(57)【要約】【解決手段】プラズマ生成のためのＲＦ電力を入力するＲＦ電源部と、予め設定されたインピーダンスを有する標準負荷、及びＲＦ電力によるプラズマを発生するアンテナ−プラズマ装置を備える負荷装置部と、アンテナ−プラズマ装置又は標準負荷のいずれかとＲＦ電源部とを接続し、アンテナ−プラズマ装置がＲＦ電源部に接続されると、該ＲＦ電源部とアンテナ−プラズマ装置とのインピーダンス整合を行う整合部とを含み、整合部は、アンテナ−プラズマ装置とＲＦ電源部とを接続する前に標準負荷とＲＦ電源部とを接続して回路内部の寄生成分による寄生インピーダンスを検出し、該寄生インピーダンスが検出されると、標準負荷の代わりにアンテナ−プラズマ装置を接続し、検出された寄生インピーダンスに基づいてインピーダンス整合に必要なリアクタンスを算出し、該算出されたリアクタンスに応じて該整合部の各コンデンサの容量を変更する。【選択図】  図２
2021501973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成のためのＲＦ電力を入力するＲＦ電源部と、
予め設定されたインピーダンスを有する標準負荷、及び前記ＲＦ電力によるプラズマを発生するアンテナ−プラズマ装置を備える負荷装置部と、
前記アンテナ−プラズマ装置又は前記標準負荷のいずれかと前記ＲＦ電源部とを接続し、前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記ＲＦ電源部と前記アンテナ−プラズマ装置とのインピーダンス整合を行う整合部と、を含み、
前記整合部は、
前記アンテナ−プラズマ装置と前記ＲＦ電源部とを接続する前に前記標準負荷と前記ＲＦ電源部とを接続して回路内部の寄生成分による寄生インピーダンスを検出し、前記寄生インピーダンスが検出されると、前記標準負荷の代わりに前記アンテナ−プラズマ装置を接続し、前記検出された寄生インピーダンスに基づいて前記インピーダンス整合に必要なリアクタンスを算出し、前記算出されたリアクタンスに応じて該整合部の各コンデンサの容量を変更する、
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記整合部は、
前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記寄生インピーダンスを検出するための校正過程を行う必要があるか否かによって、前記インピーダンス整合を行うか、又は前記アンテナ−プラズマ装置の代わりに前記標準負荷を前記ＲＦ電源部に接続して前記校正過程により前記寄生インピーダンスを検出し、
前記校正過程を行う必要があるか否かは、既に検出された寄生インピーダンスがあるか否か、システムが初期化されたか否か、又はユーザによる前記校正過程の実行の選択があるか否かによって決定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記整合部は、
前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続された状態で測定されたインピーダンスと予め設定された基準整合インピーダンスとの差が予め設定された範囲から外れると、前記整合部の各コンデンサの容量を前記インピーダンスの差に基づいて変更して再整合を行い、前記再整合が行われた回数が予め設定された回数を超えると、前記校正過程が必要であると判断し、前記校正過程を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記整合部は、
前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記標準負荷に入力したＲＦ電力に対応する反射係数を検出し、前記検出された反射係数と前記標準負荷のインピーダンスとに基づいて前記寄生インピーダンスを検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記整合部は、
該整合部の各コンデンサの容量を異なる容量にしてそれぞれの場合における異なる反射係数を少なくとも２回以上検出し、前記検出された反射係数の平均に基づいて前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続された場合の反射係数を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
プラズマを発生するアンテナ−プラズマ装置がＲＦ電源部に接続されると前記ＲＦ電源部と前記アンテナ−プラズマ装置とのインピーダンス整合を行う整合部の整合方法において、
前記アンテナ−プラズマ装置の代わりに、予め設定されたインピーダンスを有する標準負荷を前記ＲＦ電源部に接続して回路内部の寄生成分による寄生インピーダンスを検出するステップと、
前記寄生インピーダンスが検出されると、前記アンテナ−プラズマ装置を前記ＲＦ電源部に再び接続するステップと、
前記アンテナ−プラズマ装置が接続されると、前記アンテナ−プラズマ装置に入力するＲＦ電力に対応する反射係数を測定するステップと、
前記測定された反射係数と前記検出された寄生インピーダンスとに基づいて、前記インピーダンス整合に必要なリアクタンス値を算出するステップと、
前記算出されたリアクタンス値に対応するリアクタンスが形成されるように、前記整合部に備えられた可変コンデンサの容量を変更して前記インピーダンス整合を行うステップと、を含む、
ことを特徴とする整合方法。
【請求項７】
前記寄生インピーダンスを検出するステップの前に、該寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かを判断するステップをさらに含み、
前記寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かの判断結果に応じて、前記寄生インピーダンスを検出するステップ及び前記アンテナ−プラズマ装置を再び接続するステップを行う、
ことを特徴とする請求項６に記載の整合方法。
【請求項８】
前記寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かは、
既に検出された寄生インピーダンスがあるか否か、システムが初期化されたか否か、又はユーザによる前記校正過程の実行の選択があるか否か、によって決定される、
ことを特徴とする請求項７に記載の整合方法。
【請求項９】
