JP3962297B2

JP3962297B2 - Microwave power supply system

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Publication number: JP3962297B2
Application number: JP2002226886A
Authority: JP
Inventors: 善信笠井
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004071269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、たとえば半導体ウェハプロセスにおいて用いられるプラズマを発生させるためのマイクロ波電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウェハ等の負荷に対してマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるマイクロ波電力供給システムがある。マイクロ波電力供給システムは、たとえば図７に示すように、負荷Ｌに対してマイクロ波電力を供給するためのマグネトロン５１と、商用電源ＰＳからの３相交流電圧を直流の高電圧に変換してマグネトロン５１に印加するためのアノード電源部５２と、マグネトロン５１のフィラメントを加熱するためのフィラメント電源部５３と、マイクロ波電力と負荷Ｌから反射された反射波電力（反射マイクロ波電力）とを分離するためのサーキュレータ５４と、反射波電力を吸収するためのダミーロード５５と、負荷Ｌとのインピーダンス整合を行うための整合器５６と、各機器を接続するための導波管５７とによって概略構成されている。
【０００３】
この構成によれば、アノード電源部５２によって直流高電圧が供給されたマグネトロン５１からは、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発生され、そのマイクロ波電力は、サーキュレータ５４および整合器５６を通じて負荷Ｌに供給される。
【０００４】
ここで、負荷Ｌに対して安定したマイクロ波電力を供給するためには、整合器５６において適切なインピーダンス整合を行わなければならない。しかし、適切なインピーダンス整合が行われなければ、マイクロ波電力が負荷Ｌにおいて反射され、その反射波電力が整合器５６およびサーキュレータ５４に返ってくる。
【０００５】
反射波電力は、サーキュレータ５４において、その進行方向がダミーロード５５側に向けられ、ダミーロード５５において吸収される。すなわち、ダミーロード５５が反射波電力を吸収することによって、反射波電力がマグネトロン５１に向かって進行しないようにし、マグネトロン５１の保護を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダミーロード５５の熱的許容電力を超える反射波電力がダミーロード５５に供給された場合、ダミーロード５５はその反射波電力を吸収しきれなくなってしまうことがある。
【０００７】
その結果、マグネトロン５１は、負荷Ｌから反射波電力を受けることになり、逆加熱によって温度が上昇して、内部のフィラメントの構成材料が蒸発したり、真空劣化等を生じて寿命が短くなったりする。また、マグネトロン５１は、アノード電流が制限なく増大する、いわゆるランナウェイ現象を引き起こすことがある。
【０００８】
そこで、ダミーロード５５およびマグネトロン５１を保護するために、図７に示すように、これらにダミーロード５５およびマグネトロン５１の温度を検出するための複数のサーモスタット６０と、これらサーモスタット６０の出力に基づいて商用電源ＰＳからの交流電圧を遮断するための制御回路６１とを設けることが考えられた。すなわち、各サーモスタット６０によって、ダミーロード５５およびマグネトロン５１の温度を監視するようにして、これらの温度が所定の基準温度に達すると、制御回路６１によってリレー接点６２を開放させる。これにより、アノード電源部５２に対する商用電源ＰＳの交流電圧が遮断され、マグネトロン５１による負荷Ｌに対するマイクロ波電力の供給が抑止されるようにしていた。
【０００９】
しかしながら、サーモスタット６０は、一般に温度検出精度は低く、温度検出精度の高いものはコスト増大につながるといった欠点を有している。
【００１０】
そこで、上記サーモスタット６０および制御回路６１による構成に代えて、図８に示すように、サーキュレータ５４と負荷Ｌとの間に反射波電力検出器６５を介在させ、この反射波電力検出器６５から出力される反射波電力に相当する電圧と、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２によって設定される所定の基準電圧とを、コンパレータ６３によって比較する構成が考えられた。
【００１１】
この構成によれば、反射波電力に相当する電圧が基準電圧を超えた場合、コンパレータ６３から遮断信号が出力され、リレー接点６２が開くことにより、マイクロ波電力の供給を抑止することができる。しかも、この方法は、サーモスタット６０によって温度を検出する方法に比べ、高い検出感度を有するといった利点を備える。
【００１２】
しかし、反射波電力検出器６５およびコンパレータ６３を用いた方法では、ダミーロード５５の許容電力特性に起因して以下に示す問題があった。図９は、ダミーロード５５における吸収可能な反射波電力と、損傷に至るまでの継続可能時間との関係を示す図である。この図によれば、コンパレータ６３における基準電圧を高めに設定してしまうと、基準電圧以下の反射波電力が継続してダミーロード５５に与えられれば、それが熱的許容電力値を超えてしまい、反射波電力が基準電圧を超えていないのにもかかわらず、ダミーロード５５を破損させる可能性がある。一方、基準電圧を低めに設定してしまうと、ダミーロード５５を十分に保護することは可能であるが、マグネトロン５１に対する電源供給の遮断が頻繁に発生してしまうことになる。そのため、負荷Ｌにおいて、たとえば半導体プロセスの処理時間が長くなったり、あるいは、半導体プロセスが中断することにより、半導体ウェハや液晶基板等に悪影響を及ぼしたりすることがある。
【００１３】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ダミーロードの許容電力特性を利用して、ダミーロードやマグネトロンの損傷を適切に防止することのできるマイクロ波電力供給システムを提供することを、その課題とする。
【００１４】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１５】
本願発明の第１の側面によって提供されるマイクロ波電力供給システムは、負荷に対してマイクロ波電力を供給するためのマグネトロンと、前記マグネトロンに電力を供給するための電源電力供給手段と、負荷において反射されたマイクロ波電力を吸収するためのマイクロ波吸収手段とを備えたマイクロ波電力供給システムであって、負荷において反射されたマイクロ波電力を検出し、その検出電力に相当する信号を出力する反射波電力検出手段と、前記反射波電力検出手段から出力される信号を用いて反射マイクロ波電力を時間的に積算した信号を生成し出力する積算手段と、前記電源電力供給手段による前記マグネトロンに対する電源供給を遮断するための遮断手段と、前記積算手段から出力される積算信号に基づいて、前記遮断手段に対して遮断信号を出力する出力手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、前記積算手段は、前記反射波電力検出手段によって検出された反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさが予め設定された充放電基準値を超えたときに充電を行う一方、前記反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさが前記充放電基準値未満のときに放電を行い、前記反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさと前記充放電基準値との差を積分した積分値に相当する大きさを有する積分信号を、前記反射マイクロ波電力を時間的に積算した信号として出力する充放電積分回路からなり、前記出力手段は、前記積分信号の大きさと、前記マイクロ波吸収手段の許容電力に基づく許容基準値とを比較し、前記積分信号の大きさが前記許容基準値を超えたとき、前記遮断手段に対して遮断信号を出力する比較出力回路からなる。
【００１７】
これらの構成によれば、負荷において反射された反射マイクロ波電力は、反射波電力検出手段において検出され、検出された反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさが予め設定された充放電基準値を超えたときに充電が行われる。一方、上記信号の大きさが充放電基準値未満のときは放電され、それら充電および放電によって前記反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさと前記充放電基準値との差が積分される。そして、その積分値に相当する大きさを有する積分信号の大きさが許容基準値を超えた場合には、マグネトロンへの電源供給を遮断する。
【００１８】
すなわち、マイクロ波吸収手段（たとえばダミーロード）は、その特性上、比較的低い反射波電力なら損傷することなく継続して使用することができる。また、許容基準値は、ダミーロードの熱的許容電力に相当する信号以下の値に予め設定されている。そのため、反射マイクロ波電力に相当する信号を充放電しかつその差を積分することにより、ダミーロードが吸収可能な反射マイクロ波電力の積算値までそれを継続して用いることができる。そして、ダミーロードが反射マイクロ波電力を吸収しきれなくなる直前で、マグネトロンへの供給電圧を遮断するので、マグネトロンからマイクロ波が発生されなくなるとともに、反射マイクロ波電力も発生しなくなる。したがって、ダミーロードの損傷を防止することができるとともに、ダミーロードが反射マイクロ波電力を吸収できなくなるために生じるマグネトロンの損傷をも防止することができる。
【００１９】
また、ダミーロードが損傷する直前まで可及的かつ継続的にそれを用いることができるので、半導体プロセスにおいてプラズマの発生が中断されることが抑制され、半導体プロセスに対する影響を最小限に抑えることができる。
【００２０】
本願発明の第２の側面によって提供されるマイクロ波電力供給システムは、負荷に対してマイクロ波電力を供給するためのマグネトロンと、前記マグネトロンに電力を供給するための電源電力供給手段と、負荷において反射されたマイクロ波電力を吸収するためのマイクロ波吸収手段とを備えたマイクロ波電力供給システムであって、負荷において反射されたマイクロ波電力を検出し、その検出電力に相当する信号を出力する反射波電力検出手段と、前記反射波電力検出手段から出力される信号を用いて反射マイクロ波電力を時間的に積算した信号を生成し出力する積算手段と、前記電源電力供給手段による前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号をフィードバックして前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を制御する第１制御手段と、前記積算手段から出力される積算信号に基づいて、前記第１制御手段に対して前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を抑制するための抑制指令信号を出力する出力手段と、を備えることを特徴としている。なお、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号は、アノード電流に相当する信号としてもよい。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、前記第１制御手段は、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を設定するための供給基準信号と、前記供給電力に相当する信号を抑制するための基準となる抑制基準信号とを切り替えるための切替回路と、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号と、前記切替回路の出力との差に相当する信号を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力に基づいて、複数のスイッチングトランジスタをオン、オフ制御することにより、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を変化させる制御回路とからなり、前記切替回路は、前記出力手段によって出力される抑制指令信号に基づいて切り替えられる。
【００２２】
他の好ましい実施形態によれば、前記積算手段は、前記反射波電力検出手段によって検出された反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさが予め設定された充放電基準値を超えたときに充電を行う一方、前記反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさが前記充放電基準値未満のときに放電を行い、前記反射マイクロ波電力に相当する信号の大きさと前記充放電基準値との差を積分した積分値に相当する大きさを有する積分信号を、前記反射マイクロ波電力を時間的に積算した信号として出力する充放電積分回路からなり、前記出力手段は、前記積分信号の大きさと前記マイクロ波吸収手段の許容電力に基づく許容基準値とを比較し、前記積分信号の大きさが前記許容基準値を超えたとき、前記切替回路に対して抑制指令信号を出力する比較出力回路からなる。
