JP3167221B2 - Inductively coupled plasma generator - Google Patents

Inductively coupled plasma generator

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JP3167221B2
JP3167221B2 JP11516993A JP11516993A JP3167221B2 JP 3167221 B2 JP3167221 B2 JP 3167221B2 JP 11516993 A JP11516993 A JP 11516993A JP 11516993 A JP11516993 A JP 11516993A JP 3167221 B2 JP3167221 B2 JP 3167221B2
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inductively coupled
plasma generator
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ピーター・エイチ・ギャグン
ピーター・ジェイ・モリスロー
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ザ・パーキン・エルマー・コーポレイション
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/36Circuit arrangements

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は分光計のごとき分析機器
に使用するプラズマ放出源に関する。該プラズマ放出源
はサンプルの原子を示す波長において光の放出を生じる
ためにサンプルを励起するのに使用されるフオトンおよ
びイオンを供給する。放出された光は次いでサンプルを
鑑定するために分光計により検出される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma emission source used in an analytical instrument such as a spectrometer. The plasma emission source supplies photons and ions that are used to excite the sample to produce an emission of light at a wavelength indicative of the atoms of the sample. The emitted light is then detected by a spectrometer to identify the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ放出源を生ずるかまたはそれを
作り出すのに使用する装置は一般にその出力がプラズマ
トーチのごとき負荷に誘導的に結合される無線周波数
(RF)発生器からなる。かかる装置は本発明の発明者
に発行されたアメリカ合衆国特許第4,629,940
号および同第4,935,596号に略述されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION The apparatus used to generate or create a plasma emission source generally comprises a radio frequency (RF) generator whose output is inductively coupled to a load, such as a plasma torch. Such a device is disclosed in U.S. Pat. No. 4,629,940 issued to the inventor of the present invention.
And No. 4,935,596.

【0003】かかる従来の全ての装置に関連付けられる
問題は今日の装置において使用するのにそれらが出力パ
ワーを適切に調整および制御することができないことに
ある。本発明はこの問題を実質上除去する。
[0003] A problem associated with all such conventional devices is that they cannot properly regulate and control the output power for use in today's devices. The present invention substantially eliminates this problem.

【0004】かかる装置において、RF発生器から負荷
へのパワーの有効な伝送が重要な特徴である。RF発生
器は負荷に誘導結合されるので、負荷とRF発生器との
間のインピーダンス不整合が克服されるべき重要な課題
である。これはインピーダンス不整合が極めて不十分な
パワーの伝送を結果として生じならびに発生器回路を損
傷または破壊するかも知れない反射される出力を生じる
可能性がある。
[0004] An important feature of such devices is the efficient transfer of power from the RF generator to the load. Since the RF generator is inductively coupled to the load, impedance mismatch between the load and the RF generator is an important issue to be overcome. This can result in very poor transmission of power with impedance mismatch as well as reflected output that may damage or destroy the generator circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述された、アメリカ
合衆国特許第4,629,940号に記載されたような
固定周波数RF装置において、不整合の問題はRF発生
器とプラズマトーチまたは負荷との間のインピーダンス
を連続的に整合するためにかなり精巧な電子機械ハイブ
リツド装置により軽減される。
In a fixed frequency RF device, such as that described in U.S. Pat. No. 4,629,940, described above, the problem of mismatch is between the RF generator and the plasma torch or load. Is reduced by a rather sophisticated electromechanical hybrid device to continuously match the impedance of the

【0006】本発明は目的はかかる厄介な装置を必要と
することなく不整合の問題を解決する誘導結合プラズマ
発生器を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an inductively coupled plasma generator that solves the mismatch problem without the need for such cumbersome equipment.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、RFパ
ワーを発生するための発振器手段、プラズマを発生する
ために前記発振器に接続される負荷手段、前記負荷手段
に供給される実際のRFパワーを測定するための検出器
手段、および前記RFパワーを命令されたレベルに維持
するために前記負荷手段と前記発振器手段との間に接続
された回路手段とからなる誘導結合プラズマ発生器によ
り達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an oscillator for generating RF power, a load connected to the oscillator for generating plasma, and an actual RF supplied to the load. Achieved by an inductively coupled plasma generator comprising detector means for measuring power, and circuit means connected between said load means and said oscillator means for maintaining said RF power at a commanded level. Is done.

