(57)【要約】 【課題】  周波数可変方式の高周波電源装置を用いて放電を伴う負荷に高周波電力を供給する場合、負荷における放電中にインピーダンス整合を行うには、機械的寿命があり、高価で大型である自動整合器を用いる必要があった。また、整合時間の短縮が困難であった。【解決手段】  高周波電源装置１と負荷５との間に固定整合器３を設け、負荷５において放電が発生すると、周波数制御回路１１は、発振回路１２が予め定められた第１の発振周波数ｆ１から第２の発振周波数ｆ２（このｆ２を基準周波数ｆ０とする）で発振するように制御し、次に、基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変更させながら反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数を特定する処理を繰り返すことによって、反射係数絶対値Γが小さくなるように発振回路１２の発振周波数を制御する。【選択図】  図１
2006310245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電を伴う負荷に高周波電力を供給し、負荷における放電開始の前後で内部の発振手段の発振周波数を可変させる高周波電源装置において、
指令に応じて発振周波数を可変できる発振手段と、
前記発振手段から出力される発振信号を増幅させて電力発生源となり、前記負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記高周波電力供給手段から負荷側に向かう高周波および負荷側から高周波電力供給手段に向かう高周波の情報から反射係数絶対値を演算して、演算した反射係数絶対値を出力する反射係数演算手段と、
負荷における放電開始の前後で前記発振手段の発振周波数を変更するための信号を出力する放電信号出力手段と、
前記発振手段に発振周波数を指令する周波数制御手段とを備え、
前記周波数制御手段は、前記放電信号出力手段の出力信号が放電開始したことを示す状態または放電開始したと見なされる状態になっていない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、前記放電信号出力手段の出力信号が放電開始したことを示す状態または放電開始したと見なされる状態になった直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように発振手段の発振周波数を制御することを特徴とする高周波電源装置。
【請求項２】
前記周波数制御手段は、前記第２発振周波数を基準周波数とし、前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振手段の発振周波数を変化させたときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定め、次に、前記反射係数絶対値が反射係数上限値以下の場合は前記基準周波数で発振手段が発振するように指令し、前記反射係数絶対値が反射係数上限値を超えた場合は前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振手段の発振周波数を変化させたときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めるとともに、特定した発振周波数を新たな基準周波数とすることによって、前記反射係数絶対値が小さくなるように発振手段の発振周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を記憶した記憶手段をさらに備え、前記周波数制御手段が前記記憶手段に記憶された関係に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴とする請求項２に記載の高周波電源装置。
【請求項４】
前記周波数制御手段が、前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を定めた関数に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴とする請求項２に記載の高周波電源装置。
【請求項５】
前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数とを入力し、前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数との偏差を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は異常であると判定する周波数異常判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の高周波電源装置。
【請求項６】
前記発振手段が前記第１発振周波数で発振するように指令されたときからの時間または前記第１発振周波数から前記第２発振周波数で発振するように指令変更されたときからの時間を計測する周波数指令後時間計測手段と、
前記周波数指令後時間計測手段によって計測された計測時間が予め定められた設定時間に達するまでに、前記反射係数絶対値が予め定められた反射係数設定値以下にならない場合は異常であると判定する初期異常判定手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高周波電源装置。
【請求項７】
前記放電信号出力手段は、前記負荷における放電の有無を検出する放電検出手段であり、
前記周波数制御手段は、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、前記放電検出手段から出力される負荷における放電の有無を示す検出信号と前記反射係数演算手段から出力される反射係数絶対値とを入力し、前記放電検出手段の出力信号によって放電開始されたか否かを判別し、負荷で放電開始されたと判別されていない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、負荷で放電開始されたと判別された直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように前記発振手段の発振周波数を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波電源装置。
【請求項８】
前記放電信号出力手段は、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給開始したときからの時間を計測する供給開始後時間計測手段であり、
前記周波数制御手段は、前記供給開始後時間計測手段から出力される計測時間と前記反射係数演算手段から出力される反射係数絶対値とを入力し、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、前記供給開始後時間計測手段によって計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達していない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、前記供給開始後時間計測手段によって計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達した直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように前記発振手段の発振周波数を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波電源装置。
【請求項９】
放電を伴う負荷に高周波電力を供給し、負荷における放電開始の前後で高周波電力の周波数を定める発振周波数を可変させる高周波電源の制御方法において、
高周波電源から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、負荷で放電開始するまでの間または高周波電源から負荷に高周波電力が供給開始されたときを基準とした時間が予め定められた放電予想時間に達していない間は、発振周波数を予め定められた第１発振周波数にして高周波電力を出力し、
次に、負荷で放電開始した直後または高周波電源から負荷に高周波電力が供給開始されたときを基準とした時間が予め定められた放電予想時間に達した直後に発振周波数を予め定められた第２発振周波数に変更して高周波電力を出力し、
次に、反射係数絶対値が小さくなるように発振周波数を制御することを特徴とする高周波電源の制御方法。
【請求項１０】
前記反射係数絶対値が小さくなるように発振周波数を制御するときに、
前記第２発振周波数を基準周波数とし、前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変化させながら高周波電力を出力したときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定め、
次に、前記反射係数絶対値が反射係数上限値以下の場合は前記基準周波数のままで高周波電力を出力し、前記反射係数絶対値が反射係数上限値を超えた場合は前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変化させながら高周波電力を出力したときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めるとともに、特定した発振周波数を新たな基準周波数とすることを特徴とする請求項９に記載の高周波電源の制御方法。
【請求項１１】
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係が予め記憶されており、この記憶された関係に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴とする請求項１０に記載の高周波電源の制御方法。
【請求項１２】
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係が予め関数によって定められており、この関数に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴とする請求項１０に記載の高周波電源の制御方法。
【請求項１３】
前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数とを入力し、前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数との偏差を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は異常であると判定することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の高周波電源の制御方法。
【請求項１４】
前記第１発振周波数で発振するように指令されたときからの時間または前記第１発振周波数から前記第２発振周波数で発振するように指令変更したときからの時間が予め定められた設定時間に達するまでに、前記反射係数絶対値が予め定められた反射係数設定値以下にならない場合は異常であると判定することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の高周波電源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤ等の放電を伴う用途に用いられるプラズマ処理装置等の負荷に電力を供給する高周波電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電を伴う負荷に電力を供給する高周波電源装置として、負荷における放電開始前と放電開始後とで内部の発振回路５２の発振周波数を変化させる高周波電源装置がある。
