特開 2024-94788 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】P2024094788

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】高周波電源装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211567

(22)【出願日】2022-12-28

(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

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD24

2G084DD38

2G084HH05

2G084HH22

2G084HH25

2G084HH29

2G084HH52

2G084HH56

(57)【要約】

【課題】本開示は、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減できる高周波電源装置を提供する。
【解決手段】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高周波電圧を負荷に向けて出力する第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負極性電圧を前記負荷に向けて出力する第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、前記第１の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可能である整合部と、前記第２の電源と前記負荷との間に接続されたローパスフィルタとを備え、前記第１の電源は、前記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台形波状の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。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基本周波数を有する高周波電圧を負荷に向けて出力する第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負極性電圧を前記負荷に向けて出力する第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、前記第１の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可能である整合部と、
前記第２の電源と前記負荷との間に接続されたローパスフィルタと、
を備え、
前記第１の電源は、前記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台形波状の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
高周波電源装置。

【請求項2】

前記第１の電源は、正弦波状の前記高周波電圧を発生させ、
前記第２の電源は、矩形波状の前記負極性電圧を発生させる
請求項１に記載の高周波電源装置。

【請求項3】

前記第１の電源は、前記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台形波状の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、反射係数の大きさ又は反射波電力の大きさが小さくなるように、前記変調信号の開始位相の探索処理と前記変調波の周波数偏移量の探索処理とを行う
請求項１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、基本周波数が高い電源（第１の電源）と基本周波数が低い電源（第２の電源）とから、それぞれ、負荷に向けて電圧を出力する。高周波電源装置では、相互変調歪（ＩＭＤ：ＩｎｔｅｒＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７０４５１５２号公報

【特許文献2】特開２０２２－１０５０３７号公報

【特許文献3】特開２０２２－１０２６８８号公報

【特許文献4】特許第６７８５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、第１の電源、第２の電源で発生されるのがいずれも正弦波状の高周波電圧である場合、第１の電源の正弦波状の高周波電圧に対して第２の電源の高周波電圧に応じた正弦波状の変調信号で周波数変調制御を行うことで、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減できる。一方、第１の電源で発生されるのが正弦波状の高周波電圧であり、第２の電源で発生されるのが矩形波状の負極性電圧である場合、第１の電源の正弦波状の高周波電圧に対して第２の電源の負極性電圧に応じた矩形波状の変調信号で周波数変調制御を行っても、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減することが困難な傾向にある。

【0005】

本開示は、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減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】

【0006】

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高周波電圧を負荷に向けて出力する第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負極性電圧を前記負荷に向けて出力する第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、前記第１の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可能である整合部と、前記第２の電源と前記負荷との間に接続されたローパスフィルタと、を備え、前記第１の電源は、前記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台形波状の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。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る高周波電源装置によれば、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る高周波電源装置の構成を示すブロック図。

【図2】実施形態における負極性電圧及び変調信号を示す波形図。

【図3】実施形態におけるＨＦ電源の構成を示すブロック図。

【図4】実施形態における周波数変調制御ブロックの構成を示すブロック図。

【図5】実施形態における探索処理のタイミングを示す波形図。

【図6】実施形態における勾配法による探索処理を示す図。

【図7】実施形態における高周波電源装置の動作時のインピーダンスの軌跡を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

（実施形態）
実施形態にかかる高周波電源装置は、プラズマ処理装置に用いられる。高周波電源装置は、基本周波数が高い電源（第１の電源）と基本周波数が低い電源（第２の電源）とから、それぞれ、負荷に向けて電圧を出力する。高周波電源装置では、第１の電源から出力される高周波電圧に第２の電源の周波数に応じた相互変調歪（ＩＭＤ：ＩｎｔｅｒＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生する。

【0011】

第１の電源で発生されるのが正弦波状の高周波電圧であり、第２の電源で発生されるのが矩形波状の負極性電圧である場合、ＩＭＤにより、第１の電源の反射電力が矩形波状の負極性の電圧波形に応じで変動する。第１の電源の正弦波状の高周波電圧に対して第２の電源の負極性電圧に応じた矩形波状の変調信号で周波数変調制御を行っても、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減することが困難な傾向にある。

