JP2004205328A

JP2004205328A - High-frequency power supply device

Info

Publication number: JP2004205328A
Application number: JP2002374321A
Authority: JP
Inventors: Akira Uchino; 昭内野; Hiroyuki Kotani; 弘幸小谷; Hiroaki Ooichi; 啓晶大市; Keiju Fukumoto; 桂樹福本
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency power supply device capable of detecting abnormality of a detection part. <P>SOLUTION: This high-frequency power supply device is equipped with an output setting part 10 for outputting an output setting signal V<SB>set</SB>of a progressive wave power, a power output part 20 for performing feedback control so that the magnitude of a first progressive wave power detection signal Vpf1 becomes equal to the magnitude of the output setting signal V<SB>set</SB>and outputting the progressive wave power, an output voltage detection part 41 for detecting the voltage on a transmission line between the power output part 20 and the output end of the high-frequency power supply device or the voltage of an equivalent spot, and a comparison determination part 50 for determining whether the first power detection part 30 is normal or not by comparing a power value corresponding to a voltage value detected by the output voltage detection part 41 with an output setting value of the progressive wave power. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプラズマエッチングを行うプラズマ処理装置等に電力を供給する高周波電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来技術の高周波電源装置１ｐ及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
高周波電源装置１ｐは、伝送線路２及び整合装置３及び伝送線路４を介して、負荷となるプラズマ処理装置５に、高周波電力を供給するための電源装置である。なお、一般にこの種の高周波電源装置では、数百ｋＨｚ以上の周波数の高周波電力を出力している。
【０００３】
整合装置３は、整合装置３の入力端３１から伝送線路２を経由し高周波電源装置１ｐ側を見た電源側インピーダンスＺｏ（通常は５０Ωにしていることが多い）と、整合装置３の入力端３１から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ（整合装置３及び伝送線路４及びプラズマ処理装置５のインピーダンス）とを整合させるための装置である。
この整合装置３は、例えば、内部に可変コンデンサ、可変インダクタ等の可変インピーダンス素子を備えていて、内部のインピーダンスを変化させることによって負荷側インピーダンスＺＬを変化させる。
【０００４】
プラズマ処理装置５は、ワーク加工部を備え、そのワーク加工部の内部に搬入したウエハ、液晶基板等のワークを加工（エッチング、ＣＶＤ等）するための装置である。このプラズマ処理装置５は、ワークを加工するために、ワーク加工部にプラズマ放電用ガスを導入し、そのプラズマ放電用ガスに高周波電源装置１ｐから供給された高周波電力（電圧）を印加することによって、上記のプラズマ放電用ガスを放電（以下、プラズマ放電という）させて非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマ状態になったガスを利用してワークを加工している。
【０００５】
伝送線路２及び伝送線路４は、電力を伝送するための線路であり、例えば、同軸ケーブル、導波管、銅板、同軸管等が用いられる。
【０００６】
ここで、図４に示した整合装置３の入力端３１から伝送線路２を経由し高周波電源装置１ｐ側を見た電源側インピーダンスＺｏと負荷側インピーダンスＺＬとが整合（以下、インピーダンス整合という）しているときは、高周波電源装置１ｐから出力された高周波電力が効率よくプラズマ処理装置５に供給される（以下、プラズマ処理装置５等の負荷に供給される電力を負荷電力という）。
【０００７】
しかし、プラズマ処理装置５の内部インピーダンスがプラズマ放電の状態によって変動するために、整合装置の入力端３１から見た負荷側インピーダンスＺＬは、整合時に比べて、高インピーダンス又は低インピーダンスに変動する。
そうなると、電源側インピーダンスＺｏと負荷側インピーダンスＺＬとが整合しない状態になるので、高周波電源装置１ｐから出力されてプラズマ処理装置５に向かう高周波電力（以下、進行波電力という）の一部又は全部が反射して整合装置３から高周波電源装置１ｐに向かう反射波電力ＰＲが発生する。
【０００８】
通常は、整合装置３によってインピーダンス整合をさせるために、整合状態に戻るが、非整合状態から整合状態になるまでの間は、反射波電力が発生することになる。また、整合装置３の調整が最適でない場合等は、非整合状態が続くこともある。このように、何らかの理由で発生した反射波電力ＰＲは、高周波電源装置１ｐ内に戻る（反射入力される）。
【０００９】
なお、伝送線路２の特性インピーダンスを高周波電源装置の出力インピーダンスＺｏ’と等しくなるようにしている。
このような状態でインピーダンス整合すると、整合装置３の入力端３１から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬと高周波電源装置の出力端１０１から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ’とが一致する。また、電源側インピーダンスＺｏと高周波電源装置の出力インピーダンスＺｏ’とが一致する。
よって、伝送線路２の特性インピーダンスを高周波電源装置の出力インピーダンスＺｏ’と等しくした状態でインピーダンス整合すると、高周波電源装置の出力インピーダンスＺｏ’と高周波電源装置の出力端１０１から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ’もインピーダンス整合していることになる。
【００１０】
図５は、従来技術の高周波電源装置１ｐの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
【００１１】
出力設定部１０は、後述する電力出力部２０から出力する進行波電力ＰＦの出力設定値を定める出力設定信号Ｖｓｅｔを出力する。
例えば、出力設定信号Ｖｓｅｔが１０［Ｖ］の場合に、後述する電力出力部２０から出力する進行波電力の出力設定値が１０００［Ｗ］になるように回路定数等を設定すると、出力設定値を１０００［Ｗ］に定めるためには、出力設定信号Ｖｓｅｔの大きさを１０［Ｖ］にして出力すればよい。また、出力設定値と出力設定信号の大きさとの対応関係が比例関係である場合に、出力設定値を５００［Ｗ］に定めるためには、出力設定信号Ｖｓｅｔの大きさを５［Ｖ］にして出力すればよい。
なお、出力設定信号Ｖｓｅｔは、高周波電源装置の外部にある他の装置から入力してもよい。
【００１２】
第１電力検出部３０は、後述する電力出力部２０から出力される進行波電力ＰＦ及び高周波電源装置１ｐの外部から戻ってくる反射波電力ＰＲを検出し、進行波電力値に対応した第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１を出力するとともに、反射波電力値に対応した反射波電力検出信号Ｖｐｒを出力する。この第１電力検出部３０には、例えば、方向性結合器等が用いられる。
また、例えば、電力出力部２０から出力される進行波電力値が１０００［Ｗ］である場合に、第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１として１０［Ｖ］を出力するように設定すると、進行波電力値である１０００［Ｗ］に対応した第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１は１０［Ｖ］の電圧信号となる。また、進行波電力値と第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１との対応関係が比例関係である場合は、進行波電力値である５００［Ｗ］に対応した第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１は５［Ｖ］の電圧信号となる。
【００１３】
なお、後述する電力出力部２０から出力される進行波電力ＰＦ及び高周波電源装置１ｐの外部から戻ってくる反射波電力ＰＲは、第１電力検出部３０の内部をそのままの大きさで通過するか又は殆ど減衰することなく通過する。
また、第１電力検出部３０は、好ましくは、上記のように進行波電力及び反射波電力の両方を検出できることが望ましいが、進行波電力及び反射波電力の内、少なくとも進行波電力を検出できるものであってもよい。
【００１４】
電力出力部２０は、図示しない電力増幅回路や発振回路等によって構成されている。そして、第１電力検出部３０から出力される第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１と出力設定部１０から出力される出力設定信号Ｖｓｅｔとを入力し、第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１の大きさが出力設定信号Ｖｓｅｔの大きさと等しくなるようにフィードバック制御をして進行波電力を出力するように構成されている。
