JP4115618B2

JP4115618B2 - Magnetron output control method and apparatus

Info

Publication number: JP4115618B2
Application number: JP09864599A
Authority: JP
Inventors: 啓晶大市; 佳樹福本; 宏行伊藤
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: JP2000294396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波電力を発生するマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネトロンを用いたマグネトロン出力制御装置から出力されるマイクロ波電力によって発生させたプラズマを利用した装置には、薄膜を形成する装置の１つであるＣＶＤ装置及び半導体製造用のエッチング装置等のプラズマ処理装置がある。
【０００３】
（従来技術１）
図１は、従来技術１のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術１のブロック図である。
従来技術１のマグネトロン出力制御装置は、マイクロ波電力を発生させるためのマグネトロン（磁電管）１７と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するための電源（以下、フィラメント電源という）１６と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高電圧を印加するための直流高圧電源（以下、アノード電源という）１２５とから成り、マグネトロン１７のアノード電流を検出し、検出したアノード電流検出信号が一定値になるように制御を行っていた。この制御方法をアノード電流一定制御という。
【０００４】
商用電源１は、アノード電源１２５とフィラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源である。フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィラメント加熱用の電源である。アノード電源１２５に入力された電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とによって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及びコンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータに供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグネトロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側にはダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから成る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネトロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電力が出力される。
【０００５】
アイソレータ２７は、マグネトロン１７からプラズマ負荷１８に向かう進行波電力を通過させるが、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力を大きく減衰させるような非可逆回路であり、反射波電力を消費するためのダミーロードを含んでいる。このアイソレータ２７は、通常、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力からマグネトロン出力制御装置を保護する目的で使用される。
【０００６】
マグネトロン１７から出力されたマイクロ波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、アイソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。
【０００７】
このようなマグネトロン出力制御装置の出力電力制御方法としては、マグネトロン１７の出力が定電圧特性を有することから、マグネトロン１７のアノード電流が一定値になるようにフィードバック制御を行っている。
【０００８】
具体的には、アノード電流検出器２０によってアノード電流を検出し、検出したアノード電流検出信号を誤差増幅器１１４に入力する。誤差増幅器１１４は、入力されたアノード電流検出信号の検出値と出力電力設定器１１５の設定値との誤差を増幅して出力電力増幅信号を出力する。制御回路１１３は、誤差増幅器１１４の出力電力増幅信号を入力して、アノード電流検出器２０によって検出したアノード電流検出信号が出力電力設定器１１５の設定値になるように、スイッチング素子４，５のＯＮ時間を制御している。
【０００９】
（従来技術２）
図２は、従来技術２のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術２のブロック図である。
従来技術２のマグネトロン出力制御装置は、マグネトロン１７と、フィラメント電源１６と、アノード電源２２５と、進行波電力に対応した信号を検出又は演算するマイクロ波電力検出器２１９とから成り、マイクロ波電力検出器２１９から進行波電力に対応した信号を出力し、この進行波電力に対応した信号が一定値になるように制御を行っていた。この制御方法を進行波電力一定制御という。
【００１０】
商用電源１は、アノード電源２２５とフィラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源である。フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィラメント加熱用の電源である。アノード電源２２５に入力された電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とによって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及びコンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータに供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグネトロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側にはダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから成る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネトロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電力が出力される。
【００１１】
マグネトロン１７から出力されたマイクロ波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、アイソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。
【００１２】
マイクロ波電力検出器２１９は、導波管２６ｂ上に設けられていて、方向性結合器，マイクロ波自動整合器等を使用して、進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算する機能を有している。
例えば、特開平４−１９６９０３に記載されているように、方向性結合器を使用する場合は、方向性結合器によってマイクロ波の定在波を進行波と反射波とに分離すると共に分離した進行波及び反射波をダイオード等を用いて検波することによって、進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を検出する機能を有している。
同じく特開平４−１９６９０３に記載されているように、マイクロ波自動整合器を使用する場合は、導波管２６ｂに３個の探針を備え、この３個の探針によって導波管２６ｂ内部のマイクロ波の電圧定在波の振幅を検出すると共に検出した電圧定在波の振幅を用いて特定の基準位置においてプラズマ負荷１８側を見たときのインピーダンス又は反射係数を演算し、上記で検出した電圧定在波の振幅と演算したインピーダンス又は反射係数とに基づいて、マイクロ波の進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を演算する機能を有している。
【００１３】
このようなマグネトロン出力制御装置の出力電力制御方法としては、マイクロ波電力検出器２１９から出力する進行波電力に対応した信号を用いて進行波電力が一定値になるようにフィードバック制御を行っている。
【００１４】
具体的には、マイクロ波電力検出器２１９から進行波電力に対応した信号を出力し、この進行波電力に対応した信号を誤差増幅器２１４に入力する。誤差増幅器２１４は、入力された進行波電力に対応した信号と出力電力設定器２１５の設定値との誤差を増幅して出力電力増幅信号を出力する。制御回路２１３は、誤差増幅器２１４の出力電力増幅信号を入力して、マイクロ波電力検出器２１９から出力する進行波電力に対応した信号が出力電力設定器２１５の設定値になるように、スイッチング素子４，５のＯＮ時間を制御している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術１のマグネトロン出力制御装置は、マグネトロン１７のアノード電流を検出し、検出したアノード電流検出信号が一定値になるように制御を行っている。このマグネトロン１７は、陰極から放出された電子の進行方向を変えるための磁界が必要である。マイクロ波出力電力が６ｋＷ以下であるマグネトロン１７は、予め磁化したフェライトコアをマグネトロン１７の内部に配置して、上記の磁界を得る場合が多い。
【００１６】
一般にマグネトロン１７は、（マイクロ波出力電力）／（マグネトロン入力電力）で表されるマイクロ波電力の出力効率が６０〜７０％程度である。（マグネトロン入力電力）−（マイクロ波出力電力）で表される損失は、熱となってマグネトロン１７本体を加熱するために、マグネトロン１７に内蔵されているフェライトコアも温度上昇することになる。フェライトコアは、温度が上昇すると磁力が低減する減磁特性が生じる。フェライトコアの磁力が低減すると、マイクロ波出力効率が低下する。
【００１７】
マグネトロン出力制御装置のマイクロ波出力電力の制御方法がアノード電流一定制御の場合、長時間マイクロ波電力を出力したり、大容量の出力を取り出すときは、フェライトコアの温度上昇に伴って減磁特性が生じて磁界が弱まり、マイクロ波電力の出力効率が低下する。そのために、アノード電流を一定値に制御していても、取り出せるマイクロ波出力電力値は、フェライトコアの温度上昇の時間に伴って低下する。ある空冷マグネトロンの例では、アノード電流一定制御でマイクロ波出力を行った場合、出力開始から６０秒で初期のマイクロ波出力電力値から１０％程度低下する。
【００１８】
以上のことから、アノード電流一定制御のマグネトロン出力制御装置は、マグネトロン１７の温度特性によって、マグネトロン１７から出力されるマイクロ波の実効電力が変動する。実効電力が変動すると、前述したプラズマを利用して形成する薄膜の膜厚が所定値にならない、膜厚にばらつきが生じる等の影響がある。
【００１９】
前述の従来技術２のマグネトロン出力制御装置は、マイクロ波電力検出器２１９から進行波電力に対応した信号を出力し、この進行波電力に対応した信号が一定値になるように制御を行っていた。
【００２０】
ここで、プラズマ負荷１８で反射波電力が発生した場合、導波管２６ｂ内部の定在波比（定在波の最大値と最小値との比）は、１．０を超過して定在波が生じる。このとき、プラズマ負荷１８の特性が非線形の場合が多いために、マイクロ波の出力波形に歪みによる高調波を含んだり、雑音周波数が重畳することが多い。しかし、マイクロ波電力検出器２１９は、定格周波数で歪みがない波形のときに、進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を正確に検出又は演算できるようになっている。そのために、前述のプラズマ負荷１８で反射波電力が発生すると、マイクロ波の出力波形は定格周波数で歪みがない波形ではなくなるために、進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号は真値との間に誤差を生じることになる。
【００２１】
進行波電力に対応した信号に誤差が生じれば、制御系の利得がいくら高くても出力電力設定器２１５で設定した値とマイクロ波出力の実効電力との間に誤差が生じる。
【００２２】
以上のことから、進行波電力一定制御方法のマグネトロン出力制御装置は、反射波電力が発生していないときには、進行波電力を一定値に保つことができるが、プラズマ負荷１８のような非線形負荷に反射波電力が発生すると、マイクロ波電力検出器２１９から出力する進行波電力に対応した信号に誤差が生じるために、マグネトロン１７から出力される進行波電力に誤差が生じることになる。
【００２３】
ところで、導波管２６ｂに設けるマイクロ波電力検出器２１９は、前述のように方向性結合器、マイクロ波自動整合器等を使うことが多い。
方向性結合器及びマイクロ波自動整合器は、進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を検出又は演算できるが、マイクロ波自動整合器は、さらにマイクロ波電力を効率良くプラズマ負荷１８に投入できるように、導波管２６ｂとプラズマ負荷１８との間のインピーダンスを自動的に整合させる機能も有している。なお、手動でインピーダンスを変化させる手段を備えた装置であれば、自動ではなく手動でインピーダンスを整合させることも可能である。
【００２４】
このようにマイクロ波電力検出器２１９を使用して、プラズマ負荷１８に対して進行波電力一定制御を行うと、反射波電力の発生時には、進行波電力に対応した信号に誤差が生じ、ひいてはプラズマ負荷１８に投入される進行波電力の実効電力が変動することになる。その結果、負荷の状態が変化するために発生する反射波電力も変わるというハンチング状態になりやすい。ハンチング状態になると、整合がとれなくなったり、従来技術のマイクロ波自動整合器では、整合するまでの時間が長くかかる。
【００２５】
本発明は、従来技術２で問題となっていたハンチング及び従来技術１で問題となっていたフェライトコアの減磁特性によるマイクロ波出力電力の低下を防止することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
出願時請求項１の発明は、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負荷１８に供給する装置のマグネトロン出力制御方法において、マグネトロン１７からプラズマ負荷１８に向かう進行波電力に対応した信号Ｅａ及びプラズマ負荷１８から反射してくる反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演算して、前述の反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上になると、マグネトロンの出力制御を、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、マグネトロン１７の出力制御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制御方法である。
【００２７】
出願時請求項２の発明は、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負荷１８に供給する装置のマグネトロン出力制御方法において、マイクロ波の定在波をマグネトロン１７からプラズマ負荷１８に向かう進行波とプラズマ負荷１８から反射してくる反射波とに分離すると共に分離した進行波及び反射波を検波することによって進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出して、前述の反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上になると、マグネトロン１７の出力制御を、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、マグネトロン１７の出力制御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制御方法である。
【００２８】
出願時請求項３の発明は、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７の出力をプラズマ負荷１８に供給する装置のマグネトロン出力制御方法において、マイクロ波の電圧定在波の振幅を検出すると共に検出した電圧定在波の振幅を用いてマグネトロン１７からプラズマ負荷１８に向かう進行波電力に対応した信号Ｅａ及びプラズマ負荷１８から反射してくる反射波電力に対応した信号Ｅｂを演算して、前述の反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上になると、マグネトロン１７の出力制御を、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信号Ｅｂが、予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、マグネトロン１７の出力制御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制御方法である。
