高周波増幅装置およびプラズマ処理装置
【課題】出力電力を所望の値に精度よく制御し得る高周波増幅装置を提供する。
【解決手段】準マイクロ波帯およびマイクロ波帯などの高周波帯の高周波信号Ｓ１を増幅して出力ライン２１に出力する増幅器１３と、出力ライン２１に介装されて増幅器１３によって出力ライン２１に出力された高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔを検出する方向性結合器１５と、方向性結合器１５によって検出された進行波成分Ｓｔに基づいて増幅器１３の利得を制御する第１制御部１６とを備えた高周波増幅器１であって、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位にアイソレータ１４が配設されている。
【解決手段】準マイクロ波帯およびマイクロ波帯などの高周波帯の高周波信号Ｓ１を増幅して出力ライン２１に出力する増幅器１３と、出力ライン２１に介装されて増幅器１３によって出力ライン２１に出力された高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔを検出する方向性結合器１５と、方向性結合器１５によって検出された進行波成分Ｓｔに基づいて増幅器１３の利得を制御する第１制御部１６とを備えた高周波増幅器１であって、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位にアイソレータ１４が配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅する高周波増幅装置、およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の高周波増幅装置として、下記特許文献１に開示された送信機で使用されている高周波増幅装置（送信電力制御回路）が知られている。この高周波増幅装置では、ＲＦ回路から負荷としてのアンテナに出力される電力を所望の値に制御するため、ＲＦ回路の前段にゲイン（利得）の制御が可能なＡＧＣアンプを配設すると共に、ＲＦ回路から出力される信号を増幅するパワーアンプの後段にカップラ（方向性結合器）を配設し、出力電力の一部をカップラで取り出して検波し、この検波信号に基づいてＡＧＣアンプへの制御電圧を調整している。
【特許文献１】特開２００１−３３２９８５号公報（第４−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種の高周波増幅装置には、以下の問題点がある。すなわち、この種の高周波増幅装置では、アンテナとの間のインピーダンス整合が取れていないときに、アンテナからの反射波がパワーアンプに戻り、さらにこの反射波がパワーアンプの出力端で再反射して、進行波と共にカップラを通過する。したがって、この高周波増幅装置には、カップラにおいて取り出される信号が反射波の影響を受けるため、ＡＧＣアンプに対して適切な制御電圧を出力できない結果、アンテナに出力される電力を所望の値に制御できないおそれがあるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、出力電力を所望の値に精度よく制御し得る高周波増幅装置、およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の高周波増幅装置は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅して出力ラインに出力する増幅部と、前記出力ラインに介装されて前記増幅部によって当該出力ラインに出力された前記高周波信号の進行波成分を検出する進行波検出部と、当該進行波検出部によって検出された前記進行波成分に基づいて前記増幅部の利得を制御する第１制御部とを備えた高周波増幅装置であって、前記出力ラインにおける前記増幅部と前記進行波検出部との間の部位にアイソレータが配設されている。
【０００６】
また、請求項２記載の高周波増幅装置は、請求項１記載の高周波増幅装置において、前記高周波信号の反射波成分を検出する第１反射波検出部と、前記第１反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第２制御部とを備えている。
【０００７】
また、請求項３記載の高周波増幅装置は、請求項１または２記載の高周波増幅装置において、前記出力ラインにおける前記増幅部と前記アイソレータとの間に配設されて前記高周波信号の反射波成分を検出する第２反射波検出部と、前記第２反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第３制御部とを備えている。
【０００８】
また、請求項４記載の高周波増幅装置は、請求項２記載の高周波増幅装置において、前記アイソレータは、第１端子が前記出力ラインを介して前記増幅部に接続されると共に第２端子が前記出力ラインを介して前記進行波検出部に接続され、かつ第３端子がアッテネータを介して前記第２制御部に接続されたサーキュレータで構成されると共に、前記第１反射波検出部として機能して、前記反射波成分を当該第３端子および当該アッテネータを介して当該第２制御部に出力する。
【０００９】
また、請求項５記載の高周波増幅装置は、請求項２記載の高周波増幅装置において、前記進行波検出部および前記第１反射波検出部は、１つの双方向性結合器で構成されている。
【００１０】
上記目的を達成すべく請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１から５のいずれかに記載の高周波増幅装置と、当該高周波増幅装置に供給する前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、当該高周波増幅装置によって増幅された前記高周波信号を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、出力ラインにおける増幅部と進行波検出部との間の部位にアイソレータを配設したことにより、高周波増幅装置の負荷（例えばプラズマ発生部）のインピーダンス変動に起因して出力ラインにおける高周波信号の反射波成分の大きさが変動したとしても、この反射波成分の殆どをアイソレータに吸収させることができる。したがって、反射波成分の影響を殆ど受けていない高周波信号についての進行波成分の電力そのものを進行波検出部で検出できるため、負荷のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても、第１制御部は進行波検出部で検出された進行波成分に基づいて、負荷に出力される高周波信号の電力をほぼ一定に維持する（つまり、所望の値に精度よく制御する）ことができる。
【００１２】
請求項２記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、第１反射波検出部によって検出された反射波成分が所定電力以上のときに第２制御部が高周波信号の増幅部への入力を停止または入力電力を低下させることにより、過大な電力の反射波成分が高周波増幅装置に入力されて高周波増幅装置が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００１３】
請求項３記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、アイソレータの入力端で発生する反射波成分が所定電力以上となったときには、第３制御部が高周波信号の増幅部への入力を停止または入力電力を低下させることにより、過大な電力の反射波成分が増幅部に入力されて、高周波増幅装置が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００１４】
