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JP2021163548A - High frequency power supply system - Google Patents

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JP2021163548A JP2020061539A JP2020061539A JP2021163548A JP 2021163548 A JP2021163548 A JP 2021163548A JP 2020061539 A JP2020061539 A JP 2020061539A JP 2020061539 A JP2020061539 A JP 2020061539A JP 2021163548 A JP2021163548 A JP 2021163548A
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Abstract

To propose a technology for suppressing periodic fluctuation of reflection wave power caused from output of a bias power supply.SOLUTION: A high frequency power supply system 1 is provided which supplies high frequency power to a load 2 connected thereto. The high frequency power supply system 1 comprises: a bias power supply for outputting bias power at a first frequency; a source power supply for outputting source power at a second frequency higher than the first frequency; and an impedance matching unit 104 for matching source power supply side impedance with load side impedance. The source power supply performs increase/decrease control on an output frequency to make a reactance value of the load side impedance be closer to a predetermined target value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、高周波電源システムに関する。 The present disclosure relates to a high frequency power supply system.

半導体製造の分野では、電子機器の小型化・高機能化に伴って高密度な実装が要求されており、実装基板への素子の接続は微細化され、より信頼性の高い実装が必要となっている。 In the field of semiconductor manufacturing, high-density mounting is required as electronic devices become smaller and more sophisticated, and the connection of elements to the mounting board is miniaturized, and more reliable mounting is required. ing.

実装の信頼性を確保する方法の一つに、プラズマによる表面改質方法がある。例えば、被処理基板にプラズマ処理を施すと、基板の表面に付着した有機物による汚染を除去でき、ワイヤーボンディングのボンディング強度の向上が図れ、濡れ性が改善され、基板と封止樹脂との密着性を向上できる。このようなプラズマ処理を施すためには、プラズマ処理装置に対して電源装置を接続する必要がある。 One of the methods for ensuring the reliability of mounting is a surface modification method using plasma. For example, when the substrate to be treated is subjected to plasma treatment, contamination by organic substances adhering to the surface of the substrate can be removed, the bonding strength of wire bonding can be improved, the wettability is improved, and the adhesion between the substrate and the sealing resin can be improved. Can be improved. In order to perform such plasma processing, it is necessary to connect a power supply device to the plasma processing device.

プラズマ処理装置に電源を供給する高周波電源供給システムとして、例えば、2つの高周波電源装置を備える構成が用いることができる。つまり、ソース電源(第2周波数で動作:例えば、40.68MHz)とバイアス電源(第1周波数より低い第1周波数で動作:例えば、400kHz)を備える構成であるが、2つの高周波電源装置の出力周波数に大きな差異があると、バイアス電源の第1周波数が原因となって、ソース電源側に周期的な反射波が生じてしまい、ソース電源から出力される高周波電力がプラズマ処理装置内に伝達しにくいという課題が生じる。 As a high-frequency power supply system that supplies power to the plasma processing device, for example, a configuration including two high-frequency power supply devices can be used. That is, the configuration includes a source power supply (operating at the second frequency: for example, 40.68 MHz) and a bias power supply (operating at the first frequency lower than the first frequency: for example, 400 kHz), but the outputs of the two high-frequency power supply devices. If there is a large difference in frequency, the first frequency of the bias power supply causes a periodic reflected wave on the source power supply side, and the high frequency power output from the source power supply is transmitted to the plasma processing device. The problem of difficulty arises.

この課題を解決するために、例えば、特許文献1は、ソース電源(第2周波数で動作:例えば、40.68MHz)とバイアス電源(第2周波数より低い第1周波数で動作:例えば、400kHz)を備える高周波電源供給システムにおいて、ソース電源は、プラズマのインピーダンス変動であるトリガー事象を検出し、当該トリガー事象に応答して、ソース電源のRF出力信号に周波数オフセットを加えることを開示している。このようにすることにより、第1周波数が原因となる反射波の発生を抑えることができるようになる。 In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 uses a source power supply (operating at a second frequency: for example, 40.68 MHz) and a bias power supply (operating at a first frequency lower than the second frequency: for example, 400 kHz). In the high frequency power supply system provided, the source power supply detects a trigger event which is an impedance fluctuation of the plasma, and discloses that a frequency offset is added to the RF output signal of the source power supply in response to the trigger event. By doing so, it becomes possible to suppress the generation of the reflected wave caused by the first frequency.

特表2018−536295号公報Special Table 2018-536295

特許文献1では、ソース電源のRF出力信号に周波数オフセットを加えることによって、反射波電力を0(ゼロ)に近づけるように制御する。すなわち、負荷側のインピーダンスの抵抗値を目標値(通常は50Ω)に近づけると共に、リアクタンス値を0(ゼロ)に近づけるように制御する必要があるので、どの程度の周波数オフセットを加えるのが適正なのかが分かり難い。そのため、制御が複雑になると思われる。その解決策として、周波数オフセットの適正値をルックアップテーブルに記憶させているが、その適正値を予め求めておく必要がある。
本開示は、このような状況に鑑みて、第1周波数が原因となる反射波を簡単な出力周波数の制御によって低減することを可能にする技術を提案する。
In Patent Document 1, the reflected wave power is controlled to approach 0 (zero) by adding a frequency offset to the RF output signal of the source power source. That is, it is necessary to control the resistance value of the impedance on the load side to approach the target value (usually 50Ω) and the reactance value to approach 0 (zero), so it is appropriate to add a frequency offset. It is difficult to understand. Therefore, control will be complicated. As a solution, the appropriate value of the frequency offset is stored in the lookup table, but it is necessary to obtain the appropriate value in advance.
In view of such a situation, the present disclosure proposes a technique that makes it possible to reduce the reflected wave caused by the first frequency by simply controlling the output frequency.

上記課題を解決するために、本開示は、接続される負荷に対して高周波電力を提供する、高周波電源システムであって、第1周波数でバイアス電力を出力するバイアス電源と、第1周波数よりも高い第2周波数でソース電力を出力するソース電源と、ソース電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を取るインピーダンス整合器と、を備え、ソース電源は、出力周波数を増減制御することによって、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づける、高周波電源システムを提供する。 In order to solve the above problems, the present disclosure is a high-frequency power supply system that provides high-frequency power to a connected load, and is a bias power supply that outputs bias power at the first frequency, and a bias power supply that outputs bias power at the first frequency, and more than the first frequency. It is equipped with a source power supply that outputs source power at a high second frequency and an impedance matching box that matches the impedance on the source power supply side with the impedance on the load side. The source power supply is controlled by increasing or decreasing the output frequency. Provided is a high frequency power supply system that brings the reactance value of the load side impedance close to a predetermined target value.

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素および多様な要素の組み合わせ、ならびに以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではないことを理解する必要がある。
Further features relating to this disclosure will become apparent from the description herein and the accompanying drawings. In addition, the aspects of the present disclosure are achieved and realized by the combination of elements and various elements, as well as the following detailed description and the aspects of the appended claims.
It should be understood that the description herein is merely a typical example and does not limit the scope or application of the claims in any way.

本開示の技術によれば、2周波数電源を提供する電源システムにおいて、バイアス電源から負荷に供給される進行波電力に起因して発生する反射波電力の変動を抑制することができる。この制御は、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づけるように制御するだけなので、制御が簡単である。 According to the technique of the present disclosure, in a power supply system that provides a dual frequency power supply, it is possible to suppress fluctuations in the reflected wave power generated due to the traveling wave power supplied from the bias power supply to the load. This control is easy because it only controls the reactance value of the load-side impedance so as to approach a predetermined target value.

第1の実施形態による電源供給システム(高周波電源システムとも言う)1にプラズマ負荷2を接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which connected the plasma load 2 to the power supply system (also called a high frequency power supply system) 1 by 1st Embodiment. 位相差検出器105の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the internal structure example of a phase difference detector 105. 位相差ゼロの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of zero phase difference. 第2の実施形態による電源供給システム(高周波電源システム)100にプラズマ負荷2を接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which connected the plasma load 2 to the power supply system (high frequency power supply system) 100 by 2nd Embodiment. 変形例による周波数制御器106の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the internal structure example of the frequency controller 106 by the modification. 変形例によるインピーダンス整合器104の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the internal structure example of the impedance matching box 104 by the modification.

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In the attached drawings, functionally the same elements may be displayed with the same number. The accompanying drawings show specific embodiments and implementation examples in accordance with the principles of the present disclosure, but these are for the purpose of understanding the present disclosure and in order to interpret the present disclosure in a limited manner. Not used.

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 In this embodiment, the description is given in sufficient detail for those skilled in the art to implement the present disclosure, but other implementations and embodiments are also possible and do not deviate from the scope and spirit of the technical idea of the present disclosure. It is necessary to understand that it is possible to change the structure / structure and replace various elements. Therefore, the following description should not be construed as limited to this.

更に、本開示の実施形態は、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。 Further, the embodiment of the present disclosure may be implemented by software running on a general-purpose computer, or may be implemented by dedicated hardware or a combination of software and hardware.

(1)第1の実施形態
第1の実施形態は、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrの位相差を検出し、その位相差に基づいて電圧制御発振器における周波数シフト量を演算し、電圧制御発振器から出力される高周波信号の周波数を制御する電源供給システムについて提案する。
(1) First Embodiment In the first embodiment, the phase difference between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr is detected, the frequency shift amount in the voltage control oscillator is calculated based on the phase difference, and the voltage is controlled. We propose a power supply system that controls the frequency of the high-frequency signal output from the oscillator.

