(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、
前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１可変コンデンサと、
前記第１可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第１ステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２可変コンデンサと、
前記第２可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第２ステップ型容量可変機構と、
前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を一定サイクル毎に測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応答して、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２ステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２可変コンデンサの静電容量をそれぞれ可変制御する第１および第２整合調節部と、
前記第１および第２可変コンデンサのそれぞれの静電容量を直接または間接的にモニタする静電容量モニタ部と、
前記静電容量モニタ部より得られる前記第１および第２可変コンデンサの静電容量の現在値に基づいて、前記第１および第２整合調節部の少なくとも一方の比例ゲインを可変制御するゲイン制御部と、
を有し、
前記ゲイン制御部は、前記第２可変コンデンサの静電容量の現在値が予め設定したしきい値よりも小さくなっているときに限り、前記比例ゲインの可変制御を行う、
自動整合装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御部は、前記第１整合調節部における比例ゲインに対して前記第２整合調節部における比例ゲインを相対的に下げる方向で可変制御を行う、請求項１に記載の自動整合装置。
【請求項３】
前記ゲイン制御部は、専ら前記第２整合調節部に対して比例ゲインの可変制御を行う、請求項２に記載の自動整合装置。
【請求項４】
前記ゲイン制御部は、前記第２整合調節部における比例ゲインをＫ2、前記第１および第２可変コンデンサの静電容量の現在値をそれぞれＮＣ1，ＮＣ2とすると、次の式（１）で表わされるようなゲインの可変制御を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動整合装置。
Ｋ2⇒Ｋ2＊（α＊ＮＣ2x／ＮＣ1y）      ・・・・・（１）
ただし、αは比例係数、０≦ｘ≦２、０≦ｙ≦２
【請求項５】
被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記高周波放電に用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、
前記高周波電源と前記プラズマ生成部との間に接続される請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動整合装置と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項６】
被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記処理容器内で前記基板を載置して保持する電極と、
前記プラズマから前記電極上の前記基板に入射するイオンのエネルギーを制御するのに用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、
前記高周波電源と前記電極との間に接続される請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動整合装置と
を有するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電源と負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとるための自動整合方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、自動整合装置およびこれを用いるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。プラズマ処理装置において、プラズマの生成に高周波を用いる場合は、チャンバの中または外に高周波電極（またはアンテナ）を配置して、高周波給電部より該高周波電極に一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波を給電するようにしている。また、プラズマから被処理基板に入射するイオンのエネルギーを自在に制御する場合は、基板を支持する載置台に高周波電極を使用し、高周波給電部より該高周波電極に一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波を給電するようにしている。
【０００３】
この種の高周波給電部には、高周波を出力する高周波電源だけでなく、高周波電源側のインピーダンスと負荷側（電極、プラズマ、チャンバ）のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとるための整合装置も用いられる。高周波電源および伝送ケーブルは通常５０Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合回路も含めた負荷側のインピーダンスが５０Ωになるように、つまり反射波の電力が最小となるように、整合装置内のインピーダンスが設定または調節される。
【０００４】
一般に、プラズマ処理装置に用いられる整合装置は、複数の可変リアクタンス素子を含み、ステッピングモータ等により可変リアクタンス素子のリアクタンスまたは調整ポジションを選択することにより、負荷側インピーダンスを可変制御できる自動整合装置として構成されている。
【０００５】
この種の自動整合装置は、プラズマ処理中に圧力変動などによってプラズマ負荷のインピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変して自動的に負荷側インピーダンスを調整して整合ポイント（５０Ω）に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、自動整合装置は、負荷側インピーダンスを測定する回路や、負荷側インピーダンスの測定値を整合ポイント（５０Ω）に一致させるようにステッピングモータを通じて各可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変制御するコントローラ等を備えている。
【０００６】
一般的に、この種の自動整合装置は、整合回路内に、可変リアクタンス素子として、高周波電源に対して負荷と並列および直列にそれぞれ接続される２つの可変コンデンサを備える。ここで、負荷と並列に接続される第１可変コンデンサの静電容量は、主として負荷側インピーダンスの絶対値を調整するために可変される。一方、負荷と直列に接続される第２可変コンデンサの静電容量は、主として負荷側インピーダンスの位相（ＲＦ電圧とＲＦ電流の位相差）を調整するために可変される。
【０００７】