なお、電力出力部２０から出力された進行波電力は、高周波電源装置の出力端としての高周波電力出力コネクタ１０１に接続された伝送線路２を介して、高周波電源装置の外部に出力される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−１４５７５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２７５９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２２７６０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理装置５でワーク（ウエハ、液晶基板等）を加工する際には、その目的に応じて各種の加工プロセスがあり、目的に応じた加工プロセスを実行することによって、ワークが加工される。
例えば、エッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、供給する進行波電力の電力値、進行波電力の供給時間などを適切に設定した加工プロセスを実行する必要がある。
【００１７】
ところで、プラズマ処理装置５でのワークの加工が終了すれば、ワークが正常に加工されているか否かを検査する工程がある。例えば、エッチングを行った場合には、エッチングによって削られたアルミニウムや銅の深さが適正値になっているか否かなどを検査する工程がある。
このような検査工程で、正常でなく不良と判定された場合は、何らかの原因があると言える。例えば、一例として、次のような原因が考えられる。
（イ）プラズマ処理装置５のワーク加工部が、長時間の使用によって汚れたことによって、発生したプラズマの状態が正常時と異なっていた。
（ロ）何らかの原因で、ガス種類やガス圧力が適正でなかった。
（ハ）整合装置が正常に動作しなかったので、電力の供給効率が悪くなり、適正な電力がプラズマ処理装置５に供給されなかった。
（ニ）高周波電源装置から出力される進行波電力の電力値が、何らかの原因で、出力設定値と異なっていた。
【００１８】
このように、プラズマ処理装置５だけでなく、高周波電源装置や整合装置などの装置が原因となることもあるので、不良と判定された場合の原因が何かということを特定するのは非常に難しいのが実情である。
【００１９】
ここで、高周波電源装置に関して言えば、進行波電力の電力値が出力設定値とおりに出力されていれば、正常であるとされている。
しかし、前述したように高周波電源装置は、フィードバック制御によって出力である進行波電力の電力値を制御しているので、検出部に異常があって、フィードバックされる検出信号が正常値でない場合でも、高周波電源装置から見ると、正常な状態であると認識する。そのために、このような状態であっても、異常であることを示すアラーム出力はしない。
例えば、出力設定値が１０００［Ｗ］の場合に、実際の出力値が１０００［Ｗ］であるにも関わらず、検出値が１２００［Ｗ］であったとすると、１２００−１０００＝２００［Ｗ］だけ出力設定値よりも余分に出力していると認識して、その分だけ出力値を小さくしようと制御する。その結果、高周波電源装置から出力される進行波電力は、出力設定値である１０００［Ｗ］よりも小さくなってしまう。
このような状態になると、プラズマ処理装置５には、正常な状態に比べて少ない電力量しか供給されないので、ワークに正常な加工ができなくなってしまう。
エッチングを行う場合を考えると、供給される電力量が少なくなると、エッチングによって削られるアルミニウムや銅の深さが適正値以下になるので、不良品になってしまう。
このように、従来技術の高周波電源装置１ｐでは、たとえ検出部に異常があっても、その異常を検知できないという課題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、高周波電源装置から出力される進行波電力の電力値が出力設定値に対して正常であるか否かを検知できるようにすることで、高周波電源装置に原因があるか否かを検知できる高周波電源装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、例えば図１に示すように、
電力出力部２０から負荷に向かって出力する進行波電力を第１電力検出部３０によって検出し、検出した進行波電力値が、進行波電力の出力設定値と等しくなるようにフィードバック制御をする高周波電源装置において、
前記電力出力部２０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧または同等個所の電圧を検出する出力電圧検出部４１と、
インピーダンス整合している場合に、出力電圧検出部４１によって検出した電圧値に対応した電力値と進行波電力の出力設定値とを比較することによって、前記第１電力検出部３０が正常であるか否かを判定する比較判定部５０と
をさらに備えたことを特徴とする高周波電源装置である。
【００２２】
請求項２の発明は、例えば図１に示すように、
負荷に向かって出力する進行波電力が出力設定値になるように制御する高周波電源装置において、
前記進行波電力を検出して、検出した進行波電力値に対応した第1の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１を出力する第１電力検出部３０と、
前記第1の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１を入力するとともに、出力する進行波電力の出力設定値を定める出力設定信号Ｖｓｅｔを入力して、前記第1の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１の大きさが出力設定信号Ｖｓｅｔの大きさと等しくなるようにフィードバック制御をして、進行波電力ＰＦを出力する電力出力部２０と、
前記電力出力部２０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧または同等個所の電圧を検出して、検出した電圧値に対応した高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔを出力する出力電圧検出部４１と、
前記第１電力検出部が正常で、かつ、インピーダンス整合している場合に、前記高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔの大きさを第１電力検出部３０から出力される第1の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１の大きさと略同等の大きさに変換するために定まる変換対応関係に基づいて、高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔの信号レベルを変換した第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２を出力するレベル変換部４２と、
前記第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２が、前記進行波電力の出力設定値に基づいて定めた正常範囲内であるか否かを判定し、正常範囲内であるか否かを示す正常状態信号Ｖｎｒｍを出力する比較判定部５０と
を備えたことを特徴とする高周波電源装置である。
【００２３】
請求項３の発明は、例えば図３に示すように、
前記正常状態信号Ｖｎｒｍと、少なくとも１つの条件信号を入力し、これらの入力した信号の論理積を出力する論理積部６０をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波電源装置である。
【００２４】
請求項４の発明は、例えば図３に示すように、
前記条件信号の１つは、整合状態であるか否かを示す信号であることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置である。
【００２５】
請求項５の発明は、例えば図１に示すように、
前記出力電圧検出部が、複数のコンデンサによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波電源装置である。
【００２６】
請求項６の発明は、例えば図２に示すように、
前記出力電圧検出部が、複数の抵抗によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波電源装置である。
【００２７】
請求項７の発明は、例えば図２に示すように、
前記出力電圧検出部が、複数のインダクタによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波電源装置である。
【００２８】
請求項８の発明は、例えば図２に示すように、
前記出力電圧検出部が、コンデンサ、抵抗及びインダクタの内、少なくとも２種類の素子を組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波電源装置である。
【００２９】
請求項９の発明は、例えば図２に示すように、
前記出力電圧検出部が、トランスによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高周波電源装置である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置１ａの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。なお、図１で、図５と同様の部分については説明を省略する。
【００３２】
出力電圧検出部４１は、第１電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路とアース（ＧＮＤ）との間に設けられていて、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２によって構成されている。そして、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との接続点から、第１電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧をコンデンサによって分圧した高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔを出力する。
なお、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とによって分圧比が定まるので、第１電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧値と高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔとは、対応関係を有している。
【００３３】
なお、図１に示した例では、第１電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧を出力電圧検出部４１の入力としていた。しかし、出力電圧検出部４１の入力は、電力出力部２０と高周波電源装置の出力端との間の伝送線路上の電圧であればよい。これは、後述する図３に示す例でも同様である。