<電源供給システム1の構成例>
図1は、本実施形態による電源供給システム(高周波電源システムとも言う)1にプラズマ負荷2を接続した状態を示す図である。電源供給システム1は、電圧制御発振器(VCO:第1発振器)101、第1増幅器102、方向性結合器103、インピーダンス整合器(第1整合器)104、位相差検出器105、周波数制御器106、反射レベル計測器107、周波数検出器108、モータ制御処理部109、およびモータ群110を含むソース電源(高周波出力を供給)と、バイアス用発振器(第2発振器)201、第2増幅器202、および第2整合器203を含むバイアス電源(低周波出力を供給)と、を備え、ソース電源10から出力する進行波電力(ソース電力)、およびバイアス電源20から出力する進行波電力(バイアス電力)を重畳(例)してプラズマ負荷2に供給するシステムである。
<Configuration example of power supply system 1>
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a plasma load 2 is connected to a power supply system (also referred to as a high frequency power supply system) 1 according to the present embodiment. The power supply system 1 includes a voltage control oscillator (VCO: first oscillator) 101, a first amplifier 102, a directional coupler 103, an impedance matcher (first matcher) 104, a phase difference detector 105, and a frequency controller 106. , Source power supply (supplying high frequency output) including reflection level measuring instrument 107, frequency detector 108, motor control processing unit 109, and motor group 110, bias oscillator (second oscillator) 201, second amplifier 202, and A bias power supply (supplying a low frequency output) including a second matching unit 203, and a traveling wave power (source power) output from the source power supply 10 and a traveling wave power (bias power) output from the bias power supply 20 are provided. It is a system that superimposes (example) and supplies the plasma load 2.

ソース電源において、電圧制御発振器101は、発振周波数(初期値f1)で高周波信号を生成し、第1増幅器102に出力する。この発振周波数は所定の範囲で変更することが可能になっている。
なお、本実施形態では、電圧制御発振器101から出力する高周波信号の周波数は、40.68MHzを中心周波数としている。この電圧制御発振器101から出力する高周波信号の中心周波数は、40.68MHzに限定されるものではなく、例えば13.56MHz、27.12MHz等の工業用のRF帯(Radio Frequency)の周波数であってもよい。
また、本実施形態では、バイアス用発振器から出力する信号の周波数は、周波数400kHzであるが、この周波数に限定されるものではない。
In the source power supply, the voltage controlled oscillator 101 generates a high frequency signal at the oscillation frequency (initial value f1) and outputs it to the first amplifier 102. This oscillation frequency can be changed within a predetermined range.
In the present embodiment, the frequency of the high frequency signal output from the voltage controlled oscillator 101 has 40.68 MHz as the center frequency. The center frequency of the high-frequency signal output from the voltage-controlled oscillator 101 is not limited to 40.68 MHz, but is, for example, a frequency in the industrial RF band (Radio Frequency) such as 13.56 MHz and 27.12 MHz. May be good.
Further, in the present embodiment, the frequency of the signal output from the bias oscillator is a frequency of 400 kHz, but the frequency is not limited to this frequency.

第1増幅器102は、電圧制御発振器101から供給された高周波信号を増幅し(高周波出力)、方向性結合器103に出力する。
なお、第1増幅器102から出力される高周波出力は、所謂、進行波電力Pfであり、その電圧成分は進行波電圧Vfである。また、プラズマ負荷2側から反射される反射波電力Prの電圧成分は、反射波電圧Vrである。また、第1増幅器102から出力される進行波電力Pf(進行波電圧Vf)の周波数である出力周波数は、電圧制御発振器101は発振周波数によって定まる。そのため、出力周波数も所定の範囲で変更することができるようになっている。そして、後述するインピーダンス整合器(第1整合器)104におけるインピーダンス整合とは別に、第1増幅器102の出力周波数を変更することによって、プラズマ負荷2側のインピーダンスを調整し、反射波電力Prを低減することが可能となる。
The first amplifier 102 amplifies the high frequency signal supplied from the voltage controlled oscillator 101 (high frequency output) and outputs it to the directional coupler 103.
The high frequency output output from the first amplifier 102 is the so-called traveling wave power Pf, and its voltage component is the traveling wave voltage Vf. Further, the voltage component of the reflected wave power Pr reflected from the plasma load 2 side is the reflected wave voltage Vr. Further, the output frequency, which is the frequency of the traveling wave power Pf (progressing wave voltage Vf) output from the first amplifier 102, is determined by the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 101. Therefore, the output frequency can also be changed within a predetermined range. Then, apart from the impedance matching in the impedance matching box (first matching box) 104, which will be described later, the impedance on the plasma load 2 side is adjusted by changing the output frequency of the first amplifier 102, and the reflected wave power Pr is reduced. It becomes possible to do.

なお、電圧制御発振器101と第1増幅器102との間には、図示しない狭帯域通過フィルタを備える場合がある。電圧制御発振器101の周波数の追従時には、狭帯域通過フィルタの中心周波数からの周波数ずれが生じて、フィルタの効果が低減してしまう。そこで、この場合の不都合を解消するために、上記狭帯域通過フィルタは、追従周波数に応じて、中心周波数を変更し(第1増幅器102の帯域内に収める)、電圧制御発振器101からの信号(高周波信号)を取得できるように構成してもよい。狭帯域通過フィルタとしては、例えば、電圧制御によるチューナブルフィルタやフィルタバンクを用いる(挿入する)ことができる。 A narrow band pass filter (not shown) may be provided between the voltage controlled oscillator 101 and the first amplifier 102. When following the frequency of the voltage controlled oscillator 101, a frequency shift from the center frequency of the narrow band pass filter occurs, and the effect of the filter is reduced. Therefore, in order to eliminate the inconvenience in this case, the narrow band pass filter changes the center frequency (within the band of the first amplifier 102) according to the tracking frequency, and signals from the voltage controlled oscillator 101 (within the band of the first amplifier 102). It may be configured so that a high frequency signal) can be acquired. As the narrow band pass filter, for example, a voltage-controlled tunable filter or a filter bank can be used (inserted).

方向性結合器103は、第1増幅器102(第1増幅器102の出力端からインピーダンス整合器104の入力端であればよい)における進行波電力Pfの電圧成分である進行波電圧Vfを検出すると共に、第1増幅器102の出力端における反射波電力Prの電圧成分である反射波電圧Vrを検出し、検出した進行波電圧Vfおよび反射波電圧Vrを位相差検出器105、および反射レベル計測器107に出力する。さらに、検出された進行波電圧Vfは、周波数検出器108にも供給される。
なお、方向性結合器103から出力される進行波電圧Vfおよび反射波電圧Vrは、実際には、進行波電圧Vfの検出信号及び反射波電圧Vrの検出信号であるが、説明を簡略化するために、以降では、単に進行波電圧Vf及び反射波電圧Vrとして説明する。
The directional coupler 103 detects the traveling wave voltage Vf, which is a voltage component of the traveling wave power Pf in the first amplifier 102 (the output end of the first amplifier 102 may be the input end of the impedance matching device 104). , The reflected wave voltage Vr which is a voltage component of the reflected wave power Pr at the output end of the first amplifier 102 is detected, and the detected traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr are used as the phase difference detector 105 and the reflection level measuring device 107. Output to. Further, the detected traveling wave voltage Vf is also supplied to the frequency detector 108.
The traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr output from the directional coupler 103 are actually a detection signal of the traveling wave voltage Vf and a detection signal of the reflected wave voltage Vr, but the description is simplified. Therefore, in the following, it will be described simply as a traveling wave voltage Vf and a reflected wave voltage Vr.

位相差検出器105は、方向性結合器103から供給された進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φを検出し、当該位相差φの情報を周波数制御器106に出力する。
図2は、位相差検出器105の内部構成例を示す図である。図2に示されるように、位相差検出器105は、進行波電圧Vfの振幅を一定範囲内に制限する第1リミッタ回路1051と、反射波電圧Vrの振幅を一定範囲内に制限する第2リミッタ回路1052と、第1および第2リミッタ回路1051および1052によって振幅が制限された進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとを乗算する乗算器1053と、乗算器1053による乗算結果から遮断周波数よりも高い周波数成分を遮断するローパスフィルタLPF1054と、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrの位相差を演算する演算部1055と、を備える。
ここで、進行波電圧Vfの振幅をA、角周波数をω、時間をtとし、反射波電圧Vrの振幅をB、角周波数をω、時間をtとし、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差をφとすると、Vf=A・cos(ω・t)、Vr=B・cos(ω・t+φ)と表すことができる。このとき、ローパスフィルタLPF1054の出力sはs=cosφとなるため、演算部1055において、位相差φはφ=arccos(s)により演算される。
また、進行波電圧Vfの位相角をφf、反射波電圧Vrの位相角をφrとすると、位相差φ=φr−φfで演算することもできる。
The phase difference detector 105 detects the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr supplied from the directional coupler 103, and outputs the information of the phase difference φ to the frequency controller 106.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal configuration of the phase difference detector 105. As shown in FIG. 2, the phase difference detector 105 includes a first limiter circuit 1051 that limits the amplitude of the traveling wave voltage Vf within a certain range, and a second limiter circuit 1051 that limits the amplitude of the reflected wave voltage Vr within a certain range. From the limiter circuit 1052, the multiplier 1053 that multiplies the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr whose amplitudes are limited by the first and second limiter circuits 1051 and 1052, and the multiplication result by the multiplier 1053, the cutoff frequency is higher than the cutoff frequency. It includes a low-pass filter LPF1054 that cuts off high frequency components, and a calculation unit 1055 that calculates the phase difference between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr.
Here, the amplitude of the traveling wave voltage Vf is A, the angular frequency is ω, and the time is t, the amplitude of the reflected wave voltage Vr is B, the angular frequency is ω, and the time is t, and the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr. Assuming that the phase difference with and is φ, it can be expressed as Vf = A · cos (ω · t) and Vr = B · cos (ω · t + φ). At this time, since the output s of the low-pass filter LPF1054 is s = cosφ, the phase difference φ is calculated by φ = arccos (s) in the calculation unit 1055.
Further, assuming that the phase angle of the traveling wave voltage Vf is φf and the phase angle of the reflected wave voltage Vr is φr, the calculation can be performed with the phase difference φ = φr−φf.

