JP4071044B2 - インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム - Google Patents
インピーダンス整合器の出力端特性解析方法、およびインピーダンス整合器、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源と負荷との間に介装されて高周波電源のインピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合器、およびその出力端の電気的特性を解析するインピーダンス整合器の出力端特性解析方法、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体やフラットパネルディスプレイなどを製造する際のプロセスのうち最も重要なプロセスの一つとして、プラズマプロセスがある。
【０００３】
このプラズマプロセスに用いるプラズマプロセスチャンバーには、プラズマを生成するためのエネルギー源として電極に直流電圧やマイクロ波電圧を印加するタイプのものも一部には存在するが、多くのプラズマプロセスチャンバーでは１００ｋＨｚ〜３００ＭＨｚの無線周波帯域の高周波電圧を電極に印加する。
【０００４】
このように無線周波帯域の高周波電圧を用いるプラズマプロセスチャンバーにおいては、高周波電源のインピーダンスと負荷としてのプラズマプロセスチャンバーのインピーダンス（以下、負荷インピーダンスという。）とを整合させることにより、プラズマプロセスチャンバーから高周波電源への反射電力を最小にしてプラズマプロセスチャンバーへの供給電力を最大にするために、図１８に示すように、高周波電源５１とプラズマプロセスチャンバー５２との間にインピーダンス整合器５３が介装される。
【０００５】
図１８に示すインピーダンス整合器５３には、入力側検出器６１、出力側検出器６２、制御部６３、インダクタＬ１、および可変リアクタンス素子としての可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が設けられている。
【０００６】
インピーダンス整合器５３において、高周波電源５１からインピーダンス整合器５３の入力端５３ａに入力される無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉが、入力側検出器６１により検出される。この検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉは、制御部６３に入力される。
【０００７】
制御部６３は、マイクロコンピュータを備えており、入力側検出器６１からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、下記数式１によりインピーダンス整合器５３の入力インピーダンスＺｉ、すなわちインピーダンス整合器５３の入力端５３ａからプラズマプロセスチャンバー５２側を見たインピーダンスＺｉを演算する。ただし、数式１において、Ｒｉは入力インピーダンスＺｉのレジスタンス成分、Ｘｉは入力インピーダンスＺｉのリアクタンス成分である。
【０００８】
そして、この入力インピーダンスＺｉと高周波電源５１の出力インピーダンスＺｇとを整合させるように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスを可変させる。具体的には高周波電源５１の出力インピーダンスＺｇの公称値は、一般に５０Ωであるから、例えば入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜が所定の基準値Ｒの範囲内に入るように、または５０Ωを特性インピーダンスＺｃとした入力端５３ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜以下となるように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスが調整される。
【０００９】
【数１】
【００１０】
このような動作は整合動作と呼ばれており、整合動作が完了した時点では、インピーダンス整合器５３の入力端５３ａにおける反射電力が最小になる。すなわちプラズマプロセスチャンバー５２に最大の電力を供給することができる。
【００１１】
プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌは、プラズマの状況などに応じて変化するので、その変化に応じて入力側検出器６１による検出信号が変化し、それに応じて制御部６３が可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスを可変させることにより、整合状態が維持される。
【００１２】
なお、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、制御部６３によって駆動制御されるステッピングモータによって各々たとえば１００段階にキャパシタンスが可変できるようになっている。すなわち、インピーダンス整合器５３によって負荷インピーダンスＺｌを１００×１００＝１００００通りのインピーダンスに変換することができるようになっている。
【００１３】
ところで、プラズマプロセスチャンバー５２に入力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏは、プラズマプロセスの状態を知る上で特に重要である。
【００１４】
そこで、従来のインピーダンス整合器５３には、上記の整合動作とは関係しない出力側検出器６２がインダクタＬ１と出力端５３ｂとの間に設けられていた。
【００１５】
すなわち、出力側検出器６２は、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを検出し、検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏを制御部６３に入力する。制御部６３は、出力側検出器６２からの検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏに基づいて、下記数式２によりインピーダンス整合器５３の出力インピーダンスＺｏを演算し、検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏと出力インピーダンスＺｏもしくはプラズマプロセスチェンバー５２のインピーダンスＺｌとを外部のディスプレイあるいはプリンタなどに出力する。ただし、数式２において、Ｒｏは出力インピーダンスＺｏのレジスタンス成分、Ｘｏは出力インピーダンスＺｏのリアクタンス成分である。
【００１６】
【数２】
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のインピーダンス整合器５３では、出力側検出器６２が設けられていたので、製作コストが高価であり、しかも出力側検出器６２の検出精度を十分に高くできないという課題があった。
【００１８】
すなわち、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂは、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌに依存して高電圧が発生したり大電流が流れるため、出力側検出器６２が大型化するとともに高耐圧が要求され、高価になる。
【００１９】
また、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌが変化したときに、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂにおける無線周波電圧Ｖｏおよび無線周波電流Ｉｏのレベルが大きく変化するため、出力側検出器６２の検出精度が低下し、結果として得られる出力インピーダンスＺｏの精度が低下する。この問題は、出力側検出器６２の検出レンジを十分に広くかつ高精度にすることができれば、ある程度解消可能である。しかし、これを実現するためには極めて大型でかつ高価な出力側検出器６２を製作する必要があり、インピーダンス整合器５３の容積と製造コストの大部分を出力側検出器６２が占めてしまう結果となって、あまりにも非現実的である。出力側検出器６２はインピーダンス整合器５３の整合動作に寄与しないことを考慮すると、インピーダンス整合器５３から出力側検出器６２を除いてインピーダンス整合器５３の小型化および低コスト化が特に要望されるのである。
【００２０】
なお、入力側検出器６１による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉから制御部６３により演算された入力インピーダンスＺｉと、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２およびインダクタＬ１のインダクタンスＬ１と、高周波電源５１からの無線周波電力の角周波数ωとを用いて、下記数式３により制御部６３で出力インピーダンスＺｏを演算することも理論上は考えられる。
【００２１】
【数３】
【００２２】
しかしこの場合、インピーダンス整合器５３内部のリアクタンス成分は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２およびインダクタＬ１以外に、これらの部品とケースとの間の浮遊容量や、これらの部品同士を接続するための銅板あるいは導波管などの部品のインダタグンス成分が存在するため、出力インピーダンスＺｏを正確に演算することは困難であり、精度が低い。
【００２３】
【発明の開示】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、製造コストが安価でしかも出力端の電気的特性を高精度に解析できるインピーダンス整合器、およびその出力端特性解析方法、ならびに出力端特性解析システムを提供することを、その課題とする。
【００２４】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２５】
本発明の第１の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器の出力端特性解析方法であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得しておくデータ取得ステップと、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析ステップと、を有することを特徴とするインピーダンス整合器の出力解析方法が提供される（請求項１）。
【００２６】
なお、前記データ取得ステップは、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続する前に、前記入力端に前記高周波電源の出力インピーダンスと等価なインピーダンスを有する抵抗器を接続するとともに、前記出力端から前記抵抗器側を見たインピーダンスを測定する機器を出力端に接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得するとよい（請求項２）。また、前記データ取得ステップは、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の入力端に、前記高周波電源を電力計を介して接続するとともに、前記インピーダンス整合器の出力端に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むダミーロードを接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を予め定めた値に設定する第１ステップと、前記電力計で測定される反射波電力が最小または基準値以下になるように、前記ダミーロードの前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する第２ステップと、前記インピーダンス整合器の出力端と前記ダミーロードとの接続を切り離した後に、前記ダミーロードの入力端にダミーロードのインピーダンスを測定する機器を接続した状態で、前記ダミーロードのインピーダンスを測定することによって、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスと共役なインピーダンスを測定する第３ステップと、前記第１ステップから第３ステップからなる一連のステップにおいて、前記第１ステップにおける前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を順次変更していきながら、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを取得する第４ステップとで構成してもよい（請求項３）。また、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得すると良い（請求項４）。
【００２７】
あるいは、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値のうちの一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスを算出することにより取得してもよい（請求項５）。さらに、予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、解析されるようにしてもよい（請求項６）。この場合、前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスを算出するとよい（請求項７）。
【００２８】
また、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１を含むとよい（請求項８）。
【００２９】
この明細書において、「解析」とは、目的の情報の絶対的あるいは相対的な数値を、与えられた各種の情報に検索や演算などの各種の処理を施すことにより得ることをいう。
【００３０】
この明細書において、「可変リアクタンス素子のリアクタンス情報」とは、可変リアクタンス素子のリアクタンス値の他、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を可変させるための各種モータの位置情報など、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を直接あるいは間接に特定可能な情報をいう。
【００３１】
この明細書において、「インピーダンス整合器の出力インピーダンスに関する情報」とは、インピーダンス整合器の出力インピーダンス値の他、インピーダンス整合器の出力端から負荷側を見たインピーダンス値など、インピーダンス整合器の出力インピーダンス値を直接あるいは間接に特定可能な情報をいう。
【００３２】
本発明の第２の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記記憶部の記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えたことを特徴とする、インピーダンス整合器が提供される（請求項９）。
【００３３】
本発明の第３の側面によれば、入力端と出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、高周波電源が接続される入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続する前に、前記出力端と負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを入力する入力部と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記入力部から入力されるデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えたことを特徴とするインピーダンス整合器が提供される（請求項１０）。
【００３４】
なお、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得すると良い（請求項１１）。
【００３５】
あるいは、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値のうちの一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスを算出することにより取得してもよい（請求項１２）。さらに、予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、前記取得済のデータを用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を算出する補間演算部をさらに備え、前記解析部は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析するようにしてもよい（請求項１３）。この場合、前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスを算出するとよい（請求項１４）。
【００３６】
好ましい実施の形態によれば、請求項９ないし１４のいずれかに記載のインピーダンス整合器において、前記解析部で解析されたインピーダンス整合器の出力端における電気的特性を外部に出力する出力部をさらに備えるとよい（請求項１５）。また、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１を含むとよい（請求項１６）。
【００３７】
本発明の第４の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と、負荷が接続される出力端と、前記入力端と出力端との間に設けられ、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるための少なくとも１の可変リアクタンス素子と、前記高周波電源から前記入力端に入力される高周波電力の少なくとも電圧および電流を検出する入力側検出器と、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるべく、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて、前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する制御部と、前記制御部により調整された前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値に関する情報を外部に出力する出力部とを備えたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の出力端と負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続した状態における前記インピーダンス整合器の出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記インピーダンス整合器の出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されたときに、前記インピーダンス整合器の出力部から出力されるリアクタンス値に関する情報を入力する入力部と、前記入力部から入力されるリアクタンス値に関する情報と前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えた出力端特性解析器とからなることを特徴とする、インピーダンス整合器の出力端特性解析システムが提供される（請求項１７）。
