JP2000294396A

JP2000294396A - マグネトロン出力制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2000294396A
Application number: JP11098645A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ooichi; 啓晶大市; Yoshiki Fukumoto; 佳樹福本; Hiroyuki Ito; 宏行伊藤
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: JP4115618B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネトロン１７の出力制御方法を改善する
ことによって、反射波電力が発生した場合に、ハンチン
グ状態になることを防止して、速やかに整合させる。【解決手段】本発明は、マイクロ波を発生するマグネ
トロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負荷１８に供給
する装置のマグネトロン出力制御方法において、進行波
電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号
Ｅｂを検出又は演算して、この反射波電力に対応した信
号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上
になると、マグネトロンの出力制御を、進行波電力を一
定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に
切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定
した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、マグネト
ロン１７の出力制御を、アノード電流を一定値にする制
御から進行波電力を一定値にする制御に切り換えるマグ
ネトロン出力制御方法及び装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波電力を
発生するマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロ
ン出力制御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネトロンを用いたマグネトロン出力
制御装置から出力されるマイクロ波電力によって発生さ
せたプラズマを利用した装置には、薄膜を形成する装置
の１つであるＣＶＤ装置及び半導体製造用のエッチング
装置等のプラズマ処理装置がある。

【０００３】（従来技術１）図１は、従来技術１のマグ
ネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す
従来技術１のブロック図である。従来技術１のマグネト
ロン出力制御装置は、マイクロ波電力を発生させるため
のマグネトロン（磁電管）１７と、マグネトロン１７の
フィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱する
ための電源（以下、フィラメント電源という）１６と、
マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高電圧
を印加するための直流高圧電源（以下、アノード電源と
いう）１２５とから成り、マグネトロン１７のアノード
電流を検出し、検出したアノード電流検出信号が一定値
になるように制御を行っていた。この制御方法をアノー
ド電流一定制御という。

【０００４】商用電源１は、アノード電源１２５とフィ
ラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源である。
フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィラメ
ント加熱用の電源である。アノード電源１２５に入力さ
れた電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とに
よって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及び
コンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータに
供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波
化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグネ
トロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側に
はダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから成
る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネト
ロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電力
が出力される。

【０００５】アイソレータ２７は、マグネトロン１７か
らプラズマ負荷１８に向かう進行波電力を通過させる
が、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力を大きく減
衰させるような非可逆回路であり、反射波電力を消費す
るためのダミーロードを含んでいる。このアイソレータ
２７は、通常、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力
からマグネトロン出力制御装置を保護する目的で使用さ
れる。

【０００６】マグネトロン１７から出力されたマイクロ
波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間
のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、ア
イソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１
８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６
ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。

【０００７】このようなマグネトロン出力制御装置の出
力電力制御方法としては、マグネトロン１７の出力が定
電圧特性を有することから、マグネトロン１７のアノー
ド電流が一定値になるようにフィードバック制御を行っ
ている。

【０００８】具体的には、アノード電流検出器２０によ
ってアノード電流を検出し、検出したアノード電流検出
信号を誤差増幅器１１４に入力する。誤差増幅器１１４
は、入力されたアノード電流検出信号の検出値と出力電
力設定器１１５の設定値との誤差を増幅して出力電力増
幅信号を出力する。制御回路１１３は、誤差増幅器１１
４の出力電力増幅信号を入力して、アノード電流検出器
２０によって検出したアノード電流検出信号が出力電力
設定器１１５の設定値になるように、スイッチング素子
４，５のＯＮ時間を制御している。

【０００９】（従来技術２）図２は、従来技術２のマグ
ネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す
従来技術２のブロック図である。従来技術２のマグネト
ロン出力制御装置は、マグネトロン１７と、フィラメン
ト電源１６と、アノード電源２２５と、進行波電力に対
応した信号を検出又は演算するマイクロ波電力検出器２
１９とから成り、マイクロ波電力検出器２１９から進行
波電力に対応した信号を出力し、この進行波電力に対応
した信号が一定値になるように制御を行っていた。この
制御方法を進行波電力一定制御という。

【００１０】商用電源１は、アノード電源２２５とフィ
ラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源である。
フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィラメ
ント加熱用の電源である。アノード電源２２５に入力さ
れた電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とに
よって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及び
コンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータに
供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波
化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグネ
トロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側に
はダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから成
る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネト
ロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電力
が出力される。

【００１１】マグネトロン１７から出力されたマイクロ
波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間
のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、ア
イソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１
８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６
ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。

