特許 6282806 高周波電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282806

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】高周波電源装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20180208BHJP

   H03F 3/20 20060101ALI20180208BHJP

   H03F 3/189 20060101ALI20180208BHJP

   H03F 1/52 20060101ALI20180208BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20180208BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20180208BHJP

   H02M 9/06 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 R

   H03F3/20

   H03F3/189

   H03F1/52 Z

   H01L21/302 101G

   C23C16/52

   H02M9/06

【請求項の数】14

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-108506(P2013-108506)

(22)【出願日】2013年5月23日

(65)【公開番号】特開2014-209420(P2014-209420A)

(43)【公開日】2014年11月6日

【審査請求日】2016年4月21日

(31)【優先権主張番号】特願2012-287039(P2012-287039)

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2013-69411(P2013-69411)

(32)【優先日】2013年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【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】福本 佳樹

(72)【発明者】

【氏名】森井 龍哉

【審査官】 林 靖

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２４５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８６２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１６３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６９８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０２Ｍ ９／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０３Ｆ １／５２

Ｈ０３Ｆ ３／１８９

Ｈ０３Ｆ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、その挿入された位置における電気情報を検出する電気情報検出手段と、
前記電気情報検出手段で検出された検出信号に基づいて、進行波電力検出値及び反射波電力検出値のうち、少なくとも進行波電力検出値を演算する電力値演算手段と、
前記電気情報検出手段の出力に基づいて求まる反射係数又は負荷側インピーダンスを負荷状態情報とし、且つ前記負荷状態情報によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、前記負荷状態情報と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶しておくとともに、前記対応関係を示す情報の中から、現時点の負荷状態情報に対応する出力可能電力値を現時点の出力可能電力値として出力する出力可能電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えた高周波電源装置。

【請求項2】

負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記反射波検出信号に基づいて反射波電力検出値を演算する反射波電力値演算手段と、
前記進行波電力検出値および前記反射波電力検出値に基づいて、現時点の反射係数の絶対値を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えた高周波電源装置。

【請求項3】

負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の反射係数の絶対値を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えた高周波電源装置。

【請求項4】

負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の反射係数の絶対値及び位相角を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値及び位相角によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値及び位相角と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値及び位相角に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えた高周波電源装置。

【請求項5】

負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の負荷側インピーダンスを演算する負荷側インピーダンス演算手段と、
負荷側インピーダンスによって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、負荷側インピーダンスと前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の負荷側インピーダンスに対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えた高周波電源装置。

【請求項6】

前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、反射係数毎に定めた進行波電力値の最大値である、請求項１〜４のいずれかに記載の高周波電源装置。

【請求項7】

前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、且つ、限界値に対して裕度を持たせて反射係数毎に定めた進行波電力値の最大値である、請求項１〜４のいずれかに記載の高周波電源装置。

【請求項8】

前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、負荷側インピーダンス毎に定めた進行波電力値の最大値である、請求項１又は５に記載の高周波電源装置。

【請求項9】

前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、且つ、限界値に対して裕度を持たせて負荷側インピーダンス毎に定めた進行波電力値の最大値である、請求項１又は５に記載の高周波電源装置。

【請求項10】

前記第１の出力設定値は、負荷に向けて出力する進行波電力を一定にする制御を行うために設定される設定値である請求項１〜９のいずれかに記載の高周波電源装置。

【請求項11】

負荷に向けて出力する進行波電力から反射波電力を減算した電力を負荷側電力と定義したときに、前記第１の出力設定値は、前記負荷側電力を一定にする制御を行うために設定される設定値である請求項１〜９のいずれかに記載の高周波電源装置。

【請求項12】

前記第１の出力設定値は、前記負荷側電力の設定値と現時点の反射係数の情報とを用いて演算されることを特徴とする請求項１１に記載の高周波電源装置。

【請求項13】

前記進行波電力出力手段と前記電気情報検出手段との間に、前記進行波電力出力手段の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタを更に備えた、請求項１に記載の高周波電源装置。

【請求項14】

前記進行波電力出力手段と前記電力情報検出手段との間に、前記進行波電力出力手段の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタを更に備えた、請求項２〜５のいずれかに記載の高周波電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の高周波電源装置としては、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。
図１０は、特許文献１に記載された従来の高周波電源装置１００の構成例である。
従来の高周波電源装置１００は、進行波電力出力部１０、ローパスフィルタ２０、方向性結合器３０、進行波電力演算部４１、反射波電力演算部４２、出力設定部１１０、出力制御部１２０、反射保護レベル設定部１３０及び反射保護制御部１４０を備えている。

