JP2007336148A - Electrical property adjusting device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、電気的な特性値を変化することができる装置の特性値を目標特性値に自動調整する電気特性調整装置に関する。 The present invention relates to an electrical characteristic adjusting device that automatically adjusts a characteristic value of a device capable of changing an electrical characteristic value to a target characteristic value.
高周波電源装置から高周波電力をプラズマ処理装置に供給し、エッチング等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するプラズマ処理システムにおいては、プラズマ処理中にプラズマ処理装置のインピーダンスが大きく変動するため、一般に、図７に示すように、高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０との間にインピーダンス整合装置２０を介在させ、このインピーダンス整合装置２０によって高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０とのインピーダンス整合を行う構成が採用されている。
In a plasma processing system in which high frequency power is supplied from a high frequency power supply device to a plasma processing apparatus and a workpiece such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate is processed using a method such as etching, the impedance of the plasma processing apparatus is reduced during the plasma processing. Due to the large fluctuation, generally, as shown in FIG. 7, an
インピーダンス整合装置２０は、高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０とのインピーダンスを整合させるものであり、プラズマ処理中において、インピーダンス整合装置２０の入力端２０ａからプラズマ処理装置３０側を見たインピーダンスＺ１が略５０Ωになるように負荷のインピーダンスを変換する。インピーダンス整合装置２０は、インダクタＬ１、可変リアクタンス素子であるバリコンＶＣ１，ＶＣ２をＴ型接続したものと入力側検出器２０１と制御部２０２を備えている。入力側検出器２０１は、インピーダンス整合装置２０の入力端２０ａに入力される高周波電源装置１０の出力の電圧Ｖｉ，電流Ｉｉ，および電圧Ｖｉと電流Ｉｉとの位相差θｉを検出し、制御部２０２に入力する。制御部２０２は、マイクロコンピュータを備えており、入力側検出器２０１からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、インピーダンス整合装置２０の入力インピーダンス、すなわちインピーダンス整合装置２０の入力端２０ａからプラズマ処理装置３０側を見たインピーダンスＺ１を算出する。そして、制御部２０２は、この入力インピーダンスＺ１を高周波電源装置１０の出力インピーダンスＺout（＝５０Ω）に整合させるように、バリコンＶＣ１，ＶＣ２の調整位置（以下、それぞれ「バリコンポジションＣ１」，「バリコンポジションＣ２」という。）を調整する。
The impedance matching
インピーダンス整合装置２０は、制御部２０２がプラズマ処理装置３０のインピーダンスＺL（以下、「負荷インピーダンスＺL」という。）の変化に応じてバリコンＶＣ１，ＶＣ２を変化させ、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させるようになっている。
In the
なお、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、インピーダンス整合装置２０が整合動作を正しく行えるかどうかを予め検証しておく必要がある。
It is necessary to verify in advance whether or not the impedance matching
図８は、図７のプラズマ処理装置３０の代わりにダミーロード４０を用いて、インピーダンス整合装置２０の整合動作を検証するためのシステムである。
FIG. 8 is a system for verifying the matching operation of the impedance matching
ダミーロード４０は、擬似的にプラズマ処理装置３０の特性インピーダンスを生成するものであり、インダクタＬ２と可変リアクタンス素子であるバリコンＶＣ３，ＶＣ４をＴ型接続したもので、バリコンＶＣ４は５０Ωの抵抗Ｒ１で終端されている。なお、終端抵抗Ｒ１を５０Ωにしているのは、計測系の特性インピーダンスが５０Ωであるからである。バリコンＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスはステップ状に変化可能になっている。キャパシタンスを変化させることで、任意のインピーダンスを設定できるようになっている。
The
インピーダンス整合装置２０は、ダミーロード４０によって擬似的に生成された、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。例えば、プラズマ処理装置３０の負荷インピーダンスＺLが取り得るインピーダンス値の変化範囲に４０個の代表的な負荷インピーダンス値を抽出した場合、インピーダンス整合装置２０は、それぞれダミーロード４０によって生成された４０個の負荷インピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。
The impedance matching
ダミーロード４０を用いてインピーダンス整合装置２０の整合動作を検証するには、まず、ダミーロード４０の２つのバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整してダミーロード４０に負荷インピーダンスＺLの変化範囲の値を設定する。そのとき、インピーダンス整合装置２０は、入力側検出器２０１からの入力を基に算出したインピーダンス整合装置２０の入力インピーダンスＺ１を高周波電源１０の出力インピーダンスＺout（＝５０Ω）に整合する事ができるかが検証される。
In order to verify the matching operation of the impedance matching
また、近年は、図７に示すプラズマ処理システムにおいて、プラズマ処理中の動的なインピーダンス整合動作を、高周波電源装置１０の出力周波数を微小変動させて行うプラズマ処理システムも実用化されている。出力周波数を微小変動させてインピーダンス整合を行う高周波電源装置を可変周波数電源装置という。当該プラズマ処理システムにおいては、インピーダンス整合装置２０は伝送路に並列に接続された１つのバリコンＶＣ１によって構成されていて、伝送路に直列に接続されるバリコンＶＣ２を含まない。このようなインピーダンス整合装置を固定整合装置という。プラズマ処理中の動的なインピーダンス整合動作は、可変周波数電源装置の出力周波数を中心周波数ｆｏ±Δｆで変化させることと、固定整合装置のバリコンＶＣ１の調整で行われる。この場合も図８に示す検証システムと同様にプラズマ処理装置３０の代わりにダミーロード４０を用いて、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。
In recent years, in the plasma processing system shown in FIG. 7, a plasma processing system that performs a dynamic impedance matching operation during plasma processing by minutely changing the output frequency of the high-frequency
ところで、インピーダンス整合装置や可変周波数電源装置の整合動作を検証するためには、ダミーロード４０に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するためのバリコンＶＣ３，ＶＣ４の調整位置（以下、それぞれ「バリコンポジションＣ３」，「バリコンポジションＣ４」という。）を予め取得しておかなければならない。ダミーロード４０に負荷インピーダンス値を設定するためのバリコンポジションＣ３，Ｃ４の調整（以下、「インピーダンス調整」という。）は、インピーダンス計測装置で計測されたインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値から、高周波計測に特有のスミスチャート上に表示されるインピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）を見ながらバリコンポジションＣ３，Ｃ４を変化させ、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）が許容範囲に収まるまで調整を行う作業であり、バリコンポジションＣ３，Ｃ４を同時に変化させるのではなく、いずれかのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整する動作を繰り返すことによって行われるので、各バリコンポジションＣ３，Ｃ４を変化させたときに、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）がスミスチャート上をどのように変化するのかを経験的に知っていなければ、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）を目標値に調整することはできず、時間と熟練を要する。
By the way, in order to verify the matching operation of the impedance matching device or the variable frequency power supply device, the adjustment positions of the variable capacitors VC3 and VC4 for setting each impedance value included in the change range of the load impedance ZL in the dummy load 40 (hereinafter, referred to as the variable impedance power supply device). , “Varicon position C3” and “varicon position C4”, respectively) must be acquired in advance. Adjustment of the variable capacitor positions C3 and C4 (hereinafter referred to as “impedance adjustment”) for setting the load impedance value in the