【００１２】マイクロ波電力検出器２１９は、導波管２
６ｂ上に設けられていて、方向性結合器，マイクロ波自
動整合器等を使用して、進行波電力に対応した信号及び
反射波電力に対応した信号を検出又は演算する機能を有
している。例えば、特開平４−１９６９０３に記載され
ているように、方向性結合器を使用する場合は、方向性
結合器によってマイクロ波の定在波を進行波と反射波と
に分離すると共に分離した進行波及び反射波をダイオー
ド等を用いて検波することによって、進行波電力に対応
した信号及び反射波電力に対応した信号を検出する機能
を有している。同じく特開平４−１９６９０３に記載さ
れているように、マイクロ波自動整合器を使用する場合
は、導波管２６ｂに３個の探針を備え、この３個の探針
によって導波管２６ｂ内部のマイクロ波の電圧定在波の
振幅を検出すると共に検出した電圧定在波の振幅を用い
て特定の基準位置においてプラズマ負荷１８側を見たと
きのインピーダンス又は反射係数を演算し、上記で検出
した電圧定在波の振幅と演算したインピーダンス又は反
射係数とに基づいて、マイクロ波の進行波電力に対応し
た信号及び反射波電力に対応した信号を演算する機能を
有している。

【００１３】このようなマグネトロン出力制御装置の出
力電力制御方法としては、マイクロ波電力検出器２１９
から出力する進行波電力に対応した信号を用いて進行波
電力が一定値になるようにフィードバック制御を行って
いる。

【００１４】具体的には、マイクロ波電力検出器２１９
から進行波電力に対応した信号を出力し、この進行波電
力に対応した信号を誤差増幅器２１４に入力する。誤差
増幅器２１４は、入力された進行波電力に対応した信号
と出力電力設定器２１５の設定値との誤差を増幅して出
力電力増幅信号を出力する。制御回路２１３は、誤差増
幅器２１４の出力電力増幅信号を入力して、マイクロ波
電力検出器２１９から出力する進行波電力に対応した信
号が出力電力設定器２１５の設定値になるように、スイ
ッチング素子４，５のＯＮ時間を制御している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術１の
マグネトロン出力制御装置は、マグネトロン１７のアノ
ード電流を検出し、検出したアノード電流検出信号が一
定値になるように制御を行っている。このマグネトロン
１７は、陰極から放出された電子の進行方向を変えるた
めの磁界が必要である。マイクロ波出力電力が６ｋＷ以
下であるマグネトロン１７は、予め磁化したフェライト
コアをマグネトロン１７の内部に配置して、上記の磁界
を得る場合が多い。

【００１６】一般にマグネトロン１７は、（マイクロ波
出力電力）／（マグネトロン入力電力）で表されるマイ
クロ波電力の出力効率が６０〜７０％程度である。（マ
グネトロン入力電力）−（マイクロ波出力電力）で表さ
れる損失は、熱となってマグネトロン１７本体を加熱す
るために、マグネトロン１７に内蔵されているフェライ
トコアも温度上昇することになる。フェライトコアは、
温度が上昇すると磁力が低減する減磁特性が生じる。フ
ェライトコアの磁力が低減すると、マイクロ波出力効率
が低下する。

【００１７】マグネトロン出力制御装置のマイクロ波出
力電力の制御方法がアノード電流一定制御の場合、長時
間マイクロ波電力を出力したり、大容量の出力を取り出
すときは、フェライトコアの温度上昇に伴って減磁特性
が生じて磁界が弱まり、マイクロ波電力の出力効率が低
下する。そのために、アノード電流を一定値に制御して
いても、取り出せるマイクロ波出力電力値は、フェライ
トコアの温度上昇の時間に伴って低下する。ある空冷マ
グネトロンの例では、アノード電流一定制御でマイクロ
波出力を行った場合、出力開始から６０秒で初期のマイ
クロ波出力電力値から１０％程度低下する。

【００１８】以上のことから、アノード電流一定制御の
マグネトロン出力制御装置は、マグネトロン１７の温度
特性によって、マグネトロン１７から出力されるマイク
ロ波の実効電力が変動する。実効電力が変動すると、前
述したプラズマを利用して形成する薄膜の膜厚が所定値
にならない、膜厚にばらつきが生じる等の影響がある。

【００１９】前述の従来技術２のマグネトロン出力制御
装置は、マイクロ波電力検出器２１９から進行波電力に
対応した信号を出力し、この進行波電力に対応した信号
が一定値になるように制御を行っていた。

