JPH11167997A - プラズマ監視装置 - Google Patents
プラズマ監視装置Info
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- JPH11167997A JPH11167997A JP10270194A JP27019498A JPH11167997A JP H11167997 A JPH11167997 A JP H11167997A JP 10270194 A JP10270194 A JP 10270194A JP 27019498 A JP27019498 A JP 27019498A JP H11167997 A JPH11167997 A JP H11167997A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ負荷のプラズマの状態の監視に際
し、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電圧
の計測精度を向上させる。 【解決手段】 電源1 と負荷5 との間にインピーダンス
変換回路3 を挿入しておく。変換回路の電源側端での電
圧V1を検出する電圧検出部3A１と、電流I1を検出する電
流検出部3A2 と、電圧と電流との位相差θ1 を検出する
位相差検出部3A3と、電圧と電流と位相差とから変換回
路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダンス
を第１の入力インピーダンスZ1* として演算する第１の
入力インピーダンス演算部23c と、変換回路を構成する
素子の定数ZC1 * ，ＺC2* ，ZL* 及び第１の入力インピ
ーダンスから変換回路の負荷側端より負荷側を見たイン
ピーダンスを第２の入力インピーダンスZ2* として演算
する第２の入力インピーダンス演算部23e と、変換回路
の負荷側端と負荷との間をつなぐ給電線4 のインピーダ
ンスZs* 及び第２の入力インピーダンスから負荷のイン
ピーダンスを演算するプラズマインピーダンス演算部23
f を設ける。
し、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電圧
の計測精度を向上させる。 【解決手段】 電源1 と負荷5 との間にインピーダンス
変換回路3 を挿入しておく。変換回路の電源側端での電
圧V1を検出する電圧検出部3A１と、電流I1を検出する電
流検出部3A2 と、電圧と電流との位相差θ1 を検出する
位相差検出部3A3と、電圧と電流と位相差とから変換回
路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダンス
を第１の入力インピーダンスZ1* として演算する第１の
入力インピーダンス演算部23c と、変換回路を構成する
素子の定数ZC1 * ，ＺC2* ，ZL* 及び第１の入力インピ
ーダンスから変換回路の負荷側端より負荷側を見たイン
ピーダンスを第２の入力インピーダンスZ2* として演算
する第２の入力インピーダンス演算部23e と、変換回路
の負荷側端と負荷との間をつなぐ給電線4 のインピーダ
ンスZs* 及び第２の入力インピーダンスから負荷のイン
ピーダンスを演算するプラズマインピーダンス演算部23
f を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源から電
力が供給されているプラズマ負荷のプラズマの状態を監
視するプラズマ監視装置に関するものである。
力が供給されているプラズマ負荷のプラズマの状態を監
視するプラズマ監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子、ＬＣＤ（液晶ディスプレ
イ）等の製造過程においては、エッチング、スパッタリ
ング、薄膜成長等を行う際に、プラズマを用いるプロセ
ス（プラズマプロセスという。）が行われる。プラズマ
プロセスにおいては、エッチング、スパッタリング、薄
膜成長等の処理を行うチャンバ内に設けた２つの電極に
高周波電力を供給して、この電極間にプラズマを発生さ
せている。
イ）等の製造過程においては、エッチング、スパッタリ
ング、薄膜成長等を行う際に、プラズマを用いるプロセ
ス（プラズマプロセスという。）が行われる。プラズマ
プロセスにおいては、エッチング、スパッタリング、薄
膜成長等の処理を行うチャンバ内に設けた２つの電極に
高周波電力を供給して、この電極間にプラズマを発生さ
せている。
【０００３】このように、プラズマを生じさせるプラズ
マ負荷に高周波電力を供給する場合には、高周波電源と
プラズマ負荷との間のインピーダンスの整合をとること
が重要であり、両者間のインピーダンスの整合がとれて
いない場合には、高周波電源の出力端で電力の反射が生
じてプラズマ負荷に高周波電力を効率良く供給すること
ができないため、そのプロセスにおいて好結果を得るこ
とができない。
マ負荷に高周波電力を供給する場合には、高周波電源と
プラズマ負荷との間のインピーダンスの整合をとること
が重要であり、両者間のインピーダンスの整合がとれて
いない場合には、高周波電源の出力端で電力の反射が生
じてプラズマ負荷に高周波電力を効率良く供給すること
ができないため、そのプロセスにおいて好結果を得るこ
とができない。
【０００４】そのため、高周波電源からプラズマ負荷に
電力を供給する場合には、高周波電源とプラズマ負荷と
の間にＬ，Ｃ回路やトランス等からなるインピーダンス
変換回路を挿入することが必要不可欠である。
電力を供給する場合には、高周波電源とプラズマ負荷と
の間にＬ，Ｃ回路やトランス等からなるインピーダンス
変換回路を挿入することが必要不可欠である。
【０００５】図１１は、従来の高周波電力からプラズマ
負荷に電力を供給する回路構成を概略的に示した回路図
である。図示するように、高周波電源（以下、電源とい
う。）１から同軸ケーブル２とインピーダンス変換回路
３′と給電線４とを通してプラズマ負荷５に電力が供給
される。インピーダンス変換回路３′は、例えば第１の
可変コンデンサＣ11と、タップを選択することによりイ
ンダクタンスを調整できるようになっているコイルＬ11
と、第２の可変コンデンサＣ22とにより構成され、第１
の可変コンデンサＣ11と第２の可変コンデンサＣ22の容
量を変えることによりインピーダンスの整合を行うよう
になっている。
負荷に電力を供給する回路構成を概略的に示した回路図
である。図示するように、高周波電源（以下、電源とい
う。）１から同軸ケーブル２とインピーダンス変換回路
３′と給電線４とを通してプラズマ負荷５に電力が供給
される。インピーダンス変換回路３′は、例えば第１の
可変コンデンサＣ11と、タップを選択することによりイ
ンダクタンスを調整できるようになっているコイルＬ11
と、第２の可変コンデンサＣ22とにより構成され、第１
の可変コンデンサＣ11と第２の可変コンデンサＣ22の容
量を変えることによりインピーダンスの整合を行うよう
になっている。
【０００６】第１及び第２の可変コンデンサＣ11及びＣ
22の調整を自動的に行わせるため、図示しない検出器に
より、インピーダンス変換回路３′の電源側端の電圧及
び電流と、この電圧と電流との位相差とを検出し、この
電圧と電流との比から、インピーダンス変換回路３′の
電源側端より負荷５側を見たインピーダンスを検出し
て、このインピーダンスを電源の出力インピーダンスに
一致させ、かつ上記位相差を零にするようにコンデンサ
Ｃ11及びＣ22を調節する。
22の調整を自動的に行わせるため、図示しない検出器に
より、インピーダンス変換回路３′の電源側端の電圧及
び電流と、この電圧と電流との位相差とを検出し、この
電圧と電流との比から、インピーダンス変換回路３′の
電源側端より負荷５側を見たインピーダンスを検出し
て、このインピーダンスを電源の出力インピーダンスに
一致させ、かつ上記位相差を零にするようにコンデンサ
Ｃ11及びＣ22を調節する。
【０００７】上記の調節の内、負荷側を見たインピーダ
ンスを電源の出力インピーダンスに一致させるための調
節は、主として第１のコンデンサＣ11の容量を調節する
ことにより行われ、位相差を零にするための調節は、主
として第２のコンデンサＣ22の容量を調節することによ
り行われる。
ンスを電源の出力インピーダンスに一致させるための調
節は、主として第１のコンデンサＣ11の容量を調節する
ことにより行われ、位相差を零にするための調節は、主
として第２のコンデンサＣ22の容量を調節することによ
り行われる。
【０００８】プラズマ負荷５は、図１２に示すようにチ
ャンバ５ａと、２つの電極５ｂ1 ，５ｂ2 と、インピー
ダンス変換回路３′からチャンバ５ａに給電する給電部
５ｃ1 ，５ｃ2 と、電極５ｂ1 ，５ｂ2 と給電部５ｃ1
，５ｃ2 とをそれぞれ接続する給電線４とにより構成
される。なお給電線４は、チャンバ５ａ内に設けられて
いるものとしているが、インピーダンス変換回路３′の
負荷側端と給電部５ｃ1，５ｃ2 とを接続する分が含ま
れる。
ャンバ５ａと、２つの電極５ｂ1 ，５ｂ2 と、インピー
ダンス変換回路３′からチャンバ５ａに給電する給電部
５ｃ1 ，５ｃ2 と、電極５ｂ1 ，５ｂ2 と給電部５ｃ1
，５ｃ2 とをそれぞれ接続する給電線４とにより構成
される。なお給電線４は、チャンバ５ａ内に設けられて
いるものとしているが、インピーダンス変換回路３′の
負荷側端と給電部５ｃ1，５ｃ2 とを接続する分が含ま
れる。
【０００９】上記のプラズマプロセスにおいては、再現
性よく行い、また半導体素子の歩留まりを向上するため
に、プラズマの状態を常に監視する必要がある。プラズ
マの状態を監視するには、例えばプラズマのインピーダ
ンスまたはプラズマのピーク間電圧を計測すればよいこ
とはよく知られている。
性よく行い、また半導体素子の歩留まりを向上するため
に、プラズマの状態を常に監視する必要がある。プラズ
マの状態を監視するには、例えばプラズマのインピーダ
ンスまたはプラズマのピーク間電圧を計測すればよいこ
とはよく知られている。
【００１０】ところで、インピーダンス変換回路３′の
負荷側端よりプラズマ負荷５側を見たインピーダンスに
は、プラズマが発生しているときの電極間に存在するイ
ンピーダンスとして、プラズマの内部抵抗と、プラズマ
と２つの電極５ｂ1 ，５ｂ2との間にそれぞれ発生する
シースの静電容量とがある。また、インピーダンス変換
回路３′の負荷側端とプラズマ負荷５とを接続する給電
線４のインダクタンスがある。なお、インピーダンス変
換回路３′の負荷側端と給電部５ｃ1 ，５ｃ2とは、直
接接続できない場合が多く、この場合、所定長さの給電
線４により接続する。
負荷側端よりプラズマ負荷５側を見たインピーダンスに
は、プラズマが発生しているときの電極間に存在するイ
ンピーダンスとして、プラズマの内部抵抗と、プラズマ
と２つの電極５ｂ1 ，５ｂ2との間にそれぞれ発生する
シースの静電容量とがある。また、インピーダンス変換
回路３′の負荷側端とプラズマ負荷５とを接続する給電
線４のインダクタンスがある。なお、インピーダンス変
換回路３′の負荷側端と給電部５ｃ1 ，５ｃ2とは、直
接接続できない場合が多く、この場合、所定長さの給電
線４により接続する。
【００１１】このようなインピーダンスが存在する場
合、インピーダンス変換回路３′の負荷側端よりプラズ
マ負荷５側を見た等価回路は図１３に示すようになり、
この等価回路の電圧ベクトルは図１４に示すようにな
る。ＶD はインピーダンス変換回路３′の負荷側端の電
圧、ＶL は給電線４に発生する電圧、ＶR ，ＶC はそれ
ぞれプラズマの内部抵抗に発生する電圧及びシースの合
成静電容量に発生する電圧、ＶP は電極５ｂ1 ，５ｂ2
間の電圧である。
合、インピーダンス変換回路３′の負荷側端よりプラズ
マ負荷５側を見た等価回路は図１３に示すようになり、
この等価回路の電圧ベクトルは図１４に示すようにな
る。ＶD はインピーダンス変換回路３′の負荷側端の電
