JP6397772B2 - Inverter device - Google Patents

Inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP6397772B2
JP6397772B2 JP2015017217A JP2015017217A JP6397772B2 JP 6397772 B2 JP6397772 B2 JP 6397772B2 JP 2015017217 A JP2015017217 A JP 2015017217A JP 2015017217 A JP2015017217 A JP 2015017217A JP 6397772 B2 JP6397772 B2 JP 6397772B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
resonance
switching
frequency
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015017217A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016144277A (en
Inventor
真吾 河野
真吾 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daihen Corp filed Critical Daihen Corp
Priority to JP2015017217A priority Critical patent/JP6397772B2/en
Publication of JP2016144277A publication Critical patent/JP2016144277A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6397772B2 publication Critical patent/JP6397772B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、直流電力を高周波交流電力に変換し、プラズマ処理装置等の負荷に出力するインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device that converts direct current power into high frequency alternating current power and outputs it to a load such as a plasma processing apparatus.

従来、半導体製造プロセスにおいて、エッチングなどのプラズマ処理を行う場合、商用周波数の交流電力を高周波電力に変換する高周波電源を設けておき、高周波電源の出力を、プラズマ処理装置(負荷)に供給している。高周波電源は、商用電源から出力される商用交流電力を整流し、直流電力に変換する整流回路と、この整流回路から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、を備えている。このインバータ回路に含まれるスイッチング素子の通電状態(以下、「オン状態」という。)と非通電状態(以下、「オフ状態」という。)とを切り替えることで、直流電力を交流電力に変換している。インバータ回路から高周波交流電力を出力するためには、例えば、スイッチング素子に入力する駆動信号の周波数(スイッチング周波数)を高くすることで、高周波交流電力に変換する手法がある。しかし、一般的に、スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えるときにスイッチング損失が発生してしまう。よって、スイッチング周波数を高くすると、スイッチング素子のオン状態とオフ状態との切り替え回数(スイッチング回数)も多くなり、スイッチング損失が増加してしまうことになる。例えば、スイッチング周波数をある周波数に対して3倍で動作させると、スイッチング回数も3倍となる。その結果、スイッチング損失が増加してしまうことになる。   Conventionally, when performing plasma processing such as etching in a semiconductor manufacturing process, a high-frequency power source for converting AC power of commercial frequency to high-frequency power is provided, and the output of the high-frequency power source is supplied to a plasma processing apparatus (load). Yes. The high-frequency power source includes a rectifier circuit that rectifies commercial AC power output from a commercial power source and converts it into DC power, and an inverter circuit that converts DC power output from the rectifier circuit into AC power. By switching between an energized state (hereinafter referred to as “on state”) and a non-energized state (hereinafter referred to as “off state”) of the switching element included in the inverter circuit, DC power is converted into AC power. Yes. In order to output high-frequency AC power from the inverter circuit, for example, there is a method of converting to high-frequency AC power by increasing the frequency (switching frequency) of the drive signal input to the switching element. However, generally, a switching loss occurs when switching the switching element between an on state and an off state. Therefore, when the switching frequency is increased, the number of switching between the ON state and the OFF state of the switching element (switching frequency) increases, and the switching loss increases. For example, if the switching frequency is operated at a triple of a certain frequency, the number of times of switching is also tripled. As a result, switching loss increases.

そこで、インダクタとコンデンサで構成されるLC共振回路を備えておき、このLC共振回路の共振周波数をスイッチング周波数の3倍に設定しておくことで、スイッチング周波数の3倍の高周波交流電力を出力することが可能な3倍共振インバータ回路が知られている。これにより、スイッチング回数の増加を防ぎ、スイッチング損失の増加を防止することができる。例えば、特許文献1および特許文献2には、この3倍共振インバータ回路を誘導加熱調理器に利用した技術が開示されている。   Therefore, by providing an LC resonance circuit composed of an inductor and a capacitor, and setting the resonance frequency of this LC resonance circuit to three times the switching frequency, high-frequency AC power that is three times the switching frequency is output. A triple resonance inverter circuit is known that is capable of this. As a result, an increase in the number of switching operations can be prevented, and an increase in switching loss can be prevented. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose a technology that uses this triple resonance inverter circuit for an induction heating cooker.

特許第3907550号公報Japanese Patent No. 3907550 特許第3884664号公報Japanese Patent No. 3884664

図13は、従来の3倍共振インバータ回路を高周波電源(D級アンプ)に適用したときの回路図を示している。この3倍共振インバータ回路は、直流電源DCから出力される直流電流を高周波交流電流に変換して、負荷に供給する。3倍共振インバータ回路は、2個のスイッチング素子TR0、TR0’と、インダクタL0とコンデンサC0とを直列に接続したLC共振回路と、により構成され、LC共振回路の共振周波数は、スイッチング周波数の3倍に設定されている。これにより、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波電流が3倍共振インバータ回路から出力され、スイッチング回数の増加を防止しながら、高周波交流電流を負荷に供給することが可能となる。   FIG. 13 shows a circuit diagram when a conventional triple resonance inverter circuit is applied to a high frequency power supply (class D amplifier). This triple resonance inverter circuit converts a direct current output from a direct current power source DC into a high frequency alternating current and supplies it to a load. The triple resonance inverter circuit is composed of two switching elements TR0 and TR0 ′ and an LC resonance circuit in which an inductor L0 and a capacitor C0 are connected in series. The resonance frequency of the LC resonance circuit is 3 times the switching frequency. It is set to double. As a result, a high-frequency current having a frequency three times the switching frequency is output from the triple resonance inverter circuit, and a high-frequency alternating current can be supplied to the load while preventing an increase in the number of switching times.

このように構成される従来の3倍共振インバータ回路において、図14(a)の実線で示す駆動信号(駆動電圧)がスイッチング素子TR0に入力され、また、図14(a)の破線で示す駆動信号(駆動電圧)がスイッチング素子TR0’に入力されることで、交互に、オン状態とオフ状態とが切り替わる。このとき、スイッチング素子TR0のドレイン−ソース間の電圧は、図14(b)の実線で示す波形となり、また、スイッチング素子TR0のドレインに流れる電流は、図14(b)の破線で示す波形となる。同様に、スイッチング素子TR0’のドレイン−ソース間の電圧は、図14(c)の実線で示す波形となり、また、スイッチング素子TR0’のドレインに流れる電流は、図14(c)の破線で示す波形となる。   In the conventional triple resonance inverter circuit configured as described above, the drive signal (drive voltage) indicated by the solid line in FIG. 14A is input to the switching element TR0, and the drive indicated by the broken line in FIG. By inputting a signal (drive voltage) to the switching element TR0 ′, the on state and the off state are alternately switched. At this time, the voltage between the drain and the source of the switching element TR0 has a waveform shown by a solid line in FIG. 14B, and the current flowing through the drain of the switching element TR0 has a waveform shown by a broken line in FIG. Become. Similarly, the voltage between the drain and the source of the switching element TR0 ′ has a waveform indicated by the solid line in FIG. 14C, and the current flowing through the drain of the switching element TR0 ′ is indicated by the broken line in FIG. It becomes a waveform.

これらの電流が負荷に出力されるので、この3倍共振インバータ回路から負荷に供給される交流電流(共振電流)は、図14(d)に示すような波形となり、上記のとおり、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波交流電流が出力される。なお、図14(d)は、スイッチング周波数の3倍の周波数成分の電流波形を示している。また、図15は、図14(d)に示す共振電流をFFT(Fast Fourier Transform)解析により周波数解析した結果を示す図である。従来の3倍共振インバータ回路から出力される共振電流は、スイッチング素子がオン状態である期間中に、負荷抵抗により消費されて減衰してしまうため、スイッチング周期に応じた周波数成分が重畳されてしまう。したがって、図14(d)に示すように、共振電流の波形は、スイッチング周期に応じた周期変動を有した、ゆがんだ波形になっている。図15に示す解析結果においても、所望の3倍の周波数成分のみならず、不要であるスイッチング周波数成分も重畳されてしまっていることが分かる。このような従来の3倍共振インバータ回路を高周波電源として使用した場合、負荷に供給される高周波交流電流に不要輻射が重畳してしまい、半導体製造プロセスに悪影響となる。   Since these currents are output to the load, the alternating current (resonant current) supplied from the triple resonance inverter circuit to the load has a waveform as shown in FIG. 14 (d). A high-frequency alternating current having a frequency three times as high is output. FIG. 14D shows a current waveform of a frequency component that is three times the switching frequency. FIG. 15 is a diagram showing a result of frequency analysis of the resonance current shown in FIG. 14D by FFT (Fast Fourier Transform) analysis. Since the resonance current output from the conventional triple resonance inverter circuit is consumed and attenuated by the load resistance during the period when the switching element is in the ON state, the frequency component corresponding to the switching cycle is superimposed. . Accordingly, as shown in FIG. 14 (d), the waveform of the resonance current is a distorted waveform having a period variation corresponding to the switching period. Also in the analysis result shown in FIG. 15, it can be seen that not only the desired triple frequency component but also an unnecessary switching frequency component is superimposed. When such a conventional triple resonance inverter circuit is used as a high frequency power source, unnecessary radiation is superimposed on the high frequency alternating current supplied to the load, which adversely affects the semiconductor manufacturing process.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、スイッチング素子のオン状態とオフ状態とが切り替わるときに発生するスイッチング損失の増加を防止し、さらに、インバータ装置から出力され、負荷に供給される電流の周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流を出力することが可能なインバータ装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been created in view of the above problems, and prevents an increase in switching loss that occurs when the switching element is switched between an on state and an off state. It is an object of the present invention to provide an inverter device that is capable of outputting a stable high-frequency alternating current while suppressing fluctuations in the period of current supplied to.

本発明の第1の側面によって提供されるインバータ装置は、直流電源から出力される直流電流を、交流電流に変換し、出力するインバータ装置であって、前記直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したアームを、前記直流電源に対して並列にN個接続したスイッチング回路と、1の前記アームを構成する前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記アーム毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらして、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、前記各アームの前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点にそれぞれ接続された共振回路と、を備え、前記N個の共振回路から出力される交流電流である共振電流を合成して出力する。   An inverter device provided by the first aspect of the present invention is an inverter device that converts a direct current output from a direct current power source into an alternating current and outputs the alternating current, and is connected to a positive electrode side of the direct current power source. A switching circuit in which N switching arms connected in series to a DC power supply are connected in series with one switching element and a second switching element connected to the negative electrode side of the DC power supply. A drive signal for switching between the energized state and the de-energized state of the first switching element and the second switching element is shifted in phase by 2π / N [rad] for each arm, and the first switching element and the At the connection point between the control means for inputting to the second switching element and the first switching element and the second switching element of each arm. With a respectively connected resonant circuit, and outputs said N AC current at a resonant current synthesis to the output from the resonance circuit.

本発明の第2の側面によって提供されるインバータ装置は、直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したスイッチング回路と、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、前記スイッチング回路の前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続された共振回路と、を備えた共振インバータ回路を、前記共振インバータ回路の出力端でN個接続し、前記各制御手段は、前記N個のスイッチング回路毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらした駆動信号を入力し、前記N個の共振インバータ回路の各共振回路から出力される交流電流である共振電流を合成して出力する。   An inverter device provided by the second aspect of the present invention is a switching circuit in which a first switching element connected to a positive electrode side of a DC power supply and a second switching element connected to a negative electrode side of the DC power supply are connected in series. And a control means for inputting a drive signal for switching between an energized state and a non-energized state of the first switching element and the second switching element to the first switching element and the second switching element, and the switching circuit N resonance inverter circuits each including a resonance circuit connected to a connection point between the first switching element and the second switching element are connected at the output terminal of the resonance inverter circuit, , A drive signal whose phase is shifted by 2π / N [rad] is input to each of the N switching circuits, and the N The resonant current is an alternating current output from the resonance circuit of the resonance inverter circuit is synthesized and output.

好ましくは、本発明の第1の側面および第2の側面によって提供されるインバータ装置において、前記Nは、3以上の奇数である。   Preferably, in the inverter device provided by the first aspect and the second aspect of the present invention, the N is an odd number of 3 or more.

なお、前記Nが3であるとき、前記共振回路の共振周波数が、前記駆動信号の周波数の2.5倍〜3.5倍に設定されている。   When N is 3, the resonance frequency of the resonance circuit is set to 2.5 to 3.5 times the frequency of the drive signal.

また、本発明の第1の側面および第2の側面によって提供されるインバータ装置において、前記第1スイッチング素子の代わりに、所定のインダクタンスを有するインダクタを備え、前記制御手段は、前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を入力することも可能である。   In the inverter device provided by the first aspect and the second aspect of the present invention, an inductor having a predetermined inductance is provided instead of the first switching element, and the control means includes the second switching element. It is also possible to input a drive signal for switching between the energized state and the non-energized state.

また、本発明の第1の側面および第2の側面によって提供されるインバータ装置において、前記共振回路は、インダクタとコンデンサとを直列に接続したLC直列共振回路であることが望ましい。   In the inverter device provided by the first aspect and the second aspect of the present invention, the resonance circuit is preferably an LC series resonance circuit in which an inductor and a capacitor are connected in series.

