JP4088499B2 - Impedance matching device output end characteristic analysis method, impedance matching device, and impedance matching device output end characteristic analysis system - Google Patents

Description

【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における反射電力は最小になる。すなわちプラズマプロセスチャンバー５２に最大の電力が供給される。
【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ＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ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】
このため、従来のインピーダンス整合器５３には、インダクタＬ１と出力端５３ｂとの間に出力側検出器６２が設けられ、この出力検出器６２によりインピーダンス整合器５３の出力端５３ｂから出力されるＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏが検出されるようになっている。
【００１５】
出力側検出器６２により検出されたＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ及び位相差θｏは制御部６３に入力され、制御部６３は、これらの検出結果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、検出結果のＲＦ電圧Ｖｏ，ＲＦ電流Ｉｏ，位相差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（Ｚｏと共役なインピーダンス）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】
ところで、プラズマプロセスにおいては、高周波電源５１から特定の周波数（例えば１３．６５ＭＨｚなど）のＲＦ電力をプラズマプロセスチェンバー５２に供給してプロセス処理が行われるので、プロセス処理中における出力端５３ｂのＲＦ電圧Ｖｏ，ＲＦ電流Ｉｏ，位相差θｏや出力インピーダンスＺｏや負荷インピーダンスＺｌなどの電気的特性は特定の周波数に対するものであることが望ましい。特に、出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌは周波数に依存する特性であるため、高周波電源５１から供給される周波数に対する値であることが望ましい。
【００１８】
しかし、プラズマプロセスチェンバー５２内では特定周波数の高調波成分が発生し、インピーダンス整合器５３に反射するため、出力側検出器６２により検出されたＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏおよび位相差θｏから特定の周波数に対する出力インピーダンスＺｏもしくは負荷インピーダンスＺｌを高い精度で得ることは困難となっている。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が変化すると、インピーダンス整合器５３の出力端５３ｂにおけるＲＦ電圧ＶｏおよびＲＦ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の精度が低下するという問題もある。
【００１９】
なお、入力側検出器６１により検出されたＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉ，位相差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ＲＦ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。
【００２０】
【数３】

【００２１】
しかしこの場合も、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、精度は低下する。
【００２２】
【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、出力端の電気的特性を高い精度で解析することの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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、前記出力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記出力端から出力される高周波電圧及び高周波電流のいずれか一方を検出する出力側検出器と、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前記出力側検出器による前記出力端の検出値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）。
【００２５】
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前記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よい（請求項４）。
【００２６】
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）。
【００２７】
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、前記出力端の検出値とに基づいて、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または前記負荷のインピーダンスを含むとよい（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。また、「可変リアクタンス素子のリアクタンス値に関する情報」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。また、「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。
【００３０】
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、前記出力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記出力端から出力される高周波電圧及び高周波電流のいずれか一方を検出する出力側検出器と、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、前記記憶部に記憶されたそのリアクタンス値に対応するインピーダンスに関する情報と前記出力側検出器から検出される高周波電圧もしくは高周波電流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）。
【００３１】
本発明の第３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、前記出力端と前記リアクタンス回路との間に設けられ、前記出力端から出力される高周波電圧及び高周波電流のいずれか一方を検出する出力側検出器と、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、前記出力側検出器から検出される高周波電圧もしくは高周波電流および前記入力部から入力されるデータ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）。
【００３２】
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）。
【００３３】
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）。
【００３４】
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対応する前記記憶部に記憶されたインピーダンスに関する情報もしくは前記補間演算部により算出されるインピーダンスに関する情報と前記出力側検出器から検出される高周波電圧もしくは高周波電流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）。
【００３５】
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または前記負荷のインピーダンスを含むとよい（請求項１６）。
【００３６】
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、前記出力端から出力される高周波電圧及び高周波電流のいずれか一方を検出する出力側検出器と、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と前記出力側検出器の検出結果と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、前記出力端の高周波電圧もしくは高周波電流および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）。
【００３７】
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）。
【００３８】
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るとともに、前記出力端の高周波電圧及び高周波電流のいずれか一方が検出され、入力端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出力端の検出値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もしくは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。
【００３９】
これにより高周波電源から入力されるＲＦ電力の周波数に対する出力インピーダンスもしくは負荷インピーダンスを高い精度で検出することができる。また、出力側検出器としてＲＦ電圧計及びＲＦ電流計のいずれか一方を設ければよいので、出力側検出器の構成の簡素化を図ることができる。
【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。
【００４３】
インピーダンス整合器１は、入力端１ａに接続される高周波電源のインピーダンスＺｇと出力端１ｂに接続されるプラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌとを整合させるものである。本実施形態に係る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ＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、ＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏなどをモニタ出力する機能を有している。
【００４４】
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、ＲＦ電圧検出器４、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。インダクタＬ２および可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４により整合回路、すなわち本発明に係るリアクタンス回路が構成されている。
【００４５】
制御部３は、インピーダンス整合器１の自動整合動作を制御するとともに、インピーダンス整合器１の出力インピーダンスＺｏ、プラズマプロセスチャンバーのインピーダンスＺｌ（負荷インピーダンスＺｌ）、出力端１ｂにおけるＲＦ電流Ｉｏ、ＲＦ電圧とＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏを算出し、その算出結果と検出されたＲＦ電圧Ｖｏの外部への出力を制御するものである。
【００４６】
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。
【００４７】
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ＲＦ電圧Ｖｉ、ＲＦ電流Ｉｉ、およびＲＦ電圧ＶｉとＲＦ電流Ｉｉとの位相差θｉを検出するものである。入力側検出器２により検出されたＲＦ電圧Ｖｉ、ＲＦ電流Ｉｉ及び位相差θｉは制御部３に入力される。また、ＲＦ電圧検出器４は、出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏを検出するもので、本発明に係る出力側検出器に相当するものである。ＲＦ電圧検出器４により検出されたＲＦ電圧Ｖｏも制御部３に入力される。
【００４８】
制御部３は、入力側検出器２により検出されたＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉ，位相差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。
【００４９】
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、ＲＦ電圧検出器４により検出される出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏ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ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏなどの電気的特性を演算し、その演算結果と検出されたＲＦ電圧Ｖｏとをインピーダンス整合器１の外部に出力する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。入力側検出器２により検出される入力端１ａのＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉおよび位相差θｉとＲＦ電圧器４により検出される出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏは入出力インターフェイス回路１４を介してＣＰＵ１１に入力される。
【００５４】
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。
【００５５】
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ＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ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。
【００５６】
ＥＥＰＲＯＭ１５は、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスＣ３，Ｃ４とＲＦ電圧検出器４により検出されたＲＦ電圧Ｖｏとに基づいて、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ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ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。
【００５７】
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の入力部と出力部として機能するものである。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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の所定の周波数に対する出力インピーダンスＺｏを測定する。ここに所定の周波数とは、プラズマプロセスチェンバーに供給される高周波電力の周波数で、例えば１３．５６ＭＨｚなどである。
【００６２】
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。
【００６３】
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。なお、測定周波数が２以上ある場合は、各周波数について１万組のデータが取得される。
【００６４】
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に記憶させてもよく、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は、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。
【００６５】
かくしてＥＥＰＲＯＭ１５には、図３に示すようなデータが格納される。なお、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。また、測定周波数が複数ある場合は、各周波数について図３に示すデータが作成され、ＥＥＰＲＯＭ１５に格納される。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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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の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の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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
次にインピーダンス整合器１の動作を説明する。
【００８１】
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１９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ＲＦ電圧Ｖｉ、ＲＦ電流Ｉｉ、およびＲＦ電圧ＶｉとＲＦ電流Ｉｉとの位相差θｉを検出し、その検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉを制御部３に入力する。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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ＲＦ電圧検出器４により検出される出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏ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ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏ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。
【００８７】
先ず制御部３のＣＰＵ１１は、算出された負荷インピーダンスＺｌ＝Ｒｏ−ｊＸｏから出力端１ｂのＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏを演算する。位相差θｏはθｏ＝tan^-1（Ｘｏ／Ｒｏ）の演算式により算出される。
【００８８】
出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏ，ＲＦ電流Ｉｏ，位相差θｏと負荷インピーダンスＺｌ＝Ｒｏ−ｊＸｏとの間にはＲｏ＝（Ｖｏ／Ｉｏ）・cos（θｏ）、Ｘｏ＝（Ｖｏ／Ｉｏ）・sin（θｏ）の関係があるから、これらの関係式からＲＦ電流Ｉｏを算出する演算式を導出すると、Ｉｏ＝（Ｖｏ／Ｒｏ）・cos（θｏ）＝（Ｖｏ／Ｘｏ）・sin（θｏ）となる。
【００８９】
従って、制御部３のＣＰＵ１１は、位相差θｏを算出すると、続いてその算出値θｏと算出された負荷インピーダンスＺｌと検出されたＲＦ電圧Ｖｏとを用いて上記ＲＦ電流Ｉｏの演算式によりＲＦ電流Ｉｏを算出する。
【００９０】
そして、制御部３のＣＰＵ１１は、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、ＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏと、ＲＦ電圧検出器４により検出されたＲＦ電圧Ｖｏと、負荷インピーダンスＺｌと位相差θｏとＲＦ電圧Ｖｏとから算出されたＲＦ電流Ｉｏ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。
【００９１】
上記のように、本実施形態に係るインピーダンス整合器１は、高周波電源からプラズマプロセスチェンバーに供給される高周波電源の周波数に対応する整合時の負荷インピーダンスＺｌのデータを予め取得しておく一方、出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏを実際に検出し、負荷インピーダンスＺｌ＝Ｒｏ−ｊＸｏと検出したＲＦ電圧Ｖｏとから出力端１ｂ、すなわち、プラズマプロセスチェンバーの入力端におけるＲＦ電流ＩｏおよびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏとを算出するようにしているので、プラズマプロセスチェンバーの入力端の電気的特性を高い精度で取得し、モニタリングすることができる。
【００９２】
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ＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、あるいはＲＦ電圧ＶｏとＲＦ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ＲＦ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。
【００９３】
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。
【００９４】
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、および出力部３６を備えている。
【００９５】
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。
【００９６】
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。また、得られたインピーダンスＺｌからＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流Ｉｏとの位相差θｏを算出し、更にインピーダンスＺｌおよび位相差θｏとＲＦ電圧検出器４により検出されたＲＦ電圧Ｖｏとを用いて、インピーダンス整合器１から出力されるＲＦ電流Ｉｏを演算する。
【００９７】
出力部３６は、解析部３５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、プラズマプロセスチャンバー３２の入力端におけるＲＦ電圧Ｖｏ，ＲＦ電流Ｉｏ，位相差θｏなどの電気的特性の解析結果を外部に出力する。マッチング制御部３３及び解析部３５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。
