KR102027687B1 - 고주파 발생기 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

고주파 발생기 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

(과제) 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 높은 고주파 발생기를 제공한다.
(해결 수단) 일 실시 형태의 고주파 발생기에서는, 벡터 승산기에 의한 IQ 변조 및 증폭기에 의한 증폭에 의해 생성된 고주파가 출력부로부터 출력된다. 방향성 결합기가, 진행파의 일부를 포함하는 제 1 고주파, 및, 반사파의 일부를 포함하는 제 2 고주파를 출력한다. 제어부가, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분을 다변수로서 각각이 포함하는 4개의 다항식의 연산인 제 1 행렬 연산에 의해, 출력부에 있어서의 진행파의 동상 성분 및 직교 성분, 및, 반사파의 동상 성분 및 직교 성분의 각각의 추정치를 구한다. 제어부는, 이들 추정치에 근거하여, 벡터 승산기의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 결정한다.

Description

고주파 발생기 및 플라즈마 처리 장치{HIGH FREQUENCY GENERATOR AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 실시 형태는, 고주파 발생기 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 피가공물에 대한 플라즈마 처리가 행해지는 일이 있다. 플라즈마 처리에 이용되는 플라즈마 처리 장치는, 챔버 본체를 구비하고 있다. 챔버 본체는 그 내부 공간을 챔버로서 제공한다. 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내의 가스를 여기시키기 위해, 고주파(고주파 에너지)가 이용된다. 그 때문에, 플라즈마 처리 장치는, 고주파 발생기를 구비하고 있다. 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파는, 예컨대, 마이크로파, 혹은, LF대로부터 VHF대의 대역에 속하는 고주파일 수 있다.
고주파 발생기에는, 그 출력부로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 제어하도록 구성된 것이 있다. 이와 같은 고주파 발생기는, 방향성 결합기를 구비한다. 방향성 결합기는, 출력부에 전파하는 진행파의 일부를 포함하는 제 1 고주파, 및, 출력부에 되돌려지는 반사파의 일부를 포함하는 제 2 고주파를 출력한다. 고주파 발생기는, 제 1 고주파 및 제 2 고주파에 근거하여, 출력부에 있어서의 고주파의 파워 및 위상을 추정하고, 추정된 파워 및 위상에 근거하여, 출력하는 고주파의 파워 및 위상을 제어한다. 또, 방향성 결합기를 구비한 고주파 발생기에 대해서는, 하기의 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2000-299198호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2002-164198호 공보
상술한 제 1 고주파 및 제 2 고주파에 근거하여 추정되는 파워 및 위상은, 출력부에 있어서의 고주파의 파워 및 위상에 대하여 오차를 포함한다. 따라서, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도에 개선의 여지가 있다.
일 태양에 있어서는, 고주파 발생기가 제공된다. 고주파 발생기는, 벡터 승산기, 증폭기, 서큘레이터, 출력부, 방향성 결합기, 및, 제어부를 구비한다. 벡터 승산기는, 고주파 원신호에 IQ 변조를 적용하여 변조파를 생성하도록 구성되어 있다. 증폭기는, 변조파를 증폭하여 증폭 고주파를 생성하고, 해당 증폭 고주파를 출력하도록 구성되어 있다. 서큘레이터는, 제 1 포트, 제 2 포트, 및, 제 3 포트를 갖는다. 서큘레이터는, 증폭기로부터의 증폭 고주파를 제 1 포트로 받고, 제 1 포트에 입력된 고주파를 제 2 포트로부터 출력하고, 제 2 포트에 입력된 고주파를 제 3 포트로부터 출력하도록 마련되어 있다. 출력부는, 고주파 발생기에 있어서의 고주파의 출력부이고, 제 2 포트에 접속되어 있다. 방향성 결합기는, 증폭기로부터 출력부에 전파하는 진행파의 일부를 포함하는 제 1 고주파를 출력하고, 출력부에 되돌려지는 반사파의 일부를 포함하는 제 2 고주파를 출력하도록 구성되어 있다. 제어부는, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분에 근거하여, 벡터 승산기의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 결정하도록 구성되어 있다.
일 태양에 관계되는 고주파 발생기에 있어서, 제어부는, 4개의 다항식의 연산인 제 1 행렬 연산을 실행하여, 출력부에 있어서의 진행파의 동상 성분의 제 1 추정치, 출력부에 있어서의 진행파의 직교 성분의 제 2 추정치, 출력부에 있어서의 반사파의 동상 성분의 제 3 추정치 및 출력부에 있어서의 반사파의 직교 성분의 제 4 추정치를 구하도록, 구성되어 있다. 4개의 다항식의 각각은, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분을 다변수로서 포함한다. 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬은, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분으로부터, 제 1 추정치, 제 2 추정치, 제 3 추정치 및 제 4 추정치가 얻어지도록 미리 결정되어 있다. 제어부는, 적어도 제 1 추정치 및 제 2 추정치로부터 구해지는 출력부에 있어서의 고주파의 파워의 추정치 및 위상의 추정치의, 파워의 목표치 및 위상의 목표치에 대한 오차를 감소시키도록, 벡터 승산기에 있어서의 IQ 변조의 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 결정하도록 구성되어 있다.
방향성 결합기로부터 출력되는 제 1 고주파는, 진행파의 일부뿐만 아니라, 반사파의 일부를 포함한다. 또한, 방향성 결합기로부터 출력되는 제 2 고주파는, 반사파의 일부뿐만 아니라, 진행파의 일부를 포함한다. 즉, 방향성 결합기는, 진행파와 반사파를 서로 완전히 분리할 수는 없다. 한편, 상술한 4개의 다항식의 각각에는, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분이 다변수로서 포함되어 있다. 따라서, 이 4개의 다항식의 연산인 제 1 행렬 연산에 의하면, 제 1 고주파에 있어서의 반사파의 간섭의 영향 및 제 2 고주파에 있어서의 진행파의 간섭의 영향이 보정되어, 제 1~제 4 추정치가 구해진다. 그러므로, 출력부에 있어서의 진행파의 동상 성분 및 직교 성분과 출력부에 있어서의 반사파의 동상 성분 및 직교 성분에 대하여 오차가 적은 제 1~제 4 추정치가 얻어진다. 일 태양에 관계되는 고주파 발생기에서는, 이러한 제 1~제 4 추정치에 근거하여, 벡터 승산기의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨이 결정되므로, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 높아진다.
일 실시 형태에 있어서는, 제 1 행렬 연산은, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분의 각각의 고차의 항의 연산을 포함한다. 제 1 행렬 연산에, 고차의 항의 연산이 포함되는 것에 의해, 제 1~제 4 추정치가 보다 높은 정밀도로 구해진다.
일 실시 형태에 있어서, 제어부는, (ⅰ) 파워의 추정치 및 위상의 추정치의, 파워의 목표치 및 위상의 목표치에 대한 오차를 감소시키도록, 보정된 파워 및 보정된 위상을 구하고, (ⅱ) 보정된 파워 및 보정된 위상에 대응하는 IQ 평면 상에서의 제 1 동상 성분 및 제 1 직교 성분을 구하고, (ⅲ) 제 1 동상 성분 및 제 1 직교 성분을 다변수로서 각각이 포함하는 2개의 다항식의 연산인 제 2 행렬 연산을 실행하여, 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 각각 정하는 제 2 동상 성분 및 제 2 직교 성분을 구하도록 구성되어 있다. 제 2 행렬 연산에 이용되는 계수의 행렬은, 출력부에 있어서의 고주파의 파워 및 위상의, 파워의 목표치 및 위상의 목표치에 대한 오차를 감소시키도록 미리 결정되어 있다.
고주파가 벡터 승산기로부터 출력부까지 전파하면, 고주파의 파워 및 고주파의 위상의 변화가 생길 수 있다. 상술한 실시 형태에서는, 제 2 행렬 연산에 의해, 벡터 승산기로부터 출력부까지의 사이에 있어서의 고주파의 파워 및 고주파의 위상의 변화를 보정하도록, 제 2 동상 성분 및 제 2 직교 성분이 구해진다. 이러한 제 2 동상 성분 및 제 2 직교 성분으로부터, 벡터 승산기에서의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨이 결정되므로, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 더 높아진다.