そして、本発明の第1の側面および第2の側面によって提供されるインバータ装置において、前記共振回路は、前記インダクタのインダクタンスまたは前記コンデンサのキャパシタンスが変更可能であってもよい。   In the inverter device provided by the first aspect and the second aspect of the present invention, the resonance circuit may be capable of changing an inductance of the inductor or a capacitance of the capacitor.

本発明の第3の側面によって提供されるインバータ装置は、直流電源から出力される直流電流を、交流電流に変換し、負荷に出力するインバータ装置であって、前記直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したアームを、前記直流電源に対して並列にN個接続したスイッチング回路と、1の前記アームを構成する前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記アーム毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらして、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、前記各アームの前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続され、前記負荷に対して直列に接続されたインダクタと前記負荷に対して並列に接続されたコンデンサとを備えるLC回路と、を備え、前記N個のLC回路から出力される出力電流を合成して、前記負荷に出力する。   An inverter device provided by the third aspect of the present invention is an inverter device that converts a direct current output from a direct current power source into an alternating current and outputs the alternating current to a load, and is connected to the positive electrode side of the direct current power source. A switching circuit in which N arms connected in series with the DC power supply are connected in series to the first switching element and a second switching element connected to the negative electrode side of the DC power supply. Drive signals for switching between the energized state and the de-energized state of the first switching element and the second switching element that are shifted in phase by 2π / N [rad] for each arm, and the first switching element And a control means for inputting to the second switching element, and a connection between the first switching element and the second switching element of each arm. And an LC circuit including an inductor connected in series to the load and connected in parallel to the load, and a capacitor connected in parallel to the load, and an output current output from the N LC circuits Are output to the load.

本発明によると、N個接続された各アームのスイッチング素子に入力される駆動信号が、2π/N[rad]ずつ位相をずらしたものなので、各共振回路から出力される共振電流の周期変動の位相も2π/N[rad]ずつずれる。したがって、各共振回路から出力された共振電流を合成した出力電流は、各共振電流の減衰を互いに補填し合うことにより、周期変動が抑制されたものになる。これにより、スイッチング損失の増加を防止し、かつ、インバータ装置から安定した高周波交流電流を出力することができる。   According to the present invention, since the drive signals input to the switching elements of the N connected arms are shifted in phase by 2π / N [rad], the period variation of the resonance current output from each resonance circuit is reduced. The phase is also shifted by 2π / N [rad]. Therefore, the output current obtained by synthesizing the resonance currents output from the respective resonance circuits is one in which periodic fluctuations are suppressed by compensating each other for attenuation of the resonance currents. Thereby, an increase in switching loss can be prevented and a stable high-frequency alternating current can be output from the inverter device.

第1実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plasma processing system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るプラズマ処理システムにおいて、共振部の共振周波数をスイッチング周波数の3倍の周波数より低く設定したときの各種波形を示す図である。In the plasma processing system which concerns on 1st Embodiment, it is a figure which shows various waveforms when the resonance frequency of a resonance part is set lower than the frequency of 3 times the switching frequency. 第1実施形態に係るプラズマ処理装置に流れる負荷電流をFFT解析したときの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result when the FFT analysis of the load current which flows into the plasma processing apparatus which concerns on 1st Embodiment is carried out. 第1実施形態に係るプラズマ処理システムにおいて、共振部の共振周波数をスイッチング周波数の3倍の周波数より高く設定したときの各種波形を示す図である。In the plasma processing system which concerns on 1st Embodiment, it is a figure which shows various waveforms when the resonance frequency of a resonance part is set higher than the frequency of 3 times the switching frequency. 第1実施形態に係るプラズマ処理システムにおいて、共振部の共振周波数を変化させたときの負荷電流の電流波形を示す図である。In the plasma processing system which concerns on 1st Embodiment, it is a figure which shows the current waveform of load current when changing the resonant frequency of a resonance part. 第1実施形態に係るプラズマ処理システムにおいて、共振部の共振周波数を変化させたときの負荷電流のFFT解析の解析結果を示す図である。In the plasma processing system which concerns on 1st Embodiment, it is a figure which shows the analysis result of the FFT analysis of load current when changing the resonant frequency of a resonance part. 第2実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plasma processing system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るプラズマ処理システムにおける各種波形を示す図である。It is a figure which shows the various waveforms in the plasma processing system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plasma processing system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plasma processing system which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plasma processing system which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係るプラズマ処理システムにおける電流波形およびFFT解析結果を示す図である。It is a figure which shows the electric current waveform and FFT analysis result in the plasma processing system which concerns on 5th Embodiment. 従来の3倍共振インバータ回路を高周波電源に適用した場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example at the time of applying the conventional triple resonance inverter circuit to a high frequency power supply. 従来の高周波電源における各種波形を示す図である。It is a figure which shows the various waveforms in the conventional high frequency power supply. 従来の高周波電源から出力される共振電流をFFT解析したときの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result when the FFT analysis of the resonance current output from the conventional high frequency power supply is carried out.

本発明に係るインバータ装置の実施形態として、プラズマ処理システムに適用した場合を例に説明する。図1は、第1実施形態に係るプラズマ処理システム1の構成を示す図である。図示するように、第1実施形態に係るプラズマ処理システム1は、直流電源10、インバータ装置20、および、プラズマ処理装置30を含んで構成される。   As an embodiment of the inverter device according to the present invention, a case where the present invention is applied to a plasma processing system will be described as an example. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a plasma processing system 1 according to the first embodiment. As shown in the figure, the plasma processing system 1 according to the first embodiment includes a DC power source 10, an inverter device 20, and a plasma processing device 30.

このプラズマ処理システム1は、直流電源10から出力される直流電力をインバータ装置20により高周波交流電力に変換し、変換した高周波交流電力をプラズマ処理装置30に供給するシステムである。ここで、直流電源10とインバータ装置20とで、高周波電源としての機能を有する。プラズマ処理装置30では、半導体ウエハや液晶基板などの被加工物に対して、供給された高周波交流電力を利用し、例えば、プラズマエッチングなどの加工処理を行う。好ましくは、インバータ装置20から出力された高周波交流電力の反射波を抑えるために、インバータ装置20の出力端からプラズマ処理装置30側を見たインピーダンスを調整するインピーダンス整合装置を、インバータ装置20とプラズマ処理装置30との間に備えておくとよい。   The plasma processing system 1 is a system that converts DC power output from the DC power supply 10 into high-frequency AC power by an inverter device 20 and supplies the converted high-frequency AC power to the plasma processing device 30. Here, the DC power supply 10 and the inverter device 20 have a function as a high-frequency power supply. In the plasma processing apparatus 30, for example, processing such as plasma etching is performed on a workpiece such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate using the supplied high-frequency AC power. Preferably, in order to suppress the reflected wave of the high-frequency AC power output from the inverter device 20, an impedance matching device that adjusts the impedance of the plasma processing device 30 viewed from the output end of the inverter device 20 is connected to the inverter device 20 and the plasma. It is good to prepare between the processing apparatus 30.

直流電源10は、直流電力(直流電流)を出力するものであり、例えば、入力される交流電流を整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備えている。直流電源10は、図示しない商用電源から入力される商用交流電流を、整流回路で全波整流し、平滑コンデンサで平滑化し、直流電流に変換して出力する。なお、直流電源10は、交流電流を直流電流に変換して出力するものに限られず、例えば、燃料電池、蓄電池、太陽電池などの直流電流を出力するものであってもよい。   The DC power supply 10 outputs DC power (DC current), and includes, for example, a rectifier circuit that rectifies input AC current and a smoothing capacitor that smoothes the input AC current. The DC power supply 10 performs full-wave rectification on a commercial AC current input from a commercial power supply (not shown) using a rectifier circuit, smoothes it with a smoothing capacitor, converts the DC current into a DC current, and outputs the DC current. Note that the DC power supply 10 is not limited to one that converts an alternating current into a direct current and outputs it, and may be one that outputs a direct current such as a fuel cell, storage battery, or solar cell.

インバータ装置20は、直流電源10から入力される直流電流を高周波交流電流に変換して、出力するものである。インバータ装置20は、内蔵するLC共振回路の共振周波数をスイッチング周波数の略3倍に設定しておくことで、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波交流電流を出力することが可能な3倍共振インバータ回路を3つ含んでいる。ゆえに、このインバータ装置20から出力される高周波交流電流の周波数を所望の周波数にするためには、スイッチング周波数を所望の高周波交流電流の周波数の1/3倍に設定し、そして、共振周波数をスイッチング周波数の略3倍に設定しておく。これらの詳細は以下に説明する。インバータ装置20は、図1に示すように、6個のスイッチング素子TR1〜TR6、3個のインダクタL1〜L3、3個のコンデンサC1〜C3、電圧電流検出部201、および、制御部202を含んで構成されている。本実施形態において、スイッチング素子TR1〜TR6は、MOSFETを用いた例を説明するが、MOSFET以外の半導体スイッチング素子(例えば、バイポーラトランジスタやIGBTなど)を用いてもよい。   The inverter device 20 converts a direct current input from the direct current power source 10 into a high frequency alternating current and outputs the high frequency alternating current. The inverter device 20 is a triple resonance inverter capable of outputting a high-frequency alternating current having a frequency three times the switching frequency by setting the resonance frequency of the built-in LC resonance circuit to approximately three times the switching frequency. Includes three circuits. Therefore, in order to set the frequency of the high-frequency alternating current output from the inverter device 20 to a desired frequency, the switching frequency is set to 1/3 times the frequency of the desired high-frequency alternating current, and the resonance frequency is switched. Set to approximately three times the frequency. These details are described below. As shown in FIG. 1, the inverter device 20 includes six switching elements TR1 to TR6, three inductors L1 to L3, three capacitors C1 to C3, a voltage / current detection unit 201, and a control unit 202. It consists of In this embodiment, the switching elements TR1 to TR6 will be described using an example of using a MOSFET, but a semiconductor switching element other than the MOSFET (for example, a bipolar transistor or an IGBT) may be used.

スイッチング素子TR1とTR2とは、スイッチング素子TR1のソース端子とスイッチング素子TR2のドレイン端子とが、直列に接続されている。スイッチング素子TR1のドレイン端子は、直流電源10の正極側に接続され、スイッチング素子TR2のソース端子は、直流電源10の負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。同様に、スイッチング素子TR3とTR4とが直列に接続されてブリッジ構造を形成し、スイッチング素子TR5とTR6とが直列に接続されて、ブリッジ構造を形成している。ここで、スイッチング素子TR1とTR2で形成されているブリッジ構造を第1アームとし、スイッチング素子TR3とTR4で形成されているブリッジ構造を第2アーム、スイッチング素子TR5とTR6で形成されているブリッジ構造を第3アームとする。第1アーム、第2アーム、および、第3アームは直流電源10に並列に接続されている。また、第1アームのスイッチング素子TR1とTR2との接続点には出力ラインが接続され、第2アームのスイッチング素子TR3とTR4との接続点に、また、第3アームのスイッチング素子TR5とTR6との接続点にもそれぞれ出力ラインが接続されている。この第1アーム、第2アーム、第3アームにより構成される回路が、請求項1における「スイッチング回路」に相当する。   In the switching elements TR1 and TR2, the source terminal of the switching element TR1 and the drain terminal of the switching element TR2 are connected in series. The drain terminal of the switching element TR1 is connected to the positive electrode side of the DC power supply 10, and the source terminal of the switching element TR2 is connected to the negative electrode side of the DC power supply 10 to form a bridge structure. Similarly, switching elements TR3 and TR4 are connected in series to form a bridge structure, and switching elements TR5 and TR6 are connected in series to form a bridge structure. Here, the bridge structure formed by the switching elements TR1 and TR2 is the first arm, the bridge structure formed by the switching elements TR3 and TR4 is the second arm, and the bridge structure formed by the switching elements TR5 and TR6. Is the third arm. The first arm, the second arm, and the third arm are connected to the DC power supply 10 in parallel. The output line is connected to the connection point between the switching elements TR1 and TR2 of the first arm, and the connection point between the switching elements TR3 and TR4 of the second arm and the switching elements TR5 and TR6 of the third arm. The output lines are also connected to the connection points. The circuit constituted by the first arm, the second arm, and the third arm corresponds to the “switching circuit” in claim 1.

