(57)【要約】【課題】  装置を小型化してコストを低減すると共に、安定した整合動作を行って電力効率を向上させることができる高周波電源装置及びそれを用いたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  複数の高周波電源６１，６４と整合器６２，６５とを備え、整合器６２，６５において、並列接続の可変容量コンデンサのみを設けて可変容量コンデンサの素子数を削減し、高周波電源６１，６４の整合演算部が、検出回路で検出された進行波と反射波に基づいて、反射波のレベルが小さくなるよう、整合器６２，６５の可変容量コンデンサの容量値を決定すると共に、高周波電源６１，６４の発振回路における発振周波数を調整して決定する高周波電源装置とそれを用いたプラズマ処理装置としている。【選択図】        図１
2019003345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を供給する高周波電源装置であって、
周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、前記アンテナに接続し、前記高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、
前記高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、前記反射係数に基づいて、前記反射波レベルが小さくなるよう前記整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有する高周波電源装置。
【請求項２】
整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、前記バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、前記設定された発振周波数とする請求項１記載の高周波電源装置。
【請求項３】
整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、前記カットオフ周波数を、前記設定された発振周波数に前記特定の周波数差を加えた周波数とする請求項１記載の高周波電源装置。
【請求項４】
整合演算部は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、発振周波数の演算を繰り返し、当該演算を特定回数行ったら、強制的に前記特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する請求項２記載の高周波電源装置。
【請求項５】
複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、
前記上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、前記バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、前記設定された発振周波数とする請求項１記載の高周波電源装置。
【請求項６】
複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、
前記上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、前記カットオフ周波数を、前記設定された発振周波数に前記特定の周波数差を加えた周波数とする請求項１記載の高周波電源装置。
【請求項７】
上位装置は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、整合演算部での発振周波数の演算を繰り返し行わせ、当該演算が特定回数行われたら、強制的に前記特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する請求項５又は６記載の高周波電源装置。
【請求項８】
整合器に、複数のアンテナが接続されている請求項１乃至７のいずれか記載の高周波電源装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか記載の高周波電源装置を用いたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に用いられる高周波電源装置に係り、特に、装置を小型化すると共に、安定した整合動作を行って電力効率を向上させることができる高周波電源装置及びそれを用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図８］
プラズマ処理装置やレーザ処理装置は、高周波電源からの電力供給を受けてプラズマやレーザを発生し、発生したプラズマやレーザ等を利用して表面処理や加工を行う産業用機器として利用されている。【０００３】
従来のプラズマ処理装置について図８を用いて説明する。図８は、従来のプラズマ処理装置の構成を示す概略構成図である。
図８に示すように、プラズマ処理装置は、プラズマ反応炉９０と、従来の高周波電源装置として、高周波電源９１，９４と、整合器９２，９５と、アンテナ９３，９６と、ヒータ９７とを備えている。
高周波電源９１，９４と、整合器９２，９５は、制御線を介して上位装置９８に接続されている。また、図示は省略するが、ヒータ９７も上位装置９８に接続されている。
尚、図８において、太い実線は、高周波電力の供給線を示しており、細い実線は、制御線を示している。【０００４】
プラズマ反応炉９０は、供給されるガスに高周波電圧を印加して、発生したプラズマによりウェハの処理を行う。
高周波電源９１，９４は、発振回路で発生した高周波を増幅して高周波電力を出力する高周波電源ソースである。従来の高周波電源９１，９４では、発振回路の周波数は予め設定された固定値であり、動作中に変更されることはない。
アンテナ９３，９６は、負荷装置であるプラズマ反応炉９０に高周波電力を供給する。【０００５】
図８に示すプラズマ処理装置は、プラズマ反応炉９０が、高周波電源９１、整合器９２、アンテナ９３を備えた第１の系統と、高周波電源９４、整合器９５、アンテナ９６を備えた第２の系統から高周波電力の供給を受けるようになっている。【０００６】
整合器９２は、高周波電源９１の出力インピーダンスと、負荷側（アンテナ９３及びプラズマ反応炉９０）の入力インピーダンスとを合わせるインピーダンス整合回路である。
同様に、整合器９５は、高周波電源９４の出力インピーダンスと、負荷側（アンテナ９６及びプラズマ反応炉９０）の入力インピーダンスとを合わせるインピーダンス整合回路である。【０００７】
整合回路を備えない場合、負荷装置からの反射波が発生し、出力した電力の一部しか負荷装置に供給することができず、電力効率が低下する。反射波を抑えるためには、高周波電源ソースと負荷装置との間に整合回路が必要となる。【０００８】
整合器９２，９５は、可変容量コンデンサとコイルで構成される整合回路を備え、可変容量コンデンサの容量を調整することでインピーダンス整合を行う。
特に、従来の高周波電源装置の整合器９２，９５では、可変容量コンデンサとして、直列接続の複数の可変容量コンデンサと、並列接続の複数の可変容量コンデンサとを備え、両方を用いてインピーダンス調整を行っていた。
可変容量コンデンサは素子の外形形状が大きいため、可変容量コンデンサの数が多くなると、整合器全体の構成も大きくなってしまい、装置コストが増大する。【０００９】
ここで、プラズマ反応炉９０への電力供給について説明する。ここでは、第１の系統である高周波電源９１からの電力供給について説明するが、第２の系統についても同様である。
高周波電源９１から出力される高周波電力は、高周波同軸ケーブルを介して整合器９２に入力され、整合器９２内の整合回路によってインピーダンス調整されて、アンテナ９３を介してプラズマ反応炉９０に出力される。【００１０】
プラズマ反応炉９０は、上位装置９８からヒータ９７を制御することにより温度管理され、また、ガス流量や圧力が制御されている。
プラズマ反応炉９０内で生成するプラズマの分布は、アンテナの数や形状、配置によって制御することができ、ウェアへのダメージを抑えてプラズマ分布の均一性を確保するために、複数のアンテナを配置することが有効な手段となっている。【００１１】
尚、ここでは、１つの整合器９２，９５に対して１つのアンテナ９３，９６のみが設けられているが、１つの整合器から複数のアンテナに高周波電力を分配して、プラズマ反応炉９０に出力する構成もある。【００１２】