さらに、伝送線路２上の電圧も、実質的に、第１電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間の伝送線路上の電圧と同等であるので、伝送線路２上の電圧を出力電圧検出部４１の入力としてもよい。
【００３４】
また、図１に示した例では、出力電圧検出部４１を２つのコンデンサを用いた構成にしているが、この構成に限定されるものではなく、図２のように、抵抗やインダクタやトランス（変圧器）を用いた構成にしてもよい。
図２は、出力電圧検出部４１の他の構成の一例を示す回路例である。同図（ａ）は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いた回路例である。同図（ｂ）は、インダクタＬ１，Ｌ２を用いた回路例である。同図（ｃ）は、コンデンサＣ３，抵抗Ｒ３を用いた回路例である。同図（ｄ）は、インダクタＬ３，抵抗Ｒ４を用いた回路例である。同図（ｅ）は、インダクタＬ４、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ５を組み合わせた回路例である。同図（ｆ）は、トランスＴＲを用いた回路例である。
さらに、抵抗、コンデンサ及びインダクタの個数や組み合わせ方は、任意である。また、分圧した電圧信号を出力する接続点も任意の個所に設定できる。
【００３５】
レベル変換部４２は、前述した第１電力検出部３０が正常で、かつ、インピーダンス整合している場合に、高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔの大きさを第１電力検出部３０から出力される第1の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１の大きさと略同等の大きさに変換するために定まる変換対応関係に基づいて、高周波出力電圧信号Ｖｏｕｔの信号レベルを変換した第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２を出力する。なお、このレベル変換部４２は、例えば、二乗回路やオペアンプを用いた増幅回路などが使用できる。
【００３６】
このように出力電圧検出部４１及びレベル変換部４２を用いると、簡易な構成で第１電力検出部３０の出力と同等の進行波電力値に対応した信号を得ることができる。ただし、インピーダンス整合している場合には、精度のよい検出値を得ることができるが、インピーダンス整合していない状態、すなわち、反射波電力が発生している場合は、反射波電力が発生していることが原因で、精度の良い検出値を得ることができない。
【００３７】
なお、この図１で示した例の場合、出力電圧検出部４１及びレベル変換部４２によって構成される部分が、第２電力検出部４０として機能する。
【００３８】
上限設定回路５１は、出力設定信号Ｖｓｅｔを入力し、この出力設定信号Ｖｓｅｔよりも大きな値の上限信号Ｖｕｐｐを設定して出力する回路である。また、下限設定回路５２は、出力設定信号Ｖｓｅｔを入力し、この出力設定信号Ｖｓｅｔよりも小さな値の下限信号Ｖｌｏｗを設定して出力する回路である。例えば、上限信号Ｖｕｐｐを出力設定信号Ｖｓｅｔの１．２倍の大きさに設定し、下限信号Ｖｌｏｗを出力設定信号Ｖｓｅｔの０．８倍の大きさに設定する。
また、上限設定回路５１と下限設定回路５２は、例えば、オペアンプを用いた増幅回路などが使用できる。
【００３９】
第１の比較回路５３は、レベル変換部４２から出力される第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２と、上限設定回路５１から出力される上限信号Ｖｕｐｐとを入力し、この２つの信号を比較して、第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２の大きさが上限信号Ｖｕｐｐの大きさ以下のときに、第１電力検出部３０が正常であることを示す信号（この例では、Ｈｉｇｈレベルの信号）を出力する。また、第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２の大きさが上限信号Ｖｕｐｐの大きさよりも大きいときに、第１電力検出部３０が異常であることを示す信号（この例では、Ｌｏｗレベルの信号）を出力する。
【００４０】
第２の比較回路５５は、レベル変換部４２から出力される第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２と、下限設定回路５２から出力される下限信号Ｖｌｏｗとを入力し、この２つの信号を比較して、第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２の大きさが下限信号Ｖｌｏｗの大きさ以上のときに、第１電力検出部３０が正常であることを示す信号（この例では、Ｈｉｇｈレベルの信号）を出力する。また、第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２の大きさが下限信号Ｖｌｏｗの大きさ未満のときに、第１電力検出部３０が異常であることを示す信号（この例では、Ｌｏｗレベルの信号）を出力する。
【００４１】
なお、第１の比較回路５３、第２の比較回路５５の出力側には、図に示すように第１のダイオード５４、第２のダイオード５６及び２つのダイオードの接続点に抵抗５７を介して接続されたＨｉｇｈレベルの電源電圧（この例では＋１５Ｖ）が接続されているので、２つのダイオードの接続点から出力される正常状態信号Ｖｎｒｍが、第１の比較回路５３の出力と第２の比較回路５５の出力とによって変化する。
具体的に説明すると、第１の比較回路５３の出力及び第２の比較回路５５の出力が両方ともＨｉｇｈレベルの場合に、２つのダイオードの接続点が正常状態を示すＨｉｇｈレベルになる。また、第１の比較回路５３の出力または第２の比較回路５５の出力のどちらかがＬｏｗレベルの場合に、２つのダイオードの接続点が異常状態を示すＬｏｗレベルになる。
すなわち、この部分は、実質的にＡＮＤ回路（論理積回路）であるので、ＡＮＤ回路を用いてもよい。
また、正常状態信号Ｖｎｒｍは、出力端子１０２を介して高周波電源装置の外部に出力することができる。
【００４２】
なお、この図１で示した例の場合、上限設定回路５１、下限設定回路５２、第１の比較回路５３、第２の比較回路５５、第１のダイオード５４、第２のダイオード５６、抵抗５７及びＨｉｇｈレベルの電源電圧（この例では１５Ｖ）によって構成される部分が、比較判定部５０として機能する。
【００４３】
図１のように構成することで、第１電力検出部３０から出力される第１の進行波電力検出信号Ｖｐｆ１と、第２電力検出部４０から出力される第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２とを比較することができるので、第１電力検出部３０の進行波電力検出機能に異常が発生して、フィードバック制御が正常にできない場合に、比較判定部５０から異常を示す信号（この例の場合はＬｏｗ）を出力することができる。
また、比較判定部５０の出力が正常状態を示すＨｉｇｈレベルの場合は、高周波電源装置１ａが正常な状態であることを示している。そのために、比較判定部５０の出力が正常を示すＨｉｇｈレベルであったにも関わらず、ワークに不良が発生した場合には、高周波電源装置１ａ以外の装置に原因があると言える可能性が高まる。よって、原因の特定することが従来よりも容易になる。
【００４４】
なお、図１で示した例の場合、出力設定信号Ｖｓｅｔを上限設定回路５１及び下限設定回路５２に入力して、上限値及び下限値を設定し、レベル変換部４２から出力される第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２が、設定した上限値及び下限値の範囲内に収まるか否かによって、正常であるか否かを判定している。
しかし、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、
（ａ）出力設定信号Ｖｓｅｔから第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２を減算するか、または、第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２から出力設定信号Ｖｓｅｔを減算して、減算した信号を出力する減算回路と、
（ｂ）上記減算回路の出力を入力し、入力した信号の大きさが、予め設定した基準値内であれば正常であると判定し、予め設定した基準値内でなければ異常であると判定し、その判定結果を正常状態信号Ｖｎｒｍとして出力する判定回路と、を備えた構成にしてもよい。このように構成しても、図１で示した例と同様の効果が得られる。
この場合、（ａ）減算回路と（ｂ）判定回路とによって構成される部分が、比較判定部５０として機能する。
【００４５】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置１ｂの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。なお、図３で、図１、図５と同様の部分については説明を省略する。
【００４６】
図１に示した第１の実施形態では、比較判定部５０の出力を高周波電源装置１ａの外部に出力していた。これに対して、図３に示す高周波電源装置１ｂは、比較判定部５０の出力側に、さらに、ＡＮＤ回路（論理積回路）６１を備えた構成になっていて、ＡＮＤ回路６１の出力を出力端子１０３を介して高周波電源装置１ｂの外部に出力する。
ＡＮＤ回路６１は、比較判定部５０の出力である正常状態信号Ｖｎｒｍと、少なくとも１つの条件信号を入力し、これらの入力した信号の論理積を出力する回路である。なお、図３の場合は、２つの条件信号を入力する例を示しているが、条件信号は、１つでもよく、また３つ以上でもよい。
【００４７】
ここで、条件信号とは、レベル変換部４２から出力される信号Ｖｐｆ２が、精度が良い状態であるか悪い状態であるかを判定するための信号である。すなわち、出力電圧検出部４１から出力される信号Ｖｏｕｔが、精度が良い状態であるか悪い状態であるかを判定するための信号であって、例えば、下記の▲１▼〜▲３▼に示すような信号である。
【００４８】
▲１▼インピーダンス整合している状態か否かを示す整合状態信号Ｖｍａｔ。
この整合状態信号Ｖｍａｔは、図３に示すように、整合装置３から出力する信号であって、入力端子１０４を介して、ＡＮＤ回路６１に入力される。この例の場合は、第１の条件信号として、整合状態信号ＶｍａｔがＡＮＤ回路６１に入力されている。また、この例の場合、インピーダンス整合しているときに、正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号になる。なお、インピーダンス整合している状態とは、完全に整合していなくてもよく、例えば、負荷側インピーダンスが、設定した範囲内になったときをインピーダンス整合した状態であるとしてもよい。
