TW201401937A - 高頻電力供給裝置及反射波電力控制方法 - Google Patents

高頻電力供給裝置及反射波電力控制方法 Download PDF

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Abstract

〔課題〕在藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載作電力供給之高頻電源中，於直到電漿著火為止的未著火狀態中，進行能夠對於前進波電力全部作為反射波電力而回到電源側處的全反射波電力而具有耐性之全反射波對應化。〔解決手段〕反射波電力控制，係在對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給中，檢測出高頻電源之反射波電力，並使用所檢測出的反射波電力而對於高頻電源作控制，該反射波電力控制，係對於反射波電力之短時間變動，而基於反射波電力之檢測值的峰值變動來作控制，並對於反射波電力之長時間變動，而基於將反射波電力之檢測值平滑化所得到的平滑值之變動來作控制。作為反射波電力控制迴圈系，係具備有基於反射波電力之峰值變動而進行控制之反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，和基於反射波電力之電力平滑量而進行控制之反射波電力平滑量垂下迴圈系。

Description

高頻電力供給裝置及反射波電力控制方法
本發明，係有關在從高頻電源而對於負載供給高頻電力時，對於從負載側而朝向電源側之反射波電力作控制的反射波電力控制方法以及高頻電力供給裝置。
藉由切換動作來將直流電源之直流變換為高頻交流之高頻電源，係為週知。作為此高頻電源，由D級放大電路(Class D：IEC國際標準IEC60268-3 4 classes of operation)所致的D級高頻電源，係為週知。
D級高頻電源，係藉由使RF電力放大元件以一定之能率(Duty)的RF閘極訊號來進行切換動作，而將直流電源之直流變換為高頻交流，並將所得到的高頻交流作為高頻前進波電力而供給至負載處。D級高頻電源，係藉由脈衝運轉而進行輸出調整。脈衝運轉，係為交互地具備有藉由RF閘極訊號而使RF電力放大元件進行切換動作並輸出RF輸出之ON區間和並不進行切換動作而並不輸出RF輸出之OFF區間的兩者之區間的驅動形態，並藉由對於身為ON區間和OFF區間之時間比例的能率 (Duty)作改變，來對於RF輸出之輸出電力作調整。ON區間和OFF區間之能率，係可藉由脈衝控制訊號之ON區間和OFF區間的能率(Duty)來作控制。另外，RF係代表高頻。
在從高頻電源所對於負載之高頻電力的供給中，當對於電漿處理裝置等之負載而供給高頻電力的情況時，依存於電漿放電之狀態，負載阻抗係會變動。若是負載阻抗產生變動，則從負載側所回到電源側處之反射波電力係會變動。
反射波電力，係會有對於D級高頻電源造成影響的情況。例如，構成D級高頻電源之RF電力放大元件，係會起因於由於反射波電力所致之內部損失而導致的發熱而產生熱性破損，或者是起因於反射波電力之突波電壓而產生絕緣破損。當反射波電力之大小變得更大的情況時，構成D級高頻電源之直流電源係會有破損的情形。
特別是，當D級高頻電源為藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載進行電力供給的情況時，在直到電漿著火為止之未著火狀態下，前進波電力係會全部作為反射波電力而回到電源側處。因此，D級高頻電源，係要求具有能夠耐住全反射波電力之耐性。以下，將此種前進波電力全部回到電源側處時的反射波電力，稱作全反射波電力，並將在高頻之電力供給中而能夠耐住全反射波電力之對應，稱作全反射波對應化。
另外，於此，全反射波對應化，係並不僅是 防止由於全反射波電力所導致之RF電力放大元件的損傷，而亦包含有從在開始了著火動作之後起直到判定為著火失敗並將高頻電力之供給作遮斷為止的期間中，並不將高頻電力之供給作遮斷地而持續進行電力供給並使電漿之著火動作持續的情形。
在先前技術中，以此種全反射波對應化作為目的，本案申請人係提案有電漿產生用電源(參考專利文獻1)。在專利文獻1中，係記載有：為了對於RF電力放大元件之本體二極體(body diode)的積蓄載子作抑制，而在使對於RF電力放大元件而言之負載阻抗作了延遲的狀態下來作使用，並藉由此來減少電路之切換損失。為了進行全反射波對應化，進而，係要求對於在電漿著火時之點火動作中所必要的著火時間預先作限制，並藉由此來將此著火時間內之反射波電力限制為與前進波電力之額定電力相同。
除了D級高頻電源以外，作為通常所使用之高頻電源，C級高頻電源係為週知。在C級高頻電源等之通常被作使用的高頻電源裝置中，當產生了反射波電力的情況時，係以將反射波電力之供給抑制在額定輸出以下的方式，來對於供給側之前進波電力作抑制，藉由此，來對於高頻電源側之元件的損傷作防止，此種技術，係為週知(專利文獻2~專利文獻7)。
在專利文獻2、3中，係揭示有將電源供給停止之技術，在專利文獻4~7中，係揭示有對於前進波電 力作抑制之技術。
在專利文獻2中，係記載有：以使反射波電力值成為額定輸出之10~20%以下的方式，來對於高頻電漿電源之前進波電力值作控制的關機(shutdown)方法，在專利文獻3中，係記載有：使用從反射波電力檢測器所輸出之訊號，來對於相當於反射微波電力之訊號的大小和充放電基準值之間的差作時間性之積算，並當具備有相當於積分值之大小的積分訊號之大小超過了容許基準值的情況時，將電源供給遮斷之微波電力供給系統。
又，在專利文獻4中，係揭示有：當反射波電力超過了極限值時，藉由混頻器(mixer)來削減輸出電力，在專利文獻5中，係揭示有：藉由從反射波電力檢測訊號所輸出的電力抑制訊號和前進波電力，來產生電力控制訊號，在專利文獻6中，係記載有：求取出被檢測出並且被作了回歸之反射波電力和設定反射波電力之間的差分，並基於差分來使前進波電力垂下，在專利文獻7中，係記載有：基於反射波電力來演算反射波係數，並因應於所演算出的反射波係數來對於衰減器之增益的大小作修正，並供給負載所要求之電力。
又，在專利文獻8中，係記載有：將測定反射波電力之感測器輸出作微分，並基於由微分輸出所致之高頻電力的反射波之時間性變動的程度，來判別出異常放電之發生。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利第3641785號公報(段落〔0046〕、段落〔0047〕)
〔專利文獻2〕日本特公平7-32078號(段落〔0003〕、段落〔0005〕)
〔專利文獻3〕日本特開2004-71269號(段落〔0017〕、段落〔0018〕)
〔專利文獻4〕日本特開平10-257774號(段落〔0028〕~段落〔0031〕)
〔專利文獻5〕日本專利第3998986號公報(段落〔0028〕)
〔專利文獻6〕日本特開2004-8893號(段落〔0019〕)
〔專利文獻7〕日本特開2005-136933號(段落〔0013〕)
〔專利文獻8〕日本專利第3893276號(段落〔0008〕、段落〔0025〕)
在D級高頻電源藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載進行電力供給的情況時，係要求有：對於在直到電漿著火為止的未著火狀態中而前進波電力會全部作 為反射波電力而回到電源側之全反射波電力，能夠在脈衝運轉時並不會有由於全反射波電力而導致RF電力放大元件破損的情況，並對於負載而供給大的負載端電力，而將脈衝運轉時之電漿的著火性能提升。
在專利文獻1之藉由將負載阻抗以作了延遲的狀態來使用而減少電路之切換損失的情況時，若是為了達成全反射波對應化而對於電漿之著火時間作限制，則在像是直到電漿著火為止係需要長時間的情況時，係會有成為維持在未著火的狀態之虞。
又，專利文獻2、3，係為將電源供給停止者，專利文獻2，係以使反射波電力值成為額定輸出之10~20%以下的方式而作控制，又，專利文獻3，係為藉由充放電電路之輸出來進行遮斷控制者，因此，係無法在能夠耐住全反射波電力的狀態下而維持高頻電力之供給，而無法達成全反射波對應化。
在高頻電源中，在藉由切換動作而將直流電源之直流變換為高頻交流並將高頻電力前進波電力供給至電漿負載處時，就算是當在高頻電源和電漿負載之間的匹配為被正常地作了整合的情況時，在電漿上揚時，電漿負載之負載阻抗也會大幅度變動，起因於此負載阻抗變動，會產生從電漿負載側而回到電源側之反射波電力。在此電漿上揚時所產生的反射波電力，係會在短期間內而作大幅度的變動。
專利文獻4~專利文獻7之電力控制，由於係 為基於反射波電力之瞬間值來進行電力抑制者，因此，在電漿上揚時，若是反射波電力作尖銳的上升之峰值超過了設定值，則係成為會開始由電力控制所致之電力抑制。若是由於電力控制而導致供給至電漿負載處之電力被作限制，則在電漿到達著火之前，供給電力係會被縮限而著火會成為不成功，除此之外，就算是在作了著火的情況時，亦會由於供給電力之抑制而導致電漿之維持成為困難，而有著難以產生正常之電漿的問題。
亦即是，先前技術之電力控制，由於係為基於反射波電力之瞬間值來進行電力抑制者，因此，會將電漿上揚時之反射波電力的峰值，誤判斷為由於涵蓋更長期間之電漿狀態變動所導致的反射波電力之增加。若是起因於此誤判斷而對於電力供給作遮斷或是作抑制，則電漿之著火或電漿之維持係變得困難。
因此，本發明，係以下述事項作為目的：亦即是，在藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載作電力供給之高頻電源中，而在成為對於當直到電漿著火為止之未著火狀態下而前進波電力會全部作為反射波電力而回到電源側處之全反射波電力而具有耐性之全反射波對應化中，對於前述之先前技術的問題點作解決，並在使D級高頻電源藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載作電力供給的情況時，進行成為對於當直到電漿著火為止之未著火狀態下而前進波電力會全部作為反射波電力而回到電源側處之全反射波電力而具有耐性之全反射波對應化，來防止 在脈衝運轉時之由於全反射波電力所導致的RF電力放大元件之破損，並且並不遮斷高頻電力之供給地而持續進行電力供給並持續電漿之著火動作，以將脈衝運轉時之電漿的著火性能提升。
