特開 2024-138497 電力変換器、電力供給システムおよび高周波プラズマシステム

(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】P2024138497

(43)【公開日】2024-10-08

(54)【発明の名称】電力変換器、電力供給システムおよび高周波プラズマシステム

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20241001BHJP

   H03F 3/217 20060101ALI20241001BHJP

   H03F 3/30 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H03F3/217

H03F3/217 160

H03F3/30

【審査請求】有

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024112928

(22)【出願日】2024-07-12

(62)【分割の表示】P 2021505656の分割

【原出願日】2019-07-29

(31)【優先権主張番号】18461598.7

(32)【優先日】2018-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】508142413

【氏名又は名称】トゥルンプフ ヒュッティンガー スプウカ ズ オグラニショナ オドポヴィヂャルノスツィア

【氏名又は名称原語表記】ＴＲＵＭＰＦ Ｈｕｅｔｔｉｎｇｅｒ Ｓｐ． ｚ ｏ． ｏ．

【住所又は居所原語表記】Ｕｌ． Ｍａｒｅｃｋａ ４７， ０５－２２０ Ｚｉｅｌｏｎｋａ， Ｐｏｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マルチン ゴラン

(72)【発明者】

【氏名】アンジェイ クリムチャク

(72)【発明者】

【氏名】コンラート レヴァンドフスキ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】増幅器の反射電力に対する安定性、耐性を改善する。
【解決手段】高周波電力信号を生成するように構成された電力変換器（３）は、それぞれ１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）を備えた第１増幅器パス（４２）および第２増幅器パス（４３）を有する少なくとも１つの増幅段（４０）を有する。第１増幅器パス（４２）は、第１増幅器パス出力信号を出力し、第２増幅器パス（４３）は、第１増幅器パス出力信号に対し、０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい位相シフトを有する第２増幅器パス出力信号を出力する。第１増幅器パス（４２）および第２増幅器パス（４３）は、第１増幅器パス出力信号および第２増幅器パス出力信号を結合して高周波電力信号を形成するように構成された位相シフトカプラ（４７）に接続されている。第１増幅器パス（４２）および第２増幅器パス（４３）の少なくとも１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）は、ＳｉＣ-ＭＯＳＦＥＴを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマプロセス用の高周波電力信号を生成するように構成された電力変換器（３）であって、前記電力変換器（３）は、
それぞれ１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）を備えた第１増幅器パス（４２）および第２増幅器パス（４３）を有する少なくとも１つの増幅段（４０）を有し、前記第１増幅器パス（４２）は、第１増幅器パス出力信号を出力し、前記第２増幅器パス（４３）は、前記第１増幅器パス出力信号に対し、０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい位相シフトを有する第２増幅器パス出力信号を出力し、
前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）は、前記第１増幅器パス出力信号および前記第２増幅器パス出力信号を結合して前記高周波電力信号を形成するように構成された位相シフトカプラ（４７）に接続されており、
前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）の少なくとも１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを有する、電力変換器。

【請求項2】

前記ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴである、ことを特徴とする、請求項１記載の電力変換器。

【請求項3】

前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）の少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）は、スイッチモード増幅器である、ことを特徴とする、請求項１または２記載の電力変換器。

【請求項4】

前記スイッチモード増幅器は、Ｄ級またはＥ級増幅器である、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電力変換器。

【請求項5】

出力コネクタを有し、前記出力コネクタは、前記出力コネクタに接続されているプラズマ負荷（６）に前記高周波電力信号を出力するように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電力変換器。

【請求項6】

前記ＳＩＣ ＭＯＳＦＥＴは、３００ｋＨｚより高くかつ１０ＭＨｚよりも低い、特に１ＭＨｚよりも高くかつ特に５ＭＨｚよりも低い周波数を有する高周波信号を増幅するために使用される、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載電力変換器。

【請求項7】

前記出力コネクタにおける前記信号の広帯域測定を実行するように構成された第１回路（４８）を有する、ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電力変換器。

【請求項8】

前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）に電圧を供給するように構成された電圧源（４４）と、前記第１回路（４８）から受信した信号に応じて、前記電圧源（４４）を制御するように構成された第２回路（５０）とを有し、前記電圧源を制御するように構成された前記第２回路（５０）は、前記出力コネクタにおける前記信号の広帯域測定を実行するように構成された前記第１回路（４８）に接続されている、ことを特徴とする、請求項７記載の電力変換器。

