(57)【要約】【課題】構成が簡単でかつ低コストで、エキシマランプにおける放電を検出する。【解決手段】本発明の放電検出回路は、高周波電流が供給されたエキシマランプ２が放電したか否かを検出する放電検出回路であって、高周波電流の３次高調波と同一の周波数を有するディジタル信号を生成する信号発生部１５と、エキシマランプ２に供給される高周波電流をディジタル信号に変換して出力する電流検出部１３と、信号発生部１５によって生成されたディジタル信号と、電流検出部１３により出力されるディジタル信号とに基づいて、高周波電流に含まれる３次高調波成分の値を抽出する抽出し、抽出された３次高調波成分の値と所定の閾値とを比較することによってエキシマランプ２が放電したか否かを検出し、エキシマランプ２が放電したと検出されたときに、放電有りを示す信号を出力する放電検出部１８とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流が供給された放電負荷が放電したか否かを検出する放電検出回路であって、
前記高周波電流の所定のｎ次高調波（ｎは３以上の奇数のいずれか）と同一の周波数を有するディジタル信号を生成する高調波生成手段と、
前記放電負荷に供給される高周波電流あるいは前記放電負荷に供給される高周波電流に相当する高周波電流を検出し、検出した高周波電流をディジタル信号に変換して出力する電流検出手段と、
前記高調波生成手段によって生成されたディジタル信号と、前記電流検出手段により出力されるディジタル信号とに基づいて、前記高周波電流に含まれる所定のｎ次高調波成分の値を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値と所定の閾値とを比較することによって前記放電負荷が放電したか否かを検出し、前記放電負荷が放電したと検出されたときに、放電有りを示す信号を出力する放電検出手段と、
を備えることを特徴とする、放電検出回路。
【請求項２】
前記高調波生成手段は、
前記ｎ次高調波と同一の周波数を有する正弦波ディジタル信号を生成する正弦波生成部と、
前記ｎ次高調波と同一の周波数を有する余弦波ディジタル信号を生成する余弦波生成部と、によって構成され、
前記抽出手段は、
前記電流検出手段から出力されるディジタル信号と、前記正弦波生成部によって生成された正弦波ディジタル信号とを乗算する第１乗算部と、
前記電流検出手段から出力されるディジタル信号と、前記余弦波生成部によって生成された余弦波ディジタル信号とを乗算する第２乗算部と、
前記第１乗算部の出力のうち所定の成分のみを通過させる第１フィルタ部と、
前記第２乗算部の出力のうち所定の成分のみを通過させる第２フィルタ部と、
前記第１フィルタ部の出力を二乗する第３乗算部と、
前記第２フィルタ部の出力を二乗する第４乗算部と、
前記第３乗算部の出力と前記第４乗算部の出力とを加算する加算部と、によって構成されている、請求項１に記載の放電検出回路。
【請求項３】
前記放電検出手段は、
前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値と所定の閾値とを比較し、前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値が所定の閾値以上になると、前記放電負荷が放電したと検出するように構成されている、請求項１又は２に放電検出回路。
【請求項４】
前記高調波生成手段は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）によって構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の放電検出回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の放電検出回路と、
所定あるいは所定範囲内の出力周波数を有する高周波電力を発生させ、放電負荷に高周波電力を供給する高周波電力発生手段と、
を備え、
前記放電検出回路は、
前記高周波電力発生手段の内部において、前記放電負荷に供給される高周波電流に相当する高周波電流を検出し、検出した高周波電流に基づいて、前記放電負荷が放電したか否かを検出することを特徴とする高周波電源装置。
【請求項６】
前記高周波電力発生手段から放電負荷に高周波電力が供給されたにもかかわらず、前記放電検出回路により放電有りを示す信号が出力されない場合、前記高周波電力発生手段による高周波電力の発生を停止させる電力停止手段を更に備えた、請求項５に記載の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエキシマランプのような放電負荷、又はプラズマ放電を利用するスパッタリング装置、エッチング装置、若しくはＣＤＶ装置等のような放電負荷に対して高周波電力を供給するとき、放電負荷が放電したか否かを検出する放電検出回路に関するものである。また、その放電検出回路を備えた高周波電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体やフラットパネルディスプレイ等が製造されるときのプロセスの一つとしてプラズマプロセスがある。プラズマプロセスでは、製造後のウェハの表面に付着している塵やごみ等の有機物を除去する目的でエキシマランプが用いられることがある（例えば特許文献１参照）。以下では、このエキシマランプを例にして背景技術を説明する。
【０００３】
エキシマランプは、通常、それに対して設けられる高周波電源装置から供給される高周波電力によって放電される。エキシマランプは、高周波電源装置から供給される高周波電力によって、所定の波長（例えば１７２ｎｍ）を中心とする紫外光を発するものである。
