プラズマ発生用電源装置
【課題】構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供する。
【解決手段】商用交流電力などの交流電力を整流器で直流電力に変換し、直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するようにしたプラズマ発生用電源装置において、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にする。
【解決手段】商用交流電力などの交流電力を整流器で直流電力に変換し、直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するようにしたプラズマ発生用電源装置において、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生用電源装置に関し、さらに詳細には、高周波スパッタリングやプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）あるいはエッチングなどのような半導体製造工程を実施する半導体製造装置においてプラズマを発生する際などに用いて好適なプラズマ発生用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ発生用電源装置として、例えば、インバータを備えた、所謂、インバータ方式のプラズマ発生用電源装置が知られている。
【０００３】
ここで、図１には、従来のインバータ方式のプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【０００４】
また、図２には、図１に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。
【０００５】
このプラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置１３０へ供給するものである。
【０００６】
なお、交流電源１２０としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置１００は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置１３０へ供給する。
【０００７】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する可変整流器１０２と、電解コンデンサ１０４と、直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ１０６と、インバータ１０６から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置１３０へ出力する回路定数が可変な可変マッチング部１０８と、可変マッチング部１０８から出力される高周波交流電力の位相検出および電力検出を行う検出部１１０と、検出部１１０による検出結果に基づいて可変マッチング部１０８における整合条件を制御する整合制御部１１２と、検出部１１０による検出結果に基づいてインバータ１０６を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部１１４と、検出部１１０による検出結果に基づいて可変整流器１０２が変換する直流電圧を制御する電圧制御部１１６とを有して構成されている。
【０００８】
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給された交流電力を可変整流器１０２で直流電力に変換し、直流電力をインバータ１０６で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を可変マッチング部１０８とプラズマ発生装置１３０からなる負荷回路に供給するようになされている。
【０００９】
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置１００においては、インバータ１０６を共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動することにより、無効電力を低減させていた。
【００１０】
ところで、上記したようなインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置においては、出力調整を行う場合に直流電圧を可変する必要があるため、整流器として可変整流器を用いており、一般的には、可変整流器としてサイリスタが使用されていた。
【００１１】
しかしながら、サイリスタを使用する場合には、以下の（１）乃至（３）に示す問題点があった。
【００１２】
（１）過大なリップルが発生するため、リップル除去用に大容量の電解コンデンサ（プラズマ発生用電源装置１００における電解コンデンサ１０４である。）が必要であった。ところが、電解コンデンサは、半導体素子や受動素子と比較すると、部品寿命が圧倒的に短く、定期的にメンテナンスを行って交換する必要があるという問題点があった。
【００１３】
（２）サイリスタによる整流は、低出力設定時に力率が大きく低下するという問題点があった。
【００１４】
（３）サイリスタによる制御は、商用周波数でのフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置の負荷変動に対する追尾制御が遅れるという問題点があった。
【００１５】
なお、上記したインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置において、サイリスタ以外にチョッパー電源やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）インバータを使用して、直流電圧を可変する方法があるが、数ｋＷ以上の電源を構成する場合には、直流電力変換部が大型化、高価格化してしまうという問題点があった。
【００１６】
また、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ：産業科学医療）用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置においては、周波数安定度が定められている。
【００１７】
具体的に説明すると、１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の負荷の変化に対して±０．０５％（±７ｋＨｚ）となるように周波数マッチングを調整する必要があり、マッチング回路でＬ、Ｃの定数可変方式を採用していた。
【００１８】
このため、従来のＩＳＭ用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置は、マッチング部の構成が非常に複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。
【００１９】
また、プラズマ発生用電源装置の出力インピーダンスとプラズマ発生装置の入力インピーダンスとを５０Ωで整合する手法の装置が知られている。
