KR20230100648A - 고주파 전원 장치 - Google Patents

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KR20230100648A
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유이치 하세가와
다츠야 모리이
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가부시키가이샤 다이헨
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Abstract

[과제] 상이한 2개의 주파수의 전력을 부하에 공급하는 경우에, 제1 전원측에서 반사파 전력을 억제시킨다.
[해결 수단] 고주파 전원 장치는, 제1 주파수의 제1 전력을 출력하는 제1 전원과, 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 제2 전력을 출력하는 제2 전원과, 제1 정합 회로와, 제2 정합 회로와, 제1 전력의 전압을 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와, 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 생성한 후, 소정의 처리를 행하여, 제2 전압의 주파수 및 위상에 일치하는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와, 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시키기 위한 변조 신호를 생성함과 함께, 변조 신호의 출력 타이밍을 주기 신호의 타이밍에 따라 조정하는 파형 제어부를 구비하고, 제1 전원은 변조 신호를 이용하여 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시킨 제1 주파수 신호를 생성하고, 제1 주파수 신호를 전력 증폭하여 제1 전력으로서 부하를 향해 출력한다.

Description

고주파 전원 장치{HIGH-FREQUENCY POWER SUPPLY APPARATUS}
본 발명은, 고주파 전원 장치에 관한 것이다.
고저차가 있는 2개의 주파수의 전력을 동시에 플라즈마 발생 장치에 투입하는 고주파 전원 장치가 알려져 있다. 이와 같은 고주파 전원 장치는, 고주파수의 전력과 저주파수의 전력의 각각에 대하여, 임피던스 자동 정합 기능에 의해 반사파 전력을 최소화한다.
일본공표특허 특표2018-536295호 공보 일본공개특허 특개2017-188434호 공보 미국특허 제10304669호 명세서
고주파 전원 장치가 고저차가 있는 2개의 주파수의 고주파 전압을 동시에 플라즈마 발생 장치에 투입한 경우, 저주파수측(제2 주파수측)의 고주파 전압(제2 전압)의 영향에 의해 고주파수측(제1 주파수측)의 고주파 전압(제1 전압)에 상호 변조 왜곡(IMD: Inter Modulation Distortion)이 발생한다. 즉, 제1 전압이 제2 전압에 따라 변동되고, 반사파 전력이 발생한다. 상호 변조 왜곡에 의한 반사파 전력의 변동은, 고주파 전원 장치 임피던스 자동 정합 기능의 응답보다 빠르다. 이 때문에, 고주파 전원 장치는, 상호 변조 왜곡이 발생한 경우, 임피던스 자동 정합 기능을 이용해도, 고주파수의 반사파 전력을 충분히 작게 하는 것이 곤란했다.
또한, 제1 전압을 제2 전압에 동기한 신호에 의해 주파수 변조하여 출력함으로써, 상호 변조 왜곡을 상쇄하여, 고주파수측의 반사파 전력을 저감하는 것이 생각된다. 그러나, 종래, 제2 전압을 출력하는 제2 전원과, 제1 전압을 출력하는 제1 전원은 상이한 시스템 클럭에 의해 동작하므로, 제1 전원측에 있어서, 제2 전압의 주파수 및 위상에 동기한 타이밍에서 주파수 변조를 행하는 것이 곤란했다. 케이블에 의해, 제2 전원에 의해 생성된 타이밍 신호를 제1 전원에 보내는 것도 생각할 수 있지만, 구성이 복잡해져 비용이 비싸져 버렸다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 상이한 2개의 주파수의 고주파 전압을 부하에 공급할 때에, 제1 전원의 시스템 클럭과 제2 전원의 시스템 클럭이 상이한 경우에도, 제2 전압의 주파수 및 위상에 동기하여, 제1 전원측에서 반사파 전력을 억제시키기 위한 주파수 변조를 행할 수 있는 고주파 전원 장치를 제공한다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명과 관련된 고주파 전원 장치는, 제1 기본 주파수를 가지는 제1 전압을 출력함으로써 제1 전력을 부하에 공급하는 제1 전원과, 상기 제1 기본 주파수보다 낮은 제2 기본 주파수를 가지는 제2 전압을 출력함으로써 제2 전력을 상기 부하에 공급하는 제2 전원과, 상기 제1 전원과 상기 부하와의 사이에 접속된 제1 정합 회로와, 상기 제2 전원과 상기 부하와의 사이에 접속된 제2 정합 회로와, 상기 제1 전압을 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 생성한 후, 소정의 처리를 행하고, 상기 제2 전압의 주파수 및 위상에 일치하는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와, 상기 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시키기 위한 변조 신호를 생성함과 함께, 상기 변조 신호의 출력 타이밍을 상기 주기 신호의 타이밍에 따라 조정하는 파형 제어부를 구비하고 있다. 상기 제1 전원은, 상기 변조 신호를 이용하여 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시킨 제1 주파수 신호를 생성하고, 상기 제1 주파수 신호를 전력 증폭하여 제1 전력으로서 부하를 향해 출력한다.
