KR100362598B1 - 예측기-수정기제어시스템을사용한전기적동조된매칭네트워크 - Google Patents

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Abstract

부하로 이동된 전력을 극대화하기 위하여, 발생기 임피던스를 미지의 그리고 추측상 변화하는 부하 임피던스와 매칭시키기 위한 방법 및 그에 대응하는 장치에 관한 것이다. 그 장치는 임피던스 매칭 네트워크와 네트워크모델을 포함하여, 알려진 현재 네트워크 값과 네트워크 입력 임피던스의 측정값으로부터 부하 임피던스를 평가하고, 상기 입력 임피던스 및 상기 평가된 부하 임피던스로부터 최적 네트워크값을 평가한다. 제어기는 현재 및 최적값에 기초를 둔 새로운 네트워크값을 계산하고, 상기 네트워크에 새로운 값을 출력한다. 그 공정은, 부하 임피던스를 평가하고 새로운 일련이 최적값을 발생하도록 새로운 네트워크값을 사용하여 반복된다. 제어기는

Description

예측기-수정기 제어 시스템을 사용한 전기적 동조된 매칭 네트워크
본 발명은 일반적으로 소스 임피던스를 부하 임피던스와 매칭시키기 위한 임피던스 매칭 네트워크에 관한 것이며, 특히 부하 임피던스가 알려지지 않을 때, 및 추후 부하 임피던스가 변할 때 네트워크 값이 초기에 하나의 해에 수렴하도록 동적으로 조절되는 임피던스 매칭 네트워크에 관한 것이다.
전력 소스를 전기부하에 연결시킬때 공통적인 목표는 소스로부터 부하에 전력 전달을 최대화 하는 것이다. 이 목표는 소스 또는 발생기의 출력 임피던스가 부하 입력 임피던스의 켤레복소수 일때 달성된다.
간단한 배경기술에 의하면, 교류전류(ac) 회로에서, 임피던스는 실수성분인 저항성분과 허수성분인 인덕티브 또는 커패시티브 성분을 가진다. 통상의 복소수 표시에서, 임피던스(Z)는 Z=R+jX이고, 여거서, R는 실수성분이고, X는 허수성분이며, j는 -1 의 제곱근과 같은 연산자이다. 임피던스는 저항성분이 같으며, 그 허수성분이 크기가 같고 방향이 반대일 때 켤레복소수라고 한다. 만약 발생기 임피던스가 ZG=RG+jXG이면, 최대 전력은 부하 임피던스가 ZL= RG-jXG일때 부하로 전달될것이다. 켤레 복소수를 또 다르게 표현하는 방식은 벡터량에 의한 것이다. 단순한 저항 임피던스는 위상각이 제로인 벡터로 생각 될 수 있다. 복소수 임피던스는 크기 및 위상각을 가진다. 서로 켤레복소수인 임피던스는 동일한 크기를 가지며, 그 위상각은 크기가 같고 부호가 반대이다.
많은 회로응용분야에서, 소스 또는 발생기 임피던스는 부하임피던스와 매칭되지 않고, 임피던스 매칭 네트워크가 소스 및 부하사이에 연결될 것이다. 기본적으로, 임피던스 매칭 네트워크의 기능은 발생기 임피던스의 켤레복소수와 동일한 임피던스를 발생기에 공급하는 것이며, 부하 임피던스의 켤레 복소수와 동일한 임피던스를 부하에 공급하는 것이다. 매칭 네트워크는 상호연결된 다수의 인덕터 및 커패시터를 포함하며, 그들 중의 몇몇은 원하는 결과에 도달하는 값으로 조절가능하다. 어떤 형태의 임피던스 매칭 네트워크는 그 네트워크 입력 임피던스의 크기가 특정 네트워크 값을 조절함으로써 변화될 수 있고 네트워크 입력 임피던스의 위상각은 또다른 네트워크 값을 조절함으로써 독립적으로 변화될 수 있다는 가정에서 동작한다. 바람직하지 못하게, 그 가정은 좁은 범위의 조절에 대하여 늘 올바르지는 않고, 그러한 네트워크는 쉽게 잘못된 해로 집중되며, 여기서 크기 또는 위상 각 중의 어느 하나가 적절히 매칭될 수 있지만, 양자 다 안될 수도 있다.
Collin 등의 이름으로 출판된 미합중국 특허 제 4,951,009호는 "Tuning Method and Control System for Automatic Matching Network"라는 제목으로서, 임피던스 매칭 네트워크 제어에 대한 향상된 기술을 설명 및 청구하고 있다. 두 개의 가변 임피던스는 주기적으로 변화되거나 또는 정상값에 관하여 "변동" 상태이게 되며, 매칭 네트워크로부터 반사된 전력상에서는 변동상태의 임피던스 값이 관측된다. 임피던스의 정상값은 반사되는 전력을 최소화시키기 위하여 연속적으로 조절되며, 그것은 달성된 임피던스 매칭도를 나타낸다. 네트워크 값의 변동은 편미분, 즉각 네트워크 값에 대한 반사된 전력의 변화율을 결정할 수 있게 한다. 그때 각각의 네트워크 값은 양쪽 편미분이 실제로 제로일때까지 변화될 수 있다. 비록 이 방법이 좁은 범위에서 만족할 만하게 작업을 수행한다 할지라도 반사된 전력대 가변 네트워크 값과 관련한 특징면에서 잘못된 부분 최소해에도 수렴할 수 있다. 비록 그 특성이 양방향에서 편미분이 제로인 한정된 최소값을 가지고, 대략 포물면 형상이라 할지라도, 편미분 값이 제로이지만 참 절대 최소 반사 전력이 획득되지 않는 틀린 해 일수도 있다.
동적으로 조절가능한 임피던스 매칭 네트워크의 분야에서 개선의 필요가 있다는 것이 전술한 내용으로 부터 명백하다. 개선할 필요점은 반도체회로의 제조에 사용된 바와같이 플라즈마 프로세싱 분야에서 특히 요구된다. 전기적 부하가 플라즈마일때, 부하 임피던스는 동적이고 비선형이며 더 많은 전력이 상기 플라즈마에 연결될 때 변화한다. 그리고 가스 압력 및 혼합 등과 같은 다른 변수가 변화할 때에도 변화한다. 그렇기 때문에, 비록 부하 임피던스가 측정되거나 평가된다 하더라도, 전력 전달을 최적화 하도록 매칭 네트워크를 조절하기 위하여, 부하 임피던스는 네트워크 값이 조절될 때마다 변화할 것이다. 따라서, 동적으로 조절가능한 네트워크는 전력을 플라즈마에 효과적으로 연결시키기 위해 필수적이다· 본 발명은 상술된 문제에 대해 이하에 요약된 바와같이 정밀한 해를 제공한다.
본 발명은 네트워크 실행을 정확히 예측하고 평가하는 네트워크 모델에 의해 동적으로 조절되는 임피던스 매칭 네트워크에 관한 것이다. 상기 네트워크는 임피던스 값이 적당한 제어 신호를 인가함으로써 선택되는 최소한 두개의 가변 임피던스를 포함한다. 본 발명은 매칭 네트워크의 수학적 모델을 포함하며, 그것의 주요 기능은 네트워크 입력 임피던스의 최근 관측치 및 부하 임피던스의 최근 평가치를 기초로 부하에 전력을 최대로 전달시키는 최적 네트워크 값을 결정하는 것이다. 네트워크 값은 네트워크 모델로부터 획득된 최적값에 더 가깝게 조절되고, 그 후 네트워크 입력 임피던스의 새로운 측정치 및 부하 임피던스의 새로운 평가치를 기초로하여 수정된 최적값이 얻어진다. 상기 공정은, 전력 전달이 최대화되는 해에 네트워크 값이 수렴될때 까지 계속된다.
간단히, 그리고 개괄적으로, 본 발명의 방법은: (a) 전기적 발생기 및 전기적 부하사이에 최소한 두개의 가변 임피던스를 가지며, 발생기에 연결된 입력 단자 및 부하에 연결된 출력 단자를 가지는 임피던스 매칭 네트워크를 연결시키는 단계; (b) 부하 임피던스를 평가하도록 네트워크 내에서 전기적 측정을 실행하는 단계; (c) 네트워크의 모델내에서, 만약 평가된 부하 임피던스가 변화하지 않는다면 발생기 및 부하사이에 원해진 임피던스 매칭이 존재하도록, 상기 가변 임피던스에 대응하는 일련의 최적 네트워크 값을 계산하는 단계; (d) 최적 네트워크 값쪽 방향으로 실제 네트워크 값을 조절하는 단계; 및 (e) 원하는 임피던스 매칭 정도가 획득될 때 까지 (b), (c) 및 (d) 단계들을 반복하는 단계들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 실제 네트워크값을 조절하는 단계는, 현재 네트워크 값 및 최적 네트워크값사이의 차를 각각의 네트워크 값에 대하여 계산하는 단계; 수정값을 획득하기 위하여 각 네트워크 값에 대한 차를 선택된 스케일링 인자에 곱하는 단계; 그 후 각 네트워크값을 대응 수정 값에 의해 조절하는 단계를포함한다.
선택된 스케일링 인자는 보통 1보다 작은 고정된 상수값과, 네트워크가 원하는 임피던스 매칭을 제공하지 않는 정도를 나타내는 측정된 양을 포함한다. 그렇기 때문에 네트워크가 목표된 임피던스 매칭값에 도달할 때 수정이 더 작게 이루어진다. 예를들면, 측정된 양은 반사계수크기 일 수 있다. 낮은 반사계수 크기는 놓은 임피던스 매칭 정도를 나타낸다.
