JP2010118221A - 高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力増幅部に影響を与える反射波電力のスプリアス成分のみを検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる高周波電源装置を提供する。
【解決手段】反射波電力に含まれる基本周波数成分及びスプリアス成分の内、検出対象とする複数の周波数のそれぞれに対して一定の差を有する周波数の複数の第３の高周波信号Ｓ31，Ｓ32，…を高周波発生部１０３から時系列的に発生させ、これら第３の高周波信号を乗算部１２１で反射波検出信号Ｓrと乗算することにより、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を一定の周波数を有する差周波数信号に変換し、これらの差周波数信号をフィルタ１２２により抽出して、抽出した差周波数信号のレベルから反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を検出する。
【選択図】 図１

Description

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。

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高周波発生部と、高周波発生部の出力を増幅する電力増幅部と、電力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検出信号と負荷で反射されて増幅部側に戻る反射波電力の情報を含む反射波検出信号とを得る高周波検出部と、進行波検出信号及び反射波検出信号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。

高周波検出部は、電力増幅部と負荷との間に挿入された方向性結合器を備えていて、電力増幅部から負荷に与えられる進行波電力の情報を含む信号と、負荷で反射された反射波電力の情報を含む信号とを出力する。

制御部は、高周波検出部で検出された進行波電力を設定値に保つ制御を行うとともに、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電力増幅部の出力を抑制する制御を行なって、電力増幅部を構成する半導体増幅素子の保護を図る。

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、高周波発生部から電力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成分を除去している。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。また高周波発生部の出力端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。

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って、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成分として発生し、これらのスプリアス成分が反射波に重畳する。スプリアス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。

また、エッチングなどを行なうプラズマ処理装置においては、図６に示すように、第１及び第２の高周波電源装置１１及び１２から第１及び第２の整合装置１３及び１５を通してプラズマ処理装置１５の電極に出力周波数が異なる２種類の高周波電力が同時に与えられることがある。この場合、第１の高周波電源装置のから負荷に与えられる第１の高周波電力はプラズマ発生用の高周波電力であり、第２の高周波電源装置１２から負荷に与えられる第２の高周波電力は、例えば、プラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力である。第１の高周波電源装置１１の出力周波数は十数ＭＨｚないし数十ＭＨｚ程度の高い周波数を有し、第２の高周波電源装置１２の出力周波数は数百ＫＨｚないし数ＭＨｚ程度の比較的低い周波数を有している。

このようなシステムでは、負荷のインピーダンスが複雑に変化するため、インピーダンス整合器によってインピーダンスの整合を完全にとることができず、負荷で反射波が発生するのを避けることができない。この場合、負荷からプラズマ発生用高周波電源装置の増幅部側に戻ってくる反射波には、バイアス用高周波電源装置の基本周波数成分とその近辺のスプリアス成分とが含まれているが、バイアス用高周波電源装置の基本周波数は、プラズマ発生用高周波電源装置の基本周波数よりも低いため、負荷からプラズマ発生用高周波電源装置側に向かう反射波中のスプリアス成分は、プラズマ発生用高周波電源装置の出力側に設けられているローパスフィルタを通過して、該電源装置の増幅部に到達してしまう。

例えば、図６において、第１の高周波電源装置１１の出力周波数が50MHz、第２の高周波電源装置１２の出力周波数が2MHzである場合、周波数が高い第１の高周波電源装置１１側で生じる反射波電力の基本周波数成分とその前後に生じるスプリアス成分とを模式的に示すと図５のようになる。同図において、50MHzは基本周波数、44，46，48，52，54，56MHzは基本周波数成分の前後に2MHz間隔で発生するスプリアス成分である。

上記のようなシステムの第１の高周波電源装置１１側では、第２の高周波電力の基本周波数成分に第１の高周波電力の基本周波数成分が重畳された反射波が生じるが、この反射波に含まれている第１の高周波電力の基本周波数成分は、第２の高周波電源装置の増幅部の出力側に設けられているローパスフィルタにより除去することができる。

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、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。

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、電力増幅部と負荷との間に挿入した方向性結合器により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、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。

なお通常「スプリアス」という語は、基本周波数の前後に現れる不要周波数と、各高調波周波数の前後に現れる不要周波数とを指す意味で用いられることもあるが、本明細書においては、説明の便宜上、負荷に供給する周波数成分としては不要な周波数成分（通常は基本周波数成分以外の成分）のすべてをスプリアス成分と呼ぶことにする。
特開２００３−１４３８６１号公報

上記のように、従来の高周波電源装置では、電力増幅部と負荷との間に挿入した高周波検出部を通して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た。

この場合、高周波検出部では、反射波電力に含まれる基本周波数成分とすべてのスプリアス成分とが一括して検出される。これに対し、電力増幅部の出力側にはローパスフィルタが設けられているため、電力増幅部側に到達する反射波電力からは、基本周波数成分よりも高いスプリアス成分が除去される。従って、高周波検出部により検出される反射波電力には、電力増幅部に到達する反射波電力に含まれるスプリアス成分よりも多くのスプリアス成分が含まれることになる。

そのため、高周波検出部により検出された反射波電力と進行波電力との合計値が制限値を超えたときに、反射波電力と進行波電力との合計値を制限値以下に低減させるように電力増幅部の出力を抑制する制御を行うと、反射波電力に基本周波数よりも高いスプリアス成分が多く含まれている場合に、本来であれば、電力増幅部の出力を抑制する必要がないにもかかわらず、抑制する制御が行なわれることがあり、過剰な保護動作が行われて、増幅部の出力が不足する状態が生じるという問題があった。

上記のような問題を生じないようにするためには、反射波電力の基本周波数付近のスプリアス成分のみを検出して、増幅部の保護を図るための制御を行うようにすることが好ましい。例えば、基本周波数が50MHzである場合には、反射波電力のスプリアス成分のうち、例えば、46, 48, 52及び54MHzの周波数成分のみを検出して、これらのスプリアス成分と進行波電力の基本周波数成分との合計値が制限値を超えたときに、電力増幅部の出力を抑制する制御を行うようにすることが好ましい。

本発明の目的は、負荷で生じた反射波電力に含まれる種々のスプリアス成分のうち、電力増幅部に影響を与えるスプリアス成分のみを検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行う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。

本発明の他の目的は、出力周波数を可変とした場合でも、制御に必要な反射波電力のスプリアス成分のみを検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行う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。

請求項１に係わる発明は、以下の要素を備えることにより構成される。
（１ａ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１ないし第３の周波数を有する第１ないし第３の高周波信号をそれぞれ発生する第１ないし第３の高周波発生部。
（１ｂ）第１の高周波信号を増幅する電力増幅部。
（１ｃ）電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び負荷側から電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部。
（１ｄ）第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部。
（１ｅ）高周波検出部により得られた進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して、第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部。
（１ｆ）第１の乗算部の出力から第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタ。
（１ｇ）第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出して前記進行波電力の基本周波数成分のレベルを示す検出信号を出力する第１の差周波数信号レベル検出部。
（１ｈ）高周波検出部により得られた反射波検出信号と前記第３の高周波発生部が時系列的に発生する前記第３の高周波信号とを順次乗算して、前記第１の周波数と前記各第３の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部。
（１ｉ）第２の乗算部の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する前記各第３の周波数との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して各検出対象成分に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する第２のフィルタ。
（１ｊ）第２のフィルタから時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出して反射波電力の各検出対象周波数成分のレベルを示す検出信号を時系列的に出力する第２の差周波数信号レベル検出部。
（１ｋ）第２の差周波数信号レベル検出部が時系列的に出力する各検出信号から得られる反射波電力の検出対象成分のレベルを合成して合成反射波検出値を求める反射波情報検出部。
（１ｌ）第１の差周波数信号レベル検出部により検出された進行波電力のレベルと合成反射波検出値から得られる電力レベルとの合計値が設定レベルよりも大きい値に設定された制限値以下であるときには第１の差周波数信号レベル検出部から得られる進行波電力のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与え、上記合計値が制限値を超えたときには、合計値を制限値以下に低下させるように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部。

