JP3920420B2 - Ｅｈ整合器、マイクロ波自動整合方法、半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波を伝送する導波管に設けられ、導波管内に発生する定在波を減衰させて負荷との整合を図り、負荷に供給するマイクロ波の電力損失を低減する自動整合器のＥＨ整合器、マイクロ波自動整合方法、ＥＨ整合器を用いた半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
マグネトロンで発生されるマイクロ波を負荷に供給する導波管では、マイクロ波を負荷に対して整合させて、マイクロ波電力を効率よく負荷に供給するために自動整合器が設けられている。この自動整合器は、導波管内の定在波を検出し、その定在波を減衰させるように自動的に動作して、マイクロ波電力を効率よく負荷に供給しようとするものである。そして、マイクロ波電力を負荷にさらに効率よく供給するために、自動整合動作を高速化する必要があるとともに、自動整合器の小型化を図る必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
導波管に設けられる自動整合器は、導波管内に発生している定在波を検出する検波部と、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させて、定在波を減衰させる整合器と、検波部の出力信号に基づいて定在波を減衰させるように整合器を動作させる制御部とから構成される。
【０００４】
前記整合器はスタブ整合器、４Ｅ整合器、ＥＨ整合器等がある。スタブ整合器は、２本あるいは３本のスタブが導波管内に挿入され、その挿入長を調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【０００５】
このようなスタブ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにスタブの挿入長が調整される。
【０００６】
４Ｅ整合器は、図３３に示すように、断面長方形状の導波管１の長辺側すなわちＥ面２に４本のＥ分岐導波管３ａ〜３ｄが接続される。各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄの間隔は、導波管１で伝送されるマイクロ波の１波長をλg とすれば、Ｅ分岐導波管３ａ，３ｂ間及び同３ｃ，３ｄ間がλg ／４、同３ｂ，３ｃ間が３λg ／８に設定される。
【０００７】
前記各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄ内にはショートプランジャ４がそれぞれ設けられ、各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄ内でそのショートプランジャ４の位置を調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【０００８】
このような４Ｅ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにショートプランジャ４の位置が調整される。
【０００９】
ＥＨ整合器は、図３４に示すように、導波管１のＥ面２にＥ分岐導波管５が接続され、導波管１の短辺側すなわちＨ面にＨ分岐導波管６が接続される。図３５に示すように、前記Ｅ分岐導波管５及びＨ分岐導波管６内にはショートプランジャ７がそれぞれ設けられ、Ｅ分岐導波管５及びＨ分岐導波管６内でそのショートプランジャ７の位置をλg ／２の範囲で調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【００１０】
このようなＥＨ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにショートプランジャ７の位置が調整される。
【００１１】
前記検波部は、導波管内の定在波を検出して、前記制御部に出力する。その検波部は、導波管の管軸に沿って３個以上の検波ダイオードが導波管内に露出され、各ダイオードの出力電圧が、導波管内部の電力分布信号として前記制御部に出力される。前記制御部では、その電力分布信号に基づいて定在波の有無を検出し、その定在波を減衰させるようにすなわち導波管と負荷とのインピーダンスが整合するように各整合器を制御する。
【００１２】
前記各検波ダイオードにはその入力電力に対する出力電圧の特性にばらつきが存在する。また、検波ダイオードの入力電力に対する出力電圧の特性は、直線特性領域と二乗曲線特性領域及び入力電力が変化しても出力電圧がほとんど変化しない飽和特性領域を有する。
【００１３】
導波管内の電力のダイナミックレンジが検波ダイオードの直線特性領域から二乗曲線特性領域に亘る場合には、例えば二乗曲線特性領域の出力特性を直線特性領域の出力特性に補正する必要がある。このため、各検波ダイオードの出力電圧は、それぞれ特性補正用のアナログ回路で補正されて、制御部に出力される。
【００１４】
また、導波管内の電力のダイナミックレンジが大きくなって、検波ダイオードの飽和特性領域に達するような場合には、その飽和特性領域の出力特性がアナログ回路で直線特性領域の出力特性に補正されて出力される。このような構成により、検波ダイオードの入力電力のダイナミックレンジの拡大にともなって、検波ダイオードの特性領域が変化した場合にも、アナログ回路により出力電圧の誤差が補正されて、制御部に出力される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の各自動整合器において、スタブ整合器では導波管から負荷に供給されるマイクロ波の電力が大きくなると、スタブの先端と導波管の内面との間で放電が発生し易くなる。また、導波管と負荷とのインピーダンスを十分に整合させるために、スタブの挿入量を大きくすると、スタブの先端と導波管の内面との間で放電が発生し易くなる。
【００１６】
すると、インピーダンスの整合範囲を十分に確保するために、スタブの挿入量を確保し、かつ十分な電力のマイクロ波を負荷に供給することが困難である。従って、スタブ整合器では、大電力のマイクロ波のインピーダンスを整合することが困難となり、具体的には２．４５ＧＨｚのマイクロ波のインピーダンスを整合する場合、約２ｋＷの電力の整合が限界となっている。
【００１７】
４Ｅ整合器では、耐電力性ではスタブ整合器より有利である。しかし、図３３に示すように、導波管１のＥ面に所定の間隔を隔てて４本のＥ分岐導波管３ａ〜３ｄを設ける必要がある。
【００１８】
従って、整合器の長さＬが大きくなり、整合器を構成する立体回路の寸法が大きくなるという問題点がある。
ＥＨ整合器では、耐電力性では４Ｅ整合器と同様にスタブ整合器より有利である。しかし、図３４に示すように、Ｅ分岐導波管がＥ面から高さ方向に突出するとともに、Ｈ分岐導波管がＨ面から幅方向にも突出している。従って、整合器を構成する立体回路の寸法が大型化するという問題点がある。
【００１９】
また、ＥＨ整合器はＨ分岐導波管により伝送するマイクロ波の周波数λg に対する不要な高次モードが発生し易く、定在波の電力分布に乱れが生じ易い。すると、図１３に示すように、整合動作時にＥ分岐導波管内のショートプランジャを移動させて、基準化抵抗ＲをＲ＝１の円に沿って移動させることにより、整合点Ｐに整合させようとするとき、あるいはＨ分岐導波管内のショートプランジャを移動させて、基準化コンダクタンスＧをＧ＝１の円に沿って移動させることにより、整合点Ｐに整合させようとするとき、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧが各円上を移動しない。従って、このようなＥＨ整合器を使用した自動整合器では、自動整合動作が極めて困難となるという問題点がある。
【００２０】
また、前記検波部で導波管内部の電力分布を検出することにより定在波を検出しようとするとき、電力分布の乱れにより定在波を正確に検出することができないという問題点がある。従って、検波部に対するＥＨ整合器の影響を小さくするためには、ＥＨ整合器と検波部との間隔を大きくする必要があるが、このような構成では整合器を構成する立体回路の寸法が大きくなるという問題点がある。
【００２１】
検波部では、各検波ダイオードの特性のばらつきをそれぞれアナログ回路で補正する必要がある。また、導波管内部の電力のダイナミックレンジが、検波ダイオードの直線特性領域から二乗曲線特性領域にまたがる場合には、その出力特性変化をアナログ回路で補正して、検波ダイオードの出力電圧に基づいて電力分布を検出する必要がある。さらに、導波管内部の電力のダイナミックレンジが、検波ダイオードの飽和特性領域にまたがる場合には、その特性変化もさらにアナログ回路で補正する必要がある。
【００２２】
すると、アナログ回路が複雑化するとともに、その出力特性の調整作業が極めて煩雑となる。また、各特性変化をすべて完全に補正することは困難である。従って、導波管内部の電力分布すなわち定在波を正確に検出することができないという問題点がある。
【００２３】
また、検波ダイオードの交換が必要となったときは、交換後の新たな検波ダイオードの出力特性に合わせて、アナログ回路を調整し直す必要がある。アナログ回路の交換が必要となったときは、接続する検波ダイオードの出力特性に合わせて、交換後のアナログ回路の出力特性を調整する必要がある。従って、検波ダイオード及びアナログ回路の交換作業が極めて煩雑であった。
【００２４】
この発明の目的は、立体回路を小型化しながら十分な耐電力性を確保し得るＥＨ整合器を提供することにある。
【００２６】
また、インピーダンス整合動作を高速に行い得る自動整合方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の請求項１の原理説明図である。すなわち、ＥＨ整合器は、導波管１４のＥ面にＥ分岐導波管２０を接続し、Ｈ面にはＨ分岐導波管２５を接続し、前記Ｅ分岐導波管２０及びＨ分岐導波管２５内に設けたショートプランジャ２１，２６を移動させることにより、導波管１４と負荷とのインピーダンスを整合可能とする。前記Ｈ分岐導波管２５には、導波管１４に近接してＥベンド３０が形成される。
【００２８】
請求項２では、前記Ｅベンドと前記導波管のＨ面の内面との距離は、該導波管で伝送するマイクロ波の４分の１波長以内とした。
請求項３では、前記導波管は、偏平導波管とした。
【００３５】
請求項４では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続された整合器のマイクロ波自動整合方法であって、前記導波管で伝送されるマイクロ波の８分の１波長の間隔により、少なくとも４個所で前記導波管内の電力を検出した複数の検出信号を生成し、前記検出信号のうち該検出信号のダイナミックレンジを超えた検出信号を除去し、残りの検出信号に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動する。
【００３６】
請求項５では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクタンスを算出し、前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが整合点に近づくように前記Ｈ面ショートプランジャ及び前記Ｅ面ショートプランジャを高速に移動させて定在波を高速に減衰させ、前記基準化抵抗又は前記基準化コンダクタンスが前記整合点に近く設定された領域内に達した後は前記Ｅ面ショートプランジャ及び前記Ｈ面ショートプランジャを低速で動作させる。
【００３７】
請求項６では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、
検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクランスを算出し、算出した前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスの特性曲線の周囲に所定範囲の領域が設定され、前記基準化抵抗を算出した場合に、前記基準化抵抗が前記領域外の時にはＨ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化抵抗が前記領域内の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスを算出した場合に、前記基準化コンダクタンスが前記領域外の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスが前記領域内の時にはＨ面ショートプランジャを移動させる。
【００４１】
請求項７では、請求項１〜３のいずれかに記載のＥＨ整合器を半導体製造装置に備えた。
請求項８では、複数のＥＨ整合器と、該ＥＨ整合器から出力されるマイクロ波に基づいて半導体装置を製造する複数のチャンバーとを備えた。
【００４５】
（作用）
請求項１では、Ｅベンド３０の作用により、ＥＨ整合器が小型化され、マイクロ波の高次モードの影響が低減される。
【００４６】
請求項２では、Ｅベンドと前記導波管のＨ面の内面との距離をλg ／４以内とすることにより、高次モードの低減効果が確保される。
請求項３では、前記導波管を、偏平導波管とすることにより、Ｅベンドによる不要周波数遮断効果が増大する。
【００４８】
請求項４では、４本の検波ダイオードの出力電圧のうち、該検波ダイオードのダイナミックレンジを超えない３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて、導波管内の電力分布が算出される。
【００５０】
請求項５では、検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが算出され、前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが整合点に近づくように前記Ｈ面ショートプランジャ及び前記Ｅ面ショートプランジャを高速に移動され、前記基準化抵抗又は前記基準化コンダクタンスが前記整合点に近く設定された領域内に達した後は前記Ｅ面ショートプランジャ及び前記Ｈ面ショートプランジャが低速に移動される。
【００５１】
請求項６では、前記制御部は、検出された定在波の位相及び反射係数が算出され、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクランスが算出され、算出した前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスの特性曲線の周囲に所定範囲の領域が設定され、前記基準化抵抗を算出した場合に、前記基準化抵抗が前記領域外の時にはＨ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化抵抗が前記領域内の時にはＥ面ショートプランジャが移動され、前記基準化コンダクタンスを算出した場合に、前記基準化コンダクタンスが前記領域外の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスが前記領域内の時にはＨ面ショートプランジャを移動される。
【００５５】
請求項７では、請求項１〜３のいずれかに記載のＥＨ整合器が半導体製造装置に備えられて、半導体製造装置が設置スペースが縮小される。
【００５６】
請求項８では、複数のＥＨ整合器と、該ＥＨ整合器から出力されるマイクロ波に基づいて半導体装置を製造する複数のチャンバーとを備えた半導体製造装置の設置スペースが縮小される。
【００６１】
【発明の実施の形態】
（第一の実施の形態）
図２は、マイクロ波自動整合器を備えたプラズマ発生装置の概要を示す。マグネトロン１１は、電源１２の供給に基づいて所定周波数のマイクロ波を生成する。前記マグネトロン１１で生成されたマイクロ波は、アイソレータ１３を介して導波管１４に出力され、その導波管１４からチャンバー１５に出力される。
【００６２】
前記チャンバー１５内では、供給されたマイクロ波に基づいてプラズマが生成され、そのプラズマは例えば半導体装置の製造工程において使用される。