請求項４記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、アイソレータをサーキュレータとアッテネータとで構成して、第１反射波検出部としても機能させるようにしたことにより、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、装置構成の簡略化を実現することができる。
【００１５】
請求項５記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、出力ラインにおける高周波信号の進行波成分および反射波成分についての検出を１つの双方向性結合器で行うように構成したことにより、進行波成分および反射波成分の検出を個別の方向性結合器でそれぞれ行う構成と比較して、部品点数を削減できるため、その分の製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る高周波増幅装置およびプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１７】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、高周波増幅装置３およびプラズマ発生部４を備えている。このプラズマ処理装置１では、高周波電源２が高周波信号Ｓ１を生成し、高周波増幅装置３がこの高周波信号Ｓ１を増幅して高周波信号Ｓ２としてプラズマ発生部４に出力する。プラズマ発生部４は、入力した高周波信号Ｓ２を利用してプラズマを発生させる。したがって、このプラズマ処理装置１は、発生させたプラズマを利用して、一例として処理対象体（図示せず）の表面をプラズマ処理可能となっている。この場合、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理の一例として、樹脂などの有機材料で形成された部材（例えば、シート状や板状の部材）の表面の殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などを実行可能となっている。
【００１８】
高周波電源２は、本発明における高周波信号生成部であって、一例として準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号（本例では、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を生成して、高周波増幅装置３に出力する。
【００１９】
高周波増幅装置３は、入力端子１１、スイッチ１２、増幅器１３、アイソレータ１４、方向性結合器１５、第１制御部１６、第２制御部１７および出力端子１８を備え、入力端子１１から入力した高周波信号Ｓ１を所定の電力（一定電力）に増幅して出力端子１８から出力可能に構成されている。スイッチ１２は、入力端子１１と増幅器１３の入力端との間に配設されている。また、スイッチ１２は、第２制御部１７によって制御されて、入力端子１１から増幅器１３への高周波信号Ｓ１の伝達を許容するオン状態、または高周波信号Ｓ１の伝達を遮断するオフ状態に移行する。
【００２０】
増幅器１３は、本発明における増幅部であってスイッチ１２を介して入力した高周波信号Ｓ１を増幅し、増幅した高周波信号Ｓ１を高周波信号Ｓ２として出力ライン２１に出力する。また、増幅器１３は、第１制御部１６によって制御されて、増幅動作の利得を変更可能に構成されている。アイソレータ１４は、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位に配設されている。一例として、アイソレータ１４は、サーキュレータ１４ａと終端抵抗１４ｂとで構成されている。このアイソレータ１４では、サーキュレータ１４ａの第１端子ａが出力ライン２１を介して増幅器１３の出力に接続され、第２端子ｂが方向性結合器１５に接続されている。また、サーキュレータ１４ａの第３端子ｃとグランドとの間に、終端抵抗１４ｂが配設されている。この構成により、アイソレータ１４は、第１端子ａから入力した高周波信号Ｓ２を低損失で第２端子ｂから出力すると共に、第２端子ｂから入力した高周波信号Ｓ２についての反射波成分Ｓｒを第３端子ｃから低損失で終端抵抗１４ｂに出力する。したがって、終端抵抗１４ｂが整合の取れた理想状態のときには、出力端子１８側からの反射波成分Ｓｒは、第２端子ｂにおいて殆ど反射することなくサーキュレータ１４ａ内に取り込まれて、第３端子ｃから終端抵抗１４ｂに出力され、この終端抵抗１４ｂでその殆どが吸収される。このため、反射波成分Ｓｒは、増幅器１３へは殆ど伝達されない。
【００２１】
方向性結合器１５は、一例として双方向性結合器で構成されて、本発明における進行波検出部および第１反射波検出部として機能する。具体的には、方向性結合器１５は、入力端子ｄ、出力端子ｅ、進行波検出端子ｆおよび反射波検出端子ｇを備え、入力端子ｄが出力ライン２１を介してアイソレータ１４に接続され、出力端子ｅが出力ライン２１を介して出力端子１８に接続されている。また、進行波検出端子ｆは第１制御部１６に接続され、反射波検出端子ｇは第２制御部１７に接続されている。この構成により、方向性結合器１５は、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔの電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｔを進行波検出端子ｆから第１制御部１６に出力し、高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒの電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｒを反射波検出端子ｇから第２制御部１７に出力する。
【００２２】
第１制御部１６は、入力した検出信号Ｓｄｔの電力が予め設定された基準電力になるように増幅器１３の利得を制御することにより、出力端子１８から出力される高周波信号Ｓ２の電力（出力電力）を一定に制御する。第２制御部１７は、入力した検出信号Ｓｄｒの電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力以下のときにスイッチ１２をオン状態に移行させ、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力を超えたときにスイッチ１２をオフ状態に移行させる。
【００２３】
プラズマ発生部４は、筐体および筐体内に配設された放射器（いずれも図示せず）を少なくとも備えている。プラズマ発生部４は、高周波増幅装置３の出力端子１８に接続されて、この出力端子１８から出力された高周波信号Ｓ２の電力によって放射器からプラズマを発生させる。この構成により、プラズマ発生部４は、筐体の内部に配設した処理対象体に対するプラズマ処理が可能となっている。
【００２４】
次に、高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、処理対象体が、プラズマ発生部４における筐体の内部に予め配置されているものとする。
【００２５】
プラズマ処理装置１の作動状態において、高周波電源２は、高周波信号Ｓ１を生成して高周波増幅装置３に出力する。この場合、高周波増幅装置３では、スイッチ１２が第２制御部１７によってオン状態に移行されて、増幅器１３が高周波信号Ｓ１を高周波信号Ｓ２に増幅してプラズマ発生部４に出力する。また、プラズマ発生部４は、入力した高周波信号Ｓ２の電力によって筐体内においてプラズマを発生させて、処理対象体に対するプラズマ処理を実行する。
