(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】高周波電源装置及び高周波電力の出力方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240122BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20240122BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240122BHJP
H02M 7/497 20070101ALI20240122BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
H05H1/46 R
H01L21/302 101B
H02M7/497
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019176060
(22)【出願日】2019-09-26
(65)【公開番号】P2021057929
(43)【公開日】2021-04-08
【審査請求日】2022-04-11
(73)【特許権者】
【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】100114557
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 英仁
(74)【代理人】
【識別番号】100078868
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 登夫
(72)【発明者】
【氏名】深野 勝之
(72)【発明者】
【氏名】中森 雄哉
(72)【発明者】
【氏名】板谷 耕司
(72)【発明者】
【氏名】濱石 悟
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２０１６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０１６２６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０９３５３７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０２２１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０９０７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５１６２７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２１４５８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０５Ｈ １／４６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０２Ｍ ７／４９７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波信号を生成する高周波生成部と、該高周波生成部が生成する高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御する制御部と、該制御部により振幅又は位相が制御された高周波信号に基づいて大きさが制御される高周波電力を出力する高周波出力部とを備える高周波電源装置であって、前記制御部は、
制御周期における第１期間においては、前記高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが予め設定された第１レベルとなるように前記高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期における前記第１期間以外の第２期間においては、前記高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが前記第１レベルよりも低い予め設定された第２レベルとなるように前記高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御しているときに、
前記第１期間中の前記第１レベルを異なるレベルに変更する場合、又は、前記第１期間の長さの比を異なる比の目標比に変更する場合は、予め定めた移行周期回数を有する移行期間を設定し、
前記移行期間の前記制御周期の１周期中に前記高周波出力部が出力する高周波電力の平均値が一定になるように、
前記第１レベル及び前記第２レベルのうちの前記第１レベルを異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる比に変化させる制御、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる長さの比に変化させる制御、又は、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を変化させない制御
のいずれかの制御を行い、
更に、前記高周波出力部と負荷とのインピーダンス整合を図る整合器を備え、
前記整合器は、第１期間に関するタイミングが通知された場合に、前記第１期間におけるインピーダンスの整合を図る
高周波電源装置。
【請求項2】
前記高周波生成部が生成する高周波信号は、同一周波数の第１高周波信号及び第２高周波信号を含み、前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにおける前記第１高周波信号と前記第２高周波信号との位相差を制御し、
前記高周波出力部は、
前記第１高周波信号及び前記第２高周波信号それぞれに応じた位相の第１高周波電圧及び第２高周波電圧を生成し、
生成した第１高周波電圧及び第２高周波電圧それぞれに基づく高周波電力を前記位相差に応じた割合で合成する電力合成部を含む
請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにおける前記高周波信号の振幅を制御し、前記高周波出力部は、前記制御部によって振幅が制御された高周波信号に応じた大きさの高周波電力を出力する
請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項4】
前記高周波出力部が出力する高周波電力を検出する電力検出部を更に備え、前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて前記電力検出部が検出する高周波電力の大きさと、現在の変調周期における前記第１レベル及び前記第２レベルとが一致するように、前記振幅又は前記位相を調整する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の高周波電源装置。
【請求項5】
第１高周波信号及び第２高周波信号を生成する高周波生成部と、該高周波生成部が生成する第１高周波信号及び第２高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御する制御部と、該制御部により振幅又は位相が制御された第１高周波信号及び第２高周波信号それぞれに基づいて大きさが制御される高周波電力を出力する第１高周波出力部及び第２高周波出力部とを備える高周波電源装置であって、前記制御部は、
制御周期における第１期間においては、前記第１高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが予め設定された第１レベルとなるように前記第１高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期における前記第１期間以外の第２期間においては、前記第２高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが前記第１レベルよりも低い予め設定された第２レベルとなるように前記第２高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御しているときに、
前記第１期間中の前記第１レベルを異なるレベルに変更する場合、又は、前記第１期間の長さの比を異なる比の目標比に変更する場合は、予め定めた移行周期回数を有する移行期間を設定し、
前記移行期間の前記制御周期の１周期中に前記第１高周波出力部及び第２高周波出力部が出力する高周波電力の和の平均値が一定になるように、
前記第１レベル及び前記第２レベルのうちの前記第１レベルを異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる比に変化させる制御、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる長さの比に変化させる制御、又は、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を変化させない制御
のいずれかの制御を行い、
更に、
前記第１高周波出力部と負荷とのインピーダンス整合を図る第１の整合器と、
前記第２高周波出力部と負荷とのインピーダンス整合を図る第２の整合器と
を備え、
第１の前記整合器は、第１期間に関するタイミングが通知された場合に、前記第１期間におけるインピーダンスの整合を図り、
第２の前記整合器は、第２期間に関するタイミングが通知された場合に、前記第２期間におけるインピーダンスの整合を図る
高周波電源装置。
【請求項6】
高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御し、振幅又は位相が制御された高周波信号に基づいて大きさが制御される高周波電力を高周波出力部から出力する方法であって、制御周期における第１期間においては、前記高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが予め設定された第１レベルとなるように前記高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期における前記第１期間以外の第２期間においては、前記高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが前記第１レベルよりも低い予め設定された第２レベルとなるように前記高周波信号の前記振幅又は前記位相を制御しているときに、
前記第１期間中の前記第１レベルを異なるレベルに変更する場合、又は、前記第１期間の長さの比を異なる比の目標比に変更する場合は、予め定めた移行周期回数を有する移行期間を設定し、
前記移行期間の前記制御周期の１周期中に前記高周波出力部が出力する高周波電力の平均値が一定になるように、
前記第１レベル及び前記第２レベルのうちの前記第１レベルを異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる比に変化させる制御、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を異なる長さの比に変化させる制御、又は、
前記第１レベル及び前記第２レベルをそれぞれ異なるレベルに変化させるとともに、前記第１期間の長さの比を変化させない制御
のいずれかの制御を行い、
前記高周波出力部と負荷とのインピーダンス整合を図る整合器を用いて、第１期間に関するタイミングが通知された場合に、前記第１期間におけるインピーダンスの整合を図る
