(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を処理する真空プラズマ処理室内のプラズマに高周波電磁界を供給する方法であって、リアクタンス性インピーダンス要素によって前記高周波電磁界がプラズマに供給され、高周波電磁界を生成する高周波電源と前記リアクタンス性インピーダンス要素との間に接続された整合回路網を有するとともに、前記高周波電磁界が、ガスをプラズマに発火させかつプラズマを維持するのに充分な周波数および電力レベルを有しており、前記整合回路網が第１および第２可変リアクタンスを含み、前記プラズマが工作物の処理に悪影響を及ぼし得る不安定な状態に陥り始めたことを検出する検出ステップを有し、前記検出ステップに応答して、工作物の処理に悪影響を及ぼし得るプラズマの不安定な状態に陥ることを回避し、プラズマが安定な状態に維持され、かつ電源と電源の出力端子から見た真空プラズマ処理室のインピーダンスとの間に整合が達成されるように、前記整合回路網の前記第１および第２可変リアクタンスの値を変化させることを備えた方法。
【請求項２】
電源と負荷との間で結合される電流と所定関数関係を有する電気パラメータを検出することによって、前記プラズマが不安定な状態に陥り始めたことが検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気パラメータが電源と負荷との間で結合される高周波電力である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気パラメータが電源と負荷との間で結合される高周波電流である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電気パラメータとして前記高周波電流の変調が検出される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記変調が少なくとも１つの予め定められた周波数帯域内である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記周波数帯域が２から２０ｋＨｚである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記周波数帯域が５０から２００ｋＨｚである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記周波数帯域が２から２０ｋＨｚおよび５０から２００ｋＨｚである、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記関数が離散的な電気パラメータの値に依存する、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
プラズマが不安定な状態に陥り始めたことの検出に応答して、第１および第２可変リアクタンスの値を同時に変化させることによって前記整合が達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
プラズマが不安定な状態に陥り始めたことの検出前に、前記第１および第２可変リアクタンスの値が、前記第１および第２可変リアクタンスの値の始点から、前記第１および第２可変リアクタンスの値が電源と負荷との間に実質的な整合が存在するような値になる最終点までの間の予め定められた軌跡に沿って、同時に変更され、前記軌跡はプラズマが不安定な状態に陥る前記第１および第２可変リアクタンスの値の組によって画定される領域を通って延長し、プラズマが不安定な状態に陥り始めたことの検出に応答して、前記第１および第２可変リアクタンスの値をそれが軌跡から離れるように、かつ前記領域が回避されるように変化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
プラズマの不安定領域のｘ−ｙグラフの外周付近に連続する複数の直線軌跡を確立するように第１および第２可変リアクタンスの値を同時に変化させることによって、前記領域が回避され、前記ｘおよびｙの値がそれぞれ第１と第２のリアクタンスの値を示す、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
送達電力百分率の局所的最大値を検出したとき、直前の軌跡に連続する軌跡が前記直前の軌跡に対して直角であり、前記直前の軌跡の勾配とは異なる勾配を画定する最良のインピーダンス整合の２つの最も最近の値としての前記第１および第２可変リアクタンスの値から前記直前の軌跡の勾配を決定する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
不安定領域または局所的な最良のインピーダンス整合が検出されるまで前記第１および第２可変リアクタンスの値が軌跡に沿って変化される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記連続する複数の直線軌跡の中の所定の軌跡が前記領域内まで延長し、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡に連続する他の軌跡が前記領域の外周付近に延長し、プラズマの不安定と安定の間の変化の検出に応答して、前記第１および第２可変リアクタンスの値を変化させ、それによって前記連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡と前記他の軌跡との間を直角に変化させる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
プラズマの安定性の尺度が、（ａ）プラズマ安定性の標識によって決定されるファクタ、および（ｂ）電源によってリアクタンス性インピーダンス要素に送達される電力の百分率の標識を組み合わせることによって決定され、前記所定の軌跡に沿って前記第１および第２可変リアクタンスの値が変化されプラズマが安定している間は前記尺度の値が増加方向又は減少方向のうちの第１方向に変化し、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡に沿って前記第１および第２可変リアクタンスの値を変化しながら前記尺度の変化の方向が前記増加方向又は減少方向のうちの前記第１方向とは異なる第２方向に反転したことが感知されたときに、プラズマが安定状態から不安定な状態に陥り始めたことを検出し、プラズマが安定状態から不安定な状態に陥り始めたことが検出されたときに前記第１および第２可変リアクタンスが持つ値に前記連続する複数の直線軌跡の中の前記他の軌跡の始点を確立し、前記尺度の値が前記第１方向から前記第２方向に反転したことが感知されるまで、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記他の軌跡に沿って前記第１および第２可変リアクタンスの値を変化させる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
工作物を処理するために真空プラズマ処理室内のプラズマに高周波エネルギーを供給するための装置であって、室内のガスと電気的に結合することができるように配置されたリアクタンス性インピーダンス要素と、高周波電源と、前記高周波電源と前記リアクタンス性インピーダンス要素との間に接続され可変リアクタンス性インピーダンスを持つ第１及び第２リアクタンスを有する整合回路網と、前記整合回路網を介して前記高周波電源と負荷との間を流れる電流に関係する電気パラメータの関数に応答する前記第１及び第２リアクタンスのための制御装置とを備えており、前記高周波電源が前記リアクタンス性インピーダンス要素に高周波電磁界をガスへ供給させてガスをプラズマ状態に発火させるための周波数および電力レベルを有しており、前記プラズマが工作物の処理に悪影響を及ぼす不安定な状態を有し、前記電気パラメータはプラズマが工作物の処理の悪影響を及ぼし得る不安定な状態に陥り始めたことを示し、前記制御装置が、前記プラズマが不安定な状態に陥り始めたことを検出して、工作物の処理に悪影響を及ぼし得る不安定な状態にプラズマが陥ることが回避され、プラズマが安定な状態に維持され、かつ電源と電源の出力端子から見た前記真空プラズマ処理室のインピーダンスとの間に整合が達成されるように、前記パラメータに応答して前記第１及び第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を変化させるように構成された前記プラズマに高周波エネルギーを供給するための装置。
