(57)【要約】【課題】ダミーロードに任意のインピーダンスを設定するために、２つのバリコンのバリコンポジションを自動調整するインピーダンス自動調整装置を提供する。【解決手段】インピーダンス自動調整装置に、ダミーロードの２つのバリコンポジションを調整する調整手段と、インピーダンス計測装置で計測したインピーダンスから評価値を算出する評価値算出手段とを設け、当該インピーダンス自動調整装置が、一方の調整手段を固定した、評価値が最小となる他方の調整手段による調整と、他方の調整手段を固定した、評価値が最小となる一方の調整手段による調整とを、インピーダンス計測装置で計測したインピーダンスが所定の範囲に収まるまで自動的に交互に繰り返すようにした。【選択図】  図２
2007336148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な特性値を変更可能な複数の回路素子と、これらの回路素子の特性値をそれぞれ変更するために各回路素子に対応して設けられた複数のアクチュエータと、これらのアクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えた装置の電気的な特性値を予め設定された目標特性値に自動調整するための電気特性調整装置であって、
前記電気的な特性値を計測する計測装置によって、計測された装置の特性値を入手する特性値入手手段と、
前記複数の回路素子のうち、１の回路素子を可変素子としその他の回路素子を固定素子として、前記駆動制御手段により当該可変素子の特性値を所定の変化範囲で変化させる特性値変化手段と、
前記特性値変化手段により前記可変素子の特性値が変化する毎に、所定の演算式により前記特性値入手手段により入手された特性値と前記目標特性値との誤差を評価する誤差評価値を演算し、この誤差評価値が最小となる前記可変素子の特性値を求める回路素子調整手段と、
前記複数の回路素子の各回路素子を順番に可変素子に切り換え、各可変素子について前回可変素子とされた回路素子の特性値を前記回路素子調整手段で求められた特性値に固定して前記特性値変化手段による特性値の変更と前記回路素子調整手段による回路素子の調整を行う動作を、前記特性値入手手段により入手された特性値が前記目標特性値の許容範囲内となるまで繰り返す調整制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気特性調整装置。
【請求項２】
前記特性値変化手段は、前記可変素子としての回路素子の特性値を黄金分割法を用いて前記所定の変化範囲内で離散的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気特性調整装置。
【請求項３】
前記特性値変化手段は、各回路素子を可変素子としてその特性値を変化させるとき、その変化範囲を当該可変素子の前回の特性値の変化量に基づいて設定する範囲設定手段を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気特性調整装置。
【請求項４】
前記特性値入手手段により入手された特性値は前記装置のインピーダンス値であり、前記回路素子調整手段は、下記演算式（１）により誤差評価値を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置。
【数１】
2007336148.tif 000013
【請求項５】
前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えた擬似負荷装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気特性調整装置。
【請求項６】
前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えたインピーダンス整合装置であり、
前記計測装置は、前記インピーダンス整合装置の進行波電力を計測する第１の電力計測装置と、前記インピーダンス整合装置の反射波電力を計測する第２の電力計測装置であり、
前記回路素子調整手段は、前記特性値入手手段により入手された進行波電力と反射波電力から反射係数を算出し、所定の演算式により算出したこの反射係数と予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を用いて前記可変素子の特性値を求める、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電気的な特性値を変化することができる装置の特性値を目標特性値に自動調整する電気特性調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電源装置から高周波電力をプラズマ処理装置に供給し、エッチング等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するプラズマ処理システムにおいては、プラズマ処理中にプラズマ処理装置のインピーダンスが大きく変動するため、一般に、図７に示すように、高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０との間にインピーダンス整合装置２０を介在させ、このインピーダンス整合装置２０によって高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０とのインピーダンス整合を行う構成が採用されている。
【０００３】