【００２３】
これらの構成によれば、マグネトロンは、第１制御手段によって供給される供給電力に相当する信号がフィードバックされて常時適切な電力が供給されるようにされている。すなわち、マグネトロンに供給される実際の供給電力に相当する信号は、差動増幅回路によって適切な供給電力に相当する信号と比較され、その差に応じて複数のスイッチングトランジスタがオン、オフ制御されることにより、マグネトロンに対する供給電力に相当する信号が変化される。
【００２４】
ここで、積算手段によって積算された反射マイクロ波電力がたとえば許容基準値を超えた場合には、その旨の信号（抑制指令信号）が切替回路に伝えられる。これにより、切替回路が切り替えられ、上記供給基準信号に代えて供給電力に相当する信号を抑制するための基準となる抑制基準信号が、マグネトロンに供給される実際の供給電力に相当する信号と比較される。
【００２５】
上記抑制基準信号を比較的小に設定しておけば、マグネトロンに供給される実際の供給電力に相当する信号とその差が大とされるため、マグネトロンに対する供給電力は低下する。そのため、マグネトロンから出力されるマイクロ波電力（進行波電力）も低下し、それに伴って、反射マイクロ波電力も低下する。その結果、反射マイクロ波電力に相当する信号が、充放電基準値を超えるのに、相当な時間を必要とするか、あるいは上記充放電基準値を超えないようにすることができる。よって、反射マイクロ波電力に相当する信号の積分値が許容基準値を超えるのに、相当な時間を必要とするか、あるいは許容基準値を超えないようにすることができる。さらに、反射マイクロ波電力が全反射する場合でも、反射マイクロ波電力に相当する信号が充放電基準値以下になるように、マグネトロンに供給される供給電力に相当する信号を抑制すれば、その抑制している間は、反射マイクロ波電力に相当する信号が充放電基準値以下になるので、反射マイクロ波電力に相当する信号の積分値を確実に許容基準値以下にすることができる。したがって、本願発明の第１の側面によって提供されるマイクロ波電力供給システムと同様に、ダミーロードおよびマグネトロンの損傷を防止することができる。
【００２６】
本願発明の第３の側面によって提供されるマイクロ波電力供給システムは、負荷に対してマイクロ波電力を供給するためのマグネトロンと、前記マグネトロンに電力を供給するための電源電力供給手段と、負荷において反射されたマイクロ波電力を吸収するためのマイクロ波吸収手段とを備えたマイクロ波電力供給システムであって、負荷に向かって進行するマイクロ波電力を検出するための進行波電力検出手段と、負荷において反射されたマイクロ波電力を検出し、その検出電力に相当する信号を出力する反射波電力検出手段と、前記反射波電力検出手段から出力される信号を用いて前記反射マイクロ波電力を時間的に積算した信号を生成し出力する積算手段と、前記電源電力供給手段による前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を、前記進行波電力検出手段の出力に基づいて制御する第２制御手段と、前記積算手段から出力される積算信号に基づいて、前記第２制御手段に対して前記マグネトロンに対する供給電力を抑制するための抑制指令信号を出力する出力手段と、を備えることを特徴としている。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、前記第２制御手段は、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を設定するための供給基準信号と、前記供給電力に相当する信号を抑制するための基準となる抑制基準信号とを切り替えるための切替回路と、前記進行波電力検出手段によって検出されたマイクロ波電力に相当する信号と、前記切替回路の出力との差に相当する信号を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力に基づいて、複数のスイッチングトランジスタをオン、オフ制御することにより、前記マグネトロンに対する供給電力に相当する信号を変化させる制御回路とからなり、前記切替回路は、前記出力手段によって出力される抑制指令信号に基づいて切り替えられる。
【００２８】
これらの構成によれば、マグネトロンは、進行波電力検出手段によって検出される進行波電力に相当する信号がフィードバックされて常時適切な供給電力に相当する信号が供給されるようにされている。すなわち、進行波電力に相当する信号は、比較回路によって適切な供給基準信号と比較され、その差に応じてマグネトロンに対する供給電力に相当する信号が変化される。
【００２９】
ここで、積算手段によって積算された反射マイクロ波電力がたとえば許容基準値を超えた場合には、その旨の信号（抑制指令信号）が切替回路に伝えられ、それにより、切替回路が切り替えられ、上記供給基準信号に代えて供給電力に相当する信号を抑制するための基準となる抑制基準信号が、マイクロ波電力に相当する信号と比較される。
【００３０】
上記抑制基準信号は、マイクロ波電力に相当する信号に対してその値が十分小とされるため、マグネトロンに対する供給電力に相当する信号の値は低下する。さらに、反射マイクロ波電力が全反射する場合でも、反射マイクロ波電力に相当する信号が充放電基準値以下になるように、マグネトロンに供給される供給電力に相当する信号を抑制すれば、その抑制している間は、反射マイクロ波電力に相当する信号が充放電基準値以下になるので、反射マイクロ波電力に相当する信号の積分値を確実に許容基準値以下にすることができる。したがって、本願発明の第１および第２の側面によって提供されるマイクロ波電力供給システムと同様に、ダミーロードおよびマグネトロンの損傷を防止することができる。
【００３１】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図１は、本願発明の第１実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成を示す図である。このマイクロ波電力供給システムは、負荷Ｌに対してマイクロ波電力を供給するためのマグネトロン１と、マグネトロン１に直流高電圧の電力を供給するためのアノード電源部２と、マグネトロン１のフィラメント（図示略）を加熱するためのフィラメント電源部３と、マグネトロン１から供給されるマイクロ波と、負荷Ｌにおいて反射された反射波電力とを分離するためのサーキュレータ４と、サーキュレータ４に接続され、反射波電力を吸収するためのダミーロード５と、反射波電力を検出するための反射波電力検出器６と、負荷Ｌとのインピーダンス整合をとるための整合器７とによって概略構成されている。マグネトロン１から負荷Ｌに至る、サーキュレータ４、反射波電力検出器６、および整合器７の各装置間は、導波管８によって接続されている。なお、上記アノード電源部２は、特許請求の範囲に記載の「電源電力供給手段」として機能する。また、ダミーロード５は、同じく「マイクロ波吸収手段」として機能する。
【００３４】
なお、本実施形態に係る負荷Ｌは、たとえばプラズマ処理装置とされ、このプラズマ処理装置は、内部に備えた真空容器にプラズマ発生用のガスが導入され、供給されたマイクロ波電力を用いて上記ガスを電離させて、プラズマを発生させるものである。発生されたプラズマは、半導体ウェハや液晶基板等の被工作物を加工するために利用される。
【００３５】
マグネトロン１は、アノード電源部２から印加された直流高電圧によって、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波としての高周波電力（以下、「進行波電力」という。）を発生させ、それを導波管８および各装置を通じて負荷Ｌに供給するものである。
【００３６】
アノード電源部２は、商用電源ＰＳから発生された３相交流電圧（たとえば２００Ｖ）を、所定の電圧に変換してマグネトロン１に供給するものである。アノード電源部２は、マグネトロン１のアノード、カソード間に対して負の高電圧を印加し、これにより、マグネトロン１は、アノード、カソード間に流れるアノード電流が制御されて進行波電力を出力させる。
【００３７】
また、アノード電源部２は、反射波電力検出器６からの出力を時間的に積算して、商用電源ＰＳによるアノード電源部２およびフィラメント電源部３への電圧供給を遮断するための積算回路１１を備えている。このアノード電源部２の詳細構成、および積算回路１１の詳細構成については、後述することにする。
【００３８】
フィラメント電源部３は、商用電源ＰＳによって供給される３相交流電源のうち２相を、所定の電圧値に変換してマグネトロン１に供給するものである。フィラメント電源部３は、マグネトロン１のフィラメントを加熱し、マグネトロン１を熱電子が放出しやすい状態（予熱状態）にさせる。
【００３９】
商用電源ＰＳと、アノード電源部２およびフィラメント電源部３との間には、積算回路１１からの出力に基づいて、商用電源ＰＳからの交流電圧の供給を遮断するための遮断回路１２が設けられている。また、商用電源ＰＳには、上記に示すように３相交流電源に限らず、単相交流電源が用いられてもよい。
【００４０】
サーキュレータ４は、マグネトロン１からの進行波電力を負荷Ｌに向けて進行させる一方、負荷Ｌにおいて反射された反射波電力をダミーロード５に向けて進行させるものである。また、ダミーロード５は、サーキュレータ４に導波管８を通じて接続され、反射波電力を吸収させることによりそれを減衰させるものである。これらサーキュレータ４およびダミーロード５の構成により、負荷Ｌにおいて反射された反射波電力をマグネトロン１に与えないようにすることにより、マグネトロン１を保護することができる。
【００４１】
反射波電力検出器６は、いわゆる方向性結合器（たとえば「特開平４−１９６９０３号公報」参照）によって構成され、導波管８内を伝搬する反射波電力の特定の周波数帯域を図示しないダイオード等によって検波し、積算回路１１に向けて出力するものである。
【００４２】
整合器７は、たとえば手動で動作可能に構成されており、内部に設けられた図外のインピーダンス可変部を備え、インピーダンス可変部を変化させることにより、負荷Ｌ側のインピーダンスを調整してインピーダンス整合を行うものである。たとえば、インピーダンス可変部には、スタブ（図示せず）と呼称される３本の棒状部材が設けられ、このスタブを進行波電力の伝送線路に挿入し、その挿入度合いを手動で変化させることにより、負荷Ｌ側のインピーダンスを調整する。なお、通常、スタブは３本とされるが、この数に限定されるものではない。また、スタブの調整は、手動に代えて、モータ等の駆動装置によって挿入変化されてもよいし、この場合、モータ等は遠隔操作されてもよい。また、スタブを用いない他の方法でインピーダンス整合が行われてもよい。あるいは、整合器７は、手動式に代えて、自動整合器が採用されてもよい。
【００４３】
ここで、アノード電源部２は、商用電源ＰＳから供給された電圧を整流、平滑化するための整流平滑化回路２１と、ハーフブリッジインバータ回路２２と、交流電圧を昇圧し、かつ交流電圧を直流電圧に変換するための倍電圧整流平滑回路２３と、アノード電流をフィードバックしてハーフブリッジインバータ回路２２に制御信号を与えるフィードバック回路２４と、本実施形態の特徴部分である積算回路１１とによって構成されている。
【００４４】
整流平滑化回路２１は、図示しない６つのダイオードを有するブリッジ回路２１ａと、ブリッジ回路２１ａに並列に接続された電解コンデンサＣ１と、ブリッジ回路に直列に接続されたコイルＬ１とからなる。なお、コイルＬ１は、不要であるならば設けなくてもよい。また、入力される電圧が単相の場合には、４つのダイオードを使用するが、３相の場合には６つのダイオードを使用する。
【００４５】
ハーフブリッジインバータ回路２２は、入力電源電圧を分圧するために電解コンデンサＣ１の両端に並列に接続された２つのコンデンサＣ２，Ｃ３と、２つのスイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２とからなる。コンデンサＣ２，Ｃ３の中点と、スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２の中点とが後述する高周波トランスＴＲの一次側に接続されている。
【００４６】
倍電圧整流平滑回路２３は、交流電圧を昇圧するための高周波トランスＴＲと、これの２次側に接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２および２つのコンデンサＣ４，Ｃ５と、それらに直列に接続されたコイルＬ２および抵抗Ｒ１とによって構成されている。なお、コイルＬ２は、不要であるならば設けなくてもよい。
【００４７】
フィードバック回路２４は、一方の入力端子が抵抗Ｒ１の一端に接続された差動増幅器Ａ１と、差動増幅器Ａ１の出力端子に接続された制御回路２４ａとによって構成されている。差動増幅器Ａ１の他方の入力端子は、可変抵抗Ｒ２が接続され、これによって本来のマイクロ波を出力させるためにマグネトロン１に対して供給する基準電圧となる供給基準電圧（通常、正電位）が設定されている。また、制御回路２４ａの出力は、ハーフブリッジインバータ回路２２の２つのスイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２のベース端子にそれぞれ接続されている。
