JP3942315B2 - 高周波電源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、複数個の高周波アンプを備えた高周波電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを用いたスパッタリング装置やエッチング装置やＣＶＤ装置等では高周波電力を供給する高周波電源が備えられており、該電源からの高周波電力を負荷であるプラズマ装置に供給している。
【０００３】
この様な高周波電源を用いて高周波大出力を得るためには、複数個の高周波アンプを並列運転し、各高周波アンプの出力を合成することが行われている。
【０００４】
図１は、この様な合成方式を備えた高周波電源の概略を示しており、１は高周波発振器である。該高周波発振器１からの高周波は、分配器２に供給されて複数の高周波出力に分配される。該分配された高周波出力は、各々高周波アンプによって増幅された後、合成器４に供給され合成される。該合成された高周波出力はプラズマ装置等の負荷に繋がれている出力端子５に供給される。
【０００５】
前記合成器４の原理を図２を用いて説明する。
【０００６】
図中６ａ，６ｂは合成器４の入力端子で、説明の便宜上、図２の例では、２種類の入力Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ供給される。該入力された高周波Ｐａ，Ｐｂは、合成トランス７を介して合成され、出力端子８（出力端子５に対応する）に供給される。
【０００７】
さて、この様な合成トランス７には、入力端子６ａ，６ｂに供給される入力のアンバランスの状態を検出するために、合成アンバランス検出部９が結合されている。尚、図中１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれインダクタンスがＬ１，Ｌ２，Ｌ３のコイルである。
【０００８】
この様な合成トランスにおいて、入力される高周波Ｐａ，Ｐｂとが同位相で同振幅の場合には、コイル１０ａ，１０ｂに流れる電流Ｉａ，Ｉｂは相反する向きで同一電流である為、磁束が発生しない。従って、合成アンバランス検出部９に流れる電流Ｉｃは零となり、検出されるアンバランス信号に対応した電圧信号Ｖｃも零となる。
【０００９】
しかし、入力される高周波ＰａとＰｂとのバランスが崩れ、相互に位相が異なったり、又は、振幅が異なったり、又は、両方異なると、コイル１０ａ，１０ｂに流れる電流ＩａとＩｂは等しくなくなり、｜Ｉａ−Ｉｂ｜に比例した磁束が発生する。従って、コイル１０ｃには、次の（１）式に示す様な電流Ｉｃが流れる。
【００１０】
【数１】
Ｉｃ＝（Ｉａ−Ｉｂ）・Ｎａ／Ｎｃ （１）
尚、この式において、Ｎａはコイル１０ａの巻き数で、コイル１０ｂの巻き数Ｎｂとの間に、Ｎａ＝Ｎｂの関係がある。又、Ｎｃはコイル１０ｃの巻き数である。
【００１１】
この結果、次の（２）式に示す様な電圧Ｖｃが合成アンバランス信号として検出される。
【００１２】
【数２】
Ｖｃ＝Ｒ・（Ｉａ−Ｉｂ）・Ｎａ／Ｎｃ （２）
尚、この式において、Ｒは合成アンバランス検出部を成す閉回路の抵抗である。
【００１３】
所で、この様な合成方式の高周波電源において、例えば、各高周波アンプ３ａ，３ｂ，……，３ｎの中に破損などにより異常な出力を発生するアンプがあると、各高周波アンプ出力のバランスが崩れ、合成トランス７に磁束が発生し、合成トランスを成すコアが焼損するなどの損失が生じる恐れがある。
【００１４】
そこで、図３に示す様に、合成器４の合成アンバランス検出部９で検出されたアンバランス検出信号Ｖｃと設定値Ｖｏとを比較し、アンバランス検出信号Ｖｃに対応した信号値が設定値Ｖｅに対応した信号値を越えた場合に、オブアンプ１１から高周波発振器１の出力を停止させる信号を高周波発振器１に供給する様に成している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様な合成方式の高周波電源において、各高周波アンプ３ａ，３ｂ，……，３ｎの出力の位相と振幅を全て完全に一致させることは現実的には無理で、異常な高周波アンプが無くても、多少のアンバランス状態は生じてしまう。図４のＰＶ１，ＰＶ２は高周波電源の出力である高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係例を示したもので、前者はバランスが取れている場合のもの、後者はアンバランス状態のものであり、共に高周波電力が大きいほどアンバランス検出信号が大きくなる。
【００１６】
所で、アンバランス状態になって高周波電力を停止させる場合には、バランスが取れている場合に最大電力を出力しても、電力が停止されないように設定値を決めねばならない。従って、図４の例では、Ｖｏが設定値として選ばれる。
【００１７】
しかしながら、高周波アンプの中に異常なものが無くても、最大電力若しくは最大電力に近い電力を発生させた場合に、何らかの原因によりアンバランス検出信号が設定値Ｖｏを僅かながら越えることがあり、その為に、バランスが取れているのに高周波電力を停止させてしまう場合がある。
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な高周波電源を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波電源は、高周波発振器、該高周波発振器からの高周波を複数の出力に分配する分配器、該各出力を増幅する複数の高周波アンプ、及び、該増幅された各出力を合成する合成器を備え、前記各高周波アンプの出力のアンバランスを検出し、この検出信号値とこの高周波電源の出力信号値の差が設定値を越えた場合に該高周波電源の出力を停止させるように成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明は次の原理に基づいて成されている。