제1 전원측에서 검출한 검출 신호에 의거하여 제2 전압의 주파수 및 위상에 일치하는 주기 신호를 생성할 수 있다. 이 때문에, 제1 전원의 시스템 클럭과 제2 전원의 시스템 클럭이 상이한 경우에도, 제2 전압의 주파수 및 위상에 동기하여, 제1 전원측에서 반사파 전력을 억제시키기 위한 주파수 변조를 행할 수 있다.
도 1은, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치의 구성을 플라즈마 발생 장치와 함께 나타내는 도이다.
도 2는, 변조 파형 데이터, 제1 주파수 신호의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은, 주기 신호 생성부의 구성의 제1 예를 나타내는 도이다.
도 4는, 검출 신호, 고(高)영역 제거 신호 및 평균화 신호의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는, 주기 신호 생성부의 구성의 제2 예를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)의 구성을 플라즈마 발생 장치(20)와 함께 나타내는 도이다.
고주파 전원 장치(10)는, 플라즈마 발생 장치(20)에 대하여, 제1 주파수(제1 기본 주파수)의 전력 및 제2 주파수(제2 기본 주파수)의 전력을 중첩한 전력을 공급한다. 제2 주파수는, 제1 주파수보다 낮다. 제1 주파수는, 예를 들면 40MHz이다. 그 외, 예를 들면 13.56MHz, 27.12MHz 등의 공업용의 RF대(Radio Frequency)의 주파수여도 된다. 제2 주파수는, 예를 들면 400kHz이다. 다른 주파수의 경우도 있다. 또한, 고주파 전원 장치(10)는, 플라즈마 발생 장치(20) 이외의 장치를 부하로서 전력을 공급해도 된다.
플라즈마 발생 장치(20)는, 진공 챔버 내에 가스를 공급하고, 고주파 전원 장치(10)에 의해 공급된 제1 주파수의 전력에 의해 가스를 플라즈마화시킨다. 이와 함께, 플라즈마 발생 장치(20)는, 고주파 전원 장치(10)에 의해 공급된 제2 주파수의 전력에 의해 이온을 가속하여 진공 챔버 내에 배치된 웨이퍼 등을 에칭한다.
