JP2021064482A - High frequency power supply device - Google Patents

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Abstract

To provide a technique for reducing a periodic fluctuation of a plasma load when the periodic fluctuation of the plasma load occurs in a plasma processing apparatus to which a high frequency power supply device is connected.SOLUTION: A high frequency power supply device includes an oscillator for generating and outputting a high frequency oscillation signal based on a frequency set value, a power amplification unit for amplifying the high frequency oscillation signal by using DC power, and outputting a high-frequency output, a high frequency power detector for detecting a traveling wave power signal which is a high frequency output supplied to a load, and a reflected wave power signal from the load, and a controller for controlling the operation of the device to calculate a target power set value based on a setting parameter, and execute at least one of output power modulation and output frequency modulation on the target power set value to output a modulated high frequency output.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、高周波電源装置に関する。 The present disclosure relates to a high frequency power supply device.

高周波電源装置では、プラズマ負荷が不安定になった場合において、一定の電力を提供するような制御が実行される。例えば、特許文献1は、プラズマ負荷等に高周波電力を供給する高周波電源装置の負荷に低周波数の変動が生じたときに、出力制御にゆらぎが生じて高周波出力が変動するのを防止するために、内部の電圧や電流を制御(規制)するフィードバック制御やフィードフォワード制御ループを動作させることを開示している。 In the high frequency power supply device, when the plasma load becomes unstable, control is performed so as to provide a constant power. For example, Patent Document 1 is for preventing fluctuations in output control and fluctuations in high-frequency output when low-frequency fluctuations occur in the load of a high-frequency power supply device that supplies high-frequency power to a plasma load or the like. , Discloses that it operates a feedback control or feedforward control loop that controls (regulates) internal voltage and current.

特開2013−77505号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-77505

しかしながら、特許文献1に示した高周波電源装置を用いて、安定的に所定の周波数で一定の電力(高周波出力)をプラズマ負荷等に供給し続けたとしても、プラズマ負荷の中には、比較的低い周期で変動する周期負荷変動(プラズマオシレーション(Plasma Oscillation))が発生する場合がある。このプラズマオシレーションは比較的低い周期(数Hz:例えば3〜6Hz)で変動し、プラズマ処理装置内ではプラズマのチラつき(Blinking)を引き起こす要因となる。このようなプラズマのチラつきが発生してしまうと、例えば、プラズマ処理装置による半導体や液晶等に対する薄膜の形成や表面の改質、あるいは薄膜の除去(エッチングやアッシング)等の処理が適切に行えなくなる可能性がある。 However, even if the high-frequency power supply device shown in Patent Document 1 is used to stably supply a constant power (high-frequency output) to a plasma load or the like at a predetermined frequency, the plasma load may be relatively low. Periodic load fluctuations (Plasma Oscillation) that fluctuate in low cycles may occur. This plasma oscillation fluctuates in a relatively low period (several Hz: for example, 3 to 6 Hz), and becomes a factor that causes plasma flicker (Blinking) in the plasma processing apparatus. If such plasma flicker occurs, for example, it becomes impossible to properly perform processing such as formation of a thin film on a semiconductor or liquid crystal by a plasma processing device, surface modification, or removal of the thin film (etching or ashing). there is a possibility.

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、高周波電源装置が接続されたプラズマ処理装置において、プラズマ負荷の周期的変動が発生した場合に当該周期的変動を低減する技術を提供する。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and provides a technique for reducing the periodic fluctuation of the plasma load when the periodic fluctuation of the plasma load occurs in the plasma processing apparatus to which the high frequency power supply device is connected. ..

上記課題を解決するために、本実施形態は、負荷に高周波出力を供給する高周波電源装置であって、周波数設定値に基づいて、高周波発振信号を生成し、出力する発振部と、直流電力を用いて高周波発振信号を増幅し、高周波出力を出力する電力増幅部と、負荷に供給される高周波出力である進行波電力信号と、負荷からの反射波電力信号を検出する高周波電力検出部と、設定パラメータに基づいて目標電力設定値を算出し、当該目標電力設定値に対して出力電力変調あるいは出力周波数変調の少なくとも一方を実行して、変調された高周波出力を出力するように装置動作を制御する制御部と、を備える高周波電源装置について開示する。 In order to solve the above problems, the present embodiment is a high-frequency power supply device that supplies a high-frequency output to a load, and generates and outputs a high-frequency oscillation signal based on a frequency setting value, and a DC power source. A power amplification unit that amplifies a high-frequency oscillation signal and outputs a high-frequency output, a traveling wave power signal that is a high-frequency output supplied to the load, and a high-frequency power detection unit that detects a reflected wave power signal from the load. The target power setting value is calculated based on the setting parameter, and at least one of output power modulation or output frequency modulation is executed for the target power setting value to control the device operation so as to output a modulated high frequency output. A high-frequency power supply device including a control unit is disclosed.

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例をいかなる意味においても限定するものではない。
Further features relating to this disclosure will become apparent from the description herein and the accompanying drawings. Moreover, the aspect of the present disclosure is achieved and realized by the mode of the elements and the combination of various elements, the detailed description below, and the appended claims.
The description of the present specification is merely a typical example, and does not limit the scope of claims or application examples of the present disclosure in any sense.

本開示によれば、高周波電源装置が接続されたプラズマ処理装置において、プラズマ負荷の周期的変動を低減することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the periodic fluctuation of the plasma load in the plasma processing apparatus to which the high frequency power supply apparatus is connected.

本実施形態による高周波電源装置10の概略構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure example of the high frequency power source device 10 by this embodiment. 本実施形態による制御部17の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the internal structure example of the control part 17 by this embodiment. 本実施形態による発振部12の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the internal structure example of the oscillation part 12 by this embodiment. 本実施形態によるパラメータ設定画面400の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the parameter setting screen 400 by this embodiment. 本実施形態の高周波電源装置10における変調機能の詳細を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the detail of the modulation function in the high frequency power source device 10 of this embodiment. 出力電力変調のみを行ったときの出力電力波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output power waveform when only output power modulation is performed. 出力周波数変調のみを行ったときの出力電力波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output power waveform when only output frequency modulation is performed. 出力電力変調および出力周波数変調の両方を行ったときの出力電力波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output power waveform when both output power modulation and output frequency modulation are performed. プラズマオシレーションが発生している状態(変調前)の周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum in the state where plasma oscillation occurs (before modulation). 図9の状態で出力電力変調を行った後の周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum after performing the output power modulation in the state of FIG. プラズマオシレーションが発生している状態(変調前)の周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum in the state where plasma oscillation occurs (before modulation). 図11の状態で出力周波数変調を行った後の周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum after performing the output frequency modulation in the state of FIG.

<高周波電源装置の構成>
図1は、本実施形態による高周波電源装置10の概略構成例を示すブロック図である。図1に示されるように、高周波電源装置10は、直流電源部11と、発振部12と、電力増幅部13と、合成部14と、高周波電力検出部15と、制御部17と、入力部18と、表示部19と、を備え、インピーダンス整合器16を介して、プラズマ処理装置などの負荷30に対して高周波出力(RF出力)を供給する。
<Structure of high frequency power supply device>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of the high frequency power supply device 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the high-frequency power supply device 10 includes a DC power supply unit 11, an oscillation unit 12, a power amplification unit 13, a synthesis unit 14, a high-frequency power detection unit 15, a control unit 17, and an input unit. A high frequency output (RF output) is supplied to a load 30 such as a plasma processing device via an impedance matching device 16 including 18 and a display unit 19.

直流電源部11は、制御部17からの動作指令に応答して、商用電源20の出力を直流出力に変換する。直流電源部11は、例えば、商用電源20からの交流電圧を一旦直流に変換し、それを別のレベルの直流出力に変換するDC/DCコンバータとして機能しており、当該直流出力のレベルを適宜可変に制御することができるように構成されている。直流電源部11は、内部構成として(図1には図示せず)、例えば、商用電源20から得られる交流電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を交流出力に変換するインバータと、インバータの出力を整流し平滑する整流平滑回路と、を含むことができる。 The DC power supply unit 11 converts the output of the commercial power supply 20 into a DC output in response to an operation command from the control unit 17. The DC power supply unit 11 functions, for example, as a DC / DC converter that temporarily converts the AC voltage from the commercial power supply 20 into DC and then converts it into another level of DC output, and appropriately adjusts the level of the DC output. It is configured so that it can be controlled variably. The DC power supply unit 11 has an internal configuration (not shown in FIG. 1), for example, a rectifier circuit that rectifies an AC voltage obtained from a commercial power supply 20, an inverter that converts the output of the rectifier circuit into an AC output, and an inverter. A rectifying smoothing circuit that rectifies and smoothes the output of the inverter can be included.

発振部12は、制御部17から発振部出力周波数設定値(基本周波数)を含む各変調パラメータ値(後述)を受信し、基本周波数の交流成分あるいは周波数変調された交流成分の信号(負荷に供給する高周波出力の周波数に等しい発振信号(高周波発振信号):いわゆる小信号)であって、電力増幅部13を動作させるための信号を電力増幅部13に供給する。なお、高周波電源装置10に複数の電力増幅部13が設けられている場合、発振部12は、生成した高周波発振信号を電力増幅部13の設定数分だけ分配して出力する。図1では、2つの高周波発振信号が出力される例が示されている。もちろん、1つの高周波発振信号を出力するようにしてもよいし、3つ以上の高周波発振信号を出力するようにしてもよい。 The oscillator 12 receives each modulation parameter value (described later) including the oscillator output frequency set value (basic frequency) from the control unit 17, and supplies a signal (supplied to the load) of the AC component of the fundamental frequency or the frequency-modulated AC component. An oscillation signal equal to the frequency of the high-frequency output (high-frequency oscillation signal): a so-called small signal), and a signal for operating the power amplification unit 13 is supplied to the power amplification unit 13. When the high-frequency power supply device 10 is provided with a plurality of power amplification units 13, the oscillation unit 12 distributes and outputs the generated high-frequency oscillation signal by the set number of the power amplification units 13. FIG. 1 shows an example in which two high-frequency oscillation signals are output. Of course, one high-frequency oscillation signal may be output, or three or more high-frequency oscillation signals may be output.

電力増幅部13は、制御部17から供給される操作量の値(後述)に基づいて、発振部12から供給される高周波発振信号を増幅し、直流電源部11から供給される直流出力を所定の周波数を有する高周波電力(RF出力)に変換して出力する。図1には示されていないが、電力増幅部13は複数設けることができる。1つの電力増幅部だけでは出力できる電力の大きさが限られているため、所望の電力値を得るために複数の電力増幅部を設けることがある。つまり、高周波電源装置10に接続する負荷で必要とされる出力電力が大きさによって電力増幅部の個数が決まる。図1では、2つの高周波発振信号が電力増幅部13に供給されているため、2つの電力増幅部が設けられていることになる。 The power amplification unit 13 amplifies the high-frequency oscillation signal supplied from the oscillation unit 12 based on the value of the operation amount supplied from the control unit 17 (described later), and determines the DC output supplied from the DC power supply unit 11. It is converted to high frequency power (RF output) having the frequency of and output. Although not shown in FIG. 1, a plurality of power amplification units 13 can be provided. Since the amount of power that can be output by only one power amplification unit is limited, a plurality of power amplification units may be provided in order to obtain a desired power value. That is, the number of power amplification units is determined by the magnitude of the output power required for the load connected to the high-frequency power supply device 10. In FIG. 1, since the two high-frequency oscillation signals are supplied to the power amplification unit 13, the two power amplification units are provided.

