JPH05345972A

JPH05345972A - 高周波装置

Info

Publication number: JPH05345972A
Application number: JP15354392A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Hidaka; 晋太郎日高; Tsutomu Kato; 努加藤
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ロスタイムなく短時間にマッチングを取るこ
とができる高周波装置を実現する。【構成】高周波発振器１からの高周波電力は、負荷７
に印加されるが、その際、高周波発振器と負荷側のイン
ピーダンスを整合させ、効率よく高周波を負荷７に供給
するため、マッチングボックス３内のマッチングコンデ
ンサ４、チューニングコンデンサ５を調整し、インピー
ダンスマッチングを行う。計算器１２は各電圧と位相に
基づいて負荷７のインピーダンスやコンデンサ４，５の
容量を求め、制御回路１３は、求められたコンデンサ４
と５の容量に応じ、モータ１４と１５を制御し、各コン
デンサの容量を計算で求めた値にセットする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク放電の影響を著
しく少なくした高周波スパッタリング装置やエッチング
装置などの高周波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波スパッタリング装置では、２枚の
電極間に高周波を印加し、一方の電極（試料）をスパッ
タリングし、試料表面のクリーニングなどを行ってい
る。また、別の高周波装置では、２枚の電極間に高周波
を印加し、一方の電極からスパッタされた粒子を電極に
接近して配置された基板上に付着させるようにしてい
る。図１はこのような高周波装置の概略を示しており、
１は高周波発振器である。高周波発振器１からの高周波
は、検出器２を介してマッチングボックス３に供給され
る。マッチングボックス３はマッチング可変コンデンサ
４、チューニング可変コンデンサ５、コイル６から構成
されている。マッチングボックス３からの高周波は、負
荷７に供給される。なお、検出器２は、マッチングボッ
クス３に入力する高周波の電圧，電流，電圧と電流の位
相差θを検出している。

【０００３】このような構成において、検出器２によっ
て検出された電圧，電流，位相に基づいてインピーダン
スと位相とを求め、それらの値に基づいてマッチングボ
ックス３内のマッチングコンデンサ４，チューニングコ
ンデンサ５の容量を変えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図２はマッチングボッ
クス３への入力インピーダンスの軌跡を示しており、チ
ューニングコンデンサ５を固定状態とし、マッチングコ
ンデンサ４を可変としたものである。検出器２によって
求められたインピーダンスＺがマッチングポイントイン
ピーダンス（５０Ω）より大きいか小さいかに応じてマ
ッチングコンデンサ４の容量が変えられる。検出インピ
ーダンスＺが５０Ωより大きい場合には、コンデンサ４
の容量が増加する方向に駆動される。また、検出インピ
ーダンスＺが５０Ωより小さい場合には、コンデンサ４
の容量が減少する方向に駆動される。このような駆動方
式では、図中の円状のインピーダンスの軌跡の内、点線
で示した領域が、インピーダンスＺが５０Ωより小さい
にも拘らず、逆に容量が増加する方向にコンデンサ４が
駆動され、容量が最大となった後に容量が減少する方向
にコンデンサ４が駆動される。そのため、マッチングを
取るまでにロスタイムが発生することになる。

【０００５】図３はマッチングボックス３への入力イン
ピーダンスの軌跡を示しており、チューニングコンデン
サ５を可変とし、マッチングコンデンサ４を固定状態と
したものである。検出器２によって検出された位相θに
応じてチューニングコンデンサ５の容量が変えられる。
この場合、位相θが正の場合、チユーニングコンデンサ
５の容量は増加する方向に駆動され、位相θが負の場
合、コンデンサ５の容量が減少する方向に駆動される。
このような駆動方式では、図中の円状のインピーダンス
の軌跡の内、点線で示した領域が、位相θが正であるに
も拘らず、逆に容量が減少する方向にコンデンサ５が駆
動され、容量が最小となった後に容量が増加する方向に
コンデンサ５が駆動される。そのため、マッチングを取
るまでにロスタイムが発生することになる。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、ロスタイムなく短時間にマッチン
グを取ることができる高周波装置を実現するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく高周波装
置は、高周波電源と、高周波電源からの高周波電力が供
給される負荷と、電源と負荷との間に配置され、可変コ
ンデンサとコイルとから成るマッチングボックスと、負
荷に流れる電流から負荷インピータンスを求める計算手
段と、負荷インピーダンスの値に基づいて可変コンデン
サの容量を調整する調整手段とより成ることを特徴とし
ている。