図１は、スミスチャートにおけるインピーダンス調整を説明するための図である。インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）は、バリコンポジションＣ３，Ｃ４の変化に合わせて直交座標上を変化するのではなく、スミスチャート上を変化する。スミスチャート上で、インピーダンス調整開始時のインピーダンス計測点をＡ、目標点（通常は、一定の許容範囲を設定し、設定された許容範囲に収まると目標に足したこととする。）をＢとすると、インピーダンス計測点Ａを直線的にＢまで変化させるように調整することはできず、例えば、バリコンポジションＣ３を１００増加させると点Ａから点Ｃに移動し、さらにバリコンポジションＣ４を１００増加させると点Ｃから点Ｄに移動するというように、インピーダンス計測点Ａは変化する。バリコンポジションＣ３，Ｃ４の変化によりインピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）がどのように変化するかは、熟練作業者でも把握が難しく、目標のインピーダンスを得るために相当の時間を要する。例えば、初めてインピーダンス調整を行う場合は、負荷インピーダンスＺLが取り得るインピーダンス値の変化範囲にある代表的な４０個の負荷インピーダンス値を調整するのに数時間を要する。 FIG. 1 is a diagram for explaining impedance adjustment in the Smith chart. The impedance measurement values (R, X) do not change on the orthogonal coordinates in accordance with the change of the variable position C3, C4, but change on the Smith chart. On the Smith chart, A is the impedance measurement point at the start of impedance adjustment, and B is the target point (usually, a certain allowable range is set, and if it falls within the set allowable range, it is added to the target). Then, the impedance measurement point A cannot be adjusted so as to linearly change to B. For example, when the variable capacitor position C3 is increased by 100, the point moves from the point A to the point C, and further the variable capacitor position C4 is increased by 100. Impedance measurement point A changes such as moving from point C to point D. It is difficult for a skilled worker to understand how the impedance measurement values (R, X) change due to changes in the variable capacitor positions C3, C4, and it takes a considerable amount of time to obtain the target impedance. For example, when impedance adjustment is performed for the first time, it takes several hours to adjust the representative 40 load impedance values in the change range of the impedance value that the load impedance ZL can take.
また、ダミーロード４０の状態（電源入切によるバリコンの初期化位置のズレ、個体差、経年劣化、冷却水の水温や水質など）が異なると負荷インピーダンスＺLは変化するので、一度調整した負荷インピーダンス値に対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４の値を記録していたとしても、同じバリコンポジションＣ３，Ｃ４の値で前回調整した負荷インピーダンス値を再現することができない。よって、精度維持のためには、作業ごとに調整を行う必要があった。 Also, the load impedance ZL changes if the state of the dummy load 40 (deviation of the initialization position of the variable capacitor due to turning on / off of the power supply, individual differences, deterioration over time, cooling water temperature, water quality, etc.) changes. Even if the values of the variable capacitor positions C3 and C4 corresponding to the values are recorded, the previously adjusted load impedance value cannot be reproduced with the same variable capacitor positions C3 and C4. Therefore, in order to maintain accuracy, it is necessary to make adjustments for each work.
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するために、２つのバリコンのバリコンポジションを自動調整するインピーダンス自動調整装置を提供することをその目的としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and automatically adjusts the variable capacitor positions of the two variable capacitors in order to set each impedance value included in the change range of the load impedance ZL on the dummy load. It is an object of the present invention to provide an automatic impedance adjusting device.
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
請求項１に記載の電気特性調整装置は、電気的な特性値を変更可能な複数の回路素子と、これらの回路素子の特性値をそれぞれ変更するために各回路素子に対応して設けられた複数のアクチュエータと、これらのアクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えた装置の電気的な特性値を予め設定された目標特性値に自動調整するための電気特性調整装置であって、前記電気的な特性値を計測する計測装置によって、計測された装置の特性値を入手する特性値入手手段と、前記複数の回路素子のうち、１の回路素子を可変素子としその他の回路素子を固定素子として、前記駆動制御手段により当該可変素子の特性値を所定の変化範囲で変化させる特性値変化手段と、前記特性値変化手段により前記可変素子の特性値が変化する毎に、所定の演算式により前記特性値入手手段により入手された特性値と前記目標特性値との誤差を評価する誤差評価値を演算し、この誤差評価値が最小となる前記可変素子の特性値を求める回路素子調整手段と、前記複数の回路素子の各回路素子を順番に可変素子に切り換え、各可変素子について前回可変素子とされた回路素子の特性値を前記回路素子調整手段で求められた特性値に固定して前記特性値変化手段による特性値の変更と前記回路素子調整手段による回路素子の調整を行う動作を、前記特性値入手手段により入手された特性値が前記目標特性値の許容範囲内となるまで繰り返す調整制御手段とを備えたことを特徴とする。
The electrical characteristic adjusting device according to
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はダミーロードの２つのバリコンのうち一方のバリコンを固定して他方のバリコンを変化させ、インピーダンス計測装置により計測されたダミーロードのインピーダンス値と目標インピーダンス値との誤差を評価する評価値を算出し、この評価値が最小となる様に他方のバリコンを調整する。インピーダンス自動調整装置は固定するバリコンと調整するバリコンを交代させ、ダミーロードのインピーダンス値が目標インピーダンス値の許容範囲内になるまでバリコンの調整を行う。よって、インピーダンス自動調整装置はダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するように、ダミーロードの２つのバリコンのバリコンポジションを自動調整することができる。 According to this configuration, the automatic impedance adjustment device fixes one of the two variable capacitors of the dummy load and changes the other variable capacitor, and determines the dummy load impedance value and the target impedance value measured by the impedance measurement device. An evaluation value for evaluating the error is calculated, and the other variable condenser is adjusted so that the evaluation value is minimized. The automatic impedance adjustment device alternates between the variable capacitor to be fixed and the variable capacitor to be adjusted, and adjusts the variable capacitor until the impedance value of the dummy load is within the allowable range of the target impedance value. Therefore, the automatic impedance adjustment device can automatically adjust the variable capacitor positions of the two variable capacitors of the dummy load so as to set each impedance value included in the change range of the load impedance ZL to the dummy load.
請求項２に記載の電気特性調整装置は、請求項１に記載の電気特性調整装置において、前記特性値変化手段は、前記可変素子としての回路素子の特性値を黄金分割法を用いて前記所定の変化範囲内で離散的に変化させることを特徴とする。
The electrical characteristic adjusting apparatus according to
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はバリコンの調整において黄金分割法を用いるので、評価値の最小値を少ない探索回数で行うことができる。 According to this configuration, since the automatic impedance adjustment device uses the golden section method in the adjustment of the variable capacitor, the minimum evaluation value can be performed with a small number of searches.
