JP2005077248A - High-frequency power supply apparatus - Google Patents

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JP2005077248A JP2003308128A JP2003308128A JP2005077248A JP 2005077248 A JP2005077248 A JP 2005077248A JP 2003308128 A JP2003308128 A JP 2003308128A JP 2003308128 A JP2003308128 A JP 2003308128A JP 2005077248 A JP2005077248 A JP 2005077248A
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昭 内野
Hiroyuki Kotani
弘幸 小谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency power supply apparatus for detecting whether abnormality is caused by the high-frequency power supply apparatus or not by detecting whether a power value of traveling wave power or load power outputted from the high-frequency power supply apparatus is normal to an output setting or not. <P>SOLUTION: The high-frequency power supply apparatus is provided with a first load power calculating part 40 for finding the load power by subtracting reflection wave power from the traveling wave power detected by a power detecting part 30, an output current detecting part 51 for detecting a current on a transmission line between a power output and an output end of the high-frequency power supply apparatus, an output voltage detecting part 52 for detecting a voltage on the transmission line between the power output and the output end of the high-frequency power supply apparatus, a second load power calculating part 53 for finding the load power based on outputs from the output current detecting part and the output voltage detecting part, and an abnormality determining part for determining whether the high-frequency power supply apparatus is abnormal or not based on the load power found by the first and second load power calculating parts 40, 53. In the high-frequency power supply apparatus for implementing a feedback control for configuring the traveling wave power or the load power outputted from the power output to the load as the output setting, a problem such that the abnormality is not detected even if the detecting part is abnormal, is overcome. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a high frequency power supply apparatus that supplies power to, for example, a plasma processing apparatus that performs plasma etching.

図３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。 FIG. 3 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 device 1p is a power supply device for supplying high frequency power to the plasma processing device 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.

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。 The matching device 3 includes a power supply side impedance Zo (usually 50Ω in many cases) viewed from the input end 31 of the matching device 3 via the transmission line 2 and the input end 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 31.
The matching device 3 includes a variable impedance element such as a variable capacitor and a variable inductor, for example, and changes the load side impedance ZL by changing the internal impedance.

プラズマ処理装置５は、加工部を備え、その加工部の内部に搬入したウエハ、液晶基板等の被加工物を加工（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、被加工物を加工するために、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被加工物を加工している。   The plasma processing apparatus 5 includes a processing unit, and is a device for processing (etching, CVD, etc.) a workpiece such as a wafer and a liquid crystal substrate carried into the processing unit. In order to process the workpiece, the plasma processing apparatus 5 introduces a plasma discharge gas into the processing portion, and applies high-frequency power (voltage) supplied from the high-frequency power supply device 1p to the plasma discharge gas. Thus, the plasma discharge gas is discharged (hereinafter referred to as plasma discharge) to change from a non-plasma state to a plasma state. And the workpiece is processed using the gas which became the plasma state.

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。   The transmission line 2 and the transmission line 4 are lines for transmitting electric power. For example, a coaxial cable, a waveguide, a copper plate, a coaxial tube, or the like is used.

ここで、図３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。   Here, the power supply side impedance Zo and the load side impedance ZL viewed from the input terminal 31 of the matching device 3 shown in FIG. 3 via the transmission line 2 and the high frequency power supply device 1p are matched (hereinafter referred to as impedance matching). The high frequency power output from the high frequency power supply device 1p is efficiently supplied to the plasma processing apparatus 5.

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。 However, since the internal impedance of the plasma processing apparatus 5 varies depending on the state of the plasma discharge, the load-side impedance ZL viewed from the input terminal 31 of the matching apparatus varies to a higher impedance or a lower impedance than during matching.
Then, since the power supply side impedance Zo and the load side impedance ZL are not matched, 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 and directed to the plasma processing device 5 is obtained. Reflected wave power PR that is reflected from the matching device 3 toward the high frequency power supply device 1p is generated.

