JP2015125819A - マイクロ波処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置のサイズおよびコストを低減するとともに、効率がよいマイクロ波処理装置を提供する。
【解決手段】指定された周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段（マイクロ波発生部１１）と、複数の選択部（サーキュレータ１５−１〜１５−（ｎ−１））が直列に接続されて構成され、それぞれが異なる所定の周波数のマイクロ波を選択して出力し、それ以外の周波数のマイクロ波を通過させて後段の選択部に供給する選択手段と、選択手段を構成する各選択部によって選択されて出力されるマイクロ波をそれぞれ入力し、当該マイクロ波により被処理物を処理する複数のマイクロ波処理手段（マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂ）と、マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波の周波数を制御することにより、被処理物の処理をさせる制御手段（制御部１２）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波処理装置に関するものである。

マイクロ波を用いて被処理物内にプラズマ励起したり、マイクロ波を用いて被処理物を加熱する場合、プラズマの状態を一定に保ったり、温度を一定に保つために、マイクロ波をパルス状に供給することが行われている。このようなパルス状のマイクロ波を供給する場合、パルス幅は数μｓ〜数ｍｓと短パルスである場合が多い。従来は、マグネトロンを用いて単一周波数のパルスが生成されることが行われていた。

特許文献１には、プラズマを生成するマイクロ波をパルス変調し、周波数とデューティ比を一定にすることで反応性ガスの分解を制御し、高精度にエッチングする技術が開示されている。

特許文献２には、プラズマを生成するマイクロ波をパルス変調してラジカルを制御するとともに、プラズマの不安定性を抑えてイオン温度を低下させる技術が開示されている。

特開平０７−０９４１３０号 特開平０６−２６７９００号

ところで、従来、複数（ｎ台）のマイクロ波処理部において、マイクロ波電力Ｐ［Ｗ］によって処理を行う場合、図６に示すように、ｎ台のマグネトロン１０２−１〜１０２−ｎを準備し、これらのマグネトロン１０２−１〜１０２−ｎによって発生されたマイクロ波をマイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎに供給する方法と、図７に示すように、マグネトロン１０２で発生されたマイクロ波を電力分配器１１０によってｎ分配し、マイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎに供給する方法がある。なお、図６および図７において、サーキュレータ１０３と無反射終端抵抗器１０４は、アイソレータを構成し、マイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎによって反射されたマイクロ波を吸収し、反射されたマイクロ波がマグネトロン１０２，１０２−１〜１０２−ｎに入射されることを防ぐ。また、チューナ１０５−１〜１０５−ｎは、マイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎのインピーダンスを調整し、反射による損失を低減する機能を有する。

図６の例では、マグネトロン１０２−１〜１０２−ｎからは、図８（Ａ）に示すように、出力パワーＰを有するパルス状のマイクロ波が所定の時間間隔τで出力される。図８（Ｂ）に示すように、このようなパルス状のマイクロ波は、出力パワーＰを有するパルス状のマイクロ波としてマイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎに対してそれぞれ供給される。一方、図７の例では、マグネトロン１０２からは、図９（Ａ）に示すように、出力パワーＰ×ｎを有するパルス状のマイクロ波が所定の時間間隔τで出力される。このようなマイクロ波は電力分配器１１０でｎ分配され、図９（Ｂ）に示すように、出力パワーＰを有するパルス状のマイクロ波としてマイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎに対してそれぞれ供給される。

図６に示す方法では、ｎ台のマグネトロン１０２−１〜１０２−ｎおよび無反射終端抵抗器１０４−１〜１０４−ｎを有するサーキュレータ１０３−１〜１０３−ｎを準備する必要があり、設備が大型化するとともに、コストが高くつくという問題点がある。

また、図７に示す方法では、電力分配器１１０として導波管型の分配器を用いる場合、電力分配器１１０のサイズが大型化するという問題点がある。そこで、電子式な切り替え構造（ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)やＰＩＮダイオードを利用）を用いた高速な切り替え器を使用して、時分割によってマイクロ波を分配する方法も想定されるが、これらのデバイスは、許容電力が数Ｗ程度と低く、マイクロ波によるプラズマ処理や熱処理といった分野には利用することが困難である。もちろん、電子的な切り換えではなく、高電力に対応した導波管型のスイッチも存在するが、機械的な切り替え構造であるため、切り替え速度には限界がある。また、マイクロ波処理部１０６−１〜１０６−ｎ内に効率よくマイクロ波を給電するためには、反射係数（進行波と反射波の比）が小さい必要があるが、切り替え過程において反射係数が悪化するという問題点がある。また、反射波が無反射終端抵抗器に吸収されて利用されておらず効率が悪いという問題点がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、装置のサイズおよびコストを低減するとともに、効率がよいマイクロ波処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、指定された周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、複数の選択部が直列に接続されて構成され、それぞれの選択部は、前記マイクロ波発生手段によって発生されたマイクロ波のうち、それぞれが異なる所定の周波数のマイクロ波を選択して出力し、それ以外の周波数のマイクロ波を通過させて後段の選択部に供給する選択手段と、前記選択手段を構成する各選択部によって選択されて出力されるマイクロ波をそれぞれ入力し、当該マイクロ波により被処理物を処理する複数のマイクロ波処理手段と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波の周波数を制御することにより、前記複数のマイクロ波処理手段のそれぞれにおいて前記被処理物の処理をさせる制御手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、１つのマイクロ波発生手段で複数のマイクロ波処理手段に対応することができるため、装置のサイズおよびコストを低減するとともに、効率がよいマイクロ波処理装置を得ることができる。

