JP2003344465A - 位相差検出方法、インピーダンス検出方法、測定装置および同軸型インピーダンス整合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば、進行波と反射波との間の位相差を高
速に検出する。 【解決手段】 進行波Ｓｆに基づいて同一周波数でかつ
第１基準位相差分だけ異なる生成信号Ｓf1，Ｓf2を生成
し反射波Ｓｒに基づいて同一周波数でかつ同一位相の生
成信号Ｓr1，Ｓr2を生成する信号生成ステップを実行
し、生成信号Ｓf1，Ｓr1を混合して相対位相差Ｄθ１を
検出すると共に生成信号Ｓf2，Ｓr2を混合して相対位相
差Ｄθ２を検出する検出ステップを実行し、真の位相差
が既知の進行波Ｓｆおよび反射波Ｓｒに対して信号生成
ステップおよび検出ステップを実行したときに検出され
る相対位相差Ｄθ１，Ｄθ２を各真の位相差に対応させ
て予め規定した相対位相差の各々と検出ステップで検出
した相対位相差Ｄθ１，Ｄθ２とを比較して一致する相
対位相差Ｄθ１，Ｄθ２に対応する真の位相差を両波Ｓ
ｆ，Ｓｒの位相差とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに周波数が同
一で位相が異なる第１入力信号および第２入力信号の位
相差を検出する位相差検出方法、その位相差検出方法を
用いて接続対象体の入力インピーダンスを検出するイン
ピーダンス検出方法、互いに周波数が同一で位相が異な
る第１入力信号および第２入力信号の位相差を少なくと
も検出する測定装置、およびその測定装置を備えた同軸
型インピーダンス整合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のインピーダンス整合装置は、一
例として、高周波やマイクロ波電力に基づいて発生させ
たプラズマ放電を用いて薄膜形成やドライエッチングな
どの処理を行うプラズマ装置において、安定した処理を
行うためにプラズマを安定させる目的で使用されてい
る。このインピーダンス整合装置を用いたプラズマ装置
について図６を参照して説明する。同図に示すプラズマ
装置５１は、高周波信号Ｓを生成する高周波発生部２、
方向性結合器３、複数の整合要素（スラグやスラブ等の
誘電体）を有して高周波発生部２と処理室５との間のイ
ンピーダンスを整合する整合器本体５４、高周波信号Ｓ
に基づいてプラズマを発生させて薄膜形成等の処理を行
う処理室５、整合器本体５４における各整合要素の位置
を変更する機能を有して整合器本体５４と共にインピー
ダンス整合装置を構成する移動機構５６、および各構成
要素に対する制御を実施する演算制御部５７を備えてい
る。この場合、方向性結合器３は、整合器本体５４の入
力端における高周波信号Ｓの進行波Ｓｆと反射波Ｓｒと
を検出して出力する。

【０００３】次いで、このプラズマ装置５１の動作につ
いて説明すると、高周波発生部２が高周波信号Ｓを生成
し、生成された高周波信号Ｓは、方向性結合器３および
整合器本体５４を介して処理室５に供給される。演算制
御部５７は、方向性結合器３によって検出された高周波
信号Ｓの進行波Ｓｆと反射波Ｓｒとに基づいて進行波Ｓ
ｆに対する反射波Ｓｒの割合（反射率）を繰り返し算出
する。また、演算制御部５７は、算出した反射率が予め
設定された基準値以下になるように移動機構５６を制御
して整合器本体５４の各整合要素の位置を変更し、高周
波発生部２と処理室５との間のインピーダンスを整合す
る。インピーダンスの整合が進むと、それに伴い反射波
Ｓｒが次第に減少して反射率も低下する。このため、演
算制御部５７は、この反射率が基準値以下になるように
整合器本体５４の整合要素の位置を変更することによ
り、高周波発生部２と処理室５との間のインピーダンス
を最適な状態に整合させる。これにより、処理室５内で
発生するプラズマを安定させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、プラズマ装
置５１におけるインピーダンス整合動作には、以下の問
題点がある。すなわち、このプラズマ装置５１では、整
合器本体５４内の整合要素の位置を変えることによって
インピーダンスが整合される。しかしながら、プラズマ
装置５１では、高周波信号Ｓの反射率という一つのパラ
メータに基づいて整合器本体５４の２以上の整合要素の
各位置をそれぞれ制御する必要がある。このため、この
プラズマ装置５１では、整合状態となる各整合要素の各
整合位置を一義的に決定することができない結果、フィ
ードバック制御を繰り返しながら各整合要素の位置をそ
れぞれ制御しつつ反射率を基準値に近づけることによっ
て、各整合要素を整合位置に移動させなければならな
い。したがって、この従来のプラズマ装置５１には、イ
ンピーダンスを整合させるまでに長時間を要するという
問題がある。また、反射率が基準値に達した時点でイン
ピーダンス整合動作を終了しているため、より一層完全
な整合位置が各整合要素に存在するにも拘わらず、その
完全な整合位置に各整合要素を移動させることが困難で
あるという問題点も存在する。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、位相差、例えばインピーダンス整合装置に
おける各整合要素の整合位置の決定に必要な進行波と反
射波との間の位相差を高速に検出し得る位相差検出方法
および測定装置を提供することを主目的とする。また、
インピーダンス、例えば方向性結合器に接続されたイン
ピーダンス整合装置における整合位置の決定に必要なイ
ンピーダンス整合装置の入力インピーダンスを高速に検
出し得るインピーダンス検出方法および測定装置を提供
することを他の目的とする。また、整合対象体に対する
インピーダンス整合の高速化およびより完全なインピー
ダンス整合を図り得る同軸型インピーダンス整合装置を
提供することを他の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る位相差検出方法は、互いに周波数が同一で位
相が異なる第１入力信号および第２入力信号を入力し、
前記第１入力信号に基づいて当該第１入力信号と同一周
波数でかつ第１基準位相差分だけ互いに異なる第１生成
信号および第２生成信号を生成すると共に前記第２入力
信号に基づいて当該第２入力信号と同一周波数でかつ第
２基準位相差分だけ互いに異なるかまたは同一位相の第
３生成信号および第４生成信号を生成する信号生成ステ
ップを実行し、前記第１生成信号と前記第３生成信号と
を混合して当該第１および第３生成信号の相対位相差を
第１相対位相差として検出すると共に前記第２生成信号
と前記第４生成信号とを混合して当該第２および第４生
成信号の相対位相差を第２相対位相差として検出する相
対位相差検出ステップを実行し、真の位相差が既知の前
記両入力信号に対して前記信号生成ステップおよび前記
相対位相差検出ステップを実行したときに検出される前
記両相対位相差を当該各真の位相差にそれぞれ対応させ
て予め規定した当該両相対位相差の各々と前記相対位相
差検出ステップで検出した前記両相対位相差とを比較し
て一致またはほぼ一致する当該両相対位相差に対応する
前記真の位相差を前記入力した両入力信号の位相差とし
て検出する。

