(57)【要約】【課題】発振部に搭載されるマグネトロンの出力不安定を解消するため、発振部とマイクロ波整合器との間の線路長を変更することなく、電気長を可変する。【解決手段】電気長可変装置３０は電気長可変器３１および制御部３９を備え、マグネトロンを搭載する発振部とマイクロ波整合器との間に設置される。電気長可変器３１は、伝送線路となる導波管３１ａと、導波管３１ａのＥ面に管内波長λの１／４の間隔で設けられたスタブ装着孔に配置される３つのスタブＳ１〜Ｓ３とを備えている。制御部３９はマイコン等で実現され、追加したい電気長ΔＬに基づいてスタブＳ１〜Ｓ３の挿入長ｈ１〜ｈ３を算出し、各スタブＳ１〜Ｓ３を適切に変化させる。このとき、制御部３９は電気長可変器３１の入力インピーダンスＺＩＮおよび出力インピーダンスＺＯＵＴがともに導波管３１ａの特性インピーダンスＺ０となるよう、スタブＳ１〜３の挿入長ｈ１〜ｈ３を決定する。【選択図】      図２
2004229124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管と、前記導波管の所定面上に所定間隔で設けられた２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）スタブ装着孔とを備え、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器による電気長可変方法であって、
前記スタブ装着孔それぞれにスタブを挿入することにより、前記電気長可変器の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを変化させることなく、前記導波管の電気長を可変することを特徴とする電気長可変方法。
【請求項２】
導波管と、複数のスタブ装着孔とを備えた、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器において、
前記スタブ装着孔は、前記導波管の所定面上に、管内波長λの（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）の間隔で、前記導波管の管軸方向に２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）設けられていることを特徴とする電気長可変器。
【請求項３】
請求項２に記載の電気長可変器と、
電気長の長さを入力する入力手段と、
前記入力された電気長の長さに基づいて、前記電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに挿入する各スタブの挿入長を算出する算出手段と、
前記スタブ装着孔のそれぞれに、前記算出手段によって算出された挿入長で、対応するスタブを挿入する挿入手段と、
を備えたことを特徴とする電気長可変装置。
【請求項４】
前記算出手段は、
所定の制御演算により前記入力された電気長の長さに対する制御値を決定する決定手段と、
前記決定された制御値に基づいて、前記スタブ装着孔それぞれにスタブが挿入された場合の各スタブインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出された各スタブインピーダンスに基づいて、各スタブの挿入長を算出する挿入長算出手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出された各スタブインピーダンスに基づいて、可変する電気長の長さを算出する電気長演算手段と、
を有し、前記決定手段が、前記電気長演算手段によって演算された可変する電気長の長さと前記入力された電気長の長さとの差分を基に新たな制御値を決定することにより、前記挿入手段によるスタブの挿入量をフィードバック制御することを特徴とする請求項３に記載の電気長可変装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに対するスタブの挿入を制御する制御装置において、
電気長の長さを入力する入力手段と、
前記入力された電気長の長さに基づいて、前記電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに挿入する各スタブの挿入長を算出する算出手段と、
前記スタブ装着孔それぞれに、前記算出手段によって算出された挿入長で、対応するスタブを挿入する制御を行う挿入制御手段と、
を備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項６】
導波管と、複数の分岐導波管とを備えた、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器において、
前記分岐導波管は、前記導波管の所定面と垂直に、管内波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）の間隔で、前記導波管の管軸方向に２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）配設され、
前記分岐導波管それぞれの内部を、当該分岐導波管の管軸方向に移動可能な短絡板を更に備えることを特徴とする電気長可変器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気長可変方法、電気長可変器、電気長可変装置および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の製造工程において、エッチング装置やアッシング装置、プラズマＣＶＤ装置などに安定なマイクロ波プラズマを発生させるため、マイクロ波電源システムが使用される。このマイクロ波電源システムの一例を、図１７に示す。
