(57)【要約】本発明は、交流電源（２）から少なくとも２つの負荷たとえばプラズマプロセスにおける負荷へ送出される電力の電力供給調整方法および電力供給調整装置に関する。本発明によれば、負荷に対する電力供給実際量が電力供給目標量と比較され、偏差が生じているならば交流電源（２）と上述の負荷の少なくとも１つとの間で電力の供給および／または取り出しによって整合される。このような方法および装置によればプラズマプロセスにおいて、電極へ送出される電力を交流電源の種類に依存することなく所定の電力供給と一致するよう調整することができる。
2006517718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源（２）から少なくとも２つの負荷たとえばプラズマプロセスにおける負荷へ送出される電力の電力供給調整方法において、
前記負荷への電力供給実際量を捕捉して、まえもって設定されている電力供給目標量と比較し、
偏差があれば負荷ごとに電力供給を整合させることを特徴とする、
電力供給調整方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
各負荷に対する電力供給の整合を、交流電源（２）と前記負荷の少なくとも１つとの間の電力の供給および／または取り出しにより行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
対称または非対称な電力供給目標量をまえもって設定することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、
負荷ごとに電力に依存する量を求めることによって電力供給実際量を捕捉することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の方法において、
前記交流電源から１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲で、たとえば５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数範囲で、交流電流を発生させることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の方法において、
前記交流電源（２）に含まれているブリッジ回路（９１）を駆動制御することにより該交流電源（２）を制御することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記ブリッジ回路（９１）のスイッチを非対称なデューティ比で駆動制御することを特徴とする方法。
【請求項８】
交流電源（２）から少なくとも２つの負荷（電極４ａ，４ｂ）たとえばプラズマプロセスにおける負荷へ送出される電力を調整する電力供給調整装置（１）において、
捕捉装置を用いて捕捉された電力供給実際量とまえもって設定されている電力供給目標量との比較から操作量を求める調整素子（６）と、
前記交流電源（２）と少なくとも１つの負荷との間に挿入接続可能であり前記操作量に基づき電力供給を調節する操作部材（５，４０，５０，６０，７０，８０）が設けられていることを特徴とする、
電力供給調整装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力供給調整装置（１）において、
前記操作部材（４０）は少なくとも１つの可制御直流電圧源（４５ａ，４５ｂ）を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８記載の電力供給調整装置（１）において、
前記操作部材（５０）は少なくとも１つの可制御オーム負荷を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電力供給調整装置（１）において、
前記操作部材（５０）は、逆並列に接続された２つのダイオード（５５ａ，５５ｂ）を介して別個に制御可能なオーム負荷を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の電力供給調整装置（１）において、
前記オーム負荷を制御可能な半導体たとえばＩＧＢＴ（５６ａ，５６ｂ）が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１項記載の電力供給調整装置（１）において、
前記操作部材（６０）は、逆並列に接続された２つのダイオード（６３ａ，６３ｂ）を介して別個にインダクタンスを制御可能なチョーク（６４ａ，６４ｂ）を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか１項記載の電力供給調整装置（１）において、
前記操作部材（７０，８０）はトランスを有しており、該トランスの１次巻線（７５ａ，８５ａ）は、交流電源（２）と負荷（電極４ｂ）との間で接続線（１０ｂ）に挿入接続可能であり、該トランスの２次巻線（７５ｂ，８５ｂ）のところに、駆動制御信号（７９ａ，７９ｂ，８６ａ，８６ｂ）により制御される回路装置が設けられており、該駆動制御信号は前記操作量から駆動制御回路装置（７１，８１）によって生成されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか１項記載の電力供給調整装置（１）において、
前記捕捉装置は電力に依存する量のための測定装置として構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項８から１５のいずれか１項記載の電力供給調整装置（１）と交流電源（２）を有することを特徴とする電力供給装置（２０）。
