CN108573848A - 高频发生器和等离子体处理装置 - Google Patents

高频发生器和等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输出的高频的功率和相位的控制的精度高的高频发生器。在一个实施方式的高频发生器中，通过由矢量乘法器进行的IQ调制和由放大器进行的放大而生成的高频被输出部输出。定向耦合器输出包含行波的一部分的第一高频和包含反射波的一部分的第二高频。控制部通过包含4个多项式的运算的第一矩阵运算，来求取输出部的行波的同相成分和正交成分以及反射波的同相成分和正交成分的各自的推算值，其中，4个多项式的每一个包括第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分作为多个变量。控制部基于这些的推算值，决定用于矢量乘法器的IQ调制的同相信号的电平和正交信号的电平。

Description

高频发生器和等离子体处理装置
技术领域
本发明的实施方式涉及高频发生器和等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造中，有时进行对被加工物的等离子体处理。用于等离子体处理的等离子体处理装置具有腔室主体。腔室主体提供其内部空间作为腔室。在等离子体处理装置中，为了激发腔室内气体，使用高频(高频能量)。因此，等离子体处理装置具有高频发生器。由高频发生器产生的高频，例如可以为微波，或者，属于从LF频带到VHF频带的频带区域的高频。
高频发生器具有控制从其输出部输出的高频的功率和相位的部分。这样的高频发生器具有定向耦合器。定向耦合器输出包含向输出部传递的行波一部分的第一高频和包含返回到输出部的反射波的一部分的第二高频。高频发生器根据第一高频和第二高频，推算输出部的高频的功率和相位，根据推算出的功率和相位，来控制输出的高频的功率和相位。此外，关于具有定向耦合器的高频发生器，在下述的专利文献1和专利文献2中记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-299198号公报
专利文献2：日本特开2002-164198号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
上述基于第一高频和第二高频推算的功率和相位包含相对输出部的高频的功率和相位的误差。因此，输出的高频的功率和相位的控制的精度有改善的余地。
用于解决技术问题的技术方案
在一个方式，提供了高频发生器。高频发生器包括矢量乘法器、放大器、循环器、输出部、定向耦合器和控制部。矢量乘法器能够对高频原信号进行IQ调制以生成调制波。放大器能够将调制波放大来生成放大高频，输出该放大高频。循环器具有第一端口、第二端口和第三端口。循环器能够由第一端口接收来自放大器的放大高频，将被输入到第一端口的高频从第二端口输出，将被输入到第二端口的高频从第三端口输出。输出部为高频发生器的高频的输出部，并与第二端口连接。定向耦合器能够输出包含从放大器传递到输出部的行波的一部分的第一高频，输出包含被输出部反射的反射波的一部分的第二高频。控制部能够基于第一高频的同相成分和正交成分与第二高频的同相成分和正交成分，来决定用于矢量乘法器的IQ调制的同相信号的电平和正交信号的电平。
在一个方式的高频发生器中，控制部能够执行包含4个多项式的运算的第一矩阵运算，来求取输出部的行波的同相成分的第一推算值、该输出部的该行波的正交成分的第二推算值、该输出部的反射波的同相成分的第三推算值和该输出部的该反射波的正交成分的第四推算值。4个多项式的每一个包括第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分作为多个变量。第一矩阵运算中使用的系数的矩阵，是按照能够从第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分得到第一推算值、第二推算值、第三推算值和第四推算值得到的方式预先决定的。控制部能够决定同相信号的电平和正交信号的电平，以使至少根据第一推算值和第二推算值求取的输出部的高频的功率的推算值和相位的推算值的、对功率的目标值和相位的目标值的误差减少。
从定向耦合器输出的第一高频不仅包含行波的一部分，还包含反射波的一部分。另外，从定向耦合器输出的第二高频不仅包含反射波的一部分，还包含行波的一部分。即，定向耦合器不能将行波与反射波彼此完全地分离。另一方面，在上述的4个多项式的每一个中，包含第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分作为多个变量。因此，根据包含该4个多项式的运算的第一矩阵运算，能够对第一高频的反射波的干涉的影响和第二高频的行波的干涉的影响进行修正，来求取第一～第四推算值。因此，能够得到相对输出部的行波的同相成分和正交成分与输出部的反射波的同相成分和正交成分的误差小的第一～第四推算值。在一个方式的高频发生器中，根据上述的第一～第四推算值，决定用于矢量乘法器的IQ调制的同相信号的电平和正交信号的电平，因此输出的高频的功率和相位的控制的精度提高。
在一个实施方式中，第一矩阵运算包含第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分各自的高次项的运算。在第一矩阵运算中，由于包含有高次项的运算，能够以更高精度来求取第一～第四推算值。