고주파 전원 장치(10)는, 제1 주파수의 전력 및 제2 주파수의 전력의 각각에 대하여, 임피던스 자동 정합 기능에 의해, 반사파 전력을 최소화하도록 출력 임피던스를 자동 조정하면서 전력을 공급한다. 이에 따라, 고주파 전원 장치(10)는, 부하인 플라즈마 발생 장치(20)의 임피던스와, 출력 임피던스를 정합시켜, 플라즈마 발생 장치(20)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
여기서, 플라즈마 발생 장치(20)는, 제2 주파수의 전력의 주기에 추종하여, 진공 챔버 내의 정부(플러스와 마이너스)의 2개의 전극의 대향 방향에 있어서의 플라즈마의 발생 위치를 변화시킨다. 이 결과, 정부의 2개의 전극 사이에 형성되는 가상적인 커패시터의 정전 용량은, 제2 주파수의 전력의 주기로 변화된다. 이 정전 용량의 변화가 고속이기 때문에, 고주파 전원 장치(10)는, 임피던스 자동 정합 기능을 이용해도, 제1 주파수에 관한 출력 임피던스를 정전 용량의 변화에 추종시킬 수 없다. 이 때문에, 고주파 전원 장치(10)는, 제1 주파수의 전력에 제2 주파수의 전력에 의한 상호 변조 왜곡을 발생시켜 버린다. 그러나, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 제1 전력의 전압을 검출하여 이와 같은 상호 변조 왜곡에 동기한 주기 신호를 생성한다. 그리고, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 생성한 주기 신호에 의거하여, 상호 변조 왜곡에 의한 반사파 전력의 변화를 상쇄하는 신호가 주파수 변조된 제1 주파수의 전력을 공급한다. 이에 따라, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 제1 주파수의 반사파 전력을 저감하여, 플라즈마 발생 장치(20)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
고주파 전원 장치(10)는, 제1 전원(31)과, 제2 전원(32)과, 중첩 정합기(33)와, 검출부(34)와, 주기 신호 생성부(35)와, 파형 제어부(36)를 구비한다.
제1 전원(31)은, 제1 주파수(제1 기본 주파수)를 가지는 제1 전압을 출력함으로써 제1 전력을 부하에 공급한다. 보다 상세하게는, 제1 전원(31)은, 제1 주파수의 정현파 형상의 파형을 가지는 전압 신호(기본파 신호)가, 제2 주파수의 정현파 형상의 파형을 가지는 전압 신호(변조 신호)에 의해 주파수 변조된 전압 신호(제1 주파수 신호)를 증폭하여 제1 전력으로서 출력한다. 출력한 제1 전력은 부하에 공급된다. 제1 주파수의 전압 신호에 대한 제2 주파수의 전압 신호의 위상은, 파형 제어부(36)에 의해 제어된다.
제2 전원(32)은, 제1 주파수(제1 기본 주파수)보다 낮은 제2 주파수(제2 기본 주파수)를 가지는 제2 전압을 출력함으로써 제2 전력을 부하에 공급한다.
또한, 제1 전원(31)으로부터 출력되어 부하를 향하는 고주파 전압을 제1 진행파 전압, 부하측으로부터 반사되어 제1 전원(31)으로 되돌아오는 고주파 전압을 제1 반사파 전압이라고 한다. 제2 전원(32)으로부터 출력되어 부하를 향하는 고주파 전압을 제2 진행파 전압, 부하측으로부터 반사되어 제2 전원(32)으로 되돌아오는 고주파 전압을 제2 반사파 전압이라고 한다.
중첩 정합기(33)는, 제1 전원(31)으로부터 출력된 제1 전력, 및, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력을 수취한다. 중첩 정합기(33)는, 제1 전력 및 제2 전력의 각각에 대하여, 부하인 플라즈마 발생 장치(20)와의 사이의 임피던스를 정합시키면서, 제1 전력과 제2 전력을 중첩하여 플라즈마 발생 장치(20)에 공급한다.
예를 들면, 중첩 정합기(33)는, 제1 정합 회로(41)와, 제2 정합 회로(42)를 포함한다. 제1 정합 회로(41)는, 제1 전원(31)으로부터 제1 전력을 수취한다. 그리고, 제1 정합 회로(41)는, 제1 주파수의 임피던스 성분에 대하여, 반사파 전력 또는 반사 계수를 최소화하도록 제1 정합 회로(41) 내의 임피던스를 자동 조정하면서, 제1 전력을 플라즈마 발생 장치(20)에 공급한다. 제2 정합 회로(42)는, 제2 전원(32)으로부터 제2 전력을 수취한다. 그리고, 제2 정합 회로(42)는, 제2 주파수의 임피던스 성분에 대하여, 반사파 전력을 최소화하도록 출력 임피던스를 자동 조정하면서, 제2 전력을 플라즈마 발생 장치(20)에 공급한다.
