(57)【要約】【課題】負荷との間のインピーダンスの整合がとれていない状態でも、装置の性能限界に近い高周波電力を出力することができる高周波電源装置を提供する。【解決手段】高周波信号を増幅するパワーアンプ１２の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタ１５として、一つのλ／４形Ｔ形ローパスフィルタのみが有効に働く第１の回路構成と、縦続接続された二つのλ／４形π形ローパスフィルタが有効に働く第２の回路構成とをスイッチにより切り換えることができるように構成されたものを用いる。高周波電源装置１の出力端における反射係数から、高周波電源装置から負荷側を見たインピーダンスが誘導性であるか容量性であるかを判別して、その判別結果に応じて、上記スイッチを制御することにより、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにした。【選択図】    図１
2014121247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を増幅して高周波電力を出力するパワーアンプと、前記パワーアンプの出力から高調波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した高周波電力を負荷に向けて出力する高周波電力出力端子と、前記高周波電力出力端子を通して負荷に供給される進行波電力と負荷側から前記高周波電力出力端子に戻ってくる反射電力とを検出するパワー検出器と、前記パワー検出器により検出される進行波電力及び反射電力に応じて前記パワーアンプの出力を制御する制御部とを備えた高周波電源装置において、
前記パワーアンプの出力端と前記高周波電力出力端子との間に設けられて、前記パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を前記高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有する第１の回路構成と、前記パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相と前記高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相とをほぼ同じにする特性を有する第２の回路構成とをとり得るように構成された位相変換部と、
前記位相変換部の回路構成を前記第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えるスイッチ回路と、
前記パワー検出器により検出された進行波電力と反射電力とから、前記高周波電力出力端子の位置での反射係数Γの大きさと位相角θとを演算する反射係数演算部と、
前記高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの状態を前記反射係数演算部により演算された反射係数から判定して、前記パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスを常に誘導性とするように前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部と、
を具備してなる高周波電源装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御部は、前記高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスが誘導性、容量性、短絡状態及び開放状態のいずれであるかを前記反射係数から判定して、前記インピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるときに前記位相変換部の回路構成を前記第１の回路構成とし、前記インピーダンスが誘導性であるか開放状態であるときには前記位相変換部の回路構成を前記第２の回路構成とするように前記スイッチ回路を制御する請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタは、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有するλ／４形ローパスフィルタ（λは前記パワーアンプから出力される高周波電圧の波長）を複数個構成し得る回路構成を有していて、前記ローパスフィルタが前記位相変換部を兼ねており、
前記スイッチ回路は、縦続接続された奇数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を前記第１の回路構成とし、縦続接続された偶数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を前記第２の回路構成として、前記ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電源装置。
【請求項４】
前記ローパスフィルタは、２段のλ／４形のπ形ローパスフィルタを構成し得る回路構成を有し、
前記スイッチ回路は、前記２段のπ形ローパスフィルタを構成している要素の一部を切り離すことにより１段のλ／４形のＴ形ローパスフィルタのみを有効にした回路構成を前記第１の回路構成とし、前記２段のπ形ローパスフィルタを有効にした回路構成を前記第２の回路構成として前記ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成されていること、
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】
前記ローパスフィルタは、２段のλ／４形のπ形ローパスフィルタを構成し得る回路構成を有し、
前記スイッチ回路は、前記２段のπ形ローパスフィルタの一方のみを有効にした回路構成を前記第１の回路構成とし、前記２段のπ形ローパスフィルタの双方を有効にした回路構成を前記第２の回路構成として前記ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成されていること、
を特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項６】
前記ローパスフィルタは２段のλ／４形のＴ形ローパスフィルタを構成し得る回路構成を有し、  前記スイッチ回路は、前記２段のＴ形ローパスフィルタの一方のみを有効にした回路構成を前記第１の回路構成とし、前記２段のＴ形ローパスフィルタの双方を有効にした回路構成を前記第２の回路構成として前記ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成されていること、
を特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項７】
前記位相変換部は、前記パワーアンプから出力される高周波電圧の波長の１／４の長さを有する複数の線路からなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電源装置。
【請求項８】
前記スイッチ回路は真空スイッチにより構成されている請求項１ないし７の何れか１つに記載の高周波電源装置。
【請求項９】
前記スイッチ回路はピンダイオードにより構成されている請求項１ないし７の何れか１つ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、プラズマ処理装置等の負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体のエッチングなどのプラズマ処理を行う場合には、図８に示すように、商用周波数の交流入力を高周波出力に変換する高周波電源装置１を設けて、高周波電源装置１の出力を、インピーダンス整合器２を通してプラズマ処理装置（負荷）３に供給している。
