JP2001035699A - Protection method for plasma generating high frequency power supply and power supply - Google Patents
Protection method for plasma generating high frequency power supply and power supplyInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ装置等に用いられるプラズマ発生用高周波電源装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency power supply for generating plasma used in a plasma etching apparatus or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1は、従来技術のプラズマ発生用高周
波電源装置(以下、高周波電源という)1及びその周辺
装置を示す従来技術ブロック図である。高周波電源1
は、ケーブルCB1及び整合器2及びケーブルCB2を
介して、プラズマ発生用チャンバ3に高周波電力を供給
するための電源装置である。整合器2は、高周波電源1
の出力インピーダンスZoと、高周波電源1の負荷イン
ピーダンスZL(ケーブルCB1及び整合器2及びケー
ブルCB2及びプラズマ発生用チャンバ3のインピーダ
ンス)とを整合させるための装置である。プラズマ発生
用チャンバ3は、高周波電源1から供給された高周波電
力によりプラズマを発生させるための装置である。2. Description of the Related Art FIG. 1 is a prior art block diagram showing a prior art high frequency power supply for plasma generation (hereinafter referred to as a high frequency power supply) 1 and its peripheral devices. High frequency power supply 1
Is a power supply device for supplying high-frequency power to the plasma generation chamber 3 via the cable CB1, the matching device 2, and the cable CB2. The matching unit 2 is a high-frequency power source 1
And a load impedance ZL (impedance of the cable CB1, the matching device 2, the cable CB2, and the plasma generation chamber 3) of the high-frequency power supply 1. The plasma generation chamber 3 is a device for generating plasma using high frequency power supplied from the high frequency power supply 1.
【0003】整合器2によって、高周波電源1の出力イ
ンピーダンスZoと、高周波電源1の負荷インピーダン
スZLとが整合(以下、インピーダンスが整合という)
しているときは、高周波電源1から出力されてプラズマ
発生用チャンバ3に向かう高周波電力(以下、進行波電
力という)が効率よく、プラズマ発生用チャンバ3に供
給される。The matching unit 2 matches the output impedance Zo of the high-frequency power supply 1 with the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1 (hereinafter referred to as impedance matching).
In this case, the high-frequency power output from the high-frequency power supply 1 toward the plasma generation chamber 3 (hereinafter referred to as traveling wave power) is efficiently supplied to the plasma generation chamber 3.
【0004】しかし、インピーダンスが整合していない
ときは、進行波電力の一部又は全部が反射してプラズマ
発生用チャンバ3から高周波電源1に向かう反射波電力
が発生する。また、プラズマ発生用チャンバ3のインピ
ーダンスがプラズマ発生状態によって変動するために、
高周波電源1の負荷インピーダンスZLは、整合時に比
べて、高インピーダンス又は低インピーダンスに変動す
る。However, when the impedances do not match, a part or all of the traveling wave power is reflected, and reflected wave power is generated from the plasma generation chamber 3 toward the high frequency power supply 1. Further, since the impedance of the plasma generation chamber 3 varies depending on the plasma generation state,
The load impedance ZL of the high frequency power supply 1 fluctuates to a high impedance or a low impedance as compared with the time of matching.
【0005】高周波電源1は、図1に示すように、DC
電源回路4、高周波パルス発振回路5、パワーアンプ
6、共振回路7、高周波電力検出回路8、進行波電力設
定値・検出値比較回路9、DC電圧検出回路10、共振
電流検出回路11、超過DC電圧保護回路12、超過共
振電流保護回路13及び超過反射波電力保護回路14よ
り構成される。[0005] As shown in FIG.
Power supply circuit 4, high-frequency pulse oscillation circuit 5, power amplifier 6, resonance circuit 7, high-frequency power detection circuit 8, traveling-wave power set value / detection value comparison circuit 9, DC voltage detection circuit 10, resonance current detection circuit 11, excess DC It comprises a voltage protection circuit 12, an excess resonance current protection circuit 13, and an excess reflected power protection circuit 14.
【0006】DC電源回路4は、DC電力を出力する電
源回路であり、後述するように進行波電力設定値・検出
値比較回路9から入力される進行波電力誤差信号ΔPs
に応じて、出力するDC電力の大きさが変化する。高周
波パルス発振回路5は高周波パルス信号を出力する発振
回路であり、高周波電源1が出力する高周波電力の発振
周波数はこの高周波パルス信号によって設定される。パ
ワーアンプ6は、スイッチング素子等から構成され、高
周波パルス発振回路5から出力された高周波パルス信号
を、DC電源回路4から供給される電力の大きさに応じ
て増幅し、高周波電力を出力する電力増幅回路である。
共振回路7はパワーアンプ6から出力された高周波電力
の基本波信号成分(前述した高周波パルス信号の周波数
と同一周波数の正弦波信号成分)のみを通過させる共振
回路である。[0006] The DC power supply circuit 4 is a power supply circuit for outputting DC power, and a traveling wave power error signal ΔPs inputted from the traveling wave power set value / detection value comparison circuit 9 as described later.
, The magnitude of the DC power to be output changes. The high-frequency pulse oscillation circuit 5 is an oscillation circuit that outputs a high-frequency pulse signal, and the oscillation frequency of the high-frequency power output from the high-frequency power supply 1 is set by the high-frequency pulse signal. The power amplifier 6 includes a switching element and the like, amplifies a high-frequency pulse signal output from the high-frequency pulse oscillation circuit 5 according to the magnitude of power supplied from the DC power supply circuit 4, and outputs high-frequency power. It is an amplifier circuit.
The resonance circuit 7 is a resonance circuit that passes only the fundamental wave signal component of the high-frequency power output from the power amplifier 6 (sine wave signal component having the same frequency as the frequency of the high-frequency pulse signal described above).
【0007】高周波電力検出回路8は、共振回路7から
出力される高周波電力、すなわち高周波電源1から出力
される進行波電力の大きさを検出すると共に反射波電力
の大きさを検出し、進行波電力検出信号Pf及び反射波
電力検出信号Prを出力する検出回路である。減算信号
加算回路15は、後述する各保護回路から減算信号が出
力されたときに、減算信号を外部設定信号Pexに加算し
進行波電力設定信号Psを出力する加算回路である。進
行波電力設定値・検出値比較回路9は進行波電力設定信
号Psと進行波電力検出信号Pfとを比較し、DC電源
回路4に進行波電力誤差信号ΔPs(=Ps−Pf)を
出力する比較回路であり、DC電源回路4の出力を調整
することによって、高周波電源1の進行波電力がPsに
なるように制御する。The high-frequency power detection circuit 8 detects the magnitude of the high-frequency power output from the resonance circuit 7, that is, the magnitude of the traveling-wave power output from the high-frequency power supply 1, and the magnitude of the reflected-wave power. The detection circuit outputs the power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr. The subtraction signal addition circuit 15 is an addition circuit that adds a subtraction signal to the external setting signal Pex and outputs a traveling wave power setting signal Ps when a protection signal described below is output from each protection circuit. The traveling wave power set value / detection value comparison circuit 9 compares the traveling wave power setting signal Ps with the traveling wave power detection signal Pf, and outputs a traveling wave power error signal ΔPs (= Ps−Pf) to the DC power supply circuit 4. This is a comparison circuit that controls the traveling wave power of the high frequency power supply 1 to be Ps by adjusting the output of the DC power supply circuit 4.
【0008】このように高周波電源1は、高周波電力検
出回路8と進行波電力設定値・検出値比較回路9とによ
ってDC電源回路4の出力電力を調整し、パワーアンプ
6からの出力を調整し、高周波電源1の進行波電力が進
行波電力設定信号Psになるように、進行波電力を出力
する。As described above, the high frequency power supply 1 adjusts the output power of the DC power supply circuit 4 by the high frequency power detection circuit 8 and the traveling wave power set value / detection value comparison circuit 9 and adjusts the output from the power amplifier 6. And outputs the traveling wave power so that the traveling wave power of the high frequency power supply 1 becomes the traveling wave power setting signal Ps.
【0009】しかし、前述したようにインピーダンスが
整合していないときは、高周波電源1の負荷インピーダ
ンスZLが、高インピーダンス又は低インピーダンスに
変動する。その結果、ZLが高インピーダンスになる
と、整合時に比べてパワーアンプ6の入力部及び出力部
が高電圧になり、ZLが低インピーダンスになると、整
合時に比べてパワーアンプ6の入力電流及び出力電流が
増加する。However, when the impedances are not matched as described above, the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1 changes to a high impedance or a low impedance. As a result, when ZL has a high impedance, the input portion and the output portion of the power amplifier 6 have a high voltage as compared with the time of matching, and when ZL has a low impedance, the input current and the output current of the power amplifier 6 have a higher voltage than at the time of matching. To increase.
【0010】また、パワーアンプ6はインピーダンスが
整合している場合に損失電力が最小に近くなるように設
計されているので、インピーダンスが整合していないと
きは、パワーアンプ6の損失電力は増加する。パワーア
ンプ6の損失電力が増加すると、スイッチング素子の発
熱量が増加する。Since the power amplifier 6 is designed so that the loss power is close to the minimum when the impedance is matched, the loss power of the power amplifier 6 increases when the impedance is not matched. . When the power loss of the power amplifier 6 increases, the amount of heat generated by the switching element increases.
【0011】ところでパワーアンプ6を構成するスイッ
チング素子の耐電圧及び許容電流及び使用温度には限界
があり、通常はインピーダンスが整合しているときを基
準に設計される。そのために、インピーダンスが整合し
ていないときは、耐電圧又は許容電流又は使用温度が限
界値を超えることがあるので、単に進行波電力が外部設
定信号Pexの示す大きさになるように制御するだけでは
なく、スイッチング素子を過電圧及び過電流及び発熱か
ら保護して、スイッチング素子の耐電圧又は許容電流又
は使用温度が限界値を超えないようにする必要がある。By the way, the withstand voltage, allowable current and operating temperature of the switching elements constituting the power amplifier 6 are limited, and are usually designed on the basis of when the impedance is matched. For this reason, when the impedance is not matched, the withstand voltage, the allowable current, or the operating temperature may exceed the limit value. Therefore, the traveling wave power is simply controlled so as to become the magnitude indicated by the external setting signal Pex. Rather, it is necessary to protect the switching element from overvoltage, overcurrent, and heat so that the withstand voltage, allowable current, or operating temperature of the switching element does not exceed the limit value.
【0012】このような保護は、前述した高周波電力検
出回路8によって検出した進行波電力検出信号Pf及び
反射波電力検出信号Prの他、パワーアンプ6の入力信
号をDC電圧検出回路10によって検出したDC電圧検
出信号Vi及びパワーアンプ6の出力信号を共振電流検
出回路11によって検出した共振電流検出信号Ioを用
いて行う。以下、従来技術の保護回路について説明す
る。In such protection, the DC voltage detection circuit 10 detects the input signal of the power amplifier 6 in addition to the traveling wave power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr detected by the high frequency power detection circuit 8 described above. The DC voltage detection signal Vi and the output signal of the power amplifier 6 are detected using the resonance current detection signal Io detected by the resonance current detection circuit 11. Hereinafter, a conventional protection circuit will be described.
【0013】過電圧に対する保護は、図1の超過DC電
圧保護回路12によって行う。以下、図2を参照して超
過DC電圧保護回路12の例について説明する。図2
は、従来技術の超過DC電圧保護回路12の例を示す従
来技術の超過DC電圧保護回路接続図である。図中、D
C電圧保護レベル設定回路21はDC電圧保護レベルV
ipを設定する回路である。超過DC電圧演算回路22
は、DC電圧検出信号ViとDC電圧保護レベルVipと
を比較し、ViがVipを超過した場合のみ、超過分(V
i−Vip)に比例するDC電圧減算信号ΔVi(<0)
を出力する演算回路である。The overvoltage protection is performed by the excess DC voltage protection circuit 12 shown in FIG. Hereinafter, an example of the excess DC voltage protection circuit 12 will be described with reference to FIG. FIG.
1 is a connection diagram of a prior art excess DC voltage protection circuit showing an example of a prior art excess DC voltage protection circuit 12. FIG. In the figure, D
The C voltage protection level setting circuit 21 outputs the DC voltage protection level V
This is a circuit for setting ip. Excess DC voltage calculation circuit 22
Compares the DC voltage detection signal Vi with the DC voltage protection level Vip. Only when Vi exceeds Vip, the excess (V
DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) proportional to i-Vip)
Is an arithmetic circuit that outputs.
【0014】図1において、超過DC電圧保護回路12
は、DC電圧検出回路10からDC電圧検出信号Viが
入力され、前述したようにDC電圧検出信号ViがDC
電圧保護レベルVipを超過したとき、DC電圧減算信号
ΔVi(<0)を出力する。減算信号加算回路15は、
超過DC電圧保護回路12からDC電圧減算信号ΔVi
(<0)が出力されると、外部設定信号PexにDC電圧
減算信号ΔVi(<0)を加算することによって進行波
電力設定信号Psを抑制する。In FIG. 1, an excess DC voltage protection circuit 12
The DC voltage detection signal Vi is input from the DC voltage detection circuit 10, and the DC voltage detection signal Vi
When the voltage protection level Vip is exceeded, a DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) is output. The subtraction signal addition circuit 15
DC voltage subtraction signal ΔVi from excess DC voltage protection circuit 12
When (<0) is output, the traveling wave power setting signal Ps is suppressed by adding the DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) to the external setting signal Pex.
【0015】なお、後述するように超過共振電流保護回
路13から出力される共振電流減算信号ΔIo(<0)
又は超過反射波電力保護回路14から出力される反射波
電力減算信号ΔPr(<0)を外部設定信号Pexに加算
することによっても進行波電力設定信号Psは抑制され
る。As will be described later, the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) output from the excess resonance current protection circuit 13
Alternatively, the traveling wave power setting signal Ps is also suppressed by adding the reflected wave power subtraction signal ΔPr (<0) output from the excess reflected wave power protection circuit 14 to the external setting signal Pex.
