インピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置
【課題】可変コンデンサの調整処理を高速に行うことができるインピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された複数の可変コンデンサＣ１，Ｃ２と、負荷Ｂ側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部１２と、この検出部１２で検出した反射係数の実部に応じたＺ値と虚部に応じたφ値とに基づいて、複数の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を多段階に変更する制御部１３とを備える。そして、制御部１３は、Ｚ値及びφ値のいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至ったＺ値及びφ値に対応する可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を、Ｚ値及びφ値の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くする。
【解決手段】高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された複数の可変コンデンサＣ１，Ｃ２と、負荷Ｂ側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部１２と、この検出部１２で検出した反射係数の実部に応じたＺ値と虚部に応じたφ値とに基づいて、複数の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を多段階に変更する制御部１３とを備える。そして、制御部１３は、Ｚ値及びφ値のいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至ったＺ値及びφ値に対応する可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を、Ｚ値及びφ値の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置に関する。特に、高周波電源と負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイスやＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の製造プロセスでは、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ発生装置が多く使われている。
【０００３】
一般にプラズマ発生装置は、高周波電源から高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部を備えている。プラズマ発生部では、処理容器または反応室内に一対の電極を平行に配置して電極間に処理ガスを流し込み、高周波電源からの高周波電力を片側の電極に供給する。これにより、両電極間に高周波電界が発生し、この高周波電界により電子を加速させ、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマを発生させるようにしている。
【０００４】
かかるプラズマ発生装置は、高周波電源からプラズマ発生部に供給される高周波電力を最大にするため、高周波電源の出力インピーダンスとプラズマ発生部側の入力インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０６３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のインピーダンス整合装置では、高周波電源とプラズマ発生部との間に接続された複数の可変コンデンサと、プラズマ生成部側の反射係数に応じた値を検出する検出部とを備えている。そして、検出部により検出された反射係数に応じた値に基づきこれらの可変インピーダンスを制御してチャンバーに最大電力を供給している。
【０００７】
しかし、従来のインピーダンス整合装置では、検出部により検出された反射係数に応じた値に基づき、以下のように各可変インピーダンスの調整しているため、これらの可変インピーダンスの調整の相乗効果で、制御目標を超えてしまい、静定時間が異常に長くなることがあった。
【０００８】
ここで、従来のインピーダンス整合装置によるインピーダンスの整合制御について図１３を参照して具体的に説明する。なお、図１３におけるインピーダンス整合装置１００では可変インピーダンスとして第１の可変コンデンサＣ１０１と第２の可変コンデンサＣ１０２を用いている。
【０００９】
従来のインピーダンス整合装置１００では、検出部により検出された反射係数ρ（＝Ｚ＋ｊφ）のＺ値の大きさに基づいて第１の可変コンデンサＣ１０１の調整を行い、反射係数ρのφ値の大きさに基づいて第２の可変コンデンサＣ１０２の調整を行っている。しかし、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御は虚部φの変動を考慮したものではなく、第２可変コンデンサＣ１０２の調整制御は実部Ｚの変動を考慮したものではなかった。そのため、ほとんど場合、反射係数ρの実部Ｚと虚部φのうちいずれか一方が先に整合位置に到達していた。図１４に、反射係数ρの虚部φが整合位置に先に到達した様子を示す。反射係数ρの虚部φが整合位置に達すると、第２の可変コンデンサＣ１０２の調整制御が停止する。
【００１０】
しかし、このとき、反射係数ρの実部Ｚは整合位置に達していないため、図１５に示すように、検出部により検出された反射係数ρのＺ値の大きさに応じて第１の可変コンデンサＣ１０１の静電容量値の調整が行われる。しかし、この調整制御によって、図１５に示すように、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御に伴い、反射係数ρのφ値が変動してしまう。従って、反射係数ρの実部Ｚが整合位置に到達したときには、反射係数ρの虚部φが整合位置から外れてしまう。
【００１１】
そのため、第２の可変コンデンサＣ１０２の調整制御が行われて、反射係数ρの虚部φを整合位置に到達させる。しかし、図１６に示すように、第２の可変コンデンサＣ１０２の静電容量値の変動に伴い、反射係数ρの実部Ｚが変動してしまう。そのため、図１７に示すように、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御が行われ、かかる制御が繰り返し行われて、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合位置に到達して、第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整制御が終了することになる。
【００１２】
このように、従来のインピーダンス整合装置では、反射係数ρの実部Ｚの整合位置への到達と虚部φの整合位置への到達とを繰り返して、最終的に第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整制御が完了する。そのため、第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整との相乗効果により、静定時間が異常に長くなっていた。
【００１３】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、可変コンデンサの調整処理を高速に行うことができるインピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置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】
【００１４】
本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【００１５】
（１）高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２の可変コンデンサと、前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするインピーダンス整合装置とした。
【００１６】
（２）上記（１）のインピーダンス整合装置において、前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記実部の大きさに比例した調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記虚部の大きさに比例した調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする。
【００１７】
（３）上記（１）又は（２）のインピーダンス整合装置において、前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記実部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記虚部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする。
【００１８】
（４）高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部と前記高周波電源と前記プラズマ発生部との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置とを備え、前記インピーダンス整合装置は、高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２可変コンデンサと、前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするプラズマ発生装置とした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、検出部で検出した反射係数の実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、検出部で検出した反射係数の実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くするので、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインピーダンス整合装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図３】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図４】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図５】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図６】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図７】図１に示す制御部の構成を示す図である。
【図８】図１に示す検出部の構成を示す図である。
【図９】図１に示すインピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１に示すインピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】他のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１２】他のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１３】従来のインピーダンス整合装置の概略構成図である。
【図１４】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１５】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１６】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１７】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