【０００８】

【作用】マッチングボックス内のコイルの間の電位差と
位相差などを検出し、それに基づいて負荷電流を求め、
さらに負荷電流から負荷側のインピーダンスを求め、こ
のインピーダンスに基づいてマッチングボックス内のコ
ンデンサの容量を調整する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図４は本発明の一実施例を示しており、図
１の従来装置と同一番号は同一構成要素を示す。１は高
周波発振器であり、高周波発振器１からの高周波は、検
出器２を介してマッチングボックス３に供給される。マ
ッチングボックス３はマッチングコンデンサ４、チュー
ニングコンデンサ５、コイル６から構成されている。マ
ッチングボックス３からの高周波は、負荷７に供給され
る。８，９，１０，１１はコイル６の両端間の電位を検
出するための分割コンデンサであり、コイル６の一方の
端部の電位に比例した信号はコンデンサ８と９の中間部
から得られ、コイルの他方の端部の電位に比例した信号
はコンデンサ１０と１１の中間部から得られる。各コン
デンサの中間点の信号は計算器１２に供給され、この計
算器１２において後述する負荷に流れる電流とこの電流
から負荷のインピーダンスが求められる。１３は制御回
路であり、制御回路１３は計算器１２において求められ
た負荷のインピーダンスに基づいてモータ１４，１５を
制御する。モータ１４はマッチングコンデンサ４を駆動
し、モータ１５はチューニングコンデンサ５を駆動す
る。

【００１０】上記した構成で、高周波発振器１からの高
周波電力は、負荷７に印加されるが、その際、高周波発
振器と負荷側のインピーダンスを整合させ、効率よく高
周波を負荷７に供給するため、マッチングボックス３内
のマッチングコンデンサ４、チューニングコンデンサ５
を調整し、インピーダンスマッチングを行う。以下、こ
の実施例におけるマッチングの動作を説明する。まず、
マッチングボックス３内のコイル６の両端間の電位差か
ら負荷７に流れる電流が求められるが、その方法につい
て述べる。

【００１１】図５はマッチングボックス３と負荷７との
等価回路であり、図４と同一部分は同一番号が付されて
いる。負荷７はコンデンサ１７と抵抗１８とから成る。
コイル６の両端の電位をＶ_２，Ｖ_３とし、負荷に流れる
電流をＩとする。また、負荷側のインピーダンスをＺ_Ｌ
とする。このような等価回路における電圧Ｖ_２，Ｖ_３、
電流Ｉのベクトル図を図６に示す。

【００１２】まず、負荷のインピーダンスを求める過程
を説明する。図６のベクトル図から次の式が導かれる。
なお、下式でθは電圧Ｖ_２とＶ_３との間の位相差であ
る。

【００１３】

【数１】

【００１４】その結果、Ｖ_１は次式で表される。

【００１５】

【数２】

【００１６】次に図２の回路におけるコイル６の両端の
電位Ｖ_２，Ｖ_３の電位差ｘは次式で表される。

【００１７】

【数３】

【００１８】上式より、負荷７に流れ込む電流Ｉは次の
ようになる。

【００１９】

【数４】

【００２０】次に負荷インピーダンスＺ_Ｌを求める。こ
の負荷インピーダンスＺ_Ｌは次のように表される。Ｚ_Ｌ＝Ｒ_Ｌ＋ｊＸ_Ｌなお、上式においてＸ_Ｌはコイル６と負荷７のコンデン
サ分１７に基づく成分、Ｒ_Ｌは負荷の抵抗分１８に基づ
く成分である。また、次の関係が導かれる。

【００２１】

【数５】

【００２２】この結果、負荷インピーダンスＺ_Ｌは抵抗
分とリアクタンス分とで求まり、次の式によって計算で
きる。

【００２３】

【数６】

【００２４】次にインピーダンスマッチングを行うため
の最適なコンデンサ４，５の容量を計算で求める方法に
ついて述べる。図７は図４の高周波装置全体の等価回路
を示しており、Ｒ_０は高周波電源１の内部のインピーダ
ンス、ｊδは浮遊インダクタンスである。まず、図７の
点線を基準として点線より負荷７側を見たインピーダン
スＺ_２と電源側を見たインピーダンスＺ_１とを求める。
このインピーダンスＺ _２，Ｚ_１は次のように表される。