【0016】すなわち、減算信号加算回路15から出力
する進行波電力設定信号Psは、Pex+ΔVi+ΔIo
+ΔPrになるので、超過DC電圧保護回路12からD
C電圧減算信号ΔViが出力されるとき又は超過共振電
流保護回路13から共振電流減算信号ΔIoが出力され
るとき又は超過反射波電力保護回路14から反射波電力
減算信号ΔPrが出力されるときには、各保護回路から
出力される負の信号分だけ小さな値となる。That is, the traveling wave power setting signal Ps output from the subtraction signal adding circuit 15 is Pex + ΔVi + ΔIo
+ ΔPr, the excess DC voltage protection circuit 12
When the C voltage subtraction signal ΔVi is output, when the resonance current subtraction signal ΔIo is output from the excess resonance current protection circuit 13, or when the reflected wave power subtraction signal ΔPr is output from the excess reflected wave power protection circuit 14, The value becomes smaller by the negative signal output from the protection circuit.
【0017】ところで、DC電源回路4が出力するDC
電力の大きさは、進行波電力設定値・検出値比較回路9
から出力される進行波電力誤差信号ΔPsによって変化
する。進行波電力設定信号Psが小さくなると進行波電
力誤差信号ΔPs=Ps−Pfの値が小さくなった分だ
け、DC電源回路4から出力するDC電力が小さくな
る。DC電源回路4から出力するDC電力が小さくなる
と、パワーアンプ6から出力する高周波電力及び共振回
路7から出力する高周波電力(進行波電力)も小さくな
る。すなわち進行波電力設定信号Psを抑制することに
よって、進行波電力誤差信号ΔPs=Ps−Pfも小さ
くなり進行波電力が小さくなるのでパワーアンプ6入力
部のDC電圧が小さくなる。The DC output from the DC power supply circuit 4
The magnitude of the power is determined by the traveling wave power set value / detection value comparison circuit 9.
Varies according to the traveling wave power error signal ΔPs output from the. When the traveling wave power setting signal Ps decreases, the DC power output from the DC power supply circuit 4 decreases by an amount corresponding to a decrease in the value of the traveling wave power error signal ΔPs = Ps−Pf. When the DC power output from the DC power supply circuit 4 decreases, the high-frequency power output from the power amplifier 6 and the high-frequency power (traveling wave power) output from the resonance circuit 7 also decrease. That is, by suppressing the traveling wave power setting signal Ps, the traveling wave power error signal ΔPs = Ps−Pf is also reduced, and the traveling wave power is reduced, so that the DC voltage at the input section of the power amplifier 6 is reduced.
【0018】このような過電圧保護はDC電圧検出信号
Vi≦DC電圧保護レベルVipになるまで行われるの
で、DC電圧保護レベルVipを適切な値に設定すれば、
パワーアンプ6のスイッチング素子が過電圧から保護さ
れる。Since such overvoltage protection is performed until the DC voltage detection signal Vi ≦ DC voltage protection level Vip, if the DC voltage protection level Vip is set to an appropriate value,
The switching element of the power amplifier 6 is protected from overvoltage.
【0019】過電流に対する保護は、図1の超過共振電
流保護回路13によって行う。以下、図3を参照して超
過共振電流保護回路13の例について説明する。The protection against the overcurrent is performed by the excess resonance current protection circuit 13 shown in FIG. Hereinafter, an example of the excess resonance current protection circuit 13 will be described with reference to FIG.
【0020】図3は、従来技術の超過共振電流保護回路
13の例を示す超過共振電流保護回路接続図である。図
中、共振電流保護レベル設定回路31は共振電流保護レ
ベルIopを設定する回路である。超過共振電流演算回路
32は、共振電流検出信号Ioと共振電流保護レベルI
opとを比較し、共振電流検出信号Ioが共振電流保護レ
ベルIopを超過した場合のみ、超過分(Io−Iop)に
比例する共振電流減算信号ΔIo(<0)を出力する演
算回路である。FIG. 3 is a connection diagram of an excess resonance current protection circuit showing an example of the prior art excess resonance current protection circuit 13. In the figure, a resonance current protection level setting circuit 31 is a circuit for setting a resonance current protection level Iop. The excess resonance current calculation circuit 32 calculates the resonance current detection signal Io and the resonance current protection level I
op and compares the resonance current detection signal Io with the resonance current protection level Iop and outputs a resonance current subtraction signal ΔIo (<0) proportional to the excess (Io−Iop).
【0021】図1において、超過共振電流保護回路13
は、共振電流検出回路11から共振電流検出信号Ioが
入力され、前述したように共振電流検出信号Ioが共振
電流保護レベルIopを超過したとき、共振電流減算信号
ΔIo(<0)を出力する。減算信号加算回路15は、
超過共振電流保護回路13から共振電流減算信号ΔIo
(<0)が出力されると、外部設定信号Pexに共振電流
減算信号ΔIo(<0)を加算することによって進行波
電力設定信号Psを抑制する。In FIG. 1, the excess resonance current protection circuit 13
Receives the resonance current detection signal Io from the resonance current detection circuit 11 and outputs the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when the resonance current detection signal Io exceeds the resonance current protection level Iop as described above. The subtraction signal addition circuit 15
The resonance current subtraction signal ΔIo from the excess resonance current protection circuit 13
When (<0) is output, the traveling wave power setting signal Ps is suppressed by adding the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) to the external setting signal Pex.
【0022】すなわち、進行波電力設定信号Psを抑制
することによって、前述の過電圧保護の場合と同様の過
程で進行波電力が小さくなり、共振回路7の出力部の共
振電流が小さくなる。That is, by suppressing the traveling wave power setting signal Ps, the traveling wave power is reduced in the same process as in the above-described overvoltage protection, and the resonance current at the output of the resonance circuit 7 is reduced.
【0023】このような過電流保護は、共振電流検出信
号Io≦共振電流保護レベルIopになるまで行われるの
で、共振電流保護レベルIopを適切な値に設定すれば、
パワーアンプ6のスイッチング素子が過電流から保護さ
れる。Since such overcurrent protection is performed until the resonance current detection signal Io ≦ the resonance current protection level Iop, if the resonance current protection level Iop is set to an appropriate value,
The switching element of the power amplifier 6 is protected from overcurrent.
【0024】次に、スイッチング素子の発熱に対する保
護について説明する。スイッチング素子を発熱による破
壊から保護するためには、接合部温度を最高使用接合部
温度Tjp以下に制御する必要がある。Next, protection against heat generation of the switching element will be described. In order to protect the switching element from destruction due to heat generation, it is necessary to control the junction temperature to be equal to or lower than the maximum used junction temperature Tjp.
【0025】しかし、実際には、接合部温度を直接検出
することが不可能であるために、従来技術では、反射波
電力を設定値(反射波電力保護レベルPrp)以下に制御
することによって、スイッチング素子を発熱による破壊
から保護している(以下、超過反射波電力保護とい
う)。However, in practice, it is impossible to directly detect the junction temperature. Therefore, in the prior art, the reflected wave power is controlled to a set value (reflected wave power protection level Prp) or less. The switching element is protected from destruction due to heat generation (hereinafter referred to as excess reflected wave power protection).
【0026】以下、超過反射波電力保護について説明す
る。高周波電源1の出力インピーダンスZoと負荷イン
ピーダンスZLとが整合していないとき、反射波電力が
生じると共に、パワーアンプ損失電力が増加することに
よってスイッチング素子接合部温度が上昇する。Hereinafter, the protection of the excess reflected wave power will be described. When the output impedance Zo of the high-frequency power supply 1 and the load impedance ZL do not match, a reflected wave power is generated, and the switching element junction temperature increases due to an increase in power amplifier loss power.
【0027】なお、必ずしも、反射波電力の大きさが大
きくなれば、スイッチング素子接合部温度の上昇(スイ
ッチング素子損失電力の大きさ)が大きくなるものでは
ない。スイッチング素子損失電力の大きさは、高周波電
源1の負荷インピーダンスZLの大きさ及び位相によっ
て、様々に変化する。It should be noted that if the magnitude of the reflected wave power increases, the rise in the switching element junction temperature (the magnitude of the switching element loss power) does not necessarily increase. The magnitude of the switching element loss power varies variously depending on the magnitude and phase of the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1.
【0028】また、負荷インピーダンスZLが同じ大き
さ及び位相ならば、反射波電力の大きさが小さいほど
(高周波電源1から出力される進行波電力が小さいほ
ど)、スイッチング素子損失電力が低下することによっ
て、スイッチング素子接合部温度(スイッチング素子損
失電力の大きさ)は低下する。If the load impedance ZL is the same in magnitude and phase, the smaller the magnitude of the reflected wave power (the smaller the traveling wave power output from the high frequency power supply 1), the lower the power loss of the switching element. As a result, the switching element junction temperature (the magnitude of the switching element loss power) decreases.
【0029】したがって、反射波電力の大きさが反射波
電力保護レベルPrpに達したとき、反射波電力の大きさ
を小さくするために高周波電源1の進行波電力を抑制す
れば、スイッチング素子損失電力が低下するので、スイ
ッチング素子を発熱による破壊から保護することができ
る。Therefore, when the magnitude of the reflected wave power reaches the reflected wave power protection level Prp, if the traveling wave power of the high frequency power supply 1 is suppressed in order to reduce the magnitude of the reflected wave power, the switching element loss power , The switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【0030】この制御において、反射波電力保護レベル
Prpの決定は、実験によって行う。例として、進行波電
力設定値Psの最大値が2000Wの高周波電源1を考
える。まず、進行波電力設定値Psの最大値2000W
の設定で、反射波電力保護レベルPrpを十分小さい値、
例えば50Wに設定し、高周波電源1の負荷インピーダ
ンスZLを変化させながら、高周波電源1から進行波電
力を出力させる実験を行い、スイッチング素子が破損し
ないことを確認する。In this control, the reflected wave power protection level Prp is determined by experiments. As an example, consider a high-frequency power supply 1 having a maximum traveling wave power set value Ps of 2000 W. First, the maximum value 2000 W of the traveling wave power set value Ps
Setting the reflected power protection level Prp to a sufficiently small value,
For example, an experiment is performed in which the traveling wave power is output from the high-frequency power supply 1 while the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1 is set to 50 W and the switching element is not damaged.
【0031】なお、この実験では、高周波電源1の負荷
インピーダンスZLを様々な大きさ及び位相に変化させ
て実験を行う。なぜなら、プラズマ負荷のインピーダン
スは大きさ及び位相が広い範囲で変化するため、負荷イ
ンピーダンスZLの大きさ及び位相も広い範囲で変化す
るからである。In this experiment, the experiment is performed by changing the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1 to various magnitudes and phases. This is because the impedance and the phase of the plasma load vary over a wide range, and the magnitude and phase of the load impedance ZL also vary over a wide range.
【0032】次に、段階的に反射波電力保護レベルPrp
を増加させ同様の実験を行い、その結果から、スイッチ
ング素子が発熱によって破損しないような反射波電力保
護レベルPrpが決定できる。Next, the reflected wave power protection level Prp is gradually increased.
Is increased, and the same experiment is performed. From the result, the reflected wave power protection level Prp at which the switching element is not damaged by heat generation can be determined.
【0033】上述の実験によって決定された反射波電力
保護レベルPrpを用いて、スイッチング素子の発熱に対
する保護を行う。以下、図面を参照して、スイッチング
素子の発熱に対する保護について説明する。Using the reflected power protection level Prp determined by the above experiment, protection against heat generation of the switching element is performed. Hereinafter, the protection of the switching element against heat generation will be described with reference to the drawings.
【0034】スイッチング素子の発熱からの保護は、図
1の超過反射波電力保護回路14によって行う。以下、
図4を参照して超過反射波電力保護回路14の例につい
て説明する。The protection of the switching element from heat generation is performed by the excess reflection power protection circuit 14 shown in FIG. Less than,
An example of the excess reflected wave power protection circuit 14 will be described with reference to FIG.
【0035】図4は、従来技術の超過反射波電力保護回
路14の例を示す超過反射波電力保護回路接続図であ
る。同図において、反射波電力保護レベル設定回路41
は反射波電力保護レベルPrpを設定するための設定回路
である。超過反射波電力演算回路42は、反射波電力検
出信号Prと反射波電力保護レベルPrpとを比較し、反
射波電力検出信号Prが反射波電力保護レベルPrpを超
過した場合のみ、超過分(Pr−Prp)に比例する反射
波電力減算信号ΔPr(<0)を出力する演算回路であ
る。FIG. 4 is a connection diagram of the excess reflected wave power protection circuit showing an example of the prior art excess reflected wave power protection circuit 14. As shown in FIG. In the figure, the reflected wave power protection level setting circuit 41
Is a setting circuit for setting the reflected wave power protection level Prp. The excess reflected wave power calculation circuit 42 compares the reflected wave power detection signal Pr with the reflected wave power protection level Prp. Only when the reflected wave power detection signal Pr exceeds the reflected wave power protection level Prp, the excess (Pr -Prp) is an arithmetic circuit that outputs a reflected wave power subtraction signal ΔPr (<0) proportional to (−Prp).
【0036】図1において、超過反射波電力保護回路1
4は、高周波電力検出回路8から反射波電力検出信号P
rが入力され、前述したように反射波電力検出信号Pr
が反射波電力保護レベルPrpを超過したときのみ、反射
波電力減算信号ΔPr(<0)を出力する。In FIG. 1, an excessively reflected wave power protection circuit 1
4 is a reflected wave power detection signal P from the high frequency power detection circuit 8
r is input and the reflected power detection signal Pr
Output the reflected wave power subtraction signal ΔPr (<0) only when exceeds the reflected wave power protection level Prp.
【0037】減算信号加算回路15は、超過反射波電力
保護回路14から反射波電力減算信号ΔPr(<0)が
出力されると、外部設定信号Pexに反射波電力減算信号
ΔPr(<0)を加算することによって進行波電力設定
信号Psを抑制する。When the reflected wave power subtraction signal ΔPr (<0) is output from the excess reflected wave power protection circuit 14, the subtraction signal addition circuit 15 adds the reflected wave power subtraction signal ΔPr (<0) to the external setting signal Pex. The addition sets the traveling wave power setting signal Ps.
