(57)【要約】【課題】高周波電源と負荷との間にインピーダンス整合回路を挿入してインピーダンスの整合を図るインピーダンス自動整合装置において、整合動作を行っている過程で、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消する。【解決手段】可変インピーダンス素子Ｃｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙを、負荷のインピーダンスが不連続に変動する領域１０を避けるように予め設定されている複数の前記操作位置ｘ，ｙの調節軌跡８を追従するように制御し、前記領域１０を避けて整合点に近づくと、従来と同様に整合動作を行うようにしている。【選択図】　　図２
2004088701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられ、かつ、外部から調節できる内部インピーダンスを有するインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の調節点からなる調節軌跡を追従制御するように前記インピーダンス可変部の内部インピーダンスを調節制御する制御部と、
を有することを特徴とするインピーダンス自動整合装置。
【請求項２】
前記インピーダンス可変部は、可変インピーダンス素子を有するとともに、該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって前記内部インピーダンスを調節するものであり、
前記制御部には、前記可変インピーダンス素子の調節部の複数の調節位置にそれぞれ対応する複数の前記調節点が設定され、該制御部は、複数の調節位置を、目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御することを特徴とする請求項１記載のインピーダンス自動整合装置。
【請求項３】
高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられ、かつ、外部から調節できる内部インピーダンスを有するインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の入力インピーダンス（前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見たインピーダンス）点からなる入力インピーダンス軌跡を追従制御するように前記インピーダンス可変部の内部インピーダンスを調節制御する制御部と、
を有することを特徴とするインピーダンス自動整合装置。
【請求項４】
前記インピーダンス可変部は、可変インピーダンス素子を有するとともに、該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって前記内部インピーダンスを調節するものであり、
前記制御部は、前記インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、予め設定されている前記入力インピーダンス点に一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御することを特徴とする請求項３記載のインピーダンス自動整合装置。
【請求項５】
高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられられ、かつ、可変インピーダンス素子を有して該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって内部インピーダンスを調節できるインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大する調節領域を回避制御しながら前記反射波電力を減少させるための前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置に近づくように前記インピーダンス可変部の可変インピーダンス素子の調節部を調節制御する制御部と、
を有することを特徴とするインピーダンス自動整合装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見た入力インピーダンスを、高周波電源側インピーダンスに一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を求め、前記調節領域を回避しながら求めた前記調節位置に近づくように前記可変インピーダンス素子の調節部を制御することを特徴とする請求項５記載のインピーダンス自動整合装置。
【請求項７】
高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられられ、かつ、可変インピーダンス素子を有して該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって内部インピーダンスを調節できるインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見た入力インピーダンスで示される領域の内で前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大する入力インピーダンス領域を回避制御しながら前記反射波電力を減少させるための前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置に近づくように前記インピーダンス可変部の可変インピーダンス素子の調節部を調節制御する制御部と、