高周波電源９１，９４は、上位装置９８からの制御で動作し、互いに独立して動作可能である。
上位装置９８は、高周波電源９１，９４に対して、出力のオン／オフの指示や、高周波出力電力の設定、周波数設定を行い、整合器９２，９５の可変容量コンデンサの容量値設定等のプリセット（初期値設定）等を行う。【００１３】
［従来の高周波電源装置における自動整合機能］
従来の高周波電源装置では、電力効率の低下を防ぐため、上位装置９８からの制御により、反射波を抑える自動整合機能を備えている。自動整合機能について簡単に説明する。【００１４】
第１の系統において、高周波電源９１は、上位装置９８から出力ＯＮの指示が入力されると、高周波電力の出力を開始すると共に、高周波出力電力の進行波と反射波とを検出する。
高周波電源９１は、検出された進行波と反射波のレベルと位相などから反射係数を算出し、反射波のレベルが小さくなるように、整合器９２の可変容量コンデンサの容量値を制御する。【００１５】
第２の系統においても、高周波電源９４は、検出された進行波と反射波のレベルと位相などから反射係数を算出し、反射波のレベルが小さくなるように、整合器９５の可変容量コンデンサの容量値を制御する。【００１６】
ここで、上位装置９８は、第１の系統と第２の系統を、それぞれ独立に制御するようになっている。その理由は、第1の系統と第２の系統のインピーダンスは、系を構成する構成物に含まれる誤差やバラつきなどにより、必ずしも一致しないためであり、独立に制御することで反射の少ない整合状態をつくりあげることが可能となる。
このようにして、従来の高周波電源装置における自動整合機能が実現されるものである。【００１７】
［関連技術］
尚、高周波電源装置の従来技術としては、特開２０１３−１９７０８０号公報「高周波電源装置」（株式会社日立国際電気、特許文献１）、特許第６０５５５３７号公報「プラズマ処理方法」（東京エレクトロン株式会社他、特許文献２）がある。【００１８】
特許文献１には、進行波電力に反射波電力分の電力を加算することで負荷の実効電力を目標値に制御することが記載されている。
特許文献２には、高周波のパワーをパルスに変調するパワー変調方式において、負荷インピーダンスを安定して測定し、安定した整合動作を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１３−１９７０８０号公報
【特許文献２】特許第６０５５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来の高周波電源装置では、インピーダンス調整を行う整合器における可変容量コンデンサの数が多く、装置全体の構成が大きくなり、装置コストが増大してしまうという問題点があった。【００２１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、可変容量コンデンサの数を削減し、装置を小型化してコストを低減すると共に、安定した整合動作を行って電力効率を向上させ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する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有する高周波電源装置としている。【００２３】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としている。【００２４】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としている。【００２５】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、整合演算部は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、発振周波数の演算を繰り返し、当該演算を特定回数行ったら、強制的に特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する高周波電源装置としている。【００２６】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としている。【００２７】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としている。【００２８】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、上位装置は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、整合演算部での発振周波数の演算を繰り返し行わせ、当該演算が特定回数行われたら、強制的に特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する高周波電源装置としている。【００２９】
また、本発明は、上記高周波電源装置において、整合器に、複数のアンテナが接続されている。【００３０】
また、本発明は、プラズマ処理装置において、上記いずれかの高周波電源装置を用いている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有する高周波電源装置としているので、整合器における可変容量コンデンサの数を低減しても、発振周波数の調整により十分なインピーダンス整合を行うことができ、装置を小型化してコストの低減を図ると共に、安定した整合動作を行って電力効率を向上させることができる効果がある。【００３２】
また、本発明によれば、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする上記高周波電源装置としているので、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、バンドパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。【００３３】
また、本発明によれば、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする上記高周波電源装置としているので、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、ローパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。【００３４】
また、本発明によれば、整合演算部は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、発振周波数の演算を繰り返し、当該演算を特定回数行ったら、強制的に特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する。上記高周波電源装置としているので、確実に干渉波成分を除去できる発振周波数を設定することができる効果がある。【００３５】
また、本発明によれば、複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする上記高周波電源装置としているので、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、バンドパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。【００３６】
また、本発明によれば、複数の高周波電源に接続する上位装置を設け、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする上記高周波電源装置としているので、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、ローパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。【００３７】
また、本発明によれば、上位装置は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、整合演算部での発振周波数の演算を繰り返し行わせ、当該演算が特定回数行われたら、強制的に特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する上記高周波電源装置としているので、確実に干渉波成分を除去できる発振周波数を設定することができる効果がある。【００３８】
