JPH08306319A - マグネトロンの寿命認識方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 マイクロ波電源２からマグネトロン１に供給
されるアノード電流をマグネトロン１の出力パワーに換
算し、当該出力パワーの換算値を第１モニタ信号Ａに変
換する。マグネトロン１から導波管３内へ出力された実
際の入射パワーを測定し、当該入射パワーの実測値を第
２モニタ信号Ｂに変換する。第１モニタ信号Ａと第２モ
ニタ信号Ｂとを比較し、その差が所定値を越えたことを
もってマグネトロン１が寿命に達したものと判定し、マ
グネトロン交換要求を出す。 【効果】 マグネトロン１の使用時間や出力パワー或い
は負荷の状況等に関わらず、マグネトロン１の寿命を的
確に認識することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波電力によっ
て動作するマグネトロン応用装置に具備されたマグネト
ロンの寿命を認識する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波電力によって動作する装置の
例としては、イオン注入装置等に搭載されるＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resonance）イオン源がある。このＥ
ＣＲイオン源は、磁界中のマイクロ波放電によりプラズ
マチャンバ内に導入されたガスをプラズマ化し、そのプ
ラズマから電界によってイオンを外部へ引き出すことに
よってイオンビームを形成するものである。このＥＣＲ
イオン源の概略の構成を、図３に示す。

【０００３】上記ＥＣＲイオン源は、マイクロ波を発生
するマグネトロン５１と、マグネトロン５１にアノード
電流を供給するマイクロ波電源５２と、マグネトロン５
１から出力されたマイクロ波をプラズマチャンバ５４へ
導く導波管５３と、内部で導入ガスをプラズマ化するプ
ラズマチャンバ５４とを備えている。

【０００４】上記のＥＣＲイオン源において、イオンビ
ームのビーム電流調整のために、マグネトロン５１の出
力の調整が行われる。このマグネトロンの出力調整は、
外部より上記マイクロ波電源５２に与える制御信号の信
号レベルを変化させることによってなされる。マイクロ
波電源５２に制御信号が入力された場合、その制御信号
が出力パワー制御回路５２ａにてアノード電流発生回路
５２ｂの動作信号に変換され、アノード電流発生回路５
２ｂに送られる。アノード電流発生回路５２ｂは、前記
制御信号の信号レベルに応じたアノード電流を発生して
これをマグネトロン５１に供給する。そして、マグネト
ロン５１は、アノード電流に応じたパワーのマイクロ波
を出力する。

【０００５】上記マイクロ波電源５２には、アノード電
流発生回路５２ｂの動作時間を積算する使用時間積算タ
イマ５２ｃが設けられている。この使用時間積算タイマ
５２ｃは、マグネトロン５１の交換時にリセットされ、
マグネトロン５１の使用時間の管理に用いられる。

【０００６】従来では、上記の使用時間積算タイマ５２
ｃの積算値が、メーカー等が規定（例えば５０００時間
等と規定）しているマグネトロン５１の寿命の規定時間
に達すれば、マグネトロン５１の交換を行うようにして
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の規定
時間は、マグネトロン５１の出力パワーの最大使用時に
対してのものであって、実際の使用出力パワーが最大よ
りも低くければ、実際の寿命は上記規定時間よりも延び
る。また、マグネトロン５１の寿命は、負荷（ここでは
プラズマチャンバ５４）の状況によっても変化し、マグ
ネトロン５１の使用時間が規定時間に達したからといっ
て、交換する必要がないことも多い。

【０００８】しかしながら、従来では、上述のように使
用時間だけでなく使用出力パワーや負荷の状況などによ
っても変わるマグネトロン５１の寿命を正確に認識する
ことはできなかったので、マグネトロン５１の交換時期
の判断は、マグネトロン５１の使用時間を基準にしてい
るのが現状であった。

【０００９】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、マグネトロンの寿命を的確に認識する
ことができるマグネトロンの寿命認識方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンの
寿命認識方法は、上記の課題を解決するために、マグネ
トロンに供給されるアノード電流をマグネトロンの出力
パワーに換算する第１ステップと、マグネトロンから導
波管内へ出力された実際の出力パワーを測定する第２ス
テップと、上記第１ステップでアノード電流から換算し
た出力パワーの値と、上記第２ステップで測定した出力
パワーの実測値とを比較し、その差が所定値を越えた場
合に当該マグネトロンが寿命に達したと判断する第３ス
テップとを含んでいることを特徴としている。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、マグネトロンはアノード
電流に応じたパワーのマイクロ波を出力するので、第１
ステップでマグネトロンに供給されるアノード電流をマ
グネトロンの出力パワーに換算している。そして、この
アノード電流から換算した出力パワーの値と、マグネト
ロンの出力パワーの実測値とを比較し、その差が所定値
を越えたことをもって、マグネトロンが寿命に達したと
認識する。