【０００７】この場合、前記信号生成ステップにおい
て、前記第１基準位相差を９０゜とし、かつ各位相を同
一にして前記第３生成信号および前記第４生成信号を生
成するのが好ましい。

【０００８】また、上記目的を達成すべく本発明に係る
インピーダンス検出方法は、接続対象体に接続された方
向性結合器によって出力された進行波および反射波をそ
れぞれ前記第１入力信号および前記第２入力信号として
上記の位相差検出方法に従って前記真の位相差を検出
し、前記第１生成信号と前記第３生成信号とを混合して
当該両生成信号の振幅比を検出するステップ、または前
記第２生成信号と前記第４生成信号とを混合して当該両
生成信号の振幅比を検出するステップのいずれか一方を
振幅比検出ステップとして実行し、前記位相差検出方法
によって検出された前記真の位相差と前記振幅比検出ス
テップによって検出した前記振幅比とに基づいて前記接
続対象体の入力インピーダンスを検出する。

【０００９】また、上記目的を達成すべく本発明に係る
測定装置は、入力した第１入力信号に基づいて当該第１
入力信号と同一周波数でかつ第１基準位相差分だけ互い
に異なる第１生成信号および第２生成信号を生成して分
配する第１信号分配器と、前記第１入力信号と周波数が
同一で位相が異なる第２入力信号を入力して当該第２入
力信号に基づいて当該第２入力信号と同一周波数でかつ
第２基準位相差分だけ互いに異なるかまたは同一位相の
第３生成信号および第４生成信号を生成して分配する第
２信号分配器と、前記第１生成信号と前記第３生成信号
とを混合して当該両生成信号の相対位相差を第１相対位
相差として検出する第１混合器と、前記第２生成信号と
前記第４生成信号とを混合して当該両生成信号の相対位
相差を第２相対位相差として検出する第２混合器と、前
記両混合器によって検出された前記両相対位相差、前記
第１基準位相差、および前記第３生成信号と前記第４生
成信号との位相差に基づいて前記両入力信号の真の位相
差を検出する検出部とを備えている。

【００１０】この場合、前記第１信号分配器が、前記第
１基準位相差を９０゜として前記両生成信号を生成して
分配し、前記第２信号分配器が、各位相を同一にして前
記第３生成信号および前記第４生成信号を生成して分配
するのが好ましい。

【００１１】また、接続対象体に接続された方向性結合
器によって出力された進行波および反射波をそれぞれ前
記第１入力信号および前記第２入力信号として入力可能
に前記各信号分配器を構成し、入力した前記両生成信号
を混合して当該両生成信号の振幅比を検出可能に前記第
１混合器および前記第２混合器のいずれか一方を構成
し、前記検出部によって検出された前記真の位相差と前
記検出された振幅比とに基づいて前記接続対象体の入力
インピーダンスを演算する演算部を備えるのが好まし
い。

【００１２】さらに、上記目的を達成すべく本発明に係
る同軸型インピーダンス整合装置は、管状の外部導体、
当該外部導体内に配設された内部導体、および前記外部
導体の内面と前記内部導体の外面との間の隙間内に移動
可能に配設された複数の誘電体を有すると共に方向性結
合器と整合対象体との間に配設された整合器本体を備
え、その固有インピーダンスが前記外部導体内における
前記各誘電体の位置に応じた値に制御される同軸型イン
ピーダンス整合装置であって、前記各誘電体を移動させ
る移動機構と、前記整合器本体の固有インピーダンスと
前記各誘電体の各位置とを対応させたデータテーブルを
記憶する記憶部と、請求項６記載の測定装置と、前記移
動機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記
整合器本体における前記各誘電体の前記各位置および前
記データテーブルから求まる整合動作開始時における当
該整合器本体の固有インピーダンスと、その状態におい
て前記測定装置の前記演算部によって演算された前記接
続対象体としての当該整合器本体の前記入力インピーダ
ンスとに基づいて前記整合対象体の入力インピーダンス
を算出して、当該算出した整合対象体の入力インピーダ
ンスに対する共役インピーダンスと前記固有インピーダ
ンスとが一致する前記各誘電体の前記各位置を前記デー
タテーブルを参照して目標位置として算出し、当該目標
位置に前記各誘電体がそれぞれ位置するように前記移動
機構を制御する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る同軸型インピーダンス整合装置の好適な実施の
形態について説明する。なお、一例として同軸型インピ
ーダンス整合装置をプラズマ装置１に適用した例を挙げ
て説明する。また、プラズマ装置５１と同一の構成要素
については同一の符号を付して、重複する説明を省略す
る。

