CN112564694A - 高频电源装置以及高频功率的输出方法 - Google Patents

高频电源装置以及高频功率的输出方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供高频电源装置以及高频功率的输出方法。提供能缓和高频功率的急变的高频电源装置以及高频功率的输出方法。高频电源装置生成高频信号，周期性地控制生成的高频信号的振幅或相位，输出基于振幅或相位被控制的高频信号从而大小被控制的高频功率。高频电源装置控制高频信号的振幅或相位，使得高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，在与第1期间不同的控制周期中的第2期间成为比第1水平低的第2水平。高频电源装置使第1期间的长度相对于控制周期的长度的比以及第2水平的至少一方渐减或渐增，并使第1水平渐增或渐减。

Description

高频电源装置以及高频功率的输出方法
技术领域
本公开涉及对等离子处理装置提供高频功率的高频电源装置以及高频功率的输出方法。
背景技术
存在对半导体器件等的制造中所用的等离子处理装置提供高频功率的各种方式。在1个方式中，从第1电源对上部电极提供适合等离子的生成的比较高的频率的高频功率。进而，从第2电源对下部电极提供适合被处理体中的等离子中的离子的吸引的比较低的频率的高频功率。
以下，将起效(ON)或高水平总括地称作第1水平，将失效(OFF)或低水平总括地称作第2水平。在专利文献1中，规划了抑制对被处理基板的充电损伤的技术。在该技术中，将第1电源的高频功率以给定频率振幅偏移调制成第1水平/第2水平，来缩短连续生成等离子的时间。由此抑制了对被处理基板的充电损伤。另外，将第2电源的高频功率以第2频率调制成第1水平/第2水平，来使被处理基板上的给定的膜的蚀刻进展的时间断续。由此减低了所谓的微观负载效应，能进行高蚀刻速率(每小时的蚀刻量)下的蚀刻。
另一方面，按照所谓的配方来在各处理步骤对等离子状态等的处理条件依次进行切换。例如在使等离子间歇生成的情况下，使生成等离子的高频功率的大小周期性地调制成第1水平/第2水平(参考专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2015-90759号公报
专利文献2：JP特开2013-214583号公报
但根据专利文献1以及2公开的技术，高频功率从无调制的状态向被振幅偏移调制的状态不连续地变化。另外，高频功率的大小从第1水平以及第2水平向第3水平以及第4水平阶梯状变化。为此，有等离子中的离子、原子团的产生条件急变而等离子变得不稳定的可能性。
发明内容
本公开鉴于相关的情况而提出，其目的在于，提供能缓和高频功率的急变的高频电源装置以及高频功率的输出方法。
本公开的一个方案所涉及的高频电源装置具备：生成高频信号的高频生成部；周期性地控制所述高频生成部所生成的高频信号的振幅或相位的控制部；和输出基于被所述控制部控制振幅或相位的高频信号从而大小被控制的高频功率的高频输出部，所述控制部控制所述高频信号的振幅或相位，使得所述高频输出部所输出的高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，所述控制部使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述高频输出部所输出的高频功率的平均值成为固定，所述控制部在使述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述高频输出部所输出的高频功率的平均值成为固定。
本公开的一个方案所涉及的高频功率的输出方法输出基于被周期性地控制振幅或相位的高频信号从而大小被控制的高频功率，控制所述高频信号的振幅或相位，使得所述高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述高频功率的平均值成为固定，在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述高频功率的平均值成为固定。
在本方案中，控制部通过周期性地控制高频生成部生成的高频信号的振幅或相位，来将高频输出部输出的高频功率的大小在第1期间以及第2期间各自中周期性地调整成第1水平以及第2水平。第2水平比第1水平低。控制部进一步在周期性地控制高频信号的振幅或相位的期间，使第1期间相对于控制周期的占空比以及第2水平的至少一方渐减或渐增，并使第1水平渐增或渐减。由此，将高频输出部输出的高频功率的平均值保持固定。即，在将占空比以及第2水平的至少一方渐减的情况下，控制部将第1水平渐增。在将占空比以及第2水平的至少一方渐增的情况下，控制部将第1水平渐减。由此，将高频功率的平均值保持固定。
本公开的一个方案所涉及的高频电源装置中，所述高频生成部生成包含相同频率的第1高频信号以及第2高频信号的多个高频信号，所述控制部控制所述第1期间以及所述第2期间各自中的所述第1高频信号与所述第2高频信号的相位差，所述高频输出部具有：生成具有与所述第1高频信号相应的相位的第1高频电压的第1生成部；生成具有与所述第2高频信号相应的相位的第2高频电压的第2生成部；和将分别基于所述第1生成部以及所述第2生成部所生成的第1高频电压以及第2高频电压的高频功率以与所述相位差相应的比例进行合成的功率合成部。
在本方案中，高频生成部生成频率相同的第1高频信号以及第2高频信号。控制部在第1期间以及第2期间各自中个别控制第1高频信号与第2高频信号的相位差。高频输出部生成具有与第1高频信号相应的相位的第1高频电压，并生成具有与第2高频信号相应的相位的第2高频电压。高频输出部进一步将分别基于生成的第1高频电压以及第2高频电压的高频功率以与第1高频电压与第2高频电压的相位差相应的比例进行合成，将合成的高频功率输出。通过将分别基于第1高频电压以及第2高频电压的高频功率在第1期间以及第2期间中以不同的比例进行合成，在第1期间以及第2期间各自中输出的高频功率的大小变化为第1水平以及第2水平。
在本公开的一个方案所涉及的高频电源装置中，所述控制部控制所述第1期间以及所述第2期间各自中的所述高频信号的振幅，所述高频输出部输出具有与被所述控制部控制了振幅的高频信号相应的大小的高频功率。
在本方案中，控制部在第1期间以及第2期间各自中控制高频生成部生成的高频信号的振幅。高频输出部生成具有与被控制振幅的高频信号相应的大小的高频功率。由此，在第1期间以及第2期间各自中输出的高频功率的大小变化为第1水平以及第2水平。
本公开的一个方案所涉及的高频电源装置中，所述高频电源装置还具备：检测所述高频输出部所输出的高频功率的功率检测部，所述控制部调整所述高频信号的振幅或相位，使得在所述第1期间以及所述第2期间中由所述功率检测部检测的高频功率的大小和所述第1水平以及所述第2水平一致。
在本方案中，检测在第1期间以及第2期间各自中高频输出部输出的高频功率。控制部通过控制高频信号的振幅或相位，来使检测的高频功率的大小与在第1期间以及第2期间各自中高频输出部应输出的高频功率的目标值即第1水平以及第2水平一致。结果，各控制周期中输出的高频功率的大小被正确调整。
本公开的一个方案所涉及的高频电源装置中，具备：生成第1高频信号以及第2高频信号的高频生成部；周期性地控制所述高频生成部生成的第1高频信号以及第2高频信号的振幅或相位的控制部；输出基于被所述控制部控制振幅或相位的第1高频信号从而大小被控制的高频功率的第1高频输出部；和输出基于被所述控制部控制振幅或相位的第2高频信号从而大小被控制的高频功率的第2高频输出部，所述控制部控制所述第1高频信号的振幅或相位，使得所述第1高频输出部所输出的高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，所述控制部控制所述第2高频信号的振幅或相位，使得所述第2高频输出部所输出的高频功率的大小在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，所述控制部使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述第1高频输出部以及所述第2高频输出部所输出的高频功率的和的平均值成为固定，所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述第1高频输出部以及所述第2高频输出部所输出的高频功率的和的平均值成为固定。
