(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
ＤＣ電圧及びＤＣ電流及び進行波電力及び反射波電力及び共振電流を検出し、
ＤＣ電圧検出信号がＤＣ電圧保護レベルを超過したとき負の信号であるＤＣ電圧減算信号を演算し、共振電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の信号である共振電流減算信号を演算し、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とからパワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の信号である損失電力減算信号を演算し、
前記損失電力減算信号又は前記ＤＣ電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定信号に加算して前記進行波電力設定信号を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。
【請求項２】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置において、
ＤＣ電圧を出力するＤＣ電圧検出回路と、ＤＣ電流を出力するＤＣ電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出する高周波電力検出回路と、共振電流を検出する共振電流検出回路と、
ＤＣ電圧検出信号がＤＣ電圧保護レベルを超過したとき負の信号であるＤＣ電圧減算信号を出力する超過ＤＣ電圧保護回路と、共振電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の信号である共振電流減算信号を出力する超過共振電流保護回路と、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とからパワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の信号である損失電力減算信号を演算する超過損失電力保護回路と、
前記損失電力減算信号又は前記ＤＣ電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定信号に加算して進行波電力設定信号を抑制する減算信号加算回路とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置。
【請求項３】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
ＤＣ電圧及びＤＣ電流及び進行波電力及び反射波電力及びスイッチング素子ベース温度を検出し、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号とからスイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算し、
前記接合部温度減算信号を外部設定信号に加算して前記進行波電力設定信号を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。
【請求項４】
請求項３に記載の接合部温度減算信号が、ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号との積であるＤＣ電力信号を演算し、進行波電力検出信号から反射波電力検出信号を減算して高周波出力電力信号を演算し、ＤＣ電力信号から高周波出力電力信号を減算してパワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力とスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値との積をスイッチング素子の個数で除して接合部・ベース温度差信号を演算し、前記接合部・ベース温度差信号をスイッチング素子ベース温度検出信号に加えることによってスイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したときに出力する負の信号であるプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。
【請求項５】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
ＤＣ電圧及びＤＣ電流及び進行波電力及び反射波電力及び共振電流及びスイッチング素子ベース温度を検出し、
ＤＣ電圧検出信号がＤＣ電圧保護レベルを超過したとき負の信号であるＤＣ電圧減算信号を演算し、共振電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の信号である共振電流減算信号を演算し、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号からパワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の信号である損失電力減算信号を演算し、
前記損失電力減算信号又は前記ＤＣ電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定信号に加算して前記進行波電力設定信号を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。
【請求項６】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置において、
ＤＣ電圧を検出するＤＣ電圧検出回路と、ＤＣ電流を検出するＤＣ電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出する高周波電力検出回路と、スイッチング素子ベース温度を検出するベース温度検出回路と、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号とからスイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算する超過接合部温度保護回路と、
前記接合部温度減算信号を外部設定信号に加算して進行波電力設定信号を抑制する減算信号加算回路とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載した超過接合部温度保護回路が、ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号との積であるＤＣ電力信号を演算するＤＣ電力演算回路及び進行波電力検出信号から反射波電力検出信号を減算して高周波出力電力信号を演算する高周波出力電力演算回路及びＤＣ電力信号から高周波出力電力信号を減算してパワーアンプ損失電力を演算する損失電力演算回路及び前記パワーアンプ損失電力とスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値との積をスイッチング素子の個数で除して接合部・ベース温度差信号を演算する接合部・ベース温度差演算回路と、前記接合部・ベース温度差信号をスイッチング素子ベース温度検出信号に加えることによってスイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算する超過接合部温度演算回路から構成されるプラズマ発生用高周波電源装置。
【請求項８】
進行波電力設定信号から進行波電力検出信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置において、
ＤＣ電圧を検出するＤＣ電圧検出回路と、ＤＣ電流を検出するＤＣ電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出する高周波電力検出回路と、共振電流検出信号を検出する共振電流検出回路と、スイッチング素子ベース温度を検出するベース温度検出回路と、