【０００３】
高周波電源装置１は、例えば図９に示したように、可変直流電源１１と、可変直流電源１１の出力を電源として動作するスイッチングアンプからなるパワーアンプ１２と、高周波電力の基本周波数を有する高周波信号を発生する高周波発振部１３と、高周波信号を増幅してパワーアンプ１２から高周波電力を出力させるべく、高周波発振部１３が出力する高周波信号によりパワーアンプ１２を駆動するドライバ１４と、パワーアンプ１２の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタ１５と、ローパスフィルタを通過した高周波電力を負荷に向けて出力する高周波電力出力端子１ａと、高周波電力出力端子１ａを通して負荷に供給される進行波と、負荷から戻ってくる反射波とを検出して、進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射電力検出信号Ｐｒを出力するパワー検出器１６と、進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射電力検出信号Ｐｒと、進行波電力設定信号ＰＳと、反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓとを入力として可変直流電源１１を制御する制御部１７とにより構成される。
【０００４】
可変直流電源１１は例えば、商用周波数の交流入力を整流する整流回路と、この整流回路の直流出力を交流出力に変換するインバータと、このインバータの出力を整流して平滑する整流平滑回路とからなっていて、インバータの交流出力をＰＷＭ制御することにより、レベルが調整された直流電力を出力する。
【０００５】
パワーアンプ１２を構成するスイッチングアンプは、例えば可変直流電源１１の出力が直流入力端子に印加されたフルブリッジ型のインバータにより構成される。ドライバ１４は、高周波発振部１３が出力する高周波信号に応じてスイッチングアンプを構成するインバータの各アームのスイッチ素子の制御端子に駆動信号を与えて、高周波信号に応じてインバータのスイッチ素子をオンオフさせることにより、高周波発振部１３が出力する高周波信号の周波数を基本周波数とした高周波電力をパワーアンプ１２から出力させる。この場合、高周波電力のレベルは、可変直流電源１１の出力を制御することにより制御される。
【０００６】
制御部１７は、進行波電力設定信号ＰＳと進行波電力検出信号Ｐｆとを比較して、パワー検出器１６が出力する進行波電力検出信号Ｐｆを進行波電力設定信号ＰＳに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する定常時出力制御を行うとともに、反射電力検出信号Ｐｒと反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓとを比較して、反射電力検出信号Ｐｒが保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓを超えたとき（反射電力が保護レベルを超えたとき）に、パワーアンプ１２の出力を抑制して、反射電力検出信号Ｐｒを保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する保護制御を行う。制御部１７はまた、ドライバ１４の出力のｏｎ／ｏｆｆや、ドライバ１４の出力の振幅の調整等を行う。この種の高周波電源装置は例えば特許文献１に示されている。
【０００７】
上記の例では、直流電力を高周波電力に変換するパワーアンプ１２としてスイッチングアンプを用いているが、特許文献２に示されているように、直流電源の出力を電源として、高周波発振部の出力を電力増幅するリニアアンプによりパワーアンプを構成する場合もある。図１０は、リニアアンプからなるパワーアンプを用いた高周波電源装置１の構成例を示している。この高周波電源装置１は、一定の直流電圧を出力する直流電源２１と、直流電源２１の出力を電源として動作するリニアアンプからなるパワーアンプ２２と、高周波出力の基本周波数を有する高周波信号を発生する高周波発振部２３と、高周波発振部２３が出力する高周波信号を増幅してパワーアンプ２２に入力するプリアンプ２４と、パワーアンプ２２の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタ２５と、ローパスフィルタを通過した高周波電力を負荷に向けて出力する高周波電力出力端子１ａと、高周波電力出力端子１ａを通して負荷に供給される進行波電力と負荷側から高周波電力出力端子１ａに戻ってくる反射電力とを検出して進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射電力検出信号Ｐｒを出力するパワー検出器２６と、進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射電力検出信号Ｐｒと、進行波電力設定信号ＰＳと、反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓとを入力としてプリアンプ２４を制御するとともに、直流電源部２１の出力電圧を一定に保つように制御する制御部２７とにより構成されている。制御部２７は、パワー検出器２６が出力する進行波電力検出信号Ｐｆを進行波電力設定信号ＰＳに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する定常時出力制御と、反射電力検出信号Ｐｒが保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓを超えたときに、パワーアンプ２２の出力を抑制して、反射電力検出信号Ｐｒを保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓに等しくするようにパワーアンプを制御する保護制御とを行う。図１０に示された制御部２７はまた、直流電源２１の出力のｏｎ／ｏｆｆや、直流電源２１の出力レベルの調整等を行う。
【０００８】
図９及び図１０に示された高周波電源装置は、パワーアンプがスイッチングアンプにより構成されるか、リニアアンプにより構成されるかの違いがあるだけで、それぞれの主要部の構成はほぼ同じである。この種の高周波電源装置に用いられる制御部１７，２７は例えば図１１に示すように構成されている。
【０００９】
図１１に示された制御部は、反射電力が保護レベル以下の定常時に進行波電力を設定レベルに保つようにパワーアンプ１２又は２２を制御する定常時出力制御手段３１と、反射電力が設定された保護レベルを超えた時に反射電力を保護レベルに保つようにパワーアンプ１２又は２２を制御する反射電力保護手段３２と、直流電源から出力される直流電流、直流電圧、負荷に供給される高周波電流、パワーアンプで生じる損失等の他の因子が保護レベルを超えたときに当該他の因子を保護レベルに保つようにパワーアンプを制御する他の因子保護手段３３とにより構成されている。
【００１０】
定常時（反射電力が設定された保護レベル以下の時）には、定常時出力制御手段３１のみが動作する。ここで、保護レベルとは、パワーアンプを破損することなく動作させることができる反射電力の最大レベル以下に設定されたレベルであり、パワーアンプは、反射電力がこの保護レベル以下であれば破損することなく動作することができる。
【００１１】
定常時出力制御手段３１は、進行波電力設定信号ＰＳと進行波電力検出信号Ｐｆとを比較して、両者の値を等しくするように制御信号P-CNTを制御対象（可変直流電源１１又はプリアンプ２４）に与える。制御対象（可変直流電源１１又はプリアンプ２４）は、制御信号P-CNTに応じてその出力を変化させて、進行波電力設定信号ＰＳを進行波電力検出信号Ｐｆに等しくするように、高周波電源装置の高周波出力を調整する。
【００１２】