【００２６】
この場合、高周波増幅装置３に対する負荷となるプラズマ発生部４は、その内部インピーダンスがプラズマ発生中に大きく変動するという特性を有している。このため、その内部インピーダンスが大きく変動している状態では、高周波増幅装置３の出力端子１８からプラズマ発生部４に出力されている高周波信号Ｓ２についてのプラズマ発生部４の入力端での反射量も変動する結果、反射波成分Ｓｒの電力も変動する。
【００２７】
しかしながら、このプラズマ処理装置１の高周波増幅装置３では、この反射波成分Ｓｒは、方向性結合器１５を経由してアイソレータ１４に伝達され、このアイソレータ１４の終端抵抗１４ｂにより、その殆どが吸収される。このため、アイソレータ１４や増幅器１３において反射波成分Ｓｒが再反射して方向性結合器１５に再度入力されるという事態が回避されている。これにより、方向性結合器１５の進行波検出端子ｆからは、反射波成分Ｓｒの影響を殆ど受けていない高周波信号Ｓ２についての進行波成分Ｓｔの電力のみを示す検出信号Ｓｄｔが出力される。第１制御部１６は、この検出信号Ｓｄｔの電力が予め設定された基準電力になるように増幅器１３の利得を制御する。したがって、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力（進行波成分Ｓｔの電力）は、プラズマ発生部４のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても一定に維持される。
【００２８】
また、第２制御部１７は、方向性結合器１５から出力される検出信号Ｓｄｒの電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力以下のときにはスイッチ１２をオン状態に維持して、増幅器１３に高周波信号Ｓ１を入力させる。これにより、高周波増幅装置３のプラズマ発生部４への高周波信号Ｓ２の出力が続行される。一方、プラズマ発生部４のインピーダンスがさらに大きく変動したときには、プラズマ発生部４の入力端での高周波信号Ｓ２の反射量も一層大きくなり、それに伴い、反射波成分Ｓｒの電力も増大するため、方向性結合器１５から第２制御部１７に入力される検出信号Ｓｄｒの電力も増加する。この場合、第２制御部１７は、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力を超えたときにはスイッチ１２をオン状態からオフ状態に移行させる。これにより、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４への高周波信号Ｓ２の出力が遮断（停止）されて、過大な電力の反射波成分Ｓｒの高周波増幅装置３への入力が防止される。
【００２９】
このように、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位にアイソレータ１４を配設したことにより、高周波増幅装置３の負荷となるプラズマ発生部４のインピーダンス変動に起因して高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒの大きさが変動したとしても、この反射波成分Ｓｒの殆どをアイソレータ１４に吸収させることができる。したがって、反射波成分Ｓｒの影響を殆ど受けていない高周波信号Ｓ２についての進行波成分Ｓｔの電力そのものを示す検出信号Ｓｄｔを方向性結合器１５が第１制御部１６に出力することができる結果、プラズマ発生部４のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力をほぼ一定に維持する（つまり、所望の値に精度よく制御する）ことができる。
【００３０】
また、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、プラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、方向性結合器１５によって検出された反射波成分Ｓｒが許容電力（所定電力）以上のときに第２制御部１７がスイッチ１２をオフ状態に移行させて、高周波信号Ｓ１の増幅器１３への入力を停止させることにより、過大な電力の反射波成分Ｓｒが高周波増幅装置３に入力されて高周波増幅装置３が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００３１】
また、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒについての検出を１つの方向性結合器１５で行うように構成したことにより、進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒの検出を個別の方向性結合器でそれぞれ行う構成と比較して、部品点数を削減できるため、その分の製造コストの低減を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記のプラズマ処理装置１の高周波増幅装置３では、プラズマ発生部４のインピーダンス変動に伴い、アイソレータ１４の増幅器１３側から見た入力インピーダンスも変動するため、アイソレータ１４の入力端（第１端子ａ）において高周波信号Ｓ２が反射する場合もある。また、この高周波信号Ｓ２の反射波成分が大きい場合には、増幅器１３に対して悪影響を与えるおそれもある。このため、図２に示すプラズマ処理装置１Ａにおける高周波増幅装置３Ａのように、アイソレータ１４での反射波成分Ｓｒ１を検出して、反射波成分Ｓｒ１が許容電力以上のときには、スイッチ１２Ａをオフ状態に移行させて、増幅器１３への高周波信号Ｓ１の入力を停止させる構成を採用することもできる。以下、この高周波増幅装置３Ａおよびプラズマ処理装置１Ａについて説明する。なお、高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
高周波増幅装置３Ａは、高周波増幅装置３の構成に加えて、本発明における第２反射波検出部としての方向性結合器２２および第３制御部２３を備え、かつスイッチ１２に代えてスイッチ１２Ａを備えている点でのみ高周波増幅装置３と相違している。この場合、方向性結合器２２は、一例として一方向結合器で構成されて、出力ライン２１における増幅器１３とアイソレータ１４との間の部位に配設されている。具体的には、方向性結合器２２は、入力端子ｈ、出力端子ｉおよび反射波検出端子ｊを備え、入力端子ｈが出力ライン２１を介して増幅器１３に接続され、出力端子ｉが出力ライン２１を介してアイソレータ１４の入力端（第１端子ａ）に接続されている。また、方向性結合器２２は、その反射波検出端子ｊが第３制御部２３に接続されている。この構成により、方向性結合器２２は、出力ライン２１における高周波信号Ｓ２についてのアイソレータ１４からの反射波成分Ｓｒ１の電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｔ１を検出して反射波検出端子ｊから出力する。
【００３４】
第３制御部２３は、方向性結合器２２から出力される検出信号Ｓｄｒ１を入力すると共に、この検出信号Ｓｄｒ１の電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒ１の電力が許容電力未満のときにはスイッチ１２をオン状態に移行させ、一方、検出信号Ｓｄｒ１の電力が許容電力以上のときにスイッチ１２をオフ状態に移行させる。スイッチ１２Ａは、上記のように第３制御部２３および第２制御部１７によってそのオン・オフ状態が制御される。具体的には、スイッチ１２Ａは、第３制御部２３および第２制御部１７の少なくとも一方からオフ状態に移行させる旨の制御が行われたことを条件としてオフ状態に移行し、この条件以外のときにはオン状態に移行する。