図１９は、従来の高周波電源装置５０の構成及び高周波電源装置５０と自動整合器６と負荷５との接続関係を示す図である。
【０００３】
高周波電源装置５０は、電力増幅器５３を用いて高周波電力を出力するものであり、電力測定器５４によって検出された高周波電力出力値が、電力設定器５６で設定された目標値になるように出力制御される。また、高周波電源装置の出力周波数は、周波数制御回路５１によって発振周波数が制御される発振回路５２の発振周波数によって定まる。この高周波電源装置５０から出力された高周波電力は、同軸ケーブルからなる伝送線路２及び自動整合器６及び遮蔽された銅板からなる負荷接続部４を介して負荷５に供給される。なお、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路５８は、発振回路５２の出力ＯＮ／ＯＦＦを制御するものであり、発振回路５２は、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路５８からＯＮ信号が出力されているときに高周波信号を出力する。このＯＮ／ＯＦＦ制御回路５８は、高周波電源装置５０に設けられた図略の電力出力スイッチを操作することによって制御されるか、又は外部装置からの制御信号によって制御される。
【０００４】
自動整合器６は、自動整合器６の入力端から伝送線路２を経由し高周波電源装置５０側を見た電源側インピーダンスＺｏ（通常は５０Ω）と、自動整合器６の入力端から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ（自動整合器６及び負荷接続部４及び負荷５のインピーダンス）とをインピーダンス整合させることによって、効率よく負荷に高周波電力を供給させる目的で用いられる装置である。この自動整合器６は、内部に図示しない可変インピーダンス素子（例えば、可変コンデンサ、可変インダクタ等）を備えていて、電源側インピーダンスＺｏと負荷側インピーダンスＺＬとがインピーダンス整合するように上記の可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化させる機能を有する。
【０００５】
負荷５は、加工部を備え、その加工部の内部に搬入したウエハ、液晶基板等の被加工物を加工（エッチング、ＣＶＤ等）するための装置である。この負荷５は、被加工物を加工するために、加工部にプラズマ放電用ガスを導入し、そのプラズマ放電用ガスに高周波電源装置５０から供給された高周波電力（電圧）を印加することによって、上記のプラズマ放電用ガスを放電させて非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマを利用して被加工物を加工している。なお、このような放電を伴う負荷を放電負荷という。
【０００６】
放電検出器５７は、負荷における放電の有無を検出するものであり、検出信号を周波数制御回路５１および自動整合器６に出力している。周波数制御回路５１および自動整合器６は、この検出信号によって、負荷において放電したか否かを判別できるので、放電の状態によって制御を変更することができる。次に、この制御について説明する。
【０００７】
上述した放電負荷では、負荷における放電開始前と放電開始後とで、高周波電源装置５０から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬが急激に変化することが知られている。ところが、上述した自動整合器６の可変インピーダンス素子は、構造上、瞬間的に大きなインピーダンス変化をさせることができない。自動整合器６の可変インピーダンス素子で大きなインピーダンス変化をさせるためには、場合によっては、１秒から数秒程度の時間が必要である。
【０００８】
そのために、この間に自動整合器６を用いてインピーダンス整合させると、急激なインピーダンス変化に追従できないために、放電開始直後に整合状態にさせることができない場合がある。その結果、反射が多くなり、放電を維持するために必要な電力を負荷に供給できずに、放電によって発生したプラズマが消滅するなどの問題が生じることがある。
【０００９】
これに対して、高周波電源装置５０の出力周波数は瞬時に可変可能であるために、出力周波数を変化させて負荷側インピーダンスＺＬを変化させることで瞬時にインピーダンス整合をさせることが可能である。そのために、従来の高周波電源装置５０では、放電開始の前後でインピーダンスが急激に変化するときには、自動整合器６を使用しないで、高周波電源装置５０の出力周波数を変化させることによって負荷側インピーダンスＺＬを変化させる制御が用いられていた。すなわち、次のステップ１〜ステップ３のような制御をしている。なお、高周波電源装置５０の出力周波数を変化させるためには、発振回路５２の発振周波数を変化させればよい。次のステップ１〜ステップ３の説明では、具体的な制御方法を説明するために、高周波電源装置５０の出力周波数の変化に関しては、発振回路５２の発振周波数を用いて説明する。
【００１０】
ステップ１：放電開始するまでは、発振回路５２の発振周波数を放電開始前の負荷側インピーダンスＺＬの共振周波数にインピーダンス整合するように可変させる。すなわち、放電開始し易い負荷側インピーダンスＺＬにして放電させる。なお、このときには自動整合器６の可変インピーダンス素子を動作させない。
【００１１】
ステップ２：放電開始した後は、放電中に適した予め設定された発振回路５２の発振周波数（固定周波数）にする。この発振周波数はシミュレーションや実験により求める。
【００１２】
ステップ３：ステップ２で設定した発振周波数にて高周波を出力し、自動整合器６を用いてインピーダンス整合させる。
【特許文献１】特開平９−１６１９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述した出力周波数を可変できる高周波電源装置５０の場合、放電開始前後において負荷側インピーダンスＺＬが急激に変化しても、出力周波数を可変させることで対応することができる。しかし、負荷や自動整合器内の可変インピーダンス素子といった各構成要素で、周波数に対する特性が異なるので、そのときの各構成要素の状態によって、同じ出力周波数の変化でも異なる負荷側インピーダンスＺＬになる。例えば、出力周波数の可変範囲が１３．５６±０．５ＭＨｚの高周波電源装置５０を使用し、負荷側インピーダンスＺＬが３０＋ｊ３０Ωの場合に、出力周波数を１３．５６ＭＨｚから１３．６０ＭＨｚに０．０４ＭＨｚ増加させたとき、状態Ａでは、負荷側インピーダンスＺＬが５０＋ｊ０Ω（整合状態）になるが、状態Ｂでは２０＋ｊ２０Ωになる場合がある。
【００１４】
すなわち、高周波電源装置５０の出力周波数と負荷側インピーダンスＺＬとの間に対応関係がないので、負荷側インピーダンスＺＬを測定し、その測定値に対応させて高周波電源装置５０の出力周波数を変化させることができない。例えば、負荷側インピーダンスＺＬが、３０＋ｊ３０Ωになったときには、周波数を１３．６０ＭＨｚにすればインピーダンス整合できるとは限らないので、対応関係を定めることができない。そのために、出力周波数を変化させてインピーダンス整合を行うためには、場当たり的に出力周波数を変化させる必要がある。
【００１５】
従来の高周波電源装置５０では、このような制御上の事情があるために、前述したステップ１〜ステップ３の制御を行っていたと思われる。すなわち、ステップ１では、放電開始する前であるので、ほぼ全反射の状態になっている。そのために、場当たり的に出力周波数を変化させても、インピーダンス整合して放電開始するまでの間に悪影響を及ぼさない。むしろ、出力周波数は瞬時に変化させることができるので、可変インピーダンス素子を用いる自動整合器でインピーダンス整合させるよりも短時間でインピーダンス整合させることが可能となる。ステップ２では、放電開始した直後に、負荷側インピーダンスＺＬが急激に変化するので、周波数変換でインピーダンス整合させた方が瞬時にインピーダンス整合が行えるので好ましい。ステップ３では、放電開始後のインピーダンス整合であるため、前述した事情により、出力周波数変化によるインピーダンス整合が困難であるために、自動整合器６を用いてインピーダンス整合を行っている。
【００１６】
このように、従来の高周波電源装置５０では、放電開始の前後で急激なインピーダンス変化が生じるという問題に関しては、高周波電源装置の出力周波数を変化させることによって、問題を解消したが、放電開始後のインピーダンス整合に関しては、依然として自動整合器６を使用しているので、次のような課題がある。
【００１７】
（１）自動整合器６で使用されている可変インピーダンス素子には可動部があり、その可動部で磨耗が生じるために、機械的な寿命に至る。例えば、可変インピーダンス素子として可変コンデンサを用いる場合は、モータに接続された可変コンデンサの軸が回転するために、可変コンデンサの軸と軸受けとの摺動部で磨耗が生じて機械的な寿命に至る。特に放電負荷では、常に負荷のインピーダンスが変動するので、可変インピーダンス素子も常に可動する。そのために、磨耗度合いが大きい。なお、負荷の条件等で可変インピーダンス素子の可動の仕方が異なるために、寿命に至るまでの期間は、個々の可変インピーダンス素子で異なる。ところで、可変インピーダンス素子が寿命に至ると、可変インピーダンス素子を交換するか、又は自動整合器６を交換する必要が生じる。その場合、製造ラインを止めて作業を行う必要がある。このような理由から、可変インピーダンス素子や自動整合器６の交換が無いようにしたいが、自動整合器６では、可変インピーダンス素子を用いているために、上述したように機械的な寿命に至って、交換せざるを得ない場合が生じる。
【００１８】
（２）近年、高周波電源装置５０を含む装置全体のコストダウンの要望や小型化の要望が、さらに高まってきている。自動整合器６は、可変インピーダンス素子が高価であり、その可変インピーダンス素子を駆動させるためのモータ等が必要であるので、非常に高価であり、高周波電源装置５０を含む装置全体のコストを引き上げている。また、自動整合器６は、構造が複雑であり、主要部品である可変インピーダンス素子が大型であるため、小型化が困難である。
【００１９】
（３）放電開始した後の放電中のインピーダンス整合のさらなる高速化が望まれている。しかしながら、従来では自動整合器６を用いているため、内部の可変インピーダンス素子が瞬時に動作できず、インピーダンス整合するまでに１秒から数秒の時間を要する場合がある。
【００２０】
（４）  さらに、従来の高周波電源装置５０では、放電検出器５７を用いて負荷５における放電の有無を検出している。この放電検出器５７は、放電時の発光を検出する方式、負荷に発生する直流電圧を検出する方式等、さまざまな方式があるが、放電検出器５７を用いると、高周波電源装置５０の構成が複雑になるという課題がある。例えば、放電時の発光を検出する方式では、放電検出器５７を負荷５近辺に取り付ける必要あり、また、放電検出器５７と高周波電源装置５０本体との間に信号線を設ける必要があるので構成が複雑になる。また、放電検出器５７は安価ではない。
【００２１】
