JPH09134800A - 高周波装置 - Google Patents

高周波装置

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JPH09134800A
JPH09134800A JP7289890A JP28989095A JPH09134800A JP H09134800 A JPH09134800 A JP H09134800A JP 7289890 A JP7289890 A JP 7289890A JP 28989095 A JP28989095 A JP 28989095A JP H09134800 A JPH09134800 A JP H09134800A
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JP
Japan
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variable capacitor
matching
impedance
load
high frequency
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JP7289890A
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Shintaro Hidaka
晋太郎 日高
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Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロスタイムなく短時間にマッチングを取るこ
とができる高周波装置を実現する。 【解決手段】 コイル6の両端の電流を検出し、計算器
18によって負荷インピーダンスの値を求める。この値
は制御回路13に供給され、制御回路13は各コンデン
サ4,5の最適位置を求める。制御回路13は求めた最
適位置にコンデンサ4,5を一致させるように、モータ
9,11を駆動する。この結果、各コンデンサの容量は
ラフに調整される。次に、比較回路は反射率の値と所定
値とを比較し、反射率が所定値以下の場合には、スイッ
チ14,16を切り換えて、制御回路13からの信号は
パルス駆動回路21に供給され、各モータ9,11はパ
ルス駆動回路21によって駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、インピーダンスのマッ
チングを短時間に行うことができる高周波スパッタリン
グ装置やエッチング装置などの高周波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波スパッタリング装置では、2枚の
電極間に高周波を印加し、一方の電極(試料)をスパッ
タリングし、試料表面のクリーニングなどを行ってい
る。また、別の高周波装置では、2枚の電極間に高周波
を印加し、一方の電極からスパッタされた粒子を電極に
接近して配置された基板上に付着させるようにしてい
る。
【0003】図1はこのような高周波装置の概略を示し
ており、1は高周波発振器である。高周波発振器1から
の高周波は、検出器2を介してマッチングボックス3に
供給される。マッチングボックス3はマッチング可変コ
ンデンサ4、チューニング可変コンデンサ5、コイル6
から構成されている。マッチングボックス3からの高周
波は、負荷7に供給される。なお、検出器2は、マッチ
ングボックス3に入力する高周波の電圧と電流の比、及
び電圧と電流の位相差θを検出している。
【0004】このような構成において、検出器2によっ
て検出された電圧,電流,位相に基づいてインピーダン
スと位相とを求め、インピーダンスの値に基づいてマッ
チングボックス3内のマッチング可変コンデンサ4の容
量を変え、位相差に基づいてチューニング可変コンデン
サ5の容量を変えている。
【0005】すなわち、検出器2によって検出されたイ
ンピーダンスZに応じた信号VZは、比較増幅器8に供
給され基準電圧と比較される。比較増幅器8の出力は、
マッチング可変コンデンサ4を駆動するモータ9に供給
される。その結果、インピーダンスZの値が基準電圧と
等しくなるようにモータ9によりマッチング可変コンデ
ンサ4が調整される。
【0006】また、検出器2によって検出された位相差
θに応じた信号Vθは、比較増幅器10に供給され基準
電圧と比較される。比較増幅器10の出力は、チューニ
ング可変コンデンサ5を駆動するモータ11に供給され
る。その結果、位相差θの値が基準電圧(0)と等しく
なるようにモータ11によりマッチング可変コンデンサ
5が調整される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図2はマッチングボッ