【００２９】
出願時請求項４の発明は、出願時請求項１又は出願時請求項２又は出願時請求項３に記載の反射波電力比較基準値Ｅｃが、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り替える場合と、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換える場合とで異なる値の反射波電力比較基準値Ｓ１，Ｓ２であるマグネトロン出力制御方法である。
【００３０】
出願時請求項５の発明は、図３に示すように、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネトロン出力制御装置において、アノード電流を検出するアノード電流検出器２０と、進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する検出信号切換器２１と、反射波電力に対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃとの差に対応した進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出信号切換ドライバ２２とを備え、前述の検出信号切換器２１は、検出信号切換ドライバ２２の出力信号Ｅｇに応じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイッチがアノード電流検出器２０側のときにアノード電流検出信号Ｅｄを出力し、内部のスイッチが電力検出器１９側のときに進行波電力に対応した信号Ｅａを出力し、前述の進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄによってマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御装置である。
【００３１】
出願時請求項６の発明は、図３に示すように、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネトロン出力制御装置において、アノード電流を検出するアノード電流検出器２０と、反射波電力比較基準値Ｅｃを予め設定する検出信号切換設定器２４と、反射波電力に対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃとの差の信号Ｅｈを出力するヒステリシス付き比較器２３と、進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する検出信号切換器２１と、ヒステリシス付き比較器２３の出力信号Ｅｈを入力して反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上のときは検出信号切換器２１内のスイッチをアノード電流検出器２０側に切り換える第１の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力し、反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満のときは検出信号切換器２１内のスイッチを電力検出器１９側に切り換える第２の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出信号切換ドライバ２２とを備え、前述の検出信号切換器２１は、検出信号切換ドライバ２２の出力信号に応じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイッチがアノード電流検出器２０側のときにアノード電流検出信号Ｅｄを出力し、内部のスイッチが電力検出器１９側のときに進行波電力に対応した信号Ｅａを出力し、前述の進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄによってマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御装置である。
【００３２】
出願時請求項７の発明は、図３に示すように、マイクロ波を発生するマグネトロン（磁電管）１７と、マグネトロン１７のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するためのフィラメント電源１６と、マグネトロン１７のアノードとカソードとの間に高電圧を印加するためのアノード電源２５と、進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演算する電力検出器１９とから成るマグネトロン出力制御装置において、アノード電流を検出するアノード電流検出器２０と、反射波電力比較基準値Ｅｃを予め設定する検出信号切換設定器２４と、反射波電力に対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃとの差の信号Ｅｈを出力するヒステリシス付き比較器２３と、進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄを切り換えて出力する検出信号切換器２１と、ヒステリシス付き比較器２３の出力信号Ｅｈを入力して反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ以上のときは検出信号切換器２１内のスイッチをアノード電流検出器２０側に切り換える第１の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力し、反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃ未満のときは検出信号切換器２１内のスイッチを電力検出器１９側に切り換える第２の進行波・アノード切り換え信号Ｅｇを出力する検出信号切換ドライバ２２と、出力電力値を設定する出力電力設定器１５と、検出信号切換器２１の出力信号Ｅａ又はＥｄと出力電力設定器１５の設定値Ｅｅとの誤差を増幅した出力電力増幅信号Ｅｆを出力する誤差増幅器１４と、誤差増幅器１４の出力電力増幅信号Ｅｆを入力して検出信号切換器２１の出力信号Ｅａ又はＥｄを出力電力設定器１５の設定値に制御する制御回路１３とを備え、前述の検出信号切換器２１は、検出信号切換ドライバ２２の出力信号に応じて内部のスイッチを切り換え、内部のスイッチがアノード電流検出器２０側のときにアノード電流検出信号Ｅｄを出力し、内部のスイッチが電力検出器１９側のときに進行波電力に対応した信号Ｅａを出力し、前述の進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄによってマグネトロンの出力電力を制御するマグネトロン出力制御装置である。
【００３３】
出願時請求項８の発明は、出願時請求項５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力検出器１９が、マイクロ波の定在波を進行波と反射波とに分離すると共に分離した進行波及び反射波を検波することによって進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出するマイクロ波電力検出器１９であるマグネトロン出力制御装置である。
【００３４】
出願時請求項９の発明は、出願時請求項５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力検出器１９が、マイクロ波の電圧定在波の振幅を検出すると共に検出した電圧定在波の振幅を用いてマイクロ波の進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを演算するマイクロ波電力検出器１９であるマグネトロン出力制御装置である。
【００３５】
出願時請求項１０の発明は、出願時請求項５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の電力検出器１９が、進行波電力に対応した信号Ｅａを検出又は演算すると共に反射波電力の大きさによって変化する温度を検出して、前述の変化する温度を検出した信号を反射波電力に対応した信号Ｅｂとする反射波電力対応検出器であるマグネトロン出力制御装置である。
【００３６】
出願時請求項１１の発明は、出願時請求項５又は出願時請求項６又は出願時請求項７に記載の反射波電力比較基準値Ｅｃが、２つの反射波電力比較基準値Ｓ１，Ｓ２であって、第１の反射波電力比較基準値Ｓ１は検出信号切換器２１の出力信号が進行波電力に対応した信号Ｅａの場合の反射波電力比較基準値であり、第２の反射波電力比較基準値Ｓ２は検出信号切換器２１の出力信号がアノード電流検出信号Ｅｄの場合の反射波電力比較基準値であるマグネトロン出力制御装置である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す本発明のブロック図である。商用電源１は、アノード電源２５とフィラメント電源１６とに電力を供給するＡＣ電源である。フィラメント電源１６は、マグネトロン１７のフィラメント加熱用の電源である。アノード電源２５に入力された電力は、ダイオードブリッジ２とコンデンサ３とによって整流平滑された後、スイッチング素子４，５及びコンデンサ６，７から成るハーフブリッジインバータに供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波化された出力電力は、高周波トランス８を介してマグネトロン１７に印加される。高周波トランス８の二次側にはダイオード９，１０とコンデンサ１１，１２とから成る倍電圧整流平滑回路が接続されているので、マグネトロン１７に直流の高電圧が印加されて、マイクロ波電力が出力される。
【００３８】
マグネトロン１７から出力されたマイクロ波電力は、マグネトロン１７とアイソレータ２７との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ａと、アイソレータ２７と、アイソレータ２７とプラズマ負荷１８との間のマイクロ波電力の伝送線路である導波管２６ｂとを介してプラズマ負荷１８に投入される。
【００３９】
マイクロ波電力検出器１９は、前述した従来技術２のマイクロ波電力検出器２１９と同様に、導波管２６ｂ上に設けられていて、進行波電力に対応した信号Ｅａ及び反射波電力に対応した信号Ｅｂを検出又は演算する機能を有している。
【００４０】
このようなマグネトロン出力制御装置の出力電力制御方法としては、導波管２６ｂ上に設けたマイクロ波電力検出器１９から反射波電力に対応した信号Ｅｂを出力し、ヒステリシス付き比較器２３に入力する。
【００４１】
検出信号切換設定器２４は、反射波電力に対応した信号Ｅｂと比較するための反射波電力比較基準値Ｅｃを予め設定し、ヒステリシス付き比較器２３は、入力された反射波電力に対応した信号Ｅｂと検出信号切換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃとを比較する。
【００４２】
ヒステリシス付き比較器２３に入力された反射波電力に対応した信号Ｅｂが、検出信号切換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃ以上になると、検出信号切換ドライバ２２によって、検出信号切換器２１内のスイッチをアノード電流検出器２０側に切り換えて、アノード電流検出器２０によって検出したアノード電流検出信号Ｅｄを誤差増幅器１４に入力する。この場合は、アノード電流一定制御になる。
【００４３】
ヒステリシス付き比較器２３に入力された反射波電力に対応した信号Ｅｂが、検出信号切換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃ未満になると、検出信号切換ドライバ２２によって、検出信号切換器２１内のスイッチをマイクロ波電力検出器１９側に切り換えて、マイクロ波電力検出器１９から出力する進行波電力に対応した信号Ｅａを誤差増幅器１４に入力する。この場合は、進行波電力一定制御になる。
【００４４】
誤差増幅器１４は、選択されて入力された進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄと出力電力設定器１５の設定値Ｅｅとの誤差を増幅して出力電力増幅信号Ｅｆを出力する。制御回路１３は、誤差増幅器１４の出力電力増幅信号Ｅｆを入力して、選択されて入力された進行波電力に対応した信号Ｅａ又はアノード電流検出信号Ｅｄが、出力電力設定器１５の設定値Ｅｅになるようにスイッチング素子４，５のＯＮ時間を制御する。
【００４５】
このように、ヒステリシス付き比較器２３に入力する反射波電力に対応した信号Ｅｂと検出信号切換設定器２４によって予め設定された反射波電力比較基準値Ｅｃとを比較することによって、マグネトロン出力制御方法を選択する。
【００４６】
図４は、ヒステリシス付き比較器２３の比較動作の一例を説明する比較動作説明図である。図４に示すように、ヒステリシス付き比較器２３は、進行波電力一定制御からアノード電流一定制御に切り換える反射波電力比較基準値Ｓ１と、アノード電流一定制御から進行波電力一定制御に切り換える反射波電力比較基準値Ｓ２との２つの反射波電力比較基準値を設定できる。この２つの反射波電力比較基準値によって、図４に示すように進行波電力一定制御とアノード電流一定制御とを切り換える。
２つの反射波電力比較基準値を同じ値に設定することもできるが、反射波電力に対応した信号Ｅｂが反射波電力比較基準値付近で安定しない場合に、選択するマグネトロン出力制御方法も安定せず、進行波電力一定制御とアノード電流一定制御とが頻繁に切り換わるというハンチング状態になる。これら２つの反射波電力比較基準値を適正に設定することによって、このようなマグネトロン出力制御方法のハンチングが防止できる。
【００４７】
なお、アノード電流一定制御と進行波電力一定制御とを切り換えるための反射波電力に対応した信号Ｅｂを出力する電力検出器１９は、前述した導波管上に設けられたマイクロ波電力検出器１９によって検出又は演算した信号だけではなく、アイソレータ２７のダミーロードの温度、マグネトロン１７の温度等を検出して反射波電力に対応した信号とする反射波電力対応信号検出器を用いてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、「発明が解決しようとする課題」の項で説明した従来技術１及び従来技術２の問題を解決し、プラズマ負荷１８で発生した反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値以上になった場合は、マグネトロン出力制御装置の出力電力制御方法を、進行波電力一定制御からアノード電流一定制御に切り換えることによって、ハンチング状態を防止して、整合がとれなくなる状態及び整合するまでの時間が長くかかる状態を解消することができる。
【００４９】
なお、マグネトロン出力制御装置の出力電力制御方法を、アノード電流一定制御に切り換えたときには、フェライトコアの減磁特性によってマイクロ波出力電力の効率が低下するが、アノード電流一定制御によって制御している時間は、反射波電力に対応した信号Ｅｂが予め設定した反射波電力比較基準値未満になるまでの時間であり、マイクロ波自動整合器を使用した場合、おおむね１〜１５秒（通常は２〜５秒）でプラズマ負荷１８からの反射波電力が小さくなるようにインピーダンスを整合する。そのために、減磁特性によるマイクロ波出力電力の低下はわずかである。
【００５０】
このように本発明を用いれば、従来技術での問題を解決して、プラズマ負荷１８で反射波電力が発生したときに速やかに整合をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術１のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術１のブロック図である。
【図２】図２は、従来技術２のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す従来技術２のブロック図である。
【図３】図３は、本発明のマグネトロン出力制御装置及びその周辺装置の実施例を示す本発明のブロック図である。
【図４】図４は、ヒステリシス付き比較器２３の比較動作の一例を説明する比較動作説明図である。
【符号の説明】
１商用電源
２ダイオードブリッジ
３コンデンサ
４，５スイッチング素子
６，７コンデンサ
８高周波トランス
９，１０ダイオード
１１，１２コンデンサ
１３（本発明の）制御回路
１４（本発明の）誤差増幅器
１５（本発明の）出力電力設定器
１６フィラメント電源
１７マグネトロン
１８プラズマ負荷
１９（本発明の）マイクロ波電力検出器／電力検出器
２０アノード電流検出器
２１検出信号切換器
２２検出信号切換ドライバ
２３ヒステリシス付き比較器
２４検出信号切換設定器
２５（本発明の）アノード電源
２６ａマグネトロン１７とアイソレータ２７との間の導波管
２６ｂアイソレータ２７とプラズマ負荷１８との間の導波管
２７アイソレータ
１１３（従来技術１の）制御回路
１１４（従来技術１の）誤差増幅器
１１５（従来技術１の）出力電力設定器
１２５（従来技術１の）アノード電源
２１３（従来技術２の）制御回路
２１４（従来技術２の）誤差増幅器
２１５（従来技術２の）出力電力設定器
２１９（従来技術２の）マイクロ波電力検出器
２２５（従来技術２の）アノード電源
Ｅａ進行波電力に対応した信号
Ｅｂ反射波電力に対応した信号
Ｅｃ反射波電力に対応した信号Ｅｂと比較するための反射波電力比較基準値
Ｅｄアノード電流検出信号
Ｅｅ出力電力設定器１５の設定値
Ｅｆ誤差増幅器１４の出力電力増幅信号
Ｅｇ進行波・アノード切り換え信号
