CN105637723A - 高频电源装置以及等离子体点火方法 - Google Patents

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Abstract

高频电源装置具备供给使等离子体点火的脉冲电力的等离子体点火工序；供给用于维持所产生的等离子体的驱动电力的驱动电力供给工序。在等离子体点火工序中，由促使点火的主脉冲和在主脉冲之前的阶段施加的比主脉冲低的电力的预脉冲构成通过点火脉冲输出动作施加的点火脉冲，保护高频电源不受反射波电力的影响并且进行等离子体的切实的点火。

Description

高频电源装置以及等离子体点火方法
技术领域
本发明涉及对等离子体等负载供给高频电力的高频电源装置以及通过供给高频电力使等离子体点火的等离子体点火方法。
背景技术
在半导体制造装置或电子设备制造装置等的等离子体处理装置、CO2激光加工机等的等离子体产生装置中，已知使用通过高频(RF)生成的等离子体。已知使用高频电源(RF电源)通过CW驱动(Continuouswave：无调变连续波)或脉冲驱动进行等离子体生成。
图24为用于说明通过高频电源(RF电源)进行等离子体负载的驱动的概要图。在图24中，从高频电源(RF电源)100输出的脉冲输出，经由匹配器101被供给至等离子体处理装置、CO2激光加工机等负载102，生成等离子体。
在通过高频电源(RF电源)的脉冲驱动进行的等离子体生成中，因断续地对等离子体负载供给脉冲输出的行波电压，所以在等离子体负载中，等离子体重复进行点亮和熄灭。
通过高频电源的脉冲驱动进行的脉冲输出是以数Hz～数百kHz重复断开状态和导通状态的高频(RF)输出。在高频(RF)输出从导通状态切换至断开状态，或从断开状态切换至导通状态时，即使等离子体的脉冲驱动状态为正常，也会过渡性地产生反射波。作为反射波的产生原因，例如有匹配器的固有振动、等离子体的点火动作等，在从高频(RF)输出从断开状态切换至导通状态的时间点开始至等离子体点火为止的期间，反射系数Γ几乎成为1(Γ≈1)而产生不匹配状态，暂时性地成为全反射状态。此时，从等离子体负载朝向高频电源产生反射波。在等离子体负载侧的过程开始时，在等离子体未点火的状态下，反射波电力一般处于增大的倾向。再者，在从导通状态切换至断开状态的时间点，直到在导通状态时间点供给的RF的能量消灭为止，残留有残留反射。
当反射波从等离子体负载返回至高频电源时，存在以下的情况：由于产生由输出电缆长度而决定的驻波，由于反射波的高电压和反射波的大电流导致高频电源所具备的RF电力放大元件损坏。
为了防止这样的由于反射波电力而导致的元件损坏，已知根据反射波的检测，使高频电源的输出(行波电力)垂下或降低。当为了保护高电源不受反射波电力的影响而降低行波电力时，向负载的施加电压变低，因此由于限定气压、气体种类的配方条件不同，存在由于等离子体的点火失败而无法进行脉冲驱动的问题。
作为使等离子体点火的结构，例如已知以下的现有技术。
(a)已知如下的结构：除了在稳定状态下对等离子体供给驱动电力的电源外，还设置用于产生放电电压的点火装置来作为等离子体点火用电源。具备点火装置的高频电源通过软启动功能，可以不需要用于保护电子元件不受全反射电力的影响的保护功能。(专利文献1)
此外，作为与等离子体点火有关的现有技术，已知以下的技术。
(b)为了即使低功率也容易点火，部分地缩短电极间距离的技术。(专利文献2)
(c)在高频电源和负载之间连接匹配器(匹配箱)，通过匹配器的预设置功能，在从断开状态转移至导通状态的等离子体点火时，从导通状态下的电力稳定供给时的匹配点挪动匹配器的匹配点，促进产生点火电压(引燃电压)。(专利文献3)
(d)将等离子体产生装置内的压力调整为容易点火的压力的技术。(专利文献4)
(e)通过使行波电力的占空比从零按顺序增加至100％，在增加平均行波电力的期间，使等离子体点火的技术。(专利文献5)
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本特开2006-185876号公报(段落[0004]、段落[0037]、段落[0046])
专利文献2：日本特开2011-134636号公报(段落[0008]、段落[0009])
专利文献3：日本特开2011-119268号公报(段落[0034]、段落[0049]、段落[0050])
专利文件4：日本特开2005-129666号公报(段落[0029])
专利文献5：国际公开2011/016266号公报(段落[0247])
发明内容
发明要解决的课题
在上述与等离子体点火有关的现有技术中存在以下的问题。
(a)在使用点火电源时，除了在稳定状态下进行电力供给的电源外，还需要另外准备点火电源，因此除了有成本增加的问题外，当进行脉冲驱动时的脉冲信号的频率变高时，点火电源无法应对高频，所以存在需要另外的点火功能的问题。
(b)在部分性地缩短电极间距离的技术中，需要部分性地提高电极的电场强度而容易放电的电极形状，除电极形状的开发需要花费成本的问题外，还存在为了使电场集中在部分性缩短后的电极之间必须考虑破坏电场的问题。
(c)在匹配器中，在通过从匹配点偏离的阻抗条件进行匹配处理的情况下，阻抗匹配所需的时间变长，所以存在不适合过程短的等离子体处理和脉冲驱动的问题，此外在点火前的等离子体阻抗与点火时的值大幅不同的情况下存在无法点火的问题。
(d)除了等离子体产生装置内的压力调整需要花费时间以外，还存在担心在等离子体处理中产生故障的问题。
(e)的平均行波电力的抑制不需要匹配电路的不必要的匹配动作，是以使等离子体负载稳定为目的(专利文献5，段落[0015])，并非以由于占空比的增加反射波也增加的等离子体负载为对象，所以并非以等离子体点火中的高频电源的保护为目的。
如上所述，在等离子体点火中，存在当为了保护高频电源不受反射波电力的影响而降低行波电力时，难以进行等离子体点火的问题，在以往针对该等离子体点火困难而提出的技术中，存在不适合于通过脉冲驱动进行的等离子体点火的问题。
在此，本发明为了解决上述现有的问题点，其目的在于，在通过脉冲驱动进行的等离子体点火中，解决当为了保护高频电源不受反射波电力的影响而降低行波电力时等离子体难以点火的问题，保护高频电源不受反射波电力的影响，并且谋求切实地进行等离子体的点火。
用于解决课题的手段
本发明鉴于上述课题，在从高频电源装置施加高频电力而使等离子体点火的等离子体点火中，高频电源装置具备：供给用于进行等离子体点火的脉冲电力的等离子体点火工序、供给用于维持所产生的等离子体的驱动电力的驱动电力供给工序，在等离子体点火的动作中，通过作为本发明的特征而具备的点火脉冲输出动作解决课题，保护高频电源不受反射波电力的影响，并且切实地进行等离子体的点火。
本发明的等离子体点火工序是在点火脉冲输出动作中，进行抑制以使在未点火时产生的平均反射波电力不会超过高频电源装置对于反射波电力的容许损失。由促进点火的主脉冲和在主脉冲的之前阶段施加的，电力比主脉冲低的预脉冲构成在点火脉冲输出动作中施加的点火脉冲，由此进行抑制使该平均反射电力在容许损失内。
可以通过构成预脉冲的脉冲输出的占空比调整预脉冲的平均电力。进行基于占空比的平均电力的调整，以使通过预脉冲生成的反射波电力成为不超过在点火脉冲输出动作中容许的电力元件的平均容许损失的程度。通过抑制点火动作时的不匹配状态下的平均反射波电力，保护高频电源不受反射波电力影响。
此外，本发明在点火脉冲输出动作中，在基于主脉冲的点火动作之前的阶段，施加电力比主脉冲低的预脉冲，由此减少提供给负载的电力来抑制平均反射波电力，并且形成容易等离子体点火的气氛，提高等离子体点火的确实性。
[高频电源装置的等离子体点火方法]
