(57)【要約】【課題】高周波電力の周波数を変化させても、反射波成分を抑制するように周波数を制御する整合動作を精密に行うことができる高周波電源装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の周波数ｆ1及びｆ2を有する第１及び第２の高周波信号を出力する高周波発生部１０１及び１０２と、第１及び第２の周波数の差を一定に保つように制御する周波数制御部１０５と、第１の高周波信号を増幅する電力増幅部１０３とを備える。反射波検出信号Ｓrを第２の高周波信号と乗算して得た差周波数信号をフィルタ１２２を通して抽出し、抽出した差周波数信号のレベルを検出して反射波電力の基本周波数成分を示す反射波検出値Ｓraを得る。第１の周波数ｆ1を変化させながら反射波検出値Ｓraを最小にする第１の周波数ｆ1を探索し、探索した周波数を第１の周波数ｆ1とするように第１の周波数ｆ1を制御して、反射波電力を基準値以下に抑制する整合動作を行わせる。【選択図】    図１
2010118222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１の高周波信号及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部と、
前記第１の周波数と第２の周波数との差の周波数を一定に保つように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部と、
前記第１の高周波信号を増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部と、
前記進行波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部と、
前記第１の乗算部の出力から前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出する第１の差周波数信号レベル検出部と、
検出された前記第１の差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて前記電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように前記第１の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
前記反射波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部と、
前記第２の乗算部の出力から前記第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する第２の差周波数信号を抽出する第２のフィルタと、
前記第２のフィルタにより抽出された第２の差周波数信号のレベルを検出する第２の差周波数レベル検出部と、
を具備し、
前記周波数制御部は、前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく前記第１の高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を行う手段を備えていることを特徴とする高周波電源装置。
【請求項２】
前記整合動作を行う手段は、
検出された前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部と、
前記整合動作オフ信号が発生しているときに前記第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに前記第１の周波数と第２の周波数との差を一定とするように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与え、前記整合動作オン信号が発生しているときには前記第１の周波数と第２の周波数との差を常に一定に保ちつつ、設定した周波数範囲内で前記第１の周波数を変化させるべく前記第１の高周波発生部及び前記第２の高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部と、
前記整合動作オン信号が発生しているときに、前記周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から前記第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、前記整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１ないし第３の周波数を有する第１ないし第３の高周波信号をそれぞれ発生する第１ないし第３の高周波発生部と、
前記第１の高周波信号を増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部と、
前記第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、前記反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、前記複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように前記第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部と、
前記高周波検出部により得られた進行波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部と、
前記第１の乗算部の出力から前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出する第１の差周波数信号レベル検出部と、
検出された前記第１の差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて前記電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように前記第１の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
前記高周波検出部により得られた反射波検出信号と前記第３の高周波発生部が時系列的に発生する前記第３の高周波信号とを順次乗算して、前記第１の周波数と前記各第３の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部と、
前記第２の乗算部の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する前記各第３の周波数との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して各検出対象成分に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する第２のフィルタと、
前記第２のフィルタから時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出する第２の差周波数レベル検出部と、
前記周波数制御部は、前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく前記第１の高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を行う手段を備えていることを特徴とする高周波電源装置。
【請求項４】
前記整合動作を行う手段は、
検出された前記第２の差周波数信号のレベルにより検出された反射波電力のレベルが基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、前記第２の差周波数信号のレベルにより検出された反射波電力のレベルが基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部と、
前記整合動作オフ信号が発生しているときに前記第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに、前記第１の周波数と前記各第３の周波数との差を一定とするように前記第１の高周波発生部及び第３の高周波発生部に周波数指令を与え、前記整合動作オン信号が発生しているときには設定した周波数範囲内で前記第１の周波数を変化させるべく前記第１の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、各検出対象周波数に対応する第３の高周波信号を、各検出対象周波数と各第３の周波数との差を一定に保って時系列的に発生させるように前記第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部と、
前記整合動作オン信号が発生しているときに、前記周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から前記第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、前記整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項５】
周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部と、
前記第１の高周波信号を増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部と、
周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、前記反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数を有する反射波基本波成分検出用高周波信号を発生する反射波基本波成分検出用高周波発生部と、
前記反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とする少なくとも１つのスプリアス周波数に対応して設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数を有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生する少なくとも１つの反射波スプリアス成分検出用高周波発生部と、
前記第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、前記第１の周波数と前記反射波基本波成分検出用周波数との差を一定にするように前記反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部と、
前記高周波検出部により得られた進行波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る進行波検出用乗算部と、
前記進行波検出用乗算部の出力から前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号を抽出する進行波検出用フィルタと、
前記進行波検出用フィルタにより抽出された進行波検出用差周波数信号のレベルを検出する進行波検出用差周波数信号レベル検出部と、
検出された前記進行波検出用差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて前記電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように前記第１の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
前記高周波検出部により得られた反射波検出信号と前記反射波基本波成分検出用高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記反射波基本波成分検出用周波数との差の周波数成分を含む信号を得る反射波基本波成分検出用乗算部と、
前記反射波検出用乗算部の出力から前記第１の周波数と前記反射波基本波検出用周波数との差の周波数を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を抽出する反射波基本波成分抽出用フィルタと、
前記反射波基本波成分抽出用フィルタから出力される反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部と、
各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応させて設けられて、前記高周波検出部により得られた反射波検出信号と対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力信号とを乗算して、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数成分を含む信号を得る反射波スプリアス成分検出用乗算部と、
各反射波スプリアス成分検出用乗算部の出力から、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を抽出する反射波スプリアス成分抽出用フィルタと、
前記各反射波スプリアス成分抽出用フィルタから出力される反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号レベル検出部と、
を備え、
前記周波数制御部は、前記反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び前記反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく前記第１の高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を行う手段を備えていることを特徴とする高周波電源装置。
【請求項６】
前記整合動作を行う手段は、
前記反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び前記反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、前記反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び前記反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部と、
前記整合動作オフ信号が発生しているときに前記第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに、前記第１の周波数と前記反射波基本波成分検出用周波数との差を一定とするように前記第１の高周波発生部及び反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、前記整合動作オン信号が発生しているときには設定した周波数範囲内で前記第１の周波数を変化させるべく前記第１の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、前記反射波基本波成分の周波数と前記反射波基本波成分検出用周波数との差及び各反射波スプリアス成分の周波数と対応する反射波スプリアス成分検出用周波数との差を一定に保ちつつ前記反射波基本波成分検出用高周波信号及び反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生させるように前記反射波基本波成分検出用高周波発生部及び反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部と、
前記整合動作オン信号が発生しているときに、前記周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から前記第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、前記整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部と、
を備えていることを特徴とする請求項５に記載の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に供給される進行波電力が設定値に保たれるように制御されるとともに、反射波を小さくするように出力周波数が制御される高周波電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体への微細加工を行なうプラズマ処理装置などの負荷に電力を供給するために、高周波電源装置が用いられている。図１３は高周波電源装置の基本的な構成を示したもので、同図において、１は高周波信号を発生する高周波発生部、２は高周波発生部１から得られる高周波信号を増幅する電力増幅部、３は電力増幅部の出力の一部を分波して進行波電力の情報を含む進行波検出信号を出力する高周波検出部である。また４は高周波検出部から得られる進行波検出信号から不要な周波数成分を除去するフィルタ、５はフィルタ４の出力を検波して進行波検出信号のレベルを検出するレベル検出部、６はレベル検出部４により検出された進行波検出信号のレベルとレベル設定部７により設定された設定レベルとの比較演算を行って、その演算結果に基づいて、電力増幅部２から出力される進行波電力を設定値に保つように、高周波発生部１の出力レベルを制御するレベル制御部である。
【０００３】
この高周波電源装置においては、高周波検出部３、レベル検出部５、レベル設定部７及びレベル制御部６により、電力増幅部２から負荷に与えられる進行波電力を設定値に保つように高周波発生部１の出力レベルを制御するＡＬＣ制御（Auto Level Control)を行う制御部が構成されている。この種の電源装置は、例えば、特許文献１ないし３に示されている。
【０００４】
この種の高周波電源装置においては、高周波電力が高い純度を有している（不要な周波数成分を含まない）ことが要求される。そのため、高周波発生部１から電力増幅部２の出力段に至るまでの各ステージに各種の高周波フィルタを配置して、電力増幅部で発生する不要な周波数成分（スプリアス成分）を除去している。電力増幅部２の出力側には、該増幅部から負荷に与える電力から高調波成分を除去するためのローパスフィルタが設けられている。また高周波電源装置の出力と負荷との間にインピーダンス整合装置を設けて、定常状態にある負荷に対してインピーダンスの整合をとることにより、負荷で反射波電力が発生するのを防いでいる。従って、負荷が定常状態にあるときには、電力増幅部２から負荷に与えられる進行波電力のレベルが安定に保たれ、負荷で反射されて高周波電力増幅部に戻る反射波電力は最小となっている。