【００４８】
一方、アノード電源部２の積算回路１１は、反射波電力検出器６に接続された基準値設定回路３１と、反射波電力検出器６から出力された、反射波電力に相当する電圧を充放電するための充放電回路３２と、充放電回路３２の出力を反転させるための反転回路３３と、反転回路３３の出力と許容基準電圧値とを比較するためのコンパレータ回路３４と、保護回路３５と、遮断回路１２に対して遮断信号を出力するための遮断信号出力回路３６とを備えている。なお、この充放電回路３２は、特許請求の範囲に記載の「充放電積分回路」として機能する。
【００４９】
基準値設定回路３１は、後段の充放電回路３２において充放電する際の基準となる充放電基準値を設定するためのものであり、反射波電力検出器６に接続された抵抗Ｒ５と、電源−グランド間に接続された可変抵抗Ｒ３と、それに接続された抵抗Ｒ４とからなる。この基準値設定回路３１では、可変抵抗Ｒ３の出力電圧（グランドと可変抵抗Ｒ３との間の電位差）が、たとえば「−５Ｖ」といった負電位になるように、可変抵抗Ｒ３が設定されている。
【００５０】
充放電回路３２は、増幅器Ａ２と、その入出力端子に並列に接続されたコンデンサＣ６およびダイオードＤ３とによって構成されている。充放電回路３２は、反射波電力に相当する、反射波電力検出器６の出力電圧（正電位）と、可変抵抗Ｒ３の出力電圧（負電位）とを加算した電圧が正電位のとき、コンデンサＣ６によって充電する。また、コンデンサＣ６によって充電された電荷を、上記加算した電圧が負電位のとき、ダイオードＤ３によって放電し、コンデンサＣ６およびダイオードＤ３によって充放電された電圧差を積分する。
【００５１】
反転回路３３は、充放電回路３２の出力を反転させるためのものであり、増幅器Ａ３と、その入出力端子に並列に接続された抵抗Ｒ６と、増幅器Ａ３の入力端子に接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８とによって構成されている。
【００５２】
コンパレータ回路３４は、コンパレータＡ４と、複数の抵抗Ｒ９〜Ｒ１１とからなり、予め定める許容基準値と、反転回路３３からの出力電圧値とを比較するためのものである。コンパレータＡ４の一方の入力端子には、抵抗Ｒ９を介して反転回路３３の出力が接続され、他方の入力端子には、上記許容基準値を設定するための抵抗Ｒ１０，Ｒ１１が接続されている。この許容基準値は、ダミーロード５の熱的許容電力の限界値よりやや小の値に予め設定されている。
【００５３】
コンパレータ回路３４の出力は、保護回路３５に接続されており、保護回路３５の出力は、遮断信号出力回路３６に接続されている。
【００５４】
遮断信号出力回路３６は、スイッチング用トランジスタＴ３と、そのコレクタ端子に接続されたリレーＲＹのコイル（図示せず）と、一端が電源電圧に他端がリレーＲＹに接続された抵抗Ｒ１２とによって構成されている。スイッチング用トランジスタＴ３は、そのベース端子が保護回路３５に接続され、エミッタ端子がグランドに接続されている。なお、この場合、コンパレータ回路３４、保護回路３５、および遮断信号出力回路３６は、特許請求の範囲に記載の「比較出力回路」に相当する。
【００５５】
遮断回路１２は、商用電源ＰＳからの３相交流電圧の供給を遮断するためのリレー接点（ノーマルクローズ）によって構成されており、このリレー接点は、遮断信号出力回路３６に含まれるリレーＲＹの接点とされている。すなわち、リレーＲＹがオンすることにより、リレー接点が開き、３相交流電圧の供給を遮断する。これによって、アノード電源部２からマグネトロン１に対する電力供給を遮断することができる。
【００５６】
次に、上記構成による全体作用について説明する。
【００５７】
まず、フィラメント電源部３は、マグネトロン１のフィラメントを加熱し、熱電子を放出しやすい状態（予熱状態）にさせる。次いで、アノード電源部２は、マグネトロン１のアノードに負の高電圧を印加する。
【００５８】
具体的には、アノード電源部２では、商用電源ＰＳから供給された交流電圧が整流平滑化回路２１において、整流、平滑化され、ハーフブリッジインバータ回路２２によって高周波化される。その後、倍電圧整流平滑回路２３の高周波トランスＴＲによって昇圧され、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ４，Ｃ５によって直流高電圧に変換され、それがマグネトロン１のアノード、カソード間に供給される。これにより、マグネトロン１は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力（進行波電力）を出力する。
【００５９】
ここで、マグネトロン１のアノード、カソード間に印加される印加電圧Ｖｍと、抵抗Ｒ１に流れるアノード電流Ｉａ（マグネトロン１のアノード、カソード間に流れるアノード電流と同等）とは、図２に示すように、ほぼ比例関係にある。すなわち、印加電圧Ｖｍの値が所定の電圧値（Ｖ₁）になるまではアノード電流Ｉａはほとんど流れないが、電圧値（Ｖ₁）を超えると、アノード電流Ｉａは急激に流れるようになる。電圧値（Ｖ₁）を超えた後は、印加電圧Ｖｍとアノード電流Ｉａとは、印加電圧Ｖｍの変化量に比べてアノード電流Ｉａの変化量が増大するといった関係を有しながら、ほぼ比例関係を維持する。
【００６０】
印加電圧Ｖｍとアノード電流Ｉａとの積は、マグネトロン１に対する供給電力値として算出可能であるが、マイクロ波電力の出力効率は、進行波電力値を上記マグネトロン供給電力値で除算したことにより求められる。この場合、マイクロ波電力の出力効率が一定であれば、マグネトロン供給電力値から進行波電力値を求めることができる。アノード電流Ｉａは、印加電圧Ｖｍと図２に示すような関係にあるため、アノード電流Ｉａからマグネトロン供給電力値を得ることができる。したがって、アノード電流Ｉａに相当する電圧または印加電圧Ｖｍとアノード電流Ｉａとの積に相当する電圧を変化させることによって、負荷Ｌに向かって進行するマイクロ波電力（進行波電力）を制御することができる。
【００６１】
図１に戻り、差動増幅器Ａ１では、一方の入力端子にアノード電流Ｉａに相当する電圧が入力され、他方の入力端子に入力される供給基準電圧と比較される。そして、差動増幅器Ａ１では、両者の差が増幅されて出力される。
【００６２】
制御回路２４ａでは、差動増幅器Ａ１の出力に基づいて、スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２のオン、オフ時間に依存するデューティサイクルが制御され、そのデューティサイクルに応じて各スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２に出力信号が出力される。これにより、マグネトロン供給電力値が制御されるとともに、進行波電力値が制御される。
【００６３】
マグネトロン１から出力されたマイクロ波電力は、導波管８、サーキュレータ４、反射波電力検出器６、および整合器７を通じて負荷Ｌに至る。
【００６４】
ここで、整合器７においてインピーダンス整合が十分に行えなかった場合、負荷Ｌにおいて反射波電力が発生し、それが整合器７、反射波電力検出器６、サーキュレータ４に戻ることになる。この場合、反射波電力は、通常、サーキュレータ４によってダミーロード５側に向くようにその進行方向が変換され、ダミーロード５において吸収されて、マグネトロン１側に進行しないようにされる。
【００６５】
ダミーロード５は、反射波電力を吸収する際、独自の許容電力特性を有するが、その許容電力を越える反射波電力が入力された場合には、反射波電力を吸収できなくなり、損傷に至ることがある。その結果、マグネトロン１に反射波電力が進行し、マグネトロン１をも損傷させる可能性がある。そこで、本実施形態では、ダミーロード５の許容電力の特性を考慮して、ダミーロード５が損傷に至る直前において、商用電源ＰＳによる交流電圧の供給を遮断するようにされている。
【００６６】
ダミーロード５の許容電力特性は、図９に示したように、比較的高い電力値Ｐ₁の反射波電力を吸収することが可能であるが、その継続可能時間ｔ₁は比較的短い。また、比較的低い電力値Ｐ₂の反射波電力を吸収する場合、その継続可能時間ｔ₂は比較的長い。つまり、ダミーロード５は、比較的低い電力ならば、その許容電力の限界値を越えない限り、長時間継続して使用することができる。
【００６７】
そのため、反射波電力に相当する電圧を充放電させて積分することにより、ダミーロード５が損傷に至る許容電力の限界値までそれを用い、許容電力を越える直前に、商用電源ＰＳによる交流電圧の供給を遮断するようにする。このようにすれば、マグネトロン１は、マイクロ波電力を出力しなくなり、その結果、ダミーロード５に向かう反射波電力も出力されなくなり、ダミーロード５は損傷に至らなくなる。
【００６８】
具体的に説明すると、可変抵抗Ｒ３の出力電圧は、たとえば「−５Ｖ」に設定され、充放電の基準となる充放電基準値としては、たとえば「５Ｖ」に設定されている。アノード電源部２に、反射波電力検出器６によって検出された反射波電力が入力されると、それに相当する電圧と可変抵抗Ｒ３の出力電圧とが加算され、その結果、加算した電圧が充放電基準値を超えれば（図３(a) の斜線部Ｘ参照）、充放電回路３２のコンデンサＣ６によって充電が行われる。
【００６９】
また、上記加算した電圧が充放電基準値未満になれば（図３(a) の斜線部Ｙ参照）、充放電回路３２において積分された電圧が、充放電回路３２のダイオードＤ３によって放電される。そして、充放電が繰り返し行われ、これら充放電による電圧差が、図３(b) に示すように、積分されるとともに極性が反転される。
【００７０】
充放電回路３２において、充放電され積分された、反射波電力に相当する電圧は、反転回路３３においてその極性が反転され、コンパレータ回路３４において比較される。
【００７１】
コンパレータ回路３４では、上記積分値が一方の入力端子に入力され、他方の入力端子において抵抗Ｒ１０，Ｒ１１によって許容基準値が設定されている。そのため、充放電回路３２において積分された積分値が時間の経過とともに上昇していき、許容基準値を上回った場合（図３(b)のＺ点参照）、コンパレータ回路３４の出力端子から遮断指令信号が出力される。
【００７２】
この遮断指令信号により、保護回路３５を介して、スイッチング用トランジスタＴ３がオンし、リレーＲＹが駆動される。これにより、遮断回路１２のリレー接点が非接触状態となり、商用電源ＰＳによる電源供給が遮断される。そのため、マグネトロン１は、マイクロ波電力を発生しなくなり、その結果、ダミーロード５に向かう反射波電力も出力されなくなる。よって、ダミーロード５の損傷を防止するとともに、マグネトロン１の損傷を防止することができる。
【００７３】
上記許容基準値は、ダミーロード５が反射波電力を吸収しきれなくなる直前の許容電力値に設定しているため、適切なタイミングでより確実に商用電源ＰＳによる電源供給を遮断することができる。
【００７４】
また、ダミーロード５が損傷する直前まで可及的にかつ継続的にそれを用いることができるので、半導体プロセスにおいてプラズマの発生が中断されることが抑制され、半導体プロセスに対する影響を最小限に抑えることができる。
【００７５】
図４は、第２実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。この構成図におけるマイクロ波電力供給システムでは、アノード電源部２からマグネトロン１に供給される電力またはマグネトロン１のアノード、カソード間に流れる電流を抑制することにより、ダミーロード５およびマグネトロン１を保護するようにされている。
【００７６】
具体的には、第１実施形態に示したマイクロ波電力供給システムと異なる構成について主に述べると、倍電圧整流平滑回路２３において、２つのコンデンサＣ４，Ｃ５に、並列に２つの抵抗Ｒ１３，Ｒ１４が接続されており、この２つの抵抗１３，Ｒ１４の中点（以下、この点とグランドとの間の電圧を「中点電圧」という。）と、抵抗Ｒ１の一端とが乗算回路４１に接続されている。乗算回路４１は、中点電圧と、抵抗Ｒ１に流れる電流に相当する電圧とを入力し、両者を乗算するための回路である。
【００７７】
乗算回路４１の出力は、差動増幅器Ａ１の一方の入力端子に接続されている。差動増幅器Ａ１の他方の入力端子には、フィードバック回路２４に含まれる切替回路４２の出力端子が接続されている。この切替回路４２は、可変抵抗Ｒ２によって設定された供給基準電圧（特許請求の範囲に記載の「供給基準信号」に相当）の出力と、可変抵抗Ｒ１６によって設定された、マグネトロン１に対する供給電圧を抑制するための抑制基準電圧（特許請求の範囲に記載の「抑制基準信号」に相当）の出力とを切り替えるためのものである。ここで、抑制基準電圧は、たとえば上述した基準値設定回路３１と同様に、可変抵抗Ｒ１６の出力電圧（グランドと可変抵抗Ｒ１６との間の電位差）として、たとえば「−５Ｖ」となるように、可変抵抗Ｒ１６が設定されている。可変抵抗Ｒ１６の出力は、反転回路４４によって反転され、切替回路４２に入力される。なお、可変抵抗Ｒ１６の出力電圧の大きさは、上記値より小となるように、設定されてもよい。
【００７８】
一方、反射波電力検出器６は、サーキュレータ４とダミーロード５との間に介在され、ダミーロード５に直接進行する反射波電力を検出するようにしている。
【００７９】