負荷のインピーダンスが急変して、インピーダンス整合器２により高周波電源装置と負荷との間のインピーダンスの整合をとることができなくなり、負荷側から高周波電源装置側に戻ってくる反射電力が設定された保護レベルより大きくなった場合に、反射電力保護手段３２が動作する。
【００１３】
反射電力保護手段３２は、反射電力検出信号Ｐｒと反射電力保護レベル設定信号Pr-Sとを比較していて、反射電力検出信号Ｐｒのレベルが反射電力保護レベル設定信号Pr-Sのレベルよりも大きくなったときに、両者の値を等しくするように、制御信号P-Pr(LMT)を定常時出力制御手段３１に与える。このとき定常時出力制御手段３１は、制御信号P-Pr(LMT)に応じて制御信号P-CNTを変化させて、反射電力検出信号Ｐｒを反射電力保護レベル設定信号Pr-Sに等しくするように、高周波電源装置の高周波出力を調整（制限）する。
【００１４】
また直流電源から出力される直流電流、直流電圧、負荷に供給される高周波電流、高周波電源装置で生じる損失等の他の因子が保護レベルを超えたときに他の因子保護手段３３が動作する。他の因子保護手段３３は、各他の因子のレベルを検出する他の因子検出信号Other-Dを、各他の因子に対して設定された保護レベルを与える他の因子保護レベル設定信号と比較していて、各他の因子検出信号のレベルが設定された他の因子保護レベル設定信号のレベルを超えたときに、当該他の因子を保護レベルに等しくするように制御信号P-other(LMT)を定常時出力制御手段３１に与える。このとき定常時出力制御手段３１は、制御信号P-other(LMT)に応じて制御信号P-CNTを変化させて、各他の因子検出信号other-Dを他の因子保護レベル設定信号other-Sに等しくするように、高周波電源装置の高周波出力を調整（制限）する。
【００１５】
なお図１１においては、他の因子保護手段３３を一つのブロックとして表しているが、この保護手段は、保護の対象とする他の因子毎に設けられる。他の因子として保護の対象とする「損失」は、次の式から求められる。
損失＝（直流電圧×直流電流＋反射電力Ｐｒ）−進行波電力Ｐｆ    …（１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１４３８６１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
高周波電源装置の出力インピーダンスとインピーダンスの整合がとれていない負荷（不整合負荷）に、高周波電源装置から高周波電力を供給する場合のパワーアンプの動作は、パワーアンプから負荷側を見たインピーダンス（負荷側インピーダンス）によって異なる。反射電力の大きさが同じであっても（反射係数の大きさが同じでも）、その位相が相違すれば、パワーアンプ（スイッチングアンプ又はリニアアンプ）の動作が異なり、ＭＯＳＦＥＴ等のアンプの構成部品で生じる損失や、構成部品にかかる電圧や、構成部品を流れる電流が異なってくる。特にパワーアンプとしてスイッチングアンプを用いる場合にその傾向が大きく、負荷が短絡に近い状態になった場合や、負荷インピーダンスが容量性である場合には、インピーダンスの不整合がない場合や、負荷インピーダンスが誘導性である場合に比べて、損失が大幅に増加する。
【００１８】
そのため、従来の高周波電源装置では、反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓを予想しうる最悪の負荷条件を想定して決定している。その結果、負荷インピーダンスの位相によっては、高周波電源装置の構成部品の使用状態に余裕があるにもかかわらず高周波出力が抑制されて、負荷に供給される高周波電力が不足する状態になることがあった。特に負荷がプラズマ負荷である場合、プロセス処理中にプラズマが不安定な状態になってそのインピーダンスが不安定になることがあり、プラズマ負荷のインピーダンスが不安定な状態で高周波電源装置の出力が抑制されると、プラズマが更に不安定になって、場合によってはプラズマが消滅することもあった。
【００１９】
また通常、プラズマ発生用高周波電源装置とプラズマ負荷との間には、図８に示されているように自動でインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合器２が設置されているため、インピーダンスの整合がとれていない状態で高周波電源装置が動作するのは、プラズマが発生してからインピーダンス整合器２が整合動作を行うまでの数１００msec〜数sec の期間と、プロセス処理装置内で異常放電が生じる等、負荷の状態が急変した時とであった。しかしながら、最近の半導体処理装置では、周波数が異なる高周波電力を重畳して負荷（プロセスチャンバ）に供給したり、パルス変調された高周波電力を負荷に供給したりする複雑なプロセスが行われるため、インピーダンス整合器２がインピーダンスの整合を完全にとることができず、高周波電源装置を、負荷とのインピーダンスの整合がとれていない状態で（不整合状態で）動作させることが多くなっている。従って、最近では、反射耐量が大きく、負荷との間のインピーダンスの整合がとれていない状態でも、十分な高周波電力を出力することができる高周波電源装置が必要とされるようになっている。
【００２０】
また高周波電源装置の制御系（制御部）は、制御の応答を早くし、制御ゲインを高く設定すると、パワーアンプから負荷側を見たインピーダンスが容量性になった場合や、短絡状態になった場合に、制御が不安定になる傾向がある。制御の応答性やゲインを落とせば、パワーアンプから負荷側を見たインピーダンスが容量性、誘導性、短絡及び開放の何れの場合にも制御動作を安定に行わせることが可能であるが、制御の応答性やゲインを落とすと、感度のよい制御を行うことができなくなるだけでなく、出力値を目標値に速やかに収束させることができなくなるため、制御性が悪くなるのを避けられない。負荷の変動範囲を、整合負荷から誘導性負荷の範囲に狭めることができれば、応答性やゲインを落とさずに制御の安定化を図ることができるが、プラズマ負荷のように不安定になることがある負荷に高周波電力を供給する場合に、負荷の変動範囲を、整合負荷から誘導性負荷の範囲に狭めることは困難である。
【００２１】
本発明の目的は、反射耐量が大きく、負荷との間のインピーダンスの整合がとれていない状態でも、高周波出力を過度に抑制することなく、装置の性能限界に近い高周波出力を得ることができる高周波電源装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、高周波出力を過度に抑制することなく、装置の性能限界に近い高周波出力を得ることができるだけでなく、制御系の応答性を早くし、制御ゲインを高く設定す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】
【００２３】
本発明は、高周波信号を増幅して高周波電力を出力するパワーアンプと、パワーアンプの出力から高調波成分を除去するローパスフィルタと、ローパスフィルタを通過した高周波電力を負荷に向けて出力する高周波電力出力端子と、高周波電力出力端子を通して負荷に供給される進行波電力と負荷側から高周波電力出力端子に戻ってくる反射電力とを検出するパワー検出器と、パワー検出器により検出される進行波電力及び反射電力に応じてパワーアンプの出力を制御する制御部とを備えた高周波電源装置を対象とする。
【００２４】