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。   Normally, the matching device 3 returns to the matching state in order to perform impedance matching, but reflected wave power is generated until the matching state is reached from the non-matching state. Further, when the adjustment of the matching device 3 is not optimal, the non-matching state may continue. Thus, the reflected wave power PR generated for some reason returns to the high frequency power supply device 1p.

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。 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 and the load-side impedance ZL ′ viewed from the output end 101 of the high-frequency power supply device match. Further, the power supply side impedance Zo matches the output impedance Zo ′ of the high frequency power supply device.
Therefore, when impedance matching is performed in a state where the characteristic impedance of the transmission line 2 is equal to the output impedance Zo ′ of the high-frequency power supply device, the load impedance when the load side is viewed from the output impedance Zo ′ of the high-frequency power supply device and the output end 101 of the high-frequency power supply device. The impedance ZL ′ is also impedance matched.

図４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。   FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional high-frequency power supply device 1p and its peripheral devices.

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。 The output setting unit 10 outputs an output setting signal Vset that determines the 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], if the circuit constant or the like is set so that the traveling wave power output setting value output from the power output unit 20 described later becomes 1000 [W], the output setting value Is set to 1000 [W], the output setting signal Vset may be output with a magnitude of 10 [V]. Further, when the correspondence between the output setting value and the magnitude of the output setting signal is a proportional relation, 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 device.

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信号Ｖｐｆを出力する。この電力検出部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、進行波電力検出信号Ｖｐｆ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］に対応した進行波電力検出信号Ｖｐｆは１０［Ｖ］の電圧信号となる。また、進行波電力値と進行波電力検出信号Ｖｐｆ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］に対応した進行波電力検出信号Ｖｐｆは５［Ｖ］の電圧信号となる。 The power detection unit 30 detects a traveling wave power PF output from the power output unit 20 described later and a reflected wave power PR returning from the outside of the high frequency power supply device 1p, and outputs a signal Vpf corresponding to the traveling wave power value. To do. For example, a directional coupler is used for the power detection unit 30.
For example, when the traveling wave power value output from the power output unit 20 is 1000 [W], if the traveling wave power detection signal Vpf is set to output 10 [V], the traveling wave power value is The traveling wave power detection signal Vpf corresponding to a certain 1000 [W] is a voltage signal of 10 [V]. When the correspondence between the traveling wave power value and the traveling wave power detection signal Vpf is a proportional relationship, the traveling wave power detection signal Vpf corresponding to the traveling wave power value of 500 [W] is 5 [V]. It becomes a voltage signal.

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、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。   Note that 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 power detection unit 30 in the same size or almost. Passes without attenuation.

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、電力検出部３０から出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆ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、進行波電力検出信号Ｖｐｆ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。
特開平９−１４５７５２号公報 特開平１０−２２７５９号公報 特開平１０−２２７６０号公報 The power output unit 20 includes a power amplifier circuit, an oscillation circuit, and the like (not shown). Then, the traveling wave power detection signal Vpf output from the power detection unit 30 and the output setting signal Vset output from the output setting unit 10 are input, and the magnitude of the traveling wave power detection signal Vpf is the magnitude of the output setting signal Vset. The traveling wave power is output by performing feedback control so as to be equal.
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 end of the high frequency power supply device.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-145752 Japanese Patent Laid-Open No. 10-22759 Japanese Patent Laid-Open No. 10-22760

プラズマ処理装置５で被加工物（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、被加工物が加工される。
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。 When a workpiece (wafer, liquid crystal substrate, etc.) is processed by the plasma processing apparatus 5, there are various processing processes depending on the purpose, and the workpiece is processed by executing the processing process according to the purpose. Processed.
For example, when etching is performed, it is necessary to execute a processing process in which a gas type, a gas pressure, a traveling wave power to be supplied, a traveling wave power supply time, a traveling wave power supply time, and the like are appropriately set.