前記インピーダンス整合を行うステップは、
前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続された状態で測定されたインピーダンスと予め設定された基準整合インピーダンスとの差を検出するステップと、
前記検出されたインピーダンスの差が予め設定された範囲から外れると、前記可変コンデンサの容量を前記検出されたインピーダンスの差に基づいて変更して再整合を行うステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の整合方法。
【請求項１０】
前記再整合を行うステップは、
再整合の回数が予め設定された回数を超えると、前記寄生インピーダンスを検出するステップを再び行って寄生インピーダンスを再び検出するステップと、
前記アンテナ−プラズマ装置を再び接続するステップ及び前記反射係数を測定するステップを再び行う再接続ステップと、
前記再び検出された寄生インピーダンスに基づいて、前記インピーダンス整合に必要なリアクタンス値を再び算出するステップと、
前記再び算出されたリアクタンス値に対応するリアクタンスが形成されるように、前記整合部に備えられた可変コンデンサの容量を変更して前記インピーダンス整合を再び行うステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の整合方法。
【請求項１１】
前記寄生インピーダンスを検出するステップは、
前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続されると、入力したＲＦ電力に対応する前記標準負荷の反射係数を検出するステップと、
前記検出された標準負荷の反射係数と前記標準負荷のインピーダンスとに基づいて前記寄生インピーダンスを検出するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の整合方法。
【請求項１２】
前記標準負荷の反射係数を検出するステップは、
前記可変コンデンサの容量を異なる容量にしてそれぞれの場合における異なる反射係数を複数回検出するステップと、
前記検出された反射係数の平均に基づいて前記標準負荷の反射係数を算出するステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の整合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ電源部とアンテナ−プラズマ装置とを接続してインピーダンスを整合させる整合部を含むプラズマ発生装置及びインピーダンス整合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生装置において、整合装置は、ＲＦソースの電力を負荷（アンテナ−プラズマ装置）に効率的に伝達できるようにＲＦソースと負荷とのインピーダンスを整合させるために用いられる。このような整合装置は、ＲＦソースのインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させるように容量の変化に応じてリアクタンスを調整する一対のコンデンサを備えてもよい。
【０００３】
このような通常のプラズマ発生装置の整合装置は、測定されたインピーダンスが基準整合インピーダンスに整合しない場合、測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの差に所定範囲内の予め設定されたゲインをかけ、整合のために必要なコンデンサの容量を決定し、決定されたコンデンサの容量に応じて変更されたインピーダンスを基準整合インピーダンスにマッチングする過程を繰り返し行う。このような過程は、変更されたインピーダンスが基準整合インピーダンスに整合するまで繰り返し行われる。
【０００４】
一方、このように、制御されたゲインにより変更されたインピーダンスを再び測定し、測定されたインピーダンスが基準整合インピーダンスに整合するか否かを判断する整合方法においては、整合過程の繰り返しにより整合に長時間かかるという問題があった。また、最初のマッチング時に測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの差が大きいほど、整合過程がより多く繰り返し行われるので、より長時間かかるという問題があった。さらに、負荷変動性が比較的大きいプラズマ負荷が接続された場合、適切なゲインを新たに設定しなければならなかったり、平均インピーダンスの測定のために長時間かかるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題及び他の問題を解決するためになされたもので、アンテナ−プラズマ装置とＲＦソースとのインピーダンス整合に要する時間をより短縮できる整合部を含むプラズマ発生装置及びインピーダンス整合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記又は他の目的を達成するために、本発明の一態様において、本発明の一実施形態によるプラズマ発生装置は、プラズマ生成のためのＲＦ電力を入力するＲＦ電源部と、予め設定されたインピーダンスを有する標準負荷、及び前記ＲＦ電力によるプラズマを発生するアンテナ−プラズマ装置を備える負荷装置部と、前記アンテナ−プラズマ装置又は前記標準負荷のいずれかと前記ＲＦ電源部とを接続し、前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記ＲＦ電源部と前記アンテナ−プラズマ装置とのインピーダンス整合を行う整合部と、を含み、前記整合部は、前記アンテナ−プラズマ装置と前記ＲＦ電源部とを接続する前に前記標準負荷と前記ＲＦ電源部とを接続して回路内部の寄生成分による寄生インピーダンスを検出し、前記寄生インピーダンスが検出されると、前記標準負荷の代わりに前記アンテナ−プラズマ装置を接続し、前記検出された寄生インピーダンスに基づいて前記インピーダンス整合に必要なリアクタンスを算出し、前記算出されたリアクタンスに応じて該整合部の各コンデンサの容量を変更することを特徴とする。
【０００７】