일 실시 형태에 있어서, 제 2 행렬 연산은, 제 1 동상 성분 및 제 1 직교 성분의 각각의 고차의 항의 연산을 포함한다. 이 실시 형태에 의하면, 제 2 행렬 연산에, 고차의 항의 연산이 포함되는 것에 의해, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 더 높아진다.
일 실시 형태에 있어서, 고주파 발생기의 출력부로부터 출력되는 고주파는 마이크로파이다. 이 실시 형태에 있어서, 고주파 발생기는, 제 1 고주파 및 제 2 고주파에 대한 IQ 복조에 의해, 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분을 생성하는 복조기를 더 구비한다.
다른 태양에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버 본체, 및, 상술한 태양 및 실시 형태 중 어느 하나의 고주파 발생기를 구비한다. 챔버 본체는, 챔버를 제공한다. 고주파 발생기는, 챔버 내에 공급된 가스를 여기시키기 위해 고주파를 공급하도록 구성되어 있다.
일 실시 형태에 있어서는, 고주파 발생기는 마이크로파를 발생시키고, 플라즈마 처리 장치는 안테나를 더 구비한다. 안테나는, 고주파 발생기의 출력부에 접속되어 있고, 고주파 발생기로부터 공급되는 고주파를 챔버 내에 도입하도록 구성되어 있다. 고주파 발생기는, 임피던스 정합용의 튜너를 거치지 않고, 안테나에 접속되어 있다.
일 실시 형태에 있어서는, 고주파 발생기의 제어부는, 해당 고주파 발생기에 의한 고주파의 공급 개시시에, 제 1 추정치 및 제 2 추정치로부터 구해지는 출력부에 있어서의 진행파의 파워와 제 3 추정치 및 제 4 추정치로부터 구해지는 출력부에 있어서의 반사파의 파워의 차이를, 파워의 목표치에 일치시키거나 또는 근사시키도록, 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 결정한다.
이상 설명한 바와 같이, 고주파 발생기에 의해 출력되는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 높아진다.
도 1은 일 실시 형태에 관계되는 고주파 발생기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일례에 관계되는 원(原)신호 발생기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일례에 관계되는 벡터 승산기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 일례에 관계되는 복조기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구하기 위한 시스템의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구하기 위한 시스템의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제 2 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구하기 위한 시스템의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 형태에 관계되는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 일 실시 형태에 관계되는 고주파 발생기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 고주파 발생기(10)는, 고주파로서 마이크로파를 발생시켜, 해당 마이크로파를 출력하도록 구성되어 있다. 고주파 발생기(10)는, 벡터 승산기(12), 증폭기(14), 서큘레이터(16), 출력부(18), 방향성 결합기(20), 및, 제어부(22)를 구비하고 있다. 고주파 발생기(10)는, 복조기(24), D/A 변환기(26), 및, 더미 로드(28)를 더 구비한다.
벡터 승산기(12)에는, 원신호 발생기(30)가 접속되어 있다. 원신호 발생기(30)는, 벡터 승산기(12)에, 고주파 원신호를 공급하도록 구성되어 있다. 도 2는 일례에 관계되는 원신호 발생기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 원신호 발생기(30)는, 프로세서(30a), 및, PLL(Phase Locked Loop) 발진기(30b)를 갖고 있다. 프로세서(30a)는, 예컨대 마이크로컴퓨터(MCU)이다. 프로세서(30a)는, PLL 발진기(30b)에 의해 발생되는 고주파 원신호의 주파수를 지정하도록 구성되어 있다. PLL 발진기(30b)에는, 수정 진동자(30c)로부터의 고주파가 공급된다. PLL 발진기(30b)는, 수정 진동자(30c)로부터의 고주파를 받고, 프로세서(30a)로부터 지정된 주파수의 고주파 원신호를 출력하도록 구성되어 있다. 또, 고주파 발생기(10)는, 이 원신호 발생기(30)를 내장하고 있더라도 좋다.
원신호 발생기(30)는, 1개의 고주파 발생기(10)에 고주파 원신호를 공급하더라도 좋다. 혹은, 원신호 발생기(30)는, 복수의 고주파 발생기(10)에 고주파 원신호를 공급하더라도 좋다. 후자의 경우, 즉, 원신호 발생기(30)가 복수의 고주파 발생기(10)에 고주파 원신호를 공급하는 경우에는, 원신호 발생기(30)는, 분배기를 더 갖는다. 분배기에는, PLL 발진기(30b)로부터의 고주파 원신호가 입력된다. 분배기는, 고주파 원신호를 복수의 고주파 발생기(10)에 분배하도록 구성된다.
도 3은 일례에 관계되는 벡터 승산기의 구성을 나타내는 도면이다. 벡터 승산기(12)는, 믹서(12a), 믹서(12b), 이상기(12c), 및, 합성기(12d)를 갖고 있다. 벡터 승산기(12)는, 제어부(22)에 의해 그 레벨이 결정된 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS를 이용하여, 고주파 원신호에 대한 IQ 변조를 실행하도록 구성되어 있다.
벡터 승산기(12)에서는, 원신호 발생기(30)로부터의 고주파 원신호가, 2개의 고주파 원신호로 분기된다. 2개의 고주파 원신호 중 한쪽의 고주파 원신호는, 믹서(12a)에 있어서 동상 신호 IS와 믹싱된다. 믹서(12a)로부터는, 한쪽의 고주파 원신호와 동상 신호 IS의 승산에 의해 얻어지는 고주파가 출력된다. 이상기(12c)는, 다른 쪽의 고주파 원신호에 90°의 위상을 주는 것에 의해 생성한 고주파를 출력한다. 이상기(12c)로부터 출력된 고주파는, 믹서(12b)에 있어서 직교 신호 QS와 믹싱된다. 믹서(12b)로부터는, 이상기(12c)로부터의 고주파와 직교 신호 QS의 승산에 의해 얻어지는 고주파가 출력된다. 합성기(12d)는, 믹서(12a)로부터의 고주파와 믹서(12b)로부터의 고주파를 합성(가산)하여, 변조파를 생성한다. 합성기(12d)로부터는, 이 변조파가 출력된다.
다시 도 1을 참조한다. 증폭기(14)는, 벡터 승산기(12)로부터의 변조파를 받아서, 해당 변조파를 증폭하도록 구성되어 있다. 증폭기(14)는, 벡터 승산기(12)로부터의 변조파를 증폭하는 것에 의해 생성한 증폭 고주파를 출력하도록 구성되어 있다. 일례에 있어서, 증폭기(14)는, 프리앰프(14a) 및 메인앰프(14b)를 갖고 있다. 즉, 증폭기(14)는, 2개의 앰프에 의한 2단계의 증폭에 의해, 증폭 고주파를 생성하도록 구성되어 있다.
서큘레이터(16)는, 제 1 포트(16a), 제 2 포트(16b), 및, 제 3 포트(16c)를 갖고 있다. 제 1 포트(16a)는, 증폭기(14)의 출력에 접속되어 있다. 서큘레이터(16)는, 그 외부로부터 제 1 포트(16a)에 입력된 고주파를 제 2 포트(16b)로부터 출력하고, 그 외부로부터 제 2 포트(16b)에 입력된 고주파를 제 3 포트(16c)로부터 출력하도록 마련되어 있다. 제 3 포트(16c)에는, 더미 로드(28)가 접속되어 있다. 더미 로드(28)는, 제 3 포트(16c)로부터 출력되는 고주파를 받아서, 해당 고주파를 흡수한다. 더미 로드(28)는, 고주파를, 예컨대 열로 변환할 수 있다.
출력부(18)는, 고주파 발생기(10)에 있어서의 고주파(일례에서는 마이크로파)의 출력부이다. 도 1에 나타내는 예에서는, 출력부(18)는, 방향성 결합기(20)를 거쳐서, 서큘레이터(16)의 제 2 포트(16b)에 접속되어 있다. 출력부(18)는, 고주파 발생기(10)에 의해 출력되는 고주파가 마이크로파인 경우에는, 예컨대 도파관일 수 있다.