本発明は、上記事情のもとで考え出されたものであって、自動整合器を用いずに、放電中のインピーダンス整合を可能とさせて、整合器の長寿命化、コストダウン及び小型化、ひいては、高周波電源装置を含む装置全体の長寿命化、コストダウン及び小型化を図り、また放電中の整合時間（インピーダンス整合に要する時間）を短縮できる高周波電源装置を提供することを目的としている。さらに、放電検出器５７の不要な高周波電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
第１の発明によって提供される高周波電源装置は、
放電を伴う負荷に高周波電力を供給し、負荷における放電開始の前後で内部の発振手段の発振周波数を可変させる高周波電源装置において、
指令に応じて発振周波数を可変できる発振手段と、
前記発振手段から出力される発振信号を増幅させて電力発生源となり、前記負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
前記高周波電力供給手段から負荷側に向かう高周波および負荷側から高周波電力供給手段に向かう高周波の情報から反射係数絶対値を演算して、演算した反射係数絶対値を出力する反射係数演算手段と、
負荷における放電開始の前後で前記発振手段の発振周波数を変更するための信号を出力する放電信号出力手段と、
前記発振手段に発振周波数を指令する周波数制御手段とを備え、
前記周波数制御手段は、前記放電信号出力手段の出力信号が放電開始したことを示す状態または放電開始したと見なされる状態になっていない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、前記放電信号出力手段の出力信号が放電開始したことを示す状態または放電開始したと見なされる状態になった直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように発振手段の発振周波数を制御することを特徴としている。
【００２３】
第２の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記周波数制御手段は、前記第２発振周波数を基準周波数とし、前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振手段の発振周波数を変化させたときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定め、次に、前記反射係数絶対値が反射係数上限値以下の場合は前記基準周波数で発振手段が発振するように指令し、前記反射係数絶対値が反射係数上限値を超えた場合は前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振手段の発振周波数を変化させたときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めるとともに、特定した発振周波数を新たな基準周波数とすることによって、前記反射係数絶対値が小さくなるように発振手段の発振周波数を制御することを特徴としている。
【００２４】
第３の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を記憶した記憶手段をさらに備え、前記周波数制御手段が前記記憶手段に記憶された関係に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴としている。
【００２５】
第４の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記周波数制御手段が、前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を定めた関数に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴としている。
【００２６】
第５の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数とを入力し、前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数との偏差を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は異常であると判定する周波数異常判定手段をさらに備えたことを特徴としている。
【００２７】
第６の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記発振手段が前記第１発振周波数で発振するように指令されたときからの時間または前記第１発振周波数から前記第２発振周波数で発振するように指令変更されたときからの時間を計測する周波数指令後時間計測手段と、
前記周波数指令後時間計測手段によって計測された計測時間が予め定められた設定時間に達するまでに、前記反射係数絶対値が予め定められた反射係数設定値以下にならない場合は異常であると判定する初期異常判定手段とをさらに備えたことを特徴としている。
【００２８】
第７の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記放電信号出力手段は、前記負荷における放電の有無を検出する放電検出手段であり、
前記周波数制御手段は、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、前記放電検出手段から出力される負荷における放電の有無を示す検出信号と前記反射係数演算手段から出力される反射係数絶対値とを入力し、前記放電検出手段の出力信号によって放電開始されたか否かを判別し、負荷で放電開始されたと判別されていない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、負荷で放電開始されたと判別された直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように前記発振手段の発振周波数を制御することを特徴としている。
【００２９】
第８の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記放電信号出力手段は、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給開始したときからの時間を計測する供給開始後時間計測手段であり、
前記周波数制御手段は、前記供給開始後時間計測手段から出力される計測時間と前記反射係数演算手段から出力される反射係数絶対値とを入力し、前記高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、前記供給開始後時間計測手段によって計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達していない間は、前記発振手段が予め定められた第１発振周波数で発振するように指令し、次に、前記供給開始後時間計測手段によって計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達した直後に、前記発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、前記反射係数絶対値が小さくなるように前記発振手段の発振周波数を制御することを特徴としている。
【００３０】
第９の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
放電を伴う負荷に高周波電力を供給し、負荷における放電開始の前後で高周波電力の周波数を定める発振周波数を可変させる高周波電源の制御方法において、
高周波電源から負荷に高周波電力が供給されている状態のときに、負荷で放電開始するまでの間または高周波電源から負荷に高周波電力が供給開始されたときを基準とした時間が予め定められた放電予想時間に達していない間は、発振周波数を予め定められた第１発振周波数にして高周波電力を出力し、
次に、負荷で放電開始した直後または高周波電源から負荷に高周波電力が供給開始されたときを基準とした時間が予め定められた放電予想時間に達した直後に発振周波数を予め定められた第２発振周波数に変更して高周波電力を出力し、
次に、反射係数絶対値が小さくなるように発振周波数を制御することを特徴としている。
【００３１】
第１０の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
前記反射係数絶対値が小さくなるように発振周波数を制御するときに、
前記第２発振周波数を基準周波数とし、前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変化させながら高周波電力を出力したときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定め、
次に、前記反射係数絶対値が反射係数上限値以下の場合は前記基準周波数のままで高周波電力を出力し、前記反射係数絶対値が反射係数上限値を超えた場合は前記基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変化させながら高周波電力を出力したときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めるとともに、特定した発振周波数を新たな基準周波数とすることを特徴としている。
【００３２】
第１１の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係が予め記憶されており、この記憶された関係に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴としている。
【００３３】
第１２の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
前記特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係が予め関数によって定められており、この関数に基づいて反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定めることを特徴としている。
【００３４】
第１３の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数とを入力し、前記第２発振周波数と前記特定した発振周波数との偏差を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は異常であると判定することを特徴としている。
【００３５】
第１４の発明によって提供される高周波電源の制御方法は、
前記第１発振周波数で発振するように指令されたときからの時間または前記第１発振周波数から前記第２発振周波数で発振するように指令変更したときからの時間が予め定められた設定時間に達するまでに、前記反射係数絶対値が予め定められた反射係数設定値以下にならない場合は異常であると判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３６】
