JP5327785B2 - インピーダンス整合装置、およびインピーダンス整合方法 - Google Patents
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Description
Zin=|Zin|∠θin …(1)
で表される。
Zin=|50Ω|∠0rad …(2)
で表される。
Zin=R+jX …(3)
で表すとき、絶対値|Zin|と、電圧、電流間の位相差θinは、それぞれ
|Zin|=√(R2+X2) …(4)
θin=tan-1X/R …(5)
で表される。この絶対値|Zin|と位相差θinによりインピーダンス整合を行うことができる。
=A[|1+Γ|/|1−Γ|]×εj(θ21+θ22)
=|Z2|εjθ2
(1)図3に示す等価回路のコンデンサCt、Cm、およびインダクタンスLmが既知である。
(2)入力インピーダンス|Zin|=|1/Yin|はセンサで検出可能である。
(3)位相差θinはセンサで検出可能である。
(4)図3に示す等価回路において、Cm、Lm、XoをまとめてXmとする。
に基づいてシーク制御を行う。
Ro=Ao/(Ao2+So2) …(6)
Xo=So/(Ao2+So2) …(7)
Ao=|Yin|cosθin …(8)
So=|Yin|sinθin+ωCt …(9)
jXm=(jωLm+1/jωCm+Xo) …(10)
と置くことにより、未知のXoは以下の式で表される。
Xo=Xm−ωLm+1/ωCm …(11)
Xm/ω=Xmref …(12)
とする。
Ctref=Xmref/{Ro2+(ωXmref)2} …(14)
Cmref=1/{ω2(Lm−Xmref)+ωXo} …(15)
これによって、Ctref、Cmrefを求めることができる(S25)。
2 インピーダンス整合回路
2a,2b 検出器
2c,2d 駆動機構
3 検出手段
3a インピーダンス検出手段
3b 位相検出手段
4 インピーダンス制御部
5 換算手段
6 フォローイング制御手段
6a 位相制御手段
6b 絶対値制御手段
6c 制御選択手段
7 シーク制御手段
8 制御切替手段
10 高周波電源
11 負荷
100 RF電源
101 マッチャー(Matcher)
102 プロセスチャンバー(Process Chamber)
Claims (6)
- 高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合装置において、
高周波電源と負荷との間にインピーダンス可変素子を設けたインピーダンス整合回路と、前記インピーダンス整合回路のインピーダンス可変素子のインピーダンス値を変更することによって、インピーダンス整合回路の入力インピーダンスの絶対値と、電圧と電流の位相差とをそれぞれの目標値に制御することによってインピーダンス整合を行うインピーダンス制御部と備え、
前記インピーダンス制御部は、
前記インピーダンス可変素子のインピーダンス値をインピーダンス整合時の目標インピーダンス値に変更するシーク制御を行うシーク制御手段と、
入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値と各目標値との偏差が零となるように、
前記インピーダンス可変素子のインピーダンス値を増減させるフォローイング制御を行うフォローイング制御手段と、
前記シーク制御手段から前記フォローイング制御手段へ制御を切り替える制御切替手段とを有し、
前記制御切替手段は、
入力インピーダンスの絶対値と位相差の各目標値に対してそれぞれ定めた所定のしきい値により設定した切替範囲を有し、
前記制御切替手段の切替範囲において、入力インピーダンスの絶対値の切替範囲は、位相差を0としインピーダンス可変素子を変動させたときに極値を示す入力インピーダンスのフの字特性において、前記極値における入力インピーダンスの絶対値よりも大きい範囲であり、
前記シーク制御手段を前記フォローイング制御手段よりも優先させ、前記シーク制御手段のシーク制御によりインピーダンス値を目標値近傍に近づけた後、前記制御切替手段により入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値を前記切替範囲と比較し、測定値が前記目標値を含まない切替範囲外にあるときにはシーク制御手段を選択し、測定値が前記目標値を含む切替範囲内にあるときにはフォローイング制御手段を選択して、前記シーク制御手段から前記フォローイング制御手段に切り替え、前記目標値近傍において前記フォローイング制御手段のフォローイング制御によりインピーダンス整合することを特徴とする、インピーダンス整合装置。 - 前記シーク制御手段は、前記入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値を用いてインピーダンス整合時の目標インピーダンス値を演算により算出し、算出した目標インピーダンス値に向って前記インピーダンス可変素子のインピーダンス値を変化させることを特徴とする、請求項1に記載のインピーダンス整合装置。
