JP6386531B2 - 整合器及び整合方法 - Google Patents
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Description
RFin端子からRFout端子に向かって進む高周波電力(進行波:Pf)は、方向性結合器11で検出され、FORWARD端子に出力される。RFout端子からRFin端子に向かって進む高周波電力(反射波:Pr)は、方向性結合器11で検出され、REFLECT端子に出力される。また、RFin端子からRFout端子に向かって進む高周波電力Pfは、REFLECT端子では検出されず、もし検出されても僅かである。同様に、RFo ut端子からRFin端子に向かって進む高周波電力Prは、FORWARD端子では検出されず、もし検出されても僅かである。
Γ=r・exp(j・θ) (j:虚数単位)・・・(数1)
整合回路30は、負荷となるプラズマ処理装置3の入力インピーダンスが変動する範囲によって回路構成が決まるが、ここでは、π型の整合回路を例にして説明する。この整合回路30は、可変容量コンデンサ31、可変容量コンデンサ32、インダクタンス33、伝送線路35、伝送線路36を含むように構成されている。この伝送線路35と伝送線路36は、同軸ケーブルや金属板などで構成することができ、また、インダクタやコンデンサの集中定数回路を含むように構成することもできる。
VC1(n)=VC1(n-1)+real(Γ(n))*S1・・・(数2) VC2(n)=VC2(n-1)−imag(Γ(n))*S2・・・(数3) ここでreal( )は( )内の複素数の実部を示し、imag( )は( )内の複素数の虚部を示す。S1とS2は係数であり、コンデンサ容量を更新する量を決める。
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第1の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第1の可変容量コンデンサと、一端が第2の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第2の可変容量コンデンサと、一端が前記第1の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第2の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第1の可変容量コンデンサの容量値と前記第2の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円と、前記算出された反射係数との間の距離が所定値より大きい場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を変更することにより、前記距離を前記所定値以内とし、
前記距離が前記所定値以内になると、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を小さくする、
ことを特徴とする整合器。
あるプラズマ負荷のときに、高周波電源装置2とプラズマ処理装置3との間のインピーダンスが整合する(つまり反射係数Γが0)ときのVC1とVC2の値を、VC1=X、VC2=Yとする。説明を解り易くするために、整合する条件であるVC1=X、VC2=Yの状態から、VC1の容量を変えたときの、整合回路30の入力インピーダンスの軌跡、つまり、反射係数Γの軌跡を図3のスミスチャートに示す。この場合、伝送線路35は、進行波や反射波の波長λに比べ、無視できるほど短いものとする。
先ず、初期設定として、図4や図5で示した円の情報(スミスチャート上の位置と大きさ)を、記憶部25に記憶し保存する(図6のステップS1)。上述したように、この円の情報は、伝送線路35によって決まるため、整合回路30に応じた情報を与える必要がある。また、ステップS1では、VC1とVC2の初期値も設定する。
(a)スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円と、算出された反射係数との間の距離が所定値より大きい場合は、第2の可変容量コンデンサの容量値を変更し、算出される反射係数を変更することにより、前記距離を前記所定値以内とし、前記距離が前記所定値以内になると、第1の可変容量コンデンサの容量値を変更し、算出される反射係数を小さくするように構成したので、どのような負荷インピーダンスにおいても整合点に収束することができる。
上記実施形態では、伝送線路35に対応する円の情報を記憶部25に予め記憶するように構成したが、記憶部25に予め記憶するのではなく、円の情報が必要になる毎に、制御部20が(数4)を用いて円の情報を演算するように構成してもよい。
第1の構成は、
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第1の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第1の可変容量コンデンサと、一端が第2の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第2の可変容量コンデンサと、一端が前記第1の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第2の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第1の可変容量コンデンサの容量値と前記第2の可変容量コンデンサの容量値とを制御する自動制御部と、を備え、
前記自動制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円と、前記算出された反射係数との間の距離が所定値より大きい場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を変更することにより、前記距離を前記所定値以内とし、
前記距離が前記所定値以内になると、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を小さくする、
ことを特徴とする整合装置。
前記自動制御部は、前記算出された反射係数が前記円の内側に位置する場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を大きくし、前記算出された反射係数が前記円の外側に位置する場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を小さくすることを特徴とする整合器。
前記自動制御部は、前記算出された反射係数の虚部が負である場合は、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を大きくし、前記算出された反射係数の虚部が正である場合は、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を小さくすることを特徴とする整合器。
前記整合回路の前記第1の伝送線路は、特性インピーダンスが50Ωで、線路長がλ/4(λは、前記進行波及び反射波の波長)であるか、又は、前記進行波及び反射波に比べ無視できる程度の長さであることを特徴とする整合器。
Claims (5)
- 入力端子と、出力端子と、一端が第1の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第1の可変容量コンデンサと、一端が第2の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第2の可変容量コンデンサと、一端が前記第1の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第2の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記入力端子側で進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第1の可変容量コンデンサの容量値と前記第2の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変えた場合にスミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円と、
前記算出された反射係数との間の距離が所定値より大きい場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を変更することにより、前記距離を前記所定値以内とする第1の制御と、
前記距離が前記所定値以内になると、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を小さくする第2の制御とし、
前記第1と第2の制御を前記整合点に収束するまで繰り返すことを特徴とする整合器。 - 入力端子と、出力端子と、一端が第1の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第1の可変容量コンデンサと、一端が第2の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第2の可変容量コンデンサと、一端が前記第1の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第2の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記入力端子側で進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
を備える整合器における整合方法であって、
前記第1の伝送線路に応じて、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変えた場合にスミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円を設定するステップと、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出するステップと、
前記算出された反射係数と前記円との間の距離が所定値より大きいと、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、
前記算出される反射係数を変更して、前記距離を前記所定値以内とする第1のステップと、
前記距離が前記所定値以内になると、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記算出される反射係数をゼロに近づける第2のステップと、前記第1と第2のステップを前記整合点に収束するまで繰り返すことを特徴とする整合器における整合方法。 - 前記第1の制御において、前記制御部は、前記算出された反射係数が前記円の内側に位置する場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を大きくし、前記算出された反射係数が前記円の外側に位置する場合は、前記第2の可変容量コンデンサの容量値を小さくすることを特徴とする請求項1記載の整合器。
- 前記第2の制御において、前記制御部は、前記算出された反射係数の虚部が負である場合は、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を大きくし、前記算出された反射係数の虚部が正である場合は、前記第1の可変容量コンデンサの容量値を小さくすることを特徴とする請求項3記載の整合器。
- 前記整合回路の前記第1の伝送線路は、特性インピーダンスが50Ωで、線路長がλ/4(λは、前記進行波及び反射波の波長)であるか、又は、前記進行波及び反射波に比べ無視できる程度の長さであることを特徴とする請求項3記載の整合器。
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