を有することを特徴とするインピーダンス自動整合装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記入力インピーダンス領域を回避しながら前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見た入力インピーダンスが、高周波電源側インピーダンスに一致するインピーダンスに近づくように目標インピーダンスを設定し、前記インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、前記目標インピーダンスに一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御することを特徴とする請求項７記載のインピーダンス自動整合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に挿入されてインピーダンスの整合を図るインピーダンス自動整合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負荷に効率的に高周波電源から出力される電力を供給するためには、負荷側インピーダンスと電源側インピーダンスとを整合させることが必要である。そのため、負荷と高周波電源との間にインピーダンス整合回路を介在させ、そのインピーダンス整合回路の入力インピーダンスを、電源側インピーダンスと等しくなるように整合点に向けて調整するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインピーダンス自動整合装置の一つとして、特開平５−６３６０４号公報に開示されているものがある。このインピーダンス自動整合装置は、インピーダンス整合回路の入力端における電力の入力反射係数が小さくなるように整合動作するようにしている。このような整合動作の過程で、負荷のインピーダンスが不連続に変動し、これに伴い入力反射係数が不連続に増加する現象を示すことがある。このような現象が繰り返されると、前記整合点に到達できなくなる。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、整合動作の過程で、負荷のインピーダンスが不連続に変動して正常に整合できなくなるという問題点を解消することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００６】
すなわち、本発明のインピーダンス自動整合装置は、高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられ、かつ、外部から調節できる内部インピーダンスを有するインピーダンス可変部と、前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の調節点からなる調節軌跡を追従制御するように前記インピーダンス可変部の内部インピーダンスを調節制御する制御部とを有している。
【０００７】
本発明によると、制御部は、インピーダンス変動負荷から高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の調節点からなる調節軌跡を追従するように調節制御するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記インピーダンス可変部は、可変インピーダンス素子を有するとともに、該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって前記内部インピーダンスを調節するものであり、前記制御部には、前記可変インピーダンス素子の調節部の複数の調節位置にそれぞれ対応する複数の前記調節点が設定され、該制御部は、複数の調節位置を、目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御するものである。
【０００９】
本発明によると、制御部に、予め設定されている可変インピーダンス素子の複数の調節位置を、目標調節位置として前記可変インピーダンス素子を調節することにより、前記調節軌跡を追従し、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できる。
【００１０】
また、本発明のインピーダンス自動整合装置は、高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられ、かつ、外部から調節できる内部インピーダンスを有するインピーダンス可変部と、前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の入力インピーダンス（前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見たインピーダンス）点からなる入力インピーダンス軌跡を追従制御するように前記インピーダンス可変部の内部インピーダンスを調節制御する制御部とを有している。
【００１１】
本発明によると、制御部は、インピーダンス変動負荷から高周波電源への反射波電力が不連続に増大するのを回避するために予め設定されている複数の入力インピーダンス点からなる入力インピーダンス軌跡を追従するように調節制御するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様においては、前記インピーダンス可変部は、可変インピーダンス素子を有するとともに、該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって前記内部インピーダンスを調節するものであり、前記制御部は、前記インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、予め設定されている前記入力インピーダンス点に一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御するものである。
【００１３】
本発明によると、インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、予め設定されている入力インピーダンス点に一致させる可変インピーダンス素子の調節位置を目標調節位置として前記可変インピーダンス素子を調節することにより、入力インピーダンス軌跡を追従し、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できる。
