特開 2016-70842 周波数情報検出装置及び高周波電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-70842(P2016-70842A)

(43)【公開日】2016年5月9日

(54)【発明の名称】周波数情報検出装置及び高周波電源装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 23/02 20060101AFI20160404BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20160404BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160404BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20160404BHJP

【ＦＩ】

   G01R23/02

   H05H1/46 R

   H01L21/302 101G

   H01L21/302 101B

   C23C16/505

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-202519(P2014-202519)

(22)【出願日】2014年9月30日

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】中森 雄哉

(72)【発明者】

【氏名】梅原 昌雄

【テーマコード（参考）】

2G029

4K030

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G029AA02

2G029AB06

2G029AD08

2G029AH01

4K030KA30

4K030KA32

5F004AA16

5F004BA04

5F004BA09

5F004BB13

5F004BB32

5F004CA03

5F004CA06

(57)【要約】

【課題】
従来の周波数情報検出装置では、周波数を検出することはできるが、位相情報を検出することができないので、他の高周波電源の出力周波数及び位相を入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に合わせることができなかった。
【解決手段】 時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの第１推定位相情報及び第１推定周波数情報を推定する。また、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号の第２位相情報及び第２周波数情報を推定する。第１推定周波数情報に対する第２推定周波数情報の誤差の移動平均値（Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］）を演算する。また第１推定位相情報に対する第２推定位相情報の誤差の移動平均値（α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］）を演算する。そして、両方の誤差の平均値が予め定めた範囲内になるように、正弦波信号生成部４０への指令周波数を補正する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アナログの正弦波信号Ｖ_ｉｎの周波数情報を検出する周波数情報検出装置であって、
アナログの正弦波信号Ｖ_ｉｎを、予め定めたサンプリング周期（サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数：１／ｆ_ｓ）でデジタル信号に変換することによって得られる時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を順次出力することにより、複数のサンプリングデータで構成される正弦波信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの位相情報の推定値を第１推定位相情報として出力する第１推定位相情報出力部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの周波数情報の推定値を第１推定周波数情報として出力する第１推定周波数情報出力部と、
入力信号Ｖ_ｉｎの設定周波数情報に補正周波数情報を加算した周波数情報を同期周波数情報としたときに、前記同期周波数情報に基づいて正弦波信号を生成する正弦波信号生成部と、
時刻［ｔ］における前記正弦波信号生成部から出力される正弦波信号の位相情報の推定値を第２推定位相情報として出力する第２推定位相情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記正弦波信号生成部から出力される正弦波信号の周波数情報の推定値を第２推定周波数情報として出力する第２推定周波数情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記第１推定周波数情報に対する前記第２推定周波数情報の誤差（誤差周波数情報）の移動平均値を演算し、誤差周波数移動平均値情報として出力する誤差周波数情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記第１推定位相情報に対する前記第２推定位相情報の誤差（誤差位相情報）の移動平均値を演算し、誤差位相移動平均値情報として出力する誤差位相情報出力部と、
前記誤差周波数移動平均値情報が予め定めた範囲外の場合は、前記誤差周波数移動平均値情報が小さくなるように前記補正周波数情報を定めて出力し、前記誤差周波数移動平均値情報が予め定めた範囲内の場合は、前記誤差位相移動平均値情報が小さくなるように前記補正周波数情報を定めて出力する周波数補正部と、
を備えた周波数情報検出装置。

【請求項2】

前記第１推定位相情報出力部は、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を微分した余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の推定値を、時刻［ｔ−１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］及び既知の値を用いて演算する余弦値推定部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を正弦要素（ｓｉｎ要素）とし、前記余弦値推定部２１で推定された時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を余弦要素（ｃｏｓ要素）として、逆正接関数（ｔａｎ^−１）を用いて時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の位相α［ｔ］を演算し、演算した位相α［ｔ］を第１推定位相情報として出力する位相推定部と、を有し、
前記第１推定周波数情報出力部は、
前記位相推定部で演算された時刻［ｔ−１］における位相α［ｔ−１］及び時刻［ｔ］における位相α［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］を演算する位相変位量演算部と、
前記位相変位量演算部で演算された時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報を演算し、演算した推定周波数情報を第１推定周波数情報として出力する周波数推定部と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載の周波数情報検出装置。

【請求項3】

前記余弦値推定部は、前記入力信号Ｖ_ｉｎの設定周波数情報を用いて演算される定数をＫとしたときに、余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を式（１）によって演算することを特徴とする請求項２に記載の周波数情報検出装置。
ｃｏｓ（α［ｔ］）＝Ｋ・｛Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］−Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］｝ ・・・（１）

【請求項4】

前記定数Ｋを式（２）によって演算することを特徴とする請求項３に記載の周波数情報検出装置。ただし、設定周波数情報を「Ｆ_ｓｅｔ」とする。
Ｋ＝１／｛２ｓｉｎ（２π・（Ｆ_ｓｅｔ／ｆ_ｓ）［ｔ］）｝ ・・・（２）

【請求項5】

請求項１〜４に記載の正弦波信号生成部から出力された正弦波信号に基づいて進行波電圧を出力する高周波電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アナログの正弦波信号の周波数情報を検出する周波数情報検出装置及びこの周波数情報検出装置を用いた高周波電源装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

周波数情報検出装置は、例えばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤを行うプラズマ処理装置等の負荷に電力を供給する高周波電源等で用いることが可能である。

【0003】

図６は、高周波電力供給システムの概略構成例である。
第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０は、共通の発振器１００から出力される高周波信号を進行波電力出力部（図略）で増幅して高周波電力を出力する。第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０から出力された高周波電力は、負荷となるプラズマ処理装置１３０内の電極（１３１，１３２）の２箇所に供給される。この図６では、電極１３１及び電極１３２のぞれぞれに高周波電力を供給する例を示したが、例えば、図７に示すように、上側の電極１３１の２箇所に高周波電力を供給することも可能である。

【0004】

なお、第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０からプラズマ処理装置１３０に向かう高周波電力を進行波電力といい、プラズマ処理装置１３０で反射されて高周波電源側に戻ってくる高周波電力を反射波電力という。

【0005】

プラズマ処理装置１３０では、第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０から供給された高周波電力を用いてプラズマ１３３を発生させて、エッチング等を行う。

【0006】

なお、第１高周波電源１１０とプラズマ処理装置１３０との間には、第１高周波電源１１０とプラズマ処理装置１３０とのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合器が用いられることがある。第２高周波電源１２０とプラズマ処理装置１３０との間にも同様にインピーダンス整合器が用いられることがある。