本発明においては、パワーアンプの出力端と高周波電力出力端子との間に設けられて、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有する第１の回路構成と、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相と高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相とをほぼ同じにする特性を有する第２の回路構成とをとり得るように構成された位相変換部と、位相変換部の回路構成を第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えるスイッチ回路と、パワー検出器により検出された進行波電力と反射電力とから、高周波電力出力端子の位置での反射係数Γの大きさと位相角θとを演算する反射係数演算部と、高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの状態を反射係数演算部により演算された反射係数から判定して、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスを常に誘導性とするようにスイッチ回路を制御するスイッチ制御部とが設けられる。
【００２５】
なお本明細書及び特許請求の範囲において、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相に対して「ほぼ１８０度」回転させるとし、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相と高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相とを「ほぼ同じにする」としているのは、実際の回路では、配線やキャパシタ及びインダクタが有する抵抗分や浮遊インダクタンス、浮遊容量を零にすることができず、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相と高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスの位相との差が、理屈の上では１８０度又は０度となる場合でも、実際にはその通りにならないことがあるからである。
【００２６】
上記のように構成すると、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにすることができる。このように構成しておくと、パワーアンプで生じる損失の低減を図ることができるため、反射電力の保護レベル（許容する反射電力の最大値）を、予想し得る最悪の負荷条件を想定して設定する必要がなくなり、高周波出力を必要以上に抑制する必要がなくなる。そのため、不整合負荷に高周波電力を供給する場合でも、反射耐量を大きくして、高周波出力を過度に抑制することなく、装置の性能限界に近い高周波出力を得ることができる。
【００２７】
また上記のようにパワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにしておくと、制御系の応答性を早くしたり、制御ゲインを高くしても安定な制御動作を行わせることができるため、制御部に、従来より応答性がよく、しかも安定な制御動作を行わせることができる。
【００２８】
上記スイッチ制御部は、高周波電力出力端子から負荷側を見たインピーダンスが誘導性、容量性、短絡状態及び開放状態のいずれであるかを反射係数から判定して、インピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるときに位相変換部の回路構成を第１の回路構成とし、インピーダンスが誘導性であるか開放状態であるときには位相変換部の回路構成を第２の回路構成とするようにスイッチ回路を制御するものであることが好ましい。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、上記ローパスフィルタが、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有するλ／４形ローパスフィルタ（λは前記パワーアンプから出力される高周波電圧の波長）を複数個構成し得る回路構成を有していて、ローパスフィルタが位相変換部を兼ねている。この場合、スイッチ回路は、縦続接続された奇数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を第１の回路構成とし、縦続接続された偶数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を第２の回路構成として、ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成される。
【００３０】
λ／４形のローパスフィルタは、その入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相をその出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有するため、入力端と出力端との間でインピーダンスの位相をほぼ１８０度回転させる位相変換要素として用いることができる。ローパスフィルタにおいて、縦続接続された奇数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にすると、その入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相をその出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させることができ、縦続接続された偶数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にすると、その入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相をその出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相とほぼ同じにすることができる。このように、高周波電源装置の必須の構成要素であるローパスフィルタを位相変換部として兼用するようにすると、装置の構成の簡素化を図ることができる。
【００３１】
上記のようにローパスフィルタを位相変換部として兼用する場合、ローパスフィルタの回路構成は、２段のλ／４形のπ形ローパスフィルタを構成し得る回路構成とすることができる。この場合、ローパスフィルタの回路構成を切り換えるスイッチ回路は、２段のπ形ローパスフィルタを構成している要素の一部を切り離すことにより１段のλ／４形のＴ形ローパスフィルタのみを有効にした回路構成を第１の回路構成とし、２段のπ形ローパスフィルタを有効にした回路構成を第２の回路構成として、ローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成する。
【００３２】
また上記のようにローパスフィルタを２段のλ／４形のπ形ローパスフィルタにより構成する場合、スイッチ回路は、２段のπ形ローパスフィルタの一方のみを有効にした回路構成を第１の回路構成とし、２段のπ形ローパスフィルタの双方を有効にした回路構成を第２の回路構成としてローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成してもよい。
【００３３】
上記のようにローパスフィルタを位相変換部として兼用する場合、ローパスフィルタは２段のλ／４形のＴ形ローパスフィルタを構成し得る回路構成を有していてもよい。この場合、スイッチ回路は、２段のＴ形ローパスフィルタの一方のみを有効にした回路構成を第１の回路構成とし、２段のＴ形ローパスフィルタの双方を有効にした回路構成を第２の回路構成としてローパスフィルタの回路構成を切り換えるように構成する。
【００３４】
上記位相変換部は、パワーアンプから出力される高周波電圧の波長の１／４の長さを有する複数の線路（１／４波長線路）により構成することもできる。
【００３５】