【0012】

本実施形態では、第１の電源において、高周波電圧を第２の基本周波数と同じ周波数を有する台形波状の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ことで、ＩＭＤに起因する反射波電力の低減化を図る。

【0013】

図１は、高周波電源装置１の構成を示すブロック図である。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。

【0014】

高周波電源装置１は、ＨＦ電源（第１の電源）１０、－ＤＣ電源（第２の電源）２０及び整合器３０を有する。ＨＦ電源１０は、上位のコントローラ（図示せず）からの指令信号に応じて、第１の基本周波数Ｆ１を有する高周波電圧を発生させる。ＨＦ電源１０は、高周波電圧（進行波電圧）を出力することにより高周波電力（進行波電力）を負荷に供給する。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。

【0015】

－ＤＣ電源２０は、上位のコントローラ（図示せず）からの指令信号に応じて、負極性電圧を発生させる。負極性電圧は、矩形波状の波形を有してもよい。－ＤＣ電源２０は、負極性電圧を負荷に供給する。負極性電圧は、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、第１の基本周波数Ｆ１より低く、例えば４００ｋＨｚである。

【0016】

例えば、図２に示すタイミングｔ１１において、指令値がゼロからＨレベルになると、－ＤＣ電源２０は、負極性電圧のレベルをゼロから負電位－Ｖｍへ遷移させる。このとき、－ＤＣ電源２０は、負極性電圧を矩形波状に遷移するように発生させるが、出力される負極性電圧が負荷の影響で時定数的な遅延を持って遷移する。－ＤＣ電源２０は、タイミングｔ１２まで、負極性電圧のレベルを負電位－Ｖｍに維持するように発生させる。

【0017】

タイミングｔ１２において、指令値がＨレベルからゼロになると、－ＤＣ電源２０は、負極性電圧のレベルを負電位－Ｖｍからゼロに遷移させる。このとき、－ＤＣ電源２０は、負極性電圧を矩形波状に遷移するように発生させるが、出力される負極性電圧が負荷の影響で時定数的な遅延を持って遷移する。－ＤＣ電源２０は、タイミングｔ１３まで、負極性電圧のレベルをゼロに維持する。

【0018】

タイミングｔ１１～ｔ１３と同様の動作が、タイミングｔ１３～ｔ１５、タイミングｔ１５～ｔ１７においても繰り返される。繰り返しの周期であるタイミングｔ１１～ｔ１３の長さが、第２の基本周波数Ｆ２に対応する。

【0019】

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。

【0020】

図１に示す整合器３０は、ＨＦ電源１０及び－ＤＣ電源２０にそれぞれ電気的に接続される。整合器３０は、整合部３１及びフィルタ部３２を有する。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。整合部３１は、ＨＦ整合回路部３１１を含み、ＨＦ整合回路部３１１のインピーダンスを変更して、ＨＦ電源１０側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとを整合可能である。フィルタ部３２は、－ＤＣ電源２０と下部電極ＥＬ１との間に電気的に接続される。フィルタ部３２は、ローパスフィルタ３２１を含み、－ＤＣ電源２０からの負極性電圧をローパスフィルタ３２１に通すことで平滑化可能である。整合器３０は、整合部３１によるＨＦ整合動作が行われた状態で、高周波電力をＨＦ電源１０から受け、整合部３１経由で下部電極ＥＬ１に供給する。それとともに、整合器３０は、負極性電圧を－ＤＣ電源２０から受け、フィルタ部３２経由で下部電極ＥＬ１に供給する。

【0021】

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から出力される高周波電力が整合器３０を介して上部電極ＥＬ２に供給され、－ＤＣ電源２０から出力される負極性電圧に応じた電力が整合器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。

