JP2005109183A - 高周波電源の出力電力制御方法および高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の高周波電源装置では、接続する負荷が放電負荷の場合には、放電開始から整合するまでの間に放電が消滅する場合があり、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の加工プロセスに悪影響を与えるという問題があった。
【解決手段】 進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤを行うプラズマ処理装置等の負荷に整合器を介して電力を供給する高周波電源装置に関するものである。

整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置として、従来は高周波電源装置が出力する進行波電力あるいは進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力を一定に制御する方法が用いられてきた。

図４は、従来の高周波電源装置１ｐの構成、整合器３ｐの構成及び高周波電源装置１ｐと整合器３ｐと負荷５との接続関係を示すブロック図である。
従来の高周波電源装置１ｐは、伝送線路２及び整合器３ｐ及び伝送線路４を介して、負荷５に、高周波電力を供給するための電源装置であり、発振部１１から出力した高周波信号を増幅部１２で増幅し電力検出部１３を介して高周波電力を出力する。なお、高周波電源装置１ｐの増幅部１２から出力されて負荷５に向かう高周波電力を進行波電力という。
電力検出部１３によって検出された進行波電力ＰＦおよび反射波電力ＰＲは、電力制御部１６にフィードバックされ、進行波電力ＰＦあるいは負荷側電力（進行波電力−反射波電力）が、出力電力設定部１５で設定された出力電力設定値の大きさになるように電力制御部１６で制御される。

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。

整合器３ｐは、整合器３ｐの入力端から伝送線路２を経由し高周波電源装置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、整合器３ｐの入力端から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ（整合器３ｐ及び伝送線路４及び負荷５のインピーダンス）とを整合させることによって、高周波電源装置の増幅部１２と負荷５との間をインピーダンス整合させる目的で用いられる装置である。

この整合器３ｐは、主に整合部３２と整合器制御部３１ｐとで構成される。
整合部３２は、可変インピーダンス素子（例えば、可変コンデンサ、可変インダクタ等）及び固定インピーダンス素子（例えば、固定コンデンサ、固定インダクタ等）によって構成され、可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化させることによって高周波電源装置の増幅部１２と負荷５との間をインピーダンス整合させることができる。この例では、可変コンデンサＣ１、Ｃ２と固定インダクタＬ１によって整合部３２が構成されている。
整合器制御部３１ｐは、図示しない高周波電力検出器を備え、高周波電力の電圧成分、電流成分および電圧成分と電流成分との位相差を検出し、検出した情報に基づいて高周波電源装置の増幅部１２と負荷５との間がインピーダンス整合するように整合部のインピーダンス値を制御する機能を有する。この例の場合、整合器制御部３１ｐは、可変コンデンサＣ１、Ｃ２のキャパシタンス値を制御する。

負荷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。この負荷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。なお、このような放電を伴う負荷を放電負荷という。また、放電負荷においては、放電開始前と放電開始後で負荷インピーダンスが急変する特性がある。

ところで、高周波電源装置の増幅部１２と負荷５との間がインピーダンス整合しているときは、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負荷５に供給される。
しかし、負荷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、負荷のインピーダンスは整合時に比べて、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、高周波電源装置の増幅部１２と負荷５との間がインピーダンス整合していない状態になって、整合器の入力端３０１での反射係数が増加するために、高周波電源装置１ｐから出力されて負荷５に向かう進行波電力の一部又は全部が反射して整合器３ｐから高周波電源装置に向かう反射波電力ＰＲが発生するので、高周波電力が効率よく負荷５に供給されない。

通常は、整合器３ｐ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、整合器３ｐ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、高周波電源装置内に戻る。
特開２００１−１９７７４９号公報 特開２００３−１４３８６１号公報

前述したような整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置において、放電負荷のように放電開始前と放電開始後の負荷インピーダンスが急変する負荷が接続されたとき、高周波電源装置１ｐから出力する進行波電力あるいは負荷側電力（進行波電力−反射波電力）を一定に制御する場合について説明をする。

高周波電源装置１ｐが進行波電力の出力を開始して放電負荷が放電すると、整合器は負荷インピーダンスの急変に対応するために、整合部３２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２のキャパシタンス値を変化させて整合動作を行う。