【請求項9】

さらに、吸収抵抗器（５１）に関連するデータ、特に、前記吸収抵抗器（５１）における電圧および／または前記吸収抵抗器（５１）の温度を測定するように構成された第３回路（５５）を有する、請求項７または８記載の電力変換器。

【請求項10】

少なくとも１つの前記増幅器に電圧を供給するように構成された調整可能電圧源と、前記調整可能電圧源によって出力される信号を測定する第４回路（５２）とを有する、請求項８または９記載の電源変換器。

【請求項11】

プラズマプロセスの電極に接続されておりかつ前記プラズマプロセスの前記電極に高周波電力を供給するように構成された電力供給システム（２）であって、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電力変換器（３）を有する、ことを特徴とする、電力供給システム（２）。

【請求項12】

高周波プラズマシステム（１）であって、前記高周波プラズマシステム（１）は、
少なくとも１つの電極が配置されているプラズマチャンバと、前記電極に接続されておりかつ前記電極に高周波電力を供給するように構成されている、請求項１１記載の電力供給システム（２）と、を有する、高周波プラズマシステム（１）。

【請求項13】

さらに、前記プラズマプロセスに接続されている、異なる周波数を有する複数の電源を有し、極めて多種多様な周波数を有する反射電力が、電力供給システム（２）および電力変換器（３）に戻って結合される、請求項１２記載の高周波プラズマシステム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換器と、プラズマプロセスに供給可能な高周波電力を生成する電力供給システムと、高周波（ＨＦ：high-frequency）プラズマシステムとに関する。

【0002】

電力供給システム、特に、３００ｋＨｚよりも高い周波数で１ｋＷよりも多くの電力を生成するシステムは、例えば、プラズマドライエッチングプロセスのようなプラズマプロセス、プラズマコーティング設備、またはこれに類するものに使用される。

【0003】

米国特許出願公開第２０１７／００６４８０２号明細書には、反応性ガス生成器用の電力供給システムが示されており、この電力生成システムに、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ：silicon carbide）トランジスタが使用されることが提案されている。

【0004】

プラズマプロセス用の電力供給システムでは、例えば、プラズマチャンバにおいてアークが発生し、これに応じて、供給される電力が適合されなければならない場合に、必要な電力に急峻な変化が発生することがある。他方においてプラズマを点火するのに必要な電力は、プラズマプロセスを動作させる電力とは異なっていてよい。プラズマ状態が変化すると、相応に負荷インピーダンスが変化する。このことは結果的に負荷における急峻な変化にも結び付く。十分に迅速にインピーダンスを調整できないことも多く、これによって電力は負荷によって反射されてしまう。また周波数の異なる複数の電源が、例えばプラズマドライエッチングプロセスのようなプラズマプロセスに接続される場合、電源に反射される電力は、多種多様な周波数を呈し得る。したがって多種多様な周波数を有する電力が、電源に戻って結合されることがあり、この電力に対処する必要がある。

【0005】

本発明の１つの目的は、特に、反射電力に対する安定性および耐性を改善することである。

【0006】

プラズマプロセス用に高周波電力信号を生成可能な電力変換器は、それぞれ１つの増幅器を備えた第１増幅器パスおよび第２増幅器パスを有する少なくとも１つの増幅段を有していてよい。第１増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号を出力することができ、第２増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号に対し、０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい位相シフトを有する第２増幅器パス出力信号を出力することができる。第１増幅器パスおよび第２増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号および第２増幅器パス出力信号を結合して高周波電力信号を形成するように構成可能な位相シフトカプラに接続可能である。第１増幅器パスおよび第２増幅器パスの少なくとも１つの増幅器は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを有していてよい。

【0007】

位相シフトカプラは、２つの入力信号を結合して、少なくとも１つの入力信号に対して相対的に位相シフトされた出力信号にするユニットであると理解される。位相シフトカプラは、カプラと、選択的には、１つ以上の増幅器パスのそれぞれに対する位相シフトネットワークとを有していてよく、正常な動作中には、カプラの入力信号は、０°でも１８０°でもなくかつ特に０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい位相位置を互いに対して相対的に有していてよい。例えば、複数の入力信号は、９０°位相シフトされていてよい。位相シフトカプラは、９０°ハイブリッドカプラまたは３ｄＢカプラであってよい。

