JP2016051542A - High frequency power source - Google Patents
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Abstract
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、プラズマ処理システム用の高周波電源として、高周波の出力周波数よりも低周波のパルス変調制御信号により高周波電源の出力をパルス変調して高周波をパルス出力する高周波電源が知られている。 Conventionally, as a high-frequency power source for a plasma processing system, a high-frequency power source that pulse-modulates an output of a high-frequency power source by a pulse modulation control signal having a frequency lower than a high-frequency output frequency and outputs a high frequency is known.
プラズマ処理装置では、高周波電源から高周波電力が供給されると、放電によりプラズマが発生するが、プラズマ発生前とプラズマ発生後で急激にインピーダンス(以下、「負荷インピーダンス」という。)が変化し、プラズマ発生後もプラズマの状態や被加工物の状態の変化により負荷インピーダンスは変動する。 In a plasma processing apparatus, when high-frequency power is supplied from a high-frequency power source, plasma is generated by discharge, but the impedance (hereinafter referred to as “load impedance”) suddenly changes before and after plasma generation, and plasma is generated. Even after generation, the load impedance fluctuates due to changes in the state of the plasma and the state of the workpiece.
プラズマ処理の開始時やプラズマ処理中に負荷インピーダンスが急変した時には高周波電源とプラズマ処理装置がインピーダンス不整合の状態になるので、プラズマ処理装置に供給される高周波のパルス出力の立ち上がりでオーバーシュートが発生したり、パルス出力の立ち下がりでアンダーシュートが発生したりすることがある。 When the load impedance changes suddenly during the start of plasma processing or during plasma processing, the high frequency power supply and the plasma processing device are in an impedance mismatch state, so overshoot occurs at the rise of the high frequency pulse output supplied to the plasma processing device. Or undershoot may occur at the fall of the pulse output.
パルス出力ではパルス変調制御信号の立ち上がりや立ち下がりで高周波の振幅が急激に変化することになるが、負荷がLCR負荷の場合は、高周波電源の出力段に設けられるローパスフィルタと負荷の抵抗成分、インダクタンス成分、キャパシタンス成分による過渡振動が発生し、これにより高周波が振動してオーバーシュートやアンダーシュートが発生すると考えられる。 In the pulse output, the amplitude of the high frequency changes suddenly at the rise or fall of the pulse modulation control signal. When the load is an LCR load, a low-pass filter provided in the output stage of the high-frequency power source and the load resistance component, It is considered that transient vibrations due to the inductance component and the capacitance component occur, which causes the high frequency to oscillate and cause overshoot and undershoot.
プラズマ処理装置に供給される高周波パルスの立ち上がりや立ち下がりでオーバーシュートやアンダーシュートが発生すると、それによってプラズマ処理装置内のウェハや基板等が損傷する虞があるので、可及的にオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制する制御が必要になる。 If overshoot or undershoot occurs at the rise or fall of the high-frequency pulse supplied to the plasma processing equipment, it may damage the wafer or substrate in the plasma processing equipment. Control that suppresses the occurrence of undershoot is required.
従来、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制する方法として、フィードバック制御の応答性を遅くし、安定性を高くする方法が知られている。しかし、この方法では、応答性を犠牲にするため、パルス周期を短くして高速で高周波をパルス出力する制御が困難となる。 Conventionally, as a method of suppressing the occurrence of overshoot or undershoot, a method of delaying the feedback control response and increasing the stability is known. However, since this method sacrifices responsiveness, it is difficult to control the high-frequency pulse output at a high speed by shortening the pulse period.
また、他の方法として、図9に示すように、高周波電源100内のローパスフィルタ102の後段に残留高周波除去回路103を設け、パルス出力制御で高周波信号vの出力を停止させるときに残留高周波除去回路103を作動させてアンダーシュートやリンギングを抑制する構成が提案されている(特許文献2参照)。
As another method, as shown in FIG. 9, a residual high
この高周波電源100では、パルス変調制御信号PSのローレベル期間にスイッチング素子103aをオン動作させる制御信号を主制御部101から残留高周波除去回路103に出力し、パルス変調制御信号PSがローレベルになると、ローパスフィルタ102の出力端に流れている高周波v(進行波と反射波の合成波)を、抵抗Rを介してグランドにバイパスさせ、負荷(プラズマ処理装置)側に出力させないようにする。
In this high
図9に示す高周波電源100の構成では、高周波vのパルス出力の立ち下がり時のアンダーシュートやリンギングを抑制するために個別に残留高周波除去回路103を設けているので、回路構成が複雑になるとともに、パルス変調制御信号PSのローレベルに同期して残留高周波除去回路103を高周波vのグランドへのバイパス回路として機能させる制御が必要であるので、主制御部101の制御も複雑である。また、高周波電源100の残留高周波除去回路103では高周波vのパルス出力の立ち上がり時のオーバーシュートやリンギングを抑制することはできない。
In the configuration of the high-
また、他の方法として、図10に示すように、パルス変調制御信号PSの各パルスの波形を台形状にし、各パルスの立ち上がり時における高周波の包絡線のレベルを漸増させ、各パルスの立ち下がり時における高周波の包絡線のレベルを漸減させる方法が知られている。 As another method, as shown in FIG. 10, the waveform of each pulse of the pulse modulation control signal PS is trapezoidal, and the level of the high-frequency envelope at the rise of each pulse is gradually increased so that the fall of each pulse There is known a method of gradually reducing the level of the high-frequency envelope at the time.
この方法では、オーバーシュートとアンダーシュートの抑制効果を最良にするパルス変調制御信号PSの各パルスの波形を決定するために、事前に実験を繰り返してパルス変調制御信号PSの波形の条件(パルスの周期、デューティ、立ち上がり時間、立ち下がり時間等の条件)を設定する必要があり、その作業負担が大きいという問題があった。また、一度波形の条件を設定しても、プラズマ処理を繰り返すうちに負荷インピーダンスの変動条件が経時変化し、その条件が最適な条件とならない場合が生じ、その場合は再度、実験を繰り返してパルス変調制御信号PSの波形の条件を修正する必要があった。 In this method, in order to determine the waveform of each pulse of the pulse modulation control signal PS that optimizes the effect of suppressing overshoot and undershoot, the experiment is repeated in advance to determine the waveform condition of the pulse modulation control signal PS (pulse It is necessary to set conditions such as a cycle, a duty, a rising time, and a falling time, and there is a problem that the work load is large. Also, once the waveform conditions are set, the load impedance variation conditions may change over time as the plasma treatment is repeated, and the conditions may not be optimal. It was necessary to correct the waveform condition of the modulation control signal PS.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、高周波のパルス出力中にオーバーシュートやアンダーシュートの発生状況をモニタし、そのモニタ結果に基づいてパルス変調制御信号のパルス波形をオーバーシュートやアンダーシュートの抑制効果が最良となる波形に自動的に調整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 monitors the occurrence of overshoot and undershoot during high-frequency pulse output, and overshoots the pulse waveform of the pulse modulation control signal based on the monitoring result. An object of the present invention is to provide a high-frequency power source that can automatically adjust to a waveform that provides the best suppression effect of chute and undershoot.
本発明で提供される高周波電源は、高周波を生成する高周波生成手段と、前記高周波よりも低周波のパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス信号に基づいて、前記高周波生成手段が生成した高周波を負荷にパルス出力する高周波パルス出力手段と、を備えた高周波電源において、前記高周波のパルス出力の立ち上がり時にオーバーシュートが発生したことを検出するオーバーシュート検出手段と、前記オーバーシュート検出手段で前記オーバーシュートの発生が検出されると、前記パルス信号の立ち上がり時間を、前記高周波のパルス出力の立ち上がり時に前記オーバーシュートを抑制させる立ち上がり時間に調整する立ち上がり時間調整手段と、を備えたことを特徴とする(請求項1)。 The high-frequency power supply provided by the present invention is generated by the high-frequency generation unit that generates a high frequency, the pulse signal generation unit that generates a pulse signal having a frequency lower than the high frequency, and the high-frequency generation unit based on the pulse signal. A high frequency pulse output means for outputting a high frequency pulse to a load, an overshoot detection means for detecting occurrence of an overshoot at the rising edge of the high frequency pulse output, and the overshoot detection means Rise time adjustment means for adjusting a rise time of the pulse signal to a rise time that suppresses the overshoot when the high-frequency pulse output rises when the occurrence of the overshoot is detected. (Claim 1).
上記の高周波電源において、前記オーバーシュート検出手段は、前記高周波がパルス出力される毎に当該パルス出力で前記オーバーシュートが発生したか否かを判定する判定手段を含み、前記立ち上がり時間調整手段は、前記判定手段により前記オーバーシュートが発生したと判定される毎に、前記立ち上がり時間の調整処理を行うとよい(請求項2)。また、前記オーバーシュート検出手段は、前記高周波がパルス出力される毎に当該パルス出力で前記オーバーシュートが発生したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記オーバーシュートが発生したという判定が所定の回数以上連続したことを検出する検出手段とを含み、前記立ち上がり時間調整手段は、前記検出手段により前記オーバーシュートが連続して前記所定の回数以上検出されたときに、前記立ち上がり時間の調整処理を行うようにしてもよい(請求項3)。 In the high-frequency power source, the overshoot detection unit includes a determination unit that determines whether or not the overshoot has occurred in the pulse output every time the high-frequency pulse is output, and the rise time adjustment unit includes: The rise time adjustment process may be performed each time the determination unit determines that the overshoot has occurred (Claim 2). In addition, the overshoot detection unit determines whether the overshoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is pulsed, and determines that the overshoot has occurred by the determination unit. Detecting means for detecting that the overshoot has continued for a predetermined number of times, and the rise time adjusting means detects the rise time when the overshoot is continuously detected for the predetermined number of times or more by the detection means. An adjustment process may be performed (claim 3).