【００１２】すなわち、マグネトロンが寿命に近づく
と、供給されるアノード電流が同じでも、実際の出力パ
ワー（入射パワー）が低下する現象が起きるので、上記
のようにアノード電流から換算した出力パワーと実出力
パワーとを比較すれば、マグネトロンの使用時間や出力
パワー或いは負荷の状況等によって変化するマグネトロ
ンの寿命を的確に判断することができる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例について、図１および図２
に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１４】本実施例では、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）条件の磁界中でマイクロ波放電を生じさせて
プラズマを生成し、このプラズマからイオンをビームと
して引き出すＥＣＲイオン源への適用例を説明する。

【００１５】上記ＥＣＲイオン源は、所定周波数（例え
ば2.４５ＧＨｚ）のマイクロ波を発生するマグネトロン
１と、マグネトロン１にアノード電流を供給するマイク
ロ波電源２と、マグネトロン１から出力されたマイクロ
波をプラズマチャンバ４へ導く導波管３と、内部で導入
ガスをプラズマ化するプラズマチャンバ４（負荷）と、
導波管３のインピーダンスとプラズマチャンバ４側のイ
ンピーダンス（負荷インピーダンス）との間のインピー
ダンス整合を図る機能を持つインピーダンス整合部５
と、インピーダンス整合部５の動作を制御するチューナ
６と、マグネトロンの寿命を認識してマグネトロン交換
要求信号を出力するコントローラ７とを備えている。

【００１６】上記プラズマチャンバ４の周囲には、ソレ
ノイドコイルを備えたソースマグネット（図示せず）が
配設されており、プラズマチャンバ４内にビーム引き出
し方向と略平行な磁界を形成するようになっている。ま
た、プラズマチャンバ４には図示しないビーム引出しス
リットが形成されており、プラズマチャンバ４の外部に
おけるビーム引出しスリットと対向する位置には、図示
しない引出電極系が配置されている。そして、プラズマ
チャンバ４と引出電極系との間に引出電圧が印加される
ことにより、両者間に強い外部電界が形成され、この外
部電界により、プラズマチャンバ４内で生成されたプラ
ズマ中のイオンが、ビーム引出しスリットから引き出さ
れ、イオンビームが形成されるようになっている。尚、
このＥＣＲイオン源をイオン注入装置に適用する場合、
ＥＣＲイオン源の後段には、さらに、質量分析によって
所定のイオンのみを選別して取り出す分析マグネット、
ビームを輸送する中でビーム形状の整形、加速、走査等
を行うビームライン部、およびシリコンウェハ等のイオ
ン照射対象物をセットして注入処理を行うエンドステー
ションが、この順に設けられる。

【００１７】上記ＥＣＲイオン源のマグネトロン１は、
マイクロ波電源２から供給されるアノード電流に応じた
パワーのマイクロ波を発生する。

【００１８】上記マイクロ波電源２は、イオンビームの
ビーム電流調整を行うコントローラ等の外部装置より入
力された制御信号（たとえばレンジ０−１０Ｖ）の電圧
レベルに応じたアノード電流を出力するように構成され
ている。

【００１９】このマイクロ波電源２は、外部より入力さ
れた制御信号の電圧レベルに応じてアノード電流発生回
路２ｂの出力制御を行う出力パワー制御回路２ａと、ア
ノード電流を発生してマグネトロン１に出力するアノー
ド電流発生回路２ｂと、アノード電流発生回路２ｂの出
力から換算したマグネトロン１の出力パワー（０−１０
００Ｗ）を、その出力パワーに応じた電圧レベルの第１
モニタ信号Ａ（０−１０Ｖ）に変換する出力／電圧変換
回路２ｃと、アノード電流発生回路２ｂの動作時間を積
算する使用時間積算タイマ２ｄとを備えている。

【００２０】上記インピーダンス整合部５は、図示しな
いステッピングモータ等の駆動部に駆動されて導波管３
内での位置を変え、導波管３のインピーダンスとプラズ
マチャンバ４側のインピーダンスとの間のインピーダン
ス整合（負荷整合）を図るインピーダンス整合用スタブ
（以下、単にスタブと称する）５ａと、導波管３内に生
じる定在波を測定する定在波測定センサ５ｂとを備えて
いる。例えば、上記スタブ５ａは３本設けられ、それぞ
れのスタブ５ａに対応するかたちで導波管３内の電界を
検出する３本のアンテナが定在波測定センサ５ｂとして
設けられている。