【0008】他の革新および改良において、本発明はか
かる精巧なかつ厄介な装置の必要を除去した。インピー
ダンスおよび周波数は機能的に相関されるので、本発明
は変化するRF周波数をインピーダンス不整合に関して
自動的に調整させることにより不整合の問題を克服す
る。明細書により十分に記載されるように、所望のRF
パワーからの実際のRFパワーのずれを示す信号がRF
発生器を制御するのに使用される。
In another innovation and improvement, the present invention has eliminated the need for such sophisticated and cumbersome devices. Since impedance and frequency are functionally correlated, the present invention overcomes the mismatch problem by having the changing RF frequency automatically adjust for impedance mismatch. As described more fully in the specification, the desired RF
The signal indicating the deviation of the actual RF power from the power is RF
Used to control the generator.

【0009】従来の誘導結合RFプラズマ発生器はプラ
ズマ電位に関係なく使用された。かくして、これら従来
の装置において、プラズマ電位はしばしば接地に対して
高くすることができ、それは原子放出分光写真技術にお
いてガラストーチへの破壊的な寄生放出、または質量分
光写真技術においてサンプラーコーンに対する侵食性損
傷を生じる。本発明はこの問題をプラズマを作動の間中
接地電位にまたはその近傍に維持することにより克服す
る。
Conventional inductively coupled RF plasma generators have been used regardless of the plasma potential. Thus, in these conventional devices, the plasma potential can often be high relative to ground, which can be destructive parasitic emission to a glass torch in atomic emission spectroscopy, or erodible to a sampler cone in mass spectroscopy. Causes damage. The present invention overcomes this problem by maintaining the plasma at or near ground potential throughout operation.

【0010】本発明はまた作動の間中発生器のパラメー
タを監視するための手段を含みそして回路への、例えば
誘導結合プラズマ発生器における損傷を阻止するために
作動を停止するための手段を設け、プラズマの不点火ま
たは点火不良はかかる条件が回路またはガラストーチに
対する損傷を生じるかも知れないので重大な問題となる
可能性がある。本発明はこの問題をかかる点火問題を検
出しかつ損傷が発生される前に装置を遮断するように発
生器パラメータを連続して監視することにより解決す
る。
The present invention also includes means for monitoring generator parameters during operation and providing means for shutting down the circuit, eg, to prevent damage to the inductively coupled plasma generator. Misfires or misfires in the plasma can be a serious problem as such conditions may cause damage to the circuit or glass torch. The present invention solves this problem by detecting such ignition problems and continuously monitoring the generator parameters to shut off the device before damage occurs.

【0011】本発明は分析機器、例えば、原子放出また
は質量分光計において使用するプラズマを発生するため
の誘導結合プラズマ発生器に関する。該発生器はプラズ
マを発生するために無線周波数発振器として使用される
べくなされた真空三極管を含んでいる回路からなる。本
発明の第1の目的は負荷コイルに対するRFパワーの正
確な調整および安定な制御である。このために、本発明
は発生された実際の出力が発振器出力パワーを制御する
のに使用される閉ループフイードバツク回路からなる。
これを達成するために、実際のRF出力パワーを示す出
力を供給するためにRF電圧および電流を測定しかつ増
倍するための手段が設けられる。この出力はその出力を
制御すべき発振器のグリツドへ印加のために誤差信号を
発生するために命令されたパワーに比較される。これは
発生器の効率を変化しならびに動的インピーダンス整合
の必要を除去する方法において達成される。本発明はま
たプラズマをゼロ電位にまたはその近傍に維持するため
の手段ならびに発生器の運転条件を監視するための手段
を含んでいる。プラズマの条件はプラズマの不点火また
は点火不良により発生される損傷を阻止するために回路
パラメータの状態を感知することにより連続的に監視さ
れる。
The present invention relates to an inductively coupled plasma generator for generating a plasma for use in an analytical instrument, for example, an atomic emission or mass spectrometer. The generator comprises a circuit including a vacuum triode adapted to be used as a radio frequency oscillator to generate a plasma. A first object of the present invention is accurate adjustment and stable control of RF power to a load coil. To this end, the present invention comprises a closed loop feedback circuit in which the actual output generated is used to control the oscillator output power.
To accomplish this, means are provided for measuring and multiplying the RF voltage and current to provide an output indicative of the actual RF output power. This output is compared to the commanded power to generate an error signal for application to the grid of the oscillator whose output is to be controlled. This is achieved in a way that changes the efficiency of the generator as well as eliminates the need for dynamic impedance matching. The invention also includes means for maintaining the plasma at or near zero potential and means for monitoring operating conditions of the generator. Plasma conditions are continuously monitored by sensing the condition of circuit parameters to prevent damage caused by misfiring or misfiring of the plasma.