【0003】

進行波電力出力部１０は、図示しない直流電源、発振部（発振器）、増幅素子等を有し、発振部から出力される高周波信号を、直流電源から出力される直流電力を用いて増幅素子によって増幅し、無線周波数帯域の出力周波数を有する高周波電力を出力するものである。なお、高周波電源装置から負荷に向かう高周波電力を進行波電力といい、負荷で反射されて高周波電源装置側に戻ってくる高周波電力を反射波電力という。また、一般にこの種の高周波電源装置では、数百ｋＨｚ以上の周波数（例えば、１３ＭＨｚ，４０ＭＨｚ等の周波数）を有する進行波電力を出力している。
また、進行波電力出力部１０は、後述する出力制御部１２０によって出力が制御される。進行波電力出力部１０から出力された進行波電力は、主に高調波を除去するためのローパスフィルタ２０、方向性結合器３０を介して図略の負荷に供給される。なお、進行波電力出力部１０の増幅素子としては、例えば、ＦＥＴやトランジスタ等が用いられる。また、ローパスフィルタ２０の代わりにバンドパスフィルタを用いることがある。また、ローパスフィルタ２０を省略することが可能な場合もある。

【0004】

方向性結合器３０は、進行波電力出力部１０と負荷との間に挿入されて、進行波電力出力部１０から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号Ｖｆ及び負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号Ｖｒを出力する。

【0005】

進行波電力演算部４１は、進行波検出信号Ｖｆに基づいて進行波電力検出値Ｐｆを演算する。また、反射波電力演算部４２は、反射波検出信号Ｖｒに基づいて反射波電力検出値Ｐｒを演算する。

【0006】

出力設定部１１０は、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力の設定値である出力設定値ＰＦｓｅｔを設定する。設定された出力設定値ＰＦｓｅｔは、出力制御部１２０に送られる。なお、出力設定値ＰＦｓｅｔは、外部の装置から入力してもよいし、変更も可能である。

【0007】

従来の高周波電源装置１００は、反射波電力検出値Ｐｒが、反射保護レベル設定部１３０で設定した反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔ以下の場合は、定常時制御を行うが、そうでない場合は、反射保護制御を行って、進行波電力出力部内の増幅素子等を保護するように構成されている。以下、定常時制御及び反射保護制御のそれぞれの場合について、出力制御部１２０及び反射保護制御部１４０の動作を中心に説明する。

【0008】

＜定常時制御＞
従来の出力制御部１２０は、内部に補償器１２１を有している。また、従来の出力制御部１２０には、出力設定値ＰＦｓｅｔ、出力抑制信号Ｐｒｅｓ及び進行波電力検出値Ｐｆが入力される。そして、出力設定値ＰＦｓｅｔから出力抑制信号Ｐｒｅｓを減算し、更に進行波電力検出値Ｐｆを減算したものが補償器１２１に入力される。ここで、出力抑制信号Ｐｒｅｓは、後述するように、反射波電力検出値Ｐｒが反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔよりも大きいときに、反射保護制御部１４０から出力される信号である。すなわち、反射波電力検出値Ｐｒが反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔ以下のときには、実質的に、出力設定値ＰＦｓｅｔから進行波電力検出値Ｐｆを減算したもの（出力設定値ＰＦｓｅｔと進行波電力検出値Ｐｆとの差分）が補償器１２１に入力されることになる。

【0009】

この場合、補償器１２１は、出力設定値ＰＦｓｅｔと進行波電力検出値Ｐｆとの差分に基づいて、進行波電力検出値Ｐｆと出力設定値ＰＦｓｅｔとを等しくするための出力制御信号Ｐｃｎｔを進行波電力出力部１０に送る。

【0010】

進行波電力出力部１０では、出力制御部１２０から出力された出力制御信号Ｐｃｎｔに基づいて出力する進行波電力の大きさを変化させる。これにより、進行波電力検出値Ｐｆが、出力設定値ＰＦｓｅｔと等しくなるように制御される。

【0011】

＜反射保護制御＞
反射保護制御部１４０は、内部に補償器１４１を有している。また、反射保護制御部１４０には、反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔと反射波電力検出値Ｐｒとが入力される。そして、反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔから反射波電力検出値Ｐｒを減算したもの（反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔと反射波電力検出値Ｐｒとの差分）が補償器１４１に入力される。なお、反射波電力検出値Ｐｒが反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔよりも大きくなった場合を負とする。

【0012】

補償器１４１は、反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔと反射波電力検出値Ｐｒとの差分が負の場合にのみ、反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔと反射波電力検出値Ｐｒとの差分の大きさに応じた出力抑制信号Ｐｒｅｓ（正の値）を出力する。この出力抑制信号Ｐｒｅｓは、従来の出力制御部１２０に送られる。

【0013】

この場合、従来の出力制御部１２０では、出力設定値ＰＦｓｅｔから出力抑制信号Ｐｒｅｓが減算される。出力設定値ＰＦｓｅｔから出力抑制信号Ｐｒｅｓを減算したものが、実質的な出力設定値ＰＦｓｅｔとなるので、反射波電力検出値Ｐｒが反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔよりも大きくなった場合には、進行波電力出力部１０から出力される進行波電力を抑制することができる。

【0014】

反射波電力検出値Ｐｒが大きい場合には、進行波電力出力部内の増幅素子等が破損する恐れがあるので、上記のように、進行波電力出力部１０から出力する進行波電力を抑制し、結果として反射波電力を低減させて増幅素子等を保護する反射保護制御が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開昭６１−１６３１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