【０００４】
図５は、エキシマランプが用いられた紫外線照射装置の概略図である。この紫外線照射装置４０では、複数のエキシマランプ４１が並列配置されて筐体４２内に設けられている。筐体４２には、各エキシマランプ４１を冷却するための冷却ユニット４３が内装されている。筐体４２内には、例えば窒素ガスが注入されている。窒素ガスは、酸素による紫外線の吸収を抑えるために用いられる。各エキシマランプ４１では、同一波長の紫外光が発せられ、紫外光は、例えば石英ガラスからなる窓部材４４を介して被照射体Ｗに照射される。なお、図５では、各エキシマランプ４１に高周波電力を供給する高周波電源装置は、省略されている。また、図中、４５は窒素ガスの注入口を示し、４６は窒素ガスの排出口を示す。
【０００５】
エキシマランプ４１は、例えば中空円筒状（図５では断面を示している）に形成され、外側電極４７と内側電極４８とを有している。エキシマランプ４１は、両電極４７，４８間に例えば誘電体としての石英ガラス（図略）が対向配置され、両石英ガラスに挟まれる空間に所定の放電ガス（例えばキセノン（Ｘｅ）ガス）が充填されている。エキシマランプ４１では、両電極４７，４８間に所定の高電圧が印加されることにより、両電極４７，４８間において放電が生じて、エキシマ特有のスペクトルである紫外光を発光する。なお、エキシマランプ４１は、上述したように並設されることにより、被照射体Ｗに対して比較的大きな面積を有する平面光源となる。
【０００６】
エキシマランプ４１は、図示しない高周波電源装置から高周波電力が供給されても何らかの原因で放電しない場合がある。このような場合には、高周波電源装置からの高周波電力の供給を停止する必要がある。そのため、通常、高周波電源装置には、エキシマランプ４１が実際に放電したか否かを検出するための装置や回路が組み込まれている。
【０００７】
上記紫外線照射装置４０において、エキシマランプ４１が放電したか否かを検出するには、エキシマランプ４１の放電を検出する光センサなどを別途設けることが考えられる。しかしながら、この方法は放電検出装置を別途設ける必要があるので、紫外線照射装置４０の構成が複雑になるという問題がある。また、紫外光を検出することのできる光センサは、一般に高価であり、コストが増大するという問題点もある。
【０００８】
また、光センサを用いた放電検出装置に代えて、高周波電源装置からエキシマランプに供給される高周波の信号変化を観測することによりエキシマランプ４１が放電したか否かを検出する方法も考えられる。
【０００９】
例えば、特許文献２には、スパッタリング装置において、グローランプに供給される高周波電圧に含まれる高調波成分を検出し、この高調波成分の大きさからグローランプが放電したか否かを検出する技術が示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載される方法では、アナログ信号処理によりグローランプの放電の有無を検出するので、高周波電圧から高調波成分を検出するための高調波検出回路が別途必要になるという問題がある。また、グローランプに供給される高周波電力は比較的大きい電力であるので、高調波検出回路を高電圧又は高電流に耐えられる構成にしなければならないという問題もある。また、特許文献２に記載される方法では、高周波電圧から高調波成分を検出するためのフィルタがアナログ回路によって構成されているため、高周波電源装置の出力周波数を変化させるようにした場合、検出信号に影響が出るという問題もある。
【００１１】
【特許文献１】特許公報第２８５４２５５号
【特許文献２】特開平０８−０７４０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、構成が簡単でかつ低コストで、放電負荷における放電を検出することのできる放電検出回路を提供することを、その課題とする。また、その放電検出回路を備えた高周波電源装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
本発明の第１の側面によって提供される放電検出回路は、高周波電流が供給された放電負荷が放電したか否かを検出する放電検出回路であって、前記高周波電流の所定のｎ次高調波（ｎは３以上の奇数のいずれか）と同一の周波数を有するディジタル信号を生成する高調波生成手段と、前記放電負荷に供給される高周波電流あるいは前記放電負荷に供給される高周波電流に相当する高周波電流を検出し、検出した高周波電流をディジタル信号に変換して出力する電流検出手段と、前記高調波生成手段によって生成されたディジタル信号と、前記電流検出手段により出力されるディジタル信号とに基づいて、前記高周波電流に含まれる所定のｎ次高調波成分の値を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値と所定の閾値とを比較することによって前記放電負荷が放電したか否かを検出し、前記放電負荷が放電したと検出されたときに、放電有りを示す信号を出力する放電検出手段と、を備えることを特徴としている（請求項１）。
【００１５】
本発明によれば、高周波電流のｎ次高調波と同一の周波数を有するディジタル信号と、放電負荷（例えばエキシマランプ）に供給される高周波電流あるいはこの高周波電流に相当する高周波電流の検出信号を変換したディジタル信号とに基づいて、高周波電流に含まれるｎ次高調波成分の値を抽出する。そして、そのｎ次高調波成分の値と所定の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて放電負荷が放電したか否かを検出するようにしている。すなわち、本発明によれば、比較的高価な光センサを設けることなく、放電負荷における放電を検出することができるので、構成が簡単で低コストの放電検出回路を提供することができる。