【請求項１７】
請求項１６記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は出力トランス（３１ａ，３１ｂ）を有しており、該トランスの出力側にはアースから電力的に導電分離された交流電圧が生じ、該交流電圧は交流成分だけから成ることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の電力供給装置（２０）において、
前記出力トランス（３１ａ，３１ｂ）は１次側で共振回路（３１ａ，３２）を有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
アーク管理回路（２３）を有しており、該アーク管理回路（２３）は操作部材（５，４０，５０，６０，７０，８０）に作用を及ぼす操作量を発生することを特徴とする装置。
【請求項２０】
少なくとも２つの負荷のための電力供給装置（２０）において、
捕捉装置により捕捉された負荷への電力供給実際量とまえもって設定された電力供給目標量との比較から操作量を求める調整素子（６）と、
制御装置（９０）により駆動制御される交流電源（２）が設けられており、
前記制御装置（９０）は前記調整素子（６）から伝達された操作量に基づき交流電源（２）を制御して、負荷（４ａ，４ｂ）への電力供給実際量が電力供給目標量と等しくなるよう交流電流の特性を変化させることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）はブリッジ回路（９１）を有することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は、前記ブリッジ回路（９１）の後段に接続された共振回路（９２）を有することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２１または２２記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は付加的に出力トランス（３１）を有することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の電力供給装置（２０）において、
前記出力トランス（３１）は空芯トランスであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から供給される電力を２つの負荷へ供給する方法および該方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
従来の技術
プラズマプロセスの場合、電極として構成されている負荷がプラズマ室に配置される。プラズマプロセスを励起するため、この電極が電力供給部の交流電圧源と接続される。電極はいわゆるターゲットと接触接続状態におかれている。ターゲットは、たとえば被覆に必要とされるベース材料から成る。この種のプラズマ被層プロセスにおいては、この材料がターゲットから剥離される。この種の装置構成の場合には通常、複数のターゲットは同種のものであり、つまりそれらのターゲットは同一の材料から成り、かつそれらは実質的に同じサイズならびに同じ構造をもっている。したがって一般にそれらのターゲットに対し、実質的に等しい電力が供給される。このようにして複数のターゲットはプラズマプロセス中、実質的に等しい速さで剥離される。ただし僅かな相違は決して排除できない。ターゲットにおいていくらかの非対称性が最初から存在する可能性があるし、あるいはプロセス中にそれが形成されてしまう可能性がある。このような非対称性によって、ターゲットのインピーダンスならびに点弧電圧ないしはバーニング電圧に差が生じてしまう可能性がある。このような差によって電力供給が異なってしまうし、消耗時間が異なってしまうことになる。この作用の結果、すでにかなり削減されてしまっているターゲットが他のターゲットよりも大きい電力を消費してしまい、したがっていっそう速く燃え尽きてしまう可能性がある。そして最終的にはこの作用によって、１つのターゲットが完全に燃え尽きてしまう一方、他のターゲットはまだ十分な材料をもっている状態が引き起こされる。このような振る舞いは非常に不都合であり、この問題点がかなり以前から知られているにもかかわらず、これまではその対策が存在しなかった。
【０００３】
課題
したがって本発明の課題は、負荷への電力供給を制御することのできる方法ならびにそのための装置を提供することにある。
【０００４】
発明の概要
本発明によればこの課題は、交流電源から少なくとも２つの負荷へ送出される電力の電力供給調整のため、第１のステップにおいて負荷への電力供給を捕捉し、第２のステップにおいて捕捉されたこの電力供給実際量をまえもって設定されている電力供給目標量と比較して、偏差があれば電力供給を整合させる方法により解決される。
【０００５】
この整合は、偏差が生じたときに交流電源と前記負荷の少なくとも１つとの間で電力を供給または取り出すことによって行われる。この方法によれば、供給される電力供給実際量に基づき電力供給を確実に行うことができる。プラズマプロセスにおいて本発明による方法を用いることで、複数の電極へ送出される電力を交流電源の形式に左右されることなく、この交流電源がまえもって設定されている電力供給と一致するよう調整することができる。択一的に上述の整合を、電力供給実際量が電力供給目標量と等しくなるよう交流電源の制御に変化を加えることによって行われる。
【０００６】
