JP2004055308A

JP2004055308A - Microwave power supply system and travelling-wave power control method of microwave power supply system

Info

Publication number: JP2004055308A
Application number: JP2002210218A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Amadate; 天立　茂樹; Yasuhiro Nishimori; 西森　康博; Yoshinobu Kasai; 笠井　善信; Atsushi Hosokawa; 細川　淳
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave power supply system and a travelling-wave power control method of the microwave power supply system by propagating a load-side supply power of a given value further toward the load side than an input end 3a of a manual matching unit 3, by keeping the load-side supply power value PL at a given value through an incremental compensation of a travelling-wave power value PF by the value by which a reflective wave power value PR is increased and the load-side supply power value PL is decreased, without augmenting a processing time and without augmenting an adjustment man-hour. <P>SOLUTION: With the microwave power supply system and its travelling-wave power control method, an output power setting signal Vst and a reflective wave power value signal Vpr corresponding in size to the reflective wave power value PR are added without changing the movable position of the impedance element from an initial operation state even at processing after the initial operation state of the system, and a magnetron supply power PM making an anode current Ia of the magnetron change in accordance with the above added signals is supplied to the magnetron to output the travelling wave power PF from the output end of a microwave power source 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチングを行うプラズマ処理装置等の負荷に、マイクロ波電源から導波管等の電力伝搬経路を通じてマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のマイクロ波電力供給システムの一例を示すブロック図である。従来形マイクロ波電源１ｐは、マイクロ波周波数帯域のマイクロ波電力を出力する電源であり、マイクロ波電力を発生させるためのマグネトロン６と、マグネトロン６のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するためのフィラメント電源７と、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に直流の高電圧を印加するための「反射波電力ＰＲを進行波電力ＰＦによって補償していない従来のアノード電源８ｐ（以下、従来アノード電源８ｐという）」とを備えている。また、商用電源９は、従来アノード電源８ｐとフィラメント電源７とに電力を供給する交流電源である。
【０００３】
従来形マイクロ波電源１ｐから負荷４までの電力伝搬経路には、マイクロ波電力の電力伝搬経路である導波管５ａ、５ｂ、５ｃとアイソレータ２Ａと手動整合器３とが結合されているので、従来形マイクロ波電源１ｐから出力されたマイクロ波電力は、電源サーキュレータ間導波管５ａ、アイソレータ２Ａ、サーキュレータ整合器間導波管５ｂ、手動整合器３および整合器負荷間導波管５ｃを経由して負荷４に供給される。
【０００４】
プラズマ処理装置等の負荷４では、内部に備えた真空容器（図示せず）にプラズマ発生用のガス（以下、プラズマ発生用ガスという）を導入し、供給された電力を用いてプラズマ発生用ガスを電離させ、プラズマを発生させている。そして、そのプラズマを利用して、ウエハ、液晶基板等の被工作物を加工するプロセス（以下、加工プロセスという）を行っている。
【０００５】
通常、マイクロ波電源の出力端のインピーダンスと負荷４の入力端のインピーダンスとが異なってインピーダンス整合していないために、進行波電力ＰＦは負荷４の入力端においてそのまま進行することができず、進行波電力ＰＦの一部が反射波電力ＰＲとして従来形マイクロ波電源方向に反射する。このように、反射波電力ＰＲが発生すると、電力を効率よく負荷に供給できないので、従来からマイクロ波電源の出力端と負荷４の入力端との間に手動整合器３を挿入して、この整合器を調整することによって、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側のインピーダンス（以下、負荷側インピーダンスという）を調整して電力を効率よく負荷に供給している。
なお、マイクロ波電源の出力端から負荷４に向かうマイクロ波電力を本明細書では進行波電力ＰＦという。
これに対して、手動整合器内のインピーダンス整合ができていないときに、手動整合器３の入力端３ａの進行波電力ＰＦの一部がマイクロ波電源方向に反射する。この反射するマイクロ波電力を本明細書では反射波電力ＰＲという。
【０００６】
アイソレータ２Ａは、マイクロ波電源内のマグネトロン６から負荷４に向かう進行波電力ＰＦを通過させるが、手動整合器３の入力端３ａからマイクロ波電源方向に反射する反射波電力ＰＲを大きく減衰させるような非可逆回路であり、反射波電力ＰＲをマグネトロン６に逆流させないように結合されたサーキュレータ２ａと反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂとサーキュレータダミー間導波管２ｃとを備えている。なお、このアイソレータ２Ａは、通常、反射波電力ＰＲからマグネトロン６を保護する目的で使用される。
【０００７】
手動整合器３は、内部に図示しないインピーダンス可変素子を備えていて、そのインピーダンス可変素子の可変位置（以下、インピーダンス可変位置という）を変化させることによって、前述した負荷側インピーダンスを調整している。通常、手動整合器３にはスタブと呼ばれるインピーダンス可変素子が備えられていて、このスタブを手動でマイクロ波の伝搬経路上に挿入し、その挿入位置、すなわち可変位置を変化させることによって負荷側インピーダンスを調整している。なお、スタブは、３本備えられていることが多いが、他の本数であってもよい。また、この手動整合器３は、上述したようなスタブを用いないでも、負荷側インピーダンスを変化させて調整できるものであればよい。もちろん、スタブ等のインピーダンス可変素子の可変位置を手動で調整する以外に、モータ等の駆動装置を用いてもよいし、モータ等を遠隔操作してインピーダンス可変素子の可変位置を調整してもよい。
【０００８】
次に従来アノード電源８ｐを説明をし、進行波電力ＰＦの制御方法について説明する。
従来アノード電源８ｐに入力された商用電力は、整流ダイオードブリッジＤＢとコンデンサＣ１とによって整流平滑された後、スイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２及びコンデンサＣ２，Ｃ３から成るハーフブリッジインバータに供給される。ハーフブリッジインバータによって高周波化された出力電力は、高周波トランスＴｆを経由してマグネトロン６に供給される。高周波トランスＴｆの二次側には整流ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ４，Ｃ５とから成る倍電圧整流平滑回路が結合されているので、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に直流の高電圧が印加されると、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流が流れてマグネトロン６からマイクロ波電力が出力される。
【０００９】
また、マグネトロン６のアノードとカソードとの間のマグネトロン印加電圧ＶＭを抵抗器Ｒ２，Ｒ３によって分圧しているので、抵抗器Ｒ２及びＲ３の接続点とアースとの間のマグネトロン印加電圧値信号Ｖｖｍはマグネトロン印加電圧値に比例する。なお、抵抗器Ｒ２及びＲ３は、電圧検出用の抵抗器なので、大きな抵抗値に設定することが望ましい。
【００１０】
また、抵抗器Ｒ１は、マグネトロン６のアノードに流れるアノード電流Ｉａを検出するために挿入されていて、抵抗器Ｒ１を流れるアノード電流Ｉａの電流値に比例して、Ａ点の電圧（Ａ点とアースとの間の電位差）であるアノード電流値信号Ｖｉａが変化する。アノード電流Ｉａは、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に流れる電流に相当するので、このアノード電流値信号Ｖｉａを検出することによって、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に流れる電流値が分かる。
【００１１】
なお、マグネトロン印加電圧ＶＭとアノード電流Ｉａとを乗算すると、マグネトロン６に供給されるマグネトロン供給電力ＰＭになる。
【００１２】
マグネトロン供給電圧電流乗算回路１０は、マグネトロン印加電圧値信号Ｖｖｍとアノード電流値信号Ｖｉａとを入力しこれらを乗算して、マグネトロン供給電力値に相当する大きさを有するマグネトロン供給電力値信号Ｖｐｍを出力する。
【００１３】
なお、一般にマグネトロン６は、（マイクロ波出力電力値＝進行波電力値ＰＦ）／（マグネトロン供給電力値）で表されるマイクロ波電力の出力効率が６０〜７０％程度である。そのために、出力効率が一定であれば、マグネトロン供給電力値ＰＭとマグネトロン６から出力される進行波電力値ＰＦとは比例関係にある。そのために、マグネトロン供給電力値信号Ｖｐｍから進行波電力値ＰＦを演算することができる。すなわち、マグネトロン供給電力値信号Ｖｐｍを、進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆとして扱うことができる。
そこで、以下の説明では、便宜上、マグネトロン供給電圧電流乗算回路１０の出力を進行波電力値信号Ｖｐｆとして説明する。
【００１４】
ここで、図２を参照してマグネトロン６の電流−電圧特性について説明する。図２は、マグネトロン印加電圧ＶＭとアノード電流Ｉａとの関係を示す図である。この図２に示すように、マグネトロン６のアノードとカソードとの間にマグネトロン印加電圧ＶＭを印加してマグネトロン６に電力を供給したときに、マグネトロン印加電圧ＶＭが一定値を超えるまではアノード電流がほとんど流れないが、マグネトロン印加電圧ＶＭが一定値を超えるとアノード電流が大きく流れるようになる。このとき、マグネトロン６は、アノード電流が大きく変化してもマグネトロン印加電圧ＶＭの変化は小さいという特性がある。
【００１５】
なお、マグネトロン印加電圧ＶＭの全体的なレベルは、マグネトロン６自体の温度等の影響を受けて変動するが、上記の電流−電圧特性は変わらない。また、マグネトロン印加電圧ＶＭの変化は小さいので、アノード電流値Ｉａとマグネトロン６から出力される進行波電力値ＰＦとは、ほぼ比例関係にある。そのために、アノード電流値信号Ｖｉａを進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆとして扱うこともできる。この場合は、マグネトロン供給電圧電流乗算回路１０は不要であり、アノード電流値信号Ｖｉａを進行波電力値信号Ｖｐｆとして、後述する目標値進行波値信号差動増幅器１２ｐに入力すればよい。
【００１６】
また、いずれの場合にしても、マグネトロン６は、図２で示したような特性を有しているので、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に流れる電流に相当するアノード電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦがマグネトロン６から出力される。
【００１７】
再度、図１を参照して説明をする。出力電力設定回路１１は、従来形マイクロ波電源１ｐから出力する進行波電力ＰＦの設定値を定める回路であり、進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する。
【００１８】
目標値進行波値信号差動増幅器１２ｐは、出力電力設定値信号Ｖｓｔと進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力し、その差に応じた出力電力増幅信号Ｖｄａｐを出力する。すなわち、基準値である出力電力設定値信号Ｖｓｔに対する進行波電力値信号Ｖｐｆの偏差を増幅して出力する。
【００１９】
電力制御信号制御回路１３ｐは、目標値進行波値信号差動増幅器１２ｐの出力電力増幅信号Ｖｄａｐを入力して、出力電力設定値信号Ｖｓｔと進行波電力値信号Ｖｐｆとが等しくなるようにスイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間、ＯＦＦ時間のデューティサイクル（デューティ比）を制御する電力制御信号Ｖｃｎ１ｐ，Ｖｃｎ２ｐを出力する。その結果、マグネトロン供給電力値が増減するので、進行波電力値ＰＦを制御することができる。
すなわち、出力電力設定値信号Ｖｓｔ＞進行波電力値信号Ｖｐｆのときは、出力電力設定値よりも進行波電力値ＰＦが小さいので、スイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間の比率を大きくして進行波電力値ＰＦが大きくなるような電力制御信号Ｖｃｎｐ１，Ｖｃｎｐ２を出力する。
反対に、出力電力設定値信号Ｖｓｔ＜進行波電力値信号Ｖｐｆのときは、出力電力設定値よりも進行波電力値ＰＦが大きいので、スイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間の比率を小さくして進行波電力値ＰＦが小さくなるような電力制御信号Ｖｃｎｐ１，Ｖｃｎｐ２を出力する。
【００２０】
以上のように、従来のマイクロ波電力供給システムは、出力電力設定値と進行波電力値ＰＦとが等しくなるようにフィードバック制御を行っていた。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
（１）システム長時間稼働によりシステムが劣化する課題
図３は、従来技術のシステムで負荷４にマイクロ波電力を供給したときの電力伝搬経路の進行波及び反射波の電力値の一例を示す電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ａ）は、マイクロ波電源１から負荷４までの電力伝搬経路を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、システム稼働初期状態での電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ｃ）は、システム長時間稼働状態での電力伝搬経路の電力値例示図である。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、従来形マイクロ波電源１ｐから出力された進行波電力ＰＦは、サーキュレータ２ａ、手動整合器３等を経由して負荷４に供給される。
ところで、従来形マイクロ波電源１ｐと手動整合器３との間では、インピーダンスがほとんど変動しないようになっているので、反射波電力ＰＲは発生しない。しかし、手動整合器３の入力端３ａよりもマイクロ波電源側のインピーダンスと負荷側インピーダンスとは通常異なっていて、インピーダンス整合ができていない。そのために、進行波電力ＰＦは手動整合器３の入力端３ａにおいてそのまま進行することができず、進行波電力ＰＦの一部が反射波電力ＰＲとしてマイクロ波電源方向に反射してくる。
このように、反射波電力ＰＲが発生すると、電力を効率よく負荷に供給できないので、図３（ｂ）に示すように、システム稼働初期状態では、反射波電力値が最小になるようにインピーダンス可変位置を変化させて負荷側インピーダンスを調整し、電力が効率よく負荷に供給されるようにしている。このとき、反射波電力値を０［Ｗ］または可能な限り０［Ｗ］に近づけることが望ましいが、許容される範囲内の反射波電力値に調整してもよい。
【００２３】
ところが、マイクロ波電力を負荷４に長時間供給してプロセス加工をするようなシステム長時間稼働状態になると、プラズマ発生用ガスの種類、圧力、電力、使用時間等の処理条件によって、負荷４の一部を形成する真空容器内部が汚染される。例えば、プラズマが発生する近辺に使用されているセラミック部品、アルミニウム部品等の真空容器内部の表面の形状が変化する。その結果、システム長時間稼働状態では、真空容器内部等を含む負荷４のインピーダンスがシステム稼働初期状態とは異なってくる。
【００２４】
したがって、システム長時間稼働状態においても、図３（ｂ）に示すシステム稼働初期状態のインピーダンス可変位置を維持すると、図３（ｃ）に示すシステム長時間稼働状態のように、システム稼働初期状態よりも大きな反射波電力ＰＲが発生する。手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給される負荷側供給電力値ＰＬは、進行波電力値ＰＦから反射波電力値ＰＲを減算した電力値であるので、負荷側供給電力値ＰＬは、システム稼働初期状態よりも減少する。
【００２５】
例えば、システム稼働初期状態において、進行波電力ＰＦの出力電力設定値を１５００［Ｗ］とし、手動整合器３で負荷側インピーダンスを調整した結果、反射波電力値ＰＲが２［Ｗ］になったとする。この場合、図３（ｂ）に示すように、進行波電力値ＰＦは１５００［Ｗ］であるが、反射波電力値ＰＲの損失が２［Ｗ］発生するので、負荷側供給電力値ＰＬ（１５００−２＝）１４９８［Ｗ］が入力端３ａよりも負荷側に供給される。もちろん、反射波電力値を０［Ｗ］にできれば、１５００［Ｗ］が入力端３ａよりも負荷側に供給される。
【００２６】
これに対して、システム長時間稼働状態においても、システム稼働初期状態のインピーダンス可変位置を維持すると、反射波電力値が１００［Ｗ］まで増加したとする。この場合、図３（ｃ）に示すように、進行波電力値ＰＦは１５００［Ｗ］であるが、反射波電力値ＰＲの損失が１００［Ｗ］発生するので、負荷側供給電力値ＰＬは１５００［Ｗ］から１４００［Ｗ］に減少する。すなわち、システム長時間稼働状態の負荷側供給電力値ＰＬは、システム稼働初期状態に比べて９８［Ｗ］だけ減少し、単位時間当たりに負荷側供給電力ＰＬが減少するので、加工プロセス時間がシステム稼働初期状態よりも長くなるために、生産効率が低下するだけでなく、品質管理を含む生産管理の労力が増加するという問題があった。
【００２７】
この生産効率の低下を回避するために、作業者が逐次監視して、反射波電力値ＰＲを最小になるように手動整合器３を調整することも考えられるが、作業者の調整工数が追加となり人件費、最終的に加工プロセス製品コストが増加するという問題があった。
【００２８】
また、手動整合器３の代わりに、自動整合器を用いて、常に反射波電力値を最小に調整して、負荷側供給電力値ＰＬを一定にしようとする方法も考えれるが、感度及び精度が高く追従性の優れた自動整合器は、手動整合器３に比べて非常に高価であるので、マイクロ波電力供給システムのコストが増大するという問題があった。
【００２９】
（２）複数の加工プロセス条件ごとにインピーダンス可変位置の最適値が異なる課題
加工プロセスが異なる複数種類の被工作物ごとに、異なる複数の加工プロセス条件を用いる場合は、それぞれの加工プロセス条件でインピーダンス可変位置の最適値が異なる。そのために、システム稼働初期状態にインピーダンス可変位置を調整した加工プロセス条件と異なる加工プロセス条件になると、大きさの異なった反射波電力ＰＲが発生してしまう。その結果、個々の加工プロセス条件毎にインピーダンス可変位置の最適値に調整した場合に比べて、単位時間当たりの負荷側供給電力ＰＬが減少する。この負荷側供給電力ＰＬが減少すると、前述したシステム長時間稼働による劣化の場合と同様に、加工プロセス時間が長くなり、生産効率が低下するだけでなく、品質管理を含む生産管の労力が増加するという問題があった。
【００３０】
この生産効率の低下を回避するために、それぞれの加工プロセス条件毎に最適なインピーダンス可変位置になるように調整する方法は、前述したシステム長時間稼働による劣化の場合と同様の人件費が増大するという問題があった。
【００３１】
また、上記の問題を回避するための別の方法として、進行波電力ＰＦの出力電力設定値を各加工プロセス条件毎に調整して、反射波電力値ＰＲが増加して負荷側供給電力値ＰＬが減少した相当分だけ、進行波電力値ＰＦを増加補償して負荷側供給電力値ＰＬを略一定値にする方法も考えられる。しかし、このような方法でも調整工数が増加するという問題があった。
【００３２】
また、このような場合も、手動整合器３の代わりに、自動整合器を用いる方法は、前述したシステム長時間稼働による劣化の場合と同様に、マイクロ波電力供給システムのコストが増大する問題があった。
【００３３】
（３）短時間内に処理条件が変動して反射波電力が変化する課題
１回の加工プロセス内でも、プラズマ発生用ガスの種類、圧力、電力等の処理条件が変動して、インピーダンス可変位置を変化させていないにも拘わらず、１回の加工プロセス内で反射波電力値が変化する場合がある。例えば、
▲１▼加工プロセス開始時に処理条件が一定値に達するまでに、反射波電力値が徐々に変化するために、反射波電力値も負荷４への電力供給開始時に大きく、その後、減少して安定するまでに、数秒〜数分の時間を要する場合。
▲２▼外部条件の影響を受けて、反射波電力値が増減を繰り返し変動する場合。
▲３▼処理条件が徐々に変化して反射波電力値が徐々に増加する場合。
のような場合である。
【００３４】
上記のような場合も、システム稼働初期状態で調整した反射波電力値よりも反射波電力値が大きい間は、負荷側供給電力ＰＬが減少するので、加工プロセス時間がシステム稼働初期状態よりも長くなってしまう。そうなると、生産効率が低下するだけでなく、生産管理の労力が増加するという問題があった。
【００３５】
この問題を回避するために、前述したシステム長時間稼働による劣化の場合と同様の人件費が増大するという問題があった。
【００３６】
また、このような場合も、手動整合器３の代わりに自動整合器を用いる方法は、前述したシステム長時間稼働による劣化の場合と同様に、マイクロ波電力供給システムのコストが増大する問題があった。
【００３７】
このように、従来技術のような方法で進行波電力ＰＦを制御する方法には、上述したような各種の課題が残されている。
したがって、本願発明は、手動整合器３を用いるにも拘わらず、第１に、システム長時間稼働によりシステムが劣化する課題、第２に複数の加工プロセス条件ごとにインピーダンス可変位置の最適値が異なる課題、第３に短時間内に処理条件が変動して反射波電力が変化する課題を解決するために、反射波電力値ＰＲが増加して負荷側供給電力値ＰＬが減少した相当分だけ、進行波電力値ＰＦを増加補償して負荷側供給電力値ＰＬを略一定値にすることによって、加工プロセス時間を増大させることなく、また、調整工数を増加させることなく、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に略一定値の負荷側供給電力を伝搬してマイクロ波電力供給システム及びマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法を提供することを目的としている。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
実施態様１の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法において、
上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂにおいてマイクロ波電力を検波して得られる検波信号を用いて演算したマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算し、上記加算した信号に応じてマグネトロンのアノード電流Ｉａを変化させるマグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００３９】
実施態様２の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法において、
上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂにおいてマイクロ波電力を検波して得られる検波信号を用いてマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算し、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを演算し、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆとから進行波電力ＰＦの出力値が目標電力値Ｐｔｇとなるようにマグネトロン供給電力ＰＭを制御して、そのマグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４０】
実施態様３の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法において、
マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流を流してこの電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦをマイクロ波電源１の出力端から上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに出力する進行波電力出力過程と、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出過程と、
上記検波信号を用いてマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算する反射波電力演算過程と、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する加算過程と、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆとから進行波電力ＰＦの出力値が目標電力値Ｐｔｇとなるようにマグネトロン供給電力ＰＭを制御するマグネトロン供給電力出力過程とから成り、上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、
システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、上記マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４１】
実施態様４の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムにおいて、
マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流を流してこの電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦをマイクロ波電源１の出力端から上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに出力する進行波電力出力手段２７と、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出手段１４と、
進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを出力する進行波電力演算手段２２と、
上記検波信号を用いてマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する反射波電力演算手段２１と、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する出力電力設定手段２３と、
上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値信号Ｖｐｒとを入力して、上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する出力設定値反射値加算手段２４と、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと上記進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力して、出力する進行波電力値ＰＦが目標電力値Ｐｔｇとなるように制御するための電力制御信号Ｖｃｎを出力する電力制御手段２５と、
上記電力制御信号Ｖｃｎに基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力ＰＭを出力するマグネトロン供給電力出力手段２６とを備え、
上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、上記マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００４２】
実施態様５の発明は、第１乃至第３の実施例の図４乃至図１０に示すように、実施態様１又は実施態様２又は実施態様３に記載の電源整合器間電力伝搬経路５ａｂを２分割して、電源サーキュレータ間導波管５ａとサーキュレータ整合器間導波管５ｂとの間に、負荷４からマイクロ波電源１方向に反射する反射波電力ＰＲを阻止するサーキュレータ２ａを結合し、上記サーキュレータ２ａで阻止した反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂを結合したマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４３】
実施態様６の発明は、第１乃至第３の実施例の図４乃至図１０に示すように、実施態様４に記載の電源整合器間電力伝搬経路５ａｂを２分割して、電源サーキュレータ間導波管５ａとサーキュレータ整合器間導波管５ｂとの間に、負荷４からマイクロ波電源１方向に反射する反射波電力ＰＲを阻止するサーキュレータ２ａを結合し、上記サーキュレータ２ａで阻止した反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂを結合したマイクロ波電力供給システムである。
【００４４】
変形例１の発明は、第１乃至第３の実施例の図４乃至図９に示すように、
実施態様３に記載のマイクロ波電力検出過程が、マイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４５】
変形例２の発明は、第１乃至第３の実施例の図４乃至図９に示すように、
実施態様４に記載のマイクロ波電力検出手段１４が、電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力検出手段１４であるマイクロ波電力供給システムである。
【００４６】
変形例３の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は図１０に示すように、実施態様３に記載のマイクロ波電力検出経路が、サーキュレータ２ａからダミーロード２ｂまでを結合しているサーキュレータダミー間導波管２ｃの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管２ｃ１の他端と一端がダミーロード２ｂに結合された導波管２ｃ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の検波信号Ｖｄを出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４７】
変形例４の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は図１０に示すように、実施態様４に記載のマイクロ波電力検出手段１４が、サーキュレータ２ａからダミーロード２ｂまでを結合しているサーキュレータダミー間導波管２ｃの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管２ｃ１の他端と一端がダミーロード２ｂに結合された導波管２ｃ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出手段１４によってマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の検波信号Ｖｄを出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００４８】
変形例５の発明は、第２の実施例の図５及び図８に示すように、
実施態様３に記載のマイクロ波電力検出経路が、サーキュレータ整合器間導波管５ｂの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管５ｂ１の他端と一端が手動整合器３に結合された導波管５ｂ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００４９】
変形例６の発明は、第２の実施例の図５及び図８に示すように、
実施態様４に記載のマイクロ波電力検出手段１４が、サーキュレータ整合器間導波管５ｂの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管５ｂ１の他端と一端が手動整合器３に結合された導波管５ｂ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出手段１４によってイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００５０】
変形例７の発明は、第３の実施例の図６及び図９に示すように、
実施態様３に記載のマイクロ波電力検出経路が、電力伝搬経路の一部に設けた定在波検出検波器１４Ｓであって、上記定在波検出検波器１４Ｓによってイクロ波電力を検波して定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００５１】
変形例８の発明は、第３の実施例の図６及び図９に示すように、
実施態様４に記載のマイクロ波電力検出手段１４が、電力伝搬経路の一部に設けた定在波検出検波器１４Ｓであって、上記定在波検出検波器１４Ｓによってマイクロ波電力を検波して定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００５２】
変形例９の発明は、第１の実施例の図４及び図７に示すように、
マグネトロン供給電力ＰＭの一部を入力して進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算する実施態様３に記載のマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００５３】
変形例１０の発明は、第１の実施例の図４及び図７に示すように、
実施態様４に記載の進行波電力演算手段２２が、マグネトロン供給電力出力手段２６から進行波電力出力手段２７に出力するマグネトロン供給電力ＰＭの一部を入力して進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算して出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００５４】
変形例１１の発明は、第２の実施例の図５及び図８に示すように、
マイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して進行波の検波信号Ｖｄｆを出力し、上記検波信号を用いて進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算する実施態様３に記載のマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００５５】
変形例１２の発明は、第２の実施例の図５及び図８に示すように、
実施態様４に記載の進行波電力演算手段２２が、マイクロ波電力検出手段１４から出力する進行波の検波信号Ｖｄｆを用いて進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算して出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００５６】
変形例１３の発明は、第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力し、上記検波信号を用いて進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算して出力する実施態様３に記載のマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００５７】
変形例１４の発明は、第３の実施例の図６及び図９に示すように、
実施態様４に記載の進行波電力演算手段２２が、マイクロ波電力検出手段１４から出力する定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を用いて進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算して出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００５８】
実施態様７の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９並びに図１０に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電力伝搬経路に結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法において、
システム稼働初期状態に所定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給するように進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを調整するとともに、上記手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを上記手動整合器内のインピーダンス素子の可変位置を変化させて調整するシステム稼働初期状態調整過程と、
上記手動整合器内のインピーダンス素子の可変位置を上記システム稼働初期状態調整過程と同じ位置に維持して手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に電力を供給したときに、マイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒに進行波電力ＰＦの出力電力設定値信号Ｖｓｔを加算した信号値と進行波電力値に相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆとが等しくなるように出力する進行波電力値を制御することによって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記システムステム稼働初期状態と略同等の所定値の電力を上記手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給するシステム稼働初期状態調整後の加工プロセス過程とから成るマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００５９】
実施態様８の発明は、
上記システム稼働初期状態調整過程で、負荷側インピーダンスを上記手動整合器内のインピーダンス素子の可変位置を変化させて調整するときに、反射波電力値が許容値の範囲内になるように負荷側インピーダンスを調整する実施態様７に記載のマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００６０】
実施態様９の発明は、
上記システム稼働初期状態調整過程で、負荷側インピーダンスを上記手動整合器内のインピーダンス素子の可変位置を変化させて調整するときに、反射波電力値が最小になるように負荷側インピーダンスを調整する実施態様７に記載のマイクロ波電力供給システムの進行波電力制御方法である。
【００６１】
変形例１５の発明は、
図４及び図７の第１の実施例の実施態様４の基本構成に、実施態様５、変形例２、変形例４及び変形例１０の具体化した構成を組み合わせた構成であって、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムにおいて、
マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流を流してこの電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦをマイクロ波電源１の出力端から上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに出力する進行波電力出力手段２７と
進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを出力する進行波電力演算手段２２と、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出手段１４と、
上記検波信号を用いてマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する反射波電力演算手段２１と、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する出力電力設定手段２３と、
上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値信号Ｖｐｒとを入力して、上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する出力設定値反射値加算手段２４と、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと上記進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力して、出力する進行波電力値ＰＦが目標電力値Ｐｔｇとなるように制御するための電力制御信号Ｖｃｎを出力する電力制御手段２５と、
上記電力制御信号Ｖｃｎに基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力ＰＭを出力するマグネトロン供給電力出力手段２６とを備え、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂを２分割して、電源サーキュレータ間導波管５ａとサーキュレータ整合器間導波管５ｂとの間に、負荷４からマイクロ波電源１方向に反射する反射波電力ＰＲを阻止するサーキュレータ２ａを結合し、上記サーキュレータ２ａで阻止した反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂを結合し、
上記マイクロ波電力検出手段１４が、サーキュレータ２ａからダミーロード２ｂまでを結合しているサーキュレータダミー間導波管２ｃの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管２ｃ１の他端と一端がダミーロード２ｂに結合された導波管２ｃ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出手段１４によってマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の検波信号Ｖｄを出力し、
上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、
上記マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００６２】
実施態様１０の発明は、第１の実施例の図４及び図７又は第２の実施例の図５及び図８又は第３の実施例の図６及び図９に示すように、
マイクロ波周波数帯域の進行波電力を出力するマイクロ波電源と負荷との間の電力伝搬経路に手動整合器を挿入したマイクロ波電力供給システムにおいて、
進行波電力値に相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを出力する進行波電力値信号出力手段と、
上記手動整合器３の入力端３ａより負荷側から反射されてくる反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを出力する反射波電力値信号出力手段と、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する出力電力設定手段２３と、
上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値信号Ｖｐｒとを入力して、進行波電力ＰＦの出力電力設定値と反射波電力値とを加算した目標電力値に相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する加算手段２４と、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力して、出力する進行波電力値が目標電力値となるように制御するための電力制御信号Ｖｃｎを出力する電力制御手段２５と、
上記電力制御信号Ｖｃｎに基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力ＰＭを出力するマグネトロン供給電力出力手段２６と、
上記マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給することによって、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流を流し、この電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力する進行波電力出力手段２７と、
内部のインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａより負荷側の負荷側インピーダンスを調整する手動整合器３とを備え、
システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側にシステム稼働初期状態と同等の電力を供給するマイクロ波電力供給システムである。
【００６３】
実施態様１１の発明は、第１乃至第３の実施例の図４乃至図１０に示すように、
反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂと、
上記進行波電力出力手段２７と手動整合器３との間に挿入されて反射波電力ＰＲをマグネトロン６側に戻さずにダミーロード２ｂに送るサーキュレータ２ａとを、さらに備えた実施態様１０に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６４】
実施態様１２の発明は、図４、図５及び図６に示すように、