前記導波管１４には、その導波管１４と、導波管１４の負荷となるチャンバー１５のインピーダンスを整合させて、マグネトロン１１から出力されたマイクロ波の電力をチャンバー１５に効率よく供給するためのインピーダンス自動整合器１６が設けられている。
【００６３】
前記自動整合器１６は、導波管１４内部の電力分布を検出することにより定在波を検出する検波部１７と、その検波部１７の出力信号に基づいて定在波を減衰させるための制御信号を演算して出力する制御部１８と、制御部１８から出力される制御信号に基づいて、導波管１４内の定在波を減衰させるように動作するＥＨ整合器１９とから構成される。
【００６４】
前記ＥＨ整合器１９及び検波部１７の具体的構成を図３〜図５に従って説明する。前記導波管１４のＥ面には、Ｅ分岐導波管２０が形成され、そのＥ分岐導波管２０内には、図５に示すようにＥ面ショートプランジャ２１が配設される。
【００６５】
前記Ｅ面ショートプランジャ２１は、送りネジ２２に螺合され、その送りネジ２２の上端にはプーリー２３が取着される。前記プーリー２３はベルトを介してＥ面モータ２４により回転駆動される。そして、前記制御部１８から出力される制御信号に基づいて制御されるＥ面モータ２４によりプーリー２３が回転駆動されると送りネジ２２が回転され、その送りネジ２２の回転にともなって、Ｅ面ショートプランジャ２１がＥ分岐導波管２０内を上下動する。
【００６６】
前記導波管１４のＨ面には、Ｈ分岐導波管２５が形成される。そのＨ分岐導波管２５は、Ｅベンド３０を介して屈折され、垂直方向すなわち前記Ｅ型分岐導波管２０と平行に延設される。
【００６７】
前記Ｈ分岐導波管２５内には、図５に示すようにＨ面ショートプランジャ２６が配設される。前記Ｈ面ショートプランジャ２６は、送りネジ２７に螺合され、その送りネジ２７の上端にはプーリー２８が取着される。前記プーリー２８はベルトを介してＨ面モータ２９により回転駆動される。そして、前記制御部１８から出力される制御信号に基づいて制御されるＨ面モータ２９によりプーリー２８が回転駆動されると送りネジ２７が回転され、その送りネジ２７の回転にともなって、Ｈ面ショートプランジャ２６がＨ分岐導波管２５内を上下動する。
【００６８】
前記ＥＨ整合器の寸法は、ＷＲＪ−２導波管を使用して伝送するマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合、図６に示すように、Ｅ面の寸法Ｌ１は１０８．２ｍｍ、Ｈ面の寸法Ｌ２は５４．６ｍｍ、導波管１４とＨ分岐導波管２５の対向する内側面の距離Ｌ３は、１６２．８ｍｍに設定される。
【００６９】
前記Ｈ分岐導波管２５では、そのＥベンド３０と導波管１４のＨ面との距離、すなわち導波管１４のＨ面の内側面とＥベンド３０によるＨ分岐導波管２５の中心軸の屈曲点との距離Ｌ４が、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の１波長をλg としたとき、λg ／４以下に設定される。
【００７０】
一般に、マイクロ波を伝送する導波管において、上記形状のＥベンドを形成した場合、図７に示すように、Ｅベンド３０を通過したマイクロ波の１波長λg を短縮する効果が知られている。また、Ｅベンド３０を通過するマイクロ波の不要周波数帯域を一部遮断する効果があるとともに、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部分の電磁界の乱れを減少させる効果がある。従って、導波管１４内におけるＨ分岐導波管２５との境界付近の電力分布の乱れが防止される。
【００７１】
図３４に示すような従来のＥＨ整合器では、Ｈ分岐導波管６が途中で完全に途切れた形となり、Ｈ面ショートプランジャの位置により高次モードが発生するが、この実施の形態では、Ｅベンド３０を設けることにより高次モードの影響を小さくすることができ、整合器の特性を改善することが可能となる。
【００７２】
また、図８に従来のＥＨ整合器の各ショートプランジャの位置の反射状態を示す。導波管内面を原点として動作させると、全域整合器を構成する場合、必ず完全反射の位置を通過する必要があり、通常導波管内面からλg ／２の距離を離した無反射の位置を中心にショートプランジャ２１，２６を動作させる。この場合、全域整合を取るようにするには、ショートプランジャ２１，２６を図９に示す動作範囲Ｄ１，Ｄ２で移動させることにより、全域整合をとることが可能となる。
【００７３】
この実施の形態では、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部の直後にＥベンド３０が設けられているので、図９に示す動作範囲Ｄ２を確保することができない場合がある。この場合には、無反射位置を中心にＨ面ショートプランジャ２６の動作範囲を設定しようとすると、導波管内面からλg 離れた位置を中心としてＨ面ショートプランジャ２６を動作させる必要があり、図７に示す動作範囲Ｄ３で動作させる必要がある。
【００７４】
すると、Ｈ分岐導波管２５の長さが長くなるが、Ｅベンド３０の波長短縮効果によりλg が短くなり、Ｈ面ショートプランジャの動作範囲Ｄ３の中心位置と導波管１４の内面との距離を短縮することが可能となる。この結果、Ｈ分岐導波管２５の長さを短縮することができる。
【００７５】
図３及び図４に示すように、前記導波管１４のＥ面上において前記Ｅ分岐導波管２０の近傍には４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がそれぞれλg ／８の間隔を隔てて、導波管１４の軸線方向に一直線状に配設されている。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の先端は、前記導波管１４内に露出されている。そして、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は導波管１４内の電力分布に基づく入力電力を検出し、その入力電力に対応した出力電圧を前記制御部１８に出力する。
【００７６】
なお、前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は必ずしもλg ／８の間隔で設ける必要はなく、また一直線上に設ける必要もない。
図１１に示すように、導波管１４内に発生する定在波ＳＷの波長はλg ／２となる。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は、λg ／８の間隔で４本設けられているので、少なくとも３本の検波ダイオードは定在波ＳＷの谷に合致することはない。
【００７７】
検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の位置が定在波ＳＷの谷に合致すると、その定在波の電力レベルが検波ダイオードのダイナミックレンジＤＭを超える畏れがあるが、４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のうち、少なくとも３本の検波ダイオードは、定在波ＳＷの谷に合致することはない。従って、定在波ＳＷの谷に合致していない３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて、導波管１４内の電力分布を正確に検出して、定在波ＳＷを正確に検出することが可能となる。
【００７８】
また、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がいずれも定在波ＳＷの谷に合致していないときには、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部の電磁界の乱れを考慮して、その境界部から遠い位置に設けられる３本の検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧から電力分布を検出することにより、定在波ＳＷをより正確に検出することが可能となる。
【００７９】
前記制御部１８の具体的構成を図１０に従って説明する。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換されて、演算手段，制御手段，判定手段，自動整合器制御手段，近似式生成手段としてのＣＰＵ３２に出力される。
【００８０】
前記ＣＰＵ３２にはメモリ部３３が接続され、そのメモリ部３３には前記ＥＨ整合器で導波管１４とチャンバー１５とのインピーダンスを自動的に整合させる自動整合動作を行わせるためのプログラムが格納されている。
【００８１】
また、メモリ部３３には前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて、各ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力を算出するための近似式が格納されている。すなわち、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力特性のばらつき及び直線特性領域、二乗曲線特性領域及び飽和特性領域にわたる出力電圧に対する入力電力を算出するための近似式が格納されている。その近似式は、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力と出力電圧との関係があらかじめ測定され、その入力電力と出力電圧との関係が非直線的であっても、入力電力と出力電圧との正確な関係が求められるような式としたものである。従って、検波ダイオードは必ずしも４本設ける必要はなく、各検波ダイオードの出力電圧に基づいて入力電力を近似式から算出するので、検波ダイオードは３本以上であればよい。
【００８２】
また、前記ＣＰＵ３２には入出力部３４、モータコントロール部３５が接続され、そのモータコントロール部３５には、ＣＰＵから出力される制御信号が入力される。モータコントロール部３５は、制御信号に基づいてモータ制御信号をＨ面モータドライバ３６ａ及びＥ面モータドライバ３６ｂに出力し、各ドライバ３６ａ，３６ｂはそのモータ制御信号に基づいてＨ面モータ２９及びＥ面モータ２４をそれぞれ駆動する。
【００８３】
前記メモリ部３３には、前記ＣＰＵ３２の動作に基づいて近似式を生成するためのプログラムが格納されている。そして、インピーダンス自動整合器１６では、インピーダンス自動整合動作に先立って、そのプログラムに基づく近似式生成動作が行われる。その生成動作を以下に説明する。
図１０に示す検波部１７は、図２７に示すように、前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４と、ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４と、アンプＡＭ１〜ＡＭ４とから構成される。前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４は、通常時には検波ダイオードＷ１〜Ｗ４にそれぞれ接続され、そのアンテナ部が導波管１４内に露出されて、導波管１４内のマイクロ波の電力を一定の結合度で対応する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に供給する。
【００８４】
前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４は、各ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の出力電力を検波して、その出力電力に対応する出力電圧を対応するアンプＡＭ１〜ＡＭ４に出力し、アンプＡＭ１〜ＡＭ４は検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧を増幅して、前記制御部１８に出力する。
【００８５】
前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４は、各ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４に対し取り外し可能に取着され、インピーダンス自動整合動作に先立つ近似式生成動作時には、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４がピックアップＰＵ１〜ＰＵ４から取り外される。
【００８６】
そして、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準となる複数のレベルの基準電力（ｄＢｍ）が順次入力され、そのときアンプＡＭ１〜ＡＭ４から出力される出力電圧が制御部１８に取り込まれる。また、基準電力（ｄＢｍ）は、制御部１８にもその入出力部３４を介して入力される。
【００８７】
制御部１８では、アンプＡＭ１〜ＡＭ４から出力される出力電圧と前記基準電力とがＡ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３２に入力される。前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度は、あらかじめ測定器（ベクトルネットワークアナライザ等）で測定されて、制御部１８にその入出力部３４から入力される。（第一の近似方式）
第一の近似方式を図２８に従って説明する。ＣＰＵ３２は、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎に、入力された基準電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を多項近似式を使用して近似式化し、メモリ部３３に格納する（ステップ５１）。また、前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度を入出力部３４から入力して、メモリ部３３に格納する（ステップ５２）。
【００８８】
このとき、入力する基準電力の範囲は実使用時に求めたい導波管内の入力電力値より広い範囲で入力し、その基準電力に対する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に基づいて近似式を生成する。このような近似式生成処理により、より正確な近似式の生成が可能となる。
【００８９】
実使用時には、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と、あらかじめ生成されている近似式とに基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する基準電力レベルを算出する。そして、算出された基準電力レベルと前記結合度とに基づいて、導波管１４内の電力を算出する。
【００９０】
このような近似方式では、例えば最小２乗法を使用して多項近似式を生成すると、精度のよい近似を行うためには１０次程度の多項近似式を生成する必要がある。
（第二の近似方式）
第二の近似方式を図２９に従って説明する。ＣＰＵ３２は、メモリ部３３にあらかじめ格納されているプログラムに基づいて動作して、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎に、入力された基準電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係をメモリ部３３に格納する（ステップ６１）。また、前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度を入出力部３４から入力してメモリ部３３に格納する（ステップ６２）。このとき、入力する基準電力の範囲は、第一の近似方式と同様に実使用時に求めたい導波管内の入力電力値より広い範囲で入力する。
【００９１】
次いで、ＣＰＵ３２は基準電力と結合度とに基づいて、導波管１４内に実際に入力された入力電力を算出して、その入力電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を算出し、メモリ部３３に格納する（ステップ６３）。
【００９２】
次いで、ＣＰＵ３２は入力電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係に基づいて多項近似式を生成し、その近似式をメモリ部３３に格納する（ステップ６４）。
