特開 2024-94846 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】P2024094846

(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

   H01L 21/3065 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211685

(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】上野 雄也

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 雄一

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084DD55

5F004AA16

5F004BB13

5F004CA03

(57)【要約】

【課題】直流パルス電圧の影響により高周波交流電圧に発生する相互変調歪みを効率良く抑制する。
【解決手段】高周波電源装置は、第１周波数の交流電圧である高周波交流電圧を出力する第１電源と、１個または複数個の連続したパルス波形を含む直流パルス電圧を出力する第２電源と、第１電源から高周波交流電圧が入力され、第１電源から見たインピーダンスが一定となるようにインピーダンス整合をして高周波交流電圧を出力する整合器と、第２電源から直流パルス電圧が入力され、直流パルス電圧をフィルタリングして負荷のパルス電力入力端子に出力するフィルタと、整合器と負荷の交流電力入力端子との間に設けられる所定のインダクタンスを有する第１インダクタを含み、整合器から出力された高周波交流電圧が入力され、入力された高周波交流電圧を第１インダクタを通過させて負荷の交流電力入力端子に出力するＩＭＤ抑制回路と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１周波数の交流電圧である高周波交流電圧を出力する第１電源と、
１個または複数個の連続したパルス波形を含む直流パルス電圧を出力する第２電源と、
前記第１電源から前記高周波交流電圧が入力され、前記第１電源から見たインピーダンスが一定となるようにインピーダンス整合をして前記高周波交流電圧を出力する整合器と、
前記第２電源から前記直流パルス電圧が入力され、前記直流パルス電圧をフィルタリングして負荷のパルス電力入力端子に出力するフィルタと、
前記整合器と前記負荷の交流電力入力端子との間に設けられる所定のインダクタンスを有する第１インダクタを含み、前記整合器から出力された前記高周波交流電圧が入力され、入力された前記高周波交流電圧を前記第１インダクタを通過させて前記負荷の前記交流電力入力端子に出力するＩＭＤ抑制回路と、
を備える高周波電源装置。

【請求項2】

前記ＩＭＤ抑制回路は、さらに、所定のキャパシタンスである第１キャパシタを含み、
前記第１キャパシタは、前記第１周波数についてのリアクタンスが、前記第１インダクタの前記第１周波数についてのリアクタンスを相殺するようなキャパシタンスを有する
請求項１に記載の高周波電源装置。

【請求項3】

前記高周波交流電圧は、前記第１周波数の正弦波信号に対して、前記直流パルス電圧に含まれる前記１個または複数個のパルス波形のそれぞれに同期した周波数変調をした波形である
請求項１に記載の高周波電源装置。

【請求項4】

前記負荷は、プラズマを発生するプラズマ発生装置である
請求項１から３の何れか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】

本発明は、高周波電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマを維持するための高周波交流電圧と、プラズマを操作するための連続したパルス波形を含む直流パルス電圧とをプラズマ発生装置に同時投入する高周波電源装置が知られている。このような高周波電源装置は、プラズマ発生装置において半導体ウェハ等の試料を異方性エッチングする場合等に用いられる。

【0003】

高周波交流電圧と直流パルス電圧とをプラズマ発生装置に同時に投入した場合、高周波交流電圧に相互変調歪（以降、ＩＭＤとも呼ぶ。）が発生する。ＩＭＤの発生によって、高周波交流電圧を発生するＨＦ電源へと戻る反射電力は、直流パルス電圧に含まれる各パルス波形に応じて変動する。高周波電源装置は、ＨＦ電源とプラズマ発生装置との間に整合器を備える。しかし、整合器は、ＩＭＤによる反射電力の変化の速度よりもインピーダンスの変更速度が遅く、ＩＭＤによる反射電力を低減することが難しい。

