(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ室（３）と電源（２）との間に流れる電流（Ｉｏｕｔ）の電流変化分を制限する方法であって、
該電流（Ｉｏｕｔ）が所定の電流を超えた場合、該電源（２）と該プラズマ室（３）との間の電流路に設けられた電流変化分制限装置（７，４０）によって、該電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限する方法において、
該電源（２）と該プラズマ室（３）との間の電流路に設けられたインダクタ（Ｌ）にＤＣ電流を供給することにより、該インダクタ（Ｌ）をプリチャージすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電源（２）は電圧源として動作する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマ室（３）と前記電源（２）との間に流れる電流を測定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記インダクタ（Ｌ）を流れる電流を測定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記所定の電流を、通常動作最大期待電流より高くなるように選択する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記電流変化分制限装置（７，４０）に電流制限設定点を入力する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＣ電流を、前記プラズマ室（３）と前記電源（２）との間に流れる電流に依存して制御する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記電流変化分制限装置の電圧（ＵＣＬ）を測定する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記電流変化分制限装置（７，４０）の電圧（ＵＣＬ）が所定値を超える場合、アークが検出される、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限した後に、前記電源（２）と前記プラズマ室（３）との間の電流路を中断する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ室（３）と電源（２）との間の電流路に設けられる電流変化分制限装置において、
該電流変化分制限装置は、少なくとも、インダクタ（Ｌ）とＤＣ電流源とを有し、該プラズマ室（３）と該電源（２）との間に流れる電流（Ｉｏｕｔ）が所定の電流を超えた場合に、該電流の電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限し、かつ、該ＤＣ電流源が該インダクタ（Ｌ）にＤＣ電流を供給することによって、該インダクタ（Ｌ）はプリチャージされていることを特徴とする、電流変化分制限装置。
【請求項１２】
前記電源（２）は電圧源である、請求項１１記載の電流変化分制限装置。
【請求項１３】
前記プラズマ室（３）と前記電源（２）との間に流れる電流を測定するための測定装置（２８）が設けられている、請求項１１または１２記載の電流変化分制限装置。
【請求項１４】
電流制限設定点を入力するための入力端（８）を有する、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の電流変化分制限装置。
【請求項１５】
前記所定の電流が、通常動作最大期待電流より高くなるように選択されている、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の電流変化分制限装置。
【請求項１６】
前記ＤＣ電流源は、補助電源（２３）に接続されたダイオードブリッジ回路である、請求項１１から１５までのいずれか１項記載の電流変化分制限装置。
【請求項１７】
電源（２）と、プラズマ室（３）と、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の電流変化分制限装置とを有することを特徴とする、真空処理装置。
【請求項１８】
前記電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限した後に前記電源と前記プラズマ室との間の電流路を中断するためのスイッチ（Ｓ）がさらに設置されている、請求項１７記載の真空処理装置。
