯＷ信号となる。
【００６８】
アーク信号がラッチおよび遮断信号発生器４９に入力すると、ラッチおよび遮断信号発生器４９によって、ラッチされた遮断信号Ｌを再起動信号演算出力器５０および初期パルス巾演算手段４２に出力する。この場合、遮断信号Ｌは、図８（Ｂ）に示すように、点Ｒにおいて出力する。すなわち、ラッチおよび遮断信号発生器４９による信号処理時間の遅延によって、アーク信号が出力する点Ｑから僅かな時間だけ遅れた点Ｒにおいて、負荷２４への通電状態ＨＩＧＨから遮断状態ＬＯＷに変化するように、遮断信号Ｌを出力する。遮断信号Ｌを出力すると、図８（Ｃ）に示すように、スイッチング信号Ｄのうち、例えば、最初、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオフ状態となる。
【００６９】
遮断信号Ｌが再起動信号演算出力器５０に入力すると、再起動信号演算出力器５０に内蔵するタイマが作動し、所定時間t1だけ経過した後、タイマがオフとなって、リセット信号Ｍをラッチおよび遮断信号発生器４９に出力する。すなわち、遮断信号Ｌは、リセット信号Ｍにより、図８（Ｂ）に示すように、点Ｓにおいて、ＬＯＷからＨＩＧＨに変化し出力する。リセット信号Ｍが出力すると、図８（Ｄ）に示すように、スイッチング信号Ｄのうち、Ｎ側であって、リセット信号Ｍに直近のパルス信号（点Ｗ）から立ち上がるように設定する。その結果として、負荷２４への電力が、遮断信号Ｌによって、Ｐ側およびＮ側のスイッチング信号Ｄによる時間t2、t3の間、それぞれ停止する。
【００７０】
以上の説明では、遮断信号Ｌが、Ｐ側のスイッチング信号Ｄがオン状態で出力するときに、リセット信号Ｍによってスタートするスイッチング信号Ｄは、先ず、Ｎ側であり、続いてＰ側となるように設定するが、逆に、遮断信号Ｌが出力するとき、Ｎ側のスイッチング信号Ｄがオン状態である場合、リセット信号Ｍによってスタートするスイッチング信号Ｄは、先ず、Ｐ側であり、続いてＮ側となるように設定する。すなわち、リセット信号Ｍによって、再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄは、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始する。この場合、アークが検出された際の極性と同じＰ側またはＮ側にてスイッチングが開始すると、高周波トランス３１において、磁気飽和が起きて抵抗値が小さくなる。この結果、電流が増大し、アークが発生する可能性がある。つまり、反対側の極性のＰ側またはＮ側にてスイッチングを開始させることにより、高周波トランス３１の磁気飽和を防止することができ、結果として、アークの発生を抑制することができる。また、プラズマに起因して、アークを増長させないようにすることもできる。すなわち、高周波トランス３１は、ＤＣ−ＡＣ変換器３０により出力される第１の高周波交流電力を第２の高周波交流電力に変換する際に、飽和することなく、発振制御手段３５により出力されるスイッチング信号に応じた第２の高周波交流電力を負荷２４へ供給することができる。
【００７１】
遮断信号Ｌが初期パルス巾演算手段４２に入力すると、遮断信号Ｌが初期パルス巾演算手段４２にあるアーク遮断指令器５２に入力して、アーク遮断信号をレート指令書込み器５３に出力する。アーク遮断信号がレート指令書込み器５３に入力すると、パルス巾減衰比率設定器５１によるパルス巾減衰比率〔Ｋ〕をレート指令書込み器５３に書き込む。パルス巾減衰比率〔Ｋ〕は、成膜中にアーク放電が発生したとき、アーク放電を抑制するように、再起動時のスイッチング信号Ｄのパルス巾を随時可変できるようにするための情報である。アーク信号でスイッチング信号Ｄの旧データをリセット（消去）するとともに、レート時間設定器５４によるレート時間〔Ｊ〕と、レート指令書込み器５３によるパルス巾減衰比率〔Ｋ〕とから所定パルス巾〔Ｎ〕を初期パルス巾選択器５７に出力し、同時にリセット信号Ｍによって初期パルス巾演算手段４２のレート演算器５５をリセットする。
【００７２】
最小パルス巾設定器５６による最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕が初期パルス巾選択器５７に入力すると、最小パルス巾〔Ｉ〕と所定パルス巾〔Ｎ〕との大小を比較し、演算の結果により、得られる初期パルス巾〔Ｐ〕としてパルス巾の大きい方を選択し、初期パルス巾〔Ｐ〕をパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３に出力する。初期パルス巾〔Ｐ〕と、スイッチング周波数指令設定器５８によるスイッチング周波数指令値とデッドバンド設定器５９によるデッドバンド期間ＤＴとから演算される設定パルス巾〔ＨＡ〕とが、パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段４３のパルス巾可変演算器６１に入力すると、図８に示すように、パルス巾可変演算器６１によって、スイッチング信号Ｄが、レート時間〔Ｊ〕内に再起動時の初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して変化するように演算されて、パルス巾列をＧＡＴＥ制御器６２に出力する。パルス巾列がＧＡＴＥ制御器６２に入力すると、パルス巾列に基づいて、第２のスイッチング素子を制御するスイッチング信号Ｄをドライブ回路（図示せず）を介して、ＤＣ−ＡＣ変換器３０に出力する。
【００７３】
次に、電力制御手段３４−２の動作について説明する。電力制御手段３４−２は、電力指令値を設定する機能について電力制御手段３４−１と異なる。電力制御手段３４−２は、揺動値／揺動周波数設定器７１によって、基本電力指令値〔Ｆ〕に付加する基本揺動波形の揺動振幅Ｚと、揺動周波数の逆数である揺動周期Ｙとを設定する。次に、揺動波形選択器７２によって、負荷２４の電力容量および／またはアーク放電の発生状態等によって、揺動振幅Ｚと、揺動周期Ｙと、かつ基本揺動波形の形状が正弦波、矩形波または三角波のうちのいずれかの波形とを選択する。遥動レベル設定器による直流の遥動レベルと、揺動振幅Ｚ、揺動周期Ｙおよび基本揺動波形の具体的形状からなるパルス特性値とを加算したパルス特性情報を出力し、基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕とパルス特性情報とを合成し、得られる電力指令値を新たな電力指令値として減算器３８に出力する。電力制御手段３４−２は、電力制御手段３４−１における基本電力指令値設定器３６による基本電力指令値〔Ｆ〕の代わりに、新たな電力指令値に置き換えたものであるので、以下の電力制御については説明を省略する。