［１．インピーダンス整合装置の概要］
図１に示すように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａと負荷（本実施形態ではプラズマ発生装置）Ｂとの間に設置されており、高周波電源Ａの出力インピーダンスＺoutと負荷Ｂ側の入力インピーダンスＺinとのインピーダンス整合を行うものである。なお、入力インピーダンスＺinとは、図１を使って説明すると、インピーダンス整合回路２０の入力端１０ａより負荷Ｂ側の回路全体のインピーダンスのことである。
【００２３】
高周波電源Ａは、１３．５６ＭＨｚに代表されるＲＦ周波数帯の高周波信号を出力するが、用途に応じて、ＶＨＦ周波数帯やマイクロ波周波数帯のものなどを使用することができる。
【００２４】
負荷Ｂであるプラズマ発生装置は、処理容器または反応室内に一対の電極を平行に配置して電極間に処理ガスを流し込み、高周波電源Ａからの高周波信号を片側の電極に供給する。これにより、両電極間に高周波電界が発生し、この高周波電界により電子を加速させ、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマを発生させるようにしている。
【００２５】
インピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａを接続する入力端１０ａと、負荷Ｂを接続する出力端１０ｂを備えている。そして、このインピーダンス整合装置１０は、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に位置するインピーダンス整合部１１と、負荷Ｂ側の反射係数ρの実部Ｚに応じた値（以下、「Ｚ値」と呼ぶ。）と虚部φに応じた値（以下、「φ値」と呼ぶ。）とを検出する検出部１２と、インピーダンス整合部１１を制御する制御部１３とを備えている。
【００２６】
インピーダンス整合部１１には、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された第１の可変コンデンサＣ１及び第２の可変コンデンサＣ２を有している。第１の可変コンデンサＣ１は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に直列に接続されており、特に反射係数ρにおける実部Ｚに影響を及ぼす。また、第２の可変コンデンサＣ２は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に並列（伝送線と接地電圧間）されており、特に反射係数ρにおける虚部φに影響を及ぼす。
【００２７】
制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値とに基づいて、インピーダンス整合部１１の各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整する。ここで、制御部１３による第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整制御について説明する。
【００２８】
本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２により検出されたＺ値とφ値に対して、それぞれの整合位置（Ｚ０，φ０）となる値（以下、「整合値」と呼ぶ。）との間で、図２に示すように、第１〜第３調整速度領域ｗ１〜ｗ３を有している。第１調整速度領域ｗ１は、Ｚ値＞＋Ｚ２、又はＺ値＜−Ｚ２であり、かつφ値＞＋φ２又はφ値＜−φ２である。また、第２調整速度領域ｗ２は、＋Ｚ１＜Ｚ値≦＋Ｚ２、又は−Ｚ２≦Ｚ値＜−Ｚ１であり、かつ＋φ１＜φ値≦＋φ２、又は−φ２≦φ値＜−φ１である。また、第３調整速度領域ｗ３は、−Ｚ１≦Ｚ値＜Ｚ０、又はＺ０＜Ｚ値≦＋Ｚ１であり、かつ−φ１≦φ値＜φ０、又はφ０＜φ値≦＋φ１である。なお、図２及び後述する図４〜図６では、縦軸から左側がＺ値のプロット領域であり、縦軸から右側がφ値のプロット領域である。また、横軸を挟んで上側が正極性側で下側が負極性側を示す。横軸方向は、Ｚ値やφ値の変動を分かりやすくするためのものであり、特性上での意味を持つものではない。
【００２９】
そして、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値とがどの調整速度領域ｗ１〜ｗ３にあるかによって、図３に示すように、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整速度を変更するようにしている。
【００３０】
すなわち、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値が第１調整速度領域ｗ１にあるとき、第１の可変コンデンサＣ１を第１調整速度ｖ１でその静電容量値を変更する。また、制御部１３は、検出部１２で検出したφ値が第１調整速度領域ｗ１にあるとき、第２の可変コンデンサＣ２をφ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１’でその静電容量値を変更する。
【００３１】
検出部１２で検出したＺ値及びφ値が共に第２調整速度領域ｗ２にあるとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１より遅く、Ｚ値の大きさに応じた第２調整速度ｖ２（＜ｖ１）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更し、第１調整速度ｖ１’より遅くφ値の大きさに応じた第２調整速度ｖ２’（＜ｖ１’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。一方、検出部１２で検出したＺ値が第２調整速度領域ｗ２にあるが、検出部１２で検出したφ値が第２調整速度領域ｗ２にないとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１より遅い第３調整速度ｖ３（≦ｖ１）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更する。また、検出部１２で検出したφ値が第２調整速度領域ｗ２にあるが、検出部１２で検出したＺ値が第２調整速度領域ｗ２にないとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１’より遅い第３調整速度ｖ３’（≦ｖ１’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。
【００３２】
さらに、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値が第３調整速度領域ｗ３にあるとき、最小の第４調整速度ｖ４（＜ｖ２，ｖ３）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更する。同様に、制御部１３は、検出部１２で検出したφ値が第３調整速度領域ｗ３にあるとき、最低速度の第４調整速度ｖ４’（＜ｖ２’，ｖ３’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。
【００３３】
このように、制御部１３により第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整制御を行うことにより、その調整制御を迅速に行うことができる。以下、この点につき、図４〜図６を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図４に示すように、検出部１２で検出したＺ値とφ値とが第１調整速度領域ｗ１にあるとき、制御部１３は、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値をそれぞれＺ値及びφ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１，ｖ１’で整合値に近づくように制御する。その後、検出部１２で検出したＺ値及びφ値のいずれか一方が第２調整速度領域ｗ２になる。図４に示す例では、検出部１２で検出したφ値が先に第２調整速度領域ｗ２に入り、制御部１３は、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を一定速度である第２調整速度ｖ２’で整合値に近づくように制御する。このとき、制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を引き続きＺ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１で整合値に近づくように制御する。このように、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整速度が遅くなるため、φ値が整合値へ近づく時間を遅らせることができる。
【００３５】
その後、図５に示すように、検出部１２で検出したφ値が第３調整速度領域ｗ３に入り、制御部１３は、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を一定速度である第４調整速度ｖ４’で整合値に近づくように制御する。一方、検出部１２で検出したＺ値は第１調整速度領域ｗ１にあるため、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値は、制御部１３によりＺ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１で制御される。このとき、第２の可変コンデンサＣ２よりも第１の可変コンデンサＣ１の制御速度が速いために、制御部１３による第１の可変コンデンサＣ１の調整に伴い、図５に示すように、φ値が整合値から遠ざかってしまう。このように、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整速度が遅い状態を維持できるため、φ値が整合値へ近づく時間を遅らせることができる。
【００３６】
次に、図６に示すように、検出部１２で検出したＺ値はφ値と同様に第２調整速度領域ｗ２に入る。そのため。制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を、第２調整速度ｖ２ではなく、調整速度ｖ２よりも速度が速いＺ値の大きさに応じた第３調整速度ｖ３で調整する。一方、第２の可変コンデンサＣ２も同様に、第２調整速度ｖ２’ではなく、調整速度ｖ２’よりも速度が速いＺ値の大きさに応じた第３調整速度ｖ３’で調整する。従って、Ｚ値とφ値とが同時に整合値に近づくことになる。その後、検出部１２で検出したＺ値及びφ値が第３調整速度領域ｗ３に入ると、第１の可変コンデンサＣ１は調整速度ｖ４で調整され、第２の可変コンデンサＣ２は調整速度ｖ４’で調整され、Ｚ値とφ値とが同時に整合値に近づくことになる。
【００３７】
このように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合値に近づくほどその調整速度が遅くなるため、図６に示すように、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとを同時期に整合値に到達させることができる。
【００３８】
従って、静定時間が異常に長くなることを抑制することができ、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理を迅速に行うことができる。
【００３９】
また、静定時間を短縮できるため、プラズマ発生装置でのプラズマ着火条件を早期に確立することができる。しかも、可変コンデンサにおいて機械的に無駄の無い最適の動作が実現できるため、動作機構部品の磨耗寿命を延ばすことができる。
【００４０】
［インピーダンス整合装置の具体的構成］
上述したインピーダンス整合装置の具体的構成の一例について、図７及び図８を参照して説明する。
【００４１】