【００１４】図１に示すプラズマ装置１は、高周波発生
部２、方向性結合器３、整合器本体１１を備えた同軸型
インピーダンス整合装置（以下、「整合装置」ともい
う）４、および処理室（本発明における整合対象体）５
を備え、高周波発生部２によって生成された高周波信号
（例えばマイクロ波）Ｓを方向性結合器３、整合器本体
１１を介して処理室５に供給することによって処理室５
内にプラズマを発生させて、処理室５内の被処理物に対
する所定の処理を実行可能に構成されている。

【００１５】高周波発生部２は、高周波信号（一例とし
て、２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波）Ｓを生成し、生
成した高周波信号Ｓを処理室５に供給する。方向性結合
器３は、高周波信号Ｓの進行波Ｓｆと反射波Ｓｒとを出
力する。この場合、進行波Ｓｆと反射波Ｓｒとは、互い
の周波数が同一で、かつ位相が異なる関係となる。

【００１６】整合装置４は、図１に示すように、整合器
本体１１、移動機構２１および制御装置３１を備えてい
る。この場合、整合器本体１１は、図２に示すように、
管状（円筒状）の外部導体１２、外部導体１２内に互い
の軸線同士が一致するように配設された円柱状の内部導
体１３、および外部導体１２の内面と内部導体１３の外
面との間の隙間内に配設された２組の誘電体（スラグ）
１４，１５を備えたいわゆるスラグチューナとして構成
され、方向性結合器３と処理室５との間に配設されてい
る。また、整合器本体１１の入力端１１ａおよび出力端
１１ｂには、整合器本体１１を方向性結合器３および処
理室５にそれぞれ接続するためのコネクタ（図示せず）
が取り付けられている。外部導体１２には、その長手方
向に沿ってスリットＳＬが１つ形成されている。

【００１７】入力端側のスラグ１４は、図２，３に示す
ように、誘電体材料で形成されたスラグ１４ａ，１４ｂ
と、スラグ１４ａ，１４ｂを連結すると共に移動機構２
１によって移動される移動用ブラケット１４ｃとを備え
ている。この場合、スラグ１４ａ，１４ｂは、各厚みＬ
１がλ／４（λは、整合器本体１１内における高周波信
号Ｓの管内波長）と等しい（またはほぼ等しい）円筒状
に構成されている。また、スラグ１４ａ，１４ｂは、互
いの対向面間の距離Ｌ２がＮ×λ／４（Ｎは奇数）と等
しく（またはほぼ等しく）なるように予め設定されてい
る。この構成より、スラグ１４ａ，１４ｂで構成される
スラグ１４全体として入力端２ａ側に反射する反射量
は、スラグ１４ａ，１４ｂの内の一方しか存在しない構
成と比較して十分大きくなる。移動用ブラケット１４ｃ
は、スリットＳＬに挿入されてその端部（同図中の上
端）がスリットＳＬから外部導体１２の外部に突出して
いる。出力端側のスラグ１５は、スラグ１４と同一に構
成され、図２，３に示すように、誘電体材料で形成され
たスラグ１５ａ，１５ｂと、スラグ１５ａ，１５ｂを連
結すると共に移動機構２１によって移動される移動用ブ
ラケット１５ｃとを備えている。なお、本発明の実施の
形態では、一例として、スラグ１４ａ，１４ｂ間の距離
Ｌ２、およびスラグ１５ａ，１５ｂ間の距離Ｌ２をλ／
４に規定したものとする。

【００１８】この整合装置４を用いたインピーダンスの
整合に際しては、スラグ１４，１５をスライド（移動）
させる。この際に、スラグ１４，１５間の中心位置Ｏ
（図３参照）と、整合器本体１１における出力端（信号
出力側端部）１１ｂとの距離Ｌ３を調整することによ
り、両スラグ１４，１５によってそれぞれ反射される各
反射信号の位相が調整される。この場合、両スラグ１
４，１５間の中心位置Ｏと、整合器本体１１における入
力端（信号入力側端部）１１ａとの距離を調整すること
によっても、両スラグ１４，１５によってそれぞれ反射
される各反射信号の位相を同様にして調整することがで
きる。また、スラグ１４におけるスラグ１４ｂの出力端
１１ｂの端面と、スラグ１５におけるスラグ１５ａの入
力端１１ａ側の端面との間の距離Ｌ４（本発明における
対向面間の距離）を調整することにより、スラグ１５に
よって入力端１１ａ側に反射される反射信号の振幅が調
整される。したがって、スラグ１４ａ，１４ｂ（スラグ
１４）およびスラグ１５ａ，１５ｂ（スラグ１５）の整
合器本体１１内における位置（つまり、外部導体内にお
ける各誘電体１４，１５の各位置）を適宜調整すること
により、スラグ１４によって入力端１１ａ側に反射され
る信号の位相と、スラグ１５によって入力端１１ａ側に
反射される信号の位相とを互いに反転させ、かつスラグ
１４によって入力端１１ａ側に反射される信号の振幅
と、スラグ１５によって入力端１１ａ側に反射される信
号の振幅とを互いに等しくさせることで、入力端１１ａ
に接続される接続対象体（この例では高周波発生部２）
および出力端１１ｂに接続される接続対象体（この例で
は処理室５）間のインピーダンスを完全に整合させるこ
とができる。