【0007】

図６及び図７の高周波電力供給システムでは、第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０の制御が、それぞれ別の制御回路で行われることになる。制御回路が異なると、たとえ共通の発振器１００から高周波信号が与えられても、第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０の出力周波数が僅かに異なる場合がある。この原因としては、例えば、制御クロックが異なることによる誤差等が考えられる。特に、第１高周波電源１１０と第２高周波電源１２０とが別のメーカのものであれば、若干の違いが生じる可能性がある。

【0008】

図６及び図７のような高周波電力供給システムにおいて、２つの高周波電源１１０及び１２０の出力周波数が僅かに異なる場合、電極（１３１，１３２）には、周波数が僅かに異なる高周波電力が供給されて混合される。すなわち、電極（１３１，１３２）に印加される２種類の高周波電圧の周波数が僅かに異なっているので、２種類の高周波電圧が重なり合って生じる電圧の波形は変調されたように振幅が周期的に変動する。例えば、２種類の高周波電圧の周波数が、１３．５６ＭＨｚ近傍で１Ｈｚ異なっていると、約１ｓの周期で振幅が変動する。その結果、プラズマ処理装置１３０で発生するプラズマの電位も周期的に変動するため、悪影響を及ぼす。
例えば、一方の高周波電圧波形の山と他方の高周波電圧波形の山が同じ位相になると重なり合って生じる電圧の波形は最大値となるが、一方の高周波電圧波形の山と他方の高周波電圧波形の谷が同じ位相になると重なり合って生じる電圧の波形は最小値となる。この最大値と最小値との差は大きいので、２種類の高周波電圧が重なり合って生じる電圧の波形は大きな振幅の変化を伴って周期的に変動する。

【0009】

したがって、第１高周波電源１１０及び第２高周波電源１２０の出力周波数を同一にする必要がある。そのためには、一方の高周波電源の出力周波数を検出し、他方の高周波電源の出力周波数を検出した周波数に合わせれば、上記の問題を解決できる。そのため、高周波電力供給システムの分野においても、周波数を検出する周波数情報検出装置が必要である。また、高周波電源の出力周波数をモニタする等の用途が考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開昭６３−６６４７２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従来、高周波領域における周波数情報検出装置としては、例えば、特許文献１（特開昭６３−６６４７２）のようなものが提案されていた。しかし、この特許文献１では、周波数を検出することはできるが、位相情報を検出することができない。そのため、従来の周波数情報検出装置を用いても、第１高周波電源１１０から出力される進行波電圧及び第２高周波電源１２０（他の高周波電源）から出力される進行波電圧の周波数及び位相を合わせることができない。

【0012】

本発明は、２つの高周波電源から出力される進行波電圧の周波数及び位相を合わせることを可能とする周波数情報検出装置、及びこの周波数情報検出装置を備えている高周波電源装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

第１の発明によって提供される周波数情報検出装置は、
アナログの正弦波信号Ｖ_ｉｎの周波数情報を検出する周波数情報検出装置であって、
アナログの正弦波信号Ｖ_ｉｎを、予め定めたサンプリング周期（サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数：１／ｆ_ｓ）でデジタル信号に変換することによって得られる時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を順次出力することにより、複数のサンプリングデータで構成される正弦波信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの位相情報の推定値を第１推定位相情報として出力する第１推定位相情報出力部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの周波数情報の推定値を第１推定周波数情報として出力する第１推定周波数情報出力部と、
入力信号Ｖ_ｉｎの設定周波数情報に補正周波数情報を加算した周波数情報を同期周波数情報としたときに、前記同期周波数情報に基づいて正弦波信号を生成する正弦波信号生成部と、
時刻［ｔ］における前記正弦波信号生成部から出力される正弦波信号の位相情報の推定値を第２推定位相情報として出力する第２推定位相情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記正弦波信号生成部から出力される正弦波信号の周波数情報の推定値を第２推定周波数情報として出力する第２推定周波数情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記第１推定周波数情報に対する前記第２推定周波数情報の誤差（誤差周波数情報）の移動平均値を演算し、誤差周波数移動平均値情報として出力する誤差周波数情報出力部と、
時刻［ｔ］における前記第１推定位相情報に対する前記第２推定位相情報の誤差（誤差位相情報）の移動平均値を演算し、誤差位相移動平均値情報として出力する誤差位相情報出力部と、
前記誤差周波数移動平均値情報が予め定めた範囲外の場合は、前記誤差周波数移動平均値情報が小さくなるように前記補正周波数情報を定めて出力し、前記誤差周波数移動平均値情報が予め定めた範囲内の場合は、前記誤差位相移動平均値情報が小さくなるように前記補正周波数情報を定めて出力する周波数補正部と、
を備えている。

【0014】

第２の発明によって提供される周波数情報検出装置は、
前記第１推定位相情報出力部が、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を微分した余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の推定値を、時刻［ｔ−１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］及び既知の値を用いて演算する余弦値推定部と、
時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を正弦要素（ｓｉｎ要素）とし、前記余弦値推定部２１で推定された時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を余弦要素（ｃｏｓ要素）として、逆正接関数（ｔａｎ^−１）を用いて時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の位相α［ｔ］を演算し、演算した位相α［ｔ］を第１推定位相情報として出力する位相推定部と、を有し、
前記第１推定周波数情報出力部が、
前記位相推定部で演算された時刻［ｔ−１］における位相α［ｔ−１］及び時刻［ｔ］における位相α［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］を演算する位相変位量演算部と、
前記位相変位量演算部で演算された時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報を演算し、演算した推定周波数情報を第１推定周波数情報として出力する周波数推定部と、
を有していることを特徴としている。

【0015】

第３の発明によって提供される周波数情報検出装置は、
前記余弦値推定部は、前記入力信号Ｖ_ｉｎの設定周波数情報を用いて演算される定数をＫとしたときに、余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を下式によって演算することを特徴としている。
ｃｏｓ（α［ｔ］）＝Ｋ・｛Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］−Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］｝

【0016】

第４の発明によって提供される周波数情報検出装置は、
前記定数Ｋを下式によって演算することを特徴としている。ただし、設定周波数情報を「Ｆ_ｓｅｔ」とする。
Ｋ＝１／｛２ｓｉｎ（２π・（Ｆ_ｓｅｔ／ｆ_ｓ）［ｔ］）｝
ことを特徴としている。