請求項３に記載の電気特性調整装置は、請求項１または２に記載の電気特性調整装置において、前記特性値変化手段は、各回路素子を可変素子としてその特性値を変化させるとき、その変化範囲を当該可変素子の前回の特性値の変化量に基づいて設定する範囲設定手段を更に備えたことを特徴とする。
The electrical characteristic adjusting apparatus according to
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はバリコンの調整の範囲を前回の調整量に比例させて変化させるので、前回の調整量が多かった場合はまだ目標から離れているのでバリコンの調整範囲を広くすることができる。 According to this configuration, since the automatic impedance adjustment device changes the variable adjustment range in proportion to the previous adjustment amount, if the previous adjustment amount is large, the variable adjustment range of the variable capacitor is not adjusted because it is still far from the target. Can be wide.
請求項４に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記特性値入手手段により入手された特性値は前記装置のインピーダンス値であり、前記回路素子調整手段は、下記演算式（１）により誤差評価値を演算することを特徴とする。
この構成によれば、評価値に（１）式を用いるので、計測されたインピーダンス値の抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｘがそれぞれインピーダンス目標値の抵抗成分Ｒｏ、リアクタンス成分Ｘｏの許容範囲にないとき評価値を大きくすることができる。 According to this configuration, since the equation (1) is used as the evaluation value, the evaluation is performed when the resistance component R and the reactance component X of the measured impedance value are not within the allowable ranges of the resistance component Ro and the reactance component Xo of the impedance target value, respectively. The value can be increased.
請求項５に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えた擬似負荷装置であることを特徴とする。
The electrical property adjusting device according to
請求項６に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えたインピーダンス整合装置であり、前記計測装置は、前記インピーダンス整合装置の進行波電力を計測する第１の電力計測装置と、前記インピーダンス整合装置の反射波電力を計測する第２の電力計測装置であり、前記回路素子調整手段は、前記特性値入手手段により入手された進行波電力と反射波電力から反射係数を算出し、所定の演算式により算出したこの反射係数と予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を用いて前記可変素子の特性値を求める、ことを特徴とする。
The electrical property adjusting device according to
この構成によれば、インピーダンスマッチング制御装置はインピーダンス整合装置の２つのバリコンのうち一方のバリコンを固定して他方のバリコンを変化させ、電力計により計測され算出された反射係数と目標とする反射係数との誤差を評価する評価値を算出し、この評価値が最小となる様に他方のバリコンを調整する。インピーダンスマッチング制御装置は固定するバリコンと調整するバリコンを交代させ、反射係数が目標とする反射係数の許容範囲内になるまでバリコンの調整を行う。よって、インピーダンスマッチング制御装置はインピーダンス整合装置に自動的にインピーダンスマッチングを行わせることができる。 According to this configuration, the impedance matching control device fixes one of the two variable capacitors of the impedance matching device and changes the other variable capacitor, and the reflection coefficient measured and calculated by the power meter and the target reflection coefficient An evaluation value for evaluating the error is calculated, and the other variable condenser is adjusted so that the evaluation value is minimized. The impedance matching control device alternates between the variable condenser to be fixed and the variable condenser to be adjusted, and adjusts the variable condenser until the reflection coefficient is within the allowable range of the target reflection coefficient. Therefore, the impedance matching control device can cause the impedance matching device to automatically perform impedance matching.
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図２は、本願発明に係るインピーダンス自動調整装置を用いてダミーロードのインピーダンス調整を行うためのインピーダンス調整システムの一例を示す図である。このインピーダンス調整システムは、ダミーロード１に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するために、ダミーロード１内の２つのバリコンのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を自動調整するものである。このインピーダンス調整システムは、ダミーロード１、インピーダンス自動調整装置２、インピーダンス計測装置３で構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an impedance adjustment system for performing impedance adjustment of a dummy load using the automatic impedance adjustment apparatus according to the present invention. This impedance adjustment system automatically adjusts the variable capacitor positions C3 and C4 of the two variable capacitors in the
ダミーロード１は、プラズマ処理システムのプラズマ処理装置を模擬するための装置で、伝送路に並列に接続されたバリコンＶＣ３と直列に接続されたバリコンＶＣ４のそれぞれのバリコンポジションＣ３，Ｃ４の調整により任意のインピーダンスを設定できる。バリコンＶＣ３，ＶＣ４は、エアーバリコンであり、相対向する一対の電極の一方が、電極の対向面に垂直な軸の周りを回転する可動電極で構成され、この可動電極を回転させることより電極の対向面積が変化してキャパシタンスが変化する構成となっている。可動電極を支持する軸にはステップモータなどの電動モータが取り付けられ、この電動モータの駆動力によって可動電極が回転される。バリコンＶＣ３，ＶＣ４は、一対の電極の対向面積をステップ的に変化させて、例えば、１０００個のキャパシタンス値を生成することができる。従って、ダミーロード１としては、周波数を変更しない場合、１０００×１０００＝１００００００個の負荷インピーダンス値を擬似的に実現することができるようになっている。制御部１１には、バリコンＶＣ３，ＶＣ４の各ステップモータの回転位置に対応するデータのテーブルが設けられている。バリコンＶＣ３のステップモータの１０００個の回転位置には、小さい方から順番に０〜１０００の位置番号が付され、制御部１１は、この位置番号を指定してテーブルから駆動データを読み出し、ステップモータに供給することにより、当該ステップモータを回転させてバリコンＶＣ３をその位置番号に対応するキャパシタンスに設定する。バリコンＶＣ４についても同様である。
The
インピーダンス自動調整装置２は、インピーダンス調整システムを制御するもので、パーソナルコンピュータなどからなる。インピーダンス自動調整装置２にはインピーダンス計測装置３が計測したダミーロード１のインピーダンスが入力され、インピーダンス自動調整装置２からダミーロード１にバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整する制御信号が出力される。インピーダンス自動調整装置２は、インピーダンス計測装置３より入力されたダミーロード１のインピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）と目標のインピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）（ユーザによって予め入力されている）とから評価値Ｅを算出し、算出した評価値Ｅを小さくするようにダミーロード１のバリコンＶＣ３，ＶＣ４のバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整することで、ダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する。
The automatic
インピーダンス自動調整装置２が、ダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する方法を以下に説明する。
A method in which the automatic
複数の計測値をそれぞれ目標値に近付ける方法として、各計測値とその目標値との差から算出された評価値を最小にするよう調整する方法が考えられる。本実施形態における評価値Ｅは、インピーダンス計測装置３により計測されたインピーダンスをＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）、目標とするインピーダンスをＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）とすると、下記式（２）を用いて算出される。
As a method for bringing a plurality of measured values close to the target value, a method for adjusting the evaluation value calculated from the difference between each measured value and the target value to be minimized can be considered. The evaluation value E in the present embodiment is calculated using the following equation (2), where Z (= R + jX) is the impedance measured by the
式（２）において、超過量とは目標値の許容範囲（目標値に達したと判断される数値の範囲で下限と上限を目標値に対しての百分率で±表示により表される。例えば、Ｒｏ±Ｎ％）からの逸脱量であり、例えば、Ｒｏの許容範囲を１００±１％とすると、許容範囲は９９〜１０１となり、Ｒ＝１００．５のときの超過量は０、Ｒ＝９７．８のときの超過量は１．２（＝９９−９７．８）となる。評価値Ｅは、計測値Ｒ，Ｘのそれぞれの目標値Ｒｏ，Ｘｏとの差の二乗と、計測値Ｒ，Ｘのそれぞれの超過量の二乗とに、評価用の重み付け係数ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ乗算して、乗算結果を加算し、その正の平方根として算出される。目標値Ｒ，Ｘのそれぞれの超過量の二乗の項はペナルティ項であり、重み付け係数ｃ，ｄを大きくすることで、計測値Ｒ，Ｘのどちらかが許容範囲内に収まっていない場合に評価値が大きくなるよう設定されている。例えば、本実施形態では、ａ，ｂは「１」、ｃ，ｄは「１０００」に設定されている。 In the equation (2), the excess amount is expressed by ± display as a percentage of the target value with respect to the allowable range of the target value (a range of numerical values determined to have reached the target value. For example, if the allowable range of Ro is 100 ± 1%, the allowable range is 99 to 101, and the excess amount is 0 when R = 100.5, and R = 97. The excess amount when .8 is 1.2 (= 99-97.8). The evaluation value E is a weighting coefficient a, b, c for evaluation with the square of the difference between the measured values R, X and the target values Ro, Xo and the square of the excess of each of the measured values R, X. , D are respectively multiplied, and the multiplication results are added to calculate the positive square root. The term of the square of the excess amount of each of the target values R and X is a penalty term, and is evaluated when one of the measured values R and X is not within the allowable range by increasing the weighting coefficients c and d. The value is set to be large. For example, in this embodiment, a and b are set to “1”, and c and d are set to “1000”.