【0022】

ＨＦ電源１０は、高周波電圧を第２の基本周波数Ｆ２と同じ周波数を有する台形波状の変調信号（図２参照）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。－ＤＣ電源２０で発生される矩形波状の負極性電圧に応じて、ＩＭＤは矩形波状にインピーダンスが変動し得る。それに対して、ＨＦ電源１０が周波数変調制御するときの変調信号を台形波状にする。台形波状の変調信号で変調波を形成することで、インピーダンス変動が比較的大きい負極性電圧の立上りと立下りとに応じたタイミング（例えば、図２に示すタイミングｔ１１，ｔ１２）におけるＩＭＤを抑制できる。また、変調信号を台形波状にすることで、変調信号を矩形波状にする場合に比べて、周波数遷移の速さを抑制でき、それに応じて負荷の変動（周波数トランジェント）を緩和できる。

【0023】

ＨＦ電源１０は、ＨＦ電源１０において検出した情報に基づいて反射係数Γの大きさ又は反射波電力Ｐｒの大きさを演算する機能を有している。ＨＦ電源１０は、図３に示すように、周波数変調制御ブロック１１、コントローラ１２、直接デジタル合波器（ＤＤＳ）１３、増幅部１４、センサ１５、処理部１６、電力設定部１８、減算器１９を有する。図３は、ＨＦ電源１０の構成を示すブロック図である。周波数変調制御ブロック１１は、変調基本波を生成する。変調基本波は、周波数Ｆ２を有し、基準振幅を有する。周波数変調制御ブロック１１は、指令値（図２参照）に対応する外部信号を基準にして、変調基本波に変調を開始すべき開始位相と変調の度合いを示す周波数偏移量とを設定し変調信号を生成する。変調信号は、開始位相及び周波数偏移量を含む。周波数変調制御ブロック１１は、台形波状の変調信号（図２参照）を生成してもよい。周波数変調制御ブロック１１は、変調信号を周波数変調設定としてＤＤＳ１３に供給する。ＤＤＳ１３は、周波数変調設定（すなわち、変調信号）と振幅設定とを用いて、周波数が第２の基本周波数Ｆ２と同じ変調波を生成して増幅部１４に供給する。増幅部１４は、変調波を増幅してセンサ１５に供給する。

【0024】

センサ１５は、増幅部１４から出力された変調波（進行波）を整合器３０に供給する。また、増幅部１４からの進行波電圧を検出し、検出信号として進行波電圧検出信号Ｖｆ１を出力すると共に、整合器３０を介してプラズマ処理装置ＰＡ側から反射された反射波電圧を検出し、検出信号として反射波電圧検出信号Ｖｒを出力する。センサ１５は、検出した進行波電圧検出信号Ｖｆと反射波電圧検出信号Ｖｒとを処理部１６に供給する。

【0025】

処理部１６は、進行波電圧検出信号Ｖｆと反射波電圧検出信号Ｖｒとに対して、例えばスーパーヘテロダイン方式で演算し、フィルタリング処理を行う。これにより、処理部１６は、進行波電圧検出信号Ｖｆ１の所望成分である進行波電圧検出信号Ｖｆ２と反射波電圧検出信号Ｖｒ１の所望成分である反射波電圧検出信号Ｖｒ２とをそれぞれ抽出する。

【0026】

処理部１６は、進行波電圧検出信号Ｖｆ２に基づいて進行波電力Ｐｆを算出するとともに、反射波電圧検出信号Ｖｒ２に基づいて反射波電力Ｐｒを算出する。例えば、Ｖｆ２＾２／Ｒ（Ｒ：抵抗値に相当するゲイン）によって進行波電力Ｐｆを算出することができる。反射波電力Ｐｒも同様にして算出することができる。なお、上記計算式では、Ｖｆ２は進行波電圧検出信号Ｖｆ２の大きさを表している。もちろん、実際の電力値に換算するためのゲインが乗算される。

【0027】

また、処理部１６は、算出した進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒとをそれぞれ所定期間において蓄積する。処理部１６は、進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒとをそれぞれ所定期間について平均化する。処理部１６は、進行波電力Ｐｆの平均電力を減算器１９に供給する。また、処理部１６は、進行波電力Ｐｆの平均電力および反射波電力Ｐｒの平均電力を周波数変調制御ブロック１１に供給する。なお、上記では、電圧に基づいて電力を算出した後に、平均化を行う例を示したが、電圧の平均化を行った後に、電力を算出してもよい。