방향성 결합기(20)는, 제 1 포트(20a), 제 2 포트(20b), 제 3 포트(20c), 및, 제 4 포트(20d)를 갖고 있다. 방향성 결합기(20)는, 증폭기(14)로부터 출력부(18)에 전파하는 진행파를 제 1 포트(20a)로 받도록 마련되어 있다. 일 실시 형태에서는, 방향성 결합기(20)의 제 1 포트(20a)는, 서큘레이터(16)의 제 2 포트(16b)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(20)는, 제 1 포트(20a)에 입력된 진행파를 제 2 포트(20b)로부터 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 방향성 결합기(20)는, 제 1 포트(20a)에 입력된 진행파의 일부를 포함하는 제 1 고주파를 제 3 포트(20c)로부터 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 방향성 결합기(20)는, 출력부(18)에 되돌려지는 반사파를 제 2 포트(20b)로 받도록 마련되어 있다. 일 실시 형태에서는, 방향성 결합기(20)의 제 2 포트(20b)는 출력부(18)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(20)는, 제 2 포트(20b)에 받은 반사파의 일부를 포함하는 제 2 고주파를 제 4 포트(20d)로부터 출력하도록 구성되어 있다.
또, 방향성 결합기(20)는, 증폭기(14)와 서큘레이터(16)의 제 1 포트(16a)의 사이에 있어서 제 1 고주파를 출력하고, 서큘레이터(16)의 제 3 포트(16c)와 더미 로드의 사이에 있어서 제 2 고주파를 출력하도록, 마련되어 있더라도 좋다.
제어부(22)는, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR에 근거하여, 벡터 승산기(12)의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨을 결정하도록 구성되어 있다.
일 실시 형태에서는, 제어부(22)는, 제 1 행렬 연산부(22a), 제 1 변환부(22b), 피드백 제어부(22c), 및, 제 2 변환부(22d)를 갖고 있다. 제어부(22)는, 제 2 행렬 연산부(22e)를 더 갖고 있더라도 좋다. 제어부(22)는, 예컨대, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 또는 프로세서로 구성될 수 있다. 혹은, 제 1 행렬 연산부(22a), 제 1 변환부(22b), 피드백 제어부(22c), 제 2 변환부(22d), 및, 제 2 행렬 연산부(22e)는 각각, 개별 전자 회로 또는 연산기로 구성되어 있더라도 좋다.
제 1 행렬 연산부(22a)는, 복조기(24)를 거쳐서 방향성 결합기(20)의 제 3 포트(20c) 및 제 4 포트(20d)에 접속되어 있다. 복조기(24)는, 제 1 고주파 및 제 2 고주파에 IQ 복조를 적용하고, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 생성하도록 구성되어 있다.
도 4는 일례에 관계되는 복조기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 복조기(24)는, 믹서(24a), 믹서(24b), 이상기(24c), 로우 패스 필터(24d), 로우 패스 필터(24e), 믹서(24f), 믹서(24g), 이상기(24h), 로우 패스 필터(24i), 로우 패스 필터(24j), A/D 변환기(24k), 및, A/D 변환기(24m)를 갖고 있다.
복조기(24)는, 방향성 결합기(20)의 제 3 포트(20c)로부터의 제 1 고주파를 받도록 마련되고, 방향성 결합기(20)의 제 4 포트(20d)로부터의 제 2 고주파를 받도록 마련되어 있다. 복조기(24)에서는, 제 1 고주파가 2개의 제 1 고주파로 분기된다. 2개의 제 1 고주파 중 한쪽의 제 1 고주파는, 믹서(24a)에 있어서 고주파 원신호와 믹싱된다. 믹서(24a)로부터는, 한쪽의 제 1 고주파와 고주파 원신호의 승산에 의해 얻어지는 신호가 출력된다. 또, 복조기(24)에 있어서 이용되는 고주파 원신호는, 원신호 발생기(30)로부터 주어진다. 믹서(24a)로부터 출력된 신호의 고주파수 성분은, 로우 패스 필터(24d)에 의해 필터링된다. 로우 패스 필터(24d)로부터는, 필터링에 의해 생성된 제 1 고주파의 동상 성분(아날로그 신호)이 출력된다.
이상기(24c)는, 고주파 원신호에 90°의 위상을 주는 것에 의해 생성한 고주파를 출력한다. 이상기(24c)로부터 출력된 고주파는 믹서(24b)에 있어서, 다른 쪽의 제 1 고주파와 믹싱된다. 믹서(24b)로부터는, 이상기(24c)로부터의 고주파와 다른 쪽의 제 1 고주파의 승산에 의해 얻어지는 신호가 출력된다. 믹서(24b)로부터 출력된 신호의 고주파수 성분은, 로우 패스 필터(24e)에 의해 필터링된다. 로우 패스 필터(24e)로부터는, 필터링에 의해 생성된 제 1 고주파의 직교 성분(아날로그 신호)이 출력된다.
또한, 복조기(24)에서는, 제 2 고주파가 2개의 제 2 고주파로 분기된다. 2개의 제 2 고주파 중 한쪽의 제 2 고주파는, 믹서(24f)에 있어서 고주파 원신호와 믹싱된다. 믹서(24f)로부터는, 한쪽의 제 2 고주파와 고주파 원신호의 승산에 의해 얻어지는 신호가 출력된다. 믹서(24f)로부터 출력된 신호의 고주파수 성분은, 로우 패스 필터(24i)에 의해 필터링된다. 로우 패스 필터(24i)로부터는, 필터링에 의해 생성된 제 2 고주파의 동상 성분(아날로그 신호)이 출력된다.
이상기(24h)는, 고주파 원신호에 90°의 위상을 주는 것에 의해 생성한 고주파를 출력한다. 이상기(24h)로부터 출력된 고주파는 믹서(24g)에 있어서, 다른 쪽의 제 2 고주파와 믹싱된다. 믹서(24g)로부터는, 이상기(24h)로부터의 고주파와 다른 쪽의 제 2 고주파의 승산에 의해 얻어지는 신호가 출력된다. 믹서(24g)로부터 출력된 신호의 고주파수 성분은, 로우 패스 필터(24j)에 의해 필터링된다. 로우 패스 필터(24j)로부터는, 필터링에 의해 생성된 제 2 고주파의 직교 성분(아날로그 신호)이 출력된다.
A/D 변환기(24k)는, 로우 패스 필터(24d)로부터의 제 1 고주파의 동상 성분(아날로그 신호)에 대하여 A/D 변환을 실행하고, 로우 패스 필터(24e)로부터의 제 1 고주파의 직교 성분(아날로그 신호)에 대하여 A/D 변환을 실행한다. A/D 변환기(24m)는, 로우 패스 필터(24i)로부터의 제 2 고주파의 동상 성분(아날로그 신호)에 대하여 A/D 변환을 실행하고, 로우 패스 필터(24j)로부터의 제 2 고주파의 직교 성분(아날로그 신호)에 대하여 A/D 변환을 실행한다. A/D 변환기(24k) 및 A/D 변환기(24m)에 있어서의 A/D 변환에 의해, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR이, 각각 디지털 신호로서 생성된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, A/D 변환기(24k) 및 A/D 변환기(24m)는, 제어부(22)에 접속되어 있다. 제어부(22)에는, A/D 변환기(24k)로부터 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF가 입력되고, A/D 변환기(24m)로부터 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR이 입력된다.
제어부(22)의 제 1 행렬 연산부(22a)는, 제 1 행렬 연산을 실행한다. 제 1 행렬 연산은, 4개의 다항식의 연산에 상당한다. 제 1 행렬 연산부(22a)는, 제 1 행렬 연산의 실행에 의해, 출력부(18)에 있어서의 진행파의 동상 성분의 제 1 추정치 IE1, 출력부에 있어서의 진행파의 직교 성분의 제 2 추정치 QE2, 출력부에 있어서의 반사파의 동상 성분의 제 3 추정치 IE3, 및, 출력부에 있어서의 반사파의 직교 성분의 제 4 추정치 QE4를 구하도록 구성되어 있다.