【０００３】
図１７は、従来のマイクロ波電源システム３の一例を示す図である。同図によれば、マイクロ波電源システム３は、発振部１０、アイソレータ２０およびマイクロ波整合器４０を備えている。
【０００４】
発振部１０は、マグネトロンを搭載し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を発生する。発振部１０にて発生されたマイクロ波電力は、導波管を伝送線路として、アイソレータ２０、マイクロ波整合器４０を経て、負荷２に供給される。このとき、マイクロ波整合器４０は、負荷２に対してインピーダンス整合を行うが、負荷２の定在波比（ＶＳＷＲ）が大きくなると、発振部１０の出力電力が不安定になることがある。この原因については、発振部１０から負荷２側を見たときの反射係数が、図１８に示す不安定動作領域内にあるものと推測される。
【０００５】
図１８は、発振部１０に搭載されるマグネトロンのリーケ線図である。リーケ線図とは、マグネトロンの出力特性を表す図表であり、アンテナ面から負荷側を見たときの不安定動作領域が、反射係数平面に描かれている。
【０００６】
発振部１０の不安定出力の対策として、図１９に示すように、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０との間に、長さＬの導波管を追加して、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０との間の線路長ｄ１を、ｄ２（ｄ２＞ｄ１）に変化させる方法がある。例えば、管内波長λの１／４の長さの導波管を挿入すると、不安定動作領域内にあったインピーダンスが不安定動作領域外に脱出するので、問題は解決する。
【０００７】
このように、従来においては、線路長を増減することで、発振部１０の出力電力が不安定となることを解消していた。しかしながら、従来の方法では、後述するような問題が発生するため、線路長を増減することなく発振部１０の出力不安定を解消する方法が望まれる。しかし、線路長を増減することなく発振部１０の出力不安定を解消するための、本願発明に関連する技術を開示した先行技術文献を見つけることができなかった。このため、先行技術文献情報は記載していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来のように線路長を増減する方法では、次のような問題があった。
【０００９】
（１）導波管の着脱に労力を要する
線路長を増減するには、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０とを接続している導波管を取り外し、所望の長さの導波管を取り付けるといったことが行われる。だが、導波管の両端はフランジであり、同軸ケーブルの両端に取りつけられるコネクタのように着脱が容易でない。すなわち、線路長の増減を行う度に導波管の着脱を要し、その作業は非常に面倒なものであった。
【００１０】
（２）レイアウト変更が困難
また、マイクロ波電源システムが半導体製造装置へ搭載された後、負荷条件の変更等によるマグネトロンの出力不安定を解消するため、線路長を増減したい場合がある。だが、装置への搭載後は、システム全体のレイアウト変更は非常に困難であり、線路長を増減することは、ほぼ不可能であった。
【００１１】
上記問題に鑑み、本発明は、発振部に搭載されるマグネトロンの出力不安定を解消するため、発振部とマイクロ波整合器との間の線路長を変更することなく、電気長を可変することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
導波管と、前記導波管の所定面上に所定間隔で設けられた２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）スタブ装着孔とを備え、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器（例えば、図２の電気長可変器３１）による電気長可変方法であって、
前記スタブ装着孔それぞれにスタブを挿入することにより、前記電気長可変器の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを変化させることなく、前記導波管の電気長を可変することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、
導波管（例えば、図２の導波管３１ａ）と、複数のスタブ装着孔とを備えた、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器（例えば、図２の電気長可変器３１）において、
前記スタブ装着孔は、前記導波管の所定面上に、管内波長λの（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）の間隔で、前記導波管の管軸方向に２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）設けられていることを特徴としている。
【００１４】
この請求項１または２に記載の発明によれば、導波管の所定面に設けられたそれぞれのスタブ装着孔に、対応するスタブを挿入することで、発振部とマイクロ波整合器との間の線路長を変更することなく、導波管の電気長を変化させることができる。したがって、当該電気長可変装置を半導体製造システムに備えておくことで、半導体製造装置への搭載後であっても、システムのレイアウトを行わずに電気長を可変することができるため、発振部に搭載されるマグネトロンの出力不安定を容易に解消することができる。
