特開 2023-98298 高周波電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023098298

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】高周波電源装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230703BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230703BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230703BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101Z

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021214970

(22)【出願日】2021-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 雄一

(72)【発明者】

【氏名】上野 雄也

(72)【発明者】

【氏名】森井 龍哉

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084BB21

2G084CC05

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD24

2G084DD55

2G084EE02

2G084HH05

2G084HH08

2G084HH22

2G084HH23

2G084HH25

2G084HH27

2G084HH29

2G084HH43

2G084HH56

5F004BA09

5F004BB13

5F004CA06

5F045AA08

5F045EH13

5F045EH20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】第１の電源において、第２の電源から出力される高周波電圧の周期と同じ周期の変調信号を生成する。
【解決手段】高周波電源装置は、第１の基本周波数を有する第１の高周波電力を負荷に供給する第１の電源と、第１の基本周波数より低い第２の基本周波数を有する第２の高周波電力を負荷に供給する第２の電源と、第１の整合部と、第２の電源と負荷との間に接続された第２の整合部と、を有する。第２の整合部は、第２の高周波電圧の検出情報に基づいて第２の基本周波数より周波数が低いタイミング制御信号を生成して第１の電源へ供給し、第１の電源は、第１の高周波電圧を第２の基本周波数と同じ周波数を有する変調信号で周波数変調させ変調波として出力する周波数変調制御を行う際に、タイミング制御信号に応じて変調信号の開始位相を設定し、変調信号の開始位相に応じて変調信号を生成し、変調信号を用いて第１の高周波電圧を周波数変調制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基本周波数を有する第１の高周波電圧を出力することにより第１の高周波電力を負荷に供給可能である第１の電源と、
前記第１の基本周波数より低い第２の基本周波数を有する第２の高周波電圧を出力することにより第２の高周波電力を前記負荷に供給する第２の電源と、
前記第１の電源と前記負荷との間に接続された第１の整合部と、
前記第２の電源と前記負荷との間に接続された第２の整合部と、
を備え、
前記第２の整合部は、前記第２の高周波電圧の検出情報に基づいて前記第２の基本周波数より周波数が低いタイミング制御信号を生成して前記第１の電源へ供給し、
前記第１の電源は、前記第１の高周波電圧を前記第２の基本周波数と同じ周波数を有する変調信号で周波数変調させ変調波として出力する周波数変調制御を行う際に、前記タイミング制御信号に応じて前記変調信号の開始位相を設定し、前記変調信号の開始位相に応じて前記変調信号を生成し、前記変調信号を用いて前記第１の高周波電圧を周波数変調制御する
高周波電源装置。

【請求項2】

前記第２の整合部は、前記第２の高周波電圧の検出情報から前記第２の基本周波数と同じ周期を有するパルス信号を抽出し、前記パルス信号を分周することによって前記タイミング制御信号を生成する
請求項１に記載の高周波電源装置。

【請求項3】

前記第２の整合部は、
前記第２の高周波電圧を検出し、検出波形信号を出力する検出部と、
前記検出波形信号を前記パルス信号に変換する変換部と、
前記パルス信号を分周して前記タイミング制御信号を生成する分周部と、
を有する
請求項２に記載の高周波電源装置。

【請求項4】

Ｎを２以上の整数とするとき、前記タイミング制御信号の周波数は、前記第２の基本周波数の少なくとも１／Ｎ倍以下の周波数である
請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高周波電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置に用いられる高周波電源装置は、２台の高周波電源（第１の電源と第２の電源）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を出力している。例えば、第１の電源は、プラズマの生成に適した第１の基本周波数Ｆ１を有する第１の高周波電圧を出力することにより第１の高周波電力を負荷に供給する。第２の電源は、イオンの加速に適した第２の基本周波数Ｆ２（第１の基本周波数Ｆ１＞第２の基本周波数Ｆ２）を有する第２の高周波電圧を出力することにより第２の高周波電力を負荷に供給する。（特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１８－５３６２９５号公報