【００３５】
以上の構成により、このプラズマ処理装置１Ａおよび高周波増幅装置３Ａによれば、上記したプラズマ処理装置１および高周波増幅装置３の作用効果を維持しつつ、つまりプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、アイソレータ１４の入力端で発生する反射波成分Ｓｒ１が許容電力以上となったときには、第３制御部２３がスイッチ１２Ａをオフ状態に移行させることができるため、過大な電力の反射波成分Ｓｒ１が増幅器１３に入力されて、高周波増幅装置３が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００３６】
また、上記の高周波増幅装置３，３Ａでは、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒについての検出を行う方向性結合器１５を１つの双方向性結合器で行う好ましい構成を採用したが、図３に示すように、進行波成分Ｓｔを検出する１つの一方向性結合器１５ａ（本発明における進行波検出部）と、反射波成分Ｓｒを検出する他の１つの一方向性結合器１５ｂ（本発明における第１反射波検出部）とで方向性結合器１５を構成してもよいのは勿論である。なお、１つの双方向性結合器で構成した上記の方向性結合器１５と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３７】
また、上記の高周波増幅装置３，３Ａでは、双方向性結合器や一方向性結合器を用いて高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒを検出しているが、図１，２に示すように、サーキュレータ１４ａと共にアイソレータ１４を構成する終端抵抗１４ｂには、高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒのみが伝達される。したがって、このことに着目して、図４に示すように、終端抵抗１４ｂに代えて例えば２０ｄＢ程度の減衰量を有するアッテネータ１４ｃを用いて、このアッテネータ１４ｃの出力部を第２制御部１７に接続することにより、アイソレータ１４を本発明における第１反射波検出部としても機能させて、反射波成分Ｓｒを検出する構成を採用することもできる。この場合、方向性結合器１５は、一方向性結合器１５ａで構成する。なお、高周波増幅装置３，３Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。この高周波増幅装置３Ｂでは、アイソレータ１４は、入力した反射波成分Ｓｒをアッテネータ１４ｃにより、その多くを吸収しつつ、残りを検出信号Ｓｄｒとして第２制御部１７に出力する。したがって、この高周波増幅装置３Ｂ、およびこの高周波増幅装置３Ｂをプラズマ処理装置１，１Ａに適用したプラズマ処理装置においても、上記した高周波増幅装置３，３Ａを備えたプラズマ処理装置１，１Ａと同様の作用効果を維持しつつ、つまりプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、装置構成の簡略化を実現することができる。
【００３８】
また、増幅器１３への高周波信号Ｓ１の入力をスイッチ１２，１２Ａを使用して停止させる（遮断する）構成を採用した例について上記したが、スイッチ１２，１２Ａに代えて、可変アッテネータなどを使用して、高周波信号Ｓ１の電力を低減させる構成を採用することもできる。また、スイッチ１２，１２Ａや可変アッテネータを使用する構成に代えて、高周波電源２を制御して、高周波電源２からの高周波信号Ｓ１の出力を停止させたり、高周波信号Ｓ１の電力を低減させる構成を採用することもできる。
【００３９】
また、一例として準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号Ｓ１を生成して高周波増幅装置３に出力することにより、プラズマ発生部４においてプラズマを発生させる例について説明したが、高周波増幅装置３，３Ａ，３Ｂは、プラズマ処理以外の分野への適用も可能である。この場合、高周波増幅装置３，３Ａ，３Ｂにおいて、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯以外の高周波帯の高周波信号Ｓ１（例えば、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号Ｓ１）を増幅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】高周波増幅装置３を備えたプラズマ処理装置１の構成図である。
【図２】高周波増幅装置３Ａを備えたプラズマ処理装置１Ａの構成図である。
【図３】個別の一方向性結合器１５ａ，１５ｂで方向性結合器１５を構成した高周波増幅装置３，３Ａの構成図である。
【図４】アイソレータ１４を用いて反射波成分Ｓｒを検出する構成の高周波増幅装置３Ｂの構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ａ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ 高周波増幅装置
４ プラズマ発生部
１３ 増幅器
１４ アイソレータ
１４ａ サーキュレータ
１４ｃ アッテネータ
１５，２２ 方向性結合器
１６ 第１制御部
１７ 第２制御部
２１ 出力ライン
２３ 第３制御部
Ｓ１，Ｓ２ 高周波信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅する高周波増幅装置、およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の高周波増幅装置として、下記特許文献１に開示された送信機で使用されている高周波増幅装置（送信電力制御回路）が知られている。この高周波増幅装置では、ＲＦ回路から負荷としてのアンテナに出力される電力を所望の値に制御するため、ＲＦ回路の前段にゲイン（利得）の制御が可能なＡＧＣアンプを配設すると共に、ＲＦ回路から出力される信号を増幅するパワーアンプの後段にカップラ（方向性結合器）を配設し、出力電力の一部をカップラで取り出して検波し、この検波信号に基づいてＡＧＣアンプへの制御電圧を調整している。
【特許文献１】特開２００１−３３２９８５号公報（第４−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この種の高周波増幅装置には、以下の問題点がある。すなわち、この種の高周波増幅装置では、アンテナとの間のインピーダンス整合が取れていないときに、アンテナからの反射波がパワーアンプに戻り、さらにこの反射波がパワーアンプの出力端で再反射して、進行波と共にカップラを通過する。したがって、この高周波増幅装置には、カップラにおいて取り出される信号が反射波の影響を受けるため、ＡＧＣアンプに対して適切な制御電圧を出力できない結果、アンテナに出力される電力を所望の値に制御できないおそれがあるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、出力電力を所望の値に精度よく制御し得る高周波増幅装置、およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の高周波増幅装置は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅して出力ラインに出力する増幅部と、前記出力ラインに介装されて前記増幅部によって当該出力ラインに出力された前記高周波信号の進行波成分を検出する進行波検出部と、当該進行波検出部によって検出された前記進行波成分に基づいて前記増幅部の利得を制御する第１制御部とを備えた高周波増幅装置であって、前記出力ラインにおける前記増幅部と前記進行波検出部との間の部位にアイソレータが配設されている。