【0028】

電力設定部１８は、目標電力が予め設定される。電力設定部１８は、目標電力を減算器１９に供給する。減算器１９は、目標電力から進行波電力Ｐｆの平均電力を減算し、減算結果を誤差ΔＰとしてコントローラ１２にフィードバックする。コントローラ１２は、誤差ΔＰに応じて、変調波の振幅を制御する。すなわち、コントローラ１２は、誤差ΔＰに応じて（例えば、誤差ΔＰが小さくなるような）変調波の振幅を求め、求められた振幅に応じた振幅設定をＤＤＳ１３に供給する。

【0029】

例えば、目標電力が１，０００［Ｗ］であり、進行波電力Ｐｆの平均電力が９５０［Ｗ］であれば、目標電力に対して５０［Ｗ］不足しているので、コントローラ１２は、負荷に供給する進行波電力Ｐｆを大きくするように変調波の振幅を制御する。この変調波の振幅の制御には、例えば、ＰＩ制御やＰＩＤ制御等の公知の手法を用いることができる。

【0030】

これにより、周波数変調制御ブロック１１は、反射波電力Ｐｒの平均電力が最小になるように、変調信号の開始位相と変調波の周波数偏移量とをそれぞれ予め定めた調整範囲内で調整する。周波数変調制御ブロック１１は、反射波電力Ｐｒの平均電力が所定の閾値以下になったら、反射波電力Ｐｒの平均電力が最小となったと見なすことができる。周波数変調制御ブロック１１は、反射波電力Ｐｒの平均電力が最小となったと見なしたときに、周波数変調制御が完了したと見なすことができる。

【0031】

周波数変調制御ブロック１１は、図４に示すように、周波数変調設定部１１ａ、基本波生成部１１ｂ及び加算器１１ｃを有する。図４は、周波数変調制御ブロック１１の構成を示すブロック図である。周波数変調設定部１１ａは、周波数変調制御部１１ａ１、変調基本波形テーブル１１ａ２、開始位相設定部１１ａ３、偏移量ゲイン設定部１１ａ４を有する。周波数変調制御部１１ａ１は、カウンタ部１１ａ１１、メモリ部１１ａ１２、比較部１１ａ１３、コントロール部１１ａ１４を有する。

【0032】

基本波生成部１１ｂは、周波数変調前の周波数（例えば４０．６８ＭＨｚ）情報を有する信号を生成し（一般的に搬送波と呼ばれる）、加算器１１ｃを通してＤＤＳ１３へ出力する。周波数変調設定部１１ａの出力が０の場合、基本波生成部１１ｂは、基本波を出力する。

【0033】

周波数変調設定部１１ａにおいて、周波数変調制御部１１ａ１は、その制御周期に応じて、タイミング信号を生成可能である。

【0034】

変調基本波形テーブル１１ａ２には、第２の基本周波数Ｆ２（例えば４００ｋＨｚ）の１周期分の振幅情報が所定の位相間隔毎に記憶されている。この１周期分の振幅情報で表される波形データを「変調基本波形」とする。変調基本波形は、台形波状（図２参照）であってもよい。

【0035】

変調基本波形における振幅情報の位相間隔は、周波数変調制御部１１ａ１の制御周期によって異なる。例えば、周波数変調制御部１１ａ１が１００ＭＨｚの制御周期で動作していれば、２５０分割（１００ＭＨｚ／４００ｋＨｚ）されるので、１．４４度（３６０／２５０）の位相間隔毎の振幅情報が変調基本波形テーブル１１ａ２に記憶される。周波数変調制御部１１ａ１が５００ＭＨｚの制御周期で動作していれば、１２５０分割（５００ＭＨｚ／４００ｋＨｚ）されるので、０．２８８度（３６０／１２５０）の位相間隔毎の振幅情報が変調基本波形テーブル１１ａ２に記憶される。制御周期は、図示しない基本クロック生成部から出力されるクロック信号に基づいて設定される。