【特許文献2】特開２０１７－１８８４３４号公報

【特許文献3】米国特許第１０３０４６６９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような場合、相互変調歪（ＩＭＤ：ＩｎｔｅｒＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生し、第１の電源側において、反射波電力が第２の基本周波数Ｆ２の周期に応じて変動する現象が発生する。この相互変調歪に起因する反射波電力を低減させるために、第１の高周波電圧に対して周波数変調制御を行う技術が知られている。この際、予め分かっている第２の電源の第２の基本周波数Ｆ２の情報（例えば４００ｋＨという情報が分かっている）に基づいて、第２の基本周波数Ｆ２と同じ周波数の変調信号を生成し、生成した変調信号を用いて第１の電源において周波数変調制御を行うことが考えられる。

【0005】

しかし、疑似的に生成した変調信号の周期と第２の電源から出力される高周波電圧の周期とは異なる。このように両者の周期が異なると、周波数変調制御によって相互変調歪に起因する反射波電力の低減効果が低下する。

【0006】

本開示は、第１の電源において、第２の電源から出力される高周波電圧の周期と同じ周期の変調信号を生成できる高周波電源装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る高周波電源装置は、第１の基本周波数を有する第１の高周波電圧を出力することにより第１の高周波電力を負荷に供給可能である第１の電源と、前記第１の基本周波数より低い第２の基本周波数を有する第２の高周波電圧を出力することにより第２の高周波電力を前記負荷に供給する第２の電源と、前記第１の電源と前記負荷との間に接続された第１の整合部と、前記第２の電源と前記負荷との間に接続された第２の整合部と、を有する。前記第２の整合部は、前記第２の高周波電圧の検出情報に基づいて前記第２の基本周波数より周波数が低いタイミング制御信号を生成して前記第１の電源へ供給し、前記第１の電源は、前記第１の高周波電圧を前記第２の基本周波数と同じ周波数を有する変調信号で周波数変調させ変調波として出力する周波数変調制御を行う際に、前記タイミング制御信号に応じて前記変調信号の開始位相を設定し、前記変調信号の開始位相に応じて前記変調信号を生成し、前記変調信号を用いて前記第１の高周波電圧を周波数変調制御する。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る高周波電源装置によれば、第１の電源において、第２の電源から出力される高周波電圧の周期と同じ周期の変調信号を生成できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る高周波電源装置の構成を示す図。

【図2】実施形態に係る高周波電源装置の動作を示すシーケンスチャート。

【図3】実施形態に係る高周波電源装置の動作を示す波形図。

【図4】実施形態に係る高周波電源装置の動作を示す波形図。

【図5】実施形態に係る高周波電源装置の動作を示す波形図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本開示に係る高周波電源装置の実施形態について説明する。

【0011】

（実施形態）
実施形態にかかる高周波電源装置は、ＲＦ帯（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の周波数の高周波電圧を出力することにより高周波電力を負荷（例えばプラズマ処理装置）に供給する装置である。このような高周波電源装置は、２台の高周波電源（第１の電源と第２の電源）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）（出力周波数ともいう）が異なる高周波電圧を出力している。例えば、第１の電源は、プラズマの生成に適した第１の基本周波数Ｆ１を有する第１の高周波電圧を出力することにより第１の高周波電力を負荷に供給する。第２の電源は、イオンの加速に適した第２の基本周波数Ｆ２（第１の基本周波数Ｆ１＞第２の基本周波数Ｆ２）を有する第２の高周波電圧を出力することにより第２の高周波電力を負荷に供給する。

【0012】

このように複数の電源から高低差のある複数の高周波電力を負荷に供給すると、相互変調歪の影響で、第１の電源側において、反射波電力が第２の電源側の基本周期（基本波の周期）に応じて変動する現象が発生する。そのため、第１の電源から負荷に対して効率よく高周波電力を供給することができない。そこで、本実施形態では、以下のようにして周波数変調制御を行い、相互変調歪に起因する反射波電力を低減させる。

【0013】

なお、第１の電源から出力されて負荷に向かう高周波電圧を第１の進行波電圧、負荷側から反射されて第１の電源に戻ってくる高周波電圧を第１の反射波電圧という。第２の電源から出力されて負荷に向かう高周波電圧を第２の進行波電圧、負荷側から反射されて第２の電源に戻ってくる高周波電圧を第２の反射波電圧という。