また、電気長可変器の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを変化させることなく、導波管の電気長を可変することができる。このため、マイクロ波整合器による負荷インピーダンスの整合に影響を与えることがない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の電気長可変器と、
電気長の長さを入力する入力手段（例えば、図２の制御部３９）と、
前記入力された電気長の長さに基づいて、前記電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに挿入する各スタブの挿入長を算出する算出手段（例えば、図２の制御部３９）と、
前記スタブ装着孔のそれぞれに、前記算出手段によって算出された挿入長で、対応するスタブを挿入する挿入手段（例えば、図２のスタブＳ１〜Ｓ３に接続された駆動部）と、
を備えたことを特徴とする電気長可変装置である。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、
請求項２に記載の電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに対するスタブの挿入を制御する制御装置において、
電気長の長さを入力する入力手段（例えば、図２の制御部３９）と、
前記入力された電気長の長さに基づいて、前記電気長可変器のスタブ装着孔それぞれに挿入する各スタブの挿入長を算出する算出手段（例えば、図２の制御部３９）と、
前記スタブ装着孔それぞれに、前記算出手段によって算出された挿入長で、対応するスタブを挿入する制御を行う挿入制御手段（例えば、図２のスタブＳ１〜Ｓ３に接続された駆動部）と、
を備えたことを特徴としている。
【００１７】
この請求項３または５に記載の発明によれば、電気長の長さを入力し、この電気長の長さに基づいて、スタブ装着孔それぞれに挿入するスタブの挿入長を算出し、対応するスタブを自動的に挿入することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の電気長可変装置において、
前記算出手段は、
所定の制御演算により前記入力された電気長の長さに対する制御値を決定する決定手段と、
前記決定された制御値に基づいて、前記スタブ装着孔それぞれにスタブが挿入された場合の各スタブインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出された各スタブインピーダンスに基づいて、各スタブの挿入長を算出する挿入長算出手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出された各スタブインピーダンスに基づいて、可変する電気長の長さを算出する電気長演算手段と、
を有し、前記決定手段が、前記電気長演算手段によって演算された可変する電気長の長さと前記入力された電気長の長さとの差分を基に新たな制御値を決定することにより、前記挿入手段によるスタブの挿入量をフィードバック制御するように構成しても良い。
【００１９】
この請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、スタブの挿入量をフィードバック制御できるため、より確実かつ正確に、導波管の電気長を可変することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、
導波管と、複数の分岐導波管とを備えた、発振部とマイクロ波整合器との間に配設される電気長可変器（例えば、図１３の電気長可変器３３または図１６の電気長可変器３６）において、
前記分岐導波管は、前記導波管の所定面と垂直に、管内波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）の間隔で、前記導波管の管軸方向に２ｋ＋１個（ｋは１以上の整数）配設され、
前記分岐導波管それぞれの内部を、当該分岐導波管の管軸方向に移動可能な短絡板（例えば、図１３の短絡板３５ａ〜３５ｃまたは図１６の短絡板３８ａ〜３８ｃ）を更に備えることを特徴としている。
【００２１】
この請求項６に記載の発明によれば、導波管の所定面に配設されたそれぞれの分岐導波管内部の短絡板を移動することで、発振部とマイクロ波整合器との間の線路長を変化させることなく、導波管の電気長を変化させることができる。したがって、当該電気長可変装置を半導体製造システムに備えておくことで、半導体製造装置への搭載後であっても、システムのレイアウト変更といった手間を必要とせず、電気長を可変することで、発振部に搭載されるマグネトロンの出力不安定を容易に解消することができる。
また、電気長可変器の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを変化させることなく、導波管の電気長を可変することができる。このため、マイクロ波整合器による負荷インピーダンスの整合に影響を与えることがない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の説明において、上述の従来の技術と同一要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施の形態のマイクロ波電源システム１を示す図である。同図によれば、マイクロ波電源システム１は、発振部１０、アイソレータ２０、電気長可変装置３０およびマイクロ波整合器４０を備えている。