図７に示すように、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれ、静電容量調整用の調節軸３３，３４を備えており、調節軸３３，３４を回転させることによって各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整できるようになっている。
【００４２】
制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１を駆動するための第１パルスモータ３１と、第２の可変コンデンサＣ２を駆動するための第２パルスモータ３２とを備えている。第１パルスモータ３１は、第１の可変コンデンサＣ１の調整軸３３に接続されており、第２パルスモータ３２は第２の可変コンデンサＣ２の調整軸３４に接続されている。各パルスモータ３１，３２を駆動するドライバ回路３１ａ，３２ａはコントローラ１４に接続されており、コントローラ１４からドライバ回路３１ａ，３２ａに制御信号を送って各パルスモータ３１，３２を作動させるようになっている。そして、各パルスモータ３１，３２を作動させて調節軸３３，３４の回転位置を所望位置に位置させることで、各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整可能としている。また、各パルスモータ３１，３２にはそれぞれの回転位置を検出するエンコーダ３１ｂ，３２ｂが備えられており、各エンコーダ３１ｂ，３２ｂによって、各調節軸３３，３４の現在位置を検出できるようになっている。なお、各調節軸３３，３４に直接エンコーダを設置して各調節軸３３，３４の現在位置を直接検出するようにしても良い。
【００４３】
コントローラ１４は、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、Ａ／Ｄ変換器４３〜４６、Ｄ／Ａ変換器４７，４８を有して構成される。ＲＯＭ４１には制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４１に記憶した制御プログラムを読み出して実行することによりコントローラ１４としての各種機能を実行する。ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄ変換器４３〜４６を介して、検出部１２やエンコーダ３１ｂ，３２ｂから各種情報を取得し、Ｄ／Ａ変換器４７，４８を介して第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を制御する。
【００４４】
次に、検出部１２の構成について説明する。図８に示すように、検出部１２は、電流センサ５０、電圧センサ５１、整流器５２〜５５、減算器５６〜５８、加算器５９を有している。
【００４５】
電流センサ５０によって検出された電流Ｉは、整流器５２によって整流されて減算器５６に入力され、電圧センサ５１によって検出された電圧Ｖは、整流器５３によって整流されて減算器５６に入力される。減算器５６では、整流器５３の出力｜Ｖ｜から整流器５２の出力｜Ｉ｜を減算する。減算器５６の出力は、反射係数ρの実部Ｚに比例する値であり、コントローラ１４は減算器５６からの出力をＺ値の情報として入力する。
【００４６】
また、電流センサ５０によって検出された電流Ｉと電圧センサ５１によって検出された電圧Ｖとは、加算器５９で加算されると共に、減算器５７により減算される。加算器５９からの出力（Ｖ＋Ｉ）は整流器５４で整流され、減算器５７からの出力（Ｖ−Ｉ）は整流器５５で整流される。減算器５８は、整流器５４の出力｜Ｖ＋Ｉ｜から整流器５５の出力｜Ｖ−Ｉ｜を減算する。減算器５８の出力は、反射係数ρの虚部φに比例する値であり、コントローラ１４は減算器５８からの出力をφ値の情報として入力する。
【００４７】
以下、減算器５６の出力が反射係数ρの実部Ｚに比例するＺ値となり、減算器５８の出力が反射係数ρの虚部φに比例するφ値となることについて説明する。
【００４８】
負荷Ｂのインピーダンスをｚとし、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間の伝送路のインピーダンスをｒとすると、図８に示す電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数１】
【００４９】
さらに以下のように規定される反射係数ρを用いると、電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数２】
【００５０】
ここで、反射係数ρは定義から複素数、ρ＝Ｚ＋ｊφと表現できる。従って、
【数３】
とすると、最終的に電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数４】
【００５１】
電流センサ５０は、電流ｉをビートダウンすることにより電流ｉの周波数ωcを低周波化して出力し、電流センサ５０は、電圧ｖをビートダウンすることにより電圧ｖの周波数ωcを低周波化して出力する。このとき、電流センサ５０は、一階時間微分をしているため、各々のビートダウン出力を大文字のＶとＩで表すと次のように表現できる。
【数５】
【００５２】
ここでｒおよびωは定数であり、Ｅは共通である。従って、センサ係数を調整して、ＶとＩは次のように表現できる。
【数６】
【００５３】
上記式により、ＶとＩの大きさは、以下のように表現できる。
【数７】
【００５４】
従って、減算器５６の出力は、以下のように表現できる。
【数８】
【００５５】
ここで、
【数９】
から
【数１０】
となる。
【００５６】
負荷Ｂが整合位置近傍のときＺ2＋φ2は１に比べて十分小さいため、ｋを係数とすると、
【数１１】
となり、Ｚに比例した値を得ることができる。
【００５７】
一方、加算器５９の出力（Ｖ＋Ｉ）と、減算器５７の出力（Ｖ−Ｉ）は、次のように表現できる。
【数１２】
【００５８】
従って、整流器５４の出力｜Ｖ＋Ｉ｜と、整流器５５の出力｜Ｖ−Ｉ｜は、次のように表現できる。
【数１３】
【００５９】
従って、減算器５８の出力は、以下のように表現できる。
【数１４】
【００６０】
ここで、負荷Ｂが整合位置近傍のときＺ2＋φ2は１に比べて十分小さいため、ｋ’を係数とすると、
【数１５】
となり、φに比例した値を得ることができる。
【００６１】
［３．インピーダンス整合装置の具体的動作］
以上のように構成されたインピーダンス整合装置１０の具体的動作について図９及び図１０を参照して説明する。
【００６２】
制御部１３は、インピーダンス整合処理を開始すると、図９に示すように、検出部１２から出力されるＺ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。この処理において、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１３は、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００６３】
φ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度を低速に設定する（ステップＳ４）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第２調整速度ｖ２で調整される。一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度をＺ値に応じた低速に設定する（ステップＳ３）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第３調整速度ｖ３で調整される。
【００６４】
ステップＳ１において、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ１：ＮＯ）、制御部１３は、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。この処理において、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にあると判定すると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度を最低速に設定する（ステップＳ４）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第４調整速度ｖ４で調整される。一方、ステップＳ３の処理において、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にないと判定すると（ステップＳ５：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度をＺ値に応じた高速に設定する（ステップＳ８）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は検出部１２により検出したＺ値に応じた第１調整速度ｖ１で調整される。
【００６５】
ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるφ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ８）。この処理において、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御部１３は、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。
【００６６】
Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ９：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度を低速に設定する（ステップＳ１１）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第２調整速度ｖ２’で調整される。一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度をφ値に応じた低速に設定する（ステップＳ１０）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第３調整速度ｖ３’で調整される。
【００６７】
一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部１３は、φ値が第３調整速度領域ｗ３にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この処理において、φ値が第３調整速度領域ｗ３にあると判定すると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度を最低速に設定する（ステップＳ１３）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第４調整速度ｖ４’で調整される。
【００６８】
ステップＳ１２の処理において、φ値が第３調整速度領域ｗ３にないと判定すると（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度をφ値に応じた速度に設定する（ステップＳ１４）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は検出部１２により検出したφ値に応じた第１調整速度ｖ１’で調整される。
【００６９】
ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるＺ値及びφ値に基づき、モータ方向／停止制御処理を実行する（ステップＳ１５）。このモータ方向／停止制御処理は、図１０に示すステップＳ２０〜Ｓ２９の処理であり、後で説明する。この処理が終了すると、制御部１３は、処理をステップＳ１に戻す。
【００７０】