【０００５】
しかしながら、プラズマ処理装置などの負荷の起動時には、負荷のインピーダンスが非線形の状態にあって、高速で変動するため、整合装置の整合動作が追いつかず、不整合状態が生じて、負荷を節として反射波が発生する。更に負荷の内部では、その非線形性に起因して生じる周波数混合作用により、種々の新しい周波数成分がスプリアス成分として発生し、これらのスプリアス成分が反射波に重畳する。スプリアス成分が重畳した反射波電力は整合装置内を逆流し、該反射波電力のうち、高周波電力増幅部の出力側に設けられたローパスフィルタを通過し得る成分（主として基本周波数成分）が電力増幅部の出力段まで戻ってくる。この場合、電力増幅部から負荷に与えられる電力（負荷側電力）は、電力増幅部の出力側で検出した進行波電力から反射波電力を差し引いた電力となる。
【０００６】
また、プラズマ処理装置においては、図１４に示すように、２つの高周波電源装置からプラズマ発生装置の電極に出力周波数が異なる２種類の高周波電力が同時に与えられることがある。図１４において、１１は第１の高周波電源装置、１２は第１の高周波電源装置の出力周波数よりも周波数が低い高周波電力を出力する第２の高周波電源装置である。第１の高周波電源装置１１及び第２の高周波電源装置１２の出力はそれぞれ第１の整合装置１３及び第２の整合装置１４を通してプラズマ処理装置等の負荷１５に供給されている。
【０００７】
第１の高周波電源装置１１から負荷５に与えられる高周波電力は、プラズマ発生用の高周波電力であり、第２の高周波電源装置１２から負荷１５に与えられる高周波電力は、プラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力である。通常、プラズマ発生用の高周波電力の周波数は十数ＭＨｚないし数十ＭＨｚ程度の高い周波数を有し、バイアス用の高周波電力の周波数は数百ＫＨｚないし数ＭＨｚ程度の比較的低い周波数を有している。
【０００８】
このようなシステムでは、負荷のインピーダンスが複雑に変化するため、インピーダンス整合器によってインピーダンスの整合を完全にとることができず、負荷で反射波が発生するのを避けることができない。この場合、負荷から第１の高周波電源装置１１の増幅部側に戻ってくる反射波には、第２の高周波電源装置１２の基本周波数成分とその近辺のスプリアス成分とが含まれている。第２の高周波電源装置１２の基本周波数は、第１の高周波電源装置１１の基本周波数よりも低いため、負荷１５から第１の高周波電源装置１１側に向かう反射波中のスプリアス成分は、第１の高周波電源装置１１の出力側に設けられているローパスフィルタを通過して、第１の高周波電源装置の増幅部に到達してしまう。また第２の高周波電源装置１２から第１の高周波電源装置１１の電力増幅部に到達するスプリアス成分と第１の高周波電源装置１１の出力とが混合されるため、第１の高周波電源装置１１から負荷に向かう進行波電力にもスプリアス成分が含まれることになる。
【０００９】
一例として、プラズマ発生用の第１の高周波電源装置１の出力周波数が50MHz、バイアス用の第２の高周波電源装置２の出力周波数が2MHzである場合について、第１の高周波電源装置１から負荷に向かう進行波電力の基本周波数成分（50MHz）付近の周波数スペクトラム及び反射波電力の基本周波数成分（50MHz）付近の周波数スペクトラムを模式的に示すとそれぞれ図１５及び図１６のようになる。なお図１６においては、便宜上縦軸のスケールを図６の縦軸のスケールと同じにしているが、実際には反射波電力のレベルの方が進行波電力のレベルよりも低くなる。
【００１０】
上記のように、電力増幅部２の出力側にスプリアス成分が重畳した反射波電力が戻ってくる状態では、高周波検出部３から得られる検出信号にもスプリアス成分が含まれる。検出信号にスプリアス成分が含まれていると、レベル検出部で進行波検出信号のレベル検出を正確に行うことができず、高周波発生部１の出力のＡＬＣ制御を正確に行うことができない。そのため、レベル検出部５の前段にフィルタ４を挿入して、レベル検出部５に入力する信号からスプリアス成分を除去する必要がある。
【００１１】
また上記の反射波電力を無視できない場合には、電力増幅部の出力側で検出した進行波電力を設定値に保つ制御を行うだけでなく、負荷側から電力増幅部側に戻ってくる反射波電力をも検出して、進行波電力から反射波電力を差し引いた電力を設定値に保つ制御を行う必要がある。
【００１２】
この場合には、図１３に示された高周波検出部３で、電力増幅部２から負荷に供給される進行波電力の情報を含む進行波検出信号の他に、負荷側から電力増幅部２に戻ってくる反射波電力の情報を含む反射波検出信号を得て、図１３に示されたレベル検出部５とは別に設けたレベル検出部で反射波検出信号を検波することにより、反射波検出信号のレベルを検出する。この場合レベル制御部６は、検出された進行波検出信号のレベルから反射波検出信号のレベルを差し引くことにより求めたレベルを設定レベルと比較演算し、その演算結果に基づいて、進行波電力から反射波電力を差し引いた電力を設定値に保つように、高周波発生部１の出力をＡＬＣ制御する。
【００１３】
なお通常「スプリアス」という語は、基本周波数の前後に現れる不要周波数と、各高調波周波数の前後に現れる不要周波数とを指す意味で用いられることが多いが、本明細書においては、説明の便宜上、負荷に供給する周波数成分としては不要な周波数成分（通常は基本周波数成分以外の成分）のすべてをスプリアス成分と呼ぶ。
【００１４】
高周波電源装置から負荷に効率よく電力を供給するためには、負荷側から電力増幅部２側に戻ってくる反射波をできるだけ小さくすることが望ましい。反射波を小さくする方法としては、前述のように、高周波電源装置と負荷との間にインピーダンス整合器を設ける方法が一般的であるが、特許文献４や特許文献５に示されているように、高周波電源装置の出力周波数を制御することによっても反射波を小さくすることができる。
【００１５】
特許文献４や特許文献５に示された高周波電源装置においては、図１７に示すように、反射波電力が基準値よりも大きいときに、微小な周波数範囲ΔＦ内で周波数を変化させて反射波電力Ｐrが最小になる周波数ｆminを求め、求められた周波数ｆminを中心にして再び微小周波数範囲ΔＦ内で周波数を変化させて反射波電力が最小になる周波数を求める。これらの過程を繰り返すことにより、反射波電力を小さくする周波数を探索し、反射波電力が制御終了基準値以下になる周波数ｆnが求められたときに周波数の探索を終了する。この状態で反射波電力が制御開始基準値（＞制御終了基準値）以上になったときに、微小周波数範囲ΔＦ内で周波数を変化させて反射波電力が最小になる周波数を探索する過程を再開させる。このようにして高周波電源装置の出力周波数を制御することにより、反射波電力を基準値以下に保つ。反射波電力に対して大きさが異なる制御終了基準値と制御開始基準値とを設定して制御にヒステリシスを持たせているのは、制御にハンチング現象が生じるのを防ぐためである。
【００１６】
上記のように、高周波電源装置の出力周波数を制御することにより反射波を小さくするようにすれば、可変キャパシタンスを用いたインピーダンス整合器に比べて高速に反射波を小さくすることができる。
【００１７】
また高周波電源装置の出力周波数を制御することにより反射波を小さくする場合であってもインピーダンス整合器を用いる場合があるが、その場合は、通常、インピーダンス固定のもの、或いは手動によりインピーダンスを変更するものが用いられる。
【００１８】
本発明では、上記のように、微小な周波数範囲で出力周波数を変化させることにより反射波を小さくする制御を行う高周波電源装置を対象とする。本発明が対象とする高周波電源装置では、インピーダンス整合器を用いなくても反射波を小さくすることができるが、本明細書では、反射波を小さくするための動作を「整合動作」と呼んでいる。
【００１９】
ところで、反射波を小さくする目的は、負荷に対してより多くの電力を供給することにあるため、基本周波数成分の反射波を小さくすることが重要である。基本周波数成分の反射波を小さくする制御を行うには、基本周波数成分の反射波を精度よく検出することが必要であり、そのためには、高周波検出部から得られる反射波検出信号から、スプリアス成分を取り除く必要がある。反射波検出信号に含まれるスプリアス成分のうち、高調波成分のような高い周波数の成分は、ローパスフィルタを用いることにより容易に取り除くことができるが、基本周波数付近の周波数成分は、ローパスフィルタだけでは取り除くことができない。
【００２０】
そこで、特許文献６に示されているように、高周波検出部から得られる信号をローカル発信器の出力信号と混合（乗算）して基準周波数成分及びスプリアス成分を低い周波数の信号に変換することによりフィルタリングを容易にする技術を利用して、基本周波数周辺のスプリアス成分を取り除くことが考えられる。このようにすれば、反射波検出信号からスプリアス成分を取り除いて、基準周波数成分のみを取り出すことができるため、基本周波数成分の反射波を小さくする制御を精度良く行うことができる。
【特許文献１】特開平５−６３６２７号公報
【特許文献２】特開平６−６１４４号公報
【特許文献３】特開平１１−２３３２９４号公報
【特許文献４】特開２００６−２８６２５４号公報
【特許文献５】特開２００６−３１０２４５号公報
【特許文献６】特開２００３−２０４２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来の高周波電源装置は、単一の高周波電力を発生するように構成されていたが、近年プラズマ処理装置により行うエッチング等の処理をより精密に行うことが必要とされるようになり、それに伴って、負荷に供給する高周波電力の周波数及び大きさを任意に変化させることができる高周波電源装置が求められるようになった。このような要求に応えるためには、図１３に示された高周波発生部１の出力周波数を任意に変化させることが必要であり、また高周波発生部１の出力周波数を変化させた場合でも、負荷に与える高周波電力の電力値を設定値に保つ制御を正確に行わせることができるようにしておく必要がある。
【００２２】
また前述のように、高周波検出部３で反射波電力を検出して、検出した反射波電力を最小とするように、高周波発生部１の出力周波数を変化させる制御を行う場合も、高周波発生部１の出力周波数を任意に変化させ得るようにしておくことが必要である。
【００２３】
ところが、図１３に示された高周波電源装置において、高周波発生部１の出力周波数を変化させた場合には、以下に示すような問題が生じる。
【００２４】
即ち、高周波検出部３から得られる検出信号のレベルを検出するレベル検出部５の前段に設けるフィルタ（ローパスフィルタ）４は、周波数の変化に伴って減衰率が異なる特性を有するため、フィルタ４への入力信号のレベルが同じであっても、周波数が変化すると、その出力レベルが変わってしまう。ローパスフィルタの減衰特性は、例えば図１８に示す通りであり、高周波電源装置の出力周波数の変化に伴う周波数の変化分が図示のΔＦ1のように小さい場合であっても、フィルタの減衰率が相当に変動してフィルタ出力が変動する。周波数の変化分が図示のΔＦ2のように大きくなると、ローパスフィルタの減衰率の変動幅は更に大きくなり、フィルタの出力レベルが大きく変動してしまう。高周波電源装置の出力周波数の変化に伴ってフィルタの出力レベルが変化すると、レベル検出部５が検出するレベルも変わってしまい、電力増幅部２の出力の電力値と、レベル検出部５により検出される信号レベルとの対応関係が変化してしまうため、レベル検出部５により検出された信号レベルと設定レベルとの比較演算に基づいて高周波発生部１の出力レベルを制御しても、電力増幅部２から負荷に与えられる高周波電力の電力値を設定値に保つことができなくなる。高周波電力の設定値からのずれ（偏差）は、周波数の変化幅を広げれば広げるほど大きくなる。このような問題は、フィルタ４としてアナログフィルタを用いた場合及びデジタルフィルタを用いた場合のいずれの場合にも生じる。
【００２５】
上記のように、従来の高周波電源装置においては、高周波発部１の出力周波数を変化させた場合に、電力増幅部２の出力とレベル検出部５で検出される信号レベルとの対応関係が変化し、周波数の可変範囲を広げると、電力増幅部２の出力の偏差が許容範囲を超えるという問題があった。特に半導体のエッチングなどを行うプラズマ処理装置に高周波電力を供給する場合には、供給する高周波電力の電力値を設定値に保つ制御を精密に行うことが必要である。プラズマ処理装置において、高周波電力を制御する際に許容される偏差は小さいため、高周波電力の周波数を変化させた場合にその電力値が変動する事態は避けなければならないが、従来の技術では、このような要求に応えることができる、周波数が可変の高周波電源装置を得ることができなかった。
【００２６】
また高周波電源装置の出力周波数が一定であれば、特許文献６に示されている方法で反射波検出信号を周波数変換してフィルタにより基本周波数周辺のスプリアス成分を取り除くことにより、基本周波数成分の反射波を小さくする制御（整合動作）を精度よく行わせることができる。
【００２７】
例えば、基本周波数が50MHzで一定であり、取り除きたいスプリアス成分の周波数が46，48，52，54MHzである場合に、ローカル発振器の出力周波数を49.5MHzに設定したとすると、基本周波数50MHzの信号は、0.5MHzの差周波数を有する信号に変換され、46，48，52，54MHzの周波数のスプリアス成分はそれぞれ3.5，1.5，2.5，4.5MHzの差周波数を有する信号に変換される。この場合、スプリアス成分の差周波数は、基本周波数成分の差周波数よりも大きくなるため、反射波検出信号を周波数変換して得た差周波数信号をローパスフィルタに通すことにより、スプリアス成分を取り除いて、反射波検出信号の基本周波数成分のみを抽出することができ、抽出した信号を用いて反射波検出信号を小さくするための制御を精度よく行うことができる。
【００２８】
しかしながら、出力周波数を適宜に変化させる可変周波数方式の高周波電源装置では、反射波検出信号の基本周波数成分を正確に検出することができない。例えば、可変周波数方式の高周波電源装置において、出力周波数を50MHzから51MHzに変化させたとする。このとき、ローカル発振器の出力周波数が49.5MHzであると、基本周波数成分の周波数とローカル発振周波数との差周波数は1.5MHzとなる。
【００２９】
そうなると、前述のように、周波数変換部の後段に設けられるローパスフィルタの特性上、その出力の振幅が変動し、反射波の基本周波数成分を精度よく検出することができなくなるため、反射波を小さくするための整合動作を精度良く行うことができなくなる。
【００３０】
本発明の目的は、負荷に供給する高周波電力の周波数を変化させても、該高周波電力の電力値を設定値に保つ制御を精密に行うことができ、また出力周波数を変化させた場合にも、反射波電力を精度よく検出して、反射波電力を小さくするように出力周波数を制御する整合動作を精度よく行わせることができるようにした高周波電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
請求項１に記載された発明は、出力周波数が可変とされる場合に、進行波電力を設定値に保つ制御を精度よく行わせるとともに、出力周波数を変化させながら反射波電力の基本周波成分を精度よく検出して、反射波電力の基本周波数成分を基準値以下に抑制するように出力周波数を制御する整合動作を高精度で行わせるようにしたものである。
【００３２】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、以下の要素を備えることにより構成される。
（１ａ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１の高周波信号及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部。
（１ｂ）第１の周波数と第２の周波数との差の周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部。
（１ｃ）第１の高周波信号を増幅する電力増幅部。
（１ｄ）電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び負荷側から電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部。
（１ｅ）進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部。
（１ｆ）第１の乗算部の出力から第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタ。
（１ｇ）第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出する第１の差周波数信号レベル検出部。
（１ｈ）検出された第１の差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部。
（１ｉ）反射波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部。
（１ｊ）第２の乗算部の出力から第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する第２の差周波数信号を抽出する第２のフィルタ。
（１ｋ）第２のフィルタにより抽出された第２の差周波数信号のレベルを検出する第２の差周波数レベル検出部。
（１ｌ）上記周波数制御部に設けられていて、第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく第１の高周波発生部の出力周波数を制御して整合動作を行わせる手段。
【００３３】
上記のように、周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１の高周波信号及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部を設けて、第１の周波数と第２の周波数との差を一定に保つように第１及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるようにすると、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させるために第１の周波数（第１の高周波発生部の出力周波数）をどのように変化させても、その変化に応じて、両高周波信号の周波数の差が一定に保たれるように、第２の周波数（第２の高周波発生部の出力周波数）が変化する。