本發明，係有關於在對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給中，檢測出高頻電源之反射波電力，並使用所檢測出的反射波電力而對於高頻電源作控制之反射波電力控制，該反射波電力控制，係對於反射波電力之短時間變動，而基於反射波電力之檢測值的峰值變動來對反射波電力作控制，並對於反射波電力之長時間變動，而基於將反射波電力之檢測值平滑化所得到的平滑值之變動來對反射波電力作控制。
本發明，作為反射波電力控制迴圈系，係具備有基於反射波電力之峰值變動而進行控制之反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，和基於反射波電力之電力平滑量而進行控制之反射波電力平滑量垂下迴圈系。
本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系，係基於反射波電力之峰值而對於高頻電源部之直流電源的直流電壓作控制，並藉由直流電源之電壓控制而對於反射波電力之峰值作垂下控制。反射波電力峰值垂下迴圈系，係為當反射波電力之峰值超過了設定值(反射波電力峰值極限值)時，而使反射波電力之峰值垂下(降低)的控制系， 並藉由使反射波電力之峰值的振幅垂下(降低)，來對由於過負載或突波電壓而導致RF電力放大元件被破壞的情況作防止。
又，反射波電力峰值垂下迴圈系，係設為對於高頻電源部之直流電源的直流電壓作控制之構成，並藉由將反射波電力之峰值對於此直流電源而作回歸控制並使直流電壓垂下，而能夠高速地進行反射波電力之峰值的垂下動作。
本發明之電弧遮斷系，係藉由基於反射波電力之峰值來對於高頻電源部之RF放大部的輸出之有無作控制，來控制對於電漿負載之電力供給的有無並對於在電漿負載處之電弧的遮斷作控制。電弧遮斷系，係為當反射波電力之峰值超過了設定值(電弧極限值)時而停止電力供給之控制系，當著火失敗並產生大的反射波電力，而反射波電力超過了將電漿負載之電弧停止之電弧遮斷準位的情況時，係停止電力供給而將電漿負載內之電弧作消弧。另外，在將電弧作了遮斷的情況時，係亦可設為藉由在經過了一定時間之後而再度進行著火動作之著火再嘗試功能來進行再著火之構成。
本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系和電弧遮斷系，係當反射波電力之峰值超過了在各控制系中所設定之設定值時，進行使反射波電力之峰值垂下的控制，或者是進行將電力供給停止的控制。
本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系或者是 電弧遮斷系的至少其中一系，係可具備有從反射波電力之檢測值而將陡峭變動量除去之陡峭變動除去部。陡峭變動除去部，係從反射波電力之檢測值中而將由於陡峭之變動所導致的陡峭變動量除去，並使不受陡峭變動所影響之較陡峭之變動而更長的期間中之反射波電力的峰值之訊號作回歸。藉由使用將陡峭變動部分作了除去的峰值，來防止由於在電漿之上揚中產生的陡峭之變動而發生的峰值所導致之反饋控制而產生的誤判。陡峭變動除去部，係可藉由低通濾波器等之一次延遲電路來構成之。
本發明之反射波電力量垂下迴圈系，係藉由基於反射波電力之電力平滑量來對於高頻電源部之RF放大部的放大之有無作控制，來控制對於電漿負載之電力供給量並對於反射波電力之電力平滑量作垂下控制。反射波電力量垂下迴圈系，係為當反射波電力之電力量的平均值或實效值等之作了平滑化的平滑值超過了設定值(反射波電力平滑極限值)時，使反射波電力之電力量垂下(降低)的控制系，並藉由在將輸出電壓之振幅作了維持的狀態下來使反射波電力之電力量垂下(降低)，而防止RF電力放大元件之熱性破損。
本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系、電弧遮斷系以及反射波電力量垂下迴圈系之各控制系，係可分別獨立地作控制。在各控制系中所使用之設定值，係為反射波電力峰值極限值、電弧極限值以及反射波電力平滑極限值，並從較大者起而依序設定電弧極限值、反射波電力 峰值極限值、反射波電力平滑極限值。
反射波電力峰值極限值，係成為由於過負載或突波電壓等之反射波電力的峰值之增加所導致的對於RF電力放大元件之影響的指標，當反射波電力之峰值超過了此設定值時，係使反射波電力之峰值垂下，而以不會使反射波電力之峰值成為設定值以上的方式來進行控制，藉由此，來在反射波電力發生時，保護RF電力放大元件免於受到由於過負載或突波電壓所導致的破壞。
電弧極限值，係為將在電漿負載中由於著火之失敗所導致的反射波電力之增加檢測出來的臨限值，並波設定為將電弧遮斷之準位。當反射波電力之峰值超過了此電弧遮斷準位時，係判定為著火失敗，並開始電弧遮斷動作。
反射波電力平滑極限值，係成為由於反射波電力之電力量的增加而導致的對於RF電力放大元件之熱性影響的指標之設定值，當反射波電力之平均值或實效值等的平滑量超過了此設定值時，係進行藉由對於脈衝控制訊號之能力作控制來使反射波電力之電力量垂下(降低)的控制，並藉由此來防止RF電力放大元件之熱性破損。在由能率所致之垂下控制中，係藉由在脈衝控制訊號之ON區間和OFF區間的時間比例中而將ON區間的比例降低，來使反射波電力降低。
本發明之反射波電力控制系，係藉由使用上述之反射波電力峰值垂下迴圈系、電弧遮斷系以及反射波 電力量垂下迴圈系的各系，來在直到電漿著火為止的未著火狀態中，藉由成為具備有對於前進波電力全部作為反射波電力而回到電源側處的全反射波電力之耐性的全反射波對應化，來防止由於全反射波電力所導致的RF電力放大元件之損傷，並且，除非著火失敗並產生大的反射波電力而成為不得不進行遮斷的狀態，否則係並不將高頻電力之供給作遮斷地而持續進行電力供給並繼續電漿之著火動作，來使在脈衝運轉時之電漿的著火性能提升。
本發明，係可設為高頻電力供給裝置之形態和反射波電力控制方法之形態。
〔高頻電力供給裝置之形態〕
本發明之高頻電力供給裝置，係為對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給裝置，其特徵為，具備有：高頻電源部，係藉由切換動作來將直流電源之直流變換為高頻交流並輸出高頻電力；和複數之回歸系，係使高頻電源部之高頻輸出的檢測值回歸而進行反饋控制。回歸系，係具備有：前進波電力控制迴圈系，係使從高頻電源部所朝向電漿負載之前進波電力的檢測值作回歸並對於前進波電力作控制；和複數之反射波電力控制迴圈系，係使從電漿負載所朝向高頻電源部之反射波電力的檢測值作回歸並對於反射波電力作控制。
另外，電弧遮斷系雖然並未形成控制迴圈，但是，在藉由遮斷處理而將前進波電力作了遮斷之後，由 於係進行由再著火動作所致之電漿的著火動作，因此，於此係作為形成1種之迴圈系者，而設為被包含在反射波電力控制迴圈系之一個控制迴圈系中者。
在反射波電力控制迴圈系之回歸系中，當將電漿之上揚時所產生的峰值誤判定為由於電漿負載之異常所導致的反射波電力之上升的情況時，反饋控制係會成為發生誤動作。
為了對由於此峰值所導致的誤動作作抑制，本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，係具備有從在高頻電源部之輸出端處所檢測出的反射波電力之檢測值中而將陡峭變動量除去之陡峭變動除去部。
陡峭變動除去部，係可藉由一次延遲電路來構成，並藉由使反射波電力之檢測值作一次延遲，來將在檢測值中所包含之陡峭變動量除去。一次延遲電路，係藉由使反射波電力之檢測值作一次延遲，來將在電漿上揚中所產生的反射波電力中所包含之陡峭的變動量降低，以防止由於並非依存於電漿負載之變動而為由於電漿上揚時之陡峭的變動所導致的誤判定，而能夠防止將高頻電力之供給作降低的誤動作。
又，陡峭變動除去部，係並不被限定於一次延遲電路之構成，亦可設為將反射波電力之檢測值產生陡峭的變動之時間點檢測出來，並將在此時間點處的檢測值除去的構成。
本發明之反射波電力控制迴圈系所具備的反 射波電力量垂下迴圈系，係作為求取出反射波電力之平滑值的構成，而具備有將反射波電力之檢測值的平均值或實效值作輸出之電力平滑部。作為決定是否進行使高頻電力之電力量垂下的控制以及決定在垂下控制中之垂下量的反射波電力平滑極限值，係具備有反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值，並求取出藉由電力平化部所得到的平滑值和此些之反射波電力平滑極限值(反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值)之間的誤差量，再基於所得到的誤差量而進行反射波電力量之垂下控制。
以下，針對反射波電力峰值垂下迴圈系、電弧遮斷系以及反射波電力量垂下迴圈系作說明。
(反射波電力峰值垂下迴圈系)
本發明之反射波電力控制迴圈系，係具備有使反射波之峰值垂下(降低)的反射波電力峰值垂下迴圈系。反射波電力峰值垂下迴圈系，係作為決定是否進行使反射波電力峰值垂下之控制的臨限值，而具備有反射波電力峰值極限值。
本發明之反射波電力峰值垂下迴圈系，係將反射波電力之峰值和反射波電力峰值極限值之間的差分，作為反饋訊號而回歸至前進波電力控制迴圈系處。在前進波電力控制迴圈系處，係根據從反射波電力峰值垂下迴圈系而回歸了的反饋訊號，來對於驅動高頻電源部所具備之 DC/DC換流器的PWM訊號之脈衝寬幅作控制，而對輸出電壓作控制。
在反射波電力之檢測值中，係會有包含由於在電漿之上揚的時間點處之陡峭變動所產生之峰值的情況。此峰值，由於係並非為伴隨著電漿異常所產生者，因此，若是基於此峰值而進行使反射波電力峰值垂下之控制，則會成為雖然電漿係身為正常狀態但是卻作為電漿異常而錯誤地進行控制。
為了避免此種誤判定，係可設置陡峭變動除去部。陡峭變動除去部，係將把在反射波電力之檢測值中所包含的陡峭變動量除去後的訊號，作為反射波電力之峰值而輸出。將除去了陡峭變動量後的峰值和反射波電力峰值極限值之間的差分，作為反饋訊號而回歸至前進波電力控制迴圈系處，藉由此，係能夠避免由於陡峭變動所導致的誤動作。
(電弧遮斷系)
本發明之反射波電力控制迴圈系，係具備有防止由於過大之反射波電力所導致的損傷之電弧遮斷系，當著火失敗並發生了過大之反射波電力時，係停止對於電漿負載之電力供給，而將電漿負載中的電弧遮斷。電弧遮斷系，係作為決定是否停止高頻電力之輸出的臨限值，而具備有電弧極限值。
本發明之電弧遮斷系，係根據反射波電力之 峰值和電弧極限值之間的比較，而對於產生用以驅動高頻電源部所具備之RF放大部的RF閘極訊號之脈衝控制訊號作控制，並對於RF放大部之高頻電力的輸出之有無作控制。RF放大部，例如係藉由全橋式換流器來將直流電壓變換為交流之高頻電力。在從直流而變換為交流之變換中，係與對於換流器之開關元件作切換的RF閘極訊號同步地而進行放大變換，藉由對於產生RF放大部之RF閘極訊號的脈衝控制訊號作控制，係能夠對於高頻電力之輸出作控制。