【００１９】移動機構２１は、図２に示すように、スラ
グ１４を移動させる移動機構２１ａとスラグ１５を移動
させる移動機構２１ｂとで構成されている。移動機構２
１ａは、整合器本体１１における入力端１１ａと出力端
１１ｂの各近傍に配置された一対のプーリー２３ａ，２
４ａ間に掛け渡されたワイヤーロープ２２ａと、ワイヤ
ーロープ２２ａを回転駆動するモータ２５ａとを備えて
構成され、ワイヤーロープ２２ａにスラグ１４の移動用
ブラケット１４ｃが連結されている。この構成により、
モータ２５ａによってワイヤーロープ２２ａが回転駆動
された際には、移動用ブラケット１４ｃと共にスラグ１
４が外部導体１２内をスライドする。一方、移動機構２
１ｂは、整合器本体１１における入力端１１ａと出力端
１１ｂの各近傍に配置された一対のプーリー２３ｂ，２
４ｂ間に掛け渡されたワイヤーロープ２２ｂと、ワイヤ
ーロープ２２ｂを回転駆動するモータ２５ｂとを備えて
構成され、ワイヤーロープ２２ｂにスラグ１５の移動用
ブラケット１５ｃが連結されている。この構成により、
モータ２５ｂによってワイヤーロープ２２ｂが回転駆動
された際には、移動用ブラケット１５ｃと共にスラグ１
５が外部導体１２内をスライドする。

【００２０】制御装置３１は、図１に示すように、第１
バンドパスフィルタ３２ａ、第２バンドパスフィルタ３
２ｂ、第１移相分配器（第１信号分配器）３３ａ、第２
移相分配器（第２信号分配器）３３ｂ、第１混合器３４
ａ、第２混合器３４ｂ、メモリ（本発明における記憶
部）３５および演算制御部（本発明おける演算部および
制御部）３６を備えている。この場合、各バンドパスフ
ィルタ３２ａ，３２ｂは、入力した進行波Ｓｆおよび反
射波Ｓｒに含まれるノイズ成分をそれぞれ除去する。

【００２１】第１移相分配器３３ａは、いわゆるハイブ
リッド回路であって、入力した第１入力信号としての進
行波Ｓｆに基づいて進行波Ｓｆと同一周波数でかつ第１
基準位相差分だけ互いに位相が異なる第１生成信号Ｓf1
および第２生成信号Ｓf2を生成して分配する。第２移相
分配器３３ｂは、入力した第２入力信号としての反射波
Ｓｒに基づいて反射波Ｓｒと同一周波数でかつ第２基準
位相差分だけ互いに位相が異なるかまたは同一位相の第
３生成信号Ｓr1および第４生成信号Ｓr2を生成して分配
する。なお、この制御装置３１では、一例として、第１
移相分配器３３ａは、第１生成信号Ｓf1の位相を進行波
Ｓｆの位相と同一にし、かつ第１基準位相差分として９
０゜だけ第２生成信号Ｓf2の位相を第１生成信号Ｓf1の
位相に対して遅らせて生成する。一方、第２移相分配器
３３ｂは、同じくハイブリッド回路であって、第３生成
信号Ｓr1の位相を反射波Ｓｒの位相と同一にし、かつ第
３生成信号Ｓr1と第４生成信号Ｓr2とを同一の位相（第
２基準位相差が０゜と等価）で生成する。つまり、本発
明の実施の形態では、第２移相分配器３３ｂは、同相分
配器として機能する。

【００２２】第１混合器３４ａは、第１生成信号Ｓf1と
第３生成信号Ｓr1とを混合して両生成信号Ｓf1，Ｓr1の
相対位相差（両信号Ｓf1，Ｓr1の位相差の絶対値）を第
１相対位相差Ｄθ１として検出すると共に、両生成信号
Ｓf1，Ｓr1の振幅比（Ｓｒ／Ｓｆ）Ｄr/f を検出する。
第２混合器３４ｂは、第２生成信号Ｓf2と第４生成信号
Ｓr2とを混合して両生成信号Ｓf2，Ｓr2の相対位相差
（両信号Ｓf2，Ｓr2の位相差の絶対値）を第２相対位相
差Ｄθ２として検出する。なお、第２混合器３４ｂにお
いて両生成信号Ｓf2，Ｓr2の振幅比（Ｓｒ／Ｓｆ）を検
出し、この振幅比を上記Ｄr/f として出力させる構成を
採用することもできる。

【００２３】メモリ３５には、進行波Ｓｆと反射波Ｓｒ
との間の位相差（真の位相差）θを−１８０゜から＋１
８０°まで変化させたときに第１混合器３４ａと第２混
合器３４ｂとによってそれぞれ検出される第１相対位相
差Ｄθ１および第２相対位相差Ｄθ２の各値が、各位相
差θに対応させてデータテーブルＤＴ１（図４参照）と
して予め記憶されている。また、メモリ３５には、整合
器本体１１における各スラグ１４，１５の各位置（図３
中の距離Ｌ３，Ｌ４）に対応する整合器本体１１の各固
有インピーダンスがデータテーブルＤＴ２として予め記
憶されている。

