JP2009235533A - 高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷へ供給する高周波電力をフィードバックし、その高周波電力が設定電力に一致するようにフィードバック制御する高周波電源装置において、簡易な構成により、フィードバック制御系の異常を検出する。
【解決手段】電力検出部７は、フィードバック制御用かつフィードバック制御系の異常検出用の進行波電力Ｐｆを検出する。ＣＰＵ部３は、フィードバック制御系の異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’と、フィードバック制御用の進行波電力検出信号Ｖｐｆとが所定の関係にない場合に、異常が発生していると判定する。また、ＣＰＵ部３は、正常時におけるフィードバック制御系の異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）を記憶しておき、その進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）と、フィードバック制御用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’とが一致していない場合に、異常が発生していると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置、チャンバ装置等へ高周波電力を供給する高周波電源装置に関する。

従来、スパッタリング装置、チャンバ装置等の負荷へ高周波電力を供給する高周波電源装置が知られている。高周波電源装置は、予め設定された電力（設定電力）を負荷へ供給するために、高周波電力が設定電力に一致するように、フィードバック制御する。具体的には、高周波電源装置は、負荷へ供給する高周波電力を電力検出部にて検出し、その高周波電力が設定電力に一致するように新たな高周波電力を生成し、生成した高周波電力を負荷へ供給する。

しかしながら、高周波電源装置は、フィードバックされる高周波電力の電力値が正常値でない場合であっても、フィードバック制御により新たな高周波電力を生成し、その高周波電力を負荷へ供給してしまう。例えば、電力検出部に異常が発生した場合、高周波電源装置は、本来の高周波電力とは異なる正常でない高周波電力の電力値を用いてフィードバック制御を行うため、新たに生成した高周波電力も正常でない電力値になってしまい、結果として負荷は、必要とする電力の供給を受けることができない。また、前述した高周波電源装置では、フィードバック制御系の電力検出部等の機器に異常が発生した場合であっても、その異常を検出することができなかった。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載された高周波電源装置が知られている。図５は、特許文献１に記載された従来の高周波電源装置の構成を示すブロック図である。この高周波電源装置１０１は、設定部１０２、電力出力部１０３、電力検出部１０４、電流検出部１０５、電圧検出部１０６、電力演算部１０７，１０８及び異常判定部１０９を備えている。

設定部１０２は、図示しない負荷へ供給すべき高周波電力の電力値（設定電力Ｖｓｅｔ）を設定する。電力出力部１０３は、後述する電力検出部１０４により検出された進行波電力検出信号Ｖｐｆの値が、設定部１０２により設定された設定電力Ｖｓｅｔに対応する値になるように、高周波電力（進行波電力）Ｐｆを生成し、図示しない負荷へ供給する。

電力検出部１０４は、電力出力部１０３により出力された進行波電力Ｐｆ、及び、負荷から高周波電源装置１０１へ向かって戻ってきた反射波電力Ｐｒを検出する。そして、進行波電力Ｐｆに対応した進行波電力検出信号Ｖｐｆ、及び、反射波電力Ｐｒに対応した反射波電力検出信号Ｖｐｒを生成し、進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒを電力演算部１０７に出力し、進行波電力検出信号Ｖｐｆを電力出力部１０３に出力する。電力出力部１０３に出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆは、フィードバック制御のために用いられる。

ここで、反射波電力について簡単に説明する。一般に、高周波電力を高周波電源装置１０１から負荷へ効率よく供給するためには、高周波電源装置１０１側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとが整合している必要があり、高周波電源装置１０１と負荷との間に設けた整合装置（図示せず）によって、このようなインピーダンス整合が行われる。

しかし、負荷側のインピーダンスはその運転状況に応じて変動するため、整合装置によってインピーダンス整合が常に維持されているとは限らない。負荷の運転状況に応じて負荷側のインピーダンスが変動すると、高周波電源装置１０１のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとが不整合となる。その結果、高周波電源装置１０１から供給された高周波電力である進行波電力の一部または全部が負荷において反射し、負荷から高周波電源装置１０１へ向かう反射波電力が発生することになる。この不整合な状態では、高周波電源装置１０１は、高周波電力を負荷へ効率よく供給することができない。