図１０に示すように、モータ方向／停止制御処理を開始すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるＺ値が整合位置Ｚ０であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。このＺ０は所定の範囲を有するものであり、この範囲は、実質的にインピーダンス整合を行うことができる範囲である。この処理において、Ｚ値が整合位置Ｚ０であると判定すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１を停止する（ステップＳ２１）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値の調整処理が停止する。
【００７１】
一方、Ｚ値が整合位置Ｚ０ではないと判定すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御部１３は、Ｚ値がＺ０を超えているか否かを判定する。すなわち、Ｚ値が正極性かどうかを判定する（ステップＳ２２）。この処理において、Ｚ値が整合位置Ｚ０を超えていると判定すると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の回転方向を第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値が減少する方向に設定する（ステップＳ２３）。一方、Ｚ値が整合位置Ｚ０を超えておらず、負極性であると判定すると（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の回転方向を第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値が増加する方向に設定する（ステップＳ２４）。
【００７２】
ステップＳ２１，Ｓ２３，Ｓ２４の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるφ値が整合位置φ０であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。この処理において、φ値が整合位置φ０であると判定すると（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２を停止する（ステップＳ２６）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整処理が停止する。
【００７３】
一方、φ値が整合位置φ０ではないと判定すると（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部１３は、φ値が整合位置φ０以上であるか否かを判定する。すなわち、φ値が正極性かどうかを判定する（ステップＳ２７）。このφ０は所定の範囲を有するものであり、この範囲は、実質的にインピーダンス整合を行うことができる範囲である。この処理において、φ値が整合位置φ０以上であると判定すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の回転方向を第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値が減少する方向に設定する（ステップＳ２８）。一方、φ値が整合位置φ０以上ではなく、負極性であると判定すると（ステップＳ２７：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の回転方向を第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値が増加する方向に設定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２６，Ｓ２８，Ｓ２９の処理が終了すると、制御部１３は、モータ方向／停止制御処理を終了する。
【００７４】
このように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２で検出した反射係数ρのＺ値とφ値とに基づいて、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を多段階に変更している。特に、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合値に近づくほどその調整速度が遅くなるように設定している。従って、最終的に反射係数ρの実部Ｚと虚部φとを同時期に整合値に到達させることができる。これにより、静定時間が異常に長くなることを抑制することができ、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理を迅速に行うことができる。
【００７５】
特に、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２で検出したＺ値及びφ値の大きさをそれぞれ大きい順に第１〜第３調整速度領域ｗ１〜ｗ３に分けている。そして、制御部１３は、可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整速度を、調整速度領域ｗ１ではそれぞれＺ値及びφ値の大きさに応じた速度とし、第３調整速度領域ｗ３では一定の速度としている。しかも、Ｚ値及びφ値の大きさのいずれか一方のみが第２調整速度領域ｗ２に至ったときの当該第２調整速度領域ｗ２に至ったＺ値又はφ値に対応する可変コンデンサの調整速度を、Ｚ値及びφ値の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くする。このようにすることにより、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理をより迅速に行うことができる。
【００７６】
［４．その他の実施形態］
上記実施形態では、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値の大きさを大きい順に調整速度領域ｗ１〜ｗ３に分けたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、調整速度領域を２つ又は４以上設けるようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、調整速度領域ｗ３を設けずに、調整速度領域ｗ１，ｗ２のみを設けるようにしてもよい。このようにすることで処理を複雑にすることなく、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の高速調整が可能となる。また、調整速度領域ｗ２のように、Ｚ値及びφ値の大きさが共にその範囲に入ったときといずれか一方がその範囲に入ったときとで速度を変更する領域を複数設けるようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、第３調整速度領域ｗ３を第２調整速度領域ｗ２と同様の処理を行うようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、Ｚ値とφ値とを同様の調整速度領域に分けることとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｚ値とφ値とを異なる調整速度領域に分けるようにしてもよい。例えば、Ｚ値を３つの調整速度領域に分け、φ値を４つの調整速度領域に分けるようにしてもよい。
【００７８】
また、Ｚ値とφ値の大きさと調整速度の情報とを関連づけたテーブルをＲＯＭ４１に記憶させておき、制御部１３は、このテーブルに基づいて第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２を調整するようにしてもよい。そして、制御部１３は、第１テーブルに基づき、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値の調整速度を変更し、第２テーブルに基づき、第２の可変コンデンサＣ２の容量値の調整速度を変更する。このようにすることで、調整速度の演算等が不要となり、制御部１３での処理負荷を軽減することができる。
【００７９】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。
【００８０】
（１）インピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２と、負荷Ｂ側の反射係数の実部Ｚに応じたＺ値と虚部φに応じたφ値とを検出する検出部１２と、検出部１２で検出した反射係数ρの実部Ｚの大きさに基づいて第１の可変コンデンサＣ１を調整し、検出部１２で検出した反射係数ρの虚部φの大きさに基づいて第２の可変コンデンサＣ２を調整する制御部１３とを備える。そして、制御部１３は、実部Ｚ及び虚部φの大きさのいずれか一方のみが第２調整速度領域ｗ２に至ったときの当該第２調整速度領域ｗ２に至った実部Ｚ又は虚部φに対応する可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を、実部Ｚ及び虚部φの大きさが共に第２調整速度領域ｗ２に至ったときの調整速度よりも遅くしている。このようにすることで、実部Ｚ及び虚部φの大きさのいずれか一方が早く整合値に近づくことを抑制することができ、その結果、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理をより迅速に行うことができる。
【００８１】
（２）制御部１３は、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２に至る前までは、実部Ｚの大きさに比例した調整速度で第１の可変コンデンサＣ１を調整し、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２に至る前までは、虚部φの大きさに比例した調整速度で第２の可変コンデンサＣ２を調整する。実部Ｚ及び虚部φが大きいほど第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度が速いため、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理をより迅速に行うことができる。
【００８２】
（３）制御部１３は、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２よりも小さい（第３調整速度領域ｗ３）とき、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２での調整速度ｖ２，ｖ３よりもさらに遅い調整速度ｖ４で第１の可変コンデンサＣ１を調整し、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２よりも小さい（第３調整速度領域ｗ３）とき、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２での調整速度ｖ２，ｖ３よりもさらに遅い調整速度ｖ４で第２の可変コンデンサＣ２を調整する。このようにすることで、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとをより同時期に整合値に到達させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 高周波電源
Ｂ 負荷（プラズマ発生装置）
１０ インピーダンス整合装置
１１ インピーダンス整合部
１２ 検出部
１３ 制御部
Ｃ１ 第１の可変コンデンサ
Ｃ２ 第２の可変コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置に関する。特に、高周波電源と負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイスやＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の製造プロセスでは、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ発生装置が多く使われている。
【０００３】
