(57)【要約】【課題】検出系統に異常が生じたことを検出できるようにして、高周波電力増幅部や負荷の保護を的確に図ることができるようにした高周波電源装置を提供する。【解決手段】高周波電力増幅部ＡＭＰと負荷ＬＤとの間に挿入した方向性結合器ＤＣの出力から進行波電力の基本周波数成分を検出する検出系統を２系統設け、両検出系統の出力レベルが異なるときにいずれかの検出系統が異常であると判定する。方向性結合器ＤＣの進行波側の検出信号からハイパスフィルタを通して反射波電力の高調波成分を検出する検出系統と、方向性結合器の反射波側の検出信号からハイパスフィルタを通して反射波電力の高調波成分を検出する検出系統とを設けて、両検出系統の出力レベルが異なるときにいずれかの検出系統が異常であると判定する。いずれかの検出系統が異常であると判定されたときに高周波電力増幅部の出力を抑制するかまたは停止させる保護制御を行う。【選択図】    図１
2008300139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力増幅部と、前記増幅部と負荷との間に挿入されて増幅部から負荷に与えられる進行波電力の情報を含む進行波側検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波側検出信号を出力する方向性結合器と、前記方向性結合器の出力を用いて前記増幅部の出力を制御する制御部とを備えた高周波電源装置であって、
前記進行波側検出信号から進行波電力の基本周波数成分を検出する進行波基本周波数成分検出部が２系統設けられるとともに、前記２系統の進行波基本周波数成分検出部のいずれか一方の入力端から取り出した前記進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部と前記反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部との２系統の反射波高調波成分検出部と、前記反射波側検出信号から反射波電力の基本周波数成分を検出する１系統の反射波基本周波数成分検出部とが設けられ、
前記２系統の進行波基本周波数成分検出部及び２系統の反射波高調波成分検出部はそれぞれ正常時に同じレベルの検出出力を発生するように構成され、
前記２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行なう進行波側比較判定部と、前記２系統の反射波高調波成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行なう反射波側比較判定部とが前記制御部に設けられ、
前記制御部は、前記進行波側比較判定部及び反射波側比較判定部の少なくとも一方が異常判定を行なったときに前記増幅部の出力を抑制するかまたは停止させるように前記増幅部を制御する検出部異常時保護制御を行なうように構成されている高周波電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記２系統の進行波基本周波数成分検出部の一方により検出される進行波電力を設定値に保つように前記増幅部の出力を制御する正常時出力制御と、前記２系統の進行波基本周波数成分検出部の一方により検出される進行波電力と前記１系統の反射波基本周波数成分検出部により検出される反射波電力と前記反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように前記増幅部の出力を制御する正常時保護制御とを更に行うように構成されている請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記２系統の進行波基本周波数成分検出部の構成部品及び前記進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部の構成部品は、共通の回路基板に実装され、
前記方向性結合器が出力する進行波側検出信号は同軸ケーブルを通して前記２系統の進行波基本周波数成分検出部に入力され、
前記進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部は、前記回路基板上にて前記２系統の進行波基本周波数成分検出部のいずれか一方の入力端子に入力されている進行波側検出信号を取り出すように構成されている請求項１または２に記載の高周波電源装置。
【請求項４】
高周波電力増幅部と、前記増幅部と負荷との間に挿入されて増幅部から負荷に与えられる進行波電力の情報を含む進行波側検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波側検出信号を出力する方向性結合器と、前記方向性結合器の出力を用いて前記増幅部の出力を制御する制御部とを備えた高周波電源装置であって、
前記進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出する第１のフィルタと該第１のフィルタの出力を検波する第１の検波部とを備えて前記進行波側検出信号の基本周波数成分を検出する第１の検出部と、
