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JP2003046359A - Impedance matching device with load active power measurement function - Google Patents

Impedance matching device with load active power measurement function

Info

Publication number
JP2003046359A
JP2003046359A JP2001235090A JP2001235090A JP2003046359A JP 2003046359 A JP2003046359 A JP 2003046359A JP 2001235090 A JP2001235090 A JP 2001235090A JP 2001235090 A JP2001235090 A JP 2001235090A JP 2003046359 A JP2003046359 A JP 2003046359A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impedance
load
power
impedance matching
variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001235090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuitsu Fujii
修逸 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adtec Plasma Technology Co Ltd
Original Assignee
Adtec Plasma Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adtec Plasma Technology Co Ltd filed Critical Adtec Plasma Technology Co Ltd
Priority to JP2001235090A priority Critical patent/JP2003046359A/en
Publication of JP2003046359A publication Critical patent/JP2003046359A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インピーダンス整合装置の回路要素の値を用
いてプラズマチャンバー負荷の有効消費電力を正確に測
定しようとする。 【解決手段】 内部インピーダンスZ0 が既知の高周波
電源と、プラズマチャンバー負荷3との間に挿入される
装置である。装置は振幅調整用の第1可変リアクタンス
1と、位相調整用の第2可変リアクタンス2とを有し、
それらのリアクタンスをそれぞれ位相検出及び振幅検出
部6の検出値に応じて制御することにより、負荷インピ
ーダンスを整合させる。装置の出力端Out側から見た
電源側インピーダンスを算出し、更にその共役インピー
ダンスをもって負荷インピーダンスZc =R±jXを定
め且つ力率Cosθ=R/√(R2 +X2 )を算出し
て、負荷入力端の電圧実効値Vと電流実効値Iとの積
に、力率Cosθを乗じた式P=VICosθより、高
周波負荷が消費した有効電力を演算するための電力演算
手段とを備えている。
An object of the present invention is to accurately measure effective power consumption of a plasma chamber load using values of circuit elements of an impedance matching device. An apparatus is inserted between a high-frequency power source having a known internal impedance Z0 and a plasma chamber load 3. The device has a first variable reactance 1 for amplitude adjustment and a second variable reactance 2 for phase adjustment,
By controlling these reactances in accordance with the detection values of the phase detection and amplitude detection sections 6, respectively, the load impedance is matched. The power source side impedance viewed from the output terminal Out side of the device is calculated, the load impedance Zc = R ± jX is determined using the conjugate impedance, and the power factor Cos θ = R / √ (R 2 + X 2 ) is calculated. Power calculation means is provided for calculating the active power consumed by the high-frequency load from the equation P = VICosθ obtained by multiplying the product of the effective voltage V of the input terminal and the effective current value I by the power factor Cosθ.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源からプ
ラズマチャンバー負荷に高周波電力を伝達するための伝
送路中に挿入するインピーダンス整合装置、特に負荷電
力演算機能を有するインピーダンス整合装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an impedance matching device to be inserted in a transmission line for transmitting high frequency power from a high frequency power source to a plasma chamber load, and more particularly to an impedance matching device having a load power calculation function.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波プラズマチャンバーに効率よくエ
ネルギーを伝送するためには、インピーダンス整合装置
により電源側と負荷側とのインピーダンスを自動的に整
合して損失を最小にする必要がある。インピーダンス整
合装置はこの目的で用いられるもので、自身のインピー
ダンスを電力伝送状態に合わせて自動調整する機能を有
する。
2. Description of the Related Art In order to efficiently transfer energy to a high frequency plasma chamber, it is necessary to automatically match the impedances on the power source side and the load side by an impedance matching device to minimize loss. The impedance matching device is used for this purpose and has a function of automatically adjusting its own impedance according to the power transmission state.

【0003】インピーダンス整合装置は、典型的にはそ
の本体要素として伝送路中に挿入される固定インダクタ
ンスと、それに直列接続された位相調整用可変コンデン
サ、及び固定インダクタンスの電源側端子と接地電位と
の間に分路接続された振幅調整用可変コンデンサを有
し、電源インピーダンスが、例えば50Ωであれば、イ
ンピーダンス整合回路の電源側から見た整合負荷インピ
ーダンスも50Ωとなるように、これを自動的に整合調
整する。
The impedance matching device typically includes a fixed inductance inserted as a main body element in a transmission line, a variable capacitor for phase adjustment connected in series to the fixed inductance, and a power supply side terminal of the fixed inductance and a ground potential. If there is a variable capacitor for amplitude adjustment that is shunt connected between them, and if the power source impedance is, for example, 50Ω, this is automatically adjusted so that the matching load impedance seen from the power source side of the impedance matching circuit is also 50Ω. Match and adjust.