また、本発明によれば、整合器に、複数のアンテナが接続された上記高周波電源装置としているので、プラズマ分布の特性を調整できる効果がある。【００３９】
また、本発明によれば、上記いずれかの高周波電源装置を用いたプラズマ処理装置としているので、装置全体の小型化及び低コスト化を図ると共に、安定した整合動作を行って、電力効率を向上させ、良好なプラズマ処理を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】第１の高周波電源装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図３】反射波の検出回路において干渉波が観測された場合の例を示す説明図である。
【図４】第２のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図５】第２の高周波電源装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図６】演算回路１６の概略構成図である。
【図７】高周波電源１０の整合演算部１７における処理を示すフローチャートである。
【図８】従来のプラズマ処理装置の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の第１の実施の形態に係る高周波電源装置（第１の高周波電源装置）は、複数の高周波電源と整合器とを備え、整合器の可変容量コンデンサを並列接続のみとして、可変容量コンデンサの素子数を削減すると共に、高周波電源における発振回路の発振周波数を可変として、整合器だけでなく発振周波数の調整によってもインピーダンス調整を行うようにしており、整合器を大幅に小型化し、コストを低減すると共に、安定した整合動作により電力効率を向上させることができるものである。
【００４２】
本発明の第２の実施の形態に係る高周波電源装置（第２の高周波電源装置）は、複数の高周波電源と整合器とを備え、高周波電源において、発振回路が、設定された発振周波数の高周波を発生し、演算回路が、特定の帯域幅を通過させるバンドパスフィルタもしくはローパスフィルタを通過した進行波と反射波の検出信号から反射波レベルと反射係数とを算出し、整合演算回路が、反射波レベルが小さくなるよう、整合器での容量値と発振周波数の候補値を算出すると共に、当該候補値に基づいて、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保するよう発振周波数を決定するものであり、複数の高周波電源における発振周波数がバンドパスフィルタの通過帯域幅の１／２の周波数差以上離れるように制御することにより、反射波に混在する干渉波成分をバンドパスフィルタで除去して、正確な反射波レベルを算出でき、精度の高い整合を実現して、電力効率を向上させることができるものである。
【００４３】
また、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、本高周波電源装置を備えており、装置全体を小型化できると共に、出力整合が安定化してプラズマ分布等の特性が良好となり、安定したプラズマ処理を行うことができるものである。
【００４４】
［第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成：図１］
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置（第１のプラズマ処理装置）の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
図１に示すように、第１のプラズマ処理装置は、プラズマ反応炉６０と、第１の高周波電源装置とを備えており、第１の高周波電源装置は、高周波電源６１，６４と、整合器６２，６５と、アンテナ６３，６６と、ヒータ６７とを備えている。プラズマ反応炉６０、アンテナ６３，６６、ヒータ６７は従来と同様の構成及び動作となっている。
高周波電源６１，６４と、整合器６２，６５は、制御線を介して上位装置６８に接続されている。また、従来と同様に、ヒータ６７も上位装置６８に接続されている。
【００４５】
そして、第１の高周波電源装置では、整合器６２，６５と、高周波電源６１，６４の構成及び動作が従来とは異なっている。
整合器６２，６５は、可変容量コンデンサの数を削減して、直列接続のものをなくし、並列接続のもののみを備えている。
また、高周波電源６１，６４は、後述するように発振回路における発振周波数を可変としている。
【００４６】
つまり、第１の高周波電源装置は、整合器６２，６５における可変容量コンデンサの数を削減して、装置の小型化及び低コスト化を図ると共に、高周波電源６１，６４において発振周波数を調整して、十分なインピーダンス整合を行うことができるようにしている。
【００４７】
更に、図１に示すように、第１の高周波電源装置では、高周波電源６１と整合器６２、高周波電源６４と整合器６５とが制御線で接続されており、動作制御、異常監視などの機能を有する。
尚、第１の高周波電源装置では、高周波電源６１と整合器６２を備える第１の系統と、高周波電源６４と整合器６５を備える第２の系統がそれぞれ独立して自動整合の処理を行う。
【００４８】
［第１の実施の形態に係る高周波電源装置：図２］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る高周波電源装置（第１の高周波電源装置）について図２を用いて説明する。図２は、第１の高周波電源装置の高周波電源と整合器の構成を示す構成ブロック図である。
ここでは、第１の系統の高周波電源６１と整合器６２について説明するが、第２の系統の高周波電源６４と整合器６５も同じ構成及び動作である。
【００４９】
図２に示すように、高周波電源６１は、発振回路７１と、励振増幅回路７２と、主増幅回路７３と、検出回路７４と、Ａ／Ｄ変換回路７５と、演算回路７６と、整合演算部７７と、周波数設定回路７８とを備えている。
また、整合器６２は、整合回路８１と、容量設定回路８２とを備えている。
【００５０】
高周波電源６１の各部について説明する。
発振回路７１は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）等で構成され、設定された周波数の高周波信号を生成する。
励振増幅回路７２及び主増幅器７３は、発振回路７１からの高周波信号を所定の出力レベルに増幅する。図２の例では、励振増幅器７２及び主増幅器７３はそれぞれ１つずつ設けられているが、複数備えてもよく、途中で分配器や合成器を用いることも可能である。
【００５１】
検出回路７４は、方向性結合器等で構成され、進行波と反射波を検出して、それぞれのモニタ信号を出力する。
Ａ／Ｄ変換回路７５は、アナログ信号であるモニタ信号をデジタル信号に変換する。
演算回路７６は、入力された信号から進行波のレベルと反射波のレベルを算出する演算を行い、進行波と反射波のレベルと位相から反射係数を求める。
【００５２】
整合演算部７７は、反射係数に基づいて、反射レベルが小さくなるよう、整合回路８１の可変容量コンデンサの容量値を決定すると共に、第１の高周波電源装置の特徴として、反射レベルが小さくなるよう、発振回路７１の周波数値を決定する。
周波数設定回路７８は、整合演算部７７から入力された周波数値を発振周波数として発振回路７１に設定する（図ではＤＤＳ設定値等と記載）。
【００５３】
整合器６２の整合回路８１は、可変容量コンデンサと、コイルとを備えており、入力された高周波信号のインピーダンス調整を行ってアンテナ６３に出力する。尚、可変容量コンデンサとしては、並列接続の可変容量コンデンサのみを設け、直列接続の可変容量コンデンサを設けないようにして、従来に比べて素子数を削減している。
容量設定回路８２は、高周波電源６１の整合演算部７７から、決定した容量値が入力されると、整合回路８１の可変容量コンデンサに容量値を設定する。
【００５４】
尚、図２の構成では、検出回路７４から整合演算部７７までのフィードバック系が高周波電源６１のみに設けられて、整合演算部７７において発振周波数と可変容量コンデンサの容量値の両方を算出する構成としているが、同様の回路構成が整合器６２のみに設けられてもよいし、高周波電源６１と整合器６２の両方に設けられ、高周波電源６１では周波数の算出を行い、整合器６２では容量値の算出のみを行う構成としても構わない。