クス3への入力インピーダンスの軌跡を示しており、チ
ューニング可変コンデンサ5を固定状態とし、マッチン
グ可変コンデンサ4を可変としたものである。検出器2
によって求められたインピーダンスZがマッチングポイ
ントインピーダンス(50Ω)より大きいか小さいかに
応じてマッチング可変コンデンサ4の容量が変えられ
る。検出インピーダンスZが50Ωより大きい場合に
は、コンデンサ4の容量が増加する方向に駆動される。
【0008】また、検出インピーダンスZが50Ωより
小さい場合には、コンデンサ4の容量が減少する方向に
駆動される。このような駆動方式では、図中の円状のイ
ンピーダンスの軌跡IZの内、点線で示した領域が、イ
ンピーダンスZが50Ωより小さいにも拘らず、逆に容
量が増加する方向にコンデンサ4が駆動され、容量が最
大となった後に容量が減少する方向にコンデンサ4が駆
動される。そのため、マッチングを取るまでにロスタイ
ムが発生することになる。
【0009】図3はマッチングボックス3への入力イン
ピーダンスの軌跡を示しており、チューニング可変コン
デンサ5を可変とし、マッチング可変コンデンサ4を固
定状態としたものである。検出器2によって検出された
位相θに応じてチューニング可変コンデンサ5の容量が
変えられる。この場合、位相θが正の場合、チユーニン
グコンデンサ5の容量は増加する方向に駆動され、位相
θが負の場合、コンデンサ5の容量が減少する方向に駆
動される。
【0010】このような駆動方式では、図中の円状のイ
ンピーダンスの軌跡Iθの内、点線で示した領域が、位
相θが正であるにも拘らず、逆に容量が減少する方向に
コンデンサ5が駆動され、容量が最小となった後に容量
が増加する方向にコンデンサ5が駆動される。そのた
め、マッチングを取るまでにロスタイムが発生すること
になる。
【0011】このため、例えば、負荷においてアーク放
電の発生が生じるなどの現象が起こると、マッチングポ
イントがずれてしまい、コンデンサを駆動して再度マッ
チングを取る場合、かなりの時間が必要となる。
【0012】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、ロスタイム少なく短時間にマッチ
ングを取ることができる高周波装置を実現するにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に基づく
高周波装置は、高周波電源と、高周波電源からの高周波
電力が供給される負荷と、電源と負荷との間に配置さ
れ、マッチング可変コンデンサとチューニング可変コン
デンサとコイルとから成るマッチングボックスと、電源
とマッチングボックスとの間に設けられた入力インピー
ダンスと入力高周波の電圧と電流との位相を検出する検
出器とを備え、検出器により検出されたインピーダンス
に応じてマッチング可変コンデンサの容量を調整し、検
出器により検出された位相に応じてチューニング可変コ
ンデンサの容量を調整するように構成した高周波装置に
おいて、高周波の反射電力(Pr)と入射電力(Pf)
との比(Pr/Pf)を求め、この比が所定の値以下の
場合には各可変コンデンサをパルス駆動させるように構
成したことを特徴としている。
【0014】請求項1の発明では、高周波の反射電力と
入射電力との比(反射率)を求め、反射率の値に応じて
各可変コンデンサをパルス駆動させる。請求項2の発明
に基づく高周波装置は、高周波電源と、高周波電源から
の高周波電力が供給される負荷と、電源と負荷との間に
配置され、マッチング可変コンデンサとチューニング可
変コンデンサとコイルとから成るマッチングボックス
と、電源とマッチングボックスとの間に設けられた入力
インピーダンスと入力高周波の電圧と電流との位相を検
出する検出器とを備え、検出器により検出されたインピ
ーダンスに応じてマッチング可変コンデンサの容量を調
整し、検出器により検出された位相に応じてチューニン
グ可変コンデンサの容量を調整するように構成した高周
波装置において、負荷に流れる電流から負荷インピーダ
ンスを求め、負荷インピーダンスの値に基づいて各可変
コンデンサの容量を調整すると共に、高周波の反射電力
(Pr)と入射電力(Pf)との比(Pr/Pf)を求
め、この比が所定の値以下の場合には各可変コンデンサ
をパルス駆動させるように構成したことを特徴としてい
る。
【0015】請求項2の発明では、負荷インピーダンス
の値に基づいて各可変コンデンサの容量を調整し、その
後、高周波の反射電力と入射電力との比(反射率)を求
め、反射率の値に応じて各可変コンデンサをパルス駆動
させる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図4は本発明の一例を示し