【００１６】
好ましい実施の形態によれば、前記高調波生成手段は、前記ｎ次高調波と同一の周波数を有する正弦波ディジタル信号を生成する正弦波生成部と、前記ｎ次高調波と同一の周波数を有する余弦波ディジタル信号を生成する余弦波生成部と、によって構成され、前記抽出手段は、前記電流検出手段から出力されるディジタル信号と、前記正弦波生成部によって生成された正弦波ディジタル信号とを乗算する第１乗算部と、前記電流検出手段から出力されるディジタル信号と、前記余弦波生成部によって生成された余弦波ディジタル信号とを乗算する第２乗算部と、前記第１乗算部の出力のうち所定の成分のみを通過させる第１フィルタ部と、前記第２乗算部の出力のうち所定の成分のみを通過させる第２フィルタ部と、前記第１フィルタ部の出力を二乗する第３乗算部と、前記第２フィルタ部の出力を二乗する第４乗算部と、前記第３乗算部の出力と前記第４乗算部の出力とを加算する加算部と、によって構成されているとよい（請求項２）。
【００１７】
好ましい実施の形態によれば、前記放電検出手段は、前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値と所定の閾値とを比較し、前記抽出手段によって抽出されたｎ次高調波成分の値が所定の閾値以上になると、前記放電負荷が放電したと検出するように構成されている（請求項３）。
【００１８】
好ましい実施の形態によれば、前記高調波生成手段は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）によって構成されているとよい（請求項４）。
【００１９】
本発明の第２の側面によって提供される高周波電源装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の放電検出回路と、所定あるいは所定範囲内の出力周波数を有する高周波電力を発生させ、放電負荷に高周波電力を供給する高周波電力発生手段と、を備え、前記放電検出回路は、前記高周波電力発生手段の内部において、前記放電負荷に供給される高周波電流に相当する高周波電流を検出し、検出した高周波電流に基づいて、前記放電負荷が放電したか否かを検出することを特徴としている（請求項５）。
【００２０】
好ましい実施の形態によれば、前記高周波電力発生手段から放電負荷に高周波電力が供給されたにもかかわらず、前記放電検出回路により放電有りを示す信号が出力されない場合、前記高周波電力発生手段による高周波電力の発生を停止させる電力停止手段を更に備えるとよい（請求項６）。
【００２１】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る放電検出回路が適用される紫外線照射装置を備える洗浄システムの概略構成を示す図である。この洗浄システムは、例えば半導体やフラットパネルディスプレイ等が製造されるプラズマプロセスに組み込まれて用いられ、複数の紫外線照射装置１を備えるものである。
【００２４】
紫外線照射装置１は、例えば半導体ウェハからなる被照射体Ｗに対して紫外線を照射することにより、被照射体Ｗの表面の塵やごみ等の有機物を除去するための装置である。各紫外線照射装置１は、それぞれエキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを有している。
【００２５】
各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、通常、各高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから供給される高周波電力に基づいて放電し、各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって紫外光を、被照射体Ｗに対して照射するものである。なお、この洗浄システムにおいて紫外線照射装置１の数は、図１に示す数に限定されるものではない。
【００２６】
各高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対して所定あるいは所定範囲内の出力周波数を有する高周波電力を供給するものである。すなわち、高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、その出力周波数が固定されて出力される方式（例えば、出力周波数が２ＭＨｚ）であっても良いし、反射波電力を低減させるために、高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、その出力周波数が可変されて出力される方式（例えば、出力周波数が２ＭＨｚ±０．２ＭＨｚの範囲で可変される）であっても良い。以下の説明では、高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、出力周波数が可変されて出力される方式であるとして説明する。
【００２７】
各紫外線照射装置１は、エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが一対になって構成され、各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが複数の高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにそれぞれ対応して接続されている。
【００２８】