在本方案中，控制部周期性地控制高频生成部生成的第1高频信号以及第2高频信号的振幅或相位。第1高频输出部基于被控制振幅或相位的第1高频信号来输出高频功率。第2高频输出部基于被控制振幅或相位的第2高频信号来输出高频功率。第1高频输出部输出的高频功率的大小在第1期间中被周期性地调整成第1水平。第2高频输出部输出的高频功率的大小在第2期间中被周期性地调整成第2水平。第2水平比第1水平低。控制部进一步在周期性地控制第1高频信号以及第2高频信号的振幅或相位的期间，使第1期间相对于控制周期的占空比以及第2水平的至少一方渐减或渐增，并使第1水平渐增或渐减。由此，将第1高频输出部以及第2高频输出部输出的高频功率的和的平均值保持固定。即，在将占空比以及第2水平的至少一方渐减的情况下，控制部将第1水平渐增。在将占空比以及第2水平的至少一方渐增的情况下，控制部将第1水平渐减。由此，将高频功率的和的平均值保持固定。
发明的效果
根据本公开，能缓和高频功率的急变。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的高频电源装置的结构例的框图。
图2是表示功率合成部的结构例的电路图。
图3是适宜表示在实施方式1所涉及的高频电源装置中使第1期间渐减的情况下的高频功率的说明图。
图4是表示实施方式1所涉及的高频电源装置中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。
图5是表示分别在脉冲生成部以及高频生成部中设定占空比以及相位差的控制部的处理次序的流程图。
图6是示意表示在变形例1所涉及的高频电源装置中使第1期间渐减的情况下的高频功率的说明图。
图7是表示在变形例1所涉及的高频电源装置中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。
图8是示意表示在变形例2所涉及的高频电源装置中使第2水平渐减的情况下的高频功率的说明图。
图9是表示变形例2所涉及的高频电源装置中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。
图10是表示实施方式2所涉及的高频电源装置的结构例的框图。
图11是表示对脉冲生成部设定占空比以及脉冲水平的控制部的处理次序的流程图。
图12是表示实施方式3所涉及的高频电源装置的结构例的框图。
附图标记的说明
100、100b、100c 高频电源装置
1、1b、1c 高频生成部
2、2b、2c 控制部
3 高频输出部
30 直流电源
31、32 DC-RF变换部
33 功率合成部
R 电阻器
N1、N2 输入端口
Ns 求和端口
Tt 传输变压器
34 滤波电路
4 脉冲生成部
5 功率检测部
6 高频振荡器
7、7b 脉冲生成部
8 乘法运算器
9 高频输出部
200 匹配器
300 负载
301、302 电极
具体实施方式
以下对本公开基于表示其实施方式的附图来详述。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1所涉及的高频电源装置100的结构例的框图。高频电源装置100具备高频生成部1、控制部2以及高频输出部3。高频生成部1生成相同频率的高频信号S1以及S2。高频信号S1以及S2分别相当于第1高频信号以及第2高频信号。控制部2对高频生成部1所生成的高频信号S1以及S2的相位进行控制。高频输出部3输出基于被控制相位的高频信号S1以及S2而调整了大小的高频功率Ps。
高频电源装置100还具备脉冲生成部4以及功率检测部5。脉冲生成部4生成用于通知控制部2应控制高频信号S1以及S2的相位的定时的脉冲。功率检测部5检测高频输出部3所输出的高频功率。高频输出部3输出的高频功率经由功率检测部5以及匹配器200而被提供给等离子处理装置等负载。匹配器200谋求与负载的阻抗匹配。
高频生成部1例如包含直接数字合成器。高频生成部1所生成的高频信号S1的电压用
Figure BDA0002680346230000071
表示。高频生成部1所生成的高频信号S2的电压用
Figure BDA0002680346230000072
表示。A例如是固定的振幅。f是从控制部2设定的频率，例如是2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz等工业用的RF带(Radio Frequency)的频率。
Figure BDA0002680346230000073
(或
Figure BDA0002680346230000074
)是高频信号S1与高频信号S2的相位差。
Figure BDA0002680346230000075
(或
Figure BDA0002680346230000076
)被调整成由控制部2设定的相位差θ。在控制部2在高频生成部1中设定相位
Figure BDA0002680346230000077
以及
Figure BDA0002680346230000078
的情况下，高频生成部1可进行调整，使得高频信号S1与高频信号S2的相位差满足
Figure BDA0002680346230000079
(或
Figure BDA00026803462300000710
)即可。
控制部2具有未图示的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)。控制部2遵循预先存储于ROM(Read Only Memory，只读存储器)的控制程序来控制各部的动作，并进行输入输出、运算等处理。临时产生的信息被存储于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)。将例如确定CPU所进行的各处理的次序的计算机程序使用未图示的手段载入到RAM，在CPU执行载入的计算机程序。另外，也可以让控制部2包含微型计算机或专用的硬件电路。
高频输出部3具有DC-RF变换部31以及32、和功率合成部33。DC-RF变换部31生成具有与高频生成部1生成的高频信号S1相应的相位的高频电压V1。DC-RF变换部32生成具有与高频生成部1生成的高频信号S2相应的相位的高频电压V2。高频电压V1以及V2分别相当于第1高频电压以及第2高频电压。功率合成部33将基于DC-RF变换部31生成的高频电压V1的高频功率P1和基于DC-RF变换部32生成的高频电压V2的高频功率P2合成。对DC-RF变换部31以及32，从直流电源30提供直流功率。在功率合成部33合成的高频功率Ps的高频分量在滤波电路34被除去。在除去高频分量后，将高频功率Ps的基波分量输出到负载侧。
DC-RF变换部31以及32分别例如包含半桥型的D类放大器、电容器以及LC低通滤波器。电容器将D类放大器的输出中所含的直流截止。LC低通滤波器将D类放大器的输出中所含的谐波除去。DC-RF变换部31所生成的高频电压V1用v(t)＝Bsin(2πft+θ1)表示。DC-RF变换部32所生成的高频电压V2用v(t)＝Bsin(2πft+θ2)表示。B是与直流电源30的电压相应的固定的振幅。高频电压V1与高频电压V2的相位差即θ2-θ1(或θ1-θ2)和高频信号S1与高频信号S2的相位差θ同等。
如上述那样，高频功率P1是基于DC-RF变换部31生成的第1高频电压V1。高频功率P2是基于DC-RF变换部32生成的第2高频电压V2。功率合成部33将高频功率P1以及P2对应于高频电压V1与高频电压V2的相位差、即高频信号S1与高频信号S2的相位差来进行合成。由此，功率合成部33对输出的高频功率Ps的大小进行调整。以下说明功率合成部33。
图2是表示功率合成部33的结构例的电路图。功率合成部33包含混合电路，其包含电阻器R以及传输变压器Tt。关于传输变压器Tt，第1绕组的匝数与第2绕组的匝数之比是1对1。功率合成部33还具有2个输入端口N1以及N2和1个求和端口Ns。对输入端口N1施加高频电压V1。对输入端口N2施加高频电压V2。