本发明的高频电源装置的等离子体点火方法是从高频电源装置施加高频电力的脉冲输出而使等离子体点火的等离子体点火方法，在等离子体点火工序中，通过时间上断续输出的脉冲输出使等离子体点火，在通过该等离子体点火工序使等离子体点火后，在等离子体驱动电力供给工序中，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力，进行等离子体维持。
等离子体点火工序具有输出用于使等离子体点火的点火脉冲的点火脉冲输出动作。在点火脉冲输出动作中输出的各点火脉冲具有：电力小于主脉冲的，在主脉冲之前的阶段输出的任意个数的预脉冲和在预脉冲后输出的初始的主脉冲。可构成为除了点火脉冲动作以外，还具有在预定时间的期间不输出点火脉冲以及驱动脉冲的输出停止动作。在具有点火脉冲输出动作和输出停止动作时，在第一次的点火脉冲输出动作后，在等离子体未点火时，重复进行输出停止动作和点火脉冲输出动作。
预脉冲是在点火脉冲输出动作中，通过在主脉冲之前的阶段施加预脉冲，形成容易使等离子体点火的气氛从而提升等离子体点火的确实性。再者，预脉冲的电力比主脉冲低，减少供给至负载的电力从而抑制平均反射波电力。
可以通过占空比调整预脉冲的电力。设定预脉冲的占空比，以使通过预脉冲的脉冲输出所产生的全反射波电力的每次点火脉冲输出动作的平均反射波电力收纳在构成高频电源装置的电力元件的每次点火脉冲输出动作的平均容许损失以内或不满平均容许损失的范围内。
在进行点火脉冲输出动作的期间内，可以任意地设定预脉冲的输出间隔。在点火脉冲输出动作内，继预脉冲之后进行1次主脉冲的脉冲输出。关于主脉冲的脉冲输出，将通过该主脉冲而产生的全反射波电力的每一点火脉冲输出动作的平均反射波电力设定为构成高频电源装置的电力元件的每次点火脉冲输出动作的平均容许损失以内或不满平均容许损失，由此可以保护电力元件不受反射波电力的影响。
在通过等离子体点火工序等离子体点火之后，转移到供给用于维持点火的等离子体的驱动电力的等离子体驱动电力供给工序。
在等离子体驱动电力供给工序中，在等离子体已点火的状态下，对等离子体负载，通过驱动脉冲或连续输出供给用于维持等离子体的驱动电力。虽然驱动脉冲的脉冲输出的占空比可以任意选定，但一般而言，选择比在点火脉冲输出动作中输出的点火脉冲的占空比的平均大的占空比。再者，通过将占空比设为100％而连续驱动来进行连续输出。
高频电源装置执行包含点火脉冲输出动作的脉冲点火工序及等离子体驱动电力供给工序的各工序来进行等离子体的点火及维持。
脉冲点火工序除了输出点火脉冲的点火脉冲动作以外，还可具备不输出点火脉冲及驱动脉冲的输出停止动作(切断动作)。在点火判定时，当判定在通过点火脉冲输出动作的点火状态下，等离子体为未点火状态时，重复进行输出停止动作和点火脉冲输出动作。重复处理的次数通过设定动作次数N来进行设定。
在点火脉冲输出动作和输出停止动作的重复中，通过设定动作次数N限制点火脉冲输出动作的次数，在将点火脉冲输出动作执行了设定动作次数N次之后，在等离子体未点火时，设为点火异常。在将点火脉冲输出动作重复进行设定动作次数N次之前，在等离子体成为点火状态时，不判定点火异常地供给驱动电力，且维持等离子体。
输出停止动作的时间幅度不限于与点火脉冲输出动作的时间幅度相同的幅度，可以任意地设定。在等离子体点火工序中，仅在点火脉冲输出动作的期间形成点火脉冲，在输出停止动作的期间停止脉冲输出。
关于输出停止动作期间的脉冲输出的停止，除了通过停止形成点火脉冲及驱动脉冲来进行以外，还可以在点火脉冲输出动作及输出停止动作的期间，持续进行点火脉冲及驱动脉冲的形成，并且在输出停止动作期间切断在该期间形成的点火脉冲及驱动脉冲的输出来进行。
[高频电源装置]
本发明的高频电源装置为施加高频电力而使等离子体点火的高频电源装置，具备用于进行高频输出的脉冲输出的脉冲输出部。
脉冲输出部具备：点火脉冲形成部和驱动脉冲形成部，该点火脉冲形成部形成通过时间上断续进行的脉冲输出来使等离子体点火的点火脉冲，驱动脉冲形成部形成在通过点火脉冲使等离子体点火后，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力的驱动脉冲。
点火脉冲形成部形成的各点火脉冲具有：电力比主脉冲小在主脉冲之前的阶段输出的任意个数的预脉冲；以及在预脉冲后输出的初始的主脉冲，在通过施加预脉冲而成为容易形成等离子体的气氛后，通过施加主脉冲来进行等离子体点火。
再者，使预脉冲的电力比主脉冲低，减少供给至负载的电力来抑制平均反射波电力。点火脉冲形成部在预脉冲的脉冲输出的电力中，使通过该脉冲输出而产生的反射电力的平均反射电力为构成高频电源的电力元件的容许损失以下或不满该容许损失。
此外，主脉冲在点火脉冲输出动作内，继预脉冲之后进行1次脉冲输出。关于主脉冲的脉冲输出，使通过该主脉冲而产生的全反射波电力的每一点火脉冲输出动作的平均反射波电力为构成高频电源装置的电力元件的每次点火脉冲输出动作的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
通过使预脉冲及未点火状态的主脉冲的电力低电力化，可以保护电力元件不受反射波电力的影响。
可以使脉冲输出部为以下结构：具备在预定时间的期间停止输出点火脉冲及驱动脉冲的输出停止部。输出停止部在施加了由点火脉冲形成部形成的点火脉冲后，在等离子体点火失败时，在预定时间的期间停止输出点火脉冲。
在脉冲输出部具备输出停止部的结构中，点火脉冲形成部和输出停止部在进行了由点火形成部形成的第一次的点火脉冲的输出后，在等离子体未点火时，重复进行基于输出停止部的点火脉冲及驱动脉冲的输出停止，和由点火脉冲形成部形成的点火脉冲的输出，多次执行脉冲点火动作来使等离子体点火。
驱动脉冲形成部在通过点火脉冲使等离子体点火后，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力。
点火脉冲形成部和输出停止部在点火脉冲输出动作和输出停止动作的重复中，通过设定动作次数限制点火脉冲输出的动作次数，在执行了设定动作次数的点火脉冲输出动作后，在等离子体未点火时停止点火动作。
点火脉冲形成部在点火脉冲的形成中，可以任意设定预脉冲的输出间隔。
输出停止部可以任意地设定停止输出的时间幅度。点火脉冲形成部仅在点火脉冲输出动作的期间形成点火脉冲，根据输出停止部的指令，在输出停止的时间幅度的期间停止形成点火脉冲及驱动脉冲，由此停止输出点火脉冲及驱动脉冲。
输出停止部可以通过其他的方式，停止点火脉冲及驱动脉冲的输出。输出停止部在输出停止中，可以相对于形成点火脉冲的时间幅度任意地设定停止输出的时间幅度，点火脉冲形成部在点火脉冲形成部形成点火脉冲的期间以及输出停止部停止输出的期间中的任意一期间，持续形成点火脉冲及驱动脉冲，在停止输出的期间，切断在该期间形成的点火脉冲及驱动脉冲的输出，由此停止点火脉冲及驱动脉冲的输出。
根据本发明，高频电源装置具备在点火脉冲输出动作中，在基于主脉冲的点火动作之前的阶段施加电力比主脉冲低的预脉冲，降低供给至负载的电力从而抑制平均反射波电力，保护高频电源不受反射波电力的影响的功能，并且形成等离子体容易点火的气氛来提升等离子体点火的确实性，不需要点火电源装置可以进行点火。
具备调整在等离子体点火动作中供给的脉冲电力的占空比，通过设定脉冲数规定在点火脉冲期间内输出的脉冲输出的脉冲数，由此将在点火脉冲期间产生的反射波电力的每次点火动作期间的平均反射波电力抑制在容许损失内，从而保护高频电源不受反射波电力的影响的功能，不需要点火电源装置可进行点火。
通过对点火前的等离子体负载供给低电力的点火脉冲，在点火脉冲期间，在不超过等离子体电源装置对于反射波电力的容许损失的状态下施加由于等离子体未点火而产生的反射电力，由此形成等离子体点火的气氛，之后通过主脉冲使等离子体点火，在等离子体点火后转移到驱动电力供给动作。
在等离子体点火动作中，在没有点火时，通过重复进行点火动作的工序来促进点火。