【００２０】ここで、プラズマ負荷１８で反射波電力が
発生した場合、導波管２６ｂ内部の定在波比（定在波の
最大値と最小値との比）は、１．０を超過して定在波が
生じる。このとき、プラズマ負荷１８の特性が非線形の
場合が多いために、マイクロ波の出力波形に歪みによる
高調波を含んだり、雑音周波数が重畳することが多い。
しかし、マイクロ波電力検出器２１９は、定格周波数で
歪みがない波形のときに、進行波電力に対応した信号及
び反射波電力に対応した信号を正確に検出又は演算でき
るようになっている。そのために、前述のプラズマ負荷
１８で反射波電力が発生すると、マイクロ波の出力波形
は定格周波数で歪みがない波形ではなくなるために、進
行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号
は真値との間に誤差を生じることになる。

【００２１】進行波電力に対応した信号に誤差が生じれ
ば、制御系の利得がいくら高くても出力電力設定器２１
５で設定した値とマイクロ波出力の実効電力との間に誤
差が生じる。

【００２２】以上のことから、進行波電力一定制御方法
のマグネトロン出力制御装置は、反射波電力が発生して
いないときには、進行波電力を一定値に保つことができ
るが、プラズマ負荷１８のような非線形負荷に反射波電
力が発生すると、マイクロ波電力検出器２１９から出力
する進行波電力に対応した信号に誤差が生じるために、
マグネトロン１７から出力される進行波電力に誤差が生
じることになる。

【００２３】ところで、導波管２６ｂに設けるマイクロ
波電力検出器２１９は、前述のように方向性結合器、マ
イクロ波自動整合器等を使うことが多い。方向性結合器
及びマイクロ波自動整合器は、進行波電力に対応した信
号及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算できる
が、マイクロ波自動整合器は、さらにマイクロ波電力を
効率良くプラズマ負荷１８に投入できるように、導波管
２６ｂとプラズマ負荷１８との間のインピーダンスを自
動的に整合させる機能も有している。なお、手動でイン
ピーダンスを変化させる手段を備えた装置であれば、自
動ではなく手動でインピーダンスを整合させることも可
能である。

【００２４】このようにマイクロ波電力検出器２１９を
使用して、プラズマ負荷１８に対して進行波電力一定制
御を行うと、反射波電力の発生時には、進行波電力に対
応した信号に誤差が生じ、ひいてはプラズマ負荷１８に
投入される進行波電力の実効電力が変動することにな
る。その結果、負荷の状態が変化するために発生する反
射波電力も変わるというハンチング状態になりやすい。
ハンチング状態になると、整合がとれなくなったり、従
来技術のマイクロ波自動整合器では、整合するまでの時
間が長くかかる。

【００２５】本発明は、従来技術２で問題となっていた
ハンチング及び従来技術１で問題となっていたフェライ
トコアの減磁特性によるマイクロ波出力電力の低下を防
止することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】出願時請求項１の発明
は、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７
の出力をプラズマ負荷１８に供給する装置のマグネトロ
ン出力制御方法において、マグネトロン１７からプラズ
マ負荷１８に向かう進行波電力に対応した信号Ｅａ及び
プラズマ負荷１８から反射してくる反射波電力に対応し
た信号Ｅｂを検出又は演算して、前述の反射波電力に対
応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値
Ｅｃ以上になると、マグネトロンの出力制御を、進行波
電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にす
る制御に切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂが、
予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、
マグネトロン１７の出力制御を、アノード電流を一定値
にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換
えるマグネトロン出力制御方法である。

【００２７】出願時請求項２の発明は、マイクロ波を発
生するマグネトロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負
荷１８に供給する装置のマグネトロン出力制御方法にお
いて、マイクロ波の定在波をマグネトロン１７からプラ
ズマ負荷１８に向かう進行波とプラズマ負荷１８から反
射してくる反射波とに分離すると共に分離した進行波及
び反射波を検波することによって進行波電力に対応した
信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出し
て、前述の反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定
した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上になると、マグネト
ロン１７の出力制御を、進行波電力を一定値にする制御
からアノード電流を一定値にする制御に切り換え、反射
波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力
比較基準値Ｅｃ未満になると、マグネトロン１７の出力
制御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電
力を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制
御方法である。

【００２８】出願時請求項３の発明は、マイクロ波を発
生するマグネトロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負
荷１８に供給する装置のマグネトロン出力制御方法にお
いて、マイクロ波の電圧定在波の振幅を検出すると共に
検出した電圧定在波の振幅を用いてマグネトロン１７か
らプラズマ負荷１８に向かう進行波電力に対応した信号
Ｅａ及びプラズマ負荷１８から反射してくる反射波電力
に対応した信号Ｅｂを演算して、前述の反射波電力に対
応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値
Ｅｃ以上になると、マグネトロン１７の出力制御を、進
行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値
にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂ
が、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になる
と、マグネトロン１７の出力制御を、アノード電流を一
定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切
り換えるマグネトロン出力制御方法である。