【０００６】
また、請求項２記載の高周波増幅装置は、請求項１記載の高周波増幅装置において、前記高周波信号の反射波成分を検出する第１反射波検出部と、前記第１反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第２制御部とを備えている。
【０００７】
また、請求項３記載の高周波増幅装置は、請求項１または２記載の高周波増幅装置において、前記出力ラインにおける前記増幅部と前記アイソレータとの間に配設されて前記高周波信号の反射波成分を検出する第２反射波検出部と、前記第２反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第３制御部とを備えている。
【０００８】
また、請求項４記載の高周波増幅装置は、請求項２記載の高周波増幅装置において、前記アイソレータは、第１端子が前記出力ラインを介して前記増幅部に接続されると共に第２端子が前記出力ラインを介して前記進行波検出部に接続され、かつ第３端子がアッテネータを介して前記第２制御部に接続されたサーキュレータで構成されると共に、前記第１反射波検出部として機能して、前記反射波成分を当該第３端子および当該アッテネータを介して当該第２制御部に出力する。
【０００９】
また、請求項５記載の高周波増幅装置は、請求項２記載の高周波増幅装置において、前記進行波検出部および前記第１反射波検出部は、１つの双方向性結合器で構成されている。
【００１０】
上記目的を達成すべく請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１から５のいずれかに記載の高周波増幅装置と、当該高周波増幅装置に供給する前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、当該高周波増幅装置によって増幅された前記高周波信号を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、出力ラインにおける増幅部と進行波検出部との間の部位にアイソレータを配設したことにより、高周波増幅装置の負荷（例えばプラズマ発生部）のインピーダンス変動に起因して出力ラインにおける高周波信号の反射波成分の大きさが変動したとしても、この反射波成分の殆どをアイソレータに吸収させることができる。したがって、反射波成分の影響を殆ど受けていない高周波信号についての進行波成分の電力そのものを進行波検出部で検出できるため、負荷のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても、第１制御部は進行波検出部で検出された進行波成分に基づいて、負荷に出力される高周波信号の電力をほぼ一定に維持する（つまり、所望の値に精度よく制御する）ことができる。
【００１２】
請求項２記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、第１反射波検出部によって検出された反射波成分が所定電力以上のときに第２制御部が高周波信号の増幅部への入力を停止または入力電力を低下させることにより、過大な電力の反射波成分が高周波増幅装置に入力されて高周波増幅装置が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００１３】
請求項３記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、アイソレータの入力端で発生する反射波成分が所定電力以上となったときには、第３制御部が高周波信号の増幅部への入力を停止または入力電力を低下させることにより、過大な電力の反射波成分が増幅部に入力されて、高周波増幅装置が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００１４】
請求項４記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、アイソレータをサーキュレータとアッテネータとで構成して、第１反射波検出部としても機能させるようにしたことにより、負荷に出力される高周波信号の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、装置構成の簡略化を実現することができる。
【００１５】
請求項５記載の高周波増幅装置およびこの高周波増幅装置を備えたプラズマ処理装置によれば、出力ラインにおける高周波信号の進行波成分および反射波成分についての検出を１つの双方向性結合器で行うように構成したことにより、進行波成分および反射波成分の検出を個別の方向性結合器でそれぞれ行う構成と比較して、部品点数を削減できるため、その分の製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る高周波増幅装置およびプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１７】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、高周波増幅装置３およびプラズマ発生部４を備えている。このプラズマ処理装置１では、高周波電源２が高周波信号Ｓ１を生成し、高周波増幅装置３がこの高周波信号Ｓ１を増幅して高周波信号Ｓ２としてプラズマ発生部４に出力する。プラズマ発生部４は、入力した高周波信号Ｓ２を利用してプラズマを発生させる。したがって、このプラズマ処理装置１は、発生させたプラズマを利用して、一例として処理対象体（図示せず）の表面をプラズマ処理可能となっている。この場合、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理の一例として、樹脂などの有機材料で形成された部材（例えば、シート状や板状の部材）の表面の殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などを実行可能となっている。
【００１８】
高周波電源２は、本発明における高周波信号生成部であって、一例として準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号（本例では、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を生成して、高周波増幅装置３に出力する。
【００１９】
高周波増幅装置３は、入力端子１１、スイッチ１２、増幅器１３、アイソレータ１４、方向性結合器１５、第１制御部１６、第２制御部１７および出力端子１８を備え、入力端子１１から入力した高周波信号Ｓ１を所定の電力（一定電力）に増幅して出力端子１８から出力可能に構成されている。スイッチ１２は、入力端子１１と増幅器１３の入力端との間に配設されている。また、スイッチ１２は、第２制御部１７によって制御されて、入力端子１１から増幅器１３への高周波信号Ｓ１の伝達を許容するオン状態、または高周波信号Ｓ１の伝達を遮断するオフ状態に移行する。
【００２０】