【0036】

また、変調基本波形テーブル１１ａ２に記憶されている変調基本波形の振幅は、所定の基準振幅（例えば、振幅の大きさが±１）である。なお、変調基本波形の波形データは、周波数変調制御部１１ａ１を介して変調基本波形テーブル１１ａ２に予め記憶させることが可能である。

【0037】

開始位相設定部１１ａ３は、周波数変調制御部１１ａ１から供給されるタイミング信号に応じて変調基本波形テーブル１１ａ２から変調基本波形を読み出す。その後、開始位相設定部１１ａ３は、変調基本波形における変調を開始すべき開始位相θｓｔを設定する。開始位相の定め方は後述する。その後、開始位相設定部１１ａ３は、開始位相θｓｔから波形が開始されるように変調基本波形を時間方向にシフトさせる。例えば、図２の場合、開始位相設定部１１ａ３は、負極性電圧の立下りのタイミングｔ１１，ｔ１３，ｔ１５，ｔ１７から波形が開始されるように変調基本波形を時間方向にシフトさせる。シフトした変調基本波形は、図４に示す偏移量ゲイン設定部１１ａ４へ供給される。

【0038】

偏移量ゲイン設定部１１ａ４は、周波数変調制御部１１ａ１から供給されるタイミング信号に応じて周波数偏移量ΔＦを設定する。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。周波数偏移量ΔＦの定め方は後述する。基本波生成部１１ｂから出力される第１の基本周波数Ｆ１の基本波信号を周波数変調させる際の周波数偏移量は、変調基本波形の振幅によって表される。そのため、変調基本波形に周波数偏移量ΔＦに応じたゲイン（偏移量ゲイン）を乗算することにより、変調基本波形の振幅が変更されて、周波数偏移量ΔＦを設定することができる。周波数偏移量ΔＦと偏移量ゲインとは１対１に対応しており、偏移量ゲインを設定することは、周波数偏移量ΔＦを設定することと等価である。

【0039】

周波数変調制御部１１ａ１において、カウンタ部１１ａ１１は、外部信号（図５参照）のパルス数をカウントし、カウント値をメモリ部１１ａ１２及びコントロール部１１ａ１４へ供給可能である。図３の処理部１６からの現在の反射電力Ｐｒ又は反射係数Γが図４のメモリ部１１ａ１２で保存される。現在の反射電力Ｐｒ又は反射係数Γと過去の反射電力Ｐｒ’又は反射係数Γ’とがメモリ部１１ａ１２から比較部１１ａ１３へ送られる。メモリ部１１ａ１２で保存されるタイミングは、カウンタ部１１ａ１１のカウント値が任意の閾値を超えるタイミングであってもよい。比較部１１ａ１３は、過去の反射電力Ｐｒ’と現在の反射電力Ｐｒとを比較する。あるいは、比較部１１ａ１３は、過去の反射係数Γ’と現在の反射係数Γとを比較する。比較部１１ａ１３は、比較結果をコントロール部１１ａ１４へ送る。コントロール部１１ａ１４は、カウンタ部１１ａ１１のカウント値と比較部１１ａ１３の比較結果とに応じて、タイミング信号を生成して開始位相設定部１１ａ３、偏移量ゲイン設定部１１ａ４へそれぞれ供給する。

【0040】

加算器１１ｃは、基本波信号を基本波生成部１１ｂから受け、変調信号を偏移量ゲイン設定部１１ａ４から受ける。加算器１１ｃは、基本波信号に変調信号を加算する。加算結果は、出力波形データとしてＤＤＳ１３へ供給される。

【0041】

ここで、周波数変調制御ブロック１１は、図５に示すように、反射波電力Ｐｒの大きさ又は反射係数Γの大きさが小さくなるように、変調信号の開始位相θｓｔの探索処理と変調波の周波数偏移量ΔＦの探索処理とを行ってもよい。図５は、探索処理のタイミングを示す波形図である。変調信号の開始位相θｓｔの探索処理と変調波の周波数偏移量ΔＦの探索処理とは、図６に示すように、勾配法で行われてもよい。図６は、勾配法による探索処理を示す図である。