上記のように、反射波電力に含まれる基本周波数成分及びスプリアス成分の内、検出対象とする複数の周波数のそれぞれに対して一定の差を有する周波数の複数の第３の高周波信号を時系列的に発生させて、これら第３の高周波信号を反射波検出信号と乗算することにより、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を一定の周波数を有する差周波数信号に変換すると、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分にそれぞれ対応する差周波数信号を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、精確に抽出することができるため、負荷で生じた反射波電力に含まれる基本周波数成分及び種々のスプリアス成分のうち、制御に必要な成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

また、上記のように、第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与えるようにすると、電源装置の出力周波数（第１の周波数）を変更した場合でも第１の周波数と第２の周波数との差及び各第３の周波数と各検出対象周波数との差を一定に保つことができるため、電源装置の出力周波数を変更した場合にも、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分にそれぞれ対応する差周波数信号を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

更に上記のように、各第３の周波数と各検出対象周波数との差を常に一定に保って第３の周波数の高周波信号を時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与えるようにすると、出力周波数を可変とした場合でも、検出対象とする基本周波数成分及びスプリアス成分に対応する差周波数信号の周波数を一定に保持することができるため、出力周波数を可変とする場合でも、制御に必要な反射波電力のスプリアス成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図る制御を的確に行うことができる。

また上記のように、複数の検出対象周波数のそれぞれとの差が一定の複数の高周波信号を一つの第３の高周波発生部から時系列的に発生させるようにすると、各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設ける必要がないため、構成を簡単にすることができる。

請求項２に記載された発明に係わる高周波電源装置は以下の要素を備えることにより構成される。
（２ａ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部。
（２ｂ）第１の高周波信号を増幅する電力増幅部。
（２ｃ）電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部。
（２ｄ）周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、前記反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数を有する反射波基本波成分検出用高周波信号を発生する反射波基本波成分検出用高周波発生部。
（２ｅ）反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とする少なくとも１つのスプリアス周波数に対応して設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数を有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生する少なくとも１つの反射波スプリアス成分検出用高周波発生部。
（２ｆ）第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差を一定にするように反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部。
（２ｇ）高周波検出部により得られた進行波検出信号と第２の高周波信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより第１の周波数と第２の周波数との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号を得て、該進行波検出用差周波数信号のレベルを検出することにより進行波電力の基本波成分のレベルを示す進行波検出値を得る進行波検出部。
（２ｈ）反射波基本波成分検出用高周波発生部に対応して設けられて、高周波検出部により得られた反射波検出信号と反射波基本波成分検出用高周波信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより第１の周波数と反射波基本波成分検出用高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を得て、該反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより反射波電力の基本周波数成分のレベルを示す反射波基本波成分検出値を得る反射波基本波成分検出部。
（２ｉ）各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応させて設けられて、対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部から得られる反射波スプリアス成分検出用高周波信号と高周波検出部から得られる反射波検出信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより第１の周波数と対応する反射波スプリアス成分検出用高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を得て、該反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより反射波電力のスプリアス成分のレベルを示す反射波スプリアス成分検出値を得る反射波スプリアス成分検出部。
（２ｊ）反射波基本波成分検出値から得た反射波電力の基本周波数成分のレベルと各反射波スプリアス成分検出値から得た反射波電力のスプリアス成分のレベルとを合成して合成反射波検出値を得る反射波情報抽出部。
（２ｋ）進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値以下であるときには進行波検出部により検出された進行波電力のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与え、前記合計値が制限値を超えたときには、合計値を制限値以下に低下させるように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部。

上記のように、反射波電力の各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設けて、これらの高周波発生部から得られる高周波信号を反射波検出信号と乗算することにより、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を一定の周波数を有する差周波数信号に変換すると、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分にそれぞれ対応する差周波数信号を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、精確に抽出することができるため、負荷で生じた反射波電力に含まれる基本周波数成分及び種々のスプリアス成分のうち、制御に必要な成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

また、上記のように、第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、第１の周波数と反射波基本波成分検出用周波数との差を一定にするように反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与えるようにすると、電源装置の出力周波数（第１の周波数）を変更した場合でも第１の周波数と第２の周波数との差及び各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定に保つことができるため、電源装置の出力周波数を変更した場合にも、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分にそれぞれ対応する差周波数信号を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

更に、上記のように反射波電力の各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設けると、反射波電力の基本周波数成分及び検出対象とするスプリアス成分を検出するための処理を同時に並行して行うことができるため、反射波電力を検出するために要する処理時間を短縮して制御を迅速に行わせることができる。

請求項３に記載された発明においては、上記第２の高周波発生部が反射波基本波成分検出用高周波発生部を兼ねるように構成される。

上記のように構成すると、高周波発生部の数を減少させることができるため、本発明を実施する高周波電源装置を構成する場合に装置の構成が徒に複雑になるのを防ぐことができる。

請求項１に記載された発明によれば、反射波電力に含まれる基本周波数成分及びスプリアス成分の内、検出対象とする複数の周波数のそれぞれに対して一定の差を有する周波数の複数の第３の高周波信号を時系列的に発生させて、これら第３の高周波信号を反射波検出信号と乗算することにより、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を一定の周波数を有する差周波数信号に変換し、これら一定の周波数を有する差周波数信号をフィルタにより抽出して、抽出した差周波数信号のレベルから反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を検出するようにしたので、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、精確に検出することができる。従って、本発明によれば、負荷で生じた反射波電力に含まれる基本周波数成分及び種々のスプリアス成分のうち、制御に必要な成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

また請求項１に記載された発明によれば、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部に周波数指令を与えるので、電源装置の出力周波数を可変とした場合でも、検出対象とする基本周波数成分及びスプリアス成分に対応する差周波数信号の周波数を一定に保持することができる。従って、本発明によれば、出力周波数を可変とする場合でも、制御に必要な反射波電力のスプリアス成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図る制御を的確に行うことができる。

更に、請求項１に記載された発明では、複数の検出対象周波数のそれぞれとの差が一定の複数の高周波信号を一つの第３の高周波発生部から時系列的に発生させるようにして、各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設ける必要がないようにしたため、構成を簡単にすることができる。

請求項２に記載された発明によれば、反射波電力の各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設けて、これらの高周波発生部から得られる高周波信号を反射波検出信号と乗算することにより、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を一定の周波数を有する差周波数信号に変換し、これら一定の周波数を有する差周波数信号をフィルタにより抽出して、抽出した差周波数信号のレベルから反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分を検出するようにしたので、検出対象とする反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分にそれぞれ対応する差周波数信号を、フィルタの周波数特性の影響を受けることなく、精確に抽出することができる。従って本発明によれば、負荷で生じた反射波電力に含まれる基本周波数成分及び種々のスプリアス成分のうち、制御に必要な成分のみを精確に検出して、増幅部の保護を図るための制御を的確に行うことができる。

また請求項２に記載された発明では、反射波電力の各検出対象周波数との差が一定の周波数を有する高周波信号を発生する高周波発生部を各検出対象周波数に対して個別に設けて、反射波電力の基本周波数成分及び検出対象とするスプリアス成分を検出するための処理を同時に並行して行うことができるようにしたため、反射波電力を検出するために要する処理時間を短縮して制御を迅速に行わせることができる。