【請求項１９】
前記スイッチ（Ｓ）が、半導体スイッチである、請求項１８記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ室と電源との間に流れる電流を制限する方法に関する。さらに本発明は、プラズマ室と電源との間に流れる電流を制限するために電源とプラズマ室との間の電流路に設けられた電流制限装置と、電流変化分制限回路とにも関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ表面処理で使用される真空室の基板電位に接続された（バイアス電圧を供給する）電源は、現在の知識によれば、制御される電圧源でなければならない。この電源の出力端の電圧は電圧設定点に追従し、引き出される電流に依存しない必要がある。この電流はプラズマと基板特性とに依存し、これは処理工程中に時間的に変化する。このような変化の速度および大きさは有意に変化することがあり、基板のジオメトリおよび運動（回転）と室内のイオンの瞬時量とに依存し、これはとりわけ、高出力のパルスマグネトロンが使用される場合に急速に変化する。電圧値が負荷電流に依存しないように維持するために、コンデンサを使用することができる。しかしこのコンデンサによって、カソード基板とアノードとの間に発生するアーク消失による問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、プラズマ室と電源との間に流れる電流を制御することができる方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の側面では前記課題は、プラズマ室と電源との間に流れる電流の電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限する方法において、該電流が、電源とプラズマ室との間の電流路に設けられた電流変化分制限装置によって設定された所定の電流を超えた場合に電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限することによって解決される。前記電流変化分制限装置はそれ自体で、検出回路なしで、検出と検出後に発生するアクションとの間に時間経過が基本的に発生することなく、自動的に動作することができるので、非常に高速である。非常に高速であるとは、たとえば２００ｎｓより高速であることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】真空処理装置の概略図である。
【図２ａ】電源の出力端における電圧波形および電流波形を示す。
【図２ｂ】図２ａに相応し、電流Ｉａｄｄも示されている。
【図３ａ】第１の実施形態の電流変化分制限装置を有する真空処理装置を概略的に示す。
【図３ｂ】真空処理装置を簡略的に示す図である。
【図４】第２の実施形態の電流変化分制限装置を概略的に示す図である。
【図５ａ】ＭＯＳＦＥＴスイッチの伝達特性を示す。
【図５ｂ】ＩＧＢＴスイッチの伝達特性を示す。
【図５ｃ】バイポーラＮＰＮトランジスタの出力特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
電源とプラズマ室との間の電流路に設けられたインダクタにＤＣ電流を供給することにより、インダクタがプリチャージされる。インダクタにプリチャージすることは、通常動作中にプラズマ室と電源との間に流れる出力電流に付加的な電流を付加することを含むことができる。この付加的電流は、２つの電流の和が所定の電流に等しくなるように自動的に調整することができる。プラズマ室と電源との間に流れる出力電流が所定の電流を超えた場合、該プラズマ室と電源との間に流れる電流に付加される電流が低くなるかまたは存在しなくなるように、基本的に時間遅延なしで、インダクタに供給される付加的電流を自動的に調整することができる。この場合にはインダクタは、プラズマ室と電源との間に流れる電流の電流上昇を緩慢にする。それゆえアーク検出装置は、アークが発生しているか否かを検出して、アークが検出された場合に電源とプラズマ室との間に設けられたスイッチをスイッチオフするのに十分な時間を与えられる。
【０００７】
電流変化分制限装置は非線形装置であるか、または１つまたは複数の非線形装置を含むことができる。
【０００８】