【請求項１９】
前記制御装置がプラズマが不安定な状態に陥り始めたことを示すために応答する電気パラメータの関数が、前記整合回路網を介して電源と負荷との間で結合される電流と所定関数関係を有する電気パラメータの値の分布の尺度である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記制御装置がプラズマが不安定な状態に陥り始めたことを検出する検出器を含み、前記不安定な状態に陥り始めたことの検出器が、前記整合回路網を介して電源から負荷に流れる高周波電流に加えられる少なくとも１つの予め定められた周波数帯域に応答する振幅変調検出器を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記周波数帯域の１つが２ｋＨｚから２０ｋＨｚである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記周波数帯域の１つが５０ｋＨｚから２００ｋＨｚである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記周波数帯域が２から２０ｋＨｚおよび５０から２００ｋＨｚである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
プラズマが不安定な状態に陥り始めたことが示されるまで、前記制御装置が整合を達成する方向に前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を実質的に同時に変化させ、プラズマが不安定な状態に陥り始めたことの検出に応答して、前記制御装置が前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を、プラズマが不安定な状態に陥る方向の軌道から逸れるようなリアクタンス性インピーダンスの値をとり且つプラズマが不安定になる前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値の組によって画定される領域を実質的に回避するように変化させる、請求項１８に記載の装置。
【請求項２５】
プラズマが不安定になる前記領域のｘ−ｙグラフの外周付近に連続する複数の直線軌跡を確立するように、前記制御装置が第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を同時に変化させることによって、前記領域が回避され、前記ｘおよびｙの値が前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を示す、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記制御装置が、送達電力百分率の局所的最大値を検出したとき、（ａ）直前の軌跡に連続する軌跡が前記直前の軌跡に対して直角となるように前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を変化させ、かつ（ｂ）前記直前の軌跡の勾配とは異なる勾配を画定する最良のインピーダンス整合の２つの最も最近の値としての前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値から前記直前の軌跡の勾配を決定する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記制御装置は、軌跡の中の所定の軌跡がプラズマが不安定になる前記領域の始まりが検出されるまで追跡され、かつ軌跡の中の前記所定の軌跡に連続する他の軌跡がインピーダンス整合の尺度の低下が検出されるまで追跡されるように、前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を変化させる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記制御装置は、（ａ）前記連続する複数の直線軌跡の中の所定の軌跡が前記領域内に延長し、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡に連続する他の軌跡が前記領域の外周付近に延長するように、前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を制御し、かつ（ｂ）プラズマの不安定の始まりと安定の間の変化の検出に応答して、前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を変化させ、それによって前記連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡と前記他の軌跡との間を直角に変化させる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記制御装置が、（ａ）プラズマ安定性の標識によって決定されるファクタと、（ｂ）高周波電源によってリアクタンス性インピーダンス要素に送達される電力の百分率の標識とを組み合わせることによって、プラズマ安定性の尺度を決定し、連続する複数の直線軌跡の中の前記所定の軌跡に沿って前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値が変化されてプラズマが安定している間は前記尺度の値が増加方向又は減少方向のうちの第１方向に変化可能であり、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記軌跡に沿って前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値が変化されている間に前記尺度の変化の方向が前記増加方向又は減少方向のうちの前記第１方向とは異なる第２方向に反転したことが感知されたときに、前記制御装置はプラズマが安定な状態から不安定な状態に陥り始めたことを検出し、かつプラズマが安定な状態から不安定な状態に陥り始めたことが検出されたときに前記第１及び第２リアクタンスが持つ値に前記連続する複数の直線軌跡の中の前記他の軌跡の始点を確立し、かつ前記尺度の変化の方向が前記第１方向から前記第２方向に反転したことが感知されるまで、前記連続する複数の直線軌跡の中の前記他の軌跡に沿って前記第１および第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を変化させる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
工作物を処理するために真空プラズマ処理室内のプラズマに高周波エネルギーを供給するための装置と組み合わせてコンピュータと共に使用するためのメモリにおいて、前記装置は、高周波電磁界をガスに結合するために室内のガスがリアクタンス性インピーダンス要素と結合されるように構成されるとともに、前記高周波電磁界が前記ガスをプラズマに励起させることができるように構成され、前記リアクタンス性インピーダンス要素は整合回路網を介して高周波電磁界を生成できる高周波電源に接続され、前記整合回路網は可変リアクタンス性インピーダンスを持つ第１及び第２リアクタンスを含み、前記整合回路網はリアクタンス性インピーダンス要素およびプラズマを含む負荷と前記高周波電源との間に接続され、前記プラズマは工作物の処理に悪影響を及ぼす不安定な状態を有し、前記装置は、前記整合回路網を介して前記電源と前記負荷との間を流れる電流と所定関数関係を有する電気パラメータの値を示す信号を生成し、前記メモリは、コンピュータが（ａ）前記電気パラメータの値を示す信号に応答して、プラズマが不安定な状態に陥り始めたことを示す信号を生成し、かつ（ｂ）プラズマが不安定な状態に陥り始めたことを示していることに応答して、プラズマの不安定状態が実質的に回避され、プラズマが安定状態に維持される一方、電源と電源の出力端子から見た真空プラズマ処理室のインピーダンスとの間のインピーダンス整合が達成されるように、前記整合回路網の前記第１及び第２リアクタンスのリアクタンス性インピーダンスの値を制御することができるように、コンピュータを制御するための信号を格納する媒体を備えているメモリ。
