(57)【要約】  進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、第１の可変容量コンデンサと第２の可変容量コンデンサとインダクタンスとを有する整合回路と、進行波と反射波とに基づき反射係数を算出し第１の可変容量コンデンサの容量値ＶＣ１と前記第２の可変容量コンデンサの容量値ＶＣ２とを制御する制御部と、を備える整合器において、制御部は、スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く整合円と、算出された反射係数との間の距離が所定値より大きい場合は、ＶＣ２を変更して、前記距離を前記所定値以内とし、前記距離が前記所定値以内になると、ＶＣ１を変更して反射係数を小さくする。
2017002196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円と、前記算出された反射係数との間の距離が予め定めた第１の値より大きい場合は、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記距離を前記第１の値以内とし、
前記距離が前記第１の値以内になると、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を予め定めた第２の値より小さくする
整合器。
【請求項２】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
スミスチャート上の反射係数が、整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円に近づくように、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更して、スミスチャート上の複数の位置における反射係数を算出する反射係数取得処理を行い、前記複数の位置を用いて反射係数の予測軌跡を取得し、前記予測軌跡と前記整合円との交点である円周通過予測点を取得し、
反射係数が前記円周通過予測点に近づくように前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更する円周接近制御を行うとともに、前記円周通過予測点の虚数部が負のときは前記第１の可変容量コンデンサの容量値を増加させ、前記円周通過予測点の虚数部が正のときは前記第１の可変容量コンデンサの容量値を減少させ、
反射係数と前記整合円との間の距離が予め定めた第１の値以内になると、反射係数がゼロに近づくように前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更する整合点接近制御を行う
整合器。
【請求項３】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記整合点接近制御の結果、前記距離が前記第１の値より大きくなった場合において、反射係数が前記整合円より外側にある場合は前記第２の可変容量コンデンサの容量値を減少させ、反射係数が前記整合円より内側にある場合は前記第２の可変容量コンデンサの容量値を増加させる
整合器。
【請求項４】
請求項２に記載された整合器であって、
前記円周通過予測点は、前記複数の位置の２点を結ぶ直線と、前記整合円との交点である
整合器。
【請求項５】
請求項２に記載された整合器であって、
前記円周通過予測点は、前記複数の位置の３点を通る整合動作軌跡予測円と、前記整合円との交点である
整合器。
【請求項６】
請求項５に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記円周接近制御において、そのときの反射係数の位置と前記円周通過予測点とを結ぶ、前記整合動作軌跡予測円における円弧の長さに応じて、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更する
整合器。
【請求項７】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記整合円の内側と外側の同心円であって、それぞれ前記整合円から前記第１の値だけ離れている２つの同心円で囲まれる円周エリアの外に反射係数がある状態で、前記円周接近制御を行ったときに、反射係数が前記円周エリアを通過した場合、前記円周エリアを通過した反射係数の位置が、前記予測軌跡から予め定めた第２の値以上離れた場合は、前記反射係数算出処理へ移行し、前記円周エリアを通過した反射係数の位置が、前記予測軌跡から第２の値未満の場合は、反射係数が前記円周エリア内に移動するよう前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記整合点接近制御へ移行する
整合器。
【請求項８】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記円周接近制御を行った後、前記整合円の内側と外側の同心円であって、それぞれ前記整合円から前記第１の値だけ離れている２つの同心円で囲まれる円周エリアの外に反射係数がある場合において、反射係数の実数部が前記円周エリアの実数部よりも大きく前記整合点を含むターゲットエリアの内に当該反射係数がある場合は、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更した後、前記整合点接近制御を行い、前記ターゲットエリア内に反射係数がない場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項９】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
スミスチャート上の反射係数が、整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円に近づくように、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更して、スミスチャート上の複数の位置における反射係数を算出し、
前記複数の位置を用いて反射係数の予測軌跡を取得し、前記予測軌跡と前記整合円との交点である円周通過予測点を取得し、反射係数の虚数部がゼロの直線であるＶゼロ直線と前記予測軌跡との交点であるＶゼロ直線通過予測点を取得し、
前記円周通過予測点の実数部である円周実数部の値に基づき、反射係数が前記Ｖゼロ直線通過予測点に近づくようにするＶゼロ直線接近制御を行うか、又は、反射係数が前記円周通過予測点に近づくようにする円周接近制御を行うかの選択を行い、
前記Ｖゼロ直線接近制御を行う場合は、反射係数が前記Ｖゼロ直線通過予測点に近づくように前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、該Ｖゼロ直線接近制御の後、反射係数が前記Ｖゼロ直線から予め定めた第１の値より大きく離反するように、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更するＶゼロ直線離反制御を行い、
前記円周接近制御を行う場合は、反射係数が前記円周通過予測点に近づくように前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、
反射係数と前記整合円との間の距離が予め定めた第２の値以内になると、反射係数がゼロに近づくように前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更する整合点接近制御を行う
整合器。
【請求項１０】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が予め定めた第３の値以上の場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が前記第３の値より小さい場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１１】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が、前記Ｖゼロ直線通過予測点の実数部であるＶゼロ実数部より大きい場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が前記Ｖゼロ実数部以下である場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１２】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が、予め定めた第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ直線通過予測点の実数部であるＶゼロ実数部より大きい場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、
前記円周実数部が前記第３の値より小さいか、又は、前記円周実数部が前記第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ実数部以下である場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１３】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
を備える整合器における整合方法であって、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く整合円を取得するステップと、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出するステップと、
反射係数と前記整合円の円周との間の距離が所定値より大きい状態で、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、反射係数を変更して、前記距離を前記所定値以内とするステップと、
前記距離が前記所定値以内の状態で、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記距離を前記所定値以内の状態に保ちつつ、反射係数をゼロに近づけるステップと、
を備える整合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電源装置の出力を負荷に整合させる整合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エッチングや薄膜形成を行う半導体製造工程では、プラズマ処理装置が用いられる。このプラズマ処理装置の電力供給源として、高周波電源装置が用いられる。高周波電源装置からプラズマ処理装置に対し、効率良く電力を供給するには、高周波電源装置とプラズマ処理装置（負荷）との間でインピーダンスを整合させる必要がある。インピーダンスを整合させる手段として、例えば特許文献１に示されるように、高周波電源装置とプラズマ処理装置との間に整合器を挿入する方法が一般的である。【０００３】
図７は、背景技術の整合器１００の機能ブロック図である。図７では、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間に、整合器１００が挿入されている。高周波電源装置２から出力した高周波電力を、整合器１００を介してプラズマ処理装置３に供給することで、プラズマ処理装置３でプラズマを発生させる。高周波電源装置２からプラズマ処理装置３に効率よく電力を供給するためには、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間でインピーダンスを整合させる必要がある。高周波電源装置２の出力インピーダンスは通常５０Ωであるため、プラズマ処理装置３の入力インピーダンスを、整合器１００によって変換し、整合器１００の入力インピーダンスを５０Ωにすればよい。【０００４】
プラズマ処理装置３の入力インピーダンスは、プラズマ処理装置３に入力されるガスの種類や流量、圧力、温度等によって変化する。よって、整合器１００は、時間的に変化するプラズマ処理装置３の入力インピーダンスに合わせて、適応的に整合する必要がある。【０００５】
図７の整合器１００は、進行波と反射波とを検出する方向性結合器１１と、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間でインピーダンスを整合させる整合素子を有する整合回路３０と、整合回路３０の整合素子の回路定数を制御するための制御部１２０とで構成される。【０００６】
方向性結合器１１の動作を説明する。
ＲＦin端子からＲＦout端子に向かって進む高周波電力（進行波：Ｐｆ）は、方向性結合器１１で検出され、ＦＯＲＷＡＲＤ端子に出力される。ＲＦout端子からＲＦin端子に向かって進む高周波電力（反射波：Ｐｒ）は、方向性結合器１１で検出され、ＲＥＦＬＥＣＴ端子に出力される。また、ＲＦin端子からＲＦout端子に向かって進む高周波電力Ｐｆは、ＲＥＦＬＥＣT端子では検出されず、もし検出されても僅かである。同様に、ＲＦout端子からＲＦin端子に向かって進む高周波電力Ｐｒは、ＦＯＲＷＡＲＤ端子では検出されず、もし検出されても僅かである。【０００７】
方向性結合器１１で検出された進行波Ｐｆと反射波Ｐｒは、制御部１２０の反射係数演算部２１に入力される。反射係数Γは、進行波Ｐｆに対する反射波Ｐｒの振幅比ｒと位相差θから、（数１）のように定義される。
Γ＝ｒ・exp（ｊ・θ）    (ｊ：虚数単位)・・・（数１）