在一个实施方式中，控制部能够：(I)求取用于使功率的推算值和相位的推算值的、对功率的目标值和相位的目标值的误差减少的修正后的功率和修正后的相位；(II)求取与修正后的功率和修正后的相位对应的在IQ平面上的第一同相成分和第一正交成分；(III)执行包含2个多项式的运算的第二矩阵运算，来求取分别规定同相信号的电平和正交信号的电平的第二同相成分和第二正交成分，其中，2个多项式的每一个包括第一同相成分和第一正交成分作为多个变量。第二矩阵运算中所使用的系数的矩阵，是按照能够使输出部的高频的功率和相位的、对功率的目标值和相位的目标值的误差减少的方式预先决定的。
高频从矢量乘法器传递到输出部时，会产生高频的功率和高频的相位的变化。在上述的实施方式中，通过第二矩阵运算，求取第二同相成分和第二正交成分，来对自矢量乘法器至输出部之间的高频的功率和高频的相位的变化进行修正。根据上述的第二同相成分和第二正交成分，决定用于矢量乘法器的IQ调制的同相信号的电平和正交信号的电平，因此能够进一步提高输出的高频的功率和相位的控制的精度。
在一个实施方式中，第二矩阵运算包含第一同相成分和第一正交成分的各自的高次项的运算。根据该实施方式，在第二矩阵运算中，由于包含有高次项的运算，能够进一步提高输出的高频的功率和相位的控制的精度。
在一个实施方式中，由高频发生器的输出部输出的高频为微波。该实施方式中，高频发生器还具有解调器，其通过对第一高频和第二高频的IQ解调，来生成第一高频的同相成分和正交成分以及第二高频的同相成分和正交成分。
在另一方面中，提供了一种等离子体处理装置。等离子体处理装置包括腔室主体和上述方面和实施方式中任一的高频发生器。腔室主体提供腔室。高频发生器能够为了激发被供给到腔室内的气体而供给高频。
在一个实施方式中，高频发生器产生微波，等离子体处理装置还包括天线。天线与高频发生器的输出部连接，能够将由高频发生器供给的高频导入腔室内。高频发生器不经由阻抗匹配用调谐器而与天线连接。
在一个实施方式中，高频发生器的控制部在由该高频发生器开始供给高频时，决定同相信号的电平和正交信号的电平，以使根据第一推算值和第二推算值得到的输出部的行波的功率与根据第三推算值和第四推算值得到的输出部的反射波的功率的差与功率的目标值一致或接近。
发明效果
如以上所说明的方式，能够提高通过高频发生器输出的高频的功率和相位的控制的精度。
附图说明
图1是表示一个实施方式的高频发生器的构成图。
图2是表示一个例子的原信号发生器的构成的图。
图3是表示一个例子的矢量乘法器的构成图。
图4是表示一个例子的解调器的构成的图。
图5是表示用于尝试求取第一矩阵运算中使用的系数的矩阵的系统的例子的图。
图6是表示用于尝试求取第一矩阵运算中使用的系数的矩阵的系统的例子的图。
图7是表示用于尝试求取第二矩阵运算中使用的系数的矩阵的系统的例子的图。
图8是表示一个实施方式的等离子体处理装置的图。
附图标记说明
10…高频发生器；12…矢量乘法器；14…放大器；16…循环器；16a…第一端口；16b…第二端口；16c…第三端口；18…输出部；20…定向耦合器；20a…第一端口；20b…第二端口；20c…第三端口；20d…第四端口；22…控制部；100…等离子体处理装置；102…腔室主体；104…台；106…排气装置；108…天线；110…主控制部。
具体实施方式
以下，参照附图对各种实施方式进行详细地说明。此外，各附图中，对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。
图1是表示一个实施方式的高频发生器的构成图。图1所示的高频发生器10产生微波作为高频并输出该微波。高频发生器10包括矢量乘法器12、放大器14、循环器16、输出部18、定向耦合器20和控制部22。高频发生器10还包括解调器24、D/A转换器26和等效负载(dummy load)28。
矢量乘法器12与原信号发生器30连接。原信号发生器30向矢量乘法器12供给高频原信号。图2是表示一个例子的原信号发生器的构成的图。如图2所示，原信号发生器30具有处理器30a和PLL(Phase Locked Loop)振荡器30b。处理器30a例如为微处理器(MCU)。处理器30a指定由PLL振荡器30b产生的高频原信号频率。向PLL振荡器30b供给来自晶体振子30c的高频。PLL振荡器30b接收来自晶体振子30c的高频而输出由处理器30a指定的频率的高频原信号。此外，高频发生器10可以内置该原信号发生器30。
原信号发生器30可以向一个高频发生器10供给高频原信号。或者，原信号发生器30可以向多个高频发生器10供给高频原信号。在后者的情况下，即，原信号发生器30向多个高频发生器10供给高频原信号的情况下，原信号发生器30还具有分配器。来自PLL振荡器30b的高频原信号被输入分配器。分配器被配置为将高频原信号分配到多个高频发生器10。
图3是表示一个例子的矢量乘法器的构成图。矢量乘法器12具有混频器(mixer)12a、混频器12b、移相器12c和合成器12d。矢量乘法器12使用由控制部22决定了其电平的同相信号IS和正交信号QS，来执行对高频原信号的IQ调制。
在矢量乘法器12中，将来自原信号发生器30的高频原信号分为2个高频原信号。在混频器12a中，将2个高频原信号中的一个高频原信号与同相信号Is混频。混频器12a输出由一个高频原信号与同相信号Is相乘得到的高频。移相器12c输出通过对另一个高频原信号施加90°的相位而生成的高频。在混频器12b中，将由移相器12c输出的高频与正交信号QS混频。混频器12b输出由来自移相器12c的高频与正交信号QS相乘得到的高频。合成器12d将来自混频器12a的高频与来自混频器12b的高频合成(相加)，以生成调制波。合成器12d输出该调制波。
