KR102057225B1 - 임피던스 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 임피던스 조정장치는, 가변 주파수 방식의 고주파 전원을 이용한 경우더라도 특성 파라미터를 이용한 임피던스 정합이 가능하다. 본 발명의 임피던스 조정장치는, 가변 주파수 방식의 고주파 전원을 이용한 고주파 전력 공급 시스템에 적용된다. 가변 컨덴서의 위치 정보(C)와 고주파 전원의 출력 주파수 정보(F)와의 조합의 일부를 대상으로 한 특성 파라미터가 메모리에 기억된다. T 파라미터 취득부는, 현시점의 (C_now, F_now)에 대응하는 특성 파라미터를 취득한다. 출력 반사 계수 연산부는, 출력단에 있어서의 반사 계수를 연산한다. 목표정보 특정부는, 상기 정보와 목표 입력 반사 계수에 의거해서, 출력단에 있어서의 반사 계수를 목표 입력 반사 계수에 가까이 하는 목표 조합 정보를 특정한다. 이 정보에 의거해서 임피던스 정합이 행해진다.

Description

임피던스 조정장치{IMPEDANCE ADJUSTING APPARATUS}

본 발명은, 고주파 전원과 부하 사이에 설치되어, 고주파 전원으로부터 부하 측을 향한 임피던스를 조정하는 임피던스 조정장치에 관한 것이다.

도 8은 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 도면이다. 이 고주파 전력 공급 시스템은, 반도체 웨이퍼나 액정기판 등의 피가공물에, 예를 들어, 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD라 하는 가공 처리를 행하기 위한 시스템이다. 고주파 전력 공급 시스템은 고주파 전원(1), 전송 선로(2), 임피던스 조정장치(3), 부하 접속부(4) 및 부하(5)(플라즈마 처리장치(5))로 구성되어 있다. 임피던스 조정장치는 임피던스 정합장치라고 칭해지는 일도 있다. 고주파 전원(1)은 전송 선로(2), 임피던스 조정장치(3) 및 부하 접속부(4)를 개재해서 부하(5)에 고주파 전력을 공급한다. 부하(5)(플라즈마 처리장치(5))에서는, 피가공물이 배치되는 챔버(chamber)(도시 생략) 내에서 플라즈마 방전용 가스를 플라즈마 상태로 하고, 플라즈마 상태로 된 가스를 이용해서 피가공물의 가공이 행해진다. 플라즈마 상태의 가스는, 챔버 내에 플라즈마 방전용 가스를 도입하고, 챔버 내에 설치된 전극(도시 생략)에 고주파 전원(1)으로부터 고주파 전력을 공급해서 플라즈마 방전용 가스를 방전시킴으로써 생성된다.

플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 등의 용도에 이용되는 플라즈마 처리장치(5)에서는, 제조 프로세스의 진행에 따라서, 플라즈마의 상태가 시시각각 변화되어 간다. 플라즈마 상태가 변화됨으로써 플라즈마 처리장치(5)의 임피던스(부하 임피던스)가 시시각각 변화되어간다. 이러한 플라즈마 처리장치(5)에 고주파 전원(1)으로부터 효율적으로 전력을 공급하기 위해서는, 부하 임피던스의 변화에 따라서, 고주파 전원(1)의 출력단에서부터 플라즈마 처리장치(5) 측을 향한 임피던스(ZL)(이하, "부하측 임피던스(ZL)"라고 칭함)를 조정할 필요가 있다. 그 때문에, 도 8에 나타낸 고주파 전력 공급 시스템에서는, 고주파 전원(1)과 부하(5)(플라즈마 처리장치(5)) 사이에 임피던스 조정장치(3)가 설치되어 있다.

임피던스 조정장치(3)에는 가변 컨덴서나 가변 인덕터 등의 가변 전기 특성 소자가 설치되어 있다. 가변 컨덴서는 커패시턴스를 변경할 수 있는 컨덴서이다. 가변 컨덴서는 가변 커패시터라 칭해지는 일도 있다. 임피던스 조정장치(3)는, 가변 전기 특성 소자의 커패시턴스나 인덕턴스 등의 전기 특성을 조정함으로써, 부하측 임피던스(ZL)를 조정한다. 임피던스 조정장치(3)는, 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을 적절한 값으로 함으로써, 고주파 전원(1)의 출력 임피던스와 부하(5)의 임피던스를 정합시킨다. 임피던스를 정합시킴으로써, 부하(5)로부터 고주파 전원(1)을 향하는 반사파 전력을 가능한 한 최소한으로 해서 부하(5)에의 공급 전력을 최대로 할 수 있다.

가변 컨덴서나 가변 인덕터는, 전기 특성을 조정할 수 있는 소자이므로, 본 명세서에서는, 가변 컨덴서나 가변 인덕터를 총칭해서 「가변 전기 특성 소자」라 칭한다. 또한, 커패시턴스나 인덕턴스 등의 정보를 「전기 특성 정보」라 칭한다.

도 9는 종래의 임피던스 조정장치(3P)를 포함하는 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블록도이다.

임피던스 조정장치(3P)의 입력단(301)에는 전송 선로(2)에 의해서 고주파 전원(1p)이 접속되고, 출력단(302)에는 부하 접속부(4)에 의해서 부하(5)(플라즈마 처리장치)가 접속되어 있다. 고주파 전원(1p)은 출력 주파수가 일정한 고주파를 출력하는 전원이다. 출력 주파수는, 고주파 전원(1p)으로부터 출력되는 고주파의 기본 주파수(기본파의 주파수)이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 임피던스 조정장치(3P)에는, 제1가변 컨덴서(21), 제2가변 컨덴서(24) 및 인덕터(23)에 의해서 구성된 조정 회로(20p)가 설치되어 있다. 제1가변 컨덴서(21) 및 제2가변 컨덴서(24)는 가변 전기 특성 소자의 일종이다. 조정 회로(20p)의 출력단은 임피던스 조정장치(3P)의 출력단(302)에 접속되고, 조정 회로(20p)의 입력단과 임피던스 조정장치(3P)의 입력단(301) 사이에는 방향성 결합기(10)가 설치되어 있다.

고주파 전원(1p)으로부터 출력된 고주파 전력은 임피던스 조정장치(3P) 내의 방향성 결합기(10) 및 조정 회로(20p)를 개재해서 부하(5)에 공급된다. 또, 고주파 전원(1p)으로부터 출력되어서 부하(5)를 향하는 고주파 전력을 진행파 전력(PF)이라 칭하고, 부하(5)에 의해 반사되어서 고주파 전원(1p)으로 되돌아가는 고주파 전력을 반사파 전력(PR)이라 칭한다.

임피던스 조정장치(3P)는 조정 회로(20p) 내의 제1가변 컨덴서(21) 및 제2가변 컨덴서(24)의 커패시턴스를 조정(변경)함으로써 부하측 임피던스(ZL)를 조정(변경)할 수 있다. 임피던스 조정장치(3P)는, 제1가변 컨덴서(21)와 제2가변 컨덴서(24)의 각 커패시턴스를 적절한 값으로 함으로써, 고주파 전원(1p)의 출력 임피던스와 부하(5)의 임피던스를 정합시킨다. 또, 조정 회로(20p)의 구성은 고주파 전원(1p)의 출력 주파수나 부하(5)의 조건 등에 따라서 다르다. 또한, 가변 전기 특성 소자로서, 가변 인덕터가 이용되는 경우도 있다.

제1가변 컨덴서(21)와 제2가변 컨덴서(24)에 이용되는 가변 컨덴서는, 커패시턴스를 조정하기 위한 가동부(도시 생략)를 가지고 있다. 가변 컨덴서의 커패시턴스는 모터 등에 의해서 가동부의 위치를 변위시킴으로써 조정된다.

가변 컨덴서는, 적어도 한쪽이 가동전극인 1쌍의 전극을 구비하고, 가동전극이 커패시턴스를 조정하기 위한 가동부로 되어 있다. 가동전극의 위치를 변위 시키면, 해당 가동전극과 다른 쪽의 전극이 대향하고 있는 면적이 변화되어서 커패시턴스가 변화되므로, 가변 컨덴서의 커패시턴스는 가동전극의 위치를 조정(변경)함으로써 조정(변경)된다.

가변 컨덴서의 커패시턴스는, 복수 단계로 조정할 수 있도록 되어 있다. 가변 컨덴서의 가동부의 위치에 대한 커패시턴스는, 가변 컨덴서의 사양 또는 실험에 의해서, 이미 알려져 있다. 가동부의 위치를 알면, 가변 컨덴서의 커패시턴스를 알게 되므로, 가변 컨덴서의 커패시턴스의 조정에서는, 가동부의 위치 정보가, 커패시턴스를 나타내는 정보(커패시턴스 정보)로서 이용된다. 따라서, 가변 컨덴서의 가동부의 위치 정보는, 가변 컨덴서의 전기 특성을 나타내는 정보(전기 특성정보)로서 취급된다.

가변 컨덴서의 가동부의 위치 정보는, 가동부의 위치를 직접적 또는 간접적으로 검출한 정보이면 된다. 가동부의 위치를 직접 검출하는 것은, 가동부의 구조상 어려우므로, 가동부의 위치는, 예를 들어, 가동부의 위치를 변위시키는 모터의 회전 위치(회전량)를 검출함으로써, 간접적으로 검출된다. 모터의 회전 위치는 모터의 구동을 제어하는 펄스 신호나 전압 등을 이용해서 검출할 수 있다.

도 9의 경우에는, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가 조정부(30)에 의해서 조정되고, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보는 위치 검출부(40)에 의해서 검출(취득)된다. 또, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치는 조정부(50)에 의해서 조정되고, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보는 검출부(60)에 의해서 검출(취득)된다.

조정부(30)는 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 변위시키기 위한 구동 수단이다. 조정부(30)는, 예를 들어, 스테핑 모터나 모터 구동 회로 등(모두 도시 생략)에 의해서 구성되어 있다. 조정부(30) 내의 모터 구동 회로는 제어부(100p)로부터 입력되는 지령 신호에 의거해서 스테핑 모터를 회전시킨다. 스테핑 모터의 회전에 의해 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가 변위된다. 따라서, 제어부(100p)는 조정부(30) 내의 스테핑 모터의 회전량을 제어함으로써 제1가변 컨덴서(21)의 커패시턴스를 조정한다. 마찬가지로, 조정부(50)는 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치를 변위시키기 위한 구동 수단이다. 조정부(50)는, 예를 들어, 스테핑 모터나 모터 구동 회로 등(모두 도시 생략)에 의해서 구성되어 있다. 조정부(50) 내의 모터 구동 회로는, 제어부(100p)로부터 입력되는 지령 신호에 의거해서 스테핑 모터를 회전시켜, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치를 변위시킨다. 따라서, 제어부(100p)는 조정부(50) 내의 스테핑 모터의 회전량을 제어함으로써 제2가변 컨덴서(24)의 커패시턴스를 조정한다.

위치 검출부(40)는 조정부(30) 내의 스테핑 모터의 회전 위치(회전량)를 검출하는 것이다. 마찬가지로, 위치 검출부(60)는 조정부(50) 내의 스테핑 모터의 회전 위치(회전량)를 검출하는 것이다.

또, 가변 인덕터도, 가변 컨덴서와는 구조가 다르지만, 가변 컨덴서와 마찬가지로, 가동부를 지니고 있다. 가변 인덕터에서도, 모터 등에 의해서 가동부의 위치를 변위시킴으로써, 가변 인덕터의 인덕턴스를 조정(변경)할 수 있도록 되어 있다. 가변 인덕터의 인덕턴스의 가변방법은, 기본적으로 가변 컨덴서와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 가변 전기 특성 소자로서 가변 인덕터를 이용한 경우에도, 가변 인덕터의 가동부의 위치를 알면, 인덕턴스를 알게 되므로, 가변 인덕터의 가동부의 위치 정보는, 가변 인덕터의 인덕턴스를 나타내는 정보(인덕턴스 정보)로서 취급된다.

제1가변 컨덴서(21) 및 제2가변 컨덴서(24)는, 각각 복수 단계로 조정할 수 있도록 되어 있다. 예를 들어, 제1가변 컨덴서(21)와 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치가, 각각 101단계로 변위 가능하게 되어 있을 경우, 조정 회로(20p)의 임피던스는, 101×101 = 10,201가지(약 1만가지)의 조합으로 변화시킬 수 있다. 즉, 임피던스 정합장치(3P)는, 약 1만개의 임피던스 조정 위치에 의해서 부하측 임피던스(ZL)를 조정(변경)할 수 있다.

가변 컨덴서의 가동부의 위치가 복수 단계로 변위될 경우, 가동부의 각 변위 위치에 번호를 할당함으로써, 그 번호를 가변 컨덴서의 가동부의 위치 정보로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 가변 컨덴서의 가동부의 위치가 101단계로 변위될 경우, 커패시턴스가 최소가 되는 위치를 「0」이라 하고, 커패시턴스가 최대가 되는 위치를 「100」이라 하면, 가변 컨덴서의 가동부의 위치 정보는 「0」 내지 「100」에 의해서 표현된다. 따라서, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보와 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보가 각각 「0」 내지 「100」으로 표현되는 것으로 하면, 임피던스 조정장치(3P)의 임피던스 조정 위치는, (0, 0), (0, 1) ····(100, 100)과 같이, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보와 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보를 조합시킨 위치 정보에 의해서 표현된다.