输入端口N1的一端与电阻器R的一端和传输变压器Tt的第1绕组的作为卷绕起点即一端连接。传输变压器Tt的第1绕组的另一端与第2绕组作为的卷绕起点的一端和求和端口Ns的一端连接。传输变压器Tt的第2绕组的另一端与电阻器R的另一端和输入端口N2的一端连接。输入端口N1以及N2和求和端口Ns各自的另一端与接地电位连接。
在求和端口Ns连接负载。已知在负载的阻抗是R0/2的情况下，通过将电阻器R的电阻值设为2R0，输入端口N1以及N2各自的输入阻抗成为R0。其详细记载于特开2017-201630号公报。高频功率P1从输入端口N1输入。高频功率P2从输入端口N2输入。高频功率P1使用表示高频电压V1的上述的电压式，如以下的式(1)那样表示。高频功率P2使用表示高频电压V2的上述的电压式，如以下的式(2)那样表示。
P1＝B2sin2(2πft+θ1)/R0··············(1)
P2＝B2sin2(2πft+θ2)/R0··············(2)
根据特开2017-201630号公报，使用分别表示高频电压V1以及V2的上述的电压式来算出流入输入端口N1以及N2的电流、和流过电阻器R的电流。然后，算出流过传输变压器Tt的第1绕组以及第2绕组的电流，算出从求和端口Ns输出的电流。结果，从求和端口Ns输出的高频电压Vs以及高频功率Ps分别如以下的式(3)以及(4)那样表示。因此，高频功率Ps的平均值Ps_avr用以下的式(5)表示。
Vs＝Bcos(θ/2)·sin(2πft+θ/2)·········(3)
Ps＝Vs2/(R0/2)
＝2B2cos2(θ/2)·sin2(2πft+θ/2)/R0··(4)
Ps_avr＝B2cos2(θ/2)/R0··············(5)
其中θ：θ2-θ1
通过将式(1)、(2)以及(4)进行对比，在输入到功率合成部33的高频功率(P1+P2)中，从功率合成部33输出的高频功率Ps所占的比例η用以下的式(6)表示。剩下的高频功率在电阻器R被消耗。在先决定了将高频功率P1以及P2合成的比例η的情况下，相位差θ通过以下的式(7)求取。
η＝cos2(θ/2)························(6)
Figure BDA0002680346230000091
另外，即使是与求和端口Ns连接的负载的阻抗与Ro/2不同的情况，也能通过使相位差θ在0到2π的范围内变化，来调整从功率合成部33输出的高频功率Ps的大小。功率合成部33的结构并不限定于图2所示的结构。功率合成部33的结构例如可以是使用所谓的90°混合电路将高频功率P1以及P2进行合成的结构。以下无视在滤波电路34中产生的功率损耗。在该情况下，功率合成部33输出的高频功率Ps在维持大小的状态下从高频输出部3输出。
图1所示的脉冲生成部4例如具有通用的计时器IC或内置于微型计算机的计时器。脉冲生成部4生成具有由控制部2设定的周期以及占空比的脉冲。该脉冲的波高值是所谓的逻辑水平。脉冲的周期与以频率f的倒数表示的周期相比充分长。频率f在高频生成部1中由控制部2设定。脉冲生成部4通过将生成的脉冲给到控制部2，来将脉冲的起效期间的开始时间点以及脉冲的失效期间的开始时间点周期性地通知给控制部2。
为了方便，在脉冲生成部4中，即使是将占空比设定为100％的情况，也将2个开始时间点通知给控制部2。以下，将脉冲生成部4生成的脉冲的起效期间以及失效期间分别称作第1期间以及第2期间。另外，将第1期间以及第2期间的重复周期称作控制周期。
功率检测部5包含方向性耦合器，检测高频输出部3向负载侧输出的行波功率和从负载侧反射的反射波功率。功率检测部5将检测结果反馈给控制部2。功率检测部5的结构可以是仅检测行波功率的结构。
匹配器200谋求能从高频电源装置100独立匹配高频输出部3与负载的阻抗。但在高频输出部3所输出的高频功率Ps的大小以比较短的周期变化的结构中，有难以始终谋求阻抗的匹配的可能性。为此在实施方式1中，匹配器200在上述的第1期间重点谋求阻抗的匹配。为此，匹配器200被从控制部2通知与第1期间相关的定时。另外，表示第1期间的信号可以从脉冲生成部4直接给到匹配器200。
在上述的结构中，控制部2能使提供给负载的高频功率Ps的大小在第1期间以及第2期间各自中周期性地变化成第1水平以及第2水平。控制部2为了被通知第1期间以及第2期间各自的开始时间点而在脉冲生成部4中设定脉冲的周期以及占空比。占空比是第1期间相对于第1期间以及第2期间的重复周期即控制周期的比。由此，脉冲生成部4例如通过进行中断来将第1期间的开始时间点以及第2期间的开始时间点周期性地通知给控制部2。
在从脉冲生成部4被通知了第1期间以及第2期间各自的开始时间点的情况下，控制部2在高频生成部1设定相异的相位差，以使从功率合成部33输出的高频功率Ps的大小成为第1水平以及第2水平。在此，与高频功率Ps的第1水平对应的相位差、和与高频功率Ps的第2水平对应的相位差可以预先基于式(5)以及(7)来算出。在该情况下，2个算出值存储在未图示的存储部。另外，与第1水平以及第2水平分别对应的相位差可以每次设定时都进行算出。式(5)所表示的高频功率Ps的平均值Ps_avr的最大值是(B2/R0)。在每次设定时都算出相位差的情况下，算出第1水平相对于最大值(B2/R0)的比例η和第2水平相对于最大值(B2/R0)的比例η。基于式(7)来个别算出针对算出的2个η的相位差θ。高频功率Ps的平均值Ps_avr的最大值也可以通过实测来算出。
在控制部2对高频生成部1设定相位差θ的情况下，DC-RF变换部31以及32所分别输出的高频功率P1以及P2在功率合成部33中以与θ相应的比例η合成。合成的高频功率Ps被提供给负载。提供给负载的高频功率Ps在第1期间以及第2期间各自中被调整成第1水平以及第2水平。但实际的高频功率P1以及P2的大小如上述的式(1)以及(2)所表示的那样，受到负载的阻抗(R0/2)的变动的影响。另外，关于功率合成部33的输入阻抗和DC-RF变换部31以及32的输出阻抗，不一定能取得匹配。另外，关于功率合成部33的输出阻抗和负载的阻抗，也不一定能取得匹配。其结果，功率合成部33中的合成的比例η也成为与在式(6)算出的值不同的值。
为此，可以进行反馈控制，使得在第1期间以及第2期间各自中从高频输出部3提供给负载的高频功率Ps接近于目标的第1水平以及第2水平。具体地，控制部2个别地算出在第1期间以及第2期间各自中从功率检测部5反馈的行波功率(或行波功率与反射功率的差分)的检测结果、与目标的第1水平以及第2水平的偏差。控制部2进行使在高频生成部1设定的相位差θ增减的控制，以使算出的偏差接近于零。关于具体的反馈控制，由于存在各种公知的方法，因此省略反馈控制的说明。
关于上述的反馈控制，在从功率检测部5反馈行波功率的检测结果的结构中，进行相位差θ的控制，使得在负载消耗的功率与目标的第1水平以及第2水平相比少了反射波功率的量。另外，在从功率检测部5反馈行波功率与反射功率的差分的检测结果的结构中，进行相位差θ的控制，使得实际在负载消耗的功率成为目标的第1水平以及第2水平。在反馈控制的响应比较慢的结构中，例如可以进行相位差θ的控制，使得从功率检测部5反馈的检测结果的平均值成为目标的第1水平以及第2水平的平均值。在该情况下，控制部2在第1期间以及第2期间各自中设定的相位差θ可以每1个或多个控制周期来一并决定。
如上述那样，从高频输出部3对负载提供高频功率Ps。在高频功率Ps的大小从第1水平急剧变化成与该第1水平较大不同的水平的情况下，或者在高频功率Ps的大小从第2水平急剧变化成与该第2水平较大不同的水平的情况下，有等离子变得不稳定的可能性。在第1期间的占空比急剧变化的情况下，也有等离子变得不稳定的可能性。为此在实施方式1中，在使第1期间的占空比变化的情况下，使占空比渐减(或渐增)，并使第1水平渐增(或渐减)。由此，第1期间的占空比的时间变化和第1水平的时间变化变得平滑，且从高频输出部3提供给负载的高频功率Ps的平均值维持固定。结果，等离子保持稳定。