【００９３】
実使用時には、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と、あらかじめ生成されている近似式とに基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する導波管１４内の入力電力を算出する。
【００９４】
このような近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧とメモリ部３３に格納されている近似式に基づいて、導波管１４内の入力電力を直接に算出するので、５次程度の多項近似式でも前記第一の近似方式と同等以上の精度で近似することができる。
【００９５】
従って、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に基づいて入力電力を直接に算出することができるとともに、次数の低い多項近似式から入力電力を算出することができるので、ＣＰＵ３２の負荷が軽減される。この結果、このインピーダンス自動整合装置の自動整合動作時の反応速度が向上する。
【００９６】
次に、上記のように構成された自動整合器の動作の概要を図３０に従って説明する。
自動整合動作に先立って、上記のような近似方式に基づいて検波部１７を構成する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎の近似式が設定される（ステップ７１）。
【００９７】
この状態で、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧を取り込み（ステップ７２）、設定された近似式に基づいて導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出する（ステップ７３）。
【００９８】
次いで、ＣＰＵ３２は導波管１４内の反射係数及び位相の算出を行い（ステップ７４）、その算出結果から導波管と負荷とのインピーダンスが整合状態にあるか否かを検出する（ステップ７５）。
【００９９】
そして、整合状態であれば整合動作を終了する。また、整合状態でなければ、自動整合動作を行い（ステップ７６）、ステップ７２〜７５を繰り返して整合状態となれば、整合動作を終了する。
【０１００】
次に、上記のような自動整合動作の詳細を図１８〜図２３に従って説明する。マグネトロン１１から導波管１４を介してチャンバー１５にマイクロ波が供給されると、導波管１４とチャンバーとの間にインピーダンスの不整合が存在すれば、導波管１４内に定在波が発生する。
【０１０１】
ＣＰＵ３２は、マグネトロン１１からのマイクロ波の出力に基づいて、前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のアナログ出力電圧をＡ／Ｄ変換部３１を介してデジタル信号の出力電圧データとして取り込む（ステップ１）。
【０１０２】
次いで、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧データに基づいてその入力電力が検波ダイオードの測定レンジ、すなわちダイナミックレンジを超えているか否かを判定する（ステップ２）。そして、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のうちの１本が定在波ＳＷの谷に合致してダイナミックレンジを超えているときは、その合致している検波ダイオードを除き（ステップ３）、残りの３本の検波ダイオードの出力電圧データと、メモリ部３３に格納されている近似式に基づいて、各検波ダイオードの入力電力の算出を行う。（ステップ４）。
【０１０３】
次いで、ＣＰＵ３２は算出された３本の検波ダイオードの入力電力から公知の演算式に基づいて定在波の反射係数及び位相を算出する（ステップ５）。
一方、ステップ２において検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力がいずれもダイナミックレンジを超えていないときは、ＣＰＵ３２は検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧データと、近似式とに基づいて各検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の入力電力の算出を行い（ステップ６）、算出された３本の検波ダイオードの入力電力から定在波の反射係数及び位相を算出する（ステップ７）。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ３２は算出された位相及び反射係数がインピーダンスの整合状態を示す数値であるか否かを判定し（ステップ８）、整合状態であれば整合動作を終了する。
【０１０５】
ステップ８において、位相及び反射係数が整合状態でなければ、ＣＰＵ３２は位相が０〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°のいずれの領域に属するかを判定し（ステップ９〜１１）、各領域の整合動作を開始する。
【０１０６】
図１４及び図１５は位相及び反射係数から算出されるインピーダンスを示すスミス線図であり、位相が０〜９０°の場合には、図１４に示す領域Ａ１で整合動作が行なわれる。
【０１０７】
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化抵抗Ｒの値を算出し（ステップ１２）、次いでその基準化抵抗Ｒが図１４においてＲ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ１３）。
【０１０８】
基準化抵抗ＲがＲ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化抵抗Ｒが１より大きいか否か、すなわちＲ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ１４）。そして、基準化抵抗Ｒが１より大きい場合、すなわちＲ＝１の円の外にある場合には、Ｈ面ショートプランジャを＋側すなわち図７において上方へ移動させる（ステップ１５）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円に向かって移動する。
【０１０９】
また、基準化抵抗Ｒが１より小さい場合、すなわちＲ＝１の円の内にある場合には、Ｈ面ショートプランジャを−側すなわち図７において下方へ移動させる（ステップ１６）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円に向かって移動する。
【０１１０】
このような動作により、基準化抵抗ＲがＲ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＥ面ショートプランジャを−方向、すなわち図７において下方へ移動させる（ステップ１７）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円上を移動してＰ点に近づく。このようにして、基準化抵抗ＲがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ１８）。
【０１１１】
位相が２７０°〜３６０°の場合には、図１４に示す領域Ａ４で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化抵抗Ｒの値を算出し（ステップ２１）、次いでその基準化抵抗Ｒが図１４においてＲ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ２２）。
【０１１２】
基準化抵抗ＲがＲ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化抵抗Ｒが１より大きいか否か、すなわちＲ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ２３）。そして、基準化抵抗Ｒが１より大きい場合、すなわちＲ＝１の円の外にある場合には、Ｈ面ショートプランジャ２６を−側へ移動させる（ステップ２４）。
【０１１３】
また、基準化抵抗Ｒが１より小さい場合、すなわちＲ＝１の円の内にある場合には、Ｈ面ショートプランジャ２６を＋側へ移動させる（ステップ２５）。
このような動作により、基準化抵抗ＲがＲ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＥ面ショートプランジャ２１を＋方向へ移動させる（ステップ２６）。このようにして、基準化抵抗ＲがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ２７）。
【０１１４】
位相が９０°〜１８０°の場合には、図１５に示す領域Ａ２で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化コンダクタンスＧの値を算出し（ステップ３１）、次いでその基準化コンダクタンスＧが図１４においてＧ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ３２）。
【０１１５】
基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化コンダクタンスＧが１より大きいか否か、すなわちＧ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ３３）。そして、基準化コンダクタンスＧが１より大きい場合、すなわちＧ＝１の円の外にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を−側へ移動させる（ステップ３４）。
【０１１６】
また、基準化コンダクタンスＧが１より小さい場合、すなわちＧ＝１の円の内にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を＋側へ移動させる（ステップ３５）。
【０１１７】
このような動作により、基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＨ面ショートプランジャ２６を−方向へ移動させる（ステップ３６）。このようにして、基準化コンダクタンスＧがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ３７）。
【０１１８】
位相が１８０°〜２７０°の場合には、図１５に示す領域Ａ３で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化コンダクタンスＧの値を算出し（ステップ４１）、次いでその基準化コンダクタンスＧが図１５においてＧ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ４２）。
【０１１９】
基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化コンダクタンスＧが１より大きいか否か、すなわちＧ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ４３）。そして、基準化コンダクタンスＧが１より大きい場合、すなわちＧ＝１の円の外にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を＋側へ移動させる（ステップ４４）。
【０１２０】
また、基準化コンダクタンスＧが１より小さい場合、すなわちＧ＝１の円の内にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を−側へ移動させる（ステップ４５）。
【０１２１】
このような動作により、基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＨ面ショートプランジャ２６を＋方向へ移動させる（ステップ４６）。このようにして、基準化コンダクタンスＧがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ４７）。
【０１２２】
上記のような動作において、整合動作の開始から終了までの時間を短縮して、負荷に供給される電力の伝送効率を向上させるためには、ショートプランジャ２１，２６を高速に動作させる必要があるが、検波部から出力されるデータに基づいてＣＰＵ３２で反射の状態を算出するために所定の演算時間を要するとともに、ショートプランジャ２１，２６の駆動時にその位置が安定するまでに時間を要するため、次に示すような動作で整合動作を行うこともできる。
【０１２３】
図１６に示すように、Ｒ＝１の円を含む領域ＡＲ１を設定し、Ｈ面ショートプランジャ２６を高速で移動させることにより、基準化抵抗Ｒが例えばＱ１からＱ２に移動して領域ＡＲ１内に達したら、Ｅ面ショートプランジャ２１を反射が低減する方向に高速に移動させる。そして、基準化抵抗ＲがＱ２からＱ３に移動して領域ＡＲ１から外れると、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ１内に戻すようにＨ面ショートプランジャ２６を移動させて、Ｑ３からＱ４に移動させる。次いで、さらにＥ面ショートプランジャ２１を反射が低減する方向に高速に移動させ、このような動作を繰り返す。
【０１２４】
基準化抵抗Ｒが整合点Ｐに近づいて、領域ＡＲ２内に達したら、Ｈ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１の動作を低速に落として上記動作を繰り返す。そして、基準化抵抗Ｒが整合点Ｐに近い領域ａｒ３内に達したら、整合動作を終了する。また、Ｇ＝１の円についても同様な動作を行うようにする。
【０１２５】
このような動作により、基準化抵抗Ｒが領域ＡＲ２内に達するまでは、ショートプランジャ２１，２６を高速に移動させて、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ１内を移動させながら、領域ＡＲ２に順次近づける。従って、反射の大きい状態ではショートプランジャを高速に移動させて、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ２内に速やかに移動させることができる。
【０１２６】
基準化抵抗Ｒが領域ＡＲ２内に達したら、ショートプランジャ２１，２６の移動速度を落として領域ＡＲ３内に正確に移動させることができる。
このような整合動作では、ショートプランジャ２１，２６の移動速度を変更する領域をさらに多数に分割するようにしてもよい。また、Ｈ面ショートプランジャ２６とＥ面ショートプランジャ２１との動作速度をそれぞれ別個に設定してもよい。
【０１２７】
また、領域ＡＲ１は上記のようにＲ＝１若しくはＧ＝１の円を含む領域ではなく、位相に基づいて整合領域を設定すること、使用者により任意の領域を設定することも可能である。
【０１２８】
上記実施の形態において、マグネトロンの発振周波数は２．４５ＧＨｚとしたが、その発振周波数は２．４５ＧＨｚを中心としてその前後にずれる場合がある。このような場合には、導波管内の定在波の波長と、検波ダイオードの設置間隔とがずれるため、検波ダイオードによる検出データと実際の定在波との間にずれが生じる。
【０１２９】
この場合には、例えば図１７に示すように、検波部の出力信号に基づいて算出したインピーダンスＱ１１と、実際のインピーダンスＱ１２との間にずれが生じる。このインピーダンスＱ１１，Ｑ１２が領域Ａ１，Ａ２の境界を挟んでその両側に位置するような状態となると、例えばインピーダンスＱ１２を領域Ａ１で整合させることになり、整合時間が長くなったり、整合不能に陥ったりする。
【０１３０】
そこで、このような場合には、領域Ａ１，Ａ２の境界部に一定の位相角αの範囲で境界領域ＡＲ４を設定し、インピーダンスＱ１１，Ｑ１２が境界を挟んでこの境界領域ＡＲ４内に位置するときは、あらかじめ入力されたマグネトロンの発振周波数データに基づいて、インピーダンスＱ１２の整合動作を領域Ａ２で行うように設定する。このような動作を行うことにより、安定した自動整合を行うことが可能となる。
