JP2002271160A - 整合点距離検出補正装置及びその方法 - Google Patents
整合点距離検出補正装置及びその方法Info
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- JP2002271160A JP2002271160A JP2001071483A JP2001071483A JP2002271160A JP 2002271160 A JP2002271160 A JP 2002271160A JP 2001071483 A JP2001071483 A JP 2001071483A JP 2001071483 A JP2001071483 A JP 2001071483A JP 2002271160 A JP2002271160 A JP 2002271160A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高周波電源における負荷の多様化と進行波電力
と反射波電力のセンサー特性のパワー依存性、周波数依
存性による影響を最小限に抑え、精度良く短時間で整合
させる整合点距離検出補正装置とその制御方法を提供す
る 【解決手段】高周波電源と整合装置が直列接続された交
流電力供給装置において、整合点距離検出補正装置は高
周波電力検出器より検出した進行波電力と反射波電力信
号を、反射波電力係数演算処理により反射波電力係数を
演算させ、その信号をべき乗演算処理して直線性をもっ
た整合点距離演算を行い、整合回路にある２つの可変コ
ンデンサのモータをドライブ回路で制御して前記整合点
距離をゼロにする整合点距離検出補正装置を提供でき
る。
と反射波電力のセンサー特性のパワー依存性、周波数依
存性による影響を最小限に抑え、精度良く短時間で整合
させる整合点距離検出補正装置とその制御方法を提供す
る 【解決手段】高周波電源と整合装置が直列接続された交
流電力供給装置において、整合点距離検出補正装置は高
周波電力検出器より検出した進行波電力と反射波電力信
号を、反射波電力係数演算処理により反射波電力係数を
演算させ、その信号をべき乗演算処理して直線性をもっ
た整合点距離演算を行い、整合回路にある２つの可変コ
ンデンサのモータをドライブ回路で制御して前記整合点
距離をゼロにする整合点距離検出補正装置を提供でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、スパッタリング装置な
どに使われる高周波電源装置のインピーダンス整合の制
御を精度良く行い、短時間で反射波電力をゼロにして負
荷への供給電力を最大かつ高効率に供給する整合点距離
検出補正装置とその制御方法に関するものである。
どに使われる高周波電源装置のインピーダンス整合の制
御を精度良く行い、短時間で反射波電力をゼロにして負
荷への供給電力を最大かつ高効率に供給する整合点距離
検出補正装置とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来高周波電源に整合回路と負荷が直列
接続され高周波電力を供給する回路において、電流電圧
検出で出力インピーダンスと位相を検出し、整合回路の
可変コンデンサをモータで調整して整合点制御すること
がおこなわれていた。しかし出力インピーダンスと位相
制御が独立して行われるため一方のファクターを無視し
て行われ整合点に達するのに時間がかかり、また負荷の
変動などで、整合範囲が極端に狭い場合など厳しい条件
では動作が不安定になることがあった。
接続され高周波電力を供給する回路において、電流電圧
検出で出力インピーダンスと位相を検出し、整合回路の
可変コンデンサをモータで調整して整合点制御すること
がおこなわれていた。しかし出力インピーダンスと位相
制御が独立して行われるため一方のファクターを無視し
て行われ整合点に達するのに時間がかかり、また負荷の
変動などで、整合範囲が極端に狭い場合など厳しい条件
では動作が不安定になることがあった。
【０００３】一般に進行波電力を大きく、反射波電力を
ゼロにすることで損失がなく高効率の高周波電源を提供
できる。このために整合回路の２つの可変コンデンサを
利用してインピーダンスを第1の可変コンデンサＣ１と
位相を第2の可変コンデンサＣ２を制御することで損失
を削減することが可能である。
ゼロにすることで損失がなく高効率の高周波電源を提供
できる。このために整合回路の２つの可変コンデンサを
利用してインピーダンスを第1の可変コンデンサＣ１と
位相を第2の可変コンデンサＣ２を制御することで損失
を削減することが可能である。
【０００４】図５は従来の高周波電力供給装置のブロッ
ク図である。高周波電力検出器４は電流と電圧を検出し
て、位相制御回路１４とインピーダンス制御回路１５を
通して２つの可変コンデンサに直結するモータ１、モー
タ２を駆動し、位相信号が０Ｖになるように第１の可変
コンデンサＣ１を制御し、インピーダンス信号が０Ｖに
なるように第２の可変コンデンサＣ２を制御して整合点
に導かれる。
ク図である。高周波電力検出器４は電流と電圧を検出し
て、位相制御回路１４とインピーダンス制御回路１５を
通して２つの可変コンデンサに直結するモータ１、モー