プラズマプロセスにおいて、交流電圧源のそれぞれ１つの端子に少なくとも１つの電極を接続することができる。これによれば電極は電力が供給される負荷である。
【０００７】
ここでは交流電源を、その出力側に交流電圧と交流電流を生じさせる電力源とする。この場合、電流源特性または電圧源特性または他の特性を備えた電力源とすることができ、また、電圧経過特性および電流経過特性には任意の形状をもたせることができるし、さらに直流成分を含ませることもできる。ただしたとえば、導電分離に基づき出力側自体には交流成分だけしか含まれず直流成分は生じさせないようにした交流電源も包含するものとする。直流成分を含まないこのような交流電源の場合も、電力供給実際量を電力供給目標量に整合させる目的で交流電源の制御を適用することができる。
【０００８】
この場合、まえもって設定されている電力供給目標量を対称に設定してもよいし非対称に設定してもよい。対称の電力供給目標量を設定するのか非対称の電力供給目標量を設定するのかに応じて、本発明による方法によれば交流電源から送出される電力が、負荷への電力供給実際量が電力供給目標量と一致するよう調整される。複数のターゲットに等しい長さの利用時間をもたせるようにする目的で有利であるのは、対称の電力供給目標量を設定することである。ただし、非対称の電力供給目標量を設定するのが有用となるプロセスも想定され、たとえばすでに生じてしまっている不均一な消耗に対し反作用を加える目的や、それぞれ異なる材料または構造をもつターゲットを所望どおりに剥離させる目的などが考えられる。
【０００９】
本発明による方法の１つの実施形態によれば、負荷ごとに電力に依存する量を求めることによって電力供給実際量が捕捉される。様々なやり方でこれを行うことができる。電力に依存する量はたとえば電極における温度であってもよいし、あるいは電極においてプラズマから発せされる放射であってもよい。一般には、電力に依存する量を求める目的で負荷における電流と電圧が測定される。
【００１０】
交流電源のそれぞれ１つの端子と接続されている２つの電極を用いたプラズマプロセスの場合、各電極への平均実効電力は、電極の方向へ流れる電流と電極からアースに向けて測定された電圧との積に実質的に相応する。
【００１１】
１つの有利な実施形態によれば、交流電源の周波数は１ｋＨｚ〜１ＭＨｚたとえば５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
【００１２】
さらに本発明によれば前述の課題は、調整素子と操作部材を有する以下のような電力供給調整装置によって解決される。すなわちこの装置によれば、調整素子は捕捉装置を用いて捕捉された電力供給実際量とまえもって設定された電力供給目標量との比較から操作量を求め、交流電源と少なくとも１つの負荷との間に操作部材を挿入接続可能であり、前記の操作量に基づき電力供給を調節する。ここで「挿入接続可能」とは、操作部材が交流電源に直列に接続されることを表す。交流電源と負荷との間の接続線に操作部材を挿入することによってこの装置をきわめて汎用的に利用することができ、既存の施設に追加装備することもできる。複数の接続線を１つの多芯接続線にまとめておくことができる。
【００１３】
本発明の重要な利点は、負荷に対する電力供給実際量を捕捉し、これによって電力供給を調整できるようにすることである。これらの負荷をそれぞれ、プラズマプロセスにおける少なくとも１つの電極として構成することができる。２つの端子を備えた交流電源の場合、それぞれ１つの電極を交流電源の一方の端子と接続することができる。また、複数の電極を１つの端子に接続することも可能である。これによって電力供給調整装置は、個々に電極と接続されているターゲットの消耗時間を制御することができる。
【００１４】
有利であるのは、操作部材が可制御直流電圧源を有することである。これによって、電極への電力供給を制御するためのきわめて簡単に実現可能なオプションが提供される。どの負荷に電力を供給したいのかに応じて、直流電圧源において正および負の電圧を発生させることができる。
【００１５】
このような直流電圧源に関してあらゆる任意の構成を想定可能であって、たとえば逆並列に結線された２つの直流電源も考えることができ、これらの直流電源各々自体は正の電圧だけを出力可能であって、いずれの電圧極性が必要とされるのかに応じて交互に投入される。
【００１６】
１つの別の実施形態によれば、操作部材に少なくとも１つの可制御オーム負荷をもたせることができる。この場合、電力供給の制御は少なくとも１つの負荷からの電力の取り出しによって行われる。交流電源の各端子と接続されているそれぞれ１つの電極を用いたプラズマプロセスにおいて、各電極への電力供給が電極の方向へ流れる電流と電極とアースとの間の電圧とによって決まるのであれば、挿入接続されたただ１つのオーム負荷によって電力取り出しの制御を行うことができ、その際、オーム負荷は交流電源周波数のタイミングで一方の電流方向の方が他方の電流方向よりもハイインピーダンスになるよう制御される。このためには煩雑で精密なオーム負荷の駆動制御が必要とされる。２つのオーム負荷が逆並列に結線されたダイオードを介して挿入接続され、それによって各オーム抵抗が一方の電流方向に割り当てられるように構成された装置構成であれば、煩雑さの抑えられたオーム抵抗の駆動制御しか必要とされない。
【００１７】
１つの実施形態によれば、オーム負荷は制御可能な半導体たとえばいわゆる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated-Gate-Bipolar-Transitor, ＩＧＢＴ）を有している。このような素子によれば適切な結線により、操作量を用い駆動制御回路装置を介して制御されるオーム負荷をきわめて簡単に作り出すことができる。