なお、式（２）の評価値Ｅの最小値を求めるにあたり、本実施形態では黄金分割法を使用している。黄金分割法は、少ない探索回数で最小値を求めることができるので、最小値を求める演算処理を最適化することができる利点がある。しかしながら、黄金分割法は１次元の最適化しかできず、２つのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整する本実施形態のような２次元の最適化にそのまま利用することができない。そこで、本実施形態では、バリコンポジションＣ３，Ｃ４のうち一方を固定して他方を変化させ、仮想的に１次元の最適化に置き換えることで黄金分割法を適用可能にしている。すなわち、まず、バリコンポジションＣ３を固定してバリコンポジションＣ４を変化させ黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小になるよう調整し、次にバリコンポジションＣ４を固定してバリコンポジションＣ３を変化させ黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小になるよう調整する。以下、これを繰り返して評価値Ｅが最小となるバリコンポジションＣ３，Ｃ４が調整される。 Note that, in obtaining the minimum value of the evaluation value E of Expression (2), the golden section method is used in this embodiment. Since the golden section method can obtain the minimum value with a small number of searches, there is an advantage that the arithmetic processing for obtaining the minimum value can be optimized. However, the golden section method can only perform one-dimensional optimization, and cannot be used as it is for two-dimensional optimization as in the present embodiment in which the two variable control positions C3 and C4 are adjusted. Therefore, in this embodiment, the golden section method can be applied by fixing one of the variable capacitor positions C3 and C4 and changing the other, and virtually replacing it with one-dimensional optimization. That is, first, the variable capacitor position C3 is fixed and the variable capacitor position C4 is changed and adjusted using the golden section method so that the evaluation value E is minimized. Next, the variable capacitor position C4 is fixed and the variable capacitor position C3 is changed to change the golden value. Using the division method, adjustment is made so that the evaluation value E is minimized. Thereafter, the variable control positions C3 and C4 at which the evaluation value E is minimized are adjusted by repeating this.
バリコンポジションＣ３が固定されたとき、バリコンポジションＣ４の変化により主にＸが変化するがＲも変化し、同様に、バリコンポジションＣ４が固定されたとき、バリコンポジションＣ３の変化により主にＲが変化するがＸも変化する。なお、バリコンポジションＣ３またはＣ４の一方が固定され他方が変化するとき、式（２）の評価値Ｅは単峰性の関数となり、黄金分割法が適用できることが経験的に分かっている。 When the variable capacitor position C3 is fixed, X changes mainly due to the change in the variable capacitor position C4, but R also changes. Similarly, when the variable capacitor position C4 is fixed, the R mainly changes due to the change in the variable capacitor position C3. However, X also changes. It is empirically known that when one of the variable capacitor positions C3 or C4 is fixed and the other changes, the evaluation value E of Equation (2) becomes a unimodal function and the golden section method can be applied.
黄金分割法について図３を用いて説明する。黄金分割法は、ｆ（ｘ）が単峰性の関数（例えば二次関数など）のときに、ｘ１＜ｘ＜ｘ２の探索範囲でｆ（ｘ）の最小値（または、最大値）を求める探索方法である。図３は、黄金分割法を用いてｘ１からｘ２の区間にあるｆ（ｘ）の最小値を求める方法を説明するための図である。 The golden section method will be described with reference to FIG. The golden section method obtains the minimum value (or maximum value) of f (x) within the search range of x1 <x <x2 when f (x) is a unimodal function (for example, a quadratic function). This is a search method. FIG. 3 is a diagram for explaining a method for obtaining the minimum value of f (x) in the section from x1 to x2 using the golden section method.
図３（ａ）はｘ１からｘ２の区間をｒ：（１-ｒ）に内分する点ｘ３と（１-ｒ）：ｒに内分する点ｘ４および、ｘ３とｘ４における関数ｆ（ｘ）の値ｆ（ｘ３）、ｆ（ｘ４）を表している。図３（ａ）において、ｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）の大きさを比較する。例えば、ｆ（ｘ３）＞ｆ（ｘ４）の場合、ｆ（ｘ）を最小にするｘminはｘ３＜ｘ≦ｘ４に存在する場合（図３（ｃ）参照）とｘ４＜ｘ＜ｘ２に存在する場合（図３（ｄ）参照）とが考えられるが、少なくともｘ３＜ｘ＜ｘ２に存在する。よって、次はｘ３をｘ１としてｘ１＜ｘ＜ｘ２の探索範囲で同様に内分点ｘ３，ｘ４を求めｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）の大きさを比較する（図３（ｂ）参照）。なお、ｆ（ｘ３）＜ｆ（ｘ４）の場合はｆ（ｘ）を最小にするｘはｘ１＜ｘ＜ｘ４に存在するのでｘ４をｘ２とする。これを繰り返していくとｘの探索範囲が徐々に狭まっていき、ｘの探索範囲が十分狭くなった時点でｆ（ｘ３）≒ｆ（ｘ４）がｆ（ｘ）の最小値と考えることができる。 FIG. 3A shows a point x3 that internally divides an interval from x1 to x2 into r: (1-r), a point x4 that internally divides into (1-r): r, and a function f (x) at x3 and x4. Values f (x3) and f (x4). In FIG. 3A, the magnitudes of f (x3) and f (x4) are compared. For example, when f (x3)> f (x4), xmin that minimizes f (x) exists in x3 <x ≦ x4 (see FIG. 3C) and exists in x4 <x <x2. The case (see FIG. 3D) is considered, but exists at least in x3 <x <x2. Therefore, next, x3 is set to x1, and internal dividing points x3 and x4 are similarly obtained in the search range of x1 <x <x2, and the sizes of f (x3) and f (x4) are compared (see FIG. 3B). . If f (x3) <f (x4), x that minimizes f (x) exists in x1 <x <x4, and therefore x4 is x2. When this is repeated, the search range of x gradually narrows, and when the search range of x becomes sufficiently narrow, f (x3) ≈f (x4) can be considered as the minimum value of f (x). .