また、本発明は、前記制御手段は、前記選択部のそれぞれに対応する周波数のマイクロ波を、所定の順序でパルス状に繰り返し出力するように、前記マイクロ波発生手段を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、時分割制御によって複数の被処理物を効率良く処理することが可能になる。

また、本発明は、前記選択部は、所定の周波数帯のマイクロ波を通過させて前記マイクロ波処理手段に供給するバンドパスフィルタと、前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記バンドパスフィルタに供給するとともに、前記バンドパスフィルタによって反射されたマイクロ波を後段の選択部に供給するサーキュレータと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、バンドパスフィルタとサーキュレータを用いて効率よい選択部を構成することができる。
なお、本発明はさらに、前記バンドパスフィルタと前記マイクロ波処理手段の間に配置され、前記バンドパスフィルタを通過した周波数帯のマイクロ波が前記マイクロ波処理手段によって反射されることを低減するように前記マイクロ波処理手段のインピーダンスを調整するチューナを有するように構成してもよい。このような構成により、反射ロスを低減することができる。

また、本発明は、前記選択部は、所定の周波数帯のマイクロ波を反射し、それ以外の周波数帯のマイクロ波を通過させて後段の選択部に供給するバンドストップフィルタと、前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記バンドストップフィルタに供給するとともに、前記バンドストップフィルタによって反射されたマイクロ波を前記マイクロ波処理手段に供給するサーキュレータと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、バンドストップフィルタとサーキュレータを用いて効率よい選択部を構成することができる。
なお、本発明はさらに、前記サーキュレータと前記マイクロ波処理手段の間に配置され、前記バンドストップフィルタによって反射された周波数帯のマイクロ波が前記マイクロ波処理手段によって反射されることを低減するように前記マイクロ波処理手段のインピーダンスを調整するチューナを有するように構成してもよい。このような構成により、反射ロスを低減することができる。

また、本発明は、前記マイクロ波処理手段は、所定の周波数帯のマイクロ波によって共振する特性を有する共振型マイクロ波処理手段であり、前記選択部は、前記共振型マイクロ波処理手段の前段に接続され、前記共振型マイクロ波処理手段が、前記所定の周波数帯のマイクロ波で共振するように前記共振型マイクロ波処理手段のインピーダンスを調整するチューナと、前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記チューナに供給するとともに、前記チューナによって反射されたマイクロ波を後段の選択部に供給するサーキュレータと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、共振型マイクロ波処理手段を使用することを前提とし、チューナとサーキュレータを用いて、周波数の選択性（Ｑ値）が向上するとともに、反射ロスを低減することができ、効率よい選択部を構成することができる。

また、本発明は、前記マイクロ波発生手段と、初段の前記選択部の間には、無反射終端器を有するアイソレータが配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、反射するマイクロ波がマイクロ波発生手段に入力され、マイクロ波発生手段に悪影響を与えることを防止できる。

また、本発明は、前記制御手段は、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波の出力時間および出力パワーの少なくとも一方を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、被処理物の状態に応じて、印加するマイクロ波のパワーを調整することができる。

本発明によれば、装置のサイズおよびコストを低減するとともに、効率がよいマイクロ波処理装置を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態の構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態の動作を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。 従来のマイクロ波処理装置の構成を示す図である。 従来のマイクロ波処理装置の他の構成を示す図である。 図６に示す従来のマイクロ波処理装置の動作を説明するための図である。 図７に示す従来のマイクロ波処理装置の動作を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ波処理装置の構成例を示す図である。この図１に示すように、マイクロ波処理装置１０は、マイクロ波発生部１１、制御部１２、サーキュレータ１３、無反射終端抵抗器１４、サーキュレータ１５−１〜１５−（ｎ−１）、および、マイクロ波処理モジュール１６−１〜１６−ｎを有している。