ところで、プラズマ処理装置５での被加工物の加工が終了すれば、被加工物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）高周波電源装置の異常によって、適正な電力がプラズマ処理装置５に供給されなかった。
（ホ）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。 By the way, when the processing of the workpiece in the plasma processing apparatus 5 is completed, there is a step of inspecting whether or not the workpiece is processed normally. For example, when etching is performed, there is a step of inspecting whether or not the depth of aluminum or copper shaved by etching is an appropriate value.
If it is determined that the inspection process is not normal but 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 the normal state because the processing part of the plasma processing apparatus 5 was contaminated by long-term use.
(B) The gas type or gas pressure was not appropriate for some reason.
(C) Since the matching device did not operate normally, the power supply efficiency deteriorated, and proper power was not supplied to the plasma processing device 5.
(D) Appropriate power was not supplied to the plasma processing apparatus 5 due to an abnormality in the high frequency power supply apparatus.
(E) The power value of the traveling wave power output from the high frequency power supply device was different from the output set value for some reason.

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。   As described above, not only the plasma processing apparatus 5 but also a device such as a high frequency power supply device or a matching device may be the cause. Therefore, it is very difficult to specify what is the cause when it is determined to be defective. The reality is difficult.

ここで、高周波電源装置に関して言えば、進行波電力または負荷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、検出部等に異常があって、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、被加工物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、たとえ電力検出部３０等に異常があっても、その異常を検知できないという課題があった。 Here, with regard to the high-frequency power supply device, if the traveling wave power or the power value of the load power is output according to the output set value, it is considered normal.
However, as described above, the high frequency power supply device controls the power value of the traveling wave power that is output by feedback control, so even if the detection unit or the like is abnormal and the detection signal fed back is not a normal value, When viewed from the high frequency power supply device, it is recognized as being in a normal state. For this reason, even in such a state, an alarm output indicating an abnormality is not output.
For example, when the output set value is 1000 [W], if the detected value is 1200 [W] even though the actual output value is 1000 [W], 1200-1000 = 200 [W]. Only the output set value is recognized, 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 device becomes smaller than 1000 [W] which is the output set value.
In such a state, since the plasma processing apparatus 5 is supplied with only a small amount of electric power compared to the normal state, normal processing cannot be performed on the workpiece.
Considering the case where etching is performed, if the amount of supplied electric power is reduced, the depth of aluminum or copper to be cut by etching becomes an appropriate value or less, resulting in a defective product.
Thus, the conventional high-frequency power supply device 1p has a problem that even if there is an abnormality in the power detection unit 30 or the like, the abnormality cannot be detected.

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または負荷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。   Therefore, the present invention is able to detect whether the power value of the traveling wave power or the load power output from the high frequency power supply device is normal with respect to the output set value, thereby causing a cause in the high frequency power supply device. An object of the present invention is to provide a high frequency power supply device capable of detecting whether or not there is.

本願発明によって提供される高周波電源装置は、例えば図１に示すように、
電力出力部から負荷に向かって出力する進行波電力または負荷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、
負荷に向かって出力する進行波電力及び負荷から反射される反射波電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部の出力に基づいて進行波電力から反射波電力を減算した負荷電力を求める第1の負荷電力演算部と、
前記電力出力部と高周波電源装置の出力端との間の伝送線路上の電流または同等個所の電流を検出する出力電流検出部と、
前記電力出力部と高周波電源装置の出力端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と、
前記出力電流検出部および前記出力電圧検出部の出力に基づいて、前記電力出力部と高周波電源装置の出力端との間の伝送線路上の負荷電力または同等個所の負荷電力を求める第２の負荷電力演算部と、
前記第1の負荷電力演算部で求めた負荷電力および前記第2の負荷電力演算部で求めた負荷電力に基づいて、高周波電源装置が異常であるか否かを判別し、異常であると判別した場合に異常検出信号を出力する異常判定部とを備えたことを特徴としている。 The high-frequency power supply device provided by the present invention is, for example, as shown in FIG.
In the high frequency power supply device that controls the traveling wave power output from the power output unit toward the load or the load power to become the output set value,
A power detector for detecting traveling wave power output toward the load and reflected wave power reflected from the load;
A first load power calculation unit for obtaining load power obtained by subtracting reflected wave power from traveling wave power based on the output of the power detection unit;
An output current detection unit for detecting a current on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high-frequency power supply device or a current at an equivalent location;
An output voltage detection unit for detecting a voltage on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high frequency power supply device or a voltage at an equivalent location;
A second load for obtaining a load power on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high frequency power supply device or a load power at an equivalent location based on outputs of the output current detection unit and the output voltage detection unit; A power calculator;
Based on the load power obtained by the first load power calculation unit and the load power obtained by the second load power calculation unit, it is determined whether or not the high-frequency power supply device is abnormal, and is determined to be abnormal And an abnormality determination unit that outputs an abnormality detection signal in the case of failure.

