(57)【要約】【課題】安定したパルス高周波電力を供給することができる高周波電源装置１を提供する。【解決手段】高周波電源装置１は、パルス高周波電力の出力電圧を検出して包絡線検波を行い、その検波信号をサンプルホールド部６によりサンプリングし、サンプリング電圧Ｖｓを高周波電力生成部３にフィードバックしてパルス高周波電力Ｐｏｕｔの制御を行う。サンプルホールド部６は、サンプルホールド信号のオン期間中、検波信号Ｐａをサンプリング電圧Ｖｓとして出力し、サンプルホールド信号のオフ期間中、サンプルホールド信号がオンからオフへ切り替るタイミングの検波信号Ｐａの電圧レベルをホールドして、サンプリング電圧Ｖｓとして出力する。【選択図】図１
2010263452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した高周波信号を、前記高周波信号よりも周波数の低いパルス信号により変調してパルス高周波信号を生成するパルス変調部と、
前記パルス高周波信号をパルス高周波電力に変換する高周波電力変換部と、
前記パルス高周波電力の出力電圧を検出する出力検出部と、
前記検出された出力電圧の包絡線検波を行って検波電圧を生成する検波部と、
サンプルホールド信号に基づいて前記検波電圧のサンプリングを行い、サンプリング電圧を出力するサンプルホールド部と、
前記サンプリング電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を生成する誤差増幅部と、
前記パルス信号と前記サンプルホールド信号を生成する制御部と、を備え、前記出力電圧を前記誤差電圧の大きさに応じて制御する高周波電源装置であって、
前記制御部は、前記パルス信号のデューティ比に応じて、前記サンプルホールド信号のサンプリング期間を設定し、
前記サンプルホールド部は、前記サンプルホールド信号のオン期間中、前記検波部から入力した前記検波電圧を前記サンプリング電圧として出力し、前記サンプルホールド信号のオフ期間中、前記サンプルホールド信号がオン期間からオフ期間へ切り替るタイミングの前記検波電圧をホールドして、サンプリング電圧として出力する、高周波電源装置。
【請求項２】
前記サンプルホールド信号のサンプリング開始のタイミングは、前記パルス信号の変調期間開始のタイミングよりも所定の第一期間遅く、前記サンプリング終了のタイミングは、前記制御パルスの変調期間終了のタイミングよりも所定の第二期間早いことを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程においてエッチング装置や製膜装置等に使用される高周波電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板表面やその表面上に堆積した薄膜は、プラズマエッチング法などのドライエッチング技術を用いてエッチング処理が行われている。エッチング装置は、半導体を収納するチャンバーと、このチャンバー内に設けた電極に高周波電力を供給する高周波電源装置などを備えている。プラズマエッチングは、チャンバー内にエッチングガスを導入し、高周波電源装置からチャンバー内電極に高周波電力を供給してこの導入されたエッチングガスをプラズマ状態に励起し、この励起されたエンチングガスにより半導体基板表面の微細加工を行う。従って、高精度の微細加工を再現性良く行うためには、高周波電源装置から供給する高周波電力を安定化させる必要がある。
【０００３】
図７は、この種の高周波電源装置５０の構成を表す機能ブロック図である。高周波電力変換部５１は、パルス回路５２からパルス変調されたパルス高周波信号を入力し、パルス高周波電力Ｐｏｕｔに変換して出力する。電力検出器５３は、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を検出する。ＨＤ回路５４は、検出された出力電圧の高周波の波高値を結ぶ包絡線検波を行って検波信号Ｐａを生成する。サンプルホールド回路５５は、ＨＤ回路５４から検波信号Ｐａを入力し、ＣＰＵ５８により生成されたサンプルホールド信号Ｐｓｈに同期させてサンプリング電圧Ｖｓを出力する。オペアンプ５６は、ＣＰＵ５８から入力した基準電圧Ｖｒｅｆと、サンプリング電圧Ｖｓとを比較して、その誤差電圧Ｖｄを出力する。電圧可変部５７は、誤差電圧Ｖｄの大きさに応じて制御信号Ｐｃを生成して高周波電力変換部５１に供給し、高周波電力変換部５１から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔをフィードバック制御する。
【０００４】