【0008】

３ｄＢカプラは、「ハイブリッドカプラ」とも称され、プラズマ電源の分野におけるその振る舞いは、米国特許第７１５１４２２号明細書、米国特許第７４７７１１４号明細書、米国特許出願公開第２０１８／０１２３２１２号明細書、米国特許出願公開第２０１３／００３８２２６号明細書、欧州特許第２２０２７７６号明細書、米国特許第８１３３３４７号明細書に記載されており、例えば、本明細書の意味において、３ｄＢカプラは、これらの文献に記載されているように振る舞う。

【0009】

位相シフトカプラ、特に９０°ハイブリッドカプラまたは３ｄＢカプラは、その入力ポートおよび出力ポートにおいて、１０Ω～１００Ω、特に３０Ω～６０Ωの範囲のインピーダンスを有していてよい。

【0010】

本発明の一実施形態において、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴであってよい。高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、１，５００Ｖまたはこれよりも高い、好ましくは６００Ｖまたはこれよりも高い、ドレインとソースとの間の最大定格電圧を有する新世代のＳｉＣ（Silicon Carbide） ＭＯＳＦＥＴである。ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの一般的な応用は、今のところ、例えば、太陽光インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、スイッチモード電源、誘導加熱またはモータ駆動部である。

【0011】

高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、多くの場合に７０ｎｓよりも長い立ち上がり時間または立ち下がり時間を有するタイミング特性を有し、このことが示唆し得るのは、高周波数応用におけるその使用が困難になり得ることである。本発明の一実施形態において提案されるのは、高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを備えた少なくとも１つの増幅器と、負荷、例えばプラズマから増幅器への多重反射を抑制する位相シフトカプラとを組み合わせることである。このような実施形態において、高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、有利な特性を呈し、安定であることが判明している。

【0012】

一実施形態において、電力変換器の第１増幅器パスおよび第２増幅器パスの少なくとも１つの増幅器は、スイッチモード増幅器であってよい。

【0013】

電力変換器の第１増幅器パスおよび第２増幅器パスは、反射電力を供給するように構成されたカプラとも理解される位相シフトカプラに接続されており、この反射電力は、負荷、例えばプラズマ負荷からカプラを通って、異なる位相で、すなわち位相シフトされて増幅器に戻るように伝導される。負荷は、時間と共にそのインピーダンスを変化させることがある。負荷インピーダンスが、ソースインピーダンスと同じでない状態は、「インピーダンス不整合」または「不整合」と称される。負荷インピーダンス不整合の場合、送出された電力の一部が、ソースに反射される。ソースが、位相シフトカプラ、例えば９０°ハイブリッドカプラを有する電源の場合、負荷から戻されて供給される反射電力は、このカプラにより、９０°だけ位相シフトされてその２つの入力コネクタ間で分割されることがある。このとき、反射電力は、位相シフトされて、入力コネクタに接続されている増幅器に戻されて供給されることがある。

【0014】

カプラは、反射電力の位相を変化させるため、増幅器は、反射電力における位相変化に直面させられる。スイッチモード増幅器は、スイッチの出力部間の電圧がゼロまたはゼロに近い場合に、スイッチを閉じるように設計可能である。このときこれは、ソフトスイッチングと称される。

【0015】

電力が反射される状況では、位相シフトカプラに起因する位相変化により、これらのスイッチは、これらのスイッチの出力部間の電圧がゼロでない場合に、このスイッチが切り換わらなければならない状況になることがある。このときこれは、ハードスイッチングと称され、スイッチには有害でありかつスイッチへの損傷のリスクを生じさせることがある。このことはインピーダンスが頻繁、高速かつ大幅に変化するプラズマ電力供給ステムにおいては特に重要である。スイッチのこの損傷は、特に、一般に３００ｋＨｚを上回る周波数において使用される高速スイッチングＭＯＳＦＥＴに生じ得る。電力変換器の少なくとも１つの増幅器に、または場合によってはそれぞれの増幅器にＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを使用することにより、上述のこれらのハードスイッチング条件において、これらのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、過去においてプラズマ電源に推奨されていなかったのにもかかわらず、電力変換器の信頼性を向上させ得ることが判明した。これはおそらくは３００ｋＨｚを上回る周波数におけるそれらの臨界的なタイミングの振る舞いに起因していると思われる。向上されたこの信頼性は、電力変換器の少なくとも１つの増幅器に少なくとも１つのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを使用することに起因し得る。