圧、ＶL は給電線４に発生する電圧、ＶR ，ＶC はそれ
ぞれプラズマの内部抵抗に発生する電圧及びシースの合
成静電容量に発生する電圧、ＶP は電極５ｂ1 ，５ｂ2
間の電圧である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本来、電極５ｂ1 ，５
ｂ2 間に発生する電圧ＶP を検出しなければならないと
ころ、このＶP を検出するためのリード線をチャンバ５
ａ外に引き出すために、チャンバを改造する必要がある
が、この改造が繁雑となるので、従来はインピーダンス
変換回路３′の負荷側端の電圧ＶD を検出していた。と
ころが、図１４から明らかなように、ＶD は、ＶP に対
し、給電線４の長さ、すなわち給電線に発生する電圧Ｖ
L の影響を受けるために、ピーク間電圧も精度の欠いた
値を検出するという問題があった。
ｂ2 間に発生する電圧ＶP を検出しなければならないと
ころ、このＶP を検出するためのリード線をチャンバ５
ａ外に引き出すために、チャンバを改造する必要がある
が、この改造が繁雑となるので、従来はインピーダンス
変換回路３′の負荷側端の電圧ＶD を検出していた。と
ころが、図１４から明らかなように、ＶD は、ＶP に対
し、給電線４の長さ、すなわち給電線に発生する電圧Ｖ
L の影響を受けるために、ピーク間電圧も精度の欠いた
値を検出するという問題があった。
【００１３】例えば、プラズマプロセスで最も使用頻度
の高い１３．５６（ＭＨｚ）の高周波電力を供給した場
合のプラズマのリアクタンスは、真空の誘電率を８．８
５４×１０-12 、シースの比誘電率を１、電極面積を
０．０３２（ｍ2 ）、シース厚さを１（ｍｍ）とする
と、１つのシースの静電容量は２８３（ｐＦ）となる。
したがって、シースの合成静電容量は約１４２（ｐＦ）
となり、１３．５６（ＭＨｚ）に対し、−ｊ８２．７
（Ω）となる。
の高い１３．５６（ＭＨｚ）の高周波電力を供給した場
合のプラズマのリアクタンスは、真空の誘電率を８．８
５４×１０-12 、シースの比誘電率を１、電極面積を
０．０３２（ｍ2 ）、シース厚さを１（ｍｍ）とする
と、１つのシースの静電容量は２８３（ｐＦ）となる。
したがって、シースの合成静電容量は約１４２（ｐＦ）
となり、１３．５６（ＭＨｚ）に対し、−ｊ８２．７
（Ω）となる。
【００１４】ここで、上記電圧ＶD のピーク間電圧ＶDP
と、電圧ＶP のピーク間電圧ＶPPとを比較すると、プラ
ズマに供給される電力を１（ＫＷ）、プラズマの内部抵
抗を１０（Ω）とし、給電線のインダクタンスを１００
（ｎＨ），５００（ｎＨ）及び１（μＨ）と変化させた
ときの精度を１００（ＶDP−ＶPP）／ＶDP（％）により
求める。
と、電圧ＶP のピーク間電圧ＶPPとを比較すると、プラ
ズマに供給される電力を１（ＫＷ）、プラズマの内部抵
抗を１０（Ω）とし、給電線のインダクタンスを１００
（ｎＨ），５００（ｎＨ）及び１（μＨ）と変化させた
ときの精度を１００（ＶDP−ＶPP）／ＶDP（％）により
求める。
【００１５】その結果、１００（ｎＨ）のときは−１１
（％）、５００（ｎＨ）のときは−１０２（％）、１
（μＨ）のときは−７０７（％）となり、明らかにイン
ダンスが大きくなる程、精度が悪くなっている。
（％）、５００（ｎＨ）のときは−１０２（％）、１
（μＨ）のときは−７０７（％）となり、明らかにイン
ダンスが大きくなる程、精度が悪くなっている。
【００１６】本発明の目的は、プラズマ負荷のプラズマ
の状態の監視に際し、プラズマ負荷のインピーダンスま
たはピーク間電圧の計測精度を向上させたプラズマ監視
装置を提供することにある。
の状態の監視に際し、プラズマ負荷のインピーダンスま
たはピーク間電圧の計測精度を向上させたプラズマ監視
装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、高周波電源か
らインピーダンス変換回路を介して電力が供給されてい
るプラズマ負荷のプラズマの状態を監視するプラズマ監
視装置に係わるものである。
らインピーダンス変換回路を介して電力が供給されてい
るプラズマ負荷のプラズマの状態を監視するプラズマ監
視装置に係わるものである。
【００１８】請求項１に記載の発明は、インピーダンス
変換回路の負荷側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の負荷側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第２の入力インピーダンスとして演算する第２の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線のイン
ピーダンス及び第２の入力インピーダンスからプラズマ
負荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダン
ス演算部を備えたものである。
変換回路の負荷側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の負荷側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第２の入力インピーダンスとして演算する第２の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線のイン
ピーダンス及び第２の入力インピーダンスからプラズマ
負荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダン
ス演算部を備えたものである。
【００１９】請求項２に記載の発明は、プラズマ負荷の
インピーダンス及び電流からプラズマ負荷のピーク間電
圧を演算するプラズマピーク間電圧演算部をさらに備え
たものである。
インピーダンス及び電流からプラズマ負荷のピーク間電
圧を演算するプラズマピーク間電圧演算部をさらに備え
たものである。
【００２０】上記の請求項１及び請求項２の発明におい
ては、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度に影響を及ぼす給電線のインピーダンスを
考慮するようにしたので、上記の計測精度が向上する。
また、プラズマ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出して
いるので、演算誤差が小さくなる。
ては、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度に影響を及ぼす給電線のインピーダンスを
考慮するようにしたので、上記の計測精度が向上する。
また、プラズマ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出して
いるので、演算誤差が小さくなる。
【００２１】請求項３に記載の発明は、インピーダンス
変換回路の負荷側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線
の負荷側端での電圧及び電流を演算する給電線負荷側端
電圧・電流演算部と、給電線の負荷側端での電圧及び電
流からプラズマ負荷のインピーダンスを演算するプラズ
マインピーダンス演算部を備えたものである。
変換回路の負荷側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線
の負荷側端での電圧及び電流を演算する給電線負荷側端
電圧・電流演算部と、給電線の負荷側端での電圧及び電
流からプラズマ負荷のインピーダンスを演算するプラズ
マインピーダンス演算部を備えたものである。
【００２２】上記の請求項３の発明においては、給電線
のインピーダンスを測定しなくてもよいので、プラズマ
負荷のインピーダンスが効率よく計測される。また、プ
ラズマ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出しているの
で、演算誤差が小さくなる。
のインピーダンスを測定しなくてもよいので、プラズマ
負荷のインピーダンスが効率よく計測される。また、プ
ラズマ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出しているの
で、演算誤差が小さくなる。
【００２３】請求項４に記載の発明は、インピーダンス
変換回路の電源側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第１の入力インピーダンスとして演算する第１の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
を構成する素子の定数及び第１の入力インピーダンスか
らインピーダンス変換回路の負荷側端より負荷側を見た
インピーダンスを第２の入力インピーダンスとして演算
する第２の入力インピーダンス演算部と、インピーダン
ス変換回路の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給
電線のインピーダンス及び第２の入力インピーダンスか
らプラズマ負荷のインピーダンスを演算するプラズマイ
ンピーダンス演算部を備えたものである。
変換回路の電源側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第１の入力インピーダンスとして演算する第１の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
を構成する素子の定数及び第１の入力インピーダンスか
らインピーダンス変換回路の負荷側端より負荷側を見た
インピーダンスを第２の入力インピーダンスとして演算
する第２の入力インピーダンス演算部と、インピーダン
ス変換回路の負荷側端とプラズマ負荷との間をつなぐ給
電線のインピーダンス及び第２の入力インピーダンスか
らプラズマ負荷のインピーダンスを演算するプラズマイ
ンピーダンス演算部を備えたものである。
【００２４】請求項５に記載の発明は、電圧、電流及び
インピーダンス変換回路を構成する素子の定数からイン
ピーダンス変換回路の負荷側端での電流を演算するイン
ピーダンス変換回路負荷側端電流演算部と、プラズマ負
荷のインピーダンス及びインピーダンス変換回路の負荷
側端での電流からプラズマ負荷のピーク間電圧を演算す
るプラズマピーク間電圧演算部をさらに備えたものであ
る。
インピーダンス変換回路を構成する素子の定数からイン
ピーダンス変換回路の負荷側端での電流を演算するイン
ピーダンス変換回路負荷側端電流演算部と、プラズマ負
荷のインピーダンス及びインピーダンス変換回路の負荷
側端での電流からプラズマ負荷のピーク間電圧を演算す
るプラズマピーク間電圧演算部をさらに備えたものであ
る。
【００２５】上記の請求項４及び請求項５の発明におい
ては、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度に影響を及ぼす給電線のインピーダンスを
考慮するようにしたので、上記の計測精度が向上する。
また、検出精度の高い箇所で電圧、電流を検出している
ので、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度がさらに向上する。
ては、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度に影響を及ぼす給電線のインピーダンスを
考慮するようにしたので、上記の計測精度が向上する。
また、検出精度の高い箇所で電圧、電流を検出している
ので、プラズマ負荷のインピーダンスまたはピーク間電
圧の計測精度がさらに向上する。
【００２６】請求項６に記載の発明は、インピーダンス
変換回路の電源側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第１の入力インピーダンスとして演算する第１の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