典型的な従来の自動整合装置は、インピーダンス測定回路より得られる負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値を整合ポイントの値つまり絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように第１可変コンデンサの静電容量（容量ポジション）をステップ的に可変し、位相誤差を零に近づけるように第２可変コンデンサの静電容量（容量ポジション）をステップ的に可変するようにしている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０９７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プラズマ処理装置においては、チャンバ内の圧力変動などによってプラズマ負荷のインピーダンスが動的かつ不定に変化しやすい。このため、自動整合装置は、負荷側インピーダンスの変化に迅速かつ正確に追従できるオートマッチング動作を求められている。
【００１０】
その点、上記のような従来の自動整合装置においては、インピーダンス測定回路より得られる負荷側インピーダンスの測定値に応じて第１および第２可変コンデンサの静電容量（容量ポジション）をそれぞれ可変する第１および第２フィードバック制御系が常に一定の比例ゲイン（比例感度）で動作するようになっている。
【００１１】
ところが、負荷側インピーダンスが整合ポイント付近において第２フィードバック制御系における１ステップ当たりの負荷側インピーダンスの変化量、特に位相の変化量が著しく大きくなる方向に変動し、ハンチングが起こりやすくなることがある。このため、第１フィードバック制御系の比例ゲインに比して相対的に第２フィードバック制御系の比例ゲインを予め下げておく調整も行われている。しかしながら、そのことによって、不必要な整合速度の低下を招いており、本質的な解決法にはなっていない。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、不必要な整合速度の低下を招くことなく、ハンチングを確実かつ効果的に抑制するようにした自動整合方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体および自動整合装置を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、オートマッチング機能の改善により、高周波を利用するプラズマ生成あるいはイオン引き込み制御の機能を向上させ、ひいてはプラズマプロセスの再現性および信頼性を向上させるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の自動整合装置は、一定周波数の高周波を出力する高周波電源と前記高周波の供給を受ける負荷との間で自動的にインピーダンスの整合をとる自動整合装置であって、前記高周波電源に対して前記負荷と並列に接続される第１可変コンデンサと、前記第１可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第１ステップ型容量可変機構と、前記高周波電源に対して前記負荷と直列に接続される第２可変コンデンサと、前記第２可変コンデンサの静電容量をステップ的に可変するための第２ステップ型容量可変機構と、前記高周波電源の出力端子から見た負荷側のインピーダンスについてその絶対値および位相を一定サイクル毎に測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部より得られる前記負荷側インピーダンスの絶対値および位相の測定値に応答して、前記絶対値測定値および前記位相測定値をそれぞれ所定の絶対値基準値および位相基準値に可及的に近づけるように、前記第１および第２ステップ型容量可変機構を介して前記第１および第２可変コンデンサの静電容量をそれぞれ可変制御する第１および第２整合調節部と、前記第１および第２可変コンデンサのそれぞれの静電容量を直接または間接的にモニタする静電容量モニタ部と、前記静電容量モニタ部より得られる前記第１および第２可変コンデンサの静電容量の現在値に基づいて、前記第１および第２整合調節部の少なくとも一方の比例ゲインを可変制御するゲイン制御部とを有し、前記ゲイン制御部は、前記第２可変コンデンサの静電容量の現在値が予め設定したしきい値よりも小さくなっているときに限り、前記比例ゲインの可変制御を行う構成としている。
【００２１】
上記構成の自動整合装置は、第１および第２可変コンデンサの静電容量に応じて、第１整合調節部における１ステップ当たりの負荷側インピーダンスの変化量と、第２整合調節部における１ステップ当たりの負荷側インピーダンスの変化量との間に大きなアンバランスを生じて、ハンチングを起こしやすい場合に、適確に対処することができる。すなわち、第２可変コンデンサの静電容量の現在値が予め設定したしきい値よりも小さくなっているときに、第１および第２可変コンデンサのリアクタンスの静電容量に基づいて、第１整合調節部および第２整合調節部の少なくとも一方の比例ゲインを可変制御することにより、上記のような負荷側インピーダンス変化率のアンバランスを補償することが可能であり、それによってオートマッチングにおけるハンチングを効果的に抑制することができる。また、適応制御によって比例ゲインを可変するので、不必要な整合速度の低下を招かずに済む。
【００２２】
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で高周波放電により前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記高周波放電に用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、前記高周波電源と前記プラズマ生成部との間に接続される本発明の自動整合装置とを有する。
【００２３】
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、被処理基板を出し入れ可能に収容する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理容器内で前記基板を載置して保持する電極と、前記プラズマから前記電極上の前記基板に入射するイオンのエネルギーを制御するのに用いられる一定周波数の高周波を出力する高周波電源と、前記高周波電源と前記電極との間に接続される本発明の自動整合装置とを有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の自動整合装置によれば、上記のような構成および作用により、整合速度の不必要な低下を招くことなく、ハンチングを確実かつ効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、本発明のプラズマ処理装置によれば、本発明の自動整合装置を備えることにより、高周波を利用するプラズマ生成あるいはイオン引き込み制御の機能を向上させ、ひいてはプラズマプロセスの再現性および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】上記プラズマ処理装置に適用した本発明の一実施形態における自動整合装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施例におけるコントローラの主要な機能を示すブロック図である。
【図４Ａ】上記自動整合装置における負荷側インピーダンス変化率特性（Ｃ1可変、Ｃ2固定）を示すグラフである。
【図４Ｂ】上記自動整合装置における負荷側インピーダンス変化率特性（Ｃ1可変、Ｃ2固定）を示すグラフである。
【図５Ａ】上記自動整合装置における負荷側インピーダンス変化率特性（Ｃ1固定、Ｃ2可変）を示すグラフである。
【図５Ｂ】上記自動整合装置における負荷側インピーダンス変化率特性（Ｃ1固定、Ｃ2可変）を示すグラフである。
【図６Ａ】上記自動整合装置における−Ｃ12／α＊Ｃ22  特性（Ｃ1可変、Ｃ2固定）を示すグラフである。
【図６Ｂ】上記自動整合装置における−Ｃ12／α＊Ｃ22  特性（Ｃ1固定、Ｃ2可変）を示すグラフである。
