JP2011216369A - 高周波電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の基準クロック信号を発生させる基準クロック発生部116と、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101及び102と、両高周波発生部に周波数指令を与える周波数指令部104と、第1の高周波信号を増幅する電力増幅部105と、進行波電力の検出信号と第2の高周波信号とを乗算して両高周波信号の周波数の差の周波数成分を含む信号を得る乗算部107と、乗算部の出力から上記差の周波数成分を有する差周波数信号を抽出するフィルタ109と、フィルタにより抽出された差周波数信号のレベルと設定レベルとの比較演算の結果に基づいて進行波電力を設定値に保つように第1の高周波発生部105に振幅指令を与えるレベル制御部112とを備えた。
【選択図】 図1
Description
この図9に示す高周波電源装置は、第1の高周波発生部21、電力増幅部22、高周波検出部23、第2の高周波発生部24、乗算部25、フィルタ26、差周波数信号レベル検出部27、レベル設定部28、レベル制御部29、水晶発振器31、32、33によって構成されている。
その結果、進行波電力の検出信号の検出精度が低下するので、進行波電力の制御精度が低下してしまう。
単一の水晶発振器を用いて、複数の基準クロック信号を発生させる基準クロック発生部と、
前記基準クロック発生部で発生させた基準クロック信号を用いて、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周波数が異なる第1の高周波信号及び第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の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差を一定に保つように前記第1及び第2の高周波発生部に前記周波数指令を与える周波数指令部と、
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の情報を含む進行波検出信号を検出する高周波検出部と、
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の高周波信号の周波数と前記第2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得る乗算部と、
前記乗算部の出力から前記第1の高周波信号の周波数と前記第2の高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する差周波数信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された差周波数信号のレベルを検出する差周波数信号レベル検出部と、
前記差周波数信号レベル検出部により検出された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向かう進行波電力を設定値に保つように前記第1の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
を備えたことを特徴としている。
前記第2の高周波発生部の出力レベルを検出する出力レベル検出部と、
前記出力レベル検出部により検出されたレベルを第2の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第2の高周波発生部の出力レベルを設定された一定値に保つように前記第2の高周波発生部に振幅指令を与える第2のレベル制御部と、
をさらに備えたことを特徴としている。
前記第1及び第2の発明において、前記フィルタ、前記差周波数信号レベル検出部の少なくとも1つがデジタル回路で構成されていることを特徴としている。
単一の水晶発振器を用いて、複数の基準クロック信号を発生させる基準クロック発生部と、
前記基準クロック発生部で発生させた基準クロック信号を用いて、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周波数が異なる第1の高周波信号及び第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の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差を一定に保つように前記第1及び第2の高周波発生部に前記周波数指令を与える周波数指令部と、
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の情報を含む進行波検出信号と前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力の情報を含む反射波検出信号とを検出する高周波検出部と、
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の高周波信号の周波数と前記第2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の高周波信号の周波数と前記第2の高周波信号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2の高周波信号とを乗算して、前記第1の高周波信号の周波数と前記第2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得る第2の乗算部と、
前記第2の乗算部の出力から前記第1の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する第2の差周波数信号を抽出する第2のフィルタと、
前記第2のフィルタにより抽出された第2の差周波数信号のレベルを検出する第2の差周波数レベル検出部と、
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レベルから前記第2の差周波数信号レベル検出部により検出されたレベルを減算した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の高周波発生部に前記振幅指令を与えるレベル制御部と、
を備えたことを特徴としている。
前記出力レベル検出部により検出されたレベルを第2の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第2の高周波発生部の出力レベルを設定された一定値に保つように前記第2の高周波発生部に振幅指令を与える第2のレベル制御部と、
をさらに備えたことを特徴としている。
前記第4及び第5の発明において、前記第1のフィルタ、前記第1の差周波数信号レベル検出部、前記第2のフィルタ、前記第2の差周波数信号レベル検出部の少なくとも1つがデジタル回路で構成されていることを特徴としている。
前記第1〜第6の発明おいて、前記第1及び第2の高周波発生部が、DDS(Direct Digital Synthesizer)方式の高周波発生部であることを特徴としている。
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。同図において、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。本実施形態では、第1の高周波発生部101及び第2の高周波発生部102が、公知のDDS(Direct Digital Synthesizer)により構成されている。
もちろん、基準クロック信号を用いて所望の周波数を合成することができる機能を有するものであれば、第1の高周波発生部101及び第2の高周波発生部102は、DDS方式の高周波発生部でなくてもよい。