【００９８】
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ＲＡＭなどの記憶部２３１に保持しており、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から記憶部２３１に記憶された可変キャパシタ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ＲＦ電圧検出器４により検出されたＲＦ電圧Ｖｏ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や出力端１ｂのＲＦ電流Ｉｏ、ＲＦ電圧ＶｏとＲＦ電流ｉｏとの位相差θｏ等の電気的特性を解析するように構成したものである。
【００９９】
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ース回路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ース回路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、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。
【０１００】
この実施形態では、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、インピーダンス整合器１に記憶部３４は不要であり、ＥＥＰＲＯＭ１５を設ける必要がない。なお、マッチング制御部３３及び解析部３７はＣＰＵ１１により実現される。
【０１０１】
図９は、本発明のインピーダンス整合器の出力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。
【０１０２】
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、インピーダンス整合器には記憶部３４及び解析部３５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およびＲＦ電圧検出器４によるＲＦ電圧検出値Ｖｏと記憶部４１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、プラズマプロセスチャンバー３２の入力端におけるＲＦ電圧Ｖｏ，ＲＦ電流Ｉｏ，位相差θｏなどの電気的特性を解析する解析部４２とを実現している。
【０１０３】
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。
【０１０４】
本実施形態では、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ＲＦ電圧Ｖｏ、ＲＦ電流Ｉｏ、およびＲＦ電圧ＶｏとＲＦ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は、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される。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
また、上記実施形態では、インピーダンス整合器１のインダクタＬ２と出力端１ｂとの間にＲＦ電圧検出器４を設けてインピーダンス整合器１から出力されるＲＦ電圧を直接検出するようにしているが、図１８に示すように、ＲＦ電圧検出器４に代えてＲＦ電流検出器５を設け、インピーダンス整合器１から出力されるＲＦ電流Ｉｏを直接検出するようにしてもよい。その場合は、インピーダンス整合器１の出力端１ｂのＲＦ電圧Ｖｏは、出力インピーダンス算出用データから算出された負荷インピーダンスＺｌ＝Ｒｏ−ｊＸｏとＲＦ電流検出器５で検出されたＲＦ電流Ｉｏとを用いて、Ｖｏ＝（Ｒｏ・Ｉｏ）／cos（θｏ）＝（Ｘｏ・Ｉｏ）／sin（θｏ）の演算式により算出される。
【０１１８】
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ＲＦ電圧などを精度良く測定できる。
【０１１９】
また、上記各実施形態においては、入力側検出器２によりＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉ，位相差θｉの全てを検出したが、入力側検出器２によりＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉを検出し、このＲＦ電圧Ｖｉ，ＲＦ電流Ｉｉを用いて制御部３により位相差θｉを演算するようにしてもよい。
【０１２０】
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を示す図である。
【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】本発明に係るインピーダンス整合器の出力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】本発明に係るインピーダンス整合器の他の実施形態の回路ブロックを示す図である。
【図１９】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）
４ ＲＦ電圧検出器（出力側検出器）
５ ＲＦ電流検出器（出力側検出器）
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
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an impedance matching unit that is interposed between a high-frequency power source and a load to match the impedance of the high-frequency power source and the load, and the output end characteristic of the impedance matching unit that analyzes the electrical characteristics of the output end. The present invention relates to an analysis method and an output end characteristic analysis system for an impedance matching device.
[0002]
[Prior art]
One of the most important processes in manufacturing semiconductors and flat panel displays is a plasma process.
[0003]
Some types of plasma process chambers used for this plasma process apply a DC voltage or microwave voltage to an electrode as an energy source for generating plasma, but many plasma process chambers use 100 kHz. A high frequency voltage in a radio frequency band of ˜300 MHz is applied to the electrode.
[0004]
Thus, in a plasma process chamber using a radio frequency band high frequency voltage (hereinafter referred to as RF voltage), the impedance of the high frequency power supply and the impedance of the plasma process chamber as a load (hereinafter referred to as load impedance) are matched. Thus, in order to minimize the reflected power from the plasma process chamber to the high frequency power source and maximize the power supplied to the plasma process chamber, an impedance is provided between the high frequency power source 51 and the plasma process chamber 52 as shown in FIG. A matching unit 53 is interposed.
[0005]
An impedance matching unit 53 shown in FIG. 19 is provided with an input side detector 61, an output side detector 62, a control unit 63, an inductor L1, and variable capacitors VC1 and VC2 as variable reactance elements.
[0006]
In the impedance matching unit 53, the input side detector 61 and the output side detector 62 detect a high frequency voltage in a radio frequency band, a high frequency current (hereinafter referred to as an RF current), and a phase difference between the RF voltage and the RF current. , An RF voltage detector, an RF current detector, and a phase difference detector, respectively. The RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi between the RF voltage Vi and the RF current Ii input to the input terminal 53a of the impedance matching device 53 from the high frequency power source 51 are detected by the input side detector 61, and the detection result Vi, Ii, and θi are input to the control unit 63.
[0007]
The control unit 63 includes a microcomputer, and based on detection results Vi, Ii, and θi from the input side detector 61, the input impedance Zi of the impedance matching unit 53, that is, the input of the impedance matching unit 53 is calculated by the following formula 1. The impedance Zi when the plasma process chamber 52 side is viewed from the end 53a is calculated. In Equation 1, Ri is a resistance component of the input impedance Zi, and Xi is a reactance component of the input impedance Zi.
[0008]
Then, the capacitances of the variable capacitors VC1 and VC2 are varied so that the input impedance Zi and the output impedance Zg of the high frequency power supply 51 are matched. Specifically, since the nominal value of the output impedance Zg of the high-frequency power supply 51 is generally 50Ω, for example, the absolute value | Zi | of the input impedance Zi falls within a predetermined reference value R, or 50Ω is characteristic. The capacitances of the variable capacitors VC1 and VC2 are adjusted so that the absolute value | Γi | of the reflection coefficient Γi = (Zi−Zc) / (Zi + Zc) at the input terminal 53a having the impedance Zc is equal to or less than a predetermined threshold value | Γi |. The
[0009]
[Expression 1]

[0010]
Such an operation is called a matching operation, and when the matching operation is completed, the reflected power at the input end 53a of the impedance matching device 53 is minimized. That is, the maximum power is supplied to the plasma process chamber 52.
[0011]
Since the impedance Zl of the plasma process chamber 52 changes depending on the state of the plasma and the like, the detection signal from the input side detector 61 changes according to the change, and the control unit 63 responds accordingly to the variable capacitors VC1 and VC2. Matching is maintained by varying the capacitance.
[0012]
Note that the capacitances of the variable capacitors VC1 and VC2 can be varied, for example, in 100 steps by a stepping motor driven and controlled by the control unit 63. In other words, the impedance matching unit 53 can convert the load impedance Zl into 100 × 100 = 10000 impedances.
[0013]
By the way, the RF voltage Vo, the RF current Io, and the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io input to the plasma process chamber 52 are particularly important for knowing the state of the plasma process.
[0014]
For this reason, the conventional impedance matching device 53 is provided with an output side detector 62 between the inductor L1 and the output end 53b, and the RF output from the output end 53b of the impedance matching device 53 by the output detector 62 is provided. The voltage Vo, the RF current Io, and the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io are detected.
[0015]
The RF voltage Vo, the RF current Io, and the phase difference θo detected by the output side detector 62 are input to the control unit 63, and the control unit 63 uses the following mathematical formula 2 based on these detection results Vo, Io, θo. The output impedance Zo of the impedance matching unit 53 is calculated, and the detected RF voltage Vo, RF current Io, phase difference θo and output impedance Zo or impedance Zl of the plasma process chamber 52 (impedance conjugate with Zo) are displayed on the outside. Or output to a printer or the like. In Equation 2, Ro is a resistance component of the output impedance Zo, and Xo is a reactance component of the output impedance Zo.
[0016]
[Expression 2]

[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the plasma process, RF power of a specific frequency (for example, 13.65 MHz) is supplied from the high-frequency power source 51 to the plasma process chamber 52, so that the process processing is performed. Therefore, the RF voltage at the output end 53b during the process processing is performed. It is desirable that electrical characteristics such as Vo, RF current Io, phase difference θo, output impedance Zo, and load impedance Zl are for a specific frequency. In particular, since the output impedance Zo or the load impedance Zl is a characteristic depending on the frequency, it is preferably a value with respect to the frequency supplied from the high frequency power supply 51.
[0018]
However, since a harmonic component of a specific frequency is generated in the plasma process chamber 52 and reflected to the impedance matching unit 53, a specific frequency is detected from the RF voltage Vo, the RF current Io, and the phase difference θo detected by the output side detector 62. It is difficult to obtain the output impedance Zo or the load impedance Zl with respect to the frequency with high accuracy. Further, when the impedance Zl of the plasma process chamber 52 changes, the level of the RF voltage Vo and the RF current Io at the output end 53b of the impedance matching unit 53 changes greatly, so that the detection accuracy of the output side detector 62 decreases, and as a result There is also a problem that the accuracy of the output impedance Zo obtained as follows is lowered.
[0019]
The input impedance Zi calculated by the control unit 63 from the RF voltage Vi, RF current Ii, and phase difference θi detected by the input side detector 61, the capacitances C1 and C2 of the variable capacitors VC1 and VC2, and the inductance of the inductor L1 It is theoretically conceivable that the control unit 63 calculates the output impedance Zo by the following Equation 3 using L1 and the angular frequency ω of the RF power from the high frequency power supply 51.