更に、上記の高周波電源において、前記高周波の電力を検出する電力検出手段を備え、前記判定手段は、前記電力検出手段で検出される前記高周波の電力と予め設定された目標電力値との差分を演算する差分演算手段と、前記差分と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、を含み、前記差分が前記閾値を超えている場合に前記オーバーシュートが発生したと判定するとよい(請求項4)。 The high-frequency power supply further includes power detection means for detecting the high-frequency power, and the determination means calculates a difference between the high-frequency power detected by the power detection means and a preset target power value. It is preferable to determine that the overshoot has occurred when the difference exceeds the threshold value, and includes a difference calculation means for calculating and a comparison means for comparing the difference with a preset threshold value. 4).
また、上記の高周波電源において、前記立ち上がり時間調整手段は、前記高周波がパルス出力される毎に前記パルス信号の立ち上がり時間を予め設定された時間だけ増加させる処理を所定の回数だけ繰り返す立ち上がり時間変更手段と、前記立ち上がり時間変更手段による前記立ち上がり時間の変更処理中に、前記判定手段で前記オーバーシュートが発生しないと判定されると、前記パルス信号の立ち上がり時間をその判定時の立ち上がり時間に設定する立ち上がり時間変更制御手段とを含むとよい(請求項5)。 In the high-frequency power source, the rise time adjusting means repeats a process for increasing the rise time of the pulse signal by a preset time every time the high frequency is pulsed, for a predetermined number of times. When the determination means determines that the overshoot does not occur during the rise time changing process by the rise time changing means, the rise time sets the rise time of the pulse signal to the rise time at the time of the determination. And a time change control means.
また、請求項5に記載の高周波電源において、前記立ち上がり変更制御手段は、前記差分演算手段で前記差分が演算される毎にその演算値をその時点での立ち上がり時間と対応させて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶される複数の前記差分の演算値のうち、最小の演算値を抽出する抽出手段とを備え、前記立ち上がり時間変更手段により前記立ち上がり時間を最長の立ち上がり時間に変更しても前記判定手段で前記オーバーシュートが発生していると判定された場合、前記パルス信号の立ち上がり時間を前記最小の演算値を有する差分に対応する立ち上がり時間に設定するとよい(請求項6)。 6. The high frequency power supply according to claim 5, wherein the rising change control means stores the calculated value in correspondence with the rising time at that time each time the difference is calculated by the difference calculating means. And extracting means for extracting the smallest calculated value among the plurality of calculated values stored in the storage means, and changing the rising time to the longest rising time by the rising time changing means. If it is determined by the determining means that the overshoot has occurred, the rising time of the pulse signal may be set to a rising time corresponding to the difference having the minimum calculated value (Claim 6).
上記の高周波電源において、前記高周波のパルス出力の立ち下がり時にアンダーシュートが発生したことを検出するアンダーシュート検出手段と、前記アンダーシュート検出手段で前記アンダーシュートの発生が検出されると、前記パルス信号の立ち下がり時間を、前記高周波のパルス出力の立ち下がり時に前記アンダーシュートを抑制させる立ち下がり時間に調整する立ち下がり時間調整手段と、を更に備えるとよい(請求項7)。 In the above high frequency power supply, undershoot detecting means for detecting occurrence of undershoot at the fall of the high frequency pulse output, and when the occurrence of the undershoot is detected by the undershoot detecting means, the pulse signal And a fall time adjusting means for adjusting the fall time to a fall time that suppresses the undershoot when the high-frequency pulse output falls (Claim 7).
請求項7に記載の高周波電源において、前記アンダーシュート検出手段は、前記高周波がパルス出力される毎に当該パルス出力で前記アンダーシュートが発生したか否かを判定する第2の判定手段を含み、前記立ち下がり時間調整手段は、前記第2の判定手段により前記アンダーシュートが発生したと判定される毎に、前記立ち下がり時間の調整処理を行うとよい(請求項8)。また、前記アンダーシュート検出手段は、前記高周波がパルス出力される毎に当該パルス出力で前記アンダーシュートが発生したか否かを判定する第2の判定手段と、前記第2の判定手段により前記アンダーシュートが発生したという判定が所定の回数以上連続したことを検出する第2の検出手段とを含み、前記立ち下がり時間調整手段は、前記第2の検出手段により前記アンダーシュートが連続して前記所定の回数以上検出されたときに、前記立ち下がり時間の調整処理を行うようにしてもよい(請求項9)。 The high-frequency power supply according to claim 7, wherein the undershoot detection means includes second determination means for determining whether or not the undershoot has occurred in the pulse output every time the high-frequency pulse is output. The fall time adjustment means may perform the fall time adjustment processing every time the second determination means determines that the undershoot has occurred. The undershoot detection means includes a second determination means for determining whether or not the undershoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is pulsed, and the under determination by the second determination means. Second detection means for detecting that a determination that a chute has occurred continues for a predetermined number of times, and the fall time adjusting means is configured to continuously detect the undershoot by the second detection means. The fall time adjustment process may be performed when the number of times is detected.
また、請求項8又は9に記載の高周波電源において、前記高周波の電力を検出する電力検出手段を備え、前記第2の判定手段は、前記電力検出手段で検出される前記高周波の電力と予め設定された第2の目標電力値との第2の差分を演算する第2の差分演算手段と、前記第2の差分と予め設定された第2の閾値とを比較する第2の比較手段と、を含み、前記第2の差分が前記第2の閾値を超えている場合に前記アンダーシュートが発生したと判定するとよい(請求項10)。 The high frequency power supply according to claim 8 or 9, further comprising power detection means for detecting the high frequency power, wherein the second determination means is preset with the high frequency power detected by the power detection means. A second difference calculating means for calculating a second difference from the second target power value, a second comparing means for comparing the second difference with a preset second threshold value; It is good to determine that the undershoot has occurred when the second difference exceeds the second threshold (claim 10).
また、請求項7乃至9のいずれかに記載の高周波電源において、前記立ち下がり時間調整手段は、前記高周波がパルス出力される毎に前記パルス信号の立ち下がり時間を予め設定された時間だけ増加させる処理を所定の回数だけ繰り返す立ち下がり時間変更手段と、前記立ち下がり時間変更手段による前記立ち下がり時間の変更処理中に、前記第2の判定手段で前記アンダーシュートが発生しないと判定されると、前記パルス信号の立ち下がり時間をその判定時の立ち下がり時間に設定する立ち下がり時間変更制御手段とを含むとよい(請求項11)。 10. The high frequency power supply according to claim 7, wherein the fall time adjusting means increases the fall time of the pulse signal by a preset time every time the high frequency is pulsed. When it is determined that the undershoot does not occur in the second determination unit during the fall time change unit by the fall time change unit and the fall time change unit that repeats the process a predetermined number of times, And a fall time change control means for setting the fall time of the pulse signal to the fall time at the time of the determination.
また、請求項11に記載の高周波電源において、前記立ち下がり変更制御手段は、前記第2の差分演算手段で前記第2の差分が演算される毎にその演算値をその時点での立ち下がり時間と対応させて記憶する第2の記憶手段と、前記第2の記憶手段に記憶される複数の前記第2の差分の演算値のうち、最小の演算値を抽出する第2の抽出手段とを備え、前記立ち下がり時間変更手段により前記立ち下がり時間を最長の立ち下がり時間に変更しても前記第2の判定手段で前記アンダーシュートが発生していると判定された場合、前記パルス信号の立ち下がり時間を前記最小の演算値を有する第2の差分に対応する立ち下がり時間に設定するとよい(請求項12)。
12. The high frequency power supply according to
また、請求項1乃至12のいずれかに記載の高周波電源において、前記負荷は、前記高周波パルス出力手段からパルス出力される高周波によってプラズマを発生させ、そのプラズマを用いて所定の処理を行うプラズマ処理手段であるとよい(請求項13)。
The high frequency power supply according to any one of
本発明によれば、高周波パルス出力手段で高周波をパルス出力すると、そのパルス出力でオーバーシュートが発生しているか否かをモニタし、オーバーシュートが発生している場合は、立ち上がり時間調整手段により高周波のパルス出力を制御するパルス信号の立ち上がり時間がオーバーシュートを抑制させる適正な立ち上がり時間に自動調整される。 According to the present invention, when a high frequency pulse is output by the high frequency pulse output means, it is monitored whether or not an overshoot is generated by the pulse output. The rise time of the pulse signal that controls the pulse output is automatically adjusted to an appropriate rise time that suppresses overshoot.