【0012】以下に、本発明を添付図面に関連して詳細
に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【実施例】次に図1を参照すると、本発明の誘導結合プ
ラズマ発生器10が示されている。該発生器は発振器、
例えば、無線周波数RF範囲において図2に示されるよ
うなコルピツツ発振器として作動するように設計された
三極真空管11からなる。プレート電圧は高電圧電源1
2によつて発生器10に供給される。高電圧電源12は
幾つかの別個の値、例えば、低い、中間、高い、および
点火出力範囲に対応する4つの別個の値において電圧を
供給する可能性を有する。グリツドバイアス電圧はグリ
ツド制御回路13によつて発生器10に供給される。
1, there is shown an inductively coupled plasma generator 10 of the present invention. The generator is an oscillator,
For example, it comprises a triode vacuum tube 11 designed to operate as a Colpitts oscillator as shown in FIG. 2 in the radio frequency RF range. Plate voltage is high voltage power supply 1
2 to the generator 10. The high voltage power supply 12 has the potential to supply voltage at several distinct values, for example, four distinct values corresponding to low, medium, high, and ignition output ranges. The grid bias voltage is supplied to generator 10 by grid control circuit 13.

【0014】発振器または発生器11はガラストーチ1
8のまわりに配置されるプラズマ負荷コイル17に接続
される。負荷コイル17への出力パワーは負荷コイル1
7がその1部分である発振器共振回路16を介して供給
される。共振回路16は図2に概略詳細において示され
る。アルゴンまたは同様なガスが例えば開口18aを介
してガラストーチを通して導入され、負荷コイル17が
その誘導部分である共振出力回路16を通って循環する
RFパワーにより発生される電磁界によりイオン化され
る。発生されたプラズマは炎18bとして記号的に示さ
れる。しかしながら、留意されるべきことは、フオトン
およびイオンからなるプラズマが原子放出分光計または
質量分光計におけるその使用に依存して異なって使用さ
れるということである。
The oscillator or generator 11 is a glass torch 1
8 is connected to a plasma load coil 17 arranged around. The output power to the load coil 17 is the load coil 1
7 is supplied through an oscillator resonance circuit 16 which is one of the components. Resonant circuit 16 is shown in schematic detail in FIG. Argon or a similar gas is introduced, for example, through a glass torch through the opening 18a, and the load coil 17 is ionized by the electromagnetic field generated by the RF power circulating through the resonant output circuit 16, its inductive part. The generated plasma is symbolically indicated as flame 18b. However, it should be noted that the plasma consisting of photons and ions is used differently depending on its use in an atomic emission spectrometer or mass spectrometer.

【0015】発振器共振回路16の容量は実際の接地を
負荷コイル17の中心において出現させるように分圧器
として作用するように図2に示されるように分割され
る。これは原子放出分光計において使用のときの寄生放
出および質量分光計において使用のときサンプラーを侵
食する放出を除去するその付属の利点によりプラズマを
ゼロにおいてまたはゼロ電位近傍で作動されるようにす
る。
The capacitance of the oscillator resonance circuit 16 is divided as shown in FIG. 2 to act as a voltage divider so that the actual ground appears at the center of the load coil 17. This allows the plasma to be operated at or near zero potential due to its attendant advantages of eliminating parasitic emissions when used in an atomic emission spectrometer and emissions that erode the sampler when used in a mass spectrometer.

【0016】容量分圧器回路14および電流変圧器回路
15は発生器11と無線周波数増倍器回路19との間に
接続される。無線周波数増倍器回路19は比較器回路2
1へ入力を供給する。容量分圧器回路14はRF増倍器
回路19へ発生器11のRF電圧出力を示す出力を供給
する一方電流変圧器15はRF増倍器回路19へ発生器
11のRF電流出力を示す信号を供給する。分圧器回路
14および電流変圧器回路15は負荷に供給されるRF
パワーと干渉しないように接続される。
The capacitive voltage divider circuit 14 and the current transformer circuit 15 are connected between the generator 11 and the radio frequency multiplier circuit 19. The radio frequency multiplier circuit 19 is a comparator circuit 2
Supply input to 1. Capacitive voltage divider circuit 14 provides an output to RF multiplier circuit 19 indicating the RF voltage output of generator 11, while current transformer 15 provides an signal to RF multiplier circuit 19 indicating the RF current output of generator 11. Supply. The voltage divider circuit 14 and the current transformer circuit 15 are connected to the RF supplied to the load.
Connected so as not to interfere with power.