【００２０】
こうしたプラズマ発生装置のプラズマ発生用電源装置は、具体的には、Ａ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置である。
【００２１】
ここで、図３には、従来のＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００２２】
また、図４には、図３に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。
【００２３】
このプラズマ発生用電源装置２００は、交流電源２２０から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置２３０へ供給するものである。
【００２４】
なお、交流電源２２０としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置２００は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置２３０へ供給する。
【００２５】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置２００は、交流電源２２０から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器２０２と、電解コンデンサ２０４と、発振回路２０６と、増幅器２０８と、回路定数が可変な可変マッチング部２１０と、方向性結合器２１２と、反射電力検出部２１４と、反射電力検出部２１４による検出結果に基づいて可変マッチング部２１０における整合条件を制御する整合制御部２１６と、反射電力検出部２１４による検出結果に基づいて増幅器２０８の出力を制御する出力制御部２１８とを有して構成されている。
【００２６】
ところで、上記したようなＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の入力インピーダンスの変化に対してマッチング回路を調整する必要があり、Ｌ、Ｃ定数の可変素子を使用していた。
【００２７】
このため、こうしたプラズマ発生用電源装置は、マッチング部（プラズマ発生用電源装置２００における可変マッチング部２１０である。）の構成が複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。
【００２８】
なお、上記において説明したような従来のプラズマ発生用電源装置に係る技術としては、以下に示す特許文献１乃至特許文献５に開示された技術がある。
【特許文献１】特開２００４−８０８４６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８８７９６号公報
【特許文献３】特開平９−２４７９４５号公報
【特許文献４】特開２００３−１２５５８６号公報
【特許文献５】特開平７−１４２３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明によるプラズマ発生用電源装置は、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、出力調整を行うようにしたものである。
【００３１】
ここで、出力調整とは、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることを意味する。
【００３２】
これにより、マッチング回路の回路定数を固定とすることができるようになり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。
【００３３】
即ち、本発明は、商用交流電力などの交流電力を整流器で直流電力に変換し、直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するようにしたプラズマ発生用電源装置において、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にするようにしたものである。
【００３４】
こうした本発明によるプラズマ発生用電源装置によれば、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。
【００３５】
また、本発明によるプラズマ発生用電源装置においては、インバータを駆動するスイッチング周波数を、共振周波数付近の周波数あるいは共振周波数より高い周波数とするようにしてよい。
【００３６】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にするようにしたものである。
【００３７】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にするようにしたものである。
【００３８】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にするようにしたものである。
【００３９】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾するようにしたものである。
【００４０】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にするようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変するようにしたものである。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、以上説明したように構成されているので、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるプラズマ発生用電源装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００４４】
ここで、図５には、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００４５】
また、図６（ａ）には、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されており、また、図６（ｂ）には、図６（ａ）のプラズマ発生装置をインピーダンスＺｐに置き換えた等価回路が示されている。
【００４６】
この本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置２４へ供給するものである。
【００４７】
なお、交流電源２２としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置１０は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置２４へ供給する。