【００１８】
別の実施形態によれば操作部材は、逆並列に接続された２つのダイオードを介して別個にインダクタンスを制御可能なチョークを有している。これらのチョークも、電力供給実際量を電力供給目標量に整合させる目的でそれらが電力を取り出すよう制御される。
【００１９】
さらに別の実施形態によれば操作部材にトランスをもたせることができ、このトランスの１次巻線は交流電源から負荷への接続線に挿入接続可能であり、このトランスの２次巻線には操作量により調整可能な半導体素子を有する回路装置が設けられている。これらの半導体素子も、電力供給実際量を電力供給目標量に整合させる目的で電力が取り出されるよう制御される。
【００２０】
電力の供給および取り出しのための操作部材に関するさらに別の実施形態も考えられるし、既述の実施形態の組み合わせも可能であり、たとえば電力の供給も取り出しも行う実施形態も考えられる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、捕捉装置が電力に依存する量に対する測定装置として構成されている。これを様々なやり方で行うことができる。考えられる１つの測定装置は、各負荷における電圧たとえば負荷とアースとの間の電圧に対する測定装置と、負荷へ向かって流れる電流に対する測定装置と、これらによって測定された電圧と電流から負荷ごとに電力を求める乗算素子とによって構成されている。電力に依存する量を求めるためのさらに別のオプションがあり、一例にすぎないがここではそれらのオプションのうち各負荷に温度測定装置を設けることを挙げておく。
【００２２】
本発明はさらに、前述の電力供給調整装置と交流電源を有する電力供給装置によっても解決される。交流電源と電力供給調整装置が１つのユニットにまとめられる場合、同一の電流測定装置と同一の電圧測定装置を交流電源制御のためにも電力供給調整装置のためにも利用することができる。
【００２３】
１つの実施形態によれば交流電源は出力トランスを有しており、この出力トランスの出力側に、電力的にアースから導電分離された交流電圧が発生し、この交流電圧自体には交流成分しか含まれておらず直流成分はなく、この交流電圧が接続線を介して複数の負荷に供給される。出力トランスを備えた装置構成のもつ利点とは、電力供給装置出力側における交流電圧を出力トランスの巻回数の変更により負荷の要求に合わせて調節できることである。この場合、様々な適用分野に対し出力トランスを除いて同一の電力供給装置として構成することができる。また、出力トランスを互いに著しく類似したものとして構成することができる。なお、「電力的にアースから導電分離された」とは、交流電源のアースと交流電圧がプラズマ室の外では直流電気的に結合されていないことを意味し、この場合、プラズマ室を介して電力のかなりの部分が流れる。つまり「電力的にアースから導電分離」されている状態は本発明の趣旨からすると、たとえば電圧測定または電極から電荷を逃がすために、電力供給装置出力側における交流電圧源とアースがハイインピーダンスで結合されているとき、あるいは電極からアースへの導電接続がプラズマ室内で形成されているときに発生する。
【００２４】
この種の装置構成のために複数の電極へ電力を分配するのは従来は不可能であり、点弧電圧つまりは各電極への電力供給はひとりでに発生してしまい、それに対し制御を加えることは不可能であった。本発明によれば、負荷への電力供給調整をこのような電力供給のためにも行えるようになった。
【００２５】
１つの実施形態によれば、電力供給部は出力トランスの１次側に振動回路を有しており、これは一般に共振付近で作動され、いわゆる共振回路を成している。この種の交流源の効率はきわめて高い。出力トランスの１次側インダクタンスを、この共振回路のためのインダクタンスとして利用することができる。
【００２６】
電力供給装置の１つの実施形態によればこの装置はアーク管理回路を有しており、この回路は操作部材に作用を及ぼす別の操作量を発生させる。プラズマプロセスは必ずしも完全に連続的には経過しない。この場合、不純物、時間と場所に関して制限された帯電、あるいはプラズマ室内の他の不安定性ゆえに、不規則な間隔でプラズマ中の放電いわゆるアークが発生する。このようなアークによってたいていは不所望な結果が引き起こされ、たとえば急速な電流上昇ならびに電圧の落ち込みなどが発生する。その際にプラズマプロセスが妨害され、ターゲットならびにプラズマプロセスに対して望ましくない結果が引き起こされる。それゆえプラズマプロセスのための電力供給において、いわゆるアーク管理回路を用いることが知られている。アーク管理回路は、この種のアークが発生した場合の望ましくない電力供給を阻止するために用いられる。一般に電流供給は、この種のアークが識別された後にできるかぎり速く遮断され、あるいは規定の時間が経過した後、遮断される。この場合、電力供給装置、ターゲットおよび被層すべき物体を保護するためにしばしば重要となるのは、プラズマプロセスへの電力供給をできるかぎり速く阻止することである。
【００２７】
有利であるのはアーク管理回路を操作部材と接続することであり、このようにすればアーク発生時、アーク管理回路により電極への電力供給が阻止された場合に操作部材を介して常に電力を取り出すことができる。アーク管理回路から発せられる操作量は、調整素子から発せられる操作量よりも優先される。
【００２８】