【0038】すなわち、進行波電力設定信号Psを抑制
することによって、前述の過電圧保護の場合と同様の過
程で進行波電力が小さくなり、スイッチング素子の損失
電力が小さくなるのでスイッチング素子接合部温度は低
下する。That is, by suppressing the traveling-wave power setting signal Ps, the traveling-wave power is reduced in the same process as in the above-described overvoltage protection, and the loss power of the switching element is reduced. descend.
【0039】このような反射波電力を抑制する保護は、
Pr≦Prpになるまで行われるので、反射波電力保護レ
ベルPrpを適切な値に設定すれば、パワーアンプ6のス
イッチング素子が発熱による破壊から保護される。The protection for suppressing the reflected wave power is as follows.
Since the process is performed until Pr ≦ Prp, setting the reflected wave power protection level Prp to an appropriate value protects the switching element of the power amplifier 6 from destruction due to heat generation.
【0040】[0040]
【発明が解決しようとする課題】従来技術の超過反射波
電力保護において、反射波電力保護レベルPrpを決定す
る際、高周波電源1の負荷インピーダンスZLを様々な
大きさ及び位相に変化させながら、実験を行う必要があ
りかなりの労力を要する。したがって、保護レベルの決
定が容易にできる保護回路を備えた高周波電源1が必要
である。In the prior art excess reflected wave power protection, when determining the reflected wave power protection level Prp, an experiment was performed while changing the load impedance ZL of the high frequency power supply 1 to various magnitudes and phases. Need to do a lot of work. Therefore, a high-frequency power supply 1 having a protection circuit that can easily determine a protection level is required.
【0041】また、必ずしも、反射波電力の大きさが大
きくなれば、スイッチング素子接合部温度の上昇が大き
くなるものではない。高周波電源1の負荷インピーダン
スZLによっては、反射波電力が設定値を超過する場合
でも、スイッチング素子はさらに損失電力を許容できる
場合がある。この様な場合にも、高周波電源1の進行波
電力を抑制するために、必要以上の保護をすることにな
ってしまう。高周波電源1がエッチング処理等で用いら
れる場合、それまでのプロセスを無駄にしないために、
高周波電源1の出力を可能な限り低下させない方が望ま
しい。したがって、必要以上に高周波電源1の進行波電
力を抑制することなく、必要十分な範囲で進行波電力を
抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から確実に
保護するための回路を備えた高周波電源1が必要であ
る。Also, if the magnitude of the reflected wave power increases, the temperature rise of the switching element junction does not necessarily increase. Depending on the load impedance ZL of the high-frequency power supply 1, even when the reflected wave power exceeds the set value, the switching element may be able to tolerate further power loss. In such a case, too much protection is required to suppress the traveling wave power of the high frequency power supply 1. When the high-frequency power supply 1 is used in an etching process or the like, in order not to waste the process up to that point,
It is desirable that the output of the high-frequency power supply 1 be kept as low as possible. Therefore, the high-frequency power supply 1 is provided with a circuit for suppressing the traveling-wave power in a necessary and sufficient range without unnecessarily suppressing the traveling-wave power of the high-frequency power supply 1 and for surely protecting the switching element from destruction due to heat generation. is necessary.
【0042】本発明は、前述の問題を解決するための新
規な保護回路を備えたプラズマ発生用高周波電源1を提
供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a plasma generating high-frequency power supply 1 provided with a novel protection circuit for solving the above-mentioned problem.
【0043】[0043]
【課題を解決するための手段】出願時における請求項1
に記載した電源装置の保護方法の発明は、図6に示すよ
うに、進行波電力設定信号Psから進行波電力検出信号
Pfを減算した進行波電力誤差信号ΔPs=Ps−Pf
によって進行波電力を進行波電力設定信号Psの示す大
きさに維持する手段を備えたプラズマ発生用高周波電源
に対する保護方法において、DC電圧及びDC電流及び
進行波電力及び反射波電力を検出し、DC電圧検出信号
ViとDC電流検出信号Iiと進行波電力検出信号Pf
と反射波電力検出信号Prとからパワーアンプ損失電力
PLを演算し、上記パワーアンプ損失電力PLが損失電
力保護レベルPLpを超過したときに損失電力減算信号Δ
PL(<0)を演算し、上記損失電力減算信号ΔPL
(<0)を外部設定信号Pexに加算して進行波電力設定
信号PsをPex+ΔPLに抑制する減算信号加算回路6
5とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置61であ
る。Means for Solving the Problems Claim 1 at the time of filing
As shown in FIG. 6, the invention of the protection method for the power supply device described in (1) is based on the traveling wave power error signal ΔPs = Ps−Pf obtained by subtracting the traveling wave power detection signal Pf from the traveling wave power setting signal Ps.
In the protection method for the plasma generating high-frequency power supply having means for maintaining the traveling wave power at the level indicated by the traveling wave power setting signal Ps, a DC voltage and a DC current, and a traveling wave power and a reflected wave power are detected. Voltage detection signal Vi, DC current detection signal Ii, and traveling wave power detection signal Pf
And the reflected wave power detection signal Pr to calculate the power amplifier loss power PL. When the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp, the loss power subtraction signal Δ
PL (<0), and calculates the loss power subtraction signal ΔPL
(<0) is added to the external setting signal Pex to reduce the traveling wave power setting signal Ps to Pex + ΔPL.
5 is a high-frequency power supply device 61 for generating plasma, comprising:
【0044】出願時における請求項2に記載した電源装
置の保護方法の発明は、出願時における請求項1の損失
電力減算信号ΔPL(<0)が、図7に示すように、D
C電圧検出信号ViとDC電流検出信号Iiとの積であ
るDC電力信号Piを演算し、進行波電力検出信号Pf
から反射波電力検出信号Prを減算することによって高
周波出力電力信号Poを演算し、上記DC電力信号Pi
から上記高周波出力電力信号Poを減算することによっ
てパワーアンプ損失電力PLを演算し、上記パワーアン
プ損失電力PLが損失電力保護レベルPLpを超過したと
きに出力する負の信号であるプラズマ発生用高周波電源
装置61の保護方法である。According to the invention of the protection method of the power supply device described in claim 2 at the time of filing, the loss power subtraction signal ΔPL (<0) of claim 1 at the time of filing is determined by the D power as shown in FIG.
A DC power signal Pi which is a product of the C voltage detection signal Vi and the DC current detection signal Ii is calculated, and a traveling wave power detection signal Pf
The high-frequency output power signal Po is calculated by subtracting the reflected-wave power detection signal Pr from the DC power signal Pi.
The power amplifier loss power PL is calculated by subtracting the high frequency output power signal Po from the above, and a plasma generating high frequency power supply which is a negative signal output when the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp. This is a method for protecting the device 61.
【0045】出願時における請求項3に記載した電源装
置の保護方法の発明は、出願時における請求項1のプラ
ズマ発生用高周波電源61に対する保護方法において、
図6に示すように、共振電流を検出する手段と、DC電
圧検出信号ViがDC電圧保護レベルVipを超過したと
きDC電圧減算信号ΔVi(<0)を演算する手段と、
共振電流検出信号Ioが共振電流保護レベルIopを超過
したとき共振電流減算信号ΔIo(<0)を演算する手
段とを追加し、DC電圧減算信号ΔVi及び共振電流減
算信号ΔIo(<0)を外部設定信号Pexに加算するこ
とによっても進行波電力設定信号Psを抑制し、進行波
電力を抑制するプラズマ発生用高周波電源装置61の保
護方法である。The invention of a method for protecting a power supply device according to claim 3 at the time of filing is a method for protecting a high frequency power supply 61 for plasma generation according to claim 1 at the time of filing.
As shown in FIG. 6, means for detecting the resonance current, means for calculating the DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) when the DC voltage detection signal Vi exceeds the DC voltage protection level Vip,
Means for calculating the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when the resonance current detection signal Io exceeds the resonance current protection level Iop, so that the DC voltage subtraction signal ΔVi and the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) This is a method for protecting the plasma-generating high-frequency power supply device 61 that suppresses the traveling wave power by suppressing the traveling wave power setting signal Ps also by adding it to the setting signal Pex.
【0046】出願時における請求項4に記載した電源装
置の保護方法の発明は、図6に示すように、進行波電力
設定信号Psから進行波電力検出信号Pfを減算した進
行波電力誤差信号ΔPs=Ps−Pfによって進行波電
力を外部設定信号Pexの示すに維持する手段を備えたプ
ラズマ発生用高周波電源装置において、パワーアンプ入
力DC電圧を検出しDC電圧検出信号Viを出力するD
C電圧検出回路10と、パワーアンプ入力DC電流を検
出しDC電流検出信号Iiを出力するDC電流検出回路
60と、共振回路7の高周波出力電力を検出し進行波電
力検出信号Pfと反射波電力検出信号Prとを出力する
高周波電力検出回路8と、DC電圧検出信号ViとDC
電流検出信号Iiと進行波電力検出信号Pfと反射波電
力検出信号Prとからパワーアンプ損失電力PLを演算
し、上記パワーアンプ損失電力PLが損失電力保護レベ
ルPLpを超過したときに損失電力減算信号ΔPL(<
0)を出力する超過損失電力保護回路614と、上記損
失電力減算信号ΔPL(<0)を外部設定信号Pexに加
算して進行波電力設定信号PsをPex+ΔPLに抑制す
る減算信号加算回路65とを備えたプラズマ発生用高周
波電源装置61である。As shown in FIG. 6, the invention of the power supply device protection method according to claim 4 at the time of filing applies a traveling wave power error signal ΔPs obtained by subtracting the traveling wave power detection signal Pf from the traveling wave power setting signal Ps. = Ps−Pf In a high frequency power supply for plasma generation provided with means for maintaining the traveling wave power at the level indicated by the external setting signal Pex, a DC voltage detection circuit detects a DC voltage input to a power amplifier and outputs a DC voltage detection signal Vi.
A C voltage detection circuit 10, a DC current detection circuit 60 that detects a DC current input to the power amplifier and outputs a DC current detection signal Ii, a high-frequency output power of the resonance circuit 7, and a traveling-wave power detection signal Pf and a reflected-wave power A high-frequency power detection circuit 8 for outputting a detection signal Pr;
A power amplifier loss power PL is calculated from the current detection signal Ii, the traveling wave power detection signal Pf, and the reflected wave power detection signal Pr, and a loss power subtraction signal is output when the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp. ΔPL (<
0), and a subtraction signal addition circuit 65 that adds the loss power subtraction signal ΔPL (<0) to the external setting signal Pex to suppress the traveling wave power setting signal Ps to Pex + ΔPL. This is a high frequency power supply device 61 for plasma generation provided.
【0047】出願時における請求項5に記載した電源装
置の保護方法の発明は、出願時における請求項4の超過
損失電力保護回路614が、図7に示すように、DC電
圧検出信号ViとDC電流検出信号Iiとの積であるD
C電力信号Piを演算するDC電力演算回路71及び進
行波電力検出信号Pfから反射波電力検出信号Prを減
算して高周波出力電力信号Poを演算する高周波出力電
力演算回路72及び上記DC電力信号Piから上記高周
波出力電力信号Poを減算してパワーアンプ損失電力P
Lを演算する損失電力演算回路73及び上記パワーアン
プ損失電力PLが損失電力保護レベルPLpを超過したと
きに損失電力減算信号ΔPL(<0)を出力する超過損
失電力演算回路75から構成されるプラズマ発生用高周
波電源装置61である。According to the invention of the method for protecting a power supply device according to claim 5 at the time of filing, the excess loss power protection circuit 614 of claim 4 at the time of filing applies a DC voltage detection signal Vi and a DC voltage as shown in FIG. D which is the product of the current detection signal Ii
A DC power calculation circuit 71 for calculating the C power signal Pi; a high frequency output power calculation circuit 72 for calculating the high frequency output power signal Po by subtracting the reflected wave power detection signal Pr from the traveling wave power detection signal Pf; and the DC power signal Pi. The high-frequency output power signal Po is subtracted from the power amplifier loss power P
A plasma composed of a loss power calculation circuit 73 for calculating L and an excess loss power calculation circuit 75 for outputting a loss power subtraction signal ΔPL (<0) when the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp. This is a high-frequency power supply device 61 for generation.
【0048】出願時における請求項6に記載した電源装
置の発明は、出願時における請求項4のプラズマ発生用
高周波電源装置61において、共振回路7の出力共振電
流を検出し共振電流検出信号Ioを出力する共振電流検
出回路11と、DC電圧検出信号ViがDC電圧保護レ
ベルVipを超過したときDC電圧減算信号ΔVi(<
0)を出力する超過DC電圧保護回路12と、共振電流
検出信号Ioが共振電流保護レベルIopを超過したとき
共振電流減算信号ΔIo(<0)を出力する超過共振電
流保護回路13とを追加し、DC電圧減算信号ΔVi及
び共振電流減算信号ΔIo(<0)を外部設定信号Pex
に加算することによっても進行波電力設定信号Psを抑
制し、進行波電力を抑制するプラズマ発生用高周波電源
装置61である。According to the invention of the power supply device described in claim 6 at the time of filing, in the high frequency power supply device 61 for plasma generation according to claim 4 at the time of filing, the output resonance current of the resonance circuit 7 is detected and the resonance current detection signal Io is generated. The output of the resonance current detection circuit 11 and the DC voltage subtraction signal ΔVi (<
0) and an excess resonance current protection circuit 13 that outputs a resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when the resonance current detection signal Io exceeds the resonance current protection level Iop. , The DC voltage subtraction signal ΔVi and the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) by the external setting signal Pex
The plasma generating high-frequency power supply device 61 suppresses the traveling wave power setting signal Ps also by adding the signal to
【0049】出願時における請求項7に記載した電源装
置の保護方法の発明は、図8に示すように、進行波電力
設定信号Psから進行波電力検出信号Pfを減算した進
行波電力誤差信号ΔPs=Ps−Pfによって進行波電
力を進行波電力設定信号Psの示す大きさに維持する手
段を備えたプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護
方法において、DC電圧及びDC電流及び進行波電力及
び反射波電力及びスイッチング素子ベース温度を検出
し、DC電圧検出信号ViとDC電流検出信号Iiと進
行波電力検出信号Pfと反射波電力検出信号Prとスイ
ッチング素子ベース温度検出信号Tbとからスイッチン
グ素子接合部温度信号Tjを演算し、上記スイッチング
素子接合部温度信号Tjが接合部温度保護レベルTjpを
超過したときに接合部温度減算信号ΔTj(<0)を演
算し、上記接合部温度減算信号ΔTj(<0)を外部設
定信号Pexに加算して進行波電力設定信号PsをPex+
ΔTjに抑制することによって、進行波電力を抑制する
プラズマ発生用高周波電源装置81の保護方法である。As shown in FIG. 8, the invention of the protection method of the power supply device according to claim 7 at the time of filing applies a traveling wave power error signal ΔPs obtained by subtracting the traveling wave power detection signal Pf from the traveling wave power setting signal Ps. = Ps-Pf, wherein the DC voltage and the DC current, the traveling wave power and the reflected wave power are provided in a method for protecting the plasma generating high-frequency power supply device having means for maintaining the traveling wave power at the level indicated by the traveling wave power setting signal Ps by Ps-Pf. And a switching element base temperature detected by the DC voltage detection signal Vi, the DC current detection signal Ii, the traveling wave power detection signal Pf, the reflected wave power detection signal Pr, and the switching element base temperature detection signal Tb. Tj is calculated, and when the switching element junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp, the junction is determined. A temperature subtraction signal ΔTj (<0) is calculated, and the junction temperature subtraction signal ΔTj (<0) is added to the external setting signal Pex to change the traveling wave power setting signal Ps to Pex +
This is a method for protecting the plasma-generating high-frequency power supply 81 that suppresses traveling wave power by suppressing it to ΔTj.