【００４９】
▲２▼高周波電源装置１ｂの第１電力検出部３０で検出した反射波電力の大きさが許容値以下になっているか否かを示す反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’。
図３に示す例の場合、レベル設定器７１によって設定された反射波電力の許容値を定める信号と第１電力検出部３０から出力される反射波電力検出信号Ｖｐｒとを反射波電力比較回路７２の入力として、反射波電力検出信号Ｖｐｒが許容値以下になっているか否かを示す反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’を出力する。
なお、この例の場合、反射波電力検出信号Ｖｐｒが許容値以下になっているときに、反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’が、正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号になる。
また、反射波電力の大きさが許容値以下になっているときは、反射波電力が無い状態、または反射波電力値が許容できる程度の大きさであるので、インピーダンス整合している状態であると見なすことができる。
【００５０】
▲３▼進行波電力が出力されてからの時間をカウントする信号。
進行波電力が出力されても整合装置がインピーダンス整合するまでには多少の時間が必要である。この例の場合、進行波電力が出力されてからインピーダンス整合するまでに必要な時間が経過したときに、正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号になる。
【００５１】
上記の▲１▼〜▲３▼のような信号は、目的に応じて、任意に用いればよい。しかし、前述したように、出力電圧検出部４１及びレベル変換部４２によって構成される部分の出力（第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２）は、第１電力検出部３０の出力と同等の進行波電力値に対応した信号であることが望まれる。そのために、インピーダンス整合している状態のときは、精度が良いが、インピーダンス整合していない状態では、反射波電力の影響を受けて、精度が悪くなる。したがって、インピーダンス整合している状態のときのみ、比較判定部５０の出力を用いて、高周波電源装置が、正常な状態であるか否かを判定することが望ましい。
そのために、インピーダンス整合している状態しているか否かを知るために、上記▲１▼の整合状態信号Ｖｍａｔ、または上記▲２▼の反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’のどちらかを入力することが望ましい。
【００５２】
なお、この図３で示した例の場合、ＡＮＤ回路６１によって構成される部分が、論理積部６０として機能する。また、上記▲１▼の整合状態信号Ｖｍａｔ及び▲２▼の反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’は、整合状態であるか否かを示す信号となる。
【００５３】
また、図３に示した例では、比較判定部５０の出力である正常状態信号Ｖｎｒｍと複数の条件信号とを１つのＡＮＤ回路６１に入力していた。しかし、この構成に限定されるものではなく、例えば、条件信号を入力する第１のＡＮＤ回路と、第１のＡＮＤ回路の出力と正常状態信号Ｖｎｒｍとを入力する第２のＡＮＤ回路を備えるような構成にしてもよい。
【００５４】
図３のように構成することで、比較判定部５０から出力される正常状態信号Ｖｎｒｍが、正常を示すＨｉｇｈレベルであっても、条件信号の少なくとも１つが異常を示すＬｏｗレベルの場合には、論理積部６０の出力がＬｏｗレベルになる。
すなわち、比較判定部５０の出力である正常状態信号Ｖｎｒｍによって、高周波電源装置１ｂが正常な状態であるか否かを判定することができるが、レベル変換部４２から出力される信号Ｖｐｆ２の精度が悪い状態のときは、この正常状態信号Ｖｎｒｍの信頼性が低くなるので、正常状態信号Ｖｎｒｍが正常を示すＨｉｇｈレベルであっても、正常を示すＨｉｇｈレベルの信号を出力しないようにしている。したがって、論理積部を備えた構成にして、比較判定部５０の出力信号と、少なくとも１つの条件信号との論理積を出力するようにすると、高周波電源装置が正常であるか否かを信頼性を高めて判定することができる。
【００５５】
なお、図３に示した例では、正常状態信号Ｖｎｒｍを、出力端子１０２を介して高周波電源装置の外部に出力するようにしているが、論理積部６０の出力だけでよい場合は、出力端子１０２から正常状態信号Ｖｎｒｍを出力しなくてもよい。
【００５６】
また、図１に示した例では、図３に示した例とは異なり、論理積部６０を設けていないが、高周波電源装置の外部に、論理積部６０と同等の機能を持たせることで、図３に示した例と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、これまで説明した例では、正常状態をＨｉｇｈレベル、異常状態をＬｏｗレベルにしていたが、逆の論理になるように回路を構成してもよい。
【００５８】
また、これまで説明した例では、信号をアナログ信号として説明していたが、アナログ信号に限定されるものではなく、他の種類の信号であってもよい。例えば、Ａ／Ｄ変換器を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換し、この信号を処理するようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明のようにすると、フィードバック制御を行う高周波電源装置の出力設定信号Ｖｓｅｔと出力電圧検出部４１及びレベル変換部４２によって構成される部分の出力（第２の進行波電力検出信号Ｖｐｆ２）とを比較することができるので、第１電力検出部３０の進行波電力検出機能に異常が発生して、フィードバック制御が正常にできない場合に、比較判定部５０から異常を示す信号を出力することができる。
また、比較判定部５０の出力が正常状態を示す信号であるときは、高周波電源装置が正常な状態であることを示している。そのために、比較判定部５０の出力が正常を示す信号であったにも関わらず、ワークに不良が発生した場合には、高周波電源装置以外の装置に原因があると言える可能性が高まる。よって、原因を特定することが従来よりも容易になる。
【００６０】
さらに、図３のように論理積部を備えた構成にして、比較判定部５０の出力信号と、少なくとも１つの条件信号との論理積を出力するようにすると、高周波電源装置が正常であるか否かを信頼性を高めて判定することができる。
【００６１】
さらに、条件信号の１つを、整合装置から出力される整合状態信号Ｖｍａｔ、または、高周波電源装置１ｂの第１電力検出部３０で検出した反射波電力の大きさが許容値以下になっているか否かを示す反射波電力状態信号Ｖｍａｔ’のどちらかにして、インピーダンス整合している場合にのみ、高周波電源装置が、正常な状態であるか否かを判定するようにすると、高周波電源装置が正常であるか否かを信頼性を高めて判定することができる。
【００６２】
さらに、出力電圧検出部４１を、複数のコンデンサによって構成するか、または、複数の抵抗によって構成するか、または、複数のインダクタによって構成するか、または、コンデンサ、抵抗及びインダクタの内、少なくとも２種類の素子を組み合わせて構成するか、または、トランスによって構成にする。そして、レベル変換部４２を用いると、高価な方向性結合器等を用いることなく、しかも、簡易な構成で電圧を検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置１ａの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、出力電圧検出部４１の他の構成の一例を示す回路例である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置１ｂの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、従来技術の高周波電源装置１ｐ及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、従来技術の高周波電源装置１ｐの構成及びその周辺装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ｐ従来技術の高周波電源装置
１ａ本発明の高周波電源装置
１ｂ本発明の高周波電源装置
２伝送線路
３整合装置
４伝送線路
５プラズマ処理装置（負荷）
１０出力設定部
２０電力出力部
３０第１電力検出部
４１出力電圧検出部
４２レベル変換部
５０比較判定部
５１上限設定回路
５２下限設定回路
５３第１の比較回路
５４第１のダイオード
５５第２の比較回路
５６第２のダイオード
６０論理積部
６１ＡＮＤ回路
７１レベル設定器
７２反射波電力比較回路
１０１高周波電力出力コネクタ（高周波電源装置の出力端）
１０２出力端子
１０３出力端子
１０４入力端子
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２コンデンサ
Ｌ１インダクタ
Ｌ２インダクタ
Ｒ１抵抗
Ｒ２抵抗
ＰＦ進行波電力
ＰＲ反射波電力
ＴＲトランス（変圧器）
Ｖｌｏｗ下限信号
Ｖｍａｔ整合状態信号
Ｖｎｒｍ正常状態信号
Ｖｐｆ１第１の電圧検出信号
Ｖｐｆ２第２の電圧検出信号
Ｖｐｒ反射波電力検出信号
Ｖｓｅｔ出力設定信号
Ｖｕｐｐ上限信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency power supply for supplying power to a plasma processing apparatus for performing, for example, plasma etching.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional high-frequency power supply device 1p and its peripheral devices.
The high-frequency power supply 1p is a power supply for supplying high-frequency power to the plasma processing apparatus 5 serving as a load via the transmission line 2, the matching device 3, and the transmission line 4. In general, this type of high-frequency power supply device outputs high-frequency power having a frequency of several hundred kHz or more.