ており、図1の従来装置と同一番号は同一構成要素を示
す。この実施例で、検出器2によって検出されたインピ
ーダンス|Z|に応じた信号VZは、AD変換器12に
よってディジタル信号に変換された後、制御回路13に
供給される。ここで、信号VZと基準信号とは比較さ
れ、その比較結果は、マッチング可変コンデンサ4を駆
動するため、スイッチ14,コントロール増幅器15を
介してモータ9に供給される。その結果、インピーダン
スZに応じた信号値が基準電圧と等しくなるようにモー
タ9によりマッチング可変コンデンサ4が調整される。
【0017】また、検出器2によって検出された位相差
θに応じた信号Vθは、AD変換器12によってディジ
タル信号に変換された後、制御回路13に供給される。
ここで、信号Vθと基準信号とは比較され、その比較結
果は、スイッチ16,コントロール増幅器17を介して
チューニング可変コンデンサ5を駆動するモータ11に
供給される。その結果、位相差θに応じた信号値が基準
電圧(0)と等しくなるようにモータ11によりチュー
ニング可変コンデンサ5が調整される。
【0018】更に、マッチングボツクス3内のコイル6
の両端間の電位は計算器18に供給される。計算器18
は得られた電位差から負荷7に流れる電流を求め、更
に、負荷7のインピーダンスを計算によって求める。こ
の負荷インピーダンスの計算の詳細は、特願平4−15
3543に記述されている。計算器18によって求めら
れた負荷インピーダンスの値は、制御回路13に供給さ
れる。
【0019】また、高周波電力の入射電力Pfと反射電
力Prとは、カプラー19によって検出され、それらの
値はAD変換器12を介して制御回路13に供給され
る。制御回路13は供給された両電力に基づいて反射率
(Pr/Pf)を求める。求められた反射率の値は、比
較回路20に供給されて所定の値と比較される。比較回
路20は、反射率と所定の値に基づいて、スイッチ1
4,16の切り換えを行う。
【0020】スイッチ14は制御回路13からの信号
を、コントロール増幅器15とパルス駆動回路21に切
り換えて供給する。また、スイッチ16は制御回路13
からの信号を、コントロール増幅器17とパルス駆動回
路21に切り換えて供給する。パルス駆動回路21は、
制御回路13からの信号に基づいて、コントロール増幅
器15,17を介してモータ9,11を微小容量づつパ
ルス駆動する。このような構成の動作を図5のフローチ
ャートを参照して説明する。
【0021】マッチング動作をスタートさせると、まず
コイル6の両端の電流を検出し、計算器18によって負
荷インピーダンスの値を求める。この求められた負荷イ
ンピーダンスの値は制御回路13に供給され、制御回路
13はマッチング可変コンデンサ4とチューニング可変
コンデンサ5の最適位置を求める。制御回路13は求め
た最適位置に2つのコンデンサ4,5を一致させるよう
に、コントロール増幅器15,17を介してモータ9,
11を駆動する。この結果、各コンデンサの容量はラフ
に調整される。
【0022】次に、制御回路13は、供給された反射電
力Prと入射電力Pfとにより、反射率Pr/Pfを求
める。この反射率の値が、例えば、0.1以下の場合に
は、マッチングポイントに近付いているので、各コンデ
ンサ4,5の駆動をパルス駆動とし、微小ステップで各
コンデンサ4,5の容量を調整する。
【0023】具体的には、制御回路13は求めた反射率
の値を比較回路20に供給し、比較回路は反射率の値と
0.1とを比較し、反射率が0.1以下の場合には、ス
イッチ14,16を切り換えて、制御回路13からの信
号はパルス駆動回路21に供給され、各コントロール増
幅器15,17はパルス駆動回路21によって駆動され
る。この結果、モータがオーバーランをしてマッチング
をとるまでに時間が掛かることを防止することができ
る。
【0024】上記した計算値に基づいてコンデンサの位
置を調整した後、比較回路20による反射率と所定値
(0.1)の比較結果が0.1以下でない場合、従来と
同様の各コンデンサの調整が行われる。すなわち、制御
回路13は、供給されたVZ,Vθ信号と基準信号との
比較をそれぞれ行い、マッチングポイントがどうかを判
定する。マッチングポイントではない場合、VZ信号が
正か負かを判断する。VZ信号が正の場合、モータ9が
駆動され、マッチング可変コンデンサ4は正転される。
また、VZ信号が負の場合、マッチング可変コンデンサ
4は逆転される。
【0025】次に、Vθ信号が正か負かを判断する。V
θ信号が正の場合、モータ11が駆動され、チューニン
グ可変コンデンサ5は正転される。Vθ信号が負の場
合、チューニング可変コンデンサ5は逆転される。
【0026】上記したパルス駆動やVZ,Vθに基づく
コンデンサの調整により、反射率Pr/Pfの値が0.