タ２を駆動し、位相信号が０Ｖになるように第１の可変
コンデンサＣ１を制御し、インピーダンス信号が０Ｖに
なるように第２の可変コンデンサＣ２を制御して整合点
に導かれる。
【０００５】電源の周波数が高い場合には、検知するセ
ンサーの精度が十分でなくなり最小にする整合点まで可
変コンデンサを制御できない欠点がある。またモータの
速度の違いでインピーダンスもしくは位相のどちらが優
先になるか不確定の要素を備えている。
ンサーの精度が十分でなくなり最小にする整合点まで可
変コンデンサを制御できない欠点がある。またモータの
速度の違いでインピーダンスもしくは位相のどちらが優
先になるか不確定の要素を備えている。
【０００６】図４は従来のセンサー検出信号特性図であ
るが、この図に示すように高周波電力供給時の進行波電
力と反射波電力のセンサー出力が非線型であり、整合点
ｒ＝０に近づくと僅かな進行波電力Ｐｆもしくは反射波
電力Ｐｒの違いで整合点距離は大きく変動してしまうと
いう問題があった。
るが、この図に示すように高周波電力供給時の進行波電
力と反射波電力のセンサー出力が非線型であり、整合点
ｒ＝０に近づくと僅かな進行波電力Ｐｆもしくは反射波
電力Ｐｒの違いで整合点距離は大きく変動してしまうと
いう問題があった。
【０００７】さらに、整合点への制御が直線的でなく、
整合点から遠い距離にある時は位相もしくはインピーダ
ンスを変化させても整合点に近づいているのか判別しに
くく、試行動作の繰り返しとなるため制御所要時間が大
きくなる欠点があり、あらかじめ期待値に近い値に戻す
プリセット機構をもたせる必要もあるが、負荷の多様化
により煩雑になるなど難しい状況にある。
整合点から遠い距離にある時は位相もしくはインピーダ
ンスを変化させても整合点に近づいているのか判別しに
くく、試行動作の繰り返しとなるため制御所要時間が大
きくなる欠点があり、あらかじめ期待値に近い値に戻す
プリセット機構をもたせる必要もあるが、負荷の多様化
により煩雑になるなど難しい状況にある。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来
技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的は、高
周波電源における負荷の多様化と進行波電力と反射波電
力のセンサー特性のパワー依存性、周波数依存性による
影響を最小限に抑えるため、検出信号から整合点距離を
演算し、線形制御で精度良く短時間で整合させる整合点
距離検出補正装置の制御方法を提供する。
技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的は、高
周波電源における負荷の多様化と進行波電力と反射波電
力のセンサー特性のパワー依存性、周波数依存性による
影響を最小限に抑えるため、検出信号から整合点距離を
演算し、線形制御で精度良く短時間で整合させる整合点
距離検出補正装置の制御方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
めになされた請求項記載の発明は、高周波電源と整合装
置が直列接続された交流電力供給装置において、整合点
距離検出補正装置は高周波電力検出器より検出した進行
波電力と反射波電力信号を、反射波電力係数演算処理に
より整合点からの距離を演算させ、その信号をべき乗演
算処理して整合回路にある２つの可変コンデンサのモー
タをドライブ回路で制御して前記反射波電力をゼロにす
ることが可能である。
めになされた請求項記載の発明は、高周波電源と整合装
置が直列接続された交流電力供給装置において、整合点
距離検出補正装置は高周波電力検出器より検出した進行
波電力と反射波電力信号を、反射波電力係数演算処理に
より整合点からの距離を演算させ、その信号をべき乗演
算処理して整合回路にある２つの可変コンデンサのモー
タをドライブ回路で制御して前記反射波電力をゼロにす
ることが可能である。
【００１０】直線型のべき乗誤差補正機能を用いて演算
するため少しの変量に対して検出しやすく、整合点距離
を精度良く算出しモータドライブ回路からモータを駆動
して２つのコンデンサを適正な値に短時間で設定し反射
波電力をゼロにすることが可能である。
するため少しの変量に対して検出しやすく、整合点距離
を精度良く算出しモータドライブ回路からモータを駆動
して２つのコンデンサを適正な値に短時間で設定し反射
波電力をゼロにすることが可能である。
【００１１】すなわち進行波電力と反射波電力をダイオ
ード端の電圧から求める方法で電力信号を検出し、反射
波電力係数演算装置でダイオード電圧をそれぞれの電力
値に変換する。このようにすることで電流電圧を測定す
る場合に問題となる高い周波数でも電力の測定が可能に
なる。
ード端の電圧から求める方法で電力信号を検出し、反射
波電力係数演算装置でダイオード電圧をそれぞれの電力
値に変換する。このようにすることで電流電圧を測定す
る場合に問題となる高い周波数でも電力の測定が可能に
なる。
【００１２】電力値信号はＡＤ変換器を通して、ＣＰＵ
でべき乗補正を行う。すなわち電力信号は整合点距離に
対して図４に示すように非線型の特性をもっているの
で、べき乗して直線性をもたせることが可能である。ま