상기 방법은 또한, 임피던스 매칭 조건에 수렴하는 선택된 임계 레벨에 도달 되었는지를 결정하는 단계와; 그리고 만약 도달되었다면, 각 수정값을 샘플들 사이의 차이값 및 경과시간의 누적곱에 비례하는 추가의 성분을 포함하도록 변형 시키는 단계를 포함한다. 상기 후가의 성분은 후자의 상태에 수렴을 촉진 시키기 위하여 증가된 수정값을 제공한다.
본 발명의 또다른 중요한 측면은, 네트워크에서 측정된 실제 네트워크 값을 반영하도록 네트워크 모델을 수정하는 추가의 단계를 특징으로 한다. 네트워크 자체에서 취해진 전류 및 전압측정치는 네트워크 성분의 임피던스 값을 계산하는데 사용되고, 이들은 모델을 수정하는데 사용된다. 모델에 의하여 나타난 네트워크 값은 수정된 네트워크 값을 계산하는데 사용되며, 그것은 전류 제어된 임피던스에 가해진 제어 전류의 형태로 네트워크에 출력된다. 주기적인 수정이 없으면, 상기 모델은 임피던스 제어 전류를 네트워크 내의 실제 임피던스 값에 연관시키는 오래된 수정정보에 의존해야 할 것이다.
장치에 관련하여, 본 발명은, (a) 최소한 두개의 가변 임피던스를 가지고,전기적 발생기 및 전기적 부하 사이에 연결되며, 발생기에 연결된 입력 단자 및 부하에 연결된 출력 단자를 가지는 임피던스 매칭 네트워크; (b) 네트워크 값을 목표된 초기값으로 초기화하기 위한 수단; (c) 네트워크의 입력단자에서 취해진 측정치로부터 네트워크 입력 임피던스를 결정하기 위한 수단; 및 (d) 네트워크 입력 임피던스 및 네트워크 값으로부터 부하 임피던스를 평가하고, 상기 평가된 부하임피던스 및 반드시는 아니지만 보통 발생기 임피던스의 켤레복소수인 목표된 네트워크 입력 임피던스로부터 최적 네트워크 값을 평가하기 위한 네트워크 모델과; (e) 현재 및 최적 값들로부터 새로운 네트워크 값을 계산하고, 그 새로운 값으로 현재 네트워크 값을 조절하고 그리고 최대 전력 전달 조건으로 목표된 정도 수렴될 때 까지, 수정된 최적값을 얻기 위하여 네트워크 모델의 연산을 반복하기 시작하는 시스템 제어기를 포함한다. 어떤 경우에는, 발생기로부터 부하로 최대 전력을 전달하는 발생기 임피던스의 켤레복소수와는 다른 목표 입력 임피던스가 원해진다. 예를들면, 최대 전력 상태로부터 약간의 비동조는 부하 또는 매칭 네트워크, 또는 둘다의 안정성를 향상시키는데 사용되기도 한다.
상기 장치의 다른 변수가 있을 수 있으며 상술된 본 발명의 방법 형태와 그 범위가 유사하다.
본 발명의 중요한 응용에서, 전기적 부하는 플라즈마 공정이다. 특별한 플라즈마 공정에서 전력은 두개의 서로 다른 수단에 의하여 공정에 연결된다. 그 공정을 위한 소스 전력은 공정챔버내에 유도성으로 연결되고, 바이어스 전력은 챔버 내에서 바이어스 전극을 통하여 가해진다. 본 발명의 한측면에 따르면, 이 장치는 매칭 네트워크와 이 부하들 각각에 대한 네트워크모델을 포함하며, 바이어스 부하의 임피던스 매칭은, 유도성 결합된 중요한 부하가 소정의 정도로 임피던스 매칭될때 까지 시작되지 않는다.
본 발명이 임피던스 매칭 네트워크의 분야에서 중요한 진전을 보여준다는 것이 전술한 바로 부터 명백해 질 것이다. 특히, 네트워크 값은 네트워크 모델에 의해 제공된 평가치를 바탕으로 동적으로 조절되며, 그 네트워크는 부하로의 전력이동이 최대화 되는 해에 급속히 수렴한다. 네트워크의 실행은, 네트워크 임피던스 값이 주기적으로 계산되고 그 모델은 상기 네트워크 자체에서 취해진 전류 및 전압측정치를 바탕으로 갱신되기 때문에 더 향상된다. 본 발명의 다른 측면 및 다른 이점들이 다음 도면을 참조로한 상세한 설명으로 부터 명백해 질 것이다.
설명을 위해 도면에 도시된 바와같이, 본 발명은 전력 발생기 및 부하 사이에 연결을 위한 임피던스 매칭 네트워크에 관한 것이다. 제 1도에서, 참고 번호 10으로 나타내어진 교류(ac) 발생기는 전기 부하(12)와 연결되어 있다. 발생기의 한단자와 부하의 한단자는 14에 나타난 바와같이 접지되어 있다. 발생기(10)로부터 부하(12)로의 최대전력 전달은, 16으로 나타내어진 발생기의 출력 임피던스(ZG)가 부하(12) 임피던스(ZL)의 켤레복소수 일 때 발생한다.
일반적으로, 발생기 및 부하 임피던스는 정확히 매칭되지는 않으며, 임피던스 매칭 네트워크(18)는 제 2도에 도시된 바와 같이 발생기(10) 및 부하(12) 사이에 설치되어 있다. 전형적으로, 발생기(16) 임피던스는 최대실행목적을 위하여 순수하게 저항으로 되어있고 값(ZG)를 가지는 것으로 제 2도에 나타내어진다. 도시된 바와같이 입력 라인(20) 상에서 네트워크 내로 들어가는 것으로서 접속된 부하를 가지는 네트워크(18)의 입력 임피던스는 ZIN이고, 출력 라인(22) 상에서 네트워크로 다시 들어가는 것으로서 접속된 발생기를 가지는 네트워크의 출력 임피던스는 ZOUT이다. 발생기(10)로부터 부하(12)로의 전력 전달을 극대화시키기 위하여, ZIN은 ZG의 켤레복소수이고, ZOUT은 ZL의 켤레복소수이다.
제 3도는 종래 기술에 따른 매칭 네트워크(18)의 일실시예이며, 입력라인 (20)과 출력 라인(22) 사이에 직렬로 연결된 인덕터(24)와, 가변 커패시터(26), 및 입력 라인(20)과 접지 사이에 연결된 제 2가변 커패시터(28)를 포함한다. 커패시터 (26 및 28)의 커패시턴스 값은, ZG와 크기가 같고 위상각이 제로(ZG)가 순수하게 저항일 경우)인 ZIN값을 형성하기 위하여 변화된다. 매칭 네트워크의 동작은, 임피던스 크기 및 위상각이 서로 독립적으로 조절될 수 있다는 그릇된 가정에 기초를 두고 있다.
임피던스 매칭 네트워크를 조절하기 위한 개선된 기술이 미합중국 특허 제 4,951,009호에 기술 및 청구되어 있으며, 여기서 라인(20) 상에서 측정되는 상기 네트워크로부터 반사된 전력은 네트워크 값을 변동시키고 그에따라 정상값을 조절함으로써 최소화된다. 비록 그 기술이 많은 상황에서 만족할 만하다 하더라도, 여전히 틀린 방법이다.
본 발명에 따르면, 가변 네트워크 값은 그 네트워크의 수학적 모델에 의하여 반복하여 예측된 값들을 바탕으로 하는 해에 수렴하도록 반복 조절된다. 앞에서 명시된 바와같이, 임피던스 매칭과 관련한 전형적인 상황은, 발생기 또는 소스 임피던스가 고정되어 있고 부하임피던스가 알려있지 않으며 변화하는 상황이다. 그러한 관계에서, 임피던스 매칭의 과제는 입력 임피던스(ZIN)가 발생기 임피던스(ZG)의 켤레복소수와 매칭할때 까지 네트워크값을 조절하는 것이다. 편의상, 본 발명은 이에 관련하여 기술될 것이다. 그러나 상기 방법은, 발생기 임피던스가 부하임피던스 대신에 또는 부하 임피던스도 변화하게 되는 상태를 다루기 위해 변형될 수 있다는 것이 이해될것이다.
제 4도에 도시된 바와같이, 본 발명의 임피던스 매칭 기술은, 임피던스 매칭 네트워크(18)와, 입력 라인(20)에 설치된 임피던스 측정회로(30)와, 두 개의 논리 구성요소(32.1 및 32.2)를 가지는 것으로 표현된 네트워크 모델(32)과, 제어시스템 (34)을 포함한다. 상세히 설명된 바와같이, 네트워크 모델(32)은, 36으로 나타내어지는 일련의 현재 네트워크 파라미터를 사용하며, 그리고 38로 나타내어지는 일련의 예측된 최적 네트워크 파라미터를 주기적으로 발생시킨다.