前記反射波電力値信号出力手段が、電力伝搬経路の一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出手段１４と前記検波信号を用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する反射波電力演算手段２１とから成る請求項１０に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６５】
実施態様１３の発明は、図４、図５及び図６に示すように、
上記反射波電力値信号出力手段が、電力伝搬経路の一部に形成したマイクロ波電力検出経路において上記マイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出手段１４と検波信号を用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する反射波電力演算手段２１とから成る実施態様１１に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６６】
実施態様１４の発明は、図５及び図６に示すように、
上記マイクロ波電力検出手段１４が、上記進行波電力出力手段２７と手動整合器３との間に配置された実施態様１２に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６７】
実施態様１５の発明は、図５及び図６に示すように、
上記マイクロ波電力検出手段１４が、上記サーキュレータ２ａと手動整合器３との間に配置された実施態様１３に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６８】
実施態様１６の発明は、図４及び図１０に示すように、
上記マイクロ波電力検出手段１４が、上記サーキュレータ２ａとダミーロード２ｂとの間に配置された実施態様１３に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００６９】
実施態様１７の発明は、図４及び図７に示すように、
上記進行波電力値信号出力手段が、上記マグネトロン供給電力出力手段２６と進行波電力出力手段２７との間に配置された実施態様１０又は実施態様１１に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００７０】
実施態様１８の発明は、図５、図６、図８及び図９に示すように、
上記進行波電力値信号出力手段が、上記進行波電力出力手段２７と手動整合器３との間の電力伝搬経路から進行波電力ＰＦに関係する信号を検出する実施態様１０又は実施態様１１に記載のマイクロ波電力供給システムである。
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態は、図４及び図７の第１の実施例の実施態様４の基本構成に、実施態様５、変形例２、変形例４及び変形例１０の具体化した構成を組み合わせた構成であって下記のとおりである。
発明の実施の形態は、マイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電源１の出力端から手動整合器３の入力端３ａまでを電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに結合し、さらに上記手動整合器３の出力端から負荷４までを整合器負荷間導波管５ｃの電力伝搬経路に結合してマイクロ波電力を供給するマイクロ波電力供給システムにおいて、
マグネトロン６のアノードとカソードとの間に電流を流してこの電流に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦをマイクロ波電源１の出力端から上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂに出力する進行波電力出力手段２７と
進行波電力値ＰＦに相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを出力する進行波電力演算手段２２と、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力するマイクロ波電力検出手段１４と、
上記検波信号を用いてマイクロ波電源方向に反射する反射波電力値ＰＲに相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する反射波電力演算手段２１と、
進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する出力電力設定手段２３と、
上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値信号Ｖｐｒとを入力して、上記出力電力設定値信号Ｖｓｔと上記反射波電力値信号Ｖｐｒとを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する出力設定値反射値加算手段２４と、
上記目標電力値信号Ｖｔｇと上記進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力して、出力する進行波電力値ＰＦが目標電力値Ｐｔｇとなるように制御するための電力制御信号Ｖｃｎを出力する電力制御手段２５と、
上記電力制御信号Ｖｃｎに基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力ＰＭを出力するマグネトロン供給電力出力手段２６とを備え、
上記電源整合器間電力伝搬経路５ａｂを２分割して、電源サーキュレータ間導波管５ａとサーキュレータ整合器間導波管５ｂとの間に、負荷４からマイクロ波電源１方向に反射する反射波電力ＰＲを阻止するサーキュレータ２ａを結合し、上記サーキュレータ２ａで阻止した反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂを結合し、上記マイクロ波電力検出手段１４が、サーキュレータ２ａからダミーロード２ｂまでを結合しているサーキュレータダミー間導波管２ｃの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管２ｃ１の他端と一端がダミーロード２ｂに結合された導波管２ｃ２の他端との間に結合され、上記マイクロ波電力検出手段１４によってマイクロ波電力を検波して反射波の検波信号Ｖｄｒ又は定在波の検波信号Ｖｄを出力し、
上記手動整合器３がインピーダンス素子の可変位置を変化させることによってその入力端３ａよりも負荷側の負荷側インピーダンスを調整する整合器であって、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、上記マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給して上記マイクロ波電源１の出力端から進行波電力ＰＦを出力するマイクロ波電力供給システムである。
【００７２】
【実施例】
［第１の実施例］の図４の説明
図４の電気回路図及び後述する図７の機能ブロック図を参照して第１の実施例について説明する。
図４は、マイクロ波電源１が反射波入力マイクロ波電源１ａである第１の実施例の電気回路図である。なお、図１と同様に機能する構成品には、図１と同符号を付し説明を省略する。
【００７３】
反射波入力マイクロ波電源１ａは、マイクロ波周波数帯域のマイクロ波電力を出力する電源であり、マイクロ波電力を発生させるためのマグネトロン６と、マグネトロン６のフィラメントに電力を供給してフィラメントを加熱するためのフィラメント電源７と、マグネトロン６のアノードとカソードとの間に直流の高電圧を印加するためのアノード電源８ａとを備えている。また、商用電源９は、アノード電源８ａとフィラメント電源７とに電力を供給する交流電源である。なお、図４では、商用電源９が、三相の交流電源の場合を示したが、これに限定されるものではなく、商用電源９に単相の交流電源を使用するように回路を構成した反射波入力マイクロ波電源１ａにしてもよい。
【００７４】
反射波入力マイクロ波電源１ａから負荷４までの電力伝搬経路には、マイクロ波電力の電力伝搬経路である電源サーキュレータ間導波管５ａ、検波器結合アイソレータ２Ｂの一部を形成するサーキュレータ２ａ、サーキュレータ整合器間導波管５ｂ、整合器負荷間導波管５ｃ及び手動整合器３が結合されているので、反射波入力マイクロ波電源１ａから出力されたマイクロ波電力は、電源サーキュレータ間導波管５ａ、サーキュレータ２ａ、サーキュレータ整合器間導波管５ｂ、手動整合器３および整合器負荷間導波管５ｃを経由して負荷４に供給される。
【００７５】
検波器結合アイソレータ２Ｂは、マグネトロン６から負荷４に向かう進行波電力ＰＦを通過させるが、手動整合器３の入力端３ａからマイクロ波電源方向に反射する反射波電力ＰＲを大きく減衰させるような非可逆回路であり、反射波電力ＰＲをマグネトロン６に逆流させないように結合されたサーキュレータ２ａと反射波電力ＰＲを吸収するためのダミーロード２ｂと電力伝搬経路であるサーキュレータダミー間導波管２ｃとを備えている。
【００７６】
図４ではマイクロ波電力検出手段１４として反射波検出用方向性結合器１４Ｒが使用され、検波器結合アイソレータ２Ｂを構成するサーキュレータ２ａとダミーロード２ｂとの間のサーキュレータダミー間導波管２ｃの途中に設けられていて、電力伝搬経路（導波管）内を伝搬するマイクロ波周波数帯域の電力を定在波検波ダイオード等によって検波して、定在波検波ダイオード等から反射波の検波信号Ｖｄｒを出力する。
【００７７】
図４で使用されている反射波検出用方向性結合器１４Ｒは、特開平４−１９６９０３号公報（第１５図の符号１０２で示された方向性結合器）に記載されているように、方向性結合器を使用する場合は、方向性結合器によってマイクロ波の一部を進行波と反射波とに分離すると共に分離した進行波及び反射波をそれぞれ検波ダイオード等を用いて検波することによって、反射波の検波信号Ｖｄｒを出力する。
この反射波検出用方向性結合器１４Ｒは、サーキュレータ２ａからダミーロード２ｂまでを結合しているサーキュレータダミー間導波管２ｃの電力伝搬経路を２分割して、一端がサーキュレータ２ａに結合された導波管２ｃ１の他端と一端がダミーロード２ｂに結合された導波管２ｃ２の他端との間に結合される。
また、図４の例では、反射波の検波信号Ｖｄｒのみを出力しているが、図５で後述するように、進行波電力ＰＦが存在する伝搬経路（サーキュレータ整合器間導波管５ｂ）では、反射波の検波信号Ｖｄｒを出力するとともに進行波の検波信号Ｖｄｆを出力することもできる。
【００７８】
マイクロ波電力検出手段１４の他の例として、同じく特開平４−１９６９０３号公報（第１図の符号３１で示された電圧定在波検出部）に記載され、また後述する図６の第３の実施例の定在波検出検波器１４Ｓを使用して下記の構成に変形することもできる。
サーキュレータ整合器間導波管５ｂにはマイクロ波の定在波を検出する定在波検出検波器１４Ｓを結合する。この定在波検出検波器１４Ｓは、３個の定在波検出探針と定在波検波ダイオード等を含んでいる。上記３個の定在波検出探針はサーキュレータ整合器間導波管５ｂの長手方向に管内波長の所定間隔離隔した３個の定在波検出探針を設けてマイクロ波の定在波を検出する。また、上記定在波検波ダイオード等は３個の定在波検出探針にそれぞれ接続されて導波管内を伝搬するマイクロ波の電力を検波して、各定在波検波ダイオード等から定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力する。
【００７９】
上記の定在波検出検波器１４Ｓは、後述する図６において、サーキュレータ整合器間導波管５ｂに３個の定在波検出探針を結合して、それらの定在波検出探針に接続された定在波検波ダイオードから定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力する３探針定在波検出検波器について説明している。この３探針定在波検出検波器１４Ｓの代わりに、サーキュレータダミー間導波管２ｃに、１個の定在波検出探針を結合して、その定在波検出探針に接続された定在波検波ダイオードから反射波の検波信号Ｖｄｒを出力する１探針定在波検出検波器を、図４の反射波検出用方向性結合器１４Ｒに代えることもできる。
なお、上記３探針定在波検出検波器は、図６に示すように、サーキュレータ整合器間導波管５ｂのように進行波電力及び反射波電力の両方が存在し得る伝搬経路に設けて定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力して進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを出力して進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒを演算する。他方、上記１探針定在波検出検波器は、図４に示すように、サーキュレータダミー間導波管２ｃのように反射波電力が存在する伝搬経路に設けて定在波の検波信号Ｖｄｒを出力して反射波電力値信号Ｖｐｒを演算する。
【００８０】
また、図４では、マイクロ波電力検出手段１４として、上述した方向性結合器を使用する場合の例を示しているので、出力信号線を１本にしている。しかし、マイクロ波電力検出手段１４として、後述する図６のように、３探針定在波検出検波器１４Ｓを使用する場合は、３種類の信号が出力されるので３本の出力信号線が必要である。
また、上記３探針定在波検出検波器１４Ｓは、通常、進行波電力及び反射波電力の両方が存在し得る伝搬経路に設ける場合に使用するが、図４のような反射波の検波信号Ｖｄｒだけに使用することもできる。
また、特開平４−１９６９０３号公報は、自動整合器の検波の方法に関する発明であるが、本発明のマイクロ波電力供給システム及びその進行波電力制御方法の構成の一部の変形例として利用することができる。
【００８１】
反射波電力演算回路１５は、反射波検出用方向性結合器１４Ｒから出力される反射波の検波信号Ｖｄｒを入力して反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する。
例えば、マイクロ波電力検出手段１４として反射波検出用方向性結合器１４Ｒを使用する場合は、特開平４−１９６９０３号公報に示した方法と同様に、検波信号を検出して増幅した後、直線補正するなどして反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算するようにすればよい。なお、直線補正が必要でない場合がある。この場合は、反射波電力演算回路１５が不要であるので、反射波検出用方向性結合器１４Ｒから出力される反射波の検波信号Ｖｄｒを反射波電力値信号Ｖｐｒとすればよい。
【００８２】
また、例えば、マイクロ波電力検出手段１４が、３探針定在波検出検波器１４Ｓである場合も、特開平４−１９６９０３号公報に示した方法と同様に、定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を入力した後にＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換した信号を用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力するようにすればよい。
【００８３】
また、マイクロ波電力検出手段１４は、図４の例では、反射波電力値信号Ｖｐｒのみを出力しているが、図５で後述するように、進行波電力ＰＦが存在する伝搬経路では、反射波電力値信号Ｖｐｒを演算するとともに進行波電力値信号Ｖｐｆを出力することもできる。
【００８４】
また、マイクロ波電力検出手段１４として上記１探針定在波検出検波器１４Ｓを使用する場合は、例えば、検波信号を検出して増幅した後、直線補正して反射波電力値信号Ｖｐｒを出力するようにすればよい。なお、直線補正が必要でない場合は、反射波電力演算回路１５が不要であるので、１探針定在波検出検波器１４Ｓから出力される検波信号Ｖｄｒを反射波電力値信号Ｖｐｒとすればよい。
【００８５】
なお、図４では、反射波電力演算回路１５を反射波入力マイクロ波電源１ａの内部に配置した例を示したが、この位置に限定されることなく、例えば、反射波入力マイクロ波電源１ａの外部に配置してもよい。
【００８６】
出力電力設定回路１１は、反射波入力マイクロ波電源１ａから出力する進行波電力ＰＦの設定値を定める回路であり、進行波電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する。
【００８７】
加算回路１６は、反射波電力演算回路１５から出力される反射波電力値信号Ｖｐｒと出力電力設定回路１１から出力される出力電力設定値信号Ｖｓｔとを入力し、この２つの信号を加算して目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する。
ここで、図示していないが、目標電力値Ｐｔｇとは、出力される進行波電力値ＰＦに反射波電力値ＰＲを加算した電力値であり、本発明では、この目標電力値Ｐｔｇになるように出力する進行波電力値ＰＦを制御する。すなわち、反射波電力ＰＲが発生した場合は、その電力値の分だけ出力する進行波電力値ＰＦを増加補償する。
なお、反射波電力値ＰＲの大きさが一定であれば目標電力値Ｐｔｇも一定になるが、反射波電力値ＰＲは、通常は、１回の加工プロセス内でも変動するので、目標電力値Ｐｔｇも１回の加工プロセス内であっても制御しなければならない。
【００８８】
目標値進行波値信号差動増幅器１２は、目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力し、その差に応じた出力電力増幅信号Ｖｄａを出力する。すなわち、基準となる目標電力値信号Ｖｔｇに対する進行波電力値信号Ｖｐｆの偏差を増幅して出力する。なお、進行波電力値信号Ｖｐｆは、既に説明しているので説明を省略する。
【００８９】
電力制御信号制御回路１３は、目標値進行波値信号差動増幅器１２の出力電力増幅信号Ｖｄａを入力して、目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値信号Ｖｐｆとが等しくなるようにスイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間、ＯＦＦ時間のデューティサイクル（デューティ比）を制御する電力制御信号Ｖｃｎ１，Ｖｃｎ２を出力する。その結果、マグネトロン供給電力値ＰＭが増減するので、進行波電力値ＰＦを制御することができる。
すなわち、目標電力値信号Ｖｔｇ＞進行波電力値信号Ｖｐｆのときは、目標電力値Ｐｔｇよりも進行波電力値ＰＦが小さいので、スイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間の比率を大きくして進行波電力値ＰＦが大きくなるような電力制御信号Ｖｃｎ１，Ｖｃｎ２を出力する。なお、電力制御信号Ｖｃｎ１，Ｖｃｎ２を総称して電力制御信号Ｖｃｎという。
【００９０】
反対に、目標電力値信号Ｖｔｇ＜進行波電力値信号Ｖｐｆのときは、目標電力値Ｐｔｇよりも進行波電力値ＰＦが大きいので、スイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２のＯＮ時間の比率を小さくして進行波電力値ＰＦが小さくなるような電力制御信号Ｖｃｎ１，Ｖｃｎ２を出力する。
【００９１】
これまで、本発明のマイクロ波電力供給システムについて図４を参照して、マイクロ波電源１が反射波入力マイクロ波電源１ａである第１の実施例の電気回路図について説明したが、この例に限定されるものではなく、例えば、図５、図６のようにしてもよい。
【００９２】
［第２の実施例］の図５の説明
図５の電気回路図及び後述する図８の機能ブロック図を参照して第２の実施例について説明する。
図５は、マイクロ波電源１が進行反射波入力マイクロ波電源１ｂである第２の実施例の電気回路図である。前述した図４の進行波電力値信号Ｖｐｆがマグネトロン印加電圧値信号Ｖｖｍとアノード電流Ｉａとのマグネトロン供給電圧電流乗算回路１０から出力され、また図４の反射波電力値信号Ｖｐｒが反射波検出用方向性結合器１４Ｒが出力する反射波の検波信号Ｖｄｒを入力とする反射波電力演算回路１５から出力されていたのに対して、この図５においては、進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒが進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲからそれぞれ出力された進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを入力とする進行波電力演算回路１７及び反射波電力演算回路１５から出力されている。なお、これまでに説明した構成品と同様に機能する構成品には、これまでに説明した構成品と同符号を付し説明を省略する。
【００９３】
この図５では、図４とは異なり、マイクロ波電力検出手段１４としての進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲをサーキュレータ２ａと手動整合器３との間のサーキュレータ整合器間導波管５ｂの途中に設けて、この進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲから進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを出力している。また、進行反射波入力マイクロ波電源１ｂ内の進行反射波入力アノード電源８ｂも図４と異なり、進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲから出力される進行波の検波信号Ｖｄｆを進行波電力演算回路１７に入力するとともに、進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲから出力される反射波の検波信号Ｖｄｒを反射波電力演算回路１５に入力している。そして、進行波電力演算回路１７から進行波電力値信号Ｖｐｆを出力し、反射波電力演算回路１５から反射波電力値信号Ｖｐｒを出力している。
すなわち、第２の実施例の図５は第１の実施例の図４と下記の構成が異なっている。図５では、第１に、進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲを進行波電力及び反射波電力の両方が存在し得る伝搬経路に設けて、この進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲから進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを出力する構成に成っている。
図５では、第２に、図４のように、進行波電力値信号Ｖｐｆをマグネトロン供給電圧電流乗算回路１０の出力とするのではなく、進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲから出力される進行波の検波信号Ｖｄｆを進行波電力演算回路１７に入力し、この進行波の検波信号Ｖｄｆから進行波電力値信号Ｖｐｆを演算する構成に成っている。他の構成品は図４と同様であるので説明を省略する。
【００９４】
なお、進行波電力演算回路１７は、入出力信号が進行波か反射波かの違いのだけであって、他は反射波電力演算回路１５と同様であるので、進行波電力演算回路１７の説明も省略する。
また、マイクロ波電力検出手段１４が方向性結合器である場合は、進行反射波検出方向性結合器１４ＦＲが導波管に結合されるので、サーキュレータ整合器間導波管５ｂはサーキュレータ・方向性結合器間導波管５ｂ１及び方向性結合器・整合器間導波管５ｂ２に分割される。
【００９５】
［第３の実施例］の図６の説明
図６の電気回路図及び後述する図９の機能ブロック図を参照して第３の実施例について説明する。
図６は、マイクロ波電源１が定在波入力マイクロ波電源１ｃである第３の実施例の電気回路図である。前述した図５では、進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒが進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲが出力する進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを入力とする進行波電力演算回路１７及び反射波電力演算回路１５から出力されていたのに対して、この図６においては、進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒが３探針定在波検出検波器１４Ｓから出力された定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１乃至Ｖｄ３を入力とする進行波・反射波電力演算回路１８から出力されている。
なお、これまでに説明した構成品と同様に機能する構成品には、これまでに説明した構成品と同符号を付し説明を省略する。
【００９６】
この図６では、図５で示したマイクロ波電力検出手段１４の例として、前述した特開平４−１９６９０３号公報（第１図の符号３１で示された電圧定在波検出部）の記載と同様に、サーキュレータ整合器間導波管５ｂに３探針定在波検出検波器１４Ｓが結合されている。上記３探針定在波検出検波器１４Ｓの３個の定在波検出探針はサーキュレータ整合器間導波管５ｂの長手方向に管内波長の所定間隔離隔した３個の定在波検出探針を設けてマイクロ波の定在波を検出する。また、上記定在波検波ダイオード等は３個の定在波検出探針にそれぞれ接続されて導波管内を伝搬するマイクロ波の電力を検波して、各定在波検波ダイオード等から定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を出力する。
【００９７】
さらに、定在波入力マイクロ波電源１ｃ内の定在波入力アノード電源８ｃも図４及び図５と異なり、定在波の第１乃至第３の検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を進行波・反射波電力演算回路１８に入力した後にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した信号を用いて進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する。他の点は図５と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
また、図示は省略するが、進行波用の定在波検出検波器と反射波用の定在波検出検波器とを別に設けてもよい。例えば、進行波用の定在波検出検波器をサーキュレータ２ａと手動整合器３との間のサーキュレータ整合器間導波管５ｂの途中に設けて、反射波用の定在波検出検波器をサーキュレータ２ａとダミーロード２ｂとの間のサーキュレータダミー間導波管２ｃの途中に設けてもよい。
【００９９】
［第１の実施例］の図７の説明
図７の機能ブロック図を参照して第１の実施例について説明する。
図７は、図４に示した第１の実施例の反射波入力マイクロ波電源１ａの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
【０１００】
マイクロ波電力検出手段１４は、電力伝搬経路の一部に形成したマイクロ波電力検出経路においてマイクロ波電力を検波して検波信号を出力する。
図４の場合、マイクロ波電力検出手段１４は、反射波検出方向性結合器１４Ｒによって構成されている。
【０１０１】
なお、反射波検出方向性結合器１４Ｒは、図４の場合、サーキュレータ２ａとダミーロード２ｂとの間のサーキュレータダミー間導波管２ｃに結合配置されているが、この位置に限定されるものではなく、サーキュレータ２ａと手動整合器３との間のサーキュレータ整合間導波管５ｂに結合配置してもよい。
また、図４では、サーキュレータ２ａとダミーロード２ｂとを備えた検波器結合アイソレータ２Ｂを用いているが、この検波器結合アイソレータ２Ｂを用いない構成のマイクロ波電力供給システムにすることも可能である。その場合、マイクロ波電力検出手段１４は、後述する進行波電力出力手段２７と手動整合器３との間に結合配置すればよい。
なお、マイクロ波電源１と手動整合器３との間の電力伝搬経路を電源整合器間電力伝搬経路５ａｂとし、アイソレータを用いる場合、アイソレータは電源整合器間電力伝搬経路５ａｂの一部を構成する。
【０１０２】
反射波電力演算手段２１は、マイクロ波電力検出手段１４から出力される検波信号等の反射波電力値に関係する信号を用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算し、この反射波電力値信号Ｖｐｒを出力するように構成されている。なお、反射波電力ＰＲに関係する信号とは、反射波電力ＰＲと相関関係のある電圧値及び電流値の大きさを有する信号であるか、電圧値又は電流値のいずれかの大きさを有する信号であるか、定在波検波ダイオード等で検波した検波信号のように反射波電力値と相関関係のある信号である。
図４の場合、反射波電力演算手段２１は、反射波電力演算回路１５によって構成されている。なお、例えば、反射波電力演算回路１５が不要な場合、反射波電力演算手段２１は接続線になるが、反射波電力演算手段２１の出力を反射波電力値信号Ｖｐｒとする。
【０１０３】
また、図４乃至図６では、マイクロ波電力検出手段１４から出力される検波信号を用いて反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力しているが、ボロメータ法、熱量計法といった測定計器自体に電力を吸収させ、マイクロ波エネルギーを一度熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーを用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算する方法を用いてもよい。この方法は、後述する進行波電力演算手段２２でも同様である。
【０１０４】
また、図示していないが、反射波電力演算手段２１から出力される反射波電力値信号Ｖｐｒを外部の表示装置等で表示できるようにしてもよい。このようにすれば、負荷側インピーダンスをインピーダンス可変位置を変化させて調整するときに、反射波電力値を確認しながら調整することができる。
【０１０５】
進行波電力検出手段２２は、進行波電力ＰＦに関係する信号を用いて進行波電力値に相当する大きさを有する進行波電力値信号Ｖｐｆを演算し、この進行波電力値信号Ｖｐｆを出力するように構成されている。なお、進行波電力ＰＦに関係する信号とは、進行波電力ＰＦと相関関係のある電圧値及び電流値の大きさを有する信号であるか、電圧値又は電流値のいずれかの大きさを有する信号であるか、定在波検波ダイオード等で検波した検波信号のように進行波電力値ＰＦと相関関係のある信号である。
図４の場合、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３とマグネトロン供給電圧電流乗算回路１０とによって図７の進行波電力演算手段２２が構成されている。
【０１０６】
上記図７の進行波電力演算手段２２の代わりに、前述した図５に示すように、反射波電力演算手段２１と同様に、進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲから出力される進行波の検波信号Ｖｄｆを進行波電力演算回路１７に入力し、この進行波の検波信号Ｖｄｆから進行波電力値信号Ｖｐｆを演算して出力してもよい。
【０１０７】
出力電力設定手段２３は、出力する進行波電力ＰＦの出力電力設定値に相当する大きさを有する出力電力設定値信号Ｖｓｔを出力する。
図４の場合、出力電力設定回路１１によって出力電力設定手段２３が構成されている。
【０１０８】
出力設定値反射値加算手段２４は、出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値信号Ｖｐｒとを入力して、進行波電力ＰＦの出力電力設定値と反射波電力値とを加算した目標電力値Ｐｔｇに相当する大きさを有する目標電力値信号Ｖｔｇを出力する。図４の場合、加算回路１６によって出力設定値反射値加算手段２４が構成されている。
【０１０９】
電力制御手段２５は、目標電力値信号Ｖｔｇと進行波電力値信号Ｖｐｆとを入力して、出力する進行波電力値ＰＦが目標電力値Ｐｔｇとなるように制御するための電力制御信号Ｖｃｎを出力する。図４の場合、目標値進行波値信号差動増幅器１２と電力制御信号制御回路１３とによって電力制御手段２５が構成されている。
【０１１０】
マグネトロン供給電力出力手段２６は、電力制御信号Ｖｃｎを入力して、この電力制御信号Ｖｃｎによってマグネトロン印加電圧ＶＭを調整したマグネトロン供給電力ＰＭを出力する。
図４の場合、整流ダイオードブリッジＤＢとコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｔｓ１とスイッチング素子Ｔｓ２とコンデンサＣ２とコンデンサＣ３と高周波トランスＴｆと整流ダイオードＤ１と整流ダイオードＤ２とコンデンサＣ４とコンデンサＣ５とによってマグネトロン供給電力出力手段２６が構成されている。
【０１１１】
進行波電力出力手段２７は、マグネトロン供給電力ＰＭをマグネトロンに供給することによって、アノード電流Ｉａを通電し、この電流値に応じたマイクロ波周波数帯域の進行波電力ＰＦを出力する。図４の場合、マグネトロン６とフィラメント電源７とによって進行波電力出力手段２７が構成されている。
【０１１２】
手動整合器３、サーキュレータ２ａ、ダミーロード２ｂ等は、図４と同様であるので説明を省略する。
【０１１３】
［第２の実施例］の図８の説明
図８の機能ブロック図を参照して第２の実施例について説明する。
図８は、図５に示した第２の実施例の進行反射波入力マイクロ波電源１ｂの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
図５では、進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲを進行波電力及び反射波電力の両方が存在し得る伝搬経路に設けて、この進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲから進行波の検波信号Ｖｄｆ及び反射波の検波信号Ｖｄｒを出力するようにしている。そのために、この図８では、反射波電力演算手段２１及び進行波電力演算手段２２の入力信号が図７と異なるが、機能は図７と同様であるので説明を省略する。
【０１１４】
なお、図５の場合、進行反射波検出用方向性結合器１４ＦＲによってマイクロ波電力検出手段１４が構成されている。また、反射波電力演算回路１５によって反射波電力演算手段２１が構成されている。また、進行波電力演算回路１７によって進行波電力演算手段２２が構成されている。なお、例えば、進行波電力演算回路１７が不要な場合、進行波電力演算手段２２は接続線になるが、進行波電力演算手段２２の出力を反射波電力値信号Ｖｐｒとする。
【０１１５】
［第３の実施例］の図９の説明
図９の機能ブロック図を参照して第３の実施例について説明する。
図９は、図６に示した第３の実施例の定在波入力マイクロ波電源１ｃの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
図６では、３探針定在波検出検波器１４Ｓから出力する定在波の第１乃至第３検波信号Ｖｄ１、Ｖｄ２及びＶｄ３を進行波・反射波電力演算回路１８に入力し、進行波・反射波電力演算回路１８で進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する。
従って、この図９では、進行波・反射波電力演算手段２８から進行波電力値信号Ｖｐｆ及び反射波電力値信号Ｖｐｒを演算して出力する。ここで、進行波・反射波電力演算手段２８は実質的に反射波電力演算手段２１及び進行波電力演算手段２２を含み、反射波電力演算手段２１から反射波電力値信号Ｖｐｒを出力するとともに進行波電力演算手段２２から進行波電力値信号Ｖｐｆを出力しているので、図７及び図８と同様であり、説明を省略する。
【０１１６】
なお、図９の場合は、図６に示すように、３探針定在波検出検波器１４Ｓによってマイクロ波電力検出手段１４が構成されている。
また、進行波・反射波電力演算回路１８によって反射波電力演算手段２１及び進行波電力演算手段２２が構成されているので、この進行波・反射波電力演算回路１８は、反射波電力演算手段２１及び進行波電力演算手段２２の両方に属している。
【０１１７】
なお、図７乃至図９を参照した説明では、マイクロ波電力検出手段１４から出力する信号を用いることによって、反射波電力演算手段２１から反射波電力値信号Ｖｐｒを出力していたが、これらの機能をまとめて、反射波電力値に関係する信号を用いて反射波電力値信号Ｖｐｒを出力する手段を反射波電力値信号出力手段としてもよい。
すなわち、図７及び図８では、マイクロ波電力検出手段１４と反射波電力演算手段２１とによって反射波電力値信号出力手段が構成される。また、図９では、マイクロ波電力検出手段１４と進行波・反射波電力演算手段２８に実質的に含まれる反射波電力演算手段２１とによって反射波電力値信号出力手段が構成される。
同様に、進行波電力値に関係する信号を用いて進行波電力値信号Ｖｐｆを出力する手段を進行波電力値信号出力手段としてもよい。
すなわち、図７では、進行波電力演算手段２２とによって進行波電力値信号出力手段が構成される。また、図８では、マイクロ波電力検出手段１４と進行波電力演算手段２２とによって進行波電力値信号出力手段が構成される。また、図９では、マイクロ波電力検出手段１４と進行波・反射波電力演算手段２８に実質的に含まれる進行波電力演算手段２２によって進行波電力値信号出力手段が構成される。
【０１１８】
以上のように、本発明のマイクロ波電力供給システムは、進行波電力ＰＦの出力電力設定値に反射波電力値を加算した目標電力値Ｐｔｇと進行波電力値ＰＦとが等しくなるようにフィードバック制御を行う。すなわち、反射波電力ＰＲが発生した場合は、その電力値の分だけ出力する進行波電力値ＰＦを増加補償して、反射波電力ＰＲが発生した場合でも手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給する電力が一定値になるように制御することができる。
【０１１９】
［（本発明の）電力伝搬経路の電力値例示図］
次に、本発明のマイクロ波電力供給システムから負荷４に電力を供給したときの電力伝搬経路の進行波及び反射波の電力値の一例を図１０を参照して説明する。
図１０は、本発明のシステムで負荷４にマイクロ波電力を供給したときの電力伝搬経路の進行波及び反射波の電力値の一例を示す電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ａ）は、マイクロ波電源１から負荷４までの電力伝搬経路を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、システム稼働初期状態での電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ｃ）は、システム長時間稼働状態での電力伝搬経路の電力値例示図である。
同図は、本発明のマイクロ波電力供給システムのマイクロ波電源１から電力伝搬経路／導波管５によって負荷４にマイクロ波電力を供給したときの電源出力位置から負荷入力位置までの各位置の進行波及び反射波の電力値の一例を示す。
なお、図１０（ａ）は、図４に示したマイクロ波電力供給システムを例にとって図示しているが、図５、図６に示したマイクロ波電力供給システムの場合も同様である。また、本発明に用いる反射波入力マイクロ波電源１ａ、進行反射波入力マイクロ波電源１ｂ及び定在波入力マイクロ波電源１ｃを総称してマイクロ波電源１としている。
【０１２０】
図１０（ａ）及びこれまでの説明に示すように、マイクロ波電源１から出力された進行波電力ＰＦは、サーキュレータ２ａ、手動整合器３を経由して負荷４に供給される。また、マイクロ波電力検出手段１４は、電力伝搬経路（導波管）内を伝搬するマイクロ波周波数帯域の電力を定在波検波ダイオード等によって検波して、定在波検波ダイオード等から検波信号を出力する。また、マイクロ波電源１内にある反射波電力演算回路１５は、マイクロ波電力検出手段１４から出力される検波信号を入力し、この検波信号を用いて反射波電力値に相当する大きさを有する反射波電力値信号Ｖｐｒを演算する。そして、出力する進行波電力ＰＦが、進行波電力設定値に反射波電力値ＰＲを加算した目標電力値Ｐｔｇになるように制御している。
従って、反射波電力ＰＲが発生しても、その分だけ大きな進行波電力ＰＦを出力するので、負荷４の一部を形成する真空容器内部が汚染される等が原因となって、システム長時間稼働状態の加工プロセス時に反射波電力値がシステム稼働初期状態よりも大きくなっても、システム稼働初期状態と同等の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができる。
【０１２１】
すなわち、システム稼働初期状態後の加工プロセスでも上記インピーダンス素子の可変位置をシステム稼働初期状態から変化させないで、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に略一定値の電力を供給することができる。その結果、システム稼働初期状態後の加工プロセスで、インピーダンス可変位置を変化させないで負荷に略一定値の電力を供給することができる。なお、図１０では、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給される負荷側供給電力値はＰＬで示されている。
【０１２２】
例えば、図１０（ｂ）に示すように、システム稼働初期状態において、進行波電力ＰＦの出力電力設定値を１５００［Ｗ］とし、負荷側インピーダンスをインピーダンス可変位置を変化させて調整した結果、反射波電力値が２［Ｗ］になったとする。この場合、進行波電力値ＰＦは１５００［Ｗ］であるが、２［Ｗ］を加算した１５０２［Ｗ］を目標電力値Ｐｔｇとして、進行波電力ＰＦを出力するので、結果として、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側には、出力電力設定値と同じ１５００［Ｗ］が供給される。
【０１２３】
なお、インピーダンス可変位置を変化させることによって負荷側インピーダンスを調整するときには、反射波電力値が最小になるように負荷側インピーダンスを調整するのが好ましいが、反射波電力値が許容値の範囲内になるように負荷側インピーダンスを調整してもよい。
【０１２４】
また、反射波電力値の最小とは、０［Ｗ］だけを示すものではなく、可能な範囲内での最小ということであり、多少の誤差を含んでもよい。
また、反射波電力値の許容値の範囲内とは、作業者が設定した許容値であり、例えば、マイクロ波電源１の定格出力電力値の１％、２％、５％、１０％等の範囲を設定すればよい。
【０１２５】
そして、図１０（ｃ）に示すように、インピーダンス可変位置を維持したシステム稼働初期状態後のシステム長時間稼働状態で、反射波電力値が１００［Ｗ］まで増加したとする。この場合も、上記と同様に、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側には、出力電力設定値と同じ１５００［Ｗ］が供給される。すなわち、システム稼働初期状態と同等の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができる。
【０１２６】
なお、進行波電力値信号Ｖｐｆ、反射波電力値信号Ｖｐｒ、出力電力設定値信号Ｖｓｔ、目標電力値信号Ｖｔｇ等の信号は、他の信号に合わせて適切なレベルになるように回路定数等を設定する。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明のように、進行波電力ＰＦの出力電力設定値に反射波電力値を加算した目標電力値Ｐｔｇと進行波電力値ＰＦとが等しくなるようにフィードバック制御を行って、反射波電力ＰＲが発生した場合に、その反射波電力値ＰＲだけ出力する進行波電力値ＰＦを追加補償して、反射波電力ＰＲが発生した場合でも手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給する電力値が一定になるように制御すると、負荷４の一部を形成する真空容器内部が汚染される等が原因で、反射波電力ＰＲがシステム稼働初期状態よりも大きくなっても、システム稼働初期状態と同等の一定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができる。
【０１２８】
よって、システム稼働初期状態後の加工プロセスで、手動整合器３を再調整しないで、即ち、インピーダンス可変位置を変化させないで、手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に略一定値の電力を供給することができる。
【０１２９】
その結果、システム長時間稼働状態のように、負荷４へのマイクロ波電力の供給時間が長時間に及んだ場合でも、システム稼働初期状態に比べて、加工プロセス時間が長くならない。したがって、従来技術のように、生産効率が低下することがなく、生産管理が容易になる。
【０１３０】
さらに、システム長時間稼働状態のように、負荷４へのマイクロ波電力の供給時間が長時間に及んだ場合でも、システム稼働初期状態と同等の一定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができ、手動整合器３を調整する必要がなくなるので、従来技術に比べて調整工数を低減することができる。
【０１３１】
さらに、高価な自動整合器を用いることなく、システム稼働初期状態と同等の一定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができるので、設備投資費を抑制することができる。
【０１３２】
さらに、負荷４で数種類の被工作物を加工させる場合等で、複数の加工プロセス条件を用いるときに、それぞれの加工プロセス条件毎にインピーダンス可変位置を調整しなくても、それぞれの加工プロセスに対して、所望の電力値を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給できる。したがって、従来技術のように、生産効率が低下することがなく、生産管理が容易になる。
【０１３３】
さらに、それぞれの加工プロセス条件毎に手動整合器３を調整する必要がなくなるので、従来技術に比べて調整工数を低減させることができる。
【０１３４】
さらに、この場合も、高価な自動整合器を用いることなく、それぞれの加工プロセスに対して、所望の電力値を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給できるので、設備投資費を抑制することができる。
【０１３５】
また、例えば、１回の加工プロセス内のように短時間内で反射波電力値に変動が生じる場合でも、一定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができるので、手動整合器３を調整する必要がなくなり、従来技術に比べて調整工数を低減させることができる。
【０１３６】
さらに、この場合も、高価な自動整合器を用いることなく、一定値の電力を手動整合器３の入力端３ａよりも負荷側に供給することができるので、設備投資費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のマイクロ波電力供給システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、マグネトロン印加電圧ＶＭとアノード電流Ｉａとの関係を示す図である。
【図３】図３は、従来技術のシステムで負荷４にマイクロ波電力を供給したときの電力伝搬経路の進行波及び反射波の電力値の一例を示す電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ａ）は、マイクロ波電源１から負荷４までの電力伝搬経路を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、システム稼働初期状態での電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ｃ）は、システム長時間稼働状態での電力伝搬経路の電力値例示図である。
【図４】５は、マイクロ波電源１が反射波入力マイクロ波電源１ａである第１の実施例の電気回路図である。
【図５】図５は、マイクロ波電源１が進行反射波入力マイクロ波電源１ｂである第２の実施例の電気回路図である。
【図６】図６は、マイクロ波電源１が定在波入力マイクロ波電源１ｃである第３の実施例の電気回路図である。
【図７】図７は、図４に示した第１の実施例の反射波入力マイクロ波電源１ａの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
【図８】図８は、図５に示した第２の実施例の進行反射波入力マイクロ波電源１ｂの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