Ｅｈ反射波電力に対応した信号Ｅｂと予め設定した反射波電力比較基準値Ｅｃとの差の信号
Ｓ１進行波電力一定制御からアノード電流一定制御に切り換える反射波電力比較基準値
Ｓ２アノード電流一定制御から進行波電力一定制御に切り換える反射波電力比較基準値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron output control method and apparatus for controlling the output power of a magnetron that generates microwave power.
[0002]
[Prior art]
An apparatus using plasma generated by microwave power output from a magnetron output control apparatus using a magnetron includes plasma processing such as a CVD apparatus which is one of apparatuses for forming a thin film and an etching apparatus for manufacturing a semiconductor. There is a device.
[0003]
(Prior art 1)
FIG. 1 is a block diagram of the prior art 1 showing an embodiment of the magnetron output control device of the prior art 1 and its peripheral devices.
The magnetron output control device of the prior art 1 includes a magnetron (magnetoelectric tube) 17 for generating microwave power, and a power source for heating the filament by supplying power to the filament of the magnetron 17 (hereinafter referred to as a filament power source). 16 and a DC high-voltage power supply (hereinafter referred to as anode power supply) 125 for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron 17, detects the anode current of the magnetron 17, and detects the detected anode current detection signal Was controlled to be a constant value. This control method is called constant anode current control.
[0004]
The commercial power source 1 is an AC power source that supplies power to the anode power source 125 and the filament power source 16. The filament power supply 16 is a power supply for heating the filament of the magnetron 17. The power input to the anode power supply 125 is rectified and smoothed by the diode bridge 2 and the capacitor 3 and then supplied to a half-bridge inverter including the switching elements 4 and 5 and the capacitors 6 and 7. The output power converted to high frequency by the half bridge inverter is applied to the magnetron 17 via the high frequency transformer 8. Since a voltage doubler rectifying and smoothing circuit composed of diodes 9 and 10 and capacitors 11 and 12 is connected to the secondary side of the high-frequency transformer 8, a high DC voltage is applied to the magnetron 17 and microwave power is output. Is done.
[0005]
The isolator 27 is a non-reciprocal circuit that allows traveling wave power from the magnetron 17 toward the plasma load 18 to pass therethrough but greatly attenuates reflected wave power generated by the plasma load 18 and is a dummy for consuming the reflected wave power. Includes a load. This isolator 27 is normally used for the purpose of protecting the magnetron output control device from the reflected wave power generated by the plasma load 18.
[0006]
The microwave power output from the magnetron 17 is a microwave between the waveguide 26 a that is a transmission line of the microwave power between the magnetron 17 and the isolator 27, the isolator 27, and the isolator 27 and the plasma load 18. The plasma load 18 is supplied through a waveguide 26b which is a power transmission line.
[0007]
As an output power control method of such a magnetron output control device, feedback control is performed so that the anode current of the magnetron 17 becomes a constant value because the output of the magnetron 17 has a constant voltage characteristic.
[0008]
Specifically, the anode current detector 20 detects the anode current, and the detected anode current detection signal is input to the error amplifier 114. The error amplifier 114 amplifies an error between the detected value of the input anode current detection signal and the set value of the output power setting unit 115 and outputs an output power amplified signal. The control circuit 113 receives the output power amplification signal of the error amplifier 114 and controls the switching elements 4 and 5 so that the anode current detection signal detected by the anode current detector 20 becomes the set value of the output power setting device 115. The ON time is controlled.
[0009]
(Prior art 2)
FIG. 2 is a block diagram of the prior art 2 showing an embodiment of the magnetron output control device of the prior art 2 and its peripheral devices.
The magnetron output control device of the prior art 2 includes a magnetron 17, a filament power supply 16, an anode power supply 225, and a microwave power detector 219 that detects or calculates a signal corresponding to traveling wave power. A signal corresponding to the traveling wave power is output from the device 219, and control is performed so that the signal corresponding to the traveling wave power becomes a constant value. This control method is called traveling wave power constant control.
[0010]
The commercial power source 1 is an AC power source that supplies power to the anode power source 225 and the filament power source 16. The filament power supply 16 is a power supply for heating the filament of the magnetron 17. The power input to the anode power source 225 is rectified and smoothed by the diode bridge 2 and the capacitor 3 and then supplied to a half bridge inverter including the switching elements 4 and 5 and the capacitors 6 and 7. The output power converted to high frequency by the half bridge inverter is applied to the magnetron 17 via the high frequency transformer 8. Since a voltage doubler rectifying and smoothing circuit composed of diodes 9 and 10 and capacitors 11 and 12 is connected to the secondary side of the high-frequency transformer 8, a high DC voltage is applied to the magnetron 17 and microwave power is output. Is done.
[0011]
The microwave power output from the magnetron 17 is a microwave between the waveguide 26 a that is a transmission line of the microwave power between the magnetron 17 and the isolator 27, the isolator 27, and the isolator 27 and the plasma load 18. The plasma load 18 is supplied through a waveguide 26b which is a power transmission line.
[0012]
The microwave power detector 219 is provided on the waveguide 26b, and a signal corresponding to traveling wave power and a signal corresponding to reflected wave power using a directional coupler, a microwave automatic matching device, or the like. It has the function to detect or calculate.
For example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-196903, when a directional coupler is used, a microwave standing wave is separated into a traveling wave and a reflected wave by the directional coupler, and the traveling is separated. It has a function of detecting a signal corresponding to traveling wave power and a signal corresponding to reflected wave power by detecting waves and reflected waves using a diode or the like.
Similarly, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-196903, when the microwave automatic matching unit is used, the waveguide 26b is provided with three probes, and the three probes provide the inside of the waveguide 26b. Detecting the amplitude or reflection coefficient when the plasma load 18 side is viewed at a specific reference position using the detected amplitude of the voltage standing wave of the microwave and the detected amplitude of the voltage standing wave. Based on the amplitude of the voltage standing wave and the calculated impedance or reflection coefficient, it has a function of calculating a signal corresponding to the traveling wave power of the microwave and a signal corresponding to the reflected wave power.
[0013]
As an output power control method of such a magnetron output control device, feedback control is performed so that the traveling wave power becomes a constant value using a signal corresponding to the traveling wave power output from the microwave power detector 219. .
[0014]