【0050】出願時における請求項8に記載した電源装
置の保護方法の発明は、出願時における請求項7の損失
電力減算信号ΔPL(<0)が、図9に示すように、D
C電圧検出信号ViとDC電流検出信号Iiとの積であ
るDC電力信号Piを演算し、進行波電力検出信号Pf
から反射波電力検出信号Prを減算して高周波出力電力
信号Poを演算し、上記DC電力信号Piから上記高周
波出力電力信号Poを減算してパワーアンプ損失電力P
Lを演算し、上記パワーアンプ損失電力PLとスイッチ
ング素子接合部・ベース間熱抵抗値Rjbとの積をスイッ
チング素子の個数nで除して接合部・ベース温度差信号
Tjbを演算し、上記接合部・ベース温度差信号Tjbをス
イッチング素子ベース温度検出信号Tbに加算してスイ
ッチング素子接合部温度信号Tjを演算し、上記スイッ
チング素子接合部温度信号Tjが接合部温度保護レベル
Tjpを超過したとき出力する負の信号であるプラズマ発
生用高周波電源装置81の保護方法である。According to the invention of the protection method of the power supply device described in claim 8 at the time of filing, the loss power subtraction signal ΔPL (<0) of claim 7 at the time of filing is determined by the method shown in FIG.
A DC power signal Pi which is a product of the C voltage detection signal Vi and the DC current detection signal Ii is calculated, and a traveling wave power detection signal Pf
Is subtracted from the DC power signal Pi to calculate the high-frequency output power signal Po, and subtracts the high-frequency output power signal Po from the DC power signal Pi.
L is calculated, and the product of the power amplifier loss power PL and the thermal resistance Rjb between the switching element junction and the base is divided by the number n of the switching elements to calculate the junction / base temperature difference signal Tjb. The switching element junction temperature signal Tj is calculated by adding the switching element base temperature difference signal Tjb to the switching element base temperature detection signal Tb, and output when the switching element junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp. This is a method for protecting the high-frequency power supply 81 for plasma generation, which is a negative signal.
【0051】出願時における請求項9に記載した電源装
置の保護方法の発明は、出願時における請求項7のプラ
ズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法において、
共振電流を検出する手段と、DC電圧検出信号ViがD
C電圧保護レベルVipを超過したときDC電圧減算信号
ΔVi(<0)を演算する手段と、共振電流検出信号I
oが共振電流保護レベルIopを超過したとき共振電流減
算信号ΔIo(<0)を演算する手段とを追加し、DC
電圧減算信号ΔVi及び共振電流減算信号ΔIo(<
0)を外部設定信号Pexに加算することによっても進行
波電力設定信号Psを抑制し、進行波電力を抑制するプ
ラズマ発生用高周波電源装置81の保護方法である。The invention of a method for protecting a power supply device according to claim 9 at the time of filing is a method for protecting a high frequency power supply device for plasma generation according to claim 7 at the time of filing.
Means for detecting the resonance current;
Means for calculating a DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) when the C voltage protection level Vip is exceeded, and a resonance current detection signal I
a means for calculating a resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when o exceeds the resonance current protection level Iop;
The voltage subtraction signal ΔVi and the resonance current subtraction signal ΔIo (<
0) is added to the external setting signal Pex to suppress the traveling wave power setting signal Ps, and this is a protection method for the plasma generating high-frequency power supply device 81 that suppresses the traveling wave power.
【0052】出願時における請求項10に記載した電源
装置の発明は、図8に示すように、進行波電力設定信号
Psから進行波電力検出信号Pfを減算した進行波電力
誤差信号ΔPs=Ps−Pfによって進行波電力を進行
波電力設定信号Psの示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置において、パワーアン
プ入力DC電圧を検出しDC電圧検出信号Viを出力す
るDC電圧検出回路10と、パワーアンプ入力DC電流
を検出しDC電流検出信号Iiを出力するDC電流検出
回路60と、共振回路7の高周波出力電力を検出し進行
波電力検出信号Pfと反射波電力検出信号Prとを出力
する高周波電力検出回路8と、スイッチング素子ベース
温度を検出しスイッチング素子ベース温度検出信号Tb
を出力するベース温度検出回路80と、DC電圧検出信
号ViとDC電流検出信号Iiと進行波電力検出信号P
fと反射波電力検出信号Prとスイッチング素子ベース
温度検出信号Tbとからスイッチング素子接合部温度信
号Tjを演算し、上記スイッチング素子接合部温度信号
Tjが接合部温度保護レベルTjpを超過したときに接合
部温度減算信号ΔTj(<0)を出力する超過接合部温
度保護回路814と、上記接合部温度減算信号ΔTj
(<0)を外部設定信号Pexに加算して進行波電力設定
信号PsをPex+ΔTjに抑制することによって、進行
波電力を抑制する減算信号加算回路85とを備えたプラ
ズマ発生用高周波電源装置81である。As shown in FIG. 8, the invention of the power supply device according to claim 10 at the time of filing the application is a traveling wave power error signal ΔPs = Ps− obtained by subtracting the traveling wave power detection signal Pf from the traveling wave power setting signal Ps. DC voltage detection for detecting a DC voltage input to a power amplifier and outputting a DC voltage detection signal Vi in a high frequency power supply device for plasma generation including means for maintaining the traveling wave power at a level indicated by the traveling wave power setting signal Ps by Pf A circuit 10, a DC current detection circuit 60 for detecting a DC current input to the power amplifier and outputting a DC current detection signal Ii, a traveling wave power detection signal Pf for detecting a high frequency output power of the resonance circuit 7, and a reflected wave power detection signal Pr And a switching element base temperature detection signal Tb which detects the switching element base temperature and outputs
, A DC voltage detection signal Vi, a DC current detection signal Ii, and a traveling wave power detection signal P
f, the reflected power detection signal Pr, and the switching element base temperature detection signal Tb to calculate the switching element junction temperature signal Tj. When the switching element junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp, the junction is performed. An excess junction temperature protection circuit 814 that outputs a partial temperature subtraction signal ΔTj (<0);
(<0) is added to the external setting signal Pex to suppress the traveling wave power setting signal Ps to Pex + ΔTj, thereby providing a subtraction signal addition circuit 85 for suppressing traveling wave power. is there.
【0053】出願時における請求項11に記載した電源
装置の発明は、出願時における請求項10の超過接合部
温度保護回路814が、図9に示すように、DC電圧検
出信号ViとDC電流検出信号Iiとの積であるDC電
力信号Piを演算するDC電力演算回路71及び進行波
電力検出信号Pfから反射波電力検出信号Prを減算し
て高周波出力電力信号Poを演算する高周波出力電力演
算回路72及び上記DC電力信号Piから上記高周波出
力電力信号Poを減算してパワーアンプ損失電力PLを
演算する損失電力演算回路73及び上記パワーアンプ損
失電力PLとスイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗
値Rjbとの積をスイッチング素子の個数nで除して接合
部・ベース温度差信号Tjbを演算する接合部・ベース温
度差演算回路91及び上記接合部・ベース温度差信号T
jbにスイッチング素子ベース温度検出信号Tbを加算し
てスイッチング素子接合部温度信号Tjを演算する接合
部温度演算回路92及び上記スイッチング素子接合部温
度信号Tjが接合部温度保護レベルTjpを超過したとき
に接合部温度減算信号ΔTj(<0)を出力する超過接
合部温度演算回路94から構成されるプラズマ発生用高
周波電源装置81である。According to the invention of the power supply device described in claim 11 at the time of filing, the excess junction temperature protection circuit 814 of claim 10 at the time of filing applies the DC voltage detection signal Vi and the DC current detection as shown in FIG. A DC power calculation circuit 71 for calculating a DC power signal Pi which is a product of the signal Ii and a high-frequency output power calculation circuit for calculating a high-frequency output power signal Po by subtracting the reflected wave power detection signal Pr from the traveling wave power detection signal Pf 72 and a loss power calculation circuit 73 for calculating the power amplifier loss power PL by subtracting the high-frequency output power signal Po from the DC power signal Pi, and the thermal resistance Rjb between the power amplifier loss power PL and the switching element junction / base. Is divided by the number n of switching elements to calculate a junction-base temperature difference signal Tjb. And the junction / base temperature difference signal T
A junction temperature calculation circuit 92 for calculating a switching element junction temperature signal Tj by adding a switching element base temperature detection signal Tb to jb and when the switching element junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp. This is a plasma generating high-frequency power supply device 81 including an excess junction temperature calculation circuit 94 that outputs a junction temperature subtraction signal ΔTj (<0).
【0054】出願時における請求項12に記載した電源
装置の発明は、出願時における請求項10のプラズマ発
生用高周波電源装置81において、共振回路7の出力共
振電流を検出し共振電流検出信号Ioを出力する共振電
流検出回路11と、DC電圧検出信号ViがDC電圧保
護レベルVipを超過したときDC電圧減算信号ΔVi
(<0)を出力する超過DC電圧保護回路12と、共振
電流検出信号Ioが共振電流保護レベルIopを超過した
とき共振電流減算信号ΔIo(<0)を出力する超過共
振電流保護回路13とを追加し、DC電圧減算信号ΔV
i及び共振電流減算信号ΔIo(<0)を外部設定信号
Pexに加算することによっても進行波電力設定信号Ps
を抑制し、進行波電力を抑制するプラズマ発生用高周波
電源装置81である。The invention of the power supply device according to claim 12 at the time of filing is the invention of the high frequency power supply device 81 for plasma generation according to claim 10 at the time of filing, by detecting an output resonance current of the resonance circuit 7 and generating a resonance current detection signal Io. The output resonance current detection circuit 11 and the DC voltage subtraction signal ΔVi when the DC voltage detection signal Vi exceeds the DC voltage protection level Vip
An excess DC voltage protection circuit 12 that outputs (<0) and an excess resonance current protection circuit 13 that outputs a resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when the resonance current detection signal Io exceeds the resonance current protection level Iop. Add the DC voltage subtraction signal ΔV
i and the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) to the external setting signal Pex can also be used as the traveling wave power setting signal Ps.
This is a high-frequency power supply device 81 for plasma generation, which suppresses traveling wave power.
【0055】[0055]
【発明の実施の形態】従来の反射波電力が一定値以下に
なるように進行波電力を抑制する代わりに、図6に示す
ようにパワーアンプ6の損失電力PLをあらかじめ定め
た損失電力保護レベルPLp以下になるように進行波電力
を抑制する。後述するようにパワーアンプの発熱量はパ
ワーアンプ損失電力PLに比例するため、保護レベルの
決定に実験を行う必要がなく、進行波電力を必要以上に
抑制することなくスイッチング素子を保護することがで
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Instead of suppressing the traveling wave power so that the reflected wave power becomes equal to or less than a predetermined value, the loss power PL of the power amplifier 6 is changed to a predetermined loss power protection level as shown in FIG. The traveling wave power is suppressed so as to be equal to or less than PLp. As will be described later, since the amount of heat generated by the power amplifier is proportional to the power loss power PL of the power amplifier, it is not necessary to carry out an experiment to determine the protection level, and it is possible to protect the switching element without suppressing the traveling wave power more than necessary. it can.