インピーダンス整合装置２０は、高周波電源装置１０とプラズマ処理装置３０とのインピーダンスを整合させるものであり、プラズマ処理中において、インピーダンス整合装置２０の入力端２０ａからプラズマ処理装置３０側を見たインピーダンスＺ１が略５０Ωになるように負荷のインピーダンスを変換する。インピーダンス整合装置２０は、インダクタＬ１、可変リアクタンス素子であるバリコンＶＣ１，ＶＣ２をＴ型接続したものと入力側検出器２０１と制御部２０２を備えている。入力側検出器２０１は、インピーダンス整合装置２０の入力端２０ａに入力される高周波電源装置１０の出力の電圧Ｖｉ，電流Ｉｉ，および電圧Ｖｉと電流Ｉｉとの位相差θｉを検出し、制御部２０２に入力する。制御部２０２は、マイクロコンピュータを備えており、入力側検出器２０１からの検出結果Ｖｉ，Ｉｉ，θｉに基づいて、インピーダンス整合装置２０の入力インピーダンス、すなわちインピーダンス整合装置２０の入力端２０ａからプラズマ処理装置３０側を見たインピーダンスＺ１を算出する。そして、制御部２０２は、この入力インピーダンスＺ１を高周波電源装置１０の出力インピーダンスＺout（＝５０Ω）に整合させるように、バリコンＶＣ１，ＶＣ２の調整位置（以下、それぞれ「バリコンポジションＣ１」，「バリコンポジションＣ２」という。）を調整する。
【０００４】
インピーダンス整合装置２０は、制御部２０２がプラズマ処理装置３０のインピーダンスＺL（以下、「負荷インピーダンスＺL」という。）の変化に応じてバリコンＶＣ１，ＶＣ２を変化させ、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させるようになっている。
【０００５】
なお、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、インピーダンス整合装置２０が整合動作を正しく行えるかどうかを予め検証しておく必要がある。
【０００６】
図８は、図７のプラズマ処理装置３０の代わりにダミーロード４０を用いて、インピーダンス整合装置２０の整合動作を検証するためのシステムである。
【０００７】
ダミーロード４０は、擬似的にプラズマ処理装置３０の特性インピーダンスを生成するものであり、インダクタＬ２と可変リアクタンス素子であるバリコンＶＣ３，ＶＣ４をＴ型接続したもので、バリコンＶＣ４は５０Ωの抵抗Ｒ１で終端されている。なお、終端抵抗Ｒ１を５０Ωにしているのは、計測系の特性インピーダンスが５０Ωであるからである。バリコンＶＣ３，ＶＣ４のキャパシタンスはステップ状に変化可能になっている。キャパシタンスを変化させることで、任意のインピーダンスを設定できるようになっている。
【０００８】
インピーダンス整合装置２０は、ダミーロード４０によって擬似的に生成された、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。例えば、プラズマ処理装置３０の負荷インピーダンスＺLが取り得るインピーダンス値の変化範囲に４０個の代表的な負荷インピーダンス値を抽出した場合、インピーダンス整合装置２０は、それぞれダミーロード４０によって生成された４０個の負荷インピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。
【０００９】
ダミーロード４０を用いてインピーダンス整合装置２０の整合動作を検証するには、まず、ダミーロード４０の２つのバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整してダミーロード４０に負荷インピーダンスＺLの変化範囲の値を設定する。そのとき、インピーダンス整合装置２０は、入力側検出器２０１からの入力を基に算出したインピーダンス整合装置２０の入力インピーダンスＺ１を高周波電源１０の出力インピーダンスＺout（＝５０Ω）に整合する事ができるかが検証される。
【００１０】
また、近年は、図７に示すプラズマ処理システムにおいて、プラズマ処理中の動的なインピーダンス整合動作を、高周波電源装置１０の出力周波数を微小変動させて行うプラズマ処理システムも実用化されている。出力周波数を微小変動させてインピーダンス整合を行う高周波電源装置を可変周波数電源装置という。当該プラズマ処理システムにおいては、インピーダンス整合装置２０は伝送路に並列に接続された１つのバリコンＶＣ１によって構成されていて、伝送路に直列に接続されるバリコンＶＣ２を含まない。このようなインピーダンス整合装置を固定整合装置という。プラズマ処理中の動的なインピーダンス整合動作は、可変周波数電源装置の出力周波数を中心周波数ｆｏ±Δｆで変化させることと、固定整合装置のバリコンＶＣ１の調整で行われる。この場合も図８に示す検証システムと同様にプラズマ処理装置３０の代わりにダミーロード４０を用いて、負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる多数のインピーダンス値に対して、入力インピーダンスＺ１を出力インピーダンスＺoutに整合させる事ができるかが検証される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、インピーダンス整合装置や可変周波数電源装置の整合動作を検証するためには、ダミーロード４０に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するためのバリコンＶＣ３，ＶＣ４の調整位置（以下、それぞれ「バリコンポジションＣ３」，「バリコンポジションＣ４」という。）を予め取得しておかなければならない。ダミーロード４０に負荷インピーダンス値を設定するためのバリコンポジションＣ３，Ｃ４の調整（以下、「インピーダンス調整」という。）