예를 들어, 특허문헌 1(일본국 공개 특허 제2006-166412호)에, 가변 컨덴서나 가변 인덕터 등의 가변 전기 특성 소자를 제어함으로써 임피던스 정합을 행하는 임피던스 조정장치(3P)가 제안되어 있다.

특허문헌 1에 개시된 임피던스 조정장치(3P)에서는, 미리 측정된 임피던스 조정장치(3P)의 특성 파라미터가 메모리(70p)에 기억되어 있다. 특성 파라미터는, 임피던스 조정장치(3P) 전체를 전송 장치라 했을 경우의 전송 특성을 나타내는 파라미터로, 예를 들어, S 파라미터(Scattering Parameter)나 그 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터(Transmission Parameter)이다. 특성 파라미터는, 임피던스 조정장치(3P)의 모든 임피던스 조정 위치(제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보와 제2가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보를 조합시킨 위치 정보)에 대해서, 임피던스 조정장치(3P)를 각 임피던스 조정 위치로 조정해서 측정되어 있다. 따라서, 메모리(70p)에는 복수의 특성 파라미터의 측정값이 임피던스 조정 위치와의 대응 관계를 가지고 기억되어 있다. 그리고, 제어부(100p)가, 방향성 결합기(10)로부터 출력되는 진행파 전압의 검출 신호 및 반사파 전압의 검출 신호, 위치 검출부(40)에 의해 검출되는 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보 및 위치 검출부(60)에 의해 검출되는 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보, 메모리(70p)에 기억되어 있는 특성 파라미터의 정보에 의거해서, 임피던스 정합을 행하고 있다.

특성 파라미터는, 임피던스 조정장치(3P)의 내부의 부유 용량이나 인덕턴스 성분 등을 포함한 전송 특성을 나타낸 것이기 때문에, 측정한 특성 파라미터를 이용해서, 임피던스 정합을 행하면, 정밀도 좋게 임피던스 정합을 행할 수 있다.

표 1은 메모리(70p)에 기억되어 있는 특성 파라미터의 일례이다. 표 1은, 메모리(70p)에 기억된 특성 파라미터가 T 파라미터일 경우의 예를 나타내고 있다. 표 1에서는, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보를 변수 VC1로 나타내고, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보를 변수 VC2로 나타내고 있다. 또한, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 가변범위와 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 가변범위는, 각각 0 내지 100의 범위(101단계)이다.

표 1에 있어서, T(0, 0)은, 임피던스 조정장치(3P)를 임피던스 조정 위치 (0, 0)(제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보가 「0」이며, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치 정보가 「0」인 조정 위치)로 조정해서 측정된 T 파라미터를 나타내고 있다. 마찬가지로, T (100, 0)은, 임피던스 조정장치(3P)를 임피던스 조정 위치 (100, 0)(제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가 「100」이고, 제2가변 컨덴서(24)의 가동부의 위치가 「0」인 조정 위치)으로 조정해서 측정된 T 파라미터를 나타내고 있다. 다른 T 파라미터도 마찬가지 사고방식으로 표시하고 있다. 또, T 파라미터는, 임피던스 조정장치(3P)의 10,201개의 모든 임피던스 조정 위치에 대해서 측정되어 있지만, 표 1에서는, 기재를 간략화하기 위해서, 일부를 생략해서 「···」과 같이 기재하고 있다.

여기에서, S 파라미터와 T 파라미터에 대해서 설명한다.

S 파라미터는, 주지와 같이, 소정의 4단자 회로망("2단자 대 회로망"이라고도 칭함)의 입력 단자 및 출력 단자에 특성 임피던스(예를 들어 50Ω)의 선로를 접속해서 고주파 신호를 입력했을 때의 4단자 회로망에 있어서의 전송 특성을 나타낸 것이다. S 파라미터는, 「수학식 1」에 나타낸 바와 같이, 입력 측의 전압 반사 계수(S₁₁), 순방향 전압의 전달 계수(S₂₁), 역방향 전압의 전달 계수(S₁₂), 출력 측의 전압 반사 계수(S₂₂)의 각 요소로 구성되는 행렬로 표현된다.

T 파라미터는, 「수학식 2」에 나타낸 바와 같이, S 파라미터로부터 변환할 수 있는 파라미터이다. 일반적으로 4단자 회로망의 전송 특성의 측정에서는 S 파라미터의 측정이 간편하지만, 연산을 행할 때에는 T 파라미터를 이용하는 것이 간편하다.

도 10에 나타낸 4단자 회로망에 있어서, S 파라미터는 「수학식 3」과 같이 정의되고, T 파라미터는 「수학식 4」와 같이 정의된다.

도 10에 있어서, 포트1을 입력 측, 포트2를 부하 측이라고 하면, 입력 반사 계수(Γin)(입력단에 있어서의 반사 계수)와 출력 반사 계수(Γout)(출력단에 있어서의 반사 계수)의 관계는, S 파라미터(「수학식 5」참조) 또는 T 파라미터 (「수학식 6」참조)를 이용해서 나타낼 수 있다.

JP 2006-166412 A JP 2006-310245 A JP 2008-181846 A

전술한 바와 같이, 도 9에 나타낸 고주파 전력 공급 시스템에서는, 고주파 전원(1p)의 출력 주파수는, 어떤 일정한 주파수에 고정되어 있다. 그러나, 예를 들어, 특허문헌 2(일본국 공개 특허 제2006-310245호)에는, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시키면 고주파 전원의 출력단에서부터 부하 측을 향한 부하측 임피던스가 변화되는 것에 착안해서, 고주파 전원의 출력 주파수를 조정해서 임피던스 정합을 행하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술은, 부하측 임피던스에 포함되는 커패시턴스 성분이나 인덕턴스 성분이 주파수에 의해서 임피던스가 변화되므로, 고주파 전원의 출력 주파수를 변화시킴으로써 부하측 임피던스를 변화시키고, 이것에 의해 임피던스 정합을 행하는 기술이다. 또한, 본 명세서에서는, 이러한 출력 주파수를 조정(변경)할 수 있는 고주파 전원을 가변 주파수 방식의 고주파 전원(1v)이라 한다.

또, 특허문헌 3(일본국 공개 특허 제2008-181846호)에 기재되어 있는 바와 같이, 가변 주파수 방식의 고주파 전원(1v)을 이용할 경우라도, 도 11에 나타낸 조정 회로(20)를 포함하는 임피던스 조정장치를 이용할 경우가 있다. 조정 회로(20)는, 도 9에 나타낸 조정 회로(20p)에 대해서 제2가변 컨덴서(24)를 커패시턴스가 일정한 컨덴서(22)로 치환한 것이다. 특허문헌 3에 기재된 임피던스 조정장치에서는, 제1가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 조정하는 동시에, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 조정함으로써, 임피던스 정합이 행해진다. 또, 조정 회로(20)의 컨덴서(22)는, 커패시턴스가 일정하므로, 커패시턴스를 조정하기 위한 조정부나 가동부의 위치 정보를 검출하기 위한 위치 검출부는 설치되어 있지 않다.

미리 측정한 특성 파라미터를 이용해서 임피던스 정합을 행하는 특허문헌 1에 기재된 임피던스 정합 방법은, 특성 파라미터가 1개의 출력 주파수에 대해서 측정된 것이므로, 특허문헌 1에 기재된 임피던스 정합 방법을, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 변화시켜서 임피던스 정합을 행하는 특허문헌 2나 특허문헌 3에 기재된 고주파 전력 공급 시스템에 적용하면, 임피던스 정합을 할 수 없을 경우가 생긴다.

본 발명은, 상기 사정에 기초하여 안출된 것으로, 가변 주파수 방식의 고주파 전원(1v)을 이용해서 출력 주파수를 조정(변경)할 경우더라도, 특성 파라미터를 이용한 임피던스 정합을 행할 수 있는 임피던스 조정장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 실시예에 의거해서 제공되는 임피던스 조정장치는, 고주파 전원과 부하 사이에 설치되어, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측을 향한 임피던스를 조정하는 구성으로 되어 있다. 상기 임피던스 조정장치는, 상기 고주파 전원에 접속되는 입력단과, 상기 부하에 접속되는 출력단과, 가변 전기 특성 소자를 포함한다. 또한, 상기 임피던스 조정장치는, 이하의 요소를 구비한다.

해당 임피던스 조정장치의 전송 특성을 나타내는 복수의 특성 파라미터를 기억하는 특성 파라미터 기억수단으로서, 상기 복수의 특성 파라미터가, 각각, 상기 고주파 전원의 출력 주파수에 대응하는 복수의 주파수 조정점과 상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성에 대응하는 복수의 전기 특성 조정점을 조합시킨 복수의 조정점에 대해서 취득된 것인, 상기 특성 파라미터 기억수단;

상기 입력단에 있어서의 고주파 정보를 검출하는 고주파 정보 검출수단;

상기 고주파 전원의 출력 주파수를 취득하는 출력 주파수 취득수단;

상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을 취득하는 전기 특성 취득수단;

상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 취득된 출력 주파수와 상기 취득된 전기 특성을 조합시킨 조정점에 대한 특성 파라미터를 취득하는 특성 파라미터 취득수단;

상기 고주파 정보 검출수단에 의해 검출된 고주파 정보와 상기 특성 파라미터 취득수단에 의해 취득된 특성 파라미터에 의거해서, 상기 출력단에 있어서의 출력 반사 계수를 연산하는 출력 반사 계수 연산수단;

상기 출력 반사 계수와, 미리 설정된 목표 입력 반사 계수와, 상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 복수의 조정점 중에서 상기 대상 임피던스를 상기 고주파 전원의 임피던스에 정합시키는 임피던스 조정점을 특정하는 특정수단;

상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을, 상기 임피던스 조정점의 전기 특성으로 조정하는 전기 특성 소자 조정 수단; 및

상기 고주파 전원의 출력 주파수를 상기 임피던스 조정점의 출력 주파수로 조정시키기 위한 지령 신호를, 상기 고주파 전원에 출력하는 지령 신호 출력 수단.

바람직하게는, 상기 특성 파라미터 기억수단은, 상기 조정점마다 실제로 측정한 특성 파라미터, 혹은 실측한 특성 파라미터를 변환시킨 해당 특성 파라미터와는 다른 종류의 특성 파라미터를 기억한다.

바람직하게는, 상기 측정한 특성 파라미터는 S 파라미터이며, 해당 특성 파라미터와는 다른 종류의 특성 파라미터는 T 파라미터이다.

바람직하게는, 상기 특성 파라미터 기억수단이 기억하는 복수의 특성 파라미터는, 상기 복수의 조정점의 일부에 대해서 조정점마다 실제로 측정한 실측값과, 상기 복수의 조정점의 실측되어 있지 않은 조정점에 대해서 조정점마다 상기 실측값을 이용한 보간 연산에 의해 산출한 추정값을 포함한다.

바람직하게는, 상기 특성 파라미터가 실측된 조정점은, 상기 복수의 주파수 조정점으로부터 제1간격에서 추출한 일부의 주파수 조정점과 상기 복수의 전기 특성 조정점으로부터 제2간격에서 추출한 일부의 전기 특성 조정점을 조합시킨 조정점이다.

바람직하게는, 상기 특정수단은, 상기 목표 입력 반사 계수와 상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 가변 고주파 전원의 출력 주파수와 상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을 상기 복수의 조정점으로 조정했다고 가정했을 경우의 각 조정점에 있어서의 상기 출력단의 가상의 출력 반사 계수를 연산하고, 상기 출력 반사 계수와 상기 가상의 출력 반사 계수와의 차가 가장 작은 조정점을 상기 임피던스의 조정점으로서 특정한다.

바람직하게는, 상기 고주파 정보는, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파 전압과 상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 반사하는 반사파 전압이다.

바람직하게는, 상기 출력 반사 계수 연산수단은, 상기 고주파 정보에 의거해서 상기 입력단의 입력 반사 계수를 연산하고, 그 입력 반사 계수와, 상기 취득된 특성 파라미터에 의거해서, 상기 출력 반사 계수를 연산한다.

바람직하게는, 상기 임피던스 조정장치는, 상기 고주파 정보를 이용해서 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 검출하는 주파수 검출수단을 더 구비한다.

바람직하게는, 상기 고주파 전원은, 출력되고 있는 고주파의 출력 주파수의 정보를 상기 임피던스 조정장치에 출력하고, 상기 출력 주파수 취득수단은, 상기 고주파 전원으로부터 입력되는 출력 주파수의 정보를 상기 고주파 전원의 출력 주파수로서 취득한다.