【0017】RF電圧および電流は負荷コイル17を通
ってプラズマ18bに実際に供給されているRFパワー
を示す出力信号を付与するためにRF増倍器回路19に
おいて事実上増倍される。本発明の実施例において、R
F増倍器回路19は1990/91年版のアナログ・デ
バイス社の、「リニヤー・プロダクツ・データブツク」
のページ6〜65に説示されたと同一の対数応答増幅器
およびAD8344象限(フオー・クオードラント)増
倍器と同様な加算回路である。RF電圧信号およびRF
電流信号は対数的に増幅されかつ次いでともに加算され
るので、それらは算術的にはともに増倍されているのに
等しい。RF電圧およびRF電流の算術積がRFパワー
であるので、RF増倍器回路19からの出力信号は負荷
コイル17を通ってプラズマに供給されているRFパワ
ーを示す。
The RF voltage and current are effectively multiplied in an RF multiplier circuit 19 to provide an output signal indicative of the RF power actually being supplied to the plasma 18b through the load coil 17. In an embodiment of the present invention, R
The F multiplier circuit 19 is a 1990/91 edition of Analog Devices, Inc., "Linear Products Databook".
The same logarithmic response amplifier and adder circuit as the AD8344 quadrant (for quadrant) multiplier as described on pages 6-65. RF voltage signal and RF
Since the current signals are logarithmically amplified and then added together, they are arithmetically equivalent to being multiplied together. Since the arithmetic product of the RF voltage and the RF current is RF power, the output signal from RF multiplier circuit 19 indicates the RF power being supplied to the plasma through load coil 17.

【0018】RFパワーを示す信号は連続して比較器回
路21に印加される。マイクロプロセツサ23は、所望
のまたは命令されたRFパワーを示す比較器回路21へ
の第2入力を供給する。デジタル−アナログ変換器が、
マイクロプロセツサ23と比較器回路22との間に挿入
されてマイクロプロセツサからのデジタルデータをRF
増倍器回路19からのアナログ信号と比較し得るような
アナログ形式に変換する。
The signal indicating the RF power is continuously applied to the comparator circuit 21. Microprocessor 23 provides a second input to comparator circuit 21 indicating the desired or commanded RF power. A digital-to-analog converter
The digital data from the microprocessor is inserted between the microprocessor 23 and the comparator circuit 22 to transmit the RF data to the RF circuit.
The signal is converted into an analog form that can be compared with the analog signal from the multiplier circuit 19.

【0019】比較器回路21はグリツド制御回路13へ
誤差信号を供給する。この誤差信号はマイクロプロセツ
サ23により供給される所望のまたは命令されたパワー
からの負荷コイル17に進んでいる実際のRFパワーの
正または負のずれを示す。とくにこの値はキーボード入
力装置等およびデイスプレイ/プリンタを有するホスト
コンピユータにより供給される。比較器回路21からの
信号はグリツド制御回路13にフイードバツクされかつ
負荷コイル17へのRFパワーを一定に正確に調整され
かつ命令されたパワーに安定に維持する。
The comparator circuit 21 supplies an error signal to the grid control circuit 13. This error signal indicates a positive or negative deviation of the actual RF power going to the load coil 17 from the desired or commanded power provided by the microprocessor 23. In particular, this value is supplied by a host computer having a keyboard input device or the like and a display / printer. The signal from the comparator circuit 21 is fed back to the grid control circuit 13 and maintains the RF power to the load coil 17 precisely and accurately regulated and stably at the commanded power.

【0020】グリツド制御回路はパワートランジスタ、
例えば、それに誤差信号が供給されるFETトランジス
タを含んでいる。該トランジスタは誤差信号にしたがつ
て三極真空管11のグリツドバイアスを制御する。
The grid control circuit includes a power transistor,
For example, it includes a FET transistor to which an error signal is supplied. The transistor controls the grid bias of the triode vacuum tube 11 according to the error signal.

【0021】発振器の真空管11の範囲を延長するため
に、その効率は実際の出力パワー、例えば、低いグリツ
ド電流に関して低い効率および高いグリツド電流に関し
て高い効率にしたがつて真空管11のグリツド電流を変
化することにより約40%ないし60%の間で変化され
得る。
In order to extend the range of the tube 11 of the oscillator, its efficiency changes the grid current of the tube 11 according to the actual output power, eg low efficiency for low grid currents and high efficiency for high grid currents. Can be varied between about 40% and 60%.