4개의 다항식의 각각은, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 다변수로서 포함한다. 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 1개 이상의 행렬은, 동상 성분 IMF, 직교 성분 QMF, 동상 성분 IMR, 및, 직교 성분 QMR로부터, 제 1 추정치 IE1, 제 2 추정치 QE2, 제 3 추정치 IE3, 및, 제 4 추정치 QE4가 얻어지도록 미리 결정되어 있다.
하기의 식 (1)은, 제 1 행렬 연산을 나타낸다. 식 (1)에 있어서, Aj는 4행 4열의 계수의 행렬이고, Bk는 4행 4열의 계수의 행렬이고, C는 4행 1열의 계수의 행렬이다. 또한, 식 (1)에 있어서 j, k는 1 이상의 정수이다. 즉, 제 1 행렬 연산의 식의 우변은, 계수의 1개 이상의 행렬을 포함한다.
[수학식 1]
Figure 112018022799675-pat00001
식 (1)은 일반화된 식이고, 제 1 행렬 연산에서는, 동상 성분 IMF, 직교 성분 QMF, 동상 성분 IMR, 및, 직교 성분 QMR로부터, 제 1 추정치 IE1, 제 2 추정치 QE2, 제 3 추정치 IE3, 및, 제 4 추정치 QE4가 최적으로 추정되도록, 식 (1)에 근거하여 미리 선택된 식의 연산이 행해진다. 제 1 행렬 연산은, 적어도 식 (1)의 우변의 제 1 항의 연산을 포함한다. 제 1 행렬 연산은, 식 (1)의 우변의 제 1 항의 연산으로서, 동상 성분 IMF, 직교 성분 QMF, 동상 성분 IMR, 및, 직교 성분 QMR의 1차의 항의 연산 및 1개 이상의 고차의 항의 연산을 포함하고 있더라도 좋다. 일례에서는, 제 1 행렬 연산은, 식 (1)의 우변의 제 1 항의 연산으로서, 동상 성분 IMF, 직교 성분 QMF, 동상 성분 IMR, 및, 직교 성분 QMR의 1차의 항의 연산, 3차의 항의 연산, 및, 5차의 항의 연산을 포함하고 있더라도 좋다.
제 1 행렬 연산은, 식 (1)의 우변의 제 2 항 및 제 3 항 중 적어도 한쪽의 연산을 더 포함하고 있더라도 좋다. 제 2 항에 있어서, f1_k(IMF, QMF)는, IMF 또는 그 거듭제곱과 QMF 또는 그 거듭제곱의 곱을 포함하는 함수이고, f2_k(IMF, QMF)는, IMF 또는 그 거듭제곱과 QMF 또는 그 거듭제곱의 몫을 포함하는 함수일 수 있다. 제 2 항에 있어서, f3_k(IMR, QMR)은, IMR 또는 그 거듭제곱과 QMR 또는 그 거듭제곱의 곱을 포함하는 함수이고, f4_k(IMF, QMF)는, IMF 또는 그 거듭제곱과 QMF 또는 그 거듭제곱의 몫을 포함하는 함수일 수 있다.
제 1 변환부(22b)는, 제 1 추정치 IE1 및 제 2 추정치 QE2로부터 출력부(18)에 있어서의 진행파의 파워의 추정치 PEF 및 위상의 추정치 θEF를 구한다. 제 1 변환부(22b)는, 제 3 추정치 IE3 및 제 4 추정치 QE4로부터 출력부(18)에 있어서의 반사파의 파워의 추정치 PER 및 위상의 추정치 θER을 더 구하더라도 좋다. 또, 제 1 변환부(22b)에 있어서의 연산은, 이하의 식 (2a)~(2d)로 정의된다.
[수학식 2]
Figure 112018022799675-pat00002
피드백 제어부(22c)는, 제 1 추정치 IE1 및 제 2 추정치 QE2로부터 구해지는 출력부(18)에 있어서의 고주파의 파워의 추정치 및 위상의 추정치의, 파워의 목표치 Pt 및 위상의 목표치 θt에 대한 오차를 감소시키도록, 보정된 파워 PC 및 보정된 위상 θC를 구한다. 일 실시 형태에서는, 피드백 제어부(22c)는, 파워의 추정치 PEF 및 위상의 추정치 θEF를, 출력부(18)에 있어서의 고주파의 파워의 추정치 및 위상의 추정치로서 이용하더라도 좋다. 혹은, 피드백 제어부(22c)는, 파워의 추정치 PEF로부터 파워의 추정치 PER을 감산하는 것에 의해 얻은 파워를, 출력부(18)에 있어서의 고주파의 파워의 추정치로서 이용하고, 위상의 추정치 θEF를 출력부(18)에 있어서의 고주파의 위상의 추정치로서 이용하더라도 좋다. 이 피드백 제어부(22c)는, 예컨대 PID 제어에 의해, 보정된 파워 PC 및 보정된 위상 θC를 구할 수 있다.
제 2 변환부(22d)는, 보정된 파워 PC 및 보정된 위상 θC를 해당 파워 PC 및 위상 θC에 대응하는 IQ 평면 상에서의 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1로 변환한다. 이 변환에 있어서는, 고주파 원신호와 동일한 주파수의 원신호가 이용된다. 일 실시 형태에서는, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1이 그대로, 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨을 각각 정하는 동상 성분 IC 및 직교 성분 QC로서 이용된다. 다른 실시 형태에서는, 제 2 행렬 연산부(22e)에 의해, 동상 성분 I1(제 1 동상 성분) 및 직교 성분 Q1(제 1 직교 성분)로부터, 동상 성분 I2(제 2 동상 성분) 및 직교 성분 Q2(제 2 직교 성분)가 구해진다. 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2는, 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨을 각각 정하는 동상 성분 IC 및 직교 성분 QC로서 이용된다.
제 2 행렬 연산부(22e)는, 제 2 행렬 연산을 실행하여, 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2를 구한다. 제 2 행렬 연산은, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1을 다변수로서 각각 포함하는 2개의 다항식의 연산이다. 제 2 행렬 연산에 이용되는 계수의 행렬은, 출력부(18)에 있어서의 고주파의 파워 및 위상의, 파워의 목표치 및 위상의 목표치에 대한 오차를 감소시키도록 미리 결정되어 있다.
하기의 식 (3)은, 제 2 행렬 연산을 나타낸다. 식 (3)에 있어서, Dm은 2행 2열의 계수의 행렬이고, En은 2행 2열의 계수의 행렬이고, H는 2행 1열의 계수의 행렬이다. 또한, 식 (3)에 있어서, m, n은, 1 이상의 정수이다. 즉, 제 2 행렬 연산의 식의 우변은, 계수의 1개 이상의 행렬을 포함한다.
[수학식 3]
Figure 112018022799675-pat00003
식 (3)은 일반화된 식이고, 제 2 행렬 연산에서는, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1로부터 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2가 최적으로 추정되도록, 식 (3)에 근거하여 미리 선택된 식의 연산이 행해진다. 제 2 행렬 연산은, 적어도 식 (3)의 우변의 제 1 항의 연산을 포함한다. 제 2 행렬 연산은, 식 (3)의 우변의 제 1 항의 연산으로서, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1의 1차의 항의 연산 및 1개 이상의 고차의 항의 연산을 포함하고 있더라도 좋다. 일례에서는, 제 2 행렬 연산은, 식 (3)의 우변의 제 1 항의 연산으로서, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1의 1차의 항의 연산, 3차의 항의 연산, 및, 5차의 항의 연산을 포함하고 있더라도 좋다.
제 2 행렬 연산은, 식 (3)의 우변의 제 2 항 및 제 3 항 중 적어도 한쪽의 연산을 더 포함하고 있더라도 좋다. 제 2 항에 있어서, g1_n(I1, Q1)은, I1 또는 그 거듭제곱과 Q1 또는 그 거듭제곱의 곱을 포함하는 함수이고, g2_n(I1, Q1)은, I1 또는 그 거듭제곱과 Q1 또는 그 거듭제곱의 몫을 포함하는 함수일 수 있다.