【図７Ａ】第２の実施例の整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な１番目の基本移動パターンを示す図である。
【図７Ｂ】上記整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な２番目の基本移動パターンを示す図である。
【図７Ｃ】上記整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な３番目の基本移動パターンを示す図である。
【図７Ｄ】上記整合アルゴリズムにおいて、動作点を動かすために可能な４番目の基本移動パターンを示す図である。
【図８】上記整合アルゴリズムの手法を模式的に示す図である。
【図９Ａ】上記整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図９Ｂ】上記整合アルゴリズムで用いる制御ロジックを図解で説明するための図である。
【図１０】第２の実施例によるコントローラの主要な機能を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２８】
図１に、本発明の自動整合装置を好適に適用できる一例としてのプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、ＲＦ下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２９】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状の下部電極またはサセプタ１２が設けられている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部１４を介してチャンバ１０の底から垂直上方に延びる筒状支持部１６に支持されている。筒状保持部１４の上面には、サセプタ１２の上面を環状に囲むたとえば石英やシリコンからなるフォーカスリング１８が配置されている。
【００３０】
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１６との間には排気路２０が形成され、この排気路２０の入口または途中に環状のバッフル板２２が取り付けられるとともに底部に排気口２４が設けられている。この排気口２４に排気管２６を介して排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００３１】
サセプタ１２には、プラズマ生成用の第１高周波電源３２が第１整合器３４および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この第１高周波電源３２は、容量結合型プラズマの生成に適した所定の周波数たとえば４０ＭＨｚの第１高周波ＲＦHを出力する。第１整合器３４は、第１高周波電源３２と負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）との間でインピーダンスの整合をとる。なお、チャンバ１０の天井部には、後述するシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。したがって、第１高周波電源３２からの第１の高周波はサセプタ１２とシャワーヘッド３８との間に容量的に印加される。
【００３２】
また、サセプタ１２には、イオン引き込み用の第２高周波電源７０が第２整合器７２および給電棒３６を介して電気的に接続されている。この第２高周波電源７０は、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した所定の周波数たとえば３．２ＭＨｚの第２高周波ＲＦLを出力する。第２整合器７２は、第２高周波電源７０と負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）との間でインピーダンスの整合をとる。
【００３３】
サセプタ１２の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック４０が設けられている。この静電チャック４０は導電膜からなる電極４０ａを一対の絶縁膜４０ｂ，４０ｃの間に挟み込んだものであり、電極４０ａには直流電源４２がスイッチ４３を介して電気的に接続されている。直流電源４２からの直流電圧により、静電気力で半導体ウエハＷをチャック上に吸着保持することができる。
【００３４】
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット４６より配管４８、５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック４０上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部５２からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン５４を介して静電チャック４０の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００３５】
天井部のシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔５６ａを有する下面の電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部にバッファ室６０が設けられ、このバッファ室６０のガス導入口６０ａには処理ガス供給部６２からのガス供給配管６４が接続されている。
【００３６】
主制御部６８は、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２８、第１高周波電源３２、第１整合器３４、静電チャック用のスイッチ４３、チラーユニット４６、伝熱ガス供給部５２、処理ガス供給部６２、第２高周波電源７０および第２整合器７２等の動作を統括して制御する。
【００３７】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行うには、先ずゲートバルブ３０を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック４０の上に載置する。そして、処理ガス供給部６２よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２８によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１高周波電源３２より所定のパワーで出力される第１高周波ＲＦHを第１整合器３４を介してサセプタ１２に供給すると同時に、第２高周波電源７０より所定のパワーで出力される第２高周波ＲＦLを第２整合器７２を介してサセプタ１２に供給する。また、伝熱ガス供給部５２より静電チャック４０と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４３をオンにして直流電源４２より高圧の直流電圧を静電チャック４０の電極４０ａに印加して、静電チャック４０の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１２，３８間の高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。
【００３８】
このプラズマエッチング装置においては、プラズマ生成用の高周波給電部に含まれる第１整合器３４およびイオン引き込み用の高周波給電部に含まれる第２整合器７２のいずれにも本発明の自動整合装置を適用することができる。
【００３９】
