阻抗調(diào)整裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種阻抗調(diào)整裝置。本發(fā)明的阻抗調(diào)整裝置即使在使用可變頻率方式的高頻電源的情況下也能夠進行使用特性參數(shù)的阻抗匹配。本發(fā)明的阻抗調(diào)整裝置適用于使用可變頻率方式的高頻電源的高頻電力供給系統(tǒng)。以可變電容器的位置信息(C)與高頻電源的輸出頻率信息(F)的組合的一部分為對象的特性參數(shù)存儲在存儲器中。T參數(shù)獲取部獲取與現(xiàn)在時刻的(Cnow，F(xiàn)now)對應的特性參數(shù)。輸出反射系數(shù)運算部運算輸出端的反射系數(shù)。目標信息指定部基于上述信息和目標輸入反射系數(shù)，指定使輸出端的反射系數(shù)接近目標輸入反射系數(shù)的目標組合信息。根據(jù)該信息進行阻抗匹配。
【專利說明】阻抗調(diào)整裝置【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種阻抗調(diào)整裝置，該阻抗調(diào)整裝置設置在高頻電源與負載之間，用來對從高頻電源觀察負載側時的阻抗進行調(diào)整。
【背景技術】
[0002]圖8是表示高頻電力供給系統(tǒng)的結構例的圖。該高頻電力供給系統(tǒng)是用于對半導體晶片、液晶基板等被加工物進行例如等離子體蝕刻、等離子體CVD (Chemical VaporDeposition:化學氣相沉積)等加工處理的系統(tǒng)。高頻電力供給系統(tǒng)包括高頻電源1、傳輸線路2、阻抗調(diào)整裝置3、負載連接部4和負載5 (等離子體處理裝置5)。阻抗調(diào)整裝置有時也被稱為阻抗匹配裝置。高頻電源I經(jīng)由傳輸線路2、阻抗調(diào)整裝置3和負載連接部4向負載5供給高頻電力。在負載5 (等離子體處理裝置5)中，在配置被加工物的腔室(省略圖示)內(nèi)，使等離子體放電用氣體成為等離子體狀態(tài)，使用成為等離子體狀態(tài)的氣體進行被加工物的加工。等離子體狀態(tài)的氣體是通過將等離子體放電用氣體導入腔室內(nèi)并從高頻電源I向設置在腔室內(nèi)的電極(省略圖示)供給高頻電力而使等離子體放電用氣體放電而生成的。
[0003]在用于等離子體蝕刻、等離子體CVD等用途的等離子體處理裝置5中，伴隨著制造工序的進行，等離子體的狀態(tài)時時刻刻在變化。由于等離子體的狀態(tài)發(fā)生變化，等離子體處理裝置5的阻抗(負載阻抗)時時刻刻在變化。為了從高頻電源I向這種等離子體處理裝置5高效地供給電力，伴隨著負載阻抗的變化，需要調(diào)整從高頻電源I的輸出端觀察等離子體處理裝置5側時的阻抗ZL(以下，稱為負載側阻抗ZL)。因此，在圖8所示的高頻電力供給系統(tǒng)中，在高頻電源I與負載5(等離子體處理裝置5)之間安裝有阻抗調(diào)整裝置3。
[0004]在阻抗調(diào)整裝置3,設置有可變電容器(condenser)和可變電感器(inductor)等可變電特性元件?？勺冸娙萜魇悄軌蚋淖冸娙莸碾娙萜鳌？勺冸娙萜?condenser)有時也被稱為可變電容器(capacitor)。阻抗調(diào)整裝置3通過調(diào)整可變電特性元件的電容、電感等電特性而調(diào)整負載側阻抗ZL。阻抗調(diào)整裝置3通過令可變電特性元件的電特性為適當?shù)闹?，使高頻電源I的輸出阻抗與負載5的阻抗匹配。通過使阻抗匹配，能夠使從負載5朝向高頻電源I而去的反射波電力盡可能為最小，使供往負載5的供給電力達到最大。
[0005]因為可變電容器和可變電感器是能夠調(diào)整電特性的元件，所以在本說明書中將可變電容器和可變電感器總稱為“可變電特性元件”。此外，將電容和電感等信息稱為“電特性信息”。
[0006]圖9是表示包括現(xiàn)有的阻抗調(diào)整裝置3P的高頻電力供給系統(tǒng)的結構例的框圖。
[0007]高頻電源Ip通過傳輸線路2與阻抗調(diào)整裝置3P的輸入端301連接，負載5 (等離子體處理裝置)通過負載連接部4與輸出端302連接。高頻電源Ip是輸出輸出頻率恒定的高頻的電源。輸出頻率是從高頻電源Ip輸出的高頻的基本頻率(基波的頻率)。