【００１４】
また、本発明のインピーダンス自動整合装置は、高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられられ、かつ、可変インピーダンス素子を有して該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって内部インピーダンスを調節できるインピーダンス可変部と、前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大する調節領域を回避制御しながら前記反射波電力を減少させるための前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置に近づくように前記インピーダンス可変部の可変インピーダンス素子の調節部を調節制御する制御部とを有している。
【００１５】
本発明によると、制御部は、インピーダンス変動負荷から高周波電源への反射波電力が不連続に増大する調節領域を回避制御しながら整合動作するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様においては、前記制御部は、前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見た入力インピーダンスを、高周波電源側インピーダンスに一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を求め、前記調節領域を回避しながら求めた前記調節位置に近づくように前記可変インピーダンス素子の調節部を制御するものである。
【００１７】
本発明によると、インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、高周波電源側インピーダンスに一致させる可変インピーダンス素子の調節位置を求め、反射波電力が不連続に増大する調節領域を回避しながら求めた調節位置に近づくように可変インピーダンス素子の調節部を制御するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【００１８】
また、本発明のインピーダンス自動整合装置は、高周波電源とインピーダンス変動負荷との間に設けられられ、かつ、可変インピーダンス素子を有して該可変インピーダンス素子の調節部を外部から調節することによって内部インピーダンスを調節できるインピーダンス可変部と、前記インピーダンス可変部の入力端から前記インピーダンス変動負荷を見た入力インピーダンスで示される領域の内で前記インピーダンス変動負荷から前記高周波電源への反射波電力が不連続に増大する入力インピーダンス領域を回避制御しながら前記反射波電力を減少させるための前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置に近づくように前記インピーダンス可変部の可変インピーダンス素子の調節部を調節制御する制御部とを有している。
【００１９】
本発明によると、制御部は、インピーダンス変動負荷から高周波電源への反射波電力が不連続に増大する入力インピーダンス領域を回避制御しながら整合動作するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記制御部は、前記入力インピーダンス領域を回避しながら前記インピーダンス可変部の入力インピーダンスが、高周波電源側インピーダンスに一致するインピーダンスに近づくように目標インピーダンスを設定し、前記インピーダンス可変部の入力インピーダンスを、前記目標インピーダンスに一致させる前記可変インピーダンス素子の調節部の調節位置を目標調節位置として前記可変インピーダンス素子の調節部を制御するものである。
【００２１】
本発明によると、反射波電力が不連続に増大する入力インピーダンス領域を回避しながらインピーダンス可変部の入力インピーダンスが、高周波電源側インピーダンスに一致するインピーダンスに近づくように目標インピーダンスを設定し、入力インピーダンスを、前記目標インピーダンスに一致させる可変インピーダンス素子の調節位置を目標調節位置として可変インピーダンス素子の調節部を制御するので、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消できることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るインピーダンス自動整合装置およびその周辺装置を示す概略構成図である。
【００２３】
同図において、高周波電源１は、プラズマ負荷２に高周波電力を供給するものであり、プラズマ負荷２は、プラズマを生じさせる負荷、例えば、半導体製造工程におけるスパッタリングや薄膜成長等の処理の際に、チャンバ内の電極に高周波電力を供給してチャンバ内にプラズマを生じさせる負荷である。
【００２４】
この実施の形態のインピーダンス自動整合装置３は、高周波電源１とプラズマ負荷２との間に挿入されたインピーダンス可変部としてのインピーダンス整合回路４と、このインピーダンス整合回路４の入力インピーダンス（インピーダンス整合回路４の入力端からプラズマ負荷２側を見たインピーダンス）を後述のように検出して高周波電源１側のインピーダンスに一致するようにステッピングモータ５を制御してインピーダンス整合回路４の内部インピーダンスを調節することによって整合動作させる制御部としてのコントローラ６と、インピーダンス整合回路４の入力インピーダンスを可変する前記ステッピングモータ５とを備えている。
【００２５】