제 2 행렬 연산부(22e)는, D/A 변환기(26)에 접속되어 있다. D/A 변환기(26)는 동상 성분 IC 및 직교 성분 QC에 대하여 D/A 변환을 적용하여, 아날로그의 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS를 생성한다. 동상 신호 IS의 레벨은, 동상 성분 IC에 의해 정해지고, 직교 신호 QS의 레벨은, 직교 성분 QC에 의해 정해진다.
방향성 결합기(20)로부터 출력되는 제 1 고주파는, 진행파의 일부뿐만 아니라, 반사파의 일부를 포함한다. 또한, 방향성 결합기(20)로부터 출력되는 제 2 고주파는, 반사파의 일부뿐만 아니라, 진행파의 일부를 포함한다. 즉, 방향성 결합기(20)는, 진행파와 반사파를 서로 완전히 분리할 수는 없다. 한편, 상술한 4개의 다항식의 각각에는, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR이 다변수로서 포함되어 있다. 따라서, 이 4개의 다항식의 연산인 제 1 행렬 연산에 의하면, 제 1 고주파에 있어서의 반사파의 간섭의 영향 및 제 2 고주파에 있어서의 진행파의 간섭의 영향이 보정되어, 제 1 추정치 IE1, 제 2 추정치 QE2, 제 3 추정치 IE3, 및, 제 4 추정치 QE4가 구해진다. 그러므로, 출력부(18)에 있어서의 진행파의 동상 성분 및 직교 성분, 및, 출력부(18)에 있어서의 반사파의 동상 성분 및 직교 성분에 대하여 오차가 적은 제 1~제 4 추정치가 얻어진다. 고주파 발생기(10)에서는, 이러한 제 1~제 4 추정치에 근거하여, 벡터 승산기(12)의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨이 결정되므로, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 높아진다.
일 실시 형태에서는, 제 1 행렬 연산에, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR의 고차의 항의 연산이 포함된다. 이것에 의해, 제 1~제 4 추정치가 보다 높은 정밀도로 구해진다.
고주파가 벡터 승산기(12)로부터 출력부(18)까지 전파하면, 고주파의 파워 및 위상의 변화가 생길 수 있다. 일 실시 형태에서는, 제 2 행렬 연산에 의해, 벡터 승산기(12)로부터 출력부까지의 사이에 있어서의 고주파의 파워 및 위상의 변화를 보정하도록, 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2가 구해진다. 이러한 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2로부터, 벡터 승산기(12)에서의 IQ 변조에 이용되는 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨이 결정되므로, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 더 높아진다.
여기서, 벡터 승산기(12)로부터 출력되는 고주파는, 임의의 비율로 해당 벡터 승산기(12)에 입력되는 고주파에 간섭한다. 또한, 서큘레이터의 제 1 포트(16a)로부터 제 2 포트(16b)까지의 사이에서, 고주파에는 위상의 변화가 생긴다. 서큘레이터(16)에 있어서의 고주파의 위상의 변화량은, 해당 고주파의 파워에 의존한다. 벡터 승산기(12)로부터 서큘레이터(16)의 제 2 포트(16b)까지의 사이에 있어서의 이와 같은 고주파의 변화는, 고차의 간섭으로서 나타내어질 수 있다. 이와 같은 고차의 간섭을 전제로 하여, 벡터 승산기(12)에 주어지는 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨이 설정되는 것에 의해, 소망하는 파워 및 위상에 대하여 더 오차가 저감된 파워 및 위상을 갖는 고주파(진행파)가 출력부(18)에 있어서 얻어진다. 일 실시 형태에서는, 제 2 행렬 연산에, 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1의 고차의 항의 연산이 포함된다. 이 실시 형태에 의하면, 제 2 행렬 연산에 의해 얻어진 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2에 의해 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨이 설정되므로, 소망하는 파워 및 위상에 대하여, 출력하는 고주파의 파워 및 위상의 제어의 정밀도가 더 높아진다.
또한, 고주파 발생기(10)는, 모터라고 하는 기계적 요소의 제어를 행하는 일 없이, 부하에 공급하는 고주파의 파워 및/또는 위상의 고속 제어가 가능하다. 따라서, 고주파 발생기(10)는, 고주파의 파워 및/또는 위상의 고속 제어가 요구되는 용도에 있어서 고주파의 발생원으로서 이용될 수 있다. 이와 같은 용도로서는, 원자층 퇴적 프로세스를 실행하는 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 착화 전의 정확한 전력 제어를 필요로 하는 플라즈마 처리 장치, 또는, 플라즈마를 이용하지 않는 프로세스를 실행하는 처리 장치(예컨대, 마이크로파 직접 가열 장치)를 들 수 있다.
이하, 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 미리 구하는 수법에 대하여 설명한다. 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬은, 실험적으로 구해진다. 또, 제 1 행렬 연산은, 상술한 바와 같이, 식 (1)로 일반화되는 식의 연산이다. 제 1 행렬 연산에 있어서 실제로 이용되는 식으로서는, 식 (1)로 일반화되는 식 중에서, 출력부(18)에 있어서의 진행파의 동상 성분 및 직교 성분, 및, 출력부(18)에 있어서의 반사파의 동상 성분 및 직교 성분을, 동상 성분 IMF, 직교 성분 QMF, 동상 성분 IMR, 및, 직교 성분 QMR로부터 추정하기에 적합한 식이, 미리 선택된다.
도 5 및 도 6은 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구하기 위한 시스템의 예를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 시스템(50)은, 고주파 발생기(10), 방향성 결합기(52), 더미 로드(54), 네트워크 애널라이저(58), 및, 컴퓨터 장치(60)를 더 구비하고 있다.
방향성 결합기(52)는, 제 1 포트(52a), 제 2 포트(52b), 제 3 포트(52c), 및, 제 4 포트(52d)를 갖고 있다. 방향성 결합기(52)는, 그 외부로부터 제 1 포트(52a)에 입력된 고주파를 제 2 포트(52b)로부터 출력하고, 제 1 포트(52a)로부터 제 2 포트(52b)에 전파하는 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 3 포트(52c)로부터 출력하고, 그 외부로부터 제 2 포트(52b)에 입력된 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 4 포트(52d)에 출력하도록 구성되어 있다. 방향성 결합기(52)의 제 1 포트(52a)에는, 고주파 발생기(10)의 출력부(18)가 접속되어 있다. 방향성 결합기(52)의 제 2 포트(52b)에는, 더미 로드(54)가 접속되어 있다. 더미 로드(54)는, 제 2 포트(52b)로부터 출력되는 고주파를 흡수하도록 구성되어 있다. 따라서, 시스템(50)은, 제 2 포트(52b)에 반사파가 되돌려지지 않도록 구성되어 있다.
방향성 결합기(52)의 제 3 포트(52c)에는, 네트워크 애널라이저(58)가 접속되어 있다. 네트워크 애널라이저(58)는, 방향성 결합기(52)의 제 3 포트(52c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 검출하고, 해당 파워 및 위상을, 컴퓨터 장치(60)에 출력하도록, 컴퓨터 장치(60)에 접속되어 있다. 컴퓨터 장치(60)는, 고주파 발생기(10)의 복조기(24)로부터, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 받도록, 해당 복조기(24)에 접속되어 있다.
컴퓨터 장치(60)는, 제어부(22) 대신에, 벡터 승산기(12)에 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS를 주도록, 고주파 발생기(10)에 접속되어 있다. 또한, 컴퓨터 장치(60)는, 방향성 결합기(52)의 제 3 포트(52c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 네트워크 애널라이저(58)로부터 받아서, 해당 파워 및 위상을 갖는 고주파의 동상 성분 IM1 및 직교 성분 QM1을 구하도록 구성되어 있다.