図５に戻って、電力演算部１０７は、電力検出部１０４により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆから反射波電力検出信号Ｖｐｒを減算し、減算結果の負荷電力Ｐ１を異常判定部１０９に出力する。

電流検出部１０５は、電力出力部１０３と負荷との間の伝送路における電流を検出し、その電流値に対応した電流信号Ｖｉを電力演算部１０８に出力する。電圧検出部１０６は、電力出力部１０３と負荷との間の伝送路における電圧を検出し、その電圧値に対応した電圧信号Ｖｖを電力演算部１０８に出力する。電力演算部１０８は、電流検出部１０５より出力された電流信号Ｖｉ、及び電圧検出部１０６により出力された電圧信号Ｖｖに対して乗算及び積分の演算を行い、演算結果の負荷電力Ｐ２を異常判定部１０９に出力する。

異常判定部１０９は、電力演算部１０７により出力された負荷電力Ｐ１と、電力演算部１０８により出力された負荷電力Ｐ２との間の差の絶対値が、予め設定された閾値以上である場合、異常であると判定し、異常信号を出力する。負荷電力Ｐ１と負荷電力Ｐ２との間の差の絶対値が、予め設定された閾値以上でない場合、正常であると判定する。

このように、従来の高周波電源装置１０１は、電力検出部１０４及び電力出力部１０３によるフィードバック制御系の機器に異常が発生した場合、進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒに基づいて算出した負荷電力Ｐ１と、伝送路における電流信号Ｖｉ及び電圧信号Ｖｖに基づいて算出した負荷電力Ｐ２との間の差に基づいて、その異常を検出する。

特開２００５−７７２４８号公報

しかしながら、図５に示した従来の高周波電源装置１０１は、フィードバック制御系の異常を検出するために、電力検出部１０４、電流検出部１０５、電圧検出部１０６、電力演算部１０７，１０８及び異常判定部１０９が必要であるから、全体として大型化すると共に、構成が複雑になり、コストが高くなるという問題があった。

そこで、前記課題を解決するため、本発明の目的は、負荷へ供給する高周波電力をフィードバックし、その高周波電力が設定電力に一致するようにフィードバック制御する高周波電源装置において、簡易な構成により、フィードバック制御系の異常を検出可能な高周波電源装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による高周波電源装置は、所定の設定電力と負荷へ供給する進行波電力とが一致するように、フィードバック制御系により前記進行波電力を制御する高周波電源装置において、前記進行波電力を検出する電力検出部と、前記電力検出部により検出された進行波電力に対応する第１の進行波電力検出信号を演算する進行波電力演算部と、前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号の値が、前記設定電力に対応する基準信号の値と一致するようにフィードバック制御し、制御信号を生成する制御部と、前記制御部により生成された制御信号を、負荷へ供給するための進行波電力に変換する電力変換部と、前記電力検出部により検出された進行波電力に対応する信号を検出し、前記フィードバック制御系の異常を検出するための第２の進行波電力検出信号として出力する出力異常検出部と、前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号とに基づいて、前記フィードバック制御系の異常を検出するＣＰＵ部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明による高周波電源装置は、前記ＣＰＵ部が、負荷運転前の調整時に、当該高周波電源装置と負荷との間でインピーダンスの整合がとれており、かつ、前記設定電力と進行波電力とが一致している状態における前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値を記憶し、負荷運転時に、前記記憶した第２の進行波電力検出信号の値と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値とを比較し、前記両値が所定の範囲内で一致していない場合に、前記フィードバック制御系に異常が発生したと判定することを特徴とする。

また、本発明による高周波電源装置は、前記ＣＰＵ部が、前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号の値と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値とが所定の関係にない場合に、前記フィードバック制御系に異常が発生したと判定することを特徴とする。