高周波電力の出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマ処理装置に高周波電力を供給する高周波電源装置及び高周波電力の出力方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイス等の製造に用いられるプラズマ処理装置に高周波電力を供給する方式の一つとして、プラズマの生成に適した比較的高い周波数の高周波電力を第１電源から上部電極に供給し、被処理体におけるプラズマ中のイオンの引き込みに適した比較的低い周波数の高周波電力を第２電源から下部電極に供給する方式がある。
【0003】
例えば、特許文献１には、第１電源の高周波電力を所定周波数でオン／オフ又はハイレベル／ロウレベル（以下、包括的に第１レベル／第２レベルと言う）に振幅偏移変調してプラズマを連続的に生成する時間を短縮することにより、被処理基板に対するチャージングダメージを抑制する技術が考案されている。また、第２電源の高周波電力を第２周波数で第１レベル／第２レベルに変調して被処理基板上の所定の膜のエッチングが進行する時間を断続させることにより、いわゆるマイクロローディング効果を低減して高エッチングレート（時間当たりのエッチング量）でのエッチングが可能になるとされている。
【0004】
一方、プラズマ状態等の処理条件を、いわゆるレシピに従って各処理ステップで順次切り替えることが行われている。例えば、プラズマを間欠的に生成させる場合に、プラズマを生成する高周波電力の大きさを第１レベル／第２レベルに周期的に変調させている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－９０７５９号公報
【文献】特開２０１３－２１４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術によれば、高周波電力が無変調の状態から振幅偏移変調された状態へと不連続に変化したり、高周波電力の大きさが第１レベル及び第２レベルから第３レベル及び第４レベルへと階段状に変化したりすることとなるため、プラズマ中のイオンやラジカルの発生条件が急変してプラズマが不安定になる虞があった。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高周波電力の急変を緩和することが可能な高周波電源装置及び高周波電力の出力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様に係る高周波電源装置は、高周波信号を生成する高周波生成部と、該高周波生成部が生成する高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御する制御部と、該制御部により振幅又は位相が制御された高周波信号に基づいて大きさが制御される高周波電力を出力する高周波出力部とを備える高周波電源装置であって、前記制御部は、前記高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが、制御周期における第１期間に第１レベルとなり、前記制御周期における前記第１期間以外の第２期間に前記第１レベルより低い第２レベルとなるように前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期の長さに対する前記第１期間の長さの比及び前記第２レベルの少なくとも一方を漸減又は漸増させ、前記高周波出力部が出力する高周波電力の平均値が一定になるように、前記少なくとも一方を漸減させる場合は前記第１レベルを漸増させ、前記少なくとも一方を漸増させる場合は前記第１レベルを漸減させる。
【0009】
本発明の一態様に係る高周波電力の出力方法は、高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御し、振幅又は位相が制御された高周波信号に基づいて大きさが制御される高周波電力を出力する方法であって、前記高周波電力の大きさが、制御周期における第１期間に第１レベルとなり、前記制御周期における前記第１期間以外の期間に前記第１レベルより低い第２レベルとなるように前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期の長さに対する前記第１期間の長さの比及び前記第２レベルの少なくとも一方を漸減又は漸増させ、前記高周波電力の平均値が一定になるように、前記少なくとも一方を漸減させる場合は前記第１レベルを漸増させ、前記少なくとも一方を漸増させる場合は前記第１レベルを漸減させる。
【0010】
本態様にあっては、高周波生成部が生成する高周波信号の振幅又は位相を制御部が周期的に制御することにより、振幅又は位相が制御された高周波信号に基づいて高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが第１期間及び第２期間それぞれにて周期的に第１レベル及び該第１レベルより低い第２レベルとなる。制御部は、更に、上記振幅又は位相を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比及び第２レベルのうち、少なくとも一方を漸減又は漸増させ、且つ第１レベルを漸増又は漸減させて高周波出力部が出力する高周波電力の平均値を一定にする。即ち、上記少なくとも一方が漸減された場合は第１レベルが漸増し、上記少なくとも一方が漸増された場合は第１レベルが漸減して、高周波電力の平均値が一定に保たれる。
【0011】
本発明の一態様に係る高周波電源装置は、前記高周波生成部が生成する高周波信号は、同一周波数の第１高周波信号及び第２高周波信号を含み、前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにおける前記第１高周波信号と前記第２高周波信号との位相差を制御し、前記高周波出力部は、前記第１高周波信号及び前記第２高周波信号それぞれに応じた位相の第１高周波電圧及び第２高周波電圧を生成し、生成した第１高周波電圧及び第２高周波電圧それぞれに基づく高周波電力を前記位相差に応じた割合で合成する電力合成部を含む。
【0012】
本態様にあっては、高周波生成部が生成する同一周波数の第１高周波信号と第２高周波信号との位相差を制御部が上記第１期間及び第２期間それぞれにて各別に制御し、位相差が制御された第１高周波信号及び第２高周波信号それぞれに応じた位相の第１高周波電圧及び第２高周波電圧を高周波出力部が生成する。高周波出力部は、更に、生成した第１高周波電圧及び第２高周波電圧それぞれに基づく高周波電力を、第１高周波電圧及び第２高周波電圧の位相差に応じた割合で合成して出力する。これにより、第１高周波電圧及び第２高周波電圧それぞれに基づく高周波電力を第１期間と第２期間とで異なる割合で合成することにより、第１期間及び第２期間それぞれにて出力する高周波電力の大きさを上記第１レベル及び第２レベルに変化させる。
【0013】
本発明の一態様に係る高周波電源装置は、前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにおける前記高周波信号の振幅を制御し、前記高周波出力部は、前記制御部によって振幅が制御された高周波信号に応じた大きさの高周波電力を出力する。
【0014】
本態様にあっては、高周波生成部が生成する高周波信号の振幅を制御部が上記第１期間及び第２期間それぞれにて制御し、振幅が制御された高周波信号に応じた大きさの高周波電力を高周波出力部が生成する。これにより、第１期間及び第２期間それぞれにて出力される高周波電力の大きさが上記第１レベル及び第２レベルに変化する。
【0015】
本発明の一態様に係る高周波電源装置は、前記高周波出力部が出力する高周波電力を検出する電力検出部を更に備え、前記制御部は、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて前記電力検出部が検出する高周波電力の大きさと、現在の変調周期における前記第１レベル及び前記第２レベルとが一致するように、前記振幅又は前記位相を各別に制御する。
【0016】
本態様にあっては、第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部が出力する高周波電力の検出された大きさと、現在の変調周期の第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部が出力すべき高周波電力の目標値である第１レベル及び第２レベルとが一致するように、制御部が上述の振幅又は位相を制御する。これにより、各変調周期にて出力される高周波電力の大きさが正確に調整される。
【0017】
本発明の一態様に係る高周波電源装置は、第１高周波信号及び第２高周波信号を生成する高周波生成部と、該高周波生成部が生成する第１高周波信号及び第２高周波信号の振幅又は位相を周期的に制御する制御部と、該制御部により振幅又は位相が制御された第１高周波信号及び第２高周波信号それぞれに基づいて大きさが制御される高周波電力を出力する第１高周波出力部及び第２高周波出力部とを備える高周波電源装置であって、前記制御部は、前記第１高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが制御周期における第１期間に第１レベルとなり、前記第２高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが前記制御周期における前記第１期間以外の第２期間に前記第１レベルより低い第２レベルとなるように前記振幅又は前記位相を制御し、前記制御周期の長さに対する前記第１期間の長さの比及び前記第２レベルの少なくとも一方を漸減又は漸増させ、前記第１高周波出力部及び前記第２高周波出力部が出力する高周波電力の和の平均値が一定になるように、前記少なくとも一方を漸減させる場合は前記第１レベルを漸増させ、前記少なくとも一方を漸増させる場合は前記第１レベルを漸減させる。
【0018】
本態様にあっては、高周波生成部が生成する第１高周波信号及び第２高周波信号の振幅又は位相を制御部が周期的に制御することにより、振幅又は位相が制御された第１高周波信号及び第２高周波信号それぞれに基づいて第１高周波出力部及び第２高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが第１期間及び第２期間それぞれにて周期的に第１レベル及び該第１レベルより低い第２レベルとなる。制御部は、更に、上記振幅又は位相を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比及び第２レベルのうち、少なくとも一方を漸減又は漸増させ、且つ第１レベルを漸増又は漸減させて高周波出力部が出力する高周波電力の平均値を一定にする。即ち、上記少なくとも一方が漸減された場合は第１レベルが漸増し、上記少なくとも一方が漸増された場合は第１レベルが漸減して、高周波電力の平均値が一定に保たれる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高周波電力の急変を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】実施形態１に係る高周波電源装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】電力合成部の構成例を示す回路図である。