具体的には、高周波がパルス出力される毎に当該パルス出力でオーバーシュートが発生しているか否かを判定し、オーバーシュートが発生している場合は直ちに、若しくはオーバーシュートが発生している場合はその発生が連続して所定の回数以上続いた場合に、パルス信号の立ち上がり時間が自動調整される。 Specifically, every time a high frequency pulse is output, it is determined whether or not an overshoot has occurred in the pulse output. If an overshoot has occurred, either immediately or if an overshoot has occurred When the occurrence continues continuously for a predetermined number of times or more, the rise time of the pulse signal is automatically adjusted.
この立ち上がり時間の調整処理では、高周波をパルス出力する毎にオーバーシュートが発生するか否かをモニタしながら、立ち上がり時間を所定の時間だけ増加させる処理が所定の回数だけ繰り返される。そして、この調整処理中にオーバーシュートが発生しなくなると、パルス信号の立ち上がり時間がオーバーシュートを発生しなくなった時の立ち上がり時間に変更される。 In this rise time adjustment process, the process of increasing the rise time by a predetermined time is repeated a predetermined number of times while monitoring whether or not overshoot occurs each time a high frequency pulse is output. If overshoot does not occur during this adjustment process, the rise time of the pulse signal is changed to the rise time when no overshoot occurs.
従って、本発明によれば、高周波パルス出力手段からパルス出力される高周波の波形をオーバーシュートが抑制された適切なパルス波形に自動的に制御することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to automatically control the high-frequency waveform pulsed from the high-frequency pulse output means to an appropriate pulse waveform with suppressed overshoot.
また、本発明によれば、オーバーシュートの場合と同様の方法によって高周波のパルス出力を制御するパルス信号の立ち下がり時間がアンダーシュートを抑制させる適正な立ち下がり時間に自動調整される。従って、本発明によれば、高周波パルス出力手段からパルス出力される高周波の波形をアンダーシュートが抑制された適切なパルス波形に自動的に制御することができる。 Further, according to the present invention, the fall time of the pulse signal for controlling the high-frequency pulse output is automatically adjusted to an appropriate fall time for suppressing undershoot by the same method as in the case of overshoot. Therefore, according to the present invention, it is possible to automatically control the high-frequency waveform pulsed from the high-frequency pulse output means to an appropriate pulse waveform in which undershoot is suppressed.
これにより、従来の事前に実験を繰り返してパルス波形の条件を設定する作業負担を大幅に低減することができる。また、経時変化によりパルス波形の条件が変化した場合でも自動的にパルス波形の条件を適正な条件に修正するので、パルス波形の条件を再設定するための作業負担もなくすことができる。 Thereby, it is possible to significantly reduce the work burden of setting the conditions of the pulse waveform by repeating the experiment in advance in the past. In addition, even when the pulse waveform condition changes due to a change over time, the pulse waveform condition is automatically corrected to an appropriate condition, so that it is possible to eliminate the work burden for resetting the pulse waveform condition.
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Aの基本構成は、高周波電源1、インピーダンス整合装置2、プラズマ処理装置3及びシステム制御部4を含む。本実施形態では、高周波電源1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1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5によってインピーダンス整合装置2の入力ポートに接続されている。プラズマ処理装置3はインピーダンス整合装置2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 A includes a high-
プラズマ処理装置3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3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1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
プラズマ処理装置3は、一対の電極に高周波電源1から高周波電力が供給されると、その高周波電力が電極間で放電し、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3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3の入力端からプラズマ処理装置3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1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3に供給するために、負荷インピーダンスZLの変動に応じて高周波電源1の出力端から負荷となるプラズマ処理装置3側を見たインピーダンスZ1(図1参照)を50[Ω]に対する所定のインピーダンス範囲に自動的に変換するインピーダンス整合装置2が設けられている。
When the high frequency power is supplied from the high
システム制御部4は、プラズマ処理システムA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4は、インピーダンス整合装置2内の制御部及び高周波電源1との間でプラズマ処理装置3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や高周波電源1の出力電力等のデータ)を取得し、そのデータを用いて、プラズマ処理システムA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。
The
高周波電源1は、高周波信号を生成し、その高周波信号を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1は、図2に示されるように、AC−DC変換部11、DC−DC変換部12、DC−RF変換部13、進行波電圧検出部14及びRF電力制御部15を含む構成である。
The high
AC−DC変換部11は、商用電源からDC−DC変換部12への入力電圧(直流電圧Vcc)を生成するブロックである。AC−DC変換部11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。
The AC-
DC−DC変換部12は、AC−DC変換部11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13に入力するブロックである。DC−RF変換部13の出力電力PoutはDC−DC変換部12の出力電圧Vdcの2乗に比例するので、RF電力制御部15は、DC−DC変換部12の出力電圧Vdcを制御することによりDC−RF変換部13から出力される出力電力Poutを制御する。なお、本実施形態では、DC−RF変換部13から出力される電圧を後述するようにハイレベル期間とローレベル期間とを有する高周波電圧voutで表す。また、本実施形態では、RF電力制御部15は、例えば、出力電力一定制御法によってDC−RF変換部13の出力電力Poutを制御する。
The DC-
出力電力一定制御法は、DC−RF変換部13から出力される出力電力Poutを出力電力設定部15Bで設定される目標出力電力Poに一致させる制御法である。目標出力電力Po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予め出力電力設定部15Bに設定されている。高周波電源1の出力ポートには、高周波電源1からプラズマ処理装置3に向かう進行波電力Pfと、プラズマ処理装置3で反射されて高周波電源1に戻ってくる反射波電力Prが存在する。DC−RF変換部13の出力電力Poutは、高周波電源1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13の出力電力の符号を「Pf」と表記する。なお、上記では出力電力一定制御法の例を示したが、進行波電力Pfから反射波電力Pr(図2では図示を省略)を減算した負荷供給電力Pload(=Pf−Pr)を一定にする制御を採用してもよい。しかし、以下では、出力電力一定制御法を行うものとして説明する。
Output power constant control method is a control method to match the target output power P o, which is set the output power P out, which is outputted from the DC-
DC−DC変換部12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12には、RF電力制御部15から制御信号Sdが入力される。DC−DC変換部12の出力電圧Vdcは、その制御信号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−RF変換部13は、DC−DC変換部12から入力される直流電力Pdcを予め設定された周波数fの進行波電力Pfに変換して出力するブロックである。進行波電力Pfの周波数f(基本波周波数)は、2.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHzなどのプラズマ処理用に規定された周波数である。
The DC-
DC−RF変換部13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-
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、RF電力制御部15からパルス出力される高周波信号v(電圧信号)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。高周波信号vは、ハイレベル期間とローレベル期間とを有するパルス状の波形として生成されたものである。
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 (voltage signal) pulsed from the RF
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131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131は、スイッチング回路からパルス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131からパルス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
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’のパルス出力をそれぞれ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 pulse output of the high-frequency voltage v ′ may be input to the gates of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET, respectively.