Specifically, a signal corresponding to traveling wave power is output from the microwave power detector 219, and a signal corresponding to this traveling wave power is input to the error amplifier 214. The error amplifier 214 amplifies an error between a signal corresponding to the input traveling wave power and the set value of the output power setting unit 215, and outputs an output power amplified signal. The control circuit 213 receives the output power amplification signal of the error amplifier 214 and switches the switching element so that the signal corresponding to the traveling wave power output from the microwave power detector 219 becomes the set value of the output power setting device 215. The ON time of 4, 5 is controlled.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The magnetron output control device of the prior art 1 described above detects the anode current of the magnetron 17 and performs control so that the detected anode current detection signal becomes a constant value. The magnetron 17 requires a magnetic field for changing the traveling direction of electrons emitted from the cathode. In many cases, the magnetron 17 having a microwave output power of 6 kW or less obtains the above-mentioned magnetic field by arranging a pre-magnetized ferrite core inside the magnetron 17.
[0016]
Generally, the magnetron 17 has an output efficiency of microwave power expressed by (microwave output power) / (magnetron input power) of about 60 to 70%. Since the loss represented by (magnetron input power) − (microwave output power) becomes heat and heats the magnetron 17 body, the temperature of the ferrite core built in the magnetron 17 also rises. The ferrite core has a demagnetization characteristic in which the magnetic force decreases as the temperature rises. When the magnetic force of the ferrite core is reduced, the microwave output efficiency is lowered.
[0017]
When the control method of the microwave output power of the magnetron output control device is constant anode current control, when outputting microwave power for a long time or taking out a large capacity output, the demagnetization characteristics with the temperature rise of the ferrite core Occurs, the magnetic field is weakened, and the output efficiency of the microwave power is reduced. For this reason, even if the anode current is controlled to a constant value, the microwave output power value that can be extracted decreases with the time of temperature rise of the ferrite core. In an example of an air-cooled magnetron, when microwave output is performed with constant anode current control, the initial microwave output power value decreases by about 10% in 60 seconds from the start of output.
[0018]
From the above, in the magnetron output control device with constant anode current control, the effective power of the microwave output from the magnetron 17 varies depending on the temperature characteristics of the magnetron 17. When the effective power fluctuates, there is an influence that the film thickness of the thin film formed by using the plasma described above does not reach a predetermined value, and the film thickness varies.
[0019]
The magnetron output control device of the prior art 2 described above outputs a signal corresponding to the traveling wave power from the microwave power detector 219, and performs control so that the signal corresponding to the traveling wave power becomes a constant value. .
[0020]
Here, when the reflected wave power is generated by the plasma load 18, the standing wave ratio (the ratio between the maximum value and the minimum value of the standing wave) inside the waveguide 26b exceeds 1.0 and is standing. A wave is generated. At this time, since the characteristics of the plasma load 18 are often non-linear, harmonics due to distortion are often included in the output waveform of the microwave, and a noise frequency is often superimposed. However, the microwave power detector 219 can accurately detect or calculate a signal corresponding to the traveling wave power and a signal corresponding to the reflected wave power when the waveform has a distortion at the rated frequency. For this reason, when reflected wave power is generated by the plasma load 18 described above, the output waveform of the microwave is not a waveform having no distortion at the rated frequency, so that the signal corresponding to the traveling wave power and the signal corresponding to the reflected wave power are An error will occur between the true value and the value.
[0021]
If an error occurs in the signal corresponding to the traveling wave power, an error occurs between the value set by the output power setting unit 215 and the effective power of the microwave output, no matter how high the gain of the control system.
[0022]
From the above, the magnetron output control device of the traveling wave power constant control method can keep the traveling wave power at a constant value when the reflected wave power is not generated, but it can be applied to a nonlinear load such as the plasma load 18. When the reflected wave power is generated, an error occurs in the signal corresponding to the traveling wave power output from the microwave power detector 219, and thus an error occurs in the traveling wave power output from the magnetron 17.
[0023]
By the way, the microwave power detector 219 provided in the waveguide 26b often uses a directional coupler, a microwave automatic matching device, or the like as described above.
Although the directional coupler and the microwave automatic matching unit can detect or calculate the signal corresponding to the traveling wave power and the signal corresponding to the reflected wave power, the microwave automatic matching unit further efficiently converts the microwave power to the plasma load. 18 so that the impedance between the waveguide 26b and the plasma load 18 can be automatically matched. In addition, if it is an apparatus provided with the means to change an impedance manually, it is also possible to match an impedance manually instead of automatically.
[0024]
When the microwave power detector 219 is used to perform constant traveling wave power control on the plasma load 18, an error occurs in the signal corresponding to the traveling wave power when the reflected wave power is generated. The effective power of the traveling wave power input to the load 18 varies. As a result, a hunting state in which the reflected wave power generated due to the change in the load state is also likely to occur. In the hunting state, matching cannot be achieved, and in the conventional microwave automatic matching unit, it takes a long time to match.
[0025]
An object of the present invention is to prevent a decrease in microwave output power due to hunting which has been a problem in the prior art 2 and a demagnetization characteristic of a ferrite core which has been a problem in the prior art 1.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 at the time of filing corresponds to the traveling wave power from the magnetron 17 toward the plasma load 18 in the magnetron output control method of the apparatus for supplying the output of the magnetron (magnetron tube) 17 generating the microwave to the plasma load 18. The detected signal Ea and the signal Eb corresponding to the reflected wave power reflected from the plasma load 18 are detected or calculated, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is equal to or greater than the preset reflected wave power comparison reference value Ec. Then, the output control of the magnetron is switched from the control for setting the traveling wave power to a constant value to the control for setting the anode current to a constant value, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is a preset reflected wave power comparison reference value Ec. When the value is less than that, the output control of the magnetron 17 is switched from the control to set the anode current to a constant value to the control to set the traveling wave power to a constant value. A magnetron output control method to change.