ここで、マイクロ波発生部１１は、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１１ａと増幅部１１ｂを有しており、制御部１２によって指定された周波数のマイクロ波を発生して出力する。マイクロ波発生部１１から出力されるマイクロ波は、例えば、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンドと呼ばれる２．４５ＧＨｚ付近の周波数を有している。ＶＣＯ１１ａは、制御部１２から供給される制御電圧に対応する周波数のマイクロ波を発生して出力する。なお、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を用いることで、出力される信号の周波数を高い精度で安定させるようにしてもよい。増幅部１１ｂは、例えば、半導体増幅器によって構成され、ＶＣＯ１１ａから出力される２．４５ＧＨｚ帯域の信号を、制御部１２の指定する利得で増幅して出力する。

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、センサ部１６−１ｃ〜１６−ｎｃから出力される情報に基づいて、マイクロ波発生部１１のＶＣＯ１１ａおよび増幅部１１ｂを制御する。

サーキュレータ１３は、マイクロ波発生部１１から入力されるマイクロ波をサーキュレータ１５−１に出力するとともに、サーキュレータ１５−１から入力されるマイクロ波（反射波）を無反射終端抵抗器１４に出力する。無反射終端抵抗器１４は、サーキュレータ１３から供給されるマイクロ波を反射することなく終端する（熱に変換する）。

サーキュレータ１５−１は、前段のサーキュレータ１３から入力されるマイクロ波をマイクロ波処理モジュール１６−１に出力するとともに、マイクロ波処理モジュール１６−１から入力されるマイクロ波（反射波）を後段のサーキュレータ１５−２に出力する。サーキュレータ１５−２〜１５−ｎもサーキュレータ１５−１と同様の機能を有する。

マイクロ波処理モジュール１６−１〜１６−ｎは、バンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」（Band Pass Filter）と称する）１６−１ａ〜１６−ｎａ、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂ、センサ部１６−１ｃ〜１６−ｎｃ、および、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄを有しており、サーキュレータ１５−１〜１５−ｎからそれぞれ供給されるマイクロ波によって、被処理物に対して処理を施す。ここで、ＢＰＦ１６−１ａ〜１６−ｎａは、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｎを中心とする所定の帯域幅のマイクロ波を通過し、それ以外の帯域については反射する。例えば、ＢＰＦ１６−１は、ｆ１を中心周波数とし、所定の帯域幅（例えば、数ＭＨｚ）を有するマイクロ波を通過させてマイクロ波処理部１６−１ｂに供給し、それ以外の帯域については反射してサーキュレータ１５−１に供給する。なお、ＢＰＦ１６−２〜１６−ｎも周波数ｆ２〜ｆｎについて同様の動作を行う。マイクロ波処理部１６−１ｂは、例えば、マイクロ波が外部に漏洩しないように金属製の筐体によって構成され、内部に被処理物である、気体、液体、固体等が配置される。被処理物の具体例としては、例えば、焼結処理を施す被処理物であるセラミックスや、プラズマによって表面改質する被処理物である樹脂や、エッチング処理を施す被処理物である半導体基板がある。もちろん、これら以外を被処理物としてもよい。センサ部１６−１ｃ〜１６−ｎｃは、例えば、温度センサ等によって構成され、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂ内の温度または被処理物の温度を検出し、制御部１２に供給する。チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄは、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂのインピーダンスを調整することで、反射による損失を低減する機能を有し、例えば、スタブチューナ（導波管型または同軸型）またはＥ／Ｈチューナ（導波管型）等によって構成される。

（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、第１実施形態の動作について説明する。マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂに対して被処理物がそれぞれ配置され、制御部１２に対して処理を開始する指示がなされると、制御部１２は動作を開始する。制御部１２は、ＶＣＯ１１ａに対して、周波数ｆ１〜ｆｎのパルス状のマイクロ波を所定の順序で繰り返し発生するように指示する。この結果、ＶＣＯ１１ａはパルス状のマイクロ波を出力し、増幅部１１ｂは制御部１２が指定する所定の利得で増幅して出力する。これにより、増幅部１１ｂは、図２（Ａ）に示すように、出力パワーがＰであり、時間幅がτのパルス形状を有する周波数ｆ１〜ｆｎのマイクロ波を、ｆ１〜ｆｎの順番で繰り返し出力する。より詳細には、例えば、周波数がｆ１のマイクロ波を出力する場合、制御部１２は、周波数ｆ１に対応する制御電圧Ｖ１をＶＣＯ１１ａに対して供給する。この結果、ＶＣＯ１１ａは、周波数ｆ１のマイクロ波を生成して増幅部１１ｂに供給する。周波数ｆ２〜ｆｎのマイクロ波についても上述と同様の動作によって発生される。なお、ＶＣＯ１１ａは、約２．４５ＧＨｚを中心にプラスマイナス２０〜５０ＭＨｚ程度の範囲の周波数の信号を出力可能であるので、一例として、２．４５ＧＨｚ−２０ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚ＋２０ＭＨｚの周波数帯域をｎ分割し、それぞれの中心周波数をｆ１〜ｆｎに割り当てることができる。また、出力時間τとしては数μｓ〜数ｍｓ程度の範囲とすることができ、出力パワーＰとしては、数ｍＷ〜数百Ｗ程度の範囲とすることができる。もちろん、以上の数値は一例であって、これ以外の数値に設定してもよい。