검출부(34)는, 제1 전원(31)으로부터 출력된 제1 전력의 전압을 나타내는 검출 신호를 출력한다. 보다 상세하게는, 검출부(34)는, 제1 전원(31)과 중첩 정합기(33)와의 사이의 전압을 검출하고, 검출한 전압을 나타내는 검출 신호를 출력한다. 검출부(34)는, 예를 들면 전압 측정기이다. 또한, 검출부(34)는, 방향성 결합기를 개재하여 검출되는 제1 전원(31)으로부터 중첩 정합기(33)를 향하는 진행파의 전압을 나타내는 검출 신호를 출력해도 된다.
주기 신호 생성부(35)는, 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 생성하고, 생성한 제곱 신호에 있어서의 직류 성분 및 제1 주파수의 2배 이상의 주파수 성분을 제거한 주기 신호를 생성한다. 제1 전력의 전압에 포함되는 제2 전력의 전압에 의한 상호 변조 왜곡의 성분은, 제1 전력의 전압의 기본파에 대한 진폭 성분으로서도 포함된다. 주기 신호 생성부(35)는, 검출 신호의 제곱 신호를 생성함으로써, 헤테로다인 검파에 의해 제1 전력의 전압의 기본파에 대한 진폭 성분을 검출한다. 따라서, 주기 신호 생성부(35)는, 제1 전력의 전압의 기본파에 포함되는 제2 전력의 전압의 기본파에 의한 상호 변조 왜곡의 성분에 동기한 주기 신호를 생성할 수 있다.
도 2는, 변조 파형 데이터, 제1 주파수 신호의 일례를 나타내는 도이다.
파형 제어부(36)는, 제1 전력의 전압의 기본파를 주파수 변조시키기 위한 변조 신호를 생성한다. 이 변조 신호는 메모리에 기억된 변조 파형 데이터에 의거하여 생성된다.
변조 파형 데이터는, 예를 들면, 도 2의 A에 나타내는 바와 같이, 제2 전력의 전압의 기본파와 동일한 주파수(제2 주파수)의 1주기분의 진폭 정보가 소정의 위상 간격마다 기억된 정현파의 파형 데이터이다.
변조 파형 데이터는, 제1 전력의 전압의 기본파를 변조 신호로 주파수 변조시킨 경우에, 제1 전력의 전압에 포함되는 상호 변조 왜곡의 성분을 상쇄하여, 반사 계수(반사파 전력)가 저하되도록 생성되어 있다. 이 때문에, 변조 파형 데이터의 1번째의 데이터의 위상이나 변조 파형 데이터의 진폭이 조정되고 있다. 도 2의 A에서는, 변조 파형 데이터의 1번째의 데이터의 진폭이 0인 경우를 예시하고 있다. 또한, 변조 파형 데이터는 적절히 갱신된다.
또한, 변조 파형 데이터에 있어서의 진폭 정보의 위상 간격은, 제1 전원(31)의 제어 주기에 따라 상이하다. 예를 들면, 제1 전원(31)이 100MHz의 제어 주기로 동작하고 있으면, 250분할(100MHz/400kHz)되므로, 1.44도(360/250)의 위상 간격마다의 진폭 정보가 변조 파형 데이터로서 기억된다. 제1 전원(31)이 500MHz의 제어 주기로 동작하고 있으면, 1250분할(500MHz/400kHz)되므로, 0.288도(360/1250)의 위상 간격마다의 진폭 정보가 변조 파형 데이터로서 기억된다. 제어 주기는, 시스템 클럭에 의거하여 설정된다.