【図９】図９は、図６に示した第３の実施例の定在波入力マイクロ波電源１ｃの電気回路図を機能的なブロックにして表したマイクロ波電力供給システムの機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明のシステムで負荷４にマイクロ波電力を供給したときの電力伝搬経路の進行波及び反射波の電力値の一例を示す電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ａ）は、マイクロ波電源１から負荷４までの電力伝搬経路を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、システム稼働初期状態での電力伝搬経路の電力値例示図であり、同図（ｃ）は、システム長時間稼働状態での電力伝搬経路の電力値例示図である。
【符号の説明】
１　　　　マイクロ波電源
１ａ　　（反射波入力）マイクロ波電源
１ｂ　　（進行反射波入力）マイクロ波電源
１ｃ　　（定在波入力）マイクロ波電源
２Ａ　　　アイソレータ
２Ｂ　　　（検波器結合）アイソレータ
２ａ　　サーキュレータ
２ｂ　　ダミーロード
２ｃ　　サーキュレータとダミーロードとの間の電力伝搬経路／サーキュレータダミー間導波管
３　　　　手動整合器
４　　　　負荷
５　　　　電力伝搬経路／導波管
５ａｂ　　電力伝搬経路／電源整合器間の電力伝搬経路／電源整合器間の導波管
５ａ　　　電力伝搬経路／電源サーキュレータ間導波管
５ｂ　　　電力伝搬経路／サーキュレータ整合器間導波管
５ｃ　　　電力伝搬経路／整合器負荷間導波管
６　　　　マグネトロン
７　　　　フィラメント電源
８　　　　アノード電源
８ａ　　（反射波入力）アノード電源
８ｂ　　（進行反射波入力）アノード電源
８ｃ　　（定在波入力）アノード電源
９　　　　商用電源
１０　　　マグネトロン供給電圧電流乗算回路
１１　　　出力電力設定回路
１２　　　目標値進行波値信号差動増幅器
１３　　　電力制御信号制御回路
１４　　　マイクロ波電力検出手段
１４Ｆ　　進行波検出用方向性結合器
１４Ｒ　　反射波検出用方向性結合器
１４ＦＲ　進行反射波検出用方向性結合器
１４Ｓ　　定在波検出検波器
１５　　　反射波電力演算回路
１６　　　加算回路
１７　　　進行波電力演算回路
１８　　　進行波・反射波電力演算回路
２１　　　反射波電力演算手段
２２　　　進行波電力演算手段
２３　　　出力電力設定手段
２４　　　出力設定値反射値加算手段
２５　　　電力制御手段
２６　　　マグネトロン供給電力出力手段
２７　　　進行波電力出力手段
２８　　　進行波・反射波電力演算手段
Ｉａ　　　アノード電流／アノード電流値
ＰＦ　　　進行波電力／進行波電力値
ＰＬ　　　負荷側供給電力／負荷側供給電力値
ＰＭ　　　マグネトロン供給電力／マグネトロン供給電力値（マグネトロン印加電圧ＶＭとアノード電流Ｉａとの積）
ＰＲ　　　反射波電力／反射波電力値
Ｐｔｇ　　目標電力値
Ｖｃｎ　　電力制御信号
Ｖｄ　　　定在波の検波信号
Ｖｄａ　　出力電力増幅信号
Ｖｄｆ　　進行波の検波信号
Ｖｄｒ　　反射波の検波信号
Ｖｄ１　　定在波の第１検波信号
Ｖｄ２　　定在波の第２検波信号
Ｖｄ３　　定在波の第３検波信号
ＶＭ　　　マグネトロン印加電圧
Ｖｉａ　　アノード電流値信号
Ｖｐｆ　　進行波電力値信号
Ｖｐｍ　　マグネトロン供給電力値信号
Ｖｐｒ　　反射波電力値信号
Ｖｓｔ　　出力電力設定値信号
Ｖｔｇ　　目標電力値信号
Ｖｖｍ　　マグネトロン印加電圧値信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave power supply system that supplies microwave power from a microwave power source to a load such as a plasma processing apparatus that performs plasma CVD or plasma etching through a power transmission path such as a waveguide.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional microwave power supply system. The conventional microwave power supply 1p is a power supply that outputs microwave power in a microwave frequency band, and supplies power to the magnetron 6 for generating microwave power and the filament of the magnetron 6 to heat the filament. A conventional anode power supply 8p (hereinafter referred to as a conventional anode power supply 8p in which the reflected wave power PR is not compensated for by the traveling wave power PF) for applying a high DC voltage between the filament power supply 7 and the anode and cathode of the magnetron 6. Power supply 8p). " The commercial power supply 9 is an AC power supply that supplies power to the conventional anode power supply 8p and the filament power supply 7.
[0003]
Since the waveguides 5a, 5b, 5c, the isolator 2A, and the manual matching unit 3, which are power transmission paths of microwave power, are coupled to the power transmission path from the conventional microwave power supply 1p to the load 4, The microwave power output from the conventional microwave power supply 1p passes through the power supply circulator waveguide 5a, the isolator 2A, the circulator matching device waveguide 5b, the manual matching device 3, and the matching device load waveguide 5c. Then, it is supplied to the load 4.
[0004]
In a load 4 such as a plasma processing apparatus, a gas for plasma generation (hereinafter, referred to as a gas for plasma generation) is introduced into a vacuum container (not shown) provided therein, and the gas for plasma generation is supplied using the supplied power. Is ionized to generate plasma. Then, a process of processing a workpiece such as a wafer or a liquid crystal substrate using the plasma (hereinafter, referred to as a processing process) is performed.
[0005]
Normally, since the impedance of the output terminal of the microwave power source and the impedance of the input terminal of the load 4 are different and are not impedance-matched, the traveling wave power PF cannot proceed as it is at the input terminal of the load 4, and A part of the wave power PF is reflected as reflected wave power PR toward the conventional microwave power source. As described above, when the reflected wave power PR is generated, the power cannot be efficiently supplied to the load. Therefore, conventionally, the manual matching device 3 is inserted between the output terminal of the microwave power supply and the input terminal of the load 4, and By adjusting the matching device, the impedance on the load side (hereinafter referred to as load-side impedance) with respect to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is adjusted, and power is efficiently supplied to the load.
The microwave power from the output end of the microwave power supply toward the load 4 is referred to as traveling wave power PF in this specification.
On the other hand, when the impedance matching in the manual matching device is not performed, a part of the traveling wave power PF at the input end 3a of the manual matching device 3 is reflected in the microwave power supply direction. This reflected microwave power is referred to as reflected wave power PR in this specification.
[0006]
The isolator 2A allows the traveling wave power PF from the magnetron 6 in the microwave power supply to the load 4 to pass therethrough, but greatly attenuates the reflected wave power PR reflected from the input end 3a of the manual matching device 3 toward the microwave power supply. A circulator 2a coupled to the magnetron 6 so as to prevent the reflected power PR from flowing back to the magnetron 6, a dummy load 2b for absorbing the reflected power PR, and a waveguide 2c between the circulator dummy. . The isolator 2A is normally used for protecting the magnetron 6 from the reflected power PR.
[0007]
The manual matching device 3 includes a variable impedance element (not shown) therein, and adjusts the above-described load-side impedance by changing a variable position of the variable impedance element (hereinafter, referred to as a variable impedance position). Normally, the manual matching device 3 is provided with a variable impedance element called a stub. The stub is manually inserted into the microwave propagation path, and the insertion position, that is, the variable position is changed to change the load side impedance. Has been adjusted. Although three stubs are often provided, other numbers may be used. The manual matching device 3 may be any device that can be adjusted by changing the load-side impedance without using the stub as described above. Of course, other than manually adjusting the variable position of the impedance variable element such as a stub, a driving device such as a motor may be used, or the motor or the like may be remotely operated to adjust the variable position of the impedance variable element. .
[0008]
Next, the conventional anode power supply 8p will be described, and a method of controlling the traveling wave power PF will be described.
Conventionally, the commercial power input to the anode power supply 8p is rectified and smoothed by the rectifier diode bridge DB and the capacitor C1, and then supplied to a half-bridge inverter including the switching elements Ts1, Ts2 and the capacitors C2, C3. The output power whose frequency is increased by the half-bridge inverter is supplied to the magnetron 6 via the high-frequency transformer Tf. Since a voltage doubler rectifying / smoothing circuit composed of rectifier diodes D1 and D2 and capacitors C4 and C5 is coupled to the secondary side of the high-frequency transformer Tf, a high DC voltage is applied between the anode and cathode of the magnetron 6. Then, a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6, and the microwave power is output from the magnetron 6.
[0009]
Further, since the magnetron applied voltage VM between the anode and the cathode of the magnetron 6 is divided by the resistors R2 and R3, the magnetron applied voltage signal Vvm between the connection point of the resistors R2 and R3 and the ground is It is proportional to the applied voltage value of the magnetron. Since the resistors R2 and R3 are resistors for detecting a voltage, it is desirable to set the resistors R2 and R3 to a large resistance value.
[0010]
The resistor R1 is inserted to detect the anode current Ia flowing through the anode of the magnetron 6, and is proportional to the current value of the anode current Ia flowing through the resistor R1. The anode current value signal Via, which is a potential difference with the ground), changes. Since the anode current Ia corresponds to the current flowing between the anode and the cathode of the magnetron 6, the value of the current flowing between the anode and the cathode of the magnetron 6 can be determined by detecting the anode current value signal Via.
[0011]
When the magnetron applied voltage VM is multiplied by the anode current Ia, the magnetron supply power PM supplied to the magnetron 6 is obtained.
[0012]
The magnetron supply voltage / current multiplication circuit 10 receives the magnetron application voltage value signal Vvm and the anode current value signal Via, multiplies them, and outputs a magnetron supply power value signal Vpm having a magnitude corresponding to the magnetron supply power value. I do.
[0013]
In general, the magnetron 6 has an output efficiency of microwave power represented by (microwave output power value = traveling wave power value PF) / (magnetron supply power value) of about 60 to 70%. Therefore, if the output efficiency is constant, the magnetron supply power value PM and the traveling wave power value PF output from the magnetron 6 are in a proportional relationship. Therefore, the traveling wave power value PF can be calculated from the magnetron supply power value signal Vpm. That is, the magnetron supply power value signal Vpm can be treated as a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF.
Therefore, in the following description, for convenience, the output of the magnetron supply voltage / current multiplication circuit 10 will be described as the traveling wave power value signal Vpf.
[0014]
Here, the current-voltage characteristics of the magnetron 6 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the magnetron applied voltage VM and the anode current Ia. As shown in FIG. 2, when the magnetron application voltage VM is applied between the anode and the cathode of the magnetron 6 to supply power to the magnetron 6, the anode current is not changed until the magnetron application voltage VM exceeds a certain value. Almost no current flows, but when the magnetron applied voltage VM exceeds a certain value, a large anode current flows. At this time, the magnetron 6 has a characteristic that the change in the magnetron applied voltage VM is small even if the anode current largely changes.
[0015]
The overall level of the magnetron applied voltage VM fluctuates under the influence of the temperature of the magnetron 6 itself, but the above-described current-voltage characteristics do not change. Further, since the change in the magnetron applied voltage VM is small, the anode current value Ia and the traveling wave power value PF output from the magnetron 6 are in a substantially proportional relationship. Therefore, the anode current value signal Via can be treated as a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF. In this case, the magnetron supply voltage / current multiplying circuit 10 is unnecessary, and the anode current value signal Via may be input as a traveling wave power value signal Vpf to a target value traveling wave value signal differential amplifier 12p described later.
[0016]
In any case, since the magnetron 6 has the characteristics shown in FIG. 2, the microwave corresponding to the anode current corresponding to the current flowing between the anode and the cathode of the magnetron 6 Traveling wave power PF in the frequency band is output from magnetron 6.
[0017]
Description will be made again with reference to FIG. The output power setting circuit 11 is a circuit that determines a set value of the traveling wave power PF output from the conventional microwave power supply 1p, and has an output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF. Vst is output.
[0018]
The target value traveling wave value signal differential amplifier 12p receives the output power set value signal Vst and the traveling wave power value signal Vpf, and outputs an output power amplification signal Vdap according to the difference. That is, the deviation of the traveling wave power value signal Vpf from the output power set value signal Vst, which is the reference value, is amplified and output.
[0019]
The power control signal control circuit 13p receives the output power amplification signal Vdap of the target value traveling wave value signal differential amplifier 12p, and sets the switching element so that the output power set value signal Vst and the traveling wave power value signal Vpf become equal. It outputs power control signals Vcn1p and Vcn2p for controlling the duty cycle (duty ratio) of the ON time and the OFF time of Ts1 and Ts2. As a result, the power supply value of the magnetron increases and decreases, so that the power value PF of the traveling wave can be controlled.
That is, when the output power set value signal Vst> the traveling wave power value signal Vpf, the traveling wave power value PF is smaller than the output power set value, so that the ratio of the ON time of the switching elements Ts1 and Ts2 is increased and the traveling wave Power control signals Vcnp1 and Vcnp2 for increasing power value PF are output.
Conversely, when the output power set value signal Vst <the traveling wave power value signal Vpf, the traveling wave power value PF is larger than the output power set value, and thus the ratio of the ON time of the switching elements Ts1 and Ts2 is reduced to proceed. Power control signals Vcnp1 and Vcnp2 are output such that wave power value PF becomes small.
[0020]
As described above, the conventional microwave power supply system performs the feedback control so that the output power set value and the traveling wave power value PF become equal.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
(1) The problem that the system deteriorates due to long-time operation of the system
FIG. 3 is an example of the power value of the power propagation path showing an example of the power value of the traveling wave and the reflected wave of the power propagation path when the microwave power is supplied to the load 4 in the system of the related art. FIG. 2A is a block diagram illustrating a power propagation path from the microwave power supply 1 to the load 4, and FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a power value of the power propagation path in an initial state of system operation. FIG. 3C is a diagram illustrating an example of a power value of a power propagation path in a system long-time operation state.
[0022]
As shown in FIG. 3A, the traveling wave power PF output from the conventional microwave power supply 1p is supplied to the load 4 via the circulator 2a, the manual matching device 3, and the like.
By the way, since the impedance is hardly fluctuated between the conventional microwave power supply 1p and the manual matching device 3, the reflected wave power PR is not generated. However, the impedance on the microwave power supply side and the load side impedance with respect to the input terminal 3a of the manual matching device 3 are usually different from each other, and the impedance matching is not performed. Therefore, the traveling wave power PF cannot proceed as it is at the input end 3a of the manual matching device 3, and a part of the traveling wave power PF is reflected toward the microwave power supply as the reflected wave power PR.
As described above, when the reflected wave power PR is generated, the power cannot be efficiently supplied to the load. Therefore, as shown in FIG. 3B, in the initial state of the system operation, the impedance is changed so that the reflected wave power value is minimized. The position is changed to adjust the load-side impedance so that power is efficiently supplied to the load. At this time, it is desirable that the reflected wave power value be close to 0 [W] or 0 [W] as much as possible, but the reflected wave power value may be adjusted to an allowable range.
[0023]
However, when the system is operated for a long period of time in which microwave power is supplied to the load 4 for a long time to perform process processing, depending on processing conditions such as the type of plasma generating gas, pressure, power, and use time, the load 4 may be changed. The inside of the vacuum vessel forming part is contaminated. For example, the shape of the surface inside the vacuum vessel such as a ceramic part or an aluminum part used near the plasma generation changes. As a result, in the system long-time operation state, the impedance of the load 4 including the inside of the vacuum vessel and the like differs from the system operation initial state.
[0024]
Therefore, even in the system long-time operation state, if the impedance variable position in the system operation initial state shown in FIG. 3B is maintained, as in the system long-time operation state shown in FIG. Also, a large reflected wave power PR is generated. Since the load-side supply power value PL supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3 is a power value obtained by subtracting the reflected wave power value PR from the traveling wave power value PF, the load-side supply power value PL Is smaller than the initial state of system operation.
[0025]
For example, in the initial state of the system operation, the output power set value of the traveling wave power PF is set to 1500 [W], and as a result of adjusting the load side impedance by the manual matching device 3, the reflected wave power value PR becomes 2 [W]. I do. In this case, as shown in FIG. 3B, the traveling wave power value PF is 1500 [W], but the loss of the reflected wave power value PR is 2 [W], so the load-side supply power value PL ( 1500-2 =) 1498 [W] is supplied to the load side from the input terminal 3a. Of course, if the reflected wave power value can be set to 0 [W], 1500 [W] is supplied to the load side from the input terminal 3a.
[0026]
On the other hand, it is assumed that the reflected wave power value increases to 100 [W] when the variable impedance position in the initial system operation state is maintained even in the system long-time operation state. In this case, as shown in FIG. 3C, the traveling wave power value PF is 1500 [W], but a loss of the reflected wave power value PR occurs at 100 [W]. It decreases from 1500 [W] to 1400 [W]. That is, the load-side supply power value PL in the system long-time operation state is reduced by 98 [W] as compared with the system operation initial state, and the load-side supply power PL decreases per unit time. Since it is longer than the initial operation state, there is a problem that not only the production efficiency is reduced but also the labor of production management including quality control is increased.
[0027]
In order to avoid this decrease in production efficiency, it is conceivable that an operator monitors the power supply sequentially and adjusts the manual matching device 3 so that the reflected wave power value PR is minimized. There is a problem that the labor cost and finally the cost of the processing process product increase.
[0028]
Further, a method of always adjusting the reflected wave power value to the minimum by using an automatic matching device instead of the manual matching device 3 and trying to keep the load-side supplied power value PL constant may be considered. However, the automatic matching device having a high tracking performance is very expensive as compared with the manual matching device 3, so that there is a problem that the cost of the microwave power supply system increases.
[0029]
(2) The problem that the optimum value of the variable impedance position differs for each of a plurality of machining process conditions
When a plurality of different machining process conditions are used for a plurality of types of workpieces having different machining processes, the optimum value of the variable impedance position differs depending on the respective machining process conditions. Therefore, when the processing process conditions are different from the processing process conditions in which the variable impedance position is adjusted in the initial state of the system operation, the reflected wave power PR having a different magnitude is generated. As a result, the load-side supply power PL per unit time is reduced as compared with the case where the impedance variable position is adjusted to the optimum value for each processing condition. When the load-side supply power PL decreases, the processing process time increases as in the case of the deterioration due to the long-time operation of the system described above, which not only decreases the production efficiency but also increases the labor of the production pipe including quality control. There was a problem of doing.
[0030]
In order to avoid the decrease in the production efficiency, the method of adjusting the position to be the optimum impedance variable position for each processing process condition requires the same labor cost as in the case of the deterioration due to the long-time operation of the system described above. There was a problem.
[0031]
Further, as another method for avoiding the above-described problem, the output power set value of the traveling wave power PF is adjusted for each processing process condition so that the reflected wave power value PR increases and the load side supply power value PL increases. A method is also conceivable in which the traveling-wave power value PF is increased and compensated by an amount corresponding to the decrease in the load-side supply power value PL to a substantially constant value. However, even with such a method, there is a problem that the number of adjustment steps increases.
