JP2015195158A - High-frequency power source - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency power source that can improve reduction of detection precision of different frequency components whose frequencies are different from those of the fundamental waves of traveling waves and reflection waves based on the characteristic of a directional coupler.SOLUTION: With respect to preset different frequencies, an S parameter representing the transmission characteristic between the traveling and reflection waves transmitted through two input and output ports of an RF detector 24 and the traveling and reflection waves output from two detection ports is actually measured every different frequency in advance, and stored in a corrected data storage unit 274d. A different frequency detector 274 passes the traveling and reflection waves output from the RF detector 24 through BPFs 274a, 274b to extract different frequency components, and converts to the different frequency components of the traveling and reflection waves at the two input and output ports of the RF detector 24 through predetermined calculation processing using the extraction values and the S parameter of the different frequencies, thereby correcting the detection values of the different frequencies.

Description

本発明は、プラズマ処理システムに用いられる高周波電源に関する。   The present invention relates to a high-frequency power source used in a plasma processing system.

プラズマ処理システムは、例えば、フッ素系のガスと半導体ウェハや液晶基板等の被加工物をプラズマ処理装置のチャンバー内に封入し、そのチャンバー内の一対の電極に高周波電源から高周波電力を供給して放電させ、その放電によりガスのプラズマを発生させて被加工物に薄膜形成処理やエッチング処理を行うシステムである。   A plasma processing system, for example, encloses a fluorine-based gas and a workpiece such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate in a chamber of a plasma processing apparatus, and supplies high-frequency power from a high-frequency power source to a pair of electrodes in the chamber. This is a system in which discharge is performed and gas plasma is generated by the discharge to perform thin film formation processing or etching processing on a workpiece.

従来、周波数の異なる2つの高周波を重畳してプラズマ処理装置に供給するタイプのプラズマ処理システムが知られている。このプラズマ処理システムに用いられる第1周波数f1と第2周波数f2は、例えば、40MHzと2MHz等の組み合わせである。第1周波数f1の高周波は、主としてプラズマ処理装置内にプラズマを発生させるために用いられ、第2周波数f2の高周波は、プラズマ加工を効率良く行うためのバイアスとして用いられる。 Conventionally, a plasma processing system of a type in which two high frequencies having different frequencies are superimposed and supplied to a plasma processing apparatus is known. The first frequency f 1 and the second frequency f 2 used in this plasma processing system are a combination of 40 MHz and 2 MHz, for example. The high frequency of the first frequency f 1 is mainly used for generating plasma in the plasma processing apparatus, and the high frequency of the second frequency f 2 is used as a bias for efficiently performing plasma processing.

2種類の高周波を重畳してプラズマ処理装置に供給するタイプのプラズマ処理システムでは、高周波電源とプラズマ処理装置とがインピーダンス不整合の状態になっている場合、プラズマ処理装置で高周波の反射が発生し、その反射波が高周波電源に進入して高周波電源内の増幅素子に悪影響を与える。その反射波の周波数成分は、高周波電源から出力される高周波の基本波や高調波のほか、これらの周波数と異なる周波数が含まれる。例えば、第1周波数f1が40MHzで第2周波数f2が2MHzの場合、40±2MHzや40±4MHz等の周波数成分が含まれる。 In a plasma processing system that superimposes two types of high frequencies and supplies them to the plasma processing apparatus, when the high frequency power supply and the plasma processing apparatus are in an impedance mismatch state, high frequency reflection occurs in the plasma processing apparatus. The reflected wave enters the high frequency power source and adversely affects the amplifying element in the high frequency power source. The frequency component of the reflected wave includes a high-frequency fundamental wave and a harmonic wave output from the high-frequency power source and frequencies different from these frequencies. For example, when the first frequency f 1 is 40 MHz and the second frequency f 2 is 2 MHz, frequency components such as 40 ± 2 MHz and 40 ± 4 MHz are included.

一般に、高周波電源には基本波よりも高い周波成分の出力を抑制するために出力段にローパスフィルタが設けられている。第1周波数f1が40MHzで第2周波数f2が2MHzの場合、2MHzの高周波を出力する高周波電源では、ローパスフィルタによって基本波の周波数よりも低い2MHzの高調波の反射波や基本波の周波数に近い40±2MHzや40±4MHz等の周波数を有する反射波等を阻止できるので、反射波の増幅素子への悪影響は少ない。しかし、40MHzの高周波を出力する高周波電源では、ローパスフィルタによって2MHzの高調波の反射波や40±2MHzや40±4MHz等の周波数を有する反射波を阻止することはできないので、過大な反射波が高周波電源内に進入して増幅素子を破壊する恐れがある。 In general, a high-frequency power supply is provided with a low-pass filter at an output stage in order to suppress output of a frequency component higher than a fundamental wave. When the first frequency f 1 is 40 MHz and the second frequency f 2 is 2 MHz, a high-frequency power source that outputs a high frequency of 2 MHz uses a low-pass filter to reflect a reflected wave or a fundamental frequency of 2 MHz higher than the fundamental frequency. Since a reflected wave having a frequency such as 40 ± 2 MHz or 40 ± 4 MHz close to can be blocked, the adverse effect of the reflected wave on the amplifying element is small. However, in a high frequency power source that outputs a high frequency of 40 MHz, a reflected wave having a harmonic of 2 MHz or a reflected wave having a frequency such as 40 ± 2 MHz or 40 ± 4 MHz cannot be blocked by a low-pass filter. There is a risk of entering the high frequency power source and destroying the amplifying element.

従来、反射波の増幅素子への悪影響を低減する方法として、反射波のレベルを検出し、そのレベルに応じて出力電力を抑制することにより、進行波と反射波の合計値が増幅素子の最大定格を超えないようにする出力制御(以下、「反射保護制御」という。)が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, as a method of reducing the adverse effect of the reflected wave on the amplification element, the total value of the traveling wave and the reflected wave is the maximum of the amplification element by detecting the level of the reflected wave and suppressing the output power according to the level. There is known output control (hereinafter referred to as “reflection protection control”) that does not exceed the rating (see Patent Document 1).

具体的には、図11に示されるように、高周波電源100のローパスフィルタ104の後段に方向性結合器105を設け、(1)方向性結合器105で進行波電圧vfと反射波電圧vtを分離して制御部106に入力し、(2)制御部106内の進行波電力検出部106bと反射波電力検出部106cでそれぞれ進行波電力Pfと反射波電力Prを求め、(3)高周波出力制御部106dで両電力の合計値Pm(=Pf+Pr)を予め設定された基準値Pthと比較し、(4)合計値Pmが基準値Pthを超えた場合に反射保護制御に移行し、その超えた分ΔP(=Pth−Pm)に応じた量だけ出力電力量を低減させる出力制御指令信号SCをDC−DC変換部102に出力する、という処理が行われる。合計値Pmが基準値Pthを超えない場合は、進行波電力検出部106bで検出される基本波の進行波電力PfFを出力電力設定部107で設定された目標出力電力Psetに一致させるための出力制御指令信号SCをDC−DC変換部102に出力する通常の出力制御が行われる。 Specifically, as shown in FIG. 11, a directional coupler 105 is provided after the low-pass filter 104 of the high-frequency power supply 100, and (1) the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v are generated by the directional coupler 105. separating the t input to the control unit 106 obtains the (2) and the forward power detector 106b in the control unit 106 and the respective forward power P f in the reflected wave power detection unit 106c reflected power P r, ( 3) The high-frequency output control unit 106d compares the total value P m (= P f + P r ) of both powers with a preset reference value P th and (4) the total value P m exceeds the reference value P th In this case, the control shifts to reflection protection control, and an output control command signal S C for reducing the output power amount by an amount corresponding to the excess ΔP (= P th −P m ) is output to the DC-DC conversion unit 102. The process is performed. When the total value P m does not exceed the reference value P th , the traveling wave power P fF of the fundamental wave detected by the traveling wave power detection unit 106 b matches the target output power P set set by the output power setting unit 107. The normal output control for outputting the output control command signal S C to the DC-DC converter 102 is performed.

なお、AC−DC変換部101は、商用電源から直流電圧を生成し、その直流電圧を駆動電圧としてDC−DC変換部102に供給するブロックである。AC−DC変換部101及びDC−DC変換部102は、DC−RF変換部103に直流電力を供給する機能を果たす。DC−RF変換部103は、スイッチング・アンプで構成され、制御部106内の高周波制御部106aから入力される高周波信号vで直流電力をスイッチングすることにより高周波電力に変換する。   The AC-DC converter 101 is a block that generates a DC voltage from a commercial power supply and supplies the DC voltage to the DC-DC converter 102 as a drive voltage. The AC-DC converter 101 and the DC-DC converter 102 serve to supply DC power to the DC-RF converter 103. The DC-RF conversion unit 103 is configured by a switching amplifier, and converts DC power into high-frequency power by switching DC power with a high-frequency signal v input from the high-frequency control unit 106a in the control unit 106.

進行波電力検出部106bは、基本波を中心周波数とするバンドパスフィルタ(BPF)に方向性結合器105から出力される進行波電圧vfを通して基本波の進行波電圧vfFを抽出した後、変換部110で所定の演算処理により基本波の進行波電力PfFを検出するとともに、方向性結合器105から出力される進行波電圧vfに対して変換部110で同様の演算処理をして基本波及び基本波以外の周波数成分を含む進行波電力Pfを検出する機能を果たす。反射波電力検出部106cも進行波電力検出部106bと同様の構成で、方向性結合器105から出力される反射波電圧vrを用いて基本波の反射波電力PrFと基本波及び基本波以外の周波数成分を含む反射波電力Prを検出する機能を果たす。 The traveling wave power detection unit 106b extracts the traveling wave voltage v fF of the fundamental wave through the traveling wave voltage v f output from the directional coupler 105 to a bandpass filter (BPF) having the fundamental frequency as the center frequency, The converter 110 detects the traveling wave power P fF of the fundamental wave by a predetermined calculation process, and performs the same calculation process on the traveling wave voltage v f output from the directional coupler 105. It fulfills the function of detecting the traveling wave power P f including the fundamental wave and frequency components other than the fundamental wave. The reflected wave power detection unit 106c has the same configuration as that of the traveling wave power detection unit 106b, and uses the reflected wave voltage v r output from the directional coupler 105, the reflected wave power P rF of the fundamental wave, the fundamental wave, and the fundamental wave. It serves to detect the reflected power P r that includes a frequency component other than.

特許第5090986号Patent No. 5090986

図11の構成において、方向性結合器105は、一般に、高周波電源100から出力される高周波電力の基本波を含む狭帯域の周波数範囲に対して十分なアイソレーション特性が保証されるように設計されているので、方向性結合器105から出力される進行波電圧vfに含まれる上記の周波数範囲以外の周波数成分には十分な検出精度がない。方向性結合器105から出力される反射波電圧vrに含まれる上記の周波数範囲以外の周波数成分についても同様である。 In the configuration of FIG. 11, the directional coupler 105 is generally designed such that sufficient isolation characteristics are guaranteed for a narrow-band frequency range including a fundamental wave of high-frequency power output from the high-frequency power supply 100. Therefore, frequency components outside the above frequency range included in the traveling wave voltage v f output from the directional coupler 105 do not have sufficient detection accuracy. The same applies to the frequency components other than the above frequency range included in the reflected wave voltage v r outputted from the directional coupler 105.

従って、進行波電力検出部106bと反射波電力検出部106cでそれぞれ検出される進行波電力Pfと反射波電力Prのレベルの検出精度が基本波の進行波電力PfFと反射波電力PrFの検出精度よりも低下するので、進行波電力Pf及び反射波電力Prを用いた反射保護制御による保護精度も低下するという問題がある。 Therefore, the detection accuracy of the levels of the traveling wave power P f and the reflected wave power P r detected by the traveling wave power detection unit 106b and the reflected wave power detection unit 106c, respectively, is the fundamental wave traveling wave power P fF and the reflected wave power P Since it is lower than the detection accuracy of rF , there is a problem that the protection accuracy by the reflection protection control using the traveling wave power P f and the reflected wave power P r is also lowered.

特に、2種類の高周波を用いるプラズマ処理システムに第2周波数f2よりも高い第1周波数f1の高周波を供給する高周波電源では、インピーダンス不整合の場合に第1周波数f1に第2周波数f2を加算した周波数成分(f1+f2)や第1周波数f1から第2周波数f2を減算した周波数成分(f1−f2)等の反射波が比較的高いレベルで高周波電源に戻ってくるので、これらの周波数成分の反射波電力Prの検出精度が不十分であれば、反射保護制御が十分に機能せず、DC−RF変換部103内の半導体スイッチ素子の損傷若しくは破壊を招く恐れがある。 In particular, in a high frequency power source that supplies a high frequency of the first frequency f 1 higher than the second frequency f 2 to the plasma processing system using two types of high frequencies, the second frequency f is changed to the first frequency f 1 in the case of impedance mismatch. returning to the high frequency power source 2 from the frequency components (f 1 + f 2) and the first frequency f 1 obtained by adding at a second frequency f 2 obtained by subtracting the frequency components (f 1 -f 2) relatively high levels of reflected waves, etc. Therefore, if the detection accuracy of the reflected wave power Pr of these frequency components is insufficient, the reflection protection control does not function sufficiently, and the semiconductor switch element in the DC-RF conversion unit 103 is damaged or destroyed. There is a risk of inviting.

この問題を回避するために、基本波以外の優勢なレベルを有する周波数成分(基本波の一次高調波、二次高調波、三次高調波、第1周波数f1に第2周波数f2を加算した周波数成分(f1+f2)や第1周波数f1から第2周波数f2を減算した周波数成分(f1−f2)等の周波数成分)について、周波数成分毎に方向性結合器105を設けることが考えられるが、この方法では、ローパスフィルタ104の後段に多数の方向性結合器105を並設する必要があり、高周波電源の小型化や低コスト化を考慮すると、現実的でなく、採用しがたい。 In order to avoid this problem, a frequency component having a dominant level other than the fundamental wave (the primary harmonic, the second harmonic, the third harmonic, and the second frequency f 2 are added to the first frequency f 1 . A directional coupler 105 is provided for each frequency component (frequency component (f 1 + f 2 ) or frequency component (f 1 -f 2 ) obtained by subtracting the second frequency f 2 from the first frequency f 1 ). However, in this method, it is necessary to arrange a large number of directional couplers 105 in the subsequent stage of the low-pass filter 104, which is not practical in view of downsizing and cost reduction of the high-frequency power supply. It ’s difficult.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、方向性結合器から出力される基本波以外の周波数成分の進行波と反射波を補正することにより、基本波以外の周波数成分を用いた出力制御の精度の低下を抑制することができる高周波電源を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and by correcting the traveling wave and reflected wave of the frequency component other than the fundamental wave output from the directional coupler, the frequency component other than the fundamental wave is corrected. An object of the present invention is to provide a high frequency power source capable of suppressing a decrease in accuracy of the used output control.

本発明に係る高周波電源は、高周波を生成する高周波生成手段と、前記高周波生成手段の後段で当該高周波生成手段から負荷に向かう進行波と当該負荷から前記高周波生成手段に向かう反射波をそれぞれ検出する高周波検出手段と、前記高周波の基本波とは異なる所定の異周波について、前記高周波検出手段で検出される前記進行波から前記異周波の進行波を抽出し、前記高周波検出手段で検出される前記反射波から前記異周波の反射波を抽出する異周波抽出手段と、を備えた高周波電源であって、前記異周波毎に、予め取得された、前記高周波検出手段の2つの入出力ポートからそれぞれ当該電力検出手段に入力する2つの入力波と前記高周波検出手段から出力される前記進行波及び前記反射波との間の伝送特性を示すマトリクスデータを記憶するマトリクスデータ記憶手段と、前記異周波抽出手段で抽出される前記異周波の進行波及び反射波に前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されたマトリクスデータを用いた所定の演算処理を行って、前記異周波の進行波と反射波をそれぞれ前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波に補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする(請求項1)。   The high-frequency power source according to the present invention detects a high-frequency generation unit that generates a high frequency, a traveling wave from the high-frequency generation unit to the load, and a reflected wave from the load to the high-frequency generation unit at the subsequent stage of the high-frequency generation unit. For the predetermined different frequency different from the high-frequency detection means and the high-frequency fundamental wave, the traveling wave of the different frequency is extracted from the traveling wave detected by the high-frequency detection means, and the detected by the high-frequency detection means A different frequency extraction means for extracting the reflected wave of the different frequency from the reflected wave, and each of the different frequencies from the two input / output ports of the high frequency detection means acquired in advance. Matrix data indicating transmission characteristics between the two input waves input to the power detection means and the traveling wave and the reflected wave output from the high frequency detection means Matrix data storage means for storing, and performing predetermined arithmetic processing using the matrix data stored in the matrix data storage means for the traveling wave and reflected wave of the different frequency extracted by the different frequency extraction means, Correction means for correcting the traveling wave and the reflected wave of different frequencies to the traveling wave and the reflected wave respectively input from the two input / output ports of the high-frequency detection means is provided.

上記の高周波電源において、前記高周波検出手段は、前記高周波生成手段で生成された前記高周波が入力される第1のポート、当該高周波が出力される第2のポート、前記進行波を出力する第3のポート及び前記反射波を出力する第4のポートを有する方向性結合器で構成され、前記マトリクスデータは、前記第1,第2のポートから前記方向性結合器に入力される異周波fnの2つの入力波をそれぞれa1(fn),a2(fn)、前記3,第4のポートから出力される異周波fnの前記進行波と前記反射波をそれぞれb3(fn),b4(fn)とすると、S31(fn)=b3(fn)/a1(fn)、S32(fn)=b3(fn)/a2(fn)、S41(fn)=b4(fn)/a1(fn)、S42(fn)=b4(fn)/a2(fn)を成分とするSパラメータであり、前記補正手段は、前記異周波抽出手段で抽出される異周波fnの進行波と反射波をそれぞれb3(fn),b4(fn)とすると、
1(fn)=S13(fn)・b3(fn)+S14(fn)・b4(fn)…(A1)
2(fn)=S23(fn)・b3(fn)+S24(fn)・b4(fn)…(A2)
但し、S13(fn)=S42(fn)/Δ(fn) …(B1)
23(fn)=−S41(fn)/Δ(fn) …(B2)
14(fn)=−S32(fn)/Δ(fn) …(B3)
24(fn)=S31(fn)/Δ(fn) …(B4)
Δ(fn)=S31(fn)・S42(fn)+S32(fn)・S41(fn)…(B5)
を演算することにより、前記高周波検出手段の第1のポートに入力される異周波fnの進行波a1(fn)と前記高周波検出手段の第2のポートに入力される異周波fnの反射波a2(fn)を算出するとよい(請求項2)。
In the high-frequency power source, the high-frequency detection means includes a first port to which the high-frequency generated by the high-frequency generation means is input, a second port from which the high-frequency is output, and a third port that outputs the traveling wave. consists of a port and a directional coupler having a fourth port for outputting said reflected wave, said matrix data, different frequency f n to be input the first, the second port to the directional coupler Are the input waves of a 1 (f n ) and a 2 (f n ), respectively, and the traveling wave and the reflected wave of different frequencies f n output from the third and fourth ports are b 3 (f n ), b 4 (f n ), S 31 (f n ) = b 3 (f n ) / a 1 (f n ), S 32 (f n ) = b 3 (f n ) / a 2 ( f n ), S 41 (f n ) = b 4 (f n ) / a 1 (f n ), S 42 (f n ) = b 4 (f n ) / a 2 (f n ) Parameter, and the correction means is the different frequency. Different frequency f n, respectively b 3 traveling wave and a reflected wave of which is extracted by means output (f n), when the b 4 (f n),
a 1 (f n ) = S 13 (f n ) · b 3 (f n ) + S 14 (f n ) · b 4 (f n ) (A1)
a 2 (f n ) = S 23 (f n ) · b 3 (f n ) + S 24 (f n ) · b 4 (f n ) (A2)
However, S 13 (f n ) = S 42 (f n ) / Δ (f n ) (B1)
S 23 (f n ) = − S 41 (f n ) / Δ (f n ) (B2)
S 14 (f n ) = − S 32 (f n ) / Δ (f n ) (B3)
S 24 (f n ) = S 31 (f n ) / Δ (f n ) (B4)
Δ (f n ) = S 31 (f n ) · S 42 (f n ) + S 32 (f n ) · S 41 (f n ) (B5)
By calculating the different frequency f n to be input to the second port of the first traveling wave a 1 of different frequency f n to be input to the port (f n) and said high-frequency detecting means of the high-frequency detecting means The reflected wave a 2 (f n ) is preferably calculated (claim 2).