して負荷に与える高周波電力を出力する。電力増幅部105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。
また、フィルタ109は、アナログフィルタと、アナログフィルタの出力をデジタル処理して差周波数信号を抽出するデジタルフィルタとの組み合わせからなっていてもよい。すなわち、乗算部の出力をアナログフィルタに通して不要な周波数成分を除去したのちにデジタルフィルタによりフィルタリングを行うようにすれば、デジタルフィルタにおける信号処理がし易くなるという利点がある。
もちろん、周波数指令部104から第1の高周波発生部に与える第1の周波数指令Cf1に対応する周波数(例えば50MHz)、及び周波数指令部から第2の高周波発生部に与える第2の周波数指令Cf2に対応する周波数(例えば49.5MHz)が一定値(固定値)であれば、周波数指令部104から出力された第1の周波数指令Cf1及び第2の周波数指令Cf2を入力する必要はなく、例えばメモリ(図略)を設けて、その周波数を記憶させるようにすればよい。
図3は、フィルタ109の構成例を示すブロック図である。上述したように、フィルタ109は、図3(a)に示すように、アナログフィルタからなっていてもよく、図3(b)に示すように、デジタルフィルタからなっていてもよい。また、図3(c)に示すように、アナログフィルタと、アナログフィルタの出力をデジタル処理して差周波数信号を抽出するデジタルフィルタとの組み合わせからなっていてもよい。
上述したように、差周波数信号レベル検出部110は、フィルタ109から出力される差周波数信号Spfの出力信号のレベルを検出する。また、差周波数信号Spfは、例えば0.5MHzの周波数成分を有する信号であるため、信号の振幅を演算によって求めることで、信号のレベルを検出することができる。
Asin (2π・fin/fsample・(t)) ・・・・・(1)
A:振幅
fin:測定信号の周波数
fsample:サンプリング周波数
Acos (2π・fin/fsample・(t)) ・・・・・(2)
Acos (2π・fin/fsample・(t))
=(Asin(2π・fin/fsample・(t+1))−Asin(2π・fin/fsample・(t-1)))/(2・sin(2π・fin/fsample)) ・・・・・(3)
A=√(S2+C2) ・・・・・・・・・・・・・・(4)
S:基準点におけるサンプリングデータの値(正弦波の値)
C:基準点におけるデジタル信号波形の微分値(余弦波の値)
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、第2のレベル設定部114から出力される第2のレベル設定信号S2asと共に第2のレベル制御部115に入力されている。第2のレベル制御部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の出力レベルを第2のレベル設定部114により設定された第2の設定レベルと比較演算して、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のレベルを第2の設定レベルに保つように第2の高周波発生部102に振幅指令Ca2を与える。本実施形態では、第2のレベル制御部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変換器を通して第2のレベル制御部115に与えられる。第2のレベル制御部115は、レベル検出信号S2a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に振幅指令Ca2を与える。
周波数と第2の高周波信号の周波数との差を一定に保つように第1及び第2の高周波発生
部に同時に周波数指令Cf1及びCf2を与えるため、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との差デルタfは常に一定である。電力増幅部105は、第1の高周波発生部101から得られる第1の高周波信号S1を増幅して負荷に供給する高周波電力を出力する。電力増幅部105から負荷に与えられる進行波電力は、高周波検出部106により検出される。高周波検出部106から得られる進行波検出信号Spは、第2の高周波信号S2と共に乗算部107に入力される。乗算部107は、進行波検出信号と第2の高周波信号S2とを乗算して、第1の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差デルタf(=f1−f2)の周波数成分を含む信号Sfp’を出力する。フィルタ109は、信号Sfp’からスプリアス成分を除去して第1の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する差周波数信号Sfpを抽出して、この差周波数信号Sfpを差周波数信号レベル検出部110に与える。差周波数信号レベル検出部110は、差周波数信号Sfpを検波してそのレベルを検出し、検出したレベルを第1のレベル制御部112に与える。第1のレベル制御部112は、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105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に振幅指令Ca1を与えるため、電力増幅部105から負荷に与えられる高周波電力が設定値に保たれる。
図2は本発明に係わる高周波電源装置の第2の実施形態の構成を示したものである。この実施形態では、高周波検出部106が、電力増幅部105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105に向かう反射波電力の情報を含む反射波検出信号Srとを出力するように構成されている。また、図1に示した第1の実施形態では、電力増幅部105から出力される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に振幅指令を与えていたが、この第2の実施形態では、電力増幅部105から負荷に与えられる電力(進行波電力から反射波電力を差し引いた電力)を設定値に保つように、第1の高周波発生部101に振幅指令を与えるように構成されている。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
また、上述したように、本実施形態では、第1のフィルタ109、第1の差周波数信号レベル検出部110、第2のフィルタ123、第2の差周波数信号レベル検出部124がデジタル回路(例えばFPGA)で構成されているので、基準クロック発生部116で発生させた基準クロック信号が、第1のフィルタ109等に与えられる。
そのため、第1の実施形態で説明したように、第1のフィルタ109及び第1の差周波数信号レベル検出部110をデジタル回路で構成しても、水晶発振器の出力周波数の誤差が相殺されるので、水晶発振器の出力周波数の誤差に起因する問題が生じない。
また、第1のフィルタ109と同様の理由により、第2のフィルタ123をデジタル回路で構成しても、水晶発振器の出力周波数の誤差が相殺されるので、水晶発振器の出力周波数の誤差に起因する問題が生じない。
また、第1の差周波数信号レベル検出部110と同様の理由により、第2の差周波数信号レベル検出部124をデジタル回路で構成しても、水晶発振器の出力周波数の誤差が相殺されるので、水晶発振器の出力周波数の誤差に起因する問題が生じない。