【００２４】
電気長可変装置３０は、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０との間に設置され、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０との間の距離ｄを変えることなく、発振部１０とマイクロ波整合器４０との間の電気長を可変する。
【００２５】
〔電気長可変装置の構成〕
図２（ａ）は、電気長可変装置３０の概略構成を示す図である。同図によれば、電気長可変装置３０は、電気長可変器３１および制御部３９を備えている。また、電気長可変器３１は、スタブ装着孔を有する導波管３１ａ、各スタブ挿入孔それぞれに配置された３本のスタブＳ１、Ｓ２、Ｓ３、を備えている。
【００２６】
導波管３１ａは、マイクロ波電源システム１を構成する電気長可変装置３０以外の導波管と、その寸法（内径）や材質が同一の導波管（方形導波管）であり、マイクロ波の伝送線路中に中継用として配管されるものである。同図（ｂ）に、その断面図を示す。導波管３１ａのＥ面（導波管３１ａ内を伝播するマイクロ波の電界方向と垂直な面）には、３つのスタブ装着孔が設けられている。これらのスタブ装着孔は、導波管３１ａの管軸方向に沿って、管内波長λの１／４の間隔で設けられており、各スタブ装着孔には、スタブＳ１〜Ｓ３が、挿抜自在に配置されている。
【００２７】
スタブＳ１〜Ｓ３は、スタブ装着孔への挿入長を任意に変化させることが可能であり、それぞれに接続された不図示の駆動部によって、その挿入長が適切に変化される。尚、これらの駆動部は、制御部３９からの駆動信号に応じて動作するものであり、モータ等により実現される。
【００２８】
制御部３９は、マイクロコンピュータ等によって実現されるものであり、後述のように、所望の電気長ΔＬが入力されると、この電気長ΔＬに基づいて、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長を算出する。そして、スタブＳ１〜Ｓ３を適切に可変させるよう、算出したスタブの挿入長に応じた駆動信号を、駆動部へ出力する。
【００２９】
〔電気長可変器の動作原理〕
次に、電気長可変装置３０の動作原理について説明する。
図３は、電気長可変器３１の等価回路を示す図である。電気長可変器３１は、導波管を伝送路としているため、この等価回路は、分布定数回路で扱われる。同図において、ＺＳ１、ＺＳ２、ＺＳ３は、それぞれ、スタブＳ１〜Ｓ３のインピーダンス（スタブインピーダンス）であり、Ｚ０は、導波管３１ａの特性インピーダンスである。
【００３０】
また、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３は、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長ｈ１〜ｈ３に基づいて、次式で与えられる。
ＺＳ１＝ｆ１ａ（ｈ１）          ・・・（１ａ）
ＺＳ２＝ｆ１ｂ（ｈ２）          ・・・（１ｂ）
ＺＳ３＝ｆ１ｃ（ｈ３）          ・・・（１ｃ）
ここで、関数ｆ１ａ、ｆ１ｂ、ｆ１ｃは、スタブインピーダンスＺＳとスタブＳの挿入長ｈとの関係を示す関数であり、スタブＳの寸法や材質等によって決定されるものである。
【００３１】
この等価回路において、観測点を図２（ａ）のＺｉｎ、すなわちスタブＳ１の位置におくと、図３は、図４に示す集中定数回路に置き換えられる。この変換は、スタブ間隔がλ／４であるために可能な変換である。
【００３２】
図４は、図３の分布定数回路を集中定数回路に置き換えた等価回路を示す図である。同図に示すように、図３は、容量性インピーダンスであるスタブインピーダンスＺＳ１およびＺＳ３、誘導性インピーダンスであるスタブインピーダンスＺＳ２、をもつπ型回路に置き換えられる。
【００３３】
この等価回路を、図５（ａ）に示す回路系統図に置き換える。すると、図５（ｂ）に示される各回路要素のＳマトリクスＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３は、それぞれ、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３に基づいて、次式で与えられる。
【数１】
2004229124.tif 000003
【００３４】
次いで、各ＳマトリクスＳＳ１〜ＳＳ３を、図５（ｃ）に示すように、ＴマトリクスＴＳ１〜ＴＳ３に変換する。変換したＴマトリクスＴＳ１〜ＴＳ３は、それぞれ、ＳマトリクスＳＳ１〜ＳＳ３に基づいて、次式で与えられる。
【数２】
2004229124.tif 000004
【００３５】
そして、これらのＴマトリクスＴＳ１〜ＴＳ３を合成し、等価回路のＴマトリクスＴＴＯＴＡＬを算出する。図５（ｄ）に示されるＴマトリクスＴＴＯＴＡＬは、次式で表される。
【数３】
2004229124.tif 000005
【００３６】
このＴマトリクスＴＴＯＴＡＬを、次式のようにおく。
【数４】
2004229124.tif 000006
【００３７】
また、図５（ｅ）に示される等価回路のＳマトリクスＳを、次式のようにおく。
【数５】
2004229124.tif 000007
【００３８】
すると、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１は、次式で与えられる。
Ｓ２１＝１／Ｔ２２          ・・・（７）