通常動作中は、電流変化分制限装置は基本的に、プラズマ室と電源との間に流れる電流に対してトランスペアレントである。しかし過負荷時には、電流変化分は電流変化分制限装置によって制限される。この電流変化分は、ｄｉ／ｄｔ≦０Ａ／ｓに低減することができる。すなわち、電流はもはや上昇できなくなる。アーク発生時には、電流変化分は非線形装置によっても制限されることにより、アークを検出してプラズマ室と電源との間のシリアルスイッチをスイッチオフするのに十分な時間が得られる。本方法は、ＤＣ電源にもＡＣ電源にも適用することができる。
【０００９】
電流変化分の制限には、プラズマ室と電源との間に流れる電流の上昇を緩慢にすることが含まれる。本方法は、電源からプラズマ室へ流れる電流にも、またプラズマ室から電源へ流れる電流にも適用することができ、この電源は電圧源として動作することができる。
【００１０】
所定の電流を超えた後、初めは、電流変化分制限装置は静的な電流値を制限する静的電流値制限装置と見なすことができる。これによって、電流が急激に変化することが阻止される。したがって、電流が所定の電流を超えた後、少なくとも初めは、電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限することにより、電流の静的値も制限される（ほぼ一定に維持される。）インダクタンスの誘導率が高いほど、電流の初期の絶対的な変化分は小さくなる。
【００１１】
プリチャージ電流は、電源によって供給される電流と同じ方向でインダクタを一定に流れなければならず、このことによってインダクタは、所定の電流値までの電流には「不可視」になり、それより高い電流値では「可視」になる。
【００１２】
動作の観点では、本発明の思想は２つの重要な特徴を提供する：
１．所定の電流を超えると直ちに（遅延なしで）電流制限回路が作動される。というのもこのことは、直接応答回路で行われるからである。換言すると、電流変化分は電流自体の値によって制限することができる。
【００１３】
２．電源の出力電流が電流制限閾値を下回る場合、電流制限回路は電源の出力パラメータに影響しないので、電源の容量性の出力特性は変化せずに維持され、負荷にさらすことができる。
【００１４】
「直接応答」とは、パラメータの変化に対する逆の応答が、該パラメータの変化に対する直接応答として引き起こされることを意味する。換言すると、電流自体が電流を制限する。このことによって応答時間は０になり、このことは最初の数秒では、比較的低速の別の間接応答回路を作動する（出力端に電力を供給するための半導体スイッチを非作動化する）のに必要な時間を得るのに重要である。直接応答の簡単な例は、直列接続された抵抗器である。電流が上昇すると、抵抗器の電圧は１つの方向で上昇し、電流は低減される。このことは時間遅延なしで行われる。択一的にインダクタを使用することができる。
【００１５】
直接応答装置または直接応答回路とは対照的に間接応答装置または間接応答回路は、パラメータの超過状態を検出してスイッチの駆動によって逆方向のアクションを生成するために、たとえばセンサ、監視部、駆動装置および半導体スイッチ等の中間的要素を使用する。
【００１６】
電流変化分制限装置は、インダクタに電流をプリチャージすることによってディスエーブルされる。この電流はたとえば、インダクタとフリーホイールダイオード回路とから成るループを流れる。この電流は、フリーホイールダイオードを含む補助チャージ回路によって発生されて維持される。前記インダクタは、出力電流が所定の電流値を超えなければ、電源の出力パラメータを妨害しない。
【００１７】
インダクタを基礎とする電流変化分制限装置が使用される場合、「プリチャージ電流」、「所定の電流」および「電流制限閾値」はすべて同一の値を指すことを理解すべきである。半導体装置が使用される場合、最初のものは当てはまらない。というのもプリチャージ電流は存在しないからである。
【００１８】
プラズマ室と電源との間に流れる電流が測定される場合、該電流が所定の電流を超えたか否かを簡単に検出することができる。
【００１９】
この所定の電流は、通常動作で期待される最大出力電流である通常動作最大期待出力電流より高く選択することができる。すなわち、電源によって出力される電流より高く選択することができる。通常動作では、電流変化分制限装置は所定の電流までの値の電流に対してトランスペアレントであるから、電源の出力端子間に設けることができるコンデンサの、電圧を安定化する特徴は、電源の出力にストレートにさらすことができる。
【００２０】