[0003]
The matching device 3 includes a power-supply-side impedance Zo (usually often 50Ω) as viewed from the input terminal 31 of the matching device 3 via the transmission line 2 and the high-frequency power supply device 1p, and an input terminal of the matching device 3. This is a device for matching the load-side impedance ZL (impedance of the matching device 3, the transmission line 4, and the plasma processing device 5) viewed from the load side from 31.
The matching device 3 includes, for example, a variable impedance element such as a variable capacitor and a variable inductor inside, and changes the load impedance ZL by changing the internal impedance.
[0004]
The plasma processing apparatus 5 includes a work processing unit, and is a device for processing (etching, CVD, etc.) a work such as a wafer and a liquid crystal substrate carried into the work processing unit. The plasma processing apparatus 5 introduces a plasma discharge gas into a work processing portion to process a work, and applies high-frequency power (voltage) supplied from the high-frequency power supply device 1p to the plasma discharge gas. The above-mentioned plasma discharge gas is discharged (hereinafter, referred to as plasma discharge) to change from a non-plasma state to a plasma state. Then, the workpiece is processed using the gas in the plasma state.
[0005]
The transmission line 2 and the transmission line 4 are lines for transmitting electric power, and for example, a coaxial cable, a waveguide, a copper plate, a coaxial tube, or the like is used.
[0006]
Here, the power-side impedance Zo and the load-side impedance ZL viewed from the input terminal 31 of the matching device 3 shown in FIG. 4 via the transmission line 2 and the high-frequency power supply device 1p are matched (hereinafter referred to as impedance matching). In this case, the high-frequency power output from the high-frequency power supply device 1p is efficiently supplied to the plasma processing apparatus 5 (hereinafter, the power supplied to the load of the plasma processing apparatus 5 and the like is referred to as load power).
[0007]
However, since the internal impedance of the plasma processing apparatus 5 fluctuates depending on the state of plasma discharge, the load side impedance ZL viewed from the input end 31 of the matching apparatus fluctuates to a higher impedance or a lower impedance than at the time of matching.
In this case, the power-side impedance Zo and the load-side impedance ZL do not match, so that a part or all of the high-frequency power (hereinafter referred to as traveling-wave power) output from the high-frequency power supply device 1p toward the plasma processing apparatus 5 is generated. A reflected wave power PR that is reflected and travels from the matching device 3 toward the high-frequency power supply device 1p is generated.
[0008]
Normally, the impedance returns to the matching state in order to cause the matching device 3 to perform impedance matching. However, during the period from the non-matching state to the matching state, reflected wave power is generated. In addition, when the adjustment of the matching device 3 is not optimal, the non-alignment state may continue. Thus, the reflected wave power PR generated for some reason returns to the high-frequency power supply device 1p (reflection input).
[0009]
Note that the characteristic impedance of the transmission line 2 is made equal to the output impedance Zo 'of the high-frequency power supply device.
When impedance matching is performed in such a state, the load-side impedance ZL viewed from the input end 31 of the matching device 3 when viewed from the load side matches the load-side impedance ZL 'viewed from the output end 101 of the high-frequency power supply device to the load side. In addition, the power supply side impedance Zo and the output impedance Zo ′ of the high frequency power supply device match.
Therefore, when impedance matching is performed in a state where the characteristic impedance of the transmission line 2 is made equal to the output impedance Zo ′ of the high-frequency power supply, the output impedance Zo ′ of the high-frequency power supply and the load side viewed from the output end 101 of the high-frequency power supply to the load side The impedance ZL 'is also impedance-matched.
[0010]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional high-frequency power supply device 1p and peripheral devices thereof.
[0011]
The output setting unit 10 outputs an output setting signal Vset that determines an output setting value of the traveling wave power PF output from the power output unit 20 described later.
For example, when the output setting signal Vset is 10 [V] and the circuit constants and the like are set so that the output setting value of the traveling wave power output from the power output unit 20 described later is 1000 [W], the output setting value Can be set to 1000 [W] by setting the magnitude of the output setting signal Vset to 10 [V] and outputting it. Further, when the correspondence between the output setting value and the magnitude of the output setting signal is proportional, in order to set the output setting value to 500 [W], the magnitude of the output setting signal Vset is set to 5 [V]. Output.
The output setting signal Vset may be input from another device outside the high frequency power supply.
[0012]
The first power detection unit 30 detects the traveling wave power PF output from the power output unit 20 described later and the reflected wave power PR returning from outside the high frequency power supply device 1p, and detects the first power corresponding to the traveling wave power value. And outputs the reflected wave power detection signal Vpr corresponding to the reflected wave power value. As the first power detection unit 30, for example, a directional coupler or the like is used.
Further, for example, when the traveling wave power value output from the power output unit 20 is 1000 [W], if the setting is made to output 10 [V] as the first traveling wave power detection signal Vpf1, the traveling wave The first traveling wave power detection signal Vpf1 corresponding to the power value of 1000 [W] is a voltage signal of 10 [V]. When the correspondence between the traveling wave power value and the first traveling wave power detection signal Vpf1 is proportional, the first traveling wave power detection signal Vpf1 corresponding to the traveling wave power value of 500 [W]. Is a voltage signal of 5 [V].
[0013]
The traveling wave power PF output from the power output unit 20 described later and the reflected wave power PR returning from the outside of the high frequency power supply device 1p pass through the inside of the first power detection unit 30 with the same size. Or pass with little attenuation.
Preferably, the first power detection unit 30 can detect both the traveling wave power and the reflected wave power as described above, but can detect at least the traveling wave power from the traveling wave power and the reflected wave power. It may be something.
[0014]
The power output unit 20 includes a power amplifier circuit, an oscillation circuit, and the like (not shown). Then, the first traveling wave power detection signal Vpf1 output from the first power detection unit 30 and the output setting signal Vset output from the output setting unit 10 are input, and the magnitude of the first traveling wave power detection signal Vpf1 is input. It is configured to output the traveling wave power by performing feedback control so that the output setting signal Vset becomes equal to the magnitude of the output setting signal Vset.
The traveling wave power output from the power output unit 20 is output to the outside of the high-frequency power supply device via the transmission line 2 connected to the high-frequency power output connector 101 as an output terminal of the high-frequency power supply device.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-9-145575
[Patent Document 2]
JP-A-10-22759
[Patent Document 3]
JP-A-10-22760
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
When processing a work (a wafer, a liquid crystal substrate, or the like) with the plasma processing apparatus 5, there are various processing processes according to the purpose, and the work is processed by executing the processing process according to the purpose.
For example, when etching is performed, it is necessary to execute a processing process in which a gas type, a gas pressure, a power value of traveling wave power to be supplied, a supply time of traveling wave power, and the like are appropriately set according to the etching.
[0017]
By the way, when the processing of the work in the plasma processing apparatus 5 is completed, there is a step of checking whether or not the work is normally processed. For example, when etching is performed, there is a step of checking whether or not the depth of the aluminum or copper removed by the etching is an appropriate value.
If it is determined that the inspection process is not normal and is defective, it can be said that there is some cause. For example, the following causes can be considered as an example.
(A) The state of the generated plasma was different from that in the normal state because the work processing part of the plasma processing apparatus 5 was contaminated by prolonged use.
(B) The gas type and gas pressure were not appropriate for some reason.
(C) Since the matching device did not operate normally, the power supply efficiency deteriorated, and appropriate power was not supplied to the plasma processing apparatus 5.
(D) The power value of the traveling wave power output from the high frequency power supply device is different from the output set value for some reason.
[0018]
As described above, not only the plasma processing apparatus 5 but also an apparatus such as a high-frequency power supply apparatus and a matching apparatus may be a cause. Therefore, it is very difficult to specify what is the cause when a failure is determined. The fact is that it is difficult.
[0019]
Here, regarding the high-frequency power supply device, if the power value of the traveling wave power is output according to the output set value, it is determined that the power is normal.
However, as described above, since the high-frequency power supply device controls the power value of the traveling wave power, which is an output, by feedback control, even if the detection unit is abnormal and the detection signal to be fed back is not a normal value, From the viewpoint of the high frequency power supply device, it is recognized that the state is normal. For this reason, even in such a state, no alarm output indicating that there is an abnormality is issued.