【００４８】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器１２と、整流器１２から出力された直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ１４と、インバータ１４から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置２４へ出力する回路定数が固定な固定マッチング部１６と、インバータ１４から出力される高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部１８と、検出部１８による検出結果に基づいてインバータ１４を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部２０とを有して構成されている。
【００４９】
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給された交流電力を整流器１２で直流電力に変換し、直流電力をインバータ１４で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる負荷回路に供給するようになされている。
【００５０】
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置１０は、周波数制御部２０によって、検出部１８による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変する。
【００５１】
このように、プラズマ発生用電源装置１０においては、周波数制御部２０によりインバータ１４のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部１６を用いているようにマッチング部の回路定数は固定（調整不要）としてよい。
【００５２】
即ち、プラズマ発生用電源装置１０によれば、インバータ１４を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置２４へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることができるものであり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を実現することができる。
【００５３】
次に、図７には、本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００５４】
なお、図７に示す本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の説明においては、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は適宜に省略することとする。
【００５５】
この図７に示す本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置３０と第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０とを比較すると、高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部の接続状態のみが異なる。
【００５６】
即ち、プラズマ発生用電源装置１０においては、検出部１８が、インバータ１４から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように接続されている。
【００５７】
一方、プラズマ発生用電源装置３０において、固定マッチング部１６から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように、検出部３２が接続されている。
【００５８】
こうしたプラズマ発生用電源装置３０は、プラズマ発生用電源装置１０と同様に、周波数制御部２０によって、検出部３２による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変する。
【００５９】
即ち、プラズマ発生用電源装置３０においても、周波数制御部２０によりインバータ１４のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部１６を用いているようにマッチング部の回路定数は固定（調整不要）としてよい。
【００６０】
従って、プラズマ発生用電源装置３０によっても、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置が実現できる。
【００６１】
ここで、図８には、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置における共振特性（マッチング特性）を表す周波数と出力電力との関係を示すグラフが示されている。
【００６２】
以下に、インピーダンス計算式を示すが、まず、角速度を
ω＝２πｆ ・・・ 式１
とする。
【００６３】
ここで、図６（ｂ）において、
Ｚｐ＝Ｒｐ−ｊ（１／ωＣｐ） ・・・ 式２
である。
【００６４】
図６（ａ）に示す等価回路のインピーダンスは、
Ｚ＝｛−ｊ（１／ωＣｐ・Ｚｐ）｝／｛−ｊ（１／ωＣｐ）＋Ｚｐ｝＋jωＬ ・・・ 式３
となる。
【００６５】
従って、式２および式３より、
Ｚ＝｛Ｒｐ／（ω２Ｃ・Ｃｐ）＋（Ｒｐ／ωＣ）（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）｝／｛Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２｝＋ｊ〔［｛１／（ω２Ｃ・Ｃｐ）｝（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）−Ｒｐ２／ωＣ］／｛Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２｝＋ωＬ〕
となる。
【００６６】
ここで、
Ａ＝Ｒｐ／（ω２Ｃ・Ｃｐ）＋（Ｒｐ／ωＣ）（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）
Ｂ＝Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２
Ｃ＝｛１／（ω２Ｃ・Ｃｐ）｝（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）−Ｒｐ２／ωＣ
Ｄ＝ωＬ
とすると、
Ｚ＝Ｂ／Ａ＋ｊ（Ｃ／Ａ＋Ｄ）
であり、
｜Ｚ｜＝√｛（Ｂ／Ａ）２＋（Ｃ／Ａ＋Ｄ）２｝ ・・・ 式４
である。
【００６７】
式１および式４から
正規化周波数Ｆ＝ｆ／ｆ０に対する出力電力の特性は、図８に示す通りとなる。
【００６８】
プラズマ発生用電源装置１０において、インバータ１４を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、プラズマ発生装置２４へ供給する高周波電流を調整して一定にしたり、高周波電圧を調整して一定にしたり、あるいは、高周波電力を調整して一定にするものである。
【００６９】
また、図９には、プラズマ発生用電源装置１０において、インバータ１４を共振周波数より高い周波数のスイッチ周波数で駆動して出力調整をした場合の周波数と出力電力との関係を示すグラフ（実線部分参照）が示されている。