電流制限設定点を電流変化分制限装置に入力することができる。このような制限設定点は、通常動作最大期待出力電流より高い所定の電流に相応することができる。異なる制限設定点を入力することにより、電流変化分制限装置を異なる用途に調整することができる。
【００２１】
ダイオードに対する択一的手段として、制御入力端を有する半導体装置を電流変化分制限装置の非線形装置として使用し、設定点を入力しひいては所定の電流を設定するために、該制御入力端に印加される電圧または電流を調整することができる。
【００２２】
有利には半導体装置は、電圧または電流で制御される飽和電流を有する半導体スイッチである。電流制限設定点は、半導体スイッチのゲート電圧を変化するか、または半導体スイッチのベースに印加される電流を変化することによって制御することができる。この場合、電源の出力電流の別個の測定を行う必要はない。
【００２３】
電流変化分制限装置の電圧が、とりわけ非線形装置が測定される場合、測定電圧を評価してアークを検出することができる。非線形装置における電圧降下が大きい場合、この電圧降下は、プラズマ室内にアークが発生していることを示唆する。それゆえ、電流変化分制限装置の電圧が所定値を超える場合、アークが検出される。
【００２４】
本発明はまた、プラズマ室と電源との間に流れる電流の電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限するために電源とプラズマ室との間の電流路に設けられた電流変化分制限装置にも関する。電流制限装置は非線形装置およびインダクタであるかまたは非線形装置およびインダクタを有し、該インダクタにＤＣ電流を供給することによって該インダクタはプリチャージされる。本発明の装置により、電圧源とすることができる電源の電圧安定性が、負荷インピーダンス偏差に関係なく非常に良好になる。インダクタは、出力電流の電流上昇を緩慢にするために使用することができる。
【００２５】
電源の出力が短絡した場合、この短絡回路に伝送されるエネルギーを非常に低くすることができる。このことにより、電流制限装置をバイアス電圧源として、とりわけ高出力パルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）で使用することができる。これは、持続時間が短く比較的高出力のパルスをマグネトロンスパッタリングシステムのカソードに印加するスパッタリング手法である。このことを行うことにより、スパッタリングされるターゲットからのイオン化の程度が低いという欠点を克服することができる。
【００２６】
プラズマ室と電源との間に流れる電流を測定するために測定装置を設けることができる。測定された電流は、非線形装置を制御するのに使用することができる。
【００２７】
電流変化分制限装置は、電流制限設定点を入力するための入力端を有することができる。これによって、プラズマ工程に依存して、ユーザが異なる電流制限設定点を設定することができる。
【００２８】
電流変化分制限装置は、電圧源または電流源を含むことができる。この電圧源または電流源を使用して、非線形装置を所定の電流制限設定点にしたがって制御することができる。このようにして、電流が電流制限設定点を下回る場合には電流に対して基本的にトランスペアレントになるように非線形装置を制御し、電流が該電流制限設定点を上回る場合には該電流を制限するように該非線形装置を制御することができる。
【００２９】
インダクタに供給されるＤＣ電流は、補助電源に接続されたブリッジ回路によって供給することができる。このブリッジ回路は、電流源であるか、電流源の一部とすることができる。補助電源は、出力トランスを含むスイッチング電源とすることができる。このようなスイッチング電源では出力トランスの２次巻線を、ダイオードブリッジ回路とすることができるブリッジ回路に接続することができる。この出力トランスによってＡＣ電圧が供給され、このＡＣ電圧はブリッジ回路によって整流される。ダイオードブリッジ回路を使用することの別の利点は、ブリッジ回路をフリーホイールダイオードとして使用することにより、フリーホイール電流をアーク放電から分離することが可能であることだ。
【００３０】
補助電源によって供給される出力電圧は、プラズマ室と電源との間で測定される電流に依存して制御することができる。
【００３１】
択一的な実施形態では、電流変化分制限装置は制御入力端を有する半導体装置を備えることができる。制御入力端は、半導体装置のゲート接続部であるか、またはベース接続部である。半導体装置は、電圧または電流で制御される飽和電流を有する半導体スイッチとして形成することができる。このような半導体装置を電流変化分制限装置として使用することにより、プラズマ室と電源との間に流れる電流が所定の電流を超えないようにすることができる。
【００３２】
電圧源または電流源を半導体装置の制御入力端に接続することにより、所定の電流制限設定点にしたがって半導体装置を制御することができる。
【００３３】
本発明の別の側面は、電源とプラズマ室との間の電流路に設けられた電流変化分制限回路に関する。この電流変化分制限回路には、プラズマ室と電源との間に流れる電流が所定の電流を超えた場合に該電流の電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限する直接応答回路と、該電源と該プラズマ室との間に電流が流れるのを中断するための間接応答回路とが設けられている。直接応答回路とは、パラメータの変化に対する逆の応答が、該パラメータの変化に対する直接応答として引き起こされることを意味する。間接応答回路は、パラメータの超過状態を検出してスイッチの駆動により逆方向の応答を発生させるために、たとえばセンサ、監視部、駆動装置および半導体スイッチ等の中間要素を使用する。
【００３４】
本発明による電流制限回路を使用することにより、複数の利点を得ることができる。
・極度に大きい負荷変動で電圧が完全に安定的であること。
・短絡（アーク）が発生した場合にアークエネルギーが低いこと。
【００３５】
ダイナミック電圧安定性が高いという特徴を提供するための１つの手段は、電源の出力端に大きいコンデンサを使用することである。
【００３６】
第２の利点は、高速の短絡検出器と高速のスイッチオフ要素とを使用することによって実現される。しかし、従来技術による検出回路およびスイッチオフ回路の可能な応答時間を考慮すると、問題が生じる。本発明より前には、２〜３μｓ以内の高い信頼性の応答時間を実現することができた。出力コンデンサに１２００Ｖの出力電圧が存在し、たとえば２ｍのケーブルを使用する場合、アーク時には約ｄｉ／ｄｔ＝８００Ａ／μｓの電流変化が発生する。このことは、２〜３μｓ後に電流が２０００Ａを超え、ケーブルに蓄積されるエネルギーが３Ｊを超える可能性があることを意味する。本発明によって、電流（変化分）制限装置をスイッチオフ過程の第１段階で使用することにより、この電流をより迅速にスイッチオフすることができる。このようにして、電流を数μｓにわたってのみ制限することができる。より詳細には、この短い時間でのｄｉ／ｄｔが発生させる電流が、アークが発生する直前の電流と比較して有意に変化しない場合、インダクタを使用することができる。電流（変化分）がこの時間にわたって制限される場合、より緩慢な間接スイッチオフ回路を使用してスイッチオフを完了することができる。
【００３７】
電流変化分制限回路は、本発明による電流変化分制限装置を有することができる。
【００３８】
間接応答回路は、測定装置に応答する半導体スイッチを有することができる。
【００３９】
本発明はまた、電源とプラズマ室と電流変化分制限装置とを有する真空処理装置にも関する。
【実施例】
【００４０】
ここで、概略的な図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００４１】
図１に真空処理装置１が示されており、該真空処理装置１は電源２とプラズマ室３とを有する。電源２は、この実施形態ではＤＣ電源として構成されている。プラズマ室３内に基板４が配置されている。この実施形態では、電源２はバイアス電源として使用される。このことは、電源２が基板４に負電位を印加し、該電源２の正電位は、基準電位に接続されたプラズマ室３に接続されることを示唆する。このプラズマ室３は、とりわけ接地電位に接続されている。プラズマ室３に印加される電圧Ｕｏｕｔを可能な限り一定に維持するために、コンデンサＣが設けられている。したがって、ＤＣ電源は電圧源として動作する。コンデンサ電圧ＵＣおよび出力電圧Ｕｏｕｔを制御できるようにするため、電圧フィードバックが電源２に供給される。このことは、線路５，６，９によって示されている。
【００４２】
プラズマ室３と電源２との間に流れる電流はＩｏｕｔによって示されている。この電流は、非線形装置であるかまたは非線形装置を含む電流変化分制限装置７に流れる。電流Ｉｏｕｔが所定の電流を下回る場合、電流変化分制限装置７は機能しない。しかし、電流Ｉｏｕｔが所定の電流まで上昇し、かつ／または所定の電流を上回ると、電流変化分制限装置７は駆動状態になって電流変化分ｄｉ／ｄｔを制限し、ひいては電源２から流れる電流Ｉｏｕｔまたは電源２へ流れる電流Ｉｏｕｔを制限する。それと同時に、電流変化分制限装置７の電圧ＵＣＬは上昇する。このことは、負荷のＵ／Ｉ特性によって決定される値まで電圧Ｕｏｕｔが低減されることを示唆する。電流制限装置の電圧は、ＵＣＬ＝ＵＣ−Ｕｏｕｔとなる。
【００４３】
電流変化分制限装置７は、電流制限設定点を該電流変化分制限装置７に入力するための入力端８を有する。プラズマ室３と電源２との間の電流路にも、アークが検出された場合にスイッチオフすなわち開放できる装置、または、インピーダンスを低いレベルから高いレベルに変化できる装置が設けられる。このような装置は、とりわけスイッチＳである。
【００４４】
図２に、図１に示された電圧Ｕｏｕｔおよび電流Ｉｏｕｔの電圧特性および電流特性が示されている。通常動作中は出力電流Ｉｏｕｔは、電流制限設定点によって定義された所定の電流を下回ったままであり、この所定の電流は破線１０によって示されている。時点ｔ１で過負荷が発生すると、出力電流Ｉｏｕｔは上昇し、電流制限設定点によって定義された電流を上回る。このことにより、出力電圧Ｕｏｕｔの絶対値（大きさ）が降下する。というのも、電流変化分制限装置７において電圧が上昇するからである。電流変化分制限装置７は、出力電流Ｉｏｕｔが時点ｔ２までに比較的緩慢に上昇するだけになるように、該出力電流Ｉｏｕｔの上昇を制限する。
【００４５】
時点ｔ３において出力電流Ｉｏｕｔは、アークに起因して所定の電流を上回るまで上昇する。このことにより、電圧Ｕｏｕｔの大きさの電圧降下も発生する。ここでも電流変化分制限装置７は、時点ｔ３と時点ｔ４との間に電流上昇を緩慢にする作用を有する。
【００４６】
ＵＣＬの絶対値（大きさ）は、ｔ３とｔ４との間では高い（ＵＣの５０％を上回る）。このことはアーク発生を示唆する。時点ｔ４においてスイッチＳが開放され、電源２へ、または電源２から電流が流れなくなる（Ｉｏｕｔ＝０Ａ）。
【００４７】
図３ａに第１の実施形態の電流変化分制限装置２０が示されている。ここでは、電流変化分制限装置２０はインダクタＬを有し、該インダクタＬの電流は電流源３１によって供給され、該電流源３１は補助電源２３と出力トランスＴと、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４を含むブリッジ回路２１とによって構成されている。
【００４８】
ブリッジ回路２１は補助電源２３の出力トランスＴの２次巻線２２に接続されている。補助電源２３は、スイッチング電源として構成することができる。補助電源２３は、入力として電流制限設定点を供給される。この電流制限設定点は矢印２４によって示されている。インダクタＬを流れる電流を測定するための電流測定手段２５が補助電源２３に接続されている。電流測定手段２５は電流ループ（インダクタＬ＋ダイオードＤ１〜Ｄ４）内に配置されており、インダクタのプリチャージ電流値を所定のレベル（＝電流制限設定点）に維持するためだけに補助電源２３によって使用される。
【００４９】
図３ａに示された回路には、以下の数式が当てはまる：
ＩＬ＝Ｉｏｕｔ＋Ｉａｄｄ（回路トポロジに起因して）（０１）
したがって
ＩＭＡＸ＝Ｉｏｕｔ＋Ｉａｄｄ（０２）
Ｉｏｕｔ＝ＩＭＡＸ−Ｉａｄｄ（０３）
また、
Ｉａｄｄ＝ＩＭＡＸ−Ｉｏｕｔ（０４）
しかし
Ｉａｄｄ≧０（ダイオード）（０５）
【００５０】
補助電源２３はインダクタ電流ＩＬをＩＭＡＸレベルに維持するかまたはＩＭＡＸレベルに近似して維持するので、ＩＬ＝ＩＭＡＸとなる。これは、フリーホイール電流源制限器と称することができる。ＩｏｕｔとＩａｄｄとの間の電流分布は負荷条件にのみ依存する。Ｉｏｕｔは自由に変化することができるが、ＩＭＡＸまでのみ変化することができる。というのも、Ｉａｄｄは正でなければならないからである（数式０４および数式０５）。
【００５１】
短時間のスケールでダイナミックな状況の間にＩＬが変化することはない（インダクタ内の電流の慣性）と仮定した場合、ＩＯＵＴがＩＬ（＝ＩＭＡＸ）に達すると直ちにＩａｄｄは０に達し（０４）、Ｉｏｕｔ＝ＩＭＡＸ（０３）となり、Ｉｏｕｔのさらなる上昇は非常に緩慢にのみ生じることができる。このことは、ダイオードを理想的な素子と見なした場合、電流制限器の動作は回路のトポロジにのみ基づき（単純な計算式）、いかなる遅延にも依存することはないことを示す。
【００５２】