【0016】

本発明の一実施形態において、スイッチモード増幅器は、Ｄ級またはＥ級増幅器であってよい。

【0017】

一実施形態において、増幅器は、Ｆ級または逆Ｆ級（Class F^-1）モードで動作するように構成可能である。

【0018】

Ｄ級、Ｅ級、Ｆ級またはＦ^－１級増幅器のようなスイッチモード増幅器の基本回路および機能は、例えば、欧州特許第１６０１０９８号明細書に、特に図１および図２Ａ～図２Ｆならびに対応する段落０００６～００１４に記載されている。このような種類の増幅器にＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを使用することにより、ＤＣリンク電圧を増大させることができ、このことは、トランジスタ当たりの電力が増大することを意味する。したがって、例えばＥ級の使用が拡張される可能性がある。

【0019】

本発明の一実施形態において、電力変換器は、負荷、例えばプラズマ負荷に接続され、出力コネクタを介して負荷に高周波電力信号を出力可能である。特に、１ｋＷを上回るプラズマプロセスは、高速に変化するインピーダンスを有し、電源は、反射電力に対して耐性を有する必要がある。

【0020】

電力供給システムは、３００ｋＨｚより高くかつ１０ＭＨｚよりも低い、特に１ＭＨｚよりも高くかつ特に５ＭＨｚよりも低い周波数で電力を生成するように構成可能である。この領域において、上述の利点は、特に明らかである。

【0021】

本発明の一実施形態において、位相シフトカプラは、吸収抵抗器を介してアースに接続されているコネクタを有していてよい。吸収抵抗器は、出力電力の少なくとも１０％になり得る大量の電力を吸収するように構成されている。この吸収抵抗器は、１０Ω～１００Ω、特に３０Ω～６０Ωの範囲にある値を有し得る。位相シフトカプラはまた、第１入力コネクタにおいて第１入力インピーダンスを有しかつ第２入力コネクタにおいて第２インピーダンスを有するユニットであって、反射出力がカプラを介して入力コネクタにわたされない場合には入力インピーダンスが等しく、反射出力がカプラを介して入力コネクタにわたされる場合には入力インピーダンスが異なるように構成されたユニットであると理解することも可能である。

【0022】

電力変換器に含まれている位相シフトカプラによれば、このカプラに接続されている２つの増幅器パスは、不整合の場合、インピーダンスが異なり得る。さらに不整合の場合、出力は、増幅器パスに反射されて戻ることはなく、その代わりに吸収抵抗器へと放散可能である。

【0023】

１つの増幅器、特にそれぞれの増幅器は、その出力部において、カプラの入力インピーダンスとは異なり得る出力インピーダンスを有していてよい。この場合、負荷から電力が反射されるとき、増幅器により、そこに伝導された電力の大部分が、反射されてカプラに戻る。このとき、カプラは、吸収抵抗器に電力を伝導する。これにより、システムの安定性および信頼性が改善される。

【0024】

例えば、異なる周波数を有する複数の電源が、プラズマプロセス、例えばドライエッチングプロセスに接続される場合、極めて多種多様な周波数を有する反射出力が、電源および電力変換器に戻って結合されることがある。

【0025】

本発明の一実施形態において、電力変換器は、この電力変換器の出力コネクタにおける信号の広帯域測定を実行するように構成された第１回路を有する。この広帯域測定により、電力変換器によって供給される周波数とは異なる周波数の測定も可能になる。このような周波数は、例えば、電力変換器の出力コネクタに接続可能な負荷から反射されて戻る周波数であってよい。

【0026】

電力変換器の一実施形態には、第１増幅器パスおよび第２増幅器パスに電圧を供給するように構成された電圧源が含まれていてよい。第２回路は、電圧源を制御するように構成されていてよく、出力信号の広帯域測定を実行するように構成された第１回路に接続可能である。第１回路は、例えば、高サンプリングレートを有するアナログ・デジタル変換器を有していてよく、高速デジタル評価部、例えばＰＬＤ（Programmable Logic Device）に接続されていてよい。第２回路は、電源の出力部における信号の周波数、電圧および電流に関連する情報を有する、第１回路の出力を受信可能である。このとき、第２回路は、第１回路から受信された信号に応じて、第１増幅器パスおよび第２増幅器パスへの電圧供給を調整可能である。