【００３８】
好ましい実施の形態によれば、請求項１７に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムにおいて、前記解析器は、前記解析部で解析された結果をモニタ出力する出力部をさらに備えるとよい（請求項１８）。
【００３９】
本発明によれば、インピーダンス整合器の入力端に高周波電源を接続するとともに、出力端に負荷を接続し、高周波電源から高周波電力が出力されると、入力端に入力される高周波電力の少なくとも電圧および電流が検出され、この検出情報に基づいて可変リアクタンス素子のリアクタンス値が高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるように調整される。そして、その調整されたリアクタンス値に関する情報と記憶部に記憶されたデータとに基づいて、インピーダンス整合器の出力端における電気的特性（インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流および当該電圧と電流との位相差、負荷のインピーダンスなどの電気的特性）が解析される。そして、その解析結果は外部にモニタ出力される。これにより従来のインピーダンス整合器の出力端の電気的特性を検出するための出力側検出器が削減可能になり、製造コストが安価でしかも出力端の電気的特性を高精度に解析できるインピーダンス整合器、およびその出力端特性解析方法、ならびに出力端特性解析システムを実現することができる。
【００４０】
本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。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本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。
【００４２】
図１は、本発明に係るインピーダンス整合器の回路ブロック図の一例である。このインピーダンス整合器１は、入力側検出器２、制御部３、インダクタＬ２、および可変リアクタンス素子としての可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を備えている。
【００４３】
制御部３は、マイクロコンピュータを主要構成要素としており、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、入出力インターフェイス回路１４、およびＥＥＰＲＯＭ１５を備えている。これらＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、入出力インターフェイス回路１４、およびＥＥＰＲＯＭ１５は、相互にバス接続されている。
【００４４】
インピーダンス整合器１は、高周波電源のインピーダンスＺｇとプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌとを整合させる。またインピーダンス整合器１は、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌやプラズマプロセスチャンバーに供給される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどをモニタ出力する。
【００４５】
入力側検出器２は、高周波電源から入力端１ａに入力される無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉを検出し、検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを制御部３に入力する。
【００４６】
制御部３は、入力側検出器２の検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいてインピーダンス整合器１の入力インピーダンスＺｉを演算し、例えば入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜が所定の基準値Ｒ（例えば５０±５Ω）の範囲内に入るように、または５０Ωを特性インピーダンスＺｃとした入力端１ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜（例えば０．２等）以下となるように、あるいは入力端１ａにおける定在波比ρ＝（１＋｜Γｉ｜）／（１−｜Γｉ｜）が所定の閾値ρｒ（例えば１．１等）以下となるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を制御する。さらに制御部３は、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶されているデータ（可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と高周波電源から高周波電力を供給しているときのインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとの関係を示すデータ。このデータについては後述する。）と、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とから、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの電気的特性を演算し、演算結果をインピーダンス整合器１の外部に出力する。
【００４７】
ＣＰＵ（central processing unit ）１１は、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムに基づいて動作し、制御部３の全体を制御する。
【００４８】
ＲＯＭ（read only memory）１２は、ＣＰＵ１１を動作させるためのプログラムや、このプログラムを実行する際に必要な固定のデータなどを記憶している。
【００４９】
ＲＡＭ（random access memory）１３は、ＣＰＵ１１にワークエリアを提供し、前記プログラムの実行によって生成される各種のデータを一時記憶する。
【００５０】
入出力インターフェイス回路１４は、ＣＰＵ１１に対するデータの入出力を制御する。ＣＰＵ１１は、高周波電源と負荷であるプラズマプロセスチャンバーとのインピーダンスマッチングを取るために、入出力インターフェイス回路１４を介して可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４に制御信号を出力する。可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４は、この制御信号に基づいて対向電極の面積を変化させ、キャパシタンスＣ３，Ｃ４を所定の制御値に設定する。本実施形態では、可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ4のキャパシタンスは、それぞれ１００段階にステップ状に可変になっている。可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ４にはキャパシタンス変更用の駆動部材としてステッピングモータが設けられ、ＣＰＵ１１はそのステッピングモータの回転量を制御することにより、可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を変更する。また、ＣＰＵ１１は、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける電気的特性の解析結果であるプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを入出力インターフェイス回路１４を介して外部のモニタ装置（図略）に出力する。
【００５１】
ＥＥＰＲＯＭ１５は、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に基づいて、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを演算するのに必要なデータ（高周波電源をインピーダンス整合器１に接続した状態における可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の各調整位置でのインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏのデータ。以下、出力インピーダンス算出用データという。）を格納するものである。なお、出力インピーダンス算出用データは、ＥＥＰＲＯＭ15に代えてフラッシュメモリなどの他の不揮発性メモリに記憶させるようにしてもよい。
【００５２】
従って、ＥＥＰＲＯＭ１５は、本発明に係るインピーダンス整合器での記憶部として機能するものであり、制御部３は、本発明に係るインピーダンス整合器での制御部と解析部として機能するものであり、インターフェイス回路１４は本発明に係るインピーダンス整合器での入力部と出力部として機能するものである。
【００５３】
図２は、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第１の実施形態の構成を示す図である。
【００５４】
同図に示す測定回路は、インピーダンス整合器１の入力端１ａに抵抗器２１を接続し、出力端１ｂにインピーダンス測定器２２を接続し、制御部３の入出力インターフェイス回路１４にパーソナルコンピュータ２３を接続したものである。インピーダンス整合器１の入力端１ａに接続される抵抗器２１は、実際に接続される高周波電源の出力インピーダンス（公称値）や同軸ケーブルの特性インピーダンスに相当するもので、入力端１ａを抵抗器２１で終端することにより、等価的にインピーダンス整合器１の入力端１ａに高周波電源や同軸ケーブルを接続した状態とするものである。従って、高周波電源の出力インピーダンス（公称値）や同軸ケーブルの特性インピーダンスが例えば７５Ωなどの５０Ω以外の値であれば、抵抗器２１の抵抗値はその値に設定される。
【００５５】
この測定回路では、以下の手順で出力インピーダンス算出用データが取得される。
【００５６】
先ず、インピーダンス整合器１の入力端１ａに抵抗器２１を接続し、入力端１ａを例えば５０Ωで終端する。次に、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにインピーダンス測定器２２を接続し、制御部３により可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を順次変化させながら、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏを測定する。なお、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４は、上述したように多段階に調整可能になされており、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏは、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置をそれぞれ１段ずつ変化させながらインピーダンス測定器２２にて測定される。このとき測定するデータは、Ｚｏ＝Ｒｏ＋ｊＸｏであるが、Ｚｏ＝｜Ｚｏ｜，θｏの形式であってもよい。この場合、Ｒｏ＝｜Ｚｏ｜・ｃｏｓ（θｏ）、Ｘｏ＝｜Ｚｏ｜・ｓｉｎ（θｏ）という式を用いて抵抗分Ｒｏとリアクタンス分Ｘｏとに変換することができる。
【００５７】
データの収集数は、最大で、インピーダンス整合器１に設けられた可変リアクタンス素子、すなわち可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整範囲の全組み合わせ数になる。本実施形態では、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の各可変数が１００個であるから、１万組（１００×１００組）のデータが取得される。
【００５８】
このようなデータの収集には、パーソナルコンピュータ２３を利用し、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と出力インピーダンスＺｏとを１組とする多数組のデータを制御部３のＥＥＰＲＯＭ１５に順次格納する。もちろん、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させるためのステッピングモータの位置情報をＥＥＰＲＯＭ１５に記憶させてもよい。もちろん、ステッピングモータに代えてサーボモータなどを使用する場合、そのサーボモータなどの位置情報をＥＥＰＲＯＭ１５記憶させてもよい。
【００５９】
かくしてＥＥＰＲＯＭ１５には、図３に示すようなデータが格納される。もちろん、実際には１万組のデータが格納されるのであるが、理解を容易にするために、図３では可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４がそれぞれ６段階に変化する例について図示している。なお、図３において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の欄の０〜５の数字は、各可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４に設けられた６段階の調整位置に割り当てられた番号である。各調整位置に対してキャパシタンスＣ３，Ｃ４が既知であれば、上述のようにその値をテーブルのデータに用いても良い。
【００６０】
従って、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４やそれらに代わるステッピングモータやサーボモータなどの位置情報などは、本発明に係る「可変リアクタンス素子の可変値に対する出力端におけるインピーダンスに関する情報」の「インピーダンスに関する情報」に相当するものである。
【００６１】
図４は、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第２の実施形態の構成を示す図である。
【００６２】
同図に示す測定回路は、図２に示す測定回路において、インピーダンス整合器の入力端１ａに抵抗器２１に代えて高周波電源３１を電力計２４を介して接続し、インピーダンス整合器の出力端１ｂにスイッチ２５を介設し、このスイッチ２５にダミーロード２６とインピーダンス測定器２２を接続したものである。電力計２４の測定データはパーソナルコンピュータ２３に入力され、高周波電源３１の出力はパーソナルコンピュータ２３で制御される。スイッチ２５は、ダミーロード２６の接続をインピーダンス整合器１の出力端１ｂとインピーダンス測定器の入力端とに切り換えるもので、その切換えはパーソナルコンピュータ２３で制御される。
【００６３】
ダミーロード２６は、プラズマプロセスチャンバーの負荷インピーダンスに相当するものである。ダミーロード２６は、インダクタＬ３と可変リアクタンス素子である可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６をＴ型接続したもので、可変キャパシタＶＣ６の終端は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、測定系の特性インピーダンスが５０Ωであるからである。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６は、パーソナルコンピュータ２３により制御されるようになっている。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６も可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４と同様にステップ状に変化可能で、例えば１００段階に調整することができるようになっている。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を変化させることで、プラズマプロセスチャンバーの負荷インピーダンスを擬似的に生成することができるようになっている。
【００６４】
この測定回路では、以下の手順で出力インピーダンス算出用データ取得される。
【００６５】
まず、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにダミーロード２６が接続されるように、スイッチ２５が設定される。次に、インピーダンス整合器１内の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４が１番目の組み合わせの値に設定される。キャパシタンスＣ３，Ｃ４がステップ状に可変される可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置に順番に０，１，２，…を付し、初期位置を「０番」とすると、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置が初期位置（０，０）に設定される。同様に、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置にも順番に０，１，２，…を付し、初期位置を「０番」とすると、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置も初期位置（０，０）に設定される。
【００６６】
次に、高周波電源３１から所定の高周波電力が出力される。この高周波電力の入力端１ａにおける反射電力は、電力計２４で測定され、その測定結果はパーソナルコンピュータ２３に入力される。パーソナルコンピュータ２３は、電力計２４で測定される反射電力をモニタしながら、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を変化させ、その反射電力が最小となるように可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を調整する。すなわち、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を初期調整位置のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に設定したとき、このインピーダンス整合器１で高周波電源３１に整合される負荷インピーダンスにダミーロード２６のインピーダンスが調整される。
【００６７】