[0020]
[Equation 3]

[0021]
However, in this case as well, the reactance component inside the impedance matching unit 53 is not only the variable capacitors VC1 and VC2 and the inductor L1, but also a stray capacitance between these components and the case, a copper plate for connecting these components, or Since there is an inductance component of a component such as a waveguide, it is difficult to accurately calculate the output impedance Zo, and the accuracy decreases.
[0022]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been conceived under the circumstances described above, and is an impedance matching device capable of analyzing the electrical characteristics of the output terminal with high accuracy, its output terminal characteristic analysis method, and the output terminal. The object is to provide a characteristic analysis system.
[0023]
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0024]
According to a first aspect of the invention, High frequency power supply is connected Input end Load is connected Reactance circuit including at least one variable reactance element between the output end And an input side detector for detecting at least voltage and current of a high frequency input from the high frequency power source, and provided between the output end and the reactance circuit. The output side detector for detecting either the high frequency voltage or the high frequency current output from the output end, and the high frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, A control unit that adjusts a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input-side detector to match impedances of the high-frequency power source and the load. An impedance matching device output characteristic analysis method, Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance seen from the output end when the load is connected to the output end or the impedance seen from the output end when viewed from the load side. With the connection being measurable by the instrument, Obtain in advance data indicating the relationship of the impedance-related information at the output terminal of the impedance matching device to the variable value of the variable reactance element. Data acquisition step In the state where the high-frequency power source is connected to the input terminal and the load is connected to the output terminal, Input side detector When the reactance value of the variable reactance element is adjusted to a value that matches the impedance of the high-frequency power source and the load based on the detected information, information on the reactance value By the output side detector An analysis step of analyzing electrical characteristics at the output end of the impedance matching device based on the detected value of the output end and the data acquired in advance; Is provided (claim 1).
[0025]
In addition, The data acquisition step includes connecting a resistor having an impedance equivalent to the output impedance of the high frequency power source to the input end before connecting the high frequency power source to the input end and connecting a load to the output end. The information on the impedance at the output terminal of the impedance matching device with respect to the variable value of the variable reactance element of the impedance matching device in a state where the impedance measuring device viewed from the output terminal is connected to the output terminal. It is preferable to obtain in advance data indicating the relationship (Claim 2). In the data acquisition step, the high frequency power source is connected to the input end of the impedance matching unit before the high frequency power source is connected to the input end of the impedance matching unit and a load is connected to the output end of the impedance matching unit. And a variable value of the variable reactance element of the impedance matching device is determined in advance in a state where a dummy load including at least one variable reactance element is connected to the output terminal of the impedance matching device. A first step of setting the value, a second step of adjusting the reactance value of the variable reactance element of the dummy load so that the reflected wave power measured by the power meter is a minimum or a reference value or less, and After disconnecting the output terminal of the impedance matching unit and the dummy load, The impedance matching unit for the variable value of the variable reactance element of the impedance matching unit is measured by measuring the impedance of the dummy load in a state in which a device for measuring the impedance of the dummy load is connected to the input end of the dummy load. In a series of steps consisting of a third step of measuring an impedance conjugate with an impedance at the output terminal of the first and third steps, a variable value of the variable reactance element of the impedance matching unit in the first step is determined. A fourth step of acquiring data indicating a relation of information regarding impedance at an output terminal of the impedance matching device with respect to a variable value of the variable reactance element of the impedance matching device while sequentially changing Which may be (claim 3). Also, The data may be acquired by measuring information on impedance at an output terminal of the impedance matching device at each variable value while sequentially changing all changeable values of the variable reactance element. 4 ).
[0026]
Alternatively, the data is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value, and information on the impedance at the output terminal of the impedance matching unit at each sampling variable value. It may be obtained by measuring and calculating the impedance at the output terminal of the impedance matching device for the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled by the interpolation calculation using the measurement result. 5 ).
[0027]
Furthermore, the data acquired in advance relates to the impedance at the output end of the impedance matching unit at each sampling variable value while sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value. In the measurement of information, the electrical characteristics at the output terminal of the impedance matching unit are information on a reactance value for matching the impedance between the high frequency power source of the variable reactance element and the load, and the data acquired in advance. Data of information on the impedance at the output terminal of the impedance matching unit for the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled calculated by interpolation using the acquired data, and the detected value of the output terminal On the basis of the May also be parsed (claims 6 ). In this case, the interpolation calculation is performed by proportional calculation using the impedance measurement values of at least two sampling variable values adjacent to the variable value of the variable reactance element to be interpolated, thereby calculating the impedance for the variable value of the variable reactance element to be interpolated. Should be calculated (claims) 7 ).
[0028]
The electrical characteristic at the output terminal of the impedance matching device may include an output impedance at the output terminal of the impedance matching device or an impedance of the load. 8 ).
[0029]
In this specification, “analysis” refers to obtaining an absolute or relative numerical value of target information by performing various processes such as search and calculation on given various information. Also, “Reactance of variable reactance element Value The “information” refers to information that can directly or indirectly specify the reactance value of the variable reactance element, such as position information of various motors for varying the reactance value of the variable reactance element, in addition to the reactance value of the variable reactance element. In addition to the impedance matching unit output impedance value, the “information on the impedance matching unit output impedance” directly refers to the impedance matching unit output impedance value, such as the impedance value viewed from the output side of the impedance matching unit. Or information that can be indirectly specified.
[0030]
According to a second aspect of the present invention, High frequency power supply is connected With the input end Load is connected Reactance circuit including at least one variable reactance element between the output end And an input side detector for detecting at least voltage and current of a high frequency input from the high frequency power source, and provided between the output end and the reactance circuit. The output side detector for detecting either the high frequency voltage or the high frequency current output from the output end, and the high frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, A control unit that adjusts a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input-side detector to match impedances of the high-frequency power source and the load. An impedance matcher, Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance seen from the output end when the load is connected to the output end or the impedance seen from the output end when viewed from the load side. Connections that can be measured by equipment In a state, a storage unit that stores data indicating a relationship of information on impedance at the output terminal with respect to a variable value of the variable reactance element measured in advance, and the high-frequency power source is connected to the input terminal and the output terminal is connected to the output terminal With the load connected, Based on detection information of the input side detector When the reactance value of the variable reactance element is adjusted to a value that matches the impedance of the high-frequency power source and the load, information on the impedance corresponding to the reactance value stored in the storage unit and the output-side detector An impedance matching device comprising: an analysis unit that analyzes an electrical characteristic at an output terminal of the impedance matching device based on a detected high frequency voltage or high frequency current (claim). 9 ).
[0031]
According to a third aspect of the present invention, High frequency power supply is connected Input end Load is connected Reactance circuit including at least one variable reactance element between the output end And an input side detector for detecting at least voltage and current of a high frequency input from the high frequency power source, and provided between the output end and the reactance circuit. The output side detector for detecting either the high frequency voltage or the high frequency current output from the output end, and the high frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, A control unit that adjusts a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input-side detector to match impedances of the high-frequency power source and the load. An impedance matcher, Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance seen from the output end when the load is connected to the output end or the impedance seen from the output end when viewed from the load side. Connections that can be measured by equipment In the state, an input unit that inputs data indicating a relationship of information on impedance at the output terminal with respect to a variable value of the variable reactance element measured in advance, and the high-frequency power source is connected to the input terminal and the output terminal is connected to the output terminal With the load connected, Based on detection information of the input side detector When the reactance value of the variable reactance element is adjusted to a value that matches the impedance between the high-frequency power source and the load, information on the reactance value, a high-frequency voltage or high-frequency current detected from the output-side detector, and the input And an analysis unit that analyzes an electrical characteristic at an output end of the impedance matching unit based on data input from the unit. 10 ).
[0032]
The data may be acquired by sequentially measuring all variable values of the variable reactance element and measuring information on impedance at the output terminal of the impedance matching device at each variable value. 11 ).
[0033]
Alternatively, the data is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value, and information on the impedance at the output terminal of the impedance matching unit at each sampling variable value. It may be obtained by measuring and calculating the impedance at the output terminal of the impedance matching device for the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled by the interpolation calculation using the measurement result. 12 ).
[0034]
Furthermore, the data acquired in advance relates to the impedance at the output end of the impedance matching unit at each sampling variable value while sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value. An interpolation calculation unit that measures information and calculates information related to the impedance at the output terminal of the impedance matching unit for the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled by the interpolation calculation using the acquired data. The analysis unit further includes information on impedance stored in the storage unit corresponding to a reactance value for matching impedances of the high-frequency power source and the load of the variable reactance element, or an input calculated by the interpolation calculation unit. May be analyze the electrical characteristics at the output of the impedance matching device on the basis of the high-frequency voltage or a high frequency current is detected from the information on-impedance and the output-side detector (claim 13 ). In this case, the interpolation calculation is performed by proportional calculation using the impedance measurement values of at least two sampling variable values adjacent to the variable value of the variable reactance element to be interpolated, thereby calculating the impedance for the variable value of the variable reactance element to be interpolated. Should be calculated (claims) 14 ).
[0035]
According to a preferred embodiment, the claims 9 Or 14 The impedance matching device according to claim 1, further comprising an output unit that outputs an electrical characteristic at an output end of the impedance matching device analyzed by the analysis unit to the outside. 15 ). The electrical characteristic at the output terminal of the impedance matching device may include an output impedance at the output terminal of the impedance matching device or an impedance of the load. 16 ).