位相変換部の回路構成を切り換えるスイッチ回路は、真空スイッチにより構成するか、又はピンダイオードスイッチにより構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにしたので、パワーアンプで生じる損失の低減を図ることができる。従って、本発明によれば、反射電力の保護レベルを、予想し得る最悪の負荷条件を想定して設定する必要がなくなり、高周波出力を必要以上に抑制する必要がなくなるため、不整合負荷に高周波電力を供給する場合でも、反射耐量を大きくして、高周波出力を過度に抑制することなく、装置の性能限界に近い高周波出力を得ることができる。また本発明によれば、パワーアンプの出力端から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにするので、制御系の応答性を早くしたり、制御ゲインを高くしても安定な制御動作を行わせることができる。そのため、制御部に、従来より応答性がよく、しかも安定な制御動作を行わせることができる。
【００３７】
特に請求項３ないし６に記載された発明によれば、高周波電源装置の必須の構成要素であるローパスフィルタを位相変換部として利用するようにしたので、装置の構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図２】図１のローパスフィルタの部分を具体的に示した回路構成図である。
【図３】図１のローパスフィルタの部分の他の具体的構成例を示した回路構成図である。
【図４】図１のローパスフィルタの部分の更に他の具体的構成例を示した回路構成図である。
【図５】図１のローパスフィルタの部分の更に他の具体的構成例を示した回路構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態の要部の構成を示したブロック図である。
【図８】高周波電源装置から負荷に高周波電力を供給する回路の構成例を示したブロック図である。
【図９】従来の高周波電源装置の構成例を示したブロック図である。
【図１０】従来の他の高周波電源装置の他の構成例を示したブロック図である。
【図１１】従来の高周波電源装置の制御部の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下図面を参照して本発明に係る高周波電源装置の実施形態を説明する。図１は本発明に係る高周波電源装置の一実施形態を示したものである。同図において１１はＤＣ−ＤＣコンバータなどからなっていて、大きさを調整し得る形で直流電力を出力する可変直流電源、１２は可変直流電源１１を電源として動作するパワーアンプ、１３は負荷に供給する高周波電力の基本周波数を有する高周波信号を発生する高周波発振部、１４はパワーアンプ１２から高周波電力を出力させるべく、高周波発振部１３が出力する高周波信号に応じてパワーアンプ１２を駆動するドライバである。
【００４０】
本実施形態で用いるパワーアンプ１２は、ブリッジの各アームがスイッチ素子と帰還ダイオードとの並列回路により構成されて、可変直流電源１１の出力が直流入力端子に印加されたフルブリッジ型のインバータにより構成されたスイッチングアンプからなっていて、高周波発振部１３の出力でドライバ１４を介してブリッジの各アームのスイッチ素子が駆動されることにより、高周波発振部１３が出力する高周波信号を増幅して高周波電力を出力する。
【００４１】
図１において、１５はパワーアンプ１２の出力から高調波成分を除去して高周波電力出力端子１ａに供給するローパスフィルタ、１６は方向性結合器からなっていて、ローパスフィルタ１５を通過した高周波電力から負荷に供給される進行波と負荷側から戻ってくる反射波とを検出して、進行波電圧検出信号Ｖｆ及び進行波電力検出信号Ｐｆと、反射電圧検出信号Ｖｒ及び反射電力検出信号Ｐｒとを出力するパワー検出器である。また１７は、パワー検出器１６が出力する進行波電力検出信号Ｐｆ及び反射電力検出信号Ｐｒと、進行波電力設定信号ＰＳと、反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓとを入力として可変直流電源１１及びドライバ１４を制御する制御部である。
【００４２】
制御部１７は、進行波電力設定信号ＰＳと進行波電力検出信号Ｐｆとを比較して、パワー検出器１６が出力する進行波電力検出信号Ｐｆを進行波電力設定信号ＰＳに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する定常時出力制御を行うとともに、反射電力検出信号Ｐｒと反射電力保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓとを比較して、反射電力検出信号Ｐｒが保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓを超えたとき（反射電力が保護レベルを超えたとき）に、パワーアンプ１２の出力を抑制して、反射電力検出信号Ｐｒを保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する保護制御を行う。制御部１７はまた、ドライバ１４の出力のｏｎ／ｏｆｆや、ドライバ１４の出力の振幅の調整等を行う。制御部１７は、図１１に示した例と同様に、反射電力が保護レベル以下の定常時に進行波電力を設定レベルに保つようにパワーアンプ１２を制御する定常時出力制御手段３１と、反射電力が設定された保護レベルを超えた時に反射電力を保護レベルに保つようにパワーアンプ１２を制御する反射電力保護手段３２と、直流電源から出力される直流電流、直流電圧、負荷に供給される高周波電流、パワーアンプで生じる損失等の他の因子が保護レベルを超えたときに当該他の因子を保護レベルに保つようにパワーアンプ１２を制御する他の因子保護手段３３とにより構成されている。
【００４３】
本実施形態においては、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有する第１の回路構成と、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相と高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相とをほぼ同じにする特性を有する第２の回路構成とをとり得るように構成された位相変換部をパワーアンプ１２の出力端と高周波電力出力端子１ａとの間に設けるとともに、位相変換部の回路構成を第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えるスイッチ回路１８を設けて、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの状態に応じてスイッチ回路１８を制御することにより、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスが常に誘導性に見えるようにする。
【００４４】
本実施形態においては、ローパスフィルタ１５が位相変換部を兼ねていて、スイッチ回路１８によりローパスフィルタの回路構成を第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えてその電気長を変化させることにより、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させた状態と、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相にほぼ同じにした状態とを切り換えるようになっている。
【００４５】
そのため、本実施形態においては、ローパスフィルタ１５が、λ／４形ローパスフィルタ（λはパワーアンプから出力される高周波電圧の波長）を複数個構成し得る回路構成を有していて、縦続接続された奇数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする第１の回路構成と、縦続接続された偶数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする第２の回路構成とをとり得るように構成され、ローパスフィルタ１５の回路構成を第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えるようにスイッチ回路１８が構成されている。