在電弧遮斷系中，亦同樣的，會有將被包含在反射波電力之檢測值中的由於電漿之上揚時之陡峭變動所導致的峰值，誤判定為電漿異常的情況。為了避免此種誤判定，係可設置陡峭變動除去部，藉由根據以陡峭變動除去部而將陡峭變動量作了除去的反射波電力之峰值和電弧極限值之間的比較來進行遮斷控制，係能夠避免由於陡峭變動所導致的誤動作。
在反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系中，係藉由以陡峭變動除去部來從反射波電力將變動量除去，而防止將在電漿上揚時所發生的峰值誤判定為電漿異常的情形。
(反射波電力量垂下迴圈系)
本發明之反射波電力控制迴圈系，係具備有使反射波電力之電力量垂下(降低)的反射波電力量垂下迴圈系。
本發明之反射波電力量垂下迴圈系，係基於藉由電力平滑部所得到的電力平滑量和反射波電力平滑極限值之間的比較，來對於決定高頻電源部所具備之RF放大部的RF閘極訊號之ON區間和OFF區間的時間比例之脈衝控制訊號的能率(Duty)作制定，而對於RF放大部之高頻電力的電力量之垂下(降低)作控制。電力平滑部，係可設為求取出電力之平均值的平均值電路，或者是設為求取出電力之實效值的實效值電路。反射波電力量垂下迴圈系，係根據電力之平均值和反射波電力平均極限值之間的比較，或者是根據電力之實效值和反射波電力實效極限值之間的比較，來對於RF放大部之高頻電力的電力量之垂下(降低)作控制。
由此反射波電力量垂下迴圈系所進行之平均值垂下動作或者是實效值垂下動作，係藉由將決定RF閘極訊號之ON區間和OFF區間之時間比例的脈衝控制訊號之能率(Duty)降低，來並不減低RF放大部之高頻電壓之振幅地而對於反射波電力量作抑制，而能夠減少RF電力放大元件之熱性損失並防止破壞。藉由並不使RF放大部之高頻電壓的振幅降低，係能夠維持高的著火電壓。
(高頻電力供給裝置之構成)
圖1，係為用以對於本發明之高頻電力供給裝置的概略構成作說明之圖。在圖1中，高頻電力供給裝置1，係具備有高頻電源部10，該高頻電源部10，係將直流電源 之直流電壓藉由DC/DC換流器12來作電壓變換，並藉由RF放大部13來從直流而放大變換為交流，再將所得到的高頻電力供給至電漿負載等之負載103處。
高頻電源部10，係具備有：根據藉由輸出端之RF感測器16所檢測出的前進波電力反饋值PF而進行反饋控制之前進波電力控制迴圈系20，和根據藉由輸出端之RF感測器16所檢測出的反射波電力反饋值PR而進行反饋控制之反射波電力控制迴圈系100(30、40、50)。反射波電力控制迴圈系100，係具備有反射波電力峰值垂下迴圈系30和電弧遮斷系40以及反射波電力量垂下迴圈系50。
反射波電力峰值垂下迴圈系30，係進行使反射波電力之峰值垂下(降低)的控制，電弧遮斷系40，係進行將電漿負載中之電弧遮斷的控制，反射波電力量垂下迴圈系50，係進行使反射波電力之電力量垂下(降低)的控制。
在反射波電力控制迴圈系100之中，反射波電力峰值垂下迴圈系30和電弧遮斷系40，係基於將所檢測出的反射波電力反饋值PR藉由陡峭變動除去部31而除去了陡峭變動量之後所得到的峰值之訊號，來進行控制。又，在反射波電力控制迴圈系100之中，反射波電力量垂下迴圈系50，係基於將所檢測出的反射波電力反饋值PR藉由電力平滑部51而進行平滑化所得到的平滑電力量，來進行控制。
陡峭變動除去部31，係藉由從反射波電力反饋值PR中而將身為在電漿上揚時所發生的峰值之陡峭變動量除去，而防止將此陡峭變動量誤判定為電漿異常的情形。陡峭變動除去部31之輸出，係被使用在反射波電力峰值垂下迴圈系30以及電弧遮斷系40之控制中。陡峭變動除去部31，係可設為藉由LPF(低通濾波器)所構成的一次延遲電路。
電力平滑部51，係將相當於藉由反射波電力反饋值PR之平均值或者是實效值而作了平滑化的電力值之值作輸出。反射波電力量垂下迴圈系50，係基於電力平滑部51之輸出，而求取出對於RF放大部作控制之脈衝控制訊號的能率(Duty)。
〔反射波電力控制方法〕
本發明之反射波電力控制方法，係在對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給中，構成使藉由切換動作而將直流電源之直流變換為高頻交流之高頻電源部的輸出之檢測值回歸而進行反饋控制之回歸系，在此回歸系中，係使前進波電力之檢測值回歸至前進波電力控制迴圈系處，並使反射波電力之檢測值回歸至具備有複數之迴圈系的反射波電力控制迴圈系100處。
在反射波電力控制迴圈系100所具備的系之中，反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，係對於輸出電壓作控制並使反射波電力之峰值垂下或者是將電弧 遮斷。在此垂下控制或者遮斷控制中，藉由以陡峭變動除去部來將在反射波電力之檢測值中所包含的陡峭之變動量除去，係能夠防止將在電漿上揚時所產生的峰值誤判定為電漿異常並進行垂下或遮斷的誤動作。
又，在反射波電力控制迴圈系100所具備的系之中，反射波電力量垂下迴圈系，係藉由電力平滑部來將反射波電力之檢測值平滑化，並使相當於平滑化後的電力量之訊號回歸，藉由此，來進行反射波電力之電力量的垂下控制。
(反射波電力峰值垂下控制)
反射波電力控制迴圈系，係具備有反射波電力峰值垂下迴圈系。反射波電力峰值垂下迴圈系，係作為決定是否進行使反射波電力峰值垂下的控制之臨限值，而具備有反射波電力峰值極限值，使反射波電力之檢測值和反射波電力峰值極限值之間的差分回歸至前進波電力控制迴圈系處，並對於驅動高頻電源部所具備之DC/DC換流器的PWM訊號之脈衝寬幅作控制，而對於輸出電壓作控制。
(電弧遮斷控制)
反射波電力控制迴圈系，係具備有電弧遮斷系。電弧遮斷系，係作為決定是否輸出高頻電力之控制的臨限值，而具備有電弧極限值，根據反射波電力之檢測值和電弧極限值之間的比較，而對於控制高頻電源部所具備之RF放 大部的RF閘極訊號作控制，並進行RF放大部之高頻電力的輸出之遮斷控制。
在反射波電力峰值垂下控制以及電弧遮斷控制中，係藉由使反射波電力之檢測值通過陡峭變動除去部，來將在檢測值中所包含之電漿的上揚時所產生的陡峭之變動量除去，而能夠防止誤動作。
〔反射波電力量垂下控制〕
反射波電力控制迴圈系，係具備有反射波電力量垂下迴圈系。反射波電力量垂下迴圈系，係基於將反射波電力之檢測值作平滑所得到的平滑值、和決定高頻電力之電力量的垂下控制之有無以及垂下量的反射波電力平滑極限值，此兩者之間的比較，來對於決定高頻電源部所具備之RF放大部的RF閘極訊號之ON區間和OFF區間的時間比例之脈衝控制訊號的能率(Duty)作制定，而進行RF放大部之高頻電力的電力量之垂下控制。平滑值，係可設為反射波電力之檢測值的平均值或者是實效值，作為反射波電力平滑極限值，係分別具備有反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值。
圖2，係為用以對於本發明中之電力控制的概略作說明之說明圖。
本發明之高頻電力供給的反射波電力控制，係藉由設置在高頻電源部10之輸出端處的RF感測器16，來檢測出從負載側而朝向電源側之反射波電力(S1)。
從檢測出之反射波電力的檢測值而將陡峭變動量除去(S2)，並基於所得到的反射波電力之峰值，來進行反射波電力峰值垂下控制(S3)以及電弧遮斷控制(S4)。另外，陡峭變動量之除去，係可藉由使反射波電力之檢測值作一次延遲而進行之。
反射波電力峰值垂下控制(S3)，係藉由基於反射波電力之峰值所得的PWM控制訊號，來驅動高頻電源部10之DC/DC換流器12並對於輸出電壓作控制。電弧遮斷控制(S4)，係基於反射波電力之峰值來進行電漿之著火判定，當發生了由於著火失敗所導致之大的反射波電力的情況(S7)時，係停止RF閘極訊號並停止從RF放大部而來之輸出，而將前進波電力之電力作遮斷(S8)。在將前進波電力作了遮斷之後藉由再著火動作來再度反覆進行電漿之著火動作(S9)。
再著火動作，係能夠藉由從判定為著火失敗起而經過了特定之休止時間之後再度嘗試著火的著火再嘗試功能來進行之。在此再嘗試功能中，係能夠對於反覆進行著火動作之再嘗試次數和休止時間之時間寬幅作設定。又，當在所設定之再嘗試次數內而著火仍未成功的情況時，係亦可設定為使再嘗試動作停止、或者是在作了一定時間之停止後而使再嘗試動作回復。
又，反射波電力之檢測值的平滑值，係藉由平均值或實效值而求取出來(S5)。基於所求取出之平滑值，來進行反射波電力量垂下控制。反射波電力量垂下控 制，係基於反射波電力之平滑值來設定脈衝控制訊號的能率(Duty)，並基於此能率(Duty)來對於RF放大部作垂下控制(S6)。
反射波電力峰值垂下控制(S3)、電弧遮斷控制(S4)、以及反射波電力量垂下控制(S6)，係可個別獨立地對於開始此些之控制的臨限值作設定，並使其分別獨立地進行控制動作。
另一方面，本發明之高頻電力供給的前進波電力控制，係藉由RF感測器16來檢測出從電源側所朝向負載側之前進波電力(S101)，並藉由基於檢測出之前進波電力量所得到的PWM控制訊號來驅動高頻電源部10之DC/DC換流器12而對於輸出電壓作控制(S102)。
圖3，係為用以對於反射波電力反饋和各極限值以及電弧遮斷準位之間的關係作說明之圖。
圖3(a)，係對於前進波電力反饋值PF作展示。在圖3(b)中，反射波電力之一次延遲輸出202，係代表使反射波電力反饋值PR作一次延遲所得到的輸出，平滑值203，係代表反射波電力反饋值PR之平均值或者是實效值。又，在圖3(b)中，係對於極限值(反射波電力平滑極限值301、反射波電力峰值極限值302)和身為電弧遮斷準位之電弧極限值303作展示。另外，在圖3中，雖係將前進波電力反饋值200以及反射波電力反饋值201以包絡線來作展示，但是，RF感測器16之輸出，係並不被限定於直流電壓輸出，而亦可設為高頻之交流電壓 輸出。
反射波電力之一次延遲輸出202，係能夠藉由將反射波電力反饋值PR作一次延遲，而得到對於在電漿上揚時所發生的陡峭變動之陡峭變動量作了抑制的訊號。將此反射波電力之一次延遲輸出202與反射波電力峰值極限值302作比較，當反射波電力之一次延遲輸出202到達了反射波電力峰值極限值302時，係藉由進行反射波電力峰值垂下控制來使反射波電力之峰值降低。
