KR102620583B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102620583B1
KR102620583B1 KR1020180095555A KR20180095555A KR102620583B1 KR 102620583 B1 KR102620583 B1 KR 102620583B1 KR 1020180095555 A KR1020180095555 A KR 1020180095555A KR 20180095555 A KR20180095555 A KR 20180095555A KR 102620583 B1 KR102620583 B1 KR 102620583B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
microwave
control unit
tuner
synchronization signal
Prior art date
Application number
KR1020180095555A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190019851A (ko
Inventor
가즈시 가네코
가즈노리 후나자키
고지 이타다니
겐스케 후카타
고우키 우치다
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20190019851A publication Critical patent/KR20190019851A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102620583B1 publication Critical patent/KR102620583B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32247—Resonators
    • H01J37/32256—Tuning means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32229—Waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L5/00—Automatic control of voltage, current, or power
    • H03L5/02—Automatic control of voltage, current, or power of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/327—Arrangements for generating the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

마이크로파 출력 장치 측의 임피던스와 챔버 측의 임피던스를 적절히 정합한다.
장치는, 챔버 본체와, 대역폭을 갖는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 출력 장치와, 마이크로파 출력 장치와 챔버 본체를 접속하는 도파관과, 도파관에 마련된 튜너를 구비한다. 마이크로파 출력 장치는, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시킨다. 튜너는, 도파관의 내부 공간에 대한 돌출량을 조정 가능한 스터브와, 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거한 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파 파워에 따른 측정값을 검출하는 튜너 검파부와, 튜너 검파부에 의하여 검출된 측정값에 근거하여, 스터브의 돌출량을 조정하는 튜너 제어부를 갖는다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치와 같은 다양한 타입이 있다. 최근, 마이크로파를 이용하여 가스를 여기시키는 타입의 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다.
특허문헌 1은, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치를 개시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 대역폭을 갖는 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력 장치를 구비한다. 이 장치는, 대역폭을 갖는 마이크로파를 출력함으로써, 플라즈마의 안정화를 도모할 수 있다.
특허문헌 2는, 플라즈마 여기용 마이크로파를 펄스 변조하는 장치를 개시한다. 이 장치는, 플라즈마의 불안정성을 억제하여 전자 온도 및 이온 온도를 저하시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-109080호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평6-267900호
전자 디바이스의 제조 분야에 있어서, 피처리체에 대한 대미지를 한층 저감시키기 위하여, 마이크로파의 저파워화가 진행되고 있다. 그러나, 마이크로파 파워를 너무 작게 하면 플라즈마가 불안정해지거나 실화(失火)되거나 할 우려가 있다. 즉, 저파워화의 어프로치에는 한계가 있다. 다른 어프로치로서, 플라즈마의 전자 온도를 보다 낮게 하는 것을 생각할 수 있다.
플라즈마의 안정화를 도모하면서, 전자 온도를 저온화하기 위해서는, 특허문헌 1에 기재된 장치와 같이, 대역폭을 갖는 마이크로파를 채용하면서, 특허문헌 2에 기재된 장치와 같이, 마이크로파 파워를 펄스 변조하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 대역폭을 갖는 마이크로파 파워가 펄스 변조된 경우, 일반적인 튜너의 정합 동작에서는 High 레벨 및 Low 레벨 파워를 전체적으로 평균화하여 스터브를 동작시켜버리기 때문에, 챔버로부터의 반사가 커질 우려가 있다.
본 기술 분야에서는, 대역폭을 갖는 마이크로파 파워가 펄스 변조된 경우이더라도, 마이크로파 출력 장치 측의 임피던스와 챔버 측의 임피던스를 적절히 정합할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 요구되고 있다.
일 양태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버 본체와, 마이크로파 출력 장치와, 마이크로파 출력 장치와 챔버 본체를 접속하는 도파관과, 도파관에 마련된 튜너를 구비한다. 마이크로파 출력 장치는, 제어기로부터 지시된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파로서, 제어기로부터 지시된 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 상기 마이크로파를 발생시킨다. 튜너는, 도파관의 내부 공간에 대한 돌출량을 조정 가능한 스터브와, 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거한 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파 파워에 따른 측정값을 검출하는 튜너 검파부와, 튜너 검파부에 의하여 검출된 측정값에 근거하여, 스터브의 돌출량을 조정하는 튜너 제어부를 갖는다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 튜너 검파부에 의하여, 도파관 내의 마이크로파 파워에 따른 측정값이 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거한 타이밍에 검출된다. 이로써, High 레벨 파워의 측정값과 Low 레벨 파워의 측정값을 구별하여 취급할 수 있다. 이로 인하여, 튜너는, High 레벨 파워의 측정값에 근거하는 정합과, Low 레벨 파워의 측정값에 근거하는 정합을 행할 수 있다. 따라서, High 레벨 및 Low 레벨 파워를 전체적으로 평균화하는 경우와 비교하여, 마이크로파 출력 장치 측의 임피던스와 챔버 측의 임피던스를 적절히 정합할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 튜너 검파부는, 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거하여, 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 제1 기간, 및 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 제2 기간은, 측정값을 측정하지 않아도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 마이크로파의 반사파 파워의 변동이 큰 기간을 회피하여, 정재파가 안정된 전압값을 측정할 수 있다. 따라서, 정재파의 전압값과 분포의 측정 오차를 작게 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 튜너 검파부는, 제1 기간의 종료부터 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍까지의 제1 측정 기간에 있어서 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 측정값을 측정하고, 제2 기간의 종료부터 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍까지의 제2 측정 기간에 있어서 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 측정값을 측정해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 마이크로파의 반사파 파워의 변동이 큰 기간을 회피하여, 정재파가 안정된 전압값을 측정할 수 있다. 따라서, 정재파의 전압값과 분포의 측정 오차를 작게 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 튜너 제어부는, 복수의 제1 측정 기간을 연결하여 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 측정값의 이동 평균 시간을 산출하고, 복수의 제2 측정 기간을 연결하여 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 측정값의 이동 평균 시간을 산출해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 펄스 형상의 파워를 적절히 평균화할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 챔버 본체에 마련된 전극과, 펄스 변조된 고주파 파워를 전극에 인가하는 고주파 전원을 구비하고, 튜너 검파부는, 고주파 파워의 펄스 주파수 및 듀티비에 더 근거한 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파 파워에 대응하는 측정값을 검출해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 고주파 파워의 펄스 변조가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 튜너 검파부는, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 측정값을 검출하고, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 측정값을 검출해도 된다. 이와 같이 동기된 경우이더라도, 고주파 파워의 펄스 변조가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 튜너 검파부는, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 측정값을 검출하고, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에, 도파관 내의 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 측정값을 검출해도 된다. 이와 같이 동기된 경우이더라도, 고주파 파워의 펄스 변조가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다.
본 개시의 다양한 양태 및 실시형태에 의하면, 대역폭을 갖는 마이크로파가 펄스 변조된 경우여도 마이크로파 출력 장치 측의 임피던스와 챔버 측의 임피던스를 적절히 정합할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 파형 발생기에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다.
도 4는 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다.
도 5는 마이크로파를 파워 변조하기 위한 동기 신호의 일례이다.
도 6은 마이크로파 파워 피드백에 관한 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되지 않는 경우의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 마이크로파 파워 피드백에 관한 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 9는 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제1 동기예를 나타내는 도이다.
도 10은 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제2 동기예를 나타내는 도이다.
도 11은 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제1 예를 나타내는 도이다.
도 12는 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제2 예를 나타내는 도이다.
도 13은 파워 무변조 시에 있어서의 마이크로파의 동기 신호 및 파워의 일례이다.
도 14는 파워 변조 시에 있어서의 마이크로파의 검출 구간을 설명하는 도이다.
도 15는 파워 변조 시에 있어서의 파워의 평균값을 설명하는 도이다.
도 16은 마이크로파의 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 17은 제1 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 18은 제2 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 19는 제1 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 마이크로파 파워 제어 처리의 일례이다.
도 20은 제2 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 마이크로파 파워 제어 처리의 일례이다.
도 21은 파워 측정값의 기억 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 22는 파워 측정값의 기억 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 23은 시계열 버퍼 데이터의 일례이다.
도 24는 반사파 및 진행파 파워의 평균 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 25는 제1 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 감쇠기의 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 26은 제1 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 감쇠기의 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 27은 튜너의 상세 구성의 일례이다.
도 28은 마이크로파의 동기 신호와 튜너 동작의 비교의 일례이다.
도 29는 마이크로파 및 고주파의 동기 신호와 튜너 동작의 비교의 일례이다.
도 30은 마이크로파의 동기 신호에 따른 동작을 하는 튜너의 일례를 나타내는 도이다.
도 31은 튜너의 검파부의 검출 구간을 설명하는 도이다.
도 32는 파워 변조 시에 있어서의 튜너의 검파부에 의한 측정값의 평균화의 일례를 설명하는 도이다.
도 33은 파워 변조 시에 있어서의 튜너의 기억부로의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 34는 파워 변조 시에 있어서의 튜너의 기억부로의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 35는 시계열 버퍼 데이터의 일례이다.
도 36은 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 37은 마이크로파 및 고주파의 동기 신호에 따른 동작을 하는 튜너의 일례를 나타내는 도이다.
도 38은 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제3 동기예를 나타내는 도이다.
도 39는 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제4 동기예를 나타내는 도이다.
도 40은 마이크로파의 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 41은 제3 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 42는 제4 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 43은 정합 모드 결정 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 44는 마이크로파 파워의 동기 신호의 검출 타이머 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 45는 고주파 파워의 동기 신호의 검출 타이머 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 46은 모드 B에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 47은 모드 C에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 48은 모드 D에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 49는 모드 E에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 50은 모드 F에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 51은 모드 G에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 52는 시계열 버퍼 데이터의 일례이다.
도 53은 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 54는 변형예에 관한 마이크로파 출력 장치를 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.
[플라즈마 처리 장치]
도 1은, 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버 본체(12), 및 마이크로파 출력 장치(16)를 구비한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 스테이지(14), 안테나(18), 및 유전체창(20)을 더 구비할 수 있다.
챔버 본체(12)는, 그 내부에 처리 공간(S)을 제공한다. 챔버 본체(12)는, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 갖는다. 측벽(12a)은, 대략 통 형상으로 형성된다. 이 측벽(12a)의 중심 축선은, 연직 방향으로 연장된 축선(Z)과 대략 일치한다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단 측에 마련된다. 바닥부(12b)에는, 배기용 배기 구멍(12h)이 마련된다. 또, 측벽(12a)의 상단부는 개구이다.
측벽(12a)의 상단부 위에는 유전체창(20)이 마련된다. 이 유전체창(20)은, 처리 공간(S)에 대향하는 하면(20a)을 갖는다. 유전체창(20)은, 측벽(12a)의 상단부의 개구를 페쇄하고 있다. 이 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부의 사이에는 O링(19)이 개재된다. 이 O링(19)에 의하여, 챔버 본체(12)가 보다 확실히 밀폐된다.
스테이지(14)는, 처리 공간(S) 내에 수용된다. 스테이지(14)는, 연직 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련된다. 또, 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 당해 스테이지(14)의 사이에 처리 공간(S)을 두도록 마련된다. 이 스테이지(14)는, 그 위에 재치되는 피가공물(WP)(예를 들면, 웨이퍼)을 지지하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 스테이지(14)는, 기대(基臺)(14a) 및 정전 척(14c)을 포함한다. 기대(14a)는, 대략 원반 형상을 갖고 있으며, 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있다. 기대(14a)의 중심 축선은, 축선(Z)과 대략 일치한다. 이 기대(14a)는, 통형 지지부(48)에 의하여 지지된다. 통형 지지부(48)는, 절연성의 재료로 형성되어 있으며, 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 뻗어 있다. 통형 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통형 지지부(50)가 마련된다. 통형 지지부(50)는, 통형 지지부(48)의 외주를 따라 챔버 본체(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 뻗어 있다. 이 통형 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는, 환형의 배기로(51)가 형성된다.
배기로(51)의 상부에는, 배플판(52)이 마련된다. 배플판(52)은, 환 형상을 갖는다. 배플판(52)에는, 당해 배플판(52)을 판두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성된다. 이 배플판(52)의 하방에는 상술한 배기 구멍(12h)이 마련된다. 배기 구멍(12h)에는, 배기관(54)을 통하여 배기 장치(56)가 접속된다. 배기 장치(56)는, 자동 압력 제어 밸브(APC: Automatic Pressure Control valve)와, 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 갖는다. 이 배기 장치(56)에 의하여, 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
기대(14a)는 고주파 전극을 겸한다. 기대(14a)에는, 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 통하여, 고주파 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속된다. 고주파 전원(58)은, 피가공물(WP)에 주입하는 이온의 에너지를 제어하기에 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.56MHz의 고주파를, 설정된 파워로 출력한다.
또한, 고주파 전원(58)은, 펄스 생성기를 갖고, 고주파 파워(RF 파워)를 펄스 변조하여 기대(14a)에 인가해도 된다. 이 경우, 고주파 전원(58)은, High 레벨 파워와 Low 레벨 파워가 주기적으로 반복되는 고주파 파워가 되도록 펄스 변조한다. 고주파 전원(58)은, 펄스 생성기에 의하여 생성된 동기 신호(PSS-R)에 근거하여 펄스 조정한다. 동기 신호(PSS-R)는, 고주파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 10Hz~250kHz이며, 펄스의 듀티비(펄스 주기에 대한 High 레벨 파워 시간의 비)는 10%~90%이다.
매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58) 측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 챔버 본체(12)와 같은 부하 측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용한다. 이 정합기 중에는 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함된다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 파워가 펄스 변조되는 경우, 동기 신호(PSS-R)에 근거하여 정합을 취하도록 동작한다.
기대(14a)의 상면에는, 정전 척(14c)이 마련된다. 정전 척(14c)은, 피가공물(WP)을 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)은, 전극(14d), 절연막(14e), 및 절연막(14f)을 포함하고 있으며, 대략 원반 형상이다. 정전 척(14c)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치한다. 이 정전 척(14c)의 전극(14d)은, 도전막에 의하여 구성되어 있으며, 절연막(14e)과 절연막(14f)의 사이에 마련된다. 전극(14d)에는, 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통하여 전기적으로 접속된다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의하여 발생하는 쿨롱력에 의하여, 피가공물(WP)을 흡착 유지할 수 있다. 또, 기대(14a) 상에는, 포커스 링(14b)이 마련된다. 포커스 링(14b)은, 피가공물(WP) 및 정전 척(14c)을 둘러싸도록 배치된다.
기대(14a)의 내부에는, 냉매실(14g)이 마련된다. 냉매실(14g)은, 예를 들면 축선(Z)을 중심으로 연장되도록 형성된다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛으로부터의 냉매가 배관(70)을 통하여 공급된다. 냉매실(14g)에 공급된 냉매는, 배관(72)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌아간다. 이 냉매의 온도가 칠러 유닛에 의하여 제어됨으로써, 정전 척(14c)의 온도, 나아가서는 피가공물(WP)의 온도가 제어된다.
또, 스테이지(14)에는, 가스 공급 라인(74)이 형성된다. 이 가스 공급 라인(74)은, 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(14c)의 상면과 피가공물(WP)의 이면의 사이에 공급하기 위하여 마련된다.
마이크로파 출력 장치(16)는, 챔버 본체(12) 내에 공급되는 처리 가스를 여기시키기 위한 마이크로파를 출력한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 주파수, 파워, 및 대역폭을 가변으로 조정하도록 구성된다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 예를 들면 마이크로파의 대역폭을 대략 0으로 설정함으로써, 단일 주파수의 마이크로파를 발생시킬 수 있다. 또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 그 중에 복수의 주파수 성분을 갖는 대역폭을 가진 마이크로파를 발생시킬 수 있다. 이들 복수의 주파수 성분의 파워는 동일한 파워여도 되고, 대역 내의 중앙 주파수 성분만이 다른 주파수 성분의 파워보다 큰 파워를 갖고 있어도 된다. 일례에 있어서, 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 파워를 0W~5000W의 범위 내에서 조정할 수 있고, 마이크로파의 주파수 또는 중앙 주파수를 2400MHz~2500MHz의 범위 내에서 조정할 수 있으며, 마이크로파의 대역폭을 0MHz~100MHz의 범위에서 조정할 수 있다. 또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 대역 내에 있어서의 마이크로파의 복수의 주파수 성분의 주파수의 피치(캐리어 피치)를 0~25kHz의 범위 내에서 조정할 수 있다.