可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６の全ての組み合わせのスキャンが、例えば可変キャパシタＶＣ５を初期位置（初段の位置）に設定した状態で、可変キャパシタＶＣ６を初期位置から順番に１段ずつ変化させていき、全段数の変化が終了すると、可変キャパシタＶＣ５を２段目の位置に変化させて、同じように可変キャパシタＶＣ６を初期位置から順番に１段ずつ変化させていき、以下、同様の方法を繰り返して変化させて実行されるとすると、パーソナルコンピュータ２３は、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置を（０，０），（０，１），（０，２），…（１００，９９），（１００，１００）の順にスキャンして入力端１ａの反射電力が最小となる可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置（ｈ，ｋ）を検出し、その後、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置を（ｈ，ｋ）に設定する。
【００６８】
なお、反射電力が予め設定された所定の基準反射電力値以下になる調整位置（ｈ’，ｋ’）が見つかると、その時点で可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置のスキャンを停止し、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６を調整位置（ｈ’，ｋ’）に設定するようにしても良い。この方法では、常に全ての調整位置をスキャンすることがないので、ダミーロード２６のインピーダンス調整を迅速に行うことができる利点がある。
【００６９】
ダミーロード２６のインピーダンス調整が終了すると、高周波電源３１からの高周波電力の出力が停止され、インピーダンス測定器２２の入力端にダミーロード２６が接続されるように、スイッチ２５が切り換えられる。そして、インピーダンス測定器２２によりダミーロード２６のインピーダンスが測定され、その測定結果がパーソナルコンピュータ２３に入力される。パーソナルコンピュータ２３では、そのダミーロード２６のインピーダンス測定値が、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置において整合する負荷インピーダンスとして記録される。これは、図３において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置（ｈ”，ｋ”）＝（０，０）におけるインピーダンス値に相当するものである。尤も、図３に示すインピーダンス値は、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ（出力端１ｂから高周波電源側を見たインピーダンス）であったが、図４に示す測定回路では、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌに相当する負荷インピーダンスが測定されるので、正確には図３に示すインピーダンス値と共役なインピーダンス値に相当するものである。従って、インピーダンス測定器２２での測定値の共役インピーダンスをテーブルに用いれば、図３のテーブルと同一の特性データとすることができる。
【００７０】
図４に示す測定回路では、上述した手順を繰り返してインピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を各調整位置において整合するダミーロード２６のインピーダンス値を測定し、その測定結果が図３に示すテーブルと同様の形式で、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を調整位置もしくは調整キャパシタンスＣ３，Ｃ４に対応付けられて記録される。
【００７１】
図５は、実際の使用時におけるインピーダンス整合器１の接続状態を説明する説明図である。
【００７２】
インピーダンス整合器１の入力端１ａには、高周波電源３１が接続される。インピーダンス整合器１の出力端１ｂには、プラズマプロセスチャンバー３２が接続される。
【００７３】
次にインピーダンス整合器１の動作を説明する。
【００７４】
先ずインピーダンス整合器１が、整合動作を行なう。この整合動作は、図１８に示す従来のインピーダンス整合器５３による整合動作と同様である。すなわち入力側検出器２が、インピーダンス整合器１の入力端１ａに入力される高周波電源３１からの無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉとを検出し、検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを制御部３に入力する。これにより制御部３が、上記数式１を用いて入力インピーダンスＺｉを演算し、この入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜＝√（｜Ｒｉ｜2＋｜Ｘｉ｜2）が所定の基準値Ｒの範囲（例えば５０±５Ω）内となるように、あるいは入力端１ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）（Ｚｃは特性インピーダンス）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜（例えば０．２等）以下となるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させる。
【００７５】
なお、入力インピーダンスＺｉの高周波電源３１の出力インピーダンス（公称値）もしくは同軸ケーブルの特性インピーダンスＺｃに対する定在波比ρが所定の範囲内（例えば１．１以下など）になるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させてもよい。定在波比ρは、高周波電源３１の出力インピーダンス（公称値）もしくは同軸ケーブルの特性インピーダンスＺｃをＲ０Ωとすると、入力端１ａでの反射係数ΓｉはΓｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）＝（Ｚｉ−Ｒ０）／（Ｚｉ＋Ｒ０）＝[（Ｒｉ−Ｒ０）＋ｊＸｉ]／[（Ｒｉ＋Ｒ０）＋ｊＸｉ]で算出され、この反射係数Γｉからρ＝（１＋｜Γｉ｜）／（１−｜Γｉ｜）の式により算出される。
【００７６】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、ＥＥＰＲＯＭ１５に格納されているデータを検索し、整合動作を完了した時点における可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスに対応する出力インピーダンスＺｏを読み出す。例えば図３の例において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置がそれぞれ「１」と「５」であった場合、「２１−ｊ２５」が出力インピーダンスＺｏとして読み出される。
【００７７】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、出力インピーダンスＺｏと互いに共役関係にあるインピーダンスを、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌとして演算する。上記の例では、Ｚｏ＝２１−ｊ２５であるから、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌは２１＋ｊ２５となる。もちろん、出力インピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）に代えて、出力インピーダンスＺｏと互いに共役関係にあるインピーダンス、すなわち、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）を予めＥＥＰＲＯＭ１５に格納しておいてもよい。
【００７８】
さらに、制御部３のＣＰＵ１１が、演算したプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌと入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとを用いて、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧と無線周波電流との位相差θｏを演算する。以下、この演算の手順を説明する。
【００７９】
先ず制御部３のＣＰＵ１１が、入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを用いて、インピーダンス整合器１の入力端１ａにおける無線周波電力Ｐｉ＝（Ｖｉ・Ｉｉ）ｃｏｓ（θｉ）を演算する。このＰｉは、インピーダンス整合器１の内部損失を無視すると、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電力Ｐｏとして用いることができる。
【００８０】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、無線周波電力Ｐｏ（＝Ｐｉ）とプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）とを用いて、下記数式４により無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧と無線周波電流との位相差θｏを演算する。
【００８１】
【数４】
【００８２】
すなわち、無線周波電力Ｐｏおよび出力インピーダンスＺｏと、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏとの間には、下記数式５が成立することが知られている。この数式５を解くことにより、上記数式４が得られる。
【００８３】
【数５】
【００８４】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、演算したプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）と、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏとを、インピーダンス整合器１の外部のディスプレイやプリンタなどに出力する。もちろん、アナログ信号の形式で波形表示機能を有する外部の各種装置に出力してもよいし、シリアル通信などにより外部の情報処理装置などに出力してもよい。
【００８５】
このように、インピーダンス整合器１に出力側検出器を設けることなく、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌやインピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの出力端１ｂにおける電気的特性を出力できるので、インピーダンス整合器１の製造コストを良好に低減できると同時に、インピーダンス整合器１の小型化を図ることができる。
【００８６】
したがって、プラズマプロセスチャンバー３２における異常電圧の発生などの異常検出を精度良く行なうことができる。さらには、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌや、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、あるいは無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを一定の値に保つべく、プラズマプロセスチャンバー３２に供給される無線周波電力、ガス流量、ガス圧力などのプロセスパラメータを制御することにより、プラズマプロセスチャンバー３２におけるプラズマプロセスが良好に安定化し、再現性の良いプラズマプロセスを確保できる可能性がある。
【００８７】
また、インピーダンス測定器２２を用いて取得したデータは、図６に示すように、インピーダンス整合器１によるプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌの調整範囲の限界を表すデータとしても利用できる。すなわち、図６における黒丸印がインピーダンス測定器２２による測定点であり、この測定点の分布範囲（図６ではｒ，ｘはそれぞれ０〜０．５の範囲となっている）が、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させることによる、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏの可変範囲である。
【００８８】
図７は、上記実施形態における制御部３の機能ブロック図である。すなわち、上記実施形態における制御部３は、機能の観点からは、マッチング制御部３３、記憶部３４、解析部３５、演算部３５ａ、および出力部３６を備えている。マッチング制御部３３は、入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させることにより、高周波電源３１のインピーダンスＺｇとプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌとを整合させる。記憶部３４は、予め測定された、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌとの関係を記憶する。もちろん、この場合のキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。解析部３５は、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、そのときの可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と記憶部３４の記憶内容とに基づいて、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを解析する。演算部３５ａは、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとに基づいて、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算する。出力部３６は、解析部３５による負荷インピーダンスＺｌの解析結果と演算部３５ａによるプラズマプロセスチャンバー３２への出力電力の演算結果とを外部に出力する。マッチング制御部３３、解析部３５、および演算部３５ａは、ＣＰＵ１１により実現される。出力部３６は、入出力インターフェイス回路１４により実現される。記憶部３４は、ＥＥＰＲＯＭ１５により実現される。なお、演算部３５ａを設けずに、解析部３５による解析結果だけを出力部３６から出力するように構成してもよい。
【００８９】
図８は、他の実施形態における制御部３の機能ブロック図である。同図に示すブロック構成図は、予め取得した出力インピーダンス算出用データをインピーダンス整合器１が保持せず、電気的特性を解析する際に外部から入力させるようにしたものである。すなわち、予め取得した出力インピーダンス算出用データは外部接続されるパーソナルコンピュータ２３が保持しており、解析部３７が、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、パーソナルコンピュータ２３から可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と出力インピーダンスＺｏとの関係を示すデータ（出力インピーダンス算出用データ）を入力し、そのデータと整合動作完了時の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とに基づいて、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを解析するように構成したものである。
【００９０】
なお、同図には図示していないが、この実施形態ではインピーダンス整合器１に入出力インターフェイス回路１４を介してパーソナルコンピュータ２３が外部接続され、この入出力インターフェイス回路１４を介して通信によりパーソナルコンピュータ２３から出力インピーダンス算出用データがインピーダンス整合器１に入力される。また、この実施形態においても、予め測定されてパーソナルコンピュータ２３から供給されるキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスに代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。演算部３７ａの動作は、図７の演算部３５ａと同様である。この場合、パーソナルコンピュータ２３が出力インピーダンス算出用データを記憶しているので、記憶部３４は不要であり、ＥＥＰＲＯＭ１５を設ける必要がない。なお、解析部３７および演算部３７ａは、ＣＰＵ１１により実現される。また、演算部３７ａを設けずに、解析部３７による解析結果だけを出力部３６から出力するように構成してもよい。
【００９１】
図９は、本発明のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムの一例を示す機能ブロック図である。すなわち、図９のように、制御部３の出力部３８が、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、そのときの可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとをパーソナルコンピュータ２３に出力するように構成してもよい。この場合、パーソナルコンピュータ２３が、本発明に係るインピーダンス整合器の出力端特性解析システムにおける出力端特性解析器として機能している。パーソナルコンピュータ２３は出力インピーダンス算出用データを記憶しており、かつ目的のデータを解析および演算するので、記憶部３４、解析部３５、および演算部３５ａは不要である。すなわちパーソナルコンピュータ２３は、予め測定された、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとの関係（出力インピーダンス算出用データ）を記憶する記憶部４１と、インピーダンス整合器１の出力部３８から出力される可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と記憶部４１の記憶内容とに基づいて出力インピーダンスＺｏを解析する解析部４２と、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとに基づいて、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算する演算部４３とを実現している。もちろん、記憶部４１に記憶されているキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。この場合、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏあるいはプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの出力端１ｂにおける電気的特性の情報を、パーソナルコンピュータ２３のディスプレイの表示画面に、波形図やディジタル数値などの各種の形式で表示できる。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、出力インピーダンス算出用データを取得する際、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の全ての調整位置について、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを測定するようにしていたが、この方法は、高精度のデータが得られる反面、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整数が多くなると、測定回数が膨大になり、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定時間が長時間になるとともに、データ記録用のメモリ容量も増大するという問題が生じる。