一実施形態において、前記整合部は、前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記寄生インピーダンスを検出するための校正過程を行う必要があるか否かによって、前記インピーダンス整合を行うか、又は前記アンテナ−プラズマ装置の代わりに前記標準負荷を前記ＲＦ電源部に接続して前記校正過程により前記寄生インピーダンスを検出し、前記校正過程を行う必要があるか否かは、既に検出された寄生インピーダンスがあるか否か、システムが初期化されたか否か、又はユーザによる前記校正過程の実行の選択があるか否かによって決定されることを特徴とする。
【０００８】
一実施形態において、前記整合部は、前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続された状態で測定されたインピーダンスと予め設定された基準整合インピーダンスとの差が予め設定された範囲から外れると、前記整合部の各コンデンサの容量を前記インピーダンスの差に基づいて変更して再整合を行い、前記再整合が行われた回数が予め設定された回数を超えると、前記校正過程が必要であると判断し、前記校正過程を行うことを特徴とする。
【０００９】
一実施形態において、前記整合部は、前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続されると、前記標準負荷に入力したＲＦ電力に対応する反射係数を検出し、前記検出された反射係数と前記標準負荷のインピーダンスとに基づいて前記寄生インピーダンスを検出することを特徴とする。
【００１０】
一実施形態において、前記整合部は、該整合部の各コンデンサの容量を異なる容量にしてそれぞれの場合における異なる反射係数を少なくとも２回以上検出し、前記検出された反射係数の平均に基づいて前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続された場合の反射係数を算出することを特徴とする。
【００１１】
上記又は他の目的を達成するために、本発明の一態様において、本発明の一実施形態による整合方法は、前記アンテナ−プラズマ装置の代わりに、予め設定されたインピーダンスを有する標準負荷を前記ＲＦ電源部に接続して回路内部の寄生成分による寄生インピーダンスを検出するステップと、前記寄生インピーダンスが検出されると、前記アンテナ−プラズマ装置を前記ＲＦ電源部に再び接続するステップと、前記アンテナ−プラズマ装置が接続されると、前記アンテナ−プラズマ装置に入力するＲＦ電力に対応する反射係数を測定するステップと、前記測定された反射係数と前記検出された寄生インピーダンスとに基づいて、前記インピーダンス整合に必要なリアクタンス値を算出するステップと、前記算出されたリアクタンス値に対応するリアクタンスが形成されるように、前記整合部に備えられた可変コンデンサの容量を変更して前記インピーダンス整合を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
一実施形態において、前記寄生インピーダンスを検出するステップの前に、該寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かを判断するステップをさらに含み、前記寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かの判断結果に応じて、前記寄生インピーダンスを検出するステップ及び前記アンテナ−プラズマ装置を再び接続するステップを行うことを特徴とする。
【００１３】
一実施形態において、前記寄生インピーダンスを検出する必要があるか否かは、既に検出された寄生インピーダンスがあるか否か、システムが初期化されたか否か、又はユーザによる前記校正過程の実行の選択があるか否か、によって決定されることを特徴とする。 
【００１４】
一実施形態において、前記インピーダンス整合を行うステップは、前記アンテナ−プラズマ装置が前記ＲＦ電源部に接続された状態で測定されたインピーダンスと予め設定された基準整合インピーダンスとの差を検出するステップと、前記検出されたインピーダンスの差が予め設定された範囲から外れると、前記可変コンデンサの容量を前記検出されたインピーダンスの差に基づいて変更して再整合を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
一実施形態において、前記再整合を行うステップは、再整合の回数が予め設定された回数を超えると、前記寄生インピーダンスを検出するステップを再び行って寄生インピーダンスを再び検出するステップと、前記アンテナ−プラズマ装置を再び接続するステップ及び前記反射係数を測定するステップを再び行う再接続ステップと、前記再び検出された寄生インピーダンスに基づいて、前記インピーダンス整合に必要なリアクタンス値を再び算出するステップと、前記再び算出されたリアクタンス値に対応するリアクタンスが形成されるように、前記整合部に備えられた可変コンデンサの容量を変更して前記インピーダンス整合を再び行うステップと、をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
一実施形態において、前記寄生インピーダンスを検出するステップは、前記標準負荷が前記ＲＦ電源部に接続されると、入力したＲＦ電力に対応する前記標準負荷の反射係数を検出するステップと、前記検出された標準負荷の反射係数と前記標準負荷のインピーダンスとに基づいて前記寄生インピーダンスを検出するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
一実施形態において、前記標準負荷の反射係数を検出するステップは、前記可変コンデンサの容量を異なる容量にしてそれぞれの場合における異なる反射係数を複数回検出するステップと、前記検出された反射係数の平均に基づいて前記標準負荷の反射係数を算出するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるプラズマ発生装置及びインピーダンス整合方法の効果について説明する。
【００１９】
