(57)【要約】【課題】出力電力の減少を防止する新規の直流電源装置を備えた高周波発生装置を提供する。【解決手段】直流電源装置を備えた高周波発生装置であって、前記直流電源装置の出力電圧と出力電流とを検出し、これらを掛算する掛算手段１１と、この掛算手段１１により得られた電力を高周波出力電力と比較する第一の比較手段１２と、基準電力１４をこの第一の比較手段１２により検出された損失電力と比較する第二の比較手段１３とを有するロスリミッタ回路１０を備えたことを特徴とする高周波発生装置。【選択図】図２
2004302729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源装置を備えた高周波発生装置であって、前記直流電源装置の出力電圧と出力電流とを検出し、これらを掛算する掛算手段と、この掛算手段により得られた電力を高周波出力電力と比較する第一の比較手段と、基準電力をこの第一の比較手段により検出された損失電力と比較する第二の比較手段とを有するロスリミッタ回路を備えたことを特徴とする高周波発生装置。
【請求項２】
高周波発信源の出力信号とこの高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号とを掛算する掛算器と、前記直流電源装置から電力を供給するとともに、前記掛算器より得られた信号を入力する高周波アンプと、この高周波アンプの電力を検出する高周波出力電力検出部とを備え、前記高周波出力電力検出部から得られた高周波出力電力検出信号を前記ロスリミッタ回路へ出力するように構成してあることを特徴とする請求項１記載の高周波発生装置。
【請求項３】
前記高周波出力電力検出部から得られた高周波出力電力検出信号と高周波発生装置の基準電力信号とを比較増幅する誤差増幅器を備え、前記ロスリミッタ回路の出力信号がこの誤差増幅器で得られた増幅信号より高い値を示すときに、前記ロスリミッタ回路が前記掛算器に作用するように構成してあることを特徴とする請求項２記載の高周波発生装置。
【請求項４】
前記ロスリミッタの出力に誤差増幅器を接続し、前記ロスリミッタ回路の出力信号と前記高周波出力電力検出部から得られた高周波出力電力検出信号とを比較増幅して、前記ロスリミッタ回路の出力信号がこの前記高周波出力電力検出信号より高い値を示すときに、前記ロスリミッタ回路が前記掛算器に作用するように構成してあることを特徴とする請求項２記載の高周波発生装置。
【請求項５】
高周波発信源の出力信号とこの高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号によって前記直流電源装置の直流電源を制御するように構成し、前記直流電源装置から直流電力を供給する高周波アンプと、この高周波アンプの電力を検出する高周波出力電力検出部とを備え、前記高周波出力電力検出部から得られた高周波出力電力検出信号を前記ロスリミッタ回路へ出力するように構成してあることを特徴とする請求項１記載の高周波発生装置。
【請求項６】
前記高周波出力電力検出部から得られた高周波出力電力検出信号と高周波発生装置の基準電力信号とを比較増幅する誤差増幅器を備え、前記ロスリミッタ回路の出力信号がこの誤差増幅器で得られた増幅信号より高い値を示すときに、前記ロスリミッタ回路が前記直流電源装置に作用するように構成してあることを特徴とする請求項５記載の高周波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマプロセス用に使用される高周波発生装置に関するものであって、この高周波発生装置における制御手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波発生装置を図５に示す。この高周波発生装置は高周波発信源１の出力信号とこの高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号とを掛算する掛算器２を備えてある。この高周波発生装置は直流電源装置であるＤＣ−ＤＣコンバータ５を備え、このＤＣ−ＤＣコンバータ５から電力を供給するとともに、掛算器２より得られた信号を入力する高周波アンプ３を備えてある。また、この高周波アンプ３の電力を検出する高周波出力電力検出部４を備えてある。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５には誤差増幅器８を接続してあり、この誤差増幅器８でＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電流検出信号と高周波アンプ３の直流入力電流制限値である基準電流９とを比較増幅するように構成してある。また、高周波出力電力検出部４にも誤差増幅器６を接続し、高周波出力電力検出部４で検出した電力検出信号と基準電力７とを比較増幅するように構成してある。さらに、これら誤差増幅器６，８は掛算器２に接続してある。この従来例は通常のＤＣ−ＤＣコンバータで採用している定電流制御といわれるもの（例えば、特許文献１参照）を高周波発生装置に応用したものである。
