JP2836509B2 - Magnetron drive power supply and plasma generator having the same - Google Patents

Magnetron drive power supply and plasma generator having the same

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JP2836509B2
JP2836509B2 JP6307409A JP30740994A JP2836509B2 JP 2836509 B2 JP2836509 B2 JP 2836509B2 JP 6307409 A JP6307409 A JP 6307409A JP 30740994 A JP30740994 A JP 30740994A JP 2836509 B2 JP2836509 B2 JP 2836509B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロン駆動電源
装置とそれを用いたマイクロ波によるプラズマ発生装置
に関し、特に複数のマグネトロン用の駆動電源装置と、
それを用いて複数のマイクロ波を発振し、これらのマイ
クロ波の相互作用によって均一なマイクロ波放電プラズ
マを発生するマイクロ波プラズマ発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron drive power supply and a microwave plasma generator using the same, and more particularly to a drive power supply for a plurality of magnetrons.
The present invention relates to a microwave plasma generator that oscillates a plurality of microwaves using the same and generates uniform microwave discharge plasma by the interaction of these microwaves.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロ波を利用したプラズマ発
生装置は、ガスレーザの励起源として用いるのを初め、
種々の応用検討が行われてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma generator using microwaves has been used as an excitation source of a gas laser.
Various application studies have been conducted.

【0003】というのは、そもそもマイクロ波によるガ
スレーザ用の励起においては、原理上単位体積当たりの
投入電力を他の励起方式に比べて大きくすることがで
き、それ故装置の小型化が可能であるという技術的優位
点を有すると考えられているからである。
[0003] This is because, in the first place, in pumping for a gas laser by microwaves, the input power per unit volume can be increased in principle as compared with other pumping methods, and therefore the apparatus can be downsized. This is because it is considered to have a technical advantage.

【0004】更に、電源についても、出力的には市場に
出回っているような安価なマグネトロンを用いれば充分
に足りるため、もしもそのようなマグネトロンが実装で
きれば大いにコストメリットを有すると考えられるから
でもある。
[0004] Furthermore, as for the power supply, it is sufficient to use an inexpensive magnetron such as those on the market in terms of output, and it is considered that if such a magnetron can be mounted, there is a great cost advantage. .

【0005】具体的には、ガスレーザの励起に関して
は、1970年代の前半に盛んに研究開発が行われたも
のの、プラズマを均一に拡げることが実際にはきわめて
困難であり、かつ、有効な他の励起手段(RF励起等)
の開発された等の事情により、その後は、研究開発が段
々と下火になっていた。
[0005] Specifically, although the research and development on the excitation of the gas laser has been actively carried out in the early 1970's, it is actually very difficult to spread the plasma uniformly, and other effective methods are also available. Excitation means (RF excitation, etc.)
After that, R & D was gradually declining after that.

【0006】ところが、CVDの技術分野において、マ
イクロ波プラズマを用いてガスを分解する技術の研究開
発が盛んになってくるにつれ、それに呼応して、最近再
びガスレーザの励起源としての研究開発がなされるよう
になってきたものである。
However, in the field of CVD technology, research and development of a technique for decomposing gas using microwave plasma have become active, and in response to this, research and development as a gas laser excitation source has recently been performed again. It has become.

【0007】さて、プラズマ発生装置におけるマイクロ
波励起において均一な放電を得るための従来の試みとし
て、放電部に対して2つの方向よりマイクロ波を導入
し、2つのマイクロ波の相互作用により放電を均一に拡
げる構成が提案されている(特開平3−111577号
公報)。
As a conventional attempt to obtain a uniform discharge in microwave excitation in a plasma generator, a microwave is introduced into a discharge portion from two directions, and the discharge is caused by the interaction of the two microwaves. There has been proposed a configuration for uniformly spreading (JP-A-3-111577).

【0008】この特開平3−111577号公報では、
マイクロ波の発振波形に関する具体的記載はないが、プ
ラズマを均一に広げるため、2つのマイクロ波は、ほぼ
等しい発振出力であることが必要であると考えられる。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-111577,
Although there is no specific description regarding the oscillation waveform of the microwave, it is considered that the two microwaves need to have substantially the same oscillation output in order to spread the plasma uniformly.

【0009】というのは、片側のマグネトロンの発振出
力が大きいと、その片側の電界が強くなり、均一放電が
得られ難いからである。
This is because if the oscillation output of one of the magnetrons is large, the electric field on one of the magnetrons becomes strong, making it difficult to obtain a uniform discharge.

【0010】図3は、このようなマイクロ波プラズマ発
生装置のプラズマ発生アプリケータの概略構成図を示
し、この図を用いてより詳細に説明をする。
FIG. 3 is a schematic structural view of a plasma generating applicator of such a microwave plasma generating apparatus, and will be described in more detail with reference to FIG.