本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、本発明は、アンテナ−プラズマ装置が接続されると、整合部内部の寄生インピーダンス及び接続されたアンテナ−プラズマ装置のインピーダンスに応じて必要なインピーダンスを算出し、算出されたインピーダンスに応じてコンデンサの容量を変更してリアクタンスを調整することにより、インピーダンス整合のための整合回数が大きく減少し、それによりインピーダンス整合に要する時間が大幅に短縮されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一対のコンデンサを備える整合部を含むプラズマ発生装置の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態による整合部を含むプラズマ発生装置の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態による整合部において寄生インピーダンス値を検出する校正過程を含む整合過程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による整合部において寄生インピーダンス値を検出する校正過程をより詳細に示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態により前記整合部において各コンデンサの最小の反射係数を測定してそれにより整合を行う動作過程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態により各コンデンサの最小の反射係数を検出する過程の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書において用いられる技術用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであり、本発明を限定するものではない。なお、本明細書において用いられる単数の表現には、特に断らない限り、複数の表現が含まれる。本明細書において、「構成される」や「含む」などの用語は、明細書に記載された様々な構成要素又は様々なステップの全てを必ず含むものと解釈されてはならず、そのうち一部の構成要素又は一部のステップを含まないこともあり、追加の構成要素又はステップをさらに含むこともあるものと解釈されるべきである。
【００２２】
また、本明細書において用いられる構成要素の接尾語「部」は、明細書の作成を容易にするために付与されるものであるか、接尾語「装置」と混用されるものであり、それ自体が有意性や有用性を有するものではない。
【００２３】
さらに、本発明を説明するにあたって、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
まず、本発明の原理について簡単に説明する。本発明は、接続するアンテナ−プラズマ装置に応じて必要なインピーダンス成分を算出し、算出されたインピーダンス成分に対応するリアクタンスが発生するようにコンデンサの容量を変更することにより、複数回の整合過程を行うことなく、接続されたアンテナ−プラズマ装置に応じたインピーダンス整合を行うことができる。
【００２６】
一方、このようにアンテナ−プラズマ装置が接続された場合に必要なインピーダンス成分を正確に算出するためには、整合部を構成する回路素子に起因する寄生インピーダンス成分を知っていなければならない。寄生インピーダンス成分を知らない場合、アンテナ−プラズマ装置とＲＦソースとの単純整合が行われる場合と同様に、寄生インピーダンス成分によりインピーダンスの誤差が発生し続ける。
【００２７】
一方、このような寄生インピーダンスは、整合部に備えられる様々な回路素子により発生し得る。図１は一対のコンデンサを備える通常の整合部を含むプラズマ発生装置の一例を示す概念図である。
【００２８】
図１に示すように、通常の整合部１００は、基本的に２つのコンデンサＣＬ、ＣＴを含む。ここで、コンデンサＣＬ、ＣＴは、それぞれ、ステッピングモータを含んで容量を変化させる可変コンデンサであってもよい。
【００２９】
そのうち、いずれか一方のコンデンサＣＴは、ＲＦソース、すなわちＲＦ電源部及び接地に接続するための導体により、寄生抵抗ＲＴ０及び寄生インダクタンス成分ＬＴ０を含む。以下、コンデンサＣＴ、寄生抵抗ＲＴ０及び寄生インダクタンス成分ＬＴ０をチューニング部１２０という。また、他方のコンデンサＣＬは、負荷であるアンテナ−プラズマ装置に接続するための導体により、寄生抵抗ＲＬ０及び寄生インダクタンス成分ＬＬ０を含む。以下、コンデンサＣＬ、寄生抵抗ＲＬ０及び寄生インダクタンス成分ＬＬ０を負荷部１１０という。すなわち、各コンデンサは、寄生抵抗ＲＬ０、ＲＴ０及び寄生インダクタンス成分ＬＬ０、ＬＴ０を含むか、又は整合の範囲を合わせるためのさらなるインダクタを含む。
【００３０】
よって、本発明においては、整合部が、アンテナ−プラズマ装置の代わりに、インピーダンス値を予め知っている、すなわち予め設定されたインピーダンス値を有する標準負荷を接続し、接続された標準負荷により測定される反射係数に基づいて寄生抵抗及び寄生インダクタンス成分による寄生インピーダンスを算出する。そして、アンテナ−プラズマ装置が接続されると、算出された寄生インピーダンスに基づいて必要なインピーダンスの大きさを正確に算出することにより、必要なリアクタンスを正確に算出することができる。また、算出されたリアクタンスに応じてコンデンサＣＬ、ＣＴの容量を変更することにより、整合回数を減少させ、整合に要する時間を短縮させることができる。
【００３１】
図２はこのような本発明の一実施形態による整合部２００を含むプラズマ発生装置の一例を示す概念図である。
【００３２】
図２に示すように、本発明の一実施形態による整合部２００を含むプラズマ発生装置は、ＲＦ電源部２４０、整合部２００及び負荷装置２２０を含んでもよい。
【００３３】
ここで、整合部２００は、制御部２０２と、制御部２０２によりその動作が制御される負荷部２０１、チューニング部２０６及びメモリ２０４とを含んでもよい。ここで、チューニング部２０６は、可変コンデンサＣＴ、寄生抵抗ＲＴ０及び寄生インダクタンス成分ＬＴ０を含み、負荷部２０１は、可変コンデンサＣＬ、寄生抵抗ＲＬ０及び寄生インダクタンス成分ＬＬ０を含むようにしてもよい。
【００３４】
一方、負荷装置２２０は、プラズマを発生するためのアンテナ−プラズマ装置２２２
2021501973.tif 000003
に加え、寄生インピーダンス成分を算出するための標準負荷２２４
2021501973.tif 000004
を含んでもよい。また、整合部２００には、制御部２０２の制御によってアンテナ−プラズマ装置２２２と標準負荷２２４のいずれかが接続される。
【００３５】