【００９３】
そこで、かかる問題を軽減するため、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の一部の調整位置についてのみインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを測定し、他の調整位置は、測定データを用いて補間演算により補間すると良い。この場合、データ取得時に測定と補間演算とにより可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の全ての可変値に対するインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを取得するようにしてもよく、図７または図８のブロック構成図において、インピーダンス測定器１に補間演算部を追加し、データ取得時には測定により可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の一部の可変値に対してだけインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを取得するようにし、解析部３５，３７による電気的特性の解析時に、測定により取得されていない可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の可変値に対するインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを補間演算部で算出するようにしても良い。前者の場合はデータ取得のための測定時間を低減することができる効果があるが、後者の場合は、その効果に加えて取得データを記憶するメモリの容量を低減できる効果がある。
【００９４】
図１０は、補間演算の方法を説明するための図である。同図に示す補間演算は、比例計算によりデータを補間するものである。
【００９５】
同図において、横軸は可変キャパシタＶＣ３の調整位置であり、縦軸は可変キャパシタＶＣ４の調整位置である。また、黒丸の調整位置Ｐ１〜Ｐ４はインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌが測定された点であり、白丸の調整位置Ｐ５は、出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを補間すべき点である。
【００９６】
調整位置Ｐ５の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌの抵抗分Ｒ５は、以下の手順により比例計算によって補間される。すなわち、点Ｐ１と点Ｐ５とを結ぶ直線Ｍと、点Ｐ２と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｎの交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６を点Ｐ２の抵抗分Ｒ２（測定値）と点Ｐ３の抵抗分Ｒ３（測定値）を用いて比例計算により算出し、交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６と点Ｐ１の抵抗分Ｒ１（測定値）を用いて比例計算により補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出する。
【００９７】
図１１は、測定値である抵抗分Ｒ１〜Ｒ３と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。同図において、高さ方向は、抵抗分のレベルを示している。
【００９８】
同図に示すように、点Ｐ２と点Ｐ３間の距離に対する点Ｐ２と点Ｐ６間の距離の比率をｍ（＜１）とし、点Ｐ１と点Ｐ６間の距離に対する点Ｐ１と点Ｐ５間の距離の比率をｎ（＜１）とすると、点Ｐ６の抵抗分Ｒ６は、Ｒ６＝Ｒ２＋ｍ・（Ｒ３−Ｒ２）で算出され、点Ｐ５の抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝Ｒ１＋ｎ・（Ｒ６−Ｒ１）で算出される。従って、両式から、点Ｐの抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝（１−ｎ）・Ｒ１＋ｎ・（１−ｍ）・Ｒ２＋ｎ・ｍ・Ｒ３で算出される。図１０，図１１の例では、ｍ＝４／１０＝０．４、ｎ＝５／１０＝０．５、Ｒ１＝２０、Ｒ２＝５０、Ｒ３＝１００であるから、補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝（１−０．５）・２０＋０．５・０．６・５０＋０．５・０．４・１００＝４５となる。
【００９９】
なお、図１０の例では、補間すべき点Ｐ５が点Ｐ１〜点Ｐ４で囲まれる四角形内の点Ｐ１〜点Ｐ３で囲まれる三角形の領域に含まれるので、点Ｐ１〜点Ｐ３の測定値Ｒ１〜Ｒ３を用いて点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出したが、補間すべき点Ｐ５が点Ｐ１〜点Ｐ４で囲まれる四角形内の点Ｐ１，点Ｐ３，点Ｐ４で囲まれる三角形の領域に含まれる場合は、図１２に示すように、点Ｐ１，点Ｐ３，点Ｐ４の測定値Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４を用いて点Ｐ５の抵抗分Ｒ５が算出される。
【０１００】
また、図１０の例では、補間すべき点Ｐ５は正方形もしくは長方形に配置された測定点Ｐ１〜Ｐ４の内部に位置していたが、図１３に示すように、補間すべき点Ｐ５が平行四辺形に配置された測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ７，Ｐ８の内部に位置する場合でも、上述した方法と同様の考え方で交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６を算出し、この抵抗分Ｒ６と抵抗分Ｒ１（測定値）とを用いて比例計算により補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出することができる。
【０１０１】
上記説明では、抵抗分Ｒ５について説明したが、同様の方法で、点Ｐ５のリアクタンス分Ｘ５も補間することができる。
【０１０２】
なお、上記各実施形態においては、可変リアクタンス素子として可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を用いたが、図１４〜図１７に示すように、可変キャパシタＶＣに代えて可変インダクタＶＬを用いてもよく、それらの回路構成もＴ型、π型など、自由に採用できる。さらには、可変リアクタンス素子の設置個数も２個に限定されるものではなく、１個もしくは３個以上の任意の個数にすることができる。
【０１０３】
また、上記各実施形態においては、インピーダンス整合器１の内部損失が無いものと仮定してインピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算したが、インピーダンス整合器１の内部損失を演算するためのプログラムを採用してもよい。このようにすれば、より一層高い精度で無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどをモニタできる。
【０１０４】
また、インピーダンス整合器１内部の各素子の抵抗分を予め測定しておき、出力端１ｂにおける無線周波電流Ｉｏからインピーダンス整合器１の内部損失を推定するように構成してもよい。この場合、出力端１ｂにおける無線周波電力Ｐｏは、入力端１ａにおける無線周波電力Ｐｉとインピーダンス整合器１の内部損失との差となる。このようにすれば、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの精度はより一層高くなる。
【０１０５】
また、上記各実施形態においては、高周波電源３１やプラズマプロセスチャンバー３２とインピーダンス整合器１との間の伝送路のインピーダンスを無視したが、これらを予め測定しておき、補正データとして採用してもよい。このようにすれば、モニタの精度がより一層向上し、たとえばプラズマプロセスチャンバー３２の電極に印加される無線周波電圧などを精度良く測定できる。
【０１０６】
また、上記各実施形態においては、入力側検出器２によりＶｉ，Ｉｉ，θｉの全てを検出したが、入力側検出器２によりＶｉ，Ｉｉを検出し、このＶｉ，Ｉｉを用いて制御部３によりθｉを演算するように構成してもよい。
【０１０７】
また、上記各実施形態においては、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを直接モニタするように構成したが、これと共役関係にあるインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏをモニタするように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインピーダンス整合器の回路ブロック図の一例である。
【図２】出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図３】ＥＥＰＲＯＭに格納されるデータの説明図である。
【図４】出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図５】実際の使用時におけるインピーダンス整合器の接続状態を説明する説明図である。
【図６】インピーダンス整合器によるプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスの調整範囲の限界を表す説明図である。
【図７】制御部の機能ブロック図である。
【図８】他の実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図９】本発明のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図１０】補間演算の方法を説明するための図である。
【図１１】測定値である抵抗分Ｒ１〜Ｒ３と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。
【図１２】測定値である抵抗分Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。
【図１３】補間演算の方法の変形例を説明するための図である。
【図１４】他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１５】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１６】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１７】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１８】従来のインピーダンス整合器の実際の使用時における接続状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ インピーダンス整合器
１ａ 入力端
１ｂ 出力端
２ 入力側検出器
３ 制御部（解析部，補間演算部）
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 入出力インターフェイス回路（入力部，出力部）
１５ ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
２１ 抵抗器
２２ インピーダンス測定器
２３ パーソナルコンピュータ（出力端特性解析器）
２４ 電力計
２５ スイッチ
２６ ダミーロード
３１ 高周波電源
３２ プラズマプロセスチャンバー（負荷）
３５，３７，４２ 解析部
３５ａ，３７ａ，４３ 演算部
３６，３８ 出力部
ＶＣ３ 可変キャパシタ（可変リアクタンス素子）
ＶＣ４ 可変キャパシタ（可変リアクタンス素子）
Ｌ２ インダクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源と負荷との間に介装されて高周波電源のインピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合器、およびその出力端の電気的特性を解析するインピーダンス整合器の出力端特性解析方法、ならびにインピーダンス整合器の出力端特性解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体やフラットパネルディスプレイなどを製造する際のプロセスのうち最も重要なプロセスの一つとして、プラズマプロセスがある。
【０００３】
このプラズマプロセスに用いるプラズマプロセスチャンバーには、プラズマを生成するためのエネルギー源として電極に直流電圧やマイクロ波電圧を印加するタイプのものも一部には存在するが、多くのプラズマプロセスチャンバーでは１００ｋＨｚ〜３００ＭＨｚの無線周波帯域の高周波電圧を電極に印加する。
【０００４】
このように無線周波帯域の高周波電圧を用いるプラズマプロセスチャンバーにおいては、高周波電源のインピーダンスと負荷としてのプラズマプロセスチャンバーのインピーダンス（以下、負荷インピーダンスという。）とを整合させることにより、プラズマプロセスチャンバーから高周波電源への反射電力を最小にしてプラズマプロセスチャンバーへの供給電力を最大にするために、図１８に示すように、高周波電源５１とプラズマプロセスチャンバー５２との間にインピーダンス整合器５３が介装される。
【０００５】
図１８に示すインピーダンス整合器５３には、入力側検出器６１、出力側検出器６２、制御部６３、インダクタＬ１、および可変リアクタンス素子としての可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が設けられている。
【０００６】
インピーダンス整合器５３において、高周波電源５１からインピーダンス整合器５３の入力端５３ａに入力される無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉが、入力側検出器６１により検出される。この検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉは、制御部６３に入力される。
【０００７】
制御部６３は、マイクロコンピュータを備えており、入力側検出器６１からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、下記数式１によりインピーダンス整合器５３の入力インピーダンスＺｉ、すなわちインピーダンス整合器５３の入力端５３ａからプラズマプロセスチャンバー５２側を見たインピーダンスＺｉを演算する。ただし、数式１において、Ｒｉは入力インピーダンスＺｉのレジスタンス成分、Ｘｉは入力インピーダンスＺｉのリアクタンス成分である。
【０００８】
そして、この入力インピーダンスＺｉと高周波電源５１の出力インピーダンスＺｇとを整合させるように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスを可変させる。具体的には高周波電源５１の出力インピーダンスＺｇの公称値は、一般に５０Ωであるから、例えば入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜が所定の基準値Ｒの範囲内に入るように、または５０Ωを特性インピーダンスＺｃとした入力端５３ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜以下となるように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスが調整される。
【０００９】
【数１】
このような動作は整合動作と呼ばれており、整合動作が完了した時点では、インピーダンス整合器５３の入力端５３ａにおける反射電力が最小になる。すなわちプラズマプロセスチャンバー５２に最大の電力を供給することができる。
【００１１】
プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌは、プラズマの状況などに応じて変化するので、その変化に応じて入力側検出器６１による検出信号が変化し、それに応じて制御部６３が可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスを可変させることにより、整合状態が維持される。
【００１２】
なお、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、制御部６３によって駆動制御されるステッピングモータによって各々たとえば１００段階にキャパシタンスが可変できるようになっている。すなわち、インピーダンス整合器５３によって負荷インピーダンスＺｌを１００×１００＝１００００通りのインピーダンスに変換することができるようになっている。
【００１３】
ところで、プラズマプロセスチャンバー５２に入力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏは、プラズマプロセスの状態を知る上で特に重要である。
【００１４】
そこで、従来のインピーダンス整合器５３には、上記の整合動作とは関係しない出力側検出器６２がインダクタＬ１と出力端５３ｂとの間に設けられていた。
【００１５】
すなわち、出力側検出器６２は、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを検出し、検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏを制御部６３に入力する。制御部６３は、出力側検出器６２からの検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏに基づいて、下記数式２によりインピーダンス整合器５３の出力インピーダンスＺｏを演算し、検出結果Ｖｏ，Ｉｏ，θｏと出力インピーダンスＺｏもしくはプラズマプロセスチェンバー５２のインピーダンスＺｌとを外部のディスプレイあるいはプリンタなどに出力する。ただし、数式２において、Ｒｏは出力インピーダンスＺｏのレジスタンス成分、Ｘｏは出力インピーダンスＺｏのリアクタンス成分である。
【００１６】