他の好ましい実施形態によれば、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。   According to another preferred embodiment, the output voltage detection unit is configured by combining at least two types of elements among a capacitor, a resistor, and an inductor.

他の好ましい実施形態によれば、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。   According to another preferred embodiment, the output voltage detector is constituted by a transformer.

他の好ましい実施形態によれば、前記出力電流検出部が、カレントトランスを備えている。   According to another preferred embodiment, the output current detection unit includes a current transformer.

本発明のようにすると、第１の負荷電力演算部の出力と第２の負荷電力演算部の出力とを比較することができるので、電力検出部等のフィードバック制御に関係する何らかの個所に異常が発生して、フィードバック制御が正常にできない場合に、異常判定部から異常を示す異常検出信号を出力することができる。
そのために、異常判定部から異常検出信号が出力されないときは、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、異常検出信号が出力されたときに被加工物に不良が発生した場合には、高周波電源装置に原因があると言える可能性が高まる。また、異常検出信号が出力されていないにも関わらず、被加工物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。 According to the present invention, since the output of the first load power calculation unit and the output of the second load power calculation unit can be compared, there is an abnormality in some place related to feedback control such as the power detection unit. When it occurs and feedback control cannot be performed normally, an abnormality detection signal indicating an abnormality can be output from the abnormality determination unit.
Therefore, when an abnormality detection signal is not output from the abnormality determination unit, it indicates that the high frequency power supply device is in a normal state.
Therefore, if a defect occurs in the workpiece when the abnormality detection signal is output, there is a high possibility that it can be said that the cause is in the high frequency power supply device. In addition, when a defect occurs in the work piece even though the abnormality detection signal is not output, there is a high possibility that it can be said that there is a cause in an apparatus other than the high-frequency power supply apparatus. Therefore, it becomes easier to identify the cause than before.

さらに、出力電流検出部をカレントトランスとおよび抵抗で構成し、出力電圧検出部を２つのコンデンサを用いた構成にするか、コンデンサや抵抗やインダクタを組み合わせた構成にすると、高価な方向性結合器等を用いることなく、しかも、簡易な構成で負荷電力の検出回路を構成することができる。 Furthermore, if the output current detector is configured with a current transformer and a resistor, and the output voltage detector is configured with two capacitors, or a combination of a capacitor, a resistor, and an inductor, an expensive directional coupler In addition, a load power detection circuit can be configured with a simple configuration without using the above.

以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。   Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る高周波電源装置１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４と同様の部分については説明を省略する。   FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a high-frequency power supply device 1 according to an embodiment of the present invention and its peripheral devices. In FIG. 1, the description of the same parts as in FIG. 4 is omitted.

第１の負荷電力演算部４０は、電力検出部３０から出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆおよび反射波電力検出信号Ｖｐｒを入力として、進行波電力から反射波電力を減算した負荷電力を求め、負荷電力ＰＬを示す第1負荷電力信号Ｖｐｄ１を出力する。   The first load power calculation unit 40 receives the traveling wave power detection signal Vpf and the reflected wave power detection signal Vpr output from the power detection unit 30, and obtains the load power obtained by subtracting the reflected wave power from the traveling wave power. A first load power signal Vpd1 indicating the load power PL is output.