紫外線照射装置１は、実際には背景技術の欄で説明した図５に示す構成とされており、図１に示す各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、図５に示したように、それぞれ複数のエキシマランプ４１が並列配置された構成とされている。
【００２９】
エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから例えば波長１７２ｎｍの紫外光が発せられると、空気中の酸素に吸収されてオゾンが発生されるとともに、励起酸素原子が生成される。また、波長１７２ｎｍの紫外光は、有機物の分子結合を切断し、切断された分子に励起酸素原子が反応して、分子は二酸化炭素や水のような気体になって飛散する。この原理により、被照射体Ｗの表面に付着した有機物が除去され、被照射体Ｗは洗浄される。
【００３０】
なお、エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから発せられる波長は、充填されるガスの種類によって異なる。例えば希ガスであるキセノン（Ｘｅ）が充填される場合、中心波長は、１７２ｎｍである。また、希ガスであるクリプトン（Ｋｒ），アルゴン（Ａｒ）が充填される場合、中心波長は、それぞれ１４６ｎｍ，１２６ｎｍである。エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに充填されるガスは、上記の他に、例えばキセノン（Ｘｅ）と塩素（Ｃｌ）の混合ガス（この場合の中心波長は２２２ｎｍ）、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）の混合ガス（この場合の中心波長は３０８ｎｍ）であってもよい。
【００３１】
本発明特有の放電検出回路は、上記高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ内にそれぞれ備えられている。放電検出回路は、詳細は後述するように、各エキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが放電したか否かを検出するための回路である。
【００３２】
図２は、各高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（以下、総称するときは単に「高周波電源装置３」という。）の内部構成を示す図であり、高周波電源装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれは、同様の構成とされている。
【００３３】
高周波電源装置３は、直流電源部１１、スイッチ部１２、電流検出部１３、トランスＴ、リアクトルＬ、位相差検出部１４、信号発生部１５、周波数制御部１６、ＦＥＴ駆動部１７、及び放電検出部１８によって構成されている。高周波電源装置３には、負荷（以下、「放電負荷」という。）としてのエキシマランプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（以下、総称するときは単に「エキシマランプ２」という。）が接続されている。なお、図２は、高周波電源装置３についてエキシマランプ２に供給する高周波電力の生成に関する部分を示すものであり、図２に示す構成が高周波電源装置３の全ての構成を示すものではない。なお、高周波電源装置３の内、直流電源部１１、スイッチ部１２、電流検出部１３、トランスＴ、リアクトルＬ、位相差検出部１４、信号発生部１５、周波数制御部１６、及びＦＥＴ駆動部１７によって構成される部分は、本発明の「高周波電力発生手段」として機能するものである。
【００３４】
直流電源部１１は、図３に示すように、直流電圧Ｖｄｃを出力する直流電源２０を有し、直流電圧Ｖｄｃをスイッチ部１２に対し供給するものである。
【００３５】
スイッチ部１２は、いわゆるフルブリッジ方式として構成され、図３に示すように、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）といった半導体素子からなる第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を備えている。第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４には、逆電流防止用のダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ並列接続されている。スイッチ部１２は、ＦＥＴ駆動部１７からの第１及び第２制御信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４をオン、オフ動作させることにより、一定周期でオン、オフが繰り返される矩形波信号を出力する。なお、スイッチ部１２の構成は、フルブリッジ方式に代えて、ハーフブリッジ方式が採用されてもよい。
【００３６】
より具体的には、第１及び第４スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４は、ＦＥＴ駆動部１７からの第１制御信号Ｖ１によって同時にオン、オフ動作し、第２及び第３スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３は、ＦＥＴ駆動部１７からの第２制御信号Ｖ２によって同時にオン、オフ動作する。第１制御信号及び第２制御信号は、交互にオン、オフ動作する信号であるため、第１及び第４スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４と第２及び第３スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３とは、交互にオン、オフ動作される。第１及び第４スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４並びに第２及び第３スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３が交互にオン、オフ動作されることにより、直流電源部１１からの直流電圧Ｖｄｃが、スイッチ部１２の出力端子から矩形波状の交流電圧Ｖｉｎｖに変換されて出力される。