【００３４】
高周波検出部から出力される進行波検出信号の周波数成分は、第１の周波数を主成分とするが、それ以外にスプリアス成分を含んでおり、スプリアス周波数は、第１の周波数の変化に伴って変化する。したがって、高周波検出部で得られる進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算部で乗算すると、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分、スプリアス周波数と第２の周波数との差の周波数成分等が含まれた信号が得られる。スプリアス周波数は単一の周波数ではないため、スプリアス周波数と第２の周波数との差の周波数成分は複数存在するが、本発明に係わる高周波電源装置では、それぞれの差の周波数成分が一定の周波数を有する。
【００３５】
上記のような関係があるため、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を抽出対象とした場合、第１の周波数（出力周波数）をどのように変化させても、抽出対象の周波数は一定である。そのため、フィルタの抽出対象を第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分として、スプリアス周波数と第２の周波数との差の周波数成分を除去するようにフィルタの特性を設定すれば、フィルタの周波数特性の影響を何等受けることなく、抽出対象である周波数成分を精度よく検出することができる。
【００３６】
このように、本発明に係わる高周波電源装置においては、出力周波数をどのように変化させても、フィルタで抽出の対象とする周波数は一定であるため、出力周波数を変化させた場合でも、フィルタによりスプリアス成分を除去して、フィルタの周波数特性の影響を何等受けることなく、進行波電力の基本周波数成分を精度よく検出することができる。
【００３７】
従って、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させた際に電力増幅部の出力の電力値と差周波数信号レベル検出部により検出されるレベルとの対応関係が変化するのを防ぐことができ、負荷に供給する高周波電力の電力値の制御の精密性をなんら損なうことなく、高周波電力の周波数を任意に変化させることができる高周波電源装置を得ることができる。
【００３８】
また上記のように構成すると、出力周波数を変化させた場合にも、基本周波数に対して反射波電力を精度よく検出することができるため、基本周波数に対して反射波電力を抑制する整合動作を精度よく行わせることができる。
【００３９】
請求項２に記載された発明は、上記整合動作を行わせる手段の好ましい構成を明らかにしたものである。請求項２に記載された発明に係わる高周波電源装置においては、上記整合動作を行わせる手段が、下記の要素を備えることにより構成される。
（２ａ）検出された前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、前記第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部。
（２ｂ）整合動作オフ信号が発生しているときに第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに第１の周波数と第２の周波数との差を一定とするように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与え、整合動作オン信号が発生しているときには第１の周波数と第２の周波数との差を常に一定に保ちつつ、設定した周波数範囲内で第１の周波数を変化させるべく第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部。
（２ｃ）整合動作オン信号が発生しているときに、周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部。
【００４０】
本願の請求項３に記載された発明は、本発明に係わる高周波電源装置の他の好ましい構成を示したもので、本発明は、高周波電源装置の出力周波数を可変とする場合に、反射波電力の基本周波数成分を精度よく検出するだけでなく、反射波電力のスプリアス成分をも精度よく検出して、反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分との合成値を抑制するように出力周波数を制御する整合動作を高精度で行わせることができるようにしたものである。
【００４１】
請求項３に記載された発明では、高周波電源装置が下記の要素を備えることにより構成される。
（３ａ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１ないし第３の周波数を有する第１ないし第３の高周波信号をそれぞれ発生する第１ないし第３の高周波発生部。
（３ｂ）第１の高周波信号を増幅する電力増幅部。
（３ｃ）電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び負荷側から電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部。
（３ｄ）第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部。
（３ｅ）高周波検出部により得られた進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部。
（３ｆ）第１の乗算部の出力から第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタ。
（３ｇ）第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出する第１の差周波数信号レベル検出部。
（３ｈ）検出された前記第１の差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部。
（３ｉ）高周波検出部により得られた反射波検出信号と第３の高周波発生部が時系列的に発生する第３の高周波信号とを順次乗算して、第１の周波数と各第３の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部。
（３ｊ）第２の乗算部の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する各第３の周波数との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して各検出対象成分に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する第２のフィルタ。
（３ｋ）第２のフィルタから時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出する第２の差周波数レベル検出部。
（３ｌ）周波数制御部に設けられていて、第２の差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく第１の高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を行う手段。
【００４２】
請求項４に係わる発明は、請求項３に記載された発明で用いる整合動作を行わせる手段の好ましい構成を明らかにしたもので、本発明では、上記整合動作を行わせる手段が以下に示す要素を備えることにより構成される。
（４ａ）検出された第２の差周波数信号のレベルにより検出された反射波電力のレベルが基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、第２の差周波数信号のレベルにより検出された反射波電力のレベルが基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部。
（４ｂ）整合動作オフ信号が発生しているときに第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに、第１の周波数と第３の周波数との差を一定とするように第１の高周波発生部及び第３の高周波発生部に周波数指令を与え、整合動作オン信号が発生しているときには設定した周波数範囲内で第１の周波数を変化させるべく第１の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、各検出対象周波数に対応する第３の高周波信号を、各検出対象周波数と各第３の周波数との差を一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部。
（４ｃ）整合動作オン信号が発生しているときに、周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部。
【００４３】
請求項３及び４に記載された発明によれば、反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分の双方を精度よく検出して、反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分の合成値を基準値以下とするように出力周波数を制御して整合動作を行わせることができるため、電力増幅部を保護する目的で進行波電力と反射波電力との合計値が基準値を超えないように制御する場合のように、反射波の基本周波数成分だけでなく、スプリアス成分も電力増幅部に多く戻ってくる場合に、整合動作を的確に行うことができる。
【００４４】
本願の請求項５に記載された発明は、本発明に係わる高周波電源装置の更に他の好ましい構成を示したもので、本発明においては、高周波電源装置が下記の要素を備えることにより構成される。
（５ａ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部。
（５ｂ）第１の高周波信号を増幅する電力増幅部。
（５ｃ）電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び負荷側から電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部。
（５ｄ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数を有する反射波基本波成分検出用高周波信号を発生する反射波基本波成分検出用高周波発生部。
（５ｅ）反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とする少なくとも１つのスプリアス周波数に対応して設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数を有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生する少なくとも１つの反射波スプリアス成分検出用高周波発生部。
（５ｆ）第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差を一定にするように反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部。
（５ｇ）高周波検出部により得られた進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して、第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る進行波検出用乗算部。
（５ｈ）進行波検出用乗算部の出力から第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号を抽出する進行波検出用フィルタ。
（５ｉ）進行波検出用フィルタにより抽出された進行波検出用差周波数信号のレベルを検出する進行波検出用差周波数信号レベル検出部。
（５ｊ）検出された進行波検出用差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部。
（５ｋ）高周波検出部により得られた反射波検出信号と反射波基本波成分検出用高周波信号とを乗算して、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差の周波数成分を含む信号を得る反射波基本波成分検出用乗算部。
（５ｌ）反射波検出用乗算部の出力から第１の周波数と反射波基本波検出用周波数との差の周波数を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を抽出する反射波基本波成分抽出用フィルタ。
（５ｍ）反射波基本波成分抽出用フィルタから出力される反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部。
（５ｎ）各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応させて設けられて、高周波検出部により得られた反射波検出信号と対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力信号とを乗算して、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数成分を含む信号を得る反射波スプリアス成分検出用乗算部。
（５ｏ）各反射波スプリアス成分検出用乗算部の出力から、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を抽出する反射波スプリアス成分抽出用フィルタ。
（５ｐ）各反射波スプリアス成分抽出用フィルタから出力される反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号レベル検出部。
（５ｑ）周波数制御部に設けられていて、反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく第１の高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を行わせる手段。
【００４５】
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明で用いる「整合動作を行わせる手段」の好ましい構成を明らかにしたもので、本発明においては、上記整合動作を行わせる手段が、下記の要素を備えることにより構成される。
（６ａ）反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生し、反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合動作判定部。
（６ｂ）整合動作オフ信号が発生しているときに第１の周波数を現時点での基準周波数に等しくするとともに、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差を一定とするように第１の高周波発生部及び反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、整合動作オン信号が発生しているときには設定した周波数範囲内で第１の周波数を変化させるべく第１の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、反射波基本波成分の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差及び各反射波スプリアス成分の周波数と対応する反射波スプリアス成分検出用周波数との差を一定に保ちつつ反射波基本波成分検出用高周波信号及び反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生させるべく反射波基本波成分検出用高周波発生部及び反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数設定部。
（６ｃ）整合動作オン信号が発生しているときに、周波数設定部が設定した周波数範囲内での第１の周波数の変化を完了する毎に該周波数範囲の第１の周波数の中から第２の差周波数信号のレベルが最小になる第１の周波数を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定する周波数特定部。
【００４６】
上記のように構成すると、反射波電力の基本周波数成分と、検出対象とするスプリアス成分との双方を同時に並行して検出して反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分との合成値を基準値以下に制限する整合動作を行わせることができるため、反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分との合成値を基準値以下に制限するように出力周波数を制御する整合動作を的確かつ迅速に行わせることができる。
【発明の効果】
【００４７】
請求項１ないし６に記載された発明によれば、周波数指令により指令された通りの出力周波数と振幅レベル指令により指令された通りの出力振幅レベルとを有する第１及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部を設けて、第１の高周波信号の周波数と第２の高周波信号の周波数との差を一定に保つように第１及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるようにしたので、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させた際に電力増幅部の出力の電力値と差周波数信号レベル検出部により検出されるレベルとの対応関係が変化するのを防ぐことができ、負荷に供給する高周波電力の電力値の制御の精密性をなんら損なうことなく、高周波電力の周波数を任意に変化させることができる高周波電源装置を得ることができる。
【００４８】
また本発明によれば、出力周波数を変化させた場合にも、反射波電力を精度よく検出することができるため、出力周波数を変化させながら反射波電力を小さくする周波数を探索して、探索した周波数を出力周波数とするように高周波発生部の出力周波数を制御する整合動作を精度よく行わせることができる。