【0014】

図１は、高周波電源装置１の構成を示す図である。高周波電源装置１は、プラズマ処理装置ＰＡに適用される。プラズマ処理装置ＰＡは、例えば平行平板型であり、チャンバーＣＨ内で下部電極ＥＬ１及び上部電極ＥＬ２が互いに対向する。下部電極ＥＬ１上には、処理対象となる基板ＳＢが載置され得る。高周波電源装置１は、下部電極ＥＬ１に電気的に接続される。上部電極ＥＬ２は、グランド電位に電気的に接続される。チャンバーＣＨは、給気管を介してガス供給装置（図示せず）に接続され、排気管を介して真空装置（図示せず）に接続される。

【0015】

高周波電源装置１は、ＨＦ電源（第１の電源）１０、ＬＦ電源（第２の電源）２０及び重畳整合器３０を有する。ＨＦ電源１０は、第１の基本周波数Ｆ１を有する第１の高周波電圧（第１の進行波電圧）を出力することにより第１の高周波電力（第１の進行波電力）を負荷に供給する。第１の高周波電圧は、主として、プラズマの生成に適した比較的高い第１の基本周波数Ｆ１を有する。第１の基本周波数Ｆ１は、例えば、４０．６８ＭＨｚである。ＨＦ電源１０は、ソース電源とも呼ばれる。なお、基本周波数Ｆ１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。

【0016】

ＬＦ電源２０は、第１の基本周波数Ｆ１より低い第２の基本周波数Ｆ２を有する第２の高周波電圧（第２の進行波電圧）を出力することにより第２の高周波電力（第２の進行波電力）を負荷に供給する。第２の高周波電圧は、イオンの加速に適した比較的低い第２の基本周波数Ｆ２を有する。第２の基本周波数Ｆ２は、例えば４００ｋＨｚである。ＬＦ電源２０は、バイアス電源とも呼ばれる。なお、第２の基本周波数Ｆ２は、４００ｋＨｚに限定されるものではなく、他の周波数であってもよい。

【0017】

重畳整合器３０は、ＨＦ電源１０及びＬＦ電源２０にそれぞれ電気的に接続される。重畳整合器３０は、ＨＦ電源１０及びＬＦ電源２０と下部電極ＥＬ１との間に電気的に接続される。重畳整合器３０は、ＨＦ電源１０側のインピーダンスと下部電極ＥＬ１側のインピーダンスとを整合させる第１の整合動作を行うとともに、ＬＦ電源２０側のインピーダンスと下部電極ＥＬ１側のインピーダンスとを整合させる第２の整合動作を行う。重畳整合器３０は、第１の整合動作及び第２の整合動作が行われた状態で、第１の高周波電力をＨＦ電源１０から受け、第２の高周波電力をＬＦ電源２０から受け、第１の高周波電力及び第２の高周波電力を重畳させて下部電極ＥＬ１へ供給する。

【0018】

なお、高周波電源装置１及びプラズマ処理装置ＰＡは、図１の構成に限定されない。例えば、ＨＦ電源１０から出力される第１の高周波電力が重畳整合器３０を介して上部電極ＥＬ２に供給され、ＬＦ電源２０から出力される第２の高周波電力が重畳整合器３０を介して下部電極ＥＬ１に供給されるような構成等、様々な構成がある。このような他の構成にも高周波電源装置１を用いることが可能である。

【0019】

重畳整合器３０は、ＨＦ整合部（第１の整合部）３１及びＬＦ整合部（第２の整合部）３２を有する。ＨＦ整合部３１は、ＨＦ電源１０と下部電極ＥＬ１との間に電気的に接続される。ＬＦ整合部３２は、ＬＦ電源２０と下部電極ＥＬ１との間に電気的に接続される。ＨＦ整合部３１は、第１の整合動作を行い、ＬＦ整合部３２は、第２の整合動作を行う。