上記の高周波電源において、前記マトリクスデータ記憶手段は、前記高周波検出手段の前記Sパラメータを実測した測定データを記憶するとよい(請求項3)。   In the high-frequency power source, the matrix data storage means may store measurement data obtained by actually measuring the S parameter of the high-frequency detection means.

上記の高周波電源において、前記マトリクスデータ記憶手段は、前記高周波検出手段の前記Sパラメータを実測した測定データS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を前記(B1)式乃至(B5)式の演算式によって変換した前記S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn)を成分とするSパラメータを記憶し、前記補正手段は、前記異周波抽出手段で抽出される異周波fnの進行波b3(fn)と反射波b4(fn)を用いて前記(A1)式と前記(A2)式を演算することにより前記異周波fnの進行波a1(fn)と反射波a2(fn)を算出するとよい(請求項4)。 In the above-described high frequency power source, the matrix data storage means has measured data S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 ( f n ) are converted into the components S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), and S 24 (f n ) obtained by converting the equations (B1) to (B5). The correction means uses the traveling wave b 3 (f n ) and the reflected wave b 4 (f n ) of the different frequency f n extracted by the different frequency extraction means (A1). The traveling wave a 1 (f n ) and the reflected wave a 2 (f n ) of the different frequency f n may be calculated by calculating the expression (A) and the expression (A2).

上記の高周波電源において、前記高周波検出手段で検出される前記進行波と前記反射波からそれぞれ前記高周波の基本波の成分を抽出する基本波抽出手段と、前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を決定する異周波決定手段と、前記基本波抽出手段で抽出される前記基本波の進行波及び反射波と前記異周波決定手段で決定された異周波に対して前記異周波検出手段と前記補正手段とによって算出される補正後の進行波及び反射波とに基づいて、前記高周波生成手段から出力される前記高周波を制御する出力制御手段と、を更に備え、前記異周波決定手段は、所定の周期で、前記所定の異周波に対して、前記異周波検出手段と前記補正手段とによって前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果と予め設定された異周波レベルの閾値とに基づいて、前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を設定する異周波設定手段と、を含むとよい(請求項5)。   In the high frequency power source described above, fundamental wave extracting means for extracting a component of the high frequency fundamental wave from the traveling wave and the reflected wave detected by the high frequency detecting means, and the correcting means among the predetermined different frequencies Different frequency determination means for determining the different frequency to be corrected in step (a), and the different frequencies determined by the traveling wave and reflected wave of the fundamental wave extracted by the fundamental wave extraction means and the different frequency determined by the different frequency determination means. Output control means for controlling the high frequency output from the high frequency generating means based on the corrected traveling wave and reflected wave calculated by the detecting means and the correcting means, and further comprising the different frequency determination The means is a traveling wave and a reflected wave input from two input / output ports of the high-frequency detection means by the different-frequency detection means and the correction means with respect to the predetermined different frequency at a predetermined cycle. A different frequency setting means for setting a different frequency to be corrected by the correction means, out of the predetermined different frequencies, based on a calculation means for calculating, and a calculation result of the calculation means and a threshold value of a preset different frequency level. (Claim 5).

また、上記の高周波電源において、前記高周波検出手段で検出される前記進行波と前記反射波からそれぞれ前記高周波の基本波の成分を抽出する基本波抽出手段と、作業者による指示によって、前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を決定する異周波決定手段と、前記基本波抽出手段で抽出される前記基本波の進行波及び反射波と前記異周波決定手段で決定された異周波に対して前記異周波検出手段と前記補正手段とによって算出される補正後の進行波及び反射波とに基づいて、前記高周波生成手段から出力される前記高周波を制御する出力制御手段と、を更に備え、前記異周波決定手段は、前記作業者により異周波の決定処理が指示されると、前記所定の異周波に対して、前記異周波検出手段と前記補正手段とによって前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果に基づいて、各異周波のレベルを前記作業者がモニタ可能に表示する異周波表示手段と、前記異周波表示手段の表示に基づき前記作業者から入力される異周波の情報を前記補正手段で補正する異周波に設定する異周波設定手段と、を含むとよい(請求項6)。   In the high frequency power source described above, the predetermined wave extracting means for extracting the component of the high frequency fundamental wave from the traveling wave and the reflected wave detected by the high frequency detecting means, respectively, and the predetermined frequency according to an instruction from an operator Of the different frequencies, the different frequency determining means for determining the different frequency to be corrected by the correcting means, and the traveling wave and reflected wave of the fundamental wave extracted by the fundamental wave extracting means and the different frequency determining means are determined. Output control means for controlling the high frequency output from the high frequency generation means, based on the corrected traveling wave and reflected wave calculated by the different frequency detection means and the correction means for different frequencies; The different frequency determination means is configured to detect the different frequency by the different frequency detection means and the correction means when the operator instructs the different frequency determination processing. The calculation means for calculating the traveling wave and the reflected wave input from the two input / output ports of the high frequency detection means, and the level of each different frequency is displayed so that the operator can monitor based on the calculation result of the calculation means. Different frequency display means, and different frequency setting means for setting different frequency information input from the operator based on the display of the different frequency display means to a different frequency to be corrected by the correction means. Claim 6).

上記の高周波電源において、前記マトリクスデータ記憶手段には、前記所定の異周波の一部に対して前記マトリクスデータが記憶されており、前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されていない異周波のマトリクスデータを前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されているマトリクスデータを用いて所定の補間演算により補間するマトリクスデータ補間手段を更に備え、前記補正手段は、前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されていない異周波の進行波と反射波を補正する場合、前記マトリクスデータ補間手段により当該異周波のマトリクスデータを補間し、その補間値を用いて異周波の進行波と反射波の補正を行うとよい(請求項7)。   In the above high frequency power supply, the matrix data storage means stores the matrix data for a part of the predetermined different frequencies, and stores the different frequency matrix data not stored in the matrix data storage means. Matrix data interpolating means for interpolating by a predetermined interpolation operation using matrix data stored in the matrix data storing means, and the correcting means is a traveling wave of a different frequency that is not stored in the matrix data storing means. When the reflected wave and the reflected wave are corrected, the matrix data interpolating means interpolates the matrix data of the different frequency and corrects the traveling wave and reflected wave of the different frequency using the interpolated value.

本発明によれば、高周波検出手段及び異周波抽出手段で検出される異周波の進行波には高周波検出手段の進行波と反射波を分離する周波数特性に起因して異周波の反射波が含まれるが、異周波の進行波の検出値に対し、予め取得した当該異周波のマトリクスデータを用いて異周波の反射波を含まない異周波の進行波に変換する補正が行われる。高周波検出手段及び異周波抽出手段で検出される異周波の反射波についても同様で、当該反射波の検出値に対し、予め取得された当該異周波のマトリクスデータを用いて異周波の進行波を含まない異周波の反射波に変換する補正が行われる。   According to the present invention, the different frequency traveling wave detected by the high frequency detecting means and the different frequency extracting means includes a reflected wave having a different frequency due to the frequency characteristic separating the traveling wave and the reflected wave of the high frequency detecting means. However, the detection value of the traveling wave of the different frequency is corrected by using the matrix data of the different frequency acquired in advance to convert it to the traveling wave of the different frequency that does not include the reflected wave of the different frequency. The same applies to the reflected wave of the different frequency detected by the high frequency detection means and the different frequency extraction means. For the detected value of the reflected wave, the traveling wave of the different frequency is obtained using the matrix data of the different frequency acquired in advance. Correction for conversion to a reflected wave of a different frequency not included is performed.

例えば、異周波fnの進行波と反射波の検出値をそれぞれb3(fn),b4(fn)とし、異周波fnのマトリクスデータをS31(fn)、S32(fn)、S41(fn)、S42(fn)を成分とするSパラメータとすると、
1(fn)=S13(fn)・b3(fn)+S14(fn)・b4(fn)…(A1)
2(fn)=S23(fn)・b3(fn)+S24(fn)・b4(fn)…(A2)
ただし、S13(fn)=S42(fn)/Δ(fn) …(B1)
23(fn)=−S41(fn)/Δ(fn) …(B2)
14(fn)=−S32(fn)/Δ(fn) …(B3)
24(fn)=S31(fn)/Δ(fn) …(B4)
Δ(fn)=(S31・S42+S32・S41)…(B5)
の演算処理により、検出値b3(fn),b4(fn)は、第1のポートから高周波検出手段に入力される異周波fnの進行波a1(fn)と第2のポートから高周波検出手段に入力される異周波fnの反射波a2(fn)に補正される。
For example, the detected values of the traveling wave and the reflected wave of the different frequency f n are b 3 (f n ) and b 4 (f n ), respectively, and the matrix data of the different frequency f n are S 31 (f n ) and S 32 ( f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )
a 1 (f n ) = S 13 (f n ) · b 3 (f n ) + S 14 (f n ) · b 4 (f n ) (A1)
a 2 (f n ) = S 23 (f n ) · b 3 (f n ) + S 24 (f n ) · b 4 (f n ) (A2)
However, S 13 (f n ) = S 42 (f n ) / Δ (f n ) (B1)
S 23 (f n ) = − S 41 (f n ) / Δ (f n ) (B2)
S 14 (f n ) = − S 32 (f n ) / Δ (f n ) (B3)
S 24 (f n ) = S 31 (f n ) / Δ (f n ) (B4)
Δ (f n ) = (S 31 · S 42 + S 32 · S 41 ) (B5)
, The detected values b 3 (f n ) and b 4 (f n ) are obtained from the traveling wave a 1 (f n ) of the different frequency f n input from the first port to the high frequency detecting means and the second value. To the reflected wave a 2 (f n ) of the different frequency f n inputted to the high frequency detecting means from the other port.

異周波fnの進行波a1(fn)は高周波生成手段から高周波検出手段に入力される反射波a2(fn)の成分を含まない波(推定値)であり、異周波fnの反射波a2(fn)は負荷側から高周波検出手段に入力される進行波a1(fn)の成分を含まない波(推定値)であるから、異周波fnの進行波と反射波の検出精度を高くすることができる。これにより、高周波の基本波と異周波の検出値を用いて高周波の出力制御をする場合、高周波電源の構成の複雑化や大型化を招くことなく、高周波の出力制御の精度を高めることができる。 Traveling wave a 1 of different frequency f n (f n) is the high-frequency generating means reflected waves a 2 input to the high-frequency detecting means from the wave that does not contain components (f n) (estimated value), different frequency f n since the reflected wave a 2 (f n) is a progressive wave a 1 inputted from the load side to the high-frequency detecting means waves do not contain components (f n) (estimated value), the traveling wave of a different frequency f n The detection accuracy of the reflected wave can be increased. As a result, when high-frequency output control is performed using detection values of high-frequency fundamental waves and different frequencies, the accuracy of high-frequency output control can be improved without complicating or increasing the size of the configuration of the high-frequency power supply. .

また、所定の異周波の全てについて進行波と反射波の補正をするのではなく、補正すべき異周波を自動的に、若しくは作業者の操作によって設定し、その設定された異周波についてだけ進行波と反射波の補正処理をするので、補正処理の負担を低減することができる。   Also, instead of correcting the traveling wave and reflected wave for all of the predetermined different frequencies, the different frequencies to be corrected are set automatically or by the operator's operation, and only the set different frequencies are advanced. Since the correction process of the wave and the reflected wave is performed, the burden of the correction process can be reduced.

また、マトリクスデータ記憶手段に所定の異周波の一部に対してマトリクスデータを記憶し、残りのマトリクスデータを、マトリクスデータ記憶手段に記憶されているマトリクスデータを用いて所定の補間演算により算出する構成にすることにより、マトリクスデータ記憶手段の記憶容量を低減することができる。   Further, matrix data is stored in the matrix data storage means for a part of the predetermined different frequencies, and the remaining matrix data is calculated by a predetermined interpolation operation using the matrix data stored in the matrix data storage means. With the configuration, the storage capacity of the matrix data storage means can be reduced.

本発明に係る高周波電源が適用されるプラズマ処理システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the plasma processing system to which the high frequency power supply which concerns on this invention is applied. 発明に係る高周波電源の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the high frequency power supply which concerns on invention. DC−RF変換部の回路例を示す図である。It is a figure which shows the circuit example of a DC-RF conversion part. RF検出部に用いられる双方向性結合器の伝送特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the transmission characteristic of the bidirectional | two-way coupler used for RF detection part. 補正データ記憶部における補正データの記憶内容を示す図である。It is a figure which shows the memory content of the correction data in a correction data storage part. RF電力制御部における出力電力の制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the output power in RF power control part. RF電力制御部における出力電力の制御手順の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of the control procedure of the output power in RF power control part. 図7の「抽出する異周波の設定」の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the "setting of the different frequency to extract" of FIG. 図7のフローチャートの変形例の修正点を示す図である。It is a figure which shows the correction point of the modification of the flowchart of FIG. 図7のフローチャートの変形例に対応した高周波電源の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the high frequency power supply corresponding to the modification of the flowchart of FIG. 従来の高周波電源の回路ブロックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit block of the conventional high frequency power supply.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。特に、プラズマ処理システムに適用される高周波電源を例に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In particular, a high frequency power supply applied to a plasma processing system will be described as an example.

図1は、プラズマ処理システムの構成を示す図である。図2は、本発明に係る高周波電源の内部構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a plasma processing system. FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the high-frequency power supply according to the present invention.

プラズマ処理システム1の基本構成は、高周波電源2、インピーダンス整合装置3、プラズマ処理装置4及びシステム制御部5を含む。本実施形態では、高周波電源2が、50[Ω]の負荷が接続された場合に最適な電力伝送効率で高周波電力を出力するように設計されているので、高周波電源2の出力ポートは、特性インピーダンスZoが50[Ω]の同軸ケーブル6によってインピーダンス整合装置3の入力ポートに接続されている。一方、プラズマ処理装置4はインピーダンス整合装置3の出力ポートに直結するように接続されている。 The basic configuration of the plasma processing system 1 includes a high-frequency power source 2, an impedance matching device 3, a plasma processing device 4, and a system control unit 5. In the present embodiment, the high frequency power supply 2 is designed to output high frequency power with optimum power transmission efficiency when a load of 50 [Ω] is connected. The coaxial cable 6 having an impedance Z o of 50 [Ω] is connected to the input port of the impedance matching device 3. On the other hand, the plasma processing apparatus 4 is connected so as to be directly connected to the output port of the impedance matching apparatus 3.

プラズマ処理装置4は、例えば、フッ素系のガスと半導体ウェハや液晶基板等の被加工物をチャンバー内に封入し、そのチャンバー内に高周波電力を供給してプラズマを発生させ、そのプラズマを用いて被加工物に薄膜形成処理やエッチング処理を行う装置である。図示は省略しているが、プラズマ処理装置4は、ガスや被加工物を封入する密閉可能なチャンバーと、チャンバー内のガス圧を調整する減圧ポンプと、高周波電源2から供給される高周波電力を放電させる一対の電極を備える。   For example, the plasma processing apparatus 4 encloses a fluorine-based gas and a workpiece such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate in a chamber, supplies high-frequency power to the chamber, generates plasma, and uses the plasma. An apparatus for performing a thin film forming process or an etching process on a workpiece. Although not shown, the plasma processing apparatus 4 includes a hermetically sealed chamber that encloses a gas and a workpiece, a decompression pump that adjusts the gas pressure in the chamber, and high-frequency power supplied from the high-frequency power source 2. A pair of electrodes to be discharged is provided.

プラズマ処理装置4は、高周波電源2から高周波電力が供給されると、その高周波電力を一対の電極間で放電させてチャンバーに封入されたガスをプラズマの状態にし、そのプラズマを用いてエッチング等の処理を行う。プラズマ処理装置4は、プラズマ処理を開始してから終了するまでの間にプラズマ処理装置4の入力端からプラズマ処理装置4側を見たインピーダンスZL=RL+j・XL(以下、「負荷インピーダンスZL」という。)が大きく変動する。プラズマ処理で高周波電源2から出力される高周波電力を最適な電力伝送効率でプラズマ処理装置4に供給するために、負荷インピーダンスZLの変動に応じて当該負荷インピーダンスZLを50[Ω]に対する所定のインピーダンス整合範囲に変換するインピーダンス整合装置3が設けられている。 When high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 2, the plasma processing apparatus 4 discharges the high-frequency power between the pair of electrodes to bring the gas sealed in the chamber into a plasma state, and uses the plasma to perform etching or the like. Process. The plasma processing apparatus 4 has an impedance Z L = R L + j · X L (hereinafter referred to as “load”) when the plasma processing apparatus 4 side is viewed from the input end of the plasma processing apparatus 4 between the start and end of the plasma processing. The impedance Z L ") fluctuates greatly. Predetermined plasma treatment to provide a plasma processing apparatus 4 at optimum power transfer efficiency high-frequency power outputted from the high frequency power source 2, for 50 [Omega] the load impedance Z L according to the fluctuation of the load impedance Z L An impedance matching device 3 is provided for converting to the impedance matching range.