本実施形態では、DC−RF変換部13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-
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=V・sin(2πf・t+φ)(f:基本周波数、φ:初期位相)とすると、トランスTの一次巻線に高周波電圧vが入力されている期間では、トランスTの一方の二次巻線から同相の高周波電圧v’=V’・sin(2πf・t+φ)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’=−V’・sin(2πf・t+φ)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。従って、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。 Assuming that the high-frequency signal v (voltage signal; hereinafter referred to as “high-frequency voltage”) is v = V · sin (2πf · t + φ) (f: fundamental frequency, φ: initial phase), the transformer T During the period when the high-frequency voltage v is input to the primary winding, the high-frequency voltage v ′ = V ′ · sin (2πf · t + φ) having the same phase is output from one secondary winding of the transformer T. A high-frequency voltage -v '=-V' · sin (2πf · t + φ) having an opposite phase is output from the secondary 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 ′. Therefore, 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、その矩形波出力がフィルタ回路131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(2πf・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 The rectangular wave output is filtered by the
進行波電圧検出部14は、DC−RF変換部13から出力される高周波電圧voutを検出し、進行波電圧vfとして出力する。進行波電圧検出部14は、例えば、DC−RF変換部13で生成される高周波電力(進行波電力Pf)の基本周波数fを中心周波数とした所定の周波数帯域を有する方向性結合器で構成される。
The traveling
RF電力制御部15は、パルス変調制御信号PSで高周波電圧vをパルス出力させた高周波電圧を生成してDC−RF変換部13に出力するとともに、フィードバック制御により上記した出力電力一定制御法で高周波電源1の出力電力Pfを制御する。
The RF
RF電力制御部15には、パルス波形が台形状のパルス変調制御信号PSで高周波電圧vのパルス出力を制御する処理において、図4に示すように、当該パルス変調制御信号PSのレベルがローレベルからハイレベルに立ち上がる時間tu(以下、「立ち上がり時間tu」という。)とハイレベルからローレベルに立ち下がる時間td(以下、「立ち下がり時間td」という。)を所定の範囲で変化させる機能が設けられている。立ち上がり時間tuは、パルスのレベルがローレベルからハイレベルに単調に増加する時間であり、立ち下がり時間tdは、パルスのレベルがハイレベルからローレベルに単調に減少する時間である。
In the RF
上記の機能は、パルス変調制御信号PSの各パルスの立ち上がり時の傾きの具合(勾配)と立ち下がり時の傾きの具合(勾配)をそれぞれ変化させて、パルス変調制御信号PSのパルス波形を、DC−RF変換部13からパルス出力される高周波電圧voutのハイレベル出力開始時のオーバーシュートとローレベル出力への移行時のアンダーシュートを最も抑制することができるパルス波形(以下、「最適パルス波形」という。)に自動的に調整するための機能(以下、「パルス波形自動調整機能」という。)であり、本発明の特徴的な機能である。本実施形態では、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdにおけるレベルの変化を直線的な変化にしているが、単調に変化するものであれば、変化波形は曲線であってもよい。
The above function changes the slope (gradient) at the rising edge of each pulse of the pulse modulation control signal PS and the slope (gradient) at the falling edge, respectively, to change the pulse waveform of the pulse modulation control signal PS, A pulse waveform (hereinafter referred to as “optimum pulse” that can most suppress overshoot at the start of high-level output of the high-frequency voltage v out output from the DC-
RF電力制御部15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やFPGA(field-programmable gate array)等の演算デバイスで構成される。
The RF
RF電力制御部15は、処理機能のブロックとして進行波電力変換部15A、出力電力設定部15B、差分演算部15C、DC電圧制御部15D、高周波条件設定部15E、高周波信号生成部15F、パルス条件設定部15G、パルス波形制御部15H、メモリ15I、パルス信号生成部15J、乗算部15Kを含む。
The RF
進行波電力変換部15Aは、進行波電圧検出部14から出力される進行波電圧vfを進行波電力Pfに変換する。方向性結合器の特性インピーダンスZoを50[Ω]とすると、進行波電力変換部15Aは、進行波電圧vfの実効値Vrms=Vm/√(2)(Vm:ピーク値)を求め、Vrms 2/50を演算することにより進行波電力Pfを算出する。
The traveling wave
出力電力設定部15Bは、差分演算部15Cに目標出力電力Poを設定する。出力電力設定部15B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設定される目標出力電力Poを差分演算部15Cに設定する。差分演算部15Cは、進行波電力変換部15Aによって検出された進行波電力Pfの目標出力電力Poに対する差分ΔPf=|Po−Pf|を算出する。差分演算部15Cで算出される差分ΔPfは、DC電圧制御部15Dとパルス波形制御部15Hに入力される。
Output
DC電圧制御部15Dは、差分演算部15Cから入力される差分ΔPfに基づいてDC−DC変換部12の出力電圧Vdcを制御する制御信号Sdを生成する。例えば、DC−DC変換部12内のインバータがパルス幅変調(PWM)信号で駆動される場合、DC電圧制御部15Dは、制御信号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。
The DC
この場合は、DC電圧制御部15Dは、差分ΔPfに所定のPI補償演算を行って制御値Cを生成するとともに、例えば、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザー(Direct Digital Synthesizer)等で鋸波のキャリア信号Ccを生成し、制御値Cとキャリア信号Ccを比較してCc≦C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する。また、DC電圧制御部15D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、第1,第2のパルス幅変調信号を制御信号SdとしてDC−DC変換部12に出力する。
In this case, the DC
高周波条件設定部15E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設定される高周波電圧v0の周波数f、初期位相φ等のパラメータを高周波信号生成部15Fに設定する。高周波信号生成部15Fは、高周波条件設定部15Eから入力される周波数f及び初期位相φに基づいて、例えば、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザーにより図4(a)に示すA1・sin(2πf・t+φ)(A1:規定の振幅)で表わされる正弦波の高周波電圧v0を生成する。この高周波電圧v0は、乗算部15Kに入力される。
The high frequency
パルス条件設定部15G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設定されるパルス変調制御信号PSの周波数fp、デューティ比D等のパラメータをパルス波形制御部15Hに設定する。周波数fpは、高周波電圧v0の周波数fに対して百分の1〜千分の1の低い周波数である。デューティ比Dは、本実施形態では50%としているが、任意の値に設定することができる。
The pulse
パルス波形制御部15Hは、DC−RF変換部13から高周波電圧voutがパルス出力される毎にオーバーシュートとアンダーシュートの発生をモニタする機能と、オーバーシュートとアンダーシュートが発生している場合は、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ予め設定された時間ピッチΔtu,Δtdで所定の回数Nだけ変化させて、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれオーバーシュートとアンダーシュートが発生しない立ち上がり時間tu’と立ち下がり時間td’に調整する機能を有している。もちろん、完全にオーバーシュート及びアンダーシュートが発生しないようにするのは困難なので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制(低減)できればよい。好ましくは、オーバーシュート及びアンダーシュートを予め定めた基準値以下にできればよい。パルス波形制御部15H内の立ち上がり時間調整部15H−1は、立ち上がり時間tuを初期立ち上がり時間tuoから最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)の範囲内で調整する。パルス波形制御部15H内の立ち下がり時間調整部15H−2は、立ち下がり時間tdを初期立ち下がり時間tdoから最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)の範囲内で調整する。なお、立ち上がり時間tuの初期立ち上がり時間tuoと立ち下がり時間tdの初期立ち下がり時間tdoを同一にし、立ち上がり時間tuの時間ピッチΔtuと立ち下がり時間tdの時間ピッチΔtdを同一にしてもよい。また、立ち上がり時間と立ち下がり時間とを同時に調整してもよいが、立ち上がり時間だけを調整してもよいし、立ち下がり時間だけを調整してもよい。
The pulse
メモリ15Iは、初期立ち上がり時間tuo、初期立ち下がり時間tdo、時間ピッチΔtu,Δtd及び回数N等のパラメータのデータを記憶する。メモリ15Iは、EPPROMやフラッシュメモリ等の不揮発メモリで構成される。初期立ち上がり時間tuo、初期立ち下がり時間tdo、時間ピッチΔtu,Δtd及び回数Nのパラメータは、パルス条件によって異なり、メモリ15Iにはパルス条件毎に作業者によって予め設定された各パラメータのデータが記憶されている。 The memory 15I stores parameter data such as an initial rise time t uo , an initial fall time t do , time pitches Δt u , Δt d, and the number N of times. The memory 15I is composed of a nonvolatile memory such as an EPPROM or a flash memory. The parameters of the initial rise time t uo , initial fall time t do , time pitch Δt u , Δt d, and number of times N vary depending on the pulse conditions, and each parameter preset by the operator for each pulse condition is stored in the memory 15I. Data is stored.
パルス波形制御部15Hは、パルス条件設定部15Gからパルス条件が変更設定される毎にそのパルス条件に対応する初期立ち上がり時間tuo、初期立ち下がり時間tdo、時間ピッチΔtu,Δtd及び回数Nのパラメータをメモリ15Iから読み出し、立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdを設定して、パルス信号生成部15Jに出力する。また、パルス波形制御部15Hは、差分演算部15Cから入力される差分ΔPfが予め設定された基準値K以下でない場合は、パルス変調制御信号PSのパルス波形の立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれΔtu,Δtdの時間ピッチで増加させる制御を差分ΔPfが基準値K以下となるまで回数Nを制御回数条件として繰り返す。
The pulse
従って、パルス信号生成部15Jから出力されるパルス変調制御信号PSの各パルスの波形は、図5(a)に示す波形(立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdがそれぞれ初期立ち上がり時間tuo、初期立ち下がり時間tdoのパルス波形)から図5(b)に示す波形(立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdがそれぞれ最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)と最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)のパルス波形)までの間で変化する。
Accordingly, the waveform of each pulse of the pulse modulation control signal PS output from the pulse
パルス波形制御部15Hは、制御回数がNに達する前に差分ΔPfが基準値K以下になれば、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをその時の立ち上がり時間(tuo+n・Δtu)(0<n<N)と立ち下がり時間(tdo+n・Δtd)に保持し、制御回数がNに達しても差分ΔPfが基準値K以下にならなければ、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdを最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)と最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)に保持する。
If the difference ΔP f becomes equal to or less than the reference value K before the number of control times reaches N, the
なお、パルス波形制御部15Hにおいて立ち上がり時間と立ち下がり時間とを調整する間は、DC電圧制御部15DがDC−DC変換部12から出力する出力電圧Vdcを変化させないように制御信号Sdを保持する必要がある。そのため、図2に示すように、パルス波形制御部15HからDC電圧制御部15Dに対して保持指令Shを出力する。そして、立ち上がり時間と立ち下がり時間との調整が終了した際に、保持指令Shの出力を停止する。DC電圧制御部15Dは、パルス波形制御部15Hから保持指令Shが入力されている間は、パルス波形制御部15Hから保持指令Shが入力される直前の制御信号Sdを保持する。
Note that while adjusting the rise time and the fall time in the pulse
パルス信号生成部15Jは、パルス波形制御部15Hから入力される周波数fp、デューティ比D、立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdのパルス波形の条件に基づいて、例えば、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザーにより図4(b)に示す台形状のパルス波形を有するパルス変調制御信号PSを生成する。このパルス変調制御信号PSは、乗算部15Kに入力される。
The pulse
乗算部15Kは、高周波信号生成部15Fから入力される高周波電圧v0とパルス信号生成部15Jから入力されるパルス変調制御信号PSとの乗算処理を行って図4(c)に示すように、ハイレベル期間とローレベル期間とを有する高周波電圧vのパルス出力信号を生成する。なお、パルス変調制御信号PSがハイレベルのときの高周波電圧vは、正弦波の高周波電圧v0と同様に、A1・sin(2πf・t+φ)(A1:規定の振幅)で表わされる。また、パルス変調制御信号PSがローレベルのときの高周波電圧vは、A2・sin(2πf・t+φ)(A2:A1よりも小さい振幅)で表わされる。
The
乗算部15Kには、アナログ乗算器やダブル・バランスド・ミキサが使用される。乗算部15Kは、高周波信号生成部15Fから出力される高周波電圧v0の瞬時値とパルス信号生成部15Jから出力されるパルス変調制御信号PSの瞬時値との乗算処理を行う。図4に示すように、乗算部15Kには高周波電圧v0が連続的に入力されるが、乗算部15Kによる高周波電圧v0とパルス変調制御信号PSとの乗算処理により、乗算部15Kから出力される高周波電圧vは、高周波電圧v0がパルス変調制御信号PSCの周期Tでパルス出力される信号となる。
An analog multiplier or a double balanced mixer is used for the
また、高周波電圧vの包絡線レベルの波形がパルス変調制御信号PSの台形波形に整形されるので、高周波電圧vの各パルス出力のハイレベル出力への移行時の包絡線レベルの波形は、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時のレベルの傾きと同一の傾きで上昇する波形となり、高周波電圧vの各パルス出力のローレベル出力への移行時の包絡線レベルの波形は、パルス変調制御信号PSの立ち下がり時のレベルの傾きと同一の傾きで下降する波形となっている。 In addition, since the waveform of the envelope level of the high frequency voltage v is shaped into a trapezoidal waveform of the pulse modulation control signal PS, the waveform of the envelope level at the time of transition of each pulse output of the high frequency voltage v to the high level output is the pulse The waveform rises at the same slope as the level slope at the rise of the modulation control signal PS, and the waveform of the envelope level at the time of transition of each pulse output of the high frequency voltage v to the low level output is the waveform of the pulse modulation control signal PS The waveform falls with the same slope as the slope of the level at the fall.