【0011】図3において、7a、7bはマグネトロ
ン、12a、12bはマイクロ波導波管、13は石英ガ
ラス管等の誘電体からなるプラズマ発生管、14a、1
4bは負荷インピーダンス整合器、15a、15bは方
向性結合器、16a、16bは反射端、17a、17b
はマイクロ波の定在波、18a、18bは発振されて進
行するマイクロ波、及び19a、19bは反射されて進
行するマイクロ波である。
In FIG. 3, 7a and 7b are magnetrons, 12a and 12b are microwave waveguides, 13 is a plasma generation tube made of a dielectric material such as a quartz glass tube, 14a and 1b.
4b is a load impedance matching device, 15a and 15b are directional couplers, 16a and 16b are reflection ends, 17a and 17b
Is a standing wave of a microwave, 18a and 18b are microwaves which are oscillated and travel, and 19a and 19b are microwaves which are reflected and travel.

【0012】このような複数のマグネトロンを有した構
成において、2台のマグネトロン7a、7bから発振さ
れたマイクロ波18a、18bは、マイクロ波導波管1
2a、12bを通ってプラズマ発生管13の中を流れる
ガスに吸収されプラズマを発生する。
In such a configuration having a plurality of magnetrons, the microwaves 18a and 18b oscillated from the two magnetrons 7a and 7b are connected to the microwave waveguide 1
The gas is absorbed by the gas flowing through the plasma generating tube 13 through 2a and 12b to generate plasma.

【0013】ここで、プラズマ発生部のプラズマの電気
的インピーダンスとマグネトロンのインピーダンスを合
わせ、マイクロ波の反射19a、19bを最小にするよ
うに、負荷インピーダンス整合器14a、14bを調整
する。
Here, the load impedance matching units 14a and 14b are adjusted so that the electrical impedance of the plasma of the plasma generating unit and the impedance of the magnetron are matched and the reflections 19a and 19b of the microwave are minimized.

【0014】この調整は、方向性結合器15a、15b
で反射波パワーを測定しながら行い、インピーダンスを
整合させれば、マイクロ波は、ほぼ完全にプラズマの発
生で消費されるようになる。
This adjustment is performed by the directional couplers 15a and 15b.
When the impedance is matched while measuring the reflected wave power in the above, the microwave is almost completely consumed by the generation of plasma.

【0015】また、マイクロ波18a、18bは、整合
器14a、14bにおいて反射波19a、19bが押さ
えられるため、つまり空胴共振器を形成するため、整合
器14a、14bと反射端16a、16bとの間に定在
波17a、17bが形成されている。
Further, since the reflected waves 19a and 19b are suppressed in the matching units 14a and 14b, that is, the microwaves 18a and 18b form a cavity resonator, the microwaves 18a and 18b are connected to the matching units 14a and 14b and the reflection ends 16a and 16b. Standing waves 17a and 17b are formed between the two.

【0016】そして、プラズマ発生管13を、マイクロ
波の定在波17a、17bの腹の位置に設置しているた
め、マイクロ波の高電界によってプラズマ発生管13の
中で放電が効率的に発生し、ガスも効率的にプラズマ化
される。
Since the plasma generating tube 13 is located at the antinode of the standing waves 17a and 17b of the microwave, a discharge is efficiently generated in the plasma generating tube 13 by the high electric field of the microwave. The gas is also efficiently converted into plasma.

【0017】このようなプラズマ発生装置をガスレーザ
に用いた場合には、プラズマ発生管13は誘電体の円筒
であり、その中をガスは紙面に垂直方向に流され、レー
ザの共振器を構成するようにプラズマ発生管13の両端
に鏡を設置し、発振されたレーザ光は、紙面に垂直に取
り出されることになる。
When such a plasma generating apparatus is used for a gas laser, the plasma generating tube 13 is a dielectric cylinder, in which gas flows in a direction perpendicular to the plane of the drawing to form a laser resonator. The mirrors are installed at both ends of the plasma generating tube 13 so that the oscillated laser light is taken out perpendicular to the plane of the drawing.

【0018】一方、CVD装置では、プラズマ化したガ
スを反応に用いるための反応容器が例えば紙面の手前に
設置されることになる。
On the other hand, in a CVD apparatus, a reaction vessel for using a plasma gas for a reaction is installed, for example, in front of the paper.

【0019】図4は、従来の複数のマグネトロンを有す
るマイクロ波プラズマ発生装置用の代表的なマグネトロ
ン制御回路を示す。
FIG. 4 shows a typical magnetron control circuit for a conventional microwave plasma generator having a plurality of magnetrons.

【0020】図4において、2はパルス信号発生器、6
a、6bはマグネトロンヒーター電源、7a、7bはマ
グネトロン、9a、9bはマグネトロン電流、20a、
20bは遅延回路、及び21a、21bは高圧電源部で
ある。
In FIG. 4, reference numeral 2 denotes a pulse signal generator;
a, 6b are magnetron heater power supplies, 7a, 7b are magnetrons, 9a, 9b are magnetron currents, 20a,
20b is a delay circuit, and 21a and 21b are high voltage power supply units.