本发明的高频电源装置的动作不仅在运转开始时适用，即使在运转中由于等离子体负载的异常等而发生电源切断后重新启动时也可适用。
发明的效果
如以上所述，通过本发明的高频电源装置的等离子体点火方法及高频电源装置，可保护高频电源不受反射波电力的影响，并且谋求等离子体的切实点火。
附图说明
图1为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的概要的结构图。
图2为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的概要的信号图。
图3为用于说明本发明的高频电源装置的概要构成的信号图。
图4为用于说明本发明的高频电源装置的概要构成的构成图。
图5为用于说明本发明的高频电源装置具备的电力控制部的概要构成的构成图。
图6为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的流程图。
图7为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的构成图。
图8为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图9为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图10为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图11为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图12为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图13为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图14为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第1动作例的信号图。
图15为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第2动作例的流程图。
图16为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第2动作例的信号图。
图17为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第2动作例的信号图。
图18为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的第2动作例的信号图。
图19为用于说明在点火动作期间中应用了软启动时的信号图。
图20为表示本发明的点火状态判定的概要构成的图示。
图21为用于说明点火状态下的低频模式和高频模式的信号图。
图22为用于说明未点火状态下的低频模式和高频模式的信号图。
图23为用于说明本发明的点火状态判定的概要工序的流程图。
图24为用于说明通过高频电源(RF电源)进行的等离子体负载的驱动的概要图。
具体实施方式
以下，针对本发眀的实施方式，一面参考附图一面予以详细说明。
以下，针对本发明的高频电源装置的等离子体点火，使用图1～图3，说明概要动作，使用图4说明高频电源装置的概要构成，并使用图5说明高频电源装置所具备的电力控制部的概要构成。图6～图18为用于说明本发明的高频电源装置的等离子体点火的两个动作例的流程图及信号图。图6～图14表示在点火动作期间结束时判定点火状态，重复设定点火动作次数的点火动作期间的动作的例子，图15～图18表示在点火动作期间内判定点火状态，重复设定点火动作次数的点火动作期间的动作的例子。图19用于说明在点火动作期间应用了软启动的情况，图20～23用于说明判定点火状态的一构成例。
在本发明的高频电源装置的等离子体生成动作中，作为高频电源装置输出的脉冲输出，具备在点火脉冲输出工序中使等离子体点火的脉冲输出的点火脉冲、以及在等离子体驱动电力供给工序中在等离子体点火后稳定地生成等离子体的驱动脉冲。点火脉冲的脉冲输出包含主脉冲和在主脉冲之前的阶段输出的预脉冲。
[高频电源装置的等离子体点火的概要动作]
对于半导体制造装置、电子设备制造装置等的等离子体处理装置或者CO2激光加工机等的等离子体产生装置的等离子体负载，从高频电源(RF电源)装置通过脉冲驱动供给高频输出(RF输出)。根据控制信号来控制脉冲驱动，该控制信号根据预定周期的脉冲信号进行导通/断开，在导通时间内对负载供给高频电力，在断开时间内停止供给高频电力，根据导通/断开的占空比(时间比例)控制供给至负载的电力。脉冲驱动的控制由电力控制部来进行。可以根据向等离子体负载供给的高频输出(RF输出)的频率，设定脉冲驱动的脉冲信号的周期。
在通过高频电源(RF电源)装置的等离子体负载的脉冲驱动中，关于等离子体负载的等离子体点火状态的判定，可在高频电源(RF电源)和等离子体负载之间连接功率传感器，通过该功率传感器，检测从高频电源(RF电源)装置向等离子体负载的行波电力的电压(行波电压Vf)和从等离子体负载返回至高频电源(RF电源)装置的反射波电力的电压(反射波电压Vr)，由此来进行上述等离子体负载的等离子体点火状态的判定。
高频电源装置的电力控制部根据由功率传感器检测出的行波电压Vf和反射波电压Vr来控制脉冲驱动。例如，在等离子体为正常点火状态时，根据由功率传感器检测出的行波电压Vf控制占空比，以使行波电压Vf成为预定电压。另一方面，在等离子体为异常状态时，电力控制部除了进行使高频输出垂下的控制外，还可通过进行使输出暂时停止的控制，来防止高频电源装置受到反射波电力的损伤。
图1～图3表示从高频电源装置施加高频电力而使等离子体点火时的动作。(SA)～(SC)、(SA1a)、(SA1b)、(SA2)、(SA3)等符号表示图1～图3所示的各动作。图2(a)表示点火脉冲期间及输出停止期间的动作状态下的脉冲输出的占空比，图2(b)表示脉冲输出，图2(d)表示反射波，图2(e)表示点火判定。
图2表示在未点火状态后成为点火状态的情况，图3表示在将点火脉冲输出动作工序重复N次后未进行离子体点火而成为未点火状态，根据未点火状态的判定检测为异常状态的情况。
本发明的高频电源装置在对等离子体负载的电力供给中，通过等离子体点火工序(SA)进行等离子体点火，通过等离子体驱动电力供给工序(SB)对已点火的等离子体供给驱动电力来维持等离子体。在点火异常时，通过点火异常处理工序(SC)停止电力供给和表示异常。等离子体点火异常处理工序(SC)并不限于等离子体点火工序(SA)，还可在等离子体驱动电力供给工序(SB)的工序中应用。
等离子体点火工序(SA)包含脉冲点火工序(SA1)、点火判定工序(SA2)和动作次数判定工序(SA3)。脉冲点火工序(SA1)具备：作为使等离子体点火的点火脉冲施加时间上断续地输出高频电力的脉冲输出的脉冲点火输出动作(SA1a)；以及停止点火脉冲的输出的输出停止动作(SA1b)。点火脉冲输出动作(SA1a)在点火脉冲期间输出点火脉冲，输出停止工序(SA1b)在输出停止期间停止输出点火脉冲及驱动脉冲，不对负载进行脉冲输出(图2(b))。在图2(b)所示的脉冲输出中，点火脉冲输出动作(SA1a)中的主脉冲的脉冲宽小于驱动脉冲的脉冲宽。在图中，以实线表示主脉冲，以虚线表示相当于驱动脉冲的脉冲。再者，同样地在图2(b)中，输出停止动作(切断动作)(SA1b)中的以虚线表示的脉冲，表示输出停止的状态的驱动脉冲。以下，在图8～14、16、18～19中，点火脉冲输出动作及输出停止动作(切断动作)中的实线及虚线与图2(b)相同，表示主脉冲及驱动脉冲。