【0056】具体的には図6に示すように、進行波電力
設定信号Psから進行波電力検出信号Pfを減算した進
行波電力誤差信号ΔPs=Ps−Pfによって進行波電
力を進行波電力設定信号Psの示す大きさに維持する手
段を備えたプラズマ発生用高周波電源において、パワー
アンプ入力DC電圧を検出しDC電圧検出信号Viを出
力するDC電圧検出回路10と、パワーアンプ入力DC
電流を検出しDC電流検出信号Iiを出力するDC電流
検出回路60と、共振回路7の出力共振電流を検出し共
振電流検出信号Ioを出力する共振電流検出回路11
と、共振回路7の高周波出力電力を検出し進行波電力検
出信号Pfと反射波電力検出信号Prとを出力する高周
波電力検出回路8と、上記DC電圧検出信号ViがDC
電圧保護レベルVipを超過したとき、DC電圧減算信号
ΔVi(<0)を出力する超過DC電圧保護回路12
と、上記共振電流検出信号Ioが共振電流保護レベルI
opを超過したとき、共振電流減算信号ΔIo(<0)を
出力する超過共振電流保護回路13と、DC電圧検出信
号ViとDC電流検出信号Iiと進行波電力検出信号P
fと反射波電力検出信号Prとからパワーアンプ損失電
力PLを演算し、上記パワーアンプ損失電力PLが損失
電力保護レベルPLpを超過したときに損失電力減算信号
ΔPL(<0)を出力する超過損失電力保護回路614
と、上記DC電圧減算信号ΔVi(<0)又は上記共振
電流減算信号ΔIo(<0)又は上記損失電力減算信号
ΔPL(<0)を外部設定信号Pexに加算して進行波電
力設定信号PsをPex+ΔVi+ΔIo+ΔPLに抑制
する減算信号加算回路65とを備えたプラズマ発生用高
周波電源装置61である。More specifically, as shown in FIG. 6, the traveling wave power is set by the traveling wave power error signal ΔPs = Ps−Pf obtained by subtracting the traveling wave power detection signal Pf from the traveling wave power setting signal Ps. In a high frequency power supply for plasma generation having means for maintaining the magnitude indicated by Ps, a DC voltage detection circuit 10 for detecting a DC voltage input to a power amplifier and outputting a DC voltage detection signal Vi;
A DC current detection circuit 60 that detects a current and outputs a DC current detection signal Ii; and a resonance current detection circuit 11 that detects an output resonance current of the resonance circuit 7 and outputs a resonance current detection signal Io
A high-frequency power detection circuit 8 for detecting a high-frequency output power of the resonance circuit 7 and outputting a traveling-wave power detection signal Pf and a reflected-wave power detection signal Pr;
Excess DC voltage protection circuit 12 that outputs DC voltage subtraction signal ΔVi (<0) when voltage protection level Vip is exceeded
And the resonance current detection signal Io is the resonance current protection level I
The excess resonance current protection circuit 13 that outputs the resonance current subtraction signal ΔIo (<0) when the current exceeds the op, the DC voltage detection signal Vi, the DC current detection signal Ii, and the traveling wave power detection signal P
f and the reflected power detection signal Pr to calculate the power amplifier loss power PL, and output the loss power subtraction signal ΔPL (<0) when the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp. Power protection circuit 614
And the DC voltage subtraction signal ΔVi (<0), the resonance current subtraction signal ΔIo (<0), or the loss power subtraction signal ΔPL (<0) to the external setting signal Pex to obtain the traveling wave power setting signal Ps. A plasma generating high-frequency power supply device 61 including a subtraction signal addition circuit 65 for suppressing Pex + ΔVi + ΔIo + ΔPL.
【0057】[0057]
【実施例】(実施例1)従来技術で述べたように、スイ
ッチング素子を発熱による破壊から保護するためには最
高使用接合部温度Tjp以下で使用する必要がある。した
がって、スイッチング素子接合部温度Tjを最高使用接
合部温度Tjp以下になるように高周波電源1の進行波電
力を制御する必要がある。また、スイッチング素子接合
部温度Tjは後述するようにスイッチング素子損失電力
Pdに比例する。したがって、最高使用接合部温度Tjp
を超過しないようなスイッチング素子の許容損失電力P
dpを求め、測定したスイッチング素子損失電力PdがP
dpを超過しないように、高周波電源1から出力する進行
波電力を制御すれば、スイッチング素子の発熱量が減少
し、スイッチング素子を発熱による破壊から保護するこ
とができる。(Embodiment 1) As described in the prior art, in order to protect a switching element from destruction due to heat generation, it is necessary to use the switching element at a temperature lower than a maximum used junction temperature Tjp. Therefore, it is necessary to control the traveling wave power of the high frequency power supply 1 so that the switching element junction temperature Tj is equal to or lower than the maximum use junction temperature Tjp. Further, the switching element junction temperature Tj is proportional to the switching element loss power Pd as described later. Therefore, the maximum operating junction temperature Tjp
The power loss P of the switching element that does not exceed
dp is determined, and the measured switching element loss power Pd becomes P
If the traveling wave power output from the high frequency power supply 1 is controlled so as not to exceed dp, the amount of heat generated by the switching element is reduced, and the switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【0058】本発明の第1の実施例では、パワーアンプ
6の損失電力PLはすべてスイッチング素子によるもの
であるとして、スイッチング素子損失電力Pdとスイッ
チング素子の個数nとの積をパワーアンプ損失電力PL
(PL=Pd×n)とする。同様に、パワーアンプ損失
保護レベルPLpをPLp=Pdp×nとすることにより、こ
のPLpを用いて保護を行う。具体的には、パワーアンプ
損失電力PLが後述する損失電力保護レベルPLp以下に
なるように、高周波電源61の進行波電力を抑制するこ
とによってスイッチング素子を発熱による破壊から保護
する。In the first embodiment of the present invention, it is assumed that the loss power PL of the power amplifier 6 is entirely due to the switching elements, and the product of the switching element loss power Pd and the number n of the switching elements is calculated as the power amplifier loss power PL.
(PL = Pd × n). Similarly, by setting the power amplifier loss protection level PLp as PLp = Pdp × n, protection is performed using this PLp. Specifically, the switching element is protected from destruction due to heat generation by suppressing the traveling wave power of the high frequency power supply 61 so that the power amplifier loss power PL becomes equal to or lower than a loss power protection level PLp described later.
【0059】以下、損失電力保護レベルPLpの決定方法
について詳述する。図5は、スイッチング素子接合部温
度Tjとスイッチング素子ベース温度Tbとスイッチン
グ素子損失電力Pdとの関係を説明するためのスイッチ
ング素子温度・損失電力説明図である。 Tj = Rjb × Pd + Tb・・・・・(式1) (式1)は、スイッチング素子接合部温度Tjとスイッ
チング素子ベース温度Tbとスイッチング素子損失電力
Pdとの関係を説明するための数式である。Hereinafter, a method of determining the loss power protection level PLp will be described in detail. FIG. 5 is a switching element temperature / loss power explanatory diagram for explaining the relationship among the switching element junction temperature Tj, the switching element base temperature Tb, and the switching element loss power Pd. Tj = Rjb × Pd + Tb (Equation 1) (Equation 1) is an equation for explaining the relationship among the switching element junction temperature Tj, the switching element base temperature Tb, and the switching element loss power Pd. is there.
【0060】図5において、スイッチング素子51はパ
ワーアンプ6を構成するスイッチング素子であり、放熱
器52はスイッチング素子を冷却するための放熱器であ
る。図5及び式1において、Rjbはスイッチング素子接
合部・ベース間熱抵抗値であり、単位電力あたりの温度
上昇としてデータシートに記載されている。In FIG. 5, a switching element 51 is a switching element constituting the power amplifier 6, and a radiator 52 is a radiator for cooling the switching element. In FIG. 5 and Equation 1, Rjb is the thermal resistance value between the switching element junction and the base, and is described in the data sheet as the temperature rise per unit power.
【0061】スイッチング素子接合部温度Tjとスイッ
チング素子ベース温度Tbとの差は、スイッチング素子
損失電力Pdによって生じ、図5及び式1に示すよう
に、スイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Rjbと
スイッチング素子損失電力Pdとの積Rjb×Pdで与え
られ、スイッチング素子接合部温度Tjはスイッチング
素子損失電力Pdに比例する。The difference between the switching element junction temperature Tj and the switching element base temperature Tb is caused by the switching element loss power Pd. As shown in FIG. It is given by the product Rjb × Pd with the switching element loss power Pd, and the switching element junction temperature Tj is proportional to the switching element loss power Pd.
【0062】まず、スイッチング素子接合部温度Tjが
最高使用接合部温度Tjpを超過しないように、スイッチ
ング素子の許容損失電力Pdpを決定する。式1から、ス
イッチング素子損失電力Pdをスッチング素子接合部温
度Tjとスイッチング素子ベース温度Tbと接合部・ベ
ース間熱抵抗値Rjbによって表すと、式2の様になる。 Pd = { Tj − Tb } / Rjb・・・・・(式2)First, the allowable loss power Pdp of the switching element is determined so that the switching element junction temperature Tj does not exceed the maximum use junction temperature Tjp. From Equation 1, when the switching element loss power Pd is represented by the switching element junction temperature Tj, the switching element base temperature Tb, and the junction-base thermal resistance Rjb, Equation 2 is obtained. Pd = {Tj-Tb} / Rjb (2)
【0063】式2において、スイッチング素子接合部温
度Tj及び接合部・ベース間熱抵抗値Rjbに、データシ
ート記載の最高使用接合部温度Tjp及び接合部・ベース
間熱抵抗値Rjbを代入し、スイッチング素子ベース温度
Tbを後述するように仮定することによって、スイッチ
ング素子損失電力Pdの上限値Pdpを求めることができ
る。求めたスイッチング素子許容損失電力Pdpとスイッ
チング素子の個数nとの積を損失電力保護レベルPLpと
する。In Equation 2, the maximum used junction temperature Tjp and the junction-base thermal resistance Rjb described in the data sheet are substituted for the switching element junction temperature Tj and the junction-base thermal resistance Rjb, and the switching is performed. By assuming the element base temperature Tb as described later, the upper limit value Pdp of the switching element loss power Pd can be obtained. The product of the obtained switching element allowable loss power Pdp and the number n of switching elements is defined as a loss power protection level PLp.
【0064】例えば、パワーアンプ6が、データシート
記載の最高使用接合部温度Tjp=150℃、接合部・ベ
ース間熱抵抗値Rjb=1.0W/℃である4個のスイッ
チング素子から構成される場合を考える。この場合、ス
イッチング素子接合部温度Tjは150℃まで許容され
るので、式2のTjにTjp=150℃を代入する。な
お、パワーアンプ6の信頼性を高めるには、150℃よ
り小さい値を用いればい。次に、ベース温度Tbの上限
値Tbpを決める。高周波電源61を周囲温度45℃以下
の環境で使用すると仮定する(最高使用周囲温度を45
℃と仮定)。高周波電源61から進行波電力を出力して
いるとき、高周波電源61を構成する素子の発熱によっ
て、高周波電源61の筐体内部は、高周波電源61の周
囲に比べ温度が高くなる。そこで、高周波電源61の筐
体内部温度が高周波電源61の周囲温度より15℃高い
と仮定する。さらに、スイッチング素子ベース温度は高
周波電源61の内部温度よりも10℃高いと仮定する
と、スイッチング素子ベース温度の上限値は、Tbp=4
5℃+15℃+10℃=70℃となる。これを式2のT
bに代入する。For example, the power amplifier 6 is composed of four switching elements having the maximum use junction temperature Tjp = 150 ° C. described in the data sheet and the junction-base thermal resistance Rjb = 1.0 W / ° C. Consider the case. In this case, since the switching element junction temperature Tj is allowed up to 150 ° C., Tjp = 150 ° C. is substituted for Tj in Expression 2. In order to increase the reliability of the power amplifier 6, a value smaller than 150 ° C. may be used. Next, the upper limit value Tbp of the base temperature Tb is determined. It is assumed that the high-frequency power supply 61 is used in an environment having an ambient temperature of 45 ° C. or less (the maximum operating ambient temperature is 45 ° C.).
° C). When traveling-wave power is output from the high-frequency power supply 61, the temperature inside the housing of the high-frequency power supply 61 becomes higher than that around the high-frequency power supply 61 due to the heat generated by the elements constituting the high-frequency power supply 61. Therefore, it is assumed that the internal temperature of the high-frequency power supply 61 is higher by 15 ° C. than the ambient temperature of the high-frequency power supply 61. Further, assuming that the switching element base temperature is higher by 10 ° C. than the internal temperature of the high frequency power supply 61, the upper limit of the switching element base temperature is Tbp = 4.
5 ° C. + 15 ° C. + 10 ° C. = 70 ° C. This is expressed by T
Substitute for b.
【0065】すなわち、スイッチング素子ベース温度T
bの上限値Tbp=70℃のとき、スイッチング素子接合
部温度TjがTjp=150℃まで許容されるのであるか
ら、式2よりスイッチング素子の許容損失電力Pdpは8
0Wになる。したがって、パワーアンプの許容損失電力
は80W×4個=320Wとなり、パワーアンプ損失電
力保護レベルPLpを320Wに相当する値に設定する。That is, the switching element base temperature T
When the upper limit value of b is Tbp = 70 ° C., the switching element junction temperature Tj is allowed up to Tjp = 150 ° C. Therefore, the permissible power loss Pdp of the switching element is 8 from Equation 2.
0W. Therefore, the allowable loss power of the power amplifier is 80 W × 4 = 320 W, and the power amplifier loss power protection level PLp is set to a value corresponding to 320 W.
【0066】第1の実施例では、パワーアンプ損失電力
PLが前述したPLp以下になるように、高周波電源61
の進行波電力を抑制することによって、スイッチング素
子損失電力Pdを減少させ、スイッチング素子を発熱に
よる破壊から保護することができる。In the first embodiment, the high-frequency power supply 61 is controlled so that the power amplifier loss power PL becomes equal to or less than the aforementioned PLp.
, The switching element loss power Pd can be reduced, and the switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【0067】以下、図面を用いてパワーアンプ損失電力
PLを用いた保護について説明する。図6は、本発明の
第1の実施例を示す第1実施例ブロック図である。図1
と比較すると、図6では、従来技術の超過反射波電力保
護回路14の代わりに、DC電流検出回路60及び超過
損失電力保護回路614が備えられている。IiはDC
電流検出信号であり、PLpは前述したパワーアンプ損失
電力保護レベルであり、ΔPLは損失電力減算信号であ
る。その他の符号については、前述した図1の符号の説
明と同様である。Hereinafter, the protection using the power amplifier loss power PL will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram of the first embodiment showing the first embodiment of the present invention. FIG.
6, a DC current detection circuit 60 and an excess loss power protection circuit 614 are provided instead of the excess reflection power protection circuit 14 of the related art. Ii is DC
A current detection signal, PLp is the power amplifier loss power protection level described above, and ΔPL is a loss power subtraction signal. Other reference numerals are the same as those described with reference to FIG.