【0021】このような構成において、高圧電源部21
a、21bは、約−4000Vの高電圧を発生し、平均
電流320mAのマグネトロン電流9a、9bをマグネ
トロン7a、7bに供給する。
In such a configuration, the high voltage power supply 21
a, 21b generate a high voltage of about -4000V and supply the magnetron currents 9a, 9b having an average current of 320 mA to the magnetrons 7a, 7b.

【0022】一方、マグネトロン7a、7bは、電子管
の1種であり、マグネトロンヒーター電源6a、6bに
よってヒーターが予熱されており、高圧電源部21a、
21bから高電圧が印加されるとマグネトロン電流9
a、9bが供給され、マイクロ波を放射する。
On the other hand, the magnetrons 7a and 7b are one type of electron tubes, and the heaters are preheated by magnetron heater power supplies 6a and 6b, and the high voltage power supply sections 21a and 7b
When a high voltage is applied from the magnetron 21b, the magnetron current 9
a, 9b are supplied and emit microwaves.

【0023】高電圧電源部21a、21bは、パルス信
号発生器2からの信号によって制御され、マグネトロン
電流9a、9bをパルス電流として供給する。
The high voltage power supply units 21a and 21b are controlled by a signal from the pulse signal generator 2, and supply the magnetron currents 9a and 9b as pulse currents.

【0024】この際、パルス周波数は、プラズマの安定
性を考慮して決定されるが、通常パルス周波数10〜5
0kHz(繰り返し時間100〜20μs)、パルス・
オン時間6〜12μs程度の範囲内と考えられる。
At this time, the pulse frequency is determined in consideration of the stability of the plasma.
0 kHz (repetition time 100-20 μs), pulse
It is considered that the ON time is in the range of about 6 to 12 μs.

【0025】そして、このように複数、つまり2台のマ
グネトロン7a、7bを用いると、マグネトロン7a、
7bの個体差や高圧電源部21a、21bの回路定数の
わずかな差異によって、マグネトロン電流9a、9bの
大きさやパルスタイミングに微少なズレが生じてしま
う。
When a plurality of magnetrons 7a and 7b are used, the magnetrons 7a and 7b can be used.
7b and slight differences in circuit constants of the high-voltage power supply units 21a and 21b cause slight deviations in the magnitude and pulse timing of the magnetron currents 9a and 9b.

【0026】そこで、少なくもマグネトロン電流9a、
9bのタイミングを一致させるため、遅延回路20a、
20bを用いてパルスのタイミング調整を行っている。
Therefore, at least the magnetron current 9a,
9b, the delay circuit 20a,
20b is used to adjust the pulse timing.

【0027】次に、図5は、プラズマ発生装置によって
発生したプラズマの断面図を示し、図5(a)は放電安
定時のプラズマ状態、図5(b)は放電不安定時のプラ
ズマ状態を各々示している。
Next, FIG. 5 is a sectional view of the plasma generated by the plasma generator, FIG. 5 (a) shows the plasma state when the discharge is stable, and FIG. 5 (b) shows the plasma state when the discharge is unstable. Is shown.

【0028】図5において、13はプラズマ発生管、2
2は発生したプラズマ、23は輝度の高い放電集中部で
ある。
In FIG. 5, 13 is a plasma generating tube, 2
Reference numeral 2 denotes the generated plasma, and reference numeral 23 denotes a high-brightness discharge concentrated portion.

【0029】ここで、2台のマグネトロン7a、7bが
同じタイミングで動作しているときには図5(a)のよ
うな均一放電が得られるが、タイミングがずれてしまう
と先に発振したマイクロ波によって輝度の高い放電集中
部23が形成され不安定な放電となるが、図5(b)は
水平方向のマグネトロン4bが先に発振した状態に相当
する。
Here, when the two magnetrons 7a and 7b are operating at the same timing, a uniform discharge as shown in FIG. 5A can be obtained. Although the discharge concentrated portion 23 having a high luminance is formed and the discharge becomes unstable, FIG. 5B corresponds to a state in which the horizontal magnetron 4b oscillates first.

【0030】なお、垂直方向のマグネトロン4aが先に
発振すれば、プラズマは90度回転した形状となる。
If the magnetron 4a in the vertical direction oscillates first, the plasma is rotated by 90 degrees.

【0031】[0031]

【発明が解決しようとする課題】つまり、上記の従来の
構成では、2台のマグネトロンの動作タイミングを1μ
s程度のズレ内に押さえないとプラズマの生成が不安定
になるため、遅延回路は0.1μs単位で時間調整を行
う必要がある。
That is, in the above-mentioned conventional configuration, the operation timing of the two magnetrons is set to 1 μm.
If the pressure is not kept within the deviation of about s, the generation of plasma becomes unstable, so that the delay circuit needs to adjust the time in units of 0.1 μs.