【0004】

例えば、特許文献１および特許文献２には、高周波交流電圧と低周波交流電圧とを重畳してプラズマ発生装置に投入する高周波電源装置が記載されている。特許文献１および特許文献２に記載された高周波電源装置は、高周波交流電圧を、低周波交流電圧の波形に応じて周波数変調をする。これにより、特許文献１および特許文献２に記載された高周波電源装置は、低周波交流電圧の影響により高周波交流電圧に発生するＩＭＤを相殺して、反射電力を低減することができる。しかし、プラズマを操作するための連続したパルス波形を含む直流パルス電圧は、特許文献１および特許文献２に記載された低周波交流電圧と比較して、高い。このため、高周波電源装置は、高周波交流電圧を直流パルス電圧に含まれるパルス波形に応じて周波数変調する場合、周波数変調度が非常に大きくなってしまうので、広帯域のＨＦ電源を備えなければならなかった。従って、高周波電源装置は、高周波交流電圧を直流パルス電圧に含まれるパルス波形に応じて周波数変調した場合、装置が大型化し、効率の良く電力供給をすることができなかった。

【0005】

また、特許文献３には、ＨＦ電源と整合器との間に設けられた狭帯域のバンドパスフィルタを備える高周波電源装置が記載されている。特許文献３に記載された高周波電源装置は、バンドパスフィルタにより反射波を減衰もしくは通過させないようにしている。これにより、特許文献３に記載された高周波電源装置は、バンドパスフィルタと整合器との間で反射波を封じ込めて、ＩＭＤを抑制することができる。

【0006】

しかし、整合器は、整合器の入力端における電流および電圧を測定してインピーダンスを計算する。あるいは、整合器は、整合器の入力端における進行波および反射波を測定してインピーダンスを計算する。そして、整合器は、計算したインピーダンスに基づき、整合動作をする。しかし、特許文献３に記載された高周波電源装置は、ＨＦ電源と整合器との間にバンドパスフィルタが挿入されているので、整合器から出力される反射波と、ＨＦ電源に戻る反射波とが異なる。従って、特許文献３に記載された高周波電源装置は、ＨＦ電源へと戻る反射波を低減するように整合動作をすることができず、精度の良い整合動作をすることができなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７－１０３１０２号公報

【特許文献2】特開２０２２－１０２６８８号公報

【特許文献3】特表２０２２－５１４３７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、直流パルス電圧の影響により高周波交流電圧に発生する相互変調歪みを、効率良く抑制する高周波電源装置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】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高周波電源装置は、第１周波数の交流電圧である高周波交流電圧を出力する第１電源と、１個または複数個の連続したパルス波形を含む直流パルス電圧を出力する第２電源と、前記第１電源から前記高周波交流電圧が入力され、前記第１電源から見たインピーダンスが一定となるようにインピーダンス整合をして前記高周波交流電圧を出力する整合器と、前記第２電源から前記直流パルス電圧が入力され、前記直流パルス電圧をフィルタリングして負荷のパルス電力入力端子に出力するフィルタと、前記整合器と前記負荷の交流電力入力端子との間に設けられる所定のインダクタンスを有する第１インダクタを含み、前記整合器から出力された前記高周波交流電圧が入力され、入力された前記高周波交流電圧を前記第１インダクタを通過させて前記負荷の交流電力入力端子に出力するＩＭＤ抑制回路と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、直流パルス電圧の影響により高周波交流電圧に発生する相互変調歪みを、効率良く抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】高周波電源装置の構成をプラズマ発生装置とともに示す図である。

【図2】高周波交流電圧および直流パルス電圧等の波形を示す図である。

【図3】整合器およびＩＭＤ抑制回路の構成を示す図である。

【図4】負荷の容量変化のシミュレーション波形を示す図である。

【図5】高周波交流電圧を周波数変調させずにシミュレーションをした場合におけるインピーダンス軌跡を示す図である。

【図6】高周波交流電圧を周波数変調させてシミュレーションをする場合における高周波交流電圧の周波数変化を示す図である。

【図7】高周波交流電圧を周波数変調させてシミュレーションをした場合におけるインピーダンス軌跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、実施形態に係る高周波電源装置１０の構成をプラズマ発生装置２０とともに示す図である。

【0013】

高周波電源装置１０は、プラズマを発生するプラズマ発生装置２０（負荷）における交流電力入力端子２２に対して、第１周波数の交流電圧である高周波交流電圧を供給する。プラズマ発生装置２０は、高周波電源装置１０により供給された高周波交流電圧の電力により、真空チャンバ内のガスをプラズマ化させることができる。