【００４６】
λ／４形のローパスフィルタは、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を、出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させた特性を有するフィルタであり、奇数個のλ／４形ローパスフィルタを縦続接続した回路を構成すると（第１の回路構成とすると）、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有するローパスフィルタを構成することができる。また偶数個のλ／４形ローパスフィルタを縦続接続した回路を構成すると（第２の回路構成とすると）、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相が出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相にほぼ同じになる特性を有するローパスフィルタを構成することができる。λ／４形ローパスフィルタを縦続接続する段数を多くすればする程、高調波の減衰量を大きくすることができる。
【００４７】
本実施形態では、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの状態を判定するために、パワー検出器１６が出力する進行波電圧検出信号Ｖｆと反射電圧検出信号Ｖｒとを反射係数演算部（Γ／θ演算部）１９に入力して、高周波電力出力端子１ａの位置での反射係数Γの大きさと位相角θとを演算し、反射係数演算部１９により演算された反射係数Γから、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが、誘導性、容量性、短絡状態及び開放状態のいずれであるかを判定する。反射係数Γは、進行波電圧検出信号Ｖｆと反射電圧検出信号Ｖｒとにより下記の式（２）により求めることができる。
Γ＝Ｖｒ／Ｖｆ＝（｜Ｖｒ｜／｜Ｖｆ｜）∠θ…（２）
【００４８】
反射係数演算部１９は、位相角θがプラスであるときに、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性であると判定し、位相角θがマイナスであるときに、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であると判定する。
【００４９】
本実施形態ではまた、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスを常に誘導性とするように、反射係数演算部１９により演算された反射係数Γから判定された負荷側インピーダンス（高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンス）の状態に応じてスイッチ回路１８を制御するスイッチ制御部２０が設けられている。
【００５０】
スイッチ制御部２０は、高周波電力出力端子１ａよりも負荷側のインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるときに位相変換部（ローパスフィルタ）の回路構成を第１の回路構成とし、高周波電力出力端子１ａよりも負荷側のインピーダンスが誘導性であるか開放状態であるときには位相変換部の回路構成を第２の回路構成とするように、スイッチ回路１８を制御することにより、パワーアンプ１２の出力端から負荷側を見たインピーダンスを常に誘導性とするようにローパスフィルタ１５の回路構成を切り換える。
【００５１】
図２を参照すると、上記ローパスフィルタ１５とスイッチ回路１８の回路構成の一例が示されている。図２に示されたローパスフィルタ１５は、キャパシタＣ１〜Ｃ４と、インダクタＬ１〜Ｌ２とをローパスフィルタを構成するリアクタンス要素として備えていて、インダクタＬ１及びＬ２とキャパシタＣ４とによりλ／４形のＴ形ローパスフィルタを構成した状態（第１の回路構成）と、キャパシタＣ１、インダクタＬ１及びキャパシタＣ４からなる第１のλ／４形のπ形ローパスフィルタＦ１と、キャパシタＣ２、インダクタＬ２及びキャパシタＣ３からなる第２のλ／４形のπ形ローパスフィルタＦ２とを縦列接続した２段構成のフィルタ回路を構成した状態（第２の回路構成）とをとり得るようになっている。
【００５２】
図示のスイッチ回路１８は、キャパシタＣ１及びＣ２をそれぞれオンオフする（フィルタの構成要素として有効にしたり無効にしたりする）スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、キャパシタＣ３をオンオフするスイッチＳＷ３とからなっていて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオフ状態にしたときに、ローパスフィルタ１５を、インダクタＬ１及びＬ２とキャパシタＣ４とからなるλ／４形のＴ形ローパスフィルタを構成した第１の回路状態とし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をすべてオン状態にしたときに、ローパスフィルタ１５を、第１のλ／４形のπ形ローパスフィルタＦ１と第２のλ／４形のπ形ローパスフィルタＦ２とが縦続された第２の回路構成とするようになっている。
【００５３】
スイッチ制御部２０は、反射係数演算部１９により演算された反射係数から、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であると判定したときに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフ状態にすることにより、インダクタＬ１及びＬ２とキャパシタＣ４のみをローパスフィルタの構成要素として有効にして、ローパスフィルタ１５をλ／４形のＴ形ローパスフィルタとして機能させ（ローパスフィルタ１５の回路構成を第１の回路構成とし）、反射係数演算部１９により演算された反射係数から、反射係数演算部１９により演算された反射係数から、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性であるか又は開放状態であると判定したときに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオン状態にすることにより、ローパスフィルタ１５をλ／４形のπ形ローパスフィルタＦ１及びＦ２を縦列接続した２段構成のローパスフィルタとして機能させる（ローパスフィルタ１５の回路構成を第２の回路構成とする）。
【００５４】
スイッチ回路１８を構成するスイッチＳＷ１ないしＳＷ３は、真空スイッチやピンダイオードにより構成することが好ましい。
【００５５】
スイッチＳＷ１ないしＳＷ３をそれぞれピンダイオードＤ１ないしＤ３により構成する場合に、スイッチＳＷ１ないしＳＷ３に対してそれぞれ設けるスイッチ制御回路２０の構成例を図３に示した。図３に示されたスイッチ制御部２０は、エミッタが抵抗Ｒ１１を通して接地されるとともにコレクタベース間に抵抗Ｒ１２が接続され、コレクタに電源Ｂａから直流電圧−Ｖａが印加されたＰＮＰトランジスタＱ１１と、コレクタが抵抗Ｒ１３を通してトランジスタＱ１１のベースに接続されるとともにベースが抵抗Ｒ１４を通して反射係数演算部１９の出力端子に接続され、電源Ｂｂからエミッタに直流電圧Ｖｂが印加されたＰＮＰトランジスタＱ１２と、トランジスタＱ１１のベースエミッタ間にアノードをベース側に向けて接続されたダイオードＤ１１と、トランジスタＱ１１のエミッタと接地間に接続されたキャパシタＣ１１と、トランジスタＱ１１のエミッタに一端が接続されたインダクタＬ１１とからなっていて、インダクタＬ１１の他端がピンダイオードＤ３のアノードに接続されている。図３においては、スイッチＳＷ３に対して設けられたスイッチ制御回路２０の構成のみが具体的に示されているが、他のスイッチＳＷ１及びＳＷ２に対して設けられるスイッチ制御回路２０も同様に構成されており、反射係数演算部１９から各スイッチ制御回路２０のトランジスタＱ１２のベースに抵抗Ｒ１４を通して電圧信号が与えられている。またスイッチＳＷ１及びＳＷ２に対してそれぞれ設けられたスイッチ制御回路２０のインダクタＬ１１の他端がそれぞれスイッチＳＷ１及びＳＷ２を構成するピンダイオードＤ１及びＤ２のアノードに接続されている。
