高频生成装置的制作方法

1.本发明的实施方式涉及抑制与等离子体的生成相关的高次谐波的技术。


背景技术：

2.以往，已知有通过向等离子体生成电极供给高频电力来生成等离子体的等离子体生成装置。向生成等离子体的负载(等离子体负载)供给的高频电力被放大器放大，而产生由放大器的非线性引起的高次谐波。因此，在等离子体生成装置中，在等离子体负载与放大器之间设置有减少高次谐波的滤波器。
3.此外，近年来，在等离子体生成装置中，将向等离子体负载供给的高频电力切换为多个频率，主流方式是将频率被设定为12.88～14.24mhz(基波1)和38.65～42.71mhz(基波2)的2种高频电力组合使用。在该情况下，基波1的三次谐波为与基波2接近的频率，导致引起误动作，因此尤其需要利用滤波器来减少高次谐波。
4.需要说明的是，作为关联技术，已知有如下的等离子体生成用微波电源装置，利用微波开关周期性地切换从微波电源部输出的微波的供给处的同时向各天线分支输出微波(例如，参照专利文献1)。
5.专利文献1：日本特开平9－274999号公报


技术实现要素：

6.在上述这样的使用设定为多个频率的高频电力的等离子体生成装置中，频率不同的高频电力被同一高频放大器放大，但由于需要通过几kw程度的高电力，因此很难对滤波器的通频带进行电气切换。
7.因此，即使高频放大器应对多个高频电力，但需要针对切换的频率各自准备高频放大器和滤波器，因此存在在等离子体生成装置中频率切换所花费的成本变高的问题。
8.本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于能够提供能够以更低的成本实现等离子体生成装置中的高次谐波的减少的技术。
9.为了解决上述技术课题，本实施方式的高频生成装置，其使由高频放大器放大并供给到等离子体生成电极的高频电力中的高次谐波减少，其中，所述高频生成装置具备生成将补偿波和基波合成而得的合成波的高频生成部，所述补偿波是将由所述基波的输入而生成的高次谐波的相位反转而成。
10.根据本发明，能够以更低的成本实现等离子体生成装置中的高次谐波的减少。
附图说明
11.图1是表示实施方式的等离子体生成装置的构成的概略框图。
12.图2是表示高频生成装置的硬件构成的概略框图。
13.图3是表示高频生成装置的功能构成的框图。
14.图4是表示高频生成装置的动作的流程图。
15.图5是表示产生了畸变的状态下的输入波形及输出波形的图。
16.图6是表示畸变减少的状态下的输入波形及输出波形的图。
具体实施方式
17.以下，参照附图说明本发明的实施方式。
18.(等离子体生成装置的构成)
19.对本实施方式的等离子体生成装置的构成进行说明。图1是表示本实施方式的等离子体生成装置的构成的概略框图。
20.如图1所示，本实施方式的等离子体生成装置1具备：高频生成装置2、dac(digital to analog converter)11、高频放大器12、定向耦合器13、低通滤波器14、匹配器15、等离子体空间16、adc(analog to digital converter)17。其中，高频生成装置2、dac11、高频放大器12、定向耦合器13和adc17构成为输出用于生成等离子体的高频电力的高频电源3的一部分。
21.高频生成装置2生成频率彼此不同的2种基波，用于高频电力的生成。此外，高频生成装置2生成2种基波中的频率较低一方的基波(第1基波)、和将该第1基波的高次谐波中频率最接近另一基波(第2基波)的高次谐波的相位反转而成的补偿波，并生成将该补偿波与第1基波合成而得的合成波。
22.需要说明的是，在本实施方式中，高频生成装置2减少第1基波的高次谐波。此外，设第2基波为第1基波的大致3倍左右的频率，高频生成装置2生成将第1基波的三次谐波的相位反转而成的补偿波。
23.dac11将对由高频生成装置2生成的第1基波、第2基波各自的数字数据进行d/a转换而得的模拟信号作为高频信号向高频放大器12输出。高频放大器12将对由dac11输出的高频信号进行放大而得的高频电力向定向耦合器13输出。
24.定向耦合器13将由高频放大器12输出的高频电力向低通滤波器14输出，并分支输出到adc17。低通滤波器14使包含第1基波、第2基波的频带的高频电力通过，并使在基于第2基波的高频电力产生的高次谐波衰减，第2基波的频率高于第1基波的频率。
25.匹配器15使在等离子体空间16内生成的等离子体负载的阻抗与高频电源3侧的传送线路的阻抗匹配。等离子体空间16的内部划分出用于生成等离子体的空间，在该空间内设有通过供给高频电力从而在等离子体空间16内生成等离子体的等离子体生成电极161。adc17将对由定向耦合器13输出的高频电力进行a/d转换而得的数字数据向高频生成装置2输出。
26.(高频生成装置的构成)
27.对高频生成装置的硬件构成及功能构成进行说明。图2及图3分别是表示高频生成的硬件构成、功能构成的框图。
28.如图2所示，高频生成装置2中，作为硬件而具备：cpu(central processing unit)21、ram(random access memory)22、rom(read only memory)23、fft(fast fourier transform)运算电路24和振荡器25。需要说明的是，在本实施方式中，高频生成装置2构成为具有cpu21、ram22及rom23的fpga(field programmable gatearray)。