反射波電力検出器６には、アノード電源部２内に設けられた電力値信号検出回路４３が接続されている。電力値信号検出回路４３は、反射波電力検出器６の出力を増幅した後、直線補正等するためのものである。なお、反射波電力検出器６の出力において増幅および直線補正等を必要としないのであれば、電力値信号検出回路４３を設けなくてもよい。
【００８０】
電力値信号検出回路４３の出力は、先に説明した積算回路１１における基準値設定回路３１の抵抗Ｒ５の一端に接続されている。また、抵抗Ｒ５の他端は、増幅器Ａ２の一方の入力端子に接続されている。
【００８１】
積算回路１１の構成は、第１実施形態と略同様であるが、コンパレータ回路３４の増幅器Ａ４の出力端子は、切替回路４２を切り替えるための切替信号を出力するためにそれに接続されている。すなわち、積算回路１１によって充放電されかつ積分された、反射波電力に相当する電圧が、許容基準値を超えた場合に、切替回路４２が切り替えられる。なお、上記切替信号は、特許請求の範囲に記載の「抑制指令信号」に相当する。
【００８２】
切替回路４２は、通常、供給基準電圧側に設定されており、切替信号が入力された場合に、上述した抑制基準電圧側に切り替わる。すなわち、フィードバック回路２４の差動増幅器Ａ１において、乗算回路４１の出力と、抑制基準電圧（反転回路４４の出力）との差が検出され、制御回路２４ａにおいてその差分に応じたデューティサイクルで各スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２が制御される。なお、この場合、フィードバック回路２４は、特許請求の範囲に記載の「第１制御手段」として機能する。
【００８３】
より詳細には、抑制基準電圧の大きさは、マグネトロン１に対する供給電力に相当する電圧の大きさに比べ、明らかに小であるため、乗算回路４１の出力と、抑制基準電圧の大きさとの差が顕著になり、スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２のオン時間が短くされ、マグネトロン１に供給される供給電圧が小さくなるように制御される。
【００８４】
これにより、マグネトロン１は、マイクロ波電力の発生が抑制され、その結果、ダミーロード５に向かう反射波電力も低下される。そのため、反射波電力に相当する電圧が、図３(a) に示した充放電基準値を超えるには、相当な時間を必要とするか、あるいは上記充放電基準値を超えないようにすることができる。よって、反射波電力の積分値に相当する電圧が、図３(b) に示した許容基準値を超えるには、相当な時間を必要とするか、あるいは上記許容基準値を超えないようにすることができる。さらに、反射波電力が全反射する場合でも、反射波電力に相当する電圧が充放電基準値以下になるように、マグネトロン１に供給される供給電圧を抑制すれば、その抑制している間は、反射波電力に相当する電圧が充放電基準値以下になるので、反射波電力の積分値に相当する電圧を確実に許容基準値以下にすることができる。したがって、第１実施形態と同様に、ダミーロード５の損傷を防止するとともに、マグネトロン１の損傷を防止することができる。
【００８５】
なお、反射波電力検出器６は、第１実施形態と同様に、サーキュレータ４と整合器７との間に設けられてもよい。
【００８６】
図５は、第３実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。このマイクロ波電力供給システムは、アノード電源部２からマグネトロン１に供給される電力またはマグネトロン１のアノード、カソード間に流れる電流を抑制することにより、ダミーロード５およびマグネトロン１を保護する点では、第２実施形態のマイクロ波電力供給システムと同様であるが、進行波電力および反射波電力の双方を検出することのできる両波検出器４５が設けられ、さらに差動増幅器Ａ１において供給基準電圧と比較する信号を、両波検出器４５から得ている点で第２実施形態の構成と異なる。なお、上記両波検出器４５は、特許請求の範囲に記載の「進行波電力検出手段」および「反射波電力検出手段」として機能する。
【００８７】
具体的には、両波検出器４５は、サーキュレータ４と整合器７との間に介在され、マグネトロン１からの進行波電力と、負荷Ｌからの反射波電力とを検出するものである。両波検出器４５は、２個の深針（図示せず）と、これらの深針に接続された複数のダイオード（図示せず）とを備えて構成されている。
【００８８】
両波検出器４５には、アノード電源部２内に設けられた電力値信号検出回路４６と、先述した電力値信号検出回路４３とが接続されている。電力値信号検出回路４６は、電力値信号検出回路４３とその内部構成が略同様とされ、両波検出器４５の進行波電力に相当する出力を増幅した後、直線補正等するためのものである。なお、両波検出器４５の出力において増幅および直線補正等が必要としないのであれば、電力値信号検出回路４６を設けなくてもよい。
【００８９】
電力値信号検出回路４６の出力は、差動増幅器Ａ１の一方の入力端子に接続されている。差動増幅器Ａ１の一方の入力端子は、電力値信号検出回路４６と接続される点で、乗算回路４１と接続された第２実施形態の構成と異なる。
【００９０】
その他の構成に関しては、上記した第２実施形態の構成と略同様である。
【００９１】
この構成によれば、両波検出器４５において検出され、電力値信号検出回路４３を介して出力された反射波電力に相当する電圧は、積算回路１１において充放電されかつ積分され、その積分された電圧が許容基準値を超えた場合に、切替回路４２が切り替えられる。そのため、フィードバック回路２４の差動増幅器Ａ１において、抑制基準電圧と、両波検出器４５において検出され、電力値信号検出回路４６を介して出力された進行波電力に相当する電圧との差が検出され、制御回路２４ａにおいてその差に応じたデューティサイクルで各スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２が制御される。なお、この場合、フィードバック回路２４は、特許請求の範囲に記載の「第２制御手段」として機能する。
【００９２】
これにより、スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２のオン時間が短くされ、マグネトロン１に対する供給電力またはマグネトロン１のアノード、カソード間に流れる電流が小さくなるように制御される。そのため、マグネトロン１は、マイクロ波電力の発生が抑制され、その結果、ダミーロード５に向かう反射波電力も抑制される。よって、第１および第２実施形態と同様に、ダミーロード５の損傷を防止するとともに、マグネトロン１の損傷を防止することができる。
【００９３】
なお、サーキュレータ４とダミーロード５との間に、新たな両波検出器を設け、新たに追加された両波検出器により反射波電力を検出するようにしてもよい。
【００９４】
図６は、第４実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。このマイクロ波電力供給システムでは、３個の深針（図示せず）と、これらの深針に接続された複数のダイオード（図示せず）とを有し、かつ進行波電力および反射波電力の双方を検出することができる両波検出器４７が設けられている点で第３実施形態と異なる。
【００９５】
具体的には、両波検出器４７は、サーキュレータ４と整合器７との間に設けられており、両波検出器４７には、アノード電源部２内に設けられた電力値信号検出回路４８が接続されている。電力値信号検出回路４８は、両波検出器４７からの進行波電力および反射波電力に相当する電圧をＡ／Ｄ変換し、マグネトロン１からの進行波電力と、負荷Ｌからの反射波電力とを演算して出力するものである。
【００９６】
その他の構成に関しては、上記した第３実施形態の構成と略同様である。
【００９７】
この構成によれば、両波検出部４７において検出された反射波電力に相当する電圧は、積算回路１１において充放電されかつ積分され、その積分された電圧が許容基準値を超えた場合に、切替回路４２が切り替えられる。その後、フィードバック回路２４の差動増幅器Ａ１において、進行波電力に相当する電圧と、抑制基準電圧との差が検出され、制御回路２４ａにおいてその差に応じたデューティサイクルで各スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２が制御される。
【００９８】
これにより、スイッチング用トランジスタＴ１，Ｔ２のオン時間が短くされ、マグネトロン１に供給される供給電圧が小さくなるように制御される。そのため、マグネトロン１は、マイクロ波電力の発生が抑制され、その結果、ダミーロード５に向かう反射波電力も低下される。よって、上記各実施形態と同様に、ダミーロード５の損傷を防止するとともに、マグネトロン１の損傷を防止することができる。
【００９９】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、反射波電力に相当する電圧をダイオード等によって検波する反射波電力検出器６、両波検出器４５，４７が用いられていたが、これに代えて、たとえばポロメータ法、熱量計法といった測定器自体に電力を吸収させ、マイクロ波エネルギーを一旦熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーによって、反射波電力または進行波電力に相当する電圧を求める方法を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図２】印加電圧とアノード電流との関係を示す図である。
【図３】反射波電力に相当する電圧およびその積分値と時間との関係を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図５】第３実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図６】第４実施形態に係るマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図７】従来のマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図８】従来のマイクロ波電力供給システムの構成図である。
【図９】ダミーロードの許容電力と継続可能時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１マグネトロン
２アノード電源部
４サーキュレータ
５ダミーロード
６反射波電力検出器
７整合器
８導波管
１１積算回路
１２遮断回路
３１基準値設定回路
３２充放電回路
３３反転回路
３４コンパレータ回路
Ｌ負荷
ＰＳ商用電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave power supply system for generating plasma used in, for example, a semiconductor wafer process.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a microwave power supply system that generates plasma by supplying microwave power to a load such as a semiconductor wafer. For example, as shown in FIG. 7, the microwave power supply system converts a three-phase AC voltage from a magnetron 51 for supplying microwave power to a load L and a commercial power source PS into a DC high voltage. The anode power source 52 for applying to the magnetron 51, the filament power source 53 for heating the filament of the magnetron 51, and the microwave power and the reflected wave power reflected from the load L (reflected microwave power) are separated. Circulator 54 for performing reflection, dummy load 55 for absorbing reflected wave power, matching device 56 for performing impedance matching with load L, and waveguide 57 for connecting each device. Has been.
[0003]
According to this configuration, a 2.45 GHz microwave, for example, is generated from the magnetron 51 supplied with the DC high voltage by the anode power supply unit 52, and the microwave power is supplied to the load L through the circulator 54 and the matching unit 56. Supplied.