마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 생성기를 갖고, 마이크로파 파워를 펄스 변조하여 출력해도 된다. 이 경우, 마이크로파 출력 장치(16)는, High 레벨 파워와 Low 레벨 파워가 주기적으로 반복되는 파워가 되도록 마이크로파를 펄스 변조한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 생성기에 의하여 생성된 동기 신호(PSS-M)에 근거하여 펄스 조정한다. 동기 신호(PSS-M)는, 마이크로파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 1Hz~20kHz이며, 펄스의 듀티비(펄스 주기에 대한 High 레벨 파워 시간의 비)는 10%~90%이다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 고주파 전원(58)에 의하여 출력되는, 펄스 변조시킨 고주파 파워와 동기시키도록, 마이크로파 파워를 펄스 변조해도 된다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 도파관(21), 튜너(26), 모드 변환기(27), 및 동축 도파관(28)을 더 구비한다. 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부는, 도파관(21)의 일단에 접속된다. 도파관(21)의 타단은, 모드 변환기(27)에 접속된다. 도파관(21)은, 예를 들면 직사각형 도파관이다. 도파관(21)에는, 튜너(26)가 마련된다. 튜너(26)는, 스터브(26a, 26b, 26c)를 갖는다. 스터브(26a, 26b, 26c)의 각각은, 도파관(21)의 내부 공간에 대한 그 돌출량을 조정 가능하도록 구성된다. 튜너(26)는, 기준 위치에 대한 스터브(26a, 26b, 26c)의 각각의 돌출 위치를 조정함으로써, 마이크로파 출력 장치(16)의 임피던스와 부하, 예를 들면 챔버 본체(12)의 임피던스를 정합시킨다.
모드 변환기(27)는, 도파관(21)으로부터의 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)에 공급한다. 동축 도파관(28)은, 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함한다. 외측 도체(28a)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 그 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치한다. 내측 도체(28b)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 외측 도체(28a)의 내측에서 뻗어 있다. 내측 도체(28b)의 중심 축선은, 축선(Z)과 대략 일치한다. 이 동축 도파관(28)은, 모드 변환기(27)로부터의 마이크로파를 안테나(18)에 전송한다.
안테나(18)는, 유전체창(20)의 하면(20a)의 반대 측의 면(20b) 상에 마련된다. 안테나(18)는, 슬롯판(30), 유전체판(32), 및 냉각 재킷(34)을 포함한다.
슬롯판(30)은, 유전체창(20)의 면(20b) 상에 마련된다. 이 슬롯판(30)은, 도전성을 갖는 금속으로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖는다. 슬롯판(30)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치한다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯 구멍(30a)이 형성된다. 복수의 슬롯 구멍(30a)은, 일례에 있어서는, 복수의 슬롯쌍을 구성한다. 복수의 슬롯쌍의 각각은, 서로 교차하는 방향으로 연장된 대략 긴 구멍 형상의 2개의 슬롯 구멍(30a)을 포함한다. 복수의 슬롯쌍은, 축선(Z)을 중심으로 한 1 이상의 동심원을 따라 배열된다. 또, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.
유전체판(32)은, 슬롯판(30) 상에 마련된다. 유전체판(32)은, 석영과 같은 유전체 재료로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상이다. 이 유전체판(32)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치한다. 냉각 재킷(34)은 유전체판(32) 상에 마련된다. 유전체판(32)은 냉각 재킷(34)과 슬롯판(30)의 사이에 마련된다.
냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)의 내부에는, 유로(34a)가 형성된다. 이 유로(34a)에는, 냉매가 공급되도록 구성된다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는, 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속된다. 또, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통과하여, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속된다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32) 내를 전반하여, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯 구멍(30a)으로부터 유전체창(20)에 공급된다. 유전체창(20)에 공급된 마이크로파는 처리 공간(S)에 도입된다.
동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내부 구멍에는, 도관(36)이 통과하고 있다. 또, 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다. 도관(36)은, 내측 도체(28b)의 내부 구멍을 통과하여 연장되어 있으며, 가스 공급계(38)에 접속된다.
가스 공급계(38)는, 피가공물(WP)을 처리하기 위한 처리 가스를 도관(36)에 공급한다. 가스 공급계(38)는, 가스원(38a), 밸브(38b), 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는, 예를 들면 매스 플로 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통 구멍(20h)에 공급한다. 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 공급된 가스는 처리 공간(S)에 공급된다. 그리고, 유전체창(20)으로부터 처리 공간(S)에 도입되는 마이크로파에 의하여, 당해 처리 가스가 여기된다. 이로써, 처리 공간(S) 내에서 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마로부터의 이온 및/또는 라디칼과 같은 활성종에 의하여, 피가공물(WP)이 처리된다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제어기(100)를 더 구비한다. 제어기(100)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 통괄 제어한다. 제어기(100)는, CPU와 같은 프로세서, 유저 인터페이스, 및 기억부를 구비할 수 있다.
프로세서는, 기억부에 기억된 프로그램 및 프로세스 레시피를 실행함으로써, 마이크로파 출력 장치(16), 스테이지(14), 가스 공급계(38), 배기 장치(56) 등의 각부를 통괄 제어한다.
유저 인터페이스는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 또는 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황 등을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함하고 있다.
기억부에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서의 제어에 의하여 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어), 및 처리 조건 데이터 등을 포함하는 프로세스 레시피 등이 보존된다. 프로세서는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라, 각종 제어 프로그램을 기억부로부터 호출하여 실행한다. 이와 같은 프로세서의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 원하는 처리가 실행된다.
[마이크로파 출력 장치(16)의 구성예]
도 2는 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 출력 장치(16)는, 제어기(100) 및 파형 발생기(161)를 갖는 연산 장치(100a)에 접속되어 있다.
파형 발생기(161)는 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(161)는, 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(161)는, 마이크로파의 파형을 마이크로파 출력 장치(16)에 출력한다.
마이크로파 출력 장치(16)는, 파형 발생기(161)에 의하여 발생된 마이크로파의 파형을, 제어기(100)의 설정에 따라 펄스 변조하여, 마이크로파로서 출력한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 발생부(16a), 도파관(16b), 서큘레이터(16c), 도파관(16d), 도파관(16e), 제1 방향성 결합기(16f), 제2 방향성 결합기(16h), 측정부(16k)(측정부의 일례), 및 더미 로드(16j)를 갖는다.
마이크로파 발생부(16a)는, 제어기(100)로부터 지시된 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 상기 마이크로파를 발생시킨다.
마이크로파 발생부(16a)는, 파워 제어부(162), 감쇠기(163), 증폭기(164), 증폭기(165), 및 모드 변환기(166)를 갖는다.
파형 발생기(161)는 감쇠기(163)에 접속된다. 감쇠기(163)는, 일례로서, 인가 전압값에 의하여 감쇠량(감쇠율)을 변경 가능한 기기이다. 감쇠기(163)에는, 파워 제어부(162)가 접속된다. 파워 제어부(162)는, 인가 전압값을 이용하여 감쇠기(163)에 있어서의 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 제어한다. 파워 제어부(162)는, 파형 발생기(161)에 의하여 출력된 마이크로파가, 제어기(100)에 의하여 지시된 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파가 되도록, 감쇠기(163)에 있어서의 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 제어한다.
파워 제어부(162)는, 일례로서, 제어부(162a) 및 펄스 생성기(162b)를 갖는다. 제어부(162a)는 프로세서일 수 있다. 제어부(162a)는 제어기(100)로부터 설정 프로파일을 취득한다. 제어부(162a)는, 설정 프로파일 중에서 펄스 변조를 위하여 필요한 정보(펄스 주파수 및 듀티비)를 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 취득한 정보에 근거하여 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M), 및 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 근거하여 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 결정한다.
제어부(162a)는, 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)로부터 생성된 동기 신호(PSS-R)를 취득해도 된다. 펄스 생성기(162b)는, 동기 신호(PSS-R)와 동기된 동기 신호(PSS-M)를 생성해도 된다. 이 경우, 마이크로파 파워의 펄스 변조와 고주파 파워의 펄스 변조를 동기시킬 수 있다.
감쇠기(163)의 출력은, 증폭기(164) 및 증폭기(165)를 통하여 모드 변환기(166)에 접속된다. 증폭기(164) 및 증폭기(165)는, 마이크로파를 각각 소정의 증폭률로 증폭시킨다. 모드 변환기(166)는, 증폭기(165)로부터 출력되는 마이크로파의 전반 모드를 TEM으로부터 TE01로 변환한다. 이 모드 변환기(166)에 있어서의 모드 변환에 의하여 생성된 마이크로파는, 마이크로파 발생부(16a)의 출력 마이크로파로서 출력된다.
마이크로파 발생부(16a)의 출력은 도파관(16b)의 일단에 접속된다. 도파관(16b)의 타단은, 서큘레이터(16c)의 제1 포트(261)에 접속된다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261), 제2 포트(262A), 및 제3 포트(263A)를 갖는다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261)에 입력된 마이크로파를 제2 포트(262A)로부터 출력하고, 제2 포트(262A)에 입력한 마이크로파를 제3 포트(263A)로부터 출력하도록 구성된다. 서큘레이터(16c)의 제2 포트(262A)에는 도파관(16d)의 일단이 접속된다. 도파관(16d)의 타단은, 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부(16t)이다.
서큘레이터(16c)의 제3 포트(263A)에는, 도파관(16e)의 일단이 접속된다. 도파관(16e)의 타단은 더미 로드(16j)에 접속된다. 더미 로드(16j)는, 도파관(16e)을 전반하는 마이크로파를 받아, 당해 마이크로파를 흡수한다. 더미 로드(16j)는, 예를 들면 마이크로파를 열로 변환한다.
제1 방향성 결합기(16f)는 도파관(16b)의 일단과 타단의 사이에 마련된다. 제1 방향성 결합기(16f)는, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되어, 출력부(16t)에 전반하는 마이크로파(즉, 진행파)의 일부를 분기시켜, 당해 진행파의 일부를 출력하도록 구성된다.
제2 방향성 결합기(16h)는, 도파관(16e)의 일단과 타단의 사이에 마련된다. 제2 방향성 결합기(16h)는, 출력부(16t)로 되돌려진 마이크로파(즉, 반사파)에 대하여, 서큘레이터(16c)의 제3 포트(263A)에 전송된 반사파의 일부를 분기시켜, 당해 반사파의 일부를 출력하도록 구성된다.
측정부(16k)는, 제1 방향성 결합기(16f)로부터 출력된 진행파의 일부에 근거하여, 출력부(16t)에 있어서의 진행파 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제1 High 측정값(pf(H)) 및 제1 Low 측정값(pf(L))을 결정한다. 또, 측정부(16k)는, 제2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 반사파의 일부에 근거하여, 출력부(16t)에 있어서의 반사파 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제2 High 측정값(pr(H)) 및 제2 Low 측정값(pr(L))을 결정한다.
측정부(16k)는 파워 제어부(162)에 접속된다. 측정부(16k)는 측정값을 파워 제어부(162)에 출력한다. 파워 제어부(162)는, 진행파와 반사파의 측정값의 차, 즉 로드 파워(실효 파워)가, 제어기(100)에 의하여 지정되는 설정 파워와 일치하도록, 감쇠기(163)를 제어한다(파워 피드백 제어).
튜너(26)는 튜너 제어부(260)를 갖는다. 튜너 제어부(260)는, 제어기(100)의 신호에 근거하여, 마이크로파 출력 장치(16) 측의 임피던스와 안테나(18) 측의 임피던스를 정합하도록 스터브(26a, 26b, 26c)의 돌출 위치를 조정한다. 튜너 제어부(260)는, 도시하지 않은 드라이버 회로 및 액추에이터에 의하여, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시킨다.
튜너 제어부(260)는, 펄스 생성기(162b)에 의하여 생성된 마이크로파 파워용 동기 신호(PSS-M), 및 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)에 의하여 생성된 고주파 파워용 동기 신호(PSS-R) 중 적어도 한쪽을 취득해도 된다. 예를 들면, 튜너 제어부(260)는, 동기 신호(PSS-M)를 제어부(162a)로부터 취득한다. 튜너 제어부(260)는, 동기 신호(PSS-R)를 제어부(162a)로부터 취득해도 되고, 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)로부터 직접 취득해도 된다. 튜너 제어부(260)는, 동기 신호를 고려하여, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시켜도 된다.
[파형 발생기의 상세]
도 3은 파형 발생기에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 파형 발생기(161)는, 예를 들면 기준 주파수와 위상을 동기시킨 마이크로파를 발진하는 것이 가능한 PLL(Phase Locked Loop) 발진기와, PLL 발진기에 접속된 IQ 디지털 변조기를 갖는다. 파형 발생기(161)는, PLL 발진기에 있어서 발진되는 마이크로파의 주파수를 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 주파수로 설정한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, PLL 발진기로부터의 마이크로파와, 당해 PLL 발진기로부터의 마이크로파는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파를, IQ 디지털 변조기를 이용하여 변조한다. 이로써, 파형 발생기(161)는, 대역 내에 있어서 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파, 또는 단일 주파수의 마이크로파를 생성한다.
파형 발생기(161)는, 예를 들면 N개의 복소 데이터 심볼에 대한 역이산 푸리에 변환을 행하여 연속 신호를 생성함으로써, 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파를 생성하는 것이 가능하다. 이 신호의 생성 방법은, 디지털 TV 방송 등에서 이용되는 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 변조 방식과 동일한 방법일 수 있다(예를 들면 일본 특허공보 5320260호 참조).
일례에서는, 파형 발생기(161)는, 미리 디지털화된 부호의 열로 나타난 파형 데이터를 갖는다. 파형 발생기(161)는, 파형 데이터를 양자화하고, 양자화된 데이터에 대하여 역푸리에 변환을 적용함으로써, I 데이터와 Q 데이터를 생성한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, I 데이터 및 Q 데이터 각각에, D/A(Digital/Analog) 변환을 적용하여, 2개의 아날로그 신호를 얻는다. 파형 발생기(161)는, 이들 아날로그 신호를, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(로 패스 필터)에 입력한다. 파형 발생기(161)는, LPF로부터 출력된 2개의 아날로그 신호를, PLL 발진기로부터의 마이크로파, PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파와 각각 믹싱한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, 믹싱에 의하여 생성된 마이크로파를 합성한다. 이로써, 파형 발생기(161)는, 1 또는 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파를 생성한다.
[마이크로파의 일례]
마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되는 마이크로파 파워는, High 레벨 파워와 Low 레벨 파워를 반복하도록 펄스 형상으로 변조된 파형이 된다. 도 4는 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 마이크로파는, 제어기(100)로부터 지시된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖고, 제어기(100)로부터 지시된 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 파워 및 Low 레벨 파워를 갖는다. Low 레벨 파워는, High 레벨 파워보다 낮은 파워이며, 플라즈마 생성 상태를 유지하는 데에 필요한 가장 낮은 레벨보다 높은 파워가 된다.