図８は、上記図７の各部の信号波形を表すタイミングチャート図である。図８（ａ）が、高周波電力変換部５１から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの電圧波形である。パルス高周波電力Ｐｏｕｔは、例えば、１００ＭＨｚの高周波信号がこれよりも周波数の低い周期ｆ１や周期ｆ２のパルス信号により変調されている。図８（ｂ）は、高周波信号を変調するパルス信号Ｐｓの波形を表している。パルス信号Ｐｓのオン期間ｔｏｎに、高周波信号が出力される。図８（ｃ）は、ＨＤ回路５４の検波信号Ｐａを表し、検波信号Ｐａは、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの電圧波高値が結線された包絡線の形状を有している。図８（ｄ）は、ＣＰＵ５８からサンプルホールド回路５５に与えられるサンプルホールド信号Ｐｓｈを表す。サンプルホールド信号Ｐｓｈは、例えば１μｓｅｃ以下の一定のオン期間ｔｓを有し、パルス信号のオン期間の開始タイミングから一定期間ｔｄの後にオンする。パルス信号Ｐｓのオン期間開始直後は、パルス高周波電力Ｐｏｕｔが不安定となる。この不安定なオン期間開始直後を避けてサンプリングを行うために、一定期間ｔｄを設けている。
【０００５】
図８（ｅ）は、サンプルホールド回路５５から出力されるサンプリング電圧Ｖｓを表している。サンプルホールド回路５５は、サンプルホールド信号ＰｓｈのオフタイミングのときにＨＤ回路５４から入力した検波信号Ｐａの電圧レベルをサンプリング電圧Ｖｓとしてホールドする。図８（ｆ）は、オペアンプ５６から出力される誤差電圧Ｖｄを表している。オペアンプ５６は、基準電圧Ｖｒｅｆとサンプリング電圧Ｖｓとを比較して、その差分を誤差電圧Ｖｄとして出力する。電圧可変部５７は、誤差電圧Ｖｄにより定まる制御信号Ｐｃを高周波電力変換部５１に出力し、高周波電力変換部５１は制御信号Ｐｃに応じてパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を制御する。図８（ｆ）では、サンプリング電圧Ｖｓが一定しているので、電圧可変部５７に対して一定の誤差電圧Ｖｄが出力されている。
【０００６】
このように、高周波電源装置５０は、サンプルホールド信号のタイミングでパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を検出し、この出力電圧の変動を高周波電力変換部５１にフィードバックして、出力電圧を一定とするように抑制している。なお、プラズマエッチング装置に使用されるものではないが、類似の高周波電圧を生成する電源装置が開示されている先行文献として、特許文献１を挙げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図７及び図８に示す従来の高周波電源装置５０では、サンプルホールド回路５５は、入力したサンプルホールド信号Ｐｓｈのオフタイミングにサンプリング電圧Ｖｓをホールドする。そのために、高周波電力変換部５１から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧が、サンプルホールド信号がオフした後に変動した場合は、この変動がフィードバックされない。
【０００９】
例えば図８（ａ）に示すように、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの周波数がｆ１からｆ２に移行し、期間Ｔｏｎ’のサンプルホールド信号Ｐｓｈがオフした後に、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧がＶｐからＶｐ’のように変動したとする。電力検出器５３はこの電圧変動を検出し、ＨＤ回路５４から出力される検波信号Ｐａは、電圧がＶａからＶａ’に変動する。しかし、サンプルホールド回路５５はこの電圧変動前のサンプリング電圧Ｖｓをホールドしているので、検波信号Ｐａの変動をフィードバック制御できない。そのために、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの電圧は低下したまま持続し、例えば半導体エッチング装置の場合はエッチングレート等が変動してしまう、という課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、安定したパルス高周波電力を供給することができる高周波電源装置を提供することを目的としてなされた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の高周波電源装置は、入力した高周波信号を、前記高周波信号よりも周波数の低いパルス信号により変調してパルス高周波信号を生成するパルス変調部と、前記パルス高周波信号をパルス高周波電力に変換する高周波電力変換部と、前記パルス高周波電力の出力電圧を検出する出力検出部と、前記検出された出力電圧の包絡線検波を行って検波電圧を生成する検波部と、サンプルホールド信号に基づいて前記検波電圧のサンプリングを行い、サンプリング電圧を出力するサンプルホールド部と、前記サンプリング電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を生成する誤差増幅部と、前記パルス信号と前記サンプルホールド信号を生成する制御部と、を備え、前記出力電圧を前記誤差電圧の大きさに応じて制御する高周波電源装置であって、前記制御部は、前記パルス信号のデューティ比に応じて、前記サンプルホールド信号のサンプリング期間を設定し、前記サンプルホールド部は、前記サンプルホールド信号のオン期間中、前記検波部から入力した前記検波電圧を前記サンプリング電圧として出力し、前記サンプルホールド信号のオフ期間中、前記サンプルホールド信号がオン期間からオフ期間へ切り替るタイミングの前記検波電圧をホールドして、サンプリング電圧として出力する、高周波電源装置とした。
【００１２】
また、前記サンプルホールド信号のサンプリング開始のタイミングは、前記パルス信号の変調期間開始のタイミングよりも所定の第一期間遅く、前記サンプリング終了のタイミングは、前記制御パルスの変調期間終了のタイミングよりも所定の第二期間早いことを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、入力した高周波信号を、高周波信号よりも周波数の低いパルス信号により変調してパルス高周波信号を生成するパルス変調部と、パルス高周波信号をパルス高周波電力に変換する高周波電力変換部と、パルス高周波電力の出力電圧を検出する出力検出部と、検出された出力電圧の包絡線検波を行って検波電圧を生成する検波部と、サンプルホールド信号に基づいて検波電圧のサンプリングを行い、サンプリング電圧を出力するサンプルホールド部と、サンプリング電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を生成する誤差増幅部と、パルス信号とサンプルホールド信号を生成する制御部と、を備え、出力電圧を誤差電圧の大きさに応じて制御する高周波電源装置であって、制御部は、パルス信号のデューティ比に応じて、サンプルホールド信号のサンプリング期間を設定し、サンプルホールド部は、サンプルホールド信号のオン期間中、検波部から入力した検波電圧をサンプリング電圧として出力し、サンプルホールド信号のオフ期間中、サンプルホールド信号がオン期間からオフ期間へ切り替るタイミングの検波電圧をホールドして、サンプリング電圧として出力する、高周波電源装置の構成とした。これにより、パルス高周波電力のオン期間内に出力電圧が変動した場合でも、出力電圧の変動に追随してフィードバック制御を行うので、パルス高周波電力を一定の電圧に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る高周波電源装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るサンプルホールド部の回路構成を表す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るパルス信号とサンプルホールド信号の波形を表す。
【図４】本発明の実施形態に係る高周波電源装置の各部における電圧波形を表すタイミングチャート図である。
【図５】本発明の実施形態に係る高周波電源装置の動作を表すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施形態に係る高周波電源装置の各部における電圧波形を表すタイミングチャート図である。
【図７】従来公知の高周波電源装置の機能ブロック図である。
【図８】従来公知の高周波電源装置の各部における電圧波形を表すタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る高周波電源装置１のブロック図である。高周波電源装置１は、発信器９から入力した高周波信号を制御部８から入力したパルス信号Ｐｓにより変調してパルス高周波信号を生成するパルス変調部２と、パルス高周波信号を入力してパルス高周波電力Ｐｏｕｔに変換して出力する高周波電力生成部３と、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を検出する電力検出部４と、検出された出力電圧の包絡線検波を行って検波信号Ｐａを生成する検波部５と、制御部８から入力したサンプルホールド信号Ｐｓｈに基づいて、検波部５から入力した検波信号Ｐａのサンプリングを行ってサンプリング電圧Ｖｓを生成するサンプルホールド部６と、制御部８から入力した基準電圧Ｖｒｅｆをサンプリング電圧Ｖｓと比較し、その差分である誤差電圧Ｖｄを生成して高周波電力生成部３に出力する誤差増幅部７とから構成されている。
【００１６】