ここで、ｒ＝（３−√５）／２としておくとｒ：（１-ｒ）＝１：（１＋√５）／２（いわゆる黄金比）となる。よって、図３（ａ）のｘ３からｘ２の区間をｒ：（１-ｒ）に内分する点はｘ４となるので、図３（ｂ）のｘ３は図３（ａ）のｘ４となる。図３（ａ）において、ｘ３をｘ１にすることで、図３（ｂ）のように、次のｘの探索範囲ｘ１＜ｘ＜ｘ２が定まり、このｘ１からｘ２の区間をｒ：１-ｒに内分する点ｘ３、（１-ｒ）：ｒに内分する点ｘ４からｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）を算出するのだが、ｆ（ｘ３）は図３（ａ）で算出したｆ（ｘ４）を利用することができるので、算出にかかる時間を短縮することができる。 Here, when r = (3−√5) / 2, r: (1−r) = 1: (1 + √5) / 2 (so-called golden ratio). Therefore, since the point that internally divides the section from x3 to x2 in FIG. 3A into r: (1-r) is x4, x3 in FIG. 3B is x4 in FIG. 3A. In FIG. 3A, by setting x3 to x1, as shown in FIG. 3B, the next x search range x1 <x <x2 is determined, and this section from x1 to x2 is defined as r: 1−r. The point x3 internally divided into (1-r): f (x3) and f (x4) are calculated from the point x4 internally divided into r, and f (x3) is the f calculated in FIG. Since (x4) can be used, the time required for calculation can be shortened.
以上のように、本願発明のインピーダンス自動調整装置２は、ダミーロード１のバリコンポジションＣ３とＣ４のうちの一方を固定し、他方を一定の探索範囲内で、黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小となるように調整し、次に調整していた方を固定して、先の調整で固定していた方を一定の探索範囲内で、黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小となるように調整する。これをインピーダンスＺが許容範囲に収まるまで繰り返してダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する。
As described above, the automatic
次に、評価値Ｅの最小値を探索するバリコンポジションＣ３，Ｃ４の探索範囲について説明する。 Next, the search range of the variable control positions C3 and C4 for searching for the minimum value of the evaluation value E will be described.
バリコンポジションＣ３またはＣ４の探索範囲は、それぞれ前回の探索終了時点でのＣ３またはＣ４の値を中心に、所定の探索幅を加算した値が上限、減算した値が下限である範囲となる。すなわち、（ｎ−１）回目の探索終了時点でのＣ３の値をＣ３n-1、ｎ回目の探索幅をＲ３nとするとｎ回目の探索のＣ３の値Ｃ３nの探索範囲は、下記式（３）となる。 The search range of the variable position C3 or C4 is a range in which a value obtained by adding a predetermined search width is an upper limit and a value obtained by subtracting is a lower limit centering on the value of C3 or C4 at the end of the previous search, respectively. That, (n-1) th C3 value C3 n-1, n-th search range of C3 values C3 n of the calculation width R3 n to the n-th search in search end point of the following formulas (3)
同様に（ｎ−１）回目の探索終了時点でのＣ４の値をＣ４n-1、ｎ回目の探索幅をＲ４nとするとｎ回目の探索のＣ４の値Ｃ４nの探索範囲は、下記式（４）となる。 Similarly the (n-1) th search range value C4 n of C4 of the value of C4 C4 n-1, when the n-th calculation width and R4 n n-th search in search end point of the following formulas (4)
バリコンポジションＣ３，Ｃ４の探索幅が固定されている場合、探索幅が広く固定されているときは所定の探索範囲になるまでの比較の回数が多くなるので、１回の探索にかかる時間が長くなり、探索幅が狭く固定されているときは一度の探索におけるバリコンポジションの調整量が少なく、最小値に達するまでの探索の回数が多くなる。よって、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解から離れているときに探索幅が狭く固定されていると、探索回数が多くなり探索効率が低下する。また、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解に近付いたときに探索幅が広く固定されていると、不必要な探索範囲の探索のために時間がかかり探索効率が低下する。よって、探索の効率を良くするためには、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解から離れているときは広く、解に近付いたときは狭く、探索幅が変動するようにする必要がある。 When the search widths of the variable position C3 and C4 are fixed, if the search width is fixed widely, the number of comparisons until reaching the predetermined search range increases, so the time required for one search is long. Thus, when the search width is narrow and fixed, the amount of adjustment of the variable condenser position in one search is small, and the number of searches until reaching the minimum value increases. Therefore, if the search width is narrow and fixed when the variable control positions C3 and C4 are away from the solution, the number of searches increases and the search efficiency decreases. Further, if the search width is fixed widely when the variable control positions C3 and C4 approach the solution, it takes time to search for an unnecessary search range, and the search efficiency decreases. Therefore, in order to improve the efficiency of the search, it is necessary that the variable control positions C3 and C4 are wide when they are away from the solution and narrow when they approach the solution, so that the search width varies.
バリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているときは探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量は大きくなり、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解に近付くと探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量は小さくなる。よって、本実施形態では、探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量に比例して次回の探索幅を設定するようにしている。つまり、バリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量が大きいときは、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているので、次回の探索幅を広くし、バリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量が小さいときは、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解に近づいているので、次回の探索幅を狭くする。なお、探索幅が狭すぎる場合は探索回数が多くなりすぎて探索効率が低下し、探索幅が広すぎる場合は探索時間が長くなりすぎて探索効率が低下するので、探索幅には下限値と上限値が設定されている。また、最初の探索幅はバリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているかどうか分からないので狭く設定される。 When the variable capacitor position C3 or C4 is away from the solution, the amount of change in the variable capacitor position C3 or C4 from the search start time to the search end time increases, and when the variable capacitor position C3 or C4 approaches the solution, the search ends from the search start time. The amount of change in variable condenser position C3 or C4 up to the time becomes small. Therefore, in this embodiment, the next search width is set in proportion to the amount of change in the variable capacitor position C3 or C4 from the search start time to the search end time. That is, when the amount of change in the variable capacitor position C3 or C4 is large, the variable capacitor position C3 or C4 is far from the solution. Therefore, the next search range is widened, and when the amount of change in the variable capacitor position C3 or C4 is small, Since the position C3 or C4 is approaching the solution, the next search width is narrowed. If the search width is too narrow, the number of searches increases too much and the search efficiency decreases.If the search width is too wide, the search time becomes too long and the search efficiency decreases. An upper limit is set. The initial search width is set narrow because it is not known whether the variable position C3 or C4 is away from the solution.