【0014】

また、高周波電源装置１０は、高周波交流電圧の供給と同時に、プラズマ発生装置２０における交流電力入力端子２２とは異なるパルス電力入力端子２４に対して、１個または複数個の連続したパルス波形を含む直流パルス電圧を出力する。プラズマ発生装置２０は、高周波電源装置１０により供給された直流パルス電圧の電力により、真空チャンバ内に発生したプラズマを操作する。例えば、プラズマ発生装置２０は、プラズマを操作することにより、半導体ウェハ等の試料に対して異方性エッチング等を行う。なお、本実施形態において、直流パルス電圧に含まれる１個または複数個のパルス波形のそれぞれは、三角波である。直流パルス電圧に含まれるパルス波形は、三角波に限らず、方形波等の任意の波形であってよい。

【0015】

また、高周波電源装置１０は、高周波交流電圧を間欠的に出力してもよい。すなわち、高周波電源装置１０は、高周波交流電圧の出力および停止を交互に繰り返してもよい。また、高周波電源装置１０は、直流パルス電圧を、間欠的に出力してもよい。すなわち、高周波電源装置１０は、直流パルス電圧の出力および停止を交互に繰り返してもよい。なお、高周波交流電圧および直流パルス電圧については、詳細を、図２を参照してさらに説明する。

【0016】

高周波電源装置１０は、図１に示すように、パルス信号発生回路３２と、高周波電源３４（第１電源）と、ＤＣパルス電源３６（第２電源）と、整合器３８と、フィルタ４０と、ＩＭＤ抑制回路４２とを備える。

【0017】

パルス信号発生回路３２は、高周波交流電圧の出力および停止タイミングを示す第１パルス信号を出力する。パルス信号発生回路３２は、第１パルス信号を高周波電源３４に供給する。また、パルス信号発生回路３２は、直流パルス電圧の出力および停止タイミングを示す第２パルス信号を出力する。パルス信号発生回路３２は、第２パルス信号をＤＣパルス電源３６に供給する。

【0018】

高周波電源３４は、第１周波数の交流電圧である高周波交流電圧を出力する。本実施形態において、高周波電源３４は、第１パルス信号のタイミングに同期して、高周波交流電圧の出力と停止とを交互に繰り返す。高周波電源３４は、発生した高周波交流電圧を整合器３８へ出力する。

【0019】

ＤＣパルス電源３６は、１個または複数個の連続したパルス波形を含む直流パルス電圧を出力する。本実施形態において、ＤＣパルス電源３６は、第２パルス信号のタイミングに同期して、直流パルス電圧の出力と停止とを交互に繰り返す。ＤＣパルス電源３６は、発生した直流パルス電圧をフィルタ４０へ出力する。

【0020】

整合器３８は、高周波電源３４から高周波交流電圧が入力される。整合器３８は、入力インピーダンス、すなわち、高周波電源３４から負荷側を見たインピーダンスが、一定となるようにインピーダンス整合をする。そして、整合器３８は、高周波交流電圧を、ＩＭＤ抑制回路４２へ出力する。

【0021】

フィルタ４０は、ＤＣパルス電源３６から直流パルス電圧が入力される。フィルタ４０は、直流パルス電圧をフィルタリングして、負荷であるプラズマ発生装置２０のパルス電力入力端子２４に出力する。フィルタ４０は、例えば抵抗、キャパシタおよびインダクタを含む。フィルタ４０は、ＤＣパルス電源３６から出力された直流パルス電圧に含まれる１個または複数個のパルス波形のそれぞれを、所定の形状とするようにフィルタリングする。例えば、フィルタ４０は、ＤＣパルス電源３６から出力された直流パルス電圧に含まれる方形波のパルス波形を、三角波となるようにフィルタリングする。

【0022】

ＩＭＤ抑制回路４２は、所定のインダクタンスを有する第１インダクタ５０を含む。第１インダクタ５０は、整合器３８と、負荷であるプラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２との間に設けられる。ＩＭＤ抑制回路４２は、整合器３８から出力された高周波交流電圧が入力され、入力された高周波交流電圧を第１インダクタ５０を通過させてプラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２に出力する。