を構成する素子の定数及び第１の入力インピーダンスか
らインピーダンス変換回路の負荷側端よりプラズマ負荷
側を見たインピーダンスを第２の入力インピーダンスと
して演算する第２の入力インピーダンス演算部と、電圧
と電流と位相差とから高周波電源の有効電力を演算する
実効電力演算部と、第２の入力インピーダンス及び有効
電力からインピーダンス変換回路の負荷側端での電圧及
び電流を演算するインピーダンス変換回路負荷側端電圧
・電流演算部と、インピーダンス変換回路の負荷側端で
の電圧及び電流からインピーダンス変換回路の負荷側端
とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線の負荷側端での電
圧及び電流を演算する給電線負荷側端電圧・電流演算部
と、給電線の負荷側端での電圧及び電流からプラズマ負
荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダンス
演算部を備えたものである。
変換回路の電源側端での電圧を検出する電圧検出部と、
インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出する
電流検出部と、電圧と電流との位相差を検出する位相差
検出部と、電圧と電流と位相差とからインピーダンス変
換回路の電源側端よりプラズマ負荷側を見たインピーダ
ンスを第１の入力インピーダンスとして演算する第１の
入力インピーダンス演算部と、インピーダンス変換回路
を構成する素子の定数及び第１の入力インピーダンスか
らインピーダンス変換回路の負荷側端よりプラズマ負荷
側を見たインピーダンスを第２の入力インピーダンスと
して演算する第２の入力インピーダンス演算部と、電圧
と電流と位相差とから高周波電源の有効電力を演算する
実効電力演算部と、第２の入力インピーダンス及び有効
電力からインピーダンス変換回路の負荷側端での電圧及
び電流を演算するインピーダンス変換回路負荷側端電圧
・電流演算部と、インピーダンス変換回路の負荷側端で
の電圧及び電流からインピーダンス変換回路の負荷側端
とプラズマ負荷との間をつなぐ給電線の負荷側端での電
圧及び電流を演算する給電線負荷側端電圧・電流演算部
と、給電線の負荷側端での電圧及び電流からプラズマ負
荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダンス
演算部を備えたものである。
【００２７】請求項７に記載の発明は、給電線の負荷側
端での電圧からプラズマ負荷のピーク間電圧を演算する
プラズマピーク間電圧演算部をさらに備えたものであ
る。
端での電圧からプラズマ負荷のピーク間電圧を演算する
プラズマピーク間電圧演算部をさらに備えたものであ
る。
【００２８】上記の請求項７の発明においては、給電線
のインピーダンスを測定しなくてもよいので、プラズマ
負荷のピーク間電圧が効率よく計測される。また、検出
精度の高い箇所で電圧、電流を検出しているので、プラ
ズマ負荷のピーク間電圧の計測精度がさらに向上する。
のインピーダンスを測定しなくてもよいので、プラズマ
負荷のピーク間電圧が効率よく計測される。また、検出
精度の高い箇所で電圧、電流を検出しているので、プラ
ズマ負荷のピーク間電圧の計測精度がさらに向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】＜第１の実施形態＞図１は本発明
に係るプラズマ監視装置の第１の実施形態を示す回路図
である。同図において、１は電源、２は同軸ケーブル、
３はインピーダンス変換回路（以下、変換回路とい
う）、４は給電線、５はプラズマ負荷（以下、負荷とい
う。）である。この変換回路３は、負荷５に高周波電力
を供給する際に従来から用いられている自動インピーダ
ンス整合器である。
に係るプラズマ監視装置の第１の実施形態を示す回路図
である。同図において、１は電源、２は同軸ケーブル、
３はインピーダンス変換回路（以下、変換回路とい
う）、４は給電線、５はプラズマ負荷（以下、負荷とい
う。）である。この変換回路３は、負荷５に高周波電力
を供給する際に従来から用いられている自動インピーダ
ンス整合器である。
【００３０】変換回路３は、図１１に示したものと同様
に、第１の可変コンデンサＣ11と、第２の可変コンデン
サＣ22と、タップを選択することによりインダクタンス
の調整が可能なコイルＬ11とを備えている。第１及び第
２の可変コンデンサＣ11及びＣ22のそれぞれの容量を調
節する調節部（操作軸）は、モータを駆動源とした図示
しない操作機構に連結されている。また各可変コンデン
サの操作子を駆動するモータを制御する図示しない制御
部が設けられていて、該制御部により可変コンデンサＣ
11及びＣ22の操作子の回転を制御することにより、それ
ぞれの可変コンデンサの容量を調整するようになってい
る。
に、第１の可変コンデンサＣ11と、第２の可変コンデン
サＣ22と、タップを選択することによりインダクタンス
の調整が可能なコイルＬ11とを備えている。第１及び第
２の可変コンデンサＣ11及びＣ22のそれぞれの容量を調
節する調節部（操作軸）は、モータを駆動源とした図示
しない操作機構に連結されている。また各可変コンデン
サの操作子を駆動するモータを制御する図示しない制御
部が設けられていて、該制御部により可変コンデンサＣ
11及びＣ22の操作子の回転を制御することにより、それ
ぞれの可変コンデンサの容量を調整するようになってい
る。
【００３１】変換回路３の負荷側端には、それぞれ負荷
側端の電圧Ｖ2 を検出する電圧検出部３Ｂ1 と、電流Ｉ
2 を検出する電流検出部３Ｂ2 及び負荷側端の電圧と電
流との位相差θ2 を検出する位相差検出部３Ｂ3 を有す
る負荷側検出器３Ｂが設けられている。
側端の電圧Ｖ2 を検出する電圧検出部３Ｂ1 と、電流Ｉ
2 を検出する電流検出部３Ｂ2 及び負荷側端の電圧と電
流との位相差θ2 を検出する位相差検出部３Ｂ3 を有す
る負荷側検出器３Ｂが設けられている。
【００３２】変換回路３を構成する素子の定数は、第１
及び第２の可変コンデンサＣ11及びＣ22の容量Ｃ1 ，Ｃ
2 と、コイルＬ11のインダクタンスＬ1 とである。これ
らの内、インダクタンスＬ1 は既知であるが、インピー
ダンス調節手段である第１及び第２の可変コンデンサＣ
11及びＣ22の容量は随時変化する。そこで、可変コンデ
ンサＣ11及びＣ22の容量を演算するため、可変抵抗器Ｖ
Ｒ1 及びＶＲ2 を設け、これらの可変抵抗器の摺動子を
可変コンデンサＣ11及びＣ22の操作子と連動するように
それぞれの可変コンデンサの操作子の駆動機構に連結し
ている。可変抵抗器ＶＲ1 及びＶＲ2 の両端には一定の
直流電圧を印加してあり、可変抵抗器ＶＲ1 及びＶＲ2
の摺動子と接地間にそれぞれコンデンサＣ11及びＣ22の
操作子の位置（回転角）に相応した位置検出信号Ｅp1及
びＥp2を得るようにしており、この可変抵抗器ＶＲ1 及
びＶＲ2 によりインピーダンス調節手段の調節部の位置
を検出する調節位置検出器６が構成される。
及び第２の可変コンデンサＣ11及びＣ22の容量Ｃ1 ，Ｃ
2 と、コイルＬ11のインダクタンスＬ1 とである。これ
らの内、インダクタンスＬ1 は既知であるが、インピー
ダンス調節手段である第１及び第２の可変コンデンサＣ
11及びＣ22の容量は随時変化する。そこで、可変コンデ
ンサＣ11及びＣ22の容量を演算するため、可変抵抗器Ｖ
Ｒ1 及びＶＲ2 を設け、これらの可変抵抗器の摺動子を
可変コンデンサＣ11及びＣ22の操作子と連動するように
それぞれの可変コンデンサの操作子の駆動機構に連結し
ている。可変抵抗器ＶＲ1 及びＶＲ2 の両端には一定の
直流電圧を印加してあり、可変抵抗器ＶＲ1 及びＶＲ2
の摺動子と接地間にそれぞれコンデンサＣ11及びＣ22の
操作子の位置（回転角）に相応した位置検出信号Ｅp1及
びＥp2を得るようにしており、この可変抵抗器ＶＲ1 及
びＶＲ2 によりインピーダンス調節手段の調節部の位置
を検出する調節位置検出器６が構成される。
【００３３】検出電圧Ｖ2 、検出電流Ｉ2 、位相差θ2
及び位置検出信号Ｅp1，Ｅp2はアナログ／デジタルコン
バータ（Ａ／Ｄコンバータ）２０に入力されてデジタル
信号に変換され、それぞれのデジタル信号がコンピュー
タ２１に入力されている。
及び位置検出信号Ｅp1，Ｅp2はアナログ／デジタルコン
バータ（Ａ／Ｄコンバータ）２０に入力されてデジタル
信号に変換され、それぞれのデジタル信号がコンピュー
タ２１に入力されている。
【００３４】コンピュータ２１では、プラズマインピー
ダンス及びプラズマピーク間電圧を演算し、その結果を
ディスプレイ装置２５に表示する。
ダンス及びプラズマピーク間電圧を演算し、その結果を
ディスプレイ装置２５に表示する。
【００３５】図２は本発明に係るプラズマ監視装置の第
１の実施形態におけるコンピュータの内部機能を示すブ
ロック図であり、コンピュータ２１は、測定された給電
線４のインピーダンスＺS * を入力する給電線インピー
ダンス測定値入力部２１ａと、検出電圧Ｖ2 、検出電流
Ｉ2 及び位相差θ2 から給電線の入力インピーダンスＺ
2 * を演算する給電線入力インピーダンス演算部２１ｂ
とを有している。また、上記給電線のインピーダンスＺ
S * 及び給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）Ｚ2 * からプラズマ負荷５のインピーダンス
ＺP * を演算するプラズマインピーダンス演算部２１ｃ
と、上記検出電流Ｉ2 及びプラズマ負荷のインピーダン
スＺP * からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算す
るプラズマピーク間電圧演算部２１ｄと、上記プラズマ
負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表
示する表示指令部２１ｅとを有している。なお、“＊”
は複素数であることを示している。
１の実施形態におけるコンピュータの内部機能を示すブ
ロック図であり、コンピュータ２１は、測定された給電
線４のインピーダンスＺS * を入力する給電線インピー
ダンス測定値入力部２１ａと、検出電圧Ｖ2 、検出電流
Ｉ2 及び位相差θ2 から給電線の入力インピーダンスＺ
2 * を演算する給電線入力インピーダンス演算部２１ｂ
とを有している。また、上記給電線のインピーダンスＺ
S * 及び給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）Ｚ2 * からプラズマ負荷５のインピーダンス
ＺP * を演算するプラズマインピーダンス演算部２１ｃ
と、上記検出電流Ｉ2 及びプラズマ負荷のインピーダン
スＺP * からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算す
るプラズマピーク間電圧演算部２１ｄと、上記プラズマ
負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表
示する表示指令部２１ｅとを有している。なお、“＊”
は複素数であることを示している。
【００３６】図３は第１の実施形態におけるコンピュー
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
【００３７】給電線インピーダンス測定値入力部２１ａ
には、インピーダンスアナライザにより測定された給電
線インピーダンスＺS * が入力される（ステップＳ
１）。なお、この給電線は、抵抗分が無視でき、リアク
タンス分としてのインダクタンスＬS のみとなる。ま
た、このインピーダンスは、電極５ｂ1 ，５ｂ2 間を短
絡して測定される。
には、インピーダンスアナライザにより測定された給電
線インピーダンスＺS * が入力される（ステップＳ
１）。なお、この給電線は、抵抗分が無視でき、リアク
タンス分としてのインダクタンスＬS のみとなる。ま