[0032]
Also in such a case, the method using the automatic matching device instead of the manual matching device 3 has a problem that the cost of the microwave power supply system increases as in the case of the deterioration due to the long-time operation of the system described above. there were.
[0033]
(3) The problem that the processing conditions fluctuate within a short time and the reflected power changes.
Even in a single processing process, the reflected wave power is changed in a single processing process even though the processing conditions such as the type of plasma generating gas, pressure, and power are not changed and the impedance variable position is not changed. Values may change. For example,
{Circle around (1)} Since the reflected wave power value gradually changes before the processing condition reaches a certain value at the start of the processing process, the reflected wave power value is large at the start of power supply to the load 4 and thereafter decreases and becomes stable. When it takes several seconds to several minutes to complete.
{Circle around (2)} In the case where the reflected wave power value is repeatedly increased and decreased under the influence of external conditions.
{Circle over (3)} When the processing conditions gradually change and the reflected wave power value gradually increases.
This is the case.
[0034]
Also in the above case, while the reflected wave power value is larger than the reflected wave power value adjusted in the initial state of the system operation, the load-side supply power PL decreases, so that the processing process time is longer than in the initial state of the system operation. turn into. In this case, there is a problem that not only the production efficiency is reduced but also the labor for production management is increased.
[0035]
In order to avoid this problem, there is a problem that the labor cost increases as in the case of the deterioration due to the long-time operation of the system described above.
[0036]
Also in such a case, the method of using the automatic matching device instead of the manual matching device 3 has a problem that the cost of the microwave power supply system increases as in the case of the deterioration due to the long-time operation of the system described above. Was.
[0037]
As described above, the method of controlling the traveling wave power PF by the method of the related art has various problems as described above.
Therefore, in the present invention, first, despite the use of the manual matching device 3, the first problem is that the system is degraded due to the long-time operation of the system, and the second is that the optimum value of the impedance variable position differs for each of a plurality of machining process conditions. In order to solve the problem, and thirdly, in order to solve the problem that the processing conditions fluctuate within a short time and the reflected wave power changes, the reflected wave power value PR increases and the load-side supplied power value PL decreases by a considerable amount. By increasing the traveling-wave power value PF to make the load-side supply power value PL substantially constant, the input of the manual matching device 3 can be performed without increasing the machining process time and without increasing the number of adjustment steps. It is an object of the present invention to provide a microwave power supply system and a traveling wave power control method for the microwave power supply system by transmitting a substantially constant value of load side supply power to the load side from the end 3a. .
[0038]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the output terminal to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a traveling wave power control method for a microwave power supply system for supplying microwave power by coupling the end to the load 4 with a power propagation path of a matching device load-to-load waveguide 5c,
The manual matching device 3 is a matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the impedance element. Without changing the variable position from the initial state of the system operation, the microwave power is detected in the output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF and the power propagation path 5ab between the power matching devices. And a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR reflected in the direction of the microwave power source calculated using the detection signal obtained as described above, and according to the added signal, A magnetron supply power PM for changing the anode current Ia is supplied to the magnetron so that the microwave A traveling wave power control method of the microwave power supply system for outputting a forward power PF from the output terminal of the source 1.
[0039]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the output terminal to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a traveling wave power control method for a microwave power supply system for supplying microwave power by coupling the end to the load 4 with a power propagation path of a matching device load-to-load waveguide 5c,
The manual matching device 3 is a matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the impedance element. The variable position is not changed from the system operation initial state, and corresponds to a reflected wave power value PR reflected in the microwave power supply direction using a detection signal obtained by detecting microwave power in the power propagation path 5ab between the power supply matching devices. A reflected wave power value signal Vpr having a magnitude of
A target power value signal Vtg having a magnitude corresponding to a target power value Ptg obtained by adding the output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF and the reflected wave power value signal Vpr. , And
The magnetron supply power PM is controlled from the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF such that the output value of the traveling wave power PF becomes the target power value Ptg. A traveling wave power control method for a microwave power supply system that supplies the magnetron supply power PM to the magnetron and outputs traveling wave power PF from the output end of the microwave power supply 1.
[0040]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the output terminal to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a traveling wave power control method for a microwave power supply system for supplying microwave power by coupling the end to the load 4 with a power propagation path of a matching device load-to-load waveguide 5c,
A process in which a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6 and the traveling wave power PF in the microwave frequency band corresponding to the current is output from the output end of the microwave power supply 1 to the power propagation path 5ab between the power supply matching devices. Wave power output process,
A microwave power detection step of detecting microwave power and outputting a detection signal on a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path 5ab between power supply matching devices;
A reflected wave power calculating step of calculating a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR reflected in the microwave power supply direction using the detection signal;
A target power value signal Vtg having a magnitude corresponding to a target power value Ptg obtained by adding the output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF and the reflected wave power value signal Vpr. An addition process of outputting
The magnetron supply power PM is controlled from the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF such that the output value of the traveling wave power PF becomes the target power value Ptg. A magnetron supply power output process, wherein the manual matching device 3 adjusts a load-side impedance closer to the load than the input terminal 3a by changing a variable position of the impedance element,
Even in the processing process after the initial state of system operation, the variable position of the impedance element is not changed from the initial state of system operation, the magnetron supply power PM is supplied to the magnetron, and the traveling wave power PF is output from the output terminal of the microwave power supply 1. 4 is a traveling wave power control method of a microwave power supply system for outputting.
[0041]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the output terminal to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a microwave power supply system that supplies microwave power by coupling the end to the load 4 with the power propagation path of the matching device load-to-load waveguide 5c,
A process in which a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6 and the traveling wave power PF in the microwave frequency band corresponding to the current is output from the output end of the microwave power supply 1 to the power propagation path 5ab between the power supply matching devices. Wave power output means 27;
Microwave power detection means 14 for detecting microwave power and outputting a detection signal in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path 5ab between power supply matching devices;
Traveling wave power calculation means 22 for outputting a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF;
A reflected wave power calculating means 21 for calculating and outputting a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR reflected in the microwave power supply direction using the detection signal;
Output power setting means 23 for outputting an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF;
The output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are inputted, and the output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are added to the target power value Ptg. Output set value reflection value adding means 24 for outputting the target power value signal Vtg;
Power control means for receiving the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf and outputting a power control signal Vcn for controlling the output traveling wave power value PF to be the target power value Ptg 25,
Magnetron supply power output means 26 for outputting magnetron supply power PM whose power value is increased or decreased based on the power control signal Vcn,
The manual matching device 3 is a matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the impedance element. The microwave power supply system supplies the magnetron supply power PM to the magnetron without changing the variable position from the initial state of the system operation, and outputs the traveling wave power PF from the output end of the microwave power supply 1.
[0042]
In the invention of the fifth embodiment, as shown in FIGS. 4 to 10 of the first to third embodiments, two power transmission paths 5ab between the power matching devices according to the first, second, or third embodiment are provided. Divided, a circulator 2a for blocking the reflected wave power PR reflected from the load 4 in the direction of the microwave power supply 1 is coupled between the inter-power-circulator waveguide 5a and the inter-circulator-matching waveguide 5b. This is a traveling wave power control method for a microwave power supply system in which a dummy load 2b for absorbing the reflected wave power PR blocked by the circulator 2a is coupled.
[0043]
As shown in FIGS. 4 to 10 of the first to third embodiments, the invention of the sixth embodiment divides the power transmission path 5ab between the power matching devices according to the fourth embodiment into two parts, and A circulator 2a for blocking the reflected wave power PR reflected from the load 4 in the direction of the microwave power supply 1 is coupled between the waveguide 5a and the waveguide 5b between the circulator matching device, and the reflected wave power blocked by the circulator 2a. This is a microwave power supply system to which a dummy load 2b for absorbing PR is connected.
[0044]
As shown in FIGS. 4 to 9 of the first to third embodiments, the invention of the first modification
In the microwave power detection process according to the third embodiment, the microwave power is detected in the microwave power detection path, and the detection signal Vdr of the reflected wave or the first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of the standing wave are detected. 4 is a traveling wave power control method of a microwave power supply system for outputting.
[0045]
As shown in FIGS. 4 to 9 of the first to third embodiments, the invention of the modification 2
The microwave power detection means 14 according to the fourth embodiment detects the microwave power in the microwave power detection path formed in a part of the power propagation path 5ab between the power supply matching devices, and detects the detection signal Vdr of the reflected wave or the standing wave. This is a microwave power supply system that is microwave power detection means 14 that outputs first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of waves.
[0046]
As shown in FIG. 4 and FIG. 7 or FIG. 10 of the first embodiment, the microwave power detection path according to the third embodiment connects the circulator 2a to the dummy load 2b. The power propagation path of the inter-circulator dummy waveguide 2c is divided into two, and the other end of the waveguide 2c1 having one end coupled to the circulator 2a and the other end of the waveguide 2c2 having one end coupled to the dummy load 2b. And a microwave power supply system for detecting microwave power in the microwave power detection path and outputting a reflected wave detection signal Vdr or a standing wave detection signal Vd. is there.
[0047]
As shown in FIG. 4 and FIG. 7 or FIG. 10 of the first embodiment, the microwave power detecting means 14 according to the fourth embodiment couples the circulator 2a to the dummy load 2b with each other. The power propagation path of the inter-circulator-dummy waveguide 2c is divided into two, and the other end of the waveguide 2c1 having one end coupled to the circulator 2a and the other end of the waveguide 2c2 having one end coupled to the dummy load 2b. The microwave power supply system is coupled between the power supply end and a microwave power detection unit 14 for detecting microwave power by the microwave power detection means 14 and outputting a reflected wave detection signal Vdr or a standing wave detection signal Vd.
[0048]
The invention of the fifth modification is, as shown in FIGS.
The microwave power detection path according to the third embodiment divides the power propagation path of the inter-circulator-matching waveguide 5b into two parts, and the other end and one end of the waveguide 5b1 having one end coupled to the circulator 2a are manually operated. It is coupled between the other end of the waveguide 5b2 coupled to the matching unit 3 and detects microwave power in the microwave power detection path to detect a reflected wave detection signal Vdr or a first to fourth standing wave. This is a traveling wave power control method for a microwave power supply system that outputs three detection signals Vd1, Vd2, and Vd3.
[0049]
The invention of the sixth modification is, as shown in FIGS.
The microwave power detection means 14 according to the fourth embodiment divides the power propagation path of the inter-circulator matching device waveguide 5b into two, and connects the other end and one end of the waveguide 5b1 having one end coupled to the circulator 2a. The microwave power detecting means 14 detects the micro wave power and is connected between the other end of the waveguide 5b2 and the other end of the waveguide 5b2 which is connected to the manual matching unit 3 to detect the reflected wave detection signal Vdr or the first standing wave. To the third detection signal Vd1, Vd2, and Vd3.
[0050]
The invention of the modification 7 is, as shown in FIGS.
The microwave power detection path according to the third embodiment is a standing wave detection detector 14S provided in a part of the power propagation path, and the microwave power is detected by the standing wave detection detector 14S to determine the power. This is a traveling wave power control method for a microwave power supply system that outputs first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of standing waves.
[0051]
The invention of the eighth modification is, as shown in FIGS.
The microwave power detection means 14 according to the fourth embodiment is a standing wave detection detector 14S provided in a part of a power propagation path, and detects microwave power by the standing wave detection detector 14S. This is a microwave power supply system that outputs first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of standing waves.
[0052]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, the invention of the modification 9
The traveling wave power control method for a microwave power supply system according to the third embodiment, in which a part of the magnetron supply power PM is input to calculate a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF. is there.
[0053]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment,
The traveling-wave power calculating means 22 according to the fourth embodiment inputs a part of the magnetron supply power PM output from the magnetron supply power output means 26 to the traveling-wave power output means 27 and has a magnitude corresponding to the traveling-wave power value PF. A microwave power supply system that calculates and outputs a traveling wave power value signal Vpf having a high power.
[0054]
The invention of the eleventh modification is, as shown in FIGS.
In the microwave power detection path, microwave power is detected to output a detection signal Vdf of a traveling wave, and a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF is calculated using the detection signal. 13 is a traveling wave power control method for the microwave power supply system according to the third embodiment.
[0055]
The invention of the twelfth modification is, as shown in FIGS. 5 and 8 of the second embodiment,
The traveling-wave power calculating unit 22 according to the fourth embodiment uses the traveling-wave detection signal Vdf output from the microwave power detecting unit 14 to generate a traveling-wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling-wave power value PF. Is a microwave power supply system that computes and outputs.
[0056]
The invention of the thirteenth modification is, as shown in FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
In the microwave power detection path, microwave power is detected to output first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of standing waves, and the magnitude corresponding to the traveling wave power value PF is determined using the detection signal. A traveling wave power control method for a microwave power supply system according to a third embodiment, wherein the traveling wave power value signal Vpf having the same is calculated and output.
[0057]
As shown in FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
The traveling-wave power calculating means 22 according to the fourth embodiment corresponds to the traveling-wave power value PF using the first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of the standing wave output from the microwave power detecting means 14. This is a microwave power supply system that calculates and outputs a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude.
[0058]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 and FIG. 10 of the third embodiment,
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path. In a traveling wave power control method of a microwave power supply system for supplying microwave power by coupling
An output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF so that a predetermined value of power is supplied to the load side of the input terminal 3a of the manual matching device 3 in the initial state of system operation. A system operation initial state adjusting step of adjusting and adjusting the load side impedance on the load side of the input terminal 3a of the manual matching unit 3 by changing the variable position of the impedance element in the manual matching unit;
When the variable position of the impedance element in the manual matching device is maintained at the same position as in the process of adjusting the initial state of system operation and power is supplied to the load side from the input terminal 3a of the manual matching device 3, the microwave power supply direction And a signal value obtained by adding the output power set value signal Vst of the traveling wave power PF to the reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR, and a magnitude corresponding to the traveling wave power value. By controlling the traveling wave power value to be output so that the traveling wave power value signal Vpf becomes equal, even in the machining process after the system operation initial state, the power of the predetermined value substantially equal to the system system operation initial state is supplied to the manual operation. The traveling wave power of the microwave power supply system comprising the processing process after the initial state adjustment of the system operation, which is supplied to the load side from the input end 3a of the matching unit 3 It is a control method.
