JP2009124687A - インピーダンスマッチング方法及びこの方法のためのマッチングシステム - Google Patents
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Abstract
インピーダンスマッチング方法及びこの方法のためのマッチングシステムを提供する。
【解決手段】
この方法は、電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、前記送信線の電気的特性を測定するステップと、前記電源のパルスモードを判断するステップと、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、前記マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御される。
【選択図】図32
Description
101、101a、101b;負荷
102、102a、102b;電源
103;送信線
104、104a、104b;マッチングシステム
111;第1可変キャパシタ
112;第2可変キャパシタ
115;受動素子
116;キャパシタ
117、118;インダクター
141;センサ部
200;処理部
201,201a、201b;測定結果分析部
202;特性ベクトル抽出部
203;変位ベクトル抽出部
204;駆動ベクトル抽出部
205、205a、205b;制御部
206、206a、206b;入出力信号処理部
207、207a、207b;データ格納所
210、210a、210b;ノイズ除去部
211、211a、211b;パルスモード処理部
212、212a、212b;制御パラメーター抽出部
301、301a、301b、302、302a、302b;可変リアクティブ素子
900;チャンバー装置
901;チャンバー
911;上部電極
912;下部電極
921;上部電源
922;下部電源
931;上部送信線
932;下部送信線
941;上部センサ部
942;下部センサ部
951;上部マッチングシステム
952;下部マッチングシステム
Claims (51)
- 電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、
前記送信線の電気的特性を測定するステップと、
前記電源のパルスモードを判断するステップと、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、
前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、
前記マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御されることを特徴とするマッチング方法。 - 前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 前記オンタイム区間とオフタイム区間との判別は、前記電源の動作を制御する電源トリガー信号を利用するか、又は前記電気的特性を利用して判断することを特徴とする請求項2に記載のマッチング方法。
- 前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記電源がi番目のオンタイム状態からi+1番目のオンタイム状態になるまでの時間の間隔で定義されるパルス周期を判断するステップをさらに含み、
前記パルス周期に応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項2に記載のマッチング方法。 - 前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記パルス周期が所定の時間より大きな場合に、スローパルスモードと判断し、前記パルス周期が前記所定の時間より小さな場合には、ファーストパルスモードと判断するステップをさらに含み、
前記電源のパルスモードに応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項4に記載のマッチング方法。 - 前記パルスモードが前記スローパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記マッチングシステムをアイドル状態にするステップを含むことを特徴とする請求項5に記載のマッチング方法。
- 前記パルスモードが前記ファーストパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップを含むことを特徴とする請求項5に記載のマッチング方法。
- 前記電源のオフタイムが臨界オフタイム以上持続すると、前記制御パラメーターをプリセット状態に設定して前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項2に記載のマッチング方法。
- 前記電源のパルスモードを処理するステップは、
前記電源のパルスモードの発生前に、一定時間の連続モードを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 前記送信線の電気的特性を測定するステップは、
前記送信線のノイズを除去することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 前記送信線のノイズを除去することは、ロックイン感知を利用することを特徴とする請求項10に記載のマッチング方法。
- 前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルに変換するステップと、
分析座標系で特性ベクトルを分析して、変位ベクトルを抽出するステップと、
変位ベクトルを換算された素子ベクトルに変換するステップと、
前記換算された素子ベクトルを駆動ベクトルに変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
インピーダンスの絶対値を特性インピーダンスと比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、
インピーダンスの位相を基準値と比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
インピーダンスを利用して負荷インピーダンスを計算するステップと、
前記負荷インピーダンスを利用して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。 - 電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置であって、