본 발명에 따르면, 가변 주파수 방식의 고주파 전원을 이용해서 출력 주파수를 조정(변경)할 경우더라도, 특성 파라미터를 이용해서 임피던스 정합을 행할 수 있는 임피던스 조정장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 임피던스 조정장치가 적용되는 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블록도;
도 2는 메모리에 기억된 S 파라미터 또는 T 파라미터의 일례를 도시한 도면;
도 3은 측정하고 있지 않은 S 파라미터를 바이리니어(Bi-Linear) 보간에 의해서 구하는 방법을 설명하기 위한 도면;
도 4는 격자 형상으로 S 파라미터를 측정하는 동시에, 다른 일부의 조합 정보에 대해서 S 파라미터를 측정할 경우의 일례를 도시한 도면;
도 5는 임피던스 조정장치의 S 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로의 구성을 나타낸 도면;
도 6은 제어부의 기능 블록도;
도 7은 목표 조합 정보를 특정하기 위해서 이용하는 변수의 변화시키는 방법의 일례를 나타낸 도면;
도 8은 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 도면;
도 9는 종래의 임피던스 조정장치를 포함하는 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블록도;
도 10은 4단자 회로망의 개념을 나타낸 도면;
도 11은 조정 회로의 일례를 나타낸 도면.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 한편, 도 9에 나타낸 종래의 구성과 동일하거나 또는 마찬가지 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 임피던스 조정장치(3A)가 적용되는 고주파 전력 공급 시스템의 구성예를 나타낸 블록도이다.

고주파 전력 공급 시스템은, 반도체 웨이퍼나 액정기판 등의 피가공물에 대해서, 예를 들어, 플라즈마 에칭과 같은 가공 처리를 행하는 시스템이다. 고주파 전력 공급 시스템은, 가변 주파수 방식의 고주파 전원(1v), 전송 선로(2), 임피던스 조정장치(3A), 부하 접속부(4) 및 플라즈마 처리장치로 이루어진 부하(5)에 의해서 구성되어 있다. 또, 본 명세서에서는, 고주파 전원(1v)과 임피던스 조정장치(3A)를 조합시킨 시스템을 고주파 정합 시스템이라 한다.

임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에, 예를 들어, 동축 케이블로 이루어진 전송 선로(2)를 개재해서 고주파 전원(1v)이 접속되고, 출력단(302)에 부하 접속부(4)를 개재해서 부하(5)가 접속되어 있다. 부하 접속부(4)는, 전자파의 누설을 억제하기 위해서, 구리판에 의해 차폐되어 있다.

고주파 전원(1v)은, 부하(5)에 대해서 고주파 전력을 공급하는 장치이다. 고주파 전원(1v)의 출력 주파수는, 무선 주파수 대역의 주파수이다. 무선 주파수 대역의 주파수는, 일반적으로, 수 백 ㎑또는 수 십 ㎒ 정도의 주파수이지만, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수는, 예를 들어, 400㎑, 2㎒, 13.56㎒, 50㎒ 등의 주파수이다. 또, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수는 기본파의 주파수이다.

고주파 전원(1v)은, 출력 주파수가 소정의 범위에서 변경 가능하게 되어 있다. 출력 주파수의 가변 범위는, 고주파 전원(1v)에 설치되어 있는 발진기(도시 생략)의 성능 등을 고려해서 적절하게 설정된다. 예를 들어, 가변범위의 중심 주파수가 2㎒인 경우, 출력 주파수의 가변범위는, 2㎒±10%(1.8 내지 2.2㎒) 정도의 범위에 설계된다. 또, 출력 주파수의 변경은, 예를 들어, 출력 주파수의 가변범위의 하한주파수를 「0」이라고 하고, 출력 주파수의 가변범위의 상한주파수를 「100」이라고 하며, 「0」 내지 「100」의 101단계로 단계적으로 행해지도록 설계된다. 출력 주파수의 가변범위가 2㎒±10% (1.8 내지 2.2㎒)인 경우, 「0」단계가 1.8㎒이며, 「100」단계가 2.2㎒이기 때문에, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수는 1.8㎒로부터 2.2㎒의 범위를 0.004㎒(4㎑)의 피치로 단계적으로 변경된다.

물론, 출력 주파수나 출력 주파수의 가변범위는, 전술한 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 출력 주파수는 수 백 ㎒ 정도의 높은 출력 주파수에 설정되는 일도 있다. 또한, 출력 주파수의 가변범위는 2㎒±5%(1.9 내지 2.1) 정도의 범위에 설계될 경우도 있다.

고주파 전원(1v)은, 출력 주파수를 인식하고 있어, 그 출력 주파수의 정보를, 전원 인식 출력 주파수 정보(Fge)로서 임피던스 조정장치(3A)에 출력한다. 고주파 전원(1v)로부터 출력된 전원 인식 출력 주파수 정보(Fge)는, 후술하는 임피던스 조정장치(3A)의 제어부(100)에 입력된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 임피던스 정합시키기 위한 목표 출력 주파수 정보(Fmat)가 임피던스 조정장치(3A)의 제어부(100)로부터 고주파 전원(1v)에 입력된다. 고주파 전원(1v)은, 제어부(100)로부터 입력되는 목표 출력 주파수 정보(Fmat)에 의거해서 출력 주파수를 변경한다.

부하(5)는, 반도체 웨이퍼나 액정기판 등의 피가공물을 에칭이나 CVD 등의 방법을 이용해서 가공하기 위한 플라즈마 처리장치이다. 플라즈마 처리장치로는, 피가공물의 가공 목적에 따라서 각종의 가공 프로세스가 실행된다. 예를 들어, 피가공물에 대해서 에칭을 행할 경우에는, 그 에칭에 따른 가스의 종류, 가스의 압력, 고주파 전력의 공급 전력값, 및 고주파 전력의 공급 시간 등이 적절하게 설정된 가공 프로세스가 행해진다. 플라즈마 처리장치에서는, 플라즈마 방전용의 가스를 봉입한 챔버(도시 생략) 내에 피가공물을 배치한다. 그리고, 챔버(도시 생략) 내의 1쌍의 전극에 고주파 전원(1v)으로부터 고주파 전력을 공급해서 플라즈마 방전용의 가스가 비플라즈마 상태로부터 플라즈마 상태로 되어, 그 플라즈마 상태로 된 가스를 이용해서 피가공물이 가공된다.

임피던스 조정장치(3A)는, 고주파 전원(1v)의 임피던스와 부하(5)의 임피던스를 정합시키는 것이다. 보다 구체적으로는, 고주파 전원(1v)의 출력 임피던스가 50Ω로 설계되고, 고주파 전원(1v)이 특성 임피던스 50Ω의 전송 선로(2)에 의해 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 접속되어 있을 경우, 임피던스 조정장치(3A)는, 해당 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)으로부터 부하(5) 측을 향한 임피던스를 50Ω에 가까운 값으로 조정한다. 이 조정에 의해, 고주파 전원(1v)의 출력단에서부터 부하(5) 측을 향한 부하측 임피던스(ZL)가 50Ω에 가까운 값으로 조정된다.

또, 본 실시형태에서는 특성 임피던스를 50Ω으로 하고 있지만, 특성 임피던스는 50Ω으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 있어서의 입력 반사 계수(Γin)를 0으로 하는 것, 즉, 부하측 임피던스(ZL)를 특성 임피던스에 일치시키는 것이 바람직하다. 그러나, 통상은, 입력 반사 계수(Γin)가 소정의 허용값 이하가 되면, 임피던스가 정합된 것으로 간주할 수 있으므로, 본 실시형태에서는, 입력 반사 계수(Γin)가 소정의 허용값 이하로 되도록, 임피던스 조정장치(3A)는 부하측 임피던스(ZL)를 조정한다.

임피던스 조정장치(3A)에는, 방향성 결합기(10), 제어부(100), 조정 회로(20), 조정부(30), 위치 검출부(40), 메모리(70)가 설치되어 있다. 또, 조정 회로(20)는, 가변 컨덴서(21), 임피던스가 고정된 컨덴서(22) 및 인덕터(23)를 구비하고 있다. 가변 컨덴서(21)는, 도 9의 제1가변 컨덴서(21)와 실질적으로 같은 가변 컨덴서이다. 임피던스 조정장치(3A)는 조정 회로(20)에 설치된 가변 컨덴서(21)의 가동부(가동전극)의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 양쪽을 조정함으로써 임피던스 정합을 행한다. 임피던스 조정장치(3A)의 임피던스 정합 동작의 상세한 설명은 후술한다.

또, 전술한 바와 같이, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보는, 커패시턴스를 나타내는 정보(커패시턴스 정보)로서 취급할 수 있으므로, 가변 컨덴서(21)의 전기 특성을 나타내는 정보(전기 특성정보)로서 취급된다.

조정 회로(20)의 구성은, 도 1에 나타낸 것으로 한정되지 않고, 다른 구성이어도 된다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 조정 회로(20)는, 일반적으로 역 L자형이라고 불리는 회로이지만, π형 등의 주지의 조정 회로를 이용 수 있다. 어떤 타입의 조정 회로로 할지는, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수나 부하(5)의 조건 등에 의해서 결정된다.

방향성 결합기(10)는, 고주파 전원(1v)으로부터 부하(5) 측으로 진행하는 고주파(이하, "진행파"라 칭함)와 부하(5) 측에서 반사되어 오는 고주파(이하, "반사파"라 칭함)를 분리해서 검출한다. 방향성 결합기(10)는, 검출한 진행파와 반사파를 각각 진행 전압과 반사파 전압으로 출력한다. 방향성 결합기(10)는, 1개의 입력 포트(11)와 3개의 출력 포트(12, 13, 14)를 가진다. 입력 포트(11)에는 고주파 전원(1v)이 접속되고, 제1출력 포트(12)에는 조정 회로(20)가 접속되어 있다. 또, 제2출력 포트(13) 및 제3출력 포트(14)는 제어부(100)에 접속되어 있다.

또한, 방향성 결합기(10)는 본 발명의 고주파 정보 검출수단의 일부로서 기능한다. 또 방향성 결합기(10)와 후술하는 벡터화부(110)를 조합시킨 것이 본 발명의 고주파 정보 검출수단의 일례가 된다.

입력 포트(11)로부터 방향성 결합기(10)에 입력되는 진행파는, 제1출력 포트(12)와 제2출력 포트(13)로부터 출력된다. 제1출력 포트(12)로부터 출력되는 진행파는 조정 회로(20)에 입력된다. 조정 회로(20)에 의해 반사되어, 제1출력 포트(12)로부터 방향성 결합기(10)에 입력되는 반사파는, 입력 포트(11)와 제3출력 포트(14)로부터 출력된다. 제2출력 포트(13)로부터 출력되는 진행파와 제3출력 포트(14)로부터 출력되는 반사파는, 감쇠기(도시 생략)에 의해 적절한 수준까지 감쇠되어서 제어부(100)에 입력된다.

또, 방향성 결합기(10) 대신에, 고주파 검출기를 이용할 수 있다. 고주파 검출기는, 예를 들어, 고주파 전원(1v)으로부터 입력단(301)에 입력되는 고주파 전압, 고주파 전류, 및 그들의 위상차(고주파 전압과 고주파 전류의 위상차)를 검출하는 것이다. 고주파 검출기에 의해 검출된 고주파 전압, 고주파 전류 및 위상차는 제어부(100)에 입력된다.

제어부(100)는 임피던스 조정장치(3A)의 제어 중추로 되는 것이다. 제어부(100)는, 도시하지 않는 CPU, 메모리 및 ROM등을 소유하고 있다. 제어부(100)는, 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은, 내부의 논리회로를 적절하게 정의, 변경할 수 있는 게이트 어레이를 이용해서 구성할 수도 있다. 제어부(100)는, 방향성 결합기(10)로부터 출력되는 진행파 전압과 반사파 전압에 의거해서, 가변 컨덴서(21)의 커패시턴스 및 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 변화시켜서, 조정 회로(20)의 임피던스를 조정한다.

가변 컨덴서(21)의 가동부(가동전극)에는 조정부(30)가 접속되어 있다. 조정부(30)는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 변위시키기 위한 구동 수단이다. 조정부(30)는, 예를 들어, 스테핑 모터나 모터 구동 회로 등(모두 도시 생략)에 의해서 구성되어 있다. 조정부(30) 내의 모터 구동 회로는, 제어부(100)로부터 입력되는 지령 신호에 의거해서 스테핑 모터를 구동하고, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 변위시킨다. 본 실시형태에서는, 가변 컨덴서(21)의 커패시턴스는, 예를 들어, 101 단계로 조정가능하게 되어 있다. 제어부(100)는, 조정부(30) 내의 스테핑 모터의 회전량을 제어함으로써 가변 컨덴서(21)의 커패시턴스를 단계적으로 조정한다. 또, 조정부(30)는 본 발명의 전기 특성 소자 조정 수단의 일례이다.

가변 컨덴서(21)에는 조정부(30)에 의해서 조정되는 가동부의 위치를 검출하는 위치 검출부(40)가 설치되어 있다. 위치 검출부(40)에 의해서 검출된 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보는 제어부(100)에 입력된다. 제어부(100)는, 그 위치 정보에 의거해서 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 인식한다. 또, 위치 검출부(40)는 본 발명의 전기 특성 취득수단의 일례이다.