インピーダンス整合装置3は、図示を省略しているが、例えば、特開2007−295447号公報に示される構成を含む。すなわち、インピーダンス整合装置3は、第1の可変キャパシタとインダクタの直列回路と第2の可変キャパシタを逆L型に接続したインピーダンス整合回路と、インピーダンス整合装置3の入力ポートにおける高周波電圧(RF電圧)、高周波電流(RF電流)、FR電圧とRF電流の位相差を検出するRF検出器と、第1,第2の可変キャパシタの各容量値を制御してインピーダンス変換動作を行う制御部とを含む構成である。   Although not shown, the impedance matching device 3 includes, for example, a configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-295447. That is, the impedance matching device 3 includes an impedance matching circuit in which a series circuit of a first variable capacitor and an inductor and a second variable capacitor are connected in an inverted L shape, and a high frequency voltage (RF voltage) at an input port of the impedance matching device 3. , An RF detector for detecting a phase difference between the high-frequency current (RF current), the FR voltage and the RF current, and a control unit for controlling the capacitance values of the first and second variable capacitors to perform an impedance conversion operation. It is a configuration.

インピーダンス整合装置3は、制御部でRF検出器の検出値に基づいて入力ポートから負荷側を見たインピーダンスZ1を算出し、その算出値が50[Ω]に対する所定のインピーダンス整合範囲(反射係数が所定の基準値以下となる範囲)となるように第1,第2の可変キャパシタの各容量値(若しくは各調整位置)を制御する。そして、インピーダンス整合装置3は、制御部が各可変キャパシタの容量値をインピーダンス整合範囲の容量値に変更することにより、高周波電源2とプラズマ処理装置4とのインピーダンス整合を行う。 The impedance matching device 3 calculates the impedance Z 1 when the load side is viewed from the input port based on the detection value of the RF detector in the control unit, and the calculated value is a predetermined impedance matching range (reflection coefficient) with respect to 50 [Ω]. Each capacitance value (or each adjustment position) of the first and second variable capacitors is controlled so as to be within a predetermined reference value. The impedance matching device 3 performs impedance matching between the high-frequency power source 2 and the plasma processing device 4 by the control unit changing the capacitance value of each variable capacitor to the capacitance value in the impedance matching range.

システム制御部5は、プラズマ処理システム1全体の動作を統括的に制御する制御部である。システム制御部5は、インピーダンス整合装置3内の制御部との間でプラズマ処理装置4の入力ポートにおける伝送特性のデータ(負荷インピーダンスZL等のデータ)を取得し、そのデータを用いて、プラズマ処理システム1の運転状態の監視や異常発生の検出やプラズマ処理の結果予測等を行う。システム制御部5は、例えば、異常発生を検出すると、図示省略の報知手段でメッセージ表示やアラーム音等による異常報知をしたり、高周波電源2に停止信号を出力して高周波電力の出力を停止させたりする。 The system control unit 5 is a control unit that comprehensively controls the operation of the entire plasma processing system 1. The system control unit 5 acquires transmission characteristic data (data such as load impedance Z L ) at the input port of the plasma processing apparatus 4 with the control unit in the impedance matching apparatus 3, and uses the data to obtain plasma The operation state of the processing system 1 is monitored, the occurrence of abnormality is detected, the result of plasma processing is predicted, and the like. For example, when detecting the occurrence of an abnormality, the system control unit 5 notifies the abnormality by a not-illustrated notifying means such as a message display or an alarm sound, or outputs a stop signal to the high frequency power source 2 to stop the output of the high frequency power. Or

高周波電源2は、高周波信号を生成し、その高周波信号を、例えば、D級アンプからなるスイッチング・アンプで増幅して出力するスイッチング電源で構成される。高周波電源2は、図2に示されるように、AC−DC変換部21、DC−DC変換部22、DC−RF変換部23、RF検出部24、駆動信号生成部25、高周波生成部26及びRF電力制御部27を含む構成である。   The high-frequency power supply 2 is configured by a switching power supply that generates a high-frequency signal and amplifies and outputs the high-frequency signal with a switching amplifier composed of, for example, a class D amplifier. As shown in FIG. 2, the high-frequency power source 2 includes an AC-DC converter 21, a DC-DC converter 22, a DC-RF converter 23, an RF detector 24, a drive signal generator 25, a high-frequency generator 26, and The RF power control unit 27 is included.

AC−DC変換部21は、商用電源からDC−DC変換部22への入力電圧(直流電圧)Vccを生成する。AC−DC変換部21は、例えば、4個の半導体整流素子をブリッジ接続した整流回路で商用電源から入力される商用電圧(例えば、AC200[V])を全波整流し、整流後のレベルを平滑回路で平滑化して直流電圧Vccを生成する周知の電源回路で構成される。 AC-DC converter 21 generates an input voltage (DC voltage) V cc from the commercial power supply to the DC-DC converter 22. For example, the AC-DC converter 21 performs full-wave rectification on a commercial voltage (for example, AC 200 [V]) input from a commercial power source by a rectifier circuit in which four semiconductor rectifier elements are bridge-connected, and the level after rectification is obtained. It is constituted by a known power supply circuit that generates a DC voltage Vcc by smoothing with a smoothing circuit.

DC−DC変換部22は、AC−DC変換部21から入力される直流電圧Vccを任意の電圧値の直流電圧Vdcに変換してDC−RF変換部23に入力する。DC−DC変換部22の後段には直流電圧検出部28Aと直流電流検出部28Bが設けられている。直流電圧検出部28Aと直流電流検出部28Bの両検出値Vdc,Idcは、DC−DC変換部22から出力される直流電力Pdcを算出するためにRF電力制御部27に入力される。 The DC-DC converter 22 converts the DC voltage Vcc input from the AC-DC converter 21 into a DC voltage Vdc having an arbitrary voltage value and inputs the DC voltage Vcc to the DC-RF converter 23. A DC voltage detection unit 28 </ b> A and a DC current detection unit 28 </ b> B are provided at the subsequent stage of the DC-DC conversion unit 22. Both detected values V dc and I dc of the DC voltage detector 28A and the DC current detector 28B are input to the RF power controller 27 in order to calculate the DC power P dc output from the DC-DC converter 22. .

高周波電源2から負荷側を見たインピーダンスは、実用上DC−RF変換部23から負荷側を見たインピーダンスと見なすことができるので、DC−RF変換部23に接続されている負荷のインピーダンスを「Z」とし、DC−RF変換部23の動作状態によって決まる係数を「K」とすると、DC−DC変換部22の出力電圧VdcとDC−RF変換部23の出力電力Poutとの間には、
out=K×(Vdc 2/|Z|)…(1)
の関係がある。インピーダンスZがインピーダンス整合装置3により50[Ω]に対する所定のインピーダンス整合範囲内に制御された状態では、DC−RF変換部23の出力電力Poutは、(1)式よりDC−DC変換部22の出力電圧Vdcの二乗に比例する。
Since the impedance when the load side is viewed from the high-frequency power source 2 can be practically regarded as the impedance when the load side is viewed from the DC-RF conversion unit 23, the impedance of the load connected to the DC-RF conversion unit 23 is “ Z ”, and the coefficient determined by the operating state of the DC-RF converter 23 is“ K ”, the output voltage V dc of the DC-DC converter 22 and the output power P out of the DC-RF converter 23 Is
P out = K × (V dc 2 / | Z |) (1)
There is a relationship. In a state where the impedance Z is controlled within a predetermined impedance matching range with respect to 50 [Ω] by the impedance matching device 3, the output power P out of the DC-RF conversion unit 23 is expressed by the equation (1) as the DC-DC conversion unit 22. Is proportional to the square of the output voltage Vdc .

(1)式より、DC−RF変換部23の出力電力PoutはDC−DC変換部22の出力電圧Vdcによって決まるので、RF電力制御部27は、DC−DC変換部22の出力電圧Vdcを変化させることによりDC−RF変換部23から出力される出力電力Poutを制御する。本実施形態では、RF電力制御部27は、進行波電力一定制御法と損失低減制御法によってDC−RF変換部23の出力電力Poutを制御する。 Since the output power P out of the DC-RF converter 23 is determined by the output voltage V dc of the DC-DC converter 22 from the equation (1), the RF power controller 27 outputs the output voltage V of the DC-DC converter 22. The output power Pout output from the DC-RF converter 23 is controlled by changing dc . In the present embodiment, the RF power control unit 27 controls the output power Pout of the DC-RF conversion unit 23 by the traveling wave power constant control method and the loss reduction control method.

進行波電力一定制御法による制御は、DC−RF変換部23から出力される出力電力Poutを予め設定された目標値Psetに一致させる制御である。目標値Psetは、作業者による入力操作や予め設定されたプログラムによってRF電力制御部27に設定される。高周波電源2の出力ポートには、高周波電源2からプラズマ処理装置4に向かう進行波電力Pfと、プラズマ処理装置4で反射されて高周波電源2に戻ってくる反射波電力Prが存在する。DC−RF変換部23の出力電力Poutは、高周波電源2の出力ポートにおける進行波電力Pfに相当するので、以下では、混乱を避けるため、DC−RF変換部23の出力電力の符号を「Pf」と表記する。 The control by the traveling wave constant power control method is a control for matching the output power P out output from the DC-RF converter 23 with a preset target value P set . The target value P set is set in the RF power control unit 27 by an input operation by an operator or a preset program. At the output port of the high frequency power source 2, there are traveling wave power P f that travels from the high frequency power source 2 to the plasma processing apparatus 4 and reflected wave power Pr that is reflected by the plasma processing apparatus 4 and returns to the high frequency power source 2. Since the output power P out of the DC-RF conversion unit 23 corresponds to the traveling wave power P f at the output port of the high-frequency power supply 2, hereinafter, the sign of the output power of the DC-RF conversion unit 23 is used to avoid confusion. Indicated as “P f ”.

進行波電力Pfと反射波電力Prには、基本波以外の周波数(以下、この周波数を「異周波」という。)の成分も含まれるが、本実施形態の進行波電力一定制御法による制御では、後述するように、基本波の進行波電力PfF(添え字の「F」は、基本波のものであることを示す。以下、同じ。)を目標値Psetに一致させる制御が行われる。 The traveling wave power P f and the reflected wave power Pr include components of frequencies other than the fundamental wave (hereinafter, this frequency is referred to as “different frequency”), but according to the traveling wave power constant control method of the present embodiment. In the control, as described later, there is a control for making the traveling wave power P fF of the fundamental wave (subscript “F” indicates that of the fundamental wave; the same applies hereinafter) to the target value P set . Done.

進行波電力PfFは、RF検出部24のインピーダンスを50[Ω]とすると、RF検出部24で検出される進行波電圧vfから基本波の進行波電圧vfFを抽出し、その進行波電圧vfFを用いてPfF=vfF 2/50の演算により算出される。 The traveling wave power P fF is obtained by extracting the traveling wave voltage v fF of the fundamental wave from the traveling wave voltage v f detected by the RF detection unit 24 when the impedance of the RF detection unit 24 is 50 [Ω]. It is calculated by the calculation of P fF = v fF 2/50 using the voltage v fF.

損失低減制御法による制御は、DC−RF変換部23における電力損失Plossを予め設定した基準値Pk以下に抑制する制御である。基準値Pkも作業者による入力操作や予め設定されたプログラムによってRF電力制御部27に設定される。電力損失Plossは、
loss=Pdc−(Pf−Pr)…(2)
又は、
loss=Pdc−Pf …(3)
を演算することにより算出される。
The control by the loss reduction control method is control for suppressing the power loss P loss in the DC-RF conversion unit 23 to be equal to or less than a preset reference value P k . The reference value P k is also set in the RF power control unit 27 by an input operation by an operator or a preset program. The power loss P loss is
P loss = P dc − (P f −P r ) (2)
Or
P loss = P dc -P f (3)
It is calculated by calculating.

直流電力Pdcは、直流電圧検出部28Aの検出値Vdcと直流電流検出部28Bの検出値Idcの乗算をすることによって算出される。進行波電力Pfと反射波電力Prは、RF検出部24で検出される進行波電圧vfと反射波電圧vrを用いて、Pf=vf 2/50、Pr=vr 2/50の演算により算出される。RF電力制御部27の進行波電力一定制御法と損失低減制御法による具体的な出力制御については、後述する。 DC power P dc is calculated by multiplication of the detected value I dc between the detection value V dc of the DC voltage detection unit 28A DC current detector 28B. It reflected power P r and forward power P f, using a reflected wave voltage v r and the traveling wave voltage v f detected by the RF detector 24, P f = v f 2 /50, P r = v r It is calculated by calculating the 2/50. Specific output control by the traveling wave power constant control method and the loss reduction control method of the RF power control unit 27 will be described later.

DC−DC変換部22は、例えば、4個の半導体スイッチ素子をブリッジ接続したフル・ブリッジ回路からなるインバータに整流・平滑回路を組み合わせた周知のDC−DCコンバータで構成される。DC−DC変換部22の出力電圧Vdcは、駆動信号生成部25から入力される駆動信号Sdで4個の半導体スイッチ素子のオン・オフ動作が制御されることによって制御される。 For example, the DC-DC converter 22 includes a known DC-DC converter in which a rectification / smoothing circuit is combined with an inverter composed of a full bridge circuit in which four semiconductor switch elements are bridge-connected. Output voltage V dc of the DC-DC converter 22, the on-off operation of the four semiconductor switching elements in the drive signal S d supplied from the driving signal generator 25 is controlled by being controlled.

DC−RF変換部23は、DC−DC変換部3から入力される直流電力Pdcを予め設定された周波数fFの高周波電力PfFに変換して出力する。高周波電力PfFの周波数fFは、2.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.0MHzなどのプラズマ処理用に規定された周波数である。 The DC-RF converter 23 converts the DC power P dc input from the DC-DC converter 3 into a high-frequency power P fF having a preset frequency f F and outputs it. The frequency f F of the high frequency power P fF is a frequency defined for plasma processing such as 2.0 MHz, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.0 MHz, and the like.

DC−RF変換部23は、例えば、図3に示すハーフ・ブリッジ型のスイッチング・アンプで構成される。同図に示すスイッチング・アンプは、一対の電源端子b,b’の間に2つの同一タイプの半導体スイッチ素子QBの直列回路を接続したスイッチング回路と、そのスイッチング回路に駆動信号を入力するドライブ回路と、そのスイッチング回路から出力される高周波信号を外部に出力する出力回路とで構成される。 The DC-RF conversion unit 23 is constituted by, for example, a half-bridge type switching amplifier shown in FIG. Drive switching amplifier shown in the figure, the input switching circuit with a series circuit of two identical types of semiconductor switching elements Q B between the pair of power terminals b, b ', a drive signal to the switching circuit The circuit includes an output circuit that outputs a high-frequency signal output from the switching circuit to the outside.

ドライブ回路は、一次巻線に互いに逆方向に巻かれた2つの二次巻線を結合したトランスTで構成される。トランスTの一次巻線には、高周波生成部26から力される高周波信号vが入力され、トランスTの一方の二次巻線(図3では上側の巻線)から高周波信号vと同相の高周波信号v’が出力され、トランスTの他方の二次巻線(図3では下側の巻線)から高周波信号vと逆相の高周波信号−v’が出力される。   The drive circuit is composed of a transformer T in which two secondary windings wound in opposite directions to the primary winding are coupled. A high frequency signal v applied from the high frequency generator 26 is input to the primary winding of the transformer T, and a high frequency in phase with the high frequency signal v from one secondary winding (upper winding in FIG. 3) of the transformer T. A signal v ′ is output, and a high-frequency signal −v ′ having a phase opposite to that of the high-frequency signal v is output from the other secondary winding (lower winding in FIG. 3) of the transformer T.

出力回路は、キャパシタC1とインダクタが直列接続された共振回路と、インダクタとキャパシタC2がL型接続されたインピーダンス変換回路とを接続したフィルタ回路231で構成される。図3のインダクタLは、共振回路のインダクタとインピーダンス変換回路のインダクタを合成したものである。フィルタ回路231は、スイッチング回路から出力される高周波信号から直流成分と不要な高周波成分(ノイズ成分)を除去する。フィルタ回路231から出力されるた高周波信号voutが負荷に出力される。 The output circuit includes a filter circuit 231 in which a resonance circuit in which a capacitor C 1 and an inductor are connected in series, and an impedance conversion circuit in which the inductor and the capacitor C 2 are connected in an L shape are connected. The inductor L in FIG. 3 is a combination of an inductor of a resonance circuit and an inductor of an impedance conversion circuit. The filter circuit 231 removes a DC component and an unnecessary high frequency component (noise component) from the high frequency signal output from the switching circuit. The high frequency signal v out output from the filter circuit 231 is output to the load.

一対の半導体スイッチ素子QBにはNチャネル型のMOSFETが用いられるが、バイポーラトランジスタ等の他の種類のトランジスタを用いることができる。また、一対の半導体スイッチ素子QBをNチャネル型とPチャネル型を組み合わせたコンプリメンタリ型にしてもよい。この場合は、トランスTの二次巻線は一つでよく、高周波電圧v’をそれぞれNチャネル型のMOSFETとPチャネル型のMOSFETのゲートに入力すればよい。 N-channel MOSFETs are used for the pair of semiconductor switching elements Q B , but other types of transistors such as bipolar transistors can be used. Further, the pair of semiconductor switch elements Q B may be a complementary type in which an N channel type and a P channel type are combined. In this case, the transformer T may have only one secondary winding, and the high-frequency voltage v ′ may be input to the gates of the N-channel MOSFET and P-channel MOSFET, respectively.

本実施形態では、DC−RF変換部23をハーフ・ブリッジ型のスイッチング・アンプで構成しているが、フル・ブリッジ型やプッシュ・プル型のスイッチング・アンプで構成してもよい。   In the present embodiment, the DC-RF conversion unit 23 is configured with a half-bridge type switching amplifier, but may be configured with a full-bridge type or push-pull type switching amplifier.