【００３７】
なお、スイッチ部１２の第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４が例えばＭＯＳＦＥＴによって構成されている場合、第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に並列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４に代えて、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを用いるようにしてもよい。
【００３８】
トランスＴは、スイッチ部１２とエキシマランプ２とを電気的に絶縁するとともに、スイッチ部１２におけるインピーダンスとエキシマランプ２におけるインピーダンスとの変換を行うものである。トランスＴは、その一次巻線側がスイッチ部１２に接続され、二次巻線側がエキシマランプ２に接続されている。
【００３９】
リアクトルＬは、トランスＴの二次巻線側とエキシマランプ２との間に介装されている。リアクトルＬは、エキシマランプ２に含まれる容量成分（コンデンサ成分）とともに共振回路を構成するためのものであり、この共振回路によって、スイッチ部１２から出力される矩形波状信号は正弦波状（又は余弦波状）の信号に変換される。なお、リアクトルＬはインダクタンスとして構成されてもよい。
【００４０】
電流検出部１３は、スイッチ部１２から出力される交流電圧Ｖｉｎｖに基づく、トランスＴの一次巻線側を流れる高周波電流Ｉｉｎｖを検出するものである。電流検出部１３は、例えばカレントトランスによって構成されるとともに、図示しないＡＤコンバータを備えており、検出した高周波電流ＩｉｎｖをＡＤコンバータによってアナログ−ディジタル変換する。なお、電流検出部１３は、本発明の「電流検出手段」として機能するものである。また、トランスＴの一次巻線側を流れる高周波電流Ｉｉｎｖは、エキシマランプ２に供給される高周波電流に相当する高周波電流であると見なす。
【００４１】
位相差検出部１４は、電流検出部１３で検出されディジタル信号に変換された高周波電流Ｉｉｎｖと、後述する信号発生部１５からの正弦波状の基本波及び余弦波状の基本波とを入力し、この正弦波状の基本波に対する電流の位相差を検出するものである。なお、位相差検出部１４には、予め目標の位相差である目標位相差設定値が入力される。
【００４２】
周波数制御部１６は、位相差検出部１４からの出力である位相差の値が、予め定められた上記目標位相差設定値になるように、信号発生部１５から出力される正弦波状の基本波の周波数及び余弦波状の基本波の周波数をそれぞれ制御するものである。なお、周波数制御部１６には、初期周波数として所定の値が入力される。高周波電源装置３への電源投入時には、この初期周波数に基づく周波数の値が信号発生部１５に出力される。
【００４３】
信号発生部１５は、例えばＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）によって構成されており、信号発生部１５は、可変周波数で正弦波状の基本波及び余弦波状の基本波を位相差検出部１４に出力するとともに、正弦波状の基本波をＦＥＴ駆動部１７に出力する。また、信号発生部１５は、正弦波状の３次高調波及び余弦波状の３次高調波をディジタル信号として放電検出部１８に出力する。この３次高調波の周波数は、スイッチ部１２がエキシマランプ２に対して供給する高周波電流Ｉｉｎｖの３次高調波の周波数と同一に設定されている。
【００４４】
特に、ＤＤＳは、ディジタル処理による信号制御を行うので、一定の範囲内で変化可能な所定の周波数を有する信号を正確に出力させることができるものである。例えば、ＤＤＳは、正弦波状の基本波やｎ次高調波及び余弦波状の基本波やｎ次高調波を高精度で出力させることができる。
【００４５】
より具体的には、信号発生部１５は、周波数制御部１６から出力される所定の周波数の値に基づいて、その周波数を有する基本波及び３次高調波を出力する。ここで、この基本波を数式で表すと、例えば「ｓｉｎ（２πｆｔ）（ｆは周波数を示す）」及び「ｃｏｓ（２πｆｔ）」であり、これら基本波は、位相差検出部１４に出力される。これらの基本波のうち、正弦波状信号「ｓｉｎ（２πｆｔ）」は、ＦＥＴ駆動部１７に出力される。一方、３次高調波を数式で表すと、例えば「ｓｉｎ（６πｆｔ）」及び「ｃｏｓ（６πｆｔ）」であり、これら３次高調波は、後述する放電検出部１８に出力される。なお、信号発生部１５は、本発明の「高調波生成手段」として機能するものである。
【００４６】
この高周波電源装置３では、放電検出部１８においてエキシマランプ２に供給される高周波電流Ｉｉｎｖと、信号発生部１５から出力される３次高調波とに基づいて、高周波電流Ｉｉｎｖに含まれる３次高調波成分の値を抽出し、当該３次高調波成分の値に基づいてエキシマランプ２が放電したか否かを検出するようにしている。つまり、信号発生部１５が上述したようにＤＤＳによって構成されているので、信号発生部１５からはディジタル信号の正確な３次高調波が出力される。そのため、放電検出部１８において正確なエキシマランプ２の放電検出を行うことができる。