【００２４】演算制御部３６は、第１混合器３４ａおよ
び第２混合器３４ｂによって検出された第１相対位相差
Ｄθ１および第２相対位相差Ｄθ２に基づいてデータテ
ーブルＤＴ１を参照することにより、進行波Ｓｆと反射
波Ｓｒとの間の位相差θを算出する。例えば、演算制御
部３６は、検出された第１相対位相差Ｄθ１が１５０゜
の場合、図４に示すように、第１相対位相差Ｄθ１に基
づいて決定される位相差θとして−１２０゜と−６０゜
の２つが考えられる。一方、第２相対位相差Ｄθ２が１
２０゜として検出された場合、第２相対位相差Ｄθ２に
基づいて決定される位相差θが−１２０゜と１２０゜と
なる。このため、共通する−１２０゜を進行波Ｓｆと反
射波Ｓｒとの間の位相差θとして算出する（この例で
は、反射波Ｓｒが進行波Ｓｆよりも１２０゜遅れること
を意味する）。これにより、演算制御部３６は本発明に
おける検出部として機能し、さらに第１バンドパスフィ
ルタ３２ａ、第２バンドパスフィルタ３２ｂ、第１移相
分配器３３ａ、第２移相分配器３３ｂ、第１混合器３４
ａおよび第２混合器３４ｂと共に本発明における測定装
置を構成する。

【００２５】また、演算制御部３６は、算出した位相差
θと、第１混合器３４ａによって検出された振幅比Ｄr/
f とに基づいて整合器本体１１の入力端１１ａでのイン
ピーダンスＺ１（＝Ｒ１＋ｊＸ１）を算出する。この場
合、ｕ＝Ｄr/f ×ｃｏｓθ、ｖ＝Ｄr/f ×ｓｉｎθを求
め、これらのｕ，ｖと、下記（１）式および（２）式に
基づいて、Ｒ１とＸ１とを算出する。 （ｕ−Ｒ１／（Ｒ１＋１））^２＋ｖ^２＝１／（Ｒ１＋１）^２ ・・・（１）式 （ｕ−１）^２＋（ｖ−１／Ｘ１）^２＝１／Ｘ１^２ ・・・・・・・・（２）式

【００２６】また、演算制御部３６は、移動機構２１に
対する制御量Ｓｓに基づいて整合器本体１１内での各ス
ラグ１４，１５の位置（図３中の距離Ｌ３，Ｌ４）を算
出し、データテーブルＤＴ２を参照することによって、
現在の整合器本体１１の固有インピーダンスを算出する
機能を備えている。また、演算制御部３６は、整合器本
体１１の入力端１１ａでのインピーダンスＺ１と、算出
した現在の整合器本体１１の固有インピーダンスとに基
づいて、整合器本体１１の出力端１１ｂから見た処理室
５の入力インピーダンスＺ３（＝Ｒ３＋ｊＸ３）を算出
する機能を備え、本発明における演算部（上記測定装置
の一部を構成する）として機能する。また、演算制御部
３６は、算出したインピーダンスＺ３に基づいて、イン
ピーダンスＺ３に対する共役インピーダンス（Ｒ３−ｊ
Ｘ３）を算出し、整合器本体１１の出力インピーダンス
Ｚ２（＝Ｒ２＋ｊＸ２）が共役インピーダンス（Ｒ３−
ｊＸ３）に一致する各スラグ１４，１５の目標距離（整
合位置）をデータテーブルＤＴ２を参照して算出すると
共に、移動機構２１に対する制御量Ｓｓを制御して各ス
ラグ１４，１５を整合位置に移動させ、方向性結合器３
と処理室５との間のインピーダンスを整合させる機能を
備えている。

【００２７】次に、本発明に係る位相差検出方法および
インピーダンス検出方法を、整合装置４のインピーダン
ス整合動作と併せて図５を参照して説明する。

【００２８】高周波発生部２によって高周波信号Ｓの生
成が開始されると、整合装置４では、方向性結合器３が
進行波Ｓｆおよび反射波Ｓｒを検出して出力する（ステ
ップ１００）。この場合、進行波Ｓｆと反射波Ｓｒと
は、互いの周波数が同一で、かつ互いの位相がθだけ異
なる関係になる。次いで、第１移相分配器３３ａが、こ
の進行波Ｓｆを入力して第１生成信号Ｓf1および第２生
成信号Ｓf2を生成し、第２移相分配器３３ｂが、反射波
Ｓｒを入力して第３生成信号Ｓr1および第４生成信号Ｓ
r2を生成する（ステップ１０１：信号生成ステップ）。

【００２９】次いで、第１混合器３４ａが、両生成信号
Ｓf1，Ｓr1をミキシングして、そのミキシングした信号
に含まれている第１相対位相差Ｄθ１および振幅比Ｄr/
f に相当するアナログ量を検出してディジタルデータま
たはアナログ信号（この例ではディジタルデータとす
る）として出力し、第２混合器３４ｂが、生成信号Ｓf
2，Ｓr2をミキシングして、そのミキシングした信号に
含まれている第２相対位相差Ｄθ２に相当するアナログ
量を検出してディジタルデータまたはアナログ信号（こ
の例ではディジタルデータとする）として出力する（ス
テップ１０２：相対位相差検出ステップ、振幅比検出ス
テップ）。次に、演算制御部３６が、第１相対位相差Ｄ
θ１および第２相対位相差Ｄθ２に基づいて、進行波Ｓ
ｆと反射波Ｓｒとの間の真の位相差θをデータテーブル
ＤＴ１を参照して算出する（ステップ１０３）。