본 발명의 동작은 제 4도 및 동시에 제 5도를 참조로 하여 설명될 것이며, 제 5도는 네트워크 파라미터 조절시 수행되는 기능을 기술한 순서도 이다. 초기에, 시스템이 처음 활성화될 때, 현재 네트워크 파라미터(36)는 볼 록(40)에 나타난 바와같이, 미리 선택된 초기값으로 미리 설정된다 (제 5도). 그 후 입력 임피던스(ZIN)가 블록(42)에 나타난 바와같이, 회로(30) 내에서 측정된다(제 5도). 이 회로는 ZIN를 직접 측정하거나, ZIN이 간단히 유도될 수 있는 어떤 다른 값으로부터 측정되기도 한다. 예를 들면, 회로(30)는 순방향 및 역방향으로 라인(20) 상에서 전압을 측정함으로써 반사 계수()를 결정할 수 있다. 통상의 방향 커플러가 이 목적으로 사용되기도 한다. 일반적으로로서 나타내어지는 반사계수의 크기는 반사된 전압 대 순방향 전압의 비이고, 영과 일 사이의 값을 가진다. 반사계수()의 위상각은 위상 검출기의 도움으로 측정될 수 있다. ZIN의 대응값은및 Zo의 지식으로부터 계산되며, 여기서 Zo는 전송 라인 특성 임피던스, 즉 순방향 및 반사된 입력 전압을 측정하는데 사용되는 방향 커플러의 특성 임피던스이며, 전형적으로 ZG의 켤레복소수이다. 선택적으로, 회로(30)는 네트워크(18)의 입력에서 전압 정재파 비(VSWR)를 측정 할 수 있고 ZIN은 그 결과로 부터 계산될 수 있다. 완전한 매칭이 되면, 반사계수 제로에 대응하여, VSWR은 1.0이 된다. 어떤 경우에도, 회로(30)는 라인(44)을 통해 ZIN의 측정값을 네트워크모델(32.1)에 제공한다.
네트워크 모델(32)은 전자 컴퓨터 구성요소를 사용하는, 매칭 네트워크(18)와 수학적으로 동등한 것이다. 즉, 모델(32)은 종래의 ac회로 이론으로부터 유도되는 회로 방정식에 기초를 두고 있으며, 만약 충분한 수의 다른 파라미터가 공지되어 있다면 미지의 회로 파라미터 값을 결정할 수 있게된다. 이 기능을 수행하기에 앞서, 모델(32)은 블록(46)에 나타난 바와같이 수정된 값을 가진다(제 5도). 그러나 이 기능에 대한 토론은 동작의 기본모드가 재검토 될 때까지 연기될 것이다. 특히, 회로모델(32)은 본 발명의 목적을 위하여 두 모드에서 동작한다. 그 첫째 모드에서는, 블록(32,1)(제 4도) 및 블록(48)(제 5도)에 나타난 바와같이, 그 모델은, 부하 임피던스(ZL)의 평가된 값을 계산하기 위하여 회로(30)로부터 ZIN의 측정값 및 현재 네트워크 파라미터(36)를 사용한다. 이것은, 직접 측정할 수 없는 미지의 값(ZL)에 대하여 네트워크를 한정하는 통상의 방정식을 푸는 간단한 문제이다.
ZL의 현재 값을 결정한 후, 네트워크 모델은 블록(32.2)(제 4도) 및 블록(50)에 나타내어진 그외 제 2 모드에서 동작한다. ZL의 계산된값 및 입력 임피던스 ZIN의 원하는 값 (즉, 보통, 필수적으로는 아니지만 발생기 임피던스의 켤레복소수) 를 사용하여, 그 모델은 이 값들(ZL및 ZIN)과 일치하는 최적 네트워크 값을 결정한다. 다시 이것은 다른 네트워크 파라미터가 공지되어 있기 때문에, 수학적면에서 비교적 간단한 문제이다. 이 모델에 의해 계산된 최적값 (38)로 나타내어진다 (제 4도).
만약 부하 임피던스가 "잘 작동"되고 전달된 전력량이 변화하지 않는다면, 이 최적 네트워크 값은 상기 네트워크로 간단히 출력될 수 있고, 만약 그 계산이 정확히 이루어졌다면, 임무가 최적화될 것이다. 그러나 일반적인 경우에, 많은 응용분야에서, 부하 임피던스는 비선형이고 상기 임피던스에 전달되는 전력 양에 따라 변화한다. 결과적으로 본 발명의 필수 부분은 제어 시스템(34)이고, 그것의 주요 기능은 "블록(52)에 나타난 바와같이, 현재의 값 및 가장 최근 계산된 최적값을 기초로 하여 새로운 네트워크 값을 계산하는 것이다. 이런 목적을 위하여 사용된 제어 방정식은 이하에 상세히 토론될 것이다. 계산된 새로운 값이 목표된 해에서 오버슈트 또는 불안정성없이 급속히 수렴하도록 선택된다는 것이 충분이 이해될 수 있다. 제어 시스템(34)의 또다른 기능은 라인(53)에 의해 나타내어진 바와같이 네트워크모델(32)의 동작을 시작하는 것이다. 다른말로, 제어 시스템(34)은 제 5도의 순서도에 관련하여 기술된 동작 시퀀스를 제어하는 타이밍신호(도시않됨)를 발생시킨다.
계산된 새로운 네트워크 값은 블록(54)에 나타내어진 바와같이, 실제네트워크(18)에 출력된다(제 5도). 상기 네트워크 값은 라인(56)을 통하여 네트워크(18)로 전송된 출력신호에 의하여 제어된다. 특정 네트워크 설계에 따라, 제어된 네트워크 값은 가변 커패시턴스 이거나 가변 인덕턴스이다. 전형적으로 이런 형태의 소자는 공칭값 위 또는 아래의 값의 범위를 통하여 변화할 것이다. 네트워크 값을 변화시키는 것은, 슬라이딩 접촉면 또는 커패시터 기판을 이동하는 등에 의한 전기역학적 수단에 의해 달성된다. 더욱 바람직하게는, 네트워크 값은 이동가능 구성요소 없이도 변화된다. 미합중국 특허 제 4,951,009호는 인덕터 값이 직류(dc) 제어 권선에서 전류를 변화시킴으로써 제어되게 할 수 있는 가변 인덕터를 기술하고 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 매칭네트워크(18)내의 가변 임피던스가 상술된 특허에 기술된 것과 동일한 일반적 형태의 전기적 가변 인덕턴스이다.
새로운 네트워크 값이 네트워크(18)에 출력될 때, 상기 값은 네트워크모델(32)에 대한 "현재의" 값이 된다. 그렇기 때문에, 라인(56)에서의 새로운 값은 36으로 나타내어진 현재 값을 갱신하기 위해 사용된다(제 4도). 블록(54)에 기술된 단계들의 완료시(제 5도), 네트워크 값은 목표된 최대 전력 전달 조건에 더욱 가깝게 조절될 것이다. 블록(58)의 다음단계는, 조건이 어떤원하는 수렴 정도에 도달될지 결정한다. 이것을 결정하는 한 방법은 반사계수의 크기()를 검사하는 것이다. 만약 회로(30)가 반사 측정으로부터 ZIN을 결정한다면, 이 양은 편리하게 회로(30)로 부터 활용할 수 있다. 어떤 경우에도, 만약이, 예를들면 0.1 등과같이 어떤 원하는 임계값보다 작다면, 네트워크 값 조절공정은 부하 임피던스(ZL)가 다시 상기 임계값보다 높게값을 증가시키도록 충분히 변화할 때 까지 증지될 수 있다. 이것은 만약 수렴에 도달되었다면 블록(58) 상에서 다시 루프를 형성함으로써 순서도 내에서 개략적으로 도시된다. 만약 수렴에 도달되지 않았다면 또는 부하 임피던스가 수렴 때문에 충분히 변화하였다면, 블록(42)에서 시작하는 단계의 시퀀스가 반복된다. 즉, 입력 임피던스(ZIN)는 다시 측정되고, 부하임피던스(ZL)는 네트워크 모델에서 계산되고, 새로운 최적 네트워크 값이 네트워크 모델에서 계산되고 새로운 네트워크 값이 제어시스템에서 계산된다. 새로운 네트워크 값이 상기 네트워크에 출력되고 현재값으로서 다음 반복시 사용된다. 이 반복 공정은 목표된 수렴의 정도가 달성될 때 까지 계속된다.
지금까지, "네트워크 값"이라는 용어는 네트워크(18)의 가변 구성요소의 전기적 파라미터 및 상기 가변 구성요소에서의 변화를 초래하기 위해 네트워크에 출력하는 제어값을 포함하여 다소 느슨하게 사용되었다. 모델(32)은 네트워크의 제어값 및 결과의 가변 구성요소 사이에 고정되고 알려진 관계라는 가정이 함축되어 있다. 예를들면, 만약 가변 구성요소가 가변 인덕턴스이면, 모댈(32)은 암페어 또는 밀리암페어의 전류와 밀리헤리의 결과의 인덕터스값등과 같은 명령 신호사이의 관계를 그것내에 구성하였다. 현재네트워크 값(36) 및 예측된 네트워크 값(38)은 제어전류의 형태일 수 있고, 또는 인덕턴스 값 또는 공칭 인덕턴스 값에 가해진 계수 형태일 수 있다. 만약 네트워크 값이 전류를 제어한다면, 이들 값은, ZL을 계산한 다음 최적인덕턴스 값을 계산하기 위하여 상기 모델에 의하여 인덕턴스로 변환될 것이고, 이것은 제어 시스템에 의한 조종을 위하여 전류를 제어하도록 즉시 변환 될 것이다. 선택적으로, 현재 및 최적 네트워크 값(36,38)은 인덕턴스 형태이고, 이 경우 제어시스템(34)은 라인(56)상에 새로운 네트워크 값을 출력하기 전에 전류를 제어하기 위해 변환될 필요가 있다. 여기서는 전자의 선택이 사용된다고 가정된다. 즉 제어시스템(34)은 제어전류(또는 전압) 상에서 혼자서 동작하고, 네트워크 모델(32)은 인덕턴스 값으로 또는 인덕턴스 값으로부터 변환을 초래하기에 충분한 정보를 포함하는 것으로 가정될 것이다.