進而，當反射波電力之一次延遲輸出202增加並到達了電弧遮斷準位之電弧極限值303時，係判定電漿之著火失敗並進行電弧遮斷控制。藉由此，而使供給至電漿負載處之電力停止並將電漿負載之電弧遮斷。
又，當平滑值(平均值或實效值)203到達了反射波電力平滑極限值(反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值)301時，係進行反射波電力量垂下動作，而並不將高頻電源部之輸出電壓的振幅縮窄地來對於輸出電力量作控制，藉由此，來降低RF電力放大元件之熱性損失。
另外，在圖3中所示之前進波電力反饋值以及反射波電力反饋值，係僅為為了進行說明而作了模式性展示之其中一例，而並非絕對為對於實際例作展示者。又，極限值以及電弧遮斷準位，亦並非為對於實際例作展示者。
如同以上所說明一般，若依據本發明，則在藉由脈衝運轉而將高頻電力對於電漿負載作電力供給之高頻電源中，於直到電漿著火為止的未著火狀態中，係能夠進行成為能夠對於前進波電力全部作為反射波電力而回到電源側處的全反射波電力而具有耐性之全反射波對應化。
又，係防止由於在電漿之上揚時所產生的反射波電力之峰值而導致的誤判定，並根據起因於電漿負載之更長之期間中的電漿狀態之變動所導致的反射波電力之變動來進行電力控制，而能夠防止由於全反射波電力所導致之RF電力放大元件的損傷，並且能夠並不將高頻電力之供給作遮斷地而持續使電漿著火並維持電漿狀態。
1‧‧‧高頻電力供給裝置
10‧‧‧高頻電源部
11‧‧‧直流電源
12‧‧‧換流器
13‧‧‧放大部
14‧‧‧合成器
15‧‧‧低通濾波器
16‧‧‧感測器
17‧‧‧分歧器
18‧‧‧閘極訊號產生器
20‧‧‧前進波電力控制迴圈系
21‧‧‧前進波電力指令值
22‧‧‧保持電路
23‧‧‧前進波電力誤差放大裝置
24‧‧‧PWM訊號產生電路
25‧‧‧驅動電路
30‧‧‧反射波電力峰值垂下迴圈系
31‧‧‧陡峭變動除去部
32‧‧‧反射波電力峰值極限值
33‧‧‧保持電路
34‧‧‧反射波電力峰值電力誤差放大器
40‧‧‧電弧遮斷系
41‧‧‧電弧極限值
42‧‧‧比較器
43‧‧‧閘極遮斷訊號產生器
50‧‧‧反射波電力量垂下迴圈系
51‧‧‧電力平滑部
52‧‧‧反射波電力平滑極限值
53‧‧‧反射波電力平滑值電力誤差放大裝置
54‧‧‧能率垂下訊號產生器
60‧‧‧電路
61‧‧‧保持電路
62‧‧‧誤差放大電路
63‧‧‧電阻
64‧‧‧電阻
65‧‧‧開關電路
66‧‧‧運算放大器
70‧‧‧電路
71‧‧‧保持電路
72‧‧‧誤差放大電路
73‧‧‧電阻
74‧‧‧電阻
75‧‧‧開關電路
76‧‧‧運算放大器
77‧‧‧緩衝電路
80‧‧‧一次延遲電路
81‧‧‧電阻
82‧‧‧電容器
90‧‧‧濾波電路
91‧‧‧微分電路
92‧‧‧比較電路
93‧‧‧極限值
94‧‧‧延遲電路
95‧‧‧切換電路
100‧‧‧反射波電力控制迴圈系
101‧‧‧電源輸出端
102‧‧‧同軸纜線
103‧‧‧負載
120‧‧‧放大部
120a~120d‧‧‧MOSFET
120e‧‧‧主變壓器
120f‧‧‧濾波器
202‧‧‧一次延遲輸出
203‧‧‧平滑值
301‧‧‧極限值
302‧‧‧反射波電力峰值極限值
303‧‧‧電弧極限值
Edc‧‧‧直流電壓
PF‧‧‧前進波電力反饋值
PR‧‧‧反射波電力反饋值
Vdc‧‧‧直流電壓
〔圖1〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的概略構成作說明之圖。
〔圖2〕用以對於本發明之反射波電力控制方法的概略作說明之說明圖。
〔圖3〕用以對於反射波電力反饋值和各極限值以及電弧遮斷準位之間的關係作說明之圖。
〔圖4〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的構成例作說明之圖。
〔圖5〕用以對於RF放大部的動作例作說明之圖。
〔圖6〕用以對於RF放大部的動作例作說明之圖。
〔圖7〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的一部份電路構成作說明之圖。
〔圖8〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的一部份電路構成作說明之圖。
〔圖9〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的前進波電力控制迴圈系之動作作說明之圖。
〔圖10〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的反射波電力峰值垂下迴圈系之動作作說明之圖。
〔圖11〕用以對於本發明之高頻電力供給裝置的反射波電力峰值垂下迴圈系之動作作說明的流程圖。
〔圖12〕用以對於前進波電力控制和反射波電力峰值垂下動作作說明之圖。
〔圖13〕對於電漿著火為成功的情況時和為失敗的情況時之反射波電力峰值垂下動作作模式性展示的圖。
〔圖14〕用以對於本發明之電弧遮斷系的動作作說明之圖。
〔圖15〕用以對於本發明之電弧遮斷系的動作作說明之流程圖。
〔圖16〕對於電漿之著火為成功的情況時和為失敗的情況時之電弧遮斷動作作模式性展示的圖。
〔圖17〕用以對於本發明之反射波電力量垂下迴圈系之動作作模式性展示的圖。
〔圖18〕用以對於本發明之反射波電力量垂下迴圈 系作說明之流程圖。
〔圖19〕用以對於前進波電力控制和反射波電力量垂下動作作說明之圖。
〔圖20〕用以對於本發明之反射波電力量垂下動作作說明之圖。
以下，針對本發明之實施形態，一面參考圖面一面作詳細說明。以下，係針對本發明之高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法，而使用圖4來對於高頻電力供給裝置之構成例作說明，並使用圖5、6來對於RF放大部之動作例作說明，且使用圖7、8來針對高頻電力供給裝置之一部分電路構成作說明。又，係使用圖9來對於高頻電力供給裝置之前進波電力控制迴圈系之動作作說明，並使用圖10~圖13來對於高頻電力供給裝置之反射波電力峰值垂下迴圈系之動作作說明，且使用圖14~圖16來對於高頻電力供給裝置之電弧遮斷系的動作作說明，並使用圖17~圖20來對於高頻電力供給裝置之反射波電力量垂下迴圈系之動作作說明。
〔高頻電力供給裝置之構成例〕
首先，使用圖4來針對本發明之高頻電力供給裝置的構成例作說明。
在圖4中，本發明之高頻電力供給裝置1，係 具備有將高頻電力供給至負載103處之高頻電源部10，並將高頻電源部10之電源輸出端101和負載103之間例如藉由同軸纜線102來作連接。另外，同軸纜線102係僅為其中一例，而並非為必要之構成，亦可藉由其他的傳輸線路來傳送電力。
高頻電源部10之控制，係藉由前進波電力控制迴圈系20、反射波電力量垂下迴圈系50、反射波電力峰值垂下迴圈系30以及電弧遮斷系40之各回歸系來進行反饋控制。
(高頻電源部)
高頻電源部10，係具備有直流電源11、DC/DC換流器12、RF放大部13、合成器14、低通濾波器15，並且在低通濾波器15和電源輸出端101之間具備有RF感測器16。
直流電源11，係為DC/DC換流器12之輸入供給源。另外，代替直流電源11，亦可使用將交流電壓作整流並作了平滑化的直流電壓。
DC/DC換流器12，係為將直流電源11之電壓Edc變換為可進行可變之直流電壓Vdc的裝置，換流器，係除了藉由反向器電路來構成以外，亦可藉由截波電路來構成之。DC/DC換流器12，係藉由從前進波電力控制迴圈系20之驅動電路25所供給而來的PWM訊號之脈衝寬幅，來改變半導體元件之通流率，並藉由此來使輸出 之直流電壓Vdc成為可變。DC/DC換流器12之輸出的直流電壓Vdc，係被輸入至RF放大部13處。
RF放大部13，係為將直流電壓變換為交流電壓之裝置，而可使用D級RF放大電路。D級RF放大電路，係為藉由切換動作來將直流電源之直流變換為高頻交流之高頻放大電路，並基於RF閘極訊號來使輸出段之切換元件作ON/OFF動作，來使輸出電流在0~最大值之間作增減，並藉由此來進行直流/交流變換而進行放大動作。D級RF放大電路，由於切換元件之ON時的阻抗為小，因此熱損失係為小，而能夠進行高效率之轉換。
使用有D級RF放大電路之RF放大部13，係可藉由全橋式換流器來構成之，並將從DC/DC換流器12所輸入的直流電壓Vdc變換為交流之RF輸出電力。RF放大部13之RF輸出電力的電壓振幅，係與所輸入的直流電壓Vdc成正比。RF放大部13之從直流而成為交流的變換，係同步於藉由閘極訊號產生器18所供給的RF閘極訊號而被作放大變換。
圖5，係對於高頻電源所具備之RF放大部的其中一構成例作展示，圖6，係為用以對於對RF放大部進行驅動控制之RF閘極訊號、RF輸出以及在電漿負載處的前進波電力和反射波電力作說明之圖。
圖5中所示之RF放大部120，係將MOSFET120a~120d作橋接構成，並將作了串聯連接的MOSFET120a和MOSFET120b之連接點、以及作了串聯連 接的MOSFET120c和MOSFET120d之連接點，此兩者藉由主變壓器120e來作連接，再將透過濾波器120f所得之主變壓器120e的輸出，作為RF輸出。MOSFET120a~120d，係藉由RF閘極訊號A、A*、B、B*(圖5(a)、(b))而被作驅動控制。
RF閘極訊號A、A*(在圖5中，係對於A而於上部附加逆(-)之記號來作展示)，係為將MOSFET120a和MOSFET120b之串聯電路作驅動控制的訊號，並且相互為逆相。RF閘極訊號B、B*(在圖5中，係對於B而於上部附加逆(-)之記號來作展示)，係為將MOSFET120c和MOSFET120d之串聯電路作驅動控制的訊號，並且相互為逆相。又，RF閘極訊號A和RF閘極訊號B係互為逆相。
RF閘極訊號A、A*、B、B*(圖6(a)、(b))，係藉由脈衝控制訊號(圖6(c))而被作控制，RF閘極訊號A、A*、B、B*係當脈衝控制訊號為ON狀態的期間中而被作輸出，在此期間內，RF輸出(圖6(d))係被作輸出。
圖6(e)、(f)，係對於在電漿負載中之前進波電力和反射波電力作展示。在圖6(f)中，安裝了整合器之電漿負載，係在RF閘極訊號(圖6(a)、(b))之上揚時的過渡現象中而發生反射波電力，並在趨穩時間之後而衰減(圖6(f))。
藉由將複數之RF放大部作並聯連接，係能夠 得到大的RF輸出電力。在將複數之RF放大部作並聯連接的構成中，係藉由將各RF放大部之相位同步並進行放大變換，來使高頻電源部10之電源輸出端101處的交流電力之相位相合致。