一般にプラズマ発生装置は、高周波電源から高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部を備えている。プラズマ発生部では、処理容器または反応室内に一対の電極を平行に配置して電極間に処理ガスを流し込み、高周波電源からの高周波電力を片側の電極に供給する。これにより、両電極間に高周波電界が発生し、この高周波電界により電子を加速させ、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマを発生させるようにしている。
【０００４】
かかるプラズマ発生装置は、高周波電源からプラズマ発生部に供給される高周波電力を最大にするため、高周波電源の出力インピーダンスとプラズマ発生部側の入力インピーダンスとを整合させるインピーダンス整合装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０６３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のインピーダンス整合装置では、高周波電源とプラズマ発生部との間に接続された複数の可変コンデンサと、プラズマ生成部側の反射係数に応じた値を検出する検出部とを備えている。そして、検出部により検出された反射係数に応じた値に基づきこれらの可変インピーダンスを制御してチャンバーに最大電力を供給している。
【０００７】
しかし、従来のインピーダンス整合装置では、検出部により検出された反射係数に応じた値に基づき、以下のように各可変インピーダンスの調整しているため、これらの可変インピーダンスの調整の相乗効果で、制御目標を超えてしまい、静定時間が異常に長くなることがあった。
【０００８】
ここで、従来のインピーダンス整合装置によるインピーダンスの整合制御について図１３を参照して具体的に説明する。なお、図１３におけるインピーダンス整合装置１００では可変インピーダンスとして第１の可変コンデンサＣ１０１と第２の可変コンデンサＣ１０２を用いている。
【０００９】
従来のインピーダンス整合装置１００では、検出部により検出された反射係数ρ（＝Ｚ＋ｊφ）のＺ値の大きさに基づいて第１の可変コンデンサＣ１０１の調整を行い、反射係数ρのφ値の大きさに基づいて第２の可変コンデンサＣ１０２の調整を行っている。しかし、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御は虚部φの変動を考慮したものではなく、第２可変コンデンサＣ１０２の調整制御は実部Ｚの変動を考慮したものではなかった。そのため、ほとんど場合、反射係数ρの実部Ｚと虚部φのうちいずれか一方が先に整合位置に到達していた。図１４に、反射係数ρの虚部φが整合位置に先に到達した様子を示す。反射係数ρの虚部φが整合位置に達すると、第２の可変コンデンサＣ１０２の調整制御が停止する。
【００１０】
しかし、このとき、反射係数ρの実部Ｚは整合位置に達していないため、図１５に示すように、検出部により検出された反射係数ρのＺ値の大きさに応じて第１の可変コンデンサＣ１０１の静電容量値の調整が行われる。しかし、この調整制御によって、図１５に示すように、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御に伴い、反射係数ρのφ値が変動してしまう。従って、反射係数ρの実部Ｚが整合位置に到達したときには、反射係数ρの虚部φが整合位置から外れてしまう。
【００１１】
そのため、第２の可変コンデンサＣ１０２の調整制御が行われて、反射係数ρの虚部φを整合位置に到達させる。しかし、図１６に示すように、第２の可変コンデンサＣ１０２の静電容量値の変動に伴い、反射係数ρの実部Ｚが変動してしまう。そのため、図１７に示すように、第１の可変コンデンサＣ１０１の調整制御が行われ、かかる制御が繰り返し行われて、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合位置に到達して、第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整制御が終了することになる。
【００１２】
このように、従来のインピーダンス整合装置では、反射係数ρの実部Ｚの整合位置への到達と虚部φの整合位置への到達とを繰り返して、最終的に第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整制御が完了する。そのため、第１及び第２の可変コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２の調整との相乗効果により、静定時間が異常に長くなっていた。
【００１３】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、可変コンデンサの調整処理を高速に行うことができるインピーダンス整合装置及びそれを備えたプラズマ発生装置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】
【００１４】
本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【００１５】
（１）高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２の可変コンデンサと、前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするインピーダンス整合装置とした。
【００１６】
（２）上記（１）のインピーダンス整合装置において、前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記実部の大きさに比例した調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記虚部の大きさに比例した調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする。
【００１７】
（３）上記（１）又は（２）のインピーダンス整合装置において、前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記実部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記虚部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする。
【００１８】
（４）高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部と前記高周波電源と前記プラズマ発生部との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置とを備え、前記インピーダンス整合装置は、高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２可変コンデンサと、前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするプラズマ発生装置とした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、検出部で検出した反射係数の実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、検出部で検出した反射係数の実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くするので、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインピーダンス整合装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図３】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図４】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図５】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図６】図１に示すインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図７】図１に示す制御部の構成を示す図である。
【図８】図１に示す検出部の構成を示す図である。
【図９】図１に示すインピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１に示すインピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】他のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１２】他のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１３】従来のインピーダンス整合装置の概略構成図である。
【図１４】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１５】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１６】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【図１７】従来のインピーダンス整合装置の調整動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
［１．インピーダンス整合装置の概要］
図１に示すように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａと負荷（本実施形態ではプラズマ発生装置）Ｂとの間に設置されており、高周波電源Ａの出力インピーダンスＺoutと負荷Ｂ側の入力インピーダンスＺinとのインピーダンス整合を行うものである。なお、入力インピーダンスＺinとは、図１を使って説明すると、インピーダンス整合回路２０の入力端１０ａより負荷Ｂ側の回路全体のインピーダンスのことである。
【００２３】
高周波電源Ａは、１３．５６ＭＨｚに代表されるＲＦ周波数帯の高周波信号を出力するが、用途に応じて、ＶＨＦ周波数帯やマイクロ波周波数帯のものなどを使用することができる。
【００２４】
負荷Ｂであるプラズマ発生装置は、処理容器または反応室内に一対の電極を平行に配置して電極間に処理ガスを流し込み、高周波電源Ａからの高周波信号を片側の電極に供給する。これにより、両電極間に高周波電界が発生し、この高周波電界により電子を加速させ、電子と処理ガスとの衝突電離によってプラズマを発生させるようにしている。
【００２５】
インピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａを接続する入力端１０ａと、負荷Ｂを接続する出力端１０ｂを備えている。そして、このインピーダンス整合装置１０は、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に位置するインピーダンス整合部１１と、負荷Ｂ側の反射係数ρの実部Ｚに応じた値（以下、「Ｚ値」と呼ぶ。）と虚部φに応じた値（以下、「φ値」と呼ぶ。）とを検出する検出部１２と、インピーダンス整合部１１を制御する制御部１３とを備えている。
【００２６】
インピーダンス整合部１１には、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された第１の可変コンデンサＣ１及び第２の可変コンデンサＣ２を有している。第１の可変コンデンサＣ１は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に直列に接続されており、特に反射係数ρにおける実部Ｚに影響を及ぼす。また、第２の可変コンデンサＣ２は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に並列（伝送線と接地電圧間）されており、特に反射係数ρにおける虚部φに影響を及ぼす。
【００２７】