임피던스가 제어신호에 의해 변화하는 모든 시스템에서는 항상, 명령된 임피던스 값 및 실제 임피던스 값 사이에 완전한 교정(calibration)이 없다는 어려움이 있다. 비록 상기 구성요소가 처음에 완전히 교정될 지라도, 실제 임피던스 값은 거의 항상 시간이 경과하고 온도가 변화함에 따라 그들의 유도된 세팅과는 일어진다. 본 발명의 중요한 면은, 실제 임피던스 값이 블록(60)에 나타난 바와같이네트워크(18)에서 전압 및 전류를 측정함으로써 모니터되고, 이 정보가 라인(62)에 의해 나타내어진 바와같이 네트워크 모델(32)에 다시 공급된다는 것이다(제 4도). 블록(46)으로 나타내어진 바와같이(제 5도), 모델(32)에서, 제어전류(현재 네트워크 파라미터) 및 실제 임피던스값들 사이의 이미 기억된 관계는 네트워크 내의 실제 임피던스 측정 결과로서 조절된다. 따라서 모델(32)은 부하 임피던스(ZL)를 계산하고 최적 네트워크값을 계산하기 위하여 실제 네트워크 임피던스를 사용한다. 비록 본 발명이 측정된 임피던스 값과 일치시키기 위하여 네트워크 모델을 조절하지 않고 잘 동작한다 하더라도, 이 구조는 실제적으로 본 발명을 더 신뢰성있게 만든다. 임피던스 드리프트(drift)를 보상하기 위한 모델에 대한 계속적인 수정이 없으면, 틀린해에 수렴할 가능성이 항상 있다. 이하의 두 네트워크 모델 실시예들은 측정된 전류 및 전압에 기초를 두고 모델을 수정하는데 필요한 계산을 포함한다.
제어시스템(34)에 사용되는 제어방정식은 어떤 변형을 포함하는 통상적인 비례 제어시스템에 우선 기초를 두고 있다. 다음의 실시예에서, 네트워크 값은 네트워크에서 두 가변 임피던스를 제어하기 위해, 각각 기호 1 및 J에 의하여 나타내어진다. 현재 네트워크 값은 IPRESENT및 JPRESENT에 의해 각각 나타내어 진다. 블록(40)에 도시된 바와 같이, 시스템이 처음 시작할 때(제 5도), 현재 네트워크 값은 초기값으로 미리 설정된다 :
블록 50에서, 모일(32)은 IOPTIMUM 및 JOPTIMUM에 의해 나타내어진 최적 네트워크 값을 계산한다. 제어시스템(34)은 두 개의 서로 다른 값을 다음과 같이 계산한다 :
간단한 비례 제어기술에서 I 및 J의 새 값이 다음과 같이 계산된다 :
여기에서 KPI및 PpJ는 1 보다 작은 값을 가지는 비례제어계수이다. 선택된 계수에 따라, 네트워크 값은 목표된 해에 어떤 선택된 비율로 수렴할 것이다. 수렴속도 및 획득된 해의 안정성을 더욱 효과적으로 제어하기 위하여, 바람직하게는 다음과 같이 두 추가계수가 제어방정식 내에 사용된다.
여기서은 회로(30)에서 측정된 반사계수의 크기이고, KI, KJ는 상수이고 합산항 ∑△I△T및 ∑△J△T는 상기 반사계수크기가 선택된 인에이블 이하일 때에만 조건적으로 계산된다.
각 방정식의 제 1 항에서 계수를 추가하는 것은 자동 이득 제어구조를 제공한다. 초기에, 네트워크가 수렴과 멀때, 크기는 거의 1에 가깝고 수렴에 거의 효과를 미치지 않는다 수렴에 접근할 때, 크기는 거의 제로이고, 수렴율은 따라서 천천히 아래로 향하고, 오버슈트의 가능성은, 제어방정식에서 반사계수의 크기가 존재함으로써 감소된다. 각 방정식에서 합산 항은 만약 현재값 및 최적값 사이의 차가 시간주기동안 중요하다면 수렴에 급속히 도달하려는 경향이 있는 적분 제어함수를 제공한다. 합산항은 에라항 및 (샘플 사이의) 경과시간항의 곱으로 부터 계산된다. 이리하여 시간에 관하여 적분된 차를 표시한다. 그러나 합산 항은 반사계수가 작은 값일때에만 유효하다. 그렇기 때문에, 합산항은, 목표된 수렴의 정도가 달성되면 수렴의 완성을 급속히 하려는 경향이 있다. 제어시스템(34)의 동작을 제어하는 제어 방정식에서 이 구조를 사용하면 원하는 최대 전력해에 신뢰적이고 급속히 수렴하게 된다. 특정 시스템에서 제어상수를 적당히 조절하면, 최대전력해에 대한 수렴이 매우 급속히, 예를들면 샘플들 사이의 시간(△T)이 0.1 초 일때 약 2초만에 발생한다.
부하가 네트워크에 연결되는 매칭 네트워크의 두 중요한 구조 및 방법이 있으며, 그 하나는 부하 임피던스가 용량성 소자를 포함하며, 다른 하나는 부하 임피던스가 유도성 소자를 포항한다. 두 구조는 제 6도 및 7도에 각각 도시된다. 제 6도에서, 네트워크는 고정된 인덕터의 각각의 측면상에 고정된 직렬 인덕터(70) 및 두 개의 분기회로를 포함하는 파이구조이다. 발생기(제 6도에 도시않음)와 병렬연결된 제 1 분기회로는 병렬 연결된 고정커패시터(72) 및 가변 인덕터(74)를 가진다. 부하(12)와 병렬 연결된 다른 분기회로는 병렬연결된 고정 커패시터(76) 및 가변 인덕터(78)를 가진다. 상기 가변 인덕터(74 및 78) 각각은 I 및 J로서 나타내어지는 dc 제어전류의 입력용 제어입력(79)을 가진다. 부하(12)는, 예를들면, 플라즈마 챔버에 바이어스전극을 포함한다. 복귀 경로는 챔버의 벽을 통하여, 또는 어떤 다른 전극을 통하여 제공될 것이며, 임피던스의 특성은 저항성 전력 소비 구성요소를 포함하며 특히 용량성이다.
(72)(74)등과 같은 각각의 분기회로는 가변 커패시터와 전기적으로 동등하다. 그 가변 인덕터 값은 인덕터의 공칭값에 대해 약 30-40 퍼센트의 조절범위를 제공하도록 설계된다. 예를들면, 10μH(마이크로헨리)의 공칭인덕턴스 값을 가지는 인덕터는 거의 6.5μH의 값으로 떨어지도록 조절될것이다.
도면에서 X 기호는 전류 트랜스포머를 나타낸다. 상기 트랜스포머에 의하여, 임피던스가 연결된 각 회로 브랜치 내에서 전류 측정이 수행된다. 전압은 Y로 나타내어진, 네트워크의 출력에서 측정된다. 그리고 네트워크입력전압은 입력에서 수행된 순방향 및 반사된 전압 측정으로 부터 이미 알 려져 있다. 특히, 입력전압은 순방향 및 반사된 전압의 대수합이다. 이 전류 및 전압 측정으로부터, 실제 임피던스 값이 네트워크 내에서 임피던스 각각에 대해 계산될 수 있다. 이 계산된 값은 그 제어공정의 각각의 반복시 네트워크 모델을 수정하는데 사용된다.
제 7도의 회로는 부하(12')가 저항성 전력 소비 구성요소를 포함하여 특히 유도성이고, 제 6도의 고정 인덕턴스(12)의 직렬 연결된 위치내에 배치된다는 점에서 다르다. 네트워크(18')는 제 6도에서와 매우 동일한 방식으로 연결된 고정된 커패시터(72' 및 76') 및 가변 인덕터(74' 및 78')를 포함한다. 그러나 회로(18')는, 라인(22) 및 접지 사이에 연결되는 대신에, 라인(20 및 22)에 연결된 출력노드를 가진다. 따라서, 두 구조가 외형적으로는 유사하다 하더라도, 두 구조에 관하여는 서로 다른 네트워크 모델이 필요하다. 제6도에서 처럼, 기호 X 및 Y는 전류 및 전압의 측정이 각각 취해지는 위치를 나타낸다.
제 8도는 본 발명의 바람직한 실시예의 매칭 네트워크에 사용되는 가변 인덕터 중의 하나에 관한 개략도이다. 인덕터는 연 페라이트 재료 또는 강자성 또는 반강자성 재료로 된 실린더형 코어(80)로 구성되어 있으며, 그 위에 매칭 네트워크(18 또는 18')에 연결되는 단자(84)를 가진 유도성 코일(82)이 권선되어 있다. 코일(82)은 코어(80)의 중심 근처에 배치된다. 코어(80)의 단부 근처에는 두 개의 권선(86,88)이 있고, 그를 통하여 dc제어전류가 단자(79)를 통하여 가해진다. 제어권선(86 및 88)은 병렬 연결되는 것으로 도시된다. 그러나 직렬 연결되도록 설계될 수도 있다. 필수적인 요구사항으로는 두 코일(86 및 88)에 가해진 전류가 코어(80)에서 동일 방향으로 원조 자기장을 생성해야 한다는 것이다. 제어권선(86 및 88)에 가해진 직류를 변화시키는 것은 유도성 코일(82)의 단자(84)에 도시된 인덕턴스 값을 변화시킨다.
