[发明专利]脉冲调制高频功率控制方法以及脉冲调制高频电源装置

说明书

技术领域

作为控制供给负载的高频功率的方法，公知有控制高频电源装置输出的行 波功率为恒定的方法(PF控制)、控制使从行波功率减去反射波功率后的负载 功率为恒定的方法(PL控制)(专利文献1、2)。

另外，作为控制输出功率的功率振幅的方法，公知有控制连续功率的功率 振幅的连续功率控制方法，和变更脉宽或者脉冲的占空比的脉冲功率控制方法 (专利文献3)。

在脉冲功率控制或连续功率控制中，公知有在反射功率增加的情况下，为 了保护高频电源而降低输出功率的方法。另外，在控制负载功率的峰值的峰值 负载功率控制中，在峰值反射波功率变动的情况下，进行使峰值行波功率可变 的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-87908号公报(参照段落0002～0009、0026、 0027)

专利文献2：日本特开2009-111940号公报(参照段落0002、0011)

专利文献3：日本特许第4065820号公报(参照段落0014、0015)

发明内容

发明要解决的课题

在现有的功率控制中，当与反射波功率的变动对应地使峰值行波功率变化 时，峰值行波功率发生增减。存在该峰值行波功率的变动，导致输出功率不稳、 以及对在负载侧的腔体(chamber)内进行的处理过程产生影响等问题。

例如，设置在高频电源和负载之间的匹配电路，通过匹配动作对由于峰值 行波功率的增减引起的阻抗的偏移进行匹配。此时，通过匹配电路的匹配动作， 匹配点发生变动。由于该匹配点的变动，导致负载侧的处理等离子体的等离子 体腔体内的阻抗变得不稳定，进而导致反射波功率变动，其结果，输出功率变 得不稳定。另外，当峰值行波功率变动时，腔体内的等离子体密度或等离子体 气氛(atmosphere)也同时变化，给在腔体进行的处理过程的均一性或成品率 带来恶劣影响。

在负载侧的等离子体的处理过程的动作进行中，在腔体内阻抗变化，峰值 反射波功率增加的情况下，当为了保护高频电源，而使行波功率的输出降低时， 会出现由于行波功率的降低导致等离子体丧失活性，处理过程的进行被中断， 而给产品的品质带来影响的问题。

另外，当负载侧的处理过程启动时，在等离子体未点火的状态下，反射波 功率一般有变大的倾向。被指出存在如下问题：当为了保护高频电源不受反射 波功率的增加的影响，而使行波功率的输出降低时，使等离子体的点火变得更 难。

另外，在专利文献1中，指出在控制行波功率为恒定时，反射波功率增加 的情况下，存在以下问题。

在控制行波功率为恒定的情况下，行波功率的峰值被控制为恒定，因此当 反射波功率增加时，对负载的供给电量降低，因此腔体内的等离子体状态发生 变化，负载阻抗变动。其结果，偏离匹配状态，无法维持等离子体，等离子体 消失。

另外，当对负载的供给电量变得不稳定，负载侧阻抗变动时，匹配目标点 变得不稳定，匹配器的可变阻抗元件的目标位置也变得不稳定，有可变阻抗元 件引起振荡现象(hunting phenomenon)的情形。在该匹配过程中的振荡现象 仅使匹配器的可变阻抗元件的一部分工作，使可变阻抗元件的寿命变短。

因此，在以往进行的功率控制中，在行波功率或负载功率等的输出功率控 制中，根据反射波功率的变动使输出功率增减，因此存在输出功率的功率振幅 变得不稳定，腔体内的等离子体状态变动等问题。

因此，本发明的目的在于解决上述的现有技术的问题，在脉冲功率控制中， 对于功率变动，控制输出功率的功率振幅(峰值功率)为恒定，由此避免由于 输出功率的功率振幅的变动引起的对负载的影响。

另外，本发明的目的在于通过稳定控制输出功率的功率振幅，使负载侧的 等离子体密度以及等离子体气氛稳定，提高基于等离子体处理的处理过程的均 一性和基于处理过程的产品的品质。

另外，本发明的目的在于，针对反射波功率的增加，抑制平均反射波功率， 保护电源装置，并且维持行波功率的功率振幅(峰值行波功率)，由此，不需 要匹配电路的不必要的匹配动作，使等离子体负载稳定。

另外，本发明的目的在于在负载的处理过程启动时，使易于产生腔体内的 等离子体。

用于解决课题的手段