したがって、この実施形態のプラズマエッチング装置は、第１整合器３４に本発明の自動整合装置を用いることにより高速かつ精確なオートマッチングでプラズマ生成を安定かつ効率的に行えるとともに、第２整合器７２に本発明の自動整合装置を用いることにより高速かつ精確なオートマッチングでイオン引き込み制御を安定かつ効率的に行うことができる。
【００４０】
以下、図２〜図１０を参照して、このプラズマエッチング装置の第１整合器３４または第２整合器７２に適用した本発明の自動整合装置を説明する。
【００４１】
図２に、本発明の一実施形態における自動整合装置３４（７２）の主要な構成を示す。この自動整合装置３４（７２）は、整合回路内の可変リアクタンス素子として２つの可変コンデンサ８０，８２を有する。ここで、第１および第２可変コンデンサ８０，８２は、高周波電源３２（７０）に対して、チャンバ１０側のプラズマ負荷とそれぞれ並列および直列に接続される。
【００４２】
なお、整合回路内には、両可変コンデンサ８０，８２以外のインピーダンス素子、たとえばインダクタンスコイル（図示せず）が含まれてもよい。また、このプラズマエッチング装置のように周波数の異なる２つの高周波ＲＦH，ＲＦLをサセプタ１２に同時に印加する下部２周波重畳印加方式においては、負荷側から高周波電源３２（７０）に向かって高周波伝送路上を伝ってくる他方の高周波を手前で阻止するためのフィルタ回路（図示せず）が、整合回路の中または外に設けられることもある。
【００４３】
この自動整合装置３４（７２）は、オートマッチング動作を行えるように、インピーダンス測定部８４、第１および第２ステッピングモータ８６，８８およびコントローラ９０を備えている。
【００４４】
インピーダンス測定部８４は、整合回路の前段に設けられ、高周波電源３２（７０）からプラズマ負荷に給電されるＲＦ電圧およびＲＦ電流を測定し、ＲＦ電圧測定値とＲＦ電流測定値とから整合回路を含む負荷側のインピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相（ＲＦ電圧とＲＦ電流の位相差）θの測定値ＺＭm，Ｚθmを一定のサイクル毎に演算する。
【００４５】
コントローラ９０は、インピーダンス測定部８４より一定サイクル毎に与えられる負荷側インピーダンスＺの絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmに応じて、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmをそれぞれ所定の絶対値基準値ＺＭsおよび位相基準値Ｚθsに可及的または一定範囲内に近づけるように、ステップ型容量可変機構としての第１および第２ステッピングモータ８６，８８を介して第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2（容量ポジション）をステップ的に可変制御するようになっている。
【００４６】
第１および第２可変コンデンサ８０，８２は、所定数（たとえば４０００ステップ）の容量ポジションを一定範囲（たとえば２５ｐＦ〜３２５ｐＦ）の静電容量に対応させており、容量ポジションを０〜４０００の間でステップ的に移動または選択することにより、それぞれの静電容量Ｃ1，Ｃ2を２５ｐＦ〜３２５ｐＦの範囲内でステップ的に可変できるように構成されている。
【００４７】
この自動整合装置３４（７２）における整合ポイントＺsは高周波電源３２（７０）の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の５０Ω（Ｚs＝５０＋ｊ０）に設定される。したがって、ＺＭs＝５０、Ｚθs＝０である。
【００４８】
コントローラ９０は、マイクロコンピュータからなり、オートマッチング動作の制御全般を司っており、主制御部６８（図１）とも所要の制御信号およびデータをやりとりするようになっている。この実施形態における自動整合装置３４（７２）の主たる特徴は、オートマッチング動作におけるコントローラ９０の機能にある。
［コントローラに関する実施例１］
【００４９】
図３に示すように、第１の一実施例によるコントローラ９０は、機能的には、フィードバック制御系の第１および第２整合調節部１００，１０２、整合基準値設定部１０４、整合判定部１０６、第１および第２静電容量モニタ部１０８，１１０およびゲイン制御部１１２を有している。
【００５０】
第１整合調節部１００は、絶対値誤差演算部１１４、第１操作量演算部１１６および第１指令パルス出力部１１８を含んでいる。
【００５１】
この第１整合調節部１００において、絶対値誤差演算部１１４は、インピーダンス測定部８４からの負荷側インピーダンス絶対値測定値ＺＭmと整合基準値設定部１０４からの絶対値基準値ＺＭsとを入力し、それらの差分（ＺＭs−ＺＭm）に相当または比例する絶対値誤差δZMを演算して出力する。第１操作量演算部１１６は、絶対値誤差演算部１１４より出力された絶対値誤差δZMに対応する操作量ΔＣ1を演算する。
【００５２】
ここで、操作量ΔＣ1は、第１整合調節部１００における比例ゲイン（比例感度）をＫ1とすると次の式（１）によって表わされる。
ΔＣ1＝−Ｋ1＊δZM    ・・・・・（１）  
【００５３】
第１指令パルス出力部１１８は、第１操作量演算部１１６より出力された操作量ΔＣ1を指令パルスΔＰ1に変換して出力する。第１ステッピングモータ８６は，指令パルスΔＰ1によって指定される回転角だけ回転し、それによって第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1（Ｃ1ポジション）をステップ的に所望の値だけ変化させる。コントローラ９０と第１ステッピングモータ８６との間には、第１指令パルス出力部１１８からの指令パルスΔＰ1に応答して第１ステッピングモータ８６を回転駆動するための駆動回路（図示せず）が設けられている。
【００５４】
第２整合調節部１０２は、位相誤差演算部１２０、第２操作量演算部１２２および第２指令パルス出力部１２４を含んでいる。
【００５５】
この第２整合調節部１０２において、位相誤差演算部１２０は、インピーダンス測定部８４からの負荷側インピーダンス位相測定値Ｚθmと整合基準値設定部１０４からの位相基準値Ｚθsとを入力し、それらの差分（Ｚθs−Ｚθm）に相当または比例する位相誤差δZΘを演算して出力する。第２操作量演算部１２２は、位相誤差演算部１２０より出力された位相誤差δZΘに対応する操作量ΔＣ2を演算する。
【００５６】
ここで、操作量ΔＣ2は、第２整合調節部１０２における比例ゲインをＫ2とすると次の式（２）によって表わされる。
ΔＣ2＝−Ｋ2＊δZθ    ・・・・・（２）  
【００５７】
第２指令パルス出力部１２４は、第２操作量演算部１２２より出力された操作量ΔＣ2を指令パルスΔＰ2に変換して出力する。第２ステッピングモータ８８は，指令パルスΔＰ2によって指定される回転角だけ回転し、それによって第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2（Ｃ2ポジション）をステップ的に所望の値だけ変化させる。コントローラ９０と第２ステッピングモータ８８との間には、第２指令パルス出力部１２４からの指令パルスΔＰ2に応答して第２ステッピングモータ８８を回転駆動するための駆動回路（図示せず）が設けられている。
【００５８】
整合判定部１０６は、この自動整合装置３４（７２）におけるオートマッチング動作の開始および停止を制御する。すなわち、整合判定部１０６は、第１整合調節部１００の絶対値誤差演算部１１４より出力される絶対値誤差δZMと第２整合調節部１０２の位相誤差演算部１２０より出力される位相誤差δZθとを入力し、絶対値誤差δZMおよび位相誤差δZΘがそれぞれ零またはそれに近い所定の整合範囲内に入っているか否かを監視する。そして、δZM，δZθが整合範囲内に入っていなければ、第１および第２整合調節部１００，１０２の動作を開始または継続させ、δZM，δZθが整合範囲内に入ったときは、第１および第２整合調節部の動作を停止させる。