For example, if the output set value is 1000 [W], and if the detected value is 1200 [W] even though the actual output value is 1000 [W], 1200-1000 = 200 [W] Is recognized as being output more than the output set value, and control is performed to reduce the output value by that amount. As a result, the traveling wave power output from the high-frequency power supply becomes smaller than the output set value of 1000 [W].
In such a state, only a smaller amount of power is supplied to the plasma processing apparatus 5 than in the normal state, so that the workpiece cannot be processed normally.
Considering the case where etching is performed, if the amount of supplied power is small, the depth of aluminum or copper removed by etching becomes less than an appropriate value, resulting in defective products.
As described above, in the high-frequency power supply device 1p of the related art, there is a problem that even if the detection unit has an abnormality, the abnormality cannot be detected.
[0020]
Accordingly, the present invention provides a method for detecting whether or not the power value of traveling wave power output from a high-frequency power supply device is normal with respect to an output set value, thereby determining whether the high-frequency power supply device has a cause. It is an object of the present invention to provide a high-frequency power supply device capable of detecting the above.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is, for example, as shown in FIG.
A high-frequency wave that detects the traveling wave power output from the power output unit 20 toward the load by the first power detection unit 30 and performs feedback control so that the detected traveling wave power value becomes equal to the output setting value of the traveling wave power. In the power supply,
An output voltage detection unit 41 that detects a voltage on a transmission line between the power output unit 20 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device or a voltage at an equivalent position;
When the impedance matching is performed, the power value corresponding to the voltage value detected by the output voltage detection unit 41 is compared with the output set value of the traveling wave power to determine whether the first power detection unit 30 is normal. A comparison determination unit 50 for determining whether or not
The high frequency power supply device further comprises:
[0022]
The invention of claim 2 is, for example, as shown in FIG.
In a high-frequency power supply device that controls the traveling wave power output toward the load to be an output set value,
A first power detection unit 30 that detects the traveling wave power and outputs a first traveling wave power detection signal Vpf1 corresponding to the detected traveling wave power value;
The first traveling wave power detection signal Vpf1 is input, and the output setting signal Vset that determines the output setting value of the traveling wave power to be output is input, and the magnitude of the first traveling wave power detection signal Vpf1 is output. A power output unit 20 that performs feedback control so as to be equal to the magnitude of the setting signal Vset and outputs a traveling wave power PF;
Output voltage detection for detecting a voltage on a transmission line between the power output unit 20 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device or a voltage at an equivalent position, and outputting a high-frequency output voltage signal Vout corresponding to the detected voltage value. Part 41,
When the first power detection unit is normal and the impedance is matched, the magnitude of the high-frequency output voltage signal Vout is changed to the value of the first traveling wave power detection signal Vpf1 output from the first power detection unit 30. A level conversion unit 42 that outputs a second traveling-wave power detection signal Vpf2 obtained by converting the signal level of the high-frequency output voltage signal Vout based on a conversion correspondence determined to convert the high-frequency output voltage signal Vout to a size substantially equal to the size;
A normal state signal indicating whether or not the second traveling wave power detection signal Vpf2 is within a normal range determined based on the output setting value of the traveling wave power, and indicating whether or not the second traveling wave power detection signal Vpf2 is within the normal range. Vnrm and a comparison determination unit 50 that outputs Vnrm
A high-frequency power supply device comprising:
[0023]
The invention of claim 3 is, for example, as shown in FIG.
3. The logical product unit according to claim 1, further comprising an AND unit that inputs the normal state signal Vnrm and at least one condition signal, and outputs a logical product of the input signals. It is a high frequency power supply.
[0024]
The invention of claim 4 is, for example, as shown in FIG.
4. The high-frequency power supply device according to claim 3, wherein one of the condition signals is a signal indicating whether or not a matching state exists.
[0025]
The invention of claim 5 is, for example, as shown in FIG.
The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of capacitors.
[0026]
According to the invention of claim 6, for example, as shown in FIG.
The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of resistors.
[0027]
The invention of claim 7 is, for example, as shown in FIG.
The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of inductors.
[0028]
The invention of claim 8 is, for example, as shown in FIG.
The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit is configured by combining at least two types of elements among a capacitor, a resistor, and an inductor. .
[0029]
The invention of claim 9 is, for example, as shown in FIG.
The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a transformer.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a high-frequency power supply device 1a according to the first embodiment of the present invention and peripheral devices thereof. In FIG. 1, the description of the same parts as those in FIG. 5 is omitted.
[0032]
The output voltage detection unit 41 is provided between the transmission line between the first power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device and the ground (GND), and includes a capacitor C1 and a capacitor C2. I have. Then, a high-frequency output voltage signal Vout obtained by dividing a voltage on a transmission line between the first power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device by a capacitor is output from a connection point between the capacitors C1 and C2. .
Since the voltage division ratio is determined by the capacitors C1 and C2, the voltage value on the transmission line between the first power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device and the high-frequency output voltage signal Vout correspond to each other. have.
[0033]
In the example shown in FIG. 1, the voltage on the transmission line between the first power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device is used as the input of the output voltage detection unit 41. However, the input of the output voltage detection unit 41 may be a voltage on the transmission line between the power output unit 20 and the output terminal of the high-frequency power supply device. This is the same in the example shown in FIG. 3 described later.
Further, the voltage on the transmission line 2 is substantially equal to the voltage on the transmission line between the first power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device. It may be an input of the output voltage detection unit 41.
[0034]
Further, in the example shown in FIG. 1, the output voltage detecting section 41 has a configuration using two capacitors, but is not limited to this configuration, and as shown in FIG. (Transformer).
FIG. 2 is a circuit example showing another example of the configuration of the output voltage detection unit 41. FIG. 1A is an example of a circuit using the resistors R1 and R2. FIG. 2B is a circuit example using the inductors L1 and L2. FIG. 3C shows a circuit example using the capacitor C3 and the resistor R3. FIG. 3D shows an example of a circuit using the inductor L3 and the resistor R4. FIG. 11E shows a circuit example in which an inductor L4, a capacitor C4, and a resistor R5 are combined. FIG. 1F shows an example of a circuit using the transformer TR.
Further, the number and combination of the resistors, capacitors and inductors are arbitrary. Further, a connection point for outputting the divided voltage signal can be set at an arbitrary position.
[0035]
The level converter 42 outputs the magnitude of the high-frequency output voltage signal Vout from the first power detector 30 when the first power detector 30 is normal and the impedance is matched. A second traveling wave power detection signal Vpf2 in which the signal level of the high-frequency output voltage signal Vout is converted based on a conversion correspondence determined to convert the traveling wave power detection signal to a magnitude substantially equal to the magnitude of the traveling wave power detection signal Vpf1. . The level conversion unit 42 may be, for example, a squaring circuit or an amplification circuit using an operational amplifier.
[0036]
By using the output voltage detection unit 41 and the level conversion unit 42 as described above, it is possible to obtain a signal corresponding to a traveling wave power value equivalent to the output of the first power detection unit 30 with a simple configuration. However, when the impedance is matched, an accurate detection value can be obtained. However, when the impedance is not matched, that is, when the reflected wave power is generated, the reflected wave power is generated. Therefore, accurate detection values cannot be obtained.
[0037]
In the case of the example shown in FIG. 1, a portion configured by the output voltage detection unit 41 and the level conversion unit 42 functions as the second power detection unit 40.
[0038]
The upper limit setting circuit 51 is a circuit that receives the output setting signal Vset, sets and outputs an upper limit signal Vupp having a larger value than the output setting signal Vset. The lower limit setting circuit 52 is a circuit that receives the output setting signal Vset, sets a lower limit signal Vlow having a value smaller than the output setting signal Vset, and outputs the same. For example, the upper limit signal Vupp is set to 1.2 times the output setting signal Vset, and the lower limit signal Vlow is set to 0.8 times the output setting signal Vset.
As the upper limit setting circuit 51 and the lower limit setting circuit 52, for example, an amplifier circuit using an operational amplifier can be used.