また、ここでは、整合器６２，６５にアンテナが１つずつ設けられた構成を示したが、複数のアンテナを備えるようにしても構わない。
【００５５】
［第１の高周波電源装置の動作：図２］
次に、第１の高周波電源装置の動作について図２を用いて説明する。
高周波電源６１において、発振回路７１で生成された高周波信号は、励振増幅回路７２及び主増幅回路７３で所定のレベルまで増幅されて、検出回路７４を介して整合器６２に出力される。
整合器６２に入力された高周波信号は、整合回路８１でインピーダンス調整が為されて、アンテナ６３を介してプラズマ反応炉６０に出力される。
【００５６】
一方、高周波電源６１の検出回路７４では、進行波と反射波が検出され、そのモニタ信号がＡ／Ｄ変換回路７５に入力されてデジタル信号に変換され、演算回路７６において進行波と反射波のレベル及び反射係数が算出され、整合演算部７７に出力される。
【００５７】
そして、整合演算部７７において、反射レベルが小さくなるよう、発振回路７１の周波数値と、整合回路８１の可変容量コンデンサの容量値とが決定され、それぞれ周波数設定回路７８と、容量設定回路８２に出力される。
尚、周波数値及び容量値は、予め実験的に求められており、入力される反射レベル及び反射係数に対応して、整合演算部７７に記憶されている。
【００５８】
周波数設定回路７８に入力された周波数値は、発振回路７１に設定されて、発振回路７１における発振周波数が調整される。
また、容量設定回路８２に入力された容量値は、整合回路８１の可変容量コンデンサに設定される。
【００５９】
このように、第１の高周波電源装置では、高周波電源６１の発振周波数と、整合器６２の容量値とを両方調整することにより、整合器６２の可変容量コンデンサの数を減らしても、反射波レベルが小さくなるよう十分なインピーダンス調整を行うことができるものである。
【００６０】
第２の系統の高周波電源６４と整合器６５も同様の動作を行う。
そして、上述したように、第１の系統と第２の系統では、それぞれ独立して、反射電力が小さくなるように、整合回路６３，６５の可変容量コンデンサの容量値と、高周波電源６１，６４の出力周波数を調整する。
【００６１】
［第１の実施の形態の効果］
第１の高周波電源装置によれば、整合器６２，６５において、可変容量コンデンサの素子数を削減し、高周波電源６１，６４が、検出回路で検出された進行波と反射波に基づいて、反射波のレベルが小さくなるよう、整合器６２，６５の可変容量コンデンサの容量値を決定すると共に、発振回路における発振周波数を決定するようにしているので、装置を小型化し、低コスト化を図ることができ、可変容量コンデンサの調整分を発振周波数の調整で補って、十分なインピーダンス調整を行い、安定した整合動作により電力効率を向上させることができる効果がある。
【００６２】
また、第１のプラズマ処理装置によれば、整合器６２，６５における可変容量コンデンサの数を削減して、高周波電源１０，２０の発振周波数を可変とする第１の高周波電源装置を備えているので、装置全体の小型化を図ることができ、コストを低減することができると共に、プラズマ分布等の特性を良好にして、安定したプラズマ処理を行うことができる効果がある。
【００６３】
［干渉波・相互変調波：図３］
図１に示したように、高周波電源６１と高周波電源６４が共に高周波電力を出力している場合、プラズマ反応炉６０内には２つの高周波電源をソースとした電力が加えられる。そのため、干渉波や相互変調波が発生する。
【００６４】
つまり、図１の例では、高周波電源６１には、もう一方の高周波電源６４を源としてアンテナ６６から出力された高周波電力が、プラズマ反応炉６０及びアンテナ６３を介して到達するため、高周波電源６１が観測している進行波及び反射波には、干渉波や相互変調波が含まれることになる。
【００６５】
進行波の検出回路に干渉波や相互変調波が観測される場合、その干渉波や相互変調波のレベルが小さく進行波の検出レベルに影響がなければ問題ないが、干渉波や相互変調波のレベルが無視できない場合は、進行波の検出レベルが実際よりも高めに検出される。
【００６６】
そのため、高周波電源６１は、進行波の検出レベルを設定値に収束させようとして高周波電源６１の出力を低下させる制御を行う。
これにより、プラズマ反応炉６０に印加される電力が低下し、プラズマの着火の安定度が低下したり、着火したとしてもプラズマ反応炉６０内のプラズマ密度が低下したり、また、これらの影響によりプラズマ処理のレートが低下する等の影響を及ぼす恐れがある。
【００６７】
ここで、反射波の検出回路において干渉波が観測された例を図３に示す。図３は、反射波の検出回路において干渉波が観測された場合の例を示す説明図である。
図３に示すように、画面中央の反射波に対して、無視できないレベルの干渉波が観測されている。
このように、干渉波や相互変調波のレベルが無視できない場合には、反射波の検出レベルが実際よりも高めに検出される。
【００６８】
そのため、高周波電源６１は、反射波の検出レベルをゼロに収束させようとして、設定周波数および容量値を変更するなどの自動整合の制御を行う。
しかしながら、高周波電源６４に由来する干渉波が反射波として検出され続けるため、自動整合が完了せず、整合動作のリトライを継続しつづける動作となりうる。
これにより、プラズマ反応炉６０内のプラズマ密度が変動したり、また、プラズマ処理のレートが変動し不安定な動作となるといった影響を及ぼす恐れがある。
【００６９】
［干渉対策］
進行波や反射波を検出する際に、別の高周波電源に起因する干渉波や相互変調波が入り込む問題の対策として、検出回路にアイソレータを入れる方法がある。
しかし、アイソレータを入れた場合、進行波の検出には効果があるが、反射波はアイソレータの影響で除去されてしまい、検出が不可能となる。また、コストも高く現実的ではない。
【００７０】
また、検出回路に固定のフィルタ回路を追加する方法も考えられる。これは、発振回路が固定周波数の場合は効果が期待できる方法である。
ただし、干渉波の周波数が検出したい反射波の近傍の周波数となり、固定フィルタで除去が困難な場合も想定され、更に、図２のように発振回路の周波数を変更できるような構成においては、干渉波の周波数も変動するため、干渉波を除去することは困難である。
【００７１】
［第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置］
上述したように、第１の高周波電源装置では、複数の電源ソースを備えている場合、別の電源ソースからの高周波電力に起因する干渉波や相互変調波によって、進行波や反射波のレベルを正確に検出できず、安定した整合動作ができずに、電力効率が低下してしまう恐れがある。
【００７２】
そこで、本発明の第２の実施の形態に係る高周波電源装置（第２の高周波電源装置）及びプラズマ処理装置（第２のプラズマ処理装置）では、干渉波や相互変調波を除去して、更に安定した整合動作を行って、電力効率を一層向上させることができる高周波電力装置及び安定したプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【００７３】
［第２のプラズマ処理装置の構成：図４］
第２のプラズマ処理装置の構成について図４を用いて説明する。図４は、第２のプラズマ処理装置の概略構成図である。尚、上述した第１のプラズマ処理装置と同様の部分については同一の符号を付している。
図４に示すように、第２のプラズマ処理装置は、プラズマ反応炉６０と、第２の高周波電源装置とを備えている。第２の高周波電源装置は、高周波電源１０と整合器６１とアンテナ６３とを備える第１の系統と、高周波電源２０と整合器６５とアンテナ６６とを備える第２の系統とを有している。
【００７４】
第２の高周波電源装置では、高周波電源１０，２０の構成及び動作が第１の高周波電源装置とは異なっており、発振回路における発振周波数を、２台の高周波電源１０，２０が連動して決定するようにしている。
そのため、図４では、２つ高周波電源１０，２０が互いに制御線で接続されている。
【００７５】
［第２の高周波電源装置の構成：図５］
第２の高周波電源装置の構成について図５を用いて説明する。図５は、第２の高周波電源装置の構成を示す構成ブロック図である。
図５に示すように、高周波電源１０と高周波電源２０とは、基本的な構成は同等であるが、便宜的に、高周波電源を親機、高周波電源２０を子機とし、第２の高周波電源装置の特徴部分である、互いの高周波電力の出力周波数を連動して制御する周波数連動処理を、親機である高周波電源１０で行うものとする。
