JP7474591B2

JP7474591B2 - 高周波電源システム

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Publication number: JP7474591B2
Application number: JP2019237714A
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Inventors: 龍哉森井
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
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Description

本開示は、高周波電源システムに関する。

半導体製造の分野では、電子機器の小型化・高機能化に伴って高密度な実装が要求されており、実装基板への素子の接続は微細化され、より信頼性の高い実装が必要となっている。

実装の信頼性を確保する方法の一つに、プラズマによる表面改質方法がある。例えば、被処理基板にプラズマ処理を施すと、基板の表面に付着した有機物による汚染を除去でき、ワイヤーボンディングのボンディング強度の向上が図れ、濡れ性が改善され、基板と封止樹脂との密着性を向上できる。このようなプラズマ処理を施すためには、プラズマリアクタ装置に対して電源装置を接続する必要がある。

例えば、特許文献１は、プラズマリアクタ装置に接続される電源装置の構成例について開示する。具体的に、特許文献１は、高周波（ソース）電源と低周波（バイアス）電源を、整合回路を介して重畳させてプラズマリアクタ装置に供給する構成について開示している。整合回路において、電源側とプラズマリアクタンス装置側とのインピーダンス整合を取ることにより、効率的な電源供給を実現しようとしている。

特開平７－７４１５９号公報

特許文献１で示されるように２周波数電源を供給する場合、プラズマリアクタ装置のプラズマチャンバ内には、プラズマと共に、プラズマシースが発生することが知られている。このプラズマシースは、一般的に電気的に絶縁されているものと見なすことができ、プラズマチャンバの電極間に仮想的なコンデンサが形成されていると見ることができる。そして、低周波（バイアス）電源の電圧が周期的に変化することに連動してプラズマの位置が変動するため、プラズマシースの静電容量も周期的に変動する（例えば、プラズマチャンバの構造によってバイアス周波数と同一あるいは２倍の周期で変動する）。つまり、プラズマインピーダンスがバイアス電源の電圧の変化によって高速に変化することを意味する。

しかしながら、整合器は、インピーダンス可変素子をモータで動作させているため、高速なプラズマインピーダンスの変化に対してマッチング動作を追従させることができない。その結果、混変調歪（ＩＭＤ：Inter-Modulation Distortion）によって、ソース電源の出力端に帰還する反射波電力Ｐｒ量が増加してしまう。反射波が増大すると効率的、かつ正確に電源を負荷側に供給できないため、ＩＭＤを低減する必要がある。
本開示はこのような状況に鑑み、ＩＭＤによる反射波電力Ｐｒ（反射係数と同義）の増加を抑える技術を提案する。

上記課題を解決するために、本開示は、接続される負荷に対して高周波電力を提供する、高周波電源システムであって、第１周波数でバイアス電力を出力するバイアス電源と、第１周波数よりも高い第２周波数でソース電力を出力するソース電源と、バイアス電力とソース電力とを取得し、ソース電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を取るインピーダンス整合回路を含む整合器と、を備え、ソース電源は、バイアス電源に、バイアス電源が出力すべき出力周波数の情報を含む正弦波同期信号を供給し、バイアス電源は、正弦波同期信号に含まれる出力周波数に対応する周波数のバイアス電力を出力し、整合器は、ソース電源によるバイアス電力の一周期分の進行波電力とソース電源への反射波電力とを複数の区間に分割する処理と、複数の区間のそれぞれに対して、周波数整合演算を実行して、各区間の周波数設定値を決定する処理と、各区間の周波数設定値をソース電源に送信する処理と、を実行し、ソース電源は、整合器から送信されてきた複数の区間の周波数設定値に従って、複数の区間におけるバイアス電力を出力する、高周波電源システムについて提供する。

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素および多様な要素の組み合わせ、ならびに以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではないことを理解する必要がある。

本開示の技術によれば、２周波数電源を提供する電源装置において、負荷側において発生するＩＭＤを低減して、ＩＭＤによる反射電力（反射係数）の増加を抑えることができるようになる。