在等离子体点火工序(SA)中，点火脉冲输出动作(SA1a)在点火脉冲期间内输出的点火脉冲，将以特定的占空比断续输出的高频电力作为一个脉冲输出，具备预脉冲及主脉冲。预脉冲为比主脉冲低的电力，在主脉冲之前阶段输出。预脉冲及主脉冲的电力可以通过脉冲输出的占空比(图2(a))进行调整。
预脉冲可以由在点火脉冲期间内预定的设定脉冲数n的脉冲输出构成。设定脉冲数n可以任意设定，各预脉冲的输出周期也可以任意设定。
预脉冲的设定脉冲数n可以设为0以上。作为设定脉冲数n设定了“0”时，在点火脉冲期间内输出的点火脉冲仅为一个主脉冲。关于主脉冲，除设为与在等离子体驱动电力供给工序(SB)中输出的驱动脉冲相同的电力外，若在反射波电力不会损伤电力元件的范围内，也可以设为比驱动脉冲大的电力。主脉冲及驱动脉冲的电力与预脉冲同样地可以通过脉冲输出的占空比来调整。
在作为设定脉冲数n设定了“1”时，输出一个预脉冲和一个主脉冲作为点火脉冲。在作为设定脉冲数n设定了“2”以上的脉冲数时，输出多个预脉冲和一个主脉冲作为点火脉冲。
设定构成点火脉冲的预脉冲及主脉冲的占空比，从而使通过设定脉冲数n的脉冲输出而产生的全反射电力的每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件在每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失，由此可以防止由于反射波电力导致的电力元件的损伤，并且使等离子体点火变得容易。
平均反射波电力是通过在点火脉冲期间内输出的脉冲输出而产生的反射波电力的点火脉冲期间内的平均。平均反射波电力与占空比的增减成正比关系，占空比若变大，平均反射波电力也变大，若占空比变小，平均反射波电力也变小。
平均损失是通过在点火脉冲期间内输出的脉冲输出而产生的高频电源装置所具备的高频电力元件的损失大小在点火脉冲期间内的损失的平均，平均容许损失为高频电力元件能容许的平均损失。
在平均反射波电力超过平均容许损失时，有可能高频电源装置由于反射波电力而损坏。通过根据占空比设定成平均反射波电力在平均容许损失以内或小于平均容许损失，在点火脉冲期间的点火脉冲输出动作中，可以防止由于在未点火状态下所产生的反射波电力，导致高频电源装置的电力元件损伤的情况。
关于本发明，作为点火脉冲期间的点火脉冲输出动作的结果，在判定等离子体为未点火状态的时，在点火脉冲期间后续的输出停止期间(切断期间)停止点火脉冲及驱动脉冲的输出。通过继该点火脉冲期间之后设置输出停止期间(切断期间)，可以以点火脉冲期间为单位进行点火动作，因此可以避免连续输出脉冲输出时，由于反射波电力累积而超过容许损失而导致高频电源装置的电力元件损坏的情况。
关于进行输出停止动作(切断动作)(SA1b)的输出停止期间(切断期间)除设置与点火脉冲期间相同的时间幅度外，也可以设为任意的时间幅度。切断动作是在切断期间也与点火脉冲期间相同地形成预脉冲及主脉冲，将形成的预脉冲及主脉冲的输出切断，并且切断在该期间形成的驱动脉冲的输出的动作，或是在切断期间停止形成预脉冲、主脉冲及驱动脉冲的动作，由此停止对负载施加点火脉冲。
关于通过点火脉冲输出动作有无点火，例如可以通过脉冲的反射波来判定。在判定等离子体为点火状态时(SA2)(图2(d))的点火判定的第2次判定时，从等离子体点火工序(SA)移至等离子体驱动电力供给工序(SB)，对等离子体负载输出驱动脉冲，供给用于维持等离子体的等离子体驱动电力。在等离子体驱动电力供给工序(SB)中，根据从等离子体负载返回至高频电源装置侧的反射波电压，进行占空比控制，由此控制等离子体驱动电力。
在点火判定中，当判定在点火脉冲输出动作(SA1a)中等离子体为未点火状态时(SA2)(图2(d))的未点火状态下，通过输出停止动作切断点火脉冲以及驱动脉冲的输出(SA1b)，之后再次进行点火脉冲输出动作(SA1a)。可以根据再次进行的点火脉冲的内主脉冲产生的反射波(图2(c))的电力进行点火判定。
重复执行点火脉冲输出动作(SA1a)和输出停止动作(SA1b)，并且关于点火脉冲输出动作的次数最大执行设定动作次数N(SA2)(图3(b)、(c))。作为设定动作次数N的点火动作的结果在判定为连续未点火状态时(图3(b))，结束等离子体点火工序(SA)，并输出等离子体点火异常(SC)(图3(c))。
关于在等离子体驱动电力供给工序(SB)中维持等离子体的驱动电力的供给，可以设为将大于点火脉冲期间内的点火脉冲的占空比平均的占空比的脉冲输出当作驱动脉冲而予以输出的脉冲驱动，或是可以设为输出相当于100％的占空比的连续输出的连续驱动，根据等离子体的点火状态的判定结果，对等离子体点火的等离子体负载，以驱动脉冲的方式或者以连续输出的方式施加用于维持等离子体的驱动电力。
以下的表概要性地表示上述等离子体点火的概要动作中的点火动作、电火判定及驱动电力供给动作的关系。
[表1]
在上述表中，在预脉冲的设定脉冲数n为“0”的时，将一个主脉冲当作点火脉冲而予以输出，在设定脉冲数n为“1以上”时，将n个预脉冲和一个主脉冲当作点火脉冲而予以输出。在点火脉冲的点火判定中，在判定等离子体为点火状态时，输出驱动脉冲来供给驱动电力。另外，在点火脉冲的点火判定中，判定等离子体为未点火状态时，重复输出停止和再点火，在即使通过设定动作次数N的点火动作等离子体也未点火时，不用进行再点火而进行异常处理。
[高频电源装置的概要结构]
图4说明本发明的高频电源装置的一结构的概要。高频电源装置1具备用于输出脉冲输出的高频输出的高频输出部2，经由对阻抗进行匹配的匹配器101对负载102输出高频输出。负载102可以设为例如在腔室内生成的等离子体负载。
高频输出部2具备脉冲输出部20，通过脉冲驱动供给高频输出(RF输出)。脉冲驱动根据基于预定周期的脉冲信号而导通/断开的控制信号进行控制，在导通时间内对负载供给高频电力，并在断开时间内停止高频电力的供给，根据导通/断开的占空比(时间比率)控制供给至负载的电力。脉冲驱动的控制通过电力控制部3进行。
高频输出可以通过对直流电力进行脉冲调制而生成。直流电力除从直流电源取得外，可以对交流电力进行AC/DC转换而取得。高频输出部2和负载102之间的电力的移动双向进行，从高频输出部2向负载102供给行波电力，从负载102向高频输出部2返回反射波电力。通过该行波电力和反射波电力的差额，从高频输出部2向负载102供给负载电力。
高频电源装置1具备控制高频输出部2的高频输出的电力控制部，及控制电力控制部3进行的占空比控制的占空比的占空比控制部4，来作为生成高频的一般结构。再者，高频电源装置1除上述构成外，还具备检测行波电力的行波电力检测部6、检测反射波电力的反射波电力检测部7、将行波电力和反射波电力分离来取出的方向性耦合器5。
方向性耦合器5分离行波电力和反射波电力，对行波电力检测部6输入行波电力，并将反射波电力输入至反射波电力检测部7。占空比控制部4根据从反射波电力检测器部7输入的反射波电力，控制占空比。电力控制部3根据从行波电力检测部6输入的行波电力以及从占空比控制部4输入的控制信号，对高频输出部2进行占空比控制。
本发明的高频电源装置1具备点火判定部10以作为判定等离子体点火的点火状态的结构，占空比控制部4根据点火判定部10判定的判定结果，进行占空比控制，继续进行等离子体点火动作或从等离子体点火动作向等离子体驱动电力供给动作转移。再者，脉冲输出部20根据点火判定部10判定的点火或未点火的判定结果，进行从脉冲点火动作向处理停止动作或等离子体驱动电力供给工序的动作切换。
图5为用于说明本发明的高频电源装置1所具备的电力控制部的一构成例的概要图。电力控制部3可以构成为具备平均行波电力控制部3a、峰值行波电力控制部3b及平均处理部3c。
平均处理部3c从行波电力检测部6检测出的峰值行波电力求出平均行波电力，将所求出的平均行波电力反馈至平均行波电力控制部3a。