前記進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出する第２のフィルタと該第２のフィルタの出力を検波する第２の検波部とを備えて前記進行波側検出信号の基本周波数成分を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部または第２の検出部に入力されている進行波側検出信号を取り出して該進行波側検出信号から高調波成分を抽出する第３のフィルタと該第３のフィルタの出力を検波する第３の検波部とを備えて前記進行波側検出信号に含まれる反射波の高調波成分を検出する第３の検出部と、
前記反射波側検出信号から高調波成分を抽出する第４のフィルタと該第４のフィルタの出力を検波する第４の検波部とを備えて前記反射波側検出信号に含まれる反射波の高調波成分を検出する第４の検出部と、
前記反射波側検出信号を基本周波数成分を検出する第５のフィルタと該第５のフィルタの出力を検波する第５の検波部とを備えて前記反射波側検出信号に含まれる反射波の基本周波数成分を検出する第５の検出部と、
前記第１の検出部の出力と第２の検出部の出力とを比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値未満であるときに進行波側の検出部が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに進行波側の検出部が異常であることを示す異常判定を行なう進行波側比較判定部と、
前記第３の検出部の出力と第４の検出部の出力とを比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値未満であるときに反射波側の検出部が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに反射波側の検出部が異常であることを示す異常判定を行なう反射波側比較判定部と、
を具備し、
前記第１検出部と第２の検出部及び前記３の検出部と第４の検出部はそれぞれ正常時に同じレベルの検出出力を発生するように構成され、
前記進行波側比較判定部及び反射波側比較判定部は前記制御部に設けられ、
前記制御部は、前記第１の比較判定部及び第２の比較判定部の少なくとも一方が異常判定を行なったときに前記増幅部の出力を抑制するかまたは停止させるように前記増幅部を制御する検出部異常時保護制御を行なうように構成されている高周波電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の検出部により検出される進行波電力を設定値に保つように前記増幅部の出力を制御する正常時出力制御と、前記第１の検出部により検出される進行波電力と前記第５の検出部により検出される反射波電力と前記第４の検出部により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように前記増幅部の出力を制御する正常時保護制御とを更に行うように構成されている請求項４に記載の高周波電源装置。
【請求項６】
前記第１の検出部及び第２の検出部の構成部品及び前記第３の検出部の構成部品は共通の回路基板に実装され、
前記方向性結合器が出力する進行波側検出信号は同軸ケーブルを通して前記第１の検出部と第２の検出部とに入力され、
前記第３の検出部は、前記回路基板上にて前記第１の検出部または第２の検出部の入力端子に入力されている進行波側検出信号を取り出すように構成されている請求項４または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、高周波信号を増幅して、負荷に供給する高周波電力を出力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。一般に高周波電源装置は、高周波信号を発生する信号発生源（発振器）と、信号発生源の出力を増幅する高周波電力増幅部と、高周波電力増幅部から負荷に与えられる進行波電力と負荷で反射されて増幅部側に戻る反射波電力とに応じて高周波電力増幅部を制御する制御部とを備えている。
【０００３】
高周波電力増幅部から負荷に与えられる進行波電力及び負荷で反射されて増幅部側に戻る反射波電力を検出するため、高周波電力増幅部と負荷との間に挿入された方向性結合器と、この方向性結合器の出力から進行波電力の情報を含む進行波検出信号と反射波電力の情報を含む反射波検出信号とを得る検出部とが設けられている。
【０００４】
制御部は、検出部で検出された進行波電力を設定値に保つように高周波電力増幅部を制御するとともに、進行波電力と反射波電力との合計値が制限値を超えたときに、両電力の合計値が制限値を超えないように増幅部の出力を抑制する制御を行なって、増幅部を構成する半導体増幅素子の保護を図る。
【０００５】