【００７４】
次に、他の発振制御手段３５−２の動作について説明する。パルストランス６７の２次側６７sは、パルストランス６７の２次側巻線であり、１次側巻線６７pに対し、巻線比が例えば１：１とする。これにより、パルストランス６７を有する交流電源装置２３は、パルストランス６７を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、前記信号の伝達遅れを低減することができる。
【００７５】
以上により、アーク放電が発生すると、遮断信号Ｌにより電力の供給を遮断し、所定時間t1が経過した後、リセット信号Ｍを出力する。リセット信号Ｍが出力して、一定時間が経った後、負荷２４に供給する高周波の交流電力を制御するスイッチング信号Ｄのパルス巾を初期パルス巾〔Ｐ〕から設定パルス巾〔ＨＡ〕に漸増して電力制御する。スイッチング信号Ｄは、零のパルス巾から開始するのではなく初期パルス巾〔Ｐ〕から開始するので、アーク放電を検出してから復帰するまでの時間を短縮することができる。これにより、アーク放電から復帰するまでのエネルギーを抑制することができる。また、リセット信号Ｍによって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号Ｄは、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始するようにした。これにより、高周波トランス３１の磁気飽和を防止することができる。つまり、高周波トランス３１において、抵抗が小さくなるのを防ぐことができるから、電流が増大することはない。したがって、アーク放電の発生を抑制することができる。
【００７６】
また、パルストランス６５を電流―電圧変換器４４と差動増幅器４５との間に配することによって、パルストランス６７を有しない交流電源装置に比べて、アーク信号を検出するための信号の入出力の絶縁性を高めることができる。さらに、フォトカプラを採用する絶縁方式に比べて、アーク信号を検出するための信号の伝達遅れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る交流電源装置を成膜用基板製造装置に適用した場合の制御ブロック図である。
【図２】本発明に係る交流電源装置における電力制御手段を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明に係る交流電源装置における発振制御手段を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明に係る交流電源装置における発振制御手段の一部分の回路例を示す図である。
【図５】本発明に係る交流電源装置における他の発振制御手段を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明に係る交流電源装置における他の電力制御手段を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明に係る交流電源装置におけるアークの検出に基づくアーク抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】本発明に係る交流電源装置におけるアーク信号、遮断信号、リセット信号およびスイッチング信号と経過時間との関係を示す図である。
【図９】従来技術における装置構成を示す図である。
【図１０】従来技術における装置のアーク放電が発生した前後の装置各部の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 直流制御部
２ 平滑回路
３ インバータスイッチング部
４ 昇圧トランス
５ 整流部
６ 処理装置本体
７ サイリスタ制御部
８ インバータ制御部
９ カレントトランス
１０ 電流検出回路
２１ 成膜用基板製造装置
２２ 商用交流電源
２３ 交流電源装置
２４ 負荷
２５ ＡＣ−ＤＣ整流器
２６ 第１の直流フィルタ
２７ ＤＣ−ＤＣ変換器
２８ 第２の直流フィルタ
２９ 第１の電流検出器
３０ ＤＣ−ＡＣ変換器
３１ 高周波トランス
３２ 第２の電流検出器
３３ 直流制御用電源
３４−１，３４−２ 電力制御手段
３５−１，３５−２ 発振制御手段
３６ 基本電力指令値設定器
３７ 帰還電力演算器
３８ 減算器
３９ ＰＩＤ制御器
４０ ＧＡＴＥ制御器
４１−１，４１−２ アーク検出手段
４２ 初期パルス巾指令演算手段
４３ パルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段
４４ 電流―電圧変換器
４５ 差動増幅器
４６ 絶対値変換器
４７ アーク基準値設定器
４８ 比較器
４９ ラッチ／遮断信号発生器
５０ 再起動信号演算出力器
５１ パルス巾減衰比率設定器
５２ アーク遮断指令器
５３ レート指令書込器
５４ レート時間設定器
５５ レート演算器
５６ 最小パルス巾設定器
５７ 初期パルス巾選択器
５８ スイッチング周波数指令設定器
５９ デッドバンド設定器
６０ スイッチングパルス巾生成器
６１ パルス巾可変演算器
６２ ＧＡＴＥ制御器
６３ 抵抗体
６４ 平滑用コンデンサ
６５ 抵抗体
６６ オペアンプ
６７ パルストランス
６８ 揺動電力制御手段
６９ 揺動レベル設定器
７０ 加算器
７１ 揺動値／揺動周波数設定器
７２ 揺動波形選択器
７３ 加減算器
７４ 電力指令演算器
Ａ ゲート制御信号
Ｂ 帰還直流電流信号
Ｃ 帰還直流電圧信号
Ｄ スイッチング信号
Ｅ1 出力電流信号
Ｅ2 出力電圧信号
Ｆ 基本電力指令信号
Ｇ アーク基準信号
Ｈ 元のパルス巾信号
ＨＡ 設定パルス巾信号
Ｐ 初期パルス巾信号
Ｙ 遥動周期信号
Ｚ 遥動振幅信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、