【0068】第1の実施例における発熱に対する保護
は、図6の超過損失電力保護回路614によって行う。
以下、図7を参照して超過損失電力保護回路614の例
について説明する。図7は、本発明に係る超過損失電力
保護回路614の例を示す本発明に係る超過損失電力保
護回路接続図である。図中、DC電力演算回路71は、
DC電圧検出信号ViにDC電流検出信号Iiを乗ずる
ことにより、DC電力信号Piを演算するための演算回
路である。高周波出力電力演算回路72は、進行波電力
検出信号Pfから反射波電力検出信号Prを減算するこ
とにより、高周波出力電力Poを演算するための演算回
路である。損失電力演算回路73は、DC電力Piから
高周波出力電力Poを減算することによって、パワーア
ンプ損失電力PLを演算するための演算回路である。損
失電力保護レベル設定回路74は、損失電力保護レベル
PLpを設定するための設定回路である。超過損失電力演
算回路75は、パワーアンプ損失電力信号PLとパワー
アンプ損失電力保護レベルPLpとを比較し、パワーアン
プ損失電力PLが損失電力保護レベルPLpを超過した場
合のみ、超過分(PL−PLp)に比例する損失電力減算
信号ΔPL(<0)を出力する、演算回路である。The protection against heat generation in the first embodiment is performed by the excess loss power protection circuit 614 shown in FIG.
Hereinafter, an example of the excess loss power protection circuit 614 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a connection diagram of the excess loss power protection circuit according to the present invention, showing an example of the excess loss power protection circuit 614 according to the present invention. In the figure, the DC power calculation circuit 71 is
An arithmetic circuit for calculating the DC power signal Pi by multiplying the DC voltage detection signal Vi by the DC current detection signal Ii. The high-frequency output power calculation circuit 72 is a calculation circuit for calculating the high-frequency output power Po by subtracting the reflected wave power detection signal Pr from the traveling wave power detection signal Pf. The loss power calculation circuit 73 is a calculation circuit for calculating the power amplifier loss power PL by subtracting the high frequency output power Po from the DC power Pi. The loss power protection level setting circuit 74 is a setting circuit for setting the loss power protection level PLp. The excess loss power calculation circuit 75 compares the power amplifier loss power signal PL with the power amplifier loss power protection level PLp, and only when the power amplifier loss power PL exceeds the loss power protection level PLp, the excess (PL-PLp ) Is an arithmetic circuit that outputs a loss power subtraction signal ΔPL (<0) that is proportional to.
【0069】図6において、DC電圧検出回路10がD
C電圧検出信号Viを、DC電流検出回路60がDC電
流検出信号Iiを、高周波電力検出回路8が進行波電力検
出信号Pf及び反射波電力検出信号Prを出力したと
き、超過損失電力保護回路614は前述のように検出値
からパワーアンプ損失電力信号PLを演算し、パワーア
ンプ損失電力PLと損失電力保護レベルPLpとを比較
し、パワーアンプ損失電力PLが損失電力保護レベルP
Lpを超過したときのみ、損失電力減算信号ΔPL(<
0)を出力する。減算信号加算回路65は、超過損失電
力保護回路62から損失電力減算信号ΔPL(<0)が
出力されると、外部設定信号Pexに損失電力減算信号Δ
PL(<0)を加算することによって進行波電力設定信
号Psを抑制する。すなわち、進行波電力設定信号Ps
を抑制することによって、前述の従来技術における過電
圧保護の場合と同様の過程で進行波電力が抑制され、パ
ワーアンプ損失電力PLが小さくなりスイッチング素子
損失電力Pdは減少するのでスイッチング素子接合部温
度Tjは低下する。このようなパワーアンプ損失電力P
Lを抑制する保護は、パワーアンプ損失電力PL≦パワ
ーアンプ損失電力保護レベルPLpになるまで行われるの
で、パワーアンプ損失電力保護レベルPLpを適切な値に
設定すれば、パワーアンプ6のスイッチング素子が発熱
による破壊から保護される。In FIG. 6, the DC voltage detection circuit 10
When the C voltage detection signal Vi, the DC current detection circuit 60 outputs the DC current detection signal Ii, and the high frequency power detection circuit 8 outputs the traveling wave power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr, the excess loss power protection circuit 614 Calculates the power amplifier loss power signal PL from the detected value as described above, compares the power amplifier loss power PL with the loss power protection level PLp, and determines that the power amplifier loss power PL is
Only when Lp is exceeded, the loss power subtraction signal ΔPL (<
0) is output. When the loss power subtraction signal ΔPL (<0) is output from the excess loss power protection circuit 62, the subtraction signal addition circuit 65 adds the loss power subtraction signal Δ to the external setting signal Pex.
By adding PL (<0), the traveling wave power setting signal Ps is suppressed. That is, the traveling wave power setting signal Ps
, The traveling-wave power is suppressed in the same process as in the case of the overvoltage protection in the above-described prior art, and the power amplifier loss power PL decreases and the switching element loss power Pd decreases, so that the switching element junction temperature Tj Drops. Such power amplifier loss power P
Since the protection for suppressing L is performed until the power amplifier loss power PL ≦ the power amplifier loss power protection level PLp, if the power amplifier loss power protection level PLp is set to an appropriate value, the switching elements of the power amplifier 6 Protected from destruction by heat.
【0070】(実施例2)第2の実施例では、DC電圧
検出信号Vi、DC電流検出信号Ii、進行波電力検出
信号Pf及び反射波電力検出信号Prから演算したスイ
ッチング素子損失電力Pdとスイッチング素子ベース温
度Tbの検出値とを用いて、式1によって演算したスイ
ッチング素子接合部温度Tjを最高使用接合部温度Tjp
以下に制御することによって、スイッチング素子を発熱
による破壊から保護する。第2の実施例では、接合部温
度保護レベルにスイッチング素子の最高使用接合部温度
Tjpを用いる。なお、パワーアンプの信頼性を高めるに
は、接合部温度保護レベルに最高使用接合部温度Tjpよ
り小さい値を用いればよい。(Embodiment 2) In the second embodiment, the switching element loss power Pd calculated from the DC voltage detection signal Vi, the DC current detection signal Ii, the traveling wave power detection signal Pf, and the reflected wave power detection signal Pr, and the switching. Using the detected value of the element base temperature Tb and the switching element junction temperature Tj calculated by Equation 1, the maximum used junction temperature Tjp
By controlling as follows, the switching element is protected from destruction due to heat generation. In the second embodiment, the maximum used junction temperature Tjp of the switching element is used as the junction temperature protection level. In order to improve the reliability of the power amplifier, a value lower than the maximum used junction temperature Tjp may be used as the junction temperature protection level.
【0071】図8は、本発明の第2の実施例を示す第2
実施例ブロック図である。図6と比較すると、図8で
は、超過損失電力保護回路614の代わりに、超過接合
部温度保護回路814が備えられている。また、パワー
アンプ6の代わりに温度検出回路付パワーアンプ86及
びベース温度検出回路80が備えられている。Tbはベ
ース温度検出信号、Tjpは前述の最高使用接合部温度
(接合部温度保護レベル)であり、ΔTjは接合部温度
減算信号である。その他の符号については、前述の図1
及び図6における符号の説明と同様である。FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
It is an Example block diagram. Compared with FIG. 6, in FIG. 8, an excess junction temperature protection circuit 814 is provided instead of the excess loss power protection circuit 614. A power amplifier 86 with a temperature detection circuit and a base temperature detection circuit 80 are provided instead of the power amplifier 6. Tb is a base temperature detection signal, Tjp is the above-described maximum junction temperature (junction temperature protection level), and ΔTj is a junction temperature subtraction signal. For other symbols, refer to FIG.
6 and the description of the reference numerals in FIG.
【0072】図9は、本発明に係る超過接合部温度保護
回路814の例を示す本発明に係る超過接合部温度保護
回路接続図である。超過接合部温度保護回路814は、
ベース温度検出信号Tb及びDC電圧検出信号Vi及び
DC電流検出信号Ii及び進行波電力検出信号Pf及び
反射波電力検出信号Prから接合部温度Tjを演算し、
Tjと接合部温度保護レベルTjpとを比較し、接合部温
度減算信号ΔTj(<0)を出力する保護回路である。FIG. 9 is a connection diagram of the over-junction temperature protection circuit according to the present invention, showing an example of the over-junction temperature protection circuit 814 according to the present invention. The excess junction temperature protection circuit 814
The junction temperature Tj is calculated from the base temperature detection signal Tb, the DC voltage detection signal Vi, the DC current detection signal Ii, the traveling wave power detection signal Pf, and the reflected wave power detection signal Pr,
This protection circuit compares Tj with the junction temperature protection level Tjp and outputs a junction temperature subtraction signal ΔTj (<0).
【0073】DC電力演算回路71及び高周波出力電力
演算回路72及び損失電力演算回路73の説明は、図7
と同様である。接合部・ベース温度差演算回路91は、
パワーアンプ損失電力信号PLをスイッチング素子の数
nで除したスイッチング素子損失電力Pdに接合部・ベ
ース間熱抵抗信号Rjbを乗ずることによって、接合部・
ベース温度差信号Tjbを演算するための演算回路であ
る。接合部温度演算回路92は、接合部・ベース温度差
信号Tjbにベース温度検出信号Tbを加算することによ
り、接合部温度Tjを演算するための演算回路である。
接合部温度保護レベル設定回路93は、接合部温度保護
レベルTjpを設定するための設定回路である。超過接合
部温度演算回路94は、接合部温度信号Tjと接合部温
度保護レベルTjpとを比較し、接合部温度信号Tjが接
合部温度保護レベルTjpを超過した場合のみ、超過分
(Tj−Tjp)に比例する接合部温度減算信号ΔTj
(<0)を出力する演算回路である。The description of the DC power calculation circuit 71, the high-frequency output power calculation circuit 72, and the loss power calculation circuit 73 is given in FIG.
Is the same as The junction / base temperature difference calculation circuit 91
By multiplying the switching element loss power Pd obtained by dividing the power amplifier loss power signal PL by the number n of the switching elements by the junction-base thermal resistance signal Rjb,
An arithmetic circuit for calculating the base temperature difference signal Tjb. The junction temperature calculation circuit 92 is a calculation circuit for calculating the junction temperature Tj by adding the base temperature detection signal Tb to the junction / base temperature difference signal Tjb.
The junction temperature protection level setting circuit 93 is a setting circuit for setting the junction temperature protection level Tjp. The excess junction temperature calculation circuit 94 compares the junction temperature signal Tj with the junction temperature protection level Tjp, and only when the junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp, the excess (Tj−Tjp). ), The junction temperature subtraction signal ΔTj
(<0).
【0074】図8において、DC電圧検出回路10がD
C電圧検出信号Viを、DC電流検出回路60がDC電
流検出信号Iiを、高周波電力検出回路8が進行波電力検
出信号Pf及び反射波電力検出信号Prを、ベース温度
検出回路80がベース温度検出信号Tbを出力したと
き、超過接合部温度保護回路814は前述のように接合
部温度信号Tjを演算し、接合部温度信号Tjが接合部
温度保護レベルTjpを超過したとき、接合部温度減算信
号ΔTj(<0)を出力する。減算信号加算回路85
は、超過接合部温度保護回路82から接合部温度減算信
号ΔTj(<0)が出力されると、外部設定信号Pexに
接合部温度減算信号ΔTj(<0)を加算することによ
って進行波電力設定信号Psを抑制する。すなわち、進
行波電力設定信号Psを抑制することによって、前述の
従来技術における過電圧保護の場合と同様の過程で進行
波電力が抑制され、パワーアンプ損失電力PLが小さく
なりスイッチング素子損失電力Pdは減少するのでスイ
ッチング素子接合部温度Tjは低下する。このようなス
イッチング素子接合部温度を抑制する保護は、接合部温
度信号Tj≦接合部温度保護レベルTjpになるまで行わ
れるので、接合部温度保護レベルTjpを適切な値に設定
すれば、パワーアンプ6のスイッチング素子が発熱によ
る破壊から保護される。In FIG. 8, the DC voltage detection circuit 10
The C voltage detection signal Vi, the DC current detection circuit 60 detects the DC current detection signal Ii, the high frequency power detection circuit 8 detects the traveling wave power detection signal Pf and the reflected wave power detection signal Pr, and the base temperature detection circuit 80 detects the base temperature. When the signal Tb is output, the excess junction temperature protection circuit 814 calculates the junction temperature signal Tj as described above, and when the junction temperature signal Tj exceeds the junction temperature protection level Tjp, the junction temperature subtraction signal ΔTj (<0) is output. Subtraction signal addition circuit 85
When the junction temperature subtraction signal ΔTj (<0) is output from the excess junction temperature protection circuit 82, the traveling wave power setting is performed by adding the junction temperature subtraction signal ΔTj (<0) to the external setting signal Pex. The signal Ps is suppressed. That is, by suppressing the traveling wave power setting signal Ps, the traveling wave power is suppressed in the same process as in the case of the overvoltage protection in the above-described conventional technique, the power amplifier loss power PL is reduced, and the switching element loss power Pd is reduced. Therefore, the switching element junction temperature Tj decreases. Such protection for suppressing the junction temperature of the switching element is performed until the junction temperature signal Tj ≦ the junction temperature protection level Tjp. Therefore, if the junction temperature protection level Tjp is set to an appropriate value, the power amplifier The switching element No. 6 is protected from destruction due to heat generation.
【0075】[0075]
【発明の効果】第1の実施例では、保護レベル(損失電
力保護レベルPLp)は実験を行うことなく、容易に計算
することができるという第1の効果を有する。According to the first embodiment, there is a first effect that the protection level (loss power protection level PLp) can be easily calculated without performing an experiment.
【0076】また、第1の効果に加えて下記の第2の効
果も有する。従来技術では反射波電力Prの大きさとス
イッチング素子接合部温度とに明確な関係がないため
に、必要十分な範囲で、スイッチング素子の保護を行う
ことができなかった。一方、第1の実施例では、スイッ
チング素子接合部温度Tjはパワーアンプ損失電力PL
に比例する。そして、パワーアンプ損失電力PLがパワ
ーアンプ損失電力保護レベルPLp以下になるように、高
周波電源61から出力する進行波電力を抑制する。その
ため、必要十分な範囲で高周波電源61の進行波電力を
抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から保護す
ることができるという第2の効果も有する。In addition to the first effect, the following second effect is also provided. In the related art, since there is no clear relationship between the magnitude of the reflected wave power Pr and the switching element junction temperature, the switching element cannot be protected within a necessary and sufficient range. On the other hand, in the first embodiment, the switching element junction temperature Tj is equal to the power amplifier loss power PL.