【請求項３１】
前記制御装置は、電源と負荷との間で結合される電流に起因する電気パラメータの時間変動量を検出すると共に、前記時間変動量が所定値を上回ることに応じてプラズマが不安定な状態に陥り始めたことを検出する検出器を備えている、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
本発明は、一般に真空プラズマ・プロセッサ装置および方法に関し、さらに詳しくは、高周波電源とその負荷との間でインピーダンス整合に近づきながら、高周波電源とプラズマを含む負荷との間に接続されたインピーダンス整合回路網を制御してプラズマの不安定な変化を最小化するようにした、そのような方法および装置に関する。
【０００１】
（背景技術）
真空プラズマ・プロセッサは、一般的に半導体、誘電体、および金属の基板である工作物に材料を堆積したり、そこから材料をエッチングする。工作物が配置される真空プラズマ処理室には、ガスが導入される。ガスは、高周波電界または電磁界に応答して発火してプラズマになる。高周波電磁界は、リアクタンス性インピーダンス要素、通常は高周波磁界および電磁界の両方をガスに結合する電極配列またはコイルによってもたらされる。リアクタンス性インピーダンス要素は、ガスが発火して高周波プラズマになるように周波数と充分な電力を有する高周波電源に接続される。電源とリアクタンス性インピーダンス要素との間の接続は通常、高周波電源および整合回路網に直接接続された比較的長い同軸ケーブルによって行われる。整合回路網は、（１）リアクタンス性インピーダンス要素および高周波プラズマを含むその負荷の電源周波数に対する同調を制御し、かつ（２）電源のインピーダンスをそれが駆動する負荷に整合させるように調整された、１対の可変リアクタンスを含む。整合に達したとき、高周波電源の出力端子に見られるインピーダンスは、高周波電源から見たケーブルのインピーダンスとほぼ同一である。
【０００２】
電源から見た負荷は実質的に変動する。負荷は、ガスを高周波プラズマ状態に発火する前は、比較的高インピーダンスである。プラズマが発火するのに応答して、負荷インピーダンスは、励起プラズマ中の電荷担体つまり電子およびイオンの存在のため、実質的に低下する。発火したプラズマのインピーダンスもまた、プラズマ・フラックスつまりプラズマ密度とプラズマ電荷粒子速度の積の変動のため、実質的に変化する。したがって、電源から負荷への電力の効率的な伝達をもたらすために電源を負荷に整合させることは、幾分困難である。
【０００３】
２つの整合回路網リアクタンスは、整合を達成するために軌跡（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）に沿って同時に変化するので、プラズマは時々不安定になり、そのフラックスは振幅が予測不能に変化する。我々は、プラズマが不安定なとき、高周波電源電流の振幅が、無線送信機の高周波電流が自動変調中に変化するのと同様の方法で変化することを発見した。高周波は、それぞれ２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚおよび５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの第１および第２周波数帯域で変調される。したがって、不安定なプラズマをここでは時折変調プラズマと呼ぶ。不安定性がプラズマ・フラックスを変動させるので、工作物に対する望ましくないプラズマ活性がある。プラズマは非常に不安定になって点滅することがある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、真空プラズマ・プロセッサのプラズマを制御して均等な予測可能な工作物特性を達成できるようにするための新しい、改善された方法および装置を提供することである。
【０００５】
発明の別の目的は、整合を達成しながらプラズマ変調としても知られるプラズマの不安定性が大幅に回避されるような方法で、高周波電源と真空プラズマ・プロセッサとの間に接続された整合回路網のリアクタンスを制御するための方法および装置を提供することである。
【０００６】
発明の別の目的は、真空プラズマ・プロセッサ中でプラズマ不安定性を検出するための新しい、改善された方法および装置を提供することである。
【０００７】
（発明）
本発明の１つの実施形態に従って、高周波電源とプラズマ・プロセッサ負荷との間に接続された整合回路網を制御して、工作物の処理に悪影響を及ぼすプラズマが不安定的に変化する傾向を最小化し、整合が実質的に達成されるようにする。整合回路網の第１および第２可変リアクタンスの値の制御装置は、電源と負荷との間を流れる高周波電流から生じる電気的パラメータの関数に応答して、プラズマが不安定に変化する傾向があるか否かを検出することが好ましい。不安定性の傾向が検出された後、第１および第２可変リアクタンスを、不安定性の検出前のそれらの変化の仕方とは異なる仕方で変化させることによって、不安定性を実質的に回避し、整合に近づく。不安定性の検出前、第１及び第２可変リアクタンスの値は、２つのリアクタンスの始点と２つのリアクタンスの最終値との間の直線軌跡に沿って同時に変化する。軌跡に従った場合、ほぼ最終値で整合が行われる。不安定性の発生が検出されると、２つのリアクタンスを変化させることによって、軌跡を変更し、不安定性を回避する。
【０００８】
本発明の別の実施形態に従って、プラズマに供給される高周波電磁界から生じる電気パラメータの値の分布によって決定される関数が不安定な状態に関連付けられた振幅を超えることを合図することによって、高周波プラズマ・プロセッサの高周波プラズマの不安定な状態を検出する。好適な実施形態では、この関数は分散である。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態に従って、高周波電源とプラズマ負荷との間を流れる高周波電流から生じる電気パラメータの振幅を決定することによって、高周波プラズマ・プロセッサの高周波プラズマの不安定な状態を検出する。電気パラメータの値の分布を示す関数の値を検出する。不安定な状態に関連付けられた振幅を超える、または超えない関数の値に応答して、安定性の有無をそれぞれ決定する。
【００１０】
本発明の追加の実施形態は、プロセッサ内のガスを活性化するリアクタンス性インピーダンス要素に高周波エネルギーを供給することによってプラズマが誘導される、プラズマ・プロセッサのプラズマの不安定な状態の検出に関係する。リアクタンス性インピーダンスに供給される高周波電流から生じる電気パラメータの振幅を検出する。電気パラメータは、電磁界の高周波周波数によって決定される搬送周波数を有する。我々は、不安定性が発生すると、高周波搬送波が少なくとも１つの周波数帯域で振幅変調することを発見した。周波数帯域の少なくとも１つにおける振幅変調の存在を検出し、基準電圧と比較する。
【００１１】