【００４９】
特に請求項３または４に記載された発明によれば、出力周波数を変化させながら反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分とを精度よく検出することができるため、反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分との合成値を基準値以下に抑制するように出力周波数を制御する整合動作を高精度で行うことができる。
【００５０】
また請求項５及び６に記載された発明によれば、反射波電力の基本周波数成分と、検出対象とするスプリアス成分との双方を同時に並行して検出して反射波電力の基本周波数成分とスプリアス成分との合成値を基準値以下に制限する整合動作を行わせることができるため、反射波電力を基準値以下に制限するように出力周波数を制御する整合動作を的確かつ迅速に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係わる高周波電源装置の第１の実施形態の構成を示したものである。本実施形態では、出力周波数を可変とする場合に、進行波電力を設定値に保つ制御を精度よく行わせるとともに、出力周波数を変化させながら反射波電力の基本周波成分を精度よく検出して、反射波電力の基本周波数成分を基準値以下に抑制するように出力周波数を制御する整合動作を高精度で行わせるようにしたものである。
【００５２】
図１において、１０１は、第１の周波数指令Ｃf1により指令された出力周波数と第１の振幅レベル指令Ｃa1により指令された出力振幅レベルとを有する第１の高周波信号Ｓ1を発生する第１の高周波発生部、１０２は第２の周波数指令Ｃf2により指令された出力周波数と第２の振幅レベル指令Ｃa2により指令された出力振幅レベルとを有する第２の高周波信号Ｓ2を発生する第２の高周波発生部である。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２が、公知のＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）により構成されている。
【００５３】
また１０３は公知の電力増幅回路からなる電力増幅部で、第１の高周波信号Ｓ1を増幅して負荷に与える高周波電力を出力する。電力増幅部１０３の出力は図示しないインピーダンス整合装置を通してプラズマ処理装置等の負荷に供給される。なお、インピーダンス整合装置が用いられない場合もある。
【００５４】
１０４は、電力増幅部１０３の出力端と図示しないインピーダンス整合装置との間（インピーダンス整合装置が設けられない場合には、電力増幅部１０３の出力端と負荷との間）に挿入された高周波検出部である。高周波検出部１０４は、例えば方向性結合器からなっていて、電力増幅部１０３から負荷に向かう進行波電力の情報を含む進行波検出信号Ｓpと負荷側から電力増幅部１０３に向かう反射波電力の情報を含む反射波検出信号Ｓrとを出力する。
【００５５】
なお、高周波検出部１０４で得られる進行波検出信号の周波数成分は、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1を主成分とするが、それ以外にスプリアス成分を含んでいる。そして、スプリアス周波数も、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1の変化に応じて変化する。
【００５６】
１０５は第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差Δｆを一定に保つように第１及び第２の高周波発生部１０１及び１０２に周波数指令Ｃf1及びＣf2をそれぞれ与える周波数制御部である。
【００５７】
本実施形態で用いる周波数制御部１０５は、高周波電源装置の出力周波数を第１の周波数ｆ1とし、第１の周波数ｆ1に対して一定の差Δｆを有する周波数を第２の周波数ｆ2として、第１の周波数ｆ1を有する第１の高周波信号Ｓ1を発生させることを指令する第１の周波数指令Ｃf1及び第２の周波数ｆ2を有する第２の高周波信号Ｓ2を発生することを指令する第２の周波数指令Ｃf2をそれぞれ第1の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に同時に与えることにより、第１の高周波信号の周波数ｆ1と第２の高周波信号の周波数ｆ2との差を常に一定値Δｆ（＝｜ｆ1−ｆ2｜）に保つように、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２を制御する。ここで、第１の周波数ｆ1（第１の高周波発生部１０１の出力周波数）は、高周波電源装置の基本周波数と一致する。第２の周波数ｆ2は、第１の周波数ｆ1よりも低くてもよく、高くてもよい。
【００５８】
また１０７は、高周波検出部１０４が出力する進行波検出信号Ｓpと第２の高周波発生部１０２が出力する第２の高周波信号Ｓ2とが入力された第１の乗算部、１０９は第１の乗算部１０７の出力から進行波電力のレベルを示す第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタである。１１０は第１のフィルタ１０９から得られる第１の差周波数信号のレベル（進行波電力のレベル）を検出する第１の差周波数信号レベル検出部、１１１は高周波電源の出力（進行波電力）のレベルを設定する第１のレベル設定部、１１２は第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出された進行波電力のレベルを第１のレベル設定部１１２により設定されたレベルに等しくするように第１の高周波発生部１０１にレベル設定信号Ｃa1を与える第１のレベル制御部である。
【００５９】
更に詳細に説明すると、第１の乗算部１０７は、進行波検出信号Ｓpと第２の高周波信号Ｓ2とを乗算することにより、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差の周波数成分を含む信号Ｓfp′を出力する部分である。
【００６０】
第１のフィルタ１０９は、第１の乗算部１０７の出力から希望する第１の差周波数信号Ｓfpを抽出するフィルタである。このフィルタは、アナログフィルタ（パンドパスフィルタまたはローパスフィルタ）からなっていてもよく、デジタルフィルタからなっていてもよい。
【００６１】
周知のように、乗算部で２つの信号を乗算すると、２つの信号の周波数の差の周波数成分と、２つの信号の周波数の和の周波数成分とを含む信号が得られる。例えば図１４に示したシステムにおいて、第１の高周波電源装置１１の基本周波数（第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1）を50MHz、第２の高周波電源装置１２の基本周波数を2MHzとした場合について見ると、高周波電源装置１１の出力端子には、出力伝送系を通して、基本周波数50MHzの近傍にスプリアス成分として46，48，52，54MHzなどの成分が流入してくる。この場合、第２の高周波発生部１０２の出力周波数（第２の周波数ｆ2）を49.5MHzに設定して、希望の差周波数を0.5MHzとした場合、基本周波数50MHzに対する差周波数は0.5MHz、和周波数は99.5MHzとなる。同様に上記のスプリアス成分に対する差周波数は3.5，1.5，2.5，4.5MHzになり、和周波数は95.5，97.5，101.5, 103.5MHzとなる。スプリアス成分に対する差周波数はいずれも、基本周波数に対する差周波数よりも高い値を示す。
【００６２】
本発明においては、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差を常に一定値Δｆに保つように制御するため、図１４において、第１の高周波電源装置１１の基本周波数（第１の周波数ｆ1）を変化させた場合でも、基本周波数と第２の周波数ｆ2との差周波数は一定（上記の例では0.5MHz）となる。
【００６３】
例えば、第１の周波数ｆ1を50MHz→50.5MHz→51.0MHzのように変化させる場合、第２の周波数ｆ2は49.5MHz→50.0MHz→50.5MHzのように変化させられ、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差周波数が常に0.5MHz(一定)に保たれる。また、スプリアス周波数も、基本周波数（第１の周波数ｆ1）の変化に応じて変化するので、スプリアス周波数と第２の周波数との差周波数も上記の関係と変わらない。
【００６４】
したがって、第１のフィルタ１０９として、基本周波数に対する差周波数0.5MHzの成分を通過させ、スプリアス成分の差周波数以上の周波数成分を除去する特性を有するフィルタ（例えば、カットオフ周波数が１MHzの特性を有するもの）を用いれば、基本周波数に対する差周波数0.5MHzの成分を精度良く抽出することができる。
【００６５】
すなわち、第１のフィルタ１０９における抽出対象を、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差の周波数成分（0.5MHzの成分）とし、フィルタ１０９の特性を、スプリアス周波数と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差の周波数成分（3.5，1.5，2.5，4.5MHz等の周波数成分）を除去する特性にすれば、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1を変化させても、抽出対象の周波数は一定であるため、抽出対象の出力レベルはフィルタ１０９の周波数特性に影響されない。そのため、第１のフィルタ１０９により抽出された信号から、高周波検出部１０６から出力された進行波電力の基本周波数成分を精度良く検出することができる。
【００６６】
なお、図１４に示したシステムにおいて、第１の高周波電源装置１１の基本周波数が50MHzから50.5MHzに変化した場合、基本周波数50MHzに対する和周波数は100.5MHzとなり、上記に示した関係と異なる。また、スプリアス成分に対する和周波数も上記に示した関係と異なってしまう。しかし、これらの周波数成分は、第１のフィルタ１０９により除去される対象であるので、進行波電力の基本周波数成分の検出に影響を及ぼさない。
【００６７】
第１のフィルタ１０９により抽出された第１の差周波数信号Ｓfpは、第１の差周波数レベル検出部１１０に与えられる。第１の差周波数レベル検出部１１０は、差周波数信号Ｓfpをアナログ処理またはデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出する部分である。
【００６８】
差周波数信号Ｓfpをアナログ処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出する差周波数レベル検出部は、検波回路により構成することができる。差周波数信号Ｓfpをデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出する差周波数レベル検出部は、例えば、差周波数信号の値をサンプリングする手段と、そのサンプリング値から差周波数信号の平均値または実効値を演算する手段とにより構成できる。また差周波数信号を検波する検波回路と該検波回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とによっても、差周波数信号のレベルをデジタル量として出力する差周波数信号レベル検出部を得ることができる。
【００６９】
本実施形態では、差周波数信号Ｓfpをデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出するように（デジタル回路により）第１の差周波数レベル検出部１１０が構成されている。
【００７０】
第１の差周波数信号レベル検出部１１０をデジタル回路により構成する場合、該第１の差周波数信号レベル検出部が出力するレベル検出信号Ｓpaの値は、進行波検出信号Ｓpの大きさ（電圧値）を示す値でもよく、進行波検出信号の電圧値を換算して求めた進行波電力の電力値を示す値でもよい。本実施形態では、第１の差周波数信号レベル検出部１１０が、進行波電力の電力値を示す値を有するように構成されているものとする。
【００７１】
第１の差周波数信号レベル検出部１１０から得られる第１のレベル検出信号Ｓpaは、第１のレベル設定部１１１から出力される第１のレベル設定信号Ｓpasとともに第１のレベル制御部１１２に入力される。第１のレベル制御部１１２は、第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出されたレベルを、第１のレベル設定部１１１により設定された第１の設定レベルと比較演算して、その演算結果に基づいて電力増幅部１０３から負荷に向かう進行波電力を設定値に保つように、第１の高周波発生部１０１に第１の振幅レベル指令Ｃa1を与える部分である。
【００７２】
第１のレベル設定信号Ｓpasにより設定される第１の設定レベルは、電力増幅部１０３から出力される進行波電力の電力値を設定値に等しくするために必要な第１の高周波発生部１０１の出力レベルを与えるものである。
【００７３】
第１のレベル制御部１１２は、アナログ回路からなっていてもよく、デジタル回路からなっていてもよい。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１がＤＤＳからなっているため、第１のレベル制御部１１２から第１の高周波発生部１０１にデジタル信号からなる振幅レベル指令を与える必要がある。そのため、第１のレベル制御部１１２がアナログ回路により構成される場合には、第１のレベル制御部１１２の出力側にＡＤコンバータ等を設けて、第１のレベル制御部１１２の出力信号をデジタル信号に変換する必要がある。
【００７４】
本実施形態では、第１の差周波数信号レベル検出部１１０がデジタル回路からなっていて、レベル検出信号Ｓpaをデジタル信号として出力するため、第１のレベル制御部１１２もデジタル回路により構成されている。
【００７５】
第１のレベル制御部１１２は、差周波数信号Ｓfpのレベルを第１の設定レベルに等しくするために必要な第１の高周波信号Ｓ1のレベルを演算して、演算したレベルの第１の高周波信号Ｓ1を第１の高周波発生部１０１から発生させるように、第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与える。
【００７６】
本実施形態ではまた、第２の高周波発生部１０２の出力レベルを検出する出力レベル検出部１１３が設けられて、その出力信号Ｓ2aが、第２のレベル設定部１１４から出力される第２のレベル設定信号Ｓ2asと共に第２のレベル制御部１１５に入力されている。
【００７７】
第２のレベル制御部１１５は、出力レベル検出部１１３により検出された第２の高周波発生部１０２の出力レベルを第２のレベル設定部１１４により設定された第２の設定レベルと比較演算し、その演算結果に基づいて、第２の高周波発生部１０２が出力する第２の高周波信号Ｓ2のレベルを第２の設定レベルに保つように、第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与える。
【００７８】
本実施形態では、第２のレベル制御部１１５がデジタル回路からなっていて、出力レベル検出部１１３から得られるレベル検出信号Ｓ2aがＡ／Ｄ変換器を通して第２のレベル制御部１１５に与えられる。第２のレベル制御部１１５は、レベル検出信号Ｓ2aのレベルを第２の設定レベルに等しくするために必要な第２の高周波信号Ｓ2のレベルを演算して、演算したレベルの第２の高周波信号Ｓ2を第２の高周波発生部１０２から発生させるように、第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与える。
【００７９】
本実施形態の高周波電源装置においては、反射波電力の基本周波数成分を検出するため、第２の乗算部１２１と第２のフィルタ１２２と、第２の差周波数信号レベル検出部とが設けられている。
【００８０】
更に詳細に説明すると、第２の乗算部１２１は、反射波検出信号Ｓrと第２の高周波信号Ｓ2とを入力として、両信号を乗算することにより、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を含む信号Ｓfr′を出力する。
【００８１】
第２のフィルタ１２２は、ローパスフィルタからなっていて、第２の乗算部１２１の出力信号Ｓfr′から第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を有する第２の差周波数信号Ｓfrを抽出する。この差周波数信号Ｓfrは、反射波電力の基本周波数成分の情報を有する信号である。
【００８２】
第２の差周波数レベル検出部１２３は、第２の差周波数信号Ｓfrをアナログ処理またはデジタル処理することにより、第２の差周波数信号Ｓfrのレベルを示すレベル検出信号Ｓraを出力する部分であり、第１の差周波レベル検出部１１０と同様に構成される。第２の差周波数レベル検出部１２３が出力するレベル検出信号Ｓraは、反射波電力の基本周波数成分のレベルを示す信号である。本実施形態では、第２の差周波数信号レベル検出部１２３がデジタル回路により構成されていて、第２の差周波数信号レベル検出部１２３が出力するレベル検出信号Ｓraの値が、反射波電力の電力値を示すように構成されている。
【００８３】
本実施形態では、周波数制御部１０５が、メモリ１２４と、整合動作判定部１２５と、周波数設定部１２６と、周波数特定部１２７とにより構成されている。
【００８４】
メモリ１２４は、第１の周波数ｆ1の値を微小な周波数範囲ΔＦ内で変化させて、その周波数範囲内で反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1の値を探索する際に、第１の周波数ｆ1の一連の値に対して第２の差周波数信号レベル検出部１２３からそれぞれ出力されるレベル検出信号の値（反射波電力の電力値）を、第１の周波数ｆ1の値と関連づけて記憶する部分である。メモリ１２４に、レベル検出信号の値を第１の周波数と関連づけて記憶させることを可能にするため、第２の差周波数信号レベル検出部１２３に第１の周波数指令Ｃf1が入力されている。第２の差周波数信号レベル検出部１２３は、各第１の周波数ｆ1の値と各第１の周波数の値に対応するレベル検出信号Ｓraの値とをペアにしてメモリ１２４に出力する。このメモリ１２４の記憶内容から、設定した周波数範囲ΔＦ内で反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1の値が探索される。