도 6에 나타내는 시스템(70)은, 고주파 발생기(10B)를 갖고 있다. 고주파 발생기(10B)는, 고주파 발생기(10)와 마찬가지의 고주파 발생기이다. 시스템(70)은, 방향성 결합기(20), 방향성 결합기(72), 더미 로드(74), 복조기(24), 네트워크 애널라이저(78), 및, 컴퓨터 장치(60)를 더 구비하고 있다.
방향성 결합기(72)는, 제 1 포트(72a), 제 2 포트(72b), 제 3 포트(72c), 및, 제 4 포트(72d)를 갖고 있다. 방향성 결합기(72)는, 그 외부로부터 제 1 포트(72a)에 입력된 고주파를 제 2 포트(72b)로부터 출력하고, 제 1 포트(72a)로부터 제 2 포트(72b)에 전파하는 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 3 포트(72c)로부터 출력하고, 그 외부로부터 제 2 포트(72b)에 입력된 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 4 포트(72d)에 출력하도록 구성되어 있다. 방향성 결합기(72)의 제 1 포트(72a)에는, 고주파 발생기(10B)의 출력부(18)가 접속되어 있다.
방향성 결합기(20)는, 고주파 발생기(10)의 방향성 결합기(20)이다. 시스템(70)에 있어서, 방향성 결합기(20)의 제 2 포트(20b)는, 방향성 결합기(72)의 제 2 포트(72b)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(20)의 제 1 포트(20a)에는, 더미 로드(74)가 접속되어 있다. 더미 로드(74)는, 제 1 포트(20a)로부터 출력되는 고주파를 흡수하도록 구성되어 있다. 따라서, 시스템(70)은, 제 1 포트(20a)에 반사파가 되돌려지지 않도록 구성되어 있다.
복조기(24)는 고주파 발생기(10)의 복조기(24)이다. 복조기(24)는, 방향성 결합기(20)의 제 3 포트(20c)로부터 출력되는 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF를 구하도록 구성되어 있다. 또한, 복조기(24)는, 방향성 결합기(20)의 제 4 포트(20d)로부터 출력되는 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 구하도록 구성되어 있다. 이 복조기(24)는, 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 컴퓨터 장치(60)에 출력하도록, 컴퓨터 장치(60)에 접속되어 있다.
네트워크 애널라이저(78)는, 원신호 발생기(30) 대신에, 고주파 발생기(10B)의 벡터 승산기(12)에 고주파 원신호를 공급하도록, 고주파 발생기(10B)에 접속되어 있다. 네트워크 애널라이저(78)는, 방향성 결합기(72)의 제 3 포트(72c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 검출하고, 해당 파워 및 위상을 컴퓨터 장치(60)에 출력하도록, 컴퓨터 장치(60)에 접속되어 있다.
시스템(70)에 있어서, 컴퓨터 장치(60)는, 제어부(22) 대신에, 벡터 승산기(12)에 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS를 주도록, 고주파 발생기(10B)에 접속되어 있다. 또한, 컴퓨터 장치(60)는, 방향성 결합기(72)의 제 3 포트(72c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 네트워크 애널라이저(78)로부터 받아서, 해당 파워 및 위상을 갖는 고주파의 동상 성분 IM2 및 직교 성분 QM2를 구하도록 구성되어 있다.
제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구할 때에는, 네트워크 애널라이저(58)로부터, 고주파 원신호가 고주파 발생기(10)의 벡터 승산기(12)에 주어진다. 또한, 컴퓨터 장치(60)로부터, 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS가 고주파 발생기(10)의 벡터 승산기(12)에 주어진다. 그리고, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR이, 고주파 발생기(10)의 복조기(24)로부터 컴퓨터 장치(60)에 의해 취득된다. 또한, 방향성 결합기(52)의 제 3 포트(52c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상이 네트워크 애널라이저(58)에 의해 검출되고, 해당 파워 및 위상을 갖는 고주파의 동상 성분 IM1 및 직교 성분 QM1이 컴퓨터 장치(60)에 의해 취득된다. 이러한 처리가, 상이한 레벨을 갖는 동상 신호 IS 및 상이한 레벨을 갖는 직교 신호 QS의 복수의 세트를 이용하여 실행되는 것에 의해, (IMF, QMF, IMR, QMR)과 대응의 (IM1, QM1, 0, 0)을 각각 포함하는 복수의 제 1 데이터 세트가 얻어진다.
또한, 시스템(70)의 네트워크 애널라이저(78)로부터, 고주파 원신호가 고주파 발생기(10B)의 벡터 승산기(12)에 주어진다. 또한, 컴퓨터 장치(60)로부터, 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS가 고주파 발생기(10B)의 벡터 승산기(12)에 주어진다. 그리고, 시스템(70)의 복조기(24)로부터, 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR이 컴퓨터 장치(60)에 의해 취득된다. 또한, 방향성 결합기(72)의 제 3 포트(72c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상이 네트워크 애널라이저(78)에 의해 검출되고, 해당 파워 및 위상을 갖는 고주파의 동상 성분 IM2 및 직교 성분 QM2가 컴퓨터 장치(60)에 의해 취득된다. 이러한 처리가, 상이한 레벨을 갖는 동상 신호 IS 및 상이한 레벨을 갖는 직교 신호 QS의 복수의 세트를 이용하여 실행되는 것에 의해, (IMF, QMF, IMR, QMR)과 대응의 (0, 0, IM2, QM2)를 각각 포함하는 복수의 제 2 데이터 세트가 얻어진다.
그리고, 복수의 제 1 데이터 세트의 각각의 (IMF, QMF, IMR, QMR)을 제 1 행렬 연산의 식의 다변수로서 이용하는 것에 의해 얻어지는 (IE1, QE2, IE3, QE4)와 대응의 (IM1, QM1, 0, 0)의 사이의 거리, 및, 복수의 제 2 데이터 세트의 각각의 (IMF, QMF, IMR, QMR)을 제 1 행렬 연산의 식의 다변수로서 이용하는 것에 의해 얻어지는 (IE1, QE2, IE3, QE4)와 대응의 (0, 0, IM2, QM2)의 사이의 거리를 최소화하도록, 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 1개 이상의 행렬의 각 요소가 컴퓨터 장치(60)에 의해 구해진다. 계수의 1개 이상의 행렬의 각 요소를 구하는 방법은, 예컨대, 최소 제곱법일 수 있다. 구해진 계수의 1개 이상의 행렬은, 예컨대 제어부(22)의 메모리라고 하는 기억 소자에 기억되고, 해당 제어부(22)에 있어서의 제 1 행렬 연산에 있어서 이용된다.
이하, 제 2 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 미리 구하는 수법에 대하여 설명한다. 제 2 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬은, 실험적으로 구해진다. 또, 제 2 행렬 연산은, 상술한 바와 같이, 식 (3)으로 일반화되는 식의 연산이다. 제 2 행렬 연산에 있어서 실제로 이용되는 식으로서는, 식 (3)으로 일반화되는 식 중에서, 소망하는 파워 및 위상을 갖는 고주파가 출력부(18)에 있어서 얻어지도록 동상 성분 I1 및 직교 성분 Q1을 동상 성분 I2 및 직교 성분 Q2로 변환하는 식이, 미리 선택된다.
도 7은 제 2 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 구하기 위한 시스템의 예를 나타내는 도면이다. 제 2 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 구하기 위해서는, 예컨대 도 7에 나타내는 시스템(90)이 이용된다. 시스템(90)은, 고주파 발생기(10), 방향성 결합기(92), 더미 로드(94), 네트워크 애널라이저(96), 및, 컴퓨터 장치(98)를 구비한다.
방향성 결합기(92)는, 제 1 포트(92a), 제 2 포트(92b), 제 3 포트(92c), 및, 제 4 포트(92d)를 갖는다. 제 1 포트(92a)에는, 고주파 발생기(10)의 출력부(18)가 접속되어 있다. 방향성 결합기(92)는, 그 외부로부터 제 1 포트(92a)에 입력하는 고주파를 제 2 포트(92b)로부터 출력하고, 제 1 포트(92a)로부터 제 2 포트(92b)에 전파하는 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 3 포트(92c)로부터 출력하고, 그 외부로부터 제 2 포트(92b)에 입력하는 고주파의 일부를 포함하는 고주파를 제 4 포트(92d)로부터 출력하도록 구성되어 있다. 제 2 포트(92b)에는, 더미 로드(94)가 접속되어 있다. 더미 로드(94)는, 제 2 포트(92b)로부터의 고주파를 흡수하도록 구성되어 있다.