次に、RF電力制御部15におけるパルス変調制御信号PSのパルス波形の制御について説明する。
Next, control of the pulse waveform of the pulse modulation control signal PS in the RF
図4に示したように、高周波電圧vがハイレベル期間とローレベル期間とを有するパルス出力信号であるので、DC−RF変換部13からは高周波電圧vの出力レベルに応じてハイレベル期間とローレベル期間とを有する高周波電圧voutが出力される。例えば、パルス変調制御信号PSの周波数fpが10kHzの場合、高周波電圧vのパルス周期Tは100[μ秒](立ち上がり時間及び立ち下がり時間を含む)となる。また、上記のように、本実施形態ではデューティ比Dが50%であるので、約50[μ秒]毎にハイレベル期間とローレベル期間とが入れ替わる。パルス変調制御信号PSのパルス波形の立ち上がり時の傾きが適正値よりも大きい場合(立ち上がり時間tuが適正値より短い場合)、パルス出力開始直後に高周波電圧vのレベルがハイレベルに上昇した時(立ち上がり時間tuが終了した時)にオーバーシュートが生じる。パルス波形の立ち下がり時の傾きが適正値よりも大きい場合(立ち下がり時間tdが適正値より短い場合)も高周波電圧vのレベルがローレベルに下降した時(立ち下がり時間tdが終了した時)にアンダーシュートが生じる。
As shown in FIG. 4, since the high-frequency voltage v is a pulse output signal having a high-level period and a low-level period, the DC-
本実施形態では、高周波電圧vのパルス出力を開始したときやパルス出力開始後にパルス変調制御信号PSのパルス波形の条件が変化したとき、パルス波形制御部15Hは、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdにパルス条件設定部15Gで設定されたパルス波形の条件に応じた初期立ち上がり時間tuoと初期立ち下がり時間tdoを設定するが、その初期立ち上がり時間tuoと初期立ち下がり時間tdoは、オーバーシュートとアンダーシュートが発生しない適正な時間であるとは限らないから、パルス波形制御部15Hは、DC−RF変換部13からパルス出力される高周波電圧voutのオーバーシュートとアンダーシュートの発生をモニタする。
In the present embodiment, when the pulse waveform condition of the pulse modulation control signal PS changes when the pulse output of the high-frequency voltage v is started or after the pulse output starts, the pulse
オーバーシュートのモニタは、高周波電圧vがパルス出力されたときの立ち上がり開始時から立ち上がり時間tuが経過したときの進行波電力Pfの検出値と目標出力電力Po1との差分ΔPf(tu)=|Po1−Pf|((tu)は、立ち上がり時間tuにおける差分であることを示す。)を予め設定された閾値PTH1と比較することによって行われる。パルス波形制御部15Hは、PTH1<ΔPf(tu)であれば、オーバーシュートが発生していると判定し、ΔPf(tu)≦PTH1であれば、オーバーシュートは発生していないと判定する。
The overshoot is monitored by the difference ΔP f (t between the detected value of the traveling wave power P f and the target output power P o1 when the rise time t u has elapsed from the start of the rise when the high frequency voltage v is output as a pulse. This is performed by comparing u ) = | P o1 −P f | ((t u ) indicates a difference in the rising time t u ) with a preset threshold value P TH1 . The pulse
なお上記では、立ち上がり開始時から立ち上がり時間tuが経過したときの進行波電力Pfの検出値と目標出力電力Po1との差分ΔPf(tu)に基づいてオーバーシュートが発生しているか否かを判定しているが、立ち上がり開始時から立ち上がり時間tuが経過したときを立ち上がり指令終了時刻として、この立ち上がり指令終了時刻を含むように定めたオーバーシュートモニタ時間Mu内の進行波電力Pfの検出値(例えば平均値)と目標出力電力Po1との差分ΔPf(tu)に基づいてオーバーシュートが発生しているか否かを判定してもよい。オーバーシュートモニタ時間Muは、図4のように立ち上がり指令終了時刻から計時してもよいし、立ち上がり指令終了時刻よりも少し前の時刻や少し後の時刻から計時してもよい。ちなみに、後述するように立ち上がり時間の調整処理を行うと、調整中は立ち上がり指令終了時刻が変動することになる。そのため、立ち上がり指令終了時刻から計時する場合、計時開始時刻も変動することになる。そうなると制御が複雑になるので、オーバーシュートの抑制効果(低減効果)が見込める場合は、制御を簡略化するために、計時開始時刻を一定にしてもよい。例えば、立ち上がり開始時から初期立ち上がり時間tuoが経過したときから計時することが考えられる。上記のようにして、パルス波形制御部15Hは、高周波のパルス出力の立ち上がり時に、オーバーシュートが発生したことを検出する。
In the above description, whether overshoot has occurred based on the difference ΔP f (t u ) between the detected value of the traveling wave power P f and the target output power P o1 when the rising time t u has elapsed since the start of rising. However, when the rising time t u has elapsed from the start of rising, the rising command end time is taken as the rising command end time, and the traveling wave power P within the overshoot monitor time Mu determined to include this rising command end time It may be determined whether or not an overshoot has occurred based on a difference ΔP f (t u ) between a detected value (for example, an average value) of f and the target output power P o1 . The overshoot monitor time Mu may be measured from the rise command end time as shown in FIG. 4, or may be measured from a time slightly before or a little later than the rise command end time. Incidentally, when the rise time adjustment process is performed as described later, the rise command end time varies during the adjustment. Therefore, when measuring time from the rise command end time, the timing start time also varies. Then, the control becomes complicated. Therefore, when an overshoot suppression effect (reduction effect) can be expected, the time measurement start time may be made constant in order to simplify the control. For example, it is conceivable to measure the time from when the initial rise time t uo has elapsed since the start of the rise. As described above, the pulse
アンダーシュートのモニタは、高周波電圧vがパルス出力されたときの立ち下がり開始時から立ち下がり時間tdが経過したときの進行波電力Pfの検出値と目標出力電力Po2との差分ΔPf(td)=|Po2−Pf|((td)は、立ち下がり時間tdにおける差分であることを示す。)を予め設定された閾値PTH2と比較することによって行われる。パルス波形制御部15Hは、PTH2<ΔPf(td)であれば、アンダーシュートが発生していると判定し、ΔPf(td)≦PTH2であれば、アンダーシュートは発生していないと判定する。
The undershoot is monitored by the difference ΔP f between the detected value of the traveling wave power P f and the target output power Po 2 when the falling time t d has elapsed from the start of falling when the high frequency voltage v is output as a pulse. This is performed by comparing (t d ) = | Po 2 −P f | ((t d ) indicates a difference in the fall time t d ) with a preset threshold value P TH2 . If P TH2 <ΔP f (t d ), the
なお上記では、立ち下がり開始時から立ち下がり時間tdが経過したときの進行波電力Pfの検出値と目標出力電力Po2との差分ΔPf(td)に基づいてアンダーシュートが発生しているか否かを判定しているが、立ち下がり開始時から立ち下がり時間tdが経過したときを立ち下がり指令終了時刻として、この立ち下がり指令終了時刻を含むように定めたアンダーシュートモニタ時間Md内の進行波電力Pfの検出値(例えば平均値)と目標出力電力Po2との差分ΔPf(td)に基づいてアンダーシュートが発生しているか否かを判定してもよい。アンダーシュートモニタ時間Mdは、図4のように立ち下がり指令終了時刻から計時してもよいし、立ち下がり指令終了時刻よりも少し前の時刻や少し後の時刻から計時してもよい。ちなみに、後述するように立ち下がり時間の調整処理を行うと、調整中は立ち下がり指令終了時刻が変動することになる。そのため、立ち下がり指令終了時刻から計時する場合、計時開始時刻も変動することになる。そうなると制御が複雑になるので、アンダーシュートの抑制効果(低減効果)が見込める場合は、制御を簡略化するために、計時開始時刻を一定にしてもよい。例えば、立ち下がり開始時から初期立ち下がり時間tdoが経過したときから計時することが考えられる。上記のようにして、パルス波形制御部15Hは、高周波のパルス出力の立ち下がり時に、アンダーシュートが発生したことを検出する。