合成部14は、電力増幅部13が複数ある場合に、電力増幅部13の出力を合成し、合成された電力信号(進行波電力信号)を出力する。従って、電力増幅部13が1つの場合には、合成部14を省略できる。なお、複数の電力増幅部13を設ける場合は、例えば、特開2015−144505号公報,特開2017−201630号公報に示すように、発振部12で生成する複数の高周波発振信号に位相差を設定することによって、後述する合成部14における合成割合を調整することができる。すなわち、高周波電源装置10から出力する高周波電力(RF出力)を調整することができる。 When there are a plurality of power amplification units 13, the synthesis unit 14 synthesizes the outputs of the power amplification units 13 and outputs a combined power signal (progressive wave power signal). Therefore, when there is only one power amplification unit 13, the synthesis unit 14 can be omitted. When a plurality of power amplification units 13 are provided, for example, as shown in JP-A-2015-144505 and JP-A-2017-201630, a phase difference is added to a plurality of high-frequency oscillation signals generated by the oscillation unit 12. By setting, the synthesis ratio in the synthesis unit 14 described later can be adjusted. That is, the high frequency power (RF output) output from the high frequency power supply device 10 can be adjusted.

高周波電力検出部15は、合成部14で生成された高周波出力(RF出力:進行波電力信号)を、インピーダンス整合器16を介してプラズマ負荷(プラズマ処理装置)等の負荷30に供給する。 The high-frequency power detection unit 15 supplies the high-frequency output (RF output: traveling wave power signal) generated by the synthesis unit 14 to a load 30 such as a plasma load (plasma processing device) via an impedance matching device 16.

インピーダンス整合器16は、負荷30を高周波電源装置10に接続したときに、高周波電源装置側の出力インピーダンスと負荷側の入力インピーダンスの整合を取る機能を有している。電力伝送を効率的に行うためである。インピーダンス整合器16は、例えば、2つの可変コンデンサ、あるいは、1つの固定コンデンサと1つの可変コンデンサを備えている。なお、インピーダンス整合が取れ、反射波電力信号がなくなったとしても上述のプラズマオシレーションは発生する可能性がある。 The impedance matching box 16 has a function of matching the output impedance on the high frequency power supply device side with the input impedance on the load side when the load 30 is connected to the high frequency power supply device 10. This is for efficient power transmission. The impedance matching box 16 includes, for example, two variable capacitors, or one fixed capacitor and one variable capacitor. Even if impedance matching is achieved and the reflected wave power signal disappears, the above-mentioned plasma oscillation may occur.

高周波電力検出部15は、送信する進行波電力信号のみならず、インピーダンス整合器16においてインピーダンス整合を取りきれないときに負荷30から反射して戻ってくる反射波電力信号を検出し、進行波電力信号および反射電力信号を制御部17に対して供給する。 The high-frequency power detection unit 15 detects not only the traveling wave power signal to be transmitted but also the reflected wave power signal reflected from the load 30 and returned when the impedance matching device 16 cannot complete the impedance matching, and the traveling wave power is detected. The signal and the reflected power signal are supplied to the control unit 17.

制御部17は、入力部18から入力された指示、高周電力波検出部15から供給される進行波電力信号および反射波電力信号に基づいて、直流電源部11の出力制御量、発振部12の動作基本周波数値、および電力増幅部13の操作量を決定し、それぞれに対してそれぞれの制御量を出力する。なお、電力増幅部13の操作量には、上述した発振部12で生成する複数の高周波発振信号に設定される位相差も含まれる。 The control unit 17 determines the output control amount of the DC power supply unit 11 and the oscillation unit 12 based on the instruction input from the input unit 18, the traveling wave power signal and the reflected wave power signal supplied from the high frequency power wave detection unit 15. The operation basic frequency value of the above and the operation amount of the power amplification unit 13 are determined, and the respective control amounts are output for each. The operation amount of the power amplification unit 13 also includes a phase difference set for a plurality of high-frequency oscillation signals generated by the oscillation unit 12 described above.

インピーダンス整合器16が自動インピーダンス整合器であった場合、制御部17は、プラズマオシレーションの発生を検出したときには、本実施形態による出力電力(振幅)変調(高周波出力電力変調)処理および/あるいは出力周波数変調(高周波出力周波数変調)処理による効果(後述)を分かりやすくするため、自動インピーダンス整合器16の動作を停止させるようにしてもよい。このため、図1では、制御部17からインピーダンス整合器16に対して制御信号が供給される構成となっている。従って、インピーダンス整合器16の動作を停止させない場合には、当該制御信号の供給は不要である。なお、制御部17の内部構成は、図2に示すとおりであり、その詳細については後述する。 When the impedance matching box 16 is an automatic impedance matching device, when the control unit 17 detects the occurrence of plasma oscillation, the output power (amplitude) modulation (high frequency output power modulation) processing and / or output according to the present embodiment is performed. In order to make the effect (described later) of the frequency modulation (high frequency output frequency modulation) process easy to understand, the operation of the automatic impedance matching box 16 may be stopped. Therefore, in FIG. 1, a control signal is supplied from the control unit 17 to the impedance matching box 16. Therefore, if the operation of the impedance matching box 16 is not stopped, it is not necessary to supply the control signal. The internal configuration of the control unit 17 is as shown in FIG. 2, and the details thereof will be described later.

入力部18は、ユーザ(オペレータ)が制御部17に対して指示を入力する手段であり、例えば、キーボード、機械的スイッチ、マウスやタッチパネルなどのポインティングデバイス、およびマイク等が該当する。後述するように、ユーザによる指示入力には、例えば、目標電力設定値(基準電力値)、各種出力電力変調パラメータ、および各種出力周波数変調パラメータが含まれる。 The input unit 18 is a means for a user (operator) to input an instruction to the control unit 17, and corresponds to, for example, a keyboard, a mechanical switch, a pointing device such as a mouse or a touch panel, a microphone, or the like. As will be described later, the instruction input by the user includes, for example, a target power set value (reference power value), various output power modulation parameters, and various output frequency modulation parameters.

表示部19は、例えば、制御部17の指令に基づいて、各種出力電力変調および出力周波数変調パラメータを入力するためのGUI(Graphical User Interface)を表示したり、負荷に供給中のRF出力レベル、検出した進行波電力信号値および反射波電力信号値、プラズマオシレーションの発生の有無、出力電力変調および/または出力周波数変調が作動中であることを示す情報などを表示したりする。 The display unit 19 displays, for example, a GUI (Graphical User Interface) for inputting various output power modulation and output frequency modulation parameters based on a command of the control unit 17, or an RF output level being supplied to a load. It displays detected traveling wave power signal value and reflected wave power signal value, presence / absence of plasma oscillation, output power modulation and / or information indicating that output frequency modulation is in operation.

<制御部の内部構成例>
図2は、本実施形態による制御部17の内部構成例を示す図である。図2に示されるように、制御部17は、直流電源部11および電力増幅部13に対して操作量(制御量)を提供する第1構成部と、発振部12に対して出力周波数変調パラメータを供給する第2構成部と、を備えている。
<Example of internal configuration of control unit>
FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal configuration of the control unit 17 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the control unit 17 provides an operation amount (control amount) to the DC power supply unit 11 and the power amplification unit 13, and an output frequency modulation parameter for the oscillation unit 12. It is provided with a second component for supplying the above.

(i)第1構成部について
制御部17は、第1構成部として、出力電力設定変調部1701と、平均電力設定出力部1702と、出力電力変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1703と、出力電力変調振幅設定出力部1704と、出力電力変調位相設定出力部1705と、出力電力変調周波数設定出力部1706と、出力電力設定変調出力部が各種パラメータに基づいて変調し決定した変調出力電力設定値を目標電力設定値として出力する目標電力設定出力部1708と、高周波電力検出部15から取得した進行波電力信号および反射波電力信号と目標電力設定値とに基づいて電力増幅部への操作量(フィードバック制御量)を演算する操作量演算部1709と、を備える。
(I) About the first component The control unit 17 has, as the first component, an output power setting modulation unit 1701, an average power setting output unit 1702, and an output power modulation enable / disable setting output unit 1703. , Output power modulation amplitude setting output unit 1704, output power modulation phase setting output unit 1705, output power modulation frequency setting output unit 1706, and output power setting modulation output unit modulated and determined based on various parameters. To the power amplification unit based on the target power setting output unit 1708 that outputs the power set value as the target power set value, the traveling wave power signal and the reflected wave power signal acquired from the high frequency power detection unit 15, and the target power set value. The operation amount calculation unit 1709 for calculating the operation amount (feedback control amount) is provided.

平均電力設定出力部1702は、負荷30に供給する高周波電力(RF出力)の設定値(平均値や中心値ともいう)を出力電力設定変調部1701に供給する。当該設定値は、入力部18を介してユーザによって入力されるようにしてもよいし、あるいは平均電力設定出力部1702がメモリ(図示せず)に格納された値を読み込んで取得してもよい。 The average power setting output unit 1702 supplies a set value (also referred to as an average value or a center value) of high frequency power (RF output) to be supplied to the load 30 to the output power setting modulation unit 1701. The set value may be input by the user via the input unit 18, or the average power setting output unit 1702 may read and acquire the value stored in the memory (not shown). ..

出力電力変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1703は、出力電力設定値(出力電力値)が所定の閾値(例えば、変調開始閾値設定電力入力部402(図4参照)に対して、ユーザがプラズマオシレーション発生の可能性が高くなる電力値を閾値として設定することができる)を超えたときに、出力電力変調を実行するかしないかを示す情報を出力電力設定変調部1701に供給する。有効(Enable)か無効(Disable)かは、例えば、ユーザが入力部18を用いて設定することができる。出力電力設定変調部1701は、有効(Enable)の情報を受け取った場合、出力電力変調を実行し、無効(Disable)の情報を受け取った場合、出力電力変調を実行しない。有効(Enable)か無効(Disable)かは、例えば、ユーザが入力部18を用いてパラメータ設定画面400(図4参照)を介して設定することができる。後述のように、入力部18からは、変調対象信号(変調種別情報)が制御部17の出力電力変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1703に送られる。出力電力変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1703は、変調対象信号に基づいて、出力電力変調が有効に設定されているか判断し、プラズマオシレーションの発生等が検知されたときに出力電力変調が動作するか否かの情報を出力電力設定変調部1701に適宜受け渡す(パラメータ設定時に受け渡してもよいし、プラズマオシレーションの発生等が検知されたときに受け渡してもよい)。 Output power modulation enable / disable setting In the output unit 1703, the output power setting value (output power value) is set with respect to a predetermined threshold value (for example, modulation start threshold setting power input unit 402 (see FIG. 4)). When the user exceeds the power value at which the possibility of plasma oscillation is likely to occur can be set as a threshold), information indicating whether or not to execute the output power modulation is supplied to the output power setting modulation unit 1701. To do. Whether it is enabled or disabled can be set by the user using the input unit 18, for example. The output power setting modulation unit 1701 executes the output power modulation when it receives the enable information, and does not execute the output power modulation when it receives the disable information. Whether it is enabled or disabled can be set by the user, for example, using the input unit 18 via the parameter setting screen 400 (see FIG. 4). As will be described later, the modulation target signal (modulation type information) is sent from the input unit 18 to the output power modulation enable / disable setting output unit 1703 of the control unit 17. Output power modulation enable / disable setting The output unit 1703 determines whether the output power modulation is enabled based on the modulation target signal, and outputs when the occurrence of plasma oscillation or the like is detected. Information on whether or not the power modulation operates is appropriately passed to the output power setting modulation unit 1701 (may be passed at the time of parameter setting, or may be passed when the occurrence of plasma oscillation or the like is detected).