（整合器の変形例）
上記実施の形態のＥＨ整合器では、導波管の内壁とＥベンドを備えたＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４としたが、次に示す構成とすることもできる。
（１）図２４に示すように、導波管とＨ分岐導波管との間隔をさらに狭めて、導波管の内壁とＥベンドを備えたＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４以下とする。このような構成により、Ｅベンドの不要周波数の遮断効果をさらに向上させることができるとともに、ＥＨ整合器をさらに小型化することできる。
（２）図２５に示すように、導波管、Ｅ分岐導波管及びＨ分岐導波管を偏平導波管とする。このような構成により、導波管とＨ分岐導波管との境界部分での高次モードの発生をさらに抑制することができる。
（３）図２６に示すように、導波管、Ｅ分岐導波管及びＨ分岐導波管を偏平導波管で構成したＥＨ整合器において、導波管とＨ分岐導波管との間隔を狭めて、導波管の内壁とＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４以下とする。このような構成により、図２５のＥＨ整合器に対し、Ｅベンドの波長短縮効果、不要周波数の遮断効果をさらに向上させることができるとともに、ＥＨ整合器をさらに小型化することできる。
【０１３１】
上記のように構成された自動整合器では、次に示す作用効果を得ることができる。
（イ）ＥＨ整合器１９のＨ分岐導波管２５にＥベンド３０を導波管１４に近接して設けたことにより、耐電力性を確保しながら、立体回路を小型化することができる。
（ロ）ＥＨ整合器１９のＨ分岐導波管２５にＥベンド３０を導波管１４に近接して設けたことにより、ＥＨ整合器において導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部付近に発生する高次モードのマイクロ波を低減することができる。従って、図１３に示すように従来のＥＨ整合器では、高次モードの影響により、Ｅ面ショートプランジャ及びＨ面ショートプランジャの位置を調整しても、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１若しくはＧ＝１の円上を正確に移動させることは困難であったが、この実施の形態では図１２に示すように基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１若しくはＧ＝１の円に沿って正確に移動させることができる。この結果、自動整合動作の制御を正確にかつ容易に行うことができる。
（ハ）Ｅベンド３０の波長短縮効果により、Ｈ面ショートプランジャ２６の動作範囲の中心位置と導波管１４の内面との距離を短縮することができる。従って、Ｈ分岐導波管２５の長さを短縮することができるので、ＥＨ整合器１９を小型化することができる。
（ニ）Ｅベンド３０の高次モード低減効果により、検波部１７をＥＨ整合器１９に近接して配置することができる。従って、立体回路を小型化することができる。
（ホ）検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力を算出するための各検波ダイオード毎の近似式をメモリ部３３にあらかじめ格納し、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて入力電力をＣＰＵ３２で算出する構成とした。各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力特性にばらつきが存在しても、あるいは入力電力が各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の直線特性領域、二乗曲線特性領域及び飽和特性領域に跨っても、近似式により入力電力を正確に算出することができる。
【０１３２】
また、検波ダイオードを交換する場合にも、検波ダイオードの交換とともに対応する近似式を変更することにより、検波ダイオードの交換作業を容易に行うことができる。
（ヘ）検波ダイオードをλg ／８の間隔を隔てて４本設けたので、その中の一本が定在波の谷に合致して、その検波ダイオードの入力電力のダイナミックレンジを超えている場合には、残る３本の検波ダイオードは定在波の谷に合致することはなく、その入力電力がダイナミックレンジを超えることはない。従って、残る３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて各検波ダイオードの入力電力を算出し、導波管１４内の電力分布すなわち定在波を確実に検出して、自動整合動作を正確に行うことができる。
（ト）４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がいずれも定在波の谷に合致していない場合には、Ｈ分岐導波管２５から離れた位置に配設される検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧に基づいて定在波を検出するようにしたので、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部に生じる高次モードの影響をより低減して、定在波を正確に検出することができる。従って、自動整合動作を正確に行うことができる。
（チ）自動整合動作を行う場合、算出された位相に基づいて負荷の状態が４つの領域Ａ１〜Ａ４のいずれに存在するかを検出し、各領域から負荷をインピーダンスの整合点Ｐに整合させるようにした。Ｅ面ショートプランジャ２１及びＨ面ショートプランジャ２６の移動距離を少なくして、整合速度を向上させることができる。
（リ）位相及び反射係数から算出された基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１の円若しくはＧ＝１の円に一致させることなく、所定の領域ＡＲ１に沿ってＨ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１を高速に移動させて、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧを整合点Ｐに近い領域ＡＲ２に近づけるように動作するので、定在波の大きい状態から定在波の小さい状態への移行を速やかに行うことができる。従って、定在波により大きな反射損失が生じている状態を速やかに解消して、電力効率を向上させることができる。また、マグネトロン１１の発振周波数がずれた場合にも、その影響を受けることなく、整合点Ｐに近づくような整合動作を行うことができる。
（ヌ）整合状態が改善されて、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧが整合点Ｐに近い所定の領域ＡＲ２内に達すれば、Ｈ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１の移動速度を低速化して、整合動作を行うことができるので、Ｒ＝１及びＧ＝１の円に沿って正確に整合動作を行うことができる。従って、整合点Ｐへの整合動作を正確に行うことができる。
（ル）第一の近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４との接続を外し、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準電力を入力することにより、基準電力と各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を近似式化することができる。そして、インピーダンス自動整合器１６の実使用時には、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と近似式に基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する基準電力が算出され、その基準電力とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度とにより、導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出することができる。
（ヲ）第二の近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４との接続を外し、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準電力を入力することにより、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と導波管１４の入力電力との関係を近似式化することができる。そして、インピーダンス自動整合器１６の実使用時には、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と近似式とに基づいて、導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出することができる。従って、第二の近似方式では第一の近似方式に比してＣＰＵ３２の負荷を軽減することができる。
（ワ）近似式を生成するために、マイクロ波信号発生器３７から検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に入力する基準電力は、実使用時に検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に入力される電力より広い範囲で入力されるため、実使用時に入力される電力をより正確に近似し得る近似式を生成することができる。
（カ）ＥＨ整合器１９を小型化することにより、インピーダンス自動整合器１６を小型化することができるので、図３１に示すように、複数のチャンバー１５を備えた半導体製造装置の設置スペースＷ１を縮小することができる。すなわち、図３２に示すように、複数のチャンバー１５に対し、従来のＥＨ整合器を使用したインピーダンス自動整合器８と、マグネトロン１１と、アイソレータ１３と、導波管１４とをそれぞれ独立して設けた半導体製造装置では、ＥＨ整合器のＨ分岐導波管が側方へ大きく突出することから、設置スペースＷ２が大きくなるが、上記実施の形態のＥＨ整合器１９を使用した半導体製造装置では、設置スペースＷ１を縮小することができる。
（ヨ）上記のようなＥＨ整合器１９を使用した半導体製造装置は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置、ダウンフロー型プラズマエッチング装置、ダウンフロー型プラズマアッシング装置、ＥＣＲプラズマエッチング装置等に具体化することができ、これらの装置の設置スペースを縮小することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は立体回路を小型化しながら十分な耐電力性を確保し得るＥＨ整合器を提供することができる。
【０１３６】
また、インピーダンス整合動作を高速に行い得る自動整合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理説明図である。
【図２】 一実施の形態の概要を示す説明図である。
【図３】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す斜視図である。
【図４】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す一部破断正面図である。
【図５】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す一部破断側面図である。
【図６】 Ｅベンドを導波管に近接させたＥＨ整合器を示す平面図である。
【図７】 一実施の形態のショートプランジャの動作を示す説明図である。
【図８】 ＥＨ整合器の反射波の状態を示す説明図である。
【図９】 ＥＨ整合器のショートプランジャの動作を示す説明図である。
【図１０】一実施の形態の自動整合器を示すブロック図である。
【図１１】検波部の動作を示す説明図である。
【図１２】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１３】従来例のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１４】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１５】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１６】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１７】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１８】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図１９】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２０】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２１】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２２】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２３】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２４】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２５】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２６】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２７】近似式生成時の検波部を示す説明図である。
【図２８】第一の近似方式を示すフローチャート図である。
【図２９】第二の近似方式を示すフローチャート図である。
【図３０】インピーダンス自動整合器の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図３１】本発明のインピーダンス自動整合器を備えた半導体製造装置を示す概要図である。
【図３２】従来のインピーダンス自動整合器を備えた半導体製造装置を示す概要図である。
【図３３】従来の４Ｅ整合器を示す説明図である。
【図３４】従来のＥＨ整合器を示す斜視図である。
【図３５】従来のＥＨ整合器を示す断面図である。
【符号の説明】
１４ 導波管
２０ Ｅ分岐導波管
２５ Ｈ分岐導波管
２１，２６ ショートプランジャ
３０ Ｅベンド
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波を伝送する導波管に設けられ、導波管内に発生する定在波を減衰させて負荷との整合を図り、負荷に供給するマイクロ波の電力損失を低減する自動整合器のＥＨ整合器、マイクロ波自動整合方法、ＥＨ整合器を用いた半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
マグネトロンで発生されるマイクロ波を負荷に供給する導波管では、マイクロ波を負荷に対して整合させて、マイクロ波電力を効率よく負荷に供給するために自動整合器が設けられている。この自動整合器は、導波管内の定在波を検出し、その定在波を減衰させるように自動的に動作して、マイクロ波電力を効率よく負荷に供給しようとするものである。そして、マイクロ波電力を負荷にさらに効率よく供給するために、自動整合動作を高速化する必要があるとともに、自動整合器の小型化を図る必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