スイッチング信号によりスイッチング素子のゲートを制御し、前記高周波交流電力を生成する電力変換器と、
前記負荷へ供給される高周波交流電力の電流値を検出する電流検出器と、
前記電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記電力変換器に高周波交流電力の供給を遮断させ、遮断の後、予め設定された初期パルス巾から漸増するパルスを生成し、前記パルスを有するスイッチング信号を前記電力変換器に出力する発振制御手段と、
を備えることを特徴とする交流電源装置。
【請求項２】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、
前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流器と、
前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ―ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第１の電流検出器と、
前記第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記第１の高周波の交流電力を入力し、前記第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する高周波トランスと、
前記高周波トランスの２次側の負荷へ入力される出力電流値を検出する第２の電流検出器と、
前記帰還直流電流値と前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力し、前記ゲート制御信号によって、前記第２の直流電力を制御する電力制御手段と、
前記出力電流値と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値と、前記スイッチング信号の再起動時における初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号を出力し、そのスイッチング信号によって、前記第１の高周波の交流電力を制御する発振制御手段と、
を備え、
前記発振制御手段は、前記出力電流値とアーク基準値とに基づいてアーク信号を出力し、前記アーク信号に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、前記リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のスイッチング信号のパルス巾が前記初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して電力制御することを特徴とする交流電源装置。
【請求項３】
前記発振制御手段は、
前記第２の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに前記アーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、前記リセット信号を出力するアーク検出手段と、
前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、
前記初期パルス巾と、前記スイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の交流電源装置。
【請求項４】
前記アーク検出手段は、
前記第２の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、
前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、
前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、
前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、
前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、
前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ／遮断信号発生器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ／遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の交流電源装置。
【請求項５】
前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする請求項２から請求項４までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項６】
前記初期パルス巾指令演算手段は、
設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、
前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、
スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、
前記再起動信号演算出力器によるリセット信号が入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、
前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、
前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、
を備えることを特徴とする請求項３から請求項５までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項７】
前記アーク検出手段は、
さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランス
を備えることを特徴とする請求項３から請求項６までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項８】
前記電力制御手段は、