제어부(100)에는 메모리(70)가 접속되어 있다. 메모리(70)에는 미리 측정된 임피던스 조정장치(3A)의 특성 파라미터가 기억되어 있다. 특성 파라미터는 임피던스 조정장치(3A) 전체를 전송 장치라고 했을 경우의 전송 특성을 나타내는 S 파라미터 또는 그 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터이다. 메모리(70)에 기억된 특성 파라미터는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치(커패시턴스)을 측정 대상으로서 설정된 위치에 설정하고, 임피던스 조정장치(3A)에 측정 대상으로 삼아서 설정된 주파수의 고주파를 입력해서 측정한 S 파라미터의 측정값 또는 그 S 파라미터의 측정값을 변환시킨 T 파라미터이다. 측정 대상의 가동부의 위치와 고주파의 주파수는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 단계적인 가변 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 단계적인 변화값의 모든 조합 중에서 추출된 일부의 조합에 포함되는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 가변 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수이다. 또, 메모리(70)는 본 발명의 특성 파라미터 기억수단의 일례이다.

본 실시형태에서는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보를 변수(C)로 나타내고, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보를 변수(F)로 나타내며, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수와의 조합 정보를 (C, F)와 같이 좌표형식으로 나타내기로 한다. 상기 예에서는, 「C」는 0 내지 100의 범위(101단계)에서 단계적으로 변화되고, 「F」도 0 내지 100의 범위(101 단계)에서 단계적으로 변화된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 조합 정보 (C, F)의 개수는 101×101 = 10201개이다. 물론, 변수(C)와 변수(F)는 다른 범위로 변화되도록 해도 된다.

표 2는 메모리(70)에 특성 파라미터로서 S 파라미터가 기억되어 있는 일례를 표시하고, 표 3은 메모리(70)에 특성 파라미터로서 T 파라미터가 기억되어 있는 일례를 표시하고 있다.

표 2에 나타낸 S 파라미터는, 0 내지 100의 범위를 10단계 스텝으로 변화시킨 11개의 변수(C)와 0∼100의 범위를 10단계 스텝으로 변화시킨 11개의 변수(F)를 조합시킨 121개의 조합 정보 (C, F)를 측정 대상으로 해서 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 임피던스 조정장치(3A)에 입력하는 고주파의 주파수를 측정 대상의 각 조합 정보 (C, F)에 대응하는 값에 변화시켜서 임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터를 측정한 것이다.

또, 조합 정보 (C, F)는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보(C)와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보(F)의 조합 정보를 나타낸 것이기 때문에, 이 조합 정보를 알면, 대응하는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 알 수 있다. 즉, 가변 컨덴서(21)의 커패시턴스 정보(전기 특성정보)와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 알 수 있다. 그 때문에, 메모리(70)에는, 단지 S 파라미터나 T 파라미터를 기억하는 것이 아니고, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수와의 조합 정보 (C, F)와 관련지어서 S 파라미터나 T 파라미터를 기억하고 있다.

표 2에 있어서, S(C, F)는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 「C」에 대응하는 위치에 설정하고, 임피던스 조정장치(3A)에 입력하는 고주파의 주파수를 「F」에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터를 나타내고 있다. 예를 들어, S(0, 0)은, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 C=0에 대응하는 위치에 설정하고, 임피던스 조정장치(3A)에 입력하는 고주파의 주파수를 F=0에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 S 파라미터를 나타내고 있다. 마찬가지로 S(100, 0)은, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 C=100에 대응하는 위치에 설정하고, 임피던스 조정장치(3A)에 입력하는 고주파의 주파수를 F=0에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 S 파라미터를 나타내고 있다.

표 3에 나타낸 T 파라미터는, 표 2에 나타낸 S 파라미터의 측정값을 수학식 2에 나타낸 변환식에 의해 T 파라미터로 변환시킨 것이다. 메모리(70)에는, T 파라미터가 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합 정보 (C, F)에 대응시켜서 기억되어 있다.

따라서, 표 3의 T(C, F)는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 「C」에 대응하는 위치에 설정하고, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 「F」에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 T 파라미터를 나타내고 있다. 예를 들어, T(0, 0)은, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 C=0에 대응하는 위치에 설정하고, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 F=0에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 T 파라미터를 나타내고 있다. 마찬가지로 T (100, 0)은, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 C=100에 대응하는 위치에 설정하고, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 F=0에 대응하는 주파수에 설정해서 측정된 T 파라미터를 나타내고 있다.

도 2는 메모리(70)에 기억되어 있는 S 파라미터 또 T 파라미터가 측정된 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보의 조합을 (C, F)의 좌표에 도시한 것이다. 도 2에 있어서, 가로축은 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보(C)이며, 세로축은 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보(F)이다. 또, 검은 원이 S 파라미터 또는 T 파라미터가 측정된 조합 정보 (C, F)의 위치를 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터 또는 T 파라미터는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 가변수와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 가변수의 모든 조합이 아니고, 일부의 편성에 대해서 측정되어 있다.

전술한 바와 같이, 전송 특성의 측정에서는 S 파라미터의 측정이 간편하지만, 임피던스 정합을 행할 때의 연산에서는 T 파라미터를 이용하는 것이 간편하므로, 통상은, 메모리(70)에, 측정한 S 파라미터를 T 파라미터로 변환시킨 것이 기억된다. S 파라미터를 메모리(70)에 기억할 경우에는, 임피던스 정합을 행할 때에 메모리(70)로부터 S 파라미터를 읽어내고, T 파라미터로 변환시켜 연산에 이용한다. 그러나, 임피던스 정합 시 S 파라미터로부터 T 파라미터로 변환시키는 처리를 행하면 연산 부하가 커지므로, 미리 T 파라미터를 메모리(70)에 기억해두는 쪽이 바람직하다. 이하에서는, T 파라미터를 메모리(70)에 기억하고, 그 T 파라미터를 이용해서 임피던스 정합을 행하는 것으로 해서 설명한다.

S 파라미터는, 정밀도의 면에서부터 보면, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가 취할 수 있는 값 및 고주파 전원(1v)의 출력 주파수가 취할 수 있는 값의 모든 조합에 대해서 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 모든 조합에 대해서 S 파라미터를 측정하면, 측정량이 방대해지므로, 많은 측정 공정수가 필요해진다. 본 실시형태에서는, 그 부담을 경감하기 위해서, 모든 조합에 대해서 S 파라미터를 측정하는 것은 아니고, 일부의 조합에 대해서 S 파라미터를 측정하고, 측정하고 있지 않은 S 파라미터에 대해서는 측정값을 이용해서 직선근사에 의한 보간 연산에 의해 보간하도록 하고 있다. 보간 연산의 방법으로서는, 예를 들어, 바이리니어 보간을 이용한다. S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터에 대해서도 마찬가지이다.

도 3을 이용해서, 측정하고 있지 않은 S 파라미터를 바이리니어 보간에 의해서 구하는 방법을 설명한다.

이하의 설명에서는, S 파라미터의 요소(S₁₁)를 예로 설명한다. 또, S 파라미터의 요소를, 「S 파라미터의 요소명(S₁₁ 등)」+ 「조합 정보 (C, F)」로 나타내기로 한다. 예를 들어, S(10, 10)의 요소(S₁₁)를 S₁₁(10, 10), S(10, 20)의 요소(S₁₁)를 S₁₁(10, 20), S(20, 10)의 요소(S₁₁)를 S₁₁(20, 10), S(20,20)의 요소(S₁₁)를 S₁₁(20,20)로 표시한다. 따라서, 도 3에서는, S₁₁(10, 10)의 측정값이 100, S₁₁(10,20)의 측정값이 170, S₁₁(20, 10)의 측정값이 160, S₁₁(20,20)의 측정값이 200인 것을 나타내고 있다. 한편, 도 3에 나타낸 요소(S₁₁)의 각 값은, 실제의 측정값이 아니고, 바이리니어 보간을 설명하기 위한 수치예이다.

예를 들어, 측정하고 있지 않은 조합 정보 (C, F) = (18,16)의 S 파라미터의 요소 S₁₁(18, 16)은, 이하의 제1스텝 내지 제3스텝의 보간 연산에 의해서 구해진다.

제1스텝: S₁₁(10, 10)의 측정값 100과 S₁₁(20, 10)의 측정값 160을 이용해서, 보간 연산에 의해 S₁₁(18,10)의 추정값을 구한다.

제2스텝: S₁₁(10,20)의 측정값 170과 S₁₁(20,20)의 측정값 200을 이용해서, 보간 연산에 의해 S₁₁(18,20)의 추정값을 구한다.

제3스텝: 제1스텝 및 제2스텝에서 구한 S₁₁(18,10)의 추정값과 S₁₁(18,20)의 추정값을 이용해서, 보간 연산에 의해 S₁₁(18,16)의 추정값을 구한다.

구체적으로는, 각 스텝의 보간 연산은, 다음과 같이 된다.

S₁₁(18,10)의 추정값: 100×0.2+160×0.8 = 148

S₁₁(18,20)의 추정값: 170×0.2+200×0.8 = 194

S₁₁(18,16)의 추정값: 148×0.4+194×0.6 = 175.6

따라서, S₁₁(18,16)의 추정값은 175.6이 된다.

다른 요소 S₁₂(18,16), S₂₁(18,16), S₂₂(18,16)도, 각각 마찬가지 연산에 의해서 추정값을 구할 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 통상은, 모든 조합 정보 (C, F) 중, 격자 형상으로 추출된 일부의 조합 정보 (C, F)를 측정 대상으로 해서 S 파라미터가 측정되므로, 보간 연산에 의해 S 파라미터를 구하는 조합 정보 (C, F)가 측정완료된 4개의 조합 정보 (C, F)로 둘러싸인 영역 내에 있을 경우에는, 상기 예와 같이, 보간 연산에는 측정 완료된 4개의 S 파라미터를 이용할 수 있다. S 파라미터를 구하는 조합 정보 (C, F)가 측정완료된 2개의 조합 정보 (C, F) 사이에 있을 경우에는, 그 조합 정보 (C, F)의 S 파라미터는, 측정완료된 2개의 S 파라미터를 이용해서 보간 연산할 수 있으므로, 연산이 간단해진다.

표 2와 같이 측정 대상을 격자 형상으로 추출하면, 측정되어 있지 않은 조합 정보 (C, F)의 S 파라미터를 구하는 보간 연산을 행하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 물론, S 파라미터가 측정되어 있는 조합 정보 (C, F)가 격자형상이 아니어도 보간 연산은 행할 수 있을 경우는 있다.

표 2의 예에서는, 모든 조합 정보 (C, F) 중, 격자 형상으로 추출한 일부의 조합 정보 (C, F)에 대해서, S 파라미터를 측정했지만, 도 4에 나타낸 바와 같이, 격자 형상으로 추출한 일부의 조합 정보 (C, F)에 더해서 다른 일부의 조합 정보 (C, F)에 대해서도 S 파라미터를 측정해도 된다. 도 4에 있어서, 가로축은 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보(C)이며, 세로축은 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보(F)다. 도 4는 검은 원으로 표시된 조합 정보 (C, F)에 더해서 영역 A나 영역 B에 포함되는 조합 정보 (C, F)에 대해서도 S 파라미터가 측정되는 예를 나타내고 있다.

예를 들어, 임피던스 정합한다고 예상되는 조합 정보 (C, F)를 알고 있을 경우에는, 그 조합 정보 (C, F)를 기준으로 하는 소정 범위 내에 포함되는 모든 조합 정보 (C, F)에 대해서 S 파라미터를 측정하면 된다. 이와 같이, 실질적으로 필요한 조합 정보 (C, F)에 대해서 S 파라미터를 측정하면, S 파라미터의 측정 공정수 및 메모리 용량의 증대를 억제하면서, 정밀도 좋은 임피던스 정합을 행할 수 있다.

또한, 도 3의 예에서는, 측정한 S 파라미터 중, 추정하고 싶은 S 파라미터 [S(18, 16)]를 둘러싸는 4개의 S 파라미터 [S(10, 10)], [S(20, 10)], [S(10, 20)], [S(20, 20)]을 이용해서, S 파라미터 [S(18,16)]의 추정값을 연산하고 있지만, 연산에 이용하는 4개의 S 파라미터는, 이것들에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, [S(0, 0)], [S(30, 0)], [S(0, 30)], [S(30, 30)]의 4개의 S 파라미터를 이용하고, S 파라미터 [S(18, 16)]의 추정값을 보간 연산해도 된다. 추정하고자 하는 S 파라미터와 보간 연산에 이용하는 측정한 S의 거리가 떨어질수록, 추정값의 정밀도가 나빠지는 것으로 여겨지므로, 어느 S 파라미터를 이용해서 보간 연산을 할지는, 정밀도와 편리성을 고려해서 적절하게 결정하면 된다.

