JP4879548B2 - 高周波電源装置 - Google Patents
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Description
整合器3は、整合器3の入力端301から伝送線路2を経由し高周波電源装置50側を見た電源側インピーダンスZo(通常は50Ω)と、整合器3の入力端から負荷5側を見た負荷側インピーダンスZL(整合器3及び負荷接続部4及び負荷5のインピーダンス)とを整合させることによって、高周波電源装置と負荷5との間をインピーダンス整合させる目的で用いられる装置である。
図7は、一般的な高周波電源装置の構成例を示すブロック図である。増幅部52は、直流電源部51から供給される直流電力を利用して、発振部59から出力する発振信号Vinを増幅し、無線周波数帯域の出力周波数を有する高周波電力を出力するものである。増幅部52において増幅された高周波電力は、主に高調波を除去するためのフィルタ部53、方向性結合器54を介して負荷5に供給される。また、方向性結合器54で検出した進行波電圧に基づいて、進行波電力演算部55において進行波電力値Pfが演算される。出力電力制御部58は、出力電力設定部57において設定された高周波電力の出力電力設定値Psetと、進行波電力演算部において演算された進行波電力値Pfとを比較し、両者が等しくなるように、発振部の発振信号Vinの出力レベルを制御するものである。つまり、出力電力制御部は、発振部の発振信号Vinの出力レベルを制御することにより、高周波電力の出力が一定になるように制御するものである。なお、方向性結合器54で検出する反射波電圧から反射波電力値Prを演算し、進行波電力演算値Pfから反射波電力演算値Prを減じた負荷側電力演算値を一定に制御するように高周波電源装置を構成してもよい。このような高周波電源装置としては、特許文献1に記載のようなものがある。
第1周波数の高周波電力及び前記第1周波数よりも周波数が低い第2周波数の高周波電力を用いるプラズマ処理システムに前記第1周波数の高周波電力を供給する高周波電源装置において、
高周波電源装置の出力端における進行波電圧および反射波電圧を検出して、進行波電圧に対応する進行波信号および反射波電圧に対応する反射波信号を出力する高周波検出手段と、
前記第1周波数で発振させた信号を第1発振信号として出力する第1発振手段と、
前記第2周波数で発振させた信号を第2発振信号として出力する第2発振手段と、
前記第2発振手段から出力された第2発振信号の位相を調整する位相調整手段と、
前記第2発振手段から出力された第2発振信号の変調指数を調整する変調指数調整手段と、
前記第1発振信号を位相及び変調指数が調整された前記第2発振信号で周波数変調した被変調信号を出力する変調手段と、
前記変調手段から出力する被変調信号または被変調信号の出力レベルを制御した信号を増幅して出力する高周波出力手段と、
を備え、
前記位相調整手段で前記第2発振信号の位相を調整することによって、前記第1周波数における前記反射波信号のレベルを低減できるようになっており、
前記変調指数調整手段で前記第2発振信号の変調指数を調整することによって、前記第1周波数における前記反射波信号のレベルを低減できるようになっている、
ことを特徴としている。
前記位相調整手段が、手動により前記第2発振信号の位相を調整する操作部を備え、前記変調指数調整手段が、手動により前記第2発振信号の変調指数を調整する操作部を備えたことを特徴としている。
前記高周波検出手段と前記第2発振手段との間に、前記進行波信号を入力信号として、この進行波信号に含まれる第2周波数の周波数成分の信号を出力するフィルタをさらに備え、
前記第2発振手段は、前記フィルタの出力信号の周波数に同期した周波数の第2発振信号を出力する電圧制御型発振部を備えたことを特徴としている。
前記電圧制御型発振部は、入力信号の状態を保持する機能を有し、入力信号の振幅レベルが予め定められたレベル未満になると、その状態を入力信号の振幅レベルが予め定められたレベル以上になるまで保持する機能を有することを特徴としている。
前記第2発振手段は、前記第2周波数と同じ周波数で発振するように発信周波数が予め設定された発振器を備えたことを特徴としている。
通常、負荷のプラズマの状態が安定していれば、異なる出力周波数の他の高周波電源装置の高周波の影響によって反射波が生じても、その反射波の状態は、あまり変動しない。そのために、本発明によって、一旦、変調波となる発振信号の位相と変調指数を調整して反射波を低減させてしまえば、頻繁に位相及び変調指数の調整度合いを変更しなくても、反射波を低減させた状態を保つことができる。
そこで、第2の発明によれば、手動によって位相と変調指数とを調整可能な操作部を設けているので、複雑な制御を必要とせずに、簡易的に反射波を低減させることが可能となる。
高周波電源装置1は、図1に示すように、直流電源部11と、増幅部12と、フィルタ部13と、方向性結合器14と、進行波電力演算部15と、反射波電力演算部16と、出力電力設定部17と、出力電力制御部18と、第1発振部19と、第2周波数フィルタ20と、第2発振部21と、位相調整部22と、変調指数調整部23と、変調部24とを備えている。なお、従来の高周波電源装置50と同様に、第1の高周波電源装置1から出力する第1の高周波電力を第1高周波とし、第1の高周波電源装置の出力周波数を第1周波数f1とし、第1周波数の周期をt1とする。