图3是示意表示在实施方式1所涉及的高频电源装置100中使第1期间渐减的情况下的高频功率Ps的说明图。图3所示的2个图的横轴是相同的时间轴(t)。上段的图例示了包含第1期间以及第2期间的控制周期从第1期间开始的情况。下段的图例示了控制周期从第2期间开始的情况。控制周期用T来表示。控制部2使第1期间的占空比在每个控制周期按照75％、50％、25％的顺序渐减，并使第1水平按照1167W、1500W、2500W的顺序渐增。
上段的图所示的第1期间以及下段的图所示的第2期间与脉冲生成部4生成的脉冲的起效期间对应。控制部2例如使对脉冲生成部4设定的占空比渐减。由此，与从脉冲生成部4通知的定时同步地使上段的图的第1期间渐减。另外，使占空比渐减的情况下的步幅并不限定于25％，也可以是更细微的值。另外，也可以在使相同占空比持续了多周期后，使其减少到更小的占空比。占空比也可以直线减少。在实施方式1中，第2水平被固定在600W。
将上段的图所示的第1个控制周期、第2个控制周期以及第3个控制周期各自中的高频功率Ps的平均值记载为Ps1、Ps2以及Ps3。平均值Ps1、Ps2以及Ps3分别如以下的式(8)、(9)以及(10)那样。单位是W。小数点以下被四舍五入。各式中减去的“100”的值是第2期间中的反射功率的设想值。在第1期间中假定为实现了阻抗的匹配。
Ps1＝1167×0.75+(600-100)×0.25＝1000··(8)
Ps2＝1500×0.50+(600-100)×0.50＝1000··(9)
Ps3＝2500×0.25+(600-100)×0.75＝1000··(10)
在与上段的图比较的情况下，在下段的图中，仅是存在各控制周期从第2期间开始这一差异。在下段的图中，各控制周期中的高频功率Ps的平均值与上段的图的情况中的平均值同样。另外，在图3中，对使第1期间的占空比渐减的情况下的高频功率Ps的时间变化进行了说明。但使第1期间的占空比渐增的情况下的高频功率Ps的时间变化，在图3中以使时间轴的朝向颠倒的图来表示。在该情况下，伴随第1期间的占空比的渐增来使第1水平渐减。
图4是表示实施方式1所涉及的高频电源装置100中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。将该图表的内容作为表格存储到未图示的存储部。在表格中，关于第1水平以及第2水平分别存储了与多个占空比对应的功率(W)、相位差以及振幅(相对值)。在图3中，作为多个占空比而能举出100％、75％、50％以及25％，示出与它们对应的功率(W)、相位差以及振幅(相对值)。第1水平以及第2水平各自的功率与图3所示的功率对应。图4所示的脉冲水平表示与功率的大小对应的脉冲状的电压信号的水平的相对值，用在后述的实施方式2以及3中。
例如假定为在功率合成部33合成的高频功率Ps的最大值是2500W。在该情况下，相位差θ14是零。相位差θ13是基于式(6)算出、满足1500/2500＝cos2(θ/2)的θ。同样地，相位差θ12是满足1167/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ11是满足1000/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ22到θ24是满足600/2500＝cos2(θ/2)的θ。在占空比为100％的情况下，不存在第1水平以及第2水平(2个水平)这两方。但为了方便，设第1水平以及第2水平是1000W来存储相位差以及振幅。以下使用流程图来说明参考与图4所示的图表对应的表格来控制相位差θ方法。
图5是表示在脉冲生成部4以及高频生成部1中分别设定占空比以及相位差的控制部2的处理次序的流程图。图中的Pa以及Pt分别是表示存储有图4所示的图表的各列的内容的区域的排头地址的指针。将该指针在以下仅称作列的指针。在将各列的内容视作数组的情况下，Pa以及Pt是表示数组的地址的指针。Pa表示当前正参考的列的排头地址。Pt表示最终设为目标的列的排头地址。ΔP是表示2个列的排头地址间的距离的差分。控制部2存储当前的列的指针Pa以及目标的列的指针Pt。
在如图3所示那样使第1期间的占空比渐减的情况下，控制部2将与最终设为目标的占空比即25％对应的列的指针设定为Pt，将相邻的列间的距离(正的值)设为ΔP。之后，控制部2启动图5所示的处理。Pa的初始值是与100％的占空比对应的列的指针。在使第1期间的占空比渐增的情况下，控制部2在将与设为目标的新的占空比对应的列的指针设定为Pt时，将通过使相邻的列间的距离的正负号反转而得到的值(负的值)设定为ΔP。
在启动图5的处理的情况下，控制部2将与设为目标的占空比对应的列的指针Pt暂时存储到未图示的存储部(S11)。接下来，控制部2对当前的列的指针Pa上加上ΔP(S12)。在此，在ΔP是正的值的情况下，Pa所示的列被变更为占空比小了1阶段的旁边的列。在ΔP是负的值的情况下，Pa所示的列被变更成占空比大了1阶段的旁边的列。
之后，控制部2通过指针Pa来参考与图4所示的图表对应的表格(S13)，从Pa所示的列的内容读出占空比(S14)。控制部2在脉冲生成部4中设定读出的占空比(S15)。这里设定的占空比在紧接当前的控制周期的下一控制周期中被反映。对脉冲生成部4在初始化处理中设定控制周期。接下来，控制部2从Pa所示的列的内容读出与第1水平以及第2水平分别对应的相位差(S16)。
之后，控制部2判定是否从脉冲生成部4被通知第1期间的上升(S17)。控制部2在未被通知第1期间的上升的情况下(S17“否”)，进行待机，直到被通知上升。控制部2在被通知第1期间的上升的情况下(S17“是”)，在步骤S16预先读出的相位差中将与第1水平对应的相位差设定为高频生成部1(S18)。
之后，控制部2判定是否从脉冲生成部4被通知第2期间的上升(S19)。控制部2在未被通知第2期间的上升的情况下(S19“否”)，进行待机，直到被通知第2期间的上升。控制部2在被通知第2期间的上升的情况下(S19“是”)，在步骤S16预先读出的相位差中将与第2水平对应的相位差设定为高频生成部1(S20)。
之后，控制部2判定当前的列的指针Pa是否与目标的列的指针Pt一致(S21)。控制部2在指针Pa与指针Pt一致的情况下(S21“是”)，为了周期性地设定与以后的第1水平以及第2水平分别对应的相位差而将处理移转到步骤S17。控制部2在指针Pa与指针Pt不一致的情况下(S21“否”)，判定是否在步骤S21中利用的Pt有变更(S22)。
关于指针Pt没有变更表示第1期间的占空比的渐减或渐增未完成。控制部2在关于指针Pt没有变更的情况下(S22“否”)，为了将当前的列的指针Pa前进1，将处理移转到步骤S12。关于指针Pt有变更表示变更了设为目标的列的指针。控制部2在关于指针Pt有变更的情况下(S22“是”)，为了将第1期间的占空比的渐减或渐增的序列从最初起开始，将处理移转到步骤S11。
以上的图5所示的控制部2的处理次序如图3的上段所示那样，与第1期间比第2期间先开始的情况对应。如图3的下段所示那样，关于第2期间比第1期间先开始的情况的控制部2的处理次序，将与图4所示的图表对应的表格和图5所示的处理次序的一部分变更即可。具体地，将最初存储于表格的各列的占空比从第1期间的占空比变更为第2期间的占空比。
由此，在图5的步骤S15，由于在脉冲生成部4中设定第2期间的占空比，因此在1个控制周期中，先通知第2期间的开始时间点。因此，控制部2如以下那样执行步骤S17到S20即可。在图5的步骤S17，控制部2等待第2期间的上升。在步骤S18，控制部2在高频生成部1设定与第2水平对应的相位差。在步骤S19，控制部2等待第1期间的上升。在步骤S20，控制部2在高频生成部1设定与第1水平对应的相位差。
根据实施方式1，控制部2周期性地控制高频生成部1所生成的高频信号S1以及S2的相位。高频输出部3基于相位被控制的高频信号S1以及S2来输出高频功率Ps。通过控制部2控制高频信号S1以及S2的相位，高频输出部3所输出的高频功率Ps的大小在第1期间以及第2期间各自中被周期性地调整成第1水平以及第2水平。第2水平比第1水平低。控制部2进一步在周期性地控制上述相位的期间使第1期间相对于控制周期的占空比渐减，并使第1水平渐增。由此，将高频输出部3所输出的高频功率Ps的平均值保持固定。因此，能缓和高频功率Ps的急变。