【図3】実施形態１に係る高周波電源装置で第１期間を漸減させる場合の高周波電力を模式的に示す説明図である。
【図4】実施形態１に係る高周波電源装置で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。
【図5】パルス生成部及び高周波生成部それぞれにデューティ比及び位相差を設定する制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図6】変形例１に係る高周波電源装置で第１期間を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓを模式的に示す説明図である。
【図7】変形例１に係る高周波電源装置で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。
【図8】変形例２に係る高周波電源装置で第２レベルを漸減させる場合の高周波電力Ｐｓを模式的に示す説明図である。
【図9】変形例２に係る高周波電源装置で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。
【図10】実施形態２に係る高周波電源装置の構成例を示すブロック図である。
【図11】パルス生成部にデューティ比及びパルスレベルを設定する制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図12】実施形態３に係る高周波電源装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る高周波電源装置１００の構成例を示すブロック図である。高周波電源装置１００は、同一周波数の高周波信号Ｓ１及びＳ２（第１高周波信号及び第２高周波信号に相当）を生成する高周波生成部１と、該高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御する制御部２と、位相が制御された高周波信号Ｓ１及びＳ２に基づいて大きさが調整される高周波電力Ｐｓを出力する高周波出力部３とを備える。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る高周波電源装置１００の構成例を示すブロック図である。高周波電源装置１００は、同一周波数の高周波信号Ｓ１及びＳ２（第１高周波信号及び第２高周波信号に相当）を生成する高周波生成部１と、該高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御する制御部２と、位相が制御された高周波信号Ｓ１及びＳ２に基づいて大きさが調整される高周波電力Ｐｓを出力する高周波出力部３とを備える。
【0022】
高周波電源装置１００は、更に、制御部２が高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御すべきタイミングを通知するパルスを生成するパルス生成部４と、高周波出力部３が出力する高周波電力を検出する電力検出部５とを備える。高周波出力部３が出力する高周波電力は、電力検出部５と、負荷とのインピーダンス整合を図る整合器２００とを介して、プラズマ処理装置等の負荷に供給される。
【0023】
高周波生成部１は、例えばダイレクト・デジタル・シンセサイザで構成され、電圧がｖ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（２πｆｔ＋φ１）で表される高周波信号Ｓ１と、電圧がｖ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（２πｆｔ＋φ２）で表される高周波信号Ｓ２とを生成する。Ａは例えば一定の振幅である。ｆは制御部２から設定される周波数であり、例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の工業用のＲＦ帯（Radio Frequency）の周波数である。高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相差であるφ２－φ１（又はφ１－φ２）は、制御部２から設定された位相差θとなるように調整される。制御部２が位相φ１及びφ２を高周波生成部１に設定する場合は、高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相差がθ＝φ２－φ１（又はφ１－φ２）となるように高周波生成部１が調整すればよい。
【0024】
制御部２は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit ）を有し、予めＲＯＭ（Read Only Memory ）に記憶された制御プログラムに従って各部の動作を制御すると共に、入出力、演算等の処理を行う。一時的に発生した情報はＲＡＭ（Random Access Memory ）に記憶される。ＣＰＵによる各処理の手順を定めたコンピュータプログラムを、不図示の手段を用いて予めＲＡＭにロードし、ロードされたコンピュータプログラムをＣＰＵで実行するようにしてもよいし、制御部２をマイクロコンピュータ又は専用のハードウェア回路で構成してもよい。
【0025】
高周波出力部３は、高周波生成部１が生成した高周波信号Ｓ１及びＳ２それぞれに応じた位相の高周波電圧Ｖ１及びＶ２（第１高周波電圧及び第２高周波電圧に相当）を生成するＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２と、ＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２それぞれが生成した高周波電圧Ｖ１及びＶ２それぞれに基づく高周波電力Ｐ１およびＰ２を合成する電力合成部３３とを有する。ＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２には、直流電源３０から直流電力が供給される。電力合成部３３で合成された高周波電力Ｐｓは、フィルタ回路３４で高調波が除去されて基本波成分が負荷側に出力される。
【0026】
ＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２は、例えばハーフブリッジ型のＤ級アンプと、該Ｄ級アンプの出力に含まれる直流をカットするコンデンサと、Ｄ級アンプの出力に含まれる高調波を除去するＬＣローパスフィルタとで構成される。ＤＣ－ＲＦ変換部３１が生成する高周波電圧Ｖ１は、電圧がｖ（ｔ）＝Ｂｓｉｎ（２πｆｔ＋θ１）で表される。ＤＣ－ＲＦ変換部３２が生成する高周波電圧Ｖ２は、電圧がｖ（ｔ）＝Ｂｓｉｎ（２πｆｔ＋θ２）で表される。Ｂは直流電源３０の電圧に応じた一定の振幅である。高周波電圧Ｖ１及びＶ２の位相差であるθ２－θ１（又はθ１－θ２）は、高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相差θと同等である。
【0027】
電力合成部３３は、高周波電圧Ｖ１及びＶ２それぞれに基づいてＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２から出力される高周波電力Ｐ１及びＰ２を、高周波電圧Ｖ１とＶ２との位相差、即ち高周波信号Ｓ１とＳ２との位相差に応じて合成することにより、出力する高周波電力Ｐｓの大きさを調整する。ここで電力合成部３３について説明する。
【0028】
図２は、電力合成部３３の構成例を示す回路図である。電力合成部３３は、抵抗器Ｒと、１対１の伝送トランスＴｔとを含むハイブリッド回路によって構成されている。電力合成部３３は、２つの入力ポートＮ１及びＮ２と、１つのサムポートＮｓとを有する。入力ポートＮ１には、高周波電圧Ｖ１が印加され、入力ポートＮ２には、高周波電圧Ｖ２が印加される。
【0029】
入力ポートＮ１の一端は、抵抗器Ｒの一端及び伝送トランスＴｔの一方の巻き線の巻き始めである一端に接続されている。伝送トランスＴｔの一方の巻き線の他端は、他方の巻き線の巻き始めである一端及びサムポートＮｓの一端に接続されている。伝送トランスＴｔの他方の巻き線の他端は、抵抗器Ｒの他端及び入力ポートＮ２の一端に接続されている。入力ポートＮ１，Ｎ２及びサムポートＮｓそれぞれの他端は、接地電位に接続されている。
【0030】
サムポートＮｓに接続される負荷のインピーダンスがＲ０／２である場合、抵抗器Ｒの抵抗値を２Ｒ０とすることにより、入力ポートＮ１及びＮ２それぞれの入力インピーダンスがＲ０となることが知られている。詳細については、特開２０１７－２０１６３０号公報に記載されている。従って、入力ポートＮ１及びＮ２それぞれから入力される高周波電力Ｐ１及びＰ２は、高周波電圧Ｖ１及びＶ２を表す上記の電圧式を用いて以下の式（１）及び（２）の通りに表される。
【0031】
Ｐ１＝Ｂ2 ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋θ１）／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｐ２＝Ｂ2 ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋θ２）／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｐ２＝Ｂ2 ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋θ２）／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・（２）
【0032】
上記の公報によれば、高周波電圧Ｖ１及びＶ２それぞれを表す上述の電圧式を用いて入力ポートＮ１及びＮ２に流入する電流と、抵抗器Ｒに流れる電流とが算出される。そして、伝送トランスＴｔの一方の巻線及び他方の巻線に流れる電流が算出され、サムポートＮｓから出力される電流が算出されて、サムポートＮｓから出力される高周波電圧Ｖｓ及び高周波電力Ｐｓそれぞれが以下の式（３）及び（４）の通りに表される。従って、高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ＿ａｖｒは、以下の式（５）で表される。
【0033】
Ｖｓ＝Ｂｃｏｓ（θ／２）・ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ／２）・・・・・・・・・（３）
Ｐｓ＝Ｖｓ2 ／（Ｒ０／２）
＝２Ｂ2 ｃｏｓ2 （θ／２）・ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋θ／２）／Ｒ０・・（４）
Ｐｓ＿ａｖｒ＝Ｂ2ｃｏｓ2 （θ／２）／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・（５）
但し、θ：θ２－θ１
Ｐｓ＝Ｖｓ2 ／（Ｒ０／２）
＝２Ｂ2 ｃｏｓ2 （θ／２）・ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋θ／２）／Ｒ０・・（４）
Ｐｓ＿ａｖｒ＝Ｂ2ｃｏｓ2 （θ／２）／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・（５）
但し、θ：θ２－θ１
【0034】