【０００４】
以上のように構成してある高周波発生装置は、通常、高周波出力電力検出部４から出力される出力電力信号と基準電力とを誤差増幅器６で比較増幅して、掛算器２に出力され、高周波出力電力検出信号は高周波出力電力設定値と同じになるように動作する。ＤＣ−ＤＣコンバータ５からの出力電流が増加し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電流が高周波アンプ直流入力電流制限値を超えると、通常作動する誤差増幅器６は作動せず、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に接続した誤差増幅器８が作動して、掛算器２に出力される。
【０００５】
この高周波発生装置の制御回路は、高周波発生装置の負荷変動により、高周波アンプ３の変換効率が大きく変化し、効率が悪化した際に、高周波アンプ３に使用されるバイポーラトランジスタやＦＥＴなどの半導体素子の接合部の温度上昇による破損を保護するために、入力の直流制限回路を設け、その値以上に電流が流れようとした場合、高周波出力電力を減少させるように制御してその値以上の電流が流れないように制御することで前記半導体素子の整合部の温度上昇を破損の保護をしていた。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第４９４３９０２号公報（第５−６頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この制御回路では、半導体素子のジャンクション温度上昇により、半導体素子が破損することを防止するように電流制限回路だけを設けていたため、電流が多く流れても変換効率が悪化しない負荷条件のときにも、電流制御回路がはたらき、高周波出力電力を減少させる動作をし、出力を垂下させ、無用な保護動作をしていたという問題が生じた。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、出力電力の減少を防止する新規の直流電源装置を備えた高周波発生装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、電流が多く流れても変換効率が悪化しない負荷条件のときに、高周波出力電力を減少させる動作をせず、高周波アンプの電力損失が一定値以上にならないように制限することで、半導体素子のジャンクション温度上昇による半導体素子の破損を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明高周波発生装置に係る実施例を説明する。本発明に係る高周波発生装置の第一実施例を図１に示し、その要部の回路図を図２に示す。１は高周波発信源、２は掛算器、３は高周波アンプ、４は高周波出力電力検出部、５はＤＣ−ＤＣコンバータ、６は誤差増幅器、７は基準電力、１０はロスリミッタ回路である。
【００１１】
この実施例に係る高周波発生装置は、高周波発信源１の出力信号とこの高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号とを掛算する掛算器２を備えてある。この高周波発生装置はＤＣ−ＤＣコンバータ５を備え、このＤＣ−ＤＣコンバータ５から電力を供給するとともに、掛算器２より得られた信号を入力する高周波アンプ３を備えてある。また、この高周波アンプ３の電力を検出する高周波出力電力検出部４を備えてある。また、この高周波出力電力検出部４はロスリミッタ回路１０に接続してある。
【００１２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５にはロスリミッタ回路１０を接続してある。このロスリミッタ回路１０の回路構成を図２に示す。このロスリミッタ回路１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧と出力電流とを検出し、これらを掛算する掛算器１１を設けてある。この掛算器１１により得られた電力を高周波出力電力検出部４で検出した高周波出力電力と比較する第一の差動アンプ１２を設けてある。また、このロスリミッタ回路１０は第二の差動アンプ１３を備え、第一の差動アンプ１２で高周波アンプ３の損失電力を検出し、この損失電力を基準電力１４と第二の差動アンプ１３で比較し、損失電力が基準電力を超えようとしたときに、このロスリミッタ回路１０が掛算器２を作動させ、高周波出力電力を減少させる制御を行うように構成してある。