[마이크로파의 동기 신호의 일례]
도 5는 마이크로파를 펄스 변조하기 위한 동기 신호의 일례이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 동기 신호(PSS-M)는, ON 상태(High 상태)와 OFF 상태(Low 상태)가 교대로 출현하는 펄스 신호이다. 동기 신호(PSS-M)의 펄스 주기(PT1)는, High 레벨이 되는 타이밍의 간격으로 정의한다. High 레벨과 Low 레벨의 차분을 Δ로 하면, High 시간(HT)은, 펄스의 상승 기간 PU에 있어서 0.5Δ가 되는 타이밍부터 펄스의 하강 기간 PD에 있어서 0.5Δ가 되는 타이밍까지의 기간으로서 정의한다. 펄스 주기(PT1)에 대한 High 시간(HT)의 비가 듀티비이다. 펄스 생성기(162b)는, 제어기(100)에 의하여 지정된 펄스 주파수(1/PT1) 및 듀티비(HT/PT1×100[%])에 근거하여, 도 5에 나타나는 바와 같은 동기 신호를 생성한다.
[파워 피드백의 일례]
도 6은 마이크로파 파워 피드백에 관한 구성의 일례를 나타내는 도이다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 파워 피드백은, 측정부(16k), 제어부(162a) 및 감쇠기(163)에 의하여 실현된다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 파형 발생기(161)는, 대역폭을 갖는 마이크로파를 출력한다. 제어부(162a) 및 감쇠기(163)는 대역폭을 갖는 마이크로파를 펄스 변조한다. 마이크로파 발생부(16a)는 펄스 변조된 마이크로파를 출력한다. 측정부(16k)는, 마이크로파의 진행파 및 반사파의 파워를 계측하여, 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 진행파 파워 검출값과 반사파의 파워 검출값의 차분이 설정값이 되도록 파워 피드백을 행한다. 이와 같은 피드백 루프에 의하여, 제어기(100)에 의하여 지정된 설정값을 실현한다.
여기에서, 마이크로파 파워가 펄스 변조되어 있는 경우에 있어서는, High 레벨 파워 및 Low 레벨 파워를, 각각 개별적으로 피드백 제어할 필요가 있다. 즉, 측정부(16k)는, 제1 High 측정값(pf(H)), 제1 Low 측정값(pf(L)), 제2 High 측정값(pr(H)) 및 제2 Low 측정값(pr(L))을 계측하여, 계측 결과를 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M)에 근거하여, High 레벨 파워의 피드백과 Low 레벨 파워의 피드백을 전환한다.
제어부(162a)는, High 레벨 파워의 피드백 시에는, 제1 High 측정값(pf(H)), 제2 High 측정값(pr(H)) 및 High 레벨의 설정 파워에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨 파워를 제어한다. 제어부(162a)는, Low 레벨 파워의 피드백 시에는, 제1 Low 측정값(pf(L)), 제2 Low 측정값(pr(L)) 및 Low 레벨의 설정 파워에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨 파워를 제어한다.
보다 구체적으로는, 제어부(162a)는, High 레벨 파워의 피드백 시에는, 제1 High 측정값(pf(H))과 제2 High 측정값(pr(H))의 차를 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 High 파워에 근접시키도록, 마이크로파 출력 장치(16)로부터 출력되는 마이크로파의 High 레벨 파워를 제어한다. 또, 제어부(162a)는, Low 레벨 파워의 피드백 시에는, 제1 Low 측정값(pf(L))과 제2 Low 측정값(pr(L))의 차를 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 Low 파워에 근접시키도록, 마이크로파 출력 장치(16)로부터 출력되는 마이크로파의 Low 레벨 파워를 제어한다. 이로써, 출력부(16t)에 결합되는 부하에 공급되는 마이크로파의 로드 파워가, 설정 파워에 근접하게 된다.
[피드백의 제어 모드의 전환]
제어부(162a)는 제어 모드에 따라 피드백의 연산을 변경해도 된다. 제어 모드는, 제어기(100)에 의하여 지정될 수 있다. 예를 들면, 제어기(100)로부터 지시된 제어 모드가 PL 모드(제1 제어 모드의 일례)인 경우에는, 제어부(162a)는, 상술한 바와 같이, 진행파와 반사파의 파워 차분을 이용하여 마이크로파 파워를 제어한다. 제어기(100)로부터 지시된 제어 모드가 Pf 모드(제2 제어 모드의 일례)인 경우에는, 제어부(162a)는, 진행파 파워만을 이용하여 마이크로파 파워를 제어한다. 보다 구체적인 일례로서, 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 지시된 제어 모드가 Pf 모드인 경우에는, 제1 High 측정값(pf(H))이 High 레벨의 설정 파워에 근접하도록, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨 파워를 제어함과 함께, 제1 Low 측정값(pf(L))이 Low 레벨의 설정 파워에 근접하도록, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨 파워를 제어한다.
[마이크로파 파워와 고주파 파워의 동기 신호의 관계]
마이크로파 파워 및 고주파 파워는 모두 펄스 제어되고 있다. 도 6에 나타나는 구성에서는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)는, 제어부(162a)에 입력되고 있지 않다. 또, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)는 고주파 전원(58)에 입력되고 있지 않다. 이로 인하여, 마이크로파 파워 및 고주파 파워는 비동기가 된다. 도 7은, 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되지 않는 경우의 일례를 나타내는 도이다. 도 7의 신호 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 7의 신호 (B)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)의 펄스 주기(PT1)와, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 펄스 주기(PT2)는 동기되어 있지 않다.
일 실시형태에 있어서는, 마이크로파 파워 및 고주파 파워를 동기시켜도 된다. 이 경우, 고주파 파워의 펄스 변조가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다. 도 8은 마이크로파 파워 피드백에 관한 구성의 다른 예를 나타내는 도이다. 도 6에 나타난 비동기의 파워 피드백의 구성과 비교하면, 다른 예에 있어서는, 마이크로파 출력 장치가, 고주파 파워와 동기되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시키는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 펄스 생성기(162b)에 대하여 동기 신호(PSS-R)와 동기시키기 위한 동기 트리거를 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 동기 트리거에 근거하여 동기 신호(PSS-R)와 동기되는 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 제어부(162a)는 동기 신호(PSS-M)를 이용하여 감쇠기(163)를 제어한다. 이로써, 고주파 파워와 동기되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파가 출력된다.
[제1 동기예]
도 9는 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제1 동기예를 나타내는 도이다. 도 9의 신호 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 9의 신호 (B)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R)에 근거하여, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을 취득한다(도면 중 화살표). 제어부(162a)는, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을 동기 트리거로 하여 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 이로써, 마이크로파의 펄스 주기(PT1)와 고주파 파워의 펄스 주기(PT2)를 동기시킬 수 있다. 또한, 제1 동기예에는, 동기 번호 No. 1이 할당되어 있다.
[제2 동기예]
도 10은 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제2 동기예를 나타내는 도이다. 도 10의 신호 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 10의 신호 (B)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R)에 근거하여, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을 취득한다(도면 중 화살표). 제어부(162a)는, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을 동기 트리거로 하여 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 이로써, 마이크로파의 펄스 주기(PT1)와 고주파 파워의 펄스 주기(PT2)를 동기시킬 수 있다. 또한, 제2 동기예에는, 동기 번호 No. 2가 할당되어 있다.
[파워 피드백에 관한 상세 구성]
[상세 구성의 제1 예]
도 11은 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제1 예를 나타내는 도이다. 도 11에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 설정 프로파일을 취득한다. 설정 프로파일은, High 레벨의 설정 파워(PfH), Low 레벨의 설정 파워(PfL), 펄스 주파수, 듀티비, 및 동기 번호를 적어도 포함한다. 동기 번호는, 동기의 종별을 선택하는 식별자이며, 예를 들면 상술한 제1 동기예와 제2 동기예를 식별하는 번호이다. 동기 번호가 지정되지 않는 경우에는, 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호는 비동기가 된다. 혹은, 동기 번호 중 하나를 비동기에 할당해도 된다. 설정 프로파일은, 센터 주파수, 변조 파형, 및 PL/Pf 모드의 설정을 포함해도 된다. 변조 파형은 설정 대역폭이다. 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를, 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
제어부(162a)는 펄스 입력기(167a)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, 펄스 입력기(167a)를 통하여, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 취득한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R) 및 동기 번호에 근거하여, 동기 트리거를 생성한다. 또한, 제어부(162a)는, 동기 번호가 지정되지 않는 경우에는, 동기 트리거는 생성하지 않아도 된다. 제어부(162a)는 펄스 출력기(167d)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, 펄스 출력기(167d)를 통하여, 동기 트리거를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
펄스 생성기(162b)는, 펄스 주파수 및 듀티비와, 동기 트리거에 근거하여, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 비동기인 경우에는, 펄스 주파수 및 듀티비에 근거하여, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다.
제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M)에 근거하여, 감쇠기(163)에 대한 인가 전압값을 결정한다. 제어부(162a)는 인가 전압값을 D/A 변환기(167f)에 출력한다. D/A 변환기(167f)는, 출력(설정)된 전압값의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 제어부(162a)는, D/A 변환기(167f)를 통하여, 감쇠기(163)에 전압을 인가한다. 이로써, 펄스 변조된 마이크로파가 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력된다.
측정부(16k)는, 제1 방향성 결합기(16f) 및 제2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 마이크로파에 관한 진행파 파워 및 반사파 파워를, 진행파 파워의 측정값(pf), 반사파 파워의 측정값(pr)으로서 출력한다.
제어부(162a)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(167b, 167c)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167b, 167c)를 통하여, 진행파 파워의 측정값(pf) 및 반사파 파워의 측정값(pr)을 측정부(16k)로부터 취득한다.
제어부(162a)는 기억부(162c)를 참조 가능하게 구성되어 있다. 제어부(162a)는, 기억부(162c)에 격납된 정의 데이터(DA1)를 참조하여, 측정값(pf, pr)으로부터 취득해야 하는 데이터를 특정할 수 있다. 정의 데이터(DA1)는, 예를 들면 데이터점을 샘플링하는 기간을 한정하는 마스크(필터)를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 예를 들면 제어부(162a)가 내부 설정을 입력하여 기억부(162c)에 미리 격납된다.
제어부(162a)는, 정의 데이터(DA1)를 참조하여, 진행파 파워의 측정값(pf)에 포함되는 High 레벨의 측정값(pfH) 및 Low 레벨의 측정값(pfL)을 검출함과 함께, 반사파 파워의 측정값(pr)에 포함되는 High 레벨의 측정값(prH) 및 Low 레벨의 측정값(prL)을 검출한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, High 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 H 검출 마스크 시간(제1 마스크 기간)은 High 레벨의 측정값(pfH, prH)을 샘플링할 수 없다는 정의를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, Low 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 L 검출 마스크 시간(제2 마스크 기간)은 Low 레벨의 측정값(pfL, prL)을 샘플링할 수 없다는 정의를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, H 검출 마스크 시간의 종료부터 Low 레벨이 되는 타이밍까지의 H 검출 구간(제1 샘플 기간)에 있어서 High 레벨 파워를 측정하고, L 검출 마스크 시간의 종료부터 High 레벨이 되는 타이밍까지의 L 검출 구간(제2 샘플 기간)에 있어서 Low 레벨 파워를 측정한다는 정의를 포함한다.
제어부(162a)는, 검출된 측정값(pfH, pfL, prH, prL)을, 기억부(162c)에 시계열로 기억한다. 이로써 시계열 버퍼(DA2)가 생성된다. 시계열 버퍼(DA2)는, 측정값의 평균 처리에 이용된다. 제어부(162a)는, 시계열 버퍼(DA2)를 참조하여, 각 측정값(pfH, pfL, prH, prL)의 이동 평균 시간을 산출한다. 제어부(162a)는, 각 이동 평균 시간을 이용하여, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L), Pr(H), Pr(L))을 각각 산출한다.
제어부(162a)는, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L), Pr(H), Pr(L))과, High 레벨의 설정 파워(PfH) 및 Low 레벨의 설정 파워(PfL)를 이용하여, 마이크로파 발생부(16a)의 출력이 설정 파워에 근접하도록, 감쇠기(163)의 인가 전압값을 결정한다. 예를 들면, 제어부(162a)는, 마이크로파 파워에 제1 감쇠량을 부여하기 위한 제1 신호(High 레벨 파워용 인가 전압값), 및 마이크로파 파워에 제2 감쇠량을 부여하기 위한 제2 신호(Low 레벨 파워용 인가 전압값)를 결정한다. 그리고, 제어부(162a)는, D/A 변환기(167f)를 통하여, 감쇠기(163)에 전압을 인가한다. 이로써, 파워 피드백이 행해진다.
제어부(162a)는 평균화된 측정값을 제어기(100)에 출력해도 된다. 평균화된 측정값은, 장치의 가동 정보 또는 로그 정보로서 제어기(100)의 기억부에 기억되거나, 장치 외부로 출력된다.
[상세 구성의 제2 예]
도 12는 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제2 예를 나타내는 도이다. 도 11에 나타나는 제1 예에 관한 구성과 비교하여, 제2 예에 관한 구성은, D/A 변환기(167f) 대신에 High 신호용 D/A 변환기(167g), 및 Low 신호용 D/A 변환기(167h)를 구비하는 점, 펄스 출력기(167d)로부터 동기 신호(PSS-M)가 제어부(162a)에 출력되지 않는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 이로 인하여, 도 11과 중복되는 설명은 생략한다.
제어부(162a)에는, High 레벨 파워용 인가 전압값을 D/A 변환하는 D/A 변환기(167g)(제1 변환기)와, Low 레벨 파워용 인가 전압값을 D/A 변환하는 D/A 변환기(167h)(제2 변환기)가 접속되어 있다. D/A 변환기(167g)는, High 레벨 파워용 인가 전압값에 따른 아날로그 신호가 출력되도록 미리 설정되어 있다. D/A 변환기(167h)는, Low 레벨 파워용 인가 전압값에 따른 아날로그 신호가 출력되도록 미리 설정되어 있다. D/A 변환기(167g) 및 D/A 변환기(167h)와 감쇠기(163)의 사이에는, D/A 변환기(167g) 및 감쇠기(163)의 접속과, D/A 변환기(167h) 및 감쇠기(163)의 접속을 전환하는 솔리드 스테이트·릴레이(K1)(스위치)가 마련되어 있다. 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 펄스 출력기(167d)로부터 동기 신호(PSS-M)를 직접 참조하여, 접속을 전환한다. 이로써, 제2 예의 구성은, 제1 예의 구성과 비교하여, High 레벨 파워용 인가 전압값과 Low 레벨 파워용 인가 전압값을 고속으로 전환할 수 있다. 즉, 제2 예의 구성은, 제1 예의 구성과 비교하여, 보다 짧은 주기로 마이크로파 파워를 펄스 변조할 수 있다.
[검출 구간]
도 13은 파워 무변조 시에 있어서의 마이크로파의 동기 신호 및 파워의 일례이다. 도 13의 신호 (A)는 동기 신호(PSS-M)이며, 도 13의 신호 (B)는, 마이크로파의 진행파 파워이다. 도 13에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 파워를 펄스 변조하지 않는 경우, 동기 신호(PSS-M)는 일정값이 된다. 그리고, 마이크로파 파워도 일정하기 때문에, 어느 기간의 이동 평균 시간을 이용해도, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L))은 동일해진다. 반사파 파워에 대해서도 마찬가지로, 평균화된 측정값(Pr(H), Pr(L))은 동일해진다.
파워 변조 시에 있어서는, 마이크로파 파워가 주기적으로 변조되고 있다. 이로 인하여, High 레벨의 측정값, 및 Low 레벨의 측정값을 취득하기 위해서는, 동기 신호(PSS-M)에 근거하여 측정할 필요가 있다. 기억부(162c)에는, 정의 데이터(DA1)로서, H 검출 마스크 시간, H 검출 구간, L 검출 마스크 시간, L 검출 구간이 기억되어 있다.
검출 구간은, 진행파 파워 및 반사파 파워 모두 동일해진다. 이로 인하여, 이하에서는 진행파 파워를 예로 설명하고, 반사파 파워의 설명은 생략한다. 도 14는 파워 변조 시에 있어서의 마이크로파의 검출 구간을 설명하는 도이다. 도 14의 신호 (A)는 동기 신호(PSS-M)이며, 도 14의 신호 (B)는, 마이크로파의 진행파 파워이다. 도 14에 나타나는 바와 같이, 동기 신호(PSS-M)의 ON 구간을 High 구간, OFF 구간을 Low 구간으로 한다. 동기 신호(PSS-M)의 펄스의 상승을 H 트리거 포인트(High 레벨이 되는 타이밍), 펄스의 하강을 L 트리거 포인트(Low 레벨이 되는 타이밍)로 한다.