（ｎ−１）回目、（ｎ−２）回目の探索終了時点でのバリコンポジションＣ３の値をそれぞれＣ３n-1，Ｃ３n-2とすると（ｎ−１）回目のバリコンポジションＣ３の変化量は｜Ｃ３n-1−Ｃ３n-2｜となり、係数Ｖ３を乗じたものをｎ回目の探索幅Ｒ３nとする。Ｒ３nの上限値をＲ３max、下限値をＲ３minとすると、ｎ回目の探索幅は、下記式（５）となる。 When the values of the variable capacitor position C3 at the end of the (n-1) -th and (n-2) -th searches are C3 n-1 and C3 n-2 , respectively, the amount of change in the (n-1) -th variable capacitor position C3. Becomes | C3 n-1 −C3 n-2 |, and the product of the coefficient V3 is used as the n-th search width R3 n . R3 n R3max the upper limit of, when the lower limit value to R3min, search width of the n-th becomes the following equation (5).
同様に（ｎ−１）回目、（ｎ−２）回目の探索終了時点でのバリコンポジションＣ４の値をそれぞれＣ４n-1，Ｃ４n-2とすると（ｎ−１）回目のバリコンポジションＣ４の変化量は｜Ｃ４n-1−Ｃ４n-2｜となり、係数Ｖ４を乗じたものをｎ回目の探索幅Ｒ４nとする。Ｒ４nの上限値をＲ４max、下限値をＲ４minとすると、ｎ回目の探索幅は、下記式（６）となる。 Similarly, if the values of the variable position C4 at the end of the (n-1) -th and (n-2) -th searches are C4 n-1 and C4 n-2 , respectively, the (n-1) -th variable position C4 The amount of change is | C4 n−1 −C4 n−2 |, and the result obtained by multiplying by the coefficient V4 is the nth search width R4 n . R4 n R4max the upper limit of, when the lower limit value to R4min, search width of the n-th becomes the following equation (6).
本実施形態では、係数Ｖ３，Ｖ４は「２」として、探索幅を前回の変化量の２倍としている。 In the present embodiment, the coefficients V3 and V4 are “2”, and the search width is twice the previous change amount.
次に、探索におけるバリコンポジションＣ３，Ｃ４の初期値について説明する。 Next, initial values of the variable control positions C3 and C4 in the search will be described.
インピーダンス自動調整装置２は記憶装置を持ち、ダミーロード１に目標のインピーダンスＺｏを設定したときのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を当該目標のインピーダンスＺｏに対応付けて記憶装置に記憶し、次にダミーロード１を当該目標のインピーダンスＺｏに調整するときは記憶装置に記憶されたバリコンポジションＣ３，Ｃ４を初期値として使用する。記憶されたバリコンポジションＣ３，Ｃ４は、ダミーロードの状態が変化しているので当該目標のインピーダンスＺｏの解に一致はしないが、解に近いのでバリコンポジションの調整にかかる時間が短くてすむ。
The automatic
また、インピーダンス自動調整装置２の記憶装置には、あらかじめ各周波数におけるバリコンポジションＣ３，Ｃ４の離散値に対応するインピーダンスの計測値がデータベースとして格納されている（図４参照）。インピーダンス自動調整装置２は、ダミーロード１を過去に調整したことがないインピーダンスに調整する際には、任意の固定初期値か、このデータベースの値を初期値として使用する。固定初期値を使用するかデータベースの値を使用するかは、あらかじめ設定されている。
In addition, in the storage device of the automatic
図４は、インピーダンス自動調整装置の記憶装置に格納されているデータベースを説明するための図である。このデータベースでは、使用する各周波数ごと（例えば、１３．５６ＭＨｚと２．０ＭＨｚ）に、バリコンポジションＣ３，Ｃ４をそれぞれ０から１０００まで１０ずつ増加させて計測されたダミーロード１のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値が、バリコンポジションＣ３，Ｃ４に対応付けされ設定されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining a database stored in the storage device of the automatic impedance adjustment device. In this database, for each frequency used (for example, 13.56 MHz and 2.0 MHz), the impedance Z = R + jX of the
このデータベースに設定されているデータからバリコンポジションＣ３，Ｃ４の初期値を選択する方法を説明する。まず、目標周波数に近い周波数（その周波数と目標周波数との差が最小のもの）のデータを抽出する。式（２）の評価値Ｅの算出式のＲ，Ｘに抽出されたデータを入力して最小となるＲ，Ｘに対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４を初期値とする。この初期値とするバリコンポジションＣ３，Ｃ４において評価値Ｅは最小となるので、データベースに設定されているバリコンポジションＣ３，Ｃ４の中で最も解に近く、バリコンポジションの調整にかかる時間が短くてすむ。 A method for selecting the initial values of the variable control positions C3 and C4 from the data set in this database will be described. First, data of a frequency close to the target frequency (the difference between the frequency and the target frequency is minimum) is extracted. Input the extracted data into R and X of the calculation formula of the evaluation value E of the formula (2), and the variable capacitor positions C3 and C4 corresponding to the minimum R and X are set as initial values. Since the evaluation value E is minimum at the variable capacitor positions C3 and C4 which are the initial values, it is closest to the solution among the variable capacitor positions C3 and C4 set in the database, and the time required for adjusting the variable capacitor position can be shortened. .
図２に戻って、インピーダンス計測装置３は、ダミーロード１の負荷インピーダンス値を計測するためのもので、ダミーロードの入力端１ａに接続されている。インピーダンス計測装置３は、いわゆるインピーダンスアナライザであり、ダミーロード１にかかる電圧とダミーロード１を流れる電流を直接的に計測してインピーダンス値を求める。インピーダンス計測装置３は、計測対象のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘをそれぞれ算出し、インピーダンス自動調整装置２に出力する。
Returning to FIG. 2, the
インピーダンス計測装置３は、あらかじめ設定された周波数範囲の設定された計測点をスイープして計測する。例えば、１２ＭＨｚから１３ＭＨｚの範囲を８０１点に分割した場合、インピーダンス計測装置３は、１２ＭＨｚから１．２５ｋＨｚ＝（（１３−１２）×１０００／８００）置きに周波数を変化させて、各周波数についてインピーダンス計測を行う。また、同範囲を１０１点で分割した場合、インピーダンス計測装置３は、１０ｋＨｚ＝（（１３−１２）×１０００／１００）毎に周波数を変化させて、各周波数についてインピーダンス計測を行う。
The
スイープする周波数範囲や計測点を変更する度に計測対象からプローブを外し手動で校正をやり直す必要があるので、再校正の手間を省くために、全ての負荷がフォローできるような広い周波数範囲が設定される。広い周波数範囲で精度を求めた探索をするためには計測点を多くとる必要があるが、冗長な計測を行うため、１回の計測時間が非常に長くなり、高速に多点を探索する黄金分割法のようなアルゴリズムには向いていない。そこで、本実施形態では探索を２段階にし、第１段階の広域探索では精度を要求せず、少ない計測点（本実施形態では１０１点）で高速におおまかな位置を探索し、第２段階で、設定できる最大の計測点（本実施形態では８０１点）を設定し、第１段階で探索した結果を初期値として詳細な探索を行うことにより、スイープ設定を固定にするときよりも高速かつ高精度の探索を行うようにしている。 Each time the frequency range to be swept or the measurement point is changed, the probe must be removed from the measurement target and manually calibrated, so a wide frequency range is set so that all loads can be followed to save recalibration. Is done. In order to search for accuracy over a wide frequency range, it is necessary to take many measurement points. However, since redundant measurement is performed, the time required for one measurement is very long, and the golden point is used to search for multiple points at high speed. It is not suitable for algorithms such as the division method. Therefore, in this embodiment, the search is performed in two stages, the first-stage wide area search does not require accuracy, and a rough position is searched at a high speed with a small number of measurement points (101 in this embodiment). By setting the maximum measurement point that can be set (in this embodiment, 801 points) and performing a detailed search using the result of the search in the first stage as an initial value, it is faster and higher than when the sweep setting is fixed. A precision search is performed.