【0042】

例えば、図５に示すタイミングｔ１において、周波数変調制御部１１ａ１は、開始位相設定部１１ａ３で開始位相θｓｔの設定を開始すべきと判断する。周波数変調制御部１１ａ１は、外部信号のパルスに同期して、タイミング信号ＴＳ１をノンアクティブレベルからアクティブレベルに遷移させ開始位相設定部１１ａ３へ供給する。これに応じて、開始位相設定部１１ａ３は、開始位相θｓｔの設定を開始する。開始位相設定部１１ａ３は、外部信号のパルスに同期して、開始位相θｓｔを徐々に（例えば、制御量ΔＤずつ）変化させる。

【0043】

これに応じて、処理部１６からの反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γが減少又は増加する。例えば、図６に示すように、開始位相設定部１１ａ３が開始位相θｓｔを初期値Ｄｍｉｎから徐々に増加させると、周波数変調制御部１１ａ１は、反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γが減少し始めることを認識する。周波数変調制御部１１ａ１は、所定の制御周期で、反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γの変化を観測する。

【0044】

周波数変調制御部１１ａ１は、反射電力Ｐｒ又は反射係数Γの変化が減少傾向から増加傾向に転じることを認識する。周波数変調制御部１１ａ１は、このときの開始位相θｓｔの値又はそれより若干減少させた値を、反射電力Ｐｒ又は反射係数Γがほぼ極小となる開始位相θｓｔの値Ｄｔとすることができる。

【0045】

図５に示すタイミングｔ２において、周波数変調制御部１１ａ１は、開始位相θｓｔの値が探索処理における最大値Ｄｍａｘに達すると、開始位相設定部１１ａ３で開始位相θｓｔの設定を終了すべきと判断する。

【0046】

なお、探索処理を繰り返し行う場合、周波数変調制御部１１ａ１は、繰り返しの回数をカウントしてもよい。この場合、周波数変調制御部１１ａ１は、繰り返しの回数が探索処理における最大回数に達し且つ開始位相θｓｔの値が探索処理における最大値Ｄｍａｘに達すると、開始位相設定部１１ａ３で開始位相の設定を終了すべきと判断する。

【0047】

周波数変調制御部１１ａ１は、外部信号のパルスに同期して、タイミング信号ＴＳ１をアクティブレベルからノンアクティブレベルに遷移させる。これに応じて、開始位相設定部１１ａ３は、開始位相θｓｔの値をＤｔに設定して維持し、開始位相θｓｔの設定を終了する。

【0048】

それとともに、周波数変調制御部１１ａ１は、偏移量ゲイン設定部１１ａ４で周波数偏移量ΔＦの設定を開始すべきと判断する。偏移量ゲイン設定部１１ａ４は、外部信号のパルスに同期して、図５に示すように、タイミング信号ＴＳ２をノンアクティブレベルからアクティブレベルに遷移させ偏移量ゲイン設定部１１ａ４へ供給する。これに応じて、偏移量ゲイン設定部１１ａ４は、周波数偏移量ΔＦの設定を開始する。偏移量ゲイン設定部１１ａ４は、外部信号のパルスに同期して、周波数偏移量ΔＦを徐々に（例えば、制御量ΔＥずつ）変化させる。

【0049】

これに応じて、処理部１６からの反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γが減少又は増加する。例えば、図６に示すように、偏移量ゲイン設定部１１ａ４が周波数偏移量ΔＦを初期値Ｅｍｉｎから徐々に増加させると、周波数変調制御部１１ａ１は、反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γが減少し始めることを認識する。周波数変調制御部１１ａ１は、所定の制御周期で、反射波電力Ｐｒ又は反射係数Γの変化を観測する。

【0050】

周波数変調制御部１１ａ１は、反射電力Ｐｒ又は反射係数Γの変化が減少傾向から増加傾向に転じることを認識する。周波数変調制御部１１ａ１は、このときの周波数偏移量ΔＦの値又はそれより若干減少させた値を、反射電力Ｐｒ又は反射係数Γがほぼ極小となる周波数偏移量ΔＦの値Ｅｔとすることができる。

