JP2010114001A - Power source device for plasma generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ発生用電源装置に関し、さらに詳細には、高周波スパッタリングやプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法)あるいはエッチングなどのような半導体製造工程を実施する半導体製造装置においてプラズマを発生する際などに用いて好適なプラズマ発生用電源装置に関する。 The present invention relates to a plasma generating power supply device, and more specifically, plasma is generated in a semiconductor manufacturing apparatus that performs a semiconductor manufacturing process such as high-frequency sputtering, plasma CVD (chemical vapor deposition) or etching. The present invention relates to a plasma generating power supply device that is suitable for use in generating the plasma.
従来のプラズマ発生用電源装置として、例えば、インバータを備えた、所謂、インバータ方式のプラズマ発生用電源装置が知られている。 As a conventional plasma generating power supply device, for example, a so-called inverter type plasma generating power supply device including an inverter is known.
ここで、図1には、従来のインバータ方式のプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
Here, FIG. 1 shows an explanatory block diagram of a conventional inverter type plasma generation power supply device.
また、図2には、図1に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。 FIG. 2 shows a variable matching unit of the plasma generating power supply apparatus shown in FIG. 1 and an equivalent circuit of the plasma generating apparatus.
このプラズマ発生用電源装置100は、交流電源120から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置130へ供給するものである。
The plasma generating
なお、交流電源120としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置100は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置130へ供給する。
As the
より詳細には、プラズマ発生用電源装置100は、交流電源120から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する可変整流器102と、電解コンデンサ104と、直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ106と、インバータ106から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置130へ出力する回路定数が可変な可変マッチング部108と、可変マッチング部108から出力される高周波交流電力の位相検出および電力検出を行う検出部110と、検出部110による検出結果に基づいて可変マッチング部108における整合条件を制御する整合制御部112と、検出部110による検出結果に基づいてインバータ106を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部114と、検出部110による検出結果に基づいて可変整流器102が変換する直流電圧を制御する電圧制御部116とを有して構成されている。
More specifically, the plasma generating
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置100は、交流電源120から供給された交流電力を可変整流器102で直流電力に変換し、直流電力をインバータ106で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を可変マッチング部108とプラズマ発生装置130からなる負荷回路に供給するようになされている。
In the configuration described above, the plasma generating
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置100においては、インバータ106を共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動することにより、無効電力を低減させていた。
In such a plasma generating
ところで、上記したようなインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置においては、出力調整を行う場合に直流電圧を可変する必要があるため、整流器として可変整流器を用いており、一般的には、可変整流器としてサイリスタが使用されていた。
By the way, in the plasma generating power supply apparatus that drives the inverter as described above at the same switching frequency as the resonance frequency, it is necessary to change the DC voltage when adjusting the output. In general, thyristors have been used as variable rectifiers.
しかしながら、サイリスタを使用する場合には、以下の(1)乃至(3)に示す問題点があった。 However, the use of thyristors has the following problems (1) to (3).
(1)過大なリップルが発生するため、リップル除去用に大容量の電解コンデンサ(プラズマ発生用電源装置100における電解コンデンサ104である。)が必要であった。ところが、電解コンデンサは、半導体素子や受動素子と比較すると、部品寿命が圧倒的に短く、定期的にメンテナンスを行って交換する必要があるという問題点があった。 (1) Since excessive ripples are generated, a large-capacity electrolytic capacitor (the electrolytic capacitor 104 in the plasma generating power supply device 100) is necessary for removing ripples. However, the electrolytic capacitor has a problem that the component life is overwhelmingly short compared to a semiconductor element or a passive element, and it is necessary to periodically replace the electrolytic capacitor.
(2)サイリスタによる整流は、低出力設定時に力率が大きく低下するという問題点があった。 (2) The rectification by the thyristor has a problem that the power factor is greatly reduced when the low output is set.
(3)サイリスタによる制御は、商用周波数でのフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置の負荷変動に対する追尾制御が遅れるという問題点があった。 (3) Since the control by the thyristor is feedback control at a commercial frequency, there is a problem that tracking control for load fluctuation of the plasma generator is delayed.
なお、上記したインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置において、サイリスタ以外にチョッパー電源やPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)インバータを使用して、直流電圧を可変する方法があるが、数kW以上の電源を構成する場合には、直流電力変換部が大型化、高価格化してしまうという問題点があった。
In addition, in the plasma generation power supply device that drives the inverter at a switching frequency that is the same frequency as the resonance frequency, a chopper power supply or a PWM (Pulse Width Modulation) inverter is used in addition to the thyristor. There is a method of varying the voltage, but when a power supply of several kW or more is configured, there is a problem that the DC power conversion unit becomes large and expensive.