請求項３に記載された発明では、第２の高周波発生部が反射波基本波成分検出用高周波発生部を兼ねるようにしたので、高周波発生部の数を減少させることができ、本発明を実施する高周波電源装置を構成する場合に装置の構成が徒に複雑になるのを防ぐことができる。

以下図面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は本発明に係わる高周波電源装置の第１の実施形態の構成を示したものである。本実施形態では、出力周波数を可変とする場合に、進行波電力を設定値に保つ制御を精度よく行わせるとともに、反射波電力の検出対象とする基本周波成分及びスプリアス成分を精度よく検出して、反射波電力が過大になったときに電力増幅部が破損するのを防ぐために電力増幅部の出力を抑制する制御を的確に行うことができるようにする。

図１において、１０１は、第１の周波数指令Ｃf1により指令された出力周波数（第１の周波数）ｆ1と第１の振幅レベル指令Ｃa1により指令された出力振幅レベルとを有する第１の高周波信号Ｓ1を発生する第１の高周波発生部、１０２は第２の周波数指令Ｃf2により指令された出力周波数（第２の周波数）ｆ2と第２の振幅レベル指令Ｃa2により指令された出力振幅レベルとを有する第２の高周波信号Ｓ2を発生する第２の高周波発生部である。

また１０３は、周波数指令Ｃ31，Ｃ32, …，Ｃ3nにより指令された出力周波数と振幅指令Ｃa3により指令された出力振幅指令を発生するように構成された第３の高周波発生部で、この高周波発生部は、反射波電力の複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する第３の周波数ｆ31，ｆ32，…，ｆ3nを有する第３の高周波信号Ｓ31，Ｓ32,…，Ｓ3nを時系列的に発生する。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１ないし第３の高周波発生部１０３が、公知のＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）により構成されている。

また１０４は公知の電力増幅回路からなる電力増幅部で、第１の高周波信号Ｓ1を増幅して負荷に与える高周波電力を出力する。電力増幅部１０４の出力は図示しないインピーダンス整合装置を通してプラズマ処理装置等の負荷に供給される。なお、インピーダンス整合装置が用いられない場合もある。

１０５は、電力増幅部１０４の出力端と図示しないインピーダンス整合装置との間（インピーダンス整合装置が設けられない場合には、電力増幅部１０４の出力端と負荷との間）に挿入された高周波検出部である。高周波検出部１０５は、例えば方向性結合器からなっていて、電力増幅部１０４から負荷に向かう進行波電力の情報を含む進行波検出信号Ｓpと、負荷側から電力増幅部１０４に向かう反射波電力の情報を含む反射波検出信号Ｓrとを出力する。

なお、高周波検出部１０５から得られる進行波検出信号Ｓpの周波数成分は、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1を主成分とするが、それ以外にスプリアス成分を含んでいる。このスプリアス成分の周波数は、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1の変化に応じて変化する。

１０６は第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差Δｆを一定に保つように第１及び第２の高周波発生部１０１及び１０２に周波数指令Ｃf1及びＣf2をそれぞれ与え、第３の高周波発生部１０３に周波数指令Ｃf31ないしＣf3nを与える周波数制御部である。

本実施形態で用いる周波数制御部１０６は、高周波電源装置の出力周波数を第１の周波数ｆ1とし、第１の周波数ｆ1に対して一定の差Δｆを有する周波数を第２の周波数ｆ2として、第１の周波数ｆ1を有する第１の高周波信号Ｓ1を発生させることを指令する第１の周波数指令Ｃf1及び第２の周波数ｆ2を有する第２の高周波信号Ｓ2を発生することを指令する第２の周波数指令Ｃf2をそれぞれ第1の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に同時に与えることにより、第１の高周波信号の周波数ｆ1と第２の高周波信号の周波数ｆ2との差を常に一定値Δｆ（＝｜ｆ1−ｆ2｜）に保つように、第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２を制御する。ここで、第１の周波数ｆ1（第１の高周波発生部１０１の出力周波数）は、高周波電源装置の基本周波数と一致する。第２の周波数ｆ2は、第１の周波数ｆ1よりも低くてもよく、高くてもよい。本実施形態では、Δｆを0.5MHzに設定しており、第１の高周波信号の基本周波数が50MHzのときに、第２の周波数ｆ2は49.5MHzにするようにしている。

周波数制御部１０６はまた、反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号Ｓ31，Ｓ32，…，Ｓ3nを、各第３の周波数と各検出対象周波数との差Δｆ′を常に一定に保って時系列的に発生させるように第３の高周波発生部１０３に周波数指令Ｃf31，Ｃf32，…，Ｃf3nを与える。

本実施形態では、高周波電源装置の出力周波数（第１の周波数ｆ1）の基本波周波数を50MHzとし、制御に必要な反射波電力のスプリアス周波数を46，48，52，54MHzとする。また46，48，50，52及び54MHzの５つの周波数を検出対象周波数とし、Δｆ′＝Δｆとして、これらの検出対象周波数にそれぞれ対応させて第３の高周波発生部１０３から時系列的に発生させる高周波信号Ｓ31，Ｓ32，… ,Ｓ35の周波数をそれぞれ45.5，47.5，49.5，51.5，53.5MHzとする。即ち、第３の高周波発生部１０３からは、検出対象周波数46，48，50，52，54MHzに対して0.5MHzの差を有する周波数45.5，47.5，49.5，51.5，53.5MHzの高周波信号Ｓ31，Ｓ32，… ,Ｓ35を時系列的に（予め定められた順序で所定の時間間隔をもって）発生させる。なお本実施形態では、Δｆ′＝Δｆとしているが、Δｆ′は一定値を有していればよく、Δｆに等しくなくてもよい。

周波数制御部１０６はまた、１セットの第３の周波数［45.5，47.5，49.5，51.5，53.5MHz］を発生させるために第３の高周波発生部１０３に与える周波数指令の変更を完了する毎に、周波数変更完了信号Ｓcを発生する。

また１０７は、高周波検出部１０５が出力する進行波検出信号Ｓpと第２の高周波発生部１０２が出力する第２の高周波信号Ｓ2とが入力された第１の乗算部、１０９は第１の乗算部１０７の出力から進行波電力のレベルを示す第１の差周波信号を抽出する第１のフィルタである。１１０は第１のフィルタ１０９から得られる第１の差周波信号のレベル（進行波電力のレベル）を検出する第１の差周波数信号レベル検出部、１１１は高周波電源の出力（進行波電力）のレベルを設定する第１のレベル設定部、１１２は第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出された進行波電力のレベルを第１のレベル設定部１１２により設定されたレベルに等しくするように第１の高周波発生部１０１にレベル設定信号Ｃa1を与える第１のレベル制御部である。

更に詳細に説明すると、第１の乗算部１０７は、進行波検出信号Ｓpと第２の高周波信号Ｓ2とを乗算することにより、第１の高周波信号Ｓ1の周波数（第１の周波数）ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数（第２の周波数）ｆ2との差の周波数成分を含む信号Ｓfp′を出力する部分である。

第１のフィルタ１０９は、第１の乗算部１０７の出力から希望する第１の差周波数信号Ｓfpを抽出するフィルタである。このフィルタは、アナログフィルタ（パンドパスフィルタまたはローパスフィルタ）からなっていてもよく、デジタルフィルタからなっていてもよい。