[0004]
Here, in order to supply stable microwave power to the load L, the matching unit 56 must perform appropriate impedance matching. However, if appropriate impedance matching is not performed, the microwave power is reflected at the load L, and the reflected wave power is returned to the matching unit 56 and the circulator 54.
[0005]
The reflected wave power is absorbed by the dummy load 55 in the circulator 54 with the traveling direction directed toward the dummy load 55. That is, the dummy load 55 absorbs the reflected wave power, so that the reflected wave power does not travel toward the magnetron 51, thereby protecting the magnetron 51.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the reflected wave power exceeding the thermal allowable power of the dummy load 55 is supplied to the dummy load 55, the dummy load 55 may not be able to absorb the reflected wave power.
[0007]
As a result, the magnetron 51 receives reflected wave power from the load L, the temperature rises due to reverse heating, and the constituent material of the internal filament evaporates, or the life of the magnetron 51 is shortened due to vacuum deterioration or the like. To do. Further, the magnetron 51 may cause a so-called runaway phenomenon in which the anode current increases without limitation.
[0008]
Therefore, in order to protect the dummy load 55 and the magnetron 51, as shown in FIG. 7, a plurality of thermostats 60 for detecting the temperature of the dummy load 55 and the magnetron 51, and the outputs of these thermostats 60 are used. It has been considered to provide a control circuit 61 for cutting off the AC voltage from the commercial power source PS. That is, the temperature of the dummy load 55 and the magnetron 51 is monitored by each thermostat 60. When these temperatures reach a predetermined reference temperature, the relay contact 62 is opened by the control circuit 61. As a result, the AC voltage of the commercial power supply PS to the anode power supply unit 52 is cut off, and the supply of microwave power to the load L by the magnetron 51 is suppressed.
[0009]
However, the thermostat 60 generally has a low temperature detection accuracy, and a high temperature detection accuracy has a drawback of increasing the cost.
[0010]
Therefore, instead of the configuration of the thermostat 60 and the control circuit 61, a reflected wave power detector 65 is interposed between the circulator 54 and the load L as shown in FIG. A configuration has been conceived in which the comparator 63 compares the voltage corresponding to the reflected wave power and the predetermined reference voltage set by the resistors R21 and R22.
[0011]
According to this configuration, when the voltage corresponding to the reflected wave power exceeds the reference voltage, the cutoff signal is output from the comparator 63 and the relay contact 62 is opened, so that the supply of microwave power can be suppressed. In addition, this method has the advantage that it has a higher detection sensitivity than the method of detecting the temperature by the thermostat 60.
[0012]
However, the method using the reflected wave power detector 65 and the comparator 63 has the following problems due to the allowable power characteristics of the dummy load 55. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the reflected wave power that can be absorbed by the dummy load 55 and the continuable time until damage is reached. According to this figure, if the reference voltage in the comparator 63 is set high, if reflected wave power below the reference voltage is continuously applied to the dummy load 55, it will exceed the thermal allowable power value. Even though the reflected wave power does not exceed the reference voltage, the dummy load 55 may be damaged. On the other hand, if the reference voltage is set low, the dummy load 55 can be sufficiently protected, but the power supply to the magnetron 51 is frequently interrupted. Therefore, in the load L, for example, the processing time of the semiconductor process may be prolonged, or the semiconductor process may be interrupted to adversely affect the semiconductor wafer, the liquid crystal substrate, or the like.
[0013]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been conceived under the circumstances described above, and is a microwave power supply system that can appropriately prevent damage to a dummy load or a magnetron by utilizing the allowable power characteristics of the dummy load. The issue is to provide
[0014]
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0015]
A microwave power supply system provided by a first aspect of the present invention includes a magnetron for supplying microwave power to a load, power supply means for supplying power to the magnetron, and a load A microwave power supply system including a microwave absorption means for absorbing reflected microwave power, and detects the microwave power reflected by a load and outputs a signal corresponding to the detected power Reflected wave power detection means, integration means for generating and outputting a signal obtained by temporally integrating the reflected microwave power using the signal output from the reflected wave power detection means, and the power source power supply means for the magnetron Based on the interruption means for cutting off the power supply and the integration signal output from the integration means, the interruption means It is characterized by comprising an output means for outputting a blocking signal to.
[0016]
According to a preferred embodiment, the integrating means charges when the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power detected by the reflected wave power detecting means exceeds a preset charge / discharge reference value. On the other hand, discharging is performed when the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power is less than the charge / discharge reference value, and the difference between the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power and the charge / discharge reference value is integrated. A charge / discharge integration circuit that outputs an integrated signal having a magnitude corresponding to the integrated value as a signal obtained by temporally integrating the reflected microwave power, and the output means includes the magnitude of the integrated signal and the micro signal. A comparison output that compares a permissible reference value based on a permissible power of the wave absorbing means and outputs a cut-off signal to the cut-off means when the magnitude of the integrated signal exceeds the permissible reference value Consisting of the road.
[0017]
  According to these configurations, the reflected microwave power reflected by the load is detected by the reflected wave power detecting means, and the magnitude of the signal corresponding to the detected reflected microwave power is detected.ButCharging is performed when a preset charge / discharge reference value is exceeded. On the other hand, when the magnitude of the signal is less than the charge / discharge reference value, it is discharged, and the difference between the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power and the charge / discharge reference value is integrated by the charge and discharge. When the magnitude of the integral signal having a magnitude corresponding to the integral value exceeds the allowable reference value, the power supply to the magnetron is cut off.
[0018]
That is, the microwave absorbing means (for example, dummy load) can be continuously used without being damaged if the reflected wave power is relatively low. The allowable reference value is set in advance to a value equal to or lower than the signal corresponding to the thermal allowable power of the dummy load. Therefore, by charging / discharging a signal corresponding to the reflected microwave power and integrating the difference, the integrated value of the reflected microwave power that can be absorbed by the dummy load can be continuously used. Since the supply voltage to the magnetron is cut off immediately before the dummy load cannot absorb the reflected microwave power, the microwave is not generated from the magnetron and the reflected microwave power is not generated. Therefore, it is possible to prevent damage to the dummy load, and it is also possible to prevent damage to the magnetron caused by the dummy load becoming unable to absorb the reflected microwave power.
[0019]
In addition, since the dummy load can be used as long as possible immediately before the dummy load is damaged, it is possible to suppress the generation of plasma in the semiconductor process and to minimize the influence on the semiconductor process. it can.
[0020]
A microwave power supply system provided by the second aspect of the present invention includes a magnetron for supplying microwave power to a load, power supply means for supplying power to the magnetron, and a load A microwave power supply system including a microwave absorption means for absorbing reflected microwave power, and detects the microwave power reflected by a load and outputs a signal corresponding to the detected power Reflected wave power detection means, integration means for generating and outputting a signal obtained by temporally integrating the reflected microwave power using the signal output from the reflected wave power detection means, and the power source power supply means for the magnetron A signal corresponding to the supplied power is fed back to control a signal corresponding to the supplied power to the magnetron. First control means; and output means for outputting a suppression command signal for suppressing a signal corresponding to power supplied to the magnetron to the first control means based on the integration signal output from the integration means; It is characterized by providing. The signal corresponding to the power supplied to the magnetron may be a signal corresponding to the anode current.
[0021]
According to a preferred embodiment, the first control means includes a supply reference signal for setting a signal corresponding to the supply power to the magnetron, and a suppression reference serving as a reference for suppressing the signal corresponding to the supply power. A switching circuit for switching between signals, a differential amplifier circuit that outputs a signal corresponding to a difference between a signal corresponding to power supplied to the magnetron and an output of the switching circuit, and an output of the differential amplifier circuit And a control circuit that changes a signal corresponding to the power supplied to the magnetron by controlling on and off of a plurality of switching transistors, and the switching circuit outputs a suppression command signal output by the output means. Switch based on.
[0022]
According to another preferred embodiment, the integrating means is charged when the magnitude of a signal corresponding to the reflected microwave power detected by the reflected wave power detecting means exceeds a preset charge / discharge reference value. On the other hand, discharging is performed when the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power is less than the charge / discharge reference value, and the difference between the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power and the charge / discharge reference value is performed. An integration signal having a magnitude corresponding to an integral value obtained by integrating the reflected microwave power as a signal obtained by temporally integrating the reflected microwave power, and the output means includes the magnitude of the integration signal and the integration signal. A ratio for outputting a suppression command signal to the switching circuit when the magnitude of the integrated signal exceeds the allowable reference value when compared with an allowable reference value based on the allowable power of the microwave absorbing means. And an output circuit.
[0023]
According to these structures, the magnetron is fed back with a signal corresponding to the supply power supplied by the first control means so that appropriate power is always supplied. That is, a signal corresponding to the actual supply power supplied to the magnetron is compared with a signal corresponding to an appropriate supply power by the differential amplifier circuit, and a plurality of switching transistors are controlled to be turned on and off according to the difference. As a result, the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is changed.
[0024]
Here, when the reflected microwave power integrated by the integration means exceeds, for example, an allowable reference value, a signal to that effect (a suppression command signal) is transmitted to the switching circuit. As a result, the switching circuit is switched, and the suppression reference signal serving as a reference for suppressing the signal corresponding to the supply power instead of the supply reference signal is compared with the signal corresponding to the actual supply power supplied to the magnetron. Is done.
[0025]
If the suppression reference signal is set to a relatively small value, the difference between the signal corresponding to the actual supply power supplied to the magnetron and the difference between them will be large, and the supply power to the magnetron will decrease. Therefore, the microwave power (traveling wave power) output from the magnetron also decreases, and the reflected microwave power also decreases accordingly. As a result, a signal corresponding to the reflected microwave power may require a considerable time to exceed the charge / discharge reference value, or may not exceed the charge / discharge reference value. Therefore, it is possible to require a considerable time for the integral value of the signal corresponding to the reflected microwave power to exceed the allowable reference value, or not to exceed the allowable reference value. Furthermore, even when the reflected microwave power is totally reflected, if the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is suppressed so that the signal corresponding to the reflected microwave power is less than or equal to the charge / discharge reference value, the suppression is suppressed. During this time, the signal corresponding to the reflected microwave power becomes equal to or lower than the charge / discharge reference value, so that the integral value of the signal corresponding to the reflected microwave power can be reliably set to the allowable reference value or lower. Therefore, similarly to the microwave power supply system provided by the first aspect of the present invention, damage to the dummy load and the magnetron can be prevented.
[0026]
A microwave power supply system provided by a third aspect of the present invention includes a magnetron for supplying microwave power to a load, power supply means for supplying power to the magnetron, and a load A microwave power supply system comprising a microwave absorption means for absorbing reflected microwave power, a traveling wave power detection means for detecting the microwave power traveling toward the load, and the load A reflected wave power detecting means for detecting the reflected microwave power and outputting a signal corresponding to the detected power; and using the signal output from the reflected wave power detecting means, Corresponding to the power supplied to the magnetron by the power supply means and the integration means for generating and outputting the signal integrated to The second control means for controlling the signal based on the output of the traveling wave power detection means, and the power supplied to the magnetron with respect to the second control means based on the integration signal output from the integration means Output means for outputting a suppression command signal for doing so.
[0027]
According to a preferred embodiment, the second control means includes a supply reference signal for setting a signal corresponding to the supply power to the magnetron, and a suppression reference serving as a reference for suppressing the signal corresponding to the supply power. A switching circuit for switching between signals, a differential amplifier circuit for outputting a signal corresponding to the difference between the signal corresponding to the microwave power detected by the traveling wave power detection means and the output of the switching circuit, The switching circuit includes a control circuit that changes a signal corresponding to power supplied to the magnetron by turning on and off a plurality of switching transistors based on an output of the differential amplifier circuit, and the switching circuit includes the output unit. Is switched based on the suppression command signal output by.