式（１）、（２）及び（４）を対比することにより、電力合成部３３に入力される高周波電力（Ｐ１＋Ｐ２）のうち、電力合成部３３から出力される高周波電力Ｐｓの割合ηは、以下の式（６）で表される。残りの高周波電力は抵抗器Ｒで消費される。高周波電力Ｐ１及びＰ２を合成する割合ηを先に決めた場合、位相差θは以下の式（７）により求まる。
【0035】
η＝ｃｏｓ2 （θ／２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
θ＝２ａｒｃｃｏｓ（√η）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
θ＝２ａｒｃｃｏｓ（√η）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
【0036】
なお、サムポートＮｓに接続される負荷のインピーダンスがＲo／２と異なる場合であっても、位相差θを０から２πの範囲で変化させることにより、電力合成部３３から出力される高周波電力Ｐｓの大きさを調整することができる。電力合成部３３の構成は図２に示すものに限定されず、例えば、いわゆる９０°ハイブリッド回路を用いて高周波電力Ｐ１及びＰ２を合成するようにしてもよい。以下では、フィルタ回路３４での電力損失を無視して、電力合成部３３が出力する高周波電力Ｐｓが、そのままの大きさで高周波出力部３から出力されるものとして説明する。
【0037】
図１に戻って、パルス生成部４は、例えば汎用のタイマＩＣ又はマイクロコンピュータに内蔵のタイマで構成され、制御部２から設定された周期及びデューティ比を有するパルスを生成する。このパルスの波高値は、いわゆるロジックレベルである。パルスの周期は、制御部２から高周波生成部１に設定される周波数ｆの逆数である周期よりも十分に長い。パルス生成部４は、生成したパルスを制御部２に与えることにより、パルスのオン期間の開始時点及びパルスのオフ期間の開始時点を制御部２に周期的に通知する。
【0038】
便宜上、パルス生成部４に１００％のデューティ比が設定された場合であっても、２つの開始時点が制御部２に通知されるものとする。以下では、パルス生成部４が生成するパルスのオン期間及びオフ期間それぞれを第１期間及び第２期間と言う。また、第１期間及び第２期間の繰り返し周期を制御周期という。
【0039】
電力検出部５は、方向性結合器を含み、高周波出力部３が負荷側へ出力する進行波電力と、負荷側から反射された反射波電力とを検出して検出結果を制御部２にフィードバックする。電力検出部５が進行波電力のみを検出するようにしてもよい。
【0040】
整合器２００は、高周波電源装置１００から独立して高周波出力部３と負荷とのインピーダンスの整合を図ることができるが、高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの大きさが、比較的短い周期で変化する場合は、常時インピーダンスの整合を図るのが困難となる場合がある。そこで、本実施形態１では、整合器２００は、上記の第１期間に重点的にインピーダンスの整合を図るものとする。このため、整合器２００は制御部２から第１期間に関するタイミングが通知される。整合器２００に対してパルス生成部４から直接的に第１期間を示す信号が与えられるようにしてもよい。
【0041】
上述の構成により、制御部２は、負荷に供給される高周波電力Ｐｓの大きさを第１期間及び第２期間それぞれにて第１レベル及び第２レベルに周期的に変化させることができる。制御部２は、第１期間及び第２期間それぞれの開始時点が通知されるようにするために、パルス生成部４に対してパルスの周期及びデューティ比を設定する。デューティ比は、第１期間及び第２期間の繰り返し周期、即ち制御周期に対する第１期間の比である。これにより、パルス生成部４は、例えば割込により、第１期間の開始時点及び第２期間の開始時点を制御部２に周期的に通知する。
【0042】
パルス生成部４から第１期間及び第２期間それぞれの開始時点が通知された場合、制御部２は、電力合成部３３から出力される高周波電力Ｐｓの大きさが第１レベル及び第２レベルとなるように、高周波生成部１に相異なる位相差を設定する。ここで制御部２が設定する位相差と、高周波電力Ｐｓの第１レベル及び第２レベルとの関係は、予め式（５）及び（７）に基づいて算出して不図示の記憶部に記憶するようにしてもよいし、設定の都度算出するようにしてもよい。具体的には、式（５）で表される高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ＿ａｖｒの最大値（Ｂ2／Ｒ０）に対する第１レベル及び第２レベルそれぞれの割合ηを算出し、算出した２つのηに対する位相差θを式（７）に基づいて各別に算出する。高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ＿ａｖｒの最大値は、実測によって求めてもよい。
【0043】
制御部２が高周波生成部１に位相差θを設定した場合、ＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２それぞれが出力する高周波電力Ｐ１及びＰ２は、電力合成部３３にてθに応じた割合ηで合成されて負荷に供給される。これにより、負荷に供給される高周波電力Ｐｓは、第１期間及び第２期間それぞれにて第１レベル及び第２レベルとなるように調整されるが、実際の高周波電力Ｐ１及びＰ２の大きさは、上述の式（１）及び（２）で表されるように負荷のインピーダンス（Ｒ０／２）の変動の影響を受ける。また、電力合成部３３の入力インピーダンスとＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２の出力インピーダンス、並びに電力合成部３３の出力インピーダンスと負荷のインピーダンスについても必ずしも整合がとれているとは限らない。この結果、電力合成部３３における合成の割合ηも式（６）で算出される値とは異なる値となる。
【0044】
そこで、第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部３から負荷に供給される高周波電力Ｐｓが目標の第１レベル及び第２レベルに近づくように、フィードバック制御を行ってもよい。具体的に制御部２は、第１期間及び第２期間それぞれにて電力検出部５からフィードバックされた進行波電力（又は進行波電力と反射電力の差分）の検出結果と、目標の第１レベル及び第２レベルとの偏差を各別に算出し、算出した偏差がゼロに近づくように高周波生成部１に設定する位相差θを増減する制御を行う。より具体的なフィードバック制御については種々公知の方法が存在するため、ここでの説明を省略する。
【0045】
上記のフィードバック制御に際し、電力検出部５から進行波電力の検出結果がフィードバックされる場合は、負荷で消費される電力が目標の第１レベル及び第２レベルよりも反射波電力の分だけ少なくなるように制御される。また、電力検出部５から進行波電力と反射電力の差分の検出結果がフィードバックされる場合は、実際に負荷で消費される電力が目標の第１レベル及び第２レベルとなるように制御される。フィードバック制御の応答が比較的遅い場合は、例えば、電力検出部５からフィードバックされた検出結果の平均値と、目標の第１レベル及び第２レベルの平均値とが一致するように、制御部２が第１期間及び第２期間それぞれにて設定する位相差θを、１又は複数の制御周期毎に一括的に決定して制御するようにしてもよい。
【0046】
前述したように、高周波出力部３から負荷に供給される高周波電力Ｐｓの大きさが第１レベル及び第２レベルから、該第１レベル及び第２レベルとは全く異なるレベルに急激に変化した場合は、プラズマが不安定になる虞がある。第１期間のデューティ比が急激に変化する場合についても同様の虞がある。そこで、本実施形態１にあっては、第１期間のデューティ比を変化させる場合、デューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる。これにより、第１期間のデューティ比の時間変化と、第１レベルの時間変化とが滑らかになり、且つ高周波出力部３から負荷に供給される高周波電力Ｐｓの平均値が一定に維持されて、プラズマが安定に保たれる。
【0047】
図３は、実施形態１に係る高周波電源装置１００で第１期間を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓを模式的に示す説明図である。図３に示す２つの図は、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてある。上段の図は第１期間及び第２期間を含む制御周期が第１期間から始まる場合を例示し、下段の図は制御周期が第２期間から始まる場合を例示している。制御周期はＴとし、第１期間のデューティ比を制御周期毎に７５％、５０％、２５％と漸減させ、これに併せて第１レベルを１１６７Ｗ、１５００Ｗ、２５００Ｗと漸増させる。
【0048】
上段の図に示す第１期間及び下段の図に示す第２期間は、パルス生成部４が生成するパルスのオン期間に対応している。制御部２は、例えばパルス生成部４に設定するデューティ比を漸減させることにより、パルス生成部４から通知されるタイミングに同期して、上段の図の第１期間を漸減させる。なお、デューティ比を漸減させる際のステップ幅は２５％に限定されず、より細かいステップ幅で漸減させてもよいし、同じデューティ比を複数周期だけ継続させた後により小さいデューティ比に減少させるようにしてもよい。デューティ比の減少率が直線的でなくてもよい。本実施形態１では、第２レベルは６００Ｗに固定されている。
【0049】
例えば、上段の図において、第１の制御周期、第２の制御周期及び第３の制御周期それぞれにおける高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ１、Ｐｓ２及びＰｓ３は、以下の式（８）、（９）及び（１０）の通りとなる。単位はＷであり、小数点以下を四捨五入してある。各式にて減算している「１００」の値は、第２期間における反射電力の想定値である。第１期間ではインピーダンスの整合が図られているものとしている。
【0050】
Ｐｓ１＝１１６７×０．７５＋（６００－１００）×０．２５＝１０００・・（８）
Ｐｓ２＝１５００×０．５０＋（６００－１００）×０．５０＝１０００・・（９）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１０）
Ｐｓ２＝１５００×０．５０＋（６００－１００）×０．５０＝１０００・・（９）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１０）
【0051】
下段の図においては、各制御周期が第２期間から始まるという違いがあるだけであって、各制御周期における高周波電力Ｐｓの平均値は、上段の図の場合と同様である。なお、図３では、第１期間のデューティ比を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓの時間変化について説明したが、第１期間のデューティ比を漸増させる場合は、時間軸の向きを逆にした図で表される。この場合は、第１期間のデューティ比の漸増に伴って第１レベルを漸減させることとなる。
【0052】
図４は、実施形態１に係る高周波電源装置１００で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。この図表の内容がテーブルとして不図示の記憶部に記憶されている。テーブルには、第１レベル及び第２レベルそれぞれについて、デューティ比が１００％，７５％，５０％，２５％の場合の電力（Ｗ）と位相差と振幅（相対値）とが記憶されている。第１レベル及び第２レベルそれぞれの電力は、図３に示す電力と対応している。図４に示すパルスレベルは、電力の大きさに対応するパルス状の電圧信号のレベルの相対値を示すものであり、後述する実施形態２及び３で用いる。