図５に示すフローチャートは、インピーダンス自動調整装置２がダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する制御を示すものである。
The flowchart shown in FIG. 5 shows control in which the automatic
まず、設定周波数Ｆ、目標のインピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）が入力され（Ｓ１）、バリコンポジションＣ３，Ｃ４と探索幅Ｒ３、Ｒ４が初期化され、探索回数カウンタｎが１に初期化される（Ｓ２）。過去にダミーロード１を目標のインピーダンスＺｏに調整したことがある場合は、インピーダンス自動調整装置２の記憶装置に記憶されている目標のインピーダンスＺｏに対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４が初期値として使用される。過去にダミーロード１を目標のインピーダンスＺｏに調整したことがない場合は、記憶装置に格納されているデータベースの値から選択された値か、任意の固定値が初期値として使用される。探索幅Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ下限値Ｒ３min、Ｒ４minが設定される。
First, a set frequency F and a target impedance Zo (= Ro + jXo) are input (S1), variable control positions C3 and C4 and search widths R3 and R4 are initialized, and a search number counter n is initialized to 1 (S2). ). If the
次に、Ｃ４を固定して、黄金分割法を用いてＣ３の調整が行われる（Ｓ３〜５）。前回のＣ３の調整におけるＣ３の変化量に係数Ｖ３を乗じて、探索幅が算出され（Ｓ３）、探索範囲が決定される（Ｓ４）。前回、前々回のＣ３の値をそれぞれＣ３n-1，Ｃ３n-2とすると、ｎ回目の探索幅Ｒ３nは、
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であるか否かが判別され（Ｓ６）、許容範囲内でなければ（Ｓ６：ＮＯ）、Ｃ３を固定して、黄金分割法を用いてＣ４の調整が行われる（Ｓ７〜９）。前回のＣ４の調整におけるＣ４の変化量に係数Ｖ４を乗じて、探索幅が算出され（Ｓ７）、探索範囲が決定される（Ｓ７）。前回、前々回のＣ４の値をそれぞれＣ４n-1，Ｃ４n-2とすると、ｎ回目の探索幅をＲ４nは、
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であるか否かが判別され（Ｓ１０）、許容範囲内でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、計算時間が規定値を超えたか否かが判別される（Ｓ１１）。超えていなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、探索回数カウンタｎが１増加されて（Ｓ１２）、ステップＳ３に戻り、Ｃ３の調整が行われる。超えていれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、解が見つからなかったものとして制御が終了される。 It is determined whether or not the obtained impedance Z is within the allowable range (S10), and if it is not within the allowable range (S10: NO), it is determined whether or not the calculation time exceeds the specified value (S11). . If not exceeded (S11: NO), the search number counter n is incremented by 1 (S12), the process returns to step S3, and C3 is adjusted. If it exceeds (S11: YES), the control is terminated as if no solution was found.
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であれば（Ｓ６またはＳ１０：ＹＥＳ）、ダミーロード１が目標のインピーダンスＺｏに調整されたので、制御が終了される。
If the obtained impedance Z is within the allowable range (S6 or S10: YES), the
以上のように、上記実施形態に係るインピーダンス自動調整装置は、ダミーロードの２つのバリコンポジションを自動調整して、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定することができるので、ダミーロードのインピーダンス調整にかかっていた時間を短縮することができる。 As described above, the automatic impedance adjusting device according to the embodiment can automatically adjust the two variable capacitor positions of the dummy load and set each impedance value included in the change range of the load impedance ZL to the dummy load. As a result, the time required for adjusting the impedance of the dummy load can be reduced.
なお、上記実施形態では、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するためのインピーダンス自動調整装置について説明したが、本願発明はこれに限らず、複数の調整手段を変化させて計測値を目標値に自動調整するための様々のものに応用できる。 In the above embodiment, the automatic impedance adjustment device for setting each impedance value included in the change range of the load impedance ZL on the dummy load has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of adjustment means are changed. It can be applied to various things for automatically adjusting the measured value to the target value.
図６は、可変周波数電源装置に接続された固定整合装置によりインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチングシステムを説明するための図である。インピーダンスマッチングシステムは、ダミーロード１、可変周波数電源装置４、電力計５、固定整合装置６、インピーダンスマッチング制御装置７で構成されている。このインピーダンスマッチングシステムにおいて、可変周波数電源装置４と固定整合装置６の制御を行うインピーダンスマッチング制御装置７に本願発明が利用されている。
FIG. 6 is a diagram for explaining an impedance matching system that performs impedance matching using a fixed matching device connected to a variable frequency power supply device. The impedance matching system includes a
可変周波数電源装置４は、出力電力の周波数を変化させることができる高周波電源装置であり、出力電力の周波数はインピーダンスマッチング制御装置７により制御される。電力計５は、可変周波数電源装置４から供給される進行波電力と可変周波数電源装置４に反射される反射波電力を計測し出力する。固定整合装置６は、負荷のインピーダンス変動に追従して可変周波数電源装置４と負荷のインピーダンスを整合させるもので、インピーダンスマッチング制御装置７により制御される。インピーダンスマッチング制御装置７は、本願発明を利用して、電力計５から入力される進行波電力と反射波電力から反射係数（＝反射波電力／進行波電力）を算出し、予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を最小とするように、固定整合装置６のバリコンと可変周波数電源装置４の出力周波数とを自動調整する。
The variable frequency
インピーダンスマッチング制御装置７は、ダミーロード１の２つのバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整してダミーロード１に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定する。インピーダンスマッチング制御装置７は、電力計５から入力される進行波電力と反射波電力から反射係数（＝反射波電力／進行波電力）を算出し、予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を最小とするように、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数を調整する。すなわち、本実施形態における進行波電力と反射波電力、反射係数の誤差評価値、固定整合装置６のバリコンポジション、可変周波数電源装置４の出力周波数が、上記実施形態におけるインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値、評価値Ｅ、バリコンポジションＣ３，Ｃ４に相当し、インピーダンスマッチング制御装置７は、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数の一方を固定して、他方を黄金分割法を用いて反射係数の誤差評価値が最小となるように調整する。この調整を反射係数が許容範囲に収まるまで交互に繰り返して、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数を調整する。なお、可変周波数電源装置はインピーダンスの自動整合を行うので、自動整合を行ったときの出力周波数を初期値として使用する。固定整合装置６のバリコンポジションの初期値は、任意の固定値を使用する。
The impedance matching control device 7 adjusts the two variable capacitors VC3 and VC4 of the
なお、図６において、可変周波数電源装置４の出力周波数が変化すると、ダミーロード１のインピーダンスも変化する。ダミーロード１のインピーダンスを変化させたくない場合、インピーダンスマッチング制御装置７は、可変周波数電源装置４の出力周波数は変化させずに、可変周波数電源装置４自身のインピーダンス自動整合機能を利用し、固定整合装置６のバリコンポジションのみを変化させる。また、図６において、可変周波数電源装置４の変わりに出力電力の周波数が変化しない高周波電源装置を用いる場合は、固定整合装置６の代わりにインピーダンス整合装置を用いて、２つのバリコンを自動調整する。
In FIG. 6, when the output frequency of the variable frequency
また、上記実施形態では、自動調整装置は、２つの調整値（バリコンポジション）を変化させて、２つの計測値（インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値）を目標値に自動調整したが、調整値が３つ以上あってもよいし、計測値が３つ以上あってもよい。計測値が３つ以上の場合、自動調整装置はそれらの計測値を用いて評価値を算出する。また、調整値が３つ以上の場合、自動調整装置は１つの調整値以外を固定して、固定されていない調整値を、評価値が最小となる様に調整する。これを各調整値において順に繰り返し、各計測値がそれぞれ所定の範囲に収まるまで繰り返す。 Moreover, in the said embodiment, an automatic adjustment apparatus changes two adjustment values (variable position), and automatically uses two measured values (value of impedance Z = R + jX real part R and imaginary part X) as a target value. Although the adjustment is performed, there may be three or more adjustment values or three or more measurement values. When there are three or more measurement values, the automatic adjustment device calculates an evaluation value using these measurement values. When there are three or more adjustment values, the automatic adjustment device fixes other than one adjustment value, and adjusts the unfixed adjustment value so that the evaluation value is minimized. This is repeated in order for each adjustment value until each measurement value falls within a predetermined range.