制御部８は、処理プログラムを実行するＣＰＵ１５と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ１７と、処理プログラムが展開されるＲＡＭ１６と、図示しないパルス生成部を備えている。制御部８は、予め設定された条件に基づいてパルス信号Ｐｓと、パルス信号に関連付けられたサンプルホールド信号Ｐｓｈを生成する。パルス信号Ｐｓは、高周波電力生成部３から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力期間を定める。サンプルホールド信号Ｐｓｈは、検波部５から入力した検波信号Ｐａを誤差増幅部７に伝達する期間やサンプリングするタイミングを定める。
【００１７】
高周波電力生成部３は、誤差電圧Ｖｄを入力して制御信号Ｐｃを生成する可変電力変換部１０と、パルス高周波信号を制御信号Ｐｃに応じたパルス高周波電力Ｐｏｕｔに変換する高周波電力変換部１１とを備えている。
【００１８】
検波部５は、検出された出力電圧を高周波から低周波に変換する周波数変換部１２と、低周波に変換された検出電圧の包絡線検波を行う検波器１３と、検波された電圧信号を増幅して検波信号Ｐａとして出力する増幅部１４とを備えている。
【００１９】
図２は、本実施形態のサンプルホールド部６の回路構成の一例を表す。図２に示すように、サンプルホールド部６は、オペアンプＯＰ１、アナログスイッチＳＷ、オペアンプＯＰ２が直列に接続している。オペアンプＯＰ１及びＯＰ２は非反転増幅回路を構成している。オペアンプＯＰ１は、増幅部１４から入力した包絡検波された検波信号Ｐａを、出力端と負端子間に接続した抵抗Ｒ１と負端子とＧＮＤ間に接続した抵抗Ｒ２により定まるゲインで増幅して出力する。アナログスイッチＳＷは、オペアンプＯＰ１の出力端とオペアンプＯＰ２の正端子間に接続され、サンプルホールド信号Ｐｓｈにより制御される。アナログスイッチＳＷは、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間に導通し、オフ期間に非道通となる。
【００２０】
アナログスイッチＳＷの出力端とＧＮＤ間にはオペアンプＯＰ１の出力電圧を保持するためのホールドキャパシタＣが接続されている。オペアンプＯＰ２は、アナログスイッチＳＷからの出力電圧を正端子に入力し、出力端子と負端子間に接続した抵抗Ｒ３と負端子とＧＮＤ間に接続した抵抗Ｒ４により定まるゲインで増幅して出力する。オペアンプＯＰ１の出力インピーダンスとホールドキャパシタＣの容量により定まる時定数を十分小さく設定できるので、オペアンプＯＰ２の正端子の電位は検波信号Ｐａの電圧変動に十分追随する。
【００２１】
これにより、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオフからオンに切り替わると（電圧０からＶｓｈへ変化）アナログスイッチＳＷが導通し、オペアンプＯＰ１に入力した検波電圧の変動はオペアンプＯＰ２から所定のゲインで出力される。サンプルホールド信号Ｐｓｈがオンからオフへ切り替わると、ホールドキャパシタＣはその切り替わるタイミングのオペアンプＯＰ１の出力電圧を保持し、オペアンプＯＰ２は、その保持された電圧に応じたサンプリング電圧Ｖｓを出力する。
【００２２】
図３は、制御部８が生成するパルス信号Ｐｓとサンプルホールド信号Ｐｓｈの波形を表す。図３（ａ）がパルス信号Ｐｓ、（ｂ）がサンプルホールド信号Ｐｓｈの波形である。制御部８は、オン期間ｔｏｎのパルス信号Ｐｓを生成するとともに、パルス信号Ｐｓの立ち上がりタイミングから第一期間ｔｄ遅延し、立ち下がりタイミングよりも第二期間ｔｈ早く立ち下がるサンプルホールド信号Ｐｓｈを生成する。即ち、サンプルホールド信号Ｐｓｈは、パルス信号Ｐｓに基づいて生成され、パルス信号Ｐｓの周波数やデューティ比が変更されればサンプリング期間であるオン期間ｔｓも変化する。
【００２３】
より具体的に説明する。パルス信号Ｐｓのオン期間ｔｏｎに発信器９から生成された高周信号が高周波電力変換部１１に与えられ、高周波電力変換部１１はパルス高周波電力Ｐｏｕｔを出力する。サンプルホールド部６は、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオフからオンに切り替わるタイミング、即ちパルス信号Ｐｓがオフからオンに切り替わるタイミングより第一期間ｔｄ遅延してサンプリングを開始する。サンプリングが開始されると、検波信号Ｐａはサンプルホールド部６から誤差増幅部７に増幅されて出力され、誤差増幅部７は入力したサンプリング電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して誤差電圧Ｖｄを生成する。可変電力変換部１０はこの誤差電圧Ｖｄに基づいて制御信号Ｐｃを生成し、高周波電力変換部１１はこの制御信号Ｐｃに応じたパルス高周波電力Ｐｏｕｔを出力する。即ち、高周波電源装置１は、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間ｔｓの間、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を監視しながらフィードバック制御を行い、出力電圧を一定に制御する。