増幅器１３は、本発明における増幅部であってスイッチ１２を介して入力した高周波信号Ｓ１を増幅し、増幅した高周波信号Ｓ１を高周波信号Ｓ２として出力ライン２１に出力する。また、増幅器１３は、第１制御部１６によって制御されて、増幅動作の利得を変更可能に構成されている。アイソレータ１４は、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位に配設されている。一例として、アイソレータ１４は、サーキュレータ１４ａと終端抵抗１４ｂとで構成されている。このアイソレータ１４では、サーキュレータ１４ａの第１端子ａが出力ライン２１を介して増幅器１３の出力に接続され、第２端子ｂが方向性結合器１５に接続されている。また、サーキュレータ１４ａの第３端子ｃとグランドとの間に、終端抵抗１４ｂが配設されている。この構成により、アイソレータ１４は、第１端子ａから入力した高周波信号Ｓ２を低損失で第２端子ｂから出力すると共に、第２端子ｂから入力した高周波信号Ｓ２についての反射波成分Ｓｒを第３端子ｃから低損失で終端抵抗１４ｂに出力する。したがって、終端抵抗１４ｂが整合の取れた理想状態のときには、出力端子１８側からの反射波成分Ｓｒは、第２端子ｂにおいて殆ど反射することなくサーキュレータ１４ａ内に取り込まれて、第３端子ｃから終端抵抗１４ｂに出力され、この終端抵抗１４ｂでその殆どが吸収される。このため、反射波成分Ｓｒは、増幅器１３へは殆ど伝達されない。
【００２１】
方向性結合器１５は、一例として双方向性結合器で構成されて、本発明における進行波検出部および第１反射波検出部として機能する。具体的には、方向性結合器１５は、入力端子ｄ、出力端子ｅ、進行波検出端子ｆおよび反射波検出端子ｇを備え、入力端子ｄが出力ライン２１を介してアイソレータ１４に接続され、出力端子ｅが出力ライン２１を介して出力端子１８に接続されている。また、進行波検出端子ｆは第１制御部１６に接続され、反射波検出端子ｇは第２制御部１７に接続されている。この構成により、方向性結合器１５は、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔの電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｔを進行波検出端子ｆから第１制御部１６に出力し、高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒの電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｒを反射波検出端子ｇから第２制御部１７に出力する。
【００２２】
第１制御部１６は、入力した検出信号Ｓｄｔの電力が予め設定された基準電力になるように増幅器１３の利得を制御することにより、出力端子１８から出力される高周波信号Ｓ２の電力（出力電力）を一定に制御する。第２制御部１７は、入力した検出信号Ｓｄｒの電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力以下のときにスイッチ１２をオン状態に移行させ、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力を超えたときにスイッチ１２をオフ状態に移行させる。
【００２３】
プラズマ発生部４は、筐体および筐体内に配設された放射器（いずれも図示せず）を少なくとも備えている。プラズマ発生部４は、高周波増幅装置３の出力端子１８に接続されて、この出力端子１８から出力された高周波信号Ｓ２の電力によって放射器からプラズマを発生させる。この構成により、プラズマ発生部４は、筐体の内部に配設した処理対象体に対するプラズマ処理が可能となっている。
【００２４】
次に、高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、処理対象体が、プラズマ発生部４における筐体の内部に予め配置されているものとする。
【００２５】
プラズマ処理装置１の作動状態において、高周波電源２は、高周波信号Ｓ１を生成して高周波増幅装置３に出力する。この場合、高周波増幅装置３では、スイッチ１２が第２制御部１７によってオン状態に移行されて、増幅器１３が高周波信号Ｓ１を高周波信号Ｓ２に増幅してプラズマ発生部４に出力する。また、プラズマ発生部４は、入力した高周波信号Ｓ２の電力によって筐体内においてプラズマを発生させて、処理対象体に対するプラズマ処理を実行する。
【００２６】
この場合、高周波増幅装置３に対する負荷となるプラズマ発生部４は、その内部インピーダンスがプラズマ発生中に大きく変動するという特性を有している。このため、その内部インピーダンスが大きく変動している状態では、高周波増幅装置３の出力端子１８からプラズマ発生部４に出力されている高周波信号Ｓ２についてのプラズマ発生部４の入力端での反射量も変動する結果、反射波成分Ｓｒの電力も変動する。
【００２７】
しかしながら、このプラズマ処理装置１の高周波増幅装置３では、この反射波成分Ｓｒは、方向性結合器１５を経由してアイソレータ１４に伝達され、このアイソレータ１４の終端抵抗１４ｂにより、その殆どが吸収される。このため、アイソレータ１４や増幅器１３において反射波成分Ｓｒが再反射して方向性結合器１５に再度入力されるという事態が回避されている。これにより、方向性結合器１５の進行波検出端子ｆからは、反射波成分Ｓｒの影響を殆ど受けていない高周波信号Ｓ２についての進行波成分Ｓｔの電力のみを示す検出信号Ｓｄｔが出力される。第１制御部１６は、この検出信号Ｓｄｔの電力が予め設定された基準電力になるように増幅器１３の利得を制御する。したがって、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力（進行波成分Ｓｔの電力）は、プラズマ発生部４のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても一定に維持される。
【００２８】
また、第２制御部１７は、方向性結合器１５から出力される検出信号Ｓｄｒの電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力以下のときにはスイッチ１２をオン状態に維持して、増幅器１３に高周波信号Ｓ１を入力させる。これにより、高周波増幅装置３のプラズマ発生部４への高周波信号Ｓ２の出力が続行される。一方、プラズマ発生部４のインピーダンスがさらに大きく変動したときには、プラズマ発生部４の入力端での高周波信号Ｓ２の反射量も一層大きくなり、それに伴い、反射波成分Ｓｒの電力も増大するため、方向性結合器１５から第２制御部１７に入力される検出信号Ｓｄｒの電力も増加する。この場合、第２制御部１７は、検出信号Ｓｄｒの電力が許容電力を超えたときにはスイッチ１２をオン状態からオフ状態に移行させる。これにより、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４への高周波信号Ｓ２の出力が遮断（停止）されて、過大な電力の反射波成分Ｓｒの高周波増幅装置３への入力が防止される。
【００２９】
このように、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、出力ライン２１における増幅器１３と方向性結合器１５との間の部位にアイソレータ１４を配設したことにより、高周波増幅装置３の負荷となるプラズマ発生部４のインピーダンス変動に起因して高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒの大きさが変動したとしても、この反射波成分Ｓｒの殆どをアイソレータ１４に吸収させることができる。したがって、反射波成分Ｓｒの影響を殆ど受けていない高周波信号Ｓ２についての進行波成分Ｓｔの電力そのものを示す検出信号Ｓｄｔを方向性結合器１５が第１制御部１６に出力することができる結果、プラズマ発生部４のインピーダンスがある程度の範囲で変動したとしても、高周波増幅装置３からプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力をほぼ一定に維持する（つまり、所望の値に精度よく制御する）ことができる。