전술한 바와 같이 미리 측정한 S 파라미터로부터 측정하고 있지 않은 S 파라미터를 보간 연산에 의해서 추정할 수 있으므로, 모든 조합 정보 (C, F) 중, S 파라미터를 측정하고 있지 않은 조합 정보 (C, F)에 대해서는 보간 연산에 의해 S 파라미터의 추정값을 구하고, S 파라미터의 측정값과 추정값의 양쪽을 조합 정보 (C, F)에 대응시켜서 메모리(70)에 미리 기억해도 된다. 이 경우, 측정하고 있지 않은 모든 조합 정보 (C, F)에 대해서 추정값을 구해도 되고, 측정하고 있지 않은 모든 조합 정보 (C, F) 중 일부의 조합 정보 (C, F)에 대해서만 추정값을 구해도 된다. 또한, S 파라미터를 수학식 2의 변환식에 의해 변환시킨 T 파라미터를 메모리(70)에 기억해도 된다. 또, S 파라미터의 추정값 또는 S 파라미터의 추정값을 변환시킨 T 파라미터의 추정값을 메모리(70)에 기억하면, 임피던스 정합 시의 연산 부하를 저감할 수 있는 반면, 메모리 용량을 많이 필요로 하므로, 실정에 맞춰서 적절하게 선택하면 된다.

전술한 바와 같이, S 파라미터의 추정값 또는 S 파라미터의 추정값을 변환시킨 T 파라미터의 추정값을 메모리(70)에 기억할 경우, 예를 들어, 측정한 S 파라미터 또는 측정한 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터를 메모리(70) 내의 제1기억 영역에 기억하고, S 파라미터의 추정값 또는 S 파라미터의 추정값을 변환시킨 T 파라미터의 추정값을 메모리(70) 내의 제2기억 영역에 기억하도록 해도 된다.

물론, 제1기억 영역 및 제2기억 영역은, 동일한 하드웨어에 설치해도 되고, 다른 하드웨어에 설치해도 된다. 또한, 제1기억 영역 및 제2기억 영역을 동일한 하드웨어에 설치할 경우, 제1기억 영역 및 제2기억 영역을, 소정 용량의 영역마다 나누어도 되고, 나누지 않아도 된다. 또, 기억하는 S 파라미터가, 측정한 S 파라미터 또는 측정한 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터인지, S 파라미터의 추정값 또는 S 파라미터의 추정값을 변환시킨 T 파라미터의 추정값인지를 구별할 수 있도록 해두는 것이 바람직하다.

위에서는 S 파라미터를 보간 연산하는 예를 나타내었지만, 측정한 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터를 이용해서, 측정하고 있지 않은 S 파라미터에 대응하는 T 파라미터를 바이리니어 보간에 의해서 추정할 수 있다. 보간 연산 방법은 상기 S 파라미터의 경우와 마찬가지이다.

또, 측정한 S 파라미터를 T 파라미터로 변환시키고 있을 경우, 다음과 같이 해서 S 파라미터를 측정하고 있지 않은 조합 정보 (C, F)에 대응하는 T 파라미터를 보간 연산에 의해서 구할 수 있다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 측정한 S 파라미터(T 파라미터)의 변수(C)의 축 상에 있어서의 데이터 간격을 c₀(도 2의 예에서는 c₀ = 10)으로 하고, 변수(F)의 축 상에 있어서의 데이터 간격을 f₀(도 2의 예에서는 c₀ = 10)으로 한다. 그리고, C/c₀의 정수부를 n_c, 소수부를 d_c라 하고 F/f₀의 정수부를 n_f, 소수부를 d_f라 한다. 예를 들어, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가 「83」이며, 데이터 간격(c₀)이 「10」이면, n_c = 8, d_c = 0.3으로 된다.

이 경우, S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터를 구성하는 각 파라미터(T₁₁, T₁₂, T₂₁, T₂₂)는 「수학식 7」과 같이 표시된다.

다음에 S 파라미터의 데이터의 측정 방법에 대해서 설명한다.

[S 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로]

도 5는 임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로의 구성을 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 측정 회로는, 제품 출시 전에, 예를 들어 공장 내에서 다 이루어지는 것이다.

임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터는, 예를 들어, 입출력 임피던스가 50Ω인 네트워크 분석기(80)를 이용해서 측정된다. 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 네트워크 분석기(80)의 제1입출력 단자(81)가 접속되고, 임피던스 조정장치(3A)의 출력단(302)에 네트워크 분석기(80)의 제2입출력 단자(82)가 접속된다. 또한, 임피던스 조정장치(3A)의 제어부(100)에 네트워크 분석기(80)의 제어 단자(83)가 접속된다.

[S 파라미터의 측정 순서]

가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 변화 범위는 각각 0 내지 100의 101단계로 하고, 표 2에 나타낸 바와 같이, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 각각 10단계의 간격으로 변경시킨 각 조합 정보 (C, F)에 대해서 S 파라미터를 측정하는 순서에 대해서 설명한다.

도 5에 나타낸 측정 회로에서는, 조합 정보 (C, F)를 미리 결정된 순번으로 순차 변화시켜서 네트워크 분석기(80)에 의해 임피던스 조정장치(3A)의 S 파라미터가 측정된다. 이하의 설명에서는, 표 2에 나타낸 격자점의 조합 정보 (C, F)를 측정 대상으로 하고, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 및 출력 주파수를, 각각 10의 간격으로 순차 변화시켜서 S 파라미터를 측정하는 순서에 대해서 설명한다.

제어부(100)에 의해 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 네트워크 분석기(80)의 출력 주파수가 최초의 조합 정보 (C, F)에 대응하는 값에 설정된다. 예를 들어, 최초의 조합 정보 (C, F)를 (0, 0)이라고 하면, 제어부(100)에 의해, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치가, 예를 들어, 「0」에 대응하는 위치에 설정되고, 또 네트워크 분석기(80)의 출력 주파수가, 예를 들면 「0」에 대응하는 주파수(예를 들면 1.8㎒)에 설정된다. 이 주파수는 고주파 전원(1v)으로부터 부하(5)에 공급되는 고주파의 출력 주파수에 상당한다.

네트워크 분석기(80)는, 우선, 「0」에 대응하는 주파수(예를 들면 1.8㎒)를 지니는 고주파를 제1입출력 단자(81)로부터 출력한다. 제1입출력 단자(81)로부터 출력된 고주파(입사파)는, 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 의해 일부는 반사되고, 나머지는 임피던스 조정장치(3A)에 입력된다. 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 의해 반사된 고주파(반사파)는, 제1입출력 단자(81)로부터 네트워크 분석기(80) 내에 입력된다. 입력단(301)으로부터 임피던스 조정장치(3A) 내에 입력된 고주파(투과파)는, 출력단(302)으로부터 출력되어서 제2입출력 단자(82)로부터 네트워크 분석기(80)에 입력된다.

네트워크 분석기(80)는, 제1입출력 단자(81)로부터 입력된 반사파와 제2입출력 단자(82)로부터 입력된 투과파를 검출한다. 그리고, 네트워크 분석기(80)는, 반사파 및 투과파의 검출값과 입사파를 이용해서 입력 측의 전압 반사 계수(S 파라미터의 요소(S₁₁), 순방향 전압의 전달 계수(S 파라미터의 요소(S₂₁))를 측정한다. 즉, 입사파, 반사파 및 투과파를 각각 a1, b1, b2라 하면, 네트워크 분석기(80)는, S₁₁ = b1/a1, S₂₁ = b2/a1의 연산 처리를 행함으로써, 전압 반사 계수(S₁₁), 순방향 전압의 전달 계수(S₂₁)를 측정한다.

다음에, 네트워크 분석기(80)는, 「0」에 대응하는 주파수(예를 들어 1.8㎒)를 지니는 고주파를 제2입출력 단자(82)로부터 출력한다. 제2입출력 단자(81)로부터 출력된 고주파(입사파)는, 임피던스 조정장치(3A)의 출력단(302)에 의해 일부는 반사되고, 나머지는 임피던스 조정장치(3A)에 입력된다. 임피던스 조정장치(3A)의 출력단(302)에 의해 반사된 고주파(반사파)는, 제2입출력 단자(82)로부터 네트워크 분석기(80) 내에 입력된다. 출력단(302)으로부터 임피던스 조정장치(3A) 내에 입력되 고주파(투과파)는, 입력단(301)으로부터 출력되어서 제1입출력 단자(81)로부터 네트워크 분석기(80)에 입력된다.

네트워크 분석기(80)는, 제2입출력 단자(82)로부터 입력된 반사파와 제1입출력 단자(81)로부터 입력된 투과파를 검출한다. 그리고, 네트워크 분석기(80)는, 반사파 및 투과파의 검출값과 입사파를 이용해서 역방향 전압의 전달 계수(S 파라미터의 요소(S₁₂)), 출력 측의 전압 반사 계수(S 파라미터의 요소(S₂₂))를 측정한다. 즉, 입사파, 반사파 및 투과파를 각각 a2, b2, b1이라 하면, 네트워크 분석기(80)는, S₁₂ = b1/a2, S₂₂ = b2/a2의 연산 처리를 행함으로써, 역방향 전압의 전달 계수(S₁₂), 출력 측의 전압 반사 계수(S₂₂)를 측정한다.

상기 2개의 측정 처리에 의해, 최초의 조합 정보(0, 0)에 대한 S 파라미터 「S(0, 0)」을 구성하는 전압 반사 계수(S₁₁), 순방향 전압의 전달 계수(S₂₁), 역방향 전압의 전달 계수(S₁₂) 및 출력 측의 전압 반사 계수(S₂₂)의 측정값이 측정되게 된다. 네트워크 분석기(80)는, S 파라미터 「S(0, 0)」의 측정값을 제어 단자(83)로부터 임피던스 조정장치(3A)의 제어부(100)에 송신한다.

제어부(100)는, S 파라미터 「S(0, 0)」의 측정값을 수신하면, 전술한 「수학식 2」를 이용해서 S 파라미터 「S(0, 0)」을 T 파라미터 「T(0, 0)」으로 변환시킨다. 그리고, 제어부(100)는 변환된 T 파라미터 「T(0, 0)」을 조합 정보(0, 0)과의 대응 관계를 부여해서 메모리(70)에 기억한다.

그 후, 제어부(100)는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 네트워크 분석기(80)로부터 출력되는 고주파의 주파수와의 조합 정보 (C, F)를 순차 변경해 가는 것에 의해, 각 조합 정보 (C, F)에 대한 S 파라미터 「S(C, F)」를 네트워크 분석기(80)에 의해 측정한다. 제어부(100)는, 예를 들어, S(0, 0), S(0, 10),···S(0,90), S(0, 100), S(10, 0), S(10, 10),···S(100, 90), S(100, 100)과 같은 순번으로 조합 정보 (C, F)를 순차 변경하고, 각 조합 정보 (C, F)에 대응하는 S 파라미터 「S(C, F)」를 네트워크 분석기(80)에 의해 측정한다. 물론, 측정하는 순번은 이 순번으로 한정되지 않는다.

제어부(100)는, 네트워크 분석기(80)에 의해 각 조합 정보 (C, F)에 대한 S 파라미터 「S(C, F)」가 측정될 때마다, 그 측정값을 T 파라미터 「T (C, F)」로 변환하고, 조합 정보 (C, F)와의 대응 관계를 부여해서 메모리(70)에 기억한다.

또, 상기 측정 순서에서는, 1개의 S 파라미터를 측정할 때마다 T 파라미터로 변환시키고 있었지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 복수의 S 파라미터를 측정할 때마다 T 파라미터로 변환시키도록 해도 된다. 또한, 측정 대상의 모든 조합 정보 (C, F)에 대해서 S 파라미터를 측정한 후에, S 파라미터의 측정값을 정리해서 T 파라미터로 변환하도록 해도 된다. 그 때문에, 필요에 따라서 S 파라미터용의 메모리 및 T 파라미터용의 메모리의 양쪽을 설치하면 된다.

또한, S 파라미터나 T 파라미터의 데이터는, 네트워크 분석기(80)의 디스플레이(도시 생략)이나 임피던스 조정장치(3A)의 외부에 설치된 디스플레이나 프린터(모두 도시 생략) 등에 출력하도록 해도 된다. 물론, 외부의 각종 장치(도시 생략)에 출력해도 된다.

[임피던스 조정장치(3A)의 동작]

다음에, 고주파 전력 공급 시스템으로서 실제로 사용되는 임피던스 조정장치(3A)의 임피던스 정합 동작에 대해서, 도 6을 참조해서 설명한다.

도 6은 제어부(100)의 기능 블록도이다. 제어부(100)는, 기능의 관점에서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 벡터화부(110), 주파수 검출부(120), T 파라미터 취득부(130), 출력 반사 계수 연산부(140), 목표 입력 반사 계수설정부(150), 목표정보 특정부(180), 목표위치 설정부(191) 및 목표 주파수 설정부(192)에 의해 구성된다.

방향성 결합기(10)로부터 출력되는 진행파 전압과 반사파 전압은, 벡터화부(110)에 입력된다. 위치 검출부(40)로부터 출력되는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보는, T 파라미터 취득부(130)에 입력된다. 고주파 전원(1v)으로부터 출력되는 전원 인식 출력 주파수(Fge)는, 목표 주파수 설정부(192)에 입력된다. 제어부(100)로부터 고주파 전원(1v)에 출력되는 목표 출력 주파수 정보(Fmat)는, 목표 주파수 설정부(192)에서 생성되고, 제어부(100)로부터 조정부(30)에 출력되는 지령 신호(후술하는 목표위치 정보(Cmat))는, 목표위치 설정부(191)에서 생성된다.