但し、Ｔ２２≠０、とする。
【００３９】
ここで、ＳパラメータＳ２１は、次式のように、複素数形式で得られたとすると、
Ｓ２１＝ｕ＋ｊｖ          ・・・（８）
位相成分θは、次式で表される。
θ＝ｔａｎ−１（ｖ／ｕ）          ・・・（９）
【００４０】
そして、θ＝２πＬ／λより、伝送線路中に追加された電気長Ｌは、次式で求められる。
【数６】
2004229124.tif 000008
【００４１】
但し、電気長可変装置３０による電気長の可変範囲は、次式で定められる。
０＜ΔＬ≦λ／４          ・・・（１１）
【００４２】
なおここで、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１は、次式のように、極形式で得られることとしても良い。
Ｓ２１＝ｋ・ε−θ          ・・・（１２）
【００４３】
この場合、式（８）と同様に、θが式（９）で与えられ、θ＝２πＬ／λより、伝送線路中に追加された電気長Ｌは、式（１０）で求められる。また、電気長の可変範囲は、式（１１）で定められる。
【００４４】
〔動作〕
次に、電気長可変装置３０の動作について説明する。
【００４５】
図６（ａ）は、電気長可変器３１をπ型回路に置き換えた図である。同図において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、それぞれ、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３のリアクタンスＸを表す。なお、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３は、リアクタンス成分のみをもち、次式で表される。
ＺＳ１＝ｊＸ１          ・・・（１３ａ）
ＺＳ２＝ｊＸ２          ・・・（１３ｂ）
ＺＳ３＝ｊＸ３          ・・・（１３ｃ）
また、導波管３１ａの特性インピーダンスＺ０を、５０［Ω］としている。
【００４６】
本実施の形態においては、入力インピーダンスＺｉｎと、リアクタンスＸ１との比Ｑを調整することで、電気長を可変する。なお、Ｑは、次式で表される。
Ｑ＝Ｚｉｎ／ＸＳ１          ・・・（１４）
【００４７】
図７は、制御部３９による電気長可変装置３０の制御フローの一例を示す図である。同図によれば、先ず制御部３９には、追加したい電気長ΔＬｓｅｔが指令信号として入力される。そして、制御部３９は、指令信号である電気長ΔＬｓｅｔと、フィードバック信号である電気長ΔＬｃａｌと、の差分信号を生成し、ＰＩゲイン回路によって、この差分信号に応じた制御信号Ｑ、具体的には、電気長ΔＬｓｅｔと電気長ΔＬｃａｌとの大小関係に応じた制御信号Ｑを生成する。たとえば、ΔＬｓｅｔ＞ΔＬｃａｌ、の場合には増大するように、一方、ΔＬｓｅｔ＜ΔＬｃａｌ、の場合には減少するように、制御信号Ｑを生成する。なおここで、制御信号Ｑは、式（１４）に示した、入力インピーダンスＺｉｎとリアクタンスＸ１との比Ｑに相当する信号である。
【００４８】
次いで、制御部３９は、生成した制御信号Ｑに応じて、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３を算出する。算出式は、次式で与えられる。
ＺＳ１＝ｆ２ａ（Ｑ）          ・・・（１５ａ）
ＺＳ２＝ｆ２ｂ（Ｑ）          ・・・（１５ｂ）
ＺＳ３＝ＺＳ１              ・・・（１５ｃ）
【００４９】
ここで、関数ｆ２ａ、ｆ２ｂは、制御信号ＱとスタブインピーダンスＺＳ１、Ｚｓ２との関係を示すものであり、電気長可変器３１の入力インピーダンスＺｉｎおよび出力インピーダンスＺｏｕｔがともにＺ０となるよう、定められる。
【００５０】
具体的には、式（１４）に従ってリアクタンスＸ１を算出し、インピーダンスＺＳ１を決定する。次いで、式（１５ｃ）に従い、ＺＳ１＝ＺＳ３としてスタブインピーダンスＺＳ３を算出する。そして、入力インピーダンスＺｉｎおよび出力インピーダンスＺｏｕｔがともにＺ０となるよう、スタブインピーダンスＺＳ２を算出する。
【００５１】
そして、制御部３９は、算出したスタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３に基づいて、各スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長ｈ１〜ｈ３を算出する。算出式は、次式で与えられる。
ｈ１＝ｆ３ａ（ＺＳ１）          ・・・（１６ａ）
ｈ２＝ｆ３ｂ（ＺＳ２）          ・・・（１６ｂ）
ｈ３＝ｆ３ｃ（ＺＳ３）          ・・・（１６ｃ）
【００５２】
ここで、関数ｆ３ａ、ｆ３ｂ、ｆ３ｃは、スタブインピーダンスＺＳとスタブＳの挿入長ｈとの関係を示すものであり、スタブの寸法や材質等によって決定される関数である。なお、ここでは、スタブＳ１〜Ｓ３毎に上記関係が異なることとしたが、全て同一の関係をもつものとしても良い。
【００５３】
スタブの挿入長を算出すると、制御部３９は、各スタブＳ１〜Ｓ３を適切に駆動するよう、算出した挿入長に応じた駆動信号を、各スタブＳ１〜Ｓ３を駆動する駆動部に出力する。
【００５４】
また、制御部３９は、算出したスタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３に基づき、式（２）〜（５）に従って、ＴマトリクスＴＴＯＴＡＬを算出する。続いて、式（６）に従って、ＳマトリクスＳを算出し、式（８）に示す、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を算出する。