本実施形態による電源供給システム（高周波電源システムとも言う）１にプラズマ負荷４０を接続した状態を示す図である。可変コンデンサのポジションおよび周波数（周波数ずれ量）に対応するＳパラメータを提供する３次元Ｓパラメータテーブルの構成例を示す図である。表１は、ポジション－特性パラメータテーブルを示し、表２は、周波数（基本周波数とのずれ量）－特性パラメータを示している。本実施形態による電源供給システム１による周波数整合演算処理を詳細に説明するためのフローチャート（前半）である。本実施形態による電源供給システム１による周波数整合演算処理を詳細に説明するためのフローチャート（後半）である。本実施形態による、図３ＡおよびＢで説明した周波数整合された周波数設定値を求める処理（周波数設定演算処理）のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

更に、本開示の実施形態は、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。

＜電源供給システム１の構成例＞
（i）構成例１
図１は、本実施形態による電源供給システム（高周波電源システムとも言う）１にプラズマ負荷４０を接続した状態を示す図である。電源供給システム１は、ソース電源（高周波出力を供給）１０と、バイアス電源（低周波出力を供給）２０と、ソース電源１０およびバイアス電源２０のそれぞれから出力が供給され、ソース電源１０およびバイアス電源２０側とプラズマ負荷４０側とのインピーダンス整合を取る整合器（インピーダンス変換装置ともいう）３０と、を備え、ソース電源１０から出力する進行波電力（ソース電力）とバイアス電源２０から出力する進行波電力（バイアス電力）とを、例えば重畳してプラズマ負荷４０に供給するシステムである。

図１には、ソース電源１０の内部構成として、正弦波同期信号発生部１０１のみ示されているが、一般的な内部構成として、例えば、ＲＦ増幅器、センサ（方向性結合器）、および制御装置などが含まれる。ＲＦ増幅器は、例えば、制御装置から制御信号に応答して所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１２０ＭＨｚなど）の高周波信号を増幅し、センサに供給する。センサは、例えば、ＲＦ増幅器からの高周波出力（進行波電力Ｐｆ）を検出すると共に、整合器３０からの反射波電力Ｐｒおよび進行波電力Ｐｆの電圧成分と反射波電力Ｐｒの電圧成分との位相差を検出する。また、センサは、進行波電力Ｐｆを整合器３０に出力すると共に、検出した進行波電力Ｐｆ値、反射波電力Ｐｒ、および位相信号を制御装置に出力するように構成してもよい。ソース電源１０における正弦波同期信号発生部１０１は、バイアス電源２０が同期して動作すべき周波数および位相の情報（例えば、４００ｋＨｚの正弦波）をバイアス電源２０に出力する。

また、図１には、バイアス電源２０の内部構成として、正弦波同期信号受信部２０１のみ示されているが、ソース電源１０と同様に、一般的な内部構成として、ＲＦ増幅器、センサ（方向性結合器）、および制御装置などを含む。バイアス電源２０における正弦波同期信号受信部２０１は、ソース電源１０から供給された正弦波同期信号に含まれる周波数と位相の情報を抽出する。そして、バイアス電源２０の発振器は、当該抽出した周波数と位相に同期させて進行波電力を出力（ＲＦ出力）し、整合器３０に供給する。

整合器３０は、センサ１_３０１と、センサ２_３０２と、周波数設定演算部３０３と、整合演算部１_３０４と、整合演算部２_３０５と、整合ネットワーク１_３０６と、整合ネットワーク２_３０７と、出力センサ３０８と、を備えている。センサ１_３０１は、高周波側のソース電源１０から供給される進行波電力Ｐｆと、プラズマ負荷４０から戻ってくる反射波電力Ｐｒを検出し、それらを周波数設定演算部３０３に提供する。

センサ２_３０２は、低周波側のバイアス電源２０から供給される進行波電力Ｐｆと、プラズマ負荷４０から戻ってくる反射波電力Ｐｒを検出し、それら（進行波電力Ｐｆの位相の情報を含む）を周波数設定演算部３０３に提供する。

周波数設定演算部３０３は、低周波（バイアス電源２０）側の進行波電力Ｐｆの位相に同期し、バイアス電源２０の動作周波数（例えば、４００ｋＨｚ）一周期分のソース電源１０の出力を複数区間に分割（分割数ｎ）し、各区間に関して、高周波（ソース電源１０）側の進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒを用いて、高周波側のインピーダンスを計算する。また、周波数設定演算部３０３は、各区間の高周波側のインピーダンスに基づいて、各区間における周波数設定値を算出する。そして、周波数設定演算部３０３は、各区間（１からｎ）の周波数設定値を１セットにして、高周波側のソース電源１０に供給する。