この整合動作の過程において、整合器内の可変コンデンサＣ１，Ｃ２のインピーダンスが変化しているために、高周波電源装置が進行波電力あるいは負荷側電力を一定に制御するように動作していても、整合器３ｐの出力端３０２の電圧や出力電流の大きさは変化している。したがって整合過程においては、負荷にかかる電圧や負荷を流れる電流値が変化する。

上記整合過程において、放電負荷の電圧が放電を維持できない大きさまで低下したり、放電負荷を流れる電流値が放電を維持できない大きさまで低下すると、放電が消滅する。放電が消滅すると、整合器の入力端での反射係数が増加するために、整合器は反射係数が小さくなるように整合動作を行う。この過程において負荷にかかる電圧が放電開始電圧に達しないと再び放電を行うことができない。放電開始電圧に達し再放電を行った場合には、整合動作を続ける。その後、放電負荷の電圧が放電維持電圧未満の大きさになると放電は再び消滅するが、放電維持電圧よりも下がらなければ放電を維持して整合動作を続ける。

負荷を流れる電流値が放電を維持できない大きさまで低下して放電が消滅した場合も同様であり、負荷を流れる電流値が放電開始電流に達しないと再び放電を行うことができない。放電開始電流に達し再放電を行った場合には、整合動作を続ける。その後、負荷を流れる電流値が放電維持電流未満の大きさになると放電は再び消滅するが、放電維持電流よりも下がらなければ放電を維持して整合動作を続ける。

このように従来の高周波電源装置では、接続する負荷が放電負荷の場合には、放電開始から整合するまでの間に放電が消滅する場合があり、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の加工プロセスに悪影響を与えるという問題があった。
本発明は、上記問題を鑑み考慮したもので、放電開始から整合過程において放電の消滅が発生しない高周波電源装置を提供することを目的としている。

本願発明によって提供される高周波電源の出力電力制御方法は、例えば図１に示すように、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴としている。

本願発明によって提供される他の高周波電源の出力電力制御方法は、例えば図２に示すように、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴としている。

本願発明によって提供される他の高周波電源の出力電力制御方法は、例えば図３に示すように、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧または電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴としている。

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、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
整合器の整合部よりも負荷側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出した電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電圧制御部と、
前記電圧制御部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電圧制御部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、
を備えたことを特徴としている。

本願発明によって提供される他の高周波電源装置は、例えば図２に示すように、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
整合器の整合部よりも負荷側の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電流制御部と、
前記電流制御部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電流制御部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、
を備えたことを特徴としている。

本願発明によって提供される他の高周波電源装置は、例えば図３に示すように、
整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
整合器の整合部よりも負荷側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出した電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電圧制御部と、
整合器の整合部よりも負荷側の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第３の電力制御信号を出力する電流制御部と、
前記電圧制御部の出力または前記電流制御部の出力のどちらか一方を選択して出力する電圧電流選択部と、
前記電圧電流選択部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電圧電流選択部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、を備えたことを特徴としている。

従来では、接続する負荷が放電負荷の場合には、放電開始から整合するまでの間に放電が消滅する場合があり、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の加工プロセスに悪影響を与えるという問題があった。
しかし、本発明では、高周波電源装置から進行波電力の出力を開始した時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。あるいは、整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。
よって、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御が行われている期間、あるいは整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われている期間に、放電が開始され、次に整合器がインピーダンス整合動作を行うので整合状態になる。すなわち、進行波電力の出力開始時から放電開始を経て整合状態になるまでの間に整合器の出力電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御あるいは整合器の出力電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われるので、放電開始してから整合状態になるまでに放電が消滅することはない。そのために、従来に生じていた加工プロセスでの問題を解消できる。

以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
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、整合器３ａの構成及び高周波電源装置１ａと整合器３ａと負荷５との接続関係を示すブロック図である。