【0032】よって、以下に整理した課題を有している
と考えられる。 (1)そもそも2台のマグネトロンのマグネトロン電流
を一致させることは、実際上困難である。
Therefore, it is considered that there are the following problems. (1) It is actually difficult to match the magnetron currents of the two magnetrons in the first place.

【0033】(2)マイクロ波出力を制御するため等に
マグネトロン電流の値を変えると、マグネトロンの発振
しきい値が変化し、2台のマグネトロンの動作タイミン
グにズレが生じるため、マイクロ波出力の全領域での制
御は実際上困難である。
(2) If the value of the magnetron current is changed to control the microwave output, etc., the oscillation threshold of the magnetron changes, and the operation timing of the two magnetrons is shifted. Control over the entire area is practically difficult.

【0034】(3)パルス発振を行う場合には、マイク
ロ波を同時発振させるための遅延回路が必要であり、制
御が複雑で、かつ制御回路が高価となる。
(3) In the case of performing pulse oscillation, a delay circuit for simultaneously oscillating microwaves is required, which makes the control complicated and the control circuit expensive.

【0035】(4)更に、特にレーザ発振器の励起に用
いる場合には、マイクロ波の発振タイミングが1μsズ
レただけでもレーザの発振効率が0.3%低下し、5μ
s以上のズレがあると安定したレーザ発振が得られな
い。
(4) Further, particularly when used for exciting a laser oscillator, even if the microwave oscillation timing is shifted by 1 μs, the oscillation efficiency of the laser is reduced by 0.3% and the
If there is a deviation of s or more, stable laser oscillation cannot be obtained.

【0036】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、遅延回路を不要とし、1つの磁気回路によって夫々
のマグネトロンに流れる電流が互いに等しくなるように
制御を行い、マイクロ波放電プラズマを安定化する、並
列マグネトロン駆動方法および並列マグネトロン駆動電
源装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. A delay circuit is not required, and a single magnetic circuit controls the currents flowing through the respective magnetrons to be equal to each other to stabilize the microwave discharge plasma. It is an object of the present invention to provide a parallel magnetron driving method and a parallel magnetron driving power supply device.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマグネトロン駆動電源装置は、少なくとも
2つは互いに並列に接続された複数のマグネトロンと、
前記複数のマグネトロンの各々に電流を供給する共通の
電源部と、前記複数のマグネトロンの内少なくとも互い
に並列に接続されたマグネトロンに供給された電流間の
差を減少させるように互いの電流の値を調整する電流調
整手段とを有するマグネトロン駆動電源装置である。
In order to achieve the above object, a magnetron drive power supply according to the present invention comprises: a plurality of magnetrons, at least two of which are connected in parallel with each other;
A common power supply unit for supplying current to each of the plurality of magnetrons, and a value of each current so as to reduce a difference between currents supplied to at least magnetrons connected in parallel to each other among the plurality of magnetrons. And a current adjusting means for adjusting the current.

【0038】又は、互いに並列に接続された少なくとも
一対のマグネトロンと、前記少なくとも一対のマグネト
ロンの各々に電流を供給する共通の電源部と、前記少な
くとも一対のマグネトロンに供給された電流間の差を減
少させるように互いの電流の値を調整する電流調整手段
とを有するマグネトロン駆動電源装置である。
Alternatively, at least one pair of magnetrons connected in parallel to each other, a common power supply unit for supplying current to each of the at least one pair of magnetrons, and reducing a difference between the currents supplied to the at least one pair of magnetrons. And a current adjusting means for adjusting the values of the currents so as to cause the current to flow.

【0039】これらの場合、電流調整手段は、互いに並
列に接続されたマグネトロンの各々対応して設けられた
コイルを有し、前記コイルに供給された電流により発生
する合成磁界が零となるように前記互いに並列に配置さ
れたマグネトロンに流れる電流値を調整する磁気回路で
あることが好適である。
In these cases, the current adjusting means has coils provided respectively corresponding to the magnetrons connected in parallel to each other, and the combined magnetic field generated by the current supplied to the coils becomes zero. It is preferable that the magnetic circuit adjusts a current value flowing through the magnetrons arranged in parallel with each other.

【0040】そして、互いに並列に接続された一対のマ
グネトロンの各々対応して設けられたコイルは、互いに
反対方向に巻回され、かつ互いの中心軸は同一であって
もよい。
The coils provided for each of the pair of magnetrons connected in parallel may be wound in opposite directions, and may have the same central axis.

【0041】又は、以上の構成のマグネトロン駆動電源
装置に接続された複数のマグネトロンと、前記複数の各
々に接続されたマイクロ波導波管と、前記マイクロ波導
波管の交差部分に設けられたプラズマ発生管とを有する
プラズマ発生装置である。
Alternatively, a plurality of magnetrons connected to the magnetron drive power supply having the above-described configuration, microwave waveguides connected to the plurality of magnetrons, and a plasma generator provided at an intersection of the microwave waveguides And a tube.