【００５６】
この例では、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性又は短絡状態であるときに、反射係数演算部１９が、その出力端子の電位をＨレベル（ハイレベル）にして、スイッチＳＷ１ないしＳＷ３に対してそれぞれ設けられたスイッチ制御回路２０のトランジスタＱ１２をオフ状態にし、トランジスタＱ１１をオン状態にしている。このとき、スイッチＳＷ１ないしＳＷ３に対してそれぞれ設けられたスイッチ制御回路２０のインダクタＬ１１とトランジスタＱ１１とを通して、電源ＢａからピンダイオードＤ１ないしＤ３に逆バイアス電圧が印加されるため、ピンダイオードＤ１ないしＤ３がオフ状態になり、キャパシタＣ１ないしＣ３を無効にする。これにより、ローパスフィルタ１５は第１の回路状態（インダクタＬ１及びＬ２とキャパシタＣ４とにより１段のλ／４形Ｔ形ローパスフィルタを構成した状態）になって、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスの位相角を高周波出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相角に対して１８０度異ならせ、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスを誘導性とする。
【００５７】
また高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性又は開放状態であるときには、反射係数演算部１９が、その出力端子の電位をＬレベル（接地電位）にして、スイッチＳＷ１ないしＳＷ３に対してそれぞれ設けられたスイッチ制御回路２０のトランジスタＱ１２をオン状態にし、トランジスタＱ１１をオフ状態にする。このときスイッチＳＷ１ないしＳＷ３に対してそれぞれ設けられたスイッチ制御回路２０の電源ＢｂからトランジスタＱ１２と抵抗Ｒ１３とダイオードＤ１１とインクタＬ１１とを通してピンダイオードＤ１ないしＤ３に順方向電圧が印加されるため、ピンダイオードＤ１〜Ｄ３がオン状態になる。このとき、ローパスフィルタ１５は、第２の回路状態（キャパシタＣ１ないしＣ４とインダクタＬ１及びＬ２とにより２段のλ／４形π形ローパスフィルタを構成した状態）になるため、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスの位相角が高周波出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相角とほぼ同じになり、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスが誘導性となる。
【００５８】
上記の実施形態では、２段のλ／４形π形ローパスフィルタを構成し得るようにローパスフィルタ１５を構成しておいて、１段のλ／４形Ｔ形ローパスフィルタを構成する状態（第１の回路状態）と、２段のλ／４形π形ローパスフィルタを構成する状態（第２の回路状態）とに切り換えることができるようにスイッチ回路１８を構成したが、図４に示したように、２段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１及びＦ２を構成し得るようにローパスフィルタ１５を構成しておいて、１段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１のみを有効にする状態（第１の回路状態）と、縦続された２段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１及びＦ２を有効にする状態（第２の回路状態）とを切り換えるようにスイッチ回路１８を構成することもできる。図４に示した例では、パワーアンプ１２の出力端子とフィルタＦ１との間に挿入されたスイッチＳＷ１と、フィルタＦ１とＦ２との間をオンオフするように設けられたスイッチＳＷ２と、パワーアンプ１２の出力端子とフィルタＦ３との間に挿入されたスイッチＳＷ３とによりスイッチ回路１５が構成されている。
【００５９】
図４に示した例では、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性又は短絡状態であるときに、スイッチ制御部２０がスイッチＳＷ１をオン状態にし、スイッチＳＷ２及びＳＷ３をオフ状態にする。このとき、１段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１のみが有効になる（ローパスフィルタ１５が第１の回路状態になる）ため、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスの位相角が高周波出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相角に対して１８０度異なる状態になり、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスが誘導性となる。
【００６０】
また高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性又は開放状態であるときには、スイッチ制御部２０がスイッチＳＷ１をオフ状態にし、スイッチＳＷ２及びＳＷ３をオン状態にする。このとき、縦続接続された２段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１及びＦ２が有効になる（ローパスフィルタ１５が第２の回路状態になる）ため、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスの位相角が高周波出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相角とほぼ同じになり、パワーアンプ１２から負荷側を見たインピーダンスも誘導性となる。
【００６１】
上記の各実施形態では、ローパスフィルタ１５が、２段のλ／４形π形ローパスフィルタＦ１及びＦ２を構成し得る回路構成を有しているが、ローパスフィルタ１５は、図５に示したように、インダクタＬ１，Ｌ２とキャパシタＣ１とからなるλ／４形Ｔ形ローパスフィルタＦ１′と、インダクタＬ３，Ｌ４とキャパシタＣ２とからなるλ／４形Ｔ形ローパスフィルタＦ２′とを構成し得るようになっていてもよい。この場合も、スイッチ回路１８を図４に示した例と同様に構成することにより、ローパスフィルタ１５の回路構成を、ローパスフィルタＦ１′のみを有効にする状態と、縦続接続された２段のローパスフィルタＦ１′及びＦ２′を有効にする状態とに切り換えることができる。
【００６２】