【００７６】
また、整合器６２及び整合器６５の構成及び動作は、第１の高周波電源装置と同様であり、可変容量コンデンサの素子数は従来に比べて少なく、入力された高周波電力のインピーダンス整合を行って、アンテナ６３，６６を介してプラズマ反応炉６０に出力する。
【００７７】
［高周波電源１０の構成：図５］
高周波電源１０の構成について図５を用いて説明する。
図５に示す高周波電源１０において、発振回路１１と、励振増幅回路１２と、主増幅回路１３と、検出回路１４と、Ａ／Ｄ変換回路１５と、周波数設定回路１８は、図２に示した第１の高周波電源装置と同様の部分であり、第２の高周波電源装置の特徴として、周波数管理部１９を備え、また、演算回路１６と整合演算部１７の構成及び動作が第１の高周波電源装置とは異なっている。
第１の高周波電源装置と同様の部分については、構成及び動作が従来と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００７８】
高周波電源１０の特徴部分について説明する。
［演算回路１６：図６］
演算回路１６は、検出回路１４で検出され、Ａ／Ｄ変換回路１５でデジタル信号に変換された進行波と反射波の検出信号（モニタ信号）を入力して、それぞれの信号レベルを検出するものである。
【００７９】
演算回路１６の構成について図６を用いて説明する。図６は、演算回路１６の概略構成図である。
図６に示すように、演算回路１６は、進行波について処理を行うＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator；数値制御型発振器）部５０、デジタルフィルタ５１、レベル演算回路５２と、反射波について処理を行うＮＣＯ部５３、デジタルフィルタ５４、レベル演算回路５５とを備えている。
【００８０】
ＮＣＯ部５０は、sin波とcos波を生成するＮＣＯ及び乗算器を備え、入力された進行波信号にsin波とcos波をそれぞれ乗算して、進行波の同相（Ｉ）成分と直交（Ｑ）成分とを出力する。
高周波の周波数に連動してＮＣＯ周波数を設定するので、希望波（入力された進行波信号）は、ＮＣＯ出力との演算によりベースバンド信号となる。
ＮＣＯ部５０には、後述する周波数管理部１９から、高周波電源１０の出力周波数（発振回路１１の発振周波数）に合わせたＮＣＯ周波数が設定される。
すなわち、第２の高周波電源装置では、発振回路１１に設定する周波数に連動して、ＮＣＯ周波数が変更されるものである。
【００８１】
デジタルフィルタ５１は、高周波電力の出力周波数を中心として、特定の帯域幅を通過させる帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ）であり、動作サンプリング周波数で入力される進行波の同相成分及び直交成分から干渉波や相互変調波（以下、干渉波成分とする）を除去するものである。
【００８２】
具体的には、デジタルフィルタ５１は中心周波数から特定の周波数幅（例えば±１０kHzとする）の帯域を通過させ、それ以外の帯域は減衰させることで、高周波電源２０に起因する干渉波成分を除去する。
つまり、デジタルフィルタ５１の通過帯域は、特定の帯域幅（ここでは１０kHz）の２倍となっている。
【００８３】
ここで、デジタルフィルタ５１は、ＮＣＯ部５０のＮＣＯに設定される周波数が発振回路１１の周波数と等しくなるように設定されることにより、当該周波数が通過帯域の中心周波数となる。
これにより、発振回路１１の周波数が変動した場合でも、デジタルフィルタ５１は、高周波電力の周波数を中心として±１０kHzの帯域のみを通過させ、それ以上離れた干渉波成分を確実に除去することができるものである。
【００８４】
レベル演算回路５２は、干渉波成分が除去された進行波の同相成分及び直交成分を入力して、進行波の電力レベル（進行波レベル、ＰＦ）を算出する。
これにより、干渉波の影響を含まない正確な進行波レベルが算出され、整合演算部１７に出力される。
【００８５】
ＮＣＯ部５３、デジタルフィルタ５４、レベル演算回路５５は、それぞれ、ＮＣＯ部５０、デジタルフィルタ５１、レベル演算回路５２と同様の処理を反射波について行うものである。
具体的には、ＮＣＯ部５３はＮＣＯと乗算器とを備え、入力された反射波にsin波とcos波を乗算して、反射波の同相成分と直交成分を出力する。
【００８６】
デジタルフィルタ５４は、入力された反射波の同相成分と直交成分を帯域制限して、高周波電力の周波数を中心周波数として特定の帯域（ここでは±１０kHz）のみを通過させ、干渉波成分を除去する。
レベル演算回路５５は、干渉波の影響を含まない正確な反射波の電力レベル（反射波レベル、ＰＲ）を算出して、整合演算部１７に出力する。
尚、ここでは図示は省略するが、演算回路１６では、従来と同様に反射係数を算出して、整合演算部１７に出力している。
【００８７】
［整合演算部１７：図５］
図５に戻って、整合演算部１７は、入力された進行波レベル、反射波レベル、反射係数に基づいて、第１の高周波電源装置と同様に、反射波レベルが小さくなるよう、発振回路１１に設定したい発振周波数及び整合器６２の可変容量コンデンサの容量値を算出し、第１の高周波電源装置と同様に、整合器６２に算出した容量値を出力する整合演算処理を行う。
【００８８】
尚、整合演算部１７から整合器６２に容量値を設定するのは、第１の高周波電源装置と同様の動作であるため、図５では省略している。
また、請求項においては、整合演算部１７と周波数設定回路１８とを含む構成を整合演算部と称している。
【００８９】
そして、第２の高周波電源装置の特徴として、高周波電源１０の整合演算部１７は、整合演算処理で算出された発振周波数の値を直ちに周波数設定回路１８に出力するのではなく、算出された発振周波数（候補周波数）の値と、もう一つの電源ソースである高周波電源２０の発振周波数とを比較して、干渉波成分を除去可能であるかどうかをチェックし、適切な周波数値を周波数設定回路１８に出力する周波数連動処理を行う。
【００９０】
具体的には、高周波電源１０では、高周波電源２０からの高周波電力に基づく干渉波成分がデジタルフィルタ５１，５４で確実に除去できるよう、発振回路１１の周波数を高周波電源２０の発振周波数から特定周波数（ここでは１０kHz）以上離して設定する。
【００９１】
周波数連動処理については後述するが、これにより、高周波電源１０と高周波電源２０では、互いに演算回路１６，２６のデジタルフィルタにおいて、他方の電源ソースに起因する干渉波成分は中心周波数から１０kHz以上離れるために十分に減衰され、確実に除去することができるものである。
【００９２】
［周波数管理部１９：図５］
周波数管理部１９は、第２の高周波電源装置の特徴部分であり、整合演算部１７から入力された発振回路１１に設定する発振周波数（第１の発振周波数）の値を保持すると共に、それに合わせて演算回路１６にＮＣＯの周波数を設定する。
【００９３】
また、周波数管理部１９は、高周波電源２０の周波数管理部２９から出力される発振周波数（第２の発振周波数）の値を受信して、内部に保持しておき、整合演算部１７からの要求に応じて、第２の発振周波数の値を整合演算部１７に出力するようになっている。
【００９４】
［高周波電源２０：図５］
高周波電源２０は、高周波電源１０と同様の構成であるが、ここでは子機として動作するため、周波数連動処理を行わず、算出した候補周波数をそのまま発振周波数として設定するものである。
高周波電源２０において、発振回路２１、励振増幅回路２２、主増幅回路２３、検出回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２５は、第１の高周波電源装置と従来と同様であり、演算回路２６、周波数設定回路２８は、上述した高周波電源１０と同一の構成及び動作となっている。
また、高周波電源１０と同様に、整合演算部２７と整合器６５とは制御線により接続されているが、図５では省略している。
【００９５】
子機として動作する高周波電源２０の整合演算部２７は、演算回路２６から入力された進行波レベルと反射波レベルと反射係数とを用いて、反射波レベルが小さくなるよう、発振回路２１の周波数（第２の発振周波数）を決定すると共に、整合器３２の可変容量コンデンサの容量値を決定する整合演算処理を行う。
そして、決定した周波数を、周波数設定回路２８と周波数管理部２９に出力し、容量値を整合器３２に出力する。