たＣＰＵはモータドライブに出力した信号をメモリーに
保存することによって前回に整合点を補正した出力のデ
ータと比較が可能となる。
でべき乗補正を行う。すなわち電力信号は整合点距離に
対して図４に示すように非線型の特性をもっているの
で、べき乗して直線性をもたせることが可能である。ま
たＣＰＵはモータドライブに出力した信号をメモリーに
保存することによって前回に整合点を補正した出力のデ
ータと比較が可能となる。
【００１３】モータドライブ回路は優先性のある可変コ
ンデンサを制御して整合点に近い点を検出させ、次に他
方の可変コンデンサを制御して整合点に近い点を検出す
るという方法を繰り返すことによって整合点に早く到達
することが可能となる。
ンデンサを制御して整合点に近い点を検出させ、次に他
方の可変コンデンサを制御して整合点に近い点を検出す
るという方法を繰り返すことによって整合点に早く到達
することが可能となる。
【００１４】整合回路は２つの可変コンデンサとインダ
クタンスより構成されておりコンデンサの容量をモータ
で変動させて整合をとることが可能であり、負荷の変
動、進行波電力の変動さらに電力センサの変動に対して
も、反射波電力係数をべき乗補正処理をすることで、制
御の直線性をもたせ、整合点の近傍で僅かな変動に対し
ても反射波電力をゼロにするよう２つのモータに信号を
与え、２つの可変コンデンサを制御する整合点検出補正
装置及びその制御方法を提供できる。
クタンスより構成されておりコンデンサの容量をモータ
で変動させて整合をとることが可能であり、負荷の変
動、進行波電力の変動さらに電力センサの変動に対して
も、反射波電力係数をべき乗補正処理をすることで、制
御の直線性をもたせ、整合点の近傍で僅かな変動に対し
ても反射波電力をゼロにするよう２つのモータに信号を
与え、２つの可変コンデンサを制御する整合点検出補正
装置及びその制御方法を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明に
係る整合点距離検出補正装置の実施形態を説明する。な
お、図面の説明において同一部材には同じ符号を付し、
重複する説明は省略する。
係る整合点距離検出補正装置の実施形態を説明する。な
お、図面の説明において同一部材には同じ符号を付し、
重複する説明は省略する。
【００１６】図１は本発明の実施形態を示しており、図
１はそのブロック図である。このブロック図において高
周波電源は高周波電力発生器１、高周波増幅器２、高周
波電力検出器３、整合点距離補正回路４、整合回路１
６、及び負荷６から構成されている。整合回路は２つの
可変コンデンサ１１、１２とインダクタンス１３で構成
され、２つの可変コンデンサ１１、１２はモータ駆動に
より容量を変動させることが可能である。
１はそのブロック図である。このブロック図において高
周波電源は高周波電力発生器１、高周波増幅器２、高周
波電力検出器３、整合点距離補正回路４、整合回路１
６、及び負荷６から構成されている。整合回路は２つの
可変コンデンサ１１、１２とインダクタンス１３で構成
され、２つの可変コンデンサ１１、１２はモータ駆動に
より容量を変動させることが可能である。
【００１７】図２は整合点距離補正装置４の実施例を示
しており、反射波電力係数演算処理部５とＡＤ変換器
６、べき乗補正処理部７、モータドライバ回路８及び２
つのモータ９、１０を備えている。
しており、反射波電力係数演算処理部５とＡＤ変換器
６、べき乗補正処理部７、モータドライバ回路８及び２
つのモータ９、１０を備えている。
【００１８】高周波電力検出回路３でこの中のダイオー
ド端で進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒを検出し、整合
点距離補正回路に進行波電力信号と反射波電力信号を反
射波電力係数演算処理部５送り、反射波電力演算処理部
５で
ド端で進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒを検出し、整合
点距離補正回路に進行波電力信号と反射波電力信号を反
射波電力係数演算処理部５送り、反射波電力演算処理部
５で
【数式１】 をもとめる。
【００１９】反射波電力係数はＡＤ変換器６でデジタル
変換し、べき乗補正処理で整合点距離を
変換し、べき乗補正処理で整合点距離を
【数式２】 で計算する。ｋは電力検出が理想的直線であれば２であ
るが、電流によって電流電圧の傾きがことなるため２よ
り小さい定数であってダイオード特性によって変更す
る。
るが、電流によって電流電圧の傾きがことなるため２よ
り小さい定数であってダイオード特性によって変更す
る。
【００２０】整合点距離ｒの値はべき乗補正処理部のＣ
ＰＵに記憶させ、可変コンデンサ１１、１２を変動した
あとの整合点距離ｒと比較し、誤差Δｒ
ＰＵに記憶させ、可変コンデンサ１１、１２を変動した
あとの整合点距離ｒと比較し、誤差Δｒ
【数式３】 が増加する場合は可変コンデンサ１１、１２を制御する
モータを逆回転させる信号を配出する。
モータを逆回転させる信号を配出する。
【００２１】モータドライバ回路は優先性をもたせた一
方の可変コンデンサ１１もしくは１２にコンピュータＣ
ＰＵから受けた信号に基づいてモータ９もしくはモータ