スイッチング素子TR1のゲート端子には、制御部202から駆動信号Q1が入力され、この駆動信号Q1に基づき、スイッチング素子TR1のオン状態とオフ状態とが切り替えられる。同様に、スイッチング素子TR2〜TR6のゲート端子には、それぞれ制御部202から駆動信号Q2〜Q6が入力され、この駆動信号Q2〜Q6に基づき、スイッチング素子TR2〜TR6のオン状態とオフ状態とが切り替えられる。各アームの両端は、それぞれ直流電源10の正極側と負極側とに接続されているので、正極側のスイッチング素子TR1(TR3、TR5)がオン状態で負極側のスイッチング素子TR2(TR4、TR6)がオフ状態の場合、各アームの出力ラインの電位は直流電源10の正極側の電位となる。一方、正極側のスイッチング素子TR1(TR3、TR5)がオフ状態で負極側のスイッチング素子TR2(TR4、TR6)がオン状態の場合、各アームの出力ラインの電位は、直流電源10の負極側の電位となる。   A driving signal Q1 is input from the control unit 202 to the gate terminal of the switching element TR1, and the switching element TR1 is switched between an on state and an off state based on the driving signal Q1. Similarly, drive signals Q2 to Q6 are input from the control unit 202 to the gate terminals of the switching elements TR2 to TR6, respectively. Based on the drive signals Q2 to Q6, the ON state and the OFF state of the switching elements TR2 to TR6 are changed. Can be switched. Since both ends of each arm are connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power supply 10, respectively, the positive electrode side switching element TR1 (TR3, TR5) is in the ON state and the negative electrode side switching element TR2 (TR4, TR6). When is in the OFF state, the potential of the output line of each arm is the potential on the positive side of the DC power supply 10. On the other hand, when the switching element TR1 (TR3, TR5) on the positive electrode side is off and the switching element TR2 (TR4, TR6) on the negative electrode side is on, the potential of the output line of each arm is It becomes a potential.

インダクタL1とコンデンサC1とは、直列に接続され、LC直列共振回路を構成している。同様に、インダクタL2とコンデンサC2とが直列に接続され、インダクタL3とコンデンサC3とが直列に接続され、それぞれLC直列共振回路を構成している。このインダクタL1とコンデンサC1とで構成されるLC直列共振回路を共振部LC1とし、同様に、インダクタL2とコンデンサC2とで構成されるLC直列共振回路を共振部LC2、インダクタL3とコンデンサC3とで構成されるLC直列共振回路を共振部LC3とする。これら共振部LC1〜LC3の共振周波数は、後述する制御部202がスイッチング素子TR1〜TR6に入力する駆動信号Q1〜Q6の周波数(スイッチング周波数)の略3倍の周波数に設定しておく。なお、共振部LC1〜LC3の共振周波数は、全て同じ周波数に設定される。また、好ましくは、スイッチング素子TR1〜TR6のスイッチング損失をさらに防ぐためのソフトスイッチング(電圧ゼロスイッチングや電流ゼロスイッチング)を行うときには、スイッチング周波数の3倍より少し低い周波数に設定しておくとよい。この共振部LC1〜LC3がそれぞれ、請求項1の「共振回路」に相当する。   The inductor L1 and the capacitor C1 are connected in series to form an LC series resonance circuit. Similarly, the inductor L2 and the capacitor C2 are connected in series, and the inductor L3 and the capacitor C3 are connected in series, and each constitutes an LC series resonance circuit. The LC series resonance circuit composed of the inductor L1 and the capacitor C1 is defined as a resonance part LC1, and similarly, the LC series resonance circuit composed of the inductor L2 and the capacitor C2 is defined as a resonance part LC2, an inductor L3, and a capacitor C3. The configured LC series resonance circuit is defined as a resonance unit LC3. The resonance frequencies of the resonance units LC1 to LC3 are set to a frequency that is approximately three times the frequency (switching frequency) of the drive signals Q1 to Q6 that are input to the switching elements TR1 to TR6 by the control unit 202 described later. Note that the resonance frequencies of the resonance units LC1 to LC3 are all set to the same frequency. Preferably, when performing soft switching (voltage zero switching or current zero switching) for further preventing switching loss of the switching elements TR1 to TR6, the frequency may be set slightly lower than three times the switching frequency. Each of the resonance portions LC1 to LC3 corresponds to a “resonance circuit” in claim 1.

共振部LC1の一端は、第1アームに接続される出力ラインに接続され、共振部LC2の一端は、第2アームに接続される出力ラインに接続され、共振部LC3の一端は、第3アームに接続される出力ラインに接続されている。そして、共振部LC1〜LC3の他端は、一点(接続点A)で接続され、共振部LC1〜LC3に流れる電流(以下、「共振電流」という。)ir1、ir2、ir3が、接続点Aで合成される。そして、接続点Aで合成された共振電流ir1〜ir3は、プラズマ処理装置30に出力(供給)される。以下、この合成されて出力される電流IRc1を、「負荷電流」と表現する。   One end of the resonance part LC1 is connected to the output line connected to the first arm, one end of the resonance part LC2 is connected to the output line connected to the second arm, and one end of the resonance part LC3 is connected to the third arm. Connected to the output line connected to. The other ends of the resonance parts LC1 to LC3 are connected at one point (connection point A), and currents flowing through the resonance parts LC1 to LC3 (hereinafter referred to as “resonance current”) ir1, ir2, and ir3 are connected to the connection point A. Is synthesized. Then, the resonance currents ir1 to ir3 synthesized at the connection point A are output (supplied) to the plasma processing apparatus 30. Hereinafter, the synthesized current IRc1 is expressed as “load current”.

電圧電流検出部201は、電圧計と電流計とを含み、電圧計でインバータ装置20からプラズマ処理装置30に印加される電圧を検出し、電流計でインバータ装置20からプラズマ処理装置30に出力される電流を検出する。電圧電流検出部201は、検出した電圧値および電流値を制御部202に出力する。   The voltage / current detector 201 includes a voltmeter and an ammeter, detects a voltage applied from the inverter device 20 to the plasma processing device 30 with the voltmeter, and outputs the voltage from the inverter device 20 to the plasma processing device 30 with the ammeter. Current is detected. The voltage / current detection unit 201 outputs the detected voltage value and current value to the control unit 202.

制御部202は、ROM、RAM、CPUなどを備えるマイクロコンピュータやFPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などで構成される。制御部202は、電圧電流検出部201から入力される電圧値および電流値が設定電圧や設定電流になるように調整した駆動信号Q1〜Q6を発生させる。そして、制御部202は、発生させた駆動信号Q1〜Q6をそれぞれスイッチング素子TR1〜TR6に入力し、スイッチング素子TR1〜TR6のオン状態とオフ状態とを切り替える。これにより、直流電源10から入力される直流電流が交流電流に変換される。本実施形態において、スイッチング素子TR1〜TR6は、MOSFETであるため、ゲート端子に電圧が印加されることで、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。スイッチング素子TR1〜TR6のゲート端子に電圧が印加されているときオン状態となり、電圧が印加されていないときオフ状態となる。よって、制御部202は、パルス波の電圧信号を駆動信号Q1〜Q6として発生させる。なお、駆動信号Q1、Q3、Q5(Q2、Q4、Q6)のデューティ比は同じであり、駆動信号Q1〜Q6の振幅は全て同じである。制御部202は、このパルス波のデューティ比や振幅を変化させることで、インバータ装置20から出力される電圧や電流を調整する。上記では、制御部202は、電圧電流検出部201から入力される電圧値および電流値が設定電圧や設定電流になるように駆動信号Q1〜Q6を調整する場合を例に説明するが、これに限らず、電圧電流検出部201から入力される電圧値および電流値から電力値を求め、この電力値が設定電力になるように駆動信号Q1〜Q6を調整するようにしてもよい。なお、電力値が設定電力になるように調整する場合、電圧電流検出部201の代わりに、電力を検出する電力検出部を用いてもよい。   The control unit 202 includes a microcomputer having a ROM, a RAM, a CPU, an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the like. The control unit 202 generates drive signals Q1 to Q6 adjusted so that the voltage value and the current value input from the voltage / current detection unit 201 become the set voltage or the set current. Then, the control unit 202 inputs the generated drive signals Q1 to Q6 to the switching elements TR1 to TR6, respectively, and switches the switching elements TR1 to TR6 between the on state and the off state. Thereby, the direct current input from the direct current power supply 10 is converted into an alternating current. In the present embodiment, since the switching elements TR1 to TR6 are MOSFETs, an on state and an off state are switched by applying a voltage to the gate terminal. It is turned on when a voltage is applied to the gate terminals of the switching elements TR1 to TR6, and is turned off when no voltage is applied. Therefore, the control unit 202 generates a pulse wave voltage signal as the drive signals Q1 to Q6. The duty ratios of drive signals Q1, Q3, Q5 (Q2, Q4, Q6) are the same, and the amplitudes of drive signals Q1-Q6 are all the same. The control unit 202 adjusts the voltage and current output from the inverter device 20 by changing the duty ratio and amplitude of the pulse wave. In the above, the control unit 202 will be described as an example in which the drive signals Q1 to Q6 are adjusted so that the voltage value and the current value input from the voltage / current detection unit 201 become the set voltage or the set current. Not limited to this, the power value may be obtained from the voltage value and current value input from the voltage / current detector 201, and the drive signals Q1 to Q6 may be adjusted so that the power value becomes the set power. In addition, when adjusting so that an electric power value may become set power, you may use the electric power detection part which detects electric power instead of the voltage current detection part 201. FIG.

制御部202は、第1アームを構成するスイッチング素子TR1、TR2の一方がオン状態のときに他方がオフ状態となるように、駆動信号Q1、Q2を発生させる。同様に、制御部202は、第2アームを構成するスイッチング素子TR3、TR4の一方がオン状態のときに他方がオフ状態となるように、駆動信号Q3、Q4を発生させ、第3アームを構成するスイッチング素子TR5、TR6の一方がオン状態のときに他方がオフ状態となるように、駆動信号Q5、Q6を発生させる。すなわち、1個のアームに入力される2つの駆動信号(Q1とQ2、Q3とQ4、Q5とQ6)は、反転している。また、制御部202は、各アームに入力する駆動信号を2π/3[rad](=120°)ずつずらしたマルチフェーズ動作を行う。具体的には、制御部202は、第1アームに入力する駆動信号Q1、Q2の位相を基準(0°)とすると、第2アームに入力する駆動信号Q3、Q4の位相を120°、第3アームに入力する駆動信号Q5、Q6の位相を240°遅らせて発生させ、各アームに入力する。   The control unit 202 generates drive signals Q1 and Q2 so that when one of the switching elements TR1 and TR2 constituting the first arm is in an on state, the other is in an off state. Similarly, the control unit 202 generates the drive signals Q3 and Q4 so that when one of the switching elements TR3 and TR4 configuring the second arm is turned on, the other is turned off, thereby configuring the third arm. The drive signals Q5 and Q6 are generated so that when one of the switching elements TR5 and TR6 is turned on, the other is turned off. That is, the two drive signals (Q1 and Q2, Q3 and Q4, Q5 and Q6) input to one arm are inverted. In addition, the control unit 202 performs a multi-phase operation in which the drive signal input to each arm is shifted by 2π / 3 [rad] (= 120 °). Specifically, when the phase of the drive signals Q1 and Q2 input to the first arm is a reference (0 °), the control unit 202 sets the phase of the drive signals Q3 and Q4 input to the second arm to 120 ° and the first phase. The drive signals Q5 and Q6 input to the three arms are generated by delaying the phase by 240 ° and input to each arm.

制御部202が発生させる駆動信号Q1〜Q6の周波数(スイッチング周波数)は、プラズマ処理装置30に供給する所望の高周波交流電流の周波数に基づき、設定される。具体的には、スイッチング周波数は、プラズマ処理装置30に供給する所望の高周波交流電流の周波数の1/3倍に設定される。   The frequencies (switching frequencies) of the drive signals Q1 to Q6 generated by the control unit 202 are set based on the frequency of a desired high-frequency alternating current supplied to the plasma processing apparatus 30. Specifically, the switching frequency is set to 1/3 times the frequency of the desired high-frequency alternating current supplied to the plasma processing apparatus 30.

好ましくは、制御部202は、電圧電流検出部201から入力される高周波電圧または高周波電流の検出値に基づき、電圧が0(ゼロ)または電流が0(ゼロ)のときに、スイッチング素子TR1〜TR6のオン状態とオフ状態とを切り替えるソフトスイッチング(電圧ゼロスイッチングまたは電流ゼロスイッチング)を行う。   Preferably, the control unit 202 switches the switching elements TR1 to TR6 when the voltage is 0 (zero) or the current is 0 (zero) based on the high frequency voltage or the detected value of the high frequency current input from the voltage / current detection unit 201. Soft switching (voltage zero switching or current zero switching) is performed to switch between an on state and an off state.

プラズマ処理装置30は、図示しない加工部を備え、その加工部の内部に搬入したウエハや液晶基板等の被加工物を加工(エッチングなど)するための装置である。このプラズマ処理装置30は、被加工物を加工するために、加工部にプラズマ放電用のガスを導入し、インバータ装置20から出力される高周波交流電流(高周波交流電力)を利用して、プラズマ放電用ガスを非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマを利用して被加工物を加工している。   The plasma processing apparatus 30 includes a processing unit (not shown), and is a device for processing (etching or the like) a workpiece such as a wafer or a liquid crystal substrate carried into the processing unit. In order to process a workpiece, the plasma processing apparatus 30 introduces a plasma discharge gas into a processing portion and uses a high frequency alternating current (high frequency alternating current power) output from the inverter device 20 to generate a plasma discharge. The working gas is changed from a non-plasma state to a plasma state. Then, the workpiece is processed using plasma.

このように構成された第1実施形態に係るプラズマ処理システム1において、各共振部LC1〜LC3に流れる共振電流およびインバータ装置20から出力される高周波交流電流(プラズマ処理装置30に流れる負荷電流)について、具体的に説明する。   In the plasma processing system 1 according to the first embodiment configured as described above, the resonance current flowing through each of the resonance portions LC1 to LC3 and the high-frequency alternating current output from the inverter device 20 (load current flowing through the plasma processing device 30). This will be described in detail.