【0004】インピーダンスが整合すれば、理想的には
高周波電力は最大効率で供給されるが、インピーダンス
整合装置前後の配線とインピーダンス整合装置内部のコ
イル導体の材質及びサイズの違いにより、主としてジュ
ール熱からなる通過損失が発生する。従って、電源側か
ら同じ電力を供給しても、そのままプラズマチャンバー
負荷の消費電力とはならず、通過損失分だけ少なくな
る。
If the impedances match, the high frequency power is ideally supplied with maximum efficiency. However, due to the difference in the material and size of the wiring before and after the impedance matching device and the coil conductor inside the impedance matching device, it is mainly due to Joule heat. Passage loss occurs. Therefore, even if the same power is supplied from the power supply side, the power consumption of the plasma chamber load does not directly occur and the amount of passage loss is reduced.

【0005】一方、チャンバー内部のインピーダンスも
プラズマ処理のレシピ(ガスの種類等によるプラズマ状
態や時間設定、その他)によって変化する。例えば、プ
ラズマチャンバー負荷の実抵抗部Rが低くなると、イン
ピーダンス整合装置のコイルに流れる電流が増え、その
コイルによる損失(抵抗損失)が増大する。このよう
に、インピーダンス整合装置の内部コイル損失は一定と
はならず、これに伴ってプラズマチャンバー負荷の消費
電力がまた変化することになる。
On the other hand, the impedance inside the chamber also changes depending on the plasma processing recipe (plasma state and time setting depending on the type of gas, etc.). For example, when the actual resistance part R of the plasma chamber load becomes low, the current flowing through the coil of the impedance matching device increases, and the loss (resistance loss) due to the coil increases. As described above, the internal coil loss of the impedance matching device is not constant, and accordingly, the power consumption of the plasma chamber load also changes.

【0006】ところで、同一機種のプラズマチャンバー
においては、プロセスレート(エッチングレート、デポ
ジションレート、及びアッシングレート等)の支配的要
素の一つとしてプラズマの実効電力量、すなわちプラズ
マでのエネルギー消費量(実仕事量)を正確に測定した
いという要求がある。これは、プロセスレートに影響を
与える要因が圧力、温度、ガス種、容器形状、及びガス
の流れなどのファクターの複雑な絡み合いからなり、そ
れらファクターの総合的な効果がプラズマ・インピーダ
ンスとして現れ、ひいてはプラズマ消費電力量の違いと
なって現れるからである。
By the way, in the plasma chamber of the same model, the effective power amount of the plasma, that is, the energy consumption amount of the plasma (as a main factor of the process rate (etching rate, deposition rate, ashing rate, etc.)) There is a demand to accurately measure the actual work amount. This is because the factors that affect the process rate consist of complicated entanglement of factors such as pressure, temperature, gas species, vessel shape, and gas flow, and the overall effect of these factors appears as plasma impedance, which in turn This is because the difference in plasma power consumption appears.