【００７０】
プラズマ発生用電源装置１０、３０のインバータ１４を駆動する際に、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数で駆動して出力調整を行う場合には、スイッチング周波数を高くすると高周波交流電流の位相遅れが大きくなり、結果として、負荷投入電力、即ち、電源出力が下がることになる。
【００７１】
そして、整流器１２においては、直流電圧を可変する機能が不要となるため、例えば、シンプルなダイオードスタックにより構成することができる。
【００７２】
上記したように、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動すると、以下に説明する（１）乃至（３）の作用効果が奏される。
【００７３】
（１）リップルが小さくなるので、電解コンデンサが不要になる。このため、メンテナンスを簡略化することができる。
【００７４】
（２）整流器１２としてダイオードスタックを使用することにより、力率が向上し、定格出力の５０％においても、力率９０％以上が維持可能となる。
【００７５】
（３）インバータ１４のスイッチング周波数制御は、高周波交流電流のフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置２４の負荷変動に対して高速追尾制御が可能となる。
【００７６】
また、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動して出力調整を行う場合には、整流器１２として、例えば、ダイオードスタックを使用することができるが、大電流対応のダイオードスタックはモジュール化されていて一般的に市販されている。
【００７７】
このため、プラズマ発生用電源装置１０、３０により数ｋＷ以上の出力のプラズマ発生用電源装置を構成する場合でも、小型かつ低価格で構成することが可能となる。
【００７８】
なお、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動して出力調整を行う場合には、例えば、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのスイッチング周波数を想定しており、この想定に基づいて、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように、予め固定マッチング部１６の回路定数を設定しておくものである。
【００７９】
そして、上記したように、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定（調整不要）であり、シンプルな構成とすることができる。
【００８０】
また、プラズマ発生用電源装置１０、３０においては、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる直列共振回路のインピーダンスが最も低い状態、即ち、共振周波数付近のスイッチング周波数でインバータ１４を駆動した場合に最大効率が得られる。
【００８１】
そして、上記したように、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように予め固定マッチング部の回路定数を設定し、共振周波数に対しプラズマ発生に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定（調整不要）であり、シンプルな構成とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：容量結合型プラズマ）によるＣＶＤ装置やオゾン発生器、レーザー、プラズマディスプレイパネルあるいはランプなど放電を用いた励起装置などにおけるプラズマ発生用電源装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、従来のインバータ方式のプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路である。
【図３】図３は、従来のＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図４】図４は、図３に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図６】図６（ａ）は、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路であり、また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のプラズマ発生装置をインピーダンスＺｐに置き換えた等価回路である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置における共振特性（マッチング特性）を表す周波数と出力電力との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置におけるインバータを、共振周波数より高い周波数のスイッチ周波数で駆動して出力調整をした場合の周波数と出力電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１０ プラズマ発生用電源装置
１２ 整流器
１４ インバータ
１６ 固定マッチング部
１８ 検出部
２０ 周波数制御部
２２ 交流電源
２４ プラズマ発生装置
３０ プラズマ発生用電源装置
３２ 検出部
１００ プラズマ発生用電源装置
１０２ 可変整流器
１０４ 電解コンデンサ
１０６ インバータ
１０８ 可変マッチング部
１１０ 検出部
１１２ 整合制御部
１１４ 周波数制御部
１１６ 電圧制御部
１２０ 整流器
１３０ プラズマ発生装置
２００ プラズマ発生用電源装置
２０２ 整流器
２０４ 電解コンデンサ
２０６ 発振回路
２０８ 増幅器
２１０ 可変マッチング部
２１２ 方向性結合器
２１４ 反射電力検出部
２１６ 整合制御部
２１８ 出力制御部
２２０ 交流電源
２３０ プラズマ発生装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生用電源装置に関し、さらに詳細には、高周波スパッタリングやプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）あるいはエッチングなどのような半導体製造工程を実施する半導体製造装置においてプラズマを発生する際などに用いて好適なプラズマ発生用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ発生用電源装置として、例えば、インバータを備えた、所謂、インバータ方式のプラズマ発生用電源装置が知られている。
【０００３】
ここで、図１には、従来のインバータ方式のプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【０００４】
また、図２には、図１に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。
