JP2021150032A - 高周波電源装置及びその出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同期パルスとクロックパルスとを別々に生成する構造でも、出力される高周波パルスの位相を常に揃えることができる高周波電源装置及びその出力制御方法を提供する。【解決手段】同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置及びその出力制御方法であって、同期パルスの１周期の周期時間を検出するとともに、１周期前における同期パルス及びクロックパルスの位相差を判別し、周期時間及び位相差に基づいて次周期に発振される発振周波数及びパルス個数を演算し、発振周波数信号に基づいてクロックパルスを生成するとともに、周期基準信号、レベル設定信号、パルス個数信号及びクロックパルスに基づいて高周波パルスを形成する際に、次周期の周期時間が経過後における位相が一定となるように、１周期前における位相差を相殺する次周期の発振周波数及びパルス個数を決定する。【選択図】図５

Description

本発明は、プラズマ発生装置等に適用される高周波電源装置に関し、特に、同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置及びその出力制御方法に関する。

高周波電源装置は、超音波発振や誘導電力の発生あるいはプラズマの発生等の電源として適用されており、高周波パルスの出力周期を決定する同期パルスと、発振される高周波成分のパルス周期を決定するクロックパルスと、を組み合わせることにより、所定の周期及び振幅値で高周波成分を含む高周波パルスを出力可能とされた電源装置である。特に、プラズマ発生装置に適用される高周波電源としては、１つの発振周期の中にハイレベル（第１レベル）とローレベル（第２レベル）の振幅値を含むスイッチ方式高周波電源装置が知られている。

このようなスイッチ方式高周波電源装置が適用されるプラズマ処理装置として、例えば特許文献１には、エッチングガスが充填されて被処理体である半導体ウェハが収容される処理室内に、被処理体を挟んで上部電極と下部電極とを対向させ、これら上部電極及び下部電極に高周波電源からの高周波電圧を印加して、上部電極及び下部電極間の放電によりエッチングガスをプラズマ化して被処理体をエッチング処理するプラズマエッチング装置が開示されている。こうした装置では、被処理体の全面で均一な処理を行うために、高周波電源からの印加電圧が安定していることが求められる。

プラズマエッチング装置において、プラズマを安定して発生されることを意図して、例えば特許文献２には、高周波発生器とプラズマ処理チャンバとの間に、伝送路終端から見たプラズマの複素インピーダンスを高周波発生器の公称インピーダンスに変換するマッチングネットワークが接続され、プラズマ処理チャンバに高周波電力を供給する誘導コイルの電圧をフィードバック制御する技術が開示されている。この制御技術によれば、マッチングネットワークにより、誘導コイルに印加される電力波形の位相をフィードバック制御により揃えることが可能となるため、基板処理を安定化できるとされている。

特開平１１−２１４３６３号公報 特開２００７−５１４３００号公報

上記したとおり、従来から知られている高周波電源装置では、同期パルスを生成する同期パルス用生成器とクロックパルスを生成するクロックパルス用生成器とが通常別体として構成されており、両者はそれぞれ独立して動作するため、同期パルスに基づくタイミングで出力される高周波パルスにおけるクロックパルスに基づいて生成される出力波形の位相は、当該高周波パルスの出力レベルの切り替え時において不揃いとなることが避けられない。その結果として、連続して発振される複数の高周波パルス間において、第１レベルの振幅によるパルス数と第２レベルの振幅によるパルス数とがバラバラとなってしまい、ジッタ発生の原因となっていた。