[0036]
According to a fourth aspect of the present invention, an input end to which a high frequency power source is connected, an output end to which a load is connected, and the input end and the output end are provided, and the high frequency power source and the load are provided. At least one variable reactance element for matching the impedance of the input, an input-side detector for detecting at least voltage and current of high-frequency power input from the high-frequency power source to the input end, and a high-frequency output from the output end Reactance of the variable reactance element based on detection information from the input-side detector to match an impedance between the output-side detector that detects one of voltage and high-frequency current, and impedance between the high-frequency power source and the load. A control unit for adjusting the value, information on the reactance value of the variable reactance element adjusted by the control unit, and the output side detection An output unit for outputting the result of detection to the outside and the impedance matching device having a connection to the high frequency power source to the input terminal of the impedance matching device In addition, before connecting a load to the output terminal of the impedance matching device, the connection between the output terminal of the impedance matching device and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input terminal of the impedance matching device. In addition, when the load is connected to the output terminal of the impedance matching unit, the impedance equivalent to the impedance viewed from the high frequency power source side from the output terminal of the impedance matching unit, or the load side from the output terminal of the impedance matching unit is viewed. Impedance equivalent to the measured impedance is connected so that it can be measured by the instrument that measures the impedance In the state, the variable reactance element measured in advance with respect to the variable value Impedance matcher A storage unit for storing data indicating the relationship of information on impedance at the output end; With the high frequency power source connected to the input end of the impedance matching unit and the load connected to the output end of the impedance matching unit, the reactance value of the variable reactance element is determined based on the detection information of the input side detector. When adjusted to a value that matches the impedance of the high-frequency power supply and the load, An input unit that inputs information about a reactance value output from the output unit of the impedance matching unit, information about a reactance value input from the input unit, a high-frequency voltage or a high-frequency current at the output terminal, and the storage unit An output end characteristic analysis system comprising: an output end characteristic analyzer including an analysis unit that analyzes an electrical characteristic at an output end of the impedance matcher based on Provided (claims) 17 ).
[0037]
According to a preferred embodiment, the claims 17 In the impedance matching device output end characteristic analysis system according to claim 1, the analyzer may further include an output unit that monitors and outputs a result analyzed by the analysis unit. 18 ).
[0038]
According to the present invention, when a high frequency power source is connected to the input end of the impedance matching device, a load is connected to the output end, and high frequency power is output from the high frequency power source, at least the voltage of the high frequency power input to the input end In addition, a high-frequency voltage and a high-frequency current at the output end are detected, and the reactance value of the variable reactance element matches the impedance between the high-frequency power source and the load based on the detection information at the input end. To be adjusted. And the adjusted reactance value Information about Based on the detected value at the output end and the data stored in the storage unit, the electrical characteristics at the output end of the impedance matching device (electrical characteristics such as the output impedance at the output end of the impedance matching device or the impedance of the load) are Analyzed. The analysis result is output to the outside as a monitor.
[0039]
As a result, the output impedance or load impedance with respect to the frequency of the RF power input from the high frequency power source can be detected with high accuracy. In addition, since either the RF voltmeter or the RF ammeter may be provided as the output side detector, the configuration of the output side detector can be simplified.
[0040]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0042]
FIG. 1 is an example of a circuit block diagram of an impedance matching device according to the present invention.
[0043]
The impedance matching unit 1 matches the impedance Zg of the high frequency power source connected to the input end 1a and the impedance Zl of the plasma process chamber connected to the output end 1b. The impedance matching unit 1 according to the present embodiment monitors and outputs the impedance Zl of the plasma process chamber, the RF voltage Vo supplied to the plasma process chamber, the RF current Io, the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io, and the like. It has a function.
[0044]
The impedance matching device 1 includes an input side detector 2, a control unit 3, an RF voltage detector 4, an inductor L2, and variable capacitors VC3 and VC4 as variable reactance elements. The inductor L2 and the variable capacitors VC3 and VC4 constitute a matching circuit, that is, a reactance circuit according to the present invention.
[0045]
The control unit 3 controls the automatic matching operation of the impedance matching unit 1 and outputs the output impedance Zo of the impedance matching unit 1, the impedance Zl (load impedance Zl) of the plasma process chamber, the RF current Io and the RF voltage at the output end 1b. The phase difference θo with respect to the RF current Io is calculated, and the calculation result and the output of the detected RF voltage Vo to the outside are controlled.
[0046]
The control unit 3 includes a microcomputer as a main component, and includes a CPU 11, a ROM 12, a RAM 13, an input / output interface circuit 14, and an EEPROM 15. The CPU 11, ROM 12, RAM 13, input / output interface circuit 14, and EEPROM 15 are mutually connected by a bus.
[0047]
The input side detector 2 detects the RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi between the RF voltage Vi and the RF current Ii that are input from the high frequency power source to the input terminal 1a. The RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi detected by the input side detector 2 are input to the control unit 3. The RF voltage detector 4 detects the RF voltage Vo at the output end 1b, and corresponds to the output side detector according to the present invention. The RF voltage Vo detected by the RF voltage detector 4 is also input to the control unit 3.
[0048]
The control unit 3 calculates the input impedance Zi of the impedance matching device 1 based on the RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi detected by the input side detector 2, and for example, the absolute value | Zi | of the input impedance Zi Is within a range of a predetermined reference value R (for example, 50 ± 5Ω), or the absolute value | Γi of the reflection coefficient Γi = (Zi−Zc) / (Zi + Zc) at the input terminal 1a with 50Ω as the characteristic impedance Zc. | Is equal to or less than a predetermined threshold value | Γi | (for example, 0.2), or the standing wave ratio ρ = (1+ | Γi |) / (1- | Γi |) at the input terminal 1a is a predetermined threshold value. The variable capacitors VC3 and VC4 are controlled so as to be equal to or less than ρr (for example, 1.1).
[0049]
Further, the control unit 3 shows the relationship between the data stored in the EEPROM 15 (capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the output impedance Zo of the impedance matching device 1 when high-frequency power is supplied from the high-frequency power source. Data, which will be described later), the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4, and the RF voltage Vo of the output terminal 1b detected by the RF voltage detector 4, the impedance Zl of the plasma process chamber, The electrical characteristics such as the output impedance Zo of the impedance matching unit 1, the RF current Io at the output terminal 1b of the impedance matching unit 1, and the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io are calculated, and the calculation result is detected. Impedance matching with the measured RF voltage Vo Output to the first external.
[0050]
A CPU (central processing unit) 11 operates based on a program stored in the ROM 12 and controls the entire control unit 3.
[0051]
A ROM (read only memory) 12 stores a program for operating the CPU 11 and fixed data necessary for executing the program.
[0052]
A RAM (random access memory) 13 provides a work area to the CPU 11 and temporarily stores various data generated by executing the program.
[0053]
The input / output interface circuit 14 controls data input / output with respect to the CPU 11. The RF voltage Vi and RF current Ii and the phase difference θi of the input terminal 1 a detected by the input side detector 2 and the RF voltage Vo of the output terminal 1 b detected by the RF voltage device 4 are connected to the CPU 11 via the input / output interface circuit 14. Is input.
[0054]
The CPU 11 outputs a control signal to the variable capacitors VC3 and VC4 via the input / output interface circuit 14 in order to obtain impedance matching between the high frequency power source and the plasma process chamber as a load. The variable capacitors VC3 and VC4 change the area of the counter electrode based on this control signal, and set the capacitances C3 and C4 to a predetermined control value. In the present embodiment, the capacitances of the variable capacitances VC3 and VC4 are variable stepwise in 100 steps. The variable capacitances VC3 and VC4 are provided with a stepping motor as a drive member for changing the capacitance, and the CPU 11 changes the capacitances C3 and C4 of the variable capacitances VC3 and VC4 by controlling the rotation amount of the stepping motor.
[0055]
In addition, the CPU 11 outputs an impedance Zl of the plasma process chamber, an output impedance Zo of the impedance matching device 1, and an RF voltage Vo at the output end 1b of the impedance matching device 1, which are analysis results of electrical characteristics at the output end 1b of the impedance matching device 1. The RF current Io and the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io are output to an external monitor device (not shown) via the input / output interface circuit 14.
[0056]
The EEPROM 15 is based on the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the RF voltage Vo detected by the RF voltage detector 4, and the impedance Zl of the plasma process chamber and the RF current Io at the output terminal 1b of the impedance matching device 1 are detected. , And data necessary for calculating the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io (impedance matching device at each adjustment position of the variable capacitors VC3 and VC4 in a state where the high frequency power source is connected to the impedance matching device 1) 1 for storing output impedance Zo of 1 (hereinafter referred to as output impedance calculation data). The output impedance calculation data may be stored in another nonvolatile memory such as a flash memory instead of the EEPROM 15.
[0057]
Therefore, the EEPROM 15 functions as a storage unit in the impedance matching device according to the present invention, and the control unit 3 functions as a control unit and an analysis unit in the impedance matching device according to the present invention. The circuit 14 functions as an input unit and an output unit of the impedance matching device according to the present invention.
[0058]
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the first embodiment of the measurement circuit for acquiring the output impedance calculation data.
[0059]
In the measurement circuit shown in the figure, a resistor 21 is connected to the input terminal 1 a of the impedance matching device 1, an impedance measurement device 22 is connected to the output terminal 1 b, and a personal computer 23 is connected to the input / output interface circuit 14 of the control unit 3. Connected. The resistor 21 connected to the input end 1a of the impedance matching device 1 corresponds to the output impedance (nominal value) of the actually connected high-frequency power source or the characteristic impedance of the coaxial cable. The input end 1a is connected to the resistor 21. Is terminated in a state where a high-frequency power source or a coaxial cable is connected to the input end 1a of the impedance matching device 1 equivalently. Therefore, if the output impedance (nominal value) of the high-frequency power source or the characteristic impedance of the coaxial cable is a value other than 50Ω such as 75Ω, the resistance value of the resistor 21 is set to that value.
[0060]
In this measurement circuit, output impedance calculation data is acquired by the following procedure.
[0061]
First, the resistor 21 is connected to the input terminal 1a of the impedance matching device 1, and the input terminal 1a is terminated with, for example, 50Ω. Next, the impedance measuring device 22 is connected to the output terminal 1b of the impedance matching device 1, and the control unit 3 sequentially changes the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4, and outputs the impedance matching device 1 with respect to a predetermined frequency. Measure impedance Zo. Here, the predetermined frequency is a frequency of high-frequency power supplied to the plasma process chamber, and is 13.56 MHz, for example.