導波管に設けられる自動整合器は、導波管内に発生している定在波を検出する検波部と、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させて、定在波を減衰させる整合器と、検波部の出力信号に基づいて定在波を減衰させるように整合器を動作させる制御部とから構成される。
【０００４】
前記整合器はスタブ整合器、４Ｅ整合器、ＥＨ整合器等がある。スタブ整合器は、２本あるいは３本のスタブが導波管内に挿入され、その挿入長を調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【０００５】
このようなスタブ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにスタブの挿入長が調整される。
【０００６】
４Ｅ整合器は、図３３に示すように、断面長方形状の導波管１の長辺側すなわちＥ面２に４本のＥ分岐導波管３ａ〜３ｄが接続される。各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄの間隔は、導波管１で伝送されるマイクロ波の１波長をλg とすれば、Ｅ分岐導波管３ａ，３ｂ間及び同３ｃ，３ｄ間がλg ／４、同３ｂ，３ｃ間が３λg ／８に設定される。
【０００７】
前記各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄ内にはショートプランジャ４がそれぞれ設けられ、各Ｅ分岐導波管３ａ〜３ｄ内でそのショートプランジャ４の位置を調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【０００８】
このような４Ｅ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにショートプランジャ４の位置が調整される。
【０００９】
ＥＨ整合器は、図３４に示すように、導波管１のＥ面２にＥ分岐導波管５が接続され、導波管１の短辺側すなわちＨ面にＨ分岐導波管６が接続される。図３５に示すように、前記Ｅ分岐導波管５及びＨ分岐導波管６内にはショートプランジャ７がそれぞれ設けられ、Ｅ分岐導波管５及びＨ分岐導波管６内でそのショートプランジャ７の位置をλg ／２の範囲で調整することにより、導波管と負荷とのインピーダンスを整合させるものである。
【００１０】
このようなＥＨ整合器を使用した自動整合器では、検波部の出力信号に基づいて、制御部により導波管と負荷とのインピーダンスが整合するようにショートプランジャ７の位置が調整される。
【００１１】
前記検波部は、導波管内の定在波を検出して、前記制御部に出力する。その検波部は、導波管の管軸に沿って３個以上の検波ダイオードが導波管内に露出され、各ダイオードの出力電圧が、導波管内部の電力分布信号として前記制御部に出力される。前記制御部では、その電力分布信号に基づいて定在波の有無を検出し、その定在波を減衰させるようにすなわち導波管と負荷とのインピーダンスが整合するように各整合器を制御する。
【００１２】
前記各検波ダイオードにはその入力電力に対する出力電圧の特性にばらつきが存在する。また、検波ダイオードの入力電力に対する出力電圧の特性は、直線特性領域と二乗曲線特性領域及び入力電力が変化しても出力電圧がほとんど変化しない飽和特性領域を有する。
【００１３】
導波管内の電力のダイナミックレンジが検波ダイオードの直線特性領域から二乗曲線特性領域に亘る場合には、例えば二乗曲線特性領域の出力特性を直線特性領域の出力特性に補正する必要がある。このため、各検波ダイオードの出力電圧は、それぞれ特性補正用のアナログ回路で補正されて、制御部に出力される。
【００１４】
また、導波管内の電力のダイナミックレンジが大きくなって、検波ダイオードの飽和特性領域に達するような場合には、その飽和特性領域の出力特性がアナログ回路で直線特性領域の出力特性に補正されて出力される。このような構成により、検波ダイオードの入力電力のダイナミックレンジの拡大にともなって、検波ダイオードの特性領域が変化した場合にも、アナログ回路により出力電圧の誤差が補正されて、制御部に出力される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の各自動整合器において、スタブ整合器では導波管から負荷に供給されるマイクロ波の電力が大きくなると、スタブの先端と導波管の内面との間で放電が発生し易くなる。また、導波管と負荷とのインピーダンスを十分に整合させるために、スタブの挿入量を大きくすると、スタブの先端と導波管の内面との間で放電が発生し易くなる。
【００１６】
すると、インピーダンスの整合範囲を十分に確保するために、スタブの挿入量を確保し、かつ十分な電力のマイクロ波を負荷に供給することが困難である。従って、スタブ整合器では、大電力のマイクロ波のインピーダンスを整合することが困難となり、具体的には２．４５ＧＨｚのマイクロ波のインピーダンスを整合する場合、約２ｋＷの電力の整合が限界となっている。
【００１７】
４Ｅ整合器では、耐電力性ではスタブ整合器より有利である。しかし、図３３に示すように、導波管１のＥ面に所定の間隔を隔てて４本のＥ分岐導波管３ａ〜３ｄを設ける必要がある。
【００１８】
従って、整合器の長さＬが大きくなり、整合器を構成する立体回路の寸法が大きくなるという問題点がある。
ＥＨ整合器では、耐電力性では４Ｅ整合器と同様にスタブ整合器より有利である。しかし、図３４に示すように、Ｅ分岐導波管がＥ面から高さ方向に突出するとともに、Ｈ分岐導波管がＨ面から幅方向にも突出している。従って、整合器を構成する立体回路の寸法が大型化するという問題点がある。
【００１９】
また、ＥＨ整合器はＨ分岐導波管により伝送するマイクロ波の周波数λg に対する不要な高次モードが発生し易く、定在波の電力分布に乱れが生じ易い。すると、図１３に示すように、整合動作時にＥ分岐導波管内のショートプランジャを移動させて、基準化抵抗ＲをＲ＝１の円に沿って移動させることにより、整合点Ｐに整合させようとするとき、あるいはＨ分岐導波管内のショートプランジャを移動させて、基準化コンダクタンスＧをＧ＝１の円に沿って移動させることにより、整合点Ｐに整合させようとするとき、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧが各円上を移動しない。従って、このようなＥＨ整合器を使用した自動整合器では、自動整合動作が極めて困難となるという問題点がある。
【００２０】
また、前記検波部で導波管内部の電力分布を検出することにより定在波を検出しようとするとき、電力分布の乱れにより定在波を正確に検出することができないという問題点がある。従って、検波部に対するＥＨ整合器の影響を小さくするためには、ＥＨ整合器と検波部との間隔を大きくする必要があるが、このような構成では整合器を構成する立体回路の寸法が大きくなるという問題点がある。
【００２１】
検波部では、各検波ダイオードの特性のばらつきをそれぞれアナログ回路で補正する必要がある。また、導波管内部の電力のダイナミックレンジが、検波ダイオードの直線特性領域から二乗曲線特性領域にまたがる場合には、その出力特性変化をアナログ回路で補正して、検波ダイオードの出力電圧に基づいて電力分布を検出する必要がある。さらに、導波管内部の電力のダイナミックレンジが、検波ダイオードの飽和特性領域にまたがる場合には、その特性変化もさらにアナログ回路で補正する必要がある。
【００２２】
すると、アナログ回路が複雑化するとともに、その出力特性の調整作業が極めて煩雑となる。また、各特性変化をすべて完全に補正することは困難である。従って、導波管内部の電力分布すなわち定在波を正確に検出することができないという問題点がある。
【００２３】
また、検波ダイオードの交換が必要となったときは、交換後の新たな検波ダイオードの出力特性に合わせて、アナログ回路を調整し直す必要がある。アナログ回路の交換が必要となったときは、接続する検波ダイオードの出力特性に合わせて、交換後のアナログ回路の出力特性を調整する必要がある。従って、検波ダイオード及びアナログ回路の交換作業が極めて煩雑であった。
【００２４】
この発明の目的は、立体回路を小型化しながら十分な耐電力性を確保し得るＥＨ整合器を提供することにある。
【００２６】
また、インピーダンス整合動作を高速に行い得る自動整合方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の請求項１の原理説明図である。すなわち、ＥＨ整合器は、導波管１４のＥ面にＥ分岐導波管２０を接続し、Ｈ面にはＨ分岐導波管２５を接続し、前記Ｅ分岐導波管２０及びＨ分岐導波管２５内に設けたショートプランジャ２１，２６を移動させることにより、導波管１４と負荷とのインピーダンスを整合可能とする。前記Ｈ分岐導波管２５には、導波管１４に近接してＥベンド３０が形成される。
【００２８】
請求項２では、前記Ｅベンドと前記導波管のＨ面の内面との距離は、該導波管で伝送するマイクロ波の４分の１波長以内とした。
請求項３では、前記導波管は、偏平導波管とした。
【００３５】
請求項４では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続された整合器のマイクロ波自動整合方法であって、前記導波管で伝送されるマイクロ波の８分の１波長の間隔により、少なくとも４個所で前記導波管内の電力を検出した複数の検出信号を生成し、前記検出信号のうち該検出信号のダイナミックレンジを超えた検出信号を除去し、残りの検出信号に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動する。
【００３６】
請求項５では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクタンスを算出し、前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが整合点に近づくように前記Ｈ面ショートプランジャ及び前記Ｅ面ショートプランジャを高速に移動させて定在波を高速に減衰させ、前記基準化抵抗又は前記基準化コンダクタンスが前記整合点に近く設定された領域内に達した後は前記Ｅ面ショートプランジャ及び前記Ｈ面ショートプランジャを低速で動作させる。
【００３７】
請求項６では、マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、
検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクランスを算出し、算出した前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスの特性曲線の周囲に所定範囲の領域が設定され、前記基準化抵抗を算出した場合に、前記基準化抵抗が前記領域外の時にはＨ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化抵抗が前記領域内の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスを算出した場合に、前記基準化コンダクタンスが前記領域外の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスが前記領域内の時にはＨ面ショートプランジャを移動させる。
【００４１】
請求項７では、請求項１〜３のいずれかに記載のＥＨ整合器を半導体製造装置に備えた。
請求項８では、複数のＥＨ整合器と、該ＥＨ整合器から出力されるマイクロ波に基づいて半導体装置を製造する複数のチャンバーとを備えた。
【００４５】
（作用）
請求項１では、Ｅベンド３０の作用により、ＥＨ整合器が小型化され、マイクロ波の高次モードの影響が低減される。
【００４６】
請求項２では、Ｅベンドと前記導波管のＨ面の内面との距離をλg ／４以内とすることにより、高次モードの低減効果が確保される。
請求項３では、前記導波管を、偏平導波管とすることにより、Ｅベンドによる不要周波数遮断効果が増大する。
【００４８】
請求項４では、４本の検波ダイオードの出力電圧のうち、該検波ダイオードのダイナミックレンジを超えない３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて、導波管内の電力分布が算出される。
【００５０】
請求項５では、検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが算出され、前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが整合点に近づくように前記Ｈ面ショートプランジャ及び前記Ｅ面ショートプランジャを高速に移動され、前記基準化抵抗又は前記基準化コンダクタンスが前記整合点に近く設定された領域内に達した後は前記Ｅ面ショートプランジャ及び前記Ｈ面ショートプランジャが低速に移動される。
【００５１】
請求項６では、前記制御部は、検出された定在波の位相及び反射係数が算出され、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクランスが算出され、算出した前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスの特性曲線の周囲に所定範囲の領域が設定され、前記基準化抵抗を算出した場合に、前記基準化抵抗が前記領域外の時にはＨ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化抵抗が前記領域内の時にはＥ面ショートプランジャが移動され、前記基準化コンダクタンスを算出した場合に、前記基準化コンダクタンスが前記領域外の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスが前記領域内の時にはＨ面ショートプランジャを移動される。
【００５５】
請求項７では、請求項１〜３のいずれかに記載のＥＨ整合器が半導体製造装置に備えられて、半導体製造装置が設置スペースが縮小される。
【００５６】
請求項８では、複数のＥＨ整合器と、該ＥＨ整合器から出力されるマイクロ波に基づいて半導体装置を製造する複数のチャンバーとを備えた半導体製造装置の設置スペースが縮小される。
【００６１】
【発明の実施の形態】
（第一の実施の形態）
図２は、マイクロ波自動整合器を備えたプラズマ発生装置の概要を示す。マグネトロン１１は、電源１２の供給に基づいて所定周波数のマイクロ波を生成する。前記マグネトロン１１で生成されたマイクロ波は、アイソレータ１３を介して導波管１４に出力され、その導波管１４からチャンバー１５に出力される。
【００６２】
前記チャンバー１５内では、供給されたマイクロ波に基づいてプラズマが生成され、そのプラズマは例えば半導体装置の製造工程において使用される。
前記導波管１４には、その導波管１４と、導波管１４の負荷となるチャンバー１５のインピーダンスを整合させて、マグネトロン１１から出力されたマイクロ波の電力をチャンバー１５に効率よく供給するためのインピーダンス自動整合器１６が設けられている。
【００６３】
前記自動整合器１６は、導波管１４内部の電力分布を検出することにより定在波を検出する検波部１７と、その検波部１７の出力信号に基づいて定在波を減衰させるための制御信号を演算して出力する制御部１８と、制御部１８から出力される制御信号に基づいて、導波管１４内の定在波を減衰させるように動作するＥＨ整合器１９とから構成される。
【００６４】
前記ＥＨ整合器１９及び検波部１７の具体的構成を図３〜図５に従って説明する。前記導波管１４のＥ面には、Ｅ分岐導波管２０が形成され、そのＥ分岐導波管２０内には、図５に示すようにＥ面ショートプランジャ２１が配設される。
【００６５】
前記Ｅ面ショートプランジャ２１は、送りネジ２２に螺合され、その送りネジ２２の上端にはプーリー２３が取着される。前記プーリー２３はベルトを介してＥ面モータ２４により回転駆動される。そして、前記制御部１８から出力される制御信号に基づいて制御されるＥ面モータ２４によりプーリー２３が回転駆動されると送りネジ２２が回転され、その送りネジ２２の回転にともなって、Ｅ面ショートプランジャ２１がＥ分岐導波管２０内を上下動する。