た、このインピーダンスは、電極５ｂ1 ，５ｂ2 間を短
絡して測定される。
【００３８】給電線入力インピーダンス演算部２１ｂで
は、まず検出器３Ｂの出力である検出電圧Ｖ2 、検出電
流Ｉ2 及び位相差θ2 を読込み（ステップＳ２）、つぎ
に変換回路３の負荷側端よりプラズマ負荷５側を見たイ
ンピーダンス、すなわち給電線４の電源側端より負荷側
を見たインピーダンスを給電線入力インピーダンスＺ2
* とし、上記Ｖ2 ，Ｉ2 からこの入力インピーダンスの
絶対値Ｚ2 を（１）式により求める（ステップ３）。 Ｚ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ2 …（１）
は、まず検出器３Ｂの出力である検出電圧Ｖ2 、検出電
流Ｉ2 及び位相差θ2 を読込み（ステップＳ２）、つぎ
に変換回路３の負荷側端よりプラズマ負荷５側を見たイ
ンピーダンス、すなわち給電線４の電源側端より負荷側
を見たインピーダンスを給電線入力インピーダンスＺ2
* とし、上記Ｖ2 ，Ｉ2 からこの入力インピーダンスの
絶対値Ｚ2 を（１）式により求める（ステップ３）。 Ｚ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ2 …（１）
【００３９】ついで、上記インピーダンスの絶対値Ｚ2
及び位相差θ2 から給電線入力インピーダンスＺ2 * を
求める（ステップ４）。このインピーダンスＺ2 * の抵
抗分をＲ2 、リアクタンス分をＸ2 とし、Ｚ2 * ＝Ｒ2
＋ｊＸ2 とおくと、Ｒ2 及びＸ2 は（２），（３）式で
与えられる。 Ｒ2 ＝Ｚ2 ・ｃｏｓθ2 …（２） Ｘ2 ＝Ｚ2 ・ｓｉｎθ2 …（３）
及び位相差θ2 から給電線入力インピーダンスＺ2 * を
求める（ステップ４）。このインピーダンスＺ2 * の抵
抗分をＲ2 、リアクタンス分をＸ2 とし、Ｚ2 * ＝Ｒ2
＋ｊＸ2 とおくと、Ｒ2 及びＸ2 は（２），（３）式で
与えられる。 Ｒ2 ＝Ｚ2 ・ｃｏｓθ2 …（２） Ｘ2 ＝Ｚ2 ・ｓｉｎθ2 …（３）
【００４０】プラズマインピーダンス演算部２１ｃで
は、上記抵抗分Ｒ2 、リアクタンス分Ｘ2 及び給電線の
リアクタンスωＬｓ（ω：角周波数）から給電線４の負
荷側端より負荷側を見たインピーダンスをプラズマイン
ピーダンスＺP * として求める（ステップＳ５）。この
インピーダンスＺP * の抵抗分をＲP 、リアクタンス分
をＸP とし、ＺP * ＝ＲP ＋ｊＸP とおくと、ＲP 及び
ＸP は（４），（５）式で与えられる。 ＲP ＝Ｒ2 …（４） ＸP ＝Ｘ2 −ωＬｓ …（５）
は、上記抵抗分Ｒ2 、リアクタンス分Ｘ2 及び給電線の
リアクタンスωＬｓ（ω：角周波数）から給電線４の負
荷側端より負荷側を見たインピーダンスをプラズマイン
ピーダンスＺP * として求める（ステップＳ５）。この
インピーダンスＺP * の抵抗分をＲP 、リアクタンス分
をＸP とし、ＺP * ＝ＲP ＋ｊＸP とおくと、ＲP 及び
ＸP は（４），（５）式で与えられる。 ＲP ＝Ｒ2 …（４） ＸP ＝Ｘ2 −ωＬｓ …（５）
【００４１】プラズマピーク間電圧演算部２１ｄでは、
まず（４），（５）式で得られたＲP ，ＸP からプラズ
マインピーダンスの絶対値ＺP を（６）式により求める
（ステップＳ６）。 ＺP ＝｛Ｒ2 2 ＋（Ｘ2 −ωＬｓ）2 ｝1/2 …（６）
まず（４），（５）式で得られたＲP ，ＸP からプラズ
マインピーダンスの絶対値ＺP を（６）式により求める
（ステップＳ６）。 ＺP ＝｛Ｒ2 2 ＋（Ｘ2 −ωＬｓ）2 ｝1/2 …（６）
【００４２】つぎに、上記検出電流Ｉ2 及びプラズマイ
ンピーダンスの絶対値ＺP からプラズマピーク間電圧Ｖ
PPを（７）式により求める（ステップＳ７）。なお、Ｉ
2 は実効値としている。 ＶPP＝２・２1/2 ・Ｉ2 ・ＺP …（７）
ンピーダンスの絶対値ＺP からプラズマピーク間電圧Ｖ
PPを（７）式により求める（ステップＳ７）。なお、Ｉ
2 は実効値としている。 ＶPP＝２・２1/2 ・Ｉ2 ・ＺP …（７）
【００４３】表示指令部２１ｅでは、プラズマインピー
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ８）、再度、ステップＳ２に戻る。
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ８）、再度、ステップＳ２に戻る。
【００４４】＜第２の実施形態＞図４は本発明に係るプ
ラズマ監視装置の第２の実施形態におけるコンピュータ
の内部機能を示すブロック図である。なお、本実施形態
を示す回路図は第１の実施形態と同じであるので省略す
る。
ラズマ監視装置の第２の実施形態におけるコンピュータ
の内部機能を示すブロック図である。なお、本実施形態
を示す回路図は第１の実施形態と同じであるので省略す
る。
【００４５】コンピュータ２２は、検出電圧Ｖ2 、検出
電流Ｉ2 及び位相差θ2 から給電線４の負荷側端電圧Ｖ
3 * 及び電流Ｉ3 * を演算する給電線負荷側端電圧・電
流演算部２２ａを有している。また、上記給電線の負荷
側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラズマ負荷５のイ
ンピーダンスＺP * を演算するプラズマインピーダンス
演算部２２ｂと、上記給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * から
プラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算するプラズマピ
ーク間電圧演算部２２ｃと、上記プラズマ負荷のインピ
ーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表示する表示指
令部２２ｄとを有している。
電流Ｉ2 及び位相差θ2 から給電線４の負荷側端電圧Ｖ
3 * 及び電流Ｉ3 * を演算する給電線負荷側端電圧・電
流演算部２２ａを有している。また、上記給電線の負荷
側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラズマ負荷５のイ
ンピーダンスＺP * を演算するプラズマインピーダンス
演算部２２ｂと、上記給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * から
プラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算するプラズマピ
ーク間電圧演算部２２ｃと、上記プラズマ負荷のインピ
ーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表示する表示指
令部２２ｄとを有している。
【００４６】図５は第２の実施形態におけるコンピュー
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
【００４７】給電線負荷側端電圧・電流演算部２２ａで
は、まず検出器３Ｂの出力である検出電圧Ｖ2 、検出電
流Ｉ2 及び位相差θ2 を読込み（ステップＳ１）、Ｖ2
，Ｉ2 及びθ2 から給電線の電源側端電圧Ｖ2 * 及び
電流Ｉ2 * を求める（ステップＳ２）。このＶ2 * ，Ｉ
2 * は、Ｖ2 ，Ｉ2 を実効値とすると、（８），（９）
式で与えられる。 Ｖ2 * ＝２1/2 ・Ｖ2 εj ω t …（８） Ｉ2 * ＝２1/2 ・Ｉ2 εj( ω t- θ 2 ) …（９）
は、まず検出器３Ｂの出力である検出電圧Ｖ2 、検出電
流Ｉ2 及び位相差θ2 を読込み（ステップＳ１）、Ｖ2
，Ｉ2 及びθ2 から給電線の電源側端電圧Ｖ2 * 及び
電流Ｉ2 * を求める（ステップＳ２）。このＶ2 * ，Ｉ
2 * は、Ｖ2 ，Ｉ2 を実効値とすると、（８），（９）
式で与えられる。 Ｖ2 * ＝２1/2 ・Ｖ2 εj ω t …（８） Ｉ2 * ＝２1/2 ・Ｉ2 εj( ω t- θ 2 ) …（９）
【００４８】つぎに、給電線を４端子網として取扱い、
この負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * を求める（ステ
ップＳ３）。上記電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2 * は、４端子
定数Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 と、負荷側端電圧Ｖ3 * 及
び負荷側端電流Ｉ3 * とを用いて、（１０）式で表わさ
れる。
この負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * を求める（ステ
ップＳ３）。上記電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2 * は、４端子
定数Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 と、負荷側端電圧Ｖ3 * 及
び負荷側端電流Ｉ3 * とを用いて、（１０）式で表わさ
れる。
【００４９】
【数１】
【００５０】（１０）式はＶ2 * ，Ｉ2 * に４端子定数
の逆行列を乗じると、（１１）式で表わされる。
の逆行列を乗じると、（１１）式で表わされる。
【００５１】
【数２】
【００５２】給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3
* は、（１１）式から（１２），（１３）式により求め
られる。なお、Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 は下記に示すよ
うに、それぞれ（２１），（２２），（２３）及び（２
４）式により求めたものである。 Ｖ3 * ＝｛１／（Ａ2 Ｄ2 −Ｂ2 Ｃ2 ）｝（Ｄ2 Ｖ2 * −Ｂ2 Ｉ2 * ） …（１２） Ｉ3 * ＝｛１／（Ａ2 Ｄ2 −Ｂ2 Ｃ2 ）｝（−Ｃ2 Ｖ2 * ＋Ａ2 Ｉ2 * ） …（１３）
* は、（１１）式から（１２），（１３）式により求め
られる。なお、Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 は下記に示すよ
うに、それぞれ（２１），（２２），（２３）及び（２
４）式により求めたものである。 Ｖ3 * ＝｛１／（Ａ2 Ｄ2 −Ｂ2 Ｃ2 ）｝（Ｄ2 Ｖ2 * −Ｂ2 Ｉ2 * ） …（１２） Ｉ3 * ＝｛１／（Ａ2 Ｄ2 −Ｂ2 Ｃ2 ）｝（−Ｃ2 Ｖ2 * ＋Ａ2 Ｉ2 * ） …（１３）
【００５３】プラズマインピーダンス演算部２２ｂで
は、（１２），（１３）式で得られた給電線の負荷側端
電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラズマインピーダンス
ＺP *を（１４）式により求める（ステップＳ４）。 ＺP * ＝Ｖ3 * ／Ｉ3 * …（１４）
は、（１２），（１３）式で得られた給電線の負荷側端
電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラズマインピーダンス
ＺP *を（１４）式により求める（ステップＳ４）。 ＺP * ＝Ｖ3 * ／Ｉ3 * …（１４）
【００５４】プラズマピーク間電圧演算部２２ｃでは、
（１２）式で得られたＶ3 * からその最大値Ｖ3´*を求
め、プラズマピーク間電圧ＶPPを（１５）式により求め
る（ステップＳ５）。 ＶPP＝２・Ｖ3´* …（１５）
（１２）式で得られたＶ3 * からその最大値Ｖ3´*を求
め、プラズマピーク間電圧ＶPPを（１５）式により求め
る（ステップＳ５）。 ＶPP＝２・Ｖ3´* …（１５）
【００５５】表示指令部２２ｄでは、プラズマインピー
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ６）、再度、ステップＳ１に戻る。