整合器３０に含まれる、整合演算部１_３０４、整合演算部２_３０５、高周波側整合ネットワーク３０６、低周波側整合ネットワーク３０７、および出力センサ３０８は、従前の整合器が備える構成である。例えば、高周波側整合ネットワーク３０６および低周波側整合ネットワーク３０７は、可変コンデンサや可変インダクタによって構成される。また、整合演算部１_３０４および整合演算部２_３０５は、上記整合ネットワークに含まれる可変コンデンサの容量や可変インダクタのインダクタンスを変化させるモータおよび制御部（プロセッサ）などによって構成される。さらに、出力センサ３０８は、負荷側の進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐｒを検出する。
なお、電源供給システム１の動作については、さらに詳細に後述する。

＜ＳパラメータおよびＴパラメータ＞
整合器３０は、図示しないメモリに、可変コンデンサのポジションおよび周波数（基本周波数とのずれ量）に対応するＳパラメータを提供する３次元Ｓパラメータテーブルを保持している。なお、Ｓパラメータはテーブル形式で保持する必要は必ずしもなく、可変コンデンサ値および周波数ずれとＳパラメータとが１対１に対応していればどのような形態であってもよい。

図２は、可変コンデンサのポジションおよび周波数（周波数ずれ量）に対応するＳパラメータを提供する３次元Ｓパラメータテーブルの構成例を示す図である。表１は、ポジション－特性パラメータテーブルを示し、表２は、周波数（基本周波数とのずれ量）－特性パラメータを示している。各テーブルの粒度は一例であり、さらに細かいステップで構成するようにしてもよい。また、Ｓパラメータに対して補間演算を行い、最適なＳパラメータを用いるようにしてもよい。なお、ここで、Ｓパラメータ（Scattering Parameter）とは、周知のように、例えば、可変コンデンサのポジションとの関係において、所定の４端子回路網（２端子対回路網ともいう）の入力端子及び出力端子に特性インピーダンス（例えば５０Ω）の線路を接続した高周波信号を入力したときの４端子回路網における伝送特性を示したものであり、入力側の電圧反射係数、順方向電圧の伝達係数、逆方向電圧の伝達係数、出力側の電圧反射係数の各要素から構成される行列で表されるものである。ここでは、整合器３０を４端子回路網として扱って、整合器３０におけるＳパラメータを演算するようにしている。

表１に示されるように、可変コンデンサＣ１およびＣ２の現在値の組み合わせから現時点のＳパラメータを取得することができる。そして、Ｃ１およびＣ２を固定し、そのＳパラメータＡ_ｍｎにおける周波数のずれ量（上記区間ｋ（ｋ＝１からｎの整数）における進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒから求められる周波数と基本周波数（例：４０ＭＨｚ）とのずれ量）に対応するＳパラメータ（Ａ_ｍｎ０からＡ_ｍｎ６）を求めることができる。例えば、（Ｃ１，Ｃ２）＝（４０，６０）であれば、ＳパラメータはＡ_３２となる。このとき、実際に算出された進行波電力Ｐｆの周波数と基本周波数４０ＭＨｚとずれ量が０．６（Ｈｚ）であったとすると、表２から、対応するＳパラメータＡ_３２５が取得される。この周波数ずれ量に対応するＳパラメータも上記可変コンデンサのポジションとの関係によるＳパラメータと同様に、入力側の電圧反射係数、順方向電圧の伝達係数、逆方向電圧の伝達係数、出力側の電圧反射係数の各要素から構成される行列で表されるものとなっている。

例えば、４端子回路網のＳパラメータにおいて、入力側の電圧反射係数をＳ_１１、順方向電圧の伝達係数をＳ_２１、逆方向電圧の伝達係数をＳ_１２、出力側の電圧反射係数をＳ_２２とすると、Ｔパラメータ（Transmission Parameter）は、式（１）に示すように、Ｓパラメータを変換して得ることができる。一般的に、例えば４端子回路網においては、その伝送特性を測定するときにはＳパラメータを用いるのが簡便とされ、演算を行うときにはＴパラメータを用いるのが簡便とされている。