【００６６】
前記導波管１４のＨ面には、Ｈ分岐導波管２５が形成される。そのＨ分岐導波管２５は、Ｅベンド３０を介して屈折され、垂直方向すなわち前記Ｅ型分岐導波管２０と平行に延設される。
【００６７】
前記Ｈ分岐導波管２５内には、図５に示すようにＨ面ショートプランジャ２６が配設される。前記Ｈ面ショートプランジャ２６は、送りネジ２７に螺合され、その送りネジ２７の上端にはプーリー２８が取着される。前記プーリー２８はベルトを介してＨ面モータ２９により回転駆動される。そして、前記制御部１８から出力される制御信号に基づいて制御されるＨ面モータ２９によりプーリー２８が回転駆動されると送りネジ２７が回転され、その送りネジ２７の回転にともなって、Ｈ面ショートプランジャ２６がＨ分岐導波管２５内を上下動する。
【００６８】
前記ＥＨ整合器の寸法は、ＷＲＪ−２導波管を使用して伝送するマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合、図６に示すように、Ｅ面の寸法Ｌ１は１０８．２ｍｍ、Ｈ面の寸法Ｌ２は５４．６ｍｍ、導波管１４とＨ分岐導波管２５の対向する内側面の距離Ｌ３は、１６２．８ｍｍに設定される。
【００６９】
前記Ｈ分岐導波管２５では、そのＥベンド３０と導波管１４のＨ面との距離、すなわち導波管１４のＨ面の内側面とＥベンド３０によるＨ分岐導波管２５の中心軸の屈曲点との距離Ｌ４が、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の１波長をλg としたとき、λg ／４以下に設定される。
【００７０】
一般に、マイクロ波を伝送する導波管において、上記形状のＥベンドを形成した場合、図７に示すように、Ｅベンド３０を通過したマイクロ波の１波長λg を短縮する効果が知られている。また、Ｅベンド３０を通過するマイクロ波の不要周波数帯域を一部遮断する効果があるとともに、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部分の電磁界の乱れを減少させる効果がある。従って、導波管１４内におけるＨ分岐導波管２５との境界付近の電力分布の乱れが防止される。
【００７１】
図３４に示すような従来のＥＨ整合器では、Ｈ分岐導波管６が途中で完全に途切れた形となり、Ｈ面ショートプランジャの位置により高次モードが発生するが、この実施の形態では、Ｅベンド３０を設けることにより高次モードの影響を小さくすることができ、整合器の特性を改善することが可能となる。
【００７２】
また、図８に従来のＥＨ整合器の各ショートプランジャの位置の反射状態を示す。導波管内面を原点として動作させると、全域整合器を構成する場合、必ず完全反射の位置を通過する必要があり、通常導波管内面からλg ／２の距離を離した無反射の位置を中心にショートプランジャ２１，２６を動作させる。この場合、全域整合を取るようにするには、ショートプランジャ２１，２６を図９に示す動作範囲Ｄ１，Ｄ２で移動させることにより、全域整合をとることが可能となる。
【００７３】
この実施の形態では、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部の直後にＥベンド３０が設けられているので、図９に示す動作範囲Ｄ２を確保することができない場合がある。この場合には、無反射位置を中心にＨ面ショートプランジャ２６の動作範囲を設定しようとすると、導波管内面からλg 離れた位置を中心としてＨ面ショートプランジャ２６を動作させる必要があり、図７に示す動作範囲Ｄ３で動作させる必要がある。
【００７４】
すると、Ｈ分岐導波管２５の長さが長くなるが、Ｅベンド３０の波長短縮効果によりλg が短くなり、Ｈ面ショートプランジャの動作範囲Ｄ３の中心位置と導波管１４の内面との距離を短縮することが可能となる。この結果、Ｈ分岐導波管２５の長さを短縮することができる。
【００７５】
図３及び図４に示すように、前記導波管１４のＥ面上において前記Ｅ分岐導波管２０の近傍には４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がそれぞれλg ／８の間隔を隔てて、導波管１４の軸線方向に一直線状に配設されている。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の先端は、前記導波管１４内に露出されている。そして、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は導波管１４内の電力分布に基づく入力電力を検出し、その入力電力に対応した出力電圧を前記制御部１８に出力する。
【００７６】
なお、前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は必ずしもλg ／８の間隔で設ける必要はなく、また一直線上に設ける必要もない。
図１１に示すように、導波管１４内に発生する定在波ＳＷの波長はλg ／２となる。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１は、λg ／８の間隔で４本設けられているので、少なくとも３本の検波ダイオードは定在波ＳＷの谷に合致することはない。
【００７７】
検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の位置が定在波ＳＷの谷に合致すると、その定在波の電力レベルが検波ダイオードのダイナミックレンジＤＭを超える畏れがあるが、４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のうち、少なくとも３本の検波ダイオードは、定在波ＳＷの谷に合致することはない。従って、定在波ＳＷの谷に合致していない３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて、導波管１４内の電力分布を正確に検出して、定在波ＳＷを正確に検出することが可能となる。
【００７８】
また、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がいずれも定在波ＳＷの谷に合致していないときには、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部の電磁界の乱れを考慮して、その境界部から遠い位置に設けられる３本の検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧から電力分布を検出することにより、定在波ＳＷをより正確に検出することが可能となる。
【００７９】
前記制御部１８の具体的構成を図１０に従って説明する。前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換されて、演算手段，制御手段，判定手段，自動整合器制御手段，近似式生成手段としてのＣＰＵ３２に出力される。
【００８０】
前記ＣＰＵ３２にはメモリ部３３が接続され、そのメモリ部３３には前記ＥＨ整合器で導波管１４とチャンバー１５とのインピーダンスを自動的に整合させる自動整合動作を行わせるためのプログラムが格納されている。
【００８１】
また、メモリ部３３には前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて、各ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力を算出するための近似式が格納されている。すなわち、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力特性のばらつき及び直線特性領域、二乗曲線特性領域及び飽和特性領域にわたる出力電圧に対する入力電力を算出するための近似式が格納されている。その近似式は、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力と出力電圧との関係があらかじめ測定され、その入力電力と出力電圧との関係が非直線的であっても、入力電力と出力電圧との正確な関係が求められるような式としたものである。従って、検波ダイオードは必ずしも４本設ける必要はなく、各検波ダイオードの出力電圧に基づいて入力電力を近似式から算出するので、検波ダイオードは３本以上であればよい。
【００８２】
また、前記ＣＰＵ３２には入出力部３４、モータコントロール部３５が接続され、そのモータコントロール部３５には、ＣＰＵから出力される制御信号が入力される。モータコントロール部３５は、制御信号に基づいてモータ制御信号をＨ面モータドライバ３６ａ及びＥ面モータドライバ３６ｂに出力し、各ドライバ３６ａ，３６ｂはそのモータ制御信号に基づいてＨ面モータ２９及びＥ面モータ２４をそれぞれ駆動する。
【００８３】
前記メモリ部３３には、前記ＣＰＵ３２の動作に基づいて近似式を生成するためのプログラムが格納されている。そして、インピーダンス自動整合器１６では、インピーダンス自動整合動作に先立って、そのプログラムに基づく近似式生成動作が行われる。その生成動作を以下に説明する。
図１０に示す検波部１７は、図２７に示すように、前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４と、ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４と、アンプＡＭ１〜ＡＭ４とから構成される。前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４は、通常時には検波ダイオードＷ１〜Ｗ４にそれぞれ接続され、そのアンテナ部が導波管１４内に露出されて、導波管１４内のマイクロ波の電力を一定の結合度で対応する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に供給する。
【００８４】
前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４は、各ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の出力電力を検波して、その出力電力に対応する出力電圧を対応するアンプＡＭ１〜ＡＭ４に出力し、アンプＡＭ１〜ＡＭ４は検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧を増幅して、前記制御部１８に出力する。
【００８５】
前記検波ダイオードＷ１〜Ｗ４は、各ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４に対し取り外し可能に取着され、インピーダンス自動整合動作に先立つ近似式生成動作時には、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４がピックアップＰＵ１〜ＰＵ４から取り外される。
【００８６】
そして、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準となる複数のレベルの基準電力（ｄＢｍ）が順次入力され、そのときアンプＡＭ１〜ＡＭ４から出力される出力電圧が制御部１８に取り込まれる。また、基準電力（ｄＢｍ）は、制御部１８にもその入出力部３４を介して入力される。
【００８７】
制御部１８では、アンプＡＭ１〜ＡＭ４から出力される出力電圧と前記基準電力とがＡ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３２に入力される。前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度は、あらかじめ測定器（ベクトルネットワークアナライザ等）で測定されて、制御部１８にその入出力部３４から入力される。（第一の近似方式）
第一の近似方式を図２８に従って説明する。ＣＰＵ３２は、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎に、入力された基準電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を多項近似式を使用して近似式化し、メモリ部３３に格納する（ステップ５１）。また、前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度を入出力部３４から入力して、メモリ部３３に格納する（ステップ５２）。
【００８８】
このとき、入力する基準電力の範囲は実使用時に求めたい導波管内の入力電力値より広い範囲で入力し、その基準電力に対する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に基づいて近似式を生成する。このような近似式生成処理により、より正確な近似式の生成が可能となる。
【００８９】
実使用時には、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と、あらかじめ生成されている近似式とに基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する基準電力レベルを算出する。そして、算出された基準電力レベルと前記結合度とに基づいて、導波管１４内の電力を算出する。
【００９０】
このような近似方式では、例えば最小２乗法を使用して多項近似式を生成すると、精度のよい近似を行うためには１０次程度の多項近似式を生成する必要がある。
（第二の近似方式）
第二の近似方式を図２９に従って説明する。ＣＰＵ３２は、メモリ部３３にあらかじめ格納されているプログラムに基づいて動作して、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎に、入力された基準電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係をメモリ部３３に格納する（ステップ６１）。また、前記ピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度を入出力部３４から入力してメモリ部３３に格納する（ステップ６２）。このとき、入力する基準電力の範囲は、第一の近似方式と同様に実使用時に求めたい導波管内の入力電力値より広い範囲で入力する。
【００９１】
次いで、ＣＰＵ３２は基準電力と結合度とに基づいて、導波管１４内に実際に入力された入力電力を算出して、その入力電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を算出し、メモリ部３３に格納する（ステップ６３）。
【００９２】
次いで、ＣＰＵ３２は入力電力と検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係に基づいて多項近似式を生成し、その近似式をメモリ部３３に格納する（ステップ６４）。
【００９３】
実使用時には、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と、あらかじめ生成されている近似式とに基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する導波管１４内の入力電力を算出する。
【００９４】
このような近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧とメモリ部３３に格納されている近似式に基づいて、導波管１４内の入力電力を直接に算出するので、５次程度の多項近似式でも前記第一の近似方式と同等以上の精度で近似することができる。
【００９５】
従って、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に基づいて入力電力を直接に算出することができるとともに、次数の低い多項近似式から入力電力を算出することができるので、ＣＰＵ３２の負荷が軽減される。この結果、このインピーダンス自動整合装置の自動整合動作時の反応速度が向上する。
【００９６】
次に、上記のように構成された自動整合器の動作の概要を図３０に従って説明する。