【００２９】出願時請求項４の発明は、出願時請求項１
又は出願時請求項２又は出願時請求項３に記載の反射波
電力比較基準値Ｅｃが、進行波電力を一定値にする制御
からアノード電流を一定値にする制御に切り替える場合
と、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を
一定値にする制御に切り換える場合とで異なる値の反射
波電力比較基準値Ｓ１，Ｓ２であるマグネトロン出力制
御方法である。

【００３０】出願時請求項５の発明は、図３に示すよう
に、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７
と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６
と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高
電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力
に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂ
を検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネト
ロン出力制御装置において、アノード電流を検出するア
ノード電流検出器２０と、進行波電力に対応した信号Ｅ
ａ又はアノード電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する
検出信号切換器２１と、反射波電力に対応した信号Ｅｂ
と予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃとの差に対応
した進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出
信号切換ドライバ２２とを備え、前述の検出信号切換器
２１は、検出信号切換ドライバ２２の出力信号Ｅｇに応
じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイッチがアノ
ード電流検出器２０側のときにアノード電流検出信号Ｅ
ｄを出力し、内部のスイッチが電力検出器１９側のとき
に進行波電力に対応した信号Ｅａを出力し、前述の進行
波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅ
ｄによってマグネトロンの出力電力を制御するマグネト
ロン出力制御装置である。

【００３１】出願時請求項６の発明は、図３に示すよう
に、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７
と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６
と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高
電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力
に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂ
を検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネト
ロン出力制御装置において、アノード電流を検出するア
ノード電流検出器２０と、反射波電力比較基準値Ｅｃを
予め設定する検出信号切換設定器２４と、反射波電力に
対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値
Ｅｃとの差の信号Ｅｈを出力するヒステリシス付き比較
器２３と、進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード
電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する検出信号切換器
２１と、ヒステリシス付き比較器２３の出力信号Ｅｈを
入力して反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した
反射波電力比較基準値Ｅｃ以上のときは検出信号切換器
２１内のスイッチをアノード電流検出器２０側に切り換
える第１の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力
し、反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射
波電力比較基準値Ｅｃ未満のときは検出信号切換器２１
内のスイッチを電力検出器１９側に切り換える第２の進
行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出信号切
換ドライバ２２とを備え、前述の検出信号切換器２１
は、検出信号切換ドライバ２２の出力信号に応じて内部
のスイッチを切り換え、内部のスイッチがアノード電流
検出器２０側のときにアノード電流検出信号Ｅｄを出力
し、内部のスイッチが電力検出器１９側のときに進行波
電力に対応した信号Ｅａを出力し、前述の進行波電力に
対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄによっ
てマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力
制御装置である。

【００３２】出願時請求項７の発明は、図３に示すよう
に、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７
と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６
と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高
電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力
に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂ
を検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネト
ロン出力制御装置において、アノード電流を検出するア
ノード電流検出器２０と、反射波電力比較基準値Ｅｃを
予め設定する検出信号切換設定器２４と、反射波電力に
対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値
Ｅｃとの差の信号Ｅｈを出力するヒステリシス付き比較
器２３と、進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード
電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する検出信号切換器
２１と、ヒステリシス付き比較器２３の出力信号Ｅｈを
入力して反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した
反射波電力比較基準値Ｅｃ以上のときは検出信号切換器
２１内のスイッチをアノード電流検出器２０側に切り換
える第１の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力
し、反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射
波電力比較基準値Ｅｃ未満のときは検出信号切換器２１
内のスイッチを電力検出器１９側に切り換える第２の進
行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出信号切
換ドライバ２２と、出力電力値を設定する出力電力設定
器１５と、検出信号切換器２１の出力信号Ｅａ又はＥｄ
と出力電力設定器１５の設定値Ｅｅとの誤差を増幅した
出力電力増幅信号Ｅｆを出力する誤差増幅器１４と、誤
差増幅器１４の出力電力増幅信号Ｅｆを入力して検出信
号切換器２１の出力信号Ｅａ又はＥｄを出力電力設定器
１５の設定値に制御する制御回路１３とを備え、前述の
検出信号切換器２１は、検出信号切換ドライバ２２の出
力信号に応じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイ
ッチがアノード電流検出器２０側のときにアノード電流
検出信号Ｅｄを出力し、内部のスイッチが電力検出器１
９側のときに進行波電力に対応した信号Ｅａを出力し、
前述の進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流
検出信号Ｅｄによってマグネトロンの出力電力を制御す
るマグネトロン出力制御装置である。