（整合器の説明）
本発明の第１の実施形態に係る整合器３ａは、従来技術の整合器３ｐに比べて下記（１）及び（２）が異なるが、他は従来の整合器３ｐと同様である。
（１）整合器の整合部３２よりも負荷側の出力電圧を検出する電圧検出部３３を有する。
この電圧検出部は、整合器の整合部よりも負荷側の出力電圧を検出し、出力電圧に対応した電圧検出信号Ｖｖを出力する。
（２）整合器制御部３１から、整合状態であるか否かを示す信号を出力する機能を有する。整合状態であるときは、整合状態信号Ｖｍａｔを出力する。整合状態とは、完全に整合していなくてもよく、例えば下記（ａ）や（ｂ）の状態になれば整合しているとみなす。なお、後述する信号選択部は、この整合状態信号Ｖｍａｔを出力端子３０３および高周波電源装置の入力端子１０４を介して入力することができる。
（ａ）負荷側インピーダンスＺＬの絶対値｜ＺＬ｜が所定の基準値Ｒの範囲内になった場合。例えば、電源側インピーダンスＺｏが５０Ωの場合に、絶対値｜ＺＬ｜が５０±２Ωになった場合。
（ｂ）伝送線路２の特性インピーダンスをＺｃ（通常５０Ω）として、整合器の入力端における反射係数Γｉ＝（ＺＬ−Ｚｃ）／（ＺＬ＋Ｚｃ）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値以下となった場合。

（高周波電源装置の説明）
本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置１ａは、伝送線路２及び整合器３及び伝送線路４を介して、負荷５に、高周波電力を供給するための電源装置であり、高周波電源装置から出力する進行波電力あるいは負荷側電力をフィードバックして出力電力設定値に等しくなるように電力制御部で制御する系と、整合器の出力電圧を出力電圧設定値に等しくなるように制御する系を有する。また、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。

（高周波電源装置の内部構成についての説明）
発振部１１は、所定の周波数の高周波信号Ｖｏｓを出力する。なお、ここで言う高周波信号とは、正弦波信号に限らず、例えば、矩形波信号、三角波信号等も含む。

増幅部１２は、後述する信号選択部１９ａの出力信号を指示値として発振部１１から出力する高周波信号を増幅して進行波電力ＰＦを出力する。
なお、増幅部１２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。

電力検出部１３は、増幅部１２から出力される進行波電力ＰＦ及び高周波電源装置の外部から戻ってくる反射波電力ＰＲを検出するとともに、進行波電力値に対応した進行波電力信号Ｖｐｆ及び反射波電力値に対応した反射波電力信号Ｖｐｒを出力する。この電力検出部１３には、例えば、方向性結合器等が用いられる。

なお、増幅部１２から出力される進行波電力ＰＦ及び高周波電源装置の外部から戻ってくる反射波電力ＰＲは、電力検出部１３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。

整合状態判別部１４は、電力検出部１３から出力される反射波電力信号Ｖｐｒから、整合状態であるか否かを判別する。整合状態であるときは、整合状態信号Ｖｍａｔを出力する。なお、整合状態とは、完全に整合していなくてもよく、例えば、反射波電力信号Ｖｐｒの大きさが基準値以下であれば整合状態であるとみなす。

出力電力設定部１５は、増幅部１２から出力する進行波電力ＰＦの出力設定値あるいは負荷側電力の設定値を定める出力電力設定信号Ｖｐｓを出力する。なお、出力電力設定信号Ｖｐｓ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。

電力制御部１６は、電力検出部１３から出力される進行波電力信号Ｖｐｆ及び反射波電力信号Ｖｐｒと、出力電力設定部１５から出力される出力電力設定信号Ｖｐｓを入力する。また、進行波電力を一定に制御する場合には、進行波電力値に対応した進行波電力信号Ｖｐｆを電力検出信号Ｖｐとし、負荷側電力一定に制御する場合には、進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力に対応した負荷側電力信号を演算し、この負荷側電力信号Ｖｐｌを電力検出信号Ｖｐとする。進行波電力信号Ｖｐｆと負荷側電力信号Ｖｐｌのどちらを電力検出信号Ｖｐとするかは予め定めておく。そして、電力検出信号Ｖｐの大きさが出力電力設定信号Ｖｐｓの大きさと等しくなるように信号選択部を介して増幅部に指示値となる第１の電力制御信号Ｖｐｃ１を出力する。

出力電圧設定部１７は、整合器の出力電圧設定値を定める出力電圧設定信号Ｖｖｓを出力する。出力電圧設定値は、放電負荷の場合、負荷電圧が放電開始電圧や放電維持電圧よりも大きいときの整合器の出力電圧にする必要がある。なお、出力電圧設定信号Ｖｖｓ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。