【0017】

第５の発明によって提供される高周波電源装置は、
第１〜６の発明に記載の正弦波信号生成部から出力された正弦波信号に基づいて進行波電圧を出力することを特徴としている。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、周波数情報検出装置に備わっている正弦波信号生成部から出力される正弦波信号の周波数及び位相が、入力信号の周波数及び位相に近づくように収束していくので、正弦波信号生成部から出力される正弦波信号を用いることにより、他の高周波電源の出力周波数及び位相を入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に合わせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】高周波電圧の検出例を示すブロック図である。

【図2】周波数情報検出装置１の構成例である。

【図3】正弦波信号生成部４０の構成例を示す図である。

【図4】入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが設定周波数ｆ_ｓｅｔからずれていると想定した場合に、移動平均部７１から出力される差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］のシミュレーション結果である。

【図5】入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが設定周波数ｆ_ｓｅｔからずれていると想定した場合に、移動平均部７１から出力される差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］のシミュレーション結果である。

【図6】高周波電力供給システムの概略構成例である。

【図7】高周波電力供給システムの他の概略構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、従来と同一又は同様の構成には、同一符号を付している。

【0021】

図１は、高周波電圧の検出例を示すブロック図である。
第１高周波電源１１０は、発振器１００から出力される高周波信号を増幅し、無線周波数帯域の出力周波数を有する進行波電力ＰＦを出力して負荷となるプラズマ処理装置１３０に供給するための装置である。高周波電源１１０から出力された進行波電力ＰＦは、伝送線路１４０を介してプラズマ処理装置１３０に供給される。なお、一般にこの種の高周波電源では、数百ｋＨｚ以上の無線周波数帯域の周波数（例えば、１３ＭＨｚ，４０ＭＨｚ等の周波数）を有する進行波電力ＰＦを出力している。

【0022】

負荷となるプラズマ処理装置１３０は、加工部を備え、その加工部の内部に搬入したウエハ、液晶基板等の被加工物を加工（エッチング、ＣＶＤ等）するための装置である。なお、加工部には、電極（図６及び図７参照）が設けられている。この加工部にプラズマ放電用ガスが導入され、電極に高周波電源１１０から出力された進行波電力ＰＦが供給されると、放電が生じてプラズマが発生する。プラズマ処理装置１３０は、このプラズマを利用して被加工物を加工している。

【0023】

方向性結合器１５０は、第１高周波電源１１０とプラズマ処理装置１３０との間に挿入されて、高周波電源１１０からプラズマ処理装置１３０に向かう進行波電圧ＶＦを検出し、その検出信号を進行波検出信号Ｖ_ｆとして出力する。なお、方向性結合器１５０は、負荷で反射された反射波電圧を検出する機能も有するが、この例では必要ないので省略している。

【0024】

フィルタ１６０は、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、方向性結合器１５０から出力される進行波検出信号Ｖ_ｆから高調波成分を除去し、基本周波数成分を通過させる。これにより、フィルタ１６０から出力される信号は正弦波信号となり、周波数情報検出装置１へ送られる。本明細書では、フィルタ１６０から出力される信号を周波数情報検出装置１への入力信号Ｖ_ｉｎとする。
なお、入力信号Ｖ_ｉｎは、アナログの電圧信号であるので、出力周波数をｆ、時間をｔ、位相オフセットをθ、角周波数をω（＝２π・ｆ）とすると、入力信号Ｖ_ｉｎは、式（１）のように表すことができる。なお、ここでは、入力信号Ｖ_ｉｎの振幅を「１」としている。
Ｖ_ｉｎ＝ｓｉｎ（２π・ｆ・ｔ＋θ）
＝ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ） ・・・（１）

【0025】

また、フィルタ１６０の後段には、後述するＡ／Ｄ変換部１０の入力範囲に適するように信号のレベルを変換するレベル変換回路を設けてもよいが、この図１では省略している。

【0026】

図２は、周波数情報検出装置１の構成例である。周波数情報検出装置１は、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換部１０、第１推定位相情報出力部２０、第１推定周波数情報出力部３０、正弦波信号生成部４０、第２推定位相情報出力部５０、第２推定周波数情報出力部６０、誤差周波数情報出力部７０、誤差位相情報出力部８０及び周波数補正部９０を備えている。

【0027】

＜Ａ／Ｄ変換部１０＞
Ａ／Ｄ変換部１０は、フィルタ１６０から出力されるアナログの入力信号Ｖ_ｉｎを予め定めたサンプリング周期（サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数：１／ｆ_ｓ）でデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換されたサンプリングデータは、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］として順次出力される。これにより、交流のアナログ信号波形が、複数のサンプリングデータで構成されるデジタル信号波形に変換される。なお、フィルタ１６０から出力される入力信号Ｖ_ｉｎが正弦波信号であれば、Ａ／Ｄ変換部１０から出力されるデジタル信号波形も正弦波信号となる。
なお、Ａ／Ｄ変換部１０には、Ａ／Ｄコンバータが備わっていて、上記のようなＡ／Ｄ変換を行う。また、Ａ／Ｄコンバータの後段にローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを設けて、基本周波数成分を通過させるようにしてもよい。

【0028】

ここで、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数をｆ_ｉｎ、サンプリング周波数をｆ_ｓ、位相オフセットをθ’、相対角周波数をω_ｉｎ＝２π・（ｆ_ｉｎ／ｆ_ｓ）とすると、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］は、式（２）のように表すことができる。なお、ここでは、入力信号Ｖ_ｉｎの振幅を「１」としている。また時間データ「ｔ」はサンプリング周期毎にインクリメントされる変数である。
Ｖ_ｉｎ［ｔ］＝ｓｉｎ（２π・（ｆ_ｉｎ／ｆ_ｓ）［ｔ］＋θ’）
＝ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’） ・・・・・（２）

【0029】

＜第１推定位相情報出力部２０＞
第１推定位相情報出力部２０は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖｉｎの位相情報の推定値α［ｔ］を第１推定位相情報として出力する。この第１推定位相情報出力部２０は、余弦値推定部２１、位相推定部２２を備えている。

【0030】

［余弦値推定部２１］
余弦値推定部２１は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を微分した余弦値「ｃｏｓ（ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’）」の推定値を、時刻［ｔ−１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］及び既知の値を用いて演算する。推定した余弦値「ｃｏｓ（ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’）」は位相推定部２２に送られる。以下、具体的に説明する。