合成器14，係為將從複數之RF放大部13所輸出的各RF輸出電力統籌為1個輸出的裝置，當RF放大部13為單數的情況時，係可作省略。
在從RF放大部13所輸出之RF輸出電力、以及藉由合成器14而被統籌為1個並被作輸出的RF輸出電力中，係含有多量的高頻波成分。低通濾波器15，係將RF輸出電力作波形成形並將在高頻電力中所包含之高頻波成分除去，而將高頻波成分為少之RF輸出電力送至RF感測器16處。
RF感測器16，係將在RF輸出電力中所包含之前進波電力和反射波電力相分離並檢測出來，再作為前進波電力反饋值PF以及反射波電力反饋值PR而輸出。通過了RF感測器16之RF輸出電力，係一直被傳輸至電源輸出端101處。電源輸出端101，係連接同軸纜線102和高頻電源部10。藉由使電源輸出端101之特性阻抗與同軸纜線102之特性阻抗相一致，來抑制不必要之反射波電力的發生。
同軸纜線102，係將從電源輸出端101所輸入的RF輸出電力供給至負載103處。
負載103，係藉由中介有匹配箱(整合器)， 而能夠將從高頻電源側所觀察之阻抗整合為電源輸出端101之特性阻抗以及同軸纜線102之特性阻抗。特性阻抗以及整合阻抗，例如係可設為50〔ohm〕。
(前進波電力控制迴圈系之構成)
前進波電力控制迴圈系20，係為藉由將以RF感測器16所檢測出的前進波電力反饋值PF反饋至DC/DC換流器12處，來以使高頻電源部10之前進波電力成為前進波電力指令值之大小的方式而作控制的回歸系，並為從RF感測器16起朝向DC/DC換流器12地而將保持電路22、前進波電力誤差放大裝置23、PWM訊號產生電路24以及驅動電路25作串聯連接所構成者。
前進波電力指令值21，當進行前進波電力控制的情況時，係為用以對於藉由RF感測器16所檢測出的前進波電力反饋值PF之大小作控制的基準值，前進波電力控制，係產生將前進波電力反饋值PF之峰值設為與前進波電力指令值21相同的大小之脈衝寬幅的PWM訊號，並藉由此PWM訊號來對於DC/DC換流器12作脈衝控制。
RF感測器16所輸出之前進波電力反饋值PF，係包含有Ton區間之值和Toff區間之值，Ton區間之值，係代表前進波電力之大小。另一方面，Toff區間之值，係並未代表前進波電力之大小。保持電路22，係藉由將前進波電力反饋值PF之Toff區間的值除去並僅將 Ton區間之值作保持，來將前進波電力之大小取出。
保持電路22，係與前進波電力反饋值PF之Ton區間連動地而將開關設為ON，並與Toff區間連動地而將開關設為OFF並作切離，藉由此，來維持當下的狀態並將前進波電力反饋值之振幅作保持。將作了保持的前進波電力反饋值PF之振幅，送至前進波電力誤差放大裝置23處。
圖7，係為用以對於保持電路22的構成例作說明之電路圖。在圖7(a)所示之電路60中，保持電路61係藉由開關電路65所構成，在開關電路65之輸入端處連接電阻63以及電阻64，並輸入前進波電力指令值21以及前進波電力反饋值PF。開關電路65，係與前進波電力反饋值PF之ON/OFF同步地而進行切換，並將Ton區間之前進波電力反饋值PF以及前進波電力指令值，輸入至被連接在開關電路65之輸出端處的誤差放大電路62中。
誤差放大電路62，係藉由運算放大器66所構成，並將前進波電力反饋值PF和前進波電力指令值之間的差分作放大。於此，雖係針對將誤差放大的功能藉由以具備有運算放大器66之誤差放大電路62所致的硬體來構成之例而作了展示，但是，係並不被限定於硬體構成，亦可設為由軟體所致之構成，並設為對CPU作程式驅動而進行誤差放大之演算處理的構成。
在圖7(b)所示之電路70中，保持電路71 係藉由開關電路75以及電容器所構成，在開關電路75之輸入端處，輸入前進波電力反饋值PF。開關電路75，係與前進波電力反饋值PF之ON/OFF同步地而進行切換，並將Ton區間之前進波電力反饋值PF保持在電容器中。
被保持在電容器中之電壓值，係經由緩衝電路77以及電阻74而將前進波電力反饋值PF輸入至誤差放大電路62中。在誤差放大電路62處，係經由電阻73而被輸入有前進波電力指令值21。誤差放大電路72，係藉由運算放大器76所構成，並將前進波電力反饋值PF和前進波電力指令值之間的差分作放大。
前進波電力誤差放大裝置23，係將前進波電力指令值和前進波電力反饋值PF之間的誤差量，以預先所制定的增益來作放大並作為控制量而輸出。
PWM訊號產生電路24，係對於前進波電力誤差放大裝置23或者是反射波電力峰值電力誤差放大器34所輸出的控制量之大小作比較，並依據較大者之控制量來產生PWM訊號。
反射波電力峰值電力誤差放大器34所輸出之控制量，係為進行反射波電力峰值垂下控制之控制量，當前進波電力誤差放大裝置23之控制量為較反射波電力峰值電力誤差放大器34之控制量更大的情況時，係依據前進波電力誤差放大裝置23之控制量而進行前進波電力控制，相反的，當反射波電力峰值電力誤差放大器34之控制量為較前進波電力誤差放大裝置23之控制量更大的情 況時，係依據反射波電力峰值電力誤差放大器34之控制量而進行反射波電力峰值垂下控制，而使反射波電力之過大的峰值垂下以作抑制。
驅動電路25，係基於藉由PWM訊號產生電路24所產生的PWM訊號，而產生放大至對於驅動DC換流器12內之半導體元件而言為充分的功率之驅動訊號，並將所產生的驅動訊號輸入至DC/DC換流器12之半導體元件的閘極處而使其作切換，來將直流電源11之直流電壓Edc變換為輸出電壓Vdc。又，驅動電路25，係將PWM訊號產生電路24和DC/DC換流器12之間的基準電位間作絕緣，並當PWM訊號之電位和DC/DC換流器12之電位有所差異的情況時，防止由於從DC/DC換流器12而朝向PWM訊號產生電路24側之電流所導致的PWM訊號產生電路24之破損或誤動作。
(反射波電力峰值垂下迴圈系之構成)
反射波電力峰值垂下迴圈系30，係為藉由將以RF感測器16所檢測出的反射波電力反饋值PR經由前進波電力控制迴圈系20來反饋至DC/DC換流器12處一事，來進行使高頻電源部10之反射波電力的峰值垂下之控制的回歸系，並具備有陡峭變動除去部31、反射波電力峰值極限值32、保持電路33、反射波電力峰值電力誤差放大器34，而藉由將反射波電力峰值電力誤差放大器34之輸出送至前進波電力控制迴圈系20之PWM訊號產生電路24 處並對於驅動DC/DC換流器12之PWM訊號的脈衝寬幅作控制，來使反射波電力之峰值垂下以作抑制。
陡峭變動除去部31，係為將在電漿之上揚時所產生的陡峭之變動量除去的電路。在電漿負載中，就算是在著火成功時，在電漿之上揚時也必定會發生尖峰狀之反射波電力。若是此在電漿上揚時所發生的反射波電力到達設定值(反射波電力峰值極限值)，則會有將此反射波電力之上升誤判定為由於電漿負載之異常所導致的反射波電力之上升的情況。若是基於此誤判定而進行反射波電力峰值之垂下控制，則會產生使著火了的電漿成為不安定的問題。
陡峭變動除去部31，係將在檢測出的反射波電力反饋值PR中所包含之陡峭的變動量除去，而防止由於在電漿上揚時而發生之反射波電力所導致的誤判定。陡峭變動除去部31，係可藉由以電阻和電容器所構成之一次延遲電路而構成之。
圖8，係為用以對於陡峭變動除去部31的構成例作說明之圖。圖8(a)係為將陡峭變動除去部31藉由一次延遲電路80來作了構成的情況時之電路例，而可藉由由電阻81和電容器82所成的低通濾波器(LPF)來構成之。
圖8(b)係對於陡峭變動除去部31之其他構成例作展示。陡峭變動除去部31，係可藉由將高頻成分除去之濾波電路90來構成之。切換電路95，係對於反射 波電力之檢測訊號的輸出作切換，並僅將除去了在檢測訊號中所包含之陡峭的變動量之後的訊號作輸出。陡峭之變動量的檢測，係藉由微分電路91和比較電路92以及極限值93來進行。藉由微分電路91來檢測出檢測訊號的變動，並藉由將所檢測出的微分值和極限值93作比較，來檢測出陡峭之變動量。切換電路95，係基於比較電路92之輸出，而將陡峭之變動量作為OFF狀態來停止檢測訊號之輸出，並將未包含陡峭之變動量的訊號作為ON狀態來輸出檢測訊號。延遲電路94，係使檢測訊號作與在微分電路91和比較電路92之處理中所需要的時間相應之量的延遲，而與在切換電路95處之切換時序作配合。
在圖4中，反射波電力峰值極限值32，係為當進行反射波電力峰值垂下動作的情況時而與陡峭變動除去部31之輸出作比較的基準值，並為預先作了設定之值。在反射波電力峰值垂下之動作中，係以使反射波電力反饋之峰值成為反射波電力峰值極限值32以下的方式來作限制。
保持電路33，係可設為與前進波電力控制迴圈系20所具備之保持電路22相同的構成，而與反射波電力反饋值PR之Ton區間連動地而將開關設為ON，並與Toff區間連動地而將開關設為OFF並作切離，藉由此，來維持當下的狀態並將反射波電力反饋值之振幅作保持。將作了保持的反射波電力反饋值PR之振幅，送至反射波電力峰值電力誤差放大器34處。
反射波電力峰值電力誤差放大器34，係將反射波電力峰值極限值32和陡峭變動除去部31之輸出的差分，藉由預先所設定的增益來作放大，並作為控制量而輸出。
反射波電力峰值電力誤差放大器34所輸出之控制量，係為進行反射波電力峰值垂下控制之控制量，PWM訊號產生電路24，係將反射波電力峰值電力誤差放大器34之輸出和前進波電力誤差放大裝置23之輸出作輸入，當反射波電力峰值電力誤差放大器34之控制量為較前進波電力誤差放大裝置23之控制量更大的情況時，係依據反射波電力峰值電力誤差放大器34之控制量而進行反射波電力峰值垂下控制，而使反射波電力之過大的峰值垂下。
(電弧遮斷系之構成)
電弧遮斷系40，係藉由將以RF感測器16所檢測出的反射波電力反饋值PR反饋至RF放大部13處，來進行將供給至電漿負載處之電力停止並將電弧遮斷之控制的回歸系，除了具備有反射波電力峰值垂下迴圈系30所具備之陡峭變動除去部31以外，亦具備有電弧極限值41、比較器42、閘極遮斷訊號產生器43，並將閘極遮斷訊號產生器43之輸出送至閘極訊號產生器18處，而對於進行驅動RF放大部13之RF閘極訊號的ON/OFF之控制的脈衝控制訊號之能率(Duty)作控制，藉由此，而將電弧遮 斷。
陡峭變動除去部31，係除了將反射波電力峰值垂下迴圈系30所具備之陡峭變動除去部31作兼用的構成以外，亦可採用在電弧遮斷系40處而個別作設置之構成，或者是採用將陡峭變動除去部預先從反射波電力峰值垂下迴圈系30以及電弧遮斷系40而獨立出來地作設置，並將除去了陡峭的變動量之後的反射波電力之檢測值輸入至反射波電力峰值垂下迴圈系30和電弧遮斷系40之兩回歸系處的構成。