トランスTの一次巻線に入力される高周波信号v(電圧信号。以下、必要に応じて「高周波電圧」と表記する。)をv=A・sin(2πfF・t)(fF:基本周波数)とすると、DC−RF変換部23では、トランスTの一方の二次巻線から同相の高周波電圧v’=A’・sin(2πfF・t)が出力され、トランスTの他方の二次巻線から逆相の高周波電圧−v’=−A’・sin(2πfF・t)が出力される。同相の高周波電圧v’は、一方の半導体スイッチ素子QB(図3では上側の半導体スイッチ素子QB)に入力され、逆相の他方の高周波電圧−v’は、他方の半導体スイッチ素子QB(図3では下側の半導体スイッチ素子QB)に入力される。2つの半導体スイッチ素子QBは、Nチャネル型MOSFETであるから、一方の半導体スイッチ素子QBは、高周波電圧v’のハイレベル期間にオン動作をし、他方の半導体スイッチ素子QBは、高周波電圧−v’のハイレベル期間にオン動作をする。すなわち、2つの半導体スイッチ素子QBは、高周波電圧v’の半周期毎に交互にオン・オフ動作を繰り返す。 A high-frequency signal v (voltage signal; hereinafter referred to as “high-frequency voltage” if necessary) input to the primary winding of the transformer T is represented by v = A · sin (2πf F · t) (f F : fundamental frequency) ), The DC-RF converter 23 outputs an in-phase high-frequency voltage v ′ = A ′ · sin (2πf F · t) from one secondary winding of the transformer T, and the other secondary of the transformer T A high-frequency voltage -v '=-A' · sin (2πf F · t) having an opposite phase is output from the winding. Phase high frequency voltage v 'is input to one of the semiconductor switching element Q B (semiconductor switching elements of the upper in FIG. 3 Q B), the other high-frequency voltage -v reverse phase' of the other semiconductor switching element Q B (In FIG. 3, the lower semiconductor switch element Q B ). Since the two semiconductor switch elements Q B are N-channel MOSFETs, one semiconductor switch element Q B is turned on during the high level period of the high frequency voltage v ′, and the other semiconductor switch element Q B is a high frequency The on-operation is performed during a high level period of the voltage −v ′. That is, the two semiconductor switch elements Q B repeat the on / off operation alternately every half cycle of the high-frequency voltage v ′.

2つの半導体スイッチ素子QBが交互にオン・オフ動作を繰り返すことによって接続点aの電圧vaはv’>0の期間に「Vdc」となり、v’≦0の期間に接地レベルとなるように矩形波状に変化し、その矩形波がフィルタ回路231で直流分とスイッチングノイズが除去されて出力端子c,c’から高周波電圧vout=V・sin(2πfF・t+φ)が出力される。この高周波電圧voutは正弦波の高周波電圧vを増幅した電圧である。 A ≦ 0 period to the ground level '"Vdc" and, v the duration of>0' voltage v a is v connection point a by the two semiconductor switching elements Q B is repeatedly turned on and off alternately operate In this way, the rectangular wave is removed by the filter circuit 231 from the DC component and the switching noise, and a high frequency voltage v out = V · sin (2πf F · t + φ) is output from the output terminals c and c ′. . The high-frequency voltage vout is a voltage obtained by amplifying the sine wave high-frequency voltage v.

RF検出部24は、例えば、特性インピーダンスが50[Ω]で、使用可能な周波数帯域に周波数fFを含む双方向性結合器で構成される。例えば、周波数fFが13.56[MHz]の場合、RF検出部24の周波数帯域は、13.56[MHz]を中心周波数foとした所定の周波数帯域fo±Δf[MHz]に設計されている。RF検出部24では、高周波電源2の出力ポートにおける高周波電圧が進行波電圧vfと反射波電圧vrに分離されて出力され、RF電力制御部27に入力される。RF検出部24で検出された進行波電圧vfと反射波電圧vrは、RF電力制御部27で高周波電源2の出力ポートにおける進行波電力Pf、反射波電力Prの算出に用いられる。 For example, the RF detection unit 24 includes a bidirectional coupler having a characteristic impedance of 50 [Ω] and including a frequency f F in a usable frequency band. For example, when the frequency f F is 13.56 [MHz], the frequency band of the RF detection unit 24 is designed to be a predetermined frequency band f o ± Δf [MHz] with 13.56 [MHz] as the center frequency f o. Has been. In the RF detection unit 24, the high-frequency voltage at the output port of the high-frequency power source 2 is separated into the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r and is output and input to the RF power control unit 27. The traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r detected by the RF detection unit 24 are used by the RF power control unit 27 to calculate the traveling wave power P f and the reflected wave power P r at the output port of the high frequency power supply 2. .

駆動信号生成部25は、駆動信号Sdとして、例えば、三角波比較法によりパルス幅変調(PWM)信号を生成する。駆動信号生成部25は、例えば、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザー(Direct Digital Synthesizer)で構成されるキャリア信号発生回路と、コンパレータ等のレベル比較器で構成されるPWM信号生成回路を備える。駆動信号生成部25は、例えば、キャリア信号発生回路で発生した鋸波のキャリア信号CcとRF電力制御部27から入力される制御指令値Coのレベルをレベル比較器で比較してCc≦Coの期間をパルス幅とする第1のパルス幅変調信号を生成し、その第1のパルス幅変調信号をDC−DC変換部22に出力する。また、駆動信号生成部25は、第1のパルス幅変調信号のレベルを反転し、所定のデッドタイムで各パルスのパルス幅を調整した第2のパルス幅変調信号を生成し、その第2のパルス幅変調信号をDC−DC変換部22に出力する。 Drive signal generator 25, as the drive signal S d, for example, generates a pulse width modulation (PWM) signal by the triangular wave comparison method. The drive signal generation unit 25 includes, for example, a carrier signal generation circuit configured by a direct digital synthesizer and a PWM signal generation circuit configured by a level comparator such as a comparator. Drive signal generating unit 25, for example, by comparing the level of the control command value C o inputted from the carrier signal C c and the RF power control unit 27 of the sawtooth wave generated by the carrier signal generating circuit by the level comparator C c A first pulse width modulation signal having a pulse width in the period of ≦ C o is generated, and the first pulse width modulation signal is output to the DC-DC converter 22. Further, the drive signal generation unit 25 inverts the level of the first pulse width modulation signal, generates a second pulse width modulation signal in which the pulse width of each pulse is adjusted with a predetermined dead time, and the second pulse width modulation signal is generated. The pulse width modulation signal is output to the DC-DC converter 22.

DC−DC変換部22内のフル・ブリッジ回路の第1のアームのハイサイドとローサイドに位置する2つの半導体スイッチ素子を第1の半導体スイッチ素子と第2の半導体スイッチ素子とし、第2のアームのハイサイドとローサイドに位置する2つの半導体スイッチ素子を第3の半導体スイッチ素子と第4の半導体スイッチ素子とすると、第1のパルス幅変調信号は、第1の半導体スイッチ素子と第4の半導体スイッチ素子に対する駆動信号Sdであり、第2のパルス幅変調信号は、第2の半導体スイッチ素子と第3の半導体スイッチ素子に対する駆動信号Sdである。 The two semiconductor switch elements located on the high side and the low side of the first arm of the full bridge circuit in the DC-DC converter 22 are defined as a first semiconductor switch element and a second semiconductor switch element, and the second arm Assuming that the two semiconductor switch elements located on the high side and the low side are the third semiconductor switch element and the fourth semiconductor switch element, the first pulse width modulation signal is the first semiconductor switch element and the fourth semiconductor switch element. a drive signal S d to the switch element, a second pulse width modulation signal is a drive signal S d for the second semiconductor switching element and the third semiconductor switching element.

DC−DC変換部22では、第1,第4の半導体スイッチ素子のオン・オフ動作と第2,第3の半導体スイッチ素子のオン・オフ動作が交互に繰り返され、フル・ブリッジ回路から矩形波の交流電圧が出力される。そして、その交流電圧を整流・平滑回路で全波整流し、レベルの平滑化を行ってDC−DC変換部22から直流電圧Vdcが出力される。 In the DC-DC converter 22, the on / off operation of the first and fourth semiconductor switch elements and the on / off operation of the second and third semiconductor switch elements are alternately repeated, and a rectangular wave is generated from the full bridge circuit. AC voltage is output. Then, the AC voltage is full-wave rectified by a rectifying / smoothing circuit, leveling is performed, and a DC voltage V dc is output from the DC-DC converter 22.

高周波生成部26は、例えば、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザーで構成される。高周波生成部26は、RF電力制御部27から入力される高周波情報(周波数fF、振幅A、初期位相φ等の情報)に基づいて、DC−RF変換部23内の半導体スイッチ素子QBの駆動を制御する高周波電圧v=A・sin(2πfF・t+φ)を生成し、DC−RF変換部23に出力する。 The high frequency generation unit 26 is configured by, for example, a direct digital synthesizer. The high-frequency generation unit 26 is based on high-frequency information (information such as frequency f F , amplitude A, initial phase φ, etc.) input from the RF power control unit 27, and the semiconductor switch element Q B in the DC-RF conversion unit 23. A high-frequency voltage v = A · sin (2πf F · t + φ) for controlling driving is generated and output to the DC-RF converter 23.

RF電力制御部27は、高周波電源2の出力電力PfFを制御するとともに、高周波電源2の出力ポートから逆入力される反射波電力PrによるDC−RF変換部23内の半導体スイッチ素子QBの損傷を防止する制御(以下、「反射保護制御」という。)をする。RF電力制御部27は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピュータで構成される。RF電力制御部27は、FPGA(field-programmable gate array)等の演算デバイスで構成してもよい。 RF power control unit 27 controls the output power P fF of the high frequency power source 2, the semiconductor switching element in the DC-RF converter 23 according to the reflected power P r is reverse input from the output port of the high frequency power source 2 Q B Control to prevent damage (hereinafter referred to as “reflection protection control”). The RF power control unit 27 includes a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The RF power control unit 27 may be configured by an arithmetic device such as an FPGA (field-programmable gate array).

RF電力制御部27は、処理機能としてDC-DC変換部22の出力電圧Vdcを制御する直流制御部271と、DC−RF変換部23から出力される高周波電圧voutを制御する高周波制御部272と、RF検出部24で検出される進行波電圧vf及び反射波電圧vrの基本波fFの成分vfF,vrFを検出する基本波検出部273と、RF検出部24で検出された進行波電圧vf及び反射波電圧vrの基本波fF以外の周波数fn(以下、この周波数を「異周波fn」という。)の成分vfn,vrn(添え字のnは、N個の異周波fnが抽出されるとした場合に各異周波fnを識別するために付された番号n(=1,2,…,N)に対応することを示す。以下、他の符号についても同様。)を検出する異周波検出部274を含む。 The RF power control unit 27 includes a direct current control unit 271 that controls the output voltage V dc of the DC-DC conversion unit 22 as a processing function, and a high frequency control unit that controls the high frequency voltage v out output from the DC-RF conversion unit 23. 272, a fundamental wave detection unit 273 that detects components v fF and v rF of the fundamental wave f F of the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r detected by the RF detection unit 24, and a detection by the RF detection unit 24 Components v fn and v rn (subscript n) of the frequency f n (hereinafter referred to as “different frequency f n ”) other than the fundamental wave f F of the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r . Indicates that when N different frequencies f n are extracted, they correspond to numbers n (= 1, 2,..., N) assigned to identify the different frequencies f n . The same applies to other codes.

なお、高周波電圧voutは、進行波電圧vfFに相当する。また、進行波電圧vf及び反射波電圧vrの異周波fnの成分vfn,vrnは、基本波fF以外の周波数成分である。異周波成分には、一次高調波や二次高調波等の高調波成分が含まれるが、プラズマ処理システム1に周波数の異なる2つの高周波電力が入力される場合は2つの周波数f1,f2の差の周波数(f1−f2)や和の周波数(f1+f2)等の周波数成分も含まれる。 It should be noted that the high frequency voltage v out is equivalent to the traveling wave voltage v fF. Further, the components v fn and v rn of the different frequency f n of the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r are frequency components other than the fundamental wave f F. The different frequency components include harmonic components such as a first harmonic and a second harmonic. When two high frequency powers having different frequencies are input to the plasma processing system 1, the two frequencies f 1 and f 2 are used. Frequency components such as the difference frequency (f 1 −f 2 ) and the sum frequency (f 1 + f 2 ) are also included.

直流制御部271は、フィードバック制御により駆動信号生成部25に入力する制御指令値Coを制御してDC-DC変換部22から出力される直流電圧Vdcを制御する機能ブロックである。この制御では、上述した進行波電力一定制御法、損失低減制御法及び反射保護制御により制御指令値Coが制御される。直流制御部271には、DC−DC変換部22から出力される直流電力Pdcを演算する直流電力演算部271a、DC−RF変換部23から出力される基本波fFの進行波電力PfFと基本波fFの反射波電力PrFを演算する基本波電力演算部271b、DC−RF変換部23から出力される異周波fnの進行波電力Pfnと異周波fnの反射波電力Prnを演算する異周波電力演算部271c及び制御指令値生成部271dが含まれる。 The DC controller 271 is a functional block that controls the DC voltage V dc output from the DC-DC converter 22 by controlling the control command value Co input to the drive signal generator 25 by feedback control. In this control, the control command value Co is controlled by the above-described traveling wave constant power control method, loss reduction control method, and reflection protection control. The DC controller 271 includes a DC power calculator 271 a that calculates the DC power P dc output from the DC-DC converter 22 and a traveling wave power P fF of the fundamental wave f F output from the DC-RF converter 23. forward power P fn and reflected power of different frequency f n of different frequency f n to be output from the fundamental wave power calculating unit 271b, DC-RF converter 23 which calculates the reflected power P rF of the fundamental wave f F A different frequency power calculation unit 271c that calculates P rn and a control command value generation unit 271d are included.

直流電力演算部271aは、直流電圧検出部28Aと直流電流検出部28Bから入力される検出値Vdc,Idcを乗じて直流電力Pdc(=Vdc×Idc)を算出する。基本波電力演算部271bは、基本波検出部273から出力される基本波fFの進行波電圧vfF及び基本波fFの反射波電圧vrFとRF検出部24の特性インピーダンスZo(50[Ω])とから基本波fFの進行波電力PfF(=vfF 2/50)と基本波fFの反射波電力PrF(=vrF 2/50)を演算する。 The DC power calculation unit 271a calculates the DC power P dc (= V dc × I dc ) by multiplying the detection values V dc and I dc input from the DC voltage detection unit 28A and the DC current detection unit 28B. The fundamental wave power calculator 271b outputs the traveling wave voltage v fF of the fundamental wave f F and the reflected wave voltage v rF of the fundamental wave f F output from the fundamental wave detector 273 and the characteristic impedance Z o (50 [Omega]) and computes the forward power P fF of the fundamental wave f F (= v fF 2/ 50) and the reflected wave power of the fundamental wave f F P rF (= v rF 2/50) from.

異周波電力演算部271cは、異周波検出部274から出力される各異周波fnの進行波電圧vfn及び反射波電圧vrnとRF検出部24の特性インピーダンスZo(50[Ω])とから各異周波fnの進行波電力Pfn(=vfn 2/50)と各異周波fnの反射波電力Prn(=vrn 2/50)を演算する。 The different frequency power calculation unit 271c outputs the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn of each different frequency f n output from the different frequency detection unit 274 and the characteristic impedance Z o (50 [Ω]) of the RF detection unit 24. calculating a forward power P fn (= v fn 2/ 50) and the reflected wave power P rn (= v rn 2/ 50) for each different frequency f n of the different frequency f n and a.

制御指令値生成部271dは、予め設定された目標値Psetに対する基本波電力演算部271bで算出された基本波fFの進行波電力PfFの差分ΔPfF(=Pset−PfF)を算出し、その差分PfFに所定のPI補償処理を行って制御指令値Coを生成する。この制御指令値Coは、差分ΔPfFを零にする駆動信号Sdを生成するための制御指令値である。すなわち、制御指令値Coは、フィードバック制御によりDC−RF変換部23から出力される基本波fFの進行波電力PfFを目標値Psetに維持するためにRF電力制御部27からDC−RF変換部23に入力される制御指令値である(進行波電力一定制御法によるRF出力制御)。 The control command value generation unit 271d calculates the difference ΔP fF (= P set −P fF ) of the traveling wave power P fF of the fundamental wave f F calculated by the fundamental wave power calculation unit 271b with respect to the preset target value P set . The control command value Co is generated by calculating and performing a predetermined PI compensation process on the difference PfF . This control command value C o is a control command value for generating a drive signal S d that makes the difference ΔP fF zero. That is, the control command value C o is the RF power control unit 27 in order to maintain the forward power P fF of the fundamental wave f F outputted from the DC-RF converter 23 by the feedback control to the target value P The set DC- This is a control command value input to the RF conversion unit 23 (RF output control by the traveling wave power constant control method).

制御指令値生成部271dは、直流電力演算部271aで算出された直流電力Pdcと、基本波電力演算部271bで算出された基本波fFの進行波電力PfF及び反射波電力PrFと、異周波電力演算部271cで算出された各異周波fnの進行波電力Pfn及び反射波電力Prnの基本波成分PfF,PrFとを用いて、DC−RF変換部23における電力損失Plossを算出する。制御指令値生成部271dは、基本波fFの進行波電力PfFと各異周波fnの進行波電力Pfnを加算して進行波電力Pf(=PfF+ΣPfn(n=1,2,…,N))を算出するとともに、基本波fFの反射波電力PrFと各異周波fnの反射波電力Prnを加算して反射波電力Pr(=PrF+ΣPrn(n=1,2,…,N))を算出し、両電力Pf,Prを用いて(2)式又は(3)式を演算することにより電力損失Plossを算出する。 The control command value generator 271d includes the DC power P dc calculated by the DC power calculator 271a, the traveling wave power P fF of the fundamental wave f F and the reflected wave power P rF calculated by the fundamental wave calculator 271b. Using the traveling wave power P fn of each different frequency f n calculated by the different frequency power calculation unit 271c and the fundamental wave components P fF and P rF of the reflected wave power P rn , the power in the DC-RF conversion unit 23 The loss P loss is calculated. The control command value generation unit 271d adds the traveling wave power P fF of the fundamental wave f F and the traveling wave power P fn of each different frequency f n to add the traveling wave power P f (= P fF + ΣP fn (n = 1, 2,..., N)), and the reflected wave power P rF of the fundamental wave f F and the reflected wave power P rn of each different frequency f n are added to determine the reflected wave power P r (= P rF + ΣP rn ( n = 1, 2,..., N)), and the power loss P loss is calculated by calculating the formula (2) or (3) using both the powers P f and P r .

制御指令値生成部271dは、算出した電力損失Plossを予め設定された基準値Pkと比較し、Ploss≦Pkであれば、制御指令値生成部271dで生成した制御指令値Coを駆動信号生成部25に出力する。一方、Pk<Plossであれば、制御指令値生成部271dは、閾値Pthに対する電力損失Plossの差分ΔPloss(=Pk−Ploss)を算出し、その差分ΔPlossで基本波fFの進行波電力PfFを補正した後、所定のPI補償処理を行って制御指令値Co’を生成し、その制御指令値Co’を駆動信号生成部25に出力する。この制御指令値Co’は、電力損失Plossを閾値Pk以下にする駆動信号Sdを生成するための制御指令値である(損失低減制御法によるRF出力制御)。 The control command value generation unit 271d compares the calculated power loss P loss with a preset reference value P k, and if P loss ≦ P k , the control command value C o generated by the control command value generation unit 271d. Is output to the drive signal generator 25. On the other hand, if P k <P loss , the control command value generation unit 271d calculates a difference ΔP loss (= P k −P loss ) of the power loss P loss with respect to the threshold P th and uses the difference ΔP loss as a fundamental wave. After the traveling wave power P fF of f F is corrected, a predetermined PI compensation process is performed to generate a control command value C o ′, and the control command value C o ′ is output to the drive signal generator 25. This control command value C o ′ is a control command value for generating the drive signal S d that makes the power loss P loss equal to or less than the threshold value P k (RF output control by the loss reduction control method).