＜電源供給システム１における周波数整合演算処理の詳細＞
図３Ａおよび３Ｂは、本実施形態による電源供給システム１による周波数整合演算処理を詳細に説明するためのフローチャートである。なお、当該周波数整合演算処理は、例えば、ソース電源（高周波側）１０のおける反射係数が所定値以上になったときに開始するように制御することができる。また、以下で説明する、Ｓパラメータ、Ｔパラメータ、Γｏｕｔ、Γｉｎなどの算出の詳細（基本的技術的思想）については、特開２００６－１６６４１２号公報や特開２０１４－７２８０６号公報に詳細に記載されている。

（i）ステップ３００１
電源供給システム１が起動されると、ソース電源１０は、整合器３０側に電源供給を開始する。そして、ソース電源１０の正弦波同期信号発生部１０１は、バイアス電源２０に正弦波同期信号を供給する。この正弦波同期信号（同期高周波信号）は、バイアス電源２０が出力すべき出力周波数を有する正弦波信号である。

（ii）ステップ３００２
バイアス電源２０の正弦波同期信号受信部２０１は、ソース電源１０から正弦波同期信号を受け取り、この正弦波同期信号の周波数（例：４００ｋＨｚ）と位相の情報を取得する。図示しない発振器は、その正弦波同期信号の周波数と位相の情報に基づいて、正弦波同期信号に同期してＲＦ出力（進行波電力）を整合器３０側に供給する。この際、ソース電源１０の出力周波数は、規定の周波数(例えば４０．６８ＭＨｚ)に固定する。

整合器３０のセンサ１_３０１は、整合器３０の入力端における、ソース電源１０から供給される進行波電力Ｐｆおよびプラズマ負荷４０からの反射波電力Ｐｒ、もしくは入力電圧Ｖｐｆ及び入力電流Ｉｐｆを検出する。また、整合器３０のセンサ２_３０２は、整合器３０の入力端における、バイアス電源２０から供給される進行波電力Ｐｆ（位相の情報を含む）およびプラズマ負荷４０からの反射波電力Ｐｒ、もしくは入力電圧Ｖｐｆ及び入力電流Ｉｐｆを検出する。

（iii）ステップ３００３
整合器３０の整合演算部３０４は、センサ１_３０１より検出されるＰｆ、Ｐｒ(もしくはＶｐｆ、Ｉｐｆ)信号を収得し、バンドパスフィルタを用いてバイアス電源の出力周波数成分のみを抽出する。その抽出データを用いて、入力反射係数Γinを求める。

（iv）ステップ３００４
整合器３０の整合演算部３０４は、図示しないメモリからポジション－特性パラメータ（表１）を読み出して参照し、取得した高周波側整合ネットワーク３０６の可変コンデンサの容量値Ｃ１およびＣ２に対応したＳパラメータを取得する。

（v）ステップ３００５
整合演算部３０４は、ステップ３００４で取得したＳパラメータと入力反射係数Γｉｎを用いて出力反射係数Γｏｕｔ（整合器３０の出力端３０ｂにおける反射係数）を算出する。より詳細には、上記式１を用いて、ＳパラメータからＴパラメータが算出される（なお、Ｔパラメータを予め算出してテーブルとしてメモリに保持するようにしてもよい）。そして、整合器３０の高周波側入力端３０ａにおける進行波電圧Ｖｆｉ、反射波電圧Ｖｒｉ、およびＴパラメータから負荷４０側の進行波電圧Ｖｆｏおよび反射波電圧Ｖｒｏが算出される（式（２）参照）。

出力端３０ｂにおける反射係数Γｏｕｔは、Ｖｒｏ／Ｖｆｏを演算することによって得られる。また、整合器３０の入力端３０ａにおける進行波電圧Ｖｆｉと反射波電圧Ｖｒｉは、式（２）から式（３）のように導出される。