【００４７】
ＦＥＴ駆動部１７は、信号発生部１５から出力される正弦波状の基本波に基づいて、スイッチ部１２の第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動させるための第１及び第２制御信号Ｖ１，Ｖ２を生成し、それら制御信号Ｖ１，Ｖ２を第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４に対して出力するものである。具体的には、ＦＥＴ駆動部１７は、基本波（正弦波状信号）を正方向の信号と負方向の信号とに分離し、それぞれを正方向の矩形波信号及び負方向の矩形波信号として生成し、正方向の矩形波信号を第１制御信号Ｖ１として、負方向の矩形波信号を第２制御信号Ｖ２としてそれぞれ取り扱う。もちろん、第２制御信号Ｖ２は、必要に応じて極性を反転させ、正方向の信号としてスイッチ部１２に入力される。
【００４８】
ここで、スイッチ部１２から出力される交流電圧Ｖｉｎｖの出力周波数は、ＦＥＴ駆動部１７で生成される第１及び第２制御信号Ｖ１，Ｖ２によって、すなわち、信号発生部１５からＦＥＴ駆動部１７に出力される基本波（正弦波状信号）によって、決定されることになる。したがって、周波数制御部１６が、スイッチ部１２から出力される交流電圧Ｖｉｎｖの出力周波数を制御することになる。
【００４９】
また、上記高周波電源装置３においては、スイッチ部１２における第１ないし第４スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチング損失を低減させるために、スイッチ部１２から出力される交流電圧Ｖｉｎｖと、トランスＴの一次巻線側に流れる高周波電流Ｉｉｎｖとの位相差は、可能な限り小さいことが望ましいとされる。なお、実際には、電圧位相に対する電流位相は、若干遅れ気味になることが望ましいとされる。
【００５０】
上記位相差検出部１４では、信号発生部１５からの基本波（正弦波状信号）が入力され、電流検出部１３において検出された高周波電流Ｉｉｎｖとの位相差が検出される。信号発生部１５からの基本波は、信号発生部１５、ＦＥＴ駆動部１７を通じてスイッチ部１２から出力される交流電圧Ｖｉｎｖと同じ周波数を有するため、周波数制御部１６は、精度よく位相差を制御することができる。この場合、周波数制御部１６では、スイッチ部１２、電流検出部１３のＡＤコンバータ等における信号処理の遅延時間を考慮すればよい。
【００５１】
すなわち、図示していないが、位相差検出部１４には、信号発生部１５から出力される基本波を所定時間だけ遅延させるように補正する遅延時間補正回路を有している。位相差検出部１４では、信号発生部１５から出力された基本波がまず遅延時間補正回路において遅延され、その後、遅延された基本波と電流検出部１３において検出された高周波電流Ｉｉｎｖとの位相差が検出される。
【００５２】
図４は、放電検出部１８の内部構成と放電検出部１８の周辺構成とを示す図である。放電検出部１８は、第１及び第２乗算器２１，２２と、第１及び第２ローパスフィルタ２３，２４と、第３及び第４乗算器２５，２６と、加算器２７と、比較器２８とによって構成されている。なお、比較器２８を除く放電検出部１８の構成は、本発明の「抽出手段」として機能し、比較器２８は、本発明の「放電検出手段」として機能する。
【００５３】
第１乗算器２１は、電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖと信号発生部１５からの正弦波状の３次高調波（例えば「ｓｉｎ（６πｆｔ）」）とを乗算するものである。この乗算によって、電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖのうちの３次高調波成分が、直流成分と他の周波数成分（例えば６次高調波成分）とに変換される。ここで、電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖは、例えば下式に示す数式で表される。
【００５４】
【数１】
2008084748.tif 000003
【００５５】
数式１において、｜Ｉｎ｜はｎ次高調波の電流の振幅を示し、ｔｄは例えば電流検出部１３における遅延時間を示し、θｎはｎ次高調波の電圧に対する電流の位相を示すものである。
【００５６】
なお、第１乗算器２１の出力は、例えば数式２で表される信号となる。
【００５７】
【数２】
2008084748.tif 000004
【００５８】
また、第２乗算器２２は、電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖと信号発生部１５からの余弦波状の３次高調波（例えば「ｃｏｓ（６πｆｔ）」）とを乗算するものである。この乗算によって、電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖのうちの３次高調波成分が、直流成分と他の周波数成分（例えば６次高調波成分）とに変換される。
【００５９】
なお、第２乗算器２２の出力は、例えば数式３で表される信号となる。
【００６０】
【数３】
2008084748.tif 000005
【００６１】
第１ローパスフィルタ２３は、第１乗算器２１からの出力信号のうち直流成分のみを通過させるものである。この第１ローパスフィルタ２３の出力は、例えば数式４で表される信号となる。したがって、第１ローパスフィルタ２３によって、第１乗算器２１からの出力信号における直流成分以外の成分を除去することができ、ｎ次高調波成分（この例では３次高調波成分）を直流信号として扱うことができる。