一方、制御部２０２は、整合部２００に標準負荷２２４が接続されると、第１の可変コンデンサＣＴ及び第２の可変コンデンサＣＬの容量を変更することができる。また、変更された異なる容量に応じた反射係数を測定することができる。さらに、測定された反射係数、変更されたコンデンサの容量の差に応じたリアクタンスの差、及び予め設定された標準負荷のインピーダンス値に基づいて、寄生抵抗成分ＲＬ０、ＲＴ０及び寄生インダクタンス成分ＬＬ０、ＬＴ０を求めることができる。さらに、求められた寄生成分ＲＬ０、ＲＴ０、ＬＬ０、ＬＴ０の値をメモリ２０４に保存することができる。なお、寄生成分の値は、回路内の導体の幾何学的な構造と配置及びその特性が変化しないとその値が変化しないので、繰り返し用いることができる。以下の説明においては、このようにして寄生成分ＲＬ０、ＲＴ０、ＬＬ０、ＬＴ０の値を算出する過程を「校正過程」という。
【００３６】
一方、このようにして寄生成分ＲＬ０、ＲＴ０、ＬＬ０、ＬＴ０の値が算出されると、制御部２０２は、整合部２００にアンテナ−プラズマ装置２２２が接続されるように、整合部２００を制御することができる。また、アンテナ−プラズマ装置２２２が接続されると、前記校正過程で算出された寄生成分の値に基づいて、インピーダンス整合に必要なインピーダンス成分を算出することができる。さらに、算出されたインピーダンス成分に基づいて、リアクタンスの大きさを決定することができる。
【００３７】
また、制御部２０２は、チューニング部２０６及び負荷部２０１を制御して、前記決定されたリアクタンスの値に応じてチューニング部２０６及び負荷部２０１の各コンデンサＣＬ、ＣＴの容量を変更することができる。よって、本発明においては、アンテナ−プラズマ装置２２２が接続された場合に必要なインピーダンス値に応じてコンデンサＣＬ、ＣＴの容量を直ちに変更するので、好ましくは１回の整合を行うだけで、基準整合インピーダンスに整合するインピーダンスを形成することができる。
【００３８】
一方、図３は本発明の一実施形態による整合部において寄生インピーダンス値を検出する校正過程を含む整合過程を示すフローチャートである。
【００３９】
本発明の一実施形態による整合部２００の制御部２０２は、まず、校正過程を行う必要があるか否かを判断する（Ｓ３００）。こうした校正過程を行うか否かは、予め設定された校正実行条件に基づいて決定される。
【００４０】
例えば、制御部２０２は、メモリ２０４に保存された寄生成分の値があるか否かを確認した結果によって前記校正過程を行う必要があるか否かを判断するようにしてもよい。すなわち、本発明の一実施形態による整合部２００を含むプラズマ発生装置又は整合部２００が初めて駆動を開始した場合やシステムが初期化された場合、又はその他の原因により前記寄生成分の値が削除された場合、制御部２０２は、寄生成分の値を算出するための校正過程が必要であると判断するようにしてもよい。あるいは、ユーザが前記校正過程の再実行を直接選択した場合、前記校正過程が行われるようにしてもよい。
【００４１】
一方、制御部２０２は、予め保存された寄生成分の値がある場合でも前記校正過程が必要であると判断するようにしてもよいことは言うまでもない。例えば、制御部２０２は、測定されたインピーダンスが基準整合インピーダンスに整合しないことにより行われる再整合過程が予め設定された回数以上行われた場合、前記校正過程の再実行が必要であると判断するようにしてもよい。
【００４２】
ステップＳ３００の判断の結果、校正を行う必要があると判断された場合、制御部２０２は、校正過程を行う（Ｓ３０２）。前記校正過程が行われると、制御部２０２は、アンテナ−プラズマ装置２２２の代わりに標準負荷２２４が整合部２００に接続されるように、整合部２００を制御する。次に、制御部２０２は、チューニング部２０６及び負荷部２０１のコンデンサの容量を異なる任意の値に変更し、変更されたコンデンサ容量に応じて測定される反射係数に基づいて前記寄生成分の値を算出する。次に、前記校正過程が完了すると、制御部２０２は、再びアンテナ−プラズマ装置２２２が整合部２００に接続されるように、整合部２００を制御する。すなわち、制御部２０２は、校正過程が行われない限り、アンテナ−プラズマ装置２２２が接続されるように、整合部２００を制御する。このような校正過程については図４を参照してより詳細に説明する。
【００４３】
それに対して、ステップＳ３００の判断の結果、校正を行う必要がないと判断された場合、又はステップＳ３０２で校正が行われた場合、制御部２０２は、メモリ２０４に保存された寄生インピーダンス成分の値を読み出す（ロードする）（Ｓ３０４）。
【００４４】
一方、寄生インピーダンス成分の値が読み出されると、制御部２０２は、ＲＦ電源部２４０を制御してＲＦ電力をオンにする（Ｓ３０６）。すると、ＲＦ電源部２４０から電力が入力する。よって、入力した電力及びアンテナ−プラズマ装置２２２のインピーダンスに応じた反射係数を測定することができる。ここで、ステップＳ３０６は、ＲＦ電源部２４０が電源オン状態の場合、ＲＦ電源部２４０の電源オン状態を維持するステップであり得る。
【００４５】
すると、制御部２０２は、測定された反射係数に基づいて必要なインピーダンスを算出し、算出されたインピーダンスに基づいてリアクタンスの大きさを決定する。次に、決定されたリアクタンスの大きさに応じてコンデンサＣＬ、ＣＴのステッピングモータを制御して容量を変更する。次に、コンデンサＣＬ、ＣＴの容量が変更されることにより測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの整合を行う（Ｓ３０８）。
【００４６】
一方、ステップＳ３０８で整合が行われると、制御部２０２は、整合条件を満たすか否かを判断する（Ｓ３１０）。ここで、前記整合条件は、コンデンサＣＬ、ＣＴの容量が変更されることにより測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの差が予め設定された基準値以下であるか否かを判断する過程であり得る。すなわち、測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの差が予め設定された範囲内であると、制御部２０２は、整合が取れていると判断する。それに対して、測定されたインピーダンスと基準整合インピーダンスとの差が予め設定された範囲から外れると、制御部２０２は、整合が取れていないと判断する。
【００４７】