このような高周波電源装置の発振構造に起因する不安定な出力波形による問題を解決するべく、例えば上記した特許文献２のような技術が適用されているが、プラズマ処理装置と高周波電源装置との間に追加的な構成（マッチングネットワーク等）を付加することが必須であり、電源制御も複雑にならざるを得ない。また、マッチングネットワークの応答速度よりも高速で高周波パルスの出力波形に変動が生じてしまうと対応できないという事象が発生するため、スイッチ方式の高周波電源装置を適用する際に生じる問題の根本的な解決となっていない。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたものであって、同期パルスとクロックパルスとを別々に生成する構造であっても、出力される高周波パルスの位相を常に揃えることが可能となる高周波電源装置及びその出力制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の代表的な態様の１つは、同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置であって、前記高周波パルスの出力レベル情報及び出力タイミング情報を含む同期パルスを生成する同期パルス生成機構と、前記出力レベル情報に基づいて前記高周波パルスの出力レベルを設定する出力レベル信号を生成する出力レベル設定機構と、前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差に基づいて前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を設定する周波数設定信号及びパルス個数設定信号を発信する発振波形設定機構と、前記同期パルスの周期基準信号、前記出力レベル信号、前記周波数設定信号及び前記パルス個数設定信号を受信して前記高周波パルスを発振する発振機構と、を備え、前記同期パルス生成機構は、前記同期パルスを形成する同期パルス形成回路と、前記タイミング情報に含まれる周期基準時刻において周期基準信号を生成する周期基準信号生成器と、を含み、前記出力レベル設定機構は、前記出力レベル信号に応じて前記高周波パルスで設定される出力レベルを判別するレベル判別部と、前記レベル判別部の判別結果を受けてレベル設定信号を生成するレベル設定信号生成部と、を含み、前記発振波形設定機構は、前記同期パルスの１周期の周期時間を検出する同期パルス周期検出部と、少なくとも前記高周波パルスの１周期前における前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差を判別する位相差判別部と、前記周期時間及び前記位相差に基づいて次周期に発振される前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号及びパルス個数信号を発信する出力パラメータ決定部と、を含み、前記発振機構は、前記発振周波数信号に基づいて前記クロックパルスを生成するクロックパルス生成器と、前記周期基準信号、前記レベル設定信号、前記パルス個数信号及び前記クロックパルスを受信して、これらの信号に基づいて前記高周波パルスを形成する発振増幅器と、を含み、前記出力パラメータ決定部は、前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が一定となるように、前記１周期前における前記位相差を相殺する前記次周期の発振周波数及びパルス個数を決定することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の１つは、同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置の出力制御方法であって、前記同期パルスの波形に含まれる出力レベル情報から前記高周波パルスの出力レベルを設定する出力レベル信号を生成するとともに、出力タイミング情報から周期基準信号を生成し、前記同期パルスの１周期の周期時間を検出するとともに、少なくとも前記高周波パルスの１周期前における前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差を判別し、前記周期時間及び前記位相差に基づいて次周期に発振される前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号及びパルス個数信号を発信し、前記発振周波数信号に基づいて前記クロックパルスを生成するとともに、前記周期基準信号、前記レベル設定信号、前記パルス個数信号及び前記クロックパルスを受信して、これらの信号に基づいて前記高周波パルスを形成する際に、前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が一定となるように、前記１周期前における前記位相差を相殺する前記次周期の発振周波数及びパルス個数を決定することを特徴とする。

このような構成を備えた本発明によれば、同期パルスの１周期の周期時間を検出するとともに、少なくとも高周波パルスの１周期前における同期パルス及びクロックパルスの位相差を判別し、これらの周期時間及び位相差に基づいて次周期に発振される高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号及びパルス個数信号を発信し、発振周波数信号に基づいてクロックパルスを生成するとともに、周期基準信号、レベル設定信号、パルス個数信号及びクロックパルスを受信して、これらの信号に基づいて高周波パルスを形成する際に、次周期の周期時間が経過後における位相が一定となるように、１周期前における位相差を相殺する次周期の発振周波数及びパルス個数を決定するように構成したため、同期パルスとクロックパルスとを別々に生成する構造であっても、出力される高周波パルスの位相を常に揃えることが可能となる。

本発明の代表的な一例による高周波電源装置の概要を示すブロック図である。 図１に示した同期パルス生成機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した出力レベル設定機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した発振波形設定機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した発振機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図１に示した高周波電源装置で得られる高周波パルスの出力波形の一例を示すグラフである。 本発明の代表的な一例による高周波電源装置の出力制御方法で得られる出力波形の一例を示すグラフである。

