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公開番号2025132477
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024030083
出願日2024-02-29
発明の名称高周波電源装置
出願人株式会社京三製作所
代理人あいわ弁理士法人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250903BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】プラズマインピーダンスが高い条件下であっても、トランスにかかるトランス電圧Vtを抑制し、トランスの小型化、高周波電源装置の小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】本発明は、高周波電源装置が備えるトランスの2次側にLC共振回路を設ける。LC共振回路は、LC共振回路を構成するキャパシタに流れるキャパシタ電流によって、トランスの1次側のコイル以外の配線上のインダクタンスにインダクタンス電圧を発生させる。このインダクタンス電圧はトランスにかかる1次側電圧を低減させる。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
プラズマ負荷に電力を供給する高周波電源装置であって、
スイッチング電源と、
１次側に前記スイッチング電源が接続されたトランスと、
前記トランスの２次側に設けられたＬＣ共振回路と、
を備え、
前記トランスの２次巻線は、プラズマ負荷との間で閉回路を形成し、
前記ＬＣ共振回路は、前記トランスの３次巻線とキャパシタとの閉回路、又は前記トランスの２次巻線とキャパシタとの閉回路で形成され、
前記トランスの１次巻線のトランス電流は、前記プラズマ負荷に流れるプラズマ電流と、前記ＬＣ共振回路の前記キャパシタに流れるキャパシタ電流との合成電流であり、
前記トランスの１次側のトランス電圧は、前記プラズマ電流によって前記１次巻線のコイル以外の配線インダクタンスに発生する第１インダクタンス電圧と、前記プラズマ負荷に発生する負荷電圧との加算電圧から、前記キャパシタ電流によって前記配線インダクタンスに発生する第２インダクタンス電圧を減算した電圧である、
高周波電源装置。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
前記配線インダクタンスは、前記１次巻線の漏れインダクタンスであり、
前記第２インダクタンス電圧は、前記キャパシタ電流によって前記漏れインダクタンスに発生する電圧である、
請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記配線インダクタンスは、更に付加インダクタンスを備え、
前記第２インダクタンス電圧は、前記キャパシタ電流によって前記漏れインダクタンス及び前記付加インダクタンスに発生する電圧である、
請求項２に記載の高周波電源装置。
【請求項４】
前記第２インダクタンス電圧は、前記キャパシタのキャパシタンス、前記配線インダクタンスをパラメータとする、
請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項５】
前記キャパシタは、複数個のコンデンサ素子の直列回路、又は並列回路で構成される、
請求項１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、反応性ガス発生装置においてプラズマを点火、維持するために電力供給を行う高周波電源装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
イオン、遊離基、原子、分子を含有する反応性ガスは、半導体基板等のガス処理の他、多様な工業用途に用いられ、プラズマ放電によるガス励起によって生成される。プラズマは高周波電源からの電力の供給を受けたガスの誘電性結合により発生する。プラズマに点火し維持するために電力を供給する装置として特許文献１が知られている。
【０００３】
図７Ａは、プラズマに点火し維持するために電力を供給する公知の電源構成を示す回路図である。高周波電源装置１０Ａは、スイッチング電源２０と、１次巻線Ｔ
１
、磁気コア（図示していない）、及び２次巻線Ｔ
２
を備えるトランス３０と、高励起電圧をトランス３０の１次巻線Ｔ
１
に供給する直列共振回路４０を含む。直列共振回路４０は、１次巻線Ｔ
１
を共振インダクタとして用い、共振キャパシタＣ
４０
をスイッチング電源２０および１次巻線Ｔ
１
の間に直列に結合することによって形成される。スイッチング電源２０は直列共振回路４０の共振周波数近傍の周波数の励起電圧Ｖ
ｓ
を印加する。直列共振回路４０の共振電圧Ｖ
ｒｅｓ
はトランス３０の１次巻線間に印加される。
【０００４】
図７Ｂは、プラズマに点火し維持するために電力を供給する他の公知の電源構成を示す回路図である。高周波電源装置１０Ｂは、スイッチング電源２０と、１次巻線Ｔ
１
、磁気コア（図示していない）、及び２次巻線Ｔ
２
を備えているトランス３０と、高励起電圧をトランス３０の１次巻線Ｔ
１
に供給する直列共振回路４０を含む。直列共振回路４０はＬＣ回路を含み、ＬＣ回路は共振キャパシタＣ
４０
とインダクタＬ
４０
を有する。キャパシタＣ
４０
は１次巻線Ｔ
１
と並列に結合される。
【０００５】
スイッチング電源２０は、励起電圧Ｖ
ｓ
を直列共振回路４０に印加する。直列共振回路４０は共振電圧Ｖ
ｒｅｓ
をトランス３０の１次巻線Ｔ
１
に供給し、１次巻線Ｔ
１
に実質的な共振電流Ｉ
ｒｅｓ
を誘導し、プラズマに点火する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５４９０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
反応性ガス発生装置は、より多くの反応性ガスを発生させるために大流量、高圧力の条件下で使用することが求められる。このような条件下ではより多くの電力が必要となる他、圧力や流量等のパラメータにより変化するプラズマインピーダンスは、大流量、高圧力の条件下では増大する傾向にある。プラズマインピーダンスの増加は、必然的にプラズマ電圧の上昇を招き、トランスにかかる電圧が増大する。
【０００８】
図７Ｂに示す高周波電源装置１０Ｂにおいて、トランスの１次巻線Ｔ
１
と２次巻線Ｔ
２
巻数比を１：１とし、プラズマ電圧をＶ
ｐ
、プラズマ電流をＩ
ｐ
、トランス電圧をＶ
ｔ
、トランス電流をＩ
ｔ
、トランスの漏れインダクタンスをＬ
ｌｅａｋ
とする。
【０００９】
巻数比が１：１であることから、トランス電流Ｉ
ｔ
とプラズマ電流Ｉ
ｐ
との間には、Ｉｔ＝Ｉ
ｐ
の関係がある。
トランスの漏れインダクタンスＬ
ｌｅａｋ
にかかる電圧Ｖ
ｌｅａｋ
は、
Ｖ
ｌｅａｋ
＝ｊω・Ｌ
ｌｅａｋ
・Ｉ
ｐ
…（１）
で表され、
トランスにかかるトランス電圧Ｖ
ｔ
は、
Ｖ
ｔ
＝Ｖ
ｐ
＋Ｖ
ｌｅａｋ
…（２）
で表される。式（２）のトランス電圧Ｖ
ｔ
は、式（１）の電圧Ｖ
ｌｅａｋ
を適用すると、
Ｖ
ｔ
＝Ｖ
ｐ
＋ｊω・Ｖ
ｌｅａｋ
・Ｉ
ｐ
…（３）
で表される。
【００１０】
トランスの電圧上昇は、トランスのコアロスを増大させる。トランスのコアロスの増大は熱暴走を生じさせ電源損傷の要因となるため、コアロスを低減させる必要がある。コアロスを低減させる一般的な対策として以下のことが知られている。
（ａ）トランスのコアの断面積を大きくする。
（ｂ）トランスの巻線数を増大させる。
（【００１１】以降は省略されています）

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