出力電力変調振幅設定出力部1704は、出力電力変調する際の振幅値(設定値)を出力電力設定変調部1701に対して供給する。出力電力変調位相設定出力部1705は、出力電力変調する際の位相値(設定値)を出力電力設定変調部1701に対して供給する。また、出力電力変調周波数設定出力部1706は、出力電力変調する際の周波数値(設定値)を出力電力設定変調部1701に対して供給する。これらの各出力変調パラメータの設定値は、例えば、ユーザが入力部18を用いて設定(任意の値を入力してもよいし、予め決められた各パラメータ値の組み合わせの中から選択するようにしてもよい)することができる。出力電力設定変調部1701は、各設定出力部1704から1706から受け取った各種電力変調パラメータを用いて、有効(Enable)の情報を受け取った場合、出力電力変調を実行し、出力電力変調された目標電力設定値(高周波出力として目指すべき電力値)を目標電力設定出力部1708に出力する。 The output power modulation amplitude setting output unit 1704 supplies an amplitude value (set value) at the time of output power modulation to the output power setting modulation unit 1701. The output power modulation phase setting output unit 1705 supplies a phase value (set value) at the time of output power modulation to the output power setting modulation unit 1701. Further, the output power modulation frequency setting output unit 1706 supplies the frequency value (set value) at the time of output power modulation to the output power setting modulation unit 1701. The set value of each of these output modulation parameters is set by the user using the input unit 18, for example (any value may be input, or a predetermined combination of each parameter value is selected. May be). When the output power setting modulation unit 1701 receives the enable information using various power modulation parameters received from each setting output unit 1704 to 1706, the output power setting modulation unit 1701 executes the output power modulation, and the output power modulation target. The power set value (power value to be aimed at as high frequency output) is output to the target power setting output unit 1708.

目標電力設定出力部1708は、出力電力設定変調部1701から受け取った出力電力変調された目標電力設定値を保持し、例えば、操作量演算処理開始のタイミングで操作量演算部1709に当該出力電力変調された目標電力設定値を提供する。目標電力設定出力部1708は、出力電力変調された目標電力設定値を操作量演算部1709に提供すると、当該目標電力設定値を削除してもよいし、次の出力電力変調された目標電力設定値を提供した後などタイミングを遅らせて当該目標電力設定値を削除してもよい。 The target power setting output unit 1708 holds the output power modulated target power set value received from the output power setting modulation unit 1701, and for example, the output power modulation is performed by the operation amount calculation unit 1709 at the timing of starting the operation amount calculation process. Provides a set target power setting. When the target power setting output unit 1708 provides the output power-modulated target power setting value to the operation amount calculation unit 1709, the target power setting value may be deleted, or the next output power-modulated target power setting may be deleted. The target power setting value may be deleted by delaying the timing such as after providing the value.

操作量演算部1709は、直流電源部11の出力を決定する変量および電力増幅部13のゲインなどを操作量として直流電源部11および電力増幅部13にそれぞれ提供する。例えば、操作量演算部1709は、直流電源部11の出力電圧を決定するインバータ(図示せず)のPWM制御のデューティ比を操作量とし、進行波電力を制御対象とする(進行波電力一定制御)か、もしくは進行波電力信号から反射波電力信号を減算することにより求めた有効電力を制御対象とする(負荷電力一定制御)。直流電源部11は、当該操作量を用いて、高周波電力の平均値が上記入力された平均電力設定値に保たれるように出力すべき直流電力値を決定する。また、例えば進行波電力一定制御の場合、操作量演算部1709は、出力電力変調された目標電力設定値と検出された進行波電力信号(時々刻々と変化する電力値)との差分を取って操作量(フィードバック制御量)を算出し、当該制御量を電力増幅部13に供給する。電力増幅部13のそれぞれは、制御部17(操作量演算部1709)から受け取った操作量を用いて、発振部12から供給される高周波発振信号を増幅し、直流電源部11から供給される直流出力を所定の周波数を有する高周波電力(RF出力)を出力する。 The operation amount calculation unit 1709 provides the DC power supply unit 11 and the power amplification unit 13 with a variable that determines the output of the DC power supply unit 11 and a gain of the power amplification unit 13 as operation quantities, respectively. For example, the operation amount calculation unit 1709 uses the PWM control duty ratio of the inverter (not shown) that determines the output voltage of the DC power supply unit 11 as the operation amount, and controls the traveling wave power (constant control of the traveling wave power). ) Or, the active power obtained by subtracting the reflected wave power signal from the traveling wave power signal is set as the control target (constant load power control). The DC power supply unit 11 uses the manipulated variable to determine the DC power value to be output so that the average value of the high frequency power is maintained at the input average power set value. Further, for example, in the case of constant traveling wave power control, the operation amount calculation unit 1709 takes a difference between the output power modulated target power setting value and the detected traveling wave power signal (power value that changes from moment to moment). The operation amount (feedback control amount) is calculated, and the control amount is supplied to the power amplification unit 13. Each of the power amplification units 13 amplifies the high-frequency oscillation signal supplied from the oscillation unit 12 by using the operation amount received from the control unit 17 (operation amount calculation unit 1709), and the DC supplied from the DC power supply unit 11. The output is high frequency power (RF output) having a predetermined frequency.

(ii)第2構成部
制御部17は、第2構成部として、発振部出力周波数設定出力部1710と、出力周波数数変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1711と、出力周波数変調振幅設定出力部1712と、出力周波数変調位相設定出力部1713と、出力周波数変調周波数設定出力部1714と、を備える。
(Ii) Second configuration unit The control unit 17 has, as the second configuration unit, an oscillation unit output frequency setting output unit 1710, an output frequency number modulation enable / disable setting output unit 1711, and an output frequency modulation amplitude. It includes a setting output unit 1712, an output frequency modulation phase setting output unit 1713, and an output frequency modulation frequency setting output unit 1714.

発振部出力周波数設定出力部1710は、発振部12から出力される高周波発振信号(小信号)の周波数(基本出力周波数)を発振部12の出力周波数変調部1201(図3参照)に提供する。高周波発振信号の周波数の値は、例えば、入力部18を介してユーザが入力するようにしてもよいし、あるいは発振部出力周波数設定出力部1710がメモリ(図示せず)に格納された値を読み込んで取得してもよい。 Oscillator unit output frequency setting The output unit 1710 provides the frequency (basic output frequency) of the high-frequency oscillation signal (small signal) output from the oscillator unit 12 to the output frequency modulation unit 1201 (see FIG. 3) of the oscillator unit 12. The frequency value of the high-frequency oscillation signal may be, for example, input by the user via the input unit 18, or a value stored in a memory (not shown) by the oscillation unit output frequency setting output unit 1710. It may be read and acquired.

出力周波数変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1711は、出力電力設定値が所定の閾値(例えば、プラズマオシレーション発生の可能性が高くなる電力値に閾値を設定することができる)を超えたときに、出力周波数変調を実行するかしないかを示す情報を発振部12の出力周波数変調部1201に供給する。有効(Enable)か無効(Disable)かは、後述のように、例えば、ユーザが入力部18を用いてパラメータ設定画面400(図4参照)を介して設定することができる。後述のように、入力部18からは、変調対象信号(変調種別情報:上述の0、1、2、3)が制御部17の出力周波数変調有効/無効(Enable/Disable)設定出力部1711に送られ、制御部17の制御の下、出力周波数変調が有効に設定されているか(プラズマオシレーションの発生等が検知されたときに周波数変調を動作させるか否か)判断される。そして、制御部17は、出力周波数変調が有効に設定されている場合には、各種出力周波数変調のパラメータを、発振部12の出力周波数変調部1201に適宜受け渡す。 Output frequency modulation enable / disable setting The output unit 1711 sets a threshold value for the output power setting value (for example, a threshold value can be set for a power value at which the possibility of plasma oscillation is high). When the value is exceeded, information indicating whether or not to execute the output frequency modulation is supplied to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12. As will be described later, whether to enable or disable can be set by the user, for example, using the input unit 18 via the parameter setting screen 400 (see FIG. 4). As will be described later, from the input unit 18, the modulation target signal (modulation type information: 0, 1, 2, 3 described above) is sent to the output frequency modulation enable / disable setting output unit 1711 of the control unit 17. It is sent, and under the control of the control unit 17, it is determined whether the output frequency modulation is effectively set (whether or not the frequency modulation is operated when the occurrence of plasma oscillation or the like is detected). Then, when the output frequency modulation is effectively set, the control unit 17 appropriately passes various output frequency modulation parameters to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12.

出力周波数変調部1201は、有効(Enable)の情報を受け取った場合、出力周波数変調を実行し、無効(Disable)の情報を受け取った場合、周波数変調を実行しない。 The output frequency modulation unit 1201 executes the output frequency modulation when it receives the enable information, and does not execute the frequency modulation when it receives the disable information.

出力周波数変調振幅設定出力部1712は、出力周波数変調する際の振幅値(設定値)を出力周波数変調部1201に対して供給する。出力周波数変調位相設定出力部1713は、出力周波数変調する際の位相値(設定値)を出力周波数変調部1201に対して供給する。また、出力周波数変調周波数設定出力部1714は、出力周波数変調する際の周波数値(設定値)を出力周波数変調部1201に対して供給する。これらの各出力変調パラメータの設定値は、例えば、ユーザが入力部18を用いて設定(任意の値を入力してもよいし、予め決められた各パラメータ値の組み合わせの中から選択するようにしてもよい)することができる。 The output frequency modulation amplitude setting output unit 1712 supplies an amplitude value (set value) at the time of output frequency modulation to the output frequency modulation unit 1201. Output frequency modulation phase setting The output unit 1713 supplies a phase value (set value) at the time of output frequency modulation to the output frequency modulation unit 1201. Further, the output frequency modulation frequency setting output unit 1714 supplies a frequency value (set value) at the time of output frequency modulation to the output frequency modulation unit 1201. The set value of each of these output modulation parameters is set by the user using the input unit 18, for example (any value may be input, or a predetermined combination of each parameter value is selected. May be).