この種の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、信号発生源から増幅部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、増幅段で発生するスプリアス周波数成分を除去している。高周波電力増幅部の出力側には、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。また高周波電源の出力と負荷との間にインピーダンス整合器を設けて、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、高周波電力増幅部から負荷に与えられる進行波電力（実質的に基本周波数成分のみを含む。）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。
【０００６】
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り、高速で変動するため、整合器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周波数成分として発生し、これらのスプリアス周波数成分が反射波に重畳する。スプリアス周波数成分が重畳した反射波電力は整合器内を逆流し、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）が高周波電力増幅部の出力段まで戻ってくる。
【０００７】
負荷で生じた反射波電力は、高周波電力増幅部と負荷との間を接続する伝送路上で進行波電力と合成されるため、伝送路上に定在波が発生する。反射波電力が大きく、高いレベルの定在波（電力、電圧及び電流）が発生すると、高周波電力増幅部の半導体増幅素子に印加される電圧が過大になって、該半導体増幅素子が劣化したり破損したりするおそれがある。
【０００８】
このような問題が生じるのを防ぐため、特許文献１に示されているように、高周波電力増幅部と負荷との間に挿入した方向性結合器の出力から進行波電力と反射波電力とを検出して、検出された進行波電力と反射波電力との合計値（合計電力値）が制限値を超えたときに、高周波電力増幅部の出力を抑制する制御を行なって、増幅部の半導体素子を保護することが行われている。
【特許文献１】特開２００３−１４３８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、高周波電源装置では、高周波電力増幅部と負荷との間に挿入した方向性結合器の出力から進行波電力と反射波電力とを検出し、検出された進行波電力と反射波電力との合計値（合計電力値）が制限値を超えたときに、高周波電力増幅部の出力を抑制する制御を行うようにしている。
【００１０】
このような制御を行なう高周波電源装置において、方向性結合器は、装置の筐体内部の出力端子付近に配置されることが多い。これに対し、方向性結合器の出力から進行波電力及び反射波電力を検出する検出部は、方向性結合器から離れた場所に配置されることが多い。その理由は、出力端子付近に配置される回路で扱う高周波出力が大きく、その周辺に生じる高周波電界強度のレベルが高いため、制御信号を扱う部品を配置することが困難であるということにある。
【００１１】
検出部を構成する部品はプリント基板に実装され、方向性結合器と検出部を構成するプリント基板との間の高周波信号の伝送は、比較的長い同軸ケーブルを通して行なわれる。また検出部から得られる検出信号（直流信号）の制御部への伝送は、シールドケーブルを通して行なわれる。このように、方向性結合器と検出部との間は長い同軸ケーブルを通して接続され、同軸ケーブルはコネクタ等を通して方向性結合器及びプリント基板に接続されているため、同軸ケーブル及び検出部を含む検出系統は、ケーブルの断線による信号の切断、コネクタの接続不良による信号の切断、信号レベルの低減、ノイズの混入による検出信号レベルの変化など、トラブルが生じる要因を多く抱えている。
【００１２】
方向性結合器と制御部との間の検出系統で異常が生じ、例えば、進行波電力の基本周波数成分の検出信号が規定のレベルよりも低下すると、高周波電力増幅部の出力が設定値を超えるレベルまで上昇させられるため、負荷に与えられる電力が過大になる事態が生じ、負荷が破損するおそれがある。またノイズの混入などにより進行波電力の基本周波数成分の検出信号が規定レベルよりも上昇すると、高周波電力増幅部の出力が設定値よりも低い値に制御され、負荷に供給される電力が不足する。更に、反射波電力の検出レベルが低下すると、反射波電力に対して高周波電力増幅部を保護するための制御を的確に行なうことができなくなる。
【００１３】
本発明の目的は、方向性結合器と制御部との間に設ける検出系統に異常が生じたことを検出して、高周波電力増幅部や負荷の保護を的確に図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】
【００１４】
本発明は、高周波電力増幅部と、この増幅部と負荷との間に挿入されて増幅部から負荷に与えられる進行波電力の情報を含む進行波側検出信号及び負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波側検出信号を出力する方向性結合器と、方向性結合器の出力を用いて増幅部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。