[0027]
The invention of claim 2 at the time of filing is a magnetron output control method for an apparatus for supplying an output of a magnetron (magnetic tube) 17 for generating a microwave to a plasma load 18. The signal Ea corresponding to the traveling wave power and the signal Eb corresponding to the reflected wave power are detected by separating the traveling wave and the reflected wave reflected from the plasma load 18 and detecting the separated traveling wave and reflected wave. When the detected signal Eb corresponding to the reflected wave power becomes equal to or greater than the preset reflected wave power comparison reference value Ec, the output control of the magnetron 17 is controlled, and the anode current is changed from the control for making the traveling wave power constant. When the control is switched to a constant value, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power becomes less than the preset reflected wave power comparison reference value Ec, The output control of the magnetron 17, a magnetron output control method for switching the anode current control to a constant value the forward power from the control to a constant value.
[0028]
The invention of claim 3 at the time of filing is to detect the amplitude of the microwave standing wave in the magnetron output control method of the apparatus for supplying the output of the magnetron (magnetoelectric tube) 17 for generating the microwave to the plasma load 18. The signal Ea corresponding to the traveling wave power from the magnetron 17 toward the plasma load 18 and the signal Eb corresponding to the reflected wave power reflected from the plasma load 18 are calculated using the amplitude of the detected voltage standing wave, and When the signal Eb corresponding to the reflected wave power of the current becomes equal to or higher than the preset reflected wave power comparison reference value Ec, the output control of the magnetron 17 is controlled from the control to set the traveling wave power to a constant value to the anode current to a constant value. When the signal Eb corresponding to the reflected wave power becomes less than the preset reflected wave power reference value Ec, the output control of the magnetron 17 is controlled. And a magnetron output control method for switching the anode current control to a constant value the forward power from the control to a constant value.
[0029]
The invention of claim 4 at the time of filing is that the reflected wave power comparison reference value Ec according to claim 1 at the time of filing, claim 2 at the time of filing, or claim 3 at the time of filing is controlled from the control to make the traveling wave power constant. When the control is switched to a control with a constant value, and when the control is switched from a control with a constant anode current to a control with a constant value of traveling wave power, the output of the magnetron that is the reflected wave power comparison reference values S1 and S2 is different. It is a control method.
[0030]
The invention of claim 5 at the time of filing, as shown in FIG. 3, includes a magnetron (magnetic tube) 17 for generating microwaves, a filament power supply 16 for supplying power to the filament of the magnetron 17 and heating the filament, From an anode power source 25 for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron 17 and a power detector 19 for detecting or calculating a signal Ea corresponding to traveling wave power and a signal Eb corresponding to reflected wave power. In the magnetron output control apparatus, the anode current detector 20 for detecting the anode current, the detection signal switch 21 for switching and outputting the signal Ea corresponding to the traveling wave power or the anode current detection signal Ed, and the reflected wave power are supported. Traveling wave / anode switching signal corresponding to the difference between the reflected signal Eb and the preset reflected wave power comparison reference value Ec A detection signal switching driver 22 for outputting Eg. The detection signal switching device 21 switches an internal switch in accordance with the output signal Eg of the detection signal switching driver 22, and the internal switch is connected to the anode current detector 20 side. The anode current detection signal Ed is output at the time, and when the internal switch is on the power detector 19 side, the signal Ea corresponding to the traveling wave power is output, and the signal Ea or anode current detection corresponding to the traveling wave power described above is output. The magnetron output control device controls the output power of the magnetron by a signal Ed.
[0031]
The invention of claim 6 at the time of filing, as shown in FIG. 3, includes a magnetron (magnetic tube) 17 for generating microwaves, a filament power supply 16 for supplying power to the filament of the magnetron 17 and heating the filament, From an anode power source 25 for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron 17 and a power detector 19 for detecting or calculating a signal Ea corresponding to traveling wave power and a signal Eb corresponding to reflected wave power. In the magnetron output control device, the anode current detector 20 for detecting the anode current, the detection signal switching setting device 24 for presetting the reflected wave power comparison reference value Ec, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power are preset. A comparator 23 with hysteresis for outputting a signal Eh that is a difference from the reflected wave power comparison reference value Ec, and corresponding to traveling wave power The detection signal switch 21 for switching and outputting the signal Ea or the anode current detection signal Ed and the output signal Eh of the comparator 23 with hysteresis are inputted, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is set in advance as a reflected wave power comparison reference. When the value is equal to or greater than the value Ec, the first traveling wave / anode switching signal Eg for switching the switch in the detection signal switch 21 to the anode current detector 20 side is output, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is set in advance to the reflection A detection signal switching driver 22 for outputting a second traveling wave / anode switching signal Eg for switching the switch in the detection signal switching device 21 to the power detector 19 side when the wave power comparison reference value Ec is less than the reference value Ec. The detection signal switching device 21 switches the internal switch in accordance with the output signal of the detection signal switching driver 22, and the internal switch is the anode current. The anode current detection signal Ed is output when the output device 20 is on the side, and the signal Ea corresponding to the traveling wave power is output when the internal switch is on the power detector 19 side. Alternatively, it is a magnetron output control device that controls the output power of the magnetron by the anode current detection signal Ed.
[0032]