＜第１の問題点＞
上述したように、従来では、実際の反射波電力を検出し、検出した反射波電力検出値Ｐｒに基づいて反射保護制御を行うか否かを判定していた。そのため、例えば、高周波電源装置の進行波電力の定格出力が３０００Ｗ、反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔが３００Ｗの場合には、次の（１）及び（２）のいずれの場合にも反射保護制御を行うことになる。
（１）進行波電力検出値Ｐｆ：３０００Ｗ、反射波電力検出値Ｐｒ：９００Ｗ
（２）進行波電力検出値Ｐｆ：１５００Ｗ、反射波電力検出値Ｐｒ：９００Ｗ

【0017】

上記の場合、反射波電力検出値Ｐｒは、両方とも９００Ｗで同じであるが、進行波電力を含めた定在波として考えると、（１）の方が進行波電力出力部内の増幅素子等に与える影響が大きく、保護対象である増幅素子等の破損リスクが高い。
すなわち、反射波電力検出値Ｐｒが同じでも、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力が定格出力値（最大値）に近いほど、保護対象（増幅素子等）の安全余裕が小さくなる。反射保護の考え方としては、より安全な方向で反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔの閾値を設定することになるので、従来の反射保護制御では、進行波電力の定格出力時における反射波電力検出値Ｐｒを基準にすることになる。その結果、上記（２）のように、進行波電力検出値Ｐｆが定格出力値よりも小さい場合は、まだ余裕があるにも関わらず反射保護制御を行ってしまうことになる。そのため、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力を抑制しすぎる場合が生じてしまう。

【0018】

例えば、プラズマ処理装置の内部で発生するプラズマ等の負荷は不安定であるため、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力を抑制しすぎると、さらに不安定になって、プラズマが消滅する場合があるため、従来の反射保護制御では問題がある。

【0019】

＜第２の問題点＞
従来のような反射保護制御を行う場合は、次のように２重のフィードバック制御ループを有することになる。
（１）出力設定値ＰＦｓｅｔから出力抑制信号Ｐｒｅｓを減算したものと進行波電力検出値Ｐｆとの比較結果に基づいて、出力制御部１２０の補償器１２１から出力制御信号Ｐｃｎｔを出力し、進行波電力出力部１０から出力する進行波電力を変化させる第１のフィードバック制御ループ
（２）反射保護レベル設定値ＰＰｓｅｔと反射波電力検出値Ｐｒとの比較結果に基づいて、反射保護制御部１４０の補償器１４１から出力抑制信号Ｐｒｅｓを出力し、実質的に出力設定値ＰＦｓｅｔを小さくさせる第２のフィードバック制御ループ

【0020】

このような場合、上記第２のフィードバック制御ループの応答性は、第１のフィードバック制御ループの応答性を上回ることができないため、フィードバック制御ループが１重の場合に比べて、制御系全体の応答性が遅くなる。
また、制御系の安定性を高めるために、補償器１４１におけるゲインを小さくした方が好ましい。そうなると、第２のフィードバック制御ループの応答性がさらに遅くなる。場合によっては、フィードバック制御ループが１重の場合に比べて、応答性が１／１０程度になってしまう。

【0021】

本発明は、従来よりも進行波電力出力部から出力させる進行波電力を抑制しすぎないようにすること、さらに、従来よりも応答性が速い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】

【0022】

第１の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、その挿入された位置における電気情報を検出する電気情報検出手段と、
前記電気情報検出手段で検出された検出信号に基づいて、進行波電力検出値及び反射波電力検出値のうち、少なくとも進行波電力検出値を演算する電力値演算手段と、
前記電気情報検出手段の出力に基づいて求まる反射係数又は負荷側インピーダンスを負荷状態情報とし、且つ前記負荷状態情報によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、前記負荷状態情報と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶しておくとともに、前記対応関係を示す情報の中から、現時点の負荷状態情報に対応する出力可能電力値を現時点の出力可能電力値として出力する出力可能電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えている。

【0023】

第２の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記反射波検出信号に基づいて反射波電力検出値を演算する反射波電力値演算手段と、
前記進行波電力検出値および前記反射波電力検出値に基づいて、現時点の反射係数の絶対値を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えている。

【0024】

第３の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の反射係数の絶対値を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えている。

【0025】

第４の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の反射係数の絶対値及び位相角を演算する反射係数演算手段と、
反射係数の絶対値及び位相角によって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数の絶対値及び位相角と前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の反射係数の絶対値及び位相角に対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えている。