検出信号として、進行波電圧に対応した進行波電圧信号Vf、および反射波電圧に対応した反射波電圧信号Vrを出力する。なお、方向性結合器14は、本発明の高周波検出手段の一例である。
Vfm1=A・cos(ω1t+G・sin(ω2t+θos)) ・・・(1)
ただし、「ω1t」は、第1発振信号の角周波数ω1を時間t倍したものであり、「ω2t」は、第2発振信号の角周波数ω2を時間t倍したものであり、「A」は、第1発振信号の振幅レベルで定まる定数であり、「θos」は、位相調整部22で位相を調整する際に用いられる位相オフセットであり、「G」は、変調指数調整部23で変調指数を調整する際に用いられるゲインである。なお、変調部24は、本発明の変調手段の一例である。
図2は、位相調整部22において、位相を変化させたときの反射波電力を示すシミュレーションである。なお、変調指数を1としている。この図から、位相を調整することによって、反射波電力が低減できることが分かる。この例の場合、位相を100度にしたときに、反射波電力が約20[W]となって最小となる。また、位相を280度にしたときに、反射波電力が約2590[W]となって最大となる。図10で示したシミュレーションの場合は、反射波電力が約950[W]であったので、位相の調整によって、大幅に反射波電力が低減できる。
図4は、図2で反射波電力が最大となる位相(280度)の場合における出力周波数の高い高周波電源装置側の出力端で検出する進行波と反射波とをシミュレーションした一例である。
2 伝送線路2
3 第1の整合器
4 負荷接続部
5 負荷5
6 第2の高周波電源装置
7 伝送線路2
8 第1の整合器
9 負荷接続部
11 直流電源部
12 増幅部
13 フィルタ部
14 方向性結合器
15 進行波電力演算部
16 反射波電力演算部
17 出力電力設定部
18 出力電力制御部
19 第1発振部
20 第2周波数フィルタ
21 第2発振部
22 位相調整部
23 変調指数調整部
24 変調部
Claims (5)
- 第1周波数の高周波電力及び前記第1周波数よりも周波数が低い第2周波数の高周波電力を用いるプラズマ処理システムに前記第1周波数の高周波電力を供給する高周波電源装置において、
高周波電源装置の出力端における進行波電圧および反射波電圧を検出して、進行波電圧に対応する進行波信号および反射波電圧に対応する反射波信号を出力する高周波検出手段と、
前記第1周波数で発振させた信号を第1発振信号として出力する第1発振手段と、
前記第2周波数で発振させた信号を第2発振信号として出力する第2発振手段と、
前記第2発振手段から出力された第2発振信号の位相を調整する位相調整手段と、
前記第2発振手段から出力された第2発振信号の変調指数を調整する変調指数調整手段と、
前記第1発振信号を位相及び変調指数が調整された前記第2発振信号で周波数変調した被変調信号を出力する変調手段と、
前記変調手段から出力する被変調信号または被変調信号の出力レベルを制御した信号を増幅して出力する高周波出力手段と、
を備え、
前記位相調整手段で前記第2発振信号の位相を調整することによって、前記第1周波数における前記反射波信号のレベルを低減できるようになっており、
前記変調指数調整手段で前記第2発振信号の変調指数を調整することによって、前記第1周波数における前記反射波信号のレベルを低減できるようになっている、
ことを特徴とする高周波電源装置。 - 前記位相調整手段が、手動により前記第2発振信号の位相を調整する操作部を備え、
前記変調指数調整手段が、手動により前記第2発振信号の変調指数を調整する操作部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。 - 前記高周波検出手段と前記第2発振手段との間に、前記進行波信号を入力信号として、この進行波信号に含まれる第2周波数の周波数成分の信号を出力するフィルタをさらに備え、
前記第2発振手段は、前記フィルタの出力信号の周波数に同期した周波数の第2発振信号を出力する電圧制御型発振部を備えたことを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の高周波電源装置。 - 前記電圧制御型発振部は、入力信号の状態を保持する機能を有し、入力信号の振幅レベルが予め定められたレベル未満になると、その状態を入力信号の振幅レベルが予め定められたレベル以上になるまで保持する機能を有することを特徴とする請求項3に記載の高周波電源装置。
- 前記第2発振手段は、前記第2周波数と同じ周波数で発振するように発信周波数が予め設定された発振器を備えたことを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の高周波電源装置。
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