【0031】

「α［ｔ］＝ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’＝２π・（ｆ_ｉｎ／ｆ_ｓ）［ｔ］＋θ’」とすると、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））は、式（３）で表すことができる。
ｃｏｓ（α［ｔ］）
＝｛（２ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］）・ｃｏｓ（α［ｔ］）｝／（２ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］））
＝｛ｓｉｎ（α［ｔ］＋ω_ｉｎ［ｔ］）−ｓｉｎ（α［ｔ］−ω_ｉｎ［ｔ］）｝／（２ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］））
＝｛ｓｉｎ（２ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’）−ｓｉｎ（θ’）｝／（２ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］）） ・・・（３）

【0032】

式（２）を参照すると、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］は「ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’）」であるので、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが変化しなければ、サンプリング周期（１／ｆ_ｓ）毎の相対角周波数ω_ｉｎの変位量は「ω_ｉｎ［ｔ］」で一定である。したがって、式（３）の分子は、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］から、時刻［ｔ−１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］を減算することを表している。

【0033】

また、式（３）の分母の「ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］）」は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］から位相オフセットθ’を省略したものとなっている。

【0034】

したがって、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））は、時刻［ｔ−１］、［ｔ］及び［ｔ＋１］における３つの入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］、Ｖ_ｉｎ［ｔ］及びＶ_ｉｎ［ｔ＋１］を用いて推定することができる。

【0035】

ただし、上記のように、「ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］）」は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］から位相オフセットθ’を省略したものとなっているので、式（３）の分母には誤差が生じる。ここで、正弦関数の値（ｓｉｎの値）は、０を中心として±１の範囲で変化するものであるから、誤差は正になることもあれば負になることもある。

【0036】

後述するように、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を推定した後、位相α［ｔ］を演算し、さらに位相α［ｔ］のサンプリング周期毎の位相変位量Δα［ｔ］に基づいて入力信号Ｖ_ｉｎの周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］又は角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］を演算する。その後、演算した周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］又は角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］の移動平均値を演算するので、式（３）の分母の誤差は、殆ど相殺される。

【0037】

そこで、もともと誤差のある式（３）の分母を構成する入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎを、式（４）のように、設定周波数ｆ_ｓｅｔに置き換えても殆ど影響はない。ここで、設定周波数ｆ_ｓｅｔとは、入力信号Ｖ_ｉｎの設定周波数であるので、誤差も小さい。例えば、図６及び図７の例では、発振器１００から出力される高周波信号の周波数である。この設定周波数ｆ_ｓｅｔは、予め分かっているので、例えば余弦値推定部２１に入力しておけばよい。もちろん、設定角周波数ω_ｓｅｔ（＝２π・ｆ_ｉｎ）を用いてもよい。
２ｓｉｎ（ω_ｉｎ［ｔ］）＝２ｓｉｎ（２π・（ｆ_ｉｎ／ｆ_ｓ）［ｔ］）
→ ２ｓｉｎ（２π・（ｆ_ｓｅｔ／ｆ_ｓ）［ｔ］） ・・・（４）

【0038】

なお、本明細書では、設定周波数ｆ_ｓｅｔ及び設定角周波数ω_ｓｅｔを総称して「設定周波数情報Ｆ_ｓｅｔ」という。

【0039】

ここで、式（４）を構成する各要素は、全て既知の値である。そのため、「１／｛２ｓｉｎ（２π・（ｆ_ｓｅｔ／ｆ_ｓ）［ｔ］）｝」を定数Ｋで表すと、式（３）は式（５）のように変形できる。したがって、本来であれば、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を推定する際には、式（３）を用いる必要があるので複雑な演算が必要であるが、式（５）を用いることによって、演算式を簡略化でき、演算負荷を低減できる。
ｃｏｓ（α［ｔ］）＝Ｋ・｛ｓｉｎ（２ω_ｉｎ［ｔ］＋θ’）−ｓｉｎ（θ’）｝
＝Ｋ・｛Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］−Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］｝ ・・・（５）

【0040】

上記のように、余弦値推定部２１は、Ａ／Ｄ変換部１０によってデジタル信号となった複数の入力信号Ｖ_ｉｎのデータを用いて時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を演算する。そのため、余弦値推定部２１は図示しないメモリを有し、そのメモリにＡ／Ｄ変換部１０から出力された入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を順次記憶していく。

【0041】

なお、上記のように、余弦値推定部２１では、時刻［ｔ−１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］と、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］とを用いるが、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を用いない。しかし、後述するように位相推定部２２で行う演算には時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を用いるので、メモリには、少なくとも瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ−１］、瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］及び瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］の連続する３つのデータを記憶しておく。

【0042】

また、上記の例では、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を演算することができる。

【0043】

［位相推定部２２］
位相推定部２２は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］を正弦要素（ｓｉｎ要素）とし、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））を余弦要素（ｃｏｓ要素）として、式（６）に示すように、逆正接関数（ｔａｎ^−１）を用いて時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の位相α［ｔ］を演算する。この位相α［ｔ］は、±π［単位：ｒａｄ］の範囲で演算される。演算された位相α［ｔ］は、位相変位量演算部３１に送られる。
α［ｔ］＝ｔａｎ^−１（Ｖ_ｉｎ［ｔ］／ｃｏｓ（α［ｔ］）） ・・・（６）

【0044】

なお、上記のように、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））が演算されるので、位相α［ｔ］も、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算される。また、位相α［ｔ］の演算に必要な時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ］は、余弦値推定部２１に設けたメモリから読み出せばよい。

【0045】

＜第１推定周波数情報出力部３０＞
第１推定周波数情報出力部３０は、時刻［ｔ］における入力信号Ｖｉｎの周波数情報の推定値を第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］として出力する。この第１推定周波数情報出力部３０は、位相変位量演算部３１、周波数推定部３２を備えている。

【0046】

［位相変位量演算部３１］
位相変位量演算部３１は、位相推定部２２で演算された時刻［ｔ−１］における位相α［ｔ−１］及び時刻［ｔ］における位相α［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］を演算する。演算された位相変位量Δα［ｔ］は、周波数推定部３２に送られる。

【0047】

ここで、位相変位量演算部３１は、時刻［ｔ−１］から時刻［ｔ］のサンプリング周期の間に生じた位相変位量Δα［ｔ］を演算するのであるが、位相推定部２２から出力される時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の位相α［ｔ］が、上記のように±π［単位：ｒａｄ］の範囲で演算されるため、｛「α［ｔ］−α［ｔ−１］｝が正の場合は、位相変位量Δα［ｔ］を式（７）を用いて演算し、｛「α［ｔ］−α［ｔ−１］｝が負の場合は、位相変位量Δα［ｔ］を式（８）を用いて演算する。
Δα［ｔ］＝α［ｔ］−α［ｔ−１］ ・・・（７）
Δα［ｔ］＝（α［ｔ］−α［ｔ−１］）＋２π ・・・（８）