The invention of claim 7 at the time of filing, as shown in FIG. 3, includes a magnetron (magnetic tube) 17 for generating microwaves, a filament power supply 16 for supplying power to the filament of the magnetron 17 and heating the filament, From an anode power source 25 for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron 17 and a power detector 19 for detecting or calculating a signal Ea corresponding to traveling wave power and a signal Eb corresponding to reflected wave power. In the magnetron output control device, the anode current detector 20 for detecting the anode current, the detection signal switching setting device 24 for presetting the reflected wave power comparison reference value Ec, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power are preset. A comparator 23 with hysteresis for outputting a signal Eh that is a difference from the reflected wave power comparison reference value Ec, and corresponding to traveling wave power The detection signal switch 21 for switching and outputting the signal Ea or the anode current detection signal Ed and the output signal Eh of the comparator 23 with hysteresis are inputted, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is set in advance as a reflected wave power comparison reference. When the value is equal to or greater than the value Ec, the first traveling wave / anode switching signal Eg for switching the switch in the detection signal switch 21 to the anode current detector 20 side is output, and the signal Eb corresponding to the reflected wave power is set in advance to the reflection A detection signal switching driver 22 for outputting a second traveling wave / anode switching signal Eg for switching the switch in the detection signal switching device 21 to the power detector 19 side when the wave power comparison reference value Ec is less than the reference value Ec; An error between the output power setting device 15 to be set, the output signal Ea or Ed of the detection signal switching device 21 and the set value Ee of the output power setting device 15 is amplified. The error amplifier 14 that outputs the output power amplification signal Ef, and the control that controls the output signal Ea or Ed of the detection signal switch 21 to the set value of the output power setting device 15 by inputting the output power amplification signal Ef of the error amplifier 14 The above-described detection signal switching unit 21 switches an internal switch in accordance with the output signal of the detection signal switching driver 22, and the anode current detection signal Ed when the internal switch is on the anode current detector 20 side. When the internal switch is on the power detector 19 side, the signal Ea corresponding to the traveling wave power is output, and the output power of the magnetron is set by the signal Ea corresponding to the traveling wave power or the anode current detection signal Ed. It is a magnetron output control device to control.
[0033]
In the invention of claim 8 at the time of filing, the power detector 19 according to claim 5 at the time of filing, claim 6 at the time of filing, or claim 7 at the time of filing, separates the standing wave of the microwave into a traveling wave and a reflected wave. This is a magnetron output control device that is a microwave power detector 19 that detects the signal Ea corresponding to the traveling wave power and the signal Eb corresponding to the reflected wave power by detecting the traveling wave and the reflected wave separated.
[0034]
In the invention of claim 9 at the time of filing, the power detector 19 according to claim 5 at the time of filing, claim 6 at the time of filing, or claim 7 at the time of filing detects and detects the amplitude of the microwave standing wave. The magnetron output control device is a microwave power detector 19 that calculates a signal Ea corresponding to the traveling wave power of the microwave and a signal Eb corresponding to the reflected wave power using the amplitude of the voltage standing wave.
[0035]
In the invention of claim 10 at the time of filing, the power detector 19 according to claim 5 at the time of filing, claim 6 at the time of filing, or claim 7 at the time of filing detects or calculates a signal Ea corresponding to traveling wave power and reflects it. This is a magnetron output control device that is a reflected wave power detector that detects a temperature that changes depending on the magnitude of the wave power and uses the signal that detects the changing temperature as a signal Eb that corresponds to the reflected wave power.
[0036]
In the invention of claim 11 at the time of filing, the reflected wave power comparison reference value Ec of claim 5 at the time of filing, claim 6 at the time of filing, or claim 7 at the time of filing is expressed by two reflected wave power comparison reference values S1 and S2. The first reflected wave power comparison reference value S1 is a reflected wave power comparison reference value when the output signal of the detection signal switch 21 is a signal Ea corresponding to traveling wave power, and the second reflected wave power comparison value. The reference value S2 is a magnetron output control device that is a reflected wave power comparison reference value when the output signal of the detection signal switch 21 is the anode current detection signal Ed.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 is a block diagram of the present invention showing an embodiment of the magnetron output control device of the present invention and its peripheral devices. The commercial power source 1 is an AC power source that supplies power to the anode power source 25 and the filament power source 16. The filament power supply 16 is a power supply for heating the filament of the magnetron 17. The electric power input to the anode power supply 25 is rectified and smoothed by the diode bridge 2 and the capacitor 3 and then supplied to a half-bridge inverter including the switching elements 4 and 5 and the capacitors 6 and 7. The output power converted to high frequency by the half bridge inverter is applied to the magnetron 17 via the high frequency transformer 8. Since a voltage doubler rectifying and smoothing circuit composed of diodes 9 and 10 and capacitors 11 and 12 is connected to the secondary side of the high-frequency transformer 8, a high DC voltage is applied to the magnetron 17 and microwave power is output. Is done.
[0038]
The microwave power output from the magnetron 17 is a microwave between the waveguide 26 a that is a transmission line of the microwave power between the magnetron 17 and the isolator 27, the isolator 27, and the isolator 27 and the plasma load 18. The plasma load 18 is supplied through a waveguide 26b which is a power transmission line.
[0039]
The microwave power detector 19 is provided on the waveguide 26b in the same manner as the microwave power detector 219 of the prior art 2 described above, and corresponds to the signal Ea corresponding to the traveling wave power and the reflected wave power. It has a function of detecting or calculating the signal Eb.
[0040]
As a method for controlling the output power of such a magnetron output control device, a signal Eb corresponding to the reflected wave power is output from the microwave power detector 19 provided on the waveguide 26b and input to the comparator 23 with hysteresis. .
[0041]
The detection signal switching setting unit 24 presets a reflected wave power comparison reference value Ec for comparison with the signal Eb corresponding to the reflected wave power, and the comparator with hysteresis 23 is a signal corresponding to the input reflected wave power. Eb is compared with the reflected wave power comparison reference value Ec preset by the detection signal switching setter 24.
[0042]
When the signal Eb corresponding to the reflected wave power input to the comparator with hysteresis 23 becomes equal to or greater than the reflected wave power comparison reference value Ec preset by the detection signal switching setting unit 24, the detection signal switching driver 22 detects the detection signal. The switch in the switch 21 is switched to the anode current detector 20 side, and the anode current detection signal Ed detected by the anode current detector 20 is input to the error amplifier 14. In this case, constant anode current control is performed.