H 검출 마스크 시간은, H 트리거 포인트로부터 소정 시간 경과할 때까지의 시간이다. H 검출 마스크 시간은, 데이터의 취득이 금지된다. H 검출 마스크 시간은, 마이크로파 파워가 불안정해지는 구간으로부터 데이터를 취득하는 것을 회피하기 위하여 마련된다. H 검출 구간은, H 검출 마스크 시간 종료부터 L 트리거 포인트까지의 구간이다. H 검출 구간은, 진행파의 High 레벨의 측정값(pfH)이 취득되는 구간이다.
L 검출 마스크 시간은, L 트리거 포인트로부터 소정 시간 경과할 때까지의 시간이다. L 검출 마스크 시간은, 데이터의 취득이 금지된다. L 검출 마스크 시간은, 마이크로파 파워가 불안정해지는 구간으로부터 데이터를 취득하는 것을 회피하기 위하여 마련된다. L 검출 구간은, L 검출 마스크 시간 종료부터 H 트리거 포인트까지의 구간이다. L 검출 구간은, 진행파의 Low 레벨의 측정값(pfL)이 취득되는 구간이다.
H 검출 구간 및 L 검출 구간에서 검출된 측정값(pfH, pfL)에 근거하여, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L))이 산출된다.
[파워의 평균값]
도 15는 파워 변조 시에 있어서의 파워의 평균값을 설명하는 도이다. 도 15의 (A)는 진행파 파워의 측정값(pf)이며, 도 15의 (B)는 반사파 파워의 측정값(pr)이다.
기억부(162c)에는, 시계열 버퍼(DA2)로서, 진행파 파워의 High 레벨의 측정값(pfH), 진행파 파워의 Low 레벨의 측정값(pfL), 반사파 파워의 High 레벨의 측정값(prH), 및 반사파 파워의 Low 레벨의 측정값(prL)이 각각 시계열로 기억되어 있다.
High 레벨의 측정값(pfH)을 예로 설명하면, 기억부(162c)의 시계열 버퍼(DA2) 상에 있어서는, 측정값(pfH)은 복수의 H 검출 구간이 연결된 구간에 있어서의 측정값으로서 취급할 수 있다. 이들 값은, 과거에 취득된 데이터이다. 제어부(162a)는, 복수의 H 검출 구간이 연결된 기간을 이용하여, 이동 평균 시간을 결정한다. 그리고, 제어부(162a)는, 이동 평균 시간을 이용하여 평균화된 측정값(Pf(H))을 산출한다.
제어부(162a)는, pfL, prH, prL에 대해서도 동일한 수법으로, 각각 이동 평균 시간을 산출하고, 평균화된 측정값(Pf(L)), 평균화된 측정값(Pr(H)), 및 평균화된 측정값(Pr(L))을 산출한다. 평균화된 측정값을 이용하여 파워 피드백의 처리가 행해진다.
[마이크로파 출력 장치의 동작]
이하, 마이크로파 출력 장치의 동작에 대하여 설명한다.
[펄스 변조 시의 파워 제어 처리]
마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 펄스 변조 시의 파워 제어 처리로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 생성 처리, 동기 신호(PSS-M)에 근거한 감쇠기(163)의 전압값의 스위칭 처리, 진행파 파워(Pf) 및 반사파 파워(Pr)의 기억부(162c)로의 기입 처리, 측정값의 평균 처리, 및 감쇠기(163)의 제어 전압의 설정 처리 5개의 처리를 멀티태스킹으로 병행하여 실행한다. 이하, 상세를 설명한다.
[마이크로파의 동기 신호의 생성 처리]
도 16은 마이크로파의 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 16에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 16에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S10)로서, 제어기(100)로부터 펄스 주파수, 듀티비 및 동기 번호를 취득한다. 제어부(162a)는, 펄스 주파수 및 듀티비를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 연산 처리(스텝 S12)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S10)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비에 근거하여, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이 되는 High 시간 및 Low 레벨이 되는 Low 시간을 산출한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S14)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S10)에서 취득된 동기 번호가 No. 1인지 여부를 판정한다. 동기 번호 No. 1은, 제1 동기예에 할당된 번호이다.
동기 번호가 No. 1이라고 판정된 경우(스텝 S14: YES), 제1 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리가 개시된다. 제1 동기예에서는, 도 9에 나타나는 바와 같은, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)에 동기시킨 동기 신호(PSS-M)가 생성된다. 이 생성 처리에 대해서는 도 17을 이용하여 후술한다. 동기 번호가 No. 1이 아니라고 판정된 경우(스텝 S14: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S16)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S10)에서 취득된 동기 번호가 No. 2인지 여부를 판정한다. 동기 번호 No. 2는, 제2 동기예에 할당된 번호이다.
동기 번호가 No. 2라고 판정된 경우(스텝 S16: YES), 제2 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리가 개시된다. 제2 동기예에서는, 도 10에 나타나는 바와 같은, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)에 동기시킨 동기 신호(PSS-M)가 생성된다. 이 생성 처리에 대해서는 도 18을 이용하여 후술한다. 동기 번호가 No. 2가 아니라고 판정된 경우(스텝 S16: NO), 제어부(162a)는, 비동기 처리(스텝 S18)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S10)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비에 근거하여, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)와는 비동기의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다.
비동기 처리(스텝 S18)가 종료되면, 도 16에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S10)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 16에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다. 또한, 도 16에 나타나는 플로차트에 있어서는, 동기 번호 No. 1 및 No. 2에 대해서만 판정하고 있지만, 할당된 동기 번호의 수에 따라, 판정 처리를 추가할 수 있다. 예를 들면, 동기 번호 No. 3에 제3 동기예가 할당되어 있는 경우에는, 동기 번호 No. 3인지 여부를 판정하는 판정 처리를 추가할 수 있다.
[제1 동기예의 동기 신호의 생성 처리]
제1 동기예에서는, 도 9에 나타나는 바와 같이, 고주파 파워의 동기 신호의 상승과 마이크로파 파워의 동기 신호의 상승을 동기시킨다. 도 17은, 제1 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 17에 나타나는 플로차트는, 도 16의 판정 처리(스텝 S14)에서 동기 번호가 No. 1이라고 판정된 경우(스텝 S14: YES)에 개시된다.
도 17에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S20)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를, 펄스 입력기(167a)를 통하여 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S22)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지인지 여부를 판정한다. 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지라고 판정된 경우(스텝 S22: YES), 제어부(162a)는, 동기하는 타이밍이라고 판단하여, 동기 트리거를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S24)로서, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 High 레벨로 설정한다. 펄스 생성기(162b)는, 카운트 처리(스텝 S26)로서, High 시간을 카운트한다. 펄스 생성기(162b)는, 경과 판정 처리(스텝 S28)로서, 카운트 처리(스텝 S26)에서 카운트된 High 시간이 도 16의 연산 처리(스텝 S12)에서 연산된 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했는지 여부를 판정한다.
카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S28: NO), 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S24) 및 카운트 처리(스텝 S26)를 재실행한다. 즉, 펄스 생성기(162b)는, 카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했다고 판정될 때까지, 설정 처리(스텝 S24) 및 카운트 처리(스텝 S26)를 반복 실행한다.
카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했다고 판정된 경우(스텝 S28: YES), 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S30)로서, 동기 신호(PSS-M)를 Low 레벨로 설정한다. 그리고, 펄스 생성기(162b)는, 리셋 처리(스텝 S32)로서, 카운트된 High 시간을 리셋한다.
리셋 처리(스텝 S32)가 종료된 경우, 또는 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지가 아니라고 판정된 경우(스텝 S22: NO), 도 17에 나타나는 플로차트는 종료되고, 도 16의 읽어 들임 처리(스텝 S10)가 재실행된다. 이와 같이, 고주파 파워의 동기 신호의 상승과 마이크로파 파워의 동기 신호의 상승이 동기된다.
[제2 동기예의 동기 신호의 생성 처리]
제2 동기예에서는, 도 10에 나타나는 바와 같이, 고주파 파워의 동기 신호의 하강과 마이크로파 파워의 동기 신호의 상승을 동기시킨다. 도 18은, 제2 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 18에 나타나는 플로차트는, 도 16의 판정 처리(스텝 S16)에서 동기 번호가 No. 2라고 판정된 경우(스텝 S16: YES)에 개시된다.
도 18에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S40)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를, 펄스 입력기(167a)를 통하여 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S42)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 하강 에지인지 여부를 판정한다. 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 하강 에지라고 판정된 경우(스텝 S42: YES), 제어부(162a)는, 동기하는 타이밍이라고 판단하여, 동기 트리거를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
계속해서 실행되는 설정 처리(스텝 S44), 카운트 처리(스텝 S46), 경과 판정 처리(스텝 S48), 설정 처리(스텝 S50) 및 리셋 처리(스텝 S52)는, 도 17의 설정 처리(스텝 S24), 카운트 처리(스텝 S26), 경과 판정 처리(스텝 S28), 설정 처리(스텝 S30) 및 리셋 처리(스텝 S32)와 각각 동일하다.
이와 같이, 고주파 파워의 동기 신호의 하강과 마이크로파 파워의 동기 신호의 상승이 동기된다.
[감쇠기의 전압값의 스위칭 처리]
동기 신호(PSS-M)에 근거한 감쇠기(163)의 전압값의 스위칭 처리에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)는, 제어부(162a)의 출력 전압을 제어적으로 변경하는 제1 예(도 11)와, 제어부(162a)의 출력 전압을 솔리드 스테이트·릴레이에 의하여 변경하는 제2 예(도 12)가 존재한다.
[제1 예의 구성에 의한 스위칭 처리]
도 19는 제1 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 마이크로파 파워 제어 처리의 일례이다. 도 19에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 19에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S60)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S62)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S60)에서 취득된 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S62: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S64)로서, D/A 변환기(167f)(도 11)를 High 레벨에 대응한 전압값으로 설정한다. 이로써, 감쇠기(163)에 의하여 마이크로파 파워가 High 레벨로 설정된다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S62: NO), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S66)로서, D/A 변환기(167f)(도 11)를 Low 레벨에 대응한 전압값으로 설정한다. 이로써, 감쇠기(163)에 의하여 마이크로파 파워가 Low 레벨로 설정된다.
설정 처리(스텝 S64) 및 설정 처리(스텝 S66)가 종료되면, 도 19에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S60)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 19에 나타나는 플로차트를 반복 실행하여, 마이크로파 파워를 펄스 변조한다.
[제2 예의 구성에 의한 스위칭 처리]
도 20은 제2 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 마이크로파 파워 제어 처리의 일례이다. 도 20에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 20에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 읽어 들임 처리(스텝 S70)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득한다.
계속해서, 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 판정 처리(스텝 S72)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S70)에서 취득된 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S72: YES), 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 설정 처리(스텝 S74)로서, D/A 변환기(167g)(도 12)의 전압값으로 스위칭한다. 이로써, 감쇠기(163)에 의하여 마이크로파 파워가 High 레벨로 설정된다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S72: NO), 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 설정 처리(스텝 S76)로서, D/A 변환기(167h)(도 12)의 전압값으로 스위칭한다. 이로써, 감쇠기(163)에 의하여 마이크로파 파워가 Low 레벨로 설정된다.
설정 처리(스텝 S74) 및 설정 처리(스텝 S76)가 종료되면, 도 20에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S60)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 20에 나타나는 플로차트를 반복 실행하여, 마이크로파 파워를 펄스 변조한다.
상술한 스위칭 처리는, 제1 예 및 제2 예 중 어느 한쪽의 구성으로 실현되면 된다.
[측정값의 기억 처리]
다음으로, 진행파 파워(Pf) 및 반사파 파워(Pr)의 기억부(162c)로의 기입 처리를 설명한다. 도 21 및 도 22는, 파워 측정값의 기억 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 21 및 도 22에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 21에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S80)로서, 제어기(100)로부터 펄스 주파수 및 듀티비를 취득하고, 기억부(162c)를 참조하여 H 검출 마스크 시간, H 검출 구간, L 검출 마스크 시간 및 L 검출 구간을 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S82)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S84)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S82)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S84: YES), 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S86)로서, H 기간 타이머를 개시시킨다. H 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 상승으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S88)로서, High 레벨의 구간인지 여부를 판정한다. 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S86)에서 카운트된 H 기간 타이머와, 읽어 들임 처리(스텝 S80)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를 이용하여, High 레벨의 구간인지 여부를 판정한다.
High 레벨의 구간이라고 판정된 경우(스텝 S88: YES), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S90)로서, H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S86)에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S90: YES), 제어부(162a)는, 정리 처리(스텝 S92)로서, 기억부(162c)에 격납된 데이터 중 가장 오래된 데이터를 삭제한다. n을 버퍼 메모리의 수라고 하면, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 측정값(pfH(0)) 및 반사파 파워의 측정값(prH(0))을 삭제한다. 그리고, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 측정값(pfH(n)), 반사파 파워의 측정값(prH(n))의 데이터상의 격납 위치를, 각각 측정값(pfH(n-1)), 측정값(prH(n-1))의 격납 위치로 시프트시킨다.
계속해서, 제어부(162a)는, 기입 처리(스텝 S94)로서, 측정값을 기억부(162c)에 기억시킨다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167b)(도 11, 도 12)에 의하여 검출되는 진행파 파워의 측정값(Pf)을 기억부(162c)의 pfH(n)에 기억시킨다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167c)(도 11, 도 12)에 의하여 검출되는 반사파 파워의 측정값(Pr)을 기억부(162c)의 prH(n)에 기억시킨다.
H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S90: NO), 또는 기입 처리(스텝 S94)가 종료되면, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S88)를 재실행한다. 이와 같이, High 레벨의 구간이며, 또한 H 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S92) 및 기입 처리(스텝 S94)가 실행된다. 이로써, 진행파의 High 레벨 파워의 측정값(pfH(n)) 및 반사파의 High 레벨 파워의 측정값(prH(n))이 시계열로 기억부(162c)에 격납된다.
High 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S88: NO), 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S80)를 재실행한다. 동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출한 후에, High 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우는, 하나의 펄스가 종료된 것을 의미한다. 이로 인하여, 읽어 들임 처리(스텝 S80)로부터 새로 처리를 실행한다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출하지 않는다고 판정된 경우(스텝 S84: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S95)로서, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S95: NO), 제어부(162a)는, 리셋 처리(스텝 S96)로서, H 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S95: YES), 제어부(162a)는 리셋 처리(스텝 S96)를 스킵한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 도 22에 나타나는 바와 같이, 판정 처리(스텝 S100)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S82)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S100: YES), 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S102)로서, L 기간 타이머를 개시시킨다. L 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 하강으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S108)로서, Low 레벨의 구간인지 여부를 판정한다. 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S102)에서 카운트된 L 기간 타이머와, 읽어 들임 처리(스텝 S80)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를 이용하여, Low 레벨의 구간인지 여부를 판정한다.
Low 레벨의 구간이라고 판정된 경우(스텝 S108: YES), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S110)로서, L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 제어부(162a)는, 타이머 처리(스텝 S102)에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S110: YES), 제어부(162a)는, 정리 처리(스텝 S112)로서, 기억부(162c)에 격납된 데이터 중 가장 오래된 데이터를 삭제한다. n을 버퍼 메모리의 수라고 하면, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 측정값(pfL(0)) 및 반사파 파워의 측정값(prL(0))을 삭제한다. 그리고, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 측정값(pfL(n)), 반사파 파워의 측정값(prL(n))의 데이터상의 격납 위치를, 각각 측정값(pfL(n-1)), 측정값(prL(n-1))의 격납 위치로 시프트시킨다.