파형 제어부(36)는, 변조 파형 데이터를 구성하는 진폭 정보를 제어 주기마다 순차적으로 제1 전원(31)에 출력한다. 제1 전원(31)에서는, 변조 파형 데이터를 이용하여, 제1 전원(31) 내의 기본파 생성부(도면 생략)로부터 출력되는 기본파 신호를 주파수 변조시킨 제1 주파수 신호(도 2의 B 참조)를 생성한다. 그리고, 제1 주파수 신호를 전력 증폭 등 하여 제1 전력으로서 부하를 향해 출력한다. 이 때, 파형 제어부(36)는, 주기 신호(도 2의 C 참조)의 타이밍에 따라 변조 파형 데이터의 출력 타이밍을 리셋한다. 도 2의 D에서는, 출력 타이밍이 주기 신호의 하강 타이밍에 동기하여 Φ만큼 시프트한 예를 나타내고 있다. 즉, 파형 제어부(36)는, 상기 주기 신호의 소정 위상의 타이밍에 동기시켜, 변조 파형 데이터의 출력 타이밍을 조정하는 기능을 가지고 있다. 이 때문에, 제1 전원(31)에 의해 생성되는 제1 주파수 신호는, 주기 신호의 타이밍에 따라 생성된다고 할 수 있다.
이와 같이 하면, 가령 제1 전원(31)의 시스템 클럭과 제2 전원(32)과의 시스템 클럭의 차이에 의해 주파수 변조의 타이밍이 어긋났다고 해도, 주기 신호에 동기한 타이밍에서 어긋남이 사라진다. 이 때문에, 정밀도가 좋은 주파수 변조의 제어를 행할 수 있다. 즉, 상호 변조 왜곡의 억제를 효과적으로 행할 수 있다.
도 1에 있어서, 제1 전원(31), 검출부(34), 주기 신호 생성부(35) 및 파형 제어부(36)는, 설명의 편의상, 각각 별개의 구성으로서 도시했다. 그러나, 검출부(34), 주기 신호 생성부(35) 및 파형 제어부(36)는, 실질적으로 제1 전원(31)의 구성 요소이며, 동일한 시스템 클럭에 의거하여 제어가 행해지고 있다.
또한, 파형 제어부(36)는, 메모리에 기억된 변조 파형 데이터에 따른 아날로그 신호를 출력하는 신호 발생기를 포함해도 된다. 이 경우, 신호 발생기는, 메모리에 기억된 변조 파형 데이터에 따른 파형의 신호를 발생시킨다. 이와 같이, 디지털 신호 처리뿐만 아니라 아날로그 신호 처리에 대응시켜도 된다.
도 3은, 주기 신호 생성부(35)의 구성의 제1 예를 나타내는 도이다. 주기 신호 생성부(35)는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제곱부(51)와, 로우 패스 필터부(52)와, 평균화부(53)와, 비교부(54)를 포함한다.
제곱부(51)는, 검출부(34)로부터 수취한 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 생성한다. 주파수가 θ인 정현파 신호를 제곱한 신호는, 식 (1)과 같이 나타난다.
sin2(θ)={cos(0)-cos(2θ)}/2…(1)
cos(0)은, 제1 전력의 전압의 기본파에 대한 진폭 성분을 나타낸다. cos(2θ)는, 제1 전력의 전압의 기본파의 2배의 주파수 성분을 나타낸다. 따라서, 제곱부(51)로부터 출력되는 제곱 신호는, 검출 신호에 포함되는 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분과, 제1 전력의 전압의 2배의 주파수의 성분을 포함한다.
로우 패스 필터부(52)는, 제곱부(51)로부터 제곱 신호를 수취한다. 로우 패스 필터부(52)는, 제2 주파수 이하(예를 들면 400kHz 이하)의 성분을 통과시키고 또한 제1 주파수의 2배의 주파수의 성분을 제거하는 주파수 특성의 로우 패스 필터에 의해, 제곱부(51)로부터 수취한 제곱 신호를 필터링한 고영역 제거 신호를 출력한다.
로우 패스 필터부(52)는, 제곱 신호로부터, 식 (1)의 cos(2θ)에 상당하는 신호 성분을 제거할 수 있다. 즉, 로우 패스 필터부(52)는, 제곱 신호에 포함되는, 식 (1)의 cos(0)에 상당하는 신호 성분을 나타내는 고영역 제거 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 로우 패스 필터부(52)는, 검출 신호에 포함되는, 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분을 나타내는 고영역 제거 신호를 출력할 수 있다.