行波电力检测部6将所检测出的峰值行波电力值送至峰值行波电力控制部3b，并且将所检测出的峰值行波电力值送至平均处理部3c。平均处理部3c将所求出的平均行波电力送至平均行波电力控制部3a。
反射波电力检测部7将所检测出的峰值反射波电力值送至占空比控制部4，占空比控制部4对应于反射波电力的变动，变更在平均行波电力控制部3a进行的占空比控制的占空比。
平均行波电力控制部3a将来自平均处理部3c的平均行波电力值当作反馈值而与平均行波电力指令值做比较，进行占空比控制以使平均行波电力值成为平均行波电力指令值。
平均行波电力控制部3a在一般状态下将占空比(导通占空比Don)设为100％进行连续输出控制，并通过从占空比控制部4送出的控制信号调整占空比控制，对连续输出控制和脉冲输出控制进行切换。在此，连续输出控制是在占空比控制中将占空比(导通占空比Don)设为100％的控制形态，脉冲输出控制是在占空比控制中，以较100％小的值作为占空比(导通占空比Don)的控制方式。
该占空比控制的调整例如通过在峰值反射波电力增加时，将占空比(导通占空比Don)从100％切换至小于100％的预定值，由此从连续输出控制切换至脉冲输出控制，由此可以抑制平均反射波电力来保护电源。在该占空比控制的调整中，因峰值行波电力被控制成恒定，因此匹配器101的匹配动作成为稳定，向腔室的电力注入稳定。
以下，针对高频电源装置的电火动作的动作例，针对使等离子体的电火状态的判定时期不同的第1动作例和第2动作例予以说明。
第1动作例是通过主脉冲的反射波进行等离子体的点火判定的例子，在通过主脉冲的反射波判定等离子体处于点火状态时，移至等离子体电力供给工序而输出驱动脉冲，在判定等离子体处于未点火状态时，移至输出停止动作，之后再次进行脉冲点火工序，在点火脉冲输出动作的执行次数达到预定的设定动作次数N时进行异常处理。
第2动作例是通过预脉冲及主脉冲的反射波进行等离子体的点火判定的例子，在通过预脉冲的反射波判定点等离子体处于点火状态时，不等待主脉冲的输出，移至等离子体电力供给工序来输出驱动脉冲，在判定等离子体处于未点火状态时，移至输出停止动作，之后再次进行脉冲点火工序，在点火脉冲输出动作的执行次数达到预定的设定动作次数N时进行异常处理。并且，以下，表示高频(RF)输出开始后的动作。
[高频电源装置的点火动作的第1动作例]
第1动作例是通过主脉冲的反射波进行等离子体的点火判定的例子。使用图6的流程图、图7的构成图及图8～图14信号图说明高频电源装置的点火动作的第1动作例。图7为用于说明形成预脉冲及主脉冲的构成例的构成图，图8～图10为用于说明输出n个预脉冲的情况的信号图，图11～图13为用于说明不输出预脉冲的情况的信号图。图14为用于说明预脉冲的输出动作的信号图。
在图6的流程图中，在开始高频(RF)输出后，通过等离子体点火工序(SA)进行等离子体的点火动作，在等离子体点火后，维持通过等离子体驱动电力供给工序(SB)所生成的等离子体，并在设定次的脉冲点火动作后等离子体点火失败时，进行等离子体点火异常处理(SC)。
在等离子体点火工序(SA)中，开始脉冲点火工序(S1)，并开始点火脉冲输出动作(SA1a)(S2)。在点火脉冲信号动作中，在预定的时间幅度的点火脉冲期间内输出预定的设定脉冲数的预脉冲和一个主脉冲。通过以预先决定的预定占空比对高频的输出进行导通/断开来形成点火脉冲的脉冲输出。设定预脉冲的脉冲输出的占空比，从而使通过设定脉冲数的脉冲输出而产生的全反射电力的每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件在每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失，此外，对于主脉冲的脉冲输出的占空比，也设定为通过主脉冲的脉冲输出而产生的全反射波电力的每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件在每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失，由此可以防止电力元件的由于反射波电力所导致的损伤。
在设定“0”以当作预脉冲的设定脉冲数n时(S3)，不输出预脉冲，通过主脉冲进行点火动作。主脉冲的占空比不限于与等离子体驱动电力供给动作中的驱动脉冲相同的占空比，如果比预脉冲的占空比大，则可以任意设定(S6)。
在设定1以上的个数当作预脉冲的设定脉冲数n时，输出设定的次数的预脉冲(S4)。
输出设定脉冲数的预脉冲，在点火脉冲期间的最后时间点，输出主脉冲(S6)，判定等离子体的点火状态。点火判定工序(SA2)的等离子体的点火状态的判定例如可以根据反射波电压来进行(S7)。
在点火判定工序(SA2)中，在判定等离子体处于点火状态时，通过等离子体驱动电力供给工序(SB)对等离子体状态的负载施加驱动脉冲来供给等离子体驱动电力。另一方面，在判定等离子体不处于点火状态时，重复脉冲点火工序(SA)(S8)。
在重复进行脉冲点火工序(SA)时，点火脉冲输出动作最大重复预先决定的设定动作次数N(S8)。在动作次数判定工序(SA3)中，在点火脉冲输出动作的实行次数达到预先决定的设定动作次数N时，进行等离子体点火异常时的处理(SC)以当作等离子体点火失败。
在点火脉冲输出动作的实行次数未满预先决定的设定动作次数N时(S8)，进行停止形成点火脉冲及驱动脉冲的输出，或停止输出所形成的脉冲的输出停止动作(切断动作)(S9)，在经过预先决定的输出停止期间(切断期间)后(S10)，再次进行S1～S8的动作。
在等离子体驱动电力供给工序(SB)中，持续输出驱动脉冲来对等离子体负载供给等离子体驱动电力(S11)。在驱动脉冲的持续输出中，在等离子体成为未点火的状态时(S12)，停止输出驱动脉冲(S13)。然后，在再次进行在点火时(S14)，返回至等离子体点火工序(SA)进行等离子体的再点火。
在等离子体点火异常处理工序(SC)中，停止等离子体点火工序(SA)(S21)，并显示点火异常(S22)。
图7是用于说明形成预脉冲和主脉冲的点火脉冲及驱动脉冲的脉冲输出部20的构成例的构成图。图7表示3个构成例。
图7(a)所示的脉冲输出部20A是根据门信号输出由点火脉冲形成部22形成的点火脉冲的构成。点火脉冲形成部22具备预脉冲形成单元22a和主脉冲形成单元22b。根据预脉冲触发形成单元21a的触发信号，由脉冲门单元23a对预脉冲形成单元22a形成的预脉冲输出进行输出控制，由此输出预脉冲。此外，根据主脉冲触发形成单元21b的触发信号，由脉冲门单元23b对主脉冲形成单元22b形成的主脉冲输出进行输出控制，由此输出主脉冲。预脉冲、主脉冲及驱动脉冲的输出停止动作可以根据来自输出停止单元(切断单元)24的控制信号而进行。根据等离子体点火的判定结果，由脉冲门单元23c对驱动脉冲形成单元22c形成的驱动脉冲输出进行输出控制，由此输出驱动脉冲。
图7(b)所示的脉冲输出部20B为通过点火脉冲形成部22形成点火脉冲及驱动脉冲的构成。点火脉冲形成部22具备预脉冲形成单元22a和主脉冲驱动脉冲形成单元22d。根据预脉冲触发形成单元21a的触发信号，由脉冲门单元23a对预脉冲形成单元22a所形成的预脉冲输出进行输出控制，由此输出预脉冲。
主脉冲及驱动脉冲通过主脉冲驱动脉冲形成单元22d形成。根据主脉冲触发形成单元21b的触发信号，由脉冲门单元23b对主脉冲驱动脉冲形成单元22d所形成的主脉冲进行输出控制，由此输出主脉冲。此外，根据等离子体的点火判定，由脉冲门单元23b对主脉冲驱动脉冲形成单元22d所形成的驱动脉冲进行输出控制，由此输出驱动脉冲。预脉冲、主脉冲及驱动脉冲的输出停止动作可以根据来自输出停止单元(切断单元)24的控制信号而进行。
图7(c)所示的脉冲输出部20C为通过点火脉冲形成部25形成点火脉冲、主脉冲及驱动脉冲的构成。脉冲形成单元25形成预脉冲输出、主脉冲输出及驱动脉冲输出，并根据脉冲触发形成单元21形成的触发信号对形成的各脉冲输出进行控制。