さらに本発明によれば上述の課題は、以下の構成を備えた電力供給装置によって解決される。すなわちこの電力供給装置には、捕捉装置により捕捉された電力供給実際量とまえもって設定された電力供給目標量との比較から操作量を求める調整素子と、制御装置により駆動制御される交流電源が設けられており、その際に制御装置は調整素子から伝達された操作量に基づき交流電源を制御して、負荷への電力供給実際量が電力供給目標量と等しくなるよう交流電流の特性を変化させる。
【００２９】
交流電流源をたとえば、後段に共振回路が接続されたブリッジ回路とすることができる。ブリッジ回路には直流電流が供給される。ブリッジ回路が対称に駆動制御される場合、対称の交流電流と対称の交流電圧が発生し、これらをたとえば出力トランスを介して伝達することができる。この場合、出力トランスを共振回路の一部分とすることができる。
ブリッジ回路が非対称に駆動制御される場合、ブリッジ回路の回路素子は非対称のデューティ比ないしはオン／オフ比で駆動制御される。これによりたとえば、交流電圧における正の半波の期間を短く、負の半波の期間を長くすることができる。短くされた半波の振幅が長くされた半波の振幅よりもそれ相応に大きければ、直流成分のない信号が発生し、出力トランスを介してこの信号を交流電源の出力側に伝達することができる。プラズマプロセスにおける測定からわかるように、この種の非対称な信号により負荷（ターゲット）への非対称な負荷分配が生じる。このような負荷分配の非対称性は、交流電源の非対称な制御によってコントロールされる。このようにして対称および非対称な電力供給目標量に対して、電力供給実際量を電力供給目標量に整合させることができる。
【００３０】
このような非対称な駆動制御によって出力トランスに大きい電流が引き起こされ、鉄またはフェライトのコアを備えた慣用のトランスの場合にはたとえばUS 6,532,161に記載されているように、これによってコア材料の飽和が引き起こされる可能性がある。空芯トランスは鉄またはフェライトのコアを有しておらず、したがって飽和にも至らない。それゆえ空芯トランスを用いるのが有利である。
【００３１】
本発明のさらに別の特徴ならびに利点は、本発明の実施例に関する以下の説明、本発明にとって重要な詳細を描いた図面、ならびに特許請求の範囲に示されている。個々の特徴は各々それ自体単独で実現してもよいし、あるいは本発明の変形実施例において複数の特徴を任意に組み合わせて実現してもよい。
【００３２】
図面
本発明による電力供給調整ユニットの実施例が概略図として描かれており、これらについて以下で詳しく説明する。
【００３３】
図１は、電力供給調整ユニットを交流電源およびプラズマ室とともに示す図である。
【００３４】
図２は、交流電源と電力供給調整ユニットとアーク管理回路とを一体化した電力供給部とプラズマ室とを示す図である。
【００３５】
図３は、出力トランスと共振回路を備えた交流電源を示す図である。
【００３６】
図４は、制御型直流電圧源を備えた操作部材を示す図である。
【００３７】
図５は、ＩＧＢＴとして構成された２つのオーム負荷を備えた操作部材を示す図である。
【００３８】
図６は、２つの可制御チョークを備えた操作部材を示す図である。
【００３９】
図７は、２次側で短絡可能なトランスを備えた操作部材を示す図である。
【００４０】
図８は、やはり２次側で短絡可能なトランスを備えた操作部材を示す図である。
【００４１】
図９は、可制御交流電源を備えた電力供給部を示す図である。
【００４２】
図１は、電力供給調整ユニット１を交流電源２およびプラズマ室３とともに示した概略図である。この場合、交流電源は２つの接続線１０ａ，１０ｂを介して、電極４ａ，４ｂとして構成されている２つの負荷と接続されており、これらの電極はプラズマ室３内に配置されている。電力供給調整ユニット１は、３つのコンポーネントすなわち操作部材５と調整素子６と測定量捕捉素子７を有している。
操作部材５は接続線１０ｂに挿入接続されている。この操作部材５は調整素子６から接続線１１を介して操作量を受け取る。接続線１０ａ，１０ｂにおける分岐点９ａ，９ｂにおいて電圧が測定され、それぞれ１つの電圧信号が形成されるよう準備処理される。測定装置８によって接続線１０ｂにおける電流が測定され、電流信号が形成されるよう準備処理される。測定量捕捉素子７、測定装置８および分岐点９ａ，９ｂにおける電圧測定部は、負荷に対する電力供給実際量のための捕捉装置を成している。これらの測定信号から測定量捕捉素子７はそれぞれ１つの電力信号を求め、これは電極４ａ，４ｂへ供給される実効電力に相応する。電極４ａへの電力は実質的に、電極４ａまたは分岐点９ａにおいて測定された電圧とこの電極４ａの方向へ流れる電流との乗算によって得られる。同様に電極４ｂへの電力は実質的に、電極４ｂまたは分岐点９ｂにおいて測定された電圧とこの電極４ｂの方向へ流れる電流との乗算によって得られる。測定装置８により測定される電流を、正の成分と負の成分とに分けることができる。この電流における正の成分と分岐点９ａにおいて測定された電圧との乗算によって、電極４ａへ供給される実効電力が得られる。また、この電流における負の成分と分岐点９ｂにおいて測定された電圧との乗算によって、電極４ｂへ供給される実効電力が得られる。したがってそれぞれ１つの乗算素子により、電流測定信号成分と電圧測定信号とから電極各々に対する電力信号がそれぞれ計算される。これら両方の電力信号から、電極に対する電力供給実際量が求められる。これらの電力供給実際量は接続線１２を介して調整素子６へ伝達される。調整素子６は、電力供給実際量を内部の電力供給目標量と比較する。これが対称であるならば、調整素子６は両方の電極へ等しい大きさの電力が供給されるよう操作量を設定する。操作部材５は電流方向ごとに電力を供給または取り出すことができる。これについては、図４〜図８に関する説明においてそこに記載されている実施例に基づき詳しく説明する。