前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御することを特徴とする請求項２から請求項７までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項９】
前記揺動電力が、正弦波形、方形波または三角波からなる電力波形、揺動振動数および揺動振幅から設定されることを特徴とする請求項８に記載の交流電源装置。
【請求項１０】
前記負荷が、スパッタ装置であることを特徴とする請求項２から請求項９までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項１１】
前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項２から請求項１０までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項１２】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置におけるアーク抑制方法において、
前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、
前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換工程と、
前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する電力制御工程と、
前記第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、
前記アーク放電を検出してアーク信号を出力し、アーク信号に基づいて電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して、電力制御する発振制御工程と、
を備えることを特徴とする交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１３】
前記電力制御工程が、
前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値を設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、前記基本電力指令値から帰還電力値を減算し、電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する工程とを備え、
前記発振制御工程が、
前記高周波トランスを介して第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力につき、その第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、両入力端子間電圧を増幅し、出力電圧値を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号を出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、保持されたアーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、前記リセット信号を入力し、レート時間とパルス巾減衰比率とから演算される所定パルス巾を出力するレート演算工程と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾の大小とを比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択する初期パルス巾選択工程と、
前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値とデッドバンド期間とから設定パルス巾を生成し、設定パルス巾と前記初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号のパルス巾を演算し、リセット信号によって再起動するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程と、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１４】
前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１５】
前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、
スイッチング信号によりスイッチング素子のゲートを制御し、前記高周波交流電力を生成する電力変換器と、
前記負荷へ供給される高周波交流電力の電流値を検出する電流検出器と、
前記電流値に基づいてアーク放電を検出し、前記電力変換器に高周波交流電力の供給を遮断させ、遮断の後、予め設定された初期パルス巾から漸増するパルスを生成し、前記パルスを有するスイッチング信号を前記電力変換器に出力する発振制御手段と、
を備えることを特徴とする交流電源装置。
【請求項２】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置において、
前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流器と、
前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ―ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ―ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電流値を検出する第１の電流検出器と、
前記第２の直流電力を入力し、内在する第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記第２の直流電力を第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記第１の高周波の交流電力を入力し、前記第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させて第２の高周波の交流電力に変換する高周波トランスと、