上記の各実施形態では、ローパスフィルタ１５に、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有するλ／４形ローパスフィルタを２個構成し得る回路構成を持たせたが、ローパスフィルタに、３個以上のλ／４形ローパスフィルタを構成し得る回路構成を持たせて、縦続接続された奇数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を第１の回路構成とし、縦続接続された偶数個のλ／４形ローパスフィルタを有効にする回路構成を第２の回路構成として、ローパスフィルタの回路構成を第１の回路構成と第２の回路構成とに切り換えるようにスイッチ回路１８を構成するようにしてもよい。この場合スイッチ制御部２０は、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性、容量性、短絡状態及び開放状態のいずれであるかを反射係数演算部１９により演算された反射係数から判定して、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるときにローパスフィルタ（位相変換部）の回路構成を第１の回路構成とし、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性であるか開放状態であるときにはローパスフィルタの回路構成を第２の回路構成とするようにスイッチ回路を制御する。
【００６３】
上記の実施形態では、スイッチングアンプからなるパワーアンプ１２を用いたが、図６に示したように、直流電源２１の出力を電源として動作するリニアアンプからなるパワーアンプ２２を用いて、高周波発振部１３が出力する高周波信号をプリアンプ２４を通してパワーアンプ２２に入力する構成をとる場合にも、本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００６４】
図６に示した例では、パワーアンプ２２の出力がローパスフィルタ２５とパワー検出器２６とを通して高周波電力出力端子１ａから出力される。パワー検出器２６は進行波電圧検出信号Ｖｆ及び反射電圧検出信号Ｖｒを出力するように構成されていて、進行波電圧検出信号Ｖｆ及び反射電圧検出信号Ｖｒが反射係数演算部２９に入力され、反射係数演算部２９の出力がスイッチ制御部３０に与えられている。スイッチ制御部３０は、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性、容量性、短絡状態及び開放状態のいずれであるかを演算された反射係数から判定して、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるときにローパスフィルタ（位相変換部）２５の回路構成を第１の回路構成とし、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性であるか開放状態であるときにはローパスフィルタ（位相変換部）２５の回路構成を第２の回路構成とするように、ローパスフィルタ２５の回路構成を切換えるスイッチ回路２８を制御する。制御部２７は、パワー検出器２６が出力する進行波電力検出信号Ｐｆを進行波電力設定信号ＰＳに等しくするようにパワーアンプの出力を制御する定常時出力制御と、反射電力検出信号Ｐｒが保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓを超えたときに、パワーアンプ２２の出力を抑制して、反射電力検出信号Ｐｒを保護レベル設定信号Ｐｒ−Ｓに等しくするようにパワーアンプを制御する保護制御とを行う。制御部２７はまた、直流電源２１の出力のｏｎ／ｏｆｆや、直流電源２１の出力レベルの調整等を行う。
【００６５】
上記の各実施形態では、ローパスフィルタを位相変換部として利用するようにしたが、ローパスフィルタとは別に位相変換部を設けることもできる。例えば図７に示すように、ローパスフィルタ１５とパワー検出器１６との間に、ローパスフィルタ１５の出力端子に一端が接続された第１の１／４波長線路４１と、第１の１／４波長線路４１の他端に一端が接続された第２の１／４波長線路４２とを設けて、第１の１／４波長線路４１の他端及び第２の１／４波長線路４２の他端をスイッチ回路１８を介してパワー検出器１６の入力端子に選択的に接続する構成としてもよい。１／４波長線路は、パワーアンプが出力する高周波電圧の波長の１／４の長さを有する線路（例えば、同軸ケーブル）で、一端から他端側を見たインピーダンスの位相を、他端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有しているので、入力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相に対してほぼ１８０度回転させる特性を有する位相変換要素として用いることができる。
【００６６】
図７に示したスイッチ制御部２０は、反射係数演算部１９により演算された反射係数から、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であるかを判定して、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが容量性であるか又は短絡状態であると判定した時に、第１の１／４波長線路４１の他端をパワー検出器１６の入力端に接続することにより、パワーアンプ１４の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相に対して１８０度回転させて、パワーアンプ１４の出力端から負荷側を見たインピーダンスを誘導性とする。また演算された反射係数から、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスが誘導性であるか又は開放状態であると判定した時には、第２の１／４波長線路４２の他端をスイッチ回路１８を通してパワー検出器１６の入力端に接続することにより、パワーアンプ１４の出力端から負荷側を見たインピーダンスの位相を、高周波電力出力端子１ａから負荷側を見たインピーダンスの位相とほぼ同じにして、パワーアンプ１４の出力端から負荷側を見たインピーダンスを誘導性とする。
【００６７】
図１に示した実施形態では、パワーアンプ１２を構成するスイッチングアンプがフルブリッジ形のインバータからなっているとしたが、パワーアンプ１２を構成するスイッチングアンプは、ハーフブリッジ形のインバータや、Ｄ級動作を行うプッシュプル増幅回路等により構成することもできる。
【００６８】
半導体製造用のプラズマプロセスでは、高周波電源装置１とインピーダンス整合器２との間を接続する同軸ケーブルの長さを最適化することによりプロセスの安定化を図る場合がある。しかしながら、すべてのプロセスで最適なケーブル長を選定することは困難であるし、ケーブル長が長くなる場合には、ケーブルで生じる損失やケーブルを配置するスペースも問題になる。ケーブル長を変更することは、電気長を変更することに他ならないため、高周波電源装置内に複数の位相変換要素（λ／４形ローパスフィルタや１／４波長線路）を設けて、高周波電力を通過させる位相変換要素の数を切り換えるようにしておくと、高周波電源装置１とインピーダンス整合器２との間を接続する同軸ケーブルを変更することなく、プロセスの安定化を図ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  高周波電源装置
２  インピーダンス整合器
３  プラズマ処理装置（負荷）
１１  可変直流電源
１２  パワーアンプ（スイッチングアンプ）
１３  高周波発振部
１４  ドライバ
１５  ローパスフィルタ
１６  パワー検出器
１７  制御部
１８  スイッチ回路
１９  反射係数演算部
２０  スイッチ制御部
２１  直流電源
２２  パワーアンプ（リニアアンプ）
２３  高周波発振部
２４  プリアンプ
２５  ローパスフィルタ
２６  パワー検出器
２７  制御部
２８  スイッチ回路
２９  反射係数演算部
３０  スイッチ制御部
３１  定常時出力制御手段
３２  反射電力保護手段
３３  他の因子保護手段
【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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