ＤＣ電圧検出信号がＤＣ電圧保護レベルを超過したとき負の信号であるＤＣ電圧減算信号を出力する超過ＤＣ電圧保護回路と、共振電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の信号である共振電流減算信号を出力する超過共振電流保護回路と、
ＤＣ電圧検出信号とＤＣ電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号とからスイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算する超過接合部温度保護回路と、
前記損失電力減算信号又は前記ＤＣ電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定信号に加算して進行波電力設定信号を抑制する減算信号加算回路とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング装置等に用いられるプラズマ発生用高周波電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来技術のプラズマ発生用高周波電源装置（以下、高周波電源という）１及びその周辺装置を示す従来技術ブロック図である。高周波電源１は、ケーブルＣＢ１及び整合器２及びケーブルＣＢ２を介して、プラズマ発生用チャンバ３に高周波電力を供給するための電源装置である。整合器２は、高周波電源１の出力インピーダンスＺｏと、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬ（ケーブルＣＢ１及び整合器２及びケーブルＣＢ２及びプラズマ発生用チャンバ３のインピーダンス）とを整合させるための装置である。プラズマ発生用チャンバ３は、高周波電源１から供給された高周波電力によりプラズマを発生させるための装置である。
【０００３】
整合器２によって、高周波電源１の出力インピーダンスＺｏと、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬとが整合（以下、インピーダンスが整合という）しているときは、高周波電源１から出力されてプラズマ発生用チャンバ３に向かう高周波電力（以下、進行波電力という）が効率よく、プラズマ発生用チャンバ３に供給される。
【０００４】
しかし、インピーダンスが整合していないときは、進行波電力の一部又は全部が反射してプラズマ発生用チャンバ３から高周波電源１に向かう反射波電力が発生する。また、プラズマ発生用チャンバ３のインピーダンスがプラズマ発生状態によって変動するために、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬは、整合時に比べて、高インピーダンス又は低インピーダンスに変動する。
【０００５】
高周波電源１は、図１に示すように、ＤＣ電源回路４、高周波パルス発振回路５、パワーアンプ６、共振回路７、高周波電力検出回路８、進行波電力設定値・検出値比較回路９、ＤＣ電圧検出回路１０、共振電流検出回路１１、超過ＤＣ電圧保護回路１２、超過共振電流保護回路１３及び超過反射波電力保護回路１４より構成される。
【０００６】
ＤＣ電源回路４は、ＤＣ電力を出力する電源回路であり、後述するように進行波電力設定値・検出値比較回路９から入力される進行波電力誤差信号ΔＰｓに応じて、出力するＤＣ電力の大きさが変化する。高周波パルス発振回路５は高周波パルス信号を出力する発振回路であり、高周波電源１が出力する高周波電力の発振周波数はこの高周波パルス信号によって設定される。パワーアンプ６は、スイッチング素子等から構成され、高周波パルス発振回路５から出力された高周波パルス信号を、ＤＣ電源回路４から供給される電力の大きさに応じて増幅し、高周波電力を出力する電力増幅回路である。共振回路７はパワーアンプ６から出力された高周波電力の基本波信号成分（前述した高周波パルス信号の周波数と同一周波数の正弦波信号成分）のみを通過させる共振回路である。
【０００７】
高周波電力検出回路８は、共振回路７から出力される高周波電力、すなわち高周波電源１から出力される進行波電力の大きさを検出すると共に反射波電力の大きさを検出し、進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒを出力する検出回路である。減算信号加算回路１５は、後述する各保護回路から減算信号が出力されたときに、減算信号を外部設定信号Ｐexに加算し進行波電力設定信号Ｐｓを出力する加算回路である。進行波電力設定値・検出値比較回路９は進行波電力設定信号Ｐｓと進行波電力検出信号Ｐｆとを比較し、ＤＣ電源回路４に進行波電力誤差信号ΔＰｓ（＝Ｐｓ−Ｐｆ）を出力する比較回路であり、ＤＣ電源回路４の出力を調整することによって、高周波電源１の進行波電力がＰｓになるように制御する。
【０００８】
このように高周波電源１は、高周波電力検出回路８と進行波電力設定値・検出値比較回路９とによってＤＣ電源回路４の出力電力を調整し、パワーアンプ６からの出力を調整し、高周波電源１の進行波電力が進行波電力設定信号Ｐｓになるように、進行波電力を出力する。
【０００９】
しかし、前述したようにインピーダンスが整合していないときは、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬが、高インピーダンス又は低インピーダンスに変動する。その結果、ＺＬが高インピーダンスになると、整合時に比べてパワーアンプ６の入力部及び出力部が高電圧になり、ＺＬが低インピーダンスになると、整合時に比べてパワーアンプ６の入力電流及び出力電流が増加する。
【００１０】
また、パワーアンプ６はインピーダンスが整合している場合に損失電力が最小に近くなるように設計されているので、インピーダンスが整合していないときは、パワーアンプ６の損失電力は増加する。パワーアンプ６の損失電力が増加すると、スイッチング素子の発熱量が増加する。
【００１１】
ところでパワーアンプ６を構成するスイッチング素子の耐電圧及び許容電流及び使用温度には限界があり、通常はインピーダンスが整合しているときを基準に設計される。そのために、インピーダンスが整合していないときは、耐電圧又は許容電流又は使用温度が限界値を超えることがあるので、単に進行波電力が外部設定信号Ｐexの示す大きさになるように制御するだけではなく、スイッチング素子を過電圧及び過電流及び発熱から保護して、スイッチング素子の耐電圧又は許容電流又は使用温度が限界値を超えないようにする必要がある。
【００１２】
このような保護は、前述した高周波電力検出回路８によって検出した進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒの他、パワーアンプ６の入力信号をＤＣ電圧検出回路１０によって検出したＤＣ電圧検出信号Ｖｉ及びパワーアンプ６の出力信号を共振電流検出回路１１によって検出した共振電流検出信号Ｉｏを用いて行う。以下、従来技術の保護回路について説明する。
【００１３】
過電圧に対する保護は、図１の超過ＤＣ電圧保護回路１２によって行う。以下、図２を参照して超過ＤＣ電圧保護回路１２の例について説明する。
図２は、従来技術の超過ＤＣ電圧保護回路１２の例を示す従来技術の超過ＤＣ電圧保護回路接続図である。図中、ＤＣ電圧保護レベル設定回路２１はＤＣ電圧保護レベルＶipを設定する回路である。超過ＤＣ電圧演算回路２２は、ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電圧保護レベルＶipとを比較し、ＶｉがＶipを超過した場合のみ、超過分（Ｖｉ−Ｖip）に比例するＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を出力する演算回路である。
【００１４】