【００５５】
ＳパラメータＳ２１を算出すると、制御部３９は、式（９）に従って、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入による位相成分θの変化分、すなわち、可変角度Δθを算出する。そして、算出した可変角度Δθに基づいて、式（１０）に従い、追加される電気長ΔＬｃａｌを算出する。ここで算出した電気長ΔＬｃａｌは、フィードバックされ、指令信号である、追加したい電気長ΔＬｓｅｔと比較される。
【００５６】
このように、制御部３９は、指令信号として入力された追加したい電気長ΔＬｓｅｔに基づいてスタブＳ１〜Ｓ３の挿入長を算出し、算出した挿入長でスタブＳ１〜Ｓ３を可変する。それとともに、各スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３に基づいて追加される電気長ΔＬｃａｌを算出し、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長をフィードバック制御している。
【００５７】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のπ型回路において、Ｑの値を様々に変化させた場合の、リアクタンスＸ１〜Ｘ３、可変角度Δθおよび可変電気長Δλの値の一例を示す図である。ここで、可変電気長Δλは、式（１０）に従って算出される。
【００５８】
スタブＳ１を挿入すると、リアクタンスＸ１の値は、Ｘ１＜０、となる。すなわち、Ｑの値は、Ｑ＜０、となる。従って、図６（ｂ）に示す表の上半分が、電気長可変器３１の動作範囲となる。また、可変電気長Δλの極性は負であり、電気長可変器３１は、電気長が追加される方向に動作する。
【００５９】
以上のように、本発明を適用した電気長可変装置３０によれば、アイソレータ２０とマイクロ波整合器４０との間の線路長を変えることなく、発振部１０とマイクロ波整合器４０との間の電気長を可変することができる。
【００６０】
〔変形例〕
なお、本発明の適用は、上述した実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、次の変形例が挙げられる。
【００６１】
（１）Ｔ型回路に置き換える
上記実施の形態においては、図３に示す電気長可変器３１の等価回路を、図４に示すπ型回路に置き換えることとしたが、図８に示すように、Ｔ型回路に置き換えることとしても良い。このとき、観測点は、発振部１０側に、スタブＳ１の位置からλ／４だけ離れた位置におく。
【００６２】
図８は、図３の分布定数回路をＴ型等価回路に置き換えた一例を示す図である。同図に示すように、図３の分布定数回路は、誘導性インピーダンスであるスタブインピーダンＺＳ１およびＺＳ３、容量性インピーダンスであるスタブインピーダンスＺＳ２をもつＴ型回路に置き換えられる。
【００６３】
この等価回路において、上述のπ型回路と同様に、ＴマトリクスＴＴＯＴＡＬおよびＳマトリクスＳを算出し、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を算出する。算出されたＳパラメータＳ２１は、式（７）で与えられる。
【００６４】
Ｔ型回路に置き換えた場合の動作例を説明する。
図９（ａ）は、電気長可変器３１を置き換えたＴ型回路を示す図である。同図において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、それぞれ、スタブインピーダンスＺＳ１〜ＺＳ３のリアクタンスＸである。また、導波管３１ａの特性インピーダンスＺ０を、５０［Ω］としている。
【００６５】
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＴ型回路において、Ｑの値を様々に変化させた場合の、リアクタンスＸ１〜Ｘ３、可変角度Δθおよび可変電気長Δλの値の一例を示す図である。
【００６６】
スタブＳ１を挿入すると、リアクタンスＸ１の値は、Ｘ１＞０、となる。すなわち、Ｑの値は、Ｑ＞０、となる。従って、図９（ｂ）に示す表の下半分が、電気長可変器３１の動作範囲となる。また、可変電気長Δλの極性は負であり、電気長可変器３１は、電気長が追加される方向に動作する。
【００６７】
（２）スタブを手動で可変
また、上記実施の形態においては、制御部３９が、算出したスタブの挿入長に応じた駆動信号を各スタブＳ１〜Ｓ３に接続された駆動部に出力して、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長を自動的に可変することとしたが、これを、手動により行うこととしても良い。
この場合、電気長可変装置は、スタブＳ１〜Ｓ３を駆動する駆動部を備えず、制御部３９は、算出したスタブの挿入長を、制御部３９に接続されたモニタ等の表示部に出力する。そして、電気長可変装置の操作者が、この表示部に表示されたスタブの挿入長に従って、スタブＳ１〜Ｓ３の挿入長を手動で可変する。
【００６８】
（３）スタブの本数
また、上記実施の形態においては、電気長可変器３１は、３本のスタブＳ１〜Ｓ３を備えることとしたが、これを、２ｋ＋１本（ｋは２以上の自然数）備えることとしても良い。
この場合、２ｋ＋１本のスタブは、導波管のＥ面に、管軸方向に沿ってλ／４の間隔で設けられたスタブ挿入孔のそれぞれに、挿抜自在に設置される。
【００６９】