電圧制御部１８は、電圧検出部３３から出力される電圧検出信号Ｖｖと出力電圧設定部１７から出力される出力電圧設定信号Ｖｖｓとを入力し、電圧検出信号Ｖｖの大きさが出力電圧設定信号Ｖｖｓの大きさと等しくなるように信号選択部を介して増幅部に指示値となる第２の電力制御信号Ｖｐｃ２を出力する。なお、電圧検出信号Ｖｖは、整合器の出力端子３０４および高周波電源装置の入力端子１０２を介して電圧制御部１８に入力される。

信号選択部１９ａは、電圧制御部１８から出力する第２の電力制御信号Ｖｐｃ２および電力制御部１６から出力する第１の電力制御信号Ｖｐｃ１を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部１２と負荷５との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、電圧制御部１８から出力する電力制御信号Ｖｐｃ２を選択して出力し、整合状態になった後は、電力制御部１６から出力する電力制御信号Ｖｐｃ１を選択して出力する。

（ａ）電圧制御部の出力信号（第２の電力制御信号Ｖｐｃ２）が選択される場合。
高周波電源装置から進行波電力の出力を開始した時点では、信号選択部１９ａが電圧制御部１８の出力信号を選択する。そのために、整合器の整合部３２よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。
よって、整合器の整合部３２よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御が行われている期間に、放電が開始され、次に整合器がインピーダンス整合動作を行うので整合状態になる。すなわち、進行波電力の出力開始時から放電開始を経て整合状態になるまでの間は、整合器の出力電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御が行われるので、放電開始してから整合状態になるまでに、放電が消滅することはない。
なお、高周波電源装置の出力状態（出力しているか否か）は、例えば、電力検出部１３の出力である進行波電力信号Ｖｐｆを信号選択部１９ａに入力し、その信号を監視することによって判別できる。
（ｂ）電力制御部の出力信号（第１の電力制御信号Ｖｐｃ１）が選択される場合。
上記（ａ）にて整合状態になると、信号選択部１９ａは、電力制御部１６の出力信号を増幅部１２に送るように内部スイッチを切り替える。そのために、負荷には出力電力設定値に等しい電力が供給されるようになる。なお、増幅部１２と負荷５との間の整合状態は、例えば、整合状態判別部１４から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。あるいは、整合器の整合器制御部３１から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。

また、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の場合、放電中に放電条件（放電ガスの種類、ガス流量、圧力等）を変更する場合がある。そのために、各放電条件のときの放電維持電圧以上の安定電圧と加工プロセスに必要な電力をそれぞれ出力電圧設定値、出力電力設定値として取り込み、放電条件に合わせて、整合器の整合部よりも負荷側の電圧一定制御と高周波電源装置の高周波電力一定制御とを選択して最適な加工プロセスを行うことが可能となる。

［第２の実施の形態］
図２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、整合器３ｂの構成及び高周波電源装置１ｂと整合器３ｂと負荷５との接続関係を示すブロック図である。

（整合器の説明）
本発明の第２の実施形態に係る整合器３ｂは、従来技術の整合器３ｐに比べて下記（１）及び（２）が異なるが、他は従来の整合器３ｐと同様である。
（１）整合部３２と負荷５との間に流れる出力電流を検出する電流検出部３４を有する。
この電流検出部３４は、整合器の整合部３２よりも負荷側に流れる出力電流を検出し、出力電流に対応した電流検出信号Ｖｉを出力する。
（２）整合器制御部３１から、整合状態であるか否かを示す信号を出力する機能を有する。
この機能は第１の実施形態で説明した図１の整合器と同様であるので、説明を省略する。

（高周波電源装置の説明）
本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置１ｂは、伝送線路２及び整合器３及び伝送線路４を介して、負荷５に、高周波電力を供給するための電源装置であり、高周波電源装置から出力する進行波電力あるいは負荷側電力をフィードバックして出力電力設定値に等しくなるように電力制御部で制御する系と、整合器の出力電流を出力電流設定値に等しくなるように制御する系を有する。また、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。

（高周波電源装置の内部構成についての説明）
発振部１１、増幅部１２、電力検出部１３、整合状態判別部１４、出力電力設定部１５および電力制御部１６は、第１の実施形態で説明した図１の高周波電源装置と同様であるので、説明を省略する。