또, 주파수 검출부(120)는, 본 발명의 출력 주파수 취득수단 또는 주파수 검출수단의 일례이며, T 파라미터 취득부(130)는, 본 발명의 특성 파라미터 취득수단의 일례이다. 또한, 출력 반사 계수 연산부(140)는 본 발명의 출력 반사 계수 연산수단의 일례이며, 목표정보 특정부(180)는 본 발명의 특정수단의 일례이다. 또한, 목표 주파수 설정부(192)는 본 발명의 지령 신호 출력 수단의 일례이다.

또한, 제어부(100)는, 플라즈마 처리를 시작하고 나서 종료할 때까지의 사이에 임피던스 정합 동작을 주기적으로 반복하여, 고주파 전원(1v)과 부하(5)가 임피던스 정합 상태로 되도록 제어한다. 이하의 설명에서는, 제어부(100)가 행하는 임피던스 정합 동작의 동작 개시로부터 동작 종료까지의 내용에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 각 임피던스 정합 동작을 개시한 시점을 「현시점」이라 칭해서 설명한다.

벡터화부(110)에는, 아날로그 신호를 소정의 간격으로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하는 Ａ/D 컨버터(도시 생략)가 설치되어 있다. 벡터화부(110)는, 방향성 결합기(10)로부터 입력되는 진행파 전압과 반사파 전압을 각각 A/D 컨버터에서 디지털 신호로 변환하고, 변환 후의 진행파 전압으로부터 크기와 위상정보를 포함하는 벡터 정보로 표시되는 진행파 전압(Vfi_now)를 생성하고, 변환 후의 반사파 전압으로부터 크기와 위상정보를 포함하는 벡터 정보로 표시되는 반사파 전압(Vri_now)를 생성한다. 진행파 전압(Vfi_now)과 반사파 전압(Vri_now)은, 현시점의 입력단(301)에 있어서의 진행파 전압과 반사파 전압이다.

방향성 결합기(10) 대신에 고주파 검출기를 이용할 경우에는, 벡터화부(110)에, 고주파 검출기로부터 출력되는 고주파 전압과 고주파 전류를 각각 디지털 신호로 변환하는 Ａ/D 컨버터가 설치된다. 벡터화부(110)는, 주지의 방법에 의해, 디지털 신호로 변환된 고주파 전압과 고주파 전류를 이용해서 진행파 전압(Vfi_now)과 반사파 전압(Vri_now)을 생성한다. 이 경우, 고주파 검출기와, 고주파 검출기의 검출 신호에 의거해서 진행파 전압(Vfi_now) 및 반사파 전압(Vri_now)을 구하는 부분을 포함시킨 것이, 본 발명의 고주파 정보 검출수단의 일례가 된다.

벡터화부(110)에서 생성된 현시점의 진행파 전압(Vfi_now)은, 출력 반사 계수 연산부(140)와 주파수 검출부(120)에 입력되고, 벡터화부(110)에서 생성된 현시점의 반사파 전압(Vri_now)은 출력 반사 계수 연산부(140)에 입력된다.

「수학식 8」에 나타낸 바와 같이, 반사파 전압(Vri_now)을 진행파 전압(Vfi_now)로 나누는 제산을 함으로써, 현시점의 입력단(301)에 있어서의 반사 계수(Γin_now)(이하, 입력 반사 계수(Γin_now)라 칭함)를 얻을 수 있다. 또, 입력 반사 계수(Γin_now)의 절대치(입력 반사 계수절대치)는, |Γin_now|이다.

주파수 검출부(120)는, 벡터화부(110)로부터 입력되는 진행파 전압(Vfi_now)을 이용해서, 주지의 주파수 검출방법에 의해서 고주파 전원(1v)으로부터 출력되는 고주파의 현시점의 출력 주파수(F_now)를 검출한다. 주파수 검출부(120)에서 검출된 현시점의 출력 주파수(F_now)는, T 파라미터 취득부(130)와 목표 주파수 설정부(192)에 입력된다. 또, 주지의 주파수 검출방법으로서는, 예를 들어, PLL(Phase-locked loop)을 이용한 주파수 검출방법, 영(제로) 크로스법을 이용한 주파수 검출방법 등이 있다. 물론, 주파수 검출방법은, 이들 주파수 검출방법에 한정되지 않고, 다른 주파수 검출방법을 이용해도 된다.

방향성 결합기(10) 대신에 고주파 검출기를 이용할 경우에는, 고주파 검출기로부터, 예를 들어, 고주파 전압의 검출값을 주파수 검출부(120)에 입력하고, 주파수 검출부(120)에서 그 고주파 전압의 검출값을 이용해서, 고주파 전원(1v)으로부터 출력되는 고주파의 현시점의 출력 주파수(F_now)를 검출하면 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에서 이용되는 S 파라미터는, 네트워크 분석기(80)로부터 출력시키는 고주파의 주파수를, 고주파 전원(1v)으로부터 출력되는 고주파의 출력 주파수에 맞춰서 측정된 것이다. 그 때문에, 주파수 검출부(120)에서 검출되는 현시점의 출력 주파수(Fnow)와, S 파라미터의 측정 시 네트워크 분석기(80)로부터 출력된 고주파의 주파수의 차이를 가능한 한 작게 해둘 필요가 있다.

마찬가지 관점에서, 고주파 전원(1v)으로부터 제어부(100)에 입력되는 전원 인식 출력 주파수(Fge)와, 주파수 검출부(120)가 검출하는 현시점의 출력 주파수(Fnow)의 어긋남도 가능한 한 작게 해둘 필요가 있다. 고주파 전원(1v)의 제조 메이커와 임피던스 조정장치(3A)의 제조 메이커가 동일하면, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 출력 주파수(Fnow)의 차이는 가능한 한 작게 할 수 있다. 그러나, 고주파 전원(1v)의 제조 메이커와, 임피던스 조정장치(3A)의 제조 메이커가 다른 경우에는, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 출력 주파수(Fnow)에 어긋남이 생길 우려가 있어, 정밀도 좋은 임피던스 정합을 할 수 없게 된다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 임피던스 조정장치(3A)의 제어부(100)에서, 고주파 전원(1v)으로부터 출력되는 고주파의 출력 주파수를 검출하도록 하고 있다.

물론, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 현시점의 출력 주파수(Fnow)의 차이가 거의 없을 경우에는, 주파수 검출부(120)를 제거하고, 고주파 전원(1v)으로부터 제어부(100)에 입력되는 전원 인식 출력 주파수(Fge)를 제어부(100) 내의 T 파라미터 취득부(130)에 입력하도록 해도 된다.

T 파라미터 취득부(130)는, 메모리(70)에 기억되어 있는 T 파라미터를 이용하고, 위치 검출부(40)로부터 입력되는 현시점의 위치 정보(C_now)와 주파수 검출부(120)로부터 입력되는 현시점의 출력 주파수(F_now)의 조합에 대응하는 T 파라미터를 취득하고, 그 T 파라미터를 출력 반사 계수 연산부(140)에 입력한다.

T 파라미터 취득부(130)는, 현시점의 위치 정보(C_now)와 출력 주파수(F_now)의 조합에 대응한 T 파라미터가 메모리(70)에 기억되어 있을 경우에는, 그 T 파라미터를 메모리(70)로부터 읽어내서 출력 반사 계수 연산부(140)에 입력시킨다. 현시점의 위치 정보(C_now)와 출력 주파수(F_now)의 조합에 대응한 T 파라미터가 메모리(70)에 기억되어 있지 않을 경우에는, 메모리(70)에 기억되어 있는 T 파라미터를 이용해서, 전술한 보간 연산에 의해 현시점의 위치 정보(C_now)와 출력 주파수(F_now)의 조합에 대응한 T 파라미터를 산출하여, 그 산출값을 출력 반사 계수 연산부(140)에 입력한다.

출력 반사 계수 연산부(140)는, 벡터화부(110)로부터 입력되는 현시점의 입력단(301)에 있어서의 진행파 전압(Vfi_now) 및 반사파 전압(Vri_now)과 T 파라미터 취득부(130)로부터 입력되는 현시점의 위치 정보(C_now)와 출력 주파수(F_now)의 조합에 대응하는 T 파라미터에 의거해서, 현시점의 출력단(302)에 있어서의 진행파 전압(Vfo_now) 및 반사파 전압(Vro_now)을 연산한다. 출력 반사 계수 연산부(140)는, 하기에 나타낸 「수학식 9」에 의해, 현시점의 출력단(302)에 있어서의 진행파 전압(Vfo_now) 및 반사파 전압(Vro_now)을 연산한다.

또, 「수학식 9」에 있어서, T11_now, T12_now, T21_now 및 T22_now는, T 파라미터 취득부(130)로부터 입력된 T 파라미터를 구성하는 각 요소이다. 즉, 현시점의 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합에 대응한 T 파라미터의 각 요소이다.

또한, 출력 반사 계수 연산부(140)는, 「수학식 10」에 나타낸 바와 같이, 현시점의 출력단(302)에 있어서의 반사파 전압(Vro_now)을 진행파 전압(Vfo_now)으로 나누는 제산을 행하고, 현시점의 출력단(302)에 있어서의 반사 계수(Γout_now)(이하, 출력 반사 계수(Γout_now)라 칭함)를 연산한다. 연산 결과는 목표정보 특정부(180)에 전송된다.

또, 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)는, T 파라미터를 이용해서, 하기의 「수학식 11」에 의해 연산하는 것도 가능하다.

목표 입력 반사 계수설정부(150)는, 미리 목표로 되는 입력 반사 계수(Γin_set)(이하 「목표 입력 반사 계수(Γin_set)」이라고 칭함)을 설정한다. 이 목표 입력 반사 계수(Γin_set)는, 「수학식 12」에 의해 나타낼 수 있다. 목표 입력 반사 계수 설정부(150)는, 설정한 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 목표정보 특정부(180)에 입력한다.

「수학식 12」에 있어서, Zin은 목표 임피던스로서, 실수부 Rin 및 허수부 Xin의 합인 Ｚin = Rin+jXin로 표시된다. 또, Zo는 특성 임피던스이다. 또, 목표 입력 반사 계수설정부(150)는, 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 직접 설정해도 되고, 목표 임피던스(Zin)와 특성 임피던스(Z_o)를 목표 입력 반사 계수설정부(150)에 미리 설정하고, 목표 입력 반사 계수설정부(150)는, 설정된 목표 임피던스(Zin)와 특성 임피던스(Z_o)로 「수학식 12」를 연산해서 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 설정하도록 해도 된다.

목표 입력 반사 계수(Γin_set)는 통상은 최소값, 즉, 0(목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 실수부와 허수부의 합으로 나타낸 경우, Γin_set = 0+j0)이지만, 정합했다고 간주할 수 있는 0 이외의 값 이하로 설정해도 된다. 예를 들어, 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 0.05나 0.1 등의 비교적 작은 값으로 설정해도 된다. 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 0으로 설정했을 경우에는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 및 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 조정했을 때의 입력 반사 계수(Γin)이 목표 입력 반사 계수(Γin_set)가 되면, 입력단(301)에 있어서의 반사파가 최소(즉, 0)로 되는 임피던스 정합 상태로 할 수 있다. 목표 입력 반사 계수 설정부(150)에는, 소망의 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 미리 설정해 두어도 되지만, 목표 입력 반사 계수 설정부(150)에 목표 입력 반사 계수(Γin_set)를 설정하기 위한 설정부를 설치해서, 수시 변경할 수 있도록 해도 된다.

목표 입력 반사 계수(Γin_set), 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now) 및 T 파라미터의 관계는 「수학식 13」과 같이 표시된다.

「수학식 13」에 있어서, T_11mat, T_12mat, T_21mat, T_22mat는, 출력단(302)에 있어서의 반사 계수가 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)일 때에, 입력단(301)에 있어서의 반사 계수를 목표 입력 반사 계수(Γin_set)로 할 수 있는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합 정보에 대응한 T 파라미터의 각 요소이다.

「수학식 13」은 이하와 같이 해서 구할 수 있다. 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)는 「수학식 10」 또는 「수학식 11」로 구할 수 있다. 또, 현시점의 출력단(302)에 있어서의 진행파 전압(Vfo_now)과 반사파 전압(Vro_now)은, 「수학식 9」를 참조해서 T 파라미터를 고려하면, Vfo_now = T_11mat·Vfi_now+T_12mat·Vri_now, Vro_now = T_21mat·Vfi_now+T_22mat·Vri_now로 표시된다(Vfi_now, Vri_now는, 현시점의 입력단(301)에 있어서의 진행파 전압 및 반사파 전압). 따라서, Γout_now = (T_21mat·Vfi_now+T_22mat·Vri_now)/(T_11mat·Vfi_now+T_12mat·Vri_now)로 된다. 여기에서, 입력 반사 계수 Γin_set = Vri_now/Vfi_now이므로, Γout_now = [T_21mat·Vfi_now+T_22mat·(Γin_set·Vfi_now)]/[T_11mat·Vfi_now+T_12mat·(Γin_set·Vfi_now)] = (T_21mat+T_22mat·Γin_set)/(T_11mat+T_12mat·Γin_set)로 된다.