周波数制御器106は、位相差検出器105で検出された進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φに対応する周波数ずれ(エラー信号)を演算(例えば、検出された位相差φの微分、および位相差φの目標値(例えば位相差ゼロ)に対する±(差分)に基づいて、周波数のシフト値を演算することができる)し、周波数をシフトして上記周波数ずれを補正するような電圧(指令信号)を電圧制御発振器101に印加する。これにより、電圧制御発振器101は、前回の発振周波数(初期値f1)から位相差φの目標値に対する差分に対応する量だけシフトされた周波数f1+Δfで高周波信号を出力する。なお、Δfは、周波数補正量を示す。また、周波数制御器106は、電圧制御発振器101の発振信号の周波数を認識している。そのため、インピーダンス整合器104におけるインピーダンス整合動作に周波数値が必要な場合に、周波数制御器106が認識している発振信号の周波数を用いることができる。 The frequency controller 106 calculates a frequency shift (error signal) corresponding to the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr detected by the phase difference detector 105 (for example, the detected phase difference φ). The frequency shift value can be calculated based on the differential and ± (difference) with respect to the target value of the phase difference φ (for example, zero phase difference)), and the frequency is shifted to correct the frequency shift. A voltage (command signal) is applied to the voltage controlled oscillator 101. As a result, the voltage controlled oscillator 101 outputs a high frequency signal at a frequency f1 + Δf shifted by an amount corresponding to the difference from the previous oscillation frequency (initial value f1) with respect to the target value of the phase difference φ. Note that Δf indicates a frequency correction amount. Further, the frequency controller 106 recognizes the frequency of the oscillation signal of the voltage controlled oscillator 101. Therefore, when a frequency value is required for the impedance matching operation in the impedance matching device 104, the frequency of the oscillation signal recognized by the frequency controller 106 can be used.

図3は、位相差ゼロを説明するための図である。この図3は、所謂スミスチャートを簡易的に表したものに、抵抗軸(横軸)とリアクタンス軸(縦軸)を追加した図であるが、等リアクタンス円、等レジスタンス円等の目盛りを省略している。また、リアクタンス軸の右側において囲まれている領域は、負荷側インピーダンス(第1増幅器102(厳密には方向性結合器103)からプラズマ負荷2側を見たインピーダンス)が取り得る一例を示している。
この図3を用いて進行波電圧Vfと反射波電圧Vrの位相差φをゼロにするための説明を行う。
図3に示す例では、矢印で示される位相差φが、現時点での進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φであるとする。なお、位相差φは、反射係数Γを絶対値と位相角で表したときの位相角と対応関係を有する。
図3に示す例では、矢印で示される位相差φが抵抗軸よりも上方にあるため、負荷側インピーダンスが誘導性を示す。このような場合、ソース電源の出力周波数が共振周波数よりも高い領域であるので、ソース電源の出力周波数を低くすることによって、共振周波数に近づけることが可能となる。すなわち、位相差φに対応する周波数だけソース電源の出力周波数を補正することによって、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけて位相差φ=0の状態にすることができる。図3に示す例では、位相差φが正(プラス)であるため、周波数補正量Δfは負(マイナス)の値となる。
FIG. 3 is a diagram for explaining zero phase difference. FIG. 3 is a diagram in which a resistance axis (horizontal axis) and a reactance axis (vertical axis) are added to a simple representation of the so-called Smith chart, but the scales of the reactance circle, the reactance circle, etc. are omitted. doing. Further, the region surrounded on the right side of the reactance axis shows an example in which the load side impedance (impedance seen from the first amplifier 102 (strictly speaking, the directional coupler 103) on the plasma load 2 side) can be taken. ..
A description for making the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr zero will be described with reference to FIG.
In the example shown in FIG. 3, it is assumed that the phase difference φ indicated by the arrow is the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr at the present time. The phase difference φ has a correspondence relationship with the phase angle when the reflection coefficient Γ is expressed by the absolute value and the phase angle.
In the example shown in FIG. 3, since the phase difference φ indicated by the arrow is above the resistance axis, the load-side impedance shows inductiveness. In such a case, since the output frequency of the source power supply is in a region higher than the resonance frequency, it is possible to approach the resonance frequency by lowering the output frequency of the source power supply. That is, by correcting the output frequency of the source power supply by the frequency corresponding to the phase difference φ, the output frequency of the source power supply can be brought close to the resonance frequency so that the phase difference φ = 0. In the example shown in FIG. 3, since the phase difference φ is positive (plus), the frequency correction amount Δf is a negative (minus) value.

上記とは逆に、位相差φが抵抗軸よりも下方の場合は、負荷側インピーダンスが容量性を示すので、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけるためには、周波数補正量Δfを正にして、ソース電源の出力周波数を高くすればよい。これにより、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけて位相差φ=0の状態にすることができる。
つまり、周波数制御器106は、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φの符号(±)に基づいて、発振周波数の増減制御を実行する。
なお、周波数補正量Δfは、例えば、位相差φに対応する周波数にすることができる。この場合は、対応する周波数を予め実験やシミュレーションによって求めておけばよい。もちろん、周波数補正量Δfは、位相差φに対応する周波数よりも小さな周波数にすることもできる。
Contrary to the above, when the phase difference φ is lower than the resistance axis, the load side impedance shows capacitance. Therefore, in order to bring the output frequency of the source power supply closer to the resonance frequency, the frequency correction amount Δf should be positive. Therefore, the output frequency of the source power supply may be increased. As a result, the output frequency of the source power supply can be brought close to the resonance frequency so that the phase difference φ = 0.
That is, the frequency controller 106 executes the increase / decrease control of the oscillation frequency based on the sign (±) of the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr.
The frequency correction amount Δf can be, for example, a frequency corresponding to the phase difference φ. In this case, the corresponding frequency may be obtained in advance by experiment or simulation. Of course, the frequency correction amount Δf can be set to a frequency smaller than the frequency corresponding to the phase difference φ.

ここで、図1に示したソース電源とバイアス電源とから異なる出力周波数の進行波電力を供給する場合の問題点について補足する。
プラズマ負荷2においてプラズマが生成されている際、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力の影響を受けて、プラズマシースの厚みがバイアス電源の出力周波数に対応した周波数(例えば、バイアス電源の出力周波数と同じ周波数400kHz)で周期的に変動する。
Here, a problem in supplying traveling wave power having different output frequencies from the source power supply and the bias power supply shown in FIG. 1 will be supplemented.
When plasma is generated in the plasma load 2, the thickness of the plasma sheath is affected by the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2 and the thickness of the plasma sheath corresponds to the output frequency of the bias power supply (for example, the bias power supply). It fluctuates periodically at the same frequency as the output frequency of 400 kHz).

プラズマシースは、電気的な絶縁体と考えられるので、プラズマシースをコンデンサ(静電容量)と考えることができる。すなわち、プラズマ負荷2を等価回路で示したときに、その等価回路にはコンデンサ(静電容量)が含まれていると考えることができる。そのため、プラズマシースの厚みが周期的に変動するということは、プラズマ負荷2の静電容量成分が周期的に変動ということなので、リアクタンス値が周期的に変動する。すなわち、プラズマ負荷2のインピーダンスが変動するので、反射波電力Prが発生してしまう。この反射波電力Prは、非常に早い周期(上記例では400kHz)で大きさが変動するので、モータを使用したインピーダンス整合器104における整合動作では低減できないので、対策が望まれていた。 Since the plasma sheath is considered as an electrical insulator, the plasma sheath can be considered as a capacitor (capacitance). That is, when the plasma load 2 is shown by an equivalent circuit, it can be considered that the equivalent circuit includes a capacitor (capacitance). Therefore, the fact that the thickness of the plasma sheath fluctuates periodically means that the capacitance component of the plasma load 2 fluctuates periodically, so that the reactance value fluctuates periodically. That is, since the impedance of the plasma load 2 fluctuates, the reflected wave power Pr is generated. Since the magnitude of this reflected wave power Pr fluctuates in a very fast cycle (400 kHz in the above example), it cannot be reduced by the matching operation in the impedance matching box 104 using a motor, and therefore a countermeasure has been desired.