【００１５】
本発明においては、進行波側検出信号から進行波電力の基本周波数成分を検出する進行波基本周波数成分検出部が２系統設けられるとともに、これら２系統の進行波基本周波数成分検出部のいずれか一方の入力端から取り出した進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部と反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部との２系統の反射波高調波成分検出部と、反射波側検出信号から反射波電力の基本周波数成分を検出する１系統の反射波基本周波数成分検出部とが設けられる。ここで、２系統の進行波基本周波数成分検出部及び２系統の反射波高調波成分検出部は、それぞれ正常時に同じレベルの検出出力を発生するように構成される。すなわち、正常時には、２系統の進行波基本周波数成分検出部が同じレベルの検出出力を発生し、２系統の反射波高調波成分検出部が同じレベルの検出出力を発生するように、２系統の進行波基本周波数成分検出部及び２系統の反射波高調波成分検出部の出力レベルを調整しておく。このような調整は、各検出部にレベル調整部を設けておくことにより容易に行うことができる。
【００１６】
本発明においてはまた、上記２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行なう進行波側比較判定部と、２系統の反射波高調波成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行なう反射波側比較判定部とが制御部に設けられる。
【００１７】
また制御部は、進行波側比較判定部及び反射波側比較判定部の少なくとも一方が異常判定を行なったときに増幅部の出力を抑制するかまたは停止させるように増幅部を制御する検出部異常時保護制御を行なうように構成される。
【００１８】
本発明の好ましい一態様では、上記制御部が、２系統の進行波基本周波数成分検出部の一方により検出される進行波電力を設定値に保つように増幅部の出力を制御する正常時出力制御と、２系統の進行波基本周波数成分検出部の一方により検出される進行波電力と１系統の反射波基本周波数成分検出部により検出される反射波電力と反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように増幅部の出力を制御する正常時保護制御とを更に行うように構成される。
【００１９】
上記のように、進行波側検出信号から進行波電力の基本周波数成分を検出して同じレベルの検出信号を出力する進行波基本周波数成分検出部を２系統設けておくと、少なくとも２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力が同じであるとき（２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力の差の大きさがしきい値未満のとき）には、双方の進行波基本周波数成分検出部が正常に機能していると推定することができ、検出部と方向性結合器との間を接続しているケーブル及び該ケーブルを接続するために用いられているコネクタ類は正常であると推定することができる。また２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力にしきい値以上の差が生じたとき（２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力が異なるとき）には、いずれかの進行波基本周波数成分検出部または、検出部と方向性結合器との間を接続しているケーブル及び該ケーブルを接続するために用いられているコネクタ類に異常が生じていると判断することができる。
【００２０】
一般に方向性結合器は、周波数が高い領域で、方向性が悪くなり、進行波側検出信号に反射波電力の高調波成分が含まれるようになる。従って、ハイパスフィルタを用いて進行波側検出信号から基本周波数よりも高い周波数成分を抽出すると、反射波電力の高調波成分を検出することができる。また、方向性結合器の特性として、周波数が高い領域では検出信号のレベルが実際のレベルよりも高めになる傾向があるが、反射波電力の高調波成分が高めに検出されるという問題は、検出部の出力をレベル調整する手段を設けておくことにより解決できる。
【００２１】
なお、進行波側検出信号及び反射波側検出信号の高調波成分の周辺に、他の周波数成分のスプリアスが生じる場合がある。その場合、反射波高調波成分検出部では、高調波成分だけでなくスプリアスも含めて検出することになる。同様に、反射波側検出信号の基本周波数の周辺に、他の周波数成分のスプリアスが生じる場合がある。その場合、反射波基本周波数成分検出部では、高調波成分だけでなくスプリアスも含めて検出することになる。
【００２２】