周知のように、乗算部で２つの信号を乗算すると、２つの信号の周波数の差の周波数成分と、２つの信号の周波数の和の周波数成分とを含む信号が得られる。例えばプラズマ負荷に第１の高周波電源装置と第２の高周波電源装置とが接続されている場合に、第１の高周波電源装置の基本周波数（第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1）を50MHz、第２の高周波電源装置の基本周波数を2MHzとした場合について見ると、第１の高周波電源装置の出力端子には、出力伝送系を通して、基本周波数50MHzの近傍にスプリアス成分として46，48，52，54MHzなどの成分が流入してくる。この場合、第２の高周波発生部１０２の出力周波数（第２の周波数ｆ2）を49.5MHzに設定して、希望の差周波数を0.5MHzとした場合、基本周波数50MHzに対する差周波数は0.5MHz、和周波数は99.5MHzとなる。同様に上記のスプリアス成分に対する差周波数は3.5，1.5，2.5，4.5MHzになり、和周波数は95.5，97.5，101.5, 103.5MHzとなる。スプリアス成分に対する差周波数はいずれも、基本周波数に対する差周波数よりも高い値を示す。

本発明においては、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差を常に一定値Δｆに保つように制御するため、図６のシステムにおいて、第１の高周波電源装置１１の基本周波数（第１の周波数ｆ1）を変化させた場合でも、基本周波数と第２の周波数ｆ2との差周波数は一定（上記の例では0.5MHz）となる。

例えば、第１の周波数ｆ1を50MHz→50.5MHz→51.0MHzのように変化させる場合、第２の周波数ｆ2は49.5MHz→50.0MHz→50.5MHzのように変化させられ、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差周波数が常に0.5MHz(一定)に保たれる。また、スプリアス周波数も、基本周波数（第１の周波数ｆ1）の変化に応じて変化するので、スプリアス周波数と第２の周波数との差周波数も上記の関係と変わらない。

したがって、第１のフィルタ１０９として、基本周波数に対する差周波数0.5MHzの成分を通過させ、スプリアス成分の差周波数以上の周波数成分を除去する特性を有するフィルタ（例えば、カットオフ周波数が１MHzの特性を有するもの）を用いれば、フィルタの周波数特性（周波数によってフィルタの減衰率が変化する特性）の影響を受けることなく、基本周波数に対する差周波数0.5MHzの成分を精度良く抽出することができる。

すなわち、第１のフィルタ１０９における抽出対象を、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差の周波数成分（0.5MHzの成分）とし、フィルタ１０９の特性を、スプリアス周波数と第２の高周波信号Ｓ2の周波数ｆ2との差の周波数成分（3.5，1.5，2.5，4.5MHz等の周波数成分）を除去する特性にすれば、第１の高周波信号Ｓ1の周波数ｆ1を変化させても、抽出対象の周波数は一定であるため、抽出対象の出力レベルはフィルタ１０９の周波数特性に影響されない。フィルタ１０９により抽出される差周波数信号のレベルは、電力増幅部１０４から出力される進行波電力のレベルに対応している。そのため、第１のフィルタ１０９により抽出された差周波数信号Ｓfpのレベルを検出することにより、進行波電力の基本周波数成分を検出することができる。

なお、図６に示したシステムにおいて、第１の高周波電源装置１１の基本周波数が50MHzから50.5MHzに変化した場合、基本周波数50MHzに対する和周波数は100.5MHzとなり、上記に示した関係と異なる。また、スプリアス成分に対する和周波数も上記に示した関係と異なってしまう。しかし、これらの周波数成分は、第１のフィルタ１０９により除去される対象であるので、進行波電力の基本周波数成分の検出には影響を及ぼさない。

第１のフィルタ１０９により抽出された第１の差周波数信号Ｓfpは、第１の差周波数信号レベル検出部１１０に与えられる。第１の差周波数信号レベル検出部１１０は、差周波数信号Ｓfpをアナログ処理またはデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出して進行波電力のレベルを示す第１のレベル検出信号Ｓpaを発生する部分である。

差周波数信号Ｓfpをアナログ処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出する差周波数信号レベル検出部は、ダイオード検波や自乗検波を行う検波回路により構成することができる。差周波数信号Ｓfpをデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出する差周波数信号レベル検出部は、例えば、差周波数信号の値をサンプリングする手段と、そのサンプリング値から差周波数信号の平均値または実効値を演算する手段とにより構成できる。また差周波数信号を検波する検波回路と該検波回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とによっても、差周波数信号のレベルをデジタル量として出力する差周波数信号レベル検出部を得ることができる。

本実施形態では、差周波数信号Ｓfpをデジタル処理することにより、差周波数信号Ｓfpのレベルを検出するように（デジタル回路により）第１の差周波数信号レベル検出部１１０が構成されている。

第１の差周波数信号レベル検出部１１０をデジタル回路により構成する場合、第１の差周波数信号レベル検出部１１０が出力する第１のレベル検出信号Ｓpaの値は、進行波検出信号Ｓpの大きさ（電圧値）を示す値でもよく、進行波検出信号の電圧値を換算して求めた進行波電力の電力値を示す値でもよい。本実施形態では、第１の差周波数信号レベル検出部１１０が出力するレベル検出信号が、進行波電力の電力値を示す値を有するように構成されている。

第１の差周波数信号レベル検出部１１０から得られる第１のレベル検出信号Ｓpaは、第１のレベル設定部１１１から出力される第１のレベル設定信号Ｓpasとともに第１のレベル制御部１１２に入力される。第１のレベル制御部１１２は、第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出されたレベルを、第１のレベル設定部１１１により設定された第１の設定レベルと比較演算して、その演算結果に基づいて電力増幅部１０３から負荷に向かう進行波電力を設定値に保つように、第１の高周波発生部１０１に第１の振幅レベル指令Ｃa1を与える部分である。

第１のレベル設定信号Ｓpasにより設定される第１の設定レベルは、電力増幅部１０３から出力される進行波電力の電力値を設定値に等しくするために必要な第１の高周波発生部１０１の出力レベルを与えるものである。

第１のレベル制御部１１２は、アナログ回路からなっていてもよく、デジタル回路からなっていてもよい。本実施形態では、第１の高周波発生部１０１がＤＤＳからなっているため、第１のレベル制御部１１２から第１の高周波発生部１０１にデジタル信号からなる振幅レベル指令を与える必要がある。そのため、第１のレベル制御部１１２がアナログ回路により構成される場合には、第１のレベル制御部１１２の出力側にＡＤコンバータ等を設けて、第１のレベル制御部１１２の出力信号をデジタル信号に変換する必要がある。

本実施形態では、第１の差周波数信号レベル検出部１１０がデジタル回路からなっていて、レベル検出信号Ｓpaをデジタル信号として出力するため、第１のレベル制御部１１２もデジタル回路により構成されている。

第１のレベル制御部１１２は、差周波数信号Ｓfpのレベルを第１の設定レベルに等しくするために必要な第１の高周波信号Ｓ1のレベルを演算して、演算したレベルの第１の高周波信号Ｓ1を第１の高周波発生部１０１から発生させるように、第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与える。

本実施形態ではまた、第２の高周波発生部１０２の出力レベルを検出する出力レベル検出部１１３が設けられて、その出力信号Ｓ2aが、レベル設定部１１４から出力されるレベル設定信号Ｓ2asと共にレベル制御部１１５に入力されている。

レベル制御部１１５は、出力レベル検出部１１３により検出された第２の高周波発生部１０２の出力レベルをレベル設定部１１４により設定された設定レベルと比較演算し、その演算結果に基づいて、第２の高周波発生部１０２が出力する第２の高周波信号Ｓ2のレベルを設定レベルに保つように、第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与える。