【0022】計器回路25は発生器11からの入力を有
する。計器回路25は比較器回路26およびそれ自体マ
イクロプロセツサ23へ入力を供給するアナログ−デジ
タル変換器回路29に接続される出力を有する。モニタ
回路27はその出力が保護回路への入力として供給され
る比較器回路26へ第2入力を供給する。保護回路28
の出力は高電圧電源に接続される。
Instrument circuit 25 has an input from generator 11. The instrument circuit 25 has an output connected to a comparator circuit 26 and an analog-to-digital converter circuit 29 which itself provides an input to the microprocessor 23. Monitor circuit 27 provides a second input to comparator circuit 26, the output of which is provided as an input to the protection circuit. Protection circuit 28
Are connected to a high voltage power supply.

【0023】この装置の1つの目的は、プレート電圧、
プレート電流、およびグリツド電流のごとき発生器11
の作動パラメータを監視することである。したがつて、
パラメータの1つがモニタ回路27により設定された臨
界値を超えると、保護回路28は高電圧電源12を遮断
させる。この特徴はグリツド電流を監視することにより
プラズマの作動条件を決定するときとくに重要である。
プラズマ放出の点火の前に、グリツド電流は極端に高
い。これは非常に僅かなパワーが負荷コイルから吸収さ
れているからでありそしてRF発生器11によつて供給
されるほとんどのパワーは、前記されたように、本質的
に三極真空管である発生器のグリツドにフイードバツク
される。グリツド電流がもしも予め定めた時間を超えて
高いままであるならば、それは点火の問題を示すかも知
れない。回路および/またはガラストーチ18に対する
損傷を阻止するために、保護回路28は電源12から発
生器11への高電圧を遮断する。同様に、グリツド電流
は高い予備点火値から安定な低い運転条件に復帰するこ
とにより良好な点火を示すことができる。グリツド電流
の変化はまた破壊放電からなる1つである「悪い」プラ
ズマを示すかも知れない。これはまた損傷が発生する前
に発生器11への高電圧を遮断するように適時に検出し
得る。
One purpose of this device is to provide a plate voltage,
Generator 11 such as plate current and grid current
Monitoring the operating parameters of the Therefore,
When one of the parameters exceeds the threshold value set by the monitor circuit 27, the protection circuit 28 shuts off the high voltage power supply 12. This feature is particularly important when determining the operating conditions of the plasma by monitoring the grid current.
Prior to ignition of the plasma emission, the grid current is extremely high. This is because very little power is being absorbed from the load coil and most of the power supplied by the RF generator 11 is, as mentioned above, essentially a triode vacuum generator. Feed back to the grid. If the grid current remains high for more than a predetermined time, it may indicate an ignition problem. The protection circuit 28 cuts off the high voltage from the power supply 12 to the generator 11 to prevent damage to the circuit and / or the glass torch 18. Similarly, the grid current can indicate good ignition by returning from a high pre-ignition value to a stable low operating condition. Changes in the grid current may also indicate a "bad" plasma, one of which is a breakdown discharge. This may also be detected in a timely manner so as to shut off the high voltage to generator 11 before damage occurs.

【0024】所定のRFパワー範囲、例えば、点火また
は種々の運転範囲に依存して、マイクロプロセツサ23
は電源12により供給されたパワーの量を調整すること
により発生器11のパワーレベル出力を制御する。これ
は、例えば、実際の高い電圧のレベルを三極真空管11
のプレートに制御する4個のトライアツクまたは同様な
装置の1つをオンすることにより達成され得る。
Depending on the predetermined RF power range, eg, ignition or various operating ranges, the microprocessor 23
Controls the power level output of generator 11 by adjusting the amount of power provided by power supply 12. This means, for example, that the actual high voltage level is
This can be achieved by turning on one of the four triacs or similar devices that control the plate.