제 8도에 도시된 가변 인덕턴스의 설계는 톨로이드(torroidal) 구조의 코일보다 제조하기가 더 쉬운 이점을 가진다. 더우기, 직각 실린더형 설계는, 물같은 액체가 관통하여 순환할 수 있는 냉각 재킷내에 코어를 간단히 밀봉함으로써 액체 냉각되게 한다. 상기 권선은 또한, 필요하다면 그 권선을 형성하는 공동 도체를 통하여 액체를 통과시킴으로써 또는 다른 수단에 의하여 냉각될수도 있다. 가변 인덕터 설계의 중요한 점은, 유도성 코일(82)로부터의 교류전류가 dc제어권선(86 및 88)으로 유도되는 트랜스포머 작용을 저지하도록 주의해야 한다는 것이다. 트랜스포머 작용은 제어권선의 정전기적 차폐와 상기 제어 권선을 공급하는 회로내에서의 적당한 필터링 조합에 의하여, 그리고 유도성 코일과 제어권선의 물리적 분리에 의하여 최소화된다.
본 발명의 중요한 응용측면에서, 전기 부하는 플라즈마 공정이다. 특정 플라즈마 공정에서, 전력은 두개의 서로 다른 수단에 의하여 그 공정에 결합된다. 공정용 소스 전력은 제 7도에 도시된 것과 같은 네트워크 구성을 사용하여, 프로세스 챔버내에 유도적으로 결합된다. 동일한 플라즈마 공정용 바이어스 전력은, 제 6도에 도시된 것과 같은 네트워크 구성을 사용하여, 챔버내에서 바이어스 전극을 통하여 가해진다. 본 발명에 따르면 상기 장치는 이들 각 부하를 위한 매칭 네트워크 및 네트워크 모델을 포함한다. 바이어스 부하의 임피던스 매칭은, 유도성 결합된 중요한 부하가 목표된 정도로 임피던스 매칭될 때까지, 시작되지 않는다.
본 발명의 또 다른 중요한 부분은, 플라즈마를 발생시킨다는 것이다. 플라즈마 발생은 충분한 전기장 크기가 플라즈마 챔버내의 가스내에서 성장할 것을 필요로 한다. 전류 제어된 인덕턴스의 예비설정값은 특정 매칭 네트워크 및 플라즈마 챔버용으로 계산되거나 또는 실험상 결정될 수 있다.
바람직한 방법에서, 제어시스템은 최소 rf 전력에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 전류 제어된 인덕턴스용의 최적값을 자동적으로 발견하게된다. 첫째, 상기예비 설정값은 매칭 네트워크 및 네트워크 모델내에서 임의로 선택되고 사용된다. 다음 rf 전력은 매칭 네트워크에 가해지고, 제어 시스템은 최대 전력 전달 또는 다른 선택된 조건을 달성하기 위하여 네트워크 값을 자동 조절하기 시작한다. 플라즈마가 아직 발생되지 않았다 하더라도, 제어시스템은 목표된 네트워크 입력 임피던스에 네트워크 내에서의 작지만 제로 아닌 손실을 동조시킴으로써 반사된 전력을 극소화시킨다. 이것은 매칭 네트워크를 부하와 공진시켜서,주어진 rf 입력용의 플라즈마 챔버내의 가스에서 전기장 크기를 최대화 시킨다. 사실상, 전기장 크기는 주어진 rf 입력 전력에 대해 극대화 되거나, 또는 rf 입력전력은 가스에서 주어진 전기장에 대해 극소화 된다. 다음 단계는 rf 전력을 원하는 공정전력 필요량까지 증가시키는 것이고, 플라즈마는 가능한 가장 낮은 rf 전력에서 발생된다. 플라즈마가 발생할 때, 플라즈마 임피던스(부하 임피던스)는 변화하고, 매칭 네트워크가 이 변화를 뒤따라 상술된 바와같이 네트워크 입력 임피던스에 동조하게 된다. 이 플라즈마 발생 방법은 유도성 및 용량성 결합된 부하 둘다에 대하여 작용한다.
네트워크 모델(32)의 특히 상세한 사항은, 물론, 네트워크 자체의 구조에 의존한다. 모델은 단순히 네트워크와 유사물이며, 회로 파라미터가 변화할 때 그 네트워크가 어떻게 작용하는지를 정의하는 방정식을 포함한다. 설명에 의하여, 모델(32)에 사용된 방정식의 세부사항이 두 네트워크 실시예, 즉 제 6도 및 7도에 도시된 것에 대해 자세히 설명될 것이다
제 1 네트워크 모델 실시예 :
상기 네트워크 구조는 제 6도에 도시되어 있다. 가변 인덕턴스(74 및 78)는L1및 L2로 표현된다. 고정 인덕턴스(70)는 L3로 표현된다. 커패시터(72 및 76)도 C1및 C2로 각각 표현된다. 네트워크 값은 α1및 α2이고, 이 값들은 가변 인덕턴스 L1및 L2에 각각 가해지는 곱수의 항으로 표현된다.
다음의 고정값은 이 네트워크 모델에 사용된다·
전송 라인 특성 임피던스, 즉 순방향 및 반사된 입력전압을 측정하는데 사용되는 방향성 커플러의 특성 임피던스는, 이 실시예에서 발생기 임피던스의 켤레복소수와 같은 것이며, Zo 로서 언급된다. 이 실시예에서, Zo = 50Ω이고, ZT로 언급되는 목표 네트워크 입력 임피던스도 50Ω 이다. 초기 네트워크값은 α1= 0.3이고 α2= 0.884로 설정된다.
추가로, ZT= RT+ jXT이다. 접두사 Re 및 Im 은 때때로 복소수의 실수 및 허수 성분을 언급하는데 사용된다. 이리하여, RT= Re(ZT) 이고 XT= Im(ZT)이다. 상기 실시예에서 사용되는 또다른 양은 R2이다. 여기서,
이 실시예에서, 전압반사계수() 는 := 0.241 - j0.178, 또는로서 측정되며, 그것은 반사계수 크기가 0.3 이고 위 상각이 -36.4도인 것을 의미한다.
매칭 네트워크의 입력단자에서 보여지는 입력 임피던스는 :
γ 의 샘플값에 대하며, ZIN= 74.951 - j29.326.
그 동작의 제 1 위상에서, 네트워크 모델은 임피던스의 전류값으로부터 부하 임피던스(ZL) 을, 다음의 방정식을 사용하여 계산한다 :
상기에 주어진 샘플값을 사용하여, ZL 의 값은 이 방정식으로부터 ZL= 10,669 - j27.007 로 계산된다. ZL의 크기는 29.038 이고, 위상각은 -68.445 도이다.
네트워크 모일 동작의 제 2 위상은 ZL의 계산된 값, 목표 임피던스 ZT및 고정 입피던스 값을 사용한 α1및 α2값의 계산에 관련한다. 그 계산은 다음 방정식에 따라 다수의 중간값을 계산함으로써 실행된다 :
그후 α1및 α2의 최적값은 다음과 같이 계산된다 :
두개의 쪽같이 참인 해가, dZc 의 표현에서 제곱근 항이 양인지 음인 지에따라, α1및 α2에 대하여 계산될 수 있다. 실제적으로, 선택되는 해는 가변 인덕터내에서 물리적으로 도달가능한 것이다. 본 실시예에서는, 양의 근인 해가 선택되었다.
모델의 정확도 체크시, ZIN에 대한 방정식이 다음과 같다 :
이 방정식에서 α1및 α2그리고 다른 알려진 파라미터를 대체하면 ZIN= 50 이며, 그것은 모델의 정확도를 확인시켜준다.
다음의 자료는 매칭 네트워크에서 실제 전류 및 전압의 측정에 따른 모델의 수정 또는 갱신에 관한 것이다. 네트워크 모델용의 입력 파라미터를 획득하기 위하여, 다음의 양이 측정된다 :
│V2│, 제 6도의 Y점에서 출력 rf 전압의 크기
│IC1│, │IL1│, │IC2│, │IL2│네트워크의 동조 소자를 통한 전류의 크기.
다음의 양은 측정된 값으로부터 계산된다 :
반사계수는로 계산된다 :
입력진압은로서 계산된다 : 그리고 C1,C2,L1및 L2의 값은 로서 계산된다 :
L3의 값을 계산하기 위하여, 첫째 중간값 Zf가 계산된다.
제 2 네트워크 모델 실시예 :
네트워크 구조는 제 7도에 도시된다. 가변 인덕턴스(74' 및 78')은 각각 L1및 L2로서 언급된다. 커패시터(72' 및 76')는 각각 C1및 C2로서 불린다. 네트워크값은 α1및 α2이고, 이 값들은 각각 가변 인덕턴스 L1및 L2에 가해지는 곱수의 항으로 표현된다.
다음의 고정된 값들이 이 네트워크 모델에 사용된다.