以下、本発明による高周波電源装置及びその出力制御方法の代表的な具体例を図１〜図７を用いて説明する。

図１は、本発明の代表的な一例による高周波電源装置の概要を示すブロック図である。図１に示す高周波電源装置１００は、出力する高周波パルスＰＯの出力レベル情報及び出力タイミング情報を含む同期パルスＰ１を生成する同期パルス生成機構１１０と、同期パルスＰ１の出力タイミング情報に基づいて高周波パルスＰＯの出力レベルを設定する出力レベル信号Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２を生成する出力レベル設定機構１２０と、同期パルスＰ１及びクロックパルスＰ２の位相差に基づいて高周波パルスＰＯの発振周波数及びパルス個数を設定する周波数設定信号Ｓ_Ｆ及びパルス個数設定信号Ｓ_Ｎを発信する発振波形設定機構１３０と、同期パルスＰ１の周期基準信号Ｓ_Ｓ、出力レベル信号Ｓ_Ｌ１及びＳ_Ｌ２、周波数設定信号Ｓ_Ｆ並びにパルス個数設定信号Ｓ_Ｎを受信して高周波パルスＰＯを発振する発振機構１４０と、を備える。高周波電源装置１００から出力された高周波パルスＰＯは、プラズマやレーザ発生装置、誘導加熱装置、あるいは超音波発振装置等の対象装置１０に供給される。

図２は、図１に示した同期パルス生成機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、同期パルス生成機構１１０は、上記した同期パルスＰ１を形成する同期パルス形成回路１１２と、同期パルスＰ１における周期基準時刻において周期基準信号Ｓ_Ｓを生成する周期基準信号生成器１１４と、を含む。また、同期パルス形成回路１１２から発せられた同期パルスＰ１は、後述する出力レベル設定機構１２０及び発振波形設定機構１３０にも供給される。

同期パルス形成回路１１２は、その一例として、出力レベル情報（例えば振幅値）と出力タイミング情報（例えば振幅の切り替えタイミング）とを含み、横軸の時間経過に対して縦軸の２つの出力レベルＬ１、Ｌ２を規定する略矩形の周期的なパルス波形を出力する。なお、図２においては、出力レベルをハイレベルＬ１とローレベルＬ２とした場合を例示したが、周期的な略矩形波であれば３つ以上の出力レベルによるパルス波形としてもよい。

また、同期パルスＰ１は矩形波に限定されるものではなく、出力レベル情報と出力タイミング情報とを含むものであれば、正弦波や極短パルス等の任意の波形を含んでもよい。さらに、同期パルスＰ１は複数の信号波形から構成されてもよい。このような例として、複数の信号波形についてＡＮＤ処理を行うことで、出力レベルと出力タイミングを得る手法等が例示できる。

周期基準信号生成器１１４は、同期パルス形成回路１１２から受信した同期パルスＰ１に基づいて、その同期パルスＰ１の特徴の１つとしての周期の時刻基準である出力タイミング情報を特定し、その特定したタイミングで周期基準信号Ｓ_Ｓを出力する。このとき、周期の時刻基準の一例としては、例えばローレベルＬ２からハイレベルＬ１に切り替わる（立ち上がる）時刻等が挙げられる。また、周期基準信号Ｓ_Ｓは１周期中に１つだけに限定されるものではなく、例えば上記したローレベルＬ２からハイレベルＬ１への立ち上がり時刻に加えて、ハイレベルＬ１からローレベルＬ２への切り替え（立ち下がり）時刻を採用してもよい。

図３は、図１に示した出力レベル設定機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、出力レベル設定機構１２０は、同期パルスＰ１の振幅値（出力レベル情報）に応じて第１レベル設定指令Ｓ_１又は第２レベル設定指令Ｓ_２を発するレベル判別部１２２と、レベル判別部１２２から発せられる第１レベル設定指令Ｓ_１及びレベル２設定指令Ｓ_２を受けてレベル設定信号（第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１又は第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２）を生成するレベル設定信号生成部１２４と、を含む。そして、レベル設定信号生成部１２４は、第１レベル設定指令Ｓ_１を受信中に第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１を生成する第１レベル設定信号生成器１２６と、第２レベル設定指令Ｓ_２を受信中に第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２を生成する第２レベル設定信号生成器１２８と、をさらに含む。