電弧極限值41，係為用以判定電漿負載之著火為成功或者是失敗的準位值，藉由判斷從反射波電力反饋值PR而將陡峭的變動量作了除去之後的檢測值是否到達了電弧極限值41，來進行電漿負載之著火的成功/失敗之判定。當電漿負載之著火失敗的情況時，由於反射波電力反饋值PR係增加，因此，藉由將陡峭變動除去部31之輸出係到達了電弧極限值41一事檢測出來，係能夠將電漿負載之著火失敗檢測出來。
比較器42，係為對於電弧極限值41和陡峭變動除去部31之輸出作比較並判定電漿負載之著火狀況的比較器。比較器42，若是陡峭變動除去部31之輸出係為電弧極限值41以下或者是未滿電弧極限值41，則係判定為著火成功，當陡峭變動除去部31之輸出係超過了電弧極限值41或者是成為電弧極限值41以上的情況時，則係判定為著火失敗。
閘極遮斷訊號產生器43，係依據比較器42所輸出之著火判定訊號，而將閘極遮斷訊號送出至閘極訊號產生器18處。在著火成功時，係並不進行閘極遮斷訊號之送出，並對於閘極訊號產生器18而許可RF閘極訊號之輸出。在著火失敗時，係進行閘極遮斷訊號之送出，並對於閘極訊號產生器18而禁止RF閘極訊號之輸出。
閘極訊號產生器18，係為供給對於為了驅動RF放大部13之RF電力放大元件而必要的高頻之閘極功率作控制的RF閘極訊號之電路，藉由將所產生的RF閘極訊號施加於圖5中所示之RF放大部13所具備的橋接構成之MOSFET120處，並對於MOSFET120之ON以及OFF交互作切換，而產生RF輸出。
脈衝控制訊號，係為對於RF閘極訊號之輸出作控制的控制訊號，在ON區間中，係使RF閘極訊號輸出，在OFF區間中，係使RF閘極訊號停止。藉由對於依據ON區間和OFF區間之時間寬幅的比所制定之能率(Duty)(=ON區間/(ON區間+OFF區間))作控制，來對於RF放大部13所輸出之電力量作控制。
RF放大部13，在通常之脈衝運轉時，係藉由與在閘極訊號產生器18處所預先設定之脈衝控制訊號的能率(Duty)相同之能率(Duty)來作驅動，並輸出RF電力。
閘極訊號產生器18，當從閘極遮斷訊號產生器43而輸入有閘極遮斷訊號的情況時，係將脈衝控制訊 號之輸出停止或者是將能率(Duty)縮小，來使RF放大部13所輸出之RF電力降低或者是使RF電力停止。
分歧器17，係為當RF放大部13存在有複數的情況時，而將閘極訊號產生器18所輸出之脈衝控制訊號分歧供給至各個的RF放大部處之電路。當RF放大部為單數的情況時，分歧器17係為不必要。
(反射波電力量垂下迴圈系之構成)
反射波電力量垂下迴圈系50，係為藉由將以RF感測器16所檢測出的反射波電力反饋值PR反饋至RF放大部13處，而進行使高頻電源部10之反射波電力的電力量垂下之控制的回歸系，除了作為將反射波電力反饋值之電力平滑化的平滑部而具備有電力平滑部51以外，亦具備有作為平滑化後的反射波電力平滑值之臨限值而使用的反射波電力平滑極限值52、基於反射波電力平滑值和反射波電力平滑極限值之間的差分而進行電力放大之反射波電力平滑值電力誤差放大裝置53、基於反射波電力平滑值電刀誤差放大裝置53之輸出而制定脈衝控制訊號之能率(Duty)的能率垂下訊號產生器54，並將能率垂下訊號產生器54之輸出送至閘極訊號產生器18處。反射波電力量垂下迴圈系50，係藉由對於脈衝控制訊號之能率(Duty)作控制，來使反射波電力之電力量垂下而作抑制。
反射波電力量垂下迴圈系50，係由於需要並 不使反射波電力之電壓振幅改變地來對於電力量作控制，因此係作為將反射波電力反饋值PR作平滑化之手段，而具備有求取出平均值或實效值之電力平滑部51，並使所得到的控制量回歸至RF放大部13處而對於電力量作控制。
反射波電力量垂下迴圈系50，係將反射波電力之平均值或者是實效值作為反射波電力平滑值，並進行以使此反射波電力平滑值成為基準值以下的方式來使反射波電力垂下之動作。以下，係將基於反射波電力之平均值所進行的垂下動作，稱作反射波電力平均值垂下動作，並將基於反射波電力之實效值所進行的垂下動作，稱作反射波電力實效值垂下動作。
電力平滑部51，係為將反射波電力反饋值PR平滑化並輸出反射波電力平滑值之電路，而可藉由平均值電路或實效值電路來構成之。平均值電路以及實效值電路，係為將在高頻電源部10之脈衝運轉時的反射波電力反饋值PR之平均值、實效值求取出來的電路，除了藉由硬體電路來構成以外，亦可藉由以軟體所進行之演算處理來構成之。又，當將平均值電路藉由硬體來構成的情況時，係亦可藉由以電阻和電容器所成之一次延遲電路來構成之。
藉由從反射波電力反饋值PR來求取出平滑化了的反射波電力平滑值，係能夠並不縮窄RF輸出電力之振幅地而藉由將脈衝控制訊號之能率(Duty)作縮窄來減 少RF電力放大元件之熱性損失並防止破壞。
反射波電力平滑極限值(反射波電力平均極限值、反射波電力實效極限值)，係為當進行反射波電力平滑值垂下動作(反射波電力平均值垂下動作、反射波電力實效值垂下動作)的情況時，與電力平滑部(平均值電路、實效值電路)51之輸出作比較的基準值。在反射波電力平滑值垂下動作(反射波電力平均值垂下動作、反射波電力實效值垂下動作)的動作中，係以使反射波電力反饋值PR之平滑值(平均值、實效值)成為反射波電力平滑極限值(反射波電力平均極限值、反射波電力實效極限值)以下的方式，來對於脈衝控制訊號之能率(Duty)作調整，並對於閘極訊號產生器18所產生的RF閘極訊號之ON區間作限制，而使反射波電力之電力量垂下(降低)。
反射波電力平滑值電力誤差放大器(反射波電力平均值電力誤差放大裝置、反射波電力實效值電力誤差放大裝置)53，係將身為反射波電力平滑極限值(反射波電力平均極限值、反射波電力實效極限值)52和電力平滑部(平均值電路、實效值電路)51之輸出間的差分之誤差量，藉由預先所制定的增益來作放大，並作為控制量而輸出。
能率垂下訊號產生器54，係為因應於反射波電力平滑值電力誤差放大器(反射波電力平均值電力誤差放大裝置、反射波電力實效值電力誤差放大裝置)53所 輸出的控制量，來對於脈衝運轉時之ON區間和OFF區間的能率(Duty)作決定之電路。
在反射波電力平滑值垂下動作中，閘極訊號產生器18係從能率垂下訊號產生器54而接收脈衝控制訊號，並產生基於脈衝控制訊號之能率(Duty)所得到的ON區間和OFF區間之RF閘極訊號。另外，在閘極訊號產生器18處，係從電弧遮斷系40之閘極遮斷訊號產生器43而輸入有閘極遮斷訊號，此閘極遮斷訊號，係優先於能率(Duty)訊號而進行將RF閘極訊號停止之動作。
又，當並不移行至反射波電力平均值垂下動作而進行通常之前進波控制的情況時，能率垂下訊號產生器54係並不進行能率(Duty)垂下訊號之產生，而是藉由預先所設定的固定之能率(Duty)的脈衝控制訊號來產生閘極訊號並進行脈衝運轉。
以下，針對本發明之高頻電力供給裝置的控制例作說明。
〔高頻電力供給裝置之控制例〕 〔前進波電力控制〕
首先，使用圖9來針對由前進波電力控制迴圈系所進行之前進波電力控制作說明。
當負載103係被匹配於50〔ohm〕而並不存在有反射波電力的情況時，係藉由圖9中之前進波電力控制迴圈系20(以粗箭頭作標示)來進行前進波電力控 制。
在前進波電力控制中，係不斷地以使前進波電力指令值21和前進波電力反饋值PF之峰值相互一致的方式來將DC/DC換流器12之輸出Vdc設為可變，RF輸出電力之振幅係被作控制。
(切換控制)
在前進波電力控制中，當負載103之匹配從50〔ohm〕而脫離，並滿足了下述之各條件(1)、(2)、(3)的情況時，控制迴圈係從前進波電力控制迴圈系20而移行至進行垂下動作或遮斷動作之反射波電力控制迴圈系100(反射波電力峰值垂下迴圈系30、電弧遮斷系40、反射波電力量垂下迴圈系50)處。
(1)如圖3(b)中所示一般，當將反射波電力之陡峭變動量作了除去的一次延遲輸出202到達了反射波電力峰值極限值302的情況時，係藉由反射波電力峰值垂下迴圈系30而移行至反射波電力峰值垂下動作。
(2)如圖3(b)中所示一般，當將反射波電力之陡峭變動量作了除去的一次延遲輸出202到達了電弧極限值303的情況時，係藉由電弧遮斷系40而移行至電弧遮斷動作。
(3)如圖3(b)中所示一般，當電力平滑部(平均值電路、實效值電路)51之反射波電力的平滑值203到達了反射波電力平滑值極限值(反射波電力平均極 限值、反射波電力實效值極限值)301的情況時，係移行至反射波電力量垂下動作。上述之垂下動作和遮斷動作，係分別相互獨立地動作。
(反射波電力峰值垂下控制)
接著，使用圖10~圖13，針對反射波電力峰值之垂下控制作說明。圖10，係對於反射波電力峰值垂下控制之迴圈系作展示。
若是負載之匹配從50〔ohm〕而脫離並成為無法取得阻抗整合，則係發生反射波電力。當將藉由檢測出此反射波電力所得到的反射波電力反饋值PR之反射波電力的陡峭變動量作了除去後之輸出(例如，一次延遲輸出)超過了反射波電力峰值極限值32的情況時，係藉由圖10中所展示之反射波電力峰值垂下迴圈系30(以粗箭頭作標示)，來進行反射波電力峰值垂下動作。
藉由以使陡峭變動除去部31之輸出不會超過反射波電力峰值極限值32的方式來對於DC/DC換流器12作控制，RF輸出電力之振幅係以不會作一定值以上之輸出的方式而被作限制。藉由此反射波電力峰值垂下動作，在反射波電力發生時，RF電力放大元件係會被保護而免於受到過負載或突波電壓之影響，而成為不會被破壞。
當反射波電力下降而陡峭變動除去部31之輸出低於反射波電力峰值極限值32的情況時，係再度回到 前進波電力控制中。
在圖11所示之流程圖中，係藉由RF感測器16而檢測出反射波電力(S11)，並將所檢測出的反射波電力輸入至陡峭變動除去部31中而得到將陡峭變動量作了除去的輸出(例如，一次延遲輸出)(S12)。當將反射波電力之陡峭變動量作了除去的輸出(例如，一次延遲輸出)超過了身為反射波電力峰值之檢測準位的反射波電力峰值極限值32的情況時(S13)，係求取出將反射波電力之陡峭變動量作了除去的輸出(例如，一次延遲輸出)和反射波電力峰值極限值32之間的差分(S14)，並基於此差分而求取出控制值(S15)，再基於控制值來在PWM訊號產生電路24中而產生PWM訊號(S17)。差分以及控制值之產生，係可藉由反射波電力峰值電力誤差放大器34而進行之。
另一方面，當將反射波電力之陡峭變動量作了除去的輸出(例如，一次延遲輸出)並未超過反射波電力峰值極限值32的情況時(S13)，係基於預先所制定的設定脈衝寬幅(S16)來在PWM訊號產生電路24中而產生PWM訊號(S17)。藉由所產生了的PWM訊號來驅動DC/DC換流器12，而對於輸出電壓值作控制(S18)。