出力電流設定部２０は、整合器の出力電流設定値を定める出力電流設定信号Ｖｉｓを出力する。出力電流設定値は、放電負荷の場合、負荷電流が放電開始電流や放電維持電流よりも大きいときの整合器の出力電流にする必要がある。なお、出力電流設定信号Ｖｉｓ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。

電流制御部２１は、電流検出部３４から出力される電流検出信号Ｖｉと出力電流設定部２０から出力される出力電流設定信号Ｖｉｓとを入力し、電流検出信号Ｖｉの大きさが出力電流設定信号Ｖｉｓの大きさと等しくなるように信号選択部を介して増幅部に指示値となる第２の電力制御信号Ｖｐｃ２を出力する。なお、電流検出信号Ｖｉは、整合器の出力端子３０５および高周波電源装置の入力端子１０３介して電流制御部２１に入力される。

信号選択部１９ｂは、電流制御部２１から出力する第２の電力制御信号Ｖｐｃ２および電力制御部１６から出力する第１の電力制御信号Ｖｐｃ１を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部１２と負荷５との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、電流制御部２１から出力する電力制御信号Ｖｐｃ２を選択して出力し、整合状態になった後は、電力制御部１６から出力する電力制御信号Ｖｐｃ１を選択して出力する。

（ａ）電流制御部の出力信号（第２の電力制御信号Ｖｐｃ２）が選択される場合。
高周波電源装置から進行波電力の出力を開始した時点では、信号選択部が電流制御部２１の出力信号を選択する。そのために、整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。
よって、整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われている期間に、放電が開始され、次に整合器がインピーダンス整合動作を行うので整合状態になる。すなわち、進行波電力の出力開始時から放電開始を経て整合状態になるまでの間は、整合器の出力電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われるので、放電開始してから整合状態になるまでに、放電が消滅することはない。
なお、高周波電源装置の出力状態（出力しているか否か）は、例えば、電力検出部１３の出力である進行波電力信号Ｖｐｆを信号選択部１９に入力し、その信号を監視することによって判別できる。
（ｂ）電力制御部の出力信号（第１の電力制御信号Ｖｐｃ１）が選択される場合。
上記（ａ）にて整合状態になると、信号選択部１９ｂは、電力制御部１６の出力信号を増幅部に送るように内部スイッチを切り替える。そのために、負荷には出力電力設定値に等しい電力が供給されるようになる。なお、増幅部１２と負荷５との間の整合状態は、例えば、整合状態判別部１４から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。あるいは、整合器の整合器制御部３１から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。

また、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の場合、放電中に放電条件（放電ガスの種類、ガス流量、圧力等）を変更する場合がある。そのために、各放電条件のときの放電維持電流以上の安定電流と加工プロセスに必要な電力をそれぞれ出力電流設定値、出力電力設定値として取り込み、放電条件に合わせて、整合器の整合部よりも負荷側の電流一定制御と高周波電源装置の高周波電力一定制御とを選択して最適な加工プロセスを行うことが可能となる。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施形態に係る高周波電源装置１ｃの構成、整合器３ｃの構成及び高周波電源装置１ｃと整合器３ｃと負荷５との接続関係を示すブロック図である。

（整合器の説明）
本発明の第３の実施形態に係る整合器３ｃは、従来技術の整合器に比べて下記（１）〜（３）が異なるが、他は従来の整合器と同様である。
（１）整合器の整合部３２よりも負荷側の出力電圧を検出する電圧検出部３３を有する。
この電圧検出部は、整合器の整合部３２よりも負荷側の出力電圧を検出し、出力電圧に対応した電圧検出信号Ｖｖを出力する。
（２）整合部３２と負荷５との間に流れる出力電流を検出する電流検出部３４を有する。
この電流検出部３４は、整合器の整合部３２よりも負荷側に流れる出力電流を検出し、出力電流に対応した電流検出信号Ｖｉを出力する。
（３）整合器制御部３１から、整合状態であるか否かを示す信号を出力する機能を有する。
この機能は第１の実施形態で説明した図１の整合器と同様であるので、説明を省略する。