【0025】図2をとくに参照すると、本発明の発振器
が示してある。見ることができるように、発振器は幾ら
か変更されたコルピツツ発振器として接続される三極真
空管11からなる。共振出力回路16は本質的にその接
合部が接地されたカソードに接続されるコンデンサC1
およびC2 に並列に接続される負荷コイル17からな
る。本コルピツツ発振器回路は本装置においてC1 およ
びC2 が互いに値が等しくかつ逆に接続されるために在
来の回路と異なりこれに反して在来の装置においてそれ
らは等しくない。本装置において、C2 対C3 の比はグ
リツド駆動パワーを制御する一方在来の構成においてC
1 対C2 の比がこの機能を実施する。
Referring particularly to FIG. 2, the oscillator of the present invention is shown. As can be seen, the oscillator consists of a triode tube 11 connected as a somewhat modified Colpitts oscillator. Resonant output circuit 16 is essentially a capacitor C 1 whose junction is connected to a grounded cathode.
And it consists of C 2 load coil 17 connected in parallel to the. This Korupitsutsu oscillator circuit is not equal those in the device of conventional on the other hand unlike the circuit of conventional for C 1 and C 2 are connected to the equal and opposite values to each other in the device. In the present device, the ratio of C 2 to C 3 controls the grid drive power while C
Ratio of 1 to C 2 to perform this function.

【0026】リアクタンスに等しくかつ逆に接続された
コンデンサC1 およびC2 を有することにより、負荷コ
イル17を横切る電圧は大きさが等しいが接地に対して
位相が反対である。この装置の作用は原子放出分光写真
におけるガラストーチに対する損傷または質量分光写真
におけるサンプラーコーンに対する損傷を除去する付随
の利点とともに間接的な直流電位なしにより、すなわち
接地電位においてプラズマを作動可能にする負荷コイル
17の電気的中点において実際の接地を生じることであ
る。
By having capacitors C 1 and C 2 connected equal and opposite to the reactance, the voltage across the load coil 17 is equal in magnitude but opposite in phase to ground. The function of this device is to operate the plasma without an indirect DC potential, i.e. at ground potential, with the attendant advantage of eliminating damage to the glass torch in atom emission spectroscopy or damage to the sampler cone in mass spectroscopy. The actual grounding occurs at 17 electrical midpoints.

【0027】マイクロプロセツサ23は所定のまたは命
令されたRFパワーおよび他の作動パラメータ、例え
ば、ホストコンピユータ24から高電圧電源12からの
プレート電圧のレベルについての情報を得る。
Microprocessor 23 obtains information about predetermined or commanded RF power and other operating parameters, such as the level of plate voltage from high voltage power supply 12 from host computer 24.

【0028】命令されたRFパラメータ信号はデジタル
−アナログ変換器22を介して比較器回路22に供給さ
れる一方発振器が作動されることができる高い電圧(低
い、中間、高いおよび点火)がデジタル入力出力回路3
1を介して高電圧電源12を経由して供給される。
The commanded RF parameter signal is supplied to a comparator circuit 22 via a digital-to-analog converter 22 while a high voltage (low, medium, high and ignition) at which the oscillator can be activated is a digital input. Output circuit 3
1 via a high voltage power supply 12.

【0029】RF出力パワーの正確な調整および安定な
制御のための新規な手段を備える誘導結合プラズマ発生
器が説明された。回路は本当のRMSパワーを測定する
ので、異なるプラズマ作動条件およびグリツドバイアス
を変化することによる真空管のプレートインピーダンス
変化により発生された負荷インピーダンスの変化による
RF電流およびRF電圧の移相を考慮する。
An inductively coupled plasma generator with novel means for accurate regulation and stable control of RF output power has been described. Because the circuit measures the true RMS power, it takes into account the different plasma operating conditions and the phase shift of the RF current and RF voltage due to the change in load impedance caused by the change in plate impedance of the vacuum tube by changing the grid bias.

【0030】プラズマを接地電圧に維持することに加え
て、真空管のグリツド電流が上述した損傷の問題を阻止
するために一定に監視される。
In addition to maintaining the plasma at ground voltage, the tube grid current is constantly monitored to prevent the damage problem described above.

【0031】最後に、上記のごとく、発生器のパワー調
整範囲がRF発生器の真空管発振器の効率を変化するこ
とにより拡張される。
Finally, as noted above, the power adjustment range of the generator is extended by changing the efficiency of the tube generator of the RF generator.

【0032】[0032]

【発明の効果】叙上のごとく、本発明は、RFパワーを
発生するための発振器手段、プラズマを発生するために
前記発振器に接続される負荷手段、前記負荷手段に供給
される実際のRFパワーを測定するための検出器手段、
前記RFパワーを命令されたレベルに維持するために前
記負荷手段と前記発振器手段との間に接続された回路手
段とからなる構成としたので、厄介な装置を必要とする
ことなく不整合の問題を解決する誘導結合プラズマ発生
器を提供することができる。
As described above, the present invention relates to oscillator means for generating RF power, load means connected to the oscillator for generating plasma, and actual RF power supplied to the load means. Detector means for measuring
Mismatch problems without the need for cumbersome devices, as the circuit consists of circuit means connected between the load means and the oscillator means to maintain the RF power at a commanded level. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の誘導結合プラズマ発生器を示すブロツ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an inductively coupled plasma generator of the present invention.