図１において、超過ＤＣ電圧保護回路１２は、ＤＣ電圧検出回路１０からＤＣ電圧検出信号Ｖｉが入力され、前述したようにＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したとき、ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を出力する。減算信号加算回路１５は、超過ＤＣ電圧保護回路１２からＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）が出力されると、外部設定信号ＰexにＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を加算することによって進行波電力設定信号Ｐｓを抑制する。
【００１５】
なお、後述するように超過共振電流保護回路１３から出力される共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）又は超過反射波電力保護回路１４から出力される反射波電力減算信号ΔＰｒ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算することによっても進行波電力設定信号Ｐｓは抑制される。
【００１６】
すなわち、減算信号加算回路１５から出力する進行波電力設定信号Ｐｓは、Ｐex＋ΔＶｉ＋ΔＩｏ＋ΔＰｒになるので、超過ＤＣ電圧保護回路１２からＤＣ電圧減算信号ΔＶｉが出力されるとき又は超過共振電流保護回路１３から共振電流減算信号ΔＩｏが出力されるとき又は超過反射波電力保護回路１４から反射波電力減算信号ΔＰｒが出力されるときには、各保護回路から出力される負の信号分だけ小さな値となる。
【００１７】
ところで、ＤＣ電源回路４が出力するＤＣ電力の大きさは、進行波電力設定値・検出値比較回路９から出力される進行波電力誤差信号ΔＰｓによって変化する。進行波電力設定信号Ｐｓが小さくなると進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆの値が小さくなった分だけ、ＤＣ電源回路４から出力するＤＣ電力が小さくなる。ＤＣ電源回路４から出力するＤＣ電力が小さくなると、パワーアンプ６から出力する高周波電力及び共振回路７から出力する高周波電力（進行波電力）も小さくなる。
すなわち進行波電力設定信号Ｐｓを抑制することによって、進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆも小さくなり進行波電力が小さくなるのでパワーアンプ６入力部のＤＣ電圧が小さくなる。
【００１８】
このような過電圧保護はＤＣ電圧検出信号Ｖｉ≦ＤＣ電圧保護レベルＶipになるまで行われるので、ＤＣ電圧保護レベルＶipを適切な値に設定すれば、パワーアンプ６のスイッチング素子が過電圧から保護される。
【００１９】
過電流に対する保護は、図１の超過共振電流保護回路１３によって行う。以下、図３を参照して超過共振電流保護回路１３の例について説明する。
【００２０】
図３は、従来技術の超過共振電流保護回路１３の例を示す超過共振電流保護回路接続図である。図中、共振電流保護レベル設定回路３１は共振電流保護レベルＩopを設定する回路である。超過共振電流演算回路３２は、共振電流検出信号Ｉｏと共振電流保護レベルＩopとを比較し、共振電流検出信号Ｉoが共振電流保護レベルＩopを超過した場合のみ、超過分（Ｉｏ−Ｉop）に比例する共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を出力する演算回路である。
【００２１】
図１において、超過共振電流保護回路１３は、共振電流検出回路１１から共振電流検出信号Ｉｏが入力され、前述したように共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき、共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を出力する。減算信号加算回路１５は、超過共振電流保護回路１３から共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）が出力されると、外部設定信号Ｐexに共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を加算することによって進行波電力設定信号Ｐｓを抑制する。
【００２２】
すなわち、進行波電力設定信号Ｐｓを抑制することによって、前述の過電圧保護の場合と同様の過程で進行波電力が小さくなり、共振回路７の出力部の共振電流が小さくなる。
【００２３】
このような過電流保護は、共振電流検出信号Ｉｏ≦共振電流保護レベルＩopになるまで行われるので、共振電流保護レベルＩopを適切な値に設定すれば、パワーアンプ６のスイッチング素子が過電流から保護される。
【００２４】
次に、スイッチング素子の発熱に対する保護について説明する。スイッチング素子を発熱による破壊から保護するためには、接合部温度を最高使用接合部温度Ｔjp以下に制御する必要がある。
【００２５】
しかし、実際には、接合部温度を直接検出することが不可能であるために、従来技術では、反射波電力を設定値（反射波電力保護レベルＰrp）以下に制御することによって、スイッチング素子を発熱による破壊から保護している（以下、超過反射波電力保護という）。
【００２６】
以下、超過反射波電力保護について説明する。
高周波電源１の出力インピーダンスＺｏと負荷インピーダンスＺＬとが整合していないとき、反射波電力が生じると共に、パワーアンプ損失電力が増加することによってスイッチング素子接合部温度が上昇する。
【００２７】
なお、必ずしも、反射波電力の大きさが大きくなれば、スイッチング素子接合部温度の上昇（スイッチング素子損失電力の大きさ）が大きくなるものではない。スイッチング素子損失電力の大きさは、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬの大きさ及び位相によって、様々に変化する。
【００２８】
また、負荷インピーダンスＺＬが同じ大きさ及び位相ならば、反射波電力の大きさが小さいほど（高周波電源１から出力される進行波電力が小さいほど）、スイッチング素子損失電力が低下することによって、スイッチング素子接合部温度（スイッチング素子損失電力の大きさ）は低下する。
【００２９】
したがって、反射波電力の大きさが反射波電力保護レベルＰrpに達したとき、反射波電力の大きさを小さくするために高周波電源１の進行波電力を抑制すれば、スイッチング素子損失電力が低下するので、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができる。
【００３０】
この制御において、反射波電力保護レベルＰrpの決定は、実験によって行う。
例として、進行波電力設定値Ｐｓの最大値が２０００Ｗの高周波電源１を考える。まず、進行波電力設定値Ｐｓの最大値２０００Ｗの設定で、反射波電力保護レベルＰrpを十分小さい値、例えば５０Ｗに設定し、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬを変化させながら、高周波電源１から進行波電力を出力させる実験を行い、スイッチング素子が破損しないことを確認する。
【００３１】
なお、この実験では、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬを様々な大きさ及び位相に変化させて実験を行う。なぜなら、プラズマ負荷のインピーダンスは大きさ及び位相が広い範囲で変化するため、負荷インピーダンスＺＬの大きさ及び位相も広い範囲で変化するからである。
【００３２】
次に、段階的に反射波電力保護レベルＰrpを増加させ同様の実験を行い、その結果から、スイッチング素子が発熱によって破損しないような反射波電力保護レベルＰrpが決定できる。
【００３３】
上述の実験によって決定された反射波電力保護レベルＰrpを用いて、スイッチング素子の発熱に対する保護を行う。以下、図面を参照して、スイッチング素子の発熱に対する保護について説明する。
