JP4411282B2 - 高周波電力供給システム - Google Patents

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Description

本発明は、高周波電源からインピーダンス整合器を介してプラズマ処理装置等の負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムに関する。
図２３は、従来の高周波電力供給システムの基本構成例を示す図である。この高周波電力供給システムは、高周波電力を出力するための高周波電源５１と、高周波電源５１の入力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合器５３と、例えばプラズマ処理装置からなる負荷Ｌとで構成されている。インピーダンス整合器５３は、高周波電源５１に同軸ケーブルからなる伝送線路５２を介して接続されている。負荷Ｌは、インピーダンス整合器５３に、電磁波が漏洩を防止するために遮蔽された銅板等からなる負荷接続部５４を介して接続されている。
高周波電源５１は、負荷Ｌに対して高周波電力を供給するための装置である。高周波電源５１は、図示しない電力増幅回路及び発振回路等を備え、所定の電力に設定された高周波電力を伝送線路５２を通じてインピーダンス整合器５３に出力する。
インピーダンス整合器５３は、その入力端から高周波電源５１側を見た入力インピーダンスと、その入力端から負荷Ｌ側を見た負荷インピーダンスとを整合させるためのものである。インピーダンス整合器５３は、高周波電源５１の出力を効率よく負荷Ｌに供給するのに用いられる。負荷Ｌは、エッチング又はＣＶＤ等の方法を用いて半導体ウェハ及び液晶基板等の被加工物を加工するための装置である。
上記高周波電力供給システムでは、高周波電源５１から負荷Ｌに高周波電力が供給されている間、負荷Ｌが変動し、高周波電源５１と負荷Ｌとの間にインピーダンスの不整合が発生する。そのため、高周波電力供給システムでは、負荷Ｌの変動に応じてインピーダンス整合器５３内の可変インピーダンス素子（図略）のインピーダンス値を自動的に変化させて、高周波電源５１と負荷Ｌとの間のインピーダンスを整合させるようになっている。
ところで、上記高周波電力供給システムにおいて、例えば負荷Ｌであるプラズマ処理装置でガス圧の変化や放電温度の上昇によりアーク放電が生じたり、絶縁破壊が生じたりする異常状態が発生すると、負荷Ｌのインピーダンスが急変する。そのため、高周波電力供給システムでは、インピーダンス整合器５３の整合動作が十分に追従できなくなり、場合によってはインピーダンス整合が取れない状態が生じる。このような場合、インピーダンス不整合により高周波電源５１に戻ってくる高周波電力の反射波が非常に大きくなり、高周波電源５１を損傷する虞がある。また、負荷Ｌの損傷箇所にも高周波電力が供給され続けるため、その損傷箇所の被害を増大する虞がある。
高周波電力供給システムでは、伝送線路５２及びインピーダンス整合器５３等の高周波電源５１と負荷Ｌとの間の線路上で、絶縁不良、絶縁破壊又はコネクタの接触不良等の異常が発生した場合もその部分でのインピーダンス不整合が発生する。そのため、高周波電力供給システムでは、高周波電源５１への反射波電力が増大し、当該高周波電源５１の損傷又は線路上の異常発生箇所の損傷拡大を招くことになる。
このような異常が発生した場合は、直ちに高周波電力供給を停止する等の安全対策を講じることが望ましい。しかし、従来の高周波電力供給システムは、上述の異常を検出して安全対策を講じる構成となっていなかった。
一方、高周波技術においては、負荷への電力供給効率を示すパラメータとして反射係数及びリターンロス等が周知であり、これらのパラメータを用いれば、高周波電源５１を損傷する虞のある反射波電力を知ることができる。そのため、例えば日本国特開２０００−２９９１９８号公報に示されるように、反射係数Γを用いて負荷側の状態を監視し、例えば反射係数が所定の基準値を超えるか否かにより異常を検出して安全対策を講じることが考えられる。
しかし、この方法では、反射係数の大きさが基準値を超えなければ異常とされない。そのため、反射係数の変化状態によっては、負荷側に異常が発生しているにも拘わらず異常と判定されず、この方法は、安全対策のレスポンスが十分とは言えない。例えば図２４及び図２５は、時間の経過にともなう反射係数の変化を表した図である。図２４は、基準値を超えない範囲で瞬間的に反射係数が異常に増大する場合を示す。図２５は、基準値を超えない範囲で反射係数が増大するときが断続的に続く場合を示す。図２４及び図２５に示す場合等では、その反射係数が変化するときに負荷側に異常が発生してもその異常が検出されない。また、異常が拡大して反射係数が基準値を超えたとき、その異常が検出されることになるため、安全対策用の検出方法としては十分とは言えない。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、または抑制し得る高周波電力供給システムを提供することをその目的としている。
本発明の第１の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する微分演算手段と、上記微分演算手段により演算された上記反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する計数手段と、上記計数手段で計数された回数が予め設定された基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、上記高周波電源の内部、高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部の任意の検出点において、例えば電力値及び電圧値等の高周波の進行波に関する情報（以下、進行波情報という。）と反射波に関する情報（以下、反射波情報という。）とが検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γの大きさの単位時間当たりの変化量（以下、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔという。）が算出される。
そして、この反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔに基づいて、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。例えば反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが予め設定された第１基準値を超えたとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。また、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超える回数が予め設定された基準回数を超えたとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常発生と判定される。
このように、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔに基づいて、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定されるので、図２４及び図２５に示したような、反射係数が瞬間的に増大したり、反射係数が増大する状態が断続的に継続したりして異常が発生した場合にも可及的速やかに異常と判定することができる。
本発明の第２の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する演算手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する微分演算手段と、上記反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、上記反射係数の大きさが予め設定された第２基準値を超える回数を計数する第２の計数手段と、上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、かつ、上記第２の計数手段で計数された回数が予め設定された第２基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項２）。
好ましくは、上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定する（請求項３）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、進行波情報と反射波情報とが検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γの大きさとこの反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔとが算出される。そして、この反射係数Γの大きさと反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔとに基づいて、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。
例えば反射係数Γの大きさが予め設定された第２基準値を超え、かつ、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが予め設定された第１基準値を超えたとき、上記高周波電源の内部、高周波電源の高周波電力の出力端部からインピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定された検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。また、反射係数Γの大きさが第２基準値を超える回数が予め設定された第２基準回数を超え、かつ、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超える回数が予め設定された第１基準回数を超えたとき、上記伝送線路上に設定された検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。
このように、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔに加え反射係数Γの大きさを加味して、上記伝送線路上の任意の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定されるので、上述した異常判定の精度が向上する。
本発明の第３の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第１の微分演算手段と、上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、上記第１の微分演算手段により演算された反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、上記第２の微分演算手段により演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、かつ、上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項４）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、上記高周波電源の内部、高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部の任意の検出点において、例えば電力値及び電圧値等の高周波の進行波情報と反射波情報が検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが算出される。
また、上記インピーダンス整合器の内部から負荷との間の線路上において、上記負荷に対する入力電圧と入力電流とが検出され、これらの入力電圧と入力電流に基づいて、インピーダンスＺの大きさの単位時間当たりの変化量（以下、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔという。）が算出される。
そして、上記反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔの第１基準値を超える回数が予め設定された第１基準回数を超え、かつインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔの第３基準値を超える回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、負荷側の回路における異常発生と判定される。
このように、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔ及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔにより異常検出を行うと、負荷Ｌ側での異常を確実に検出することができる。すなわち、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔを求めることにより、高周波電源の出力端から負荷側に至る回路において異常が生じたことを検出することができるが、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔのみでは、負荷のみで生じる異常を特定したい場合、それを特定することは困難である。高周波電源の出力端から負荷側に至る回路には、伝送線路やインピーダンス整合器が含まれているからである。一方、負荷の入力端においてインピーダンスＺを測定するのみでは、負荷では通常、被加工物の加工中においてインピーダンスが多少なりとも変動するので、異常と判定するための基準値を定めることは難しく負荷に生じる異常を検出することは困難である。そこで、本発明では、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔに加えてインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを求めることにより、特に負荷における異常を特定してそれを確実に検出するようにしている。
なお、インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量に対する第３基準値は、正常値よりも小さい値に設定してもよいし、大きい値に設定してもよい。第３基準値を正常値よりも小さい値に設定した場合は、演算値が第３基準値よりも大きい値から第３基準値よりも小さい値になったときが、第３基準値を超えたときである。また、第３基準値を正常値よりも大きい値に設定した場合は、演算値が第３基準値よりも小さい値から第３基準値よりも大きい値になったときが、第３基準値を超えたときである。