再次参照图1。放大器14接收来自矢量乘法器12的调制波，并放大该调制波。放大器14输出通过放大来自矢量乘法器12的调制波而生成的放大高频。在一个例子中，放大器14具有前置放大器14a和主放大器14b。即，放大器14利用2个放大器的二次放大，来生成放大高频。
循环器16具有第一端口16a、第二端口16b和第三端口16c。第一端口16a与放大器14的输出连接。循环器16将从其外部向第一端口16a输入的高频从第二端口16b输出，并将从其外部向第二端口16b输入的高频从第三端口16c输出。第三端口16c与等效负载28连接。等效负载28接收从第三端口16c输出的高频并吸收该高频。等效负载28能够将高频变换为例如热量。
输出部18为高频发生器10的高频(一个例子中为微波)的输出部。在图1所示的例子中，输出部18经由定向耦合器20与循环器16的第二端口16b连接。在由高频发生器10输出的输出为微波时，输出部18可以为例如波导管。
定向耦合器20具有第一端口20a、第二端口20b、第三端口20c和第四端口20d。定向耦合器20被设置为在第一端口20a接收从放大器14向输出部18传递的行波。在一个实施方式中，定向耦合器20的第一端口20a与循环器16的第二端口16b连接。定向耦合器20将输入到第一端口20a的行波从第二端口20b输出。另外，定向耦合器20将包含输入到第一端口20a的行波的一部分的第一高频从第三端口20c输出。并且，定向耦合器20被设置为在第二端口20b接收返回到输出部18的反射波。在一个实施方式中，定向耦合器20的第二端口20b与输出部18连接。定向耦合器20将包含接收于第二端口20b的反射波的一部分的第二高频从第四端口20d输出。
此外，定向耦合器20还可以被设置为在放大器14与循环器16的第一端口16a之间输出第一高频，并在循环器16的第三端口16c与等效负载之间输出第二高频。
控制部22基于第一的高频的同相成分IMF和正交成分QMF与第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR，来决定用于矢量乘法器12的IQ调制的同相信号IS电平和正交信号QS电平。
在一个实施方式中，控制部22包括第一矩阵运算部22a、第一转换部22b、反馈控制部22c和第二转换部22d。控制部22还可以包括第二矩阵运算部22e。控制部22可以由例如现场可编程阵列(Field-programmable Gate Array，FPGA)或者处理器构成。或者，第一矩阵运算部22a、第一转换部22b、反馈控制部22c、第二转换部22d和第二矩阵运算部22e可以分别由独立的电路或者运算器构成。
第一的矩阵运算部22a经由解调器24与定向耦合器20的第三端口20c和第四端口20d连接。解调器24将IQ解调应用于第一高频和第二高频，来生成第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF与第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR。
图4是表示一个例子的解调器的构成的图。如图4所示，解调器24具有混频器24a、混频器24b、移相器24c、低通滤波器24d、低通滤波器24e、混频器24f、混频器24g、移相器24h、低通滤波器24I、低通滤波器24j、A/D转换器24k和A/D转换器24m。
解调器24被设置为接收来自定向耦合器20的第三端口20c的第一高频和来自定向耦合器20的第四端口20d的第二高频。在解调器24中，第一高频被分为2个第一高频。在混频器24a中，将2个第一高频中的一个第一高频与高频原信号混频。从混频器24a输出由一个第一高频与高频原信号相乘得到的信号。此外，原信号发生器30施加解调器24中使用的高频原信号。混频器24a输出的信号的高频成分被低通滤波器24d滤波。低通滤波器24d输出通过滤波而生成的第一高频的同相成分(模拟信号)。
移相器24c输出通过对高频原信号施加90°的相位而生成的高频。在混频器24b中，将移相器24c输出的高频与另一个第一高频混频。从混频器24b输出由来自移相器24c的高频与另一个第一高频相乘得到的信号。由混频器24b输出的信号的高频成分被低通滤波器24e滤波。低通滤波器24e输出由滤波而生成的第一高频的正交成分(模拟信号)。
另外，在解调器24中，将第二高频分为2个第二高频。在混频器24f中，将2个第二高频中的一个第二高频与高频原信号混频。从混频器24f输出由一个第二高频与高频原信号相乘得到的信号。由混频器24f输出的信号的高频成分被低通滤波器24I滤波。低通滤波器24I输出由滤波而生成的第二高频的同相成分(模拟信号)。
移相器24h输出通过对高频原信号施加90°的相位而生成的高频。在混频器24g中，将移相器24h输出的高频与另一个第二高频混频。从混频器24g输出由来自移相器24h的高频与另一个第二高频相乘得到的信号。由混频器24g输出的信号的高频成分被低通滤波器24j滤波。低通滤波器24j输出由滤波而生成的第二高频的正交成分(模拟信号)。