【００６２】
【数４】
2008084748.tif 000006
【００６３】
第２ローパスフィルタ２４は、第２乗算器２２からの出力信号のうち直流成分のみを通過させるものである。この第２ローパスフィルタ２４の出力は、例えば数式５で表される信号となる。したがって、第２ローパスフィルタ２４によって、第２乗算器２２からの出力信号における直流成分以外の成分を除去することができ、ｎ次高調波成分（この例では３次高調波成分）を直流信号として扱うことができる。
【００６４】
【数５】
2008084748.tif 000007
【００６５】
第３乗算器２５は、第１ローパスフィルタ２３の出力が２つ入力されることにより、第１ローパスフィルタ２３の出力を二乗するものである。第４乗算器２６は、第２ローパスフィルタ２４の出力が２つ入力されることにより、第２ローパスフィルタ２４の出力を二乗するものである。
【００６６】
加算器２７は、第３乗算器２５からの出力と第４乗算器２６からの出力とを加算するものである。加算器２７の出力は、例えば数式６で表される信号となる。すなわち、３次高調波における電流の大きさの二乗が算出される。
【００６７】
【数６】
2008084748.tif 000008
【００６８】
比較器２８は、予め定められた閾値Ｓと加算器２７の出力（３次高調波における電流の大きさの二乗）とを比較するものであり、比較された結果は、エキシマランプ２が放電したか否かを示す放電結果として用いられる。すなわち、加算器２７の出力が閾値Ｓ以上である場合、エキシマランプ２の放電がなされているとされる。
【００６９】
この放電結果は、例えばこの高周波電源装置３の電源供給を停止させるための信号として用いられる。具体的には、この高周波電源装置３では、エキシマランプ２に高周波電力を供給したにもかかわらず、比較器２８から出力されない場合、エキシマランプ２において放電が行われないと判断され、外部に異常を出力するとともに、この高周波電源装置３によるエキシマランプ２への高周波電電力の供給を停止する。
【００７０】
なお、上記実施形態では、放電検出部１８は、スイッチ部１２とトランスＴの一次巻線との間に設けられた電流検出部１３からの出力を入力しているが、放電検出部１８は、他の電流検出部（図示略）からの出力を入力するようにしても良い。例えば、他の電流検出部は、トランスＴとエキシマランプ２との間に設けられ、エキシマランプ２に供給される高周波電流を検出する。放電検出部１８は、他の電流検出部によって検出された電流を入力するようにする。しかし、この場合、他の電流検出部は、放電負荷であるエキシマランプ２に接続されるため、高電圧又は高電流に耐えられる構成にする必要がある。
【００７１】
次に、高周波電源装置３の動作を説明する。
【００７２】
この高周波電源装置３の電源が投入されると、周波数制御部１６では、入力された初期周波数の信号が信号発生部１５に出力される。信号発生部１５では、周波数制御部１６からの周波数信号に基づく基本波（「ｓｉｎ（２πｆｔ）」及び「ｃｏｓ（２πｆｔ）」）及び３次高調波（「ｓｉｎ（６πｆｔ）」及び「ｃｏｓ（６πｆｔ）」）が生成される。信号発生部１５で生成された基本波のうち正弦波状の基本波（ｓｉｎ（２πｆｔ））は、ＦＥＴ駆動部１７に出力される。なお、ＦＥＴ駆動部１７に出力される基本波は、上記した遅延時間補正回路で遅延される前のものである。
【００７３】
ＦＥＴ駆動部１７では、信号発生部１５から出力される基本波に基づいて、スイッチ部１２に出力する第１及び第２制御信号Ｖ１，Ｖ２が生成され、スイッチ部１２に出力される。
【００７４】
スイッチ部１２では、ＦＥＴ駆動部１７から出力される第１及び第２制御信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて第１及び第４スイッチ素子Ｓ１，Ｓ４並びに第２及び第３スイッチ素子Ｓ２，Ｓ３が交互にオン、オフ動作される。
【００７５】
これにより、直流電源部１１から供給される直流電源Ｖｄｃがスイッチングされ、交流電圧ＶｉｎｖとしてトランスＴの一次巻線側に供給される。交流電圧Ｖｉｎｖは、トランスＴを介して高周波電力としてエキシマランプ２に供給される。このとき、交流電圧Ｖｉｎｖは、リアクトルＬとエキシマランプ２の容量成分とによって矩形波状の信号から正弦波状の信号に変換される。
【００７６】
また、スイッチ部１２から交流電圧ＶｉｎｖがトランスＴに供給されると、電流検出部１３では、高周波電流Ｉｉｎｖ（数式１参照）が検出される。電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖはアナログ−ディジタル変換された後、位相差検出部１４に出力され、位相差検出部１４では、アナログ−ディジタル変換された高周波電流Ｉｉｎｖと、信号発生部１５から出力され、上記した遅延時間補正回路で一定時間遅延された基本波との位相差が検出される。
【００７７】
検出された位相差は、予め入力された目標位相差設定値と比較され、比較結果が新たに周波数制御部１６に出力されて、比較結果に基づいた新たな周波数の信号が信号発生部１５に出力される。
【００７８】
電流検出部１３で検出された高周波電流Ｉｉｎｖは、位相差検出部１４に出力されるとともに、放電検出部１８にも出力される。放電検出部１８では、さらに、信号発生部１５において生成された正弦波状の３次高調波「ｓｉｎ（６πｆｔ）」及び余弦波状の３次高調波「ｃｏｓ（６πｆｔ）」が入力される。
【００７９】