【００５９】
第１および第２静電容量モニタ部１０８，１１０は、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2の現在値ＮＣ1，ＮＣ2をそれぞれモニタする。この実施例では、第１および第２指令パルス出力部１１８，１２４より第１および第２ステッピングモータ８６，８８に向けて出力された指令パルスΔＰ1，ΔＰ2をカウント（カウントアップまたはカウントダウン）することによって、第１および第２ステッピングモータ８６，８８の現在の容量ポジションを割り出し、現在の容量ポジションからそれらと対応する静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2を割り出すようにしている。別の実施例として、エンコーダ（図示せず）を介して第１および第２ステッピングモータ８６，８８の回転角をモニタし、モータ回転角から第１および第２可変コンデンサ８０，８２の現在の容量ポジションひいては静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2をモニタする方式も可能である。
【００６０】
ゲイン制御部１１２は、第１および第２静電容量モニタ部１０８，１１０よりそれぞれ得られる第１および第２の可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいて、第１および第２の整合調節部１００，１０２における比例ゲインＫ1，Ｋ2の少なくとも一方を可変制御する。
【００６１】
本実施例の場合、この自動整合装置３４（７２）において、ゲイン制御部１１２は、第１の整合調節部１００における比例ゲインに対して第２の整合調節部１０２における比例ゲインを相対的に下げる方向でのゲイン可変制御を行う。通常は、第１の整合調節部１００における比例ゲインＫ1を固定し、専ら第２の整合調節部１０２における比例ゲインＫ2を適宜下げる適応制御を行うようにしている。
【００６２】
なお、コントローラ９０およびインピーダンス測定部８４は、クロック回路（図示せず）より所定のクロック信号ＣＫa，ＣＫbをそれぞれ入力し、それらのクロック信号ＣＫa，ＣＫbに基づいて各部が所定のサイクルで動作するようになっている。
【００６３】
ここで、図４Ａ〜図５Ｂに、整合ポイント付近における第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2と負荷側インピーダンスＺの変化率との関係をグラフで示す。これらのグラフは、ゲイン制御部１１２によるゲイン可変制御の基になるもので、シミュレーションによって得られる。図中、ｄＺＭ／ｄＣ1およびｄＺθ／ｄＣ1は、Ｃ1を１ステップ分だけ変化させたときの負荷インピーダンス絶対値変化量および位相変化量をそれぞれ示す。また、ｄＺＭ／ｄＣ2およびｄＺθ／ｄＣ2は、Ｃ2を１ステップ分だけ変化させたときの負荷インピーダンス絶対値変化量および位相変化量をそれぞれ示す。
【００６４】
図４Ａおよび図４Ｂに示すグラフ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、第２可変コンデンサ８２の容量ポジション（Ｃ2ポジション）を０、１０００、２０００、３０００、４０００にそれぞれ固定し、第１可変コンデンサ８０の容量ポジション（Ｃ1ポジション）を０〜４０００の範囲で振った場合の負荷インピーダンス変化率特性を示す。
【００６５】
一方、図５Ａおよび図５Ｂに示すグラフ（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）は、第１可変コンデンサ８０の容量ポジション（Ｃ1ポジション）を４０００、３０００、２０００、１０００、０にそれぞれ固定し、第２可変コンデンサ８２の容量ポジション（Ｃ2ポジション）を０〜４０００の範囲で振った場合の負荷インピーダンス変化率特性を示す。
【００６６】
これらのグラフから分かることは、少なくとも整合ポイント付近では、つまり整合動作において負荷側インピーダンスＺが整合ポイントＺsに近くなってくると、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2のその時の値つまり現在値ＮＣ1，ＮＣ2に応じて、負荷側インピーダンスＺの変化率（ｄＺＭ／ｄＣ1，ｄＺθ／ｄＣ1，ｄＺＭ／ｄＣ2，ｄＺθ／ｄＣ2）が大きくばらつくということである。
【００６７】
すなわち、ｄＺＭ／ｄＣ1およびｄＺθ／ｄＣ1は、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2が可変範囲内のいずれの値をとっても略１以下の値で常に安定している。ところが、第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2が最小値（Ｃ2ボジション＝０）に近くなるほど、かつ第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1が最大値（Ｃ2ボジション＝４０００）に近くなるほど、図４Ａの（ａ）および図５Ａの（ｆ）に示すように、ｄＺθ／ｄＣ2は著しく（数１０倍以上に）増大する方向に変化し、ｄＺＭ／ｄＣ2もｄＺθ／ｄＣ2ほどではないが比較的（数倍以上に）増大する。もっとも、第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2が最大値（Ｃ2ボジション＝４０００）に近くなるほど、かつ第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1が最小値（Ｃ1ボジション＝０）に近くなるほど、ｄＺθ／ｄＣ2およびｄＺＭ／ｄＣ2のいずれも略１以下の値で安定する。
【００６８】
上記のように、ｄＺＭ／ｄＣ1，ｄＺθ／ｄＣ1に対してｄＺθ／ｄＣ2，ｄＺＭ／ｄＣ2が著しく大きい場合は、第１コンデンサ８０の静電容量Ｃ1を微小変化させたときの負荷側インピーダンスＺの変化量に対して、第２コンデンサ８０の静電容量Ｃ2を同じだけ微小変化させたときの負荷側インピーダンスＺの変化量が著しく大きくなる。すなわち、負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺsに可及的に近づける目的または制御目標は同じであっても、第１整合調節部１００のフィードバック制御動作によりＺをＺsに近づける歩幅と第２整合調節部１０２のフィードバック制御動作によりＺをＺsに近づける歩幅とが著しくアンバランスになって、ハンチングを起こしやすくなる。
【００６９】
この問題を解決するために、この実施形態では、静電容量モニタ部１０８，１１０が第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2をモニタしてそれらの現在値ＮＣ1，ＮＣ2を取得し、ゲイン制御部１１２が静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいたゲイン補正を第２整合調節部１０２の比例ゲインＫ2に対してかけるようにしている。
【００７０】
具体的には、ゲイン制御部１１２は、第２整合調節部１０２の比例ゲインＫ2に対して次の式（３）で表わされるようなゲイン補正（可変制御）をかける。
Ｋ2⇒Ｋ2＊（α＊ＮＣ2x／ＮＣ1y）      ・・・・・（３）
ただし、αは比例係数、０≦ｘ≦２、０≦ｙ≦２
【００７１】
たとえば、ｘ＝２、ｙ＝２の場合は、次の式（４）のようになる。
Ｋ2⇒Ｋ2＊（α＊ＮＣ22／ＮＣ12）      ・・・・・（４）
【００７２】