【0027】

電力変換器はさらに、吸収抵抗器に関連するデータを測定するように構成された第３回路を有していてよい。

【0028】

本発明の一実施形態において、電力変換器は、少なくとも１つの増幅器に電圧を供給するように構成された調整可能電圧源と、調整可能電圧源によって出力される信号を測定する第４回路とを有していてよい。

【0029】

本発明の別の複数の実施形態において、電源内の付加的な信号および値は、第１回路によって出力される信号、例えばＤＣリンク電圧、ＤＣリンク電流、ＤＣリンク電力、吸収抵抗器電圧または温度に応じて測定され、かつ／またはこれらの影響を受けることが可能である。測定される値は、学習プロセスのベースであってよく、この学習プロセスでは、他の値に影響が及ぼされ、結果が測定され、このときにこれらの値への影響が調整される。この場合にこの手順は、システムの閉ループ制御に類似し得る。この学習プロセスは、ニューラルネットワークによって実現可能である。

【0030】

本発明の別の複数の実施形態では、例えば、電源の状態を全体システム制御部に、かつ／またはシステムに存在し得る別の複数の電源に通信する、電源の外部の付加的な通信チャネルが設けられていてよい。

【0031】

本発明の一様相は、プラズマプロセスの電極に接続可能でありかつプラズマプロセスの電極に高周波電力を供給するように構成された電力供給システムを特徴とする。この電力供給システムは、それぞれ１つの増幅器を備えた第１増幅器パスおよび第２増幅器パスを有する少なくとも１つの増幅段を備えた電力変換器を有していてよい。第１増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号を出力可能であり、第２増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号に対し、０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい、例えば９０°の位相シフトを有し得る第２増幅器パス出力信号を出力可能である。第１増幅器パスおよび第２増幅器パスは、第１増幅器パス出力信号および第２増幅器パス出力信号を結合して高周波電力信号を形成するように構成可能な位相シフトカプラに接続可能である。第１増幅器パスおよび第２増幅器パスの少なくとも１つの増幅器は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを有していてよい。

【0032】

本発明の一様相は、少なくとも１つの電極が配置可能なプラズマチャンバと、電極に接続されかつ電極に高周波電力を供給するように構成可能な電力供給システムとを有し得る高周波プラズマシステムを特徴とする。

【0033】

本発明の特徴および利点をさらに正しく評価できるようにするために、以下では、添付の概略図面を参照し、単なる実施例として複数の実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】電力供給システムおよび負荷を有するプラズマシステムの概略図である。

【図2】増幅器およびカプラを有する電力変換器の概略図である。

【図3】さらなる測定回路を有する電力変換器の概略図である。

【0035】

図１には、電力供給システム２を有するプラズマシステム１が示されている。電力供給システム１それ自体は、電圧供給網４に接続可能な電力変換器３を有する。電力変換器３の出力部に生成される電力は、インピーダンス整合ネットワーク５を介して、例えばプラズマチャンバであってよい負荷６にわたされ、このプラズマチャンバでは、このプラズマチャンバにおけるプラズマ加工に使用可能なプラズマが生成される。特に、被加工物をエッチングすることができるかまたは材料層を基板に被着することができる。負荷６はまた、ガスレーザ励起部であってもよい。

【0036】

図２は、電力供給システム２の極めて概略的な描画である。電力供給システム２は、負荷６、例えばプラズマプロセスまたはレーザ励起に供給可能な出力電力を生成する電力変換器３を有する。インピーダンス整合ネットワーク５は、負荷６と電力変換器３との間に配置可能である。

【0037】

デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ：digital-to-analogue converter）３１により、アナログ出力信号が生成される。生成されたアナログ信号は、増幅段４０、特にその中のスプリッタ４１に供給される。スプリッタ４１は、位相シフトされた２つの信号に、特に９０°だけ位相シフトされた信号にアナログ信号を分割するハイブリッドカプラとして構成可能である。スプリッタ４１によって放出される一方の信号は、第１増幅器パス４２に供給可能であり、スプリッタ４１によって放出される他方の信号は第２増幅器パス４３に供給可能である。増幅器パス４２、４３はそれぞれ少なくとも１つの増幅器４２ａ、４３ａを有し、増幅器４２ａ、４３ａは、プッシュプル増幅器として、したがってそれぞれが２つのトランジスタ、特に２つのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴトランジスタを有するように形成可能である。増幅器パス４２、４３の、したがって増幅器４２ａ、４３ａおよびそこに含まれるトランジスタの電圧供給は、電圧源４４によって行われる。それぞれの増幅器パス４２、４３の出力部には出力ネットワーク４５、４６が設けられており、このネットワークにより、増幅器４２ａ、４３ａの出力インピーダンスが、位相シフトカプラ４７の入力インピーダンスに整合され、同時に不所望の高調波がフィルタリングされる。位相シフトカプラ４７では、増幅器パス４２、４３の出力信号が位相に依存して結合されて、出力信号が形成され、この出力信号が、選択的なインピーダンス整合ネットワーク５を介して最終的には負荷６にわたされる。位相シフトカプラ４７は、吸収抵抗器５１を介してアースに接続される。位相シフトカプラ４７は、好ましくは９０°ハイブリッドカプラである。