【００４３】
図２には電力供給部２が示されており、これには交流電源２と図１による電力供給調整ユニット１と付加的なアーク管理回路２３とが含まれている。この場合、同じコンポーネントならびに素子には図１と同じ参照符号が付されている。この実施例によれば、アーク管理回路２３が測定装置２１を介して電流を求め、分岐点２２ａ，２２ｂにおいて電圧を求める。このようにしてアーク管理回路２３はアークを識別することができる。アーク管理回路２３は接続線２５を介して交流電源２を制御するとともに、接続線２４を介して操作部材５を制御する。これによって、電極４ａ，４ｂとして構成された負荷への電力供給がアーク管理回路２３により遮断されたときに、残留している電力を操作部材５を介して取り出すことができる。
【００４４】
図３には、図１および図２における交流電源２の特別な実施形態が示されている。この交流電源２は、１次巻線３１ａと２次巻線３１ｂを備えた出力トランスと振動回路コンデンサ３２を有している。このような交流電源の交流電圧は、その出力側において直流成分を有していない。コンデンサ３２とトランス（３１ａ，３１ｂ）の１次側インダクタンスが合わさって振動回路が形成されており、これは共振付近で作動される。この種の交流電源は格別な利点を有している。トランスの２次巻線３１ｂを変化させることによって、出力電圧ならびに出力電流を負荷の要求に対し著しく容易に整合させることができる。この場合、それぞれ異なる負荷のために変化の加えられたトランスを使用すればよく、まったく新たな電流供給部を使用する必要はない。共振回路によって、高い効率の電流供給を行うことができるようになる。
【００４５】
図４〜図７には、図１に示した操作部材５の実施例が示されている。この場合、操作部材５は交流電源２とプラズマ室３との間で接続線１０ｂに挿入接続されている。
【００４６】
図４ではこの操作部材には参照符号４０が付されており、これは端子４７，４８のところで接続線１０ｂに挿入接続されている。この場合、操作部材４０は接続線４２を介して操作量を受け取り、この操作量は操作部材４０により駆動制御回路装置４１において、逆並列に結線されている調整可能な２つの直流電流供給部４５ａ，４５ｂのための駆動制御信号４６に変換される。やはり駆動制御回路装置４１から発せられるさらに別の駆動制御信号４４によって、スイッチ４３が駆動制御される。スイッチ４３によって、所望の極性を有する直流電流供給部４５ａまたは４５ｂがスイッチオンされる。このような配置構成によって電力が供給される。切換可能な２つの直流電流供給部の代わりに、極性反転器を備えた直流電流供給部あるいは２つの出力極性をもつ直流電流供給部を設けることもできる。
【００４７】
図５では操作部材には参照符号５０が付されており、これは端子５７，５８のところで接続線１０ｂに挿入接続されている。操作部材５０は接続線５２を介して操作量を受け取り、この操作量は操作部材５０により駆動制御回路装置５１において、２つのＩＧＢＴ５６ａ，５６ｂのための駆動制御信号５４ａ，５４ｂに変換される。これらのＩＧＢＴは逆並列に結線されているダイオード５５ａ，５５ｂと接続されており、この接続によって常に１つのＩＧＢＴ５６ａ，５６ｂが一方の方向のために電流を供給するようになる。ＩＧＢＴ５６ａ，５６ｂは、それらが導通接続方向でオーム負荷を成すよう駆動制御される。このようにして各電流方向を独立して制御することができる。両方の電極のうちそれぞれ一方への電力はそれらの電極の方向へ流れる電流に直接依存しているので、各電極に対する電力を独立して制御することができる。
【００４８】
図６では操作部材には参照符号６０が付されており、これは端子６７，６８のところで接続線１０ｂに挿入接続されている。操作部材６０は接続線６２を介して操作量を受け取り、この操作量は操作部材６０により駆動制御回路装置６１において、インダクタンスを制御可能な２つのチョーク６４ａ，６４ｂ用の駆動制御電流回路６５，６６のために変換される。これらのチョークは逆並列に結線されているダイオード６３ａ，６３ｂと接続されており、この接続によって常に１つのチョークが一方の方向のために電流を供給するようになる。このようにして、大きい直流成分がチョークを通って流れるようになる。これらのチョークは、それらがこの直流成分によって飽和状態で動作し、貫流する電流に対しごく僅かな抵抗作用しかもたないように設計されている。チョーク６４ａ，６４ｂそれ自体を各々制御可能なかたちで飽和状態から出すことができ、そのようにして貫流する電流に対しいっそう高い抵抗作用をもつよう、電流回路６５，６６を介してこれらのチョークのインダクタンスをバイアス磁化しておくことができる。このようにして、やはり電流方向ごとに別個に電力供給を設定することができる。
【００４９】
図７では操作部材には参照符号７０が付されており、これは端子７７，７８のところで接続線１０ｂに挿入接続されている。操作部材７０は接続線７２を介して操作量を受け取り、この操作量は操作部材７０により駆動制御回路装置７１において、逆並列に接続された２つのＩＧＢＴ７３，７４のための駆動制御信号７９ａ，７９ｂに変換される。端子７７と７８との間に、１次巻線７５ａを備えたトランスが接続されている。２次巻線７５ｂは通常の場合、ＩＧＢＴ７３，７４により短絡される。どの電流方向に電力を取り出すべきかに応じて、ＩＧＢＴ ７３が駆動制御信号７９ａによりハイインピーダンス状態におかれるか、またはＩＧＢＴ ７４が駆動制御信号７９ｂによりハイインピーダンス状態におかれる。このようにして、やはり電流方向ごとに別個に電力供給を設定することができる。