インピーダンス整合回路４は、一定のインダクタンスを有するコイルＬ１と、タップを選択することによってインダクタンスを調整することができるようになっているコイルＬ２と、可変インピーダンス素子としての可変コンデンサＣｘ、Ｃｙとにより構成され、可変コンデンサＣｘ、Ｃｙの調節部を操作して静電容量を変えることによってインピーダンスの整合を行なうようになっている。
【００２６】
電源側インピーダンスＺＳは、インピーダンス整合回路４の入力端子付近から高周波電源１の入力端子付近を見たインピーダンスであり、予め定められた値となる。負荷回路側インピーダンスＺＬは、インピーダンス整合回路４の出力端子付近からプラズマ負荷２を見たインピーダンスである。
【００２７】
インピーダンス整合回路４は、このインピーダンス整合回路４の入力インピーダンスＺＩと電源側インピーダンスＺＳとを整合させるものである。
【００２８】
プラズマ負荷２のインピーダンスは、時々刻々と変化するために、負荷回路側インピーダンスＺＬおよび入力インピーダンスＺＩも時々刻々変化する。予め定めた電源側インピーダンスＺＳと負荷回路側インピーダンスＺＬとが不整合状態となったとき、インピーダンス整合回路４が存在しなければ、プラズマ負荷２から高周波電源１に向かう反射電力が生じ、高周波電源１からプラズマ負荷２に効率よく高周波電力を供給することができなくなる。
【００２９】
そこで、インピーダンス整合回路４内の可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作してインピーダンスを変化させ、電源側インピーダンスＺＳと入力インピーダンスＺＩとを整合させることによって、プラズマ負荷２のインピーダンスが変化した場合でも反射電力の発生を防止させるのであり、以上の基本的構成は、従来例と同様である。
【００３０】
この実施の形態では、整合動作を行っている過程で、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消するために、次のように構成している。
【００３１】
すなわち、本発明では、予めプラズマガスの種類や圧力などを各種の条件のもとで実験等を行なって、負荷のインピーダンスが不連続に変動する領域（以下「不連続領域」という）を求めておき、この不連続領域を避けるような軌跡制御あるいは領域回避制御を行なうものである。なお、不連続領域は、完全に求めておく必要はなく、その不連続領域を回避できるような軌跡制御、あるいは、領域回避制御ができればよい。
【００３２】
ここで、軌跡制御とは、前記不連続領域を避けるように、複数の点からなる軌跡を予め設定しておき、この軌跡を追従するように制御するものであり、領域回避制御は、前記不連続領域を回避するように制御するものである。
【００３３】
また、軌跡とは、図２に示されるインピーダンス整合回路４の各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作（調節）位置ｘ，ｙで示されるｘ，ｙ座標上の複数の調節点による調節軌跡８、あるいは、図３に示されるスミスチャート上での複数の入力インピーダンス値による入力インピーダンス軌跡９をいう。
【００３４】
また、領域回避制御における領域とは、図４に示される各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作（調節）位置ｘ，ｙで示されるｘ，ｙ座標上の調節領域１０、あるいは、図５に示されるスミスチャート上での入力インピーダンス領域１１をいい、これら領域１０，１１は、上述の不連続領域に対応するものである。なお、図２および図３においても、これら領域１０，１１を仮想線で示している。
【００３５】
かかる軌跡制御や領域回避制御を行なうために、制御部としてのコントローラ６には、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの複数の調節点の調節軌跡８、あるいは、スミスチャート上での複数の入力インピーダンス値の入力インピーダンス軌跡９、あるいは、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの調節領域１０、あるいは、スミスチャート上での入力インピーダンス領域１１のデータが予め設定入力されている。
【００３６】
この設定入力は、軌跡８，９の場合は、それら軌跡８，９をそれぞれ構成する複数の操作位置ｘ，ｙや複数のインピーダンス値を数値入力することにより行なわれ、領域の場合には、その領域１０，１１の境界値を数値入力することにより行なわれる。なお、領域の設定入力は、タッチパネルなどによって領域を囲むように指定することで入力するようにしてもよい。
【００３７】
制御部としてのコントローラ６は、図６に示されるように、データ入出力部２６を介して入力される軌跡や領域のデータを格納するデータメモリ２０、制御プログラムを格納するプログラムメモリ２１、インターフェース２２を介して与えられるインピーダンス整合回路４から電流や電圧の入力に基づいて、入力インピーダンスの演算処理などを行ってステッピングモータ５を駆動する指令信号を駆動部２３およびインターフェース２４を介して出力するＣＰＵ２５などを備えている。
【００３８】
次に、この実施の形態の動作を、図７および図８のフローチャートに基づいて、説明する。
【００３９】
この実施の形態では、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作（調節）位置ｘ，ｙによる軌跡制御（以下「操作位置指定型軌跡制御」という）、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙによる領域回避制御あるいはスミスチャート上での複数の入力インピーダンス値による軌跡制御（以下「インピーダンス指定型軌跡制御」という）のいずれかの制御を、コントローラ６に対する選択操作によって選択できるものである。
【００４０】
すなわち、この実施の形態では、コントローラ６に対する選択設定操作によって、操作位置指定型軌跡制御、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙによる領域回避制御またはインピーダンス指定型軌跡制御のいずれかの制御が行なわれるものである。