本発明の追加実施形態は、工作物を処理するために真空プラズマ処理室内のプラズマに高周波エネルギーを供給するための装置と組み合わせたコンピュータに使用するためのメモリに関する。装置は、高周波電磁界をガスに結合するために、室内のガスがリアクタンス性インピーダンス要素と結合するようになっている。高周波電磁界は、ガスをプラズマに励起するような電磁界である。リアクタンス性インピーダンス要素は、整合回路網を介して、高周波電磁界を生成できる高周波電源に接続される。整合回路は可変インピーダンス特性を持ち、リアクタンス性インピーダンス要素およびプラズマを含む負荷に結合される。プラズマは不安定に変化する傾向を持ち、これは工作物の処理に悪影響を及ぼし得る。装置は、回路網を介して電源と負荷との間を流れる電流と所定関数関係を有する電気パラメータの値を示す信号を誘導する。メモリは、コンピュータが（ａ）電気パラメータの値を示す信号に応答して、プラズマが不安定な状態であることを示す信号を誘導し、かつ（ｂ）プラズマの不安定な傾向が実質的に回避され、プラズマが安定状態に維持されるように、不安定な状態が開始したことが示されるプラズマに応答して、電源と電源の出力端子から見た真空プラズマ処理室のインピーダンスとの間のインピーダンス整合に近づきながら、整合回路網の可変インピーダンス特性の値を制御することができるように、コンピュータを制御するための信号を格納する。
【００１２】
本発明の上記およびさらに別の目的、特徴、および利点は、そのいくつかの特定の実施形態についての以下の詳細な記述を考察することにより、特に添付の図面に関連して取り上げたときに、明白になるであろう。
【００１３】
（図面の詳細な説明）
図面の図１に示す通り、従来の真空プラズマ処理室１０は、整合回路網１６を介して定周波数（一般的に１３．５６ＭＨｚ）高周波電源１４に接続された励磁コイル１２を含む。コイル１２は、室１０の外部から室の誘電体窓（図示せず）を通して室内に結合される高周波電磁界を誘導するためのリアクタンス性インピーダンス要素である。真空プラズマ処理室１０には、適切な供給源（図示せず）からガスが供給される。ガスは、コイル１２によって誘導された高周波電磁界によってプラズマ状態に（つまり、プラズマ放電として）励起され、維持される。室１０内に配置された、一般的にガラス、半導体、または金属の基板である工作物（図示せず）は、プラズマ中の荷電粒子つまり電子とイオン、および中性粒子によって処理され、工作物はエッチングされ、かつ／またはその上に材料が堆積される。プラズマ放電およびコイル１２は、電源１４および共振整合回路網１６の負荷を形成する。電源１４は、通常比較的長い長さ、例えば１３フィートを有するケーブル１５によって回路網１６に接続される。ケーブル１５は、電源１４の周波数で電源の出力インピーダンスに等しい特性インピーダンスを有する。
【００１４】
室１０内のプラズマ放電は過渡的な非線形変動を起こしやすく、それは整合回路網１６およびケーブル１５によって、高周波電源１４の出力端子に反射される。整合回路網１６のインピーダンスは、これらの変動にもかかわらず、電源１４の出力端子に反射される電力を最小化するように制御される。回路網１６のインピーダンスが変化すると、プラズマは不安定になることがある。つまり、プラズマ・フラックスが、工作物が適切に処理されない程度にまで予測不能に変動する。
【００１５】
我々は、不安定性が電源１４からコイル１２に流れる高周波電流の振幅変調によって起きることを発見した。振幅変調は、２〜２０ｋＨｚおよび／または５０〜２００ｋＨｚの周波数範囲内である。我々はまた、プラズマの不安定性が、電源１４からコイル１２へ流れる高周波電流と所定関数関係を有する電気パラメータの統計関数分散（標準偏差の２乗）の実質的な増加によっても起きることをも発見した。（分散は、パラメータの値の分布の尺度である。）プラズマは、それが点滅するほど不安定になることがある。
【００１６】
本発明の重要な側面は、（１）インピーダンス整合が行われるように、および（２）整合を達成するために回路網のインピーダンスが変化している間に、プラズマが室１０内で処理される工作物に悪影響を及ぼすほど不安定にならないように、回路網１６のインピーダンスを制御することである。
【００１７】
好適な実施形態では、整合回路網１６は、それぞれ直列コンデンサ１８、２０の形で可変リアクタンスを含む２つの直列アームを有する「Ｔ」として構成される。コンデンサ２０を含むアームはコイル１２と直列であり、次いで固定接地コンデンサ２２と直列に接続される。整合回路１６はまた、コンデンサ１８、２０用の共通端子と大地との間に接続された固定分路コンデンサ２４をも含む。コンデンサ１８は主として、電源１４の出力端子からケーブル１５に見られる抵抗インピーダンス成分の大きさを制御し、コンデンサ２０は主として、電源１４の出力端子からケーブル１５に見られるリアクタンス性インピーダンスの大きさを制御する。しばしば、コンデンサ１８、２０は当技術分野でそれぞれ負荷コンデンサおよび同調コンデンサと呼ばれる。
【００１８】
コンデンサ１８、２０の値は通常変動するので、電源１４の出力インピーダンス、つまり電源１４の出力端子に見られるインピーダンスは、通常抵抗が５０オームでありリアクタンス性が０オーム（（５０＋ｊ０）オーム）であり、電源の出力端子からケーブル１５の入力端子に見られるインピーダンスと整合される。コンデンサ１８、２０の値はそれぞれ、マイクロコンピュータ３２のマイクロプロセッサ３０内に含まれるデジタル・アナログ変換器によってＤＣ制御電圧を供給される、ＤＣ電動機２６、２８によって変動される。マイクロコンピュータ３２はまた、マイクロプロセッサ３０用の制御プログラム信号および電動機２６、２８を制御するためにマイクロプロセッサによって操作されるデータ信号をそれぞれ格納する、ＥＰＲＯＭ３４およびＲＡＭ３６をも含む。
【００１９】
マイクロプロセッサ３０は、従来の順方向電圧および電流トランスデューサ３８、反射電圧および電流トランスデューサ４０、および整合回路網１６からコイル１２へ流れる高周波電流を監視する電流トランスデューサ４２からの信号に応答する、アナログ・デジタル変換器を含む。トランスデューサ３８は、電源１４からケーブル１５へ供給される高周波電源および電流の複製であるアナログ信号を誘導する。トランスデューサ４０は、ケーブル１５から電源１４へ反射される高周波電源および電流の複製であるアナログ信号を誘導する。各々のトランスデューサ３８、４０は、方向性カプラ、電流複製を誘導するための変流器、および電圧複製を誘導するための容量性分圧器を含む。電流トランスデューサ４２は、コイル１２を流れる高周波電流の複製である信号を誘導するための変流器を含む。トランスデューサ４２は、整合回路網１６とコイル１２との間の線内にあるように図示されているが、電流トランスデューサはコイル１２から大地への線内に接続することもできる。
【００２０】
マイクロプロセッサ３０はトランスデューサ３８、４０、４２から誘導されるアナログ信号に応答して、（１）電源１４によってケーブル１５に供給され、かつケーブルから電源に反射される高周波電圧および電流の大きさおよび相対位相角、および（２）回路網１６からコイル１２へ流れる高周波電流の大きさを示すデジタル信号を誘導する。これらのデジタル信号はＲＡＭ３６に格納され、ＥＰＲＯＭ３４に格納されたプログラム信号の制御下でマイクロプロセッサ３０によって操作されて、電動機２６、２８用の制御信号を生成するために使用されるさらなる信号を誘導する。
【００２１】
電動機２６、２８は、マイクロプロセッサ３０によって誘導された信号に応答してコンデンサ１８、２０の値を変動して、室１０内のガスを発火させてプラズマにするため、およびプラズマを安定状態に維持するための充分な電力をコイル１２に供給する。コンデンサ１８、２０の値は通常、電源１４からコイル１２に結合される電力の関数を最大にする方向に変動される。
【００２２】
しかし、プラズマを安定に維持するために、マイクロプロセッサ３０はまた時折、電力がその最大値に向かって瞬時に増加しないような方向にもコンデンサ１８、２０の値を変化させる。電力関数は、（１）順方向高周波電力に対する供給高周波電力の比、（２）送達高周波電力百分率、または（３）整合回路網１６によってコイル１２へ供給される高周波電流のいずれかとすることができる。同じ結果が、負荷から電源１４に反射される電力を計算しかつ最小化するマイクロプロセッサ３０によって得られる。これらの関数が適宜最大化または最小化されるとき、電源１４の周波数で、電源とそれが駆動する負荷との間に、実質的なインピーダンス整合がある。つまり、電源１４の出力端子に見られる電源周波数におけるインピーダンスが、電源からケーブル１５に見られるインピーダンスとほぼ等しくなる。