预脉冲、主脉冲及驱动脉冲的输出停止动作根据来自输出停止单元(切断单元)24的控制信号来进行，根据等离子体的点火判定对脉冲形成单元25的脉冲形成处理进行控制，由此输出驱动脉冲。
以下，针对输出n个预脉冲的情况，使用图8～图10予以说明。图8表示等离子体未点火的状态，图9表示等离子体点火的状态，图10表示异常检测的状态。
图8表示作为进行点火脉冲输出动作的结果，等离子体成为未点火状态时的动作例。图8(a)表示脉冲输出的占空比，图8(b)表示脉冲输出，图8(c)表示反射波，图8(d)表示点火判定。
图8表示由多个预脉冲和一个主脉冲构成点火脉冲的例子。设定构成点火脉冲的多个的预脉冲的脉冲输出的占空比，从而对于通过在点火脉冲期间内输出的设定脉冲数的脉冲输出而产生的全反射波电力，使每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
此外，可以将在预脉冲之后输出的主脉冲的脉冲输出的占空比设定得大于预脉冲的脉冲输出的占空比。例如，可以设为与驱动脉冲相同程度的占空比。设定主脉冲的脉冲输出的占空比，从而对于通过脉冲输出而产生的全反射波电力，使每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
并且，可以设定预脉冲和主脉冲的占空比，从而针对在点火脉冲期间内通过预脉冲和主脉冲这两个脉冲的输出而产生的全反射波电力，使每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
在点火脉冲期间中输出的脉冲输出中，根据点火脉冲期间中的由于脉冲输出而产生的反射波(图8(c))判定点火判定(图8(d))。当根据点火判定判定等离子体处于未点火状态时，结束点火脉冲期间而移至输出停止动作(切断动作)，停止点脉冲及驱动脉冲的脉冲输出的输出。在经过输出停止期间(切断期间)后，通过下一个点火脉冲期间再次开始等离子体点火动作。
图9表示作为进行点火脉冲输出动作的结果，等离子体成为点火状态时的动作例。图9(a)表示脉冲输出的占空比，图9(b)表示脉冲输出，图9(c)表示反射波，图9(d)表示点火判定。
在点火脉冲期间中输出的脉冲输出中，根据点火脉冲期间中的由于脉冲输出而产生的反射波(图9(c))判定点火状态(图9(d))。在判定等离子体处于点火状态时，结束点火脉冲输出动作而移至等离子体驱动电力供给工序，对等离子体负载供给驱动电力。
图10表示进行N次点火脉冲输出动作，作为输出第N次的主脉冲的结果，预脉冲依然处于未点火状态时的动作例。图10(a)表示脉冲输出的占空比，图10(b)表示脉冲输出，图10(c)表示反射波，图10(d)表示点火判定，图10(e)表示异常检测信号。
重复点火脉冲输出动作和信号停止动作，当在设定动作次数即第N次的点火脉冲输出动作中，通过由主脉冲产生的反射波判定等离子体处于未点火状态时，判定在等离子体产生中存在某个异常而输出异常检测信号。
相对于图8～图10是由预脉冲和一个主脉冲构成点火脉冲的例子，图11～图13是由一个主脉冲构成点火脉冲的例子。
图11表示等离子体未点火的状态，图12表示等离子体点火的状态，图13表示异常检测的状态。
图11(a)表示脉冲输出的占空比，图11(b)表示脉冲输出，图11(c)表示反射波，图11(d)表示点火判定。
点火脉冲在点火脉冲期间内具有一个主脉冲，占空比例如可以设为与驱动脉冲的占空比相同程度。
作为一个主脉冲的点火脉冲的点火动作的结果，在判定等离子体处于未点火状态时，与图8的例子相同，经过输出停止期间(切断期间)后，再次输出主脉冲。输出停止期间(切断期间)可以设为任意的时间幅度，除了设为与点火脉冲期间相同的期间外，也可以设成比点火脉冲期间长的时间幅度。
图12表示作为进行点火脉冲输出动作的结果，等离子体成为点火状态时的动作例。图12(a)表示脉冲输出的占空比，图12(b)表示脉冲输出，图12(c)表示反射波，图12(d)表示点火判定。
在点火脉冲期间输出的脉冲输出中，根据点火脉冲期间中的由于脉冲输出而产生的反射波(图12(c))判定点火判定(图12(d))。在判定等离子体处于点火状态时，结束点火脉冲输出动作而移至等离子体驱动电力供给工序，对等离子体负载供给驱动电力。
图13表示进行N次点火脉冲输出动作，作为输出第N次的主脉冲的结果，等离子体依然处于未点火状态时的动作例。图13(a)表示脉冲输出的占空比，图13(b)表示脉冲输出，图13(c)表示反射波，图13(d)表示点火判定，图13(e)表示异常检测信号。
重复点火脉冲输出动作和信号停止动作，当在设定动作次数即第N次的点火脉冲输出动作中，通过由主脉冲产生的反射波判定等离子体处于未点火状态时，判定在等离子体产生中存在某个异常而输出异常检测信号。
图14表示预脉冲的输出动作例。图14(a)～(c)表示输出多个预脉冲的情况，图14(d)～(f)表示不输出预脉冲的情况，图14(g)～(i)表示任意设定预脉冲的脉冲间隔的情况。
在图14(a)～(c)所示的动作例中，在点火脉冲期间中，根据预脉冲触发(图14(b))形成并输出预脉冲，根据主脉冲触发(图14(c))形成并输出主脉冲。另外，在输出停止期间中，通过不输出预脉冲触发及主脉冲触发，停止预脉冲及主脉冲的输出。此外，在输出停止期间中，对于驱动脉冲也停止输出。在图14(a)中，用虚线表示各脉冲的输出停止状态。
在图14(d)～(f)所示的动作例中，在点火脉冲期间中，通过不输出预脉冲触发(图14(e))从而不输出预脉冲，根据主脉冲触发(图14(f))形成并输出主脉冲。另一方面，在输出停止期间中，通过不输出预脉冲触发及主脉冲触发，停止预脉冲及主脉冲的输出。此外，在输出停止期间中，对于驱动脉冲也停止输出。在图14(d)中，用虚线表示各脉冲的输出停止状态。
在图14(g)～(i)所示的动作例中，在点火脉冲期间中，通过任意设定预脉冲触发(图14(h))，输出任意周期或任意时间间隔的预脉冲，根据主脉冲触发(图14(i))形成并输出主脉冲。另一方面，在输出停止期间中，通过不输出预脉冲触发及主脉冲触发，停止预脉冲及主脉冲的输出。此外，在输出停止期间中，对于驱动脉冲也停止输出。在图14(g)中，用虚线表示各脉冲的输出停止状态。
[高频电源装置的点火动作的第2动作例]
第2动作例是在点火脉冲期间内的主脉冲输出时及预脉冲输出时进行等离子体点火状态的判定的例子。使用图15的流程图、图16～图18的信号图说明高频电源装置的点火动作的第2动作例。图16～图18表示点火脉冲包含多个预脉冲的例子。并且，在第2动作例中，表示根据判定触发进行等离子体点火状态的判定的例子。
在开始高频(RF)输出后，通过等离子体点火工序(SA)进行等离子体的点火动作，在等离子体点火后，通过等离子体驱动电力供给工序(SB)维持所生成的等离子体，在设定次数的脉冲点火动作后等离子体点火失败时，进行等离子体点火异常时的处理(SC)。
在等离子体点火工序(SA)中，在开始了脉冲点火工序后(S1)，开始点火脉冲输出动作(S2)。
关于点火脉冲，在预先决定的时间幅度的点火脉冲期间内输出预定的设定脉冲数的预脉冲和一个主脉冲的脉冲输出(S3)。通过以预先决定的预定占空比对高频的输出进行导通/断开，从而形成脉冲输出。在点火脉冲期间内，以预定的设定脉冲数输出该脉冲输出。设定脉冲输出的占空比，以使通过设定脉冲数的脉冲输出而产生的全反射波电力的每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
设定主脉冲的脉冲输出的占空比，从而对于通过脉冲输出而产生的全反射波电力，使每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