【００３４】
スイッチング素子の発熱からの保護は、図１の超過反射波電力保護回路１４によって行う。以下、図４を参照して超過反射波電力保護回路１４の例について説明する。
【００３５】
図４は、従来技術の超過反射波電力保護回路１４の例を示す超過反射波電力保護回路接続図である。同図において、反射波電力保護レベル設定回路４１は反射波電力保護レベルＰrpを設定するための設定回路である。超過反射波電力演算回路４２は、反射波電力検出信号Ｐｒと反射波電力保護レベルＰrpとを比較し、反射波電力検出信号Ｐｒが反射波電力保護レベルＰrpを超過した場合のみ、超過分（Ｐｒ−Ｐrp）に比例する反射波電力減算信号ΔＰｒ（＜０）を出力する演算回路である。
【００３６】
図１において、超過反射波電力保護回路１４は、高周波電力検出回路８から反射波電力検出信号Ｐｒが入力され、前述したように反射波電力検出信号Ｐｒが反射波電力保護レベルＰrpを超過したときのみ、反射波電力減算信号ΔＰｒ（＜０）を出力する。
【００３７】
減算信号加算回路１５は、超過反射波電力保護回路１４から反射波電力減算信号ΔＰｒ（＜０）が出力されると、外部設定信号Ｐexに反射波電力減算信号ΔＰｒ（＜０）を加算することによって進行波電力設定信号Ｐｓを抑制する。
【００３８】
すなわち、進行波電力設定信号Ｐｓを抑制することによって、前述の過電圧保護の場合と同様の過程で進行波電力が小さくなり、スイッチング素子の損失電力が小さくなるのでスイッチング素子接合部温度は低下する。
【００３９】
このような反射波電力を抑制する保護は、Ｐｒ≦Ｐrpになるまで行われるので、反射波電力保護レベルＰrpを適切な値に設定すれば、パワーアンプ６のスイッチング素子が発熱による破壊から保護される。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の超過反射波電力保護において、反射波電力保護レベルＰrpを決定する際、高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬを様々な大きさ及び位相に変化させながら、実験を行う必要がありかなりの労力を要する。
したがって、保護レベルの決定が容易にできる保護回路を備えた高周波電源１が必要である。
【００４１】
また、必ずしも、反射波電力の大きさが大きくなれば、スイッチング素子接合部温度の上昇が大きくなるものではない。高周波電源１の負荷インピーダンスＺＬによっては、反射波電力が設定値を超過する場合でも、スイッチング素子はさらに損失電力を許容できる場合がある。この様な場合にも、高周波電源１の進行波電力を抑制するために、必要以上の保護をすることになってしまう。
高周波電源１がエッチング処理等で用いられる場合、それまでのプロセスを無駄にしないために、高周波電源１の出力を可能な限り低下させない方が望ましい。したがって、必要以上に高周波電源１の進行波電力を抑制することなく、必要十分な範囲で進行波電力を抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から確実に保護するための回路を備えた高周波電源１が必要である。
【００４２】
本発明は、前述の問題を解決するための新規な保護回路を備えたプラズマ発生用高周波電源１を提供することを目的とする。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した電源装置の保護方法の発明は、図６に示すように、進行波電力設定信号Ｐｓから進行波電力検出信号Ｐｆを減算した進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆによって進行波電力を進行波電力設定信号Ｐｓの示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源に対する保護方法において、
共振電流を検出する手段と、ＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したときＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を演算する手段と、共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を演算する手段とをさらに備え、
ＤＣ電圧及びＤＣ電流及び進行波電力及び反射波電力及び共振電流を検出し、
ＤＣ電圧検出信号がＤＣ電圧保護レベルを超過したときＤＣ電圧減算信号（＜０）を演算し、共振電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき共振電流減算信号（＜０）を演算し、
ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉと進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとからパワーアンプ損失電力ＰＬを演算し、上記パワーアンプ損失電力ＰＬが損失電力保護レベルＰLpを超過したときに損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を演算し、
上記損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）又はＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）又は共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算して進行波電力設定信号Ｐｓを抑制するプラズマ発生用高周波電源装置６１の保護方法である。
【００４８】
請求項２に記載した電源装置の発明は、図６に示すように、進行波電力設定信号Ｐｓから進行波電力検出信号Ｐｆを減算した進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆによって進行波電力を進行波電力設定信号Ｐｓの示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置において、
パワーアンプ入力ＤＣ電圧を検出しＤＣ電圧検出信号Ｖｉを出力するＤＣ電圧検出回路１０と、パワーアンプ入力ＤＣ電流を検出しＤＣ電流検出信号Ｉｉを出力するＤＣ電流検出回路６０と、共振回路７の高周波出力電力を検出し進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとを出力する高周波電力検出回路８と、
共振回路７の出力共振電流を検出し共振電流検出信号Ｉｏを出力する共振電流検出回路１１と、ＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したときＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を出力する超過ＤＣ電圧保護回路１２と、共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を出力する超過共振電流保護回路１３と、
ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉと進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとからパワーアンプ損失電力ＰＬを演算し、上記パワーアンプ損失電力ＰＬが損失電力保護レベルＰLpを超過したときに損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を出力する超過損失電力保護回路６１４と、