【００２３】
マイクロプロセッサ３０は、トランスデューサ３８、４０の出力信号に応答して、順方向高周波電力つまり電源１４によってケーブル１５に供給される高周波電力、および送達電力つまり整合回路網１６によってコイルに実際に供給された電力を決定する。このために、マイクロプロセッサ３０は、次式：
Ｐf＝ＶoＩoｃｏｓθo
に従ってトランスデューサ３８の高周波電圧および電流出力を表す信号を乗算することによって、高周波順方向電力を決定する。式中、
Ｖoは、電源１４の高周波出力電圧の大きさである。
【００２４】
Ｉoは、電源１４の高周波出力電流の大きさである。
【００２５】
θoは、電源１４から導出される電圧と電流の間の位相角である。
【００２６】
送達高周波電力を決定するために、マイクロプロセッサ３０は反射高周波電力を決定する。マイクロプロセッサ３０は、次式：
Ｐr＝ＶrＩrｃｏｓθr
に従ってトランスデューサ４０の高周波電圧および電流出力に応答して、反射高周波電力を決定する。式中、
Ｖrは、ケーブル１５から電源１４に反射される高周波電圧の大きさである。
【００２７】
Ｉrは、ケーブル１５から電源１４の方向に反射される高周波電流の大きさである。
【００２８】
θrは、反射された電圧と電流の間の位相角である。
【００２９】
マイクロプロセッサ３０は、送達高周波電力（Ｐd）を（Ｐf−Ｐr）として決定する。送達高周波電力百分率（％Ｐd）は、順方向高周波電力に対する送達高周波電力の比に類似しているが、マイクロプロセッサ３０によって（Ｐf−Ｐr）／Ｐf×１００として計算される。整合がある場合、高周波反射電力は無いので、（ａ）Ｐd＝Ｐfとなり、（２）順方向電力に対する送達高周波電力の比（Ｐd／Ｐf）は１となり、（３）％Ｐｄ＝１００となる。マイクロプロセッサ３０は、電流トランスデューサ４２の出力信号だけに応答して、整合回路網１６によってコイル１２に供給される高周波電流（Ｉc）を決定する。
【００３０】
正常運転中、プラズマが安定しており変調しないときには、負荷コンデンサ１８および同調コンデンサ２０の値は、電源１４の出力端子とそれが駆動する負荷との間で非常に近いインピーダンス整合を一定不変に達成する量だけ、同時に変化する。コンデンサ１８、２０の値が変化する相対量は、整合が正しい方向から一定不変に達成されるように決定される。インピーダンス整合の程度は、電源１４によってそれが駆動する負荷に供給される送達電力百分率を監視することによって示されることが好ましい。送達電力百分率が最大になるときに、反射電力は最小になる。しかし、電源１４とそれが駆動する負荷のインピーダンス整合に関するその他のパラメータを使用することができることを理解すべきである。インピーダンス整合を示すために最大化することができるその他の好適な例証的パラメータは、コイル１２に供給される順方向電力および電流に対する送達電力の比である。
【００３１】
さらに、インピーダンス整合の程度は、（１）電源１４からケーブル１５に供給される電圧と電流との間の位相角を比較し、かつ（２）電源１４からケーブル１５に見られる実インピーダンスと電源１４の出力端子に見られる既知の実インピーダンスを比較する、マイクロプロセッサ３０によって決定することができる。整合状態では、マイクロプロセッサ３０は、位相角が零であり、実インピーダンスが等しいと判断する。しかし、比較の結果を組み合わせなければならないので、比較（１）および（２）に依存することは、その他の関数に依存するより困難である。
【００３２】
図２は、プラズマが安定しているときに、マイクロプロセッサ３０がどのようにコンデンサ１８、２０の値を好適に変動して、電源１４とプラズマおよびコイル１２を含む負荷との間のインピーダンス整合を達成するかを説明するのに有用である。図２は、複数の送達電力百分率等高線５１〜５５に対する同調コンデンサ２０の値（Ｘ軸方向）および負荷コンデンサ１８の値（Ｙ軸方向）のグラフである。各々の等高線５１〜５５は多少楕円形をしており、等高線５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、および５９はそれぞれ１０％、３０％、５０％、７０％、７５％、８０％、９０％、および９５％の送達電力を表す。１０％の等高線５１の外側のコンデンサ１８、２０の値は全て、送達電力百分率が１０％未満であり、９５％の等高線５９の内側のコンデンサ１８、２０の値は全て、送達電力百分率の値が９５％を超える。図２には９つの等高線しか示さないが、コンデンサ１８、２０の値の関数であるそのような等高線が実際には無数にある。等高線は、処理室１０内のプラズマのパラメータによっては、多少動的である。
【００３３】
最初に、マイクロプロセッサ３０は、コンデンサ１８、２０の変化の相対比率を決定して、図２の等高線を通過する軌跡を計算する。図２の例では、初期軌跡は直線７８によって示される。この決定の第１ステップとして、マイクロプロセッサ３０は、マイクロプロセッサが送達電力百分率の「局所的」最大値を検出するまで負荷コンデンサ１８の値を一定に維持しながら、同調コンデンサ２０の値を変化させる。図２で、これは、同調コンデンサ１８の値を始点６０から送達電力百分率の局所的最大点６４まで水平線６２に沿って変化させうることを含む。次いで、この決定の第２ステップ中に、マイクロプロセッサ３０は、マイクロプロセッサが送達電力百分率の別の局所的最大値を検出するまで同調コンデンサ２０の値を一定に維持しながら、負荷コンデンサ１８の値を変化させる。この操作は、図２では、点６４と７０の間の垂直線６８によって示される。次いで、第３ステップ中に、マイクロプロセッサ３０は、マイクロプロセッサが送達電力百分率の別の局所的最大値を検出するまで負荷コンデンサ１８の値を一定に維持しながら、同調コンデンサ２０の値を変化させる。点７０と７６の間の水平線７４を参照されたい。
【００３４】
第１ステップおよび第３ステップの終了時のコンデンサ１８、２０の値から、マイクロプロセッサ３０は、結果的に送達電力百分率がほぼ最大になる、図２の第１直線軌跡８２の勾配を決定する。第１直線軌跡８２の勾配は、マイクロプロセッサ３０がコンデンサ１８、２０の一方を、他方のコンデンサの値の単位変化ごとに変更しなければならない量を示す。コンデンサ１８、２０の値は次いで、マイクロプロセッサ３０が軌跡８２の端の点８８で再び最大送達電力百分率を検出するまで、マイクロプロセッサ３０によって第１直線軌跡８２に沿って同時に変更される。一般的に、第１直線軌跡８２の端で、最大送達電力百分率は９０％を超える値を持つ。
【００３５】
送達電力百分率を最大にするために、第１直線軌跡８２に沿った最大送達電力百分率が、予め定められた例えば９６％などの目標値より小さいことが検出された場合、マイクロプロセッサ３０は、送達電力百分率が少なくとも９６％になるように通常結果的にコンデンサ１８、２０の値を同時に変化させる別の軌跡を決定する。
【００３６】
これらの結果を達成して正常な安定動作を得るためにマイクロプロセッサ３０によって行われる特定のステップの詳細は、本願と同一人に譲渡され、１９９６年５月２３日にＳ．Ｎ．０８／６５２，０３７で出願され、１９９７年１１月１８日に米国特許第５，６８９，２１５号として発行された、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＲＥＡＣＴＩＶＥ  ＩＭＰＥＤＡＮＣＥＳ  ＯＦ  Ａ  ＭＡＴＣＨＩＮＧ  ＮＥＴＷＯＲＫ  ＣＯＮＮＥＣＴＥＤ  ＢＥＴＷＥＥＮ  ＡＮ  ＲＦ  ＳＯＵＲＣＥ  ＡＮＤ  ＡＮ  ＲＦ  ＰＬＡＳＭＡ  ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ」と称するＢｒｅｔｔ  Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｔｕａｎ  Ｎｇｏ、およびＭｉｃｈａｅｌ  Ｓ．Ｂａｒｎｅｓの米国特許に記載されている。