【００２１】
図４に示す高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係から、アンバランス検出信号は電源の出力が大きい程大きくなる。この際、アンバランス検出信号値は、バランスが取れている時には電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐより小さいが、アンバランス状態の時には電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐより大きく、しかも、その差は、電源出力が極めて小さい場合を除いては設定値以上あることが分かった。
【００２２】
従って、アンバランス検出信号値Ｖｃから電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐを差し引いた値は、バランスが取れている状態にある場合には、図４の曲線ＰＶ３に示す様に常に負の値となり、アンバランスの状態にある場合には、図４の曲線ＰＶ４に示す様に電源出力が極めて小さい時を除いては設定値以上の正の値となる。従って、アンバランス検出信号値Ｖｃから電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐを差し引いた値と設定値とを比較すれば、電源出力が極めて小さい場合を除いてアンバランスの状態にある場合のみ検出することが出来き、バランスが取れているのに高周波電力を停止させてしまう様な事態は発生しない。
【００２３】
図５はこの様な原理に基づいて成された本発明の高周波電源の一例を示してたもので、図中、前記図１及び図３と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００２４】
図中１２はこの高周波電源の出力を検出し、該出力に対応した電圧信号を出力する出力検出器である。１３はオペアンプで、その正入力端子に入力される合成器４のアンバランス検出部９からのアンバランス検出信号値Ｖｃと、負入力端子に入力される前記出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐの差を取り、その差と設定値Ｖｏとを比較し、該差が設定値を越えた場合、出力停止信号を発生する。
【００２５】
さて、この様な構成の高周波電源において、高周波発振器１からの高周波は、分配器２に供給されて複数の高周波出力に分配される。該分配された高周波出力は、各々高周波アンプによって増幅された後、合成器４に供給され合成される。
該合成された高周波出力はプラズマ装置等の負荷に繋がれている出力端子５に供給される。
【００２６】
この際、合成器４のアンバランス検出器９の出力信号値Ｖｃと出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐとの差が設定値Ｖｏより小さい場合、オペアンプ１３は何ら信号を発しない。一方、合成器４のアンバランス検出器９の出力信号値Ｖｃと出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐとの差が設定値Ｖｏより大きい場合、オペアンプ１３は出力停止信号を高周波発振器１に供給するので、高周波電源の出力は停止される。従って、各高周波アンプ間に設定値を越えるようなアンバランスが発生した場合、直ちに高周波電源の出力は停止され、合成器４の構成要素の１つであるコアなどの焼損が避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の高周波電源の概略を示している。
【図２】 合成器の原理を説明するために使用した図である。
【図３】 従来の高周波装置の概略を示している。
【図４】 高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係、及び、高周波電力Ｐと、アンバランス検出信号と高周波電力に対応した電圧信号の差との関係例を示したものである。
【図５】 本発明の高周波電源の一例概略を示している。
【符号の説明】
１：高周波発振器
２：分配器
３ａ，３ｂ，……３ｎ：高周波アンプ
４：合成器
５：出力端子
６ａ，６ｂ：合成器の入力端子
７：合成トランス
８：出力端子
９：合成アンバランス検出部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：コイル
１１，１３：オブアンプ
１２：出力検出器
【発明の属する分野】
本発明は、複数個の高周波アンプを備えた高周波電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを用いたスパッタリング装置やエッチング装置やＣＶＤ装置等では高周波電力を供給する高周波電源が備えられており、該電源からの高周波電力を負荷であるプラズマ装置に供給している。
【０００３】
この様な高周波電源を用いて高周波大出力を得るためには、複数個の高周波アンプを並列運転し、各高周波アンプの出力を合成することが行われている。
【０００４】
図１は、この様な合成方式を備えた高周波電源の概略を示しており、１は高周波発振器である。該高周波発振器１からの高周波は、分配器２に供給されて複数の高周波出力に分配される。該分配された高周波出力は、各々高周波アンプによって増幅された後、合成器４に供給され合成される。該合成された高周波出力はプラズマ装置等の負荷に繋がれている出力端子５に供給される。
【０００５】
前記合成器４の原理を図２を用いて説明する。
【０００６】