第１の発明によれば、負荷で放電開始した直後または放電開始したと見なされた直後に、発振手段が予め定められた第２発振周波数で発振するように指令を変更し、次に、反射係数絶対値が小さくなるように発振手段の発振周波数を制御している。これにより、固定整合器を用いても、放電開始後の放電中にインピーダンス整合を行うことができる。また、固定整合器には稼動部が存在する可変インピーダンス素子がないので、自動整合器よりも長寿命化を図ることができる。また、固定整合器を用いる場合は、自動整合器を用いる場合のように、可変インピーダンス素子を交換するか、又は自動整合器を交換するために、製造ラインを止める必要がなくなる。また、固定整合器は自動整合器に比べてコストが格段に安いので、高周波電源装置を含む装置全体のコストを引き下げることができる。また、固定整合器は構造が簡単であるため、自動整合器に比べて小型化を図ることができる。ひいては、高周波電源装置を含む装置全体の小型化を図ることができる。なお、第９の発明の効果は第１の発明の効果と同様である。また、第７の発明および第８の発明は、第１の発明をより具体的に示したものであるので、第７の発明および第８の発明の効果は第１の発明の効果と同様である。
【００３７】
なお、第８の発明の予め定められた放電予想時間とは、高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給開始されたときから放電が開始するまでの時間を実験等によって得られたデータから予想したものである。通常、負荷に高周波電力が供給開始されたときから放電が開始するまでの時間は、同一条件ならば、ほぼ一定であるので、この放電予想時間に達したか否かで、放電が開始したか否かを予想することができる。そのために、第８の発明では、従来のような放電検出器を用いないでも、供給開始後時間計測手段を用いて高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給開始されたときからの時間を計測し、供給開始後時間計測手段によって計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達したタイミングで発振手段の発振周波数を第１発振周波数から第２発振周波数に変更させることができる。供給開始後時間計測手段は、安価なタイマなどで構成できるため、従来のような放電検出器を用いる高周波電源装置に比べて高周波電源装置のコストを引き下げることができる。また、タイマの構成は簡単であるため、高周波電源装置の構成も従来に比べて簡単にすることができる。もちろん、第１の発明および第９の発明において、従来のような放電検出器を用いない場合は、第８の発明と同様の効果がある。
【００３８】
第２の発明によれば、インピーダンス整合させるための制御として、基準周波数を含む予め定められた周波数範囲内で発振手段の発振周波数を変化させたときの反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定させながらインピーダンス整合を行うようにしているので、一度に変化できる発振周波数幅を制限することができる。このとき、可能な限り発振周波数の変化幅を狭めることによって、発振周波数変化に伴う負荷のインピーダンスの変動を少なくできる。すなわち、インピーダンス整合過程において反射係数絶対値が大きくなった場合でも、その増大分は少なく、その直後に反射係数絶対値が小さくなるように制御されるので、負荷や負荷の内部にある被加工物にほとんど悪影響を及ぼさない。したがって、放電開始後の放電中であっても、発振手段の発振周波数を変化させる方式にてインピーダンス整合を行うことができる。しかも、発振周波数の変化は瞬時に行えるため、一度に変化させる発振周波数の変化幅が小さくても、動作速度に限界のある可変インピーダンス素子を用いた従来の自動整合器よりも高速にインピーダンス整合を行うことができる。
【００３９】
さらに、第２の発明では、反射係数絶対値が最小となる発振周波数を特定して発振周波数の変化を停止させ、そのときの反射係数絶対値に対応する反射係数上限値を定め、そのときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係に応じて処理を行うようにしているので、反射係数絶対値が比較的大きい場合には、速やかに反射係数絶対値を小さくさせる制御を行えるとともに、反射係数絶対値が比較的小さい場合には、放電が不安定になることを回避させつつ、反射係数絶対値が大きくなり過ぎない制御を行うことができる。なお、第１０の発明の効果は第２の発明の効果と同様である。
【００４０】
第３の発明または第４の発明によれば、特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を記憶手段に記憶するか、特定した発振周波数のときの反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を定める関数を設定するようにしているので、反射係数絶対値と反射係数上限値との関係を容易に変更することができる。なお、第１１の発明の効果は第３の発明の効果と同様であり、第１２の発明の効果は第４の発明の効果と同様である。
【００４１】
第５の発明によれば、第２発振周波数と特定した発振周波数である基準周波数との偏差を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は異常であると判定するようにしているので、周波数変動を監視することによる異常検出が可能となる。上記のように、周波数の偏差が予め定められた許容周波数を超えた場合は、何らかの異常が発生している可能性が高い。例えば、負荷となるプラズマ処理装置内が汚れてきたことが原因で、プラズマの状態がプラズマ処理装置内をクリーニングした直後と比べて変化している可能性や、装置の故障によりガス流量が規定値よりも少なくなってプラズマの状態が変化している可能性がある。このような何らかの異常が発生した場合、高周波電源装置から負荷への高周波電力の供給を停止させる等、その状況に応じた対応をした方が好ましいので、上記のように異常検出ができることは有用である。なお、第１３の発明の効果は第５の発明の効果と同様である。
【００４２】
第６の発明によれば、第１発振周波数から第２発振周波数で発振するように指令変更されたときから予め定められた設定時間に達するまでのプロセス初期時に、上記第５の発明と同様に何らかの異常が発生している場合に異常検出ができる。なお、第１４の発明の効果は第６の発明の効果と同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。
【００４４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る高周波電源装置１の構成及び高周波電源装置１と固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【００４５】
高周波電源装置１は、発振回路１２から出力される高周波信号を電力増幅器１３を用いて増幅させ、発生した高周波電力を負荷５に供給するための装置である。なお、高周波電源装置１は、負荷に供給する高周波電力の発生源であるので、単に高周波電源ともいう。高周波電源装置１から出力された高周波電力は、同軸ケーブルからなる伝送線路２及び固定整合器３及び遮蔽された銅板からなる負荷接続部４を介して負荷５に供給される。また、一般にこの種の高周波電源装置１では、数百ｋＨｚ以上の周波数の高周波電力を出力している。なお、電力増幅器１３は、本発明に係る高周波電力供給手段として機能する。
【００４６】
なお、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０は、発振回路１２の出力ＯＮ／ＯＦＦを制御するものであり、発振回路１２は、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０からＯＮ信号が出力されているときに高周波信号を出力する。このＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０は、高周波電源装置１に設けられた図略の電力出力スイッチを操作することによって制御されるか、又は外部装置からの制御信号によって制御される。なお、発振回路１２は、本発明に係る発振手段として機能する。
【００４７】
高周波電源装置１の電力制御は、電力増幅器１３の後段に設けられた電力測定器１４によって、電力増幅器１３から出力する高周波を電力値に換算して測定し、測定した電力測定値が電力設定器１６で設定された電力目標値に等しくなるように出力制御するために、電力測定値と電力目標値とを電力制御回路１５に入力し、電力目標値に対する電力測定値の偏差がなくなるように電力増幅器１３に制御信号を出力することにより行われる。
【００４８】
なお、電力測定器１４は、電力増幅器１３から出力する高周波、すなわち進行波を電力値に換算して測定した進行波電力測定値を出力するだけでなく、反射されて負荷側から電力増幅器１３に向かう反射波を電力値に換算して測定した反射波電力測定値を出力する機能を有する。電力測定器１４は、例えば、図略の方向性結合器および方向性結合器の出力を電力値に換算するための変換回路によって構成すればよい。
【００４９】
また、図１において、電力制御回路１５で制御される対象は、進行波電力測定値でもよいし、進行波電力測定値から反射波電力測定値を減算した負荷側電力測定値でもよい。図１では、負荷側電力測定値を制御対象とする場合であっても、図面を簡略化するために、電力測定器１４から電力制御回路１５に向かう接続線を１本で描いている。また、後述する反射係数演算回路１８には、電力測定器１４から出力された進行波電力測定値および反射波電力測定値が入力されるが、電力測定器１４から反射係数演算回路１８に向かう接続線を１本で描いている。
【００５０】
また、高周波電源装置１の出力周波数は、発振回路１２の発振周波数によって定まる。また、発振回路１２の発振周波数は、周波数制御回路１１によって制御される。この周波数制御回路１１は、後述する反射係数演算回路１８の出力および反射係数テーブル１９を用いて発振周波数を定め、発振回路１２に発振周波数を定めるための指令を出力することによって発振周波数の制御を行うが、その詳細は後述する。なお、周波数制御回路１１および後述する周波数制御回路１１ａ〜１１ｅは、本発明に係る周波数制御手段として機能する。
【００５１】
反射係数演算回路１８は、電力測定器１４から出力する進行波電力測定値と反射波電力測定値とから、反射係数の絶対値（以下、反射係数絶対値という）を演算して、演算した反射係数絶対値Γを出力するものである。進行波電力測定値をＰｆ、反射波電力測定値をＰｒで表すと、反射係数絶対値Γは次の式（１）で表される。なお、反射係数演算回路１８は、本発明に係る反射係数演算手段として機能する。
反射係数絶対値Γ＝√Ｐｒ／√Ｐｆ    ・・・・（１）
【００５２】
放電検出器１７は、負荷５における放電の有無を検出するものであり、検出信号を周波数制御回路１１に出力している。周波数制御回路１１は、この検出信号によって、負荷において放電したか否かを判別できるので、放電の状態によって制御を変更することができる。なお、放電検出器１７は、本発明に係る放電信号出力手段および放電検出手段として機能する。
【００５３】
反射係数テーブル１９は、反射係数絶対値Γと反射係数上限値Γｕｐとの関係を記憶したものであり、周波数制御回路１１が反射係数テーブル１９に記憶されたデータを参照することで、反射係数絶対値Γに対応する反射係数上限値Γｕｐを求めることができる。反射係数テーブル１９には、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶媒体を用いればよい。この反射係数テーブル１９の具体例は、後述する。なお、反射係数テーブル１９は、本発明に係る記憶手段として機能する。
【００５４】