図2は、制御部202からスイッチング素子TR1〜TR6に出力される駆動信号Q1〜Q6のスイッチング周波数を13.56MHz、共振周波数を38.9MHzに設定した場合、すなわち、スイッチング周波数の3倍の周波数より共振周波数が低くなるように(スイッチング周波数の約2.87倍の周波数に)設定した場合の各種波形を示している。   FIG. 2 shows a case where the switching frequency of the drive signals Q1 to Q6 output from the control unit 202 to the switching elements TR1 to TR6 is set to 13.56 MHz and the resonance frequency is set to 38.9 MHz, that is, a frequency three times the switching frequency. Various waveforms are shown in the case where the resonance frequency is set to be lower (about 2.87 times the switching frequency).

図2(a)は、スイッチング素子TR1に入力される駆動信号Q1およびスイッチング素子TR2に入力される駆動信号Q2の電圧波形を示している。図2(b)は、スイッチング素子TR3に入力される駆動信号Q3およびスイッチング素子TR4に入力される駆動信号Q4の電圧波形を示しており、図2(c)は、スイッチング素子TR5に入力される駆動信号Q5およびスイッチング素子TR6に入力される駆動信号Q6の電圧波形を示している。図2(a)〜(c)に示すように、制御部202は、駆動信号Q1、Q3、Q5を120°ずつずらして発生させ、それぞれスイッチング素子TR1、TR3、TR5に入力する。同様に、駆動信号Q2、Q4、Q6を120°ずつずらして発生させ、それぞれスイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する。   FIG. 2A shows voltage waveforms of the drive signal Q1 input to the switching element TR1 and the drive signal Q2 input to the switching element TR2. FIG. 2B shows voltage waveforms of the drive signal Q3 input to the switching element TR3 and the drive signal Q4 input to the switching element TR4, and FIG. 2C is input to the switching element TR5. The voltage waveforms of the drive signal Q5 and the drive signal Q6 input to the switching element TR6 are shown. As shown in FIGS. 2A to 2C, the control unit 202 generates the drive signals Q1, Q3, and Q5 while shifting them by 120 ° and inputs them to the switching elements TR1, TR3, and TR5, respectively. Similarly, the drive signals Q2, Q4, and Q6 are generated while being shifted by 120 ° and input to the switching elements TR2, TR4, and TR6, respectively.

これらの駆動信号Q1〜Q6がそれぞれスイッチング素子TR1〜TR6に入力されると、直流電源10から出力される直流電流が、各スイッチング素子TR1〜TR6の動作により、交流電流に変換される。このとき、各アームに接続された共振部LC1〜LC3により、図2(d)に示す共振電流ir1〜ir3が、各共振部LC1〜LC3に流れる。図2(d)において、第1アームから出力される共振電流ir1は実線、第2アームから出力される共振電流ir2は破線、第3アームから出力される共振電流ir3は一点鎖線で示されている。このとき、各アームから出力される共振電流ir1〜ir3は、従来の3倍共振インバータ回路と同様に、スイッチング周期に応じた周期変動を有した波形となっている。   When these drive signals Q1 to Q6 are input to the switching elements TR1 to TR6, respectively, the DC current output from the DC power supply 10 is converted into an AC current by the operation of each switching element TR1 to TR6. At this time, resonance currents ir1 to ir3 shown in FIG. 2 (d) flow to the resonance portions LC1 to LC3 by the resonance portions LC1 to LC3 connected to the arms. In FIG. 2D, the resonance current ir1 output from the first arm is indicated by a solid line, the resonance current ir2 output from the second arm is indicated by a broken line, and the resonance current ir3 output from the third arm is indicated by a one-dot chain line. Yes. At this time, the resonance currents ir1 to ir3 output from each arm have a waveform having a period variation corresponding to the switching period, as in the conventional triple resonance inverter circuit.

そして、各共振部LC1〜LC3を流れる共振電流ir1〜ir3は、接続点Aで合成され、プラズマ処理装置30に出力される。このとき、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流(高周波交流電流)IRc1は、図2(e)に示す波形となる。図2(e)に示すように、負荷電流IRc1は、各共振電流ir1〜ir3にみられた周期変動が抑制され、安定した波形となる。これは、図2(d)に示す各共振電流ir1〜ir3を合成したことで、各共振電流ir1〜ir3の減衰を互いに補填し合ったためである。よって、負荷電流IRc1は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置20から安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。さらに、図2(e)に示すように、負荷電流IRc1は、スイッチング周波数の3倍の周波数となる。よって、インバータ装置20は、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波交流電流を出力することができ、スイッチング損失を低減させることができる。   The resonance currents ir1 to ir3 flowing through the resonance units LC1 to LC3 are combined at the connection point A and output to the plasma processing apparatus 30. At this time, the load current (high-frequency alternating current) IRc1 flowing in the plasma processing apparatus 30 has a waveform shown in FIG. As shown in FIG. 2 (e), the load current IRc1 has a stable waveform with suppressed period fluctuations observed in the resonance currents ir1 to ir3. This is because the resonance currents ir1 to ir3 shown in FIG. 2D are combined to compensate for the attenuation of the resonance currents ir1 to ir3. Therefore, the load current IRc1 is suppressed in periodic fluctuation, becomes a stable high-frequency alternating current, and a stable high-frequency alternating current can be supplied from the inverter device 20 to the plasma processing apparatus 30. Furthermore, as shown in FIG. 2E, the load current IRc1 has a frequency that is three times the switching frequency. Therefore, the inverter device 20 can output a high-frequency alternating current having a frequency that is three times the switching frequency, and can reduce the switching loss.

図3は、プラズマ処理装置30に供給される負荷電流IRc1をFFT解析したときの結果を示している。図15に示す従来の3倍共振インバータ回路から負荷に供給される共振電流は、所望となるスイッチング周波数の3倍の周波数成分のみならず不要であるスイッチング周波数成分も重畳されていたが、図3に示す負荷電流IRc1においては、所望となるスイッチング周波数の3倍の周波数成分のみが得られ、不要なスイッチング周波数成分が減衰されている。   FIG. 3 shows the results when FFT analysis is performed on the load current IRc1 supplied to the plasma processing apparatus 30. The resonance current supplied to the load from the conventional triple resonance inverter circuit shown in FIG. 15 has not only a frequency component of three times the desired switching frequency but also an unnecessary switching frequency component superimposed thereon. In the load current IRc1 shown in FIG. 2, only a frequency component that is three times the desired switching frequency is obtained, and unnecessary switching frequency components are attenuated.

続いて、図4は、制御部202からスイッチング素子TR1〜TR6に出力される駆動信号Q1〜Q6のスイッチング周波数を13.56MHz、共振周波数を43.3MHzに設定した場合、すなわち、スイッチング周波数の3倍の周波数より共振周波数が高くなるように(スイッチング周波数の約3.19倍の周波数に)設定した場合の各種波形を示している。   Subsequently, FIG. 4 shows a case where the switching frequency of the drive signals Q1 to Q6 output from the control unit 202 to the switching elements TR1 to TR6 is set to 13.56 MHz and the resonance frequency is set to 43.3 MHz, that is, 3 of the switching frequency. Various waveforms in the case where the resonance frequency is set higher than the double frequency (about 3.19 times the switching frequency) are shown.

図4(a)は、スイッチング素子TR1に入力される駆動信号Q1およびスイッチング素子TR2に入力される駆動信号Q2の電圧波形を示している。図4(b)は、スイッチング素子TR3に入力される駆動信号Q3およびスイッチング素子TR4に入力される駆動信号Q4の電圧波形を示しており、図4(c)は、スイッチング素子TR5に入力される駆動信号Q5およびスイッチング素子TR6に入力される駆動信号Q6の電圧波形を示している。図4(a)〜(c)に示すように、制御部202は、駆動信号Q1、Q3、Q5を120°ずつずらして発生させ、それぞれスイッチング素子TR1、TR3、TR5に入力する。同様に、駆動信号Q2、Q4、Q6を120°ずつずらして発生させ、それぞれスイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する。   FIG. 4A shows voltage waveforms of the drive signal Q1 input to the switching element TR1 and the drive signal Q2 input to the switching element TR2. FIG. 4B shows voltage waveforms of the drive signal Q3 input to the switching element TR3 and the drive signal Q4 input to the switching element TR4, and FIG. 4C is input to the switching element TR5. The voltage waveforms of the drive signal Q5 and the drive signal Q6 input to the switching element TR6 are shown. As shown in FIGS. 4A to 4C, the control unit 202 generates the drive signals Q1, Q3, and Q5 while shifting them by 120 ° and inputs them to the switching elements TR1, TR3, and TR5, respectively. Similarly, the drive signals Q2, Q4, and Q6 are generated while being shifted by 120 ° and input to the switching elements TR2, TR4, and TR6, respectively.

これらの駆動信号Q1〜Q6がそれぞれスイッチング素子TR1〜TR6に入力されると、直流電源10から出力される直流電流が、各スイッチング素子TR1〜TR6の動作により、交流電流に変換される。このとき、各アームに接続された共振部LC1〜LC3により、図4(d)に示す共振電流ir1〜ir3が、各共振部LC1〜LC3に流れる。図4(d)において、第1アームから出力される共振電流ir1は実線、第2アームから出力される共振電流ir2は破線、第3アームから出力される共振電流ir3は一点鎖線で示されている。このとき、各アームから出力される共振電流ir1〜ir3は、図2(d)に示す共振電流に比べ、さらに、スイッチング素子がオン期間中の減衰量が大きくなっている。   When these drive signals Q1 to Q6 are input to the switching elements TR1 to TR6, respectively, the DC current output from the DC power supply 10 is converted into an AC current by the operation of each switching element TR1 to TR6. At this time, resonance currents ir1 to ir3 shown in FIG. 4 (d) flow to the resonance portions LC1 to LC3 by the resonance portions LC1 to LC3 connected to the arms. In FIG. 4D, the resonance current ir1 output from the first arm is indicated by a solid line, the resonance current ir2 output from the second arm is indicated by a broken line, and the resonance current ir3 output from the third arm is indicated by a one-dot chain line. Yes. At this time, the resonance currents ir1 to ir3 output from each arm have a larger attenuation during the ON period of the switching element than the resonance current shown in FIG.

そして、各共振部LC1〜LC3を流れる共振電流ir1〜ir3は、接続点Aで合成され、プラズマ処理装置30に出力される。このとき、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流(高周波交流電流)IRc1は、図4(e)に示す波形となる。図4(e)に示すように、負荷電流IRc1は、各共振電流ir1〜ir3にみられた周期変動が抑制され、安定した波形となる。これは、図4(d)に示す各共振電流ir1〜ir3を合成したことで、各共振電流ir1〜ir3の減衰を互いに補填し合ったためである。よって、負荷電流IRc1は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置20から安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。さらに、図4(e)に示すように、負荷電流IRc1は、スイッチング周波数の3倍の周波数となる。よって、インバータ装置20は、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波交流電流が出力することができ、スイッチング損失を低減させることができる。また、各共振部LC1〜LC3に設定される共振周波数が、スイッチング周期の3倍より高い場合でも低い場合でも、出力電流を安定させることができる。なお、共振周波数が高い(図4)方が各共振電流の減衰が大きく、合成した電流は小さくなる(図2(e)および図4(e)の振幅参照)ので、共振周波数は低い方が望ましい。   The resonance currents ir1 to ir3 flowing through the resonance units LC1 to LC3 are combined at the connection point A and output to the plasma processing apparatus 30. At this time, the load current (high-frequency alternating current) IRc1 flowing in the plasma processing apparatus 30 has a waveform shown in FIG. As shown in FIG. 4 (e), the load current IRc1 has a stable waveform with the periodic fluctuations observed in the resonance currents ir1 to ir3 being suppressed. This is because the resonance currents ir1 to ir3 shown in FIG. 4D are combined to compensate for the attenuation of the resonance currents ir1 to ir3. Therefore, the load current IRc1 is suppressed in periodic fluctuation, becomes a stable high-frequency alternating current, and a stable high-frequency alternating current can be supplied from the inverter device 20 to the plasma processing apparatus 30. Further, as shown in FIG. 4E, the load current IRc1 has a frequency that is three times the switching frequency. Therefore, the inverter device 20 can output a high-frequency alternating current having a frequency three times the switching frequency, and can reduce the switching loss. Further, the output current can be stabilized regardless of whether the resonance frequency set in each of the resonance units LC1 to LC3 is higher or lower than three times the switching period. Note that the resonance frequency is higher (FIG. 4), the attenuation of each resonance current is larger, and the synthesized current is smaller (see the amplitudes in FIGS. 2 (e) and 4 (e)). desirable.