【0053】
例えば、電力合成部３３で合成された高周波電力Ｐｓの最大値が２５００Ｗである場合、位相差θ１４はゼロであり、位相差θ１３は、式（６）より１５００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。同様に、位相差θ１２は１１６７／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ１１は１０００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。位相差θ２２からθ２４は、６００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。デューティ比が１００％の場合、第１レベル及び第２レベルという２レベルが存在することはないが、便宜上どちらのレベルも１０００Ｗとして位相差及び振幅が記憶されている。以下では、図４に示す図表に対応するテーブルを参照して位相差θを制御する方法について、フローチャートを用いて説明する。
【0054】
図５は、パルス生成部４及び高周波生成部１それぞれにデューティ比及び位相差を設定する制御部２の処理手順を示すフローチャートである。図中のＰａ及びＰｔは、図４に示す図表の各列の内容を記憶する領域の先頭アドレスを示すポインタ（以下、単に列のポインタと言う）である。即ち、各列の内容を配列と見做す場合、Ｐａ及びＰｔは配列のアドレスを示すポインタである。Ｐａは現在参照している列の先頭アドレス示し、Ｐｔは最終的に目標とする列の先頭アドレスを示すものである。ΔＰは各列の先頭アドレス間の距離を示す差分である。制御部２は、現在の列のポインタＰａ及び目標の列のポインタＰｔを記憶している。
【0055】
図３に示すように第１期間のデューティ比を漸減させる場合、制御部２は、最終的に目標とするデューティ比である２５％に対応する列のポインタをＰｔに設定し、隣り合う列間の距離（正の値）をΔＰに設定して図５に示す処理を起動する。Ｐａの初期値は、１００％のデューティ比に対応する列のポインタである。上記とは逆に第１期間のデューティ比を漸増させる場合、制御部２は、目標とする新たなデューティ比に対応する列のポインタをＰｔに設定する際に、隣り合う列間の距離の符号を反転した値（負の値）をΔＰに設定する。
【0056】
図５の処理が起動された場合、制御部２は、目標とするデューティ比に対応する列のポインタＰｔを不図示の記憶部に一時的に記憶する（Ｓ１１）。次いで、制御部２は、現在の列のポインタＰａにΔＰを加算する（Ｓ１２）。これにより、ΔＰが正の値である場合は、Ｐａが示す列が１段階だけデューティ比が小さい隣の列となり、ΔＰが負の値である場合は、Ｐａが示す列が１段階だけデューティ比が大きい隣の列となる。
【0057】
その後、制御部２は、ポインタＰａにより図４に示す図表に対応するテーブルを参照し（Ｓ１３）、Ｐａが示す列の内容からデューティ比を読み出す（Ｓ１４）。制御部２は、読み出したデューティ比をパルス生成部４に設定する（Ｓ１５）。ここで設定されたデューティ比は、現在の制御周期に続く次の制御周期に反映される。パルス生成部４には、初期化処理にて制御周期が設定されているものとする。次いで、制御部２は、Ｐａが示す列の内容から第１レベル及び第２レベルそれぞれに対応する位相差を読み出す（Ｓ１６）。
【0058】
その後、制御部２は、パルス生成部４から第１期間の立ち上がりが通知されたか否かを判定し（Ｓ１７）、通知されていない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、立ち上がりが通知されるまで待機する。第１期間の立ち上がりが通知された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１６で予め読み出した位相差のうち、第１レベルに対応する位相差を高周波生成部１に設定する（Ｓ１８）。
【0059】
その後、制御部２は、パルス生成部４から第２期間の立ち上がりが通知されたか否かを判定し（Ｓ１９）、通知されていない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、立ち上がりが通知されるまで待機する。第２期間の立ち上がりが通知された場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１６で予め読み出した位相差のうち、第２レベルに対応する位相差を高周波生成部１に設定する（Ｓ２０）。
【0060】
その後、制御部２は、現在の列のポインタＰａが目標の列のポインタＰｔと一致するか否かを判定し（Ｓ２１）、一致する場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、以後は第１レベル及び第２レベルそれぞれに対応する位相差を周期的に設定するために、ステップＳ１７に処理を移す。一方、ＰａがＰｔと一致しない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、制御部２は、ステップＳ２１で記憶したＰｔに変更があるか否かを判定する（Ｓ２２）。
【0061】
Ｐｔに変更がない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、第１期間のデューティ比の漸減又は漸増が完了していないので、制御部２は、現在の列のポインタＰａを１つ進めるためにステップＳ１２に処理を移す。一方、Ｐｔに変更がある場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、目標とする列のポインタが変更されたので、制御部２は、第１期間のデューティ比の漸減又は漸増のシーケンスを最初から再開するために、ステップＳ１１に処理を移す。
【0062】
以上の図５に示す制御部２の処理手順は、図３の上段に示すような第１レベルが第２レベルよりも先に変化する場合に対応するものであった。図３の下段に示すような第２レベルが第１レベルよりも先に変化する場合の制御部２の処理手順については、図４に示す図表に対応するテーブルと、図５に示す処理手順の一部を変更すればよい。具体的には、先ずテーブルの各列に記憶するデューティ比を、第１期間のデューティ比ではなく、第２期間のデューティ比とする。
【0063】
これにより、図５のステップＳ１５では第２期間のデューティ比がパルス生成部４に設定されるため、１つの制御周期にて第２期間の開始時点が先に通知される。従って、制御部２は、図５のステップＳ１７にて第２期間の立ち上がりを待ち受け、ステップＳ１８にて第２レベルに対応する位相差を高周波生成部１に設定し、ステップＳ１９にて第１期間の立ち上がりを待ち受け、ステップＳ２０にて第１レベルに対応する位相差を高周波生成部１に設定すればよい。
【0064】
以上のように本実施形態１によれば、高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御部２が周期的に制御することにより、位相が制御された高周波信号Ｓ１及びＳ２に基づいて高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの大きさが第１期間及び第２期間それぞれにて周期的に第１レベル及び該第１レベルより低い第２レベルとなる。制御部２は、更に、上記位相を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比を漸減させ、且つ第１レベルを漸増させて、高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの平均値を一定にする。従って、高周波電力Ｐｓの急変を緩和することが可能となる。
【0065】
また、実施形態１によれば、高周波生成部１が生成する同一周波数の高周波信号Ｓ１と高周波信号Ｓ２との位相差θを制御部２が上記第１期間及び第２期間それぞれにて各別に制御し、位相差θが制御された高周波信号Ｓ１及び高周波信号Ｓ２それぞれに応じた位相の高周波電圧Ｖ１及び高周波電圧Ｖ２を、高周波出力部３に含まれるＤＣ－ＲＦ変換部３１及び３２が生成する。高周波出力部３は、更に、生成した高周波電圧Ｖ１及び高周波電圧Ｖ２それぞれに基づく高周波電力Ｐ１及びＰ２を、高周波電圧Ｖ１及び高周波電圧Ｖ２の位相差θに応じた割合で合成して出力する。従って、高周波電圧Ｖ１及び高周波電圧Ｖ２それぞれに基づく高周波電力Ｐ１及びＰ２を第１期間と第２期間とで異なる割合で合成することにより、第１期間及び第２期間それぞれにて出力する高周波電力Ｐｓの大きさを上記第１レベル及び第２レベルに変化させることができる。
【0066】
更に、実施形態１によれば、第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓについて電力検出部５で検出された大きさと、現在の変調周期の第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部３が出力すべき高周波電力Ｐｓの目標値である第１レベル及び第２レベルとが一致するように、制御部２が上述の位相を各別に制御する。従って、各変調周期にて高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの大きさを正確に調整することができる。
【0067】
（変形例１）
実施形態１は、第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態であるのに対し、変形例１は、第１期間のデューティ比及び第２レベルを共に漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態である。変形例１に係る高周波電源装置のブロック構成は、実施形態１の図１に示す高周波電源装置１００と同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
実施形態１は、第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態であるのに対し、変形例１は、第１期間のデューティ比及び第２レベルを共に漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態である。変形例１に係る高周波電源装置のブロック構成は、実施形態１の図１に示す高周波電源装置１００と同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
【0068】
図６は、変形例１に係る高周波電源装置１００で第１期間を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓを模式的に示す説明図である。図６に示す２つの図は、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてある。上段の図は第１期間及び第２期間を含む制御周期が第１期間から始まる場合を例示し、下段の図は制御周期が第２期間から始まる場合を例示している。第１期間のデューティ比を制御周期毎に７５％、５０％、２５％と漸減させ、これに併せて第１レベルを１１６７Ｗ、１５００Ｗ、２５００Ｗと漸増させると共に、第２レベルを９３３Ｗ、７６６Ｗ、６００Ｗと漸減させる。