リアクタンス値が周期的に変動して反射波電力Prが発生するということは、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrの位相差φが周期的に変動することを意味するので、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけて位相差φ=0の状態にすることができれば、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因する反射波電力Prの周期的な変動を低減させることができる。 The fact that the reactance value fluctuates periodically and the reflected wave power Pr is generated means that the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr fluctuates periodically, so that the output frequency of the source power supply If the reactance frequency can be brought close to the resonance frequency so that the phase difference φ = 0, the periodic fluctuation of the reflected wave power Pr due to the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2 can be reduced. ..

そこで、常に位相差φを監視し、その位相差φが0(ゼロ)に近づくようにソース電源の出力周波数を制御すればよい。
そのためには、上記の変動の周期よりも速い周期で、位相差φを監視すると共に、ソース電源の出力周波数を制御する必要がある。例えば、バイアス電源の出力周波数が400kHzである場合、少なくとも数倍、好ましくは10倍以上の周波数(4MHz以上)に相当する周期でソース電源の出力周波数を制御すればよい。
このように、ソース電源の出力周波数は高速に変更可能なので、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因する上記の反射波電力の変動を低減することができる。
Therefore, the phase difference φ may be constantly monitored, and the output frequency of the source power supply may be controlled so that the phase difference φ approaches 0 (zero).
For that purpose, it is necessary to monitor the phase difference φ and control the output frequency of the source power supply in a cycle faster than the above-mentioned fluctuation cycle. For example, when the output frequency of the bias power supply is 400 kHz, the output frequency of the source power supply may be controlled at a cycle corresponding to a frequency (4 MHz or more) of at least several times, preferably 10 times or more.
As described above, since the output frequency of the source power supply can be changed at high speed, it is possible to reduce the fluctuation of the reflected wave power caused by the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2.

また、上記の説明から分かるように、位相差φが周期的に変動することにより、反射波電力Prが周期的な変動をするので、位相差φは、必ずしも0(ゼロ)になるようにソース電源の出力周波数を制御する必要はなく、他の目標値になるように制御してもよい。しかし、上述したように、位相差φが0(ゼロ)になるようにソース電源の出力周波数を制御することにより、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけることができるので好ましい。ただし、負荷側インピーダンスが容量性であると、スイッチング動作に伴って電流波形が歪むという問題が生じ易い。そのため、基準とする位相差φを0(ゼロ)よりも大きくするようにしてもよい。また、位相差φが、目標値(例えばゼロ)に対して設定された許容値内であれば、ソース電源の出力周波数を変更しないようにしてもよい。 Further, as can be seen from the above explanation, since the reflected wave power Pr fluctuates periodically due to the periodic fluctuation of the phase difference φ, the source so that the phase difference φ is not necessarily 0 (zero). It is not necessary to control the output frequency of the power supply, and it may be controlled so as to have another target value. However, as described above, by controlling the output frequency of the source power supply so that the phase difference φ becomes 0 (zero), the output frequency of the source power supply can be brought close to the resonance frequency, which is preferable. However, if the load-side impedance is capacitive, the problem that the current waveform is distorted with the switching operation tends to occur. Therefore, the reference phase difference φ may be made larger than 0 (zero). Further, if the phase difference φ is within the permissible value set for the target value (for example, zero), the output frequency of the source power supply may not be changed.

反射レベル計測器107は、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの比(=Vr/Vf)で定義される反射係数から反射レベル量を演算し、制御量としてモータ制御処理部109に出力する。なお、進行波電圧Vfに基づいて進行波電力Pfの大きさを演算するとともに、反射波電圧Vrに基づいて反射波電力Prの大きさを演算した後、進行波電圧Pfに対する反射波電力Prの割合(=Pr/Pf)で定義される反射レベル量を演算してもよい。
また、周波数検出器108は、プラズマ負荷2に供給されている進行波電圧Vfの周波数値(=ソース電源の出力周波数)を検出し、モータ制御処理部109に出力する。
The reflection level measuring instrument 107 calculates the reflection level amount from the reflection coefficient defined by the ratio (= Vr / Vf) of the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr, and outputs it to the motor control processing unit 109 as the control amount. .. After calculating the magnitude of the traveling wave power Pf based on the traveling wave voltage Vf and calculating the magnitude of the reflected wave power Pr based on the reflected wave voltage Vr, the reflected wave power Pr with respect to the traveling wave voltage Pf The amount of reflection level defined by the ratio (= Pr / Pf) may be calculated.
Further, the frequency detector 108 detects the frequency value (= output frequency of the source power supply) of the traveling wave voltage Vf supplied to the plasma load 2 and outputs it to the motor control processing unit 109.

モータ制御処理部109は、例えば、CPUやMPUなどのプロセッサによって構成され、反射レベル計測器107からの反射レベル量と、周波数検出器108からの進行波電力周波数値とに基づいて、インピーダンス値が適正値(例えば、50Ω)になるようにモータ群110に含まれる各モータ(例えば、モータM1からM3)の回転制御量を決定し、各モータを制御する。具体的には、モータ制御処理部109は、反射レベル量と所定の閾値を比較し、インピーダンス整合を実行するか(モータM1からM3を回転させることによって、可変コンデンサ値および可変インダクタンス値を変更する必要があるか)判断する。そして、インピーダンス整合を実行すると判断した場合には、負荷側インピーダンスとソース電源の出力インピーダンスとが整合状態に近づくように、可変コンデンサ値および可変インダクタンス値を調整すべく、モータM1からM3の回転量を制御する。このモータM1からM3の回転量決定のさらなる詳細については後述する。
なお、周波数検出器108で検出する周波数値は必ずしも必要ではなく、インピーダンス整合器104におけるインピーダンス整合動作に周波数値が必要な場合に用いればよい。そのため、周波数値が不要な場合は、周波数検出器108は必ずしも必要ではない。
The motor control processing unit 109 is composed of, for example, a processor such as a CPU or an MPU, and has an impedance value based on the amount of reflection level from the reflection level measuring instrument 107 and the traveling wave power frequency value from the frequency detector 108. The rotation control amount of each motor (for example, motors M1 to M3) included in the motor group 110 is determined so as to have an appropriate value (for example, 50Ω), and each motor is controlled. Specifically, the motor control processing unit 109 compares the reflection level amount with a predetermined threshold value and executes impedance matching (by rotating the motors M1 to M3, the variable capacitor value and the variable inductance value are changed. (Is it necessary?) Judge. Then, when it is determined that impedance matching is to be performed, the amount of rotation of the motors M1 to M3 is adjusted in order to adjust the variable capacitor value and the variable inductance value so that the load side impedance and the output impedance of the source power supply approach the matching state. To control. Further details of determining the amount of rotation of the motors M1 to M3 will be described later.
The frequency value detected by the frequency detector 108 is not always necessary, and may be used when the frequency value is required for the impedance matching operation of the impedance matching device 104. Therefore, when the frequency value is unnecessary, the frequency detector 108 is not always necessary.

インピーダンス整合器104は、例えば、複数(図1では2つ)の可変コンデンサ、および可変インダクタを含み、方向性結合器103からの直接波(進行波電力Pf)の周波数におけるインピーダンス整合器104の入出力インピーダンスを演算する。そして、インピーダンス整合器104では、この演算地点からプラズマ負荷2の共振周波数(最適周波数:初期値f1)で動作するように、可変コンデンサおよび可変インダクタの値が調整される。可変コンデンサおよび可変インダクタの値の調整は、上述のようにモータ制御処理部109で制御されるモータ群(M1からM3)110によって行われる。 The impedance matching box 104 includes, for example, a plurality of (two in FIG. 1) variable capacitors and a variable inductor, and the impedance matching box 104 is input at the frequency of the direct wave (traveling wave power Pf) from the directional coupler 103. Calculate the output impedance. Then, in the impedance matching box 104, the values of the variable capacitor and the variable inductor are adjusted so as to operate at the resonance frequency (optimal frequency: initial value f1) of the plasma load 2 from this calculation point. The adjustment of the values of the variable capacitor and the variable inductor is performed by the motor group (M1 to M3) 110 controlled by the motor control processing unit 109 as described above.

<モータM1からM3の回転量制御>
上述のように、モータ制御処理部109は、反射レベル計測器107からの反射レベル量と、周波数検出器108からの進行波電力周波数値とに基づいて、インピーダンス値が適正値(例えば、50Ω)になるようにモータ群110に含まれる各モータ(例えば、モータM1からM3)の回転制御量を決定し、各モータを制御する。当該モータ制御については、例えば、次のような方法が考えられる。
<Rotation amount control of motors M1 to M3>
As described above, the motor control processing unit 109 has an impedance value of an appropriate value (for example, 50Ω) based on the amount of reflection level from the reflection level measuring device 107 and the traveling wave power frequency value from the frequency detector 108. The rotation control amount of each motor (for example, motors M1 to M3) included in the motor group 110 is determined so as to be, and each motor is controlled. For the motor control, for example, the following method can be considered.