本発明の第４の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第１の微分演算手段と、上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する演算手段と、上記第１の微分演算手段により演算された反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、上記演算手段により演算された反射係数の大きさが予め設定された第２基準値を超える回数を計数する第２の計数手段と、上記第２の微分演算手段により演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、上記第２の計数手段で計数された回数が予め設定された第２基準回数を超え、更に上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項５）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、進行波情報と反射波情報とが検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γの大きさとこの反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔとが算出される。また、上記負荷に対する入力電圧と入力電流とが検出され、これらの入力電圧と入力電流とに基づいて、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが算出される。そして、この反射係数Γの大きさと反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔとインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔとに基づいて、負荷側の回路における異常の発生が判定される。
例えば反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超え、反射係数Γの大きさが第２基準値を超え、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超えたとき、負荷側の回路における異常の発生が判定される。また、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超える回数が予め設定された第１基準回数を超え、反射係数Γの大きさが第２基準値を超える回数が予め設定された第２基準回数を超え、かつインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超える回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、負荷側の回路における異常の発生が判定される。
このように、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔ及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔに加え反射係数Γの大きさを加味して、上記負荷側の回路における異常の発生が判定されるので、上述した異常判定の精度が向上する。
本発明の第５の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の対数値を演算する対数反射係数演算手段と、上記対数反射係数演算手段によって演算された反射係数の対数値を予め設定された周期で順次記憶する対数反射係数記憶手段と、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値と１つ前の記憶値とに基づいて、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側における異常の発生を判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項６）。
好ましくは、上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときに異常発生と判定する（請求項７）。
好ましくは、上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときの回数を計数する第４の計数手段を備え、この第４の計数手段によって計数された回数が予め設定された第４基準回数を超えたとき、異常発生と判定する（請求項８）。
好ましくは、上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されている（請求項９）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、上記高周波電源の内部、高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部の任意の検出点において、例えば電力値や電圧値等の高周波の進行波に関する進行波情報と反射波情報が検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γの対数値（ｌｏｇГ）が算出される。この反射係数Γの対数値ｌｏｇГは、記憶部に所定の周期Δｔで順次記憶される。
そして、反射係数Γの対数値ｌｏｇГの最新の記憶値と１つ前の記憶値とから単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしている。
なお、上述した他の構成例のように、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔを用いないのは、反射係数Гが小さい範囲と大きい範囲とでは、反射係数Γの対数値ｌｏｇГの変化量が異なるので、単純に基準値と比較して異常か否かを判定できないためである。そのため、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔを用いることなく、かつ瞬時に異常検出が可能とするために、反射係数の微分値を演算する場合と同様に、反射係数の最新の記憶値と１つ前の記憶値とを用いて、その単位時間当たりの変化の仕方に基づいて進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常判定を行うようにしている。
例えば、記憶値が予め設定された第４基準値以上で、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。また、最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上で、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときの回数が予め設定された第４基準回数を超えたとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。
このように、上記構成では、対数を用いているので、高周波の入力を広い範囲で許容することができる。また、反射係数Гの対数値ｌｏｇГを求める際に、反射波情報の対数から進行波情報の対数を減算するという形で行うことができるので、除算回路を用いる必要がなく、その回路構成を容易なものにすることができる。
本発明の第６の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の対数値を演算する対数反射係数演算手段と、上記対数反射係数演算手段によって演算された反射係数の対数値を予め設定された周期で順次記憶する対数反射係数記憶手段と、上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値、１つ前の記憶値及び上記第２の微分演算手段によって演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量に基づいて、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側における異常の発生を判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１０）。
好ましくは、上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下であり、かつ上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超えたとき、異常発生と判定する（請求項１１）。
好ましくは、上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときの回数を計数する第４の計数手段、及び上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段を備え、上記第４の計数手段によって計数された回数が予め設定された第４基準回数を超え、かつ上記第３の計数手段によって計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、異常発生と判定する（請求項１２）。
好ましくは、上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されており、上記第３，第４の検出手段の検出点は、上記インピーダンス整合器の内部から負荷との間の線路上に設定されている（請求項１３）。
上記構成によれば、対数を用いるという効果に加え、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いることにより、特に負荷における異常を特定してそれを確実に検出することができる。
本発明の第７の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する反射係数演算手段と、上記反射係数演算手段によって演算された反射係数の大きさを予め設定された周期で順次記憶する反射係数記憶手段と、上記反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第６基準値以上であり、かつ上記反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のときの回数を計数する第５の計数手段と、上記第５の計数手段によって計数された回数が予め設定された第５基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１４）。
好ましくは、上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されている（請求項１５）。
上記構成によれば、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力が供給されているとき、上記高周波電源の内部、高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部の任意の検出点において、例えば電力値や電圧値等の高周波の進行波に関する進行波情報と反射波情報が検出され、これらの進行波情報と反射波情報とに基づいて、反射係数Γが算出される。この反射係数Γは、記憶部に所定の周期Δｔで順次記憶される。
そして、反射係数Γの最新の記憶値と１つ前の記憶値とから単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしている。
例えば、記憶値が予め設定された第６基準値以上で、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。また、最新の記憶値が予め設定された第６基準値以上で、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のときの回数が予め設定された第５基準回数を超えたとき、進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定される。
このように、反射係数の微分値を演算する場合と同様に、反射係数の最新の記憶値と１つ前の記憶値とを用いて、その単位時間当たりの変化の仕方に基づいて進行波情報及び反射波情報の検出点から負荷側の回路における異常の発生が判定されるので、図２４及び図２５に示したような、反射係数が瞬間的に増大したり、反射係数が増大する状態が断続的に継続したりして異常が発生した場合にも可及的速やかに異常と判定することができる。
また、最新の記憶値に対する基準値と１つ前の記憶値に対する基準値とを設定しているので、異常の定義をより簡単で明確なものにすることができる。
本発明の第８の側面によって提供される高周波電力供給システムは、高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する反射係数演算手段と、上記反射係数演算手段によって演算された反射係数の大きさを所定の周期で順次記憶する反射係数記憶手段と、上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、上記反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第６基準値以上であり、かつ上記反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のときの回数を計数する第５の計数手段と、上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、上記第５の計数手段によって計数された回数が予め設定された第５基準回数を超え、かつ上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１６）。
上記構成によれば、反射係数の最新の記憶値と１つ前の記憶値とを用いて異常判定を行うことの効果に加え、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いることにより、特に負荷における異常を特定してそれを確実に検出することができる。
好ましくは、上記異常判定手段により異常発生と判定されたとき、上記高周波電源から出力される電力量を減少方向に変更する出力電力変更手段を更に備える（請求項１７）。
好ましくは、上記出力電力変更手段は、上記高周波電源から出力される電力量をゼロにする（請求項１８）。
好ましくは、上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されると、予め設定された第１の時間の経過後に上記高周波電源の出力電力量を元の出力電力量に復帰させる出力電力復帰手段を更に備える（請求項１９）。
好ましくは、上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されると、上記インピーダンス整合器の整合動作を停止させ、そのときの状態を保持する整合動作停止手段を更に備える（請求項２０）。
好ましくは、上記高周波電力供給システムにおいて、上記異常判定手段により異常発生と判定され、上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されてから上記出力電力復帰手段により元の出力電力量に復帰後、予め設定された第２の時間経過まで上記異常判定手段の判定動作を禁止する第１判定禁止手段を更に備える（請求項２１）。
好ましくは、ユーザによる操作によって上記高周波電源の電力供給動作が開始された後、又はユーザによる操作によって電力供給動作中に出力電力設定値が変更された後、予め設定された第２の時間経過まで上記異常判定手段を禁止する第２判定禁止手段を更に備える（請求項２２）。
好ましくは、上記第２の時間は、上記インピーダンス整合器により上記高周波電源と上記負荷とがインピーダンス整合されるまでの時間よりも長い（請求項２３）。
好ましくは、上記第１の検出手段により検出される情報には少なくとも進行波の電力値又は電圧値が含まれ、上記第２の検出手段により検出される情報には少なくとも反射波の電力値又は電圧値が含まれる（請求項２４，２５）。
本発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。このシステムは、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物に対して高周波電力を供給して、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１、インピーダンス整合器２、異常検出装置３、伝送線路４、負荷接続部５及びプラズマ処理装置からなる負荷Ｌによって構成されている。