前記高周波トランスの２次側の負荷へ入力される出力電流値を検出する第２の電流検出器と、
前記帰還直流電流値と前記ＤＣ−ＤＣ変換器の出力側の帰還直流電圧値とを乗算し、前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値から、前記乗算結果の帰還電力値を減算し、減算結果の電力偏差値に基づいて、前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力し、前記ゲート制御信号によって、前記第２の直流電力を制御する電力制御手段と、
前記出力電流値と、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値と、前記アーク放電の検出基準であるアーク基準値と、前記スイッチング信号の再起動時における初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号を出力し、そのスイッチング信号によって、前記第１の高周波の交流電力を制御する発振制御手段と、
を備え、
前記発振制御手段は、前記出力電流値とアーク基準値とに基づいてアーク信号を出力し、前記アーク信号に基づいて、電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、前記リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のスイッチング信号のパルス巾が前記初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して電力制御することを特徴とする交流電源装置。
【請求項３】
前記発振制御手段は、
前記第２の電流検出器による出力電流値から変換される電圧値の絶対値と、前記アーク基準値とを入力し、前記絶対値と前記アーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに前記アーク信号を出力し、前記負荷への電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、前記リセット信号を出力するアーク検出手段と、
前記遮断信号およびリセット信号に基づいて、初期パルス巾を演算する初期パルス巾指令演算手段と、
前記初期パルス巾と、前記スイッチング周波数指令値と、デッドバンド期間とを入力し、前記リセット信号によって、所定時間内に、パルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の交流電源装置。
【請求項４】
前記アーク検出手段は、
前記第２の電流検出器による出力電流値を入力し、出力電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、
前記電圧値を入力し、入力端子間電圧を増幅した出力電圧値を出力する差動増幅器と、
前記出力電圧値を入力し、出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値変換器と、
前記アーク基準値を設定するアーク基準設定器と、
前記絶対値とアーク基準値とを入力し、絶対値とアーク基準値との大小を比較し、絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいときに、前記アーク信号を出力する比較器と、
前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、遮断信号を出力するラッチ／遮断信号発生器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートがオフ状態に変わってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、前記ラッチ／遮断信号発生器による保持した前記アーク信号を解除する再起動信号演算出力器と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の交流電源装置。
【請求項５】
前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする請求項２から請求項４までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項６】
前記初期パルス巾指令演算手段は、
設定パルス巾に対する所定パルス巾の比率とするパルス巾減衰比率指令値を設定するパルス巾減衰比率設定器と、
前記遮断信号を入力し、遮断信号に基づいてアーク遮断信号を出力するアーク遮断指令器と、
前記アーク遮断信号を入力し、アーク遮断信号に基づいて前記パルス巾減衰比率指令値を書き込むレート指令書込み器と、
スイッチング信号のパルス巾が、前記所定パルス巾から設定パルス巾まで変化するのに要するレート時間を設定するレート時間設定器と、
前記再起動信号演算出力器によるリセット信号が入力すると、前記レート時間とパルス巾減衰比率指令値とを入力し、レート時間とパルス巾減衰比率指令値とから演算される前記所定パルス巾を出力するレート演算器と、
前記スイッチング信号の最小パルス巾を設定する最小パルス巾設定器と、
前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾との大小を比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択するパルス巾選択器と、
を備えることを特徴とする請求項３から請求項５までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項７】
前記アーク検出手段は、
さらに、前記電流−電圧変換器と差動増幅器との間にパルストランス
を備えることを特徴とする請求項３から請求項６までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項８】
前記電力制御手段は、
前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて前記第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御することを特徴とする請求項２から請求項７までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項９】