【0048】

なお、上記のように、位相変位量演算部３１は、位相推定部２２によって演算された時刻［ｔ−１］における位相α［ｔ−１］及び時刻［ｔ］における位相α［ｔ］を用いて時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］を演算するので、位相変位量演算部３１は、図示しないメモリを有し、そのメモリに位相推定部２２から出力された位相α［ｔ］を順次記憶していく。このメモリには、少なくとも時刻［ｔ−１］における位相α［ｔ−１］及び時刻［ｔ］における位相α［ｔ］を記憶しておく。

【0049】

また、上記のように、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に、時刻［ｔ］における位相α［ｔ］が演算されるので、位相変位量Δα［ｔ］も、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算される。

【0050】

［周波数推定部３２］
周波数推定部３２は、位相変位量演算部３１で演算された時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］に基づいて、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］又は周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］を演算する。演算された入力信号Ｖ_ｉｎの角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］又は周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］は、誤差周波数情報出力部７０に送られる。
なお、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数の推定値（検出値）は、周波数推定部３２から出力される推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］を移動平均することによって、誤差を小さくし、精度のよい周波数情報を得ることができる。そこで、周波数推定部３２の後段に移動平均部（図略）を設けて、移動平均部（図略）の出力を入力信号Ｖ_ｉｎの周波数の推定値（検出値）とすることができる。

【0051】

ここで、位相変位量Δα［ｔ］は、サンプリング周期の間に生じた位相変位量であるから、式（９）に示すように、位相変位量Δα［ｔ］にサンプリング周波数ｆ_ｓを乗算すると、１秒間に生じる位相変位量を求めることができる。すなわち、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］［単位：ｒａｄ／ｓ］を演算することができる。また、式（１０）に示すように、時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］にサンプリング周波数ｆ_ｓを乗算するとともに「２π」で除算することにより、時刻［ｔ］における周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］［単位：Ｈｚ］を演算することができる。
ω_ｅｓｔ［ｔ］＝Δα・ｆ_ｓ ・・・（９）
ｆ_ｅｓｔ［ｔ］＝Δα・ｆ_ｓ／（２π） ・・・（１０）

【0052】

また、角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］と設定角周波数ω_ｓｅｔとの差角周波数の推定値ω_ｄｉｆ［ｔ］は、式（１１）のように演算できる。なお、設定角周波数ω_ｓｅｔは、「２π・ｆ_ｓｅｔ」である。また周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］と設定周波数ｆ_ｓｅｔとの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］は、式（１２）のように演算できる。そのため、周波数推定部３２は、差角周波数の推定値ω_ｄｉｆ［ｔ］、差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］を出力することもできる。この場合、例えば、周波数推定部３２に設定周波数ｆ_ｓｅｔを入力すればよい。もちろん、周波数推定部３２に設定角周波数ω_ｓｅｔを入力してもよい。また設定周波数ｆ_ｓｅｔから設定角周波数ω_ｓｅｔを演算してもよいし、その逆に、設定角周波数ω_ｓｅｔから設定周波数ｆ_ｓｅｔを演算してもよい。
ω_ｄｉｆ［ｔ］ ＝ω_ｅｓｔ［ｔ］−ω_ｓｅｔ［ｔ］ ・・・（１１）
ｆ_ｄｉｆ［ｔ］ ＝ｆ_ｅｓｔ［ｔ］−ｆ_ｓｅｔ［ｔ］ ・・・（１２）

【0053】

なお、本明細書では、入力信号Ｖ_ｉｎの角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］、周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］、差角周波数の推定値ω_ｄｉｆ［ｔ］及び差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］を総称して時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの「推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］」という。

【0054】

また、入力信号Ｖ_ｉｎの角周波数の推定値ω_ｅｓｔ［ｔ］、周波数の推定値ｆ_ｅｓｔ［ｔ］、差角周波数の推定値ω_ｄｉｆ［ｔ］及び差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］は、いずれか１つを出力すればよいが、複数を出力するようにしてもよい。

【0055】

なお、上記のように、時刻［ｔ］における位相変位量Δα［ｔ］は、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算されるので、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］も、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算される。

【0056】

＜正弦波信号生成部４０＞
正弦波信号生成部４０は、設定周波数情報Ｆ_ｓｅｔに後述する補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を加算した同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]を指令値として、同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]と同じ周波数（角周波数で表現してもよい）の正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］を生成して出力する。
なお、内部の発振器４１（図３参照）から出力する正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの時刻［ｔ］における瞬時値をＶ_ｏｕｔ［ｔ］としている。

【0057】

この正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］は、入力信号Ｖ_ｉｎ［ｔ］に同期する信号となる。すなわち、後述するように内部の発振器４１から出力する正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数及び位相が、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に近づくように収束していく。その結果、内部の発振器４１から出力する正弦波信号Ｖ_ｏｕｔは、入力信号Ｖ_ｉｎに同期する信号となる。

【0058】

図３は、正弦波信号生成部４０の構成例を示す図である。この図３に示すように、正弦波信号生成部４０は、例えば図３（ａ）〜（ｂ）のような構成例が考えられるが、いずれの場合も、正弦波信号生成部４０には、例えば、ダイレクト・デジタル・シンセサイザー（ＤＤＳ））で構成される発振器４１が備わっている。
発振器４１は、他の高周波電源（例えば図６及び図７に示した第２高周波電源１２０）の発振器として機能する。なお、「他の高周波電源」の「他」とは、入力信号Ｖ_ｉｎの発生源である高周波電源（この実施形態では図１に示した第１高周波電源１１０）に対して他の高周波電源という意味である。この図３では、他の高周波電源４３と表記している。

【0059】

（１）図３（ａ）の正弦波信号生成部４０は、発振器４１とＡ／Ｄ変換部４２とを備えている。この例では、発振器４１の出力を他の高周波電源４３に送り、他の高周波電源４３において無線周波数帯域の周波数を有する進行波電力ＰＦを出力させるとともに、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔをＡ／Ｄ変換部４２を介して第２推定位相情報出力部５０に送る。

【0060】

ここで、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数をｆ_ｏｕｔ、時間をｔ、位相オフセットをθ”、角周波数をω（＝２π・ｆ）とすると、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔは、式（１３）のように表すことができる。なお、ここでは、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの振幅を「１」としている。
Ｖ_ｏｕｔ＝ｓｉｎ（２π・ｆ_ｏｕｔ・ｔ＋θ”）
＝ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ”） ・・・（１３）