【００２１】上記インピーダンス整合部５の出力（定在
波測定センサ５ｂの出力およびスタブの位置情報等）
は、チューナ６へ入力される。上記チューナ６は、定在
波の実測値に基づいて、スタブ５ａの位置を駆動部を介
して制御し、導波管３内に定在波が発生しないようにス
タブ５ａの位置調整を行う。

【００２２】また、上記インピーダンス整合部５および
チューナ６からなるインピーダンス整合系は、マグネト
ロン１から出力されて導波管３内をプラズマチャンバ４
へと進行する進行波のパワー（入射パワー）、並びに導
波管３内の反射波のパワーを測定する機能を有する。導
波管３内を伝わるマグネトロン１の出力パワー（入射パ
ワー）の測定は、上記インピーダンス整合部５からの出
力に基づいて行われる。

【００２３】そして、上記チューナ６は、導波管３内を
伝わるマグネトロン１の出力パワー（入射パワー）の測
定値（０−１０００Ｗ）を、第２モニタ信号Ｂ（０−１
０Ｖ）に変換してコントローラ７へと出力するようにな
っている。

【００２４】上記コントローラ７は、出力／電圧変換回
路２ｃが出力する第１モニタ信号Ａと、チューナ６が出
力する第２モニタ信号Ｂとを比較し、両者の差に基づい
てマグネトロン１の寿命を判断する。このコントローラ
７としては、比較プログラムを実行するシーケンサ等を
用いることができる。

【００２５】上記の構成において、ＥＣＲイオン源にお
けるマグネトロン１の寿命の判断動作を以下に説明す
る。

【００２６】先ず、マグネトロン１の新品時に所定の条
件でＥＣＲイオン源を運転し、このとき得られる第１モ
ニタ信号Ａ（マグネトロン１に供給されるアノード電流
から換算したマグネトロン１の出力パワー）と、第２モ
ニタ信号Ｂ（導波管３内の実際の入射パワー）との差
を、オフセット値としてコントローラ７内に保持してお
く。また、このとき、上記コントローラ７に、マグネト
ロン１の寿命の判断基準となる値である、オフセット値
を除いた第１モニタ信号Ａと第２モニタ信号Ｂとの差に
対するしきい値Ｃを、予め設定しておく。

【００２７】その後のＥＣＲイオン源の運転により、マ
グネトロン１の性能は経時劣化し、交換の必要が生じ
る。マグネトロン１の寿命は、前述のように、マグネト
ロン１の使用時間、マグネトロン１の出力パワー、負荷
（プラズマチャンバ５４）の状況等によって一定ではな
い。しかしながら、マグネトロン１が寿命に近づくと、
マイクロ波電源２から供給されるアノード電流が同じで
も、実際の出力パワー（入射パワー）が低下する現象が
起きる。

【００２８】そこで、ＥＣＲイオン源の運転中、コント
ローラ７は、オフセット値を除いた第１モニタ信号Ａと
第２モニタ信号Ｂとの差が、前記のしきい値Ｃを越えた
か否かを常時判断し、その差がしきい値Ｃを越えたと
き、マグネトロン１が寿命に達したと判断し、マグネト
ロン交換要求信号を出力する。

【００２９】マグネトロン交換要求信号が出されると、
ＣＲＴディスプレイやＬＣＤ表示ランプ等の表示手段
（図示せず）にマグネトロンの交換が必要である旨が表
示されると共に、必要に応じて警報ブザーが動作し、作
業員にその旨が報知される。

【００３０】本実施例において、使用時間積算タイマ２
ｄは、マグネトロン１の大体の交換時期を予測するため
に用いられるのであって、オペレータがマグネトロン１
の交換時期を認識するのは、コントローラ７からマグネ
トロン交換要求信号が出力されたときである。