なお、本実施形態では、各種出力電力変調パラメータおよび各種出力周波数変調パラメータは、入力部18からユーザが入力した値(固定値)を用いたり、メモリに格納した値(固定値)を読み込んで用いたりするようにしているが、自動的に各パラメータを決定してもよい。例えば、プラズマオシレーションの発生が検出された後、高周波出力(RF出力)の1から2周期分の信号を取得し、各種変調パラメータの値を自動的に算出してもよい。 In the present embodiment, various output power modulation parameters and various output frequency modulation parameters use values (fixed values) input by the user from the input unit 18 or read values (fixed values) stored in the memory. However, each parameter may be determined automatically. For example, after the occurrence of plasma oscillation is detected, signals for 1 to 2 cycles of high frequency output (RF output) may be acquired and the values of various modulation parameters may be automatically calculated.

<発振部の内部構成例>
図3は、本実施系形態による発振部12の内部構成例を示す図である。図3に示されるように、発振部12は、出力周波数変調部1201を含んでいる。
<Example of internal configuration of oscillator>
FIG. 3 is a diagram showing an example of the internal configuration of the oscillator 12 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the oscillation unit 12 includes an output frequency modulation unit 1201.

出力周波数変調部1201は、各種パラメータ値の1つである出力周波数変調Enable/Disable信号を受け取り、出力周波数変調が有効か否か判断する。有効(Enable)の情報を受け取った場合、出力周波数変調部1201は、発振部出力周波数設定出力部1710から受け取った基本出力周波数と、他の各設定出力部1711から1714から受け取った各種出力周波数変調パラメータ値を用いて、出力周波数変調を実行する。 The output frequency modulation unit 1201 receives the output frequency modulation Enable / Disable signal, which is one of the various parameter values, and determines whether or not the output frequency modulation is effective. When the enable information is received, the output frequency modulation unit 1201 receives the basic output frequency received from the oscillation unit output frequency setting output unit 1710 and various output frequency modulations received from each of the other setting output units 1711 to 1714. Output frequency modulation is performed using the parameter values.

周波数変調が無効(Disable)の場合には、出力周波数変調部1201は周波数変調を実行せず、発振部12は、発振部出力周波数設定出力部1710から与えられる基本出力周波数で動作することになる。 When the frequency modulation is disabled (Disable), the output frequency modulation unit 1201 does not execute the frequency modulation, and the oscillation unit 12 operates at the basic output frequency given by the oscillation unit output frequency setting output unit 1710. ..

発振部12は、上述のように、発振部出力(高周波発振信号)を電力増幅部13の設定数分出力する。各電力増幅部13は、発振部12から受け取った高周波発振信号、直流電源部11から受け取った直流出力、および制御部から受け取った操作量に基づいて、高周波出力を生成し、合成部14に出力する。 As described above, the oscillating unit 12 outputs the oscillating unit output (high frequency oscillation signal) for the set number of power amplification units 13. Each power amplification unit 13 generates a high frequency output based on the high frequency oscillation signal received from the oscillation unit 12, the DC output received from the DC power supply unit 11, and the manipulated variable received from the control unit, and outputs the high frequency output to the synthesis unit 14. To do.

<パラメータ設定画面構成例>
本実施形態による変調処理においては、変調対象(変調種別)の選択、出力電力変調振幅設定、出力電力変調周波数設定、出力電力変調位相設定、出力周波数変調周波数振幅設定、出力周波数変調周波数設定、出力周波数変調位相設定および変調開始閾値設定電力をパラメータ化している。例えば、変調対象が出力電力変調に設定されていた場合、負荷30への出力電力値が、変調開始閾値設定電力を超えた場合、高周波電源1は、出力電力変調振幅設定値、出力電力変調周波数設定値、および出力電力変調位相設定値に応じた、高周波電力を出力する。
<Parameter setting screen configuration example>
In the modulation processing according to the present embodiment, the modulation target (modulation type) is selected, the output power modulation amplitude setting, the output power modulation frequency setting, the output power modulation phase setting, the output frequency modulation frequency amplitude setting, the output frequency modulation frequency setting, and the output. The frequency modulation phase setting and the modulation start threshold setting power are parameterized. For example, when the modulation target is set to output power modulation and the output power value to the load 30 exceeds the modulation start threshold set power, the high frequency power supply 1 has the output power modulation amplitude set value and the output power modulation frequency. Outputs high-frequency power according to the set value and output power modulation phase set value.

一方、変調対象が出力周波数変調に設定されていた場合は、負荷30への出力電力値が、変調開始閾値設定電力を超えたとき、高周波電源装置10は、出力周波数変調周波数振幅設定値、出力周波数変調周波数設定値、および出力周波数変調位相設定値に応じた高周波電力を出力する。 On the other hand, when the modulation target is set to output frequency modulation, when the output power value to the load 30 exceeds the modulation start threshold setting power, the high frequency power supply device 10 outputs the output frequency modulation frequency amplitude set value and output. Frequency modulation Outputs high frequency power according to the frequency setting value and output frequency modulation phase setting value.

パラメータは自由に設定することが可能であり、プラズマオシレーションの具合(状態)に応じて最適化が可能である。また、各種パラメータの値は、負荷の種類が変われば変更されるべきである。以下では、上述のような各種パラメータを入力するためのパラメータ設定画面の構成例について説明する。 The parameters can be set freely and can be optimized according to the condition (state) of plasma oscillation. In addition, the values of various parameters should be changed if the type of load changes. Hereinafter, a configuration example of the parameter setting screen for inputting various parameters as described above will be described.

図4は、本実施形態によるパラメータ設定画面400の構成例を示す図である。パラメータ設定画面400は、例えば、表示部19の表示画面に表示されるGUI(Graphical User Interface)であって、各項目の値は入力部18を介してユーザによって入力される。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the parameter setting screen 400 according to the present embodiment. The parameter setting screen 400 is, for example, a GUI (Graphical User Interface) displayed on the display screen of the display unit 19, and the value of each item is input by the user via the input unit 18.

パラメータ設定画面400は、例えば、変調対象選択入力部401と、変調開始閾値設定電力入力部402と、出力電力変調振幅設定値入力部403と、出力電力変調周波数設定値入力部404と、出力電力変調位相設定値入力部405と、アーク検出後変調再開指示入力部406と、ストレス検出後変調再開指示入力部407と、出力周波数変調周波数振幅設定値入力部408と、出力周波数変調周波数設定値入力部409と、出力周波数変調位相設定値入力部410と、を構成項目として含んでいる。 The parameter setting screen 400 is, for example, a modulation target selection input unit 401, a modulation start threshold setting power input unit 402, an output power modulation amplitude setting value input unit 403, an output power modulation frequency setting value input unit 404, and an output power. Modulation phase setting value input unit 405, modulation restart instruction input unit 406 after arc detection, modulation restart instruction input unit 407 after stress detection, output frequency modulation frequency amplitude setting value input unit 408, output frequency modulation frequency setting value input A unit 409 and an output frequency modulation phase setting value input unit 410 are included as constituent items.

変調対象選択入力部401は、プラズマオシレーションの発生(あるいは発生のおそれ)が検出されたときに実行される変調の種類(変調対象)をユーザが入力(選択)する際に用いられる項目欄である。例えば、出力電力変調のみを実行する場合には「1」、高周波出力周波数変調のみを実行する場合には「2」、出力電力変調および出力周波数変調の両方を実行する場合には「3」、何れも実行しない場合には「0」を入力するように構成することができる。あるいは、出力電力変調の有効および無効を示す情報(1または0)と出力周波数変調の有効および無効を示す情報(1または0)をそれぞれ入力するような形式であってもよい。なお、図4では、出力電力変調のみを実行することを示す情報である「1」が入力(選択)された状態が示されている。また、変調対象選択入力部401から入力された値(“0、1、2、あるいは3”、または“出力電力変調が1あるいは0、および出力周波数変調が1あるいは0”)は、変調対象信号(変調種別を示す情報)として、制御部17に送られる。 The modulation target selection input unit 401 is an item field used when the user inputs (selects) the type of modulation (modulation target) to be executed when the occurrence (or possibility of occurrence) of plasma oscillation is detected. is there. For example, "1" when executing only output power modulation, "2" when executing only high frequency output frequency modulation, "3" when executing both output power modulation and output frequency modulation, If neither is executed, it can be configured to input "0". Alternatively, the format may be such that information indicating the validity and invalidity of the output power modulation (1 or 0) and information indicating the validity and invalidity of the output frequency modulation (1 or 0) are input, respectively. Note that FIG. 4 shows a state in which "1", which is information indicating that only output power modulation is executed, is input (selected). Further, the value input from the modulation target selection input unit 401 (“0, 1, 2, or 3”, or “output power modulation is 1 or 0, and output frequency modulation is 1 or 0”) is a modulation target signal. It is sent to the control unit 17 as (information indicating the modulation type).

変調開始閾値設定電力入力部402は、プラズマオシレーションの発生(あるいは発生のおそれ)を検知し、指定された変調を有効にする設定電力の閾値をユーザが入力するための項目欄である。設定電力値(出力電力値)が当該閾値以上の場合に変調動作が実行される。図4では、24.5kWが閾値として入力された状態が示されている。 The modulation start threshold setting power input unit 402 is an item field for the user to detect the occurrence (or risk of occurrence) of plasma oscillation and input the threshold value of the set power for enabling the specified modulation. When the set power value (output power value) is equal to or greater than the threshold value, the modulation operation is executed. FIG. 4 shows a state in which 24.5 kW is input as a threshold value.

出力電力変調振幅設定値入力部403は、出力電力変調の際の振幅電力設定値をユーザが入力するための項目欄である。±振幅電力設定値で振幅変調が実行される。図4では、400Wが振幅設定値として入力された状態が示されている。 The output power modulation amplitude setting value input unit 403 is an item field for the user to input the amplitude power setting value at the time of output power modulation. Amplitude modulation is performed with the ± amplitude power setting. FIG. 4 shows a state in which 400 W is input as the amplitude set value.

出力電力変調周波数設定値入力部404は、出力電力変調の際の変調周波数設定値をユーザが入力するための項目欄である。図4では、60Hzが周波数設定値として入力された状態が示されている。 The output power modulation frequency setting value input unit 404 is an item field for the user to input the modulation frequency setting value at the time of output power modulation. FIG. 4 shows a state in which 60 Hz is input as a frequency set value.

出力電力変調位相設定値入力部405は、出力電力変調の際の位相設定値(変調周波数に対してどれだけ位相をずらすかを示す情報)をユーザが入力するための項目欄である。図4では、位相設定がされていない状態(設定位相値が0)が示されている。 The output power modulation phase setting value input unit 405 is an item column for the user to input a phase setting value (information indicating how much the phase is shifted with respect to the modulation frequency) at the time of output power modulation. FIG. 4 shows a state in which the phase is not set (the set phase value is 0).

アーク検出後変調再開指示入力部406は、負荷30で発生するアーク(負荷急変)を検出した後に変調を再開するか否かを示す情報(設定値)をユーザが入力するための項目欄である。例えば、設定値「0」の場合にはアーク検出後の変調動作を再開せず、設定値「1」の場合にアーク検出後の変調動作を再開するように指定することができる。図4では、アーク検出後の変調動作を再開するように指定された状態が示されている。 The modulation restart instruction input unit 406 after arc detection is an item field for the user to input information (set value) indicating whether or not to restart the modulation after detecting the arc (sudden load change) generated by the load 30. .. For example, when the set value is "0", the modulation operation after the arc detection is not restarted, and when the set value is "1", the modulation operation after the arc detection can be restarted. FIG. 4 shows a state in which the modulation operation after the arc is detected is specified to be restarted.