【００３３】出願時請求項８の発明は、出願時請求項５
又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力検
出器１９が、マイクロ波の定在波を進行波と反射波とに
分離すると共に分離した進行波及び反射波を検波するこ
とによって進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電
力に対応した信号Ｅｂを検出するマイクロ波電力検出器
１９であるマグネトロン出力制御装置である。

【００３４】出願時請求項９の発明は、出願時請求項５
又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力検
出器１９が、マイクロ波の電圧定在波の振幅を検出する
と共に検出した電圧定在波の振幅を用いてマイクロ波の
進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応し
た信号Ｅｂを演算するマイクロ波電力検出器１９である
マグネトロン出力制御装置である。

【００３５】出願時請求項１０の発明は、出願時請求項
５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力
検出器１９が、進行波電力に対応した信号Ｅａを検出又
は演算すると共に反射波電力の大きさによって変化する
温度を検出して、前述の変化する温度を検出した信号を
反射波電力に対応した信号Ｅｂとする反射波電力対応検
出器であるマグネトロン出力制御装置である。

【００３６】出願時請求項１１の発明は、出願時請求項
５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の反射
波電力比較基準値Ｅｃが、２つの反射波電力比較基準値
Ｓ１，Ｓ２であって、第１の反射波電力比較基準値Ｓ１
は検出信号切換器２１の出力信号が進行波電力に対応し
た信号Ｅａの場合の反射波電力比較基準値であり、第２
の反射波電力比較基準値Ｓ２は検出信号切換器２１の出
力信号がアノード電流検出信号Ｅｄの場合の反射波電力
比較基準値であるマグネトロン出力制御装置である。

【００３７】

【発明の実施の形態】図３は、本発明のマグネトロン出
力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す本発明のブ
ロック図である。商用電源１は、アノード電源２５とフ
ィラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源であ
る。フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィ
ラメント加熱用の電源である。アノード電源２５に入力
された電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３と
によって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及
びコンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータ
に供給される。ハーフブリッジインバータによって高周
波化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグ
ネトロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側
にはダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから
成る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネ
トロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電
力が出力される。

【００３８】マグネトロン１７から出力されたマイクロ
波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間
のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、ア
イソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１
８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６
ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。

【００３９】マイクロ波電力検出器１９は、前述した従
来技術２のマイクロ波電力検出器２１９と同様に、導波
管２６ｂ上に設けられていて、進行波電力に対応した信
号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演
算する機能を有している。

【００４０】このようなマグネトロン出力制御装置の出
力電力制御方法としては、導波管２６ｂ上に設けたマイ
クロ波電力検出器１９から反射波電力に対応した信号Ｅ
ｂを出力し、ヒステリシス付き比較器２３に入力する。

【００４１】検出信号切換設定器２４は、反射波電力に
対応した信号Ｅｂと比較するための反射波電力比較基準
値Ｅｃを予め設定し、ヒステリシス付き比較器２３は、
入力された反射波電力に対応した信号Ｅｂと検出信号切
換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基
準値Ｅｃとを比較する。

【００４２】ヒステリシス付き比較器２３に入力された
反射波電力に対応した信号Ｅｂが、検出信号切換設定器
２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃ
以上になると、検出信号切換ドライバ２２によって、検
出信号切換器２１内のスイッチをアノード電流検出器２
０側に切り換えて、アノード電流検出器２０によって検
出したアノード電流検出信号Ｅｄを誤差増幅器１４に入
力する。この場合は、アノード電流一定制御になる。

【００４３】ヒステリシス付き比較器２３に入力された
反射波電力に対応した信号Ｅｂが、検出信号切換設定器
２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃ
未満になると、検出信号切換ドライバ２２によって、検
出信号切換器２１内のスイッチをマイクロ波電力検出器
１９側に切り換えて、マイクロ波電力検出器１９から出
力する進行波電力に対応した信号Ｅａを誤差増幅器１４
に入力する。この場合は、進行波電力一定制御になる。

【００４４】誤差増幅器１４は、選択されて入力された
進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信
号Ｅｄと出力電力設定器１５の設定値Ｅｅとの誤差を増
幅して出力電力増幅信号Ｅｆを出力する。制御回路１３
は、誤差増幅器１４の出力電力増幅信号Ｅｆを入力し
て、選択されて入力された進行波電力に対応した信号Ｅ
ａ又はアノード電流検出信号Ｅｄが、出力電力設定器１
５の設定値Ｅｅになるようにスイッチング素子４，５の
ＯＮ時間を制御する。