【数２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のインピーダンス整合器５３では、出力側検出器６２が設けられていたので、製作コストが高価であり、しかも出力側検出器６２の検出精度を十分に高くできないという課題があった。
【００１８】
すなわち、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂは、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌに依存して高電圧が発生したり大電流が流れるため、出力側検出器６２が大型化するとともに高耐圧が要求され、高価になる。
【００１９】
また、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌが変化したときに、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂにおける無線周波電圧Ｖｏおよび無線周波電流Ｉｏのレベルが大きく変化するため、出力側検出器６２の検出精度が低下し、結果として得られる出力インピーダンスＺｏの精度が低下する。この問題は、出力側検出器６２の検出レンジを十分に広くかつ高精度にすることができれば、ある程度解消可能である。しかし、これを実現するためには極めて大型でかつ高価な出力側検出器６２を製作する必要があり、インピーダンス整合器５３の容積と製造コストの大部分を出力側検出器６２が占めてしまう結果となって、あまりにも非現実的である。出力側検出器６２はインピーダンス整合器５３の整合動作に寄与しないことを考慮すると、インピーダンス整合器５３から出力側検出器６２を除いてインピーダンス整合器５３の小型化および低コスト化が特に要望されるのである。
【００２０】
なお、入力側検出器６１による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉから制御部６３により演算された入力インピーダンスＺｉと、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２およびインダクタＬ１のインダクタンスＬ１と、高周波電源５１からの無線周波電力の角周波数ωとを用いて、下記数式３により制御部６３で出力インピーダンスＺｏを演算することも理論上は考えられる。
【００２１】
【数３】
しかしこの場合、インピーダンス整合器５３内部のリアクタンス成分は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２およびインダクタＬ１以外に、これらの部品とケースとの間の浮遊容量や、これらの部品同士を接続するための銅板あるいは導波管などの部品のインダタグンス成分が存在するため、出力インピーダンスＺｏを正確に演算することは困難であり、精度が低い。
【００２３】
【発明の開示】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、製造コストが安価でしかも出力端の電気的特性を高精度に解析できるインピーダンス整合器、およびその出力端特性解析方法、ならびに出力端特性解析システムを提供することを、その課題とする。
【００２４】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２５】
本発明の第１の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器の出力端特性解析方法であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得しておくデータ取得ステップと、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析ステップと、を有することを特徴とするインピーダンス整合器の出力解析方法が提供される（請求項１）。
【００２６】
なお、前記データ取得ステップは、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続する前に、前記入力端に前記高周波電源の出力インピーダンスと等価なインピーダンスを有する抵抗器を接続するとともに、前記出力端から前記抵抗器側を見たインピーダンスを測定する機器を出力端に接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得するとよい（請求項２）。また、前記データ取得ステップは、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の入力端に、前記高周波電源を電力計を介して接続するとともに、前記インピーダンス整合器の出力端に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むダミーロードを接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を予め定めた値に設定する第１ステップと、前記電力計で測定される反射波電力が最小または基準値以下になるように、前記ダミーロードの前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する第２ステップと、前記インピーダンス整合器の出力端と前記ダミーロードとの接続を切り離した後に、前記ダミーロードの入力端にダミーロードのインピーダンスを測定する機器を接続した状態で、前記ダミーロードのインピーダンスを測定することによって、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスと共役なインピーダンスを測定する第３ステップと、前記第１ステップから第３ステップからなる一連のステップにおいて、前記第１ステップにおける前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を順次変更していきながら、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを取得する第４ステップとで構成してもよい（請求項３）。また、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得すると良い（請求項４）。
【００２７】
あるいは、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値のうちの一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスを算出することにより取得してもよい（請求項５）。さらに、予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、解析されるようにしてもよい（請求項６）。この場合、前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスを算出するとよい（請求項７）。
【００２８】
また、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１を含むとよい（請求項８）。
【００２９】
この明細書において、「解析」とは、目的の情報の絶対的あるいは相対的な数値を、与えられた各種の情報に検索や演算などの各種の処理を施すことにより得ることをいう。
【００３０】
この明細書において、「可変リアクタンス素子のリアクタンス情報」とは、可変リアクタンス素子のリアクタンス値の他、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を可変させるための各種モータの位置情報など、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を直接あるいは間接に特定可能な情報をいう。
【００３１】
この明細書において、「インピーダンス整合器の出力インピーダンスに関する情報」とは、インピーダンス整合器の出力インピーダンス値の他、インピーダンス整合器の出力端から負荷側を見たインピーダンス値など、インピーダンス整合器の出力インピーダンス値を直接あるいは間接に特定可能な情報をいう。
【００３２】
本発明の第２の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記記憶部の記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えたことを特徴とする、インピーダンス整合器が提供される（請求項９）。
【００３３】
本発明の第３の側面によれば、入力端と出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、高周波電源が接続される入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続する前に、前記出力端と負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを入力する入力部と、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記入力部から入力されるデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えたことを特徴とするインピーダンス整合器が提供される（請求項１０）。
【００３４】
なお、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得すると良い（請求項１１）。
【００３５】
あるいは、前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値のうちの一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスを算出することにより取得してもよい（請求項１２）。さらに、予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、前記取得済のデータを用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を算出する補間演算部をさらに備え、前記解析部は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析するようにしてもよい（請求項１３）。この場合、前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスを算出するとよい（請求項１４）。
【００３６】
好ましい実施の形態によれば、請求項９ないし１４のいずれかに記載のインピーダンス整合器において、前記解析部で解析されたインピーダンス整合器の出力端における電気的特性を外部に出力する出力部をさらに備えるとよい（請求項１５）。また、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１を含むとよい（請求項１６）。
【００３７】
本発明の第４の側面によれば、高周波電源が接続される入力端と、負荷が接続される出力端と、前記入力端と出力端との間に設けられ、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるための少なくとも１の可変リアクタンス素子と、前記高周波電源から前記入力端に入力される高周波電力の少なくとも電圧および電流を検出する入力側検出器と、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるべく、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて、前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する制御部と、前記制御部により調整された前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値に関する情報を外部に出力する出力部とを備えたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の出力端と負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続した状態における前記インピーダンス整合器の出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記インピーダンス整合器の出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されたときに、前記インピーダンス整合器の出力部から出力されるリアクタンス値に関する情報を入力する入力部と、前記入力部から入力されるリアクタンス値に関する情報と前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えた出力端特性解析器とからなることを特徴とする、インピーダンス整合器の出力端特性解析システムが提供される（請求項１７）。
【００３８】
好ましい実施の形態によれば、請求項１７に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムにおいて、前記解析器は、前記解析部で解析された結果をモニタ出力する出力部をさらに備えるとよい（請求項１８）。
【００３９】
本発明によれば、インピーダンス整合器の入力端に高周波電源を接続するとともに、出力端に負荷を接続し、高周波電源から高周波電力が出力されると、入力端に入力される高周波電力の少なくとも電圧および電流が検出され、この検出情報に基づいて可変リアクタンス素子のリアクタンス値が高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるように調整される。そして、その調整されたリアクタンス値に関する情報と記憶部に記憶されたデータとに基づいて、インピーダンス整合器の出力端における電気的特性（インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流および当該電圧と電流との位相差、負荷のインピーダンスなどの電気的特性）が解析される。そして、その解析結果は外部にモニタ出力される。これにより従来のインピーダンス整合器の出力端の電気的特性を検出するための出力側検出器が削減可能になり、製造コストが安価でしかも出力端の電気的特性を高精度に解析できるインピーダンス整合器、およびその出力端特性解析方法、ならびに出力端特性解析システムを実現することができる。
【００４０】
本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。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本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。
【００４２】
図１は、本発明に係るインピーダンス整合器の回路ブロック図の一例である。このインピーダンス整合器１は、入力側検出器２、制御部３、インダクタＬ２、および可変リアクタンス素子としての可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を備えている。
【００４３】
制御部３は、マイクロコンピュータを主要構成要素としており、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、入出力インターフェイス回路１４、およびＥＥＰＲＯＭ１５を備えている。これらＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、入出力インターフェイス回路１４、およびＥＥＰＲＯＭ１５は、相互にバス接続されている。
【００４４】
インピーダンス整合器１は、高周波電源のインピーダンスＺｇとプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌとを整合させる。またインピーダンス整合器１は、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌやプラズマプロセスチャンバーに供給される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどをモニタ出力する。
【００４５】
入力側検出器２は、高周波電源から入力端１ａに入力される無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉを検出し、検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを制御部３に入力する。
【００４６】
制御部３は、入力側検出器２の検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいてインピーダンス整合器１の入力インピーダンスＺｉを演算し、例えば入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜が所定の基準値Ｒ（例えば５０±５Ω）の範囲内に入るように、または５０Ωを特性インピーダンスＺｃとした入力端１ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜（例えば０．２等）以下となるように、あるいは入力端１ａにおける定在波比ρ＝（１＋｜Γｉ｜）／（１−｜Γｉ｜）が所定の閾値ρｒ（例えば１．１等）以下となるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を制御する。さらに制御部３は、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶されているデータ（可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と高周波電源から高周波電力を供給しているときのインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとの関係を示すデータ。このデータについては後述する。）と、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とから、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの電気的特性を演算し、演算結果をインピーダンス整合器１の外部に出力する。
【００４７】
ＣＰＵ（central processing unit ）１１は、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムに基づいて動作し、制御部３の全体を制御する。
【００４８】
ＲＯＭ（read only memory）１２は、ＣＰＵ１１を動作させるためのプログラムや、このプログラムを実行する際に必要な固定のデータなどを記憶している。
【００４９】
ＲＡＭ（random access memory）１３は、ＣＰＵ１１にワークエリアを提供し、前記プログラムの実行によって生成される各種のデータを一時記憶する。
【００５０】