[0043]
When the signal Eb corresponding to the reflected wave power input to the comparator with hysteresis 23 becomes less than the reflected wave power comparison reference value Ec preset by the detection signal switching setting unit 24, the detection signal switching driver 22 detects the detection signal. The switch in the switch 21 is switched to the microwave power detector 19 side, and a signal Ea corresponding to the traveling wave power output from the microwave power detector 19 is input to the error amplifier 14. In this case, traveling wave power constant control is performed.
[0044]
The error amplifier 14 amplifies an error between the signal Ea or anode current detection signal Ed corresponding to the selected and input traveling wave power and the set value Ee of the output power setting unit 15 and outputs an output power amplification signal Ef. . The control circuit 13 receives the output power amplification signal Ef of the error amplifier 14, and the signal Ea or the anode current detection signal Ed corresponding to the selected traveling wave power is selected as the set value Ee of the output power setting unit 15. The ON time of the switching elements 4 and 5 is controlled so that
[0045]
In this way, the magnetron output control method is performed by comparing the signal Eb corresponding to the reflected wave power input to the comparator 23 with hysteresis and the reflected wave power comparison reference value Ec preset by the detection signal switching setter 24. Select.
[0046]
FIG. 4 is a comparison operation explanatory diagram illustrating an example of the comparison operation of the comparator 23 with hysteresis. As shown in FIG. 4, the comparator 23 with hysteresis includes a reflected wave power comparison reference value S1 for switching from constant traveling wave power control to constant anode current control, and a reflected wave power for switching from constant anode current control to constant traveling wave power control. Two reflected wave power comparison reference values with the comparison reference value S2 can be set. According to the two reflected wave power comparison reference values, the traveling wave power constant control and the anode current constant control are switched as shown in FIG.
Although the two reflected wave power comparison reference values can be set to the same value, if the signal Eb corresponding to the reflected wave power is not stable near the reflected wave power comparison reference value, the magnetron output control method to be selected is also stabilized. Instead, a hunting state in which the traveling wave power constant control and the anode current constant control are frequently switched is obtained. By appropriately setting these two reflected wave power comparison reference values, hunting of such a magnetron output control method can be prevented.
[0047]
The power detector 19 that outputs the signal Eb corresponding to the reflected wave power for switching between the constant anode current control and the constant traveling wave power control is the microwave power detector 19 provided on the above-described waveguide. A reflected wave power corresponding signal detector that detects the temperature of the dummy load of the isolator 27, the temperature of the magnetron 17, and the like to detect a signal corresponding to the reflected wave power may be used.
[0048]
【The invention's effect】
The present invention solves the problems of the prior art 1 and the prior art 2 described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, and a signal Eb corresponding to the reflected wave power generated by the plasma load 18 is reflected in advance. When the wave power comparison reference value is exceeded, the output power control method of the magnetron output control device is switched from constant traveling wave power control to constant anode current control, thereby preventing hunting and preventing matching. In addition, it is possible to eliminate a state in which it takes a long time to match.
[0049]
When the output power control method of the magnetron output control device is switched to constant anode current control, the efficiency of the microwave output power decreases due to the demagnetization characteristics of the ferrite core, but the time controlled by the constant anode current control Is the time until the signal Eb corresponding to the reflected wave power becomes less than the preset reflected wave power comparison reference value. When the microwave automatic matching unit is used, it is approximately 1 to 15 seconds (usually 2 to 5 seconds). The impedance is matched so that the reflected wave power from the plasma load 18 becomes smaller in seconds. Therefore, the decrease in the microwave output power due to the demagnetization characteristic is slight.
[0050]
As described above, by using the present invention, it is possible to solve the problems in the prior art and to promptly match when the reflected wave power is generated in the plasma load 18.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of prior art 1 showing an embodiment of a magnetron output control device of related art 1 and its peripheral devices.
FIG. 2 is a block diagram of the prior art 2 showing an embodiment of the magnetron output control device of the prior art 2 and its peripheral devices.
FIG. 3 is a block diagram of the present invention showing an embodiment of the magnetron output control device of the present invention and its peripheral devices.
FIG. 4 is a comparison operation explanatory diagram illustrating an example of a comparison operation of the comparator with hysteresis 23;
[Explanation of symbols]
1 Commercial power supply
2 Diode bridge
3 capacitors
4,5 Switching element
6,7 capacitors
8 High frequency transformer
9,10 Diode
11,12 capacitor
13 (Invention) control circuit
14 Error amplifier (of the present invention)
15 Output power setting device (of the present invention)
16 Filament power supply
17 Magnetron
18 Plasma load
19 (invention) microwave power detector / power detector
20 Anode current detector
21 Detection signal selector
22 Detection signal switching driver
23 Comparator with hysteresis
24 Detection signal switching setter
25 Anode power supply (of the present invention)
26a Waveguide between magnetron 17 and isolator 27
26b Waveguide between isolator 27 and plasma load 18
27 Isolator
113 Control circuit (of prior art 1)
114 Error Amplifier (of Prior Art 1)
115 Output power setting device (of prior art 1)
125 Anode power supply (prior art 1)
213 Control circuit (of prior art 2)
214 Error Amplifier (of Prior Art 2)
215 Output power setting device (of prior art 2)
219 Microwave power detector (of prior art 2)
225 Anode power supply (prior art 2)
Ea Signal corresponding to traveling wave power
Eb Signal corresponding to reflected wave power
Ec Reflected wave power comparison reference value for comparison with the signal Eb corresponding to the reflected wave power
Ed Anode current detection signal
Ee Setting value of output power setting unit 15
Ef Output power amplification signal of error amplifier 14
Eg Traveling wave / Anode switching signal
Eh Difference signal between the signal Eb corresponding to the reflected wave power and the preset reflected wave power reference value Ec
S1 Reflected wave power reference value for switching from constant traveling wave power control to constant anode current control
S2 Reflected wave power reference value for switching from constant anode current control to constant traveling wave power control