【0038】

カプラ４７の出力部における出力電力は、第１回路４８、例えば適切な広帯域測定回路によって検出可能である。破線４９は、広帯域測定回路が、第２回路５０、例えば電圧制御システムに接続されていることを示しており、第２回路５０それ自体は、電圧源４４を動作させる。特に第１回路４８は、負荷６に供給される電力および負荷６によって反射される電力も検出可能である。この検出には、特に、負荷６に供給され、負荷６によって反射される信号の電圧、電流および周波数が含まれていてよい。図３に関連して説明されるようにこれらの値から、負荷６の反射を示す信号が、生成可能であり、供給される電圧および他の要因に影響を及ぼすために使用可能である。

【0039】

図３は、第１増幅器パス４２および第２増幅器パス４３と、第１増幅器パス４２および第２増幅器パス４３ならびにこれらに含まれる増幅器に電圧を供給する電圧源４４とを含む電力変換器３の極めて概略化された図である。１つの電圧源４４の代わりに、第１増幅器パス４２および第２増幅器パス４３にそれぞれ電圧を供給するために２つの電圧源を使用することも可能である。位相シフトカプラ４７により、増幅器パス４２、４３の出力信号が結合されて、電力変換器３の高周波電力信号が形成される。位相シフトカプラ４７は、吸収抵抗器５１を介してアースに接続されている。吸収抵抗器５１により、負荷６によって反射された電力を吸収可能である。電力変換器３はさらに、第１回路４８と、第２回路５０と、第３回路５５と、第４回路５２とを有する。

【0040】

第１回路４８は、広い周波数範囲にわたって位相シフトカプラ４７の出力信号の電圧および電流を測定するように構成されている。特に、測定される広い周波数範囲には、電力変換器３それ自体の１つまたは複数の周波数も、電力変換器３それ自体の周波数範囲外にある広い周波数範囲も共に含まれていてよい。第１回路４８には、高いサンプリングレートおよび高速の評価ユニット、例えばＰＬＤを備えたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：analogue-to-digital converter）が含まれていてよい。

【0041】

第１回路４８により、測定結果に関連する信号が第２回路５０に出力される。第２回路５０は、電圧源４４を制御するように構成されている。第２回路５０は、電圧源４４を介して、増幅器パス４２、４３に供給される電圧を制御可能である。第２回路はまた、システム制御部６０にも接続可能である。

【0042】

第３回路５５は、吸収抵抗器５１に関連するデータを測定するように構成されている。測定されるデータの例は、吸収抵抗器５１における電圧および／またはその温度である。

【0043】

第４回路５２は、電圧源４４によって出力される電圧を測定するように構成されている。この測定により、第４回路５２は、電圧源４４によって出力される電圧をシステム制御部６０にフィードバック可能である。