レベル判別部１２２は、同期パルス形成回路１１２からの同期パルスＰ１を受信し、当該同期パルスＰ１の出力レベルがどのレベルにあるかに応じて所定の設定指令をリアルタイムで発信するように構成されている。その一例として、レベル判別部１２２は、同期パルスＰ１がハイレベルＬ１の間は第１レベル設定指令Ｓ_１を発信し、同期パルスＰ１がローレベルＬ２に切り替わると第２レベル設定指令Ｓ_２を発信する。

図３に示す具体例において、レベル設定信号生成部１２４は、第１レベル設定信号生成器１２６と第２レベル設定信号生成器１２８とを含む構成を例示しているが、３つ以上のレベル設定信号生成器を含んでもよい。また、第１レベル設定信号生成器１２６は、レベル判別部１２２からの第１レベル設定指令Ｓ_１を受信すると、その期間中に発振機構１４０に第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１を発信する。一方、第２レベル設定信号生成器１２８は、レベル判別部１２２からの第２レベル設定指令Ｓ_２を受信すると、その期間中に発振機構１４０に第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２を発信する。

図４は、図１に示した発振波形設定機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、発振波形設定機構１３０は、同期パルス生成機構１１０から受信した同期パルスＰ１の１周期の周期時間Ｔ_ｎを検出する同期パルス周期検出部１３２と、少なくとも高周波パルスＰＯの１周期前における同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２との位相差ΔＰを判別する位相差判別部１３４と、これらの周期時間Ｔ_ｎ及び位相差ΔＰに基づいて次周期に発振される高周波パルスＰＯの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号Ｓ_Ｆ及びパルス個数信号Ｓ_Ｎを発信する出力パラメータ決定部と、を含む。

同期パルス周期検出部１３２は、同期パルス生成機構１１０から受信する同期パルスＰ１の１周期ごとの周期時間Ｔ_ｎ（ｎは自然数）を検出し、その１周期ごとの周期時間Ｔ_ｎを連続的に含む周期時間信号Ｓ_Ｐを発信する。その一例として、同期パルス周期検出部１３２は、周期基準信号生成器１１４と連動して同期パルスＰ１を受信し、周期基準信号Ｓ_Ｓが発信されるごとの間隔（時間）を測定して１周期ごとの周期時間Ｔ_ｎとする。

位相差判別部１３４は、同期パルス生成機構１１０から同期パルスＰ１を受信するとともに発振機構１４０からクロックパルスＰ２を受信して、両者の位相差ΔＰを演算してその結果を位相差信号Ｓ_Ｄとして発信する。その一例として、位相差判別部１３４は、同期パルス周期検出部１３２から発信された同期パルスＰ１における周期基準信号Ｓ_Ｓの発信時刻を基準とし、その時刻から次にクロックパルスＰ２の同位相（例えば立上り）における時刻との差を位相差ΔＰとして算出する。

出力波形パラメータ決定部１３６は、同期パルス周期検出部１３２から受信した周期時間信号Ｓ_Ｐと位相差判別部１３４から受信した位相差信号Ｓ_Ｄとに基づいて、次周期に発振される高周波パルスＰＯの発振周波数及びパルス個数を演算し、発振機構１４０に発振周波数信号Ｓ_Ｆ及びパルス個数信号Ｓ_Ｎを発信する。このとき、パルス個数信号Ｓ_Ｎは、発振周波数信号Ｓ_Ｆの周波数値ごとに対応するパルス個数を指定するように決定される。また例えば、現在発振されている高周波パルスＰＯの同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２とに基づいて決定された周期時間信号Ｓ_Ｐ及び位相差信号Ｓ_Ｄは、これらに基づいて演算される発信周波数及びパルス個数として次周期の高周波パルスＰＯの波形制御に適用されるため、結果として、高周波パルスＰＯの位相は次周期の終了時刻（次々周期の開始時刻）において整合されることになる。