よって、進行波Ｐｆに対する反射波Ｐｒの振幅比ｒと位相差θが分かれば、反射係数Γを求めることが出来る。反射係数演算部２１では、進行波Ｐｆと反射波Ｐｒとに基づき、上記振幅比ｒと位相差θを計算し、反射係数Γを算出する。具体的な方法としては、進行波Ｐｆと反射波ＰｒをＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって周波数領域に変換し、高周波電源装置２が出力している高周波電力と同じ周波数について、進行波Ｐｆと反射波Ｐｒの振幅と位相を比較し、振幅比ｒと位相差θを計算すればよい。【０００８】
容量演算部１２２は、反射係数演算部２１で計算された反射係数Γに基づき、反射係数Γをゼロに近づけるためのコンデンサ容量を計算する。コンデンサ容量の計算方法については後述する。容量設定部２３は、容量演算部１２２で算出したコンデンサの容量に基づき、整合回路３０内の可変容量コンデンサの容量を設定、変更する。【０００９】
図２は、整合回路３０の構成図である。
整合回路３０は、負荷となるプラズマ処理装置３の入力インピーダンスが変動する範囲によって回路構成が決まるが、ここでは、π型の整合回路を例にして説明する。この整合回路３０は、可変容量コンデンサ３１、可変容量コンデンサ３２、インダクタンス３３、伝送線路３５、伝送線路３６を含むように構成されている。この伝送線路３５と伝送線路３６は、同軸ケーブルや金属板などで構成することができ、また、インダクタやコンデンサの集中定数回路を含むように構成することもできる。【００１０】
伝送線路３５は、整合回路３０の入力端子３０ａと可変容量コンデンサ３１の一端を接続する。可変容量コンデンサ３１の他端は接地されている。伝送線路３６は、整合回路３０の出力端子３０ｂと可変容量コンデンサ３２の一端を接続する。可変容量コンデンサ３２の他端は接地されている。【００１１】
可変容量コンデンサ３１、可変容量コンデンサ３２、インダクタンス３３は、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間のインピーダンス整合を行うための整合素子である。また、整合回路３０は、可変容量コンデンサ３１の容量を制御するための可変容量コンデンサ制御端子３１ａと、可変容量コンデンサ３２の容量を制御するための可変容量コンデンサ制御端子３２ａとを備える。【００１２】
整合回路３０の可変容量コンデンサの制御は、方向性結合器１１で検波した進行波Ｐｆと反射波Ｐｒから計算される反射係数Γの大きさがゼロに近づくように制御される。このときの可変容量の計算式を、（数２）と（数３）に示す。ＶＣ１は可変容量コンデンサ３１の容量、ＶＣ２は可変容量コンデンサ３２の容量である。
ＶＣ１(ｎ)＝ＶＣ１(n-1)＋real（Γ(n)）*Ｓ１・・・（数２）
ＶＣ２(ｎ)＝ＶＣ２(n-1)−imag（Γ(n)）*Ｓ２・・・（数３）
ここでreal（  ）は（  ）内の複素数の実部を示し、imag（  ）は（  ）内の複素数の虚部を示す。Ｓ１とＳ２は係数であり、コンデンサ容量を更新する量を決める。【００１３】
（数２）はＶＣ１を更新する式であり、（数３）はＶＣ２を更新する式である。ＶＣ１(ｎ)は、前回に更新したＶＣ１(n-1)に対し、反射係数Γの実部に係数Ｓ１をかけたものを足すことで算出される。ＶＣ２(ｎ)は、前回に更新したＶＣ２(n-1)に対し、反射係数Γの虚部に係数Ｓ２をかけたものを引くことで算出される。ここで、ＶＣ１とＶＣ２において、更新する量（real（Γ）*Ｓ１、又は、imag（Γ）*Ｓ２)を足すか引くかの違いは、整合回路３０の回路方式と、整合する負荷の入力インピーダンスによるものである。【００１４】
この背景技術のアルゴリズムの弱点は、負荷インピーダンスが変化したときに、ＶＣ１とＶＣ２が整合点に収束しない条件があるということである。前述したように、プラズマ負荷のインピーダンスは変化する。プラズマが着火する前後で急激に変化するし、プラズマ処理装置に入力されるガスの種類や流量、圧力、温度等によっても変化する。【００１５】
整合回路３０の入力インピーダンスが５０Ωに整合（つまり、反射係数が０）するためのＶＣ１とＶＣ２は、整合器１００の出力に接続される負荷インピーダンスによってきまるが、プラズマ負荷が変化するため、整合するときのＶＣ１とＶＣ２の値も変化する。そのため、（数２）と（数３）によるアルゴリズムを使うと、ＶＣ１とＶＣ２が収束しない場合がある。その理由は、ＶＣ１は（数２）で計算、つまり反射係数の実部から計算され、ＶＣ２は（数３）で計算、つまり反射係数の虚部から計算されるが、プラズマ負荷のインピーダンスや可変容量コンデンサの容量によっては、（数２）と（数３）の関係が成り立たない場合があり、このときＶＣ１とＶＣ２は、整合する定数に収束しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／１３２５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、背景技術の整合アルゴリズムでは、負荷インピーダンスが変化すると整合点に収束し難いという課題があった。本発明の目的は、負荷インピーダンスが変化しても整合点に収束し易い整合アルゴリズムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための、本願発明の整合器の代表的な構成は、次のとおりである。
すなわち、
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円と、前記算出された反射係数との間の距離が予め定めた第１の値より大きい場合は、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記距離を前記第１の値以内とし、
前記距離が前記第１の値以内になると、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を予め定めた第２の値より小さくする
整合器。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成によれば、整合点に収束することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る整合器の構成図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る整合回路の構成図である。
【図３】可変容量コンデンサの容量を変えたときの反射係数の軌跡の一例を説明する図である。
【図４】可変容量コンデンサの容量を変えたときの反射係数の軌跡の他の例を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る反射係数の軌跡を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【図７】背景技術に係る整合器の構成図である。
【図８】ＶＣ１を固定しＶＣ２を変えたときの反射係数の軌跡を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態２に係る反射係数の軌跡を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【図１２】実施形態２の第１の実施例を説明するための図である。
【図１３】実施形態２の第２の実施例を説明するための図である。
【図１４】実施形態２の第２の実施例を説明するための図である。
【図１５】実施形態２の第２の実施例を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施形態４に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態４に係るＶＣ２予測制御における円周通過予測点の選択を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施形態４に係る第１の実施例を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施形態４に係る他の実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施形態１＞
以下、本発明の第１の実施形態（実施形態１）について図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る整合器１０の構成図である。図１の構成のうち、背景技術の図７と同一構成には、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００２２】
整合器１０は、進行波と反射波とを検出する方向性結合器１１と、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間でインピーダンスを整合させる整合素子を有する整合回路３０と、整合器１０の整合素子の回路定数を制御するための制御部２０と、記憶部２５と、を含むように構成される。
【００２３】
図２において前述したように、整合回路３０は、入力端子３０ａと、出力端子３０ｂと、一端が伝送線路３５を介して入力端子３０ａに接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサ３１と、一端が伝送線路３６を介して出力端子３０ｂに接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサ３２と、一端が第１の可変容量コンデンサ３１の前記一端に接続され他端が第２の可変容量コンデンサ３２の前記一端に接続されたインダクタンス３３と、を有する。
【００２４】
制御部２０は、反射係数演算部２１と、容量演算部２２と、容量設定部２３とを含むように構成される。前述したように、制御部２０は、方向性結合器１１で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、該反射係数を用いて、第１の可変容量コンデンサ３１の容量値と第２の可変容量コンデンサ３２の容量値とを制御する。記憶部２５は、後述する整合円の情報等を記憶する。
整合器１０が背景技術の整合器１００と異なる点は、容量演算部２２の処理内容、つまり、整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１および可変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２の制御方法と、円の情報を記憶する記憶部２５が追加された点である。他の構成は、背景技術の整合器１００と同じである。
【００２５】
ここで、整合円の情報とは、スミスチャート上で整合点（反射係数Γの実部と虚部がゼロの点）を通過する反射係数Γの軌跡が描く円である整合円の情報であって、円の位置や大きさに関する情報である。この整合円の情報は、伝送線路３５の条件、つまり伝送線路３５の特性インピーダンスＺＬや線路長Ｌに基づき、決定されることが知られている。
【００２６】
容量演算部２２は、反射係数演算部２１で算出された反射係数Γと、記憶部２５に記憶している整合円の情報とに基づき、算出された反射係数Γに対応する整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１および変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２を算出する。つまり、算出された反射係数Γを小さくするようなＶＣ１とＶＣ２を算出する。
【００２７】
詳しくは、容量演算部２２は、反射係数演算部２１で算出される反射係数Γが、記憶部２５に記憶している整合円に接近するように、整合回路３０の可変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２を算出する。そして、容量設定部２３は、上記算出した容量になるよう、可変容量コンデンサ３２の容量値ＶＣ２を変更する。これにより、容量設定部２３は、反射係数Γを、前記整合円上に位置させる。
【００２８】
その後、容量演算部２２は、反射係数演算部２１で算出される反射係数Γが小さくなるように、整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１を算出する。そして、容量設定部２３は、上記算出した容量になるよう、可変容量コンデンサ３１の容量値ＶＣ１を変更する。これにより、容量設定部２３は、反射係数Γを、整合点（反射係数Γが０の点）に位置させる。
【００２９】
記憶部２５には、伝送線路３５に応じた整合円の情報が、予め記憶されている。この円の情報（位置と大きさ）は、前述したように、伝送線路３５の条件、つまり伝送線路３５の特性インピーダンスＺＬや線路長Ｌに基づき決定される。例えば、伝送線路３５が、無視できるほどに短い場合は、整合円は、後述する図３に示すＲ１となる。また、伝送線路３５が、特性インピーダンスが５０Ωで、線路長がλ／４である場合は、整合円は、後述する図４に示すＲ２や、図５に示すＲ３となる。
【００３０】
ここで、本実施形態の整合アルゴリズムの考え方を説明する。
あるプラズマ負荷のときに、高周波電源装置２とプラズマ処理装置３との間のインピーダンスが整合する（つまり反射係数Γが０）ときのＶＣ１とＶＣ２の値を、ＶＣ１＝Ｘ、ＶＣ２＝Ｙとする。説明を解り易くするために、整合する条件であるＶＣ１＝Ｘ、ＶＣ２＝Ｙの状態から、ＶＣ１の容量を変えたときの、整合回路３０の入力インピーダンスの軌跡、つまり、反射係数Γの軌跡を図３のスミスチャートに示す。この場合、伝送線路３５は、進行波や反射波の波長λに比べ、無視できるほど短いものとする。
【００３１】
図３において、ＶＣ１の容量を変えると、反射係数Γの軌跡は、整合がとれている状態であるＦ点と、Ｇ点とを結ぶ線分を直径とする整合円Ｒ１を描く。Ｆ点における反射係数Γは、その虚部（Γｉ）がゼロであり、その実部（Γｒ）がゼロである（整合器１０の入力インピーダンスは５０Ω）。Ｇ点における反射係数Γは、その虚部がゼロであり、その実部が−１である。