Is proportional to Then, the traveling wave power output from the high frequency power supply 61 is suppressed so that the power amplifier loss power PL becomes equal to or lower than the power amplifier loss power protection level PLp. Therefore, there is also a second effect that the traveling wave power of the high frequency power supply 61 can be suppressed within a necessary and sufficient range, and the switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【0077】第2の実施例では、保護レベル(接合部温
度保護レベル)には最高使用接合部温度Tjpを用いれば
よいので、保護レベルの決定の際に実験を行う必要がな
いという第1の効果を有する。In the second embodiment, since the maximum used junction temperature Tjp may be used as the protection level (junction temperature protection level), it is not necessary to conduct an experiment when determining the protection level. Has an effect.
【0078】また上記第1の効果に加えて、以下の効果
も有している。第2の実施例では、検出値から演算した
接合部温度Tjを用いて高周波電源81の進行波電力を
抑制し、接合部温度Tjが最高使用接合部温度Tjpを超
過しないようにする保護方法である。そのため、第1の
実施例同様、必要十分な範囲で高周波電源1の進行波電
力を抑制し、スイッチング素子を発熱による破壊から保
護することができるという第2の効果も有する。Further, in addition to the first effect, the following effect is also obtained. In the second embodiment, a protection method is used in which the traveling-wave power of the high-frequency power supply 81 is suppressed using the junction temperature Tj calculated from the detected value so that the junction temperature Tj does not exceed the maximum used junction temperature Tjp. is there. Therefore, similarly to the first embodiment, there is also a second effect that the traveling wave power of the high frequency power supply 1 can be suppressed within a necessary and sufficient range, and the switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【0079】また、前述した第1の実施例では、ベース
温度Tbを高周波電源1の最高使用周囲温度(例えば4
5℃)として、損失電力保護レベルPLpを決定したのに
対して、第2の実施例では、ベース温度Tbも検出した
値を用いて接合部温度Tjを演算している。したがっ
て、第2の実施例では、上述の効果に加え、高周波電源
61が最高使用温度以上の環境で使用されたとしても、
スイッチング素子を発熱による破壊から保護することが
できるという第3の効果も有する。In the first embodiment, the base temperature Tb is set to the maximum operating ambient temperature of the high frequency
5 ° C.), the power loss protection level PLp is determined, whereas in the second embodiment, the junction temperature Tj is calculated using the detected value of the base temperature Tb. Therefore, in the second embodiment, in addition to the above-described effects, even if the high-frequency power supply 61 is used in an environment at or above the maximum operating temperature,
There is also a third effect that the switching element can be protected from destruction due to heat generation.
【図1】図1は、従来技術のプラズマ発生用高周波電源
装置1及びその周辺装置を示す従来技術ブロック図であ
る。FIG. 1 is a prior art block diagram showing a prior art high frequency power supply device for plasma generation 1 and its peripheral devices.
【図2】図2は、従来技術の超過DC電圧保護回路12
の例を示す従来技術の超過DC電圧保護回路接続図であ
る。FIG. 2 shows a prior art excess DC voltage protection circuit 12;
FIG. 4 is a connection diagram of an excess DC voltage protection circuit according to the related art, showing the example of FIG.
【図3】図3は、従来技術の超過共振電流保護回路13
の例を示す超過共振電流保護回路接続図である。FIG. 3 shows a prior art excess resonance current protection circuit 13;
FIG. 4 is a connection diagram of an excess resonance current protection circuit showing an example of the above.
【図4】図4は、従来技術の超過反射波電力保護回路1
4の例を示す超過反射波電力保護回路接続図である。FIG. 4 is a prior art excess reflected wave power protection circuit 1;
FIG. 4 is a connection diagram of an excess reflected wave power protection circuit showing an example 4 of FIG.
【図5】図5は、スイッチング素子接合部温度Tjとス
イッチング素子ベース温度Tbとスイッチング素子損失
電力Pdとの関係を説明するためのスイッチング素子温
度・損失電力説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a switching element temperature and a loss power for explaining a relationship among a switching element junction temperature Tj, a switching element base temperature Tb, and a switching element loss power Pd.
【図6】図6は、本発明の第1の実施例を示す第1実施
例ブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図7】図7は、本発明に係る超過損失電力保護回路6
14の例を示す本発明に係る超過損失電力保護回路接続
図である。FIG. 7 shows an excess loss power protection circuit 6 according to the present invention.
FIG. 14 is a connection diagram of an excess loss power protection circuit according to the present invention, showing Example 14;
【図8】図8は、本発明の第2の実施例を示す第2実施
例ブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a second embodiment showing the second embodiment of the present invention.
【図9】図9は、本発明に係る超過接合部温度保護回路
814の例を示す本発明に係る超過接合部温度保護回路
接続図である。FIG. 9 is a connection diagram of the over-junction temperature protection circuit according to the present invention, showing an example of the over-junction temperature protection circuit 814 according to the present invention.
高周波電源1,61,81 整合器2 プラズマ発生用チャンバ3 DC電源回路4 高周波パルス発振回路5 パワーアンプ6 共振回路7 高周波電力検出回路8 進行波電力設定値・検出値比較回路9,69,89 DC電圧検出回路10 共振電流検出回路11 超過DC電圧保護回路12 超過共振電流保護回路13 超過反射波電力保護回路14 減算信号加算信号15、65、85 DC電圧保護レベル設定回路21 超過DC電圧演算回路22 共振電流保護レベル設定回路31 超過共振電流演算回路32 反射波電力保護レベル設定回路41 超過反射波電力演算回路42 スイッチング素子51 放熱器52 DC電流検出回路60 超過損失電力保護回路614 DC電力演算回路71 高周波出力電力演算回路72 損失電力演算回路73 損失電力保護レベル設定回路74 超過損失電力演算回路75 ベース温度検出回路80 温度検出回路付パワーアンプ86 超過接合部温度保護回路814 接合部・ベース温度差演算回路91 接合部温度演算回路92 接合部温度保護レベル設定回路93 超過接合部温度演算回路94 ケーブルCB1 ケーブルCB2 高周波電源1の出力インピーダンスZo 負荷インピーダンスZL 進行波電力誤差信号ΔPs 外部設定信号Pex 進行波電力設定信号Ps 進行波電力検出信号Pf 反射波電力検出信号Pr DC電圧検出信号Vi 共振電流検出信号Io DC電流検出信号Ii パワーアンプ損失電力PL DC電圧保護レベルVip 共振電流保護レベルIop 反射波電力保護レベルPrp パワーアンプ損失電力保護レベルPLp 最高使用接合部温度(接合部温度保護レベル)Tjp DC電圧減算信号ΔVi 共振電流減算信号ΔIo 反射波電力減算信号ΔPr 損失電力減算信号ΔPL 接合部温度減算信号ΔTj スイッチング素子接合部温度(信号)Tj スイッチング素子ベース温度(検出信号)Tb スイッチング素子損失電力(信号)Pd スイッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値Rjb DC電力信号Pi 高周波電力信号Po 接合部・ベース温度差信号Tjb High frequency power supplies 1, 61, 81 Matching device 2 Plasma generation chamber 3 DC power supply circuit 4 High frequency pulse oscillation circuit 5 Power amplifier 6 Resonance circuit 7 High frequency power detection circuit 8 Traveling wave power set value / detection value comparison circuit 9, 69, 89 DC voltage detection circuit 10 Resonant current detection circuit 11 Excessive DC voltage protection circuit 12 Excess resonance current protection circuit 13 Excessive reflected wave power protection circuit 14 Subtraction signal addition signal 15, 65, 85 DC voltage protection level setting circuit 21 Excessive DC voltage calculation circuit 22 Resonant current protection level setting circuit 31 Excess resonance current calculation circuit 32 Reflected wave power protection level setting circuit 41 Excess reflected wave power calculation circuit 42 Switching element 51 Heat sink 52 DC current detection circuit 60 Excess loss power protection circuit 614 DC power calculation circuit 71 High frequency output power calculation circuit 72 Loss power calculation circuit 73 Loss power protection Level setting circuit 74 Excess loss power calculation circuit 75 Base temperature detection circuit 80 Power amplifier 86 with temperature detection circuit Excess junction temperature protection circuit 814 Junction / base temperature difference calculation circuit 91 Junction temperature calculation circuit 92 Junction temperature protection level setting Circuit 93 Excess junction temperature calculating circuit 94 Cable CB1 Cable CB2 Output impedance Zo of high frequency power supply 1 Load impedance ZL Traveling wave power error signal ΔPs External setting signal Pex Traveling wave power setting signal Ps Traveling wave power detection signal Pf Reflected wave power detection signal Pr DC voltage detection signal Vi Resonant current detection signal Io DC current detection signal Ii Power amplifier loss power PL DC voltage protection level Vip Resonant current protection level Iop Reflected wave power protection level Prp Power amplifier loss power protection level PLp Maximum junction temperature ( Junction temperature protection level Tjp DC voltage subtraction signal ΔVi Resonant current subtraction signal ΔIo Reflected wave power subtraction signal ΔPr Loss power subtraction signal ΔPL Junction temperature subtraction signal ΔTj Switching element junction temperature (signal) Tj Switching element base temperature (detection signal) Tb Switching element loss power (Signal) Pd Switching element junction-base thermal resistance Rjb DC power signal Pi High-frequency power signal Po Junction-base temperature difference signal Tjb
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 達己 大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会 社ダイヘン内 Fターム(参考) 5F004 AA16 BA04 BB11 CA03 CB05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Tatsumi Ono 2-1-1-11 Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi F-term in Daihen Corporation (reference) 5F004 AA16 BA04 BB11 CA03 CB05
Claims (12)
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法にお
いて、DC電圧及びDC電流及び進行波電力及び反射波
電力を検出し、DC電圧検出信号とDC電流検出信号と
進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とからパワー
アンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力が
損失電力保護レベルを超過したときに負の信号である損
失電力減算信号を演算し、前記損失電力減算信号を外部
設定信号に加算して前記進行波電力設定信号を抑制する
プラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。1. A high frequency power supply for plasma generation comprising means for maintaining a traveling wave power at a magnitude indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In the protection method for the device, a DC voltage, a DC current, a traveling wave power, and a reflected wave power are detected, and a power amplifier loss power is obtained from the DC voltage detection signal, the DC current detection signal, the traveling wave power detection signal, and the reflected wave power detection signal. Is calculated, and a loss power subtraction signal that is a negative signal when the power amplifier loss power exceeds the loss power protection level is calculated, and the loss power subtraction signal is added to an external setting signal to set the traveling wave power setting. A method for protecting a high-frequency power supply for plasma generation for suppressing a signal.
C電圧検出信号とDC電流検出信号との積であるDC電
力信号を演算し、進行波電力検出信号から反射波電力検
出信号を減算して高周波出力電力信号を演算し、前記D
C電力信号から前記高周波出力電力信号を減算してパワ
ーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力
が損失電力保護レベルを超過したときに出力する負の信
号であるプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。2. The loss power subtracted signal according to claim 1, wherein
A DC power signal which is a product of the C voltage detection signal and the DC current detection signal is calculated, and a reflected wave power detection signal is subtracted from the traveling wave power detection signal to calculate a high frequency output power signal.
The high-frequency output power signal is subtracted from the C power signal to calculate a power amplifier loss power, and a negative signal output when the power amplifier loss power exceeds a loss power protection level. Protection method.
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法にお
いて、DC電圧及びDC電流及び進行波電力及び反射波
電力及び共振電流を検出し、DC電圧検出信号がDC電
圧保護レベルを超過したとき負の信号であるDC電圧減
算信号を演算し、共振電流検出信号が共振電流保護レベ
ルを超過したとき負の信号である共振電流減算信号を演
算し、DC電圧検出信号とDC電流検出信号と進行波電
力検出信号と反射波電力検出信号とからパワーアンプ損
失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力が損失電力
保護レベルを超過したときに負の信号である損失電力減
算信号を演算し、前記損失電力減算信号又は前記DC電
圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定信号に
加算して前記進行波電力設定信号を抑制するプラズマ発
生用高周波電源装置の保護方法。3. A high frequency power supply for plasma generation, comprising: means for maintaining a traveling wave power at a magnitude indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In a protection method for a device, a DC voltage, a DC current, a traveling wave power, a reflected wave power, and a resonance current are detected, and a DC voltage subtraction signal that is a negative signal when a DC voltage detection signal exceeds a DC voltage protection level is calculated. Then, when the resonance current detection signal exceeds the resonance current protection level, a resonance current subtraction signal that is a negative signal is calculated, and the DC voltage detection signal, the DC current detection signal, the traveling wave power detection signal, the reflected wave power detection signal, Calculate the power amplifier loss power from, calculate a loss power subtraction signal that is a negative signal when the power amplifier loss power exceeds the loss power protection level, Serial power loss subtraction signal or the DC voltage subtraction signal or protection method of the resonant current subtraction signal externally set signal to the adder to suppress plasma generating high-frequency power source the forward power setting signal.
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置において、DC電圧を
出力するDC電圧検出回路と、DC電流を出力するDC
電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出する
高周波電力検出回路と、DC電圧検出信号とDC電流検
出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検出信号とか
らパワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損
失電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の信号
である損失電力減算信号を演算する超過損失電力保護回
路と、前記損失電力減算信号を外部設定信号に加算して
前記進行波電力設定信号を抑制する減算信号加算回路と
を備えたプラズマ発生用高周波電源装置。4. A high-frequency power supply for plasma generation comprising means for maintaining a traveling wave power at a magnitude indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from the traveling wave power setting signal. In the device, a DC voltage detection circuit that outputs a DC voltage, and a DC voltage that outputs a DC current
A current detection circuit, a high-frequency power detection circuit for detecting traveling wave power and reflected wave power, and power amplifier loss power from a DC voltage detection signal, a DC current detection signal, a traveling wave power detection signal, and a reflected wave power detection signal. An excess loss power protection circuit that computes a loss power subtraction signal that is a negative signal when the power amplifier loss power exceeds a loss power protection level, and adds the loss power subtraction signal to an external setting signal. A high frequency power supply for plasma generation, comprising: a subtraction signal addition circuit for suppressing the traveling wave power setting signal.