【００８５】
上記のようにして、微小な周波数範囲において反射波電力を最小にする第１の周波数を探索する過程を繰り返すことにより、反射波電力を基準値以下にする基準周波数を特定し、第１の周波数ｆ1をこの基準周波数に等しくするように、周波数設定部１２６から第１の高周波発生部１０１に周波数指令Ｃf1を与えることにより、反射波電力を基準値以下に抑えるように第１の周波数を制御する整合動作を行わせる。
【００８６】
なお本実施形態で用いる整合動作の手法自体は図１７に示した方法と同様であり、既に公知である。
【００８７】
本実施形態では、整合動作判定部１２５で、整合動作を行う必要があると判定された場合にのみ、上記整合動作を行わせる。図示の整合動作判定部１２５は、反射波基準レベル設定部１２８と、整合開始判定部１２９と、整合終了判定部１３０とにより構成されている。整合開始判定部１２９は、第２の差周波数信号レベル検出部１２３から出力される第２の差周波数信号Ｓfrにより検出される反射波電力の値（レベル検出信号Ｓraの値）を、反射波基準レベル設定部１２８により与えられる反射波基準値と比較し、検出された反射波電力の値が反射波基準値を超えているときに整合動作を行う必要があると判定して整合動作オン信号Ｍonを発生する。
【００８８】
また整合終了判定部１３０は、後述する周波数特定部１２７から出力される反射波電力の最小値（第２の差周波数信号Ｓfrの最小レベル）を、反射波基準レベル設定部１２８により与えられる基準値と比較して、検出された反射波電力の値が基準値以下であるときに整合動作が不要であると判定して整合動作オフ信号Ｍoffを発生する。
【００８９】
前述のように、整合開始判定部１２９で整合動作オン信号を発生させるか否か（整合動作を開始するか否か）を判定するために用いる反射波基準値（制御開始基準値）は、整合動作オフ信号を発生させるか否か（整合動作を終了するか否か）を判定するために用いる反射波基準値（制御終了基準値）よりも大きい値に設定しておくのが好ましい。
【００９０】
周波数設定部１２６は、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に周波数指令を与える部分で、整合動作オフ信号Ｍoffが発生しているときには、第１の周波数ｆ1を現時点での基準周波数に等しくするとともに第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差を一定とするように、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に周波数指令Ｃf1及びＣf2を与える。周波数設定部１２６はまた、整合動作オン信号Ｍonが発生しているときに、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差を常に一定に保ちつつ、設定した微小な周波数範囲ΔＦ内で第１の周波数ｆ1を種々の値に変化させるべく第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に周波数指令Ｃf1及びＣf2を与える。
【００９１】
周波数特定部１２７は、高周波電源装置の出力の基準周波数を特定する部分で、整合動作オン信号Ｍonが与えられているときに、周波数設定部１２６が設定した周波数範囲ΔＦ内での第１の周波数ｆ1の１セットの変化を完了する毎に、該周波数範囲ΔＦ内の第１の周波数ｆ1（メモリ１２４に記憶されている。）の中から第２の差周波数信号Ｓfrのレベル（反射波電力の電力値）が最小になる第１の周波数ｆ1を探索する。また、探索した第１の周波数ｆ1に対応する第２の差周波数信号Ｓfrの最小レベル（反射波電力の最小値）を整合終了判定部１３０に与える。この最小レベルは、電圧値であってもよい。また周波数特定部１２７は、整合動作オフ信号Ｍoffが発生しているときに、整合動作オン信号Ｍonが発生していたときに最後に探索した第１の周波数ｆ1を現時点での基準周波数として特定する。
【００９２】
本実施形態では、第２の差周波数信号レベル検出部１２３の出力により検出される反射波電力の基本周波数成分が基準値を超えている間、設定した微小な周波数範囲ΔＦ内で第１の周波数ｆ1を変化させて、その周波数範囲ΔＦ内で反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1の値を探索し、探索した第１の周波数ｆ1をその探索が終了した時点での基準周波数として、第１の高周波発生部１０１の出力周波数（第１の周波数）を基準周波数に等しくし、かつ第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差を一定にするように、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２にそれぞれ周波数指令Ｃf1及びＣf2を与える過程を繰り返すことにより、反射波電力を基準値以下に抑制する整合動作を行わせる。
【００９３】
上記のように、本発明においては、第１の周波数ｆ1と第２の周波数との差を一定に保つように第１及び第２の高周波発生部１０１及び１０２に周波数指令Ｃf1及びＣf2を与えることにより、第１の高周波信号の周波数と第２の高周波信号の周波数との差を一定に保つので、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させるために第１の高周波発生部１０１の出力周波数を変化させても、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させた際に電力増幅部１０３の出力の電力値と差周波数信号レベル検出部１１０の出力信号のレベルとの対応関係が変化するのを防ぐことができ、負荷に供給する高周波電力の電力値の制御の精密性をなんら損なうことなく、高周波電力の周波数を任意に変化させることができる高周波電源装置を得ることができる。
【００９４】
また本実施形態の高周波電源装置においては、第２のレベル制御部１１５が、出力レベル検出部１１３により検出された第２の高周波発生部１０２の出力レベルを第２の設定レベルと比較演算して、その演算結果に基づいて第２の高周波発生部１０２の出力レベル（第２の高周波信号Ｓ2の信号レベル）を設定された一定値に保つように第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令を与えるため、第２の高周波発生部の出力レベルを常に一定のレベル（第２の設定レベル）に保つことができる。そのため、第２の高周波発生部の出力レベルの変動により、乗算部１０７の出力レベルが変動して、電力増幅部１０３の出力の電力値と第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出されるレベルとの対応関係が変化するのを防ぐことができる。
【００９５】
従って、本実施形態によれば、負荷に与える高周波電力の周波数を変化させた際に、フィルタの周波数特性に起因して電力増幅部１０３の出力の電力値と第１の差周波数信号レベル検出部１１０の出力信号のレベルとの対応関係が変化するのを防ぐとともに、第２の高周波発生部の出力レベルの変動により乗算部の出力が変動して電力増幅部１０３の出力の電力値と差周波数信号レベル検出部１１０により検出されるレベルとの対応関係が変化するのを防いで、高周波電力の電力値を設定値に保つ制御の精密性を高めることができる。
【００９６】
本実施形態のように、第２の高周波発生部１０２の出力レベルを一定に制御することが望ましいが、第２の高周波電源発生部１０２の出力に予測される変動が僅かである場合には、第２の高周波電源発生部１０２の出力レベルを制御する制御系を省略することができる。従って、本発明に係わる高周波電源装置の基本的な構成では、図１に示した実施形態の出力レベル検出部１１３、第２のレベル制御部１１５及び第２のレベル設定部１１４を省略することができる。
【００９７】
また本実施形態では、反射波検出信号Ｓrを第２の高周波信号Ｓ2と乗算して第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を含む信号Sfr′に変換した後、第２のフィルタ１２２により、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を有する第２の差周波数信号Ｓfrを抽出して、第２の差周波数レベル検出部１２３により、第２の差周波数信号Ｓfrのレベルを検出するので、反射波電力の基本周波数に対する差周波数成分を精度よく検出することができる。
【００９８】
即ち、第２のフィルタ１２２における抽出対象を、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分として、第２のフィルタ１２２の特性を、スプリアス周波数と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を除去する特性とすれば、第１の周波数ｆ1を変化させても、抽出対象の周波数は一定であるため、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、抽出対象のレベルを検出することができる。そのため、第２のフィルタ１２２により抽出された差周波数信号Ｓfrのレベルを第２の差周波数信号レベル検出部１２３で検出することにより、負荷側から電力増幅部１０３に戻ってくる反射波電力の基本周波数成分を精度良く検出することができる。
【００９９】
上記のように、本発明においては、第１の周波数ｆ1を変化させても、反射波電力の基本周波数成分を精度よく検出することができるため、第１の周波数ｆ1を設定した微小周波数範囲ΔＦ内で変化させながら、反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1を探索する手法を用いて、反射波電力を基準値以下に抑制するように第１の周波数ｆ1を制御する整合動作を精度よく行わせることができる。
【０１００】
上記の説明では、第１のレベル制御部１１２をデジタル回路により構成するとしたが、第１のレベル制御回路１１２をアナログ回路により構成することもできる。この場合には、第１のレベル制御部１１２に例えば比較回路が設けられて、該比較回路により、差周波数信号レベル検出部１１０から出力されるレベル検出信号Ｓpaのレベルと、第１のレベル設定部１１１から出力される第１のレベル設定信号Ｓpasのレベルとが比較される。第１のレベル制御部１１２は、この比較の結果、レベル検出信号Ｓpaのレベルが第１のレベル設定信号Ｓpasのレベルよりも高いときに、第１の高周波発生部１０１の出力レベルを低減させるように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与え、レベル検出信号Ｓpaのレベルが第１のレベル設定信号Ｓpasのレベルよりも低いときに、第１の高周波発生部１０１の出力レベルを増大させるように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与えることにより、第１の高周波発生部１０１の出力レベルを第１の設定レベルに等しくするように制御して、電力増幅部１０６から出力される進行波電力の電力値を設定値に収束させる。
【０１０１】
本実施形態のように、差周波数信号をデジタル処理することにより、そのレベルを検出するように、第１の差周波数信号レベル検出部１１０を構成する場合、差周波数レベル検出部１１０は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のような、内部の論理回路を適宜に定義、変更し得るゲートアレイを用いることにより容易に構成することができる。
【０１０２】
同様に、デジタル回路により構成される第２の差周波数信号レベル検出部１２３も、ＦＰＧＡ等のゲートアレイにより構成することができる。
【０１０３】
図１に示した実施形態において、周波数制御部１０５、第１の差周波数信号レベル検出部１１０、第１のレベル制御部１１２、出力レベル検出部１１３、第２のレベル制御部１１５をデジタル化する場合には、これらの部分をまとめてＦＰＧＡにより構成することができる。
【０１０４】
また図１に示した実施形態において、周波数制御部１０５の主要部をマイクロプロセッサを用いて構成することもできる。
【０１０５】
図１に示した実施形態の周波数設定部１２６、周波数特定部１２７及び整合動作判定部１２５をマイクロプロセッサを用いて構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図４ないし図６に示した。図４はメインルーチンを示し、図５は整合動作を開始するか否かを判定するための第１のサブルーチンを示している。また図６は整合動作時の処理を示す第２のサブルーチンを示している。
【０１０６】
図４のメインルーチンが開始されると、先ずステップＳ１０１で各部の初期化が行われる。この初期化のステップでは、メモリの内容が初期化されるとともに、整合判定部１２５が整合動作オフ信号Ｍoffを出力した状態にされる。また基準周波数の初期値が50MHzに設定される。
【０１０７】
次いでステップＳ１０２において、整合動作オン信号が出力されているか否かを判定し、整合動作オン信号が出力されていない場合には、ステップＳ１０３に進んで各高周波発生部の出力周波数を決定する。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１の出力周波数（第１の周波数）ｆ1を50.0MHzとし、第２の高周波発生部１０２の出力周波数（第２の周波数）ｆ2を49.5MHzとする。ステップＳ１０３を実行した後、後記するステップＳ１０６に進む。
【０１０８】
ステップＳ１０２において、整合動作オン信号が発生していると判定された場合には、ステップＳ１０４に進んで、反射波電力が小さくなる出力周波数（第１の周波数）を探索する制御を行う。そのため、周波数設定部１２６において、現時点での基準周波数に基づいて、所定の規則に従って第１の高周波発生部１０１の出力周波数を変更していき、同時に第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数を一定に保つように第２の高周波発生部１０２の出力周波数を変更していく。このとき、先ず第１の周波数ｆ1を定め、次に第１の周波数ｆ1に基づいて第２の周波数ｆ2を定める。
【０１０９】
図示のフローチャートでは、上記の処理を進める上で、第１の周波数ｆ1を表す変数を用い、この変数によって、第1の周波数を定めるようにしている。図示の例では、第１の周波数ｆ1を表す変数を「ｎ１」としている。ここで第1の周波数を現在の基準周波数を中心として±１０段階、すなわち、基準周波数を含めて２１段階に変化させるとすると、変数「ｎ１」は１〜２１の値をとる。変数ｎ1と各周波数との対応関係は予め規則を作って定めておく。最初は、「ｎ１＝１」とする。ステップＳ１０４は、変数ｎ１を初期化するためのステップである。
【０１１０】
ステップＳ１０４を実行した後、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、第１の周波数ｆ1を表わす変数ｎ1に基づいて第１の周波数ｆ1を定め、第１の周波数と第２の周波数との差が一定（本実施形態では0.5MHz）になるように第２の周波数ｆ2を定める。第２の周波数ｆ2は、第１の周波数ｆ1に基づいて自動的に決まる。
【０１１１】
一例として、第１の周波数ｆ1を、現在の基準周波数の±0.01MHzの範囲で0.001MHz刻みで、徐々に大きくしていくように変化させるものとする。現在の基準周波数を50MHzとすると、第１の周波数ｆ1は49.990MHz→49.991MHz→49.002MHz→…→50.000MHz→…→50.009MHz→50.010MHzのように変化させられる。第２の周波数ｆ2は49.490MHz→49.491MHz→…→49.500MHz→…→49.509MHz→49.510MHzのように変化させられる。
【０１１２】
次いでステップＳ１０６に進み、周波数指令及び振幅レベル指令に基づいて、各高周波発生部から高周波信号を出力させる。最初は各高周波発生部の出力周波数及び振幅共に初期値とする。周波数及び振幅の初期値の設定の仕方は、大きく分けて下記の３通りが考えられる。
（１）初期値を外部から各高周波発生部に入力する。例えば、周波数は周波数設定部１２６から各高周波発生部に入力し、振幅は図示しない外部装置から各高周波発生部に入力する。周波数及び振幅の両方の初期値を外部から入力するようにしてもよい。
（２）各高周波発生部に初期値を記憶させておく。
（３）他の機器や民生機器などによく見られるラストワンメモリー機能を各高周波発生部に搭載して、電源を切る寸前の最終の周波数及び振幅の値を記憶しておき、記憶した最終の値を周波数及び振幅の初期値とする。
【０１１３】
第１の高周波発生部から第１の高周波信号が発生することにより、電力増幅部１０３が出力を発生する（ステップＳ１０７）。
【０１１４】
次いで、ステップＳ１０８で高周波検出部１０４から進行波検出信号及び反射波検出信号を読み込み、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、第１の乗算部１０７の出力から第１のフィルタ１０９を通して第１の差周波数信号を抽出した後、第１の差周波数信号のレベルを第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出し、第１の差周波数レベル検出部１１０の出力から進行波電力のレベルを示す進行波検出値を得る。ステップＳ１０９ではまた、第２の乗算部１２１の出力から第２のフィルタ１２２を通して、第２の差周波数信号を抽出した後、第２の差周波数信号レベル検出部１２３でこの第２の差周波数信号のレベルを検出して、反射波電力のレベルを示す反射波検出値を得る。
【０１１５】
整合動作オン信号が発生しているときには、ステップＳ１０９において、検出された反射波検出値を第１の周波数と関連づけてメモリ１２４に記憶させる。メモリ１２４には、例えば、出力周波数（第１の周波数）49.990zMHz，49.991MHz，49.992MHz，…，50.000MHz，…，50.010MHz，50.010MHzに対して検出された反射波電力の電力値が60W，55W，53W，…，44W，…，28W，25Wのように記憶される。
【０１１６】