入力端３０ａにおける反射係数Γｉｎ（整合器３０の入力端３０aにおける反射係数Γｉｎ）は、Ｖｒｉ／Ｖｆｉを演算することによって得られる。

（vi）ステップ３００６
整合演算部３０４は、可変コンデンサ容量値を現在位置に固定し、出力反射係数Γｏｕｔとポジション－特性パラメータテーブル(例えばポジション－Ｔパラメータ)を用いて、仮想の入力反射係数Γｉｎ’を求める。この入力反射係数Γｉｎ’を最小にする可変コンデンサの値（ポジションＣ１およびＣ２）を決定する。つまり、整合演算部３０４は、例えば、表１において、ＳパラメータをＡ_００からＡ_５５に対応するＴパラメータを算出（式（１））し、各Ｔパラメータを上記式（３）に適用して反射係数Γｉｎを求める。そして、整合演算部３０４は、各可変コンデンサのポジション（Ｃ１，Ｃ２）に対応した複数の反射係数Γｉｎの中から最小の反射係数Γｉｎ_ｍｉｎに寄与する可変コンデンサのポジション（Ｃ１ｍｉｎ，Ｃ２ｍｉｎ）を求める。

（vii）ステップ３００７
整合演算部３０４は、ステップ３００６で決定した可変コンデンサのポジション（Ｃ１ｍｉｎ，Ｃ２ｍｉｎ）に可変コンデンサを移動させる。移動後、ステップ３００３の処理を実行し、入力反射係数Γｉｎが整合完了を示す閾値Γｔｈ以上であれば、ステップ３００４～３００６を繰り返す。入力反射係数Γｉｎが閾値Γｔｈ未満であれば、可変コンデンサのポジションを固定し、ステップ３００８を実施する。

（viii）ステップ３００８
整合器３０の周波数設定演算部３０３（以下、周波数設定演算部３０３として説明を続ける）は、正弦波同期信号分のソース電源１０から供給される進行波電力Ｐｆおよびそれに対応する反射波電力Ｐｒを複数区間に分割する（ｎ分割：ｎは整数；例えば、１０分割）。なお、図４には、１周期分のソース電源１０から供給される進行波電力Ｐｆおよびそれに対応する反射波電力Ｐｒが複数の区間に分割された状態（区間１～ｎ）が示されている。

そして、分割して得られた各区間（ｋ＝１～ｎ）について、ステップ３００８からステップ３０１０の処理が繰り返される。

（ix）ステップ３００９
周波数設定演算部３０３は、ソース電源１０の基本周波数(例えば４０ＭＨｚ)と可変コンデンサのポジション（Ｃ１ｍｉｎ，Ｃ２ｍｉｎ）によって決定されるＳパラメータに基づいて、区間ｋにおけるΓｏｕｔ_ｋ（整合器３０の出力端３０ｂにおける反射係数）を算出する。より詳細には、ステップ３００５の処理と同様、ステップ上記式１を用いて、ＳパラメータからＴパラメータが算出される（なお、Ｔパラメータを予め算出してテーブルとしてメモリに保持するようにしてもよい）。また、整合器３０の高周波側入力端３０ａにおける進行波電圧Ｖｆｉ、反射波電圧Ｖｒｉ、およびＴパラメータから負荷４０側の進行波電圧Ｖｆｏおよび反射波電圧Ｖｒｏが算出される（式（２）参照）。そして、出力端３０ｂにおける反射係数Γｏｕｔ_ｋは、Ｖｒｏ／Ｖｆｏを演算することによって得られる。

（x）ステップ３０１０
周波数設定演算部３０３は、周波数－特性パラメータ（表２）を参照して、各周波数ずれ量に対応するＳパラメータ（例：周波数ずれ量－０．９から０．９に対応するＳパラメータ）を取得すると共に、Ｓパラメータから式１に基づいてＴパラメータを算出する。そして、周波数設定演算部３０３は、算出した周波数ずれ量に対応するＴパラメータと出力反射係数Γｏｕｔ_ｋに基づいて、整合器３０の入力端３０ａにおける仮想の入力反射係数Γｉｎ_ｋ’をそれぞれ求め、Γｉｎ_ｋ’を最小にするＴパラメータに対応する周波数ずれ量（区間ｋ）を決定する。なお、ポジション－特性パラメータテーブルと同様に、周波数－特性パラメータテーブルの粒度が粗い場合には、特開２０１４－７２８０６号公報に示されるように、補間演算を用いて適切なＳパラメータを求め、それに対応するＴパラメータを採用してもよい。