[0008]如圖9所示，在阻抗調(diào)整裝置3P，設置有由第一可變電容器21、第二可變電容器24和電感器23構成的調(diào)整電路20p。第一可變電容器21和第二可變電容器24是可變電特性元件的一種。調(diào)整電路20p的輸出端與阻抗調(diào)整裝置3P的輸出端302連接，在調(diào)整電路20p的輸入端與阻抗調(diào)整裝置3P的輸入端301之間設置有定向稱合器(directionalcoupler,方向性I禹合器)10。
[0009]從高頻電源Ip輸出的高頻電力經(jīng)由阻抗調(diào)整裝置3P內(nèi)的定向耦合器10和調(diào)整電路20p供給至負載5。另外，將從高頻電源Ip輸出并朝向負載5而去的高頻電力稱為行波電力PF，將在負載5處反射而返回到高頻電源Ip的高頻電力稱為反射波電力PR。
[0010]阻抗調(diào)整裝置3P能夠通過調(diào)整(改變)調(diào)整電路20p內(nèi)的第一可變電容器21和第二可變電容器24的電容而調(diào)整(改變)負載側阻抗ZL。阻抗調(diào)整裝置3P通過令第一可變電容器21和第二可變電容器24的各電容為適當?shù)闹?，使高頻電源Ip的輸出阻抗與負載5的阻抗匹配。另外，調(diào)整電路20p的結構根據(jù)高頻電源Ip的輸出頻率、負載5的條件等而不同。此外，作為可變電特性元件，還存在使用可變電感器的情況。
[0011]第一可變電容器21和第二可變電容器24中使用的可變電容器具有用于調(diào)整電容的可動部(省略圖示)?？勺冸娙萜鞯碾娙萃ㄟ^利用電動機等使可動部的位置移位而被調(diào)難
iF.0
[0012]可變電容器包括至少一方為可動電極的一對電極，可動電極為用于調(diào)整電容的可動部。當使可動電極的位置移位時，該可動電極與另一電極的相對的面積發(fā)生變化從而電容發(fā)生變化，因此可變電容器的電容通過調(diào)整(改變)可動電極的位置而被調(diào)整(改變)。
[0013]可變電容器的電容能夠多階段(多級)地調(diào)整。與可變電容器的可動部的位置對應的電容通過可變電容器的規(guī)格或?qū)嶒灦阎?。只要知道可動部的位置，就能知道可變電容器的電容，因此，在可變電容器的電容的調(diào)整中，可動部的位置信息被用作表示電容的信息(電容信息)。因此，可變電容器的可動部的位置信息被作為表示可變電容器的電特性的信息(電特性信息)來處理。
[0014]可變電容器的可動部的位置信息為直接或間接地檢測到可動部的位置的信息即可。因為從可動部的結構上來說難以直接檢測可動部的位置，所以可動部的位置例如通過檢測使可動部的位置移位的電動機的旋轉位置(旋轉量)而間接地檢測。發(fā)動機的旋轉位置能夠利用控制發(fā)動機的驅(qū)動的脈沖信號、電壓等檢測。
[0015]在圖9的情況下，第一可變電容器21的可變部的位置通過調(diào)整部30被調(diào)整，第一可變電容器21的可動部的位置信息通過位置檢測部40被檢測(獲取)。此外，第二可變電容器24的可動部的位置通過調(diào)整部50被調(diào)整，第二可變電容器24的可動部的位置信息通過檢測部60被檢測(獲取)。
[0016]調(diào)整部30是用于使第一可變電容器21的可動部的位置移位的驅(qū)動單元。調(diào)整部30例如由步進電動機、電動機驅(qū)動電路等(均省略圖示)構成。調(diào)整部30內(nèi)的電動機驅(qū)動電路基于從控制部IOOp輸入的指令信號使步進電動機旋轉。通過步進電動機的旋轉使得第一可變電容器21的可動部的位置移位。因此，控制部IOOp通過控制調(diào)整部30內(nèi)的步進電動機的旋轉量來調(diào)整第一可變電容器21的電容。同樣，調(diào)整部50是用于使第二可變電容器24的可動部的位置移位的驅(qū)動單元。調(diào)整部50例如由步進電動機、電動機驅(qū)動電路等(均省略圖示)構成。調(diào)整部50內(nèi)的電動機驅(qū)動電路基于從控制部IOOp輸入的指令信號使步進電動機旋轉，使得第二可變電容器24的可動部的位置移位。因此，控制部IOOp通過控制調(diào)整部50內(nèi)的步進電動機的旋轉量來調(diào)整第二可變電容器24的電容。[0017]位置檢測部40用于檢測調(diào)整部30內(nèi)的步進電動機的旋轉位置(旋轉量)。同樣，位置檢測部60用于檢測調(diào)整部50內(nèi)的步進電動機的旋轉位置(旋轉量)。