本実施形態では、レベル制御部１１５がデジタル回路からなっていて、出力レベル検出部１１３から得られるレベル検出信号Ｓ2aがＡ／Ｄ変換器を通してレベル制御部１１５に与えられる。レベル制御部１１５は、レベル検出信号Ｓ2aのレベルを設定レベルに等しくするために必要な第２の高周波信号Ｓ2のレベルを演算して、演算したレベルの第２の高周波信号Ｓ2を第２の高周波発生部１０２から発生させるように、第２の高周波発生部１０２に振幅レベル指令Ｃa2を与える。

このように構成すると、第２の高周波信号Ｓ2のレベルを常に一定に保つことができるため、差周波数信号Ｓfpをフィルタ１０９の周波数特性の影響を受けずに精確に抽出することができることと相俟って、第１の差周波数信号レベル検出部１１０から得られるレベル検出信号と進行波電力との対応関係が変動するのを防ぐことができ、負荷に供給される進行波電力を設定レベルに保つ制御を高精度で行わせることができる。

本実施形態では、第１の乗算部１０７と、第１のフィルタ１０９と、第１の差周波数信号レベル検出部１１０と、出力レベル検出部１１３と、レベル設定部１１４と、レベル制御部１１５とにより、電力増幅部１０４から負荷に与えられる進行波電力を検出する進行波検出部１２０が構成されている。

本実施形態では、第３の高周波発生部１０３の出力Ｓ31，Ｓ32，…，Ｓ35が、反射波検出信号Ｓrとともに第２の乗算部１２１に入力されている。また第３の高周波発生部１０３の出力レベルを一定に保って反射波電力を精確に検出することを可能にするため、第３の高周波発生部の出力信号のレベルを検出する出力レベル検出部１３２と、第３の高周波信号Ｓ31ないしＳ35の出力レベルの設定値を与えるレベル設定部１３３と、レベル検出部１３２により検出されたレベルをレベル設定部１３３により設定されたレベルに一致させるように第３の高周波発生部１３１に振幅レベル指令Ｃa3を与えるレベル制御部１３４とが設けられている。

第２の乗算部１２１は、高周波検出部１０４により得られた反射波検出信号Ｓrと第３の高周波発生部１０３が時系列的に発生する第３の高周波信号Ｓ31，Ｓ32，…，Ｓ35とを順次乗算して、第１の周波数ｆ1と各第３の高周波信号の周波数との差の周波数成分を含む信号を出力する。

また第２のフィルタ１２２は、第２の乗算部１２１の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する各第３の周波数ｆ31，ｆ32，…との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して、各検出対象周波数に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する。

第２の差周波数信号レベル検出部１２３は、第２のフィルタ１２２から時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出して、反射波電力の各検出対象周波数成分のレベルを示すレベル検出信号を出力する。

第２の差周波数信号レベル検出部１２３は、検出した反射波の電力値を、第３の周波数ｆ3と関連づけてメモリ１２４に出力して記憶させる。第２の差周波数信号レベル検出部１２３により検出される反射波の電力値を、第３の周波数ｆ3と関連づけて記憶することを可能にするため、第２の差周波数信号レベル検出部１２３に第３の周波数ｆ31，ｆ32，…ｆ35をそれぞれ発生することを指令する周波数指令Ｃf31，Ｃf32，…Ｃf35が入力されている。第２の差周波数信号レベル検出部１２３は、反射波電力の各検出対象周波数成分を示すレベル検出信号を検出する毎に、その検出値とともに対応する第３の周波数ｆ3の値をメモリ１２４に出力する。

第３の周波数の１セットの変化が完了すると、周波数制御部１０６から反射波情報抽出部１２５に第３の周波数変更完了信号Ｓｃが与えられる。このとき反射波情報抽出部１２５は、メモリ１２４が記憶している反射波電力の基本周波数成分のレベルとスプリアス成分のレベルとを読み込んで、読み込んだレベルから、基本周波数成分のレベルと、スプリアス成分のレベルのうち設定値以上の値を示しているものとを選択して、選択したレベルから得られる情報を総合する処理を行うことにより、第１の高周波発生部１０１の出力の振幅を制御する際に用いる反射波電力の値を示す合成反射波検出値Ｓroを得る。この合成反射波検出値Ｓroは、第１のレベル制御部１１２に与えられる。

メモリに記憶されている反射波電力の基本周波数成分及びスプリアス成分の情報を総合する処理は、差周波数信号レベル検出部の構成により異なる。例えば、差周波数信号レベル検出部でダイオード検波を行って差周波数信号のレベルを検出する場合には、反射波電力の基本周波数成分及び選択したスプリアス成分を加算することにより合成反射波検出値を求めることができる。また差周波数信号レベル検出部で自乗検波を行って差周波数信号のレベルを検出する場合には、反射波電力の基本周波数成分及び選択したスプリアス成分のそれぞれの平方根の和を自乗する演算を行うことにより合成反射波検出値を求めることができる。

第１のレベル制御部１１２は、合成反射波検出値Ｓroと、第１の差周波数信号レベル検出部１１０により検出された進行波検出値との合計値が制限値を超えたときに、第１の高周波発生部１０１の出力レベルを低下させるように振幅レベル指令Ｃa1を変化させて、電力増幅部１０４の出力を抑制する。上記制限値は、第１のレベル設定部１１１により設定される設定レベルよりも大きい値に設定される。

また本実施形態では、反射波情報抽出部１２５の出力とメモリ１２４の記憶内容とが解析用データ記憶部１２６に与えられている。解析用データ記憶部１２６は、メモリ１２４に記憶された反射波電力の各検出対象周波数成分の情報と、反射波情報抽出部１２５により抽出された反射波電力の情報とをシステムの状態を解析する際に用いる解析用データとして記憶する。

本実施形態では、第２の乗算部１２１と、第２のフィルタ１２２と、第２の差周波数信号レベル検出部１２３と、出力レベル検出部１３２と、レベル制御部１３４と、レベル設定部１３３とにより、反射波検出信号Ｓrから反射波電力の検出対象周波数成分のレベルを示す反射波レベル検出信号を発生する反射波検出部１３５が構成されている。

本実施形態ではまた、高周波検出部１０５により検出される反射波電力を基準レベル以下に抑制するように第１の高周波発生部１０１の出力周波数を変更する制御を行わせるために、反射波検出信号Ｓrと第２の高周波信号Ｓ2とが入力された第３の乗算部１４１と、第３の乗算部の出力が入力された第３のフィルタ１４２と、第３のフィルタにより抽出された第３の差周波数信号のレベルを検出する第３の差周波数信号レベル検出部１４３と、反射波電力の基準レベルを設定する反射波基準レベル設定部１４４とが設けられている。

第３の乗算部１４１は、反射波検出信号Ｓrと第２の高周波信号Ｓ2とを乗算することにより、反射波検出信号の基本周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を有する第３の差周波数信号を含む信号を発生させて、この信号を第３のフィルタ１４２に与える。第３のフィルタ１４２は、乗算部１４１から与えられた信号から第３の差周波数信号を抽出して、抽出した信号を第３の差周波数信号レベル検出部１４３に与える。第３の差周波数信号レベル検出部１４３は、第３の差周波数信号のレベルを検出して反射波電力の基本周波数成分のレベルを示すレベル検出信号を出力する。検出された反射波電力の基本周波数成分のレベルを示すレベル検出信号は、反射波基準値とともに周波数制御部１０６に与えられている。