【００３１】以上のように、本実施例のマグネトロン応
用装置としてのＥＣＲイオン源は、 マイクロ波電源２からマグネトロン１に供給されるア
ノード電流をマグネトロン１の出力パワーに換算し、当
該出力パワーの換算値を第１モニタ信号Ａとして出力す
る換算手段（出力／電圧変換回路２ｃ）と、 マグネトロン１から導波管３内へ出力された実際の入
射パワーを測定し、当該入射パワーの実測値を第２モニ
タ信号Ｂとして出力する測定手段（インピーダンス整合
部５およびチューナ６）と、 上記第１モニタ信号Ａと第２モニタ信号Ｂとを比較
し、その差が所定値（オフセット値＋しきい値Ｃ）を越
えたか否かを判断し、その差が所定値を越えた場合にマ
グネトロン１が寿命に達したことを判断する判断手段
（コントローラ７）とを備えている構成である。

【００３２】これにより、マグネトロン１の使用時間、
マグネトロン１の使用条件（出力パワー）、負荷の状況
等に関わらず、マグネトロン１の寿命を的確に認識する
ことができる。

【００３３】このため、従来のようにマグネトロン１の
使用積算時間がメーカー等が定めた規定時間に到達した
ことをもってマグネトロン１の交換を行う場合に比べ
て、その交換時期を延長することができるので、ひいて
はマグネトロン１の動作時間の延長並びにメンテナンス
回数の減少による運転コストの削減効果が充分期待でき
る。

【００３４】尚、本実施例では、マグネトロン１から導
波管３内へ出力された入射パワーの測定を、インピーダ
ンス整合部５およびチューナ６において行うようになっ
ているが、これに限定されるものではなく、例えば、以
下のような構成で入射パワーの測定を行うこともでき
る。

【００３５】すなわち、図２に示すように、マグネトロ
ン１と導波管３との接続部付近に、マグネトロン１から
出力された進行波（入射波）のみを通過させ、反射波を
吸収してマグネトロン１へ戻るのを防ぐアイソレータ８
と、入射波成分と反射波成分とを分離して取り出す方向
性結合器９とを設け、この方向性結合器９にて取り出し
た入射波のパワーを入射波パワー測定部１０にて測定す
る。

【００３６】また、本実施例では、コントローラ７によ
ってマグネトロン１の寿命が自動判定されるようになっ
ているが、次のように構成してもよい。たとえば、第１
モニタ信号Ａと第２モニタ信号Ｂとを同一画面上に表示
する等、両モニタ信号Ａ・Ｂをオペレータが目視で比較
可能に表示し、両モニタ信号Ａ・Ｂの差が所定値を越え
た否かをオペレータ自らが判断するようにしてもよい。

【００３７】また、本実施例では、ＥＣＲイオン源を例
に挙げて説明したが、本発明はマグネトロンを具備した
その他のマグネトロン応用装置にも適用可能である。上
記実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかに
するものであって、そのような具体例にのみ限定して狭
義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許
請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することがで
きるものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明のマグネトロンの寿命認識方法
は、以上のように、マグネトロンに供給されるアノード
電流をマグネトロンの出力パワーに換算する第１ステッ
プと、マグネトロンから導波管内へ出力された実際の出
力パワーを測定する第２ステップと、上記第１ステップ
でアノード電流から換算した出力パワーの値と、上記第
２ステップで測定した出力パワーの実測値とを比較し、
その差が所定値を越えた場合に当該マグネトロンが寿命
に達したと判断する第３ステップとを含んでいる構成で
ある。

【００３９】それゆえ、マグネトロンの使用時間や出力
パワー或いは負荷の状況等によって変化するマグネトロ
ンの寿命を的確に判断することができる。これにより、
規定時間到達による交換よりもマグネトロンの交換時期
を延長でき、ひいてはマグネトロンの動作時間の延長並
びにメンテナンス回数の減少による運転コストの削減が
図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、ＥＣＲイ
オン源の要部の構成を示すブロック図である。

【図２】導波管内の入射パワーを測定するための構成を
示すブロック図である。

【図３】従来のＥＣＲイオン源の要部の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】 １ マグネトロン ２ マイクロ波電源 ２ａ 出力パワー制御回路 ２ｂ アノード電流発生回路 ２ｃ 出力／電圧変換回路 ３ 導波管 ５ インピーダンス整合部 ５ａ スタブ ５ｂ 定在波測定センサ ６ チューナ ７ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネトロンに供給されるアノード電流を
   マグネトロンの出力パワーに換算する第１ステップと、 マグネトロンから導波管内へ出力された実際の出力パワ
   ーを測定する第２ステップと、 上記第１ステップでアノード電流から換算した出力パワ
   ーの値と、上記第２ステップで測定した出力パワーの実
   測値とを比較し、その差が所定値を越えた場合に当該マ
   グネトロンが寿命に達したと判断する第３ステップとを
   含むことを特徴とするマグネトロンの寿命認識方法。