高周波電源１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路４を介してインピーダンス整合器２が接続されている。インピーダンス整合器２には、例えば電磁波が漏れないように遮蔽された銅板からなる負荷接続部５を介して負荷Ｌ（例えばプラズマ処理装置）が接続されている。また、高周波電源１には、異常検出装置３が接続されている。なお、異常検出装置３は、高周波電源１に対して別途独立した態様で設けられているが、これに限らず、異常検出装置３は、高周波電源１の内部に設けられていてもよい。また、異常検出装置３は、インピーダンス整合器２の内部に設けられていてもよい。さらに、高周波電源１は、インピーダンス整合器２を含む構成としてもよい。
高周波電源１は、負荷Ｌに対して例えば数百ｋＨｚ以上の周波数を有する高周波電力を供給するための装置である。高周波電源１は、高周波発生増幅部１１と、方向性結合器１２と、電源制御部１３とを備えている。
高周波発生増幅部１１は、負荷Ｌに供給する高周波電力を発生するものである。高周波発生増幅部１１は、図示しない整流回路、平滑回路、電力増幅回路及び発振回路等を備える。高周波発生増幅部１１は、例えば入力電源からの入力電圧（例えばＡＣ２００Ｖ）を整流・平滑して直流電圧を生成し、この直流電圧をスイッチングすることにより所定の高周波電圧に変換して出力する。この高周波電圧は、方向性結合器１２及びインピーダンス整合器２を介して負荷Ｌに供給される。
方向性結合器１２は、高周波発生増幅部１１から負荷Ｌ側に進行する高周波（以下、進行波という。）と負荷Ｌ側から反射してくる高周波（以下、反射波という。）を分離して検出するものである。方向性結合器１２は、１個の入力ポートと３個の出力ポートを有し、入力ポートには高周波発生増幅部１１が接続され、第１出力ポートには伝送線路４が接続されている。また、第２出力ポートと第３出力ポートは、それぞれ後述する異常検出装置３の第１検波部２１と第２検波部２２とに接続されている。
入力ポートから入力される進行波は、第１出力ポートから出力され、第１出力ポートから入力される反射波は入力ポートから出力される。方向性結合器１２は、進行波を適切なレベルまで減衰させて検出し、それを第２出力ポートから出力する。また、方向性結合器１２は、反射波を適切なレベルまで減衰させて検出し、それを第３出力ポートから出力する。従って、異常検出装置３の第１検波部２１には、方向性結合器１２の第２出力ポートから出力される進行波ＰＦが入力される。異常検出装置３の第２検波部２２には、方向性結合器１２の第３出力ポートから出力される反射波ＰＲが入力される。
なお、図１では省略しているが、本実施例に係る高周波電力供給システムには、高周波電源１からの高周波電力の出力開始を指示する出力開始スイッチ、及び高周波電源１から出力される高周波電力の出力値を設定するための出力電力設定スイッチが設けられた操作部が設けられている。操作者により出力開始スイッチが操作されると、図１に示すように、その操作信号である出力開始信号が高周波電源１の電源制御部１３と異常検出装置３の異常判定部２５に入力される。操作者により出力電力設定スイッチが操作されると、その操作信号である出力電力設定信号が高周波電源１の電源制御部１３と異常検出装置３の異常判定部２５に入力されるようになっている。
電源制御部１３は、上記出力開始信号が入力されているときに、方向性結合器１２から出力される進行波ＰＦによって求められる進行波電力値と、上記出力電力設定信号で設定された出力電力値とが等しくなるように、高周波発生増幅部１１に指令信号を出力するものである。なお、電源制御部１３は、進行波電力値だけでなく、方向性結合器１２から出力される反射波ＰＲによって求められる反射波電力値を用いて、進行波電力値から反射波電力値を減算した負荷Ｌ側電力値（進行波電力値−反射波電力値）と出力設定信号で設定させた出力電力値とが等しくなるように、高周波発生増幅部１１に対して指令を出力してもよい。
また、電源制御部１３は、異常検出装置３から入力される異常検出信号に基づいて、高周波発生増幅部１１の高周波生成動作を制御するものである。後述するように、異常検出装置３では、高周波電源１の出力端Ａから見た負荷Ｌ側の回路において、例えば伝送線路４内で発生した絶縁破壊、インピーダンス整合器２内で発生した絶縁不良、又は伝送線路４とインピーダンス整合器２の接続部で発生した接触不良等の異常が発生すると、その異常発生を検出した異常検出信号が出力される。電源制御部１３は、異常検出装置３から異常検出信号が入力されると、高周波発生増幅部１１による高周波電力の発生を所定の期間Ｔだけ停止させる。
インピーダンス整合器２は、高周波電源１と負荷Ｌ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１の出力端Ａから電源側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が５０Ωに設計され、高周波電源１が特性インピーダンス５０Ωの伝送線路４でインピーダンス整合器２の入力端Ｂに接続されているとすると、インピーダンス整合器２は、当該インピーダンス整合器２の入力端Ｂから負荷Ｌ側を見たインピーダンスを可及的に５０Ωに自動調整する。なお、本実施例では特性インピーダンスを５０Ωとしているが、言うまでもなく特性インピーダンスは５０Ωに限定されるものではない。
インピーダンス整合器２は、入力検出部１５と、整合器制御部１６と、整合部１７とによって概略構成されている。
入力検出部１５は、高周波電源１から入力される高周波（入射波）の高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ、及びそれらの位相差θを検出するものである。入力検出部１５で検出された高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ及び位相差θは、整合器制御部１６に入力される。
整合器制御部１６は、入力検出部１５から入力された高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ及び位相差θを用いて入力インピーダンスＺｉｎ（入力端Ｂから負荷Ｌ側を見たインピーダンス）を算出し、この入力インピーダンスＺｉｎが５０Ωになるように、整合部１７の可変インピーダンス素子である可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２（後述）を制御するものである。より具体的には、整合器制御部１６は、｜Ｖ｜／｜Ｉ｜が所定の範囲内、例えば５０±５Ωになり、位相差θが略０°となるように、整合部１７の可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２を制御する。
整合部１７は、インダクタＬ１と可変インピーダンス素子である可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２とを、いわゆるπ型に接続した回路で構成されている。可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、図略の電動モータからなる駆動部材により対向電極の一方が移動可能になされ、一方電極を移動させることにより、対向電極の面積が変化して各キャパシタンスが変化するようになっている。また、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の一方電極の駆動は、整合器制御部１６からの制御信号に基づいて制御されるようになっている。
従って、整合部１７は、整合器制御部１６からの制御信号に基づいて可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各キャパシタンスを変化させ、これにより入力インピーダンスＺｉｎの大きさ（絶対値）が所定の範囲（例えば５０±５Ω）内に入るように、かつ位相差が略０°となるように調整する。なお、図１の実施例による整合部１７の回路構成は、π型であるが、これに代えて、Ｔ型、Ｌ型、逆Ｌ型等が採用されてもよい。また、可変インピーダンス素子として可変キャパシタに代えて、可変インダクタが採用されてもよい。
整合器制御部１６には、異常検出装置３から動作禁止信号が入力されるようになっている。この動作禁止信号は、整合器制御部１６による上述した整合動作を禁止させる信号であって、例えば整合動作を禁止させるとき、ハイレベルとなる矩形波信号である。異常検出装置３は、異常を検出すると、高周波電源１に異常検出信号を出力すると同時に、所定の時間Ｔ（図２参照）だけハイレベルとなる動作禁止信号を整合器制御部１６に出力する。これにより整合器制御部１６は、異常検出装置３で異常が検出されると、高周波電源１が一時停止されている時間、インピーダンス整合器２の整合動作を停止させる。
このように、高周波電源１の電力出力動作を一時停止させている期間にインピーダンス整合器２の整合動作も停止させるのは、高周波電源１から電力が出力されなければ、入力検出部１５でインピーダンス整合を自動調整するための入力インピーダンスＺｉｎが検出できないという問題が生じるからである。また、インピーダンス整合器２の整合動作も停止させるのは、電力非出力中にインピーダンス整合器２の整合動作をさせると、整合部１７の可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス値が不定となる。そのため、高周波電源１の電力出力動作が再開されたとき、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス値が不整合の大きい値に変動されていると、迅速に整合状態に引き込むことができないという問題が生じるからである。
電力非出力中にインピーダンス整合器２の整合動作を停止させていれば、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス値が電力停止直前の調整値からより不整合の大きい値に変動することがなく、高周波電源１の電力出力動作の再開後に迅速にインピーダンス整合器２を整合状態にすることができる。
負荷Ｌは、半導体ウェハ又は液晶基板等の被加工物をエッチング又はＣＶＤ等の方法を用いて加工するためのプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置では、被加工物の加工目的に応じて各種の加工プロセスが実行される。例えば、被加工物に対してエッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、高周波電力の供給電力値、及び高周波電力の供給時間等が適切に設定された加工プロセスが行われる。プラズマ処理装置では、被加工物が配置される容器（図略）内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、プラズマ処理装置では、プラズマ状態になったガスを用いて被加工物を加工している。
異常検出装置３は、負荷Ｌにおける異常、同軸ケーブルである伝送線路４又は同軸ケーブルの両端に設けられる同軸コネクタにおける絶縁不良、絶縁破壊、及び接触不良等の異常が発生した場合に、それを検出するものである。異常検出装置３は、第１検波部２１と、第２検波部２２と、反射係数演算部２３と、反射係数Гの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する微分演算部２４と、微分演算部２４の出力に基づいて異常であるか否かを判定する異常判定部２５とによって構成されている。
第１検波部２１は、進行波ＰＦの振幅Ｖｆを検波するものである。第２検波部２２は、反射波ＰＲの振幅Ｖｒを検波するものである。第１検波部２１及び第２検波部２２は、例えば図略のダイオードとＲＣローパスフィルタとからなる周知のダイオード検波回路によって構成されている。第１検波部２１及び第２検波部２２の検出値Ｖｆ，Ｖｒは、反射係数演算部２３に入力される。なお、第１，第２検波部２１，２２は整流回路で構成する等、他の構成にしてもよい。
反射係数演算部２３は、第１検波部２１から入力される進行波ＰＦの振幅Ｖｆと第２検波部２２から入力される反射波ＰＲの振幅Ｖｒとから反射係数Γ＝Ｖｒ／Ｖｆを算出するものである。反射係数演算部２３は、進行波ＰＦの振幅Ｖｆ及び反射波ＰＲの振幅ＶｒをＡ／Ｄコンバータ（図略）によりデジタルの振幅値Ｄｆ，Ｄｒに変換した後、Ｄｒ／Ｄｆを演算することにより反射係数Γの値を算出する。反射係数Γの演算処理は、所定の周期Δｔで行われる。また、反射係数Γのデータは、微分演算部２４に入力される。
なお、反射係数演算部２３は、アナログ信号でＶｒ／Ｖｆの信号を生成し、この信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換するようにしてもよい。第１検波部２１及び第２検波部２２は、電力検出回路で構成され、この電力検出回路によって進行波ＰＦの電力Ｗｆと反射波ＰＲの電力Ｗｒとを検出するようにしてもよい。この場合、反射係数演算部２３では（Ｗｒ／Ｗｆ）1/2を演算することにより反射係数Γが算出される。
微分演算部２４は、反射係数演算部２３によって求められた反射係数Гの大きさの単位時間当たりの変化量を求めるものである。換言すれば、微分演算部２４は、反射係数Гの大きさの微分量（ｄГ／ｄｔ）を求めるものである。以下、反射係数Гの大きさの単位時間当たりの変化量を反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔという。
微分演算部２４では、反射係数演算部２３から所定の周期ｄｔで反射係数Γが入力される毎に、前回入力された反射係数Γ１と今回入力された反射係数Γ２との差ｄΓ＝Γ２−Γ１が算出されるとともに、ｄΓ／ｄｔが演算される。なお、反射係数演算部２３からアナログ信号により反射係数Γが入力される場合、微分演算部２４は、この反射係数Γの信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換した後、ｄΓ／ｄｔを演算することになる。微分演算部２４の演算結果（ｄΓ／ｄｔ）は、異常判定部２５に入力される。
異常判定部２５は、微分演算部２４から入力される反射係数の微分値ｄГ／ｄｔに基づいて、異常が発生しているか否かを判定する。異常判定部２５は、異常発生と判定した場合、異常を示す異常検出信号を第１所定時間Ｔ（図２参照）だけ高周波電源１の電源制御部１３に対して出力するとともに、整合器制御部１６に対して動作禁止信号を出力する。
すなわち、異常判定部２５は、反射係数の微分値ｄГ／ｄｔを予め設定された所定の基準値と比較し、微分値ｄГ／ｄｔが基準値を超えている場合、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側に至る回路において何らかの異常が発生していると判定し、第１所定時間Ｔだけ、例えばハイレベルに反転する異常検出信号を出力する。例えば反射係数の微分値ｄГ／ｄｔが図３に示すように変化した場合、異常判定部２５は、反射係数の微分値ｄГ／ｄｔが基準値を超えたタイミングｔ１でハイレベルに反転する異常検出信号を所定の時間Ｔだけ出力する。なお、図３において、タイミングｔ２は反射係数Γが極値となるタイミングである。異常判定部２５は、反射係数の微分値ｄГ／ｄｔにより異常検出を行っているので、反射係数Γにより異常検出を行うよりも速く、瞬時に異常検出が可能になっている。
そして、電源制御部１３は、この異常を示す異常検出信号によって、高周波発生増幅部１１による高周波電力の発生を所定の時間Ｔだけ停止させる。また、整合器制御部１６は、動作禁止信号によってその整合動作を禁止させる。