[0039]
The first comparison circuit 53 receives the second traveling wave power detection signal Vpf2 output from the level converter 42 and the upper limit signal Vupp output from the upper limit setting circuit 51, and compares the two signals. When the magnitude of the second traveling-wave power detection signal Vpf2 is equal to or smaller than the magnitude of the upper limit signal Vupp, a signal indicating that the first power detection unit 30 is normal (in this example, a high-level signal). Is output. Further, when the magnitude of the second traveling-wave power detection signal Vpf2 is larger than the magnitude of the upper limit signal Vupp, a signal indicating that the first power detection unit 30 is abnormal (Low-level signal in this example). Is output.
[0040]
The second comparison circuit 55 receives the second traveling wave power detection signal Vpf2 output from the level conversion unit 42 and the lower limit signal Vlow output from the lower limit setting circuit 52, and compares the two signals. When the magnitude of the second traveling-wave power detection signal Vpf2 is equal to or greater than the magnitude of the lower limit signal Vlow, a signal indicating that the first power detection unit 30 is normal (High level signal in this example). Is output. Further, when the magnitude of the second traveling wave power detection signal Vpf2 is smaller than the magnitude of the lower limit signal Vlow, a signal indicating that the first power detection unit 30 is abnormal (Low level signal in this example). Is output.
[0041]
It is to be noted that, on the output side of the first comparison circuit 53 and the second comparison circuit 55, a connection point of the first diode 54, the second diode 56 and the two diodes is connected via a resistor 57 as shown in the figure. Since the connected high-level power supply voltage (+15 V in this example) is connected, the normal state signal Vnrm output from the connection point of the two diodes is compared with the output of the first comparison circuit 53 and the second comparison. And the output of the circuit 55.
More specifically, when the output of the first comparison circuit 53 and the output of the second comparison circuit 55 are both at the high level, the connection point of the two diodes is at the high level indicating a normal state. When either the output of the first comparison circuit 53 or the output of the second comparison circuit 55 is at the low level, the connection point of the two diodes becomes the low level indicating an abnormal state.
That is, since this part is substantially an AND circuit (logical product circuit), an AND circuit may be used.
Further, the normal state signal Vnrm can be output to the outside of the high frequency power supply device via the output terminal 102.
[0042]
In the case of the example shown in FIG. 1, the upper limit setting circuit 51, the lower limit setting circuit 52, the first comparison circuit 53, the second comparison circuit 55, the first diode 54, the second diode 56, and the resistor 57 And a high-level power supply voltage (15 V in this example) functions as the comparison determination unit 50.
[0043]
1, the first traveling wave power detection signal Vpf1 output from the first power detection unit 30 and the second traveling wave power detection signal Vpf2 output from the second power detection unit 40 Can be compared with each other. Therefore, when an abnormality occurs in the traveling wave power detection function of the first power detection unit 30 and the feedback control cannot be performed normally, a signal indicating the abnormality is output from the comparison determination unit 50 (in this example, In this case, “Low” can be output.
In addition, when the output of the comparison / determination unit 50 is at a high level indicating a normal state, it indicates that the high-frequency power supply device 1a is in a normal state. For this reason, even if the output of the comparison / determination unit 50 is at the High level indicating normality, if a defect occurs in the work, it is more likely that a cause other than the high-frequency power supply device 1a is caused. . Therefore, it becomes easier to specify the cause than in the past.
[0044]
In the case of the example shown in FIG. 1, the output setting signal Vset is input to the upper limit setting circuit 51 and the lower limit setting circuit 52 to set the upper limit value and the lower limit value. It is determined whether or not the traveling wave power detection signal Vpf2 is normal depending on whether or not it falls within the range of the set upper limit value and lower limit value.
However, the present invention is not limited to such a configuration, for example,
(A) Subtraction for subtracting the second traveling wave power detection signal Vpf2 from the output setting signal Vset or subtracting the output setting signal Vset from the second traveling wave power detection signal Vpf2 and outputting the subtracted signal Circuit and
(B) The output of the subtraction circuit is input, and if the magnitude of the input signal is within a preset reference value, it is determined that the signal is normal, and if it is not within the preset reference value, it is determined that the signal is abnormal. A determination circuit that outputs the determination result as a normal state signal Vnrm may be provided. Even with such a configuration, the same effect as the example shown in FIG. 1 can be obtained.
In this case, the portion constituted by (a) the subtraction circuit and (b) the determination circuit functions as the comparison determination section 50.
[0045]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a high-frequency power supply device 1b according to a second embodiment of the present invention and peripheral devices thereof. In FIG. 3, the description of the same parts as in FIGS. 1 and 5 is omitted.
[0046]
In the first embodiment shown in FIG. 1, the output of the comparison / determination unit 50 is output outside the high-frequency power supply device 1a. On the other hand, the high-frequency power supply device 1b shown in FIG. 3 further includes an AND circuit (logical AND circuit) 61 on the output side of the comparison / determination unit 50, and outputs the output of the AND circuit 61. The signal is output to the outside of the high-frequency power supply device 1b via the terminal 103.
The AND circuit 61 is a circuit that receives a normal state signal Vnrm output from the comparison determination unit 50 and at least one condition signal, and outputs a logical product of these input signals. Although FIG. 3 shows an example in which two condition signals are input, the number of condition signals may be one, or three or more.
[0047]
Here, the condition signal is a signal for determining whether the signal Vpf2 output from the level conversion unit 42 is in a state of good accuracy or bad. That is, the signal Vout output from the output voltage detection unit 41 is a signal for determining whether the state is a good state or a bad state, and is, for example, shown in the following (1) to (3). It is such a signal.
[0048]
(1) A matching state signal Vmat indicating whether or not impedance matching is performed.
The matching state signal Vmat is a signal output from the matching device 3 as shown in FIG. 3, and is input to the AND circuit 61 via the input terminal 104. In the case of this example, the matching state signal Vmat is input to the AND circuit 61 as the first condition signal. Further, in the case of this example, when impedance matching is performed, the signal becomes a High level signal indicating normality. The state of impedance matching does not need to be perfect matching, and may be, for example, a state of impedance matching when the load side impedance falls within a set range.
[0049]
(2) A reflected power state signal Vmat ′ indicating whether the magnitude of the reflected power detected by the first power detection unit 30 of the high-frequency power supply device 1b is equal to or smaller than an allowable value.
In the case of the example illustrated in FIG. 3, the reflected wave power detection signal Vpr output from the first power detection unit 30 and the signal that determines the allowable value of the reflected wave power set by the level setting unit 71 are compared with the reflected wave power comparison circuit 72. , A reflected-wave power state signal Vmat ′ indicating whether or not the reflected-wave power detection signal Vpr is equal to or smaller than an allowable value is output.
In the case of this example, when the reflected wave power detection signal Vpr is equal to or less than the allowable value, the reflected wave power state signal Vmat 'becomes a high-level signal indicating that it is normal.
Further, when the magnitude of the reflected wave power is equal to or less than the allowable value, there is no reflected wave power, or the reflected wave power value is of an acceptable magnitude, so that the impedance is matched. Can be considered.
[0050]
{Circle around (3)} A signal that counts the time since the output of the traveling wave power.
Even if traveling wave power is output, some time is required until the matching device performs impedance matching. In the case of this example, when a necessary time elapses from the output of the traveling wave power to the impedance matching, a high-level signal indicating normality is obtained.
[0051]
The signals such as the above (1) to (3) may be arbitrarily used according to the purpose. However, as described above, the output (the second traveling-wave power detection signal Vpf2) of the portion constituted by the output voltage detection unit 41 and the level conversion unit 42 has a traveling wave equivalent to the output of the first power detection unit 30. It is desired that the signal corresponds to the power value. Therefore, when the impedance is matched, the accuracy is good, but when the impedance is not matched, the accuracy is deteriorated due to the influence of the reflected wave power. Therefore, it is desirable to determine whether or not the high-frequency power supply device is in a normal state using the output of the comparison determination unit 50 only when the impedance is matched.