図６Ａに、第２可変コンデンサ８２の容量ポジション（Ｃ2ポジション）を０に固定し、第１可変コンデンサ８０の容量ポジション（Ｃ1ポジション）を０〜４０００の範囲で振った場合の−Ｃ12／α＊Ｃ22  特性を示す。また、図６Ｂに、第１可変コンデンサ８０の容量ポジション（Ｃ1ポジション）を４０００に固定し、第２可変コンデンサ８２の容量ポジション（Ｃ2ポジション）を０〜４０００の範囲で振った場合の−Ｃ12／α＊Ｃ22  特性を示す。
【００７３】
一見してわかるように、図６Ａおよび図６Ｂの−Ｃ12／α＊Ｃ22  特性は、図４Ａおよび図４ＢのｄＺθ／ｄＣ2特性と非常に近似している。したがって、第２の整合調節部１０２における比例ゲインＫ2をゲイン補正係数ＮＣ12／α＊ＮＣ22  で除する補正をかけることによって、図４Ａおよび図４ＢのｄＺθ／ｄＣ2特性を図６Ａおよび図６Ｂの−Ｃ12／α＊Ｃ22特性によってキャンセルすることができる。
【００７４】
なお、第２整合調節部１０２に対して上記のようなゲイン補正（可変制御）をかけることにより、ｄＺＭ／ｄＣ2特性も相当減少する方向に影響を受ける。しかし、ｄＺＭ／ｄＣ2とｄＺθ／ｄＣ2の絶対的な大きさが問題になるわけではなく、相対的な大きさの変化が問題となるので、この両関数の曲線が相似であればよい（実際、ほぼ相似の曲線となっている。）。
【００７５】
また、第２整合調節部１０２に対して上記のようなゲイン補正（可変制御）を常時かける場合、負荷側インピーダンス変化率のｄＺθ／ｄＣ2やｄＺＭ／ｄＣ2がさほど大きくない領域では、たとえば第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1が最小値（Ｃ1ボジション＝０）に近くて、第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2が最大値（Ｃ2ボジション＝４０００）に近いときは、比例ゲインＫ2はむしろ増大する方向に変化するようにも考えられる。しかし、これは相対的なものであり、比例係数αの選定によって任意に調節可能である。たとえば、Ｃ22／Ｃ12の最大値は３２５2／２５2＝１３2であるから、たとえばα＝１／１３2とすることで、比例ゲインＫ2に常時１以下の補正をかけることができる。
【００７６】
もっとも、第２整合調節部１０２に対してゲイン補正（可変制御）を条件的にかけることも可能である。たとえば、第１および第２の可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に適当なしきい値を設定してもよく、たとえば図４Ａ〜図５ＢのグラフからＣ1ポジション≧１０００、Ｃ2ポジション≦１０００の領域に限って、ゲイン制御部１１２が第２整合調節部１０２に対して上記のようなゲイン補正（可変制御）をかけてもよい。
【００７７】
さらには、負荷側インピーダンスＺが整合ポイントＺsに対して一定の近接範囲内に近づいてから、上記のようなゲイン補正（可変制御）をかけてもよい。この場合は、整合判定部１０６が、上記近接範囲のしきい値を設定し、ゲイン可変制御の開始判定を行ってよい。
【００７８】
上記のように、この第１の実施例においては、静電容量モニタ部１０８，１１０およびゲイン制御部１１２により、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいたゲイン補正（可変制御）が第２整合調節部１０２に対してかけられると、第２整合調節部１０２における比例ゲインＫ2は下がる。そうすると、第２操作量演算部１２２より出力される操作量ΔＣ2が減少して、第２指令パルス出力部１２４より出力される単位時間当たりの指令パルスの数が減少する。そうすると、第２の整合調節部１０２が負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺsに向けて可変させる単位時間当たりの変化量が減少する。しかし、それによって、第１の整合調節部１００が負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺsに向けて移動させる単位時間当たりの変化量とのバランスがとれ、結果的にはハンチングが起き難くなる。
【００７９】
また、この第１の実施例においては、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいて、つまり適応制御によって第２整合調節部１０２の比例ゲインＫ2を下げるので、不必要な整合速度の低下を招かずに済む。
［コントローラに関する実施例２］
【００８０】
以下、図７〜図１０につき、本発明の第２の実施例によるコントローラ９０の機能を説明する。
【００８１】
上述した第１の実施例では、負荷側インピーダンスＺの絶対値誤差δZMおよび位相誤差δZθを演算してそれらを零に近づけるように第１および第２可変コンデンサ８０，８２を直交的に役割分担させて可変制御するようにしている。しかし、このような直交型のオートマッチング方式は、負荷側インピーダンスの調整における両可変コンデンサの作用の実態に則していない面がある。
【００８２】
すなわち、実際には、図４Ａ〜図５Ｂにも示すように、第１可変コンデンサ８０は負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭだけでなく位相Ｚθにも作用し、第２可変コンデンサ８２は負荷側インピーダンスＺの位相Ｚθだけでなく絶対値ＺＭにも作用する。したがって、絶対値誤差δZMを零に近づけるように第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1（Ｃ1ポジション）を可変すると、負荷側インピーダンスＺの動作点は絶対値的には整合ポイントＺSに近づくが、位相的には整合ポイントＺSから離れることがある。一方で、位相誤差δZθを零に近づけるように第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2（Ｃ2ポジション）を可変すると、負荷側インピーダンスＺの動作点は位相的には整合ポイントＺSに近づくが、絶対値的には整合ポイントＺSから離れることがある。このため、上記のような直交型のオートマッチング方式によると、負荷側インピーダンスＺの動作点を整合ポイントＺSに近づけるまでに、あるいは整合がとれるまでに、比較的多くの時間を費やすことがある。
【００８３】
この第２の実施例では、以下に説明するように、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2（Ｃ1，Ｃ2ポジション）の各々を可変したときに負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの双方が変化する実際の現象を整合アルゴリズムにできるだけ忠実に盛り込むようにしている。
【００８４】
ここで、この第２の実施例における整合アルゴリズムを説明する。前提として、コントローラ９０は、ソフトウェア的に、負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθを互いに直交する２つの座標軸とするインピーダンス座標系を構築することが可能であり、このインピーダンス座標上で、絶対値基準値ＺＭsおよび位相基準値Ｚθsの座標位置で表わされる整合点Ｚsと、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmの座標位置で表わされる動作点Ｚpとを随時認識し把握することができる。ここで、動作点Ｚpは、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2にも対応している。
【００８５】
先ず、インピーダンス座標上で動作点Ｚpを動かす基本操作を説明する。この第２の実施例では、第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1（Ｃ1ポジション）を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ1，δＺθ1を定義するとともに、第２可変コンデンサ８２の容量ポジションＣ2を１ステップ可変したときの負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化量δＺＭ2，δＺθ2を定義する。