- 前記インピーダンス整合回路のインピーダンス可変素子は、入力側に並列接続された第1の可変コンデンサと、出力側に直列接続された第2の可変コンデンサとを備え、
前記シーク制御手段は、
入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値とインピーダンス整合回路の第1の可変コンデンサの容量(Ct)と、第2の可変コンデンサの容量(Cm)と、インピーダンス整合回路のインダクタンス分(Lm)に基づいて、負荷のリアクタンス分(Xo)と負荷の抵抗分(Ro)を算出し、
算出した負荷のリアクタンス分(Xo)と負荷の抵抗分(Ro)を用いて、入力インピーダンスの絶対値および位相差が各目標値となるときの、インピーダンス整合回路の第1のコンデンサの容量(Ctref)と第2のコンデンサの容量(Cmref)を算出することを特徴とする、請求項2に記載のインピーダンス整合装置。 - 前記インピーダンス整合回路のインピーダンス可変素子は、入力側に並列接続された第1の可変コンデンサと、出力側に直列接続された第2の可変コンデンサとを備え、
前記フォローイング制御手段は、
位相差の符号に応じて前記第2の可変コンデンサを増減させて位相差を零に制御する位相制御手段と、
入力インピーダンスの絶対値の大きさに応じて前記第1の可変コンデンサを増減させて入力インピーダンスの絶対値を電源側の特性インピーダンスの絶対値に一致させる絶対値制御手段とを備え、
前記位相制御手段および前記絶対値制御手段は、前記シーク制御手段によって制御された目標値近傍を初期値として制御を開始することを特徴とする、請求項1に記載のインピーダンス整合装置。 - 前記入力インピーダンスの絶対値の目標値は電源側の特性インピーダンスであり、前記位相差の目標値は0であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一つに記載のインピーダンス整合装置。
- 高周波電源と負荷との間に、インピーダンス可変素子を設けたインピーダンス整合回路を設け、当該インピーダンス可変素子のインピーダンス値を変更することによって、インピーダンス整合回路の入力インピーダンスの絶対値と、電圧と電流との位相差とをそれぞれ目標値に一致させるインピーダンス制御によって、高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合方法において、
前記インピーダンス可変素子のインピーダンス値をインピーダンス整合時の目標インピーダンスに変更するシーク制御と、
入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値と各目標値との偏差が零となるように、前記インピーダンス可変素子のインピーダンス値を増減させるフォローイング制御と、
前記シーク制御から前記フォローイング制御に切り替える制御切替とを有し、
前記制御切替は、
入力インピーダンスの絶対値と位相差の各目標値に対してそれぞれ定めた所定のしきい値により設定した切替範囲を有し、
前記制御切替の切替範囲において、入力インピーダンスの絶対値の切替範囲は、位相差を0としインピーダンス可変素子を変動させたときに極値を示す入力インピーダンスのフの字特性において、前記極値における入力インピーダンスの絶対値よりも大きい範囲であり、
前記シーク制御を前記フォローイング制御よりも優先させ、前記シーク制御によりインピーダンス値を目標値近傍に近づけた後、前記制御切替により入力インピーダンスの絶対値と位相差の各測定値を前記切替範囲と比較し、測定値が前記目標値を含まない切替範囲外にあるときにはシーク制御を選択し、測定値が前記目標値を含む切替範囲内にあるときにはフォローイング制御を選択して、前記シーク制御から前記フォローイング制御に切り替え、前記目標値近傍において前記フォローイング制御によりインピーダンス整合することを特徴とする、インピーダンス整合方法。
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