また、ISM(Industry−Science−Medical:産業科学医療)用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置においては、周波数安定度が定められている。
In addition, frequency stability is determined in a plasma generating power supply device using an ISM (Industry-Science-Medical) band.
具体的に説明すると、13.56MHzのプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の負荷の変化に対して±0.05%(±7kHz)となるように周波数マッチングを調整する必要があり、マッチング回路でL、Cの定数可変方式を採用していた。 More specifically, in the 13.56 MHz plasma generation power supply device, it is necessary to adjust the frequency matching to be ± 0.05% (± 7 kHz) with respect to a change in the load of the plasma generation device. The matching circuit employs a constant variable system of L and C.
このため、従来のISM用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置は、マッチング部の構成が非常に複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。 For this reason, the conventional plasma generating power supply device using the band for ISM has a problem that the configuration of the matching unit is very complicated, and further, an advanced adjustment operation or an automatic adjustment function is required. It was.
また、プラズマ発生用電源装置の出力インピーダンスとプラズマ発生装置の入力インピーダンスとを50Ωで整合する手法の装置が知られている。
In addition, there is known an apparatus using a technique for matching the output impedance of the plasma generating power supply apparatus and the input impedance of the plasma generating apparatus with 50Ω.
こうしたプラズマ発生装置のプラズマ発生用電源装置は、具体的には、A級/B級/AB級/D級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置である。 Specifically, the plasma generating power supply device of such a plasma generating device is a plasma generating power supply device constituted by a class A / B class / AB class / D class amplifier.
ここで、図3には、従来のA級/B級/AB級/D級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
Here, FIG. 3 shows a block configuration explanatory diagram of a plasma generating power supply apparatus constituted by a conventional class A / class B / class AB / class D amplifier.
また、図4には、図3に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。 FIG. 4 shows an equivalent circuit of the variable matching unit and the plasma generator of the plasma generating power supply device shown in FIG.
このプラズマ発生用電源装置200は、交流電源220から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置230へ供給するものである。
The plasma generating
なお、交流電源220としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置200は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置230へ供給する。
As the
より詳細には、プラズマ発生用電源装置200は、交流電源220から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器202と、電解コンデンサ204と、発振回路206と、増幅器208と、回路定数が可変な可変マッチング部210と、方向性結合器212と、反射電力検出部214と、反射電力検出部214による検出結果に基づいて可変マッチング部210における整合条件を制御する整合制御部216と、反射電力検出部214による検出結果に基づいて増幅器208の出力を制御する出力制御部218とを有して構成されている。
More specifically, the plasma generating
ところで、上記したようなA級/B級/AB級/D級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の入力インピーダンスの変化に対してマッチング回路を調整する必要があり、L、C定数の可変素子を使用していた。
By the way, in the plasma generating power supply device configured by the class A / B / AB / D class amplifier as described above, it is necessary to adjust the matching circuit with respect to the change in the input impedance of the plasma generator, Variable elements with L and C constants were used.
このため、こうしたプラズマ発生用電源装置は、マッチング部(プラズマ発生用電源装置200における可変マッチング部210である。)の構成が複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。
For this reason, in such a plasma generating power supply device, the configuration of the matching unit (which is the
なお、上記において説明したような従来のプラズマ発生用電源装置に係る技術としては、以下に示す特許文献1乃至特許文献5に開示された技術がある。
In addition, as a technique related to the conventional plasma generating power supply apparatus as described above, there are techniques disclosed in
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and an object of the present invention is to provide a plasma generating power supply apparatus that is simple in structure and inexpensive. It is.
上記目的を達成するために、本発明によるプラズマ発生用電源装置は、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、出力調整を行うようにしたものである。 In order to achieve the above object, the plasma generating power supply apparatus according to the present invention adjusts the output by varying the switching frequency for driving the inverter.
ここで、出力調整とは、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることを意味する。 Here, the output adjustment means that the high-frequency current supplied to the plasma generator is made constant, the high-frequency voltage is made constant, or the high-frequency power is made constant.
これにより、マッチング回路の回路定数を固定とすることができるようになり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。 As a result, the circuit constant of the matching circuit can be fixed, and a plasma generating power supply device that is simple and inexpensive can be obtained.
即ち、本発明は、商用交流電力などの交流電力を整流器で直流電力に変換し、直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するようにしたプラズマ発生用電源装置において、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にするようにしたものである。 That is, the present invention converts AC power such as commercial AC power into DC power with a rectifier, reversely converts DC power into high-frequency AC power with an inverter, and converts the high-frequency AC power into a load circuit composed of a matching unit and a plasma generator. In the power supply device for plasma generation that is supplied, the power frequency is adjusted by changing the switching frequency for driving the inverter, the high frequency current supplied to the plasma generation device is made constant, or the high frequency voltage is made constant. Alternatively, the high frequency power is made constant.