なお反射波検出値は必ずしも電力値として記憶させなくてもよく、第２の差周波数信号のレベルを示す電圧値として記憶させてもよい。
【０１１７】
本実施形態では、整合動作オフ信号が発生しているときに、第２の差周波数レベル検出部１２３から得られる反射波検出値をメモリ１２４に記憶する処理を行わないようにしている。その理由は、メモリに記憶されているデータを使用するときに、不要なデータがあると誤認識してしまうおそれがあるからである。整合動作オン信号が発生したときに、メモリの内容を初期化するなどの工夫をした場合には、この時点で反射波検出値をメモリに記憶させるようにしても問題がない。
【０１１８】
ステップＳ１０９の処理を実行した後、ステップＳ１１０を実行する。ステップＳ１１０では、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２の振幅制御を行う。この振幅制御では、第１の差周波数レベル検出部１１０から得られる進行波検出値を設定レベルと等しくするように、第１のレベル制御部１１２から第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与え、第２の高周波発生部１０２の出力を第２のレベル設定部１１４により設定された設定レベルと等しくするように、第２のレベル制御部１１５から第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与える。
【０１１９】
ステップＳ１１０の振幅制御を行った後、ステップＳ１１１で整合動作オン信号が発生しているか否かを判定する。その結果、整合動作オフ信号が発生している場合には、図５に示す第１のサブルーチンに進み（ステップＳ１１２）、整合動作オン信号が発生しているときには、図６に示す第２のサブルーチンに進む（ステップＳ１１３）。
【０１２０】
図５に示した第１のサブルーチンは、整合動作を開始するか否かを判定するサブルーチンで、このサブルーチンでは、ステップＳ２０１で第２の差周波数レベル検出部１２３の出力から求めた反射波検出値と反射波基準とを比較する。その結果、反射波検出値が反射波基準値以下であると判定されたときには、整合動作が不要であるとして、ステップＳ２０２で整合動作オフ信号を発生させ、ステップＳ２０３で図４のステップＳ１０２に戻る。またステップＳ２０１で、反射波検出値が反射波基準値を超えていると判定されたときには、整合動作が必要であるとして、ステップＳ２０４で整合動作オン信号を発生させた後、図４のステップＳ１０２に戻る。整合動作オン信号は、差周波数レベル検出部１２３、周波数設定部１２６及び整合終了判定部１３０に送られる。
【０１２１】
整合動作時の処理を行う図６に示した第２のサブルーチンでは、先ずステップＳ３０１で、反射波電力を最小にする周波数を探索するための１セットの周波数変化が完了したか否かを判定する。その結果、周波数変化が完了していないと判定されたときには、ステップＳ３０２に進んで変数ｎ1を１だけインクリメントし、その後図４のステップＳ１０５に戻る。
【０１２２】
図６の第２のサブルーチンのステップＳ３０１で周波数の変化が完了したと判定されたときには、ステップＳ３０４に進んで、第１の周波数変更完了信号を出力する。次いでステップＳ３０５で、第１の周波数変更完了信号を周波数特定部１２７に入力する。
【０１２３】
第１の周波数変更完了信号を周波数特定部１２７に入力した後、ステップＳ３０６に進んで、周波数特定部１２７で、メモリ１２４に記憶されている反射波検出値の中で一番小さいものに対応する第１の周波数ｆ1を特定し、この周波数ｆ1を新たな基準周波数とする。前述の例では、50.010MHzのときに反射波検出値が最も小さい値25Wを示しているので、50.010MHzを新たな基準周波数とする。
【０１２４】
次いでステップＳ３０７で新たな基準周波数を周波数設定部１２６に送る。周波数設定部１２６では、この周波数が現時点の基準周波数となる。
【０１２５】
次いで、ステップＳ３０８で最も小さい反射波検出値を整合終了判定部１３０に送り、ステップＳ３０９で整合終了判定部１３０に判定動作を行わせる。整合終了判定部１３０は、周波数特定部１２７から出力された反射波検出値（最小値）と反射波基準値とを比較して、整合動作を終了するか否かを判定する。反射波検出値が反射波基準値よりも小さいときには、整合動作は不要であるとして、ステップＳ３１０で整合動作オフ信号を出力し、ステップＳ３１１で図４のステップＳ１０２に戻る処理を行わせる。
【０１２６】
ステップＳ３０９で反射波検出値が反射波基準値よりも大きいと判定されたときにはステップＳ３１２で整合動作が開始されてから所定の時間が経過したか否かを判定する。その結果、所定の時間が経過していないと判定されたときにはステップＳ３１４に進んで、周波数の探索を続行するために図４のステップＳ１０４に戻る処理を行う。またステップＳ３１２で整合動作が開始されてから所定の時間が経過したと判定されたときには、何らかの異常があるので、ステップＳ３１３で異常信号を出力させ、ステップＳ３１５で処理を終了する。
【０１２７】
図４ないし図６に示したアルゴリズムによる場合には、図４のステップＳ１０２ないしＳ１０５、図６のステップＳ３０１ないしＳ３０５により周波数設定部１２６が構成される。また図５のサブルーチンと図６のステップＳ３０９，Ｓ３１０，Ｓ３１２及びＳ３１３とにより、整合動作判定部１２５が構成され、図６のステップＳ３０６ないしＳ３０８により周波数特定部１２７が構成される。
【０１２８】
図１に示した実施形態においては、第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出された進行波電力を設定値に保つように第１の高周波発生部１０１の出力の振幅を制御しているが、進行波電力及び反射波電力の合計値に対して電力増幅部１０３を保護するために、図１に波線で示したように、第１の差周波数信号レベル検出部１１０とともに第２の差周波数レベル検出部１２３の出力を第１のレベル制御部１１２に入力して、反射波電力の検出値と進行波電力の検出値との合計値が設定値を超えないように、第１の高周波発生部１０１に与える振幅レベル設定信号Ｃa1を制御するようにすることもできる。
【０１２９】
図２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。高周波電源装置から負荷に多くの電力を供給することを目的とする場合には、第１の実施形態で説明したように、基本周波数に対して反射波電力を小さくするように整合動作を行わせることが望ましい。
【０１３０】
一方、進行波電力と反射波電力との和が過大になると、電力増幅部１０３が破損するため、電力増幅部１０３を保護する目的で、進行波電力と反射波電力との和が基準値を超えないように制御する場合がある。
【０１３１】
高周波電源装置においては、基本周波数の反射波だけでなく、基本周波数の周辺の周波数成分の反射波も電力増幅部に戻ってくるため、電力増幅部の保護の観点からすると、反射波電力の基本周波数成分だけでなく、反射波電力の基本周波数の周辺の周波数成分をも小さくすることが重要である。この場合には、整合動作を行うに当って、基本周波数と基本周波数の周辺の周波数との双方に対して反射波電力を検出して、周波数特定部で、これらの反射波電力の合計値が小さくなるような周波数を特定するようにする必要がある。
【０１３２】
本実施形態では、基本周波数と基本周波数の周辺の周波数との双方に対して反射波電力を検出して、これらの反射波電力の合計値を基準値以下に抑制する整合動作を実現するために、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数ｆ3を有する複数の第３の高周波信号Ｓ3を時系列的に発生する第３の高周波発生部１３１を設けて、この第３の高周波発生部１３１と、第２の乗算部１２１と、第２のフィルタ１２２と、第２の差周波数信号レベル検出部１２３とにより、基本周波数及びその周辺の周波数成分の反射波を検出することを可能にしている。
【０１３３】
第３の高周波発生部１３１は、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２と同様に、周波数指令Ｃf3により指令された出力周波数と振幅レベル指令Ｃa3により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生する高周波発生部である。
【０１３４】
本実施形態では、第３の高周波信号発生部１３１の出力が、反射波検出信号Ｓrとともに第２の乗算部１２１に入力されている。また第３の高周波発生部１３１の出力レベルを一定に保って反射波電力を正確に検出することを可能にするため、第３の高周波信号Ｓ3の出力レベルを検出するレベル検出部１３２と、第３の高周波信号Ｓ3nの出力レベルの設定値を与えるレベル設定部１３３と、レベル検出部１３２により検出されたレベルをレベル設定部１３３により設定されたレベルに一致させるように第３の高周波発生部１３１に振幅レベル指令Ｃa3を与えるレベル制御部１３４とが設けられている。
【０１３５】
第２の乗算部１２１は、高周波検出部１０４により得られた反射波検出信号Ｓrと第３の高周波発生部１３１が時系列的に発生する第３の高周波信号とを順次乗算して、第１の周波数ｆ1と各第３の周波数ｆ3との差の周波数成分を含む信号を出力する。
【０１３６】
また第２のフィルタ１２２は、第２の乗算部１２１の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する各第３の周波数ｆ3との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して、各検出対象成分に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する。
【０１３７】
第２の差周波数レベル検出部１２３は、第２のフィルタ１２２から時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出してレベル検出信号を出力する。
【０１３８】
本実施形態では、周波数制御部１０５が、第１の周波数ｆ1と第２の周波数f2との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に周波数指令を与えるとともに、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数ｆ3を有する複数の第３の高周波信号Ｓ3を、各第３の周波数ｆ3と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与える。
【０１３９】
本実施形態では、周波数制御部１０５に、整合動作判定部１２５と、周波数設定部１２６と、周波数特定部１２７と、第１のメモリ１２４と、第２のメモリ１３６と、反射波情報検出部１３５とが設けられている。第１のメモリ１２４は図１の実施形態のメモリ１２４に対応するもので、第２の差周波数レベル検出部１２３により検出される反射波の電力値を、第１の周波数ｆ1と第３の周波数ｆ3と関連づけて記憶する。第２の差周波数レベル検出部１２３により検出される反射波の電力値を、第１の周波数ｆ1と第３の周波数ｆ3と関連づけて記憶することを可能にするため、第２の差周波数信号レベル検出部１２３に第１の周波数ｆ1を発生することを指令する周波数指令Ｃf1と、第３の周波数ｆ3を発生することを指令する周波数指令Ｃf3とが入力されている。第２の差周波数信号レベル検出部１２３は、反射波の電力値を検出する毎に、その検出値とともに対応する第１の周波数ｆ1の値と第３の周波数ｆ3の値とを第１のメモリ１２４に出力する。
【０１４０】
第３の周波数の１セットの変化が完了すると、周波数設定部１２６から反射波情報検出部１３５に第３の周波数完了信号が与えられる。このとき反射波情報検出部１３５は、第１のメモリ１２４に記憶された反射波電力の複数の検出対象周波数成分の反射波検出値の中から、基本周波数成分に対応する反射波検出値と、スプリアス成分に対応する反射波検出値のうち所定のレベルを超えるものとを選択して、選択した反射波検出値を加算する等の合成処理を行うことにより制御に用いる合成反射波検出値を演算する。反射波情報検出部１３５は、演算した各第１の周波数ｆ1に対する合成反射波検出値を、第１の周波数ｆ1とセットにして出力して第２のメモリ１３６に記憶させる。第２のメモリ１３６には、［第１の周波数ｆ1，合成反射波検出値］が、例えば、［49.990MHz，60W］，［49.991MHz, 55W］,［49.992MHz, 53W］，…，［50.000MHz, 44W］，…，［50.010MHz, 25W］のようにセットにして記憶される。整合動作を行う際には、これらの合成反射検出値の中から最小値を示すもの（この例では、25W）が選択されて、選択された合成反射検出値に対応する第１の周波数ｆ1（この例では50.010MHz）が新たな基準周波数として決定される。
【０１４１】
図２に示した実施形態のその他の構成は図１に示した実施形態と同様である。
【０１４２】
図２に示した実施形態の周波数設定部１２６、周波数特定部１２７及び整合動作判定部１２５をマイクロプロセッサを用いて構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図７ないし図９に示した。図７はメインルーチンを示し、図８は整合動作を開始するか否かを判定するための第１のサブルーチンを示している。また図９は整合動作時の処理を示す第２のサブルーチンを示している。
【０１４３】
本実施形態では、基本周波数を50MHzとし、検出したいスプリアス周波数を46，48，52及び54MHzとする。即ち、検出対象周波数を50，46，48，52及び54MHzとする。
整合動作がオフ状態にあるときには、第１の周波数ｆ1及び第２の周波数ｆ2を固定して第３の周波数ｆ3を時系列的に変化させる。例えば、第１の周波数ｆ1が50MHzである場合には、第2の周波数ｆ2を49.5MHzとして、第３の周波数ｆ3を45.5→47.5→49.5→51.5→53.5MHzのように時系列的に変化させる。このようにすれば、反射波の検出対象周波数に対して、0.5MHzだけ異なる周波数を有する差周波数信号が第２の乗算部１２１から出力され、第２のフィルタ１２２より、反射波電力の検出対象成分を示す差周波数信号を時系列的に出力させることができる。
【０１４４】
また整合動作がオン状態にあるとき（反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1を探索するとき）には、第１の周波数を設定した微小な周波数範囲で段階的に変化させる。一例を挙げると、基本周波数が50MHzである場合に、50MHzを中心にして±0.01MHzの範囲を第１の周波数ｆ1を変化させる周波数範囲として設定して、この周波数範囲で第1の周波数ｆ1を0.001MHz刻みで徐々に大きくしていくように変化させる。即ち、49.990MHzないし50.010MHzの周波数範囲を第1の周波数ｆ1を変化させる微小な周波数範囲とし、第１の周波数ｆ1を49.990→49.991→49,991→…→50,000→50,001→…→50.010のように段階的に変化させる。このとき第２の周波数ｆ2は第１の周波数ｆ1の各値との差が常に0.500MHzとなるように変化させる。また時系列的に発生させる第３の周波数の各値も第１の周波数ｆ1の値に対応させて変化させる。即ち、第３の周波数ｆ3は、基準周波数が50.000MHzであるときの値45.5，47.5，49.5，51.5及び53.5MHzを中心として±0.01MHzの範囲で0.001MHz刻みで変化させる。
【０１４５】
例えば、第１の周波数ｆ1が49.990MHzであるときには、第２の周波数ｆ2を49.490MHzとし、第３の周波数ｆ3を45,490MHz→47.490MHz→49.490MHz→51.490MHz→53.490MHｚのように変化させる。また第１の周波数ｆ1が50.000MHzであるときに、第２の周波数ｆ2を49.500MHzに固定し、第３の周波数ｆ3の値を45.500MHz→47.5MHz→49.5MHz→51.5MHz→53.5MHzのように変化させ、第１の周波数ｆ1が50.010MHzであるときには、第２の周波数ｆ2を49.510MHzに固定して、第３の周波数ｆ3の値を45.510MHz→47.510MHz→49.510MHz→51.510MHz→53.510MHzのように変化させる。
【０１４６】
図７に示したメインルーチンが開始されると、先ずステップＳ１０１で各部の初期化を行って、整合動作オフ信号を発生させ、基準周波数を50.0MHzとする。次いでステップＳ１０２で第３の周波数ｆ3を表す変数ｎ3を初期値１とする。
【０１４７】
第２の高周波発生部及び第３の高周波発生部の周波数は、第１の周波数ｆ1に基づいて自動的に決まる。第３の周波数ｆ3は、各第１の周波数に対して時系列的に変化させる。例えば、第１の周波数が50.0MHzであるときには、第３の周波数を45.5 → 47.5 →  49.5 → 51.5 → 53.5MHzのように時系列的に変化させる。なお、第３の周波数ｆ3が変化している間は、第１の周波数ｆ1及び第２の周波数ｆ2を変化させない。図７のフローチャートでは、上記のように処理を進める上で、第３の周波数ｆ3を表す変数を用い、この変数によって、第３の周波数を定めるようにしている。上記のように第３の周波数ｆ3を45.5 → 47.5 →  49.5 → 51.5 → 53.5MHzの５段階に変化させる場合、第３の周波数ｆ3の45.5，47.5，49.5，51.5及び53.5MHzの値をそれぞれ変数ｎ3の１ないし５の値で表す。
【０１４８】
次いでステップＳ１０３では、整合動作のオンオフを判定する。最初は整合動作がオフであるので、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、基準周波数に基づいて、各高周波発生部の出力周波数を決定する。第３の周波数ｆ3は、第１の周波数ｆ1と変数ｎ3とによって決まる。第１の周波数ｆ1、第２の周波数ｆ2及び第３の周波数ｆ3の初期値はそれぞれ50.0MHz、49.5MHz及び45.5MHzである。その後ステップＳ１０７に進む。
【０１４９】
ステップＳ１０３で整合動作がオンであると判定されたときには、ステップＳ１０５に進んで第１の周波数ｆ1を決める変数ｎ1及び第３の周波数ｎ3を初期値「１」にセットする。
【０１５０】