[0062]
The variable capacitors VC3 and VC4 can be adjusted in multiple stages as described above, and the output impedance Zo of the impedance matching device 1 changes the adjustment position of the variable capacitors VC3 and VC4 one step at a time. Measured at 22. The data to be measured at this time is Zo = Ro + jXo, but it may be in the form of Zo = | Zo |, θo. In this case, it can be converted into a resistance component Ro and a reactance component Xo by using the formulas Ro = | Zo | .cos (θo) and Xo = | Zo | .sin (θo).
[0063]
The maximum number of data collections is the total number of combinations of the variable reactance elements provided in the impedance matching unit 1, that is, the adjustment ranges of the variable capacitors VC3 and VC4. In the present embodiment, since each variable number of the variable capacitors VC3 and VC4 is 100, 10,000 sets (100 × 100 sets) of data are acquired. When there are two or more measurement frequencies, 10,000 sets of data are acquired for each frequency.
[0064]
For collecting such data, a personal computer 23 is used to sequentially store a large number of sets of data including the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the output impedance Zo in the EEPROM 15 of the control unit 3. . Of course, in place of the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4, the position information of the stepping motor for changing the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 may be stored in the EEPROM 15, instead of the stepping motor. When a servo motor or the like is used, position information on the servo motor or the like may be stored in the EEPROM 15.
[0065]
Thus, the EEPROM 15 stores data as shown in FIG. Actually, 10,000 sets of data are stored, but in order to facilitate understanding, FIG. 3 illustrates an example in which the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 change in six stages, respectively. ing. If there are a plurality of measurement frequencies, the data shown in FIG. 3 is created for each frequency and stored in the EEPROM 15. In FIG. 3, the numbers 0 to 5 in the columns of the variable capacitors VC3 and VC4 are numbers assigned to the six stages of adjustment positions provided in the variable capacitors VC3 and VC4. If capacitances C3 and C4 are known for each adjustment position, the values may be used as table data as described above.
[0066]
Therefore, the capacitance information C3, C4 of the variable capacitors VC3, VC4 and the position information of the stepping motor, servo motor, etc. in place of them are the “impedance related to the impedance at the output terminal for the variable value of the variable reactance element” according to the present invention. It corresponds to "information about".
[0067]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of a measurement circuit for acquiring output impedance calculation data.
[0068]
The measurement circuit shown in the figure is the same as the measurement circuit shown in FIG. 2, except that the high frequency power supply 31 is connected to the input terminal 1a of the impedance matching device instead of the resistor 21 via the wattmeter 24, and the output terminal 1b of the impedance matching device. The switch 25 is provided with a dummy load 26 and an impedance measuring device 22 connected to the switch 25. The measurement data of the wattmeter 24 is input to the personal computer 23, and the output of the high frequency power supply 31 is controlled by the personal computer 23. The switch 25 switches the connection of the dummy load 26 between the output terminal 1 b of the impedance matching device 1 and the input terminal of the impedance measuring device, and the switching is controlled by the personal computer 23.
[0069]
The dummy load 26 corresponds to the load impedance of the plasma process chamber. The dummy load 26 has a T-type connection between the inductor L3 and the variable capacitors VC5 and VC6, which are variable reactance elements, and the variable capacitor VC6 is terminated by a 50Ω resistor R1. The reason why the termination resistance R1 is 50Ω is that the characteristic impedance of the measurement system is 50Ω. Capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6 are controlled by the personal computer 23.
[0070]
Capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6 can be changed in steps like the variable capacitors VC3 and VC4, and can be adjusted to, for example, 100 levels. By changing the capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6, the load impedance of the plasma process chamber can be artificially generated.
[0071]
In this measurement circuit, output impedance calculation data is acquired in the following procedure.
[0072]
First, the switch 25 is set so that the dummy load 26 is connected to the output terminal 1 b of the impedance matching device 1. Next, the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 in the impedance matching device 1 are set to the first combination value. .. Are assigned in order to the adjustment positions of the variable capacitors VC3, VC4 in which the capacitances C3, C4 are varied stepwise, and the initial position is “0”, the adjustment of the variable capacitors VC3, VC4. The position is set to the initial position (0, 0). Similarly, the adjustment positions of the variable capacitors VC5, VC6 are also assigned 0, 1, 2,... In order, and the initial position is “No. 0”, the adjustment positions of the variable capacitors VC5, VC6 are also the initial positions (0, 0).
[0073]
Next, predetermined high frequency power is output from the high frequency power supply 31. The reflected power at the input terminal 1 a of the high frequency power is measured by the wattmeter 24, and the measurement result is input to the personal computer 23. The personal computer 23 changes the capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6 while monitoring the reflected power measured by the power meter 24, and the capacitance C5 of the variable capacitors VC5 and VC6 so that the reflected power is minimized. , C6 is adjusted. That is, when the variable capacitors VC3 and VC4 of the impedance matching device 1 are set to the capacitances C3 and C4 at the initial adjustment position, the impedance of the dummy load 26 is adjusted to the load impedance matched with the high frequency power source 31 by the impedance matching device 1. The
[0074]
Scanning all combinations of the capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6, for example, with all the combinations of the capacitances C5 and C6 of the variable capacitors VC5 and VC6, for example, with the variable capacitor VC5 set to the initial position (first stage position) For example, in the state where the variable capacitor VC5 is set to the initial position (initial position), the variable capacitor VC6 is changed one by one from the initial position in order, and when the change of the total number of stages is completed, the variable capacitor VC5 is finished. Is changed to the position of the second stage, and the variable capacitor VC6 is changed one stage at a time in order from the initial position. Thereafter, the same method is repeated and executed. 23 shows adjustment positions of the variable capacitors VC5 and VC6 to (0, 0), (0, ), (0, 2),... (100, 99), (100, 100) in order, and the adjustment positions (h, k) of the variable capacitors VC5 and VC6 at which the reflected power at the input terminal 1a is minimized are detected. Thereafter, the adjustment positions of the variable capacitors VC5 and VC6 are set to (h, k).
[0075]
When the adjustment position (h ′, k ′) at which the reflected power is equal to or lower than a predetermined reference reflected power value is found, scanning of the adjustment positions of the variable capacitors VC5 and VC6 is stopped at that time, and the variable capacitor VC5 and VC6 may be set to the adjustment positions (h ′, k ′). This method has an advantage that the impedance adjustment of the dummy load 26 can be performed quickly because not all adjustment positions are always scanned.
[0076]
When the impedance adjustment of the dummy load 26 is completed, the output of the high frequency power from the high frequency power supply 31 is stopped, and the switch 25 is switched so that the dummy load 26 is connected to the input end of the impedance measuring instrument 22. Then, the impedance measuring instrument 22 measures the impedance of the dummy load 26, and the measurement result is input to the personal computer 23. In the personal computer 23, the measured impedance value of the dummy load 26 is recorded as a load impedance that matches at the adjustment positions of the variable capacitors VC 3 and VC 4 of the impedance matching device 1. This corresponds to the impedance value at the adjustment position (h ″, k ″) = (0, 0) of the variable capacitors VC3 and VC4 in FIG. However, the impedance value shown in FIG. 3 is the output impedance Zo of the impedance matching device 1 (impedance seen from the output end 1b when viewed from the high frequency power supply side), but in the measurement circuit shown in FIG. Since the load impedance corresponding to Zl is measured, it accurately corresponds to the impedance value conjugate with the impedance value shown in FIG. Therefore, if the conjugate impedance of the measurement value obtained by the impedance measuring device 22 is used for the table, the same characteristic data as the table of FIG. 3 can be obtained.
[0077]
In the measurement circuit shown in FIG. 4, the above procedure is repeated to measure the impedance value of the dummy load 26 that is matched at each adjustment position of the variable capacitors VC3 and VC4 of the impedance matching device 1, and the measurement result is shown in the table shown in FIG. Is recorded in association with the adjustment positions of the variable capacitors VC3 and VC4 or the adjustment capacitances C3 and C4.
[0078]
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a connection state of the impedance matching device 1 in actual use.
[0079]
A high frequency power supply 31 is connected to the input end 1 a of the impedance matching device 1. A plasma process chamber 32 is connected to the output end 1 b of the impedance matching device 1.
[0080]
Next, the operation of the impedance matching device 1 will be described.
[0081]
First, the impedance matching device 1 performs a matching operation. This matching operation is the same as the matching operation by the conventional impedance matching unit 53 shown in FIG. That is, the input-side detector 2 detects the RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi between the RF voltage Vi and the RF current Ii from the high-frequency power source 31 input to the input terminal 1a of the impedance matching device 1, The detection results Vi, Ii, and θi are input to the control unit 3.
[0082]
As a result, the control unit 3 calculates the input impedance Zi using Equation 1 above, and the absolute value | Zi | = √ (| Ri |) of the input impedance Zi ² + | Xi | ² ) Within a range of a predetermined reference value R (for example, 50 ± 5Ω), or the absolute value | Γi of the reflection coefficient Γi = (Zi−Zc) / (Zi + Zc) (Zc is a characteristic impedance) at the input terminal 1a. The capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 are varied so that | is equal to or less than a predetermined threshold value | Γi | (for example, 0.2).
[0083]
The variable capacitor VC3 is set so that the standing wave ratio ρ of the input impedance Zi to the output impedance (nominal value) of the high frequency power supply 31 or the characteristic impedance Zc of the coaxial cable is within a predetermined range (for example, 1.1 or less). , VC4 capacitances C3 and C4 may be varied. When the output impedance (nominal value) of the high-frequency power supply 31 or the characteristic impedance Zc of the coaxial cable is R0Ω, the standing wave ratio ρ is Γi = (Zi−Zc) / (Zi + Zc) = (Zi−R0) / (Zi + R0) = [(Ri−R0) + jXi] / [(Ri + R0) + jXi], and from this reflection coefficient Γi, ρ = (1+ | Γi |) / (1- | Γi |) It is calculated by the formula of
[0084]
Next, the CPU 11 of the control unit 3 searches the data stored in the EEPROM 15 and reads the output impedance Zo corresponding to the capacitances of the variable capacitors VC3 and VC4 when the matching operation is completed. For example, in the example of FIG. 3, when the adjustment positions of the variable capacitors VC3 and VC4 are “1” and “5”, respectively, “21-j25” is read as the output impedance Zo.