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ６）、再度、ステップＳ１に戻る。
【００５６】上記４端子定数Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2
は、例えば下記のように求めることができる。まず、抵
抗値が既知の抵抗Ｒを電極５ｂ1 ，５ｂ2 間に接続し、
給電線４の電源側端より負荷側を見たインピーダンスＺ
22を、インピーダンスアナライザを用いて測定する。
は、例えば下記のように求めることができる。まず、抵
抗値が既知の抵抗Ｒを電極５ｂ1 ，５ｂ2 間に接続し、
給電線４の電源側端より負荷側を見たインピーダンスＺ
22を、インピーダンスアナライザを用いて測定する。
【００５７】つぎに、給電線の電源側端に所定の電圧を
有する高周波信号源を接続し、入力電圧Ｖ22及び出力電
圧（電極間電圧）Ｖ33を測定する。このときの入力電流
をＩ22、出力電流をＩ33とすると、Ｖ22，Ｉ22は４端子
定数Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2及びＶ33，Ｉ33を用いて、
（１６）式で表わされる。
有する高周波信号源を接続し、入力電圧Ｖ22及び出力電
圧（電極間電圧）Ｖ33を測定する。このときの入力電流
をＩ22、出力電流をＩ33とすると、Ｖ22，Ｉ22は４端子
定数Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2及びＶ33，Ｉ33を用いて、
（１６）式で表わされる。
【００５８】
【数３】
【００５９】上記（１６）式のＩ22，Ｉ33は、それぞれ
Ｉ22＝Ｖ22／Ｚ22，Ｉ33＝Ｖ33／Ｒであるので、（１
７）式のように変形できる。
Ｉ22＝Ｖ22／Ｚ22，Ｉ33＝Ｖ33／Ｒであるので、（１
７）式のように変形できる。
【００６０】
【数４】
【００６１】上記（１７）式を展開すると、（１８），
（１９）式になる。 Ｖ22＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ／Ｒ）Ｖ33 …（１８） Ｖ22／Ｚ22＝（Ｃ2 ＋Ｄ2 ／Ｒ）Ｖ33 …（１９）
（１９）式になる。 Ｖ22＝（Ａ2 ＋Ｂ2 ／Ｒ）Ｖ33 …（１８） Ｖ22／Ｚ22＝（Ｃ2 ＋Ｄ2 ／Ｒ）Ｖ33 …（１９）
【００６２】上記（１８），（１９）式において、抵抗
Ｒａを接続したときのインピーダンスをＺ2a、入力電圧
をＶ2a、出力電圧をＶ3aとし、抵抗Ｒb を接続したとき
のインピーダンスをＺ2b、入力電圧をＶ2b、出力電圧を
Ｖ3bとすると、以下の連立方程式（２０）が得られる。
Ｒａを接続したときのインピーダンスをＺ2a、入力電圧
をＶ2a、出力電圧をＶ3aとし、抵抗Ｒb を接続したとき
のインピーダンスをＺ2b、入力電圧をＶ2b、出力電圧を
Ｖ3bとすると、以下の連立方程式（２０）が得られる。
【００６３】
【数５】
【００６４】上記（２０）式からＡ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ
2 が求められる。 Ａ2 ＝｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝（Ｖ2a／Ｖ3a）・Ｒa ＋（Ｖ2b／Ｖ3b）・Ｒb …（２１） Ｂ2 ＝｛（Ｖ2a／Ｖ3a）−（Ｖ2b／Ｖ3b）｝・Ｒa ・ ｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝・Ｒb …（２２） Ｃ2 ＝｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝（−Ｖ2a／Ｖ3a・Ｚ2a）・Ｒa ＋ （Ｖ2b／Ｖ3b・Ｚ2b）・Ｒb …（２３） Ｄ2 ＝［｛（Ｖ2a／Ｖ3a−Ｚ2a）｝−（Ｖ2b／Ｖ3b・Ｚ2b）］・Ｒa ・ ｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝・Ｒb …（２４）
2 が求められる。 Ａ2 ＝｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝（Ｖ2a／Ｖ3a）・Ｒa ＋（Ｖ2b／Ｖ3b）・Ｒb …（２１） Ｂ2 ＝｛（Ｖ2a／Ｖ3a）−（Ｖ2b／Ｖ3b）｝・Ｒa ・ ｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝・Ｒb …（２２） Ｃ2 ＝｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝（−Ｖ2a／Ｖ3a・Ｚ2a）・Ｒa ＋ （Ｖ2b／Ｖ3b・Ｚ2b）・Ｒb …（２３） Ｄ2 ＝［｛（Ｖ2a／Ｖ3a−Ｚ2a）｝−（Ｖ2b／Ｖ3b・Ｚ2b）］・Ｒa ・ ｛１／（Ｒb −Ｒa ）｝・Ｒb …（２４）
【００６５】＜第３の実施形態＞図６は本発明に係るプ
ラズマ監視装置の第３の実施形態を示す回路図であり、
１は電源、２は同軸ケーブル、３は変換回路、４は給電
線、５は負荷、２０はＡ／Ｄコンバータ、２３はコンピ
ュータ、２５はディスプレイ装置である。
ラズマ監視装置の第３の実施形態を示す回路図であり、
１は電源、２は同軸ケーブル、３は変換回路、４は給電
線、５は負荷、２０はＡ／Ｄコンバータ、２３はコンピ
ュータ、２５はディスプレイ装置である。
【００６６】本実施形態では、変換回路３の電源側端
に、それぞれ電源側端での電圧Ｖ1 を検出する電圧検出
部３Ａ1 、電流Ｉ1 を検出する電流検出部３Ａ2 及び電
源側端での電圧と電流との位相差θ1 を検出する位相差
検出部３Ａ3 を有する電源側検出器３Ａを設けている。
に、それぞれ電源側端での電圧Ｖ1 を検出する電圧検出
部３Ａ1 、電流Ｉ1 を検出する電流検出部３Ａ2 及び電
源側端での電圧と電流との位相差θ1 を検出する位相差
検出部３Ａ3 を有する電源側検出器３Ａを設けている。
【００６７】図７は本発明に係るプラズマ監視装置の第
３の実施形態におけるコンピュータの内部機能を示すブ
ロック図であり、コンピュータ２３は、変換回路３の構
成素子の内、既知のインピーダンスＺL * を入力する変
換回路既知インピーダンス入力部２３ａと、測定された
給電線４のインピーダンスＺS * を入力する給電線イン
ピーダンス測定値入力部２３ｂとを有している。また、
検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から変換回
路の入力インピーダンスＺ1 * を演算する変換回路入力
インピーダンス演算回路２３ｃと、位置検出信号ＥP1，
ＥP2から変換回路の構成素子の内、調節用のインピーダ
ンスＺC1* ，ＺC2* を演算する変換回路調節用インピー
ダンス演算部２３ｄとを有している。さらに、上記変換
回路の既知のインピーダンスＺL * 、入力インピーダン
スＺ1 * 及び調節用のインピーダンスＺC1* ，ＺC2* か
ら給電線の入力インピーダンス（第２の入力インピーダ
ンス）Ｚ2 * を演算する給電線入力インピーダンス演算
部２３ｅ、上記給電線のインピーダンスＺS * と入力イ
ンピーダンスＺ2 * とからプラズマ負荷のインピーダン
スＺP * を演算するプラズマインピーダンス演算部２３
ｆと、上記検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び調節用のイ
ンピーダンスＺC1から変換回路の負荷側端電流Ｉ2 ′を
演算する変換回路負荷側端電流演算部２３ｇと、上記プ
ラズマ負荷のインピーダンスＺP * 及び変換回路の負荷
側端電流Ｉ2 ′からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを
演算するプラズマピーク間電圧演算部２３ｈと、上記プ
ラズマ負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧Ｖ
PPを表示する表示指令部２３ｉとを有している。
３の実施形態におけるコンピュータの内部機能を示すブ
ロック図であり、コンピュータ２３は、変換回路３の構
成素子の内、既知のインピーダンスＺL * を入力する変
換回路既知インピーダンス入力部２３ａと、測定された
給電線４のインピーダンスＺS * を入力する給電線イン
ピーダンス測定値入力部２３ｂとを有している。また、
検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から変換回
路の入力インピーダンスＺ1 * を演算する変換回路入力
インピーダンス演算回路２３ｃと、位置検出信号ＥP1，
ＥP2から変換回路の構成素子の内、調節用のインピーダ
ンスＺC1* ，ＺC2* を演算する変換回路調節用インピー
ダンス演算部２３ｄとを有している。さらに、上記変換
回路の既知のインピーダンスＺL * 、入力インピーダン
スＺ1 * 及び調節用のインピーダンスＺC1* ，ＺC2* か
ら給電線の入力インピーダンス（第２の入力インピーダ
ンス）Ｚ2 * を演算する給電線入力インピーダンス演算
部２３ｅ、上記給電線のインピーダンスＺS * と入力イ
ンピーダンスＺ2 * とからプラズマ負荷のインピーダン
スＺP * を演算するプラズマインピーダンス演算部２３
ｆと、上記検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び調節用のイ
ンピーダンスＺC1から変換回路の負荷側端電流Ｉ2 ′を
演算する変換回路負荷側端電流演算部２３ｇと、上記プ
ラズマ負荷のインピーダンスＺP * 及び変換回路の負荷
側端電流Ｉ2 ′からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを
演算するプラズマピーク間電圧演算部２３ｈと、上記プ
ラズマ負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧Ｖ
PPを表示する表示指令部２３ｉとを有している。
【００６８】図８は第３の実施形態におけるコンピュー
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
タが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチ
ャートである。
【００６９】変換回路既知インピーダンス値入力部２３
ａには、タップ選択された既知のインダクタンスＬ1 に
よるインピーダンスＺL * としてリアクタンスωＬ1
（ω：角周波数）が入力され（ステップＳ１）、給電線
インピーダンス測定値入力部２３ｂには、測定された給
電線のインピーダンスＺS * としてリアクタンスωＬｓ
が入力される（ステップＳ１）。
ａには、タップ選択された既知のインダクタンスＬ1 に
よるインピーダンスＺL * としてリアクタンスωＬ1
（ω：角周波数）が入力され（ステップＳ１）、給電線
インピーダンス測定値入力部２３ｂには、測定された給
電線のインピーダンスＺS * としてリアクタンスωＬｓ
が入力される（ステップＳ１）。
【００７０】変換回路入力インピーダンス演算部２３ｃ
では、まず検出器３Ａの出力である検出電圧Ｖ1 、検出
電流Ｉ1 及び位相差θ1 を読込み（ステップＳ２）、つ
ぎに変換回路の電源側端より負荷側を見たインピーダン
スを変換回路入力インピーダンス（第１の入力インピー
ダンス）Ｚ1 * とし、上記Ｖ1 ，Ｉ1 からこの入力イン
ピーダンスの絶対値Ｚ1 を（２５）式により求める（ス
テップ３）。 Ｚ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 …（２５）
では、まず検出器３Ａの出力である検出電圧Ｖ1 、検出
電流Ｉ1 及び位相差θ1 を読込み（ステップＳ２）、つ
ぎに変換回路の電源側端より負荷側を見たインピーダン
スを変換回路入力インピーダンス（第１の入力インピー
ダンス）Ｚ1 * とし、上記Ｖ1 ，Ｉ1 からこの入力イン
ピーダンスの絶対値Ｚ1 を（２５）式により求める（ス