【００４１】
なお、後述のように、操作位置指定型軌跡制御またはインピーダンス指定型軌跡制御を行なった後に、領域回避制御を行なうようにしてもよい。
（１）　先ず、操作位置指定型軌跡制御、領域回避制御およびインピーダンス指定型軌跡制御のいずれの制御も選択されていない状態、すなわち、従来と同様の動作について説明する。
【００４２】
最初に、インピーダンス自動整合装置３が起動されると、操作位置指定型軌跡制御が選択されているか否かを判断し（ステップｎ１）、操作位置指定型軌跡制御が選択されていないので、ステップｎ３に移り、インピーダンス整合回路４の入力電流Ｉと入力電圧Ｖと、両者の位相差θを検出して入力インピーダンスＺＩを算出する。さらに、現在の各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙに基づいて、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの各可変インピーダンスを計算する（ステップｎ４）。算出した入力インピーダンスＺＩ、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの各可変インピーダンスおよびインピーダンス整合回路４のその他の回路定数から負荷回路側インピーダンスＺＬを演算する（ステップｎ５）。
【００４３】
次に、図８に示されるように、インピーダンス指定型軌跡制御が選択されているか否かを示すｍ＝０であるか否かを判断し（ステップｎ６）、インピーダンス指定型軌跡制御は選択されていない、すなわち、ｍ＝０であるので、ステップｎ１６に移り、ステップｎ５で演算された負荷回路側インピーダンスＺＬに対して、インピーダンス整合回路４の入力インピーダンスＺＩを、高周波電源側インピーダンスＺＳに一致させる可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙ、すなわち、目標操作位置を演算する。さらに、領域回避制御が選択されているか否かを判断し（ステップｎ１１）、領域回避制御が選択されていないので、ステップｎ１３に移り、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの現在の操作位置と目標操作位置との偏差Ｄを演算し（ステップｎ１３）、この偏差Ｄの絶対値が、目標操作位置に近づいたか否かの判定の基準となる基準値ｄよりも大きいか否かを判断し（ステップｎ１４）、大きいときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置を、目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令して、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作し（ステップｎ１５）、図７のステップｎ３に戻り、以上の処理を繰り返す。
【００４４】
図８のステップｎ１４において、偏差Ｄの絶対値が、基準値ｄよりも大きくないと判断されたときには、整合がとれているか否かを判断する（ステップｎ１７）。この整合がとれているか否かの判断は、例えば、反射係数の絶対値が基準値以下になったか否かによって行なうようにしてもよい。このステップｎ１７において、整合がとれていないと判断されたときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置を、目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令して、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作し（ステップｎ２０）、図７のステップｎ３に戻る。なお、この場合のステッピングモータ５の回転速度は、ステップｎ１５の場合に比べて遅くするのが好ましい。また、ステップｎ１７において、整合がとれていると判断されたときには、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっているか否かを判断し（ステップｎ１８）、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっていないので、図７のステップｎ３に戻るものである。
【００４５】
以上の従来と同様の整合動作では、上述のように、負荷のインピーダンスが不連続に変動して入力反射係数が不連続に増加するという現象を繰り返して整合点に到達できなくなる場合がある。かかる場合には、プラズマ負荷２に、高周波電力を効率良く供給することができず、正常なプラズマ状態を維持できなくなる。
【００４６】
そこで、この実施の形態では、上述のように、操作位置指定型軌跡制御、インピーダンス指定型軌跡制御または領域回避制御のいずれかの制御を、コントローラ６に対して選択設定することで、いずれかの制御が行なわれる。
（２）最初に、操作位置指定型軌跡制御が選択設定された場合の動作を説明する。図７に示されるように、インピーダンス自動整合装置３が起動されると、操作位置指定型軌跡制御が選択されているか否かを判断し（ステップｎ１）、操作位置指定型軌跡制御が選択されているので、ステップｎ２に移り、操作位置指定型軌跡制御を行なう。
【００４７】
図９は、操作位置指定型軌跡制御のフローチャートであり、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの調節軌跡を構成する複数の調節位置としての操作位置の内の最初の目標操作位置であるｎ＝１を設定し（ステップｎ２１）、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙを、予め設定されているｎ番目の目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５に対して、パルス電圧を供給するように指令して可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作する（ステップｎ２２）。