【0023】

図２は、第１パルス信号（Ａ）、高周波交流電圧（Ｂ）、第２パルス信号（Ｃ）、および、直流パルス電圧（Ｄ）の波形を示す図である。

【0024】

第１パルス信号は、図２の（Ａ）に示されるように、Ｈ論理またはＬ論理を表す２値信号である。第１パルス信号は、例えばＨ論理の期間が、高周波交流電圧を出力させる期間を示す。第１パルス信号は、例えばＬ論理の期間が、高周波交流電圧の出力を停止させる期間を示す。

【0025】

第２パルス信号は、図２の（Ｃ）に示されるように、Ｈ論理またはＬ論理を表す２値信号である。第２パルス信号は、例えばＨ論理の期間が、直流パルス電圧を出力させる期間を示す。第２パルス信号は、例えばＬ論理の期間が、直流パルス電圧の出力を停止させる期間を示す。

【0026】

なお、図２の例においては、第１パルス信号および第２パルス信号は、Ｈ論理とＬ論理との切り替えが同期している。しかし、第１パルス信号および第２パルス信号は、Ｈ論理とＬ論理との切り替えタイミングが同期していなくてよい。

【0027】

高周波交流電圧は、図２の（Ｂ）に示すように、正弦波の電圧である。高周波電源３４は、第１パルス信号がＨ論理の期間において、高周波交流電圧を出力し、第１パルス信号がＬ論理の期間において、高周波交流電圧の出力を停止する。本例において、高周波交流電圧の周波数は、４０．６８ＭＨｚである。なお、高周波交流電圧の周波数は、４０．６８ＭＨｚに限らず、他の周波数であってよい。

【0028】

直流パルス電圧は、図２の（Ｄ）に示すように、それぞれのパルス波形が三角波である。また、直流パルス電圧は、パルス波形とパルス波形との間に、基準電圧（例えば０ボルト）となる期間が含まれていてもよい。なお、図２の（Ｄ）には、フィルタ４０からプラズマ発生装置２０へと供給される直流パルス電圧が示されている。ＤＣパルス電源３６は、第２パルス信号がＨ論理の期間において、直流パルス電圧を出力し、第２パルス信号がＬ論理の期間において、直流パルス電圧の出力を停止する。

【0029】

また、高周波交流電圧は、第１周波数の正弦波信号に対して、直流パルス電圧に含まれる１個または複数個のパルス波形のそれぞれに同期した周波数変調をした波形であってもよい。例えば、高周波交流電圧は、直流パルス電圧が基準電圧（例えば０ボルト）の期間において基準周波数の４０．６８ＭＨｚであり、直流パルス電圧が基準電圧（例えば０ボルト）から変化している期間において、パルス波形の振幅値に比例した変調周波数が基準周波数に加算された周波数（４０．６８ＭＨｚ＋変調周波数）であってもよい。これにより、高周波電源装置１０は、直流パルス電圧の影響により高周波交流電圧に発生するＩＭＤの低減量を大きくすることができる。

【0030】

第１パルス信号および第２パルス信号は、パルス信号発生回路３２により生成される。パルス信号発生回路３２は、基準クロックに基づき、第１パルス信号および第２パルス信号を生成する。このため、高周波交流電圧に対する直流パルス電圧に含まれる各パルス波形の時間的な位置は、基準クロックに基づき特定される。従って、高周波電源３４は、基準クロックに同期して動作することにより、第１周波数の正弦波信号に対して直流パルス電圧に含まれる１個または複数個のパルス波形のそれぞれに同期した周波数変調をした波形の高周波交流電圧を、精度良く出力することができる。

【0031】

図３は、整合器３８およびＩＭＤ抑制回路４２の構成を示す図である。整合器３８は、ＶＩ検出回路５２と、整合回路５４と、制御回路５６とを含む。

【0032】

ＶＩ検出回路５２は、整合器３８の入力端における電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）を、所定時間毎に測定する。