上記損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）又はＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ又は共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算して進行波電力設定信号ＰｓをＰex＋ΔＰＬに抑制する減算信号加算回路６５とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置６１である。
【００４９】
請求項３に記載した電源装置の保護方法の発明は、図８に示すように、進行波電力設定信号Ｐｓから進行波電力検出信号Ｐｆを減算した進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆによって進行波電力を進行波電力設定信号Ｐｓの示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
ＤＣ電圧及びＤＣ電流及び進行波電力及び反射波電力及びスイッチング素子ベース温度を検出し、
ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉと進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとスイッチング素子ベース温度検出信号Ｔｂとからスイッチング素子接合部温度信号Ｔｊを演算し、上記スイッチング素子接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過したときに接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を演算し、
上記接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算して進行波電力設定信号ＰｓをＰex＋ΔＴｊに抑制することによって、進行波電力を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置８１の保護方法である。
【００５０】
請求項４に記載した電源装置の保護方法の発明は、請求項３の損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）が、図９に示すように、ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉとの積であるＤＣ電力信号Ｐｉを演算し、進行波電力検出信号Ｐｆから反射波電力検出信号Ｐｒを減算して高周波出力電力信号Ｐｏを演算し、上記ＤＣ電力信号Ｐｉから上記高周波出力電力信号Ｐｏを減算してパワーアンプ損失電力ＰＬを演算し、上記パワーアンプ損失電力ＰＬとスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbとの積をスイッチング素子の個数ｎで除して接合部・ベース温度差信号Ｔjbを演算し、上記接合部・ベース温度差信号Ｔjbをスイッチング素子ベース温度検出信号Ｔｂに加算してスイッチング素子接合部温度信号Ｔｊを演算し、上記スイッチング素子接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過したとき出力する負の信号であるプラズマ発生用高周波電源装置８１の保護方法である。
【００５１】
請求項５に記載した電源装置の保護方法の発明は、請求項３のプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
共振電流を検出する手段と、ＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したときＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を演算する手段と、共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を演算する手段とを追加し、
ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ及び共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算することによっても進行波電力設定信号Ｐｓを抑制し、進行波電力を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置８１の保護方法である。
【００５２】
請求項６に記載した電源装置の発明は、図８に示すように、進行波電力設定信号Ｐｓから進行波電力検出信号Ｐｆを減算した進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆによって進行波電力を進行波電力設定信号Ｐｓの示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置において、
パワーアンプ入力ＤＣ電圧を検出しＤＣ電圧検出信号Ｖｉを出力するＤＣ電圧検出回路１０と、パワーアンプ入力ＤＣ電流を検出しＤＣ電流検出信号Ｉｉを出力するＤＣ電流検出回路６０と、共振回路７の高周波出力電力を検出し進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとを出力する高周波電力検出回路８と、
スイッチング素子ベース温度を検出しスイッチング素子ベース温度検出信号Ｔｂを出力するベース温度検出回路８０と、
ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉと進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとスイッチング素子ベース温度検出信号Ｔｂとからスイッチング素子接合部温度信号Ｔｊを演算し、上記スイッチング素子接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過したときに接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を出力する超過接合部温度保護回路８１４と、
上記接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算して進行波電力設定信号ＰｓをＰex＋ΔＴｊに抑制することによって、進行波電力を抑制する減算信号加算回路８５とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置８１である。
【００５３】
請求項７に記載した電源装置の発明は、請求項６の超過接合部温度保護回路８１４が、図９に示すように、ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉとの積であるＤＣ電力信号Ｐｉを演算するＤＣ電力演算回路７１及び進行波電力検出信号Ｐｆから反射波電力検出信号Ｐｒを減算して高周波出力電力信号Ｐｏを演算する高周波出力電力演算回路７２及び上記ＤＣ電力信号Ｐｉから上記高周波出力電力信号Ｐｏを減算してパワーアンプ損失電力ＰＬを演算する損失電力演算回路７３及び上記パワーアンプ損失電力ＰＬとスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbとの積をスイッチング素子の個数ｎで除して接合部・ベース温度差信号Ｔjbを演算する接合部・ベース温度差演算回路９１及び上記接合部・ベース温度差信号Ｔjbにスイッチング素子ベース温度検出信号Ｔｂを加算してスイッチング素子接合部温度信号Ｔｊを演算する接合部温度演算回路９２及び上記スイッチング素子接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過したときに接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を出力する超過接合部温度演算回路９４から構成されるプラズマ発生用高周波電源装置８１である。
【００５４】