図中６ａ，６ｂは合成器４の入力端子で、説明の便宜上、図２の例では、２種類の入力Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ供給される。該入力された高周波Ｐａ，Ｐｂは、合成トランス７を介して合成され、出力端子８（出力端子５に対応する）に供給される。
【０００７】
さて、この様な合成トランス７には、入力端子６ａ，６ｂに供給される入力のアンバランスの状態を検出するために、合成アンバランス検出部９が結合されている。尚、図中１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれインダクタンスがＬ１，Ｌ２，Ｌ３のコイルである。
【０００８】
この様な合成トランスにおいて、入力される高周波Ｐａ，Ｐｂとが同位相で同振幅の場合には、コイル１０ａ，１０ｂに流れる電流Ｉａ，Ｉｂは相反する向きで同一電流である為、磁束が発生しない。従って、合成アンバランス検出部９に流れる電流Ｉｃは零となり、検出されるアンバランス信号に対応した電圧信号Ｖｃも零となる。
【０００９】
しかし、入力される高周波ＰａとＰｂとのバランスが崩れ、相互に位相が異なったり、又は、振幅が異なったり、又は、両方異なると、コイル１０ａ，１０ｂに流れる電流ＩａとＩｂは等しくなくなり、｜Ｉａ−Ｉｂ｜に比例した磁束が発生する。従って、コイル１０ｃには、次の（１）式に示す様な電流Ｉｃが流れる。
【００１０】
【数１】
Ｉｃ＝（Ｉａ−Ｉｂ）・Ｎａ／Ｎｃ （１）
尚、この式において、Ｎａはコイル１０ａの巻き数で、コイル１０ｂの巻き数Ｎｂとの間に、Ｎａ＝Ｎｂの関係がある。又、Ｎｃはコイル１０ｃの巻き数である。
【００１１】
この結果、次の（２）式に示す様な電圧Ｖｃが合成アンバランス信号として検出される。
【００１２】
【数２】
Ｖｃ＝Ｒ・（Ｉａ−Ｉｂ）・Ｎａ／Ｎｃ （２）
尚、この式において、Ｒは合成アンバランス検出部を成す閉回路の抵抗である。
【００１３】
所で、この様な合成方式の高周波電源において、例えば、各高周波アンプ３ａ，３ｂ，……，３ｎの中に破損などにより異常な出力を発生するアンプがあると、各高周波アンプ出力のバランスが崩れ、合成トランス７に磁束が発生し、合成トランスを成すコアが焼損するなどの損失が生じる恐れがある。
【００１４】
そこで、図３に示す様に、合成器４の合成アンバランス検出部９で検出されたアンバランス検出信号Ｖｃと設定値Ｖｏとを比較し、アンバランス検出信号Ｖｃに対応した信号値が設定値Ｖｅに対応した信号値を越えた場合に、オブアンプ１１から高周波発振器１の出力を停止させる信号を高周波発振器１に供給する様に成している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様な合成方式の高周波電源において、各高周波アンプ３ａ，３ｂ，……，３ｎの出力の位相と振幅を全て完全に一致させることは現実的には無理で、異常な高周波アンプが無くても、多少のアンバランス状態は生じてしまう。図４のＰＶ１，ＰＶ２は高周波電源の出力である高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係例を示したもので、前者はバランスが取れている場合のもの、後者はアンバランス状態のものであり、共に高周波電力が大きいほどアンバランス検出信号が大きくなる。
【００１６】
所で、アンバランス状態になって高周波電力を停止させる場合には、バランスが取れている場合に最大電力を出力しても、電力が停止されないように設定値を決めねばならない。従って、図４の例では、Ｖｏが設定値として選ばれる。
【００１７】
しかしながら、高周波アンプの中に異常なものが無くても、最大電力若しくは最大電力に近い電力を発生させた場合に、何らかの原因によりアンバランス検出信号が設定値Ｖｏを僅かながら越えることがあり、その為に、バランスが取れているのに高周波電力を停止させてしまう場合がある。
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な高周波電源を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波電源は、高周波発振器、該高周波発振器からの高周波を複数の出力に分配する分配器、該各出力を増幅する複数の高周波アンプ、及び、該増幅された各出力を合成する合成器を備え、前記各高周波アンプの出力のアンバランスを検出し、この検出信号値とこの高周波電源の出力信号値の差が設定値を越えた場合に該高周波電源の出力を停止させるように成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明は次の原理に基づいて成されている。
【００２１】
図４に示す高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係から、アンバランス検出信号は電源の出力が大きい程大きくなる。この際、アンバランス検出信号値は、バランスが取れている時には電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐより小さいが、アンバランス状態の時には電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐより大きく、しかも、その差は、電源出力が極めて小さい場合を除いては設定値以上あることが分かった。
【００２２】