【００３２】
詳しくは、図３において、整合がとれている状態（Ｆ点）でＶＣ１の容量を増やすと、反射係数Γは、整合円Ｒ１上をＦ点からＡ点の方向に動く。また、ＶＣ１の容量を減らすと、整合円Ｒ１上をＦ点からＢ点の方向に動く。このことは、可変容量コンデンサ３１，３２とインダクタンス３３とを含む図２のπ型整合回路３０において、可変容量コンデンサ３１、３２がグランドに接続（接地）されているときのインピーダンス軌跡として、一般的に知られているため、詳細な説明は割愛する。
【００３３】
図３では、伝送線路３５が無視できる場合を示したが、現実には無視できないこともある。図４のスミスチャートに、伝送線路３５の特性インピーダンスが５０Ωで線路長がλ／４の場合の、反射係数Γの軌跡を示す。図４において、反射係数Γの軌跡は、整合がとれている状態であるＦ点と、Ｈ点とを結ぶ線分を直径とする整合円Ｒ２を描くことが知られている。Ｈ点における反射係数Γは、その虚部がゼロであり、その実部が１である（整合器１０の入力インピーダンスは無限大）。
【００３４】
図２の整合回路３０において、伝送線路３５の右端から見た入力インピーダンスをＺ１とし、伝送線路３５の左端から見た入力インピーダンスをＺ２とすると、Ｚ２は、次の（数４）により決まる。（数４）において、Ｚ１は、伝送線路３５が無視できる場合（図３）の入力インピーダンスであり、Ｚ２は、伝送線路３５が無視できない場合（図４）の入力インピーダンスである。伝送線路３５が無視できない場合（図４）、図３の円Ｒ１は、図４の整合円Ｒ２になる。
【００３５】
【数４】
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【００３６】
このように、図４の軌跡は、特性インピーダンスが５０Ωで線路長がλ／４の伝送線路３５を挿入しているため、図３の軌跡において、反射係数Γの実部と虚部がゼロの点（Ｆ点）を中心にして、１８０°回転した状態になる。よって、図４において、整合がとれている状態（Ｆ点）でＶＣ１の容量を増やすと、反射係数Γは、整合円Ｒ２上をＡ´点の方向（反射係数Γの虚部が正の方向）に動く。また、ＶＣ１の容量を減らすと、反射係数Γは、整合円Ｒ２上をＢ´点の方向（反射係数Γの虚部が負の方向）に動く。すなわち、図４の整合円Ｒ２上において、反射係数Γの虚部が正の場合は、ＶＣ１が整合値Ｘよりも大きく、反射係数Γの虚部が負の場合は、ＶＣ１が整合値Ｘよりも小さい。
【００３７】
このように、図４では、整合点（Ｆ点）において、ＶＣ１を増加、又は減少させると、反射係数Γは、整合円Ｒ２を描くような軌跡をたどる。このことは、ＶＣ２が整合値にある状態で、ＶＣ１を変えると、反射係数Γは、図４で示した整合円Ｒ２上を移動することを示している。従って、まず、反射係数Γが図４の整合円Ｒ２上にのるようにＶＣ２を制御し、その後、反射係数Γが０になるように、ＶＣ１を制御すればよいことが解る。
【００３８】
図５は、図４と同様の整合回路３０の場合、つまり、伝送線路３５の特性インピーダンスが５０Ωで線路長がλ／４の場合において、本発明の実施形態に係るインピーダンス整合を行う際における、反射係数Γの軌跡を示すスミスチャートである。Ｃ点は、プラズマ負荷がある入力インピーダンス値にある場合において、ＶＣ１とＶＣ２が初期値（例えば、可変容量コンデンサの最小値）のときの、反射係数Γである。
【００３９】
まず、制御部２０は、反射係数Γが、ＶＣ１とＶＣ２の初期値のＣ点から、整合円Ｒ３に接するＤ点に達するまで、ＶＣ２のみを増やす。整合円Ｒ３は、図４の整合円Ｒ２と同じである。整合円Ｒ３の情報は、記憶部２５に記憶されている。反射係数Γが、整合円Ｒ３に接するＤ点に到達すると、ＶＣ２は、整合時の容量であるＹとなる。この状態では、ＶＣ２は、整合値に制御されているが、ＶＣ１は初期値のままである。そこで、制御部２０は、次にＶＣ１を増やしていく。ＶＣ１を増やすと、前述したように、反射係数Γは、整合円Ｒ３上を移動する。したがって、ＶＣ１を増やしていき、反射係数Γが０になるところで、ＶＣ１の増加を止めればよい。そのときのＶＣ１は、整合時の容量であるＸとなる。
【００４０】
図５の軌跡は、プラズマ負荷の入力インピーダンスがある値にある場合の一例であるが、プラズマ負荷の入力インピーダンスが変われば、当然、Ｃ点やＤ点の位置は変化する。ただし、ＶＣ２が整合時の容量である場合に、反射係数Γが円Ｒ３上にあることは変わらない。
【００４１】
また、図５のＣ点の場合は、ＶＣ１とＶＣ２の初期値として、可変容量コンデンサの最小値を選んでいるが、可変容量コンデンサの最大値でもよく、また、その他の値でもよい。その場合、当然、Ｃ点の位置は変わる。しかし、ＶＣ１とＶＣ２の初期値が何れの値であっても、ＶＣ２が整合時の値になっていれば、ＶＣ１を変えたときに、反射係数Γが整合円Ｒ３上を移動するという現象は変わらない。
【００４２】
よって、反射係数Γが整合円Ｒ３に接するまで、ＶＣ２のみを制御し、整合円Ｒ３に接した後は、ＶＣ１のみを制御するという、制御部２０の動作は変わらない。ＶＣ２の制御において、ＶＣ２が整合値であるＹよりも大きいときは、反射係数Γが整合円Ｒ３の外にあるので、ＶＣ２を減らすことにより、反射係数Γが整合円Ｒ３に接するように制御する。逆に、ＶＣ２が整合値であるＹよりも小さいときは、反射係数Γが整合円Ｒ３の内にあるので、ＶＣ２を増やすことにより、反射係数Γが整合円Ｒ３に接するように制御する。
【００４３】
そして、反射係数Γが整合円Ｒ３に接するようにＶＣ２を制御した後、ＶＣ１を次のように制御する。すなわち、反射係数Γの虚数部が正の場合は、ＶＣ１が整合値であるＸよりも大きい値の場合であるので、ＶＣ１を減らすことにより、反射係数Γが０になるよう制御する。逆に、反射係数Γの虚数部が負の場合は、ＶＣ１がＸよりも小さい場合なので、ＶＣ１を増やすことにより、反射係数Γが０になるよう制御する。
【００４４】
また、プラズマ負荷の入力インピーダンスが、ＶＣ１とＶＣ２を制御している途中に変化した場合においても、上述したようにＶＣ２とＶＣ１を制御する。すなわち、反射係数Γが整合円Ｒ３に接するようにＶＣ２を制御した後、ＶＣ１を制御する。
【００４５】
なお、図４や図５の説明では、図２の整合回路３０において、伝送線路３５の特性インピーダンスが５０Ωで、線路長がλ／４の条件である場合を例として説明したが、本発明は、これらの条件である場合に限られない。伝送線路３５の条件が上記の条件と異なれば、ＶＣ２が整合時の容量であるという条件下においてＶＣ１を変えた場合の円の軌跡は、図４や図５で示した整合円Ｒ３の軌跡とは異なるので、前述した（数４）により、伝送線路３５の条件に合わせた円の軌跡を設定すればよい。
【００４６】
図６は、本発明の実施形態１に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。この処理は、制御部２０において実行される。
先ず、初期設定として、図４や図５で示した整合円の情報（スミスチャート上の位置と大きさ）を、記憶部２５に記憶し保存する（図６のステップＳ１）。上述したように、この整合円の情報は、伝送線路３５によって決まるため、整合回路３０に応じた情報を与える必要がある。また、ステップＳ１では、ＶＣ１とＶＣ２の初期値も設定する。
【００４７】
次に、そのときの反射係数Γを、方向性結合器１１から得られた進行波Ｐｆと反射波Ｐｒから演算する（ステップＳ２）。次に、反射係数Γの絶対値と予め定めた所定値Ｌとを比較する（ステップＳ３）。反射係数Γの絶対値がＬ以下である場合は（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ２に戻り、方向性結合器１１から進行波Ｐｆと反射波Ｐｒを取得して、再度、そのときの反射係数Γを演算する。
【００４８】
反射係数Γの絶対値がＬよりも大きい場合は（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ４に進む。このＬは、整合がとれたことを判断するための閾値であり、理想的には０であるが、現実的には、反射係数Γを０にするのは困難であるため、ある閾値Ｌを設けて判断する。このＬは、高周波電源装置２の耐反射電力や、高周波電源装置２を使うプラズマ処理装置３の要求仕様によって決定される値である。
【００４９】
ステップＳ４では、初期設定（ステップＳ１）で定義した整合円上に反射係数Γがあるか否かを判定するため、記憶部２５から整合円の情報を取得し、反射係数Γと整合円との距離の最小値Ｐを演算する。この値Ｐが予め定めた所定の閾値Ｍよりも大きい場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、ＶＣ２が整合値でないので、ＶＣ２を変更するように制御する。具体的には、反射係数Γが整合円上にないと判定し、ステップＳ６に進む。このＭも、理想的には０であるが、現実には０にするのは困難であるため、所定の値に設定する。
このように、閾値Ｍを設定することにより、負荷がプラズマのようなゆらぎを持つ場合において、ＶＣ２の切り替え毎に整合円の円周上にのったり、はずれたりするハンチングを抑制できる。
【００５０】
Ｐが所定の閾値Ｍ以下の場合は（ステップＳ５でＮｏ）、ＶＣ２が整合値であるので、ＶＣ２を変更する必要はない。そこで、ＶＣ１（つまり可変容量コンデンサ３１）の制御動作へ進む。すなわち、反射係数Γが整合円上にあると判定し、ステップＳ１０に進む。
【００５１】
ステップＳ６では、ＶＣ２（つまり可変容量コンデンサ３２）を制御する方向を判断するため、反射係数Γが整合円よりも内側にあるか否かを判定する。反射係数Γが整合円の内側にある場合は（ステップＳ６でＹｅｓ）、ＶＣ２がＹよりも小さいので、ＶＣ２を増やす（ステップＳ７）。反射係数Γが整合円の外側にある場合は（ステップＳ６でＮｏ）、ＶＣ２がＹよりも大きいので、ＶＣ２を減らす（ステップＳ８）。このとき、減らす量、増やす量は予め設定しておけばよい。
【００５２】
こうして、ステップＳ２からステップＳ７又はＳ８までの処理を繰り返すことにより、Ｐを所定の閾値Ｍ以下とすることができる、つまり、ほぼ整合円上に反射係数Γをのせることができる。こうして、ステップＳ５において、ＰがＭ以下であると判定されると、ステップＳ１０に進み、ＶＣ１（つまり可変容量コンデンサ３１）の制御動作を行う。
【００５３】
ステップＳ１０では、反射係数Γの虚部が負であるか否かを判定、つまり、ＶＣ１がＸより小さいか否かを判定する。前述したように、反射係数Γの虚部が負の場合は、ＶＣ１がＸよりも小さく、反射係数Γの虚部が正の場合は、ＶＣ１がＸよりも大きい。したがって、反射係数Γの虚部が負である場合は（ステップＳ１０でＹｅｓ）、ＶＣ１を増やす。反射係数Γの虚部が正である場合は（ステップＳ１０でＮｏ）、ＶＣ１を減らす。こうして、ＶＣ１を変更することにより、反射係数Γをゼロに近づける。このときの増減の量も予め設定しておく。
【００５４】
なお、ＶＣ２が所定値よりも小さい場合、例えば、図２の整合回路３０においてＶＣ２が１０ｐＦ未満の場合は、反射係数Γが整合円に乗ったときにＶＣ１制御に切替えても、反射係数Γは整合点に到達しないことが、経験的に解っている。したがって、このような場合は、ＶＣ２を所定値以上となるまで徐々に大きくしていき、ＶＣ２が上記所定値以上となった後、図６の整合処理を行う。なお、上記所定値は、整合回路３０のインダクタンス３３の値により変わるが、予め実験を行うことにより、取得することができる。
【００５５】
図８は、実施形態１の整合回路３０において、ＶＣ１を固定しＶＣ２を変えたときの反射係数の軌跡を示す図である。つまり、ＶＣ１を固定した状態でＶＣ２を変化させたグラフを、ＶＣ１の値を変えて、複数作成したものである。図８の例では、まず、ＶＣ１を６ｐＦに固定し、ＶＣ２を６ｐＦから次第に増大させていく。このとき、反射係数Γは、図８上の初期値Ｐｓから次第に移動し、Ｈ点（実部が１、虚部が０）付近で整合円Ｒ４に到達する軌跡を描く。こうして、ＶＣ１を次第に大きい値に固定しながら、ＶＣ２を６ｐＦから増大させていく処理を繰り返すと、反射係数Γが整合円Ｒ４に到達する点は、整合円Ｒ４の円周上を、時計回り方向に移動する。
【００５６】
例えば、ＶＣ１を十数ｐＦに固定し、ＶＣ２を６ｐＦから次第に増大させていくと、反射係数Γは、図８上の初期値Ｐｓから次第に移動し、Ｐ８２で整合円Ｒ４に到達する円弧状の軌跡を描く。このとき、反射係数Γの軌跡は、初期値Ｐｓから出発し、Ｐ８１で整合円Ｒ４に到達した後、整合円Ｒ４を通過し、Ｐ８２に到達する。Ｐ８１におけるＶＣ２は１０ｐＦ未満であり、Ｐ８２におけるＶＣ２は１０ｐＦ以上である。したがって、Ｐ８１においてはＶＣ１制御に移行せず、Ｐ８２においてＶＣ１制御に移行する。
【００５７】
このように、整合処理開始時点のＶＣ２が所定値よりも小さい場合（図２の整合回路３０の場合は１０ｐＦ未満の場合）は、上記所定値以上となるまで、ＶＣ２を徐々に大きくしていき、ＶＣ２が上記所定値以上となった後、図６の整合処理を行うことが必要である。なお、整合処理開始時点のＶＣ２を一挙に上記所定値以上とせず、ＶＣ２を徐々に大きくしていく理由は、このようにしないと、負荷のプラズマ着火が上手くいかないためである。
【００５８】
以上説明したように、制御部２０は、方向性結合器１１で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く整合円と、前記算出された反射係数との間の距離が第１の値より大きい場合は、第２の可変容量コンデンサ３２の容量値を変更し、前記算出される反射係数を変更することにより、前記距離を第１の値以内とし、前記距離が第１の値以内になると、第１の可変容量コンデンサ３１の容量値を変更し、前記距離を変えることなく、前記算出される反射係数を第２の値より小さくする。