ストレス検出後変調再開指示入力部407は、負荷30におけるストレスを検出した後に変調を再開するか否かを示す情報(設定値)をユーザが入力するための項目欄である。例えば、設定値「0」の場合にはストレス検出後の変調動作を再開せず、設定値「1」の場合にストレス検出後の変調動作を再開するように指定することができる。図4では、ストレス検出後の変調動作を再開するように指定された状態が示されている。 The post-stress modulation restart instruction input unit 407 is an item field for the user to input information (set value) indicating whether or not to restart the modulation after detecting the stress in the load 30. For example, when the set value is "0", it is possible to specify that the modulation operation after stress detection is not restarted, and when the set value is "1", the modulation operation after stress detection is restarted. FIG. 4 shows a state in which the modulation operation after stress detection is specified to be restarted.

出力周波数変調周波数振幅設定値入力部408は、出力周波数変調の際の周波数振幅設定値をユーザが入力するための項目欄である。中心周波数±周波数振幅設定値で周波数変調が実行される。図4では、10Hzが周波数振幅設定値として入力された状態が示されている。 The output frequency modulation frequency amplitude setting value input unit 408 is an item column for the user to input the frequency amplitude setting value at the time of output frequency modulation. Frequency modulation is performed with the center frequency ± frequency amplitude set value. FIG. 4 shows a state in which 10 Hz is input as the frequency amplitude set value.

出力周波数変調周波数設定値入力部409は、出力周波数変調の際の周波数設定値(変調の一周期の設定値)をユーザが入力するための項目欄である。図4では、60Hzが周波数設定値として入力された状態が示されている。 The output frequency modulation frequency setting value input unit 409 is an item field for the user to input a frequency setting value (setting value for one cycle of modulation) at the time of output frequency modulation. FIG. 4 shows a state in which 60 Hz is input as a frequency set value.

出力周波数変調位相設定値入力部410は、出力周波数変調の際の位相設定値(変調動作を開始するタイミング(どの位のずれで変調を掛けるか)を示す情報)をユーザが入力するための項目欄である。図4では、出力周波数位相設定がされていない状態(設定位相値が0)が示されている。 The output frequency modulation phase setting value input unit 410 is an item for the user to input a phase setting value (information indicating the timing of starting the modulation operation (how much deviation the modulation is applied to)) at the time of output frequency modulation. It is a column. FIG. 4 shows a state in which the output frequency phase is not set (the set phase value is 0).

なお、図4において、出力電力変調振幅設定値入力部403、出力電力変調周波数設定値入力部404、および出力電力変調位相設定値入力部405は、高周波出力電力変調のパラメータ設定に関する項目欄であり、出力周波数変調周波数振幅設定値入力部408、出力周波数変調周波数設定値入力部409、および出力周波数変調位相設定値入力部410は、出力周波数変調のパラメータ設定に関する項目欄である。 In FIG. 4, the output power modulation amplitude setting value input unit 403, the output power modulation frequency setting value input unit 404, and the output power modulation phase setting value input unit 405 are item columns related to parameter setting of high frequency output power modulation. , Output frequency modulation frequency amplitude setting value input unit 408, output frequency modulation frequency setting value input unit 409, and output frequency modulation phase setting value input unit 410 are item columns related to parameter setting of output frequency modulation.

<変調機能の詳細>
図5は、本実施形態の高周波電源装置10における変調機能の詳細を説明するためのフローチャートである。例えば、変調機能はプログラムによって実現することができるので、制御部(CPUなどのプロセッサ)17が、メモリ(図示せず)から当該プログラムを読み込み、プロセッサ内の内部メモリに展開して変調機能を動作させる。従って、以下では、動作主体を制御部17であるとして各ステップの動作について説明する。
<Details of modulation function>
FIG. 5 is a flowchart for explaining the details of the modulation function in the high frequency power supply device 10 of the present embodiment. For example, since the modulation function can be realized by a program, the control unit (processor such as a CPU) 17 reads the program from a memory (not shown), expands it into the internal memory in the processor, and operates the modulation function. Let me. Therefore, in the following, the operation of each step will be described assuming that the operation subject is the control unit 17.

(i)ステップ501
制御部17は、出力電力設定変調部1701で算出された目標電力設定値(出力電力設定値)を監視し、当該目標出力設定値が所定の閾値(第1閾値)を超えたか否か判断する。当該所定の閾値は、プラズマオシレーションの発生、あるいは発生のおそれがある場合の電圧値に設定されており、例えば、入力部18を介して、ユーザにより入力設定される。当該所定の閾値は、例えば、プラズマオシレーションの発生タイミングに関する経験則に基づいて決定することができる。
(I) Step 501
The control unit 17 monitors the target power set value (output power set value) calculated by the output power setting modulation unit 1701 and determines whether or not the target output set value exceeds a predetermined threshold value (first threshold value). .. The predetermined threshold value is set to a voltage value when plasma oscillation occurs or is likely to occur, and is input and set by the user, for example, via the input unit 18. The predetermined threshold value can be determined, for example, based on an empirical rule regarding the timing of occurrence of plasma oscillation.

監視している目標電力設定値が所定の閾値を超えたと判断された場合(ステップ501でYESの場合)、処理はステップ502に移行する。監視している目標電力設定値が所定の閾値を超えていないと判断された場合(ステップ501でNOの場合)、処理はステップ508に移行する。 When it is determined that the monitored target power set value exceeds a predetermined threshold value (YES in step 501), the process proceeds to step 502. When it is determined that the monitored target power set value does not exceed a predetermined threshold value (NO in step 501), the process proceeds to step 508.

なお、前回の監視タイミングでは、目標電力設定値が当該所定の閾値を超えた(あるいは以上)と判断され、出力電力変調および/または出力周波数変調が実行された場合であっても、現監視タイミングで目標電力設定値が当該所定の閾値以下(あるいは未満)になった場合には、ステップ501でNOとなり、処理はステップ508に移行することになる。また、本実施形態では、目標電力設定値が所定の閾値を超えた場合に、プラズマオシレーションの発生あるはそのおそれがあると判断しているが、目標電力設定値の他、負荷値、位相値、γ(電力反射係数)値、あるいは反射波電力値など(条件)とそれぞれに対して予め設定された閾値(第2閾値)との比較に基づいて、プラズマオシレーションの発生等を判断してもよい。さらに、これらの要素のうち複数の要素を組み合わせてプラズマオシレーションの発生等を判断してもよい。 In the previous monitoring timing, even if it is determined that the target power set value exceeds (or exceeds) the predetermined threshold value and output power modulation and / or output frequency modulation is executed, the current monitoring timing When the target power set value becomes equal to or less than (or less than) the predetermined threshold value in step 501, NO is set in step 501, and the process proceeds to step 508. Further, in the present embodiment, when the target power set value exceeds a predetermined threshold value, it is determined that plasma oscillation may or may not occur. However, in addition to the target power set value, the load value and the phase The occurrence of plasma oscillation is determined based on the comparison between the value, γ (reflection coefficient of power) value, reflected wave power value, etc. (condition) and the threshold value (second threshold value) set in advance for each. You may. Further, a plurality of of these elements may be combined to determine the occurrence of plasma oscillation or the like.

(ii)ステップ502
制御部17は、出力電力設定変調部1701を介して、出力電力変調が有効か否かについての情報を取得し、その情報に基づいて出力電力変調が有効に設定されているか(プラズマオシレーションの発生等が検知された場合に出力電力変調を実行するか否か)を判断する。出力電力変調が有効であると判断された場合(ステップ502でYESの場合)、処理はステップ503に移行する。出力電力変調が無効であると判断された場合(ステップ502でNOの場合)、処理はステップ504に移行する。
(Ii) Step 502
The control unit 17 acquires information about whether or not the output power modulation is effective via the output power setting modulation unit 1701, and whether the output power modulation is effectively set based on the information (plasma oscillation). Whether or not to execute output power modulation when the occurrence etc. is detected) is determined. If it is determined that the output power modulation is valid (YES in step 502), the process proceeds to step 503. If it is determined that the output power modulation is invalid (NO in step 502), the process proceeds to step 504.

なお、本実施形態では、上述のパラメータ設定画面400を介して、変調対象(変調種別)の情報が入力され、それに基づいて出力電力変調の有効性について判断しているが、パラメータ設定画面400に対して直接高周波出力電力変調が有効か無効かの情報が入力設定される態様の場合には、制御部17は、出力電力変調が有効か否か直接判断することができる。 In the present embodiment, the information of the modulation target (modulation type) is input via the above-mentioned parameter setting screen 400, and the effectiveness of the output power modulation is determined based on the information, but the parameter setting screen 400 is displayed. On the other hand, in the case where the information on whether the high frequency output power modulation is valid or invalid is directly set as an input, the control unit 17 can directly determine whether the output power modulation is valid or not.

(iii)ステップ503
制御部17は、出力周波数変調が有効か否かについての情報を取得し、その情報に基づいて出力周波数変調が有効に設定されているか(プラズマオシレーションの発生等が検知された場合に出力周波数変調を実行するか否か)を判断する。出力周波数変調が有効であると判断された場合(ステップ503でYESの場合)、処理はステップ505に移行する。出力周波数変調が無効であると判断された場合(ステップ503でNOの場合)、処理はステップ506に移行する。
(Iii) Step 503
The control unit 17 acquires information on whether or not the output frequency modulation is effective, and whether or not the output frequency modulation is effectively set based on the information (when the occurrence of plasma oscillation or the like is detected, the output frequency is output. Whether or not to perform modulation) is determined. If it is determined that the output frequency modulation is valid (YES in step 503), the process proceeds to step 505. If it is determined that the output frequency modulation is invalid (NO in step 503), the process proceeds to step 506.

(iv)ステップ504
ステップ503と同様に、制御部17は、出力周波数変調が有効か否かについての情報を取得し、その情報に基づいて出力周波数変調が有効に設定されているか(プラズマオシレーションの発生等が検知された場合に出力周波数変調を実行するか否か)を判断する。出力周波数変調が有効であると判断された場合(ステップ504でYESの場合)、処理はステップ507に移行する。出力周波数変調が無効であると判断された場合(ステップ504でNOの場合)、処理はステップ508に移行する。
(Iv) Step 504
Similar to step 503, the control unit 17 acquires information on whether or not the output frequency modulation is effective, and whether or not the output frequency modulation is effectively set based on the information (detection of occurrence of plasma oscillation, etc.). If so, determine whether to perform output frequency modulation). If it is determined that the output frequency modulation is valid (YES in step 504), the process proceeds to step 507. If it is determined that the output frequency modulation is invalid (NO in step 504), the process proceeds to step 508.