(i)制御方法1
複数のモータ(モータM1からM3)を同時に、例えば予め決められた所定量動かし(回転させ)、動かしたときのそれぞれの反射波電力レベルを反射レベル計測器107でモニタし、反射波電力レベルが最小値になったときのモータの回転量を採用する。その後、各モータを順番に所定量ずつ動かして(例えば、モータM1、モータM2、モータM3の順で動かす)、それぞれにおいて反射波電力レベルが最小となる回転量を採用する。
(I) Control method 1
A plurality of motors (motors M1 to M3) are moved (rotated) by a predetermined amount at the same time, and the reflected wave power level when each of the motors is moved is monitored by the reflection level measuring device 107, and the reflected wave power level is set. The amount of rotation of the motor when it reaches the minimum value is adopted. After that, each motor is moved in order by a predetermined amount (for example, the motor M1, the motor M2, and the motor M3 are moved in this order), and the rotation amount that minimizes the reflected wave power level is adopted in each of them.

(ii)制御方法2
複数のモータ(モータM1からM3)を予め決めた順番で、例えば、予め決められた所定量ずつ動かし(回転させる)、それぞれで反射波電力レベルが最小となる各モータの位置(回転量)で止める。その後、反射波電力レベルを反射レベル計測器107で計測し、その値が所定の閾値(反射波電力レベルが許容される範囲にあるかみるための閾値)以下となったか否か判断し、当該閾値より大きいと判断した場合は、最初からモータ回転量制御を実行する(モータM1からM3を順番に動かして反射波電力レベルを確認する動作が再度実行される)。
(Ii) Control method 2
A plurality of motors (motors M1 to M3) are moved (rotated) in a predetermined order, for example, by a predetermined predetermined amount, and at each motor position (rotation amount) at which the reflected wave power level is minimized. stop. After that, the reflected wave power level is measured by the reflection level measuring device 107, and it is determined whether or not the value is equal to or less than a predetermined threshold value (threshold value for checking whether the reflected wave power level is within the allowable range). If it is determined that it is larger than the threshold value, the motor rotation amount control is executed from the beginning (the operation of moving the motors M1 to M3 in order to check the reflected wave power level is executed again).

(iii)制御方法3
複数のモータ(モータM1からM3)の任意の組み合わせ(例えば、M1とM2、M2とM3、M3とM1)でそれぞれ反射波電力レベルが最小となる各組み合わせのモータの位置(回転量)で止める。そして、全体の反射波電力が所定の閾値以下となったか否か判断し、当該閾値より大きいと判断した場合は、最初からモータ回転量制御を実行する(モータM1からM3の任意の組み合わせで反射波電力レベルを確認する動作が再度実行される)。
(Iii) Control method 3
Stop at the position (rotation amount) of each combination of motors (motors M1 to M3) that minimizes the reflected wave power level in any combination (for example, M1 and M2, M2 and M3, M3 and M1). .. Then, it is determined whether or not the total reflected wave power is equal to or less than a predetermined threshold value, and if it is determined to be larger than the threshold value, the motor rotation amount control is executed from the beginning (reflection is performed by any combination of the motors M1 to M3). The operation to check the wave power level is executed again).

モータ制御処理部109は、(i)から(iii)の何れかの方法でモータの回転制御量を決定することにより、共振周波数又は共振周波数近傍でのインピーダンス整合を行うことができる。なお、上述したように、通常は、既に位相差φ=0となっているか、位相差φが目標値に対して設定された許容値以下となっている状態においてインピーダンス整合を行うので、主に負荷側インピーダンスの抵抗値を目標値(例えば50Ω)に近づけるように制御することになる。そのため、負荷側インピーダンスの抵抗値とリアクタンス値の両方を目標値に近づけるよりも制御量が少ない。そのため、インピーダンス整合のための時間を短縮することが可能となる。 The motor control processing unit 109 can perform impedance matching at the resonance frequency or in the vicinity of the resonance frequency by determining the rotation control amount of the motor by any of the methods (i) to (iii). As described above, impedance matching is usually performed in a state where the phase difference φ = 0 or the phase difference φ is equal to or less than the allowable value set for the target value. The resistance value of the load side impedance is controlled so as to approach the target value (for example, 50Ω). Therefore, the amount of control is smaller than bringing both the resistance value and reactance value of the load-side impedance closer to the target value. Therefore, it is possible to shorten the time for impedance matching.

<第1の実施形態の技術的効果>
第1の実施形態によれば、位相差検出器105を設け、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrの位相差φを検出し、当該位相差φを目標値(好ましくはゼロ)に近づけるように前記ソース電源の出力周波数を増減制御する。このようにすることにより、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づけることができるので、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因して発生する反射波電力Prの変動を抑制することができる。この制御は、位相差φを目標値に近づけるように制御するだけなので、制御が簡単である。
また、モータ制御処理部109によるインピーダンス整合器104の可変コンデンサ値および可変インダクタンス値の制御では、インピーダンス整合のための時間を短縮することが可能となる。
<Technical effect of the first embodiment>
According to the first embodiment, the phase difference detector 105 is provided, the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr is detected, and the phase difference φ is brought close to the target value (preferably zero). The output frequency of the source power supply is controlled to increase or decrease. By doing so, the reactance value of the load-side impedance can be brought close to a predetermined target value, so that the reflected wave power Pr generated due to the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2 can be obtained. Fluctuations can be suppressed. This control is easy because it only controls the phase difference φ so as to approach the target value.
Further, in the control of the variable capacitor value and the variable inductance value of the impedance matching device 104 by the motor control processing unit 109, it is possible to shorten the time for impedance matching.

(2)第2の実施形態
第1の実施形態では、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrを用いて位相差を検出する位相差検出器105を備えた電源供給システム1について説明したが、第2の実施形態では、電流検出器(電流波形信号検出器)および電圧検出器(電圧波形信号検出器)を備え、電圧と電流の位相差を検出する構成例について説明する。
(2) Second Embodiment In the first embodiment, the power supply system 1 including the phase difference detector 105 for detecting the phase difference using the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr has been described. In the second embodiment, a configuration example including a current detector (current waveform signal detector) and a voltage detector (voltage waveform signal detector) for detecting the phase difference between voltage and current will be described.

<電源供給システムの構成例>
図4は、第2の実施形態による電源供給システム(高周波電源システム)100にプラズマ負荷2を接続した状態を示す図である。電源供給システム100は、第1の実施形態による電源供給システム1の方向性結合器103、位相差検出器105、周波数制御器106、反射レベル計測器107、および周波数検出器108の代わりに、第1増幅器102の出力端(第1増幅器102の出力端からインピーダンス整合器104の入力端であればよい)における電流の電流波形信号I1を検出する電流波形信号検出器1001と、第1増幅器102の出力端における電圧の電圧波形信号V1を検出する電圧波形信号検出器1002と、検出された電圧波形信号V1と電流波形信号I1とを用いて電圧(電圧波形信号V1)と電流(電流波形信号I1)との位相差θを検出すると共に反射係数を演算する制御部1003と、を備えている。
<Configuration example of power supply system>
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the plasma load 2 is connected to the power supply system (high frequency power supply system) 100 according to the second embodiment. The power supply system 100 replaces the directional coupler 103, the phase difference detector 105, the frequency controller 106, the reflection level measuring instrument 107, and the frequency detector 108 of the power supply system 1 according to the first embodiment. 1 The current waveform signal detector 1001 for detecting the current waveform signal I1 of the current at the output end of the amplifier 102 (the output end of the first amplifier 102 may be the input end of the impedance matching device 104), and the first amplifier 102. The voltage (voltage waveform signal V1) and current (current waveform signal I1) and current (current waveform signal I1) are used by the voltage waveform signal detector 1002 that detects the voltage waveform signal V1 of the voltage at the output end, and the detected voltage waveform signal V1 and current waveform signal I1. ), And a control unit 1003 that detects the phase difference θ and calculates the reflection coefficient.