【００３０】
また、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、プラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、方向性結合器１５によって検出された反射波成分Ｓｒが許容電力（所定電力）以上のときに第２制御部１７がスイッチ１２をオフ状態に移行させて、高周波信号Ｓ１の増幅器１３への入力を停止させることにより、過大な電力の反射波成分Ｓｒが高周波増幅装置３に入力されて高周波増幅装置３が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００３１】
また、この高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１によれば、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒについての検出を１つの方向性結合器１５で行うように構成したことにより、進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒの検出を個別の方向性結合器でそれぞれ行う構成と比較して、部品点数を削減できるため、その分の製造コストの低減を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記のプラズマ処理装置１の高周波増幅装置３では、プラズマ発生部４のインピーダンス変動に伴い、アイソレータ１４の増幅器１３側から見た入力インピーダンスも変動するため、アイソレータ１４の入力端（第１端子ａ）において高周波信号Ｓ２が反射する場合もある。また、この高周波信号Ｓ２の反射波成分が大きい場合には、増幅器１３に対して悪影響を与えるおそれもある。このため、図２に示すプラズマ処理装置１Ａにおける高周波増幅装置３Ａのように、アイソレータ１４での反射波成分Ｓｒ１を検出して、反射波成分Ｓｒ１が許容電力以上のときには、スイッチ１２Ａをオフ状態に移行させて、増幅器１３への高周波信号Ｓ１の入力を停止させる構成を採用することもできる。以下、この高周波増幅装置３Ａおよびプラズマ処理装置１Ａについて説明する。なお、高周波増幅装置３およびプラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
高周波増幅装置３Ａは、高周波増幅装置３の構成に加えて、本発明における第２反射波検出部としての方向性結合器２２および第３制御部２３を備え、かつスイッチ１２に代えてスイッチ１２Ａを備えている点でのみ高周波増幅装置３と相違している。この場合、方向性結合器２２は、一例として一方向結合器で構成されて、出力ライン２１における増幅器１３とアイソレータ１４との間の部位に配設されている。具体的には、方向性結合器２２は、入力端子ｈ、出力端子ｉおよび反射波検出端子ｊを備え、入力端子ｈが出力ライン２１を介して増幅器１３に接続され、出力端子ｉが出力ライン２１を介してアイソレータ１４の入力端（第１端子ａ）に接続されている。また、方向性結合器２２は、その反射波検出端子ｊが第３制御部２３に接続されている。この構成により、方向性結合器２２は、出力ライン２１における高周波信号Ｓ２についてのアイソレータ１４からの反射波成分Ｓｒ１の電力に比例した電力の検出信号Ｓｄｔ１を検出して反射波検出端子ｊから出力する。
【００３４】
第３制御部２３は、方向性結合器２２から出力される検出信号Ｓｄｒ１を入力すると共に、この検出信号Ｓｄｒ１の電力と予め設定された許容電力とを比較して、検出信号Ｓｄｒ１の電力が許容電力未満のときにはスイッチ１２をオン状態に移行させ、一方、検出信号Ｓｄｒ１の電力が許容電力以上のときにスイッチ１２をオフ状態に移行させる。スイッチ１２Ａは、上記のように第３制御部２３および第２制御部１７によってそのオン・オフ状態が制御される。具体的には、スイッチ１２Ａは、第３制御部２３および第２制御部１７の少なくとも一方からオフ状態に移行させる旨の制御が行われたことを条件としてオフ状態に移行し、この条件以外のときにはオン状態に移行する。
【００３５】
以上の構成により、このプラズマ処理装置１Ａおよび高周波増幅装置３Ａによれば、上記したプラズマ処理装置１および高周波増幅装置３の作用効果を維持しつつ、つまりプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、アイソレータ１４の入力端で発生する反射波成分Ｓｒ１が許容電力以上となったときには、第３制御部２３がスイッチ１２Ａをオフ状態に移行させることができるため、過大な電力の反射波成分Ｓｒ１が増幅器１３に入力されて、高周波増幅装置３が破損するといった事態を確実に回避することができる。
【００３６】
また、上記の高周波増幅装置３，３Ａでは、高周波信号Ｓ２の進行波成分Ｓｔおよび反射波成分Ｓｒについての検出を行う方向性結合器１５を１つの双方向性結合器で行う好ましい構成を採用したが、図３に示すように、進行波成分Ｓｔを検出する１つの一方向性結合器１５ａ（本発明における進行波検出部）と、反射波成分Ｓｒを検出する他の１つの一方向性結合器１５ｂ（本発明における第１反射波検出部）とで方向性結合器１５を構成してもよいのは勿論である。なお、１つの双方向性結合器で構成した上記の方向性結合器１５と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３７】
また、上記の高周波増幅装置３，３Ａでは、双方向性結合器や一方向性結合器を用いて高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒを検出しているが、図１，２に示すように、サーキュレータ１４ａと共にアイソレータ１４を構成する終端抵抗１４ｂには、高周波信号Ｓ２の反射波成分Ｓｒのみが伝達される。したがって、このことに着目して、図４に示すように、終端抵抗１４ｂに代えて例えば２０ｄＢ程度の減衰量を有するアッテネータ１４ｃを用いて、このアッテネータ１４ｃの出力部を第２制御部１７に接続することにより、アイソレータ１４を本発明における第１反射波検出部としても機能させて、反射波成分Ｓｒを検出する構成を採用することもできる。この場合、方向性結合器１５は、一方向性結合器１５ａで構成する。なお、高周波増幅装置３，３Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。この高周波増幅装置３Ｂでは、アイソレータ１４は、入力した反射波成分Ｓｒをアッテネータ１４ｃにより、その多くを吸収しつつ、残りを検出信号Ｓｄｒとして第２制御部１７に出力する。したがって、この高周波増幅装置３Ｂ、およびこの高周波増幅装置３Ｂをプラズマ処理装置１，１Ａに適用したプラズマ処理装置においても、上記した高周波増幅装置３，３Ａを備えたプラズマ処理装置１，１Ａと同様の作用効果を維持しつつ、つまりプラズマ発生部４に出力される高周波信号Ｓ２の電力を所望の値に精度よく制御しつつ、装置構成の簡略化を実現することができる。
【００３８】