05以下となった場合には、常に反射率がこの値以下か
どうかをウォツチングする。パルス駆動やVZ,Vθに
基づくコンデンサの調整により、反射率Pr/Pfの値
が0.05以下とならなかった場合や、装置を動作して
いる過程で、反射率の値が0.05以下の範囲からずれ
た場合には、反射率が0.2以下かどうかを判断する。
【0027】反射率が0.2以下の場合には、図5のチ
ャートのAの位置に戻り、反射率の値に応じてパルス駆
動か通常のフィードバック動作かの判断を行った上、所
定のコンデンサ4,5の調整動作が実行される。反射率
がPr/Pf>0.2の場合には、図5のチャートのB
の位置に戻り、計算値によって各コンデンサの位置の調
整が行われる。
【0028】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、負荷インピー
ダンスの値を求めるため、コイル6の両端に流れる電流
を検出するように構成したが、マッチングボックス3の
入力側の電圧V0,I0とによって負荷電流を計算し、更
に負荷インピーダンスの値を求めても良い。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明で
は、高周波の反射電力と入射電力との比(反射率)を求
め、反射率の値に応じて各可変コンデンサをパルス駆動
させるように構成した。その結果、各コンデンサがマッ
チングポイントに近付いた場合には、各コンデンサはパ
ルス的に微小容量づつ調整されるので、各コンデンサが
マッチングポイントをオーバーランして調整に余分な時
間が掛かることは防止される。
【0030】また、請求項2の発明では、負荷インピー
ダンスの値に基づいて各可変コンデンサの容量を調整
し、その後、高周波の反射電力と入射電力との比(反射
率)を求め、反射率の値に応じて各可変コンデンサをパ
ルス駆動させるように構成した。その結果、比較的大き
くマッチングがずれている場合には、計算によって求め
たマッチングポイントにラフに各コンデンサを調整する
ことができ、その後、各コンデンサはパルス的に微小容
量づつ調整されるので、各コンデンサのマッチングを取
る動作を極めて短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の高周波装置の概略を示す図である。
【図2】インピーダンスの軌跡を示す図である。
【図3】インピーダンスの軌跡を示す図である。
【図4】本発明に基づく高周波装置の一例を示すブロッ
ク図である。
【図5】図4の装置の動作を説明するためのフローチャ
ートである。
【符号の説明】
1 高周波発振器 2 検出器 3 マッチングボックス 4 マッチング可変コンデンサ 5 チューニング可変コンデンサ 7 負荷 9,11 モータ 12 AD変換器 13 制御回路 14,16 コントロール増幅器 15,17 スイッチ 18 計算器 19 カプラー 20 比較回路 21 パルス駆動回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波電源と、高周波電源からの高周波
    電力が供給される負荷と、電源と負荷との間に配置さ
    れ、マッチング可変コンデンサとチューニング可変コン
    デンサとコイルとから成るマッチングボックスと、電源
    とマッチングボックスとの間に設けられた入力インピー
    ダンスと入力高周波の電圧と電流との位相を検出する検
    出器とを備え、検出器により検出されたインピーダンス
    に応じてマッチング可変コンデンサの容量を調整し、検
    出器により検出された位相に応じてチューニング可変コ
    ンデンサの容量を調整するように構成した高周波装置に
    おいて、高周波の反射電力(Pr)と入射電力(Pf)
    との比(Pr/Pf)を求め、この比が所定の値以下の
    場合には各可変コンデンサをパルス駆動させるように構
    成した高周波装置。
  2. 【請求項2】 高周波電源と、高周波電源からの高周波
    電力が供給される負荷と、電源と負荷との間に配置さ
    れ、マッチング可変コンデンサとチューニング可変コン
    デンサとコイルとから成るマッチングボックスと、電源
    とマッチングボックスとの間に設けられた入力インピー
    ダンスと入力高周波の電圧と電流との位相を検出する検
    出器とを備え、検出器により検出されたインピーダンス
    に応じてマッチング可変コンデンサの容量を調整し、検
    出器により検出された位相に応じてチューニング可変コ
    ンデンサの容量を調整するように構成した高周波装置に
    おいて、負荷に流れる電流から負荷インピーダンスを求
    め、負荷インピーダンスの値に基づいて各可変コンデン
    サの容量を調整すると共に、高周波の反射電力(Pr)
    と入射電力(Pf)との比(Pr/Pf)を求め、この
    比が所定の値以下の場合には各可変コンデンサをパルス
    駆動させるように構成した高周波装置。
JP7289890A 1995-11-08 1995-11-08 高周波装置 Withdrawn JPH09134800A (ja)

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