サーキュレータ１３は、増幅部１１ｂから出力されたマイクロ波をサーキュレータ１５−１に対して出力する。サーキュレータ１５−１は、サーキュレータ１３から出力された周波数ｆ１のマイクロ波をＢＰＦ１６−１ａに対して供給する。ＢＰＦ１６−１ａは、周波数ｆ１のマイクロ波を通過し、それ以外の帯域については反射する。いまの例では、ＶＣＯ１１ａからは周波数ｆ１のマイクロ波が出力されているので、周波数ｆ１のマイクロ波はＢＰＦ１６−１ａを通過し、マイクロ波処理部１６−１ｂに供給される。マイクロ波処理部１６−１ｂに供給されたマイクロ波は、図示しない被処理物に照射され、被処理物を熱加工したり、あるいは、被処理物をプラズマ処理したりする。この結果、被処理物が所望の状態に処理される。なお、チューナ１６−１ｄは、前述したように、インピーダンスの調整を行うことで、マイクロ波処理部１６−１ｂにおけるマイクロ波の反射による損失を低減するため、処理の効率が向上する。チューナ１６−２ｄ〜１６−ｎｄも同様の機能を有する。

つぎに、制御部１２は、制御電圧Ｖ２をＶＣＯ１１ａに供給し、周波数ｆ２の信号を出力させる。ＶＣＯ１１ａから出力された周波数ｆ２のマイクロ波は増幅部１１ｂで増幅された後、サーキュレータ１３に供給される。サーキュレータ１３は、増幅部１１ｂから出力された周波数ｆ２のマイクロ波をサーキュレータ１５−１に出力する。サーキュレータ１５−１は、サーキュレータ１３から出力された信号をＢＰＦ１６−１ａに出力する。前述のように、ＢＰＦ１６−１ａは、周波数ｆ１のマイクロ波は通過させ、それ以外については反射するので、周波数ｆ２の信号は通過せずに反射されてサーキュレータ１５−１に戻される。サーキュレータ１５−１は、周波数ｆ２のマイクロ波をサーキュレータ１５−２に出力する。サーキュレータ１５−２は、周波数ｆ２のマイクロ波をＢＰＦ１６−２ａに出力する。ＢＰＦ１６−２ａは、周波数ｆ２のマイクロ波は通過させ、それ以外は反射するので、サーキュレータ１５−２から供給された周波数ｆ２のマイクロ波は、チューナ１６−２ｄを介してマイクロ波処理部１６−２ｂに供給され、図示しない被処理物に対して照射される。

同様の動作は、周波数ｆ３〜ｆｎについても実行され、例えば、周波数ｆ３のマイクロ波は、ＢＰＦ１６−１ａ，１６−２ａによって反射され、図示しないＢＰＦ１６−３ａを通過し、チューナ１６−３ｄを介してマイクロ波処理部１６−３ｂに供給され、図示しない被処理物に照射される。同様に、周波数ｆ（ｎ−１）のマイクロ波は、ＢＰＦ１６−（ｎ−１）ａを通過し、チューナ１６−（ｎ−１）ｄを介してマイクロ波処理部１６−（ｎ−１）ｂに格納される被処理物に照射され、周波数ｆｎのマイクロ波は、ＢＰＦ１６−ｎａを通過し、チューナ１６−ｎｄを介してマイクロ波処理部１６−ｎｂに格納される被処理物に照射される。なお、サーキュレータ１３には、サーキュレータ１５−１〜１５−ｎを介して反射波が入力されるが、このような反射波は、サーキュレータ１３に接続された無反射終端抵抗器１４によって熱に変換される。

以上の動作により、マイクロ波発生部１１は図２（Ａ）に示すように、出力パワーがＰであり、出力時間がτであり、周波数がｆ１〜ｆｎであるパルス状のマイクロ波を発生して出力する。このようなマイクロ波は、サーキュレータ１５−１〜１５−ｎ、ＢＰＦ１６−１ａ〜１６−ｎａ、および、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄによって構成される選択部によって、周波数ｆ１〜ｆｎの順に選択され、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂにそれぞれ供給され、被処理物に照射される。なお、サーキュレータ１５−１〜１５−ｎ、ＢＰＦ１６−１ａ〜１６−ｎａ、および、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄによって構成される選択部は損失が少ないことから、図２（Ａ）に示す出力パワーがＰであるマイクロ波は、ほとんど減衰することなく、図２（Ｂ）に示すように、出力パワーがＰであるマイクロ波として、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−１ｎに供給される。