圖12，係為用以對於前進波電力控制和反射波電力峰值垂下動作作說明之圖。圖12之橫軸係代表時間，縱軸係代表反射波電力。
在前進波電力控制中，係藉由預先所制定了 的脈衝寬幅之PWM訊號，來驅動DC/DC換流器。藉由此驅動，前進波電力係增加(未圖示)，並且，反射波電力係增加。若是反射波電力之峰值到達反射波電力峰值極限值，則係開始反射波電力峰值垂下動作。反射波電力峰值垂下動作，係藉由將PWM訊號之脈衝寬幅縮窄，而以使反射波電力之峰值不會超過反射波電力峰值極限值的方式來作抑制。
圖13，係對於電漿著火為成功的情況時和為失敗的情況時之反射波電力峰值垂下動作作模式性展示。另外，圖13中所示之波形，係為了便於說明而作了簡略化展示，而並非為對於實際之波形作展示者。圖13(a)，係對於前進波電力反饋值作展示，圖13(b)、(e)中之顏色較濃的實線，係代表反射波電力反饋值PR，顏色較淡的實線，係代表反射波電力反饋值之一次延遲輸出，一點鍊線，係代表峰值垂下檢測準位。
圖13(a)~(d)，係對於著火成功的情況之波形作展示，圖13(e)~(g)，係對於著火失敗的情況之波形作展示。
當著火成功的情況時，在電漿之上揚時T1以及電漿之下挫時T2處，反射波係增加。此時，若是基於反射波電力反饋值PR(以顏色較濃之實線作標示)來進行反射波電力峰值垂下動作，則就算是在身為正常之著火動作的情況時，也會被誤判定為異常狀態，前進波電力之振幅係被作抑制，電漿之維持係變得困難。
相對於此，將反射波電力反饋值之陡峭變動量作了除去後的輸出(例如，一次延遲輸出)(以顏色較淡之實線作標示)，由於係並未到達峰值垂下檢測準位，因此係並不進行反射波電力峰值垂下動作，PWM訊號係並不會改變(圖13(d))，前進波電力控制係被作維持。
又，當著火失敗的情況時，將反射波電力反饋值之陡峭變動量作了除去後的輸出(例如，一次延遲輸出)(以顏色較淡之實線作標示)，在著火失敗時，係於從時間點T1起而有所延遲的T3處而到達峰值垂下檢測準位，因此係開始反射波電力峰值垂下動作。PWM訊號之脈衝寬幅，係基於反射波電力之一次延遲輸出和峰值垂下檢測準位之間的差分(圖13(f))而被產生(圖13(g))，反射波電壓峰值之垂下係被進行。
若是將反射波電力之陡峭變動量作了除去之輸出(例如，一次延遲輸出)降低並低於峰值垂下檢測準位，則反射波電力峰值垂下動作係結束，並從反射波電力峰值垂下控制而回到前進波電力控制。
(電弧遮斷控制)
接著，使用圖14~圖16，針對電弧遮斷控制作說明。圖14，係對於電弧遮斷控制之迴圈系作展示。
當電漿負載之著火失敗而反射波電力增加，反射波電力反饋值PR超過了電弧遮斷準位的情況時，係 藉由圖14中所致之電弧遮斷系40(在圖14中以粗箭頭作標示)來進行電弧遮斷動作。
在藉由陡峭變動除去部31而將陡峭變動量作了除去之峰值到達了電弧極限值41的階段處，閘極遮斷訊號產生器43係送出遮斷訊號，並使RF放大部13之動作停止而將電弧遮斷。
電弧遮斷動作中之RF輸出電力脈衝寬幅，係相較於預先所設定之通常的脈衝運轉時之能率(Duty)而成為非常短，RF電力放大元件係並不會被破壞。
在著火失敗時，雖然在直到電弧遮斷為止的前一刻仍被供給有大的電力，但是，由於係能夠在此期間中而將大的電壓施加於負載處，因此係能夠同時進行保護和著火之再嘗試。又，在著火成功時，藉由將陡峭變動量除去，由於係能夠對於正常之脈衝上揚時的反射波電力作抑制，因此係能夠防止著火判定之誤檢測，而能夠並不使脈衝運轉中斷地來持續進行。
在圖15所示之流程圖中，係藉由RF感測器16而檢測出反射波電力(S21)，並將所檢測出的反射波電力輸入至陡峭變動除去部31中而將陡峭變動量除去。以下，係針對陡峭變動除去部為輸出一次延遲的例子來作說明。
藉由反射波電力之一次延遲輸出，來將陡峭的變動量除去(S22)，當所得到之一次延遲輸出超過了身為電弧遮斷之檢測準位的電弧極限值41的情況時 (S23)，係產生閘極遮斷訊號(S24)。
閘極訊號產生器18，係接收閘極遮斷訊號並停止RF閘極訊號之輸出(S25)，而停止RF放大部之輸出(S26)。
另一方面，當一次延遲輸出並未超過電弧極限值41的情況時(S23)，閘極訊號產生器18係基於預先所設定的脈衝控制訊號之能率(Duty)來產生RF閘極訊號並維持RF放大部之輸出，或者是，當使RF放大部之輸出作了停止的情況時，係使其再度開始(S27)。
在著火失敗時，係可藉由著火再嘗試功能來進行再著火動作。再著火動作，係在從判定為著火失敗起而經過了特定之休止時間之後，再度嘗試著火。在此再嘗試功能中，係能夠對於反覆進行著火動作之再嘗試次數和休止時間之時間寬幅作設定。又，當在所設定之再嘗試次數內而著火仍未成功的情況時，係亦可設定為使再嘗試動作停止、或者是在作了一定時間之停止後而使再嘗試動作回復。
圖16，係對於電漿著火為成功的情況時和為失敗的情況時之電弧遮斷動作作模式性展示。另外，圖16中所示之波形，係為了便於說明而作了簡略化展示，而並非為對於實際之波形作展示者。圖16(a)、(d)，係對於前進波電力反饋值作展示，圖16(b)、(e)中之顏色較濃的實線，係代表反射波電力反饋值PR，顏色較淡的實線，係代表反射波電力反饋值之一次延 遲輸出，一點鍊線，係代表電弧極限值。
圖16(a)~(c)，係對於著火成功的情況之波形作展示，圖16(d)~(f)，係對於著火失敗的情況之波形作展示。
當著火成功的情況時，在電漿之上揚時t1以及電漿之下挫時t2處，反射波係增加(圖16(b))。此時，若是基於反射波電力反饋值PR(以顏色較濃之實線作標示)來進行電弧遮斷動作，則就算是在身為正常之著火動作的情況時，也會被誤判定為電弧發生等之異常狀態，藉由電弧遮斷動作，電漿係被消弧。
相對於此，從反射波電力反饋值而將陡峭變動量作了除去後的輸出(一次延遲輸出(以顏色較淡之實線作標示))，由於係並未到達身為電弧遮斷準位之電弧極限值，因此係並不進行電弧遮斷動作，閘極遮斷訊號係並不會被輸出(圖16(c))，前進波電力控制係被作維持。
又，當著火失敗的情況時，從反射波電力反饋值而將陡峭變動量作了除去後的輸出(一次延遲輸出(以顏色較淡之實線作標示))，在著火失敗時，係於從時間點t1起而有所延遲的t3處而到達電弧遮斷檢測準位之電弧極限值(圖16(e))，並產生閘極遮斷訊號(圖16(f))，電弧遮斷動作係被開始。
若是藉由電弧遮斷動作之開始而電漿被消弧，則前進波電力反饋值PF以及反射波電力反饋值PR 係降低(圖16(d)、(e))，反射波電壓之一次延遲輸出係依據一次延遲電路之時間常數而衰減(圖16(e))。
〔反射波電力量垂下控制〕
接著，使用圖17~圖20，針對反射波電力量垂下控制作說明。圖17，係對於反射波電力量垂下動作作模式性展示。
若是負載之匹配從50〔ohm〕而脫離並成為無法取得阻抗整合，則係發生反射波電力。當將藉由檢測出此反射波電力所得到的反射波電力反饋值PR作平滑化所得到的反射波電力平滑值超過了反射波電力平滑極限值52的情況時，係藉由圖17中所展示之反射波電力量垂下迴圈系50(以粗箭頭作標示)，來進行反射波電力量垂下動作。反射波電力平滑值，係可設為反射波電力之平均值或者是實效值。
在由反射波電力量垂下控制所致之反射波電力垂下動作中，係以使電力平滑部51之輸出不會超過反射波電力平滑極限值52的方式來對於脈衝控制訊號之能率(Duty)作控制，並藉由對於RF閘極訊號之ON區間的寬幅作限制，來以使RF輸出電力之電力量不會作一定值以上之輸出的方式而作限制。反射波電力量垂下動作，係藉由將脈衝控制訊號之能率(Duty)縮窄，來並不將RF輸出之電壓的振幅縮窄地而將輸出電力縮窄，而能夠 減少RF電力放大元件之熱性損失並防止破壞。
藉由反射波電力量垂下動作，反射波電力係下降，當電力平滑部51之輸出低於反射波電力平滑極限值52的情況時，係再度回到前進波電力控制中。
在圖18所示之流程圖中，係藉由RF感測器16而檢測出反射波電力(S31)，並將所檢測出的反射波電力輸入至電力平滑部51中而求取出作了平滑化的反射波電力平滑值(S32)，當反射波電力平滑化值超過身為反射波電力之檢測準位的反射波電力平滑極限值52的情況時(S33)，係求取出反射波電力平滑化值和反射波電力平滑極限值52之間的差分(S34)，並基於此差分而求取出控制值(S35)，再藉由能率變換而求取出與控制值相對應之脈衝控制訊號的能率(Duty)。另外，能率變換，係預先制定出控制值和與此控制值相對應之能率(Duty)之間的關係，而能夠基於此對應關係來從控制值而求取出能率(Duty)。
基於所得到的能率(Duty)，在能率垂下訊號產生器54處而產生能率垂下訊號。閘極訊號產生器18，係基於能率垂下訊號，而產生將ON區間作了縮窄的RF閘極訊號。於此，能率垂下訊號係為制定RF閘極訊號之ON區間和OFF區間的能率(Duty)之脈衝控制訊號，藉由將ON區間縮窄，來抑制前進波電力之電力量，藉由此，而將反射波電力之電力量降低(S38)。
另一方面，當反射波電力平滑值並未超過反 射波電力平滑極限值52的情況時(S33)，能率垂下訊號產生器54係並不產生能率垂下訊號，閘極訊號產生器18係基於預先所制定的設定能率(Duty)(S37)來產生脈衝控制訊號(S38)，並基於脈衝控制訊號來產生RF閘極訊號(S39)，再藉由所產生的RF閘極訊號來驅動RF放大部13並對於輸出電力作控制(S40)。
圖19，係為用以對於前進波電力控制和反射波電力量垂下動作作說明之圖。圖19之橫軸係代表時間，縱軸係代表電力(圖19(a))、以及負載電壓(圖19(b))。
在前進波電力控制中，係藉由具備有預先所制定之能率(Duty)的ON區間以及OFF區間之RF閘極訊號，來驅動RF放大部13。藉由此驅動，前進波電力之電力係增加(未圖示)，並且，反射波電力之電力量係增加。若是將反射波電力作平滑化所得到的反射波電力平滑值(平均值或者是實效值)到達反射波電力平滑極限值，則係開始反射波電力量垂下動作。
反射波電力量垂下動作，係藉由將脈衝控制訊號之能率(Duty)縮小而將輸出RF閘極訊號之ON區間縮小，來將反射波電力之電力量以不會超過反射波電力平滑極限值的方式而作抑制。
圖19(a)，係為作為平滑值而使用平均值的例子，在反射波電力平均值垂下動作中，係能夠將反射波電力平均值之上限抑制為反射波電力平均極限值。
圖19(b)，係展示負載電壓，在反射波電力平均值垂下動作中，被施加於負載處的電壓係被保持於一定，藉由將在脈衝運轉之1個週期內所被施加之高頻電壓的循環數縮窄，來對於供給電力作抑制。