なお、上記実施形態では、評価値を算出する算出式が評価値が最小のときもっとも評価されるような算出式であったので評価値を最小にするよう自動調整が行われたが、評価値を算出する算出式が評価値が最大のときもっとも評価されるような算出式であった場合は、評価値を最大にするよう自動調整が行われる。 In the above embodiment, since the calculation formula for calculating the evaluation value is the calculation formula that is most evaluated when the evaluation value is the smallest, automatic adjustment was performed to minimize the evaluation value. If the calculation formula for calculating is a calculation formula that is most evaluated when the evaluation value is the maximum, automatic adjustment is performed so as to maximize the evaluation value.
１ ダミーロード（装置）
１１ 制御部（駆動制御手段）
ＶＣ３ バリコン（回路素子）
ＶＣ４ バリコン（回路素子）
２ インピーダンス自動調整装置（電気特性調整装置）
２１ ＣＰＵ（特性値入手手段、特性値変化手段、回路素子調整手段，調整制御手段、範囲設定手段）
３ インピーダンス計測装置（計測装置）
４ 可変周波数電源装置
５ 電力計（計測装置）
６ インピーダンス整合装置（装置）
７ インピーダンスマッチング制御装置（電気特性調整装置）
１０ 高周波電源装置
２０ インピーダンス整合装置
３０ プラズマ処理装置
４０ ダミーロード
1 Dummy load (device)
11 Control unit (drive control means)
VC3 variable capacitor (circuit element)
VC4 variable capacitor (circuit element)
2 Impedance automatic adjustment device (electric characteristic adjustment device)
21 CPU (characteristic value obtaining means, characteristic value changing means, circuit element adjusting means, adjustment control means, range setting means)
3 Impedance measuring device (measuring device)
4 Variable
6 Impedance matching device (device)
7 Impedance matching control device (electric characteristic adjustment device)
10 High-frequency
Claims (6)
前記電気的な特性値を計測する計測装置によって、計測された装置の特性値を入手する特性値入手手段と、
前記複数の回路素子のうち、１の回路素子を可変素子としその他の回路素子を固定素子として、前記駆動制御手段により当該可変素子の特性値を所定の変化範囲で変化させる特性値変化手段と、
前記特性値変化手段により前記可変素子の特性値が変化する毎に、所定の演算式により前記特性値入手手段により入手された特性値と前記目標特性値との誤差を評価する誤差評価値を演算し、この誤差評価値が最小となる前記可変素子の特性値を求める回路素子調整手段と、
前記複数の回路素子の各回路素子を順番に可変素子に切り換え、各可変素子について前回可変素子とされた回路素子の特性値を前記回路素子調整手段で求められた特性値に固定して前記特性値変化手段による特性値の変更と前記回路素子調整手段による回路素子の調整を行う動作を、前記特性値入手手段により入手された特性値が前記目標特性値の許容範囲内となるまで繰り返す調整制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気特性調整装置。 A plurality of circuit elements whose electrical characteristic values can be changed, a plurality of actuators provided corresponding to each circuit element in order to change the characteristic values of these circuit elements, and control of driving of these actuators An electrical characteristic adjusting device for automatically adjusting an electrical characteristic value of a device provided with a drive control means to a preset target characteristic value,
Characteristic value obtaining means for obtaining a characteristic value of the device measured by the measuring device for measuring the electric characteristic value;
Of the plurality of circuit elements, one circuit element is a variable element and the other circuit element is a fixed element, and the characteristic value changing means for changing the characteristic value of the variable element within a predetermined change range by the drive control means;
Every time the characteristic value of the variable element changes by the characteristic value changing means, an error evaluation value for evaluating an error between the characteristic value obtained by the characteristic value obtaining means and the target characteristic value is calculated by a predetermined arithmetic expression. A circuit element adjusting means for obtaining a characteristic value of the variable element that minimizes the error evaluation value;
The circuit elements of the plurality of circuit elements are sequentially switched to variable elements, and the characteristic values of the circuit elements that were previously made variable elements for each variable element are fixed to the characteristic values obtained by the circuit element adjustment means. Adjustment control that repeats the operation of changing the characteristic value by the value changing means and adjusting the circuit element by the circuit element adjusting means until the characteristic value obtained by the characteristic value obtaining means falls within the allowable range of the target characteristic value. Means,
An electrical characteristic adjusting device comprising:
前記計測装置は、前記インピーダンス整合装置の進行波電力を計測する第１の電力計測装置と、前記インピーダンス整合装置の反射波電力を計測する第２の電力計測装置であり、
前記回路素子調整手段は、前記特性値入手手段により入手された進行波電力と反射波電力から反射係数を算出し、所定の演算式により算出したこの反射係数と予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を用いて前記可変素子の特性値を求める、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置。 The apparatus is an impedance matching apparatus including reactance elements capable of changing two reactance values as a plurality of circuit elements,
The measurement device is a first power measurement device that measures traveling wave power of the impedance matching device, and a second power measurement device that measures reflected wave power of the impedance matching device,
The circuit element adjusting unit calculates a reflection coefficient from the traveling wave power and the reflected wave power obtained by the characteristic value obtaining unit, and calculates the reflection coefficient by a predetermined arithmetic expression and a target value of a preset reflection coefficient. The electrical characteristic adjusting apparatus according to claim 1, wherein a characteristic value of the variable element is obtained using an error evaluation value for evaluating an error from the variable element.
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