可以设定预脉冲和主脉冲的占空比，从而针对在点火脉冲期间内通过预脉冲和主脉冲这两个脉冲的输出而产生的全反射波电力，使每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失。
在预脉冲的设定脉冲数n为“0”时，输出主脉冲(S3、S6a)，判定等离子体点火状态(S7a)。在判定等离子体为点火状态时，移至等离子体驱动电力供给工序(SB)。当判定等离子体为未点火状态时，直到点火脉冲工序的实行次数成为设定动作次数N为止(S8)，通过输出停止动作停止点火脉冲及驱动脉冲的输出(S9)，在经过输出停止期间后返回脉冲点火工序(S1)。
在预脉冲的设定脉冲数n为“1以上”时输出预脉冲(S4)。当预脉冲的输出次数未满设定脉冲数n时(S5)，通过各预脉冲的反射波判定等离子体的点火。等离子体的点火判定例如可以根据反射波电压来进行(S7b)。此时当判定等离子体为点火状态时，移至等离子体驱动电力供给工序(SB)，在判定等离子体未点火状态时，输出剩余的预脉冲(S4)。
在(S5)的预脉冲的点火状态的判定中，当预脉冲的输出次数达到设定脉冲数n时(S5)，输出主脉冲(S6b)，通过主脉冲的反射波判定等离子体的点火(S7c)。此时，当判定等离子体为点火状态时，移至等离子体驱动电力供给工序(SB)，在判定为等离子体未点火状态时，直到点火脉冲工序的实行次数成为设定动作次数N为止(S8)，通过输出停止动作停止点火脉冲及驱动脉冲的输出(S9)，在经过输出停止期间后返回至脉冲点火工序(S1)，再次进行等离子体的点火动作。
以预先决定的设定动作次数N重复等离子体点火动作(S8)，在实行次数达到预先决定的设定动作次数N时，作为等离子体点火失败而进行等离子体点火异常时的处理(SC)。
在等离子体驱动电力供给工序(SB)中，持续输出驱动脉冲来对等离子体供给等离子体驱动电力(S11)。在驱动脉冲的持续输出中，在等离子体成为未点火状态时(S12)，停止驱动脉冲的输出(S13)。之后，当再次进行点火时(S14)，返回至等离子体点火工序(S1)来进行等离子体的再点火。
在等离子体点火异常处理工序(SC)中，停止等离子体点火工序(SA)(S21)，并显示点火异常(S22)。
以下，使用图16～图18说明输出n个预脉冲的情况。图16表示等离子体未点火的状态，图17表示等离子体点火的状态，图18表示异常检测的状态。
图16表示作为点火动作的结果，成为未点火状态时的动作例。图16(a)表示脉冲输出的占空比，图16(b)表示脉冲输出，图16(c)表示反射波，图16(d)表示点火判定，图16(e)表示进行点火判定的判定触发。
在点火脉冲期间中输出的脉冲输出中，在输出预脉冲及主脉冲的脉冲输出的时间点输出判定触发(图16(e))，根据各时间点的反射波(图16(c))判定点火状态(图16(d))。在判定等离子体处于未点火状态时，结束点火脉冲输出动作而移至输出停止动作(切断动作)，停止脉冲的输出。在经过输出停止期间(切断期间)后，在下一个点火脉冲期间再次开始等离子体点火动作。
图17表示作为点火动作的结果，成为点火状态时的动作例。图17(a)表示脉冲输出的占空比，图17(b)表示脉冲输出，图17(c)表示反射波，图17(d)表示点火判定，图17(e)表示进行点火判定的判定触发。
在点火脉冲期间中输出的脉冲输出中，在输出各脉冲输出的时间点输出判定触发(图17(e))，根据各时间点的反射波(图17(c))判定点火状态(图17(d))。在判定等离子体处于点火状态时，结束点火脉冲期间而移至等离子体驱动电力供给动作，向等离子体负载供给驱动电力。
图18表示进行N次点火脉冲输出动作，在输出第N次的主脉冲的时间点，等离子体依然处于未点火状态时的动作例。图18(a)表示脉冲输出的占空比，图18(b)表示脉冲输出，图18(c)表示反射波，图18(d)表示点火判定，图18(e)表示进行点火判定的判定触发，图18(f)表示异常检测信号。
重复点火脉冲输出动作和信号停止动作，在设定动作次数即第N次的点火脉冲输出动作中输出了主脉冲的时间点，等离子体处于未点火状态时，判定在等离子体产生中存在某个异常而输出异常检测信号。
图19表示在各点火脉冲期间的点火脉冲中，使脉冲输出的占空比逐渐增加的例子。图19所示的例子是在图8所示的例中，使脉冲输出的占空比逐渐增加的例子。
即使在使该占空比逐渐增加时，也设定预脉冲的脉冲输出的占空比，以使通过设定脉冲数的脉冲输出而产生的全反射波电力的每一点火脉冲期间的平均反射波电力在构成高频电源装置的电力元件的每一点火脉冲期间的平均容许损失以内或不满平均容许损失，并且将在点火脉冲期间的最后的时间点输出的主脉冲的脉冲输出的占空比设定得大于预脉冲的占空比。可以将主脉冲的占空比设定成在等离子体驱动电力供给期间输出的驱动脉冲的占空比。在点火脉冲期间内，通过使预脉冲的脉冲输出的占空比逐渐增加，可以容易点火。
[本发明的等离子体的点火判定的概要结构]
针对本发明的等离子体的点火判定，使用图20～图22说明概要构成，使用图23的流程图说明概要工序。
关于本发明的等离子体点火判定，根据通过从等离子体负载向高频电源的反射波电压Vr取得的反射波的产生状态，判定等离子体负载的等离子体的点火状态、未点火状态。
图20表示本发明的未点火判定的概要构成。点火判定部10具备：根据反射波电压Vr的波高值及变动状态，求出与对高频电源的RF电力放大元件施加的热量对应的换算量的换算单元11；将换算单元11求出的换算量和RF电力放大元件的容许热量所对应的阈值进行比较的比较单元12。
换算单元11具备第1换算单元11A和第2换算单元11B和第3换算单元11C。
第1换算单元11A输入由功率传感器检测出的反射波电压Vr(图23的S1)，根据反射波电压Vr及反射波电压Vr的持续时间，求出与对高频电源的RF电力放大元件施加的热量对应的第1换算值(加热换算值)(图23的S2)。
第2换算单元11B在脉冲驱动的各周期，根据反射波电压Vr的波高值成为零后的经过时间，或从开始施加脉冲输出起的经过时间，求出与从高频电源的RF电力放大元件释放的放热量对应的第2换算值。
在根据反射波电压Vr的波高值成为零后的经过时间求出第2换算值的方式中，将来自RF电力放大元件的放热量换算为主要为从停止了向RF电力放大元件施加反射波的状态开始的放热，向RF电力放大元件施加反射波的期间的放热量很少。
另一方面，在根据从开始施加脉冲输出起的经过时间求出第2换算值的方式中，也考虑向RF电力放大元件施加反射波的期间的放热量(图23的S3)。
第3换算单元11C根据第1换算值和第2换算值的差分，求出与在高频电源的RF电力放大元件中积蓄的蓄热量对应的第3换算值(蓄热换算量)(图23的S4)。
比较单元12将第3换算单元11C求出的第3换算值和RF电力放大元件的容许热量所对应的阈值进行比较。阈值相当于保护RF电力放大元件的设备保护检测等级，当第3换算值超过阈值时，判断在RF电力放大元件中积蓄的热量超过RF电力放大元件的设备保护检测等级(图23的S5)，判定等离子体为未点火状态(图23的S6)。
当判定等离子体为未点火状态的时，通过电力控制部进行使高频输出(RF输出)垂下或停止的控制来进行保护动作(图23的S7)。
在脉冲驱动的一周期内，可以根据施加的加热量的放热的结果，即在周期的结束时间点是否残留蓄热量，以低频脉冲模式和高频脉冲模式这两个脉冲模式来说明通过来自高频电源的脉冲驱动进行的电力供给。
低频脉冲模式是脉冲驱动的周期间隔比用于将施加的加热量进行放热的时间幅度足够长，在脉冲驱动的周期的结束时间点不残留蓄热量的脉冲模式，蓄热换算量为零。以低频脉冲模式换算的蓄热换算量在脉冲驱动的各周期中从初期值为零开始进行累积。
另一方面，高频脉冲模式是脉冲驱动的周期间隔小于用于将施加的加热量全部放热的时间幅度，在脉冲驱动的周期的结束时间点残留蓄热量的脉冲模式，残留蓄热换算量。以高频脉冲模式换算的蓄热换算量是在脉冲驱动的各周期中，将前一周期的结束时间点的蓄热换算值当作初期值开始进行累积。