【0069】
例えば、上段の図において、第１の制御周期、第２の制御周期及び第３の制御周期それぞれにおける高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ１、Ｐｓ２及びＰｓ３は、以下の式（１１）、（１２）及び（１３）の通りとなる。単位はＷであり、小数点以下を四捨五入してある。
【0070】
Ｐｓ１＝１０５６×０．７５＋（９３３－１００）×０．２５＝１０００・・（１１）
Ｐｓ２＝１３３３×０．５０＋（７６６－１００）×０．５０＝１０００・・（１２）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１３）
Ｐｓ２＝１３３３×０．５０＋（７６６－１００）×０．５０＝１０００・・（１２）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１３）
【0071】
下段の図においては、各制御周期が第２期間から始まるという違いがあるだけであって、各制御周期における高周波電力Ｐｓの平均値は、上段の図の場合と同様である。なお、図６では、第１期間のデューティ比を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓの時間変化について説明したが、第１期間のデューティ比を漸増させる場合は、時間軸の向きを逆にした図で表される。この場合は、第１期間のデューティ比の漸増に伴って第１レベルを漸減させると共に第２レベルを漸増させることとなる。
【0072】
図７は、変形例１に係る高周波電源装置１００で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。この図表の内容が記憶されているテーブルには、第１レベル及び第２レベルそれぞれについて、デューティ比が１００％，７５％，５０％，２５％の場合の電力（Ｗ）と位相差と振幅（相対値）とが記憶されている。第１レベル及び第２レベルそれぞれの電力は、図６に示す電力と対応している。
【0073】
例えば、電力合成部３３で合成された高周波電力Ｐｓの最大値が２５００Ｗである場合、位相差θ３４はゼロであり、位相差θ３３は、式（６）より１３３３／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。同様に、位相差θ３２は１０５６／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ３１は１０００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。また、位相差θ４４は、６００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ４３は７６６／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ４２は９３３／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。
【0074】
高周波生成部１に周期的に位相差を設定する制御部２の処理手順を示すフローチャートは、実施形態１に示すものと全く同一であるため、図示及びその説明を省略する。
【0075】
以上のように本変形例１によれば、制御部２は、高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比を漸減させ、且つ第１レベルを漸増させると共に第２レベルを漸減させて、高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの平均値を一定にする。従って、高周波電力Ｐｓの急変を緩和することが可能となる。
【0076】
（変形例２）
実施形態１は、第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態であるのに対し、変形例２は、第２レベルを漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態である。変形例２に係る高周波電源装置のブロック構成は、実施形態１の図１に示す高周波電源装置１００と同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
実施形態１は、第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態であるのに対し、変形例２は、第２レベルを漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる形態である。変形例２に係る高周波電源装置のブロック構成は、実施形態１の図１に示す高周波電源装置１００と同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
【0077】
図８は、変形例２に係る高周波電源装置１００で第２レベルを漸減させる場合の高周波電力Ｐｓを模式的に示す説明図である。図８に示す２つの図は、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてある。上段の図は第１期間及び第２期間を含む制御周期が第１期間から始まる場合を例示し、下段の図は制御周期が第２期間から始まる場合を例示している。第１期間のデューティ比を２５％に固定し、第１レベルを１３７５Ｗ、１７５０Ｗ、２１２５Ｗ、２５００Ｗと漸増させると共に、第２レベルを９７５Ｗ、８５０Ｗ、７２５Ｗ、６００Ｗと漸減させる。
【0078】
例えば、上段の図において、第１の制御周期、第２の制御周期及び第３の制御周期それぞれにおける高周波電力Ｐｓの平均値Ｐｓ１、Ｐｓ２及びＰｓ３は、以下の式（１４）、（１５）及び（１６）の通りとなる。単位はＷである。
【0079】
Ｐｓ１＝１３７５×０．２５＋（９７５－１００）×０．７５＝１０００・・（１４）
Ｐｓ２＝１７５０×０．２５＋（８５０－１００）×０．７５＝１０００・・（１５）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１６）
Ｐｓ２＝１７５０×０．２５＋（８５０－１００）×０．７５＝１０００・・（１５）
Ｐｓ３＝２５００×０．２５＋（６００－１００）×０．７５＝１０００・・（１６）
【0080】
下段の図においては、各制御周期が第２期間から始まるという違いがあるだけであって、各制御周期における高周波電力Ｐｓの平均値は、上段の図の場合と同様である。なお、図８では、第１期間のデューティ比を漸減させる場合の高周波電力Ｐｓの時間変化について説明したが、第１期間のデューティ比を漸増させる場合は、時間軸の向きを逆にした図で表される。この場合は、第１期間のデューティ比の漸増に伴って第１レベルを漸減させると共に第２レベルを漸増させることとなる。
【0081】
図９は、変形例２に係る高周波電源装置１００で用いられるデューティ比と位相差の対応関係を示す図表である。この図表の内容が記憶されているテーブルには、第１レベル及び第２レベルそれぞれについて、デューティ比が一律に２５％の場合の電力（Ｗ）と位相差と振幅（相対値）とが記憶されている。第１レベル及び第２レベルそれぞれの電力は、図８に示す電力と対応している。
【0082】
例えば、電力合成部３３で合成された高周波電力Ｐｓの最大値が２５００Ｗである場合、位相差θ５５はゼロであり、位相差θ５４は、式（６）より２１２５／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。同様に、位相差θ５３は１７５０／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ５２は１３７５／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであ、位相差θ５１は１０００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。また、位相差θ６５は、６００／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ６４は７２５／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。位相差θ６３は８５０／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθであり、位相差θ６２は９７５／２５００＝ｃｏｓ2 （θ／２）を満たすθである。
【0083】
高周波生成部１に周期的に位相差を設定する制御部２の処理手順を示すフローチャートは、実施形態１に示すものと全く同一であるため、図示及びその説明を省略する。
【0084】
以上のように本変形例２によれば、制御部２は、高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を周期的に制御する間に、第１レベルを漸増させ、且つ第２レベルを漸減させて、高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの平均値を一定にする。従って、高周波電力Ｐｓの急変を緩和することが可能となる。
【0085】
（実施形態２）
実施形態１は、高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御部２が周期的に制御し、位相が制御された高周波信号Ｓ１及びＳ２に基づいて高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの大きさが、周期的に第１レベル及び第２レベルとなる形態であった。これに対し、実施形態２は、高周波生成部が生成する高周波信号の振幅を制御部が周期的に制御し、振幅が制御された高周波信号に基づいて高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが、周期的に第１レベル及び第２レベルとなる形態である。
実施形態１は、高周波生成部１が生成する高周波信号Ｓ１及びＳ２の位相を制御部２が周期的に制御し、位相が制御された高周波信号Ｓ１及びＳ２に基づいて高周波出力部３が出力する高周波電力Ｐｓの大きさが、周期的に第１レベル及び第２レベルとなる形態であった。これに対し、実施形態２は、高周波生成部が生成する高周波信号の振幅を制御部が周期的に制御し、振幅が制御された高周波信号に基づいて高周波出力部が出力する高周波電力の大きさが、周期的に第１レベル及び第２レベルとなる形態である。
【0086】
図１０は、実施形態２に係る高周波電源装置１００ｂの構成例を示すブロック図である。高周波電源装置１００ｂは、高周波信号Ｓｍを生成する高周波生成部１ｂと、該高周波生成部１ｂが生成する高周波信号Ｓｍの振幅を制御する制御部２ｂと、振幅が制御された高周波信号Ｓｍに応じた大きさの高周波電力Ｐｏを出力する高周波出力部９とを備える。高周波電源装置１００ｂは、更に、高周波出力部９が出力する高周波電力Ｐｏを検出する電力検出部５を備える。高周波出力部９が出力する高周波電力Ｐｏは、電力検出部５と、負荷とのインピーダンス整合を図る整合器２００とを介して負荷に供給される。実施形態１に対応する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0087】