【００９６】
周波数管理部２９は、第２の発振周波数の値を内部に保持すると共に、高周波電源１０の周波数管理部１９に出力するものである。
また、周波数管理部２９は、第２の発振周波数の値に合わせて、演算回路２６に、ＮＣＯの周波数を設定する。
【００９７】
［第２の高周波電源装置の動作：図５，図６］
第２の高周波電源装置の動作について図５，図６を用いて説明する。基本的には第１の系統を中心として説明し、第２の系統については、第１の系統と異なる部分のみ説明する。
図５に示すように、高周波電源１０において、発振回路１１は設定された第１の発振周波数を発振して高周波電力が出力され、高周波電力は、励振増幅回路１２及び主増幅回路１３で所定のレベルまで増幅され、検出回路１４を介して整合器６２に出力される。
整合器６２において、高周波電力はインピーダンス整合が為され、アンテナ６３を介してプラズマ反応炉６０に出力される。
【００９８】
検出回路１４では、進行波と反射波が検出されてモニタ信号としてＡ／Ｄ変換回路１５に入力され、デジタル信号に変換される。
そして、演算回路１６では、進行波と反射波のそれぞれが直交検波されて同相成分と直交成分が取り出され、それぞれデジタルフィルタ５１，５４で帯域制限されて干渉波成分が除去され、レベル演算回路５２，５５で進行波レベルと反射波レベルと反射係数が算出される。
【００９９】
そして、整合演算部１７では、入力された反射波レベル等を用いて、反射波レベルが小さくなるよう、発振回路１１に設定したい候補周波数値が算出されると共に、整合器６２の可変容量コンデンサに設定する容量値が算出され、容量値を整合器６２に出力される。
【０１００】
また、整合演算部１７では、周波数連動処理として、周波数管理部１９から第２の高周波電源２０の発振周波数（第２の発振周波数）を取得し、算出した候補周波数と第２の発振周波数とを比較して、候補周波数と第２の発振周波数とが特定の周波数差以上となるよう周波数連動処理が行われ、特定の周波数差以上となった場合に当該候補周波数を発振回路１１の発振周波数（第１の発振周波数）として決定する。
第１の発振周波数は、周波数設定回路２８を介して発振回路１１に設定される。
【０１０１】
また、高周波電源２０では、整合演算部２７で容量値と第２の発振周波数が算出され、容量値は整合器６５に設定され、第２の発振周波数は周波数設定回路２８を介して発振回路２１に設定される。
また、第２の発振周波数は、周波数管理部２９に出力され、周波数管理部２９に保持されると共に、第１の高周波電源１０の周波数管理部１９に出力され、整合演算部１７での周波数連動処理に用いられる。
このようにして本高周波電源装置の動作が行われるものである。
【０１０２】
［整合演算部１７の処理：図７］
次に、整合演算部１７における処理について図７を用いて説明する。図７は、高周波電源１０の整合演算部１７における処理を示すフローチャートである。
図７に示すように、整合演算部１７は、反射波レベル及び反射係数が入力される（Ｓ１）と、それらに基づいて整合演算を行って、反射波レベルが小さくなるよう、発振回路１１に設定する候補周波数（Freq_1）を算出する（Ｓ２）。
尚、処理Ｓ２では、整合器６２の可変容量コンデンサの容量値も算出して、整合器６２に出力するが、ここでは図示は省略している。
処理Ｓ２は、第１の高周波電源装置と同様の整合演算処理である。
【０１０３】
また、周波数管理部１９では、周波数管理機能により、高周波電源２０の周波数管理部２９から高周波電源２０の発振周波数（第２の発振周波数、Freq_2）を取得して、保持している（Ｓ１１）。
そして、整合演算部１７は、周波数管理部１９から第２の発振周波数（Freq_2）を取得し、処理Ｓ２で算出した候補周波数Freq_1と、取得した第２の発振周波数Freq_2との差（｜Freq_1-Freq_2｜）を求める（Ｓ３）。
【０１０４】
そして、整合演算部１７は、処理Ｓ３で算出した差｜Freq_1-Freq_2｜が１０kHz以上であるかどうかを判断する（Ｓ４）。
ここでは、演算回路１６、２６のデジタルフィルタを中心周波数（発振周波数）±１０kHzの範囲を通過させる特性としているため、候補周波数と第２の発振周波数との差が１０kHz以上となっているかどうかを確認する。
【０１０５】
処理Ｓ４において、周波数の差が１０kHz以上であれば（Yesの場合）、整合演算部１７は処理Ｓ４で算出した候補周波数を第１の発振周波数として決定して、周波数設定回路１８に出力して発振回路１１に設定すると共に、当該第１の発振周波数を周波数管理部１９に出力する（Ｓ５）。
そして、処理Ｓ１に戻って処理を繰り返す。
【０１０６】
また、処理Ｓ４において、周波数の差が１０kHz未満であった場合（Noの場合）、整合演算部１７は、周波数差を計算した回数（繰り返し回数）をカウント（インクリメント）し（Ｓ６）、回数が予め設定された閾値以上となったかどうかを判断する（Ｓ７）。
【０１０７】
そして、処理Ｓ７で、繰り返し回数が閾値に達していない場合（Noの場合）には、整合演算部１７は、処理Ｓ２に戻って、演算回路１６から反射波レベル及び反射係数を入力して再び整合演算を行って候補周波数を算出する。
【０１０８】
周波数差が１０kHz未満の場合、このまま候補周波数Freq_1を発振回路１１に設定すると、干渉波成分がデジタルフィルタの通過帯域内に発生してしまうため、干渉波を除去できず、現在の候補周波数Freq_1は適切な値ではない。そのため、整合演算部１７は新たに反射波レベル等を取得して、演算をやり直すようにしている。
【０１０９】
また、処理Ｓ７で、回数が閾値に達した場合（Yesの場合）には、整合演算部１７は、候補周波数Freq_1として、第２の発振周波数に１０kHzを加算した周波数（Freq_1＝Freq_2＋10kHz）又は第２の発振周波数から１０kHzを減算した周波数（Freq_1＝Freq_2−10kHz）を第１の周波数として決定し（Ｓ８）、処理Ｓ５に移行して周波数設定回路１８を介して発振回路１１に設定する（Ｓ５）。
【０１１０】
つまり、所定の回数だけ整合演算を繰り返しても、候補周波数が第２の発振周波数と１０kHz以上離れない場合には、整合演算部１７は、第１の発振周波数を強制的に第２の発振周波数から１０kHz以上離れた周波数に決定して、処理を収束させるものである。
【０１１１】
処理Ｓ８において、第１の発振周波数として、第２の発振周波数Freq_2に対して高周波側の周波数を選択するか、低周波側を選択するかは、予め決めておいてもよいし、第２の発振周波数の値に応じて適宜決定してもよい。
処理Ｓ３〜Ｓ８が周波数連動処理となっている。このようにして、整合演算部１７の処理が行われるものである。
【０１１２】
これにより、本電源装置では、複数の高周波電源のそれぞれが、別の電源ソースからの高周波の影響による干渉波成分を、演算回路のデジタルフィルタで確実に減衰することができ、干渉波成分を含まない進行波及び反射波を検出して、進行波レベル及び反射波レベルを精度よく算出でき、更に安定した整合動作を行って電力効率を向上させることができるものとなる。
【０１１３】
尚、ここでは、周波数連動処理を親機である高周波電源１０において行うようにして、子機の高周波電源２０では自己が設定した発振周波数を親機に通知するのみとしたが、逆にしてもよい。
すなわち、親機が子機に自己が設定した発振周波数を通知し、子機がその情報に基づいて周波数連動処理を行って発振周波数の差が１０kHz以上となるように自己の発振周波数を設定するように構成してもよい。
【０１１４】
更にまた、上位装置３３において、２つの高周波電源１０及び２０の周波数管理部１９，２９から候補となる周波数を取得して、両者の差が１０kHz以上となるように制御を行うようにしてもよい。
この場合、一方の高周波電源の発振周波数のみを調整してもよいし、両方の高周波電源の発振周波数を調整してもよい。
【０１１５】
この場合、周波数管理部１９，２９は、上位装置６８に候補となる周波数を送出し、上位装置６８から指定された発振周波数を整合演算回路１７，２７及び周波数設定部１８，２８を介して発振回路１１，２１に設定する。
【０１１６】
親機で制御する動作とするか、子機で制御する動作とするか、又は、上位装置３３で制御する動作とするかは、予め動作モードとして設定され、各装置は、設定された動作モードに応じた処理を行うようになっている。
【０１１７】
［デジタルフィルタの別の構成］