【0042】[0042]

【作用】上記構成により、マグネトロン間の各電流は、
そのタイミング及び大きさが互いに一致する。
According to the above configuration, each current between the magnetrons is:
The timing and the size match each other.

【0043】よって、プラズマ発生装置で発生するプラ
ズマを、時間的、空間的に安定的に均一に発生させるこ
とになる。
Therefore, the plasma generated by the plasma generator can be stably and uniformly generated temporally and spatially.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照にしながら詳細に説明をする。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0045】図1は、本発明による複数のマグネトロン
を有するマグネトロン駆動電源装置の構成図を示す。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a magnetron drive power supply device having a plurality of magnetrons according to the present invention.

【0046】図1において、1は高圧電源部、2はパル
ス信号発生器、3は磁気回路、4a、4bはコイル、5
a、5bはダイオード、6a、6bはマグネトロンヒー
ター電源、7a、7bは互いに並列に接続されたマグネ
トロン、8はコイル中点、9a、9bマグネトロン電
流、10は磁界を維持するためのフェライト・コアであ
り、従来例と同一な符号を付加した構成要素は同様の内
容を有する。
In FIG. 1, 1 is a high voltage power supply unit, 2 is a pulse signal generator, 3 is a magnetic circuit, 4a and 4b are coils,
a and 5b are diodes, 6a and 6b are magnetron heater power supplies, 7a and 7b are magnetrons connected in parallel with each other, 8 is a coil midpoint, 9a and 9b magnetron currents, and 10 is a ferrite core for maintaining a magnetic field. The components having the same reference numerals as those in the conventional example have the same contents.

【0047】このような構成において、高圧電源部1
は、具体的には、直流高電圧電源として機能するが、パ
ルス信号発生器2からのTTLレベルの信号を受け、高
圧電源部1に内蔵する図示しないトランジスタ等の制御
素子で直流高電圧がオン/オフされ、3相交流200V
を昇圧整流して直流高電圧−5000Vを、パルス状に
出力する。
In such a configuration, the high voltage power supply 1
Specifically, it functions as a DC high voltage power supply, but receives a TTL level signal from the pulse signal generator 2 and turns on the DC high voltage by a control element such as a transistor (not shown) built in the high voltage power supply unit 1. / Off, 3-phase 200V
To output a DC high voltage of -5000 V in a pulse form.

【0048】又、マグネトロン7a、7bは、各々独立
したヒーター電源6a、6bに接続されヒーターを予熱
されている。
The magnetrons 7a and 7b are connected to independent heater power supplies 6a and 6b, respectively, to preheat the heaters.

【0049】これらのヒーター7a、7bの片側に磁気
回路のコイル4a、4bが接続されており、2つのコイ
ルの中点8で高圧電源部1に接続されることになる。
The coils 4a and 4b of the magnetic circuit are connected to one side of these heaters 7a and 7b, and are connected to the high voltage power supply 1 at the midpoint 8 of the two coils.

【0050】一方で、マグネトロン7a、7bのベース
は共通とされ、高圧電源部1のアースに接続されてい
る。
On the other hand, the bases of the magnetrons 7a and 7b are common and are connected to the ground of the high voltage power supply unit 1.

【0051】よって、マグネトロン電流9a、9bは、
互いに同期して、高圧電源部1のアースから、各々、マ
グネトロン7a、7bを通り、コイル4a、コイル4b
を経由し、高圧電源部1のマイナス高圧へ流れる。
Thus, the magnetron currents 9a and 9b are
In synchronism with each other, the coils 4a and 4b pass from the ground of the high-voltage power supply unit 1 through magnetrons 7a and 7b, respectively.
, And flows to the minus high voltage of the high voltage power supply unit 1.

【0052】本実施例においては、マグネトロン7a、
7bは電子管であり、3900V程度の高電圧で発振を
開始可能で、発振後は数百V程度の電圧変化を与えれ
ば、0〜300mAの範囲で電流値が変化する。
In this embodiment, the magnetron 7a,
Reference numeral 7b denotes an electron tube, which can start oscillating at a high voltage of about 3900 V, and after oscillating, if a voltage change of about several hundred volts is given, the current value changes in a range of 0 to 300 mA.

【0053】より具体的には、松下電器産業(株)製マ
グネトロン2M244を用いているが、マグネトロン電
流200mAにおいて±25mAの電流調整を行う必要
がある場合には、マグネトロン陽極電圧は4100Vに
対して±30V調整するだけでよく、陽極電圧を±0.
7%変えることでマグネトロン電流を±12.5%も変
えることができる。
More specifically, although a magnetron 2M244 manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. is used, when it is necessary to adjust the current to ± 25 mA at a magnetron current of 200 mA, the magnetron anode voltage is set to 4100 V. It is only necessary to adjust the voltage by ± 30 V, and the anode voltage is adjusted to ± 0.
By changing the magnetron current by 7%, the magnetron current can be changed by ± 12.5%.