제 2 네트워크 모델 실시예 :
네트워크 구조는 제 7도에 도시된다. 가변 인덕턴스(74' 및 78')은 각각 L1및 L2로서 언급된다. 커패시터(72' 및 76')는 각각 C1및 C2로서 불린다. 네트워크값은 α1및 α2이고, 이 값들은 각각 가변 인덕턴스 L1및 L2에 가해지는 곱수의 항으로 표현된다.
다음의 고정된 값들이 이 네트워크 모델에 사용된다.
전송 라인 특성 임피던스, 즉 순방향 및 반사된 입력전압을 측정하는데 사용되는 방향성 커플러의 특성 임피던스는, 이 실시예에서 발생기 임피던스의 켤레복소수와 같은 것이며, Zo 로서 언급된다. 이 실시예에서, Zo = 50Ω이고, Zr 로 언급되는 목표 네트워크 입력 임피던스도 50Ω이다. 초기 네트워크값은 α1= 0.8 이고 α2= 0.8로 설정된다.
추가로, ZT= RT+ jXT이다. 접두사 Re 및 Im 은 때때로 복소수의 실수 및 허수 성분을 언급하는데 사용된다. 이리하여, RT= Re(ZT) 이고 XT= Im(ZT)이다. 실시예에서 사용되는 또다른 양은 R2이다. 여기서,
이 실시예에서, 전압 반사계수는 :또는로서 측정되며, 반사계수는 그 크기가 0.2 이고 위상각이 167도인 것을 의미한다.
매칭 네트워크의 입력단자에서 보여지는 입력 임피던스는 :
의 샘플값에 대하여, ZIN= 33.572 - j3.147.
상기 동작의 제 1 위상에서, 네트워크 모델은 임피던스의 전류값으로 부터 부하 임피던스 ZL을, 다음의 방정식을 사용하여 계산한다 :
상기에 주어진 샘플값을 사용하여, ZL의 값은 이 방정식으로부터 ZL= 11.041 + j180.224 로 계산된다. ZL의 크기는 180.562 이고, 위상각은 86.494 도이다.
네트워크 모델의 동작의 제 2위상은, R2및 X2를 포함하여, ZL의 계산된 값, 목표 임피던스 ZT및 고정 임피던스 값을 사용한 α1및 α2값의 계산에 관련한다:
그후 α1및 α2의 최적값은 다음 방정식으로부터 계산된다 :
두개의 쪽같이 참인 해가, dZc에 대한 표현에서 제곱근 항이 양인지 음인지에 따라, α1및 α2에 대하여 계산될 수 있다. 실제 문제시, 선택되는 해는 가변인덕터내에서 물리적으로 도달가능한 것이다. 본 실시예에서는, 양의 근인 해가 선택되었다.
모델의 정확도 체크시, ZIN에 대한 방정식이 다음과 같다 :
이 방정식에서 α1및 α2그리고 다른 알려진 파라미터를 대체하면 ZIN= 50이며, 그것은 모델의 정확도를 확인시켜준다.
다음의 자료는 매칭 네트워크에서 실제전류 및 전압의 측정에 따른 모일의 수정 또는 갱신에 관한 것이다. 네트워크 모델용의 입력 파라미터를 획득하기 위하여, 다음의 양이 측정된다 :
네트워크의 동조소자를 통한 전류의 크기.
다음의 양은 측정된 값으로부터 계산된다 :
반사계수는로 계산된다 :
입력전압은로서 계산된다 : 그다음 C1,C2,L1및 L2의 값은 로서 계산된다 :
본 발명은, 부하로 전달되는 전력을 극대화하기 위하여 동적 임피던스 매칭네트워크의 분야에서 중대한 진보를 나타내었다는 것을 전술한 바로부터 알 수 있다. 특히 본 발명은, 최적 네트워크 파라미터값을 평가하기 위해 네트워크 모델을 사용함으로써 그리고 최대전력해에 급속히 수렴하는 등과 같은 방법으로 네트워크값을 반복하여 조절함으로써, 소스 임피던스를 변수 및 미지의 부하 임피던스와 매칭시키는 것에 관한 신뢰할만한 기술을 제공한다. 본 발명의 특별한 실시예가 예증에 의해 상세히 기술되었다 하더라도, 여러가지 변형이 본 발명의 범위 및 기술사상으로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것을 또한 알 수 있다. 따라서 본 발명은 특허청구의 범위에 의하여만 한정된다.
제 1도는 부하를 구동하는 전력 발생기를 도시하는 블록도.
제 2도는 전력 발생기 및 부하사이에 연결된 매칭 네트워크를 도시한 블록도.
제 3도는 종래의 매칭 네트워크의 일실시예.
제 4도는 본 발명의 매칭 네트워크 및 관련된 제어시스템의 블록도.
제 5도는 본 발명에 따라 매칭 네트워크를 동적조절 할 때 실행되는 기능을 도시하는 순서도.
제 6도 및 제 7도는 도시된 네트워크 구성의 블록도.
제 8도는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 전류 제어된 인덕턴스의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 교류(ac) 발생기 12 : 전기적 부하
16 : 임피던스 18 : 매칭 네트워크
20 : 입력 라인 22 : 출력 라인
26,28 : 가변 커패시터 30 : 임피던스 측정회로
32 : 네트워크 모델 34 : 제어 시스템

Claims (34)

  1. 부하 임피던스가 네트워크의 출력에 연결되었을 때 목표된 출력 임피던스를 제공하기 위하여 임피던스 매칭 네트워크를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    a) 입력, 출력, 및 적어도 하나의 조절가능한 임피던스 장치를 가지는 임피던스 매칭 네트워크를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치는 전기 제어신호에 응답하여 조절할 수 있는 임피던스 값을 가지며;
    b) 상기 네트워크의 출력을 상기 부하 임피던스에 연결시키는 단계;
    c) 상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여, 목표된 현재 임피던스값을 형성하는 단계;
    d) 상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여, 상기 조절가능한 임피던스 장치를 목표된 현재 임피던스값으로 조절하는데 필요한 제어신호의 값을 평가하고, 상기 평가된 값을 가지는 제어신호를 상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급하는 단계;
    e) 상기 네트워크의 입력에서 실제 복소수 전기입력 임피던스를 측정하는 단계;
    f) 상기 각각의 조절가능한 임피던스이 목표된 현재 임피던스값과 상기 매칭 네트워크의 복소수 임피던스의 수학적 모델을 기초로하여, 상기 측정된 입력 임피던스를 생성하는 이론적인 복소수 부하 임피던스를 계산하는 단계;
    g) 상기 계산된 이론적인 복소수 부하 임피던스와 상기 매칭 네트워크의 복소수 임피던스의 수학적 모델을 기초로하여, 상기 매칭 네트워크의 입력에서 조합하여 상기 목표된 입력 임피던스를 생성하는 상기 조절가능한 임피던스 각각의 이론적인 최적값을 계산하는 단계;
    h) 상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여, 상기 각각의 조절가능한 임피던스에 대하여 바로 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스값 보다 상기 단계(g)에서 계산된 상기 조절가능한 임피던스의 이론적인 최적값에 더 가깝게 설정한 목표된 현재 임피던스 값을 형성하는 단계; 및
    i) 상기 단계 (d)-(h)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    출력 임피던스를 가지는 RF 발생기를 상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력에 연결시키는 단계; 및
    RF 발생기의 출력 임피던스의 켤레 복소수와 동일하게 임피던스 매칭 네트워크의 목표된 입력 임피던스의 값을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크 조절 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하는 단계;
    상기 복수의 조절가능한 임피던스 장치의 각각에 대하여, 상기 측정된 실제임피던스 값과 상기 임피던스 장치의 목표된 임피던스 값을 비교하고 불일치한 양을 결정하는 단계; 및
    상기 제어신호의 값을 평가하는 단계에서, 상기 복수의 조절가능한 임피던스 장치의 각각에 대하여, 상기 불일치를 기초로하여 제어신호의 평가된 값을 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭네트워크 조절 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 복수의 각각 조절가능한 임피던스 장치의 각각에 대하여,
    상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급되는 실제 전압 및 상기 장치를 통과하는 실제 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급되는 측정된 전압을 상기 장치를 통과하는 측정된 전류로 나눔으로써, 상기 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크 조절 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 엠피던스값을 형성하는 단계는,
    상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력에서 반사계수의 크기를 측정하는 단계;
    (i) 상기 조절가능한 임피던스 장치의 바로 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스값과, (ii) 상기 단계(g)에서 계산된 상기 조절가능한 임피던스 장치의 이론적인 최적 임피던스값 사이의 차를 계산하는 단계;
    상기 차와 상기 반사계수 크기에 비례하는 값을 곱함으로써 임피던스 조절값을 계산하는 단계; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스 값으로부터 상기 임피던스 조절값을 뺌으로써 상기 조절가능한 임피던스장치에 대하여 목표된 현재 임피던스 값을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크 조절 방법.
  6. 제 1 항 또는 5 항에 있어서,
    상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 임피던스값을 형성하는 단계는,
    (i) 바로 이전에 형성된 상기 조절가능한 임피던스 장치의 목표된 값과, (ii) 상기 단계(g)에서 계산된 상기 조절가능한 임피던스 장치의 이론적인 최적 임피던스 값 사이의 차에 비례하는 양의 시간에 대하여 적분치를 계산하는 단계; 및
    이전에 형성된 상기 조절가능한 임피던스 장치의 소정의 현재 임피던스 값으로부터 상기 적분 계산치를 뺌로써 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 임피던스 값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크 조절 방법.