は、インピーダンス計測装置で計測されたインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値から、高周波計測に特有のスミスチャート上に表示されるインピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）を見ながらバリコンポジションＣ３，Ｃ４を変化させ、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）が許容範囲に収まるまで調整を行う作業であり、バリコンポジションＣ３，Ｃ４を同時に変化させるのではなく、いずれかのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整する動作を繰り返すことによって行われるので、各バリコンポジションＣ３，Ｃ４を変化させたときに、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）がスミスチャート上をどのように変化するのかを経験的に知っていなければ、インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）を目標値に調整することはできず、時間と熟練を要する。
【００１２】
図１は、スミスチャートにおけるインピーダンス調整を説明するための図である。インピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）は、バリコンポジションＣ３，Ｃ４の変化に合わせて直交座標上を変化するのではなく、スミスチャート上を変化する。スミスチャート上で、インピーダンス調整開始時のインピーダンス計測点をＡ、目標点（通常は、一定の許容範囲を設定し、設定された許容範囲に収まると目標に足したこととする。）をＢとすると、インピーダンス計測点Ａを直線的にＢまで変化させるように調整することはできず、例えば、バリコンポジションＣ３を１００増加させると点Ａから点Ｃに移動し、さらにバリコンポジションＣ４を１００増加させると点Ｃから点Ｄに移動するというように、インピーダンス計測点Ａは変化する。バリコンポジションＣ３，Ｃ４の変化によりインピーダンス計測値（Ｒ，Ｘ）がどのように変化するかは、熟練作業者でも把握が難しく、目標のインピーダンスを得るために相当の時間を要する。例えば、初めてインピーダンス調整を行う場合は、負荷インピーダンスＺLが取り得るインピーダンス値の変化範囲にある代表的な４０個の負荷インピーダンス値を調整するのに数時間を要する。
【００１３】
また、ダミーロード４０の状態（電源入切によるバリコンの初期化位置のズレ、個体差、経年劣化、冷却水の水温や水質など）が異なると負荷インピーダンスＺLは変化するので、一度調整した負荷インピーダンス値に対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４の値を記録していたとしても、同じバリコンポジションＣ３，Ｃ４の値で前回調整した負荷インピーダンス値を再現することができない。よって、精度維持のためには、作業ごとに調整を行う必要があった。
【００１４】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するために、２つのバリコンのバリコンポジションを自動調整するインピーダンス自動調整装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１６】
請求項１に記載の電気特性調整装置は、電気的な特性値を変更可能な複数の回路素子と、これらの回路素子の特性値をそれぞれ変更するために各回路素子に対応して設けられた複数のアクチュエータと、これらのアクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えた装置の電気的な特性値を予め設定された目標特性値に自動調整するための電気特性調整装置であって、前記電気的な特性値を計測する計測装置によって、計測された装置の特性値を入手する特性値入手手段と、前記複数の回路素子のうち、１の回路素子を可変素子としその他の回路素子を固定素子として、前記駆動制御手段により当該可変素子の特性値を所定の変化範囲で変化させる特性値変化手段と、前記特性値変化手段により前記可変素子の特性値が変化する毎に、所定の演算式により前記特性値入手手段により入手された特性値と前記目標特性値との誤差を評価する誤差評価値を演算し、この誤差評価値が最小となる前記可変素子の特性値を求める回路素子調整手段と、前記複数の回路素子の各回路素子を順番に可変素子に切り換え、各可変素子について前回可変素子とされた回路素子の特性値を前記回路素子調整手段で求められた特性値に固定して前記特性値変化手段による特性値の変更と前記回路素子調整手段による回路素子の調整を行う動作を、前記特性値入手手段により入手された特性値が前記目標特性値の許容範囲内となるまで繰り返す調整制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はダミーロードの２つのバリコンのうち一方のバリコンを固定して他方のバリコンを変化させ、インピーダンス計測装置により計測されたダミーロードのインピーダンス値と目標インピーダンス値との誤差を評価する評価値を算出し、この評価値が最小となる様に他方のバリコンを調整する。インピーダンス自動調整装置は固定するバリコンと調整するバリコンを交代させ、ダミーロードのインピーダンス値が目標インピーダンス値の許容範囲内になるまでバリコンの調整を行う。よって、インピーダンス自動調整装置はダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するように、ダミーロードの２つのバリコンのバリコンポジションを自動調整することができる。
【００１８】
請求項２に記載の電気特性調整装置は、請求項１に記載の電気特性調整装置において、前記特性値変化手段は、前記可変素子としての回路素子の特性値を黄金分割法を用いて前記所定の変化範囲内で離散的に変化させることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はバリコンの調整において黄金分割法を用いるので、評価値の最小値を少ない探索回数で行うことができる。