평균화부(53)는, 제곱부(51)로부터 제곱 신호를 수취한다. 평균화부(53)는, 제2 주파수의 신호를 평균화하는 것이 가능한 특성의 평균화 필터에 의해, 제곱부(51)로부터 수취한 제곱 신호를 평균화한 평균화 신호를 출력한다. 예를 들면, 평균화 필터는, 제2 주파수의 신호의 주기의 소정배의 구간을 평균하는 필터이다. 예를 들면, 평균화 필터는, 제2 주파수의 신호의 주기의 4배 이상의 구간을 이동 평균하는 필터이다. 이와 같은 평균화부(53)는, 제곱 신호에 포함되는 제2 주파수 이상의 주파수의 신호의 영향이 제거된, 제곱 신호의 직류 성분을 나타내는 평균화 신호를 출력할 수 있다.
비교부(54)는, 로우 패스 필터부(52)로부터 고영역 제거 신호를 수취하고, 평균화부(53)로부터 평균화 신호를 수취한다. 비교부(54)는, 평균화 신호와 고영역 제거 신호를 비교한 비교 결과를 나타내는 신호를, 주기 신호로서 출력한다. 예를 들면, 비교부(54)는, 고영역 제거 신호가 평균화 신호보다 큰 경우에, 1 또는 H 논리가 되고, 고영역 제거 신호가 평균화 신호 이하인 경우에, 0 또는 L 논리가 되는 이치(二値)의 주기 신호를 출력한다.
상호 변조 왜곡이 발생하는 경우, 검출 신호에 포함되는 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분, 즉, 로우 패스 필터부(52)로부터 출력된 고영역 제거 신호에는, 제곱 신호의 직류 성분과, 제2 주파수의 성분이 포함된다. 고영역 제거 신호에 포함되는 제2 주파수의 성분은, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 영향에 의한 성분이며, 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치하는 신호이다. 평균화 신호는, 제곱 신호의 직류 성분을 나타내므로, 비교부(54)는, 평균화 신호와 고영역 제거 신호를 비교함으로써, 고영역 제거 신호로부터, 제곱 신호의 직류 성분을 제거할 수 있다. 이에 따라, 비교부(54)는, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치한 주기 신호를 출력할 수 있다.
이상과 같이, 제1 예와 관련된 주기 신호 생성부(35)는, 평균화 신호와 고영역 제거 신호를 비교함으로써, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치한 주기 신호를 출력할 수 있다.
또한, 제곱부(51), 로우 패스 필터부(52), 평균화부(53) 및 비교부(54)는, 아날로그 회로여도, 디지털 회로여도 된다. 제곱부(51), 로우 패스 필터부(52), 평균화부(53) 및 비교부(54)가 아날로그 회로인 경우, 주기 신호 생성부(35)는, 검출부(34)로부터 아날로그의 검출 신호를 수취한다. 제곱부(51), 로우 패스 필터부(52), 평균화부(53) 및 비교부(54)가 디지털 회로인 경우, 주기 신호 생성부(35)는, 검출부(34)로부터 소정 비트수의 디지털의 검출 신호를 수취한다.
도 4는, 상호 변조 왜곡이 발생한 경우의 검출 신호, 고영역 제거 신호 및 평균화 신호의 일례를 나타내는 도이다. 또한, 도 4는, 횡축이 시간, 종축이 전압을 나타낸다. 또한, 도 4의 좌측의 종축의 눈금이 검출 신호의 전압을 나타내고, 도 4의 우측의 종축의 눈금이 고영역 제거 신호 및 평균화 신호의 전압을 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 상호 변조 왜곡이 발생하는 경우, 검출 신호의 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분에는, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 영향에 의해 제2 주파수의 성분이 포함된다. 고영역 제거 신호는, 검출 신호에 포함되는 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분을 나타내고 있다. 또한, 고영역 제거 신호는, 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 평균화한 평균화 신호를 중심으로 정부로 변동하고 있다. 따라서, 비교부(54)는, 평균화 신호와 고영역 제거 신호를 비교함으로써, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치한 주기 신호를 출력할 수 있다.