【0007】従来、プラズマチャンバー負荷の消費電力
は、その測定の困難性の故に、インピーダンス整合後に
おいては高周波電源からの供給電力に略等しいものとし
た推量に止め、負荷端子において強いて負荷の有効電力
を実測するためには、例えば電圧と電流の瞬時値(e,
i)を測定し、各瞬時に於ける積(瞬時電力)を積分す
ることにより平均電力を求めようとする方法が試みられ
た。しかし、この方法は高周波においては通常ei掛け
算器の演算速度が瞬時値の変動に追いつかず、超高速の
掛け算器を用いて始めて可能となるものであった。
Conventionally, the power consumption of the plasma chamber load is limited to the assumption that it is substantially equal to the power supplied from the high frequency power source after impedance matching due to the difficulty of measurement, and the effective power of the load is forced at the load terminal. In order to measure, for example, the instantaneous values of voltage and current (e,
Attempts have been made to determine the average power by measuring i) and integrating the product (instantaneous power) at each instant. However, this method cannot be used at a high frequency because the operation speed of the ei multiplier normally does not catch up with the fluctuation of the instantaneous value, and it is possible only when an ultra-high speed multiplier is used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、プラズマチ
ャンバー負荷の電気的等価回路における実数部の仕事
量、すなわちプラズマに消費される実効電力消費量を、
インピーダンス整合装置のインピーダンス特定値を利用
して演算・測定する方法及び装置を提供しようとするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention determines the work of the real part in the electrical equivalent circuit of the plasma chamber load, that is, the effective power consumption consumed by the plasma,
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for calculating / measuring using an impedance specific value of an impedance matching device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は内部インピーダンスZ0 が既知の高周波電
源と、プラズマチャンバーからなる高周波負荷との間に
挿入されるインピーダンス整合装置であって、入力端に
は位相検出部と振幅検出部を挿入すると共にそれら検出
部の直後に振幅調整用の第1可変リアクタンスを接続
し、前記第1可変リアクタンス接続位置以降に位相調整
用の第2可変リアクタンスを接続するとともに、前記第
2可変リアクタンス以降の出力端(即ち負荷入力端)直
前位置に電圧検出部と電流検出部を挿入し、前記第1及
び第2の可変リアクタンスをそれぞれ前記位相検出部と
振幅検出部の検出値に応じて制御することにより、高周
波電源側と負荷側とのインピーダンスを整合させるよう
にしたインピーダンス整合回路と、前記整合状態のイン
ピーダンス整合回路の出力端側から見た電源側インピー
ダンスを算出すると共に、その共役インピーダンスをも
って負荷インピーダンス ・ Zc=R±jX (1) と定め且つ力率Cosθを、 ・ Cosθ=R/√(R2 +X2 ) (2) より算出し、前記電圧検出部と電流検出部で検出した電
圧実効値Vと電流実効値Iとの積に、力率Cosθを乗
じた式 ・ P=VICosθ (3) より、高周波負荷が消費した有効電力を演算するための
電力演算手段、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an impedance matching device which is inserted between a high-frequency power source having a known internal impedance Z0 and a high-frequency load composed of a plasma chamber. A phase detection unit and an amplitude detection unit are inserted at the input end, a first variable reactance for amplitude adjustment is connected immediately after the detection units, and a second variable reactance for phase adjustment is provided after the first variable reactance connection position. And a voltage detection unit and a current detection unit are inserted immediately before the output end (that is, the load input end) after the second variable reactance, and the first and second variable reactances are respectively connected to the phase detection unit. Impedance impedance matching between the high frequency power supply side and the load side is controlled by controlling according to the detection value of the amplitude detection section. The impedance on the power source side as viewed from the output side of the matching circuit and the impedance matching circuit in the matching state is calculated, and the conjugate impedance thereof is set as the load impedance Zc = R ± jX (1) and the power factor Cosθ is Cos θ = R / √ (R 2 + X 2 ) (2) Calculated from (2) and multiplying the product of the voltage effective value V and the current effective value I detected by the voltage detection unit and the current detection unit by the power factor Cos θ P = VICosθ (3) The power calculation means for calculating the active power consumed by the high frequency load is provided.

【0010】上記の構成によれば、電源周波数がプラズ
マを発生する程度の、いわゆる超高周波であって負荷そ
のものの電圧と電流の瞬時値の積を求めることが、演算
速度の制約上困難な場合でも、容易に求められる電圧と
電流の実効値について、これらの積に上述の如く算出さ
れた力率Cosθを掛けるという確実な方法において高
周波負荷(プラズマチャンバー)が消費した有効電力を
演算することができる。また、測定及び演算した電力値
を電源側にフィードバックすることにより、実効電力消
費量を一定に維持することができる。
According to the above configuration, when it is difficult to obtain the product of the instantaneous value of the voltage and the current of the load itself due to the so-called ultra-high frequency at which the power supply frequency is plasma generation, it is difficult to obtain the product. However, the effective power consumed by the high frequency load (plasma chamber) can be calculated by a reliable method of multiplying the effective value of the voltage and the current, which is easily obtained, by the product of these and the power factor Cosθ calculated as described above. it can. Further, by feeding back the measured and calculated power value to the power supply side, the effective power consumption can be maintained constant.