また、異常判定部２５は、異常が発生していると判定し、第１所定時間Ｔだけ経過した後、異常検出信号の出力レベルを反転させる（図２のａ参照）。これにより、電源制御部１３は、高周波電源１からの高周波電力の出力の停止を解除し、再び、高周波電力を出力させる。また、異常判定部２５は、整合器制御部１６に対して出力する動作禁止信号の出力レベルを反転させる（図２のｂ参照）。これにより、整合器制御部１６は、その整合動作を再開させる。
さらに、異常判定部２５は、その異常判定動作を、上記第１所定時間Ｔが経過した後、さらに予め設定される第２所定時間Ｔ′が経過するまで禁止する。すなわち、異常判定動作は、異常が発生していると判定されたときからＴ＋Ｔ′の時間だけ禁止される。なお、この第２所定時間Ｔ′は、高周波電源１が高周波出力動作を開始した後、実質的にインピーダンス整合器２によってインピーダンス整合されるまでの想定時間よりも長く設定された時間であり、経験的に又は実験的に求められた値である。また、異常が発生していると判定されていなくても、最初に高周波電力の出力動作を開始したとき、又は高周波電力の出力電力設定値が変更されたときは、第２所定時間Ｔ′が経過するまで異常判定動作が禁止される。
なお、最初に高周波電力の出力動作を開始したときは、出力開始信号を監視することにより判定することができる。また、高周波電力の出力電力設定値が変更されたか否かは、出力電力設定信号を監視することにより判定することができる。
高周波電源１が高周波電力の出力を開始した直後、又は電力供給動作中に出力電力設定値が変更された直後は、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側に至る回路が異常でないにもかかわらず、不整合状態となり、反射係数Гが増加して異常と誤検出されることがある。そのため、上記第２所定時間Ｔ′の期間は、異常判定動作を禁止するようにしている。
一方、インピーダンス整合器２が整合状態を維持しているときに異常が発生した場合は、上述したように異常検出装置３において、反射係数の微分値ｄГ／ｄｔにより、その異常を瞬時に検出し、高周波電源１の高周波出力動作とインピーダンス整合器２の整合動作を停止させる。異常検出装置３は、実質的に高周波電源１が高周波出力動作を開始し（一時停止後に再度開始された場合を含む。）、インピーダンス整合器２による整合状態が維持されるようになった後に異常判定動作を行う。
異常判定部２５は、例えば図示しない報知装置に接続されており、異常検出信号はこの報知装置と高周波電源１の電源制御部１３に入力される。また、異常検出信号と同時に、インピーダンス整合器２には、例えばハイレベルに反転する動作禁止信号が入力される。報知装置は異常検出信号が入力されると、表示又は音声により異常が発生していることを報知する。また、上述したように、高周波電源１は、異常検出信号が入力されると、所定の時間Ｔだけ高周波電力の出力動作を停止し、インピーダンス整合器２は、動作禁止信号が入力されると、所定の時間Ｔだけ整合動作を停止する。
次に、実施例１に係る高周波電力供給システムにおける異常検出処理について説明する。
プラズマ処理装置（負荷Ｌ）でプラズマ加工を行うべく高周波電源１の電源がオンにされると、高周波電源１から所定の高周波電力が生成され、伝送線路４、インピーダンス整合器２及び負荷接続部５を介して負荷Ｌに供給される。
インピーダンス整合器２に高周波電源１から高周波電力が入力されると、インピーダンス整合器２では、この入力電力に基づいてインピーダンス整合器２の入力インピーダンスＺｉｎ（入力端Ｂのインピーダンス）の大きさ｜Ｖ｜／｜Ｉ｜と位相差θが検出される。インピーダンス整合器２では、この検出情報に基づいて入力インピーダンスＺｉｎが特性インピーダンス５０Ωになるように、整合部１７の可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が自動調整される。
高周波電源１を起動した直後、すなわち、インピーダンス整合器２に高周波電源１から高周波電力が入力された直後は、インピーダンス整合器２の入力インピーダンスＺｉｎは通常、特性インピーダンス（５０Ω）からずれ、不整合状態となっている。インピーダンス整合器２がインピーダンスの自動調整動作を開始すると、例えば３秒程度の所定の時間が経過後には入力インピーダンスＺｉｎは、予め設定された整合範囲（例えば５０±５Ω）に調整される。そして、その後は、インピーダンス整合器２は負荷ＬのインピーダンスＺｌの変動に応じて可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２を変化させ、入力インピーダンスＺｉｎが常に所定の整合範囲内に入るように自動調整する。
高周波電源１が高周波電力の供給を開始すると、方向性結合器６は、高周波の進行波ＰＦと反射波ＰＲとを分離して検出し、検出信号を異常検出装置３に入力する。異常検出装置３は、進行波ＰＦと反射波ＰＲから反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔを算出し、この反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔの変化に基づいて高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側の回路で異常が発生している否かを判定する。すなわち、異常検出装置３は、高周波電源１が電力供給を開始すると、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔの変化に基づいて高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側の回路で異常発生の有無の監視を開始する。
なお、異常検出装置３は、異常が発生していると判定されたときからＴ＋Ｔ′の時間（図２参照）だけ異常判定動作が禁止される。そのため、実質的に異常検出装置３による異常発生の有無の監視は、インピーダンス整合器２によるインピーダンス整合の調整が終了し、その整合状態の維持に移行したときから開始される。
従って、この高周波電力供給システムでは、プラズマ処理装置Ｌがプラズマ処理を終了するまで、すなわち、高周波電源１からの電力供給が停止されるまで、異常検出装置３により高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側での異常発生の有無が監視されながら、インピーダンス整合器２により高周波電源１とプラズマ処理装置Ｌとのインピーダンス整合が自動的に調整され、高周波電源１からの高周波電力は可及的に効率良くプラズマ処理装置Ｌに供給される。
ここで、高周波電源１から負荷Ｌに高周波電力が供給されているときに、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側の回路、例えば伝送線路４の線路上、伝送線路４と高周波電源１又はインピーダンス整合器２との接続コネクタ、インピーダンス整合器２の内部等で絶縁破壊、絶縁不良、又は接触不良等の異常が発生すると、その異常発生点のインピーダンスが変化し、反射波が増大することになる。
インピーダンス整合器２の出力端から負荷Ｌ側で異常が発生した場合は、負荷Ｌ側のインピーダンスの変動に応じてインピーダンス整合器２が自動的にインピーダンス整合を取るように動作する。そのため、高周波電力供給システムは、可及的に負荷Ｌ側に高周波電力を供給し、高周波電源側への反射波の増大を抑制するように動作する。この状態が継続すると、負荷Ｌ側の異常発生箇所に高周波電力が供給されてその損傷状態が更に拡大することになる。また、その損傷が拡大し、インピーダンス整合器２ではインピーダンス整合が取れなくなると、非常に大きな反射波が高周波電源１に戻ってきて当該高周波電源１も損傷する事態になる。
同様の現象は、高周波電源１とインピーダンス整合器２との間で異常が発生した場合にも生じる。しかし、この場合は、インピーダンス整合器２によるインピーダンス整合動作は作用しないので、例えば伝送線路４で絶縁不良又は絶縁破壊が発生した場合は、その損傷箇所でインピーダンス不整合となり、非常に大きな反射波が高周波電源１に戻り、当該高周波電源１を損傷させることになる。
しかし、本実施例に係る高周波電力供給システムでは、異常検出装置３で高周波電源１から入力された入射波ＰＦ及び反射波ＰＲから算出した反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔを用いて異常の発生を監視している。そのため、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側の回路で異常が発生すると、異常検出装置３に入力される反射波ＰＲが増大し、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが所定の基準値を超えるので、直ちに異常の発生が検出される。
図２に示したように、異常判定部２５で異常発生と判定されると、異常判定部２５から高周波電源１の電源制御部１３と報知装置（図略）に異常検出信号（ハイレベルの信号）が入力される。電源制御部１３は、異常検出信号が入力されると、高周波発生増幅部１１を制御して、高周波波電力の発生を停止する（高周波電力の出力波形参照）。また、報知装置は、異常検出信号が入力されると、高周波電力供給システムに異常が発生した旨の報知を行う。
このように、異常発生が検出されると、異常検出信号により高周波電源１の電力出力動作が直ちに停止されるので、上述の異常発生箇所の損傷の拡大が防止されるとともに、当該高周波電源１の反射波による損傷も未然に防止される。特に、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔにより異常検出しているので、実際に異常が発生して反射係数Γの大きさが異常値に変化する前に早期に異常が検出され、高周波電源１の電力出力停止等の安全措置が有効に作用する。
その後、電源制御部１３は、高周波発生増幅部１１による高周波電力の発生を停止させた後、所定時間Ｔの経過後に元の出力量で高周波電力を出力させる。これは、異常検出によって検出される異常が、例えばプラズマ処理装置Ｌで生じるアーク放電のように瞬時的に大きな負荷変動である場合や損傷が生じていたとしても自然回復可能な場合があり、このような場合にも常に手動で電力供給を回復させるのでは作業効率を徒に低下させるため、高周波電力供給システムを自動的に復帰させることにより作業効率の低下を低減するようにしたものである。なお、所定の時間Ｔは、経験的に又は実験的に求められた値である。
本実施例では、作業効率の観点から異常検出時に所定の時間Ｔだけ高周波電源１の電力出動作を停止させるようにしているが、より安全性を考慮して高周波電源１の電力出力動作を完全に停止させるようにしてもよい。
異常判定部２５において異常発生と判定されると、図２に示したように、異常判定部２５からインピーダンス整合器２の整合器制御部１６に動作禁止信号（ハイレベルの信号）が入力される。整合器制御部１６は、動作禁止信号が入力されると、整合部１７の可変インピーダンス素子である可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の駆動制御を所定の時間Ｔだけ停止し、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス値を異常発生時の状態に保持する。
これにより、所定の時間Ｔの経過後に高周波電源１の電力出力動作が復帰したとき、インピーダンス整合器２は、高周波電源１の電力出力動作が停止したときの可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンス値からインピーダンス整合動作を開始することになるので、不整合状態が大きくずれていることがなく、迅速にインピーダンス整合動作を行うことができる。
異常検出装置３の異常判定動作は、高周波電源１の電力供給が復帰されてもインピーダンス整合器２が不整合状態であるため、整合状態に引き込むまでの時間Ｔ'が経過するまで、禁止状態を示すローレベル（動作オフ）が保持される。
従って、異常判定部２５の判定動作の禁止状態は、高周波電源１の電力供給が停止されてから所定の時間Ｔとインピーダンス整合器２が整合状態に至るまでの時間Ｔ'が経過するまで継続される。これにより、高周波電源１の電力供給が復帰した直後のインピーダンス不整合状態における異常検出装置３の誤動作を防止することができる。
図４は、本発明の実施例２に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１では、高周波電源１の出力端Ａにおける高周波出力の反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔに基づいて、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側での異常を検出するようにしたが、実施例２では、高周波電源１の出力端Ａにおける高周波出力の反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔと、負荷Ｌの入力端におけるインピーダンスの微分値とに基づいて、負荷Ｌにおける異常を特定して検出するものである。
実施例１と異なる点について説明すると、インピーダンス整合器２には、整合部１７の後段に、電圧検出部１８及び電流検出部１９が設けられている。
電圧検出部１８は、整合部１７の出力端Ｃにおける高周波の電圧値ＶLを検出するものである。換言すれば、整合部１７の出力端Ｃは、負荷接続部５を介して負荷Ｌに接続されているため、電圧検出部１８は、負荷Ｌ側の入力端における高周波の電圧値ＶLを検出する。
電流検出部１９は、整合部１７の出力端Ｃにおける高周波の電流値ＩLを検出するものである。換言すれば、整合部１７の出力端Ｃは、負荷接続部５を介して負荷Ｌに接続されているため、電流検出部１９は、負荷Ｌ側の入力端における高周波の電流値ＩLを検出する。
電圧検出部１８によって検出された電圧値ＶL及び電流検出部１９によって検出された電流値ＩLは、異常検出部３のインピーダンス演算部２６（後述）に与えられる。
異常検出装置３には、インピーダンス演算部２６と、インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２微分演算部２７とが設けられている。なお、実施例１で説明した微分演算部２４は、この実施例２では、便宜上「第１微分演算部２４」として説明する。
インピーダンス演算部２６は、電圧検出部１８から入力される負荷Ｌの入力端における電圧値ＶLと電流検出部１９から入力される負荷Ｌの入力端における電流値ＩLとからインピーダンスＺ＝ＶL／ＩLを算出するものである。インピーダンス演算部２６は、電圧検出部１８から入力される電圧値ＶL及び電流検出部１９から入力される電流値ＩLをＡ／Ｄコンバータによりデジタルの振幅値Ｄｖ，Ｄｉに変換した後、Ｄｖ／Ｄｉを演算することによりインピーダンスＺの値を算出する。インピーダンスＺの演算処理は、所定の周期Δｔで行われる。また、インピーダンスＺのデータは第２微分演算部２７に入力される。なお、インピーダンス演算部２６では、アナログ信号でＶL／ＩLの信号を生成し、この信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換するようにしてもよい。
第２微分演算部２７は、インピーダンス演算部２６によって求められたインピーダンスＺの大きさの単位時間当たりの変化量を求めるものである。換言すれば、第２微分演算部２７は、インピーダンスＺの大きさの微分値（ｄＺ／ｄｔ）を求めるものである。以下、インピーダンスＺの大きさの単位時間当たりの変化量をインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔという。