  7. 플라즈마를 발생시키는 방법에 있어서,
    a) 제 1 RF 발생기 및 플라즈마 챔버 사이에 제 1 임피던스 매칭 네트워크를 연결시키는 단계;
    b) 상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크에 제 1 전력 레벨로 RF 전력을 공급하기 위하여 상기 제 1 RF 발생기를 제어하는 단계;
    c) 상기 제 1 RF 발생기의 출력 임피던스에 목표된 매칭을 제공하는 목표된 제 1 입력 임피던스를 상기 제 1 네트워크의 목표된 입력 임피던스로서 제공하기 위하여 제 1항의 방법에 따라 상기 제 1 네트워크를 조절하는 단계;
    d) 상기 제 1 RF 발생기의 전력 레벨을 증가시키는 단계; 및
    e) 상기 제 1 네트워크를 조절하는 단계(c)로 되돌아가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 발생시키는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 목표된 제 1 입력 임피던스는 상기 제 1 RF 발생기의 출력 임피던스의 켤레복소수인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 발생시키는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버내에 바이어스 전극을 제공하는 단계;
    제 2 RF 발생기 및 상기 바이어스 전극 사이에 제 2 임피던스 매칭네트워크를 연결시키는 단계;
    상기 제 2 임피던스 매칭 네트워크에 제 2 전력 레벨로 RF 전력을 공급하기 위하여 상기 제 2 RF 발생기를 제어하는 단계; 및
    상기 제 2 네트워크의 목표된 입력 임피던스로서 상기 제 2 RF 발생기의 출력 임피던스의 켤레복소수를 제공하기 위하여 제 1항의 방법에 따라 상기 제 2 네트워크를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 발생시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 발생기는 플라즈마에 대한 주 전력소스이며,
    상기 바이어스 전극을 제공하는 단계, 상기 제 2 임피던스 매칭 네트워크를 연결시키는 단계, 상기 제 2 RF 발생기를 제어하는 단계, 및 상기 제 2 네트워크를 조절하는 단계들은 상기 제 1 네트워크가 상기 제 1 RF 발생기의 출력 임피던스에 목표된 임피던스 매칭을 제공하도록 조절될 때까지 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 발생시키는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버에 대하여 유도결합된 플라즈마 소스를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 플라즈마 챔버에 상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크를 연결시키는 단계는 상기 유도결합된 플라즈마 소스에 상기 제 1 네트워크를 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 발생시키는 방법.
  12. 부하 임피던스가 네트워크의 출력에 연결되었을 때 목표된 입력 임피던스 매칭을 제공하기 위하여 임피던스 매칭 네트워크를 조절하는 방법에 있어서,
    a) 입력, 출력, 및 조절가능한 임피던스 장치를 가지는 임피던스 매칭네트워크를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 조절가능한 임피던스 장치는 전기제어신호에 응답하여 조절될 수 있는 임피던스를 가지며;
    b) 상기 부하 임피던스에 상기 네트워크의 출력을 연결시키는 단계;
    c) 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 임피던스값을 형성하는 단계;
    d) 상기 조절가능한 임피던스 장치를 목표된 현재 임피던스 값으로 조잘하는데 필요한 제어신호의 값을 평가하고, 상기 평가된 값을 가지는 제어신호를 상기 조절가능한 임피던스 장치에 인가하는 단계;
    e) 상기 네트워크의 입력에서 임피던스 미스매칭 정도를 나타내는 전기 파라미터를 측정하는 단계;
    f) 상기 네트워크의 입력에서 임피던스 미스매칭 정도를 감소시키기 위하여 평가되는 목표된 현재 임피던스 값에 대하여 수정된 값을 형성하는 단계; 및
    g) 상기 단계 (d)-(f)를 반복하는 단계를 포함하며,
    상기 제어신호의 값을 평가하는 단계 (d)는,
    (1) 상기 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하는 단계;
    (2) 상기 임피던스의 목표된 값과 측정된 실제값을 비교하여 불일치한 양을 결정하는 단계; 및
    (3) 상기 불일치를 기초로하여 상기 제어신호의 평가된 값을 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스매칭 네트워크를 조절하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하는 단계는,
    상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급되는 전압, 및 상기 장치를 통과하는 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급되는 측정된 전압을 상기 조절가능한 임피던스 장치를 통과하는 측정된 전류로 나눔으로써 상기 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크를 조절하는 방법.
  14. 부하 임피던스가 매칭 네트워크의 출력에 연결될 때, 목표된 입력 임피던스를 제공하기 위한 임피던스 매칭 네트워크(18)에 있어서,
    입력(20);
    부하 임피던스(12)에 연결된 출력(22);
    각각 전기신호(56,79)에 응답하여 조절될 수 있는 임피던스 값을 가지는 적어도 하나의 각각 조절가능한 임피던스 장치(74,78);
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 임피던스 값(36)을 설정하기 위한 수단(34,36);
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치(74,78)를 목표된 현재 임피던스 값으로 조절하는데 필요한 제어신호의 값을 평가하고, 상기 각각 조절가능한 임피던스에 대하여 상기 평가된 값을 가지는 제어신호(56, 79)를 상기 조절가능한 임피던스 장치(74,78)에 인가하기 위한 수단(34);
    상기 네트워크의 입력(20)에서 실제 복소수 전기 입력 임피던스를 측정하기 위한 수단(30);
    상기 각각 조절가능한 임피던스의 목표된 현재 값(36)과 상기 매칭 네트워크의 복소수 임피던스의 수학적 모델을 기초로하여, 상기 측정된 입력 임피던스를 생성하는 이론적인 복소수 부하 임피던스를 계산하기 위한 제 1 네트워크 모델(32.1);
    상기 제 1 네트워크 모델에 의해 계산된 이론적인 복소수 부하 임피던스 및 매칭 네트워크의 복소수 임피던스의 수학적 모델을 기초로 하여, 상기 네트워크의 입력(20)에서 조합하여 상기 목표된 입력 임피던스를 생성하는 상기 각각 조절가능한 임피던스 장치의 각각의 이론적인 최적값(38)을 계산하기 위한 제 2 네트워크 모델(32.2); 및
    상기 제 2 네트워크 모일(32.2)에 의해 계산된 조절가능한 임피던스의 이론적인 최적값(38)에 더 가깝게 하기 위하여 상기 각각 조절가능한 임피던스 장치에대하여 목표된 현재 임피던스 값(36)을 조절하기 위한 임피던스 제어수단(34,36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 매칭 네트워크의 입력에 연결된 출력을 가지는 RF 발생기를 더포함하고, 상기 RF 발생기의 출력은 출력 임피던스를 특징으로 하고;
    상기 매칭 네트워크의 목표된 입력 임피턴스는 RF 발생기의 출력 임피던스의 켤레복소수와 동일하게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 임피던스 제어수단은,
    상기 각각의 임피던스 값에 대하여 현재 임피던스 값과 최적 임피던스 값 사이의 차를 계산하기 위한 수단;
    수정된 값을 얻기 위하여 상기 각 임피던스 값에 대한 차와 선택된 스케일링 인자를 공하기 위한 수단; 및
    상기 상응하는 수정값에 의해 각각 목표된 현재 임피던스 값을 조절하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 측정수단(30)은 네트워크의 입력(20)에서 반사계수의 크기를 측정하기위한 수단을 포함하며,
    상기 선택된 스케일링 인자는 상기 측정된 반사계수 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 측정수단(30)은,
    네트워크의 입력(20)에서 반사계수의 크기가 임계치보다 작은지를 측정하기 위한 수단; 및
    상기 네트워크의 입력(20)에서 반사계수의 크기가 임계치보다 작은 것을 나타내는 상기 측정수단에 응답해서만 동작가능하며, 샘플들 사이의 상기 임피던스에 대한 임피던스 차 값과 경과된 시간과의 누적 곱에 비례하는 양을 각각의 임피던스 값에 대한 수정값에 더하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어신호의 값을 평가하기 위한 수단(34)은,
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치(74, 78)에 대하여, 상기 불일치의 양을 결정하기 위하여 상기 장치의 목표된 현재 임피던스 값(36)과 실제 임피던스 값을 비교하기 위한 수단; 및
    상기 불일치를 기초로하여 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 인가된 제어신호를 수정하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조절가능한 임피던스 장치(74,78)는 전기제어신호에 응답하여 제어가능한 인덕턴스값을 가지는 전기제어된 인덕턴스를 포함하며,
    상기 임피던스 제어수단(34,36)은 상기 각각 전기제어된 인덕턴스에 인가된 각각의 전기제어신호를 변화시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 부하 임피던스(12)는 플라즈마인 것을 특징으로 하는 임피던스매칭 네트워크.