固定整合器３は、固定整合器３の入力端から伝送線路２を経由し高周波電源装置１側を見た電源側インピーダンスＺｏ（通常は５０Ω）と、固定整合器３の入力端から負荷側を見た負荷側インピーダンスＺＬ（固定整合器３及び負荷接続部４及び負荷５のインピーダンス）とをインピーダンス整合させることによって、効率よく負荷に高周波電力を供給させる目的で用いられる装置である。この固定整合器３は、内部に図示しない固定インピーダンス素子（例えば、固定コンデンサ、固定インダクタ等）を備えていて、その定数は、電源側インピーダンスＺｏと負荷側インピーダンスＺＬとがインピーダンス整合するようにシミュレーションや実験によって予め求められている。そのために、特定の負荷インピーダンスに対してしかインピーダンス整合させることができないが、自動整合器６に比べて構造が簡単で小型になり、コストも安い。また、稼動部が存在する可変インピーダンス素子がないので、長寿命化を図ることができる。ひいては、高周波電源装置１を含む装置全体の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
次に、上記の高周波電源装置１を用いて高周波電力を負荷５に供給した場合の動作を説明する。
（１）放電するまで：
高周波電源装置１から高周波電力が出力されて負荷５に供給され、負荷５となるプラズマ処理装置内のガスに放電開始電圧以上の電圧が印加されると放電する。この放電開始電圧は、ガス圧力やガス種類等によって異なるが、比較的高い電圧が要求される。
【００５６】
図２は、高周波電源装置１の出力周波数と負荷５となるプラズマ処理装置に印加される電圧との関係の一例を示した周波数特性図であり、高周波電源装置１の出力電力を３ｋＷ固定にして負荷５に電力を供給した場合を想定したシミュレーション結果である。なお、ここでは、シミュレーションするために用いた負荷条件や固定整合器３の固定インピーダンス素子の定数を説明の簡略化のために省略する。
【００５７】
この図２から分かるように、同一電力を負荷に供給しても、高周波電源装置１の出力周波数によって負荷５に印加される電圧値は異なり、共振周波数において最大となる。また、この共振周波数から遠ざかるにつれて負荷５に印加される電圧値は低くなる。そのために、共振周波数に近いほど効率的に電圧を印加できるが、共振周波数から遠ざかるほど効率が悪くなるので、放電開始電圧を上回るためには、より大きな電力を高周波電源装置１から出力する必要が生じる。
【００５８】
高周波電源装置１の出力周波数の可変範囲内に、共振周波数が存在すれば、出力周波数が共振周波数と同一になるように調整すればよいが、高周波電源装置１の出力周波数の可変範囲内に、共振周波数が存在しない場合もある。しかし、この段階では、必ずしも高周波電源装置１の出力周波数を共振周波数に合わす必要はなく、高周波電源装置１の出力周波数の可変範囲内で負荷に印加される電圧値が一番高い周波数にすればよい。このように高周波電源装置１の出力周波数が共振周波数と異なっていると、上述したように、より大きな電力を高周波電源装置１から出力する必要が生じるが、その時間はごく僅かであるので、ほとんど問題とならない。
【００５９】
（２）放電開始した直後：
放電が開始されると、急激に負荷のインピーダンスが変化する。その結果、図２に示したような周波数特性とは別の周波数特性になる。すなわち、負荷側インピーダンスＺＬも急激に変化するので、インピーダンス整合する出力周波数が急激に変化する。したがって、この段階で重要なのは、急激な負荷のインピーダンス変化に素早く追従してインピーダンス整合させることである。そのために、放電開始したことを放電検出器１７の出力信号を監視することで検知し、予め求めておいたインピーダンス整合する出力周波数に変更すればよい。このようにして、大まかなインピーダンス整合を完了させ、放電開始前後の急激な負荷側インピーダンスＺＬの変化に対処することができる。
【００６０】
（３）放電中のインピーダンス整合：
上記（２）項で大まかなインピーダンス整合が完了しているが、放電負荷の場合、負荷のインピーダンスが変動するので、負荷側インピーダンスＺＬも一定でなく、常に変動を繰り返している。また、（２）項で合わせた出力周波数は、シミュレーションまたは実験等で求めた出力周波数なので、実際には最適な出力周波数となっていない場合がある。そこで、放電中は、（２）項で合わせた出力周波数に固定するのではなく、状況に応じて最適な出力周波数に変更してインピーダンス整合を行えばよい。
【００６１】
図３は、放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
なお、高周波電源装置１の出力周波数を変化させるためには、発振回路１２の発振周波数を変化させればよい。次のステップ１〜ステップ３の説明では、具体的な制御方法を説明するために、高周波電源装置１の出力周波数の変化に関しては、発振回路１２の発振周波数を用いて説明する。また、後述する他の実施形態でも同様である。
【００６２】
ステップ１：放電開始前の発振周波数をｆ１、放電開始後の発振周波数をｆ２とし、プラズマ処理装置内で放電が開始されると、周波数制御回路１１が発振回路１２に対して発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令する。放電したか否かは、放電検出器１７によって検出し、その検出信号を周波数制御回路１１に入力することによって判別できる。また、発振周波数ｆ２を基準周波数ｆ０とする。
【００６３】
ステップ２：放電開始後の放電中に基準周波数ｆ０にて高周波の出力を続けている状態で、基準周波数ｆ０における反射係数絶対値Γが反射係数上限値Γｕｐを超えた場合、その発振周波数は適正でないと判断し、ステップ３に進む。反射係数絶対値Γが反射係数上限値Γｕｐ以下である場合は、再度ステップ２を繰り返す。なお、反射係数上限値Γｕｐは、その時点での反射係数絶対値Γに対応した値に設定する。その一例として、周波数制御回路１１が別途定められた図４に示すような反射係数テーブル１９を参照し、反射係数テーブル１９に定めた関係に基づいて周波数制御回路１１が反射係数上限値Γｕｐを定める方法を説明する。
【００６４】
図４は、反射係数絶対値Γと反射係数上限値Γｕｐとの関係を示した反射係数テーブル１９の一例である。図４に示す反射係数テーブル１９では、上段に反射係数絶対値Γ、下段に反射係数絶対値Γに対応する反射係数上限値Γｕｐを示しており、この関係に基づいて反射係数絶対値Γに対応する反射係数上限値Γｕｐを定める。例えば、反射係数絶対値Γが０．０以上〜０．１未満の場合には、反射係数上限値Γｕｐを０．１に定める。なお、反射係数絶対値Γが０．２を超えると、反射係数絶対値Γよりも反射係数上限値Γｕｐの方が小さくなるように設定している。これは、インピーダンス整合していないと見なされる場合（この例では反射係数絶対値Γが０．２を超えた場合）には、速やかに反射係数絶対値を小さくさせる制御を行わせるために、無条件で現時点の発振周波数が適正でないと判断させて、ステップ３に進ませるためである。
【００６５】
また、反射係数絶対値Γが比較的小さい場合は、常に発振周波数を変化させるのではなく、反射係数絶対値Γが反射係数上限値Γｕｐを超えるまでは、そのままの発振周波数で高周波を出力する。これは、放電負荷の場合、放電が比較的安定していている状態であっても常に微小な変動をしているために、微小なインピーダンス変動が生じるためである。すなわち、微小なインピーダンス変動により反射係数絶対値Γも変動するが、この反射係数絶対値Γの変動に合わせて、常に発振周波数を変化させると、発振周波数の変化が原因となって、かえって放電が不安定になることがあり、この現象を防止するためである。しかも、反射係数テーブル１９の設定を変更することによって、その調整度合いを容易に変更させることができる。
【００６６】
また、反射係数絶対値Γが比較的小さい場合に、反射係数上限値Γｕｐを固定値とするのではなく、反射係数絶対値Γによって変化させているのは、放電が不安定になることを回避させつつ、反射係数絶対値Γが大きくなり過ぎないようにするためである。例えば、図４の例では、反射係数絶対値Γが０．０５である場合は、反射係数絶対値Γが０．０以上〜０．１未満であるので、反射係数上限値Γｕｐで設定された上限値０．１０を超えたときに発振周波数を変化させて、反射係数絶対値Γを減少させるように制御される。しかし、反射係数テーブル１９の設定値を変更して、反射係数絶対値Γが０．２０を超えたときに発振周波数を変化させるようにすると、負荷の状態が悪化したことが原因で反射係数絶対値Γが増加しているにも関わらず、その状態を改善するための動作が遅れることになる。そのために、反射係数絶対値Γに対応させて反射係数上限値Γｕｐの設定をすることが好ましい。しかし、反射係数テーブル１９を用いずに反射係数上限値Γｕｐを固定値（例えば０．２）にすれば、制御が簡単になる利点があるので、固定値にしても問題が無い場合は、固定値を採用すればよい。
【００６７】
また、反射係数テーブル１９を用いるのではなく、反射係数絶対値Γと反射係数上限値Γｕｐとの関係を定める関数を設定して、その関数によって、反射係数絶対値Γに対応する反射係数上限値Γｕｐを定めてもよい。
【００６８】
ステップ３：基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲内で、発振周波数を変更させながら反射係数演算回路１８から出力する反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数を特定する。この特定した発振周波数を新たな基準周波数ｆ０とする。その後は、ステップ２に進んで、処理を繰り返す。
【００６９】
ステップ３における発振周波数の変更の仕方は、発振周波数を徐々に高くしていくなどの方法でもよいし、特定のパターンで変化させる方法を用いてもよい。また、Δｆを微小周波数として、最小発振周波数をｆ０−Δｆ、最大発振周波数をｆ０＋Δｆとして予め定められた周波数範囲を設定するのが好ましいが、これに限定されるものではなく、最小発振周波数と最大発振周波数とで基準周波数ｆ０に対する偏差を異なるようにしても良い。すなわち、微小周波数Δｆ１と微小周波数Δｆ２とを異なる周波数にして、最小発振周波数をｆ０−Δｆ１、最大発振周波数をｆ０＋Δｆ２としてもよい。なお、発振周波数ｆ１、発振周波数ｆ２および微小周波数Δｆ（Δｆ１、Δｆ２の場合もある）は、図１に示すように、周波数制御回路１１に入力される。
【００７０】
ここで、予め定められた周波数範囲の最小発振周波数をｆ０−Δｆ、最大発振周波数をｆ０＋Δｆに設定した場合を例にとって、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数を特定する方法を説明する。
図５は、基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲として、最小発振周波数をｆ０−Δｆ、最大発振周波数をｆ０＋Δｆと設定した場合の発振周波数と反射係数絶対値Γとの関係図である。この図５に示すように、概略的には（ａ）〜（ｅ）の５パターンが存在する。
（ａ）の場合：最小発振周波数ｆ０−Δｆが、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数となる。
（ｂ）の場合：最大発振周波数ｆ０＋Δｆが、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数となる。
（ｃ）の場合：基準周波数ｆ０と最小発振周波数ｆ０−Δｆとの間に、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数が存在する。