[0028]
According to these configurations, the magnetron is fed back with a signal corresponding to the traveling wave power detected by the traveling wave power detection means so that a signal corresponding to an appropriate supply power is always supplied. That is, the signal corresponding to the traveling wave power is compared with an appropriate supply reference signal by the comparison circuit, and the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is changed according to the difference.
[0029]
Here, when the reflected microwave power integrated by the integration means exceeds, for example, an allowable reference value, a signal to that effect (a suppression command signal) is transmitted to the switching circuit, thereby switching the switching circuit, A suppression reference signal serving as a reference for suppressing a signal corresponding to supply power instead of the supply reference signal is compared with a signal corresponding to microwave power.
[0030]
Since the value of the suppression reference signal is sufficiently small with respect to the signal corresponding to the microwave power, the value of the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is lowered. Furthermore, even when the reflected microwave power is totally reflected, if the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is suppressed so that the signal corresponding to the reflected microwave power is less than or equal to the charge / discharge reference value, the suppression is suppressed. During this time, the signal corresponding to the reflected microwave power becomes equal to or lower than the charge / discharge reference value, so that the integral value of the signal corresponding to the reflected microwave power can be reliably set to the allowable reference value or lower. Therefore, similarly to the microwave power supply system provided by the first and second aspects of the present invention, damage to the dummy load and the magnetron can be prevented.
[0031]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0033]
  FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a microwave power supply system according to a first embodiment of the present invention. This microwave power supply system includes a magnetron 1 for supplying microwave power to a load L, an anode power supply unit 2 for supplying DC high-voltage power to the magnetron 1, and a filament (not shown) of the magnetron 1 (Not shown) for heating the filament power supply unit 3 for heating, the microwave supplied from the magnetron 1, the circulator 4 for separating the reflected wave power reflected by the load L, and the circulator 4. A dummy load 5 for absorbing power, a reflected wave power detector 6 for detecting reflected wave power, and a matching unit 7 for impedance matching with the load L are roughly configured. Load from magnetron 1LThe circulator 4, the reflected wave power detector 6, and the matching device 7 are connected by a waveguide 8. The anode power supply unit 2 functions as “power supply means” described in the claims. The dummy load 5 also functions as “microwave absorbing means”.
[0034]
Note that the load L according to the present embodiment is, for example, a plasma processing apparatus, and the plasma processing apparatus uses the microwave power supplied by introducing a gas for generating a plasma into a vacuum vessel provided therein. Gas is ionized to generate plasma. The generated plasma is used to process a workpiece such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate.
[0035]
The magnetron 1 generates high-frequency power (hereinafter referred to as “traveling wave power”) as a microwave of 2.45 GHz, for example, by a direct current high voltage applied from the anode power supply unit 2, and generates it as a waveguide 8 and The load L is supplied through each device.
[0036]
The anode power supply unit 2 converts a three-phase AC voltage (for example, 200 V) generated from the commercial power supply PS into a predetermined voltage and supplies it to the magnetron 1. The anode power supply unit 2 applies a negative high voltage between the anode and the cathode of the magnetron 1, whereby the magnetron 1 controls the anode current flowing between the anode and the cathode and outputs traveling wave power.
[0037]
Further, the anode power supply unit 2 integrates the output from the reflected wave power detector 6 over time, and an integration circuit 11 for cutting off the voltage supply to the anode power supply unit 2 and the filament power supply unit 3 by the commercial power supply PS. It has. The detailed configuration of the anode power supply unit 2 and the detailed configuration of the integrating circuit 11 will be described later.
[0038]
The filament power supply unit 3 converts two phases of the three-phase AC power supplied from the commercial power supply PS into a predetermined voltage value and supplies the converted voltage to the magnetron 1. The filament power supply unit 3 heats the filament of the magnetron 1 to bring the magnetron 1 into a state in which thermionic electrons are likely to be emitted (preheated state).
[0039]
Between the commercial power source PS and the anode power source unit 2 and the filament power source unit 3, a cutoff circuit 12 is provided for shutting off the supply of AC voltage from the commercial power source PS based on the output from the integrating circuit 11. ing. The commercial power source PS is not limited to the three-phase AC power source as described above, and a single-phase AC power source may be used.
[0040]
The circulator 4 advances the traveling wave power from the magnetron 1 toward the load L, while causing the reflected wave power reflected at the load L to proceed toward the dummy load 5. The dummy load 5 is connected to the circulator 4 through the waveguide 8 and attenuates the reflected wave power by absorbing the reflected wave power. With the configuration of the circulator 4 and the dummy load 5, the magnetron 1 can be protected by preventing the reflected wave power reflected by the load L from being applied to the magnetron 1.
[0041]
The reflected wave power detector 6 is constituted by a so-called directional coupler (see, for example, “JP-A-4-196903”), and is a diode (not shown) showing a specific frequency band of reflected wave power propagating in the waveguide 8. For example, the signal is detected and output to the integrating circuit 11.
[0042]
The matching unit 7 is configured to be manually operable, for example. The matching unit 7 includes an impedance variable unit (not shown) provided inside, and adjusts the impedance on the load L side by changing the impedance variable unit to perform impedance matching. Is to do. For example, the impedance variable section is provided with three rod-like members called stubs (not shown), and the stubs are inserted into a traveling wave power transmission line and the degree of insertion is changed manually. Then, the impedance on the load L side is adjusted. Normally, there are three stubs, but the number is not limited to this. Further, the adjustment of the stub may be inserted and changed by a driving device such as a motor instead of manually, and in this case, the motor or the like may be remotely operated. Further, impedance matching may be performed by another method that does not use a stub. Alternatively, the matching unit 7 may be an automatic matching unit instead of the manual type.
[0043]
Here, the anode power supply unit 2 boosts the AC voltage and rectifies and smoothes the AC voltage and the rectifying / smoothing circuit 21 for rectifying and smoothing the voltage supplied from the commercial power source PS. A voltage doubler rectifying and smoothing circuit 23 for converting the voltage into a voltage, a feedback circuit 24 that feeds back an anode current and gives a control signal to the half-bridge inverter circuit 22, and an integrating circuit 11 that is a characteristic part of the present embodiment. ing.
[0044]
The rectifying / smoothing circuit 21 includes a bridge circuit 21a having six diodes (not shown), an electrolytic capacitor C1 connected in parallel to the bridge circuit 21a, and a coil L1 connected in series to the bridge circuit. Note that the coil L1 may be omitted if unnecessary. When the input voltage is single phase, four diodes are used, but when the input voltage is three phases, six diodes are used.
[0045]
The half-bridge inverter circuit 22 includes two capacitors C2 and C3 connected in parallel to both ends of the electrolytic capacitor C1 to divide the input power supply voltage, and two switching transistors T1 and T2. A midpoint of the capacitors C2 and C3 and a midpoint of the switching transistors T1 and T2 are connected to a primary side of a high-frequency transformer TR described later.
[0046]
The voltage doubler rectifying / smoothing circuit 23 is connected in series to a high-frequency transformer TR for boosting an alternating voltage, two diodes D1 and D2 and two capacitors C4 and C5 connected to the secondary side thereof. The coil L2 and the resistor R1. Note that the coil L2 may be omitted if unnecessary.
[0047]
The feedback circuit 24 includes a differential amplifier A1 whose one input terminal is connected to one end of the resistor R1, and a control circuit 24a connected to the output terminal of the differential amplifier A1. A variable resistor R2 is connected to the other input terminal of the differential amplifier A1, and thereby a supply reference voltage (usually a positive potential) serving as a reference voltage supplied to the magnetron 1 to output the original microwave is supplied. Is set. The output of the control circuit 24a is connected to the base terminals of the two switching transistors T1 and T2 of the half bridge inverter circuit 22, respectively.
[0048]
  On the other hand, the integrating circuit 11 of the anode power supply unit 2 charges and discharges a reference value setting circuit 31 connected to the reflected wave power detector 6 and a voltage corresponding to the reflected wave power output from the reflected wave power detector 6. A charging / discharging circuit 32, an inverting circuit 33 for inverting the output of the charging / discharging circuit 32, a comparator circuit 34 for comparing the output of the inverting circuit 33 with an allowable reference voltage value, and a protection circuit 35 And a cutoff signal output circuit 36 for outputting a cutoff signal to the cutoff circuit 12. The charge / discharge circuit 32 is a “charge / discharge product” described in the claims.MinFunctions as a "circuit".
[0049]
The reference value setting circuit 31 is for setting a charging / discharging reference value that is a reference when charging / discharging in the subsequent charging / discharging circuit 32, and includes a resistor R5 connected to the reflected wave power detector 6, a power supply A variable resistor R3 connected between the ground and a resistor R4 connected thereto. In the reference value setting circuit 31, the variable resistor R3 is set so that the output voltage of the variable resistor R3 (potential difference between the ground and the variable resistor R3) becomes a negative potential such as “−5V”, for example.
[0050]
The charge / discharge circuit 32 includes an amplifier A2 and a capacitor C6 and a diode D3 connected in parallel to the input / output terminal thereof. When the voltage obtained by adding the output voltage (positive potential) of the reflected wave power detector 6 and the output voltage (negative potential) of the variable resistor R3, which corresponds to the reflected wave power, is a positive potential, Charge with C6. Further, when the added voltage of the charge charged by the capacitor C6 is a negative potential, it is discharged by the diode D3, and the voltage difference charged / discharged by the capacitor C6 and the diode D3 is integrated.
[0051]
The inverting circuit 33 is for inverting the output of the charging / discharging circuit 32, and includes an amplifier A3, a resistor R6 connected in parallel to the input / output terminal thereof, and resistors R7 connected to the input terminal of the amplifier A3, And R8.
[0052]
The comparator circuit 34 includes a comparator A4 and a plurality of resistors R9 to R11, and is for comparing a predetermined allowable reference value with an output voltage value from the inverting circuit 33. The output of the inverting circuit 33 is connected to one input terminal of the comparator A4 via the resistor R9, and the resistors R10 and R11 for setting the allowable reference value are connected to the other input terminal. This allowable reference value is set in advance to a value slightly smaller than the limit value of the thermal allowable power of the dummy load 5.
[0053]
The output of the comparator circuit 34 is connected to the protection circuit 35, and the output of the protection circuit 35 is connected to the cutoff signal output circuit 36.
[0054]
The cutoff signal output circuit 36 includes a switching transistor T3, a coil of a relay RY (not shown) connected to the collector terminal thereof, and a resistor R12 having one end connected to the power supply voltage and the other end connected to the relay RY. Has been. The switching transistor T3 has a base terminal connected to the protection circuit 35 and an emitter terminal connected to the ground. In this case, the comparator circuit 34, the protection circuit 35, and the cutoff signal output circuit 36 correspond to the “comparison output circuit” described in the claims.
[0055]
The cutoff circuit 12 is configured by a relay contact (normally closed) for cutting off the supply of the three-phase AC voltage from the commercial power source PS. This relay contact is a contact of the relay RY included in the cutoff signal output circuit 36. It is said that. That is, when the relay RY is turned on, the relay contact is opened and the supply of the three-phase AC voltage is interrupted. Thereby, the power supply from the anode power supply unit 2 to the magnetron 1 can be cut off.
