(57)【要約】  イオンビーム加速システムにおいて、過渡電流アーク抑制およびイオンビーム加速バイアス回路が記載されている。回路の２つのターミナルは、直列に接続可能で、自動的にアーク状態を検出し、電源と負荷のターミナル間で比較的低い抵抗の電気回路を与える第一の操作状態から、比較的高い抵抗の電気回路を与える第二の操作状態にスイッチすることでアークを抑制する。回路部品の特徴的選択により、アークが抑制された後に第二状態から第一状態へ回復する遅延速度を制御することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過渡電流アーク抑制回路であって：
電源電圧に接続する電源ターミナルと；
電気負荷に接続する負荷ターミナルと；
第一の状態が電源ターミナルと負荷ターミナルの間の比較的低い抵抗の電気回路を与え、第二の状態が電源ターミナルと負荷ターミナルの間の比較的高い抵抗の電気回路を与え、該第一の状態と該第二の状態の間のスイッチングを行う少なくとも一つの能動半導体スイッチと；
前記第一の状態で操作する少なくとも一つの能動半導体スイッチをバイアスし、電源ターミナルと負荷ターミナルの間に流れる通常電流に応答するバイアス回路と；
アークを抑制するために前記第二の状態で操作する少なくとも一つの能動半導体スイッチをスイッチングし、アーク時に電源ターミナルと負荷ターミナルの間に流れる電流の増加に応答するトランジェント検出回路と；
アーク抑制後に第二状態から第一状態への回復をしばらくの間遅延させる遅延回路と、
を含むアーク抑制回路。
【請求項２】
電源ターミナルと高圧電源の出力との間の接続および、負荷ターミナルと負荷の高電圧ターミナルとの間の接続が、
電源、制御信号、少なくとも一つの能動半導体スイッチを基準にするアース、バイアス回路、トランジェント検出回路、遅延回路、のうちの一つ以上を与えるのに十分である請求項１記載のアーク抑制回路。
【請求項３】
電源ターミナルと負荷ターミナルの間の電流が、少なくとも一つの能動半導体スイッチ、バイアス回路、トランジェント検出回路、遅延回路、に必要とされる制御信号および、全ての操作電圧を提供する請求項１記載のアーク抑制回路。
【請求項４】
さらに、
負荷ターミナルと直列に接続される第二の電源ターミナルと；
電気負荷に接続する第二の負荷ターミナルと；
第一の操作状態が前記第二の電源ターミナルと前記第二の負荷ターミナルの間の比較的低い抵抗の電気回路を与え、第二の操作状態が前記第二の電源ターミナルと前記第二の負荷ターミナルの間の比較的高い抵抗の電気回路を与え、該第一の操作状態と該第二の操作状態の間のスイッチングを行う少なくとも一つの第二の能動半導体スイッチと；
前記第一の状態で操作する第二の能動半導体スイッチをバイアスし、前記第二の電源ターミナルと前記第二の負荷ターミナルの間に流れる通常電流に応答する第二バイアス回路と；
アークを抑制するために前記第二の状態で操作する能動半導体スイッチをスイッチングし、アーク時に第二の電源ターミナルと第二の負荷ターミナルの間に流れる電流の増加に応答する第二トランジェント検出回路と；
アーク抑制後に第二状態から第一状態への回復をしばらくの間遅延させる第二遅延回路と、
を含む請求項１記載のアーク抑制回路。
【請求項５】
イオンビーム加速システムにおける、イオン源バイアスシステムであって、
少なくとも一つの電極を有するイオン源と；
イオン源を高電位にバイアスする高圧電源と；
前記イオン源の少なくとも一つの電極でアークが発生したことを検出しかつ抑制し、通常の操作に戻す電気的アーク抑制回路で、イオン源の少なくとも一つと高圧電源の出力に接続された二つのターミナルを有する電気的アーク抑制回路と；
を含むイオン源バイアスシステム。
【請求項６】
イオン源が、ガスクラスターイオンを含むイオンビームを形成するためのガスクラスターイオンビーム源である請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記二つのターミナルを有する電気的アーク抑制回路が能動回路である請求項５記載のシステム。
【請求項８】