【００２４】
サンプルホールド部６は、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオンからオフに切り替わるタイミング、即ちパルス信号がオンからオフに切り替わるタイミングよりも第二期間ｔｈ早くサンプリングを終了する。サンプリングが終了すると、アナログスイッチＳＷが非導通となり、オペアンプＯＰ２の入力端子の電位はホールドキャパシタＣにより保持される。これにより、可変電力変換部１０はサンプリング終了時の誤差電圧Ｖｄを入力し、高周波電力変換部１１からは一定の出力電圧が出力される。その後、パルス信号Ｐｓがオフに切り替わり、出力電圧は低下する。サンプルホールド信号Ｐｓｈがオフしているオフ期間、ホールドキャパシタＣは電位を維持するので、次のパルス信号がオンするときは、高周波電力変換部１１からは直前のパルス信号Ｐｓがオンからオフに切り替わったときの誤差電圧Ｖｄの条件で、パルス高周波電力Ｐｏｕｔを出力する。
【００２５】
なお、第一期間ｔｄ及び第二期間ｔｈを設けているのは、パルス信号Ｐｓの立ち上がり及び立ち下がり直後は、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの立ち上がり及び立下りが遅延するなどにより不安定となるので、フィードバック制御を停止させるためである。
【００２６】
このように、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオンしているオン期間ｔｓは、出力電圧を監視してフィードバック制御を行うので、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間ｔｓが長くなる場合でも、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を一定に維持することができる。
【００２７】
サンプルホールド部６は、図２に示した回路構成に限定されない。要するに、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間ｔｓに、検波部５により包絡線検波された検波信号Ｐａをスルーして誤差増幅部７に出力し、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオフ期間に、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオンからオフに切り替わるタイミングの検波信号Ｐａの電圧レベルを維持して誤差増幅部７に出力する構成であればよい。
【００２８】
以下、高周波電源装置１の動作を図４に示すタイミングチャート図を用いて、より具体的に説明する。図４（ａ）は、高周波電力変換部１１から外部装置へ出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの電圧波形を、（ｂ）は、制御部８から出力されるパルス信号Ｐｓの電圧波形を、（ｃ）は、検波部５から出力される検波信号Ｐａの電圧波形を、（ｄ）は、制御部８から出力されるサンプルホールド信号Ｐｓｈの電圧波形をそれぞれ表す。図４（ｅ）は、サンプルホールド部６から出力されるサンプリング電圧Ｖｓを、（ｆ）は、誤差増幅部７から出力される誤差電圧Ｖｄをそれぞれ表す。
【００２９】
制御部８は、図４（ｂ）に示すパルス信号Ｐｓを生成し、パルス変調部２に出力する。パルス信号Ｐｓがオン電圧Ｖｏｎとなるオン期間ｔｏｎにより、外部装置に供給するパルス高周波電力Ｐｏｕｔの電力供給期間が設定される。従って、パルス信号Ｐｓの周波数やデューティ比を変更することにより、供給電力を変更することができる。パルス変調部２は、発信器９から高周波信号を制御部８からパルス信号Ｐｓを入力して、パルス信号Ｐｓにより変調した高周波信号を高周波電力変換部１１に出力する。高周波電力変換部１１は、図４（ａ）に示すように、パルス変調部２から入力した高周波信号を、可変電力変換部１０から入力した制御信号Ｐｃに基づいてパルス高周波電力Ｐｏｕｔに変換して出力する。
【００３０】