高周波生成部１ｂは、高周波の連続信号Ｓ０を発振する高周波発振部６と、該高周波発振部６が発振した連続信号Ｓ０を変調するための矩形波状のパルス信号Ｖｐを生成するパルス生成部７と、高周波発振部６が発振した連続信号Ｓ０及びパルス生成部７が生成したパルス信号Ｖｐを乗算して連続信号Ｓ０の振幅を変調する乗算器８とを有する。矩形波状の信号とは、階段状の立ち上がり及び立ち下がりを有し、且つ立ち上がり前及び立ち下がり後のレベルが必ずしもゼロレベルではない信号である。ここでは、矩形波状の信号も広義のパルス信号とみなし、信号の立ち上がりから立ち下がりまでをオン期間とする。
【0088】
制御部２ｂはＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、ハードウェア的には実施形態１の図１に示す制御部２と同様に構成されている。一方、ソフトウェア的には、制御部２がパルス生成部４にデューティ比を、高周波生成部１に位相差θをそれぞれ周期的に設定するのに対し、制御部２ｂは、パルス生成部７にデューティ比及び２つのパルスレベルを周期的に設定する。詳細については後述する。
【0089】
高周波発振部６は、例えばダイレクト・デジタル・シンセサイザで構成され、電圧がｖ（ｔ）＝Ａ０ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）で表される高周波の連続信号Ｓ０を発振して乗算器８の一方の乗算入力に入力する。Ａ０は一定の振幅である。φは初期位相である。ｆは制御部２ｂから設定される周波数であり、例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の工業用のＲＦ帯の周波数である。
【0090】
パルス生成部７は、例えばダイレクト・デジタル・シンセサイザで構成され、制御部２ｂから設定された周期、デューティ比及び２つのパルスレベルに従い、ハイレベル及びロウレベルを有するパルス信号Ｖｐを生成して乗算器８の他方の乗算入力に入力する。パルス信号Ｖｐの周期は、制御部２ｂから高周波発振部６に設定される周波数ｆの逆数である周期よりも十分に長い。パルス生成部７は、生成したパルス信号Ｖｐがハイレベルである期間の開始時点及びロウレベルである期間の開始時点を制御部２ｂに周期的に通知する。
【0091】
便宜上、パルス生成部７に１００％のデューティ比が設定された場合であっても、２つの開始時点が制御部２ｂに通知されるものとする。以下では、パルス生成部７が生成するパルス信号Ｖｐがハイレベル及びロウレベルのそれぞれである期間を第１期間及び第２期間と言う。また、第１期間及び第２期間の繰り返し周期を制御周期という。
【0092】
乗算器８は、例えばアナログ乗算器又はデジタル変調器で構成され、２つの乗算入力に入力された高周波の連続信号Ｓ０の瞬時値とパルス信号Ｖｐの瞬時値との乗算処理を行うことにより、高周波の連続信号Ｓ０を振幅偏移変調した高周波信号Ｓｍを出力する。パルス信号Ｖｐの信号レベルが一定の基準レベルＬｒでデューティ比が１００％である場合、乗算器８が出力する高周波信号Ｓｍは、上記の連続信号Ｓ０を表す電圧式を用いて以下の式（１７）の通りに表される。
【0093】
Ｓｍ＝Ｌｒ・Ｂ０ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ）・・・・・・・・・・・・・・・・（１７）
但し、Ｂ０：一定の振幅
但し、Ｂ０：一定の振幅
【0094】
高周波出力部９は、リニアアンプで構成され、乗算器８からの（即ち高周波生成部１ｂからの）高周波信号Ｓｍを直線的に増幅して高周波電圧Ｖｏを出力する。これにより、高周波電圧Ｖｏに応じた大きさの高周波電力Ｐｏが負荷側に供給される。高周波出力部９から負荷側を見たインピーダンスは、実施形態１と同様にＲ０／２とする。パルス信号Ｖｐの信号レベルが一定の基準レベルＬｒである場合、高周波出力部９が出力する高周波電力Ｐｏは、式（１７）を用いて以下の式（１８）の通りに表される。この場合、高周波電力Ｐｏの平均値Ｐｏ＿ａｖｒは、以下の式（１９）の通り、基準レベルＬｒの二乗に比例するように表される。
【0095】
Ｐｏ＝（Ｇ・Ｌｒ・Ｂ０）2 ｓｉｎ2 （２πｆｔ＋φ）／（Ｒ０／２）・・・（１８）
Ｐｏ＿ａｖｒ＝（Ｇ・Ｌｒ・Ｂ０）2 ／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・・（１９）
但し、Ｇ：高周波出力部９の増幅率
Ｐｏ＿ａｖｒ＝（Ｇ・Ｌｒ・Ｂ０）2 ／Ｒ０・・・・・・・・・・・・・・・（１９）
但し、Ｇ：高周波出力部９の増幅率
【0096】
上述の構成により、制御部２ｂは、負荷に供給される高周波電力Ｐｏの大きさを第１期間及び第２期間それぞれにて第１レベル及び第２レベルに周期的に変化させることができる。制御部２ｂは、第１期間及び第２期間それぞれの開始時点が通知されるようにするために、パルス生成部７に対してパルス信号Ｖｐの周期及びデューティ比を設定する。デューティ比は、第１期間及び第２期間の繰り返し周期、即ち制御周期に対する第１期間の比である。これにより、パルス生成部７は、例えば割込により、第１期間の開始時点及び第２期間の開始時点を制御部２ｂに周期的に通知する。
【0097】
パルス生成部７から第１期間及び第２期間それぞれの開始時点が通知された場合、制御部２ｂは、高周波出力部９から出力される高周波電力Ｐｏの大きさが第１レベル及び第２レベルとなるように、パルス生成部７に相異なるパルスレベルを設定する。第１期間及び第２期間それぞれの開始時点でパルス生成部７に設定されたパルスレベルは、パルス生成部７が生成するパルス信号Ｖｐのオン期間及びオフ期間の信号レベルに反映される。そして、これらの信号レベルに基づいて高周波電力Ｐｏの大きさが第１レベル及び第２レベルとなる。
【0098】
ここで制御部２ｂが設定するパルスレベルと、第１レベル及び第２レベルとの関係は、予め式（１９）に基づいて算出して不図示の記憶部に記憶するようにしてもよいし、設定の都度算出するようにしてもよい。具体的には、式（１９）で表される高周波電力Ｐｏの平均値Ｐｏ＿ａｖｒに対する第１レベル及び第２レベルそれぞれの倍率を算出し、算出した２つの倍率それぞれの平方根に上記の基準レベルＬｒを乗じてハイレベル及びロウレベルのパルスレベルを算出する。パルス信号Ｖｐの信号レベルが一定の基準レベルＬｒである場合の高周波電力Ｐｏの平均値Ｐｏ＿ａｖｒは、実測によって求めてもよい。
【0099】
第１期間及び第２期間それぞれにて高周波出力部９から負荷に供給される高周波電力Ｐｏが目標の第１レベル及び第２レベルに近づくように、フィードバック制御を行うことができるのは、実施形態１の場合と同様である。また、第１レベル又は第２レベルを変化させる際に、併せて第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させたりしてプラズマの安定を保つようにするのも、実施形態１、変形例１及び変形例２の場合と同様である。
【0100】
例えば、第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる場合は、実施形態１の図４に示す図表を用い、デューティ比の変化に応じてパルス生成部７に設定するパルスレベルを変化させる。この場合、第１期間は、パルス生成部７が生成する矩形波状のパルス信号Ｖｐのオン期間に対応している。制御部２は、例えばパルス生成部７に設定するデューティ比を漸減させることにより、パルス生成部７から通知されるタイミングに同期して第１期間を漸減させることができる。
【0101】
同様に、第１期間のデューティ比及び第２レベルを共に漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる場合は、変形例１の図７に示す図表を用い、デューティ比の変化に応じてパルス生成部７に設定するパルスレベルを変化させる。また、第２レベルを漸減（又は漸増）させ、併せて第１レベルを漸増（又は漸減）させる場合は、変形例２の図９に示す図表を用い、目標の第２レベルに向けてパルス生成部７に設定するパルスレベルを漸減（又は漸増）させ、且つ目標の第１レベルに向けてパルス生成部７に設定するパルスレベルを漸増（又は漸現）させる。
【0102】
なお、図４、図７及び図９では、第１レベルが１０００Ｗのときのパルスレベルを基準レベルＬｒとし、１０００Ｗに対する第１レベル及び第２レベルそれぞれの倍率の平方根を、基準レベルＬｒに対する相対的なパルスレベルとしてある。以下では、図４、図７及び図９に示す図表に対応するテーブルを参照してパルスレベルを制御する方法について、フローチャートを用いて説明する。
【0103】
図１１は、パルス生成部７にデューティ比及びパルスレベルを設定する制御部２ｂの処理手順を示すフローチャートである。図中のステップＳ３６、Ｓ３８及びＳ４０を除くステップＳ３１からＳ４２までは、実施形態１の図１１に示すステップＳ１１からＳ２２までに対応しており、処理内容は同様である。従って、ステップＳ３６、Ｓ３８及びＳ４０を中心に説明する。
【0104】
図１１の処理が起動されてステップＳ３１からＳ３５までの処理を終えた場合、制御部２ｂは、Ｐａが示す列の内容から第１レベル及び第２レベルそれぞれに対応するパルスレベルを読み出す（Ｓ３６）。その後、制御部２ｂは、パルス生成部７から第１期間の立ち上がりが通知されたか否かを判定し（Ｓ３７）、通知されていない場合（Ｓ３７：ＮＯ）、立ち上がりが通知されるまで待機する。第１期間の立ち上がりが通知された場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、制御部２ｂは、ステップＳ３６で予め読み出したパルスレベルのうち、第１レベルに対応するパルスレベルをパルス生成部７１に設定する（Ｓ３８）。
【0105】
その後、制御部２ｂは、パルス生成部７から第２期間の立ち上がりが通知されたか否かを判定し（Ｓ３９）、通知されていない場合（Ｓ３９：ＮＯ）、立ち上がりが通知されるまで待機する。第２期間の立ち上がりが通知された場合（Ｓ３９：ＹＥＳ）、制御部２ｂは、ステップＳ３６で予め読み出したパルスレベルのうち、第２レベルに対応するパルスレベルをパルス生成部７に設定する（Ｓ４０）。以下は実施形態１の場合と同様である。
【0106】
以上のように本実施形態２によれば、高周波生成部１ｂが生成する高周波信号Ｓｍの振幅を制御部２ｂが周期的に制御することにより、振幅が制御された高周波信号Ｓｍに基づいて高周波出力部９が出力する高周波電力Ｐｏの大きさが第１期間及び第２期間それぞれにて周期的に第１レベル及び該第１レベルより低い第２レベルとなる。制御部２ｂは、更に、上記振幅を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比及び第２レベルのうち、少なくとも一方を漸減又は漸増させ、且つ第１レベルを漸増又は漸減させて高周波出力部９が出力する高周波電力Ｐｏの平均値を一定にする。従って、高周波電力Ｐｏの急変を緩和することが可能となる。
【0107】
また、実施形態２によれば、高周波生成部１ｂが生成する高周波信号Ｓｍの振幅を制御部２ｂが第１期間及び第２期間それぞれにて制御し、振幅が制御された高周波信号Ｓｍに応じた大きさの高周波電力Ｐｏを高周波出力部９が生成する。従って、第１期間及び第２期間それぞれにて出力する高周波電力Ｐｏの大きさを第１レベル及び第２レベルに変化させることができる。
【0108】
（実施形態３）
