特許ウォッチ

公開番号2024095370
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-10
出願番号2022212630
出願日2022-12-28
発明の名称高周波電力供給システム
出願人株式会社ダイヘン
代理人
主分類H05H 1/46 20060101AFI20240703BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】第2電源ON期間及び第2電源OFF期間の両方の期間において第1電源側の反射波電力の電力値を小さくする。
【解決手段】本開示に係る高周波電力供給システムは、第1電源と第2電源と第1整合器と第2整合器とを有する。第2電源は、第2進行波電圧を出力するON動作と第2進行波電圧を出力しないOFF動作とを繰り返すパルス変調を行う。第1電源は、第2電源ON期間では周波数変調制御を行い、第2電源OFF期間では、基本周波数F1にオフセット周波数を加えた基本周波数F3を有する進行波電圧VF3を出力する周波数オフセット制御を行う。
【選択図】図16
特許請求の範囲【請求項１】
第１基本周波数を有する第１進行波電圧を出力可能である第１電源と、
前記第１基本周波数より低い第２基本周波数を有する第２進行波電圧を出力可能である第２電源と、
前記第１電源と負荷との間に接続され、内部に備えた可変素子の可変値を調整することによって、前記第１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を整合させる第１整合動作を行う第１整合器と、
前記第２電源と前記負荷との間に接続され、内部に備えた可変素子の可変値を調整することによって、前記第２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を整合させる第２整合動作を行う第２整合器と、
を備え、
前記第２電源は、前記第２進行波電圧を出力するＯＮ動作と前記第２進行波電圧を出力しないＯＦＦ動作とを繰り返すパルス変調を行い、
前記第１整合器は、前記ＯＮ動作が行われる第２電源ＯＮ期間では、前記第２電源ＯＮ期間に検出された情報に基づいて算出された反射係数又は負荷側インピーダンスを用いて第１整合動作を行い、前記ＯＦＦ動作が行われる前記第２電源ＯＦＦ期間では、前記第２電源ＯＮ期間における前記第１整合動作によって調整された前記可変素子の可変値を変更することなく維持し、
前記第１電源は、前記第２電源ＯＮ期間では周波数変調制御を行い、前記第２電源ＯＦＦ期間では、前記第１基本周波数にオフセット周波数を加えた第３基本周波数を有する第３進行波電圧を出力する周波数オフセット制御を行うために、オフセット周波数の最適値を探索し、探索後は、探索した前記オフセット周波数の最適値を用いて周波数オフセット制御を行う
高周波電力供給システム。
続きを表示（約 140 文字）【請求項２】
前記第１整合器は、前記オフセット周波数の前記最適値が探索された後は、前記第２電源ＯＮ期間及び前記第２電源ＯＦＦ期間に算出された負荷情報に基づいて前記第２電源ＯＮ期間及び前記第２電源ＯＦＦ期間における第１整合動作を行う
請求項１に記載の高周波電力供給システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、高周波電力供給システムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、プラズマ処理装置に用いられる高周波電力供給システムは、２台の高周波電源（第１電源と第２電源）を有しており、それぞれの電源から負荷に向けて基本周波数（基本波の周波数）が異なる高周波電圧（進行波電圧）を出力している。例えば、第１電源１は、プラズマの生成に適した基本周波数Ｆ１を有する高周波電圧（進行波電圧ＶＦ１）を出力することにより高周波電力（第１進行波電力）を負荷に供給する。第２電源は、イオンの加速に適した基本周波数Ｆ２（基本周波数Ｆ１＞基本周波数Ｆ２）を有する高周波電圧（進行波電圧ＶＦ２）を出力することにより高周波電力（第２進行波電力）を負荷に供給する。（特許文献１～３参照）。
【０００３】
また、第１電源と負荷との間には、第１整合器が設けられ、第１電源の出力端（第１整合器の入力端）における反射波電力の電力値が小さくなるように、内部の可変素子の値（例えば、可変キャパシタの容量値）を調整することによって、第１電源側のインピーダンス整合を行っている。また、第２電源と負荷との間には、第２整合器が設けられ、内部の可変素子の値（例えば、可変キャパシタの容量値）を調整することによって、第２電源の出力端（第２整合器の入力端）における反射波電力の電力値が小さくなるように、第２電源側のインピーダンス整合を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０１８－５３６２９５号公報