【０００５】
このプラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置１３０へ供給するものである。
【０００６】
なお、交流電源１２０としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置１００は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置１３０へ供給する。
【０００７】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する可変整流器１０２と、電解コンデンサ１０４と、直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ１０６と、インバータ１０６から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置１３０へ出力する回路定数が可変な可変マッチング部１０８と、可変マッチング部１０８から出力される高周波交流電力の位相検出および電力検出を行う検出部１１０と、検出部１１０による検出結果に基づいて可変マッチング部１０８における整合条件を制御する整合制御部１１２と、検出部１１０による検出結果に基づいてインバータ１０６を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部１１４と、検出部１１０による検出結果に基づいて可変整流器１０２が変換する直流電圧を制御する電圧制御部１１６とを有して構成されている。
【０００８】
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置１００は、交流電源１２０から供給された交流電力を可変整流器１０２で直流電力に変換し、直流電力をインバータ１０６で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を可変マッチング部１０８とプラズマ発生装置１３０からなる負荷回路に供給するようになされている。
【０００９】
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置１００においては、インバータ１０６を共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動することにより、無効電力を低減させていた。
【００１０】
ところで、上記したようなインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置においては、出力調整を行う場合に直流電圧を可変する必要があるため、整流器として可変整流器を用いており、一般的には、可変整流器としてサイリスタが使用されていた。
【００１１】
しかしながら、サイリスタを使用する場合には、以下の（１）乃至（３）に示す問題点があった。
【００１２】
（１）過大なリップルが発生するため、リップル除去用に大容量の電解コンデンサ（プラズマ発生用電源装置１００における電解コンデンサ１０４である。）が必要であった。ところが、電解コンデンサは、半導体素子や受動素子と比較すると、部品寿命が圧倒的に短く、定期的にメンテナンスを行って交換する必要があるという問題点があった。
【００１３】
（２）サイリスタによる整流は、低出力設定時に力率が大きく低下するという問題点があった。
【００１４】
（３）サイリスタによる制御は、商用周波数でのフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置の負荷変動に対する追尾制御が遅れるという問題点があった。
【００１５】
なお、上記したインバータを共振周波数と同一の周波数のスイッチング周波数で駆動する方式のプラズマ発生用電源装置において、サイリスタ以外にチョッパー電源やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）インバータを使用して、直流電圧を可変する方法があるが、数ｋＷ以上の電源を構成する場合には、直流電力変換部が大型化、高価格化してしまうという問題点があった。
【００１６】
また、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ：産業科学医療）用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置においては、周波数安定度が定められている。
【００１７】
具体的に説明すると、１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の負荷の変化に対して±０．０５％（±７ｋＨｚ）となるように周波数マッチングを調整する必要があり、マッチング回路でＬ、Ｃの定数可変方式を採用していた。
【００１８】
このため、従来のＩＳＭ用バンドを利用するプラズマ発生用電源装置は、マッチング部の構成が非常に複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。
【００１９】
また、プラズマ発生用電源装置の出力インピーダンスとプラズマ発生装置の入力インピーダンスとを５０Ωで整合する手法の装置が知られている。
【００２０】
こうしたプラズマ発生装置のプラズマ発生用電源装置は、具体的には、Ａ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置である。
【００２１】
ここで、図３には、従来のＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００２２】
また、図４には、図３に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されている。
【００２３】
このプラズマ発生用電源装置２００は、交流電源２２０から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置２３０へ供給するものである。
【００２４】
なお、交流電源２２０としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置２００は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置２３０へ供給する。
【００２５】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置２００は、交流電源２２０から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器２０２と、電解コンデンサ２０４と、発振回路２０６と、増幅器２０８と、回路定数が可変な可変マッチング部２１０と、方向性結合器２１２と、反射電力検出部２１４と、反射電力検出部２１４による検出結果に基づいて可変マッチング部２１０における整合条件を制御する整合制御部２１６と、反射電力検出部２１４による検出結果に基づいて増幅器２０８の出力を制御する出力制御部２１８とを有して構成されている。
【００２６】