更に、制御指令値生成部271dは、算出した進行波電力Pfと反射波電力Prを加算し、その電力値P(=Pf+Pr=PfF+PrF+ΣPfn+ΣPrn)を予め設定された基準値Phと比較し、P≦Phであれば、制御指令値生成部271dで生成した制御指令値Coを駆動信号生成部25に出力する。一方、Ph<Pであれば、制御指令値生成部271dは、基準値Phに対する電力値Pの差分ΔP(=Ph−P)を算出し、その差分ΔPで基本波fFの進行波電力PfFを補正した後、所定のPI補償処理を行って制御指令値Co”を生成し、その制御指令値Co”を駆動信号生成部25に出力する。この制御指令値Co”は、電力値Pを基準値Ph以下にする駆動信号Sdを生成するための制御指令値である(反射保護制御によるRF出力制御)。 Further, the control command value generation unit 271d adds the calculated traveling wave power P f and the reflected wave power P r and presets the power value P (= P f + P r = P fF + P rF + ΣP fn + ΣP rn ). It has been compared with the reference value P h, if P ≦ P h, and outputs the control command value C o generated by the control command value generating unit 271d to the drive signal generator 25. On the other hand, if P h <P, the control command value generation unit 271d calculates a difference ΔP (= P h −P) of the power value P with respect to the reference value P h , and the progression of the fundamental wave f F with the difference ΔP. After correcting the wave power P fF , a predetermined PI compensation process is performed to generate a control command value C o ″, and the control command value C o ″ is output to the drive signal generator 25. This control command value C o ″ is a control command value for generating a drive signal S d that makes the power value P equal to or less than the reference value P h (RF output control by reflection protection control).

高周波制御部272は、高周波生成部26に入力する高周波情報を制御してDC−RF変換部23から出力される進行波電圧vfFの波形を制御する機能ブロックである。高周波制御部272は、高周波生成部26で生成させる高周波電圧vの振幅A、周波数fF、初期位相φのパラメータ情報を高周波生成部26に入力する。 The high frequency control unit 272 is a functional block that controls high frequency information input to the high frequency generation unit 26 to control the waveform of the traveling wave voltage v fF output from the DC-RF conversion unit 23. The high frequency controller 272 inputs the parameter information of the amplitude A, the frequency f F , and the initial phase φ of the high frequency voltage v generated by the high frequency generator 26 to the high frequency generator 26.

基本波検出部273は、RF検出部24で検出される進行波電圧vf及び反射波電圧vrから基本波fFの進行波電圧vfFと反射波電圧vrFを抽出する機能ブロックである。基本波検出部273は、基本波fFを中心周波数とする2つのディジタル・バンドパス・フィルタ273a,273b(以下、「BPF273a」、「BPF273b」と表記する。)を備える。BPF273a,BPF273bは、例えば、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタやアクティブ・フィルタ(適応型フィルタ)で構成される。基本波検出部273は、RF検出部24で検出された進行波電圧vfに対してBPF273aでフィルタリング演算処理を行うことにより基本波fFの進行波電圧vfFを抽出し、RF検出部24で検出された反射波電圧vrに対してBPF273bでフィルタリング演算処理を行うことにより基本波fFの反射波電圧vrFを抽出する。 The fundamental wave detection unit 273 is a functional block that extracts the traveling wave voltage v fF and the reflected wave voltage v rF of the fundamental wave f F from the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r detected by the RF detection unit 24. . The fundamental wave detection unit 273 includes two digital bandpass filters 273a and 273b (hereinafter referred to as “BPF273a” and “BPF273b”) having the fundamental wave f F as a center frequency. The BPF 273a and the BPF 273b are configured by, for example, an IIR (Infinite Impulse Response) filter or an active filter (adaptive filter). The fundamental wave detection unit 273 extracts the traveling wave voltage v fF of the fundamental wave f F by performing filtering calculation processing with the BPF 273a on the traveling wave voltage v f detected by the RF detection unit 24, and the RF detection unit 24. The reflected wave voltage v rF of the fundamental wave f F is extracted by performing filtering operation processing with the BPF 273b on the reflected wave voltage v r detected in step (b).

異周波検出部274は、RF検出部24で検出される進行波電圧vf及び反射波電圧vrから異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する機能ブロックである。異周波検出部274は、異周波fn毎に、異周波fn(n=1,2,…N)を中心周波数とする進行波用のBPF274aと、異周波fnを中心周波数とする反射波用のBPF274bと、BPF274a及びBPF274bで検出された進行波電圧vfnと反射波電圧vrnをそれぞれ補正する異周波補正部274cと、異周波補正部274cで用いる補正データを記憶する補正データ記憶部274dを含む。 Different frequency detecting unit 274 is a functional block for extracting a reflected wave voltage v rn traveling wave voltage v fn of different frequency f n from the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r detected by the RF detector 24 . Different frequency detecting unit 274, for each different frequency f n, for different frequency f n (n = 1,2, ... N) and BPF274a for traveling wave having a center frequency of a center frequency different frequency f n reflection BPF 274b for waves, different frequency correction unit 274c for correcting traveling wave voltage v fn and reflected wave voltage v rn detected by BPF 274a and BPF 274b, and correction data storage for storing correction data used by different frequency correction unit 274c Part 274d.

BPF274a,BPF274b内にはそれぞれN個の異周波fnに対応してN個のディジタル・バンドパス・フィルタが含まれるが、図2では図示を省略している。異周波補正部274cと補正データ記憶部274dは、本実施形態に係る高周波電源2の特徴的な構成である。 Each of BPF 274a and BPF 274b includes N digital bandpass filters corresponding to N different frequencies f n , but is not shown in FIG. The different frequency correction unit 274c and the correction data storage unit 274d are characteristic configurations of the high frequency power supply 2 according to the present embodiment.

RF検出部24に用いる双方向性結合器は、基本波fFを含む一定の周波数範囲については所定の検出精度を保証するように設計されているが、その周波数範囲は狭帯域(基本波fFの数%程度)であるので、異周波fnの進行波電圧vfnや反射波電圧vrnに対しては基本波fFの進行波電圧vfFや反射波電圧vrFと同様の検出精度は保証されていない。異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnについても基本波fFと同様の検出精度を保証しようとすると、異周波fn毎に双方向性結合器を設ける必要があり、検出対象とする異周波fnの数Nが多くなると、全ての異周波の進行波電圧vfn及び反射波電圧vrn(n=1,2,…,N)に対して双方向性結合器を設けることは構成的にもコスト的に無理がある。 The bidirectional coupler used in the RF detection unit 24 is designed to guarantee a predetermined detection accuracy for a certain frequency range including the fundamental wave f F , but the frequency range is narrow band (fundamental wave f since F is a several percent), different frequency f n traveling wave voltage v fn and reflected wave voltage v rn for the fundamental wave f F traveling wave voltage v fF and reflected wave voltage v rF and similar detection of Accuracy is not guaranteed. When you try to guarantee a similar detection accuracy and the fundamental wave f F the reflected wave voltage v rn traveling wave voltage v fn of different frequency f n, it is necessary to provide a bi-directional coupler for each different frequency f n, When the number N of different frequencies fn to be detected increases, bidirectional couplers are applied to all traveling wave voltages v fn and reflected wave voltages v rn (n = 1, 2,..., N) of all different frequencies. Providing it is impossible in terms of structure and cost.

そこで、本実施形態では、RF検出部24に用いる双方向性結合器の2つの入出力ポートと2つの検出ポートとの間の異周波fn毎の伝送特性(Sパラメータ)を予め測定しておき、2つの検出ポートから出力される進行波電圧vfと反射波電圧vrから異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを検出し、以下に説明するように、その検出値vfn,vrnと伝送特性(Sパラメータ)を用いて入出力ポートにおける異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを求めることにより検出精度を保証するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, transmission characteristics (S parameters) for each different frequency f n between the two input / output ports and the two detection ports of the bidirectional coupler used in the RF detection unit 24 are measured in advance. Place, and a progressive wave voltage v f output from the two detection ports reflected wave voltage v r and the traveling wave voltage v fn different frequency f n to detect the reflected wave voltage v rn, as described below, the By using the detection values v fn and v rn and the transmission characteristics (S parameter), the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn of the different frequency f n at the input / output port are obtained to ensure the detection accuracy. .

RF検出部24に用いる双方向性結合器において、図4に示すように、入力ポートP1から出力ポートP2に向かう高周波を「進行波」と称し、出力ポートP2から入力ポートP1に向かう高周波を「反射波」と称し、入力ポートP1側の伝送線路を伝送する高周波を進行波a1と反射波b1とし、出力ポートP2側の伝送線路を伝送する高周波を進行波b2と反射波a2とする。また、第1の検出ポートP3から出力される高周波を進行波b3、第2の検出ポートP4から出力される高周波を反射波b4とする。 In the bidirectional coupler used in the RF detector 24, as shown in FIG. 4, the high frequency from the input port P 1 to the output port P 2 is referred to as “traveling wave”, and the output port P 2 to the input port P 1 . The high frequency that travels is referred to as a “reflected wave”, the high frequency that is transmitted through the transmission line on the input port P 1 side is referred to as traveling wave a 1 and the reflected wave b 1, and the high frequency that is transmitted through the transmission line at the output port P 2 is 2 and reflected wave a 2 . Further, a high frequency output from the first detection port P 3 is a traveling wave b 3 , and a high frequency output from the second detection port P 4 is a reflected wave b 4 .

入力ポートP1と第1,第2の検出ポートP3,P4との間の伝送特性を示すSパラメータの成分をS31,S32,S41,S42とすると、進行波a1及び反射波b2と進行波b3及び反射波b4との間には、
3=S31・a1+S32・a2 …(4)
4=S41・a1+S42・a2 …(5)
の関係がある。
Assuming that S parameter components indicating transmission characteristics between the input port P1 and the first and second detection ports P3 and P4 are S 31 , S 32 , S 41 and S 42 , the traveling wave a 1 and the reflected wave b 2 between the traveling wave b 3 and the reflected wave b 4
b 3 = S 31 · a 1 + S 32 · a 2 (4)
b 4 = S 41 · a 1 + S 42 · a 2 (5)
There is a relationship.

(4)式及び(5)式を進行波b3及び反射波b4から進行波a1と反射波a2を求める式に変形すると、
1=S13・b3+S14・b4 …(6)
2=S23・b3+S24・b4 …(7)
但し、S13=S42/Δ …(8a)
23=−S41/Δ …(8b)
14=−S32/Δ …(8c)
24=S31/Δ …(8d)
Δ=S31・S42+S32・S41 …(8e)
となる。
When the equations (4) and (5) are transformed into equations for obtaining the traveling wave a 1 and the reflected wave a 2 from the traveling wave b 3 and the reflected wave b 4 ,
a 1 = S 13 · b 3 + S 14 · b 4 (6)
a 2 = S 23 · b 3 + S 24 · b 4 (7)
However, S 13 = S 42 / Δ (8a)
S 23 = −S 41 / Δ (8b)
S 14 = −S 32 / Δ (8c)
S 24 = S 31 / Δ (8d)
Δ = S 31 · S 42 + S 32 · S 41 (8e)
It becomes.

(6)式及び(7)式は、異周波fn毎のSパラメータ(S31,S32,S41,S42)若しくは(S13,S23,S14,S24)が既知であれば、進行波b3から異周波fnの成分b3(fn)((fn)は、異周波fnの成分であることを示す。以下、同じ。)と反射波b4から異周波fnの成分b4(fn)を検出し、両検出値b3(fn),b4(fn)と異周波fnのSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))若しくは(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))を用いて(6)式及び(7)式を演算すれば、入力ポートP1側の伝送線路を伝送する異周波fnの進行波a1(fn)(推定値)と出力ポートP2側の伝送線路を伝送する異周波fnの反射波a2(fn)(推定値)を求めることができることを示している。 In the equations (6) and (7), the S parameter (S 31 , S 32 , S 41 , S 42 ) or (S 13 , S 23 , S 14 , S 24 ) for each different frequency f n is known. if component b 3 different frequency f n from the traveling wave b 3 (f n) ((f n) is shown. below that is a component of a different frequency f n, the same.) and different from the reflected wave b 4 detecting the frequency f n component b 4 of (f n), both detection values b 3 (f n), b 4 (f n) and S parameters of different frequency f n (S 31 (f n ), S 32 ( f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) or (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) (6) and (7) are calculated, the traveling wave a 1 (f n ) (estimated value) of the different frequency f n transmitted through the transmission line on the input port P 1 side and the output port P 2 side are calculated. It shows that the reflected wave a 2 (f n ) (estimated value) of the different frequency f n transmitted through the transmission line can be obtained.

異周波fnの周波数領域では、双方向性結合器のアイソレーション特性が不十分であるから、異周波fnの進行波b3(fn)には進行波a1(fn)に対して無視できない割合で反射波a2(fn)が含まれ、異周波fnの反射波b4(fn)には反射波a2(fn)に対して無視できない割合で進行波a1(fn)が含まれている。このため、異周波fnの進行波b3(fn)と反射波b4(fn)の検出精度は不十分である。 In the frequency domain the different frequency f n, because isolation characteristics of the bidirectional coupler is insufficient, to the traveling wave a 1 (f n) is the traveling wave b 3 different frequency f n (f n) The reflected wave a 2 (f n ) is included at a rate that cannot be ignored, and the reflected wave b 4 (f n ) of the different frequency f n is a traveling wave a at a rate that cannot be ignored relative to the reflected wave a 2 (f n ). 1 (f n ) is included. For this reason, the detection accuracy of the traveling wave b 3 (f n ) and the reflected wave b 4 (f n ) of the different frequency f n is insufficient.

一方、異周波fnの進行波a1(fn)は双方向性結合器の入力ポートP1側の伝送線路を伝送する異周波fnの進行波の推定値であり、異周波fnの反射波a2(fn)は双方向性結合器の出力ポートP2側の伝送線路を伝送する異周波fnの反射波の推定値であるから、いずれも双方向性結合器のアイソレーション特性の影響を受けておらず、進行波b3(fn)及び反射波b4(fn)よりも高い精度を有している。本実施形態では、第1の検出ポートP3から出力される進行波b3(fn)の検出値と第2の検出ポートP4から出力される反射波b4(fn)の検出値を、周波数fnのSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))若しくは(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))を用いて、入力ポートP1の進行波a1(fn)と出力ポートP2の反射波a2(fn)に補正することにより、異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnの検出精度を信頼性のあるレベルにしている。 On the other hand, a traveling wave a 1 of different frequency f n (f n) is an estimate of the traveling wave of a different frequency f n to transmit the transmission line of the input port P 1 side of the bidirectional coupler, different frequency f n The reflected wave a 2 (f n ) is an estimated value of the reflected wave of the different frequency f n transmitted through the transmission line on the output port P 2 side of the bidirectional coupler. And has higher accuracy than the traveling wave b 3 (f n ) and the reflected wave b 4 (f n ). In the present embodiment, the detection value of the traveling wave b 3 (f n ) output from the first detection port P 3 and the detection value of the reflected wave b 4 (f n ) output from the second detection port P 4 the frequency S-parameters of f n (S 31 (f n ), S 32 (f n), S 41 (f n), S 42 (f n)) or (S 13 (f n), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) to correct the traveling wave a 1 (f n ) of the input port P 1 and the reflected wave a 2 (f n ) of the output port P 2 By doing so, the detection accuracy of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn of the different frequency f n is set to a reliable level.

上述したように、本実施形態では、RF検出部24に用いる双方向性結合器の異周波fn毎のSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))若しくは(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))が必要であるので、ネットワーク・アナライザーを用いて、抽出しようとする全ての異周波fnについて、双方向性結合器のSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))若しくは(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))を測定し、各測定値を異周波fnに対応つけて補正データ記憶部274dに記憶している。 As described above, in this embodiment, the S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ) for each different frequency f n of the bidirectional coupler used in the RF detector 24 is used. ), S 42 (f n )) or (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )), a network analyzer is used. For all the different frequencies f n to be extracted, the S-parameters (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n ) of the bidirectional coupler are extracted. ) Or (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )), and stores the correction data in association with each measured value corresponding to the different frequency f n Stored in the unit 274d.

Sパラメータの成分S31は、ネットワーク・アナライザーの第1のポートPAと第2のポートPBをそれぞれ双方向性結合器の入力ポートP1と第1の検出ポートP3に接続し、第1のポートPAから出力された異周波fnの基準高周波信号を入力ポートP1から双方向性結合器に入力し、第1の検出ポートP3から出力される高周波信号を第2のポートPBに入力する構成で測定される。異周波fnの基準高周波信号を「a1(fn)」、第1の検出ポートP3から出力される高周波信号を「b3(fn)」とすると、ネットワーク・アナライザーでb3(fn)/a1(fn)の演算を行うことにより成分S31(fn)が測定される。 The S parameter component S 31 connects the first port P A and the second port P B of the network analyzer to the input port P 1 and the first detection port P 3 of the bidirectional coupler, respectively. a reference frequency signal of a different frequency f n which is output from the first port P a inputted from the input port P 1 to the bidirectional coupler, a high-frequency signal outputted from the first detection port P 3 second port Measured with configuration input to P B. Assuming that the reference high frequency signal of the different frequency f n is “a 1 (f n )” and the high frequency signal output from the first detection port P 3 is “b 3 (f n )”, the network analyzer uses b 3 ( The component S 31 (f n ) is measured by calculating f n ) / a 1 (f n ).

Sパラメータの成分S41は、ネットワーク・アナライザーの第1のポートPAと第2のポートPBをそれぞれ双方向性結合器の入力ポートP1と第2の検出ポートP4に接続し、第1のポートPAから出力された異周波fnの基準高周波信号を入力ポートP1から双方向性結合器に入力し、第2の検出ポートP4から出力される高周波信号を第2のポートPBに入力する構成で測定される。異周波fnの基準高周波信号を「a1(fn)」、第2の検出ポートP4から出力される高周波信号を「b4(fn)」とすると、ネットワーク・アナライザーでb4(fn)/a1(fn)の演算を行うことにより成分S41(fn)が測定される。 The S parameter component S 41 connects the first port P A and the second port P B of the network analyzer to the input port P 1 and the second detection port P 4 of the bidirectional coupler, respectively. a reference frequency signal of a different frequency f n which is output from the first port P a inputted from the input port P 1 to the bidirectional coupler, a high-frequency signal outputted from the second detection port P 4 second port Measured with configuration input to P B. Assuming that the reference high-frequency signal of the different frequency f n is “a 1 (f n )” and the high-frequency signal output from the second detection port P 4 is “b 4 (f n )”, the network analyzer uses b 4 ( The component S 41 (f n ) is measured by calculating f n ) / a 1 (f n ).