[0059]
The invention of Embodiment 8 is as follows:
When adjusting the load-side impedance by changing the variable position of the impedance element in the manual matching device in the process of adjusting the initial state of the system operation, the load-side impedance is adjusted so that the reflected wave power value falls within an allowable value range. A traveling wave power control method for a microwave power supply system according to embodiment 7, wherein
[0060]
The invention of Embodiment 9 is as follows:
When adjusting the load side impedance by changing the variable position of the impedance element in the manual matching device in the process of adjusting the initial state of the system operation, the load side impedance is adjusted so that the reflected wave power value is minimized. It is a traveling wave power control method of the microwave power supply system according to aspect 7.
[0061]
The invention of the modification 15
4 and FIG. 7 is a combination of the basic configuration of the fourth embodiment of the first embodiment and the concrete configurations of the fifth embodiment, the second modification, the fourth modification, and the tenth embodiment.
The output terminal of the microwave power supply 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band from the output terminal to the input terminal 3a of the manual matching device 3 is coupled to the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a microwave power supply system that supplies microwave power by coupling the end to the load 4 with the power propagation path of the matching device load-to-load waveguide 5c,
A process in which a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6 and the traveling wave power PF in the microwave frequency band corresponding to the current is output from the output end of the microwave power supply 1 to the power propagation path 5ab between the power supply matching devices. Wave power output means 27
Traveling wave power calculation means 22 for outputting a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF;
Microwave power detection means 14 for detecting microwave power and outputting a detection signal in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path 5ab between power supply matching devices;
A reflected wave power calculating means 21 for calculating and outputting a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR reflected in the microwave power supply direction using the detection signal;
Output power setting means 23 for outputting an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF;
The output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are inputted, and the output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are added to the target power value Ptg. Output set value reflection value adding means 24 for outputting the target power value signal Vtg;
Power control means for receiving the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf and outputting a power control signal Vcn for controlling the output traveling wave power value PF to be the target power value Ptg 25,
Magnetron supply power output means 26 for outputting magnetron supply power PM whose power value is increased or decreased based on the power control signal Vcn,
The power propagation path 5ab between the power supply matching devices is divided into two, and the reflected wave power reflected from the load 4 in the direction of the microwave power supply 1 between the power supply circulator waveguide 5a and the circulator matching device waveguide 5b. A circulator 2a for blocking the PR, a dummy load 2b for absorbing the reflected wave power PR blocked by the circulator 2a, and
The microwave power detection means 14 divides the power propagation path of the circulator-dummy waveguide 2c connecting the circulator 2a to the dummy load 2b into two, and the waveguide 2c1 having one end connected to the circulator 2a. Is connected between the other end of the waveguide 2c2 and the other end of the waveguide 2c2 coupled to the dummy load 2b. The microwave power is detected by the microwave power detection means 14 to detect the reflected wave detection signal Vdr or constant. Output the detection signal Vd of the standing wave,
The manual matching device 3 is a matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the impedance element. Do not change the variable position from the initial state of system operation,
The microwave power supply system supplies the magnetron supply power PM to the magnetron and outputs the traveling wave power PF from the output end of the microwave power supply 1.
[0062]
As shown in FIGS. 4 and 7 of the first embodiment, FIGS. 5 and 8 of the second embodiment, or FIGS. 6 and 9 of the third embodiment,
In a microwave power supply system in which a manual matching device is inserted into a power propagation path between a microwave power supply that outputs a traveling wave power in a microwave frequency band and a load,
Traveling wave power value signal output means for outputting a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value;
Reflected wave power value signal output means for outputting a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value reflected from the load side from the input end 3a of the manual matching device 3;
Output power setting means 23 for outputting an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF;
A target power having a magnitude corresponding to a target power value obtained by adding the output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr and adding the output power set value of the traveling wave power PF and the reflected wave power value. Adding means 24 for outputting a value signal Vtg;
Power control means 25 which receives the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf, and outputs a power control signal Vcn for controlling the output traveling wave power value to be the target power value;
Magnetron supply power output means 26 for outputting magnetron supply power PM whose power value is increased or decreased based on the power control signal Vcn;
By supplying the magnetron supply power PM to the magnetron, a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6 and a traveling wave power output means 27 for outputting a traveling wave power PF in a microwave frequency band corresponding to the current. When,
A manual matching device 3 for adjusting the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the internal impedance element;
Even in the machining process after the initial state of the system operation, the variable position of the impedance element is not changed from the initial state of the system operation, and the same power as that in the initial state of the system operation is supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3. Wave power supply system.
[0063]
The invention of Embodiment 11 is shown in FIGS. 4 to 10 of the first to third embodiments.
A dummy load 2b for absorbing the reflected power PR;
The circulator 2a according to the tenth embodiment, further comprising: a circulator 2a inserted between the traveling wave power output means 27 and the manual matching device 3 to send the reflected wave power PR to the dummy load 2b without returning the reflected wave power PR to the magnetron 6 side. It is a microwave power supply system.
[0064]
As shown in FIGS. 4, 5 and 6, the invention of Embodiment 12
The reflected wave power value signal output means detects the microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path and outputs the detection signal by using the microwave power detection means 14 and the detection signal. 11. The microwave power supply system according to claim 10, comprising reflected wave power calculation means 21 for calculating and outputting a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value.
[0065]
The invention of the thirteenth embodiment is, as shown in FIGS. 4, 5 and 6,
The reflected wave power value signal output means detects the microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path and outputs the detected signal by using the microwave power detection means 14 and the detected signal. The microwave power supply system according to the eleventh embodiment, comprising: a reflected wave power calculation unit 21 that calculates and outputs a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value.
[0066]
The invention of the fourteenth embodiment is, as shown in FIGS. 5 and 6,
The microwave power supply system according to embodiment 12, wherein the microwave power detection means 14 is disposed between the traveling wave power output means 27 and the manual matching device 3.
[0067]
The invention of the fifteenth embodiment is, as shown in FIGS.
The microwave power supply system according to embodiment 13, wherein the microwave power detection means 14 is disposed between the circulator 2a and the manual matching device 3.
[0068]
The invention of the sixteenth embodiment is, as shown in FIGS.
A microwave power supply system according to embodiment 13, wherein the microwave power detection means 14 is disposed between the circulator 2a and the dummy load 2b.
[0069]
The invention of the seventeenth embodiment is, as shown in FIGS.
The microwave power supply system according to the tenth or eleventh aspect, wherein the traveling wave power value signal output means is disposed between the magnetron supply power output means 26 and the traveling wave power output means 27.
[0070]
The invention of the eighteenth embodiment has a structure as shown in FIGS. 5, 6, 8 and 9.
The traveling wave power value signal output means detects the signal related to the traveling wave power PF from the power propagation path between the traveling wave power output means 27 and the manual matching device 3 according to the tenth embodiment or the eleventh embodiment. Microwave power supply system.
[0071]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.
The embodiment of the present invention combines the basic configuration of the fourth embodiment of the first embodiment of FIGS. 4 and 7 with the embodied configurations of the fifth embodiment, the second modification, the fourth modification, and the tenth modification. The configuration is as follows.
The embodiment of the present invention couples the output from the microwave power source 1 that outputs the traveling wave power PF in the microwave frequency band to the input end 3a of the manual matching device 3 with the power propagation path 5ab between the power matching devices. In a microwave power supply system for supplying microwave power by coupling the output from the manual matching unit 3 to the load 4 with a power propagation path of the matching unit load waveguide 5c,
A process in which a current flows between the anode and the cathode of the magnetron 6 and the traveling wave power PF in the microwave frequency band corresponding to the current is output from the output end of the microwave power supply 1 to the power propagation path 5ab between the power supply matching devices. Wave power output means 27
Traveling wave power calculation means 22 for outputting a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value PF;
Microwave power detection means 14 for detecting microwave power and outputting a detection signal in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path 5ab between power supply matching devices;
A reflected wave power calculating means 21 for calculating and outputting a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value PR reflected in the microwave power supply direction using the detection signal;
Output power setting means 23 for outputting an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF;
The output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are inputted, and the output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr are added to the target power value Ptg. Output set value reflection value adding means 24 for outputting the target power value signal Vtg;
Power control means for receiving the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf and outputting a power control signal Vcn for controlling the output traveling wave power value PF to be the target power value Ptg 25,
Magnetron supply power output means 26 for outputting magnetron supply power PM whose power value is increased or decreased based on the power control signal Vcn,
The power propagation path 5ab between the power supply matching devices is divided into two, and the reflected wave power reflected from the load 4 in the direction of the microwave power supply 1 between the power supply circulator waveguide 5a and the circulator matching device waveguide 5b. A circulator 2a for blocking the PR is connected, a dummy load 2b for absorbing the reflected wave power PR blocked by the circulator 2a is connected, and the microwave power detection means 14 connects the circulator 2a to the dummy load 2b. The power transmission path of the inter-circulator dummy waveguide 2c is divided into two, and one end of the waveguide 2c1 having one end coupled to the circulator 2a and the other end of the waveguide 2c2 having one end coupled to the dummy load 2b. It is coupled between the other end and the microwave power detecting means 14 detects the microwave power and detects the reflected wave detection signal Vdr or Outputting a detection signal Vd of the standing wave,
The manual matching device 3 is a matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from the input terminal 3a by changing the variable position of the impedance element. The microwave power supply system supplies the magnetron supply power PM to the magnetron without changing the variable position from the initial state of the system operation, and outputs the traveling wave power PF from the output end of the microwave power supply 1.
[0072]
【Example】
Description of FIG. 4 of [First Embodiment]
The first embodiment will be described with reference to an electric circuit diagram of FIG. 4 and a functional block diagram of FIG. 7 described later.
FIG. 4 is an electric circuit diagram of the first embodiment in which the microwave power supply 1 is a reflected wave input microwave power supply 1a. Note that components having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0073]
The reflected wave input microwave power supply 1a is a power supply that outputs microwave power in a microwave frequency band, and supplies power to the magnetron 6 for generating microwave power and the filament of the magnetron 6 to heat the filament. A power supply 7 for applying a high direct current voltage between the anode and the cathode of the magnetron 6 is provided. The commercial power supply 9 is an AC power supply that supplies power to the anode power supply 8a and the filament power supply 7. Although FIG. 4 shows a case where the commercial power supply 9 is a three-phase AC power supply, the present invention is not limited to this, and a circuit is configured so that a single-phase AC power supply is used for the commercial power supply 9. The reflected wave input microwave power supply 1a may be used.
[0074]
A power propagation path from the reflected wave input microwave power supply 1a to the load 4 includes a power supply circulator waveguide 5a, a circulator 2a forming a part of the detector coupling isolator 2B, and a circulator, which are power transmission paths of microwave power. Since the waveguide between matching devices 5b, the waveguide between matching devices load 5c, and the manual matching device 3 are coupled, the microwave power output from the reflected-wave input microwave power source 1a receives the waveguide between the power supply circulators. 5a, the circulator 2a, the waveguide 5b between the circulator matching devices, the manual matching device 3, and the waveguide 5c between the matching device loads are supplied to the load 4.
[0075]
The detector-coupled isolator 2B allows the traveling wave power PF from the magnetron 6 toward the load 4 to pass therethrough, but does not greatly attenuate the reflected wave power PR reflected from the input end 3a of the manual matching device 3 toward the microwave power supply. A circulator 2a, which is a reversible circuit and is coupled so that the reflected wave power PR does not flow back to the magnetron 6, a dummy load 2b for absorbing the reflected wave power PR, and a circulator dummy inter-circulator waveguide 2c which is a power propagation path. Have.
[0076]
In FIG. 4, a directional coupler for reflected wave detection 14R is used as the microwave power detecting means 14, and the waveguide 2c between the circulator and dummy between the circulator 2a and the dummy load 2b constituting the detector-coupled isolator 2B. , And detects power in a microwave frequency band propagating in a power propagation path (waveguide) with a standing wave detection diode or the like, and detects a detection signal Vdr of a reflected wave from the standing wave detection diode or the like. Output.
[0077]
The directional coupler 14R for reflected wave detection used in FIG. 4 has a directional coupler as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-196903 (directional coupler indicated by reference numeral 102 in FIG. 15). When using a sexual coupler, by separating a part of the microwave into a traveling wave and a reflected wave by a directional coupler, and detecting the separated traveling wave and reflected wave using a detection diode or the like, respectively, The reflected wave detection signal Vdr is output.
This reflected wave detecting directional coupler 14R divides the power propagation path of the circulator-dummy waveguide 2c connecting the circulator 2a to the dummy load 2b into two parts, and has one end connected to the circulator 2a. The other end of the waveguide 2c1 and one end are coupled between the other end of the waveguide 2c2 coupled to the dummy load 2b.
Further, in the example of FIG. 4, only the detection signal Vdr of the reflected wave is output. However, as described later with reference to FIG. 5, in the propagation path where the traveling wave power PF exists (the waveguide 5b between the circulator matching devices). It is also possible to output the detection signal Vdr of the reflected wave and the detection signal Vdf of the traveling wave.
[0078]
Another example of the microwave power detecting means 14 is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-196903 (voltage standing wave detecting section indicated by reference numeral 31 in FIG. 1), and is described later in FIG. The following configuration can be modified using the standing wave detection detector 14S of the embodiment.
A standing wave detection detector 14S for detecting a standing wave of a microwave is connected to the waveguide 5b between the circulator matching devices. The standing wave detection detector 14S includes three standing wave detection probes, a standing wave detection diode, and the like. The three standing wave detecting probes are provided with three standing wave detecting probes which are separated from each other by a predetermined distance of the guide wavelength in the longitudinal direction of the waveguide 5b between the circulator matching devices to detect a standing wave of a microwave. I do. The standing wave detecting diodes are connected to the three standing wave detecting probes, respectively, to detect the power of the microwave propagating in the waveguide, and to detect the standing wave from each of the standing wave detecting diodes. The first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 are output.
[0079]
The above-described standing wave detection detector 14S has three standing wave detection probes connected to the inter-circulator-matching waveguide 5b in FIG. 6, which will be described later, and is connected to these standing wave detection probes. The three-probe standing wave detection detector that outputs the first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of the standing wave from the standing wave detection diode obtained is described. Instead of the three-probe standing-wave detection detector 14S, one standing-wave detection probe is coupled to the circulator-dummy waveguide 2c, and the standing-wave detection probe connected to the standing-wave detection probe is connected. The one-tip standing wave detection detector that outputs the detection signal Vdr of the reflected wave from the standing wave detection diode can be replaced with the reflected wave detection directional coupler 14R in FIG.
As shown in FIG. 6, the three-probe standing-wave detection detector is provided on a propagation path where both traveling-wave power and reflected-wave power can exist, as in the circulator-matching waveguide 5b. The first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of the standing wave are output to output the detection signal Vdf of the traveling wave and the detection signal Vdr of the reflection wave, and the traveling wave power value signal Vpf and the reflected wave power value signal are output. Calculate Vpr. On the other hand, as shown in FIG. 4, the one-probe standing-wave detection detector is provided on a propagation path in which reflected-wave power exists, such as a waveguide 2c between circulator dummies, and outputs a detection signal Vdr of a standing wave. Output and calculate the reflected wave power value signal Vpr.
[0080]