另外，根据实施方式1，高频生成部1生成具有相同频率的高频信号S1以及S2。控制部2在第1期间以及第2期间各自中个别控制高频信号S1与高频信号S2的相位差θ。DC-RF变换部31以及32包含在高频输出部3中。DC-RF变换部31生成具有与高频信号S1相应的相位的高频电压V1。DC-RF变换部32生成具有与高频信号S2相应的相位的高频电压V2。高频输出部3将分别基于生成的高频电压V1以及V2的高频功率P1以及P2以与高频电压V1与高频电压V2的相位差θ相应的比例进行合成。高频输出部3输出合成的高频功率Ps。高频功率P1以及P2分别基于高频电压V1以及V2。在第1期间以及第2期间各自中，将高频功率P1以及P2以相互不同的比例进行合成。由此，能使在第1期间以及第2期间各自中输出的高频功率Ps的大小变更为第1水平以及第2水平。
进而，根据实施方式1，控制部2对上述的相位进行控制，使得关于第1期间中高频输出部3所输出的高频功率Ps，由功率检测部5检测的大小和第1水平一致。在此，第1水平是当前的控制周期的第1期间中高频输出部3应输出的高频功率Ps的目标值。控制部2对上述的相位进行控制，使得关于第2期间中高频输出部3所输出的高频功率Ps，由功率检测部5检测的大小和第2水平一致。在此，第2水平是当前的控制周期的第2期间中高频输出部3应输出的高频功率Ps的目标值。如以上那样，由于控制部2对相位进行控制，因此能正确地调整各控制周期中高频输出部3所输出的高频功率Ps的大小。
(变形例1)
实施方式1是使第1期间的占空比渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)的形态。变形例1是使第1期间的占空比以及第2水平都渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)的形态。变形例1所涉及的高频电源装置的方块结构与实施方式1的图1所示的高频电源装置100的方块结构同样。为此，在变形例1中，对与实施方式1对应的部位标注同样的附图标记，省略其结构的说明。
图6是示意表示在变形例1所涉及的高频电源装置100中使第1期间的占空比渐减的情况下的高频功率Ps的说明图。图6所示的2个图的横轴是相同的时间轴(t)。上段的图例示了包含第1期间以及第2期间的控制周期是从第1期间开始的情况。下段的图例示了控制周期是从第2期间开始的情况。使第1期间的占空比在每个控制周期按照75％、50％、25％的顺序渐减。与此一并地，使第1水平按照1056W、1333W、2500W的顺序渐增，并使第2水平按照933W、766W、600W的顺序渐减。
将上段的图所示的第1个控制周期、第2个控制周期以及第3个控制周期各自中的高频功率Ps的平均值记载为Ps1、Ps2以及Ps3。例如平均值Ps1、Ps2以及Ps3分别如以下的式(11)、(12)以及(13)那样。单位是W。小数点以下被四舍五入。
Ps1＝1056×0.75+(933-100)×0.25＝1000··(11)
Ps2＝1333×0.50+(766-100)×0.50＝1000··(12)
Ps3＝2500×0.25+(600-100)×0.75＝1000··(13)
在与上段的图比较的情况下，在下段的图中，仅存在各控制周期从第2期间开始这样的差异。在下段的图中，各控制周期中的高频功率Ps的平均值与上段的图的情况同样。另外，在图6中说明使第1期间的占空比渐减的情况的高频功率Ps的时间变化。使第1期间的占空比渐增的情况下的高频功率Ps的时间变化用在图6中使时间轴的朝向颠倒的图表示。在该情况下，将第1期间的占空比渐增。与此一并地，使第1水平渐减并使第2水平渐增。
图7是表示变形例1所涉及的高频电源装置100中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。该图表的内容作为表格而存储。在表格中，对第1水平以及第2水平分别存储与多个占空比对应的功率(W)、相位差以及振幅(相对值)。在图7中，作为多个占空比而举出100％、75％、50％以及25％，示出与它们对应的功率(W)、相位差以及振幅(相对值)。第1水平以及第2水平各自的功率与图6所示的功率对应。
例如假定为功率合成部33中合成的高频功率Ps的最大值是2500W。在该情况下，相位差θ34是零。相位差θ33基于式(6)来算出，是满足1333/2500＝cos2(θ/2)的θ。同样地，相位差θ32是满足1056/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ31是满足1000/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ44是满足600/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ43是满足766/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ42是满足933/2500＝cos2(θ/2)的θ。
表示高频生成部1中周期性地设定相位差的控制部2的处理次序的流程图与实施方式1所示的流程图相同。为此，省略变形例1所涉及的流程图的图示以及说明。
如以上那样，根据变形例1，控制部2周期性地控制高频生成部1所生成的高频信号S1以及S2的相位。控制部2在控制相位的期间使第1期间相对于控制周期的占空比渐减。与此一并地，控制部2使第1水平渐增并使第2水平渐减。由此，将高频输出部3所输出的高频功率Ps的平均值保持固定。因此，能缓和高频功率Ps的急变。
(变形例2)
实施方式1是使第1期间的占空比渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)的形态。变形例2是使第2水平渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)的形态。变形例2所涉及的高频电源装置的方块结构与实施方式1的图1所示的高频电源装置100的方块结构同样。为此，在变形例2中，对与实施方式1对应的部位标注同样的附图标记，省略其结构的说明。
图8是示意表示变形例2所涉及的高频电源装置100中使第2水平渐减的情况的高频功率Ps的说明图。图8所示的2个图的横轴是相同的时间轴(t)。上段的图例示了包含第1期间以及第2期间的控制周期从第1期间开始的情况。下段的图例示了控制周期从第2期间开始的情况。在将第1期间的占空比固定在25％的状态下，使第1水平按照1375W、1750W、2125W、2500W的顺序渐增，并使第2水平按照975W、850W、725W、600W的顺序渐减。
将上段的图所示的第1个控制周期、第2个控制周期以及第3个控制周期各自中的高频功率Ps的平均值记载为Ps1、Ps2以及Ps3。例如平均值Ps1、Ps2以及Ps3分别如以下的式(14)、(15)以及(16)那样。单位是W。
Ps1＝1375×0.25+(975-100)×0.75＝1000··(14)
Ps2＝1750×0.25+(850-100)×0.75＝1000··(15)
Ps3＝2500×0.25+(600-100)×0.75＝1000··(16)
在与上段的图进行比较的情况下，在下段的图中，仅存在各控制周期从第2期间这样的差异。在下段的图中，各控制周期中的高频功率Ps的平均值与上段的图的情况同样。另外，在图8中，说明了使第2水平渐减的情况下的高频功率Ps的时间变化。使第2水平渐增的情况下的高频功率Ps的时间变化用图8中使时间轴的朝向颠倒的图表示。在该情况下，在将第1期间的占空比固定在固定值的状态下，使第1水平渐减并使第2水平渐增。
图9是表示变形例2所涉及的高频电源装置100中所用的占空比与相位差的对应关系的图表。该图表的内容作为表格而存储。在表格中，对第1水平以及第2水平分别存储占空比一律为25％的情况下的功率(W)、相位差以及振幅(相对值)。第1水平以及第2水平各自的功率与图8所示的功率对应。