【0061】

Ａ／Ｄ変換部４２は、Ａ／Ｄ変換部１０と同様に、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔを予め定めたサンプリング周期（サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数：１／ｆ_ｓ）でデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換されたサンプリングデータは、時刻［ｔ］における正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの瞬時値Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］として順次出力される。これにより、交流のアナログ信号波形が、複数のサンプリングデータで構成されるデジタル信号波形に変換される。なお、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔが正弦波信号であれば、Ａ／Ｄ変換部４２から出力されるデジタル信号波形も正弦波信号となる。
なお、Ａ／Ｄ変換部４２には、Ａ／Ｄコンバータが備わっていて、上記のようなＡ／Ｄ変換を行う。また、Ａ／Ｄコンバータの後段にローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを設けて、基本周波数成分を通過させるようにしてもよい。

【0062】

ここで、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数をｆ_ｏｕｔ、サンプリング周波数をｆ_ｓ、位相オフセットをθ”、相対角周波数をω_ｏｕｔ＝２π・（ｆ_ｏｕｔ／ｆ_ｓ）とすると、時刻［ｔ］における正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの瞬時値Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］は、式（１４）のように表すことができる。なお、ここでは、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの振幅を「１」としている。また時間データ「ｔ」はサンプリング周期毎にインクリメントされる変数である。
Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］＝ｓｉｎ（２π・（ｆ_ｏｕｔ／ｆ_ｓ）［ｔ］＋θ”）
＝ｓｉｎ（ω_ｏｕｔ［ｔ］＋θ”） ・・・・・（１４）

【0063】

（２）図３（ｂ）の正弦波信号生成部４０は、発振器４１の出力を他の高周波電源４３で増幅し、その出力である進行波電圧ＶＦ_２を方向性結合器４４で検出する。そして、その検出信号である進行波検出信号Ｖ_ｆ２をフィルタ４５及びＡ／Ｄ変換部４６を介して第２推定位相情報出力部５０に送る。
なお、方向性結合器４４、フィルタ４５及びＡ／Ｄ変換部４６は、それぞれ図１に示した方向性結合器１５０、フィルタ１６０及びＡ／Ｄ変換部１０と同様の機能を有する。そのため詳細説明は省略する。また、図３（ｂ）では、フィルタ４５の出力を正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ’、Ａ／Ｄ変換部４６の出力を正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ’［ｔ］としている。また、説明を簡略化するために、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、発振器４１の符号を同じにしている。

【0064】

図３（ｂ）の場合でも、発振器４１から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔに基づいて他の高周波電源４３から進行波電圧ＶＦ_２が出力されるので、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔと進行波電圧ＶＦ_２とは、周波数及び位相が同期する。そのため、その後段にある方向性結合器４４、フィルタ４５及びＡ／Ｄ変換部４６を介して第２推定位相情報出力部５０に送られる正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ’［ｔ］も入力信号Ｖ_ｉｎに同期する信号となる。

【0065】

図２及び図３に示す正弦波信号生成部４０から出力する正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ[ｔ]の周波数は、同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]である。そして同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]は、第１高周波電源１１０からプラズマ処理装置１３０に向かう進行波電圧ＶＦの周波数を表すので、他の高周波電源用の発振器４１の指令信号として同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]を用いることにより、第１高周波電源１１０の出力周波数と他の高周波電源の出力周波数とを合わせることができる（同期させることができる）。

【0066】

＜第２推定位相情報出力部５０＞
第２推定位相情報出力部５０は、第１推定位相情報出力部２０と同様の構成であるが、第１推定位相情報出力部２０が、時刻［ｔ］における入力信号Ｖｉｎを入力とし、入力信号Ｖｉｎの位相α［ｔ］を出力するのに対して、第２推定位相情報出力部５０は、正弦波信号生成部４０から出力された時刻［ｔ］における正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］を入力とし、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］の位相α_２［ｔ］を出力する点が異なる。その他は、第１推定位相情報出力部２０と同様なので、説明を省略する。

【0067】

＜第２推定周波数情報出力部６０＞
第２推定周波数情報出力部６０は、第１推定周波数情報出力部３０と同様の構成であるが、第１推定周波数情報出力部３０が、第１推定位相情報出力部２０から出力された入力信号Ｖｉｎの位相α［ｔ］を入力し、時刻［ｔ］における入力信号Ｖｉｎの周波数情報の推定値を第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］として出力するのに対して、第２推定周波数情報出力部６０は、第２推定位相情報出力部５０から出力された時刻［ｔ］における正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］の位相α_２［ｔ］を入力し、時刻［ｔ］における正弦波信号Ｖ_ｏｕｔ［ｔ］の周波数情報の推定値を第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］として出力する点が異なる。その他は、第１推定周波数情報出力部３０と同様なので、説明を省略する。

【0068】

＜誤差周波数情報出力部７０＞
誤差周波数情報出力部７０は、時刻［ｔ］における第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］に対する第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］の誤差を、時刻［ｔ］における誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］として出力する。この誤差周波数情報出力部７０は、誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算する移動平均部７１が備わっている。

【0069】

なお、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］と第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］とは同じ種類の情報で比較する必要がある、例えば、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］が周波数で表されているのであれば、第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］も周波数で表されている必要がある。角周波数、差周波数又は差角周波数の場合も同様である。

【0070】

［移動平均部７１］
移動平均部７１は、誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算し、誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］として出力する（周波数情報検出装置１の外部に出力することもできる）。移動平均値は、予め定めたデータ数を用いて演算される。

【0071】

上記のように、移動平均部７１は、誤差演算された時刻［ｔ］における誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］に基づいて、予め定めたデータ数の移動平均値を演算するので、移動平均部７１は、図示しないメモリを有し、そのメモリに誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］を順次記憶していく。このメモリには、少なくとも移動平均値の演算に必要な予め定めた数のデータを記憶しておく。

【0072】

また、上記のように、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］が演算されるので、角周波数の移動平均値ω_ａｖｅ［ｔ］、周波数の移動平均値ｆ_ａｖｅ［ｔ］も、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算される。そのため、対応する誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］も、時刻［ｔ＋１］における入力信号Ｖ_ｉｎの瞬時値Ｖ_ｉｎ［ｔ＋１］が余弦値推定部２１に入力された後に演算される。

【0073】

また、データのサンプリングを開始した直後は、移動平均値を演算するために必要な
予め定めた数のデータがメモリに保存されていない。そのため、予め定めた数のデータがメモリに保存されていない間は、予め定めた数よりも少ないデータを用いて移動平均値を演算してもよい。または、予め定めた数のデータがメモリに保存された後に、移動平均値を演算してもよい。どのように移動平均値を演算するかは、予め定めておけばよい。