A/D转换器24k对来自低通滤波器24d的第一高频的同相成分(模拟信号)和来低通滤波器24e的第一高频的正交成分(模拟信号)进行A/D转换。A/D转换器24m对来自低通滤波器24I的第二高频的同相成分(模拟信号)和来自低通滤波器24j的第二高频的正交成分(模拟信号)执行A/D转换。通过A/D转换器24k和A/D转换器24m的A/D转换，将第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF与第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR分别生成为数字信号。如图1所示，A/D转换器24k和A/D转换器24m与控制部22连接。将第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF从A/D转换器24k输入控制部22，将第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR从A/D转换器24m输入控制部22。
控制部22的第一矩阵运算部22a执行第一矩阵运算。第一矩阵运算相当于四4个多项式的运算。第一矩阵运算部22a能够通过进行第一矩阵运算，来求取输出部18的行波的同相成分的第一推算值IE1、输出部的行波的正交成分的第二推算值QE2、输出部的反射波的同相成分的第三推算值IE3和输出部的反射波的正交成分的第四推算值QE4。
4个多项式的每一个包含第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF与第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR作为多个变量。第一矩阵运算中使用的一个以上系数的矩阵，是按照能够根据同相成分IMF、正交成分QMF、同相成分IMR和正交成分QMR得到第一推算值IE1、第二推算值QE2、第三推算值IE3和第四推算值QE4的方式预先决定的。
下述的式(1)表示第一矩阵运算。式(1)中，Aj为4行4列系数的矩阵，Bk为4行4列系数的矩阵，C为4行1列的系数的矩阵。另外，式(1)中j、k是1以上的整数。即，第一矩阵运算的式子的右边包含系数为一以上的矩阵。
式(1)为一般化后的式子，在第一矩阵运算中，进行基于式(1)预先选择的式子的运算，以使得根据同相成分IMF、正交成分QMF、同相成分IMR和正交成分QMR来最佳地推算第一推算值IE1、第二推算值QE2、第三推算值IE3和第四推算值QE4。第一矩阵运算至少包含式(1)的右边的第一项的运算。第一矩阵运算可以包含同相成分IMF、正交成分QMF、同相成分IMR和正交成分QMR的一次项的运算与一个以上的高次项的运算，作为式(1)的右边的第一项的运算。在一个例子中，第一矩阵运算可以包含同相成分IMF、正交成分QMF、同相成分IMR和正交成分QMR的一次项的运算、三次项的运算和五次项的运算，作为式(1)的右边的第一项的运算。
第一矩阵运算还可以包含式(1)的右边的第二项和第三相的至少一者的运算。在第二项中，f1_k(IMF，QMF)可以为包含IMF或者其乘方与QMF或者其乘方的积的函数，f2_k(IMF，QMF)可以为包含IMF或者其乘方与QMF或者其乘方的商的函数。在第二项中，f3_k(IMR，QMR)可以为包含IMR或者其乘方与QMR或者其乘方的积的函数，f4_k(IMF，QMF)可以为包含IMR或者其乘方与QMR或者其乘方的商的函数。
第一转换部22b根据第一推算值IE1和第二推算值QE2求取输出部18的行波的功率的推算值PEF和相位的推算值θEF。第一转换部22b还可以根据第三推算值IE3和第四推算值QE4求取输出部18的反射波的功率的推算值PER和相位的推算值θER。此外，第一转换部22b的运算由以下的式子(2a)～(2d)定义。
PEF＝IE1 2+QE2 2…(2a)
θEF＝tan-1(QE2/IE1)…(2b)
PER＝IE3 2+QE4 2…c)
θER＝tan-1(QE4/IE3)…(2d)
反馈控制部22c求取修正后的功率PC和修正后的相位θC，以减少根据第一推算值IE1和第二推算值QE2求取的输出部18的高频的功率的推算值和相位的推算值对功率的目标值Pt和相位的目标值θt的误差。在一个实施方式中，反馈控制部22c也可以将功率的推算值PEF和相位的推算值θEF作为输出部18的高频的功率的推算值和相位的推算值使用。或者，反馈控制部22c也可以将从功率的推算值PEF减去功率的推算值PER而得到的功率作为输出部18的高频的功率的推算值使用，也可以将相位的推算值θEF作为输出部18的高频的相位的推算值使用。该反馈控制部22c通过例如PID控制，能够求取修正后的功率PC和修正后的相位θC。
第二转换部22d将修正后的功率PC和修正后的相位θC转换为与该功率PC和相位θc对应的在IQ平面上的同相成分I1和正交成分Q1。在该转换中，使用高频原信号和同一频率的原信号。在一个实施方式中，同相成分I1和正交成分Q1依旧作为将同相信号IS的电平和正交信号QS的电平分别规定的同相成分IC和正交成分QC来使用。在另一实施方式中，通过第二矩阵运算部22e，根据同相成分I1(第一同相成分)和正交成分Q1(第一正交成分)，能够求取同相成分I2(第二同相成分)和正交成分Q2(第二正交成分)。同相成分I2和正交成分Q2作为分别规定同相信号IS的电平和正交信号QS的电平的同相成分IC和正交成分QC使用。
第二矩阵运算部22e执行第二矩阵运算，来求取同相成分I2和正交成分Q2。第二矩阵运算为2个多项式的运算，该2个多项式的每一个包含同相成分I1和正交成分Q1作为多个变量。第二矩阵运算所使用的系数的矩阵是按照能够使输出部18的高频的功率和相位的对功率的目标值和相位的目标值的误差减少的方式预先决定的。
下记的式子(3)表示第二矩阵运算。在式(3)中，Dm为2行2列的系数的矩阵，En为2行2列的系数的矩阵，H为2行1列的系数的矩阵。另外，在式(3)中，m、n为1以上的整数。即，第二矩阵运算的式子的右边，包含一个以上系数的矩阵。