また、本発明による高周波電源装置は、前記出力異常検出部が、前記電力検出部により検出された進行波電力の信号を入力し、前記信号をダイオードにより検波して差動増幅器により増幅し、前記進行波電力に対応する第２の進行波電力検出信号を出力することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、電力検出部により検出された進行波電力を、フィードバック制御のために用いると共に、フィードバック制御系の異常を検出するために用いるようにした。これにより、フィードバック制御系の異常を検出するための電力検出部を新たに備える必要がないから、簡易な構成により、異常を検出することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の実施形態では、負荷へ供給する高周波電力をフィードバックし、その高周波電力が設定電力に一致するようにフィードバック制御する高周波電源装置は、電力検出部においてフィードバック制御用かつ異常検出用の進行波電力Ｐｆを検出し、抵抗、ダイオード及び差動増幅器等からなる出力異常検出部により出力された異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’と、フィードバック制御用の進行波電力検出信号Ｖｐｆとを比較し、これらの信号の値が所定の関係にない場合に、フィードバック制御系に異常が発生していると判定する。また、実運転前の試運転調整において高周波電源装置が正常に動作しているときに、異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）を記憶しておく。そして、実運転が開始した後に、その記憶した進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）と、出力異常検出部により出力された異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’とを比較し、これらの信号の値が一致していない場合に、フィードバック制御系に異常が発生していると判定する。

〔高周波電源装置の構成〕
まず、高周波電源装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による高周波電源装置の構成を示すブロック図である。この高周波電源装置１は、設定部２、ＣＰＵ部３、制御部４、電力変換部５、高周波電力変換部６、電力検出部７、分配部８、進行波・反射波電力演算部９、フィルター部１０及び出力異常検出部１１を備えている。高周波電源装置１は、設定部２により予め設定された設定電力Ｖｓｅｔに対応する基準信号Ｖｃに、高周波電力である進行波電力Ｐｆに対応する進行波電力検出信号Ｖｐｆが一致するように、進行波電力Ｐｆをフィードバック制御すると共に、図示しない負荷へ供給する。ここで、制御部４、電力変換部５、高周波電力変換部６、電力検出部７、分配部８及び進行波・反射波電力演算部９によりフィードバック制御系が構成される。

設定部２は、負荷へ供給すべき高周波電力の電力値（設定電力Ｖｓｅｔ）を設定する。ここで、設定電力Ｖｓｅｔは、例えば、６ｋＷ、３ｋＷである。尚、設定部２は、図５に示した設定部１０２に相当する。

ＣＰＵ部３は、設定部２により設定された設定電力Ｖｓｅｔ、出力異常検出部１１により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ’、並びに進行波・反射波電力演算部９により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒをそれぞれ入力し、後述する各手段により所定の処理を行い、基準信号Ｖｃ、異常信号及びモニタ信号を生成する。出力異常検出部１１、進行波・反射波電力演算部９、及び、ＣＰＵ部３に備えた各手段の詳細な説明については後述する。

制御部４は、ＣＰＵ部３により生成された基準信号Ｖｃ、及び、進行波・反射波電力演算部９により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒをそれぞれ入力し、進行波電力検出信号Ｖｐｆが基準信号Ｖｃに一致するようにフィードバック制御を行い、制御信号を生成する。また、反射波電力検出信号Ｖｐｒが、予め設定された閾値以上である場合に、制御信号の値を制限する。これは、高周波電力変換部６において、制御信号に基づいて変換される進行波電力Ｐｆと、負荷からの反射波電力Ｐｒとによって、高周波電力変換部６の部品が破損することを回避するためである。すなわち、反射波電力Ｐｒに対応する反射波電力検出信号Ｖｐｒの値が大きい場合に、制御部４により生成される制御信号の値を小さくし、進行波電力Ｐｆを抑制することにより、高周波電力変換部６の部品が破損しないようにするためである。

電力変換部５は、制御部４により生成された制御信号を入力し、高周波電力変換部６において進行波電力Ｐｆを出力するために必要な制御信号Ｖｃｃに変換する。高周波電力変換部６は、電力変換部５により変換された制御信号Ｖｃｃを入力し、制御信号Ｖｃｃを高周波電力に変換する。このようにして変換された高周波電力は、進行波電力Ｐｆとして負荷へ供給される。ここで、進行波電力Ｐｆは、例えば、設定電力Ｖｓｅｔが６ｋＷの場合に３．２ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚの高周波電力であり、設定電力Ｖｓｅｔが３Ｋｗの場合に１００ＭＨｚの高周波電力である。尚、制御部４、電力変換部５及び高周波電力変換部６は、図５に示した電力出力部１０３に相当する。