こうした本発明によるプラズマ発生用電源装置によれば、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。 According to such a plasma generating power supply device according to the present invention, a plasma generating power supply device having a simple structure and a low cost can be obtained.
また、本発明によるプラズマ発生用電源装置においては、インバータを駆動するスイッチング周波数を、共振周波数付近の周波数あるいは共振周波数より高い周波数とするようにしてよい。 In the plasma generating power supply device according to the present invention, the switching frequency for driving the inverter may be set to a frequency near the resonance frequency or higher than the resonance frequency.
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にするようにしたものである。
That is, the invention according to
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にするようにしたものである。 According to the second aspect of the present invention, AC power is converted into DC power by a rectifier, the DC power is inversely converted to high frequency AC power by an inverter, and the high frequency AC power is generated by a matching unit and plasma generation. A power supply device for plasma generation supplied to a load circuit comprising the device, wherein a high frequency voltage supplied to the plasma generator is made constant by varying a switching frequency for driving the inverter.
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にするようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, the AC power is converted into DC power by a rectifier, the DC power is inversely converted to high frequency AC power by an inverter, and the high frequency AC power is generated by the matching unit and the plasma generation. A power supply device for plasma generation supplied to a load circuit comprising the device, wherein a high frequency power supplied to the plasma generator is made constant by varying a switching frequency for driving the inverter.
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, and third aspects of the present invention, the switching frequency is automatically fixed by fixing the constant of the element in the matching section. It is intended to be tracked.
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にするようにしたものである。
The invention according to claim 5 of the present invention is the invention according to any one of
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項5に記載の発明において、共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変するようにしたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the switching frequency is varied in a frequency region higher than the resonance frequency in the resonance characteristics.
本発明は、以上説明したように構成されているので、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that it is possible to provide a plasma generating power supply apparatus that is simple and inexpensive.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるプラズマ発生用電源装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a plasma generating power supply device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
ここで、図5には、本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
Here, FIG. 5 is a block diagram illustrating a plasma generating power supply device according to the first embodiment of the present invention.
また、図6(a)には、図5に示す本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されており、また、図6(b)には、図6(a)のプラズマ発生装置をインピーダンスZpに置き換えた等価回路が示されている。 FIG. 6A shows a variable matching unit of the plasma generating power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5 and an equivalent circuit of the plasma generating apparatus. FIG. 6B shows an equivalent circuit in which the plasma generator of FIG. 6A is replaced with an impedance Zp.
この本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置10は、交流電源22から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置24へ供給するものである。
The plasma generation
なお、交流電源22としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置10は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置24へ供給する。
As the
より詳細には、プラズマ発生用電源装置10は、交流電源22から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器12と、整流器12から出力された直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ14と、インバータ14から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置24へ出力する回路定数が固定な固定マッチング部16と、インバータ14から出力される高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部18と、検出部18による検出結果に基づいてインバータ14を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部20とを有して構成されている。
More specifically, the plasma generating
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置10は、交流電源22から供給された交流電力を整流器12で直流電力に変換し、直流電力をインバータ14で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を固定マッチング部16とプラズマ発生装置24からなる負荷回路に供給するようになされている。
In the above configuration, the plasma generating
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置10は、周波数制御部20によって、検出部18による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ14のスイッチング周波数を可変する。
In such a plasma generation
このように、プラズマ発生用電源装置10においては、周波数制御部20によりインバータ14のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部16を用いているようにマッチング部の回路定数は固定(調整不要)としてよい。
As described above, in the plasma generating
即ち、プラズマ発生用電源装置10によれば、インバータ14を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置24へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることができるものであり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を実現することができる。
That is, according to the plasma generating
次に、図7には、本発明の第2の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
Next, FIG. 7 is a block diagram illustrating a plasma generating power supply device according to the second embodiment of the present invention.