ここで、出力波形パラメータ決定部１３６は、決定する発振周波数の一例として、基準となる中間周波数と、当該基準周波数より小さい小側周波数と、基準周波数より大きい大側周波数と、の３種類からなる周波数から選択する。このとき、中間周波数と大側周波数及び小側周波数との差は、本発明による高周波電源装置が適用されるハードウェア（例えば超音波発振装置やプラズマ処理装置等）が内蔵する増幅器やフィルタ等の特性に基づいて決定されるものであり、その一例として、中間周波数の±３％程度に設定される。そして、このように決定された発振周波数に所定のパルス個数をかけ合わせることにより、１周期内に含まれる個々のパルスのパルス幅（時間）を変化させることができる。

また、出力波形パラメータ決定部１３６は、上記した次周期の周期時間が経過後（終了時刻）における位相が常にパルスの立上り又は立下りのタイミングと一致するように、発振周波数及びパルス個数を決定するように構成してもよい。

図５は、図１に示した発振機構の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、発振機構１４０は、発振波形設定機構１３０から受信した発振周波数信号Ｓ_Ｆに基づいて所定の高周波範囲のクロックパルスＰ２を生成するクロックパルス生成器１４２と、同期パルス生成機構１１０からの周期基準信号Ｓ_Ｓ、出力レベル設定機構１２０からの第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１及び第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２、発振波形設定機構１３０からのパルス個数信号Ｓ_Ｎ、並びに上記クロックパルスＰ２を受信して、これらの信号に基づいて高周波パルスＰＯを形成する発振増幅器１４４と、を含む。

クロックパルス生成器１４２は、発振波形設定機構１３０から受信する発振周波数信号Ｓ_Ｆに基づいて、高周波パルスＰＯの出力に応じた高周波（数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ）のクロックパルスＰ２を発生する手段であって、例えば１３．５６ＭＨｚのクロックパルスＰ２を発生する。このとき、クロックパルス生成器１４２は、受信した発振周波数信号Ｓ_Ｆが指示する発振周波数が切り替わるごとに対応する周波数にシフトする形式等の任意の形式のものを採用し得る。

発振増幅器１４４は、周期基準信号Ｓ_Ｓに基づいて高周波パルスＰＯの発振タイミングを決定するとともに、第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１及び第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２に基づいてクロックパルスＰ２の振幅値を増幅することにより、高周波パルスＰＯを生成して発振する。このとき、発振増幅器１４４は、発振周波数信号Ｓ_Ｆに対応するパルス個数信号Ｓ_Ｎで指定された周波数及びパルス個数で連続的に高周波パルスＰＯを出力する。

図６は、図１に示した高周波電源装置で得られる高周波パルスの出力波形の一例を示すグラフである。図１に示した高周波電源装置１００では、まず図６（ａ）に示すように、同期パルス生成機構１１０の同期パルス形成回路１１２で形成された同期パルスＰ１は、時間Ｔ_Ｌ１の区間中はハイレベルＬ１となり、時間Ｔ_Ｌ２の区間中はローレベルＬ２となる周期的なパルス信号として形成される。そして、当該同期パルスＰ１から、上述のとおり、例えばパルス１周期の時刻基準であるハイレベルＬ１への立ち上がり時刻が抽出され、周期基準信号生成器１１４が当該立ち上がり時刻ごとに周期基準信号Ｓ_Ｓを発振機構１４０に発信する。

一方、上述のとおり、同期パルスＰ１は出力レベル設定機構１２０にも供給され、当該出力レベル設定機構１２０のレベル判別部１２２で時刻ごとの出力レベルが設定される。そして、第１レベル設定信号生成器１２６あるいは第２レベル設定信号生成器１２８から第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１又は第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２が連続的に発振機構１４０に発信される。すなわち、図６（ａ）を参照すれば、時間Ｔ_Ｌ１の区間では第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１が発信され、時間Ｔ_Ｌ２の区間では第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２が発信されることになる。