上述した例では、演算回路１６のデジタルフィルタ５１，５４をバンドパスフィルタとして説明したが、ベースバンド信号に対して特定の周波数以下の帯域を通過させるローパスフィルタとして構成してもよい。
この場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高周波電源１０の出力周波数から、特定の帯域幅（例えば１０kHz）だけ高い周波数に設定しておく。これにより、高周波電源１０の出力周波数＋１０kHzより低い周波数は通過し、高周波電力の出力周波数＋１０kHz以上の干渉波成分は除去されることになる。
【０１１８】
ローパスフィルタを用いた場合の整合演算部１７の動作について簡単に説明する。
整合演算部１７においては、バンドパスフィルタを用いた場合と同様に、反射波レベルが小さくなるよう、発振周波数の候補となる候補周波数を算出する。そして、当該候補周波数に基づいて、自己の発振周波数が、他方の高周波電源２０の発振周波数より特定周波数（例えば１０kHz）以上低くなるように、発振周波数を決定する。
【０１１９】
バンドパスフィルタの場合には、自己の発振周波数は、他方の高周波電源２０の発振周波数と比較して、特定の周波数以上離れていれば高くても低くてもよかったが、ローパスフィルタの場合には、他方の高周波電源２０の発振周波数より低い側に決定する。
つまり、ローパスフィルタのカットオフ周波数は自己の発振周波数＋１０kHzとなる。
【０１２０】
これにより、高周波電源２０に起因する干渉波成分は、ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高くなるため、デジタルフィルタ５１，５４で減衰され、進行波レベル、反射波レベルを正確に算出することができるものである。
【０１２１】
バンドパスフィルタの場合と同様に、整合演算部１７が発振周波数に応じたＮＣＯ周波数を設定することにより、発振周波数が変動しても、カットオフ周波数を常に発振周波数＋特定周波数とすることができ、確実に干渉波成分を除去できる。
【０１２２】
また、バンドパスフィルタの場合と同様に、整合演算を所定の回数行っても他の高周波電源装置の発振周波数から特定周波数以上離れた周波数を候補周波数として求められなかった場合には、強制的に特定周波数以上（ここでは１０kHz以上）離れた周波数（低周波数側）を発振回路に設定する。
【０１２３】
［第２の実施の形態の効果］
第２の高周波電源装置によれば、複数の高周波電源１０，２０と整合器６２，６５を備え、一方の高周波電源１０が、演算回路１６に、進行波及び反射波の周波数を中心周波数とし、中心周波数から特定周波数幅の通過帯域を備えたデジタルフィルタ５１を備え、周波数管理部１９が、他方の高周波電源２０の発振周波数を記憶しておき、整合演算部１７が、反射波レベルが小さくなるよう、発振周波数の候補となる候補周波数を算出し、当該候補周波数に基づいて、他方の高周波電源２０の発振周波数と自己の発振周波数との周波数差が特定周波数以上となるように、発振周波数を決定する高周波電源装置としているので、複数の高周波電源１０，２０における周波数が常に特定の周波数差以上は離れるよう制御することができ、互いに反射波の検出信号に含まれる干渉波成分をデジタルフィルタ５１，５４で確実に除去して正確な反射波レベルを算出でき、精度の高い整合を実現して、電力効率を向上させることができる効果がある。
【０１２４】
また、第２の高周波電源装置によれば、整合演算部１７が、発振周波数に応じたＮＣＯの周波数の情報を演算回路１６に設定することで、デジタルフィルタ５１の中心周波数を発振周波数に一致させることができ、発振周波数が変動しても、デジタルフィルタ５１において確実に干渉波成分を除去することができる効果がある。
【０１２５】
また、第２の高周波電源装置によれば、複数の高周波電源における周波数を連動して制御する周波数連動処理を、親機、子機、上位装置のいずれで行うか任意に選択することができ、システム設計上の自由度を大きくすることができる効果がある。
【０１２６】
また、実施の形態に係るプラズマ処理装置によれば、上述した本高周波電源装置から電力の供給を受けるようにしているので、高周波電力のインピーダンス整合を精度よく行うことができ、安定してプラズマを発生させ、分布の特性を良好にして、良好なプラズマ処理を行うことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、干渉波や相互変調波を除去して安定した整合動作を行って、電力効率を向上させることができる高周波電力装置及び安定したプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置に適している。
【符号の説明】
【０１２８】
１０，２０，６１，６４，９１，９４…高周波電源、  １１，２１，７１…発振回路、  １２，２２，７２…励振増幅回路、  １３，２３，７３…主増幅回路、  １４，２４，７４…検出回路、  １５，２５，７５…Ａ／Ｄ変換回路、  １６，２６，７６…演算回路、  １７，２７，７７…整合演算部、  １８，２８，７８…周波数設定回路…、  １９，２９…周波数管理部、  ６２，６５，９２，９５…整合器、  ６８，９８…上位装置、  ６３，６６，９３，９６…アンテナ、  ５０，５３…ＮＣＯ部、  ５１，５４…デジタルフィルタ、  ５２，５５…レベル演算回路、  ８１…整合回路、  ８２…容量設定回路、  ６０，９０…プラズマ反応炉
【図１】
2019003345.tif 000003
【図２】
2019003345.tif 000004
【図３】
2019003345.tif 000005
【図４】
2019003345.tif 000006
【図５】
2019003345.tif 000007
【図６】
2019003345.tif 000008
【図７】
2019003345.tif 000009
【図８】
2019003345.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月23日(2019.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を供給する高周波電源装置であって、
周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、前記アンテナに接続し、前記高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、
前記高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、前記反射係数に基づいて、前記反射波レベルが小さくなるよう前記整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、
前記整合演算部は、前記発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して前記発振回路に設定し、
前記演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、前記バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、前記設定された発振周波数とする高周波電源装置。
【請求項２】
高周波を供給する高周波電源装置であって、
周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、前記アンテナに接続し、前記高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、
前記高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、前記反射係数に基づいて、前記反射波レベルが小さくなるよう前記整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、
前記整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
前記演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、前記カットオフ周波数を、前記設定された発振周波数に前記特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置。
【請求項３】