電力検出部７は、高周波電力変換部６により出力された進行波電力Ｐｆ、及び、負荷から高周波電源装置１へ向かって戻ってきた反射波電力Ｐｒを検出する。分配部８は、電力検出部７により検出された進行波電力Ｐｆを入力し、入力した進行波電力Ｐｆを２系統に分配する。分配部８により分配された進行波電力Ｐｆは、フィルター部１０及び進行波・反射波電力演算部９に出力される。進行波・反射波電力演算部９に出力された進行波電力Ｐｆは、フィードバック制御系におけるフィードバック信号として用いられる。

進行波・反射波電力演算部９は、分配部８により分配された進行波電力Ｐｆ、及び電力検出部７により検出された反射波電力Ｐｒをそれぞれ入力し、周波数変換を施して低周波電力を生成し、実行値を算出する等の演算を行うことにより、進行波電力Ｐｆに対応する進行波電力検出信号Ｖｐｆを生成すると共に、反射波電力Ｐｒに対応する反射波電力検出信号Ｖｐｒを生成する。例えば、進行波・反射波電力演算部９は、０〜１０Ｖの範囲内で、進行波電力Ｐｆの値に相当する電圧を生成し、その電圧値の進行波電力検出信号Ｖｐｆを出力すると共に、反射波電力Ｐｒの値に相当する電圧を生成し、その電圧値の反射波電力検出信号Ｖｐｒを出力する。進行波・反射波電力演算部９により生成された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒは、ＣＰＵ部３及び制御部４に出力される。尚、電力検出部７及び進行波・反射波電力演算部９は、図５に示した電力検出部１０４に相当する。進行波・反射波電力演算部９により演算された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒは、高精度な値となる。

フィルター部１０は、分配部８により分配された進行波電力Ｐｆを入力し、高周波電力として負荷へ供給すべき周波数以外の周波数成分を除去し、進行波電力Ｐｆ’を出力する。

出力異常検出部１１は、フィルター部１０により出力された進行波電力Ｐｆ’を入力し、ダイオードにより進行波電力Ｐｆ’を検波し、差動増幅器により信号増幅を施し、進行波電力検出信号Ｖｐｆ’を出力する。この進行波電力検出信号Ｖｐｆ’は、ＣＰＵ部３において異常を検出するために用いられる。出力異常検出部１１の構成の詳細な説明については後述する。

ここで、進行波・反射波電力演算部９と出力異常検出部１１とは、進行波電力検出信号を出力する点で同一である。これに対し、進行波・反射波電力演算部９は、周波数変換及び実効値算出等の演算処理を行うことから、高精度の進行波電力検出信号Ｖｐｆを出力することができる。一方、出力異常検出部１１は、後述するように、ダイオード、オペアンプ、コンデンサ、抵抗等により簡易に構成されている。このため、出力異常検出部１１により出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆ’は、進行波・反射波電力演算部９により出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆほど高精度でない点で相違する。これは、進行波・反射波電力演算部９により出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆが、制御部４においてフィードバック制御のために用いられるからである。

〔出力異常検出部の構成〕
次に、図１に示した出力異常検出部１１の構成について説明する。図２は、出力異常検出部１１の構成を示す回路図である。この出力異常検出部１１は、進行波電力Ｐｆ’を入力し、この進行波電力Ｐｆ’に対応する進行波電力検出信号Ｖｐｆ’を生成して出力する機能を有する。出力異常検出部１１は、オペアンプＯＰ及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなる差動増幅回路と、この差動増幅回路に対する入力信号Ｖ１，Ｖ２のベースとなる基準電圧を与える電源Ｖと、この基準電圧を分圧する抵抗Ｒ５，Ｒ６と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、これらのダイオードＤ１，Ｄ２の温度特性を補償する抵抗Ｒ７，Ｒ８と、コンデンサＣ１〜Ｃ３とを備えて構成されている。