テップ３）。 Ｚ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 …（２５）
【００７１】ついで、上記インピーダンスの絶対値Ｚ1
及び位相差θ1 から変換回路入力インピーダンスＺ1 *
を求める（ステップＳ４）。このインピーダンスＺ1 *
の抵抗分をＲ1 、リアクタンス分をＸ1 とし、Ｚ1 * ＝
Ｒ1 ＋ｊＸ1 とおくと、Ｒ1及びＸ1 は（２６），（２
７）式で与えられる。 Ｒ1 ＝Ｚ1 ・ｃｏｓθ1 …（２６） Ｘ1 ＝Ｚ1 ・ｓｉｎθ1 …（２７）
及び位相差θ1 から変換回路入力インピーダンスＺ1 *
を求める（ステップＳ４）。このインピーダンスＺ1 *
の抵抗分をＲ1 、リアクタンス分をＸ1 とし、Ｚ1 * ＝
Ｒ1 ＋ｊＸ1 とおくと、Ｒ1及びＸ1 は（２６），（２
７）式で与えられる。 Ｒ1 ＝Ｚ1 ・ｃｏｓθ1 …（２６） Ｘ1 ＝Ｚ1 ・ｓｉｎθ1 …（２７）
【００７２】変換回路調節用インピーダンス演算部２３
ｄでは、まず調節位置検出器６の出力である位置検出信
号ＥP1，ＥP2を読込み（ステップＳ５）、つぎに位置検
出信号から調節用コンデンサＣ11，Ｃ22の容量Ｃ1 ，Ｃ
2 を求め（ステップＳ６）、ついでその結果に基づいて
コンデンサＣ11，Ｃ22のそれぞれのリアクタンスＸC1，
ＸC2を求める（ステップＳ７）。
ｄでは、まず調節位置検出器６の出力である位置検出信
号ＥP1，ＥP2を読込み（ステップＳ５）、つぎに位置検
出信号から調節用コンデンサＣ11，Ｃ22の容量Ｃ1 ，Ｃ
2 を求め（ステップＳ６）、ついでその結果に基づいて
コンデンサＣ11，Ｃ22のそれぞれのリアクタンスＸC1，
ＸC2を求める（ステップＳ７）。
【００７３】給電線入力インピーダンス演算部２３ｅで
は、変換回路３の負荷側端よりプラズマ負荷５側を見た
インピーダンス、すなわち給電線の電源側端より負荷側
を見たインピーダンスを給電線入力インピーダンスＺ2
* として求める（ステップＳ８）。
は、変換回路３の負荷側端よりプラズマ負荷５側を見た
インピーダンス、すなわち給電線の電源側端より負荷側
を見たインピーダンスを給電線入力インピーダンスＺ2
* として求める（ステップＳ８）。
【００７４】このインピーダンスＺ2 * をＺ2 * ＝Ｒ2
＋ｊＸ2 とおいて、Ｒ2 及びＸ2 を未知数とし、上記入
力インピーダンスＺ1 * の抵抗分Ｒ1 及びリアクタンス
分Ｘ1 と、変換回路３の構成素子のリアクタンスＸC1，
ＸC2及びＸL1とを既知数として、Ｒ2 及びＸ2 を求め
る。これらＲ2 及びＸ2 はそれぞれ（２８），（２９）
式により与えられる。 Ｒ2 ＝Ｒ1 ・（ＸC1）2 ／Ｂ …（２８） Ｘ2 ＝｛Ｒ1 2 ・ＸC1＋（Ｘ1 ＋ＸC1）・ＸC1・Ｘ1 ｝／Ｂ＋（ＸC2−ＸL1） …（２９） 但し、Ｂ＝Ｒ1 2 ＋（Ｘ1 ＋ＸC1）2
＋ｊＸ2 とおいて、Ｒ2 及びＸ2 を未知数とし、上記入
力インピーダンスＺ1 * の抵抗分Ｒ1 及びリアクタンス
分Ｘ1 と、変換回路３の構成素子のリアクタンスＸC1，
ＸC2及びＸL1とを既知数として、Ｒ2 及びＸ2 を求め
る。これらＲ2 及びＸ2 はそれぞれ（２８），（２９）
式により与えられる。 Ｒ2 ＝Ｒ1 ・（ＸC1）2 ／Ｂ …（２８） Ｘ2 ＝｛Ｒ1 2 ・ＸC1＋（Ｘ1 ＋ＸC1）・ＸC1・Ｘ1 ｝／Ｂ＋（ＸC2−ＸL1） …（２９） 但し、Ｂ＝Ｒ1 2 ＋（Ｘ1 ＋ＸC1）2
【００７５】プラズマインピーダンス演算部２３ｆで
は、第１の実施形態と同様に、上記抵抗分Ｒ2 ，リアク
タンス分Ｘ2 及び給電線のリアクタンスωＬｓから給電
線の負荷側端より負荷側を見たインピーダンスをプラズ
マインピーダンスＺP * として（４），（５）式により
求める（ステップＳ９）。
は、第１の実施形態と同様に、上記抵抗分Ｒ2 ，リアク
タンス分Ｘ2 及び給電線のリアクタンスωＬｓから給電
線の負荷側端より負荷側を見たインピーダンスをプラズ
マインピーダンスＺP * として（４），（５）式により
求める（ステップＳ９）。
【００７６】変換回路負荷側端電流演算部２３ｇでは、
上記検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び調節用コンデンサ
Ｃ11のリアクタンスＸC1から変換回路の負荷側端電流Ｉ
2´を（３０）式により求める（ステップＳ１０）。な
お、Ｖ1 ，Ｉ1 は実効値としている。 Ｉ2´＝Ｉ1 −ＸC1・Ｖ1 …（３０）
上記検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び調節用コンデンサ
Ｃ11のリアクタンスＸC1から変換回路の負荷側端電流Ｉ
2´を（３０）式により求める（ステップＳ１０）。な
お、Ｖ1 ，Ｉ1 は実効値としている。 Ｉ2´＝Ｉ1 −ＸC1・Ｖ1 …（３０）
【００７７】プラズマピーク間電圧演算部２３ｈでは、
まず上記ＲP ，ＸP からプラズマインピーダンスの絶対
値ＺP を（６）式により求め（ステップＳ１１）、つぎ
に上記Ｉ２´及びＺP からプラズマピーク間電圧ＶPPを
（３１）式により求める（ステップＳ１２）。 ＶPP＝２・２1/2 ・Ｉ2´・ＺP …（３１）
まず上記ＲP ，ＸP からプラズマインピーダンスの絶対
値ＺP を（６）式により求め（ステップＳ１１）、つぎ
に上記Ｉ２´及びＺP からプラズマピーク間電圧ＶPPを
（３１）式により求める（ステップＳ１２）。 ＶPP＝２・２1/2 ・Ｉ2´・ＺP …（３１）
【００７８】表示指令部２３ｉでは、プラズマインピー
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ１３）、再度、ステップＳ２に戻
る。
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ１３）、再度、ステップＳ２に戻
る。
【００７９】＜第４の実施形態＞図９は本発明に係るプ
ラズマ監視装置の第４の実施形態におけるコンピュータ
の内部機能を示すブロック図である。なお、本実施形態
を示す回路図は第３の実施形態と同じであるので省略す
る。
ラズマ監視装置の第４の実施形態におけるコンピュータ
の内部機能を示すブロック図である。なお、本実施形態
を示す回路図は第３の実施形態と同じであるので省略す
る。
【００８０】コンピュータ２４は、変換回路３の構成素
子の内、既知のインピーダンスＺL * を入力する変換回
路既知インピーダンス入力部２４ａと、検出電圧Ｖ1 、
検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から変換回路の入力インピ
ーダンスＺ1 * を演算する変換回路入力インピーダンス
演算回路２４ｂと、位置検出信号ＥP1，ＥP2から変換回
路の構成素子の内、調節用のインピーダンスＺC1* ，Ｚ
C2* を演算する変換回路調節用インピーダンス演算部２
４ｃとを有している。また、上記変換回路の既知のイン
ピーダンスＺL * 、入力インピーダンスＺ1 * 及び調節
用のインピーダンスＺC1* ，ＺC2* から給電線の入力イ
ンピーダンス（第２の入力インピーダンス）Ｚ2 * を演
算する給電線入力インピーダンス演算部２４ｄと、検出
電圧Ｖ1、検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から高周波電源
１の有効電力Ｐを演算する実効電力演算部２４ｅとを有
している。さらに、上記給電線入力インピーダンスＺ2
*及び有効電力Ｐから変換回路３の負荷側端電圧Ｖ2 *
及び電流Ｉ2 * を演算する変換回路負荷側端電圧・電流
演算部２４ｆと、上記負荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2
* から給電線４の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * を
演算する給電線負荷側端電圧・電流演算部２４ｇと、上
記給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラ
ズマ負荷のインピーダンスＺP * を演算するプラズマイ
ンピーダンス演算部２４ｈと、上記給電線の負荷側端電
圧Ｖ3 * からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算す
るプラズマピーク間電圧演算部２４ｉと、上記プラズマ
負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表
示する表示指令部２４ｊとを有している。
子の内、既知のインピーダンスＺL * を入力する変換回
路既知インピーダンス入力部２４ａと、検出電圧Ｖ1 、
検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から変換回路の入力インピ
ーダンスＺ1 * を演算する変換回路入力インピーダンス
演算回路２４ｂと、位置検出信号ＥP1，ＥP2から変換回
路の構成素子の内、調節用のインピーダンスＺC1* ，Ｚ
C2* を演算する変換回路調節用インピーダンス演算部２
４ｃとを有している。また、上記変換回路の既知のイン
ピーダンスＺL * 、入力インピーダンスＺ1 * 及び調節
用のインピーダンスＺC1* ，ＺC2* から給電線の入力イ
ンピーダンス（第２の入力インピーダンス）Ｚ2 * を演
算する給電線入力インピーダンス演算部２４ｄと、検出
電圧Ｖ1、検出電流Ｉ1 及び位相差θ1 から高周波電源
１の有効電力Ｐを演算する実効電力演算部２４ｅとを有
している。さらに、上記給電線入力インピーダンスＺ2
*及び有効電力Ｐから変換回路３の負荷側端電圧Ｖ2 *
及び電流Ｉ2 * を演算する変換回路負荷側端電圧・電流
演算部２４ｆと、上記負荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2
* から給電線４の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * を
演算する給電線負荷側端電圧・電流演算部２４ｇと、上
記給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプラ
ズマ負荷のインピーダンスＺP * を演算するプラズマイ
ンピーダンス演算部２４ｈと、上記給電線の負荷側端電
圧Ｖ3 * からプラズマ負荷のピーク間電圧ＶPPを演算す
るプラズマピーク間電圧演算部２４ｉと、上記プラズマ
負荷のインピーダンスＺP * 及びピーク間電圧ＶPPを表
示する表示指令部２４ｊとを有している。
【００８１】図１０は第４の実施形態におけるコンピュ
ータが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフロー
チャートである。なお、ステップＳ１からステップＳ８
までは図８と同様である。ただし、ステップＳ１では変
換回路既知インピーダンスＺL * の入力のみである。
ータが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフロー
チャートである。なお、ステップＳ１からステップＳ８
までは図８と同様である。ただし、ステップＳ１では変
換回路既知インピーダンスＺL * の入力のみである。
【００８２】変換回路既知インピーダンス値入力部２４
ａには、タップ選択された既知のインダクタンスＬ1 に
よるインピーダンスＺL * が入力され（ステップＳ
１）、変換回路入力インピーダンス演算部２４ｂでは、
まず検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1及び位相差θ1 を読込
み（ステップＳ２）、つぎに変換回路入力インピーダン
スの絶対値Ｚ1 を求め（ステップ３）、ついで変換回路
入力インピーダンスＺ1 *を求める（ステップＳ４）。
変換回路調節用インピーダンス演算部２４ｃでは、まず
位置検出信号ＥP1，ＥP2を読込み（ステップＳ５）、つ