【００５９】
実施形態１によれば、少なくとも次の効果を奏する。
（Ａ１）スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く整合円と、算出された反射係数との間の距離が予め定めた第１の値より大きい場合は、第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、算出される反射係数を変更することにより、前記距離を前記第１の値以内とし、前記距離が前記第１の値以内になると、第１の可変容量コンデンサの容量値を変更し、算出される反射係数を予め定めた第２の値より小さくするように構成したので、整合目標に収束することが容易となる。
【００６０】
＜円整合の特性＞
実施形態１に係るインピーダンス整合では、整合点（（Ｕ,Ｖ)＝（０，０））を通るＶＣ１の軌跡（ＶＣ１を制御するときの反射係数Γの軌跡）と、各負荷におけるＶＣ２の制御（動作）にまったく同じ規則性がある。ここで、Ｕは反射係数Γの実数部で、Ｖは虚数部である。すなわち、負荷が異なっても、ＶＣ２のみ制御して、反射係数Γを整合円の円周上にのせた後、ＶＣ１の制御へ切り替えれば、反射係数Γは必ず（Ｕ,Ｖ)＝（０，０）に向かう（この動作を円整合という。）。
【００６１】
しかし、実施形態１の円整合の場合、次の（１）〜（２）のような動作が起こる可能性がある。
（１）ＶＣ２制御のみで整合円の円周上に乗せようとする場合、負荷インピーダンスによっては、整合点から遠ざかるところまで移動して円周上に乗り、再び整合点に向かって戻ってくるというような無駄な動作となることがある。この動作は、動作的、時間的に無駄であるだけでなく、インピーダンスが悪化するため、整合動作途中でプラズマ着火が起きた場合などは、この動作によりプラズマが失火する恐れがある。
（２）ＶＣ１制御により整合円の円周上を整合点に向かう動作において、負荷条件によっては、整合円Ｒ４が真円とならず、ＶＣ１制御のみの動作では円周上から外れてしまうことがある。
【００６２】
＜実施形態２＞
本発明の第２の実施形態（実施形態２）に係る整合器は、上記（１）〜（２）の動作を抑制し、インピーダンスの悪化を抑制する。
実施形態２に係る整合器１０Ａは、実施形態１（図１）の整合器１０において、容量演算部２２を容量演算部２２Ａとしたものである。つまり、整合器１０Ａは、容量演算部２２の処理内容、つまり、整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１及び可変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２の制御方法が、実施形態１と異なる。実施形態２の整合器１０Ａの他の構成は、実施形態１の整合器１０と同じである。
【００６３】
実施形態２の整合器１０Ａの容量演算部２２Ａは、実施形態１の容量演算部２２の制御（反射係数が整合円の円周に近づくようにＶＣ２を変更する円周接近制御と、反射係数がゼロに近づくようにＶＣ１を変更する整合点接近制御）を含み、さらに、実施形態１の容量演算部２２に、以下の（１）〜（２）の点を付加したものである。
【００６４】
（１）ＶＣ２の制御時（反射係数Γが整合円の円周に向かって移動していく動作時）に、ＶＣ１を微調整することにより、ＶＣ１を微調整しないときよりも、反射係数Γが整合点から遠ざかることを抑制する。つまり、ＶＣ２制御を単純な方向決定による動作ではなく、整合円（円周）との交点を演算して予測し、該交点に反射係数Γを導く予測制御とする。
【００６５】
具体的には、反射係数Γの予測軌跡と整合円の円周との交点である円周通過予測点の位置に基づき、ＶＣ１の微調整の方向を判定し、ＶＣ２とＶＣ１を制御する。こうすることにより、負荷条件によらず、整合時の過渡状態において、インピーダンスの悪化をおさえ、かつ高速に整合できる。
【００６６】
（２）ＶＣ１の制御時（反射係数Γが整合円の円周に沿って整合点に近づくよう移動していく動作時）、反射係数Γが円周エリアから外れたときは、ＶＣ２を微調整して、反射係数Γを円周エリア内に戻す。円周エリアとは、後述するように、整合円の内側と外側の同心円であって、それぞれ整合円から予め定めた所定の距離だけ離れている２つの同心円で囲まれるエリアである。ＶＣ２微調整の方向は、反射係数Γが円周エリアの外側に外れた場合は減少方向、内側に外れた場合は増加方向である。
【００６７】
本発明の実施形態２に係るインピーダンス整合の処理について図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態２に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【００６８】
図１０は、スミスチャートであり、本発明の実施形態２に係る反射係数の軌跡を示す図である。Ｒは、整合円（スミスチャート上で整合点を通過する反射係数Γの軌跡が描く円）である。円周エリアは、整合円Ｒの円周から所定距離範囲内の領域であり、整合円Ｒの内側の円Ｒｉｎの円周と外側の円Ｒｏｕｔの円周との間の領域である。つまり、円周エリアは、実施形態１で述べたように、整合円Ｒの円周と反射係数Γとの間の距離Ｐが閾値Ｍ以下の範囲である（図６参照）。
【００６９】
Ｐｓは、ある時点（例えば、インピーダンス整合の処理開始時点）の反射係数Γの位置である。Ｆ１２は、実施形態２のＶＣ２制御時における反射係数Γの軌跡である。Ｆ１３は、実施形態２のＶＣ１制御時における反射係数Γの軌跡である。Ｐ１は、整合円ＲとＦ１２との交点である。ＴＡは、後述の実施形態３で説明するターゲットエリアである。
【００７０】
実施形態２の整合処理では、反射係数Γは、ＶＣ２制御によりＦ１２に沿ってＰｓからＰ１に到達し、ＶＣ１制御によりＦ１３に沿ってＰ１から整合目標点に到達する。整合目標点とは、反射係数Γが、実施形態１で述べた所定値Ｌ以下となる領域である（図６参照）。なお、Ｆ１１は、実施形態１のＶＣ２制御時における反射係数Γの軌跡である。Ｆ１２では、Ｆ１１に比べて、反射係数Γが整合点から遠ざかることが抑制、つまり、インピーダンス悪化が抑制されることが解る。
【００７１】
以下、図９の各ステップについて説明する。図９に示すインピーダンス整合の処理は、容量演算部２２Ａにおいて実行される。
【００７２】
（１）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ２１）
ステップＳ２１では、その時点の反射係数Γ（位置Ｐｓにおける反射係数Γ：第１の位置における反射係数）が、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ２１でＹｅｓ）は、ステップＳ２６へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ２１でＮｏ）は、ステップＳ２２へ移行する。
【００７３】
（２）ＶＣ２制御（ステップＳ２２）
ステップＳ２２では、実施形態１と同様に、ＶＣ２制御が行われる。すなわち、反射係数Γが位置Ｐｓから整合円Ｒの円周に近づくように、ＶＣ２を変更し、変更後の反射係数Γ（第２の位置における反射係数）を取得する。図１０の例では、位置Ｐｓが整合円Ｒの内側にあるので、ＶＣ２を増加させる（実施形態１の図６参照）。
【００７４】
（３）目標点が計算可能であるか否かの判断（ステップＳ２３）
次に、上述したＶＣ２予測制御が可能であるか否かを判断する。つまり、ＶＣ２予測制御における目標点が、計算可能であるか否かを判断する。目標点とは、反射係数Γの予測軌跡と整合円Ｒとの交点である円周通過予測点である。目標点が計算可能である場合は（Ｓ２３でＹｅｓ）、ステップＳ２４へ移行し、円周通過予測点を取得した後、ＶＣ２予測制御を行う。目標点が計算可能でない場合は（Ｓ２３でＮｏ）、ステップＳ２２へ戻る。
【００７５】
目標点（円周通過予測点）を得るためには、ＵＶ座標上で反射係数Γを算出した点（反射係数算出点）が２つ以上必要である。反射係数算出点が２つの場合は、２つの反射係数算出点を結ぶ直線を、反射係数Γの予測軌跡とし、この予測軌跡と整合円Ｒとの交点が、円周通過予測点となる。上記ステップＳ２２を１回実施（つまり、ＶＣ２を１回変更）すると、ＶＣ２変更前の反射係数算出点（第１の位置）とＶＣ２変更後の反射係数算出点（第２の位置）とで、反射係数算出点が２つできる。ＶＣ２変更前の反射係数算出点とは、ＶＣ２が初期値のとき（つまり、反射係数Γが位置Ｐｓにあるとき）の反射係数算出点である。
【００７６】
反射係数算出点が３つの場合は、３つの反射係数算出点から算出される円（整合動作軌跡予測円Ｃｐ）を、反射係数Γの予測軌跡とし、この予測軌跡と整合円Ｒとの交点を、円周通過予測点とすることができる。この場合は、上記ステップＳ２２を少なくとも２回実施することが必要である。
【００７７】
（４）ＶＣ２予測制御（ステップＳ２４）
円周通過予測点を取得する円周通過予測点取得制御を行った後、反射係数Γが円周通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更する、すなわち、円周接近制御を行う。このとき、スミスチャート上における、その時点（ＶＣ２変更前）の反射係数Γの位置と、円周通過予測点の位置とに基づき、ＶＣ２の変更量を調整する。例えば、その時点の反射係数Γの位置と円周通過予測点の間の距離Ｄｖに基づき、ＶＣ２の変更量を調整する。具体的には、距離Ｄｖが長い場合は、ＶＣ２の変更量を多くし、距離Ｄｖが短い場合は、ＶＣ２の変更量を少なくする。距離Ｄｖに応じたＶＣ２の変更量は、予め、実験等により取得しておく。距離Ｄｖは、その時点の反射係数Γの位置と円周通過予測点との間の直線距離でもよいし、後述する実施例２２で示すように円弧の長さでもよい。
【００７８】
また、ステップＳ２４のＶＣ２予測制御においては、円周通過予測点に基づいてＶＣ１を微調整する。具体的には、予測した円周通過予測点のＶ座標（つまり虚数部）が負の場合は、ＶＣ１が増加するように微調整し、予測した円周通過予測点のＶ座標が正の場合は、ＶＣ１が減少するように微調整する。図１０の例では、円周通過予測点のＶ座標が正であるので、ＶＣ１を減少させる。
【００７９】
（５）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ２５）
ステップＳ２４でＶＣ２を変更した後、変更後の反射係数Γが、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ２５でＹｅｓ）、つまり、反射係数Γと整合円Ｒとの間の距離が予め定めた所定値以内である場合は、ステップＳ２６へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ２５でＮｏ）は、ステップＳ２４へ戻る。
【００８０】
（６）ＶＣ１制御（ステップＳ２６）
実施形態１と同様に、ＶＣ１変更による整合動作（整合円Ｒの円周に沿って整合目標点へ近づく動作）、すなわち、整合点接近制御を行う。図１０の例では、反射係数Γがゼロに近づくように、ＶＣ１を減少させる（図４参照）。
【００８１】
（７）整合完了の判断（ステップＳ２７）
反射係数Γが整合目標点に到達したか否かを判断する。整合目標点に到達した場合は（Ｓ２７でＹｅｓ）、インピーダンス整合処理を終了する。整合目標点に到達していない場合は（Ｓ２７でＮｏ）、ステップＳ２５に戻る。こうして、ＶＣ１を変更するとき、反射係数Γが円周エリアから外れることを抑制する。反射係数Γが円周エリアから外れた場合は（Ｓ２５でＮｏ）、ＶＣ２を制御して円周エリア内に戻す（Ｓ２４）。詳しくは、反射係数Γが円周エリアの外側に外れた場合は、ＶＣ２を減少させ、内側に外れた場合は、ＶＣ２を増加させる。
【００８２】
＜実施例２１＞
実施形態２のＶＣ２予測制御において、円周通過予測点を求める第１の実施例（実施例２１）について、図１２を用いて説明する。図１２は、ＶＣ２予測制御において、円周通過予測点を求める動作を説明するための図である。図１２において、黒丸●は、ＶＣ２変更による反射係数Γの軌跡である。白丸○は、円周通過予測点である。
【００８３】
図１２の例では、黒丸●のＰｓは、インピーダンス整合の処理開始時点の反射係数Γの位置である。Ｐ１２１は、ＶＣ２変更（図９のＳ２２）を１回行ったときの反射係数Γの位置である。上述したように、円周通過予測点を得るためには、ＵＶ座標上で反射係数Γを算出した点（反射係数算出点）が２つ以上必要である。反射係数算出点が２つの場合は、２つの反射係数算出点を結ぶ直線と整合円Ｒとの交点が、円周通過予測点となる。
【００８４】
しかし、ＰｓとＰ１２１を結ぶ直線は、整合円Ｒと交差しないので、円周通過予測点を得ることができない。そこで、２回目のＶＣ２変更（図９のＳ２２）を行い、そのときの反射係数Γの位置Ｐ１２２を得る。しかし、Ｐ１２１とＰ１２２を結ぶ直線は、整合円Ｒと交差しないので、円周通過予測点を得ることができない。こうして、順次、ＶＣ２変更（図９のＳ２２）を行い、円周通過予測点を探索する。
【００８５】
例えば、図１２の破線楕円Ａ内の２点（Ｐ１２３とＰ１２４）を結ぶ直線Ｌ１は、交点Ｐ１２８と交点ＣＬ１において、整合円Ｒと交差する。交点Ｐ１２８におけるＶＣ２は、実施形態１で述べた所定値（例えば１０ｐＦ）よりも小さいので、交点Ｐ１２８でＶＣ１制御に切替えても、反射係数Γは整合目標点に到達しない。したがって、図１２の例では、交点ＣＬ１を円周通過予測点に設定し、ＶＣ２を変更する（図９のＳ２４）。このとき、交点ＣＬ１のＶ座標が負なので、ＶＣ２変更とともにＶＣ１を増加するように微調整する。
【００８６】
こうして、順次、ＶＣ２予測制御（図９のＳ２４）を行っていき、例えば、図１２の楕円Ｂ内のＰ１２５でＶＣ２予測制御を行って、Ｐ１２６を得る。Ｐ１２５とＰ１２６を結ぶ直線Ｌ２は、交点Ｐ１２９と交点ＣＬ２において、整合円Ｒと交差する。この場合は、ＶＣ２変更時の反射係数Γの進行方向に近い交点ＣＬ２を、円周通過予測点に設定し、ＶＣ２を変更する（図９のＳ２４）。このとき、交点ＣＬ２のＶ座標が負なので、ＶＣ１を増加するように微調整する。