入出力インターフェイス回路１４は、ＣＰＵ１１に対するデータの入出力を制御する。ＣＰＵ１１は、高周波電源と負荷であるプラズマプロセスチャンバーとのインピーダンスマッチングを取るために、入出力インターフェイス回路１４を介して可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４に制御信号を出力する。可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４は、この制御信号に基づいて対向電極の面積を変化させ、キャパシタンスＣ３，Ｃ４を所定の制御値に設定する。本実施形態では、可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ4のキャパシタンスは、それぞれ１００段階にステップ状に可変になっている。可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ４にはキャパシタンス変更用の駆動部材としてステッピングモータが設けられ、ＣＰＵ１１はそのステッピングモータの回転量を制御することにより、可変キャパシタンスＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を変更する。また、ＣＰＵ１１は、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける電気的特性の解析結果であるプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを入出力インターフェイス回路１４を介して外部のモニタ装置（図略）に出力する。
【００５１】
ＥＥＰＲＯＭ１５は、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に基づいて、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを演算するのに必要なデータ（高周波電源をインピーダンス整合器１に接続した状態における可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の各調整位置でのインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏのデータ。以下、出力インピーダンス算出用データという。）を格納するものである。なお、出力インピーダンス算出用データは、ＥＥＰＲＯＭ15に代えてフラッシュメモリなどの他の不揮発性メモリに記憶させるようにしてもよい。
【００５２】
従って、ＥＥＰＲＯＭ１５は、本発明に係るインピーダンス整合器での記憶部として機能するものであり、制御部３は、本発明に係るインピーダンス整合器での制御部と解析部として機能するものであり、インターフェイス回路１４は本発明に係るインピーダンス整合器での入力部と出力部として機能するものである。
【００５３】
図２は、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第１の実施形態の構成を示す図である。
【００５４】
同図に示す測定回路は、インピーダンス整合器１の入力端１ａに抵抗器２１を接続し、出力端１ｂにインピーダンス測定器２２を接続し、制御部３の入出力インターフェイス回路１４にパーソナルコンピュータ２３を接続したものである。インピーダンス整合器１の入力端１ａに接続される抵抗器２１は、実際に接続される高周波電源の出力インピーダンス（公称値）や同軸ケーブルの特性インピーダンスに相当するもので、入力端１ａを抵抗器２１で終端することにより、等価的にインピーダンス整合器１の入力端１ａに高周波電源や同軸ケーブルを接続した状態とするものである。従って、高周波電源の出力インピーダンス（公称値）や同軸ケーブルの特性インピーダンスが例えば７５Ωなどの５０Ω以外の値であれば、抵抗器２１の抵抗値はその値に設定される。
【００５５】
この測定回路では、以下の手順で出力インピーダンス算出用データが取得される。
【００５６】
先ず、インピーダンス整合器１の入力端１ａに抵抗器２１を接続し、入力端１ａを例えば５０Ωで終端する。次に、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにインピーダンス測定器２２を接続し、制御部３により可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を順次変化させながら、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏを測定する。なお、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４は、上述したように多段階に調整可能になされており、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏは、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置をそれぞれ１段ずつ変化させながらインピーダンス測定器２２にて測定される。このとき測定するデータは、Ｚｏ＝Ｒｏ＋ｊＸｏであるが、Ｚｏ＝｜Ｚｏ｜，θｏの形式であってもよい。この場合、Ｒｏ＝｜Ｚｏ｜・ｃｏｓ（θｏ）、Ｘｏ＝｜Ｚｏ｜・ｓｉｎ（θｏ）という式を用いて抵抗分Ｒｏとリアクタンス分Ｘｏとに変換することができる。
【００５７】
データの収集数は、最大で、インピーダンス整合器１に設けられた可変リアクタンス素子、すなわち可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整範囲の全組み合わせ数になる。本実施形態では、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の各可変数が１００個であるから、１万組（１００×１００組）のデータが取得される。
【００５８】
このようなデータの収集には、パーソナルコンピュータ２３を利用し、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と出力インピーダンスＺｏとを１組とする多数組のデータを制御部３のＥＥＰＲＯＭ１５に順次格納する。もちろん、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させるためのステッピングモータの位置情報をＥＥＰＲＯＭ１５に記憶させてもよい。もちろん、ステッピングモータに代えてサーボモータなどを使用する場合、そのサーボモータなどの位置情報をＥＥＰＲＯＭ１５記憶させてもよい。
【００５９】
かくしてＥＥＰＲＯＭ１５には、図３に示すようなデータが格納される。もちろん、実際には１万組のデータが格納されるのであるが、理解を容易にするために、図３では可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４がそれぞれ６段階に変化する例について図示している。なお、図３において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の欄の０〜５の数字は、各可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４に設けられた６段階の調整位置に割り当てられた番号である。各調整位置に対してキャパシタンスＣ３，Ｃ４が既知であれば、上述のようにその値をテーブルのデータに用いても良い。
【００６０】
従って、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４やそれらに代わるステッピングモータやサーボモータなどの位置情報などは、本発明に係る「可変リアクタンス素子の可変値に対する出力端におけるインピーダンスに関する情報」の「インピーダンスに関する情報」に相当するものである。
【００６１】
図４は、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第２の実施形態の構成を示す図である。
【００６２】
同図に示す測定回路は、図２に示す測定回路において、インピーダンス整合器の入力端１ａに抵抗器２１に代えて高周波電源３１を電力計２４を介して接続し、インピーダンス整合器の出力端１ｂにスイッチ２５を介設し、このスイッチ２５にダミーロード２６とインピーダンス測定器２２を接続したものである。電力計２４の測定データはパーソナルコンピュータ２３に入力され、高周波電源３１の出力はパーソナルコンピュータ２３で制御される。スイッチ２５は、ダミーロード２６の接続をインピーダンス整合器１の出力端１ｂとインピーダンス測定器の入力端とに切り換えるもので、その切換えはパーソナルコンピュータ２３で制御される。
【００６３】
ダミーロード２６は、プラズマプロセスチャンバーの負荷インピーダンスに相当するものである。ダミーロード２６は、インダクタＬ３と可変リアクタンス素子である可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６をＴ型接続したもので、可変キャパシタＶＣ６の終端は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、測定系の特性インピーダンスが５０Ωであるからである。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６は、パーソナルコンピュータ２３により制御されるようになっている。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６も可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４と同様にステップ状に変化可能で、例えば１００段階に調整することができるようになっている。可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を変化させることで、プラズマプロセスチャンバーの負荷インピーダンスを擬似的に生成することができるようになっている。
【００６４】
この測定回路では、以下の手順で出力インピーダンス算出用データ取得される。
【００６５】
まず、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにダミーロード２６が接続されるように、スイッチ２５が設定される。次に、インピーダンス整合器１内の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４が１番目の組み合わせの値に設定される。キャパシタンスＣ３，Ｃ４がステップ状に可変される可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置に順番に０，１，２，…を付し、初期位置を「０番」とすると、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置が初期位置（０，０）に設定される。同様に、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置にも順番に０，１，２，…を付し、初期位置を「０番」とすると、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置も初期位置（０，０）に設定される。
【００６６】
次に、高周波電源３１から所定の高周波電力が出力される。この高周波電力の入力端１ａにおける反射電力は、電力計２４で測定され、その測定結果はパーソナルコンピュータ２３に入力される。パーソナルコンピュータ２３は、電力計２４で測定される反射電力をモニタしながら、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を変化させ、その反射電力が最小となるように可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６を調整する。すなわち、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を初期調整位置のキャパシタンスＣ３，Ｃ４に設定したとき、このインピーダンス整合器１で高周波電源３１に整合される負荷インピーダンスにダミーロード２６のインピーダンスが調整される。
【００６７】
可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６のキャパシタンスＣ５，Ｃ６の全ての組み合わせのスキャンが、例えば可変キャパシタＶＣ５を初期位置（初段の位置）に設定した状態で、可変キャパシタＶＣ６を初期位置から順番に１段ずつ変化させていき、全段数の変化が終了すると、可変キャパシタＶＣ５を２段目の位置に変化させて、同じように可変キャパシタＶＣ６を初期位置から順番に１段ずつ変化させていき、以下、同様の方法を繰り返して変化させて実行されるとすると、パーソナルコンピュータ２３は、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置を（０，０），（０，１），（０，２），…（１００，９９），（１００，１００）の順にスキャンして入力端１ａの反射電力が最小となる可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置（ｈ，ｋ）を検出し、その後、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置を（ｈ，ｋ）に設定する。
【００６８】
なお、反射電力が予め設定された所定の基準反射電力値以下になる調整位置（ｈ’，ｋ’）が見つかると、その時点で可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６の調整位置のスキャンを停止し、可変キャパシタＶＣ５，ＶＣ６を調整位置（ｈ’，ｋ’）に設定するようにしても良い。この方法では、常に全ての調整位置をスキャンすることがないので、ダミーロード２６のインピーダンス調整を迅速に行うことができる利点がある。
【００６９】
ダミーロード２６のインピーダンス調整が終了すると、高周波電源３１からの高周波電力の出力が停止され、インピーダンス測定器２２の入力端にダミーロード２６が接続されるように、スイッチ２５が切り換えられる。そして、インピーダンス測定器２２によりダミーロード２６のインピーダンスが測定され、その測定結果がパーソナルコンピュータ２３に入力される。パーソナルコンピュータ２３では、そのダミーロード２６のインピーダンス測定値が、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置において整合する負荷インピーダンスとして記録される。これは、図３において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置（ｈ”，ｋ”）＝（０，０）におけるインピーダンス値に相当するものである。尤も、図３に示すインピーダンス値は、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ（出力端１ｂから高周波電源側を見たインピーダンス）であったが、図４に示す測定回路では、プラズマプロセスチャンバー５２のインピーダンスＺｌに相当する負荷インピーダンスが測定されるので、正確には図３に示すインピーダンス値と共役なインピーダンス値に相当するものである。従って、インピーダンス測定器２２での測定値の共役インピーダンスをテーブルに用いれば、図３のテーブルと同一の特性データとすることができる。
【００７０】
図４に示す測定回路では、上述した手順を繰り返してインピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を各調整位置において整合するダミーロード２６のインピーダンス値を測定し、その測定結果が図３に示すテーブルと同様の形式で、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を調整位置もしくは調整キャパシタンスＣ３，Ｃ４に対応付けられて記録される。
【００７１】
図５は、実際の使用時におけるインピーダンス整合器１の接続状態を説明する説明図である。
【００７２】
インピーダンス整合器１の入力端１ａには、高周波電源３１が接続される。インピーダンス整合器１の出力端１ｂには、プラズマプロセスチャンバー３２が接続される。
【００７３】
次にインピーダンス整合器１の動作を説明する。
【００７４】
先ずインピーダンス整合器１が、整合動作を行なう。この整合動作は、図１８に示す従来のインピーダンス整合器５３による整合動作と同様である。すなわち入力側検出器２が、インピーダンス整合器１の入力端１ａに入力される高周波電源３１からの無線周波電圧Ｖｉ、無線周波電流Ｉｉ、および無線周波電圧Ｖｉと無線周波電流Ｉｉとの位相差θｉとを検出し、検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを制御部３に入力する。これにより制御部３が、上記数式１を用いて入力インピーダンスＺｉを演算し、この入力インピーダンスＺｉの絶対値｜Ｚｉ｜＝√（｜Ｒｉ｜2＋｜Ｘｉ｜2）が所定の基準値Ｒの範囲（例えば５０±５Ω）内となるように、あるいは入力端１ａにおける反射係数Γｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）（Ｚｃは特性インピーダンス）の絶対値｜Γｉ｜が所定の閾値｜Γｉ｜（例えば０．２等）以下となるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させる。
【００７５】
なお、入力インピーダンスＺｉの高周波電源３１の出力インピーダンス（公称値）もしくは同軸ケーブルの特性インピーダンスＺｃに対する定在波比ρが所定の範囲内（例えば１．１以下など）になるように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させてもよい。定在波比ρは、高周波電源３１の出力インピーダンス（公称値）もしくは同軸ケーブルの特性インピーダンスＺｃをＲ０Ωとすると、入力端１ａでの反射係数ΓｉはΓｉ＝（Ｚｉ−Ｚｃ）／（Ｚｉ＋Ｚｃ）＝（Ｚｉ−Ｒ０）／（Ｚｉ＋Ｒ０）＝[（Ｒｉ−Ｒ０）＋ｊＸｉ]／[（Ｒｉ＋Ｒ０）＋ｊＸｉ]で算出され、この反射係数Γｉからρ＝（１＋｜Γｉ｜）／（１−｜Γｉ｜）の式により算出される。
【００７６】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、ＥＥＰＲＯＭ１５に格納されているデータを検索し、整合動作を完了した時点における可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスに対応する出力インピーダンスＺｏを読み出す。例えば図３の例において、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置がそれぞれ「１」と「５」であった場合、「２１−ｊ２５」が出力インピーダンスＺｏとして読み出される。