電流検出部１３から出力された高周波電流Ｉｉｎｖは、第１乗算器２１において信号発生部１５からの正弦波状の３次高調波「ｓｉｎ（６πｆｔ）」と乗算される。また、第１乗算器２１の出力（数式２参照）のうち、直流成分のみが第１ローパスフィルタ２３を通過する。
【００８０】
また、電流検出部１３から出力された高周波電流Ｉｉｎｖは、第２乗算器２２において信号発生部１５からの余弦波状の３次高調波「ｃｏｓ（６πｆｔ）」と乗算される。また、第２乗算器２２の出力（数式３参照）のうち、直流成分のみが第２ローパスフィルタ２４を通過する。
【００８１】
第１ローパスフィルタ２３の出力（数式４参照）及び第２ローパスフィルタ２４の出力（数式５参照）は、第３乗算器２５及び第４乗算器２６においてそれぞれ二乗され、第３乗算器２５の出力及び第４乗算器２６の出力は、加算器２７において加算される。
【００８２】
加算器２７の出力（数式６参照）は、比較器２８の正極側端子に入力され、その負極側端子に入力される閾値Ｓと比較される。比較器２８では、加算器２７の出力が閾値Ｓより大きい場合、放電有りを示す信号として、出力端子からハイレベルの信号が出力され、加算器２７の出力が閾値Ｓより小さい場合、出力端子からローレベルの信号が出力される。もちろん、ハイレベル、ローレベルの関係が逆になるように比較器２８を構成してもよい。
【００８３】
比較器２８の出力端子は、例えば高周波電源装置３からエキシマランプ２への高周波電力の供給を停止するための供給停止装置（図示略）に接続される。この供給停止装置は、高周波電源装置３への電源供給を停止するように構成されていてもよいし、高周波電源装置３からエキシマランプ２に高周波電力が供給されないように、高周波電源装置３に指令を与えるように構成してもよい。
【００８４】
例えば、この供給停止装置では、比較器２８の出力端子からハイレベルの信号が出力されたときに、エキシマランプ２が正常に放電していると判別するが、高周波電源装置３からエキシマランプ２に高周波電力が供給されたにもかかわらず、比較器２８の出力端子からローレベルの信号が出力される場合、エキシマランプ２が放電していないと判別する。この場合に、供給停止装置は、異常と見なして、高周波電源装置３からエキシマランプ２への高周波電力の供給を停止するように動作する。
【００８５】
なお、停止装置における判別条件として、高周波電源装置３からエキシマランプ２に高周波電力が供給されてから、所定時間内（例えば２秒以内）に、比較器２８の出力端子からハイレベルの信号が出力されない場合を異常と見なす等の条件を設定してもよい。
【００８６】
以上のように、この実施形態においては、エキシマランプ２に供給される高周波電流あるいはこの高周波電流に相当する高周波電流と、信号発生部１５において生成された３次高調波とに基づいて、エキシマランプ２に供給される高周波電流に含まれる３次高調波成分の値を抽出し、抽出された３次高調波成分の値と所定の閾値と比較することにより、エキシマランプ２が放電したか否かの検出を行っている。
【００８７】
放電検出回路１８は、乗算器や加算器等比較的容易な回路で構成されるため、従来のように高価な光センサを用いなくても、エキシマランプ２における放電を容易に検出することができ、コストの低減化を図ることができる。また、信号発生部１５がＤＤＳによって構成されているため、正確な３次高調波を出力することができるとともに、ディジタル処理によって、所定の周波数成分の信号に基づいて放電検出ができるので、エキシマランプ２における放電をより正確に検出することができる。
【００８８】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、３次高調波に基づいてエキシマランプ２の放電を検出しているが、放電検出に用いられる信号は、３次高調波に限らず、奇数調波ではあればよく、すなわち３次高調波より高い高調波であればよい。例えば、５次高調波に基づいてエキシマランプ２の放電を検出した方が、放電検出に適している場合は、５次高調波を選択すればよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、放電検出回路が紫外線照射装置に適用された例を示したが、これに限らず、放電検出回路は、例えば、プラズマ放電を利用するスパッタリング装置、エッチング装置、又はＣＤＶ装置等に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る放電検出回路が適用される紫外線照射装置を有する洗浄システムの概略構成を示す図である。
【図２】高周波電源装置の内部構成を示す図である。
【図３】直流電源部及びスイッチ部の構成を示す図である。
【図４】放電検出部の内部構成と放電検出部の周辺構成とを示す図である。
【図５】従来の紫外線照射装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  紫外線照射装置
２  エキシマランプ
３  高周波電源装置
１１  直流電源部
１２  スイッチ部
１３  電流検出部
１４  位相差検出部
１５  信号発生部
１６  周波数制御部
１７  ＦＥＴ駆動部
１８  放電検出部
２１  第１乗算器
２２  第２乗算器
２３  第１ローパスフィルタ
２４  第２ローパスフィルタ
２５  第３乗算器
２６  第４乗算器
２７  加算器
２８  比較器
【図１】
2008084748.tif 000009
【図２】
2008084748.tif 000010
【図３】
2008084748.tif 000011
【図４】
2008084748.tif 000012
【図５】
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