【００８７】
このように、円周通過予測点を、ＶＣ２変更の度に更新するので、外部の負荷変動に対応しつつ整合動作を行うことが可能となる。
【００８８】
＜実施例２２＞
実施例２１では、２点より求められる直線と整合円との交点を円周通過予測点とした。しかし、実際の反射係数Γの軌跡は弧を描くため、実施例２１の円周通過予測点は、反射係数Γの軌跡と整合円とが実際に交わる点から離れた位置になる。実施形態２の第２の実施例（実施例２２）では、ＶＣ２予測制御において、反射係数Γの３点から求められる円と整合円との交点を円周通過予測点とすることで、より精度の高い予測を行うことができるようにする。
【００８９】
実施例２２について、図１３と図１４を用いて説明する。
円の方程式は、以下の式（数５）で示される。
（Ｘ−ａ）２＋（Ｙ−ｂ）２＝ｒ２                        ・・・（数５）
変数は、ａ、ｂ、ｒの３つのため、３点があれば、それを上式（数５）に代入し、円の方程式を求めることが可能となる。
【００９０】
整合動作中の反射係数Γの３点から予測される動作の軌跡円（整合動作軌跡予測円Ｃｐ）と整合円との交点は、以下の方法により算出できる。
図１３に示すように、円Ｃ１（例えば整合動作軌跡予測円Ｃｐ）は、中心座標Ｏ１（ｘｃ１，ｙｃ１）とその半径（ｒ１）で表現する。円Ｃ２（例えば整合円）は、中心座標Ｏ２（ｘｃ２，ｙｃ２）とその半径（ｒ２）で表現する。
中心間の距離（Ｄ）と角度（θ）は、
Ｄ＝√（（ｘｃ２−ｘｃ１）２＋（ｙｃ２−ｙｃ１）２）    ・・・（数６）
θ＝ｔａｎ−１（（ｙｃ２−ｙｃ１）／（ｘｃ２−ｘｃ１）） ・・・（数７）
となる。上式（数６）により、Ｄが求められ、図１４に示す３角形の全辺（Ｄ，ｒ１，ｒ２）の長さが求められる。余弦定理（下式（数８）（数９）（数１０））を用いると、３辺（Ｄ，ｒ１，ｒ２）の長さより角度（α）が求められる。
ｃｏｓ（α）＝（Ｄ２＋ｒ１２−ｒ２２）／（２・Ｄ・ｒ１）・・・（数８）
ｃ＝ｃｏｓ（α）                                      ・・・（数９）
とすると、
α＝ｃｏｓ−１（ｃ）＝ａｃｏｓ（ｃ）                    ・・・（数１０）
となる。
交点ＩＰ１（ｘｐ１，ｙｐ１）は中心Ｏ１（ｘｃ１，ｙｃ１）から角度（θ＋α）方向に半径（ｒ１）離れている。よって、交点ＩＰ１（ｘｐ１，ｙｐ１）は、
ｘｐ１＝ｘｃ１＋ｒ１・ｃｏｓ（θ＋α）                ・・・（数１１）
ｙｐ１＝ｙｃ１＋ｒ１・ｓｉｎ（θ＋α）                ・・・（数１２）
となる。
交点ＩＰ２（ｘｐ２，ｙｐ２）は中心Ｃ１（ｘｃ１，ｙｃ１）から角度（θ−α）方向に半径（ｒ１）離れている。同様に、交点ＩＰ２（ｘｐ２，ｙｐ２）は、
ｘｐ２＝ｘｃ１＋ｒ１・ｃｏｓ（θ−α）                ・・・（数１３）
ｙｐ２＝ｙｃ１＋ｒ１・ｓｉｎ（θ−α）                ・・・（数１４）
となる。
上記式（数１１）（数１２）（数１３）（数１４）により求めた２つの交点ＩＰ１，ＩＰ２から、適切な１つを選択して円周通過予測点とする。円周通過予測点の選択の基準は、実施例２１で述べたとおりである。
【００９１】
次に、実施例２２における距離の算出について、図１５を用いて説明する。
上述したように、ＶＣ２予測制御（図９のステップＳ２４）においては、反射係数Γの現在位置と円周通過予測点との距離に基づき、ＶＣ２の変更量を演算する。実施例２２では、その際、反射係数Γの現在位置と円周通過予測点との間の円弧（整合動作軌跡予測円Ｃｐの円弧）の長さを求め、該円弧の長さに基づきＶＣ２の変更量を演算する。こうすることにより、実施例２２では、実施例２１の直線時に比べ、確度の高い予測を可能とする。
【００９２】
図１５に示すように、円の半径（ｒ）と中心角（β）が与えられていれば、Ｅ点とＦ点との間の弦の長さ（ｅ）及び弧の長さ（ｆ）は、以下の式（数１５）（数１６）により求まる。
ｅ＝２・ｒ・ｓｉｎ（β／２）                          ・・・（数１５）
ｆ＝ｒ・β                                            ・・・（数１６）
【００９３】
反射係数Γの現在位置と円周通過予測点との間の直線距離が、上記弦の長さ（ｅ）となる。弦の式（数１５）からβを求め、弧を求める式（数１６）に代入して円弧の長さ（ｆ）を算出する。そして、円弧の長さ（ｆ）に基づき、ＶＣ２の変更量を演算する。
【００９４】
＜実施例２３＞
次に、実施形態２の第３の実施例（実施例２３）として、ステップＳ２６のＶＣ１制御の実施例について説明する。
ＶＣ1制御における目標点は、整合点となる(Ｕ,Ｖ)=(０,０)のポイントであり、目標点が常に不変である。整合円の円周上の点と、（Ｕ，Ｖ）＝（０，０）の点との距離は、Ｕ２＋Ｖ２で表すことができる。ＶＣ１制御を行ったときの反射係数Γの動きは、基本的には整合円の円周上に沿って動くため、Ｕ２＋Ｖ２は、ＶＣ１の増減に対して、単調増加又は単調減少となり、目標点が複数存在するということもない。そのため、Ｕ２＋Ｖ２が０に近づくようなフィードバック制御、例えば、公知のＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を行えばよい。
【００９５】
制御部２０Ａでは、ＰＩＤ制御を行うときに、ＣＰＵでデジタル制御を行うため、連続的な制御が行えず、サンプリング方式の離散処理となる。そのため、計算を簡易化する上でも、以下の式（数１７）にて操作設定する量（操作量）を算出する。
操作量＝Ｋｐ×偏差（比例）
＋Ｋｉ×偏差の累積（積分）
＋Ｋｄ×前回偏差との差（微分）
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋ΔＭＶｎ
ΔＭＶｎ（操作量）＝Ｋｐ×（ｅｎ−ｅｎ−１)
＋Ｋｉ×ｅｎ
＋Ｋｄ×（(ｅｎ−ｅｎ−１）−（ｅｎ−１−ｅｎ−２）)
・・・・・・（数１７）
ここで、
ＭＶｎ，ＭＶｎ−１：今回操作設定量、前回操作設定量
ΔＭＶｎ：今回操作設定量差分
ｅｎ，ｅｎ−１，ｅｎ−２：今回、前回、前々回の偏差
Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ：各操作におけるゲイン
である。
目標点との偏差は、Ｕ２＋Ｖ２の差分だが、実際の制御はＶＣ１に何ｐＦを設定するかである。Ｕ２＋Ｖ２で上記式（数１７）の計算を行い、計算後にその設定偏差（ΔＭＶｎ)をＶＣ１の偏差（ΔＶＣ１)に変換する方式で演算する。
【００９６】
実施形態２によれば、実施形態１の効果に加え、少なくとも次の効果を奏する。
（Ｂ１）スミスチャート上の複数の位置における反射係数を算出する反射係数取得処理を行い、反射係数の複数の位置を用いて予測軌跡を取得し、予測軌跡と整合円との交点である円周通過予測点を取得し、反射係数が円周通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更する円周接近制御を行うとともに、円周通過予測点の虚数部が負のときはＶＣ１を増加させ、円周通過予測点の虚数部が正のときはＶＣ１を減少させ、反射係数と整合円との間の距離が予め定めた第１の値以内になると、反射係数がゼロに近づくようにＶＣ１を変更する整合点接近制御を行うように構成したので、インピーダンス悪化を抑えてプラズマの失火を抑制でき、また、整合時間を高速化できる。
（Ｂ２）整合点接近制御の結果、反射係数と整合円との距離が第１の値より大きくなった場合において、反射係数が整合円より外側にある場合はＶＣ２を減少させ、反射係数が整合円より内側にある場合はＶＣ２を増加させるように構成したので、整合点接近制御において、円周エリアから外れた場合も、円周エリア内に戻すことができる。
（Ｂ３）円周通過予測点を、前記複数の位置の２点を結ぶ直線と、整合円との交点であるように構成したので、円周通過予測点を容易に求めることができる。
（Ｂ４）円周通過予測点を、前記複数の位置の３点を通る整合動作軌跡予測円と、整合円との交点であるように構成したので、より確度の高い円周通過予測点を求めることができる。
（Ｂ５）整合動作軌跡予測円において、そのときの反射係数の位置と円周通過予測点とを結ぶ円弧（整合動作軌跡予測円の円弧）の長さに応じて、円周接近制御を行うように構成したので、より精度の高い円周接近制御を行うことができる。
【００９７】
＜実施形態３＞
本発明の第３の実施形態（実施形態３）では、実施形態２に係るインピーダンス整合を更に改善し、プラズマ着火等により大きな負荷変動が生じた場合や、反射係数Γが整合点に近づいた場合に、より適切な整合動作を行う。
【００９８】
実施形態３に係る整合器１０Ｂは、実施形態１（図１）の整合器１０において、容量演算部２２を容量演算部２２Ｂとしたものである。つまり、整合器１０Ｂは、容量演算部２２の処理内容、つまり、整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１及び可変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２の制御方法が、実施形態１や実施形態２と異なる。実施形態３の整合器１０Ｂの他の構成は、実施形態１の整合器１０と同じである。
【００９９】
実施形態３の整合器１０Ｂの容量演算部２２Ｂは、実施形態２の容量演算部２２Ａの制御を含み、さらに、実施形態２の容量演算部２２Ａに、以下の（１）〜（２）点を付加したものである。
（１）反射係数Γが円周エリア外にあるときにＶＣ２予測制御を行った後、反射係数Γが円周エリアを通過した場合であって、その通過が負荷変動による場合は、円周通過予測点を再設定し、その通過が負荷変動によるものでない場合は、ＶＣ２を微調整して円周エリア内に戻す。こうすることにより、大きな負荷変動があった場合に、迅速に円周通過予測点を再設定できるので、適切なインピーダンス整合を行うことができる。
【０１００】
（２）ＶＣ２予測制御を行った後、反射係数Γが円周エリア内にないがターゲットエリア内にある場合は、反射係数Γが整合目標点に近づくよう、ＶＣ２を微調整しつつ、ＶＣ１制御を行う。こうすることにより、反射係数Γが円周エリア内にないがターゲットエリア内にある場合、より速くインピーダンス整合を行うことができる。
【０１０１】
実施形態３に係るインピーダンス整合の処理について図１１と図１０を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態３に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。
【０１０２】
実施形態３に係る反射係数の軌跡は、実施形態２の図１０におけるＦ１２及びＦ１３と略同様である。実施形態３では、反射係数Γは、大まかな動作としては、ＶＣ２制御によりＦ１２に沿ってＰｓからＰ１に到達し、ＶＣ１制御によりＦ１３に沿ってＰ１から整合目標点に到達する。ただし、上述した（１）〜（２）が実施形態２と異なる。
【０１０３】
以下、図１１の各ステップについて説明する。図１１に示すインピーダンス整合の処理は、容量演算部２２Ｂにおいて実行される。
【０１０４】
（１）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ３１）
ステップＳ３１では、実施形態２のステップＳ２１と同様に、その時点の反射係数Γ（位置Ｐｓにおける反射係数Γ）が、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ３１でＹｅｓ）は、ステップＳ３６へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ３１でＮｏ）は、ステップＳ３２へ移行する。
【０１０５】
（２）ＶＣ２制御（ステップＳ３２）
ステップＳ３２では、実施形態２のステップＳ２２と同様に、ＶＣ２制御が行われる。すなわち、反射係数Γが位置Ｐｓから整合円Ｒの円周に向かうように、ＶＣ２を変更する。
【０１０６】
（３）目標点が計算可能であるか否かの判断（ステップＳ３３）
次に、実施形態２のステップＳ２３と同様に、ＶＣ２予測制御における目標点（円周通過予測点）が、計算可能であるか否かを判断する。目標点が計算可能である場合は（Ｓ３３でＹｅｓ）、ステップS３４へ移行し、ＶＣ２予測制御を行う。目標点が計算可能でない場合は（Ｓ３３でＮｏ）、ステップＳ３２へ戻る。
【０１０７】
（４）ＶＣ２予測制御（ステップＳ３４）
実施形態２のステップＳ２４と同様に、ＶＣ２予測制御を行う。すなわち、円周通過予測点を取得する円周通過予測点取得制御を行った後、反射係数Γが円周通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更する円周接近制御を行う。
【０１０８】
（５）円周エリア通過の判断（ステップＳ４１）
円周エリア外にあった反射係数Γが円周エリアを通過したか否かを判断する。円周エリアを通過していない場合は（Ｓ４１でＮｏ）、ステップＳ３５へ進む。円周エリアを通過した場合（Ｓ４１でＹｅｓ）は、ステップＳ４２に進む。
【０１０９】
（６）負荷変動による円周エリア通過の判断（ステップＳ４２）
プラズマ着火等による大きな負荷変動によって反射係数Γが大きく変化することがある。反射係数Γが、ＶＣ２予測制御で予測される予測軌跡と大きくずれる場合（つまり、円周エリアを通過した反射係数の位置（ＵＶ値）が、予め定めた所定値以上予測軌跡から離れた場合）は、負荷変動による円周エリア通過と判断する（Ｓ４２でＹｅｓ）。この場合は、ステップＳ３１に戻り、円周通過予測点を再取得する。負荷変動による円周エリア通過でないと判断した場合（Ｓ４２でＮｏ）、つまり、円周エリアを通過した反射係数の位置が、予測軌跡から上記所定値未満の場合は、ステップＳ４３に進む。