Also, FIG. 4 shows an example in which the above-described directional coupler is used as the microwave power detection means 14, so that only one output signal line is used. However, when the three-probe standing wave detection detector 14S is used as the microwave power detection means 14 as shown in FIG. 6 described later, three types of signals are output, and thus three output signal lines are required. is necessary.
The three-probe standing wave detection detector 14S is usually used when provided on a propagation path where both traveling wave power and reflected wave power can exist. It can be used only for Vdr.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-196903 is an invention relating to a method of detecting an automatic matching device, and is used as a partial modification of the configuration of the microwave power supply system and the traveling wave power control method of the present invention. be able to.
[0081]
The reflected wave power calculation circuit 15 receives the reflected wave detection signal Vdr output from the reflected wave detection directional coupler 14R and calculates a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value. And output.
For example, when the reflected wave detection directional coupler 14R is used as the microwave power detection means 14, the detection signal is detected and amplified, and then the straight line is detected in the same manner as in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-196903. The reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value may be calculated by correction or the like. In some cases, straight line correction is not necessary. In this case, since the reflected wave power calculation circuit 15 is unnecessary, the detection signal Vdr of the reflected wave output from the directional coupler for reflected wave detection 14R may be used as the reflected wave power value signal Vpr.
[0082]
Also, for example, when the microwave power detection means 14 is a three-probe standing wave detection detector 14S, similarly to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-196903, the first to the third standing wave detection means are used. After the detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 are input, the signals are A / D-converted, and a reflected-wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected-wave power value is calculated using the A / D-converted signals. What is necessary is just to output.
[0083]
Further, in the example of FIG. 4, the microwave power detection means 14 outputs only the reflected wave power value signal Vpr. However, as will be described later with reference to FIG. It is also possible to calculate the wave power value signal Vpr and output the traveling wave power value signal Vpf.
[0084]
When the one-probe standing-wave detection detector 14S is used as the microwave power detection means 14, for example, after detecting and amplifying the detection signal, linearly correcting the detection signal and outputting the reflected-wave power value signal Vpr What should I do? When the straight line correction is not required, the reflected wave power calculation circuit 15 is not necessary, and the detection signal Vdr output from the one probe standing wave detection detector 14S may be used as the reflected wave power value signal Vpr. .
[0085]
FIG. 4 shows an example in which the reflected wave power calculation circuit 15 is arranged inside the reflected wave input microwave power supply 1a. However, the present invention is not limited to this position. It may be arranged outside.
[0086]
The output power setting circuit 11 is a circuit that determines a set value of the traveling wave power PF output from the reflected wave input microwave power supply 1a and outputs an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the traveling wave power set value. I do.
[0087]
The addition circuit 16 receives the reflected wave power value signal Vpr output from the reflected power calculation circuit 15 and the output power set value signal Vst output from the output power setting circuit 11, and adds these two signals. A target power value signal Vtg having a magnitude corresponding to the target power value Ptg is output.
Here, although not shown, the target power value Ptg is a power value obtained by adding the reflected wave power value PR to the output traveling wave power value PF, and in the present invention, the target power value Ptg is set to this target power value Ptg. Is controlled. That is, when the reflected wave power PR is generated, the traveling wave power value PF output by the power value is increased and compensated.
Note that if the magnitude of the reflected wave power value PR is constant, the target power value Ptg also becomes constant. However, since the reflected wave power value PR usually fluctuates even within one processing process, the target power value Ptg is changed. Must be controlled even within a single machining process.
[0088]
The target value traveling wave value signal differential amplifier 12 receives the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf, and outputs an output power amplification signal Vda corresponding to the difference. That is, the deviation of the traveling wave power value signal Vpf from the reference target power value signal Vtg is amplified and output. Since the traveling wave power value signal Vpf has already been described, its description is omitted.
[0089]
The power control signal control circuit 13 receives the output power amplification signal Vda of the target value traveling wave value signal differential amplifier 12 and switches the switching element Ts1 so that the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf become equal. , Ts2, the power control signals Vcn1 and Vcn2 for controlling the duty cycle (duty ratio) of the ON time and the OFF time. As a result, the magnetron supply power value PM increases and decreases, so that the traveling wave power value PF can be controlled.
That is, when the target power value signal Vtg> the traveling wave power value signal Vpf, since the traveling wave power value PF is smaller than the target power value Ptg, the ratio of the ON time of the switching elements Ts1 and Ts2 is increased and the traveling wave power Output power control signals Vcn1 and Vcn2 that increase value PF. The power control signals Vcn1 and Vcn2 are collectively referred to as a power control signal Vcn.
[0090]
Conversely, when the target power value signal Vtg <the traveling wave power value signal Vpf, the traveling wave power value PF is larger than the target power value Ptg, so that the ratio of the ON time of the switching elements Ts1 and Ts2 is reduced and the traveling wave Power control signals Vcn1 and Vcn2 are output such that power value PF becomes small.
[0091]
Up to now, the microwave power supply system of the present invention has been described with reference to FIG. 4 with respect to the electric circuit diagram of the first embodiment in which the microwave power supply 1 is the reflected wave input microwave power supply 1a. It is not limited, and for example, may be as shown in FIGS.
[0092]
Description of FIG. 5 of [Second Embodiment]
The second embodiment will be described with reference to an electric circuit diagram of FIG. 5 and a functional block diagram of FIG. 8 described later.
FIG. 5 is an electric circuit diagram of a second embodiment in which the microwave power supply 1 is a traveling reflected wave input microwave power supply 1b. The aforementioned traveling wave power value signal Vpf of FIG. 4 is output from the magnetron supply voltage / current multiplication circuit 10 of the magnetron applied voltage value signal Vvm and the anode current Ia, and the reflected wave power value signal Vpr of FIG. In contrast to the output from the reflected wave power calculation circuit 15 which receives the reflected wave detection signal Vdr output from the directional coupler 14R, in FIG. 5, the traveling wave power value signal Vpf and the reflected wave power The value signal Vpr is output from the traveling wave power calculation circuit 17 and the reflected wave power calculation circuit 15 which receive the detection signal Vdf of the traveling wave and the detection signal Vdr of the reflected wave output from the directional coupler 14FR for detecting the traveling reflected wave, respectively. Has been output. Components that function in the same manner as the components described so far are denoted by the same reference numerals as those described above, and description thereof is omitted.
[0093]
In FIG. 5, unlike FIG. 4, the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR as the microwave power detection means 14 is provided in the middle of the inter-circulator matching device waveguide 5b between the circulator 2a and the manual matching device 3. The traveling reflected wave detection directional coupler 14FR outputs a traveling wave detection signal Vdf and a reflected wave detection signal Vdr. Also, the traveling reflected wave input anode power supply 8b in the traveling reflected wave input microwave power supply 1b is different from FIG. 4, and the traveling wave detection signal Vdf output from the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR is converted into a traveling wave power calculation circuit. 17 and a detection signal Vdr of the reflected wave output from the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR is input to the reflected wave power calculation circuit 15. The traveling wave power calculation circuit 17 outputs the traveling wave power value signal Vpf, and the reflected wave power calculation circuit 15 outputs the reflected wave power value signal Vpr.
That is, FIG. 5 of the second embodiment differs from FIG. 4 of the first embodiment in the following configuration. In FIG. 5, first, the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR is provided on a propagation path where both traveling wave power and reflected wave power can exist, and the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR And the detection signal Vdr of the reflected wave.
In FIG. 5, secondly, as shown in FIG. 4, the traveling wave power value signal Vpf is not used as the output of the magnetron supply voltage / current multiplication circuit 10, but the traveling wave output from the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR. The detection signal Vdf of the wave is input to the traveling wave power calculation circuit 17, and the traveling wave power value signal Vpf is calculated from the detection signal Vdf of the traveling wave. Other components are the same as those in FIG.
[0094]
The traveling wave power calculation circuit 17 is the same as the reflected wave power calculation circuit 15 except that the input / output signal is a traveling wave or a reflected wave. Is also omitted.
When the microwave power detection means 14 is a directional coupler, the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR is coupled to the waveguide. The waveguide is divided into an inter-coupler waveguide 5b1 and a directional coupler-matching waveguide 5b2.
[0095]
Description of FIG. 6 of [Third Embodiment]
The third embodiment will be described with reference to an electric circuit diagram of FIG. 6 and a functional block diagram of FIG. 9 described later.
FIG. 6 is an electric circuit diagram of a third embodiment in which the microwave power supply 1 is a standing wave input microwave power supply 1c. In FIG. 5 described above, the traveling wave power signal Vpf and the reflected wave power value signal Vpr are input with the detection signal Vdf of the traveling wave and the detection signal Vdr of the reflected wave output from the directional coupler 14FR for detecting the traveling reflected wave. In contrast to the output from the traveling-wave power calculation circuit 17 and the reflected-wave power calculation circuit 15, in FIG. 6, the traveling-wave power value signal Vpf and the reflected-wave power value signal Vpr have three probe standing wave detection signals. It is output from a traveling wave / reflected wave power calculation circuit 18 to which the first to third detection signals Vd1 to Vd3 of the standing wave output from the detector 14S are input.
Components that function in the same manner as the components described so far are denoted by the same reference numerals as those described above, and description thereof is omitted.
[0096]
In FIG. 6, as an example of the microwave power detecting means 14 shown in FIG. 5, the description of JP-A-4-196903 (voltage standing wave detecting unit indicated by reference numeral 31 in FIG. 1) is given. Similarly, a three-tip standing wave detection detector 14S is coupled to the inter-circulator matching waveguide 5b. The three standing-wave detection probes of the three-probe standing-wave detection detector 14S are three standing-wave detection probes separated by a predetermined distance of the guide wavelength in the longitudinal direction of the inter-circulator-matching waveguide 5b. Is provided to detect microwave standing waves. The standing wave detecting diodes are connected to the three standing wave detecting probes, respectively, to detect the power of the microwave propagating in the waveguide, and to detect the standing wave from each of the standing wave detecting diodes. The first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 are output.
[0097]
Further, the standing wave input anode power supply 8c in the standing wave input microwave power supply 1c is different from FIGS. 4 and 5 in that the first to third standing wave detection signals Vd1, Vd2 and Vd3 are forwarded and reflected. After being input to the wave power calculation circuit 18, it is A / D converted, and the traveling wave power value signal Vpf and the reflected wave power value signal Vpr are calculated and output using the A / D converted signal. Other points are the same as those in FIG.
[0098]
Although not shown, a standing wave detection detector for a traveling wave and a standing wave detection detector for a reflected wave may be separately provided. For example, a standing wave detection detector for a traveling wave is provided in the middle of the inter-circulator matching waveguide 5b between the circulator 2a and the manual matching unit 3, and a standing wave detection detector for a reflected wave is used as a circulator. It may be provided in the middle of the inter-circulator dummy waveguide 2c between the dummy load 2b and the dummy load 2b.
[0099]
Description of FIG. 7 of [First Embodiment]
The first embodiment will be described with reference to the functional block diagram of FIG.
FIG. 7 is a functional block diagram of the microwave power supply system in which the electric circuit diagram of the reflected wave input microwave power supply 1a of the first embodiment shown in FIG.
[0100]
The microwave power detection means 14 detects microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path and outputs a detection signal.
In the case of FIG. 4, the microwave power detection means 14 is constituted by a reflected wave detection directional coupler 14R.
[0101]
In addition, in the case of FIG. 4, the reflected wave detection directional coupler 14R is coupled to the circulator-dummy waveguide 2c between the circulator 2a and the dummy load 2b, but is not limited to this position. Instead, it may be arranged to be coupled to the inter-circulator matching waveguide 5b between the circulator 2a and the manual matching device 3.
Further, in FIG. 4, the detector-coupled isolator 2B including the circulator 2a and the dummy load 2b is used. However, a microwave power supply system having a configuration not using the detector-coupled isolator 2B can be used. . In that case, the microwave power detection means 14 may be coupled and disposed between the traveling wave power output means 27 described later and the manual matching device 3.
When the power propagation path between the microwave power supply 1 and the manual matching unit 3 is a power propagation path 5ab between the power matching units, and the isolator is used, the isolator forms a part of the power propagation path 5ab between the power matching units. .
[0102]
The reflected wave power calculating means 21 uses a signal related to the reflected wave power value such as a detection signal output from the microwave power detecting means 14 to generate a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value. , And outputs the reflected wave power value signal Vpr. The signal related to the reflected wave power PR is a signal having a magnitude of a voltage value and a current value correlated with the reflected wave power PR, or has a magnitude of any of a voltage value and a current value. It is a signal or a signal having a correlation with the reflected wave power value, such as a detection signal detected by a standing wave detection diode or the like.
In the case of FIG. 4, the reflected wave power calculation means 21 is configured by the reflected wave power calculation circuit 15. In addition, for example, when the reflected wave power calculation circuit 15 is unnecessary, the reflected wave power calculation means 21 is a connection line, but the output of the reflected wave power calculation means 21 is a reflected wave power value signal Vpr.
[0103]
4 to 6, the reflected wave power value signal Vpr is calculated and output using the detection signal output from the microwave power detection means 14, but the measuring instrument itself such as a bolometer method or a calorimeter method is used. May be used to convert the microwave energy into thermal energy once and use the thermal energy to calculate a reflected wave power value signal Vpr having a magnitude corresponding to the reflected wave power value. This method is the same for the traveling wave power calculation means 22 described later.
[0104]
Although not shown, the reflected wave power value signal Vpr output from the reflected wave power calculating means 21 may be displayed on an external display device or the like. In this way, when adjusting the load-side impedance by changing the variable impedance position, the load-side impedance can be adjusted while checking the reflected wave power value.
[0105]
The traveling wave power detection means 22 calculates a traveling wave power value signal Vpf having a magnitude corresponding to the traveling wave power value using a signal related to the traveling wave power PF, and outputs the traveling wave power value signal Vpf. It is configured as follows. Note that the signal related to the traveling wave power PF is a signal having a magnitude of a voltage value and a current value correlated with the traveling wave power PF, or has a magnitude of a voltage value or a current value. It is a signal or a signal having a correlation with the traveling wave power value PF, such as a detection signal detected by a standing wave detection diode or the like.
In the case of FIG. 4, the traveling wave power calculating means 22 of FIG. 7 is constituted by the resistor R1, the resistor R2, the resistor R3, and the magnetron supply voltage / current multiplying circuit 10.
[0106]
Instead of the traveling wave power calculating means 22 in FIG. 7, as shown in FIG. 5 described above, the traveling wave output from the traveling reflected wave detecting directional coupler 14FR is similar to the reflected wave power calculating means 21. The detection signal Vdf may be input to the traveling wave power calculation circuit 17 to calculate and output the traveling wave power value signal Vpf from the detection signal Vdf of the traveling wave.
[0107]
The output power setting means 23 outputs an output power set value signal Vst having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power PF to be output.
In the case of FIG. 4, the output power setting means 23 is constituted by the output power setting circuit 11.
[0108]
The output set value reflection value adding means 24 receives the output power set value signal Vst and the reflected wave power value signal Vpr, and adds the output power set value of the traveling wave power PF and the reflected wave power value to the target power value. A target power value signal Vtg having a magnitude corresponding to Ptg is output. In the case of FIG. 4, the output setting value reflection value adding means 24 is constituted by the adding circuit 16.
[0109]
The power control means 25 receives the target power value signal Vtg and the traveling wave power value signal Vpf, and outputs a power control signal Vcn for controlling the output traveling wave power value PF to be the target power value Ptg. I do. In the case of FIG. 4, the target value traveling wave value signal differential amplifier 12 and the power control signal control circuit 13 constitute a power control means 25.
[0110]
The magnetron supply power output means 26 receives the power control signal Vcn, and outputs a magnetron supply power PM in which the magnetron application voltage VM is adjusted by the power control signal Vcn.
In the case of FIG. 4, the magnetron power supply is output by the rectifier diode bridge DB, the capacitor C1, the switching element Ts1, the switching element Ts2, the capacitor C2, the capacitor C3, the high-frequency transformer Tf, the rectifier diode D1, the rectifier diode D2, the capacitor C4, and the capacitor C5. Means 26 are constituted.
[0111]
The traveling wave power output means 27 supplies the anode current Ia by supplying the magnetron supply power PM to the magnetron, and outputs traveling wave power PF in a microwave frequency band corresponding to the current value. In the case of FIG. 4, the traveling wave power output means 27 is constituted by the magnetron 6 and the filament power supply 7.