도 5는, 주기 신호 생성부(35)의 구성의 제2 예를 나타내는 도이다. 주기 신호 생성부(35)는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차동 제곱부(61)와, 차동 증폭기(62)와, 차동 로우 패스 필터부(63)와, 제1 증폭기(64)와, 제2 증폭기(65)와, 비교기(66)를 포함하는 구성이어도 된다.
차동 제곱부(61)는, 검출부(34)로부터 수취한 검출 신호를 제곱한 차동의 제곱 신호를 생성한다. 차동의 제곱 신호는, 정측(플러스측)의 신호와 부측(마이너스측)의 신호와의 차이가 검출 신호의 제곱을 나타낸다. 따라서, 차동의 제곱 신호는, 정측의 신호와 부측의 신호와의 차이에, 검출 신호에 포함되는 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분과, 제1 주파수의 2배의 주파수의 성분을 포함한다.
차동 증폭기(62)는, 차동의 제곱 신호를 소정의 게인으로 차동 증폭한다. 차동 로우 패스 필터부(63)는, 차동 증폭기(62)로부터 소정의 게인으로 증폭된 제곱 신호를 수취한다. 차동 로우 패스 필터부(63)는, 제2 주파수 이하(예를 들면 400kHz 이하)의 성분을 통과시키고 또한 제1 주파수의 2배의 주파수의 성분을 제거하는 차동의 로우 패스 필터에 의해, 차동 증폭기(62)로부터 수취한 차동의 제곱 신호를 필터링한 차동의 고영역 제거 신호를 출력한다. 차동의 고영역 제거 신호는, 정측의 신호와 부측의 신호와의 차아가, 검출 신호에 포함되는, 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분을 나타낸다.
제1 증폭기(64)는, 차동의 고영역 제거 신호의 정측의 신호를 소정의 게인으로 증폭한다. 제2 증폭기(65)는, 차동의 고영역 제거 신호의 부측의 신호를 소정의 게인으로 증폭한다. 또한, 제1 증폭기(64)의 게인과 제2 증폭기(65)의 게인은, 동일하다.
비교기(66)는, 제1 증폭기(64)에 의해 소정의 게인으로 증폭된 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 정측의 신호와, 제2 증폭기(65)에 의해 소정의 게인으로 증폭된 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 부측의 신호를 수취한다. 비교기(66)는, 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 정측의 신호와, 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 부측의 신호를 비교한 비교 결과를 나타내는 신호를, 주기 신호로서 출력한다. 예를 들면, 비교기(66)는, 정측의 신호가 부측의 신호보다 큰 경우에, 1 또는 H 논리가 되고, 정측의 신호가 부측의 신호 이하인 경우에, 0 또는 L 논리가 되는 이치의 주기 신호를 출력한다.
차동 신호에 있어서의 정측의 신호와 부측의 신호는, 서로 정부가 반전된 동일 진폭의 신호이다. 따라서, 비교기(66)는, 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 정측의 신호와 부측의 신호를 비교함으로써, 검출 신호의 진폭 성분으로부터, 직류 성분을 제거하고, 제2 주파수의 신호 성분을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 비교기(66)는, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치한 주기 신호를 출력할 수 있다.
이상과 같이, 제2 예와 관련된 주기 신호 생성부(35)는, 차동의 고영역 제거 신호에 있어서의 정측의 신호와 부측의 신호를 비교함으로써, 제2 전원(32)으로부터 출력된 제2 전력의 전압의 주파수 및 위상에 일치한 주기 신호를 출력할 수 있다.