【００１３】
また、高周波出力電力検出部４に接続してある誤差増幅器６の負の入力端子で高周波出力電力検出部４から得られた高周波出力電力検出信号を入力し、この誤差増幅器６の正の入力端子で高周波発生装置の基準電力信号を入力し、この誤差増幅器６で比較増幅して、ロスリミッタ回路１０の出力信号がこの誤差増幅器６で得られた増幅信号より高い値を示すときに、ロスリミッタ回路１０が掛算器２に作用するように構成してある。
【００１４】
実施例は以上のように構成し、以下のような作用をする。この高周波発生装置は、通常、高周波出力電力検出部４から出力される高周波出力電力検出信号と基準電力とを誤差増幅器６で比較増幅して、掛算器２に出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５からの出力電力が増加し、ロスリミッタ回路１０の第一の差動アンプ１２で検出された高周波アンプ３の損失電力がロスリミッタ回路１０に設けて基準電力１４を超えようとすると、通常作動する誤差増幅器６は作動せず、ロスリミッタ回路１０が作動して、掛算器２に出力される。
【００１５】
以上のような作用により、高周波アンプ３の損失電力を制限し、高周波アンプ３の損失電力が一定値以上にならないように制限することにより、半導体素子のジャンクション温度Ｔｊを一定値以下に制限することができ、半導体素子の温度破壊を防止することができる。
【００１６】
なお、ジャンクション温度Ｔｊは最高使用（周囲）温度Ｔａ、半導体素子のジャンクション（接合部）〜雰囲気（周囲）の熱抵抗θｊａ、半導体素子のジャンクションロス電力Ｐｌｊが解れば、Ｔｊ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｐｌｊで求められる。高周波アンプの半導体素子がロスの全てを負うことはないが、高周波アンプの半導体素子のロス分のファクターｋを概ね９０％と仮定すれば、高周波アンプのロスＰｌｏｓｓにｋ（＝０．９）を乗じればジャンクションロス電力Ｐｌｊが求まる。上記式で通常Ｔｊ、Ｔａ、θｊａは解っているのでジャンクションロス電力Ｐｌｊが求まる。さらに半導体素子のロス分のファクターｋを決めて、このファクターｋでジャンクションロス電力Ｐｌｊを割れば、高周波アンプのロスＰｌｏｓｓが求まる。この値を超えないように制限をかけることで、半導体の保護が可能となる。
【００１７】
続いて第二実施例を図３に示す。この第二実施例に係る高周波発生装置は、高周波発信源１の出力信号とこの高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号とを掛算する掛算器２を備えてある。この高周波発生装置はＤＣ−ＤＣコンバータ５を備え、このＤＣ−ＤＣコンバータ５から電力を供給するとともに、掛算器２より得られた信号を入力する高周波アンプ３を備えてある。また、この高周波アンプ３の電力を検出する高周波出力電力検出部４を備えてある。ＤＣ−ＤＣコンバータ５及び高周波出力電力検出部４にはロスリミッタ回路１０を接続してある。
【００１８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５にはロスリミッタ回路１０を接続してある。このロスリミッタ回路１０は第一実施例に用いたロスリミッタ回路１０とほぼ同様である。また、高周波出力電力検出部４に接続してある誤差増幅器６の負の入力端子で高周波出力電力検出部４から得られた高周波出力電力検出信号を入力し、この誤差増幅器６の正の入力端子でロスリミッタ回路１０の出力信号を入力し、この誤差増幅器６で比較増幅して、ロスリミッタ回路１０の出力信号がこの高周波出力電力検出信号より高い値を示すときに、ロスリミッタ回路１０が掛算器２に作用するように構成してある。
【００１９】
実施例は以上のように構成し、以下のような作用をする。この高周波発生装置は、通常、高周波出力電力検出部４から出力される高周波出力電力検出信号と高周波出力電力設定値とを誤差増幅器６で比較増幅し、高周波出力電力検出信号が検出されて、掛算器２に出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５からの出力電力が増加し、ロスリミッタ回路１０の出力電圧が高周波出力電力設定値より低くなると、ロスリミッタ回路１０の出力電圧が優先され、ロスリミッタ回路１０が作動して、掛算器２に出力される。
【００２０】