【００８６】
そうすると、インピーダンス座標上で、第１可変コンデンサ８０の静電容量Ｃ1（Ｃ1ポジション）を任意に可変すると、動作点Ｚpは第１の傾きＲ1（Ｒ1＝δＺθ1／δＺＭ1）の直線上を移動し、第２可変コンデンサ８２の静電容量Ｃ2（Ｃ2ポジション）を任意に可変すると、動作点Ｚpは第２の傾きＲ2（Ｒ2＝δＺθ2／δＺＭ2）の直線上を移動することになる。
【００８７】
ここで、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2（Ｃ1，Ｃ21ポジション）をそれぞれ１ステップ可変する場合に、インピーダンス座標上で動作点Ｚpを動かす方向性のロジックとして、図７Ａ〜図７Ｂに示すような４通りのパターンが可能である。なお、Ｃ1，Ｃ2に対する負荷側インピーダンスＺの絶対値ＺＭおよび位相Ｚθの変化率は負であるとする。すなわち、Ｃ1，Ｃ2の各々を正方向に１ステップ（＋１）可変すると、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmのいずれも減少する方向に動作点Ｚpが移動し、Ｃ1，Ｃ2の各々を負方向に１ステップ（−１）可変すると、絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmのいずれも増大する方向に動作点Ｚpが移動するものとする。また、Ｃ1を先に１ステップ可変し、Ｃ2を後に１ステップ可変するものとする。
【００８８】
図７Ａは、Ｃ1を＋１可変し、Ｃ2を＋１可変した場合である（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝＋１）。この場合、Ｃ1の＋１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から左上のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の＋１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から右下のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００８９】
図７Ｂは、Ｃ1を＋１可変し、Ｃ2を−１可変した場合である（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）。この場合、Ｃ1の＋１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から左上のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の−１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から左上のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００９０】
図７Ｃは、Ｃ1を−１可変し、Ｃ2を＋１可変した場合である（ΔＣ1＝−１，ΔＣ2＝＋１）。この場合、Ｃ1の−１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から右下のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の＋１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から右下のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００９１】
図７Ｄは、Ｃ1を−１可変し、Ｃ2を−１可変した場合である（ΔＣ1＝−１，ΔＣ2＝−１）。この場合、Ｃ1の−１可変によりＣ2座標軸はＣ2(j)から右下のＣ2(j+1)へ１ピッチ移動するとともに、Ｃ2の−１可変によりＣ1座標軸はＣ1(i)から左上のＣ1(i+1)へ１ピッチ移動し、動作点はＣ1(i)とＣ2(j)との交点Ｚp(k)からＣ1(i+1)とＣ2(j+1)との交点Ｚp(k+1)へ移動する。
【００９２】
この第２の実施例における整合アルゴリズムは、上記のような動作点Ｚpを動かす４通りの基本移動パターン（図７Ａ〜図７Ｄ）の中で２番目（図７Ｂ）を用いる。すなわち、図８に示すように、理想的には、Ｃ1座標軸およびＣ2座標軸が共に原点Ｏ（整合点Ｚs）を通るときに、動作点Ｚpが整合点Ｚsに一致し、完全に整合がとれた状態になる。この観点から、この整合アルゴリズムでは、原点Ｏ（整合点Ｚs）を通るＣ1座標軸およびＣ2座標軸をそれぞれ第１および第２基準線Ｃ1S，Ｃ2Sとし、一定のサイクル毎に現時のＣ1座標軸Ｃ1(i) （ひいては動作点Ｚp）を第１基準線Ｃ1Sに近づける方向にＣ2を１ピッチ可変し、一定のサイクル毎に現時のＣ2座標軸Ｃ2(j) ひいては動作点Ｚp）を第２基準線Ｃ2Sに近づける方向にＣ1を１ステップ可変するようにしており、そのためには２番目（図７Ｂ）の基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）を採択すればよい。
【００９３】
この基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝−１）は、制御ロジックとして次の演算式（５），（６）を用いる。
ΔＣ1＝［Ｒ2・ＺＭ−Ｚθ］＝±１        ・・・（５）
ΔＣ2＝［−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθ］＝±１      ・・・（６）
【００９４】
ここで、上記の演算式（５）は、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が正のときはΔＣ1＝＋１となり、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が負のときはΔＣ1＝−１となることを意味する。つまり、図９Ａに示すように、インピーダンス座標上で第２基準線Ｃ2Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の無地領域内に位置しているときは、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が正であり、ΔＣ1＝＋１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の斜線領域内に位置しているときは、Ｒ2・ＺＭ−Ｚθの値が負であり、ΔＣ1＝−１の１ステップ可変制御が選択される。どちらの場合でも、ΔＣ1の１ステップ可変制御により、現時のＣ2座標軸Ｃ2(j)は第２基準線Ｃ2Sに近づく方向に１ピッチ移動することになる。
【００９５】
また、上記の演算式（６）は、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が正のときはΔＣ2＝＋１となり、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が負のときはΔＣ2＝−１となることを意味する。つまり、図９Ｂに示すように、インピーダンス座標上で第１基準線Ｃ1Sにより分割される２つの領域（無地領域／斜線領域）のうち、動作点Ｚpが右側の無地領域内に位置しているときは、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が負で、ΔＣ2＝−１の１ステップ可変制御が選択され、動作点Ｚpが左側の斜線領域内に位置しているときは、−Ｒ1・ＺＭ＋Ｚθの値が正で、ΔＣ2＝＋１の１ステップ可変制御が選択される。どちらの場合でも、ΔＣ2の１ステップ可変制御によって、現時のＣ1座標軸Ｃ1(i)は第１基準線Ｃ1Sに近づく方向に１ピッチ移動することになる。