Claims

In a magnetron output control method for a device that supplies the output of a magnetron (magnetor tube) that generates microwaves to a plasma load, a signal corresponding to the traveling wave power from the magnetron toward the plasma load and the reflected wave power reflected from the plasma load When the signal corresponding to the reflected wave power is equal to or higher than a preset reflected wave power comparison reference value, the output control of the magnetron is controlled from the control to set the traveling wave power to a constant value. Switch to control to set the anode current to a constant value. When the signal corresponding to the reflected wave power falls below the preset reference value for reflected wave power, the output control of the magnetron is controlled from the control to set the anode current to a constant value. Magnetron output control method that switches to control to keep power constant.

In a magnetron output control method for an apparatus that supplies the output of a magnetron (magnetor tube) that generates microwaves to a plasma load, the standing wave of microwaves travels from the magnetron to the plasma load and the reflection that reflects from the plasma load The signal corresponding to the traveling wave power and the signal corresponding to the reflected wave power are detected by detecting the traveling wave and the reflected wave separated from each other, and the signal corresponding to the reflected wave power is set in advance. When the reflected wave power comparison reference value is exceeded, the output control of the magnetron is switched from the control that makes the traveling wave power a constant value to the control that makes the anode current a constant value, and a signal corresponding to the reflected wave power is set in advance. When the reflected wave power is below the reference value, the output power of the magnetron is controlled, and the traveling wave power is kept constant from the control that makes the anode current constant. Magnetron output control method for switching the control to.

In a magnetron output control method of an apparatus for supplying an output of a magnetron (magnetor tube) that generates a microwave to a plasma load, the amplitude of the microwave standing wave is detected and the detected voltage standing wave amplitude is used. A signal corresponding to the traveling wave power from the magnetron toward the plasma load and a signal corresponding to the reflected wave power reflected from the plasma load are calculated, and the signal corresponding to the reflected wave power is compared with the reflected wave power set in advance. When the reference value is exceeded, the output control of the magnetron is switched from the control that sets the traveling wave power to a constant value to the control that sets the anode current to a constant value, and the signal corresponding to the reflected wave power is a preset reference value for reflected wave power comparison. When the value is less than the value, the output control of the magnetron is switched from the control that sets the anode current to a constant value to the control that sets the traveling wave power to a constant value. Magnetron output control method.

The reflected wave power comparison reference value according to claim 1, 2, or 3 is switched from a control for setting the traveling wave power to a constant value to a control for setting the anode current to a constant value, and the anode current is set to a constant value. A magnetron output control method, which is a reflected wave power comparison reference value having a value different from that in the case where the traveling wave power is switched from the control to make the traveling wave power to a constant value.

A magnetron that generates microwaves, a filament power source for supplying power to the filament of the magnetron to heat the filament, and an anode power source for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron In a magnetron output control device comprising a power detector that detects or calculates a signal corresponding to traveling wave power and a signal corresponding to reflected wave power, an anode current detector that detects an anode current and a traveling wave power Detection signal switch for switching and outputting a signal or anode current detection signal, and detection for outputting a traveling wave / anode switching signal corresponding to a difference between a signal corresponding to reflected wave power and a preset reference value of reflected wave power A signal switching driver, wherein the detection signal switching device is responsive to an output signal of the detection signal switching driver. Switch the internal switch to output an anode current detection signal when the internal switch is on the anode current detector side, and output a signal corresponding to traveling wave power when the internal switch is on the power detector side, A magnetron output control device that controls output power of a magnetron by a signal corresponding to traveling wave power or an anode current detection signal.

A magnetron that generates microwaves, a filament power source for supplying power to the filament of the magnetron to heat the filament, and an anode power source for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron In a magnetron output control device comprising a power detector for detecting or calculating a signal corresponding to traveling wave power and a signal corresponding to reflected wave power, an anode current detector for detecting an anode current and a reflected wave power comparison reference value Detection signal switching setter, a comparator with hysteresis for outputting a difference signal between a signal corresponding to reflected wave power and a preset reference value of reflected wave power, and a signal corresponding to traveling wave power or Input the output signal of the detection signal switcher that switches and outputs the anode current detection signal and the comparator with hysteresis. When the signal corresponding to the reflected wave power is equal to or greater than a preset reflected wave power comparison reference value, the first traveling wave / anode switching signal for switching the switch in the detection signal switch to the anode current detector side is output. When the signal corresponding to the reflected wave power is less than a preset reflected wave power comparison reference value, a detection signal for outputting a second traveling wave / anode switching signal for switching the switch in the detection signal switch to the power detector side A switching driver, wherein the detection signal switching unit switches an internal switch according to an output signal of the detection signal switching driver, and outputs an anode current detection signal when the internal switch is on the anode current detector side. When the switch is on the power detector side, a signal corresponding to the traveling wave power is output, and the signal corresponding to the traveling wave power or the anode current detection signal is output. Magnetron output controller for controlling the output power of Gunetoron.

A magnetron that generates microwaves, a filament power source for supplying power to the filament of the magnetron to heat the filament, and an anode power source for applying a high voltage between the anode and cathode of the magnetron In a magnetron output control device comprising a power detector for detecting or calculating a signal corresponding to traveling wave power and a signal corresponding to reflected wave power, an anode current detector for detecting an anode current and a reflected wave power comparison reference value Detection signal switching setter, a comparator with hysteresis for outputting a difference signal between a signal corresponding to reflected wave power and a preset reference value of reflected wave power, and a signal corresponding to traveling wave power or Input the output signal of the detection signal switcher that switches and outputs the anode current detection signal and the comparator with hysteresis. When the signal corresponding to the reflected wave power is equal to or greater than a preset reflected wave power comparison reference value, the first traveling wave / anode switching signal for switching the switch in the detection signal switch to the anode current detector side is output. When the signal corresponding to the reflected wave power is less than a preset reflected wave power comparison reference value, a detection signal for outputting a second traveling wave / anode switching signal for switching the switch in the detection signal switch to the power detector side A switching driver, an output power setting unit for setting an output power value, an error amplifier for outputting an output power amplification signal obtained by amplifying an error between the output signal of the detection signal switching unit and the setting value of the output power setting unit, and an error amplifier And a control circuit for controlling the output signal of the detection signal switch to a set value of the output power setter by inputting the output power amplification signal of the detection signal switch, the detection signal switch The internal switch is switched according to the output signal of the bar, the anode current detection signal is output when the internal switch is on the anode current detector side, and the traveling wave power is supported when the internal switch is on the power detector side. A magnetron output control device that outputs a signal and controls the output power of the magnetron by a signal corresponding to the traveling wave power or an anode current detection signal.

The power detector according to claim 5, 6, or 7 separates the standing wave of the microwave into the traveling wave and the reflected wave and detects the traveling wave and the reflected wave that are separated, thereby traveling wave A magnetron output control device that is a microwave power detector that detects a signal corresponding to power and a signal corresponding to reflected wave power.

The power detector according to claim 5, 6, or 7 detects the amplitude of the microwave voltage standing wave and uses the detected amplitude of the voltage standing wave to convert the traveling wave power of the microwave. A magnetron output control device that is a microwave power detector that calculates a corresponding signal and a signal corresponding to reflected wave power.

The power detector according to claim 5, 6, or 7 detects or calculates a signal corresponding to traveling wave power and detects a temperature that varies depending on the magnitude of reflected wave power, thereby changing the power. A magnetron output control device that is a reflected wave power detector that uses a temperature detected signal as a signal corresponding to the reflected wave power.

The reflected wave power comparison reference value according to claim 5, 6, or 7 is two reflected wave power comparison reference values, and the first reflected wave power comparison reference value is an output of the detection signal switcher. The reflected wave power comparison reference value when the signal is a signal corresponding to traveling wave power, and the second reflected wave power comparison reference value is a reflected wave power comparison when the output signal of the detection signal switch is an anode current detection signal. Magnetron output control device that is the reference value.