【0033】

整合回路５４は、高周波電源３４から高周波交流電圧がＶＩ検出回路５２を介して供給される。整合回路５４は、複数のインダクタおよび複数のキャパシタを含むネットワーク回路である。整合回路５４は、インピーダンスを変更可能となっている。整合回路５４は、制御回路５６から与えられる制御信号に応じて、入力端と出力端との間のインピーダンスが変更される。

【0034】

制御回路５６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサまたはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の再構成可能な半導体装置により実現される。制御回路５６は、機能構成として、インピーダンス計算部６２と、整合位置計算部６４と、動作制御部６６とを含む。

【0035】

インピーダンス計算部６２は、所定時間毎に、ＶＩ検出回路５２により検出された電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）を取得する。インピーダンス計算部６２は、所定時間毎に、取得した電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）に基づき、高周波交流電圧が供給される入力端におけるインピーダンスを算出する。

【0036】

整合位置計算部６４は、所定時間毎に、整合器３８の入力端におけるインピーダンスが予め設定された値となるような整合回路５４のインピーダンスを算出する。動作制御部６６は、所定時間毎に、整合回路５４に制御信号を与えて、整合位置計算部６４により算出されたインピーダンスとなるように整合回路５４のインピーダンスを変更させる。

【0037】

このような構成の整合器３８は、所定期間毎に、整合回路５４のインピーダンスを変更して、高周波電源３４から見た整合器３８のインピーダンスが予め設定された値で一定となるように、インピーダンス整合をすることができる。これにより、整合器３８は、負荷であるプラズマ発生装置２０のインピーダンスの変動に関わらず、高周波電源３４から負荷側を見たインピーダンスを一定にすることができる。

【0038】

なお、整合器３８は、ＶＩ検出回路５２に代えて方向性結合器を含んでもよい。方向性結合器は、高周波交流電圧が供給される入力端における進行波電圧および反射波電圧を検出する。この場合、インピーダンス計算部６２は、所定時間毎に、進行波電圧および反射波電圧に基づき、高周波交流電圧が供給される入力端における反射係数を算出する。なお、高周波電源３４から負荷側を見たインピーダンスと高周波交流電圧が供給される入力端における反射係数とは相互に変換可能であるため、どちらを検出してもよい。

【0039】

ＩＭＤ抑制回路４２に含まれる第１インダクタ５０は、一方の端子が整合器３８の出力端に接続され、他方の端子がプラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２に接続される。これにより、ＩＭＤ抑制回路４２は、整合器３８から出力された高周波交流電圧を第１インダクタ５０を通過させてプラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２に出力することができる。

【0040】

このような構成にすると、高周波電源３４側に発生するＩＭＤの抑制効果を高めることができる。すなわち、プラズマ発生装置２０は、直流パルス電圧に含まれる各パルス波形の影響によって静電容量が変動する。整合器３８は、この静電容量の変動によって、過渡応答をする。この際、ＤＣパルス電源３６から出力される直流パルス電圧の影響による過渡応答の時間が直流パルス電圧のパルス波形の周波数に対して短いため、過渡応答時のインピーダンス変化が大きくなる。しかし、第１インダクタ５０を挿入することによって、過渡応答時の急激なインピーダンス変化が抑制される。その結果、ＩＭＤの抑制効果が高まる。なお、第１インダクタ５０のインダクタンスの適正値は、直流パルス電圧に含まれるパルス波形の周波数（例えば三角波）の周波数が高い程、低くなる。

【0041】

プラズマ発生装置２０は、直流パルス電圧に含まれるパルス波形に応じて、真空チャンバ内の正負の２つの電極の対向方向におけるプラズマの発生位置を変化させる。この結果、正負の２つの電極間に形成される仮想キャパシタの静電容量は、パルス波形に同期して変化する。この静電容量の変化が高速であるため、高周波電源装置１０は、整合器３８によるインピーダンス自動整合機能を用いても、第１周波数についてのインピーダンスを、静電容量の変化に追従させることができない。このため、高周波電源装置１０は、ＩＭＤ抑制回路４２を備えない場合、第１周波数の高周波交流電圧に、直流パルス電圧に含まれるパルス波形に応じたＩＭＤを生じさせてしまう。