（高周波電源装置の説明）
本発明の第３の実施形態に係る高周波電源装置１ｃは、伝送線路２及び整合器３及び伝送線路４を介して、負荷５に、高周波電力を供給するための電源装置であり、高周波電源装置から出力する進行波電力あるいは負荷側電力をフィードバックして出力電力設定値に等しくなるように電力制御部で制御する系と、整合器の出力電圧を出力電圧設定値に等しくなるように制御するか、あるいは整合器の出力電流を出力電流設定値に等しくなるように制御する系を有する。また、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。

（高周波電源装置の内部構成についての説明）
発振部１１、増幅部１２、電力検出部１３、整合状態判別部１４、出力電力設定部１５および電力制御部１６、出力電圧設定部１７、電圧制御部１８は、第１の実施形態で説明した図１の高周波電源装置と同様であるので、説明を省略する。
また、出力電流設定部２０、電流制御部２１は、第２の実施形態で説明した図２の高周波電源装置と同様であるので、説明を省略する。ただし、この第３の実施形態では、電流制御部２１の出力を、第３の電力制御信号Ｖｐｃ３として説明する。

電圧電流選択部２２は、選択信号に従って電圧制御部１８の出力または電流制御部２１の出力のどちらか一方を選択して出力する。どちらの信号を選択するかは、負荷の特性によって定める。
例えば、負荷の電圧電流特性が、定電圧特性のような負荷では電流制御と電力制御とを組み合わせた制御が適している。また、定電流特性のような負荷では電圧制御と電力制御とを組み合わせた制御が適している。

信号選択部１９ｃは、電圧電流選択部２２から出力する電力制御信号および電力制御部１６から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部１２と負荷５との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、電圧電流選択部２２から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する。

（ａ）電圧電流選択部２２の出力信号（第２の電力制御信号Ｖｐｃ２または第３の電力制御信号Ｖｐｃ３）が選択される場合。
高周波電源装置から進行波電力の出力を開始した時点では、信号選択部が電圧電流選択部２２の出力信号を選択する。そのために、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。あるいは、整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなるように高周波電源装置から進行波電力が出力される。
よって、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御が行われている期間、あるいは整合器の整合部よりも負荷側に流れる電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われている期間に、放電が開始され、次に整合器がインピーダンス整合動作を行うので整合状態になる。すなわち、進行波電力の出力開始時から放電開始を経て整合状態になるまでの間は、整合器の出力電圧が出力電圧設定値に等しくなる制御あるいは整合器の出力電流が出力電流設定値に等しくなる制御が行われるので、放電開始してから整合状態になるまでに、放電が消滅することはない。
なお、高周波電源装置の出力状態（出力しているか否か）は、例えば、電力検出部１３の出力である進行波電力信号Ｖｐｆを信号選択部１９ｃに入力し、その信号を監視することによって判別できる。
（ｂ）電力制御部の出力信号（第１の電力制御信号Ｖｐｃ１）が選択される場合。
上記（ａ）にて整合状態になると、信号選択部は、電力制御部の出力信号を増幅部に送るように内部スイッチを切り替える。そのために、負荷には出力電力設定値に等しい電力が供給されるようになる。なお、増幅部１２と負荷５との間の整合状態は、例えば、整合状態判別部１４から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。あるいは、整合器の整合器制御部３１から整合状態信号Ｖｍａｔが出力されたか否かを監視することで判別することができる。

また、放電を利用するエッチング装置やＣＶＤ装置の場合、放電中に放電条件（放電ガスの種類、ガス流量、圧力等）を変更する場合がある。そのために、電圧制御と電力制御とを組み合わせた制御を用いる場合は、各放電条件のときの放電維持電圧以上の安定電圧と加工プロセスに必要な電力をそれぞれ出力電圧設定値、出力電力設定値として取り込み、放電条件に合わせて、整合器の整合部よりも負荷側の電圧一定制御と高周波電源装置の高周波電力一定制御とを選択して最適な加工プロセスを行うことが可能となる。
電流制御と電力制御とを組み合わせた制御を用いる場合は、各放電条件のときの放電維持電流以上の安定電流と加工プロセスに必要な電力をそれぞれ出力電流設定値、出力電力設定値として取り込み、放電条件に合わせて、整合器の整合部よりも負荷側の電流一定制御と高周波電源装置の高周波電力一定制御とを選択して最適な加工プロセスを行うことが可能となる。