前記揺動電力が、正弦波形、方形波または三角波からなる電力波形、揺動振動数および揺動振幅から設定されることを特徴とする請求項８に記載の交流電源装置。
【請求項１０】
前記負荷が、スパッタ装置であることを特徴とする請求項２から請求項９までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項１１】
前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項２から請求項１０までの何れかの請求項に記載の交流電源装置。
【請求項１２】
商用交流電力から変換した高周波交流電力を負荷へ供給する電源であって、アーク放電を抑制する交流電源装置におけるアーク抑制方法において、
前記商用交流電力を、第１の直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ整流工程と、
前記第１の直流電力を、内在する第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、前記負荷に応じて定められる第２の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣ変換工程と、
前記第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する電力制御工程と、
前記第２の直流電力を入力し、第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ動作させて、第１の高周波の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換工程と、
前記アーク放電を検出してアーク信号を出力し、アーク信号に基づいて電力供給を遮断する遮断信号を出力し、所定時間だけ前記負荷への電力供給を遮断した後、リセット信号を出力し、リセット信号が出力してから一定時間後に、電力供給が元の状態に復帰するように、前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のパルス巾が初期パルス巾から設定パルス巾に漸増して、電力制御する発振制御工程と、
を備えることを特徴とする交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１３】
前記電力制御工程が、
前記第２の直流電力の目標値とする基本電力指令値を設定する基本電力指令値設定工程と、前記帰還電力値を演算する帰還電力値演算工程と、前記基本電力指令値から帰還電力値を減算し、電力偏差値を演算する電力偏差値演算工程と、前記電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するゲート制御信号を出力して、前記第２の直流電力を制御する工程とを備え、
前記発振制御工程が、
前記高周波トランスを介して第１の高周波の交流電力を電気的絶縁させた第２の高周波の交流電力につき、その第２の高周波の交流電力から得られる出力電流値を検出する出力電流値検出工程と、前記出力電流値を電圧値に変換する電流―電圧変換工程と、前記電圧値を入力し、両入力端子間電圧を増幅し、出力電圧値を出力する差動増幅工程と、前記出力電圧値の絶対値を演算し、絶対値を出力する絶対値演算工程と、前記絶対値とアーク放電の検出基準とするアーク基準値との大小を比較する比較工程と、前記絶対値がアーク基準値に等しいときまたはより大きいとき、アーク信号を出力するアーク信号出力工程と、前記アーク信号を入力し、アーク信号を保持し、アーク信号に基づいて遮断信号を出力するラッチ／遮断信号保持発生工程と、前記遮断信号を入力し、遮断信号により前記第２のスイッチング素子のゲートをオフ状態になってから所定時間が経過した後、リセット信号を出力し、保持されたアーク信号を解除する再起動信号演算出力工程と、前記リセット信号を入力し、レート時間とパルス巾減衰比率とから演算される所定パルス巾を出力するレート演算工程と、前記所定パルス巾と最小パルス巾とを入力し、所定パルス巾と最小パルス巾の大小とを比較し、パルス巾が大きい方を初期パルス巾として選択する初期パルス巾選択工程と、
前記第２のスイッチング素子のゲートをオン／オフ制御するスイッチング信号のスイッチング周波数指令値とデッドバンド期間とから設定パルス巾を生成し、設定パルス巾と前記初期パルス巾とに基づいて、前記スイッチング信号のパルス巾を演算し、リセット信号によって再起動するスイッチング信号を出力するパルス巾可変演算／ＧＡＴＥ制御工程と、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１４】
前記リセット信号によって再起動するＰ側およびＮ側からなるスイッチング信号は、アークを検出する前記Ｐ側またはＮ側と反対側の前記Ｎ側またはＰ側のいずれかのスイッチングが開始することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【請求項１５】
前記基本電力指令値に電力波形が揺動的に変化する揺動電力を付加し、これにより得られる新たな電力指令値と、帰還直流電流値と、帰還直流電圧値とを入力し、帰還直流電流値と帰還直流電圧値とを乗算し、新たな電力指令値から前記乗算結果である帰還直流電力を減算し、減算結果である電力偏差値に基づいて第１のスイッチング素子のゲート制御信号を出力して、第２の直流電力を制御することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の交流電源装置におけるアーク抑制方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１４３３３８（Ｐ２００７−１４３３３８Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３５８１４（Ｐ２００５−３３５８１４）
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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