続いて、発振機構１４０の発振増幅器１４４において、受信した第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１あるいは第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２に応じて、クロックパルスＰ２の振幅値が増幅される。すなわち、第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１を連続的に受信した場合、図６（ｂ）に示すように、クロックパルスＰ２の平均高さがハイレベルＬ１となる連続パルスが出力される。一方、第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ２を連続的に受信した場合、図６（ｃ）に示すように、クロックパルスＰ２の平均高さがローレベルＬ２となる連続パルスが出力される。

そして、これらの動作を、同期パルスＰ１の生成から時間変化に伴い連続的に実行されると、図６（ｄ）に示すように、発振機構１４０が周期基準信号Ｓ_Ｓを受信した時刻からパルスが連続的に生成され、時間Ｔ_Ｌ１の区間ではハイレベルＬ１の連続パルスが発振される。同様に、時間Ｔ_Ｌ２の区間ではローレベルＬ２の連続パルスが発振される。こうして１周期Ｔ_ｎ（ｎは自然数）の区間の高周波パルスＰＯが出力される。

図７は、本発明の代表的な一例による高周波電源装置の出力制御方法で得られる出力波形の一例を示すグラフである。なお、図７では、説明を容易とするために、周期時間Ｔ_ｎごとに８つのパルスが含まれる場合が示されているが、例えば高周波パルスＰＯの発振周波数が４００ｋＨｚ程度の場合、１周期あたり３０個前後のパルスが含まれ、さらに高周波の１３．５６ＭＨｚ程度の発振周波数の場合には、１周期あたり１０００個以上のパルスが含まれる。本発明の代表的な一例による高周波電源装置の出力制御方法では、図７（ａ）に示すように、図１〜図６で説明した高周波パルスＰＯの出力動作で出力された周期時間Ｔ_ｎの１周期における同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２との位相差を検出する。

具体的には、クロックパルスＰ２の１パルス分のパルス周波数が、例えば上記した中間周波数ＰＭによる連続パルスで形成されている場合、周期時間Ｔ_ｎの開始時刻ｔ０（すなわち周期基準信号Ｓ_Ｓの発信時刻）において、同期パルスＰ１と出力された高周波パルスＰＯの１パルスとの位相差ΔＰを検出する。このとき、位相差ΔＰは図示中の単なる横軸ではなく、１パルス中の出力変化における経過時間を意味し、また中間周波数ＰＭは、同期パルスＰ１の整数倍とほぼ同等であるものとする。

続いて、次周期時間Ｔ_ｎ＋１の開始時刻ｔ２から時間Ｔ_Ｌ１の区間において、周波数変調されたパルスが所定個数だけ発振される。具体的には、中間周波数ＰＭによるパルスを基準とした場合、これを例えば大側周波数ＰＬに置換した際の位相差がΔＰとなるようにパルス個数Ｎ（Ｎは自然数）を選択する。

すなわち、一例として、上記に示す数１とを満たすパルス個数Ｎを選択すればよい。
このとき、中間周波数ＰＭが同期パルスＰ１の整数倍と同一でない場合には、上記数１の右辺に同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２との周期差αを加えることにより、その周期差αを考慮する。ただし、中間周波数ＰＭと上記整数倍との差がクロックパルス生成器１４２の分解能未満となるように設定されている場合には、周期差αを省略できる。

これにより、次周期Ｔ_ｎ＋１の終了時刻ｔ４において、同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２による高周波パルスＰＯとの位相差ΔＰが解消される。すなわち、時刻ｔ２では出力波形は振幅値Ａ１で位相差ΔＰとなっているが、時刻ｔ４においては、振幅値Ａ２で位相差が０に補正される。このとき、補正後の時刻ｔ４において、そのパルスにおける位相が常にパルスの立上り又は立下りのタイミングと一致するように制御されるのが好ましい。

一方、図７（ｂ）に示すように、中間周波数ＰＭによるパルスを基準とした場合、これを例えば小側周波数ＰＳに置換した際の位相差がΔＰとなるようにパルス個数Ｎを選択するようにしてもよい。