周波数制御部１０６は、第３の差周波数信号レベル検出部１４３により検出された反射波電力の電力値が反射波基準レベル設定部１４４により設定された反射波基準値を超えているときに、第１の周波数ｆ1の値を微小な周波数範囲ΔＦ内で変化させて、その周波数範囲内で反射波電力を最小にする第１の周波数ｆ1の値を探索する周波数探索手段を備えていて、この周波数探索手段により探索された周波数を新たな基準周波数とし、第１の周波数ｆ1を該基準周波数に等しくするように周波数指令Ｃf1を与えることにより、反射波電力を基準値以下に抑制する制御を行う。

図３を参照すると、図１の実施形態の周波数制御部をマイクロプロセッサを用いて構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートが示されている。このアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ１０１で各部の初期化が行われる。この初期化のステップでは、メモリの内容が初期化されるとともに、基準周波数の初期値が50MHzに設定される。

次いでステップＳ１０２で第３の周波数の値を表わす変数「ｎ3」を初期値１とする。
第２の高周波発生部１０２及び第３の高周波発生部１０３の周波数は、第１の周波数ｆ1に基づいて自動的に決まる。第３の周波数ｆ31，ｆ32，…は、第１の周波数の各値に対して時系列的に変化させる。例えば、第１の周波数が50.0MHzであるときには、第３の周波数を45.5 → 47.5 → 49.5 → 51.5 → 53.5MHzのように時系列的に変化させる。なお、第３の周波数ｆ3が変化している間は、第１の周波数ｆ1及び第２の周波数ｆ2を変化させないものとする。

図３のフローチャートでは、上記のように処理を進める上で、第３の周波数を表す変数「ｎ3」を用い、この変数によって、第３の周波数ｆ31，ｆ32，…を定めるようにしている。上記のように第３の周波数を45.5 → 47.5 → 49.5 → 51.5 → 53.5MHzの５段階に変化させる場合、第３の周波数の45.5，47.5，49.5，51.5及び53.5MHzの値をそれぞれ変数ｎ3の１ないし５の値で表す。

ステップＳ１０２を終了した後、ステップＳ１０３に進んで各高周波発生部の出力周波数を決定する。このとき、第1の周波数ｆ1に基づいて第２の周波数ｆ2の値を決定し、変数ｎ3により第３の周波数ｆ3の値を決定する。本実施形態では、第１の周波数を50.0MHz、第２の周波数を49.5MHz、第３の周波数の初期値を45.5MHzとする。

次いでステップＳ１０４で各高周波発生部から高周波信号を出力させる。このとき各高周波信号の周波数及び振幅は初期値である。初期値の定め方には、大きく分けて次の３通りの方法がある。
（１）初期値を外部から各高周波発生部に入力する。例えば、周波数は周波数制御部から各高周波発生部に入力し、振幅は図示しない外部装置から各高周波発生部に入力する。周波数及び振幅の双方を外部から入力するようにしてもよい。
（２）各高周波発生部自体にメモリを設けて、周波数及び振幅を記憶させておく。
（３）各高周波発生部に民生機器などで用いられているラストワンメモリー機能を搭載して、電源を切る直前の最後の振幅及び周波数の設定値を各高周波発生部内に記憶させておくようにしてもよい。

次いでステップＳ１０５で電力増幅部１０４から進行波電力を出力させる。またステップＳ１０６で高周波検出部１０５から進行波検出信号Ｓp及び反射波検出信号Ｓrを読み込む。次いでステップＳ１０７で、第１の差周波数信号レベル検出部１１０から進行波電力のレベルを示す進行波検出値を得、第２の差周波数信号レベル検出部１２３から反射波電力の検出対象とする周波数成分のレベルを示す反射波検出値を得る。また第３の差周波数信号レベル検出部１４３から反射波電力の基準周波数成分のレベルを示す反射波検出値を得る。

第２の差周波数信号レベル検出部１２３により検出された反射波電力の各検出対象周波数成分のレベルは、［45.5MHz，2W］, [47.5MHz，5W], [49.5MHz，30W]，［51.5MHz，5W］，［53.5MHz，2W］のように、第３の周波数の値と関連づけてメモリ１２４に記憶する。

次いでステップＳ１０８で変数ｎ3が最終値（この例では５）に等しいか否かを判定し、ｎ3が最終値に等しくないときにはステップＳ１０９に進んで変数ｎ3をインクリメントした後ステップＳ１０３に戻って処理をくりかえす。

ステップＳ１０８で変数ｎ3が最終値であると判定されたときにはステップＳ１１０に進んで、周波数制御部１０６から第３の周波数変更完了信号Ｓcを出力する。この第３の周波数変更完了信号Ｓcは反射波情報抽出部１２５に入力される。その後ステップＳ１１１で合成反射波検出値を演算して出力し、ステップＳ１１２で各高周波発生部に対して振幅レベル指令を与える振幅制御を、ステップＳ１１３で周波数制御をそれぞれ行う。ステップＳ１１２の振幅制御では、進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値以下のときに進行波電力のレベルを設定レベルに保つように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与え、進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値を超えたときには、該合計値を制限値以下に抑えるべく電力増幅部１０４の出力を制限するように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与える。この振幅制御により電力増幅部の保護を図る。

またステップＳ１１３の周波数制御では、第３の差周波数信号レベル検出部１４３により検出された反射波検出値（基本周波数成分）が反射波基準値を超えたときに、第１の周波数ｆ1を設定した微小範囲で変化させながら反射波検出値を最小にする周波数ｆ1を探索する過程を行って探索した周波数ｆ1を新たな基準周波数とし、第１の周波数ｆ1を新たな基準周波数に一致させるように第１の高周波発生部１０１に周波数例Ｃf1を与える制御を行う。その後、ステップＳ１０３に戻って処理を繰り返す。

図３に示したアルゴリズムによる場合には、ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０及びＳ１１３により周波数制御部１０６が構成される。

図２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。図１に示した実施形態では、第３の高周波発生部１０３から複数の高周波信号を時系列的に出力させることにより、反射波検出信号から各検出対象成分を検出する処理を順次行わせるようにしたが、図２の実施形態では、反射波電力の複数の検出対象周波数のそれぞれに対応する高周波発生部を設けて、反射波検出信号から各検出対象成分を検出する処理を同時に並行させて行わせる。

図２に示した実施形態では、検出対象周波数を48MHz，50MHz及び52MHzとして、反射波電力の基本周波数50MHzの成分と、スプリアス周波数48MHzの成分と、スプリアス周波数52MHzの成分とを検出するものとする。本実施形態では、図１に示した第３の高周波発生部１０３に代えて、反射波基本波成分検出用高周波発生部１０３Ａと、反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１０３Ｂ及び１０３Ｃとが設けられている。また反射波基本波成分検出用高周波発生部１０３Ａに対応させて、反射波基本波成分検出部１３５Ａが設けられ、反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１０３Ｂ及び１０３Ｃにそれぞれ対応させて、反射波スプリアス成分検出部１３５Ｂ及び１３５Ｃが設けられている。

反射波基本波成分検出用高周波発生部１０３Ａは、周波数指令Ｃf3Aにより指令された出力周波数と振幅レベル指令Ｃa3Aにより指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数ｆ3Aを有する反射波基本波成分検出用高周波信号Ｓ3Aを発生する。

反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１０３Ｂ及び１０３Ｃは、反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とする異なるスプリアス周波数に対応して設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数ｆ3B，ｆ3Cを有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号Ｓ3B，Ｓ3Cを発生する。本実施形態では、反射波スプリアス成分検出用周波数ｆ3B及びｆ3Cがそれぞれ47.5MHz及び51.5MHzである。