【００９６】
この整合アルゴリズムにおいて重要なことは、演算式（５），（６）が非常に簡単であり、しかもテーブルを用いないため、演算処理ひいては動作点移動処理を短時間で高速に行えるということである。
【００９７】
また、上記の例（図７Ａ〜図７Ｄ）では、一見すると、図７Ｂの基本移動パターンを用いるよりは図７Ａの基本移動パターン（ΔＣ1＝＋１，ΔＣ2＝＋１）を用いた方が動作点Ｚpを原点Ｏ（整合点Ｚs）に近づけられるようにも思われる。しかし、局所的な場面ではそうであっても、図７Ａの基本移動パターンを使用すると、Ｃ1座標軸Ｃ1(i)が第１基準線Ｃ1Sから離れる方向（右下）に移動するので、結果的に整合点への収束は望めない。
【００９８】
図１０に、この第２の実施例におけるコントローラ９０の機能的構成を示す。図中、上述した第１の実施例（図３）における構成要素と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００９９】
この第２の実施例におけるコントローラ９０は、機能的には、フィードバック制御系の第１および第２整合調節部１３０，１３２、整合基準値設定部１０４、整合判定部１０６、基準変化率設定部１３４、第１および第２静電容量モニタ部１０８，１１０およびゲイン制御部１１２を有している。
【０１００】
第１整合調節部１３０は、第１操作量演算部１３６および第１指令パルス出力部１３８を含んでいる。第１操作量演算部１３６は、インピーダンス測定部８４からの負荷側インピーダンス絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmと基準変化率設定部１３４からの第２の傾きＲ2の値とを入力し、上記の演算式（５）を演算する。第１指令パルス出力部１３８は、第１操作量演算部１３６より出力された操作量ΔＣ1を指令パルスΔＰ1に変換して出力する。
【０１０１】
第２整合調節部１３２は、第２操作量演算部１４０および第２指令パルス出力部１４２を含んでいる。第２操作量演算部１４０は、インピーダンス測定部８４からの負荷側インピーダンス絶対値測定値ＺＭmおよび位相測定値Ｚθmと基準変化率設定部１３４からの第１の傾きＲ1の値とを入力し、上記の演算式（６）を演算する。第２指令パルス出力部１４２は、第２操作量演算部１４０より出力された操作量ΔＣ2を指令パルスΔＰ2に変換して出力する。
【０１０２】
この第２の実施例において、静電容量モニタ部１０８，１１０およびゲイン制御部１１２により、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいたゲイン補正（可変制御）が第２整合調節部１０２に対してかけられると、第２操作量演算部１４０より出力される操作量ΔＣ2は次の式（７）のように補正される。
ΔＣ2⇒±１＊（α＊ＮＣ2x／ＮＣ1y）  ・・・（７）
【０１０３】
この補正によって、第２整合調節部１３２における比例ゲインは下がる。すなわち、ΔＣ2⇒±１の１ステップ可変制御を実行するために第２指令パルス出力部１４２より出力される指令パルスのパルスレートがα＊ＮＣ2x／ＮＣ1y倍（≦１）に低下する。これにより、第２整合調節部１３２が負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺsに向けて可変させる単位時間当たりの変化量が減少する。それによって、第１整合調節部１３０が負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺsに向けて移動させる単位時間当たりの変化量とのバランスがとれ、結果的にはハンチングが起き難くなる。
【０１０４】
また、この第２の実施例においても、第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量現在値ＮＣ1，ＮＣ2に基づいて、つまり適応制御によって第２整合調節部１３２の比例ゲインを下げるので、不必要な整合速度の低下を招かずに済む。
【０１０５】
この第２の実施例でも、第１整合調節部１３０における比例ゲインを固定し、専ら第２の整合調節部１３２における比例ゲインを適宜下げる適応制御を行うようにしている。しかし、ゲイン制御部１１２は、第１の整合調節部１３０における比例ゲインを適宜上げる適応制御を行うことも可能である。それによっても、第１整合調節部１３０における比例ゲインに対して第２整合調節部１３２における比例ゲインを相対的に下げる方向でのゲイン可変制御を行うことができる。このことは、上記第１の実施例にもあてはまる。
【０１０６】
上記のように、本発明は、負荷側インピーダンスＺを整合ポイントＺSに可及的に近づけるために第１および第２可変コンデンサ８０，８２の静電容量Ｃ1，Ｃ2（Ｃ1ポジション，Ｃ2ポジション）を可変制御する任意の整合アルゴリズムに適用可能である。したがって、上記第１および第２実施例における基本演算式またはゲイン補正演算式（１）〜（７）は一例であり、使用する整合アルゴリズムに応じて種種の基本演算式あるいはゲイン補正演算式を用いることができる。
【０１０７】
また、本発明は、上記実施形態における自動整合装置の構成に限定されるものではなく、自動整合装置内の各部について種種の変形が可能である。特に、整合回路は、主として負荷側インピーダンスの絶対値を調節するための第１可変コンデンサまたは第１可変リアクタンス素子と、主として負荷側インピーダンスの位相を調節するための第２可変コンデンサまたは第２可変リアクタンス素子とを備えるものであれば、本発明の適用範囲内である。
【０１０８】
上記実施形態におけるプラズマ処理装置は、主としてプラズマ生成用の第１の高周波と主としてイオン引き込み用の第２の高周波とをサセプタ１２に印加するＲＦ下部二周波印加型であった。しかし、別の実施形態として、図示省略するが、下部電極にプラズマ生成用の高周波を１つ印加するタイプの装置であってもよい。また、図示省略するが、プラズマ生成用の高周波を上部電極に印加するタイプの装置であってもよい。その場合、イオン引き込み用の高周波を下部電極に印加してもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態は、チャンバ内で平行平板電極間の高周波放電によってプラズマを生成する容量結合型プラズマ処理装置に係るものであった。しかし、本発明は、チャンバの上面または周囲にアンテナを配置して誘電磁界の下でプラズマを生成する誘導結合型プラズマ処理装置や、マイクロ波のパワーを用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置等にも適用可能である。
【０１１０】
本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０    チャンバ
１２    サセプタ
３２，７０    高周波電源
３４，７２    整合器
６２    処理ガス供給部
８０    第１可変コンデンサ
８２    第２可変コンデンサ
８４    インピーダンス測定部
８６    第１ステッピングモータ
８８    第２ステッピングモータ
９０    コントローラ
１００    第１整合調節部
１０２    第２整合調節部
１０８    第１静電容量モニタ部
１１０    第２静電容量モニタ部
１１２    ゲイン制御部
１３０    第１整合調節部
１３２    第２整合調節部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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