制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値とに基づいて、インピーダンス整合部１１の各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整する。ここで、制御部１３による第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整制御について説明する。
【００２８】
本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２により検出されたＺ値とφ値に対して、それぞれの整合位置（Ｚ０，φ０）となる値（以下、「整合値」と呼ぶ。）との間で、図２に示すように、第１〜第３調整速度領域ｗ１〜ｗ３を有している。第１調整速度領域ｗ１は、Ｚ値＞＋Ｚ２、又はＺ値＜−Ｚ２であり、かつφ値＞＋φ２又はφ値＜−φ２である。また、第２調整速度領域ｗ２は、＋Ｚ１＜Ｚ値≦＋Ｚ２、又は−Ｚ２≦Ｚ値＜−Ｚ１であり、かつ＋φ１＜φ値≦＋φ２、又は−φ２≦φ値＜−φ１である。また、第３調整速度領域ｗ３は、−Ｚ１≦Ｚ値＜Ｚ０、又はＺ０＜Ｚ値≦＋Ｚ１であり、かつ−φ１≦φ値＜φ０、又はφ０＜φ値≦＋φ１である。なお、図２及び後述する図４〜図６では、縦軸から左側がＺ値のプロット領域であり、縦軸から右側がφ値のプロット領域である。また、横軸を挟んで上側が正極性側で下側が負極性側を示す。横軸方向は、Ｚ値やφ値の変動を分かりやすくするためのものであり、特性上での意味を持つものではない。
【００２９】
そして、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値とがどの調整速度領域ｗ１〜ｗ３にあるかによって、図３に示すように、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整速度を変更するようにしている。
【００３０】
すなわち、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値が第１調整速度領域ｗ１にあるとき、第１の可変コンデンサＣ１を第１調整速度ｖ１でその静電容量値を変更する。また、制御部１３は、検出部１２で検出したφ値が第１調整速度領域ｗ１にあるとき、第２の可変コンデンサＣ２をφ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１’でその静電容量値を変更する。
【００３１】
検出部１２で検出したＺ値及びφ値が共に第２調整速度領域ｗ２にあるとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１より遅く、Ｚ値の大きさに応じた第２調整速度ｖ２（＜ｖ１）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更し、第１調整速度ｖ１’より遅くφ値の大きさに応じた第２調整速度ｖ２’（＜ｖ１’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。一方、検出部１２で検出したＺ値が第２調整速度領域ｗ２にあるが、検出部１２で検出したφ値が第２調整速度領域ｗ２にないとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１より遅い第３調整速度ｖ３（≦ｖ１）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更する。また、検出部１２で検出したφ値が第２調整速度領域ｗ２にあるが、検出部１２で検出したＺ値が第２調整速度領域ｗ２にないとき、制御部１３は、第１調整速度ｖ１’より遅い第３調整速度ｖ３’（≦ｖ１’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。
【００３２】
さらに、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値が第３調整速度領域ｗ３にあるとき、最小の第４調整速度ｖ４（＜ｖ２，ｖ３）で第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を変更する。同様に、制御部１３は、検出部１２で検出したφ値が第３調整速度領域ｗ３にあるとき、最低速度の第４調整速度ｖ４’（＜ｖ２’，ｖ３’）で第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を変更する。
【００３３】
このように、制御部１３により第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整制御を行うことにより、その調整制御を迅速に行うことができる。以下、この点につき、図４〜図６を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図４に示すように、検出部１２で検出したＺ値とφ値とが第１調整速度領域ｗ１にあるとき、制御部１３は、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値をそれぞれＺ値及びφ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１，ｖ１’で整合値に近づくように制御する。その後、検出部１２で検出したＺ値及びφ値のいずれか一方が第２調整速度領域ｗ２になる。図４に示す例では、検出部１２で検出したφ値が先に第２調整速度領域ｗ２に入り、制御部１３は、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を一定速度である第２調整速度ｖ２’で整合値に近づくように制御する。このとき、制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を引き続きＺ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１で整合値に近づくように制御する。このように、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整速度が遅くなるため、φ値が整合値へ近づく時間を遅らせることができる。
【００３５】
その後、図５に示すように、検出部１２で検出したφ値が第３調整速度領域ｗ３に入り、制御部１３は、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値を一定速度である第４調整速度ｖ４’で整合値に近づくように制御する。一方、検出部１２で検出したＺ値は第１調整速度領域ｗ１にあるため、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値は、制御部１３によりＺ値の大きさに応じた第１調整速度ｖ１で制御される。このとき、第２の可変コンデンサＣ２よりも第１の可変コンデンサＣ１の制御速度が速いために、制御部１３による第１の可変コンデンサＣ１の調整に伴い、図５に示すように、φ値が整合値から遠ざかってしまう。このように、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整速度が遅い状態を維持できるため、φ値が整合値へ近づく時間を遅らせることができる。
【００３６】
次に、図６に示すように、検出部１２で検出したＺ値はφ値と同様に第２調整速度領域ｗ２に入る。そのため。制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値を、第２調整速度ｖ２ではなく、調整速度ｖ２よりも速度が速いＺ値の大きさに応じた第３調整速度ｖ３で調整する。一方、第２の可変コンデンサＣ２も同様に、第２調整速度ｖ２’ではなく、調整速度ｖ２’よりも速度が速いＺ値の大きさに応じた第３調整速度ｖ３’で調整する。従って、Ｚ値とφ値とが同時に整合値に近づくことになる。その後、検出部１２で検出したＺ値及びφ値が第３調整速度領域ｗ３に入ると、第１の可変コンデンサＣ１は調整速度ｖ４で調整され、第２の可変コンデンサＣ２は調整速度ｖ４’で調整され、Ｚ値とφ値とが同時に整合値に近づくことになる。
【００３７】
このように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合値に近づくほどその調整速度が遅くなるため、図６に示すように、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとを同時期に整合値に到達させることができる。
【００３８】
従って、静定時間が異常に長くなることを抑制することができ、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理を迅速に行うことができる。
【００３９】
また、静定時間を短縮できるため、プラズマ発生装置でのプラズマ着火条件を早期に確立することができる。しかも、可変コンデンサにおいて機械的に無駄の無い最適の動作が実現できるため、動作機構部品の磨耗寿命を延ばすことができる。
【００４０】
［インピーダンス整合装置の具体的構成］
上述したインピーダンス整合装置の具体的構成の一例について、図７及び図８を参照して説明する。
【００４１】
図７に示すように、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれ、静電容量調整用の調節軸３３，３４を備えており、調節軸３３，３４を回転させることによって各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整できるようになっている。
【００４２】
制御部１３は、第１の可変コンデンサＣ１を駆動するための第１パルスモータ３１と、第２の可変コンデンサＣ２を駆動するための第２パルスモータ３２とを備えている。第１パルスモータ３１は、第１の可変コンデンサＣ１の調整軸３３に接続されており、第２パルスモータ３２は第２の可変コンデンサＣ２の調整軸３４に接続されている。各パルスモータ３１，３２を駆動するドライバ回路３１ａ，３２ａはコントローラ１４に接続されており、コントローラ１４からドライバ回路３１ａ，３２ａに制御信号を送って各パルスモータ３１，３２を作動させるようになっている。そして、各パルスモータ３１，３２を作動させて調節軸３３，３４の回転位置を所望位置に位置させることで、各可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を調整可能としている。また、各パルスモータ３１，３２にはそれぞれの回転位置を検出するエンコーダ３１ｂ，３２ｂが備えられており、各エンコーダ３１ｂ，３２ｂによって、各調節軸３３，３４の現在位置を検出できるようになっている。なお、各調節軸３３，３４に直接エンコーダを設置して各調節軸３３，３４の現在位置を直接検出するようにしても良い。
【００４３】
コントローラ１４は、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、Ａ／Ｄ変換器４３〜４６、Ｄ／Ａ変換器４７，４８を有して構成される。ＲＯＭ４１には制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵ４０がＲＯＭ４１に記憶した制御プログラムを読み出して実行することによりコントローラ１４としての各種機能を実行する。ＣＰＵ４０は、Ａ／Ｄ変換器４３〜４６を介して、検出部１２やエンコーダ３１ｂ，３２ｂから各種情報を取得し、Ｄ／Ａ変換器４７，４８を介して第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値を制御する。
【００４４】
次に、検出部１２の構成について説明する。図８に示すように、検出部１２は、電流センサ５０、電圧センサ５１、整流器５２〜５５、減算器５６〜５８、加算器５９を有している。
【００４５】
電流センサ５０によって検出された電流Ｉは、整流器５２によって整流されて減算器５６に入力され、電圧センサ５１によって検出された電圧Ｖは、整流器５３によって整流されて減算器５６に入力される。減算器５６では、整流器５３の出力｜Ｖ｜から整流器５２の出力｜Ｉ｜を減算する。減算器５６の出力は、反射係数ρの実部Ｚに比例する値であり、コントローラ１４は減算器５６からの出力をＺ値の情報として入力する。
【００４６】