電気的アーク抑制回路の二つのターミナルの間の接続が、電源、制御信号、電気的アーク抑制回路を基準にするアース、のうちの一つ以上を与えるのに十分である請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記二つのターミナルの間の電流が、全ての操作電源、電気的アーク抑制回路に必要な制御信号を与える請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビーム処理装置のスキャン中に不要なアークに起因する望ましくない処理を抑制するための方法および器具に係わる。特に、本発明はイオンビーム処理装置のスキャン中に不均一な処理を減少させるとともに、装置の信頼性を向上させる方法、器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の表面処理、例えばエッチング、洗浄、平滑化のためにガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）のスキャンを用いることは、確立された工業プロセスである。イオンビームのスキャンは、ＧＣＩＢよりも通常のモノマーイオンビームが用いられるイオン注入の分野で使用される。対象物の表面を均一に処理するイオンビームのスキャンに用いられる殆どの装置において、装置内が高電圧状態で望ましくないアークが発生した時の結果に問題がある。多くの場合、イオンビームの処理用具における高電圧アークの発生は、イオンビームの瞬間的な中断を起こす。ビームのスキャンまたは対象物のスキャンシステムにおいて、アークが消失する時までに対象物に対するイオンビームの位置が移動するので、通常の処理は、アークにより終了された位置とは異なる対象物上の位置から再開されることとなる。対象物の部分的な不均一処理を生ずる結果、イオンビーム処理装置内の良品率が低下する。
【０００３】
高圧電源は通常、望ましくないアークにより急速に放電され得るし、しかも急速には回復できない蓄積エネルギーを有する。調整回路もまた、アークが高圧電源を放出するとき迅速に反応しないかもしれない。これらおよび他の理由により、高圧電源が望ましくないアークによって放電されたときに、数十または数百ミリ秒の間に通常の処理電圧を回復できない場合がある。イオン注入やＧＣＩＢ処理などの高速処理装置においては、そのような長い回復期間は、処理の不均一を招く。
【０００４】
高圧電源の高い蓄積エネルギーが、望ましくないアークにより急速に放電されるときには別の問題もある。一時的な電磁干渉（Electromagnetic Interference：ＥＭＩ）が制御システムの操作を混乱させ、あるいは近くの電気回路内の高感度部品の破壊まで生ずるおそれがある。これらの理由により、予期できない高電圧アークの発生において、高圧電源の全蓄積エネルギーが空になる前にアークを防止することが強く望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、予期できないアークに素早く反応して終了させ、通常の処理を瞬時に回復する手段を提供することである。
【０００６】
また、本発明の目的は、別個の電源や高圧電源のアース端子との接続を必要とせず、高電圧における予期せぬ高電圧アークを終了させるための電気的に遊離した器具を提供することである。
【０００７】
さらに、本発明の目的は、高圧電源の蓄積エネルギーを完全には放出することなく所定の高電圧アークを終了させるための手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的だけでなくさらなる他の利点を有する本発明について以下に実施例とともに示す。
【０００９】