【0011】典型的に、前記第1可変リアクタンスが位
相調整用の第1可変キャパシタと固定インダクタンスと
の直列回路より構成され、第2可変リアクタンスが振幅
調整用の第2可変キャパシタと固定インダクタンスとの
直列回路より構成されたものである場合、前記電力演算
手段が、前記第1及び第2可変キャパシタの各静電容量
を、それらキャパシタを制御する第1及び第2のサーボ
モータの平衡位置におけるポテンショメータの指示変位
から決定し、それらの静電容量を用いて前記第1及び第
2可変リアクタンスの値を特定して、インピーダンス整
合状態における負荷インピーダンスの計算に用いること
ができる。
[0011] Typically, the first variable reactance is composed of a series circuit of a first variable capacitor for phase adjustment and a fixed inductance, and a second variable reactance of a second variable capacitor for amplitude adjustment and a fixed inductance. In the case where the potentiometer is configured by a series circuit, the power calculation means controls the electrostatic capacitances of the first and second variable capacitors at the equilibrium positions of the first and second servomotors that control the capacitors. Can be used for calculation of the load impedance in the impedance matching state by determining the values of the first and second variable reactances by using these capacitances.

【0012】また、前記電力演算手段は、演算した負荷
有効電力を表示する手段を備え、または外付けすること
により、オペレータやプロセス設計者の便宜に資するも
のである。
Further, the power calculation means is provided with a means for displaying the calculated load active power or is externally attached, which contributes to the convenience of the operator and the process designer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
図1の等価回路により高周波負荷(プラズマチャンバ
ー)の、インピーダンス計算過程を説明し、図2の等価
回路により負荷消費電力計算のための電圧及び電流検出
原理を説明する。まず、図1において、インピーダンス
整合装置の入力端Inに接続された高周波電源の内部イ
ンピーダンスZ0 は、実数(Z0 =realZ0 =50Ω)
とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before explaining the embodiments of the present invention,
The impedance calculation process of the high frequency load (plasma chamber) will be described with the equivalent circuit of FIG. 1, and the voltage and current detection principle for load power consumption calculation will be described with the equivalent circuit of FIG. First, in FIG. 1, the internal impedance Z0 of the high frequency power source connected to the input terminal In of the impedance matching device is a real number (Z0 = realZ0 = 50Ω).
And

【0014】インピーダンス整合装置は入力端Inに接
続された誘導性(L3)の前段リアクタンスX3 を有し、
リアクタンスX3 の後端と、いわゆる接地ラインとの間
には振幅(50Ω)調整用固定インダクタンス(コイル
L1)と可変容量(第1可変キャパシタ、所謂バリコン:
VC1 )の直列岐路からなる振幅調整用リアクタンス1
(第1可変リアクタンス:X1 )を挿入し、リアクタン
スX3 の後端と、非接地ライン側の出力端Outとの間
には位相調整用固定インダクタンス(コイルL2)と可
変容量(第2可変キャパシタ:VC2 )の直列岐路から
なる位相調整用リアクタンス2(第2可変リアクタン
ス:X2 )を接続したT型回路からなっている。なお、
振幅調整用及び位相調整用リアクタンスの可変要素をバ
リオメータ(可変インダクタンス)とし、これに固定キ
ャパシタを接続した構成としてもよい。
The impedance matching device has an inductive (L3) pre-stage reactance X3 connected to the input terminal In,
Between the rear end of the reactance X3 and the so-called ground line, a fixed inductance (coil L1) for adjusting the amplitude (50Ω) and a variable capacitance (first variable capacitor, so-called variable capacitor:
Amplitude adjusting reactance 1 consisting of a series branch of VC1)
(First variable reactance: X1) is inserted, and a fixed inductance for phase adjustment (coil L2) and a variable capacitance (second variable capacitor: between the rear end of the reactance X3 and the output end Out on the non-ground line side). It is composed of a T-type circuit to which a phase adjusting reactance 2 (second variable reactance: X2) consisting of a series branch of VC2) is connected. In addition,
A variable element of the reactances for amplitude adjustment and phase adjustment may be a variometer (variable inductance), and a fixed capacitor may be connected to this.

【0015】これらの可変キャパシタVC1 及びVC2
の値C1 ,C2 は、各駆動制御用サーボモータM1 及び
M2 の回転変位量を決めるポテンショメータの位置(即
ち、バリコン指示位置x%及びy%)より特定される。
例えば、容量直線形バリコンの完全重なり位置を100
%、その回転板が固定板間から完全に抜け出した位置を
0%とし、0%時の各容量C1(0)又はC2(0)に、指示位
置に応じた容量増加分x・{C1(100)−C1(0)}/10
0、又はy・{C2(100)−C2(0)}/100を加えた値
がC1 ,C2 である。(ここに、C1 及びC2 に(100)
及び(0) を付したものは各バリコンの100%位置おけ
る容量値、及び0%位置おける容量値であることを示し
ている。)
These variable capacitors VC1 and VC2
The values C1 and C2 of are specified by the potentiometer positions (that is, variable condenser designated positions x% and y%) that determine the rotational displacements of the drive control servomotors M1 and M2.
For example, set the position where the capacitor
%, The position where the rotary plate is completely pulled out from between the fixed plates is 0%, and the capacity increase amount x · {C1 (C1 (0) is added to each capacity C1 (0) or C2 (0) at 0%. 100) -C1 (0)} / 10
The values obtained by adding 0 or y · {C2 (100) -C2 (0)} / 100 are C1 and C2. (Where C1 and C2 are (100)
The ones with (0) and (0) indicate the capacitance value at 100% position and the capacitance value at 0% position of each variable capacitor. )