また、本実施形態のように構成すると、高周波電力の周波数の如何に関わりなく、進行波電力の電力値と第1の差周波数信号レベル検出部110により検出されるレベルとの対応関係及び反射波電力の電力値と第2の差周波数信号レベル検出部124により検出されるレベルとの対応関係が狂うのを防ぐとともに、第2の高周波発生部の出力レベルの変動により、第1及び第2の乗算部108及び122の出力が変動して、進行波電力の電力値と第1の差周波数レベル検出部により検出されるレベルとの対応関係及び反射波電力の電力値と第2の差周波数レベル検出部により検出されるレベルとの対応関係が変化するのを防ぐことができるため、進行波電力と反射波電力との差の電力値を設定値に保つ制御を精密に行わせることができる。従って本実施形態によれば、電力増幅部から負荷に与えられる進行波電力と負荷から電力増幅部側に戻ってくる反射波電力との差の電力値を設定値に保つ制御の精密性を何等損なうことなく、高周波電力の周波数を変化させることができる高周波電源装置を得ることができる。
102 第2の高周波発生部
103 周波数設定部
104 周波数指令部
105 電力増幅部
106 高周波検出部
107 乗算部(第1の乗算部)
109 フィルタ(第1のフィルタ)
110 差周波数信号レベル検出部(第1の差周波数信号レベル検出部)
111 第2のレベル設定部
112 第1のレベル制御部
113 出力レベル検出部
114 第2のレベル設定部
115 第2のレベル制御部
116 基準クロック信号発生部
117 水晶発振器
120 反射波基準レベル設定部
121 第2の乗算部
123 第2のフィルタ
124 第2の差周波数信号レベル検出部
Claims (7)
- 単一の水晶発振器を用いて、複数の基準クロック信号を発生させる基準クロック発生部と、
前記基準クロック発生部で発生させた基準クロック信号を用いて、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周波数が異なる第1の高周波信号及び第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の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差を一定に保つように前記第1及び第2の高周波発生部に前記周波数指令を与える周波数指令部と、
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の情報を含む進行波検出信号を検出する高周波検出部と、
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の高周波信号の周波数と前記第2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得る乗算部と、
前記乗算部の出力から前記第1の高周波信号の周波数と前記第2の高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する差周波数信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された差周波数信号のレベルを検出する差周波数信号レベル検出部と、
前記差周波数信号レベル検出部により検出された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向かう進行波電力を設定値に保つように前記第1の高周波発生部に前記振幅レベル指令を与えるレベル制御部と、
を備えた高周波電源装置。 - 前記第2の高周波発生部の出力レベルを検出する出力レベル検出部と、
前記出力レベル検出部により検出されたレベルを第2の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第2の高周波発生部の出力レベルを設定された一定値に保つように前記第2の高周波発生部に振幅指令を与える第2のレベル制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする、請求項1に記載の高周波電源装置。 - 前記フィルタ、前記差周波数信号レベル検出部の少なくとも1つがデジタル回路で構成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の高周波電源装置。
- 単一の水晶発振器を用いて、複数の基準クロック信号を発生させる基準クロック発生部と、
前記基準クロック発生部で発生させた基準クロック信号を用いて、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周波数が異なる第1の高周波信号及び第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の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差を一定に保つように前記第1及び第2の高周波発生部に前記周波数指令を与える周波数指令部と、
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の情報を含む進行波検出信号と前記負荷側から前記電力増幅部に向かう反射波電力の情報を含む反射波検出信号とを検出する高周波検出部と、
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の高周波信号の周波数と前記第2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の高周波信号の周波数と前記第2の高周波信号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2の高周波信号とを乗算して、前記第1の高周波信号の周波数と前記第2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得る第2の乗算部と、
前記第2の乗算部の出力から前記第1の高周波信号の周波数と第2の高周波信号の周波数との差の周波数成分を有する第2の差周波数信号を抽出する第2のフィルタと、
前記第2のフィルタにより抽出された第2の差周波数信号のレベルを検出する第2の差周波数レベル検出部と、
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レベルから前記第2の差周波数信号レベル検出部により検出されたレベルを減算した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の高周波発生部に前記振幅指令を与えるレベル制御部と、
を備えた高周波電源装置。 - 前記第2の高周波発生部の出力レベルを検出する出力レベル検出部と、
前記出力レベル検出部により検出されたレベルを第2の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第2の高周波発生部の出力レベルを設定された一定値に保つように前記第2の高周波発生部に振幅指令を与える第2のレベル制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする、請求項4に記載の高周波電源装置。 - 前記第1のフィルタ、前記第1の差周波数信号レベル検出部、前記第2のフィルタ、前記第2の差周波数信号レベル検出部の少なくとも1つがデジタル回路で構成されていることを特徴とする、請求項4又は5に記載の高周波電源装置。
- 前記第1及び第2の高周波発生部は、DDS(Direct Digital Synthesizer)方式の高周波発生部であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の高周波電源装置。
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