なお、以上の説明では、マイクロ波発生部１１は、図２（Ａ）に示すように、出力パワーと出力時間が一定のマイクロ波を出力するようにしたが、例えば、センサ部１６−１ｃ〜１６−ｎｃによって検出された情報（例えば、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂ内の温度を示す情報、被処理物の温度を示す情報、または、プラズマの状態を示す情報）に基づいて、周波数毎に出力パワーと出力時間を可変制御するようにしてもよい。例えば、制御部１２は、ＶＣＯ１１ａに電圧を印加する時間を調整することで、出力時間を制御する（変化させる）ことができる。また、制御部１２は、増幅部１１ｂの利得を調整することで、出力パワーを制御する（変化させる）ことができる。

つぎに、図３を参照して、第１実施形態において実行される処理の流れについて説明する。図３に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１２は、処理回数をカウントする変数ｉに初期値である“０”を代入する。

ステップＳ１１では、制御部１２は、処理回数をカウントする変数ｉの値を“１”インクリメントする。この結果、初回の処理では、変数ｉの値は“１”となる。

ステップＳ１２では、制御部１２は、第ｉ番目の制御対象となるマイクロ波処理部を特定する。例えば、変数ｉの値が“１”である場合には、マイクロ波処理部１６−１ｂが処理対象として特定される。

ステップＳ１３では、制御部１２は、ステップＳ１２で特定した制御対象のセンサ部の出力を取得する。例えば、変数ｉの値が“１”である場合には、マイクロ波処理部１６−１ｂのセンサ部１６−１ｃの出力が取得される。

ステップＳ１４では、制御部１２は、ステップＳ１３で取得したセンサ部の出力を参照し、被処理物の状態を推定する。例えば、被処理物に対して熱加工を施す場合には、センサ部の出力に基づいて被処理物の温度を推定する。また、被処理物に対してプラズマ処理を施す場合には、プラズマの電子密度や温度から被処理物の状態を推定する。

ステップＳ１５では、制御部１２は、ステップＳ１４で推定した被処理物の状態に応じて、出力パワーＰと、出力時間τを算出する。例えば、被処理物の温度が目標温度よりも低い場合には、出力パワーＰおよび出力時間τの少なくとも一方を増加させ、被処理物の温度が目標温度よりも高い場合には、出力パワーＰおよび出力時間τの少なくとも一方を減少させる。なお、パルス波形のデューティ比を一定に保つ必要がある場合には、出力パワーＰのみを変化させるようにしてもよい。また、必要に応じて、所定の周波数のマイクロ波については、出力しないようにしてもよい。

ステップＳ１６では、制御部１２は、ＶＣＯ１１ａに出力させる周波数をｆｉに設定する。より詳細には、例えば、ｉ＝１である場合には、制御部１２は、ＶＣＯ１１ａに周波数ｆ１のマイクロ波を出力させるために、制御電圧をＶ１に設定する。

ステップＳ１７では、制御部１２は、ステップＳ１５で算出した出力パワーＰに応じて、増幅部１１ｂの利得を設定する。より詳細には、出力パワーＰの値が大きい場合には、利得を大きく設定し、出力パワーＰの値が小さい場合には、利得を小さく設定する。なお、必要な出力パワーＰと利得の関係を示すテーブルを用いて、出力パワーを利得に変換するようにしてもよい。

ステップＳ１８では、制御部１２は、ＶＣＯ１１ａに対してステップＳ１６で設定した周波数のマイクロ波を出力させる。このようにして出力されたマイクロ波は、増幅部１１ｂによって、ステップＳ１７で設定された利得に応じて増幅された後、サーキュレータ１３に対して出力される。

ステップＳ１９では、制御部１２は、周波数ｆｉのマイクロ波の出力を開始してから、ステップＳ１５で算出した出力時間τが経過したか否かを判定し、出力時間τが経過したと判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ１８に戻って同様の処理を繰り返す。この処理により、マイクロ波の出力時間がτになるように調整される。

ステップＳ２０では、制御部１２は、全ての処理部の制御が完了したか否かを判定し、終了したと判定した場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）にはステップＳ２１に進み、それ以外の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。より詳細には、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂの全てに対する制御が完了した場合（ｉ＝ｎとなった場合）には、全ての処理部に対する処理が完了したと判定してステップＳ２１に進み、それ以外の場合（ｉ＜ｎの場合）にはステップＳ１１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ２１では、制御部１２は、制御を終了するか否かを判定し、終了しないと判定した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）にはステップＳ１０に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）には処理を終了する。より詳細には、処理を継続すると判定した場合には、ステップＳ１０，Ｓ１１に進み、ｉ＝１に戻って同様の処理が繰り返される。