【0016】プラズマチャンバー負荷3のインピーダン
スZc は、典型的には容量性虚数部(−jX)を含む前
記(1)式、Zc =R−jXにより表され、電源側と負
荷側とのインピーダンスが整合した状態とは、負荷イン
ピーダンスZc が負荷端、すなわちインピーダンス整合
装置の出力端(Out)から電源側を見たインピーダン
スZm の、共役複素値となる状態をいう。すなわち、
The impedance Zc of the plasma chamber load 3 is typically represented by the above equation (1) including the capacitive imaginary part (-jX), Zc = R-jX, and the impedance between the power source side and the load side is The matched state means a state in which the load impedance Zc has a conjugate complex value of the impedance Zm of the load end, that is, the impedance Zm as seen from the output end (Out) of the impedance matching device to the power supply side. That is,

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】(但し、Z0=realZ0=50Ω、X1=ωL1 =
1/ωC1 、X2=ωL2 =1/ωC2 、たX3=ωL3 、ω=
2πfである。)従って、負荷インピーダンスZc は、
(However, Z0 = realZ0 = 50Ω, X1 = ωL1 =
1 / ωC1, X2 = ωL2 = 1 / ωC2, X3 = ωL3, ω =
2πf. ) Therefore, the load impedance Zc is

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】故に、負荷インピーダンスZc の抵抗分R
は、
Therefore, the resistance component R of the load impedance Zc
Is

【0021】[0021]

【数3】 [Equation 3]

【0022】また、容量性リアクタンスXは、Further, the capacitive reactance X is

【0023】[0023]

【数4】 [Equation 4]

【0024】より求めることができる。It can be obtained from

【0025】従って、負荷インピーダンスZc =R−j
Xにおいて、力率Cosθは、 ・ Cosθ=R/√(R2 +X2 )・・・(前式2) より算出し、図2で示す電流検出部4及び電圧検出部5
によってそれぞれ測定されたEi 及びEv から換算され
るI=K1*Ei,及びV=K2*Ev (K1 、K2 は定数)
の積に、力率Cosθを乗じた式 ・ P=VICosθ ・・・(前式3) より、高周波負荷が消費した有効電力を正確に演算する
ことができる。(なお、プラズマプロセスのレシピによ
り、また起動後の一時点において、虚数Xの符号は正
(誘導性:+jX)となる場合もあり得る。)
Therefore, the load impedance Zc = R-j
At X, the power factor Cosθ is calculated by: Cosθ = R / √ (R 2 + X 2 ) ... (Formula 2), and the current detection unit 4 and the voltage detection unit 5 shown in FIG.
I = K1 * Ei and V = K2 * Ev converted from Ei and Ev measured respectively (K1 and K2 are constants)
The active power consumed by the high frequency load can be accurately calculated by the following equation: P = VICosθ (Equation 3) obtained by multiplying the product of by by the power factor Cosθ. (Note that the sign of the imaginary number X may be positive (inductivity: + jX) depending on the recipe of the plasma process and at one point after the startup.)

【0026】[0026]