なお、図7に示す本発明の第2の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の説明においては、図5に示す本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置10と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は適宜に省略することとする。
In the description of the plasma generating power supply device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 7, the same or equivalent to the plasma generating
この図7に示す本発明の第2の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置30と第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置10とを比較すると、高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部の接続状態のみが異なる。
When the plasma generating
即ち、プラズマ発生用電源装置10においては、検出部18が、インバータ14から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように接続されている。
That is, in the plasma generating
一方、プラズマ発生用電源装置30において、固定マッチング部16から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように、検出部32が接続されている。
On the other hand, in the plasma generating
こうしたプラズマ発生用電源装置30は、プラズマ発生用電源装置10と同様に、周波数制御部20によって、検出部32による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ14のスイッチング周波数を可変する。
Similar to the plasma generation
即ち、プラズマ発生用電源装置30においても、周波数制御部20によりインバータ14のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部16を用いているようにマッチング部の回路定数は固定(調整不要)としてよい。
That is, in the plasma generating
従って、プラズマ発生用電源装置30によっても、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置が実現できる。
Therefore, the plasma generation
ここで、図8には、本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置における共振特性(マッチング特性)を表す周波数と出力電力との関係を示すグラフが示されている。
Here, FIG. 8 shows a graph showing the relationship between the frequency representing the resonance characteristic (matching characteristic) and the output power in the plasma generating power supply device according to the first embodiment of the present invention.
以下に、インピーダンス計算式を示すが、まず、角速度を
ω=2πf ・・・ 式1
とする。
The impedance calculation formula is shown below. First, the angular velocity is expressed by ω =
And
ここで、図6(b)において、
Zp=Rp−j(1/ωCp) ・・・ 式2
である。
Here, in FIG. 6B,
Zp = Rp−j (1 / ωCp) Equation 2
It is.
図6(a)に示す等価回路のインピーダンスは、
Z={−j(1/ωCp・Zp)}/{−j(1/ωCp)+Zp}+jωL ・・・ 式3
となる。
The impedance of the equivalent circuit shown in FIG.
Z = {− j (1 / ωCp · Zp)} / {− j (1 / ωCp) + Zp} + jωL Equation 3
It becomes.
従って、式2および式3より、
Z={Rp/(ω2C・Cp)+(Rp/ωC)(1/ωC+1/ωCp)}/{Rp2+(1/ωC+1/ωCp)2}+j〔[{1/(ω2C・Cp)}(1/ωC+1/ωCp)−Rp2/ωC]/{Rp2+(1/ωC+1/ωCp)2}+ωL〕
となる。
Therefore, from Equation 2 and Equation 3,
Z = {Rp / (ω 2 C · Cp) + (Rp / ωC) (1 /
It becomes.
ここで、
A=Rp/(ω2C・Cp)+(Rp/ωC)(1/ωC+1/ωCp)
B=Rp2+(1/ωC+1/ωCp)2
C={1/(ω2C・Cp)}(1/ωC+1/ωCp)−Rp2/ωC
D=ωL
とすると、
Z=B/A+j(C/A+D)
であり、
|Z|=√{(B/A)2+(C/A+D)2} ・・・ 式4
である。
here,
A = Rp / (ω 2 C · Cp) + (Rp / ωC) (1 /
B = Rp 2 + (1 /
C = {1 / (ω 2 C · Cp)} (1 /
D = ωL
Then,
Z = B / A + j (C / A + D)
And
| Z | = √ {(B / A) 2 + (C / A + D) 2} ··· Equation 4
It is.
式1および式4から
正規化周波数F=f/f0に対する出力電力の特性は、図8に示す通りとなる。
From
プラズマ発生用電源装置10において、インバータ14を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、プラズマ発生装置24へ供給する高周波電流を調整して一定にしたり、高周波電圧を調整して一定にしたり、あるいは、高周波電力を調整して一定にするものである。
In the plasma generating
また、図9には、プラズマ発生用電源装置10において、インバータ14を共振周波数より高い周波数のスイッチ周波数で駆動して出力調整をした場合の周波数と出力電力との関係を示すグラフ(実線部分参照)が示されている。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the frequency and the output power when the
プラズマ発生用電源装置10、30のインバータ14を駆動する際に、図9に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数で駆動して出力調整を行う場合には、スイッチング周波数を高くすると高周波交流電流の位相遅れが大きくなり、結果として、負荷投入電力、即ち、電源出力が下がることになる。
When driving the
そして、整流器12においては、直流電圧を可変する機能が不要となるため、例えば、シンプルなダイオードスタックにより構成することができる。
The
上記したように、プラズマ発生用電源装置10、30において、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ14を駆動すると、以下に説明する(1)乃至(3)の作用効果が奏される。
As described above, when the
(1)リップルが小さくなるので、電解コンデンサが不要になる。このため、メンテナンスを簡略化することができる。 (1) Since the ripple is reduced, no electrolytic capacitor is required. For this reason, maintenance can be simplified.