【0054】ここで、コイル4a、コイル4bは、共通
の磁気回路3に互いに磁界を打ち消し合うように装着さ
れている。
Here, the coil 4a and the coil 4b are mounted on the common magnetic circuit 3 so that the magnetic fields cancel each other.

【0055】なお、ダイオード5a、5bは、サージ電
流を逃がし、マグネトロンを保護するために挿入された
ものである。
The diodes 5a and 5b are inserted to release a surge current and protect the magnetron.

【0056】図2は、磁気回路3を具体的に示したもの
であり、4aはコイルa、4bはコイルb、8はコイル
中点、10はフェライト・コア、11はボビンである。
FIG. 2 specifically shows the magnetic circuit 3, wherein 4a is a coil a, 4b is a coil b, 8 is a coil midpoint, 10 is a ferrite core, and 11 is a bobbin.

【0057】このような構成において、磁気回路3は、
各々がボビン11に線径0.35mmの被服銅線を35
0ターン巻いたコイル4a、コイル4bを、フェライト
・コア10に装着したものである。
In such a configuration, the magnetic circuit 3
Each of the bobbin 11 has 35 covered copper wires having a wire diameter of 0.35 mm.
The coil 4 a and the coil 4 b wound by 0 turns are mounted on the ferrite core 10.

【0058】各々のコイル4a、コイル4bは、約6Ω
の抵抗値を有するが、平均電流320mAを流してもコ
イル4a、4bでの損失は、2W程度であり、マグネト
ロン7a、7bの出力1000Wに比較して無視できる
大きさである。
Each of the coils 4a and 4b has a resistance of about 6Ω.
However, even when an average current of 320 mA flows, the loss in the coils 4a and 4b is about 2 W, which is negligible compared to the output 1000 W of the magnetrons 7a and 7b.

【0059】これらのコイル4a、4bは、逆向きに巻
かれており、互いのマグネトロン電流によって発生する
磁界は、磁気回路3の中で互いに打ち消し合うように逆
向きに作用し、マグネトロン電流が一致したときには発
生する合成磁界は零となる構成となっている。
The coils 4a and 4b are wound in opposite directions, and the magnetic fields generated by the respective magnetron currents act in the magnetic circuit 3 in opposite directions so as to cancel each other out. In this case, the resultant magnetic field generated is zero.

【0060】そして、このような構成によれば、一方の
マグネトロンに流れるマグネトロン電流によって電流経
路中の他方のコイルに磁界が発生し、その磁界によって
同一磁気回路に置かれた他方のコイルに起電力が発生す
る。
According to such a configuration, a magnetron current flowing in one magnetron generates a magnetic field in the other coil in the current path, and the magnetic field causes an electromotive force in the other coil placed in the same magnetic circuit. Occurs.

【0061】例えば、2つのマグネトロン7a、7bに
流れるマグネトロン電流9a、9bがアンバランスな状
態にあり、マグネトロン電流9aがマグネトロン電流9
bよりも大きい場合には、マグネトロン電流9aと9b
とが完全に一致するまでコイル4aに応じた方向に磁界
が発生し続け、この発生した磁界によって電流の小さい
側のコイル4bに起電力を発生することになる。
For example, the magnetron currents 9a and 9b flowing through the two magnetrons 7a and 7b are in an unbalanced state, and the magnetron current 9a is
b, the magnetron currents 9a and 9b
Magnetic field continues to be generated in the direction corresponding to the coil 4a until the current completely matches, and the generated magnetic field generates an electromotive force in the coil 4b on the smaller current side.

【0062】その結果、この起電力によりマグネトロン
電流9bが増加し続ける。そして、コイル4aと4bに
よる磁界が一致したときに、マグネトロン電流9bの増
加は停止するから、マグネトロン電流9aと9bは実質
的に一致することになり、その後はその一致した状態が
維持されることになる。
As a result, the magnetron current 9b continues to increase due to the electromotive force. When the magnetic fields generated by the coils 4a and 4b match, the increase in the magnetron current 9b stops, so that the magnetron currents 9a and 9b substantially match, and thereafter the matching state is maintained. become.

【0063】よって、磁気回路中の合成磁界は、2つの
マグネトロン電流が完全に一致したときに零となり、並
列したマグネトロンの動作がバランスし、発生するプラ
ズマを時間的、空間的に安定させることが可能となる。
Therefore, the combined magnetic field in the magnetic circuit becomes zero when the two magnetron currents completely match, and the operations of the parallel magnetrons are balanced, and the generated plasma can be stabilized temporally and spatially. It becomes possible.