ところで、上記したようなＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置においては、プラズマ発生装置の入力インピーダンスの変化に対してマッチング回路を調整する必要があり、Ｌ、Ｃ定数の可変素子を使用していた。
【００２７】
このため、こうしたプラズマ発生用電源装置は、マッチング部（プラズマ発生用電源装置２００における可変マッチング部２１０である。）の構成が複雑になり、さらに、高度な調整操作または自動調整機能が必要とされていたという問題点があった。
【００２８】
なお、上記において説明したような従来のプラズマ発生用電源装置に係る技術としては、以下に示す特許文献１乃至特許文献５に開示された技術がある。
【特許文献１】特開２００４−８０８４６号公報
【特許文献２】特開平１１−２８８７９６号公報
【特許文献３】特開平９−２４７９４５号公報
【特許文献４】特開２００３−１２５５８６号公報
【特許文献５】特開平７−１４２３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明によるプラズマ発生用電源装置は、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、出力調整を行うようにしたものである。
【００３１】
ここで、出力調整とは、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることを意味する。
【００３２】
これにより、マッチング回路の回路定数を固定とすることができるようになり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。
【００３３】
即ち、本発明は、商用交流電力などの交流電力を整流器で直流電力に変換し、直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するようにしたプラズマ発生用電源装置において、インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にするようにしたものである。
【００３４】
こうした本発明によるプラズマ発生用電源装置によれば、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を得ることができる。
【００３５】
また、本発明によるプラズマ発生用電源装置においては、インバータを駆動するスイッチング周波数を、共振周波数付近の周波数あるいは共振周波数より高い周波数とするようにしてよい。
【００３６】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にするようにしたものである。
【００３７】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にするようにしたものである。
【００３８】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にするようにしたものである。
【００３９】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾するようにしたものである。
【００４０】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、上記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にするようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変するようにしたものである。
【発明の効果】
【００４２】
本発明は、以上説明したように構成されているので、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるプラズマ発生用電源装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００４４】
ここで、図５には、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００４５】
また、図６（ａ）には、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路が示されており、また、図６（ｂ）には、図６（ａ）のプラズマ発生装置をインピーダンスＺｐに置き換えた等価回路が示されている。
【００４６】
この本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給される交流電力を所望の電圧の高周波交流電力に変換して、負荷であるプラズマ発生装置２４へ供給するものである。
【００４７】
なお、交流電源２２としては、例えば、商用交流電源を用いることができ、その場合には、プラズマ発生用電源装置１０は、商用交流電力を高周波交流電力に変換してプラズマ発生装置２４へ供給する。
【００４８】
より詳細には、プラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する整流器１２と、整流器１２から出力された直流電力を入力して高周波交流電力に逆変換して出力するインバータ１４と、インバータ１４から出力された高周波交流電力を入力してプラズマ発生装置２４へ出力する回路定数が固定な固定マッチング部１６と、インバータ１４から出力される高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部１８と、検出部１８による検出結果に基づいてインバータ１４を駆動するスイッチング周波数を制御する周波数制御部２０とを有して構成されている。
【００４９】
以上の構成において、プラズマ発生用電源装置１０は、交流電源２２から供給された交流電力を整流器１２で直流電力に変換し、直流電力をインバータ１４で高周波交流電力に逆変換し、高周波交流電力を固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる負荷回路に供給するようになされている。
【００５０】
そして、こうしたプラズマ発生用電源装置１０は、周波数制御部２０によって、検出部１８による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変する。
【００５１】
このように、プラズマ発生用電源装置１０においては、周波数制御部２０によりインバータ１４のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部１６を用いているようにマッチング部の回路定数は固定（調整不要）としてよい。
【００５２】
即ち、プラズマ発生用電源装置１０によれば、インバータ１４を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、電源電力の調整を行い、プラズマ発生装置２４へ供給する高周波電流を一定にしたり、高周波電圧を一定にしたり、あるいは、高周波電力を一定にすることができるものであり、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置を実現することができる。
