中古マッチングボックスの在庫・価格

マッチングボックスは、RF電源とプラズマ処理装置の電極やアンテナの間に入れるインピーダンス整合器です。RF電源の出力インピーダンスや同軸ケーブルは通常50Ωで設計されています。一方、プラズマを含む負荷のインピーダンスは抵抗分とリアクタンス分が混ざった複素数で、50Ωとは大きく異なります。マッチングボックスはこの負荷を電源側から見て50Ωに変換し、反射電力を最小にして電力を負荷へ効率よく送り込みます。
整合が必要になるのは、プラズマが状態の変わり続ける負荷だからです。着火前はほぼ容量性の高インピーダンスですが、着火後は抵抗分が数Ω〜数十Ω程度まで下がるのが一般的です。さらにガス種、圧力、投入電力、電極の汚れによっても値が動きます。整合が取れていないと電力の一部が電源へ戻ります。例えば50Ω系に5Ωの純抵抗をつなぐと、反射係数から計算して約67%が反射します。その結果、電源の保護動作による出力制限や、負荷に入る実効電力のばらつきが起こります。
回路は、可変コンデンサ2個と固定コイルを組み合わせたL型(逆L型)が代表的で、π型やT型もあります。並列側の素子で大きさを、直列側の素子で位相を合わせ、反射電力が最小になる点を探します。可変素子には、高電圧と大電流に耐える真空可変コンデンサがよく使われます。平行平板型(CCP)向けではコイルを内蔵します。誘導結合型(ICP)向けではアンテナ自体がインダクタンスになるため、コイルを持たない構成もあります。
自動整合型では、入力部の検出器がインピーダンスの大きさと位相のずれを検出し、モーターで各コンデンサを駆動してずれをゼロに近づけます。制御部は、本体内蔵のもの、別体のマッチングコントローラーで操作するもの、RF電源側に組み込まれたものがあります。RFを入れたときのコンデンサ位置を事前に設定しておくプリセット機能を使うと、着火までの遅れを短くでき、着火点と整合点が違う条件にも対応しやすくなります。手動型はダイヤルで素子を調整するもので、研究用の小型装置で使われます。
周波数はISMバンドの13.56MHzが中心です。用途によっては、数百kHz〜2MHz程度の低周波バイアス用や、27.12MHz・40MHz・60MHzなどの高周波用もあります。定格電力は研究用の数百Wから量産装置の数kW級まで幅があります。モーター駆動の機械式は整合に数百ミリ秒〜数秒程度かかるのが普通で、パルス運転や高速な負荷変動には追従しにくい面があります。そのため、電子的にコンデンサを切り替える方式や、電源の周波数を微調整して整合する方式も使われます。ほかに、別の周波数のRFや直流を内部で重ね合わせる重畳機能、他の電源へのノイズ回り込みを防ぐフィルター、電極電圧(VppやVdc)のモニター出力を持つ機種もあります。
主な用途は、絶縁物ターゲットのRFスパッタリング、プラズマCVD、ドライエッチング、アッシング、表面改質などです。実務では、出力側が50Ω系ではなく高電圧・大電流になるため、電極の直近に取り付けて銅板などで短く接続するのが基本です。中古品を選定・転用するときは、次の点を確認します。周波数と定格電力、可変コンデンサの容量範囲が対象チャンバーの負荷を覆うか、コネクタ形状(数百W〜1kW程度ならN型、1〜5kW程度ならHN型など)、冷却方式、コントローラーやケーブルとの組み合わせです。なお、高周波出力50W以上の設備は、ISMバンドであっても高周波利用設備としての許可申請が必要です。