【0020】

ＨＦ整合部３１は、センサ３１１、制御回路３１２、整合回路３１３を有する。センサ３１１は、ＨＦ電源１０から出力される第１の進行波電圧の波形信号ＳＧ１ｆを検出するとともに、整合回路３１３側から反射される第１の反射波電圧の波形信号ＳＧ１ｒを検出する。整合回路３１３は、可変インピーダンス回路を有し、センサ３１１で検出される波形信号ＳＧ１ｆ及び波形信号ＳＧ１ｒに応じて（例えば波形信号ＳＧ１ｆ及び波形信号ＳＧ１ｒから計算される反射係数が小さくなるように）、制御回路３１２によって、可変インピーダンス回路のインピーダンス値を変更する。もちろん、反射係数ではなく、反射波電力が小さくなるように可変インピーダンス回路のインピーダンス値を変更してもよい。なお、可変インピーダンス回路は、例えば、図略の可変コンデンサやインダクタを備えており、可変コンデンサの容量を変化させることによってインピーダンス値を変更できるようになっている（ＬＦ整合部３２でも同様）。また、上記では一例として、第１の進行波電圧の波形信号ＳＧ１ｆと第１の反射波電圧の波形信号ＳＧ１ｒを用いて反射係数を算出したが、電圧波形信号と電流波形信号とを検出し、それらに基づいて反射係数を算出することも可能である（ＬＦ整合部３２でも同様）。

【0021】

ＬＦ整合部３２は、センサ３２１（検出部３２１）、制御回路３２２、整合回路３２３を有する。制御回路３２２は、パルス変換回路３２２１（変換部３２２１）及び分周処理部３２２２（分周部３２２２）を有する。センサ３２１は、ＬＦ電源２０から出力される第２の進行波電圧の波形信号ＳＧ２ｆを検出するとともに、整合回路３２３側から反射される第２の反射波電圧の波形信号ＳＧ２ｒを検出する。整合回路３２３は、可変インピーダンス回路を有し、センサ３２１で検出される波形信号ＳＧ２ｆ及び波形信号ＳＧ２ｒに応じて（例えば波形信号ＳＧ２ｆ及び波形信号ＳＧ２ｒから計算される反射係数が小さくなるように）、制御回路３２２によって、整合回路３２３内の可変インピーダンス回路のインピーダンス値を変更する。もちろん、反射係数ではなく、反射波電力が小さくなるように可変インピーダンス回路のインピーダンス値を変更してもよい。

【0022】

パルス変換回路３２２１は、センサ３２１で検出された第２の進行波電圧の波形信号ＳＧ２ｆをパルス信号へ変換する。パルス信号は、第２の基本周波数Ｆ２を有する矩形信号として変換される。パルス変換回路３２２１は、コンパレータを有し、コンパレータを用いて正弦波信号を矩形信号に変換する。分周処理部３２２２は、第２の基本周波数Ｆ２を有するパルス信号をＮ分周し、周波数Ｆ３のタイミング制御信号ＴＣを生成する。Ｎは、２以上の整数である。周波数Ｆ３は、基本周波数Ｆ１の少なくとも１／Ｎ倍以下の周波数である。これにより、タイミング制御信号ＴＣのエッジタイミングを第２の高周波電圧における所定の位相タイミングに一致させることができる。

【0023】

Ｆ２＝４００ｋＨｚ、Ｎ＝１０の場合、Ｆ３＝Ｆ２×１／Ｎ＝４００ｋＨｚ×１／１０＝４０ｋＨｚになる。タイミング制御信号ＴＣは、第２の進行波電圧に応じて生成された信号であるため、第２の進行波電圧に同期した信号とされ得る。分周処理部３２２２は、周波数Ｆ３のタイミング制御信号ＴＣをＨＦ電源１０へ供給する。

【0024】

ＨＦ電源１０は、ＬＦ整合部３２で生成されたタイミング制御信号ＴＣを受ける。ＨＦ電源１０は、タイミング制御信号ＴＣに応じて、第２の進行波電圧に対応する変調基本波信号を生成する。ＨＦ電源１０は、変調基本波信号を用いてＬＦ電源２０から出力される第２の進行波電圧（第２の高周波電圧）の周期と同じ周期の変調信号を生成する。この変調信号を用いてＨＦ電源１０から出力する第１の進行波電圧（第１の高周波電圧）を周波数変調制御する。

【0025】

ＨＦ電源１０は、位相設定部１１、直接デジタル合成部（ＤＤＳ）１２（ＤＤＳ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）、乗算器１３、ＨＦ基本波周波数設定部１４、加算器１５、直接デジタル合成部（ＤＤＳ）１６、処理部１７、基本クロック生成部１８、ＬＦ基本波周波数設定部１９、周波数偏移量設定部１３１を有する。