【００４５】このように、ヒステリシス付き比較器２３
に入力する反射波電力に対応した信号Ｅｂと検出信号切
換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基
準値Ｅｃとを比較することによって、マグネトロン出力
制御方法を選択する。

【００４６】図４は、ヒステリシス付き比較器２３の比
較動作の一例を説明する比較動作説明図である。図４に
示すように、ヒステリシス付き比較器２３は、進行波電
力一定制御からアノード電流一定制御に切り換える反射
波電力比較基準値Ｓ１と、アノード電流一定制御から進
行波電力一定制御に切り換える反射波電力比較基準値Ｓ
２との２つの反射波電力比較基準値を設定できる。この
２つの反射波電力比較基準値によって、図４に示すよう
に進行波電力一定制御とアノード電流一定制御とを切り
換える。２つの反射波電力比較基準値を同じ値に設定す
ることもできるが、反射波電力に対応した信号Ｅｂが反
射波電力比較基準値付近で安定しない場合に、選択する
マグネトロン出力制御方法も安定せず、進行波電力一定
制御とアノード電流一定制御とが頻繁に切り換わるとい
うハンチング状態になる。これら２つの反射波電力比較
基準値を適正に設定することによって、このようなマグ
ネトロン出力制御方法のハンチングが防止できる。

【００４７】なお、アノード電流一定制御と進行波電力
一定制御とを切り換えるための反射波電力に対応した信
号Ｅｂを出力する電力検出器１９は、前述した導波管上
に設けられたマイクロ波電力検出器１９によって検出又
は演算した信号だけではなく、アイソレータ２７のダミ
ーロードの温度、マグネトロン１７の温度等を検出して
反射波電力に対応した信号とする反射波電力対応信号検
出器を用いてもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、「発明が解決しようとする課
題」の項で説明した従来技術１及び従来技術２の問題を
解決し、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力に対応
した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値以上
になった場合は、マグネトロン出力制御装置の出力電力
制御方法を、進行波電力一定制御からアノード電流一定
制御に切り換えることによって、ハンチング状態を防止
して、整合がとれなくなる状態及び整合するまでの時間
が長くかかる状態を解消することができる。

【００４９】なお、マグネトロン出力制御装置の出力電
力制御方法を、アノード電流一定制御に切り換えたとき
には、フェライトコアの減磁特性によってマイクロ波出
力電力の効率が低下するが、アノード電流一定制御によ
って制御している時間は、反射波電力に対応した信号Ｅ
ｂが予め設定した反射波電力比較基準値未満になるまで
の時間であり、マイクロ波自動整合器を使用した場合、
おおむね１〜１５秒（通常は２〜５秒）でプラズマ負荷
１８からの反射波電力が小さくなるようにインピーダン
スを整合する。そのために、減磁特性によるマイクロ波
出力電力の低下はわずかである。

【００５０】このように本発明を用いれば、従来技術で
の問題を解決して、プラズマ負荷１８で反射波電力が発
生したときに速やかに整合をとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来技術１のマグネトロン出力制御装
置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術１のブロッ
ク図である。

【図２】図２は、従来技術２のマグネトロン出力制御装
置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術２のブロッ
ク図である。