以上のような作用により、この第二実施例においても高周波アンプ３の損失電力を制限し、高周波アンプ３の損失電力が一定値以上にならないように制限することにより、半導体素子のジャンクション温度Ｔｊを一定値以下に制限することができ、半導体素子の温度破壊を防止することができる。
【００２１】
続いて第三実施例を図４に示す。この第三実施例に係る高周波発生装置は、高周波発信源１の出力信号とＤＣ−ＤＣコンバータ５とを備え、この高周波発生装置の出力からフィードバックされた信号によってＤＣ−ＤＣコンバータ５の直流出力電圧を制御する。このＤＣ−ＤＣコンバータ５から電力を供給する高周波アンプ３を備えてある。また、この高周波アンプ３の電力を検出する高周波出力電力検出部４を備えてある。ＤＣ−ＤＣコンバータ５及び高周波出力電力検出部４にはロスリミッタ回路１０を接続してある。
【００２２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５にはロスリミッタ回路１０を接続してある。このロスリミッタ回路１０は第一実施例に用いたロスリミッタ回路１０とほぼ同様である。また、高周波出力電力検出部４に接続してある誤差増幅器６の負の入力端子で高周波出力電力検出部４から得られた高周波出力電力検出信号を入力し、この誤差増幅器６の正の入力端子でロスリミッタ回路１０の出力信号を入力し、この誤差増幅器６で比較増幅して、ロスリミッタ回路１０の出力信号がこの高周波出力電力検出信号より高い値を示すときに、ロスリミッタ回路１０がＤＣ−ＤＣコンバータ５に作用するように構成してある。
【００２３】
実施例は以上のように構成し、以下のような作用をする。先ず、この実施例は、得ようとする高周波出力電力の値をＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧の値によって可変する方式である。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧が上がると、高周波アンプ３の出力電力が上がる動作をする。
【００２４】
この高周波発生装置は、通常、高周波出力電力検出部４から出力される高周波出力電力検出信号と高周波出力電力設定値とを誤差増幅器６で比較増幅し、高周波出力電力検出信号が検出されて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に出力されて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧を定める動作をする。ＤＣ−ＤＣコンバータ５からの出力電力が増加し、ロスリミッタ回路１０の出力電圧が高周波出力電力設定値より低くなると、ロスリミッタ回路１０の出力電圧が優先され、ロスリミッタ回路１０が作動して、ＤＣ−ＤＣコンバータ５に出力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧が下がり、高周波出力電力が低下する。
【００２５】
以上のような作用により、この第三実施例においても高周波アンプ３の損失電力を制限し、高周波アンプ３の損失電力が一定値以上にならないように制限することにより、半導体素子のジャンクション温度Ｔｊを一定値以下に制限することができ、半導体素子の温度破壊を防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、電流が多く流れても変換効率が悪化しない負荷条件のときに、高周波出力電力を減少させる動作をせず、高周波アンプの電力損失が一定値以上にならないように制限することで、半導体素子のジャンクション温度上昇による半導体素子の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明高周波発生装置に係る実施例の回路概略図である。
【図２】図１図示実施例の要部の回路図である。
【図３】図１図示実施例とは別の実施例の回路概略図である。
【図４】図１及び図３図示実施例とは別の実施例の回路概略図である。
【図５】従来の高周波発生装置の回路概略図である。
【符号の説明】
１  高周波発信源
２  掛算器
３  高周波アンプ
４  高周波出力電力検出部
５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
６，８  誤差増幅器
７  基準電力
９  基準電流
１０  ロスリミッタ回路
１１  掛算器
１２，１３  差動アンプ
１４  基準電圧
【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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