계속해서, 제어부(162a)는 기입 처리(스텝 S114)로서, 측정값을 기억부(162c)에 기억시킨다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167b)(도 11, 도 12)에 의하여 검출되는 진행파 파워의 측정값(Pf)을 기억부(162c)의 pfL(n)에 기억시킨다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167c)(도 11, 도 12)에 의하여 검출되는 반사파 파워의 측정값(Pr)을 기억부(162c)의 prL(n)에 기억시킨다.
L 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S110: NO), 또는 기입 처리(스텝 S114)가 종료되면, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S108)를 재실행한다. 이와 같이, Low 레벨의 구간이며, 또한 L 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S112) 및 기입 처리(스텝 S114)가 실행된다. 이로써, 진행파의 Low 레벨 파워의 측정값(pfL(n)) 및 반사파의 Low 레벨 파워의 측정값(prL(n))이 시계열로 기억부(162c)에 격납된다.
Low 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S108: NO), 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S80)를 재실행한다. 동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출한 후에, Low 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우는, High 레벨의 펄스가 새로 개시된 것을 의미한다. 이로 인하여, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S80)로부터 새로 처리를 실행한다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출하지 않는다고 판정된 경우(스텝 S100: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S115)로서, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S115: NO), 제어부(162a)는, 리셋 처리(스텝 S116)로서, L 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S115: YES), 제어부(162a)는 리셋 처리(스텝 S116)를 스킵한다. 그리고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S80)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 21 및 도 22에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
[시계열 버퍼 데이터]
도 23은 시계열 버퍼 데이터의 일례이다. 도 23에 나타나는 시계열 버퍼(DA2)는, 도 21 및 도 22의 플로차트를 실행함으로써 얻을 수 있다. 도 23에 나타나는 바와 같이, 진행파 파워의 High 레벨의 측정값(pfH), 진행파 파워의 Low 레벨의 측정값(pfL), 반사파 파워의 High 레벨의 측정값(prH), 및 반사파 파워의 Low 레벨의 측정값(prL)이, 현재부터 수 샘플 전까지의 기간에 있어서, 시계열로 격납된다.
[측정값의 평균 처리]
다음으로, 시계열 버퍼(DA2)를 이용한 측정값의 평균 처리를 설명한다. 도 24는 반사파 및 진행파 파워의 평균 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 24에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 24에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 결정 처리(스텝 S120)로서, 샘플 수 m을 결정한다. 제어부(162a)는, 복수의 H 검출 구간을 연결하여 얻어지는 이동 평균 시간(도 15)과, 소정의 샘플 시간(샘플링 간격)에 근거하여, 샘플 수 m을 결정한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S122)로서, 기억부(162c)를 참조하여, 측정값(pfH, pfL, prH, 및 prL)을 시계열로 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 산출 처리(스텝 S124)로서, 보정 계수를 산출한다. 보정 계수는, 센터 주파수, 변조 파형(설정 대역폭) 및 파워와 관련지어져 기억부(예를 들면 마이크로파 발생부(16a)의 기억부)에 기억되어 있다. 제어부(162a)는, 미리 준비된 복수의 보정 계수로부터, 제어기(100)에 의하여 지정된 센터 주파수 및 변조 파형과, 읽어 들임 처리(스텝 S122)에서 취득된 측정값(pfH, pfL, prH, 및 prL)의 각각에 대응지어진 보정 계수를 선택한다. 센터 주파수를 CF, 변조 파형을 BB로 하면, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 High 레벨의 보정 계수(k1)(CF, BB, pfH)를 기억부로부터 취득한다. 마찬가지로, 제어부(162a)는, 진행파 파워의 Low 레벨의 보정 계수(k1)(CF, BB, pfL), 반사파 파워의 High 레벨의 보정 계수(k2)(CF, BB, prH), 반사파 파워의 Low 레벨의 보정 계수(k2)(CF, BB, prL)를 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 평균화 처리(스텝 S126)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S122)에서 취득된 측정값(pfH, pfL, prH 및 prL)과, 산출 처리(스텝 S124)에서 산출된 보정 계수를 이용하여, 보정하면서 이동 평균 시간만큼 이동 평균을 산출한다. 이로써, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L), Pr(H) 및 Pr(L))이 산출된다. 구체적으로는, 이하의 수식으로 산출한다(n>=m).
[수학식 1]
Figure 112018080965089-pat00001
평균화 처리(스텝 S126)가 종료되면, 도 24에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 결정 처리(스텝 S120)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 24에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
[감쇠기의 제어 전압의 설정 처리]
다음으로, 평균화된 측정값을 이용하여 마이크로파 파워를 펄스 변조하는 처리에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)는, 제어부(162a)의 출력 전압을 제어적으로 변경하는 제1 예(도 11)와, 제어부(162a)의 출력 전압을 솔리드 스테이트·릴레이에 의하여 변경하는 제2 예(도 12)가 존재한다.
[제1 예의 구성에 의한 설정 처리]
도 25는 제1 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 감쇠기의 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 25에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 25에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S140)로서, 제어기(100)로부터 High 레벨의 설정 파워(PfH), Low 레벨의 설정 파워(PfL), 및 제어 모드(PL 모드 또는 Pf 모드)를 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S142)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S140)에서 취득된 제어 모드가 PL 모드인지 여부를 판정한다.
제어 모드가 PL 모드가 아니라고 판정된 경우(스텝 S142: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S144)로서, 평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 작은지 여부를 판정한다.
평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 작다고 판정된 경우(스텝 S144: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S146)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량(감쇠기(163)에 의하여 마이크로파에 부여하고 있는 감쇠량)이 작아지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 작지 않다고 판정된 경우(스텝 S144: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S148)로서, 평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 큰지 여부를 판정한다.
평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 크다고 판정된 경우(스텝 S148: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S150)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 커지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
평균화된 측정값(Pf(H))이 설정 파워(PfH)보다 크지 않다고 판정된 경우(스텝 S148: NO), 설정 처리(스텝 S146) 또는 설정 처리(스텝 S150)가 종료된 경우, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S154)로서, 평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 작은지 여부를 판정한다.
평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 작다고 판정된 경우(스텝 S154: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S156)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 작아지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 작지 않다고 판정된 경우(스텝 S154: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S158)로서, 평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 큰지 여부를 판정한다.
평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 크다고 판정된 경우(스텝 S158: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S160)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 커지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
평균화된 측정값(Pf(L))이 설정 파워(PfL)보다 크지 않다고 판정된 경우(스텝 S158: NO), 설정 처리(스텝 S156) 또는 설정 처리(스텝 S160)가 종료된 경우, 도 25에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S140)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 25에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
한편, 제어 모드가 PL 모드라고 판정된 경우(스텝 S142: YES), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S164)로서, 평균화된 측정값(Pf(H))으로부터 평균화된 측정값(Pr(H))을 감산한 제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 작은지 여부를 판정한다.
제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 작다고 판정된 경우(스텝 S164: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S166)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 작아지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 작지 않다고 판정된 경우(스텝 S164: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S168)로서, 제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 큰지 여부를 판정한다.
제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 크다고 판정된 경우(스텝 S168: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S170)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 커지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
제1 차분값이 설정 파워(PfH)보다 크지 않다고 판정된 경우(스텝 S168: NO), 설정 처리(스텝 S166) 또는 설정 처리(스텝 S170)가 종료된 경우, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S174)로서, 평균화된 측정값(Pf(L))으로부터 평균화된 측정값(Pr(L))을 감산한 제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 작은지 여부를 판정한다.
제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 작다고 판정된 경우(스텝 S174: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S176)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 작아지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 작지 않다고 판정된 경우(스텝 S174: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S178)로서, 제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 큰지 여부를 판정한다.
제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 크다고 판정된 경우(스텝 S178: YES), 제어부(162a)는, 설정 처리(스텝 S180)로서, 감쇠기(163)의 감쇠량이 커지도록, D/A 변환기(167f)(도 11)에 대한 인가 전압값을 설정한다.
제2 차분값이 설정 파워(PfL)보다 크지 않다고 판정된 경우(스텝 S178: NO), 설정 처리(스텝 S176) 또는 설정 처리(스텝 S180)가 종료된 경우, 도 25에 나타나는 플로차트가 종료되고, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S140)를 재실행한다. 이와 같이, 제어부(162a)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 25에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
도 25에 나타나는 플로차트를 실행함으로써, 펄스 변조된 마이크로파 파워의 크기가 제어된다.
[제2 예의 구성에 의한 설정 처리]
도 26은 제2 예의 구성을 갖는 마이크로파 출력 장치에 의한 감쇠기의 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 26에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 26의 플로차트는, 도 25의 플로차트와 비교하면, 설정 대상이 되는 변환기가 다르고, 그 외는 동일하다.
도 26의 설정 처리(스텝 S196, 스텝 S200, 스텝 S216, 스텝 S220)에서는, 도 25의 설정 처리(스텝 S146, 스텝 S150, 스텝 S166, 스텝 S170)와 각각 비교하면, D/A 변환기(167f)가 아닌 D/A 변환기(167g)(도 12)를 설정하는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다.
도 26의 설정 처리(스텝 S206, 스텝 S210, 스텝 S226, 스텝 S230)에서는, 도 25의 설정 처리(스텝 S146, 스텝 S150, 스텝 S176, 스텝 S180)와 비교하면, D/A 변환기(167f)가 아닌 D/A 변환기(167h)(도 12)를 설정하는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다.
도 26에 나타나는 플로차트를 실행함으로써, 펄스 변조된 마이크로파 파워의 크기가 제어된다.
[파워 피드백의 정리]
마이크로파 출력 장치(16)에서는, 대역폭을 갖는 마이크로파 파워가 펄스 변조된다. 그리고, Pr 모드에 있어서는, 진행파 파워의 High 레벨의 평균화된 측정값(pf(H))(평균화된 제1 High 측정값) 및 High 레벨의 설정 파워(PfH)에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨 파워가 제어된다. 또한, 진행파 파워의 Low 레벨의 평균화된 측정값(pf(L))(평균화된 제1 Low 측정값) 및 Low 레벨의 설정 파워(PfL)에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨 파워가 제어된다. 이와 같이, 마이크로파 파워가 펄스 변조되고, 또한 High 레벨 및 Low 레벨 파워가 설정 파워에 근거하여 제어됨으로써, 대역폭을 갖는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 제어할 수 있다.
또한, PL 모드에 있어서는, 진행파 파워의 High 레벨의 평균화된 측정값(pf(H)), 반사파 파워의 High 레벨의 평균화된 측정값(pr(H)), 및 High 레벨의 설정 파워(PfH)에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨 파워가 제어된다. 또한, 진행파 파워의 Low 레벨의 평균화된 측정값(pf(L))(평균화된 제1 Low 측정값), 반사파 파워의 Low 레벨의 평균화된 측정값(pr(L))(평균화된 제2 Low 측정값), 및 Low 레벨의 설정 파워(PfL)에 근거하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨 파워가 제어된다. 이와 같이, 마이크로파 파워가 펄스 변조되고, 또한 High 레벨 및 Low 레벨 파워가 설정 파워에 근거하여 제어됨으로써, 대역폭을 갖는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 제어할 수 있다.
또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 파워가 펄스 변조된 경우이더라도, H 검출 구간만, 또는 L 검출 구간만을 연결하여 이동 평균 시간을 취득할 수 있다. 이로 인하여, 마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 형상의 파워를 적절히 평균화할 수 있다.
또, 마이크로파 출력 장치(16)는, Pr 모드와 PL 모드를 전환할 수 있다. 즉, 마이크로파 출력 장치(16)는, 프로세스 조건에 따라 로드 제어의 실행 여부를 전환할 수 있다.
또, 마이크로파 출력 장치(16)는, H 검출 마스크 시간, L 검출 마스크 시간, H 검출 구간 및 L 검출 구간을 적절히 설정함으로써, 마이크로파 파워의 변동이 큰 기간을 회피하여 진행파 및 반사파의 파워를 측정할 수 있다. 따라서, 파워의 측정 오차를 작게 할 수 있다. 결과적으로, 파워 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 감쇠기(163)에 대한 High 레벨용 전압과, Low 레벨용 전압을, 솔리드 스테이트·릴레이(K1)로 고속으로 전환할 수 있다. 이로 인하여, 보다 짧은 펄스 주기의 파형, 듀티비가 작은 파형을 실현할 수 있다.
또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 고주파 파워의 펄스 변조와 동기시켜 마이크로파 파워의 펄스 변조를 행함으로써, 고주파 펄스가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다.
[튜너의 상세]
도 27은 튜너의 상세 구성의 일례이다. 도 27에 나타나는 바와 같이, 튜너(26)는, 3E 튜너로서 구성되어 있다. 3E 튜너는, 3개의 분기 도파관을 구비한다. 관내 파장을 λg으로 하면, 3개의 분기 도파관은, 마이크로파의 진행 방향으로 λg/4 간격으로 도파관(21)에 마련되어 있다. 그들 분기 도파관 내에 스터브(26a, 26b, 26c)가 배치되어 있다. 스터브(26a, 26b, 26c)는, 도파관(21)의 내부 공간에 대한 돌출량을 0~λg/4의 범위에서 조정 가능하다. 스터브(26a, 26b, 26c)에는, 각각에 대응하는 모터(261a, 261b, 261c)가 접속되어 있다. 스터브(26a, 26b, 26c)는, 모터(261a, 261b, 261c)를 구동시키는 구동 회로(262)의 제어 신호에 근거하여, 돌출량이 조정된다. 분기 도파관 내에서 스터브(26a, 26b, 26c)의 위치가 변경되면, 도파관(21)의 특성 임피던스가 변화한다. 이 원리를 이용하여, 부하에 이 튜너(26)의 임피던스를 더한 부하 측의 임피던스를 마이크로파 출력 장치(16)의 임피던스에 정합시킬 수 있다.
튜너(26)는, 튜너 검파부(263) 및 튜너 제어부(260)를 구비한다. 튜너 검파부(263)는, 스터브(26a, 26b, 26c)보다 마이크로파 출력 장치(16) 측의 도파관(21)에 장착되어 있다. 튜너 검파부(263)는, 일례로서 3탐침 검파기이며, 3개의 다이오드 장착 프로브(263a, 263b, 263c)를 갖는다. 다이오드 장착 프로브(263a, 263b, 263c)는, 마이크로파의 진행 방향으로 λg/8 간격으로 도파관(21)에 마련되어 있다. 다이오드 장착 프로브(263a, 263b, 263c)는, 각각 전압 신호(V1, V2, V3)를 출력한다. 전압 신호(V1, V2, V3)는, 대응하는 A/D 변환기(264a, 264b, 264c)를 통하여 튜너 제어부(260)에 출력된다.
튜너 제어부(260)는, 연산 회로(260a) 및 모터 지령 회로(260b)를 구비한다. 연산 회로(260a)는, 전압 신호(V1, V2, V3)에 근거하여 반사 계수의 측정값을 구한다. 도파관(21) 내를 전반하는 마이크로파의 정재파(진행파 및 반사파)에 대하여 튜너 검파부(263)의 위치에서 관측되는 반사 계수(복소 반사 계수)를 Γ로 하면, 전압 신호(V1, V2, V3)는 다음 수식으로 나타난다.
[수학식 2]
Figure 112018080965089-pat00002
K는 비례 상수(검파 감도), Vi는 입사파 진폭, |Γ|, θ는 반사 계수 Γ의 절댓값 및 위상이다. 연산 회로(260a)는, 전압 신호(V1, V2, V3)에 대하여, 하기의 수식으로 나타나는 연산을 행함으로써, 반사 계수 Γ에 관한 코사인 곱 Vc, 사인 곱 Vs를 구한다.
[수학식 3]
Figure 112018080965089-pat00003
코사인 곱 Vc, 사인 곱 Vs에 근거하여 모터 지령 회로(260b)가 구동 회로(262)를 동작시켜, 임피던스의 조정이 피드백적으로 행해진다. 또한, 튜너 제어부(260)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M), 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 입력해도 된다.