[0085]
Next, the CPU 11 of the control unit 3 calculates an impedance conjugated with the output impedance Zo as the impedance Zl of the plasma process chamber 32. In the above example, since Zo = 21−j25, the impedance Zl of the plasma process chamber 32 is 21 + j25. Of course, instead of the output impedance Zo (= Ro + jXo), an impedance conjugated with the output impedance Zo, that is, the impedance Zl (= Ro−jXo) of the plasma process chamber 32 may be stored in the EEPROM 15 in advance. .
[0086]
Further, the CPU 11 of the control unit 3 uses the calculated impedance Zl of the plasma process chamber 32 and the RF voltage Vo of the output terminal 1b detected by the RF voltage detector 4 to perform RF at the output terminal 1b of the impedance matching device 1. The current Io and the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io are calculated. Hereinafter, the procedure of this calculation will be described.
[0087]
First, the CPU 11 of the control unit 3 calculates the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io at the output terminal 1b from the calculated load impedance Zl = Ro−jXo. The phase difference θo is θo = tan ^-1 It is calculated by an arithmetic expression of (Xo / Ro).
[0088]
Ro = (Vo / Io) · cos (θo), Xo = (Vo / Io) · sin between the RF voltage Vo, the RF current Io, the phase difference θo and the load impedance Zl = Ro−jXo at the output terminal 1b. Since there is a relation of (θo), when an arithmetic expression for calculating the RF current Io is derived from these relational expressions, Io = (Vo / Ro) · cos (θo) = (Vo / Xo) · sin (θo) Become.
[0089]
Therefore, after calculating the phase difference θo, the CPU 11 of the control unit 3 subsequently uses the calculated value θo, the calculated load impedance Zl, and the detected RF voltage Vo to calculate the RF current according to the calculation formula of the RF current Io. Io is calculated.
[0090]
The CPU 11 of the control unit 3 then calculates the calculated impedance Zl (= Ro−jXo) of the plasma process chamber 32, the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io, and the RF detected by the RF voltage detector 4. The RF current Io calculated from the voltage Vo, the load impedance Zl, the phase difference θo, and the RF voltage Vo is output to a display or printer outside the impedance matching unit 1. Of course, it may be output to various external devices having a waveform display function in the form of an analog signal, or may be output to an external information processing device by serial communication or the like.
[0091]
As described above, the impedance matching device 1 according to the present embodiment obtains in advance the data of the load impedance Zl at the time of matching corresponding to the frequency of the high frequency power source supplied from the high frequency power source to the plasma process chamber. The RF voltage Vo at the end 1b is actually detected, and the RF current Io and the RF voltage Vo and the RF current at the output end 1b, that is, the input end of the plasma process chamber, from the load impedance Zl = Ro−jXo and the detected RF voltage Vo. Since the phase difference θo with respect to Io is calculated, the electrical characteristics at the input end of the plasma process chamber can be acquired and monitored with high accuracy.
[0092]
Therefore, it is possible to accurately detect abnormality such as generation of abnormal voltage in the plasma process chamber 32. Furthermore, in order to keep the impedance Zl of the plasma process chamber 32, the RF voltage Vo output from the impedance matching unit 1, the RF current Io, or the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io at a constant value, By controlling process parameters such as RF power, gas flow rate, and gas pressure supplied to the plasma process chamber 32, the plasma process in the plasma process chamber 32 may be well stabilized and a reproducible plasma process may be secured. There is.
[0093]
Further, as shown in FIG. 6, the data acquired using the impedance measuring device 22 can also be used as data representing the limit of the adjustment range of the impedance Zl of the plasma process chamber 32 by the impedance matching device 1. That is, the black circles in FIG. 6 are the measurement points by the impedance measuring device 22, and the distribution range of the measurement points (r and x are ranges of 0 to 0.5 in FIG. 6) is the variable capacitor VC3. , VC4, the variable range of the output impedance Zo of the impedance matching device 1 by varying the capacitances C3 and C4.
[0094]
FIG. 7 is a functional block diagram of the control unit 3 in the embodiment. That is, the control unit 3 in the above embodiment includes a matching control unit 33, a storage unit 34, an analysis unit 35, and an output unit 36 from the viewpoint of functions.
[0095]
The matching control unit 33 varies the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 based on the detection results Vi, Ii, and θi from the input-side detector 2 to thereby change the impedance Zg of the high-frequency power source 31 and the plasma process chamber. The impedance Zl of 32 is matched. The storage unit 34 stores the relationship between the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching device 1 that is measured in advance. Of course, the capacitances C3 and C4 in this case are examples of impedance information, and position information such as a stepping motor for changing the capacitance values of the variable capacitors VC3 and VC4 may be adopted instead of the capacitances C3 and C4. Good.
[0096]
When the matching operation by the matching control unit 33 is completed, the analysis unit 35 determines the impedance Zl of the plasma process chamber 32 based on the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the storage content of the storage unit 34 at that time. Is analyzed. Further, the phase difference θo between the RF voltage Vo and the RF current Io is calculated from the obtained impedance Zl, and further, the impedance Zl and the phase difference θo and the RF voltage Vo detected by the RF voltage detector 4 are used to calculate the impedance. The RF current Io output from the matching unit 1 is calculated.
[0097]
The output unit 36 outputs the analysis results of the electrical characteristics such as the impedance Zl of the plasma process chamber 32, the RF voltage Vo at the input end of the plasma process chamber 32, the RF current Io, and the phase difference θo by the analysis unit 35 to the outside. The matching control unit 33 and the analysis unit 35 are realized by the CPU 11. The output unit 36 is realized by the input / output interface circuit 14. The storage unit 34 is realized by the EEPROM 15.
[0098]
FIG. 8 is a functional block diagram of the control unit 3 in another embodiment. In the block configuration diagram shown in the figure, output impedance calculation data acquired in advance is not held by the impedance matching device 1, but is input from the outside when analyzing the electrical characteristics. That is, the output impedance calculation data acquired in advance is held in the storage unit 231 such as a RAM by the externally connected personal computer 23, and when the analysis unit 37 completes the matching operation by the matching control unit 33, the personal computer 23 Data (output impedance calculation data) indicating the relationship between the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 stored in the storage unit 231 and the output impedance Zo is input from the computer 23, and the data and the variable when the matching operation is completed are input. Based on the capacitances C3 and C4 of the capacitors VC3 and VC4 and the RF voltage Vo detected by the RF voltage detector 4, the impedance Zl of the plasma process chamber 32, the RF current Io at the output end 1b, the RF voltage Vo and the RF current io Electricity such as phase difference θo Characteristics are those configured to analyze.
[0099]
Although not shown in the figure, in this embodiment, a personal computer 23 is externally connected to the impedance matching device 1 via the input / output interface circuit 14, and the personal computer is communicated via the input / output interface circuit 14. In this embodiment, the output impedance calculation data is input to the impedance matching device 1 from 23, and the capacitances C3 and C4 measured in advance and supplied from the personal computer 23 are examples of impedance information. Position information such as a stepping motor for changing the capacitance values of the variable capacitors VC3 and VC4 may be employed.
[0100]
In this embodiment, since the personal computer 23 stores the output impedance calculation data, the storage unit 34 is not necessary in the impedance matching device 1, and there is no need to provide the EEPROM 15. The matching control unit 33 and the analysis unit 37 are realized by the CPU 11.
[0101]
FIG. 9 is a functional block diagram showing an example of an output analysis system for the impedance matching device of the present invention. That is, as shown in FIG. 9, when the output unit 38 of the control unit 3 completes the matching operation by the matching control unit 33, the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 at that time and the input side detector 2 The detection results Vi, Ii, and θi may be output to the personal computer 23. In this case, the personal computer 23 functions as an output end characteristic analyzer in the output end characteristic analysis system of the impedance matching device according to the present invention.
[0102]
Since the personal computer 23 stores output impedance calculation data and analyzes and calculates target data, the impedance matching unit does not require the storage unit 34 and the analysis unit 35. That is, the personal computer 23 includes a storage unit 41 that stores the relationship (output impedance calculation data) between the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 and the output impedance Zo of the impedance matching unit 1 that are measured in advance, and impedance matching. The impedance Zl of the plasma process chamber 32 based on the capacitances C3 and C4 of the variable capacitors VC3 and VC4 output from the output unit 38 of the vessel 1 and the RF voltage detection value Vo by the RF voltage detector 4 and the storage content of the storage unit 41. An analysis unit 42 that analyzes electrical characteristics such as an RF voltage Vo, an RF current Io, and a phase difference θo at the input end of the plasma process chamber 32 is realized.
[0103]
Of course, the capacitances C3 and C4 stored in the storage unit 41 are examples of impedance information, and instead of the capacitances C3 and C4, position information such as stepping motors for changing the capacitance values of the variable capacitors VC3 and VC4. May be adopted.
[0104]
In this embodiment, the output impedance Zo of the impedance matching device 1 or the impedance Zl of the plasma process chamber 32, the RF voltage Vo and RF current Io output from the impedance matching device 1, and the phase difference between the RF voltage Vo and the RF current Io. Information on the electrical characteristics at the output terminal 1b such as θo is displayed on the display screen of the display of the personal computer 23 in various formats such as waveform diagrams and digital numerical values.
[0105]
In the above embodiment, when acquiring the output impedance calculation data, the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching device 1 is measured for all the adjustment positions of the variable capacitors VC3 and VC4 of the impedance matching device 1. However, although this method can obtain highly accurate data, the number of measurements increases as the number of adjustments of the variable capacitors VC3 and VC4 increases, and the measurement time for acquiring output impedance calculation data is increased. However, there is a problem that the memory capacity for data recording increases as the operation time increases.