請求項８に記載した電源装置の発明は、請求項６のプラズマ発生用高周波電源装置８１において、共振回路７の出力共振電流を検出し共振電流検出信号Ｉｏを出力する共振電流検出回路１１と、ＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したときＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を出力する超過ＤＣ電圧保護回路１２と、共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を出力する超過共振電流保護回路１３とを追加し、
ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ及び共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算することによっても進行波電力設定信号Ｐｓを抑制し、進行波電力を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置８１である。
【００５５】
【発明の実施の形態】
従来の反射波電力が一定値以下になるように進行波電力を抑制する代わりに、図６に示すようにパワーアンプ６の損失電力ＰＬをあらかじめ定めた損失電力保護レベルＰLp以下になるように進行波電力を抑制する。後述するようにパワーアンプの発熱量はパワーアンプ損失電力ＰＬに比例するため、保護レベルの決定に実験を行う必要がなく、進行波電力を必要以上に抑制することなくスイッチング素子を保護することができる。
【００５６】
具体的には図６に示すように、進行波電力設定信号Ｐｓから進行波電力検出信号Ｐｆを減算した進行波電力誤差信号ΔＰｓ＝Ｐｓ−Ｐｆによって進行波電力を進行波電力設定信号Ｐｓの示す大きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源において、
パワーアンプ入力ＤＣ電圧を検出しＤＣ電圧検出信号Ｖｉを出力するＤＣ電圧検出回路１０と、パワーアンプ入力ＤＣ電流を検出しＤＣ電流検出信号Ｉｉを出力するＤＣ電流検出回路６０と、共振回路７の出力共振電流を検出し共振電流検出信号Ｉｏを出力する共振電流検出回路１１と、共振回路７の高周波出力電力を検出し進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとを出力する高周波電力検出回路８と、
上記ＤＣ電圧検出信号ＶｉがＤＣ電圧保護レベルＶipを超過したとき、ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）を出力する超過ＤＣ電圧保護回路１２と、上記共振電流検出信号Ｉｏが共振電流保護レベルＩopを超過したとき、共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）を出力する超過共振電流保護回路１３と、
ＤＣ電圧検出信号ＶｉとＤＣ電流検出信号Ｉｉと進行波電力検出信号Ｐｆと反射波電力検出信号Ｐｒとからパワーアンプ損失電力ＰＬを演算し、上記パワーアンプ損失電力ＰＬが損失電力保護レベルＰLpを超過したときに損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を出力する超過損失電力保護回路６１４と、
上記ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ（＜０）又は上記共振電流減算信号ΔＩｏ（＜０）又は上記損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を外部設定信号Ｐexに加算して進行波電力設定信号ＰｓをＰex＋ΔＶｉ＋ΔＩｏ＋ΔＰＬに抑制する減算信号加算回路６５とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置６１である。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
従来技術で述べたように、スイッチング素子を発熱による破壊から保護するためには最高使用接合部温度Ｔjp以下で使用する必要がある。したがって、スイッチング素子接合部温度Ｔｊを最高使用接合部温度Ｔjp以下になるように高周波電源１の進行波電力を制御する必要がある。
また、スイッチング素子接合部温度Ｔｊは後述するようにスイッチング素子損失電力Ｐｄに比例する。したがって、最高使用接合部温度Ｔjpを超過しないようなスイッチング素子の許容損失電力Ｐdpを求め、測定したスイッチング素子損失電力ＰｄがＰdpを超過しないように、高周波電源１から出力する進行波電力を制御すれば、スイッチング素子の発熱量が減少し、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができる。
【００５８】
本発明の第１の実施例では、パワーアンプ６の損失電力ＰＬはすべてスイッチング素子によるものであるとして、スイッチング素子損失電力Ｐｄとスイッチング素子の個数ｎとの積をパワーアンプ損失電力ＰＬ（ＰＬ＝Ｐｄ×ｎ）とする。同様に、パワーアンプ損失保護レベルＰLpをＰLp＝Ｐdp×ｎとすることにより、このＰLpを用いて保護を行う。
具体的には、パワーアンプ損失電力ＰＬが後述する損失電力保護レベルＰLp以下になるように、高周波電源６１の進行波電力を抑制することによってスイッチング素子を発熱による破壊から保護する。
【００５９】
以下、損失電力保護レベルＰLpの決定方法について詳述する。
図５は、スイッチング素子接合部温度Ｔｊとスイッチング素子ベース温度Ｔｂとスイッチング素子損失電力Ｐｄとの関係を説明するためのスイッチング素子温度・損失電力説明図である。
Ｔｊ  ＝  Ｒjb  ×  Ｐｄ  ＋  Ｔｂ・・・・・（式１）
（式１）は、スイッチング素子接合部温度Ｔｊとスイッチング素子ベース温度Ｔｂとスイッチング素子損失電力Ｐｄとの関係を説明するための数式である。
【００６０】
図５において、スイッチング素子５１はパワーアンプ６を構成するスイッチング素子であり、放熱器５２はスイッチング素子を冷却するための放熱器である。図５及び式１において、Ｒjbはスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値であり、単位電力あたりの温度上昇としてデータシートに記載されている。
【００６１】
スイッチング素子接合部温度Ｔｊとスイッチング素子ベース温度Ｔｂとの差は、スイッチング素子損失電力Ｐｄによって生じ、図５及び式１に示すように、スイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbとスイッチング素子損失電力Ｐｄとの積Ｒjb×Ｐｄで与えられ、スイッチング素子接合部温度Ｔｊはスイッチング素子損失電力Ｐｄに比例する。
【００６２】
まず、スイッチング素子接合部温度Ｔｊが最高使用接合部温度Ｔjpを超過しないように、スイッチング素子の許容損失電力Ｐdpを決定する。式１から、スイッチング素子損失電力Ｐｄをスッチング素子接合部温度Ｔｊとスイッチング素子ベース温度Ｔｂと接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbによって表すと、式２の様になる。
Ｐｄ  ＝  ｛  Ｔｊ  −  Ｔｂ  ｝  ／  Ｒjb・・・・・（式２）
【００６３】
式２において、スイッチング素子接合部温度Ｔｊ及び接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbに、データシート記載の最高使用接合部温度Ｔjp及び接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjbを代入し、スイッチング素子ベース温度Ｔｂを後述するように仮定することによって、スイッチング素子損失電力Ｐｄの上限値Ｐdpを求めることができる。求めたスイッチング素子許容損失電力Ｐdpとスイッチング素子の個数ｎとの積を損失電力保護レベルＰLpとする。
【００６４】