ぎに位置検出信号から調節用コンデンサＣ11，Ｃ22の容
量Ｃ1 ，Ｃ2 を求め（ステップＳ６）、ついでその結果
に基づいてコンデンサＣ11，Ｃ22のそれぞれのリアクタ
ンスＸC1，ＸC2を求める（ステップＳ７）。給電線入力
インピーダンス演算部２４ｄでは、給電線入力インピー
ダンスＺ2 * を求める（ステップＳ８）。
ａには、タップ選択された既知のインダクタンスＬ1 に
よるインピーダンスＺL * が入力され（ステップＳ
１）、変換回路入力インピーダンス演算部２４ｂでは、
まず検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1及び位相差θ1 を読込
み（ステップＳ２）、つぎに変換回路入力インピーダン
スの絶対値Ｚ1 を求め（ステップ３）、ついで変換回路
入力インピーダンスＺ1 *を求める（ステップＳ４）。
変換回路調節用インピーダンス演算部２４ｃでは、まず
位置検出信号ＥP1，ＥP2を読込み（ステップＳ５）、つ
ぎに位置検出信号から調節用コンデンサＣ11，Ｃ22の容
量Ｃ1 ，Ｃ2 を求め（ステップＳ６）、ついでその結果
に基づいてコンデンサＣ11，Ｃ22のそれぞれのリアクタ
ンスＸC1，ＸC2を求める（ステップＳ７）。給電線入力
インピーダンス演算部２４ｄでは、給電線入力インピー
ダンスＺ2 * を求める（ステップＳ８）。
【００８３】有効電力演算部２４ｅでは、ステップＳ２
で読込まれた検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び位相差θ
1 から高周波電源１の有効電力Ｐを（３２）式により求
める（ステップＳ９）。 Ｐ＝Ｖ1 ・Ｉ1 ・ｃｏｓθ1 …（３２）
で読込まれた検出電圧Ｖ1 、検出電流Ｉ1 及び位相差θ
1 から高周波電源１の有効電力Ｐを（３２）式により求
める（ステップＳ９）。 Ｐ＝Ｖ1 ・Ｉ1 ・ｃｏｓθ1 …（３２）
【００８４】変換回路負荷側端電圧・電流演算部２４ｆ
では、変換回路３のロスを零とすると、変換回路３の負
荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2 * は、給電線入力インピ
ーダンスＺ2 * ＝Ｒ2 ＋ｊＸ2 を用いて、（３３），
（３４）式により求める（ステップＳ１０）。 Ｉ2 * ＝（Ｐ／Ｒ2 ）1/2 …（３３） Ｖ2 * ＝（Ｐ／Ｒ2 ）1/2・Ｚ2 * …（３４ ）
では、変換回路３のロスを零とすると、変換回路３の負
荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流Ｉ2 * は、給電線入力インピ
ーダンスＺ2 * ＝Ｒ2 ＋ｊＸ2 を用いて、（３３），
（３４）式により求める（ステップＳ１０）。 Ｉ2 * ＝（Ｐ／Ｒ2 ）1/2 …（３３） Ｖ2 * ＝（Ｐ／Ｒ2 ）1/2・Ｚ2 * …（３４ ）
【００８５】給電線負荷側端電圧・電流演算部２４ｇで
は、第２の実施形態と同様に、給電線４を４端子網とし
て取扱い、上記変換回路の負荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流
Ｉ2 * から給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 *
を求める（ステップＳ１１）。
は、第２の実施形態と同様に、給電線４を４端子網とし
て取扱い、上記変換回路の負荷側端電圧Ｖ2 * 及び電流
Ｉ2 * から給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 *
を求める（ステップＳ１１）。
【００８６】プラズマインピーダンス演算部２４ｈで
は、給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプ
ラズマインピーダンスＺP * を（１４）式により求める
（ステップＳ１２）。
は、給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * 及び電流Ｉ3 * からプ
ラズマインピーダンスＺP * を（１４）式により求める
（ステップＳ１２）。
【００８７】プラズマピーク間電圧演算部２４ｉでは、
給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * からプラズマピーク間電圧
ＶPPを（１５）式により求める（ステップＳ１３）。
給電線の負荷側端電圧Ｖ3 * からプラズマピーク間電圧
ＶPPを（１５）式により求める（ステップＳ１３）。
【００８８】表示指令部２４ｉでは、プラズマインピー
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ１４）、再度、ステップＳ２に戻
る。
ダンスＺP * 及びプラズマピーク間電圧ＶPPの表示指令
を出し（ステップＳ１４）、再度、ステップＳ２に戻
る。
【００８９】上記の実施形態に用いた変換回路は、入出
力のインピーダンスを変換するものであって、その構成
素子の定数が既知のもの、またその定数を知得るもので
あればよく、この変換回路として種々の回路を用いるこ
とができる。
力のインピーダンスを変換するものであって、その構成
素子の定数が既知のもの、またその定数を知得るもので
あればよく、この変換回路として種々の回路を用いるこ
とができる。
【００９０】また、給電線４のインピーダンスＺS *
は、インピーダンスアナライザにより得ているが、例え
ば電磁界シミュレータにより算出することができる。
は、インピーダンスアナライザにより得ているが、例え
ば電磁界シミュレータにより算出することができる。
【００９１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プラズ
マ負荷のインピーダンスまたはピーク間電圧の計測精度
を向上させたので、半導体プロセスにおける再現性のモ
ニタリングツールとして使用できる。また、エッチン
グ、アッシング等のプロセスのエンドポイントモニタと
して使用できる。さらに、チャンバ内の不安定放電、異
常放電等の異常を検出することができる。
マ負荷のインピーダンスまたはピーク間電圧の計測精度
を向上させたので、半導体プロセスにおける再現性のモ
ニタリングツールとして使用できる。また、エッチン
グ、アッシング等のプロセスのエンドポイントモニタと
して使用できる。さらに、チャンバ内の不安定放電、異
常放電等の異常を検出することができる。
【００９２】また請求項１，３の発明によれば、プラズ
マ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出しているので、演
算誤差を小さくすることができる。
マ負荷に近い箇所で電圧、電流を検出しているので、演
算誤差を小さくすることができる。
【００９３】さらに請求項４，６によれば、検出精度の
高い箇所で電圧、電流を検出しているので、プラズマの
インピーダンスまたはピーク間電圧の計測精度をさらに
向上させることができる。
高い箇所で電圧、電流を検出しているので、プラズマの
インピーダンスまたはピーク間電圧の計測精度をさらに
向上させることができる。
【００９４】また請求項３，６及び請求項７によれば、
インピーダンスアナライザを用いることなく、プラズマ
のインピーダンスまたはピーク間電圧を効率よく計測す
ることができる。
インピーダンスアナライザを用いることなく、プラズマ
のインピーダンスまたはピーク間電圧を効率よく計測す
ることができる。
【図１】本発明に係るプラズマ監視装置の第１の実施形
態を示す回路図である。
態を示す回路図である。
【図２】本発明に係るプラズマ監視装置の第１の実施形
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
【図３】第１の実施形態におけるコンピュータが実行す
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
【図４】本発明に係るプラズマ監視装置の第２の実施形
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
【図５】第２の実施形態におけるコンピュータが実行す
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
【図６】本発明に係るプラズマ監視装置の第３の実施形
態を示す回路図である。
態を示す回路図である。
【図７】本発明に係るプラズマ監視装置の第３の実施形
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
【図８】第３の実施形態におけるコンピュータが実行す
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
るプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。
【図９】本発明に係るプラズマ監視装置の第４の実施形
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
態におけるコンピュータの内部機能を示すブロック図で
ある。
【図１０】第４の実施形態におけるコンピュータが実行
するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートで
ある。
するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートで
ある。
【図１１】従来の高周波電力から負荷に電力を供給する
回路構成を概略的に示した回路図である。
回路構成を概略的に示した回路図である。
【図１２】負荷を模式的に示した図である。
【図１３】インピーダンス変換回路の負荷側端より負荷
側を見た等価回路を示す図である。
側を見た等価回路を示す図である。
【図１４】図１３における等価回路の電圧ベクトルを示
す図である。
す図である。
１ 高周波電源 ３ インピーダンス変換回路 ３Ａ1 ，３Ｂ1 電圧検出部 ３Ａ2 ，３Ｂ2 電流検出部 ３Ａ3 ，３Ｂ3 位相差検出部 ４ 給電線 ５ 負荷 ２１a 給電線インピーダンス測定値入力部 ２１b 給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）演算部 ２１c プラズマインピーダンス演算部 ２１d プラズマピーク間電圧演算部 ２１e 表示指令部 ２２a 給電線負荷側端電圧・電流演算部 ２２b プラズマインピーダンス演算部 ２２c プラズマピーク間電圧演算部 ２２d 表示指令部 ２３a インピーダンス変換回路既知インピーダンス入
力部 ２３b 給電線インピーダンス測定値入力部 ２３c インピーダンス変換回路入力インピーダンス
（第１の入力インピーダンス）演算部 ２３d インピーダンス変換回路調節用インピーダンス
演算部 ２３e 給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）演算部 ２３f プラズマインピーダンス演算部 ２３g インピーダンス変換回路負荷側端電流演算部 ２３h プラズマピーク間電圧演算部 ２３i 表示指令部 ２４a インピーダンス変換回路既知インピーダンス入
力部 ２４b インピーダンス変換回路入力インピーダンス
（第１の入力インピーダンス）演算部 ２４c インピーダンス変換回路調節用インピーダンス
演算部 ２４d 給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）演算部 ２４e 有効電力演算部 ２４f インピーダンス変換回路負荷側端電圧・電流演
算部 ２４g 給電線負荷側端電圧・電流演算部 ２４h プラズマインピーダンス演算部 ２４i プラズマピーク間電圧演算部 ２４j 表示指令部
ーダンス）演算部 ２１c プラズマインピーダンス演算部 ２１d プラズマピーク間電圧演算部 ２１e 表示指令部 ２２a 給電線負荷側端電圧・電流演算部 ２２b プラズマインピーダンス演算部 ２２c プラズマピーク間電圧演算部 ２２d 表示指令部 ２３a インピーダンス変換回路既知インピーダンス入