여기에서, 펄스 변조한 마이크로파를 정합하는 경우의 과제를 설명한다. 도 28은 마이크로파의 동기 신호와 튜너 동작의 비교의 일례이다. 도 28의 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 28의 (B)는, 튜너 동작의 타임 차트이다. 도 28에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)의 펄스의 상승 시에 있어서 튜너가 정합 지령 개시를 받은 경우, 스터브의 위치(튜너 포지션)를 결정하는 처리가 개시되고, 그로부터 스터브가 동작하기 시작한다. 일례로서, 마이크로파 파워의 High 시간(HT)은 0.9μs~5μs이며, 펄스 주기(PT1)는 1μs~50μs이다. 한편, 튜너 포지션의 결정 처리 개시는 100ms 이상 필요로 한다. 이로 인하여, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)에 추종하여 스터브를 동작시키는 것이 어렵다.
또한, 튜너 포지션도 적절하지 않은 경우가 있다. 도 29는 마이크로파 및 고주파의 동기 신호와 튜너 동작의 비교의 일례이다. 도 29의 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이고, 도 29의 (B)는, 동기 신호(PSS-M)와는 비동기의 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이며, 도 29의 (C)는, 튜너 동작의 타임 차트이고, 3개의 패턴을 나타내고 있다. 패턴 1은 자동 정합(일반적인 튜너 동작)의 경우이다. 패턴 2는 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)의 High 레벨 시에 정합시킨 튜너 포지션을 사전에 준비하여, 이 튜너 포지션으로 설정하는 경우이다. 패턴 3은, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)의 Low 레벨 시에 정합시킨 튜너 포지션을 사전에 준비하여, 이 튜너 포지션으로 설정하는 경우이다. 패턴 1에서는, 마이크로파 파워의 High 레벨과 Low 레벨을 평균적으로 처리하기 때문에, High 레벨과 Low 레벨의 평균적인 튜너 포지션이 안정되어, High 레벨 및 Low 레벨의 각각에 최적인 튜너 포지션의 산출이 불가능할 우려가 있다. 패턴 2, 3은 미리 설정된 튜너 포지션을 채용하고 있기 때문에, 부하 변동을 고려할 수 없다.
상술한 과제를 해결하는 구성을 설명한다. 도 30은 마이크로파의 동기 신호에 따른 동작을 하는 튜너의 일례를 나타내는 도이다. 도 30에 나타나는 구성은, 도 6에 나타나는 구성과 비교하여, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 튜너(26)에 입력되는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 튜너(26)는, 동기 신호(PSS-M)를 이용하여, 튜너 검파부(263)의 측정값을 선별함으로써, 상술한 과제를 해결한다.
도 31은 튜너의 검파부의 검출 구간을 설명하는 도이다. 도 31의 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 31의 (B)는, 튜너 검파부(263)의 다이오드 장착 프로브(263a)에 의하여 측정된 측정값이다. 도 31에 나타나는 바와 같이, 동기 신호(PSS-M)의 ON 구간을 High 구간, OFF 구간을 Low 구간으로 한다. 동기 신호(PSS-M)의 펄스의 상승을 H 트리거 포인트(High 레벨이 되는 타이밍), 펄스의 하강을 L 트리거 포인트(Low 레벨이 되는 타이밍)로 한다.
H 검출 마스크 시간(제1 기간)은, H 트리거 포인트로부터 소정 시간 경과할 때까지의 시간이다. H 검출 마스크 시간은, 데이터의 취득이 금지된다. H 검출 마스크 시간은, 마이크로파 파워가 불안정해지는 구간으로부터 데이터를 취득하는 것을 회피하기 위하여 마련된다. H 검출 구간(제1 측정 기간)은, H 검출 마스크 시간 종료부터 L 트리거 포인트까지의 구간이다. H 검출 구간은, 진행파의 High 레벨의 측정값(V1H)이 취득되는 구간이다. H 검출 마스크 시간 및 H 검출 구간은, 튜너(26)의 기억부에 미리 기억되어 있다.
L 검출 마스크 시간(제2 기간)은, L 트리거 포인트로부터 소정 시간 경과할 때까지의 시간이다. L 검출 마스크 시간은, 데이터의 취득이 금지된다. L 검출 마스크 시간은, 마이크로파 파워가 불안정해지는 구간으로부터 데이터를 취득하는 것을 회피하기 위하여 마련된다. L 검출 구간(제2 측정 기간)은, L 검출 마스크 시간 종료부터 H 트리거 포인트까지의 구간이다. L 검출 구간은, 진행파의 Low 레벨의 측정값(V1L)이 취득되는 구간이다. L 검출 마스크 시간 및 L 검출 구간은, 튜너(26)의 기억부에 미리 기억되어 있다.
다이오드 장착 프로브(263b, 263c)에 대해서도 동일한 수법으로 측정값(V2H, V2L, V3H, V3L)을 취득한다. 이들 측정값은 튜너(26)의 기억부에 기억된다.
[튜너의 펄스 동기]
도 32는 파워 변조 시에 있어서의 튜너의 검파부에 의한 측정값의 평균화의 일례를 설명하는 도이다.
튜너(26)의 기억부에는, 시계열 버퍼로서, 마이크로파 파워의 High 레벨의 측정값(V1H), 및 Low 레벨의 측정값(V1L)이 각각 시계열로 기억되어 있다.
High 레벨의 측정값(V1H)을 예로 설명하면, 기억부의 시계열 버퍼에 있어서는, 측정값(V1H)은 복수의 H 검출 구간이 연결된 구간에 있어서의 측정값으로서 취급할 수 있다. 이들 값은 과거에 취득된 데이터이다. 튜너 제어부(260)는, 복수의 H 검출 구간이 연결된 기간을 이용하여, 이동 평균 시간을 결정한다. 그리고, 튜너 제어부(260)는, 이동 평균 시간을 이용하여 평균화된 측정값(V1H)을 산출한다. 튜너 제어부(260)는, 측정값(V1L)에 대해서도 동일한 수법으로, 이동 평균 시간을 산출하고, 평균화된 측정값(V1L)을 산출한다. 평균화된 측정값을 이용하여 튜너의 펄스 동기가 행해진다.
[마이크로파 파워의 펄스 변조 시에 있어서의 튜너의 정합 처리]
튜너(26)는, 마이크로파 파워의 펄스 변조 시에 있어서의 정합 처리로서, 마이크로파 파워의 측정값의 기입 처리, 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 계산 처리, 및 모터 구동 처리의 3개의 처리를 멀티태스킹으로 병행하여 실행한다. 또한, 모터 구동 처리는 종래의 모터 구동 처리와 동일하기 때문에, 이하에서는, 기입 처리, 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 계산 처리에 대하여 상세를 설명한다.
[마이크로파 파워의 측정값의 기입 처리]
도 33 및 도 34는, 파워 변조 시에 있어서의 튜너의 기억부로의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 33 및 도 34에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 33에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S240)로서, 제어기(100)로부터 펄스 주파수 및 듀티비를 취득하고, 기억부를 참조하여 H 검출 마스크 시간, H 검출 구간, L 검출 마스크 시간 및 L 검출 구간을 취득한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S242)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S244)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S242)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S244: YES), 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S246)로서, H 기간 타이머를 개시시킨다. H 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 상승으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S248)로서, High 레벨의 구간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S246)에서 카운트된 H 기간 타이머와, 읽어 들임 처리(스텝 S240)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를 이용하여, High 레벨의 구간인지 여부를 판정한다.
High 레벨의 구간이라고 판정된 경우(스텝 S248: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S250)로서, H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S246)에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S250: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S252)로서, 튜너(26)의 기억부에 격납된 데이터 중 가장 오래된 데이터를 삭제한다. n을 버퍼 메모리의 수라고 하면, 튜너 제어부(260)는, 마이크로파 파워의 High 레벨의 측정값(V1h(0), V2h(0), V3h(0))을 삭제한다. 그리고, 튜너 제어부(260)는, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))의 데이터상의 격납 위치를, 각각 측정값(V1h(n-1), V2h(n-1), V3h(n-1))의 격납 위치로 시프트시킨다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 기입 처리(스텝 S254)로서, 측정값을 튜너(26)의 기억부에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264a)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V1)을 튜너(26)의 기억부의 V1h(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264b)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V2)을 튜너(26)의 기억부의 V2h(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264c)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V3)을 튜너(26)의 기억부의 V3h(n)에 기억시킨다.
H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S250: NO), 또는 기입 처리(스텝 S254)가 종료되면, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S248)를 재실행한다. 이와 같이, High 레벨의 구간이며, 또한 H 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S252) 및 기입 처리(스텝 S254)가 실행된다. 이로써, 마이크로파의 High 레벨 파워의 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
High 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S248: NO), 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S240)를 재실행한다. 동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출한 후에, High 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우는, 하나의 펄스가 종료된 것을 의미한다. 이로 인하여, 읽어 들임 처리(스텝 S240)로부터 새로 처리를 실행한다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출하지 않는다고 판정된 경우(스텝 S244: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S255)로서, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S255: NO), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S256)로서, H 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S255: YES), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S256)를 스킵한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 도 34에 나타나는 바와 같이, 판정 처리(스텝 S260)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S242)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S260: YES), 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S262)로서, L 기간 타이머를 개시시킨다. L 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 하강으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S268)로서, Low 레벨의 구간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S262)에서 카운트된 L 기간 타이머와, 읽어 들임 처리(스텝 S240)에서 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를 이용하여, Low 레벨의 구간인지 여부를 판정한다.
Low 레벨의 구간이라고 판정된 경우(스텝 S268: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S270)로서, L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S262)에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S270: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S272)로서, 튜너(26)의 기억부에 격납된 데이터 중 가장 오래된 데이터를 삭제한다. n을 버퍼 메모리의 수라고 하면, 튜너 제어부(260)는, 마이크로파 파워의 Low 레벨의 측정값(V1l(0), V2l(0), V3l(0))을 삭제한다. 그리고, 튜너 제어부(260)는, 측정값(V1l(n), V2l(n), V3l(n))의 데이터상의 격납 위치를, 각각 측정값(V1l(n-1), V2l(n-1), V3l(n-1))의 격납 위치로 시프트시킨다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 기입 처리(스텝 S274)로서, 측정값을 튜너(26)의 기억부에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264a)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V1)을 튜너(26)의 기억부의 V1l(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264b)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V2)을 튜너(26)의 기억부의 V2l(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264c)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V3)을 튜너(26)의 기억부의 V3l(n)에 기억시킨다.
L 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S270: NO), 또는 기입 처리(스텝 S274)가 종료되면, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S268)를 재실행한다. 이와 같이, Low 레벨의 구간이며, 또한 L 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S272) 및 기입 처리(스텝 S274)가 실행된다. 이로써, 마이크로파의 Low 레벨 파워의 측정값(V1l(n), V2l(n), V3l(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
Low 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S268: NO), 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S240)를 재실행한다. 동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출한 후에, Low 레벨의 구간이 아니라고 판정된 경우는, High 레벨의 펄스가 새로 개시된 것을 의미한다. 이로 인하여, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S240)로부터 새로 처리를 실행한다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출하지 않는다고 판정된 경우(스텝 S260: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S275)로서, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S275: NO), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S276)로서, L 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S275: YES), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S276)를 스킵한다. 그리고, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S240)를 재실행한다. 이와 같이, 튜너 제어부(260)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 33 및 도 34에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
[시계열 버퍼 데이터]
도 35는 시계열 버퍼 데이터의 일례이다. 도 35에 나타나는 시계열 데이터는, 도 33 및 도 34의 플로차트를 실행함으로써 얻을 수 있다. 도 35에 나타나는 바와 같이, 예를 들면 마이크로파의 High 레벨의 측정값(V1H), Low 레벨의 측정값(V1L)이, 현재부터 수 샘플 전까지의 기간에 있어서, 시계열로 격납된다. 시계열 버퍼 데이터는, V2H, V2L, V3H, V3L에 대해서도 동일하게 시계열로 격납하고 있다.
[측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리]
다음으로, 시계열 데이터를 이용한 튜너 검파부(263)의 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리를 설명한다. 도 36은 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 36에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 36에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 결정 처리(스텝 S280)로서, 샘플 수 m을 결정한다. 튜너 제어부(260)는, 복수의 H 검출 구간을 연결하여 얻어지는 이동 평균 시간(도 32)과, 소정의 샘플 시간(샘플링 간격)에 근거하여, 샘플 수 m을 결정한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S282)로서, 튜너(26)의 기억부를 참조하여, 측정값(V1h, V2h, V3h, V1l, V2l, V3l)을 시계열로 취득한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 평균화 처리(스텝 S286)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S282)에서 취득된 측정값(V1h, V2h, V3h, V1l, V2l, V3l)을 이용하여, 이동 평균 시간만큼 이동 평균을 산출한다. 이로써, 평균화된 측정값(V1H, V2H, V3H, V1L, V2L, V3L)이 산출된다. 구체적으로는, 이하의 수식으로 산출한다(n>=m).
[수학식 4]
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 계산 처리(스텝 S288)로서, 평균화 처리(스텝 S286)에서 산출된 값을 이용하여, 반사 계수 Γ를 산출한다. 구체적으로는, 이하의 수식으로 산출한다.
[수학식 5]
여기에서, |ΓinH|는, High 레벨에 대응하는 반사 계수의 절댓값이고, |ΓinL|은, Low 레벨에 대응하는 반사 계수의 절댓값이며, θ는 허수부의 회전 각도를 나타낸다. 또한, k는 비례 상수이다.
계산 처리(스텝 S288)가 종료되면, 도 36에 나타나는 플로차트가 종료되고, 튜너 제어부(260)는, 결정 처리(스텝 S280)를 재실행한다. 이와 같이, 튜너 제어부(260)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 36에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
[고주파 파워를 고려한 튜너 정합]
다음으로, 고주파 파워의 펄스 변조를 고려한 경우의 튜너 제어에 대하여 설명한다. 도 37은 마이크로파 및 고주파의 동기 신호에 따른 동작을 하는 튜너의 일례를 나타내는 도이다. 도 37에 나타나는 구성은, 도 30에 나타나는 구성과 비교하여, 제어부(162a)로부터 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 튜너(26)에 입력되는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 튜너(26)는, 동기 신호(PSS-M) 및 동기 신호(PSS-R)를 이용하여, 튜너 검파부(263)의 측정값을 선별한다.
상술한 바와 같이, 동기 신호(PSS-M)와 동기 신호(PSS-R)의 동기예로서, 제1 동기예(도 9) 및 제2 동기예(도 10)가 존재한다. 이하에서는, 그 외의 동기예로서, 제3 동기예 및 제4 동기예에 대하여 설명한다.
[제3 동기예]
도 38은 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제3 동기예를 나타내는 도이다. 도 38의 신호 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 38의 신호 (B)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R)에 근거하여, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을 취득한다(도면 중 화살표). 제어부(162a)는, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을 동기 트리거로 하여 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 또한 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에 있어서, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 Low로 설정한다. 이로써, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킬 수 있다.
튜너 제어부(260)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨(도면 중의 HT2)일 때, 마이크로파 파워의 High 레벨 및 Low 레벨에 대응한 전압을 취득한다(도면 중의 H1 및 L1). 또한, 제3 동기예에는, 동기 번호 No. 3이 할당되어 있다.
[제4 동기예]
도 39는 마이크로파 파워 변조의 동기 신호와 고주파 파워 변조의 동기 신호가 동기되는 제4 동기예를 나타내는 도이다. 도 39의 신호 (A)는, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)이며, 도 39의 신호 (B)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)이다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R)에 근거하여, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을 취득한다(도면 중 화살표). 제어부(162a)는, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을 동기 트리거로 하여 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 또한 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에 있어서, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 Low로 설정한다. 이로써, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킬 수 있다.
튜너 제어부(260)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 Low 레벨(도면 중의 LT2)일 때, 마이크로파 파워의 High 레벨 및 Low 레벨에 대응한 전압을 취득한다(도면 중의 H1 및 L1). 또한, 제4 동기예에는, 동기 번호 No. 4가 할당되어 있다.