実施形態２は、１つの高周波出力部９が第１レベル及び第２レベルに振幅偏移変調された高周波電力Ｐｏを負荷に供給する形態であった。これに対し、実施形態３は、一の高周波出力部（第１高周波出力部に相当）９が第１期間だけ第１レベルの高周波電力Ｐｏ１を負荷に供給し、他の高周波出力部（第２高周波出力部に相当）９が第２期間だけ第２レベルの高周波電力Ｐｏ２を負荷に供給する形態である。
実施形態２は、１つの高周波出力部９が第１レベル及び第２レベルに振幅偏移変調された高周波電力Ｐｏを負荷に供給する形態であった。これに対し、実施形態３は、一の高周波出力部（第１高周波出力部に相当）９が第１期間だけ第１レベルの高周波電力Ｐｏ１を負荷に供給し、他の高周波出力部（第２高周波出力部に相当）９が第２期間だけ第２レベルの高周波電力Ｐｏ２を負荷に供給する形態である。
【0109】
図１２は、実施形態３に係る高周波電源装置１００ｃの構成例を示すブロック図である。高周波電源装置１００ｃは、高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２（第１高周波信号，第２高周波信号に相当）を生成する高周波生成部１ｃと、該高周波生成部１ｃが生成する高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２の振幅を制御する制御部２ｃと、振幅が制御された高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２それぞれに応じた大きさの高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２を出力する高周波出力部９，９とを備える。
【0110】
高周波電源装置１００ｃは、更に、高周波出力部９，９それぞれが出力する高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２を検出する電力検出部５，５を備える。高周波出力部９，９それぞれが出力する高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２は、電力検出部５，５と、負荷とのインピーダンス整合を図る整合器２００，２００とを介して、プラズマ処理装置である負荷３００が有する一方の電極３０１に供給される。負荷３００が有する他方の電極３０２は接地されている。実施形態１及び２に対応する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0111】
高周波生成部１ｃは、高周波の連続信号Ｓ０を発振する高周波発振部６と、該高周波発振部６が発振した連続信号Ｓ０を変調するためのパルス信号Ｖｐ１，Ｖｐ２を生成するパルス生成部７ｂと、高周波発振部６が発振した連続信号Ｓ０及びパルス生成部７ｂが生成したパルス信号Ｖｐ１，Ｖｐ２を各別に乗算して連続信号Ｓ０の振幅を変調する乗算器８，８とを有する。
【0112】
制御部２ｃはＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、実施形態２の図１０に示す制御部２ｂと同様に構成されている。但し、電力検出部５，５の検出結果を各別に入力し、整合器２００，２００に対して第１期間，第２期間に関するタイミングを各別に通知する。整合器２００，２００に対してパルス生成部７ｂから直接的に第１期間，第２期間を示す信号が与えられるようにしてもよい。
【0113】
高周波発振部６は、発振した連続信号Ｓ０を分配して乗算器８，８それぞれの一方の乗算入力に入力するが、相異なる周波数の連続信号を乗算器８，８に各別に入力するようにしてもよい。
【0114】
パルス生成部７ｂは、制御部２ｃから設定された周期及びデューティ比で、比較的ハイレベルのパルス信号Ｖｐ１を生成して一方の乗算器８の他方の乗算入力に入力すると共に、パルス信号Ｖｐ１のオフ期間にパルス信号Ｖｐ１よりロウレベルのパルス信号Ｖｐ２を生成して他方の乗算器８の他方の乗算入力に入力する。換言すれば、パルス生成部７ｂは、実施形態２のパルス生成部７が生成する矩形波状のパルス信号Ｖｐのうち、第１期間中の信号をパルス信号Ｖｐ１とし、第２期間中の信号をパルス信号Ｖｐ２として各別に出力する。パルス信号Ｖｐ１，Ｖｐ２は、オフ期間がゼロレベルである狭義のパルス信号である。パルス生成部７ｂは、生成したパルス信号Ｖｐ１，Ｖｐ２それぞれの開始時点を制御部２ｃに周期的に通知する。
【0115】
便宜上、パルス生成部７ｂに１００％のデューティ比が設定された場合であっても、２つの開始時点が制御部２ｃに通知されるものとする。以下では、パルス生成部７ｂが生成するパルス信号Ｖｐ１及びＶｐ２それぞれのオン期間を第１期間及び第２期間と言う。また、第１期間及び第２期間の繰り返し周期を制御周期という。
【0116】
乗算器８，８それぞれは、高周波の連続信号Ｓ０を振幅偏移変調した高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２を出力する。高周波出力部９，９それぞれは、乗算器８，８からの（即ち高周波生成部１ｃからの）高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２を直線的に増幅して高周波電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を出力する。これにより、高周波電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２それぞれに応じた大きさの高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２が負荷３００側に供給される。
【0117】
上述の構成により、制御部２ｃは、負荷３００に供給される高周波電力Ｐｏ１の大きさが第１期間だけ第１レベルとなるように調整することができる。また、制御部２ｃは、負荷３００に供給される高周波電力Ｐｏ２の大きさが第２期間だけ第２レベルとなるように調整することができる。制御部２ｃは、第１期間及び第２期間それぞれの開始時点が通知されるようにするために、パルス生成部７ｂに対してパルスの周期及びパルス信号Ｖｐ１のデューティ比を設定する。デューティ比は、第１期間及び第２期間の繰り返し周期、即ち制御周期に対する第１期間の比である。これにより、パルス生成部７ｂは、例えば割込により、第１期間の開始時点及び第２期間の開始時点を制御部２ｃに周期的に通知する。
【0118】
パルス生成部７ｂから第１期間の開始時点が通知された場合、制御部２ｃは、一の高周波出力部９から出力される高周波電力Ｐｏ１の大きさが第１レベルとなるように、パルス生成部７ｂに一のパルスレベルを設定する。また、パルス生成部７ｂから第２期間の開始時点が通知された場合、制御部２ｃは、他の高周波出力部９から出力される高周波電力Ｐｏ２の大きさが第２レベルとなるように、パルス生成部７ｂに他のパルスレベルを設定する。ここで制御部２ｃが設定するパルスレベルと、第１レベル又は第２レベルとの関係は、実施形態２と同様に予め算出して不図示の記憶部に記憶するようにしてもよいし、設定の都度算出するようにしてもよい。
【0119】
第１期間，第２期間それぞれにて高周波出力部９，９から負荷３００に供給される高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２が目標の第１レベル，第２レベルに近づくように、フィードバック制御を行うことができるのは、実施形態１及び２の場合と同様である。また、第１レベル又は第２レベルを変化させる際に、併せて第１期間のデューティ比を漸減（又は漸増）させたりしてプラズマの安定を保つようにするのも、実施形態１，２、変形例１及び変形例２の場合と同様である。
【0120】
上述の通り、制御部２ｃがパルス生成部７ｂに設定する内容は、実施形態２の制御部２ｂがパルス生成部７に設定する内容と同様であるため、パルス生成部７ｂに周期的にデューティ比及びパルスレベルを設定する制御部２ｃの処理手順は、実施形態２の図１１に示すものと同様になる。よって、ここでの処理手順を示すフローチャートの図示及びその説明を省略する。
【0121】
以上のように本実施形態３によれば、高周波生成部１ｃが生成する高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２の振幅を制御部２ｃが周期的に制御することにより、振幅が制御された高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２それぞれに基づいて高周波出力部９，９が出力する高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２の大きさが第１期間，第２期間それぞれにて周期的に第１レベル，第２レベルとなる。制御部２ｃは、更に、上記振幅を周期的に制御する間に、制御周期に対する第１期間のデューティ比及び第２レベルのうち、少なくとも一方を漸減又は漸増させ、且つ第１レベルを漸増又は漸減させて高周波出力部９，９それぞれが出力する高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２の平均値を一定にする。即ち、上記少なくとも一方が漸減された場合は第１レベルが漸増し、上記少なくとも一方が漸増された場合は第１レベルが漸減して、高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２の平均値が一定に保たれる。従って、高周波電力Ｐｏの急変を緩和することが可能となる。
【0122】
実施形態３にあっては、高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２のそれぞれについて、実施形態２の場合と同様に制御部２ｃが振幅を制御することにより、負荷３００に供給される高周波電力Ｐｏ１，Ｐｏ２それぞれの大きさが第１レベル，第２レベルとなる例について説明した。しかしながら、負荷３００に供給される２系統の高周波電力それぞれの大きさを第１レベル及び第２レベルとするための構成が、実施形態３の通りに限定されるものではない。例えば、高周波信号Ｓｍ１，Ｓｍ２に代えて２つ一組の高周波信号を二組発生させ、各組の高周波信号について、実施形態１の場合と同様に制御部が位相差を制御することにより、負荷３００に供給される２系統の高周波電力それぞれの大きさが第１レベル及び第２レベルとなるようにしてもよい。
【0123】
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0124】
１００、１００ｂ、１００ｃ 高周波電源装置
１、１ｂ、１ｃ 高周波生成部
２、２ｂ、２ｃ 制御部
３ 高周波出力部
３０ 直流電源
３１、３２ ＤＣ－ＲＦ変換部
３３ 電力合成部
Ｒ 抵抗器
Ｎ１、Ｎ２ 入力ポート
Ｎｓ サムポート
Ｔｔ 伝送トランス
３４ フィルタ回路
４ パルス生成部
５ 電力検出部
６ 高周波発振部
７、７ｂ パルス生成部
８ 乗算器
９ 高周波出力部
２００ 整合器
３００ 負荷
３０１、３０２ 電極
１、１ｂ、１ｃ 高周波生成部
２、２ｂ、２ｃ 制御部
３ 高周波出力部
３０ 直流電源
３１、３２ ＤＣ－ＲＦ変換部
３３ 電力合成部
Ｒ 抵抗器
Ｎ１、Ｎ２ 入力ポート
Ｎｓ サムポート
Ｔｔ 伝送トランス
３４ フィルタ回路
４ パルス生成部
５ 電力検出部
６ 高周波発振部
７、７ｂ パルス生成部
８ 乗算器
９ 高周波出力部
２００ 整合器
３００ 負荷
３０１、３０２ 電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】