【0026】

第５の発明によって提供される高周波電源装置は、
負荷に向けて進行波電力を出力する高周波電源装置において、
直流電源、増幅素子及び発振部を内部に有し、前記発振部から出力する高周波信号を、前記直流電源から出力される直流電力を用いて前記増幅素子によって増幅し、進行波電力として出力する進行波電力出力手段と、
前記進行波電力出力手段と負荷との間に挿入されて、前記進行波電力出力手段から出力される進行波電力の情報を含む進行波検出信号及び前記負荷で反射された反射波電力の情報を含む反射波検出信号を検出する電力情報検出手段と、
前記進行波検出信号に基づいて進行波電力検出値を演算する進行波電力値演算手段と、
前記進行波検出信号および前記反射波検出信号に基づいて、現時点の負荷側インピーダンスを演算する負荷側インピーダンス演算手段と、
負荷側インピーダンスによって異なる前記進行波電力出力手段から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、負荷側インピーダンスと前記出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶した記憶手段と、
前記現時点の負荷側インピーダンスに対応する出力可能電力値を前記記憶手段から読み出して、現時点の出力可能電力値として出力する最大電力値設定手段と、
前記進行波電力出力手段から出力させる進行波電力の第１の出力設定値を設定する第１の出力設定手段と、
前記第１の出力設定値と前記現時点の出力可能電力値とを比較して、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値以下の場合は、前記第１の出力設定値を第２の出力設定値として出力し、前記第１の出力設定値が前記現時点の出力可能電力値よりも大きい場合は、前記現時点の出力可能電力値を第２の出力設定値として出力する第２の出力設定手段と、
前記進行波電力検出値が前記第２の出力設定値と等しくなるように前記進行波電力出力手段を制御する出力電力制御手段と、
を備えている。

【0027】

第６の発明によって提供される高周波電源装置は、前記出力可能電力値に関するものであり、
前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、反射係数毎に定めた進行波電力値の最大値である。

【0028】

第７の発明によって提供される高周波電源装置は、前記出力可能電力値に関するものであり、
前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、且つ、限界値に対して裕度を持たせて反射係数毎に定めた進行波電力値の最大値である。

【0029】

第８の発明によって提供される高周波電源装置は、前記出力可能電力値に関するものであり、
前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、負荷側インピーダンス毎に定めた進行波電力値の最大値である。

【0030】

第９の発明によって提供される高周波電源装置は、前記出力可能電力値に関するものであり、
前記出力可能電力値は、前記進行波電力出力手段から進行波電力を出力させたときに、前記増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ前記進行波電力出力手段に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、且つ、限界値に対して裕度を持たせて負荷側インピーダンス毎に定めた進行波電力値の最大値である。

【0031】

第１０の発明によって提供される高周波電源装置は、前記第１の出力設定値に関するものであり、
前記第１の出力設定値は、負荷に向けて出力する進行波電力を一定にする制御を行うために設定される設定値である。

【0032】

第１１の発明によって提供される高周波電源装置は、前記第１の出力設定値に関するものであり、
負荷に向けて出力する進行波電力から反射波電力を減算した電力を負荷側電力と定義したときに、前記第１の出力設定値は、前記負荷側電力を一定にする制御を行うために設定される設定値である。

【0033】

第１２の発明によって提供される高周波電源装置は、前記第１の出力設定値に関するものであり、
前記第１の出力設定値は、前記負荷側電力の設定値と現時点の反射係数の情報とを用いて演算される。

【0034】

第１３の発明によって提供される高周波電源装置は、
前記進行波電力出力手段と前記電気情報検出手段又は前記電力情報検出手段との間に、前記進行波電力出力手段の出力から高調波成分を除去するローパスフィルタを更に備えている。

【発明の効果】

【0035】

本発明では、現時点の反射係数に応じた適切な出力設定値を設定することができる。そのため、反射保護制御を行う場合に、従来よりも進行波電力出力手段から出力させる進行波電力を抑制しすぎないようにできる。

【0036】

また、本発明では、反射保護制御を行う場合に、１重のフィードバック制御ループですむため、従来よりも応答性を速くできる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明に係る高周波電源装置が適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。

【図2】第１実施形態の高周波電源装置１の構成例である。

【図3】第１実施形態の高周波電源装置１の他の構成例である。

【図4】第２実施形態の高周波電源装置１の他の構成例である。

【図5】出力可能電力値テーブル５２に記憶されている反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報の一例を示す図である。

【図6】出力可能電力値テーブル５２に記憶されている反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報の他の一例を示す図である。

【図7】第３実施形態の高周波電源装置１の構成例である。

【図8】第４実施形態の高周波電源装置１の構成例である。

【図9】第１の出力設定部９０の内部構成例を示す図である。

【図10】特許文献１に記載された従来の高周波電源装置１００の構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

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。

【0039】

図１は、本発明に係る高周波電源装置が適用される高周波電力供給システムの一例を示す図である。この高周波電力供給システムは、半導体ウエハや液晶基板等の被加工物に対して進行波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。この高周波電力供給システムは、高周波電源装置１、伝送線路２、インピーダンス整合器３、負荷接続部４及び負荷５で構成されている。なお、インピーダンス整合器３を用いない構成にしてもよい。

【0040】

高周波電源装置１は、発振部（発振器）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を出力して負荷５に供給するための装置である。高周波電源装置１から出力された進行波電力は、同軸ケーブルからなる伝送線路２及びインピーダンス整合器３及び遮蔽された銅板からなる負荷接続部４を介して負荷５に供給される。なお、一般にこの種の高周波電源装置では、数百ｋＨｚ以上の周波数（例えば、１３ＭＨｚ，４０ＭＨｚ等の周波数）を有する進行波電力を出力している。