出力電流検出部５１は、電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間に設けられたカレントトランスＣＴと、カレントトランスＣＴの２次側コイルの両端間に設けられた抵抗Ｒ１によって構成されている。
そのために、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流値に対応した電圧が、抵抗Ｒ１の一端（アース側）と他端（アースと反対側）との間に生じる。そして、抵抗Ｒ１の他端での電圧を検出し、検出した電圧を高周波出力電流信号Ｖｉとして出力する。 The output current detection unit 51 includes a current transformer CT provided between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high frequency power supply device, and a resistor R1 provided between both ends of the secondary coil of the current transformer CT. Has been.
Therefore, a voltage corresponding to the current value on the transmission line between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high frequency power supply device is applied between one end (ground side) and the other end (opposite side of the ground) of the resistor R1. Occur between. Then, the voltage at the other end of the resistor R1 is detected, and the detected voltage is output as the high-frequency output current signal Vi.

なお、図１に示した例では、電力検出部３０と高周波電源装置の出力端１０１との間にカレントトランスＣＴを設けていた。しかし、カレントトランスＣＴの位置は、電力出力部２０と高周波電源装置の出力端との間であればよい。
さらに、伝送線路２上の電流も、実質的に、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流と同等であるので、カレントトランスＣＴを、高周波電源装置の出力端１０１と整合装置の入力端３１との間に設けてもよい。 In the example illustrated in FIG. 1, the current transformer CT is provided between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high frequency power supply device. However, the position of the current transformer CT may be between the power output unit 20 and the output terminal of the high frequency power supply device.
Furthermore, since the current on the transmission line 2 is substantially equivalent to the current on the transmission line between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high frequency power supply device, the current transformer CT is connected to the high frequency power supply device. You may provide between the output terminal 101 and the input terminal 31 of a matching apparatus.

出力電圧検出部５２は、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、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Ｖｖ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、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Ｖｖとは、対応関係を有している。 The output voltage detection unit 52 is provided between a transmission line between the 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. And the high frequency output voltage signal Vv which divided the voltage on the transmission line between the electric power detection part 30 and the output terminal 101 of a high frequency power supply device with a capacitor | condenser is output from the connection point of the capacitor | condenser C1 and the capacitor | condenser C2.
Since the voltage dividing ratio is determined by the capacitor C1 and the capacitor C2, the voltage value on the transmission line between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high frequency power supply device and the high frequency output voltage signal Vv have a corresponding relationship. doing.

なお、図１に示した例では、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５２の入力としていた。しかし、出力電圧検出部５２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。
さらに、伝送線路２上の電圧も、実質的に、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５２の入力としてもよい。 In the example illustrated in FIG. 1, the voltage on the transmission line between the 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 52. However, the input of the output voltage detection unit 52 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.
Furthermore, the voltage on the transmission line 2 is substantially equivalent to the voltage on the transmission line between the power detection unit 30 and the output terminal 101 of the high-frequency power supply device. It is good also as an input of the detection part 52.

また、図１に示した例では、出力電圧検出部５２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５２の他の構成の一例を示す回路例である。同図（ａ）は、抵抗Ｒ２，Ｒ３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、トランスＴＲを用いた回路例である。 In the example shown in FIG. 1, the output voltage detector 52 is configured using two capacitors. However, the configuration is not limited to this configuration, and a resistor, inductor, transformer ( A configuration using a transformer may also be used.
FIG. 2 is a circuit example showing another example of the configuration of the output voltage detection unit 52. FIG. 5A shows a circuit example using resistors R2 and R3. FIG. 2B is a circuit example using inductors L1 and L2. FIG. 5C shows a circuit example using a transformer TR.

第２の負荷電力演算部５３は、乗算部５３１と積分部５３２とによって構成されていて、出力電流検出部５１および出力電圧検出部５２の出力に基づいて、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負荷電力または同等個所の負荷電力を求め、第２の負荷電力を示す第２負荷電力信号Ｖｐｄ２を出力する。   The second load power calculation unit 53 includes a multiplication unit 531 and an integration unit 532. Based on outputs of the output current detection unit 51 and the output voltage detection unit 52, the power output unit 20 and the high frequency power supply device The load power on the transmission line with the output terminal 101 or the load power at an equivalent location is obtained, and the second load power signal Vpd2 indicating the second load power is output.