周波数変換部１２は電力検出部４により検出した高周波パルス電圧を低周波パルス電圧に変換し、検波部５はこの低周波パルス電圧の包絡線検波を行い、増幅部１４はこの包絡線検波後の電圧を増幅する。図４（ｃ）は、増幅部１４から出力される検波信号Ｐａを表す。パルス信号Ｐｓと検波信号Ｐａを比較すると、検波信号Ｐａのオン電圧Ｖａへの立ち上がり、オフ電圧０レベルへの立ち下がりが夫々遅延する。これは、高周波電力変換部１１や外部装置の容量、あるいはインダクタンス成分に起因する。また、パルス信号Ｐｓのオン電圧Ｖｏｎの期間、例えばオン期間ｔｏｎ’の間に出力電圧はＶｐ’のように変動しているが、包絡線検波後の検波信号Ｐａの電圧レベルもＶａ’のように変動する。これは、外部装置のプラズマ放電状態が不安定になる、などの原因により発生し、エッチングレート等の変動要因となる。
【００３１】
図４（ｄ）に示すように、サンプルホールド信号Ｐｓｈは、パルス信号Ｐｓの変調開始の立ち上がりタイミングよりも所定の第一期間ｔｄ遅く立ち上がり、パルス信号Ｐｓの変調終了のタイミングよりも所定の第二期間ｔｈ早く立ち下がる。第一期間ｔｄ及び第二期間ｔｈを設けて、パルス高周波電力Ｐｏｕｔの立ち上がり及び立ち下がりの不安定な期間のフィードバック制御を中止している。また、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間ｔｓは、パルス信号Ｐｓのオン期間ｔｏｎに依存する。
【００３２】
図４（ｅ）に示すように、サンプリング電圧Ｖｓは、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオン期間ｔｓ中、増幅部１４からの検波信号Ｐａが所定の増幅率でスルーして出力され、サンプルホールド信号Ｐｓｈのオフ期間中、サンプルホールド信号Ｐｓｈの立ち下がりタイミングにおける検波信号Ｐａの電圧レベルがホールドされ、所定の増幅率で出力される。高周波電力変換部１１から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧が変動した場合は、サンプルホールド部６から出力されるサンプリング電圧ＶｓもＶｓ’のように変動する。
【００３３】
誤差増幅部７は、サンプルホールド部６から入力したサンプリング電圧Ｖｓと制御部８から入力した基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その差分である誤差電圧Ｖｄを出力する。図４（ｆ）に示すように、誤差電圧Ｖｄは、パルス信号Ｐｓが周波数ｆ１の期間は一定しているが、周波数ｆ２の期間はＶｄ’のように変動している。可変電力変換部１０は、誤差電圧Ｖｄを入力し、その大きさに応じて制御信号Ｐｃを生成し、高周波電力変換部１１から出力するパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧を調整する。即ち、誤差増幅部７の誤差電圧ＶｄをＶｄ’のように増加させて高周波電力変換部１１の出力電圧を増加させる。
【００３４】
このように動作するので、パルス信号の周波数が低いためにオン期間ｔｏｎが長くなり、オン期間ｔｏｎ中にパルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力電圧が変動した場合でも、その電圧変化をフィードバック制御するので、パルス高周波電力Ｐｏｕｔを一定に保つことができる。また、パルス信号Ｐｓのオフ期間はサンプリング電圧Ｖｓが保持されるので、次のパルス信号Ｐｓがオンするときのパルス高周波電力Ｐｏｕｔを適正に設定することができる。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態に係る高周波電源装置１の動作を表すフローチャート図である。電源がオンされると、制御部８のＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１７から処理プログラムをＲＡＭ１６上に読み出して実行する。利用者は操作パネルから、高周波電源装置１の出力条件を設定する（ステップＳ１）。条件の設定として、例えば、連続運転を行うか、又はパルス運転を行うかを設定する。パルス運転を行う場合は、パルス信号の周波数、デューティ比を入力する。また、後に説明するように、高周波パルス出力の出力開始時や出力停止時に、デューティグラデーション又は周波数グラデーションを行う場合には、その条件を設定する。
【００３６】
ＣＰＵ１５は、入力された設定条件からパルス運転を行うことを判定したときは（ステップＳ２のＹ）、パルス信号Ｐｓの周波数、デューティ比からオン電圧Ｖｏｎとなるｔｏｎ期間の開始タイミング及び終了タイミングを設定する。ＣＰＵ１５は、更に、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオン電圧Ｖｓｈとなるオン期間ｔｓを、その開始タイミングがパルス信号Ｐｓの開始タイミングよりも第一期間ｔｄ遅延し、パルス信号Ｐｓの終了タイミングよりも第二期間ｔｈ早く終了するように設定する（ステップＳ３）。
【００３７】