[0112]
The manual matching unit 3, circulator 2a, dummy load 2b, etc. are the same as those in FIG.
[0113]
Description of FIG. 8 of [Second Embodiment]
The second embodiment will be described with reference to the functional block diagram of FIG.
FIG. 8 is a functional block diagram of a microwave power supply system in which the electric circuit diagram of the traveling reflected wave input microwave power supply 1b of the second embodiment shown in FIG.
In FIG. 5, a traveling reflected wave detection directional coupler 14FR is provided on a propagation path in which both traveling wave power and reflected wave power can exist, and traveling wave detection is performed from the traveling reflected wave detection directional coupler 14FR. The signal Vdf and the detection signal Vdr of the reflected wave are output. Therefore, in FIG. 8, the input signals of the reflected wave power calculation means 21 and the traveling wave power calculation means 22 are different from those in FIG. 7, but the functions are the same as those in FIG.
[0114]
In the case of FIG. 5, the microwave power detecting means 14 is constituted by the directional coupler 14FR for detecting the traveling reflected wave. The reflected wave power calculation circuit 15 forms a reflected wave power calculation means 21. Further, the traveling wave power calculation means 22 constitutes the traveling wave power calculation means 22. For example, when the traveling wave power calculation circuit 17 is unnecessary, the traveling wave power calculation means 22 is a connection line, but the output of the traveling wave power calculation means 22 is a reflected wave power value signal Vpr.
[0115]
Description of FIG. 9 for [Third Embodiment]
The third embodiment will be described with reference to the functional block diagram of FIG.
FIG. 9 is a functional block diagram of a microwave power supply system in which the electric circuit diagram of the standing wave input microwave power supply 1c of the third embodiment shown in FIG.
In FIG. 6, the first to third detection signals Vd1, Vd2, and Vd3 of the standing wave output from the three-probe standing wave detection detector 14S are input to the traveling wave / reflected wave power calculation circuit 18 and The reflected wave power calculation circuit 18 calculates and outputs the traveling wave power value signal Vpf and the reflected wave power value signal Vpr.
Therefore, in FIG. 9, the traveling wave / reflected wave power calculating means 28 calculates and outputs the traveling wave power value signal Vpf and the reflected wave power value signal Vpr. Here, the traveling wave / reflected wave power computing means 28 substantially includes the reflected wave power computing means 21 and the traveling wave power computing means 22, and outputs the reflected wave power value signal Vpr from the reflected wave power computing means 21 and proceeds. Since the traveling wave power value signal Vpf is output from the wave power computing means 22, it is the same as in FIGS. 7 and 8, and the description is omitted.
[0116]
In the case of FIG. 9, as shown in FIG. 6, the microwave power detecting means 14 is constituted by the three-tip standing wave detection detector 14S.
Since the traveling wave / reflected wave power calculating circuit 18 constitutes the reflected wave power calculating means 21 and the traveling wave power calculating means 22, the traveling wave / reflected wave power calculating circuit 18 And the traveling wave power calculating means 22.
[0117]
In the description with reference to FIGS. 7 to 9, the reflected wave power value signal Vpr is output from the reflected wave power calculation unit 21 by using the signal output from the microwave power detection unit 14. The function that collects the functions and outputs the reflected wave power value signal Vpr using a signal related to the reflected wave power value may be used as the reflected wave power value signal output means.
That is, in FIGS. 7 and 8, the reflected wave power value signal output unit is configured by the microwave power detection unit 14 and the reflected wave power calculation unit 21. In FIG. 9, the reflected wave power value output means is constituted by the microwave power detecting means 14 and the reflected wave power calculating means 21 substantially included in the traveling wave / reflected wave power calculating means 28.
Similarly, the means for outputting the traveling wave power value signal Vpf using a signal related to the traveling wave power value may be used as the traveling wave power value signal output means.
That is, in FIG. 7, the traveling wave power calculation means 22 constitutes a traveling wave power value signal output means. In FIG. 8, the traveling wave power value signal output means is constituted by the microwave power detection means 14 and the traveling wave power calculation means 22. In FIG. 9, a traveling wave power value signal output unit is constituted by the microwave power detection unit 14 and the traveling wave power operation unit 22 substantially included in the traveling wave / reflected wave operation unit 28.
[0118]
As described above, the microwave power supply system of the present invention performs feedback control so that the target power value Ptg obtained by adding the reflected wave power value to the output power set value of the traveling wave power PF becomes equal to the traveling wave power value PF. I do. That is, when the reflected wave power PR is generated, the traveling wave power value PF output by the power value is increased and compensated, and even when the reflected wave power PR is generated, the traveling wave power value PF is higher than the input terminal 3a of the manual matching device 3. Control can be performed so that the power supplied to the load side becomes a constant value.
[0119]
[Example of power value of power propagation path (of the present invention)]
Next, an example of the power values of the traveling wave and the reflected wave in the power propagation path when the power is supplied from the microwave power supply system of the present invention to the load 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a power transmission path power value diagram showing an example of the power values of the traveling wave and the reflected wave of the power transmission path when the microwave power is supplied to the load 4 in the system of the present invention. FIG. 2A is a block diagram illustrating a power propagation path from the microwave power supply 1 to the load 4, and FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a power value of the power propagation path in an initial state of system operation. FIG. 3C is a diagram illustrating an example of a power value of a power propagation path in a system long-time operation state.
FIG. 3 is a diagram showing each position from a power output position to a load input position when microwave power is supplied from the microwave power supply 1 to the load 4 by the power propagation path / waveguide 5 in the microwave power supply system of the present invention. 4 shows an example of power values of a traveling wave and a reflected wave.
Note that FIG. 10A illustrates the microwave power supply system illustrated in FIG. 4 as an example, but the same applies to the microwave power supply systems illustrated in FIGS. 5 and 6. The microwave power supply 1a, the traveling reflected wave input microwave power supply 1b, and the standing wave input microwave power supply 1c used in the present invention are collectively referred to as a microwave power supply 1.
[0120]
As shown in FIG. 10A and the description so far, the traveling wave power PF output from the microwave power supply 1 is supplied to the load 4 via the circulator 2a and the manual matching device 3. The microwave power detection means 14 detects power in a microwave frequency band propagating in a power propagation path (waveguide) by a standing wave detection diode or the like, and outputs a detection signal from the standing wave detection diode or the like. Output. Further, a reflected wave power calculation circuit 15 in the microwave power supply 1 receives a detection signal output from the microwave power detection means 14 and has a magnitude corresponding to a reflected wave power value using the detection signal. The reflected wave power value signal Vpr is calculated. Then, the traveling wave power PF to be output is controlled to be the target power value Ptg obtained by adding the reflected wave power value PR to the traveling wave power set value.
Therefore, even if the reflected wave power PR is generated, the traveling wave power PF is increased by that much, so that the inside of the vacuum vessel forming a part of the load 4 is contaminated and the like, so that the system Even if the reflected wave power value becomes larger than the initial state of the system operation during the working process in the operating state, the same power as in the initial state of the system operation can be supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3.
[0121]
That is, even in the machining process after the initial state of system operation, it is possible to supply a substantially constant value of power to the load side from the input end 3a of the manual matching unit 3 without changing the variable position of the impedance element from the initial state of system operation. it can. As a result, in the machining process after the initial state of the system operation, it is possible to supply substantially constant power to the load without changing the variable impedance position. In FIG. 10, the load-side supply power value supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3 is indicated by PL.
[0122]
For example, as shown in FIG. 10B, in the initial state of the system operation, the output power set value of the traveling wave power PF is set to 1500 [W], and the load side impedance is adjusted by changing the variable impedance position. It is assumed that the wave power value becomes 2 [W]. In this case, the traveling wave power value PF is 1500 [W], but the traveling wave power PF is output with the target power value Ptg of 1502 [W] obtained by adding 2 [W]. The same 1500 W as the output power set value is supplied to the load side of the input terminal 3a of the power supply 3.
[0123]
When adjusting the load side impedance by changing the impedance variable position, it is preferable to adjust the load side impedance so that the reflected wave power value is minimized, but the reflected wave power value is within an allowable value range. The load-side impedance may be adjusted so as to be as follows.
[0124]
Further, the minimum of the reflected wave power value does not indicate only 0 [W], but means the minimum value within a possible range, and may include some errors.
The range of the allowable value of the reflected wave power value is an allowable value set by the operator, for example, 1%, 2%, 5%, 10%, etc. of the rated output power value of the microwave power supply 1. What is necessary is just to set a range.
[0125]
Then, as shown in FIG. 10C, it is assumed that the reflected wave power value has increased to 100 [W] in the system long-time operation state after the system operation initial state in which the impedance variable position is maintained. In this case as well, the same 1500 [W] as the output power set value is supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3 as described above. That is, the same power as in the initial state of the system operation can be supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3.
[0126]
Note that signals such as the traveling wave power value signal Vpf, the reflected wave power value signal Vpr, the output power set value signal Vst, and the target power value signal Vtg have circuit constants and the like so as to have appropriate levels in accordance with other signals. Set.
[0127]
【The invention's effect】
As in the present invention, feedback control is performed so that the target power value Ptg obtained by adding the reflected wave power value to the output power set value of the traveling wave power PF and the traveling wave power value PF become equal, and the reflected wave power PR becomes When the reflected wave power PR is generated, the traveling wave power value PF that is output by the reflected wave power value PR is additionally compensated, and even when the reflected wave power PR is generated, the power supplied to the load side from the input terminal 3a of the manual matching device 3 even when the reflected wave power PR is generated. If the value is controlled to be constant, even if the reflected wave power PR becomes larger than the system operation initial state due to contamination of the inside of the vacuum vessel forming a part of the load 4, the system operation initial state may be reduced. Can be supplied to the load side of the input terminal 3a of the manual matching device 3.
[0128]
Therefore, in the machining process after the initial state of the system operation, the power of a substantially constant value is set closer to the load than the input end 3a of the manual matching device 3 without re-adjusting the manual matching device 3, that is, without changing the variable impedance position. Can be supplied.
[0129]
As a result, even when the supply time of the microwave power to the load 4 extends for a long time as in the system long-time operation state, the machining process time does not become longer than in the system operation initial state. Therefore, unlike the related art, the production efficiency is not reduced, and the production management is facilitated.
[0130]
Further, even when the supply time of the microwave power to the load 4 is extended for a long time as in the long-time operation state of the system, a constant value of power equal to the initial state of the system operation is supplied to the input terminal of the manual matching unit 3. Since it can be supplied to the load side rather than 3a, there is no need to adjust the manual matching device 3, so that the number of adjustment steps can be reduced as compared with the prior art.
[0131]
Further, since a constant power equivalent to that in the initial state of the system operation can be supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3 without using an expensive automatic matching device, the capital investment cost is suppressed. be able to.
[0132]
Further, when a plurality of types of workpieces are machined with the load 4, for example, when a plurality of machining process conditions are used, each machining process can be performed without adjusting the impedance variable position for each machining process condition. Thus, a desired power value can be supplied to the load side of the input terminal 3a of the manual matching device 3. Therefore, unlike the related art, the production efficiency is not reduced, and the production management is facilitated.
[0133]
Further, since it is not necessary to adjust the manual matching device 3 for each processing process condition, the number of adjustment steps can be reduced as compared with the related art.
[0134]
Further, also in this case, a desired power value can be supplied to the load side of the input terminal 3a of the manual matching device 3 for each machining process without using an expensive automatic matching device, so that capital investment costs are reduced. Can be suppressed.
[0135]
Further, for example, even when the reflected wave power value fluctuates within a short time as in a single processing process, a constant value of power can be supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3. Therefore, there is no need to adjust the manual matching device 3, and the number of adjustment steps can be reduced as compared with the related art.
[0136]
Further, also in this case, a fixed value of power can be supplied to the load side from the input end 3a of the manual matching device 3 without using an expensive automatic matching device, so that capital investment costs can be suppressed. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional microwave power supply system.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a magnetron applied voltage VM and an anode current Ia.
FIG. 3 is an exemplary power value of a power transmission path showing an example of power values of a traveling wave and a reflected wave of the power transmission path when microwave power is supplied to a load 4 in a conventional system. FIG. 1A is a block diagram showing a power propagation path from the microwave power supply 1 to the load 4, and FIG. 2B is a diagram showing an example of a power value of the power propagation path in an initial state of system operation. FIG. 3C is a view showing an example of the power value of the power propagation path in the system long-time operation state.
FIG. 4 is an electric circuit diagram of the first embodiment in which the microwave power supply 1 is a reflected wave input microwave power supply 1a.
FIG. 5 is an electric circuit diagram of a second embodiment in which the microwave power supply 1 is a traveling reflected wave input microwave power supply 1b.
FIG. 6 is an electric circuit diagram of a third embodiment in which the microwave power supply 1 is a standing wave input microwave power supply 1c.
FIG. 7 is a functional block diagram of a microwave power supply system in which an electric circuit diagram of the reflected wave input microwave power supply 1a of the first embodiment shown in FIG. 4 is represented as a functional block; .
FIG. 8 is a functional block diagram of a microwave power supply system in which the electric circuit diagram of the traveling reflected wave input microwave power supply 1b of the second embodiment shown in FIG. is there.
FIG. 9 is a functional block diagram of a microwave power supply system in which an electric circuit diagram of the standing wave input microwave power supply 1c of the third embodiment shown in FIG. 6 is represented by functional blocks. is there.
FIG. 10 is an exemplary power value of a power transmission path showing an example of the power values of a traveling wave and a reflected wave of the power transmission path when microwave power is supplied to the load 4 in the system of the present invention. FIG. 1A is a block diagram showing a power propagation path from the microwave power supply 1 to the load 4, and FIG. 2B is a diagram showing an example of a power value of the power propagation path in an initial state of system operation. FIG. 3C is a view showing an example of the power value of the power propagation path in the system long-time operation state.
[Explanation of symbols]
1 Microwave power supply
1a (reflection wave input) microwave power supply
1b (Progressive reflected wave input) microwave power supply
1c (Standing wave input) microwave power supply
2A isolator
2B (detector coupling) isolator
2a circulator
2b Dummy load
2c Power propagation path between circulator and dummy load / waveguide between circulator dummy
3 Manual matching device
4 Load
5 Power propagation path / waveguide
5ab Waveguide Between Power Propagation Path / Power Matching Device Between Power Propagation Path / Power Matching Device
5a Waveguide between power propagation path and power supply circulator
5b Waveguide Between Power Propagation Path / Circulator Matching Device
5c Waveguide between power propagation path and matching device load
6 magnetron
7 Filament power supply
8 Anode power supply
8a (reflection wave input) anode power supply
8b (traveling reflected wave input) anode power supply
8c (Standing wave input) Anode power supply
9 Commercial power supply
10 Magnetron supply voltage current multiplication circuit
11 Output power setting circuit
12 Target value traveling wave value signal differential amplifier
13 Power control signal control circuit
14 Microwave power detection means
14F Directional coupler for traveling wave detection
14R Directional coupler for reflected wave detection
14FR Directional coupler for detection of traveling reflected wave
14S standing wave detector
15 reflected wave power calculation circuit
16 Addition circuit
17 Traveling wave power calculation circuit
18 Traveling wave / reflected wave power calculation circuit
21 Reflected wave power calculation means
22 Traveling wave power calculation means
23 Output power setting means
24 Output set value reflection value addition means
25 Power control means
26 Magnetron supply power output means
27 Traveling wave power output means
28 Traveling wave / reflected wave power calculation means
Ia anode current / anode current value
PF Traveling wave power / Traveling wave power value
PL Load side power supply / Load side power supply value
PM Magnetron supply power / magnetron supply power value (product of magnetron applied voltage VM and anode current Ia)
PR reflected wave power / reflected wave power value
Ptg Target power value
Vcn power control signal
Vd Standing wave detection signal
Vda output power amplification signal
Vdf Traveling wave detection signal
Vdr Detected signal of reflected wave
Vd1 First detection signal of standing wave
Vd2 Second detection signal of standing wave
Vd3 Third detection signal of standing wave
VM magnetron applied voltage
Via anode current value signal
Vpf Traveling wave power value signal
Vpm magnetron supply power value signal
Vpr Reflected wave power value signal
Vst output power set value signal
Vtg Target power value signal
Vvm magnetron applied voltage signal