以上で説明したように、本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理システム1によれば、2個のスイッチング素子を直列接続したアームを3個並列接続し、各アームの出力ラインに、インダクタとコンデンサを直列接続したLC直列共振回路(共振部LC1〜LC3)を接続している。このように構成されたインバータ装置20において、LC直列共振回路の共振周波数を、スイッチング周波数の略3倍の周波数に設定しておき、制御部202は、2π/3[rad](=120°)ずつずらした駆動信号を発生させ、各アームに入力する。そして、各LC直列共振回路から出力される共振電流ir1〜ir3を合成して、プラズマ処理装置30に供給するようにした。これにより、各LC直列共振回路から出力される共振電流の周期変動の位相も2π/3[rad]ずつずれ、各LC直列共振回路から出力された共振電流を合成した出力電流(負荷電流IRc1)は、各共振電流が減衰を互いに補填し合うことにより、周期変動が抑制されたものになる。よって、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc1は、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置20は、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。さらに、3つの共振電流が合成されるため、高出力の高周波交流電流を供給することができる。   As described above, according to the plasma processing system 1 according to the first embodiment of the present invention, three arms in which two switching elements are connected in series are connected in parallel, and an inductor and an output line are connected to each arm. An LC series resonance circuit (resonance units LC1 to LC3) in which capacitors are connected in series is connected. In the inverter device 20 configured as described above, the resonance frequency of the LC series resonance circuit is set to a frequency that is approximately three times the switching frequency, and the control unit 202 is 2π / 3 [rad] (= 120 °). Drive signals that are shifted one by one are generated and input to each arm. Then, the resonance currents ir1 to ir3 output from the respective LC series resonance circuits are synthesized and supplied to the plasma processing apparatus 30. Thereby, the phase of the periodic fluctuation of the resonance current output from each LC series resonance circuit is also shifted by 2π / 3 [rad], and an output current (load current IRc1) obtained by synthesizing the resonance current output from each LC series resonance circuit. In other words, each resonance current compensates for each other to suppress the period fluctuation. Therefore, the load current IRc1 flowing through the plasma processing apparatus 30 becomes a stable high-frequency alternating current, and the inverter device 20 can supply the stable high-frequency alternating current to the plasma processing apparatus 30. Furthermore, since the three resonance currents are combined, a high-output high-frequency alternating current can be supplied.

第1実施形態において、共振部LC1〜LC3の共振周波数をスイッチング周波数の略3倍の周波数に設定した例を説明したが、これに限定されるものではなく、いかなる周波数を設定しても、同様に安定した高周波交流電流を供給することができる。図5は、共振部LC1〜LC3の共振周波数を、変化させたときの負荷電流IRc1の電流波形を示している。図5(a)〜(e)は、それぞれ共振部LC1〜LC3の共振周波数をスイッチング周波数の1.25倍、2.1倍、2.5倍、3.5倍、5.3倍にしたときの負荷電流IRc1を示している。図5を見てわかるように、共振周波数を変化させても、安定した高周波交流電流をプラズマ負荷に供給することが分かる。また、図6は、図5に示す負荷電流IRc1のFFT解析したときの解析結果を示しており、共振周波数を変化させた場合でも、所望の周波数成分が最も高く出力されている。   In the first embodiment, the example in which the resonance frequency of the resonance units LC1 to LC3 is set to a frequency that is approximately three times the switching frequency has been described. However, the present invention is not limited to this. A stable high-frequency alternating current can be supplied. FIG. 5 shows a current waveform of the load current IRc1 when the resonance frequencies of the resonance units LC1 to LC3 are changed. 5A to 5E, the resonance frequencies of the resonance parts LC1 to LC3 are set to 1.25 times, 2.1 times, 2.5 times, 3.5 times, and 5.3 times the switching frequency, respectively. Load current IRc1 is shown. As can be seen from FIG. 5, it can be seen that a stable high-frequency alternating current is supplied to the plasma load even when the resonance frequency is changed. FIG. 6 shows an analysis result when the FFT analysis of the load current IRc1 shown in FIG. 5 is performed, and the desired frequency component is output highest even when the resonance frequency is changed.

以上のことから、第1実施形態に係るプラズマ処理システム1において、共振部LC1〜LC3の共振周波数はスイッチング周波数の略3倍に限定されず、インバータ装置20は、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。ただし、図6に示すように、共振周波数がスイッチング周波数の3倍から離れるほど、不要な周波数成分が重畳され、不要輻射が多くなるため、共振部LC1〜LC3の共振周波数は、略3倍(2.5倍〜3.5倍程度)に設定しておくことが望ましい。   From the above, in the plasma processing system 1 according to the first embodiment, the resonance frequency of the resonance units LC1 to LC3 is not limited to approximately three times the switching frequency, and the inverter device 20 performs plasma processing on stable high-frequency alternating current. The device 30 can be supplied. However, as shown in FIG. 6, as the resonance frequency is separated from three times the switching frequency, unnecessary frequency components are superimposed and unnecessary radiation increases, so that the resonance frequencies of the resonance units LC1 to LC3 are approximately three times ( It is desirable to set it to about 2.5 to 3.5 times.

また、第1実施形態において、スイッチング素子TR1とスイッチング素子TR2とで構成されたアームを直流電源10に対して3個並列接続した場合を例に説明したが、これに限られず、スイッチング素子TR1、TR3、TR5の代わりに、それぞれインダクタを用いても同様の効果が得られる。この場合を、第2実施形態として、以下に説明する。   Further, in the first embodiment, the case where three arms configured by the switching element TR1 and the switching element TR2 are connected in parallel to the DC power supply 10 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the switching element TR1, Similar effects can be obtained by using inductors instead of TR3 and TR5. This case will be described below as a second embodiment.

図7は、本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理システム2の構成を示す図である。なお、第1実施形態と同じまたは類似する構成については、同一の符号番号を付して、その説明を省略する。図示するように、第2実施形態に係るプラズマ処理システム2は、直流電源10、インバータ装置21、および、プラズマ処理装置30を含んで構成される。第1実施形態に係るプラズマ処理システム1と比べ、インバータ装置21の構成が異なっている。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the plasma processing system 2 according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the structure which is the same as that of 1st Embodiment, or similar, the same code number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in the figure, the plasma processing system 2 according to the second embodiment includes a DC power supply 10, an inverter device 21, and a plasma processing device 30. Compared with the plasma processing system 1 according to the first embodiment, the configuration of the inverter device 21 is different.

インバータ装置21は、直流電源10から入力される直流電流を高周波交流電流に変換して、出力するものである。インバータ装置21は、図7に示すように、3個のスイッチング素子TR2、TR4、TR6、6個のインダクタL1〜L3、Lr11〜Lr13、3個のコンデンサC1〜C3、電圧電流検出部201、および、制御部212を含んで構成されている。インバータ装置21は、第1実施形態のインバータ装置20と比べ、スイッチング素子TR1、TR3、TR5をインダクタLr11、Lr12、Lr13に代えている点で異なる。つまり、インダクタLr11とスイッチング素子TR2とが直列接続され、第1アームを形成している。同様に、インダクタLr12とスイッチング素子TR4とが直列接続され、第2アームを形成し、インダクタLr13とスイッチング素子TR6とが直列接続され、第3アームを形成している。そして、第1アーム、第2アーム、および、第3アームは、直列電源10に対して並列接続されている。   The inverter device 21 converts a direct current input from the direct current power source 10 into a high frequency alternating current and outputs it. As shown in FIG. 7, the inverter device 21 includes three switching elements TR2, TR4, TR6, six inductors L1 to L3, Lr11 to Lr13, three capacitors C1 to C3, a voltage / current detection unit 201, and The control unit 212 is included. The inverter device 21 is different from the inverter device 20 of the first embodiment in that the switching elements TR1, TR3, TR5 are replaced with inductors Lr11, Lr12, Lr13. That is, the inductor Lr11 and the switching element TR2 are connected in series to form a first arm. Similarly, inductor Lr12 and switching element TR4 are connected in series to form a second arm, and inductor Lr13 and switching element TR6 are connected in series to form a third arm. The first arm, the second arm, and the third arm are connected in parallel to the series power supply 10.

インダクタL1(L2、L3)とコンデンサC1(C2、C3)からなる共振部LC1(LC2、LC3)の共振周波数は、駆動信号Q12(Q14、Q16)のスイッチング周波数の略3倍の周波数に設定しておく。また、好ましくは、スイッチング素子TR2、TR4、TR6のスイッチング損失をより防ぐためのソフトスイッチング(電圧ゼロスイッチングや電流ゼロスイッチング)を行うときには、スイッチング周波数の3倍より少し低い周波数に設定しておくとよい。なお、第1実施形態と同様に、共振部LC1〜LC3の共振周波数は、スイッチング周波数の略3倍に限定されるものではないが、略3倍の周波数を設定しておくことが望ましい。   The resonance frequency of the resonance part LC1 (LC2, LC3) composed of the inductor L1 (L2, L3) and the capacitor C1 (C2, C3) is set to a frequency approximately three times the switching frequency of the drive signal Q12 (Q14, Q16). Keep it. Preferably, when soft switching (voltage zero switching or current zero switching) for preventing switching loss of the switching elements TR2, TR4, TR6 is performed, the frequency is set slightly lower than three times the switching frequency. Good. As in the first embodiment, the resonance frequency of the resonance units LC1 to LC3 is not limited to approximately three times the switching frequency, but is preferably set to approximately three times the frequency.

各共振部LC1〜LC3の出力端は、一点(接続点B)で接続され、共振部LC1〜LC3に流れる共振電流ir11、ir12、ir13は、接続点Bで合成される。そして、接続点Bで合成された電流(負荷電流IRc2)は、プラズマ処理装置30に出力(供給)される。   The output ends of the resonance parts LC1 to LC3 are connected at one point (connection point B), and the resonance currents ir11, ir12 and ir13 flowing through the resonance parts LC1 to LC3 are combined at the connection point B. Then, the current synthesized at the connection point B (load current IRc2) is output (supplied) to the plasma processing apparatus 30.

制御部212は、第1実施形態の制御部202と同様の構成であり、各スイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する駆動信号Q12、Q14、Q16を発生させる。このとき、制御部212は、電圧電流検出部201から入力される電圧値や電流値が設定電圧や設定電流になるように、駆動信号Q12、Q14、Q16を調整する。   The control unit 212 has the same configuration as the control unit 202 of the first embodiment, and generates drive signals Q12, Q14, and Q16 that are input to the switching elements TR2, TR4, and TR6. At this time, the control unit 212 adjusts the drive signals Q12, Q14, and Q16 so that the voltage value and the current value input from the voltage / current detection unit 201 become the set voltage and the set current.

また、制御部212も、各スイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する駆動信号を2π/3[rad](=120°)ずつずらしたマルチフェーズ動作を行う。具体的には、制御部212は、スイッチング素子TR2に入力する駆動信号Q12の位相を基準(0°)とすると、スイッチング素子TR4に入力する駆動信号Q14の位相を120°、スイッチング素子TR6に入力する駆動信号Q16の位相を240°遅らせて、各スイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する。好ましくは、制御部212も、制御部202と同様に、ソフトスイッチングを行う。   The control unit 212 also performs a multiphase operation in which drive signals input to the switching elements TR2, TR4, and TR6 are shifted by 2π / 3 [rad] (= 120 °). Specifically, when the phase of the drive signal Q12 input to the switching element TR2 is a reference (0 °), the control unit 212 inputs the phase of the drive signal Q14 input to the switching element TR4 to 120 ° and the switching element TR6. The phase of the drive signal Q16 to be delayed is delayed by 240 ° and input to the switching elements TR2, TR4, TR6. Preferably, similarly to the control unit 202, the control unit 212 performs soft switching.

このように、構成された第2実施形態に係るプラズマ処理システム2において、各共振部LC1〜LC3に流れる共振電流およびインバータ装置21から出力される高周波交流電流(プラズマ処理装置30に流れる負荷電流)について、具体的に説明する。   Thus, in the plasma processing system 2 according to the second embodiment configured as described above, the resonance current flowing through each of the resonance units LC1 to LC3 and the high-frequency alternating current output from the inverter device 21 (load current flowing through the plasma processing device 30). Will be described in detail.

図8は、第2実施形態に係るプラズマ処理システム2における各種波形(駆動信号や電流)を示す図である。図8(a)は、スイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力される駆動信号Q12、Q14、Q16の電圧波形を示している。図示するように、制御部212は、駆動信号Q12、Q14、Q16をそれぞれ120°ずつずらして発生させ、それぞれスイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力する。図8(a)に示される駆動信号Q12、Q14、Q16がそれぞれスイッチング素子TR2、TR4、TR6に入力されると、直流電源10から出力される直流電流が、各スイッチング素子TR2、TR4、TR6の動作により、交流電流に変換される。このとき、共振部LC1〜LC3により、図8(b)に示す共振電流ir11〜ir13が各共振部LC1〜LC3に流れる。図8(b)に示すように、共振部LC1〜LC3に流れる共振電流ir11〜ir13は、第1実施形態と同様に、スイッチング周期に応じた周期変動を有した波形となっている。   FIG. 8 is a diagram showing various waveforms (drive signals and currents) in the plasma processing system 2 according to the second embodiment. FIG. 8A shows voltage waveforms of the drive signals Q12, Q14, and Q16 input to the switching elements TR2, TR4, and TR6. As shown in the figure, the control unit 212 generates the drive signals Q12, Q14, and Q16 while shifting them by 120 °, and inputs them to the switching elements TR2, TR4, and TR6, respectively. When the drive signals Q12, Q14, and Q16 shown in FIG. 8A are input to the switching elements TR2, TR4, and TR6, respectively, the direct current output from the DC power supply 10 is applied to the switching elements TR2, TR4, and TR6. It is converted into an alternating current by operation. At this time, the resonance currents ir11 to ir13 shown in FIG. 8B flow through the resonance portions LC1 to LC3 by the resonance portions LC1 to LC3. As shown in FIG. 8B, the resonance currents ir11 to ir13 flowing through the resonance units LC1 to LC3 have a waveform having a period variation corresponding to the switching period, as in the first embodiment.