２系統の進行波基本周波数成分検出部と方向性結合器との間を接続している同軸ケーブル及び該同軸ケーブルを接続するために用いられているコネクタ類が正常であると判断できる状況下では、該２系統の進行波基本周波数成分検出部の入力端から取り出した進行波側検出信号から基本周波数よりも高い周波数成分を抽出することにより反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部と方向性結合器との間の回路も正常であると推定することができる。また反射波高調波成分検出部は、構成部品を回路基板に実装することにより構成されるため、その内部で異常が生じる確率はきわめて低い。従って、２系統の進行波基本周波数成分検出部が正常であるときには、進行波側検出信号から高い周波数成分を抽出することにより反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部も正常であると推定することができる。
【００２３】
従って、進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部の出力レベルと、反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部の出力レベルとを比較することにより、反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部に異常があるか否かを判定することができる。また、反射波側検出信号から反射波電力の基本周波数成分を検出する１系統の反射波基本周波数成分検出部も、構成部品を回路基板に実装することにより構成されるため、その内部で異常が生じる確率はきわめて低い。従って、反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部が正常であるときには、反射波側検出信号から反射波電力の基本周波数成分を検出する反射波基本周波数成分検出部も正常であるとみなすことができる。
【００２４】
従って上記のように構成すると、進行波電力の基本周波数成分を検出する検出部、反射波電力の高調波成分を検出する検出部のいずれかで異常が生じたときに、その異常を検出して、高周波電力増幅部及び負荷を保護するための制御（検出部異常時保護制御）を的確に行わせることができる。
【００２５】
なお、方向性結合器が出力する反射波側検出信号から反射波電力の基本周波数成分を検出する検出部を２系統設けて両者の検出出力のレベルを比較することも考えられるが、整合器によるマッチングがとられている状態では、反射波電力がほとんど存在しないため、両者の検出出力のレベルを比較しても正常であるか否かの判定を行うことができない。
【００２６】
本発明の好ましい態様では、２系統の進行波基本周波数成分検出部の構成部品及び進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部の構成部品が共通の回路基板に実装され、方向性結合器が出力する進行波側検出信号は同軸ケーブルを通して２系統の進行波基本周波数成分検出部に入力される。また進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する反射波高調波成分検出部は、回路基板上にて２系統の進行波基本周波数成分検出部のいずれか一方の入力端子に入力されている進行波側検出信号を取り出すように構成される。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出する第１のフィルタと該第１のフィルタの出力を検波する第１の検波部とを備えて前記進行波側検出信号の基本周波数成分を検出する第１の検出部と、進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出する第２のフィルタと該第２のフィルタの出力を検波する第２の検波部とを備えて前記進行波側検出信号の基本周波数成分を検出する第２の検出部と、第１の検出部または第２の検出部に入力されている進行波側検出信号を取り出して該進行波側検出信号から高調波成分を抽出する第３のフィルタと該第３のフィルタの出力を検波する第３の検波部とを備えて進行波側検出信号に含まれる反射波の高調波成分を検出する第３の検出部と、反射波側検出信号から高調波成分を抽出する第４のフィルタと該第４のフィルタの出力を検波する第４の検波部とを備えて反射波側検出信号に含まれる反射波の高調波成分を検出する第４の検出部と、反射波側検出信号を基本周波数成分を検出する第５のフィルタと該第５のフィルタの出力を検波する第５の検波部とを備えて反射波側検出信号に含まれる反射波の基本周波数成分を検出する第５の検出部と、第１の検出部の出力と第２の検出部の出力とを比較して両検出部の出力の差の絶対値が設定値未満であるときに進行波側の検出部が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の絶対値が設定値以上であるときに進行波側の検出部が異常であることを示す異常判定を行なう進行波側比較判定部と、第３の検出部の出力と第４の検出部の検出部の出力とを比較して両検出部の出力の差の絶対値が設定値未満であるときに反射波側の検出部が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の絶対値が設定値以上であるときに反射波側の検出部が異常であることを示す異常判定を行なう反射波側比較判定部とが設けられる。