以上の処理によれば、センサ部１６−１ｃ〜１６−ｎｃの出力に基づいて、被処理物が目標の状態になるように、制御が実行される。

（Ｃ）本発明の第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。なお、図４において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図４では、図１と比較すると、マイクロ波処理モジュール１６−１〜１６−ｎからＢＰＦ１６−１ａ〜１６−ｎａが除外され、サーキュレータ１５−１〜１５−（ｎ−１）が、伝送方向が異なるサーキュレータ１５−ｎ〜１５−２に置換され、サーキュレータ１５−ｎ〜１５−２の後段にバンドストップフィルタ（以下、「ＢＳＦ」（Band Stop Filter）と称する）１７−（ｎ−１）〜１７−１が追加されている。これら以外の構成は、図１の場合と同様である。

（Ｄ）本発明の第２実施形態の動作の説明
つぎに、第２実施形態の動作について説明する。第２実施形態では、マイクロ波発生部１１および制御部１２の動作は、第１実施形態の場合と同様であるが、サーキュレータ１５−ｎ〜１５−２およびＢＳＦ１７−（ｎ−１）〜１７−１の動作が異なっている。以下では、異なっている部分を中心に説明する。

マイクロ波発生部１１から周波数ｆｎのパルス状のマイクロ波が出力されると、サーキュレータ１３を介してサーキュレータ１５−ｎに供給される。サーキュレータ１５−ｎは、サーキュレータ１３から供給されたマイクロ波をＢＳＦ１７−（ｎ−１）に供給する。ＢＳＦ１７−（ｎ−１）は、サーキュレータ１５−ｎから供給されたマイクロ波のうち、周波数ｆｎのマイクロ波については反射し、それ以外については通過させる。いまの例では、周波数ｆｎのマイクロ波が供給されていることから、ＢＳＦ１７−（ｎ−１）は入力されたマイクロ波を反射し、サーキュレータ１５−ｎに供給する。サーキュレータ１５−ｎは、ＢＳＦ１７−（ｎ−１）によって反射されたマイクロ波をチューナ１６−ｎｄを介してマイクロ波処理部１６−ｎｂに供給する。この結果、マイクロ波処理部１６−ｎｂに格納されている図示しない被処理物に対してマイクロ波が照射される。なお、チューナ１６−ｎｄは、前述したように、インピーダンスの調整を行うことで、マイクロ波処理部１６−ｎｂにおけるマイクロ波の反射による損失を低減するため、処理の効率が向上する。

つぎに、マイクロ波発生部１１から周波数がｆ（ｎ−１）のマイクロ波が出力されると、このマイクロ波はＢＳＦ１７−（ｎ−１）を通過して、図示しないサーキュレータ１５−（ｎ−１）に供給される。サーキュレータ１５−（ｎ−１）は、図示しない後段のＢＳＦ１７−（ｎ−２）に対してマイクロ波を供給する。ＢＳＦ１７−（ｎ−２）は、周波数ｆ（ｎ−１）のマイクロ波は反射することから、反射されたマイクロ波はサーキュレータ１５−（ｎ−１）を介して、図示しないマイクロ波処理部１６−（ｎ−１）に供給される。同様の動作は、周波数ｆ（ｎ−２）〜ｆ１のマイクロ波に対しても実行され、マイクロ波処理部１６−（ｎ−２）ｂ〜１６−１ｂにそれぞれ格納されている被処理物に対してマイクロ波が照射される。なお、制御部１２において実行される処理は、図３の場合と同様である。

以上に説明したように、第２実施形態によれば、図２に示すように、周波数ｆ１〜ｆｎのパルス状のマイクロ波を発生し、サーキュレータ１５−ｎ〜１５―２、ＢＳＦ１７−（ｎ−１）〜１７−１、および、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄによって所定の周波数を選択し、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂに格納された被処理物に対してマイクロ波を照射して処理することができる。この結果、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｅ）本発明の第３実施形態の構成の説明
つぎに、第３実施形態について説明する。図５は、本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。おな、図５において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図５では、図１と比較すると、マイクロ波処理モジュール１６−１〜１６−ｎのＢＰＦ１６−１ａ〜１６−ｎａが除外され、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂが共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅに置換されている。これら以外の構成は、図１の場合と同様である。ここで、共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅは、それぞれ周波数ｆ１〜ｆｎにおいて共振するように設定されている。例えば、共振型マイクロ波処理部１６−１ｅは、周波数ｆ１において共振するように調整されている。なお、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄは、共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅが周波数ｆ１〜ｆｎにおいてそれぞれ共振するようにインピーダンスを調整するとともに、共振のＱ値が高くなるように調整する。また、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄは、前述の場合と同様に、反射による損失を低減する機能も有する。