[0056]
Next, the overall operation of the above configuration will be described.
[0057]
First, the filament power supply unit 3 heats the filament of the magnetron 1 to make it easy to emit thermoelectrons (preheated state). Next, the anode power supply unit 2 applies a negative high voltage to the anode of the magnetron 1.
[0058]
Specifically, in the anode power supply unit 2, the AC voltage supplied from the commercial power supply PS is rectified and smoothed in the rectifying / smoothing circuit 21, and is increased in frequency by the half-bridge inverter circuit 22. Thereafter, the voltage is boosted by the high frequency transformer TR of the voltage doubler rectifying / smoothing circuit 23, converted into a DC high voltage by the diodes D 1 and D 2 and the capacitors C 4 and C 5, and supplied between the anode and cathode of the magnetron 1. Thereby, the magnetron 1 outputs microwave power (traveling wave power) of 2.45 GHz, for example.
[0059]
Here, the applied voltage Vm applied between the anode and cathode of the magnetron 1 and the anode current Ia flowing through the resistor R1 (equivalent to the anode current flowing between the anode and cathode of the magnetron 1) are as shown in FIG. Is almost proportional. That is, the value of the applied voltage Vm is a predetermined voltage value (V₁), The anode current Ia hardly flows, but the voltage value (V₁), The anode current Ia suddenly flows. Voltage value (V₁After that, the applied voltage Vm and the anode current Ia maintain a substantially proportional relationship with the relationship that the amount of change in the anode current Ia increases compared to the amount of change in the applied voltage Vm.
[0060]
  The product of the applied voltage Vm and the anode current Ia can be calculated as the supply power value for the magnetron 1, but the output efficiency of the microwave power can be obtained by dividing the traveling wave power value by the magnetron supply power value. . In this case, if the output efficiency of the microwave power is constant, the traveling wave power value can be obtained from the magnetron supply power value. Since the anode current Ia has a relationship as shown in FIG. 2 with the applied voltage Vm, the magnetron supply power value can be obtained from the anode current Ia. Therefore, by changing the voltage corresponding to the anode current Ia or the voltage corresponding to the product of the applied voltage Vm and the anode current Ia, the loadLIt is possible to control the microwave power (traveling wave power) traveling toward.
[0061]
Returning to FIG. 1, in the differential amplifier A1, a voltage corresponding to the anode current Ia is input to one input terminal and compared with a supply reference voltage input to the other input terminal. In the differential amplifier A1, the difference between the two is amplified and output.
[0062]
In the control circuit 24a, the duty cycle depending on the on / off times of the switching transistors T1 and T2 is controlled based on the output of the differential amplifier A1, and output to each of the switching transistors T1 and T2 according to the duty cycle. A signal is output. As a result, the magnetron supply power value is controlled, and the traveling wave power value is controlled.
[0063]
The microwave power output from the magnetron 1 reaches the load L through the waveguide 8, the circulator 4, the reflected wave power detector 6, and the matching unit 7.
[0064]
Here, when impedance matching cannot be sufficiently performed in the matching unit 7, reflected wave power is generated in the load L and returns to the matching unit 7, the reflected wave power detector 6, and the circulator 4. In this case, the reflected wave power is normally converted by the circulator 4 so that it travels toward the dummy load 5 and is absorbed by the dummy load 5 so that it does not travel toward the magnetron 1.
[0065]
The dummy load 5 has its own allowable power characteristic when absorbing the reflected wave power, but if the reflected wave power exceeding the allowable power is input, the reflected wave power cannot be absorbed, resulting in damage. There is. As a result, the reflected wave power proceeds to the magnetron 1 and the magnetron 1 may be damaged. Therefore, in the present embodiment, in consideration of the characteristics of the allowable power of the dummy load 5, the supply of the AC voltage from the commercial power source PS is cut off immediately before the dummy load 5 is damaged.
[0066]
The allowable power characteristic of the dummy load 5 is a relatively high power value P as shown in FIG.₁It is possible to absorb the reflected wave power, but the continuation time t₁Is relatively short. Also, a relatively low power value P₂When the reflected wave power is absorbed, the continuous time t₂Is relatively long. In other words, the dummy load 5 can be used continuously for a long time as long as it does not exceed the limit value of the allowable power if the power is relatively low.
[0067]
Therefore, by charging and discharging the voltage corresponding to the reflected wave power and integrating it, the dummy load 5 is used up to the limit value of the allowable power that causes damage, and immediately before the allowable power is exceeded, the AC voltage of the commercial power source PS is increased. Try to cut off the supply. By doing so, the magnetron 1 does not output the microwave power, and as a result, the reflected wave power directed to the dummy load 5 is not output, and the dummy load 5 does not get damaged.
[0068]
More specifically, the output voltage of the variable resistor R3 is set to “−5V”, for example, and the charge / discharge reference value serving as the reference for charge / discharge is set to “5V”, for example. When the reflected wave power detected by the reflected wave power detector 6 is input to the anode power source 2, the corresponding voltage and the output voltage of the variable resistor R3 are added. As a result, the added voltage is charged / discharged. If the reference value is exceeded (see the hatched portion X in FIG. 3A), charging is performed by the capacitor C6 of the charge / discharge circuit 32.
[0069]
If the added voltage is less than the charge / discharge reference value (see the shaded area Y in FIG. 3 (a)), the voltage integrated in the charge / discharge circuit 32 is discharged by the diode D3 of the charge / discharge circuit 32. . Charging / discharging is repeated, and the voltage difference due to charging / discharging is integrated and the polarity is inverted as shown in FIG. 3 (b).
[0070]
  The voltage corresponding to the reflected wave power, which is charged and discharged in the charge / discharge circuit 32 and integrated, is inverted in polarity in the inverting circuit 33, and the comparatorcircuitCompared at 34.
[0071]
  comparatorcircuitIn 34, the integrated value is input to one input terminal, and an allowable reference value is set by resistors R10 and R11 at the other input terminal. Therefore, when the integrated value integrated in the charge / discharge circuit 32 rises with time and exceeds the allowable reference value (see the Z point in FIG. 3B), the comparatorcircuitA shutoff command signal is output from the output terminal 34.
[0072]
In response to this cutoff command signal, the switching transistor T3 is turned on via the protection circuit 35, and the relay RY is driven. As a result, the relay contact of the cutoff circuit 12 is brought into a non-contact state, and the power supply by the commercial power source PS is cut off. Therefore, the magnetron 1 does not generate the microwave power, and as a result, the reflected wave power directed to the dummy load 5 is not output. Therefore, damage to the dummy load 5 can be prevented and damage to the magnetron 1 can be prevented.
[0073]
Since the allowable reference value is set to an allowable power value immediately before the dummy load 5 cannot absorb the reflected wave power, the power supply by the commercial power source PS can be more reliably cut off at an appropriate timing.
[0074]
In addition, since the dummy load 5 can be used as much as possible and immediately before it is damaged, the generation of plasma is suppressed from being interrupted in the semiconductor process, and the influence on the semiconductor process is minimized. be able to.
[0075]
FIG. 4 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to the second embodiment. In the microwave power supply system in this configuration diagram, the dummy load 5 and the magnetron 1 are protected by suppressing the power supplied from the anode power source 2 to the magnetron 1 or the current flowing between the anode and cathode of the magnetron 1. Has been.
[0076]
Specifically, the configuration different from the microwave power supply system shown in the first embodiment will be mainly described. In the voltage doubler rectifying / smoothing circuit 23, two capacitors R4 and R14 are connected in parallel to two capacitors C4 and C5. Is connected, and the middle point of these two resistors 13 and R14 (hereinafter, the voltage between this point and the ground is referred to as “middle point voltage”) and one end of the resistor R1 are connected to the multiplier circuit 41. Has been. The multiplier circuit 41 is a circuit for inputting a midpoint voltage and a voltage corresponding to the current flowing through the resistor R1 and multiplying both.
[0077]
The output of the multiplier circuit 41 is connected to one input terminal of the differential amplifier A1. The output terminal of the switching circuit 42 included in the feedback circuit 24 is connected to the other input terminal of the differential amplifier A1. The switching circuit 42 outputs an output of a supply reference voltage (corresponding to a “supply reference signal” described in the claims) set by the variable resistor R2 and a supply voltage to the magnetron 1 set by the variable resistor R16. This is for switching the output of a suppression reference voltage (corresponding to a “suppression reference signal” described in claims) for suppression. Here, the suppression reference voltage is, for example, “−5 V” as the output voltage of the variable resistor R16 (potential difference between the ground and the variable resistor R16), for example, similarly to the reference value setting circuit 31 described above. A variable resistor R16 is set. The output of the variable resistor R16 is inverted by the inverting circuit 44 and input to the switching circuit 42. Note that the magnitude of the output voltage of the variable resistor R16 may be set to be smaller than the above value.
[0078]
On the other hand, the reflected wave power detector 6 is interposed between the circulator 4 and the dummy load 5 and detects the reflected wave power that travels directly to the dummy load 5.
[0079]
  A power value signal detection circuit 43 provided in the anode power supply unit 2 is connected to the reflected wave power detector 6. The power value signal detection circuit 43 is for correcting the straight line after amplifying the output of the reflected wave power detector 6. Note that the output of the reflected wave power detector 6 is amplified and linearly corrected.TheIf not required, the power value signal detection circuit 43 may not be provided.
[0080]
The output of the power value signal detection circuit 43 is connected to one end of the resistor R5 of the reference value setting circuit 31 in the integration circuit 11 described above. The other end of the resistor R5 is connected to one input terminal of the amplifier A2.
[0081]
The configuration of the integrating circuit 11 is substantially the same as that of the first embodiment, but the output terminal of the amplifier A4 of the comparator circuit 34 is connected to the switching circuit 42 so as to output a switching signal for switching the switching circuit 42. That is, the switching circuit 42 is switched when the voltage corresponding to the reflected wave power charged / discharged and integrated by the integrating circuit 11 exceeds the allowable reference value. The switching signal corresponds to a “suppression command signal” described in the claims.
[0082]
The switching circuit 42 is normally set on the supply reference voltage side, and switches to the suppression reference voltage side described above when a switching signal is input. That is, the difference between the output of the multiplier circuit 41 and the suppression reference voltage (the output of the inverting circuit 44) is detected in the differential amplifier A1 of the feedback circuit 24, and each switching is performed at a duty cycle corresponding to the difference in the control circuit 24a. Transistors T1 and T2 are controlled. In this case, the feedback circuit 24 functions as “first control means” described in the claims.
[0083]
More specifically, since the magnitude of the suppression reference voltage is clearly smaller than the voltage corresponding to the power supplied to the magnetron 1, the difference between the output of the multiplier circuit 41 and the magnitude of the suppression reference voltage The on-time of the switching transistors T1 and T2 is shortened, and the supply voltage supplied to the magnetron 1 is controlled to be small.
[0084]
Thereby, in the magnetron 1, the generation of the microwave power is suppressed, and as a result, the reflected wave power toward the dummy load 5 is also reduced. Therefore, it takes a considerable time for the voltage corresponding to the reflected wave power to exceed the charge / discharge reference value shown in FIG. 3 (a), or it should not exceed the charge / discharge reference value. Can do. Therefore, it takes a considerable time for the voltage corresponding to the integral value of the reflected wave power to exceed the allowable reference value shown in FIG. be able to. Furthermore, even when the reflected wave power is totally reflected, if the supply voltage supplied to the magnetron 1 is suppressed so that the voltage corresponding to the reflected wave power is less than or equal to the charge / discharge reference value, Since the voltage corresponding to the reflected wave power is equal to or lower than the charge / discharge reference value, the voltage corresponding to the integrated value of the reflected wave power can be reliably set to the allowable reference value or lower. Therefore, similarly to the first embodiment, the dummy load 5 can be prevented from being damaged, and the magnetron 1 can be prevented from being damaged.