力部 ２３b 給電線インピーダンス測定値入力部 ２３c インピーダンス変換回路入力インピーダンス
（第１の入力インピーダンス）演算部 ２３d インピーダンス変換回路調節用インピーダンス
演算部 ２３e 給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）演算部 ２３f プラズマインピーダンス演算部 ２３g インピーダンス変換回路負荷側端電流演算部 ２３h プラズマピーク間電圧演算部 ２３i 表示指令部 ２４a インピーダンス変換回路既知インピーダンス入
力部 ２４b インピーダンス変換回路入力インピーダンス
（第１の入力インピーダンス）演算部 ２４c インピーダンス変換回路調節用インピーダンス
演算部 ２４d 給電線入力インピーダンス（第２の入力インピ
ーダンス）演算部 ２４e 有効電力演算部 ２４f インピーダンス変換回路負荷側端電圧・電流演
算部 ２４g 給電線負荷側端電圧・電流演算部 ２４h プラズマインピーダンス演算部 ２４i プラズマピーク間電圧演算部 ２４j 表示指令部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ
Claims (7)
- 【請求項１】 高周波電源からインピーダンス変換回路
を介して電力が供給されているプラズマ負荷のプラズマ
の状態を監視するプラズマ監視装置において、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端での電圧を検出
する電圧検出部と、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出
する電流検出部と、 前記電圧と電流との位相差を検出する位相差検出部と、 前記電圧と電流と前記位相差とから前記インピーダンス
変換回路の負荷側端より前記プラズマ負荷側を見たイン
ピーダンスを第２の入力インピーダンスとして演算する
第２の入力インピーダンス演算部と、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端と前記プラズマ
負荷との間をつなぐ給電線のインピーダンス及び前記第
２の入力インピーダンスから前記プラズマ負荷のインピ
ーダンスを演算するプラズマインピーダンス演算部を備
えたプラズマ監視装置。 - 【請求項２】 前記プラズマ負荷のインピーダンス及び
前記電流から前記プラズマ負荷のピーク間電圧を演算す
るプラズマピーク間電圧演算部をさらに備えた請求項１
に記載のプラズマ監視装置。 - 【請求項３】 高周波電源からインピーダンス変換回路
を介して電力が供給されているプラズマ負荷のプラズマ
の状態を監視するプラズマ監視装置において、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端での電圧を検出
する電圧検出部と、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端での電流を検出
する電流検出部と、 前記電圧と電流との位相差を検出する位相差検出部と、 前記電圧と電流と前記位相差とから前記インピーダンス
変換回路の負荷側端と前記プラズマ負荷との間をつなぐ
給電線の負荷側端での電圧及び電流を演算する給電線負
荷側端電圧・電流演算部と、 前記給電線の負荷側端での電圧及び電流から前記プラズ
マ負荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダ
ンス演算部を備えたプラズマ監視装置。 - 【請求項４】 高周波電源からインピーダンス変換回路
を介して電力が供給されているプラズマ負荷のプラズマ
の状態を監視するプラズマ監視装置において、 前記インピーダンス変換回路の電源側端での電圧を検出
する電圧検出部と、 前記インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出
する電流検出部と、 前記電圧と電流との位相差を検出する位相差検出部と、 前記電圧と電流と前記位相差とから前記インピーダンス
変換回路の電源側端より前記プラズマ負荷側を見たイン
ピーダンスを第１の入力インピーダンスとして演算する
第１の入力インピーダンス演算部と、 前記インピーダンス変換回路を構成する素子の定数及び
前記第１の入力インピーダンスから前記インピーダンス
変換回路の負荷側端より前記プラズマ負荷側を見たイン
ピーダンスを第２の入力インピーダンスとして演算する
第２の入力インピーダンス演算部と、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端と前記プラズマ
負荷との間をつなぐ給電線のインピーダンス及び前記第
２の入力インピーダンスから前記プラズマ負荷のインピ
ーダンスを演算するプラズマインピーダンス演算部を備
えたプラズマ監視装置。 - 【請求項５】 前記電圧、電流及び前記インピーダンス
変換回路を構成する素子の定数から前記インピーダンス
変換回路の負荷側端での電流を演算するインピーダンス
変換回路負荷側端電流演算部と、 前記プラズマ負荷のインピーダンス及び前記インピーダ
ンス変換回路の負荷側端での電流から前記プラズマ負荷
のピーク間電圧を演算するプラズマピーク間電圧演算部
をさらに備えた請求項４に記載のプラズマ監視装置。 - 【請求項６】 高周波電源からインピーダンス変換回路
を介して電力が供給されているプラズマ負荷のプラズマ
の状態を監視するプラズマ監視装置において、 前記インピーダンス変換回路の電源側端での電圧を検出
する電圧検出部と、 前記インピーダンス変換回路の電源側端での電流を検出
する電流検出部と、 前記電圧と電流との位相差を検出する位相差検出部と、 前記電圧と電流と前記位相差とから前記インピーダンス
変換回路の電源側端より前記プラズマ負荷側を見たイン
ピーダンスを第１の入力インピーダンスとして演算する
第１の入力インピーダンス演算部と、 前記インピーダンス変換回路を構成する素子の定数及び
前記第１の入力インピーダンスから前記インピーダンス
変換回路の負荷側端より前記プラズマ負荷側を見たイン
ピーダンスを第２の入力インピーダンスとして演算する
第２の入力インピーダンス演算部と、 前記電圧と電流と前記位相差とから前記高周波電源の有
効電力を演算する実効電力演算部と、 前記第２の入力インピーダンス及び前記有効電力から前
記インピーダンス変換回路の負荷側端での電圧及び電流
を演算するインピーダンス変換回路負荷側端電圧・電流
演算部と、 前記インピーダンス変換回路の負荷側端での電圧及び電
流から前記インピーダンス変換回路の負荷側端と前記プ
ラズマ負荷との間をつなぐ給電線の負荷側端での電圧及
び電流を演算する給電線負荷側端電圧・電流演算部と、 前記給電線の負荷側端での電圧及び電流から前記プラズ
マ負荷のインピーダンスを演算するプラズマインピーダ
ンス演算部を備えたプラズマ監視装置。 - 【請求項７】 前記給電線の負荷側端での電圧から前記
プラズマ負荷のピーク間電圧を演算するプラズマピーク
間電圧演算部をさらに備えた請求項３または６に記載の
プラズマ監視装置。
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Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP9-284672 | 1997-09-30 | ||
| JP28467297 | 1997-09-30 | ||
| JP27019498A JP4041223B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-24 | プラズマ監視装置 |
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|---|---|
| JPH11167997A true JPH11167997A (ja) | 1999-06-22 |
| JP4041223B2 JP4041223B2 (ja) | 2008-01-30 |
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|---|---|---|---|
| JP27019498A Expired - Fee Related JP4041223B2 (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-24 | プラズマ監視装置 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1191570A3 (en) * | 2000-09-22 | 2005-03-02 | Alps Electric Co., Ltd. | Performance evaluation method for plasma processing apparatus for continuously maintainning a desired performance level |
| KR100499229B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2005-07-01 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 플라즈마를 사용하여 반도체웨이퍼를 처리하는플라즈마처리장치 |
| JP2006501611A (ja) * | 2002-09-26 | 2006-01-12 | ラム リサーチ コーポレイション | プラズマ処理システムをツールマッチングしかつトラブルシュートする方法 |
| JP2010041558A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Yokohama National Univ | インピーダンス整合装置、およびインピーダンス整合方法 |
| JP2014236435A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 株式会社ダイヘン | インピーダンス整合装置 |
| JP2015133291A (ja) * | 2014-01-15 | 2015-07-23 | 株式会社ダイヘン | インピーダンス整合装置 |
| KR20240081118A (ko) * | 2022-11-30 | 2024-06-07 | 주식회사 에스지에스코리아 | 플라즈마 처리 공정이 행해지는 기판 처리 장치 |
| JP2025515003A (ja) * | 2022-05-05 | 2025-05-13 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 伝送線量によって画定されるベクトル空間のインピーダンスチューニングの有用性 |
| JP2026503913A (ja) * | 2023-12-05 | 2026-02-03 | 深▲セン▼市恒運昌真空技術股▲フン▼有限公司 | 高周波電源システム及び半導体プロセス装置 |
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-
1998
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| KR100499229B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2005-07-01 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 플라즈마를 사용하여 반도체웨이퍼를 처리하는플라즈마처리장치 |
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