自動整合動作に先立って、上記のような近似方式に基づいて検波部１７を構成する検波ダイオードＷ１〜Ｗ４毎の近似式が設定される（ステップ７１）。
【００９７】
この状態で、導波管１４にマイクロ波が入力されると、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧を取り込み（ステップ７２）、設定された近似式に基づいて導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出する（ステップ７３）。
【００９８】
次いで、ＣＰＵ３２は導波管１４内の反射係数及び位相の算出を行い（ステップ７４）、その算出結果から導波管と負荷とのインピーダンスが整合状態にあるか否かを検出する（ステップ７５）。
【００９９】
そして、整合状態であれば整合動作を終了する。また、整合状態でなければ、自動整合動作を行い（ステップ７６）、ステップ７２〜７５を繰り返して整合状態となれば、整合動作を終了する。
【０１００】
次に、上記のような自動整合動作の詳細を図１８〜図２３に従って説明する。マグネトロン１１から導波管１４を介してチャンバー１５にマイクロ波が供給されると、導波管１４とチャンバーとの間にインピーダンスの不整合が存在すれば、導波管１４内に定在波が発生する。
【０１０１】
ＣＰＵ３２は、マグネトロン１１からのマイクロ波の出力に基づいて、前記検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のアナログ出力電圧をＡ／Ｄ変換部３１を介してデジタル信号の出力電圧データとして取り込む（ステップ１）。
【０１０２】
次いで、ＣＰＵ３２は各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧データに基づいてその入力電力が検波ダイオードの測定レンジ、すなわちダイナミックレンジを超えているか否かを判定する（ステップ２）。そして、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１のうちの１本が定在波ＳＷの谷に合致してダイナミックレンジを超えているときは、その合致している検波ダイオードを除き（ステップ３）、残りの３本の検波ダイオードの出力電圧データと、メモリ部３３に格納されている近似式に基づいて、各検波ダイオードの入力電力の算出を行う。（ステップ４）。
【０１０３】
次いで、ＣＰＵ３２は算出された３本の検波ダイオードの入力電力から公知の演算式に基づいて定在波の反射係数及び位相を算出する（ステップ５）。
一方、ステップ２において検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力がいずれもダイナミックレンジを超えていないときは、ＣＰＵ３２は検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧データと、近似式とに基づいて各検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の入力電力の算出を行い（ステップ６）、算出された３本の検波ダイオードの入力電力から定在波の反射係数及び位相を算出する（ステップ７）。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ３２は算出された位相及び反射係数がインピーダンスの整合状態を示す数値であるか否かを判定し（ステップ８）、整合状態であれば整合動作を終了する。
【０１０５】
ステップ８において、位相及び反射係数が整合状態でなければ、ＣＰＵ３２は位相が０〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°のいずれの領域に属するかを判定し（ステップ９〜１１）、各領域の整合動作を開始する。
【０１０６】
図１４及び図１５は位相及び反射係数から算出されるインピーダンスを示すスミス線図であり、位相が０〜９０°の場合には、図１４に示す領域Ａ１で整合動作が行なわれる。
【０１０７】
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化抵抗Ｒの値を算出し（ステップ１２）、次いでその基準化抵抗Ｒが図１４においてＲ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ１３）。
【０１０８】
基準化抵抗ＲがＲ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化抵抗Ｒが１より大きいか否か、すなわちＲ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ１４）。そして、基準化抵抗Ｒが１より大きい場合、すなわちＲ＝１の円の外にある場合には、Ｈ面ショートプランジャを＋側すなわち図７において上方へ移動させる（ステップ１５）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円に向かって移動する。
【０１０９】
また、基準化抵抗Ｒが１より小さい場合、すなわちＲ＝１の円の内にある場合には、Ｈ面ショートプランジャを−側すなわち図７において下方へ移動させる（ステップ１６）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円に向かって移動する。
【０１１０】
このような動作により、基準化抵抗ＲがＲ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＥ面ショートプランジャを−方向、すなわち図７において下方へ移動させる（ステップ１７）。すると、基準化抵抗ＲはＲ＝１の円上を移動してＰ点に近づく。このようにして、基準化抵抗ＲがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ１８）。
【０１１１】
位相が２７０°〜３６０°の場合には、図１４に示す領域Ａ４で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化抵抗Ｒの値を算出し（ステップ２１）、次いでその基準化抵抗Ｒが図１４においてＲ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ２２）。
【０１１２】
基準化抵抗ＲがＲ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化抵抗Ｒが１より大きいか否か、すなわちＲ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ２３）。そして、基準化抵抗Ｒが１より大きい場合、すなわちＲ＝１の円の外にある場合には、Ｈ面ショートプランジャ２６を−側へ移動させる（ステップ２４）。
【０１１３】
また、基準化抵抗Ｒが１より小さい場合、すなわちＲ＝１の円の内にある場合には、Ｈ面ショートプランジャ２６を＋側へ移動させる（ステップ２５）。
このような動作により、基準化抵抗ＲがＲ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＥ面ショートプランジャ２１を＋方向へ移動させる（ステップ２６）。このようにして、基準化抵抗ＲがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ２７）。
【０１１４】
位相が９０°〜１８０°の場合には、図１５に示す領域Ａ２で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化コンダクタンスＧの値を算出し（ステップ３１）、次いでその基準化コンダクタンスＧが図１４においてＧ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ３２）。
【０１１５】
基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化コンダクタンスＧが１より大きいか否か、すなわちＧ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ３３）。そして、基準化コンダクタンスＧが１より大きい場合、すなわちＧ＝１の円の外にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を−側へ移動させる（ステップ３４）。
【０１１６】
また、基準化コンダクタンスＧが１より小さい場合、すなわちＧ＝１の円の内にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を＋側へ移動させる（ステップ３５）。
【０１１７】
このような動作により、基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＨ面ショートプランジャ２６を−方向へ移動させる（ステップ３６）。このようにして、基準化コンダクタンスＧがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ３７）。
【０１１８】
位相が１８０°〜２７０°の場合には、図１５に示す領域Ａ３で整合動作が行なわれる。
ＣＰＵ３２は位相及び反射係数から算出されたインピーダンスに基づいて、基準化コンダクタンスＧの値を算出し（ステップ４１）、次いでその基準化コンダクタンスＧが図１５においてＧ＝１の円に乗っているか否かを判定する（ステップ４２）。
【０１１９】
基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円に乗っていなければ、ＣＰＵ３２は基準化コンダクタンスＧが１より大きいか否か、すなわちＧ＝１の円の外か内かを判定する（ステップ４３）。そして、基準化コンダクタンスＧが１より大きい場合、すなわちＧ＝１の円の外にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を＋側へ移動させる（ステップ４４）。
【０１２０】
また、基準化コンダクタンスＧが１より小さい場合、すなわちＧ＝１の円の内にある場合には、Ｅ面ショートプランジャ２１を−側へ移動させる（ステップ４５）。
【０１２１】
このような動作により、基準化コンダクタンスＧがＧ＝１の円上に達すると、ＣＰＵ３２はＨ面ショートプランジャ２６を＋方向へ移動させる（ステップ４６）。このようにして、基準化コンダクタンスＧがＰ点に達すると、インピーダンスが整合した状態となり、ＣＰＵ３２は整合動作を終了する（ステップ４７）。
【０１２２】
上記のような動作において、整合動作の開始から終了までの時間を短縮して、負荷に供給される電力の伝送効率を向上させるためには、ショートプランジャ２１，２６を高速に動作させる必要があるが、検波部から出力されるデータに基づいてＣＰＵ３２で反射の状態を算出するために所定の演算時間を要するとともに、ショートプランジャ２１，２６の駆動時にその位置が安定するまでに時間を要するため、次に示すような動作で整合動作を行うこともできる。
【０１２３】
図１６に示すように、Ｒ＝１の円を含む領域ＡＲ１を設定し、Ｈ面ショートプランジャ２６を高速で移動させることにより、基準化抵抗Ｒが例えばＱ１からＱ２に移動して領域ＡＲ１内に達したら、Ｅ面ショートプランジャ２１を反射が低減する方向に高速に移動させる。そして、基準化抵抗ＲがＱ２からＱ３に移動して領域ＡＲ１から外れると、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ１内に戻すようにＨ面ショートプランジャ２６を移動させて、Ｑ３からＱ４に移動させる。次いで、さらにＥ面ショートプランジャ２１を反射が低減する方向に高速に移動させ、このような動作を繰り返す。
【０１２４】
基準化抵抗Ｒが整合点Ｐに近づいて、領域ＡＲ２内に達したら、Ｈ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１の動作を低速に落として上記動作を繰り返す。そして、基準化抵抗Ｒが整合点Ｐに近い領域ａｒ３内に達したら、整合動作を終了する。また、Ｇ＝１の円についても同様な動作を行うようにする。
【０１２５】
このような動作により、基準化抵抗Ｒが領域ＡＲ２内に達するまでは、ショートプランジャ２１，２６を高速に移動させて、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ１内を移動させながら、領域ＡＲ２に順次近づける。従って、反射の大きい状態ではショートプランジャを高速に移動させて、基準化抵抗Ｒを領域ＡＲ２内に速やかに移動させることができる。
【０１２６】
基準化抵抗Ｒが領域ＡＲ２内に達したら、ショートプランジャ２１，２６の移動速度を落として領域ＡＲ３内に正確に移動させることができる。
このような整合動作では、ショートプランジャ２１，２６の移動速度を変更する領域をさらに多数に分割するようにしてもよい。また、Ｈ面ショートプランジャ２６とＥ面ショートプランジャ２１との動作速度をそれぞれ別個に設定してもよい。
【０１２７】
また、領域ＡＲ１は上記のようにＲ＝１若しくはＧ＝１の円を含む領域ではなく、位相に基づいて整合領域を設定すること、使用者により任意の領域を設定することも可能である。
【０１２８】
上記実施の形態において、マグネトロンの発振周波数は２．４５ＧＨｚとしたが、その発振周波数は２．４５ＧＨｚを中心としてその前後にずれる場合がある。このような場合には、導波管内の定在波の波長と、検波ダイオードの設置間隔とがずれるため、検波ダイオードによる検出データと実際の定在波との間にずれが生じる。
【０１２９】
この場合には、例えば図１７に示すように、検波部の出力信号に基づいて算出したインピーダンスＱ１１と、実際のインピーダンスＱ１２との間にずれが生じる。このインピーダンスＱ１１，Ｑ１２が領域Ａ１，Ａ２の境界を挟んでその両側に位置するような状態となると、例えばインピーダンスＱ１２を領域Ａ１で整合させることになり、整合時間が長くなったり、整合不能に陥ったりする。
【０１３０】
そこで、このような場合には、領域Ａ１，Ａ２の境界部に一定の位相角αの範囲で境界領域ＡＲ４を設定し、インピーダンスＱ１１，Ｑ１２が境界を挟んでこの境界領域ＡＲ４内に位置するときは、あらかじめ入力されたマグネトロンの発振周波数データに基づいて、インピーダンスＱ１２の整合動作を領域Ａ２で行うように設定する。このような動作を行うことにより、安定した自動整合を行うことが可能となる。
（整合器の変形例）
上記実施の形態のＥＨ整合器では、導波管の内壁とＥベンドを備えたＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４としたが、次に示す構成とすることもできる。
（１）図２４に示すように、導波管とＨ分岐導波管との間隔をさらに狭めて、導波管の内壁とＥベンドを備えたＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４以下とする。このような構成により、Ｅベンドの不要周波数の遮断効果をさらに向上させることができるとともに、ＥＨ整合器をさらに小型化することできる。
（２）図２５に示すように、導波管、Ｅ分岐導波管及びＨ分岐導波管を偏平導波管とする。このような構成により、導波管とＨ分岐導波管との境界部分での高次モードの発生をさらに抑制することができる。
（３）図２６に示すように、導波管、Ｅ分岐導波管及びＨ分岐導波管を偏平導波管で構成したＥＨ整合器において、導波管とＨ分岐導波管との間隔を狭めて、導波管の内壁とＨ分岐導波管の中心との間隔をλg ／４以下とする。このような構成により、図２５のＥＨ整合器に対し、Ｅベンドの波長短縮効果、不要周波数の遮断効果をさらに向上させることができるとともに、ＥＨ整合器をさらに小型化することできる。
【０１３１】
上記のように構成された自動整合器では、次に示す作用効果を得ることができる。
（イ）ＥＨ整合器１９のＨ分岐導波管２５にＥベンド３０を導波管１４に近接して設けたことにより、耐電力性を確保しながら、立体回路を小型化することができる。