１０を駆動させ一方の可変コンデンサ１１もしくは１２
の容量を変え、Δｒ＝０になったら次の信号では他の可
変コンデンサ１２もしくは１１を変動させる。
方の可変コンデンサ１１もしくは１２にコンピュータＣ
ＰＵから受けた信号に基づいてモータ９もしくはモータ
１０を駆動させ一方の可変コンデンサ１１もしくは１２
の容量を変え、Δｒ＝０になったら次の信号では他の可
変コンデンサ１２もしくは１１を変動させる。
【００２２】高周波電力起動時の可変コンデンサ１１、
１２の容量はコンピュータに記憶させておき、起動後の
高周波電力検出回路３で出された結果を基に、優先的に
一方の可変コンデンサ１１もしくは１２を変動させ、こ
の位置を記憶させ、整合点距離の変動が適正な方向にあ
るか比較する。このようにして一方の可変コンデンサ１
１、もしくは１２の操作で整合点距離ｒが最低になるよ
うに調整する。このようにすることでどのような負荷に
対しても整合点を短時間で検出することが可能である。
１２の容量はコンピュータに記憶させておき、起動後の
高周波電力検出回路３で出された結果を基に、優先的に
一方の可変コンデンサ１１もしくは１２を変動させ、こ
の位置を記憶させ、整合点距離の変動が適正な方向にあ
るか比較する。このようにして一方の可変コンデンサ１
１、もしくは１２の操作で整合点距離ｒが最低になるよ
うに調整する。このようにすることでどのような負荷に
対しても整合点を短時間で検出することが可能である。
【００２３】次に上記の可変コンデンサ１１、１２の値
が不動作範囲内にあるかを確認し、不動作範囲ならばを
固定して他の可変コンデンサ１２もしくは１１をモータ
１０、もしくは９で動かしてさらに整合点に近い位置す
る。これを何回か繰り返しｒ＝０になるようにすること
で、整合点距離補正が行われ、負荷に変動があった場合
でも高速に対応することが可能である。
が不動作範囲内にあるかを確認し、不動作範囲ならばを
固定して他の可変コンデンサ１２もしくは１１をモータ
１０、もしくは９で動かしてさらに整合点に近い位置す
る。これを何回か繰り返しｒ＝０になるようにすること
で、整合点距離補正が行われ、負荷に変動があった場合
でも高速に対応することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】高周波電力供給装置において、負荷の多
様化と進行波電力と反射波電力のセンサー特性のパワー
依存性、周波数依存性による影響を最小限に抑えるた
め、反射波電力係数のべき乗補正処理で検出信号から整
合点距離を演算し、直線的制御で精度良く短時間で整合
させる整合点距離検出補正装置とその制御方法を提供す
ることができる。
様化と進行波電力と反射波電力のセンサー特性のパワー
依存性、周波数依存性による影響を最小限に抑えるた
め、反射波電力係数のべき乗補正処理で検出信号から整
合点距離を演算し、直線的制御で精度良く短時間で整合
させる整合点距離検出補正装置とその制御方法を提供す
ることができる。
【図１】本発明の高周波電源装置の実施例である。
【図２】本発明の整合点距離補正装置の実施例である。
【図３】本発明のべき乗補正後のセンサー検出信号特性
図である。
図である。
【図４】従来のセンサー検出信号特性図である。
【図５】従来の高周波電源装置のブロック図である。
１．高周波電力発生器 ２．高周波電力増幅回路 ３．高周波電力検出回路 ４．整合点距離補正回路 ５．反射波電力係数演算処理部 ６．ＡＤ変換器 ７．べき乗補正処理部 ８．ドライバー回路 ９．モータ１ １０．モータ２ １１．可変コンデンサ１ １２．可変コンデンサ２ １３．インダクタンス １４．位相制御回路 １５．インピーダンス制御回路 １６．整合回路 １７．負荷
Claims (2)
- 【請求項１】高周波電源と整合装置が直列接続された交
流電力供給装置において、高周波電源内の高周波電力検
出器により検出した進行波電力と反射波電力を、反射波
電力係数演算処理により整合点からの距離を演算させ、
べき乗補正をして２つの可変コンデンサをモータで交互
に調整し、前記反射波電力をゼロにすることを特徴とす
る整合点距離検出補正装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の整合点距離検出補正装置
において、整合点距離を直線型にする、べき乗補正機能
を用いて演算し、前回の距離と比較しながらモータを駆
動し、２つの可変コンデンサを制御することを特徴とす
る整合点距離検出補正装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001071483A JP2002271160A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 整合点距離検出補正装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001071483A JP2002271160A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 整合点距離検出補正装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002271160A true JP2002271160A (ja) | 2002-09-20 |