また、制御部1003は、電圧(電圧波形信号V1)と電流(電流波形信号I1)との位相差θの情報に基づき位相差θに対応する周波数ずれ(エラー信号)を演算(例えば、検出された位相差θの微分、および位相差θの目標値(例えば位相差ゼロ)に対する±(差分)に基づいて、周波数のシフト値を演算することができる)し、周波数をシフトして上記周波数ずれを補正するような電圧(指令信号)を電圧制御発振器101に印加する。これにより、電圧制御発振器101は、前回の発振周波数(初期値f1)から位相差θの目標値に対する差分に対応する量だけシフトされた周波数f1+Δfで高周波信号を出力する。なお、Δfは、周波数補正量を示す。
また、制御部1003は、電圧制御発振器101の発振信号の周波数を認識している。そのため、インピーダンス整合器104におけるインピーダンス整合動作に周波数値が必要な場合に、制御部1003が認識している発振信号の周波数を用いることができる。
また、制御部1003は、反射係数の情報をモータ制御処理部109に出力する。具体的に、制御部1003は、インピーダンス整合器104側のインピーダンスZ1を電流波形信号I1と電圧波形信号V1からZ1=V1/I1によって演算する。ここで、Z1=R1+jX1(jは虚数)と定義することができる。そして、制御部1003は、電圧波形信号V1と電流波形信号I1との位相差θをθ=tan−1(X1/R1)によって求める。また、制御部1003は、反射係数Γ1をΓ1=(Z1−Z0)/(Z1+Z0)によって求める。ここで、Z0は、インピーダンス整合器104とプラズマ負荷2との間の特性インピーダンスを示しており、通常50Ωである。
また、電圧波形信号V1の位相角をθv、電流波形信号I1の位相角をθiとすると、位相差θ=θi−θvで演算することもできる。
Further, the control unit 1003 calculates (for example, is detected) a frequency shift (error signal) corresponding to the phase difference θ based on the information of the phase difference θ between the voltage (voltage waveform signal V1) and the current (current waveform signal I1). The frequency shift value can be calculated based on the differentiation of the phase difference θ and ± (difference) with respect to the target value of the phase difference θ (for example, zero phase difference)), and the frequency is shifted to obtain the above frequency shift. A voltage (command signal) that corrects the above is applied to the voltage controlled oscillator 101. As a result, the voltage controlled oscillator 101 outputs a high frequency signal at a frequency f1 + Δf shifted by an amount corresponding to the difference from the previous oscillation frequency (initial value f1) with respect to the target value of the phase difference θ. Note that Δf indicates a frequency correction amount.
Further, the control unit 1003 recognizes the frequency of the oscillation signal of the voltage controlled oscillator 101. Therefore, when a frequency value is required for the impedance matching operation in the impedance matching device 104, the frequency of the oscillation signal recognized by the control unit 1003 can be used.
Further, the control unit 1003 outputs the reflection coefficient information to the motor control processing unit 109. Specifically, the control unit 1003 calculates the impedance Z1 on the impedance matching device 104 side from the current waveform signal I1 and the voltage waveform signal V1 by Z1 = V1 / I1. Here, it can be defined as Z1 = R1 + jX1 (j is an imaginary number). Then, the control unit 1003 obtains the phase difference θ between the voltage waveform signal V1 and the current waveform signal I1 by θ = tan -1 (X1 / R1). Further, the control unit 1003 obtains the reflection coefficient Γ1 by Γ1 = (Z1-Z0) / (Z1 + Z0). Here, Z0 indicates the characteristic impedance between the impedance matching box 104 and the plasma load 2, and is usually 50Ω.
Further, assuming that the phase angle of the voltage waveform signal V1 is θv and the phase angle of the current waveform signal I1 is θi, the calculation can be performed with the phase difference θ = θi−θv.

電圧制御発振器101は、制御部1003から出力された指令信号に基づいて、ソース電源の出力周波数の制御を実行する。具体的には、電圧波形信号V1と電流波形信号I1との位相差θが0(ゼロ)であれば、電圧と電流が同相であるので、負荷側インピーダンスのリアクタンス値が0(ゼロ)である。そのため、電圧波形信号V1と電流波形信号I1との位相差θが0(ゼロ)になるように、ソース電源の出力周波数を制御すれば、第1の実施形態で説明と同様の効果を得ることができる。
もちろん、第1の実施形態と同様に、電圧波形信号V1と電流波形信号I1との位相差θは、必ずしも0(ゼロ)になるようにソース電源の出力周波数を制御する必要はなく、他の目標値になるように制御してもよい。
しかし、位相差θが0(ゼロ)になるようにソース電源の出力周波数を制御することにより、ソース電源の出力周波数を共振周波数に近づけることができるので好ましい。
ただし、負荷側インピーダンスが容量性であると、スイッチング動作に伴って電流波形が歪むという問題が生じ易い。そのため、基準とする位相差θを0(ゼロ)よりも大きくして、電圧よりも電流が遅れるするようにしてもよい。
また、位相差θが、目標値(例えばゼロ)に対して設定された許容値内であれば、ソース電源の出力周波数を変更しないようにしてもよい。
また、モータ制御処理部109は、制御部1003からの反射係数の値が所定の閾値以上である場合、インピーダンス整合器104に含まれる可変コンデンサや可変インダクタの値を変更するためのモータ群110に含まれるモータM1からM3の回転数を決定する。なお、モータ制御処理部109の動作は上述したものと同一であるため、説明は省略する。
The voltage controlled oscillator 101 controls the output frequency of the source power supply based on the command signal output from the control unit 1003. Specifically, if the phase difference θ between the voltage waveform signal V1 and the current waveform signal I1 is 0 (zero), the voltage and current are in phase, so the reactance value of the load-side impedance is 0 (zero). .. Therefore, if the output frequency of the source power supply is controlled so that the phase difference θ between the voltage waveform signal V1 and the current waveform signal I1 becomes 0 (zero), the same effect as described in the first embodiment can be obtained. Can be done.
Of course, as in the first embodiment, the phase difference θ between the voltage waveform signal V1 and the current waveform signal I1 does not necessarily have to be controlled to 0 (zero), and the output frequency of the source power supply does not necessarily have to be controlled. It may be controlled so as to reach the target value.
However, by controlling the output frequency of the source power supply so that the phase difference θ becomes 0 (zero), the output frequency of the source power supply can be brought close to the resonance frequency, which is preferable.
However, if the load-side impedance is capacitive, the problem that the current waveform is distorted with the switching operation tends to occur. Therefore, the reference phase difference θ may be made larger than 0 (zero) so that the current lags behind the voltage.
Further, if the phase difference θ is within the permissible value set for the target value (for example, zero), the output frequency of the source power supply may not be changed.
Further, when the value of the reflection coefficient from the control unit 1003 is equal to or higher than a predetermined threshold value, the motor control processing unit 109 can be used as a motor group 110 for changing the values of the variable capacitor and the variable inductor included in the impedance matching box 104. The number of revolutions of the included motors M1 to M3 is determined. Since the operation of the motor control processing unit 109 is the same as that described above, the description thereof will be omitted.

<第2の実施形態の技術的効果>
第2の実施形態によれば、第1増幅器102の出力端(第1増幅器102の出力端からインピーダンス整合器104の入力端であればよい)における電流及び電圧に基づいて、電圧と電流との位相差θを検出する。そして、この位相差θを目標値(好ましくはゼロ(リアクタンスゼロ))になるように制御する。
このようにすることにより、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因して発生する反射波電力Prの変動を抑制して安定的に高周波電力をプラズマ負荷2に供給することができるようになる。この制御は、位相差θを目標値に近づけるように制御するだけなので、制御が簡単である。
また、モータ制御処理部109によるインピーダンス整合器104の可変コンデンサ値および可変インダクタンス値の制御では、インピーダンス整合のための時間を短縮することが可能となる。
<Technical effect of the second embodiment>
According to the second embodiment, the voltage and the current are based on the current and the current at the output end of the first amplifier 102 (the output end of the first amplifier 102 may be the input end of the impedance matching box 104). The phase difference θ is detected. Then, the phase difference θ is controlled so as to be a target value (preferably zero (reactance zero)).
By doing so, it is possible to stably supply high frequency power to the plasma load 2 by suppressing fluctuations in the reflected wave power Pr generated due to the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2. become able to. This control is easy because it only controls the phase difference θ so as to approach the target value.
Further, in the control of the variable capacitor value and the variable inductance value of the impedance matching device 104 by the motor control processing unit 109, it is possible to shorten the time for impedance matching.

(3)変形例
(i)電圧制御発振器101の内部構成例
図5は、変形例による周波数制御器106の内部構成例を示す図である。
(3) Modification Example (i) Internal Configuration Example of Voltage Controlled Oscillator 101 FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration example of the frequency controller 106 according to the modification.

変形例による周波数制御器106は、フィルタ1011と、乗算器1012と、フィルタ1013と、分周器1014と、乗算器1016と、固定発振器1015と、ゲイン調整器1017と、フィルタ1018と、電圧制御発振器101と、を備えている。
なお、この変形例では、第1の実施形態と同様に、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φに応じて電圧制御発振器101の発振周波数を変化させる場合を例にして説明する。
The frequency controller 106 according to the modified example includes a filter 1011, a multiplier 1012, a filter 1013, a frequency divider 1014, a multiplier 1016, a fixed oscillator 1015, a gain adjuster 1017, a filter 1018, and voltage control. It includes an oscillator 101.
In this modification, as in the first embodiment, the case where the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 101 is changed according to the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr will be described as an example. ..

電圧制御発振器101は、ローパスフィルタ1018を介して出力されるゲイン調整器1017の出力に応じて、出力する発振信号の周波数を変更できるものであり、図1の電圧制御発振器101と同様の構成である。本実施形態では、電圧制御発振器101から出力する高周波信号の周波数は、40.68MHzを中心周波数としている。 The voltage-controlled oscillator 101 can change the frequency of the oscillating signal to be output according to the output of the gain regulator 1017 output via the low-pass filter 1018, and has the same configuration as the voltage-controlled oscillator 101 of FIG. be. In the present embodiment, the frequency of the high frequency signal output from the voltage controlled oscillator 101 has 40.68 MHz as the center frequency.

フィルタ1011は、位相差検出器105から出力される位相差φの情報に含まれる不要な周波数成分を遮断又は十分減衰させて出力する。フィルタ1011は、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを用いることができる。 The filter 1011 cuts off or sufficiently attenuates unnecessary frequency components included in the information of the phase difference φ output from the phase difference detector 105 and outputs the filter 1011. As the filter 1011 for example, a low-pass filter or a band-pass filter can be used.