本実施形態では、周波数制御部１０６が、第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差周波数Δｆを一定（本実施形態ではΔｆ＝0.5MHz）に保つように第１の高周波発生部１０１及び第２の高周波発生部１０２に周波数指令を与えるとともに、第１の周波数ｆ1と反射波基本波成分検出用周波数f3Aとの差Δｆ′を一定（本実施形態ではΔｆ′＝Δｆ＝0.5MHz）にするように反射波基本波成分検出用高周波発生部１０３Ａに周波数指令Ｃf3Aを与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１０３Ｂ，１０３Ｃの出力周波数ｆ3B，ｆ3Cと各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数（48MHz，52MHz）との差Δｆ"を一定（本実施形態ではΔｆ"＝Δｆ′＝Δｆ＝0.5MHz）とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令Ｃf3B，Ｃf3Cを与える。なおΔｆ"は一定であればよく、Δｆ′に等しくなくてもよい。

また本実施形態においても、高周波検出部１０４により得られた進行波検出信号Ｓpと第２の高周波信号Ｓ2とを乗算して得た信号をフィルタ１０９に通すことにより第１の周波数ｆ1と第２の周波数ｆ2との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号Ｓfp′を得て、第１の差周波数信号レベル検出部１１０により該進行波検出用差周波数信号のレベルを検出することにより進行波電力の基本波成分のレベルを示す進行波検出値を得る進行波検出部１２０が設けられている。この進行波検出部１２０の構成は、図１に示したものと同様であり、その出力は第１のレベル制御部１１２に与えられている。

反射波基本波成分検出部１３５Ａは、反射波基本波成分検出用高周波発生部１０３Ａに対応させて設けられて、高周波検出部１０５により得られた反射波検出信号Ｓrと反射波基本波成分検出用高周波信号Ｓ3Aとを乗算して得た信号を第２のフィルタ１２２に通すことにより第１の周波数ｆ1と反射波基本波成分検出用高周波信号の周波数ｆ3Aとの差の周波数成分を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を得て、該反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより反射波電力の基本周波数成分のレベルを示す反射波基本波成分検出値を出力する。

反射波スプリアス成分検出部１３５Ｂ及び１３５Ｃはそれぞれ反射波スプリアス成分検出用高周波発生部１０３Ｂ及び１０３Ｃに対応させて設けられていて、対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部から得られる反射波スプリアス成分検出用高周波信号Ｓ3B及びＳ3Cと高周波検出部１０５から得られる反射波検出信号Ｓrとを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより対応する反射波スプリアス成分検出用高周波信号の周波数と第１の周波数との差の周波数成分を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を得て、該反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより反射波電力のスプリアス成分のレベルを示す反射波スプリアス成分検出値を出力するように構成されている。

反射波基本波成分検出部１３５Ａ及び反射波スプリアス成分検出部１３５Ｂ，１３５Ｃの構成は、すべて同一であり、図１の実施形態における反射波検出部１３５の構成と同一である。

本実施形態では、反射波基本波成分検出部１３５Ａ及び反射波スプリアス成分検出部１３５Ｂ，１３５Ｃからそれぞれ得られる反射波基本波成分検出値、反射波スプリアス成分検出値が、検出対象周波数と関連づけられてメモリ１２４に記憶される。

反射波情報抽出部１２５は、反射波基本波成分検出値から得た反射波電力の基本周波数成分のレベルと各反射波スプリアス成分検出値から得た反射波電力のスプリアス成分のレベルとを合成して合成反射波検出値を求める。この合成反射波検出値は、進行波検出部１２０から得られる進行波検出値とともに第１のレベル制御部１１２に与えられている。

本実施形態の第１のレベル制御部１１２は、進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値以下であるときに進行波検出部１２０により検出された進行波電力のレベルを第１のレベル設定部１１１により設定された設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部１０４から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与え、合計値が制限値を超えたときには、当該合計値を制限値以下に低下させるように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与える。その他の構成は図１の実施形態と同様である。

図２に示した実施形態の周波数制御部１０６及び第１のレベル制御部１１２をマイクロプロセッサを用いて構成する場合にマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図４に示した。

このアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ１０１で各部の初期化が行われる。この初期化のステップでは、メモリの内容が初期化されるとともに、基準周波数の初期値が50MHzに設定される。

各部の初期化を行った後、ステップＳ１０２に進んで各高周波発生部の出力周波数を決定する。このとき、第1の周波数ｆ1に基づいて他の各周波数を決定する。第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ2の初期値はそれぞれ50.0MHz及び49.5MHzであり、反射波基本波成分検出用周波数ｆ3Aの初期値は47.5MHzである。また反射波スプリアス成分検出用周波数ｆ3B及びｆ3Cの初期値はそれぞれ49.5MHz及び51.5MHzである。

次いでステップＳ１０３で各高周波発生部から高周波信号を発生させ、ステップＳ１０４で電力増幅部１０４から進行波電力を発生させる。そして、ステップＳ１０５で高周波検出部１０５が出力している進行波検出信号Ｓp及び反射波検出信号Ｓrを読み込んだ後、ステップＳ１０６の処理を実行する。

ステップＳ１０６の処理では、進行波検出部１２０の第１の差周波数信号レベル検出部１１０から進行波検出値を出力させ、第３の差周波数信号レベル検出部１４３から反射波検出値（基本周波数成分）を出力させる。また反射波基本波成分検出部１３５Ａから反射波基本波成分検出値を出力させ、反射波スプリアス成分検出部１３５Ｂ及び１３５Ｃから反射波スプリアス成分検出値を出力させる。

次いでステップＳ１０８で各高周波発生部に対して振幅レベル指令を与える振幅制御を行わせ、ステップＳ１０９で周波数制御を行う。ステップＳ１０８の振幅制御では、進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値以下のときに進行波電力のレベルを設定レベルに保つように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与え、進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値を超えたときには、当該合計値を制限値以下に抑えるべく電力増幅部１０４の出力を制限するように第１の高周波発生部１０１に振幅レベル指令Ｃa1を与える。

またステップＳ１０９の周波数制御では、第３の差周波数信号レベル検出部１４３により検出された反射波検出値（基本周波数成分）が反射波基準レベル設定部１４４により設定された反射波基準値を超えたときに、第１の周波数ｆ1を設定した微小範囲で変化させながら反射波検出値を最小にする周波数ｆ1を探索する過程を行って探索した周波数ｆ1を新たな基準周波数とし、第１の周波数ｆ1を新たな基準周波数に一致させるように第１の高周波発生部１０１に周波数例Ｃf1を与える制御を行う。その後、ステップＳ１０２に戻って処理を繰り返す。

図４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップＳ１０２及びＳ１０６により周波数制御部１０６が構成される。

上記の各実施形態では、合成反射波検出値と進行波検出値との合計が設定値を超えたときに、第１の周波数ｆ1を設定した微小範囲で変化させながら反射波検出値を最小にする周波数ｆ1を探索する過程を行って探索した周波数ｆ1を新たな基準周波数とし、第１の周波数ｆ1を新たな基準周波数に一致させるように第１の高周波発生部１０１に周波数例Ｃf1を与える制御を行うようにしているが、この制御は省略することができる。

通常進行波電力のスプリアス成分は小さいため、上記の各実施形態では、進行波電力のスプリアス成分を検出していないが、進行波電力のスプリアス成分が無視できない場合には、進行波電力の基本周波数成分とスプリアス成分とを検出して両成分の検出値の合成値を進行波電力の検出値とすればよい。進行波電力のスプリアス成分を検出する方法は反射波電力のスプリアス成分を検出する方法と同様である。