コンデンサＣ１及びダイオードＤ１は、入力した進行波電力Ｐｆ’の高周波を検波するために備えられている。差動増幅回路の入力信号Ｖ１は、電源Ｖによる基準電圧に加えて、進行波電力Ｐｆ’を整流した電圧の信号であり、入力信号Ｖ２は電源Ｖによる基準電圧の信号である。したがって、入力信号Ｖ１と入力信号Ｖ２との差は、進行波電力Ｐｆ’に対応した信号となり、差動増幅回路の出力信号である進行波電力検出信号Ｖｐｆ’は、その差を増幅した信号であって、進行波電力Ｐｆ’に対応する信号となる。

〔ＣＰＵ部の構成〕
次に、図１に示したＣＰＵ部３の構成について説明する。図３は、ＣＰＵ部３の構成を示すブロック図である。このＣＰＵ部３は、設定値出力手段３１、モニタ出力手段３２、異常判定手段３３及び記憶手段３４を備えている。

設定値出力手段３１は、設定部２により設定された設定電力Ｖｓｅｔを入力し、設定電力Ｖｓｅｔに対応する基準信号Ｖｃを生成し、基準信号Ｖｃを制御部４に出力する。前述したとおり、設定電力Ｖｓｅｔは、負荷へ供給すべき高周波電力の電力値であるから、設定値出力手段３１は、制御部４、電力変換部５及び高周波電力変換部６によって、設定電力Ｖｓｅｔに対応する高周波電力を生成できるように、基準信号Ｖｃを生成する。例えば、設定値出力手段３１は、０〜１０Ｖの範囲内で、設定電力Ｖｓｅｔの値に相当する電圧値を演算し、その電圧値の基準信号Ｖｃを出力する。

モニタ出力手段３２は、進行波・反射波電力演算部９により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒを入力し、進行波電力Ｐｆのモニタ用信号及び反射波電力Ｐｒのモニタ用信号をそれぞれ生成し、モニタ信号として、図示しない表示器等へ出力する。これにより、ユーザは、表示器に表示されたデータにより、進行波電力Ｐｆ及び反射波電力Ｐｒを知ることができる。

異常判定手段３３は、進行波・反射波電力演算部９により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び反射波電力検出信号Ｖｐｒ、及び出力異常検出部１１により出力された進行波電力検出信号Ｖｐｆ’をそれぞれ入力し、入力した反射波電力検出信号Ｖｐｒに対応する反射波電力検出信号Ｖｐｒ’（１）を後述する記憶手段３４から読み出し、フィードバック制御系に異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生していると判定した場合に、異常信号を外部に出力する。これにより、ユーザは、高周波電源装置１におけるフィードバック制御系に異常が発生していることを知ることができる。この場合、負荷の運転は正常に行われていないことになる。異常判定手段３３による処理の詳細な説明については後述する。

記憶手段３４には、高周波電源装置１におけるフィードバック制御系に異常が発生しておらず、正常に動作していた場合、すなわち、高周波電源装置１と負荷との間でインピーダンスの整合がとれており、かつ、設定電力Ｖｓｅｔと進行波電力ｐｆとが一致している場合において、そのときの進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）が進行波電力検出信号Ｖｐｆに対応して記憶されている。記憶手段３４に記憶された正常時の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）は、異常判定手段３３による処理のために用いられる。

〔異常判定手段の処理〕
次に、ＣＰＵ部３における異常判定手段３３の処理について説明する。図４は、異常判定手段３３の処理を示すフローチャートである。まず、負荷の実運転前の試運転調整時に、異常判定手段３３は、正常に運転しているときの進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び進行波電力検出信号Ｖｐｆ’を、進行波電力検出信号Ｖｐｆに対応する正常な進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）として記憶手段３４に記憶する（ステップＳ１）。ここで、正常に運転しているとは、高周波電源装置１におけるフィードバック制御系に異常が発生しておらず、高周波電源装置１が正常に動作しており、かつ、高周波電源装置１側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの整合がとれている状態で、フィードバック制御により、進行波電力検出信号Ｖｐｆが設定電力Ｖｓｅｔに対応する基準信号Ｖｃに一致している状態（進行波電力Ｐｆが設定電力Ｖｓｅｔに一致している状態）をいう。