そして、各共振部LC1〜LC3を流れる共振電流ir11〜ir13は、接続点Bで合成され、プラズマ処理装置30に出力される。このとき、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流(高周波交流電流)IRc2は、図8(c)に示す波形となる。図8(c)に示すように、負荷電流IRc2は、各共振電流ir11〜ir13にみられた周期変動が抑制され、安定した波形となる。これは、図8(b)に示す各共振電流ir11〜ir13を合成したことで、各共振電流ir11〜ir13の減衰を互いに補填し合ったためである。よって、負荷電流IRc2は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置21からプラズマ処理装置30に供給することができる。さらに、図8(c)に示すように、負荷電流IRc2は、スイッチング周波数の3倍の周波数となる。よって、インバータ装置21は、スイッチング周波数の3倍の周波数の高周波交流電流を出力することができ、スイッチング損失を低減させることができる。   The resonance currents ir11 to ir13 flowing through the resonance units LC1 to LC3 are combined at the connection point B and output to the plasma processing apparatus 30. At this time, the load current (high-frequency alternating current) IRc2 flowing in the plasma processing apparatus 30 has a waveform shown in FIG. As shown in FIG. 8C, the load current IRc2 has a stable waveform in which the periodic fluctuations observed in the resonance currents ir11 to ir13 are suppressed. This is because the resonance currents ir11 to ir13 shown in FIG. 8B are combined to compensate for the attenuation of the resonance currents ir11 to ir13. Thus, the load current IRc2 is suppressed in periodic fluctuations, becomes a stable high-frequency alternating current, and can be supplied from the inverter device 21 to the plasma processing apparatus 30. Furthermore, as shown in FIG. 8C, the load current IRc2 has a frequency that is three times the switching frequency. Therefore, the inverter device 21 can output a high-frequency alternating current having a frequency three times the switching frequency, and can reduce switching loss.

以上で説明したように、本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理システム2によれば、直流電源10から入力される直流電流を高周波交流電流に変換するインバータ装置21において、第1実施形態のスイッチング素子TR1、TR3、TR5の代わりに、インダクタLr11、Lr12、Lr13を用いても、各共振部LC1〜LC3に流れる共振電流ir11〜ir13を合成した出力電流(負荷電流IRc2)は、各共振電流が減衰を互いに補填し合うことにより、周期変動が抑制されたものになる。よって、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc2は、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置21は、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。   As described above, according to the plasma processing system 2 according to the second embodiment of the present invention, in the inverter device 21 that converts the DC current input from the DC power supply 10 into the high-frequency AC current, Even if the inductors Lr11, Lr12, and Lr13 are used instead of the switching elements TR1, TR3, and TR5, the output current (load current IRc2) obtained by synthesizing the resonance currents ir11 to ir13 flowing through the resonance units LC1 to LC3 is the resonance current. Compensate for each other to suppress periodic fluctuations. Therefore, the load current IRc2 flowing through the plasma processing apparatus 30 becomes a stable high-frequency alternating current, and the inverter device 21 can supply the stable high-frequency alternating current to the plasma processing apparatus 30.

第1実施形態および第2実施形態において、3つの共振電流を合成してプラズマ処理装置30に高周波交流電流(負荷電流)を供給する場合を例に説明したが、これに限られず、Nつ(Nは3以上の奇数)の共振電流を合成した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給するようにすれば、第1実施形態と同様に、安定した高周波交流電流を出力することが可能である。この場合のインバータ装置は、N個のアームとN個の共振部を備えた回路構成となる。また、制御部は、それぞれ2π/N[rad]ずつずらした駆動信号を各アームに入力する。例えば、このNを5とした場合を、第3実施形態として、以下に説明する。なお、第1実施形態は、Nを3とした場合の実施形態である。   In the first embodiment and the second embodiment, the case where high frequency alternating current (load current) is supplied to the plasma processing apparatus 30 by synthesizing three resonance currents has been described as an example. If a high frequency alternating current obtained by synthesizing a resonance current of N is an odd number of 3 or more is supplied to the plasma processing apparatus 30, a stable high frequency alternating current can be output as in the first embodiment. . The inverter device in this case has a circuit configuration including N arms and N resonating units. Further, the control unit inputs a drive signal shifted by 2π / N [rad] to each arm. For example, the case where N is 5 will be described below as a third embodiment. The first embodiment is an embodiment where N is 3.

図9は、本発明の第3実施形態に係るプラズマ処理システム3の構成を示す図である。なお、第1実施形態および第2実施形態と同じまたは類似する構成については、同一の符号番号を付して、その説明を省略する。図示するように、第3実施形態に係るプラズマ処理システム3は、直流電源10、インバータ装置22、および、プラズマ処理装置30を含んで構成される。第1実施形態に係るプラズマ処理システム1と比べ、インバータ装置22の構成が異なっている。   FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the plasma processing system 3 according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the structure which is the same as that of 1st Embodiment and 2nd Embodiment, or similar, the same code number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in the figure, the plasma processing system 3 according to the third embodiment includes a DC power source 10, an inverter device 22, and a plasma processing device 30. Compared with the plasma processing system 1 according to the first embodiment, the configuration of the inverter device 22 is different.

インバータ装置22は、直流電源10から入力される直流電流を高周波交流電流に変換し出力するものである。インバータ装置22は、図9に示すように、10個のスイッチング素子TR1〜TR10、5個のインダクタL1〜L5、5個のコンデンサC1〜C5、電圧電流検出部201、および、制御部222を含んで構成されている。図示するように、第1実施形態のインバータ装置20では、2個のスイッチング素子を有するアームを、直流電源10に対して3個並列接続し、各アームに接続された出力ラインにそれぞれインダクタとコンデンサからなる共振部LC1〜LC3を接続した構成であったが、第3実施形態のインバータ装置22は、さらに2個のアームを追加し、合計5個のアームを直流電源10に対して並列接続している。それにより、インダクタL4とコンデンサC4からなる共振部LC4およびインダクタL5とコンデンサC5からなる共振部LC5が追加され、合計5個の共振部LC1〜LC5を含んで構成されている。   The inverter device 22 converts a direct current input from the direct current power source 10 into a high frequency alternating current and outputs it. As shown in FIG. 9, the inverter device 22 includes ten switching elements TR1 to TR10, five inductors L1 to L5, five capacitors C1 to C5, a voltage / current detection unit 201, and a control unit 222. It consists of As shown in the figure, in the inverter device 20 of the first embodiment, three arms having two switching elements are connected in parallel to the DC power supply 10 and an inductor and a capacitor are connected to the output line connected to each arm, respectively. In the inverter device 22 of the third embodiment, two more arms are added, and a total of five arms are connected in parallel to the DC power supply 10. ing. Thereby, a resonance part LC4 composed of an inductor L4 and a capacitor C4 and a resonance part LC5 composed of an inductor L5 and a capacitor C5 are added, and a total of five resonance parts LC1 to LC5 are included.

スイッチング素子TR1〜TR10には、制御部222から駆動信号Q21〜Q30が入力され、各スイッチング素子TR1〜TR10のオン状態とオフ状態とが切り替えられる。このとき、各共振部LC1〜LC5の共振周波数は、駆動信号Q21〜Q30の周波数(スイッチング周波数)の略5倍の周波数に設定されており、この点も第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と同様に、共振部LC1〜LC5の共振周波数は、何倍であってもよいが、略5倍の周波数を設定しておくことが望ましい。そして、各共振部LC1〜LC5に流れる共振電流を接続点Cで合成した負荷電流IRc3が、プラズマ処理装置30に供給される。   The driving signals Q21 to Q30 are input from the control unit 222 to the switching elements TR1 to TR10, and the on and off states of the switching elements TR1 to TR10 are switched. At this time, the resonance frequency of each of the resonance units LC1 to LC5 is set to a frequency that is substantially five times the frequency (switching frequency) of the drive signals Q21 to Q30, which is also different from the first embodiment. As in the first embodiment, the resonance frequencies of the resonance units LC1 to LC5 may be any number, but it is desirable to set a frequency that is approximately five times. Then, the load current IRc3 obtained by synthesizing the resonance currents flowing through the resonance portions LC1 to LC5 at the connection point C is supplied to the plasma processing apparatus 30.

制御部222は、制御部202や制御部212と同様の構成であり、各スイッチング素子TR1〜TR10に入力する駆動信号Q21〜Q30を発生させる。制御部222は、制御部202および制御部212と比べ、2π/5[rad](=72°)ずつずらした駆動信号を各アームに入力する点で異なる。   The control unit 222 has the same configuration as the control unit 202 and the control unit 212, and generates drive signals Q21 to Q30 that are input to the switching elements TR1 to TR10. The control unit 222 differs from the control unit 202 and the control unit 212 in that a drive signal shifted by 2π / 5 [rad] (= 72 °) is input to each arm.

このように構成された第3実施形態に係るプラズマ処理システム3において、各アームから出力される共振電流ir21〜ir25は、第1実施形態と同様に、スイッチング周期に応じた周期変動を有する波形となるが、各アームから出力される共振電流ir21〜ir25を、接続点Cで合成することで、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc3は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となる。   In the plasma processing system 3 according to the third embodiment configured as described above, the resonance currents ir21 to ir25 output from the respective arms have a waveform having a period variation corresponding to the switching period, as in the first embodiment. However, by synthesizing the resonance currents ir21 to ir25 output from each arm at the connection point C, the load current IRc3 flowing through the plasma processing apparatus 30 is suppressed from periodic fluctuations and becomes a stable high-frequency alternating current.

以上で説明したように、本発明の第3実施形態に係るプラズマ処理システム3においても、各アームから出力され、各LC直列共振回路(共振部LC1〜LC5)から出力される共振電流ir21〜ir25を合成して、プラズマ処理装置30に供給するようにした。これにより、各LC直列共振回路から出力される共振電流の周期変動の位相も2π/5[rad]ずつずれ、各LC直列共振回路から出力された共振電流を合成した出力電流(負荷電流IRc3)は、各共振電流が減衰を互いに補填し合うことにより、周期変動が抑制されたものとなる。よって、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc3は、安定した高周波交流電流となり、インバータ装置22は、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。ひいては、N個のアームを直流電源10に対して並列接続し、各アームの出力ラインにLC直列共振回路を接続した構成であっても、同様に、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。   As described above, also in the plasma processing system 3 according to the third embodiment of the present invention, the resonance currents ir21 to ir25 output from the arms and output from the LC series resonance circuits (resonance units LC1 to LC5). Was synthesized and supplied to the plasma processing apparatus 30. Thereby, the phase of the periodic fluctuation of the resonance current output from each LC series resonance circuit is also shifted by 2π / 5 [rad], and the output current (load current IRc3) obtained by synthesizing the resonance current output from each LC series resonance circuit. In other words, each resonance current compensates for each other to suppress the period fluctuation. Therefore, the load current IRc3 flowing through the plasma processing apparatus 30 becomes a stable high-frequency alternating current, and the inverter device 22 can supply the stable high-frequency alternating current to the plasma processing apparatus 30. As a result, even in a configuration in which N arms are connected in parallel to the DC power source 10 and an LC series resonance circuit is connected to the output line of each arm, a stable high-frequency AC current is similarly applied to the plasma processing apparatus 30. Can be supplied.

なお、第3実施形態においても、第2実施形態と同様に、直流電源10の正極側に接続されたスイッチング素子をインダクタに代えることも可能である。このとき、制御部222は、直流電源10の負極側に接続されたスイッチング素子に2π/N[rad]ずつずらした駆動信号を入力することで、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。   In the third embodiment, as in the second embodiment, the switching element connected to the positive electrode side of the DC power supply 10 can be replaced with an inductor. At this time, the control unit 222 supplies a stable high-frequency alternating current to the plasma processing apparatus 30 by inputting a drive signal shifted by 2π / N [rad] to the switching element connected to the negative electrode side of the DC power supply 10. can do.

第1実施形態ないし第3実施形態において、1個の直流電源10から出力される直流電流を高周波交流電流に変換し、プラズマ処理装置30に供給する場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、直流電源と、2個のスイッチング素子を直列接続したアームと、アームの接続点に接続され、インダクタとコンデンサを直列接続したLC直列共振回路と、を備えた高周波電源をN個備え、N個の高周波電源から出力される高周波交流電流を合成して、プラズマ処理装置30に供給することも可能である。この場合を、第4実施形態として、以下に説明する。   In the first to third embodiments, the case where the DC current output from one DC power supply 10 is converted into a high-frequency AC current and supplied to the plasma processing apparatus 30 has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. Absent. For example, N high-frequency power sources each including a DC power source, an arm in which two switching elements are connected in series, and an LC series resonance circuit connected in series to an inductor and a capacitor are provided. It is also possible to synthesize high-frequency alternating current output from a single high-frequency power source and supply it to the plasma processing apparatus 30. This case will be described below as a fourth embodiment.