なお、図１、図３では、整合器の内部に電圧検出部を設けて整合器の出力電圧を検出しているが、負荷の両端の電圧を検出するようにしてもよい。また、図２、図３では、整合器の内部に電流検出部を設けて整合器の出力電流を検出しているが、負荷に流れる電流を検出してもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態の高周波電源装置１ａの構成、整合器３ａの構成及び高周波電源装置１ａと整合器３ａと負荷５との接続関係を示すブロック図である。 図２は、本発明の第２の実施形態の高周波電源装置１ｂの構成、整合器３ｂの構成及び高周波電源装置１ｂと整合器３ｂと負荷５との接続関係を示すブロック図である。 図３は、本発明の第３の実施形態の高周波電源装置１ｃの構成、整合器３ｃの構成及び高周波電源装置１ｃと整合器３ｃと負荷５との接続関係を示すブロック図である。 図４は、従来の高周波電源装置１ｐの構成、整合器３ｐの構成及び高周波電源装置１ｐと整合器３ｐと負荷５との接続関係を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ 本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置
１ｂ 本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置
１ｃ 本発明の第３の実施形態に係る高周波電源装置
１ｐ 従来の高周波電源装置
２ 伝送線路
３ａ 本発明の第１の実施形態に係る整合器
３ｂ 本発明の第２の実施形態に係る整合器
３ｃ 本発明の第３の実施形態に係る整合器
３ｐ 従来の整合器
４ 伝送線路
５ 負荷
１１ 発振部
１２ 増幅部
１３ 電力検出部
１４ 整合状態判別部
１５ 出力電力設定部
１６ 電力制御部
１７ 出力電圧設定部
１８ 電圧制御部
１９ａ 本発明の第１の実施形態に係る信号選択部
１９ｂ 本発明の第２の実施形態に係る信号選択部
１９ｃ 本発明の第３の実施形態に係る信号選択部
２０ 出力電流設定部
２１ 電流制御部
２２ 電圧電流選択部
３１ 本発明の整合器制御部
３１ｐ 従来の整合器制御部
３２ 整合部
３３ 電圧検出部
３４ 電流検出部

Claims (6)

1. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
   進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴とする高周波電源の出力電力制御方法。
2. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
   進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴とする高周波電源の出力電力制御方法。
3. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源の出力電力制御方法において、
   進行波電力の出力開始時点では、整合器の整合部よりも負荷側の電圧または電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御し、負荷が放電して増幅部と負荷との間が整合状態になった後は、進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御することを特徴とする高周波電源の出力電力制御方法。
4. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
   前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
   前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
   整合器の整合部よりも負荷側の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部で検出した電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電圧制御部と、
   前記電圧制御部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電圧制御部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
   前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、
   を備えたことを特徴とする高周波電源装置。
5. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
   前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
   前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
   整合器の整合部よりも負荷側の電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出した電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電流制御部と、
   前記電流制御部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電流制御部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
   前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、
   を備えたことを特徴とする高周波電源装置。
6. 整合器を介して増幅部から出力する進行波電力を負荷に供給する高周波電源装置において、
   前記増幅部から出力する進行波電力を検出するか、進行波電力および負荷側から反射される反射波電力とを検出する電力検出部と、
   前記電力検出部で検出した進行波電力または進行波電力から反射波電力を減じた負荷側電力が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第１の電力制御信号を出力する電力制御部と、
   整合器の整合部よりも負荷側の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部で検出した電圧が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第２の電力制御信号を出力する電圧制御部と、
   整合器の整合部よりも負荷側の電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出した電流が設定値になるように進行波電力の出力値を制御するための第３の電力制御信号を出力する電流制御部と、
   前記電圧制御部の出力または前記電流制御部の出力のどちらか一方を選択して出力する電圧電流選択部と、
   前記電圧電流選択部から出力する電力制御信号および電力制御部から出力する電力制御信号を入力するとともに、進行波電力の出力状態および増幅部と負荷との間の整合状態を監視し、進行波電力の出力開始時点では、前記電圧電流選択部から出力する電力制御信号を選択して出力し、整合状態になった後は、前記電力制御部から出力する電力制御信号を選択して出力する信号選択部と、
   前記信号選択部から出力される電力制御信号に応じて出力値を増減させた進行波電力を出力する増幅部と、
   を備えたことを特徴とする高周波電源装置。
   

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