本発明は、高圧電源の蓄積エネルギーを完全に放電する前に、アークを防止することによって高電圧アークを素早く消失させる、自己バイアス、自己トリガーおよび自己リセット回路を提供する。これは、ＥＭＩ効果を減少させ、高圧電源（例えばイオンビーム加速器など）により発生されるイオンビームを使用する対象物の処理システムを通常のプロセスに素早く回復させる結果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は従来技術で知られるＧＣＩＢ処理装置１００の典型的な構造の基本要素を示したもので、詳細は以下の通りである。：真空容器１０２は３つの連通チャンバー（ソースチャンバー１０４、イオン化/加速チャンバー１０６及び処理チャンバー１０８）に分割されている。３つのチャンバーは真空ポンプシステム１４６a、１４６b、１４６cでそれぞれ適した作動圧力に減圧される。ガス保存シリンダー１１１に保存された濃縮可能なソースガス１１２（例えばアルゴンまたは酸素）は加圧下でガスメータバルブ１１３とガス供給チューブ１１４を通って滞留チャンバー１１６に導入され、適正な形状のノズル１１０を介して実質的にさらに低い圧力内に放出される。よって超音速ガスジェット１１８が発生する。ジェットの膨張による冷却はガスジェット１１８の一部をクラスター状態に濃縮し、それぞれのクラスターは数個から数千個の弱く結合した原子または分子を含む。ガススキマー開口部１２０は、高い圧力が有害である下流領域（例：イオナイザ１２２、抑制電極１４２、処理チャンバー１０８）を減圧するため、クラスタージェットに濃縮されなかったガス分子をクラスタージェットから部分的に分割する。濃縮可能なソースガス１１２に適するものとしてアルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素、他のガスまたはガス混合物がある。
【００１１】
ガスクラスターを含む超音速ガスジェット１１８が形成され、前記クラスターがイオナイザ１２２内でイオン化される。イオナイザ１２２は典型的には電子衝撃イオナイザであり、一以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を発生させ、ジェットがイオナイザ１２２を通過する際に、ガスジェット１１８内のガスクラスターと衝突させることで、電子を加速して指向させる。電子衝撃はクラスターから電子を弾き出し、クラスターの一部を正にイオン化させる。一部のクラスターは１以上の電子を弾き出して多重イオン化される。抑制電極１４２、基礎電極１４４がイオナイザ出口開口部１２６からクラスターイオンを導出し、所望のエネルギー（典型的には数百Ｖから数十ｋＶの加速電圧により）に加速する。集束させてＧＣＩＢ１２８を形成する。ガスクラスターを含む超音速ガスジェット１１８の軸１２９は実質的にＧＣＩＢ１２８と同軸である。フィラメント電源１３６はフィラメント電圧Ｖｆを与えてイオナイザーフィラメント１２４を加熱する。陽極電源１３４は陽極電圧ＶＡを与え、フィラメント１２４から放出された熱電子を加速してガスジェット混入クラスター１１８を照射し、イオンを発生させる。抑制電源１３８は抑制電圧ＶＳを与え抑制電極１４２をバイアスする。加速電源１４０は加速電圧ＶＡＣＣを与え、イオナイザ１２２に関して抑制電極１４２と基礎電極１４４をバイアスし、ＶＡＣＣに等しい加速を全ＧＣＩＢに与える。抑制電極１４２はイオナイザ１２２の出口開口部１２６からイオンを導出する役割を果たし、下流からイオナイザ１２２内に望ましくない電子の浸入を防止し、ＧＣＩＢ１２８を集束させる。
【００１２】
半導体ウェハーまたはＧＣＩＢ処理により処理される他の半製品である対象物１５２は対象物保持ホルダー１５０で保持され、ＧＣＩＢ１２８の通路内に置かれる。ほとんどの利用が空間的に均等な結果を要する大型対象物の処理を想定するので、空間的に均質な対象物処理の結果を与えるために、対象物１５２の広い範囲にわたって静止したＧＣＩＢ１２８を均質にスキャン処理するシステムが望ましい。
【００１３】