（Ｆ）本発明の第３実施形態の動作の説明
つぎに、第３実施形態の動作について説明する。第３実施形態では、マイクロ波発生部１１および制御部１２の動作は、第１実施形態の場合と同様であるが、チューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄおよび共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅの動作が異なっている。以下では、異なっている部分を中心に説明する。

マイクロ波発生部１１から周波数ｆ１のパルス状のマイクロ波が出力されると、サーキュレータ１３を介してサーキュレータ１５−１に供給される。サーキュレータ１５−１は、入力された周波数ｆ１のマイクロ波をチューナ１６−１ｄに出力する。チューナ１６−１ｄは、共振型マイクロ波処理部１６−１ｅの共振周波数がｆ１になるようにインピーダンスを調整するので、サーキュレータ１５−１から供給された周波数ｆ１のマイクロ波は、反射されずに共振型マイクロ波処理部１６−１ｅに入射され、被処理物に照射される。

つぎに、マイクロ波発生部１１から周波数ｆ２のパルス状のマイクロ波が出力されると、サーキュレータ１３を介してサーキュレータ１５−１に供給される。サーキュレータ１５−１は、入力された周波数ｆ２のマイクロ波をチューナ１６−１ｄに出力する。チューナ１６−１ｄは、マイクロ波処理部１６−１ｅの共振周波数がｆ１になるようにインピーダンスを調整するので、サーキュレータ１５−１から供給された周波数ｆ２のマイクロ波は、反射されてサーキュレータ１５−１に供給される。サーキュレータ１５−１は、チューナ１６−１ｄによって反射されたマイクロ波をサーキュレータ１５−２に供給する。サーキュレータ１５−２は、入力された周波数ｆ２のマイクロ波をチューナ１６−２ｄに出力する。チューナ１６−２ｄは、マイクロ波処理部１６−２ｅの共振周波数がｆ２になるようにインピーダンスを調整するので、サーキュレータ１５−２から供給された周波数ｆ２のマイクロ波は、反射されずにマイクロ波処理部１６−２ｅに入射され、被処理物に照射される。周波数ｆ３〜ｆｎのマイクロ波については、チューナ１６−３ｄ〜１６−ｎｄのそれぞれによって反射されることなく、マイクロ波処理部１６−３ｅ〜１６−ｎｅに格納されている被処理物に対して照射される。なお、制御部１２において実行される処理は、図３の場合と同様である。

以上に説明したように、第３実施形態によれば、図２に示すように、周波数ｆ１〜ｆｎのパルス状のマイクロ波を発生し、サーキュレータ１５−１〜１５―（ｎ−１）およびチューナ１６−１ｄ〜１６−ｎｄによって所定の周波数を選択し、マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅに格納された被処理物に対してマイクロ波を照射して処理することができる。この結果、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｇ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、ＶＣＯ１１ａを用いるようにしたが、周波数可変機能を備えるものであれば、例えば、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン、進行波管等の電子管を利用した発振器を用いるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、ＶＣＯ１１ａの周波数可変手法としてアナログ電圧制御を用いるが、デジタル制御にて周波数を変化させるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、マイクロ波の伝送路については詳述していないが、大電力の伝送は導波管によるものが一般的であるが線路の種類は問わない。耐電力には限界があるが、同軸線路やマイクロストリップ線路などを用いるようにしてもよい。

また、図２では、パルス状のマイクロ波の出力パワーと、出力時間が周波数に拘わらず一定の場合を例に挙げて説明したが、出力パワーおよび出力時間が周波数毎に異なるようにしてもよい。具体的には、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂまたは共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅに格納されている被処理物の状態に応じて、出力パワーおよび出力時間の少なくとも一方を変化させるようにしてもよい。また、マイクロ波のパルスを出力する必要がない場合には、特定の周波数のみ出力をキャンセルし、間隔を開けずにつぎの周波数のパルスを出力するようにしてもよい。例えば、周波数ｆ２のパルスを出力する必要がない場合には、周波数ｆ１のパルスを出力した後に、周波数ｆ２のパルスを出力せずに、周波数ｆ３のパルスを、間隔を開けずに出力するようにしてもよい。もちろん、他の周波数に対するパルスの頻度を一定に保つために、間隔を開けるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、周波数ｆ１〜ｆｎは、周波数軸上に一定間隔で並ぶ場合を例に挙げて説明したが、これらが一定間隔でなく、異なる間隔で並ぶようにしてもよい。例えば、後段のマイクロ波処理部に供給される周波数ほど間隔が広くなるように配置することで、前段におけるＢＰＦ等による損失の発生を抑制することができる。また、出力パワーについても、後段では前段における損失の影響を受けることから、後段のマイクロ波処理部に供給するマイクロ波のパワーを前段よりも大きく設定するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、制御部１２が一元的に制御を行うようにしたが、例えば、マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂまたは共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅに対して制御部をそれぞれ設け、それぞれの制御部が被処理物の状態を監視し、監視結果に基づいて、制御部１２に対して所定の出力パワーおよび出力時間のマイクロ波の照射を要求するようにしてもよい。そのような構成によれば、図２に示すように、一定間隔のパルス照射ではなくなるが、各マイクロ波処理部１６−１ｂ〜１６−ｎｂまたは共振型マイクロ波処理部１６−１ｅ〜１６−ｎｅからの要求に基づいて、マイクロ波が発生されることになる。