[0018]另外，可變電感器雖然與可變電容器結構不同，但是與可變電容器同樣也具有可動部。在可變電感器中，也能夠通過利用電動機等使可動部的位置移位而調(diào)整(改變)可變電感器的電感?？勺冸姼衅鞯碾姼械目勺兎椒ɑ九c可變電容器相同，因此省略說明。在使用可變電感器作為可變電特性元件的情況下也只要知道可變電感器的可動部的位置就能知道電感，因此可變電感器的可動部的位置信息被作為表示可變電感器的電感的信息(電感信息)來處理。
[0019]第一可變電容器21和第二可變電容器24分別能夠多階段地調(diào)整。例如，在第一可變電容器21和第二可變電容器24的可動部的位置分別能夠101階段(101級)地移位的情況下，能夠使調(diào)整電路20p的阻抗以101 X 101 = 10，201組(約I萬組)的組合變化。SP，阻抗匹配裝置3P能夠借助于約I萬個阻抗調(diào)整位置進行負載側阻抗ZL的調(diào)整(改變)。
[0020]在可變電容器的可動部的位置多階段地移位的情況下，通過對可動部的各移位位置分配編號，能夠?qū)⒃摼幪栕鳛榭勺冸娙萜鞯目蓜硬康奈恢眯畔?。例如，在可變電容器的可動部的位?01階段地移位的情況下，令電容為最小的位置為“0”，電容為最大的位置為“100”，則可變電容器的可動部的位置信息用“O”~“100”來表示。因此，當?shù)谝豢勺冸娙萜?1的可動部的位置信息和第二可變電容器24的可動部的位置信息分別用“O”~“100”來表示時，阻抗調(diào)整裝置3P的阻抗調(diào)整位置利用如(0,0)、(O, I)……(100，100)那樣將第一可變電容器21的可動部的位置信息和第二可變電容器24的可動部的位置信息組合而得到的位置信息來表示。
[0021]例如，在專利文獻I (日本特開2006-166412)中提出了通過控制可變電容器、可變電感器等可變電特性元件來進行阻抗匹配的阻抗調(diào)整`裝置3P。
[0022]在專利文獻I中公開的阻抗調(diào)整裝置3P中，預先測定的阻抗調(diào)整裝置3P的特性參數(shù)被存儲在存儲器70p中。特性參數(shù)是表示將整個阻抗調(diào)整裝置3P作為傳輸裝置時的傳輸特性的參數(shù)，例如為S參數(shù)(Scattering Parameter:散射參數(shù))或?qū)⒃揝參數(shù)轉換而得到的T參數(shù)(Transmission Parameter:傳輸參數(shù))。特性參數(shù)是對于阻抗調(diào)整裝置3P的整個阻抗調(diào)整位置(將第一可變電容器21的可動部的位置信息和第二可變電容器21的可動部的位置信息組合而得到的位置信息)，將阻抗調(diào)整裝置3P調(diào)整至各阻抗調(diào)整位置而測定的。從而，多個特性參數(shù)的測定值以具有與阻抗調(diào)整位置的對應關系的方式存儲在存儲器70p中。而且,控制部IOOp基于從定向f禹合器10輸出的行波電壓的檢測信號和反射波電壓的檢測信號、由位置檢測部40檢測出的第一可變電容器21的可動部的位置信息和由位置檢測部60檢測出的第二可變電容器24的可動部的位置信息、存儲在存儲器70p中的特性參數(shù)的信息，進行阻抗匹配。
[0023]特性參數(shù)是表示包括阻抗調(diào)整裝置3p的內(nèi)部的寄生電容(stray capacitance)和電感成分等的傳輸特性的參數(shù)，因此，只要使用所測定得到的特性參數(shù)進行阻抗匹配，就能夠高精度地進行阻抗匹配。
[0024][表 I]
[0025]
【權利要求】
1.一種阻抗調(diào)整裝置，其設置在高頻電源與負載之間，用來調(diào)整從所述高頻電源觀察所述負載側時的對象阻抗，該阻抗調(diào)整裝置的特征在于，包括: 與所述高頻電源連接的輸入端； 與所述負載連接的輸出端； 可變電特性元件； 特性參數(shù)存儲單元，其為存儲表示該阻抗調(diào)整裝置的傳輸特性的多個特性參數(shù)的特性參數(shù)存儲單元，所述多個特性參數(shù)分別是對于將與所述高頻電源的輸出頻率對應的多個頻率調(diào)整點和與所述可變電特性元件的電特性對應的多個電特性調(diào)整點組合而得到的多個調(diào)整點獲取的； 高頻信息檢測單元，其檢測所述輸入端的高頻信息； 輸出頻率獲取單元，其獲取所述高頻電源的輸出頻率； 電特性獲取單元，其獲取所述可變電特性元件的電特性； 特性參數(shù)獲取單元，其基于所述多個特性參數(shù)獲取對于將所述獲取的輸出頻率與所述獲取的電特性組合而得到的調(diào)整點的特性參數(shù)； 