【0074】

＜移動平均値を演算する理由＞
上記のように、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））には、誤差が含まれているので、位相α［ｔ］にも誤差が含まれる。もちろん、時刻［ｔ−１］における余弦値（ｃｏｓ（α）［ｔ−１］）、位相α［ｔ−１］にも誤差が含まれる。その結果、位相変位量Δα［ｔ］にも誤差が含まれる。そのため、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］にも誤差が含まれる。

【0075】

すなわち、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］に含まれる誤差は、時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））に起因する。
この時刻［ｔ］における余弦値（ｃｏｓ（α［ｔ］））の誤差は、上記のように正になることもあれば負になることもあるので、時刻［ｔ］における入力信号Ｖ_ｉｎの推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］の誤差も正になることもあれば負になることもある。そこで、移動平均部７１によって、複数のデータの移動平均を行えば、誤差が相殺するので、誤差を小さくし、精度のよい周波数情報を得ることができる。

【0076】

誤差周波数情報出力部７０での移動平均は、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］に対して行われるわけではなく、時刻［ｔ］における誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］に対して行われる。この際、第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］にも誤差が含まれるため、上記と同様に移動平均の効果を得ることができる。

【0077】

このように、移動平均部７１を設けて移動平均を行うことが好ましいが、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］及び第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］の誤差が小さければ省略可能な場合もある。

【0078】

＜誤差位相情報出力部８０＞
誤差位相情報出力部８０は、時刻［ｔ］における第１推定位相情報位相α［ｔ］に対する第２推定位相情報α_２［ｔ］の誤差を、時刻［ｔ］における誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］として出力する。この誤差位相情報出力部８０は、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算する移動平均部８１が備わっている。

【0079】

［移動平均部８１］
移動平均部８１は、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算し、誤差位相移動平均値情報α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］として出力する（周波数情報検出装置１の外部に出力することもできる）。移動平均値は、予め定めたデータ数を用いて演算される。
移動平均部７１が誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算するのに対して、移動平均部８１は、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］の移動平均値を演算する点が異なるがその他は、同様なので説明を省略する。

【0080】

＜周波数補正部９０＞
周波数補正部９０は、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］）が予め定めた範囲外の場合は、誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が小さくなるように時刻［ｔ］における補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を定めて出力する。また、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲内の場合は、誤差位相移動平均値情報α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が小さくなるように補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を定めて出力する。以下、周波数補正部９０について、更に説明する。

【0081】

上述したように、設定周波数情報Ｆ_ｓｅｔと第１高周波電源１１０からプラズマ処理装置１３０に向かう進行波電圧ＶＦの周波数とに誤差が生じる場合がある。そのために、実際の進行波電圧ＶＦの周波数を検出し、その周波数の情報を他の高周波電源（例えば図６及び図７に示した第２高周波電源１２０）の発振器の指令信号にすることにより、第１高周波電源１１０の出力周波数と他の高周波電源の出力周波数とを合わせることができる（同期させることができる）。

【0082】

なお、進行波電圧ＶＦの周波数は、周波数推定部３２から出力される推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］によって得られる。また、誤差を低減させて精度のよい周波数情報の推定値を得るために、周波数推定部３２の後段に移動平均部を設けている。

【0083】

しかし、周波数推定部３２から出力される推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］だけでは、進行波電圧ＶＦの位相情報を得ることができない。
そこで、進行波電圧ＶＦの検出信号である進行波検出信号Ｖ_ｆ（より具体的には、フィルタ１６０を通過した入力信号Ｖ_ｉｎ）と同期させるための正弦波信号Ｖ_ｏｕｔを正弦波信号生成部４０で発生させている。また、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数及び位相を入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に近づける制御を行っている。
そして、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数及び位相が入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に近づき、両者の誤差が十分に小さい状態にすることで、第１高周波電源１１０と他の高周波電源の出力周波数及び位相を合わせることができる（同期させることができる）。

【0084】

そのために、誤差周波数情報出力部７０によって、時刻［ｔ］における第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］に対する第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］の誤差を求めている。この誤差が誤差周波数情報Ｆ_ｅｒｒ［ｔ］として出力され、移動平均部７１を介して誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が周波数補正部９０に入力される。

【0085】

一方、位相情報に関しては、誤差位相情報出力部８０によって、時刻［ｔ］における第１推定位相情報位相α［ｔ］に対する第２推定位相情報α_２［ｔ］の誤差を求めている。この誤差が誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］として出力され、移動平均部８１を介して誤差位相移動平均値情報α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が周波数補正部９０に入力される。

【0086】

そして、上述したように、周波数補正部９０では、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲外の場合は、誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が小さくなるように時刻［ｔ］における補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を定めて出力する。
すなわち、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］の方が、第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］よりも大きい（周波数が高い）場合は、正弦波信号生成部４０への指令値である同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]が大きく（周波数が高く）なるように、正（プラス）の補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を出力する。反対に、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］の方が、第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］よりも小さい（周波数が低い）場合は、負（マイナス）の補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を出力する。

【0087】

なお、第１推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］と第２推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ２［ｔ］との誤差の大きさ（より詳細には誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］の大きさ）に応じて補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]が定まるが、誤差に乗じる係数（Ｋ_ｆ）を調整できるようにしておくと、制御がし易くなるので好ましい。

【0088】

上記のような制御を行うことによって、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数を入力信号Ｖ_ｉｎの周波数に近づけることができる。

【0089】

そして、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲内になると、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数が入力信号Ｖ_ｉｎの周波数に近づいたと判断して、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの位相を入力信号Ｖ_ｉｎの位相に近づける制御に移行する。

【0090】

このとき、周波数補正部９０では、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲内の場合は、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］が小さくなるように補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を定めて出力する。
すなわち、第１推定位相情報位相α［ｔ］の方が、第２推定位相情報α_２［ｔ］よりも大きい場合は、正弦波信号生成部４０への指令値である同期周波数情報Ｆ_ｓｙｃ[ｔ]が大きく（周波数が高く）なるように、正（プラス）の補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を出力する。反対に、第１推定位相情報位相α［ｔ］の方が、第２推定位相情報α_２［ｔ］よりも小さい場合は、負（マイナス）の補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]を出力する。

【0091】

なお、第１推定位相情報位相α［ｔ］と第２推定位相情報α_２［ｔ］との誤差の大きさ（より詳細には誤差位相移動平均値情報α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］の大きさ）に応じて補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]が定まるが、誤差に乗じる係数（Ｋ_α）を調整できるようにしておくと、制御がし易くなるので好ましい。