[0085]
The reflected wave power detector 6 may be provided between the circulator 4 and the matching unit 7 as in the first embodiment.
[0086]
FIG. 5 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to the third embodiment. In this microwave power supply system, the dummy load 5 and the magnetron 1 are protected by suppressing the power supplied from the anode power source 2 to the magnetron 1 or the current flowing between the anode and cathode of the magnetron 1. Similar to the microwave power supply system of the second embodiment, a double wave detector 45 capable of detecting both traveling wave power and reflected wave power is provided, and further compared with the supply reference voltage in the differential amplifier A1. This is different from the configuration of the second embodiment in that the signal to be obtained is obtained from the both-wave detector 45. The both-wave detector 45 functions as “traveling wave power detection means” and “reflected wave power detection means” recited in the claims.
[0087]
Specifically, the both-wave detector 45 is interposed between the circulator 4 and the matching unit 7 and detects the traveling wave power from the magnetron 1 and the reflected wave power from the load L. Both wave detectors 45 are configured to include two deep hands (not shown) and a plurality of diodes (not shown) connected to these deep hands.
[0088]
The both-wave detector 45 is connected to the power value signal detection circuit 46 provided in the anode power supply unit 2 and the power value signal detection circuit 43 described above. The power value signal detection circuit 46 has substantially the same internal configuration as that of the power value signal detection circuit 43. The power value signal detection circuit 46 amplifies the output corresponding to the traveling wave power of both the wave detectors 45, and then corrects the line. is there. It should be noted that the power value signal detection circuit 46 may not be provided if the output of the both wave detector 45 does not require amplification and straight line correction.
[0089]
The output of the power value signal detection circuit 46 is connected to one input terminal of the differential amplifier A1. One input terminal of the differential amplifier A1 is different from the configuration of the second embodiment connected to the multiplication circuit 41 in that it is connected to the power value signal detection circuit 46.
[0090]
Other configurations are substantially the same as those of the second embodiment described above.
[0091]
According to this configuration, the voltage corresponding to the reflected wave power detected by the both-wave detector 45 and output via the power value signal detection circuit 43 is charged / discharged and integrated by the integrating circuit 11 and integrated. When the detected voltage exceeds the allowable reference value, the switching circuit 42 is switched. Therefore, the differential amplifier A1 of the feedback circuit 24 detects the difference between the suppression reference voltage and the voltage corresponding to the traveling wave power detected by the both wave detector 45 and output via the power value signal detection circuit 46. In the control circuit 24a, the switching transistors T1 and T2 are controlled with a duty cycle corresponding to the difference. In this case, the feedback circuit 24 functions as “second control means” recited in the claims.
[0092]
Thereby, the ON time of the switching transistors T1 and T2 is shortened, and the power supplied to the magnetron 1 or the current flowing between the anode and the cathode of the magnetron 1 is controlled to be small. Therefore, in the magnetron 1, the generation of the microwave power is suppressed, and as a result, the reflected wave power toward the dummy load 5 is also suppressed. Therefore, similarly to the first and second embodiments, the dummy load 5 can be prevented from being damaged and the magnetron 1 can be prevented from being damaged.
[0093]
A new double wave detector may be provided between the circulator 4 and the dummy load 5, and the reflected wave power may be detected by the newly added double wave detector.
[0094]
FIG. 6 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to the fourth embodiment. This microwave power supply system has three deep hands (not shown) and a plurality of diodes (not shown) connected to these deep hands, and has traveling wave power and reflected wave power. The third embodiment is different from the third embodiment in that a both-wave detector 47 capable of detecting both is provided.
[0095]
Specifically, the double wave detector 47 is provided between the circulator 4 and the matching unit 7, and the double wave detector 47 includes a power value signal detection circuit 48 provided in the anode power supply unit 2. Is connected. The power value signal detection circuit 48 A / D converts the voltage corresponding to the traveling wave power and the reflected wave power from the both wave detectors 47, and the traveling wave power from the magnetron 1 and the reflected wave power from the load L Is calculated and output.
[0096]
Other configurations are substantially the same as those of the third embodiment described above.
[0097]
According to this configuration, the voltage corresponding to the reflected wave power detected by the both-wave detection unit 47 is charged / discharged and integrated in the integrating circuit 11, and when the integrated voltage exceeds the allowable reference value, The switching circuit 42 is switched. Thereafter, a difference between the voltage corresponding to the traveling wave power and the suppression reference voltage is detected in the differential amplifier A1 of the feedback circuit 24, and each of the switching transistors T1, T2 is detected with a duty cycle corresponding to the difference in the control circuit 24a. Is controlled.
[0098]
  As a result, the on-time of the switching transistors T1 and T2 is shortened, and the magnetron1The supply voltage supplied to is controlled to be small. Therefore, in the magnetron 1, the generation of the microwave power is suppressed, and as a result, the reflected wave power toward the dummy load 5 is also reduced. Therefore, similarly to each of the above embodiments, the dummy load 5 can be prevented from being damaged, and the magnetron 1 can be prevented from being damaged.
[0099]
Of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above embodiment, the reflected wave power detector 6 and the both wave detectors 45 and 47 for detecting a voltage corresponding to the reflected wave power with a diode or the like are used, but instead, for example, a porometer method, A method such as a calorimeter method in which electric power is absorbed by a measuring device itself, microwave energy is once converted into thermal energy, and a voltage corresponding to reflected wave power or traveling wave power is obtained by the thermal energy may be used. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an applied voltage and an anode current.
FIG. 3 is a diagram showing the voltage corresponding to the reflected wave power and the relationship between its integrated value and time.
FIG. 4 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to a second embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to a third embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a microwave power supply system according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional microwave power supply system.
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional microwave power supply system.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the allowable power of the dummy load and the continuable time.
[Explanation of symbols]
  1 Magnetron
  2 Anode power supply
  4 Circulator
  5 dummy load
  6 Reflected wave power detector
  7 Matching device
  8 Waveguide
11Integration circuit
12 Shutdown circuit
31 Reference value setting circuit
32 Charge / discharge circuit
33 Inversion circuit
34 Comparator circuit
  L load
PS Commercial power supply

Claims

A magnetron for supplying microwave power to the load;
Power supply means for supplying power to the magnetron;
A microwave power supply system comprising microwave absorption means for absorbing microwave power reflected by a load,
Reflected wave power detection means for detecting the microwave power reflected by the load and outputting a signal corresponding to the detected power;
Integration means for generating and outputting a signal obtained by integrating reflected microwave power in time using a signal output from the reflected wave power detection means;
A blocking means for blocking power supply to the magnetron by the power supply means;
Based on the integrated signal output from the integrating means, output means for outputting a blocking signal to the blocking means;
A microwave power supply system comprising:

The integrating means includes
While charging is performed when the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power detected by the reflected wave power detection means exceeds a preset charge / discharge reference value, the signal corresponding to the reflected microwave power An integrated signal having a magnitude corresponding to an integral value obtained by discharging when the magnitude is less than the charge / discharge reference value and integrating the difference between the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power and the charge / discharge reference value And a charge / discharge integration circuit that outputs the reflected microwave power as a signal integrated over time,
The output means includes
The magnitude of the integrated signal is compared with an allowable reference value based on the allowable power of the microwave absorbing means, and when the magnitude of the integrated signal exceeds the allowable reference value, a cutoff signal is sent to the cutoff means. The microwave power supply system according to claim 1, comprising a comparison output circuit for outputting.

A magnetron for supplying microwave power to the load;
Power supply means for supplying power to the magnetron;
A microwave power supply system comprising microwave absorption means for absorbing microwave power reflected by a load,
Reflected wave power detection means for detecting the microwave power reflected by the load and outputting a signal corresponding to the detected power;
Integration means for generating and outputting a signal obtained by integrating reflected microwave power in time using a signal output from the reflected wave power detection means;
A first control means for controlling a signal corresponding to the power supplied to the magnetron by feeding back a signal corresponding to the power supplied to the magnetron by the power supply power supply means;
An output means for outputting a suppression command signal for suppressing a signal corresponding to power supplied to the magnetron to the first control means based on the integration signal output from the integration means;
A microwave power supply system comprising:

The first control means includes
A switching circuit for switching between a supply reference signal for setting a signal corresponding to the supply power to the magnetron and a suppression reference signal serving as a reference for suppressing the signal corresponding to the supply power;
A differential amplifier circuit that outputs a signal corresponding to a difference between a signal corresponding to power supplied to the magnetron and an output of the switching circuit;
Based on the output of the differential amplifier circuit, by turning on and off a plurality of switching transistors, it comprises a control circuit that changes a signal corresponding to the power supplied to the magnetron,
The switching circuit is
The microwave power supply system according to claim 3, wherein switching is performed based on a suppression command signal output by the output means.

A magnetron for supplying microwave power to the load;
Power supply means for supplying power to the magnetron;
A microwave power supply system comprising microwave absorption means for absorbing microwave power reflected by a load,
Traveling wave power detection means for detecting microwave power traveling toward the load;
Reflected wave power detection means for detecting the microwave power reflected by the load and outputting a signal corresponding to the detected power;
Integration means for generating and outputting a signal obtained by integrating the reflected microwave power in time using a signal output from the reflected wave power detection means;
Second control means for controlling a signal corresponding to power supplied to the magnetron by the power supply power supply means based on an output of the traveling wave power detection means;
An output means for outputting a suppression command signal for suppressing a signal corresponding to the power supplied to the magnetron to the second control means based on the integration signal output from the integration means;
A microwave power supply system comprising:

The second control means includes
A switching circuit for switching between a supply reference signal for setting a signal corresponding to the supply power to the magnetron and a suppression reference signal serving as a reference for suppressing the signal corresponding to the supply power;
A differential amplifier circuit that outputs a signal corresponding to the difference between the signal corresponding to the microwave power detected by the traveling wave power detection means and the output of the switching circuit;
Based on the output of the differential amplifier circuit, by turning on and off a plurality of switching transistors, it comprises a control circuit that changes a signal corresponding to the power supplied to the magnetron,
The switching circuit is
6. The microwave power supply system according to claim 5, wherein switching is performed based on a suppression command signal output by the output means.

The integrating means includes
While charging is performed when the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power detected by the reflected wave power detection means exceeds a preset charge / discharge reference value, the signal corresponding to the reflected microwave power An integrated signal having a magnitude corresponding to an integral value obtained by discharging when the magnitude is less than the charge / discharge reference value and integrating the difference between the magnitude of the signal corresponding to the reflected microwave power and the charge / discharge reference value And a charge / discharge integration circuit that outputs the reflected microwave power as a signal integrated over time,
The output means includes
The magnitude of the integrated signal is compared with an allowable reference value based on the allowable power of the microwave absorbing means, and when the magnitude of the integrated signal exceeds the allowable reference value, a suppression command signal is sent to the switching circuit. The microwave power supply system according to claim 4 or 6, comprising a comparison output circuit for outputting.

The microwave power supply system according to any one of claims 3 to 7, wherein the signal corresponding to the power supplied to the magnetron is a signal corresponding to an anode current.