次に、実運転が開始した後に、異常判定手段３３は、進行波電力検出信号Ｖｐｆ及び進行波電力検出信号Ｖｐｆ’を入力し（ステップＳ２）、入力した進行波電力検出信号Ｖｐｆをキーとして記憶手段３４を検索し、進行波電力検出信号Ｖｐｆに対応する進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）を読み出す（ステップＳ３）。

異常判定手段３３は、ステップＳ２において入力した進行波電力検出信号Ｖｐｆ’の値と進行波電力検出信号Ｖｐｆの値とを比較し、所定の関係にあるか否か、例えばＶｐｆ’＝√Ｖｐｆであるか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、進行波電力検出信号Ｖｐｆ’の値が、進行波電力検出信号Ｖｐｆの値をルート演算した値に対して、予め設定された上限及び下限の閾値の範囲内にあるか否かを判定する。

異常判定手段３３は、Ｖｐｆ’＝√Ｖｐｆであると判定した場合（ステップＳ４：Ｙ）、ステップＳ２において入力した進行波電力検出信号Ｖｐｆ’の値と、ステップＳ３において読み出した進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）の値とを比較し、一致しているか否か、すなわちＶｐｆ’＝Ｖｐｆ’（１）であるか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、進行波電力検出信号Ｖｐｆ’の値が、進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）の値に対して、予め設定された上限及び下限の閾値の範囲内にあるか否かを判定する。

異常判定手段３３は、Ｖｐｆ’＝Ｖｐｆ’（１）であると判定した場合（ステップＳ４：Ｙ）、フィードバック制御系に異常が発生しておらず正常であると判定する（ステップＳ６）。

一方、異常判定手段３３は、ステップＳ４において、Ｖｐｆ’＝√Ｖｐｆでないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎ）、フィードバック制御系に異常が発生していると判定し、異常信号を出力する（ステップＳ７）。例えば、フィードバック制御系における進行波・反射波電力演算部９に異常が発生した場合、進行波・反射波電力演算部９により出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆは正常でない値になる。この場合、Ｖｐｆ’≠√Ｖｐｆとなり、異常判定手段３３は、異常発生を判定する。

また、異常判定手段３３は、ステップＳ５において、Ｖｐｆ’＝Ｖｐｆ’（１）でないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎ）、フィードバック制御系に異常が発生していると判定し、異常信号を出力する（ステップＳ７）。例えば、フィードバック制御系における電力検出部７に異常が発生した場合、出力異常検出部１１により出力される進行波電力検出信号Ｖｐｆ’は正常でない値になる。この場合、Ｖｐｆ’≠Ｖｐｆ’（１）となり、異常判定手段３３は、異常発生を判定する。

そして、異常判定手段３３は、運転が終了すると処理を終了し（ステップＳ８：Ｙ）、一方、運転が続行する限りステップＳ２〜ステップＳ７の処理を続ける（ステップＳ８：Ｎ）。尚、異常判定手段３３は、ステップＳ３における進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）の読み出し処理を、ステップＳ２において入力した進行波電力検出信号Ｖｐｆの値に変化がない場合は実行せず、進行波電力検出信号Ｖｐｆの値に変化がある場合は実行するようにしてもよい。

以上のように、本発明の実施形態による高周波電源装置１によれば、ＣＰＵ部３は、フィードバック制御系とは別の系統の出力異常検出部１１により出力された異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’と、進行波・反射波電力演算部９により出力されたフィードバック制御用の進行波電力検出信号Ｖｐｆとが所定の関係にない場合に、フィードバック制御系に異常が発生していると判定するようにした。また、ＣＰＵ部３は、出力異常検出部１１により出力された、正常時の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）を記憶しておき、その正常時の異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’（１）と、出力異常検出部１１により出力された異常検出用の進行波電力検出信号Ｖｐｆ’とが一致していない場合に、フィードバック制御系に異常が発生していると判定するようにした。これにより、フィードバック制御系の異常を検出することができる。

また、本発明の実施形態による高周波電源装置１によれば、１つの電力検出部７によって進行波電力Ｐｆを検出し、この進行波電力Ｐｆを共用して、フィードバック制御系の制御と、フィードバック制御系の異常検出とを行うようにした。これにより、新たな電力検出部を備える必要がないから、簡易な構成により、フィードバック制御系の異常を検出することができる。また、追加部品が少なくて済むから、全体として小型化を図ることができ、コストを最小限に抑えることができる。