방향성 결합기(92)의 제 3 포트(92c)에는, 네트워크 애널라이저(96)가 접속되어 있다. 네트워크 애널라이저(96)는, 방향성 결합기(92)의 제 3 포트(92c)로부터의 고주파의 파워 및 위상을 컴퓨터 장치(98)에 출력하도록, 컴퓨터 장치(98)에 접속되어 있다.
컴퓨터 장치(98)는, 고주파 발생기(10)의 벡터 승산기(12)에 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS를 주도록 구성되어 있다. 또한, 컴퓨터 장치(98)는, 방향성 결합기(92)의 제 3 포트(92c)로부터 출력되는 고주파의 파워 및 위상을 네트워크 애널라이저(96)로부터 받아서, 해당 파워 및 위상으로부터 출력부(18)에 있어서의 진행파의 동상 성분 Id 및 직교 성분 Qd를 구하도록 구성되어 있다.
제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬을 실험적으로 결정할 때에는, 고주파 발생기(10)의 벡터 승산기(12)에, 원신호 발생기(30)로부터 고주파 원신호가 주어진다. 또한, 컴퓨터 장치(98)로부터, 동상 신호 IS 및 직교 신호 QS가 고주파 발생기(10)의 벡터 승산기(12)에 주어진다. 또, 동상 신호 IS의 레벨은 동상 성분 I2a로 특정되고, 직교 신호 QS의 레벨은 직교 성분 Q2a로 특정되는 것으로 한다. 그리고, 컴퓨터 장치(98)에 의해, 동상 성분 Id 및 직교 성분 Qd가 구해진다. 그 다음에, 컴퓨터 장치(98)에 의해, IQ 평면 상에서의 벡터 (Id, Qd)의 원점을 기점으로 한 길이가, 증폭기(14)의 증폭률이 축소율로서 이용되는 것에 의해, 축소된다. 이것에 의해, 동상 성분 Id 및 직교 성분 Qd로부터, 동상 성분 I1a 및 직교 성분 Q1a가 얻어진다. 이러한 처리가, 상이한 레벨을 갖는 동상 신호 IS 및 상이한 레벨을 갖는 직교 신호 QS의 복수의 세트를 이용하여 실행되는 것에 의해, (I2a, Q2a)와 대응의 (I1a, Q1a)를 각각 포함하는 복수의 제 3 데이터 세트가 얻어진다.
그 다음에, 컴퓨터 장치(98)에 의해, 복수의 제 3 데이터 세트의 각각의 (I1a, Q1a)를 제 2 행렬 연산의 식의 다변수로서 이용하는 것에 의해 얻어지는 (I2, Q2)와 대응의 (I2a, Q2a)의 사이의 거리를 최소화하도록, 제 2 행렬 연산에 이용되는 계수의 1개 이상의 행렬의 각 요소가 구해진다. 계수의 1개 이상의 행렬의 각 요소를 구하는 방법은, 예컨대, 최소 제곱법일 수 있다. 구해진 계수의 1개 이상의 행렬은, 예컨대 제어부(22)의 메모리라고 하는 기억 소자에 기억되고, 해당 제어부(22)에 있어서의 제 2 행렬 연산에 있어서 이용된다.
이하, 고주파 발생기(10)를 구비한 플라즈마 처리 장치의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 8은 일 실시 형태에 관계되는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서는, 그 일부가 파단된 상태로 플라즈마 처리 장치가 나타내어지고 있다. 도 8에 나타내는 플라즈마 처리 장치는, 고주파 발생기(10), 챔버 본체(102), 스테이지(104), 배기 장치(106), 안테나(108), 및, 주 제어부(110)를 구비하고 있다.
챔버 본체(102)는, 그 내부 공간을 챔버(102c)로서 제공하고 있다. 챔버(102c)에는, 스테이지(104)가 마련되어 있다. 스테이지(104)는, 피가공물 W를 그 위에 지지하도록 구성되어 있다. 챔버 본체(102)의 측벽에는, 개구(102p)가 형성되어 있다. 피가공물 W는, 챔버 본체(102)의 외부로부터 챔버(102c)에 반입될 때, 및, 챔버(102c)로부터 챔버 본체(102)의 외부로 반출될 때에, 개구(102p)를 통과한다. 챔버 본체(102)의 측벽에는, 게이트 밸브(112)가 설치되어 있다. 이 게이트 밸브(112)는, 개구(102p)의 개폐를 위해 마련되어 있다.
배기 장치(106)는, 챔버(102c)를 감압하도록, 챔버(102c)에 접속되어 있다. 배기 장치(106)는, 터보 분자 펌프라고 하는 감압 펌프, 및, 압력 제어 밸브라고 하는 압력 제어 장치를 가질 수 있다.
플라즈마 처리 장치(100)에 있어서 플라즈마 처리가 실행될 때에는, 챔버(102c)에 처리 가스가 공급된다. 또한, 배기 장치(106)에 의해, 챔버(102c) 내의 압력이 감압된다. 챔버(102c)에 공급된 처리 가스는, 안테나(108)로부터 도입되는 고주파(예컨대, 마이크로파)에 의해 여기된다. 안테나(108)는, 예컨대 스테이지(104)의 위쪽에 마련되어 있다. 안테나(108)에는, 고주파 발생기(10)의 출력부(18)가 접속되어 있다. 일 실시 형태에서는, 고주파 발생기(10)는 임피던스 정합용의 튜너를 거치지 않고서, 안테나(108)에 접속되어 있다. 이 고주파 발생기(10)에는 원신호 발생기(30)가 접속되어 있다. 상술한 바와 같이, 고주파 발생기(10)는 소망하는 파워 및 위상에 대하여 오차가 적은 파워 및 위상을 갖는 고주파를 출력부(18)로부터 출력할 수 있다. 따라서, 고주파 발생기(10)의 부하에는, 튜너를 이용하지 않더라도, 소망하는 파워 및 위상에 대하여 오차가 적은 파워 및 위상을 갖는 고주파가 공급된다.
주 제어부(110)는, 컴퓨터 장치일 수 있고, 프로세서, 메모리라고 하는 기억 장치, 키보드라고 하는 입력 장치, 표시 장치, 및, 신호의 입출력 인터페이스를 구비할 수 있다. 주 제어부(110)의 기억 장치에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 기억되어 있다. 주 제어부(110)는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 주 제어부(110)는, 예컨대, 상술한 파워의 목표치 Pt 및 위상의 목표치 θt를, 고주파 발생기(10)의 제어부(22)에 주도록 구성되어 있다.
일 실시 형태에 있어서, 고주파 발생기(10)의 제어부(22)는, 해당 고주파 발생기(10)로부터의 고주파의 공급 개시시에, 제 1 추정치 IE1 및 제 2 추정치 QE2로부터 구해지는 출력부(18)에 있어서의 진행파의 파워와 제 3 추정치 IE3 및 제 4 추정치 QE4로부터 구해지는 출력부(18)에 있어서의 반사파의 파워의 차이를, 파워의 목표치 Pt에 일치시키거나 또는 근사시키도록, 동상 신호 IS의 레벨 및 직교 신호 QS의 레벨을 결정한다. 이것에 의해, 예컨대, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서 원자층 퇴적 프로세스가 실행되는 경우에 있어서, 플라즈마의 생성을 위해 고주파 발생기(10)로부터 고주파의 공급을 개시할 때에, 부하에 결합되는 고주파의 파워가 파워의 목표치 Pt에 일치하거나 또는 근사하도록 해당 고주파의 파워가 고속으로 제어된다.