In the above, undershoot occurs based on the difference ΔP f (t d ) between the detected value of the traveling wave power P f and the target output power P o2 when the falling time t d has elapsed since the start of falling. The undershoot monitoring time Md determined to include the falling command end time is defined as the falling command end time when the falling time t d has elapsed from the falling start time. It may be determined whether or not undershoot has occurred based on the difference ΔP f (t d ) between the detected value (for example, average value) of the traveling wave power P f and the target output power P o2 . The undershoot monitor time Md may be timed from the falling command end time as shown in FIG. 4, or may be timed from a time slightly before or slightly after the falling command end time. Incidentally, when the fall time adjustment process is performed as described later, the fall command end time fluctuates during the adjustment. For this reason, when timing is started from the falling command end time, the timing start time also varies. In this case, the control becomes complicated. Therefore, when an undershoot suppression effect (reduction effect) can be expected, the time measurement start time may be made constant in order to simplify the control. For example, it is conceivable to measure the time from when the initial fall time t do has elapsed since the start of the fall. As described above, the pulse
そして、パルス波形制御部15Hは、オーバーシュートとアンダーシュートが発生していると判定した場合は、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdを適正な時間(オーバーシュートとアンダーシュートが発生しない立ち上がり時間tu’(=tuo+n・Δtu)と立ち下がり時間td’(=tdo+n・Δtd))に調整する処理を行う。
When the pulse
この調整処理は、高周波電圧vがパルス出力される毎に当該高周波電圧vのオーバーシュートとアンダーシュートの発生をモニタし、オーバーシュートとアンダーシュートが発生している場合は、オーバーシュート及びアンダーシュートが発生しなくなるまで、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ時間ピッチΔtu,Δtdで長くする処理である。 This adjustment process monitors the occurrence of overshoot and undershoot of the high-frequency voltage v every time the high-frequency voltage v is pulsed. If overshoot and undershoot occur, overshoot and undershoot are detected. This is a process of increasing the rise time t u and the fall time t d of the pulse modulation control signal PS by time pitches Δt u and Δt d , respectively, until they no longer occur.
パルス波形制御部15Hは、上記の調整処理を高周波電圧vがN回連続してパルス出力されるまで行い、この期間中にオーバーシュート及びアンダーシュートが発生しなくなれば、その時点で調整処理を終了し、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ調整処理終了時の立ち上がり時間tu’と立ち下がり時間td’に固定する。
The
一方、パルス波形制御部15Hは、高周波電圧vがN回連続してパルス出力されるまでの期間が経過しても、すなわち、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)と最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)に設定しても、オーバーシュート及びアンダーシュートが発生する場合は、調整処理を終了し、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)と最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)に固定する。
On the other hand, the pulse
そして、パルス波形制御部15Hは、その後にパルス変調制御信号PSのパルス波形の条件が変化すると、パルス波形制御部15Hは、再度上述したオーバーシュート及びアンダーシュートのモニタとパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdの調整処理を行う。
Then, when the pulse waveform condition of the pulse modulation control signal PS changes thereafter, the pulse
次に、図6のフローチャートを用いて、RF電力制御部15におけるパルス変調制御信号のパルス波形の制御手順について説明する。なお、図6及び後述する図7、図8においては、立ち上がり時間と立ち下がり時間とを同時に調整するように記載しているが、立ち上がり時間だけを調整してもよいし、立ち下がり時間だけを調整してもよい。
Next, the control procedure of the pulse waveform of the pulse modulation control signal in the RF
RF電力制御部15は、高周波電源1が進行波電力Pfの出力を開始すると、その出力を停止するまでパルス変調制御信号PSの周期Tで図6の制御手順を繰り返す。
When the high-
RF電力制御部15は、制御処理が開始され、パルス波形の条件が設定若しくは変更されると(S1:YES)、設定時若しくは変更後のパルス波形の条件に対応する初期立ち上がり時間tuoと初期立ち下がり時間tdoをメモリ15Iから読み出し(S2)、それぞれ立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdに設定する(S3)。そして、RF電力制御部15は、パルス条件設定部15Gで設定された周波数fp及びデューティ比Dに基づき、レベルの立ち上がり時と立ち下がり時にそれぞれ立ち上がり時間tuoと立ち下がり時間tdoを設けた台形状の波形を有するパルス変調制御信号PSを生成する(S4)。
When the control processing is started and the pulse waveform condition is set or changed (S1: YES), the RF
続いて、RF電力制御部15は、高周波信号生成部15Fで生成した高周波電圧v0とパルス変調制御信号PSとの乗算処理を行って高周波電圧vを生成し、DC-RF変換部13に出力する(S5)。
Subsequently, the RF
続いて、RF電力制御部15は、進行波電圧検出部14から出力される進行波電圧vfを読み込み、その進行波電圧vfを進行波電力Pfに変換した後(S6)、目標出力電力Poに対する差分ΔPf=|Po−Pf|を算出し(S7)、その差分ΔPfをRAMに一時保存する(S8)。
Subsequently, the RF
続いて、RF電力制御部15は、差分ΔPfを基準値Kと比較し(S9)、ΔPf≦Kであれば(S9:YES)、パルス変調制御信号PSのパルス波形を変更することなくステップ1に戻る。一方、K<ΔPfであれば(S9:NO)、RF電力制御部15は、所定の回数Nをカウントするカウンタn(ディフォルト値は0にリセットされている)を1だけ増加し(S10)、そのカウンタnの値がNを超えていなければ(S11:NO)、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ所定の時間ステップΔtu,Δtdだけ増加する(S12)。
Subsequently, the RF
続いて、RF電力制御部15は、パルス信号生成部15Jで生成するパルス変調制御信号PSのパルス波形を立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdで修正したパルス波形に変更し、そのパルス波形を有するパルス変調制御信号PSと高周波信号生成部15Fで生成した高周波電圧v0との乗算処理を行って高周波電圧vを生成し、DC-RF変換部13に出力して(S13)、ステップS6に戻る。
Subsequently, the RF
一方、カウンタnの値がNを超えると(S11:YES)、ステップS12,S13の処理をすることなくステップS1に戻る。 On the other hand, when the value of the counter n exceeds N (S11: YES), the process returns to step S1 without performing the processes of steps S12 and S13.
図6の処理手順では、パルス波形の条件が設定若しくは変更されたときにだけパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdの調整処理をするようにしているが、高周波電圧vのパルス出力が開始されると、高周波電圧vがパルス出力される毎に当該高周波電圧vのオーバーシュート又はアンダーシュートの発生をモニタし、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生すると、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdの調整処理に移行するようにしてもよい。 In the processing procedure of FIG. 6, the adjustment processing of the rising time t u and the falling time t d of the pulse modulation control signal PS is performed only when the condition of the pulse waveform is set or changed. When the high-frequency voltage v is started, the occurrence of overshoot or undershoot of the high-frequency voltage v is monitored every time the high-frequency voltage v is output. When the overshoot or undershoot occurs, the pulse modulation control signal PS it may shift to the adjustment processing of the rise time t u and the fall time t d.