第２微分演算部２７では、インピーダンス演算部２６から所定の周期ｄｔでインピーダンスＺが入力される毎に、前回入力されたインピーダンスＺ１と今回入力されたインピーダンスＺ２との差ｄＺ＝Ｚ２−Ｚ１が算出されるとともに、ｄＺ／ｄｔが演算される。なお、インピーダンス演算部２６からアナログ信号によりインピーダンスＺが入力される場合、第２微分演算部２７は、このインピーダンスＺの信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換した後、ｄＺ／ｄｔが演算されることになる。第２微分演算部２７の演算結果（ｄＺ／ｄｔ）は、異常判定部２５に入力される。
異常判定部２５では、第１微分演算部２４から入力される反射係数の微分値ｄГ／ｄｔ及び第２微分演算部２７から入力されるインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔに基づいて、異常が発生しているか否かを判定し、異常発生と判定した場合は、異常を示す異常検出信号を第１所定時間Ｔ（図２参照）だけ高周波電源１の電源制御部１３に対して出力するとともに、整合器制御部１６に対して動作禁止信号を出力する。
すなわち、異常判定部２５は、反射係数の微分値ｄГ／ｄｔを予め設定された所定の基準値と比較するとともに、インピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔを予め設定された所定の基準値と比較する。異常判定部２５は、微分値ｄГ／ｄｔが基準値を超え、かつ微分値ｄＺ／ｄｔが基準値を超えている場合、負荷Ｌ側において何らかの異常が発生していると判定し、第１所定時間Ｔ（図２参照）だけ、例えばハイレベルに反転する異常検出信号を出力する。
例えば、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔが図３に示すように変化した場合、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔが基準値を超え（タイミングｔ１参照）、かつインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔが図５に示すように変化した場合、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが基準値を超え（タイミングｔ１′参照）たとき、異常判定部２５はハイレベルを出力する。なお、図３において、タイミングｔ２は反射係数Γが極値となるタイミングであり、図５において、タイミングｔ２′はインピーダンスＺが極値となるタイミングである。
このように、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔ及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔにより異常検出を行うと、負荷Ｌ側での異常を確実に検出することができる。すなわち、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔを求めることにより、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側に至る回路において異常が生じたことを検出することができるが、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔのみでは、負荷Ｌのみで生じる異常を特定したい場合、それを特定することは困難である。すなわち、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側に至る回路には、伝送線路４やインピーダンス整合器２が含まれているからである。一方、負荷Ｌの入力端においてインピーダンスＺを測定するのみでは、負荷Ｌでは通常、加工中においてインピーダンスが多少なりとも変動するので、異常と判定するための基準値を定めることは難しく負荷Ｌに生じる異常を検出することは困難である。
そこで、本実施例２では、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔに加えてインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを求めることにより、特に負荷Ｌにおける異常を特定してそれを確実に検出するようにしている。
異常判定部２５は、反射係数Гの微分値ｄГ／ｄｔ及びインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔにより異常検出を行っているので、単に反射係数Γの大きさにより異常検出を行う、又はインピーダンスＺの大きさにより異常検出を行うよりも速く、瞬時に異常検出が可能になっている。
より具体的に動作を説明すれば、高周波電源１が高周波電力の供給を開始すると、高周波電源１は、高周波の進行波ＰＦと反射波ＰＲとを分離して検出し、検出信号を異常検出装置３に入力する。一方、インピーダンス整合器２は、負荷Ｌの入力端における電圧値及び電流値を異常検出装置３に入力する。異常検出装置３は、進行波ＰＦと反射波ＰＲから反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔを算出するとともに、インピーダンス整合器２からの電圧値及び電流値からインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔを算出し、この反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔの変化及びインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔの変化に基づいて負荷Ｌ側の回路で異常が発生している否かを判定する。すなわち、異常検出装置３は、高周波電源１が電力供給を開始すると、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔの変化及びインピーダンスの微分値ｄＺ／ｄｔの変化に基づいて負荷Ｌ側で異常発生の有無の監視を開始する。
この場合、異常検出装置３では、高周波電源１から入力された入射波ＰＦ及び反射波ＰＲから算出した反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔを用いて異常の発生を監視しているため、負荷Ｌにおける異常を含む、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌに至る回路、例えば伝送線路４の線路上、伝送線路４と高周波電源１又はインピーダンス整合器２との接続コネクタ、又はインピーダンス整合器２の内部等で絶縁破壊、絶縁不良、若しくは接触不良等の異常、又は負荷Ｌの異常が発生したことを予想することができる。
しかし、本実施例２の構成では、更に異常検出装置３で負荷Ｌの入力端における電圧値ＶL及び電流値ＩLから算出したインピーダンスＺのｄＺ／ｄｔを用いて異常の発生を監視しているので、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側の回路での異常を検出することができるだけでなく、負荷Ｌにおける異常を特定し、それを確実に検出することができる。
また、本実施例２においては、高周波電源１の出力端Ａと電圧や電流の検出点との間における異常も特定することができる。例えば、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の基準値を超えるが、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の基準値を超えていない場合、高周波電源１の出力端Ａと電圧や電流の検出点との間における異常、例えば伝送線路４の線路上、伝送線路４と高周波電源１又はインピーダンス整合器２との接続コネクタ、又はインピーダンス整合器２の内部等で絶縁破壊、絶縁不良、又は接触不良等の異常と特定することができる。
なお、この異常を示す異常検出信号によって、電源制御部１３が高周波発生増幅部１１による高周波電力の発生を第１所定時間Ｔだけ停止させる制御、整合器制御部１６が動作禁止信号によってその整合動作を禁止させる制御等は、実施例１と同様であるため、ここでは省略する。
図６は、本発明の実施例３に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１では反射係数Γの検出点を高周波電源１内の出力端近傍に設けていたが、実施例３は、反射係数Γの検出点を伝送線路４上に設けたものである。具体的には、図６に示す構成は、高周波電源１の方向性結合器１２を除去し、伝送線路４上に方向性結合器６を設けたものである。高周波電源１と方向性結合器６との間、及び方向性結合器６とインピーダンス整合器２との間は、同軸ケーブルからなる伝送線路４によってそれぞれ接続されている。また、方向性結合器６の第２出力ポートと第３出力ポートは、それぞれ異常検出装置３の第１検波部２１と第２検波部２２とに接続されている。
実施例３に係る高周波電力供給システムにおける異常判定動作は、上述した実施例１に係る高周波電力供給システムにおける異常判定動作と同一である。従って、ここでは、詳細説明は省略する。実施例３に係る高周波電力供給システムでは、異常検出点が伝送線路４上（具体的には方向性結合器６の位置）になるので、方向性結合器６から負荷Ｌ側の回路での異常、具体的には方向性結合器６とインピーダンス整合器２を結合する伝送線路４、接続コネクタでの絶縁破壊若しくは接触不良、インピーダンス整合器２内での絶縁不良、又は負荷Ｌでの異常等が検出され、上述した実施例１と同様の作用効果を奏する。
なお、反射係数Γの検出点を伝送線路４上に設けた実施例３の構成を、負荷Ｌの入力端におけるインピーダンスの微分値を検出する図４に示した実施例２の構成に適用するようにしてもよい。
図７は、本発明の実施例４に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１では、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔを用いて異常発生を判定していたが、実施例４は反射係数Γと反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔの両方を用いて異常発生を判定するようにしたものである。具体的には、図７は、図１において、反射係数演算部２３と異常判定部２５との間に第１比較部２８を設け、微分演算部２４と異常判定部２５との間に第２比較部２９を設けたものである。
第１比較部２８には、反射係数演算部２３で演算された反射係数Γが入力される。第２比較部２９には、微分演算部２４で演算された反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが入力される。
第２比較部２９は、微分演算部２４から入力される反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔを予め定められた第１基準値と比較し、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが当該第１基準値を超えたとき、その旨の信号（例えばローレベルからハイレベルに反転する信号）を出力するものである。この信号は、異常判定部２５に入力される。
また、第１比較部２８は、反射係数演算部２３から入力される反射係数Гの大きさを予め定められた第２基準値と比較し、反射係数Гの大きさが当該第２基準値を超えたとき、その旨の信号（例えばローレベルからハイレベルに反転する信号）を出力するものである。この信号も、異常判定部２５に入力される。
異常判定部２５は、図略のＡＮＤ回路を有し、このＡＮＤ回路で第１比較部２８及び第２比較部２９から入力される信号の論理積が演算され、その演算結果の信号が異常検出信号として出力される。すなわち、第１比較部２８及び第２比較部２９から入力される信号がいずれもハイレベルのとき、異常判定部２５からハイレベルの信号が出力され、第１比較部２８及び第２比較部２９から入力される信号のいずれかがローレベルのとき、異常判定部２５からローレベルの信号が出力される。なお、異常判定部２５における信号のローレベル、ハイレベルの関係は逆になっていてもよい。
実施例４に係る高周波電力供給システムでは、異常判定部２５において、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔと反射係数Γとがそれぞれ対応する第１基準値と第２基準値と比較され、両パラメータが基準値を超えると、異常発生と判定される。その他の動作については実施例１と同一であるので、説明を省略する。
このように、実施例４では反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔだけでなく、反射係数Γも加味して異常発生を判定する。例えば、反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔが大きく、かつ反射係数Γが大きい場合に異常と判定する。
なお、異常判定部２５における異常判定では、第１比較部２８の比較結果及び第２比較部２９の比較結果のＡＮＤ条件で、すなわち、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超え、かつ、反射係数Гが第２基準値を超えたとき、異常発生と判定していたが、これに代えて、第１比較部２８の比較結果及び第２比較部２９の比較結果のＯＲ条件で、すなわち、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超えたとき、又は反射係数Гが第２基準値を超えたとき、異常発生と判定するようにしてもよい。
図８は、本発明の実施例５に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例４では、反射係数Γの大きさと反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔとを用いて異常発生を判定していたが、実施例５は、反射係数Γの大きさと反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔの両方及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いて異常発生を判定するようにしたものである。具体的には、図８は、実施例４を示す図７において、インピーダンス整合器２に電圧検出部１８及び電流検出部１９を設け、異常検出装置３にインピーダンス演算部２６及び第２微分演算部２７を設けたものである。
この実施例５では、第１比較部２８及び第２比較部２９において、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔと反射係数Γの大きさとがそれぞれ対応する第１基準値と第２基準値と比較され、それらがともに対応する基準値を超えると、ハイレベルを出力する。異常検出装置３の異常判定部２５は、第１比較部２８及び第２比較部２９から入力される信号がいずれもハイレベルであって、第２微分演算部２７から入力されるインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の基準値を超えると、異常発生と判定される。その他の動作については実施例１と同一であるので、説明を省略する。
このように、実施例５では反射係数Γの大きさ及び反射係数の微分値ｄΓ／ｄｔだけでなく、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔをも加味して異常発生を判定するので、より確実にかつ精度よく負荷Ｌにおける異常を検出することができる。