【0026】

ＬＦ基本波周波数設定部１９は、周波数が第２の基本周波数Ｆ２の変調基本波の周波数情報を生成する。周波数情報は、生成すべき変調基本波信号（例えば正弦波信号）の周波数に応じてクロックタイミングごとの振幅を順次に含む情報である。ＬＦ基本波周波数設定部１９は、変調基本波信号の周波数情報を直接デジタル合成部１２へ供給する。

【0027】

位相設定部１１は、タイミング制御信号ＴＣを重畳整合器３０から受け、変調基本波信号における変調を開始すべき変調開始位相を設定する。これにより、位相設定部１１は、ＬＦ電源の第２の高周波電圧と同じタイミングで変調を開始すべき変調開始位相を設定できる。位相設定部１１は、変調開始位相の情報を直接デジタル合成部１２へ供給する。

【0028】

基本クロック生成部１８は、基本クロック信号を生成する。基本クロック信号は、第２の進行波電圧に同期した信号となるように予め調整されており、第２の基本周波数Ｆ２の整数倍の周波数を有する。Ｆ２＝４００ｋＨｚの場合、基本クロック信号の周波数＝Ｆ２×２５０＝４００ｋＨｚ×２５０＝１００ＭＨｚであってもよい。基本クロック生成部１８は、基本クロック信号を直接デジタル合成部１２及び直接デジタル合成部１６へそれぞれ供給する。なお、基本クロック生成部１８は、例えば、水晶発振器等によって構成することができる。

【0029】

直接デジタル合成部１２は、変調開始位相の情報を位相設定部１１から受け、クロック信号を基本クロック生成部１８から受け、変調基本波信号の周波数情報をＬＦ基本波周波数設定部１９から受ける。直接デジタル合成部１２は、クロック信号を用いながら、変調開始位相と周波数情報と振幅情報とを用いて、周波数が第２の基本周波数Ｆ２と同じ変調基本波信号を生成する。変調基本波信号は、例えば変調開始位相を基準とし周波数情報と振幅情報とに応じた正弦波信号として生成される。直接デジタル合成部１２は、変調基本波信号を乗算器１３へ供給する。なお、変調基本波信号は、ＬＦ電源２０で生成された第２の進行波電圧に相当する信号であり、変調基本波信号の周期と第２の進行波電圧の周期とは同じである。

【0030】

周波数偏移量設定部１３１は、変調基本波信号における１周期内の複数の位相のそれぞれに対して施すべき周波数偏移量ΔＦを設定し、周波数偏移量ΔＦの情報を乗算器１３へ供給する。周波数偏移量ΔＦは、例えば、変調をかける際の位相に応じて、周波数偏移量ΔＦは、－ΔＦｍａｘ～＋ΔＦｍａｘの範囲で変わり得る。例えば、ΔＦｍａｘ＝１．２ＭＨｚである。

【0031】

乗算器１３は、変調基本波信号を直接デジタル合成部１２から受け、周波数偏移量ΔＦの情報を周波数偏移量設定部１３１から受ける。乗算器１３は、変調基本波信号に周波数偏移量ΔＦを乗算して、乗算結果を変調信号として加算器１５へ供給する。

【0032】

ＨＦ基本波周波数設定部１４は、周波数が第１の基本周波数Ｆ１の基本波信号の周波数情報を生成する。周波数情報は、生成すべき基本波信号（例えば正弦波信号）の周波数に応じてクロックタイミングごとの振幅を順次に含む情報である。ＨＦ基本波周波数設定部１４は、基本波信号の周波数情報を加算器１５へ供給する。

【0033】

加算器１５は、第１の基本周波数Ｆ１を有する基本波信号をＨＦ基本波周波数設定部１４から受け、変調信号を乗算器１３から受ける。加算器１５は、基本波信号に変調信号を加算し、第１の基本周波数Ｆ１＋ΔＦを示す周波数情報を生成する。加算器１５は、周波数情報を直接デジタル合成部１６へ供給する。

【0034】

直接デジタル合成部１６は、周波数情報を加算器１５から受け、振幅情報をＨＦ電源１０から受ける。直接デジタル合成部１６は、周波数情報と振幅情報とを用いて、第１の基本周波数Ｆ１を有する基本波が周波数偏移量ΔＦで周波数変調された変調波を生成する。直接デジタル合成部１６は、変調波を処理部１７へ供給する。