【0044】

システム制御部６０は、例えば、ＤＣリンク電圧、ＤＣリンク電流、ＤＣリンク電力、吸収抵抗器電圧および／または吸収抵抗器温度のような異なる種類の測定値を使用可能である。学習プロセスは、システム制御部６０内で実行可能であり、システム制御部６０は、他の電源および／またはプラズマシステム制御部全体と通信可能である。システム制御部６０に供給されるデータは、例えば電力変換器および／またはプラズマシステムの閉ループ制御を実現するために使用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマプロセス用の高周波電力信号を生成するように構成された電力変換器（３）であって、前記電力変換器（３）は、
それぞれ１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）を備えた第１増幅器パス（４２）および第２増幅器パス（４３）を有する少なくとも１つの増幅段（４０）を有し、前記第１増幅器パス（４２）は、第１増幅器パス出力信号を出力し、前記第２増幅器パス（４３）は、前記第１増幅器パス出力信号に対し、０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい位相シフトを有する第２増幅器パス出力信号を出力し、
前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）は、前記第１増幅器パス出力信号および前記第２増幅器パス出力信号を結合して前記高周波電力信号を形成するように構成された位相シフトカプラ（４７）に接続されており、
前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）の少なくとも１つの増幅器（４２ａ、４３ａ）は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを有し、
少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）が、少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）の出力部において、前記位相シフトカプラ（４７）の入力インピーダンスとは異なる出力インピーダンスを有する、
電力変換器（３）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）が、不整合の場合に、少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）の出力部において、前記位相シフトカプラ（４７）の前記入力インピーダンスとは異なる出力インピーダンスを有する、請求項１記載の電力変換器（３）。

【請求項3】

少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）のそれぞれの増幅器（４２ａ、４３ａ）が、当該それぞれの増幅器（４２ａ、４３ａ）の出力部において、前記位相シフトカプラ（４７）の前記入力インピーダンスとは異なる出力インピーダンスを有する、
請求項１または２記載の電力変換器（３）。

【請求項4】

前記ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、高電圧ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴである、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項5】

前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）の少なくとも１つの前記増幅器（４２ａ、４３ａ）は、スイッチモード増幅器である、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項6】

前記スイッチモード増幅器は、Ｄ級またはＥ級増幅器である、ことを特徴とする、請求項５記載の電力変換器（３）。

【請求項7】

出力コネクタを有し、前記出力コネクタは、前記出力コネクタに接続されているプラズマ負荷（６）に前記高周波電力信号を出力するように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項8】

前記ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴは、３００ｋＨｚより高くかつ１０ＭＨｚよりも低い周波数を有する高周波電力信号を増幅するために使用される、ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項9】

前記高周波電力信号は、１ＭＨｚよりも高くかつ５ＭＨｚよりも低い周波数を有する、ことを特徴とする、請求項８記載の電力変換器（３）。

【請求項10】

前記出力コネクタにおける前記高周波電力信号の広帯域測定を実行するように構成された第１回路（４８）を有する、ことを特徴とする、請求項７を引用する、請求項１から９までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項11】

前記第１増幅器パス（４２）および前記第２増幅器パス（４３）に電圧を供給するように構成された電圧源（４４）と、前記第１回路（４８）から受信した信号に応じて、前記電圧源（４４）を制御するように構成された第２回路（５０）とを有し、前記電圧源を制御するように構成された前記第２回路（５０）は、前記出力コネクタにおける前記高周波電力信号の広帯域測定を実行するように構成された前記第１回路（４８）に接続されている、ことを特徴とする、請求項１０記載の電力変換器（３）。

【請求項12】

さらに、吸収抵抗器（５１）に関連するデータを測定するように構成された第３回路（５５）を有する、請求項１０または１１記載の電力変換器（３）。

【請求項13】

前記吸収抵抗器（５１）に関連するデータは、前記吸収抵抗器（５１）における電圧および／または前記吸収抵抗器（５１）の温度である、請求項１２記載の電力変換器（３）。

【請求項14】

少なくとも１つの前記増幅器に電圧を供給するように構成された調整可能電圧源と、前記調整可能電圧源によって出力される信号を測定する第４回路（５２）とを有する、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の電力変換器（３）。

【請求項15】

プラズマプロセスの電極に接続されておりかつ前記プラズマプロセスの前記電極に高周波電力を供給するように構成された電力供給システム（２）であって、請求項１から１４までのいずれか１項記載の電力変換器（３）を有する、ことを特徴とする、電力供給システム（２）。

【請求項16】

高周波プラズマシステム（１）であって、前記高周波プラズマシステム（１）は、
少なくとも１つの電極が配置されているプラズマチャンバと、前記電極に接続されておりかつ前記電極に高周波電力を供給するように構成されている、請求項１５記載の電力供給システム（２）と、を有する、高周波プラズマシステム（１）。

【請求項17】

さらに、前記プラズマプロセスに接続されている、異なる周波数を有する複数の電源を有し、複数の異なる周波数を有する反射電力が、電力供給システム（２）および電力変換器（３）に戻って結合される、請求項１６記載の高周波プラズマシステム（１）。

【外国語明細書】