  22. 플라즈마 챔버에 있어서,
    플라즈마를 포함하는 진공 챔버;
    제 14항에 따른 임피던스 매칭 네트워크를 포함하는데, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 출력은 플라즈마가 매칭 네트워크의 부하 임피던스가 되도록 플라즈마에 결합되며;
    상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력에 연결되어 있으며 플라즈마의 주 전력소스인 RF 발생기,
    상기 진공 챔버내에 장착된 바이어스 전극; 및
    상기 임피던스 매칭 네트워크가 RF 발생기 및 플라즈마 부하 임피던스 사이에 목표된 정확도의 임피던스 매칭으로 수렴된 후에만 상기 바이어 스 전극에 RF 전력을 공급하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  23. 플라즈마 챔버에 있어서,
    플라즈마를 여기시키기 위하여 챔버에 전기 전력을 결합시키기 위한 전력 결합 수단;
    출력 임피던스를 가지며, 제어가능한 양의 RF 전력을 공급하기 위한 제 1 RF 발생기;
    상기 제 1 RF 발생기에 연결된 입력 및 상기 전력 결합 수단에 연결된 출력을 가지는 제 14 항에 따른 제 1 임피던스 매칭 네트워크를 포함하는데, 상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크는 상기 제 1RF 발생기의 출력 임피던스에 목표된 매칭을 제공하는 목표된 제 1 입력 임피던스를 제공하기 위하여 스스로 조절되며; 및
    공급된 전력이 제 1 전력 레벨에서 시작하여 상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크가 공급된 전력의 증가에 의해 초래되는 플라즈마의 임피던스의 임의의 변화에 따르도록 스스로 조절되기에 충분히 느린 속도로 증가하도록, 상기 제 1 RF 발생기에 의해 공급된 RF 전력의 양을 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버내의 바이어스 전극;
    출력 임피던스를 가지며, 제어가능한 양의 RF 전력을 공급하기 위한 제 2 RF 발생기; 및
    상기 제 2 RF 발생기에 연결된 입력 및 상기 바이어스 전극에 연결된 출력을 가지는 제 14 항에 따른 제 2 임피던스 매칭 네트워크를 더 포함하며, 상기 제 2 임피던스 매칭 네트워크는 그 입력에 상기 제 2 RF 발생기의 출력 임피던스의 켤레복소수인 목표된 제 2 입력 임피던스를 제공하기 위하여 스스로 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 발생기는 플라즈마에 대한 주 전력 소스이며,
    상기 제 2 RF 발생기에 의해 공급된 RF 전력의 양을 제어하기 위한 수단은 상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크가 상기 제 1 RF 발생기의 출력 임피던스에 목표된 임피던스 매칭을 제공하기 위하여 스스로 조절될 때 까지 상기 제 2 RF 발생기의 전력 레벨을 증가시키지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  26. 제 24항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 전력 결합 수단은 유도결합된 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 챔버.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 제어수단(34,36)은,
    상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력에서 반사계수의 크기를 측정하기 위한 수단;
    (i) 상기 조절가능한 임피던스 장치의 바로 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스 값과, (ii) 상기 제 2 네트워크 모델(32.2)에 의해 계산될 때 상기 조절가능한 임피던스 장치의 이론적인 최적 임피던스 값 사이의 차를 계산하기 위한 수단;
    상기 차와 상기 반사계수 크기에 비례하는 값을 공함으로써 임피던스 조절값을 계산하기 위한 수단; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 바로 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스 값으로부터 상기 임피던스 조절값을 뺌으로써 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대하여 목표된 현재 임피던스 값을 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  28. 제 26 항 또는 27 항에 있어서,
    상기 제 1 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 제어수단(34,36)은,
    (i) 상기 조절가능한 임피던스 장치의 바로 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스값과, (ii) 상기 제 2 네트워크 모델(32.2)에 의해 계산되었을 때 상기 조절가능한 임피던스 장치의 이론적인 최적 임피던스 값사이의 차에 비례하는 양의 시간에 대한 적분치를 계산하기 위한 수단; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스 값으로부터 상기 적분 계산치를 뺌으로써 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대한 목표된 현재 임피던스값을 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  29. 부하 임피던스가 매칭 네트워크의 출력에 연결되었을 때 목표된 입력 임피던스를 제공하기 위한 임피던스 매칭 네트워크(18)에 있어서,
    입력(20);
    상기 부하 임피던스(12)에 연결된 출력(22);
    각각 전기제어신호(56,79)에 응답하여 조절될 수 있는 임피던스 값을 가지는 적어도 하나의 조절가능한 임피던스 장치(74, 78);
    상기 네트워크의 입력(20)에서 임피던스 미스매칭 정도를 나타내는 전기 파라미터를 측정하기 위한 수단(30);
    상기 네트워크의 입력에서 임피던스 미스매칭의 정도를 감소시키기 위하여 평가되는 각각 조절가능한 임피던스에 대한 목표된 임피던스 값을 계산하기 위한 네트워크 모델(32); 및
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치에 대하여, 상기 네트워크 모델에 의해 계산된 각각의 목표된 임피던스 값으로 상기 조절가능한 임피던스 장치(74, 78)를조절하는데 필요한 각각의 제어신호(56,79)의 값을 평가하고, 상기 평가된 값을 가지는 각각의 제어신호(56,79)를 상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급하기 위한 임피던스 제어수단(34)을 포함하며,
    상기 임피던스 제어수단은, 상기 각각의 조절가능한 임피던스 장치에 대하여,
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하기 위한 수단;
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 임피던스의 소정의 값과 상기 측정된 실제 임피던스 값을 비교하고 불일치 양을 결정하기 위한 수단; 및
    상기 불일치를 기초로하여, 상기 조절가능한 임피던스 장치에 인가된 각각의 제어신호의 평가된 값을 수정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 측정하기 위한 수단은,
    상기 각각 조절가능한 임피던스 장치에 공급되는 실제 전압, 및 상기 장치를 통과하는 실제 전류를 측정하기 위한 수단; 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치에서 측정된 전압을 상기 장치를 통과하는 측정된 전류로 나눔으로써 상기 각각 조절가능한 임피던스 장치의 실제 임피던스를 계산하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
  31. 미지의 부하 임피던스가 네트워크의 출력에 연결되었을 때 발생기 임피던스에 목표된 매칭을 제공하는 목표된 입력 임피던스를 제공하기위하여 임피던스 매칭 네트워크를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    a) 입력, 출력 및 조절가능한 임피던스 장치를 가지는 임피던스 매칭 네트워크를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 조절가능한 임피던스 장치는 전기 제어신호에 응답하여 조절가능한 임피던스값을 가지며;
    b) 상기 발생기에 상기 네트워크의 입력을 연결하고 상기 부하 임피던스에 상기 네트워크의 출력을 연결시키는 단계;
    c) 상기 네트워크에서 적어도 하나의 전기신호를 측정하는 단계;
    d) 상기 적어도 하나의 전기신호로부터, 상기 네트워크의 입력에서의 반사 계수의 크기를 결정하는 단계;
    e) 상기 적어도 하나의 전기신호로부터, 반사 계수의 크기를 감소시킬 수 있는 조절가능한 임피던스 장치의 임피던스에 대한 최적 임피던스 조절값을 결정하는 단계;
    (f) 상기 반사 계수의 크기와 상기 최적 임피던스 조절값을 곱함으로써 수정된 임피던스 조절값을 결정하는 단계;
    (g) 상기 수정된 임피단스 조절값으로부터 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대한 최근 이전에 형성된 목표된 현재 임피던스값을 뺌으로써 조절가능한 임피던스 장치에 대한 목표된 현재 임피던스값을 결정하는 단계;
    (h) 상기 조절가능한 임피던스 장치의 임피던스를 상기 목표된 현재 임피던스값으로 조절하는 제어신호를 상기 조절가능한 임피던스 장치에 인가하는 단계; 및
    (i) 상기 측정 단계(c)로 되돌아가서 상기 단계(c) 내지 (h)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 반사 계수의 크기를 결정하는 단계(d)는 상기 반사 계수의 크기를 제1 임계값과 비교하여 반사 계수의 크기가 제1 임계값보다 작으면 상기 단계(e) 내지 (h)를 생략하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 31항에 있어서,
    (a) 상기 반사 계수의 크기를 제2 임계값과 비교하는 단계; 및
    (b) 상기 반사 계수의 크기가 상기 제2 임계값보다 작을 경우,
    (i) 상기 최적 임피던스 조절값의 시간에 대한 적분치에 비례하는 양을 계산하는 단계; 및
    (ii) 상기 계산된 양을 상기 수정된 임피던스 조절값에 부가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 부하 임피던스가 네트워크의 출력에 연결될 때 목표된 입력 임피던스를 제공하기 위한 임피던스 매칭 네트워크에 있어서,
    입력(20);
    부하 임피던스(12)에 연결된 출력(22);
    전기신호(56,79)에 응답하여 조절가능한 임피던스값을 가지는 조절가능한 임피던스 장치(74,78);
    네트워크에서 전기신호를 측정하기 위한 수단(30);
    상기 적어도 하나의 전기신호로부터 상기 네트워크의 입력에서의 반사 계수의 크기를 결정하기 위한 수단(30);
    반사 계수의 크기를 감소시킬 수 있는 조절가능한 임피던스 장치의 임피던스에 대한 최적 임피던스값을 결정하기 위한 네트워크 모델(32, 36, 38);
    최근 이전에 형성된 목표된 임피던스값으로부터 최적 임피던스 조절값과 반사 계수와의 곱을 뺌으로써 상기 조절가능한 임피던스 장치에 대한 목표된 현재 임피던스값(36)을 결정하기 위한 수단(34); 및
    상기 조절가능한 임피던스 장치의 임피던스를 상기 목표된 현재 임피던스값으로 조절하는 제어신호(56,79)를 상기 조절가능한 임피던스 장치에 공급하기 위한 임피던스 제어수단(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 네트워크.
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