「수학식 13」에 따르면, 출력 반사 계수 연산부(140)에서 산출된 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)에 대해서, 임피던스 조정장치(3A)의 T 파라미터의 4개의 요소(T_11mat, T_12mat, T_21mat, T_22mat)를 「수학식 13」이 성립하도록 조정할 수 있으면, 임피던스 조정 회로(3P)의 입력단(301)에 있어서의 입력 반사 계수(Γin)를 목표 입력 반사 계수(Γin_set)로 할 수 있는 것을 알 수 있다.

T 파라미터의 4개의 요소(T_11mat, T_12mat, T_21mat, T_22mat)를 각각 자유롭게 조정할 수 있는 것이라면, 「수학식 13」이 성립하는 T 파라미터(T_11mat, T_12mat, T_21mat, T_22mat)를 구할 수 있다.

그러나, T 파라미터는, 임피던스 조정장치(3A) 전체를 전송 장치로서 다루었을 때의 전송 특성을 나타내는 것으로, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합마다, 4개의 요소가 1조가 되어서 측정된 것이기 때문에, 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)와 일치하는 가상의 출력 반사 계수(Γout_now')가 얻어질 가능성은 낮다.

표 3에 나타낸 것 같은 미리 측정한 복수의 T 파라미터 또는 미리 측정한 T 파라미터로부터 보간 연산에 의해서 추정되는 복수의 파라미터를 「수학식 13」의 우변에 각각 대입한 연산 결과를 가상의 출력 반사 계수(Γout_now')라 하면, 가상의 출력 반사 계수(Γout_now')는 「수학식 14」로 표시된다.

「수학식 14」에 있어서, T_11mat(C, F), T_12mat(C, F), T_21mat(C, F), T_22mat(C, F)는, 조합 정보 (C, F)에 대응하는 T 파라미터 「T (C, F)」의 각 요소를 나타내고, Γout_now'(C, F)은, 조합 정보 (C, F)에 대응하는 가상의 출력 반사 계수를 나타내고 있다.

「수학식 14」의 연산에 의해, 가상의 출력 반사 계수 Γout_now'(C, F)가 복수개 얻어지지만, 전술한 바와 같이, 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)와 일치하는 가상의 출력 반사 계수 Γout_now'(C, F)가 얻어질 가능성은 낮다.

그러나, 연산한 가상의 출력 반사 계수 Γout_now'(C, F) 중에서, 현시점의 출력 반사 계수(Γout_now)에 가장 가까운 가상의 출력 반사 계수 Γout_now'(C, F)(이하, 근사 반사 계수 Γout_now''(C, F)라 칭함)를 찾으면, 「수학식 13」이 성립하는 조건에 가장 가까운 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수와의 조합을 특정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 목표 입력 반사 계수(Γin_set)는, 정합했다고 간주할 수 있는 값 이하로 설정되므로, 임피던스 조정장치(3A)의 출력 반사 계수(Γout)를 근사 반사 계수(Γout_now'')(C, F)로 할 수 있으면, 정합했다고 간주할 수 있다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 모든 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수와의 조합 정보 (C, F)에 대해서 T 파라미터가 취득되어 있지 않을 경우에는, 「수학식 13」이 성립하는 조건에 가장 가까운 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합 정보 (C, F)를 정밀도 좋게 특정할 수 없다.

그러나, 모든 조합 정보 (C, F)에 대해서 T 파라미터(S 파라미터)가 취득되어 있지 않더라도, 연산에 의해서 「수학식 13」이 성립하는 조건에 가장 가까운(될 수 있는 한 가까운) 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수의 조합 정보를 특정할 수 있다. 이 특정은 목표정보 특정부(180)에서 행해진다.

또, 본 명세서에서는, 「수학식 13」이 성립하는 조건에 가장 가까운 조합 정보를 「목표 조합 정보(Cz, Fz)」라고 하기로 한다. 또한, 예를 들어, 도 2와 같이 S 파라미터가 격자 형상의 조합 정보 (C, F)에 대해서 취득되어 있을 경우에, 그 S 파라미터를 변환시킨 것을 취득된 T 파라미터로서 설명한다. 또, 전술한 바와 같이, 보간 연산에 의해서 구한 S 파라미터를 변환시킨 T 파라미터를 취득된 T 파라미터에 포함시킬 수 있다. 이하, 목표정보 특정부(180)에 있어서, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하는 순서를 설명한다.

우선, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하는 방법에 대해서 설명한다. 「수학 7」에 나타낸 4개의 요소(T₁₁, T₁₂, T₂₁, T₂₂)를 「수학식 13」의 T_11mat, T_12mat, T_21mat, T_22mat에 각각 대입함으로써, 「수학식 15」로 표시한 관계가 얻어진다.

이 「수학식 15」에 있어서, 「수학식 16」의 치환을 행하면, 「수학식 17」로 표시한 바와 같이 된다. 이들은, 첫회 및 목표 입력 반사 계수(Γin_set)가 변경되었을 때에만 모든 n_c 및 n_f의 조합에 대해서 연산하고, 메모리(도시 생략)에 기억해두는 것이 가능하다. 또, 「수학식 17」에 있어서, A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2는, 표기를 간이하게 하기 위해서, 일부를 생략하고 있다. 예를 들어, A1은 A1(n_c, n_f, Γin_set)이다.

이 「수학식 17」에 있어서, 또, 「수학식 18」의 치환을 행하면, 「수학식 19」와 같이 된다. 또, 「수학식 19」에 있어서, A, B, C, D는, 표기를 간이하게 하기 위해서, 일부 생략하고 있다. 예를 들어, A는 A(n_c, n_f, Γin_set, Γout_now)이다.

이 「수학식 19」를 실수부와 허수부로 나누고, d_c 및 d_f를 구하면, 「수학식 20」에 나타낸 연산식을 얻을 수 있다.

또, 「수학식 19」에 있어서, A = Re(A)+Im(A), B = Re(B)+Im(B), C = Re(C)+Im(C), D = Re(D)+Im(D)로 두면, 「수학식 19」의 좌변의 실수부도 허수부도 0이기 때문에,

Re(A)+Re(B)d_c+Re(C)d_f+Re(D)d_cd_f = 0

Im(A)+Im(B)d_c+Im(C)d_f+Im(D)d_cd_f = 0

이 된다. 그리고, 이들 식으로부터 d_f를 구하면,

d_f = -(Re(A)+Re(B)d_c)/(Re(C)+Re(D)d_c)

d_f = -(Im(A)+Im(B)d_c)/(Im(C)+Im(D)d_c)

이 되기 때문에, 두 식으로부터

(Re(A)+Re(B)d_c)·(Im(C)+Im(D)d_c)= (Re(C)+Re(D)d_c)·(Im(A)+Im(B)d_c)

가 얻어진다. 그리고, 이 식을 변형하면, 「수학식 20」의 d_c의 이차방정식이 얻어지고, 그 이차방정식의 해의 식으로부터 「수학식 20」의 d_c의 식이 얻어진다.

「수학식 15」 내지 「수학식 20」에 나타낸 관계가 있으므로, 목표 조합 정보(Cz, Fz)는, 모든 n_c(C/c₀의 정수부)와 n_f(F/f₀의 정수부)의 조합에 있어서, 「수학식 20」의 d_c와 d_f의 식으로부터 d_c(C/c₀의 소수부) 및 d_f(C/c₀의 소수부)를 구하고, d_c와 d_f가 각각 0 내지 1 사이가 되는 조합을 추출함으로써 구할 수 있다. 목표 조합 정보(Cz, Fz)는 [(n_c+d_c)c₀, (n_f+d_f)f₀](0 < d_c < 1, 0 < d_f <1)로 표현된다.

다음에, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 구하는 순서에 대해서 설명한다.

「수학식 15」, 「수학식 16」을 참조하면, 임의의 조합(n_c, n_f)에 있어서의 d_c 및 d_f는, n_cc₀, (n_c+1)c₀, n_ff₀, (n_f+1)f₀의 4종류의 조합에 있어서의 T 파라미터를 이용해서 구해지는 것을 알 수 있다.

예를 들어, (n_c, n_f)= (0, 0)인 경우에는, (n_c+1, n_f) = (1, 0), (n_c, n_f+1)= (0, 1), (n_c+1, n_f+1) = (1, 1)이 되기 때문에, d_c 및 d_f는 조합(0, 0), (c₀, 0), (0, f₀), (c₀, f₀)에 있어서의 4개의 T 파라미터를 이용해서 구해진다. 이 때, 기지의 T 파라미터의 데이터 간격 n₀, n_f가 도 2에 나타낸 바와 같이 각각 10이면, d_c 및 d_f는 T(0, 0), T (10, 0), T(0, 10), T (10, 10)의 4개의 T 파라미터를 이용해서 구해진다. 또한, (n_c, n_f)= (1,0)일 때에는, 마찬가지로 해서, d_c 및 d_f는 T (10, 0), T (20, 0), T (10, 10), T (20, 10)의 4개의 T 파라미터를 이용해서 구해진다.

따라서, 모든 n_c와 n_f의 조합(n_c, n_f)에 대한 d_c 및 d_f는, n_c와 n_f의 조합의 값을 순차 변화시켜서, 각 조합(n_c, n_f)에 대응하는 4개의 T 파라미터를 이용해서, d_c 및 d_f를 구하는 처리를 반복함으로써, 구해진다.

또, 도 2에 나타낸 바와 같이, 격자점의 조합에 대해서 T 파라미터가 취득되어 있을 경우, d_c 및 d_f의 산출에 이용되는 n_c와 n_f의 범위는, 각각 n_c = 0 내지 10, n_f = 0 내지 10의 범위가 되지만, n_c = 9를 포함하는 4개의 조합에는 n_c = 10이 포함되고, n_f = 9를 포함하는 4개의 조합에는 n_f = 10이 포함되기 때문에, n_c와 n_f의 조합의 값을 순차 변화시키는 처리에서는, n_c와 n_f는 각각 0 내지 9의 범위에서 값을 변화시키면 된다.

따라서, n_c의 변화 범위의 최대치를 「n_cmax」, n_f의 변화 범위의 최대치를 「n_fmax」라고 하면, n_c를 0 내지 (n_cmax-1)의 범위에서 변화시키고, n_f를 0 내지 (n_fmax-1)의 범위에서 변화시키면, 모든 n_c와 n의 조합에 대한 d_c 및 d_f를 구할 수 있다.

도 7은 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하기 위해서 이용하는 변수 n_c, n_f의 변화시키는 방법의 일례를 나타낸 도면이다. 도 7에서는, n_c를 횡축으로 하고 n_f를 세로축으로 해서 전술한 n_c와 n_f의 조합(n_c, n_f)에 있어서의 4점으로 둘러싸인 영역을 X(n_c, n_f)로 표시하고 있다. 예를 들어, (n_c, n_f) = (0, 0)인 경우에는, 영역 X(0, 0)는 (n_c, n_f) = (0, 0), (10, 0), (0, 10), (10, 10)의 4점으로 둘러싸인 영역이다.

따라서, 예를 들어, 도 7의 화살표로 나타낸 바와 같이, (n_c, n_f) = (0, 0）→ (1, 0）→ (2, 0) ···(8, 0）→ (9,0）→ (0, 1）→ (1,1）→ (2,1) ···(8,1）→ (9,1）→ (0,2）→ (1,2）→ (2,2) ···(8,9）→ (9,9)과 같이, n_c와 n_f의 값을 순차 변경해가면, X (0, 0）→ X (1,0）→ X (2,0) ···X (8,0）→ X (9,0）→ X (0, 1）→ X (1,1）→ X (2,1) ···X (8,1）→ X (9,1）→ X (0,2）→ X (1,2）→ X (2,2) ···X (8,9）→ X (9,9)와 같이 연산의 대상이 되는 영역이 변화되어가므로, 모든 n_c와 n_f 조합에 대해서 d_c 및 d_f를 구할 수 있다.

즉, 전술한 바와 같이, n_c = 0 내지 (n_cmax-1), n_f = 0 내지 (n_fmax-1)의 범위에서, n_c와 n_f의 값을 변화시키면, 모든 n_c와 n_f의 조합에 대해서 d_c 및 d_f를 구할 수 있다.

물론, 변수인 n_c, n_f의 값의 변화시키는 방법은, 전술한 것으로 한정되는 것은 아니고, 다른 변경 방식으로 해도 된다.