また、電流センサ５０によって検出された電流Ｉと電圧センサ５１によって検出された電圧Ｖとは、加算器５９で加算されると共に、減算器５７により減算される。加算器５９からの出力（Ｖ＋Ｉ）は整流器５４で整流され、減算器５７からの出力（Ｖ−Ｉ）は整流器５５で整流される。減算器５８は、整流器５４の出力｜Ｖ＋Ｉ｜から整流器５５の出力｜Ｖ−Ｉ｜を減算する。減算器５８の出力は、反射係数ρの虚部φに比例する値であり、コントローラ１４は減算器５８からの出力をφ値の情報として入力する。
【００４７】
以下、減算器５６の出力が反射係数ρの実部Ｚに比例するＺ値となり、減算器５８の出力が反射係数ρの虚部φに比例するφ値となることについて説明する。
【００４８】
負荷Ｂのインピーダンスをｚとし、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間の伝送路のインピーダンスをｒとすると、図８に示す電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数１】
【００４９】
さらに以下のように規定される反射係数ρを用いると、電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数２】
【００５０】
ここで、反射係数ρは定義から複素数、ρ＝Ｚ＋ｊφと表現できる。従って、
【数３】
とすると、最終的に電圧ｖ及び電流ｉは次のように表現できる。
【数４】
【００５１】
電流センサ５０は、電流ｉをビートダウンすることにより電流ｉの周波数ωcを低周波化して出力し、電流センサ５０は、電圧ｖをビートダウンすることにより電圧ｖの周波数ωcを低周波化して出力する。このとき、電流センサ５０は、一階時間微分をしているため、各々のビートダウン出力を大文字のＶとＩで表すと次のように表現できる。
【数５】
【００５２】
ここでｒおよびωは定数であり、Ｅは共通である。従って、センサ係数を調整して、ＶとＩは次のように表現できる。
【数６】
【００５３】
上記式により、ＶとＩの大きさは、以下のように表現できる。
【数７】
【００５４】
従って、減算器５６の出力は、以下のように表現できる。
【数８】
【００５５】
ここで、
【数９】
から
【数１０】
となる。
【００５６】
負荷Ｂが整合位置近傍のときＺ2＋φ2は１に比べて十分小さいため、ｋを係数とすると、
【数１１】
となり、Ｚに比例した値を得ることができる。
【００５７】
一方、加算器５９の出力（Ｖ＋Ｉ）と、減算器５７の出力（Ｖ−Ｉ）は、次のように表現できる。
【数１２】
【００５８】
従って、整流器５４の出力｜Ｖ＋Ｉ｜と、整流器５５の出力｜Ｖ−Ｉ｜は、次のように表現できる。
【数１３】
【００５９】
従って、減算器５８の出力は、以下のように表現できる。
【数１４】
【００６０】
ここで、負荷Ｂが整合位置近傍のときＺ2＋φ2は１に比べて十分小さいため、ｋ’を係数とすると、
【数１５】
となり、φに比例した値を得ることができる。
【００６１】
［３．インピーダンス整合装置の具体的動作］
以上のように構成されたインピーダンス整合装置１０の具体的動作について図９及び図１０を参照して説明する。
【００６２】
制御部１３は、インピーダンス整合処理を開始すると、図９に示すように、検出部１２から出力されるＺ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。この処理において、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１３は、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００６３】
φ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度を低速に設定する（ステップＳ４）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第２調整速度ｖ２で調整される。一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度をＺ値に応じた低速に設定する（ステップＳ３）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第３調整速度ｖ３で調整される。
【００６４】
ステップＳ１において、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ１：ＮＯ）、制御部１３は、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。この処理において、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にあると判定すると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度を最低速に設定する（ステップＳ４）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は第４調整速度ｖ４で調整される。一方、ステップＳ３の処理において、Ｚ値が第３調整速度領域ｗ３にないと判定すると（ステップＳ５：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の速度をＺ値に応じた高速に設定する（ステップＳ８）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１は検出部１２により検出したＺ値に応じた第１調整速度ｖ１で調整される。
【００６５】
ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるφ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ８）。この処理において、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御部１３は、Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。
【００６６】
Ｚ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ９：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度を低速に設定する（ステップＳ１１）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第２調整速度ｖ２’で調整される。一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にあると判定すると（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度をφ値に応じた低速に設定する（ステップＳ１０）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第３調整速度ｖ３’で調整される。
【００６７】
一方、φ値が第２調整速度領域ｗ２にないと判定すると（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部１３は、φ値が第３調整速度領域ｗ３にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この処理において、φ値が第３調整速度領域ｗ３にあると判定すると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度を最低速に設定する（ステップＳ１３）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は第４調整速度ｖ４’で調整される。
【００６８】
ステップＳ１２の処理において、φ値が第３調整速度領域ｗ３にないと判定すると（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の速度をφ値に応じた速度に設定する（ステップＳ１４）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２は検出部１２により検出したφ値に応じた第１調整速度ｖ１’で調整される。
【００６９】
ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるＺ値及びφ値に基づき、モータ方向／停止制御処理を実行する（ステップＳ１５）。このモータ方向／停止制御処理は、図１０に示すステップＳ２０〜Ｓ２９の処理であり、後で説明する。この処理が終了すると、制御部１３は、処理をステップＳ１に戻す。
【００７０】
図１０に示すように、モータ方向／停止制御処理を開始すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるＺ値が整合位置Ｚ０であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。このＺ０は所定の範囲を有するものであり、この範囲は、実質的にインピーダンス整合を行うことができる範囲である。この処理において、Ｚ値が整合位置Ｚ０であると判定すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１を停止する（ステップＳ２１）。これにより、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値の調整処理が停止する。
【００７１】
一方、Ｚ値が整合位置Ｚ０ではないと判定すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御部１３は、Ｚ値がＺ０を超えているか否かを判定する。すなわち、Ｚ値が正極性かどうかを判定する（ステップＳ２２）。この処理において、Ｚ値が整合位置Ｚ０を超えていると判定すると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の回転方向を第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値が減少する方向に設定する（ステップＳ２３）。一方、Ｚ値が整合位置Ｚ０を超えておらず、負極性であると判定すると（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御部１３は、第１パルスモータ３１の回転方向を第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値が増加する方向に設定する（ステップＳ２４）。
【００７２】
ステップＳ２１，Ｓ２３，Ｓ２４の処理が終了すると、制御部１３は、検出部１２から出力されるφ値が整合位置φ０であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。この処理において、φ値が整合位置φ０であると判定すると（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２を停止する（ステップＳ２６）。これにより、第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値の調整処理が停止する。
【００７３】
一方、φ値が整合位置φ０ではないと判定すると（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部１３は、φ値が整合位置φ０以上であるか否かを判定する。すなわち、φ値が正極性かどうかを判定する（ステップＳ２７）。このφ０は所定の範囲を有するものであり、この範囲は、実質的にインピーダンス整合を行うことができる範囲である。この処理において、φ値が整合位置φ０以上であると判定すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の回転方向を第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値が減少する方向に設定する（ステップＳ２８）。一方、φ値が整合位置φ０以上ではなく、負極性であると判定すると（ステップＳ２７：ＮＯ）、制御部１３は、第２パルスモータ３２の回転方向を第２の可変コンデンサＣ２の静電容量値が増加する方向に設定する（ステップＳ２９）。ステップＳ２６，Ｓ２８，Ｓ２９の処理が終了すると、制御部１３は、モータ方向／停止制御処理を終了する。