なお、異常判定部２５における異常判定では、第１比較部２８の比較結果、第２比較部２９の比較結果、及び第２微分演算部２７の出力に基づく演算結果のＡＮＤ条件で、すなわち、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超え、反射係数Гが第２基準値を超え、更にインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超えたとき、異常発生と判定していたが、これに代えて、第１比較部２８の比較結果、第２比較部２９の比較結果、及び第２微分演算部２７の出力に基づく演算結果のＯＲ条件で、すなわち、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超えたとき、反射係数Гが第２基準値を超えたとき、又はインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超えたとき異常発生と判定するようにしてもよい。
図９は、本発明の実施例６に係る高周波電力供給システムを示す図である。実施例１では、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超えると、直ちに異常発生と判定していたが、実施例６は、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超えると、異常発生と判定するようにしたものである。従って、図９は、図１において、微分演算部２４と異常判定部２５との間に計数部３１を設けたものである。その他の構成は、実施例１に係る高周波電力供給システムと同一であるので、ここでは実施例１と相違する計数部３１と異常判定部２５の動作について簡単に説明する。
図９における計数部３１は、微分演算部２４で演算された反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔを所定の第１基準値と比較し、当該微分値ｄΓ／ｄｔが第１基準値を超える回数を計数するものである。すなわち、例えば反射係数Γの微分値ｄГ／ｄｔが図１０に示すように変化した場合、計数部３１は、反射係数Γの微分値ｄГ／ｄｔが第１基準値を超えたタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３で内蔵カウンタのカウント値を１ずつ増加させ、そのカウント値を異常判定部２５に出力する。
異常判定部２５は、計数部３１から入力され計数値が第１基準値を超えると、異常発生と判定する。
実施例６では、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数が所定の基準回数を超えたとき、異常発生と判定し、異常報知や高周波電力の出力停止措置が行われるようにしている。そのため、例えば反射係数Γが図２５に示すように断続的に増大する場合、各反射係数Γの変化が生じているときに高周波電力の伝送回路上に軽微の損傷が発生し、これらの損傷が繰り返されて致命的な損傷に至るような場合に早期に異常発生を検出して、その損傷の増大を未然に防止することができる。
なお、実施例６の変形例として、実施例４（図７参照）と同様に反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔに反射係数Γの大きさを加味するようにしてもよい。この場合は、図９において、反射係数演算部２３と異常判定部２５との間に計数部（図示せず）を追加し、この計数部で反射係数Гの大きさが所定の第２基準値を超える回数を計数し、その計数結果を異常判定部２５に入力する。そして、異常判定部２５では、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数が所定の第１基準回数を超え、かつ、反射係数Гが所定の第２基準値を超える回数が所定の第２基準回数を超えたとき、異常発生と判定される。あるいは、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数が所定の第１基準回数を超えたとき、又は、反射係数Гの大きさが所定の第２基準値を超える回数が所定の第２基準回数を超えたとき、異常発生と判定される。
また、実施例６に示した、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の基準値を超えたときの回数が所定の基準回数を超えたとき、異常と判定する方法では、反射係数Γが図１１に示すように階段状に変化した場合は、上記計数部３１のカウント値は「１」のままで、異常判定部２５で異常発生と判定されない。しかし、反射計数Γが高い状態が継続しているということは異常が発生している可能性が高いから、異常判定部２５で異常発生の見落としが生じる可能性がある。
そこで、このような不具合を解消するため、１度目をカウントした後、カウントしたときの反射係数Гの大きさが一定値以上であって、所定時間ｔａ（図１１参照）以上維持される場合には、異常であると判定するようにしてもよい。
図１２は、本発明の実施例７に係る高周波電力供給システムを示す図である。実施例６では、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の基準値を超える回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超えると、直ちに異常発生と判定していたが、実施例７は、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の基準値を超える回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超え、かつインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の基準値を超える回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超えると、異常発生と判定するようにしたものである。従って、図１２は、実施例６を示す図９において、インピーダンス整合器２に電圧検出部１８及び電流検出部１９を設け、異常検出装置３にインピーダンス演算部２６及び第２微分演算部２７を設け、更に第２微分演算部２７と異常判定部２５との間に第２計数部３２を設けたものである。なお、図１２では、図９に示した計数部３１を「第１計数部３１」として説明する。
第２計数部３２は、第２微分演算部２７で演算されたインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを所定の第３基準値と比較し、当該微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超える回数を計数するものである。すなわち、例えばインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが図１３に示すように変化した場合、第２計数部３２は、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第３基準値を超えたタイミングｔ１′，ｔ２′，ｔ３′で内蔵カウンタのカウント値を１ずつ増加させ、そのカウント値を異常判定部２５に出力する。
異常判定部２５は、第１計数部３１から計数回数が入力され、その計数回数が第１基準回数を超え、かつ第２計数部３２から計数回数が入力され、当該計数回数が第３基準回数を超えると、異常発生と判定する。
実施例７では、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数が所定の第１基準回数を超え、かつインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の第３基準値を超える回数が所定の第３基準回数を超えたとき、異常発生と判定し、異常報知や高周波電力の出力停止措置が行われるようにしている。そのため、例えば反射係数Γが図２５に示すように断続的に増大する場合、及びインピーダンスＺが図１４に示すように断続的に減少する場合、各反射係数Γの変化が生じているときに高周波電力の伝送線路上に軽微の損傷が発生し、これらの損傷が繰り返されて致命的な損傷に至るような場合に早期に異常発生を検出して、その損傷の増大を未然に防止することができる。
なお、実施例７の変形例として、実施例４（図７参照）と同様に、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔ及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔに反射係数Γの大きさを加味するようにしてもよい。この場合は、図１２において、反射係数演算部２３と異常判定部２５との間に計数部（図示せず）を追加し、この計数部で反射係数Гの大きさが所定の第２基準値を超える回数を計数し、その計数結果を異常判定部２５に入力する。異常判定部２５では、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数が所定の第１基準回数を超え、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の第３基準値を超える回数が所定の第３基準回数を超え、更に反射係数Гの大きさが所定の第２基準値を超える回数が所定の第２基準回数を超えたとき、異常発生と判定される。あるいは、反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔが所定の第１基準値を超える回数、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の第３基準値を超える回数、又は反射係数Гの大きさが所定の第２基準値を超える回数のいずれかがそれらに対応する所定の基準回数を超えたとき、異常発生と判定される。
また、実施例７に示したインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の基準値を超えたときの回数を計数する方法では、インピーダンスＺが階段状に変化した場合は、上記第２計数部３２のカウント値は「１」のままである。しかし、インピーダンスＺが低い状態が継続しているということは異常が発生している可能性が高いから、異常判定部２５で異常発生の見落としが生じる可能性がある。
そこで、このような不具合を解消するため、１度目をカウントした後、カウントしたときのインピーダンスＺの大きさが一定値以下であって、所定時間以上維持される場合には、その旨を異常判定部２５に出力するようにし、異常判定部２５では、反射係数Γが同様の現象が生じ、第１計数部３１からその旨の出力があった場合、異常と判定してもよい。
図１５は、本発明の実施例８に係る高周波電力供給システムを示す図である。実施例８は、異常を判定する際のパラメータとしての反射係数Гの微分値ｄΓ／ｄｔに代えて、定在波比の大きさの単位時間当たりの変化量（以下、定在波比の微分値ｄＳ／ｄｔという。）を用いるようにしたものである。従って、図１５は、図１において、反射係数演算部２３を定在波比演算部３３に置き換えたものである。その他の構成は、実施例１と同一であるから、ここでは定在波比演算部３３について簡単に説明する。
反射係数ΓはΓ＝Ｖｒ／Ｖｆであり、反射係数Γと定在波比Ｓとの間にはＳ＝（１＋Γ）／（１−Γ）との関係があるから、定在波比ＳはＳ＝（Ｖｆ＋Ｖｒ）／（Ｖｆ−Ｖｒ）で算出される。従って、定在波比演算部３３では、第１検波部２１から入力される進行波ＰＦの振幅Ｖｆと第２検波部２２から入力される反射波ＰＲの振幅Ｖｒとを用いて、Ｓ＝（Ｖｆ＋Ｖｒ）／（Ｖｆ−Ｖｒ）を演算することにより定在波比Ｓを算出する。
定在波比演算部３３によって求められた定在波比Ｓの大きさは、データとして微分演算部２４に入力され、微分演算部２４では、定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔが演算される。異常判定部２５において、微分演算部２４で算出された定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔが所定の基準値と比較され、微分値ｄＳ／ｄｔが基準値を超えている場合、異常が発生していると判定され、例えばハイレベルに反転する異常検出信号が出力される。
実施例８は、異常判定のパラメータを定在波比Ｓとしたもので、定在波比Ｓも反射係数Γも入射波に対する比率により反射波の度合いや整合の度合いを示し、反射波の度合いが異常に大きい場合や整合の度合いが異常に悪化した場合は回路に異常が発生していると推定できる。そのため、実施例８においても上述した実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
なお、実施例８においては、定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔを異常判定のパラメータとして用いたが、これに代えて定在波比Ｓの逆数の大きさの単位時間当たりの変化量ｄ（１／Ｓ）／ｄｔを用いてもよい。
図１６は、実施例９に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例８では、定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔに基づいて異常を検出するようにしたが、実施例９は、定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔ及びインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いて異常発生を判定するようにしたものである。具体的には、図１６は、実施例８を示す図１５において、インピーダンス整合器２に電圧検出部１８及び電流検出部１９を設け、異常検出装置３にインピーダンス演算部２６及び第２微分演算部２７を設けたものである。
この実施例９に係る異常検出装置３の異常判定部２５は、定在波比の微分値ｄＳ／ｄｔが第１基準値と比較され、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが第２基準値と比較され、各パラメータがそれぞれ対応する基準値を超えると、異常発生と判定される。その他の動作については実施例８と同一であるので、説明を省略する。
このように、実施例９では定在波比の微分値ｄＳ／ｄｔだけでなく、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔをも加味して異常発生を判定するので、より確実にかつ精度よく負荷Ｌにおける異常を検出することができる。
なお、この実施例９においては、定在波比Ｓの微分値ｄＳ／ｄｔを異常判定のパラメータとして用いたが、これに代えて定在波比Ｓの逆数の大きさの単位時間当たりの変化量ｄ（１／Ｓ）／ｄｔを用いてもよい。
図１７は、本発明の実施例１０に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１〜９では、反射係数Γの微分値ｄΓ／ｄｔに基づいて異常発生を判定していたが、実施例１０は、反射係数Γの対数を求め、この対数値の単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしたものである。
具体的には、実施例１０に係る高周波電力供給システムの構成は、図１に示した異常検出装置３が以下に示す構成とされる。すなわち、実施例１０における異常検出装置３は、第１対数アンプ部３５と、第２対数アンプ部３６と、対数反射係数演算部３７と、対数反射係数記憶部３８と、対数最新値比較部３９と、対数前回値比較部４０と、異常判定部４１とによって構成されている。