【００２５】

【数７】

【００２６】ここでＺ_１＝Ｚ_２の関係から次式が導かれ
る。

【００２７】

【数８】

【００２８】上式を整理すると、マッチングコンデンサ
４（Ｃ_１）の容量を次式によって求めることができる。

【００２９】

【数９】

【００３０】次に、図７の点線を基準として、点線より
負荷側を見たアドミッタンスＹ_２と電源側を見たアドミ
ッタンスＹ_１とを求める。

【００３１】

【数１０】

【００３２】このアドミッタンスＹ_１とＹ_２は共役の関
係にあるが、実数部のみを比較すると次式が導かれる。

【００３３】

【数１１】

【００３４】上式を整理すると、チューニングコンデン
サ５（Ｃ_２）の容量を次式によって求めることができ
る。

【００３５】

【数１２】

【００３６】上記したように、負荷７側のインピーダン
スに応じて最適なマッチングコンデンサ４とチューニン
グコンデンサ５の容量が求められる。制御回路１３は、
求められたコンデンサ４と５の容量に応じ、モータ１４
と１５を制御し、各コンデンサの容量を計算で求めた値
にセットする。なお、モータ１４，１５によるコンデン
サ４，５の容量の設定は、事前にモータの回転量と容量
との関係を測定して記憶させておけば、制御回路１３に
よる正確な容量の設定が可能となる。従って、負荷７の
インピーダンスを計算によって求めることにより、直ち
に、コンデンサ４と５の調整が行われ、ロスタイムなし
に短時間にマッチングを取ることができる。

【００３７】上記した実施例では、コイル６の両端間の
電位差と位相とによって負荷に流れる電流を計算した
が、マッチングボックス３の入力側の電圧Ｖ_０，電流Ｉ
_０とによって負荷電流を計算することもできる。ここ
で、マッチングボックス３の入力側の電圧Ｖ_０，電流Ｉ
_０、コンデンサ４に流れる電流Ｉ_１、負荷に流れる電流
Ｉ _２（＝Ｉ）のベクトル図を図８，図９に示す。図８は
電流Ｉ_０の位相が電圧Ｖ_０の位相より先行している場
合、図９はその逆の場合であり、これらの図においてθ
は電圧Ｖ_０と電流Ｉ_０との位相差である。これらのベク
トル図から次式が導かれる。

【００３８】

【数１３】

【００３９】計算器１２は上式によって負荷電流を求
め、更に負荷インピーダンスを計算するが、その後の処
理は前記した実施例と同様に行われる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく高
周波装置は、マッチングボックス内のコイルの間の電位
差と位相差などを検出し、それに基づいて負荷電流を求
め、さらに負荷電流から負荷側のインピーダンスを求
め、このインピーダンスに基づいてマッチングボックス
内のコンデンサの容量を調整するように構成したので、
ロスタイムなく短時間にマッチングを取ることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高周波装置の概略を示す図である。

【図２】インピーダンスの軌跡を示す図である。

【図３】インピーダンスの軌跡を示す図である。

【図４】本発明の一実施例である高周波装置を示す図で
ある。

【図５】マッチングボックスと負荷の等価回路を示す図
である。

【図６】図５の回路における電圧Ｖ_２，Ｖ_３、電流Ｉの
ベクトル図を示す図である。

【図７】図４の高周波装置全体の等価回路を示す。

【図８】図５の回路における電圧Ｖ_０、電流Ｉ_０、電流
Ｉ_１、Ｉ_２のベクトル図を示す。

【図９】図５の回路における電圧Ｖ_０、電流Ｉ_０、電流
Ｉ_１、Ｉ_２のベクトル図を示す。

【符号の説明】

１高周波発振器２検出器３マッチングボックス７負荷１２計算器１３制御回路１４，１５モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源と、高周波電源からの高周波
電力が供給される負荷と、電源と負荷との間に配置さ
れ、可変コンデンサとコイルとから成るマッチングボッ
クスと、負荷に流れる電流から負荷インピータンスを求
める計算手段と、負荷インピーダンスの値に基づいて可
変コンデンサの容量を調整する調整手段とより成る高周
波装置。
【請求項２】前記計算手段は、マッチングボックスの
コイルの両端間の電位と位相とに基づいて負荷に流れる
電流を計算するようにした請求項１記載の高周波装置。
【請求項３】前記計算手段は、マッチングボックスの
入力側の電圧と電流とに基づいて負荷に流れる電流を計
算するようにした請求項１記載の高周波装置。