【００７４】
このように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２で検出した反射係数ρのＺ値とφ値とに基づいて、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を多段階に変更している。特に、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとが整合値に近づくほどその調整速度が遅くなるように設定している。従って、最終的に反射係数ρの実部Ｚと虚部φとを同時期に整合値に到達させることができる。これにより、静定時間が異常に長くなることを抑制することができ、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理を迅速に行うことができる。
【００７５】
特に、本実施形態に係るインピーダンス整合装置１０では、検出部１２で検出したＺ値及びφ値の大きさをそれぞれ大きい順に第１〜第３調整速度領域ｗ１〜ｗ３に分けている。そして、制御部１３は、可変コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量値の調整速度を、調整速度領域ｗ１ではそれぞれＺ値及びφ値の大きさに応じた速度とし、第３調整速度領域ｗ３では一定の速度としている。しかも、Ｚ値及びφ値の大きさのいずれか一方のみが第２調整速度領域ｗ２に至ったときの当該第２調整速度領域ｗ２に至ったＺ値又はφ値に対応する可変コンデンサの調整速度を、Ｚ値及びφ値の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くする。このようにすることにより、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整処理をより迅速に行うことができる。
【００７６】
［４．その他の実施形態］
上記実施形態では、制御部１３は、検出部１２で検出したＺ値とφ値の大きさを大きい順に調整速度領域ｗ１〜ｗ３に分けたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、調整速度領域を２つ又は４以上設けるようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、調整速度領域ｗ３を設けずに、調整速度領域ｗ１，ｗ２のみを設けるようにしてもよい。このようにすることで処理を複雑にすることなく、第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の高速調整が可能となる。また、調整速度領域ｗ２のように、Ｚ値及びφ値の大きさが共にその範囲に入ったときといずれか一方がその範囲に入ったときとで速度を変更する領域を複数設けるようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、第３調整速度領域ｗ３を第２調整速度領域ｗ２と同様の処理を行うようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、Ｚ値とφ値とを同様の調整速度領域に分けることとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｚ値とφ値とを異なる調整速度領域に分けるようにしてもよい。例えば、Ｚ値を３つの調整速度領域に分け、φ値を４つの調整速度領域に分けるようにしてもよい。
【００７８】
また、Ｚ値とφ値の大きさと調整速度の情報とを関連づけたテーブルをＲＯＭ４１に記憶させておき、制御部１３は、このテーブルに基づいて第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２を調整するようにしてもよい。そして、制御部１３は、第１テーブルに基づき、第１の可変コンデンサＣ１の静電容量値の調整速度を変更し、第２テーブルに基づき、第２の可変コンデンサＣ２の容量値の調整速度を変更する。このようにすることで、調整速度の演算等が不要となり、制御部１３での処理負荷を軽減することができる。
【００７９】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。
【００８０】
（１）インピーダンス整合装置１０は、高周波電源Ａと負荷Ｂとの間に接続された第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２と、負荷Ｂ側の反射係数の実部Ｚに応じたＺ値と虚部φに応じたφ値とを検出する検出部１２と、検出部１２で検出した反射係数ρの実部Ｚの大きさに基づいて第１の可変コンデンサＣ１を調整し、検出部１２で検出した反射係数ρの虚部φの大きさに基づいて第２の可変コンデンサＣ２を調整する制御部１３とを備える。そして、制御部１３は、実部Ｚ及び虚部φの大きさのいずれか一方のみが第２調整速度領域ｗ２に至ったときの当該第２調整速度領域ｗ２に至った実部Ｚ又は虚部φに対応する可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度を、実部Ｚ及び虚部φの大きさが共に第２調整速度領域ｗ２に至ったときの調整速度よりも遅くしている。このようにすることで、実部Ｚ及び虚部φの大きさのいずれか一方が早く整合値に近づくことを抑制することができ、その結果、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理をより迅速に行うことができる。
【００８１】
（２）制御部１３は、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２に至る前までは、実部Ｚの大きさに比例した調整速度で第１の可変コンデンサＣ１を調整し、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２に至る前までは、虚部φの大きさに比例した調整速度で第２の可変コンデンサＣ２を調整する。実部Ｚ及び虚部φが大きいほど第１及び第２の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の調整速度が速いため、第１及び第２の可変コンデンサの調整処理をより迅速に行うことができる。
【００８２】
（３）制御部１３は、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２よりも小さい（第３調整速度領域ｗ３）とき、実部Ｚの大きさが第２調整速度領域ｗ２での調整速度ｖ２，ｖ３よりもさらに遅い調整速度ｖ４で第１の可変コンデンサＣ１を調整し、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２よりも小さい（第３調整速度領域ｗ３）とき、虚部φの大きさが第２調整速度領域ｗ２での調整速度ｖ２，ｖ３よりもさらに遅い調整速度ｖ４で第２の可変コンデンサＣ２を調整する。このようにすることで、反射係数ρの実部Ｚと虚部φとをより同時期に整合値に到達させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 高周波電源
Ｂ 負荷（プラズマ発生装置）
１０ インピーダンス整合装置
１１ インピーダンス整合部
１２ 検出部
１３ 制御部
Ｃ１ 第１の可変コンデンサ
Ｃ２ 第２の可変コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２の可変コンデンサと、
前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、
前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記実部の大きさに比例した調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記虚部の大きさに比例した調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記実部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記虚部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項４】
高周波電力を出力する高周波電源と、
前記高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部と
前記高周波電源と前記プラズマ発生部との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置とを備え、
前記インピーダンス整合装置は、
高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２可変コンデンサと、
前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、
前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１】
高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２の可変コンデンサと、
前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、
前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記実部の大きさに比例した調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲に至る前までは、前記虚部の大きさに比例した調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記実部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記実部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第１の可変コンデンサを調整し、前記虚部の大きさが前記所定範囲よりも小さいとき、前記虚部の大きさが前記所定範囲での調整速度よりもさらに遅い調整速度で前記第２の可変コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項４】
高周波電力を出力する高周波電源と、
前記高周波電力に入力してプラズマ放電を発生させるプラズマ発生部と
前記高周波電源と前記プラズマ発生部との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置とを備え、
前記インピーダンス整合装置は、
高周波電源と負荷との間に接続された第１及び第２可変コンデンサと、
前記負荷側の反射係数の実部に応じた値と虚部に応じた値とを検出する検出部と、
前記検出部で検出した反射係数の実部の大きさに基づいて前記第１の可変コンデンサを調整し、前記検出部で検出した反射係数の虚部の大きさに基づいて前記第２の可変コンデンサを調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記実部及び虚部の大きさのいずれか一方のみが所定範囲に至ったときの当該所定範囲に至った実部又は虚部に対応する可変コンデンサの調整速度を、前記実部及び虚部の大きさが共に所定範囲に至ったときの調整速度よりも遅くすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１２４１９２（Ｐ２０１１−１２４１９２Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３３６５（Ｐ２００９−２８３３６５）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
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