【0041】

インピーダンス整合器３は、高周波電源装置１と負荷５とのインピーダンスを整合させるものである。より具体的には、例えば高周波電源装置１の出力端から高周波電源装置１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が例えば５０Ωに設計され、高周波電源装置１が、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合器３の入力端に接続されているとすると、インピーダンス整合器３は、当該インピーダンス整合器３の入力端から負荷５側を見たインピーダンスを５０Ωに変換させるものである。

【0042】

負荷５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。この負荷５は、被加工物を加工するために、加工部にプラズマ放電用ガスを導入し、そのプラズマ放電用ガスに高周波電源装置１から供給された進行波電力（電圧）を印加することによって、上記のプラズマ放電用ガスを放電させて非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマを利用して被加工物を加工している。

【0043】

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態の高周波電源装置１の構成例である。高周波電源装置１は、図２に示すように、進行波電力出力部１０、ローパスフィルタ２０、方向性結合器３０、進行波電力演算部４１、反射波電力演算部４２、反射係数演算部５１、出力可能電力値テーブル５２、最大電力値設定部５３、第１の出力設定部６０、第２の出力設定部７０及び出力制御部８０を備えている。

【0044】

なお、進行波電力出力部１０は進行波電力出力手段、方向性結合器３０は電気情報検出手段又は電力情報検出手段、進行波電力演算部４１は進行波電力値演算手段、反射波電力演算部４２は反射波電力値演算手段、反射係数演算部５１は反射係数演算手段又は負荷状態情報演算手段、出力可能電力値テーブル５２は記憶手段、最大電力値設定部５３は最大電力値設定手段、第１の出力設定部６０は第１の出力設定手段、第２の出力設定部７０は第２の出力設定手段、出力制御部８０は出力電力制御手段のそれぞれ一例である。
また、本明細書では、進行波電力演算部４１及び反射波電力演算部４２を総称して電力値演算手段４０の一例としている。また、第１実施形態〜第３実施形態（第２実施形態〜第３実施形態は後述）では、反射係数演算部５１又は負荷側インピーダンス演算部５４、出力可能電力値テーブル５２及び最大電力値設定部５３を総称して出力可能電力値設定手段５０の一例としている。

【0045】

進行波電力出力部１０、ローパスフィルタ２０、方向性結合器３０、進行波電力演算部４１、反射波電力演算部４２は、図１０に示した従来のものと同様であるので、説明を省略する。なお、ローパスフィルタ２０の代わりにバンドパスフィルタを用いることがある。また、ローパスフィルタ２０を省略することが可能な場合もある。また、進行波電力演算部４１から出力される進行波電力検出値Ｐｆ及び反射波電力演算部４２から出力される反射波電力検出値Ｐｒは、外部に出力することができ、例えばモニタに表示させることができる。

【0046】

反射係数演算部５１は、方向性結合器３０から出力される進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒに基づいて、反射係数Γの絶対値｜Γ｜及び位相角θをのうち、少なくとも絶対値｜Γ｜を演算するものである。反射係数演算部５１によって演算された反射係数Γの情報は、現時点の反射係数Γの情報として最大電力値設定部５３に送られる。

【0047】

なお、進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒは、通常、電圧信号として検出されるので、反射係数Γは、式（１）のようにして求めることができる。また式（２）のように絶対値｜Γ｜及び位相角θを用いて表すことができる。
反射係数Γ＝Ｖｒ／Ｖｆ ・・・・・ （１）
反射係数Γ＝｜Γ｜・ｅｘｐ（ｊθ） ・・・・・ （２）

【0048】

また、進行波電力演算部４１から出力される進行波電力検出値Ｐｆ及び反射波電力演算部４２から出力される反射波電力検出値Ｐｒに基づいて、反射係数Γの絶対値｜Γ｜を式（３）のように求めるようにしてもよい。
反射係数Γの絶対値｜Γ｜＝√Ｐｒ／√Ｐｆ ・・・・・ （３）

【0049】

なお、進行波電力検出値Ｐｆ及び反射波電力検出値Ｐｒは、いずれも方向性結合器３０から出力された情報に基づいて演算されたものであるので、式（３）のように求めた反射係数Γの絶対値｜Γ｜も、方向性結合器３０から出力される進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒに基づいて求めたものと言える。

【0050】

図２では、反射係数演算部５１が、進行波電力検出値Ｐｆ及び反射波電力検出値Ｐｒを用いて反射係数Γの絶対値｜Γ｜を演算する例を示しているが、図３のように、進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒを用いて反射係数Γの絶対値｜Γ｜を演算することもできる。また、図４のように、進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒを用いて反射係数Γの絶対値｜Γ｜及び位相角θを演算することもできる。なお、図２〜図４では、説明を簡略化するため、高周波電源装置１等の符号を同一にしている。

【0051】

出力可能電力値テーブル５２は、反射係数Γによって異なる進行波電力出力部１０から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶したものである。これについては、後述する。