【００２８】
この場合、第１の検出部と第２の検出部及び前記３の検出部と第４の検出部はそれぞれ正常時に同じレベルの検出出力を発生するように構成される。また、進行波側比較判定部及び反射波側比較判定部は制御部に設けられる。
【００２９】
制御部は、第１の比較判定部及び第２の比較判定部の少なくとも一方が異常判定を行なったときに増幅部の出力を抑制するかまたは停止させるように増幅部を制御する検出部異常時保護制御を行なうように構成される。
【００３０】
本発明の好ましい態様では、上記制御部が、第１の検出部により検出される進行波電力を設定値に保つように増幅部の出力を制御する正常時出力制御と、第１の検出部により検出される進行波電力と第５の検出部により検出される反射波電力と第４の検出部により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように増幅部の出力を制御する正常時保護制御とを更に行うように構成される。
【００３１】
また本発明の好ましい態様では、第１の検出部及び第２の検出部の構成部品及び第３の検出部の構成部品は共通の回路基板に実装され、方向性結合器が出力する進行波側検出信号は同軸ケーブルを通して第１の検出部と第２の検出部とに入力され、第３の検出部は、回路基板上にて第１の検出部または第２の検出部の入力端子に入力されている進行波側検出信号を取り出すように構成されている。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、進行波電力の基本周波数成分を検出する検出部、反射波電力の高調波成分を検出する検出部のいずれかで異常が生じたときに、その異常を検出することができるため、検出部で異常が生じたときに、高周波電力増幅部及び負荷を保護するための制御を的確に行わせることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下図１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は本発明の好ましい実施形態の構成を示したブロック図で、同図において、ＡＭＰは図示しない発振器から得られる高周波信号を増幅する高周波電力増幅部である。高周波電力増幅部ＡＭＰの出力は、図２に示すような出力レベル対周波数特性を有するローパスフィルタＬＦに与えられている。なお、図２及び後述する図３では、第３次以上の高調波の周波数の図示を省略している。ローパスフィルタＬＦは、高周波電力増幅部ＡＭＰの出力から高調波成分を除去するために設けられたもので、ローパスフィルタＬＦの出力は方向性結合器ＤＣと整合器ＭＴとを通してプラズマ処理装置等の負荷ＬＤに与えられている。なおローパスフィルタＬＦに代えて、バンドパスフィルタを用いることもできる。
【００３４】
方向性結合器ＤＣは、進行波側検出信号及び反射波側検出信号をそれぞれ進行波検出ポート及び反射波検出ポートから出力する。ここで、「進行波検出信号」及び「反射波検出信号」と言わずに「進行波側検出信号」及び「反射波側検出信号」と言うのは、周波数が高い領域では方向性結合器の方向性が悪くなって、その進行波検出ポートから出力される信号に反射波電力の検出信号が含まれ、反射波検出ポートから出力される信号に進行波電力の検出信号が含まれるようになるからである。
また方向性結合器ＤＣから出力された進行波側検出信号は、第１ないし第３の検出部Ｓ1ないしＳ3に入力され、方向性結合器ＤＣから出力された反射波側検出信号は、第４の検出部Ｓ4及び第５の検出部Ｓ5に入力されている。
【００３５】
第１の検出部Ｓ1は、進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出するローパスフィルタからなる第１のフィルタＦＬ1と、第１のフィルタＦＬ1の出力を検波する検波部ＤＴ1と、検波部ＤＴ1の出力レベルを調整するレベル調整部ＬＡ1とからなっていて、進行波側検出信号の基本周波数成分に比例した検出信号を出力する。
【００３６】
第２の検出部Ｓ2は、進行波側検出信号から基本周波数成分を抽出するローパスフィルタからなる第２のフィルタＦＬ2と、第２のフィルタＦＬ2の出力を検波する検波部ＤＴ2と、検波部ＤＴ2の出力レベルを調整するレベル調整部ＬＡ2とからなっていて、進行波側検出信号の基本周波数成分に比例した検出信号を出力する。
【００３７】
この例では、レベル調整部ＬＡ1及びＬＡ2により、正常時に第１の検出部Ｓ1及び第２の検出部Ｓ2の出力信号（直流電圧）のレベルが等しくなるように調整されている。
【００３８】
第３の検出部Ｓ3は、進行波側検出信号から高調波成分を抽出するハイパスフィルタからなる第３のフィルタＦＬ3と、第３のフィルタＦＬ3の出力を検波する検波部ＤＴ3と、検波部ＤＴ3の出力レベルを調整するレベル調整部ＬＡ3とからなっていて、進行波側検出信号に含まれる高調波成分に比例した検出信号を出力する。第３のフィルタＦＬ3を構成するハイパスフィルタは例えば図３に示すような出力レベル対周波数特性を有するフィルタである。