【００３０】次いで、演算制御部３６は、処理室５の入
力インピーダンスＺ３を算出する（ステップ１０４）。
具体的には、演算制御部３６は、算出した位相差θと振
幅比Ｄr/f とに基づいて、整合器本体１１の入力端１１
ａでのインピーダンスＺ１を算出する。また、演算制御
部３６は、移動機構２１に対する現在の制御量Ｓｓに基
づいて整合器本体１１内での各スラグ１４，１５の現在
（整合動作開始時）の位置（図３中の距離Ｌ３，Ｌ４）
を算出すると共に、データテーブルＤＴ２を参照するこ
とによって、整合動作開始時の整合器本体１１の固有イ
ンピーダンスを算出する。さらに、演算制御部３６は、
算出した整合器本体１１の入力端１１ａでのインピーダ
ンスＺ１および整合器本体１１の固有インピーダンスに
基づいて、処理室（整合対象体）５の入力インピーダン
スＺ３を算出する。

【００３１】次に、演算制御部３６は、算出したインピ
ーダンスＺ３に基づいて、高周波発生部２と処理室５と
の間のインピーダンスを整合させるための各スラグ１
４，１５の整合位置を算出する（ステップ１０５）。具
体的には、演算制御部３６は、算出したインピーダンス
Ｚ３に対する共役インピーダンス（Ｒ３−ｊＸ３）を算
出し、整合器本体１１の出力インピーダンスＺ２が共役
インピーダンス（Ｒ３−ｊＸ３）に一致する各スラグ１
４，１５の整合位置をデータテーブルＤＴ２を参照して
算出する。

【００３２】最後に、演算制御部３６は、移動機構２１
に対する制御量Ｓｓを制御して各スラグ１４，１５を整
合位置に移動させる（ステップ１０６）。これにより、
高周波発生部２と処理室５との間のインピーダンス整合
が完了し、高周波発生部２によって生成された高周波信
号Ｓが効率よく処理室５に供給される。

【００３３】このように、この整合装置４によれば、進
行波Ｓｆおよび反射波Ｓｒに基づいて、高周波発生部２
と処理室５との間のインピーダンスを整合させるための
各スラグ１４，１５の整合器本体１１内での整合位置
（目標距離）をそれぞれ算出し、算出したこれらの整合
位置に各スラグ１４，１５を直接移動させることによ
り、フィードバック制御を繰り返しながら整合要素とし
ての各スラグ１４，１５の整合位置を決定する従来技術
とは異なり、フィードバック制御が不要となる結果、イ
ンピーダンス整合を極めて高速に行うことができる。ま
た、インピーダンス整合が完全となる位置にスラグ１
４，１５が位置するように移動制御することで、極めて
完全な整合状態となるようにインピーダンス整合を行う
ことができる。

【００３４】なお、本発明は、上記した実施の形態に示
した構成に限定されない。例えば、本発明の実施の形態
では、第１移相分配器３３ａの出力信号としての第１生
成信号Ｓf1，Ｓf2間の位相差（第１基準位相差）を９０
゜とし、かつ第２移相分配器３３ｂの出力信号としての
両生成信号Ｓr1，Ｓr2の各位相を同一にする構成を採用
したが、第１基準位相差は既知であれば任意の角度に規
定することができ、また、第２移相分配器３３ｂにおい
ても両生成信号Ｓr1，Ｓr2の位相を既知の角度だけ異な
るようにして生成させる構成を採用することもできる。
また、本発明の実施の形態では、２つの入力信号間の位
相差を検出する測定装置を同軸型インピーダンス整合装
置４に適用した例を挙げて説明したが、これに限定され
るものではない。また、一例として方向性結合器３によ
って検出された２つの進行波Ｓｆ，Ｓｒ間の位相差θを
検出する例を挙げて説明したが、同軸ケーブル等の伝送
線路における位相差や、さらには導波管における信号の
位相差の検出にも適用することができる。また、導波管
に使用されるスタブチューナに本発明に係る測定装置を
適用することもできる。

【００３５】また、上記発明の実施の形態では、本発明
における検出部としての演算制御部３６が、両混合器３
４ａ，３４ｂによって検出された両相対位相差Ｄθ１，
Ｄθ２、第１基準位相差（９０゜）、および第３生成信
号Ｓr1と第４生成信号Ｓr2との位相差（０゜）に基づい
て進行波Ｓｆおよび反射波Ｓｒの真の位相差を検出する
一例として、検出された第１相対位相差Ｄθ１および第
２相対位相差Ｄθ２に基づいて、真の位相差θを変えた
ときに検出される両相対位相差Ｄθ１，Ｄθ２を各真の
位相差θにそれぞれ対応させて予め作成したデータテー
ブルＤＴ１を参照することにより、進行波Ｓｆと反射波
Ｓｒとの間の真の位相差θを算出する例について説明し
たが、これに限らない。例えば、演算制御部３６が、検
出された両相対位相差Ｄθ１，Ｄθ２を入力した都度、
その両相対位相差Ｄθ１，Ｄθ２、第１基準位相差（こ
の例では９０゜）、および第３生成信号Ｓr1と第４生成
信号Ｓr2との位相差（この例では０゜）に基づいて演算
によって進行波Ｓｆおよび反射波Ｓｒの真の位相差θを
検出する構成を採用することもできる。