【図2】本発明の発振器を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an oscillator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 誘導結合プラズマ発生器 11 発振器手段(三極真空管) 12 高電圧電源 13 グリツド制御回路 14 第1手段(容量分圧器) 15 第2手段(電流変圧器) 16 共振回路 17 負荷手段(負荷コイル) 18 ガラストーチ 19 第3手段(無線周波数増倍器回路) 21 比較器回路 22 デジタル−アナログ変換器回路 23 マイクロプロセツサ 28 保護回路 Reference Signs List 10 inductively coupled plasma generator 11 oscillator means (triode vacuum tube) 12 high voltage power supply 13 grid control circuit 14 first means (capacity voltage divider) 15 second means (current transformer) 16 resonance circuit 17 load means (load coil) Reference Signs List 18 glass torch 19 third means (radio frequency multiplier circuit) 21 comparator circuit 22 digital-analog converter circuit 23 microprocessor 28 protection circuit

フロントページの続き (72)発明者 ピーター・ジェイ・モリスロー アメリカ合衆国 コネチカット 06776、 ニュー・ミルフォード、コーンウォー ル・ドライヴ 27 (56)参考文献 特開 昭59−171838(JP,A) 特開 昭60−205241(JP,A) 特開 昭62−145700(JP,A) 実開 平4−72599(JP,U) 実開 昭63−135799(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/00 H05H 1/46 G01N 21/73 G01N 27/62 H01J 49/10 Continuation of the front page (72) Inventor Peter Jay Morislow Connecticut, United States 06776, New Milford, Cornwall Drive 27 (56) References JP-A-59-171838 (JP, A) JP-A-60- 205241 (JP, A) JP-A-62-145700 (JP, A) JP-A-4-72599 (JP, U) JP-A-63-135799 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 1/00 H05H 1/46 G01N 21/73 G01N 27/62 H01J 49/10