[마이크로파의 동기 신호의 생성 처리]
다음으로, 상술한 제3 동기예 및 제4 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리에 대하여 설명한다. 도 40은 마이크로파의 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 40에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 40에 나타나는 플로차트는, 도 16에 나타나는 플로차트와 비교하여, 판정 처리(스텝 S14) 및 판정 처리(스텝 S16) 대신에, 판정 처리(스텝 S315) 및 판정 처리(스텝 S316)를 실행하는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 즉, 읽어 들임 처리(스텝 S310), 연산 처리(스텝 S312) 및 비동기 처리(스텝 S318)는, 도 16의 읽어 들임 처리(스텝 S10), 연산 처리(스텝 S12) 및 비동기 처리(스텝 S18)와 동일하다.
제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S315)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S310)에서 취득된 동기 번호가 No. 3인지 여부를 판정한다. 동기 번호 No. 3은, 제3 동기예에 할당된 번호이다.
동기 번호가 No. 3이라고 판정된 경우(스텝 S315: YES), 제3 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리가 개시된다. 제3 동기예에서는, 도 38에 나타나는 바와 같은, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)에 동기시킨 동기 신호(PSS-M)가 생성된다. 이 생성 처리에 대해서는 도 41을 이용하여 후술한다. 동기 번호가 No. 3이 아니라고 판정된 경우(스텝 S315: NO), 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S316)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S310)에서 취득된 동기 번호가 No. 4인지 여부를 판정한다. 동기 번호 No. 4는, 제4 동기예에 할당된 번호이다.
동기 번호가 No. 4라고 판정된 경우(스텝 S316: YES), 제4 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리가 개시된다. 제4 동기예에서는, 도 39에 나타나는 바와 같은, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)에 동기시킨 동기 신호(PSS-M)가 생성된다. 이 생성 처리에 대해서는 도 42를 이용하여 후술한다. 그 외의 처리는 도 16과 동일하다.
또한, 도 40에 나타나는 플로차트 대신에, 도 16에 나타나는 플로차트에, 도 40의 판정 처리(스텝 S315 및 스텝 S316)를 추가한 플로차트를 이용해도 된다.
[제3 동기예의 동기 신호의 생성 처리]
제3 동기예에서는, 도 38에 나타나는 바와 같이, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킨다. 도 41은, 제3 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 41에 나타나는 플로차트는, 도 40의 판정 처리(스텝 S315)에서 동기 번호가 No. 3이라고 판정된 경우(스텝 S315: YES)에 개시된다.
도 41에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S320)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를, 펄스 입력기(167a)를 통하여 취득한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S322)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지인지 여부를 판정한다. 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지라고 판정된 경우(스텝 S322: YES), 제어부(162a)는, 동기하는 타이밍으로서, 동기 트리거를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.
펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S324)로서, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 High 레벨로 설정한다. 펄스 생성기(162b)는, 카운트 처리(스텝 S326)로서, High 시간을 카운트한다. 펄스 생성기(162b)는, 경과 판정 처리(스텝 S328)로서, 카운트 처리(스텝 S326)에서 카운트된 High 시간이 도 40의 연산 처리(스텝 S312)에서 연산된 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했는지 여부를 판정한다.
카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S328: NO), 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S324) 및 카운트 처리(스텝 S326)를 재실행한다. 즉, 펄스 생성기(162b)는, 카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했다고 판정될 때까지, 설정 처리(스텝 S324) 및 카운트 처리(스텝 S326)를 반복 실행한다.
카운트된 High 시간이 동기 신호(PSS-M)의 High 시간을 경과했다고 판정된 경우(스텝 S328: YES), 펄스 생성기(162b)는, 리셋 처리(스텝 S332)로서, 카운트된 High 시간을 리셋한다. 그리고, 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S334)로서, 동기 신호(PSS-M)를 Low 레벨로 설정한다. 펄스 생성기(162b)는, 카운트 처리(스텝 S336)로서, Low 시간을 카운트한다. 펄스 생성기(162b)는, 경과 판정 처리(스텝 S338)로서, 카운트 처리(스텝 S336)에서 카운트된 Low 시간이 도 40의 연산 처리(스텝 S312)에서 연산된 동기 신호(PSS-M)의 Low 시간을 경과했는지 여부를 판정한다.
카운트된 Low 시간이 동기 신호(PSS-M)의 Low 시간을 경과하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S338: NO), 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S334) 및 카운트 처리(스텝 S336)를 재실행한다. 즉, 펄스 생성기(162b)는, 카운트된 Low 시간이 동기 신호(PSS-M)의 Low 시간을 경과했다고 판정될 때까지, 설정 처리(스텝 S334) 및 카운트 처리(스텝 S336)를 반복 실행한다.
카운트된 Low 시간이 동기 신호(PSS-M)의 Low 시간을 경과했다고 판정된 경우(스텝 S338: YES), 펄스 생성기(162b)는, 리셋 처리(스텝 S342)로서, 카운트된 Low 시간을 리셋한다.
계속해서, 제어부(162a)는, 읽어 들임 처리(스텝 S344)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를, 펄스 입력기(167a)를 통하여 취득한다. 계속해서, 제어부(162a)는, 판정 처리(스텝 S346)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨인지 여부를 판정한다.
고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S346: YES), 펄스 생성기(162b)는, 설정 처리(스텝 S324)를 재실행한다. 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S346: NO), 또는 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 상승 에지가 아니라고 판정된 경우(스텝 S322: NO), 도 41에 나타나는 플로차트는 종료되고, 도 40의 읽어 들임 처리(스텝 S310)가 재실행된다. 도 41에 나타나는 플로차트를 실행함으로써, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킬 수 있다.
[제4 동기예의 동기 신호의 생성 처리]
제4 동기예에서는, 도 39에 나타나는 바와 같이, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킨다. 도 42는 제4 동기예에 관한 동기 신호의 생성 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 42에 나타나는 플로차트는, 도 40의 판정 처리(스텝 S316)에서 동기 번호가 No. 4라고 판정된 경우(스텝 S316: YES)에 개시된다.
도 42에 나타나는 플로차트는, 도 41에 나타나는 플로차트와 비교하여, 판정 처리(스텝 S352) 및 판정 처리(스텝 S376)가 판정 처리(스텝 S322) 및 판정 처리(스텝 S346)와 상이하며, 그 외는 동일하다.
판정 처리(스텝 S352)에서는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 하강 에지인지 여부를 판정한다. 판정 처리(스텝 S376)에서는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)가 Low 레벨인지 여부를 판정한다.
도 42에 나타나는 플로차트를 실행함으로써, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍만, 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)가 출력되도록, 동기시킬 수 있다.
[고주파 파워의 펄스 변조를 고려한 경우의 정합 처리]
튜너 제어부(260)는, 정합 처리로서, 정합 모드 결정 처리, 검출 타이머 처리, 마이크로파 파워의 측정값의 기입 처리, 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 계산 처리, 및 모터 구동 처리 5개의 처리를 멀티태스킹으로 병행하여 실행한다. 또한, 모터 구동 처리는 종래의 모터 구동 처리와 동일하기 때문에, 이하에서는, 그 이외의 처리에 대하여 상세를 설명한다.
[정합 모드 결정 처리]
도 43은 정합 모드 결정 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 43에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 43에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S380)로서, 제어기(100)로부터 펄스 주파수, 듀티비, 및 정합 모드를 취득하고, 기억부를 참조하여, 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 마스크 시간, H 검출 구간, L 검출 마스크 시간 및 L 검출 구간과, 동기 신호(PSS-R)의 H 검출 마스크 시간, H 검출 구간, L 검출 마스크 시간 및 L 검출 구간을 취득한다.
정합 모드는, 정합의 종별을 식별하는 식별 부호이다. 정합 모드 A는, 동기 신호(PSS-M)에 대하여 항상 정합하는 모드이고, 동기 신호(PSS-R)는 불필요하다. 정합 모드 B는, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨일 때에 정합하는 모드이며, 동기 신호(PSS-R)는 불필요하다. 정합 모드 C는, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨일 때에 정합하는 모드이고, 동기 신호(PSS-R)는 불필요하다. 정합 모드 D는, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨일 때이며, 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨일 때에 정합하는 모드이다. 정합 모드 E는, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨일 때이고, 동기 신호(PSS-R)가 Low 레벨일 때에 정합하는 모드이다. 정합 모드 F는, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨일 때이며, 동기 신호(PSS-R)가 High 레벨일 때에 정합하는 모드이다. 정합 모드 G는, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨일 때이고, 동기 신호(PSS-R)가 Low 레벨일 때에 정합하는 모드이다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 산출 처리(스텝 S382)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득하고, 제어부(162a)로부터 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 취득한다. 그리고, 동기 신호(PSS-M) 및 동기 신호(PSS-R)의 상승 및 하강을 판정하고, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정보에 근거하여, 동기 신호(PSS-M)의 펄스의 H 검출 기간 및 L 검출 기간, 동기 신호(PSS-R)의 펄스의 H 검출 기간 및 L 검출 기간을 산출한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S384)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 A인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 A라고 판정된 경우(스텝 S384: YES), 처리 1로 이행한다.
정합 모드가 모드 A가 아니라고 판정된 경우(스텝 S384: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S386)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 B인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 B라고 판정된 경우(스텝 S386: YES), 처리 2로 이행한다.
정합 모드가 모드 B가 아니라고 판정된 경우(스텝 S386: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S388)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 C인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 C라고 판정된 경우(스텝 S388: YES), 처리 3으로 이행한다.
정합 모드가 모드 C가 아니라고 판정된 경우(스텝 S388: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S390)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 D인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 D라고 판정된 경우(스텝 S390: YES), 처리 4로 이행한다.
정합 모드가 모드 D가 아니라고 판정된 경우(스텝 S390: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S392)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 E인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 E라고 판정된 경우(스텝 S392: YES), 처리 5로 이행한다.
정합 모드가 모드 E가 아니라고 판정된 경우(스텝 S392: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S394)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 F인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 F라고 판정된 경우(스텝 S394: YES), 처리 6으로 이행한다.
정합 모드가 모드 F가 아니라고 판정된 경우(스텝 S394: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S396)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S380)에서 취득된 정합 모드가 모드 G인지 여부를 판정한다. 정합 모드가 모드 G라고 판정된 경우(스텝 S396: YES), 처리 7로 이행한다.
정합 모드가 모드 G가 아니라고 판정된 경우(스텝 S396: NO), 도 43에 나타나는 플로차트가 종료되고, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S380)를 재실행한다. 이와 같이, 튜너 제어부(260)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 43에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다.
[검출 타이머 처리]
도 44는 마이크로파 파워의 동기 신호의 검출 타이머 처리를 나타내는 플로차트이다. 도 44에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 44에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S400)로서, 펄스 생성기(162b)로부터 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 취득한다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S402)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S400)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S402: YES), 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S404)로서, H 기간 타이머를 개시시킨다. H 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 상승으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
동기 신호(PSS-M)의 상승을 검출하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S402: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S405)로서, 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S405: NO), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S406)로서, H 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 High 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S405: YES), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S406)를 스킵한다.
타이머 처리(스텝 S404) 또는 리셋 처리(스텝 S406)가 종료된 경우, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S408)로서, 읽어 들임 처리(스텝 S400)에서 취득된 동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했는지 여부를 판정한다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출했다고 판정된 경우(스텝 S408: YES), 튜너 제어부(260)는, 타이머 처리(스텝 S410)로서, L 기간 타이머를 개시시킨다. L 기간 타이머는, 동기 신호(PSS-M)의 하강으로부터의 시간 경과를 카운트하는 타이머이다.
동기 신호(PSS-M)의 하강을 검출하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S408: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S411)로서, 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨인지 여부를 판정한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이 아니라고 판정된 경우(스텝 S411: NO), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S412)로서, L 기간 타이머를 0으로 리셋한다. 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S411: YES), 튜너 제어부(260)는, 리셋 처리(스텝 S412)를 스킵한다.
타이머 처리(스텝 S410) 혹은 리셋 처리(스텝 S412)가 종료된 경우, 또는 동기 신호(PSS-M)가 Low 레벨이라고 판정된 경우(스텝 S411: YES), 도 44에 나타나는 플로차트가 종료되고, 튜너 제어부(260)는, 읽어 들임 처리(스텝 S400)를 재실행한다. 이와 같이, 튜너 제어부(260)는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 파워 제어 처리의 종료 조작이 이루어질 때까지, 도 44에 나타나는 플로차트를 반복 실행한다. 도 44의 플로차트를 실행함으로써, 마이크로파 파워의 동기 신호에 관하여 H 기간 타이머 및 L 기간 타이머가 세팅된다.
도 45는 고주파 파워의 동기 신호의 검출 타이머 처리를 나타내는 플로차트이다. 도 45에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 45에 나타나는 읽어 들임 처리(스텝 S420), 판정 처리(스텝 S422), 타이머 처리(스텝 S424), 판정 처리(스텝 S425), 리셋 처리(스텝 S426), 판정 처리(스텝 S428), 타이머 처리(스텝 S430), 판정 처리(스텝 S431), 리셋 처리(스텝 S432)는, 처리 대상이 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)로 되어 있는 점을 제외하고, 도 44의 읽어 들임 처리(스텝 S400), 판정 처리(스텝 S402), 타이머 처리(스텝 S404), 판정 처리(스텝 S405), 리셋 처리(스텝 S406), 판정 처리(스텝 S408), 타이머 처리(스텝 S410), 판정 처리(스텝 S411), 리셋 처리(스텝 S412)와 동일하다. 도 45의 플로차트를 실행함으로써, 고주파 파워의 동기 신호에 관하여 H 기간 타이머 및 L 기간 타이머가 세팅된다.
[처리 1: 모드 A]
모드 A에 대한 처리는, 도 33 및 도 34와 동일하므로, 설명을 생략한다.
[처리 2: 모드 B]
도 46은 모드 B에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 46에 나타나는 플로차트는, 도 43에서 정합 모드가 모드 B라고 판정된 경우(스텝 S386: YES), 개시된다.
도 46에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S440)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S440: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S442)로서, 튜너(26)의 기억부에 격납된 데이터 중 가장 오래된 데이터를 삭제한다. n을 버퍼 메모리의 수라고 하면, 튜너 제어부(260)는, 마이크로파 파워의 High 레벨의 측정값(V1h(0), V2h(0), V3h(0))을 삭제한다. 그리고, 튜너 제어부(260)는, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))의 데이터상의 격납 위치를, 각각 측정값(V1h(n-1), V2h(n-1), V3h(n-1))의 격납 위치로 시프트시킨다.
계속해서, 튜너 제어부(260)는, 기입 처리(스텝 S444)로서, 측정값을 튜너(26)의 기억부에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264a)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V1)을 튜너(26)의 기억부의 V1h(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264b)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V2)을 튜너(26)의 기억부의 V2h(n)에 기억시킨다. 튜너 제어부(260)는, A/D 변환기(264c)(도 27)에 의하여 검출되는 마이크로파 파워의 측정값(V3)을 튜너(26)의 기억부의 V3h(n)에 기억시킨다.
H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S440: NO), 또는 기입 처리(스텝 S444)가 종료되면, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S440)를 재실행한다. 이와 같이, H 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워가 High 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[처리 3: 모드 C]
도 47은 모드 C에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 47에 나타나는 플로차트는, 정합 모드가 모드 C라고 판정된 경우(스텝 S388: YES), 개시된다.
도 47에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S450)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
정리 처리(스텝 S452) 및 기입 처리(스텝 S454)는, 도 46의 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)와 동일하다. 이와 같이, L 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S452) 및 기입 처리(스텝 S454)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워가 Low 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[처리 4: 모드 D]
도 48은 모드 D에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 48에 나타나는 플로차트는, 정합 모드가 모드 D라고 판정된 경우(스텝 S390: YES), 개시된다.