【０１１０】
（７）ＶＣ２戻し制御（ステップＳ４３）
ＶＣ２を一つ前のＶＣ２の方向に戻す。このとき、ＶＣ２の変更量は、円周エリア内に戻るような値とする。このＶＣ２の変更量は、一つ前のＶＣ２及び反射係数Γの値と、円周エリア通過した後のＶＣ２及び反射係数Γの値に基づき、計算することができる。
【０１１１】
このように、実施形態３では、円周接近制御を行ったときに、反射係数が円周エリアを通過した場合、円周エリアを通過した反射係数の位置が、予測軌跡から所定値以上離れた場合は、円周通過予測点取得制御を再度行い、円周エリアを通過した反射係数の位置が、予測軌跡から所定値未満の場合は、反射係数が円周エリア内に移動するようＶＣ２を変更する。したがって、大きな負荷変動があった場合に、迅速に円周通過予測点を再設定できるので、適切なインピーダンス整合を行うことができる。
【０１１２】
（８）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ３５）
実施形態２のステップＳ２５と同様に、その時点の反射係数Γが、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ３５でＹｅｓ）は、ステップＳ３６へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ３５でＮｏ）は、ステップＳ４４へ移行する。
【０１１３】
（９）ＶＣ１制御（ステップＳ３６）
実施形態２のステップＳ２６と同様に、ＶＣ１変更による整合動作（反射係数Γを整合円Ｒの円周に沿って整合目標点に近づける動作）を行う、つまり、整合点接近制御を行う。
【０１１４】
（１０）整合完了の判断（ステップＳ３７）
実施形態２のステップＳ２７と同様に、反射係数Γが整合目標点に到達したか否かを判断する。整合目標点に到達した場合は（Ｓ３７でＹｅｓ）、インピーダンス整合処理を終了する。整合目標点に到達していない場合は（Ｓ３７でＮｏ）、ステップＳ３５に戻る。こうして、実施形態２と同様に、ＶＣ１を変更するとき、反射係数Γが円周エリアから外れることを抑制する。
【０１１５】
（１１）ターゲットエリア内の判断（ステップＳ４４）
図１０に示すように、ターゲットエリア（ＴＡ）は、整合点付近の領域であって、Ｕ方向が円周エリアよりも広い領域である。つまり、ターゲットエリアは、反射係数Γの実数部が円周エリアの実数部よりも大きく、整合点を含むエリアである。例えば、ターゲットエリアの半径は、０．２１とすることができる。ステップＳ４４では、反射係数Γがターゲットエリア内に入っているか否かを判断する。ターゲットエリア内に入っている場合（Ｓ４４でＹｅｓ）は、ステップＳ４５へ進む。ターゲットエリア内に入っていない場合（Ｓ４４でＮｏ）は、ステップＳ３４に戻る。
【０１１６】
（１２）ＶＣ２微調整（ステップＳ４５）
ＶＣ２を予め定めた所定値だけ変更して微調整する。この微調整により、反射係数Γを円周エリアに近づける。そして、ステップＳ４５の後、ＶＣ１制御（Ｓ３６）を行う。
【０１１７】
このように、実施形態３では、円周接近制御（Ｓ３４）を行った後、円周エリアの外に反射係数Γがある場合において、反射係数Γがターゲットエリア内にある場合は、ＶＣ２を変更（Ｓ４５）し、その後、整合点接近制御（Ｓ３６）を行い、反射係数Γがターゲットエリア内にない場合は、円周接近制御（Ｓ３４）を行う。こうすることにより、反射係数Γが円周エリア内にないがターゲットエリア内にある場合（Ｓ４４でＹｅｓ）、より速くインピーダンス整合を行うことができる。
【０１１８】
実施形態３によれば、実施形態１と実施形態２の効果に加え、少なくとも次の効果を奏する。
（Ｃ１）円周エリアの外に反射係数がある状態で円周接近制御を行ったときに、反射係数が円周エリアを通過した場合、円周エリアを通過した反射係数の位置が、予測軌跡から予め定めた第２の値以上離れた場合は、反射係数算出処理へ移行し、円周エリアを通過した反射係数の位置が、予測軌跡から第２の値未満の場合は、反射係数が円周エリア内に移動するようＶＣ２を変更し、整合点接近制御へ移行するように構成したので、大きな負荷変動が生じた場合にも、迅速に円周通過予測点を再設定でき、適切なインピーダンス整合を行うことができる。
（Ｃ２）円周接近制御を行った後、円周エリアの外に反射係数がある場合において、ターゲットエリア内に反射係数がある場合は、ＶＣ２を変更した後、整合点接近制御を行い、ターゲットエリア内に反射係数がない場合は、円周接近制御を行うように構成したので、ターゲットエリア内に反射係数がある場合、より速くインピーダンス整合を行うことができる。
【０１１９】
＜実施形態４＞
実施形態２や実施形態３では、ＶＣ２予測制御において、ＶＣ２の変更とＶＣ１の微調整とを行うことで、整合器の入力インピーダンスの悪化をおさえつつ、反射係数Γを整合円の円周上へ移動させるようにした。
【０１２０】
しかし、ＶＣ２の変化量に対する整合器の入力インピーダンスの感度が高い場合（つまり、ＶＣ２の変化量に対する反射係数Γの感度が高い場合）、整合器の入力インピーダンスの悪化が、ＶＣ１の微調整では改善しきれないことがある。このインピーダンスの悪化が、プラズマ着火時における整合途中で起きた場合などは、プラズマが失火する恐れがある。
【０１２１】
本発明の実施形態４に係る整合器は、上記の課題を解決し、実施形態２や実施形態３の整合動作では対応が難しい場合にも、整合器の入力インピーダンスの悪化を抑制できる技術を提供するものである。
【０１２２】
実施形態４に係る整合器１０Ｃは、実施形態２の整合器１０Ａの容量演算部２２Ａの処理内容、つまり、整合回路３０の可変容量コンデンサ３１の容量ＶＣ１及び可変容量コンデンサ３２の容量ＶＣ２の制御方法が異なる。実施形態４の整合器１０Ｃの他の構成は、実施形態２の整合器１０Ａと同じである。すなわち、実施形態４の整合器１０Ｃの容量演算部２２Ｃは、実施形態２の容量演算部２２Ａの制御を含み、さらに、実施形態２の容量演算部２２Ａに、主に、以下の（１）〜（３）の点を付加したものである。以下の（１）〜（３）は、実施形態４の概要である。詳細は、図１６を用いて後述する。
【０１２３】
（１）実施形態４の容量演算部２２Ｃは、スミスチャート上における反射係数Γの予測軌跡（ＶＣ２を変更するときの予測軌跡）と、整合円の円周との交点である円周通過予測点を計算により取得し、さらに、反射係数Γの予測軌跡とＶ＝０の直線との交点（Ｖゼロ直線通過予測点）を、計算により取得する。そして、容量演算部２２Ｃは、これら交点の計算結果により、ＶＣ２予測制御において、円周通過予測点をめざす円周接近制御を行うのか、Ｖゼロ直線通過予測点をめざすＶゼロ直線接近制御を行うのかの選択を行う。すなわち、上記計算結果から、整合器１０Ｃの入力インピーダンスの悪化の小さい経路を選択する。
【０１２４】
（２）スミスチャート上において、円周通過予測点が、現在の反射係数Γの位置に比べ、整合点（スミスチャートの中心）から遠い場合、つまり、円周通過予測点のＵ値が、現在の反射係数ΓのＵ値よりも大きい場合（例えばＵ＞０．４である場合）、Ｖゼロ直線通過予測点を到達目標に選択して、円周接近制御、つまり、実施形態２で述べたＶＣ２予測制御（図９のＳ２４）を行う。
【０１２５】
（３）Ｖゼロ直線通過予測点を到達目標としてＶＣ２予測制御を行い、到達目標に到達すると、ＶＣ１を変更することにより反射係数ΓをＶ＝０直線から離反させるＶゼロ直線離反制御を行う。このとき、反射係数Γが整合点に近づく方向にＶＣ１を変更する。そして、Ｖゼロ直線離反制御により、反射係数Γの位置を所定値、例えば、反射係数ΓのＶ値がＶ＜−０．３程度になるまで、Ｖゼロ直線から離反させた後、再度、ＶＣ２予測制御に移行する。
【０１２６】
このように、制御部２０Ｃが円周接近制御（ＶＣ２の制御）とＶゼロ直線離反制御（ＶＣ１の制御）を交互に行うことにより、整合器１０Ｃの入力インピーダンスの変動がクリティカルな場合においても、整合器１０Ｃの入力インピーダンスの悪化を抑え、プラズマの失火を抑制することができる。
【０１２７】
実施形態４に係るインピーダンス整合の処理について図１６と図１７を用いて説明する。図１６は、実施形態４に係るインピーダンス整合の処理フローチャートである。図１６に示すインピーダンス整合の処理は、容量演算部２２Ｃにおいて実行される。
【０１２８】
図１７は、スミスチャートであり、ＶＣ２予測制御における到達目標の選択を説明するための図である。Ｒは、整合円である。Ｃｐは、整合動作軌跡予測円であり、スミスチャート上において、３つの反射係数算出点から算出される円である。つまり、Ｃｐは、ＶＣ２の予測制御を行うときに、スミスチャート上の反射係数Γの軌跡として予測される円である。
【０１２９】
Ｐ１とＰ２は、それぞれ、整合円Ｒと整合動作軌跡予測円Ｃｐとの交点（円周通過予測点）である。Ｐ３とＰ４は、それぞれ、Ｖ＝０の直線と整合動作軌跡予測円Ｃｐとの交点（Ｖゼロ直線通過予測点）である。Ｐｓは、ある時点（例えば、インピーダンス整合の処理開始時点）の反射係数Γの位置である。円周エリアは、整合円Ｒの円周から所定距離範囲内の領域であり、整合円Ｒの内側の円Ｒｉｎの円周と外側の円Ｒｏｕｔの円周との間の領域である。
【０１３０】
以下、図１６の各ステップについて説明する。
（１）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ５１）
ステップＳ５１では、実施形態２のステップＳ２１と同様に、その時点の反射係数Γ（位置Ｐｓにおける反射係数Γ）が、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ５１でＹｅｓ）は、ステップＳ５８へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ５１でＮｏ）は、ステップＳ５２へ移行する。
【０１３１】
（２）ＶＣ２制御（ステップＳ５２）
ステップＳ５２では、実施形態２のステップＳ２２と同様に、ＶＣ２制御が行われる。すなわち、反射係数Γが位置Ｐｓから整合円Ｒの円周に近づくように、ＶＣ２を変更する。図１７の例では、位置Ｐｓが整合円Ｒの内側にあるので、ＶＣ２を増加させる。
【０１３２】
（３）目標点が計算可能であるか否かの判断（ステップＳ５３）
次に、実施形態２のステップＳ２３と同様に、ＶＣ２予測制御が可能であるか否かを判断する。つまり、ＶＣ２予測制御における目標点（円周通過予測点）が、計算可能であるか否かを判断する。円周通過予測点が計算可能である場合は（Ｓ５３でＹｅｓ）、ステップＳ５４へ移行し、円周通過予測点におけるＵ値（Ｕｅ）を判断する。円周通過予測点が計算可能でない場合は（Ｓ５３でＮｏ）、ステップＳ５２へ戻る。
【０１３３】
実施形態２で述べたように、円周通過予測点を得るためには、ＵＶ座標上で反射係数Γを算出した点（反射係数算出点）が２つ以上必要である。反射係数算出点が２つの場合は、実施形態２の実施例２１で述べたように、２つの反射係数算出点を結ぶ直線と整合円Ｒとの交点が、円周通過予測点となる。上記ステップＳ５２を１回実施（つまり、ＶＣ２を１回変更）すると、ＶＣ２変更前の反射係数算出点とＶＣ２変更後の反射係数算出点とで、反射係数算出点が２つできる。
【０１３４】
反射係数算出点が３つの場合は、実施形態２の実施例２２で述べたように、３つの反射係数算出点から算出される円（整合動作軌跡予測円Ｃｐ）と整合円Ｒとの交点を、円周通過予測点とすることができる。この場合は、上記ステップＳ５２を２回実施することになる。図１６の処理では、整合動作軌跡予測円Ｃｐと整合円Ｒとの交点を、円周通過予測点とする例を説明する。
【０１３５】
（４）円周通過予測点におけるＵ値の判断（ステップＳ５４）
ステップＳ５４では、円周通過予測点Ｐ１におけるＵ値であるＵｅ（つまり、円周通過予測点Ｐ１の実数部である円周実数部）が所定の第１の値（例えばＵ＝０．４）よりも小さいか否かを判断する。Ｕｅが第１の値よりも小さい場合は（Ｓ５４でＹｅｓ）、ステップＳ５６へ移行し、円周通過予測点Ｐ１を到達目標とするＶＣ２予測制御（円周接近制御）を行う。Ｕｅが第１の値以上である場合は（Ｓ５４でＮｏ）、ステップＳ５５へ移行し、ＵｅとＵｖを比較する。Ｕｖは、Ｖ＝０の直線と整合動作軌跡予測円Ｃｐとの交点（Ｖゼロ直線通過予測点）Ｐ３におけるＵ値（つまり、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３の実数部であるＶゼロ実数部）である。
【０１３６】
ここで、円周通過予測点Ｐ１を到達目標とするＶＣ２予測制御とは、円周通過予測点Ｐ１付近に至るまでＶＣ２を変更するとともに、実施形態２で説明したように、ＶＣ２を変更するときに、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標に応じて、ＶＣ１を増加又は減少させることである。図１７の例では、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標が正であるので、ＶＣ１を減少させる（実施形態２のステップＳ２４の説明参照）。
【０１３７】
（５）ＵｅとＵｖの比較（ステップＳ５５）
ステップＳ５５では、ＵｅがＵｖよりも大きいか否かを判断する。ＵｅがＵｖよりも大きい場合は（Ｓ５５でＹｅｓ）、ステップＳ６１へ移行し、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３を到達目標とするＶＣ２予測制御を行う。ＵｅがＵｖ以下である場合は（Ｓ５５でＮｏ）、ステップＳ５６へ移行し、円周通過予測点Ｐ１を到達目標とするＶＣ２予測制御を行う。
【０１３８】