이상과 같은 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 상호 변조 왜곡에 동기한 주기 신호를 생성한다. 그리고, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 생성한 주기 신호에 의거하여, 상호 변조 왜곡에 의한 반사파 전력의 변화를 상쇄하는 신호가 주파수 변조된 제1 주파수의 전력을 공급한다. 이에 따라, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 제1 주파수의 반사파 전력을 저감하여, 부하인 플라즈마 발생 장치(20)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 상호 변조 왜곡에 동기한 주기 신호를, 제1 전력의 전압을 나타내는 검출 신호에 의거하여 생성한다. 이에 따라, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 제2 전원(32)으로부터 타이밍 신호를 케이블 등에 의해 취득하지 않고, 간이한 구성으로 상호 변조 왜곡에 동기한 주기 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 실시 형태와 관련된 고주파 전원 장치(10)는, 상이한 2개의 주파수의 전력을 부하인 플라즈마 발생 장치(20)에 공급하는 경우에, 간이한 구성으로, 반사파 전력을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 실시 형태는, 다양한 변경을 행할 수 있다.
10 고주파 전원 장치, 20 플라즈마 발생 장치, 31 제1 전원, 32 제2 전원, 33 중첩 정합기, 34 검출부, 35 주기 신호 생성부, 36 파형 제어부, 41 제1 정합 회로, 42 제2 정합 회로, 51 제곱부, 52 로우 패스 필터부, 53 평균화부, 54 비교부, 61 차동 제곱부, 62 차동 증폭기, 63 차동 로우 패스 필터부, 64 제1 증폭기, 65 제2 증폭기, 66 비교기

Claims (4)

  1. 제1 기본 주파수를 가지는 제1 전압을 출력함으로써 제1 전력을 부하에 공급하는 제1 전원과,
    상기 제1 기본 주파수보다 낮은 제2 기본 주파수를 가지는 제2 전압을 출력함으로써 제2 전력을 상기 부하에 공급하는 제2 전원과,
    상기 제1 전원과 상기 부하와의 사이에 접속된 제1 정합 회로와,
    상기 제2 전원과 상기 부하와의 사이에 접속된 제2 정합 회로와,
    상기 제1 전압을 나타내는 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 검출 신호를 제곱한 제곱 신호를 생성한 후, 소정의 처리를 행하고, 상기 제2 전압의 주파수 및 위상에 일치하는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와,
    상기 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시키기 위한 변조 신호를 생성함과 함께, 상기 변조 신호의 출력 타이밍을 상기 주기 신호의 타이밍에 따라 조정하는 파형 제어부를 구비하고,
    상기 제1 전원은, 상기 변조 신호를 이용하여 제1 전압의 기본파 신호를 주파수 변조시킨 제1 주파수 신호를 생성하고, 상기 제1 주파수 신호를 전력 증폭하여 제1 전력으로서 상기 부하를 향해 출력하는 고주파 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주기 신호 생성부는,
    상기 제곱 신호를 생성하는 제곱부와,
    상기 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분을 나타내는 고영역 제거 신호를 출력하는 로우 패스 필터부와,
    상기 제곱 신호를 평균화한 평균화 신호를 출력하는 평균화부와,
    상기 고영역 제거 신호를 상기 평균화 신호와 비교한 비교 결과를 나타내는 신호를, 상기 주기 신호로서 출력하는 비교부를 가지는 고주파 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출 신호를 제곱한 차동의 상기 제곱 신호를 생성하는 차동 제곱부와,
    상기 제1 전력의 전압의 기본파의 진폭 성분을 나타내는 고영역 제거 신호를 출력하는 차동 로우 패스 필터부와,
    상기 고영역 제거 신호에 있어서의 플러스측의 신호와 마이너스측의 신호를 비교한 비교 결과를 나타내는 신호를, 상기 주기 신호로서 출력하는 비교기를 가지는 고주파 전원 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파형 제어부는, 복수의 진폭 정보로 구성되어 메모리에 저장된 변조 파형 데이터에 의거하여 상기 변조 신호를 생성하고, 상기 변조 파형 데이터의 진폭 정보를 제어 주기마다 순차 출력함과 함께, 상기 주기 신호의 소정 위상의 타이밍에 동기시켜, 상기 변조 파형 데이터의 출력 타이밍을 조정하는, 고주파 전원 장치.
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