【００３７】
本発明は、マイクロプロセッサ３０がどのようにして、最大送達電力百分率つまり整合を達成しながら、コンデンサ１８、２０の値を制御して不安定性を回避するかに関係する。マイクロプロセッサがこれらの結果をもたらすために使用する技術を、図３に関連して説明する。この図は、図２の等高線と同様の等高線１５１〜１５９を含む。図３の送達電力百分率の等高線１５１〜１５９に、幾分円形の例証的不安定領域１７０が重ね合わされている。領域１７０における負荷コンデンサ１８および同調コンデンサ２０の値は、室１０内のプラズマが不安定になるような値である。領域１７０の位置は分からないが、マイクロプロセッサ３０がコンデンサ１８、２０の値を制御するので、この領域は本発明の様々な態様に従って一般的に回避される。マイクロプロセッサ３０は、不安定な領域１７０に遭遇した後、コンデンサ１８、２０の値を同時に変動させることが好ましい。コンデンサ１８、２０の値は、送達電力百分率が少なくとも９６％となる整合状態が達成されるように、変更される。
【００３８】
一般的に、プラズマは、不安定領域１７０の周辺の方が、領域の中心に向かうより安定である。不安定領域の周辺では、電源１４からコイル１２へ流れる高周波周波数電流に加えられる振幅変調の量、およびＲＭＳ高周波電流の分散が、不安定領域の内部におけるこれらのパラメータの値に比較して、相対的に低い。プラズマは領域１７０の周辺では充分に安定しているので、室１０内で工作物を適切に処理することができる。対照的に、不安定領域１７０の内部では、電源１４からコイル１２に流れる高周波周波数電流にかなりの量の振幅変調が加えられ、かつＲＭＳ高周波電流の分散がきわめて高い。プラズマは、領域１７０内の領域周辺から離れた部分では非常に不安定になりやすいので、室内１０内の工作物は適切に処理されず、あるいは破損するおそれがあり、またプラズマが消失することがある。したがって、領域１７０の周辺は、室１０内の工作物が悪影響を受ける可能性があるほど大きいプラズマの不安定性につながるおそれのある、プラズマ不安定性の始まりとみなすことができる。
【００３９】
一実施形態に従って、不安定なプラズマ領域１７０は、マイクロプロセッサ３０が、電源１４からコイル２へ流れる高周波電流の結果得られる電気パラメータの値の分散の尺度を監視することによって、検出することが好ましい。１実施形態では、このパラメータは送達電力百分率として検出される。値の分布は一般的に、マイクロプロセッサ３０が統計的数量標準偏差またはその２乗、つまり電気パラメータの分散を計算することによって示される。代替的に、不安定領域１７０は、電流トランスデューサ４２によって示される、電源１４からコイル１２へ流れる高周波電流に加えられる振幅変調の周波数および振幅を監視することによって検出される。プラズマは、電源１４からコイル１２に流れる高周波電流に対して加えられる、２〜２０ｋＨｚの範囲または５０〜２００ｋＨｚの範囲のかなりの振幅変調がある場合、不安定とみなされる。
【００４０】
今から、図面の図４を参照する。これは、室１０のプラズマが変調していることを示すために信号をマイクロプロセッサ３０に供給するための装置の回路図である。要するに、図４の回路は、トランスデューサ４２によって監視されるコイル１２へ流れる電流から、周波数帯域２〜２０ｋＨｚまたは５０〜２００ｋＨｚのいずれかで電源１４の１３．５６ＭＨｚの周波数に加えられる振幅変調の量を決定する。予め定められたレベルを超えるそのような変調に応答して、図４の回路は、室１０内のプラズマの変調状態を示す信号をマイクロプロセッサ３０に供給する。
【００４１】
これらの結果を決定することを可能にするために、トランスデューサ４２の高周波出力、コイル１２内を流れる電流の複製、およびしたがって室１０内のプラズマ・フラックスの状態の複製が、従来のＡＭ無線受信機に使用されているのと同様の種類の高周波振幅検出器８０に供給される。振幅検出器８０は、２〜２０および５０〜２００ｋＨｚ帯域の変調の程度の複製である振幅を有するＡＣ信号を誘導する。検出器８０の出力は、それぞれ２〜２０ｋＨｚおよび５０〜２００ｋＨｚの帯域幅を有する帯域通過フィルタ８２、８４に並列に供給される。したがって、帯域通過フィルタ８２、８４は、変調が発生することが分かっている２つの周波数帯域における室１０内のプラズマの変調の複製である出力信号を誘導する。帯域通過フィルタ８２、８４の出力信号はそれぞれ振幅検出器８６、８８に与えられ、これらは、帯域通過フィルタ８２，８４のＡＣ出力のＲＭＳ値に比例する振幅を有するＤＣ信号を誘導する。
【００４２】
振幅検出器８６、８８の出力信号は、しきい電圧に正比例する電圧に等しい第２入力を各々有する振幅比較器９０、９２の１つの入力にそれぞれ加えられる。比較器９０、９２のしきい電圧は、プラズマが不安定であることに関連付けられる２〜２０および５０〜２００ｋＨｚ帯域における最小ＲＭＳ値に対応する。比較器９０、９２は、それらのしきい値を超えた場合にのみ高値を有する２レベル出力を誘導する。
【００４３】
比較器９０、９２の出力はＯＲゲート９４で組み合わされ、それによりこれは、室１０内のプラズマに２〜２０ｋＨｚまたは５０〜２００ｋＨｚ帯域のいずれかのかなりの変調電力がある場合に高レベルを誘導する。ＯＲゲート９４の２レベルの、つまり２値出力信号は、マイクロプロセッサ３０に１入力として供給される。代替的に、比較器９０、９２の２つの２レベル出力が直接マイクロプロセッサ３０に供給され、これがそれらを組み合わせて、室１０内のプラズマの変調状態の有無を示す。
【００４４】
マイクロプロセッサ３０が変調状態を感知すると、その中のアナログ・デジタル変換器が振幅検出器８６、８８の出力に応答し、マイクロプロセッサはこれらの２つの量を組み合わせて、プラズマの不安定性の尺度である信号を誘導する。マイクロプロセッサ３０は、不安定さが最初に検出されたときに、送達電力百分率の標準偏差からプラズマの不安定さの同様の尺度を計算するように、プログラムすることができる。図４に関連して開示したハードウェアは、マイクロプロセッサ３０内の適切なソフトウェアおよびＥＰＲＯＭ３４によって置き換えることができるが、ハードウェアでの実現はより安価であり、かつより簡単に提供される。
【００４５】
ＥＰＲＯＭ３４は、本発明の１つの態様に従って、同調コンデンサ２０および負荷コンデンサ１８が図３でＣTS、ＣLSの値を持つ始点間の最大送達電力軌跡に不安定さが存在する場合でも、最大送達電力を達成することができるように、マイクロプロセッサ３０を制御するようにプログラムされる。マイクロプロセッサ３０は、本書内で前に一般的に概説しかつ同時係属出力でさらに詳しく述べている技術を使用することによって、始点ＣTS、ＣLSに達するように、コンデンサ１８、２０を制御する。
【００４６】
ＥＰＲＯＭ３４またはマイクロプロセッサ３０内のプログラムは、上述の同時係属出力に記載された方法で初期最大送達電力百分率軌跡８２をマイクロプロセッサに計算させる。マイクロプロセッサ３０は、計算された最大送達電力百分率軌跡８２の勾配、および始点ＣTS、ＣLSをＲＡＭ３６にロードする。マイクロプロセッサは、これらの格納された勾配および始点の値に応答して、負荷コンデンサ１８および同調コンデンサ２０を同時に変化させる。マイクロプロセッサ３０が、送達電力百分率の分散に応答して、または図４のＯＲゲート９４の出力に応答して、例えば点ＣT1、ＣL1で不安定なプラズマ領域が発生したことを感知すると、マイクロプロセッサは、上述した通り、プラズマの不安定さの尺度を決定する。標準偏差技法を使用する場合、マイクロプロセッサ３０は、送達電力百分率分散の２乗を計算することによってプラズマの不安定さを検出する。
【００４７】
