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発明の名称 高周波電源
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−36364(P2001−36364A)
公開日 平成13年2月9日(2001.2.9)
出願番号 特願平11−206722
出願日 平成11年7月21日(1999.7.21)
代理人
発明者 加 藤 努
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 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高周波電源。
【請求項2】 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。
発明の詳細な説明
【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。




 

 


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