【００７７】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、出力インピーダンスＺｏと互いに共役関係にあるインピーダンスを、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌとして演算する。上記の例では、Ｚｏ＝２１−ｊ２５であるから、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌは２１＋ｊ２５となる。もちろん、出力インピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）に代えて、出力インピーダンスＺｏと互いに共役関係にあるインピーダンス、すなわち、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）を予めＥＥＰＲＯＭ１５に格納しておいてもよい。
【００７８】
さらに、制御部３のＣＰＵ１１が、演算したプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌと入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとを用いて、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧と無線周波電流との位相差θｏを演算する。以下、この演算の手順を説明する。
【００７９】
先ず制御部３のＣＰＵ１１が、入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを用いて、インピーダンス整合器１の入力端１ａにおける無線周波電力Ｐｉ＝（Ｖｉ・Ｉｉ）ｃｏｓ（θｉ）を演算する。このＰｉは、インピーダンス整合器１の内部損失を無視すると、インピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電力Ｐｏとして用いることができる。
【００８０】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、無線周波電力Ｐｏ（＝Ｐｉ）とプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）とを用いて、下記数式４により無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧と無線周波電流との位相差θｏを演算する。
【００８１】
【数４】
すなわち、無線周波電力Ｐｏおよび出力インピーダンスＺｏと、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏとの間には、下記数式５が成立することが知られている。この数式５を解くことにより、上記数式４が得られる。
【００８３】
【数５】
次に制御部３のＣＰＵ１１が、演算したプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｏ−ｊＸｏ）と、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏとを、インピーダンス整合器１の外部のディスプレイやプリンタなどに出力する。もちろん、アナログ信号の形式で波形表示機能を有する外部の各種装置に出力してもよいし、シリアル通信などにより外部の情報処理装置などに出力してもよい。
【００８５】
このように、インピーダンス整合器１に出力側検出器を設けることなく、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌやインピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの出力端１ｂにおける電気的特性を出力できるので、インピーダンス整合器１の製造コストを良好に低減できると同時に、インピーダンス整合器１の小型化を図ることができる。
【００８６】
したがって、プラズマプロセスチャンバー３２における異常電圧の発生などの異常検出を精度良く行なうことができる。さらには、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌや、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、あるいは無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどを一定の値に保つべく、プラズマプロセスチャンバー３２に供給される無線周波電力、ガス流量、ガス圧力などのプロセスパラメータを制御することにより、プラズマプロセスチャンバー３２におけるプラズマプロセスが良好に安定化し、再現性の良いプラズマプロセスを確保できる可能性がある。
【００８７】
また、インピーダンス測定器２２を用いて取得したデータは、図６に示すように、インピーダンス整合器１によるプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌの調整範囲の限界を表すデータとしても利用できる。すなわち、図６における黒丸印がインピーダンス測定器２２による測定点であり、この測定点の分布範囲（図６ではｒ，ｘはそれぞれ０〜０．５の範囲となっている）が、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させることによる、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏの可変範囲である。
【００８８】
図７は、上記実施形態における制御部３の機能ブロック図である。すなわち、上記実施形態における制御部３は、機能の観点からは、マッチング制御部３３、記憶部３４、解析部３５、演算部３５ａ、および出力部３６を備えている。マッチング制御部３３は、入力側検出器２からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４を可変させることにより、高周波電源３１のインピーダンスＺｇとプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌとを整合させる。記憶部３４は、予め測定された、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌとの関係を記憶する。もちろん、この場合のキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。解析部３５は、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、そのときの可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と記憶部３４の記憶内容とに基づいて、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを解析する。演算部３５ａは、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとに基づいて、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算する。出力部３６は、解析部３５による負荷インピーダンスＺｌの解析結果と演算部３５ａによるプラズマプロセスチャンバー３２への出力電力の演算結果とを外部に出力する。マッチング制御部３３、解析部３５、および演算部３５ａは、ＣＰＵ１１により実現される。出力部３６は、入出力インターフェイス回路１４により実現される。記憶部３４は、ＥＥＰＲＯＭ１５により実現される。なお、演算部３５ａを設けずに、解析部３５による解析結果だけを出力部３６から出力するように構成してもよい。
【００８９】
図８は、他の実施形態における制御部３の機能ブロック図である。同図に示すブロック構成図は、予め取得した出力インピーダンス算出用データをインピーダンス整合器１が保持せず、電気的特性を解析する際に外部から入力させるようにしたものである。すなわち、予め取得した出力インピーダンス算出用データは外部接続されるパーソナルコンピュータ２３が保持しており、解析部３７が、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、パーソナルコンピュータ２３から可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と出力インピーダンスＺｏとの関係を示すデータ（出力インピーダンス算出用データ）を入力し、そのデータと整合動作完了時の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とに基づいて、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを解析するように構成したものである。
【００９０】
なお、同図には図示していないが、この実施形態ではインピーダンス整合器１に入出力インターフェイス回路１４を介してパーソナルコンピュータ２３が外部接続され、この入出力インターフェイス回路１４を介して通信によりパーソナルコンピュータ２３から出力インピーダンス算出用データがインピーダンス整合器１に入力される。また、この実施形態においても、予め測定されてパーソナルコンピュータ２３から供給されるキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスに代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。演算部３７ａの動作は、図７の演算部３５ａと同様である。この場合、パーソナルコンピュータ２３が出力インピーダンス算出用データを記憶しているので、記憶部３４は不要であり、ＥＥＰＲＯＭ１５を設ける必要がない。なお、解析部３７および演算部３７ａは、ＣＰＵ１１により実現される。また、演算部３７ａを設けずに、解析部３７による解析結果だけを出力部３６から出力するように構成してもよい。
【００９１】
図９は、本発明のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムの一例を示す機能ブロック図である。すなわち、図９のように、制御部３の出力部３８が、マッチング制御部３３による整合動作が完了したときに、そのときの可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとをパーソナルコンピュータ２３に出力するように構成してもよい。この場合、パーソナルコンピュータ２３が、本発明に係るインピーダンス整合器の出力端特性解析システムにおける出力端特性解析器として機能している。パーソナルコンピュータ２３は出力インピーダンス算出用データを記憶しており、かつ目的のデータを解析および演算するので、記憶部３４、解析部３５、および演算部３５ａは不要である。すなわちパーソナルコンピュータ２３は、予め測定された、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとの関係（出力インピーダンス算出用データ）を記憶する記憶部４１と、インピーダンス整合器１の出力部３８から出力される可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４と記憶部４１の記憶内容とに基づいて出力インピーダンスＺｏを解析する解析部４２と、入力側検出器２による検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉとインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏとに基づいて、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算する演算部４３とを実現している。もちろん、記憶部４１に記憶されているキャパシタンスＣ３，Ｃ４はインピーダンス情報の一例であって、キャパシタンスＣ３，Ｃ４に代えて、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンス値を可変させるためのステッピングモータなどの位置情報を採用してもよい。この場合、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏあるいはプラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌ、インピーダンス整合器１から出力される無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの出力端１ｂにおける電気的特性の情報を、パーソナルコンピュータ２３のディスプレイの表示画面に、波形図やディジタル数値などの各種の形式で表示できる。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、出力インピーダンス算出用データを取得する際、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の全ての調整位置について、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを測定するようにしていたが、この方法は、高精度のデータが得られる反面、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整数が多くなると、測定回数が膨大になり、出力インピーダンス算出用データを取得するための測定時間が長時間になるとともに、データ記録用のメモリ容量も増大するという問題が生じる。
【００９３】
そこで、かかる問題を軽減するため、インピーダンス整合器１の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の一部の調整位置についてのみインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを測定し、他の調整位置は、測定データを用いて補間演算により補間すると良い。この場合、データ取得時に測定と補間演算とにより可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の全ての可変値に対するインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを取得するようにしてもよく、図７または図８のブロック構成図において、インピーダンス測定器１に補間演算部を追加し、データ取得時には測定により可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の一部の可変値に対してだけインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを取得するようにし、解析部３５，３７による電気的特性の解析時に、測定により取得されていない可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の可変値に対するインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを補間演算部で算出するようにしても良い。前者の場合はデータ取得のための測定時間を低減することができる効果があるが、後者の場合は、その効果に加えて取得データを記憶するメモリの容量を低減できる効果がある。
【００９４】
図１０は、補間演算の方法を説明するための図である。同図に示す補間演算は、比例計算によりデータを補間するものである。
【００９５】
同図において、横軸は可変キャパシタＶＣ３の調整位置であり、縦軸は可変キャパシタＶＣ４の調整位置である。また、黒丸の調整位置Ｐ１〜Ｐ４はインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌが測定された点であり、白丸の調整位置Ｐ５は、出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを補間すべき点である。
【００９６】
調整位置Ｐ５の出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌの抵抗分Ｒ５は、以下の手順により比例計算によって補間される。すなわち、点Ｐ１と点Ｐ５とを結ぶ直線Ｍと、点Ｐ２と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｎの交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６を点Ｐ２の抵抗分Ｒ２（測定値）と点Ｐ３の抵抗分Ｒ３（測定値）を用いて比例計算により算出し、交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６と点Ｐ１の抵抗分Ｒ１（測定値）を用いて比例計算により補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出する。
【００９７】
図１１は、測定値である抵抗分Ｒ１〜Ｒ３と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。同図において、高さ方向は、抵抗分のレベルを示している。
【００９８】
同図に示すように、点Ｐ２と点Ｐ３間の距離に対する点Ｐ２と点Ｐ６間の距離の比率をｍ（＜１）とし、点Ｐ１と点Ｐ６間の距離に対する点Ｐ１と点Ｐ５間の距離の比率をｎ（＜１）とすると、点Ｐ６の抵抗分Ｒ６は、Ｒ６＝Ｒ２＋ｍ・（Ｒ３−Ｒ２）で算出され、点Ｐ５の抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝Ｒ１＋ｎ・（Ｒ６−Ｒ１）で算出される。従って、両式から、点Ｐの抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝（１−ｎ）・Ｒ１＋ｎ・（１−ｍ）・Ｒ２＋ｎ・ｍ・Ｒ３で算出される。図１０，図１１の例では、ｍ＝４／１０＝０．４、ｎ＝５／１０＝０．５、Ｒ１＝２０、Ｒ２＝５０、Ｒ３＝１００であるから、補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５は、Ｒ５＝（１−０．５）・２０＋０．５・０．６・５０＋０．５・０．４・１００＝４５となる。
【００９９】
なお、図１０の例では、補間すべき点Ｐ５が点Ｐ１〜点Ｐ４で囲まれる四角形内の点Ｐ１〜点Ｐ３で囲まれる三角形の領域に含まれるので、点Ｐ１〜点Ｐ３の測定値Ｒ１〜Ｒ３を用いて点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出したが、補間すべき点Ｐ５が点Ｐ１〜点Ｐ４で囲まれる四角形内の点Ｐ１，点Ｐ３，点Ｐ４で囲まれる三角形の領域に含まれる場合は、図１２に示すように、点Ｐ１，点Ｐ３，点Ｐ４の測定値Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４を用いて点Ｐ５の抵抗分Ｒ５が算出される。
【０１００】
また、図１０の例では、補間すべき点Ｐ５は正方形もしくは長方形に配置された測定点Ｐ１〜Ｐ４の内部に位置していたが、図１３に示すように、補間すべき点Ｐ５が平行四辺形に配置された測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ７，Ｐ８の内部に位置する場合でも、上述した方法と同様の考え方で交点Ｐ６の抵抗分Ｒ６を算出し、この抵抗分Ｒ６と抵抗分Ｒ１（測定値）とを用いて比例計算により補間すべき点Ｐ５の抵抗分Ｒ５を算出することができる。
【０１０１】