【0035】

処理部１７は、直接デジタル合成部１６から出力された変調波に対して所定の処理を行う。処理部１７は、増幅器、フィルタ、合成器等を含む。所定の処理は、変調波を増幅する増幅処理、変調波における進行波・反射波をスーパーヘテロダイン方式等で検出するためのフィルタ処理、進行波電力の目標電力からずれを合成して直接デジタル合成部１６へフィードバックする合成処理などを含む。処理部１７は、処理後の変調波（第１の進行波電圧）を重畳整合器３０へ出力する。

【0036】

次に、高周波電源装置１の動作について図２～図５を用いて説明する。図２は、高周波電源装置１の動作を示すシーケンスチャートである。図３～図５は、高周波電源装置１の動作を示す波形図である。

【0037】

ＬＦ電源２０は、高周波電源装置１の起動指令に応じて、第２の進行波電圧を発生して重畳整合器３０のＬＦ整合部３２へ出力する（Ｓ１）。

【0038】

ＬＦ整合部３２は、ＬＦ電源２０から出力される第２の進行波電圧の波形信号ＳＧ２ｆを検出するとともに、整合回路３２３側から反射される第２の反射波電圧の波形信号ＳＧ２ｒを検出する。（Ｓ２）。ＬＦ整合部３２は、例えば図３（ａ）に示すように、第２の基本周波数Ｆ２を有する正弦波状の波形信号ＳＧ２ｆを検出する。波形信号ＳＧ２ｆは、例えば、タイミングｔ１～ｔ２の期間、タイミングｔ２～ｔ３の期間、・・・、タイミングｔ４０～ｔ４１の期間が、それぞれ、ＬＦ電源２０の基本周期に対応する１周期である。

【0039】

ＬＦ整合部３２は、波形信号ＳＧ２ｆをパルス信号に変換する（Ｓ３）。ＬＦ整合部３２は、例えば正弦波信号の振幅が図３（ａ）に一点鎖線で示す振幅中心を超えたらＨレベルとし振幅中心を下回ればＬレベルとすることで、図３（ｂ）に示すようなパルス信号を生成してもよい。パルス信号は、例えば、タイミングｔ１～ｔ２の期間、タイミングｔ２～ｔ３の期間、・・・、タイミングｔ４０～ｔ４１の期間が、それぞれ、ＬＦ電源２０の基本周期に対応する１周期である。

【0040】

ＬＦ整合部３２は、周波数が第２の基本周波数Ｆ２のパルス信号をＮ分周し、周波数Ｆ３のタイミング制御信号ＴＣを生成する（Ｓ４）。Ｆ３＝Ｆ２×１／Ｎの関係にある。ＬＦ整合部３２は、例えば図３（ｂ）に示すパルス信号を２０分周して図３（ｃ）に示すタイミング制御信号ＴＣを生成する。図３（ｃ）では、Ｎ＝２０の場合を例示している。ＬＦ整合部３２は、タイミング制御信号ＴＣをＨＦ電源１０へ出力する。タイミング制御信号ＴＣは、例えば、タイミングｔ１～ｔ２１の期間、タイミングｔ２１～ｔ４１の期間が、それぞれ、ＬＦ電源２０の基本周期のＮ倍（例えば、２０倍）に対応する１周期である。

【0041】

ＨＦ電源１０は、タイミング制御信号ＴＣに応じて変調を開始すべき位相を設定し（Ｓ５）、変調基本波信号を生成する（Ｓ６）。ＨＦ電源１０は、例えば図４（ａ）に示すタイミング制御信号ＴＣを受ける。ＨＦ電源１０は、図４（ａ）に示すタイミング制御信号ＴＣに同期したタイミングｔ１から変調基本波信号の生成を開始する。すなわち、ＨＦ電源１０は、タイミングｔ１から、図４（ｂ）に示す基本クロック信号に同期して、図４（ｃ）に示すような周波数情報を参照しながら、図４（ｄ）に示すような階段状信号を生成する。ＨＦ電源１０は、タイミングｔ１～ｔ２で周波数情報における１周期分の振幅を参照し終わると、次のタイミングｔ２で周波数情報における１周期の先頭の振幅に戻って参照する。これが正弦波の１周期ごとに繰り返される。ＨＦ電源１０は、図４（ｄ）に示す階段状信号を平滑化して、図４（ｅ）に示すような正弦波状の変調基本波信号を生成する。ＨＦ電源１０は、変調基本波信号に周波数偏移量ΔＦを乗算して変調信号を求める（Ｓ７）。変調信号は、周波数偏移量ΔＦを含む。ＨＦ電源１０は、基本波信号に変調信号を加算し、周波数Ｆ１＋ΔＦを示す周波数情報を生成する。これにより、ＨＦ電源１０は、第１の基本周波数Ｆ１を有する基本波を周波数変調量ΔＦで周波数変調して変調波を生成する（Ｓ８）。