（ｄ）の場合：基準周波数ｆ０と最大発振周波数ｆ０＋Δｆとの間に、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数が存在する。
（ｅ）の場合：基準周波数ｆ０が、反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数となる。
【００７１】
上記（ａ）〜（ｅ）のいずれの場合であっても、基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲内で反射係数絶対値Γが最小となる発振周波数を特定して、その発振周波数を新たな基準周波数ｆ０として、その後ステップ２に進んで、処理を繰り返す。
【００７２】
上記（ａ）〜（ｄ）の場合は、ステップ３開始時の基準周波数ｆ０における反射係数絶対値Γよりも新たに特定する基準周波数ｆ０における反射係数絶対値Γの方が小さい。そのために、再度ステップ２に進んで処理を繰り返すことによって、反射係数絶対値Γがどんどん小さくなることが期待できる。しかし、上記（ｅ）の場合は、再度ステップ２に進んで処理を繰り返しても、反射係数絶対値Γがそれ以上小さくならない可能性がある。この状態は、既にインピーダンス整合して発振周波数が安定した状態になったか、又は異常発生等が原因でインピーダンス整合できない状態になったかのいずれかである。既にインピーダンス整合している場合は、そのまま処理を続ければよいが、インピーダンス整合できない状態になった場合は、異常が発生している可能性がある。そこで、上記（ｅ）の場合には、異常と判断して異常信号を外部に出力してもよい。また、場合によっては、高周波電源装置１から負荷への高周波電力の供給を停止する等の処理をしてもよい。
【００７３】
ここで、ステップ３にて、基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲内で発振周波数を変化させる理由を説明する。発振周波数を変化させた場合、その発振周波数の変化幅が狭くても、負荷のインピーダンスが大きく変動することがある。そのために、発振周波数を変化させたことが原因で、負荷に印加される電圧が低くなりすぎたり、負荷に供給される電力量が少なくなりすぎて、放電を維持できない状態に陥ることがある。また、負荷の条件が急激に変化することによって被加工物に悪影響を及ぼすことがある。また、前述したように放電負荷の場合、放電が比較的安定していている状態であっても常に微小な変動をしているが、この変動が瞬間的に大きくなるときがある。そのような場合に、この変動に合わせて敏感にインピーダンス整合させると、かえって悪影響を及ぼすことがある。そのために、可能な限り発振周波数の変化幅を狭めて、発振周波数変化に伴う負荷のインピーダンスの変動を小さくすることが望ましい。しかし、発振周波数の変化幅を狭めても、発振周波数の変化は瞬時に行えるので、動作速度に限界のある可変インピーダンス素子を用いた従来の自動整合器よりも、高速にインピーダンス整合が行える。なお、発振周波数の変化幅は、実機にてテストを行って定めればよい。
【００７４】
このように制御することで、放電開始の前後の急激な負荷側インピーダンスＺＬの変化にも対応し、かつその後のインピーダンス整合にも対応できるようになる。
【００７５】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る高周波電源装置１ａの構成及び高周波電源装置１ａと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図６に示す高周波電源装置１ａは、図１に示した高周波電源装置１に周波数異常判定回路２０を追加し、また、図１に示したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０をＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａに置き換え、周波数制御回路１１を周波数制御回路１１ａに置き換えたものである。図６に示すその他は、図１と同じであるので、説明を省略する。
【００７６】
周波数制御回路１１ａは、図１で説明した周波数制御回路１１の機能に加えて、現時点での基準周波数ｆ０を出力する機能を有する。
【００７７】
周波数異常判定回路２０は、発振周波数ｆ２と周波数制御回路１１ａから出力される現時点での特定した発振周波数（基準周波数ｆ０）とを入力し、発振周波数ｆ２と特定した発振周波数（基準周波数ｆ０）との偏差、すなわち、｜ｆ２−ｆ０｜を演算し、その偏差が予め定められた許容周波数ｆｐ以内の場合は正常とあると判定するが、偏差が予め定められた許容周波数ｆｐを超えた場合は異常であると判定する機能を有する。異常であると判定された場合は、図略の報知装置に対して異常信号を出力して異常であることを報知する。また、異常信号を外部装置に出力してもよいし、場合によっては、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａに対して異常信号を出力してもよい。なお、周波数異常判定回路２０は、本発明に係る周波数異常判定手段として機能する。
【００７８】
ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａは、図１で説明したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０の機能に加え、周波数異常判定回路２０からＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａに対して異常信号が出力された場合、発振回路１２に対するＯＮ信号の出力を停止させることにより、高周波電源装置１ａから負荷への高周波電力の供給を停止させる機能を有する。
【００７９】
ここで、周波数異常判定回路２０を設けて、上記のように判定する理由を説明する。
放電開始後に変更した発振周波数ｆ２は、前述したようにシミュレーションまたは実験等で求めた周波数なので、実際には最適な発振周波数となっていない場合がある。そこで、放電中は、この発振周波数ｆ２に固定するのではなく、状況に応じて最適な発振周波数に変更してインピーダンス整合を行うようにしている。しかし、通常は、発振周波数ｆ２と最適な発振周波数との偏差は小さい。そのために、発振周波数ｆ２と最適な発振周波数との偏差が大きい場合は、何らかの異常が発生している可能性が高い。例えば、負荷となるプラズマ処理装置内が汚れてきたことが原因で、プラズマの状態がプラズマ処理装置内をクリーニングした直後と比べて変化している可能性や、装置の故障によりガス流量が規定値よりも少なくなってプラズマの状態が変化している可能性がある。このような場合には、高周波電源装置１ａから負荷への高周波電力の供給を停止させる等、その状況に応じた対応をした方が好ましいので、周波数異常判定回路２０から異常信号を出力し、その場に適した対応を可能にしている。
【００８０】
図７は、図６に示した高周波電源装置１ａを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【００８１】
ステップ１〜ステップ３は、図３のフローチャートと同じであるが、ステップ３の後は、図３とは異なりステップ４に進む。
【００８２】
ステップ４：
周波数異常判定回路２０において、発振周波数ｆ２と周波数制御回路１１ａから出力される現時点での特定した発振周波数（基準周波数ｆ０）との偏差、すなわち、｜ｆ２−ｆ０｜を演算する。その偏差が予め定められた許容周波数ｆｐ以内の場合は、正常とあると判定し、ステップ２に進み処理を繰り返す。しかし、偏差が予め定められた許容周波数ｆｐを超えた場合は異常であると判定し、ステップ５に進み、異常信号を出力する。
【００８３】
このように制御することで、第１実施形態の高周波電源装置の機能に加え、異常検出が可能となる。
【００８４】
［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る高周波電源装置１ｂの構成及び高周波電源装置１ｂと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図８に示す高周波電源装置１ｂは、図６に示した高周波電源装置１ａに周波数変更後時間計測用のタイマ回路２２と初期異常判定回路２３とを追加し、また、図６に示したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａをＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｂに置き換え、周波数制御回路１１ａを周波数制御回路１１ｂに置き換えたものである。図８に示すその他は、図６と同じであるので、説明を省略する。
【００８５】
周波数制御回路１１ｂは、図６で説明した周波数制御回路１１ａの機能に加えて、発振回路１２に対して発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令したときに、トリガー信号Ｓｔ２を出力する機能を有する。
【００８６】
タイマ回路２２は、周波数制御回路１１ｂから出力されたトリガー信号Ｓｔ２を入力したときからの時間Ｔ２を計測し、計測時間Ｔ２を出力する。なお、タイマ回路２２および後述するタイマ回路２２ｆは、本発明に係る周波数指令後時間計測手段として機能する。
【００８７】
初期異常判定回路２３は、反射係数演算回路１８から出力される反射係数絶対値Γ、タイマ回路２２から出力される計測時間Ｔ２、予め定められた反射係数設定値Γｓｅｔおよび予め定められた設定時間Ｔｓ２を入力し、計測時間Ｔ２が予め定められた設定時間Ｔｓ２に達するまでに、反射係数絶対値Γが反射係数設定値Γｓｅｔ以下にならない場合は異常であると判定する機能を有する。異常であると判定された場合は、図略の報知装置に対して異常信号を出力して異常であることを報知する。また、異常信号を外部装置に出力してもよいし、場合によっては、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｂに対して異常信号を出力してもよい。なお、初期異常判定回路２３および後述する期異常判定回路２３ｆは、本発明に係る初期異常判定手段として機能する。
【００８８】
ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｂは、図６で説明したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ａの機能に加え、初期異常判定回路２３からＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｂに対して異常信号が出力された場合、発振回路１２に対するＯＮ信号の出力を停止させることにより、高周波電源装置１ｂから負荷への高周波電力の供給を停止させる機能を有する。
【００８９】
このように初期異常判定回路２３を設けると、発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令変更されたときから予め定められた設定時間Ｔｓ２に達するまでのプロセス初期時に、上記の第３実施形態と同様に何らかの異常が発生している場合に異常検出ができる。そのため、高周波電源装置１ｂから負荷への高周波電力の供給を停止させる等、その状況に応じた対応が可能になる。
【００９０】
図９は、図８に示した高周波電源装置１ｂを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【００９１】