Sパラメータの成分S32は、ネットワーク・アナライザーの第1のポートPAと第2のポートPBをそれぞれ双方向性結合器の出力ポートP2と第1の検出ポートP3に接続し、第1のポートPAから出力された異周波fnの基準高周波信号を出力ポートP2から双方向性結合器に入力し、第1の検出ポートP3から出力される高周波信号を第2のポートPBに入力する構成で測定される。異周波fnの基準高周波信号を「a2(fn)」、第2の検出ポートP3から出力される高周波信号を「b3(fn)」とすると、ネットワーク・アナライザーでb3(fn)/a2(fn)の演算を行うことにより成分S32(fn)が測定される。 The S parameter component S 32 connects the first port P A and the second port P B of the network analyzer to the output port P 2 and the first detection port P 3 of the bidirectional coupler, respectively. a reference frequency signal of a different frequency f n output from first port P a input from the output port P 2 to the bidirectional coupler, a high-frequency signal outputted from the first detection port P 3 second port Measured with configuration input to P B. A reference frequency signal of different frequency f n "a 2 (f n)", when the high frequency signal outputted from the second detection port P 3 and "b 3 (f n)", b 3 a network analyzer ( The component S 32 (f n ) is measured by calculating f n ) / a 2 (f n ).

Sパラメータの成分S42は、ネットワーク・アナライザーの第1のポートPAと第2のポートPBをそれぞれ双方向性結合器の出力ポートP2と第2の検出ポートP4に接続し、第1のポートPAから出力された異周波fnの基準高周波信号を出力ポートP2から双方向性結合器に入力し、第2の検出ポートP4から出力される高周波信号を第2のポートPBに入力する構成で測定される。異周波fnの基準高周波信号を「a2(fn)」、第2の検出ポートP4から出力される高周波信号を「b4(fn)」とすると、ネットワーク・アナライザーでb4(fn)/a2(fn)の演算を行うことにより成分S42(fn)が測定される。 The S parameter component S 42 connects the first port P A and the second port P B of the network analyzer to the output port P 2 and the second detection port P 4 of the bidirectional coupler, respectively. a reference frequency signal of a different frequency f n which is output from the first port P a input from the output port P 2 to the bidirectional coupler, a high-frequency signal outputted from the second detection port P 4 second port Measured with configuration input to P B. Assuming that the reference high-frequency signal of the different frequency f n is “a 2 (f n )” and the high-frequency signal output from the second detection port P 4 is “b 4 (f n )”, the network analyzer uses b 4 ( The component S 42 (f n ) is measured by calculating f n ) / a 2 (f n ).

ネットワーク・アナライザーで測定された異周波fn毎のSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))は、RF電力制御部27に出力され、補正データ記憶部274dに異周波fnに対応つけて記憶される。なお、RF電力制御部27で(8a)式〜(8e)式の演算を行ってSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))の測定値をSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))に変換した後、異周波fnに対応付けて補正データ記憶部274dに記憶するようにしてもよい。 The S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) for each different frequency f n measured by the network analyzer is an RF power control unit. 27 and stored in the correction data storage unit 274d in association with the different frequency f n . Note that the RF power control unit 27 performs calculations of equations (8a) to (8e) to obtain S parameters (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) are converted into S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) and then associated with different frequencies f n Then, it may be stored in the correction data storage unit 274d.

図5は、補正データ記憶部274dにおける補正データ(Sパラメータのデータ)の記憶内容を示すイメージ図である。   FIG. 5 is an image diagram showing the contents of correction data (S parameter data) stored in the correction data storage unit 274d.

補正データ記憶部274dは、N個の記憶領域に分けられ、各記憶領域に異周波fnとSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))の測定値が記憶されている。異周波fnとSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))の測定値は、識別番号順に並べて各記憶領域にアドレス順に順番に記憶されている。図5では、Sパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))の測定値を記憶しているが、Sパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))をSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))に変換した値を記憶してもよい。 The correction data storage unit 274d is divided into N storage areas. Each storage area has a different frequency f n and S parameters (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) is stored. The measured values of the different frequency f n and the S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) are arranged in the order of the identification number and addressed to each storage area. They are stored in order. In FIG. 5, the measured values of the S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) are stored, but the S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) are changed to S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n )) , S 24 (f n )) may be stored.

補正データ記憶部274dにSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))の測定値が直接記憶されている場合は、異周波補正部274cは、先ず、進行波電圧vfn及び反射波電圧vrnの異周波fnに対応するSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))を補正データ記憶部274dから読み出し、(8a)式〜(8e)式を演算してそのSパラメータ(S31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn))をSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))に変換する。その後、異周波補正部274cは、BPF274aから出力される進行波電圧vfnと、BPF274bから出力される反射波電圧vrnと、Sパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))とを用いて(6)式及び(7)式を演算することにより入力ポートP1側の伝送線路を伝送する異周波fnの進行波電圧vfn’(推定値)(上記のa1(fn)に相当)と出力ポートP2側の伝送線路を伝送する異周波fnの反射波電圧vrn’(推定値)(上記のa2(fn)に相当)を算出する。 If the measured values of the S parameter (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n )) are directly stored in the correction data storage unit 274d, the correction data storage unit 274d First, the frequency correction unit 274c first sets S parameters (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n )) corresponding to the different frequencies f n of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn. , S 42 (f n )) is read out from the correction data storage unit 274d, the equations (8a) to (8e) are calculated, and the S parameters (S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 ) are calculated. (f n ), S 42 (f n )) are converted into S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )). Thereafter, the different frequency correction unit 274c outputs the traveling wave voltage v fn output from the BPF 274a, the reflected wave voltage v rn output from the BPF 274b, and the S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) are used to calculate the equations (6) and (7), and the traveling wave of the different frequency f n transmitted through the transmission line on the input port P 1 side. Voltage v fn ′ (estimated value) (corresponding to the above a 1 (f n )) and reflected wave voltage v rn ′ (estimated value) of different frequency f n transmitted through the transmission line on the output port P 2 side (above a 2 (f n )).

一方、補正データ記憶部274dに変換後のSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))が記憶されている場合は、異周波補正部274cは、進行波電圧vfn及び反射波電圧vrnの異周波fnに対応するSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))を補正データ記憶部274dから読み出し、そのSパラメータ(S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn))と、BPF274aから出力される進行波電圧vfnと、BPF274bから出力される反射波電圧vrnとを用いて(6)式及び(7)式を演算することにより入力ポートP1側の伝送線路を伝送する異周波fnの進行波電圧vfn’(推定値)と出力ポートP2側の伝送線路を伝送する異周波fnの反射波電圧vrn’(推定値)を算出する。 On the other hand, when the converted S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) are stored in the correction data storage unit 274d, The different frequency correction unit 274c includes S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 14 corresponding to the different frequencies f n of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn . S 24 (f n )) is read from the correction data storage unit 274d, and its S parameters (S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), S 24 (f n )) are The transmission wave on the input port P 1 side is transmitted by calculating the expressions (6) and (7) using the traveling wave voltage v fn output from the BPF 274a and the reflected wave voltage v rn output from the BPF 274b. to calculate the traveling wave voltage v fn of different frequency f n 'reflected wave voltage v rn different frequency f n to transmit transmission lines (estimated value) and the output port P 2 side' (estimated value).

次に、図6のフローチャートを用いて、RF電力制御部27における出力電力の制御手順について説明する。   Next, the control procedure of the output power in the RF power control unit 27 will be described using the flowchart of FIG.

RF電力制御部27は、高周波電源2が高周波電力の出力を開始すると、その出力を停止するまで所定の周期で図6の制御手順を繰り返す。   When the high frequency power supply 2 starts outputting high frequency power, the RF power control unit 27 repeats the control procedure of FIG. 6 at a predetermined cycle until the output is stopped.

RF電力制御部27は、制御処理を開始すると、まず、高周波電力の出力目標値Psetを設定する(S1)。続いて、RF電力制御部27は、直流電圧検出部28Aから出力される直流電圧Vdcと直流電流検出部28Bから出力される直流電流Idcを読み込むとともに、RF検出部24から出力される進行波電圧vfと反射波電圧vrを読み込む(S2)。RF電力制御部27は、読み込んだ直流電圧Vdcと直流電流Idcの乗算を行ってDC-DC変換部22からDC−RF変換部23に供給される直流電力Pdcを算出する(S3)。 When starting the control process, the RF power control unit 27 first sets the output target value P set of the high frequency power (S1). Subsequently, the RF power control unit 27 reads the DC voltage V dc output from the DC voltage detection unit 28A and the DC current I dc output from the DC current detection unit 28B, and the progress output from the RF detection unit 24. The wave voltage v f and the reflected wave voltage v r are read (S2). The RF power control unit 27 calculates the DC power P dc supplied from the DC-DC conversion unit 22 to the DC-RF conversion unit 23 by multiplying the read DC voltage V dc and the DC current I dc (S3). .

続いて、RF電力制御部27は、読み込んだ進行波電圧vfと反射波電圧vrに対して基本波fFを中心周波数とするバンドパス・フィルタのフィルタリング処理を行って、基本波fFの進行波電圧vfFと反射波電圧vrFを抽出し(S4)、その進行波電圧vfFと反射波電圧vrFを用いて所定の演算処理により基本波fFの進行波電力PfFと反射波電力PrFを算出する(S5)。また、RF電力制御部27は、基本波fFの進行波電力PfF及び反射波電力PrFの算出処理と並行して異周波fn毎に進行波電力Pfn及び反射波電力Prnの算出処理を行う(S6〜S10)。 Subsequently, the RF power control unit 27 performs a filtering process of a band-pass filter having the fundamental wave f F as a center frequency on the read traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r , thereby obtaining the fundamental wave f F. The traveling wave voltage v fF and the reflected wave voltage v rF are extracted (S4), and the traveling wave power P fF of the fundamental wave f F is obtained by a predetermined calculation process using the traveling wave voltage v fF and the reflected wave voltage v rF. The reflected wave power P rF is calculated (S5). Further, the RF power control unit 27 calculates the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn for each different frequency f n in parallel with the calculation processing of the traveling wave power P fF and the reflected wave power P rF of the fundamental wave f F. Calculation processing is performed (S6 to S10).

すなわち、RF電力制御部27は、読み込んだ進行波電圧vfと反射波電圧vrに対して異周波fnを中心周波数とするバンドパス・フィルタのフィルタリング処理を行って、各異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する(S6)。続いて、RF電力制御部27は、補正データ記憶部274dから各異周波fnのSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を読み出し(S7)、上記した(8a)式〜(8e)式の演算を行ってSパラメータS13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn)に変換する(S8)。続いて、RF電力制御部27は、抽出した各異周波fnの進行波電圧vfn及び反射波電圧vrnとSパラメータS13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn)用いて、上記した(6)式及び(7)式の演算を行ってRF検出部24の入力ポートP1における各異周波fnの進行波電圧vfn’とRF検出部24の出力ポートP2における異周波fnの反射波電圧vrn’を算出する(S9)。そして、RF電力制御部27は、算出した各異周波fnの進行波電圧vfn’と反射波電圧vrn’を用いて所定の演算処理により各異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出する(S10)。 That is, the RF power control unit 27 performs a bandpass filter filtering process with the different frequency f n as the center frequency on the read traveling wave voltage v f and reflected wave voltage v r , and outputs each different frequency f n. The traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn are extracted (S6). Subsequently, the RF power control unit 27 stores the S parameters S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n ) of each different frequency f n from the correction data storage unit 274d. ) reads (S7), and the equation (8a) ~ (S parameter S 13 performs an operation of 8e) formula (f n), S 23 ( f n), S 14 (f n), S 24 (f n ) (S8). Subsequently, the RF power control unit 27 extracts the traveling wave voltage v fn and reflected wave voltage v rn of each extracted different frequency f n and S parameters S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ) and S 24 (f n ) are used to calculate the above-described equations (6) and (7), and the traveling wave voltages v fn ′ of the different frequencies f n at the input port P 1 of the RF detector 24. And the reflected wave voltage v rn ′ of the different frequency f n at the output port P 2 of the RF detector 24 is calculated (S9). Then, the RF power control unit 27 uses the calculated traveling wave voltage v fn ′ of each different frequency f n and the reflected wave voltage v rn ′ to calculate the traveling wave power P fn of each different frequency f n by a predetermined calculation process. The reflected wave power P rn is calculated (S10).

基本波fFの進行波電力PfF及び反射波電力PrFと各異周波fnの進行波電力Pfn及び反射波電力Prnを算出すると、RF電力制御部27は、基本波fFの進行波電力PfFと全ての異周波fnの進行波電力Pfnを加算して進行波電力Pfを算出するとともに、基本波fFの反射波電力PrFと全ての異周波fnの反射波電力Prnを加算して反射波電力Prを算出する(S11)。また、RF電力制御部27は、算出した進行波電力Pfと反射波電力Prを加算してRF検出部24の入力ポートP1を伝送する高周波電力P=Pf+Prを算出する(S11)。 When the traveling wave power P fF and the reflected wave power P rF of the fundamental wave f F and the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn of each different frequency f n are calculated, the RF power control unit 27 calculates the fundamental wave f F. by adding the forward power P fF and forward power P fn of all the different frequency f n to calculate the forward power P f, the reflected power P rF and all of the fundamental wave f F of different frequencies f n by adding the reflected power P rn calculates the reflected power P r (S11). Further, the RF power control unit 27 adds the calculated traveling wave power P f and the reflected wave power P r to calculate the high frequency power P = P f + P r transmitted through the input port P 1 of the RF detection unit 24 ( S11).

続いて、RF電力制御部27は、算出した直流電力Pdc、進行波電力Pf及び反射波電力Prを用いて、上記の(2)式を演算することによりDC−RF変換部23における電力損失Plossを算出する(S12)。なお、ステップS12では、(2)式の電力損失Plossに代えて(3)式の電力損失Plossを算出するようにしてもよい。 Subsequently, the RF power control unit 27 uses the calculated DC power P dc , traveling wave power P f, and reflected wave power P r to calculate the above equation (2), and thereby the DC-RF conversion unit 23 The power loss P loss is calculated (S12). In step S12, it may be calculated (2) of the place of the power loss P loss (3) expression of the power loss P loss.

続いて、RF電力制御部27は、算出した電力損失Plossを予め設定された基準値Pkと比較するとともに(S13)、算出した高周波電力Pを予め設定された基準値Phと比較する(S14)。RF電力制御部27は、Pk<Plossであれば(S13:NO)、上述した損失低減制御によりDC−RF変換部23から出力される高周波電力の電力値を制御して(S15)、ステップS1に戻り、Ploss≦Pk及びP≦Phであれば(S13:YES,S14:YES)、上述した進行波電力一定制御によりDC−RF変換部23から出力される高周波電力の電力値を制御して(S16)、ステップS1に戻り、Ploss≦Pk及びPh<Pであれば(S13:YES,S14:NO)、上述した反射保護制御によりDC−RF変換部23から出力される高周波電力の電力値を制御して(S17)、ステップS1に戻る。 Then, RF power control unit 27, the calculated power loss P loss the preset well as compared with the reference value P k (S13), compares the calculated high-frequency power P a preset reference value P h (S14). If P k <P loss (S13: NO), the RF power control unit 27 controls the power value of the high-frequency power output from the DC-RF conversion unit 23 by the loss reduction control described above (S15). Returning to step S1, if P loss ≦ P k and P ≦ P h (S13: YES, S14: YES), the power of the high-frequency power output from the DC-RF converter 23 by the traveling wave power constant control described above. The value is controlled (S16), and the process returns to step S1. If P loss ≦ P k and P h <P (S13: YES, S14: NO), the DC-RF converter 23 performs the above-described reflection protection control. The power value of the output high frequency power is controlled (S17), and the process returns to step S1.

図6の制御手順では、検出対象とするN個の異周波fnの全てに対してSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を予め測定し、補正データ記憶部274dに記憶しておく場合について説明したが、N個の異周波fnについて取得したSパラメータの成分毎の周波数特性に近似曲線が得られるようであれば、成分毎に近似曲線を設定し、N個の異周波fnの一部についてSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)の測定値を補正データ記憶部274dの記憶しておき、残りの異周波fnのSパラメータの各成分は、測定済みのSパラメータを用いて近似曲線による補間演算により算出するようにしてもよい。この場合は、補正データ記憶部274dの記憶容量を低減することができる利点がある。 In the control procedure of FIG. 6, S parameters S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f) are applied to all N different frequencies f n to be detected. Although n ) was measured in advance and stored in the correction data storage unit 274d, an approximate curve may be obtained for the frequency characteristics of each component of the S parameter acquired for N different frequencies f n. if, to set the approximate curve for each component, S parameter S 31 (f n) for some of the n different frequency f n, S 32 (f n ), S 41 (f n), S 42 (f n ) Is stored in the correction data storage unit 274d, and the remaining components of the S parameter of the different frequency f n are calculated by interpolation using an approximate curve using the measured S parameter. Good. In this case, there is an advantage that the storage capacity of the correction data storage unit 274d can be reduced.

例えば、Sパラメータが異周波fmについては未測定で、当該異周波fmに隣接する異周波fm-1,fm+1について測定済みの場合、ステップS7で、Sパラメータの成分毎に異周波fm-1,fm+1の測定値を読み出し、成分毎の近似曲線と両測定値を用いて補間演算により異周波fmのSパラメータの成分を算出する処理をすればよい。 For example, in unmeasured S parameters for different frequency f m, different frequency f m-1 adjacent to the different frequency f m, f m + 1 if already measured for, at step S7, for each component of the S-parameter The measurement values of the different frequencies f m−1 and f m + 1 may be read out and the S parameter component of the different frequency f m may be calculated by interpolation using the approximate curve for each component and both measurement values.

上記のように、本実施形態に係る高周波電源2によれば、RF検出部24で検出される進行波電圧vfと反射波電圧vrから予め設定された異周波fnのバンドパス・フィルタのフィルタリング処理により異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出した後、異周波fn毎に予め取得したRF検出部24のSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を用いてRF検出部24の入力ポートP1における進行波電圧vfn’と出力ポートP2における反射波電圧vrn’に変換するようにしているので、RF検出部24の構成の複雑化や大型化を招くことなく、異周波fnの進行波電圧vfn’と反射波電圧vrn’の検出精度を高めることができる。 As described above, according to the high frequency power supply 2 according to the present embodiment, the band-pass filter having a different frequency f n set in advance from the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r detected by the RF detection unit 24. the filtering process and the traveling wave voltage v fn of different frequency f n after extracting the reflected wave voltage v rn, S parameter S 31 of the RF detector 24 in advance acquired for each different frequency f n (f n), S 32 Using (f n ), S 41 (f n ), and S 42 (f n ), the traveling wave voltage v fn ′ at the input port P 1 of the RF detector 24 and the reflected wave voltage v rn ′ at the output port P 2 are obtained. Since the conversion is performed, the detection accuracy of the traveling wave voltage v fn ′ and the reflected wave voltage v rn ′ of the different frequency f n can be improved without complicating or increasing the size of the configuration of the RF detection unit 24. it can.