図6に示す処理手順によれば、高周波電源1からパルス出力される進行波電力Pfは目標出力電力Poに対する差分ΔPfが基準値K以上であれば、オーバーシュート若しくはアンダーシュートが発生していると判定して、差分ΔPfが基準値Kよりも小さくなるまで、進行波電力Pfがパルス出力される毎にパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdがそれぞれΔtuとΔtdの時間ステップで順次大きく変更される。すなわち、進行波電力Pfがパルス出力される毎に高周波電圧vの包絡線の立ち上がりと立ち下がりの各勾配が順次緩く変更され、差分ΔPfが基準値Kよりも小さくなった時点でその時のパルス波形にパルス変調制御信号PSのパルス波形が整定される。これによりパルス出力される進行波電力Pfの包絡線の波形は、オーバーシュート及びアンダーシュートを所定レベル以下に抑制することができる適正なパルス波形に自動調整される。
According to the procedure shown in FIG. 6, the forward power P f is the pulse output from the high
従って、本実施形態に係る高周波電源1によれば、パルス変調制御信号PSの適正なパルス波形(特に立ち上がり部分の適正な勾配と立ち下がり部分の適正な勾配)を事前に実験等によって取得しておく必要がなく、その作業負担を軽減することができる。また、プラズマ処理中にプラズマ処理装置3の負荷インピーダンスZLが変動して適正なパルス波形の形が変動する場合でも進行波電力Pfの包絡線の波形を変動後の適正なパルス波形に自動的に追従させることができるので、プラズマ処理中のオーバーシュート及びアンダーシュートの抑制を安定して行うことができる。
Therefore, according to the high
ところで、図6の処理手順は、パルス変調制御信号PSの立ち上がり部分と立ち下がり部分の勾配を緩くするのに応じてオーバーシュート及びアンダーシュートの発生量が単調に減少することを前提に、立ち上がり時間tuを初期立ち上がり時間tuoから最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)まで変化させるとともに、立ち下がり時間tdを初期立ち下がり時間tdoから最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)まで変化させる制御を行い、これらの制御でも適正なパルス波形が見つからない場合は、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdをそれぞれ最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)と最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)に固定するようにしている。 Incidentally, the processing procedure of FIG. 6 assumes that the amount of occurrence of overshoot and undershoot decreases monotonously as the slope of the rising portion and falling portion of the pulse modulation control signal PS is relaxed. While changing t u from the initial rise time t uo to the longest rise time (t uo + N · Δt u ), the fall time t d is changed from the initial fall time t do to the longest fall time (t do + N · Δt d ). If an appropriate pulse waveform is not found by these controls, the rise time t u and the fall time t d are set to the longest rise time (t uo + N · Δt u ) and the longest fall time ( t do + N · Δt d ).
もし、立ち上がり時間tu及び立ち下がり時間tdの変化範囲内でオーバーシュート及びアンダーシュートの発生量が単調に減少せず、途中で発生量が極小になる特性がある場合は、図7に示す処理手順に変更するとよい。 If there is a characteristic in which the amount of occurrence of overshoot and undershoot does not decrease monotonously within the change range of the rise time t u and the fall time t d and the amount of occurrence is minimized in the middle, as shown in FIG. It is good to change to a processing procedure.
図7に示す処理手順は、図6に示す処理手順に対して、ステップS14とステップS15を追加したものである。図7に示す処理手順では、カウンタnの値が所定の回数Nを超えると(S11:YES)、RAMに一時保存したN個の差分Pfの中から最小となる差分ΔPfを抽出し(S14)、その差分ΔPfに対応する立ち上がり時間(tuo+m・Δtu)(0<m<N)と立ち下がり時間(tdo+m・Δtd)を有するパルス波形のパルス変調制御信号PSで高周波電圧vをパルス出力させた高周波電圧v’をDC-RF変換部13に出力して(S15)、ステップS1に戻る。 The processing procedure shown in FIG. 7 is obtained by adding steps S14 and S15 to the processing procedure shown in FIG. In the processing procedure shown in FIG. 7, when the value of the counter n exceeds the predetermined number N (S11: YES), the smallest difference ΔP f is extracted from the N differences P f temporarily stored in the RAM ( S14), a pulse modulation control signal PS having a pulse waveform having a rise time (t uo + m · Δt u ) (0 <m <N) and a fall time (t do + m · Δt d ) corresponding to the difference ΔP f The high-frequency voltage v ′ obtained by pulse-outputting the high-frequency voltage v is output to the DC-RF converter 13 (S15), and the process returns to step S1.
図7に示す処理手順でも図6に示す処理手順と同様に、パルス変調制御信号PSの適正なパルス波形が見つからない場合は、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdが、立ち上がり時間tuの変更範囲(tuo〜tuo+N・Δtu)と立ち下がり時間tdの変更範囲(tdo〜tdo+N・Δtd)の中で、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生量を最も小さくできる立ち上がり時間(tu+m・Δtu)と立ち下がり時間(tdo+m・Δtd)に制御されるので、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生量を可能な限り抑制することができる。 In the processing procedure shown in FIG. 7 as well, as in the processing procedure shown in FIG. 6, when an appropriate pulse waveform of the pulse modulation control signal PS is not found, the rise time t u and the fall time t d of the pulse modulation control signal PS are , in the range of change in the rise time t u (t uo ~t uo + N · Δt u) and the falling change the range of time t d (t do ~t do + N · Δt d), the occurrence of overshoot and undershoot Since the rise time (t u + m · Δt u ) and the fall time (t do + m · Δt d ) that can minimize the amount are controlled, the amount of overshoot and undershoot can be suppressed as much as possible. .
図6,図7に示す処理手順では、立ち上がり時間tuを初期立ち上がり時間tuoから最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)まで増加させる処理だけを行うとともに、立ち下がり時間tdを初期立ち下がり時間tdoから最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)まで増加させる処理だけを行い、この処理で適正な立ち上がり時間tu’と適正な立ち下がり時間td’が見つからない場合は、立ち上がり時間tuを最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)若しくはオーバーシュートが極小となる立ち上がり時間(tuo+m・Δtu)に設定するとともに、立ち下がり時間tdを最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)若しくはアンダーシュートが極小となる立ち上がり時間(tdo+m・Δtd)に設定するにしていたが、オーバーシュートとアンダーシュートが発生しなくなるまで、立ち上がり時間tuを初期立ち上がり時間tuoと最長立ち上がり時間(tuo+N・Δtu)との間で変化させるとともに、立ち下がり時間tdを初期立ち下がり時間tdoと最長立ち下がり時間(tdo+N・Δtd)との間で変化させるようにしてもよい。 In the processing procedure shown in FIGS. 6 and 7, only the process of increasing the rise time t u from the initial rise time t uo to the longest rise time (t uo + N · Δt u ) is performed, and the fall time t d is set to the initial rise time t d. If only the process of increasing from the fall time t do to the longest fall time (t do + N · Δt d ) is performed and an appropriate rise time t u ′ and an appropriate fall time t d ′ are not found in this process, The rise time t u is set to the longest rise time (t uo + N · Δt u ) or the rise time (t uo + m · Δt u ) at which the overshoot is minimized, and the fall time t d is set to the longest fall time (t do + N · Δt d ) or the rise time (t do + m · Δt d ) at which undershoot is minimized. The rise time t u is changed between the initial rise time t uo and the longest rise time (t uo + N · Δt u ) until the undershoot does not occur, and the fall time t d is changed to the initial fall time t do. And the longest falling time (t do + N · Δt d ).
また、図6,図7に示す処理手順では、高周波電圧vのパルス出力毎のオーバーシュート又はアンダーシュートのモニタで、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生していると、直ちにパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理に移行していたが、オーバーシュート又はアンダーシュートの発生が連続して所定の回数M以上発生した場合に、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理に移行するようにしてもよい。 Further, in the processing procedure shown in FIGS. 6 and 7, when overshoot or undershoot occurs in the overshoot or undershoot monitor for each pulse output of the high frequency voltage v, the pulse modulation control signal PS rises immediately. Although the process has shifted to the adjustment process of the time t u and the fall time t d , the rise time t u of the pulse modulation control signal PS is generated when the occurrence of overshoot or undershoot continuously occurs a predetermined number M or more. it may be falling proceeds to the adjustment process in the time t d and.
図6の処理手順において、オーバーシュート又はアンダーシュートの発生が連続してM回発生したことを条件にパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理に移行する制御をする場合は、図8に示すように、ステップS5とステップS6との間にステップS20〜ステップS24の処理(オーバーシュート又はアンダーシュートの発生が連続してM回発生したか否かを判定する処理)を追加した処理手順にすればよい。図7の処理手順でも同様で、ステップS5とステップS6との間にステップS20〜ステップS24の処理を追加した処理手順にすればよい。 In the processing procedure of FIG. 6, the control is shifted to the adjustment processing of the rise time t u and the fall time t d of the pulse modulation control signal PS on condition that the occurrence of overshoot or undershoot has occurred M times continuously. If so, as shown in FIG. 8, the process of step S20 to step S24 between step S5 and step S6 (a process for determining whether or not the occurrence of overshoot or undershoot has occurred M times in succession. ) Is added to the processing procedure. The processing procedure of FIG. 7 is the same, and the processing procedure may be made by adding the processing of step S20 to step S24 between step S5 and step S6.