【００４８】
次に、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙを検出し（ステップｎ２３）、検出された現在の操作位置ｘ，ｙが、予め設定されたｎ番目の目標操作位置に一致したか否かを判断し（ステップｎ２４）、一致していないときには、ステップｎ２２に戻る。一致したときには、ｎ番目の目標操作位置は、予め設定されている複数の目標操作位置の最後の目標操作位置であるか否かを判断し（ステップｎ２５）、最後の目標操作位置でないときには、ｎに１を加算して次の目標操作位置を設定してステップｎ２２に戻る（ステップｎ２６）。ステップｎ２５において、予め設定されている複数の目標操作位置の最後の目標操作位置であると判断したときには、操作位置指定型軌跡制御を終了して図７のステップｎ３に移り、上述の従来と同様の動作を行うものである。
【００４９】
このように操作位置指定型軌跡制御では、上述の不連続領域を避けるように予め設定されている複数の目標操作位置からなる調節軌跡を追従するように可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置ｘ，ｙを調節制御し、不連続領域を避けて整合点に近づくと、従来と同様に整合動作を行うものであり、これによって、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消することができる。
（３）　次に、インピーダンス指定型軌跡制御が選択設定されている場合の動作を説明する。
【００５０】
インピーダンス自動整合装置３が起動されると、図７のステップｎ１、ステップｎ３、ステップｎ４およびステップｎ５の処理を実行し、図８のステップｎ６に移る。
【００５１】
インピーダンス指定型軌跡制御が選択されているときには、初期値としてｍ＝１が設定されており、ステップｎ６では、ｍ＝０でないので、ステップｎ７に移り、予め設定されているｍ番目、最初は、ｍ＝１番目の目標インピーダンスを設定し、ステップｎ５で演算された負荷回路側インピーダンスＺＬに対して、インピーダンス整合回路４の入力インピーダンスを、目標インピーダンスに等しくする可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置（目標操作位置）ｘ，ｙを演算してステップｎ９に移る（ステップｎ８）。
【００５２】
ステップｎ９では、設定されたｍ番目の目標インピーダンスは、予め設定された複数の目標インピーダンスの最後の目標インピーダンスであるか否かを判断し（ステップｎ９）、最後の目標インピーダンスでないときには、領域回避制御が選択されているか否かを判断する（ステップｎ１１）。この場合、領域回避制御は選択されていないので、ステップｎ１３に移る。
【００５３】
ステップｎ１３では、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の現在の操作位置とステップｎ８で演算された目標インピーダンスに対応する可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの目標操作位置との偏差Ｄを演算し、偏差Ｄの絶対値が、基準値ｄよりも大きいか否か判断し（ステップｎ１４）、大きいときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置を、目標インピーダンスに対応する目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令して、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作し（ステップｎ１５）、図７のステップｎ３に戻り、上述と同様に、ステップｎ３〜９，１１〜１３の処理を実行する。
【００５４】
図８のステップｎ１４において、偏差Ｄの絶対値が、基準値ｄよりも大きくないと判断されたときには、整合が取れているか否かを判断する（ステップｎ１７）。このステップｎ１７において、整合がとれていないと判断されたときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置を、目標インピーダンスに対応する目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令して、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作し（ステップｎ２０）、図７のステップｎ３に戻る。なお、この場合のステッピングモータ５の回転速度は、ステップｎ１５の場合に比べて遅くするのが好ましい。
【００５５】
また、ステップｎ１７において、整合がとれていると判断されたときには、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっているか否かを判断する（ステップｎ１８）。この場合、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっているので、ｍに１を加算して新たなｍ（例えば、ｍ＝２）を設定して図７のステップｎ３に戻るものである。この場合には、ステップｎ３〜６の処理を実行し、ステップｎ７では、予め設定されたｍ番目、例えば、ｍ＝２番目の目標インピーダンスを設定し、上述と同様の処理を実行する。
【００５６】
そして、図８のステップｎ９において、設定されたｍ番目の目標インピーダンスは、予め設定された複数の目標インピーダンスの最後の目標インピーダンスであると判断されたときには、インピーダンス指定型軌跡制御が終了してインピーダンス指定型軌跡制御ではないことを示すｍ＝０を設定する（ステップｎ１０）。