第１対数アンプ部３５は、進行波ＰＦの振幅Ｖｆを検波して、その振幅Ｖｆに対応する対数値を出力するものであり、第２対数アンプ部３６は、反射波ＰＲの振幅Ｖｒを検波して、その振幅Ｖｒに対応する対数値を出力するものである。第１対数アンプ部３５及び第２対数アンプ部３６は、例えば、実施例１で説明した第１検波部２１及び第２検波部２２（図１参照）における回路に加えて、ＯＰアンプと、それに並列接続されたダイオードとからなる対数増幅回路によって構成されている。なお、第１対数アンプ部３５及び第２対数アンプ部３６は、市販されている対数アンプを用いてもよい。第１対数アンプ部３５及び第２対数アンプ部３６の出力値である進行波ＰＦの振幅Ｖｆの対数値ｌｏｇ（Ｖｆ）及び反射波ＰＲの振幅Ｖｒの対数値ｌｏｇ（Ｖｒ）は、対数反射係数演算部３７に入力される。
対数反射係数演算部３７は、第１対数アンプ部３５から入力される進行波ＰＦの振幅Ｖｆの対数値ｌｏｇ（Ｖｆ）と、第２対数アンプ部３６から入力される反射波ＰＲの振幅Ｖｒの対数値ｌｏｇ（Ｖｒ）とに基づいて、反射係数Гの対数値ｌｏｇГ（＝ｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖｆ））を算出するものである。反射係数Гの対数値ｌｏｇГは、対数反射係数記憶部３８に入力される。なお、対数反射係数演算部３７では、反射係数Гの対数値ｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖｆ）の演算を、ｌｏｇ（Ｖｒ）−ｌｏｇ（Ｖｆ）といった減算の形で行うことができるので、例えば反射波ＰＲの振幅Ｖｒを進行波ＰＦの振幅Ｖｆで直接的に除算するための除算回路を用いる必要がなく、その回路構成を容易なものにすることができる。
また、対数反射係数演算部３７は、アナログ信号を処理するものでもよく、デジタル信号を処理するものでもよい。デジタル信号を処理するものを用いる場合は、対数反射係数演算部３７の前段に図略のＡ／Ｄコンバータを設け、反射係数Гの対数値ｌｏｇГの演算処理を所定の周期Δｔで行う。アナログ信号を処理するものを用いる場合は、対数反射係数演算部３７と後述する対数反射係数記憶部３８との間に図略のＡ／Ｄコンバータを設ければよい。
対数反射係数記憶部３８は、図略のメモリを備え、対数反射係数演算部３７によって算出された反射係数Гの対数値ｌｏｇГを所定の周期Δｔで順次記憶するとともに、対数反射係数演算部３７から所定の周期Δｔで反射係数Γの対数値ｌｏｇГが入力される毎に、今回入力された最新の反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１と前回入力されて記憶されている反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２とを出力する。対数反射係数記憶部３８から出力される反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１は、対数最新値比較部３９に入力され、反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２は対数前回値比較部４０に入力される。
対数最新値比較部３９は、対数反射係数記憶部３８から入力される反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１を予め定められた基準値と比較し、反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１が当該基準値以上のとき、その旨の信号（例えばハイレベルの信号）を出力するものである。この信号は異常判定部４１に入力される。上記基準値は、反射係数Гで表すと、例えば、０．８〜０．９程度に設定される。
対数前回値比較部４０は、対数反射係数記憶部３８から入力される反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２を予め定められた基準値と比較し、反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２が当該基準値以下のとき、その旨の信号（例えばハイレベルの信号）を出力するものである。この信号は異常判定部４１に入力される。上記基準値は、反射係数Гで表すと、例えば、０．２〜０．３程度に設定される。
異常判定部４１は、対数最新値比較部３９及び対数前回値比較部４０の出力に基づいて異常を判定するものであり、図１８に示すように、対数最新値比較部３９及び対数前回値比較部４０から入力される信号の論理積を出力するＡＮＤ回路４２が含まれている。このＡＮＤ回路４２の出力は、異常検出信号として出力される。すなわち、対数最新値比較部３９及び対数前回値比較部４０から入力される信号の両方がハイレベルのときに、異常判定部４１からハイレベルの信号が出力されて異常発生と判定される。その他の動作については実施例１と同一であるので、説明を省略する。なお、異常判定部４１における信号のローレベル、ハイレベルの関係は逆になっていてもよい。
この実施例１０において、反射係数Γの対数を用いているのは、これまでの実施例と同様に単に反射係数Гの対数の微分値を求め、それを基準値と比較すると、異常判定を適正に行うことができないからである。
すなわち、この実施例１０では、反射係数Γの対数を用いているため、整合状態であって異常と判定されない反射係数Γが比較的小さいとき（図１９のＰ１に示す範囲にほぼあるとき）であっても、反射係数Гの対数値の微分値ｄ（ｌｏｇГ）／ｄｔは大きな値を示すときがある。例えば、周期Δｔにおいて反射係数Гが０．０１から０．０４に変化した場合、対数の底を１０とすると、反射係数Гの対数の微分値は、ｌｏｇ（０．０４）−ｌｏｇ（０．０１）≒０．６０２となる。
また、周期Δｔにおいて反射係数Гが０．２から０．８に変化するときのような異常と判定される変化をする場合であっても、反射係数Гの対数の微分値は、ｌｏｇ（０．８）−ｌｏｇ（０．２）≒０．６０２となる。このように、反射係数Гの変化量が異なっているのにもかかわらず、反射係数Гの変化する割合が同じであれば、反射係数Гの対数の微分値は、同じ値になってしまう。従って、単に、反射係数Гの対数値の微分値ｄ（ｌｏｇГ）／ｄｔが所定の基準値を超えたときを、異常と判定すると、それは誤判定となってしまう。
そこで、この実施例１０では、異常判定を行う場合に、対数値が比較的小さい値から大きな値に瞬時に変化した場合を異常と判定するようにしている。すなわち、微分値を演算する場合と同様に、最新値と前回値とを用いて、単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常判定を行う。
具体的には、対数反射係数記憶部３８から対数最新値比較部３９に入力される反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１が予め定められた基準値以上であり、かつ対数反射係数記憶部３８から対数前回値比較部４０に入力される反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２が予め定められた基準値以下のときに、異常と判定するようにしている。つまり、反射係数Γの対数値ｌｏｇГを反射係数Гで表した場合に、反射係数Гが図１９に示すＰ１の範囲からＰ２の範囲に変化したときに異常と判定するようにしている。
このように、実施例１０では反射係数Γの最新値及び１つ前の前回値に基づいて異常発生を判定するので、実質的に対数値の微分値ｄ（ｌｏｇΓ）／ｄｔによる判定と同様の効果があり、即座に異常を検出することができる。さらに、対数を用いているので、方向性結合器１２からの進行波ＰＦ及び反射波ＰＲの高周波の入力を広い範囲で許容することができる。例えば、入力レベルが１〜１０００Ｖの範囲である場合には、対数を用いると０〜３Ｖの範囲となり、入力レベルが１〜１００００Ｖの範囲である場合には、対数を用いると０〜４Ｖの範囲となる。
図２０は、実施例１１に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１０では、反射係数Γの対数値の最新値と前回値とから求まる単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしたが、実施例１１では、これに加えてインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いて異常発生を判定するようにしたものである。具体的には、図２０は、実施例１１を示す図１７において、インピーダンス整合器２に電圧検出部１８及び電流検出部１９を設け、異常検出装置３にインピーダンス演算部２６及び第２微分演算部２７を設けたものである。
この実施例１１に係る異常検出装置３の異常判定部４１では、対数最新値比較部３９に入力される最新の反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１が所定の基準値以上であり、かつ対数前回値比較部４０に入力される前回の反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２が所定の基準値以下であり、かつ第２微分演算部２７に入力されるインピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔが所定の基準値を超えたときに、異常発生と判定される。その他の動作については実施例１０と同一であるので、説明を省略する。
このように、実施例１１では、反射係数Γの対数値の最新値と前回値とから求まる単位時間当たりの変化の仕方だけでなく、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔをも加味して異常発生を判定するので、より確実にかつ精度よく負荷Ｌにおける異常を検出することができる。
図２１は、実施例１２に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１０では、反射係数Γの対数値の最新値と前回値とから求まる単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしたが、実施例１２は、対数反射係数記憶部３８から対数最新値比較部３９に入力される反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１が予め定められた基準値以上であり、かつ対数反射係数記憶部３８から対数前回値比較部４０に入力される反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２が予め定められた基準値以下のときの回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超えることに基づいて、異常発生と判定するようにしたものである。従って、図２１は、図１７において、対数最新値比較部３９及び対数前回値比較部４０の各出力側と異常判定部４１との間に計数部４３を設けたものである。
図２１における計数部４３は、対数反射係数記憶部３８から対数最新値比較部３９に入力される反射係数Γ１の対数値ｌｏｇГ１が予め定められた基準値以上であり、かつ対数反射係数記憶部３８から対数前回値比較部４０に入力される反射係数Γ２の対数値ｌｏｇГ２が予め定められた基準値以下のときの回数を計数するものである。
異常判定部４１は、計数部４３から計数値が入力され、その計数値が所定の基準回数を超えると、異常発生と判定する。その他の動作については実施例１０と同一であるので、説明を省略する。
このように、実施例１２では、反射係数Γの対数値の最新値と前回値とから求まる単位時間当たりの変化を瞬時的に見るのではなく、異常と判定される条件を満たす回数に基づいて異常発生を判定する。そのため、例えば反射係数Γが図２５に示すように断続的に増大する場合、各反射係数Γの変化が生じているときに高周波電力の伝送回路上に軽微の損傷が発生し、これらの損傷が繰り返されて致命的な損傷に至るような場合に早期に異常発生を検出して、その損傷の増大を未然に防止することができる。
図２２は、本発明の実施例１３に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。実施例１０では、反射係数Γの対数を求め、この対数値の単位時間当たりの変化の仕方に基づいて異常発生を判定するようにしていたが、実施例１３では、この考え方を対数ではなく、実施例１等で説明した反射係数Γを用いる場合に適応したものである。具体的には、実施例１３に係る高周波電力供給システムの構成は、図１７に示した異常検出装置３が以下に示す構成とされる。すなわち、実施例１３における異常検出装置３は、第１検波部２１と、第２検波部２２と、反射係数演算部２３と、反射係数記憶部４４と、反射係数最新値比較部４５と、反射係数前回値比較部４６と、異常判定部４７とによって構成されている。
第１検波部２１、第２検波部２２及び反射係数演算部２３は、実施例１と同一であるので、説明を省略する。また、反射係数記憶部４４、反射係数最新値比較部４５、反射係数前回値比較部４６及び異常判定部４７は、実施例１０で説明した対数反射係数記憶部３８、対数最新値比較部３９、対数前回値比較部４０及び異常判定部４１の機能を反射係数Гを用いる場合に適用したものである。このような構成にしても、実施例１で説明した構成と同様に、反射係数Гの単位時間当たりの変化に基づいて異常判定を行うので、実施例１で説明した構成と同様の効果が得ることができる。
また、実施例１３の構成に加えて、実施例１１のように、インピーダンスＺの微分値ｄＺ／ｄｔを用いて異常発生と判定するようにしてもよい。さらに、実施例１３の構成に加えて、実施例１２のように、計数部を設けて異常の回数をカウントし、その回数が所定の基準回数を超えることに基づいて、異常発生と判定するようにしてもよい。
また、上記実施例１〜実施例１３では、異常検出時に高周波電源１の出力電力をゼロにしていたが、その出力電力を減少させる方向に変更するようにしてもよい。例えば出力電力を１／２に低減するようにしてもよい。これによっても、高周波電源１の出力端Ａから負荷Ｌ側で発生した損傷の拡大を可及的に抑えることができ、反射波電力が高周波電源１内の素子（図略）に過電圧が印加されたり過電流が流れたりして、素子にダメージが加わることを防止することができる。
また、方向性結合器１２は、高周波電源１の出力端Ａとインピーダンス整合器２の整合部１７の入力端Ｄとの間に設けられていてもよい。
本発明の内容は、上述した実施例に限定されない。本発明に係る高周波電力供給システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本発明の実施例１に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 異常検出信号等の発生タイミングを説明するための図である。 反射係数の微分値と基準値との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 インピーダンスの微分値と基準値との関係を示す図である。 本発明の実施例３に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例５に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 反射係数の微分値と基準値との関係を示す図である。 実施例６の変形例を説明するための、反射係数と時間との関係を示す図である。 本発明の実施例７に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 インピーダンスの微分値と基準値との関係を示す図である。 インピーダンスと時間との関係を示す図である。 本発明の実施例８に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例９に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１０に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１０に係る異常判定部の構成を示す図である。 反射係数と時間との関係を示す図である。 本発明の実施例１１に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１２に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１３に係る高周波電力供給システムの構成を示す図である。 従来の高周波電力供給システムの構成を示す図である。 従来の反射係数と時間との関係を示す図である。 従来の反射係数と時間との他の関係を示す図である。