【0042】

ここで、シミュレーションの結果、このようなＩＭＤは、直流パルス電圧の影響によるプラズマ発生装置２０の静電変動によって生じる整合器３８の過渡応答が原因であることがわかった。また、整合器３８とプラズマ発生装置２０との間にインダクタンスを挿入することにより、このような整合器３８の過渡応答を抑制することができることがわかった。このため、高周波電源装置１０は、整合器３８によるインピーダンス自動整合機能よりも静電容量の変化が速い場合であっても、ＩＭＤ抑制回路４２を備えることにより、直流パルス電圧の影響によるＩＭＤを抑えることができる。これにより、本実施形態に係る高周波電源装置１０は、直流パルス電圧の影響により高周波交流電圧に発生するＩＭＤを効率良く抑えて、高周波交流電圧を効率良くプラズマ発生装置２０に供給することができる。

【0043】

また、ＩＭＤ抑制回路４２は、整合器３８の後段、すなわち、整合器３８とプラズマ発生装置２０との間に設けられる。このため、本実施形態に係る高周波電源装置１０は、整合器３８と高周波電源３４との間にフィルタ等が設けられないので、整合器３８は、高周波電源３４に反射される反射波を低減するように、インピーダンス整合をすることができる。これにより、本実施形態に係る高周波電源装置１０によれば、精度の良い整合動作をすることができる。

【0044】

なお、ＩＭＤ抑制回路４２は、図３の（Ａ）に示すように、第１インダクタ５０に加えて、第１インダクタ５０に対して直列に接続された第１キャパシタ７０を含んでもよい。より具体的には、直列に接続された第１インダクタ５０と第１キャパシタ７０とにより構成される回路は、一方の端子が、整合器３８の出力端子に接続され、他方の端子がプラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２に接続される。

【0045】

第１キャパシタ７０は、高周波交流電圧の周波数である第１周波数についてのリアクタンスが、第１インダクタ５０の第１周波数についてのリアクタンスを相殺するようなキャパシタンスを有する。これにより、ＩＭＤ抑制回路４２は、第１周波数についての合成のリアクタンスが略０となる。ＩＭＤ抑制回路４２のリアクタンスが０となることにより、整合器３８のインピーダンスの整合範囲は、ＩＭＤ抑制回路４２を設けない場合の整合範囲と同一となる。従って、整合器３８は、ＩＭＤ抑制回路４２が設けられた場合であっても、初期設定値および整合動作時の整合範囲を変えずに、インピーダンスの整合動作をすることができる。

【0046】

（シミュレーション）
第１のシミュレーションの結果について説明する。

【0047】

本発明者は、回路シミュレータにより、高周波電源装置１０のシミュレーションを行った。第１のシミュレーションでは、高周波電源装置１０から４０．６８ＭＨｚの正弦波の高周波交流電圧を発生させ、負荷に含まれるキャパシタ成分を可変キャパシタと見なしたときに、その可変キャパシタの静電容量を図４に示すように変化させるシミュレーションをした。そして、第１のシミュレーションでは、上記のようなシミュレーションをした場合の整合器３８の入力端におけるインピーダンスの軌跡を算出した。

【0048】

図４は、第１のシミュレーションにおける、可変キャパシタンスの時間変化波形を示す図である。プラズマ発生装置２０は、パルス電力入力端子２４に図４に示す波形に同期したパルス波形を含む直流パルス電圧が与えられることにより、静電容量が図４に示すように変化する。そこで、第１のシミュレーションでは、プラズマ発生装置２０の交流電力入力端子２２から見た負荷を、抵抗と、可変キャパシタとの直列回路とみなした。第１のシミュレーションでは、抵抗の抵抗値を４Ωとした。そして、第１のシミュレーションでは、可変キャパシタの容量を、図４に示すように、０．５ｎＦから４．５ｎＦの範囲で三角波となるように変化させた。

【0049】

図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、第１のシミュレーションにより計算された、整合器３８の入力端における、特性インピーダンスで規格化したインピーダンスの軌跡を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、ポーラチャートであり、縦軸がインピーダンスの虚数成分（ｖ）、横軸がインピーダンス実数成分（ｕ）を示す。