図10は、本発明の第4実施形態に係るプラズマ処理システム4の構成を示す図である。なお、第1実施形態ないし第3実施形態と同じまたは類似する構成についは、同一の符号番号を付して、その説明を省略する。図10に示すように、本発明の第4実施形態に係るプラズマ処理システム4は、3個の直流電源11、12、13、インバータ装置23、および、プラズマ処理装置30を含んで構成される。図示するように、第1実施形態のプラズマ処理システム1と比べ、直流電源を3個備えている構成とインバータ装置23の構成とが異なる。   FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the plasma processing system 4 according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, about the structure which is the same as that of 1st Embodiment thru | or 3rd Embodiment, or similar, the same code number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 10, the plasma processing system 4 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention includes three DC power supplies 11, 12, 13, an inverter device 23, and a plasma processing device 30. As shown in the figure, the configuration of the three DC power supplies and the configuration of the inverter device 23 are different from the plasma processing system 1 of the first embodiment.

直流電源11、12、13は、直流電力(直流電流)を出力するものであり、第1実施形態の直流電源10と同じ構成であるため、その説明を省略する。インバータ装置23は、直流電源11、12、13から入力される直流電流を高周波交流電流に変換して、出力するものである。インバータ装置23は、図10に示すように、3個のインバータ回路231、232、233、電圧電流検出部201、および、制御部234を含んで構成される。   The DC power supplies 11, 12, and 13 output DC power (DC current) and have the same configuration as the DC power supply 10 of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. The inverter device 23 converts the direct current input from the direct current power supplies 11, 12, and 13 into a high frequency alternating current and outputs it. As shown in FIG. 10, the inverter device 23 includes three inverter circuits 231, 232, and 233, a voltage / current detector 201, and a controller 234.

インバータ回路231(232、233)は、2個のスイッチング素子TR1’とTR2’(TR3’とTR4’、TR5’とTR6’)、インダクタL1’(L2’、L3’)、および、コンデンサC1’(C2’、C3’)を含んで構成される。スイッチング素子TR1’とTR2’(TR3’とTR4’、TR5’とTR6’)とは、スイッチング素子TR1’(TR3’、TR5’)のソース端子とスイッチング素子TR2’(TR4’、TR6’)のドレイン端子とが、直列に接続されている。スイッチング素子TR1’(TR3’、TR5’)のドレイン端子は、直流電源11(12、13)の正極側に接続され、スイッチング素子TR2’(TR4’、TR6’)のソース端子は、直流電源11(12、13)の負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。この直列接続された2個のスイッチング素子TR1’とTR2’(TR3’とTR4’、TR5’とTR6’)により構成される各回路がそれぞれ、請求項2における「スイッチング回路」に相当する。   The inverter circuit 231 (232, 233) includes two switching elements TR1 ′ and TR2 ′ (TR3 ′ and TR4 ′, TR5 ′ and TR6 ′), an inductor L1 ′ (L2 ′, L3 ′), and a capacitor C1 ′. (C2 ′, C3 ′). The switching elements TR1 ′ and TR2 ′ (TR3 ′ and TR4 ′, TR5 ′ and TR6 ′) are the source terminals of the switching elements TR1 ′ (TR3 ′, TR5 ′) and the switching elements TR2 ′ (TR4 ′, TR6 ′). The drain terminal is connected in series. The drain terminals of the switching elements TR1 ′ (TR3 ′, TR5 ′) are connected to the positive side of the DC power supply 11 (12, 13), and the source terminals of the switching elements TR2 ′ (TR4 ′, TR6 ′) are connected to the DC power supply 11 It is connected to the negative electrode side of (12, 13) to form a bridge structure. Each circuit constituted by the two switching elements TR1 'and TR2' (TR3 'and TR4', TR5 'and TR6') connected in series corresponds to a "switching circuit" in claim 2.

また、インダクタL1’(L2’、L3’)とコンデンサC1’(C2’、C3’)とは、直列に接続され、LC直列共振回路を構成しており、このLC直列共振回路を共振部LC1’(LC2’、LC3’)とする。スイッチング素子TR1’とTR2’(TR3’とTR4’、TR5’とTR6’)の接続点には出力ラインが接続されており、この出力ラインは、共振部LC1’(LC2’、LC3’)の一端と接続されている。共振部LC1’〜LC3 ’の共振周波数は、第1実施形態の共振部LC1〜LC3と同様に、スイッチング周波数の略3倍に限定されるものではないが、略3倍の周波数を設定しておくことが望ましい。なお、共振部LC1’〜LC3 ’の共振周波数は、全て同じ周波数に設定される。この共振部LC1’(LC2’、LC3’)がそれぞれ、請求項2における「共振回路」に相当する。また、この直流電源11(12、13)とインバータ回路231(232、233)とが上記高周波電源に相当する。   The inductor L1 ′ (L2 ′, L3 ′) and the capacitor C1 ′ (C2 ′, C3 ′) are connected in series to form an LC series resonance circuit, and this LC series resonance circuit is used as the resonance unit LC1. '(LC2', LC3 '). An output line is connected to a connection point between the switching elements TR1 ′ and TR2 ′ (TR3 ′ and TR4 ′, TR5 ′ and TR6 ′), and this output line is connected to the resonance part LC1 ′ (LC2 ′, LC3 ′). Connected to one end. The resonance frequencies of the resonance parts LC1 ′ to LC3 ′ are not limited to approximately three times the switching frequency, as with the resonance parts LC1 to LC3 of the first embodiment, but are set to approximately three times the frequency. It is desirable to keep it. Note that the resonance frequencies of the resonance parts LC1 'to LC3' are all set to the same frequency. Each of the resonance portions LC1 '(LC2', LC3 ') corresponds to a "resonance circuit" in claim 2. The DC power supply 11 (12, 13) and the inverter circuit 231 (232, 233) correspond to the high-frequency power supply.

各インバータ回路231〜233の共振部LC1’〜LC3 ’の他端は、一点(接続点D)で接続され、共振部LC1’〜LC3 ’に流れる共振電流ir31〜ir33は、接続点Dで合成される。そして、接続点Dで合成された電流(負荷電流)IRc4は、プラズマ処理装置30に出力(供給)される。   The other ends of the resonance parts LC1 ′ to LC3 ′ of the inverter circuits 231 to 233 are connected at one point (connection point D), and the resonance currents ir31 to ir33 flowing through the resonance parts LC1 ′ to LC3 ′ are combined at the connection point D. Is done. The current (load current) IRc4 synthesized at the connection point D is output (supplied) to the plasma processing apparatus 30.

制御部234は、制御部202と同様の構成であり、各スイッチング素子TR1’〜TR6’に入力する駆動信号Q1’〜Q6’を発生させる。また、制御部234は、制御部202と同様に、各インバータ回路231〜233に入力する駆動信号Q1’〜Q6’の位相を2π/3[rad](=120°)ずつずらしたマルチフェーズ動作を行う。なお、本実施形態において、制御部234は、1個の制御部により、インバータ回路231〜233を制御するものとして、説明するが、インバータ回路231〜233毎に制御部を備える構成であってもよい。上記インバータ回路231(232、233)および制御部234を備えた回路がそれぞれ、請求項2における「共振インバータ回路」に相当する。   The control unit 234 has the same configuration as the control unit 202, and generates drive signals Q1 'to Q6' that are input to the switching elements TR1 'to TR6'. Similarly to the control unit 202, the control unit 234 shifts the phases of the drive signals Q1 ′ to Q6 ′ input to the inverter circuits 231 to 233 by 2π / 3 [rad] (= 120 °). I do. In the present embodiment, the control unit 234 is described as one inverter that controls the inverter circuits 231 to 233. However, the control unit 234 may include a control unit for each inverter circuit 231 to 233. Good. Each of the circuits including the inverter circuit 231 (232, 233) and the control unit 234 corresponds to a “resonant inverter circuit” in claim 2.

このように構成された第4実施形態に係るプラズマ処理システム4において、各インバータ回路231〜233から出力される共振電流ir31〜ir33は、図14(d)に示す従来の3倍共振インバータ回路から出力される共振電流と同じであり、周期変動を有する波形となってしまうが、各インバータ回路231〜233から出力される共振電流ir31〜ir33を、接続点Dで合成することで、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc4は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となる。   In the plasma processing system 4 according to the fourth embodiment configured as described above, the resonance currents ir31 to ir33 output from the inverter circuits 231 to 233 are generated from the conventional triple resonance inverter circuit shown in FIG. Although it is the same as the output resonance current and has a waveform with periodic fluctuations, the resonance currents ir31 to ir33 output from the inverter circuits 231 to 233 are synthesized at the connection point D, so that the plasma processing apparatus The load current IRc4 flowing through 30 is suppressed in periodic fluctuation and becomes a stable high-frequency alternating current.

以上で説明したように、本発明の第4実施形態に係るプラズマ処理システム4においても、各インバータ回路231〜233から出力され、各共振部LC1’〜LC3 ’に流れる共振電流ir31〜ir33を合成して、プラズマ処理装置30に供給するようにした。これにより、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc4は、安定した高周波交流電流となる。よって、インバータ装置23は、安定した高周波交流電流をプラズマ処理装置30に供給することができる。   As described above, also in the plasma processing system 4 according to the fourth exemplary embodiment of the present invention, the resonance currents ir31 to ir33 output from the inverter circuits 231 to 233 and flowing to the resonance units LC1 ′ to LC3 ′ are synthesized. Then, the plasma processing apparatus 30 is supplied. Thereby, the load current IRc4 flowing through the plasma processing apparatus 30 becomes a stable high-frequency alternating current. Therefore, the inverter device 23 can supply a stable high-frequency alternating current to the plasma processing apparatus 30.

第1実施形態ないし第4実施形態において、LC直列共振回路を構成するインダクタのインダクタンスおよびコンデンサのキャパシタンスは、予め所望の共振周波数となるように、設定しておく場合を例に説明したが、インダクタンスとキャパシタンスの両方または一方を変更可能な構成とすることで、共振周波数を自由に変更できるようにしてもよい。例えば、インダクタのインダクタンスが変更可能な可変インダクタを用いたり、コンデンサのキャパシタンスが変更可能な可変コンデンサを用いたりすることで実現される。このようにすることで、スイッチング周波数に応じて共振周波数も変更できるので、利用者がスイッチング周波数を自由に設定することが可能となる。また、共振周波数およびスイッチング周波数が変更可能であれば、利用者がインバータ装置からプラズマ処理装置に出力される高周波交流電流の周波数を自由に設定することも可能となる。   In the first to fourth embodiments, the case where the inductance of the inductor and the capacitance of the capacitor constituting the LC series resonance circuit are set in advance so as to have a desired resonance frequency has been described as an example. The resonance frequency may be freely changed by adopting a configuration in which both or one of the capacitance and the capacitance can be changed. For example, it can be realized by using a variable inductor whose inductance can be changed or a variable capacitor whose capacitance can be changed. By doing in this way, since the resonance frequency can also be changed according to the switching frequency, the user can freely set the switching frequency. In addition, if the resonance frequency and the switching frequency can be changed, the user can freely set the frequency of the high-frequency alternating current output from the inverter device to the plasma processing apparatus.

第1実施形態ないし第4実施形態において、インダクタとコンデンサをプラズマ処理装置30(負荷)に対して、直列接続している場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、プラズマ処理装置30(負荷)に対して、インダクタを直列に接続し、一方、コンデンサを並列に接続した場合でも、同様にスイッチング周波数のN倍の高周波交流電流を供給することができる。この場合は、第5実施形態として、以下に説明する。   In the first to fourth embodiments, the case where the inductor and the capacitor are connected in series to the plasma processing apparatus 30 (load) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, even when an inductor is connected in series to the plasma processing apparatus 30 (load) and a capacitor is connected in parallel, a high-frequency alternating current N times the switching frequency can be supplied in the same manner. This case will be described below as a fifth embodiment.

図11は、本発明の第5実施形態に係るプラズマ処理システム5の構成を示す図である。なお、第1実施形態ないし第4実施形態と同じまたは類似する構成については、同一の符号番号を付して、その説明を省略する。第1実施形態に示すプラズマ処理装置1のインバータ装置20(図1参照)と比べ、インバータ装置24は、コンデンサC1〜C3の接続位置が異なっている。また、プラズマ処理装置30に入力される直流電流をカットするためのコンデンサCcutが追加されている。それ以外については、同じである。インダクタL1(L2、L3)とコンデンサC1(C2、C3)とを備えた回路がそれぞれ、請求項8のLC回路に相当する。   FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a plasma processing system 5 according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, about the structure which is the same or similar to 1st Embodiment thru | or 4th Embodiment, the same code number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Compared with the inverter device 20 (see FIG. 1) of the plasma processing apparatus 1 shown in the first embodiment, the inverter device 24 is different in the connection positions of the capacitors C1 to C3. Further, a capacitor Ccut for cutting a direct current input to the plasma processing apparatus 30 is added. The rest is the same. Each of the circuits including the inductor L1 (L2, L3) and the capacitor C1 (C2, C3) corresponds to the LC circuit according to the eighth aspect.