【００５３】
次に、図７には、本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図が示されている。
【００５４】
なお、図７に示す本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の説明においては、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は適宜に省略することとする。
【００５５】
この図７に示す本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置３０と第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置１０とを比較すると、高周波交流電力の位相検出、電流検出、電圧検出および電力検出を行う検出部の接続状態のみが異なる。
【００５６】
即ち、プラズマ発生用電源装置１０においては、検出部１８が、インバータ１４から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように接続されている。
【００５７】
一方、プラズマ発生用電源装置３０において、固定マッチング部１６から出力される高周波交流電力の位相、電流、電圧および電力を検出するように、検出部３２が接続されている。
【００５８】
こうしたプラズマ発生用電源装置３０は、プラズマ発生用電源装置１０と同様に、周波数制御部２０によって、検出部３２による検出結果に基づき、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変する。
【００５９】
即ち、プラズマ発生用電源装置３０においても、周波数制御部２０によりインバータ１４のスイッチング周波数を可変することによりマッチング調整が可能であるため、固定マッチング部１６を用いているようにマッチング部の回路定数は固定（調整不要）としてよい。
【００６０】
従って、プラズマ発生用電源装置３０によっても、構成が簡潔で安価なプラズマ発生用電源装置が実現できる。
【００６１】
ここで、図８には、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置における共振特性（マッチング特性）を表す周波数と出力電力との関係を示すグラフが示されている。
【００６２】
以下に、インピーダンス計算式を示すが、まず、角速度を
ω＝２πｆ ・・・ 式１
とする。
【００６３】
ここで、図６（ｂ）において、
Ｚｐ＝Ｒｐ−ｊ（１／ωＣｐ） ・・・ 式２
である。
【００６４】
図６（ａ）に示す等価回路のインピーダンスは、
Ｚ＝｛−ｊ（１／ωＣｐ・Ｚｐ）｝／｛−ｊ（１／ωＣｐ）＋Ｚｐ｝＋jωＬ ・・・ 式３
となる。
【００６５】
従って、式２および式３より、
Ｚ＝｛Ｒｐ／（ω２Ｃ・Ｃｐ）＋（Ｒｐ／ωＣ）（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）｝／｛Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２｝＋ｊ〔［｛１／（ω２Ｃ・Ｃｐ）｝（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）−Ｒｐ２／ωＣ］／｛Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２｝＋ωＬ〕
となる。
【００６６】
ここで、
Ａ＝Ｒｐ／（ω２Ｃ・Ｃｐ）＋（Ｒｐ／ωＣ）（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）
Ｂ＝Ｒｐ２＋（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）２
Ｃ＝｛１／（ω２Ｃ・Ｃｐ）｝（１／ωＣ＋１／ωＣｐ）−Ｒｐ２／ωＣ
Ｄ＝ωＬ
とすると、
Ｚ＝Ｂ／Ａ＋ｊ（Ｃ／Ａ＋Ｄ）
であり、
｜Ｚ｜＝√｛（Ｂ／Ａ）２＋（Ｃ／Ａ＋Ｄ）２｝ ・・・ 式４
である。
【００６７】
式１および式４から
正規化周波数Ｆ＝ｆ／ｆ０に対する出力電力の特性は、図８に示す通りとなる。
【００６８】
プラズマ発生用電源装置１０において、インバータ１４を駆動するスイッチング周波数を可変することにより、プラズマ発生装置２４へ供給する高周波電流を調整して一定にしたり、高周波電圧を調整して一定にしたり、あるいは、高周波電力を調整して一定にするものである。
【００６９】
また、図９には、プラズマ発生用電源装置１０において、インバータ１４を共振周波数より高い周波数のスイッチ周波数で駆動して出力調整をした場合の周波数と出力電力との関係を示すグラフ（実線部分参照）が示されている。
【００７０】
プラズマ発生用電源装置１０、３０のインバータ１４を駆動する際に、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数で駆動して出力調整を行う場合には、スイッチング周波数を高くすると高周波交流電流の位相遅れが大きくなり、結果として、負荷投入電力、即ち、電源出力が下がることになる。
【００７１】
そして、整流器１２においては、直流電圧を可変する機能が不要となるため、例えば、シンプルなダイオードスタックにより構成することができる。
【００７２】
上記したように、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動すると、以下に説明する（１）乃至（３）の作用効果が奏される。
【００７３】
（１）リップルが小さくなるので、電解コンデンサが不要になる。このため、メンテナンスを簡略化することができる。
【００７４】
（２）整流器１２としてダイオードスタックを使用することにより、力率が向上し、定格出力の５０％においても、力率９０％以上が維持可能となる。
【００７５】
（３）インバータ１４のスイッチング周波数制御は、高周波交流電流のフィードバック制御であるため、プラズマ発生装置２４の負荷変動に対して高速追尾制御が可能となる。
【００７６】
また、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動して出力調整を行う場合には、整流器１２として、例えば、ダイオードスタックを使用することができるが、大電流対応のダイオードスタックはモジュール化されていて一般的に市販されている。
【００７７】
このため、プラズマ発生用電源装置１０、３０により数ｋＷ以上の出力のプラズマ発生用電源装置を構成する場合でも、小型かつ低価格で構成することが可能となる。
【００７８】
なお、プラズマ発生用電源装置１０、３０において、図９に示すグラフにおいて実線で示す周波数領域のように、共振周波数より高いスイッチング周波数でインバータ１４を駆動して出力調整を行う場合には、例えば、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのスイッチング周波数を想定しており、この想定に基づいて、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように、予め固定マッチング部１６の回路定数を設定しておくものである。