式(3)为一般化后的式子，在第二矩阵运算中，进行根据式(3)预先选择了的式子的运算，以使得根据同相成分I1和正交成分Q1来最佳地推算同相成分I2和正交成分Q2。第二矩阵运算至少包含式(3)的右边的第一项的运算。第二矩阵运算也可以包含同相成分I1和正交成分Q1的一次项的运算和一以上的高次项的运算，作为式(3)的右边的第一项的运算。在一个例子中，第二矩阵运算也可以包含同相成分I1和正交成分Q1的一次项的运算、三次项的运算和五次项的运算，作为式(3)的右边的第一项的运算。
第二矩阵运算还可以包含式(3)的右边的第二项和第三项的至少一者运算。在第二项中，g1_n(I1，Q1)可以为包含I1或者其乘方与Q1或者其乘方的积的函数，g2_n(I1，Q1)可以为包含I1或者其乘方与Q1或者其乘方的商的函数。
第二矩阵运算部22e与D/A转换器26连接。D/A转换器26对同相成分IC和正交成分QC进行D/A转换，生成模拟的同相信号IS和正交信号QS。同相信号IS的电平由同相成分IC规定，正交信号QS的电平由正交成分QC规定。
从定向耦合器20输出的第一高频不仅是行波的一部分，还包含反射波的一部分。另外，从定向耦合器20输出的第二高频不仅是反射波的一部分，还包含行波的一部分。即，定向耦合器20不能够将行波与反射波彼此完全地分离。另一方面，在上述的四个多项式的每一个中，包含第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF以及第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR作为多个变量。因此，根据包含该四个多项式的运算的第一矩阵运算，对第一高频的反射波的干涉的影响和第二高频的行波的干涉的影响进行修正，能够求取第一推算值IE1、第二推算值QE2、第三推算值IE3和第四推算值QE4。因此，能够得到对输出部18的行波的同相成分和正交成分与输出部18的反射波的同相成分和正交成分的误差的至少第一～第四推算值。在高频发生器10中，基于上述的第一～第四推算值，来决定用于矢量乘法器12的IQ调制的同相信号IS的电平和正交信号QS的电平，因此输出的高频的功率和相位的控制的精度提高。
在一个实施方式中，第一矩阵运算中包含第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF以及第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR的高次项的运算。由此，能够更高精度地求取第一～第四推算值。
高频从矢量乘法器12传递到输出部18时，会发生高频的功率和相位的变化。在一个实施方式中，通过第二矩阵运算，能够求取同相成分I2和正交成分Q2，以修正从矢量乘法器12至输出部之间的高频的功率和相位的变化。根据上述的同相成分I2和正交成分Q2，来决定矢量乘法器12中用于IQ调制的同相信号IS的电平和正交信号QS的电平，因此输出的高频的功率和相位的控制的精度进一步提高。
在此，由矢量乘法器12输出的高频，与以某一比例干涉被输入矢量乘法器12的高频干涉。另外，在从循环器的第一端口16a至第二端口16b之间，高频中发生相位的变化。循环器16中高频的相位的变化量依赖于该高频的功率。在从矢量乘法器12至循环器16的第二端口16b之间的这样的高频的变化，能够表现为高次的干涉。以这样的高次的干涉作为前提，通过对施加于矢量乘法器12的同相信号IS的电平和正交信号QS的电平进行设定，在输出部18中能够得到具有对所期望的功率和相位进一步降低误差的功率和相位的高频(行波)。在一个实施方式中，在第二矩阵运算中包含同相成分I1和正交成分Q1的高次项的运算。根据该实施方式，利用由第二矩阵运算得到的同相成分I2和正交成分Q2来设定同相信号IS的电平和正交信号QS的电平，因此对于所期望的功率和相位，输出的高频的功率和相位的控制的精度能够进一步提高。
另外，高频发生器10不进行电机之类的机构的要素的控制，也能够高速地控制向负载供给的高频的功率和/或相位。因此，高频发生器10在要求高频的功率和/或者相位的高速的控制的用途中，能够被用作高频发生源。关于这样的用途，能够举出执行原子层沉积步骤的等离子体处理装置、必须进行等离子体点火前的正确地电力控制的等离子体处理装置或者不利用等离子体执行步骤的处理装置(例如，微波直接加热装置)。
以下，对预先求取第一矩阵运算中使用的系数发热矩阵的方法进行说明。尝试求取在第一矩阵运算中使用的系数的矩阵。此外，第一矩阵运算如上所述，为式(1)中一般化后的式子的运算。作为第一矩阵运算中实际地使用的式子，从由式(1)一般化后的式子中，预先选择适合于根据同相成分IMF、正交成分QMF、同相成分IMR和正交成分QMR推算输出部18的行波的同相成分和正交成分以及输出部18的反射波的同相成分和正交成分的式子。
图5和图6是表示用于尝试求取第一矩阵运算中使用的系数的矩阵的系统的例子的图。图5所示的系统50还包括高频发生器10、定向耦合器52、等效负载54、网络分析器58和计算机装置60。
定向耦合器52具有第一端口52a、第二端口52b、第三端口52c和第四端口52d。定向耦合器52将从其外部输入到第一端口52a的高频从第二端口52b输出，将包含从第一端口52a传递到第二端口52b的高频的一部分的高频从第三端口52c输出，将包含从其外部输入到第二端口52b的高频的一部分的高频从第四端口52d输出。定向耦合器52的第一端口52a与高频发生器10的输出部18连接。定向耦合器52的第二端口52b与等效负载54连接。等效负载54吸收由第二端口52b输出的高频。因此，系统50构成为反射波不返回到第二端口52b。