【００３６】また、本発明における移動機構は、ワイヤ
ーロープ２２ａ，２２ｂに代えて、タイミングベルト、
スチールベルト、Ｖベルト、平ベルトおよびギヤ（ラッ
クとピニオン）などを使用して構成することもできる。
また、ベルト類を使用することなくボールねじを使用し
て移動機構を構成することもできる。加えて、本発明の
実施の形態では、同軸型インピーダンス整合装置をプラ
ズマ装置１に適用した例を挙げて説明したが、送信機に
おけるアンプとアンテナとの間のインピーダンス整合
等、各種装置間のインピーダンス整合に利用することが
できる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る位相差検出
方法および測定装置によれば、互いに周波数が同一で位
相が異なる第１入力信号および第２入力信号のうちの第
１入力信号に基づいて第１入力信号と同一周波数でかつ
第１基準位相差分だけ互いに異なる第１生成信号および
第２生成信号を生成すると共に第２入力信号に基づいて
第２入力信号と同一周波数でかつ第２基準位相差分だけ
互いに異なるかまたは同一位相の第３生成信号および第
４生成信号を生成し、第１生成信号と第３生成信号とを
混合して第１および第３生成信号間の第１相対位相差を
検出すると共に第２生成信号と第４生成信号とを混合し
て第２および第４生成信号間の第２相対位相差を検出
し、この第１相対位相差および第２相対位相差の２つの
パラメータに基づいて第１入力信号および第２入力信号
間の位相差を検出することにより、一方の入力信号に対
する他方の入力信号の進みまたは遅れ情報を含む両入力
信号の位相差（真の位相差）を正確に検出することがで
きる。

【００３８】また、本発明に係る位相差検出方法および
測定装置によれば、信号生成ステップにおいて、第１基
準位相差を９０゜とし、かつ各位相を同一にして第３生
成信号および第４生成信号を生成することで、両入力信
号間の真の位相差を最も簡易に検出することができる。

【００３９】また、本発明に係るインピーダンス検出方
法および測定装置によれば、接続対象体に接続された方
向性結合器によって出力された進行波および反射波をそ
れぞれ第１入力信号および第２入力信号として上記の位
相差検出方法に従って真の位相差を検出し、第１生成信
号と第３生成信号とを混合して両生成信号の振幅比を検
出するステップ、または第２生成信号と第４生成信号と
を混合して両生成信号の振幅比を検出するステップのい
ずれか一方を振幅比検出ステップとして実行し、位相差
検出方法によって検出された真の位相差と振幅比とに基
づいて接続対象体の入力インピーダンスを検出すること
により、接続対象体の入力インピーダンスを確実かつ正
確に検出することができる。

【００４０】また、本発明に係る同軸型インピーダンス
整合装置によれば、制御部が、整合器本体における各誘
電体の各位置およびデータテーブルから求まる整合動作
開始時における整合器本体の固有インピーダンスと、そ
の状態において測定装置の演算部によって演算された接
続対象体としての整合器本体の入力インピーダンスとに
基づいて整合対象体の入力インピーダンスを算出して、
算出した整合対象体の入力インピーダンスに対する共役
インピーダンスと固有インピーダンスとが一致する各誘
電体の各位置をデータテーブルを参照して目標位置とし
て算出し、目標位置に各誘電体がそれぞれ位置するよう
に移動機構を制御することにより、フィードバック制御
を繰り返しながら整合要素の整合位置を決定する従来技
術とは異なり、フィードバック制御が不要となる結果、
インピーダンス整合を極めて高速に行うことができる。
また、インピーダンス整合が完全となる位置に誘電体が
位置するように移動制御することで、極めて完全な整合
状態となるようにインピーダンス整合を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る同軸型インピーダン
ス整合装置４を用いたプラズマ装置１の構成図である。