特開２０１７－１８８４３４号公報
米国特許第１０３０４６６９号明細書
特開２０２２－１０２６８８号公報
特許第６３１２４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成では、相互変調歪（以下、ＩＭＤ：ＩｎｔｅｒＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生する。その影響で、第１電源側において、反射波電力が基本周波数Ｆ２の周期に応じて変動する現象が発生する。このＩＭＤに起因する反射波電力の電力値を小さくするために、第１電源が周波数変調制御を行う技術が知られている。
【０００６】
しかし、この技術は、ＩＭＤが発生しているときに反射波電力の電力値を小さくする技術である。そのため、第１電源が進行波電圧ＶＦ１を出力しているときに、第２電源が、進行波電圧ＶＦ２を出力するＯＮ動作と進行波電圧ＶＦ２を出力しないＯＦＦ動作とを繰り返すパルス変調を行う場合には、反射波電力の電力値を十分に小さくすることが出来ない。
すなわち、第２電源がＯＮ動作を行う第２電源ＯＮ期間では、ＩＭＤが発生するので、周波数変調制御を行うことによって反射波電力の電力値を小さくできる。しかし、第２電源がＯＦＦ動作を行う第２電源ＯＦＦ期間では、進行波電圧ＶＦ２が出力されないのでＩＭＤが発生しない。そのため、第２電源ＯＦＦ期間でも第１電源の出力を周波数変調させると、かえって反射波電力の電力値を増大させてしまう。
【０００７】
また、第２電源ＯＮ期間と第２電源ＯＦＦ期間とでは、第２電源の出力状態が大きく異なるので、第１整合器３の整合動作だけでは、第２電源ＯＮ期間と第２電源ＯＦＦ期間の両方の期間で、第１電源側の反射波電力の電力値を小さくできない。なぜならば、第１整合器３の整合動作にかかる時間がパルス変調の周期時間よりも長いためである。
【０００８】
そのため、第１電源は、第２電源ＯＮ期間で周波数変調制御を行うが、第２電源ＯＦＦ期間では周波数変調制御を行わず、単に進行波電圧ＶＦ１を出力する。また、第１整合器３の入力端から負荷側を見たインピーダンスを負荷側インピーダンスＺ１とすると、第１整合器３は、第２電源ＯＮ期間における負荷側インピーダンスＺ１と第２電源ＯＦＦ期間とにおける負荷側インピーダンスＺ１との中間のインピーダンスになるように整合動作を行う。そのため、第２電源ＯＮ期間と第２電源ＯＦＦ期間とでは、両者のインピーダンスの差異が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第１電源が進行波電圧ＶＦ１を出力しているときに、第２電源２が、進行波電圧ＶＦ２を出力するＯＮ動作と進行波電圧ＶＦ２を出力しないＯＦＦ動作とを繰り返すパルス変調を行う場合に、第２電源ＯＮ期間における負荷側インピーダンスと第２電源ＯＦＦ期間における負荷側インピーダンスとの差異を低減する高周波電力供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示に係る高周波電力供給システムは、
第１基本周波数を有する第１進行波電圧を出力可能である第１電源と、
前記第１基本周波数より低い第２基本周波数を有する第２進行波電圧を出力可能である第２電源と、
前記第１電源と負荷との間に接続され、内部に備えた可変素子の可変値を調整することによって、前記第１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を整合させる第１整合動作を行う第１整合器と、
前記第２電源と前記負荷との間に接続され、内部に備えた可変素子の可変値を調整することによって、前記第２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を整合させる第２整合動作を行う第２整合器と、
を備え、
前記第２電源は、前記第２進行波電圧を出力するＯＮ動作と前記第２進行波電圧を出力しないＯＦＦ動作とを繰り返すパルス変調を行い、
前記第１整合器は、前記ＯＮ動作が行われる第２電源ＯＮ期間では、前記第２電源ＯＮ期間に検出された情報に基づいて算出された反射係数又は負荷側インピーダンスを用いて第１整合動作を行い、前記ＯＦＦ動作が行われる前記第２電源ＯＦＦ期間では、前記第２電源ＯＮ期間における前記第１整合動作によって調整された前記可変素子の可変値を変更することなく維持し、
前記第１電源は、前記第２電源ＯＮ期間では周波数変調制御を行い、前記第２電源ＯＦＦ期間では、前記第１基本周波数にオフセット周波数を加えた第３基本周波数を有する第３進行波電圧を出力する周波数オフセット制御を行うために、オフセット周波数の最適値を探索し、探索後は、探索した前記オフセット周波数の最適値を用いて周波数オフセット制御を行う。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許