また、本発明の実施形態による高周波電源装置１によれば、出力異常検出部１１は、図４に示したように簡易に構成されているので、高周波電源装置１は、図５に示した従来の高周波電源装置１０１に比べて、全体として簡易な構成により、フィードバック制御系の異常を検出することができる。

また、本発明の実施形態による高周波電源装置１によれば、進行波・反射波電力演算部９は、入力した進行波電力Ｐｆに対し、周波数変換及び実効値算出等の演算処理を行い、進行波電力検出信号Ｖｐｆを出力するようにした。これにより、進行波電力検出信号Ｖｐｆは、高精度の信号となることに加えて、フィードバック制御系において、高安定の信号となり得る。また、ＣＰＵ部３は、進行波・反射波電力演算部９により出力された高精度及び高安定の進行波電力検出信号Ｖｐｆを用いて、フィードバック制御系の異常を検出するから、その異常検出は高精度に実現することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施形態では、出力異常検出部１１は、ダイオード、オペアンプ、抵抗等により構成するようにしたが、本発明はこれに限定するものではなく、進行波電力Ｐｆ’に対応する進行波電力検出信号Ｖｐｆ’を生成して出力できればよい。

本発明の実施形態による高周波電源装置の構成を示すブロック図である。 出力異常検出部の構成を示す回路図である。 ＣＰＵ部の構成を示すブロック図である。 ＣＰＵ部の異常判定手段の処理を示すフローチャートである。 従来の高周波電源装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１０１ 高周波電源装置
２，１０２ 設定部
３ ＣＰＵ部
４ 制御部
５ 電力変換部
６ 高周波電力変換部
７，１０４ 電力検出部
８ 分配部
９ 進行波・反射波電力演算部
１０ フィルター部
１１ 出力異常検出部
３１ 設定値出力手段
３２ モニタ出力手段
３３ 異常判定手段
３４ 記憶手段
１０３ 電力出力部
１０５ 電流検出部
１０６ 電圧検出部
１０７，１０８ 電力演算部
１０９ 異常判定部

Claims (4)

1. 所定の設定電力と負荷へ供給する進行波電力とが一致するように、フィードバック制御系により前記進行波電力を制御する高周波電源装置において、
   前記進行波電力を検出する電力検出部と、
   前記電力検出部により検出された進行波電力に対応する第１の進行波電力検出信号を演算する進行波電力演算部と、
   前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号の値が、前記設定電力に対応する基準信号の値と一致するようにフィードバック制御し、制御信号を生成する制御部と、
   前記制御部により生成された制御信号を、負荷へ供給するための進行波電力に変換する電力変換部と、
   前記電力検出部により検出された進行波電力に対応する信号を検出し、前記フィードバック制御系の異常を検出するための第２の進行波電力検出信号として出力する出力異常検出部と、
   前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号とに基づいて、前記フィードバック制御系の異常を検出するＣＰＵ部と、
   を備えたことを特徴とする高周波電源装置。
2. 請求項１に記載の高周波電源装置において、
   前記ＣＰＵ部は、負荷運転前の調整時に、当該高周波電源装置と負荷との間でインピーダンスの整合がとれており、かつ、前記設定電力と進行波電力とが一致している状態における前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値を記憶し、
   負荷運転時に、前記記憶した第２の進行波電力検出信号の値と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値とを比較し、前記両値が所定の範囲内で一致していない場合に、前記フィードバック制御系に異常が発生したと判定することを特徴とする高周波電源装置。
3. 請求項１または２に記載の高周波電源装置において、
   前記ＣＰＵ部は、前記進行波電力演算部により演算された第１の進行波電力検出信号の値と、前記出力異常検出部により出力された第２の進行波電力検出信号の値とが所定の関係にない場合に、前記フィードバック制御系に異常が発生したと判定することを特徴とする高周波電源装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の高周波電源装置において、
   前記出力異常検出部は、前記電力検出部により検出された進行波電力の信号を入力し、前記信号をダイオードにより検波して差動増幅器により増幅し、前記進行波電力に対応する第２の進行波電力検出信号を出力することを特徴とする高周波電源装置。

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