図8に示す処理手順では、RF電力制御部15は、ステップS5で、高周波信号生成部15Fで生成した高周波電圧v0とパルス変調制御信号PSとの乗算処理を行って高周波電圧vを生成し、DC-RF変換部13に出力すると、進行波電圧検出部14から出力される進行波電圧vfを読み込み、その進行波電圧vfを進行波電力Pfに変換した後(S20)、目標出力電力Poに対する差分ΔPf=|Po−Pf|を算出する(S21)。
In the processing procedure shown in FIG. 8, the RF
続いて、RF電力制御部15は、差分ΔPfを基準値Kと比較し(S22)、ΔPf≦Kであれば(S22:YES)、ステップ1に戻る。一方、K<ΔPfであれば(S22:NO)、RF電力制御部15は、連続回数Mをカウントするカウンタi(ディフォルト値は0にリセットされている)を1だけ増加し(S23)、そのカウンタiの値がMになっているか否かを判定する(S24)。
Subsequently, the RF
RF電力制御部15は、i<Mであれば(S24:NO)、ステップS20に戻り、i=Mになると(S24:YES)、ステップS6に移行し、立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理を行う(S6〜S13)。
If i <M (S24: NO), the RF
オーバーシュート又はアンダーシュートの発生が連続してM回発生したことを条件にパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理に行うようにした場合は、オーバーシュート又はアンダーシュートの誤検出によってパルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの調整処理が行われるという不都合を防止することができ、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdを確実に適正な立ち上がり時間tu’と立ち下がり時間td’に調整することができる。 When the adjustment processing of the rise time t u and the fall time t d of the pulse modulation control signal PS is performed on condition that the occurrence of overshoot or undershoot has occurred M times continuously, overshoot or undershoot process of adjusting the rise time t u and fall time t d of the pulse-modulated control signal PS by shot erroneous detection can be prevented disadvantageously effected, pulse modulated control signal rise time t u and fall time of the PS t d can be reliably adjusted to the proper rise time t u ′ and fall time t d ′.
上記実施形態では、パルス変調制御信号PSの立ち上がり時間tuと立ち下がり時間tdの両方を同時に変化させる制御をしているが、アンダーシュートの発生量が余り大きくなく、オーバーシュートの発生量だけが問題となる場合や、逆にオーバーシュートの発生量が余り大きくなく、アンダーシュートの発生量だけが問題となる場合には、問題となる立ち上がり時間tu若しくは問題となる立ち下がり時間tdだけを変化させるようにしてもよい。 In the above embodiment, control is performed to change both the rise time t u and the fall time t d of the pulse modulation control signal PS at the same time. However, the amount of undershoot is not so large, and only the amount of overshoot is generated. Is a problem, or when the amount of overshoot is not so large and only the amount of undershoot is a problem, only the rise time t u in question or the fall time t d in question May be changed.
上記実施形態では、プラズマ処理システムAに適用される高周波電源1について説明したが、本発明は、この分野に限定されるものではなく、高周波電圧vをパルス出力する高周波電源に広く適用することができる。
In the above embodiment, the high-
A プラズマ処理システム
1 高周波電源
11 AC−DC変換部
12 DC−DC変換部
13 DC−RF変換部
131 フィルタ回路
14 進行波電圧検出部(高周波検出手段)
15 RF電力制御部(記憶手段、第2の記憶手段、抽出手段、第2の抽出手段)
15A 進行波電力変換部(電力検出手段)
15B 出力電力設定部
15C 差分演算部(差分演算手段)
15D DC電圧制御部
15E 高周波条件設定部
15F 高周波信号生成部(高周波生成手段)
15G パルス条件設定部
15H パルス波形制御部(オーバーシュート検出手段、アンダーシュート検出手段、判定手段、第2の判定手段、検出手段、第2の検出手段、比較手段、第2の比較手段)
15H−1 立ち上がり時間調整部(立ち上がり時間調整手段、立ち上がり時間変更手段、立ち上がり時間変更制御手段、)
15H−2 立ち下がり時間調整部(立ち下がり時間調整手段、立ち下がり時間変更手段、立ち下がり時間変更制御手段)
15I メモリ
15J パルス信号生成部(パルス信号生成手段)
15K 乗算部(高周波パルス出力手段)
2 インピーダンス整合装置
3 プラズマ処理装置(プラズマ処理手段)
4 システム制御部
5 同軸ケーブル
A
15 RF power control unit (storage means, second storage means, extraction means, second extraction means)
15A traveling wave power converter (power detection means)
15B output
15D DC
15G pulse
15H-1 Rise time adjustment unit (rise time adjustment means, rise time change means, rise time change control means)
15H-2 Fall time adjustment unit (fall time adjustment means, fall time change means, fall time change control means)
15K multiplier (high frequency pulse output means)
2
4 System controller 5 Coaxial cable
Claims (13)
前記高周波よりも低周波のパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
前記パルス信号に基づいて、前記高周波生成手段が生成した高周波を負荷にパルス出力する高周波パルス出力手段と、
を備えた高周波電源において、
前記高周波のパルス出力の立ち上がり時にオーバーシュートが発生したことを検出するオーバーシュート検出手段と、
前記オーバーシュート検出手段で前記オーバーシュートの発生が検出されると、前記パルス信号の立ち上がり時間を、前記高周波のパルス出力の立ち上がり時に前記オーバーシュートを抑制させる立ち上がり時間に調整する立ち上がり時間調整手段と、
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;
Pulse signal generating means for generating a pulse signal having a frequency lower than the high frequency;
High-frequency pulse output means for pulse-outputting a high frequency generated by the high-frequency generation means to a load based on the pulse signal;
In the high frequency power supply with
Overshoot detection means for detecting that an overshoot has occurred at the rising edge of the high-frequency pulse output;
When the occurrence of the overshoot is detected by the overshoot detection means, a rise time adjusting means for adjusting the rise time of the pulse signal to a rise time that suppresses the overshoot at the rise of the high-frequency pulse output;
A high frequency power source characterized by comprising:
前記立ち上がり時間調整手段は、前記判定手段により前記オーバーシュートが発生したと判定される毎に、前記立ち上がり時間の調整処理を行う、請求項1に記載の高周波電源。 The overshoot detection means includes determination means for determining whether or not the overshoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is pulsed,
2. The high frequency power supply according to claim 1, wherein the rise time adjustment unit performs the rise time adjustment process every time the determination unit determines that the overshoot has occurred.
前記立ち上がり時間調整手段は、前記検出手段により前記オーバーシュートが連続して前記所定の回数以上検出されたときに、前記立ち上がり時間の調整処理を行う、請求項1に記載の高周波電源。 The overshoot detection means has a determination means for determining whether or not the overshoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is pulsed, and a determination that the overshoot has occurred by the determination means is predetermined. Detecting means for detecting that the number of consecutive times is more than,
2. The high frequency power supply according to claim 1, wherein the rise time adjustment unit performs the rise time adjustment process when the overshoot is continuously detected by the detection unit for the predetermined number of times or more.
前記判定手段は、前記電力検出手段で検出される前記高周波の電力と予め設定された目標電力値との差分を演算する差分演算手段と、前記差分と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、を含み、前記差分が前記閾値を超えている場合に前記オーバーシュートが発生したと判定する、請求項2又は3に記載の高周波電源。 Comprising power detection means for detecting the high-frequency power;
The determining means is a difference calculating means for calculating a difference between the high-frequency power detected by the power detecting means and a preset target power value, and a comparing means for comparing the difference with a preset threshold value. The high frequency power supply according to claim 2, wherein the overshoot is determined to occur when the difference exceeds the threshold.
前記アンダーシュート検出手段で前記アンダーシュートの発生が検出されると、前記パルス信号の立ち下がり時間を、前記高周波のパルス出力の立ち下がり時に前記アンダーシュートを抑制させる立ち下がり時間に調整する立ち下がり時間調整手段と、
を更に備える、請求項1乃至6のいずれかに記載の高周波電源。 Undershoot detecting means for detecting that undershoot has occurred at the fall of the high-frequency pulse output;
When the occurrence of the undershoot is detected by the undershoot detection means, a fall time for adjusting the fall time of the pulse signal to a fall time for suppressing the undershoot when the high-frequency pulse output falls Adjusting means;
The high frequency power supply according to claim 1, further comprising:
前記立ち下がり時間調整手段は、前記第2の判定手段により前記アンダーシュートが発生したと判定される毎に、前記立ち下がり時間の調整処理を行う、請求項7に記載の高周波電源。 The undershoot detection means includes second determination means for determining whether or not the undershoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is pulsed,
The high frequency power supply according to claim 7, wherein the fall time adjusting unit performs the fall time adjustment process every time the second determination unit determines that the undershoot has occurred.
前記立ち下がり時間調整手段は、前記第2の検出手段により前記アンダーシュートが連続して前記所定の回数以上検出されたときに、前記立ち下がり時間の調整処理を行う、請求項7に記載の高周波電源。 The undershoot detection means includes a second determination means for determining whether or not the undershoot has occurred in the pulse output every time the high frequency is output as a pulse, and the undershoot is detected by the second determination means. And a second detection means for detecting that the determination that it has occurred continues for a predetermined number of times or more,
The high frequency signal according to claim 7, wherein the fall time adjusting means performs the fall time adjusting process when the second detecting means continuously detects the undershoot more than the predetermined number of times. Power supply.
前記第2の判定手段は、前記電力検出手段で検出される前記高周波の電力と予め設定された第2の目標電力値との第2の差分を演算する第2の差分演算手段と、前記第2の差分と予め設定された第2の閾値とを比較する第2の比較手段と、を含み、前記第2の差分が前記第2の閾値を超えている場合に前記アンダーシュートが発生したと判定する、請求項8又は9に記載の高周波電源。 Comprising power detection means for detecting the high-frequency power;
The second determination unit includes a second difference calculation unit that calculates a second difference between the high-frequency power detected by the power detection unit and a preset second target power value; Second comparison means for comparing a difference between 2 and a preset second threshold, and the undershoot has occurred when the second difference exceeds the second threshold The high frequency power supply according to claim 8 or 9, wherein the high frequency power supply is determined.
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