Ｘスキャンアクチュエータ２０２はＸスキャン動作２０８方向（紙面に対し垂直）に対象物ホルダー１５０の線状動作を与える。Ｙスキャンアクチュエータ２０４はＹスキャン動作２１０方向に対象物ホルダー１５０の線状動作を与える。この方向は典型的にはＸスキャン動作２０８に直交する。Ｘスキャン動作とＹスキャン動作の組み合わせで対象物ホルダー１５０に保持された対象物１５２を走査線様（raster-like）のスキャニング動作にてＧＣＩＢ１２８を通過移動させ、ＧＣＩＢ１２８により対象物１５２の表面に均質な（或いはプログラムされた）照射をし、対象物１５２を均質に処理する。対象物ホルダー１５０は対象物１５２をＧＣＩＢ１２８の軸に対して傾斜させ、ＧＣＩＢ１２８が対象物１５２の表面に対してビーム入射角２０６を有するように配置する。ビーム入射角２０６は９０°その他であるが、典型的には９０°または約９０°である。Ｙスキャニング中に、対象物ホルダー１５０に保持された対象物１５２は図示の１５２Ａと１５０Ａでそれぞれ示されたポジションから別ポジションＡに移動する。これら２ポジション間で移動するとき、対象物１５２はＧＣＩＢ１２８を通ってスキャン処理され、両端でＧＣＩＢ１２８の通路から完全に外れる（オーバースキャン）。図１では明示されないが、同様なスキャニングとオーバースキャンが（典型的には）直交Ｘスキャン動作２０８方向（紙面に垂直）で実行される。
【００１４】
ビーム電流センサー２１８はＧＣＩＢ１２８の通路内で対象物ホルダー１５０の後ろに設置され、対象物ホルダー１５０がＧＣＩＢ１２８の通路を外れてスキャン処理されるとき、ＧＣＩＢ１２８のサンプルを受信する。ビーム電流センサー２１８は典型的にはファラディカップ等であり、ビーム進入口以外は閉じており、真空容器１０２の壁に電気絶縁マウント２１２で固定されている。
【００１５】
マイコンベースのコントローラーのような、コントローラー２２０はＸスキャンアクチュエータ２０２とＹスキャンアクチュエータ２０４とに電気ケーブル２１６を介して接続され、Ｘスキャンアクチュエータ２０２とＹスキャンアクチュエータ２０４とを制御し、対象物１５２をＧＣＩＢ１２８光路の内外に設置し、対象物１５２をＧＣＩＢ１２８に対して均質にスキャンし、ＧＣＩＢ１２８による対象物１５２の均質な処理を達成する。コントローラー２２０はリード線２１４を介してビーム電流センサー２１８で収集されたサンプルビーム電流を受信し、ＧＣＩＢをモニターして所望のスキャンがされたとき、ＧＣＩＢ１２８から対象物１５２を外すことで対象物１５２によって受容されるＧＣＩＢ量を制御する。
【００１６】
イオナイザ１２２は通常高電圧ＶＡＣＣで操作され、それは数十ｋＶ程度である。イオナイザ１２２から接地または他の構造に対して起きる高電圧アークは、真空領域での瞬間的高圧や、絶縁体表面の状態への悪影響、その他の好ましくない状態の原因となり、ＶＡＣＣが一時的に低下して十分に回復するまでに数十または数百ミリ秒の時間を必要とする。この一期間内に、イオナイザ１２２に関連する電極１４２と１４４の適切なバイアスから通常得られるレンズ効果により与えられるビーム焦点が、完全に崩壊し、ＧＣＩＢ１２８の実質的損失となる。もし対象物１５２が対象物ホルダー１５０のスキャン動作を継続すると、ほんのしばらくの間ＧＣＩＢの損失が継続される。処理が再開したとき、ちょうどアークが発生する前にビームが投射された近辺から対象物には不均一な処理が現れる。
【００１７】
図２は高電圧アークの不都合な効果を減少するために改良されたＧＣＩＢ処理装置２５０を示す。アーク抑制器２５２が加速電源１４０とイオナイザ１２２の高電圧線間に取り付けられている。通常操作の間は、アーク抑制器２５２の入力Ａと出力Ｂの間の接続が比較的低いインピーダンスに維持されている。従来の単純なアーク抑制器は、通常操作中の電流を制限しないように十分に低い抵抗であり、アーク発生により構成素子への物理的ダメージを防止するためにピーク電流を制限する十分に高い抵抗を有する、抵抗器である。より複雑には抵抗器と損失インダクタとの組み合わせが使用され、さらに複雑化すると受動回路も使用される。従来技術においていくつかの能動回路も知られている。そのような能動回路は、接地接続素子２５４との付加的接続２５６が必要となる。接地接続素子は、アーク抑制器２５２の能動素子に電力、制御信号を送る。一連の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）はドイツ国特許ＤＥ３６３０７７５Ｃ２（Ｂｅｌｋｅ）に開示されており、そのＦＥＴは、通常操作の間はオン状態で、基底基準（ground referenced）センサーがアークの発生を検出すると、接地接続素子（２５４）から制御信号が送られてＦＥＴがスイッチオフされ、アーク電流を防止し、加速電源の蓄積エネルギーの放電を減少させる。基底基準接続２５６への要求はある場合においては不利である。例えば基底基準接続を形成してアーク抑制器２５２を物理的に配置することがいつも可能で便利とは限らない。アーク抑制器２５２から接地までの接続２５６の必要性は、感度の高い回路内に一時的なＥＭＩを誘導する望ましくない短絡を与えることがある。