(v)ステップ505
制御部17は、出力電力変調および出力周波数変調を有効(ON)に設定する。そして、制御部17は、出力電力設定変調部1701に対して、平均電力設定値、および出力電力変調の各種パラメータ(出力電力変調振幅設定値、出力電力変調位相設定値、および出力電力変調周波数設定値)を供給する。また、制御部17は、発振部12の出力周波数変調部1201に対して、発振部出力周波数設定値(基本出力周波数設定値)、および周波数変調の各種パラメータ(出力周波数変調振幅設定値、出力周波数変調位相設定値、および出力周波数変調周波数設定値)を供給する。
(V) Step 505
The control unit 17 sets the output power modulation and the output frequency modulation to valid (ON). Then, the control unit 17 sets the average power setting value and various parameters of the output power modulation (output power modulation amplitude setting value, output power modulation phase setting value, and output power modulation frequency setting) with respect to the output power setting modulation unit 1701. Value). Further, the control unit 17 refers to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12 with respect to the oscillation unit output frequency set value (basic output frequency set value) and various frequency modulation parameters (output frequency modulation amplitude set value, output frequency). The modulation phase setting value and the output frequency modulation frequency setting value) are supplied.

(vi)ステップ506
制御部17は、出力電力変調を有効(ON)に、出力周波数変調を無効(OFF)に設定する。そして、制御部17は、出力電力設定変調部1701に対して、平均電力設定値、および出力電力変調の各種パラメータ(出力電力変調振幅設定値、出力電力変調位相設定値、および出力電力変調周波数設定値)を供給する。また、制御部17は、発振部12の出力周波数変調部1201に対して、出力周波数変調の各種パラメータは供給せず、発振部出力周波数設定値(基本出力周波数設定値)を提供する。
(Vi) Step 506
The control unit 17 sets the output power modulation to valid (ON) and the output frequency modulation to invalid (OFF). Then, the control unit 17 sets the average power setting value and various parameters of the output power modulation (output power modulation amplitude setting value, output power modulation phase setting value, and output power modulation frequency setting) with respect to the output power setting modulation unit 1701. Value). Further, the control unit 17 does not supply various parameters of output frequency modulation to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12, but provides the oscillation unit output frequency set value (basic output frequency set value).

(vii)ステップ507
制御部17は、出力電力変調を無効(OFF)に、出力周波数変調を有効(ON)に設定する。そして、制御部17は、出力電力設定変調部1701に対して、出力電力変調の各種パラメータは提供せず、平均電力設定値を供給する。また、制御部17は、発振部12の出力周波数変調部1201に対して、発振部出力周波数設定値(基本出力周波数設定値)、および周波数変調の各種パラメータ(出力周波数変調振幅設定値、出力周波数変調位相設定値、および出力周波数変調周波数設定値)を供給する。
(Vii) Step 507
The control unit 17 sets the output power modulation to invalid (OFF) and the output frequency modulation to valid (ON). Then, the control unit 17 does not provide various parameters of the output power modulation to the output power setting modulation unit 1701, but supplies the average power setting value. Further, the control unit 17 refers to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12 with respect to the oscillation unit output frequency set value (basic output frequency set value) and various frequency modulation parameters (output frequency modulation amplitude set value, output frequency). The modulation phase setting value and the output frequency modulation frequency setting value) are supplied.

(viii)ステップ508
制御部17は、出力電力変調および出力周波数変調を無効(OFF)に設定する。そして、制御部17は、出力電力設定変調部1701に対して、出力電力変調の各種パラメータは提供せず、平均電力設定値を供給し、発振部12の出力周波数変調部1201に対して、出力周波数変調の各種パラメータは提供せず、発振部出力周波数設定値(基本出力周波数設定値)を供給する。
(Viii) Step 508
The control unit 17 sets the output power modulation and the output frequency modulation to invalid (OFF). Then, the control unit 17 does not provide various parameters of the output power modulation to the output power setting modulation unit 1701, supplies the average power setting value, and outputs the output to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12. Various parameters of frequency modulation are not provided, and the output frequency set value (basic output frequency set value) of the oscillating unit is supplied.

(ix)ステップ509
ステップ505から507で設定された変調処理を実行する。
(ix-1)出力電力変調が有効(ON)の場合、出力電力設定変調部1701は、制御部17による制御の下、平均電力設定出力部1702から取得した平均電力設定値を、パラメータ設定画面400で設定された各種出力電力変調パラメータ(振幅設定値、位相設定値、および周波数設定値)で出力電力変調を行い、変調された平均電力設定値を生成し、目標電力設定出力部1708に出力する。目標電力設定出力部1708は、当該変調された平均電力設定値を目標電力設定値として、操作量演算部1709に出力する。
(Ix) Step 509
The modulation process set in steps 505 to 507 is executed.
(Ix-1) When the output power modulation is enabled (ON), the output power setting modulation unit 1701 sets the average power setting value acquired from the average power setting output unit 1702 under the control of the control unit 17 on the parameter setting screen. Output power modulation is performed with various output power modulation parameters (amplitude setting value, phase setting value, and frequency setting value) set in 400, a modulated average power setting value is generated, and output to the target power setting output unit 1708. To do. The target power setting output unit 1708 outputs the modulated average power set value as the target power set value to the operation amount calculation unit 1709.

操作量演算部1709は、目標電力設定値と進行波電力信号値との差分値から電力増幅の操作量(例えば、出力すべき高周波電力のレベルを決定する変数の大きさ)を演算し、当該操作量を電力増幅部13に出力する。なお、出力電力変調が行われたとしても、平均電力値(中心電力値)は同じである。当該操作量によって、高周波出力(RF出力)を目標電力設定値(平均電力設定値)に保ちつつ、出力電力値のエンベロープなどを変更することが可能となる。 The operation amount calculation unit 1709 calculates the operation amount of power amplification (for example, the size of a variable that determines the level of high-frequency power to be output) from the difference value between the target power set value and the traveling wave power signal value. The operation amount is output to the power amplification unit 13. Even if the output power modulation is performed, the average power value (center power value) is the same. Depending on the manipulated variable, it is possible to change the envelope of the output power value while keeping the high frequency output (RF output) at the target power set value (average power set value).

(ix-2)出力周波数変調が有効(ON)の場合、制御部17は、入力部18からユーザによって設定入力された発振部出力周波数値(基本出力周波数設定値)およびパラメータ設定画面400で設定された各種出力周波数変調パラメータ(出力周波数変調周波数振幅設定値、出力周波数変調位相設定値、および出力周波数変調周波数設定値)取得し、発振部12の出力周波数変調部1201に受け渡す。 (Ix-2) When the output frequency modulation is enabled (ON), the control unit 17 is set on the oscillation unit output frequency value (basic output frequency setting value) and the parameter setting screen 400 set and input by the user from the input unit 18. The various output frequency modulation parameters (output frequency modulation frequency amplitude set value, output frequency modulation phase set value, and output frequency modulation frequency set value) are acquired and passed to the output frequency modulation unit 1201 of the oscillation unit 12.

出力周波数変調部1201は、各種周波数パラメータに基づいて、基本出力周波数を出力周波数変調し、変調された高周波発振信号(小信号)を生成し、電力増幅部13に出力する。 The output frequency modulation unit 1201 modulates the basic output frequency with an output frequency based on various frequency parameters, generates a modulated high frequency oscillation signal (small signal), and outputs the modulated high frequency oscillation signal (small signal) to the power amplification unit 13.

(x)ステップ510
この場合は、プラズマオシレーションが発生等していないか、たとえプラズマオシレーションが発生等していたとしても何れの変調も不実施と設定されているため、出力電力変調および出力周波数変調は実行されず、通常の高周波出力生成処理が実行され、生成された高周波出力(RF出力)が負荷30に供給される。
(X) Step 510
In this case, since plasma oscillation has not occurred, or even if plasma oscillation has occurred, none of the modulations is set to be performed, so output power modulation and output frequency modulation are executed. Instead, a normal high frequency output generation process is executed, and the generated high frequency output (RF output) is supplied to the load 30.

具体的には、各種出力電力変調パラメータは考慮されないため、制御部17による制御の下、目標電力設定出力部1708は、目標電力設定値として平均電力設定値を操作量演算部1709に提供する。そして、制御部17による制御の下、操作量演算部1709は、目標電力設定値と進行波電力信号値との差分値から電力増幅の操作量(例えば、出力すべき高周波電力のレベルを決定する変数の大きさ)を演算し、当該操作量を電力増幅部13に出力する。当該操作量によって、高周波出力(RF出力)を目標電力設定値(平均電力設定値)に保つことが可能となる。また、発振部12は、制御部17を介して発振部出力周波数設定値(基本出力周波数設定値)を取得し、それに基づいて高周波発振信号(小信号)を生成し、電力増幅部13に出力する。 Specifically, since various output power modulation parameters are not considered, the target power setting output unit 1708 provides the average power setting value as the target power setting value to the operation amount calculation unit 1709 under the control of the control unit 17. Then, under the control of the control unit 17, the operation amount calculation unit 1709 determines the operation amount of power amplification (for example, the level of high-frequency power to be output) from the difference value between the target power set value and the traveling wave power signal value. The size of the variable) is calculated, and the operation amount is output to the power amplification unit 13. The operation amount makes it possible to keep the high frequency output (RF output) at the target power set value (average power set value). Further, the oscillation unit 12 acquires the oscillation unit output frequency setting value (basic output frequency setting value) via the control unit 17, generates a high frequency oscillation signal (small signal) based on the acquisition, and outputs the high frequency oscillation signal (small signal) to the power amplification unit 13. To do.

<変調時の出力電力波形の例>
図6から8は、本実施形態による変調処理を実行したときに得られる出力電力波形の例を示す図である。図6は、出力電力変調のみを行ったときの出力電力波形の例を示す。図7は、出力周波数変調のみを行ったときの出力電力波形の例を示す。図8は、出力電力変調および出力周波数変調の両方を行ったときの出力電力波形の例を示す。
<Example of output power waveform during modulation>
6 to 8 are diagrams showing an example of an output power waveform obtained when the modulation process according to the present embodiment is executed. FIG. 6 shows an example of an output power waveform when only output power modulation is performed. FIG. 7 shows an example of an output power waveform when only output frequency modulation is performed. FIG. 8 shows an example of an output power waveform when both output power modulation and output frequency modulation are performed.

(i)出力電力変調のみを行った場合(図6参照)
目標電力設定値(出力電力設定値)が所定の閾値を上回った場合に出力電力変調が開始される。出力電力変調が実行されている区間では、出力電力は、変調前の出力電力と中心周波数(基本出力周波数)を同一とし、出力エンベロープ(振幅)が変調パラメータに含まれる振幅値に基づいて大きくなるように変調され(可変値)、かつ振幅変化の周期が変調パラメータに含まれる周波数設定値によって変調されている(位相設定値は0)。中心周波数が変調前後で同一であるため、出力される平均電力値は変調前後で同一となっている。そして、図6を参照すると、出力電力変調後、目標電力設定値が上記所定の閾値を下回った場合には、出力電力変調が停止され、プラズマオシレーションを発生させることがない出力電力値となっていることが分かる。
(I) When only output power modulation is performed (see Fig. 6)
Output power modulation is started when the target power set value (output power set value) exceeds a predetermined threshold value. In the section where output power modulation is performed, the output power has the same center frequency (basic output frequency) as the output power before modulation, and the output envelope (amplitude) increases based on the amplitude value included in the modulation parameter. (Variable value), and the period of amplitude change is modulated by the frequency setting value included in the modulation parameter (phase setting value is 0). Since the center frequency is the same before and after the modulation, the output average power value is the same before and after the modulation. Then, referring to FIG. 6, when the target power set value falls below the above-mentioned predetermined threshold value after the output power modulation, the output power modulation is stopped and the output power value does not generate plasma oscillation. You can see that.