[0106]
Therefore, in order to alleviate such a problem, the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching device 1 is measured only for some adjustment positions of the variable capacitors VC3 and VC4 of the impedance matching device 1, and the other adjustment positions are measured. Interpolation may be performed by interpolation using data.
[0107]
In this case, at the time of data acquisition, the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching device 1 for all the variable values of the variable capacitors VC3 and VC4 may be acquired by measurement and interpolation calculation. In the block configuration diagram, an interpolation calculation unit is added to the impedance measuring instrument 1, and at the time of data acquisition, the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching unit 1 is obtained only for some variable values of the variable capacitors VC3 and VC4 by measurement. When the electrical characteristics are analyzed by the analysis units 35 and 37, the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching unit 1 with respect to the variable values of the variable capacitors VC3 and VC4 not acquired by measurement is obtained by the interpolation calculation unit. Calculation It may be. In the former case, there is an effect that the measurement time for data acquisition can be reduced. In the latter case, in addition to the effect, there is an effect that the capacity of the memory for storing the acquired data can be reduced.
[0108]
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of interpolation calculation. The interpolation calculation shown in the figure interpolates data by proportional calculation.
[0109]
In the figure, the horizontal axis is the adjustment position of the variable capacitor VC3, and the vertical axis is the adjustment position of the variable capacitor VC4. The black circle adjustment positions P1 to P4 are points where the output impedance Zo or the load impedance Zl of the impedance matching device 1 is measured, and the white circle adjustment position P5 is a point where the output impedance Zo or the load impedance Zl should be interpolated. is there.
[0110]
The resistance R5 of the output impedance Zo or the load impedance Zl at the adjustment position P5 is interpolated by proportional calculation according to the following procedure. That is, the resistance R6 at the intersection P6 of the straight line M connecting the points P1 and P5 and the straight line N connecting the points P2 and P3 is the resistance R2 (measured value) at the point P2 and the resistance R3 (at the point P3). The resistance R5 of the point P5 to be interpolated is calculated by the proportional calculation using the resistance R6 at the intersection P6 and the resistance R1 (measured value) at the point P1.
[0111]
FIG. 11 is a diagram showing in three dimensions the relationship between the resistance components R1 to R3, which are measured values, and the resistance components R5 and R6 calculated by proportional calculation. In the figure, the height direction indicates the level of resistance.
[0112]
As shown in the figure, the ratio of the distance between the points P2 and P6 to the distance between the points P2 and P3 is m (<1), and the distance between the points P1 and P5 with respect to the distance between the points P1 and P6. When the distance ratio is n (<1), the resistance R6 of the point P6 is calculated by R6 = R2 + m · (R3−R2), and the resistance R5 of the point P5 is R5 = R1 + n · (R6−R1). Is calculated by Accordingly, the resistance R5 at the point P is calculated from both equations as R5 = (1-n) .R1 + n. (1-m) .R2 + n.m.R3. In the examples of FIGS. 10 and 11, m = 4/10 = 0.4, n = 5/10 = 0.5, R1 = 20, R2 = 50, and R3 = 100. The resistance R5 is R5 = (1−0.5) · 20 + 0.5 · 0.6 · 50 + 0.5 · 0.4 · 100 = 45.
[0113]
In the example of FIG. 10, since the point P5 to be interpolated is included in a triangular area surrounded by the points P1 to P3 in the rectangle surrounded by the points P1 to P4, the measured value R1 of the points P1 to P3. The resistance component R5 of the point P5 is calculated using ~ R3, but the point P5 to be interpolated is included in the triangular area surrounded by the points P1, P3, and P4 in the rectangle surrounded by the points P1 to P4. In this case, as shown in FIG. 12, the resistance R5 at the point P5 is calculated using the measured values R1, R3, and R4 at the points P1, P3, and P4.
[0114]
In the example of FIG. 10, the point P5 to be interpolated is located inside the measurement points P1 to P4 arranged in a square or rectangle. However, as shown in FIG. 13, the point P5 to be interpolated is a parallelogram. Even when the measurement points P1, P2, P7, and P8 are arranged in a shape, the resistance R6 of the intersection P6 is calculated in the same way as described above, and the resistance R6 and the resistance R1 (measurement) Value) and the resistance R5 of the point P5 to be interpolated can be calculated by proportional calculation.
[0115]
In the above description, the resistance component R5 has been described, but the reactance component X5 of the point P5 can also be interpolated by the same method.
[0116]
In the above embodiments, the variable capacitors VC3 and VC4 are used as the variable reactance elements. However, as shown in FIGS. 14 to 17, the variable inductor VC may be used instead of the variable capacitor VC. Circuit configurations such as T-type and π-type can be freely adopted. Furthermore, the number of variable reactance elements to be installed is not limited to two, and can be any number of one or three or more.
[0117]
In the above embodiment, the RF voltage detector 4 is provided between the inductor L2 and the output terminal 1b of the impedance matching device 1 to directly detect the RF voltage output from the impedance matching device 1. As shown in FIG. 18, an RF current detector 5 may be provided instead of the RF voltage detector 4 to directly detect the RF current Io output from the impedance matching device 1. In this case, the RF voltage Vo at the output terminal 1b of the impedance matching unit 1 uses the load impedance Zl = Ro−jXo calculated from the output impedance calculation data and the RF current Io detected by the RF current detector 5. Thus, Vo = (Ro · Io) / cos (θo) = (Xo · Io) / sin (θo).
[0118]
In each of the above embodiments, the impedance of the transmission path between the high-frequency power source 31 or the plasma process chamber 32 and the impedance matching device 1 is ignored, but these may be measured in advance and used as correction data. Good. In this way, the accuracy of the monitor is further improved, and for example, the RF voltage applied to the electrode of the plasma process chamber 32 can be measured with high accuracy.
[0119]
In each of the above embodiments, the input side detector 2 detects all of the RF voltage Vi, the RF current Ii, and the phase difference θi. However, the input side detector 2 detects the RF voltage Vi and the RF current Ii, The control unit 3 may calculate the phase difference θi using the RF voltage Vi and the RF current Ii.
[0120]
Further, in each of the above embodiments, the impedance Zl of the plasma process chamber 32 is directly monitored. However, the output impedance Zo of the impedance matching device 1 that is conjugate with the plasma process chamber 32 may be monitored. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit block of an impedance matching device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a first embodiment of a measurement circuit for acquiring output impedance calculation data.
FIG. 3 is an explanatory diagram of data stored in an EEPROM.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a second embodiment of a measurement circuit for acquiring output impedance calculation data.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a connection state of an impedance matching device in actual use.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the limit of the adjustment range of the impedance of the plasma process chamber by the impedance matching device.
FIG. 7 is a functional block diagram of a control unit.
FIG. 8 is a functional block diagram of a control unit in another embodiment.
FIG. 9 is a functional block diagram showing an example of an output analysis system for an impedance matching device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining an interpolation calculation method;
FIG. 11 is a diagram showing in three dimensions the relationship between resistance values R1 to R3 as measured values and resistance values R5 and R6 calculated by proportional calculation.
FIG. 12 is a diagram showing in three dimensions the relationship between resistance values R1, R3, and R4, which are measured values, and resistance values R5 and R6 calculated by proportional calculation.
FIG. 13 is a diagram for explaining a modification of the interpolation calculation method.
FIG. 14 is a circuit diagram of a variable reactance element in another embodiment.
FIG. 15 is a circuit diagram of a variable reactance element in still another embodiment.
FIG. 16 is a circuit diagram of a variable reactance element in still another embodiment.
FIG. 17 is a circuit diagram of a variable reactance element in still another embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing a circuit block of another embodiment of the impedance matching device according to the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining a connection state in actual use of a conventional impedance matching device.