ＣＰＵ１５は、上記設定されたパルス信号Ｐｓ及びサンプルホールド信号Ｐｓｈが許容範囲内であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。ＣＰＵ１５が、許容範囲内であると判定したときは（ステップＳ４のＹ）、パルス運転を開始する（ステップＳ５）。ＣＰＵ１５は、ステップＳ２において入力された設定条件から、パルス運転を行わないで連続運転を行うことを判定したときは（ステップＳ２のＮ）、一定出力運転を行う（ステップＳ６）。また、ＣＰＵ１５は、ステップＳ４において、上記設定されたパルス信号Ｐｓ及びサンプルホールド信号Ｐｓｈが許容範囲以内でないことを判定したときは（ステップＳ４のＮ）、異常通報を行い（ステップＳ７）、パルス運転を中断する。
【００３８】
ＣＰＵ１５は、操作パネルから出力条件を変更する入力がされているかどうかを判定し（ステップＳ８）、出力条件を変更する旨の入力がされていないと判定したときは（ステップＳ８のＮ）、操作パネルから運転を停止する旨の入力がされているかどうかを判定し（ステップＳ９）、運転を停止する旨の入力がされていないこと判定したときは（ステップＳ９のＮ）、ステップＳ８の出力条件変更の判断ステップに戻り、運転を続行する。ステップＳ５以降に、操作パネルから出力条件を変更する旨の入力がされた場合に、ＣＰＵ１５は、出力条件を変更する旨の入力がされたことを判定して（ステップＳ８のＹ）、出力条件設定のステップＳ１に戻る。
【００３９】
図６は、本発明の高周波電源装置１の他の動作を示すタイミングチャート図である。図６（ａ）は、高周波電力変換部１１から外部装置へ出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔの電圧波形を、（ｂ）は、制御部８から出力されるパルス信号Ｐｓの電圧波形を、（ｃ）は、検波部５から出力される検波信号Ｐａの電圧波形を、（ｄ）は、制御部８から出力されるサンプルホールド信号Ｐｓｈの電圧波形をそれぞれ表す。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、制御部８からパルス変調部２に出力されるパルス信号Ｐｓは、連続的なオン状態の後に、周波数を一定にしてデューティ比を漸近的に減少させる（例えばデューティを９０％から１０％に変化させる）デューティグラデーションを行い、次に、オン期間を一定にしてオフ期間を漸近的に減少させる（例えば周波数を１ＫＨｚから９０ＫＨｚに、デューティ比を１０％から９０％に変化させる）周波数グラデーションを行っている。このパルス信号Ｐｓに従って、図６（ａ）に示すように、高周波電力変換部１１からは、出力一定期間に一定のパルス高周波電力Ｐｏｕｔが出力され、デューティグラデーション期間に出力電力が漸次減少し、周波数グラデーション期間に出力電力が漸次増加する。このように、パルス高周波電力Ｐｏｕｔを漸近的に減少又は切断する、或いは漸近的に増加又は開始させることにより、プラズマエッチング装置等の外部装置に異常放電等が発生することを防止することができる。
【００４１】
なお、既に説明したように、検波信号Ｐａは、その立ち上がり及び立ち下がりがパルス信号Ｐｓと比較してなまる。また、サンプルホールド信号Ｐｓｈは、パルス信号Ｐｓの立ち上がりよりも第一期間ｔｄ遅延して立ち上がり、パルス信号Ｐｓの立下りよりも第二期間ｔｈ早く立ち下がる。そして、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオン電圧Ｖｓｈの期間は検波信号Ｐａが所定の増幅率で増幅されてサンプリング電圧Ｖｓとしてスルーし、高周波電力変換部１１から出力されるパルス高周波電力Ｐｏｕｔのフィードバック制御が行われる。また、サンプルホールド信号Ｐｓｈがオン電圧Ｖｓｈからオフ電圧に切り替わることにより、その切り替わりタイミングのサンプリング電圧Ｖｓを保持して、次のパルス信号Ｐｓが立ち上がってパルス高周波電力Ｐｏｕｔが出力されるときの出力条件を定める。
【００４２】
本発明においては、このようなパルス信号Ｐｓのオン期間（パルス高周波電力Ｐｏｕｔの出力期間）の長短にかかわらず出力電圧のフィードバック制御を行うので、外部装置を安定に駆動することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  高周波電源装置
２  パルス変調部
３  高周波電力生成部
４  電力検出部
５  検波部
６  サンプルホールド部
７  誤差増幅部
８  制御部
９  発信器
１０  可変電力変換部
１１  高周波電力変換部
１２  周波数変換部
１３  検波器
１４  増幅部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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