本発明の第１の実施形態の構成を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示したブロック図である。 図１の実施形態において周波数制御部及びレベル制御部をマイクロプロセッサを用いて構成する場合にマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 図２の実施形態において周波数制御部及びレベル制御部をマイクロプロセッサを用いて構成する場合にマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 プラズマ処理装置等の負荷に出力周波数が異なる２台の高周波電源装置の出力が供給される場合に周波数が高い高周波電源装置の電力増幅部の出力側で検出される反射波電力の周波数分布の一例を示した周波数スペクトラムである。 プラズマ処理装置等の負荷に出力周波数が異なる２つの高周波電源装置から電力を供給するシステムの構成を示したブロック図である。

符号の説明

１０１ 第１の高周波発生部
１０２ 第２の高周波発生部
１０３ 第３の高周波発生部
１０３Ａ 反射波基本波成分検出用高周波発生部
１０３Ｂ 反射波スプリアス成分検出用高周波発生部
１０３Ｃ 反射波スプリアス成分検出用高周波発生部
１０４ 電力増幅部
１０５ 高周波検出部
１０７ 第１の乗算部
１０９ 第１のフィルタ
１１０ 第１の差周波数信号レベル検出部
１１２ 第１のレベル制御部
１２０ 進行波検出部
１２１ 第２の乗算部
１２２ 第２のフィルタ
１２３ 第２の差周波数信号レベル検出部
１２５ 反射波情報抽出部
１３５ 反射波検出部
１３５Ａ 反射波基本波成分検出部
１３５Ｂ 反射波スプリアス成分検出部
１３５Ｃ 反射波スプリアス成分検出部

Claims (3)

1. 周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１ないし第３の周波数を有する第１ないし第３の高周波信号をそれぞれ発生する第１ないし第３の高周波発生部と、
   前記第１の高周波信号を増幅する電力増幅部と、
   前記電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部と、
   前記第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、前記反射波電力の基本周波数と少なくとも１つのスプリアス周波数とからなる複数の周波数を検出対象周波数として、前記複数の検出対象周波数にそれぞれ対応する複数の第３の周波数を有する複数の第３の高周波信号を、各第３の周波数と対応する検出対象周波数との差を常に一定に保って時系列的に発生させるように前記第３の高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部と、
   前記高周波検出部により得られた進行波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第１の乗算部と、
   前記第１の乗算部の出力から前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を有する第１の差周波数信号を抽出する第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタにより抽出された第１の差周波数信号のレベルを検出して前記進行波電力の基本周波数成分のレベルを示す検出信号を出力する第１の差周波数信号レベル検出部と、
   前記高周波検出部により得られた反射波検出信号と前記第３の高周波発生部が時系列的に発生する前記第３の高周波信号とを順次乗算して、前記第１の周波数と前記各第３の周波数との差の周波数成分を含む信号を得る第２の乗算部と、
   前記第２の乗算部の出力から各検出対象周波数と各検出対象周波数に対応する前記各第３の周波数との差の周波数を有する第２の差周波数信号を順次抽出して各検出対象成分に対応する第２の差周波数信号を時系列的に出力する第２のフィルタと、
   前記第２のフィルタから時系列的に出力される第２の差周波数信号のレベルを検出して反射波電力の各検出対象周波数成分のレベルを示す検出信号を時系列的に出力する第２の差周波数信号レベル検出部と、
   前記第２の差周波数信号レベル検出部が時系列的に出力する検出信号から得られる反射波電力の検出対象成分のレベルを合成して合成反射波検出値を求める反射波情報抽出部と、
   前記第１の差周波数信号レベル検出部により検出された進行波電力のレベルと前記合成反射波検出値から得られる電力レベルとの合計値が前記設定レベルよりも大きい値に設定された制限値以下であるときには前記第１の差周波数信号レベル検出部から得られる進行波電力のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与え、前記合計値が前記制限値を超えたときには、前記合計値を制限値以下に低下させるように前記第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
   を具備したことを特徴とする高周波電源装置。
2. 周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて第１の周波数及び第２の周波数を有する第１及び第２の高周波信号をそれぞれ発生する第１及び第２の高周波発生部と、
   前記第１の高周波信号を増幅する電力増幅部と、
   前記電力増幅部から負荷に向かう進行波電力及び前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力をそれぞれ検出して前記進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記反射波電力の情報を含む反射波検出信号をそれぞれ出力する高周波検出部と、
   周波数指令により指令された出力周波数と振幅レベル指令により指令された出力振幅レベルとを有する高周波信号を発生するように構成されて、前記反射波電力の基本周波数との差が一定な反射波基本波成分検出用周波数を有する反射波基本波成分検出用高周波信号を発生する反射波基本波成分検出用高周波発生部と、
   前記反射波電力のスプリアス周波数のうち、検出対象とする少なくとも１つのスプリアス周波数に対応させて設けられて対応するスプリアス周波数との差が一定な反射波スプリアス成分検出用周波数を有する反射波スプリアス成分検出用高周波信号を発生する少なくとも１つの反射波スプリアス成分検出用高周波発生部と、
   前記第１の周波数と第２の周波数との差周波数を一定に保つように前記第１の高周波発生部及び第２の高周波発生部に周波数指令を与えるとともに、前記第１の周波数と前記反射波基本波成分検出用周波数との差を一定にするように前記反射波基本波成分検出用高周波発生部に周波数指令を与え、かつ各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部の出力周波数と各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応するスプリアス周波数との差を一定とするように各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に周波数指令を与える周波数制御部と、
   前記高周波検出部により得られた進行波検出信号と前記第２の高周波信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数成分を有する進行波検出用差周波数信号を得て、該進行波検出用差周波数信号のレベルを検出することにより前記進行波電力の基本波成分のレベルを示す進行波検出値を得る進行波検出部と、
   前記反射波基本波成分検出用高周波発生部に対応して設けられて、前記高周波検出部により得られた反射波検出信号と前記反射波基本波成分検出用高周波信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより前記第１の周波数と前記反射波基本波成分検出用高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する反射波基本波成分検出用差周波数信号を得て、該反射波基本波成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより前記反射波電力の基本周波数成分のレベルを示す反射波基本波成分検出値を得る反射波基本波成分検出部と、
   前記各反射波スプリアス成分検出用高周波発生部に対応させて設けられて、対応する反射波スプリアス成分検出用高周波発生部から得られる反射波スプリアス成分検出用高周波信号と前記高周波検出部から得られる反射波検出信号とを乗算して得た信号をフィルタに通すことにより前記第１の周波数と対応する反射波スプリアス成分検出用高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する反射波スプリアス成分検出用差周波数信号を得て、該反射波スプリアス成分検出用差周波数信号のレベルを検出することにより前記反射波電力のスプリアス成分のレベルを示す反射波スプリアス成分検出値を得る反射波スプリアス成分検出部と、
   前記反射波基本波成分検出値から得た反射波電力の基本周波数成分のレベルと各反射波スプリアス成分検出値から得た反射波電力のスプリアス成分のレベルとを合成して合成反射波検出値を得る反射波情報抽出部と、
   前記進行波検出値と合成反射波検出値との合計値が制限値以下であるときには前記進行波検出部により検出された進行波電力のレベルを設定レベルと比較演算してその演算結果に基づいて前記電力増幅部から負荷に与えられる電力を設定値に保つように前記第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与え、前記合計値が制限値を超えたときには、前記合計値を制限値以下に低下させるように前記第１の高周波発生部に振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
   を具備したことを特徴とする高周波電源装置。
3. 前記第２の高周波発生部が前記反射波基本波成分検出用高周波発生部を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の高周波電源装置。

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