[Explanation of symbols]
1 Impedance matching device
1a Input terminal
1b Output terminal
2 Input side detector
3 Control unit (analysis unit, interpolation calculation unit)
4 RF voltage detector (output side detector)
5 RF current detector (output side detector)
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 Input / output interface circuit (input section, output section)
15 EEPROM (storage unit)
21 resistors
22 Impedance measuring instrument
23 Personal computer (Output end characteristic analyzer)
24 Wattmeter
25 switches
26 Dummy load
31 High frequency power supply
32 Plasma process chamber (load)
35, 37, 42 Analysis unit
36,38 output section
VC3 variable capacitor (variable reactance element)
VC4 variable capacitor (variable reactance element)
L2 inductor

Claims (18)

A reactance circuit including at least one variable reactance element between an input terminal to which a high-frequency power source is connected and an output terminal to which a load is connected ;
An input-side detector that is provided between the input terminal and the reactance circuit and detects at least voltage and current of a high frequency input from the high-frequency power source;
An output-side detector that is provided between the output terminal and the reactance circuit and detects either a high-frequency voltage or a high-frequency current output from the output terminal;
The high frequency power source is adjusted by adjusting a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input side detector in a state where the high frequency power source is connected to the input end and the load is connected to the output end. And a control unit for matching the impedance of the load, and an output end characteristic analysis method of an impedance matching unit,
Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance seen from the output end when the load is connected to the output end or the impedance seen from the output end when viewed from the load side. A data acquisition step of acquiring in advance data indicating a relationship of information on impedance at the output terminal of the impedance matching device with respect to a variable value of the variable reactance element of the impedance matching device in a state where the connection is measurable by a device;
With the high-frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, the reactance value of the variable reactance element is determined between the high-frequency power source and the load based on detection information of the input-side detector. When the impedance is adjusted to a value that matches the impedance, based on the information on the reactance value, the detected value of the output end by the output side detector, and the data acquired in advance, the electric power at the output end of the impedance matcher An analysis step for analyzing the mechanical characteristics ;
An output end characteristic analysis method for an impedance matching device. The data acquisition step includes connecting a resistor having an impedance equivalent to the output impedance of the high frequency power source to the input end before connecting the high frequency power source to the input end and connecting a load to the output end. The information on the impedance at the output terminal of the impedance matching device with respect to the variable value of the variable reactance element of the impedance matching device in a state where the impedance measuring device viewed from the output terminal is connected to the output terminal. The data representing the relationship between the impedance matching device and the output end characteristic analysis method according to claim 1, wherein the data is acquired in advance. The data acquisition step includes:
Before connecting the high frequency power source to the input end of the impedance matching unit and connecting a load to the output end of the impedance matching unit, the high frequency power source is connected to the input end of the impedance matching unit via a power meter. And a first step of setting a variable value of the variable reactance element of the impedance matcher to a predetermined value in a state where a dummy load including at least one variable reactance element is connected to the output terminal of the impedance matcher; ,
  A second step of adjusting a reactance value of the variable reactance element of the dummy load so that a reflected wave power measured by the wattmeter is a minimum or a reference value or less;
  After disconnecting the connection between the output terminal of the impedance matching unit and the dummy load, the impedance of the dummy load is measured with a device for measuring the impedance of the dummy load connected to the input terminal of the dummy load. A third step of measuring an impedance conjugate with an impedance at an output terminal of the impedance matching device with respect to a variable value of the variable reactance element of the impedance matching device;
  In a series of steps including the first step to the third step, the variable reactance element of the impedance matching device is sequentially changed while changing the variable value of the variable reactance element of the impedance matching device in the first step. A fourth step of acquiring data indicating a relationship of information regarding impedance at an output terminal of the impedance matching device with respect to a variable value;
The output end characteristic analysis method for an impedance matching device according to claim 1, comprising: The data is acquired by measuring information on impedance at an output terminal of the impedance matching device at each variable value while sequentially changing all changeable values of the variable reactance element. The output end characteristic analysis method of the impedance matching device according to any one of claims 1 to 3 . The data is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed, measuring the information about the impedance at the output terminal of the impedance matching device at each sampling variable value while sequentially changing the sampling value, The information is obtained by calculating information on an impedance at an output terminal of the impedance matching unit for a remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled by an interpolation operation using a measurement result. 4. The output end characteristic analysis method for an impedance matching device according to any one of claims 1 to 3 . The data acquired in advance is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value, and information on the impedance at the output terminal of the impedance matching unit at each sampling variable value. Measured,
The electrical characteristics at the output terminal of the impedance matching unit are obtained by using information on reactance values for matching impedances of the high-frequency power source and the load of the variable reactance element, the previously acquired data, and the acquired data. Analysis is performed based on data of information on impedance at the output terminal of the impedance matching unit with respect to the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled, which is calculated by the interpolation calculation, and the detected value of the output terminal. The impedance matching device output end characteristic analysis method according to claim 1, wherein: In the interpolation calculation, information on impedance with respect to the variable value of the variable reactance element to be interpolated is obtained by proportional calculation using the impedance measurement values of at least two sampling variable values adjacent to the variable value of the variable reactance element to be interpolated. and characterized in that to calculate the output terminal characterization method of the impedance matching device according to claim 5 or 6. The impedance matching device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the electrical characteristic at the output end of the impedance matching device includes an output impedance at the output end of the impedance matching device or an impedance of the load. Output end characteristics analysis method. A reactance circuit including at least one variable reactance element between an input terminal to which a high-frequency power source is connected and an output terminal to which a load is connected ;
An input-side detector that is provided between the input terminal and the reactance circuit and detects at least voltage and current of a high frequency input from the high-frequency power source;
An output-side detector that is provided between the output terminal and the reactance circuit and detects either a high-frequency voltage or a high-frequency current output from the output terminal;
The high frequency power source is adjusted by adjusting a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input side detector in a state where the high frequency power source is connected to the input end and the load is connected to the output end. And an impedance matching unit including a control unit for matching impedance with the load ,
Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance when the high frequency power supply side is viewed from the output end in a state where the load is connected to the output end, or an impedance equivalent to the impedance when the load side is viewed from the output end. A storage unit that stores data indicating a relationship of information on impedance at the output terminal with respect to a variable value of the variable reactance element measured in advance in a connection state that can be measured by a device;
With the high-frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, the reactance value of the variable reactance element is determined between the high-frequency power source and the load based on detection information of the input-side detector. When the impedance is adjusted to a matching value, the impedance matching is performed based on the information on the impedance corresponding to the reactance value stored in the storage unit and the high-frequency voltage or high-frequency current detected from the output-side detector. An analysis unit for analyzing electrical characteristics at the output end of the device;
An impedance matching device comprising: A reactance circuit including at least one variable reactance element between an input terminal to which a high-frequency power source is connected and an output terminal to which a load is connected ;
An input-side detector that is provided between the input terminal and the reactance circuit and detects at least voltage and current of a high frequency input from the high-frequency power source;
An output-side detector that is provided between the output terminal and the reactance circuit and detects either a high-frequency voltage or a high-frequency current output from the output terminal;
The high frequency power source is adjusted by adjusting a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input side detector in a state where the high frequency power source is connected to the input end and the load is connected to the output end. And an impedance matching unit including a control unit for matching impedance with the load ,
Before connecting the high-frequency power source to the input end and connecting the load to the output end, the connection between the output end and the load is disconnected, and the high-frequency power source is connected to the input end. In addition, the impedance is measured with an impedance equivalent to the impedance seen from the output end when the load is connected to the output end or the impedance seen from the output end when viewed from the load side. An input unit for inputting data indicating a relationship of information regarding impedance at the output terminal with respect to a variable value of the variable reactance element measured in advance in a state where the connection is made by a device; and
With the high-frequency power source connected to the input end and the load connected to the output end, the reactance value of the variable reactance element is determined between the high-frequency power source and the load based on detection information of the input-side detector. When the impedance matching value is adjusted, the output of the impedance matching device is based on information on the reactance value, the high-frequency voltage or current detected from the output-side detector, and the data input from the input unit. An analysis section for analyzing electrical characteristics at the end;
An impedance matching device comprising: The data is acquired by measuring information on impedance at the output end of the impedance matching device at each variable value while sequentially changing all the variable values of the variable reactance element, The impedance matching device according to claim 9 or 10 . The data is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed, measuring the information about the impedance at the output end of the impedance matching unit at each sampling variable value while sequentially changing the sampling value, characterized in that it is obtained by calculating information about the impedance at the output of the impedance matching device for the remaining variable value of the variable reactance element that has not been sampled by interpolation calculation using the measurement results, according to claim 9 Or the impedance matching device of 10 . The impedance matching device according to claim 9 or 10 ,
The data acquired in advance is obtained by sampling a part of the variable reactance element that can be changed and sequentially changing the sampling value, and information on the impedance at the output terminal of the impedance matching unit at each sampling variable value. An interpolation calculation unit that calculates information relating to impedance at the output end of the impedance matching unit with respect to the remaining variable values of the variable reactance elements measured and not sampled by interpolation calculation using the acquired data. ,
The analysis unit includes information on impedance stored in the storage unit corresponding to a reactance value for matching impedance between the high-frequency power source and the load of the variable reactance element, or information on impedance calculated by the interpolation calculation unit. An impedance matching device that analyzes an electrical characteristic at an output end of the impedance matching device based on a high frequency voltage or a high frequency current detected from the output side detector. In the interpolation calculation, information on the impedance with respect to the variable value of the variable reactance element to be interpolated is obtained by proportional calculation using the impedance measurement values of at least two sampling variable values adjacent to the variable value of the variable reactance element to be interpolated. The impedance matching device according to claim 12 or 13 , wherein the impedance matching device is calculated. The impedance matching device according to any one of claims 9 to 14 ,
An impedance matching unit, further comprising an output unit that outputs the electrical characteristics at the output end of the impedance matching unit analyzed by the analysis unit to the outside. The impedance matching device according to any one of claims 9 to 15 , wherein the electrical characteristic at the output terminal of the impedance matching device includes an output impedance at the output terminal of the impedance matching device or an impedance of the load. . At least one variable is provided between the input end to which the high frequency power source is connected, the output end to which the load is connected, and the input end and the output end, and matches the impedance between the high frequency power source and the load. A reactance element, an input-side detector that detects at least a voltage and a current of high-frequency power input from the high-frequency power source to the input terminal, and a high-frequency voltage and a high-frequency current output from the output terminal are detected. An output-side detector, a control unit that adjusts a reactance value of the variable reactance element based on detection information from the input-side detector to match impedances of the high-frequency power source and the load, and the control unit. Output the information regarding the reactance value of the adjusted variable reactance element and the detection result of the output side detector to the outside. An impedance matching device and a power unit,
Before connecting the high frequency power source to the input end of the impedance matching unit and connecting a load to the output end of the impedance matching unit, the connection between the output end of the impedance matching unit and the load is disconnected, and Impedance equivalent to the impedance seen from the output end of the impedance matcher in the state where the high frequency power source is connected to the input end of the impedance matcher and a load is connected to the output end of the impedance matcher, or impedance equivalent impedance viewed load side from the output terminal of said impedance matching device, while the connection which can be measured by an instrument that measures the impedance, the impedance matching for advance variable values of said measured variable reactance element put to the output end of the vessel A storage unit that stores data indicating a relationship between the information about the impedance,
With the high frequency power source connected to the input end of the impedance matching unit and the load connected to the output end of the impedance matching unit, the reactance value of the variable reactance element is determined based on the detection information of the input side detector. An input unit for inputting information on a reactance value output from the output unit of the impedance matching unit when the impedance of the high-frequency power source and the load is adjusted to be matched;
Analysis for analyzing electrical characteristics at the output end of the impedance matching unit based on information on the reactance value input from the input unit, the high-frequency voltage or current at the output end, and the data stored in the storage unit An output end characteristic analysis system for an impedance matching device, characterized in that the output end characteristic analysis system comprises an output end characteristic analyzer. The impedance matching unit output terminal characteristic analysis system according to claim 17 , wherein the output terminal characteristic analyzer further includes an output unit that outputs a result of analysis by the analysis unit. Output end characteristic analysis system.

Images