【0064】以上の構成を有する本実施例において、マ
グネトロン電流9a、9bのタイミング及び電流値は、
10〜100kHzのパルス周波数であってマグネトロ
ン電流9a、9bが10〜300mAの範囲内で一致
し、磁気回路3によって電流の制御が可能であることが
確認された。
In this embodiment having the above configuration, the timings and current values of the magnetron currents 9a and 9b are as follows.
The pulse frequency was 10 to 100 kHz, and the magnetron currents 9a and 9b matched within the range of 10 to 300 mA, and it was confirmed that the current could be controlled by the magnetic circuit 3.

【0065】更に、以上の構成のマグネトロン駆動電源
装置をプラズマ発生装置や炭酸ガスレーザ装置に応用す
ると、従来のマイクロ波放電励起に比較してプラズマの
均一性、安定性に優れ、高入力まで安定した動作を行う
ことが可能となった。
Further, when the magnetron drive power supply device having the above configuration is applied to a plasma generator or a carbon dioxide laser device, plasma uniformity and stability are superior to conventional microwave discharge excitation, and stable even at high input. The operation can be performed.

【0066】又、マグネトロンの発振タイミングが一致
したため、負荷インピーダンスが安定し、インピーダン
ス整合が容易になった。
In addition, since the oscillation timings of the magnetrons coincided, the load impedance was stabilized, and the impedance matching was facilitated.

【0067】よって、放電が時間的、空間的に安定する
ことで従来の直流放電励起以上のプラズマの発生状態や
レーザモードの時間安定性が得られた。
Thus, by stabilizing the discharge temporally and spatially, the plasma generation state and the laser mode temporal stability over the conventional DC discharge excitation were obtained.

【0068】なお、以上の実施例において、マグネトロ
ンは並列接続された一対の例をあげて説明したが、もち
ろんこの例に限定されるものではない。
In the above embodiment, the magnetron has been described by taking a pair of examples connected in parallel. However, the present invention is not limited to this example.

【0069】例えば、複数個のマグネトロンを互いに並
列接続すればマグネトロンを3以上有する構成も可能で
ある。
For example, if a plurality of magnetrons are connected in parallel with each other, a configuration having three or more magnetrons is also possible.

【0070】又、場合によっては並列接続した一対から
更に各々分岐させて並列接続した一対のマグネトロンを
設けてもよく、これを繰り返せば、偶数個のマグネトロ
ンを制御できる。
Further, in some cases, a pair of magnetrons may be provided which are further branched from a pair connected in parallel and further connected in parallel, and by repeating this, an even number of magnetrons can be controlled.

【0071】又、並列接続した一対に並列に1つのマグ
ネトロンを設けるような奇数個の接続も可能であるが、
この場合は、奇数番目のマグネトロンの電流は対を形成
しているものの2倍であるので、マグネトロンの出力を
調整する手段が必要となる。
An odd number of connections, such as providing one magnetron in parallel with a pair connected in parallel, is also possible.
In this case, the current of the odd-numbered magnetron is twice as large as that forming the pair, so that a means for adjusting the output of the magnetron is required.

【0072】更に、コイルも中心軸を一致させた軸方向
隣接型にしたが、中心軸が平行になる径方向隣接型にし
てもよいことはもちろんである。
Further, although the coil is of the axially adjacent type in which the central axes are aligned, it is a matter of course that the coil may be of the radially adjacent type in which the central axes are parallel.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上の本発明の構成は、以下の効果を有
するものである。
The structure of the present invention has the following effects.

【0074】(1)マグネトロン電流の制御に自らの電
流が作る磁界を用いているため、あらゆる電流値に対し
て一致性の高い電流制御が可能であり、電流タイミング
は、0.1μs以下で一致する。
(1) Since the magnetic field generated by the current of the magnetron itself is used for controlling the magnetron current, it is possible to control the current with a high degree of consistency for all current values. I do.

【0075】(2)遅延回路のような高価な回路が不要
で、安価に製作可能である。 (3)高電圧電源部を電気容量の大きい1台にすること
ができ、コスト低減が図れる。
(2) An expensive circuit such as a delay circuit is not required and can be manufactured at a low cost. (3) The high-voltage power supply unit can be a single unit having a large electric capacity, and the cost can be reduced.

【0076】(4)放電プラズマが安定し、放電負荷イ
ンピーダンスの整合が容易となる。 (5)レーザ発振器の励起源として用いた場合には、レ
ーザモード安定性が向上する。
(4) The discharge plasma is stabilized, and the discharge load impedance can be easily matched. (5) When used as an excitation source of a laser oscillator, laser mode stability is improved.

【0077】以上説明したように、本発明によるマグネ
トロン駆動電源装置は、安価であるにもかかわらず非常
に電流制御性に優れており、プラズマ発生装置の駆動電
源装置として、広く応用が図れるものである。
As described above, the magnetron drive power supply according to the present invention has excellent current controllability despite being inexpensive, and can be widely applied as a drive power supply for a plasma generator. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例における並列マグネトロン駆
動方法の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a parallel magnetron driving method according to an embodiment of the present invention.