【００７９】
そして、上記したように、共振周波数に対しプラズマ発生状態に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定（調整不要）であり、シンプルな構成とすることができる。
【００８０】
また、プラズマ発生用電源装置１０、３０においては、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる直列共振回路のインピーダンスが最も低い状態、即ち、共振周波数付近のスイッチング周波数でインバータ１４を駆動した場合に最大効率が得られる。
【００８１】
そして、上記したように、固定マッチング部１６とプラズマ発生装置２４からなる共振回路の共振周波数が希望値になるように予め固定マッチング部の回路定数を設定し、共振周波数に対しプラズマ発生に影響を及ぼさない範囲でインバータ１４のスイッチング周波数を可変することにより、マッチング調整を行うことが可能であり、マッチング部の回路定数は固定（調整不要）であり、シンプルな構成とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：容量結合型プラズマ）によるＣＶＤ装置やオゾン発生器、レーザー、プラズマディスプレイパネルあるいはランプなど放電を用いた励起装置などにおけるプラズマ発生用電源装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、従来のインバータ方式のプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図２】図２は、図１に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路である。
【図３】図３は、従来のＡ級／Ｂ級／ＡＢ級／Ｄ級アンプで構成されるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図４】図４は、図３に示すプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図６】図６（ａ）は、図５に示す本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置の可変マッチング部およびプラズマ発生装置の等価回路であり、また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のプラズマ発生装置をインピーダンスＺｐに置き換えた等価回路である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置のブロック構成説明図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置における共振特性（マッチング特性）を表す周波数と出力電力との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生用電源装置におけるインバータを、共振周波数より高い周波数のスイッチ周波数で駆動して出力調整をした場合の周波数と出力電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１０ プラズマ発生用電源装置
１２ 整流器
１４ インバータ
１６ 固定マッチング部
１８ 検出部
２０ 周波数制御部
２２ 交流電源
２４ プラズマ発生装置
３０ プラズマ発生用電源装置
３２ 検出部
１００ プラズマ発生用電源装置
１０２ 可変整流器
１０４ 電解コンデンサ
１０６ インバータ
１０８ 可変マッチング部
１１０ 検出部
１１２ 整合制御部
１１４ 周波数制御部
１１６ 電圧制御部
１２０ 整流器
１３０ プラズマ発生装置
２００ プラズマ発生用電源装置
２０２ 整流器
２０４ 電解コンデンサ
２０６ 発振回路
２０８ 増幅器
２１０ 可変マッチング部
２１２ 方向性結合器
２１４ 反射電力検出部
２１６ 整合制御部
２１８ 出力制御部
２２０ 交流電源
２３０ プラズマ発生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項２】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項３】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載のプラズマ発生用電源装置において、
前記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載のプラズマ発生用電源装置において、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ発生用電源装置において、
共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項１】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電流を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項２】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電圧を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項３】
交流電力を整流器で直流電力に変換し、該直流電力をインバータで高周波交流電力に逆変換し、該高周波交流電力をマッチング部とプラズマ発生装置からなる負荷回路に供給するプラズマ発生用電源装置であって、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載のプラズマ発生用電源装置において、
前記マッチング部内の素子の定数固定でスイッチング周波数が自動追尾する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載のプラズマ発生用電源装置において、
前記インバータを駆動するスイッチング周波数を可変することにより、前記プラズマ発生装置へ供給する高周波電力を調整して一定にする
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ発生用電源装置において、
共振特性における共振周波数より高い周波数領域でスイッチング周波数を可変する
ことを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１１４００１（Ｐ２０１０−１１４００１Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６８６０（Ｐ２００８−２８６８６０）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
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