例如假定为在功率合成部33合成的高频功率Ps的最大值为2500W。在该情况下，相位差θ55是零。相位差θ54基于式(6)而算出，是满足2125/2500＝cos2(θ/2)的θ。同样地，相位差θ53是满足1750/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ52是满足1375/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ51是满足1000/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ65是满足600/2500＝cos2(θ/2)的θ，相位差θ64是满足725/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ63是满足850/2500＝cos2(θ/2)的θ。相位差θ62是满足975/2500＝cos2(θ/2)的θ。
表示在高频生成部1中周期性地设定相位差的控制部2的处理次序的流程图与实施方式1所示的流程图相同。为此，省略变形例2所涉及的流程图的图示以及说明。
如以上那样，根据变形例2，控制部2周期性地控制高频生成部1所生成的高频信号S1以及S2的相位。在控制部2控制相位的期间，使第1水平渐增并使第2水平渐减。由此，将高频输出部3所输出的高频功率Ps的平均值保持固定。因此，能缓和高频功率Ps的急变。
(实施方式2)
在实施方式1中，控制部2周期性地控制高频生成部1所生成的高频信号S1以及S2的相位。高频输出部3基于被控制相位的高频信号S1以及S2来输出高频功率Ps。高频输出部3所输出的高频功率Ps的大小被周期性地调整成第1水平以及第2水平。在实施方式2中，控制部2周期性地控制高频生成部生成的高频信号的振幅。高频输出部基于被控制了振幅的高频信号来输出高频功率。高频输出部所输出的高频功率的大小被周期性地调整成第1水平以及第2水平。
图10是表示实施方式2所涉及的高频电源装置100b的结构例的框图。高频电源装置100b具备高频生成部1b、控制部2b以及高频输出部9。高频生成部1b生成高频信号Sm。控制部2b控制高频生成部1b所生成的高频信号Sm的振幅。高频输出部9输出具有与被控制振幅的高频信号Sm相应的大小的高频功率Po。高频电源装置100b还具备检测高频输出部9所输出的高频功率Po的功率检测部5。高频输出部9输出的高频功率Po经由功率检测部5以及匹配器200被提供给负载。匹配器200谋求与功率检测部5以及负载的阻抗匹配。在实施方式2中，对与实施方式1对应的部位标注相同附图标记，省略其结构的说明。
高频生成部1b具有高频振荡器6、脉冲生成部7以及乘法运算器8。高频振荡器6振荡高频的连续信号S0。脉冲生成部7生成用于调制高频振荡器6振荡的连续信号S0的矩形波状的脉冲信号Vp。乘法运算器8通过将高频振荡器6振荡的连续信号S0以及脉冲生成部7生成的脉冲信号Vp相乘来调制连续信号S0的振幅。矩形波状的信号是具有阶梯状的上升以及下降的信号。在矩形波状的信号中，上升前以及下降后的水平不一定是零水平。在此，矩形波状的信号也视作广义脉冲信号。关于矩形波状的信号，将从上升到下降设为起效期间。
控制部2b具有CPU、ROM以及RAM，硬件上与实施方式1的图1所示的控制部2同样地构成。软件上，控制部2在脉冲生成部4周期性地设定占空比，并在高频生成部1中周期性地设定相位差θ。控制部2b在脉冲生成部7周期性地设定占空比以及2个脉冲水平。关于其详细后述。
高频振荡器6例如包含直接数字合成器。高频振荡器6振荡的高频的连续信号S0的电压用
Figure BDA0002680346230000211
表示。高频振荡部6将高频的连续信号S0输入到乘法运算器8的一方的乘法运算输入。A0是固定的振幅。
Figure BDA0002680346230000212
是初始相位。f是从控制部2b设定的频率，例如是2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz等工业用的RF带的频率。
脉冲生成部7例如包含直接数字合成器。脉冲生成部7遵循由控制部2b设定的周期、占空比以及2个脉冲水平来生成具有高水平以及低水平的脉冲信号Vp。脉冲生成部7将生成的脉冲信号Vp输入到乘法运算器8的另一方的乘法运算输入。脉冲信号Vp的周期与用控制部2b在高频振荡器6中设定的频率f的倒数表示的周期相比充分长。脉冲生成部7将脉冲信号Vp为高水平的期间的开始时间点和脉冲信号Vp为低水平的期间的开始时间点周期性地通知给控制部2b。
为了方便，即使是在脉冲生成部7将占空比设定为100％的情况，也将2个开始时间点通知给控制部2b。如上述那样，脉冲生成部7生成脉冲信号Vp。以下将脉冲信号Vp为高水平的期间称作第1期间。将脉冲信号Vp为低水平的期间称作第2期间。另外，将第1期间以及第2期间的重复周期称作控制周期。
乘法运算器8例如包含模拟乘法运算器或数字调制器。关于乘法运算器8，在2个乘法运算输入，输入高频的连续信号S0的瞬时值和脉冲信号Vp的瞬时值。乘法运算器8进行高频的连续信号S0的瞬时值与脉冲信号Vp的瞬时值的乘法运算处理。由此进行高频的连续信号S0的振幅偏移调制。乘法运算器8输出通过进行振幅偏移调制而得到的高频信号Sm。在脉冲信号Vp的信号水平成为固定的基准水平Lr且占空比为100％的情况下，乘法运算器8所输出的高频信号Sm使用表示上述的连续信号S0的电压式来如以下的式(17)那样表示。
Figure BDA0002680346230000213
其中B0：固定的振幅
高频输出部9包含线性放大器。高频输出部9将从乘法运算器8、即高频生成部1b输入的高频信号Sm直线地放大，输出通过放大而得到的高频电压Vo。由此，将具有与高频电压Vo相应的大小的高频功率Po提供给负载侧。从高频输出部9观察负载侧的阻抗假定为与实施方式1同样地是R0/2。在脉冲信号Vp的信号水平是固定的基准水平Lr的情况下，高频输出部9所输出的高频功率Po使用式(17)如以下的式(18)那样表示。在该情况下，高频功率Po的平均值Po_avr如以下的式(19)那样表示，与基准水平Lr的平方成正比。
Figure BDA0002680346230000221
Po_avr＝(G·Lr·B0)2/R0···············(19)
其中，G：高频输出部9的放大率
通过上述的结构，控制部2b能使提供给负载的高频功率Po的大小在第1期间以及第2期间各自中周期性地变化为第1水平以及第2水平。控制部2b为了被通知第1期间以及第2期间各自的开始时间点而在脉冲生成部7中设定脉冲信号Vp的周期以及占空比。占空比是第1期间相对于第1期间以及第2期间的重复周期即控制周期的比。由此，脉冲生成部7例如通过进行中断，来将第1期间的开始时间点以及第2期间的开始时间点周期性地通知给控制部2b。
在从脉冲生成部7被通知第1期间以及第2期间各自的开始时间点的情况下，控制部2b在脉冲生成部7中设定相异的脉冲水平，使得从高频输出部9输出的高频功率Po的大小成为第1水平以及第2水平。在第1期间以及第2期间各自的开始时间点对脉冲生成部7设定的脉冲水平被反映到脉冲生成部7生成的脉冲信号Vp的起效期间以及失效期间中的信号水平。然后基于这些信号水平来将高频功率Po的大小调整成第1水平以及第2水平。
在此，也可以预先基于式(19)来算出与第1水平对应的脉冲水平和与第2水平对应的脉冲水平。在该情况下，2个算出值被存储在未图示的存储部。另外，与第1水平以及第2水平分别对应的脉冲水平可以每次设定时就进行算出。如上述那样，高频功率Po的平均值Po_avr用式(19)表示。具体地，算出第1水平相对于平均值Po_avr的倍率和第2水平相对于平均值Po_avr的倍率。通过对算出的2个倍率各自的平方根乘以上述的基准水平Lr，来算出高水平以及低水平的脉冲水平。脉冲信号Vp的信号水平为固定的基准水平Lr的情况下的高频功率Po的平均值Po_avr也可以通过实测来算出。
能进行反馈控制，使得第1期间以及第2期间各自中从高频输出部9提供给负载的高频功率Po接近于目标的第1水平以及第2水平。这与实施方式1的情况同样。另外，在使第1水平或第2水平变化的情况下，和第1水平或第2水平的变化一并地使第1期间的占空比渐减(或渐增)，保持等离子的稳定。这也与实施方式1、变形例1以及变形例2的情况同样。