（xi）ステップ３０１１
周波数設定演算部３０３は、各分割区間１からｋに対して決定した周波数ずれ量からバイアス電源の動作周期（４００ｋＨｚ）一周期分の周波数設定値（例えば、４０ＭＨｚ＋周波数ずれ量）を決定し、高周波側のソース電源（例：４０ＭＨｚ電源）１０に送信する。送信される周波数設定値は各区間において周波数整合された値となっているので、これらの周波数設定値を用いてソース電源１０から電源を供給すれば反射係数を小さく抑え、ＩＭＤによる影響を低減することができるようになる。

（xii）ステップ３０１２
ソース電源１０は、整合器３０から提供された周波数設定値に基づいて、各分割区間（１からｎ）の電源を生成し、これを整合器３０側に提供する。当該周波数設定値は、整合器３０によって更新されてソース電源１０に送信されてこない限り、継続してソース電源１０によって使用される。周波数設定値を更新するか否かは、例えば、整合器３０の周波数設定演算部３０３が高周波側（ソース電源１０）の進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒから得られる反射係数が所定値以上になっているかをモニタすることによって決定することができる。

（xiii）その他
なお、周波数設定演算部３０３は、ソース電源１０から供給されている進行波電力Ｐｆの電圧から区間ｋにおける高周波電源の周波数を検知し、基本周波数（例：４０ＭＨｚ）と検知した高周波電源の周波数とのずれ量を算出することができる。このとき、周波数ずれ量が所定の閾値未満であった場合には、各分割区間（１からｎ）における周波数設定値を決定してソース電源１０に送信する処理を実行しないようにしてもよい。

＜周波数設定演算処理のタイミングチャート＞
図４は、本実施形態による、図３ＡおよびＢで説明した周波数整合された周波数設定値を求める処理（周波数設定演算処理）のタイミングチャートである。なお、図４においては、高周波側のソース電源１０の動作の遅延については考慮していない。

図４において、期間Ｔ１（＝バイアス電源２０の動作周期（４００ｋＨｚ）一周期分の期間：ソース電源１０による電源供給周期）において、整合器３０（周波数設定演算部３０３）は、高周波側（ソース電源１０）の位相と反射係数Γを演算するとともに、電源供給一周期分の期間Ｔ１をｎ分割する。そして、期間Ｔ１終了後の次の期間Ｔ２（例えば、分割数ｎの値に応じて変化する）において、整合器３０は、周波数整合演算を実行する（図３ＡおよびＢにおけるステップ３００４からステップ３０１０の処理）。例えば、ソース電源１０による電源供給周期（例：４００ｋＨｚ）をｎ分割した場合、各区間での周波数整合演算に１～２μｓ掛かるとすると、期間Ｔ２はｎ～２ｎμｓとなる。期間Ｔ２の後の期間Ｔ３では、周波数整合演算によって得られた各区間の周波数設定値と分割区間の情報とが整合器３０から高周波側のソース電源１０に送信される（ＤＤＳ（Digital Direct Synthesizer）設定）。そして、期間Ｔ４では、ソース電源１０は、整合器３０から受け取った周波数設定値を用いて、各分割区間において電源供給を開始する。なお、整合器３０は、期間Ｔ１からＴ３の間においては、ソース電源１０から供給された電源をプラズマ負荷４０側に送らないように送電制御（送電停止制御）することができる。

また、整合器３０は、期間Ｔ４において、高周波側の位相と反射係数を演算しつつ、周波数設定値の更新をすべきか否かソース電源１０の動作をモニタする。反射係数が所定閾値よりも大きくなった場合には、整合器３０は、再度各分割区間ｎにおける周波数整合演算を行い、新たな周波数設定値を決定する。