(2)整流器12としてダイオードスタックを使用することにより、力率が向上し、定格出力の50%においても、力率90%以上が維持可能となる。
(2) By using a diode stack as the
(3)インバータ14のスイッチング周波数制御は、高周波交流電流のフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置24の負荷変動に対して高速追尾制御が可能となる。
(3) Since the switching frequency control of the
また、プラズマ発生用電源装置10、30において、図9に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ14を駆動して出力調整を行う場合には、整流器12として、例えば、ダイオードスタックを使用することができるが、大電流対応のダイオードスタックはモジュール化されていて一般的に市販されている。
Further, in the plasma generating
このため、プラズマ発生用電源装置10、30により数kW以上の出力のプラズマ発生用電源装置を構成する場合でも、小型かつ低価格で構成することが可能となる。
For this reason, even when a plasma generating power supply device having an output of several kW or more is configured by the plasma generating
なお、プラズマ発生用電源装置10、30において、図9に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ14を駆動して出力調整を行う場合には、例えば、数十kHz〜数百kHzのスイッチング周波数を想定しており、この想定に基づいて、固定マッチング部16とプラズマ発生装置24からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように、予め固定マッチング部16の回路定数を設定しておくものである。
In the plasma generating
そして、上記したように、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ14のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定(調整不要)であり、シンプルな構成とすることができる。
As described above, by adjusting the switching frequency of the
また、プラズマ発生用電源装置10、30においては、固定マッチング部16とプラズマ発生装置24からなる直列共振回路のインピーダンスが最も低い状態、即ち、共振周波数付近のスイッチング周波数でインバータ14を駆動した場合に最大効率が得られる。
Further, in the plasma generation
そして、上記したように、固定マッチング部16とプラズマ発生装置24からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように予め固定マッチング部の回路定数を設定し、共振周波数に対しプラズマ発生に影響を及ぼさない範囲でインバータ14のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定(調整不要)であり、シンプルな構成とすることができる。
As described above, the circuit constant of the fixed matching unit is set in advance so that the resonance frequency of the resonance circuit composed of the fixed
本発明は、CCP(Capacitively Coupled Plasma:容量結合型プラズマ)によるCVD装置やオゾン発生器、レーザー、プラズマディスプレイパネルあるいはランプなど放電を用いた励起装置などにおけるプラズマ発生用電源装置として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a plasma generation power supply device in a CCP (Capacitively Coupled Plasma) CVD apparatus, an ozone generator, a laser, a plasma display panel, or an excitation apparatus using discharge such as a lamp. .
10 プラズマ発生用電源装置
12 整流器
14 インバータ
16 固定マッチング部
18 検出部
20 周波数制御部
22 交流電源
24 プラズマ発生装置
30 プラズマ発生用電源装置
32 検出部
100 プラズマ発生用電源装置
102 可変整流器
104 電解コンデンサ
106 インバータ
108 可変マッチング部
110 検出部
112 整合制御部
114 周波数制御部
116 電圧制御部
120 整流器
130 プラズマ発生装置
200 プラズマ発生用電源装置
202 整流器
204 電解コンデンサ
206 発振回路
208 増幅器
210 可変マッチング部
212 方向性結合器
214 反射電力検出部
216 整合制御部
218 出力制御部
220 交流電源
230 プラズマ発生装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 A plasma generating power supply device that converts AC power into DC power using a rectifier, reverse-converts the DC power into high-frequency AC power using an inverter, and supplies the high-frequency AC power to a load circuit including a matching unit and a plasma generator. And
A high frequency current supplied to the plasma generator is made constant by changing a switching frequency for driving the inverter.
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 A plasma generating power supply device that converts AC power into DC power using a rectifier, reverse-converts the DC power into high-frequency AC power using an inverter, and supplies the high-frequency AC power to a load circuit including a matching unit and a plasma generator. And
A high frequency voltage supplied to the plasma generator is made constant by changing a switching frequency for driving the inverter.
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 A plasma generating power supply device that converts AC power into DC power using a rectifier, reverse-converts the DC power into high-frequency AC power using an inverter, and supplies the high-frequency AC power to a load circuit including a matching unit and a plasma generator. And
A high frequency power supplied to the plasma generator is made constant by changing a switching frequency for driving the inverter.
前記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 In the power supply device for plasma generation of any one of Claim 1, 2, or 3,
The plasma generating power supply apparatus, wherein the switching frequency is automatically tracked by fixing a constant of the element in the matching unit.
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 In the power supply device for plasma generation of any one of Claim 1, 2, or 3,
A plasma generating power supply device characterized in that the high frequency power supplied to the plasma generator is adjusted to be constant by varying a switching frequency for driving the inverter.
共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 In the plasma generating power supply device according to claim 5,
A power supply device for plasma generation, characterized in that the switching frequency is varied in a frequency range higher than the resonance frequency in the resonance characteristics.
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