ここで、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３を到達目標とするＶＣ２予測制御とは、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３付近に至るまでＶＣ２を変更するとともに、ＶＣ２を変更するときに、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標に応じて、ＶＣ１を増加又は減少させることである。図１７の例では、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標が正であるので、ＶＣ１を減少させる。
【０１３９】
このように、Ｕｅが第１の値よりも小さい場合（Ｓ５４でＹｅｓ）は、ＶＣ２の変更を繰り返しても反射係数Γが整合点から遠ざかる可能性が小さいので、実施形態２と同様に、円周通過予測点Ｐ１を到達目標とするＶＣ２予測制御（Ｓ５６）を行う。
【０１４０】
また、Ｕｅが第１の値以上であるがＵｖ以下である場合（Ｓ５５でＮｏ）は、やはり、ＶＣ２の変更を繰り返しても反射係数Γが整合点から遠ざかる可能性が小さいので、実施形態２と同様に、円周通過予測点Ｐ１を到達目標とするＶＣ２予測制御（Ｓ５６）を行う。
【０１４１】
また、Ｕｅが第１値以上であってＵｖよりも大きい場合（Ｓ５５でＹｅｓ）は、ＶＣ２の変更を繰り返すと反射係数Γが整合点から遠ざかる可能性が大きいので、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３を到達目標とするＶＣ２予測制御（Ｓ６１）を行う。
【０１４２】
なお、円周通過予測点（Ｐ１，Ｐ２）とＶゼロ直線通過予測点（Ｐ３，Ｐ４）は、それぞれ２つ算出されるが、どちらを到達目標に設定するかの選択については、その時点におけるスミスチャート上の反射係数Γの位置に基づき、整合器１０Ｃの入力インピーダンスの悪化を抑制できる方が選択される。すなわち、その時点における反射係数Γと、円周通過予測点（Ｐ１，Ｐ２）と、Ｖゼロ直線通過予測点（Ｐ３，Ｐ４）の、それぞれのＵ値及びＶ値に基づき、一方の円周通過予測点又はＶゼロ直線通過予測点が、到達目標に設定される。
【０１４３】
具体的には、スミスチャートにおいて、その時点における反射係数Γの位置から見て、整合動作時に反射係数Γの軌跡の進む方向の交点が、到達目標として選択される。つまり、その時点における反射係数ΓのＶ値と逆の極性をもつ円周通過予測点、又は、その円周通過予測点に至る整合動作軌跡予測円Ｃｐ上のＶゼロ直線通過予測点が、到達目標として選択される。
【０１４４】
例えば、図１７の場合は、その時点における反射係数Γの位置ＰｓのＵ値及びＶ値と、円周通過予測点（Ｐ１，Ｐ２）のＵ値及びＶ値と、Ｖゼロ直線通過予測点（Ｐ３，Ｐ４）のＵ値及びＶ値とに基づき、円周通過予測点Ｐ１又はＶゼロ直線通過予測点Ｐ３が、到達目標に設定される。
【０１４５】
具体的には、図１７の場合は、反射係数Γの位置ＰｓのＶ値が負なので、Ｖ値が正である円周通過予測点Ｐ１が、到達目標として決定される。又は、円周通過予測点Ｐ１に至る整合動作軌跡予測円Ｃｐ上のＶゼロ直線通過予測点Ｐ３が、到達目標として決定される。
【０１４６】
（６）円周通過予測点を到達目標とするＶＣ２予測制御（ステップＳ５６）
実施形態２のステップＳ２４と同様に、反射係数Γが円周通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更する円周接近制御を行う。このとき、実施形態２で述べたように、円周通過予測点を取得し、該円周通過予測点に基づいてＶＣ１を微調整する。具体的には、円周通過予測点のＶ座標が負の場合は、ＶＣ１が増加するように微調整し、円周通過予測点のＶ座標が正の場合は、ＶＣ１が減少するように微調整する。図１７の例では、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標が正であるので、ＶＣ１を減少させる。
【０１４７】
（７）円周エリア内であるか否かの判断（ステップＳ５７）
ステップＳ５６でＶＣ２を変更した後、変更後の反射係数Γが、円周エリア内にあるか否かが判断される。反射係数Γが円周エリア内にある場合（Ｓ５７でＹｅｓ）は、ステップＳ５８へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γが円周エリア内にない場合（Ｓ５７でＮｏ）は、ステップＳ５６へ戻る。
【０１４８】
（８）ＶＣ１制御（ステップＳ５８）
実施形態２のステップＳ２６と同様に、ＶＣ１変更による整合動作（反射係数Γが整合円Ｒの円周に沿って整合目標点に近づく動作）、つまり、整合点接近制御を行う。図１７の例では、ＶＣ１を減少させる。
【０１４９】
（９）整合完了の判断（ステップＳ５９）
反射係数Γが整合目標点に到達したか否かを判断する。整合目標点に到達した場合は（Ｓ５９でＹｅｓ）、インピーダンス整合処理を終了する。整合目標点に到達していない場合は（Ｓ５９でＮｏ）、ステップＳ５７に戻る。こうして、ＶＣ１を変更するとき、反射係数Γが円周エリアから外れることを抑制する。実施形態２と同様に、反射係数Γが円周エリアの外側に外れた場合は、ＶＣ２を減少させ、内側に外れた場合は、ＶＣ２を増加させる。
【０１５０】
（１０）Ｖゼロ直線通過予測点を到達目標とするＶＣ２予測制御（ステップＳ６１）
反射係数ΓがＶゼロ直線通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更するＶゼロ直線接近制御を行う。このとき、ＶＣ１を微調整する。図１７の例では、円周通過予測点Ｐ１のＶ座標が正であるので、ＶＣ１を減少させる。
【０１５１】
（１１）｜Ｖ｜が所定値以下か否かの判断（ステップＳ６２）
ステップＳ６１を行った後、その時点の反射係数Γの｜Ｖ｜（Ｖの絶対値）が、所定の第２の値以下であるか否か、つまり、Ｖ＝０の直線から所定範囲内（例えば、反射係数ΓのＶ値がＶ＝０±０．０５以内）であるか否かを判断する。反射係数Γの｜Ｖ｜が第２の値以下である場合（Ｓ６２でＹｅｓ）は、ステップＳ６３へ移行し、ＶＣ１制御を行う。反射係数Γの｜Ｖ｜が第２の値より小さい場合（Ｓ６２でＮｏ）は、ステップＳ６１へ戻る。
【０１５２】
（１２）ＶＣ１制御（ステップＳ６３）
反射係数Γの｜Ｖ｜が、所定の第３の値より大きくなるように（例えば、反射係数ΓのＶ値がＶ＝−０．３よりも小さくなるように）、かつ、反射係数Γが整合点に近づくように、ＶＣ１を変更する。すなわち、反射係数ΓがＶゼロ直線から所定値より大きく離反し、かつ、整合点に近づくようにＶＣ１を変更するＶゼロ直線離反制御を行う。図１７の例では、ＶＣ１を減少させる（図４参照）。
【０１５３】
（１３）｜Ｖ｜が第３の値より大きいか否かの判断（ステップＳ６４）
ステップＳ６３を行った後、その時点の反射係数Γの｜Ｖ｜（Ｖの絶対値）が第３の値より大きいか否か、すなわち、反射係数ΓがＶ＝０の直線から所定範囲外（例えば、反射係数ΓのＶ値がＶ＝−０．３よりも小さい）であるか否か、又は、その時点のＶＣ１が変更の限界値（例えば、ＶＣ１が最小値）であるか否かを判断する。反射係数Γの｜Ｖ｜が第３の値より大きいか、又は、ＶＣ１が変更の限界値である場合（Ｓ６４でＹｅｓ）は、ステップＳ５１へ戻る。反射係数Γの｜Ｖ｜が第３の値以下で、かつ、ＶＣ１が変更の限界値でない場合（Ｓ６４でＮｏ）は、ステップＳ６３へ戻り、ＶＣ１制御を行う。
【０１５４】
こうして、実施形態４では、Ｕｅが第１の値以上であってＵｖよりも大きい場合（Ｓ５５でＹｅｓ）は、Ｖゼロ直線通過予測点を到達目標とするＶゼロ直線接近制（Ｓ６１）とＶゼロ直線離反制御（Ｓ６３）とを行うので、実施形態２のようにＶＣ２の変更を繰り返した場合に、反射係数Γが整合点から遠ざかり、整合機の入力インピーダンスを悪化させることを抑制できる。
【０１５５】
また、実施形態４では、Ｕｅが第１の値よりも小さい場合（Ｓ５４でＹｅｓ）や、Ｕｅが第１の値以上であるがＵｖ以下である場合（Ｓ５５でＮｏ）は、実施形態２と同様に、円周通過予測点を到達目標とする円周接近制御を行うので、実施形態２と同様の効果を奏する。すなわち、インピーダンスの悪化が抑えられることによるプラズマの失火を抑制でき、整合時間も高速化できる。
【０１５６】
なお、図１６の例では、ステップＳ５４でＵｅが第１の値よりも小さいか否かを判断し、ステップＳ５５でＵｅがＵｖよりも大きい否かを判断したが、ステップＳ５４とステップＳ５５のいずれか一方を省略する構成とすることもできる。このように構成しても、ある程度、実施形態４の効果を得ることができる。
【０１５７】
ステップＳ５４を省略する場合は、ステップＳ５３の次にステップＳ５５を実施する。そして、ステップＳ５５において、ＵｅがＵｖよりも大きい場合は、ステップＳ６１へ移行し、ＵｅがＵｖ以下である場合は、ステップＳ５６へ移行する。
【０１５８】
ステップＳ５５を省略する場合は、ステップＳ５４において、Ｕｅが第１の値よりも小さい場合は、ステップＳ５６へ移行し、Ｕｅが第１の値以上である場合は、ステップＳ６１へ移行する。
【０１５９】
なお、上述のステップＳ５６とステップＳ６１では、ＶＣ２変更時にＶＣ１を微調整したが、ＶＣ１を微調整しない構成としてもよい。このように構成しても、実施形態４の効果を奏することができる。
【０１６０】
＜実施例４１＞
実施形態４におけるインピーダンス整合処理の第１の実施例（実施例４１）について、図１８を用いて説明する。図１８は、スミスチャートであり、実施例４１に係るインピーダンス整合処理を説明するための図である。
【０１６１】
図１８に示すように、まず、位置Ｐｓにおいて、図１６のステップＳ５１〜ステップＳ５５が実施される。図１８の例では、ステップＳ５４において、位置ＰｓにおけるＵｅ（円周通過予測点のＵ値）が、所定値（例えばＵ＝０．４）以上と判断されるので（図１６のステップＳ５４でＮｏ）、ステップＳ５５へ移行する。そして、ステップＳ５５において、位置ＰｓにおけるＵｅ（円周通過予測点のＵ値）が、位置ＰｓにおけるＵｖ（Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３におけるＵ値）よりも大きいと判断されるので、ステップＳ６１へ移行し、Ｖゼロ直線通過予測点Ｐ３を到達目標とするＶゼロ直線接近制御（図１８のＦ１）を行い、ＶＣ２を変更する。図１８の例では、ＶＣ２を増加させる。
【０１６２】
Ｖゼロ直線接近制御Ｆ１実施中に、反射係数Γが交点Ｐ３の近傍に到達したと判断されると（図１６のステップＳ６２でＹｅｓ）、図１６のステップＳ６３へ移行し、Ｖゼロ直線離反制御（図１８のＦ２）を行い、ＶＣ１を変更する。このとき、図１８の例では、反射係数Γが整合点に近づくように、ＶＣ１を減少させる。図１８の例でＶＣ１を増加させると、反射係数Γは、Ｆ２と略逆方向に移動する、つまり、Ｖ＝０直線から離れるが、整合点からも遠ざかる。
【０１６３】
Ｖゼロ直線離反制御Ｆ２実施中に、反射係数Γの｜Ｖ｜が所定値より大きいと判断されると（図１６のステップＳ６４でＹｅｓ）、図１６のステップＳ５１へ移行し、ステップＳ５１〜ステップＳ５４が実施される。ステップＳ５４において、位置Ｐ５におけるＵｅ（円周通過予測点のＵ値）が、所定値（例えばＵ＝０．４）よりも小さいと判断されるので（図１６のステップＳ５４でＹｅｓ）、ステップＳ５６へ移行し、位置Ｐ５における円周通過予測点を到達目標とする円周接近制御（図１８のＦ３）を行い、ＶＣ２を変更する。図１８の例では、ＶＣ２を増加させる。
【０１６４】
円周接近制御Ｆ３実施中に、反射係数Γが円周エリア内にあると判断されると（図１６のステップＳ５７でＹｅｓ）、図１６のステップＳ５８へ移行し、整合点接近制御（図１８のＦ４）を行い、ＶＣ１を変更する。図１８の例では、ＶＣ１を減少させる。そして、整合点接近制御Ｆ４実施中に、反射係数Γが整合目標点に到達し、整合処理が完了する（図１６のステップＳ５９でＹｅｓ）。
【０１６５】
上述した実施例４１では、整合処理の開始位置Ｐｓが、スミスチャート上でＶ＝０の直線よりも下側にある場合、つまり、位置ＰｓのＶ値が負である場合について説明したが、位置ＰｓのＶ値が正である場合も、実施例４１と同様に整合処理をすることができる。この場合、図１９に示す整合経路（Ｆ１〜Ｆ４）となる。この場合も、Ｆ２のＶＣ１制御においては、反射係数Γが整合点に近づくように、ＶＣ１を減少させる。
【０１６６】
実施形態４によれば、実施形態１〜３の効果に加え、少なくとも次の効果を奏する。
（Ｄ１）反射係数の複数の位置を用いて予測軌跡を取得し、予測軌跡と整合円との交点である円周通過予測点を取得し、Ｖゼロ直線と予測軌跡との交点であるＶゼロ直線通過予測点を取得し、円周通過予測点の実数部（円周実数部）の値に基づき、Ｖゼロ直線接近制御を行うか、又は、円周接近制御を行うかの選択を行い、Ｖゼロ直線接近制御を行う場合は、反射係数がＶゼロ直線通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更し、その後、反射係数がＶゼロ直線から第１の値より大きく離反するように、ＶＣ１を変更するＶゼロ直線離反制御を行い、円周接近制御を行う場合は、反射係数が円周通過予測点に近づくようにＶＣ２を変更し、反射係数と整合円との間の距離が第２の値以内になると、反射係数がゼロに近づくようにＶＣ１を変更する整合点接近制御を行うよう構成したので、整合器の入力インピーダンスの感度が高い場合においても、整合器の入力インピーダンスの悪化を抑制できる。
（Ｄ２）Ｖゼロ直線接近制御を行うか、又は、円周接近制御を行うかの選択を行うときに、前記円周実数部が第３の値以上の場合は、Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が第３の値より小さい場合は、円周接近制御を行うよう構成したので、前記選択を適切に行うことができる。