定向耦合器52的第三端口52c与网络分析器58连接。网络分析器58检测从定向耦合器52的第三端口52c输出的高频的功率和相位，以将该功率和相位向计算机装置60输出的方式与计算机装置60连接。计算机装置60与该解调器24连接，以使得从高频发生器10的解调器24接收第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF以及第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR。
计算机装置60代替控制部22，与高频发生器10连接，以使得对矢量乘法器12施加同相信号IS和正交信号QS。另外，计算机装置60从网络分析器58接收由定向耦合器52的第三端口52c输出的高频的功率和相位，求取具有该功率和相位的高频的同相成分IM1和正交成分QM1。
图6所示的系统70具有高频发生器10B。高频发生器10B是与高频发生器10相同的高频发生器。系统70还包括定向耦合器20、定向耦合器72、等效负载74、解调器24、网络分析器78和计算机装置60。
定向耦合器72具有第一端口72a、第二端口72b、第三端口72c和第四端口72d。定向耦合器72将从其外部输入到第一端口72a的高频从第二端口72b输出，将包含从第一端口72a传递到第二端口72b的高频的一部分的高频从第三端口72c输出，将包含从其外部输入到第二端口72b的高频的一部分的高频向第四端口72d输出。定向耦合器72的第一端口72a与高频发生器10B的输出部18连接。
定向耦合器20为高频发生器10的定向耦合器20。在系统70中，定向耦合器20的第二端口20b与定向耦合器72的第二端口72b连接。定向耦合器20的第一端口20a与等效负载74连接。等效负载74吸收从第一端口20a输出的高频。因此，系统70构成为反射波不返回到第一端口20a。
解调器24为高频发生器10的解调器24。解调器24求取从定向耦合器20的第三端口20c输出的高频的同相成分IMF和正交成分QMF。另外，解调器24求取从定向耦合器20的第四端口20d输出的高频的同相成分IMR和正交成分QMR。该解调器24与计算机装置60连接，以使得将同相成分IMF和正交成分QMF与同相成分IMR和正交成分QMR输出到计算机装置60。
网络分析器78代替原信号发生器30，与高频发生器10B连接，以使得向高频发生器10B的矢量乘法器12供给高频原信号。网络分析器78与计算机装置60连接，以使得检测从定向耦合器72的第三端口72c输出的高频的功率和相位并且将该功率和相位输出到计算机装置60。
在系统70中，计算机装置60代替控制部22，与高频发生器10B连接，以使得对矢量乘法器12施加同相信号IS和正交信号QS。另外，计算机装置60从网络分析器78接收从定向耦合器72的第三端口72c输出的高频的功率和相位，求取具有该功率和相位的高频的同相成分IM2和正交成分QM2。
尝试求取在第一矩阵运算中使用的系数的矩阵时，从网络分析器58将高频原信号施加到高频发生器10的矢量乘法器12。另外，从计算机装置60将同相信号IS和正交信号QS施加到高频发生器10的矢量乘法器12。然后，能够从高频发生器10的解调器24通过计算机装置60获取第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF以及第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR。而且，通过网络分析器58能够检测从定向耦合器52的第三端口52c输出的高频的功率和相位，通过计算机装置60能够获取具有该功率和相位的高频的同相成分IM1和正交成分QM1。上述处理，通过使用多组具有不同的电平的同相信号IS和具有不同的电平的正交信号QS以执行，能够得到各自包含(IMF，QMF，IMR，QMR)和对应的(IM1，QM1，0，0)的多个第一数据组。
另外，从系统70的网络分析器78将高频原信号施加到高频发生器10B的矢量乘法器12。另外，从计算机装置60将同相信号IS和正交信号QS施加到高频发生器10B的矢量乘法器12。然后，从系统70的解调器24通过计算机装置60获取同相成分IMF和正交成分QMF以及同相成分IMR和正交成分QMR。而且，通过网络分析器78检测从定向耦合器72的第三端口72c输出的高频的功率和相位，通过计算机装置60获取具有该功率和相位的高频的同相成分IM2和正交成分QM2。通过使用具有不同的电平的同相信号IS和具有不同的电平的正交信号QS的多个组来执行上述的处理，能够得到各自包含(IMF，QMF，IMR，QMR)和对应的(0，0，IM2，QM2)的多个第二数据组。
而且，通过计算机装置60求取第一矩阵运算中使用的一个以上系数的矩阵的各元素，使得将以下距离最小化：通过将多个第一数据组的各自的(IMF，QMF，IMR，QMR)作为第一矩阵运算的式子的多个变量使用而得到的(IE1，QE2，IE3，QE4)与对应的(IM1，QM1，0，0)之间的距离；和通过将多个第二数据组的各自的(IMF，QMF，IMR，QMR)作为第一矩阵运算的式子的多个变量使用而得到的(IE1，QE2，IE3，QE4)与对应的(0，0，IM2，QM2)之间的距离。求取一个以上系数的矩阵的各元素的方法可以为例如最小二乘法。求得的一个以上系数的矩阵存储在例如控制部22的存储器等存储元件，在该控制部22的第一矩阵运算中被利用。