（ロ）ＥＨ整合器１９のＨ分岐導波管２５にＥベンド３０を導波管１４に近接して設けたことにより、ＥＨ整合器において導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部付近に発生する高次モードのマイクロ波を低減することができる。従って、図１３に示すように従来のＥＨ整合器では、高次モードの影響により、Ｅ面ショートプランジャ及びＨ面ショートプランジャの位置を調整しても、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１若しくはＧ＝１の円上を正確に移動させることは困難であったが、この実施の形態では図１２に示すように基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１若しくはＧ＝１の円に沿って正確に移動させることができる。この結果、自動整合動作の制御を正確にかつ容易に行うことができる。
（ハ）Ｅベンド３０の波長短縮効果により、Ｈ面ショートプランジャ２６の動作範囲の中心位置と導波管１４の内面との距離を短縮することができる。従って、Ｈ分岐導波管２５の長さを短縮することができるので、ＥＨ整合器１９を小型化することができる。
（ニ）Ｅベンド３０の高次モード低減効果により、検波部１７をＥＨ整合器１９に近接して配置することができる。従って、立体回路を小型化することができる。
（ホ）検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて、各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の入力電力を算出するための各検波ダイオード毎の近似式をメモリ部３３にあらかじめ格納し、検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力電圧に基づいて入力電力をＣＰＵ３２で算出する構成とした。各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の出力特性にばらつきが存在しても、あるいは入力電力が各検波ダイオードＷ４〜Ｗ１の直線特性領域、二乗曲線特性領域及び飽和特性領域に跨っても、近似式により入力電力を正確に算出することができる。
【０１３２】
また、検波ダイオードを交換する場合にも、検波ダイオードの交換とともに対応する近似式を変更することにより、検波ダイオードの交換作業を容易に行うことができる。
（ヘ）検波ダイオードをλg ／８の間隔を隔てて４本設けたので、その中の一本が定在波の谷に合致して、その検波ダイオードの入力電力のダイナミックレンジを超えている場合には、残る３本の検波ダイオードは定在波の谷に合致することはなく、その入力電力がダイナミックレンジを超えることはない。従って、残る３本の検波ダイオードの出力電圧に基づいて各検波ダイオードの入力電力を算出し、導波管１４内の電力分布すなわち定在波を確実に検出して、自動整合動作を正確に行うことができる。
（ト）４本の検波ダイオードＷ４〜Ｗ１がいずれも定在波の谷に合致していない場合には、Ｈ分岐導波管２５から離れた位置に配設される検波ダイオードＷ３〜Ｗ１の出力電圧に基づいて定在波を検出するようにしたので、導波管１４とＨ分岐導波管２５との境界部に生じる高次モードの影響をより低減して、定在波を正確に検出することができる。従って、自動整合動作を正確に行うことができる。
（チ）自動整合動作を行う場合、算出された位相に基づいて負荷の状態が４つの領域Ａ１〜Ａ４のいずれに存在するかを検出し、各領域から負荷をインピーダンスの整合点Ｐに整合させるようにした。Ｅ面ショートプランジャ２１及びＨ面ショートプランジャ２６の移動距離を少なくして、整合速度を向上させることができる。
（リ）位相及び反射係数から算出された基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧをＲ＝１の円若しくはＧ＝１の円に一致させることなく、所定の領域ＡＲ１に沿ってＨ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１を高速に移動させて、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧを整合点Ｐに近い領域ＡＲ２に近づけるように動作するので、定在波の大きい状態から定在波の小さい状態への移行を速やかに行うことができる。従って、定在波により大きな反射損失が生じている状態を速やかに解消して、電力効率を向上させることができる。また、マグネトロン１１の発振周波数がずれた場合にも、その影響を受けることなく、整合点Ｐに近づくような整合動作を行うことができる。
（ヌ）整合状態が改善されて、基準化抵抗Ｒ及び基準化コンダクタンスＧが整合点Ｐに近い所定の領域ＡＲ２内に達すれば、Ｈ面ショートプランジャ２６及びＥ面ショートプランジャ２１の移動速度を低速化して、整合動作を行うことができるので、Ｒ＝１及びＧ＝１の円に沿って正確に整合動作を行うことができる。従って、整合点Ｐへの整合動作を正確に行うことができる。
（ル）第一の近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４との接続を外し、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準電力を入力することにより、基準電力と各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧との関係を近似式化することができる。そして、インピーダンス自動整合器１６の実使用時には、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と近似式に基づいて、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧に対応する基準電力が算出され、その基準電力とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４の結合度とにより、導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出することができる。
（ヲ）第二の近似方式では、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４とピックアップＰＵ１〜ＰＵ４との接続を外し、マイクロ波信号発生器３７から各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に基準電力を入力することにより、各検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と導波管１４の入力電力との関係を近似式化することができる。そして、インピーダンス自動整合器１６の実使用時には、検波ダイオードＷ１〜Ｗ４の出力電圧と近似式とに基づいて、導波管１４に入力されたマイクロ波の入力電力を算出することができる。従って、第二の近似方式では第一の近似方式に比してＣＰＵ３２の負荷を軽減することができる。
（ワ）近似式を生成するために、マイクロ波信号発生器３７から検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に入力する基準電力は、実使用時に検波ダイオードＷ１〜Ｗ４に入力される電力より広い範囲で入力されるため、実使用時に入力される電力をより正確に近似し得る近似式を生成することができる。
（カ）ＥＨ整合器１９を小型化することにより、インピーダンス自動整合器１６を小型化することができるので、図３１に示すように、複数のチャンバー１５を備えた半導体製造装置の設置スペースＷ１を縮小することができる。すなわち、図３２に示すように、複数のチャンバー１５に対し、従来のＥＨ整合器を使用したインピーダンス自動整合器８と、マグネトロン１１と、アイソレータ１３と、導波管１４とをそれぞれ独立して設けた半導体製造装置では、ＥＨ整合器のＨ分岐導波管が側方へ大きく突出することから、設置スペースＷ２が大きくなるが、上記実施の形態のＥＨ整合器１９を使用した半導体製造装置では、設置スペースＷ１を縮小することができる。
（ヨ）上記のようなＥＨ整合器１９を使用した半導体製造装置は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置、ダウンフロー型プラズマエッチング装置、ダウンフロー型プラズマアッシング装置、ＥＣＲプラズマエッチング装置等に具体化することができ、これらの装置の設置スペースを縮小することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は立体回路を小型化しながら十分な耐電力性を確保し得るＥＨ整合器を提供することができる。
【０１３６】
また、インピーダンス整合動作を高速に行い得る自動整合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理説明図である。
【図２】 一実施の形態の概要を示す説明図である。
【図３】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す斜視図である。
【図４】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す一部破断正面図である。
【図５】 一実施の形態のＥＨ整合器を示す一部破断側面図である。
【図６】 Ｅベンドを導波管に近接させたＥＨ整合器を示す平面図である。
【図７】 一実施の形態のショートプランジャの動作を示す説明図である。
【図８】 ＥＨ整合器の反射波の状態を示す説明図である。
【図９】 ＥＨ整合器のショートプランジャの動作を示す説明図である。
【図１０】一実施の形態の自動整合器を示すブロック図である。
【図１１】検波部の動作を示す説明図である。
【図１２】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１３】従来例のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１４】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１５】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１６】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１７】一実施の形態のＥＨ整合器の整合動作を示す説明図である。
【図１８】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図１９】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２０】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２１】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２２】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２３】一実施の形態の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図２４】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２５】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２６】本発明のＥＨ整合器の変形例を示す斜視図である。
【図２７】近似式生成時の検波部を示す説明図である。
【図２８】第一の近似方式を示すフローチャート図である。
【図２９】第二の近似方式を示すフローチャート図である。
【図３０】インピーダンス自動整合器の自動整合動作を示すフローチャート図である。
【図３１】本発明のインピーダンス自動整合器を備えた半導体製造装置を示す概要図である。
【図３２】従来のインピーダンス自動整合器を備えた半導体製造装置を示す概要図である。
【図３３】従来の４Ｅ整合器を示す説明図である。
【図３４】従来のＥＨ整合器を示す斜視図である。
【図３５】従来のＥＨ整合器を示す断面図である。
【符号の説明】
１４ 導波管
２０ Ｅ分岐導波管
２５ Ｈ分岐導波管
２１，２６ ショートプランジャ
３０ Ｅベンド
Claims (8)
- 導波管のＥ面にＥ分岐導波管を接続し、Ｈ面にはＨ分岐導波管を接続し、前記Ｅ分岐導波管及びＨ分岐導波管内に設けたショートプランジャを移動させることにより、前記導波管の特性インピーダンスと負荷の特性インピーダンスとを整合するＥＨ整合器であって、
前記Ｈ分岐導波管には、前記導波管に近接してＥベンドを形成したことを特徴とするＥＨ整合器。 - 前記Ｅベンドと前記導波管のＨ面の内面との距離は、該導波管で伝送するマイクロ波の４分の１波長以内としたことを特徴とする請求項１記載のＥＨ整合器。
- 前記導波管は、偏平導波管としたことを特徴とする請求項２記載のＥＨ整合器。
- マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続された整合器のマイクロ波自動整合方法であって、
前記導波管で伝送されるマイクロ波の８分の１波長の間隔により、少なくとも４個所で前記導波管内の電力を検出した複数の検出信号を生成し、前記検出信号のうち該検出信号のダイナミックレンジを超えた検出信号を除去し、残りの検出信号に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動することを特徴とするマイクロ波自動整合方法。 - マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、
検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクタンスを算出し、前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスが整合点に近づくように前記Ｈ面ショートプランジャ及び前記Ｅ面ショートプランジャを高速に移動させて定在波を高速に減衰させ、前記基準化抵抗又は前記基準化コンダクタンスが前記整合点に近く設定された領域内に達した後は前記Ｅ面ショートプランジャ及び前記Ｈ面ショートプランジャを低速で動作させることを特徴とするマイクロ波自動整合方法。 - マイクロ波を負荷に供給する導波管のＥ面にＥ分岐導波管が接続されるとともにＨ面にＥベンドを有するＨ分岐導波管が接続され、前記導波管内の電力分布を検出し、その電力分布に基づいて前記導波管内の定在波を検出し、該定在波を減衰させるように前記Ｅ分岐導波管内のＥ面ショートプランジャと前記Ｈ分岐導波管内のＨ面ショートプランジャを移動するマイクロ波自動整合方法であって、
検出された定在波の位相及び反射係数を算出し、該位相と反射係数に基づいて前記定在波の状態を示すパラメータとして基準化抵抗又は基準化コンダクランスを算出し、算出した前記基準化抵抗又は基準化コンダクタンスの特性曲線の周囲に所定範囲の領域が設定され、前記基準化抵抗を算出した場合に、前記基準化抵抗が前記領域外の時にはＨ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化抵抗が前記領域内の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスを算出した場合に、前記基準化コンダクタンスが前記領域外の時にはＥ面ショートプランジャを移動させ、前記基準化コンダクタンスが前記領域内の時にはＨ面ショートプランジャを移動させることを特徴とするマイクロ波自動整合方法。 - 請求項１〜３のいずれかに記載のＥＨ整合器を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
- 複数のＥＨ整合器と、該ＥＨ整合器から出力されるマイクロ波に基づいて半導体装置を製造する複数のチャンバーとを備えたことを特徴とする請求項７記載の 半導体製造装置。
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