一方、ステップＳ３１０の判断の結果、整合が取れていない場合、制御部２０２は、再校正が必要であるか否かを判断する（Ｓ３１２）。一例として、制御部２０２は、予め設定された回数以上整合が取れない場合、再校正が必要であると判断するようにしてもよい。ここで、ステップＳ３１２の判断の結果、再校正が必要でない場合、制御部２０２は、再整合を行う（Ｓ３１４）。
【００４８】
ステップＳ３１４の再整合は、測定された現在のインピーダンスと前記基準整合インピーダンスとの差により、必要なインピーダンスを再び算出する過程を含んでもよい。すなわち、制御部２０２は、ステップＳ３１４で、インピーダンス間の差値と予め保存された寄生成分の値に基づいてインピーダンス整合に必要なインピーダンスを再び算出し、算出された必要なインピーダンスの値に応じてコンデンサの容量を再び変更する過程を行ってもよい。
【００４９】
それに対して、ステップＳ３１２の判断の結果、再校正が必要である場合、制御部２０２は、再びステップＳ３０２に移行する。すると、制御部２０２は、再び校正過程を行い、校正過程の実行の結果として算出された寄生インピーダンス成分の値を更新する。次に、更新された寄生インピーダンス成分の値に基づいてステップＳ３０４〜ステップＳ３１０の過程を再び行う。
【００５０】
一方、本発明の一実施形態による整合部２００の制御部２０２は、図３のステップＳ３００で校正過程を行う必要があると判断された場合、ステップＳ３０２に移行して校正過程を行う。ここで、前記校正過程は、前述したように、整合部２００の内部に起因する寄生成分による寄生インピーダンスを検出するためのものである。なお、アンテナ−プラズマ装置２２２が負荷として接続された場合、前記寄生インピーダンスに基づいて、インピーダンス整合に必要なコンデンサの容量を決定することができる。
【００５１】
図４は本発明の一実施形態による整合部２００において前記寄生インピーダンス値を検出するための校正過程をより詳細に示すフローチャートである。
【００５２】
図４に示すように、制御部２０２は、前記校正過程が行われると、現在接続されているアンテナ−プラズマ装置２２２の代わりに、そのインピーダンスを予め知っている標準負荷２２４が接続されるように（Ｓ４００）、整合部２００を制御する。次に、ＲＦ電源部２４０を制御してＲＦ電力をオンにするか、又はＲＦ電源部２４０がオン状態の場合はオン状態を維持する（Ｓ４０２）。次に、標準負荷２２４が接続された場合に測定される反射係数に基づいて前記寄生インピーダンスを算出する。
【００５３】
そのために、制御部２０２は、まず、接続された各コンデンサＣＬ、ＣＴの容量を任意の第１値に設定する（Ｓ４０４）。次に、前記第１値に設定された各コンデンサの容量に応じて、現在接続されている標準負荷２２４
2021501973.tif 000005
の第１反射係数
2021501973.tif 000006
を測定する（Ｓ４０６）。次に、各コンデンサＣＬ、ＣＴの容量を任意の第２値に設定し（Ｓ４０８）、前記第２値に設定された各コンデンサの容量に応じて、現在接続されている標準負荷２２４
2021501973.tif 000007
による第２反射係数
2021501973.tif 000008
を測定する（Ｓ４１０）。次に、標準負荷のインピーダンス、コンデンサに設定された容量値（第１値、第２値）のセットデータ（（ＣＬ、ＣＴ）１：第１値によるセットデータ、（ＣＬ、ＣＴ）２：第２値によるセットデータ）、及び各セットデータによって測定された反射係数
2021501973.tif 000009
を保存する。
【００５４】
一方、このように、設定されたコンデンサの容量値（第１値、第２値）のそれぞれのセットデータ、標準負荷のインピーダンス、及び反射係数が保存されると、制御部２０２は、保存された値から整合部２００の内部の寄生インピーダンス成分を算出して保存する（Ｓ４１２）。
【００５５】
例えば、インピーダンス整合コンデンサ容量（ＣＬ、ＣＴ）ｉ、ｉ＝１、２の場合、測定される反射係数
2021501973.tif 000010
に対応するインピーダンスを
2021501973.tif 000011
とすると、これは全体のインピーダンス
2021501973.tif 000012
と同じでなければならない。すなわち、下記数１のように表される。
【００５６】
【数１】
2021501973.tif 000013
【００５７】
ここで、Ｒは抵抗であり、Ｘはリアクタンスであり、ｊは複素数である。
【００５８】
ここで、負荷コンデンサの回路線上のインピーダンスを
2021501973.tif 000014
とし、チューニングコンデンサの回路線上のインピーダンスを
2021501973.tif 000015
とすると、前記全体のインピーダンス
2021501973.tif 000016
は下記数２のように表される。
【００５９】
【数２】
2021501973.tif 000017
【００６０】
ここで、ＲＬは負荷部１１０の寄生抵抗ＲＬ０であり、ＲＴはチューニング部１２０の寄生抵抗ＲＴ０と標準負荷の抵抗ＲＳとの和である。
2021501973.tif 000018
は負荷部１１０の寄生インダクタンスＬＬ０から計算される誘導インダクタンス
2021501973.tif 000019
とコンデンサ容量リアクタンス
2021501973.tif 000020
との和である。
2021501973.tif 000021
はチューニング部１２０の寄生インダクタンスＬＴ０から計算される誘導インダクタンス
2021501973.tif 000022
とコンデンサ容量リアクタンス
2021501973.tif 000023
と標準負荷のリアクタンス
2021501973.tif 000024
との和である。これを要約すると下記数３のように表される。
【００６１】
【数３】
2021501973.tif 000025
【００６２】
一方、２つのセットデータのコンデンサ容量の大きさから各セット間のリアクタンスの大きさの差が分かるので、下記数４のような等式が成立する。
【００６３】
【数４】
2021501973.tif 000026
【００６４】
よって、校正過程により得られる寄生インピーダンスの値ＲＬ０、ＲＴ０、
2021501973.tif 000027
は、上記数１、２及び４を連立して算出されるＲＬ、ＲＴ、
2021501973.tif 000028
から上記数３を用いて求めることができる。
【００６５】