ステップ１〜ステップ５は、図７のフローチャートと同じであるが、ステップ１とステップ２との間に分岐点Ａ１を設けてステップ１の後は、ステップ２以降に進むとともに、点線で囲んだ初期異常判定ルーチンＲ１に進む。ステップ１〜ステップ５の説明は省略し、初期異常判定ルーチンＲ１内のステップＲ１−１〜Ｒ１−５について説明をする。
【００９２】
ステップＲ１−１：周波数制御回路１１ｂからトリガー信号Ｓｔ２が出力されたときに、タイマ回路２２では、計測時間Ｔ２を初期状態のＴ２＝０に設定し、その後、時間計測を開始する。
【００９３】
ステップＲ１−２：初期異常判定回路２３において、タイマ回路２２から出力される計測時間Ｔ２が予め定められた設定時間Ｔｓ２よりも大きいか否かが判定される。Ｔ２＞ｔｓ２でない場合はステップＲ１−３に進み、Ｔ２＞ｔｓ２の場合はステップＲ１−５に進む。最初はＮＯであるため、ステップＲ１−３に進む。
【００９４】
ステップＲ１−３：初期異常判定回路２３において、反射係数演算回路１８から出力される反射係数絶対値Γが予め定められた反射係数設定値Γｓｅｔよりも大きいか否かが判定される。Γ＞Γｓｅｔでない場合はステップＲ１−４に進み、Γ＞Γｓｅｔの場合はステップＲ１−１に戻り処理を繰り返す。
【００９５】
ステップＲ１−４：ステップＲ１−４に進んだ場合は、プロセス初期時に異常が無かったと判定してタイマ回路２２での時間計測を停止する。
【００９６】
ステップＲ１−５：ステップＲ１−５に進んだ場合は、発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令変更されたときから予め定められた設定時間Ｔｓ２に達するまでのプロセス初期時に、何らかの異常が発生していると判定して、異常信号を出力する。
【００９７】
このように制御することで、第２実施形態の高周波電源装置の機能に加え、プロセス初期時の異常検出が可能となる。
【００９８】
［第４実施形態］
図１０は、本発明の第４実施形態に係る高周波電源装置１ｃの構成及び高周波電源装置１ｃと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図１０に示す高周波電源装置１ｃは、図１に示した高周波電源装置１において放電検出器１７を削除し、この放電検出器１７の代わりにタイマ回路２１を設け、また、図１に示した周波数制御回路１１を周波数制御回路１１ｃに置き換えたものである。図１０に示すその他は、図１と同じであるので、説明を省略する。
【００９９】
ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃは、図１で説明したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０の機能に加えて、発振回路１２に対してＯＮ信号を出力したときに、ＯＮ信号を出力したことを示す信号Ｓｏｎを後述するタイマ回路２１に出力する機能を有する。
【０１００】
タイマ回路２１は、電力増幅器１３から高周波が出力されて負荷に高周波電力が供給開始されたときからの時間を計測するものである。また、予め定められた放電予想時間を記憶しておき、計測された計測時間が、予め定められた放電予想時間に達したときにトリガー信号Ｓｔ１を出力する。なお、タイマ回路２１は、本発明に係る放電信号出力手段および供給開始後時間計測手段として機能する。
【０１０１】
なお、図１０に示した例のタイマ回路２１では、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃから発振回路１２に対してＯＮ信号を出力しことを示す信号Ｓｏｎを入力し、信号Ｓｏｎが入力されたときからの時間を計測している。上述したようにＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃからＯＮ信号が出力されると、発振回路１２から高周波信号が出力され、その結果、電力増幅器１３から高周波が出力されて負荷に高周波電力が供給されるので、高周波電力が供給開始されたか否かを電力増幅器１３よりも後段で検出する必要はなく、図１０に示した例のように、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃから出力される信号Ｓｏｎによって高周波電力が供給開始されたか否かを判別することができる。
【０１０２】
また、電力測定器１４から出力される進行波電力測定値を監視することによっても、高周波電力が供給開始されたか否かを判別することができる。この場合、タイマ回路２１には、信号Ｓｏｎに代えて進行波電力測定値Ｐｆを入力し、進行波電力測定値Ｐｆが基準値（通常は０）よりも大きくなったときに高周波電力が供給開始されたと判別すればよい。
【０１０３】
また、予め定められた放電予想時間とは、高周波電力供給手段から負荷に高周波電力が供給開始されたときから放電が開始するまでの時間を実験等によって得られたデータから予想したものである。通常、負荷に高周波電力が供給開始されたときから放電が開始するまでの時間は、同一条件ならば、ほぼ一定であるので、この放電予想時間に達したか否かで、放電が開始したか否かを予想することができる。そのために、放電予想時間に達したときに、放電開始したと見なすことができる。
【０１０４】
周波数制御回路１１ｃは、タイマ回路２１からトリガー信号Ｓｔ１が出力されたときに放電したと判別する。この点が図１に示した周波数制御回路１１と異なる。
【０１０５】
なお、図１０に示した例では、タイマ回路２１で予め定められた放電予想時間に達したか否かを判別しているが、この形態に限定されるものではない。例えば、タイマ回路２１では計測した時間を出力し、周波数制御回路１１ｃで放電予想時間に達したか否かを判別してもよい。
【０１０６】
次に、上記の高周波電源装置１ｃを用いて高周波電力を負荷５に供給した場合の動作を説明する。
（１）放電するまで：
高周波電源装置１ｃから高周波電力が出力されて負荷５に供給され、負荷５となるプラズマ処理装置内のガスに放電開始電圧以上の電圧が印加されると放電する。この部分は、図１の第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【０１０７】
（２）放電開始した直後：
放電が開始されると、急激に負荷のインピーダンスが変化する。その結果、図２に示したような周波数特性とは別の周波数特性になる。すなわち、負荷側インピーダンスＺＬも急激に変化するので、インピーダンス整合する出力周波数が急激に変化する。したがって、この段階で重要なのは、急激な負荷のインピーダンス変化に素早く追従してインピーダンス整合させることである。そのために、放電開始したか否かをタイマ回路２１から出力されるトリガー信号Ｓｔ１を監視することで検知（予想）し、予め求めておいたインピーダンス整合する出力周波数に変更すればよい。このようにして、大まかなインピーダンス整合を完了させ、放電開始前後の急激な負荷側インピーダンスＺＬの変化に対処することができる。
【０１０８】
（３）放電中のインピーダンス整合：
この放電中のインピーダンス整合は、図１の第１実施形態と同じく、上記（２）項で大まかなインピーダンス整合が完了しているが、放電負荷の場合、負荷のインピーダンスが変動するので、負荷側インピーダンスＺＬも一定でなく、常に変動を繰り返している。また、（２）項で合わせた出力周波数は、シミュレーションまたは実験等で求めた出力周波数なので、実際には最適な出力周波数となっていない場合がある。そこで、放電中は、（２）項で合わせた出力周波数に固定するのではなく、状況に応じて最適な出力周波数に変更してインピーダンス整合を行えばよい。
【０１０９】
図１１は、放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【０１１０】
なお、ステップ４〜５に関しては、図３で説明した第１実施形態のフローチャートのステップ２〜３と同様である。すなわち、図３のフローチャートのステップ１を図１１のフローチャートのステップ１〜３に置き換え、図３のフローチャートのステップ２〜３をステップ４〜５に繰り下げたものが図１１のフローチャートになる。
【０１１１】
ステップ１：ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０から信号Ｓｏｎが出力されたときに、タイマ回路２１では、計測時間Ｔ１を初期状態のＴ１＝０に設定し、その後、時間計測を開始する。
【０１１２】
ステップ２：計測時間Ｔ１が予め定められた放電予想時間Ｔｓ１に達したか否かを判別する。計測時間を示す計測時間Ｔ１が放電予想時間Ｔｓ１に達していないときは、再度ステップ２を繰り返す。計測時間Ｔ１が放電予想時間Ｔｓ１に達すると、放電が開始したと予想してステップ３に進む。
【０１１３】
ステップ３：放電開始前の発振周波数をｆ１、放電開始後の発振周波数をｆ２とし、プラズマ処理装置内で放電が開始されたと予想して周波数制御回路１１ｃが発振回路１２に対して発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令する。また、発振周波数ｆ２を基準周波数ｆ０とする。
【０１１４】
ステップ４：図３のフローチャートのステップ２と同様であるため、説明を省略する。
【０１１５】
ステップ５：図３のフローチャートのステップ３と同様であるため、説明を省略する。
【０１１６】
このように制御することで、放電開始の前後の急激な負荷側インピーダンスＺＬの変化にも対応し、かつその後のインピーダンス整合にも対応できるようになる。
【０１１７】
［第５実施形態］
図１２は、本発明の第５実施形態に係る高周波電源装置１ｄの構成及び高周波電源装置１ｄと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図１２に示す高周波電源装置１ｄは、図１０に示した高周波電源装置１ｃに周波数異常判定回路２０を追加し、また、図１０に示したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃをＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄに置き換え、周波数制御回路１１ｃを周波数制御回路１１ｄに置き換えたものである。なお、周波数異常判定回路２０は、図６と同様なので説明を省略する。また、図１２に示すその他は、図１０と同じであるので、説明を省略する。
【０１１８】
周波数制御回路１１ｄは、図１０で説明した周波数制御回路１１ｃの機能に加えて、現時点での基準周波数ｆ０を出力する機能を有する。
【０１１９】
ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄは、図１０で説明したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｃの機能に加え、周波数異常判定回路２０からＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄに対して異常信号が出力された場合、発振回路１２に対するＯＮ信号の出力を停止させることにより、高周波電源装置１ｄから負荷への高周波電力の供給を停止させる機能を有する。
【０１２０】
図１３は、図１２に示した高周波電源装置１ｄを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【０１２１】
ステップ１〜ステップ５は、図１１のフローチャートと同じであるが、ステップ５の後は、図１１とは異なりステップ６に進む。