29.cpu21及ram22协作来执行后述的各种功能，rom23保存通过各种功能执行的处理
所用的各种数据。fft运算电路24对由adc17进行了a/d转换后的高频电力进行傅里叶变换，由此算出第1基波及第1基波的三次谐波各自的振幅及相位。
30.振荡器25具有输出第1基波的nco(numerically controlled oscillator)251、和输出后述的补偿波的nco252，将这两个nco的输出合成而得的数字波形信号作为合成波来向dac11输出。
31.如图3所示，高频生成装置2中作为功能而具备高频生成部201、第1调节部202、第2调节部203。高频生成部201基于保存于rom23的第1基波信息及补偿波信息的各个信息，确定第1基波、补偿波各自的振幅及相位并向振荡器25输出，由此生成合成波。第1调节部202基于由fft运算电路24算出的表示基波的三次谐波的高次谐波成分数据，对由高频生成部201确定的补偿波的振幅及相位进行调节。第2调节部203基于合成波的振幅对基波及补偿波的振幅进行调节。
32.(高频生成装置的动作)
33.对与第1基波的生成相关的高频生成装置的动作进行说明。图4是表示高频生成装置的动作的流程图。图5及图6分别是表示产生了畸变的状态、畸变减少的状态下的输入波形及输出波形的图。需要说明的是，在需要多次采样、例如256次采样的fft运算中每次执行图4所示的动作。
34.如图4所示，首先，高频生成部201取得预先保存于rom23的基波信息及补偿波信息(s101)。在此，对补偿波信息进行说明。补偿波信息是事先测定的，是表示在输入第1基波的高频电力时基于高频放大器12的畸变特性而得的高次谐波的振幅及相位的信息。在本实施方式中，补偿波信息表示如上所述将第1基波的三次谐波的相位反转而成的补偿波的振幅及相位。
35.接着，第1调节部202取得由fft运算电路24算出的高次谐波成分数据(s102)。在此，高次谐波成分数据的初始值、即fft运算前的值设定为0。
36.接着，第1调节部202判定由高次谐波成分数据示出的高次谐波的振幅是否为第1阈值以上(s103)。在此，第1阈值优选是设定为可允许的高次谐波的振幅、即在等离子体生成装置1中不产生误动作的高次谐波的振幅。
37.在高次谐波的振幅为第1阈值以上时(s103，是)，第1调节部202以使从高频放大器12输出的高频电力中的三次谐波减少的方式调节补偿波的振幅及相位(s104)，高频生成部201将第1基波的振幅及相位设定于nco251，并将补偿波的振幅及相位设定于nco252(s105)。
38.另一方面，在高次谐波的振幅未达到第1阈值以上时(s103，否)，不进行利用第1调节部202的补偿波的调节，而高频生成部201直接将基波和补偿波设定于nco251及nco252(s105)。
39.在基波和补偿波合成后，第2调节部203判定合成波的振幅是否在第2阈值以内(s106)。在此，第2调节部203判定的合成波为基于设定于nco251及nco252的第1基波及补偿波各自的振幅及相位而算出的合成波数据，第2阈值可以设定为合成波数据不会相对于dac11饱和的最大限的振幅。
40.在合成波的振幅为第2阈值以内时(s106，是)，高频生成部201使nco251及nco252输出第1基波及补偿波，由此向dac11输出合成波数据(s107)，并判定fft运算是否结束
(s108)。
41.在fft运算结束时(s108，是)，再次进行第1调节部202取得由fft运算电路24算出的高次谐波成分数据(s102)，而在fft运算未结束时(s108，否)，高频生成部201再次判定fft运算是否结束(s108)。
42.此外，在步骤s106，在合成波的振幅不是第2阈值以内时(s106，否)，第2调节部203以使合成波的振幅减少到在dac11未达到饱和的程度的方式，对设定于nco251及nco252的基波及补偿波各自的振幅进行调节(s109)，再次判定合成波的振幅是否在第2阈值以内(s106)。
43.如此，基于预先准备的补偿波信息所示出的补偿波或从高频放大器12输出的高频电力中的三次谐波，对输入于高频放大器12的高频信号进行预畸变处理，由此，在图5所示的输出波形产生的畸变如图6所示那样减少。
44.需要说明的是，在本实施方式中，将要减少的高次谐波作为三次谐波，但可以减少其他的高次谐波。此外，可以仅使用补偿波或高频电力中的高次谐波的任一方来减少高次谐波。此外，具备上述实施方式的高频生成装置2的等离子体生成装置1例如可以适用于等离子体灭菌装置、等离子体光源等。
45.本发明的实施方式是作为示例而提示，并不意图限定发明范围。上述新的实施方式可以以其他的各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内可以进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形包含于发明范围、要旨，并且也包含于权利要求书记载的方案及其等同范围。
46.附图标记的说明
47.1 等离子体生成装置
48.2 高频生成装置
49.201 高频生成部
50.202 第1调节部
51.203 第2调节部