マイクロプロセッサ３０は、その中またはＥＰＲＯＭ３４に格納されたプログラムに応答して、不安定性が検出された点における送達電力百分率の標準偏差を決定する。プラズマの不安定さの尺度は、（１）標準偏差、または（２）検出器８６、８８の出力の和の振幅、または（３）検出器８６、８８のうちの最大出力の振幅の逆数に等しいペナルティ・ファクタ（ｐｅｎａｌｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）（Ｐ）である。プラズマが安定しているとき、Ｐ＝１である。Ｐが１より低く、プラズマが不安定であるときは、Ｐの値に、経験的に決定された定数Ｋが乗算される。マイクロプロセッサ３０は、ＥＰＲＯＭ３４に格納されたプログラムに応答して、ペナルティ・ファクタ（Ｐ）に経験的に決定された定数（Ｋ）、点ＣT1、ＣL1における送達電力百分率の値（％Ｐdelmax1）を乗算し、かつ
（Ｐ）（Ｋ）（％Ｐdelmax1）      （１）
に等しい値を持つ信号を誘導する。
【００４８】
図３および図５に従って（図５は、図３の７５％等高線１５５の内側の部分の拡大である）、経路は、不安定な領域１７０の周辺に隣接する一連の直線軌跡である。マイクロプロセッサ３０は、最も最近検出されたデータ点値のいくつか（例えば５つの最も最近検出されたデータ点値）の平均に応答して送達電力百分率を計算し、最も最近検出された振幅変調の値のいくつかの平均から、または最も最近検出された値のいくつかからのデータの分散または標準偏差から、ペナルティ・ファクタを計算する。一般的に、マイクロプロセッサ３０は、検出器８６、８８の出力またはトランスデューサ３８、４０から、１秒間にこれらの値２０の回数だけ標本抽出する。
【００４９】
マイクロプロセッサ３０は振幅検出器８６、８８の出力の振幅を加算して、最も最近の５つの標本の合計の平均値に反比例する信号を示すペナルティを誘導する。代替的に、マイクロプロセッサ３０は、振幅検出器８６、８８の出力の平均振幅を比較して、大きい方の平均振幅を有する検出器の平均出力に反比例する信号を示すペナルティを導出する。マイクロプロセッサ３０は、それがトランスデューサ３８および／または４０から得た５つの最も最近の標本に基づき、
【００５０】
【数１】
0004948703.tif 000002
【００５１】
に従って標準偏差（σ）または分散（σ2）の値を計算する。式中、ｘiは、５つの最も最近の標本ｋ、ｋ＋１、ｋ＋２、．．．ｋ＋５のうちのｉ番目の１つの値であり、ｘの上に「￣」が記されている記号は、５つの最も最近の標本の平均値である。標準偏差または分散以外の値の分布の尺度を使用することもできる。
【００５２】
図３および図５の軌跡を実行する際、マイクロプロセッサ３０は、軌跡が不安定な領域１７０の一部分のほぼ周辺付近にくるように、コンデンサ１８、２０を制御する。マイクロプロセッサ３０は最初、上述の特許に記載されているように、第１直線軌跡を追跡するようにコンデンサ１８、２０を変化させる。マイクロプロセッサ３０は、不安定さの開始を検出すると、第１軌跡方向を９０度変更する。マイクロプロセッサ３０は、方程式（１）の積の低下、つまり積の変化の方向の反転を感知することによって、不安定さの開始を検出する。したがってマイクロプロセッサ３０は基本的に、それが送達電力百分率の局所的最大値を検出するのと同じ方法で不安定さの開始を検出し、次いで、局所的最大送達電力百分率点に達した時にそれがコンデンサの時間変化率（ｔｉｍｅ  ｒａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｎｇｅ）を変化させるのと同じ方法でコンデンサ１８、２０の時間変化率を変化させる。
【００５３】
不安定領域１７０に遭遇する前に軌跡８２を追跡すると、積は増加する。不安定領域に入ると、Ｐの値および積が低下する。マイクロプロセッサ３０は積の方向の反転を感知し、積の値が方向を変化したときに存在するＣTおよびＣLの値をＲＡＭ３６にロードする。コンデンサ１８、２０のトランスデューサ（図示せず）は、マイクロプロセッサに信号ＣTおよびＣLを供給する。プロセッサ３０は次いで、軌跡８２のΔＣT／ΔＴおよびΔＣL／ΔＴの時間変化率（勾配）の値を交換し、これらの変更された勾配値をＲＡＭ３６に再ロードして、軌跡８２に対して直角な新しい第２軌跡に沿ってコンデンサ１８、２０の時間変化率を設定する。第２軌跡は、不安定さが領域１７０で検出された位置から始まる。プロセッサ３０に応答する電動機２６、２８に応答してコンデンサ１８、２０の値が第２軌跡に沿って変化すると、第２軌跡は領域１７０の内部から不安定領域の周辺に向かって伸長しているので、Ｐの値は１に向かって増加する。
【００５４】
ＥＰＲＯＭ３４は、第２軌跡が軌跡８２の左側にくるように、マイクロプロセッサ３０を制御するようにプログラムされる。しかし、第２軌跡が追跡されるときにマイクロプロセッサ３０が積の低下を感知すると、第２軌跡の方向は１８０度反転する。マイクロプロセッサ３０が第２軌跡に従って局所的最大送達電力百分率を検出すると、マイクロプロセッサは、点７６におけるコンデンサ１８、２０の値および第２軌跡に沿った局所的最大送達電力百分率点におけるコンデンサ１８、２０の値を含む直線として、第３軌跡を計算する。マイクロプロセッサ３０は次に、第３軌跡が追跡されるように、コンデンサ１８、２０の値を制御する。次にマイクロプロセッサ３０は積の変化の方向を検査して、それが増加していることを確実にし、かつ、必要ならば、第３軌跡の方向を反転する。マイクロプロセッサ３０は次に、プラズマの不安定さのために起こり得る積の低下または安定した局所的最大送達電力百分率点をマイクロプロセッサが再び検出するまで、コンデンサ１８、２０の時間変化率の値を変化させる。
【００５５】
この方法で、不安定領域に触れずに通過するさらなる直線軌跡が確立されるまで、不安定領域１７０の周辺付近で操作が続く。マイクロプロセッサ３０は、マイクロプロセッサが局所的最大送達電力百分率点つまり局所的送達電力百分率の極値を検出するまで、さらなる軌跡が追跡されるようにコンデンサ１８、２０を制御する。次にマイクロプロセッサ３０は、上述の特許に記載されているように、マイクロプロセッサが予め定められた値、例えば９６％を超える最大送達電力百分率を検出するまで、コンデンサ１８、２０の値を制御する。この技法は、その平易さ、速度、および最小限の電力要件のため、非常に有利である。
【００５６】
今、図３および図５をさらに詳しく参照すると、最大送達電力百分率軌跡８２に沿って、始点７６と軌跡８２に沿った最大送達電力百分率点との間に、幾分円形の不安定領域１７０がある。８０％の送達電力百分率を表す一般的に楕円形の等高線１５６が、不安定領域１７０の周囲を包囲している。領域１７０内に、それぞれ８０％、７５％、および７０％の送達電力を表す一般的に円形の等高線１７３、１７４、および１７５が配置され、各々のより小さい百分率等高線は、領域１７０の外周からより遠くに、領域１７０の内部に向かって配置されている。言い換えると、領域１７０の外周からの距離が増すにつれて、領域１７０内の（ペナルティを科せられた）送達電力百分率は低くなる。等高線１７３〜１７５は、ペナルティＸつまり平均送達電力によって計算される理論値を表す。しかし、実際の不安定な状況では、等高線は理論的等高線１７３〜１７５ほど平滑ではなく、それにより性能は、以下で述べる例とは多少異なってくる。しかし例はシステムがどのように動作するかを理解するための基礎を提供する。不安定領域１７０の外周と楕円形の９０％送達電力等高線１５８との間に、弓形の凸状線１７９（ここで等高線１５９は領域１７０の外周に近接し、かつ多少同心的である）、および他の場所に多少楕円形の軌道１８０を含む８５％の送達電力等高線１５７がある。マイクロプロセッサ３０は、一連の直線軌跡が、領域１７０の周辺の部分に近接して追跡されるように、コンデンサ１８、２０の値を制御する。このために、マイクロプロセッサ３０は、上述の通り、点７６に到達し、かつ軌跡８２が追跡されるように、コンデンサ１８、２０の値を制御する。軌跡８２は不安定領域１７０の外側にある間は、不安定性は無く、マイクロプロセッサ３０はペナルティ・ファクタをＰ＝１．０として計算する。軌跡８２が不安定領域１７０の内側にあるときには、点１９０でマイクロプロセッサ３０は、上述の通り、ペナルティ・ファクタＰの振幅を低下する。マイクロプロセッサ３０は、結果的に低下する方程式（１）の積に応答して、コンデンサ１８、２０の変化の方向を９０度変化させて、軌跡１９２を計算する。マイクロプロセッサ３０は次に、軌跡１９２が領域１７０の内部から領域１７０の外周の方向に向かいかつそれを通過して追跡するように、コンデンサ１８、２０を制御する。マイクロプロセッサ３０は、軌跡８２から軌跡１９２に経路を追跡する際に、左折が行われたというフラッグを格納する。