「수학식 20」의 d_c와 d_f의 수식을 이용해서, d_c 및 d_f를 구했을 경우, d_c, d_f가 0 내지 1 사이의 값이 안될 경우가 있다. 예를 들어, (n_c, n_f) = (0, 0)의 경우, 즉, 영역 「X (0, 0)」을 대상으로 삼았을 경우에 있어서의 d_c, d_f가 0 내지 1 사이의 값이 안될 경우가 있다. 이러한 경우에는, 목표 조합 정보(Cz, Fz)이, 영역 「X (0, 0)」의 영역 외에 존재하게 된다. 도 7에서는, 영역 「X (0, 0)」은, (n_c, n_f) = (0, 0), (10, 0), (0, 10), (10, 10)의 4점으로 둘러싸이는 영역이지만, d_c, d_f가 0 내지 1 사이의 값이 안될 경우에는, 목표 조합 정보(Cz, Fz)는 그 영역에는 존재하지 않고, 다른 영역에 존재하게 된다. 다른 영역에서도 d_c, d_f가 0 내지 1 사이의 값이 안될 경우에는, 목표 조합 정보(Cz, Fz)는 그 영역 밖에 존재하게 된다.

입력 반사 계수 절대치|Гin_now|의 검출 오차 등의 영향에 의해, d_c 및 d_f에도 오차가 생긴다. 그 오차는, 입력 반사 계수 절대치 |Гin_now|가 클수록, 커지는 경향이 있다. 입력 반사 계수 절대치 |Гin_now|가 큰 상태에서는, 특정된 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 정밀도가 d_c 및 d_f의 오차에 의해서 낮을 가능성이 있으므로, 조정 회로(3A)를 그 목표 조합 정보(Cz, Fz)로 조정해서 입력 반사 계수절대치 |Гin_now|를 작게 한 후, 다시 d_c 및 d_f를 구해서 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 특정을 행하도록 하면 된다.

또한, d_c 및 d_f가 0 내지 1 사이가 되는 n_c와 n_f의 조합이 복수 생길 경우가 고려된다. 이러한 경우에는, 예를 들어, 어느 쪽인가 1개의 d_c 및 d_f의 조합에 의거해서, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하고, 조정 회로(3A)를 그 목표 조합 정보(Cz, Fz)로 조정한 후에, 다시 d_c 및 d_f를 구해서 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 특정을 행하도록 하면 된다.

또한, 모든 n_c와 n_f의 조합에 있어서, d_c 및 d_f가 0 내지 1 사이가 안될 경우에는, 예를 들어, d_c 및 d_f를 0으로 했을 때의 모든 n_c와 n_f의 조합에 있어서, 입력 반사 계수(Γin)를 연산하고, 가장 목표 입력 반사 계수(Γin_set)에 가까운 입력 반사 계수(Γin)에 대응하는 n_c와 n_f에 의거해서, 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 특정을 행하도록 하면 된다.

상기 설명에서는, 모든 n_c와 n_f의 조합에서 대해서 d_c 및 d_f를 구한 후에, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하는 처리를 하고 있지만, 일부의 n_c와 n_f의 조합에 대해서 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정하는 처리를 해도 된다. 예를 들어, d_c 및 d_f를 산출할 때마다 d_c 및 d_f가 0 내지 1 사이로 되어 있는지의 여부를 판단하여, d_c 및 d_f가 0 내지 1 사이로 되어 있으면, 그 때의 d_c 및 d_f의 연산 결과에 의거해서, 목표 조합 정보(Cz, Fz)를 특정해도 된다.

특정된 목표 조합 정보(Cz, Fz)에는, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치 정보(C) 및 고주파 전원(1v)의 출력 주파수 정보(F)가 포함되어 있다(관련되어 있다). 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 목표 조합 정보(Cz, Fz)에 관련되어 있는 위치 정보(C)에 대응하는 위치로 조정하는 동시에, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 목표 조합 정보(Cz, Fz)에 관련되어 있는 출력 주파수 정보(F)에 대응하는 주파수로 조정하면, 임피던스 조정장치(3A)의 입력단(301)에 있어서의 반사 계수(Γin)를 목표 입력 반사 계수(Γin_set)에 가깝게 할 수 있다. 즉, 고주파 전원(1v)과 부하(5)를 임피던스 정합 상태에 가깝게 할 수 있다. 통상은, 고주파 전원(1v)과 부하(5)가 임피던스 정합했다고 간주되는 상태로 할 수 있다. 그 때문에, 이하에 나타낸 바와 같이, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치와 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 목표 조합 정보(Cz, Fz)에 관련되어 있는 위치 정보(C)에 대응하는 위치와 출력 주파수 정보(F)에 대응하는 주파수에 각각 조정하는 처리가 행해진다.

목표위치 설정부(191)는, 목표정보 특정부(180)에서 특정된 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 위치 정보(Cz)에 대응하는 위치를 목표위치(cmat)에 설정한다. 목표위치(cmat)는, 본 발명의 목표 전기 특성 정보의 일례이다. 목표위치 설정부(191)는 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 목표위치(cmat)로 조정(변위)시키기 위한 목표위치 정보(Cmat)를 생성해서 조정부(30)에 출력한다. 목표위치 설정부(191)는, 목표 위치 정보(Cmat)를 조정부(30)의 구동에 적합한 형식의 신호, 예를 들어, 전압신호나 펄스 신호 등의 신호로 조정부(30)에 출력한다.

조정부(30)는, 목표 위치 정보(Cmat)에 의거해서, 스테핑 모터 등을 구동하고, 가변 컨덴서(21)의 가동부의 위치를 목표위치(cmat)에 조정한다(변위시킨다).

목표 주파수 설정부(192)는 목표 정보 특정부(180)로 특정된 목표 조합 정보(Cz, Fz)의 출력 주파수 정보(Fz)에 대응하는 주파수를 목표 출력 주파수(fmat)로 설정한다. 목표 출력 주파수(fmat)는, 본 발명의 목표 출력 주파수 정보의 일례이다. 목표 주파수 설정부(192)는, 고주파 전원(1v)의 출력 주파수를 목표 출력 주파수(fmat)로 조정(변경)시키기 위한 목표 출력 주파수 정보(Fmat)를 생성해서 고주파 전원(1v)에 출력한다. 목표위치 설정부(191)는, 목표 출력 주파수 정보(Fmat)를 고주파 전원(1v)에의 송신에 적합한 형식으로 조정부(30)에 출력한다.

고주파 전원(1v)은, 목표 출력 주파수 정보(Fmat)에 의거해서, 출력 주파수를 목표 출력 주파수(fmat)로 조정(변경)한다.

여기서, 목표 출력 주파수 정보(Fmat)에 대해서 보충 설명을 한다.

전술한 바와 같이, 고주파 전원(1v)의 제조 메이커와, 임피던스 조정장치(3)의 제조 메이커가 다른 등의 이유로, 고주파 전원(1v)이 인식하고 있는 전원 인식 출력 주파수(Fge)와, 주파수 검출부(120)가 검출하는 현시점의 출력 주파수(F_now)(임피던스 조정장치(3)가 인식하는 현시점의 출력 주파수(F_now))에 어긋남(오차)이 생길 경우가 있다.

이 경우에는, 정밀도 좋은 임피던스 정합을 할 수 없으므로, 「수학식 21」에 나타낸 바와 같이, 목표 출력 주파수(fmat)와 현시점의 출력 주파수(F_now)의 차에 전원 인식 출력 주파수(Fge)를 가산한 주파수를 목표 주파수 정보(Fmat)라 한다. 이렇게 하면, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 임피던스 조정장치(3)가 인식하는 현시점의 출력 주파수(F_now)의 어긋남(오차)을 고려한 목표 출력 주파수 정보(Fmat)를 고주파 전원(1v)에 출력하게 되므로, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 현시점의 출력 주파수(F_now)에 어긋남(오차)이 생길 경우더라도, 정밀도 좋은 임피던스 정합을 행할 수 있다.

또는, 「수학식 22」와 같이, 목표 출력 주파수(fmat)와 현시점의 출력 주파수(F_now)의 차이를 목표 주파수 정보(Fmat)로서 고주파 전원(1v)에 출력하고, 고주파 전원(1v) 측에서 그 목표 주파수 정보(Fmat)에 전원 인식 출력 주파수(Fge)를 가산한 주파수를 출력시키도록 해도 된다. 이렇게 해도, 전원 인식 출력 주파수(Fge)와 현시점의 출력 주파수(F_now)에 어긋남이 생길 경우더라도, 정밀도 좋은 임피던스 정합을 행할 수 있다.

또, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 특성 파라미터는 S 파라미터나 T 파라미터로 제한되는 것은 아니다. 특성 파라미터로서 Z 파라미터나 Y 파라미터를 이용하고, 이들 파라미터를 전술한 T 파라미터로 변환해서 전술한 임피던스 정합을 행하도록 해도 된다.

Claims (10)

1. 고주파 전원과 부하 사이에 설치되어, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측을 향한 대상 임피던스를 조정하는 임피던스 조정장치로서,
   상기 고주파 전원에 접속되는 입력단;
   상기 부하에 접속되는 출력단;
   가변 전기 특성 소자;
   해당 임피던스 조정장치의 전송 특성을 나타내는 복수의 특성 파라미터를 기억하는 특성 파라미터 기억수단으로서, 상기 복수의 특성 파라미터가, 각각, 상기 고주파 전원의 출력 주파수에 대응하는 복수의 주파수 조정점과 상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성에 대응하는 복수의 전기 특성 조정점을 조합시킨 복수의 조정점에 대해서 취득된 것인, 상기 특성 파라미터 기억수단;
   상기 입력단에 있어서의 고주파 정보를 검출하는 고주파 정보 검출수단;
   상기 고주파 전원의 출력 주파수를 취득하는 출력 주파수 취득수단;
   상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을 취득하는 전기 특성 취득수단;
   상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 취득된 출력 주파수와 상기 취득된 전기 특성을 조합시킨 조정점에 대한 특성 파라미터를 취득하는 특성 파라미터 취득수단;
   상기 고주파 정보 검출수단에 의해 검출된 고주파 정보와 상기 특성 파라미터 취득수단에 의해 취득된 특성 파라미터에 의거해서, 상기 출력단에 있어서의 출력 반사 계수를 연산하는 출력 반사 계수 연산수단;
   상기 출력 반사 계수와, 미리 설정된 목표 입력 반사 계수와, 상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 복수의 조정점 중에서 상기 대상 임피던스를 상기 고주파 전원의 임피던스에 정합시키는 임피던스 조정점을 특정하는 특정수단;
   상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을, 상기 임피던스 조정점의 전기 특성으로 조정하는 전기 특성 소자 조정 수단; 및
   상기 고주파 전원의 출력 주파수를 상기 임피던스 조정점의 출력 주파수로 조정시키기 위한 지령 신호를, 상기 고주파 전원에 출력하는 지령 신호 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 조정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 특성 파라미터 기억수단은,
   상기 조정점마다 실측한 특성 파라미터, 혹은 실측한 특성 파라미터를 변환시킨 특성 파라미터를 기억하는 것인 임피던스 조정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 측정한 특성 파라미터는 S 파라미터(Scattering Parameter)이며, 상기 특성 파라미터와는 다른 종류의 특성 파라미터는 T 파라미터(Transmission Parameter)인 것인 임피던스 조정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 특성 파라미터 기억수단이 기억하는 복수의 특성 파라미터는, 상기 복수의 조정점의 일부에 대해서 조정점마다 실제로 측정한 실측값과, 상기 복수의 조정점의 실측되어 있지 않은 조정점에 대해서 조정점마다 상기 실측값을 채용한 보간 연산에 의해 산출한 추정값을 포함하는 것인 임피던스 조정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 특성 파라미터가 실측된 조정점은, 상기 복수의 주파수 조정점으로부터 제1간격에서 추출한 일부의 주파수 조정점과 상기 복수의 전기 특성 조정점으로부터 제2간격에서 추출한 일부의 전기 특성 조정점을 조합시킨 조정점인 것인 임피던스 조정장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정수단은, 상기 목표 입력 반사 계수와 상기 복수의 특성 파라미터에 의거해서, 상기 고주파 전원의 출력 주파수와 상기 가변 전기 특성 소자의 전기 특성을 상기 복수의 조정점으로 조정했다고 가정했을 경우의 각 조정점에 있어서의 상기 출력단의 가상의 출력 반사 계수를 연산하고, 상기 출력 반사 계수와 상기 가상의 출력 반사 계수의 차이가 가장 작은 조정점을 상기 대상 임피던스의 조정점으로서 특정하는 것인 임피던스 조정장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 정보는, 상기 고주파 전원으로부터 상기 부하 측으로 진행하는 진행파 전압과 상기 부하로부터 상기 고주파 전원 측으로 반사하는 반사파 전압인 것인 임피던스 조정장치.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 반사 계수 연산수단은, 상기 고주파 정보에 의거해서 상기 입력단의 입력 반사 계수를 연산하고, 그 입력 반사 계수와, 상기 취득된 특성 파라미터에 의거해서, 상기 출력 반사 계수를 연산하는 것인 임피던스 조정장치.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 정보를 이용해서 상기 고주파 전원의 출력 주파수를 검출하는 주파수 검출수단을 더 포함하는 임피던스 조정장치.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전원은, 출력되고 있는 고주파의 출력 주파수의 정보를 상기 임피던스 조정장치에 출력하고,
    상기 출력 주파수 취득수단은, 상기 고주파 전원으로부터 입력되는 출력 주파수의 정보를 상기 고주파 전원의 출력 주파수로서 취득하는 것인 임피던스 조정장치.

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