【0092】

周波数補正部９０から補正周波数情報Ｆ_ｒｅｖ[ｔ]が出力されると、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数が変化するので、第１推定位相情報位相α［ｔ］に対する第２推定位相情報α_２［ｔ］の関係が変化して、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］が小さくっていく。

【0093】

そして、誤差位相情報α_ｅｒｒ［ｔ］が予め定めた範囲内になると、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの位相が入力信号Ｖ_ｉｎの位相に近づいたと判断する。
上記のような制御を行うことによって、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの位相を入力信号Ｖ_ｉｎの位相に近づけることができる。

【0094】

なお、正弦波信号生成部４０から出力される正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの位相を入力信号Ｖ_ｉｎの位相に近づける制御を行う際に、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数を変更しているので、誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲外になっていることが考えられる。そのため、周波数補正部９０は、再度、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲外になっているか否かを確認し、上記のような制御を繰り返して実行する。

【0095】

これにより、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数及び位相が、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数及び位相に近づくように収束していく。そして、周波数補正部９０は、時刻［ｔ］における誤差周波数移動平均値情報Ｆ_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］）が予め定めた範囲内であり、且つ、誤差位相移動平均値情報α_{ｅｒｒ＿ａｖｅ}［ｔ］が予め定めた範囲内になったときに、収束したと判定する。なお、収束したと判定した際には、その旨を示す収束信号Ｓ_ｃｏｎを外部に出力してもよい。

【0096】

＜シミュレーション結果＞
上記のように、進行波電圧ＶＦの周波数は、周波数推定部３２から出力される推定周波数情報Ｆ_ｅｓｔ［ｔ］を移動平均することによって得ることができる。そこで、周波数推定部３２の後段に移動平均部を設けた場合のシミュレーション結果を示す。

【0097】

図４は、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが設定周波数ｆ_ｓｅｔからずれていると想定した場合に、移動平均部７１から出力される差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］のシミュレーション結果である。図４（ａ）は、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］のシミュレーション結果であり、図４（ｂ）は、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］のシミュレーション結果であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）の一部拡大図である。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、サンプリング開始後、約１５０〜１６０μｓ間のデータであり、図４（ｃ）は、サンプリング開始後、約１５９〜１６０μｓ間のデータである。

【0098】

なお、シミュレーション条件は次のとおりである。
（１）サンプリング周波数ｆ_ｓ ：５０ＭＨｚ
（２）設定周波数ｆ_ｓｅｔ ：１３．５６ＭＨｚ
（３）入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎ：１３．５６３ＭＨｚ
（設定周波数ｆ_ｓｅｔと３，０００Ｈｚだけずれていると想定）
（４）移動平均値の演算に用いるデータ数：５００個（１０μｓの移動平均値）

【0099】

図５は、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが設定周波数ｆ_ｓｅｔからずれていると想定した場合に、移動平均部７１から出力される差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］の他のシミュレーション結果である。図５（ａ）は、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］のシミュレーション結果であり、図５（ｂ）は、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］のシミュレーション結果であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の一部拡大図である。
なお、この図５は、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが１３．５６０３ＭＨｚ（設定周波数ｆ_ｓｅｔと３００Ｈｚだけずれていると想定）であることを除き、図４と同じ条件でのシミュレーション結果である。

【0100】

図４（ａ）のように、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数が設定周波数ｆ_ｓｅｔ（１３．５６ＭＨｚ）に対して３，０００Ｈｚずれていると想定した場合、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］は、検出すべき周波数（３，０００Ｈｚ）に対して約±４００Ｈｚの範囲でばらついているが、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］は、検出すべき周波数（３，０００Ｈｚ）に対して約±０．６Ｈｚの範囲に収まっていることが分かる。
このように、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数が設定周波数ｆ_ｓｅｔに対して大幅にずれている場合であっても、移動平均部７１から出力される差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］は、検出すべき周波数に対して誤差が小さい。

【0101】

また、図５（ａ）のように、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎが設定周波数ｆ_ｓｅｔ（１３．５６ＭＨｚ）に対して３００Ｈｚずれていると想定した場合、入力信号Ｖ_ｉｎの差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］は、検出すべき周波数（３００Ｈｚ）に対して約±４０Ｈｚの範囲でばらついているが、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、差周波数の推定値ｆ_ｄｉｆ［ｔ］の移動平均値ｆ_{ｄｉｆ＿ａｖｅ}［ｔ］は、検出すべき周波数（３００Ｈｚ）に対して約±０．０５Ｈｚの範囲に収まっていることが分かる。したがって、精度良く入力信号Ｖ_ｉｎの周波数を検出できていることが分かる。

【0102】

すなわち、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数ｆ_ｉｎと設定周波数ｆ_ｓｅｔとの誤差が小さい程、より精度良く入力信号Ｖ_ｉｎの周波数を検出できていることが分かる。
上記の実施形態では、正弦波信号Ｖ_ｏｕｔの周波数が、入力信号Ｖ_ｉｎの周波数に近づくように制御するので、制御を行うにつれて、より精度良く入力信号Ｖ_ｉｎの周波数を検出することができることを示している。

【0103】

なお、本実施例の周波数情報検出装置は、アナログの正弦波信号Ｖ_ｉｎを、予め定めたサンプリング周期（サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数：１／ｆ_ｓ）でデジタル信号にＡ／Ｄ変換することによって得られるデジタルの正弦波信号の周波数情報を検出する周波数情報検出装置であり、特に用途は限定されない。そのため、上記では、周波数情報検出装置を、例えば図６及び図７のような高周波電力供給システムに用いる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、商用周波数帯域（５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）でも適用できる。

【符号の説明】

【0104】

１ 周波数情報検出装置
１０ Ａ／Ｄ変換部
２０ 第１推定位相情報出力部
２１ 余弦値推定部
２２ 位相推定部
３０ 第１推定周波数情報出力部
３１ 位相変位量演算部
３２ 周波数推定部
４０ 移動平均部
５０ 第２推定位相情報出力部５０
６０ 第２推定周波数情報出力部６０
７０ 誤差周波数情報出力部
８０ 誤差位相情報出力部８０
９０ 周波数補正部
１００ 発振器
１１０ 第１高周波電源
１２０ 第２高周波電源
１３０ プラズマ処理装置（負荷）
１３１ 電極
１３２ 電極
１３３ プラズマ
１４０ 伝送線路
１５０ 方向性結合器
１６０ フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】