例えば、パワーアンプ６が、データシート記載の最高使用接合部温度Ｔjp＝１５０℃、接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjb＝１．０Ｗ／℃である４個のスイッチング素子から構成される場合を考える。
この場合、スイッチング素子接合部温度Ｔｊは１５０℃まで許容されるので、式２のＴｊにＴjp＝１５０℃を代入する。なお、パワーアンプ６の信頼性を高めるには、１５０℃より小さい値を用いればい。
次に、ベース温度Ｔｂの上限値Ｔbpを決める。高周波電源６１を周囲温度４５℃以下の環境で使用すると仮定する（最高使用周囲温度を４５℃と仮定）。高周波電源６１から進行波電力を出力しているとき、高周波電源６１を構成する素子の発熱によって、高周波電源６１の筐体内部は、高周波電源６１の周囲に比べ温度が高くなる。そこで、高周波電源６１の筐体内部温度が高周波電源６１の周囲温度より１５℃高いと仮定する。さらに、スイッチング素子ベース温度は高周波電源６１の内部温度よりも１０℃高いと仮定すると、スイッチング素子ベース温度の上限値は、Ｔbp＝４５℃＋１５℃＋１０℃＝７０℃となる。これを式２のＴｂに代入する。
【００６５】
すなわち、スイッチング素子ベース温度Ｔｂの上限値Ｔbp＝７０℃のとき、スイッチング素子接合部温度ＴｊがＴjp＝１５０℃まで許容されるのであるから、式２よりスイッチング素子の許容損失電力Ｐdpは８０Ｗになる。したがって、パワーアンプの許容損失電力は８０Ｗ×４個＝３２０Ｗとなり、パワーアンプ損失電力保護レベルＰLpを３２０Ｗに相当する値に設定する。
【００６６】
第１の実施例では、パワーアンプ損失電力ＰＬが前述したＰLp以下になるように、高周波電源６１の進行波電力を抑制することによって、スイッチング素子損失電力Ｐｄを減少させ、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができる。
【００６７】
以下、図面を用いてパワーアンプ損失電力ＰＬを用いた保護について説明する。
図６は、本発明の第１の実施例を示す第１実施例ブロック図である。図１と比較すると、図６では、従来技術の超過反射波電力保護回路１４の代わりに、ＤＣ電流検出回路６０及び超過損失電力保護回路６１４が備えられている。
ＩｉはＤＣ電流検出信号であり、ＰLpは前述したパワーアンプ損失電力保護レベルであり、ΔＰＬは損失電力減算信号である。その他の符号については、前述した図１の符号の説明と同様である。
【００６８】
第１の実施例における発熱に対する保護は、図６の超過損失電力保護回路６１４によって行う。以下、図７を参照して超過損失電力保護回路６１４の例について説明する。
図７は、本発明に係る超過損失電力保護回路６１４の例を示す本発明に係る超過損失電力保護回路接続図である。図中、ＤＣ電力演算回路７１は、ＤＣ電圧検出信号ＶｉにＤＣ電流検出信号Ｉｉを乗ずることにより、ＤＣ電力信号Ｐｉを演算するための演算回路である。高周波出力電力演算回路７２は、進行波電力検出信号Ｐｆから反射波電力検出信号Ｐｒを減算することにより、高周波出力電力Ｐｏを演算するための演算回路である。損失電力演算回路７３は、ＤＣ電力Ｐｉから高周波出力電力Ｐｏを減算することによって、パワーアンプ損失電力ＰＬを演算するための演算回路である。損失電力保護レベル設定回路７４は、損失電力保護レベルＰLpを設定するための設定回路である。超過損失電力演算回路７５は、パワーアンプ損失電力信号ＰＬとパワーアンプ損失電力保護レベルＰLpとを比較し、パワーアンプ損失電力ＰＬが損失電力保護レベルＰLpを超過した場合のみ、超過分（ＰＬ−ＰLp）に比例する損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を出力する、演算回路である。
【００６９】
図６において、ＤＣ電圧検出回路１０がＤＣ電圧検出信号Ｖｉを、ＤＣ電流検出回路６０がＤＣ電流検出信号Iiを、高周波電力検出回路８が進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒを出力したとき、超過損失電力保護回路６１４は前述のように検出値からパワーアンプ損失電力信号ＰＬを演算し、パワーアンプ損失電力ＰＬと損失電力保護レベルＰLpとを比較し、パワーアンプ損失電力ＰＬが損失電力保護レベルＰLpを超過したときのみ、損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を出力する。減算信号加算回路６５は、超過損失電力保護回路６２から損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）が出力されると、外部設定信号Ｐexに損失電力減算信号ΔＰＬ（＜０）を加算することによって進行波電力設定信号Ｐｓを抑制する。
すなわち、進行波電力設定信号Ｐｓを抑制することによって、前述の従来技術における過電圧保護の場合と同様の過程で進行波電力が抑制され、パワーアンプ損失電力ＰＬが小さくなりスイッチング素子損失電力Ｐｄは減少するのでスイッチング素子接合部温度Ｔｊは低下する。
このようなパワーアンプ損失電力ＰＬを抑制する保護は、パワーアンプ損失電力ＰＬ≦パワーアンプ損失電力保護レベルＰLpになるまで行われるので、パワーアンプ損失電力保護レベルＰLpを適切な値に設定すれば、パワーアンプ６のスイッチング素子が発熱による破壊から保護される。
【００７０】
（実施例２）
第２の実施例では、ＤＣ電圧検出信号Ｖｉ、ＤＣ電流検出信号Ｉｉ、進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒから演算したスイッチング素子損失電力Ｐｄとスイッチング素子ベース温度Ｔｂの検出値とを用いて、式１によって演算したスイッチング素子接合部温度Ｔｊを最高使用接合部温度Ｔjp以下に制御することによって、スイッチング素子を発熱による破壊から保護する。
第２の実施例では、接合部温度保護レベルにスイッチング素子の最高使用接合部温度Ｔjpを用いる。なお、パワーアンプの信頼性を高めるには、接合部温度保護レベルに最高使用接合部温度Ｔjpより小さい値を用いればよい。
【００７１】
図８は、本発明の第２の実施例を示す第２実施例ブロック図である。図６と比較すると、図８では、超過損失電力保護回路６１４の代わりに、超過接合部温度保護回路８１４が備えられている。また、パワーアンプ６の代わりに温度検出回路付パワーアンプ８６及びベース温度検出回路８０が備えられている。
Ｔｂはベース温度検出信号、Ｔjpは前述の最高使用接合部温度（接合部温度保護レベル）であり、ΔＴｊは接合部温度減算信号である。その他の符号については、前述の図１及び図６における符号の説明と同様である。
【００７２】
図９は、本発明に係る超過接合部温度保護回路８１４の例を示す本発明に係る超過接合部温度保護回路接続図である。超過接合部温度保護回路８１４は、ベース温度検出信号Ｔｂ及びＤＣ電圧検出信号Ｖｉ及びＤＣ電流検出信号Ｉｉ及び進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒから接合部温度Ｔｊを演算し、Ｔｊと接合部温度保護レベルＴjpとを比較し、接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を出力する保護回路である。
【００７３】
ＤＣ電力演算回路７１及び高周波出力電力演算回路７２及び損失電力演算回路７３の説明は、図７と同様である。接合部・ベース温度差演算回路９１は、パワーアンプ損失電力信号ＰＬをスイッチング素子の数ｎで除したスイッチング素子損失電力Ｐｄに接合部・ベース間熱抵抗信号Ｒjbを乗ずることによって、接合部・ベース温度差信号Ｔjbを演算するための演算回路である。接合部温度演算回路９２は、接合部・ベース温度差信号Ｔjbにベース温度検出信号Ｔｂを加算することにより、接合部温度Ｔｊを演算するための演算回路である。接合部温度保護レベル設定回路９３は、接合部温度保護レベルＴjpを設定するための設定回路である。超過接合部温度演算回路９４は、接合部温度信号Ｔｊと接合部温度保護レベルＴjpとを比較し、接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過した場合のみ、超過分（Ｔｊ−Ｔjp）に比例する接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を出力する演算回路である。