【００３９】
第４の検出部Ｓ4は、反射波側検出信号から高調波成分を抽出するハイパスフィルタからなる第４のフィルタＦＬ4と、第４のフィルタＦＬ4の出力を検波する検波部ＤＴ4と、検波部ＤＴ4の出力レベルを調整するレベル調整部ＬＡ4とからなっていて、反射波側検出信号に含まれる高調波成分に比例した検出信号を出力する。
【００４０】
この例では、レベル調整部ＬＡ3及びＬＡ4により、正常時に第３の検出部Ｓ3の検出信号（直流電圧）のレベルと、第４の検出部Ｓ4の検出信号（直流電圧）のレベルとが等しくなるように調整されている。
【００４１】
第５の検出部Ｓ5は、反射波側検出信号から基本周波数成分を抽出するローパスフィルタからなる第５のフィルタＦＬ5と、第５のフィルタＦＬ5の出力を検波する検波部ＤＴ5と、検波部ＤＴ5の出力レベルを調整するレベル調整部ＬＡ5とからなっていて、反射波側検出信号に含まれる基本周波数成分に比例した検出信号を出力する。
【００４２】
第１の検出部Ｓ1の出力と、第２の検出部Ｓ2の出力とが、進行波側比較判定部ＣＰ1に入力され、第３の検出部Ｓ3の出力と、第４の検出部Ｓ4の出力とが、反射波側比較判定部ＣＰ2に入力されている。
【００４３】
進行波側比較判定部ＣＰ1は、第１の検出部Ｓ1の出力と第２の検出部Ｓ2の出力とを比較して、両検出部の出力の差の大きさがしきい値未満であるときに進行波側の検出部（Ｓ1〜Ｄ3）が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに進行波側の検出部（Ｓ1，Ｓ2）のいずれかが異常であることを示す異常判定を行なう。
【００４４】
反射波側比較判定部ＣＰ2は、第３の検出部Ｓ3の出力と第４の検出部Ｓ4の出力とを比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値未満であるときに反射波側の検出部（Ｓ4，Ｓ5）が正常であることを示す正常判定をし、両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに反射波側の検出部（Ｓ4，Ｓ5）が異常であることを示す異常判定を行なう。
【００４５】
進行波側比較判定部ＣＰ1及び反射波側比較判定部ＣＰ2による判定結果は、高周波電力増幅部ＡＭＰの出力を制御する出力制御部ＣＴＲに与えられている。
【００４６】
第１の検出部Ｓ1の検出出力は、出力制御部ＣＴＲに与えられるとともに、保護用制御信号生成部ＳＧに与えられている。保護用制御信号生成部ＳＧにはまた第４の検出部Ｓ4の検出出力と、第５の検出部Ｓ5の検出出力とが与えられ、保護用制御信号生成部ＳＧの出力信号が、出力制御部ＣＴＲに与えられている。
【００４７】
保護用制御信号生成部ＳＧは、第１の検出部Ｓ1により検出された進行波電力（基本周波数成分のみ）と、第４の検出部Ｓ4により検出された反射波電力の高調波成分と、第５の検出部Ｓ5により検出された反射波電力の基本周波数成分との合計値に相当する信号を反射波保護用制御信号として出力制御部ＣＴＲに与える。
【００４８】
出力制御部ＣＴＲは、進行波側比較判定部ＣＰ1及び反射波側比較判定部ＣＰ2のいずれもが正常判定を行っているときに、正常時出力制御と、正常時保護制御とを行う。正常時出力制御では、保護用制御信号生成部ＳＧから入力された反射波保護用制御信号により与えられる進行波電力と反射波電力との合計値が制限値以下のときに、第１の検出部Ｓ1により検出される進行波電力を設定値（負荷を駆動するのに適した値）に保つように（検出された進行波電力とその設定値との偏差を零にするように）高周波電力増幅部ＡＭＰの出力を制御する。また正常時保護制御では、反射波保護用制御信号により与えられる進行波電力と反射波電力との合計値が制限値を超えたときに、該合計値が制限値以下になるまで高周波電力増幅部ＡＭＰの出力を低減させて、第１の検出部により検出される進行波電力と第５の検出部により検出される反射波電力と第４の検出部により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように増幅部の出力を制御する。
【００４９】
出力制御部ＣＴＲはまた、進行波側比較判定部ＣＰ1及び反射波側比較判定部ＣＰ2のいずれかが異常判定を行ったときに、増幅部ＡＭＰの出力を抑制する（出力を設定値以下に制限する）かまたは停止させるように増幅部ＡＭＰを制御する検出部異常時保護制御を行なう。
【００５０】
すなわち、出力制御部は、進行波側比較判定部ＣＰ1及び反射波側比較判定部ＣＰ2のいずれもが正常判定を行っているときに第１の検出部Ｓ1により検出される進行波電力を設定値に保つように増幅部ＡＭＰの出力を制御する正常時出力制御手段と、進行波側比較判定部ＣＰ1及び反射波側比較判定部ＣＰ2のいずれもが正常判定を行ってるときに第１の検出部Ｓ1により検出される進行波電力と第５の検出部Ｓ5により検出される反射波電力と第４の検出部Ｓ4により検出される反射波電力との合計値を制限値以下に保つように増幅部の出力を制御する正常時保護制御手段と、第１の比較判定部及び（または）第２の比較判定部が異常判定を行なったときに増幅部ＡＭＰの出力を抑制するかまたは停止させるように増幅部ＡＭＰを制御する検出部異常時保護制御手段とを備えている。