圖20，係對於反射波電力量垂下動作作模式性展示。另外，圖20中所示之波形，係為了便於說明而作了簡略化展示，而並非為對於實際之波形作展示者。
圖20(a)~(c)，係對於反射波電力平滑值並未超過反射波電力平滑極限值的情況作展示，圖20(d)~(f)，係對於反射波電力平滑值超過反射波電力平滑極限值的情況作展示，並分別展示有反射波電力平滑值、脈衝控制訊號以及RF閘極訊號。圖中之脈衝控制訊號，係代表輸出閘極訊號之ON區間和並不輸出閘極訊號之OFF區間。另外，各訊號波形，係為為了進行說明而作模式性展示者，而並非為代表實際之訊號波形者。
在圖20(a)~(c)中，當反射波電力平滑值並未超過反射波電力平滑極限值的情況時，由於係並不存在有超過反射波電力平滑極限值之電力的差分，因此，係輸出藉由預先所設定的能率(Duty)所制定之脈衝控制訊號(圖20(b))。基於此脈衝控制訊號，而產生RF閘極訊號(圖20(c))。
另一方面，在圖20(d)~(f)中，當反射波電力平滑值超過反射波電力平滑極限值的情況時，係因應於超過反射波電力平滑極限值之電力的差分，來制定能 率(Duty)，並輸出藉由此能率(Duty)所制定之脈衝控制訊號(圖20(e))，輸出電力係被作抑制。基於此脈衝控制訊號，而產生RF閘極訊號(圖20(f))，反射波電力量係被作垂下。
以下，將本發明之反射波電力控制所包含之反射波電力峰值垂下控制、電弧遮斷控制以及反射波電力量垂下控制的關係展示於表中。
另外，在上述實施形態以及變形例中之記述，係僅為本發明之高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法的其中一例，本發明，係並非為被各實施形態所限定者，而可基於本發明之要旨來作各種之變形，此些係並 非為被排除於本發明之範圍以外者。
〔產業上之利用可能性〕
本發明之高頻電力供給裝置以及反射波電力控制方法，係可適用在對於電漿產生裝置供給電力之電力源中。
1‧‧‧高頻電力供給裝置
10‧‧‧高頻電源部
12‧‧‧換流器
13‧‧‧放大部
16‧‧‧感測器
20‧‧‧前進波電力控制迴圈系
30‧‧‧反射波電力峰值垂下迴圈系
31‧‧‧陡峭變動除去部
40‧‧‧電弧遮斷系
50‧‧‧反射波電力量垂下迴圈系
51‧‧‧電力平滑部
103‧‧‧負載
100‧‧‧反射波電力控制迴圈系

Claims (12)

  1. 一種高頻電力供給裝置，係為對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給裝置，其特徵為，具備有：高頻電源部，係藉由切換動作來將直流電源之直流變換為高頻交流並輸出高頻電力；和回歸系，係使前述高頻電源部之高頻輸出的檢測值回歸而進行反饋控制，前述回歸系，係具備有：前進波電力控制迴圈系，係使從前述高頻電源部所朝向電漿負載之前進波電力的檢測值作回歸並對於前進波電力作控制；和複數之反射波電力控制迴圈系，係使從前述電漿負載所朝向前述高頻電源部之反射波電力的檢測值作回歸並對於反射波電力作控制，前述反射波電力控制迴圈系，係具備有：反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，係對於反射波電力之峰值變動作抑制、和反射波電力量垂下迴圈系，係對於反射波電力之電力平滑量作控制，前述反射波電力峰值垂下迴圈系，係基於反射波電力之峰值來對於前述高頻電源部之直流電源的直流電壓作控制，並藉由該直流電源之電壓控制來對於反射波電力之峰值作垂下控制，前述電弧遮斷系，係基於反射波電力之峰值來對於前述高頻電源部之RF放大部的輸出之有無作控制，並藉由 此來控制對於電漿負載之電力供給的有無而對於在電漿負載中之電弧的遮斷作控制，前述反射波電力量垂下迴圈系，係基於反射波電力之電力平滑量來對於前述高頻電源部之RF放大部的ON區間和OFF區間之能率(時間比例)作控制，並藉由此來控制對於電漿負載之電力供給量而對於反射波電力之電力量作垂下控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之高頻電力供給裝置，其中，前述反射波電力峰值垂下迴圈系，係作為決定是否進行反射波之峰值的垂下控制之臨限值，而具備有反射波電力峰值極限值，使反射波電力之檢測值和反射波電力峰值極限值之間的差分回歸至前述前進波電力控制迴圈系處，並對於驅動前述高頻電源部所具備之DC/DC換流器的PWM訊號之脈衝寬幅作控制，而對於直流電源之直流電壓作控制。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之高頻電力供給裝置，其中，前述電弧遮斷系，係作為決定是否輸出高頻電力之臨限值，而具備有電弧極限值，根據反射波電力之檢測值和前述電弧極限值之間的比較，而對於控制前述高頻電源部所具備之RF放大部的RF閘極訊號作控制，並對於RF放大部之是否輸出高頻電力一事作控制。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中之任一項所記載之高頻電力供給裝置，其中，前述反射波電力量垂下迴圈系，係具備有將前述反射波電力之檢測值的平均值或者是實效值輸出之電力平滑部，並作為決定高頻電力之電力量的垂下控制之有無以及垂下量之反射波垂下極限值，而具備有反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值，根據前述電力平滑部之平均值的輸出和前述反射波電力平均極限值之間的比較，或者是根據前述電力平滑部之實效值的輸出和前述反射波電力實效極限值之間的比較，而制定對於前述高頻電源部所具備之RF放大部作控制的脈衝控制訊號之能率(RF放大部之ON區間和OFF區間的時間比例)，並對於RF放大部之高頻電力的電力量之垂下作控制。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中之任一項所記載之高頻電力供給裝置，其中，前述反射波電力峰值垂下迴圈系或者是前述電弧遮斷系之至少其中一方之系，係具備有從前述反射波電力之檢測值中而將陡峭變動量除去之陡峭變動除去部，前述陡峭變動除去部，係從反射波電力之檢測值中而將由於陡峭之變動所導致的陡峭變動量除去，並使相當於不受陡峭變動所影響之反射波電力的峰值之訊號作回歸。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之高頻電力供給裝置，其中，前述陡峭變動除去部，係為與反射波電力之檢 測值作一次延遲(first-order lag)的一次延遲電路。
  7. 一種反射波電力控制方法，係為對於電漿負載供給高頻電力之高頻電力供給，其特徵為，具備有：高頻電源部，係藉由切換動作來將直流電源之直流變換為高頻交流並輸出高頻電力；和回歸系，係使前述高頻電源部之高頻輸出的檢測值回歸而進行反饋控制，前述回歸系，係具備有：前進波電力控制迴圈系，係使從前述高頻電源部所朝向電漿負載之前進波電力的檢測值作回歸並對於前進波電力作控制；和複數之反射波電力控制迴圈系，係使從前述電漿負載所朝向前述高頻電源部之反射波電力的檢測值作回歸並對於反射波電力作控制，前述反射波電力控制迴圈系，係具備有：反射波電力峰值垂下迴圈系以及電弧遮斷系，係對於反射波電力之峰值變動作抑制、和反射波電力量垂下迴圈系，係對於反射波電力之電力平滑量作控制，前述反射波電力峰值垂下迴圈系，係基於反射波電力之峰值來對於前述高頻電源部之直流電源的直流電壓作控制，並藉由該直流電源之電壓控制來對於反射波電力之峰值作垂下控制，前述電弧遮斷系，係基於反射波電力之峰值來對於前述高頻電源部之RF放大部的輸出之有無作控制，並藉由 此來控制對於電漿負載之電力供給的有無而對於在電漿負載中之電弧的遮斷作控制，前述反射波電力量垂下迴圈系，係基於反射波電力之電力平滑量來對於前述高頻電源部之RF放大部的ON區間和OFF區間之能率(時間比例)作控制，並藉由此來控制對於電漿負載之電力供給量而對於反射波電力之電力量作垂下控制。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之反射波電力控制方法，其中，前述反射波電力峰值垂下迴圈系，係作為決定是否進行反射波之峰值的垂下控制之臨限值，而具備有反射波電力峰值極限值，使反射波電力之檢測值和反射波電力峰值極限值之間的差分回歸至前述前進波電力控制迴圈系處，並對於驅動前述高頻電源部所具備之DC/DC換流器的PWM訊號之脈衝寬幅作控制，而對於直流電源之直流電壓作控制。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項所記載之反射波電力控制方法，其中，前述電弧遮斷系，係作為決定是否輸出高頻電力之臨限值，而具備有電弧極限值，根據反射波電力之檢測值和前述電弧極限值之間的比較，而對於控制前述高頻電源部所具備之RF放大部的RF閘極訊號作控制，並對於RF放大部之是否輸出高頻電力一事作控制。
  10. 如申請專利範圍第7~9項中之任一項所記載之反射波電力控制方法，其中，前述反射波電力量垂下迴圈系，係具備有將前述反射波電力之檢測值的平均值或者是實效值輸出之電力平滑部，並作為決定高頻電力之電力量的垂下控制之有無以及垂下量之反射波垂下極限值，而具備有反射波電力平均極限值或者是反射波電力實效極限值，根據前述電力平滑部之平均值的輸出和前述反射波電力平均極限值之間的比較，或者是根據前述電力平滑部之實效值的輸出和前述反射波電力實效極限值之間的比較，而制定對於前述高頻電源部所具備之RF放大部作控制的脈衝控制訊號之能率(RF放大部之ON區間和OFF區間的時間比例)，並對於RF放大部之高頻電力的電力量之垂下作控制。
  11. 如申請專利範圍第7~9項中之任一項所記載之反射波電力控制方法，其中，前述反射波電力峰值垂下迴圈系或者是前述電弧遮斷系之至少其中一方之系，係具備有從前述反射波電力之檢測值中而將陡峭變動量除去之陡峭變動除去部，前述陡峭變動除去部，係從反射波電力之檢測值中而將由於陡峭之變動所導致的陡峭變動量除去，並使相當於不受陡峭變動所影響之反射波電力的峰值之訊號作回歸。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之反射波電力控制方法，其中，前述陡峭變動除去部，係藉由使反射波電 力之檢測值作一次延遲(first-order lag)，而從反射波電力之檢測值而將由陡峭之變動所導致的陡峭變動量除去。
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