整合演算部は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、発振周波数の演算を繰り返し、当該演算を特定回数行ったら、強制的に前記特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する請求項１又は２記載の高周波電源装置。
【請求項４】
高周波を供給する高周波電源装置であって、
周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、前記アンテナに接続し、前記高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、
前記高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、前記反射係数に基づいて、前記反射波レベルが小さくなるよう前記整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、
複数の前記高周波電源に接続する上位装置とを有し、
前記上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
前記演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、前記バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、前記設定された発振周波数とする高周波電源装置。
【請求項５】
高周波を供給する高周波電源装置であって、
周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、前記アンテナに接続し、前記高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、
前記高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、前記反射係数に基づいて、前記反射波レベルが小さくなるよう前記整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、
複数の前記高周波電源に接続する上位装置とを有し、
前記上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、前記発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、
前記演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、前記カットオフ周波数を、前記設定された発振周波数に前記特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置。
【請求項６】
上位装置は、他の高周波電源での発振周波数と特定の周波数差を確保できない場合には、整合演算部での発振周波数の演算を繰り返し行わせ、当該演算が特定回数行われたら、強制的に前記特定の周波数差を確保する発振周波数に決定して発振回路に設定する請求項４又は５記載の高周波電源装置。
【請求項７】
整合器に、複数のアンテナが接続されている請求項１乃至６のいずれか記載の高周波電源装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の高周波電源装置を用いたプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、本発明は、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、本発明は、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、複数の高周波電源に接続する上位装置とを有し、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、本発明は、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、複数の高周波電源に接続する上位装置とを有し、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明によれば、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が前記特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としているので、整合器における可変容量コンデンサの数を低減しても、発振周波数の調整により十分なインピーダンス整合を行うことができ、装置を小型化してコストの低減を図ると共に、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、バンドパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、本発明によれば、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部とを有し、整合演算部は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としているので、整合器における可変容量コンデンサの数を低減しても、発振周波数の調整により十分なインピーダンス整合を行うことができ、装置を小型化してコストの低減を図ると共に、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、ローパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、本発明によれば、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、複数の高周波電源に接続する上位装置とを有し、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、バンド幅が特定の周波数差の２倍であるバンドパスフィルタを備え、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数を、設定された発振周波数とする高周波電源装置としているので、整合器における可変容量コンデンサの数を低減しても、発振周波数の調整により十分なインピーダンス整合を行うことができ、装置を小型化してコストの低減を図ると共に、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、バンドパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
また、本発明によれば、高周波を供給する高周波電源装置であって、周波数の異なる高周波を発生する複数の高周波電源と、プラズマ反応炉内に設置される複数のアンテナと、アンテナに接続し、高周波電源の出力を整合する複数の整合器とを備え、高周波電源は、設定された発振周波数の高周波を発振する発振回路と、検出した進行波と反射波から反射波レベルと反射係数を算出する演算回路と、反射係数に基づいて、反射波レベルが小さくなるよう整合器での制御値と前記発振周波数の候補値とを算出する演算を行う整合演算部と、複数の高周波電源に接続する上位装置とを有し、上位装置は、発振周波数の候補値に基づいて、発振周波数を、他の高周波電源での発振周波数とは特定の周波数差を確保する値に決定して発振回路に設定し、演算回路は、カットオフ周波数より低い帯域を通過させるローパスフィルタを備え、カットオフ周波数を、設定された発振周波数に特定の周波数差を加えた周波数とする高周波電源装置としているので、整合器における可変容量コンデンサの数を低減しても、発振周波数の調整により十分なインピーダンス整合を行うことができ、装置を小型化してコストの低減を図ると共に、他の高周波電源からの高周波電力に起因する干渉波成分を、ローパスフィルタの通過帯域外として除去することができ、正確な進行波レベル及び反射波レベルを求めて精度の高い整合演算を行って、整合動作を安定させ、電力効率を一層向上させることができる効果がある。
【国際調査報告】
2019003345.tif 000011
2019003345.tif 000012
2019003345.tif 000013
2019003345.tif 000014