＜変形例＞
上述した実施形態では、低周波（バイアス電源２０）側の進行波電力Ｐｆの位相に同期し、バイアス電源２０の動作周波数（例えば、４００ｋＨｚ：ソース電源１０の電源供給周期）一周期分のソース電源１０の出力を複数区間に分割（分割数ｎ）し、各区間に関して、高周波（ソース電源１０）側の進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒを用いて、高周波側のインピーダンスを計算するが、出力センサ３０８の出力から位相の情報を抽出し、それに基づいて高周波（ソース電源１０）側のインピーダンスを計算するようにしてもよい。実際に、プラズマ負荷４０に与えている出力（供給周期が４００ｋＨｚ）は、出力センサ３０８から供給されている。よって、出力センサ３０８の出力の位相に合せた方が適切なインピーダンスを取得することができる。つまり、高周波（ソース電源：例えば、４０ＭＨｚの周波数の出力）側のインピーダンスの変化は、プラズマ負荷の変化に出てくるので、プラズマ負荷により近い箇所で位相を検出した方が変化に高感度とすることができるためである。なお、出力センサからの出力は、低周波（バイアス電源２０）側の位相を反映したものとなっている。

＜まとめ＞
（i）本実施形態によれば、高周波電源システム１は、低い周波数（一例として４００ｋＨｚ）でバイアス電力を出力（ＲＦ出力）するバイアス電源と、高い周波数（一例として４０ＭＨｚ）でソース電力を出力（ＲＦ出力）するソース電源と、バイアス電力とソース電力とを取得し、ソース電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を取るインピーダンス整合回路を含む整合器と、を備えている。本実施形態では、ソース電源は、バイアス電源に、バイアス電源が出力すべき出力周波数（例えば、４００ｋＨｚ）の情報を含む正弦波同期信号を供給し、バイアス電源は、当該正弦波同期信号に含まれる出力周波数（高周波側電源供給周期、つまり、４００ｋＨｚ）に対応する周波数のバイアス電力を出力する。整合器は、ソース電源によるバイアス電力の一周期分（４００ｋＨｚ）の進行波電力とソース電源への反射波電力とを複数の区間に分割する処理と、複数の区間のそれぞれに対して、周波数整合演算を実行して、各区間の周波数設定値を決定する処理と、各区間の周波数設定値をソース電源に送信する処理と、を実行する。そして、ソース電源は、整合器から送信されてきた複数の区間の周波数設定値に従って、複数の区間におけるバイアス電力を出力する。このようにすることにより、ＩＭＤによって発生する反射波電力Ｐｒあるいは電力反射係数を低減することが可能となる。

一旦決定された周波数設定値（複数の区間１からｎのそれぞれに対して設定された設定値の組）は、整合器によって更新されるまで継続的に用いられる。周波数設定値の更新の要否は、整合器において、現行の周波数設定値を用いてソース電源から供給される進行波電力によって反射波電力が大きくなり、反射係数が所定値以上になったか否かによって決定される。当該反射係数が所定値以上になった場合には、再度周波数整合演算が実行されて新たな周波数設定値（複数の区間１からｎのそれぞれに対して設定された設定値の組）が決定される。このように、一旦決められた周波数設定値を暫く継続的に使用することができるので、電源供給を中断しなければならない事態を回避することができる。また、ＩＭＤによる影響が検出されれば（反射係数の増加が見られれば）即座に周波数設定値を更新するので、常に最適な状態で電源をプラズマ負荷に供給することができるようになる。

（ii）整合器は、高周波側の整合ネットワークに含まれる複数の可変コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）と、ソース電源の基本周波数からの周波数ずれ量と、に対応するＳパラメータの情報（表１および表２）を保持し、当該Ｓパラメータに基づいて、複数の区間のそれぞれにおいて、ソース電源側の反射係数が最小となる周波数ずれ量を特定することにより、複数の区間の周波数設定値を決定する。

さらに詳細には、複数の区間の周波数設定値を決定する処理は、ソース電源１０の基本周波数（例えば、４０ＭＨｚ）と複数の可変コンデンサのポジションによって決定されるＳパラメータ（表１）に基づいて、複数の区間のそれぞれにおける出力側の反射係数を算出する処理と、Ｓパラメータの情報（表２）を参照して、周波数ずれ量を変更しながら入力側の反射係数を算出する処理と、入力側の反射係数を最小にする最適周波数ずれ量を決定する処理と、を含んでいる。この最適周波数ずれ量を基本周波数（例えば、４０ＭＨｚ）に適用して、複数の区間のそれぞれの周波数設定値が決定される。