例如在使第1期间的占空比渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)的情况下，对应于占空比的变化来使对脉冲生成部7设定的脉冲水平变化。为了使脉冲水平变化而例如使用实施方式1的图4所示的图表。在如以上那样使脉冲水平变化的情况下，第1期间与脉冲生成部7所生成的矩形波状的脉冲信号Vp的起效期间对应。控制部2例如使对脉冲生成部7设定的占空比渐减。由此，能与从脉冲生成部7通知的定时同步地使第1期间渐减。
同样地，在使第1期间的占空比以及第2水平都渐减(或渐增)且使第1水平渐增(或渐减)的情况下，对应于占空比的变化来使对脉冲生成部7设定的脉冲水平变化。为了使脉冲水平变化而例如使用变形例1的图7所示的图表。另外，假定为使第2水平渐减(或渐增)并使第1水平渐增(或渐减)。在该情况下，使在脉冲生成部7设定的脉冲水平向目标的第2水平渐减(或渐增)，使在脉冲生成部7设定的脉冲水平向目标的第1水平渐增(或渐减)。为了使脉冲水平渐减或渐增，例如使用变形例2的图9所示的图表。
另外，在图4、图7以及图9中，将第1水平为1000W时的脉冲水平设定为基准水平Lr。将相对于1000W的第1水平以及第2水平各自的倍率的平方根设定为相对于基准水平L的相对的脉冲水平。以下使用流程图来说明参考与图4、图7以及图9所示的图表对应的表格来控制脉冲水平的方法。
图11是表示对脉冲生成部7设定占空比以及脉冲水平的控制部2b的处理次序的流程图。图中的除了步骤S36、S38以及S40以外的从步骤S31到S42，与实施方式1的图5所示的步骤S11到S22对应。这些处理内容与实施方式1同样。因此，以步骤S36、S38以及S40为中心进行说明。
在启动图11的处理并结束了步骤S31到S35的处理的情况下，控制部2b从Pa所示的列的内容读出与第1水平以及第2水平分别对应的脉冲水平(S36)。之后，控制部2b判定是否从脉冲生成部7被通知第1期间的上升(S37)。控制部2b在未被通知第1期间的上升的情况下(S37“否”)，进行待机，直到被通知上升。在被通知第1期间的上升的情况下(S37“是”)，控制部2b在步骤S36中预先读出脉冲水平中将与第1水平对应的脉冲电电位脉冲生成部7(S38)。
之后，控制部2b判定是否从脉冲生成部7被通知第2期间的上升(S39)。控制部2b在未被通知第2期间的上升的情况下(S39“否”)，进行待机，直到被通知上升。在被通知第2期间的上升的情况下(S39“是”)，控制部2b在在步骤S36预先读出的脉冲水平中将与第2水平对应的脉冲水平设定为脉冲生成部7(S40)。以下的处理与实施方式1的情况同样。
如以上那样，根据实施方式2，控制部2b周期性地控制高频生成部1b所生成的高频信号Sm的振幅。高频输出部9输出基于振幅被控制的高频信号Sm的高频功率Po。通过控制部2b周期性地控制高频信号Sm的振幅，高频输出部9所输出的高频功率Po的大小在第1期间以及第2期间各自中被周期性地调整成第1水平以及第2水平。第2水平比第1水平低。控制部2b进一步在周期性地控制上述振幅的期间，使第1期间相对于控制周期的占空比以及第2水平的至少一方渐减或渐增，并使第1水平渐增或渐减。由此，将高频输出部9所输出的高频功率Po的平均值保持固定。因此，能缓和高频功率Po的急变。
另外，根据实施方式2，控制部2b在第1期间以及第2期间各自中控制高频生成部1b所生成的高频信号Sm的振幅。高频输出部9生成具有与振幅被控制的高频信号Sm相应的大小的高频功率Po。因此，能使在第1期间以及第2期间各自中输出的高频功率Po的大小变化为第1水平以及第2水平。
(实施方式3)
实施方式2是1个高频输出部9将通过进行振幅偏移调制而被调整成第1水平以及第2水平的高频功率Po提供给负载的形态。在实施方式3中，一个高频输出部9仅在第1期间将第1水平的高频功率Po1提供给负载。进而，其他高频输出部9仅在第2期间将第2水平的高频功率Po2提供给负载。一个高频输出部9相当于第1高频输出部。其他高频输出部相当于第2高频输出部。
图12是表示实施方式3所涉及的高频电源装置100c的结构例的框图。高频电源装置100c具备高频生成部1c、控制部2c、和高频输出部9以及9。高频生成部1c生成高频信号Sm1以及Sm2。高频信号Sm1以及Sm2分别相当于第1高频信号以及第2高频信号。控制部2c控制高频生成部1c生成的高频信号Sm1以及Sm2的振幅。一个高频输出部9输出具有与被控制振幅的高频信号Sm1相应的大小的高频功率Po1。其他高频输出部9输出具有与被控制振幅的高频信号Sm2相应的大小的高频功率Po2。
高频电源装置100c还具备检测高频输出部9以及9分别输出的高频功率Po1以及Po2的功率检测部5以及5。一个高频输出部9输出的高频功率Po1经由一个功率检测部5以及一个匹配器200而提供给负载300所具有的电极301。其他高频输出部9输出的高频功率Po2经由其他功率检测部5以及其他匹配器200而提供给负载300所具有的电极301。匹配器200以及200谋求与负载300的阻抗匹配。负载300是等离子处理装置。负载300所具有的另一方的电极302接地。对与实施方式1以及2对应的部位标注相同附图标记，省略其结构的说明。
高频生成部1c具有高频振荡器6、脉冲生成部7b、和乘法运算器8以及8。高频振荡器6振荡高频的连续信号S0。脉冲生成部7b生成用于对高频振荡器6振荡的连续信号S0进行调制的脉冲信号Vp1以及Vp2。一个乘法运算器8通过将高频振荡器6振荡的连续信号S0和脉冲生成部7b生成的脉冲信号Vp1相乘来调制连续信号S0的振幅。其他乘法运算器8通过将高频振荡器6振荡的连续信号S0和脉冲生成部7b生成的脉冲信号Vp2相乘来调制连续信号S0的振幅。
控制部2c具有CPU、ROM以及RAM，与实施方式2的图10所示的控制部2b同样地构成。其中，功率检测部5以及5的检测结果个别输入到控制部2c。进而，控制部2c将与第1期间以及第2期间分别相关的定时通知给匹配器200以及200。可以从脉冲生成部7b对匹配器200以及200分别直接赋予表示第1期间的信号以及表示第2期间的信号。
高频振荡器6将振荡的连续信号S0分配给乘法运算器8以及8。由此，连续信号S0被输入到乘法运算器8以及8各自的一方的乘法运算输入。另外，也可以将频率相异的2个连续信号分别输入到乘法运算器8以及8。
脉冲生成部7b遵循由控制部2c设定的周期以及占空比来生成高水平的脉冲信号Vp1，将生成的脉冲信号Vp1输入到一方的乘法运算器8的另一方乘法运算输入。脉冲生成部7b进一步在脉冲信号Vp1的失效期间生成比脉冲信号Vp1更低水平的脉冲信号Vp2，将生成的脉冲信号Vp2输入到另一方的乘法运算器8的另一方的乘法运算输入。换言之，关于实施方式2的脉冲生成部7所生成的矩形波状的脉冲信号Vp，脉冲生成部7b在第1期间中输出脉冲信号Vp1，在第2期间中输出脉冲信号Vp2。脉冲信号Vp1以及Vp2是失效期间为零水平的狭义的脉冲信号。脉冲生成部7b将生成的脉冲信号Vp1以及Vp2各自的开始时间点周期性地通知给控制部2c。
为了方便，即使是在脉冲生成部7b中将占空比设定为100％的情况，也将2个开始时间点通知给控制部2c。如上述那样，脉冲生成部7b生成脉冲信号Vp1以及Vp2。以下将脉冲信号Vp1的起效期间称作第1期间。将脉冲信号Vp2的起效期间称作第2期间。另外，将第1期间以及第2期间的重复周期称作控制周期。
乘法运算器8以及8分别进行高频的连续信号S0的振幅偏移调制。一个乘法运算器8输出高频信号Sm1。其他乘法运算器8输出高频信号Sm2。高频输出部9以及9分别将从乘法运算器8以及8、即高频生成部1c输出的高频信号Sm1以及Sm2直线地放大。高频输出部9以及9分别输出通过放大得到的高频电压Vo1以及Vo2。由此，将与高频电压Vo1以及Vo2分别相应的大小的高频功率Po1以及Po2提供给负载300侧。
通过上述的结构，控制部2c能将提供给负载300的高频功率Po1的大小在第1期间中调整成第1水平。另外，控制部2c能将提供给负载300的高频功率Po2的大小在第2期间中调整成第2水平。控制部2c为了被通知第1期间以及第2期间各自的开始时间点，在脉冲生成部7b中设定脉冲的周期以及脉冲信号Vp1的占空比。占空比是第1期间相对于第1期间以及第2期间的重复周期即控制周期的比。由此，脉冲生成部7b例如通过进行中断来将第1期间的开始时间点以及第2期间的开始时间点周期性地通知给控制部2c。