（Ｄ３）前記選択を行うときに、前記円周実数部が、Ｖゼロ直線通過予測点の実数部（Ｖゼロ実数部）より大きい場合は、Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部がＶゼロ実数部以下である場合は、円周接近制御を行うよう構成したので、前記選択を適切に行うことができる。
（Ｄ４）前記選択を行うときに、前記円周実数部が、第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ実数部より大きい場合は、Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が第３の値より小さいか、又は、前記円周実数部が第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ実数部以下である場合は、円周接近制御を行うよう構成したので、前記選択を適切に行うことができる。
【０１６７】
なお、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【０１６８】
上記各実施形態の構成は、適宜、他の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３における負荷変動による円周エリア通過の判断と処理（Ｓ４１〜Ｓ４３）や、ターゲットエリア内の判断と処理（Ｓ４４〜Ｓ４５）は、実施形態４にも適用することができる。
【０１６９】
また、上記各実施形態では、伝送線路３５に対応する円の情報を記憶部２５に予め記憶するように構成したが、記憶部２５に予め記憶するのではなく、円の情報が必要になる毎に、制御部が（数４）を用いて円の情報を演算するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
２…高周波電源装置、３…プラズマ処理装置、１０,１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃ…整合器、１１…方向性結合器、２０,２０Ａ,２０Ｃ…制御部、２１…反射係数演算部、２２,２２Ａ,２２Ｂ,２２Ｃ…容量演算部、２３…容量設定部、２５…記憶部、３０…整合回路、３０ａ…入力端子、３０ｂ…出力端子、３１，３２…可変容量コンデンサ、３１ａ…制御端子、３２ａ…制御端子、３３…インダクタンス、３５，３６…伝送線路、１００…整合器、１２０…制御部、１２２…容量演算部、ＶＣ１…可変容量コンデンサ３１の容量、ＶＣ２…可変容量コンデンサ３２の容量。
【図１】
2017002196.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017002196.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2017002196.tif 000016
【図１４】
2017002196.tif 000017
【図１５】
2017002196.tif 000018
【図１６】
2017002196.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月5日(2017.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
前記方向性結合器に接続された入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出し、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円と、前記算出された反射係数との間の距離が予め定めた第１の値より大きい場合は、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記距離を前記第１の値以内とし、
前記距離が前記第１の値以内になると、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記算出される反射係数を予め定めた第２の値より小さくする
整合器。
【請求項２】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
前記方向性結合器に接続された入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
スミスチャート上の反射係数が、整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円に近づくように、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更して、スミスチャート上の複数の位置における反射係数を算出する反射係数取得処理を行い、前記複数の位置を用いて反射係数の予測軌跡を取得し、前記予測軌跡と前記整合円との交点である円周通過予測点を取得し、
反射係数が前記円周通過予測点に近づくように前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更する円周接近制御を行うとともに、前記円周通過予測点の虚数部が負のときは前記第１の可変容量コンデンサの容量値を増加させ、前記円周通過予測点の虚数部が正のときは前記第１の可変容量コンデンサの容量値を減少させ、
反射係数と前記整合円との間の距離が予め定めた第１の値以内になると、反射係数がゼロに近づくように前記第２の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更する整合点接近制御を行う
整合器。
【請求項３】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記整合点接近制御の結果、前記距離が前記第１の値より大きくなった場合において、反射係数が前記整合円より外側にある場合は前記第２の可変容量コンデンサの容量値を減少させ、反射係数が前記整合円より内側にある場合は前記第２の可変容量コンデンサの容量値を増加させる
整合器。
【請求項４】
請求項２に記載された整合器であって、
前記円周通過予測点は、前記複数の位置の２点を結ぶ直線と、前記整合円との交点である
整合器。
【請求項５】
請求項２に記載された整合器であって、
前記円周通過予測点は、前記複数の位置の３点を通る整合動作軌跡予測円と、前記整合円との交点である
整合器。
【請求項６】
請求項５に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記円周接近制御において、そのときの反射係数の位置と前記円周通過予測点とを結ぶ、前記整合動作軌跡予測円における円弧の長さに応じて、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更する
整合器。
【請求項７】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記整合円の内側と外側の同心円であって、それぞれ前記整合円から前記第１の値だけ離れている２つの同心円で囲まれる円周エリアの外に反射係数がある状態で、前記円周接近制御を行ったときに、反射係数が前記円周エリアを通過した場合、前記円周エリアを通過した反射係数の位置が、前記予測軌跡から予め定めた第２の値以上離れた場合は、前記反射係数取得処理へ移行し、前記円周エリアを通過した反射係数の位置が、前記予測軌跡から第２の値未満の場合は、反射係数が前記円周エリア内に移動するよう前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、前記整合点接近制御へ移行する
整合器。
【請求項８】
請求項２に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記円周接近制御を行った後、前記整合円の内側と外側の同心円であって、それぞれ前記整合円から前記第１の値だけ離れている２つの同心円で囲まれる円周エリアの外に反射係数がある場合において、反射係数の実数部が前記円周エリアの実数部よりも大きく前記整合点を含むターゲットエリアの内に当該反射係数がある場合は、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更した後、前記整合点接近制御を行い、前記ターゲットエリア内に反射係数がない場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項９】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
前記方向性結合器に接続された入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、前記第１の可変容量コンデンサの容量値と前記第２の可変容量コンデンサの容量値とを制御する制御部と、を備える整合器であって、
前記制御部は、
スミスチャート上の反射係数が、整合点を通過する反射係数の軌跡が描く円である整合円に近づくように、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更して、スミスチャート上の複数の位置における反射係数を算出し、
前記複数の位置を用いて反射係数の予測軌跡を取得し、前記予測軌跡と前記整合円との交点である円周通過予測点を取得し、反射係数の虚数部がゼロの直線であるＶゼロ直線と前記予測軌跡との交点であるＶゼロ直線通過予測点を取得し、
前記円周通過予測点の実数部である円周実数部の値に基づき、反射係数が前記Ｖゼロ直線通過予測点に近づくようにするＶゼロ直線接近制御を行うか、又は、反射係数が前記円周通過予測点に近づくようにする円周接近制御を行うかの選択を行い、
前記Ｖゼロ直線接近制御を行う場合は、反射係数が前記Ｖゼロ直線通過予測点に近づくように前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、該Ｖゼロ直線接近制御の後、反射係数が前記Ｖゼロ直線から予め定めた第１の値より大きく離反するように、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更するＶゼロ直線離反制御を行い、
前記円周接近制御を行う場合は、反射係数が前記円周通過予測点に近づくように前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更し、
反射係数と前記整合円との間の距離が予め定めた第２の値以内になると、反射係数がゼロに近づくように前記第２の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更する整合点接近制御を行う
整合器。
【請求項１０】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が予め定めた第３の値以上の場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が前記第３の値より小さい場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１１】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が、前記Ｖゼロ直線通過予測点の実数部であるＶゼロ実数部より大きい場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、前記円周実数部が前記Ｖゼロ実数部以下である場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１２】
請求項９に記載された整合器であって、
前記制御部は、前記選択を行うときに、
前記円周実数部が、予め定めた第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ直線通過予測点の実数部であるＶゼロ実数部より大きい場合は、前記Ｖゼロ直線接近制御を行い、
前記円周実数部が前記第３の値より小さいか、又は、前記円周実数部が前記第３の値以上であって、かつ前記Ｖゼロ実数部以下である場合は、前記円周接近制御を行う
整合器。
【請求項１３】
進行波と反射波とを検出する方向性結合器と、
前記方向性結合器に接続された入力端子と、出力端子と、一端が第１の伝送線路を介して前記入力端子に接続され他端が接地された第１の可変容量コンデンサと、一端が第２の伝送線路を介して前記出力端子に接続され他端が接地された第２の可変容量コンデンサと、一端が前記第１の可変容量コンデンサの前記一端に接続され他端が前記第２の可変容量コンデンサの前記一端に接続されたインダクタンスと、を有する整合回路と、
を備える整合器における整合方法であって、
スミスチャート上で整合点を通過する反射係数の軌跡が描く整合円を取得するステップと、
前記方向性結合器で検出した進行波と反射波とに基づき、反射係数を算出するステップと、
反射係数と前記整合円の円周との間の距離が所定値より大きい状態で、前記第１の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第２の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、反射係数を変更して、前記距離を前記所定値以内とするステップと、
前記距離が前記所定値以内の状態で、前記第２の可変容量コンデンサの容量値を固定して前記第１の可変容量コンデンサの容量値を変更することにより、前記距離を前記所定値以内の状態に保ちつつ、反射係数をゼロに近づけるステップと、
を備える整合方法。
【国際調査報告】
2017002196.tif 000023
2017002196.tif 000024