上記説明では、抵抗分Ｒ５について説明したが、同様の方法で、点Ｐ５のリアクタンス分Ｘ５も補間することができる。
【０１０２】
なお、上記各実施形態においては、可変リアクタンス素子として可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４を用いたが、図１４〜図１７に示すように、可変キャパシタＶＣに代えて可変インダクタＶＬを用いてもよく、それらの回路構成もＴ型、π型など、自由に採用できる。さらには、可変リアクタンス素子の設置個数も２個に限定されるものではなく、１個もしくは３個以上の任意の個数にすることができる。
【０１０３】
また、上記各実施形態においては、インピーダンス整合器１の内部損失が無いものと仮定してインピーダンス整合器１の出力端１ｂにおける無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏを演算したが、インピーダンス整合器１の内部損失を演算するためのプログラムを採用してもよい。このようにすれば、より一層高い精度で無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどをモニタできる。
【０１０４】
また、インピーダンス整合器１内部の各素子の抵抗分を予め測定しておき、出力端１ｂにおける無線周波電流Ｉｏからインピーダンス整合器１の内部損失を推定するように構成してもよい。この場合、出力端１ｂにおける無線周波電力Ｐｏは、入力端１ａにおける無線周波電力Ｐｉとインピーダンス整合器１の内部損失との差となる。このようにすれば、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、無線周波電圧Ｖｏ、無線周波電流Ｉｏ、および無線周波電圧Ｖｏと無線周波電流Ｉｏとの位相差θｏなどの精度はより一層高くなる。
【０１０５】
また、上記各実施形態においては、高周波電源３１やプラズマプロセスチャンバー３２とインピーダンス整合器１との間の伝送路のインピーダンスを無視したが、これらを予め測定しておき、補正データとして採用してもよい。このようにすれば、モニタの精度がより一層向上し、たとえばプラズマプロセスチャンバー３２の電極に印加される無線周波電圧などを精度良く測定できる。
【０１０６】
また、上記各実施形態においては、入力側検出器２によりＶｉ，Ｉｉ，θｉの全てを検出したが、入力側検出器２によりＶｉ，Ｉｉを検出し、このＶｉ，Ｉｉを用いて制御部３によりθｉを演算するように構成してもよい。
【０１０７】
また、上記各実施形態においては、プラズマプロセスチャンバー３２のインピーダンスＺｌを直接モニタするように構成したが、これと共役関係にあるインピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏをモニタするように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインピーダンス整合器の回路ブロック図の一例である。
【図２】出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図３】ＥＥＰＲＯＭに格納されるデータの説明図である。
【図４】出力インピーダンス算出用データを取得するための測定回路の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図５】実際の使用時におけるインピーダンス整合器の接続状態を説明する説明図である。
【図６】インピーダンス整合器によるプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスの調整範囲の限界を表す説明図である。
【図７】制御部の機能ブロック図である。
【図８】他の実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図９】本発明のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図１０】補間演算の方法を説明するための図である。
【図１１】測定値である抵抗分Ｒ１〜Ｒ３と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。
【図１２】測定値である抵抗分Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４と比例計算によって算出される抵抗分Ｒ５，Ｒ６との関係を三次元で示した図である。
【図１３】補間演算の方法の変形例を説明するための図である。
【図１４】他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１５】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１６】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１７】さらに他の実施形態における可変リアクタンス素子の回路図である。
【図１８】従来のインピーダンス整合器の実際の使用時における接続状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ インピーダンス整合器
１ａ 入力端
１ｂ 出力端
２ 入力側検出器
３ 制御部（解析部，補間演算部）
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 入出力インターフェイス回路（入力部，出力部）
１５ ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
２１ 抵抗器
２２ インピーダンス測定器
２３ パーソナルコンピュータ（出力端特性解析器）
２４ 電力計
２５ スイッチ
２６ ダミーロード
３１ 高周波電源
３２ プラズマプロセスチャンバー（負荷）
３５，３７，４２ 解析部
３５ａ，３７ａ，４３ 演算部
３６，３８ 出力部
ＶＣ３ 可変キャパシタ（可変リアクタンス素子）
ＶＣ４ 可変キャパシタ（可変リアクタンス素子）
Ｌ２ インダクタ
Claims (18)
- 高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、
前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器の出力端特性解析方法であって、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得しておくデータ取得ステップと、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析ステップと、
を有することを特徴とする、インピーダンス整合器の出力端特性解析方法。 - 前記データ取得ステップは、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に負荷を接続する前に、前記入力端に前記高周波電源の出力インピーダンスと等価なインピーダンスを有する抵抗器を接続するとともに、前記出力端から前記抵抗器側を見たインピーダンスを測定する機器を出力端に接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを予め取得することを特徴とする、請求項１に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。
- 前記データ取得ステップは、
前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の入力端に、前記高周波電源を電力計を介して接続するとともに、前記インピーダンス整合器の出力端に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むダミーロードを接続した状態で、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を予め定めた値に設定する第１ステップと、
前記電力計で測定される反射波電力が最小または基準値以下になるように、前記ダミーロードの前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する第２ステップと、
前記インピーダンス整合器の出力端と前記ダミーロードとの接続を切り離した後に、前記ダミーロードの入力端にダミーロードのインピーダンスを測定する機器を接続した状態で、前記ダミーロードのインピーダンスを測定することによって、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスと共役なインピーダンスを測定する第３ステップと、
前記第１ステップから第３ステップからなる一連のステップにおいて、前記第１ステップにおける前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値を順次変更していきながら、前記インピーダンス整合器の前記可変リアクタンス素子の可変値に対する 前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを取得する第４ステップと、
からなることを特徴とする、請求項１に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。 - 前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。
- 前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を算出することにより取得されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。
- 予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、
前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、解析されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。 - 前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスに関する情報を算出するものであることを特徴とする、請求項５または６に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。
- 前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析方法。
- 高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、
前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器に よって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記記憶部の記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部と、
を備えたことを特徴とする、インピーダンス整合器。 - 高周波電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端との間に少なくとも１の可変リアクタンス素子を含むリアクタンス回路と、
前記入力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記高周波電源から入力される高周波の少なくとも電圧、電流を検出する入力側検出器と、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整することにより前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる制御部と、を含むインピーダンス整合器であって、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続する前に、前記出力端と前記負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態における前記出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを入力する入力部と、
前記入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されると、そのリアクタンス値に関する情報と前記入力部から入力されるデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部と、
を備えたことを特徴とする、インピーダンス整合器。 - 前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な全ての値を順次変化させつつ、各可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定することにより取得されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のインピーダンス整合器。
- 前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定し、その測定結果を用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を算出することにより取得されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のインピーダンス整合器。
- 請求項９または１０に記載のインピーダンス整合器において、
予め取得される前記データは、前記可変リアクタンス素子の変更可能な値の一部をサンプリングし、そのサンプリング値を順次変化させつつ、各サンプリング可変値における前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を測定したもので、前記取得済のデータを用いて補間演算によりサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報を算出する補間演算部をさらに備え、
前記解析部は、前記可変リアクタンス素子の前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるリアクタンス値に関する情報と予め取得された前記データとこの取得済のデータを用いて補間演算により算出されるサンプリングされなかった前記可変リアクタンス素子の残りの可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報のデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析することを特徴とするインピーダンス整合器。 - 前記補間演算は、補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に隣接する少なくとも２個のサンプリング可変値のインピーダンス測定値を用いて比例計算により、前記補間すべき可変リアクタンス素子の可変値に対するインピーダンスに関する情報を算出するものであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のインピーダンス整合器。
- 請求項９ないし１４のいずれかに記載のインピーダンス整合器において、
前記解析部で解析されたインピーダンス整合器の出力端における電気的特性を外部に出力する出力部をさらに備えたことを特徴とする、インピーダンス整合器。 - 前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性は、前記インピーダンス整合器の出力端における出力インピーダンス、電圧、電流、当該電圧と電流との位相差、および前記負荷のインピーダンスのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９ないし１５のいずれかに記載のインピーダンス整合器。
- 高周波電源が接続される入力端と、負荷が接続される出力端と、前記入力端と出力端との間に設けられ、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるための少なくとも１の可変リアクタンス素子と、前記高周波電源から前記入力端に入力される高周波電力の少なくとも電圧および電流を検出する入力側検出器と、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させるべく、前記入力側検出器からの検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を調整する制御部と、前記制御部により調整された前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値に関する情報を外部に出力する出力部とを備えたインピーダンス整合器と、
前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続する前に、前記インピーダンス整合器の出力端と負荷との接続を切り離した状態にし、且つ、前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に負荷を接続した状態における前記インピーダンス整合器の出力端から前記高周波電源側を見たインピーダンスと等価なインピーダンス、または前記インピーダンス整合器の出力端から負荷側を見たインピーダンスと等価なインピーダンスを、インピーダンスを測定する機器によって測定できる接続にした状態で、予め測定された前記可変リアクタンス素子の可変値に対する前記インピーダンス整合器の出力端におけるインピーダンスに関する情報の関係を示すデータを記憶する記憶部と、
前記インピーダンス整合器の入力端に前記高周波電源を接続するとともに前記インピーダンス整合器の出力端に前記負荷を接続した状態で、前記入力側検出器の検出情報に基づいて前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値が前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスを整合させる値に調整されたときに、前記インピーダンス整合器の出力部から出力されるリアクタンス値に関する情報を入力する入力部と、
前記入力部から入力されるリアクタンス値に関する情報と前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記インピーダンス整合器の出力端における電気的特性を解析する解析部とを備えた出力端特性解析器と
からなることを特徴とする、インピーダンス整合器の出力端特性解析システム。 - 請求項１７に記載のインピーダンス整合器の出力端特性解析システムにおいて、前記出力端特性解析器は、前記解析部で解析された結果をモニタ出力する出力部をさらに備えることを特徴とする、インピーダンス整合器の出力端特性解析システム。
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