従って、アンバランス検出信号値Ｖｃから電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐを差し引いた値は、バランスが取れている状態にある場合には、図４の曲線ＰＶ３に示す様に常に負の値となり、アンバランスの状態にある場合には、図４の曲線ＰＶ４に示す様に電源出力が極めて小さい時を除いては設定値以上の正の値となる。従って、アンバランス検出信号値Ｖｃから電源出力に対応した電圧信号値Ｖｐを差し引いた値と設定値とを比較すれば、電源出力が極めて小さい場合を除いてアンバランスの状態にある場合のみ検出することが出来き、バランスが取れているのに高周波電力を停止させてしまう様な事態は発生しない。
【００２３】
図５はこの様な原理に基づいて成された本発明の高周波電源の一例を示してたもので、図中、前記図１及び図３と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００２４】
図中１２はこの高周波電源の出力を検出し、該出力に対応した電圧信号を出力する出力検出器である。１３はオペアンプで、その正入力端子に入力される合成器４のアンバランス検出部９からのアンバランス検出信号値Ｖｃと、負入力端子に入力される前記出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐの差を取り、その差と設定値Ｖｏとを比較し、該差が設定値を越えた場合、出力停止信号を発生する。
【００２５】
さて、この様な構成の高周波電源において、高周波発振器１からの高周波は、分配器２に供給されて複数の高周波出力に分配される。該分配された高周波出力は、各々高周波アンプによって増幅された後、合成器４に供給され合成される。
該合成された高周波出力はプラズマ装置等の負荷に繋がれている出力端子５に供給される。
【００２６】
この際、合成器４のアンバランス検出器９の出力信号値Ｖｃと出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐとの差が設定値Ｖｏより小さい場合、オペアンプ１３は何ら信号を発しない。一方、合成器４のアンバランス検出器９の出力信号値Ｖｃと出力検出器１２からの電源出力信号値Ｖｐとの差が設定値Ｖｏより大きい場合、オペアンプ１３は出力停止信号を高周波発振器１に供給するので、高周波電源の出力は停止される。従って、各高周波アンプ間に設定値を越えるようなアンバランスが発生した場合、直ちに高周波電源の出力は停止され、合成器４の構成要素の１つであるコアなどの焼損が避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の高周波電源の概略を示している。
【図２】 合成器の原理を説明するために使用した図である。
【図３】 従来の高周波装置の概略を示している。
【図４】 高周波電力Ｐとアンバランス検出信号Ｖｃとの関係、及び、高周波電力Ｐと、アンバランス検出信号と高周波電力に対応した電圧信号の差との関係例を示したものである。
【図５】 本発明の高周波電源の一例概略を示している。
【符号の説明】
１：高周波発振器
２：分配器
３ａ，３ｂ，……３ｎ：高周波アンプ
４：合成器
５：出力端子
６ａ，６ｂ：合成器の入力端子
７：合成トランス
８：出力端子
９：合成アンバランス検出部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：コイル
１１，１３：オブアンプ
１２：出力検出器
Claims (2)
- 高周波発振器、該高周波発振器からの高周波を複数の出力に分配する分配器、該各出力を増幅する複数の高周波アンプ、及び、該増幅された各出力を合成する合成器を備え、前記各高周波アンプの出力のアンバランスを検出し、この検出信号値からこの高周波電源の出力信号値を差し引いた値が設定値を越えた場合に該高周波電源の出力を停止させるように成した高周波電源。
- 前記複数の高周波アンプを並列運転させるように成した請求項１記載の高周波電源。
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|---|---|---|---|
| JP20672299A JP3942315B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 高周波電源 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20672299A JP3942315B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 高周波電源 |
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|---|---|
| JP2001036364A JP2001036364A (ja) | 2001-02-09 |
| JP3942315B2 true JP3942315B2 (ja) | 2007-07-11 |
Family
ID=16528034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20672299A Expired - Fee Related JP3942315B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 高周波電源 |
Country Status (1)
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1999
- 1999-07-21 JP JP20672299A patent/JP3942315B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001036364A (ja) | 2001-02-09 |
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