すなわち、一例として、上記に示す数２とを満たすパルス個数Ｎを選択すればよい。
これにより、図７（ａ）に示した場合と同様に、次周期時間Ｔ_ｎ＋１の終了時刻ｔ４において、同期パルスＰ１とクロックパルスＰ２による高周波パルスＰＯとの位相差ΔＰが解消される。すなわち、時刻ｔ２では出力波形は振幅値Ａ１で位相差ΔＰとなっているが、時刻ｔ４においては、振幅値Ａ２で位相差が０に補正される。

上記のような構成を備えることにより、本発明による高周波電源装置及びその出力制御方法は、同期パルスＰ１の１周期の周期時間Ｔ_ｎを検出するとともに、少なくとも高周波パルスＰＯの１周期前における同期パルスＰ１及びクロックパルスＰ２の位相差ΔＰを判別し、周期時間Ｔ_ｎ及び位相差ΔＰに基づいて次周期に発振される高周波パルスＰＯの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号Ｓ_Ｆ及びパルス個数信号Ｓ_Ｎを発信し、発振周波数信号Ｓ_Ｆに基づいてクロックパルスＰ２を生成するとともに、周期基準信号Ｓ_Ｓ、第１レベル設定信号Ｓ_Ｌ１及び第２レベル設定信号Ｓ_Ｌ２、パルス個数信号Ｓ_Ｎ並びにクロックパルスＰ２を受信して、これらの信号に基づいて高周波パルスＰＯを形成する際に、次周期の周期時間Ｔ_ｎ＋１が経過後における位相が一定となるように、１周期前における位相差ΔＰを相殺する次周期の発振周波数及びパルス個数を決定するように構成したため、同期パルスとクロックパルスとを別々に生成する構造であっても、出力される高周波パルスの位相を常に揃えることが可能となる。

なお、上記した実施の形態における記述は、本発明に係る高周波電源装置及びその出力制御方法の一例であって、本発明は各実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形を行うことが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

例えば、上記した実施の形態では、高周波パルスＰＯの１周期の時間Ｔ_Ｌ１の区間においてパルス変調による位相差ΔＰを相殺する制御動作を例示したが、時間Ｔ_Ｌ２の区間のみあるいは２つの区間で同時に位相差ΔＰを相殺する制御を実行するように構成してもよい。これにより、より短時間で精緻に位相差を解消する出力制御を実行することが可能となる。

１０ 対象装置
１００ 高周波電源装置
１１０ 同期パルス生成機構
１１２ 同期パルス形成回路
１１４ 周期基準信号生成器
１１６ 計時機構
１２０ 出力レベル設定機構
１２２、２２２、３２２ レベル判別部
１２４ レベル設定信号生成部
１２６ 第１レベル設定信号生成器
１２８ 第２レベル設定信号生成器
１３０ 発振波形設定機構
１３２ 同期パルス周期検出部
１３４ 位相差判別部
１３６ 出力波形パラメータ決定部
１４０ 発振機構
１４２ クロックパルス生成器
１４４ 発振増幅器
ＰＯ 高周波パルス
Ｐ１ 同期パルス
Ｐ２ クロックパルス
Ｓ_Ｓ 周期基準信号
Ｓ_Ｌ１ 第１レベル設定信号
Ｓ_Ｌ２ 第２レベル設定信号
Ｓ_Ｆ 発振周波数信号
Ｓ_Ｎ パルス個数信号
Ｔ_ｎ、Ｔ_ｎ＋１ 周期時間

Claims (8)