一方、ステップＳ４１２で寄生インピーダンス成分の値が算出されて保存されると、制御部２０２は、現在接続されている標準負荷２２４の代わりに、アンテナ−プラズマ装置２２２が接続されるように（Ｓ４１４）、整合部２００を制御する。次に、アンテナ−プラズマ装置２２２が再び接続されると、校正過程を完了する。
【００６６】
一方、図４の校正過程が完了すると、制御部２０２は、図３のステップＳ３０４に移行して現在保存されている寄生インピーダンスの値を読み出す。次に、図３のステップＳ３０６及びステップＳ３０８に移行して現在読み出された寄生インピーダンスの値を反映したインピーダンス整合を行う。
【００６７】
ここで、図３のステップＳ３０８は、アンテナ−プラズマ装置２２２が整合部２００に接続された場合に形成されるインピーダンスが基準整合インピーダンスの値に整合するように、寄生インピーダンス成分に基づいて必要なリアクタンスの値を算出する過程を含んでもよい。例えば、図３のステップＳ３０８は、次のような過程を含んでもよい。
【００６８】
まず、標準負荷２２４の代わりに、アンテナ−プラズマ装置２２２が整合部２００に接続され、ＲＦ電源部２４０がオンになると、ＲＦ電力が入力してプラズマが発生する。次に、接続されたアンテナ−プラズマ装置２２２による新たなインピーダンス
2021501973.tif 000029
が生成される。ここで、アンテナ−プラズマ装置２２２の整合に必要なコンデンサの容量（以下、整合容量という）は前記
2021501973.tif 000030
により算出される。
【００６９】
このために、まず、制御部２０２は、接続されたアンテナ−プラズマ装置２２２による反射係数を測定する。一方、測定された反射係数から得られるインピーダンスと全体のインピーダンスは同じであるので、上記数４が成立する。そして、下記数５により
2021501973.tif 000031
を含むチューニング部２０６のインピーダンス成分
2021501973.tif 000032
を求める。
【００７０】
【数５】
2021501973.tif 000033
【００７１】
ここで、
2021501973.tif 000034
と
2021501973.tif 000035
は測定された反射係数
2021501973.tif 000036
から得られ、ＲＬは負荷部１１０の寄生抵抗ＲＬ０、
2021501973.tif 000037
は負荷部１１０の寄生インダクタンス誘導リアクタンス
2021501973.tif 000038
とアンテナ−プラズマ負荷を接続した時点での負荷部１１０のコンデンサ容量リアクタンス
2021501973.tif 000039
を足した値である。一方、ＲＴはチューニング部１２０の寄生抵抗ＲＴ０とアンテナ−プラズマ負荷の抵抗である
2021501973.tif 000040
との和であり、
2021501973.tif 000041
はチューニング部１２０の寄生インダクタンス誘導リアクタンス
2021501973.tif 000042
とアンテナ−プラズマ負荷を接続した時点でのチューニング部１２０のコンデンサ容量リアクタンス
2021501973.tif 000043
とアンテナ−プラズマリアクタンス
2021501973.tif 000044
とを足した値である。以上をまとめると、下記数６のように表される。
【００７２】
【数６】
2021501973.tif 000045
【００７３】
上記数５を
2021501973.tif 000046
について解くと、下記数７のように表され、これから上記数６によりアンテナ−プラズマ装置２２２の接続によるインピーダンス
2021501973.tif 000047
が求められる。
【００７４】
【数７】
2021501973.tif 000048
【００７５】
一方、整合容量（整合に必要なコンデンサの容量）は、全体のインピーダンスが伝送線の特性インピーダンス（通常、５０Ω（ｏｈｍ））と同じでなければならないので（整合条件）、下記数８を満たさなければならない。
【００７６】
【数８】
2021501973.tif 000049
【００７７】
ここで、
2021501973.tif 000050
は基準整合インピーダンスであり、
2021501973.tif 000051
は整合のために変更されたコンデンサの容量による新たなリアクタンスである。ＲＬ、ＲＴ、
2021501973.tif 000052
は整合のために整合部のコンデンサ容量のみを変更したものであるので、上記数６と類似した下記数９を満たさなければならない。
【００７８】
【数９】
2021501973.tif 000053
【００７９】
2021501973.tif 000054
は上記数８を整理した下記数１０により求められる。
【００８０】
【数１０】
2021501973.tif 000055
【００８１】
最終的に、アンテナ−プラズマ装置２２２が接続された場合にインピーダンス整合に必要なコンデンサの可変容量
2021501973.tif 000056
は、上記数１０により求められたリアクタンスから整合以前のコンデンサ容量リアクタンスを引いた下記数１１により求められる。
【００８２】
【数１１】
2021501973.tif 000057
【００８３】
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々に変形して実施することができる。特に、本発明の実施形態においては、校正過程でコンデンサの容量を第１値及び第２値に変更してそれぞれの場合の反射係数を測定し、測定された反射係数に基づいて寄生インピーダンスを算出しているが、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。すなわち、コンデンサの容量をより多くの任意の値に適宜変更して反射係数を測定し、測定された反射係数に基づいて寄生インピーダンスを算出するようにしてもよい。また、このように反射係数を測定する回数が多い場合、より正確な寄生インピーダンス成分の値を算出することができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記例示した標準型整合装置の他に、代案型整合装置（チューニング部の方向性結合器の位置に移動したタイプ）、パイネットワーク型整合装置、核融合用二重（三重）スタブ整合装置など、一般的な他の整合装置に対しても、同様の方法論を用いて自動整合装置を形成することができる。
【００８５】