輸出反射系數(shù)運算單元，其基于由所述高頻信息檢測單元檢測出的高頻信息和由所述特性參數(shù)獲取單元獲取的特性參數(shù)，運算所述輸出端的輸出反射系數(shù)； 指定單元，其基于所述輸出反射系數(shù)、預先設定的目標輸入反射系數(shù)和所述多個特性參數(shù)，從所述多個調(diào)整點中對使所述對象阻抗與所述高頻電源的阻抗匹配的阻抗調(diào)整點進行指定； 電特性元件調(diào)整單元，其將所述`可變電特性元件的電特性調(diào)整為所述阻抗調(diào)整點的電特性；和 指令信號輸出單元，其將用于使所述高頻電源的輸出頻率調(diào)整至所述阻抗調(diào)整點的輸出頻率的指令信號輸出至所述高頻電源。
2.如權利要求1所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述特性參數(shù)存儲單元存儲按每個所述調(diào)整點實測得到的特性參數(shù)、或?qū)崪y得到的特性參數(shù)轉換而得到的與該特性參數(shù)不同種類的特性參數(shù)。
3.如權利要求2所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述測定得到的特性參數(shù)為S參數(shù)，與該特性參數(shù)不同種類的特性參數(shù)為T參數(shù)。
4.如權利要求1所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述特性參數(shù)存儲單元存儲的多個特性參數(shù)包括實測值和推定值，該實測值是對所述多個調(diào)整點的一部分按每個調(diào)整點實際測定而得到的值，該推定值是對所述多個調(diào)整點的未被實測的調(diào)整點，按每個調(diào)整點通過使用所述實測值進行的插補運算計算出的值。
5.如權利要求4所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 被實測出所述特性參數(shù)的調(diào)整點是將從所述多個頻率調(diào)整點按第一間隔抽取的一部分頻率調(diào)整點和從所述多個電特性調(diào)整點按第二間隔抽取的一部分電特性調(diào)整點組合而得到的調(diào)整點。
6.如權利要求1~5中的任一項所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述指定單元基于所述目標輸入反射系數(shù)和所述多個特性參數(shù)，對假定已將所述可變高頻電源的輸出頻率和所述可變電特性元件的電特性調(diào)整至所述多個調(diào)整點的情況下的、各調(diào)整點的所述輸出端的虛擬的輸出反射系數(shù)進行運算，將所述輸出反射系數(shù)與所述虛擬的輸出反射系數(shù)的差為最小的調(diào)整點作為所述對象阻抗的調(diào)整點進行指定。
7.如權利要求1~5中的任一項所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述高頻信息是從所述高頻電源向所述負載側行進的行波電壓和從所述負載向所述高頻電源側反射的反射波電壓。
8.如權利要求1~5中的任一項所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述輸出反射系數(shù)運算單元基于所述高頻信息運算所述輸入端的輸入反射系數(shù)，基于該輸入反射系數(shù)和所述獲取的特性參數(shù)運算所述輸出反射系數(shù)。
9.如權利要求1~5中的任一項所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于，還包括: 使用所述高頻信息檢測所述高頻電源的輸出頻率的頻率檢測單元。
10.如權利要求1~5中的任一項所述的阻抗調(diào)整裝置，其特征在于: 所述高頻電源將正在輸出的高頻的輸出頻率的信息輸出到所述阻抗調(diào)整裝置， 所述輸出頻率獲取單元將從所述高頻電源輸入的輸出頻率的信息作為所述高頻電源的輸出頻率而獲 取。
【文檔編號】H03H7/40GK103716003SQ201310404045
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權日:2012年9月28日
【發(fā)明者】下元隆, 板谷耕司, 水渡正勝 申請人:株式會社大亨