が、DC電圧検出信号とDC電流検出信号との積である
DC電力信号を演算するDC電力演算回路及び進行波電
力検出信号から反射波電力検出信号を減算して高周波出
力電力信号を演算する高周波出力電力演算回路及びDC
電力信号から高周波出力電力信号を減算してパワーアン
プ損失電力を演算する損失電力演算回路及びパワーアン
プ損失電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の
信号である損失電力減算信号を演算する超過損失電力演
算回路から構成されるプラズマ発生用高周波電源装置。5. A DC power calculation circuit for calculating a DC power signal which is a product of a DC voltage detection signal and a DC current detection signal, and an excess loss power protection circuit according to claim 4. -Frequency output power calculation circuit for calculating high-frequency output power signal by subtracting wave power detection signal and DC
Loss power calculation circuit for calculating a power amplifier loss power by subtracting a high-frequency output power signal from a power signal, and excess calculating a loss power subtraction signal that is a negative signal when the power amplifier loss power exceeds a loss power protection level. A high frequency power supply for plasma generation comprising a power loss calculation circuit.
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置において、DC電圧を
出力するDC電圧検出回路と、DC電流を出力するDC
電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出する
高周波電力検出回路と、共振電流を検出する共振電流検
出回路と、DC電圧検出信号がDC電圧保護レベルを超
過したとき負の信号であるDC電圧減算信号を出力する
超過DC電圧保護回路と、共振電流検出信号が共振電流
保護レベルを超過したとき負の信号である共振電流減算
信号を出力する超過共振電流保護回路と、DC電圧検出
信号とDC電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波
電力検出信号とからパワーアンプ損失電力を演算し、前
記パワーアンプ損失電力が損失電力保護レベルを超過し
たときに負の信号である損失電力減算信号を演算する超
過損失電力保護回路と、前記損失電力減算信号又は前記
DC電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を外部設定
信号に加算して進行波電力設定信号を抑制する減算信号
加算回路とを備えたプラズマ発生用高周波電源装置。6. A high-frequency power supply for plasma generation comprising means for maintaining a traveling wave power at a level indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from the traveling wave power setting signal. In the device, a DC voltage detection circuit that outputs a DC voltage, and a DC voltage that outputs a DC current
A current detection circuit, a high-frequency power detection circuit for detecting traveling wave power and reflected wave power, a resonance current detection circuit for detecting resonance current, and a negative signal when the DC voltage detection signal exceeds the DC voltage protection level. An excess DC voltage protection circuit that outputs a certain DC voltage subtraction signal, an excess resonance current protection circuit that outputs a negative current resonance signal subtraction signal when the resonance current detection signal exceeds a resonance current protection level, and a DC voltage detection A power amplifier loss power is calculated from the signal, the DC current detection signal, the traveling wave power detection signal, and the reflected wave power detection signal, and the loss power is a negative signal when the power amplifier loss power exceeds a loss power protection level. An excess loss power protection circuit for calculating a subtraction signal; and adding the loss power subtraction signal, the DC voltage subtraction signal, or the resonance current subtraction signal to an external setting signal to proceed. Plasma generating high frequency power supply device and a suppressing subtraction signal adding circuit wave power setting signal.
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法にお
いて、DC電圧及びDC電流及び進行波電力及び反射波
電力及びスイッチング素子ベース温度を検出し、DC電
圧検出信号とDC電流検出信号と進行波電力検出信号と
反射波電力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出
信号とからスイッチング素子接合部温度信号を演算し、
前記スイッチング素子接合部温度信号が接合部温度保護
レベルを超過したときに負の信号である接合部温度減算
信号を演算し、前記接合部温度減算信号を外部設定信号
に加算して前記進行波電力設定信号を抑制するプラズマ
発生用高周波電源装置の保護方法。7. A high-frequency power supply for plasma generation, comprising: means for maintaining a traveling wave power at a magnitude indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In the protection method for the device, a DC voltage, a DC current, a traveling wave power, a reflected wave power, and a switching element base temperature are detected, and a DC voltage detection signal, a DC current detection signal, a traveling wave power detection signal, a reflected wave power detection signal, Calculate the switching element junction temperature signal from the switching element base temperature detection signal,
When the switching element junction temperature signal exceeds the junction temperature protection level, a junction temperature subtraction signal which is a negative signal is calculated, and the junction temperature subtraction signal is added to an external setting signal to add the traveling wave power. A method for protecting a high-frequency power supply for plasma generation that suppresses a setting signal.
DC電圧検出信号とDC電流検出信号との積であるDC
電力信号を演算し、進行波電力検出信号から反射波電力
検出信号を減算して高周波出力電力信号を演算し、DC
電力信号から高周波出力電力信号を減算してパワーアン
プ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失電力とスイ
ッチング素子接合部・ベース間熱抵抗値との積をスイッ
チング素子の個数で除して接合部・ベース温度差信号を
演算し、前記接合部・ベース温度差信号をスイッチング
素子ベース温度検出信号に加えることによってスイッチ
ング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチング素
子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過したと
きに出力する負の信号であるプラズマ発生用高周波電源
装置の保護方法。8. The junction temperature subtraction signal according to claim 7, wherein
DC which is the product of the DC voltage detection signal and the DC current detection signal
A high-frequency output power signal is calculated by subtracting the reflected-wave power detection signal from the traveling-wave power detection signal.
The power amplifier loss power is calculated by subtracting the high-frequency output power signal from the power signal, and the product of the power amplifier loss power and the thermal resistance between the switching element junction and the base is divided by the number of switching elements to obtain the junction. Calculating a base temperature difference signal and calculating a switching element junction temperature signal by adding the junction / base temperature difference signal to a switching element base temperature detection signal, wherein the switching element junction temperature signal is a junction temperature protection level. A method for protecting a high-frequency power supply for plasma generation, which is a negative signal output when the power supply exceeds the threshold value.
号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力を
進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備え
たプラズマ発生用高周波電源装置に対する保護方法にお
いて、DC電圧及びDC電流及び進行波電力及び反射波
電力及び共振電流及びスイッチング素子ベース温度を検
出し、DC電圧検出信号がDC電圧保護レベルを超過し
たとき負の信号であるDC電圧減算信号を演算し、共振
電流検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の
信号である共振電流減算信号を演算し、DC電圧検出信
号とDC電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電
力検出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号から
パワーアンプ損失電力を演算し、前記パワーアンプ損失
電力が損失電力保護レベルを超過したときに負の信号で
ある損失電力減算信号を演算し、前記損失電力減算信号
又は前記DC電圧減算信号又は前記共振電流減算信号を
外部設定信号に加算して前記進行波電力設定信号を抑制
するプラズマ発生用高周波電源装置の保護方法。9. A high frequency power supply for plasma generation, comprising: means for maintaining a traveling wave power at a level indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In a protection method for a device, a DC voltage, a DC current, a traveling wave power, a reflected wave power, a resonance current, and a switching element base temperature are detected, and a DC signal that is a negative signal when a DC voltage detection signal exceeds a DC voltage protection level. Calculates a voltage subtraction signal, calculates a resonance current subtraction signal that is a negative signal when the resonance current detection signal exceeds a resonance current protection level, and calculates a DC voltage detection signal, a DC current detection signal, a traveling wave power detection signal, and a reflection. The power amplifier loss power is calculated from the wave power detection signal and the switching element base temperature detection signal, and the power amplifier loss power is stored as the loss power. Calculating a loss power subtraction signal, which is a negative signal when the level is exceeded, and adding the loss power subtraction signal or the DC voltage subtraction signal or the resonance current subtraction signal to an external setting signal to generate the traveling wave power setting signal; Of protecting a high-frequency power supply for plasma generation, which suppresses noise.
信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力
を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備
えたプラズマ発生用高周波電源装置において、DC電圧
を検出するDC電圧検出回路と、DC電流を検出するD
C電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出す
る高周波電力検出回路と、スイッチング素子ベース温度
を検出するベース温度検出回路と、DC電圧検出信号と
DC電流検出信号と進行波電力検出信号と反射波電力検
出信号とスイッチング素子ベース温度検出信号とからス
イッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッチ
ング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超過
したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算す
る超過接合部温度保護回路と、前記接合部温度減算信号
を外部設定信号に加算して進行波電力設定信号を抑制す
る減算信号加算回路とを備えたプラズマ発生用高周波電
源装置。10. A high frequency power supply for plasma generation, comprising: means for maintaining a traveling wave power at a level indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In the apparatus, a DC voltage detection circuit for detecting a DC voltage and a D voltage for detecting a DC current are provided.
C current detection circuit, high frequency power detection circuit for detecting traveling wave power and reflected wave power, base temperature detection circuit for detecting switching element base temperature, DC voltage detection signal, DC current detection signal, and traveling wave power detection A switching element junction temperature signal is calculated from the signal, the reflected wave power detection signal, and the switching element base temperature detection signal, and the junction is a negative signal when the switching element junction temperature signal exceeds the junction temperature protection level. A high frequency power supply for plasma generation, comprising: an excess junction temperature protection circuit that calculates a partial temperature subtraction signal; and a subtraction signal addition circuit that adds the junction temperature subtraction signal to an external setting signal and suppresses a traveling wave power setting signal. apparatus.
護回路が、DC電圧検出信号とDC電流検出信号との積
であるDC電力信号を演算するDC電力演算回路及び進
行波電力検出信号から反射波電力検出信号を減算して高
周波出力電力信号を演算する高周波出力電力演算回路及
びDC電力信号から高周波出力電力信号を減算してパワ
ーアンプ損失電力を演算する損失電力演算回路及び前記
パワーアンプ損失電力とスイッチング素子接合部・ベー
ス間熱抵抗値との積をスイッチング素子の個数で除して
接合部・ベース温度差信号を演算する接合部・ベース温
度差演算回路と、前記接合部・ベース温度差信号をスイ
ッチング素子ベース温度検出信号に加えることによって
スイッチング素子接合部温度信号を演算し、前記スイッ
チング素子接合部温度信号が接合部温度保護レベルを超
過したときに負の信号である接合部温度減算信号を演算
する超過接合部温度演算回路から構成されるプラズマ発
生用高周波電源装置。11. The over-junction temperature protection circuit according to claim 10, wherein the over-junction temperature protection circuit calculates a DC power signal that is a product of the DC voltage detection signal and the DC current detection signal and a traveling wave power detection signal. A high-frequency output power calculation circuit for calculating a high-frequency output power signal by subtracting a reflected wave power detection signal, a loss power calculation circuit for calculating a power amplifier loss power by subtracting a high-frequency output power signal from a DC power signal, and the power amplifier loss A junction / base temperature difference calculation circuit for calculating a junction / base temperature difference signal by dividing a product of power and a thermal resistance value between the switching element junction / base by the number of switching elements; and the junction / base temperature Calculating a switching element junction temperature signal by adding a difference signal to the switching element base temperature detection signal; Degree signal plasma generating high frequency power supply device comprising excess junction temperature calculation circuit for calculating a junction temperature subtraction signal is a negative signal when it exceeds the junction temperature protection level.
信号を減算した進行波電力誤差信号によって進行波電力
を進行波電力設定信号の示す大きさに維持する手段を備
えたプラズマ発生用高周波電源装置において、DC電圧
を検出するDC電圧検出回路と、DC電流を検出するD
C電流検出回路と、進行波電力と反射波電力とを検出す
る高周波電力検出回路と、共振電流検出信号を検出する
共振電流検出回路と、スイッチング素子ベース温度を検
出するベース温度検出回路と、DC電圧検出信号がDC
電圧保護レベルを超過したとき負の信号であるDC電圧
減算信号を出力する超過DC電圧保護回路と、共振電流
検出信号が共振電流保護レベルを超過したとき負の信号
である共振電流減算信号を出力する超過共振電流保護回
路と、DC電圧検出信号とDC電流検出信号と進行波電
力検出信号と反射波電力検出信号とスイッチング素子ベ
ース温度検出信号とからスイッチング素子接合部温度信
号を演算し、前記スイッチング素子接合部温度信号が接
合部温度保護レベルを超過したときに負の信号である接
合部温度減算信号を演算する超過接合部温度保護回路
と、前記損失電力減算信号又は前記DC電圧減算信号又
は前記共振電流減算信号を外部設定信号に加算して進行
波電力設定信号を抑制する減算信号加算回路とを備えた
プラズマ発生用高周波電源装置。12. A high frequency power supply for plasma generation comprising means for maintaining a traveling wave power at a magnitude indicated by a traveling wave power setting signal by a traveling wave power error signal obtained by subtracting a traveling wave power detection signal from a traveling wave power setting signal. In the apparatus, a DC voltage detection circuit for detecting a DC voltage and a D voltage for detecting a DC current are provided.
A C current detection circuit; a high-frequency power detection circuit for detecting traveling wave power and reflected wave power; a resonance current detection circuit for detecting a resonance current detection signal; a base temperature detection circuit for detecting a switching element base temperature; Voltage detection signal is DC
An excess DC voltage protection circuit that outputs a negative DC voltage subtraction signal when the voltage protection level is exceeded, and outputs a negative resonance current subtraction signal that is a negative signal when the resonance current detection signal exceeds the resonance current protection level. A switching element junction temperature signal from a DC voltage detection signal, a DC current detection signal, a traveling wave power detection signal, a reflected wave power detection signal, and a switching element base temperature detection signal. An excess junction temperature protection circuit that calculates a junction temperature subtraction signal that is a negative signal when the element junction temperature signal exceeds the junction temperature protection level, and the loss power subtraction signal or the DC voltage subtraction signal or the A high frequency circuit for plasma generation, comprising: a subtraction signal addition circuit for adding a resonance current subtraction signal to an external setting signal to suppress a traveling wave power setting signal. Power supply.
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- 1999-07-19 JP JP20526299A patent/JP4414021B2/en not_active Expired - Lifetime
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