【0051】

図５に示すタイミングｔ３において、周波数変調制御部１１ａ１は、周波数偏移量ΔＦの値が探索処理における最大値Ｅｍａｘに達すると、偏移量ゲイン設定部１１ａ４で周波数偏移量ΔＦの設定を終了すべきと判断する。

【0052】

なお、探索処理を繰り返し行う場合、周波数変調制御部１１ａ１は、繰り返しの回数をカウントしてもよい。この場合、周波数変調制御部１１ａ１は、繰り返しの回数が探索処理における最大回数に達し且つ周波数偏移量ΔＦの値が探索処理における最大値Ｅｍａｘに達すると、偏移量ゲイン設定部１１ａ４で周波数偏移量ΔＦの設定を終了すべきと判断する。

【0053】

周波数変調制御部１１ａ１は、外部信号のパルスに同期して、タイミング信号ＴＳ２をアクティブレベルからノンアクティブレベルに遷移させる。これに応じて、偏移量ゲイン設定部１１ａ４は、周波数偏移量ΔＦの値をＥｔに設定して維持し、周波数偏移量ΔＦの設定を終了する。

【0054】

タイミングｔ１～ｔ２の期間は、変調信号の開始位相θｓｔの探索処理が行われる期間である。開始位相θｓｔの探索処理は、開始位相スイープとも呼ばれる。

【0055】

タイミングｔ２～ｔ３の期間は、変調信号の周波数偏移量ΔＦの探索処理が行われる期間である。周波数偏移量ΔＦの探索処理は、偏移量スイープとも呼ばれる。

【0056】

タイミングｔ３以降において、周波数変調制御ブロック１１は、周波数変調制御を開始する。すなわち、周波数変調設定部１１ａで台形波状の変調信号（図２参照）が生成され加算器１１ｃへ供給される。加算器１１ｃは、基本波生成部１１ｂからの基本波に変調信号を加算して出力波形データを生成し、出力波形データをＤＤＳ１３へ供給する。ＤＤＳ１３は、台形波状の変調信号で周波数変調を行って変調波を生成する。変調波は、増幅部１４、センサ１５、整合器３０経由で負荷へ出力される。

【0057】

以上のように、実施形態では、ＨＦ電源１０において、高周波電圧を第２の基本周波数Ｆ２と同じ周波数を有する台形波状の変調信号（図２参照）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が行われる。これにより、インピーダンス変動が比較的大きい負極性電圧の立上りと立下りとに応じたタイミングにおけるＩＭＤを抑制でき、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減できる。また、変調信号を台形波状にすることで、変調信号を矩形波状にする場合に比べて、周波数遷移の速さを抑制でき、それに応じて負荷の変動（周波数トランジェント）を緩和できる。

【0058】

例えば、ＨＦ電源１０で周波数変更制御を行わずに高周波電源装置１から負荷へ電源供給を行った場合、ＨＦ電源１０から負荷に至る経路のインピーダンスが、図７に点線で示すような大きな振幅で変動し得る。図７は、高周波電源装置の動作時のインピーダンスの軌跡を示す図である。図７において、横軸が実軸であり、縦軸が虚数軸であり、インピーダンスの振幅が原点からの距離で示される。

【0059】

一方、ＨＦ電源１０において、高周波電圧を第２の基本周波数Ｆ２と同じ周波数を有する台形波状の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が行われながら高周波電源装置１から負荷へ電源供給を行った場合、ＨＦ電源１０から負荷に至る経路のインピーダンスが、図７に実線で示すように、より小さな振幅で変動し得る。これにより、ＩＭＤを効果的に抑制でき、ＩＭＤに起因する反射波電力を低減できることが確認される。

【0060】

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】

【0061】

１ 高周波電源装置
１０ ＨＦ電源
２０ －ＤＣ電源
３０ 整合器
３１ 整合部
３２ フィルタ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】