【実施例】以下、図3を参照して、本発明におけるイン
ピーダンス整合装置の好ましい実施例につき説明する。
図1について説明した通りの基本要素を含むインーダン
ス整合回路の入力端Inと前段リアクタンスコイルL3
との間には、振幅調整及び位相調整の前提として、それ
らの現在値を検出するための振幅検出及び位相検出回路
6が挿入される。インピーダンス整合回路には、この検
出された振幅及び位相、前述した可変容量C1 及びC2
の値(ポテンショメータ指示)、電流及び電圧検出値を
制御及び演算のために受け入れてA/D変換するA/D
変換部7と、変換されたデジタル出力を受取り、少なく
とも振幅調整及び位相調整のために必要なポテンショメ
ータ変位(サーボモータ駆動量)を計算する制御・演算
器8、及びその変位指示を受けてモータ駆動出力を発生
するサーボモータ駆動用増幅器9を備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the impedance matching device of the present invention will be described below with reference to FIG.
The input end In of the impedance matching circuit including the basic elements as described with reference to FIG. 1 and the pre-stage reactance coil L3
An amplitude detection and phase detection circuit 6 for detecting the current values of the amplitude adjustment and the phase adjustment is inserted between and. The impedance matching circuit includes the detected amplitude and phase, and the variable capacitors C1 and C2 described above.
Value (potentiometer indication), current and voltage detection values are received for control and calculation A / D conversion
The converter 7 and the control / calculator 8 that receives the converted digital output and calculates at least the potentiometer displacement (servo motor drive amount) necessary for amplitude adjustment and phase adjustment, and the motor drive in response to the displacement instruction. A servo motor driving amplifier 9 for generating an output is provided.

【0027】再び、インピーダンス整合回路の本体部に
ついて見ると、サーボモータM1 及びM2 は、モータ駆
動用増幅器の制御出力信号に従って、それぞれポテンシ
ョメータVRx 及びVRy の分圧値が制御出力と均衡す
るまで回転し、この時振幅調整用可変キャパシタVC1
及び位相調整用可変キャパシタVC2 の静電容量C1 及
びC2 が確定され、VRx 及びVRy の分圧値Vc1,V
c2が可変キャパシタVC1,VC2 の角度電圧、すなわち
C1 及びC2 の値としてA/D変換部7に供給されるよ
うになっている。
Referring again to the main body of the impedance matching circuit, the servomotors M1 and M2 rotate in accordance with the control output signal of the motor drive amplifier until the partial pressure values of the potentiometers VRx and VRy are balanced with the control output. , Variable amplitude control capacitor VC1 at this time
And capacitance C1 and C2 of the phase adjusting variable capacitor VC2 is confirmed, VRx and divided voltage value V c1, V of VRy
c2 is supplied to the A / D converter 7 as the angular voltage of the variable capacitors VC1 and VC2, that is, the values of C1 and C2.

【0028】次に、インピーダンス整合回路の出力端O
utの直前に挿入された電流検出部4及び電圧検出部5
において、前者(4)は線路終端に挿入された変流器か
らなり、変流器二次コイルの誘起電圧Ei が線路終端電
流、すなわち負荷電流に比例することを利用し、後者
(5)は線路終端における一対の直列コンデンサからな
り、そのコンデンサ分圧値Ev が線路終端電圧、すなわ
ち負荷電圧に比例することを利用したものであり、Ei
及びEv とも整流及び積分回路10に与えられ、それぞ
れ実効電流I及び実効電圧Vに比例する値としてA/D
変換部7に供給されるようになっている。
Next, the output terminal O of the impedance matching circuit
current detector 4 and voltage detector 5 inserted immediately before ut
, The former (4) is composed of a current transformer inserted at the end of the line, and the fact that the induced voltage Ei of the secondary coil of the current transformer is proportional to the line termination current, that is, the load current is used, and the latter (5) is It consists of a pair of series capacitors at the end of the line, and the fact that the divided voltage value Ev of the capacitors is proportional to the line end voltage, that is, the load voltage is used.
And Ev are both given to the rectification and integration circuit 10 and A / D as values proportional to the effective current I and the effective voltage V, respectively.
It is supplied to the conversion unit 7.

【0029】好ましい態様において、制御・演算器8
は、前述した負荷インピーダンス計算に必要な容量C1
及びC2 を計算し、これをA/D変換部7から受け取っ
た負荷電流及び負荷電圧(実効値)とともに電力演算用
コンピュータ11に供給するようになっている。電力演
算用コンピュータ11は、前述したインピーダンス整合
時の負荷インピーダンス計算、力率計算、及び負荷有効
電力の計算を行うため、L1 、L2 、L3 等の回路定
数、高周波の周波数f又は角周波数ω等のパラメータ入
力部12と、前述したZc 式(1)を導くための計算式
(4) 〜(7) 、及び力率と電力を求める式(2)、(3)
を順次算出するためのソフトウエアにより動作するCP
U、及びこれらの算出値を表示するための表示部13を
備えたものである。
In a preferred embodiment, the control / operation unit 8
Is the capacitance C1 required for the load impedance calculation described above.
And C2 are calculated and supplied to the power calculation computer 11 together with the load current and load voltage (effective value) received from the A / D converter 7. The power calculation computer 11 performs load impedance calculation, power factor calculation, and load active power calculation at the time of impedance matching described above, and therefore circuit constants such as L1, L2, and L3, high-frequency frequency f or angular frequency ω, and the like. Parameter input unit 12 and a calculation formula for deriving the above Zc formula (1)
(4) to (7), and equations (2) and (3) for obtaining the power factor and power
CP operated by software for sequentially calculating
U and a display unit 13 for displaying these calculated values are provided.

