(57)【要約】【課題】マイクロ波電力供給システムにおいてシステム稼働初期状態で手動整合器３を調整しても、▲１▼システム長時間稼働によりシステムが劣化する、▲２▼複数の加工プロセス条件ごとにインピーダンスの最適値が異なる、▲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等の課題があった。【解決手段】本発明は、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、出力電力設定値信号Ｖｓｔと反射波電力値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及びその進行波電力制御方法である。【選択図】　図７
2004055308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の出力端から手動整合器の入力端までを電源整合器間電力伝搬経路に結合し、さらに前記手動整合器の出力端から負荷までを整合器負荷間導波管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、
前記手動整合器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前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と前記電源整合器間電力伝搬経路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に相当する大きさを有する反射波電力値信号とを加算し、前記加算した信号に応じてマグネトロンのアノード電流を変化させるマグネトロン供給電力をマグネトロンに供給して前記マイクロ波電源の出力端から進行波電力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。
【請求項２】
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の出力端から手動整合器の入力端までを電源整合器間電力伝搬経路に結合し、さらに前記手動整合器の出力端から負荷までを整合器負荷間導波管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、
前記手動整合器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前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、前記電源整合器間電力伝搬経路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に相当する大きさを有する反射波電力値信号を演算し、進行波電力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と前記反射波電力値信号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を演算し、
前記目標電力値信号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とから進行波電力の出力値が目標電力値となるようにマグネトロン供給電力を制御して、そのマグネトロン供給電力をマグネトロンに供給して前記マイクロ波電源の出力端から進行波電力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。
【請求項３】
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の出力端から手動整合器の入力端までを電源整合器間電力伝搬経路に結合し、さらに前記手動整合器の出力端から負荷までを整合器負荷間導波管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をマイクロ波電源の出力端から前記電源整合器間電力伝搬経路に出力する進行波電力出力過程と、
前記電源整合器間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過程と、
前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に相当する大きさを有する反射波電力値信号を演算する反射波電力演算過程と、
進行波電力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と前記反射波電力値信号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を出力する加算過程と、
前記目標電力値信号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とから進行波電力の出力値が目標電力値となるようにマグネトロン供給電力を制御するマグネトロン供給電力出力過程とから成り、前記手動整合器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前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、前記マグネトロン供給電力をマグネトロンに供給して前記マイクロ波電源の出力端から進行波電力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。
【請求項４】
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の出力端から手動整合器の入力端までを電源整合器間電力伝搬経路に結合し、さらに前記手動整合器の出力端から負荷までを整合器負荷間導波管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をマイクロ波電源の出力端から前記電源整合器間電力伝搬経路に出力する進行波電力出力手段と、
前記電源整合器間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を出力する進行波電力演算手段と、
前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に相当する大きさを有する反射波電力値信号を演算して出力する反射波電力演算手段と、
進行波電力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を出力する出力電力設定手段と、
前記出力電力設定値信号と反射波電力値信号とを入力して、前記出力電力設定値信号と前記反射波電力値信号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を出力する出力設定値反射値加算手段と、
前記目標電力値信号と前記進行波電力値信号とを入力して、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を出力する電力制御手段と、
前記電力制御信号に基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力を出力するマグネトロン供給電力出力手段とを備え、
前記手動整合器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前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、前記マグネトロン供給電力をマグネトロンに供給して前記マイクロ波電源の出力端から進行波電力を出力するマイクロ波電力供給システム。
【請求項５】
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の電源整合器間電力伝搬経路を２分割して、電源サーキュレータ間導波管とサーキュレータ整合器間導波管との間に、負荷からマイクロ波電源方向に反射する反射波電力を阻止するサーキュレータを結合し、前記サーキュレータで阻止した反射波電力を吸収するためのダミーロード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。
【請求項６】
請求項４に記載の電源整合器間電力伝搬経路を２分割して、電源サーキュレータ間導波管とサーキュレータ整合器間導波管との間に、負荷からマイクロ波電源方向に反射する反射波電力を阻止するサーキュレータを結合し、前記サーキュレータで阻止した反射波電力を吸収するためのダミーロードを結合したマイクロ波電力供給システム。
【請求項７】
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の出力端から手動整合器の入力端までを電力伝搬経路に結合し、さらに前記手動整合器の出力端から負荷までを整合器負荷間導波管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の入力端よりも負荷側に供給するように進行波電力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を調整するとともに、前記手動整合器の入力端よりも負荷側の負荷側インピーダンスを前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、
前記手動整合器内のインピーダンス素子の可変位置を前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の入力端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に相当する大きさを有する反射波電力値信号に進行波電力の出力電力設定値信号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前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前記手動整合器の入力端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。
【請求項８】
前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前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請求項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。
【請求項９】
前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前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請求項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。
【請求項１０】
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を出力する進行波電力値信号出力手段と、
前記手動整合器の入力端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を出力する反射波電力値信号出力手段と、
進行波電力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を出力する出力電力設定手段と、
前記出力電力設定値信号と反射波電力値信号とを入力して、進行波電力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を出力する加算手段と、
前記目標電力値信号と進行波電力値信号とを入力して、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を出力する電力制御手段と、
前記電力制御信号に基づいて電力値を増減させたマグネトロン供給電力を出力するマグネトロン供給電力出力手段と、
前記マグネトロン供給電力をマグネトロンに供給することによって、マグネトロン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を出力する進行波電力出力手段と、
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とを備え、
システム稼働初期状態後の加工プロセスでも前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、手動整合器の入力端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。
【請求項１１】
反射波電力を吸収するためのダミーロードと、
前記進行波電力出力手段と手動整合器との間に挿入されて反射波電力をマグネトロン側に戻さずにダミーロードに送るサーキュレータとを、さらに備えた請求項１０に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１２】
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を演算して出力する反射波電力演算手段とから成る請求項１０に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１３】
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を演算して出力する反射波電力演算手段とから成る請求項１１に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１４】
前記マイクロ波電力検出手段が、前記進行波電力出力手段と手動整合器との間に配置された請求項１２に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１５】
前記マイクロ波電力検出手段が、前記サーキュレータと手動整合器との間に配置された請求項１３に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１６】
前記マイクロ波電力検出手段が、前記サーキュレータとダミーロードとの間に配置された請求項１３に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１７】
前記進行波電力値信号出力手段が、前記マグネトロン供給電力出力手段と進行波電力出力手段との間に配置された請求項１０又は請求項１１に記載のマイクロ波電力供給システム。
【請求項１８】
前記進行波電力値信号出力手段が、前記進行波電力出力手段と手動整合器との間の電力伝搬経路から進行波電力に関係する信号を検出する請求項１０又は請求項１１に記載のマイクロ波電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
2004055308.tif 000003
【図２】
2004055308.tif 000004
【図３】
2004055308.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004055308.tif 000007
【図６】
2004055308.tif 000008
【図７】
2004055308.tif 000009
【図８】
2004055308.tif 000010
【図９】
2004055308.tif 000011
【図１０】
2004055308.tif 000012