ステップＳ１０５を終了した後、ステップＳ１０６に進んで各高周波発生部の出力周波数を決定する。このとき、変数ｎ1により第1の周波数ｆ1を決定し、変数ｎ1の各値に対して、第２の周波数ｆ2の値、及び変数ｎ3により決まる第３の周波数ｆ3の値を決定する。例えば、第１の周波数が50.000MHzであるときには、第２の周波数を49.500MHzに固定した状態で、第３の周波数ｆ3を45.000MHz（ｎ3＝１のとき），47.500MHz（ｎ3＝２のとき），49.500MHz（ｎ3＝３のとき），51.500MH（ｎ3＝４のとき）及び53.500MHz（ｎ3＝５のとき）のように５段階に切り換える。また第１の周波数が50.010MHzであるときには、第２の周波数ｆ2を49.510MHzに固定した状態で、第３の周波数ｆ3を45.510MHz（ｎ3＝１），47.510MHz（ｎ3＝２），49.510MHz（ｎ3＝３），51.510MHz(ｎ3＝４)，53.510MHz（ｎ3＝５）の５段階に切り換える。
【０１５１】
ステップＳ１０４またはステップＳ１０６で各高周波発生部の出力周波数を決定した後、各高周波発生部に周波数指令及び振幅レベル指令を与えて、第１ないし第３の高周波発生部から高周波信号を発生させ（ステップＳ１０７）、電力増幅部から進行波電力を出力させる（ステップＳ１０８）。次いでステップＳ１０９で高周波検出部１０４が出力している進行波検出信号及び反射波検出信号を読み取り、ステップＳ１１０で第1の差周波数信号レベル検出部１１０及び第２の差周波数信号レベル検出部１２３からそれぞれ進行波検出値及び反射波検出値を出力する。
【０１５２】
ステップＳ１１０では、第１の差周波数信号レベル検出部１１０及び第２の差周波数信号レベル検出部１２３からそれぞれ出力された進行波検出値及び反射波検出値を第１のメモリ１２４に出力する。第１のメモリ１２４には、進行波検出値及び反射波検出値が第１の周波数ｆ1の値及び第３の周波数ｆ3の値と関連づけて記憶される。例えば、第１の周波数ｆ1が50MHzで、第３の周波数ｆ3を45.5MHz，47.5MHz，49.5MHz，51.5MHz及び53.5MHzとしたときの反射波検出値値がそれぞれ2W，5W，30W，5W及び2Wであったときには、第１のメモリ１２４に、第１の周波数ｆ1，第３の周波数ｆ3及び反射波検出値が、［50MHz，45.5MHz，2W],［50MHz，47.5MHz，5W], [50MHz，49.5MHz，30W]，[50MHz，51.5MHz，5W],［50MHz，53.5MH，2W］のように関連づけられて記憶される。
【０１５３】
次いでステップＳ１１１で第３の高周波発生部１３１の１セットの出力周波数（第３の周波数ｆ3）の変化（例えば、第１の周波数ｆ1が50.0MHzであるときには、45.5 → 47.5 →  49.5 → 51.5 → 53.5MHzの５段階の変化）が完了したか否かを判定し、完了していない場合にはステップＳ１１２に進んで第３の周波数ｆ3を決める変数ｎ3をインクリメントする。次いでステップＳ１１３に進んで整合動作がオンである（整合動作オン信号が発生している）か否かを判定する。その結果、整合動作がオフである場合には図７のステップＳ１０４に戻り、整合動作がオンである場合にはステップＳ１０６に戻る。
【０１５４】
ステップＳ１１１で第３の周波数ｆ3の１セットの変化が完了したと判定されたときには、ステップＳ１１６に進んで第３の周波数変更完了信号を周波数設定部１２６から反射波情報検出部１３５に与える。これにより反射波情報検出部１３５で合成反射波検出値を演算する。その後、第１の周波数ｆ1と合成反射波検出値とをセットにして第２のメモリ１３６に記憶させる。ステップＳ１１７では各高周波発生部に対して振幅レベル指令を与える振幅制御を行う。その後ステップＳ１１８で整合動作オン信号が発生しているか否かを判定し、発生していない場合には図８に示した第１のサブルーチンに進む。また整合動作オン信号が発生しているときには、図９に示した第２のサブルーチンに進む。
【０１５５】
図８に示した第1のサブルーチンは、整合動作を開始するか否かを判定するサブルーチンで、このサブルーチンでは、ステップＳ２０１で反射波情報検出部１３５から出力された合成反射波検出値と反射波基準とを比較する。その結果、合成反射波検出値が反射波基準値以下であると判定されたときには、整合動作が不要であるとして、ステップＳ２０２で整合動作オフ信号を発生させ、ステップＳ２０３で図７のステップＳ１０２に戻る。またステップＳ２０１で、反射波検出値が反射波基準値を超えていると判定されたときには、整合動作が必要であるとして、ステップＳ２０４で整合動作オン信号を発生させた後、図７のステップＳ１０２に戻る。整合動作オン信号は、反射波情報検出部１３５、周波数設定部１２６及び整合終了判定部１３０に送られる。整合動作オフ信号は、反射波情報検出部１３５及び周波数設定部１２６に与えられる。
【０１５６】
図９の第２のサブルーチンでは、ステップＳ３０１で変数ｎ1が最終値であるか否かを判定する。その結果、変数ｎ1が最終値でないと判定されたときには、ステップＳ３０２に進んで変数ｎ1をインクリメントし、図７のステップＳ１０６に戻る。ステップＳ３０１で変数ｎ1が最終値であると判定されたときには、ステップＳ３０４に進んで第１の周波数変更完了信号を周波数特定部１２７に入力し、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、第２のメモリ１３６に記憶されている合成反射波検出値の最小値に対応する周波数を新たな基準周波数とし、次いでステップＳ３０６で新たな基準周波数を周波数設定部１２６に送り、反射波検出値の最小値を整合終了判定部１３０に送る。次いでステップＳ３０７に進んで反射波検出値（合成反射波検出値）と反射波基準値とを比較する。その結果、反射波検出値が反射波基準値以下である場合には、ステップＳ３０８に進んで整合動作オフ信号を出力させた後、ステップＳ３０９で図７のステップＳ１０２に戻る。
【０１５７】
図９のステップＳ３０７で反射波検出値が反射波基準値を超えていると判定されたときには、ステップＳ３１０に進んで整合動作が開始されてから所定の時間（設定された時間）が経過したか否かを判定する。その結果、整合動作が開始されてから所定の時間が経過していないと判定されたときには、ステップＳ３１１で図７のステップＳ１０５に戻って、整合動作を再開させる。ステップＳ３１０で整合動作が開始されてから所定の時間が経過したと判定されたときには、何らかの異常があるので、ステップＳ３１２に進んで異常信号を発生させ、ステップＳ３１３で整合動作の処理を終了させる。
【０１５８】
図７ないし図９に示したアルゴリズムによる場合には、図７のステップＳ１０２ないしＳ１０６及び図９のステップＳ３０１ないしＳ３０４により周波数設定部１２６が構成される。また図８のサブルーチンと図９のステップＳ３０７，Ｓ３０８，Ｓ３１０及びＳ３１２とにより、整合動作判定部１２５が構成され、図９のステップＳ３０５及びＳ３０６により周波数特定部１２７が構成される。
【０１５９】
図３は、本発明の第３の実施形態の構成を示したものである。図２に示した実施形態では、第３の高周波発生部１３１から複数の高周波信号を時系列的に出力させることにより、反射波検出信号から各検出対象成分を検出する処理を順次行わせるようにしたが、図３の実施形態では、反射波電力の複数の検出対象周波数のそれぞれに対応する高周波発生部を設けて、反射波検出信号から各検出対象成分を検出する処理を同時に並行させて行わせる。
【０１６０】
本実施形態では、反射波電力の基本周波数50MHzの成分の他に、スプリアス周波数48MHz及び52MHzを検出対象周波数として、これらの３つの検出対象周波数に対して反射波電力を検出する。
【０１６１】
図３の実施形態においては、反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０と、第１及び第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂと、高周波検出部１０４から得られる反射波検出信号Ｓrと反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０の出力Ｓ3とを入力として反射波電力の基本周波数成分の反射波検出値を得る反射波基本波成分検出部１４２と、高周波検出部１０４から得られる反射波検出信号Ｓrと第１の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａの出力Ｓ3Aとを入力として反射波電力のスプリアス成分の反射波検出値を得る第１の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａと、高周波検出部１０４から得られる反射波検出信号Ｓrと第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ｂの出力Ｓ3Bとを入力として反射波電力のスプリアス成分の反射波検出値を得る第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ｂとが設けられ、反射波基本波成分検出部１４２の出力と、第１及び第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ及び１４３Ｂの出力とが反射波情報検出部１３５に入力されている。
【０１６２】
反射波スプリアス成分検出用高周波発生部は、検出対象とする反射波電力の各スプリアス周波数に対応させて、検出対象とするスプリアス周波数の数だけ設けられる。本実施形態では、反射波電力の基本周波数50MHzの他に、スプリアス周波数48MHzと52MHzとを検出対象周波数とするため、２つの反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂが設けられ、両反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂに対して反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ及び１４３Ｂが設けられている。
【０１６３】
反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０は、周波数指令Ｃf3により指令された出力周波数と振幅レベル指令Ｃa3により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数ｆ3を有する反射波基本波成分検出用高周波信号Ｓ3を発生する。
【０１６４】
第１及び第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂは、反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とするスプリアス周波数48MHz及び52MHzに対応して設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数ｆ3A及びｆ3Bを有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号Ｓ3A及びＳ3Bを発生する。
【０１６５】
反射波基本波成分検出部１４２は、高周波検出部１０４により得られた反射波検出信号Ｓrと反射波基本波成分検出用高周波信号Ｓ3とを乗算して、第１の周波数ｆ1と反射波基本波成分検出用周波数ｆ3との差の周波数成分を含む信号を得る反射波基本波成分検出用乗算部１２１′と、反射波検出用乗算部１２１′の出力から第１の周波数ｆ1と反射波基本波検出用周波数ｆ3との差の周波数を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を抽出する反射波基本波成分抽出用フィルタ１２２′と、反射波基本波成分抽出用フィルタ１２２′から出力される反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部１２３′と、高周波発生部１４０の出力レベルを検出するレベル検出部１３２′と、高周波発生部１４０の出力レベルの設定値を与えるレベル設定部１３３′と、レベル検出部１３２′により検出されたレベルをレベル設定部１３３′により設定されたレベルに一致させるように高周波発生部１４０に振幅レベル指令Ｃa3を与えるレベル制御部１３４′とにより構成されている。反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部１２３′で検出された反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを第１の周波数ｆ1及び反射波基本波成分検出用周波数ｆ3の値とに対応させて反射波情報検出部１３５に与えるため、反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部１２３′には、周波数設定部１２６から周波数指令Ｃf1とＣf3とが入力されている。
【０１６６】
図示してないが、第１及び第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ及び１４３Ｂも反射波基本波成分検出部と同様に構成されている。即ち、各反射波スプリアス成分検出部は、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応させて設けられて、高周波検出部により得られた反射波検出信号と対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力信号とを乗算して、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数成分を含む信号を得る反射波スプリアス成分検出用乗算部と、反射波スプリアス成分検出用乗算部の出力から、各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差の周波数を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を抽出する反射波スプリアス成分抽出用フィルタと、各反射波スプリアス成分抽出用フィルタから出力される反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号レベル検出部と、各高周波発生部の出力レベルを検出するレベル検出部と、各高周波発生部の出力レベルの設定値を与えるレベル設定部と、レベル検出部により検出された各高周波発生部の出力レベルをレベル設定部により設定されたレベルに一致させるように各高周波発生部に振幅レベル指令Ｃa3A，Ｃa3Bを与えるレベル制御部とにより構成されている。
【０１６７】
第１の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａの反射波スプリアス成分検出用差周波数信号レベル検出部には、周波数設定部１２６から周波数指令Ｃf1及びＣf3Aが入力され、第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ｂの反射波スプリアス成分検出用差周波数信号レベル検出部には、周波数設定部１２６から周波数指令Ｃf1及びＣf3Bが入力されている。
【０１６８】
また周波数制御部１０５は、反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力を基準値以下に抑えるべく、第１の高周波発生部１０１の出力周波数を制御する整合動作を行うように構成されている。
【０１６９】
図示の周波数制御部１０５は、整合動作判定部１２５と、周波数設定部１２６と、周波数特定部１２７と、反射波情報検出部１３５と、メモリ１３６とにより構成されている。
【０１７０】
整合動作判定部１２５は、反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値を超えているときに整合動作オン信号を発生する整合開始判定部１２９と、反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベル及び反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルにより検出される反射波電力が基準値以下であるときに整合動作オフ信号を発生する整合終了判定部１３０とにより構成されている。
【０１７１】
周波数設定部１２６は、整合動作判定部が整合動作オフ信号を発生しているときに第１の周波数ｆ1を現時点での基準周波数に等しくするとともに、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差を一定とするように第１の高周波発生部１０１及び反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０にそれぞれ周波数指令Ｃf1及びＣf3を与え、整合動作判定部１２５が整合動作オン信号を発生しているときには設定した周波数範囲内で第１の周波数ｆ1を変化させるべく第１の高周波発生部１０１に周波数指令Ｃf1を与えるとともに、反射波基本波成分の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差及び各反射波スプリアス成分の周波数と対応する反射波スプリアス成分検出用周波数との差を一定に保ちつつ反射波基本波成分検出用高周波信号Ｓ3及び反射波スプリアス成分検出用高周波信号Ｓ3A，Ｓ3Bを発生させるべく反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０に周波数指令Ｃf3を与えるとともに、反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂに周波数指令Ｃf3A及びＣf3Bを与えるように構成されている。
【０１７２】
周波数特定部１２７は、整合動作オン信号が発生しているときに、周波数設定部１２６が設定した微小周波数範囲内での第１の周波数ｆ1の変化を完了する毎にメモリ１３６に記憶されている合成反射波検出値（後述）の最小値に対応する第１の周波数ｆ1を探索して探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定し、整合動作オフ信号が発生しているときには、整合動作オン信号が発生していたときに最後に探索した第１の周波数を現時点での基準周波数として特定するように構成されている。
【０１７３】