【0030】以上の通りの回路構成によって、正確に計
算されたプラズマチャンバー起動後の消費電力とその基
礎となった負荷抵抗Rとリアクタンス(±jX)、並び
に力率Cosθの推移は、表示部13において、例え
ば、図4に示すように表示される。
With the circuit configuration as described above, the accurately calculated power consumption after starting the plasma chamber, the load resistance R and the reactance (± jX) which are the basis of the power consumption, and the transition of the power factor Cosθ are displayed on the display unit 13. In, for example, it is displayed as shown in FIG.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、プ
ラズマチャンバーからなる高周波負荷と電源との間のイ
ンピーダンス整合装置において、負荷電力を正確に測定
し、レシピに応じたプラズマプロセスの実行状態等との
関係を適正に検証することが可能な、負荷電力測定・演
算手段を備えたインピーダンス整合装置を提供するもの
である。また、測定及び演算した電力値を電源側にフィ
ードバックすることにより、実効電力消費量を一定に維
持し、所望のプラズマプロセスを実行させることが可能
となる。
As described above, according to the present invention, in the impedance matching device between the high frequency load composed of the plasma chamber and the power source, the load power is accurately measured and the plasma process is executed according to the recipe. (EN) An impedance matching device equipped with load power measuring / calculating means capable of properly verifying a relationship with a state or the like. Further, by feeding back the measured and calculated electric power value to the power supply side, it is possible to maintain the effective electric power consumption constant and execute a desired plasma process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のインピーダンス整合装置におけるイン
ピーダンス構成部分の等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an impedance component portion in an impedance matching device of the present invention.

【図2】本発明のインピーダンス整合装置における電流
センサ及び電圧センサ部の等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a current sensor and a voltage sensor unit in the impedance matching device of the present invention.

【図3】本発明のインピーダンス整合装置における好ま
しい回路構成例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a preferred circuit configuration example in the impedance matching device of the present invention.

【図4】図3の回路構成中における電力演算手段の表示
部の表示内容を示す正面図である。
FIG. 4 is a front view showing the display contents of the display unit of the power calculation means in the circuit configuration of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1可変リアクタンス 2 第2可変リアクタンス 3 負荷インピーダンス 4 電流検出部 5 電圧検出部 6 位相及び振幅検出部 7 A/D変換部 8 制御・演算器 9 モータ駆動用増幅器 10 整流及び積分回路 11 電力演算用コンピュータ 12 パラメータ入力部 13 表示部 1st variable reactance 2 Second variable reactance 3 load impedance 4 Current detector 5 Voltage detector 6 Phase and amplitude detector 7 A / D converter 8 control and computing unit 9 Motor drive amplifier 10 Rectification and integration circuit 11 Power calculation computer 12 Parameter input section 13 Display

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年8月8日(2001.8.8)[Submission date] August 8, 2001 (2001.8.8)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Name of item to be corrected] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0015】これらの可変キャパシタVC1 及びVC2
の値C1 ,C2 は、各駆動制御用サーボモータM1 及び
M2 の回転変位量を決めるポテンショメータの位置(即
ち、バリコン指示位置x%及びy%)より特定される。
例えば、容量直線形バリコンの完全重なり位置を100
%、その回転板が固定板間から完全に抜け出した位置を
0%とし、0%時の各容量C1(0)又はC2(0)に、指示位
置に応じた容量増加分x・{C1(100)−C1(0)}/10
0、又はy・{C2(100)−C2(0)}/100を加えた値
がC1 ,C2 である。(ここに、C1 及びC2 に(100)
及び(0) を付したものは各バリコンの100%位置にお
ける容量値、及び0%位置における容量値であることを
示している。)
These variable capacitors VC1 and VC2
The values C1 and C2 of are specified by the potentiometer positions (that is, variable condenser designated positions x% and y%) that determine the rotational displacements of the drive control servomotors M1 and M2.
For example, set the position where the capacitor
%, The position where the rotary plate is completely pulled out from between the fixed plates is 0%, and the capacity increase x * {C1 (C1 (0)) is added to each capacity C1 (0) or C2 (0) at 0%. 100) -C1 (0)} / 10
The values obtained by adding 0 or y · {C2 (100) -C2 (0)} / 100 are C1 and C2. (Where C1 and C2 are (100)
The ones with (0) and (0) indicate the capacitance value at the 100% position and the capacitance value at the 0% position of each variable capacitor. )