【００５７】
以降は、ステップｎ６において、ｍ＝０であると判断されて上述の従来と同様の整合動作を行うことになる。
【００５８】
このようにインピーダンス指定型軌跡制御では、上述の不連続領域を避けるように予め設定されている複数の入力インピーダンス値からなる入力インピーダンス軌跡を追従するように可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置ｘ，ｙを制御し、不連続領域を避け、整合点に近づくと、従来と同様に整合動作を行うものであり、これによって、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消することができる。
（４）　次に、領域回避制御が選択設定されている場合の動作を説明する。
【００５９】
インピーダンス自動整合装置３が起動されると、図７のステップｎ１，ステップｎ３，ステップｎ４およびステップｎ５の処理を実行し、図８のステップｎ６，ｎ１６の処理を実行し、ステップｎ１１に移り、領域回避制御に移る（ステップｎ１２）。
【００６０】
この実施の形態の領域回避制御では、図１０に示されるようして不連続領域を回避するようにしている。すなわち、図１０は、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作（調節）位置ｘ，ｙを示すｘ，ｙ座標を示しており、「０」の座標が、目標操作位置ＳＰを示し、「１１」の座標の内の一つが現在の操作位置ＶＰを示し、「×」の座標が回避すべき不連続領域を示している。
【００６１】
この実施の形態では、上述の図８のステップｎ１６において、演算された目標操作位置を、座標「０」の目標操作位置とし、その周囲の座標を「１」とし、この座標「１」の周囲の座標を「２」とし、さらに、その周囲の座標を「３」といったように、現在の操作位置ＶＰに達するまで「×」で示される不連続領域の座標を除いて、各座標に番号を割り付ける。
【００６２】
そして、現在の操作位置ＶＰの座標「１１」から番号が若く、かつ、目標操作位置ＳＰまでの距離が短くなるように新たな目標操作位置を設定してその新たな目標操作位置に向かわせるものである。
【００６３】
図１１は、この領域回避制御の以上の処理を示すフローチャートである。先ず、初期値ｑ＝０を設定し、図８のステップｎ１６で演算された可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の目標操作位置からの移動距離ｑの可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの座標から最少量変化させた座標の内、回避する不連続領域の座標でなく、移動距離ｑを未だ求めていない座標について、その座標から目標操作位置までの移動距離を、ｑ＋１とする（ステップｎ２８）。したがって、最初は、ｑ＝０であるから図８のステップｎ１６で演算された目標操作位置から移動距離０の座標から最少量変化させた座標は、座標「０」目標操作位置から最小量「１」だけ変化させた座標、すなわち、図１０の座標「１」となる。
【００６４】
次に、現在の操作位置ＶＰから目標操作位置ＳＰまでの移動距離Ｑを求めたか、すなわち、現在の操作位置ＶＰまで図１０の座標の番号が割り付けられたか否かを判断し（ステップｎ２９）、割り付けられていないときには、ｑ＋１を新たなｑとしてステップｎ２８に戻る。
【００６５】
ステップｎ２９において、現在の操作位置ＶＰまでの移動距離Ｑを求めたときには、現在の操作位置ＶＰからの移動距離が１の座標の内、目標操作位置までの移動距離がＱ−１で、目標操作位置までの移動距離が最短となる座標を新たな目標操作位置とし、例えば、図１０では、現在の目標操作座標「１１」からの移動距離が１の座標「１０」の内、目標操作位置までの移動距離が最短となる座標を新たな目標操作位置とし（ステップｎ３１）、図８のステップｎ１３に移る。
【００６６】
なお、ステップｎ３１では、現在操作位置からの移動距離が１の座標のうち、目標操作位置までの移動距離がＱ−１で、目標操作位置までの移動距離が最短となる座標を新たな目標操作位置としたが、最少量に限らず、現在操作位置からの移動距離がｎ（ｎは、１，２，３…）の座標のうち、目標操作位置までの移動距離がＱ−ｎで、目標操作位置までの移動距離が最短となる座標を新たな目標操作位置としてもよい。
【００６７】
図８のステップｎ１３では、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の現在の操作位置と図１１のステップｎ３１で求められた新たな目標操作位置との偏差Ｄを演算し、偏差Ｄの絶対値が、基準値ｄよりも大きいか否か判断し（ステップｎ１４）、大きいときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置を、図１１のステップｎ３１で求めた目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令し、図７のステップｎ３に戻り、ステップｎ３〜ｎ５、さらに、図８のステップｎ６，ｎ１６，ｎ１１を経てステップｎ１２に移り、上述の図１１の領域回避制御を再び行なう。
【００６８】
以上を繰り返して、図８のステップｎ１４において、偏差Ｄの絶対値が、基準値ｄよりも大きくないと判断されたときには、整合がとれているか否かを判断する（ステップｎ１７）。このステップｎ１７において、整合がとれていないと判断されたときには、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置ｘ，ｙを、目標操作位置に向かわせるように、ステッピングモータ５にパルス電圧を供給するように指令して、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作し（ステップｎ２０）、図７のステップｎ３に戻る。なお、この場合のステッピングモータ５の回転速度は、ステップｎ１５の場合に比べて遅くするのが好ましい。また、ステップｎ１７において、整合がとれていると判断されたときには、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっているか否かを判断し（ステップｎ１８）、インピーダンス指定型軌跡制御を行なっていないので、図７のステップｎ３に戻るものである。