Family
ID=18929202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001071483A Pending JP2002271160A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 整合点距離検出補正装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002271160A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206346A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
| JP2012210082A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Daihen Corp | 高周波電源装置 |
| US9876482B2 (en) | 2014-02-28 | 2018-01-23 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Matching unit and matching method |
| JP2018506200A (ja) * | 2014-12-19 | 2018-03-01 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 位相スイッチト素子を使用したチューニング可能整合ネットワーク |
| US10790784B2 (en) | 2014-12-19 | 2020-09-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Generation and synchronization of pulse-width modulated (PWM) waveforms for radio-frequency (RF) applications |
| KR102722376B1 (ko) * | 2022-06-20 | 2024-10-28 | 한국원자력연구원 | 이온 가속기 및 이를 포함하는 이온 가속기 제어 시스템 |
-
2001
- 2001-03-14 JP JP2001071483A patent/JP2002271160A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206346A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
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| KR101829563B1 (ko) * | 2014-02-28 | 2018-02-14 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 정합기 및 정합 방법 |
| JP2018506200A (ja) * | 2014-12-19 | 2018-03-01 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 位相スイッチト素子を使用したチューニング可能整合ネットワーク |
| US10790784B2 (en) | 2014-12-19 | 2020-09-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Generation and synchronization of pulse-width modulated (PWM) waveforms for radio-frequency (RF) applications |
| US11316477B2 (en) | 2014-12-19 | 2022-04-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Generation and synchronization of pulse-width modulated (PWM) waveforms for radio-frequency (RF) applications |
| US11942898B2 (en) | 2014-12-19 | 2024-03-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Generation and synchronization of pulse-width modulated (PWM) waveforms for radio-frequency (RF) applications |
| KR102722376B1 (ko) * | 2022-06-20 | 2024-10-28 | 한국원자력연구원 | 이온 가속기 및 이를 포함하는 이온 가속기 제어 시스템 |
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