Therefore, in order to know whether or not impedance matching is performed, it is necessary to input either the matching state signal Vmat of the above (1) or the reflected wave power state signal Vmat ′ of the above (2). desirable.
[0052]
Note that, in the case of the example shown in FIG. 3, a portion configured by the AND circuit 61 functions as the AND unit 60. Further, the matching state signal Vmat of (1) and the reflected power state signal Vmat 'of (2) are signals indicating whether or not a matching state exists.
[0053]
In the example illustrated in FIG. 3, the normal state signal Vnrm and the plurality of condition signals, which are the outputs of the comparison and determination unit 50, are input to one AND circuit 61. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, a first AND circuit that inputs a condition signal and a second AND circuit that inputs an output of the first AND circuit and a normal state signal Vnrm are provided. Configuration may be adopted.
[0054]
With the configuration as shown in FIG. 3, even when the normal state signal Vnrm output from the comparison / determination unit 50 is at a high level indicating normality, if at least one of the condition signals is at a low level indicating abnormality, The output of the AND unit 60 becomes Low level.
That is, whether or not the high-frequency power supply device 1b is in a normal state can be determined based on the normal state signal Vnrm output from the comparison determination unit 50. However, the accuracy of the signal Vpf2 output from the level conversion unit 42 can be determined. In a bad state, the reliability of the normal state signal Vnrm is low. Therefore, even if the normal state signal Vnrm is at a high level indicating normality, a high-level signal indicating normality is not output. Therefore, if a configuration including an AND unit is used to output the AND of the output signal of the comparison and determination unit 50 and at least one condition signal, it is possible to reliably determine whether the high-frequency power supply device is normal or not. Can be increased to make the determination.
[0055]
In the example shown in FIG. 3, the normal state signal Vnrm is output to the outside of the high-frequency power supply device via the output terminal 102. It is not necessary to output the normal state signal Vnrm from 102.
[0056]
In addition, unlike the example shown in FIG. 3, the example shown in FIG. 1 does not include the logical product unit 60, but has the same function as the logical product unit 60 outside the high-frequency power supply device. Thus, the same effect as the example shown in FIG. 3 can be obtained.
[0057]
Further, in the example described so far, the normal state is set to the high level and the abnormal state is set to the low level. However, the circuit may be configured to have the opposite logic.
[0058]
Further, in the example described so far, the signal is described as an analog signal, but is not limited to an analog signal, and may be another type of signal. For example, an A / D converter may be used to convert an analog signal into a digital signal and process this signal.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, the output setting signal Vset of the high-frequency power supply device that performs the feedback control and the output (the second traveling wave power detection signal Vpf2) of the portion configured by the output voltage detection unit 41 and the level conversion unit 42 are output. Since the comparison can be performed, a signal indicating the abnormality can be output from the comparison determination unit 50 when an abnormality occurs in the traveling wave power detection function of the first power detection unit 30 and the feedback control cannot be performed normally. .
When the output of the comparison / determination unit 50 is a signal indicating a normal state, it indicates that the high-frequency power supply device is in a normal state. For this reason, even if the output of the comparison / determination unit 50 is a signal indicating normality, if a defect occurs in the work, it is more likely that a cause other than the high-frequency power supply unit is caused. Therefore, it becomes easier to identify the cause than before.
[0060]
Furthermore, if the logical product of the output signal of the comparison / determination unit 50 and at least one condition signal is output by using a configuration including a logical product unit as shown in FIG. The determination can be made with higher reliability.
[0061]
Furthermore, whether one of the condition signals is the matching state signal Vmat output from the matching device or the magnitude of the reflected wave power detected by the first power detection unit 30 of the high-frequency power supply device 1b is equal to or smaller than an allowable value If the high-frequency power supply is determined to be in a normal state only when the impedance is matched by using either of the reflected wave power state signals Vmat ′ indicating whether the high-frequency power supply It is possible to determine whether or not it is normal, with higher reliability.
[0062]
Furthermore, the output voltage detection unit 41 is configured by a plurality of capacitors, a plurality of resistors, a plurality of inductors, or at least two types of capacitors, resistors, and inductors. , Or a transformer. When the level converter 42 is used, the voltage can be detected with a simple configuration without using an expensive directional coupler or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a high-frequency power supply device 1a and peripheral devices thereof according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit example showing another example of the configuration of the output voltage detection unit 41;
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration of a high-frequency power supply device 1b and peripheral devices thereof according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a conventional high-frequency power supply device 1p and peripheral devices thereof.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a configuration of a conventional high-frequency power supply device 1p and peripheral devices thereof.
[Explanation of symbols]
1p Prior art high frequency power supply
1a High frequency power supply of the present invention
1b High frequency power supply of the present invention
2 Transmission line
3 Matching device
4 Transmission line
5 Plasma processing equipment (load)
10 Output setting section
20 Power output section
30 1st power detector
41 Output voltage detector
42 Level conversion unit
50 Comparison judgment section
51 Upper limit setting circuit
52 Lower limit setting circuit
53 First Comparison Circuit
54 First Diode
55 Second Comparison Circuit
56 Second diode
60 AND part
61 AND circuit
71 Level setting device
72 reflected wave power comparison circuit
101 High frequency power output connector (output end of high frequency power supply)
102 output terminal
103 output terminal
104 input terminal
C1 capacitor
C2 capacitor
L1 inductor
L2 inductor
R1 resistance
R2 resistance
PF Traveling wave power
PR reflected wave power
TR transformer (transformer)
Vlow lower limit signal
Vmat matching status signal
Vnrm normal state signal
Vpf1 First voltage detection signal
Vpf2 Second voltage detection signal
Vpr Reflected wave power detection signal
Vset output setting signal
Vupp upper limit signal

Claims

A high-frequency power supply device that detects traveling wave power output from a power output unit toward a load by a first power detection unit and performs feedback control so that a detected traveling wave power value becomes equal to an output set value of the traveling wave power. At
An output voltage detection unit that detects a voltage on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high-frequency power supply or a voltage at an equivalent position,
When the impedance matching is performed, by comparing the power value corresponding to the voltage value detected by the output voltage detection unit with the output set value of the traveling wave power, whether the first power detection unit is normal is determined. A high frequency power supply device, further comprising a comparison determination unit that determines

In a high-frequency power supply device that controls the traveling wave power output toward the load to be an output set value,
A first power detection unit that detects the traveling wave power and outputs a first traveling wave power detection signal corresponding to the detected traveling wave power value;
While inputting the first traveling wave power detection signal, inputting an output setting signal that determines an output setting value of the traveling wave power to be output, the magnitude of the first traveling wave power detection signal is the output setting signal. A power output unit that performs feedback control so as to be equal to the magnitude and outputs traveling wave power,
An output voltage detection unit that detects a voltage on a transmission line between the power output unit and the output end of the high-frequency power supply device or a voltage at an equivalent position, and outputs a high-frequency output voltage signal corresponding to the detected voltage value;
When the first power detection unit is normal and has impedance matching, the magnitude of the high-frequency output voltage signal is substantially equal to the magnitude of the first traveling wave power detection signal output from the first power detection unit. A level conversion unit that outputs a second traveling-wave power detection signal obtained by converting the signal level of the high-frequency output voltage signal based on a conversion correspondence determined to convert the signal into an equivalent magnitude;
The second traveling wave power detection signal determines whether or not it is within a normal range determined based on the output setting value of the traveling wave power, and outputs a normal state signal indicating whether or not it is within a normal range. A high-frequency power supply device comprising: a comparison / determination unit that outputs a signal.

3. The high-frequency power supply according to claim 1, further comprising an AND unit that receives the normal state signal and at least one condition signal and outputs a logical product of the input signals. apparatus.

4. The high-frequency power supply device according to claim 3, wherein one of the condition signals is a signal indicating whether or not a matching state exists.

The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of capacitors.

The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of resistors.

The high-frequency power supply device according to claim 1, wherein the output voltage detection unit includes a plurality of inductors.

The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit is configured by combining at least two types of elements among a capacitor, a resistor, and an inductor.

The high-frequency power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output voltage detection unit includes a transformer.