【００５０】
図８では操作部材には参照符号８０が付されており、これは端子８７，８８のところで接続線１０ｂに挿入接続されている。操作部材８０は接続線８２を介して操作量を受け取り、この操作量は操作部材８０により駆動制御回路装置８１において、回路点８９のところで結線された２つのＩＧＢＴ８４ａ，８４ｂのための駆動制御信号８６ａ、８６ｂに変換される。端子８７と８８との間に、１次巻線８５ａを備えたトランスが接続されている。２次巻線８５ｂは図７と同様、通常の場合には短絡される。ただしこの場合、ダイオード８３ａ，８３ｂを介して電流が付加的に導かれ、これらのダイオードはＩＧＢＴ８４ａ，８４ｂにおける寄生ダイオードとしてもよいし、あるいは外部のダイオードとしてもよい。駆動制御信号８６ａ、８６ｂによって、ＩＧＢＴ８４ａ，８４ｂを個別に互いに独立してハイインピーダンス状態におくことができる。このようにして、やはり電流方向ごとに別個に電力供給を設定することができる。
【００５１】
図９に示されている電力供給部２０には、直流電流の供給される交流電源２と調整素子６と測定量捕捉装置７が含まれている。この場合、同じコンポーネントならびに素子には図１〜図３と同じ参照符号が付されている。調整素子６は制御装置９０と接続されている。制御装置９０はブリッジ回路９１を駆動制御する。ブリッジ回路９１には共振回路９２が接続されており、この場合、出力トランス３１は共振回路９２の一部分を成している。捕捉装置の一部分である測定量捕捉素子７において捕捉された電力に依存する実際量が、調整素子６において目標量と比較される。調整素子６はその結果から操作量を求め、さらにこれは制御装置９０に与えられる。制御装置９０はブリッジ回路９１における個々のスイッチのオン／オフ時間ないしはデューティ比を、捕捉された電力供給実際量がまえもって定められた目標量と等しくなるよう制御する。共振回路はブリッジ回路９１の出力電圧を、正弦波形と類似した信号となるよう整形する。この信号は非対称であってもよいが、トランス３１を介して直流成分は伝送されない。
それにもかかわらず負荷４ａ，４ｂへの電力供給はそれぞれ異なる可能性があり、ブリッジ回路９１におけるスイッチを制御装置９０によりまえもって与えられた所定のデューティ比によって駆動制御することにより調整することができる。デューティ比をスイッチごとにまたはペアで異ならせて非対称にすることができ、つまりオン／オフ時間をそれぞれ異なる長さにすることができる。このようにして負荷への電力供給を、まえもって定められた電力供給目標量に整合させることができる。]
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】電力供給調整ユニットを交流電源およびプラズマ室とともに示す図
【図２】交流電源と電力供給調整ユニットとアーク管理回路とを一体化した電力供給部とプラズマ室とを示す図
【図３】出力トランスと共振回路を備えた交流電源を示す図
【図４】制御型直流電圧源を備えた操作部材を示す図
【図５】ＩＧＢＴとして構成された２つのオーム負荷を備えた操作部材を示す図
【図６】２つの可制御チョークを備えた操作部材を示す図
【図７】２次側で短絡可能なトランスを備えた操作部材を示す図
【図８】同様に２次側で短絡可能なトランスを備えた操作部材を示す図
【図９】可制御交流電源を備えた電力供給部を示す図
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月11日(2005.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの負荷たとえばプラズマプロセスにおける負荷への電力供給実際量を捕捉して、まえもって設定されている電力供給目標量と比較し、偏差があれば負荷ごとに電力供給を整合させるように構成されている、
交流電源（２）から少なくとも２つの負荷へ送出される電力の電力供給調整方法において、
前記交流電源（２）に含まれているブリッジ回路（９１）を駆動制御することにより該交流電源（２）を制御することを特徴とする電力供給調整方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
各負荷に対する電力供給の整合を、交流電源（２）と前記負荷の少なくとも１つとの間の電力の供給および／または取り出しにより行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
対称または非対称な電力供給目標量をまえもって設定することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、
負荷ごとに電力に依存する量を求めることによって電力供給実際量を捕捉することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の方法において、
前記交流電源から１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲で、たとえば５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数範囲で、交流電流を発生させることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記ブリッジ回路（９１）のスイッチを非対称なデューティ比で駆動制御することを特徴とする方法。