【００６９】
このように領域回避制御では、上述の不連続領域を避けるように目標操作位置を順次設定して可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの操作位置ｘ，ｙを制御して整合動作を行うものであり、これによって、整合動作の過程において、負荷のインピーダンスが不連続に変動して整合点に到達できなくなるといった問題点を解消することができる。
【００７０】
なお、図８のステップｎ１４における基準値ｄは、従来の制御、軌跡制御あるいは領域回避制御といった制御の種類に応じて異なる値としてもよい。
【００７１】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの調節領域を回避するように制御したけれども、本発明の他の実施の形態として、スミスチャート上での入力インピーダンス値の入力インピーダンス領域を回避するように制御してもよい。すなわち、この場合には、例えば、上述の図１０と同様に、スミスチャート上でｘ，ｙ座標を設定し、このｘ，ｙ座標上において、反射波電力が不連続に増大する入力インピーダンス領域（不連続領域）を回避しながら目標インピーダンス（インピーダンス可変部の入力インピーダンスが高周波電源側インピーダンスに一致するインピーダンス）に近づくように、新たな目標インピーダンスを設定し、この新たな目標インピーダンスに対応する可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作（調節）位置ｘ，ｙを演算し、その演算された目標操作位置に可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部を操作するという動作を繰り返すようにすればよい。
【００７２】
さらに、領域回避の他の実施の形態として、スミスチャート上で設定されている回避すべきインピーダンス領域を、上述の図１０と同様の可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの座標上における領域に演算変換し、ｘ，ｙの座標上の領域を回避しながら目標操作位置に近づけるようにしてもよい。
【００７３】
なお、或る負荷回路側インピーダンスにおいては、スミスチャート上でのインピーダンス領域と、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの座標上における領域とには、対応関係があり、実験データに基づいて、その対応関係が分かるので、上述のように、スミスチャート上のインピーダンス領域を、可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙの座標上における領域に演算変換できるものである。また、複数回の実験データがあれば、その一つを用いて対応関係を求めてよいし、複数回の平均値を用いて対応関係を求めてもよい。
【００７４】
上述の実施の形態では、操作位置指定型軌跡制御、領域回避制御またはインピーダンス指定型軌跡制御のいずれかの制御が行なわれたけれども、本発明の他の実施の形態として、軌跡制御の後に、引き続き領域回避制御を行なうようにしてもよい。
【００７５】
インピーダンス整合回路４は、上述の逆Ｌ形の構成に限るものではなく、例えば、π形あるいはＴ形の構成であってもよく、また、可変インピーダンス素子の数も上述の実施の形態に限るものではなく、種々の回路構成のインピーダンス整合回路に適用できるものである。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、予め設定されている軌跡を追従するように、あるいは、予め設定されている領域を回避するようにインピーダンス可変部の内部インピーダンスを制御して整合動作するので、負荷のインピーダンスが不連続に変動する領域を避けることができ、これによって、従来のように整合点に到達できなくなるといった問題点を解消して負荷に効率良く高周波電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインピーダンス自動整合装置およびその周辺装置を示す概略構成図である。
【図２】各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙによる軌跡制御を説明するための図である。
【図３】スミスチャート上での複数の入力インピーダンス値による軌跡制御を説明するための図である。
【図４】各可変コンデンサＣｘ，Ｃｙの調節部の操作位置ｘ，ｙによる領域回避制御を説明するための図である。
【図５】スミスチャート上での入力インピーダンスによる領域回避制御を説明するための図である。
【図６】コントローラの構成図である。
【図７】動作説明に供するフローチャートである。
【図８】動作説明に供するフローチャートである。
【図９】操作位置指定型軌跡制御のフローチャートである。
【図１０】領域回避制御を説明するための図である。
【図１１】領域回避制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　高周波電源
２　　　　　　プラズマ負荷
３　　　　　　インピーダンス自動整合装置
４　　　　　　インピーダンス整合回路
５　　　　　　ステッピングモータ
６　　　　　　コントローラ
８，９　　　　軌跡
１０，１１　　領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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