乗算部５３１は、出力電流検出部５１の出力である高周波出力電流信号Ｖｉおよび出力電圧検出部５２の出力である高周波出力電圧信号Ｖｖを入力として、高周波出力電流信号Ｖｉと高周波出力電圧信号Ｖｖとを乗算した乗算信号Ｖｍを出力する。   The multiplier 531 receives the high-frequency output current signal Vi that is the output of the output current detector 51 and the high-frequency output voltage signal Vv that is the output of the output voltage detector 52, and receives the high-frequency output current signal Vi and the high-frequency output voltage signal Vv. A multiplication signal Vm obtained by multiplying is output.

積分部５３２は、乗算部５３１の出力である乗算信号Ｖｍを入力として、乗算信号Ｖｍを高周波出力の周期時間に基づいて積分することによって第２の負荷電力を演算し、第２の負荷電力を示す第２負荷電力信号Ｖｐｄ２を出力する。   The integration unit 532 calculates the second load power by integrating the multiplication signal Vm based on the cycle time of the high-frequency output, with the multiplication signal Vm output from the multiplication unit 531 as an input, and calculates the second load power. The second load power signal Vpd2 shown is output.

なお、上記の第２負荷電力信号Ｖｐｄ２は、式（１）の関係で求められる電力に相当する。
Ｖｐｄ２＝｜Ｖｉ｜＊｜Ｖｖ｜＊ｃｏｓθ ・・・・・ （１） In addition, said 2nd load electric power signal Vpd2 is corresponded to the electric power calculated | required by the relationship of Formula (1).
Vpd2 = | Vi | * | Vv | * cosθ (1)

式（１）において、「｜Ｖｉ｜」は、高周波出力電流信号Ｖｉの大きさであり、高周波出力電流の大きさを示す。また、「｜Ｖｖ｜」は、高周波出力電圧信号Ｖｖの大きさであり、高周波出力電圧の大きさを示す。また、「ｃｏｓθ」は、高周波出力電流信号Ｖｉと高周波出力電圧信号Ｖｖとの位相差の余弦を示す。また、「＊」は乗算記号である。   In Expression (1), “| Vi |” is the magnitude of the high-frequency output current signal Vi and indicates the magnitude of the high-frequency output current. “| Vv |” is the magnitude of the high-frequency output voltage signal Vv and indicates the magnitude of the high-frequency output voltage. Further, “cos θ” indicates a cosine of a phase difference between the high frequency output current signal Vi and the high frequency output voltage signal Vv. “*” Is a multiplication symbol.

出力電流検出部５１および出力電圧検出部５２は、図１に示すように出力電流検出部５１をカレントトランスＣＴとおよび抵抗Ｒ１で構成し、出力電圧検出部５２を２つのコンデンサを用いた構成にするか、図２に示したような構成にすると、簡易な構成で負荷電力の検出回路を構成することができる。 As shown in FIG. 1, the output current detection unit 51 and the output voltage detection unit 52 are configured with a current transformer CT and a resistor R1, and the output voltage detection unit 52 is configured with two capacitors. If the configuration shown in FIG. 2 is used, the load power detection circuit can be configured with a simple configuration.

なお、この図１で示した例の場合、出力電流検出部５１、出力電圧検出部５２および第２の負荷電力演算部５３によって構成される部分が、第２電力検出部５０として機能する。   In the case of the example shown in FIG. 1, a portion configured by the output current detection unit 51, the output voltage detection unit 52, and the second load power calculation unit 53 functions as the second power detection unit 50.