たとえば、図１０は、ｋ＝２、すなわち、５本のスタブを備える電気長可変器３２の概略構成を示す図である。同図によれば、電気長可変器３２は、導波管３２ａと、５本のスタブＳ１〜Ｓ５と、を備えている。５本のスタブは、導波管３２ａのＥ面に、管軸方向に沿ってλ／４の間隔で設けられたスタブ挿入孔のそれぞれに、挿抜自在に設置されている。そして、制御部３９に接続された駆動部によって自動的に、あるいは手動で、その挿入長が可変される。
【００７０】
図１１は、図１０の電気長可変器３２の等価回路を示す図である。同図において、ＺＳ１、ＺＳ２、ＺＳ３、ＺＳ４、ＺＳ５は、それぞれ、スタブＳ１〜Ｓ５のインピーダンスである。
この等価回路において、観測点を図１０のＺｉｎ、すなわちスタブＳ１の位置におくと、図１１は、図１２に示す集中定数回路に置き換えられる。
【００７１】
また、図１２は、図１１を集中定数回路に置き換えた等価回路を示す図である。同図に示すように、図１１は、容量性インピーダンスであるスタブインピーダンスＺＳ１、ＺＳ３、ＺＳ５、誘導性インピーダンスであるスタブインピーダンスＺＳ２、ＺＳ４をもつ２段のπ型回路に置き換えられる。
【００７２】
このπ型回路において、３スタブ型の電気長可変器３１と同様に、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を算出して、追加された電気長Ｌを算出する。但し、電気長可変器３２の入力インピーダンスＺｉｎおよび出力インピーダンスＺｏｕｔは、Ｚ０に保ったままとする。
そして、５スタブ型の電気長可変器３２による電気長ΔＬの可変範囲は、次式で定められる。
０＜ΔＬ≦λ／２          ・・・（１７）
【００７３】
また、ｋ≧３の場合についても同様である。すなわち、２ｋ＋１本のスタブＳを備える電気長可変器は、ｋ段のπ型等価回路に置き換えられ、この電気長可変器による電気長ΔＬの可変範囲は、次式で定められる。
０＜ΔＬ≦ｋ×λ／４          ・・・（１８）
尚、上式（１８）は、ｋの値を変化させることによって、帰納法により導出される。
【００７４】
このように、より多くのスタブを備えることで、分解能を木目細かくすることができる。たとえば、λ／４の電気長を可変するためには、３スタブ型の電気長可変器３１では、図６（ｂ）より、Ｑ＝１００（Δλ＝−０．２５）とする必要がある。一方、５スタブ型の電気長可変器３２は、３スタブ型の電気長可変器３１を２段接続したものと等価であるので、図６（ｂ）より、Ｑ＝１（Δλ＝−０．１３）とすれば良い。すなわち、多くのスタブを備えることで、より小さなＱで電気長を可変できるため、挿入長あたりの分解能を良くすることができる。
【００７５】
（４）ＥチューナあるいはＨチューナを備える
また、スタブＳ１〜Ｓ３に代えて、ＥチューナあるいはＨチューナを備えることとしても良い。
【００７６】
図１３は、Ｅチューナを備えた電気長可変器３３の概略構成を示す図である。同図によれば、電気長可変器３３は、導波管３３ａと、導波管３３ａから分岐した３つの分岐導波管３４ａ、３４ｂ、３４ｃとを備えている。分岐導波管３４ａ〜３４ｃは、導波管３３ａのＥ面と垂直に、導波管３３ａの管軸方向に沿ってλ／４の間隔で配設されている。
【００７７】
各分岐導波管３４ａ〜３４ｃの内部には、当該分岐導波管３４ａ〜３４ｃ内を伝播するマイクロ波を反射する短絡板３５ａ〜３５ｃが設けられている。各短絡板３５ａ〜３５ｃは、分岐導波管３４ａ〜３４ｃの管軸方向に沿って移動可能であり、分岐位置からＨＭＩＮ（＝λ／２−λ／４）離れた位置と、ＨＭＡＸ（＝λ／２＋λ／４）離れた位置との間を移動する。
【００７８】
また、短絡板３５ａ〜３５ｃは、それぞれに接続された不図示の駆動部によって、その位置が適切に可変される。これらの駆動部は、制御部３９からの駆動信号に応じて動作するものであり、モータ等により実現される。
【００７９】
この電気長可変器３３において、観測点を最も発振部１０側の分岐導波管３５ａの位置におくと、図１４に示すＴ型回路に置き換えられる。
図１４は、電気長可変器３３を集中定数回路に置き換えたＴ型回路を示す図である。同図において、Ｘ１〜Ｘ３は、それぞれ、短絡板３５ａ〜３５ｃによるリアクタンスである。これらのリアクタンスＸ１〜Ｘ３は、対応する短絡板３５ａ〜３５ｃの位置Ｈが、Ｈ＞λ／２、の場合には誘導性インピーダンスとなり、Ｈ＜λ／２、の場合には容量性インピーダンスとなる。
【００８０】
電気長可変器３３は、各短絡板３５ａ〜３５ｃの位置に応じて、図１４（ａ）または図１４（ｂ）に示すＴ型回路に置き換えられる。
同図（ａ）は、誘導性インピーダンスであるリアクタンスＸ１およびＸ３、容量性インピーダンスであるリアクタンスＸ２をもつＴ型回路を示す図である。また、同図（ｂ）は、容量性インピーダンスであるリアクタンスＸ１およびＸ３、誘導性インピーダンスであるリアクタンスＸ２をもつＴ型回路を示す図である。
それぞれのＴ型回路について、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を、図５と同様に算出して、追加された電気長を算出する。
【００８１】
また、図１３において、観測点を、分岐導波管３４ａの位置からλ／４だけ発振部１０側に置くと、図１５に示すπ型回路に置き換えられる。
【００８２】
図１５は、電気長可変器３３を集中定数回路に置き換えたπ型回路を示す図である。
同図（ａ）は、容量性インピーダンスであるリアクタンスＸ１およびＸ３、誘導性インピーダンスであるリアクタンスＸ２をもつπ型回路を示す図である。
また、同図（ｂ）は、誘導性インピーダンスであるリアクタンスＸ１およびＸ３、容量性インピーダンスであるリアクタンスＸ２をもつπ型回路を示す図である。