このように構成された第5実施形態に係るプラズマ処理システム5において、駆動信号Q1〜Q6のスイッチング周波数を13.56MHzで制御したときの各電流波形について、説明する。図12(a)は、各アームから出力される出力電流ir41〜ir43の電流波形を示しており、図12(b)は、出力電流ir41〜ir43を接続点Eで合成した出力電流IRc5(負荷電流IRc5)を示している。図12(a)に示すように、各アームから出力される出力電流ir41〜ir43は、スイッチング周期毎に周期変動を有する波形となるが、この出力電流ir41〜ir43を、接続点Eで合成することで、図12(b)に示すように、プラズマ処理装置30に流れる負荷電流IRc5は、周期変動が抑制され、安定した高周波交流電流となる。   In the plasma processing system 5 according to the fifth embodiment configured as described above, each current waveform when the switching frequency of the drive signals Q1 to Q6 is controlled at 13.56 MHz will be described. 12A shows current waveforms of the output currents ir41 to ir43 output from each arm, and FIG. 12B shows an output current IRc5 (load) obtained by combining the output currents ir41 to ir43 at the connection point E. Current IRc5) is shown. As shown in FIG. 12 (a), the output currents ir41 to ir43 output from each arm have a waveform that varies periodically for each switching period. The output currents ir41 to ir43 are synthesized at the connection point E. As a result, as shown in FIG. 12B, the load current IRc5 flowing through the plasma processing apparatus 30 is suppressed in periodic fluctuation and becomes a stable high-frequency alternating current.

また、図12(c)は、第5実施形態に係るプラズマ処理システム5における出力電流ir41のFFT解析結果を示し、図12(d)は、出力電流ir41〜ir43を接続点Eで合成した負荷電流IRc5のFFT解析結果を示している。図12(c)に示すように、1個のアームから出力される出力電流ir41(ir42、ir43も同様)では、スイッチング周波数の周波数成分が最も高く出力されていることに対して、図12(d)では、スイッチング周波数の3倍の周波数成分が最も高く出力されている。よって、各出力電流ir41〜ir43を合成した負荷電流IRc5は、不要な周波数成分が減衰されていることがわかる。   12C shows the FFT analysis result of the output current ir41 in the plasma processing system 5 according to the fifth embodiment, and FIG. 12D shows the load obtained by synthesizing the output currents ir41 to ir43 at the connection point E. The FFT analysis result of current IRc5 is shown. As shown in FIG. 12C, in the output current ir41 output from one arm (same for ir42 and ir43), the highest frequency component of the switching frequency is output, whereas in FIG. In d), the highest frequency component of three times the switching frequency is output. Therefore, it can be seen that an unnecessary frequency component is attenuated in the load current IRc5 obtained by combining the output currents ir41 to ir43.

第1実施形態ないし第5実施形態において、それぞれ接続点Aないし接続点Eの一点で合成した例を説明したが、複数の共振電流を合成してプラズマ処理装置30に出力する構成であれば、これに限定されるものではない。   In the first to fifth embodiments, the example of combining at one point of the connection point A to the connection point E has been described. However, as long as a plurality of resonance currents are combined and output to the plasma processing apparatus 30, It is not limited to this.

第1実施形態ないし第5実施形態において、本発明に係るインバータ装置をプラズマ処理システムに適用した場合を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、高周波交流電力をプラズマ処理装置以外の負荷に供給するものにも適用することができる。すなわち、本発明に係るインバータ装置は、高周波交流電力を出力する高周波電源に含まれるインバータ装置として機能する。   In the first to fifth embodiments, the case where the inverter device according to the present invention is applied to a plasma processing system has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to one that supplies high-frequency AC power to a load other than the plasma processing apparatus. That is, the inverter device according to the present invention functions as an inverter device included in a high-frequency power source that outputs high-frequency AC power.

本発明に係るインバータ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲を逸脱しなければ、各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、上記実施形態の説明に用いた各種設定値(スイッチング周波数、共振周波数など)も、種々に設計変更自在である。   The inverter device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and the specific configuration of each part can be variously modified without departing from the scope of the claims of the present invention. Various design values (switching frequency, resonance frequency, etc.) used in the description of the above embodiment can be changed in design in various ways.

1、2、3、4、5 プラズマ処理システム
10、11、12、13 直流電源
20、21、22、23、24 インバータ装置
201 電圧電流検出部
202、212、222、234 制御部
231、232、233 インバータ回路
30 プラズマ処理装置
TR1〜TR10、TR1’〜TR6’ スイッチング素子
L1〜L5、L1’〜L3’、Lr11〜Lr13 インダクタ
C1〜C5、C1’〜C3’、Ccut コンデンサ
Q1〜Q6、Q12、Q14、Q16、Q21〜Q30、Q1’〜Q6’ 駆動信号
ir1〜ir3、ir11〜ir13、ir21〜ir25、ir31〜ir33 共振電流
ir41〜ir43 出力電流
IRc1、IRc2、IRc3、IRc4、IRc5 負荷電流
1, 2, 3, 4, 5 Plasma processing system 10, 11, 12, 13 DC power supply 20, 21, 22, 23, 24 Inverter device 201 Voltage / current detection unit 202, 212, 222, 234 Control unit 231, 232, 233 Inverter circuit 30 Plasma processing apparatus TR1 to TR10, TR1 ′ to TR6 ′ Switching elements L1 to L5, L1 ′ to L3 ′, Lr11 to Lr13 Inductors C1 to C5, C1 ′ to C3 ′, Ccut capacitors Q1 to Q6, Q12, Q14, Q16, Q21 to Q30, Q1 'to Q6' Drive signals ir1 to ir3, ir11 to ir13, ir21 to ir25, ir31 to ir33 Resonant current ir41 to ir43 Output current IRc1, IRc2, IRc3, IRc4, IRc5 Load current

Claims (8)

直流電源から出力される直流電流を、交流電流に変換し、出力するインバータ装置であって、
前記直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したアームを、前記直流電源に対して並列にN個接続したスイッチング回路と、
1の前記アームを構成する前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記アーム毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらして、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、
前記各アームの前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点にそれぞれ接続された共振回路と、
を備え、
前記N個の共振回路から出力される交流電流である共振電流を合成して出力する、
インバータ装置。
An inverter device that converts a direct current output from a direct current power source into an alternating current and outputs the alternating current,
Switching in which N arms connected in series with a first switching element connected to the positive side of the DC power source and a second switching element connected to the negative side of the DC power source are connected in parallel to the DC power source Circuit,
Drive signals for switching between the energized state and the de-energized state of the first switching element and the second switching element constituting one arm are shifted in phase by 2π / N [rad] for each arm. Control means for inputting to the first switching element and the second switching element;
A resonance circuit connected to a connection point between the first switching element and the second switching element of each arm;
With
Synthesizing and outputting a resonance current that is an alternating current output from the N resonance circuits;
Inverter device.
直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したスイッチング回路と、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、
前記スイッチング回路の前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続された共振回路と、
を備えた共振インバータ回路を、前記共振インバータ回路の出力端でN個接続し、
前記各制御手段は、前記N個のスイッチング回路毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらした駆動信号を入力し、
前記N個の共振インバータ回路の各共振回路から出力される交流電流である共振電流を合成して出力する、
インバータ装置。
A switching circuit in which a first switching element connected to a positive electrode side of a DC power supply and a second switching element connected to a negative electrode side of the DC power supply are connected in series;
Control means for inputting a drive signal for switching between an energized state and a non-energized state of the first switching element and the second switching element to the first switching element and the second switching element;
A resonant circuit connected to a connection point between the first switching element and the second switching element of the switching circuit;
N resonant inverter circuits comprising: N connected at the output end of the resonant inverter circuit,
Each of the control means inputs a driving signal whose phase is shifted by 2π / N [rad] for each of the N switching circuits,
Synthesizing and outputting a resonance current which is an alternating current output from each resonance circuit of the N resonance inverter circuits;
Inverter device.
前記Nは、3以上の奇数である、
請求項1または請求項2のいずれかに記載のインバータ装置。
N is an odd number of 3 or more,
The inverter apparatus in any one of Claim 1 or Claim 2.
前記Nが3であるとき、
前記共振回路の共振周波数が、前記駆動信号の周波数の2.5倍〜3.5倍に設定されている、
請求項3に記載のインバータ装置。
When N is 3,
The resonant frequency of the resonant circuit is set to 2.5 to 3.5 times the frequency of the drive signal,
The inverter device according to claim 3.
前記第1スイッチング素子の代わりに、所定のインダクタンスを有するインダクタを備え、
前記制御手段は、前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を入力する、
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のインバータ装置。
In place of the first switching element, an inductor having a predetermined inductance is provided,
The control means inputs a drive signal for switching between an energized state and a non-energized state of the second switching element
The inverter apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
前記共振回路は、インダクタとコンデンサとを直列に接続したLC直列共振回路である、
請求項1ないし請求項5のいずれかに一項に記載のインバータ装置。
The resonant circuit is an LC series resonant circuit in which an inductor and a capacitor are connected in series.
The inverter apparatus as described in any one of Claim 1 thru | or 5.
前記共振回路は、前記インダクタのインダクタンスまたは前記コンデンサのキャパシタンスが変更可能である、
請求項6に記載のインバータ装置。
The resonance circuit can change the inductance of the inductor or the capacitance of the capacitor.
The inverter device according to claim 6.
直流電源から出力される直流電流を、交流電流に変換し、負荷に出力するインバータ装置であって、
前記直流電源の正極側に接続された第1スイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続された第2スイッチング素子とを直列接続したアームを、前記直流電源に対して並列にN個接続したスイッチング回路と、
1の前記アームを構成する前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の通電状態と非通電状態とを切り替えるための駆動信号を、前記アーム毎に、2π/N[rad]ずつ位相をずらして、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子に入力する制御手段と、
前記各アームの前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続され、前記負荷に対して直列に接続されたインダクタと前記負荷に対して並列に接続されたコンデンサとを備えるLC回路と、
を備え、
前記N個のLC回路から出力される出力電流を合成して、前記負荷に出力する、
インバータ装置。
An inverter device that converts a direct current output from a direct current power source into an alternating current and outputs it to a load,
Switching in which N arms connected in series with a first switching element connected to the positive side of the DC power source and a second switching element connected to the negative side of the DC power source are connected in parallel to the DC power source Circuit,
Drive signals for switching between the energized state and the de-energized state of the first switching element and the second switching element constituting one arm are shifted in phase by 2π / N [rad] for each arm. Control means for inputting to the first switching element and the second switching element;
An LC connected to a connection point between the first switching element and the second switching element of each arm, and including an inductor connected in series to the load and a capacitor connected in parallel to the load Circuit,
With
Combining the output currents output from the N LC circuits and outputting them to the load;
Inverter device.
JP2015017217A 2015-01-30 2015-01-30 Inverter device Active JP6397772B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015017217A JP6397772B2 (en) 2015-01-30 2015-01-30 Inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015017217A JP6397772B2 (en) 2015-01-30 2015-01-30 Inverter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016144277A JP2016144277A (en) 2016-08-08
JP6397772B2 true JP6397772B2 (en) 2018-09-26

Family

ID=56568955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015017217A Active JP6397772B2 (en) 2015-01-30 2015-01-30 Inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6397772B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6821266B2 (en) * 2017-06-26 2021-01-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power converter
WO2024024023A1 (en) * 2022-07-28 2024-02-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 Power supply device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5517325B2 (en) * 2008-04-18 2014-06-11 国立大学法人東京海洋大学 High frequency inverter
JP5729693B2 (en) * 2011-03-30 2015-06-03 株式会社ダイヘン High frequency power supply

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016144277A (en) 2016-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102404469B1 (en) High-frequency power source
JP4773165B2 (en) High frequency power supply
JP3641785B2 (en) Power supply for plasma generation
JP6254861B2 (en) High frequency power supply
JP2010114001A (en) Power source device for plasma generation
JP6397772B2 (en) Inverter device
KR101732930B1 (en) Controlling apparatus for single-phase grid inverters using llcl filters
JP2009277577A (en) Operation method of power supply device for induction heating
JP6219057B2 (en) High frequency power supply
CN110546874B (en) Power conversion system
JP6362931B2 (en) High frequency power supply
JPWO2014033804A1 (en) Switching control circuit and switching power supply device
JP6301112B2 (en) High frequency power supply
JPWO2018199223A1 (en) Power supply circuit
JP6309414B2 (en) High frequency power supply
JP4948388B2 (en) Induction heating cooker
JP2018088819A (en) High frequency power source
JP2007220396A (en) Induction heating device
JP6441573B2 (en) High frequency power supply
JP2012143081A (en) Control device of three-phase v-connection type inverter
JP2000092863A (en) Inverter device
JP5894031B2 (en) Power converter
JP6790324B2 (en) High frequency power supply
JP6474985B2 (en) High frequency power supply
JP2022102661A (en) Ac power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180903

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6397772

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250