異常判定部６０は、第１の負荷電力演算部４０の出力である第１負荷電力信号Ｖｐｄ１および第２の負荷電力演算部５３の出力である第２負荷電力信号Ｖｐｄ２を入力として、第1の負荷電力演算部で求めた負荷電力および第2の負荷電力演算部で求めた負荷電力に基づいて、高周波電源装置が異常であるか否かを判別し、異常であると判別した場合に異常検出信号Ｖａｂを出力する。
この例の場合、たとえば、異常検出信号ＶａｂとしてＨｉｇｈレベルの信号を出力する。この異常検出信号Ｖａｂ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。 The abnormality determination unit 60 receives the first load power signal Vpd1 that is the output of the first load power calculation unit 40 and the second load power signal Vpd2 that is the output of the second load power calculation unit 53 as inputs. Based on the load power obtained by the load power calculation unit and the load power obtained by the second load power calculation unit, it is determined whether or not the high-frequency power supply device is abnormal. The signal Vab is output.
In this example, for example, a high level signal is output as the abnormality detection signal Vab. The abnormality detection signal Vab can be output to the outside of the high frequency power supply device via the output terminal 102.

具体的には、予め定められた許容値をＶｔｏとして、下記の式（２）〜（４）のいずれかの式において、左辺の結果が右辺の許容値Ｖｔｏ以上になった場合に、異常であると判別する。もちろん、他の演算式の関係に基づいて異常であるか否かを判別してもよい。
｜Ｖｐｄ２−Ｖｐｄ１｜／｜Ｖｐｄ１｜≧Ｖｔｏ ・・・・（２）
｜Ｖｐｄ２−Ｖｐｄ１｜／｜Ｖｐｄ２｜≧Ｖｔｏ ・・・・（３）
｜Ｖｐｄ２−Ｖｐｄ１｜≧Ｖｔｏ ・・・・（４） Specifically, assuming that a predetermined allowable value is Vto, in any of the following formulas (2) to (4), if the result on the left side is equal to or greater than the allowable value Vto on the right side, an abnormality is detected. Determine that there is. Of course, it may be determined whether or not it is abnormal based on the relationship of other arithmetic expressions.
| Vpd2−Vpd1 | / | Vpd1 | ≧ Vto (2)
| Vpd2-Vpd1 | / | Vpd2 | ≧ Vto (3)
| Vpd2−Vpd1 | ≧ Vto (4)

図１のように構成することで、インピーダンス整合しているか否かに関わらず、第１の負荷電力演算部４０の出力である第１負荷電力信号Ｖｐｄ１と第２の負荷電力演算部５３の出力である第２負荷電力信号Ｖｐｄ２とを比較することができるので、電力検出部３０等のフィードバック制御に関係する何らかの個所に異常が発生して、フィードバック制御が正常にできない場合に、異常判定部６０から異常を示す異常検出信号Ｖａｂ（たとえばＨｉｇｈレベルの信号）を出力することができる。   1, the first load power signal Vpd1 that is the output of the first load power calculation unit 40 and the output of the second load power calculation unit 53 regardless of whether or not the impedance is matched. The second load power signal Vpd2 can be compared with each other. Therefore, when an abnormality occurs in some part related to the feedback control such as the power detection unit 30 and the feedback control cannot be normally performed, the abnormality determination unit 60 Can output an abnormality detection signal Vab (for example, a high level signal) indicating abnormality.

そのために、異常検出信号Ｖａｂが出力されたときに被加工物に不良が発生した場合には、高周波電源装置１に原因があると言える可能性が高まる。また、異常検出信号Ｖａｂが出力されていないにも関わらず、被加工物に不良が発生した場合には、高周波電源装置１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。 Therefore, if a defect occurs in the workpiece when the abnormality detection signal Vab is output, there is a high possibility that the high frequency power supply device 1 has a cause. In addition, when a defect occurs in the workpiece even though the abnormality detection signal Vab is not output, there is a high possibility that it can be said that there is a cause in a device other than the high-frequency power supply device 1. Therefore, it becomes easier to identify the cause than before.

なお、これまで説明した例では、異常判定部６０で異常と判定されたときに異常検出信号ＶａｂとしてＨｉｇｈレベルの信号を出力する例を示したが、逆の論理になるように回路を構成してもよい。   In the example described so far, an example in which a high level signal is output as the abnormality detection signal Vab when the abnormality determination unit 60 determines that an abnormality has occurred has been described. However, the circuit is configured to have the reverse logic. May be.