【図３】図３は、本発明のマグネトロン出力制御装置及
びその周辺装置の実施例を示す本発明のブロック図であ
る。

【図４】図４は、ヒステリシス付き比較器２３の比較動
作の一例を説明する比較動作説明図である。

【符号の説明】

１商用電源２ダイオードブリッジ３コンデンサ４，５スイッチング素子６，７コンデンサ８高周波トランス９，１０ダイオード１１，１２コンデンサ１３（本発明の）制御回路１４（本発明の）誤差増幅器１５（本発明の）出力電力設定器１６フィラメント電源１７マグネトロン１８プラズマ負荷１９（本発明の）マイクロ波電力検出器／電力検
出器２０アノード電流検出器２１検出信号切換器２２検出信号切換ドライバ２３ヒステリシス付き比較器２４検出信号切換設定器２５（本発明の）アノード電源２６ａマグネトロン１７とアイソレータ２７との間
の導波管２６ｂアイソレータ２７とプラズマ負荷１８との間
の導波管２７アイソレータ１１３（従来技術１の）制御回路１１４（従来技術１の）誤差増幅器１１５（従来技術１の）出力電力設定器１２５（従来技術１の）アノード電源２１３（従来技術２の）制御回路２１４（従来技術２の）誤差増幅器２１５（従来技術２の）出力電力設定器２１９（従来技術２の）マイクロ波電力検出器２２５（従来技術２の）アノード電源Ｅａ進行波電力に対応した信号Ｅｂ反射波電力に対応した信号Ｅｃ反射波電力に対応した信号Ｅｂと比較するた
めの反射波電力比較基準値Ｅｄアノード電流検出信号Ｅｅ出力電力設定器１５の設定値Ｅｆ誤差増幅器１４の出力電力増幅信号Ｅｇ進行波・アノード切り換え信号Ｅｈ反射波電力に対応した信号Ｅｂと予め設定し
た反射波電力比較基準値Ｅｃとの差の信号Ｓ１進行波電力一定制御からアノード電流一定制
御に切り換える反射波電力比較基準値Ｓ２アノード電流一定制御から進行波電力一定制
御に切り換える反射波電力比較基準値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤宏行大阪市淀川区田川２丁目１番11号株式会社ダイヘン内Ｆターム(参考） 5C029 QQ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）の出力をプラズマ負荷に供給する装置のマグネトロ
ン出力制御方法において、マグネトロンからプラズマ負
荷に向かう進行波電力に対応した信号及びプラズマ負荷
から反射してくる反射波電力に対応した信号を検出又は
演算して、前記反射波電力に対応した信号が、予め設定
した反射波電力比較基準値以上になると、マグネトロン
の出力制御を、進行波電力を一定値にする制御からアノ
ード電流を一定値にする制御に切り換え、反射波電力に
対応した信号が、予め設定した反射波電力比較基準値未
満になると、マグネトロンの出力制御を、アノード電流
を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御
に切り換えるマグネトロン出力制御方法。
【請求項２】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）の出力をプラズマ負荷に供給する装置のマグネトロ
ン出力制御方法において、マイクロ波の定在波をマグネ
トロンからプラズマ負荷に向かう進行波とプラズマ負荷
から反射してくる反射波とに分離すると共に分離した進
行波及び反射波を検波することによって進行波電力に対
応した信号及び反射波電力に対応した信号を検出して、
前記反射波電力に対応した信号が、予め設定した反射波
電力比較基準値以上になると、マグネトロンの出力制御
を、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を
一定値にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信
号が、予め設定した反射波電力比較基準値未満になる
と、マグネトロンの出力制御を、アノード電流を一定値
にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換
えるマグネトロン出力制御方法。
【請求項３】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）の出力をプラズマ負荷に供給する装置のマグネトロ
ン出力制御方法において、マイクロ波の電圧定在波の振
幅を検出すると共に検出した電圧定在波の振幅を用いて
マグネトロンからプラズマ負荷に向かう進行波電力に対
応した信号及びプラズマ負荷から反射してくる反射波電
力に対応した信号を演算して、前記反射波電力に対応し
た信号が、予め設定した反射波電力比較基準値以上にな
ると、マグネトロンの出力制御を、進行波電力を一定値
にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り
換え、反射波電力に対応した信号が、予め設定した反射
波電力比較基準値未満になると、マグネトロンの出力制
御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力
を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制御
方法。
【請求項４】請求項１又は請求項２又は請求項３に記載
の反射波電力比較基準値が、進行波電力を一定値にする
制御からアノード電流を一定値にする制御に切り替える
場合と、アノード電流を一定値にする制御から進行波電
力を一定値にする制御に切り換える場合とで異なる値の
反射波電力比較基準値であるマグネトロン出力制御方
法。
【請求項５】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）と、マグネトロンのフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源と、マ
グネトロンのアノードとカソードとの間に高電圧を印加
するためのアノード電源と、進行波電力に対応した信号
及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算する電力
検出器とから成るマグネトロン出力制御装置において、
アノード電流を検出するアノード電流検出器と、進行波
電力に対応した信号又はアノード電流検出信号を切り換