また、増幅器１３への高周波信号Ｓ１の入力をスイッチ１２，１２Ａを使用して停止させる（遮断する）構成を採用した例について上記したが、スイッチ１２，１２Ａに代えて、可変アッテネータなどを使用して、高周波信号Ｓ１の電力を低減させる構成を採用することもできる。また、スイッチ１２，１２Ａや可変アッテネータを使用する構成に代えて、高周波電源２を制御して、高周波電源２からの高周波信号Ｓ１の出力を停止させたり、高周波信号Ｓ１の電力を低減させる構成を採用することもできる。
【００３９】
また、一例として準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号Ｓ１を生成して高周波増幅装置３に出力することにより、プラズマ発生部４においてプラズマを発生させる例について説明したが、高周波増幅装置３，３Ａ，３Ｂは、プラズマ処理以外の分野への適用も可能である。この場合、高周波増幅装置３，３Ａ，３Ｂにおいて、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯以外の高周波帯の高周波信号Ｓ１（例えば、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号Ｓ１）を増幅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】高周波増幅装置３を備えたプラズマ処理装置１の構成図である。
【図２】高周波増幅装置３Ａを備えたプラズマ処理装置１Ａの構成図である。
【図３】個別の一方向性結合器１５ａ，１５ｂで方向性結合器１５を構成した高周波増幅装置３，３Ａの構成図である。
【図４】アイソレータ１４を用いて反射波成分Ｓｒを検出する構成の高周波増幅装置３Ｂの構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ａ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ 高周波増幅装置
４ プラズマ発生部
１３ 増幅器
１４ アイソレータ
１４ａ サーキュレータ
１４ｃ アッテネータ
１５，２２ 方向性結合器
１６ 第１制御部
１７ 第２制御部
２１ 出力ライン
２３ 第３制御部
Ｓ１，Ｓ２ 高周波信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅して出力ラインに出力する増幅部と、前記出力ラインに介装されて前記増幅部によって当該出力ラインに出力された前記高周波信号の進行波成分を検出する進行波検出部と、当該進行波検出部によって検出された前記進行波成分に基づいて前記増幅部の利得を制御する第１制御部とを備えた高周波増幅装置であって、
前記出力ラインにおける前記増幅部と前記進行波検出部との間の部位にアイソレータが配設されている高周波増幅装置。
【請求項２】
前記高周波信号の反射波成分を検出する第１反射波検出部と、
前記第１反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第２制御部とを備えている請求項１記載の高周波増幅装置。
【請求項３】
前記出力ラインにおける前記増幅部と前記アイソレータとの間に配設されて前記高周波信号の反射波成分を検出する第２反射波検出部と、
前記第２反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第３制御部とを備えている請求項１または２記載の高周波増幅装置。
【請求項４】
前記アイソレータは、第１端子が前記出力ラインを介して前記増幅部に接続されると共に第２端子が前記出力ラインを介して前記進行波検出部に接続され、かつ第３端子がアッテネータを介して前記第２制御部に接続されたサーキュレータで構成されると共に、前記第１反射波検出部として機能して、前記反射波成分を当該第３端子および当該アッテネータを介して当該第２制御部に出力する請求項２記載の高周波増幅装置。
【請求項５】
前記進行波検出部および前記第１反射波検出部は、１つの双方向性結合器で構成されている請求項２記載の高周波増幅装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の高周波増幅装置と、当該高周波増幅装置に供給する前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、当該高周波増幅装置によって増幅された前記高周波信号を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えているプラズマ処理装置。
【請求項１】
ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、準マイクロ波帯、マイクロ波帯、およびミリ波帯のうちのいずれかの高周波帯の高周波信号を増幅して出力ラインに出力する増幅部と、前記出力ラインに介装されて前記増幅部によって当該出力ラインに出力された前記高周波信号の進行波成分を検出する進行波検出部と、当該進行波検出部によって検出された前記進行波成分に基づいて前記増幅部の利得を制御する第１制御部とを備えた高周波増幅装置であって、
前記出力ラインにおける前記増幅部と前記進行波検出部との間の部位にアイソレータが配設されている高周波増幅装置。
【請求項２】
前記高周波信号の反射波成分を検出する第１反射波検出部と、
前記第１反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第２制御部とを備えている請求項１記載の高周波増幅装置。
【請求項３】
前記出力ラインにおける前記増幅部と前記アイソレータとの間に配設されて前記高周波信号の反射波成分を検出する第２反射波検出部と、
前記第２反射波検出部によって検出された前記反射波成分が所定電力以上のときに前記高周波信号の前記増幅部への入力を停止または当該高周波信号の当該増幅部への入力電力を低下させる第３制御部とを備えている請求項１または２記載の高周波増幅装置。
【請求項４】
前記アイソレータは、第１端子が前記出力ラインを介して前記増幅部に接続されると共に第２端子が前記出力ラインを介して前記進行波検出部に接続され、かつ第３端子がアッテネータを介して前記第２制御部に接続されたサーキュレータで構成されると共に、前記第１反射波検出部として機能して、前記反射波成分を当該第３端子および当該アッテネータを介して当該第２制御部に出力する請求項２記載の高周波増幅装置。
【請求項５】
前記進行波検出部および前記第１反射波検出部は、１つの双方向性結合器で構成されている請求項２記載の高周波増幅装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の高周波増幅装置と、当該高周波増幅装置に供給する前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、当該高周波増幅装置によって増幅された前記高周波信号を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えているプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１５９２５１（Ｐ２００９−１５９２５１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３４４８７（Ｐ２００７−３３４４８７）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
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