また、ＶＣＯ１１ａの発振の過渡状態（発振開始および発振終了状態）においては、発振周波数が不安定になる場合が想定されるので、そのような場合には増幅部１１ｂの利得を一時的に下げることで、このような不安定な周波数のマイクロ波が出力され、目的としないマイクロ波処理部において被処理物に照射されたり、損失となったりすることを防ぐようにしてもよい。

また、第１および第２の実施形態（図１，４）においては、サーキュレータとマイクロ波処理手段の間に、マイクロ波処理手段のインピーダンスを調整するチューナを設け、バンドパスフィルタまたはバンドストップフィルタにより反射されたマイクロ波が、マイクロ波処理手段によって反射されることを低減するように構成したが、このチューナは必ずしも設ける必要はない。

１０，１０Ａ，１０Ｂ マイクロ波処理装置
１１ マイクロ波発生部（マイクロ波発生手段）
１１ａ ＶＣＯ
１１ｂ 増幅部
１２ 制御部（制御手段）
１３ サーキュレータ（アイソレータの一部）
１４ 無反射終端抵抗器（アイソレータの一部）
１５−１〜１５−（ｎ−１） サーキュレータ（選択部の一部）
１６−１〜１６−ｎ マイクロ波処理モジュール
１６−１ａ〜１６−ｎａ ＢＰＦ（選択部の一部）
１６−１ｂ〜１６−ｎｂ マイクロ波処理部（マイクロ波処理手段）
１６−１ｃ〜１６−ｎｃ センサ部
１６−１ｄ〜１６−ｎｄ チューナ（選択部の一部）
１６−１ｅ〜１６−ｎｅ 共振型マイクロ波処理部（共振型マイクロ波処理手段）
１７−１〜１７−（ｎ−１） ＢＳＦ（選択部の一部）

Claims (7)

1. 指定された周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   複数の選択部が直列に接続されて構成され、それぞれの選択部は、前記マイクロ波発生手段によって発生されたマイクロ波のうち、それぞれが異なる所定の周波数のマイクロ波を選択して出力し、それ以外の周波数のマイクロ波を通過させて後段の選択部に供給する選択手段と、
   前記選択手段を構成する各選択部によって選択されて出力されるマイクロ波をそれぞれ入力し、当該マイクロ波により被処理物を処理する複数のマイクロ波処理手段と、
   前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波の周波数を制御することにより、前記複数のマイクロ波処理手段のそれぞれにおいて前記被処理物の処理をさせる制御手段と、
   を有することを特徴とするマイクロ波処理装置。
2. 前記制御手段は、前記選択部のそれぞれに対応する周波数のマイクロ波を、所定の順序でパルス状に繰り返し出力するように、前記マイクロ波発生手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
3. 前記選択部は、
   所定の周波数帯のマイクロ波を通過させて前記マイクロ波処理手段に供給するバンドパスフィルタと、
   前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記バンドパスフィルタに供給するとともに、前記バンドパスフィルタによって反射されたマイクロ波を後段の選択部に供給するサーキュレータと、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
4. 前記選択部は、
   所定の周波数帯のマイクロ波を反射し、それ以外の周波数帯のマイクロ波を通過させて後段の選択部に供給するバンドストップフィルタと、
   前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記バンドストップフィルタに供給するとともに、前記バンドストップフィルタによって反射されたマイクロ波を前記マイクロ波処理手段に供給するサーキュレータと、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
5. 前記マイクロ波処理手段は、所定の周波数帯のマイクロ波によって共振する特性を有する共振型マイクロ波処理手段であり、
   前記選択部は、
   前記共振型のマイクロ波処理手段の前段に接続され、前記共振型マイクロ波処理手段が、前記所定の周波数帯のマイクロ波で共振するように前記共振型マイクロ波処理手段のインピーダンスを調整するチューナと、
   前記マイクロ波発生手段または前段の選択部から出力されたマイクロ波を前記チューナに供給するとともに、前記チューナによって反射されたマイクロ波を後段の選択部に供給するサーキュレータと、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
6. 前記マイクロ波発生手段と、初段の前記選択部の間には、無反射終端器を有するアイソレータが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
7. 前記制御手段は、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波の出力時間および出力パワーの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。

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