【００７４】
図８において、ＤＣ電圧検出回路１０がＤＣ電圧検出信号Ｖｉを、ＤＣ電流検出回路６０がＤＣ電流検出信号Iiを、高周波電力検出回路８が進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射波電力検出信号Ｐｒを、ベース温度検出回路８０がベース温度検出信号Ｔｂを出力したとき、超過接合部温度保護回路８１４は前述のように接合部温度信号Ｔｊを演算し、接合部温度信号Ｔｊが接合部温度保護レベルＴjpを超過したとき、接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を出力する。減算信号加算回路８５は、超過接合部温度保護回路８２から接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）が出力されると、外部設定信号Ｐexに接合部温度減算信号ΔＴｊ（＜０）を加算することによって進行波電力設定信号Ｐｓを抑制する。
すなわち、進行波電力設定信号Ｐｓを抑制することによって、前述の従来技術における過電圧保護の場合と同様の過程で進行波電力が抑制され、パワーアンプ損失電力ＰＬが小さくなりスイッチング素子損失電力Ｐｄは減少するのでスイッチング素子接合部温度Ｔｊは低下する。
このようなスイッチング素子接合部温度を抑制する保護は、接合部温度信号Ｔｊ≦接合部温度保護レベルＴjpになるまで行われるので、接合部温度保護レベルＴjpを適切な値に設定すれば、パワーアンプ６のスイッチング素子が発熱による破壊から保護される。
【００７５】
【発明の効果】
第１の実施例では、保護レベル（損失電力保護レベルＰLp）は実験を行うことなく、容易に計算することができるという第１の効果を有する。
【００７６】
また、第１の効果に加えて下記の第２の効果も有する。従来技術では反射波電力Ｐｒの大きさとスイッチング素子接合部温度とに明確な関係がないために、必要十分な範囲で、スイッチング素子の保護を行うことができなかった。
一方、第１の実施例では、スイッチング素子接合部温度Ｔｊはパワーアンプ損失電力ＰＬに比例する。そして、パワーアンプ損失電力ＰＬがパワーアンプ損失電力保護レベルＰLp以下になるように、高周波電源６１から出力する進行波電力を抑制する。
そのため、必要十分な範囲で高周波電源６１の進行波電力を抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができるという第２の効果も有する。
【００７７】
第２の実施例では、保護レベル（接合部温度保護レベル）には最高使用接合部温度Ｔjpを用いればよいので、保護レベルの決定の際に実験を行う必要がないという第１の効果を有する。
【００７８】
また上記第１の効果に加えて、以下の効果も有している。
第２の実施例では、検出値から演算した接合部温度Ｔｊを用いて高周波電源８１の進行波電力を抑制し、接合部温度Ｔｊが最高使用接合部温度Ｔjpを超過しないようにする保護方法である。
そのため、第１の実施例同様、必要十分な範囲で高周波電源１の進行波電力を抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができるという第２の効果も有する。
【００７９】
また、前述した第１の実施例では、ベース温度Ｔｂを高周波電源１の最高使用周囲温度（例えば４５℃）として、損失電力保護レベルＰLpを決定したのに対して、第２の実施例では、ベース温度Ｔｂも検出した値を用いて接合部温度Ｔｊを演算している。
したがって、第２の実施例では、上述の効果に加え、高周波電源６１が最高使用温度以上の環境で使用されたとしても、スイッチング素子を発熱による破壊から保護することができるという第３の効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術のプラズマ発生用高周波電源装置１及びその周辺装置を示す従来技術ブロック図である。
【図２】図２は、従来技術の超過ＤＣ電圧保護回路１２の例を示す従来技術の超過ＤＣ電圧保護回路接続図である。
【図３】図３は、従来技術の超過共振電流保護回路１３の例を示す超過共振電流保護回路接続図である。
【図４】図４は、従来技術の超過反射波電力保護回路１４の例を示す超過反射波電力保護回路接続図である。
【図５】図５は、スイッチング素子接合部温度Ｔｊとスイッチング素子ベース温度Ｔｂとスイッチング素子損失電力Ｐｄとの関係を説明するためのスイッチング素子温度・損失電力説明図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施例を示す第１実施例ブロック図である。
【図７】図７は、本発明に係る超過損失電力保護回路６１４の例を示す本発明に係る超過損失電力保護回路接続図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施例を示す第２実施例ブロック図である。
【図９】図９は、本発明に係る超過接合部温度保護回路８１４の例を示す本発明に係る超過接合部温度保護回路接続図である。
【符号の説明】
高周波電源１，６１，８１
整合器２
プラズマ発生用チャンバ３
ＤＣ電源回路４
高周波パルス発振回路５
パワーアンプ６
共振回路７
高周波電力検出回路８
進行波電力設定値・検出値比較回路９，６９，８９
ＤＣ電圧検出回路１０
共振電流検出回路１１
超過ＤＣ電圧保護回路１２
超過共振電流保護回路１３
超過反射波電力保護回路１４
減算信号加算信号１５、６５、８５
ＤＣ電圧保護レベル設定回路２１
超過ＤＣ電圧演算回路２２
共振電流保護レベル設定回路３１
超過共振電流演算回路３２
反射波電力保護レベル設定回路４１
超過反射波電力演算回路４２
スイッチング素子５１
放熱器５２
ＤＣ電流検出回路６０
超過損失電力保護回路６１４
ＤＣ電力演算回路７１
高周波出力電力演算回路７２
損失電力演算回路７３
損失電力保護レベル設定回路７４
超過損失電力演算回路７５
ベース温度検出回路８０
温度検出回路付パワーアンプ８６
超過接合部温度保護回路８１４
接合部・ベース温度差演算回路９１
接合部温度演算回路９２
接合部温度保護レベル設定回路９３
超過接合部温度演算回路９４
ケーブルＣＢ１
ケーブルＣＢ２
高周波電源１の出力インピーダンスＺｏ
負荷インピーダンスＺＬ
進行波電力誤差信号ΔＰｓ
外部設定信号Ｐex
進行波電力設定信号Ｐｓ
進行波電力検出信号Ｐｆ
反射波電力検出信号Ｐｒ
ＤＣ電圧検出信号Ｖｉ
共振電流検出信号Ｉｏ
ＤＣ電流検出信号Ｉｉ
パワーアンプ損失電力ＰＬ
ＤＣ電圧保護レベルＶip
共振電流保護レベルＩop
反射波電力保護レベルＰrp
パワーアンプ損失電力保護レベルＰLp
最高使用接合部温度（接合部温度保護レベル）Ｔjp
ＤＣ電圧減算信号ΔＶｉ
共振電流減算信号ΔＩｏ
反射波電力減算信号ΔＰｒ
損失電力減算信号ΔＰＬ
接合部温度減算信号ΔＴｊ
スイッチング素子接合部温度（信号）Ｔｊ
スイッチング素子ベース温度（検出信号）Ｔｂ
スイッチング素子損失電力（信号）Ｐｄ
スイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Ｒjb
ＤＣ電力信号Ｐｉ
高周波電力信号Ｐｏ
接合部・ベース温度差信号Ｔjb
【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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【図９】
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