Claims (25)

  1. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する微分演算手段と、
    上記微分演算手段により演算された上記反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する計数手段と、
    上記計数手段で計数された回数が予め設定された基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  2. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する演算手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する微分演算手段と、
    上記反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、
    上記反射係数の大きさが予め設定された第２基準値を超える回数を計数する第２の計数手段と、
    上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、かつ、上記第２の計数手段で計数された回数が予め設定された第２基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  3. 上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高周波電力供給システム。
  4. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第１の微分演算手段と、
    上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、
    上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、
    上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、
    上記第１の微分演算手段により演算された反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、
    上記第２の微分演算手段により演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、
    上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、かつ、上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  5. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第１の微分演算手段と、
    上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、
    上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、
    上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する演算手段と、
    上記第１の微分演算手段により演算された反射係数の大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第１基準値を超える回数を計数する第１の計数手段と、
    上記演算手段により演算された反射係数の大きさが予め設定された第２基準値を超える回数を計数する第２の計数手段と、
    上記第２の微分演算手段により演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、
    上記第１の計数手段で計数された回数が予め設定された第１基準回数を超え、上記第２の計数手段で計数された回数が予め設定された第２基準回数を超え、更に上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  6. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の対数値を演算する対数反射係数演算手段と、
    上記対数反射係数演算手段によって演算された反射係数の対数値を予め設定された周期で順次記憶する対数反射係数記憶手段と、
    上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値と１つ前の記憶値とに基づいて、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側における異常の発生を判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  7. 上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときに異常発生と判定することを特徴とする、請求項６に記載の高周波電力供給システム。
  8. 上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときの回数を計数する第４の計数手段を備え、この第４の計数手段によって計数された回数が予め設定された第４基準回数を超えたとき、異常発生と判定することを特徴とする、請求項６に記載の高周波電力供給システム。
  9. 上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されていることを特徴とする、請求項６に記載の高周波電力供給システム。
  10. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の対数値を演算する対数反射係数演算手段と、
    上記対数反射係数演算手段によって演算された反射係数の対数値を予め設定された周期で順次記憶する対数反射係数記憶手段と、
    上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、
    上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、
    上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、
    上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値、１つ前の記憶値及び上記第２の微分演算手段によって演算されたインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量に基づいて、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側における異常の発生を判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  11. 上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下であり、かつ上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超えたとき、異常発生と判定することを特徴とする、請求項１０に記載の高周波電力供給システム。
  12. 上記異常判定手段は、上記対数反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第４基準値以上であり、かつ上記対数反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第５基準値以下のときの回数を計数する第４の計数手段、及び上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段を備え、上記第４の計数手段によって計数された回数が予め設定された第４基準回数を超え、かつ上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、異常発生と判定することを特徴とする、請求項１０に記載の高周波電力供給システム。
  13. 上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されており、上記第３，第４の検出手段の検出点は、上記インピーダンス整合器の内部から負荷との間の線路上に設定されていることを特徴とする、請求項１０に記載の高周波電力供給システム。
  14. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する反射係数演算手段と、
    上記反射係数演算手段によって演算された反射係数の大きさを予め設定された周期で順次記憶する反射係数記憶手段と、
    上記反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第６基準値以上であり、かつ上記反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のときの回数を計数する第５の計数手段と、
    上記第５の計数手段によって計数された回数が予め設定された第５基準回数を超えたとき、上記第１，第２の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  15. 上記第１，第２の検出手段の検出点は、上記高周波電源の内部、上記高周波電源の高周波電力の出力端部から上記インピーダンス整合器の高周波電力の入力端部の間の伝送線路上、又はインピーダンス整合器の内部に設定されていることを特徴とする、請求項１４に記載の高周波電力供給システム。
  16. 高周波電源からインピーダンス整合器を介して負荷に高周波電力を供給する高周波電力供給システムであって、
    上記高周波電源から上記負荷側に進行する進行波に関する情報を検出する第１の検出手段と、
    上記負荷から上記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する第２の検出手段と、
    上記第１の検出手段により検出された進行波に関する情報と上記第２の検出手段により検出された反射波に関する情報とに基づいて、当該第１，第２の検出手段の検出点における反射係数の大きさを演算する反射係数演算手段と、
    上記反射係数演算手段によって演算された反射係数の大きさを所定の周期で順次記憶する反射係数記憶手段と、
    上記負荷に対する入力電圧を検出する第３の検出手段と、
    上記負荷に対する入力電流を検出する第４の検出手段と、
    上記第３の検出手段により検出された入力電圧と上記第４の検出手段により検出された入力電流とに基づいて、当該第３，第４の検出手段の検出点から負荷側を見たインピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量を演算する第２の微分演算手段と、
    上記反射係数記憶手段に記憶された最新の記憶値が予め設定された第６基準値以上であり、かつ上記反射係数記憶手段に記憶された１つ前の記憶値が予め設定された第７基準値以下のときの回数を計数する第５の計数手段と、
    上記インピーダンスの大きさの単位時間当たりの変化量が予め設定された第３基準値を超える回数を計数する第３の計数手段と、
    上記第５の計数手段によって計数された回数が予め設定された第５基準回数を超え、かつ上記第３の計数手段で計数された回数が予め設定された第３基準回数を超えたとき、上記第３，第４の検出手段の検出点から負荷側で異常が発生したと判定する異常判定手段と、
    を備えたことを特徴とする高周波電力供給システム。
  17. 上記異常判定手段により異常発生と判定されたとき、上記高周波電源から出力される電力量を減少方向に変更する出力電力変更手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１、２、４、５、６、１０、１４、１６のいずれかに記載の高周波電力供給システム。
  18. 上記出力電力変更手段は、上記異常判定手段により異常発生と判定されたとき、上記高周波電源から出力される電力量をゼロにすることを特徴とする、請求項１７に記載の高周波電力供給システム。
  19. 上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されると、予め設定された第１の時間の経過後に上記高周波電源の出力電力量を元の出力電力量に復帰させる出力電力復帰手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１７に記載の高周波電力供給システム。
  20. 上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されると、上記インピーダンス整合器の整合動作を停止させ、そのときの状態を保持する整合動作停止手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１９に記載の高周波電力供給システム。
  21. 上記異常判定手段により異常発生と判定され、上記出力電力変更手段により上記高周波電源の出力電力量が変更されてから上記出力電力復帰手段により元の出力電力量に復帰後、予め設定された第２の時間経過まで上記異常判定手段の判定動作を禁止する第１判定禁止手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１９に記載の高周波電力供給システム。
  22. ユーザによる操作によって上記高周波電源の電力供給動作が開始された後、又はユーザによる操作によって電力供給動作中に出力電力設定値が変更された後、予め設定された第２の時間経過まで上記異常判定手段を禁止する第２判定禁止手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１、２、４、５、６、１０、１４、１６のいずれかに記載の高周波電力供給システム。
  23. 上記第２の時間は、上記インピーダンス整合器により上記高周波電源と上記負荷とがインピーダンス整合されるまでの時間よりも長いことを特徴とする、請求項２１に記載の高周波電力供給システム。
  24. 上記第１の検出手段により検出される情報は進行波の電力値であり、上記第２の検出手段により検出される情報は反射波の電力値であることを特徴とする、請求項１、２、４、５、６、１０、１４、１６のいずれかに記載の高周波電力供給システム。
  25. 上記第１の検出手段により検出される情報は進行波の電圧値であり、上記第２の検出手段により検出される情報は反射波の電圧値であることを特徴とする、請求項１、２、４、５、６、１０、１４、１６のいずれかに記載の高周波電力供給システム。
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