(ii)出力周波数変調のみを行った場合(図7参照)
目標電力設定値が所定の閾値を上回った場合に出力周波数変調が開始される。出力周波数変調が実行されている区間では、出力電力は、変調前の出力電力と中心周波数(基本出力周波数)を同一とし、出力周波数変調パラメータに含まれる周波数振幅設定値に基づいて出力エンベロープ(振幅)が大きくなる(一定値)ように変調され、出力電力の周期が出力周波数変調パラメータに含まれる周波数設定値によって変調されている(位相設定値は0)。中心周波数が変調前後で同一であるため、出力される平均電力値は変調前後で同一となっている。そして、図7を参照すると、出力周波数変調後、目標電力設定値が上記所定の閾値を下回った場合には、出力周波数変調が停止され、プラズマオシレーションを発生させることがない出力電力値となっていることが分かる。
(Ii) When only output frequency modulation is performed (see Fig. 7)
Output frequency modulation is started when the target power set value exceeds a predetermined threshold. In the section where output frequency modulation is executed, the output power has the same center frequency (basic output frequency) as the output power before modulation, and the output envelope (amplitude) is based on the frequency amplitude set value included in the output frequency modulation parameter. ) Is increased (constant value), and the cycle of the output power is modulated by the frequency setting value included in the output frequency modulation parameter (phase setting value is 0). Since the center frequency is the same before and after the modulation, the output average power value is the same before and after the modulation. Then, referring to FIG. 7, when the target power set value falls below the above-mentioned predetermined threshold value after the output frequency modulation, the output frequency modulation is stopped and the output power value does not generate plasma oscillation. You can see that.

(iii)出力電力変調および出力周波数変調の両方を行った場合(図8参照)
目標電力設定値が所定の閾値を上回った場合に出力周波数変調および出力電力変調が開始される。出力周波数変調および出力電力が実行されている区間では、出力電力は、変調前の出力電力と中心周波数(基本出力周波数)を同一とし、出力エンベロープ(振幅)が出力電力変調パラメータに含まれる振幅設定値に基づいて大きくなるように変調され(可変値)、かつ振幅変化の周期が出力電力変調パラメータに含まれる出力電力変調周波数設定値によって変調されると共に、出力電力の周期が出力周波数変調パラメータに含まれる出力周波数変調周波数設定値によって変調されている(出力電力変調および出力周波数変調において、位相設定値は0)。中心周波数が変調前後で同一であるため、出力される平均電力値は変調前後で同一となっている。そして、図8を参照すると、出力電力変調後、目標電力設定値が上記所定の閾値を下回った場合には、出力電力変調および出力周波数変調が停止され、プラズマオシレーションを発生させることがない出力電力値となっていることが分かる。
(Iii) When both output power modulation and output frequency modulation are performed (see FIG. 8).
Output frequency modulation and output power modulation are started when the target power set value exceeds a predetermined threshold value. In the section where output frequency modulation and output power are executed, the output power has the same center frequency (basic output frequency) as the output power before modulation, and the output envelope (amplitude) is included in the output power modulation parameter. It is modulated to increase based on the value (variable value), and the period of amplitude change is modulated by the output power modulation frequency set value included in the output power modulation parameter, and the cycle of output power becomes the output frequency modulation parameter. It is modulated by the included output frequency modulation frequency setting (in output power modulation and output frequency modulation, the phase setting is 0). Since the center frequency is the same before and after the modulation, the output average power value is the same before and after the modulation. Then, referring to FIG. 8, when the target power set value falls below the predetermined threshold value after the output power modulation, the output power modulation and the output frequency modulation are stopped, and the output that does not generate plasma oscillation is not generated. It can be seen that it is the power value.

<変調前後の出力電力の比較結果>
図9から12は、出力電力変調あるいは出力周波数変調を行う前後の周波数スペクトル(フーリエ変換値)を示すグラフである。図9および11は、プラズマオシレーションが発生している状態(変調前)の周波数スペクトルを示すグラフである。図10は、図9の状態で出力電力変調を行った後の周波数スペクトルを示すグラフである。図12は、図11の状態で出力周波数変調を行った後の周波数スペクトルを示すグラフである。
<Comparison result of output power before and after modulation>
9 to 12 are graphs showing frequency spectra (Fourier transform values) before and after performing output power modulation or output frequency modulation. 9 and 11 are graphs showing frequency spectra in a state where plasma oscillation is occurring (before modulation). FIG. 10 is a graph showing a frequency spectrum after performing output power modulation in the state of FIG. FIG. 12 is a graph showing a frequency spectrum after performing output frequency modulation in the state of FIG.

(i)出力電力変調の効果
図9に示されるように、3Hz付近に大きな振幅レベルの成分が存在している。これは、プラズマオシレーションは数Hzという低い周波数で負荷30に発生する周期変動であり、この3Hzにおける電力値成分がプラズマオシレーションに相当する。
(I) Effect of output power modulation As shown in FIG. 9, a component having a large amplitude level exists in the vicinity of 3 Hz. This is because the plasma oscillation is a periodic fluctuation that occurs in the load 30 at a low frequency of several Hz, and the power value component at the 3 Hz corresponds to the plasma oscillation.

そこで、本実施形態で説明した出力電力変調(例えば、出力電力変調周波数設定値を60[Hz]、出力電力変調振幅設定値を±400[W]、出力電力変調位相設定値を0[deg]とした)を動作させると、図10に示されるように、プラズマオシレーションが発生していた3Hzの電力値成分が低く抑えられていることが分かる。 Therefore, the output power modulation described in the present embodiment (for example, the output power modulation frequency setting value is 60 [Hz], the output power modulation amplitude setting value is ± 400 [W], and the output power modulation phase setting value is 0 [deg]. As shown in FIG. 10, it can be seen that the power value component of 3 Hz in which the plasma oscillation was generated is suppressed to a low level.

(ii)出力周波数変調の効果
図9と同様に、図11でも、3Hz付近に大きな振幅レベルの成分が存在している。叙述のように、これは、プラズマオシレーションが発生している状態である。
(Ii) Effect of output frequency modulation Similar to FIG. 9, in FIG. 11, a component having a large amplitude level exists in the vicinity of 3 Hz. As described, this is the state in which plasma oscillation is occurring.

この状態で、本実施形態で説明した出力周波数変調(例えば、出力周波数変調周波数設定値を60[Hz]、出力周波数変調振幅設定値を±10[kHz](動作基本周波数(例えば、13.56MHz)±10kHz:13.56MHzの中心周波数(基本周波数)を10kHz分変動させるのに、一周期60Hz分の時間を掛けて変動させる。)、出力電力変調位相設定値を0[deg]とした)を動作させると、図12に示されるように、プラズマオシレーションが発生していた3Hzの電力値成分が低く抑えられていることが分かる。 In this state, the output frequency modulation described in the present embodiment (for example, the output frequency modulation frequency set value is 60 [Hz] and the output frequency modulation amplitude set value is ± 10 [kHz] (basic operating frequency (for example, 13.56 MHz)). ) ± 10kHz: The central frequency (basic frequency) of 13.56MHz is fluctuated by 10kHz, but it is fluctuated over a period of 60Hz per cycle.), The output power modulation phase setting value is set to 0 [deg]). As shown in FIG. 12, it can be seen that the power value component of 3 Hz in which plasma oscillation was generated is suppressed to a low level.

(iii)図10および12において、出力電力変調あるいは出力周波数変調を行うと、変調前になかったピークが60Hz付近に出現するが、このピークによってプラズマオシレーションは発生しない。 (Iii) In FIGS. 10 and 12, when the output power modulation or the output frequency modulation is performed, a peak that did not exist before the modulation appears in the vicinity of 60 Hz, but plasma oscillation does not occur due to this peak.

なお、出力電力変調では、振幅設定値を400W以上800W以下に設定し(400W未満では効果は少ないが、振幅値を上げ過ぎると電源にストレスを与えすぎてしまうため)、出力周波数変調では、周波数設定値を50Hzから70Hzとするのか好ましいことが分かった。負荷の特性が変わったときに、この範囲内で出力電力変調あるいは出力周波数変調の各種変調パラメータを可変とすることが好ましい。 In the output power modulation, the amplitude set value is set to 400 W or more and 800 W or less (the effect is small if the amplitude value is less than 400 W, but if the amplitude value is raised too much, the power supply is overstressed), and in the output frequency modulation, the frequency is set. It was found that it is preferable to set the set value from 50 Hz to 70 Hz. When the load characteristics change, it is preferable to make various modulation parameters of output power modulation or output frequency modulation variable within this range.

<変形例>
(i)インピーダンス整合器16が自動で作動するとき(内部に設けられた2つのコンデンサの値が可変のとき)には、その動作と変調動作が重畳されてしまい、どの処理部が動作して、どの処理部が停止しているのか分からなくなる可能性がある。また、変調による効果(プラズマオシレーション抑制効果)が分かりづらくなる場合もある。そこで、制御部17は、プラズマオシレーションの発生、あるいはそのおそれを検知したときに、インピーダンス整合器16の動作を停止するように制御してもよい(制御部17からインピーダンス整合器16への制御信号ラインを参照)。
<Modification example>
(I) When the impedance matching box 16 operates automatically (when the values of the two capacitors provided inside are variable), the operation and the modulation operation are superimposed, and which processing unit operates. , It may not be possible to know which processing unit is stopped. In addition, the effect of modulation (plasma oscillation suppression effect) may be difficult to understand. Therefore, the control unit 17 may control to stop the operation of the impedance matching device 16 when the occurrence or possibility of plasma oscillation is detected (control from the control unit 17 to the impedance matching device 16). See signal line).

(ii)図9から12で示した実施例では、基本周波数を13MHz程度としたが、400kHzから100MHz以上とすることができる。このような基本周波数であっても、本実施形態による出力変調動作を実行することによるプラズマオシレーション抑制効果は確認することができる。 (Ii) In the embodiment shown in FIGS. 9 to 12, the fundamental frequency is set to about 13 MHz, but it can be set to 400 kHz to 100 MHz or more. Even at such a fundamental frequency, the plasma oscillation suppression effect by executing the output modulation operation according to the present embodiment can be confirmed.

<まとめ>
(i)本実施形態のよる高周波電源装置では、設定パラメータに従って算出した目標電力設定値に対して出力電力変調あるいは出力周波数変調の少なくとも一方を実行して、変調された高周波出力を出力する。このように高周波電源装置を構成することにより、負荷30で発生したプラズマオシレーションを低減し、あるいは負荷30でのプラズマオシレーションの発生を防止することが可能となる。変調を実行するか否かは、例えば、目標電力設定値が所定の閾値(第1閾値)を超えているか否かによってまずは判断することができる。
<Summary>
(I) In the high frequency power supply device according to the present embodiment, at least one of output power modulation and output frequency modulation is executed with respect to the target power set value calculated according to the setting parameter, and the modulated high frequency output is output. By configuring the high-frequency power supply device in this way, it is possible to reduce the plasma oscillation generated by the load 30 or prevent the plasma oscillation generated by the load 30. Whether or not to execute modulation can be first determined by, for example, whether or not the target power setting value exceeds a predetermined threshold value (first threshold value).