【0050】

さらに、図５（Ａ）は、ＩＭＤ抑制回路４２の第１インダクタ５０のインダクタンスが０、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが無限大である場合、すなわち、ＩＭＤ抑制回路４２が設けられていない場合のインピーダンスの軌跡を示す。また、図５（Ｂ）は、第１インダクタ５０のインダクタンスが３０６ｎＨ、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが５０ｐＦである場合のインピーダンスの軌跡を示す。図５（Ｃ）は、第１インダクタ５０のインダクタンスが１．０５μＨ、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが１５ｐＦである場合のインピーダンスの軌跡を示す。

【0051】

図５（Ａ）と比較して、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）の場合の方が、インピーダンスの変化が小さくなっている。特に、図５（Ｃ）の場合、インピーダンスの変化が非常に小さくなっている。

【0052】

表１は、第１のシミュレーションにおける、整合器３８の入力端における反射係数を示す。実施形態に係る高周波電源装置１０は、表１に示されるように、ＩＭＤ抑制回路４２を備えることにより、反射係数を小さくすることができる。

【表1】

【0053】

このように、実施形態に係る高周波電源装置１０は、直流パルス電圧に含まれるパルス波形に応じてプラズマ発生装置２０の静電容量が変動する場合であっても、ＩＭＤ抑制回路４２を備えることにより、整合器３８の入力端におけるインピーダンスの変化を小さくすることができる。これにより、実施形態に係る高周波電源装置１０は、ＩＭＤを抑えて、効率良く高周波交流電圧をプラズマ発生装置２０に供給することができる。特に、ＩＭＤ抑制回路４２は、第１インダクタ５０のインダクタンスが３００ｎＨ以上である場合、整合器３８の入力端におけるインピーダンスの変化をより小さくすることができる。

【0054】

つぎに、第２のシミュレーションの結果について説明する。

【0055】

第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０から４０．６８ＭＨｚの正弦波を周波数変調させた高周波交流電圧を発生させ、負荷を第１のシミュレーションと同様に図４に示すように変化させるシミュレーションをした。そして、第２のシミュレーションでは、上記のようなシミュレーションをした場合の整合器３８の入力端におけるインピーダンスの軌跡を算出した。

【0056】

図６は、第２のシミュレーションにおける、プラズマ発生装置２０の可変キャパシタンスの時間変化波形に対する、高周波交流電圧の周波数変化を示す図である。

【0057】

可変キャパシタンスは、第１時刻（ｔ_１）から第２時刻（ｔ_２）までの間、０．５ｎＦで一定である。続いて、可変キャパシタンスは、第２時刻（ｔ_２）から第３時刻（ｔ_３）まで直線的に上昇し、第３時刻（ｔ_３）において４．５ｎＦとなる。続いて、可変キャパシタンスは、第３時刻（ｔ_３）から第４時刻（ｔ_４）まで直線的に下降し、第４時刻（ｔ_４）において０．５ｎＦとなる。そして、可変キャパシタンスは、第１時刻（ｔ_１）から第４時刻（ｔ_４）までを１周期として、繰り返して容量が変化する。

【0058】

なお、第２時刻（ｔ_２）は、第１時刻（ｔ_１）から１．５μ秒が経過した時刻である。また、第３時刻（ｔ_３）は、第２時刻（ｔ_２）から０．５μ秒が経過した時刻である。第４時刻（ｔ_４）は、第３時刻（ｔ_３）から０．５μ秒が経過した時刻である。

【0059】

第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０は、第１期間（Ｔ_１）において、高周波交流電圧の周波数を、４０．６８ＭＨｚで一定とする。第１期間（Ｔ_１）は、可変キャパシタンスが０．５ｎＦで一定である期間であって、第１時刻（ｔ_１）に開始し、第２時刻（ｔ_２）に終了する期間である。

【0060】

また、第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０は、第２期間（Ｔ_２）において、高周波交流電圧の周波数を、４０．６８ＭＨｚから、４０．６８ＭＨｚに予め設定された設定周波数を加算した周波数まで、直線的に下降させる。第２期間（Ｔ_２）は、第２時刻（ｔ_２）に開始し、第２時刻（ｔ_２）から０．２μ秒経過した時刻に終了する期間である。なお、予め設定された設定周波数は、マイナスの値である。