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部インピーダンスZ0 が既知の高周波
電源と、プラズマチャンバー負荷との間に挿入されるイ
ンピーダンス整合装置であって、入力端には位相検出部
と振幅検出部を挿入すると共にそれら検出部の直後に振
幅調整用の第1可変リアクタンスを接続し、前記第1可
変リアクタンス接続位置以降に位相調整用の第2可変リ
アクタンスを接続するとともに、前記第2可変リアクタ
ンス以降の出力端直前位置に電圧検出部と電流検出部を
挿入し、前記第1及び第2の可変リアクタンスをそれぞ
れ前記位相検出部と振幅検出部の検出値に応じて制御す
ることにより、高周波電源側と負荷側とのインピーダン
スを整合させるようにしたインピーダンス整合回路と、
前記整合状態のインピーダンス整合回路の出力端側から
見た電源側インピーダンスを算出すると共に、その共役
インピーダンスをもって負荷インピーダンス ・ Zc =R±jX (1) と定め且つ力率Cosθを、 ・ Cosθ=R/√(R2 +X2 ) (2) より算出し、前記電圧検出部と電流検出部で検出した電
圧実効値Vと電流実効値Iとの積に、力率Cosθを乗
じた式 ・ P=VICosθ (3) より、高周波負荷が消費した有効電力を演算するための
電力演算手段、を備えたことを特徴とするインピーダン
ス整合装置。
1. An impedance matching device to be inserted between a high frequency power source having a known internal impedance Z0 and a plasma chamber load, wherein a phase detection part and an amplitude detection part are inserted at an input end and the detection parts are inserted. A first variable reactance for amplitude adjustment is connected immediately after, a second variable reactance for phase adjustment is connected after the first variable reactance connection position, and a voltage immediately before the output end after the second variable reactance is connected. By inserting a detection unit and a current detection unit and controlling the first and second variable reactances according to the detection values of the phase detection unit and the amplitude detection unit, respectively, the impedance on the high frequency power supply side and the load side can be controlled. An impedance matching circuit that is adapted to match,
The impedance on the power source side as viewed from the output end side of the impedance matching circuit in the matching state is calculated, and the conjugate impedance thereof is defined as the load impedance: Zc = R ± jX (1), and the power factor Cosθ is: √ (R 2 + X 2 ) (2) Calculated from (2) and multiplying the product of the voltage effective value V and the current effective value I detected by the voltage detection unit and the current detection unit by the power factor Cosθ: P = VICosθ According to (3), an impedance matching device comprising power calculation means for calculating the active power consumed by the high frequency load.
【請求項2】 前記第1可変リアクタンスが位相調整用
の第1可変キャパシタと固定インダクタンスとの直列回
路より構成され、第2可変リアクタンスが振幅調整用の
第2可変キャパシタと固定インダクタンスとの直列回路
より構成されたものであり、前記電力演算手段が、前記
第1及び第2可変キャパシタの各静電容量を、それらキ
ャパシタを制御する第1及び第2のサーボモータの平衡
位置におけるポテンショメータの指示変位から決定し、
それらの静電容量を用いて前記第1及び第2可変リアク
タンスの値を特定するものであることを特徴とする請求
項1記載のインピーダンス整合装置。
2. The first variable reactance is composed of a series circuit of a first variable capacitor for phase adjustment and a fixed inductance, and the second variable reactance is a series circuit of a second variable capacitor for amplitude adjustment and a fixed inductance. The electric power calculating means controls the capacitances of the first and second variable capacitors to indicate the displacement of the potentiometer at the equilibrium positions of the first and second servomotors that control the capacitors. Decided from
The impedance matching device according to claim 1, wherein the capacitance values are used to specify the values of the first and second variable reactances.
【請求項3】 前記電力演算手段が、前記演算された有
効電力を表示する手段を備えたことを特徴とする請求項
1又は2記載のインピーダンス整合装置。
3. The impedance matching device according to claim 1, wherein the power calculation means includes means for displaying the calculated active power.
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