以下，对预先求取第二矩阵运算中使用的系数的矩阵的方法进行说明。尝试地求取第二矩阵运算中使用的系数的矩阵。此外，如上所述，第二矩阵运算为由式(3)一般化的式子的运算。作为第二矩阵运算中实际使用的式，从由式(3)一般化的式子中预先选择以在输出部18中获得具有所期望的功率和相位的高频的方式将同相成分I1和正交成分Q1转换为同相成分I2和正交成分Q2的式子。
图7是表示用于尝试求取第二矩阵运算中使用的系数的矩阵的系统的例子的图。为了求取第二矩阵运算中使用的系数的矩阵，例如使用图7所示的系统90。系统90包括高频发生器10、定向耦合器92、等效负载94、网络分析器96和计算机装置98。
定向耦合器92具有第一端口92a、第二端口92b、第三端口92c和第四端口92d。第一端口92a与高频发生器10的输出部18连接。定向耦合器92将从其外部输入到第一端口92a的高频从第二端口92b输出，将包含从第一端口92a传递到第二端口92b的高频的一部分的高频从第三端口92c输出，将包含从其外部向第二端口92b输入的高频的一部分的高频从第四端口92d输出。第二端口92b与等效负载94连接。等效负载94吸收来自第二端口92b的高频。
定向耦合器92的第三端口92c与网络分析器96连接。网络分析器96与计算机装置98连接，以使得将来自定向耦合器92的第三端口92c的高频的功率和相位输出到计算机装置98。
计算机装置98对高频发生器10的矢量乘法器12施加同相信号IS和正交信号QS。另外，计算机装置98从网络分析器96接收从定向耦合器92的第三端口92c输出的高频的功率和相位，根据该功率和相位计算输出部18的行波的同相成分Id和正交成分Qd。
尝试决定第一矩阵运算中使用的系数的矩阵时，从原信号发生器30将高频原信号施加到高频发生器10的矢量乘法器12。另外，从计算机装置98将同相信号IS和正交信号QS施加到高频发生器10的矢量乘法器12。此外，同相信号Is的电平由同相成分I2a确定，正交信号QS的电平由正交成分Q2a确定。然后，通过计算机装置98求取同相成分Id和正交成分Qd。接着，利用计算机装置98，通过将放大器14的放大率作为缩小率使用，来缩小将在IQ平面上的矢量(Id，Qd)的原点作为基点的长度。由此，根据同相成分Id和正交成分Qd能够得到同相成分I1a和正交成分Q1a。通过使用具有不同的电平的同相信号IS和具有不同的电平的正交信号QS的多个组以执行上述的处理，能够得到各自含有(I2a，Q2a)和对应的(I1a，Q1a)的多个第三数据组。
接着，通过计算机装置98，求取用于第二矩阵运算的一个以上系数的矩阵的各元素，使将多个第三数据组的各自的(I1a，Q1a)作为第二矩阵运算的式子的多个变量使用以得到的(I2，Q2)和对应的(I2a，Q2a)之间的距离最小化。求取一个以上系数的矩阵的各元素的方法可以为例如最小二乘法。求得的一个以上系数的矩阵存储在例如控制部22的存储器之类的存储元件，该控制部22的第二矩阵运算中被利用。
以下，对具有高频发生器10的等离子体处理装置的实施方式进行说明。图8是表示一个实施方式的等离子体处理装置的图。在图8中，其一部分被截断的状态下表示等离子体处理装置。图8所示的等离子体处理装置包括高频发生器10、腔室主体102、台104、排气装置106、天线108和主控制部110。
腔室主体102提供其内部空间作为腔室102c。在腔室102c设置有台104。台104在其上支承被加工物W。在腔室主体102的侧壁形成有开口102p。被加工物W被从腔室主体102的外部搬入腔室102c时和被从腔室102c搬出腔室主体102的外部时，通过开口102p。在腔室主体102的侧壁安装有闸阀112。为了开口102p的开闭，设置有该闸阀112。
排气装置106与腔室102c连接以将腔室102c减压。排气装置106可以具有涡轮分子泵之类的减压泵和压力控制泵之类的压力控制装置。
在等离子体处理装置100中执行等离子体处理时，处理气体被供给到腔室102c。另外，通过排气装置106，将腔室102c内的压力减压。被供给到腔室102c的处理气体，被从天线108导入的高频(例如，微波)激发。天线108设置于例如台104的上方。天线108与高频发生器10的输出部18连接。在一个实施方式中，高频发生器10不经由阻抗匹配用的调谐器，而与天线108连接。该高频发生器10与原信号发生器30连接。如上所述，高频发生器10能够从输出部18输出具有相对所期望的功率和相位误差小的功率和相位的高频。因此，即使不使用调谐器，也能够向高频发生器10的负载供给具有相对所期望的功率和相位的误差小的功率和相位的高频。
主控制部110可以为计算机装置，可以包括处理器、存储器之类的存储装置、键盘之类的输入装置、显示装置和信号的输入输出接口。在主控制部110的存储装置存储有控制程序和方案数据。主控制部110根据控制程序和方案数据对等离子体处理装置100的各部进行控制。主控制部110例如将上述的功率的目标值Pt和相位的目标值θt施加到高频发生器10的控制部22。
在一个实施方式中，高频发生器10的控制部22在来自该高频发生器10的高频的供给开始时，决定同相信号IS的电平和正交信号QS的电平，以使根据第一推算值IE1和第二推算值QE2求取的输出部18的行波的功率与根据第三推算值IE3和第四推算值QE4求取的输出部18的反射波的功率的差与功率的目标值Pt一致或者接近。由此，例如，在等离子体处理装置100中执行原子层沉积步骤的情况下，为了生成等离子体，在开始从高频发生器10供给高频时，高速地控制该高频的功率，使得与负载接合的高频的功率与功率的目标值Pt一致或者接近。
此外，在图8所示的例中，等离子体处理装置100具有一个高频发生器10，也可以具有多个高频发生器10。在原信号发生器30与天线108之间并联地设置有多个高频发生器10。即，多个高频发生器10接收从原信号发生器30分配的高频原信号，将产生的高频向天线108供给。