【図２】整合器本体１１の側面断面図および移動機構２
１の側面図である。

【図３】整合器本体１１の概念図である。

【図４】メモリ３５に記憶されたデータテーブルＤＴ１
の内容を説明するための説明図である。

【図５】整合装置４によるインピーダンス整合動作を説
明するためのフローチャートである。

【図６】従来のスラグチューナ５１の構成図である。

【符号の説明】

１ プラズマ装置 ２ 高周波発生部 ３ 方向性結合器 ４ 整合装置（同軸型インピーダンス整合装置） ５ 処理室 １１ 整合器本体 １２ 外部導体 １３ 内部導体 １４，１５ スラグ ２１ 移動機構 ３２ａ，３２ｂ バンドパスフィルタ ３３ａ，３３ｂ 移相分配器 ３４ａ，３４ｂ 混合器 ３５ メモリ ３６ 演算制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河西 繁 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 荻野 貴史 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 長田 勇輝 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2G028 AA01 AA02 BB05 BE01 CG08 CG15 CG17 CG18 DH05 DH09 DH15 GL02 2G030 AA01 AB03 AB05 AC08 AD08 AF01 AG06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに周波数が同一で位相が異なる第１
   入力信号および第２入力信号を入力し、 前記第１入力信号に基づいて当該第１入力信号と同一周
   波数でかつ第１基準位相差分だけ互いに異なる第１生成
   信号および第２生成信号を生成すると共に前記第２入力
   信号に基づいて当該第２入力信号と同一周波数でかつ第
   ２基準位相差分だけ互いに異なるかまたは同一位相の第
   ３生成信号および第４生成信号を生成する信号生成ステ
   ップを実行し、 前記第１生成信号と前記第３生成信号とを混合して当該
   第１および第３生成信号の相対位相差を第１相対位相差
   として検出すると共に前記第２生成信号と前記第４生成
   信号とを混合して当該第２および第４生成信号の相対位
   相差を第２相対位相差として検出する相対位相差検出ス
   テップを実行し、 真の位相差が既知の前記両入力信号に対して前記信号生
   成ステップおよび前記相対位相差検出ステップを実行し
   たときに検出される前記両相対位相差を当該各真の位相
   差にそれぞれ対応させて予め規定した当該両相対位相差
   の各々と前記相対位相差検出ステップで検出した前記両
   相対位相差とを比較して一致またはほぼ一致する当該両
   相対位相差に対応する前記真の位相差を前記入力した両
   入力信号の位相差として検出する位相差検出方法。
2. 【請求項２】 前記信号生成ステップにおいて、前記第
   １基準位相差を９０゜とし、かつ各位相を同一にして前
   記第３生成信号および前記第４生成信号を生成する請求
   項１記載の位相差検出方法。
3. 【請求項３】 接続対象体に接続された方向性結合器に
   よって出力された進行波および反射波をそれぞれ前記第
   １入力信号および前記第２入力信号として請求項１また
   は２記載の位相差検出方法に従って前記真の位相差を検
   出し、 前記第１生成信号と前記第３生成信号とを混合して当該
   両生成信号の振幅比を検出するステップ、または前記第
   ２生成信号と前記第４生成信号とを混合して当該両生成
   信号の振幅比を検出するステップのいずれか一方を振幅
   比検出ステップとして実行し、 前記位相差検出方法によって検出された前記真の位相差
   と前記振幅比検出ステップによって検出した前記振幅比
   とに基づいて前記接続対象体の入力インピーダンスを検
   出するインピーダンス検出方法。
4. 【請求項４】 入力した第１入力信号に基づいて当該第
   １入力信号と同一周波数でかつ第１基準位相差分だけ互
   いに異なる第１生成信号および第２生成信号を生成して
   分配する第１信号分配器と、 前記第１入力信号と周波数が同一で位相が異なる第２入
   力信号を入力して当該第２入力信号に基づいて当該第２
   入力信号と同一周波数でかつ第２基準位相差分だけ互い
   に異なるかまたは同一位相の第３生成信号および第４生
   成信号を生成して分配する第２信号分配器と、 前記第１生成信号と前記第３生成信号とを混合して当該
   両生成信号の相対位相差を第１相対位相差として検出す
   る第１混合器と、 前記第２生成信号と前記第４生成信号とを混合して当該
   両生成信号の相対位相差を第２相対位相差として検出す
   る第２混合器と、 前記両混合器によって検出された前記両相対位相差、前
   記第１基準位相差、および前記第３生成信号と前記第４
   生成信号との位相差に基づいて前記両入力信号の真の位
   相差を検出する検出部とを備えている測定装置。
5. 【請求項５】 前記第１信号分配器は、前記第１基準位
   相差を９０゜として前記両生成信号を生成して分配し、
   前記第２信号分配器は、各位相を同一にして前記第３生
   成信号および前記第４生成信号を生成して分配する請求
   項４記載の測定装置。
6. 【請求項６】 前記各信号分配器は、接続対象体に接続
   された方向性結合器によって出力された進行波および反
   射波をそれぞれ前記第１入力信号および前記第２入力信
   号として入力可能に構成され、 前記第１混合器および前記第２混合器のいずれか一方
   は、入力した前記両生成信号を混合して当該両生成信号
   の振幅比を検出可能に構成され、 前記検出部によって検出された前記真の位相差と前記検
   出された振幅比とに基づいて前記接続対象体の入力イン
   ピーダンスを演算する演算部を備えている請求項４また
   は５記載の測定装置。
7. 【請求項７】 管状の外部導体、当該外部導体内に配設
   された内部導体、および前記外部導体の内面と前記内部
   導体の外面との間の隙間内に移動可能に配設された複数
   の誘電体を有すると共に方向性結合器と整合対象体との
   間に配設された整合器本体を備え、その固有インピーダ
   ンスが前記外部導体内における前記各誘電体の位置に応
   じた値に制御される同軸型インピーダンス整合装置であ
   って、 前記各誘電体を移動させる移動機構と、前記整合器本体
   の固有インピーダンスと前記各誘電体の各位置とを対応
   させたデータテーブルを記憶する記憶部と、請求項６記
   載の測定装置と、前記移動機構を制御する制御部とを備
   え、 前記制御部は、前記整合器本体における前記各誘電体の
   前記各位置および前記データテーブルから求まる整合動
   作開始時における当該整合器本体の固有インピーダンス
   と、その状態において前記測定装置の前記演算部によっ
   て演算された前記接続対象体としての当該整合器本体の
   前記入力インピーダンスとに基づいて前記整合対象体の
   入力インピーダンスを算出して、当該算出した整合対象
   体の入力インピーダンスに対する共役インピーダンスと
   前記固有インピーダンスとが一致する前記各誘電体の前
   記各位置を前記データテーブルを参照して目標位置とし
   て算出し、当該目標位置に前記各誘電体がそれぞれ位置
   するように前記移動機構を制御する同軸型インピーダン
   ス整合装置。