また、異周波fnの進行波電圧vfn’と反射波電圧vrn’を用いて損失低減制御と反射保護制御による出力制御をするので、その出力制御を高精度で行うことができる。 Further, since the output control is performed by the loss reduction control and the reflection protection control using the traveling wave voltage v fn ′ and the reflected wave voltage v rn ′ of the different frequency f n , the output control can be performed with high accuracy.

ところで、上記の実施形態では、Sパラメータを測定した全ての異周波fn(n=1,2,…N)について、進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出するようにしているが(図6のステップS10,S11の処理参照)、プラズマ処理の内容によっては、N個の異周波fnのうち、一部の異周波fnは、ステップS11の進行波電力Pf(=PfF+ΣPfn)と反射波電力Pr(=PrF+ΣPrn)の算出値に影響を与えない場合がある。 In the above embodiment, the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn are calculated for all the different frequencies f n (n = 1, 2,... N) for which the S parameter is measured. (see the process in step S10, S11 in FIG. 6), depending on the contents of the plasma treatment, among the n different frequency f n, some of the different frequency f n is forward power P f of the step S11 (= P fF + ΣP fn ) and reflected wave power P r (= P rF + ΣP rn ) may not be affected.

また、プラズマ処理装置4では、プラズマ処理中に負荷インピーダンスZLが時々刻々と変化するので、その負荷インピーダンスZLの変化に応じて各異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnも変動し、N個の異周波fnのうち、一部の異周波fnがステップS11の進行波電力Pf(=PfF+ΣPfn)と反射波電力Pr(=PrF+ΣPrn)の算出値に影響を与えなくなる場合もある。 Further, in the plasma processing apparatus 4, the load impedance Z L during plasma processing are changed every moment, the load impedance Z L according to the change of the traveling-wave power of each different frequency f n P fn and the reflected wave power P rn also varies, and among the N different frequencies f n , some of the different frequencies f n are the traveling wave power P f (= P fF + ΣP fn ) and the reflected wave power P r (= P rF + ΣP rn ) in step S11. ) May not affect the calculated value.

このような場合は、ステップS11の進行波電力Pfと反射波電力Prの算出値に影響を与えない異周波fnについても、ステップS6〜S10の処理を行うことはRF電力制御部27の処理負担と処理時間を必要以上に大きくすることになるので、ステップS11の進行波電力Pfと反射波電力Prの算出値に影響を与える異周波fnについてだけステップS6〜S10の処理をすることが好ましい。 In such a case, the processing of steps S6 to S10 is performed on the RF power control unit 27 for different frequencies f n that do not affect the calculated values of the traveling wave power P f and the reflected wave power P r in step S11. it means to increase the processing load and processing time than necessary, the process of only step S6~S10 for different frequency f n that affect the calculated value of the reflected power P r and forward power P f of the step S11 It is preferable to

図7は、図6のフローチャートに対して、ステップS11の進行波電力Pfと反射波電力Prの算出値に影響を与える異周波fnについてだけステップS6〜S10の処理をするように処理手順を変形したフローチャートの一例である。 FIG. 7 is a process in which the processes of steps S6 to S10 are performed only for different frequencies f n that affect the calculated values of the traveling wave power P f and the reflected wave power P r in step S11. It is an example of the flowchart which deform | transformed the procedure.

図7のフローチャートは、図6のフローチャートにおいて、ステップS1の前(すなわち、出力電力の制御を開始する前)に図8に示すステップS20の処理を追加したものである。ステップS20の処理は、ステップS11の進行波電力Pfと反射波電力Prの算出値に影響を与える異周波fnを異周波検出部274で抽出すべき異周波fnとして設定する処理である。 The flowchart of FIG. 7 is obtained by adding the process of step S20 shown in FIG. 8 before step S1 (that is, before starting control of output power) in the flowchart of FIG. Processing in step S20 is a process of setting a different frequency f n that affect the calculated value of the reflected power P r and forward power P f of the step S11 as the different frequency f n to be extracted in different frequency detecting unit 274 is there.

図7のフローチャートは、上述した図6の処理手順に対してステップS20とステップS6’の処理内容が異なるだけであるので、以下では、その相違する部分についてだけ説明する。   The flowchart of FIG. 7 differs from the above-described processing procedure of FIG. 6 only in the processing contents of step S20 and step S6 ', and only the differences will be described below.

図7の処理手順では、出力電力の制御を開始すると、まず、ステップS20に移行し、図8に示す処理手順に従って異周波検出部274で抽出すべき異周波fnの設定が行われる。 In the processing procedure of FIG. 7, when the control of the output power is started, first, the process proceeds to step S20, and the different frequency f n to be extracted by the different frequency detection unit 274 is set according to the processing procedure shown in FIG.

ステップS20に移行すると、RF電力制御部27は、作業者による入力操作や予め設定されたプログラムによって入力される異周波抽出用の電力閾値Pthを設定する(S20−1)。続いて、RF電力制御部27は、Sパラメータが測定されている異周波fnの数Nをカウントするカウンタnに「1」をセットし(S20−2)、n番目の異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する(S20−3)。 When the process proceeds to step S20, the RF power control unit 27 sets the power threshold P th for different frequency extraction input by the operator's input operation or a preset program (S20-1). Subsequently, the RF power control unit 27 sets “1” to a counter n that counts the number N of different frequencies f n for which the S parameter is measured (S20-2), and sets the n-th different frequency f n . The traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn are extracted (S20-3).

RF電力制御部27は、RF検出部24から出力される進行波電圧vfと反射波電圧vrを読み込み、その進行波電圧vfと反射波電圧vrに対して異周波fnを中心周波数とするバンドパス・フィルタのフィルタリング処理を行って、異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する。 RF power control unit 27 reads the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r outputted from the RF detector 24, mainly in different frequency f n with respect to its traveling wave voltage v f reflected wave voltage v r A band-pass filter filtering process is performed to extract a traveling wave voltage v fn and a reflected wave voltage v rn having different frequencies f n .

続いて、RF電力制御部27は、抽出した異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnに対してステップS6〜S10の処理と同様の処理を行って異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出する。すなわち、RF電力制御部27は、抽出した異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを当該異周波fnのSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を用いてRF検出部24の入力ポートP1における異周波fnの進行波電圧vfn’とRF検出部24の出力ポートP2における異周波fnの反射波電圧vrn’に変換した後、その進行波電圧vfn’と反射波電圧vrn’を用いて所定の演算処理により異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出する。 Then, RF power control unit 27, the traveling of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v performs processing similar to the processing in step S6~S10 respect rn different frequency f n of the extracted inter-frequency f n The wave power P fn and the reflected wave power P rn are calculated. That, RF power control unit 27, S parameters S 31 (f n) of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v corresponding to rn different frequency f n of the extracted inter-frequency f n, S 32 (f n ), Using S 41 (f n ) and S 42 (f n ), the traveling wave voltage v fn ′ of the different frequency f n at the input port P 1 of the RF detector 24 and the different frequency at the output port P 2 of the RF detector 24 are used. 'after conversion into, the traveling wave voltage v fn' reflected wave voltage v rn of f n reflected power and forward power P fn of different frequency f n by a predetermined calculation processing by using the reflected wave voltage v rn 'and P rn is calculated.

そして、RF電力制御部27は、進行波電力Pfnと反射波電力Prnを加算して異周波fnの電力Pnを算出する(S20−4)。 Then, the RF power control unit 27 adds the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn to calculate the power P n of the different frequency f n (S20-4).

続いて、RF電力制御部27は、算出した電力Pnを閾値Pthと比較し(S20−5)、Pth<Pnであれば(S20−5:YES)、n番目の異周波fnをRAMに保存して(S20−6)、ステップS20-7に移行する。一方、Pn≦Pthであれば(S20−5:NO)、RF電力制御部27は、ステップS20−6をスキップしてステップS20-7に移行する。 Subsequently, the RF power control unit 27 compares the calculated power P n with the threshold value P th (S20-5), and if P th <P n (S20-5: YES), the nth different frequency f. n is stored in the RAM (S20-6), and the process proceeds to step S20-7. On the other hand, if P n ≦ P th (S20-5: NO), the RF power control unit 27 skips step S20-6 and proceeds to step S20-7.

ステップS20−7に移行すると、RF電力制御部27は、カウンタnの値が「N」に達しているか否かを判別し(S20−7)、n<Nであれば(S20−7:NO)、カウンタnを「1」だけ増加して(S20−8)、ステップS20−3に戻り、n=Nになっていれば(S20−7:YES)、異周波fnの設定処理を終了し、図7のステップS1に移行する。すなわち、図6を用いて説明した出力電力の制御処理に移行する。 In step S20-7, the RF power control unit 27 determines whether or not the value of the counter n has reached “N” (S20-7), and if n <N (S20-7: NO). ), the counter n increases by "1" (S20-8), the process returns to step S20-3, if turned n = n (S20-7: YES) , ends the setting processing of the different frequency f n Then, the process proceeds to step S1 in FIG. That is, the process proceeds to the output power control process described with reference to FIG.

図7のフローチャートでは、ステップS20でN個の異周波fnのうち、異周波検出部274で抽出すべき異周波fnが設定されるので、ステップS6’では、ステップS20で設定された異周波fnに対してだけ進行波電圧vfnと反射波電圧vrnが抽出される。従って、ステップS7〜S10でもステップS20で設定された異周波fnに対してだけ進行波電力Pfnと反射波電力Prnが算出される。 In the flowchart of FIG. 7, of the N different frequency f n in step S20, since different frequency f n to be extracted in different frequency detecting unit 274 is set, in step S6 ', set in step S20 different A traveling wave voltage v fn and a reflected wave voltage v rn are extracted only for the frequency f n . Accordingly, also in steps S7 to S10, the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn are calculated only for the different frequency f n set in step S20.

従って、図7の処理手順によれば、Sパラメータを測定したN個の異周波fnの全てに対して進行波電力Pfnと反射波電力Prnの算出処理をしないので、図6の処理手順よりもRF電力制御部27の処理負担と処理時間を低減することができる。 Therefore, according to the processing procedure of FIG. 7, the calculation processing of the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn is not performed for all of the N different frequencies f n for which the S parameter is measured. The processing load and processing time of the RF power control unit 27 can be reduced as compared with the procedure.

なお、図7のフローチャートでは、ステップS15〜S17で出力電力の制御方式を決定した後、ステップS1に戻るようにしているが、図7の点線で示すようにステップS20に戻るようにしてもよい。ステップS1に戻るようにした場合、異周波検出部274で抽出すべき異周波fnは、出力電力の制御の開始時に設定され、その設定値は出力電力の制御が終了するまで保持されるが、ステップS20に戻るようにすると、周期的に異周波fnの電力Pnをモニタしてその都度抽出すべき異周波fnが設定されるようになる。 In the flowchart of FIG. 7, the output power control method is determined in steps S15 to S17, and then the process returns to step S1. However, the process may return to step S20 as indicated by the dotted line in FIG. . When returning to step S1, the different frequency f n to be extracted by the different frequency detection unit 274 is set at the start of the output power control, and the set value is held until the control of the output power is completed. When the process returns to step S20, the power P n of the different frequency f n is periodically monitored, and the different frequency f n to be extracted each time is set.

上述したように、プラズマ処理中は負荷インピーダンスZLに応じて異周波fnの電力Pnも変動するから、異周波fnの電力Pnの変動に応じて抽出すべき異周波fnを適宜設定する方が好ましい。図7の点線で示すステップS20に戻る処理にすれば、常に最適な抽出すべき異周波fnが設定されるので、異周波fnの電力Pnの変動に応じて抽出すべき異周波fnが変化する場合にも十分に対応することができる。 As described above, since the power P n of the different frequency f n varies according to the load impedance Z L during the plasma processing, the different frequency f n to be extracted according to the variation of the power P n of the different frequency f n is determined. It is preferable to set appropriately. If the process returns to step S20 indicated by the dotted line in FIG. 7, the optimum different frequency f n to be extracted is always set, so that the different frequency f to be extracted in accordance with the fluctuation of the power P n of the different frequency f n. It is possible to sufficiently cope with the case where n changes.

なお、図7で、通常は実線で示すようにステップS15〜S17からステップS1に戻り、所定の時間が経過したときに点線で示すようにステップS15〜S17からステップS20に戻るようにしてもよい。このようにした場合は、異周波fnの変更の周期を長くすることができるので、異周波fnが頻繁に変更されて処理が複雑になるのを抑制することができる。 In FIG. 7, it is possible to return from step S15 to S17 to step S1 as indicated by a solid line, and to return from step S15 to S17 to step S20 as indicated by a dotted line when a predetermined time has elapsed. . Such was the case of the, it is possible to lengthen the period of changes of different frequency f n, can be treated different frequency f n is frequently changed can be inhibited from complication.

また、図6、図7の処理手順では、抽出すべき異周波fnの設定処理のタイミングが予めプログラムで決定されているが、作業者が異周波fnの電力Pnの変動状態をモニタして抽出すべき異周波fnの設定を行うようにしてもよい。 In the processing procedures of FIGS. 6 and 7, the timing for setting the different frequency f n to be extracted is determined in advance by the program, but the operator monitors the fluctuation state of the power P n at the different frequency f n. Thus, the different frequency f n to be extracted may be set.

図9は、図7のフローチャートに対して、作業者が異周波fnの電力Pnの変動状態をモニタして抽出すべき異周波fnの設定を行う処理を含む処理手順に変更したフローチャである。具体的には、図7のステップS20の処理内容を作業者が異周波fnの電力Pnの変動状態をモニタして抽出すべき異周波fnの設定を行う処理手順に変更したものである。 9, with respect to the flowchart of FIG. 7, the operator has changed the processing procedure including a process for setting the different frequency f n to be extracted by monitoring the variation state of the power P n of different frequency f n Furocha It is. Specifically, those workers processing contents of step S20 in FIG. 7 is changed to the processing procedure for setting different frequency f n to be extracted by monitoring the variation state of the power P n of different frequency f n is there.

図9の処理手順に対応する高周波電源2には、図10に示すように、異周波fnの電力Pnのレベルを表示する表示部29と、作業者がその表示部に異周波fnの電力Pnのレベルを表示させ、その表示に基づいて抽出すべき異周波fnを設定する操作をするための操作部30が設けられている。 The high-frequency power supply 2 corresponding to the processing procedure of FIG. 9, as shown in FIG. 10, different frequency f n of the power P and a display unit 29 for level display of n, worker different frequency f n to the display unit The operation unit 30 is provided for displaying the level of the power P n and setting the different frequency f n to be extracted based on the display.

図10の構成では、異周波電力演算部271cで演算される異周波fnの電力Pnが表示部29に表示され、作業者はその表示部29に表示された各異周波fnの電力Pnを見て抽出すべき異周波fnを判断し、その判断結果を、操作部30を操作してRF電力制御部27に入力する。異周波補正部274cには、作業者によって入力された異周波fnの情報に基づき、補正処理をすべき異周波fnが設定される。 In the configuration of FIG. 10, the power P n of the different frequency f n calculated by the different frequency power calculation unit 271 c is displayed on the display unit 29, and the operator can use the power of each different frequency f n displayed on the display unit 29. The different frequency f n to be extracted is determined by looking at P n , and the determination result is input to the RF power control unit 27 by operating the operation unit 30. The different frequency correction unit 274c, based on the information of the different frequency f n entered by the operator, different frequency f n to be the correction processing is set.

図9の処理手順では、RF電力制御部27は、出力電力の制御を開始すると、まず、作業者によって当該作業者が異周波fnを設定するための異周波設定モードに移行する操作が行われた否かが判定され(S20−1’)、操作が行われていなければ(S20−1’:NO)、直ちに図7のステップS1に移行する。この場合は、抽出すべき異周波fnがN個の異周波fnの全てに設定されているので、ステップS1からステップS6’に移行すると、N個の異周波fnの全てに対して進行波電圧vfnと反射波電圧vrnが抽出されることになる。 In the processing procedure of FIG. 9, when the RF power control unit 27 starts controlling the output power, first, the operator performs an operation of shifting to a different frequency setting mode for the worker to set the different frequency f n. If it is determined whether or not an operation has been performed (S20-1 ′: NO), the process immediately proceeds to step S1 in FIG. In this case, since different frequency f n to be extracted is set to all N different frequency f n, the process proceeds from step S1 to the step S6 ', to all of the N different frequency f n The traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn are extracted.

一方、操作が行われていれば(S20−1’:YES)、RF電力制御部27は、カウンタnに「1」をセットし(S20−2’)、n番目の異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する(S20−3’)。RF電力制御部27は、RF検出部24から出力される進行波電圧vfと反射波電圧vrを読み込み、その進行波電圧vfと反射波電圧vrに対して異周波fnを中心周波数とするバンドパス・フィルタのフィルタリング処理を行って、異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを抽出する。 On the other hand, if the operation has been performed (S20-1 ′: YES), the RF power control unit 27 sets “1” to the counter n (S20-2 ′), and the nth different frequency f n progresses. The wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn are extracted (S20-3 ′). RF power control unit 27 reads the traveling wave voltage v f and the reflected wave voltage v r outputted from the RF detector 24, mainly in different frequency f n with respect to its traveling wave voltage v f reflected wave voltage v r A band-pass filter filtering process is performed to extract a traveling wave voltage v fn and a reflected wave voltage v rn having different frequencies f n .

続いて、RF電力制御部27は、抽出した異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnに対してステップS6〜S10の処理と同様の処理を行って異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出する。すなわち、RF電力制御部27は、抽出した異周波fnの進行波電圧vfnと反射波電圧vrnを当該異周波fnのSパラメータS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を用いてRF検出部24の入力ポートP1における異周波fnの進行波電圧vfn’とRF検出部24の出力ポートP2における異周波fnの反射波電圧vrn’に変換した後、その進行波電圧vfn’と反射波電圧vrn’を用いて所定の演算処理により異周波fnの進行波電力Pfnと反射波電力Prnを算出する。 Then, RF power control unit 27, the traveling of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v performs processing similar to the processing in step S6~S10 respect rn different frequency f n of the extracted inter-frequency f n The wave power P fn and the reflected wave power P rn are calculated. That, RF power control unit 27, S parameters S 31 (f n) of the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v corresponding to rn different frequency f n of the extracted inter-frequency f n, S 32 (f n ), Using S 41 (f n ) and S 42 (f n ), the traveling wave voltage v fn ′ of the different frequency f n at the input port P 1 of the RF detector 24 and the different frequency at the output port P 2 of the RF detector 24 are used. 'after conversion into, the traveling wave voltage v fn' reflected wave voltage v rn of f n reflected power and forward power P fn of different frequency f n by a predetermined calculation processing by using the reflected wave voltage v rn 'and P rn is calculated.