또, 도 8에 나타내는 예에서는, 플라즈마 처리 장치(100)는, 1개의 고주파 발생기(10)를 구비하고 있지만, 복수의 고주파 발생기(10)를 구비하고 있더라도 좋다. 복수의 고주파 발생기(10)는, 원신호 발생기(30)와 안테나(108)의 사이에서 병렬로 마련된다. 즉, 복수의 고주파 발생기(10)는, 원신호 발생기(30)로부터 분배되는 고주파 원신호를 받고, 발생한 고주파를 안테나(108)에 공급하도록 마련된다.
이상, 다양한 실시 형태에 대하여 설명하여 왔지만, 상술한 실시 형태로 한정되는 일 없이 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 예컨대, 변형 태양에 있어서, 고주파 발생기(10)는, 마이크로파가 아닌, LF대로부터 VHF대에 속하는 고주파를 발생시키더라도 좋다. 이 경우에, 고주파 발생기(10)는, 복조기(24) 대신에, 검출기를 구비한다. 검출기는, 방향성 결합기(20)의 제 3 포트(20c)로부터 출력되는 제 1 고주파의 파워 및 위상을 검출하고, 방향성 결합기(20)의 제 4 포트(20d)로부터 출력되는 제 2 고주파의 파워 및 위상을 검출한다. 제어부(22)는, 검출기에 의해 검출된 제 1 고주파의 파워 및 위상으로부터, 제 1 고주파의 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 제 2 고주파의 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR을 구하는 복조부를 갖는다. 복조부에 의해 구해진 동상 성분 IMF 및 직교 성분 QMF, 및, 동상 성분 IMR 및 직교 성분 QMR은, 제 1 행렬 연산부(22a)에 입력된다.
고주파 발생기(10)가, LF대로부터 VHF대에 속하는 고주파를 발생시키는 경우에는, 플라즈마 처리 장치(100)는, 안테나 대신에, 고주파 전극을 가질 수 있다. 이 경우에는, 고주파 전극으로부터 챔버(102c) 내에 도입되는 고주파에 의해, 챔버(102c) 내의 가스가 여기된다.
10 : 고주파 발생기
12 : 벡터 승산기
14 : 증폭기
16 : 서큘레이터
16a : 제 1 포트
16b : 제 2 포트
16c : 제 3 포트
18 : 출력부
20 : 방향성 결합기
20a : 제 1 포트
20b : 제 2 포트
20c : 제 3 포트
20d : 제 4 포트
22 : 제어부
100 : 플라즈마 처리 장치
102 : 챔버 본체
104 : 스테이지
106 : 배기 장치
108 : 안테나
110 : 주 제어부

Claims (9)

  1. 고주파 원신호에 IQ 변조를 적용하여 변조파를 생성하도록 구성된 벡터 승산기와,
    상기 변조파를 증폭하여 증폭 고주파를 생성하고, 상기 증폭 고주파를 출력하도록 구성된 증폭기와,
    제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 갖고, 상기 증폭기로부터의 상기 증폭 고주파를 상기 제 1 포트로 받고, 상기 제 1 포트에 입력된 고주파를 상기 제 2 포트로부터 출력하고, 상기 제 2 포트에 입력된 고주파를 상기 제 3 포트로부터 출력하도록 마련된 서큘레이터와,
    상기 제 2 포트에 접속된 출력부와,
    상기 증폭기로부터 상기 출력부에 전파하는 진행파의 일부를 포함하는 제 1 고주파를 출력하고, 상기 출력부에 되돌려지는 반사파의 일부를 포함하는 제 2 고주파를 출력하도록 구성된 방향성 결합기와,
    상기 제 1 고주파의 동상 성분 및 직교 성분과 상기 제 2 고주파의 동상 성분 및 직교 성분에 근거하여, 상기 벡터 승산기의 상기 IQ 변조에 이용되는 동상 신호의 레벨 및 직교 신호의 레벨을 결정하도록 구성된 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분과 상기 제 2 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분을 다변수로서 각각 포함하는 4개의 다항식의 연산인 제 1 행렬 연산을 실행하여, 상기 출력부에 있어서의 상기 진행파의 동상 성분의 제 1 추정치, 상기 출력부에 있어서의 상기 진행파의 직교 성분의 제 2 추정치, 상기 출력부에 있어서의 상기 반사파의 동상 성분의 제 3 추정치 및 상기 출력부에 있어서의 상기 반사파의 직교 성분의 제 4 추정치를 구하고,
    적어도 상기 제 1 추정치 및 상기 제 2 추정치로부터 구해지는 상기 출력부에 있어서의 고주파의 파워의 추정치 및 위상의 추정치의, 파워의 목표치 및 위상의 목표치에 대한 오차를 감소시키도록, 상기 동상 신호의 상기 레벨 및 상기 직교 신호의 상기 레벨을 결정하도록
    구성되어 있고,
    상기 제 1 행렬 연산에 있어서 이용되는 계수의 행렬은, 상기 제 1 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분과 상기 제 2 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분으로부터, 상기 제 1 추정치, 상기 제 2 추정치, 상기 제 3 추정치 및 상기 제 4 추정치가 얻어지도록 미리 결정되어 있는
    고주파 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 행렬 연산은, 상기 제 1 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분과 상기 제 2 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분의 각각의 고차의 항의 연산을 포함하는 고주파 발생기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 파워의 상기 추정치 및 상기 위상의 상기 추정치의, 상기 파워의 상기 목표치 및 상기 위상의 상기 목표치에 대한 오차를 감소시키도록, 보정된 파워 및 보정된 위상을 구하고,
    상기 보정된 파워 및 상기 보정된 위상에 대응하는 IQ 평면 상에서의 제 1 동상 성분 및 제 1 직교 성분을 구하고,
    상기 제 1 동상 성분 및 상기 제 1 직교 성분을 다변수로서 각각 포함하는 2개의 다항식의 연산인 제 2 행렬 연산을 실행하여, 상기 동상 신호의 상기 레벨 및 상기 직교 신호의 상기 레벨을 각각 정하는 제 2 동상 성분 및 제 2 직교 성분을 구하도록
    구성되어 있고,
    상기 제 2 행렬 연산에 이용되는 계수의 행렬은, 상기 출력부에 있어서의 상기 고주파의 파워 및 위상의, 상기 파워의 상기 목표치 및 상기 위상의 상기 목표치에 대한 오차를 감소시키도록 미리 결정되어 있는
    고주파 발생기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 행렬 연산은, 상기 제 1 동상 성분 및 상기 제 1 직교 성분의 각각의 고차의 항의 연산을 포함하는 고주파 발생기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고주파 발생기의 상기 출력부로부터 출력되는 고주파는 마이크로파이고,
    상기 제 1 고주파 및 상기 제 2 고주파에 대한 IQ 복조에 의해, 상기 제 1 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분과 상기 제 2 고주파의 상기 동상 성분 및 상기 직교 성분을 생성하는 복조기를 더 구비하는
    고주파 발생기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 또는 프로세서로 구성되어 있는 고주파 발생기.

  7. 챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상기 챔버 내에 공급된 가스를 여기시키기 위해 고주파를 공급하도록 구성된 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 고주파 발생기
    를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고주파 발생기의 상기 출력부에 접속되어 있고, 상기 고주파 발생기로부터 공급되는 고주파를 상기 챔버 내에 도입하도록 구성된 안테나를 더 구비하고,
    상기 고주파 발생기는, 임피던스 정합용의 튜너를 거치지 않고서, 상기 안테나에 접속되어 있는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 고주파 발생기의 상기 제어부는, 상기 고주파 발생기에 의한 고주파의 공급 개시시에, 상기 제 1 추정치 및 상기 제 2 추정치로부터 구해지는 상기 출력부에 있어서의 진행파의 파워와 상기 제 3 추정치 및 상기 제 4 추정치로부터 구해지는 상기 출력부에 있어서의 반사파의 파워의 차이를, 상기 파워의 상기 목표치에 일치시키거나 또는 근사시키도록, 상기 동상 신호의 상기 레벨 및 상기 직교 신호의 상기 레벨을 결정하는 플라즈마 처리 장치.
KR1020180026650A 2017-03-08 2018-03-07 고주파 발생기 및 플라즈마 처리 장치 KR102027687B1 (ko)

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