前記送信線の電気的特性を測定するセンサ部と、
前記電気的特性を処理する測定結果分析部と、
前記電源に応じてパルスモードを処理するパルスモード処理部と、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出する制御パラメーター抽出部と、
前記パルスモードに応じて前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御する制御部と、を備えることを特徴とするマッチング装置。 - 前記パルスモード処理部は、
前記電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するように構成されることを特徴とする請求項15に記載のマッチング装置。 - 前記パルスモード処理部は、
パルスの周期が所定の時間より大きな場合にスローモードと判断し、前記パルスの周期が所定の時間より小さな場合にはファーストモードと判断し、
前記電源のパルスモードに応じて異なるように制御パラメーターを設定するように構成されることを特徴とする請求項16に記載のマッチング装置。 - 前記測定結果分析部は、
前記送信線の電気的特性からノイズを除去するノイズ除去部をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載のマッチング装置。 - 負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、
前記送信線の電気的特性を測定するステップと、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、
前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、
前記制御パラメーターを抽出するステップは、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性とを定量的に関係付ける分析座標系を利用するステップを含むことを特徴とするマッチング方法。 - 前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性との間の定量的関係を単射関数的にマッピングするよう選択されることを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。
- 前記分析座標系の座標は、前記マッチングシステムの電気的特性と関連した物理量の中から選択され、
前記制御パラメーターを抽出するステップは、前記分析座標系において、前記測定された送信線の電気的特性に該当する点の位置及び大きさを分析することによって、前記マッチングシステムのマッチングのために要求される変位ベクトルを求めるステップを含むことを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。 - 前記マッチングシステムは、可変的なリアクタンスを提供できる少なくとも二つの可変リアクティブ素子を具備し、
前記分析座標系の座標は、前記可変リアクティブ素子の電気的特性を所定の変換行列Tを利用して変換することによって得られる物理量であることを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。 - 前記変換行列及び前記分析座標系の座標は、前記マッチングシステムのタイプによって選択され、
前記変換行列は、経験的データに対する分析、理論的接近による分析及びコンピュータを使用するシミュレーション分析のうち、少なくとも一つの方法を使用して準備することを特徴とする請求項22に記載のマッチング方法。 - 前記マッチングシステムは、L型、逆L型、T型及びπ型のうちの何れか一つであり、
前記マッチングシステムが可変キャパシタで構成されるL型である場合に、前記分析座標系の座標は、各々前記可変キャパシタのキャパシタンスの逆数に比例する物理量として選択され、
前記マッチングシステムが可変キャパシタで構成される逆L型である場合には、前記分析座標系の座標は、各々前記可変キャパシタのキャパシタンスに比例する物理量として選択されることを特徴とする請求項22に記載のマッチング方法。 - 前記変換行列は、n×m行列(n≧2及びm≧2)であり、
n及びmは、前記分析座標の数及び前記可変リアクティブ素子の個数に応じて選択されることを特徴とする請求項22に記載のマッチング方法。 - 前記変換行列の要素は、−1〜1の範囲の値の中から選択されることを特徴とする請求項22に記載のマッチング方法。
- 前記送信線の電気的特性を測定するステップは、前記送信線の電圧の大きさ、電流の大きさ及びこれらの間の位相差を測定するステップを含むことを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。
- 前記制御パラメーターを抽出するステップは、
前記送信線の電気的特性を規格化された大きさを有する特性ベクトルに変換するステップと、
前記分析座標系で前記特性ベクトルの大きさを分析することによって、前記マッチングシステムのマッチングのために要求される変位ベクトルを求めるステップと、
前記変位ベクトルを前記マッチングシステムの制御のための制御パラメーターに変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。 - 前記送信線の電気的特性を特性ベクトルに変換するステップは、
前記送信線の電気的特性から、前記送信線の入力インピーダンスを計算するステップと、
前記入力インピーダンスから前記送信線の反射係数を計算するステップと、
前記反射係数から前記送信線の電気的特性を表現する特性ベクトルを計算するステップと、を含み、
前記特性ベクトルは、前記送信線の電気的特性と関連した少なくとも二つの独立した物理量をその成分として有することを特徴とする請求項28に記載のマッチング方法。 - 前記特性ベクトルは、前記反射係数の実数部及び虚数部を成分として有する2次元ベクトルであることを特徴とする請求項29に記載のマッチング方法。
- 前記変位ベクトルは、前記マッチングシステムのマッチングのために要求される、前記分析座標系での座標の移動の方向及び距離に対する情報を含むことを特徴とする請求項28に記載のマッチング方法。
- 前記マッチングシステムは、少なくとも、第1及び第2可変リアクティブ素子を具備し、
前記分析座標系は、G1及びG2を座標として有する2次元座標系であり、
前記G1及びG2は、それぞれ前記第1及び第2可変リアクティブ素子のそれぞれの電気的特性を所定の変換行列Tを利用して変換することによって得られる物理量であり、