在从脉冲生成部7b通知了第1期间的开始时间点的情况下，控制部2c在脉冲生成部7b中设定一个脉冲水平，使得从一个高频输出部9输出的高频功率Po1的大小成为第1水平。另外，在从脉冲生成部7b被通知第2期间的开始时间点的情况下，控制部2c在脉冲生成部7b中设定其他脉冲水平，使得从其他高频输出部9输出的高频功率Po2的大小成为第2水平。控制部2c设定脉冲水平。与第1水平对应的脉冲水平以及与第2水平对应的脉冲水平可以与实施方式2同样地预先算出。在该情况下，2个算出值存储在未图示的存储部。与第1水平以及第2水平分别对应的脉冲水平可以每次设定时进行算出。
如上述那样，在第1期间以及第2期间各自中，从高频输出部9以及9对负载300提供高频功率Po1以及Po2。能进行反馈控制，使得高频功率Po1以及Po2各自接近于目标的第1水平以及第2水平。这与实施方式1以及2的情况同样。另外，在使第1水平或第2水平变化的情况下，与第1水平或第2水平的变化一并地使第1期间的占空比渐减(或渐增)，保持等离子的稳定。这也与实施方式1以及2、和变形例1以及变形例2的情况同样。
如上述那样，控制部2c对脉冲生成部7b设定的内容和实施方式2的控制部2b对脉冲生成部7设定的内容同样。为此，对脉冲生成部7b周期性地设定占空比以及脉冲水平的控制部2c的处理次序与实施方式2的图11所示的处理次序同样。因此，在此省略表示处理次序的流程图的图示以及说明。
如以上那样，根据实施方式3，控制部2c周期性地控制高频生成部1c生成的高频信号Sm1以及Sm2的振幅。高频输出部9以及9分别输出基于振幅被控制的高频信号Sm1以及Sm2的高频功率Po1以及Po2。通过控制部2c周期性地控制高频信号Sm1以及Sm2的振幅，高频功率Po1以及Po2各自的大小在第1期间以及第2期间被周期性地调整成第1水平以及第2水平。控制部2c进一步在周期性地控制上述振幅的期间使第1期间相对于控制周期的占空比以及第2水平的至少一方渐减或渐增，并使第1水平渐增或渐减。由此，将高频输出部9以及9分别输出的高频功率Po1以及Po2的和的平均值保持固定。即，在使第1期间的占空比以及第2水平的至少一方渐减的情况下，使第1水平渐增。在使第1期间的占空比以及第2水平的至少一方渐增的情况下，使第1水平渐减。由此，将高频功率Po1以及Po2的和的平均值保持固定。因此，能缓和高频功率Po的急变。
在实施方式3中，关于高频信号Sm1以及Sm2各自，控制部2c通过与实施方式2的情况同样地对振幅进行控制，来将提供给负载300的高频功率Po1以及Po2各自的大小调整成第1水平以及第2水平。但将提供给负载300的2系统的高频功率各自的大小调整成第1水平以及第2水平的结构并不限定于上述的结构。假定为在一组高频信号中包含2个信号。例如也可以取代高频信号Sm1以及Sm2而使2组高频信号产生。在该结构中，例如对各组高频信号，控制部与实施方式1的情况同样地控制相位差。由此，提供给负载300的2系统的高频功率各自的大小被调整成第1水平以及第2水平。
本次公开的实施方式在全部点上都是例示，而不应认为是限制。本发明的范围并不在于上述的含义，而是由权利要求书示出，意在包含与权利要求书等同的意义以及范围内的全部变更。另外，各实施方式记载的技术特征能相互组合。

Claims (6)

1.一种高频电源装置，其特征在于，具备：
生成高频信号的高频生成部；
周期性地控制所述高频生成部所生成的高频信号的振幅或相位的控制部；和
输出基于被所述控制部控制了振幅或相位的高频信号从而大小被控制的高频功率的高频输出部，
所述控制部控制所述高频信号的振幅或相位，使得所述高频输出部所输出的高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，
所述控制部使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，
所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述高频输出部所输出的高频功率的平均值成为固定，
所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述高频输出部所输出的高频功率的平均值成为固定。
2.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
所述高频生成部生成包含相同频率的第1高频信号以及第2高频信号的多个高频信号，
所述控制部控制所述第1期间以及所述第2期间各自中的所述第1高频信号与所述第2高频信号的相位差，
所述高频输出部具有：
生成具有与所述第1高频信号相应的相位的第1高频电压的第1生成部；
生成具有与所述第2高频信号相应的相位的第2高频电压的第2生成部；和
将分别基于所述第1生成部以及所述第2生成部所生成的第1高频电压以及第2高频电压的高频功率以与所述相位差相应的比例进行合成的功率合成部。
3.根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，
所述控制部控制所述第1期间以及所述第2期间各自中的所述高频信号的振幅，
所述高频输出部输出具有与被所述控制部控制了振幅的高频信号相应的大小的高频功率。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高频电源装置，其特征在于，
所述高频电源装置还具备：检测所述高频输出部所输出的高频功率的功率检测部，
所述控制部调整所述高频信号的振幅或相位，使得在所述第1期间以及所述第2期间中由所述功率检测部检测的高频功率的大小和所述第1水平以及所述第2水平一致。
5.一种高频电源装置，其特征在于，具备：
生成第1高频信号以及第2高频信号的高频生成部；
周期性地控制所述高频生成部生成的第1高频信号以及第2高频信号的振幅或相位的控制部；
输出基于被所述控制部控制振幅或相位的第1高频信号从而大小被控制的高频功率的第1高频输出部；和
输出基于被所述控制部控制了振幅或相位的第2高频信号从而大小被控制的高频功率的第2高频输出部，
所述控制部控制所述第1高频信号的振幅或相位，使得所述第1高频输出部所输出的高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，
所述控制部控制所述第2高频信号的振幅或相位，使得所述第2高频输出部所输出的高频功率的大小在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，
所述控制部使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，
所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述第1高频输出部以及所述第2高频输出部所输出的高频功率的和的平均值成为固定，
所述控制部在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述第1高频输出部以及所述第2高频输出部所输出的高频功率的和的平均值成为固定。
6.一种高频功率的输出方法，输出基于被周期性地控制振幅或相位的高频信号从而大小被控制的高频功率，其特征在于，
控制所述高频信号的振幅或相位，使得所述高频功率的大小在控制周期中的第1期间成为第1水平，在与所述第1期间不同的所述控制周期中的第2期间成为比所述第1水平低的第2水平，
使所述第1期间的长度相对于所述控制周期的长度的比以及所述第2水平的至少一方渐减或渐增，
在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐减的情况下，使所述第1水平渐增，使得所述高频功率的平均值成为固定，
在使所述比以及所述第2水平的至少一方渐增的情况下，使所述第1水平渐减，使得所述高频功率的平均值成为固定。
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