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 RFパワーを発生するための発振器手段
、 プラズマを発生するために前記発振器に接続される負荷
手段、 前記負荷手段に供給される実際のRFパワーを測定する
ための検出器手段、 前記RFパワーを命令されたレベルに維持するために前
記負荷手段と前記発振器手段との間に接続された回路手
段と を備え、 前記検出器手段が、前記発振器手段のRF電圧出力を示
す電圧を供給する前記発振器手段の出力側に接続される
第1手段と、 前記発振器手段のRF電流出力を示す電流を供給する前
記発振器手段の出力側に接続される第2手段と、 前記発振器手段により前記誘導負荷手段に供給される実
際のRFパワーを示す出力電圧を供給する前記第1およ
び第2手段の出力を効果的に乗算するために前記第1お
よび第2手段に接続される第3手段と、を有する ことを
特徴とする誘導結合プラズマ発生器。
1. Oscillator means for generating RF power
When, maintaining a load means connected to said oscillator for generating a plasma, detector means for measuring actual RF power delivered to said load means, the level of the commanded RF power and a circuit means connected between said oscillator means and said load means to said detector means, indicates the RF voltage output of said oscillator means
Connected to the output side of the oscillator means for supplying
First means and before supplying a current indicative of the RF current output of the oscillator means;
A second means connected to the output side of the oscillator means, and a second means connected to the inductive load means by the oscillator means.
The first and second power supply circuits supply an output voltage indicating the RF power at the time of
To effectively multiply the outputs of the first and second means.
Inductively coupled plasma generator characterized in that it comprises a third means connected to the pre-second means.
【請求項2】 前記回路手段が、前記実際のRFパワー
を示す前記電圧を受信するために前記第3手段に接続さ
れる比較器回路手段、 前記命令されたRFパワーを示す前記比較器回路手段へ
入力を供給するために前記比較器回路に接続される第4
手段、 前記実際のRFパワーと前記命令されたRFパワーとの
間の差を示す誤差信号出力を供給する前記比較器回路
、 前記誤差信号にしたがって前記発振器手段のRFパワー
を制御するために前記発振器手段および前記比較器回路
に接続される制御回路手段からなることを特徴とする請
求項1に記載の誘導結合プラズマ発生器。
2. The comparator circuit means , wherein said circuit means is connected to said third means for receiving said voltage indicative of said actual RF power, said comparator circuit means indicative of said commanded RF power. Connected to the comparator circuit to provide an input to the fourth
Means, the comparator circuit means for providing an error signal output indicative of a difference between the actual RF power and the commanded RF power.
Stage, induction of claim 1, characterized in that it consists of said oscillator means and control circuit means connected to said comparator circuit for controlling the RF power of said oscillator means has but I and the error signal Combined plasma generator.
【請求項3】 前記発振器手段が、プレート、カソード
およびグリツドを有する三極真空管からなることを特徴
とする請求項に記載の誘導結合プラズマ発生器。
3. An inductively coupled plasma generator according to claim 2 , wherein said oscillator means comprises a triode vacuum tube having a plate, a cathode and a grid.
【請求項4】 前記制御回路手段が、RF出力パワーを
前記命令されたRFパワーに維持するために前記グリツ
ドに前記誤差信号を印加するために前記三極真空管の前
記グリツドに接続されるグリツド制御回路からなること
特徴とする請求項に記載の誘導結合プラズマ発生器。
4. A grid control connected to said grid of said triode vacuum tube to apply said error signal to said grid to maintain RF output power at said commanded RF power. The inductively coupled plasma generator according to claim 3 , comprising a circuit.
【請求項5】 前記グリツド制御回路は、命令されたR
F出力パワーにより決定される限界間で前記発振器手段
の効率を変化するためにグリツド電流を制御する出力ト
ランジスタ手段を含むことを特徴とする請求項に記載
の誘導結合プラズマ発生器。
5. The grid control circuit according to claim 1, further comprising:
5. An inductively coupled plasma generator according to claim 4 , including output transistor means for controlling grid current to vary the efficiency of said oscillator means between limits determined by F output power.
【請求項6】 前記負荷手段が、 ガラストーチ、 前記ガラストーチのまわりに配置された負荷コイル、 前記三極管の前記プレートとカソードとの間に接続され
た共振回路をそれとともに形成するために前記負荷コイ
ルに並列に接続される第1および第2直列接続コンデン
サからなることを特徴とする請求項に記載の誘導結合
プラズマ発生器。
6. The glass torch, a load coil disposed around the glass torch, the load to form a resonant circuit connected between the plate and the cathode of the triode with the load means. The inductively coupled plasma generator according to claim 5 , comprising first and second series-connected capacitors connected in parallel to the coil.
【請求項7】 前記コンデンサが等しい値からなりかつ
それらの接合部において接地に接続されそれによりプラ
ズマ電圧がゼロ電位に保持されることを特徴とする請求
に記載の誘導結合プラズマ発生器。
7. An inductively coupled plasma generator according to claim 6 , wherein said capacitors are of equal value and are connected to ground at their junction, thereby maintaining the plasma voltage at zero potential.
【請求項8】 前記第4手段が前記命令されたRFパワ
ーを供給すべくプログラムされたマイクロプロセツサで
あることを特徴とする請求項に記載の誘導結合プラズ
マ発生器。
8. The inductively coupled plasma generator according to claim 7 , wherein said fourth means is a microprocessor programmed to provide said commanded RF power.
【請求項9】 さらに、前記命令されたRFパワーにし
たがってプレート電圧を変化するために前記三極管の前
記プレートと前記マイクロプロセツサとの間に接続され
るプレート電圧供給手段からなることを特徴とする請求
に記載の誘導結合プラズマ発生器。
9. In addition, the plate voltage supply means connected between said plate and said microprocessor of said triode for the there was the commanded RF power <br/> changing the plate voltage I The inductively coupled plasma generator according to claim 8 , comprising:
【請求項10】 前記第1手段および第2手段が各々対
数応答増幅器からなりかつ前記第3手段が加算回路から
なることを特徴とする請求項に記載の誘導結合プラズ
マ発生器。
10. An inductively coupled plasma generator according to claim 9 , wherein said first means and said second means each comprise a logarithmic response amplifier, and said third means comprises an adder circuit.
【請求項11】 さらに、前記ガラストーチへの損傷を
阻止するために前記三極真空管から前記電源を切り離す
ために前記三極真空管のグリツド電流の顕著な変化に応
答する保護回路手段からなることを特徴とする請求項
に記載の誘導結合プラズマ発生器。
And further comprising protection circuit means responsive to significant changes in grid current of the triode to disconnect the power supply from the triode to prevent damage to the glass torch. Claim 1.
0. The inductively coupled plasma generator according to 0 .
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