また、異常検出信号Ｖａｂを用いて、進行波電力の出力を停止するようにしてもよい。   Further, the output of traveling wave power may be stopped using the abnormality detection signal Vab.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置１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。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a high-frequency power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention and its peripheral devices. 図２は、出力電圧検出部５２の他の構成の一例を示す回路例である。FIG. 2 is a circuit example showing another example of the configuration of the output voltage detection unit 52. 図３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。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional high-frequency power supply device 1p and its peripheral devices. 図４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。FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional high-frequency power supply device 1p and its peripheral devices.

符号の説明Explanation of symbols

１ 本発明の高周波電源装置
１ｐ 従来技術の高周波電源装置
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 電力検出部
４０ 第１の負荷電力演算部
５１ 出力電流検出部
５２ 出力電圧検出部
５３ 第２の負荷電力演算部
５３１ 乗算回路
５３２ 積分部
６０ 異常判定部
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
ＣＴ カレントトランス
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
Ｒ３ 抵抗
ＴＲ トランス


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency power supply device 1p of this invention High frequency power supply device 2 of a prior art 2 Transmission line 3 Matching device 4 Transmission line 5 Plasma processing apparatus (load)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Output setting part 20 Electric power output part 30 Electric power detection part 40 1st load electric power calculation part 51 Output current detection part 52 Output voltage detection part 53 2nd load electric power calculation part 531 Multiplication circuit 532 Integration part 60 Abnormality determination part 101 High frequency Power output connector (output end of high frequency power supply)
102 Output terminal CT Current transformer C1 Capacitor C2 Capacitor L1 Inductor L2 Inductor R1 Resistor R2 Resistor R3 Resistor TR Transformer


Claims (4)

電力出力部から負荷に向かって出力する進行波電力または負荷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、
負荷に向かって出力する進行波電力及び負荷から反射される反射波電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部の出力に基づいて進行波電力から反射波電力を減算した負荷電力を求める第1の負荷電力演算部と、
前記電力出力部と高周波電源装置の出力端との間の伝送線路上の電流または同等個所の電流を検出する出力電流検出部と、
前記電力出力部と高周波電源装置の出力端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と、
前記出力電流検出部および前記出力電圧検出部の出力に基づいて、前記電力出力部と高周波電源装置の出力端との間の伝送線路上の負荷電力または同等個所の負荷電力を求める第２の負荷電力演算部と、
前記第1の負荷電力演算部で求めた負荷電力および前記第2の負荷電力演算部で求めた負荷電力に基づいて、高周波電源装置が異常であるか否かを判別し、異常であると判別した場合に異常検出信号を出力する異常判定部とを備えたことを特徴とする高周波電源装置。 In the high frequency power supply device that controls the traveling wave power output from the power output unit toward the load or the load power to become the output set value,
A power detector for detecting traveling wave power output toward the load and reflected wave power reflected from the load;
A first load power calculation unit for obtaining load power obtained by subtracting reflected wave power from traveling wave power based on the output of the power detection unit;
An output current detection unit for detecting a current on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high-frequency power supply device or a current at an equivalent location;
An output voltage detection unit for detecting a voltage on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high frequency power supply device or a voltage at an equivalent location;
A second load for obtaining a load power on a transmission line between the power output unit and the output terminal of the high frequency power supply device or a load power at an equivalent location based on outputs of the output current detection unit and the output voltage detection unit; A power calculator;
Based on the load power obtained by the first load power calculation unit and the load power obtained by the second load power calculation unit, it is determined whether or not the high-frequency power supply device is abnormal, and is determined to be abnormal A high-frequency power supply apparatus comprising: an abnormality determination unit that outputs an abnormality detection signal in the case of failure. 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に記載の高周波電源装置。 The high-frequency power supply device according to claim 1, wherein the output voltage detection unit is configured by combining at least two types of elements among a capacitor, a resistor, and an inductor. 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に記載の高周波電源装置。 The high-frequency power supply device according to claim 1, wherein the output voltage detection unit includes a transformer. 前記出力電流検出部が、カレントトランスを備えていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。

The high-frequency power supply device according to claim 1, wherein the output current detection unit includes a current transformer.

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