【０１２２】
ステップ６：周波数異常判定回路２０において、発振周波数ｆ２と周波数制御回路１１ｄから出力される現時点での特定した発振周波数（基準周波数ｆ０）との偏差、すなわち、｜ｆ２−ｆ０｜を演算する。その偏差が予め定められた許容周波数ｆｐ以内の場合は、正常とあると判定し、ステップ４に進み処理を繰り返す。しかし、偏差が予め定められた許容周波数ｆｐを超えた場合は異常であると判定し、ステップ７に進み、異常信号を出力する。
【０１２３】
このように制御することで、第１実施形態の高周波電源装置の機能に加え、異常検出が可能となる。
【０１２４】
［第６実施形態］
図１４は、本発明の第６実施形態に係る高周波電源装置１ｅの構成及び高周波電源装置１ｅと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図１４に示す高周波電源装置１ｅは、図１２に示した高周波電源装置１ｄに周波数変更後時間計測用のタイマ回路２２と初期異常判定回路２３とを追加し、また、図１２に示したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄをＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｅに置き換え、周波数制御回路１１ｄを周波数制御回路１１ｅに置き換えたものである。なお、タイマ回路２２と初期異常判定回路２３は、図８と同様なので説明を省略する。また、図１４に示すその他は、図１２と同じであるので、説明を省略する。
【０１２５】
周波数制御回路１１ｅは、図１２で説明した周波数制御回路１１ｄの機能に加えて、発振回路１２に対して発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令したときに、トリガー信号Ｓｔ２を出力する機能を有する。
【０１２６】
ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｅは、図１２で説明したＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄの機能に加え、初期異常判定回路２３からＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｄに対して異常信号が出力された場合、発振回路１２に対するＯＮ信号の出力を停止させることにより、高周波電源装置１ｅから負荷への高周波電力の供給を停止させる機能を有する。
【０１２７】
第３実施形態と同様に、初期異常判定回路２３を設けると、発振周波数をｆ１からｆ２に切り替えるように指令変更されたときから予め定められた設定時間Ｔｓ２に達するまでのプロセス初期時に、上記の第３実施形態と同様に何らかの異常が発生している場合に異常検出ができる。そのため、高周波電源装置１ｂから負荷への高周波電力の供給を停止させる等、その状況に応じた対応が可能になる。
【０１２８】
図１５は、図１４に示した高周波電源装置１ｅを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【０１２９】
このフローチャートは、図１３で示したフローチャートのステップ３とステップ４との間に分岐点Ａ２を設けてステップ３の後に第３実施形態の図９で説明した初期異常判定ルーチンＲ１を接続したフローチャートである。そのために、第５実施形態の高周波電源装置の機能に加え、プロセス初期時の異常検出が可能となる。初期異常判定ルーチンＲ１は前述したので説明を省略する。
【０１３０】
［第７実施形態］
図１６は、本発明の第７実施形態に係る高周波電源装置１ｆの構成及び高周波電源装置１ｆと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。この図１６に示す高周波電源装置１ｆは、図１４に示すタイマ回路２２をタイマ回路２２ｆに置き換え、初期異常判定回路２３を初期異常判定回路２３ｆに置き換えるとともに、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｅから出力する信号Ｓｏｎをタイマ回路２２ｆが入力するように構成したものである。また、初期異常判定回路２３ｆに入力される設定時間をＴｓ３としている。なお、図１６に示すその他は、図１４と同じであるので、説明を省略する。
【０１３１】
タイマ回路２２ｆは、図１４とは異なりＯＮ／ＯＦＦ制御回路１０ｅから出力する信号Ｓｏｎを入力し、信号Ｓｏｎが入力されたときからの時間を計測するように構成されている。すなわち、発振回路１２から高周波信号が出力され、その結果、電力増幅器１３から高周波が出力されて負荷に高周波電力が供給されたときからの時間を計測し、計測時間Ｔ３を出力する。
【０１３２】
初期異常判定回路２３ｆは、計測時間Ｔ３が予め定められた設定時間Ｔｓ３に達するまでに、反射係数絶対値Γが反射係数設定値Γｓｅｔ以下にならない場合は異常であると判定する機能を有する。異常であると判定された場合は、図略の報知装置に対して異常信号を出力して異常であることを報知する。この設定時間Ｔｓ３は、前述した放電予想時間Ｔｓ１と設定時間Ｔｓ２とを加算した時間（Ｔｓ１＋Ｔｓ２）である。その他は、図１４で示した初期異常判定回路２３と同じである。
【０１３３】
図１７は、図１６に示した高周波電源装置１ｆを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って、放電中のインピーダンス整合について説明する。
【０１３４】
ステップ１〜７は、図１５で示したフローチャートと同じである。図１５と異なる点は、図１７のフローチャートでは、初期異常判定ルーチンＲ１がなく、代わりにステップ１の前に分岐点Ａ３を設け、この分岐点Ａ３に初期異常判定ルーチンＲ２が接続されている点である。
【０１３５】
図１８は、初期異常判定ルーチンＲ２のフローチャートである。この初期異常判定ルーチンＲ２は、前述した初期異常判定ルーチンＲ１において、計測時間Ｔ２を計測時間Ｔ３に変更し、設定時間Ｔｓ２をＴｓ３に変更したものである。
【０１３６】
このようにすることによって、第６実施形態の高周波電源装置と同様に、プロセス初期時の異常検出が可能となる。
【０１３７】
以上、第１実施形態〜第７実施形態まで説明したが、これらの実施形態に限定されるものではなく、他の変形も可能である。例えば、初期異常判定ルーチンＲ２を図３や図７で説明したフローチャートに接続する等の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る高周波電源装置１の構成及び高周波電源装置１と固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図２】図２は、高周波電源装置１の出力周波数と負荷５となるプラズマ処理装置に印加される電圧との関係の一例を示した周波数特性図である。
【図３】図３は、放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、反射係数絶対値Γと反射係数上限値Γｕｐとの関係を示した反射係数テーブル１９の一例である。
【図５】図５は、基準周波数ｆ０を含む予め定められた周波数範囲として、最小発振周波数をｆ０−Δｆ、最大発振周波数をｆ０＋Δｆと設定した場合の発振周波数と反射係数絶対値Γとの関係図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る高周波電源装置１ａの構成及び高周波電源装置１ａと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図７】図７は、図６に示した高周波電源装置１ａを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る高周波電源装置１ｂの構成及び高周波電源装置１ｂと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図９】図９は、図８に示した高周波電源装置１ｂを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態に係る高周波電源装置１ｃの構成及び高周波電源装置１ｃと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図１１】図１１は、放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施形態に係る高周波電源装置１ｄの構成及び高周波電源装置１ｄと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した高周波電源装置１ｄを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第６実施形態に係る高周波電源装置１ｅの構成及び高周波電源装置１ｅと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した高周波電源装置１ｅを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第７実施形態に係る高周波電源装置１ｆの構成及び高周波電源装置１ｆと固定整合器３と負荷５との接続関係を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した高周波電源装置１ｆを用いて放電開始後の放電中にインピーダンス整合させるための制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、初期異常判定ルーチンＲ２のフローチャートである。
【図１９】図１９は、従来の高周波電源装置５０の構成及び高周波電源装置５０と自動整合器６と負荷５との接続関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１      高周波電源装置
２      伝送線路
３      固定整合器
４      負荷接続部
５      負荷
６    自動整合器
１０    ＯＮ／ＯＦＦ制御回路
１１    周波数制御回路
１２    発振回路
１３    電力増幅器
１４    電力測定器
１５    電力制御回路
１６    電力設定器
１７    放電検出器
１８    反射係数演算回路
１９    反射係数テーブル
２０    周波数異常判定回路
２１    タイマ回路
２２    タイマ回路
２３    初期異常判定回路
Ｒ１    初期異常判定ルーチン
Ｒ２    初期異常判定ルーチン
Ｚｏ    電源側インピーダンス
ＺＬ    負荷側インピーダンス
【図１】
2006310245.tif 000003
【図２】
2006310245.tif 000004
【図３】
2006310245.tif 000005
【図４】
2006310245.tif 000006
【図５】
2006310245.tif 000007
【図６】
2006310245.tif 000008
【図７】
2006310245.tif 000009
【図８】
2006310245.tif 000010
【図９】
2006310245.tif 000011
【図１０】
2006310245.tif 000012
【図１１】
2006310245.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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