一方、以上、標準負荷から測定される反射係数のみを用いて寄生インピーダンスの値を算出して算出された寄生インピーダンスの値に基づいて整合に必要なコンデンサの容量を算出する構成について説明したが、これとは異なる方法で最終の整合を行うこともできることは言うまでもない。例えば、２つのコンデンサに対して交互に反射係数が最小になるコンデンサの容量を決定し、それに基づいて各コンデンサのステッピングモータを駆動して前記コンデンサの容量を変更することにより、最終の整合を達成することもできる。
【００８６】
図５はこのような場合に本発明の他の実施形態により前記整合部において各コンデンサの最小の反射係数を測定してそれにより整合を行う動作過程を示すフローチャートである。また、図６は本発明の他の実施形態により各コンデンサの最小の反射係数を検出する過程の一例を示す概念図である。
【００８７】
まず、制御部２０２は、任意のコンデンサ容量による反射係数を測定して現在の反射電力を計算し、適用可能な最大の反射係数の絶対値を決定する。最大の反射係数の絶対値は、ユーザが任意に決定できるが、基本的には測定された反射係数を最大の反射係数とする。
【００８８】
このために、制御部２０２は、ユーザにより任意に決定される値に基づいてステッピングモータを駆動する（Ｓ５００）。次に、駆動されたステッピングモータにより決定されるコンデンサの容量による反射係数を測定する（Ｓ５０２）。次に、測定された反射係数を最大の反射係数として決定する（Ｓ５０４）。
【００８９】
次に、制御部２０２は、決定された最大の反射係数の絶対値内で、コンデンサの容量を複数回変更する（Ｓ５０６）。次に、容量の変化に応じた反射係数の変化を測定する（Ｓ５０８）。次に、前記反射係数の変化を測定した結果に基づいて最小の反射係数を検出し、検出された最小の反射係数に対応するコンデンサの容量を検出し、コンデンサ容量を設定する（Ｓ５１０）。
【００９０】
一方、制御部２０２は、ステップＳ５１０で検出された最小の反射係数の値と基準最終反射係数とを比較する（Ｓ５１２）。次に、比較の結果、検出された最小の反射係数の方が基準最終反射係数より小さい場合、制御部２０２は、整合が完了したと判断して整合を終了する。それに対して、最小の反射係数の値が基準最終反射係数を超えた場合、制御部２０２は、ステッピングモータを変更してコンデンサの容量を変更する。次に、再びステップＳ５０４に移行して変更されたコンデンサの容量に応じて最大の反射係数を再び設定し、ステップＳ５０６〜ステップＳ５１２の過程を繰り返し行う。
【００９１】
一方、ステップＳ５１２で最小の反射係数の値が基準最終反射係数を超えた場合、制御部２０２は、ステッピングモータを変更した回数が予め設定された回数を超えたか否かを検出する（Ｓ５１４）。次に、ステッピングモータを変更した回数が予め設定された回数を超えない場合に限り、ステッピングモータを変更してコンデンサの容量を変更する（Ｓ５１６）。次に、再びステップＳ５０４に移行して変更されたコンデンサの容量に応じて最大の反射係数を再び設定し、ステップＳ５０６〜ステップＳ５１２の過程を繰り返し行う。この場合、ステップＳ５１４において、ステッピングモータを変更した回数が予め設定された回数を超えた場合、エラーの発生を表示し（Ｓ５１８）、終了するようにしてもよい。
【００９２】
この場合、本発明は、従来２つのコンデンサの駆動において任意のゲインを用いてコンデンサを動作させるのとは異なり、各ステップでコンデンサのスキャンにより最低の反射係数の位置を正確に決定して移動するので、精密な整合を行うことができる。このような本発明の他の実施形態（第２実施形態）による整合方法は、本発明の第１実施形態による整合方法に比べて速度は遅いが、より精密に整合を行うことができるので、第１実施形態による整合方法と相互補完的にあるいは独立して行うことができる。
【００９３】
なお、本発明の一実施形態による整合装置は、低周波プラズマを発生する装置と高周波プラズマを発生する装置のどちらにも適用できることは言うまでもない。また、前述したように、反射係数を用いて寄生インピーダンスを測定することにより、アンテナ−プラズマ装置が接続された場合、前記測定された寄生インピーダンスに基づいて、インピーダンス整合に必要な正確なコンデンサの容量を算出することができる。さらに、算出された容量に応じてコンデンサの容量を変化させることにより、好ましくは１回の整合を行うだけでインピーダンス整合を行うことができるので、負荷変動性が比較的大きいプラズマを発生する装置にも適用することができ、インピーダンス整合に要する時間を大幅に短縮させることができる。
【００９４】
前述した本発明は、プログラム記録媒体にコンピュータ可読コードで実現することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムにより読み取り可能なデータが記録されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータ可読媒体の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Disk）、ＳＤＤ（Silicon Disk Drive）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などが挙げられ、また、搬送波状（例えば、インターネットによる送信）に実現されるものも含まれる。さらに、前記コンピュータシステムは、端末機の制御部を含んでもよい。よって、本発明の詳細な説明は例示的なものであり、あらゆる面で制限的に解釈されてはならない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の合理的解釈により定められるべきであり、本発明の等価的範囲内での全ての変更が本発明の範囲に含まれる。
【図１】
2021501973.tif 000058
【図２】
2021501973.tif 000059
【図３】
2021501973.tif 000060
【図４】
2021501973.tif 000061
【図５】
2021501973.tif 000062
【図６】
2021501973.tif 000063
【国際調査報告】
2021501973.tif 000064
2021501973.tif 000065
2021501973.tif 000066
2021501973.tif 000067