上述したように、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因して位相差φが変動する。そのため、位相差φの情報は、バイアス電源の出力周波数(本実施形態では400kHz)で大きさが変動する信号となるが、バイアス電源の出力周波数以外の不要な周波数成分が含まれているので、フィルタ1011を用いて、バイアス電源の出力周波数成分の信号を抽出している。 As described above, the phase difference φ fluctuates due to the traveling wave power supplied from the bias power supply to the plasma load 2. Therefore, the information of the phase difference φ is a signal whose magnitude fluctuates depending on the output frequency of the bias power supply (400 kHz in this embodiment), but since it contains unnecessary frequency components other than the output frequency of the bias power supply, The filter 1011 is used to extract the signal of the output frequency component of the bias power supply.

乗算器1012は、電圧制御発振器101から出力する発振信号とフィルタ1011の出力信号(位相差φの情報)とを混合した際に生成される和周波数成分と差周波数成分のうち差周波数成分の信号を出力する。そのため、電圧制御発振器101から出力する高周波信号の周波数が40.68MHzであり、フィルタ1011の出力信号の周波数が400kHzの場合は、40.28MHz(40.68MHz−0.4MHz=40.28MHz)の周波数成分を有する信号を出力する。 The multiplier 1012 is a signal of a difference frequency component among the sum frequency component and the difference frequency component generated when the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator 101 and the output signal of the filter 1011 (information on the phase difference φ) are mixed. Is output. Therefore, when the frequency of the high frequency signal output from the voltage controlled oscillator 101 is 40.68 MHz and the frequency of the output signal of the filter 1011 is 400 kHz, it is 40.28 MHz (40.68 MHz-0.4 MHz = 40.28 MHz). Outputs a signal with a frequency component.

フィルタ1013は、上記の差周波数成分を通過させるように設計されたフィルタであり、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを用いることができる。
分周器1014は、フィルタ1013から出力された信号を分周するためのものであり、例えば、1/4に分周される。なお、分周比は、1/4に限定されるものではなく、他の分周比にしてもよい。また、外部からの設定信号に応じて分周比を変更できる機能を有していてもよい。
The filter 1013 is a filter designed to pass the above-mentioned difference frequency component, and for example, a low-pass filter or a band-pass filter can be used.
The frequency divider 1014 is for dividing the signal output from the filter 1013, and is divided into, for example, 1/4. The frequency division ratio is not limited to 1/4, and may be another frequency division ratio. Further, it may have a function of changing the division ratio according to a set signal from the outside.

固定発振器1015は、固定周波数の発振信号を生成する発振部であり、例えば10.17MHzの周波数の発振信号を出力する。
この固定発振器1015の発振信号の周波数は、電圧制御発振器101の発振信号の周波数と分周器1014の分周比によって定めている。上記の例では、電圧制御発振器101から出力する高周波信号の中心周波数が40.68MHzであり、分周器1014の分周比が1/4なので、10.17MHz(40.68MHz/4=10.17MHz)に設定している。分周器1014の分周比を変更することを考慮して、固定発振器1015の発振信号の周波数を変更できる機能を有するものにしてもよい。
The fixed oscillator 1015 is an oscillating unit that generates an oscillating signal having a fixed frequency, and outputs an oscillating signal having a frequency of, for example, 10.17 MHz.
The frequency of the oscillation signal of the fixed oscillator 1015 is determined by the frequency of the oscillation signal of the voltage controlled oscillator 101 and the frequency division ratio of the frequency divider 1014. In the above example, the central frequency of the high frequency signal output from the voltage controlled oscillator 101 is 40.68 MHz, and the frequency division ratio of the frequency divider 1014 is 1/4, so 10.17 MHz (40.68 MHz / 4 = 10. It is set to 17 MHz). In consideration of changing the frequency division ratio of the frequency divider 1014, it may have a function of changing the frequency of the oscillation signal of the fixed oscillator 1015.

乗算器1016は、固定発振器1015の出力信号と分周器1014の出力信号とを混合とを混合した際に生成される和周波数成分と差周波数成分のうち差周波数成分の信号を出力する。 The multiplier 1016 outputs a signal of a difference frequency component among the sum frequency component and the difference frequency component generated when the output signal of the fixed oscillator 1015 and the output signal of the frequency divider 1014 are mixed and mixed.

ゲイン調整器1017は、乗算器1016の出力信号に基づいて、電圧制御発振器101に対して発振周波数の増減制御を行う。この際、必要に応じて、フィルタ1018(例えば、ローパスフィルタ)を介して、電圧制御発振器101に対して発振周波数の増減制御を行う。以下、この増減制御について説明する。 The gain adjuster 1017 controls the increase / decrease of the oscillation frequency with respect to the voltage controlled oscillator 101 based on the output signal of the multiplier 1016. At this time, if necessary, the voltage controlled oscillator 101 is controlled to increase or decrease the oscillation frequency via the filter 1018 (for example, a low-pass filter). Hereinafter, this increase / decrease control will be described.

分周器1014の出力信号の振幅は、位相差φに応じて変化する。一方、固定発振器1015の出力信号の振幅は一定なので、乗算器1016の出力信号の振幅は位相差φに応じて変化する。また、位相差φが目標値(例えばゼロ)の場合の乗算器1016の出力信号の振幅(目標振幅)は予め分かっているので、乗算器1016の出力信号の振幅が目標振幅になるように、目標振幅と乗算器1016の出力信号の振幅との差分に対応する量だけ電圧制御発振器101の出力信号の周波数をシフトして、周波数ずれを補正するような電圧(指令信号)を電圧制御発振器101に印加することによって、電圧制御発振器101に対して発振周波数の増減制御を行う。 The amplitude of the output signal of the frequency divider 1014 changes according to the phase difference φ. On the other hand, since the amplitude of the output signal of the fixed oscillator 1015 is constant, the amplitude of the output signal of the multiplier 1016 changes according to the phase difference φ. Further, since the amplitude (target amplitude) of the output signal of the multiplier 1016 when the phase difference φ is the target value (for example, zero) is known in advance, the amplitude of the output signal of the multiplier 1016 becomes the target amplitude. The voltage (command signal) that corrects the frequency shift by shifting the frequency of the output signal of the voltage control oscillator 101 by the amount corresponding to the difference between the target amplitude and the amplitude of the output signal of the multiplier 1016 is applied to the voltage control oscillator 101. By applying to the voltage control oscillator 101, the increase / decrease control of the oscillation frequency is performed.

このようにすれば、バイアス電源の出力に起因して発生する反射波電力Prの周期的な変動が発生しても、その反射波電力Prを打ち消すように、電圧制御発振器101の出力信号の周波数がシフトされるので、位相差φが目標値又は目標値近傍で推移するようになる。その結果、バイアス電源の出力に起因して発生する反射波電力Prの周期的な変動が抑制される。
なお、上記では、乗算器1016の出力信号の振幅に基づいて制御をする例を示したが、振幅は、平均値、実効値、波高値、ピークピーク値等の振幅の大きさを表すものであればよい。
In this way, even if the reflected wave power Pr generated periodically fluctuates due to the output of the bias power supply, the frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator 101 is canceled so as to cancel the reflected wave power Pr. Is shifted, so that the phase difference φ changes at the target value or near the target value. As a result, the periodic fluctuation of the reflected wave power Pr generated due to the output of the bias power supply is suppressed.
In the above, an example of performing control based on the amplitude of the output signal of the multiplier 1016 is shown, but the amplitude represents the magnitude of the amplitude such as the average value, the effective value, the peak value, and the peak peak value. All you need is.

また、乗算器1016は、デジタル処理方式であれば、固定発振器1015の出力信号と分周器1014の出力信号との振幅差情報と、固定発振器1015の出力信号と分周器1014の出力信号との位相差情報とを出力するようにしてもよい。
この場合、位相差φが目標値であるときの振幅差情報は予め分かっているので、ゲイン調整器1017は、乗算器1016から出力された振幅差情報に基づいて、上記と同様に、周波数ずれを補正するような電圧(指令信号)を電圧制御発振器101に印加することによって、電圧制御発振器101に対して発振周波数の増減制御を行うことができる。
Further, if the multiplier 1016 is a digital processing method, the amplitude difference information between the output signal of the fixed oscillator 1015 and the output signal of the frequency divider 1014, and the output signal of the fixed oscillator 1015 and the output signal of the frequency divider 1014 The phase difference information of may be output.
In this case, since the amplitude difference information when the phase difference φ is the target value is known in advance, the gain adjuster 1017 is based on the amplitude difference information output from the multiplier 1016, and the frequency shift is the same as described above. By applying a voltage (command signal) that corrects the above to the voltage controlled oscillator 101, it is possible to control the increase / decrease of the oscillation frequency with respect to the voltage controlled oscillator 101.

また、上記の位相差情報は、フィルタ1011の出力信号の周波数(400kHz)に起因して変動するので、位相差情報が一定値になるようにすれば、バイアス電源からプラズマ負荷2に供給される進行波電力に起因して発生する反射波電力Prの変動を抑制することができる。そのため、位相差φが目標値であるときの位相差情報は予め分かっているので、乗算器1016から出力された位相差情報に基づいて、上記と同様に、周波数ずれを補正するような電圧(指令信号)を電圧制御発振器101に印加することによって、電圧制御発振器101に対して発振周波数の増減制御を行うことができる。 Further, since the above phase difference information fluctuates due to the frequency (400 kHz) of the output signal of the filter 1011, if the phase difference information is set to a constant value, it is supplied from the bias power supply to the plasma load 2. Fluctuations in the reflected wave power Pr generated due to the traveling wave power can be suppressed. Therefore, since the phase difference information when the phase difference φ is the target value is known in advance, a voltage that corrects the frequency deviation (similarly to the above) based on the phase difference information output from the multiplier 1016. By applying the command signal) to the voltage controlled oscillator 101, it is possible to control the increase / decrease of the oscillation frequency with respect to the voltage controlled oscillator 101.