以上，对各种实施方式进行了说明，但是也可以不限于上述的实施方式，而是各种变形方式。例如，在变形方式中，高频发生器10可以不产生微波，而产生属于从LF频带到VHF频带的高频。在这种情况下，高频发生器10不具有(代替)解调器24，而具有检测器。检测器检测从定向耦合器20的第三端口20c输出的第一高频的功率和相位，检测从定向耦合器20的第四端口20d输出的第二高频的功率和相位。控制部22具有解调部，其根据由检测器检测到的第一高频的功率和相位，求取第一高频的同相成分IMF和正交成分QMF与第二高频的同相成分IMR和正交成分QMR。通过解调部求取出的同相成分IMF和正交成分QMF与同相成分IMR和正交成分QMR被输入第一矩阵运算部22a。
在产生属于从LF频带到VHF频带的高频时，等离子体处理装置100中，高频发生器10可以不具有天线，而具有高频电极。这样的情况下，腔室102c内的气体被由高频电极导入腔室102c内的高频所激发。

Claims (9)

1.一种高频发生器，其特征在于，包括：
矢量乘法器，其能够对高频原信号进行IQ调制来生成调制波；
放大器，其能够将所述调制波放大来生成放大高频，并输出该放大高频；
循环器，其具有第一端口、第二端口和第三端口，能够由第一端口接收来自所述放大器的所述放大高频，将被输入到该第一端口的高频从该第二端口输出，将被输入到该第二端口的高频从该第三端口输出；
与所述第二端口连接的输出部；
定向耦合器，其能够输出包含从所述放大器传递到所述输出部的行波的一部分的第一高频，并输出包含返回到所述输出部的反射波的一部分的第二高频；和
控制部，其能够基于所述第一高频的同相成分和正交成分以及所述第二高频的同相成分和正交成分，来决定所述矢量乘法器的所述IQ调制所使用的同相信号的电平和正交信号的电平，
所述控制部能够执行包含4个多项式的运算的第一矩阵运算，来求取所述输出部的所述行波的同相成分的第一推算值、该输出部的该行波的正交成分的第二推算值、该输出部的所述反射波的同相成分的第三推算值和该输出部的该反射波的正交成分的第四推算值，其中，所述4个多项式的每一个包括所述第一高频的所述同相成分和所述正交成分以及所述第二高频的所述同相成分和所述正交成分作为多个变量，
并能够决定所述同相信号的所述电平和所述正交信号的所述电平，以减少至少根据所述第一推算值和所述第二推算值求取的所述输出部的高频的功率的推算值和相位的推算值的、对功率的目标值和相位的目标值的误差，
所述第一矩阵运算中使用的系数的矩阵，是按照能够从所述第一高频的所述同相成分和所述正交成分以及所述第二高频的所述同相成分和所述正交成分得到所述第一推算值、所述第二推算值、所述第三推算值和所述第四推算值得到的方式预先决定的。
2.如权利要求1所述的高频发生器，其特征在于：
所述第一矩阵运算包含所述第一高频的所述同相成分和所述正交成分以及所述第二高频的所述同相成分和所述正交成分各自的高次项的运算。
3.如权利要求1或2所述的高频发生器，其特征在于：
所述控制部能够求取用于使所述功率的所述推算值和所述相位的所述推算值的、对所述功率的所述目标值和所述相位的所述目标值的误差减少的修正后的功率和修正后的相位，
并能够求取与所述修正后的功率和所述修正后的相位对应的在IQ平面上的第一同相成分和第一正交成分，
并能够执行包含2个多项式的运算的第二矩阵运算，来求取分别规定所述同相信号的所述电平和所述正交信号的所述电平的第二同相成分和第二正交成分，其中，所述2个多项式的每一个包括所述第一同相成分和所述第一正交成分作为多个变量，
所述第二矩阵运算中使用的系数的矩阵，是按照能够使所述输出部的所述高频的功率和相位的、对所述功率的所述目标值和所述相位的所述目标值的误差减少的方式预先决定的。
4.如权利要求3所述的高频发生器，其特征在于：
所述第二矩阵运算包含所述第一同相成分和所述第一正交成分各自的高次项的运算。
5.如权利要求1或2所述的高频发生器，其特征在于：
从该高频发生器的所述输出部输出的高频为微波，
还包括解调器，其通过对所述第一高频和所述第二高频的IQ解调，来生成所述第一高频的所述同相成分和所述正交成分以及所述第二高频的所述同相成分和所述正交成分。
6.如权利要求1～5中任一项所述的高频发生器，其特征在于：
所述控制部由现场可编程阵列或者处理器构成。
7.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
为了激发被供给到所述腔室内的气体而供给高频的权利要求1～6中任一项所述的高频发生器。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频发生器为权利提要求5所述的高频发生器，
该等离子体处理装置还包括天线，其与所述高频发生器的所述输出部连接，将从所述高频发生器供给的高频导入到所述腔室内，
所述高频发生器不经由阻抗匹配用的调谐器而与所述天线连接。
9.如权利要求7或者8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频发生器的所述控制部在由高频发生器开始供给高频时，决定所述同相信号的所述电平和所述正交信号的所述电平，以使根据所述第一推算值和所述第二推算值求取的所述输出部的行波的功率和根据所述第三推算值和所述第四推算值求取的所述输出部的反射波的功率之差与所述功率的所述目标值一致或者接近。
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