図３に示した実施形態においても、高周波検出部により得られた進行波検出信号Ｓpと第２の高周波信号Ｓ2とを乗算して、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を含む信号を得る進行波検出用乗算部１０７′と、進行波検出用乗算部１０７′の出力から第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号を抽出する進行波検出用フィルタ１０９′と、進行波検出用フィルタ１０９′により抽出された進行波検出用差周波数信号のレベルを検出する進行波検出用差周波数信号レベル検出部１１０′と、進行波電力の設定レベルを与えるレベル設定部１１１′と、検出された進行波検出用差周波数信号のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部１０３から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与えるレベル制御部１１２′とが設けられている。
【０１７４】
また第２の高周波発生部１０２の出力レベルを一定に保つため、第２の高周波発生部の出力レベルを検出するレベル検出部１１３′と、第２の高周波発生部の出力の設定レベルを与えるレベル設定部１１４′と、レベル検出部１１３′により検出されるレベルを設定レベルに保つように第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与えるレベル制御部１１５′とが設けられている。
【０１７５】
反射波情報検出部１３５は、反射波基本波成分検出部１４２により検出された反射波の基本周波数成分の電力値を示す反射波検出値と、反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ，１４３Ｂにより検出された反射波のスプリアス成分の電力値を示す反射波検出値とを合成して（例えば加算して）、制御に用いる合成反射波検出値を演算する。反射波情報検出部１３５は、演算した各第１の周波数ｆ1に対する合成反射波検出値を、第１の周波数ｆ1とセットにして出力してメモリ１３６に記憶させる。
【０１７６】
図３の実施形態の周波数設定部１２６、周波数特定部１２７及び整合動作判定部１２５をマイクロプロセッサを用いて構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１０ないし図１２に示した。図１０はメインルーチンを示し、図１１は整合動作を開始するか否かを判定するための第１のサブルーチンを示している。また図１２は整合動作時の処理を示す第２のサブルーチンを示している。
【０１７７】
このアルゴリズムによる場合には、先ず図１０のステップＳ１０１において各部の初期化を行い、整合動作オフ信号を発生させるとともに、基準周波数を50MHzとする。次いで
ステップＳ１０２で整合動作オン信号が発生しているか否かを判定する。最初は整合動作オン信号が発生していないので、ステップＳ１０３に進んで各高周波発生部の出力周波数を決定する。最初は、各高周波発生部の出力周波数を設定された初期値とする。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２の出力周波数ｆ1及びｆ2の初期値をそれぞれ50.0MHz及び49.5MHzとする。また反射波基本波成分検出用高周波発生部１４０の出力周波数ｆ3の初期値を49.5MHzとし、第１及び第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１４１Ａ及び１４１Ｂの出力周波数の初期値をそれぞれ47.5MHz及び51.5MHzとする。その後ステップＳ１０６に進む。
【０１７８】
ステップＳ１０２で整合動作オン信号が発生していると判定されたときは、ステップＳ１０４に進む。次いで、ステップＳ１０４で、第１の周波数を微小周波数範囲内で変化させながら反射波電力を最小にする第１の周波数を探索して整合動作を行う際の第１の周波数ｆ1の値を決定する変数ｎ１を初期値「１」に設定する。本実施形態では、第1の周波数を現在の基準周波数を中心として0.001MHz刻みで±１０段階、すなわち、基準周波数を含めて２１段階に変化させるものとする。この場合、「ｎ１」は１〜２１の変数で表す。
【０１７９】
このように第１の周波数を変化させる場合、第１の周波数ｆ1、第２の周波数ｆ2、反射波基本波成分検出用高周波発生部の出力周波数ｆ3、第１の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数ｆ3A及び第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数ｆ3B［ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ3A，ｆ3B］の変化を示すと、［49.990MHz，49.490MHz，49.490MHz，47.490MHz，51.490MHz］，［49.991MHz，49.491MHz，49.491MHz，47.491MHz，51.491MHz］，［49.992MHz，49.492MHz，49.492MHz，47.492MHz，51.492MHz］，…，［50.000MHz，49.500MHz，49.500MHz，47.500MHz，51.500MHz］，…，［50.009MHz，49.509MHz，49.509MHz，47.509MHz，51.509MHz］，［50.010MHz，49.510MHz，49.510MHz，47.510MHz，51.510MHz］のようになる。
【０１８０】
ステップＳ１０５で第１の周波数ｆ1を決定し、決定した第１の周波数ｆ1に基づいて各高周波発生部の出力周波数を決定する。最初は第１の周波数ｆ1を50MHzとする。次いで、ステップＳ１０６で各高周波発生部に周波数指令及び振幅レベル指令を与えて、各高周波発生部から高周波信号を発生させ、電力増幅部１０３から進行波電力を発生させる（ステップ１０７）。次いでステップＳ１０８で高周波検出部１０４から進行波検出信号Ｓp及び反射波検出信号Ｓrを読み込み、ステップＳ１０９で進行波差周波数信号レベル検出部１１０′、反射波基本波成分検出用差周波数信号レベル検出部１２３′及び反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ，１４３Ｂ内の差周波数信号レベル検出部から進行波検出値及び反射波検出値を得るための処理を行う。
【０１８１】
この処理では、乗算部１０７′に、進行波検出信号Ｓpおよび第２の高周波信号Ｓ2を入力して、両信号の周波数の差の周波数成分を含む信号を得た後、フィルタ１０９′を通して差周波数信号を抽出し、差周波数信号レベル検出部１１０′により、差周波数信号のレベルを検出して進行波検出値を得る。また乗算部１２１′に反射波検出信号と、高周波発生部１４０の出力信号とを入力して、両信号を乗算することにより、両信号の周波数の差の周波数を有する信号を得た後、フィルタ１２２′により差周波数信号を抽出し、抽出した差周波数信号のレベルを差周波数信号レベル検出部１２３′により検出して反射波電力の基本周波数成分の電力値を示す反射波検出値を得る。同様に、第１及び第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａ及び１４３Ｂ内の差周波数信号レベル検出部から反射波電力のスプリアス成分の電力値を示す反射波検出値を得る。
【０１８２】
上記の反射波検出値の内、反射波基本波成分検出部１４２から得られる反射波検出値は、第１の周波数ｆ1の値及び周波数ｆ3の値と関連づけられて反射波情報検出部１３５に与えられる。また第１の反射波スプリアス成分検出部１４３Ａから得られる反射波検出値は、第１の周波数ｆ1の値及び周波数ｆ3Aの値と関連づけられて反射波情報検出部１３５に与えられ、第２の反射波スプリアス成分検出部１４３Ｂから得られる反射波検出値は、第１の周波数ｆ1の値及び周波数ｆ3Bの値と関連づけられて反射波情報検出部１３５に与えられる。
【０１８３】
ステップＳ１０９を実行した後、ステップＳ１１０に進んで、反射波情報検出部１３５で合成された合成反射波検出値を演算し、ステップＳ１１１で整合動作オン信号が発生しているか否かを判定する。その結果、整合動作オン信号が発生していると判定されたときには、ステップＳ１１２に進んで合成反射波検出値をメモリ１３６に記憶させる。次いでステップＳ１１３では各高周波発生部に対して振幅レベル指令を与える振幅制御を行い、ステップＳ１１４で整合動作オン信号が発生しているか否かを判定する。その結果、整合動作オン信号が発生していないと判定されたときには図１１の第１のサブルーチンに進み、整合動作オン信号が発生していると判定されたときには図１２の第２のサブルーチンに進む。ステップＳ１１１において、整合動作オン信号が発生していないと判定されたときにはステップＳ１１３に進む。
【０１８４】
メモリ１３６には、［49.990MHz，60W］，［49.991MHz，55W］，［49.992MHz，53W］，…，［50.000MHz，44W］，…，［50.009MHz，28W］，［50.010MHz，25W］のように、合成反射波検出値が第１の周波数ｆ1の値と関連づけられて記憶される。
【０１８５】
図１１に示した第1のサブルーチンは、整合動作を開始するか否かを判定するサブルーチンで、このサブルーチンでは、ステップＳ２０１で反射波情報検出部１３５から出力される合成反射波検出値と反射波基準とを比較する。その結果、反射波検出値が反射波基準値以下であると判定されたときには、整合動作が不要であるとして、ステップＳ２０２で整合動作オフ信号を発生させ、ステップＳ２０３で図１０のステップＳ１０２に戻る。またステップＳ２０１で、反射波検出値が反射波基準値を超えていると判定されたときには、整合動作が必要であるとして、ステップＳ２０４で整合動作オン信号を発生させた後、図１０のステップＳ１０２に戻る。整合動作オン信号は、反射波情報検出部１３５、周波数設定部１２６及び整合終了判定部１３０に送られる。整合動作オフ信号は、反射波情報検出部１３５及び周波数設定部１２６に与えられる。
【０１８６】
図１２に示した第２のサブルーチンでは、ステップＳ３０１で変数ｎ1が最終値であるか否かを判定する。その結果、変数ｎ1が最終値でないと判定されたときには、ステップＳ３０２に進んで変数ｎ1をインクリメントし、ステップ３０３で図１０のステップＳ１０５に進む。ステップＳ３０１で変数ｎ1が最終値であると判定されたときには、ステップＳ３０４に進んで第１の周波数変更完了信号を周波数特定部１２７に入力し、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、メモリ１３６に記憶されている合成反射波検出値の最小値に対応する周波数ｆ1を新たな基準周波数とし、次いでステップＳ３０６で新たな基準周波数を周波数設定部１２６に送り、反射波検出値の最小値を整合終了判定部１３０に送る。次いでステップＳ３０７に進んで反射波検出値（合成反射波検出値）と反射波基準値とを比較する。その結果、合成反射波検出値が反射波基準値以下である場合には、ステップＳ３０８に進んで整合動作オフ信号を出力させた後、ステップＳ３０９で図１０のステップＳ１０２に戻る。
【０１８７】
図１２のステップＳ３０７で合成反射波検出値が反射波基準値を超えていると判定されたときには、ステップＳ３１０に進んで整合動作が開始されてから所定の時間（設定された時間）が経過したか否かを判定する。その結果、整合動作が開始されてから所定の時間が経過していないと判定されたときには、ステップＳ３１１で図１０のステップＳ１０４に戻って、整合動作を再開させる。ステップＳ３１０で整合動作が開始されてから所定の時間が経過したと判定されたときには、何らかの異常があるので、ステップＳ３１２に進んで異常信号を発生させ、ステップＳ３１３で整合動作の処理を終了させる。
【０１８８】
図１０ないし図１２に示したアルゴリズムによる場合には、図１０のステップＳ１０２ないしＳ１０５及び図１２のステップＳ３０１ないしＳ３０３により周波数設定部１２６が構成される。また図１１のサブルーチンと図１２のステップＳ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０９及びＳ３１１により、整合動作判定部１２５が構成され、図１２のステップＳ３０４及びＳ３０５により周波数特定部１２７が構成される。
【０１８９】
上記の各実施形態では、進行波電力の検出値を設定値に保つように第１の高周波発生部１０１の出力レベルを制御しているが、電力増幅部１０３を保護するために、進行波電力の検出値と反射波電力の検出値との和を設定値に保つように、第１の高周波発生部１０１の出力レベルを制御することもできる。即ち、反射波電力の検出値は、整合動作に用いるだけでなく、電力増幅部を保護するための出力制御にも用いることができる。
【０１９０】
また、上記の各実施形態では、整合動作オン時に、反射波電力が小さくなる出力周波数（第１の周波数）を探索する制御を行う際に、第１の周波数ｆ1を0.001MHz刻みで変化させていたが、これに限定されるものではなく、例えば、0.01MHz刻みで変化させるようにしてもよい。
【０１９１】
また上記の各実施形態では、整合動作オン時に、反射波電力が小さくなる出力周波数（第１の周波数）を探索する制御を行う際に、第１の周波数ｆ1を２１段階に徐々に大きくしていくように変化させていたが、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献４（特開２００６−２８６２５４号公報）に示されているように、黄金比を用いて現在の基準周波数の前後にある２つの周波数に変化させるようにしてもよい。
【０１９２】
また上記の第２の実施形態及び第３の実施形態で示した反射波のスプリアス成分を検出する構成は、進行波のスプリアス成分を検出する構成に応用できる。すなわち、反射波のスプリアス成分を検出する場合は、乗算部において反射波検出信号Ｓr及び高周波発生部から出力される高周波信号を乗算していたが、進行波のスプリアス成分を検出したい場合には、乗算部において進行検出信号Ｓp及び高周波発生部から出力される高周波信号を乗算すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図４】図１の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図５】図１の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第１のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図６】図１の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第２のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図７】図２の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図８】図２の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第１のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図９】図２の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第２のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１０】図３の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１１】図３の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第１のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１２】図３の実施形態の要部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムの第２のサブルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１３】従来の高周波電源装置の構成を示したブロック図である。
【図１４】プラズマ処理装置等の負荷に出力周波数が異なる２つの高周波電源装置から電力を供給するシステムの構成を示したブロック図である。
【図１５】図１４に示したシステムにおいて、電力増幅部の出力側で検出される進行波電力の周波数分布の一例を示した周波数スペクトラムである。
【図１６】図１４に示したシステムにおいて、電力増幅部の出力側で検出される反射波電力の周波数分布の一例を示した周波数スペクトラムである。
【図１７】本発明が対象とする高周波電源装置において、反射波電力を基準値以下に抑制するように出力周波数を制御する整合動作を説明するためのグラフである。
【図１８】本発明が対象とする高周波電源装置において用いられるフィルタの周波数特性の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１９４】
１０１  第１の高周波発生部
１０２  第２の高周波発生部
１０３  電力増幅部
１０４  高周波検出部
１０５  周波数制御部
１０６  周波数特定部
１０７  乗算部（第１の乗算部）
１０９  フィルタ（第１のフィルタ）
１１０  差周波数信号レベル検出部（第１の差周波数信号レベル検出部）
１１１  第１のレベル設定部
１１２  第１のレベル制御部
１１３  出力レベル検出部
１１４  第２のレベル設定部
１１５  第２のレベル制御部
１２１  第２の乗算部
１２２  第２のフィルタ
１２３  第２の差周波数信号レベル検出部
１２４  メモリ（第１のメモリ）
１２５  整合動作判定部
１２８  反射波基準レベル設定部
１２９  整合開始判定部
１３０  整合終了判定部
１３１  第３の高周波発生部
１３２  レベル検出部
１３３  レベル設定部
１３４  レベル制御部
１３５  反射波情報検出部
１３６  第２のメモリ
１４０  反射波基本波成分検出用高周波発生部
１４１Ａ  第１の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部
１４１Ｂ  第２の反射波スプリアス成分検出用高周波発生部
１４２  反射波基本波成分検出部
１４３Ａ  第１の反射波スプリアス成分検出部
１４３Ｂ  第２の反射波スプリアス成分検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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