当該高周波電源装置は、設定入力された出力電力変調および出力周波数変調が有効か無効かを示す情報(出力電力変調Enable/Disable、出力周波数変調Enable/Disable)に基づいて、出力電力変調あるいは出力周波数変調の何れか一方、あるいは両方を実行するかを決定するように動作する。このようにすることにより、ユーザはどちらの変調方式でプラズマオシレーションを低減および防止するかを決定し、状況に応じて使い分けることができるようになる。また、当該高周波電源装置は、ユーザによって入力された、出力電力変調振幅値および出力電力変調周波数値を含む出力電力変調パラメータに基づいて、高周波電力目標値を変調させる、あるいは/および、ユーザによって入力された、出力周波数変調振幅値および出力周波数変調周波数値を含む出力周波数変調パラメータに基づいて、高周波発振信号を変調させる。このように、ユーザはどのパラメータを変更することによって変調パラメータを適宜変更することがかのうとなり、ユーザの裁量の幅が広がる。 The high-frequency power supply device performs output power modulation or output frequency based on information indicating whether output power modulation and output frequency modulation are enabled or disabled (output power modulation Enable / Disable, output frequency modulation Enable / Disable). It acts to determine whether to perform one or both of the modulations. By doing so, the user can decide which modulation method to reduce or prevent plasma oscillation and use it properly according to the situation. The high frequency power supply also modulates the high frequency power target value based on the output power modulation parameters including the output power modulation amplitude value and the output power modulation frequency value input by the user, and / or input by the user. The high frequency oscillation signal is modulated based on the output frequency modulation parameters including the output frequency modulation amplitude value and the output frequency modulation frequency value. In this way, the user can change the modulation parameter as appropriate by changing which parameter, and the range of discretion of the user is widened.

低周期変動の発生あるいは発生のおそれは、負荷に供給される進行波電力信号、あるいは負荷からの反射波電力信号における所定の条件(例えば、出力電力値、位相値、反射係数値、反射電力値など)と予め設定された所定の閾値(第2閾値)との比較結果に基づいて、検知される。これらの各条件に対する閾値は、ユーザがGUIを介して設定できるように構成されている。例えば、進行波電力信号を用いる場合、高周波電源装置は、検出された進行波電力信号が予め設定された閾値を超えた場合に、負荷における低周期変動の発生あるいは発生のおそれを検知し、当該検知結果に応じて、出力電力変調あるいは出力周波数変調の少なくとも一方を実行する。このようにすることにより、出力する高周波電力信号の値を変調によって直接抑えることが可能となる。 The occurrence or risk of low-period fluctuations is determined by predetermined conditions (for example, output power value, phase value, reflection coefficient value, reflected power value) in the traveling wave power signal supplied to the load or the reflected wave power signal from the load. Etc.) and a predetermined threshold value (second threshold value) set in advance, and the detection is performed based on the comparison result. The threshold value for each of these conditions is configured so that the user can set it via the GUI. For example, when a traveling wave power signal is used, the high-frequency power supply device detects the occurrence or possibility of occurrence of low-period fluctuations in the load when the detected traveling wave power signal exceeds a preset threshold value. At least one of output power modulation and output frequency modulation is performed depending on the detection result. By doing so, it is possible to directly suppress the value of the output high-frequency power signal by modulation.

高周波電源装置は、出力電力変調を実行する場合、変調された目標電力設定値と負荷に供給される高周波出力との差分値から電力増幅部における操作量を算出し、当該操作量を電力増幅部における電力増幅動作に反映させる。 When the high-frequency power supply device executes output power modulation, the high-frequency power supply unit calculates the operation amount in the power amplification unit from the difference value between the modulated target power setting value and the high-frequency output supplied to the load, and uses the operation amount as the power amplification unit. It is reflected in the power amplification operation in.

(ii)本開示は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本開示を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 (Ii) The present disclosure can also be realized by a program code of software that realizes the functions of the embodiment. In this case, a storage medium in which the program code is recorded is provided to the system or device, and the computer (or CPU or MPU) of the system or device reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the function of the above-described embodiment, and the program code itself and the storage medium storing the program code itself constitute the present disclosure. Examples of the storage medium for supplying such a program code include a flexible disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-R, a magnetic tape, a non-volatile memory card, and a ROM. Etc. are used.

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。 Further, based on the instruction of the program code, the OS (operating system) or the like running on the computer performs a part or all of the actual processing, and the processing enables the functions of the above-described embodiment to be realized. You may. Further, after the program code read from the storage medium is written in the memory on the computer, the CPU of the computer or the like performs a part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the processing is performed. May realize the function of the above-described embodiment.

さらに、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワーク(添付図面には図示せず)を介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD−RW、CD−R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。 Further, by distributing the program code of the software that realizes the functions of the embodiment via a network (not shown in the attached drawing), it is distributed by a storage means such as a hard disk or memory of the system or device or a CD-RW. , CD-R or the like, and the computer (or CPU or MPU) of the system or device may read and execute the program code stored in the storage means or the storage medium at the time of use. ..

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した内容に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本開示は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点において限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本開示を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。 Finally, it should be understood that the processes and techniques described here are not essentially associated with any particular device and can be implemented with any suitable combination of components. In addition, various types of devices for general purpose can be used according to what is described herein. It may be beneficial to build a dedicated device to perform the steps of the method described here. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the embodiments. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate. The present disclosure has been described in connection with specific examples, but these are for illustration purposes only, not for limitation in all respects. Those skilled in the art will find that there are numerous combinations of hardware, software, and firmware suitable for implementing this disclosure. For example, the described software can be implemented in a wide range of programs or scripting languages such as assembler, C / C ++, perl, Shell, PHP, Java®.

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。 Further, in the above-described embodiment, the control lines and information lines are shown as necessary for explanation, and the product does not necessarily show all the control lines and information lines. All configurations may be interconnected.

10 高周波電源装置
11 直流電源部
12 発振部
13 電力増幅部
14 合成部
15 高周波電力検出部
16 インピーダンス整合器
17 制御部
18 入力部
19 表示部
20 商用電源
30 負荷
10 High-frequency power supply device 11 DC power supply unit 12 Oscillator unit 13 Power amplification unit 14 Synthesis unit 15 High-frequency power detection unit 16 Impedance matching box 17 Control unit 18 Input unit 19 Display unit 20 Commercial power supply 30 Load

Claims (8)

負荷に高周波出力を供給する高周波電源装置であって、
周波数設定値に基づいて、高周波発振信号を生成し、出力する発振部と、
直流電力を用いて前記高周波発振信号を増幅し、高周波出力を出力する電力増幅部と、
前記負荷に供給される高周波出力である進行波電力信号と、前記負荷からの反射波電力信号を検出する高周波電力検出部と、
設定パラメータに基づいて目標電力設定値を算出し、当該目標電力設定値に対して出力電力変調あるいは出力周波数変調の少なくとも一方を実行して、変調された高周波出力を出力するように装置動作を制御する制御部と、
を備える高周波電源装置。
A high-frequency power supply that supplies high-frequency output to the load.
An oscillator that generates and outputs a high-frequency oscillation signal based on the frequency setting value,
A power amplification unit that amplifies the high-frequency oscillation signal using DC power and outputs a high-frequency output,
A traveling wave power signal that is a high-frequency output supplied to the load, a high-frequency power detector that detects a reflected wave power signal from the load, and a high-frequency power detector.
The target power setting value is calculated based on the setting parameter, and at least one of output power modulation and output frequency modulation is executed for the target power setting value to control the device operation so as to output a modulated high frequency output. Control unit and
High frequency power supply with.
請求項1において、
前記制御部は、前記目標電力設定値が第1閾値を超えたか否か判断し、当該判断結果に従って、前記出力電力変調あるいは前記出力周波数変調を実行するか判断する、高周波電源装置。
In claim 1,
The control unit determines whether or not the target power set value exceeds the first threshold value, and determines whether to execute the output power modulation or the output frequency modulation according to the determination result.
請求項1または2において、
前記制御部は、設定入力された前記出力電力変調および前記出力周波数変調が有効か無効かを示す情報に基づいて、前記出力電力変調あるいは前記出力周波数変調の何れか一方、あるいは両方を実行するかを決定する、高周波電源装置。
In claim 1 or 2,
Whether the control unit executes either or both of the output power modulation and the output frequency modulation based on the set input information indicating whether the output power modulation and the output frequency modulation are valid or invalid. To determine the high frequency power supply.
請求項1から3の何れか1項において、
前記制御部は、出力電力変調振幅値および出力電力変調周波数値を含む出力電力変調パラメータに基づいて高周波電力目標値を変調させる、高周波電源装置。
In any one of claims 1 to 3,
The control unit is a high-frequency power supply device that modulates a high-frequency power target value based on an output power modulation parameter including an output power modulation amplitude value and an output power modulation frequency value.
請求項1から4の何れか1項において、
前記制御部は、出力周波数変調振幅値および出力周波数変調周波数値を含む出力周波数変調パラメータに基づいて前記高周波発振信号を変調させる、高周波電源装置。
In any one of claims 1 to 4,
The control unit is a high-frequency power supply device that modulates the high-frequency oscillation signal based on an output frequency modulation parameter including an output frequency modulation amplitude value and an output frequency modulation frequency value.
請求項1から5の何れか1項において、
前記制御部は、前記負荷に供給される進行波電力信号、あるいは前記負荷からの反射波電力信号における所定の条件と予め設定された第2閾値との比較結果に基づいて、前記負荷における低周期変動の発生あるいは発生のおそれを検知する、高周波電源装置。
In any one of claims 1 to 5,
The control unit has a low period in the load based on a comparison result between a predetermined condition in the traveling wave power signal supplied to the load or the reflected wave power signal from the load and a preset second threshold value. A high-frequency power supply that detects the occurrence or possibility of fluctuations.
請求項1から6の何れか1項において、
前記制御部は、前記検出された進行波電力信号に基づいて、前記負荷における低周期変動の発生あるいは発生のおそれを検知し、当該検知の結果に応じて、前記出力電力変調あるいは前記出力周波数変調の少なくとも一方を実行するように装置動作を制御する、高周波電源装置。
In any one of claims 1 to 6,
The control unit detects the occurrence or possibility of occurrence of low-period fluctuations in the load based on the detected traveling wave power signal, and depending on the result of the detection, the output power modulation or the output frequency modulation. A high frequency power supply that controls device operation to perform at least one of the above.
請求項1から7の何れか1項において、
前記出力電力変調が行われる場合、前記制御部は、変調された目標電力設定値と前記負荷に供給される高周波出力との差分値から前記電力増幅部における操作量を算出し、当該操作量を前記電力増幅部に出力する、高周波電源装置。
In any one of claims 1 to 7,
When the output power modulation is performed, the control unit calculates the operation amount in the power amplification unit from the difference value between the modulated target power set value and the high frequency output supplied to the load, and calculates the operation amount. A high-frequency power supply that outputs to the power amplification unit.
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