在脉冲输出的占空比相等，反射波的波高值相等的脉冲驱动的条件下，在脉冲驱动的一周期T的长度长且在一周期的结束时间点残留的蓄积热量为零时，成为低频脉冲模式，在脉冲驱动的一周期T的长度短且在一周期的结束时间点残留续热量时，成为高频脉冲模式。
以下，使用图21的信号图来说明点火状态中的低频模式和高频模式，并使用图22的信号图来说明未点火状态中的低频模式和高频模式。
在等离子体点火状态中，图21(a)～(d)表示低频脉冲模式中的行波电压Vf、反射波电压Vr、蓄热换算量Hac及点火判定信号Vfail，图21(e)～(h)系表示高频脉冲模式中的行波电压Vf、反射波电压Vr、蓄热换算量Hac及点火判定信号Vfail。在此，点火判定信号Vfail在判定等离子体未点火时输出。
关于行波电压Vf，在一周期内在将时间幅度设为t1的RFon区间输出预定频率的脉冲输出(图21(a)，图21(e))。在等离子体处于正常点火状态时，由于脉冲输出的上升及下降中的不匹配，产生脉冲状的反射波电压Vr(图21(b)、图21(f))。
在图21(c)、图21(g)中，蓄热换算量Hac表示通过对RF电力放大元件施加反射波电压Vr而积蓄的热量的换算值，点划线表示RF电力放大元件对于热损坏的容许量，表示保护RF电力放大元件不因反射波而受到损坏的设备保护检测等级。
在等离子体处于点火状态时，在低频模式及高频模式中的任意一模式中，蓄热换算量Hac在驱动模式的各一周期内不会达到设备保护检测等级，而返回零，因此不输出点火判定信号Vfail(图21(d)、(h))，不执行未点火的判定。
另一方面，在等离子体未点火状态中，图22(a)～(d)表示低频脉冲模式中的行波电压Vf、反射波电压Vr、蓄热换算量Hac及点火判定信号Vfail，图22(e)～(h)表示高频脉冲模式中的行波电压Vf、反射波电压Vr、蓄热换算量Hac及点火判定信号Vfail。在此，表示根据判定触发进行等离子体点火状态的判定的例子。
关于行波电压Vf，在一周期内在将时间幅度设为t1的RFon区间输出预定频率的脉冲输出(图22(a)，图22(e))。在等离子体处于未点火状态时，在输出脉冲输出的RFon区间，矩形地产生反射波电Vr((图22(b)、图22(f))。
在图22(c)、图22(g)中，蓄热换算量Hac表示通过对RF电力放大元件施加反射波电压Vr而积蓄的热量的换算值，点划线表示RF电力放大元件对于热损坏的容许量，表示保护RF电力放大元件不因反射波而受到损坏的设备保护检测等级。
在等离子体处于未点火状态时，在低频模式中，蓄热换算量Hac在驱动模式的周期内，达到设备保护检测等级(图22(c))，从而输出点火判定信号Vfail(图22(d))。在图22(c)中表示在RFon区间的结束时间点，蓄热换算量Hac达到设备保护检测等级的状态，在反射波电压Vr的波高值大时，在达到RFon区间的结束时间点之前的时间点，蓄热换算量Hac达到设备保护检测等级，从而输出点火判定信号Vfail。点火判定信号Vfail的输出表示等离子体为未点火状态。
此外，在高频模式中，通过在多个的周期重复蓄热，蓄热换算量Hac达到设备保护检测等级(图22(g))，从而输出点火判定信号Vfail(图22(h))。在图22(g)中，表示在第5次的周期中蓄热换算量Hac达到设备保护检测等级的状态，蓄热换算量Hac达到设备保护检测等级的频率与反射波电压Vr的波高值以及占空比相关地进行变化。
关于点火判定的装置构成，除了通过硬件电路构成以外，也可通过DSP、EPGA等数字运算处理来构成，在通过软件进行时，可以通过CPU和存储有程序的存储器等构成，该程序对CPU指示点火判定部的处理。
上述实施方式及变形例中的记述是本发明的等离子体的点火状态判定的动作及装置的一例，本发明并不限于各实施方式，可根据本发明的主旨进行各种变形，并不应将该些变形排除在本发明的范围外。
产业上的应用
本发明的高频电源装置可以用于针对等离子体负载的电力供给，可以用于制造半导体、液晶、太阳光面板等薄膜的成膜装置、CO2激光加工机等基于高频(RF)的等离子体生成。
符号说明
1：高频电源装置
2：高频输出部
3：电力控制部
3a：平均行波电力控制部
3b：峰值行波电力控制部
3c：平均处理部
4：占空比控制部
5：方向性耦合器
6：行波电力检测部
7：反射波电力检测部
10：点火判定出部
11：换算单元
11A：第1换算单元
11B：第2换算单元
11C：第3换算单元
12：比较单元
20：脉冲输出部
20A：脉冲输出部
20B：脉冲输出部
20C：脉冲输出部
21：脉冲触发形成单元
21a：预脉冲触发形成单元
21b：主脉冲触发形成单元
22：点火脉冲形成部
22a：预脉冲形成单元
22b：主脉冲触发形成单元
22c：驱动脉冲形成单元
22d：主脉冲驱动脉冲形成单元
23a：脉冲门单元
23b：脉冲门单元
23c：脉冲门单元
24：输出停止单元(切断单元)
25：脉冲形成单元
101：匹配器
102：负载
Don：占空比
Hac：蓄热换算量
N：设定脉冲数
N：设定动作次数
T：一周期
Vf：行波电压
Vfail：点火判定信号
Vr：反射波电压
Γ：反射系数。

Claims (6)

1.一种高频电源装置的等离子体点火方法，从高频电源装置施加高频电力来使等离子体点火，该等离子体点火方法的特征在于，
上述高频电源装置具有：
通过时间上断续输出的脉冲输出使等离子体点火的等离子体点火工序；
在通过该等离子体点火工序等离子体点火后，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力的等离子体驱动电力供给工序，
上述等离子体点火工序具有输出用于使等离子体点火的点火脉冲的点火脉冲输出动作，
上述各点火脉冲具有：电力小于主脉冲的在主脉冲之前的阶段输出的任意个数的预脉冲和在预脉冲后输出的初始的主脉冲，
在通过上述等离子体点火工序等离子体点火后，转移到供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力的等离子体驱动电力供给工序。
2.根据权利要求1所述的高频电源装置的等离子体点火方法，其特征在于，
在进行上述点火脉冲输出动作的期间内，上述预脉冲的输出间隔任意地自由设定。
3.根据权利要求1或2所述的高频电源装置的等离子体点火方法，其特征在于，
关于上述预脉冲的脉冲输出的电力，通过该脉冲输出产生的反射电力的平均反射电力在构成高频电源的电力元件的容许损失以下或不满该容许损失。
4.一种高频电源装置，其施加高频电力来使等离子体点火，其特征在于，具备输出高频输出的脉冲输出的脉冲输出部，
上述脉冲输出部具备：
点火脉冲形成部，其形成通过时间上断续输出的脉冲输出使等离子体点火的点火脉冲；
驱动脉冲形成部，其形成在通过上述点火脉冲等离子体点火后，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力的驱动脉冲，
各点火脉冲具有电力小于主脉冲的在主脉冲之前的阶段输出的任意个数的预脉冲和在预脉冲后输出的初始的主脉冲，
上述驱动脉冲形成部在通过上述点火脉冲等离子体点火后，供给用于维持已点火的等离子体的驱动电力。
5.根据权利要求4所述的高频电源装置，其特征在于，
上述点火脉冲形成部在上述点火脉冲的形成中，任意地自由设定上述预脉冲的输出间隔。
6.根据权利要求4或5所述的高频电源装置，其特征在于，
上述点火脉冲形成部在上述预脉冲的脉冲输出的电力中，使通过该脉冲输出产生的反射电力的平均反射电力在构成高频电源的电力元件的容许损失以下或不满该容许损失。
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