Claims

A power transmission path between power matching devices is connected from an output terminal of a microwave power source that outputs traveling wave power in a microwave frequency band to an input terminal of the manual matching device, and further, matching is performed from an output terminal of the manual matching device to a load. A traveling wave power control method for a microwave power supply system that supplies microwave power by being coupled to a power propagation path of a waveguide between device loads,
A matching device in which the manual matching device adjusts a load-side impedance on a load side from an input terminal by changing a variable position of an impedance element,
The output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of traveling wave power without changing the variable position of the impedance element from the system operation initial state even in the processing process after the system operation initial state, and the power supply matching unit. A reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to a reflected wave power value reflected in a microwave power supply direction calculated using a detection signal obtained by detecting microwave power in the inter-power propagation path, and A traveling wave power control method for a microwave power supply system for supplying a magnetron supply power for changing an anode current of the magnetron according to an added signal to the magnetron and outputting the traveling wave power from an output terminal of the microwave power supply.

A power transmission path between power matching devices is connected from an output terminal of a microwave power source that outputs traveling wave power in a microwave frequency band to an input terminal of the manual matching device, and further, matching is performed from an output terminal of the manual matching device to a load. A traveling wave power control method for a microwave power supply system that supplies microwave power by being coupled to a power propagation path of a waveguide between device loads,
A matching device in which the manual matching device adjusts a load-side impedance on a load side from an input terminal by changing a variable position of an impedance element,
In the machining process after the initial state of system operation, the variable position of the impedance element is not changed from the initial state of system operation, and the microwave is detected using a detection signal obtained by detecting microwave power in the power propagation path between the power matching devices. A reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to the reflected wave power value reflected in the power supply direction is calculated, and an output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power and the reflected wave power Calculate a target power value signal having a magnitude corresponding to the target power value obtained by adding the value signal and
Controlling the magnetron supply power so that the output value of the traveling wave power becomes the target power value from the target power value signal and the traveling wave power value signal having a magnitude corresponding to the traveling wave power value; A traveling wave power control method for a microwave power supply system for supplying traveling power to a magnetron and outputting traveling wave power from an output end of the microwave power supply.

A power transmission path between power matching devices is connected from an output terminal of a microwave power source that outputs traveling wave power in a microwave frequency band to an input terminal of the manual matching device, and further, matching is performed from an output terminal of the manual matching device to a load. A traveling wave power control method for a microwave power supply system that supplies microwave power by being coupled to a power propagation path of a waveguide between device loads,
A traveling wave power output step of flowing a current between an anode and a cathode of a magnetron and outputting traveling wave power in a microwave frequency band corresponding to the current from an output end of the microwave power supply to the power propagation path between the power matching devices. When,
A microwave power detection step of detecting microwave power and outputting a detection signal in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path between the power matching devices,
A reflected wave power calculation step of calculating a reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to a reflected wave power value reflected in the microwave power supply direction using the detection signal,
An adding step of outputting a target power value signal having a magnitude corresponding to a target power value obtained by adding the output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power and the reflected wave power value signal When,
A magnetron supply power output step of controlling the magnetron supply power such that the output value of the traveling wave power from the target power value signal and the traveling wave power value signal having a magnitude corresponding to the traveling wave power value becomes the target power value; Wherein the manual matching device adjusts the load-side impedance on the load side from its input end by changing the variable position of the impedance element,
In the machining process after the system operation initial state, the variable position of the impedance element is not changed from the system operation initial state, and the magnetron supply power is supplied to the magnetron to output traveling wave power from the output end of the microwave power supply. A traveling wave power control method for a wave power supply system.

The output terminal of the microwave power supply that outputs the traveling wave power in the microwave frequency band from the output terminal of the microwave power supply to the input terminal of the manual matching device is coupled to the power propagation path between the power matching devices, and further, the matching from the output terminal of the manual matching device to the load is performed. In a microwave power supply system that supplies microwave power by coupling to the power propagation path of the waveguide between the loader, a current flows between the anode and cathode of the magnetron, and a microwave frequency band corresponding to the current flows. Traveling wave power output means for outputting traveling wave power from the output end of the microwave power supply to the power propagation path between the power matching devices,
Microwave power detection means for detecting microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path between power supply matching devices and outputting a detection signal,
Traveling wave power calculation means for outputting a traveling wave power value signal having a magnitude corresponding to the traveling wave power value;
Reflected wave power calculation means for calculating and outputting a reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to a reflected wave power value reflected in the microwave power supply direction using the detection signal,
Output power setting means for outputting an output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power,
The output power set value signal and the reflected wave power value signal are input, and a target power value signal having a magnitude corresponding to a target power value obtained by adding the output power set value signal and the reflected wave power value signal is obtained. Output set value reflection value adding means for outputting,
Power control means for inputting the target power value signal and the traveling wave power value signal and outputting a power control signal for controlling the output traveling wave power value to be the target power value,
Magnetron supply power output means for outputting magnetron supply power whose power value is increased or decreased based on the power control signal,
A matching device in which the manual matching device adjusts a load-side impedance on a load side from an input terminal by changing a variable position of an impedance element,
In the machining process after the initial state of system operation, the variable position of the impedance element is not changed from the initial state of system operation, and the magnetron supply power is supplied to the magnetron to output traveling wave power from the output end of the microwave power supply. Wave power supply system.

The power propagation path between the power supply matching devices according to claim 1, 2, or 3 is divided into two parts, and a microwave is supplied from a load between the power supply circulator waveguide and the circulator matching device waveguide. A traveling wave power control method for a microwave power supply system, comprising: a circulator for blocking reflected wave power reflected in a power supply direction; and a dummy load for absorbing the reflected wave power blocked by the circulator.

5. A reflected wave power reflected from a load in a microwave power supply direction between a power supply circulator waveguide and a circulator matcher waveguide by dividing a power propagation path between power supply matching devices according to claim 4 into two parts. A microwave power supply system, comprising: a circulator for blocking the power supply; and a dummy load for absorbing the reflected wave power blocked by the circulator.

A power transmission path is connected from an output end of a microwave power supply that outputs a traveling wave power in a microwave frequency band to an input end of the manual matching device, and further, a path between the output end of the manual matching device and a load is connected between matching device loads. A traveling wave power control method for a microwave power supply system that supplies microwave power by coupling to a power propagation path of a waveguide,
Adjusting the output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power so as to supply a predetermined value of power to the load side from the input end of the manual matching device in the initial state of system operation, A system operation initial state adjustment step of adjusting the load side impedance on the load side from the input end of the manual matching unit by changing the variable position of the impedance element in the manual matching unit,
When power is supplied to the load side from the input end of the manual matching device by maintaining the variable position of the impedance element in the manual matching device at the same position as that in the process of adjusting the initial state of the system operation, reflection occurs in the microwave power supply direction. A traveling wave power value signal having a signal value obtained by adding the output power set value signal of the traveling wave power to the reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to the reflected wave power value and a traveling wave power value. By controlling the traveling wave power value to be output so as to be equal, even in the machining process after the system operation initial state, the power of the predetermined value substantially equal to the system system operation initial state is more than the input terminal of the manual matching device. A traveling wave power control method for a microwave power supply system, comprising: a processing process step after adjusting a system operation initial state supplied to a load side.

In the process of adjusting the initial state of the system operation, when the load-side impedance is adjusted by changing the variable position of the impedance element in the manual matching device, the load-side impedance is adjusted so that the reflected wave power value falls within an allowable value range. The traveling wave power control method for a microwave power supply system according to claim 7, wherein

In the system operation initial state adjustment step, when adjusting the load-side impedance by changing the variable position of the impedance element in the manual matching device, adjusting the load-side impedance so that the reflected wave power value is minimized. Item 7. A traveling wave power control method for a microwave power supply system according to Item 7.

In a microwave power supply system in which a manual matching device is inserted into a power propagation path between a microwave power supply that outputs a traveling wave power in a microwave frequency band and a load,
Traveling wave power value signal output means for outputting a traveling wave power value signal having a magnitude corresponding to the traveling wave power value,
Reflected wave power value signal output means for outputting a reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to a reflected wave power value reflected from the load side from the input end of the manual matching device,
Output power setting means for outputting an output power set value signal having a magnitude corresponding to the output power set value of the traveling wave power,
The output power set value signal and the reflected wave power value signal are input, and a target power value signal having a magnitude corresponding to a target power value obtained by adding the output power set value and the reflected wave power value of the traveling wave power is obtained. An adding means for outputting,
Power control means for inputting the target power value signal and the traveling wave power value signal, and outputting a power control signal for controlling the output traveling wave power value to be the target power value,
Magnetron supply power output means for outputting magnetron supply power whose power value is increased or decreased based on the power control signal,
By supplying the magnetron supply power to the magnetron, a current flows between the anode and the cathode of the magnetron, and a traveling wave power output unit that outputs traveling wave power in a microwave frequency band according to the current,
A manual matching device that adjusts the load-side impedance on the load side from its input end by changing the variable position of the internal impedance element,
Microwave power for supplying power equivalent to that in the initial state of system operation to the load side from the input end of the manual matching device without changing the variable position of the impedance element from the initial state of system operation even in the processing process after the initial state of system operation Feeding system.

A dummy load to absorb the reflected power,
11. The microwave power supply system according to claim 10, further comprising: a circulator inserted between the traveling wave power output unit and the manual matching device to transmit the reflected wave power to the dummy load without returning the reflected wave power to the magnetron side.

The reflected wave power value signal output means detects the microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path and outputs a detection signal, and the reflection is performed by using the detection signal. 11. The microwave power supply system according to claim 10, further comprising: a reflected wave power calculating means for calculating and outputting a reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to the wave power value.

The reflected wave power value signal output means detects the microwave power in a microwave power detection path formed in a part of the power propagation path and outputs a detection signal, and the reflection is performed by using the detection signal. 12. The microwave power supply system according to claim 11, further comprising: a reflected wave power calculating means for calculating and outputting a reflected wave power value signal having a magnitude corresponding to the wave power value.

13. The microwave power supply system according to claim 12, wherein the microwave power detection means is disposed between the traveling wave power output means and a manual matching device.

The microwave power supply system according to claim 13, wherein the microwave power detection means is disposed between the circulator and the manual matching device.

14. The microwave power supply system according to claim 13, wherein the microwave power detection means is disposed between the circulator and the dummy load.

The microwave power supply system according to claim 10 or 11, wherein the traveling wave power value signal output unit is disposed between the magnetron supply power output unit and the traveling wave power output unit.

The microwave according to claim 10 or 11, wherein the traveling wave power value signal output unit detects a signal related to traveling wave power from a power propagation path between the traveling wave power output unit and the manual matching device. Power supply system.