【００１８】
図３は改良アーク抑制回路５００を示している。パルストランスＴ１を除いて全ての部品は商業的有用な市販の電子部品から選択すればよい。Ｔ１の詳細な構造は図４に示され、巻き線、コアなどの特徴的構造は開示のものに限定されるものではない。Ｑ１とＱ３は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）装置を含み、好ましくはＩＲＧ４ＰＨ５０Ｕ型で、米国カリフォルニア州セルセグンドのインターナショナルレクティフィー（International Rectifier）社より販売されている。Ｑ２とＱ４は標準バイポーラトランジスタを含み、好ましくは２Ｎ３９０４型で、世界的に多くの企業より販売されている。過渡（トランジェント）電圧抑制回路Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、６００ワットのピーク電力、２０アンペアまたはそれ以上のピーク電流における１０〜２５Ｖの最大制限電圧を有する双方向過渡電圧抑制回路を有する。これらの過渡電圧抑制回路は、ビシェイ  セミコンダクター（Vishay Semiconductors）社からＴＲＡＮＺＯＲＢ（登録商標）の名称で市販され、米国の電機製品販売店で広く扱われており、ビシェイ社の８８３６９公報（２００２年１０月９日）に詳細が開示され、ここではその記載を引用する。ビシェイ社のＰ６ＫＥ６．８ＣＡ型とＰ６ＫＥ１５ＣＡ型は、過渡電圧抑制回路Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に好適である。特にＰ６ＫＥ１５ＣＡ型が好ましい。ＶＲ１とＶＲ２は金属酸化バリスタ（ＭＯＶ）で、米国イリノイ州６００１６、デスプレインズ、ノースウエスト  ハイウエイ、８００Ｅのリトルフューズ（Littelfuse）社から販売されているＶ６６ＬＡ５０Ａ型やＶ５７５ＬＡ４０Ａ型（より好ましいＶ５７５ＬＡ４０Ａ型）である。Ｃ２とＣ４は、普通のセラミックキャパシタで、約０．１μＦ、多重電源である。抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は好ましくは、多重電源の低インダクタンスカーボンまたはカーボンフィルム抵抗である。Ｒ１とＲ４は、約１ｋΩから１０ｋΩのほぼ等しい値を有し、好ましくは約１ｋΩである。Ｒ２とＲ５は、それぞれ１ＭΩである。Ｒ３とＲ６は、それぞれ約１ｋΩである。オプションの抵抗器Ｒ３０とＲ３１は好ましくは含まれず、含まれる場合には約１メガΩである。抑制回路５００は電源ターミナルＡと負荷ターミナルＢを有する。負荷運転のための正の電源出力を保護する場合には、電源ターミナルＡが正の電源の出力と接続され、負荷ターミナルＢは負荷と接続される。前記接続は負荷運転のための負の電源の場合には反対の接続となる。負荷は、μアンペアまたはミリアンペアの電流を流す。この電流は、電源電圧と負荷によって主に決定され、Ｒ２とＤ１、パルストランスＴ１の第一の巻き線（Ｐで示される）を通り、Ｒ５とＤ３を流れて、Ｄ１とＤ３に電位差を生じ、Ｑ３とＱ１にゲート（Ｇ）からエミッタ（Ｅ）へバイアス電圧を生成し、Ｑ１とＱ３のＩＧＢＴ装置のゲートはエミッタに対して正にバイアスされ、Ｑ１、Ｑ３のＩＧＢＴをオンにする。一旦これらのＩＧＢＴがオンになると、負荷電流がＲ１、Ｑ１（コレクタＣからエミッタＥへ）、Ｔ１（Ｐ）、Ｒ４、Ｑ３（ＣからＥへ）へ流れる。通常操作中のアーク抑制回路の一連の抵抗は、ステージの数（２つは図３に示される）によってＲ１とＲ４の値に応じて、約１ｋΩ〜１０ｋΩである。これらは好ましくは１ｋΩ（Ｒ１、Ｒ４）の抵抗器で、それらの電位降下に応じて自己バイアスする。負荷の間にアーク放電が開始されると、Ｒ１、Ｑ１、Ｒ４、Ｑ４およびＴ１（第一の巻き線Ｐ）の電流が増加する。この段階で急速な上昇はトランスＴ１（第一の巻き線Ｐ）の電圧（および電流）を誘導し、パルストランスＴ１の第二巻き線（Ｓ１、Ｓ２で示す）の電圧を上昇させる。これらの鋭い上昇信号が、Ｑ２、Ｑ４のベース（Ｂ）を通して流れ、Ｑ１、Ｑ３のゲート電流を引き下げて、ＩＧＢＴをオフにする。Ｃ２とＣ４キャパシタは、Ｔ１の第二Ｓ１、Ｓ２過渡電圧の急上昇によりトランジスタをオンにする。ＩＧＢＴのＱ１とＱ３がアークに応答してオフになると、アーク電流は、より大きな抵抗の回路Ｒ２、Ｄ１、パルストランスＴ１の初期巻き線（Ｐ）、Ｒ５、Ｄ３を流れなければならない。Ｑ１、Ｑ２が誘導する正常な抵抗に対して、Ｒ１とＲ４に選択する抵抗値に応じて、２から３桁の大きさにすることによってアーク電流をかなり制限する。トランスＴ１の二つの第二Ｓ１、Ｓ２は、ＩＧＢＴ装置Ｑ１、Ｑ２が同時にオフされることを保証する。Ｒ２とＲ５（Ｃ１とＣ３）、Ｑ１とＱ３のゲートエミッタキャパシタンスの組み合わせは、Ｑ１とＱ３のオン特性の短い遅延を生み出し、Ｑ１とＱ３を０．２５〜４ミリ秒（好適な部品および設定によれば典型的には約１ミリ秒）間オフが保持され、Ｑ１とＱ３がオンになる前にアークが消滅される。この遅れは、ある制限内で、配置される部品の特性および値を選択することにより調整できる。Ｄ１〜Ｄ４はトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートとベースを保護する。Ｑ１、Ｑ３はＩＧＢＴであり、好適なＦＥＴは、好適な回路調整を有するＩＧＢＴ装置の代用にされうることが、当業者であれば容易に理解できるであろう。
【００１９】
また用いられるパルストランスＴ１も、当業者であれば、光アイソレータが、好適な回路調整を有するパルストランスＴ１の代用にされ得ることが容易に理解できるであろう。アーク状態の間に、示された各回路は、ターミナルＡからＢが約３．３５ｋＶで確実に操作することができる。
【００２０】
図４は、トランスＴ１の典型的な巻き線状態の概略を示した図である。トランスＴ１はそれぞれの巻き線数は（第一のＰおよび第二のＳ１とＳ２）約１２回であり、フェライトコア６０２に巻き付けられている。好ましい具体例では、トランスＴ１は、第一の巻き線Ｐが約７回、第二の巻き線Ｓ１、Ｓ２が約１２回である。パルストランスＴ１のフェライトコア６０２は好ましくはFair-Rite（Fair-Rite Products Corp．米国ニューヨーク州１２５８９−０２８８、ウォールキル、ワンコマーシャルロウ、P.O. Box J）、２６７３００２４０２型または同等のフェライトトロイドである。
【００２１】
図５は、図３に示す２段階回路５００を３個接続した回路６２０を示した。そのような具体例は６のＩＧＢＴを含み、電源ターミナルＡから負荷ターミナルＢが、１０ｋＶまたはそれ以上で確実に操作することができる。そのような構造において、直列に接続した回路が、低抵抗電気回路を与える第一の操作状態から比較的高い抵抗の電気回路を与える第二の操作状態へと、実質的に連続的に動く。従って、同じ電流が様々なサブ回路内のすべてのトランスＴ１の第一次を流れる。小さな部品の変化は、個々の直列回路のしきい値におけるわずかな変化に帰着するかもしれず、前記ステージのスイッチングタイムのミリ秒オーダーの過渡の相違は存在するかもしれないことが理解されるべきである。そのような場合、高い抵抗状態のままのステージが、ＶＲ１とＶＲ２の金属酸化バリスタにより損傷から保護されているのである。
【００２２】
図６は、図５の回路６２０を直列に３個接続したアーク抑制回路６４０を示した。そのような具体例は、１８のＩＧＢＴを含み、電源ターミナルＡから負荷ターミナルＢが、３０ｋＶまたはそれ以上で確実に操作することができる。従来の高電圧化および構築技術を用いる付加的ステージの直列接続は、全ステージ３６で少なくとも６０ｋＶに対して効果があるということが分かる。このようなステージの付加的直列接続を使用することまたは、より高電圧の定格部品を使用することにより、少なくとも２００ｋＶの電源が、本発明のアーク抑制技術および回路によって確実に保護されることが期待される。
【００２３】
図７は、典型的な３０ｋＶの高電圧電源６６２がアーク抑制回路６４０を通って負荷６６４を操作する回路６６０を示す。調整可能なスパークギャップ６６６はアーク放電のトリガーとなりうる。高電圧電源６６２において、電源の蓄積エネルギーは、キャパシタＣで表される。アーク放電がスパークギャップ６６６で発生するとき、アーク抑制器はそれぞれのアークを数ミリ秒以内に抑制し、キャパシタＣの電荷の急速な低下を防止する。また、ミリ秒以内に通常の操作を再開するための高電圧電源に回復する。
【００２４】
図８は、高電圧アークの不都合な効果を減少させるために本発明による改良を含むＧＣＩＢ処理装置７００を示す。アーク抑制器７０２は、加速電源１４０とイオナイザ１２２の間に高電圧リード線により取り付けられている。加速電源は約４０ｋＶで操作される。アーク抑制器７０２は全２４のＩＧＢＴステージ（図３に示す回路５００を１２個直列接続）を有する。ＧＣＩＢ処理装置の操作中に、イオナイザ１２２の不要なアークが発生した時、アーク抑制器７０２は素早くアークを終了させ、加速電源１４０の蓄積エネルギーを急減させない。図９および１０はアーク抑制器７０２を有するもしくは具備しない操作状態を示す。
【００２５】
図９は、アークトランジェントの間に加速電源１４０の出力を測定し、電圧と電流の変化を示すグラフである。このデータは、アーク抑制器７０２の利益が得られない状態で測定した。１１ミリ秒後の電圧ＶＡｃｃは所望の電圧４０ｋＶに対して６０％の回復しか得られなかった。数十ミリ秒後に完全に回復している。
【００２６】
図１０は、アーク抑制器７０２を含むＧＣＩＢ処理システム７００の、電圧と電流の変化を示すグラフである。アークトランジェント発生から２ミリ秒以内に通常の電圧、電流値に回復している。これは、アークを素早く防止し、抑制されたアーク期間内の加速電源１４０の蓄積電荷の放出を抑えた効果による。
【００２７】
本発明では前記回路がある特徴的構成素子を採用する旨述べられているが、同様の部品または改良された規格部品を使用することによって本発明の趣旨の範囲内で他の多様な更なる具体化が可能であることが認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明の理解のために、詳細な説明とともに以下の図面を参照してその助けとする。
【図１】図１は従来のＧＣＩＢ処理装置１００の概略図である。
【図２】図２は高電圧アークの不都合な効果を減少させるための改良を従来のＧＣＩＢ処理装置２５０に用いた概略図である。
【図３】図３はアーク抑制回路５００の概略図である。
【図４】図４は本発明の一実施例によるトランスＴ１の巻き線状態を示す図である。
【図５】図５は図３に示す回路５００のような３−２段回路の接続を含む回路６２０を示す図である。
【図６】図６は図５に示す回路６２０のような３段回路の接続を含む回路６４０を示す図である。
【図７】図７は例えば３０ｋＶの高圧電源６６２を本発明のアーク抑制器を通して負荷６６４を実行する状態を示す図である。
【図８】図８は高電圧アークの不都合な効果を減少させるための本発明の改良を含むＧＣＩＢ処理装置７００を示す図である。
【図９】図９は短期アークの間の加速電源の出力において得られる、本発明の一具体例であるアーク抑制器を用いないＧＣＩＢ処理システムで測定された、電圧と電流の短期間の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の一具体例であるアーク抑制器を用いたＧＣＩＢ処理システムで測定された、電圧と電流の短期間の変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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