【0052】

なお、以下では第１実施形態として、出力可能電力値テーブル５２が、反射係数Γの絶対値｜Γ｜によって異なる進行波電力出力部１０から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、反射係数Γの絶対値｜Γ｜と出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶したものであるとして説明する。そのため、図２又は図３に示した構成が該当する。もちろん、図４に示すように反射係数演算部５１が、反射係数Γの絶対値｜Γ｜及び位相角θの両方を出力する場合であっても、反射係数Γの絶対値｜Γ｜だけを用いれば同様になる。

【0053】

最大電力値設定部５３は、反射係数演算部５１によって演算された現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜を入力し、この現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜に対応する出力可能電力値を出力可能電力値テーブル５２から読み出して、現時点の出力可能電力値Ｐmaxとして出力する。

【0054】

第１の出力設定部６０は、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力の第１の設定値である第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１を設定する。設定された第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１は、第２の出力設定部７０に送られる。なお、第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１は、外部の装置から入力してもよいし、変更も可能である。この第１の出力設定部６０は、実質的に従来の出力設定部１１０と同じである。

【0055】

第２の出力設定部７０は、第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１と最大電力値設定部５３から出力される現時点の出力可能電力値Ｐmaxとを比較して、第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１が現時点の出力可能電力値Ｐmax以下の場合は、第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１を第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２として出力し、第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１が現時点の出力可能電力値Ｐmaxよりも大きい場合は、現時点の出力可能電力値Ｐmaxを第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２として出力する。

【0056】

出力制御部８０は、内部に補償器８１を有している。また、出力制御部８０には、第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２と進行波電力検出値Ｐｆとが入力される。そして、第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２から進行波電力検出値Ｐｆを減算したもの（第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２と進行波電力検出値Ｐｆとの差分）が補償器８１に入力される。補償器８１は、第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２と進行波電力検出値Ｐｆとの差分に基づいて、進行波電力検出値Ｐｆと第２の出力設定値ＰＦｓｅｔ２とを等しくするための出力制御信号Ｐｃｎｔを進行波電力出力部１０に送る。

【0057】

進行波電力出力部１０では、出力制御部８０（補償器８１）から出力された出力制御信号Ｐｃｎｔに基づいて出力する進行波電力の大きさを変化させる。これにより、進行波電力検出値Ｐｆが、出力設定値ＰＦｓｅｔと等しくなるように制御される。

【0058】

上記のように構成することで、実質的に反射保護制御を行うにも関わらず、従来のように、２重のフィードバック制御ループを有しない。すなわち、本実施形態では、反射保護制御を行うにも関わらず、１重のフィードバック制御ループですむので、従来よりも応答性を速くできる。

【0059】

次に、出力可能電力値テーブル５２に記憶される反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報について説明する。

【0060】

図５は、出力可能電力値テーブル５２に記憶されている反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報の一例を示す図である。
この図５において、図５（ａ）は、反射係数Γの領域を、反射係数Γの絶対値｜Γ｜と位相角θとで表した図である。この図５（ａ）は、円の中心点が、反射係数Γの絶対値｜Γ｜＝「０」であり、円の外周部分が、反射係数Γの絶対値｜Γ｜＝「１」となっている。そして、円の中心点から０．２間隔で円状に補助線を描いている。また、反射係数Γの位相角θは、円の中心点から右方向に伸びる線上を０度として、図示するように、０〜１８０度、０〜−１８０度で表される。この例では、３０度間隔で補助線を描いている。なお、本実施形態では、反射係数Γの位相角θを用いず、反射係数Γの絶対値｜Γ｜のみを用いるので、反射係数Γの位相角θは参考である。

【0061】

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された反射係数Γの領域に対応した出力可能電力値を記憶したテーブルの一例を示す。この図５（ｂ）に示すように、出力可能電力値は、例えば、反射係数Γの絶対値｜Γ｜を０．０１間隔で分割した領域毎に設定される。もちろん、これに限定されるものではない。例えば、反射係数Γの絶対値｜Γ｜の間隔を０．００１程度にしてもよいし、他の方法で出力可能電力値を定めてもよい。

【0062】

また、反射係数演算部５１によって演算された現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜と同じ値が出力可能電力値テーブル５２にない場合は、例えば、現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜と一番近いものを選択して現時点の出力可能電力値Ｐmaxとすればよい。もちろん、これに限定されるものではない。例えば、現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜を所定の位で切り捨てた値、又は切り上げた値を採用してもよい。

【0063】

図５（ｃ）は、反射係数Γの絶対値｜Γ｜に対する出力可能電力値をグラフ化した一例である。図５（ｃ）の例では、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が０のときの出力可能電力値が３０００Ｗであり、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が大きくなるにしたがって、出力可能電力値が小さくなるように設定されている。

【0064】

反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報は、図５のように設定されているため、最大電力値設定部５３は、反射係数演算部５１によって演算された現時点の反射係数Γの絶対値｜Γ｜に対応する出力可能電力値を出力可能電力値テーブル５２から読み出して、現時点の出力可能電力値Ｐｍａｘとして出力することができる。

