JP2007066778A - 高周波電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高周波電源装置において、増幅部における直流電力から高周波電力への変換効率を高めると、出力電力設定値と直流電源電圧Vdcの出力レベルとの関係を予め求める作業が必要であった。
【解決手段】 発振部13から出力される発振信号を増幅して高周波電力を出力する増幅部14と、出力レベルが可変可能である直流電力を出力する直流電源部19と、増幅部から出力する高周波電力を測定して高周波電力測定値を出力する出力電力測定部16と、増幅部14に供給される直流電力を測定して直流電力測定値を出力する直流電力測定部20と、高周波電力測定値が出力電力設定値に等しくなるように制御する出力電力制御部12と、高周波電力測定値/直流電力測定値が予め定められた効率設定値に等しくなるように直流電源部19から出力する直流電力を制御する直流電源制御部18とを備えた。
【選択図】 図2
Description
なお、増幅部54の一部を構成する増幅素子の出力は、通常、増幅素子の後段にあるトランスを介して出力される。
図10は、従来技術の高周波電源装置50を使用したときの直流電源電圧Vdcおよび増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Vds1を示す図であって、同図(a)は、増幅部54から出力される高周波電力値が小レベルの場合、同図(b)は、増幅部54から出力される高周波電力値が中レベルの場合、同図(c)は、増幅部54から出力される高周波電力値が大レベルの場合の一例を示したものである。なお、図10では増幅素子の出力電圧Vds1の正の半波波形を直流電源電圧Vdcのラインから負側に折り返し、その折り返し波形が破線で示されている。
また、前述したように、増幅部54の一部を構成する増幅素子の出力は、通常、増幅素子の後段にあるトランスを介して出力されるため、増幅部54の出力電圧としては、直流電源電圧Vdcの成分がなくなって、0Vを中心とした波形歪のない交流波形となる。
負荷に供給する高周波電力の電力値が出力電力設定値と等しくなるように制御する高周波電源装置において、
発振信号の出力レベルが可変可能である発振手段と、
前記発振手段から出力される発振信号を増幅した高周波電力を出力する増幅手段と、
出力レベルが可変可能である直流電力を前記増幅手段に供給する直流電力供給手段と、
高周波電源装置の出力端における高周波電力の電力値を測定し、測定した高周波電力測定値を出力する高周波電力測定手段と、
前記増幅手段に供給される直流電力の電力値を測定し、測定した直流電力測定値を出力する直流電力測定手段と、
前記高周波電力測定値が前記出力電力設定値に等しくなるように発振手段の出力レベルを制御する第1制御手段と、
前記高周波電力測定値を前記直流電力測定値で除した演算値(=高周波電力測定値/直流電力測定値)が予め定められた効率設定値に等しくなるように直流電力供給手段から増幅手段に供給する直流電力を制御する第2制御手段と、
を備えたことを特徴としている。
増幅手段と電力検出手段の間に、高調波を除去するフィルタ手段をさらに設けたことを特徴としている。
前記直流電力供給手段は、出力電圧を可変させることによって、直流電力の出力レベルを可変させることを特徴としている。
図1は、本発明に係る高周波電源装置が適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。この高周波電力供給システムは、半導体ウエハや液晶基板等の被加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。この高周波電力供給システムは、高周波電源装置1、伝送線路2、インピーダンス整合器3、負荷接続部4及び負荷5で構成されている。なお、インピーダンス整合器3を用いない構成にしてもよい。
図4は、増幅部14の一例であるFETを用いたプッシュプル方式の増幅回路構成及び増幅部14と発振部13等との接続関係を示す図である。
図4に示した増幅部14は、いわゆるプッシュプル回路として構成され、2次巻線側が一方巻線T12a及び他方巻線T12bで分巻された第1トランスT1と、例えばFET(電界効果トランジスタ)からなる第1増幅素子Q1及び第2増幅素子Q2と、1次巻線側が一方巻線T21a及び他方巻線T22bで分巻された第2トランスT2と、抵抗R1〜R4、コンデンサC1,C2、及び直流電圧源Vbからなる駆動電圧供給回路とを有している。なお、第1増幅素子Q1及び第2増幅素子Q2は、FETに代えてバイポーラトランジスタ等によって構成されていてもよい。
図4では、一組の増幅器により増幅部を構成するとしたが、図5に示すように、増幅部を複数の増幅器により構成する場合もある。
シミュレーション条件は、増幅部13の出力周波数10MHz、変換効率=85%、Pout=1110Wであり、同図(a)は、出力電力測定部16の出力端(図4の点P2)における電圧Voutを示し、同図(b)は、増幅回路に直流電力を供給する直流電源部19の直流電源電圧Vdcと増幅部の一部を構成する増幅素子の出力電圧Vds1(図4の点P1における電圧Vds1)を示し、同図(c)は、出力電力測定部16の出力端(図4の点P2)における電力Poutと直流電力測定部20で測定する直流電力測定値Pdcを示し、同図(d)は、Pout/Pdcの演算値を示す。
図8は、本発明の第2実施形態に係る高周波電源装置1aが適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。
この図8は、図2で示した構成からフィルタ部を取り除いた構成であり、他の構成は図2と同じであるため、各構成部分についての説明は省略する。
具体的には、従来技術で説明したように、変換効率が約78%以下の場合には、波形歪が生じないので、フィルタ部15を用いない構成にすることが可能である。
しかし、変換効率が約78%以下であっても、増幅部14で発生する高調波(主にFETのスイッチングによって生じる)の影響が大きい場合には、高調波を除去する目的でフィルタ部15を用いる必要がある。
2 伝送線路
3 インピーダンス整合器
4 負荷接続部
5 負荷
11 出力電力設定部
12 出力電力制御部
13 発振部
14 増幅部
15 フィルタ部
16 出力電力測定部
17 効率設定部
18 直流電源制御部
19 直流電源部
20 直流電力測定部
Eset 効率設定値
Pdc 直流電力測定値
Pout 高周波電力測定値
Pset 出力電力設定値
Vin 発振部13の発振信号
Claims (3)
- 負荷に供給する高周波電力の電力値が出力電力設定値と等しくなるように制御する高周波電源装置において、
発振信号の出力レベルが可変可能である発振手段と、
前記発振手段から出力される発振信号を増幅した高周波電力を出力する増幅手段と、
出力レベルが可変可能である直流電力を前記増幅手段に供給する直流電力供給手段と、
高周波電源装置の出力端における高周波電力の電力値を測定し、測定した高周波電力測定値を出力する高周波電力測定手段と、
前記増幅手段に供給される直流電力の電力値を測定し、測定した直流電力測定値を出力する直流電力測定手段と、
前記高周波電力測定値が前記出力電力設定値に等しくなるように発振手段の出力レベルを制御する第1制御手段と、
前記高周波電力測定値を前記直流電力測定値で除した演算値(=高周波電力測定値/直流電力測定値)が予め定められた効率設定値に等しくなるように直流電力供給手段から増幅手段に供給する直流電力を制御する第2制御手段と、
を備えたことを特徴とする高周波電源装置。 - 増幅手段と電力検出手段の間に、高調波を除去するフィルタ手段をさらに設けたことを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。
- 前記直流電力供給手段は、出力電圧を可変させることによって、直流電力の出力レベルを可変させることを特徴とする請求項1または2に記載の高周波電源装置。
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