【0061】

第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０は、第３期間（Ｔ_３）において、高周波交流電圧の周波数を、４０．６８ＭＨｚに設定周波数を加算した周波数で一定とする。第３期間（Ｔ_３）は、第２時刻（ｔ_２）から０．２μ秒経過した時刻に開始し、第２時刻（ｔ_２）から０．６μ秒経過した時刻に終了する期間である。

【0062】

第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０は、第４期間（Ｔ_４）において、高周波交流電圧の周波数を、４０．６８ＭＨｚに設定周波数を加算した周波数から、４０．６８ＭＨｚまで、直線的に上昇させる。第４期間（Ｔ_４）は、第２時刻（ｔ_２）から０．８μ秒経過した時刻に開始し、第４時刻（ｔ_４）に終了する期間である。

【0063】

第２のシミュレーションでは、高周波電源装置１０は、第１期間（Ｔ_１）、第２期間（Ｔ_２）、第３期間（Ｔ_３）および第４期間（Ｔ_４）を１周期として、高周波交流電圧の周波数を繰り返して変化させる。

【0064】

図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、第２のシミュレーションにより計算された、整合器３８の入力端における、特性インピーダンスで規格化したインピーダンスの軌跡を示す。図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、ポーラチャートであり、縦軸がインピーダンスの虚数成分（ｖ）、横軸がインピーダンス実数成分（ｕ）を示す。

【0065】

さらに、図７（Ａ）は、ＩＭＤ抑制回路４２の第１インダクタ５０のインダクタンスが０、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが無限大であり、設定周波数が－２．１ＭＨｚである場合、すなわち、ＩＭＤ抑制回路４２が設けられておらず、設定周波数が－２．１ＭＨｚである場合のインピーダンスの軌跡を示す。また、図７（Ｂ）は、第１インダクタ５０のインダクタンスが３０６ｎＨ、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが５０ｐＦであり、設定周波数が－０．８ＭＨｚである場合のインピーダンスの軌跡を示す。図７（Ｃ）は、第１インダクタ５０のインダクタンスが１．０５μＨ、第１キャパシタ７０のキャパシタンスが１５ｐＦであり、設定周波数が－０．４ＭＨｚである場合のインピーダンスの軌跡を示す。

【0066】

図７（Ａ）と比較して、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）の場合の方が、インピーダンスの変化が小さくなっている。特に、図７（Ｃ）の場合、インピーダンスの変化が非常に小さくなっている。また、設定周波数、すなわち、高周波交流電圧の周波数変調度も、図７（Ａ）と比較して、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）の場合の方が、小さくなる。

【0067】

表２は、第２のシミュレーションにおける、整合器３８の入力端における反射係数を示す。実施形態に係る高周波電源装置１０は、表１に示されるように、ＩＭＤ抑制回路４２を備えることにより、反射係数を小さくすることができる。

【表2】

【0068】

このように、実施形態に係る高周波電源装置１０は、直流パルス電圧に応じてプラズマ発生装置２０の静電容量が変動する場合、ＩＭＤ抑制回路４２を備えることにより、整合器３８の入力端におけるインピーダンスの変化を小さくすることができるとともに、高周波交流電圧の周波数変調度も小さくすることができる。これにより、実施形態に係る高周波電源装置１０は、広帯域で大型な高周波電源装置１０を備えなくてよいので、高周波交流電圧のＩＭＤを効率の良く抑えて、プラズマ発生装置２０に供給することができる。

【0069】

以上、本発明の実施形態は、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。実施形態は、種々の変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0070】

１０ 高周波電源装置、２０ プラズマ発生装置、２２ 交流電力入力端子、２４ パルス電力入力端子、３２ パルス信号発生回路、３４ 高周波電源、３６ ＤＣパルス電源、３８ 整合器、４０ フィルタ、４２ ＩＭＤ抑制回路、５０ 第１インダクタ、７０ 第１キャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】