【図2】同並列マグネトロン駆動方法の磁気回路の構成
FIG. 2 is a configuration diagram of a magnetic circuit of the parallel magnetron driving method.

【図3】同マイクロ波プラズマ発生装置のプラズマ発生
アプリケータの構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of a plasma generation applicator of the microwave plasma generator.

【図4】従来のマイクロ波プラズマ発生装置のマグネト
ロン制御回路構成図
FIG. 4 is a configuration diagram of a magnetron control circuit of a conventional microwave plasma generator.

【図5】同プラズマ発生装置によって発生したプラズマ
の断面図 (a)放電安定時のプラズマ状態を示す図 (b)放電不安定時のプラズマ状態を示す図
FIG. 5 is a cross-sectional view of plasma generated by the plasma generator. (A) A diagram showing a plasma state when discharge is stable. (B) A diagram showing a plasma state when discharge is unstable.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高圧電源部 2 パルス信号発生器 3 磁気回路 4a コイル 4b コイル 5a ダイオード 5b ダイオード 6a マグネトロンヒーター電源 6b マグネトロンヒーター電源 7a マグネトロン 7b マグネトロン 10 フェライト・コア 12a マイクロ波導波管 12b マイクロ波導波管 13 誘電体プラズマ発生管 14a 負荷インピーダンス整合器 14b 負荷インピーダンス整合器 15a 方向性結合器 15b 方向性結合器 16a 反射端 16b 反射端 17a マイクロ波の定在波 17b マイクロ波の定在波 18a 発振マイクロ波 18b 発振マイクロ波 19a マイクロ波の反射 19b マイクロ波の反射 20a 遅延回路 20b 遅延回路 22 プラズマ 23 輝度の高い放電集中部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High voltage power supply part 2 Pulse signal generator 3 Magnetic circuit 4a Coil 4b Coil 5a Diode 5b Diode 6a Magnetron heater power supply 6b Magnetron heater power supply 7a Magnetron 7b Magnetron 10 Ferrite core 12a Microwave waveguide 12b Microwave waveguide 13 Dielectric plasma Generator tube 14a Load impedance matching device 14b Load impedance matching device 15a Directional coupler 15b Directional coupler 16a Reflecting end 16b Reflecting end 17a Standing wave of microwave 17b Standing wave of microwave 18a Oscillating microwave 18b Oscillating microwave 19a Reflection of microwave 19b Reflection of microwave 20a Delay circuit 20b Delay circuit 22 Plasma 23 Discharge concentrated part with high brightness

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 23/34 H05H 1/46──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01J 23/34 H05H 1/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも2つは互いに並列に接続され
た複数のマグネトロンと、前記複数のマグネトロンの各
々に電流を供給する電源部と、前記複数のマグネトロン
の内少なくとも互いに並列に接続されたマグネトロンに
供給された電流間の差を減少させるように互いの電流の
値を調整する電流調整手段とを有するマグネトロン駆動
電源装置であって電流調整手段は、互いに並列に接続されたマグネトロン
の各々対応して設けられたコイルを有し、前記コイルに
供給された電流により発生する合成磁界が零となるよう
に、前記互いに並列に配置されたマグネトロンに流れる
電流値を調整する磁気回路である マグネトロン駆動電源
装置。
At least two magnetrons are connected in parallel to each other , a power supply unit for supplying current to each of the plurality of magnetrons, and a magnetron connected in parallel to at least one of the plurality of magnetrons. a magnetron drive power supply device and a current adjusting means for adjusting the value of the mutual current to reduce the difference between the supplied current, the current adjustment means connected in parallel with each other magnetron
Having a coil provided corresponding to each of
So that the combined magnetic field generated by the supplied current becomes zero
Flows into the magnetrons arranged in parallel with each other
A magnetron drive power supply that is a magnetic circuit that adjusts the current value .
【請求項2】 互いに並列に接続された一対のマグネト
ロンの各々対応して設けられたコイルは、互いに反対方
向に巻回され、かつ互いの中心軸は同一である請求項1
記載のマグネトロン駆動電源装置。
2. A coil provided corresponding to each of a pair of magnetrons connected in parallel to each other is wound in opposite directions and has the same central axis.
A magnetron drive power supply as described.
【請求項3】 請求項1、2いずれか記載のマグネトロ
ン駆動電源装置に接続された複数のマグネトロンと、前
記複数の各々に接続されたマイクロ波導波管と、前記マ
イクロ波導波管の交差部分に設けられたプラズマ発生管
とを有するプラズマ発生装置。
3. A plurality of magnetrons connected to the magnetron drive power supply device according to claim 1, a microwave waveguide connected to each of the plurality of magnetrons, and an intersection of the microwave waveguides. A plasma generator having a plasma generating tube provided.
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