【0042】

なお、ＨＦ電源１０は、図５（ａ）に示すように、タイミング制御信号ＴＣのエッジタイミングｔ１，ｔ２１，ｔ４１ごとに、変調を開始すべき位相の設定をリセットし、Ｓ５～Ｓ８の処理を繰り返してもよい。ＨＦ電源１０は、例えば反射係数Ｒ（又は反射波電力）が閾値以下になったことに応じて、周波数変調制御を完了したとみなすことができる。これにより、周波数変調制御の精度を向上できる。

【0043】

周波数変調制御が完了すると、ＨＦ電源１０は、変調波を用いて第１の高周波電圧（第１の進行波電圧）を生成して重畳整合器３０のＨＦ整合部３１へ出力する（Ｓ９）。

【0044】

ＨＦ整合部３１は、ＨＦ電源１０から出力される第１の進行波電圧の波形信号ＳＧ１ｆを検出するとともに、整合回路３１２側から反射される反射波電圧の波形信号ＳＧ１ｒを検出する（Ｓ１０）。重畳整合器３０のＬＦ整合部３２は、Ｓ２で検出された波形信号ＳＧ２ｆ及び波形信号ＳＧ２ｒに応じて、ＬＦ電源２０側及び下部電極ＥＬ１側で第２の整合動作を行う（Ｓ１１）。それと並行して、ＨＦ整合部３１は、Ｓ１０で検出された波形信号ＳＧ１ｆ及び波形信号ＳＧ１ｒに応じて、ＨＦ電源１０側及び下部電極ＥＬ１側で第１の整合動作を行う（Ｓ１２）。重畳整合器３０は、第１の整合動作及び第２の整合動作が行われた状態で、第１の進行波電圧をＨＦ電源１０からＨＦ整合部３１で受け、第２の進行波電圧をＬＦ電源２０からＬＦ整合部３２で受ける。重畳整合器３０は、ＨＦ整合部３１の第１の進行波電圧（第１の高周波電力）とＬＦ整合部３２の第２の進行波電圧（第２の高周波電力）とを重畳させ、重畳後の進行波電圧（重畳後の高周波電力）を下部電極ＥＬ１へ供給する（Ｓ１３）。

【0045】

以上のように、本実施形態では、高周波電源装置１において、ＬＦ整合部３２が第２の進行波電圧に応じてタイミング制御信号ＴＣを生成してＨＦ電源１０へ供給する。ＨＦ電源１０は、タイミング制御信号ＴＣに応じて変調信号の開始位相を設定し、変調信号の開始位相に応じて変調信号を生成する。ＨＦ電源１０は、変調信号を用いて第１の進行波電圧（第１の高周波電圧）を周波数変調制御する。これにより、相互変調歪による影響を高精度に抑制できる。

【0046】

なお、図１に示す分周処理部３２２２から位相設定部１１へ供給されるタイミング制御信号ＣＴは、図３（ｃ）に示すように、周波数が比較的低い。例えば、タイミング制御信号ＴＣの周波数が１００ｋＨｚ以下であれば、ＬＦ整合部３２の分周処理部３２２２とＨＦ電源１０の位相設定部１１とを接続する通信線は、同軸ケーブルより安価なケーブルを使用可能である。安価なケーブルは、例えば、断面視において内部導体の外側に外部導体を有しない、すなわち信号線の外側にシールド線を有しないケーブルである。これにより、高周波電源装置１のコストを低減できる。

【0047】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0048】

１ 高周波電源装置
１０ ＨＦ電源
２０ ＬＦ電源
３０ 重畳整合器
３１ ＨＦ整合部
３２ ＬＦ整合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】