この場合、インダクタＬを流れる電流は非常に迅速に変化することがないので、該インダクタＬは電流Ｉｏｕｔの電流上昇を制限する。したがって、電流センサ２８に接続され電圧センサ２９を有するアーク検出回路２７は、アークを検出するのに十分な時間と、アークが検出された場合にはスイッチＳを開放することにより、コンデンサＣが放電してプラズマ室３内のアークへの給電を阻止するのに十分な時間とを有する。電流センサ２８は、プラズマ室３と電源２との間の電流を測定する。
【００５３】
図２ｂを参照すると、この特性をより明瞭に理解できる。Ｉｏｕｔが０である場合、Ｉａｄｄは電流制限設定点（破線１０）に等しい。Ｉｏｕｔが電流制限設定点に等しい場合、Ｉａｄｄは０になる。Ｉｏｕｔが電流制限設定点を超えようとする場合（すなわちｔ１とｔ２との間）、Ｉａｄｄは負になってしまい、このことはダイオードＤ１〜Ｄ４によって阻止される。したがって、遅延時間はダイオードの逆回復時間であるから、逆回復時間が非常に短いダイオードを使用することにより、この作用を無視できる程度にする。リカバリー時間が１８０ｎｓであるＳＫＫＤ１５０Ｆ１２等の高速なシリコンダイオードで十分であるが、最新のＳｉＣダイオードも使用することができる。これらのダイオードは逆電流を有さない‐スイッチオフ時間が無視できる程度である‐と見なされるので、現在では実際に「ゼロ時間」を実現することが可能である。電流を制限するためにはダイオードが使用される。このダイオードはフリーホイールダイオードとしても作用する。
【００５４】
図３ｂに、電流源１０１とダイオード１０２とを有する簡略的な電流変化分制限装置１００が示されている。理想的な電流源は、該電流源自体の電流のみを通し、それ以外は流れない。
【００５５】
図４に、電流変化分制限装置４０の択一的な実施形態が示されている。電流変化分制限装置４０は半導体装置４１を有し、該半導体装置４１は、プラズマ室３と電源２との間に直列接続されている。電流源４２が、バイポーラトランジスタとして形成された補助半導体装置４３のエミッタとコレクタとに接続されており、該補助半導体装置４３のベースは、半導体装置４１のエミッタとフィードバック抵抗器Ｒとの間に接続されている。このような構成により、半導体装置４１のベースに供給される電流を設定することができる。通常動作時には、電流源４２は半導体装置４１のベースに給電し、該半導体装置４１のコレクタ‐エミッタ間を低いインピーダンス状態に維持することにより、電流Ｉｏｕｔは制限なく流れることができる。電流Ｉｏｕｔは抵抗器Ｒにおいて電圧ＵＲを生成する。この電圧が上昇して補助半導体装置４３のベース‐エミッタ閾値を超えると、補助半導体装置４３は導通し、電流源４２からの電流は補助半導体装置４３に直接流れ、半導体装置４１のベースおよびエミッタにはもはや流れなくなる。このことにより、Ｉｏｕｔの電流上昇も制限される。というのも、半導体装置４１はより高いインピーダンス状態に変化するからである。電流制限設定点は、抵抗器Ｒの抵抗値の選択によって設定することができる。抵抗器Ｒのインピーダンスが制御可能である場合、電流制限設定点を制御することができる。半導体装置４１および補助半導体装置４３はバイポーラトランジスタとすることができる。このようにして、電流制限装置４０の構成が容易になる。
【００５６】
図５ａは、ＭＯＳＦＥＴスイッチの伝達特性の一例を示す。ＭＯＳＦＥＴスイッチは、電圧制御される半導体装置である。所定の電流までは、ＭＯＳＦＥＴは該ＭＯＳＦＥＴを流れる電流を制限しない。この電流が所定の電流を超えようとすると、所定の電流に制限される。図中の例では、補助電圧源を使用してたとえば５Ｖの電圧をＭＯＳＦＥＴのゲートに印加することにより、約１３Ａの飽和電流を設定する。
【００５７】
図５ｂに、電圧制御されるバイポーラ半導体装置であるＩＧＢＴの伝達特性の一例が示されている。ゲートにおいて６．５Ｖの電圧を設定することにより、飽和電流は１３Ａに設定される。このことは、出力電流Ｉｏｕｔが１３Ａを超えて上昇できなくなることを示唆する。
【００５８】
図５ｃに、電流制御されるバイポーラ半導体装置であるバイポーラＮＰＮトランジスタの出力特性の一例が示されている。電流１Ａをトランジスタのベースに供給することにより、飽和電流は約７Ａに設定され、出力電流が超えてはならない所定の電流となる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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