えて出力する検出信号切換器と、反射波電力に対応した
信号と予め設定した反射波電力比較基準値との差に対応
した進行波・アノード切り換え信号を出力する検出信号
切換ドライバとを備え、前記検出信号切換器は、検出信
号切換ドライバの出力信号に応じて内部のスイッチを切
り換え、内部のスイッチがアノード電流検出器側のとき
にアノード電流検出信号を出力し、内部のスイッチが電
力検出器側のときに進行波電力に対応した信号を出力
し、前記進行波電力に対応した信号又はアノード電流検
出信号によってマグネトロンの出力電力を制御するマグ
ネトロン出力制御装置。
【請求項６】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）と、マグネトロンのフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源と、マ
グネトロンのアノードとカソードとの間に高電圧を印加
するためのアノード電源と、進行波電力に対応した信号
及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算する電力
検出器とから成るマグネトロン出力制御装置において、
アノード電流を検出するアノード電流検出器と、反射波
電力比較基準値を予め設定する検出信号切換設定器と、
反射波電力に対応した信号と予め設定した反射波電力比
較基準値との差の信号を出力するヒステリシス付き比較
器と、進行波電力に対応した信号又はアノード電流検出
信号を切り換えて出力する検出信号切換器と、ヒステリ
シス付き比較器の出力信号を入力して反射波電力に対応
した信号が予め設定した反射波電力比較基準値以上のと
きは検出信号切換器内のスイッチをアノード電流検出器
側に切り換える第１の進行波・アノード切り換え信号を
出力し、反射波電力に対応した信号が予め設定した反射
波電力比較基準値未満のときは検出信号切換器内のスイ
ッチを電力検出器側に切り換える第２の進行波・アノー
ド切り換え信号を出力する検出信号切換ドライバとを備
え、前記検出信号切換器は、検出信号切換ドライバの出
力信号に応じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイ
ッチがアノード電流検出器側のときにアノード電流検出
信号を出力し、内部のスイッチが電力検出器側のときに
進行波電力に対応した信号を出力し、前記進行波電力に
対応した信号又はアノード電流検出信号によってマグネ
トロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御装
置。
【請求項７】マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電
管）と、マグネトロンのフィラメントに電力を供給して
フィラメントを加熱するためのフィラメント電源と、マ
グネトロンのアノードとカソードとの間に高電圧を印加
するためのアノード電源と、進行波電力に対応した信号
及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算する電力
検出器とから成るマグネトロン出力制御装置において、
アノード電流を検出するアノード電流検出器と、反射波
電力比較基準値を予め設定する検出信号切換設定器と、
反射波電力に対応した信号と予め設定した反射波電力比
較基準値との差の信号を出力するヒステリシス付き比較
器と、進行波電力に対応した信号又はアノード電流検出
信号を切り換えて出力する検出信号切換器と、ヒステリ
シス付き比較器の出力信号を入力して反射波電力に対応
した信号が予め設定した反射波電力比較基準値以上のと
きは検出信号切換器内のスイッチをアノード電流検出器
側に切り換える第１の進行波・アノード切り換え信号を
出力し、反射波電力に対応した信号が予め設定した反射
波電力比較基準値未満のときは検出信号切換器内のスイ
ッチを電力検出器側に切り換える第２の進行波・アノー
ド切り換え信号を出力する検出信号切換ドライバと、出
力電力値を設定する出力電力設定器と、検出信号切換器
の出力信号と出力電力設定器の設定値との誤差を増幅し
た出力電力増幅信号を出力する誤差増幅器と、誤差増幅
器の出力電力増幅信号を入力して検出信号切換器の出力
信号を出力電力設定器の設定値に制御する制御回路とを
備え、前記検出信号切換器は、検出信号切換ドライバの
出力信号に応じて内部のスイッチを切り換え、内部のス
イッチがアノード電流検出器側のときにアノード電流検
出信号を出力し、内部のスイッチが電力検出器側のとき
に進行波電力に対応した信号を出力し、前記進行波電力
に対応した信号又はアノード電流検出信号によってマグ
ネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御装
置。
【請求項８】請求項５又は請求項６又は請求項７に記載
の電力検出器が、マイクロ波の定在波を進行波と反射波
とに分離すると共に分離した進行波及び反射波を検波す
ることによって進行波電力に対応した信号及び反射波電
力に対応した信号を検出するマイクロ波電力検出器であ
るマグネトロン出力制御装置。
【請求項９】請求項５又は請求項６又は請求項７に記載
の電力検出器が、マイクロ波の電圧定在波の振幅を検出
すると共に検出した電圧定在波の振幅を用いてマイクロ
波の進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応し
た信号を演算するマイクロ波電力検出器であるマグネト
ロン出力制御装置。
【請求項１０】請求項５又は請求項６又は請求項７に記
載の電力検出器が、進行波電力に対応した信号を検出又
は演算すると共に反射波電力の大きさによって変化する
温度を検出して、前記変化する温度を検出した信号を反
射波電力に対応した信号とする反射波電力対応検出器で
あるマグネトロン出力制御装置。
【請求項１１】請求項５又は請求項６又は請求項７に記
載の反射波電力比較基準値が、２つの反射波電力比較基
準値であって、第１の反射波電力比較基準値は検出信号
切換器の出力信号が進行波電力に対応した信号の場合の
反射波電力比較基準値であり、第２の反射波電力比較基
準値は検出信号切換器の出力信号がアノード電流検出信
号の場合の反射波電力比較基準値であるマグネトロン出
力制御装置。