前記特性ベクトルは、前記送信線の反射係数の実数部及び虚数部を成分として有する2次元ベクトルであり、
前記変位ベクトルを求めるステップは、前記G1及びG2の微分を求めるステップを含むことを特徴とする請求項28に記載のマッチング方法。 - 前記マッチングシステムがL型である場合に、前記G1座標の微分は、前記反射係数の虚数部の負数であり、前記G2座標の微分は、前記反射係数の実数部であり、
前記マッチングシステムが逆L型である場合には、前記G1座標の微分は、前記反射係数の虚数部の負数であり、前記G2座標の微分は、前記反射係数の実数部の負数であることを特徴とする請求項32に記載のマッチング方法。 - 前記マッチングシステムは、L型、逆L型、T型及びπ型のうちの何れか一つであり、
前記変換行列及び前記分析座標系の座標は、前記マッチングシステムのタイプに応じて選択され、
前記変換行列は、経験的データに対する分析、理論的接近による分析及びコンピュータを使用するシミュレーション分析のうち、少なくとも一つの方法を使用して準備されることを特徴とする請求項32に記載のマッチング方法。 - 前記マッチングシステムが可変キャパシタで構成されるL型である場合に、前記G1及びG2座標は、それぞれ前記可変キャパシタのキャパシタンスの逆数に比例する物理量として選択され、
前記マッチングシステムが可変キャパシタで構成される逆L型である場合には、前記G1及びG2座標は、それぞれ前記可変キャパシタのキャパシタンスに比例する物理量として選択されることを特徴とする請求項32に記載のマッチング方法。 - 前記変換行列は、2×2行列であり、
前記変換行列の要素は、−1〜1の範囲の値の中から選択されることを特徴とする請求項32に記載のマッチング方法。 - 前記変位ベクトルを制御パラメーターに変換するステップは、
前記分析座標系での前記変位ベクトルを、前記マッチングシステムを構成する素子の電気的特性の大きさに変換するステップと、
前記変換された変位ベクトルを利用して、駆動ベクトルを計算するステップと、
前記駆動ベクトルを前記制御パラメーターに変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項28に記載のマッチング方法。 - 前記駆動ベクトルを計算するステップは、前記変換された変位ベクトルに基準ゲイン及び第1ゲイン因数を乗算するステップを含み、
前記第1ゲイン因数は、前記特性ベクトルの大きさが増加するほど大きい値を有するように定義されることを特徴とする請求項37に記載のマッチング方法。 - 前記駆動ベクトルを計算するステップは、マッチング軌跡の変化を提供する第2ゲイン因数を前記変換された変位ベクトルと乗算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載のマッチング方法。
- 前記第2ゲイン因数は、前記マッチング軌跡が前記マッチングシステムの許される特性範囲内である場合に1であり、前記マッチング軌跡が前記マッチングシステムの許容される特性範囲から外れる場合には−1であることを特徴とする請求項39に記載のマッチング方法。
- 前記マッチングシステムは、第1及び第2制御モータの動作によりそのリアクタンスが調節される第1及び第2可変リアクティブ素子を含み、
前記駆動ベクトルを前記制御パラメーターに変換するステップは、前記駆動ベクトルを、前記第1及び第2制御モータの動作を数値的に制御するための少なくとも二つの制御パラメーターに変換するステップを含むことを特徴とする請求項37に記載のマッチング方法。 - 前記制御パラメーターは、前記第1及び第2制御モータの動作速度であり、
前記第1及び第2制御モータの動作速度は、前記駆動ベクトルと速度係数との積で与えられることを特徴とする請求項41に記載のマッチング方法。 - 前記送信線の電気的特性を前記特性ベクトルに変換するステップは、所定の角度をパラメーターとして有する回転行列を利用して、前記特性ベクトルを回転移動させるステップをさらに含み、
前記回転行列の角度パラメーターは、−90度〜90度の範囲の中から選択される一つの値であることを特徴とする請求項28に記載のマッチング方法。 - 前記制御パラメーターを抽出する前に、前記マッチングシステムが許容可能なマッチング状態にあるか否かを確認するマッチング状態検査を行うステップをさらに含む請求項19に記載のマッチング方法。
- 前記マッチング状態検査は、
前記送信線の電気的特性から状態パラメーターを計算するステップと、
前記状態パラメーターが許容可能な範囲にあるか否かを評価するステップと、
前記状態パラメーターが前記許容可能な範囲にある場合に、前記送信線の電気的特性を再度測定するステップと、を含むことを特徴とする請求項44に記載のマッチング方法。 - 前記状態パラメーターPは、下記式により計算されることを特徴とする請求項45に記載のマッチング方法。
P=(1+S)/(1−S)
(このとき、前記Sは、前記送信線の反射係数の絶対値である。) - 前記状態パラメーター(P)が下記の二つの条件のうち、何れか一つに該当する場合に、許容可能な範囲にあると評価されることを特徴とする請求項46に記載のマッチング方法。
(1)P≦P1
(2)P1<P<P2
(このとき、P1は、前記状態パラメーターの許容可能な最小値であり、P2は、前記状態パラメーターの許容可能な最大値である。) - 前記電気的特性を測定するステップ、前記制御パラメーターを抽出するステップ、及び前記マッチングシステムを制御するステップからなる一連の過程を繰り返すステップをさらに含み、
前記過程は、制御パラメーターの抽出及びマッチングシステムの制御のための所定のマッチングパラメーターに基づいて行われることを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。 - 前記過程の途中に、前記マッチングパラメーターのうち少なくとも一つを変更するステップをさらに含む請求項48に記載のマッチング方法。
- 前記マッチングパラメーターを変更するステップは、所定の臨界回数以上で、前記送信線がマッチングされた状態から外れたインピーダンスを有する場合に選択的に行われることを特徴とする請求項49に記載のマッチング方法。
- 前記負荷は、プラズマシステム、核磁気共鳴システム、通信システム、高周波誘導加熱装置及び送電線のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項19に記載のマッチング方法。
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