【００５１】
図１において、ＳＲは、図示しない制御盤に設けられたマイクロプロセッサ等と出力制御部ＣＴＲとの間で通信を行なう送受信手段である。送受信手段ＳＲは、高周波電源装置を起動する際に起動指令を与える手段と、負荷に与える進行波電力の設定値の情報と、第１の検出部Ｓ1により検出された進行波電力と第４の検出部Ｓ4により検出された反射波電力の高調波成分と第５の検出部Ｓ5により検出される反射波電力の基本周波数成分との合計値の制限値の情報とを出力制御部ＣＴＲに与える手段と、制御盤から要求があったときに出力制御部ＣＴＲのメモリに記憶されているデータを外部に送信する手段とを備えている。
【００５２】
本実施形態では、第１の検出部Ｓ1ないしＳ3の構成部品が共通の回路基板Ｐ1に実装され、第４の検出部Ｓ4及び第５の検出部Ｓ5の構成部品が共通の回路基板Ｐ2に実装されている。そして、第１の検出部Ｓ1の入力端と方向性結合器の進行波側の出力端子との間、及び第２の検出部Ｓ2の入力端と方向性結合器の進行波側の出力端子との間がそれぞれ同軸ケーブルＣ1及びＣ2により接続され、第４の検出部Ｓ4の入力端及び第５の検出部Ｓ5の入力端と方向性結合器の反射波側の出力端子との間が同軸ケーブルＣ3により接続されている。第３の検出部Ｓ3の入力端は、回路基板Ｐ1上の回路パターンや配線等を通して第２の検出部Ｓ2の入力端に接続されている。すなわち、第３の検出部Ｓ3の入力端は、回路基板Ｐ1上にて第２の検出部Ｓ2の入力端に接続されている。また出力制御部ＣＴＲと、保護用制御信号生成部ＳＧと、送受信手段ＳＲと、比較判定部ＣＰ1及びＣＰ2とにより、方向性結合器の出力を用いて高周波電力増幅部ＡＭＰの出力を制御する制御部ＣＣが構成されている。
【００５３】
比較判定部ＣＰ1及びＣＰ2を制御部の外部に設けて、比較判定部ＣＰ1及びＣＰ2と制御部との間をケーブルで接続するようにすると、比較判定部ＣＰ1及びＣＰ2と制御部との間を接続するケーブルやコネクタに異常が生じたときに異常検出信号が得られなくなるため、比較判定部ＣＰ1及びＣＰ2は、制御部の内部に設ける必要がある。
【００５４】
本実施形態では、第１の検出部Ｓ1と、第２の検出部Ｓ2と、これらを方向性結合器ＤＣ及び制御部に接続するケーブル及びコネクタ等とにより、方向性結合器から得られる進行波側検出信号から進行波電力の基本周波数成分を検出する２系統の進行波基本周波数成分検出部が構成されている。また第３の検出部Ｓ3と、この検出部を方向性結合器ＤＣ及び制御部に接続するケーブル及びコネクタ等とにより、進行波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する１系統の反射波高調波成分検出部が構成されている。更に、第４の検出部Ｓ4と、この検出部を方向性結合器ＤＣ及び制御部に接続するケーブル及びコネクタ等とにより、反射波側検出信号から反射波電力の高調波成分を検出する他の１系統の反射波高調波成分検出部が構成されている。
【００５５】
本発明では、進行波側比較判定部ＣＰ1が、上記２系統の進行波基本周波数成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行ない、反射波側比較判定部ＣＰ2が、上記２系統の反射波高調波成分検出部の出力を比較して両検出部の出力の差の大きさがしきい値以上であるときに異常判定を行なうようにしている。
【００５６】
上記の実施形態では、第１の検出部Ｓ1，第２の検出部Ｓ2及び第５の検出部Ｓ5に設けるフィルタＦＬとしてローパスフィルタを用いているが、これらのフィルタとして高調波周波数成分を除去し、基本周波数成分を通過させるバンドパスフィルタを用いることもできる。
【００５７】
上記の実施形態では、第１の検出部Ｓ1ないしＳ3の構成部品と、第４及び第５の検出部Ｓ4及びＳ5の構成部品とを異なる回路基板に実装するとしたが、第１の検出部Ｓ1ないし第５の検出部Ｓ5の構成部品を同じ回路基板に実装することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係わる高周波電源装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態で用いているローパスフィルタの出力レベル対周波数特性の一例を示したグラフである。
【図３】本発明の一実施形態で用いているハイパスフィルタの出力レベル対周波数特性の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
ＡＭＰ  高周波電力増幅部
ＬＦ  ローパスフィルタ
ＤＣ  方向性結合器
ＭＴ  整合器
ＬＤ  負荷
Ｓ1〜Ｓ5  第１ないし第５の検出部
ＣＴＲ  出力制御部
ＳＧ  反射波保護用制御信号生成部
ＣＣ  制御部
【図１】
2008300139.tif 000003
【図２】
2008300139.tif 000004
【図３】
2008300139.tif 000005