上記のように、位相差φを目標値(好ましくはゼロ)になるように(近づくように)制御するので、位相差φは目標値又は目標値近傍で推移する。すなわち、本実施形態によって、位相差φが目標値又は目標値近傍で推移するようになると、フィルタ1011の出力信号は、実質的に一定値となる。もちろん、位相差φをゼロ(リアクタンスゼロ)になるように(近づくように)制御すると、フィルタ1011の出力信号は、実質的にゼロとなる。 As described above, since the phase difference φ is controlled so as to reach (approach) the target value (preferably zero), the phase difference φ changes at the target value or near the target value. That is, according to the present embodiment, when the phase difference φ changes to the target value or the vicinity of the target value, the output signal of the filter 1011 becomes a substantially constant value. Of course, when the phase difference φ is controlled to be zero (reactance zero) (close to it), the output signal of the filter 1011 becomes substantially zero.

また、上記の図5の変形例の説明では、第1の実施形態と同様に、進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとの位相差φに応じて電圧制御発振器101の発振周波数を変化させる場合を例にして説明したが、第1の実施形態と同様に、電圧波形信号V1と電流波形信号I1との位相差θに応じて電圧制御発振器101の発振周波数を変化させる場合にも適用することができる。 Further, in the description of the modified example of FIG. 5 above, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 101 is changed according to the phase difference φ between the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr, as in the first embodiment. However, as in the first embodiment, it is also applied to the case where the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 101 is changed according to the phase difference θ between the voltage waveform signal V1 and the current waveform signal I1. Can be done.

(ii)インピーダンス整合器104の内部構成例
図6は、変形例によるインピーダンス整合器104の内部構成例を示す図である。
変形例によるインピーダンス整合器104は、固定容量の第1コンデンサ401と、固定容量の第2コンデンサ402と、固定リアクタンスのコイル403と、電子式可変容量コンデンサ404から406と、を備えている。変形例によるインピーダンス整合器104においては、第1の実施形態のようにモータM1からM3によって容量値を調整する可変コンデンサや可変リアクタを備えるのではなく、電圧印加制御によって容量値を変化させる電子式可変容量コンデンサを用いている。なお、電子式可変容量コンデンサを用いる場合には、周波数検出器108によって検出される周波数が、プラズマ負荷2の最適周波数近傍であることが望ましい。
以上のように、電子式可変容量コンデンサを用いることにより、インピーダンス整合器104を高速に制御することが可能となる。
(Ii) Example of Internal Configuration of Impedance Matching Box 104 FIG. 6 is a diagram showing an example of internal configuration of the impedance matching box 104 according to a modified example.
The impedance matching box 104 according to the modified example includes a fixed capacitance first capacitor 401, a fixed capacitance second capacitor 402, a fixed reactance coil 403, and electronic variable capacitance capacitors 404 to 406. The impedance matching box 104 according to the modified example is not provided with a variable capacitor or a variable reactor for adjusting the capacitance value by the motors M1 to M3 as in the first embodiment, but is an electronic type that changes the capacitance value by voltage application control. A variable capacitance capacitor is used. When an electronic variable capacitor is used, it is desirable that the frequency detected by the frequency detector 108 is close to the optimum frequency of the plasma load 2.
As described above, the impedance matching box 104 can be controlled at high speed by using the electronic variable capacitor.

本実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、本実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the present embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the present embodiment. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate.

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。 Further, in the above-described embodiment, the control lines and information lines are shown as necessary for explanation, and the product does not necessarily show all the control lines and information lines. All configurations may be interconnected.

例えば、上記の実施形態では、インピーダンス整合器104は、モータによって可変コンデンサ値を調整するタイプを例示したが、半導体スイッチ(例えば、PINダイオード)によって、可変コンデンサ値を調整するタイプを用いてもよい。
また、上記の実施形態では、発振器として電圧制御発振器101を例示したが、これに限定されない。例えば、発振器としてダイレクト・デジタル・シンセサイザー(DDS)を用いてもよい。
また、上記の実施形態では、インピーダンス整合器104に備わっている可変素子(可変コンデンサ、可変インダクタ)が3つの例を示したが、これに限定されない。例えば、可変コンデンサが2つでもよい場合がある。
For example, in the above embodiment, the impedance matching box 104 exemplifies a type in which the variable capacitor value is adjusted by a motor, but a type in which the variable capacitor value is adjusted by a semiconductor switch (for example, a PIN diode) may be used. ..
Further, in the above embodiment, the voltage controlled oscillator 101 is exemplified as the oscillator, but the present invention is not limited to this. For example, a direct digital synthesizer (DDS) may be used as the oscillator.
Further, in the above embodiment, three examples of the variable element (variable capacitor, variable inductor) provided in the impedance matching box 104 are shown, but the present invention is not limited to this. For example, there may be two variable capacitors.

1,100 電源供給システム(高周波電源システム)
2 プラズマ負荷
101 電圧制御発振器
102 第1増幅器
103 方向性結合器
104 インピーダンス整合器(第1整合器)
105 位相差検出器
106 周波数制御器
107 反射レベル計測器
108 周波数検出器
109 モータ制御処理部
110 モータ群
201 バイアス用発振器
202 第2増幅器
203 第2整合器
1001 電流波形信号検出器
1002 電圧波形信号検出器
1003 制御部
1,100 power supply system (high frequency power supply system)
2 Plasma load 101 Voltage controlled oscillator 102 First amplifier 103 Directional coupler 104 Impedance matching box (first matching box)
105 Phase difference detector 106 Frequency controller 107 Reflection level measuring instrument 108 Frequency detector 109 Motor control processing unit 110 Motor group 201 Bias oscillator 202 Second amplifier 203 Second matching device 1001 Current waveform signal detector 1002 Voltage waveform signal detection Instrument 1003 Control unit

Claims (6)

接続される負荷に対して高周波電力を提供する、高周波電源システムであって、
第1周波数でバイアス電力を出力するバイアス電源と、
前記第1周波数よりも高い第2周波数でソース電力を出力するソース電源と、
前記ソース電源側のインピーダンスと前記負荷側のインピーダンスとの整合を取るインピーダンス整合器と、を備え、
前記ソース電源は、出力周波数を増減制御することによって、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づける、高周波電源システム。
A high frequency power supply system that provides high frequency power to the connected load.
A bias power supply that outputs bias power at the first frequency,
A source power source that outputs source power at a second frequency higher than the first frequency, and
An impedance matching device that matches the impedance on the source power supply side with the impedance on the load side is provided.
The source power supply is a high-frequency power supply system that brings the reactance value of the load-side impedance closer to a predetermined target value by controlling the output frequency in an increase or decrease.
請求項1において、
前記ソース電源は、前記負荷に供給する進行波電力に対応する検出信号と前記負荷から戻ってくる反射波電力に対応する検出信号との位相差を検出し、当該位相差を予め定めた目標値に近づけるように出力周波数を増減制御することによって、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づける、高周波電源システム。
In claim 1,
The source power supply detects the phase difference between the detection signal corresponding to the traveling wave power supplied to the load and the detection signal corresponding to the reflected wave power returned from the load, and sets the phase difference to a predetermined target value. A high-frequency power supply system that brings the reactance value of the load-side impedance closer to a predetermined target value by increasing or decreasing the output frequency so that it approaches.
請求項1において、
前記ソース電源は、前記負荷に供給する進行波電力の電流に対応する検出信号と電圧に対応する検出信号との位相差を検出し、当該位相差を予め定めた目標値に近づけるように出力周波数を増減制御することによって、負荷側インピーダンスのリアクタンス値を予め定めた目標値に近づける、高周波電源システム。
In claim 1,
The source power supply detects the phase difference between the detection signal corresponding to the current of the traveling wave power supplied to the load and the detection signal corresponding to the voltage, and outputs the frequency so that the phase difference approaches a predetermined target value. A high-frequency power supply system that brings the reactance value of the load-side impedance closer to a predetermined target value by controlling the increase or decrease of.
請求項2又は3において、
前記検出した位相差の信号を、分周器及び乗算器を用いて低い周波数の信号に変換し、変換後の信号に基づいて位相差を予め定めた目標値に近づけるように出力周波数を増減制御する、高周波電源システム。
In claim 2 or 3,
The detected phase difference signal is converted into a low frequency signal using a frequency divider and a multiplier, and the output frequency is increased / decreased and controlled so that the phase difference approaches a predetermined target value based on the converted signal. High frequency power supply system.
請求項1から4の何れか1項において、
前記リアクタンスの目標値はゼロである、高周波電源システム。
In any one of claims 1 to 4,
A high frequency power supply system in which the target value of the reactance is zero.
請求項1から5の何れか1項において、
前記負荷から戻ってくる反射波電力のレベルが低下するように前記インピーダンス整合器に含まれる複数の可変素子の値を変更する、高周波電源システム。
In any one of claims 1 to 5,
A high frequency power supply system that changes the values of a plurality of variable elements included in the impedance matching box so that the level of reflected wave power returned from the load is reduced.
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