【0065】

次に出力可能電力値Ｐｍａｘについて説明する。
出力可能電力値Ｐｍａｘは、進行波電力出力部１０から進行波電力を出力させたときに、増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ進行波電力出力部１０に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、反射係数Γ（絶対値｜Γ｜及び位相角θのうち、少なくとも絶対値｜Γ｜）毎に定めた進行波電力値の最大値である。

【0066】

しかし、これに限定されることはなく、例えば、出力可能電力値Ｐｍａｘは、進行波電力出力部１０から進行波電力を出力させたときに、増幅素子で生じる損失が規定値を超えないように、且つ進行波電力出力部１０に含まれる増幅素子にかかる電圧が耐電圧値を超えないように、且つ増幅素子に流れる電流が耐電流値を超えないように、且つ、限界値に対して裕度を持たせて反射係数Γ（絶対値｜Γ｜及び位相角θのうち、少なくとも絶対値｜Γ｜）毎に定めた進行波電力値の最大値としてもよい。

【0067】

上記のようにすれば、現時点の反射係数Γに応じた適切な出力設定値を設定することができる。そのため、反射保護制御を行う場合に、従来よりも進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力を抑制しすぎないようにできる。

【0068】

［第２実施形態］
図５では、出力可能電力値テーブル５２に記憶されている反射係数Γと出力可能電力値との対応関係を示す情報の一例として、反射係数Γの絶対値｜Γ｜に対応した出力可能電力値を記憶したテーブルを示した。しかし、図６に示すように、出力可能電力値テーブル５２に反射係数Γの絶対値｜Γ｜及び位相角θと出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶してもよい。この場合、高周波電源装置１は、図４のような構成となる。

【0069】

図６に示すように、出力可能電力値テーブル５２に反射係数Γの絶対値｜Γ｜及び位相角θと出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶しておくと、負荷の特性が、位相角θによって異なる場合に、より適切な制御をすることができるようになる。

【0070】

［第３実施形態］
負荷側インピーダンスＺＬは、式（４）のように、反射係数Γと特性インピーダンスＺ０（例えば５０Ω）によって表すことができる。そのため、上記の第１実施形態〜第２実施形態では、反射係数演算部５１を設けて反射係数Γを演算し、その反射係数Γに対応する出力可能電力値を出力可能電力値テーブル５２から読み出していたが、これに限定されることはなく、負荷側インピーダンスＺＬを演算し、その負荷側インピーダンスＺＬに対応する出力可能電力値を出力可能電力値テーブル５２から読み出すようにしてもよい。
ＺＬ＝Ｚ０・（（１＋Γ）／（１−Γ）） ・・・・・（４）

【0071】

図７は、第３実施形態の高周波電源装置１の構成例である。なお、図７では、説明を簡略化するため、高周波電源装置１等の符号を図２〜図４と同一にしている。

【0072】

負荷側インピーダンス演算部５４は、方向性結合器３０から出力される進行波検出信号Ｖｆおよび反射波検出信号Ｖｒに基づいて、負荷側インピーダンスＺＬを演算するものである。この図７では、負荷側インピーダンスＺＬの絶対値｜ＺＬ｜及び位相角θを最大電力値設定部５３に送る例を示している。しかし、負荷側インピーダンスＺＬの抵抗分をＲ、リアクタンス分をＸとし、負荷側インピーダンスＺＬを「ＺＬ＝Ｒ ＋ｊＸ」の形式で表したときの抵抗分Ｒ及びリアクタンス分Ｘを負荷側インピーダンス演算部５４から最大電力値設定部５３に送るようにしてもよい。なお負荷側インピーダンス演算部５４は、負荷状態情報演算手段の一例である。

【0073】

出力可能電力値テーブル５２は、負荷側インピーダンスＺＬによって異なる進行波電力出力部１０から出力可能な進行波電力値を出力可能電力値として定義したときに、負荷側インピーダンスＺＬと出力可能電力値との対応関係を示す情報を予め記憶するものである。

【0074】

最大電力値設定部５３は、負荷側インピーダンス演算部５４によって演算された現時点の負荷側インピーダンスＺＬを入力し、この現時点の負荷側インピーダンスＺＬに対応する出力可能電力値を出力可能電力値テーブル５２から読み出して、現時点の出力可能電力値Ｐmaxとして出力する。
その他は、上記の第１実施形態〜第２実施形態と同様なので説明を省略する。

【0075】

［第４実施形態］
上記の第１実施形態〜第３実施形態は、進行波電力を一定にする制御（以下、進行波電力一定制御）の場合についての実施形態であったが、本発明は、進行波電力から反射波電力を減算した負荷側電力を一定にする制御（以下、負荷側電力一定制御）にも適用できる。以下、本発明を負荷側電力一定制御に適用する場合の実施形態を説明する。