【００５７】
マイクロプロセッサ３０は、マイクロプロセッサが局所的最大送達電力百分率点１９４を検出すると、軌跡１９２に沿ったコンデンサ１８、２０の変動を停止する。次いで、マイクロプロセッサ３０は、点７６から始まり、点１９４を通過して延長する線によって画定される新しい直線軌跡１９６を計算する。
【００５８】
マイクロプロセッサ３０は次に、点１９４からマイクロプロセッサが局所的最大送達電力百分率点１９８を検出するまで軌跡１９６を追跡するように、コンデンサ１８、２０の値を制御する。マイクロプロセッサ３０がその点１９８に達したことを検出すると、それは、点１９８を通過して延長し、かつ軌跡１９６に対して直角な軌跡２００を計算する。マイクロプロセッサ３０は、軌跡８２から軌跡１９２への左折を示す格納されたフラッグに応答し、軌跡２００が軌跡１９６に対して右折するように変化するようにコンデンサ１８、３０に命令する。
【００５９】
マイクロプロセッサ３０は次に、軌跡２００が追跡されるにつれて、送達電力百分率とペナルティ・ファクタ（１の値を持つ）の積に応答して、積が増加していることを確認する。マイクロプロセッサ３０は、不安定領域１７０の点２０２で積が低下するのを検出するまで、軌跡２００を追跡させる。点２０２は不安定領域１７０内にあるので、マイクロプロセッサ３０は、軌跡２００に対して９０度の角度を持ち、点２０２を含む新しい軌跡２０４を計算する。ＲＡＭ３６の転向フラッグは軌跡１９６から軌跡２００への右折を示しているので、軌跡２０４は軌跡２００の左側にくる。マイクロプロセッサ３０は次に、軌跡２００が最初に追跡されるように、電動機１８、２０を制御する。次にマイクロプロセッサ３０は、積の値を検査してそれが増加していることを決定した後、マイクロプロセッサが最大送達電力百分率点２０６を感知するまで、軌跡２０４を追跡させる。マイクロプロセッサ３０は次に、点１９８、２０６におけるコンデンサ１８、２０の値から軌跡２０８を計算する。次いでマイクロプロセッサ３０は、積が点２１０で最大値になるまで、軌跡２０８が追跡されるように、コンデンサ１８、２０の値を変動させる。
【００６０】
マイクロプロセッサ３０は、このような方法で軌跡２１２が追跡され、不安定領域１７０の点２１３に到達し、次いで軌跡２１４が追跡されるように作動し続ける。軌跡２１４は、点２１６で不安定領域１７０に触れずに通過するまで追跡される。
【００６１】
最大反射電力点２１６で、マイクロプロセッサ３０は、点２１０と２１６の間の線の勾配に基づいて軌跡２１８を計算する。マイクロプロセッサ３０は次に、直線軌跡２１８が実行されるように、コンデンサ１８、２０の値を制御する。軌跡２１８は、最大電力点２２０に達するまで続く。最大電力点２２０で、マイクロプロセッサ３０はコンデンサ１８、２０の時間変化率を反転して、軌跡２２１を計算する。軌跡２１４は軌跡２１２の左側であったので、軌跡２２１は軌跡２１８の右側になる。マイクロプロセッサ３０が軌跡２２１を計算した後、マイクロプロセッサは、軌跡２２１に沿ってコンデンサ１８、２０の値を変更し始める。軌跡２２１が追跡されるにつれて送達電力百分率の値は増加するので、マイクロプロセッサ３０はコンデンサ１８、２０の値をこの方向に変化させ続ける。しかし、軌跡２２１が追跡されているときに送達電力百分率の値が減少すると、マイクロプロセッサ３０は軌跡２２１の変化の方向を１８０度反転する。軌跡２２１は最大電力点２２２に達するまで追跡される。最大電力点２２２は最大送達電力百分率が９６％を超える位置であるので、マイクロプロセッサ３０は、コンデンサ１８、２０の値を変化させることを停止する。したがって、不安定領域１７０の有効部分に遭遇することなく、最大電力点に達した。
【００６２】
本発明に関してさらなる洞察を提供するため、図６について考察する。ここでトレース２６５は、軌跡８２を含む点６４から点２２２までの単一の直線経路で不安定領域１７０を横切ったという想定に基づき、送達電力百分率対同調コンデンサ２０の値を示す。図６は、図３、図５に示す不安定領域１７０を前提とする。トレース２６５は、安定性に関連付けられる非常に低い標準偏差を持つ平滑な部分２６６、２６９を含み、その間には、不安定さに関連付けられる高い標準偏差を持つぎざぎざの領域２６８がある。点６４と不安定領域１７０との間におけるコンデンサ２０の値に対しては、トレース２６５は、同調コンデンサ２０の値が増加するにつれて、非常に低い送達電力百分率値から徐々に湾曲した線分２６６に沿って、円滑に増加する。コンデンサ２０の値が増加し続けるにつれて、トレース２６５の平滑な部分２６６が送達電力百分率のぎざぎざした変化２６８に移る。ぎざぎざした変化２６８は、プラズマの消滅を引き起こすほどの大きい振幅を持つことがある。ぎざぎざした変化２６８は、室１０内の高周波プラズマが不安定であり、それに変調が加えられていることを示す。ぎざぎざの線分２６８は、平滑な湾曲部分２６６よりずっと高い標準偏差を持つ。
【００６３】
図７は、軌跡８２を含む直線経路が点６４から点２２２まで横送りされるように同調コンデンサ２０の値を変化させた場合に、電流トランスデューサ４２によって検出される高周波電流によって示される、高周波プラズマに加えられる全振幅変調を表すトレース２７２を含む。トレース２７２は、点６４と不安定領域１７０の片側との間における同調コンデンサ２０の低い値、および領域１７０の反対側と点２２２との間におけるコンデンサ２０の高い値に対して低い値を持つ。しかし、プラズマが不安定である領域２７４では、全振幅変調は非常に高い。
【００６４】
マイクロプロセッサ３０は、送達電力百分率の値の分布の尺度を検出することによって、またはコイル１２に流れる高周波電流の振幅変調を感知することによって、および／または方程式（１）の積の低下を感知することによって、ぎざぎざした領域２６８または領域２７４の開始を感知する。本発明に従って、不安定領域１７０ならびにしたがってぎざぎざした領域２６８および高振幅変調領域２７４は検出され、次いで、上述の通りコンデンサ１８、２０の値を変動することによって回避される。
【００６５】
本発明のいくつかの特定の実施形態を説明し図示したが、請求の範囲で定義する発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、特定的に図示しかつ説明した実施形態の細部の変更を行うことができることは明らかである。例えば、送達電力百分率は、電源１４とコイル１２との間の最良の局所的または最終的インピーダンス整合が確立されたときにそれを決定するためのいくつかの方法の１つにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施形態のブロック回路図である。
【図２】  図１に示す装置の特定の特性を説明するのに有用なグラフである。
【図３】  図１に示す装置の特定の特性を説明するのに有用なグラフである。
【図４】  プラズマ変調の存在を検出するために、図１と共に使用できる代替的実施例の回路図である。
【図５】  図３に示したグラフの一部分の拡大図である。
【図６】  図１の整合回路網可変コンデンサのうちの１つにおける値に対する供給電力百分率を示すグラフである。
【図７】  整合回路網可変コンデンサのうちの１つにおける値に対する図１のプラズマの振幅変調の程度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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