そして、RF電力制御部27は、進行波電力Pfnと反射波電力Prnを加算して異周波fnの電力Pnを算出する(S20−4’)。 Then, the RF power control unit 27 adds the traveling wave power P fn and the reflected wave power P rn to calculate the power P n of the different frequency f n (S20-4 ′).

続いて、RF電力制御部27は、カウンタnの値が「N」に達しているか否かを判別し(S20−5’)、n<Nであれば(S20−5’:NO)、カウンタnを「1」だけ増加して(S20−6’)、ステップS20−3’に戻り、n=Nになっていれば(S20−5’:YES)、表示部に算出したN個の異周波fnの電力Pnを表示する(S20−7’)。これにより、作業者はN個の異周波fnの電力Pnのレベルの分布をモニタすることができる。 Subsequently, the RF power control unit 27 determines whether or not the value of the counter n has reached “N” (S20-5 ′), and if n <N (S20-5 ′: NO), the counter n is incremented by “1” (S20-6 ′), the process returns to step S20-3 ′, and if n = N (S20-5 ′: YES), the N different values calculated on the display unit The power P n of the frequency f n is displayed (S20-7 ′). Thereby, the worker can monitor the distribution of the level of the power P n of N different frequencies f n .

続いて、RF電力制御部27は、作業者により抽出すべき異周波fnの設定操作がなされたか否かを判定し(S20−8’)、異周波fnの設定をしない操作がなされると(S20−8’:NO)、現在の異周波fnの設定値を変更することなくステップS1に移行する。一方、異周波fnの設定操作がなされると(S20−8’:YES)、RAMに書き込まれている現在の異周波fnの設定値を作業者によって設定された異周波fnに変更して(S20−9’)、ステップS1に移行する。 Subsequently, the RF power control unit 27 determines whether or not the operator has performed an operation for setting the different frequency f n to be extracted (S20-8 ′), and an operation for not setting the different frequency f n is performed. (S20-8 ′: NO), the process proceeds to step S1 without changing the current setting value of the different frequency f n . On the other hand, when the different frequency f n setting operation is performed (S20-8 ′: YES), the current set value of the different frequency f n written in the RAM is changed to the different frequency f n set by the operator. (S20-9 ′), the process proceeds to step S1.

ステップS20−9’で異周波fnが変更された場合は、抽出すべき異周波fnが作業者によってN個の異周波fnのうちの一部に設定されているので、ステップS1からステップS6’に移行すると、設定された一部の異周波fnに対してだけ進行波電圧vfnと反射波電圧vrnが抽出されることになる。 If different frequency f n is changed in step S20-9 ', since different frequency f n to be extracted is set to a portion of the N different frequency f n by the operator, steps S1 When the process proceeds to step S6 ′, the traveling wave voltage v fn and the reflected wave voltage v rn are extracted only for a part of the set different frequencies f n .

図9の処理手順では、作業者により異周波設定モードに移行する操作が行われると、ステップS20-1'〜S20-9'で異周波fnの電力Pnを表示部に表示し、その表示に基づいて作業者が所望の異周波fnを抽出すべき異周波fnに設定することができるので、この場合もRF電力制御部27の処理負担と処理時間を低減することができる。 In the processing procedure of FIG. 9, when the operator performs an operation to shift to the different frequency setting mode, the power P n of the different frequency f n is displayed on the display unit in steps S20-1 ′ to S20-9 ′. it is possible to workers on the basis of the display is set to a different frequency f n to be extracted a desired different frequency f n, in this case it is possible to reduce the processing load and processing time of the RF power control unit 27 also.

また、RF電力制御部27は、ステップS15〜S17で出力電力の制御方式を決定すると、ステップS20−1’に戻って作業者が異周波設定モードに移行する操作をするか否かの監視をするので、作業者はプラズマ処理中に所望のタイミングで抽出すべき異周波fnの内容を変更することができる。そして、図9の処理手順では、作業者が異周波fnのレベルをモニタして抽出すべき異周波fnを設定するので、異周波fnの設定内容の信頼性を向上することができる。 Further, when the RF power control unit 27 determines the output power control method in steps S15 to S17, the RF power control unit 27 returns to step S20-1 ′ and monitors whether or not the operator performs an operation for shifting to the different frequency setting mode. Therefore, the operator can change the content of the different frequency f n to be extracted at a desired timing during the plasma processing. Then, in the process procedures shown in FIG. 9, the operator so to set a different frequency f n to be extracted by monitoring the levels of different frequency f n, it is possible to improve the reliability of setting the different frequency f n .

1 プラズマ処理システム
2 高周波電源
21 AC−DC変換部
22 DC−DC変換部
23 DC−RF変換部(高周波生成手段)
231 フィルタ回路
24 RF検出部(高周波検出手段)
25 駆動信号生成部
26 高周波生成部
27 RF電力制御部
271 直流制御部(異周波決定手段)
271a 直流電力演算部
271b 基本波電力演算部(基本波抽出手段)
271c 異周波電力演算部(異周波抽出手段,算出手段)
271d 制御指令値生成部(出力制御手段)
272 高周波制御部
273 基本波検出部
273a,273b バンドパス・フィルタ
274 異周波検出部
274a,274b バンドパス・フィルタ
274c 異周波補正部(マトリクスデータ補間手段)
274d 補正データ記憶部(マトリクスデータ記憶手段)
28A 直流電圧検出部
28B 直流電流検出部
29 表示部(異周波表示手段)
30 操作部(異周波設定手段)
3 インピーダンス整合装置
4 プラズマ処理装置(負荷)
5 システム制御部
6 同軸ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing system 2 High frequency power supply 21 AC-DC conversion part 22 DC-DC conversion part 23 DC-RF conversion part (high frequency production | generation means)
231 Filter circuit 24 RF detection section (high frequency detection means)
25 Drive signal generator 26 High frequency generator 27 RF power controller 271 DC controller (different frequency determining means)
271a DC power calculator 271b Fundamental power calculator (fundamental wave extraction means)
271c Different frequency power calculation unit (different frequency extraction means, calculation means)
271d Control command value generator (output control means)
272 High-frequency control unit 273 Fundamental wave detection unit 273a, 273b Band pass filter 274 Different frequency detection unit 274a, 274b Band pass filter 274c Different frequency correction unit (matrix data interpolation means)
274d Correction data storage unit (matrix data storage means)
28A DC voltage detection unit 28B DC current detection unit 29 Display unit (different frequency display means)
30 Operation part (different frequency setting means)
3 Impedance matching device 4 Plasma processing device (load)
5 System controller 6 Coaxial cable

Claims (7)

高周波を生成する高周波生成手段と、
前記高周波生成手段の後段で当該高周波生成手段から負荷に向かう進行波と当該負荷から前記高周波生成手段に向かう反射波をそれぞれ検出する高周波検出手段と、
前記高周波の基本波とは異なる所定の異周波について、前記高周波検出手段で検出される前記進行波から前記異周波の進行波を抽出し、前記高周波検出手段で検出される前記反射波から前記異周波の反射波を抽出する異周波抽出手段と、
を備えた高周波電源であって、
前記異周波毎に、予め取得された、前記高周波検出手段の2つの入出力ポートからそれぞれ当該電力検出手段に入力する2つの入力波と前記高周波検出手段から出力される前記進行波及び前記反射波との間の伝送特性を示すマトリクスデータを記憶するマトリクスデータ記憶手段と、
前記異周波抽出手段で抽出される前記異周波の進行波及び反射波に前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されたマトリクスデータを用いた所定の演算処理を行って、前記異周波の進行波と反射波をそれぞれ前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波に補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする、高周波電源。
High frequency generating means for generating high frequency;
High-frequency detection means for detecting a traveling wave from the high-frequency generation means to the load and a reflected wave from the load to the high-frequency generation means at a subsequent stage of the high-frequency generation means,
For a predetermined different frequency different from the high frequency fundamental wave, the different frequency traveling wave is extracted from the traveling wave detected by the high frequency detecting means, and the different wave is extracted from the reflected wave detected by the high frequency detecting means. Different frequency extraction means for extracting the reflected wave of the frequency,
A high frequency power source with
Two input waves input to the power detection means from two input / output ports of the high-frequency detection means, and the traveling wave and the reflected wave output from the high-frequency detection means, acquired in advance for each different frequency. Matrix data storage means for storing matrix data indicating transmission characteristics between
The different frequency traveling wave and the reflected wave are subjected to predetermined arithmetic processing using the matrix data stored in the matrix data storage means for the different frequency traveling wave and the reflected wave extracted by the different frequency extracting means. Correcting means for correcting the traveling wave and the reflected wave respectively input from two input / output ports of the high-frequency detection means,
A high frequency power source characterized by comprising:
前記高周波検出手段は、前記高周波生成手段で生成された前記高周波が入力される第1のポート、当該高周波が出力される第2のポート、前記進行波を出力する第3のポート及び前記反射波を出力する第4のポートを有する方向性結合器で構成され、
前記マトリクスデータは、前記第1,第2のポートから前記方向性結合器に入力される異周波fnの2つの入力波をそれぞれa1(fn),a2(fn)、前記3,第4のポートから出力される異周波fnの前記進行波と前記反射波をそれぞれb3(fn),b4(fn)とすると、S31(fn)=b3(fn)/a1(fn)、S32(fn)=b3(fn)/a2(fn)、S41(fn)=b4(fn)/a1(fn)、S42(fn)=b4(fn)/a2(fn)を成分とするSパラメータであり、
前記補正手段は、前記異周波抽出手段で抽出される異周波fnの進行波と反射波をそれぞれb3(fn),b4(fn)とすると、
1(fn)=S13(fn)・b3(fn)+S14(fn)・b4(fn) …(A1)
2(fn)=S23(fn)・b3(fn)+S24(fn)・b4(fn) …(A2)
但し、S13(fn)=S42(fn)/Δ(fn) …(B1)
23(fn)=−S41(fn)/Δ(fn) …(B2)
14(fn)=−S32(fn)/Δ(fn) …(B3)
24(fn)=S31(fn)/Δ(fn) …(B4)
Δ(fn)=S31(fn)・S42(fn)+S32(fn)・S41(fn)…(B5)
を演算することにより、前記高周波検出手段の第1のポートに入力される異周波fnの進行波a1(fn)と前記高周波検出手段の第2のポートに入力される異周波fnの反射波a2(fn)を算出する、請求項1に記載の高周波電源。
The high frequency detection means includes a first port to which the high frequency generated by the high frequency generation means is input, a second port from which the high frequency is output, a third port to output the traveling wave, and the reflected wave. A directional coupler having a fourth port for outputting
The matrix data includes two input waves of different frequencies f n input from the first and second ports to the directional coupler, a 1 (f n ), a 2 (f n ), and 3 , S 31 (f n ) = b 3 (f) where b 3 (f n ) and b 4 (f n ) are the traveling wave and the reflected wave of different frequency f n output from the fourth port, respectively. n ) / a 1 (f n ), S 32 (f n ) = b 3 (f n ) / a 2 (f n ), S 41 (f n ) = b 4 (f n ) / a 1 (f n ), S 42 (f n ) = b 4 (f n ) / a 2 (f n ) as S components,
The correction means has b 3 (f n ) and b 4 (f n ) as traveling and reflected waves of different frequencies f n extracted by the different frequency extraction means, respectively.
a 1 (f n ) = S 13 (f n ) · b 3 (f n ) + S 14 (f n ) · b 4 (f n ) (A1)
a 2 (f n ) = S 23 (f n ) · b 3 (f n ) + S 24 (f n ) · b 4 (f n ) (A2)
However, S 13 (f n ) = S 42 (f n ) / Δ (f n ) (B1)
S 23 (f n ) = − S 41 (f n ) / Δ (f n ) (B2)
S 14 (f n ) = − S 32 (f n ) / Δ (f n ) (B3)
S 24 (f n ) = S 31 (f n ) / Δ (f n ) (B4)
Δ (f n ) = S 31 (f n ) · S 42 (f n ) + S 32 (f n ) · S 41 (f n ) (B5)
By calculating the different frequency f n to be input to the second port of the first traveling wave a 1 of different frequency f n to be input to the port (f n) and said high-frequency detecting means of the high-frequency detecting means The high frequency power supply according to claim 1, wherein the reflected wave a 2 (f n ) is calculated.
前記マトリクスデータ記憶手段は、前記高周波検出手段の前記Sパラメータを実測した測定データを記憶する、請求項2に記載の高周波電源。   The high frequency power supply according to claim 2, wherein the matrix data storage means stores measurement data obtained by actually measuring the S parameter of the high frequency detection means. 前記マトリクスデータ記憶手段は、前記高周波検出手段の前記Sパラメータを実測した測定データS31(fn),S32(fn),S41(fn),S42(fn)を前記(B1)式乃至(B5)式の演算式によって変換した前記S13(fn),S23(fn),S14(fn),S24(fn)を成分とするSパラメータを記憶し、
前記補正手段は、前記異周波抽出手段で抽出される異周波fnの進行波b3(fn)と反射波b4(fn)を用いて前記(A1)式と前記(A2)式を演算することにより前記異周波fnの進行波a1(fn)と反射波a2(fn)を算出する、請求項2に記載の高周波電源。
The matrix data storage means stores measurement data S 31 (f n ), S 32 (f n ), S 41 (f n ), S 42 (f n ) obtained by actually measuring the S parameter of the high-frequency detection means ( S parameters with the components S 13 (f n ), S 23 (f n ), S 14 (f n ), and S 24 (f n ) converted by the arithmetic expressions of B1) to (B5) are stored. And
The correcting means uses the traveling wave b 3 (f n ) and the reflected wave b 4 (f n ) of the different frequency f n extracted by the different frequency extracting means, and the equations (A1) and (A2) The high frequency power supply according to claim 2, wherein a traveling wave a 1 (f n ) and a reflected wave a 2 (f n ) of the different frequency f n are calculated by calculating
前記高周波検出手段で検出される前記進行波と前記反射波からそれぞれ前記高周波の基本波の成分を抽出する基本波抽出手段と、
前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を決定する異周波決定手段と、
前記基本波抽出手段で抽出される前記基本波の進行波及び反射波と前記異周波決定手段で決定された異周波に対して前記異周波検出手段と前記補正手段とによって算出される補正後の進行波及び反射波とに基づいて、前記高周波生成手段から出力される前記高周波を制御する出力制御手段と、
を更に備え、
前記異周波決定手段は、所定の周期で、前記所定の異周波に対して、前記異周波検出手段と前記補正手段とによって前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果と予め設定された異周波レベルの閾値とに基づいて、前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を設定する異周波設定手段と、
を含む、請求項1乃至4のいずれかに記載の高周波電源。
Fundamental wave extraction means for extracting the component of the high frequency fundamental wave from the traveling wave and the reflected wave detected by the high frequency detection means;
Of the predetermined different frequencies, different frequency determining means for determining different frequencies to be corrected by the correcting means,
The corrected wave calculated by the different frequency detecting means and the correcting means for the traveling wave and reflected wave of the fundamental wave extracted by the fundamental wave extracting means and the different frequency determined by the different frequency determining means. An output control means for controlling the high frequency output from the high frequency generation means based on a traveling wave and a reflected wave;
Further comprising
The different frequency determination means is configured to reflect a traveling wave and a reflection input from two input / output ports of the high frequency detection means by the different frequency detection means and the correction means with respect to the predetermined different frequency at a predetermined cycle. A calculating means for calculating a wave;
Different frequency setting means for setting a different frequency to be corrected by the correction means among the predetermined different frequencies based on a calculation result of the calculation means and a threshold value of a preset different frequency level;
The high frequency power supply according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記高周波検出手段で検出される前記進行波と前記反射波からそれぞれ前記高周波の基本波の成分を抽出する基本波抽出手段と、
作業者による指示によって、前記所定の異周波のうち、前記補正手段で補正する異周波を決定する異周波決定手段と、
前記基本波抽出手段で抽出される前記基本波の進行波及び反射波と前記異周波決定手段で決定された異周波に対して前記異周波検出手段と前記補正手段とによって算出される補正後の進行波及び反射波とに基づいて、前記高周波生成手段から出力される前記高周波を制御する出力制御手段と、
を更に備え、
前記異周波決定手段は、
前記作業者により異周波の決定処理が指示されると、前記所定の異周波に対して、前記異周波検出手段と前記補正手段とによって前記高周波検出手段の2つの入出力ポートから入力される進行波と反射波を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果に基づいて、各異周波のレベルを前記作業者がモニタ可能に表示する異周波表示手段と、
前記異周波表示手段の表示に基づき前記作業者から入力される異周波の情報を前記補正手段で補正する異周波に設定する異周波設定手段と、
を含む、請求項1乃至4のいずれかに記載の高周波電源。
Fundamental wave extraction means for extracting the component of the high frequency fundamental wave from the traveling wave and the reflected wave detected by the high frequency detection means;
Different frequency determination means for determining a different frequency to be corrected by the correction means among the predetermined different frequencies according to an instruction from an operator;
The corrected wave calculated by the different frequency detecting means and the correcting means for the traveling wave and reflected wave of the fundamental wave extracted by the fundamental wave extracting means and the different frequency determined by the different frequency determining means. An output control means for controlling the high frequency output from the high frequency generation means based on a traveling wave and a reflected wave;
Further comprising
The different frequency determination means includes
When a different frequency determination process is instructed by the operator, a process of inputting the predetermined different frequency from the two input / output ports of the high frequency detecting means by the different frequency detecting means and the correcting means. Calculating means for calculating the wave and the reflected wave;
Different frequency display means for displaying the level of each different frequency so that the operator can monitor based on the calculation result of the calculation means,
Different frequency setting means for setting different frequency information input from the operator based on the display of the different frequency display means to a different frequency to be corrected by the correction means,
The high frequency power supply according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記マトリクスデータ記憶手段には、前記所定の異周波の一部に対して前記マトリクスデータが記憶されており、
前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されていない異周波のマトリクスデータを前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されているマトリクスデータを用いて所定の補間演算により補間するマトリクスデータ補間手段を更に備え、
前記補正手段は、前記マトリクスデータ記憶手段に記憶されていない異周波の進行波と反射波を補正する場合、前記マトリクスデータ補間手段により当該異周波のマトリクスデータを補間し、その補間値を用いて異周波の進行波と反射波の補正を行う、請求項1乃至6のいずれか記載の高周波電源。
The matrix data storage means stores the matrix data for a part of the predetermined different frequency,
Matrix data interpolating means for interpolating different frequency matrix data not stored in the matrix data storage means by a predetermined interpolation operation using matrix data stored in the matrix data storage means;
The correction means interpolates the matrix data of the different frequency by the matrix data interpolation means when correcting the traveling wave and the reflected wave of the different frequency which are not stored in the matrix data storage means, and uses the interpolated value. The high-frequency power source according to claim 1, which corrects a traveling wave and a reflected wave of different frequencies.
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