【請求項７】
ブリッジ回路（９１）を備えた交流電源（２）と、交流電源（２）から少なくとも２つの負荷（電極４ａ，４ｂ）たとえばプラズマプロセスにおける負荷へ送出される電力を調整する電力供給調整装置（１）が設けられている電力供給装置（２０）において、
捕捉装置を用いて捕捉された電力供給実際量とまえもって設定されている電力供給目標量との比較から操作量を求める調整素子（６）と、
前記交流電源（２）と少なくとも１つの負荷との間に挿入接続可能であり前記操作量に基づき電力供給を調節する操作部材（５，４０，５０，６０，７０，８０）が設けられていることを特徴とする、
電力供給装置。
【請求項８】
請求項７記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は出力トランス（３１ａ，３１ｂ）を有しており、該トランスの出力側にはアースから電力的に導電分離された交流電圧が生じ、該交流電圧は交流成分だけから成ることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力供給装置（２０）において、
前記出力トランス（３１ａ，３１ｂ）は１次側で共振回路（３１ａ，３２）を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
アーク管理回路（２３）を有しており、該アーク管理回路（２３）は操作部材（５，４０，５０，６０，７０，８０）に作用を及ぼす操作量を発生することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
前記操作部材（４０）は少なくとも１つの可制御直流電圧源（４５ａ，４５ｂ）を有することを特徴とする装置
【請求項１２】
請求項７から１０のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
前記操作部材（５０）は少なくとも１つの可制御オーム負荷を有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の電力供給装置（２０）において、
前記操作部材（５０）は、逆並列に接続された２つのダイオード（５５ａ，５５ｂ）を介して別個に制御可能なオーム負荷を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の電力供給装置（２０）において、
前記オーム負荷を制御可能な半導体たとえばＩＧＢＴ（５６ａ，５６ｂ）が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項７から１４のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
前記操作部材（６０）は、逆並列に接続された２つのダイオード（６３ａ，６３ｂ）を介して別個にインダクタンスを制御可能なチョーク（６４ａ，６４ｂ）を有することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項７から１５のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
前記操作部材（７０，８０）はトランスを有しており、該トランスの１次巻線（７５ａ，８５ａ）は、交流電源（２）と負荷（電極４ｂ）との間で接続線（１０ｂ）に挿入接続可能であり、該トランスの２次巻線（７５ｂ，８５ｂ）のところに、駆動制御信号（７９ａ，７９ｂ，８６ａ，８６ｂ）により制御される回路装置が設けられており、該駆動制御信号は前記操作量から駆動制御回路装置（７１，８１）によって生成されることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項７から１６のいずれか１項記載の電力供給装置（２０）において、
前記捕捉装置は電力に依存する量のための測定装置として構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
少なくとも２つの負荷のための電力供給装置（２０）において、
捕捉装置により捕捉された負荷への電力供給実際量とまえもって設定された電力供給目標量との比較から操作量を求める調整素子（６）と、
制御装置（９０）により駆動制御される交流電源（２）が設けられており、
前記制御装置（９０）は前記調整素子（６）から伝達された操作量に基づき交流電源（２）を制御して、負荷（４ａ，４ｂ）への電力供給実際量が電力供給目標量と等しくなるよう交流電流の特性を変化させ、
前記交流電源（２）はブリッジ回路（９１）を有することを特徴とする電力供給装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は、前記ブリッジ回路（９１）の後段に接続された共振回路（９２）を有することを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の電力供給装置（２０）において、
前記交流電源（２）は付加的に出力トランス（３１）を有することを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の電力供給装置（２０）において、
前記出力トランス（３１）は空芯トランスであることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
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