（iii）基本的には、インピーダンスは、入力側のセンサ（低周波側のセンサ２_３０２）が検出した位相に合せて算出されるが、出力側のセンサ（出力センサ３０８）の位相に合せてインピーダンスを算出するようにしてもよい。このようにすることにより、さらに適切なインピーダンス（高周波側）を算出することができるようになる。

（iv）本実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現することができる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそれを記憶した記憶媒体は本開示を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。

ここで述べたプロセスおよび技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはない。また、汎用目的の多様なタイプのデバイスが本開示の記述に従って使用することができる。なお、本開示の技術を実行する上で、専用の装置を構築するのが有益である場合があるかもしれない。

本実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、本実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本開示の技術は、具体例な実施形態に関連して記述したが、これらは、本開示の技術を限定するためではなく、説明のためである。本分野にスキルのある者であれば、本開示の技術を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、およびファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。

１電源供給システム（高周波電源システム）
１０ソース（ＨＦ）電源
２０バイアス電源
３０整合器
４０プラズマ負荷
１０１正弦波同期信号発生部
２０１正弦波同期信号受信部
３０１センサ１
３０２センサ２
３０３周波数設定演算部
３０４整合演算部１
３０５整合演算部２
３０６高周波側整合ネットワーク
３０７低周波側整合ネットワーク
３０８出力センサ

Claims

接続される負荷に対して高周波電力を提供する、高周波電源システムであって、
第１周波数でバイアス電力を出力するバイアス電源と、
前記第１周波数よりも高い第２周波数でソース電力を出力するソース電源と、
前記バイアス電力と前記ソース電力とを取得し、前記ソース電源側のインピーダンスと前記負荷側のインピーダンスとの整合を取るインピーダンス整合回路を含む整合器と、を備え、
前記ソース電源は、前記バイアス電源に、前記バイアス電源が出力すべき出力周波数の情報を含む正弦波同期信号を供給し、
前記バイアス電源は、前記正弦波同期信号に含まれる前記出力周波数に対応する周波数の前記バイアス電力を出力し、
前記整合器は、
前記ソース電源による前記バイアス電力の一周期分の進行波電力と前記ソース電源への反射波電力とを複数の区間に分割する処理と、
前記複数の区間のそれぞれに対して、周波数整合演算を実行して、各区間の周波数設定値を決定する処理と、
前記各区間の周波数設定値を前記ソース電源に送信する処理と、を実行し、
前記ソース電源は、前記整合器から送信されてきた前記複数の区間の周波数設定値に従って、前記複数の区間における前記ソース電力を出力し、
前記各区間の周波数設定値を決定する処理において、前記整合器は、高周波側の整合ネットワークに含まれる複数の可変コンデンサと、ソース電源の基本周波数からの周波数ずれ量と、に対応するＳパラメータの情報を保持し、当該Ｓパラメータに基づいて、前記複数の区間のそれぞれにおいて、前記ソース電源側の反射係数が最小となる周波数ずれ量を特定することにより、前記複数の区間の周波数設定値を決定する、高周波電源システム。
請求項１において、
前記ソース電源は、前記複数の区間の周波数設定値を、前記整合器によって更新されるまで継続的に用いて前記ソース電力を出力する、高周波電源システム。
請求項１または２において、
前記整合器は、前記ソース電源側における反射係数を演算し、当該反射係数が所定の値以上であったときに、前記周波数整合演算を実行する、高周波電源システム。
請求項１において、
前記整合器は、前記複数の区間の周波数設定値を決定する処理において、
前記ソース電源の基本周波数である前記第２周波数と前記複数の可変コンデンサのポジションによって決定されるＳパラメータに基づいて、前記複数の区間のそれぞれにおける出力側の反射係数を算出する処理と、
前記Ｓパラメータの情報を参照して、前記周波数ずれ量を変更しながら入力側の反射係数を算出する処理と、
前記入力側の反射係数を最小にする最適周波数ずれ量を決定する処理と、を実行し、前記最適周波数ずれ量を用いて前記複数の区間のそれぞれの前記周波数設定値を決定する、高周波電源システム。