1. 同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置であって、
   前記高周波パルスの出力レベル情報及び出力タイミング情報を含む同期パルスを生成する同期パルス生成機構と、前記出力レベル情報に基づいて前記高周波パルスの出力レベルを設定する出力レベル信号を生成する出力レベル設定機構と、前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差に基づいて前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を設定する周波数設定信号及びパルス個数設定信号を発信する発振波形設定機構と、前記同期パルスの周期基準信号、前記出力レベル信号、前記周波数設定信号及び前記パルス個数設定信号を受信して前記高周波パルスを発振する発振機構と、を備え、
   前記同期パルス生成機構は、前記同期パルスを形成する同期パルス形成回路と、前記出力タイミング情報に含まれる周期基準時刻において周期基準信号を生成する周期基準信号生成器と、を含み、
   前記出力レベル設定機構は、前記出力レベル信号に応じて前記高周波パルスで設定される出力レベルを判別するレベル判別部と、前記レベル判別部の判別結果を受けてレベル設定信号を生成するレベル設定信号生成部と、を含み、
   前記発振波形設定機構は、前記同期パルスの１周期の周期時間を検出する同期パルス周期検出部と、少なくとも前記高周波パルスの１周期前における前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差を判別する位相差判別部と、前記周期時間及び前記位相差に基づいて次周期に発振される前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号及びパルス個数信号を発信する出力パラメータ決定部と、を含み、
   前記発振機構は、前記発振周波数信号に基づいて前記クロックパルスを生成するクロックパルス生成器と、前記周期基準信号、前記レベル設定信号、前記パルス個数信号及び前記クロックパルスを受信して、これらの信号に基づいて前記高周波パルスを形成する発振増幅器と、を含み、
   前記出力パラメータ決定部は、前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が一定となるように、前記１周期前における前記位相差を相殺する前記次周期の発振周波数及びパルス個数を決定する
   ことを特徴とする高周波電源装置。
2. 前記レベル設定信号は、前記高周波パルスでの第１の出力レベルを規定する第１レベル設定信号と、第２の出力レベルを規定する第２レベル設定信号と、を含み、
   前記レベル設定信号生成部は、前記第１レベル設定信号を生成する第１レベル設定信号生成器と、前記第２レベル設定信号を生成する第２レベル設定信号生成器と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
3. 前記発振周波数は、基準となる中間周波数と、前記中間周波数より小さい小側周波数と、前記中間周波数より大きい大側周波数と、からなる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電源装置。
4. 前記出力パラメータ決定部は、前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が常に前記同期パルスの立上り又は立下りのタイミングと一致するように、前記発振周波数及び前記パルス個数を決定する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波電源装置。
5. 同期パルス及びクロックパルスに基づいて対象装置に高周波パルスを出力する高周波電源装置の出力制御方法であって、
   前記同期パルスの波形に含まれる出力レベル情報から前記高周波パルスの出力レベルを設定する出力レベル信号を生成するとともに、出力タイミング情報から周期基準信号を生成し、
   前記出力レベル信号に基づいてレベル設定信号を生成し、
   前記同期パルスの１周期の周期時間を検出するとともに、少なくとも前記高周波パルスの１周期前における前記同期パルス及び前記クロックパルスの位相差を判別し、
   前記周期時間及び前記位相差に基づいて次周期に発振される前記高周波パルスの発振周波数及びパルス個数を演算して発振周波数信号及びパルス個数信号を発信し、
   前記発振周波数信号に基づいて前記クロックパルスを生成するとともに、前記周期基準信号、前記レベル設定信号、前記パルス個数信号及び前記クロックパルスを受信して、これらの信号に基づいて前記高周波パルスを形成する際に、
   前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が一定となるように、前記１周期前における前記位相差を相殺する前記次周期の発振周波数及びパルス個数を決定する
   ことを特徴とする高周波電源装置の出力制御方法。
6. 前記レベル設定信号は、前記高周波パルスの第１の出力レベルを規定する第１レベル設定信号と、第２の出力レベルを規定する第２レベル設定信号と、を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の高周波電源装置の出力制御方法。
7. 前記発振周波数は、基準となる中間周波数と、前記中間周波数より小さい小側周波数と、前記中間周波数より大きい大側周波数と、からなる
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の高周波電源装置の出力制御方法。
8. 前記発振周波数及び前記パルス個数は、前記次周期の前記周期時間が経過後における位相が常に前記同期パルスの立上り又は立下りのタイミングと一致するように決定される
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の高周波電源装置の出力制御方法。

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