それぞれのＴ型回路について、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を、図１４のＴ型回路の場合と同様に算出して、追加された電気長を算出する。
【００８３】
なお、Ｅチューナを備える電気長可変器３３による電気長ΔＬの可変範囲は、次式で定められる。
−λ／２≦ΔＬ≦λ／２          ・・・（１９）
【００８４】
図１６は、Ｈチューナを備えた電気長可変器３６の概略構成を示す図である。同図によれば、電気長可変器３６は、導波管３６ａと、導波管３６ａから分岐した３つの分岐導波管３７ａ、３７ｂ、３７ｃとを備えている。各分岐導波管３７ａ〜３７ｃは、導波管３６ａのＨ面（導波管３６ａ内を伝播するマイクロ波の磁界方向と垂直な面）と垂直に、導波管３６ａの管軸方向に沿ってλ／４の間隔で配設されている。
【００８５】
各分岐導波管３７ａ〜３７ｃの内部には、それぞれ、当該分岐導波管３７ａ〜３７ｃ内を伝播するマイクロ波を反射する短絡板３８ａ〜３８ｃが設けられている。各短絡板３８ａ〜３８ｃは、分岐導波管３７ａ〜３７ｃの管軸方向に沿って移動可能であり、分岐位置からＨＭＩＮ（＝λ／２−λ／４）離れた位置と、ＨＭＡＸ（＝λ／２＋λ／４）離れた位置との間を移動する。
【００８６】
また、短絡板３８ａ〜３８ｃは、それぞれに接続された不図示の駆動部によって、その位置が適切に可変される。これらの駆動部は、制御部３９からの駆動信号に応じて動作するものであり、モータ等により実現される。
【００８７】
この電気長可変器３６についても、Ｅチューナを備える電気長可変器３３と同様に、観測点の位置に応じて、Ｔ型回路あるいはπ型回路に置き換えられる。そして、各Ｔ型回路あるいはπ型回路において、伝達係数を表すＳパラメータＳ２１を算出して、追加された電気長ΔＬを算出する。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、導波管の所定面に設けられたそれぞれのスタブ装着孔に、対応するスタブを挿入することで、発振部とマイクロ波整合器との間の線路長を変化させることなく、導波管の電気長を変化させることができる。したがって、当該電気長可変装置を半導体製造システムに備えておくことで、半導体製造装置への搭載後であっても、システムのレイアウト変更を行わずに電気長を可変することができるため、発振部に搭載されるマグネトロンの出力不安定を容易に解消することができる。
また、電気長可変器の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを変化させることなく、導波管の電気長を可変することができる。このため、マイクロ波整合器による負荷インピーダンスの整合に影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態におけるマイクロ波電源システムの構成を示す図。
【図２】電気長可変装置の概略構成を示す図。
【図３】図２の等価回路（分布定数回路）を示す図。
【図４】図３をπ型回路（集中定数回路）に置き換えた図。
【図５】図４のＳマトリクスの算出過程を示す図。
【図６】図４のπ型回路に対する動作例を示す図。
【図７】電気長可変装置の制御フローを示す図。
【図８】図４をＴ型回路（集中定数回路）に置き換えた図。
【図９】図８のＴ型回路に対する動作例を示す図。
【図１０】５スタブ型の電気長可変器の概略構成を示す図。
【図１１】図１０の等価回路（分布定数回路）を示す図。
【図１２】図１１をπ型回路（集中定数回路）に置き換えた図。
【図１３】Ｅチューナを備えた電気長可変器の概略構成を示す図。
【図１４】図１３をＴ型回路（集中定数回路）に置き換えた図。
【図１５】図１３をπ型回路（集中定数回路）に置き換えた図。
【図１６】Ｈチューナを備えた電気長可変器の概略構成を示す図。
【図１７】従来のマイクロ波電源システムの構成を示す図。
【図１８】マグネトロンのリーケ線図の一例を示す図。
【図１９】マイクロ波電源システムに線路長Ｌを追加した様子を示す図。
【符号の説明】
１  マイクロ波電源システム
１０  発振部
２０  アイソレータ
３０  電気長可変装置
３１  電気長可変器
３２  導波管
Ｓ１〜Ｓ３  スタブ
３５  制御部
４０  マイクロ波整合器
２  負荷
３  従来のマイクロ波電源システム
【図１】
2004229124.tif 000009
【図２】
2004229124.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004229124.tif 000013
【図６】
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【図７】
2004229124.tif 000015
【図８】
2004229124.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004229124.tif 000021
【図１４】
2004229124.tif 000022
【図１５】
2004229124.tif 000023
【図１６】
2004229124.tif 000024
【図１７】
2004229124.tif 000025
【図１８】
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【図１９】
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