【0076】

図８は、第４実施形態の高周波電源装置１の構成例である。高周波電源装置１は、図８に示すように、進行波電力出力部１０、ローパスフィルタ２０、方向性結合器３０、進行波電力演算部４１、反射波電力演算部４２、反射係数演算部５１、出力可能電力値テーブル５２、最大電力値設定部５３、第１の出力設定部９０、第２の出力設定部７０及び出力制御部８０を備えている。なお、説明を簡略化するため、高周波電源装置１等の符号を図２等と同一にしている。

【0077】

図８に示した高周波電源装置１は、図２に示した高周波電源装置１と比較すると、第１の出力設定部６０に代えて第１の出力設定部９０が設けられている点、反射係数演算部５１によって演算された反射係数Γの情報（反射係数Γの絶対値｜Γ｜）が出力設定部９０に送られる点が異なる。

【0078】

図９は、第１の出力設定部９０の内部構成例を示す図である。
第１の出力設定部９０は、負荷側電力設定部９１と出力設定値演算部９２とを備えており、第１の出力設定部６０と同様に、進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力の第１の設定値である第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１を設定し、第２の出力設定部７０に送る。

【0079】

負荷側電力設定部９１は、進行波電力から反射波電力を減算した負荷側電力の設定値ＰＬｓｅｔ（以下、負荷側電力設定値ＰＬｓｅｔ）を設定する。なお、負荷側電力設定値ＰＬｓｅｔは、外部の装置から入力してもよいし、変更も可能である。

【0080】

出力設定値演算部９２は、式（５）に示すように、負荷側電力設定値ＰＬｓｅｔと反射係数演算部５１によって演算された反射係数Γの情報（反射係数Γの絶対値｜Γ｜）とを用いて第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１を演算する。なお、式（５）は、上記の式（３）において、「Ｐｒ＝Ｐｆ−ＰＬｓｅｔ」，「Ｐｆ＝ＰＦｓｅｔ１」とすることにより求めることができる。
ＰＦｓｅｔ１＝ＰＬｓｅｔ／（１−｜Γ｜^２） ・・・・・（５）

【0081】

このように、負荷側電力設定値ＰＬｓｅｔを第１の出力設定値ＰＦｓｅｔ１に変換することができるので、負荷側電力一定制御の場合であっても、第１実施形態〜第３実施形態と同様の制御を行うことができる。
そのため、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、反射保護制御を行うにも関わらず、１重のフィードバック制御ループですむので、従来よりも応答性を速くできる。また、反射保護制御を行う場合に、従来よりも進行波電力出力部１０から出力させる進行波電力を抑制しすぎないようにできる。

【0082】

なお、上記に限定されるものではなく、例えば、図３又は図４に示した反射係数演算部５１で演算した反射係数Γの情報（反射係数Γの絶対値｜Γ｜）を、第１の出力設定部９０に入力するようにしてもよい。また、図７に示した負荷側インピーダンス演算部５４で演算した負荷側インピーダンスＺＬから反射係数Γの情報（反射係数Γの絶対値｜Γ｜）を求めて、第１の出力設定部９０に入力するようにしてもよい。

【0083】

上記の第１実施形態〜第４実施形態では、方向性結合器３０によって検出した進行波検出信号Ｖｆ及び反射波検出信号Ｖｒに基づいて反射係数Γ又は負荷側インピーダンスＺＬを求めたが、これに限定されるものではない。例えば、高周波電源装置１の出力端における電圧及び電流を検出する電圧／電流検出器を設け、検出した電圧及び電流から電圧と電流との位相差を求める。そして、電圧、電流及び位相差に基づいて、周知の方法によって反射係数Γ又は負荷側インピーダンスＺＬを求めてもよい。

【0084】

また、本明細書では、高周波電源装置１の出力端における反射係数Γ又は負荷側インピーダンスＺＬを求めるための電気情報の検出手段である方向性結合器３０及び電圧／電流情報検出部等を電気情報検出手段とする。

【符号の説明】

【0085】

１ 高周波電源装置
２ 伝送線路
３ インピーダンス整合器
４ 負荷接続部
５ 負荷
１０ 進行波電力出力部
２０ ローパスフィルタ
３０ 方向性結合器
４０ 電力値演算手段
４１ 進行波電力演算部
４２ 反射波電力演算部
５０ 出力可能電力値設定手段
５１ 反射係数演算部
５２ 出力可能電力値テーブル
５３ 最大電力値設定部
５４ 負荷側インピーダンス演算部
６０ 第1の出力設定部
７０ 第２の出力設定部
８０ 出力制御部
８１ 補償器
９０ 第１の出力設定部
９１ 負荷側電力設定部
９２ 出力設定値演算部
Ｐｃｎｔ 出力制御信号
Ｐｆ 進行波電力検出値
ＰＦｓｅｔ 出力設定値
ＰＦｓｅｔ１ 第1の出力設定値
ＰＦｓｅｔ２ 第２の出力設定値
Ｐｍａｘ 現時点の出力可能電力値
ＰＰｓｅｔ 反射保護レベル設定値
Ｐｒ 反射波電力検出値
Ｐｒｅｓ 出力抑制信号
Ｖｆ 進行波検出信号
Ｖｒ 反射波検出信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】