도 48에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S460)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S460: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S461)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 45의 타이머 처리에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S461: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S462) 및 기입 처리(스텝 S464)를 실행한다. 정리 처리(스텝 S462) 및 기입 처리(스텝 S464)는, 도 46의 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)와 동일하다.
기입 처리(스텝 S464)가 종료된 경우, 또는 H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S460: NO, 스텝 S461: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S460)를 재실행한다. 이와 같이, 마이크로파 파워 및 고주파 파워가 모두 H 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S462) 및 기입 처리(스텝 S464)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워 및 고주파 파워가 모두 High 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[처리 5: 모드 E]
도 49는 모드 E에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 49에 나타나는 플로차트는, 정합 모드가 모드 E라고 판정된 경우(스텝 S392: YES), 개시된다.
도 49에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S470)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S470: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S471)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 45의 타이머 처리에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S471: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S472) 및 기입 처리(스텝 S474)를 실행한다. 정리 처리(스텝 S472) 및 기입 처리(스텝 S474)는, 도 46의 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)와 동일하다.
기입 처리(스텝 S474)가 종료된 경우, 또는 H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S470: NO), L 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S471: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S470)를 재실행한다. 이와 같이, 마이크로파 파워가 H 검출 구간이며, 또한 고주파 파워가 L 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S472) 및 기입 처리(스텝 S474)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워가 High 레벨이고 또한 고주파 파워가 Low 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[처리 6: 모드 F]
도 50은 모드 F에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 50에 나타나는 플로차트는, 정합 모드가 모드 F라고 판정된 경우(스텝 S394: YES), 개시된다.
도 50에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S480)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S480: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S481)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 H 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 45의 타이머 처리에서 카운트된 H 기간 타이머를 이용하여, H 검출 기간인지 여부를 판정한다.
H 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S481: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S482) 및 기입 처리(스텝 S484)를 실행한다. 정리 처리(스텝 S482) 및 기입 처리(스텝 S484)는, 도 46의 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)와 동일하다.
기입 처리(스텝 S484)가 종료된 경우, 또는 L 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S480: NO), H 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S481: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S480)를 재실행한다. 이와 같이, 마이크로파 파워가 L 검출 구간이며, 또한 고주파 파워가 H 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S482) 및 기입 처리(스텝 S484)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워가 Low 레벨이고 또한 고주파 파워가 High 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[처리 7: 모드 G]
도 51은 모드 G에 있어서의 기입 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 51에 나타나는 플로차트는, 정합 모드가 모드 G라고 판정된 경우(스텝 S396: YES), 개시된다.
도 51에 나타나는 바와 같이, 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S490)로서, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 44의 타이머 처리에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S490: YES), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S491)로서, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 L 검출 기간인지 여부를 판정한다. 튜너 제어부(260)는, 도 45의 타이머 처리에서 카운트된 L 기간 타이머를 이용하여, L 검출 기간인지 여부를 판정한다.
L 검출 기간이라고 판정된 경우(스텝 S491: YES), 튜너 제어부(260)는, 정리 처리(스텝 S492) 및 기입 처리(스텝 S494)를 실행한다. 정리 처리(스텝 S492) 및 기입 처리(스텝 S494)는, 도 46의 정리 처리(스텝 S442) 및 기입 처리(스텝 S444)와 동일하다.
기입 처리(스텝 S494)가 종료된 경우, 또는 L 검출 기간이 아니라고 판정된 경우(스텝 S490: NO, 스텝 S491: NO), 튜너 제어부(260)는, 판정 처리(스텝 S490)를 재실행한다. 이와 같이, 마이크로파 파워 및 고주파 파워가 모두 L 검출 구간인 경우만, 정리 처리(스텝 S492) 및 기입 처리(스텝 S494)가 실행된다. 이로써, 마이크로파 파워 및 고주파 파워가 모두 Low 레벨이 될 때에만, 측정값(V1h(n), V2h(n), V3h(n))이 시계열로 튜너(26)의 기억부에 격납된다.
[시계열 버퍼 데이터]
도 52는 시계열 버퍼 데이터의 일례이다. 도 52에 나타나는 시계열 버퍼 데이터는, 도 46~도 51 중 어느 하나의 플로차트를 실행함으로써 얻을 수 있다. 도 52에 나타나는 바와 같이, 예를 들면 마이크로파의 High 레벨의 측정값(V1H), Low 레벨의 측정값(V1L)이, 현재부터 수 샘플 전까지의 기간에 있어서, 시계열로 격납된다. 시계열 버퍼 데이터는, V2H, V2L, V3H, V3L에 대해서도 동일하게 시계열로 격납하고 있다.
[측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리]
다음으로, 시계열 데이터를 이용한 튜너 검파부(263)의 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리를 설명한다. 도 53은, 측정값의 평균 처리 및 반사 계수의 산출 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 53에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 오퍼레이터 등에 의하여 마이크로파 파워 제어 처리의 개시 조작이 이루어진 타이밍에 개시된다.
도 53에 나타나는 결정 처리(스텝 S500), 읽어 들임 처리(스텝 S502), 평균화 처리(스텝 S504) 및 계산 처리(스텝 S506)는, 도 36의 결정 처리(스텝 S280), 읽어 들임 처리(스텝 S282), 평균화 처리(스텝 S286) 및 계산 처리(스텝 S288)와 동일하다.
[튜너의 정리]
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 튜너 검파부(263)에 의하여, 도파관(21) 내의 마이크로파 파워에 따른 측정값이 펄스 주파수에 근거한 타이밍에 검출된다. 이로써, High 레벨 파워의 측정값과 Low 레벨 파워의 측정값을 구별하여 취급할 수 있다. 이로 인하여, 튜너(26)는, High 레벨 파워의 측정값에 근거하는 정합과, Low 레벨 파워의 측정값에 근거하는 정합을 행할 수 있다. 따라서, High 레벨 및 Low 레벨 파워를 전체적으로 평균화하는 경우와 비교하여, 마이크로파 출력 장치 측의 임피던스와 챔버 측의 임피던스를 적절히 정합할 수 있다.
튜너(26)는, 마이크로파 파워가 펄스 변조된 경우이더라도, H 검출 구간만, 또는 L 검출 구간만을 연결하여 이동 평균 시간을 취득할 수 있다. 이로 인하여, 마이크로파 출력 장치(16)는, 적절히 튜너 정합할 수 있다.
또, 튜너(26)는, H 검출 마스크 시간, L 검출 마스크 시간, H 검출 구간 및 L 검출 구간을 적절히 설정함으로써, 마이크로파 파워의 변동이 큰 기간을 회피하여 파워를 측정할 수 있다. 따라서, 파워의 측정 오차를 작게 할 수 있다. 결과적으로, 튜너의 정합의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 튜너(26)는, 마이크로파 파워 및 고주파 파워의 펄스 변조를 고려하여 정합할 수 있다.
이상, 다양한 실시형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 양태를 구성 가능하다.
상술한 실시형태에서는, 마이크로파 발생부(16a)와 파형 발생기(161)가 분리되어 있는 예를 설명했지만, 하나의 장치로서 구성되어 있어도 된다.
상술한 실시형태에서는, 마이크로파 파워의 동기 신호를 고주파 파워의 동기 신호에 맞추어 생성하는 예를 설명했지만, 고주파 파워의 동기 신호를 마이크로파 파워의 동기 신호에 맞추어 생성하는 경우여도 된다.
플라즈마 처리 장치(1)가 Pf 모드만 이용하는 경우, 측정부(16k)는 반사파를 측정하는 구성을 구비하고 있지 않아도 된다.
[펄스 생성기의 변형예]
마이크로파의 펄스 생성기(162b)는 마이크로파 발생부(16a)를 구비하고 있지 않아도 된다. 도 54는 변형예에 관한 마이크로파 출력 장치(1A)를 나타내는 도이다. 예를 들면 도 54에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)의 지령에 따라 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 발생시키는 펄스 발생기(1621)를 연산 장치(100a)가 구성해도 된다. 또, 고주파 전원(58)은 펄스 생성기(58a)를 구비하고 있지 않아도 된다. 예를 들면 도 54에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)의 지령에 따라 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 발생시키는 펄스 발생기(1624)를 연산 장치(100a)가 구성해도 된다. 또, 마이크로파의 튜너(26)로의 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)의 입력과 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 입력 대신에, 예를 들면 도 54에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)의 지령에 따라 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-MT)를 발생시키는 펄스 발생기(1622)를 연산 장치(100a)가 구성해도 된다. 또, 고주파의 매칭 유닛(60)으로의 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)의 입력과 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)의 입력 대신에, 예를 들면 도 54에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)의 지령에 따라 고주파 파워의 동기 신호(PSS-RM)를 발생시키는 펄스 발생기(1623)를 연산 장치(100a)가 구성해도 된다.
펄스의 설정인 펄스 주파수, 설정 듀티, 및 마이크로파 파워와 고주파 파워의 동기 타이밍 설정을 입력하여 제어기(100)에서 연산을 행하여 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M) 및 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 출력함으로써, 마이크로파 펄스 파워와 고주파 펄스 파워의 동기 출력이 가능해진다.
펄스의 설정인 펄스 주파수, 설정 듀티, 및 마이크로파 파워와 고주파 파워의 동기 타이밍 설정, 정합 모드 설정을 입력하여 제어기(100)에서 연산을 행하여 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-MT) 및 고주파 파워의 동기 신호(PSS-RM)를 출력함으로써, 마이크로파 펄스와 고주파 펄스의 동기 정합이 가능해져, 안정된 플라즈마 생성이 가능해진다.
1…플라즈마 처리 장치
12…챔버 본체
14…스테이지
16…마이크로파 출력 장치
16a…마이크로파 발생부
16f…제1 방향성 결합기
16h…제2 방향성 결합기
16k…측정부(측정부의 일례)
16t…출력부
18…안테나
20…유전체창
26…튜너
27…모드 변환기
28…동축 도파관
30…슬롯판
32…유전체판
34…냉각 재킷
38…가스 공급계
58…고주파 전원
60…매칭 유닛
100…제어기
161…파형 발생기
162…파워 제어부
163…감쇠기
164…증폭기
165…증폭기
166…모드 변환기

Claims (7)

  1. 챔버 본체와,
    제어기로부터 지시된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파로서, 제어기로부터 지시된 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 출력 장치와,
    상기 마이크로파 출력 장치와 상기 챔버 본체를 접속하는 도파관과,
    상기 도파관에 마련된 튜너를 구비하고,
    상기 튜너는,
    상기 도파관의 내부 공간에 대한 돌출량을 조정 가능한 스터브와,
    상기 펄스 주파수 및 상기 설정 듀티비에 근거한 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파 파워에 따른 측정값을 검출하는 튜너 검파부와,
    상기 튜너 검파부에 의하여 검출된 상기 측정값에 근거하여, 상기 스터브의 돌출량을 조정하는 튜너 제어부를 갖는,
    플라즈마 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜너 검파부는, 상기 펄스 주파수 및 상기 설정 듀티비에 근거하여, 상기 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 제1 기간, 및 상기 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍부터 소정 시간 경과할 때까지의 제2 기간은, 상기 측정값을 측정하지 않는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 튜너 검파부는, 상기 제1 기간의 종료부터 상기 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍까지의 제1 측정 기간에 있어서 상기 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 측정하고, 상기 제2 기간의 종료부터 상기 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍까지의 제2 측정 기간에 있어서 상기 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 측정하는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 튜너 제어부는,
    복수의 상기 제1 측정 기간을 연결하여 상기 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값의 이동 평균 시간을 산출하고,
    복수의 상기 제2 측정 기간을 연결하여 상기 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값의 이동 평균 시간을 산출하는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 본체에 마련된 전극과,
    펄스 변조된 고주파 파워를 상기 전극에 인가하는 고주파 전원을 구비하고,
    상기 튜너 검파부는, 상기 고주파 파워의 펄스 주파수 및 듀티비에 더 근거한 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파 파워에 대응하는 상기 측정값을 검출하는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 튜너 검파부는,
    상기 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 상기 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 검출하고,
    상기 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 상기 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 검출하는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 튜너 검파부는,
    상기 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 상기 마이크로파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파의 High 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 검출하고,
    상기 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍이고, 또한 상기 마이크로파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에, 상기 도파관 내의 마이크로파의 Low 레벨 파워에 대응하는 상기 측정값을 검출하는, 플라즈마 처리 장치.
KR1020180095555A 2017-08-18 2018-08-16 플라즈마 처리 장치 KR102620583B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017157892A JP6883488B2 (ja) 2017-08-18 2017-08-18 プラズマ処理装置
JPJP-P-2017-157892 2017-08-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190019851A KR20190019851A (ko) 2019-02-27
KR102620583B1 true KR102620583B1 (ko) 2024-01-03

Family

ID=65361349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180095555A KR102620583B1 (ko) 2017-08-18 2018-08-16 플라즈마 처리 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190057843A1 (ko)
JP (1) JP6883488B2 (ko)
KR (1) KR102620583B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6858095B2 (ja) * 2017-08-18 2021-04-14 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
JP6910320B2 (ja) * 2018-05-01 2021-07-28 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
JP7278466B2 (ja) * 2020-01-30 2023-05-19 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法
JP7291091B2 (ja) * 2020-03-16 2023-06-14 株式会社京三製作所 高周波電源装置及びその出力制御方法
JP7503993B2 (ja) * 2020-10-08 2024-06-21 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6928407B1 (ja) * 2021-03-15 2021-09-01 株式会社アドテックプラズマテクノロジー 出力する高周波電力の経時変化パターンを任意に設定可能な高周波電源
JP7324812B2 (ja) * 2021-09-27 2023-08-10 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060124244A1 (en) 2003-01-27 2006-06-15 Nobuo Ishii Plasma processor and plasma processing method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2957403B2 (ja) 1993-01-18 1999-10-04 日本電気株式会社 プラズマエッチング方法とその装置
KR101124770B1 (ko) * 2008-03-31 2012-03-23 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 및 컴퓨터 판독이 가능한 기억 매체
JP2012109080A (ja) * 2010-11-16 2012-06-07 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
TWI581304B (zh) * 2011-07-27 2017-05-01 日立全球先端科技股份有限公司 Plasma etching apparatus and dry etching method
JP5525504B2 (ja) * 2011-11-08 2014-06-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP2015022940A (ja) * 2013-07-19 2015-02-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、異常発振判断方法及び高周波発生器
JP5819448B2 (ja) * 2014-01-06 2015-11-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、異常判定方法及びマイクロ波発生器
JP6512962B2 (ja) * 2014-09-17 2019-05-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR102346036B1 (ko) * 2014-12-25 2021-12-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
KR20170048099A (ko) * 2015-10-26 2017-05-08 광운대학교 산학협력단 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060124244A1 (en) 2003-01-27 2006-06-15 Nobuo Ishii Plasma processor and plasma processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6883488B2 (ja) 2021-06-09
JP2019036483A (ja) 2019-03-07
US20190057843A1 (en) 2019-02-21
KR20190019851A (ko) 2019-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102620583B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
KR102570373B1 (ko) 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치
JP6910320B2 (ja) マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
KR102033120B1 (ko) 플라즈마 처리 방법
US9837249B2 (en) Radial waveguide systems and methods for post-match control of microwaves
KR102659673B1 (ko) 펄스 모니터 장치 및 플라즈마 처리 장치
KR102265231B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
KR102368750B1 (ko) 마이크로파 자동 정합기 및 플라즈마 처리 장치
KR20190092219A (ko) 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
KR102536545B1 (ko) 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치
US10879045B2 (en) Plasma processing apparatus
JP7374023B2 (ja) 検査方法及びプラズマ処理装置
JP7437981B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2020181650A (ja) 補正関数を決定する方法
US11209515B2 (en) Method of determining correction function
US20220115208A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP7450485B2 (ja) マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
CN118542074A (zh) 等离子体处理装置、处理方法、处理程序和分析装置、分析方法、分析程序
JP2007115867A (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant