KR20060094913A - 고주파 전력 장치 및 고주파 전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발진기, 고주파 전원, 반사 계수 연산기, 방전 신호 출력부 및 주파수 제어기를 포함하는 고주파 전력 장치를 제공하며, 주파수 제어기는 상기 방전 신호가, 상기 방전이 개시된 것을 나타내는 상태에 있지 않거나, 상기 방전이 개시된 것으로 간주되는 상태에 있지 않은 동안의 기간 동안 상기 발진 신호를 제1 발진 주파수로 발진시키도록 상기 발진기에 지시한 후, 상기 방전 신호가 상기 상태들로 변화한 직후에 상기 제1 발진 주파수를 제2 발진 주파수로 변화시키도록 상기 발진기에 지시한 후, 상기 절대값이 작아지도록 상기 발진 주파수를 제어한다.

Description

고주파 전력 장치 및 고주파 전력 제어 방법{HIGH-FREQUENCY POWER DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING HIGH-FREQUENCY POWER}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따르는 고주파 전력 장치(1)의 구성과, 고주파 전력 장치(1), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 2는 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수와 부하(5)가 되는 플라즈마 처리 장치에 인가되는 전압 사이의 관계의 일례를 도시하는 주파수 특성도이다.

도 3은 방전의 개시 후에 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 4는 반사 계수 절대값(Γ)과 반사 계수 상한값(Γup) 사이의 관계를 도시하는 반사 계수 테이블(19)의 일례를 도시한다.

도 5는, 기준 주파수 f0을 포함하는 범위로서 최소 발진 주파수가 f0-Δf로 설정되고, 최대 발진 주파수가 f0+Δf로 설정되어 있는, 발진 주파수와 반사 계수 절대값(Γ) 사이의 관계를 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따르는 고주파 전력 장치(1a)의 구성과, 고주파 전력 장치(1a), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 7은 도 6에 도시된 고주파 전력 장치(1a)를 이용하여, 방전의 개시 후 방 전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따르는 고주파 전력 장치(1b)의 구성과, 고주파 전력 장치(1b), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 9는 도 8에 도시된 고주파 전력 장치(1b)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따르는 고주파 전력 장치(1c)의 구성과, 고주파 전력 장치(1c), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 11은 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 12는 본 발명의 실시예 5에 따르는 고주파 전력 장치(1d)의 구성과, 고주파 전력 장치(1d), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 13은 도 12에 도시된 고주파 전력 장치(1d)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 14는 본 발명의 실시예 6에 따르는 고주파 전력 장치(1e)의 구성과, 고주파 전력 장치(1e), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 15는 도 14에 도시된 고주파 전력 장치(1e)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 16은 본 발명의 실시예 7에 따르는 고주파 전력 장치(1f)의 구성과, 고주파 전력 장치(1f), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다.

도 17은 도 16에 도시된 고주파 전력 장치(1f)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다.

도 18은 초기 이상 판정 루틴 R2의 플로우차트이다.

도 19는 종래의 고주파 전력 장치(50)의 구성과, 고주파 전력 장치(50), 자동 정합 유닛(6) 및 부하(5) 사이의 관계를 도시하는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f : 고주파 전력 장치

3 : 고정 정합 유닛 5 : 부하

10 : ON/OFF 제어 회로 11 : 주파수 제어 회로

12 : 발진 회로 13 : 전력 증폭기

14 : 전력 측정 유닛 15 : 전력 제어 회로

16 : 전력 설정 유닛 17 : 방전 검출 유닛

18 : 반사 계수 연산 회로 19 : 반사 계수 테이블

본 발명은 예컨대, 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 등과 같은 방전을 수반하는 애플리케이션에 채용되는 플라즈마 처리 유닛과 같은 부하에 전력을 공급하는 고주파 전력 장치에 관한 것이다.

방전을 수반하는 부하에 전력을 공급하는 고주파 전력 장치로서, 부하에서의 방전의 개시 전후에 내부 발진 회로(52)의 발진 주파수를 변화시키는 고주파 전력 장치가 사용 가능하다.

도 19는 종래의 고주파 전력 장치(50)의 구성과, 고주파 전력 장치(50), 자동 정합 유닛(6) 및 부하(5) 사이의 결합을 도시하는 도면이다(예컨대, 일본 공개 특허출원 H9-161994호 참조).

고주파 전력 장치(50)는 전력 증폭기(53)를 사용하여 고주파 전력을 출력하고, 전력 측정 유닛(54)에 의해 검출되는 고주파 전력의 출력값은 이 출력값이 전력 설정 유닛(56)에 의해 확립된 타겟값이 되도록 제어된다. 또한, 고주파 전력 장치의 출력 주파수는 주파수 제어 회로(51)에 의해 제어되는 발진 주파수를 갖는 발진 회로(52)의 발진 주파수에 의해 결정된다. 고주파 전력 장치(50)로부터 출력된 고주파 전력은 동축 케이블로 구성된 송신선(2), 자동 정합 유닛(6), 및 차폐 구리판으로 구성된 부하 접속부를 통해 부하(5)에 공급된다. 또한, ON/OFF 제어 회로(58)는 발진 회로(52)의 출력을 턴 ON/OFF하도록 제어한다. 발진 회로(52)는 온 신호가 ON/OFF 제어 회로(58)로부터 출력될 때, 고주파 신호를 출력한다. ON/OFF 제어 회로(58)는 고주파 전력 장치(50)에 구비된 전력 출력 스위치(도시 생략)을 동작시킴으로써 제어되거나, 외부 장치로부터의 제어 신호에 의해 제어된다.

자동 정합 유닛(6)은 자동 정합 유닛(6)의 입력 단자로부터 송신선(2)을 통해 고주파 전력 장치(50)측까지 관측되는 전력측 임피던스 Zo(일반적으로 50Ω)와, 자동 정합 유닛(6)의 입력 단자로부터 부하측까지 관측되는 부하측 임피던스 ZL(자동 정합 유닛(6), 부하 접속부(4) 및 부하(5)의 임피던스)의 양 임피던스를 정합시킴으로써 부하에 고주파 전력을 효율적으로 공급할 목적으로 채용된다. 자동 정합 유닛(6)은 내부에 가변 임피던스 소자(예컨대, 가변 커패시터, 가변 인덕터 등)(도시 생략)가 구비되고, 자동 정합 유닛(6)은 전력 장치측 임피던스 Zo 및 부하측 임피던스 ZL이 서로 임피던스 정합되도록 가변 임피던스 소자의 임피던스를 변화시키는 특징을 갖는다.

부하(5)는 처리부가 구비되는 장치이며, 이 처리부의 내부에 들어가는 웨이퍼, 액정 기판 등과 같은 가공품을 처리(에치, CVD 증착 등)한다. 가공품을 처리하기 위해, 플라즈마 방전 가스가 처리부 내로 도입되고, 고주파 전력 장치(50)로부터 공급되는 고주파 전력(전압)이 플라즈마 방전 가스에 인가되며, 부하(5)는 플라즈마 방전 가스를 방전시켜 비플라즈마 상태에서 플라즈마 상태로 되게 한다. 그리고, 가공품은 플라즈마를 이용하여 처리된다. 또한, 그러한 방전을 수반하는 부하는 "방전 부하"라고 한다.

방전 검출 유닛(57)은 부하에서의 방전의 존재를 검출하고, 검출 신호를 주파수 제어 회로(51) 및 자동 정합 유닛(6)에 출력한다. 주파수 제어 회로(51) 및 자동 정합 유닛(6)은 검출 신호에 기초하여 부하에서 방전이 일어났는지의 여부를 판정할 수 있으므로, 방전의 상태에 따라 제어를 변화시킬 수 있다. 이어서, 제어 에 관하여 설명한다.

상술한 방전 부하에서, 고주파 전력 장치(50)로부터 부하측까지 관측되는 부하측 임피던스 ZL은 부하에서의 방전의 개시 전후에 급격하게 변화하는 것이 알려져 있다. 그러나, 상술한 자동 정합 유닛(6)의 가변 임피던스 소자는 그 구조로 보아 임피던스를 순간적으로 현저하게 변화시킬 수 없다. 자동 정합 유닛(6)의 가변 임피던스 소자를 사용하여 임피던스를 현저하게 변화시키기 위해, 어떤 경우에는 1초 내지 수초의 시간이 필요하게 된다.

따라서, 자동 정합 유닛(6)은 임피던스가 상기 시간동안 자동 정합 유닛(6)에 의해 정합되면, 임피던스의 급격한 변화를 뒤따라갈 수 없기 때문에, 방전의 개시 직후에 비정합 상태가 일어난 경우들이 있을 수 있다. 그 결과, 반사가 증가되고, 방전을 유지하는데 필요한 전력이 부하에 공급될 수 없으며, 방전에 의해 발생된 플라즈마 등이 사라지는 문제점이 있을 수 있다.

반대로, 고주파 전력 장치(50)의 출력 주파수는 순간적으로 변화될 수 있기 때문에, 출력 주파수를 변화시킴으로써 부하측 임피던스 ZL을 변화시켜 임피던스를 순간적으로 정합시킬 수 있다. 따라서, 종래의 고주파 전력 장치(50)에서는, 그러한 제어가 채용되어, 임피던스가 방전의 개시 전후에 급격하게 변화할 때 자동 정합 유닛(6)을 사용하지 않고 고주파 전력 장치(50)의 출력 주파수를 변화시킴으로써 부하측 임피던스 ZL을 변화시킨다. 즉, 아래의 단계 1 내지 단계 3에 나타내는 바와 같은 제어가 실행된다. 또한, 고주파 전력 장치(50)의 출력 주파수를 변화시키기 위해 발진 회로(52)의 발진 주파수를 변화시키는 것으로 충분하다. 아래의 단계 1 내지 단계 3의 설명에서, 발진 회로(52)의 발진 주파수는 상세한 제어 방법을 설명하기 위해 고주파 전력 장치의 출력 주파수의 변화에 관하여 설명하는데 사용된다.

단계 1: 방전의 개시 시까지, 발진 회로(52)의 발진 주파수는 방전의 개시 전에 부하측 임피던스 ZL의 공진 주파수에 임피던스 정합되도록 변화된다. 즉, 방전은 방전을 개시하기 쉬운 부하측 임피던스 ZL에서 개시된다. 또한, 이 때 자동 정합 유닛(6)의 가변 임피던스 소자는 동작하지 않는다.

단계 2: 방전의 개시 후에, 발진 회로(52)의 발진 주파수는 방전에 적합한 소정의 고정 주파수로 설정된다. 발진 주파수는 시뮬레이션 및 실험 등에 의해 얻어진다.

단계 3: 단계 2에서 확립된 발진 주파수로 고주파수가 출력되고, 자동 정합 유닛(6)을 사용함으로써 임피던스가 정합된다.

출력 주파수를 변화시킬 수 있는 상술한 고주파 전력 장치(50)에서는, 방전의 개시 전후에도 출력 주파수를 변화시킴으로써 부하측 임피던스 ZL의 급격한 변화에 대처할 수 있다. 그러나, 부하 및 자동 정합 유닛 내의 가변 임피던스 소자와 같은 각각의 구성요소들은 주파수와 관련하여 상이한 특성을 갖기 때문에, 부하측 임피던스는, 그 때의 각각의 구성요소들의 상태에 따라, 출력 주파수에 동일한 변화를 가질지라도 상이하다. 예를 들면, 출력 주파수의 가변 변화가 13.56±0.5 MHz인 고주파 전력 장치(50)가 사용되는 경우, 부하측 임피던스 ZL은 30+j30Ω이고, 출력 주파수가 13.56 MHz에서 13.60 MHz로 0.04 MHz만큼 증가될 때, 부하측 임 피던스 ZL은 상태 A에서는 50+j0Ω이 되지만, 상태 B에서는 20+j20Ω이 된다.

즉, 고주파 전력 장치(50)의 출력 주파수와 부하측 임피던스 ZL 사이에 관계가 없기 때문에, 부하측 임피던스 ZL이 측정되어서 측정된 값과 관련하여 고주파 전력 장치(50)의 출력 주파수가 변화되는 것이 불가능하다. 예를 들면, 부하측 임피던스 ZL이 30+j30Ω이 될 때, 주파수를 13.60 MHz로 설정함으로써 임피던스를 정합시키는 것이 항상 가능하지는 않고, 여기에서 관련성이 확립되지 않을 수도 있다. 따라서, 출력 주파수를 변화시킴으로써 임피던스를 정합시키기 위해, 출력 주파수를 랜덤하게 변화시킬 필요가 있다.

종래의 고주파 전력 장치(50)에서는, 상술한 제어에 관한 상황으로 인해, 단계 1 내지 단계 3에서 설명한 바와 같은 제어가 실행되는 것이 고려된다. 즉, 단계 1에서는, 방전이 개시되기 전이기 때문에, 거의 모두 반사 상태가 일어나게 된다. 따라서, 출력 주파수가 랜덤하게 변화되더라도, 방전이 임피던스 정합으로 개시될 때까지 악영향은 일어나지 않는다. 오히려, 출력 주파수는 순간적으로 변화될 수 있기 때문에, 가변 임피던스 소자를 채용하는 자동 정합 유닛에 의한 임피던스 정합보다 더 짧은 시간에 임피던스를 정합시킬 수 있다. 단계 2에서는, 부하측 임피던스 ZL은 방전이 개시된 직후에 급격하게 변화하므로, 임피던스가 순간적으로 정합될 수 있기 때문에, 주파수 변환에 의해 임피던스를 정합하는 것이 더욱 바람직하다. 단계 3에서는, 임피던스가 방전이 개시된 후에 정합되기 때문에, 상술한 상황으로 인해 출력 주파수를 변화시킴으로써 임피던스를 정합시키기 어렵다. 따라서, 임피던스는 자동 정합 유닛(6)을 사용함으로써 정합된다.

그러므로, 종래의 고주파 전력 장치(50)에서 방전의 개시 전후에 임피던스가 급격하게 변화하는 문제점에 관하여, 이러한 문제점은 고주파 전력 장치의 출력 주파수를 변화시킴으로써 해결될 수 있다. 그러나, 방전의 개시 후에 임피던스의 정합과 관련하여, 자동 정합 유닛(6)이 여전히 사용되고, 여기에는 아래의 문제점들이 존재한다.

(1) 자동 정합 유닛(6)에 사용된 가변 임피던스 소자에는 가동부가 구비되기 때문에, 가동부가 닳게 되면 기계적인 수명이 다하게 된다. 예를 들면, 가변 커패시터가 가변 임피던스 소자로 사용되는 경우, 모터에 접속된 가변 커패시터의 축이 회전하기 때문에, 가변 커패시터의 축과 베어링 사이의 슬라이딩부가 닳게 되고, 이 닳음이 기계적인 수명에 도달한다. 특히, 방전 부하에서, 부하의 임피던스는 항상 변동하기 때문에, 가변 임피던스 소자도 또한 항상 이동한다. 따라서, 닳는 정도는 커진다. 또한, 가변 임피던스 소자의 이동이 부하 등의 조건 하에서 상이하기 때문에, 기계적인 수명의 기간이 각 가변 임피던스 소자에서 상이하다. 이와 관련하여, 가변 임피던스 소자가 기계적인 수명에 도달할 때, 가변 임피던스 소자가 교체되거나 자동 정합 유닛(6)이 교체되는 것이 필요하다. 이 경우에, 생산 라인이 정지할 때에만 교체 작업을 실행할 필요가 있다. 그러한 이유로 인해, 가변 임피던스 소자와 자동 정합 유닛(6)의 교체는 없애는 것이 바람직하다. 그러나, 자동 정합 유닛(6)에서는, 가변 임피던스 소자가 채용되기 때문에, 그 구성요소들이 기계적인 수명에 도달할 때는 교체해야만 하는 경우가 있을 수 있다.

(2) 최근에, 고주파 전력 장치(50)를 포함하는 모든 장치에서의 생산 비용을 더 절감하고자 하는 요구와 크기를 축소하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 자동 정합 유닛(6)에서는, 가변 임피던스 소자는 고가이고 이 가변 임피던스 소자를 구동시키는데 모터가 필요하기 때문에, 자동 정합 유닛(6)은 매우 고가로 되어, 고주파 전력 장치(50)를 포함하는 모든 장치의 생산 비용의 증가를 초래한다. 또한, 자동 정합 유닛(6)의 구조는 복잡하고, 가변 임피던스 소자는 그 주요부가 크기가 확대되어 있으므로, 장치의 크기를 축소하기 어렵다.

(3) 방전이 개시된 후에 방전 중에 임피던스 정합에는 더욱 고속의 요구가 일어나고 있다. 그러나, 자동 정합 유닛(6)은 종래 사용되고 있는 것이기 때문에, 내부 가변 임피던스 소자는 순간적으로 동작할 수 없고, 임피던스가 정합할 때까지 1초∼수초의 시간이 필요한 경우가 있을 수 있다.

(4) 또한, 종래의 고주파 전력 장치(50)에서, 부하(5)에서의 방전은 방전 검출 유닛(57)을 사용하여 검출된다. 방전 검출 유닛(57)의 여러 시스템들이 존재하며, 예컨대, 방전이 일어날 때 발광을 검출하는 시스템, 부하에서 발생하는 직류 전압을 검출하는 시스템 등이 사용 가능하다. 그러나, 방전 검출 유닛(57)이 사용되면, 고주파 전력 장치(50)의 구성이 복잡하게 만들어지는 문제점이 있다. 예를 들면, 방전이 일어날 때 발광을 검출하는 시스템에서는, 부하(5)의 근처에 방전 검출 유닛(57)을 부착하는 것이 필요하기 때문에, 방전 검출 유닛(57)과 고주파 전력 장치(50)의 본체 사이에 신호선을 구비할 필요가 있어, 구성이 복잡해진다. 또한, 방전 검출 유닛(57)은 고가이다.

본 발명은 상술한 상황을 고려하여 개발된 것이다. 본 발명의 실시예의 목적은 어떠한 자동 정합 유닛도 필요없고, 방전 중에 임피던스를 정합시킬 수 있으며, 상기 정합 유닛의 더 긴 서비스 수명을 달성하고, 그 생산 비용을 절감하며, 상기 유닛의 크기를 축소하고, 고주파 전력 장치를 포함하는 모든 장치의 더 긴 서비스 수명을 달성할 수 있으며, 그 생산 비용을 절감하고, 방전 중에 정합 시간(임피던스를 정합시키는데 필요한 시간)을 단축할 수 있는 고주파 전력 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 실시예의 다른 목적은 방전 검출 유닛(57)이 필요 없는 고주파 전력 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는 전기 방전을 수반하는 부하에 고주파 전력을 공급하고 부하에서의 방전의 개시 전후에 내부 발진기의 발진 주파수를 변경시키는 고주파 전력 장치이며, 이 고주파 전력 장치는 지시에 따라 발진 주파수를 변경시킬 수 있는 발진기; 발진기로부터 출력된 발진 신호를 증폭시키고, 부하에 고주파 전력을 공급하는 전력 발생원이 되는 수단; 고주파 전원으로부터 부하측을 향해 지향되는 고주파수의 정보 및 부하측으로부터 고주파 전원을 향해 지향되는 고주파수의 정보에 기초하여 반사 계수의 절대값을 연산하여, 연산된 반사 계수의 절대값을 출력하는 수단; 부하에서의 방전의 개시 전후에 발진기의 발진 주파수를 변화시키도록 신호를 출력하는 방전 신호 출력 유닛; 및 발진기에 발진 주파수를 지시하는 주파수 제어기를 포함하며, 주파수 제어기는 상기 방전 신호가 상기 방전이 개시된 것을 나타내는 상태에 있지 않거나, 상기 방전 이 개시된 것으로 간주되는 상태에 있지 않은 동안의 기간 동안 상기 발진 신호를 제1 발진 주파수로 발진시키도록 상기 발진기에 지시하고, 이어서 상기 방전 신호 출력 유닛의 출력 신호가 방전이 개시된 것을 나타내는 상태에 있거나 방전이 개시된 것으로 간주되는 상태에 있게 된 직후에 상기 발진기가 제2 소정의 발진 주파수로 발진하도록 하기 위해 지시를 변경하며, 이어서 반사 계수의 절대값이 작아지도록 발진기의 발진 주파수를 제어한다.

본 발명의 제2 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 주파수 제어기가, 제2 소정의 발진 주파수가 기준 주파수로 되고 발진기의 발진 주파수가 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수의 범위 내에서 변경될 때, 반사 계수의 절대값이 최소화되는 발진 주파수를 특정하고; 발진 주파수의 변화를 정지시키며; 그 때 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하고; 이어서 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 상한값 이하인 기준 주파수로 발진하도록 발진기에 지시하며; 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 상한값을 초과하는 경우, 발진기의 발진 주파수가 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수의 범위 내에서 변경될 때, 반사 계수의 절대값이 최소화되는 발진 주파수를 특정하고; 그 때 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하며; 특정한 발진 주파수를 새로운 기준 주파수로 만듦으로써 반사 계수의 절대값이 작아지도록 발진기의 발진 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 특정한 발진 주파수의 경우에 상기 반사 계수의 절대값과 상기 반사 계수의 상한값 사이의 관계를 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 주파수 제어기는 상기 메모리에 저장된 상기 관계에 기초하여 상기 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 상기 주파수 제어기는 특정한 발진 주파수의 경우에 상기 반사 계수의 절대값과 상기 반사 계수의 상한값 사이의 관계가 결정되는 함수에 기초하여 상기 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 상기 제2 소정의 발진 주파수와 상기 특정한 발진 주파수가 입력되고, 상기 제2 소정의 발진 주파수와 상기 특정한 발진 주파수 사이의 편차를 연산하며, 상기 편차가 소정의 허용 가능 주파수를 초과할 때 이상을 판정하는 주파수 이상 판정 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 상기 발진기가 제1 소정의 주파수로 발진하도록 지시받은 후에 경과된 시간 또는 상기 발진기가 상기 발진 신호를 상기 제1 소정의 주파수로부터 상기 제2 소정의 발진 주파수로 발진시키도록 상기 지시가 변화된 후에 경과된 시간을 계측하는 수단; 및 상기 주파수 지시 후 시간 계측 수단에 의해 계측된 상기 시간이 소정의 시간에 도달할 때까지 상기 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 소정값 이하로 되지 않은 경우에 이상을 판정하는 초기 이상 판정 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 상기 방전 신호 출력 유닛은 상기 부하에서의 방전의 존재를 검출하는 방전 검출 유닛이고, 상기 주파수 제어기는 방전 검출 유닛으로부터 출력되는 부하에서의 방전의 존재를 나타내는 검출 신호와, 고주파 전력이 고주파 전원으로부터 부하로 공급될 때 반사 계수 연산기로부터 출력되는 반사 계수의 절대값을 입력하며; 방전이 개시되었는지의 여부를 방전 검출 유닛의 출력 신호에 의해 판정하고; 부하에서 방전이 개시된 것으로 판정되지 않을 때 발진기가 제1 소정의 발진 주파수로 발진하도록 지시하며; 이어서 부하에서 방전이 개시된 것으로 판정된 직후에, 발진기가 제2 소정의 발진 주파수로 발진하도록 지시를 변화시키고; 이어서 반사 계수의 절대값이 작아지도록 발진기의 발진 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 장치는: 상기 방전 신호 출력 유닛은 고주파 전원으로부터 부하로 고주파 전력을 공급하기 시작할 때로부터 경과된 시간을 계측하는 수단이고; 주파수 제어기는 공급의 개시 후의 시간을 계측한는 수단으로부터 출력되는 계측 시간과 반사 계수 연산기로부터 출력되는 반사 계수의 절대값을 입력하며; 공급의 개시 후에 시간을 계측하는 수단에 의해 계측도니 시간이 고주파 전력이 고주파 전원으로부터 부하로 공급되는 상태에서 소정의 방전 예측 시간(discharge estimation time)에 도달하지 않았을 때 발진기를 제1 소정의 주파수로 발진하도록 지시하고; 이어서 공급의 개시 후에 시간을 계측하는 수단에 의해 계측된 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달한 직후에, 발진기가 제2 소정의 발진 주파수로 발진하도록 지시를 변화시키며; 이어서 반사 계수의 절대값이 작아지도록 발진기의 발진 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 전기 방전을 수반하는 부하에 고주파 전력을 공급하고 부하에서의 방전의 개시 전후에 내부 발진기의 발진 주파수를 변경시키는 고주파 전력 제어 방법이고, 상기 부하에서 방전이 개시될 때까지 또는 고주파 전력 장치로부터 상기 부하에 고주파 전력의 방전을 개시하는 시간이 기준 시간으로 되는 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달할 때까지, 제1 소정의 발진 주파수로 되는 상기 발진 주파수로 상기 고주파 전력을 출력하는 단계; 이어서 상기 부하에서 방전이 개시된 직후에 또는 상기 고주파 전력 장치로부터 상기 부하로 고주파 전력의 방전을 개시하는 시간이 기준으로 되는 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달한 직후에, 상기 발진 주파수를 제2 소정의 발진 주파수로 변화시켜, 고주파 전력을 출력하는 단계; 및 이어서 반사 계수의 절대값이 작아지도록 상기 발진 주파수를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제10 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 반사 계수의 절대값이 작아지도록 발진 주파수를 제어할 때, 발진 주파수를 기준 주파수로 되는 제2 소정의 발진 주파수로 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수의 범위 내에서 변경하면서 고주파 전력을 출력할 때, 반사 계수의 절대값이 최소화되는 발진 주파수를 특정하는 단계; 발진 주파수의 변화를 정지시키며, 그 때 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하는 단계; 이어서 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 상한값 이하인 기준 주파수의 상태로 고주파 전력을 출력하는 단계; 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 상한값을 초과하는 경우, 발진기의 발진 주파수가 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수의 범위 내에서 변경될 때, 반사 계 수의 절대값이 최소화되는 발진 주파수를 특정하는 단계; 그 때 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값을 결정하는 단계; 특정한 발진 주파수를 새로운 기준 주파수로 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 특정한 발진 주파수에서의 상기 반사 계수의 절대값과 상기 반사 계수의 상한값 사이의 관계가 미리 저장되고, 상기 메모리에 저장된 상기 관계에 기초하여 상기 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값이 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 특정한 발진 주파수에서의 상기 반사 계수의 절대값과 상기 반사 계수의 상한값 사이의 관계가 함수에 의해 미리 결정되고, 상기 함수에 기초하여 상기 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값이 결정되는 것을 특징으로 한다

본 발명의 제13 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 상기 제2 소정의 발진 주파수와 상기 특정한 발진 주파수가 입력함으로써, 상기 제2 소정의 발진 주파수와 상기 특정한 발진 주파수 사이의 편차가 연산되며, 상기 편차가 소정의 허용 가능 주파수를 초과할 때 이상이라고 판정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제14 양태에 의해 제공되는 고주파 전력 제어 방법은: 제1 소정의 주파수에서 발진하도록 지시가 발행된 후에 경과된 시간 또는 상기 발진 신호를 상기 제1 소정의 주파수로부터 상기 제2 소정의 발진 주파수로 변경시키도록 상기 지시가 발행된 후에 경과된 시간이 소정의 기간에 도달할 때까지 상기 반사 계수의 절대값이 반사 계수의 소정값 이하로 되지 않은 경우에 이상이라고 판정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 부하에서 방전이 개시된 직후에 또는 방전이 개시된 것으로 간주된 직후에, 발진기가 소정의 제2 소정의 발진 주파수로 발진하도록 지시가 변화되고, 이어서 발진기의 발진 주파수는 반사 계수의 절대값이 작아지도록 제어된다. 그에 따라, 고정 정합 유닛이 사용되더라도, 방전이 개시된 후에 방전 중에 임피던스를 정합시킬 수 있다. 또한, 고정 정합 유닛에 가동부가 구비되는 가변 임피던스 소자가 구비되지 않기 때문에, 자동 정합 유닛에 비해 더 장기간의 서비스 수명이 보증될 수 있다. 또한, 고정 정합 유닛이 사용되는 경우, 자동 정합 유닛을 사용하는 경우에서와 같이 자동 정합 유닛을 교체하거나 가변 임피던스 소자를 교체하기 위해 생산 라인을 정지할 필요가 없다. 또한, 고정 정합 유닛의 생산 비용이 자동 정합 유닛에 비해 매우 저렴하기 때문에, 고주파 전력 장치를 포함하는 전체 장치의 비용을 더욱 저감하는 것이 가능하다. 또한, 고정 정합 유닛의 구조가 간단하기 때문에, 자동 정합 유닛에 비해 더욱 크기의 축소를 달성할 수 있다. 마지막으로, 고주파 전력 장치를 포함하는 전체 장치의 크기의 축소를 달성하는 것도 가능하다. 여기에서, 본 발명의 제9 양태의 효과는 본 발명의 제1 양태의 효과와 유사하다. 또한, 본 발명의 제7 양태 및 제8 양태가 본 발명의 제1 양태로부터 구체적으로 설명되기 때문에, 본 발명의 제7 양태 및 제8 양태의 효과는 본 발명의 제1 양태의 효과와 유사하다.

또한, 본 발명의 제8 양태의 소정의 방전 예측 시간은 고주파 전원으로부터 부하로 고주파 전력의 공급의 개시로부터 방전의 개시까지의 시간이 실험 등에 의 해 얻어지는 데이터로부터 추정된다. 일반적으로, 부하로의 고주파 전력의 공급의 개시로부터 방전의 개시까지의 시간은 동일한 조건 하에서 대체로 일정하기 때문에, 방전 예측 시간에 도달하였는지의 여부를 체크함으로써, 방전이 개시되었는지의 여부를 추정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제8 양태에서 종래의 방전 검출 유닛을 사용하지 않고, 고주파 전원으로부터 부하로의 고주파 전력의 공급의 개시로부터 경과된 시간은 공급 개시 후 시간 계측 수단에 의해 계측되고, 공급 개시 후 시간 계측 수단에 의해 계측된 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달할 때의 타이밍에서, 발진기의 발진 주파수를 제1 소정 주파수에서 제2 소정 발진 주파수로 변화시킬 수 있다. 공급 개시 후 시간 계측 수단은 저가의 타이머로 구성될 수 있으므로, 고주파 전력 장치의 비용이 종래의 방전 검출 유닛을 채용하는 고주파 전력 장치에 비해 더욱 저감될 수 있다. 또한, 타이머의 구성이 간단하기 때문에, 종래 기술에 비해 고주파 전력 장치의 구성을 간략화할 수 있다. 물론, 본 발명의 제1 양태 및 제9 양태는 종래의 방전 검출 유닛이 채용되지 않은 본 발명의 제8 양태와 유사한 효과를 발생할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 임피던스의 정합을 위한 제어에 대하여, 발진기의 발진 주파수가 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수 범위 내에서 변경될 때 반사 계수의 절대값이 최소화되도록 발진 주파수를 특정하는 동안 임피던스가 정합된다. 따라서, 발진 주파수폭이 한번에 변경될 수 있도록 제한할 수 있다. 동시에, 발진 주파수의 변경폭을 가능한 한 좁게 함으로써, 발진 주파수의 변화를 수반하는 부하의 임피던스의 변동이 감소될 수 있다. 즉, 반사 계수의 절대값이 임피 던스 정합 프로세스에서 증가되는 경우, 이 증가는 미소하고, 반사 계수의 절대값이 그 직후에 작아지도록 제어가 실행되기 때문에, 부하와 부하 내의 가공품이 악영향을 받지 않는다. 따라서, 방전의 개시 후에 방전 중에도 발진기의 발진 주파수를 변경하는 시스템에 의해 임피던스를 정합시킬 수 있다. 더욱이, 발진 주파수는 순간적으로 변화될 수 있기 때문에, 한번에 변화될 수 있는 발진 주파수의 변동폭이 좁을지라도, 가동 속도에 제한이 있는 가변 임피던스 소자를 채용한 종래의 자동 정합 유닛에서 보다 임피던스 정합이 더욱 고속으로 실행될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 양태에서는, 반사 계수의 절대값이 최소화되는 발진 주파수가 특정되기 때문에, 발진 주파수에서의 변화가 정지되고, 그 때의 반사 계수의 절대값에 대응하는 반사 계수의 상한값이 결정되며, 그 때의 반사 계수의 상한값과 반사 계수의 절대값 사이의 관계에 따라 처리가 실행되고, 반사 계수의 절대값이 즉시 감소될 수 있게 하는 제어가 반사 계수의 절대값이 비교적 큰 경우에 및 동시에 반사 계수의 절대값이 비교적 작은 경우에 실행될 수 있으며, 반사 계수의 절대값이 과도하게 크게 되지 않게 하는 제어가 방전이 불안정하게 되는 것을 방지하면서 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 제10 양태의 효과는 본 발명의 제2 양태의 효과와 유사하다.

본 발명의 제3 양태 또는 제4 양태에 따르면, 특정한 발진 주파수가 취해질 때 반사 계수의 절대값과 그 상한값 사이의 관계가 메모리에 저장되거나, 특정한 발진 주파수가 취해질 때 반사 계수의 절대값과 그 상한값 사이의 관계를 결정하는 기능이 확립되기 때문에, 반사 계수의 절대값과 그 상한값 사이의 관계를 쉽게 변 경할 수 있다. 또한, 본 발명의 제7 양태의 효과는 그 제3 양태의 효과와 유사하고, 본 발명의 제12 양태의 효과는 그 제7 양태의 효과와 유사하다.

본 발명의 제5 양태에 따르면, 제2 소정의 발진 주파수와 특정한 발진 주파수로서의 기준 주파수 사이의 편차가 연산되고, 이 편차가 소정의 허용 가능 주파수를 초과하는 경우, 이상으로 판정되기 때문에, 주파수의 변동을 모니터링함으로써 이상을 검출할 수 있게 된다. 상술한 바와 같이, 주파수의 변동이 소정의 허용 가능 주파수를 초과하는 경우, 이상이 발생할 가능성이 높다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치가 세정된 직후의 상태와 비교하여 부하가 되는 플라즈마 처리 장치 내의 오염으로 인해 플라즈마의 상태가 변화할 가능성이 있고, 장치의 고장으로 인해 가스 흐름량이 소정값 이하로 감소되기 때문에 또한 플라즈마의 상태가 변화할 가능성도 있다. 상기와 같은 이상이 발생하는 경우, 고주파 전력 장치로부터 부하 등으로의 고주파 전력의 공급의 정지와 같은, 상황에 맞는 대처가 실행되는 것이 바람직하다. 따라서, 상술한 바와 같이 이상을 검출하는 것이 유리하다. 또, 본 발명의 제13 양태의 효과는 본 발명의 제9 양태의 효과와 유사하다.

본 발명의 제6 양태에 따르면, 제1 소정의 주파수로부터 제2 소정의 발진 주파수로 발진시키기 위해 지시가 변화될 때의 시간으로부터 소정의 설정 시간에 도달할 때의 시간까지 프로세스의 개시 시에, 본 발명의 제5 양태에서와 같이, 이상이 발생하면 이상을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 제14 양태의 효과는 그 제6 양태의 효과와 유사하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따르는 고주파 전력 장치(1)의 구성과, 고주파 전력 장치(1), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 간의 접속을 도시하는 도면이다.

고주파 전력 장치(1)는 전력 증폭기(13)를 사용하여 발진 회로(12)로부터 출력된 고주파 신호를 증폭하여, 발생된 고주파 전력을 부하(5)에 공급한다. 또한, 고주파 전력 장치(1)가 부하에 공급될 고주파 전력의 발생원이기 때문에, 단순히 "고주파 소스"라고도 한다. 고주파 전력 장치(1)로부터 출력된 고주파 전력은 동축 케이블로 구성된 송신선(2), 고정 정합 유닛(3), 및 차폐된 구리판으로 구성된 부하 접속부(4)를 통해 부하(5)에 공급된다. 또한, 일반적으로, 이러한 종류의 고주파 전력 장치(1)는 수백 KHz 이상의 고주파 전력을 출력한다. 또한, 전력 증폭기(13)는 본 발명에 관한 고주파 전원으로서 역할을 한다.

또한, ON/OFF 제어 회로(10)는 발진 회로(12)의 출력의 ON 및 OFF를 제어한다. 발진 회로(12)는 ON/OFF 제어 회로(10)가 ON 신호를 출력할 때 고주파 전력 신호를 출력한다. ON/OFF 제어 회로(10)는 고주파 전력 장치(1)에 구비된 전력 출력 스위치(도시 생략)를 작동함으로써 제어되거나, 외부 장치로부터의 제어 신호에 의해 제어된다. 또한, 발진 회로(12)는 본 발명의 발진기로서의 역할을 한다.

고주파 전력 장치(1)의 전력은, 전력 증폭기(13)로부터의 고주파 출력이 전력값으로 변환되어 전력 증폭기(13)의 후단에 구비되는 전력 측정 유닛(14)에 의해 측정되고, 측정된 전력값이 전력 설정 유닛(16)에 의해 확립된 전력 타겟값과 등가가 되도록 출력이 제어되는 방식으로 제어되기 때문에, 전력 측정값과 전력 타겟값 은 전력 제어 회로(15)에 입력되고, 제어 신호는 전력 타겟값에 대한 전력 측정값의 편차가 소거되도록 전력 증폭기(13)에 출력된다.

또한, 전력 측정 유닛(14)은 전력 증폭기(13)로부터 고주파 출력, 즉, 전진파(forward wave)를 전력값으로 변환하여 그 전력값을 측정함으로써 얻어지는 전진파의 전력 측정값을 출력할 뿐만 아니라, 부하측으로부터 반사되어 전력 증폭기(13)로 향하는 반사파를 전력값으로 변환하여 그 전력값을 측정함으로서 얻어지는 반사파의 전력 측정값을 출력하는 기능을 갖는다. 전력 측정 유닛(14)은 방향성 결합기(directional coupler; 도시 생략)와 방향성 결합기의 출력을 전력값으로 변환하는 변환 회로로 구성될 수 있다.

또한, 도 1에서, 전력 제어 회로(15)에 의해 제어될 타겟은 전진파의 전력 측정값일 수 있거나, 전진파의 전력 측정값으로부터 반사파의 전력 측정값을 감산함으로써 얻어지는 부하측에서의 전력 측정값일 수 있다. 도 1에서는, 부하측에서의 전력 측정값이 제어 타겟이 되는 경우에도, 전력 측정 유닛(14)으로부터 전력 제어 회로(15)로의 접속 라인은 도시를 간략하게 하기 위해 단선으로만 도시된다. 또한, 전력 측정 유닛(14)으로부터의 출력인 전진파의 전력 측정값과 반사파의 전력 측정값이 후술하는 반사 계수 연산 회로(18)로 입력되더라도, 전력 측정 유닛(14)으로부터 반사 계수 연산 회로(18)로의 접속 라인은 단선으로만 도시된다.

또한, 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수는 발진 회로(12)의 발진 주파수에 의해 결정된다. 더욱이, 발진 회로(12)의 발진 주파수는 주파수 제어 회로(11)에 의해 제어된다. 주파수 제어 회로(11)는 후술하는 반사 계수 연산 회로(18)의 출 력과 반사 계수 테이블(19)을 사용하여 발진 주파수를 결정하고, 발진 회로(12)의 발진 주파수를 결정하도록 지시를 출력함으로써 발진 주파수의 제어를 실행한다. 그 상세한 설명은 후술한다. 또한, 주파수 제어 회로(11) 및 후술하는 주파수 제어 회로(11a 내지 11e)는 본 발명의 주파수 제어기로서의 역할을 한다.

반사 계수 연산 회로(18)는 전력 측정 유닛(14)으로부터 출력된 전진파의 전력 측정값과 반사파의 전력 측정값에 기초하여 반사 계수의 절대값(이하 반사 계수 절대값이라고 한다)을 연산하고, 연산된 반사 계수 절대값(Γ)을 출력한다. 전진파의 전력 측정값을 Pf로 표현하고, 반사파의 전력 측정값을 Pr로 표현하면, 반사 계수 절대값(Γ)은 아래의 식 (1)로 표현된다. 또한, 반사 계수 연산 회로(18)는 본 발명의 반사 계수 연산기로서 역할을 한다.

반사 계수 절대값(Γ) = √Pr/√Pf … (1)

방전 검출 유닛(17)은 부하(5)내의 방전의 존재를 검출하고, 검출 신호를 주파수 제어 회로(11)에 출력한다. 주파수 제어 회로(11)를 이용하여, 검출 신호에 의해 부하에서 방전이 일어나는지의 여부를 검출하는 것이 가능하므로, 방전의 상태에 따라 제어를 변경시킬 수 있다. 또한, 방전 검출 유닛(17)은 본 발명의 방전 신호 출력 유닛 및 방전 검출 유닛으로서 역할을 한다.

반사 계수 테이블(19)은 반사 계수 절대값(Γ)과 반사 계수 상한값(Γup) 사이의 관계를 저장하고, 여기에서 주파수 제어 회로(11)가 반사 계수 테이블(19)에 저장된 데이터를 참조하기 때문에, 반사 계수 절대값(Γ)에 대응하는 반사 계수 상한값(Γup)을 얻을 수 있다. 예를 들면, ROM(Read-Only-Memory), 하드 디스크, 플 래시 메모리 등과 같은 기록 매체가 반사 계수 테이블(19)용으로 사용될 수 있다. 반사 계수 테이블(19)의 상세한 예는 후술한다. 또한, 반사 계수 테이블(19)은 본 발명의 메모리로서 역할을 한다.

고정 정합 유닛(3)은 송신선(2)을 통해 고정 정합 유닛(3)의 입력 단자로부터 고주파 전력 장치(1)측까지 관측했을 때의 전원측 임피던스 Zo(일반적으로 50Ω)와 고정 정합 유닛(3)의 입력 단자로부터 부하측까지 관측했을 때의 부하측 임피던스 ZL(고정 정합 유닛(3), 부하 접속부(4) 및 부하(5)의 임피던스)을 정합시킴으로써 고주파 전력을 부하에 효율적으로 공급하는데 사용되는 장치이다. 고정 정합 유닛(3)에는 내부에 고정 임피던스 소자(도시 생략)(예컨대, 고정 커패시터, 고정 인덕터 등)가 구비된다. 전원측 임피던스 Zo와 부하측 임피던스 ZL이 서로 정합되도록 시뮬레이션 및 실험을 통해 상수가 얻어진다. 따라서, 임피던스 정합이 특정 부하 임피던스에 대해서만 가능하더라도, 그 구조는 더욱 간략화되고, 자동 정합 유닛(6)과 비교하여 크기가 축소되며, 그 비용도 더욱 저감된다. 또한, 고정 정합 유닛(3)에는 가동부가 제공되는 가변 임피던스 소자가 제공되지 않기 때문에, 더욱 긴 서비스 수명이 보증될 수 있다. 마지막으로, 고주파 전력 장치(1)를 포함하는 전체 장치의 더욱 긴 서비스 수명이 달성될 수 있다.

이어서, 상술한 고주파 전력 장치(1)를 사용하여 고주파 전력이 부하(5)에 공급되는 경우의 동작을 설명한다.

(1) 방전이 시작할 때까지:

고주파 전력이 고주파 전력 장치(1)로부터 부하(5)로 공급되고 방전 개시 전 압을 초과하는 전압이 부하(5)로 되는 플라즈마 처리 장치내의 가스에 공급될 때 방전이 개시된다. 방전 개시 전압이 상이하더라도, 가스 압력과 가스의 종류에 따라서 비교적 고전압이 필요하다.

도 2는 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수와 부하(5)가 되는 플라즈마 처리 장치에 인가되는 전압 사이의 관계의 일례를 도시하는 주파수 특성도이고, 3kW로 고정된 고주파 전력 장치(1)의 출력 전력으로 전력이 부하(5)에 공급된다고 가정한 경우의 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 여기에서, 시뮬레이션에 사용되는 부하 조건과 고정 정합 유닛(3)의 고정 임피던스 소자의 상수는 설명을 간략화하기 위해 생략된다.

도 2에서 명확하게 되어 있는 바와 같이, 동일한 전력이 부하에 공급되더라도, 부하(5)에 공급되는 전압값들은 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수에 따라 서로 다르고, 공진 주파수에서 최대화된다. 또한, 부하(5)에 공급되는 전압값은 공진 주파수로부터 벗어나면서 저하된다. 이러한 이유로, 전압은 공진 주파수에 더욱 근접한 주파수에서 더욱 효율적으로 인가되며, 효율성은 공진 주파수로부터 벗어남에 따라 더욱 악화된다. 따라서, 방전 개시 전압을 초과하기 위해, 고주파 전력 장치(1)로부터 더 큰 전력을 출력하는 것이 필요하다.

출력 주파수는 공진 주파수가 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수의 가변 범위 내에 존재하면 공진 주파수와 동일하게 되도록 조정될 수도 있지만, 공진 주파수가 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수의 가변 범위 내에 존재하지 않는 경우가 있을 수 있다. 그러나, 이 단계에서, 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수가 공진 주파수에 반드시 정합될 필요는 없고, 부하에 인가되는 전압이 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수의 가변 범위 내의 최고 주파수를 취하는 것으로 충분하다. 그러므로, 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수가 공진 주파수와 상이하면, 상술한 바와 같이, 고주파 전력 장치(1)로부터 더 큰 전력이 출력되는 것이 필요하게 된다. 그러나, 시간이 매우 짧으므로, 어떠한 문제를 일으키지는 않는다.

(2) 방전이 개시된 직후:

방전이 개시될 때, 부하의 임피던스는 급격하게 변화한다. 그 결과, 도 2에 도시된 것과 상이한 주파수 특성이 초래된다. 즉, 부하측 임피던스 ZL이 또한 급격하게 변화하기 때문에, 임피던스가 정합되는 출력 주파수가 급격하게 변화한다. 따라서, 이 단계에서, 부하의 임피던스에서의 급격한 변화에 따라 신속하게 임피던스를 정합시키는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 방전 검출 유닛(17)의 출력 신호를 모니터링함으로써 방전 개시가 검출되고, 주파수는 임피던스가 정합되는, 미리 얻어진 출력 주파수로 변화된다. 그러므로, 임피던스의 개략 정합을 완료함으로써, 방전의 개시 전후에 부하측 임피던스에서의 급격한 변화에 대처할 수 있다.

(3) 방전 중의 임피던스 정합:

임피던스의 개략 정합은 상술한 섹션 (2)에서 완료되어 있다. 그러나, 부하 임피던스는 방전 부하의 경우에 변동하기 때문에, 부하측 임피던스 ZL은 일정하지 않고 항상 변동을 반복한다. 또한, 섹션 (2)에서 정합된 출력 주파수가 시뮬레이션 및 실험 등을 통해 얻어진 출력 주파수이기 때문에, 출력 주파수가 실제로 최적의 출력 주파수가 아닌 경우가 있을 수 있다. 따라서, 방전 중에, 주파수는 섹션 (2)에서 정합된 출력 주파수로 고정되지 않지만, 상황에 따라 최적의 출력 주파수로 변화될 수 있으며, 그것에 의해 임피던스를 정합시킨다.

도 3은 방전의 개시 후에 방전 중에 임피던스를 정합시키는 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스의 정합에 대해 설명한다.

또한, 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수를 변화시키기 위해, 발진 회로(12)의 발진 주파수가 변화되는 것으로 충분하다. 상세한 제어 방법의 설명을 위한 단계 1 내지 3의 다음의 설명에서, 발진 회로(12)의 발진 주파수를 사용하여, 고주파 전력 장치(1)의 출력 주파수의 변화에 대하여 설명한다. 또한, 이것은 후술하는 다른 실시예들과 동일하다.

단계 1: 플라즈마 처리 장치에서 방전이 개시될 때 방전의 개시 전의 발진 주파수가 f1이고 방전의 개시 후의 발진 주파수가 f2인 경우, 주파수 제어 회로(11)는 발진 주파수를 f1로부터 f2로 변화시키도록 발진 회로(12)에 지시를 부여한다. 방전 검출 유닛(17)에 의해, 방전이 일어났는지의 여부를 검출할 수 있고, 더욱이 주파수 제어 회로(11)로의 검출 신호를 입력함으로써 방전을 판정할 수 있게 된다. 또한, 발진 주파수 f2는 기준 주파수 f0라고 가정한다.

단계 2: 기준 주파수 f0에서의 반사 계수 절대값(Γ)이, 방전의 개시 후에 방전 중에 고주파 출력이 기준 주파수 f0으로 지속되는 상태에서 반사 계수 상한값(Γup)을 초과하는 경우, 발진 주파수가 적절하지 않다고 판정된다. 그리고, 프로세스는 단계 3으로 진행한다. 반사 계수 절대값(Γ)이 반사 계수 상한값(Γup) 이 하인 경우, 단계 2가 다시 반복된다. 또한, 반사 계수 상한값(Γup)은 그 때의 반사 계수 절대값(Γ)에 대응하는 값으로 설정된다. 그 일례로서, 주파수 제어 회로(11)가 개별적으로 결정되는 도 4에 도시된 바와 같이, 반사 계수 테이블(19)을 참조하여 반사 계수 테이블(19)에서 정의된 관계에 기초하여 주파수 제어 회로(11)가 반사 계수 상한값(Γup)을 결정하는 방법에 대해 설명한다.

도 4는 반사 계수 절대값(Γ)과 반사 계수 상한값(Γup) 사이의 관계를 도시하는 반사 계수 테이블(19)의 일례를 도시한다. 도 4에 도시된 반사 계수 테이블(19)은 상한선에서의 반사 계수 절대값(Γ)과 반사 계수 절대값(Γ)에 대응하는 반사 계수 상한값(Γup)을 각각 도시한다. 이 관계에 기초하여 반사 계수 절대값(Γ)에 대응하는 반사 계수 상한값(Γup)이 결정된다. 예를 들면, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.0 이상 0.1 미만인 경우에, 반사 계수 상한값(Γup)은 0.1로 결정된다. 또한, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.2를 초과하면, 반사 계수 상한값(Γup)은 이 상한값(Γup)이 반사 계수 절대값(Γ)보다 더 작아지도록 설정된다. 이것은 임피던스가 정합되지 않은 것으로 간주되면(이 예에서는, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.2를 초과하는 경우에), 그 때의 발진 주파수가 적절하지 않다고 무조건적으로 판정되어, 반사 계수 절대값이 즉시 더 작아지도록 제어하여, 프로세스가 단계 3으로 진행하기 때문이다.

또한, 반사 계수 절대값(Γ)이 비교적 작은 경우에, 발진 주파수가 항상 변화되지 않고, 반사 계수 절대값(Γ)이 반사 계수 상한값(Γup)을 초과할 때까지 발진 주파수로 고주파수가 그대로 출력된다. 이것은, 방전 부하의 경우에 방전이 비 교적 안정화된 경우에도 임피던스는 항상 미세하게 변화하므로 미세한 임피던스의 변동이 초래되기 때문이다. 즉, 이것은 미세한 임피던스의 변동으로 인해 반사 계수 절대값(Γ)이 변동하기 때문에, 그러나, 발진 주파수가 반사 계수 절대값(Γ)의 변동에 따라 항상 변경되면, 발진 주파수의 변화로 인해 반대로 방전이 불안정해지는 그러한 현상을 방지하기 때문이다. 더욱이, 반사 계수 테이블(19)의 설정을 변경함으로써, 조정의 정도를 쉽게 변경할 수 있다.

또한, 반사 계수 상한값(Γup)이 고정값이 아니지만, 반사 계수 절대값(Γ)이 비교적 작은 경우 반사 계수 절대값(Γ)에 따라 변화되는 이유는 방전이 불안정하게 되는 것을 방지하면서 반사 계수 절대값(Γ)이 과도하게 커지는 것을 방지하기 위해서이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예에서는, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.05인 경우, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.0 이상 0.1 미만이기 때문에, 반사 계수 절대값(Γ)은 반사 계수 상한값(Γup)으로 확립된 상한값 0.10을 초과할 때 발진 주파수를 변경함으로써 감소되도록 제어된다. 그러나, 반사 계수 절대값(Γ)이 0.20을 초과할 때 반사 계수 테이블(19)의 설정값을 변화시킴으로써 발진 주파수가 변경되도록 하면, 반사 계수 절대값(Γ)이 상승하더라도 부하의 상태의 악화로 인해 상태를 개선하고자 하는 동작이 지연된다. 따라서, 반사 계수 상한값(Γup)은 반사 계수 절대값(Γ)과 관련하여 확립되는 것이 바람직하다. 그러나, 반사 계수 상한값(Γup)을 반사 계수 테이블(19)을 사용하지 않고 고정값(예컨대, 0.2)으로 하면 제어가 간략화되는 이점이 있기 때문에, 고정값이 확립되어도 문제가 없는 경우 고정값이 채용될 수도 있다.

또한, 반사 계수 테이블(19)을 사용하지 않고 반사 계수 절대값(Γ)과 반사 계수 상한값(Γup) 사이의 관계를 정의하기 위한 함수를 설정함으로써, 반사 계수 절대값(Γ)에 대응하는 반사 계수 상한값(Γup)이 상기 함수에 의해 결정될 수 있다.

단계 3: 반사 계수 연산 회로(18)로부터 출력되는 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수는 이 발진 주파수를 변경시키면서 기준 주파수 f0을 포함하는 소정의 주파수의 범위에 특정된다. 특정된 발진 주파수는 새로운 기준 주파수 f0으로 된다. 그 후, 프로세스는 단계 2로 진행하고, 이 프로세스가 반복된다.

단계 3에서의 발진 주파수는 이 발진 주파수를 점진적으로 상승시키는 방법에 의해 또는 특정 패턴에 의해 상기 발진 주파수를 변경시키는 방법에 의해 변경될 수 있다. 또한, 미세한 주파수가 Δf이고, 최소 발진 주파수가 f0-Δf이며, 최대 발진 주파수가 f0+Δf인, 소정의 주파수가 확립되는 것이 바람직하다. 기준 주파수 f0에 관한 편차는 최소 발진 주파수와 최대 발진 주파수에서 상이할 수 있다. 즉, 미세 주파수 Δf1 및 미세 주파수 Δf2는 상이한 주파수로 되며, 여기에서 최소 발진 주파수는 f0-Δf1로 될 수 있고, 최대 발진 주파수는 f0+Δf2로 될 수 있다. 또한, 발진 주파수 f1, 발진 주파수 f2 및 미세한 주파수 Δf(또한, Δf1 및 Δf2는 허용 가능하다)가 도 1에 도시된 바와 같이 주파수 제어 회로(11)에 입력된다.

여기에서, 예컨대, 소정의 주파수 범위에서의 최소 발진 주파수가 f0-Δf로 설정되고, 최대 발진 주파수가 f0+Δf로 설정된 경우를 고려하여, 반사 계수 절대 값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수를 특정하는 방법을 설명한다.

도 5는 발진 주파수와 반사 계수 절대값(Γ) 사이의 관계를 도시하는 도면이고, 여기에서 기준 주파수 f0을 포함하는 소정의 주파수 범위로서, 최소 발진 주파수는 f0-Δf로 설정되고, 최대 발진 주파수는 f0+Δf로 설정된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 대략 5개의 패턴 (a) 내지 (e)가 제공된다.

(a)의 경우에는, 최소 발진 주파수 f0-Δf가, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수로 된다.

(b)의 경우에는, 최대 발진 주파수 f0+Δf가, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수로 된다.

(c)의 경우에는, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수가, 기준 주파수 f0와 최소 발진 주파수 f0-Δf 사이에 존재한다.

(d)의 경우에는, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수가, 기준 주파수 f0와 최대 발진 주파수 f0+Δf 사이에 존재한다.

(e)의 경우에는, 기준 주파수 f0이, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수로 된다.

상술한 경우 (a) 내지 (e) 중 어느 하나에서, 반사 계수 절대값(Γ)이 최소화되는 발진 주파수는 기준 주파수 f0을 포함하는 소정의 주파수 범위에 특정되고, 발진 주파수는 새로운 기준 주파수 f0으로 된다. 그 후, 프로세스는 단계 2로 진행하고, 프로세스가 반복된다.

상술한 (a) 내지 (d)의 경우들에서, 새롭게 특정된 기준 주파수 f0에서의 반 사 계수 절대값(Γ)은 단계 3의 개시 시의 기준 주파수 f0에서의 반사 계수 절대값(Γ)보다 작다. 따라서, 단계 2로 다시 진행하여 프로세스를 반복함으로써, 반사 계수 절대값(Γ)이 점점 더 작아질 것으로 기대된다. 그러나, 상술한 (e)의 경우에는, 단계 2로 진행하여 프로세스를 반복하더라도, 반사 계수 절대값(Γ)이 더 이상 작아지지 않을 가능성이 있다. 이 상태는 발진 주파수가 임피던스 정합으로 이미 안정화된 상태이거나 고장 즉, 예컨대, 이상의 발생으로 인해 임피던스가 정합될 수 없는 상태 중 어느 하나이다. 임피던스가 이미 정합된 경우, 프로세스는 그대로 지속될 수 있다. 그러나, 임피던스가 정합될 수 없는 상태에서는, 이상이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 상술한 (e)의 경우에는, 이상이 발생한 것으로 판정될 수 있고, 이상 신호가 외부로 출력될 수 있다. 또한, 어떤 경우에는, 고주파 전력 장치(1)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급이 정지되게 하는 프로세스가 실행될 수도 있다.

여기에서, 단계 3에서 기준 주파수 f0을 포함하는 소정의 주파수 범위 내에서 발진 주파수가 변경되는 이유를 설명한다. 발진 주파수가 변경되는 경우, 발진 주파수의 변경 범위가 협소할지라도 부하의 임피던스가 현저하게 변화하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 이유로, 부하에 인가되는 전압이 과도하게 낮아지고, 부하에 공급되는 전력 크기는 변경된 발진 주파수에 기초하여 과도하게 낮아지기 때문에 방전이 유지될 수 없는 경우가 일어날 수 있다. 또한, 부하의 상태가 급격히 변경되기 때문에, 가공품에 악영향이 가해진다. 또한, 상술한 바와 같은 방전 부하의 경우에, 방전이 비교적 안정화되는 상태에서도 방전이 미세하게 변동하며, 이 변동은 순간적으로 커질 수 있다. 그러한 경우에, 임피던스가 변동에 따라 민감하게 정합되면, 악영향이 일어난다. 따라서, 발진 주파수의 변동폭을 가능한 한 협소하게 함으로써, 발진 주파수의 변화를 수반하는 부하의 임피던스의 변동이 작아지는 것이 바람직하다. 하지만, 발진 주파수의 변동폭이 협소해지더라도 발진 주파수의 변화가 순간적으로 실행될 수 있기 때문에, 임피던스 정합은 작동 속도에 제한이 있는 가변 임피던스 소자를 채용하는 종래의 자동 정합 유닛에 비해 더욱 고속으로 실행될 수 있다. 또한, 발진 주파수의 변동폭은 실제 장치에서 테스트를 수행함으로서 결정될 수 있다.

그에 따라 제어함으로써, 방전의 개시 전후의 부하측 임피던스 ZL의 급격한 변화에 대처할 수 있고, 그 후 후속 임피던스 정합에 대처할 수 있게 된다.

[실시예 2]

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따르는 고주파 전력 장치(1a)의 구성과, 고주파 전력 장치(1a), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 고주파 전력 장치(1a)는 도 1에 도시된 고주파 전력 장치(1)에 주파수 이상 판정 회로(20)가 부가되어 있고, 도 1에 도시된 ON/OFF 제어 회로(10)는 ON/OFF 제어 회로(10a)로 대체되고, 도 1에 도시된 주파수 제어 회로(11)는 주파수 제어 회로(11a)로 또한 대체되어 있다. 도 6에 도시된 나머지는 모두 도 1에 도시된 것과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

주파수 제어 회로(11a)는 도 1에서 설명한 주파수 제어 회로(11)의 기능에 부가하여 그 때의 기준 주파수 f0을 출력하는 기능을 갖는다.

주파수 제어 회로(11a)로부터 출력되는 그 때의 발진 주파수 f2와 특정한 발진 주파수(기준 주파수 f0)는 주파수 이상 판정 회로(20)에 입력되고, 주파수 이상 판정 회로(20)는 발진 주파수 f2와 특정한 발진 주파수(기준 주파수 f0) 사이의 편차, 즉, ｜f2-f0｜를 연산하고, 이 편차가 소정의 허용 가능 주파수(fp) 내에 있는 경우 정상이라고 판정하며, 상기 편차가 소정의 허용 가능 주파수(fp)를 초과하는 경우 주파수가 이상이 있다고 판정한다. 이상이 있다고 판정된 경우, 통지 장치(도시 생략)에 이상 신호를 출력함으로써 이상이 통지된다. 또한, 이상 신호는 외부 유닛에 출력될 수도 있다. 어떤 경우에는, 이상 신호가 ON/OFF 제어 회로(10a)에 출력될 수도 있다. 또한, 주파수 이상 판정 회로(20)는 본 발명에 따라 주파수 이상을 판정하기 위한 수단으로서 역할을 한다.

도 1에서 설명한 ON/OFF 제어 회로(10)의 기능에 부가하여, ON/OFF 제어 회로(10a)는, 이상 신호가 주파수 이상 판정 회로(20)로부터 ON/OFF 제어 회로(10a)로 출력되는 경우 발진 회로(12)로의 ON 신호의 출력을 정지시킴으로써 고주파 전력 장치(1a)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 기능을 갖는다.

여기에서, 주파수 이상 판정 회로(20)를 제공함으로써 상술한 바와 같이 판정이 실행되는 이유를 설명한다.

방전의 개시 후에 변화하는 발진 주파수 f2는 상술한 바와 같이 시뮬레이션 및 실험에 의해 얻어지는 주파수이다. 따라서, 주파수가 최적의 발진 주파수가 아닌 경우가 있을 수 있다. 따라서, 방전 중에, 주파수는 발진 주파수 f2로 고정되지 않고, 상황에 따라 최적의 발진 주파수로 변경되며, 여기에서 임피던스가 정합 된다. 그러나, 일반적으로, 발진 주파수 f2와 최적의 발진 주파수 사이의 편차는 근소하다. 이로 인해, 발진 주파수 f2와 최적의 발진 주파수 사이의 편차가 큰 경우, 이상이 발생할 가능성이 높다. 예를 들면, 오염되어 있는 부하가 되는 플라즈마 처리 장치의 내부에 기초하여 플라즈마 처리 장치의 내부가 세척된 직후의 상태와 비교하여 플라즈마 상태가 변화될 가능성이 있거나, 장치의 고장에 의해 소정값 이하로 감소되는 가스 흐름으로 인해 플라즈마 상태가 변화될 가능성이 있다. 그러한 경우에, 예컨대, 상황에 따라 고주파 전력 장치(1a)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 것과 같은 대책을 취하는 것이 바람직하기 때문에, 이상 신호가 주파수 이상 판정 회로(20)로부터 출력되고, 그러한 상황에 적절한 대책이 취해질 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 고주파 전력 장치(1a)를 사용하여 방전의 개시 후에 방전 중에 임피던스를 정합시키는 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스 정합에 대해 설명한다.

단계 1 내지 3은 도 3의 것과 동일하다. 그러나, 단계 3 이후의 단계들은 도 3의 것과 상이하며, 프로세스는 단계 4로 진행한다.

단계 4:

주파수 이상 판정 회로(20)는 발진 주파수 f2와 그때 주파수 제어 회로(11a)로부터 출력되는 특정 발진 주파수(기준 주파수 f0) 사이의 편차, 즉 ｜f2-f0｜를 연산한다. 편차가 소정의 허용 가능 주파수 fp 이내에 있을 때, 주파수는 정상으로 판정되고, 프로세스는 단계 2로 진행하여 프로세스가 반복된다. 그러나, 편차 가 소정의 허용 가능 주파수 fp를 초과하는 경우, 주파수는 이상으로 판정되고, 프로세스는 단계 5로 진행하며, 이상 신호가 출력된다.

그에 따라 제어함으로써, 실시예 1에 따르는 고주파 전력 장치의 기능에 부가하여 이상을 검출할 수 있게 된다.

[실시예 3]

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따르는 고주파 전력 장치(1b)의 구성과, 고주파 전력 장치(1b), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 8에 도시된 고주파 전력 장치(1b)는 주파수가 변화된 후의 시간을 측정하는 타이머 회로(22)와 초기 이상 판정 회로(23)가 도 6에 도시된 고주파 전력 장치(1a)에 부가되고, 도 6에 도시된 ON/OFF 제어 회로(10a)는 ON/OFF 제어 회로(10b)로 대체되며, 또한 주파수 제어 회로(11a)는 주파수 제어 회로(11b)로 대체된 것이다. 도 8에 도시된 나머지는 도 6에 도시된 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

고주파 제어 회로(11b)는 도 6에서 설명한 주파수 제어 회로(11a)의 기능에 부가하여 발진 주파수를 f1에서 f2로 변화시키라는 지시가 제공될 때 트리거 신호 St2를 출력하는 기능을 갖는다.

타이머 회로(22)는 주파수 제어 회로(11b)로부터 출력된 트리거 신호 St2가 입력된 후에 경과된 시간 T2를 측정하고, 계측 시간 T2를 출력한다. 또한, 타이머 회로(22)와 후술하는 타이머 회로(22f)는 본 발명에 따르는 주파수의 지시 후의 시간을 측정하는 수단으로서 역할을 한다.

반사 계수 연산 회로(18)로부터 출력된 반사 계수 절대값(Γ), 타이머 회로(22)로부터 출력된 계측 시간 T2, 소정의 반사 계수 설정값(Γset), 및 소정의 설정 시간 Ts2가 초기 이상 판정 회로(23)에 입력되고, 여기에서 초기 이상 판정 회로(23)는, 계측 시간 T2이 소정의 설정 시간 Ts2에 도달할 때까지, 반사 계수 절대값(Γ)이 반사 계수 설정값(Γset) 이하로 되지 않는 경우에 이상이라고 판정하는 기능을 갖는다. 이상이라고 판정되는 경우, 이상 신호가 통지 장치(도시 생략)에 출력되고, 그것에 의해 이상을 통지한다. 또한, 이상 신호가 외부 유닛으로 출력될 수도 있다. 어떤 경우에는, 이상 신호가 ON/OFF 제어 회로(10b)에 출력될 수도 있다. 또한, 초기 이상 판정 회로(23)와 후술하는 초기 이상 판정 회로(23f)는 본 발명에 따라 초기 이상을 판정하는 수단으로서 역할을 한다.

ON/OFF 제어 회로(10b)는 도 6에서 설명한 ON/OFF 제어 회로(10a)의 기능에 부가하여, 이상 신호가 초기 이상 판정 회로(23)로부터 ON/OFF 제어 회로(10b)에 출력되는 경우 발진 회로(12)로의 ON 신호의 출력을 정지시킴으로써 고주파 전력 장치(1b)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 기능을 갖는다.

따라서, 초기 이상 판정 회로(23)가 제공되면, 발진 주파수를 f1에서 f2로 전환하도록 지시가 변화될 때의 시간으로부터 소정의 설정 시간 Ts2에 도달할 때의 시간까지 프로세스의 개시 시에, 상술한 실시예 2에서와 같이 이상이 발생하는 경우 이상을 검출할 수 있게 된다. 따라서, 예컨대, 고주파 전력 장치(1b)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 것과 같은 대책이 취해질 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 고주파 전력 장치(1b)를 사용하여 방전이 개시된 후에 방전 중에 임피던스를 정합시키는 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스의 정합에 대해 설명한다.

단계 1 내지 5는 도 7의 플로우차트의 것과 동일하다. 그러나, 단계 1과 단계 2 사이에 분기점 A1이 제공되며, 여기에서 단계 1 후에, 프로세스는 단계 2로 진행하고, 동시에 점선으로 둘러싸인 초기 이상 판정 루틴 R1로 진행한다. 단계 1 내지 5의 설명은 생략한다. 초기 이상 판정 루틴 R1에서의 단계 R1-1 내지 R1-5에 대해 설명한다.

단계 R1-1: 트리거 신호 St2가 주파수 제어 회로(11b)로부터 출력될 때, 계측 시간 T2가 타이머 회로(22)에서 그 초기 상태 T2=0으로 설정된다. 그 후, 시간 측정이 개시된다.

단계 R1-2: 초기 이상 판정 회로(23)에서, 타이머 회로(22)로부터 출력된 계측 시간 T2가 소정의 설정 시간 Ts2보다 큰지의 여부를 판정한다. T2＞Ts2가 되지 않은 경우, 프로세스는 단계 R1-3으로 진행하고, T2＞Ts2인 경우, 프로세스는 단계 R1-5로 진행한다. 시작할 때, NO가 제공되기 때문에, 프로세스는 R1-3으로 진행한다.

단계 R1-3: 초기 이상 판정 회로(23)에서, 반사 계수 연산 회로(18)로부터 출력된 반사 계수 절대값(Γ)이 소정의 반사 계수 설정값(Γset)보다 큰지의 여부를 판정한다. Γ＞Γset이 되지 않은 경우, 프로세스는 단계 R1-4로 진행한다. Γ＞Γset인 경우, 프로세스는 단계 R1-2로 복귀하여 처리가 반복된다.

단계 R1-4: 프로세스가 단계 R1-4로 진행하는 경우, 프로세스가 시작할 때 이상이 검출되지 않았다고 판정하고, 타이머 회로(22)에서의 시간 측정이 정지된다.

단계 R1-5: 프로세스가 단계 R1-5로 진행하는 경우, 발진 주파수를 f1에서 f2로 변화시키도록 지시가 변화될 때의 시간으로부터 소정의 설정 시간 Ts2에 도달할 때의 시간까지 프로세스가 시작할 때 이상이 발생하는 것으로 판정하고, 이상 신호가 출력된다.

그에 따라 제어함으로써, 실시예 2에 따르는 고주파 전력 장치의 기능에 부가하여 프로세스가 시작할 때 이상 검출이 가능해진다.

[실시예 4]

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따르는 고주파 전력 장치(1c)의 구성과, 고주파 전력 장치(1c), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 10에 도시된 고주파 전력 장치(1c)는 방전 검출 유닛(17) 대신에 타이머 회로(21)가 제공되고, 도 1에 도시된 고주파 전력 장치(1)에서의 방전 검출 유닛(17)을 생략하며, 도 1에 도시된 주파수 제어 회로(11)가 주파수 제어 회로(11c)로 대체된 것이다. 도 10에 도시된 나머지는 도 1의 것과 동일하다.

ON/OFF 제어 회로(10c)는 도 1에서 설명한 ON/OFF 제어 회로(10)의 기능에 부가하여, ON 신호가 발진 회로(12)에 출력될 때, 후술하는 타이머 회로(21)에 ON 신호가 출력되는 것을 나타내는 신호 Son을 출력하는 기능을 갖는다.

타이머 회로(21)는 고주파가 전력 증폭기(13)로부터 출력된 후 고주파 전력이 부하에 공급되기 시작할 때까지의 경과된 시간을 측정한다. 또한, 타이머 회로 (21)는 소정의 방전 예측 시간을 저장하고, 계측 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달할 때 트리거 신호 St1을 출력한다. 또한, 타이머 회로(21)는 방전 신호를 출력하는 수단과 본 발명에 따라 공급의 개시 후에 시간을 측정하는 수단으로서 역할을 한다.

또한, ON/OFF 제어 회로(10c)로부터 발진 회로(12)로 ON 신호가 출력되는 것을 나타내는 신호 Son이 도 10에 도시된 예의 타이머 회로(21)에 입력되고, 타이머 회로(21)는 신호 Son이 입력된 후 경과된 시간을 측정한다. 상술한 바와 같이, ON/OFF 제어 회로(10c)로부터 ON 신호가 출력될 때, 고주파 신호가 발진 회로(12)로부터 출력된다. 그 결과, 전력 증폭기(13)로부터 고주파수가 출력되고 고주파 전력이 부하에 공급되기 때문에, 도 10에 도시된 예에서와 같이, 고주파 전력의 공급이 개시되는지의 여부를 전력 증폭기(13) 다음의 스테이지에서 검출할 필요가 없고, ON/OFF 제어 회로(10c)로부터 출력되는 신호 Son에 의해 고주파 전력의 공급이 개시되었는지의 여부를 검출할 수 있게 된다.

또한, 전력 측정 유닛(14)으로부터 출력되는 전진파 전력 측정값을 모니터링함으로써, 고주파 전력의 공급이 개시되었는지의 여부를 판정할 수 있게 된다. 이 경우에, 전진파 전력 측정값 Pf가 신호 Son 대신에 타이머 회로(21)에 입력되고, 전진파 전력 측정값 Pf가 기준값(일반적으로, 0)보다 커질 때, 고주파 전력의 공급이 개시된 것으로 판정될 수 있다.

더욱이, 소정의 방전 예측 시간은, 실험 등에 의해 얻어진 데이터에 기초하여, 고주파 전력 공급기로부터 부하로의 고주파 전력의 공급의 개시로부터 방전의 개시까지의 시간이 예측된 것이다. 일반적으로, 부하로의 고주파 전력의 공급의 개시로부터 방전의 개시까지의 시간이 동일한 조건 하에서 대체로 일정하기 때문에, 방전 예측 시간에 도달하였는지의 여부에 기초하여 방전이 개시되었는지의 여부를 판단할 수 있게 된다. 이로 인해, 방전 예측 시간에 도달할 때, 방전이 개시된 것으로 간주될 수 있다.

타이머 회로(21)로부터 트리거 신호 St1이 출력될 때, 주파수 제어 회로(11c)는 방전이 일어난 것으로 판정한다. 주파수 제어 회로(11c)는 이러한 점에서 주파수 제어 회로(11)와 상이하다.

또한, 도 10에 도시된 예에서는, 타이머 회로(21)에 의해 소정의 방전 예측 시간에 도달하였는지를 판정한다. 그러나, 판정은 이러한 패턴으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 타이머 회로(21)는 측정이 실행될 때 시간을 출력할 수 있고, 주파수 제어 회로(11c)는 방전 예측 시간에 도달하였는지의 여부를 판정할 수도 있다.

이어서, 상술한 고주파 전력 장치(1c)를 사용하여 고주파 전력이 부하(5)에 공급되는 경우의 동작에 대하여 설명한다.

(1) 방전이 일어날 때까지:

고주파 전력이 고주파 전력 장치(1c)로부터 출력되어 부하(5)에 공급되며, 방전 개시 전압을 초과하는 전압이 부하(5)가 되는 플라즈마 처리 장치 내의 가스에 공급된다. 그 후, 방전이 개시된다. 이 섹션은 도 1에 도시된 실시예 1의 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

(2) 방전이 개시된 직후:

방전이 개시될 때, 부하의 임피던스는 급격하게 변화한다. 그 결과, 도 2에 도시된 주파수 특성과 상이한 주파수 특성이 일어난다. 즉, 부하측 임피던스 ZL도 급격하게 변화하기 때문에, 임피던스가 정합되는 출력 주파수가 급격하게 변화한다. 따라서, 이 스테이지에서, 부하의 임피던스에서의 급격한 변화에 따라 신속하게 임피던스가 정합되는 것이 중요하다. 이로 인해, 타이머 회로(21)로부터 출력되는 트리거 신호 St1을 모니터링함으로써, 방전이 개시되었는지의 여부를 검출(추정)하고, 주파수는 임피던스가 정합되는 소정의 출력 주파수로 변화될 수 있다. 그러므로, 임피던스를 개략 정합시킴으로써, 방전의 개시 전후에 부하측 임피던스에서의 급격한 변화에 대처할 수 있게 된다.

(3) 방전 중의 임피던스 정합

방전 중의 임피던스 정합에 대하여, 도 1에 도시된 실시예 1에서와 같이, 개략 임피던스 정합이 상술한 섹션 (2)에서 개략적으로 완료되었을지라도, 부하의 임피던스는 방전 부하의 경우에 변동하기 때문에, 부하측 임피던스 ZL은 일정하지 않고, 임피던스는 항상 변동을 반복한다. 또한, 섹션 (2)에서 정합된 출력 주파수가 시뮬레이션 및 실험 등을 통해 얻어지는 출력 주파수이기 때문에, 실제로 주파수가 최적의 출력 주파수가 아닌 경우가 있을 수 있다. 따라서, 방전 중에, 주파수는 섹션 (2)에서 정합된 출력 주파수로 고정되지 않고, 임피던스 정합을 위한 상황에 따라 최적의 출력 주파수로 변화될 수 있다.

도 11은 방전의 개시 후에 방전 중에 임피던스를 정합시키는 제어 방법의 일 례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스 정합에 대해 설명한다.

또한, 단계 4 내지 5는 도 3에서 설명한 실시예 1의 플로우차트의 단계 2 내지 3과 유사하다. 즉, 도 3의 플로우차트의 단계 1은 도 11의 플로우차트의 단계 1 내지 3으로 대체되고, 도 3의 플로우차트의 단계 2 및 3은 단계 4 및 5로 되돌림으로써, 도 11의 플로우차트가 발생된다.

단계 1: ON/OFF 제어 회로(10)로부터 신호 Son이 출력될 때, 계측 시간은 타이머 회로(21)에서 그 초기 상태 T1=0으로 설정된다. 그 후, 시간 계측이 개시된다.

단계 2: 계측 시간 T1이 소정의 방전 예측 시간 Ts1에 도달하였는지의 여부를 판정한다. 계측 시간을 나타내는 계측 시간 T1이 방전 예측 시간 Ts1에 도달하지 않았을 때, 단계 2가 다시 반복된다. 계측 시간 T1이 방전 예측 시간 Ts1에 도달할 때, 방전이 개시된 것으로 판단하고, 프로세스는 단계 3으로 진행한다.

단계 3: 방전의 개시 전의 발진 주파수가 f1로 되고, 방전의 개시 후의 발진 주파수가 f2로 된 경우, 플라즈마 처리 장치에서 방전이 개시된 것으로 추정하고, 주파수 제어 회로(11c)는 발진 회로(12)에 발진 주파수를 f1에서 f2로 전환하라는 지시를 제공한다. 또한, 발진 주파수 f2는 기준 주파수 f0으로 된다.

단계 4: 이 단계는 도 3의 플로우차트의 단계 2와 유사하기 때문에, 그 설명은 생략한다.

단계 5: 이 단계는 도 3의 플로우차트의 단계 3과 유사하기 때문에, 그 설명 은 생략한다.

그에 따라 제어함으로써, 방전의 개시 전후의 부하측 임피던스 ZL에서의 급격한 변화에 대처하는 것이 가능하게 되고, 또한 이후의 임피던스 정합에 대처하는 것도 가능하게 된다.

[실시예 5]

도 12는 본 발명의 실시예 5에 따르는 고주파 전력 장치(1d)의 구성과, 고주파 전력 장치(1d), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 12에 도시된 고주파 전력 장치(1d)는, 주파수 이상 판정 회로(20)이 도 10에 도시된 고주파 전력 장치(1c)에 부가되어 있고, 도 10에 도시된 ON/OFF 제어 회로가 ON/OFF 제어 회로(10d)로 대체되며, 주파수 제어 회로(11c)가 주파수 제어 회로(11d)로 대체된 것이다. 또한, 주파수 이상 판정 회로(20)는 도 6에 도시된 것과 유사하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 도 12에 도시된 나머지는 도 10에 도시된 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

주파수 제어 회로(11d)는 도 10에서 설명한 주파수 제어 회로(11d)의 기능에 부가하여 그 때의 기준 주파수 f0을 출력하는 기능을 갖는다.

ON/OFF 제어 회로(10d)는, 도 10에서 설명한 ON/OFF 제어 회로(10c)의 기능에 부가하여 주파수 이상 판정 회로(20)로부터 ON/OFF 제어 회로(10d)에 이상 신호가 출력되는 경우, 발진 회로(12)로의 ON 신호의 출력을 정지시킴으로써 고주파 전력 장치(1d)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 기능을 갖는다.

도 13은 도 12에 도시된 고주파 전력 장치(1d)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스의 정합에 대해 설명한다.

단계 1 내지 5는 도 11의 것과 동일하다. 그러나, 단계 5 이후의 단계들은 도 11과 상이하며, 여기에서 프로세스는 단계 6으로 진행한다.

단계 6: 주파수 이상 판정 회로(20)는 발진 주파수 f2와 주파수 제어 회로(11d)로부터 출력되는 그 때의 특정 주파수(기준 주파수 f0) 사이의 편차, 즉 ｜f2-f0｜을 연산한다. 편차가 소정의 허용 가능 주파수 fp 이내인 경우 정상이라고 판정하고, 처리는 단계 4로 진행하여 반복한다. 그러나, 편차가 소정의 허용 가능 주파수 fp를 초과하는 경우, 이상이라고 판정하고, 처리는 단계 7로 진행하며 이상 신호가 출력된다.

그에 따라 제어함으로써, 실시예 1에 따르는 고주파 전력 장치의 기능에 부가하여 이상을 검출할 수 있게 된다.

[실시예 6]

도 14는 본 발명의 실시예 6에 따르는 고주파 전력 장치(1e)의 구성과, 고주파 전력 장치(1e), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 14에 도시된 고주파 전력 장치(1e)는 도 12에 도시된 고주파 전력 장치(1d)에 주파수의 변화 후에 경과된 시간을 계측하는 타이머 회로(22)와 초기 이상 판정 회로(23)가 부가되어 있고, 도 12에 도시된 ON/OFF 제어 회로(10d)가 ON/OFF 제어 회로(10e)로 대체되어 있으며, 주파수 제어 회로(11d)가 주파수 제어 회로(11e)로 대체된 것이다. 또한, 타이머 회로(22)와 초기 이상 판정 회로(23)가 도 8의 것과 유사하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 도 14에 도시한 나머지도 도 12의 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

주파수 제어 회로(11e)는 도 12에서 설명한 주파수 제어 회로(11d)의 기능에 부가하여 발진 주파수를 f1에서 f2로 변화시키도록 발진 회로(12)에 지시가 부여될 때 트리거 신호 St2를 출력하는 기능을 갖는다.

ON/OFF 제어 회로(10e)는 도 12에서 설명한 ON/OFF 제어 회로(10d)의 기능에 부가하여 초기 이상 판정 회로(23)로부터 ON/OFF 제어 회로(10d)로 이상 신호가 출력되는 경우 발진 회로(12)로의 ON 신호의 출력을 정지시킴으로써 고주파 전력 장치(1e)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시키는 기능을 갖는다.

실시예 3에서와 같이, 초기 이상 판정 회로(23)가 제공되면, 발진 주파수를 f1에서 f2로 전환하도록 지시가 변화될 때의 시간으로부터 소정의 설정 시간 Ts2에 도달할 때까지의 시간까지 프로세스의 개시 시에 이상이 발생할 때 실시예 3에서와 같이 이상이 검출될 수 있다. 따라서, 예컨대, 고주파 전력 장치(1b)로부터 부하로의 고주파 전력의 공급을 정지시킴에 따라 대책을 취하는 것이 가능하다.

도 15는 도 14에 도시된 고주파 전력 장치(1e)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스의 정합에 대해 설명한다.

상기 플로우차트는 도 13의 플로우차트에서의 단계 3 및 단계 4 사이에 분기점 A2가 제공되고, 실시예 3의 도 9에서 설명한 초기 이상 판정 루틴 R1이 단계 3에 연결되어 있는 플로우차트이다. 따라서, 실시예 5에 따르는 고주파 전력 장치 의 기능에 부가하여, 프로세스의 개시 시에 이상이 검출될 수 있다. 초기 이상 판정 루틴 R1은 상술하였기 때문에, 그 설명은 생략한다.

[실시예 7]

도 16은 본 발명의 실시예 7에 따르는 고주파 전력 장치(1f)의 구성과, 고주파 전력 장치(1f), 고정 정합 유닛(3) 및 부하(5) 사이의 접속을 도시하는 도면이다. 도 16에 도시된 고주파 전력 장치(1f)는 도 14에 도시된 타이머 회로(22)가 타이머 회로(22f)로 대체되고, 초기 이상 판정 회로(23)가 초기 이상 판정 회로(23f)로 대체되며, 동시에 ON/OFF 제어 회로(10e)로부터 출력되는 신호 Son이 타이머 회로(22f)에 입력되도록 구성된다. 또한, 초기 이상 판정 회로(23f)에 입력되는 설정 시간은 Ts3으로 된다. 또한, 도 16에 도시된 나머지는 도 14의 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

도 14와 달리, ON/OFF 제어 회로(10e)로부터 출력되는 신호 Son이 타이머 회로(22f)로 입력되고, 타이머 회로(22f)는 신호 Son이 입력된 후에 경과된 시간을 계측하도록 구성된다. 즉, 고주파 신호가 발진 회로(12)로부터 출력되고, 결과적으로, 타이머 회로(22f)는, 고주파 전력이 전력 증폭기(13)로부터 출력되고 고주파 전력이 부하에 공급된 후에 경과된 시간을 계측하여 측정 시간 T3을 출력한다.

초기 이상 판정 회로(23f)는, 계측 시간 T3이 소정의 설정 시간 Ts3에 도달할 때까지, 반사 계수 절대값(Γ)이 반사 계수 설정값(Γset) 이하로 되지 않는 경우에 이상이라고 판정한다. 이상이라고 판정한 경우, 통지 장치(도시 생략)에 이상 신호가 출력되고, 그것에 의해 이상을 통지한다. 설정 시간 Ts3은 상술한 방전 예측 시간 Ts1이 설정 시간 Ts2에 가산된 시간(Ts1+Ts2)이다. 나머지는 도 14의 초기 이상 판정 회로(23)의 것과 동일하다.

도 17은 도 16에 도시된 고주파 전력 장치(1f)를 이용하여, 방전의 개시 후 방전 중에 임피던스의 정합에 대한 제어 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 따라 방전 중의 임피던스의 정합에 대해 설명한다.

단계 1 내지 7은 도 15의 플로우차트의 것과 동일하다. 도 15와 상이한 점은, 도 17의 플로우차트에는 초기 이상 판정 루틴 R1이 제공되지 않고, 그 대신에 단계 1 앞에 분기점 A3이 제공되며, 초기 이상 판정 루틴 R2가 분기점 A3에 연결되어 있는 점이다.

도 18은 초기 이상 판정 루틴 R2의 플로우차트이다. 초기 이상 판정 루틴 R2는 상술한 초기 이상 판정 루틴 R1에서 계측 시간 T2가 계측 시간 T3으로 변화되고, 설정 시간 Ts2가 Ts3으로 변화된 것이다.

그에 따라 제어함으로써, 실시예 6에 따르는 고주파 전력 장치에서와 같이 프로세스의 개시 시에 이상을 검출할 수 있게 된다.

이상 실시예 1 내지 7을 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것이 아니라, 다른 변형이 가해질 수 있다. 예를 들면, 초기 이상 판정 루틴 R2가 도 3 및 도 7에서 설명한 플로우차트에 연결되는 변형도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 어떠한 자동 정합 유닛도 필요없고, 방전 중에 임피던스를 정합시킬 수 있으며, 상기 정합 유닛의 더 긴 서비스 수 명을 달성하고, 그 생산 비용을 절감하며, 상기 유닛의 크기를 축소하고, 고주파 전력 장치를 포함하는 모든 장치의 더 긴 서비스 수명을 달성할 수 있으며, 그 생산 비용을 절감하고, 방전 중에 정합 시간(임피던스를 정합시키는데 필요한 시간)을 단축할 수 있는 고주파 전력 장치를 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 고주파 전력 장치로서,

   발진 신호를 출력하여, 지시에 따라 상기 발진 신호의 발진 주파수를 변경하는 발진기;

   방전 가능한 부하에 고주파 전력을 공급하도록 상기 발진 신호를 증폭시키는 고주파 전원;

   상기 고주파 전원으로부터 상기 부하측을 향해 지향되는 고주파수 및 상기 부하측으로부터 상기 고주파 전원을 향해 지향되는 고주파수의 정보에 기초하여, 반사 계수의 절대값을 연산하여, 상기 연산된 절대값을 주파수 제어기에 출력하는 반사 계수 연산기;

   상기 부하 방전 전후에 상기 발진 주파수를 변화시키도록 상기 주파수 제어기에 방전 신호를 출력하는 방전 신호 출력 유닛; 및

   상기 절대값 및 상기 방전 신호에 기초하여 상기 발진기에 상기 지시를 제공하는 상기 주파수 제어기를 포함하며,

   상기 주파수 제어기는

   상기 방전 신호가 상기 방전이 개시된 것을 나타내는 상태에 있지 않거나, 상기 방전이 개시된 것으로 간주되는 상태에 있지 않은 기간 동안 상기 발진 신호를 제1 발진 주파수로 발진시키도록 상기 발진기에 지시하고, 그 후

   상기 방전 신호가 상기 상태들로 변화한 직후에 상기 제1 발진 주파수를 제2 발진 주파수로 변화시키도록 상기 발진기에 지시하며, 그 후

   상기 절대값이 작아지도록 상기 발진 주파수를 제어하는, 고주파 전력 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 제어기는 상기 발진 주파수를, 상기 주파수 제어기가

   상기 제2 발진 주파수를 기준 주파수로 간주하고;

   상기 기준 주파수에서 상기 반사 계수의 상기 절대값에 대응하는 상한값을 결정하며,

   상기 기준 주파수에서의 상기 절대값이 상기 결정된 상한값 이하인 경우에는, 상기 발진 신호를 상기 기준 주파수로 발진시키도록 상기 발진기에 지시하고;

   상기 기준 주파수에서의 상기 절대값이 상기 결정된 상한값을 초과하는 경우에는, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수들의 범위 내에서 변경되는 동안 상기 절대값이 최소화되는 제3 발진 주파수를 특정하며;

   상기 발진 주파수를 변경시키는 것을 상기 제3 발진 주파수에서 정지하고;

   상기 제3 발진 주파수를 상기 기준 주파수로 간주하는 방식으로 제어하는, 고주파 전력 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 기준 주파수에서의 상기 상한값과 상기 절대값 사이의 관계를 저장하는 메모리를 더 포함하고,

   상기 주파수 제어기는 상기 메모리에 저장된 상기 관계에 기초하여 상기 상 한값을 결정하는, 고주파 전력 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 주파수 제어기는 상기 기준 주파수에서의 상기 상한값과 상기 절대값 사이의 관계가 설정되는 함수에 기초하여 상기 상한값을 결정하는, 고주파 전력 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 제2 발진 주파수와 상기 제3 발진 주파수가 입력되고, 상기 제2 발진 주파수와 상기 제3 발진 주파수 사이의 편차를 연산하며, 상기 편차가 소정의 허용 가능 주파수를 초과할 때 이상을 판정하는 주파수 이상 판정 유닛을 더 포함하는, 고주파 전력 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 발진기가 상기 발진 신호를 상기 제1 발진 주파수에서 발진하도록 지시받은 후에 경과된 시간 또는 상기 발진기가 상기 발진 신호를 상기 제1 발진 주파수로부터 상기 제2 발진 주파수로 발진시키도록 상기 지시가 변화된 후에 경과된 시간을 계측하는 제1 타이머, 및

   상기 제1 타이머에 의해 계측된 상기 시간이 소정의 시간에 도달할 때까지 상기 절대값이 소정값 이하가 되지 않은 경우에는 이상을 판정하는 초기 이상 판정 유닛을 더 포함하는, 고주파 전력 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 방전 신호 출력 유닛은 상기 부하에서의 방전의 존재를 검출하는 방전 검출 유닛이고,

   상기 부하에서의 방전의 존재를 나타내는 상기 방전 검출 유닛으로부터 출력된 검출 신호와 상기 반사 계수 연산기로부터 출력된 상기 절대값은, 고주파 전력이 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하에 공급될 때, 상기 주파수 제어기에 입력되며,

   상기 주파수 제어기는 상기 검출 신호에 기초하여 방전이 개시되었는지의 여부를 판정하는, 고주파 전력 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 방전 신호 출력 유닛은 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하로의 고주파 전력의 공급의 개시에서부터 경과된 시간을 계측하는 제2 타이머이고,

   상기 제2 타이머로부터 출력된 상기 계측 시간과 상기 반사 계수 연산기로부터 출력된 상기 절대값은 상기 주파수 제어기에 입력되며,

   상기 주파수 제어기는

   상기 제2 타이머에 의해 계측된 상기 계측 시간이, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하에 고주파 전력이 공급되는 상태에서 소정의 방전 예측 시간에 도달하지 않은 경우에는, 상기 제1 발진 주파수로 발진하도록 상기 발진기에 지시하고, 그 후

   상기 제2 타이머에 의해 계측된 상기 계측 시간이 상기 소정의 방전 예측 시간에 도달한 직후에 상기 발진기가 상기 제2 소정의 발진 주파수로 발진시키도록 상기 지시를 변화시키며, 그 후

   상기 절대값이 작아지도록 상기 발진기의 상기 발진 주파수를 제어하는, 고주파 전력 장치.
9. 방전 가능한 부하에 고주파 전력을 공급하고 상기 부하가 방전하기 전후에 발진 주파수를 변경하여 고주파 전력 장치의 주파수를 결정하는 고주파 전력 장치를 제어하는 방법으로서,

   상기 부하에서 방전이 개시될 때까지 또는 상기 고주파 전력 장치가 상기 부하에 고주파 전력의 공급을 개시하는 시간으로부터 계측된 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달할 때까지, 제1 발진 주파수인 발진 주파수의 상기 고주파 전력을 출력하는 단계, 그 후

   상기 부하에서 방전이 개시된 직후에 또는 상기 고주파 전력 장치가 상기 부하에 고주파 전력의 공급을 개시하는 시간으로부터 계측된 시간이 소정의 방전 예측 시간에 도달한 직후에, 상기 제1 발진 주파수를 제2 발진 주파수로 변화시키고, 상기 제2 발진 주파수인 발진 주파수의 상기 고주파 전력을 출력하는 단계, 및 그 후

   반사 계수의 절대값이 작아지도록 상기 발진 주파수를 제어하는 단계를 포함하는, 고주파 전력 장치 제어 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 발진 주파수를 제어하는 단계는,

    상기 제2 발진 주파수를 기준 주파수로 간주하는 단계;

    상기 기준 주파수에서 상기 반사 계수의 상기 절대값에 대응하는 상한값을 결정하는 단계;

    상기 기준 주파수에서의 상기 절대값이 상기 결정된 상한값 이하인 경우에는, 상기 발진 신호를 상기 기준 주파수로 발진시키도록 상기 발진기에 지시하는 단계;

    상기 기준 주파수에서의 상기 절대값이 상기 결정된 상한값을 초과하는 경우에는, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수를 포함하는 소정의 주파수들의 범위 내에서 변경되는 동안 상기 절대값이 최소화되는 제3 발진 주파수를 특정하는 단계;

    상기 발진 주파수를 변경시키는 것을 상기 제3 발진 주파수에서 정지하는 단계; 및

    상기 제3 발진 주파수를 기준 주파수로 간주하는 단계를 포함하는, 고주파 전력 장치 제어 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 상한값을 결정하는 단계는 상기 기준 주파수에서의 상기 상한값과 상기 절대값 사이의 관계가 미리 저장되고, 상기 저장된 관계에 기초하여 상기 상한값이 결정되는 방식으로 실행되는, 고주파 전력 장치 제어 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 상한값을 결정하는 단계는 상기 기준 주파수에서의 상기 상한값과 상기 절대값 사이의 관계가 함수에 의해 미리 결정되고, 상기 상한값은 상기 함수에 기초하여 결정되는 방식으로 실행되는, 고주파 전력 장치 제어 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 제2 발진 주파수와 상기 제3 발진 주파수 사이의 편차는 상기 제2 발진 주파수와 상기 제3 발진 주파수를 입력함으로써 연산되고, 상기 편차가 소정의 허용 가능 주파수를 초과할 때 이상이라고 판정되는, 고주파 전력 장치 제어 방법.
14. 제9항에 있어서, 제1 발진 주파수로 발진시키라는 지시가 발행된 후 경과된 시간 또는 상기 발진 주파수를 상기 제1 발진 주파수에서 상기 제2 소정 발진 주파수로 변경하라는 지시가 발행된 후 경과된 시간이 소정의 기간에 도달할 때까지, 상기 절대값이 소정값 이하로 되지 않을 때 이상이라고 판정하는, 고주파 전력 장치 제어 방법.

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