【００２０】
請求項３に記載の電気特性調整装置は、請求項１または２に記載の電気特性調整装置において、前記特性値変化手段は、各回路素子を可変素子としてその特性値を変化させるとき、その変化範囲を当該可変素子の前回の特性値の変化量に基づいて設定する範囲設定手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、インピーダンス自動調整装置はバリコンの調整の範囲を前回の調整量に比例させて変化させるので、前回の調整量が多かった場合はまだ目標から離れているのでバリコンの調整範囲を広くすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記特性値入手手段により入手された特性値は前記装置のインピーダンス値であり、前記回路素子調整手段は、下記演算式（１）により誤差評価値を演算することを特徴とする。
【数１】
2007336148.tif 000003
【００２３】
この構成によれば、評価値に（１）式を用いるので、計測されたインピーダンス値の抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｘがそれぞれインピーダンス目標値の抵抗成分Ｒｏ、リアクタンス成分Ｘｏの許容範囲にないとき評価値を大きくすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えた擬似負荷装置であることを特徴とする。
【００２５】
請求項６に記載の電気特性調整装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の電気特性調整装置において、前記装置は、複数の回路素子として２個のリアクタンス値を変更可能なリアクタンス素子を備えたインピーダンス整合装置であり、前記計測装置は、前記インピーダンス整合装置の進行波電力を計測する第１の電力計測装置と、前記インピーダンス整合装置の反射波電力を計測する第２の電力計測装置であり、前記回路素子調整手段は、前記特性値入手手段により入手された進行波電力と反射波電力から反射係数を算出し、所定の演算式により算出したこの反射係数と予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を用いて前記可変素子の特性値を求める、ことを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、インピーダンスマッチング制御装置はインピーダンス整合装置の２つのバリコンのうち一方のバリコンを固定して他方のバリコンを変化させ、電力計により計測され算出された反射係数と目標とする反射係数との誤差を評価する評価値を算出し、この評価値が最小となる様に他方のバリコンを調整する。インピーダンスマッチング制御装置は固定するバリコンと調整するバリコンを交代させ、反射係数が目標とする反射係数の許容範囲内になるまでバリコンの調整を行う。よって、インピーダンスマッチング制御装置はインピーダンス整合装置に自動的にインピーダンスマッチングを行わせることができる。
【００２７】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
図２は、本願発明に係るインピーダンス自動調整装置を用いてダミーロードのインピーダンス調整を行うためのインピーダンス調整システムの一例を示す図である。このインピーダンス調整システムは、ダミーロード１に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するために、ダミーロード１内の２つのバリコンのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を自動調整するものである。このインピーダンス調整システムは、ダミーロード１、インピーダンス自動調整装置２、インピーダンス計測装置３で構成されている。
【００３０】
ダミーロード１は、プラズマ処理システムのプラズマ処理装置を模擬するための装置で、伝送路に並列に接続されたバリコンＶＣ３と直列に接続されたバリコンＶＣ４のそれぞれのバリコンポジションＣ３，Ｃ４の調整により任意のインピーダンスを設定できる。バリコンＶＣ３，ＶＣ４は、エアーバリコンであり、相対向する一対の電極の一方が、電極の対向面に垂直な軸の周りを回転する可動電極で構成され、この可動電極を回転させることより電極の対向面積が変化してキャパシタンスが変化する構成となっている。可動電極を支持する軸にはステップモータなどの電動モータが取り付けられ、この電動モータの駆動力によって可動電極が回転される。バリコンＶＣ３，ＶＣ４は、一対の電極の対向面積をステップ的に変化させて、例えば、１０００個のキャパシタンス値を生成することができる。従って、ダミーロード１としては、周波数を変更しない場合、１０００×１０００＝１００００００個の負荷インピーダンス値を擬似的に実現することができるようになっている。制御部１１には、バリコンＶＣ３，ＶＣ４の各ステップモータの回転位置に対応するデータのテーブルが設けられている。バリコンＶＣ３のステップモータの１０００個の回転位置には、小さい方から順番に０〜１０００の位置番号が付され、制御部１１は、この位置番号を指定してテーブルから駆動データを読み出し、ステップモータに供給することにより、当該ステップモータを回転させてバリコンＶＣ３をその位置番号に対応するキャパシタンスに設定する。バリコンＶＣ４についても同様である。
【００３１】
インピーダンス自動調整装置２は、インピーダンス調整システムを制御するもので、パーソナルコンピュータなどからなる。インピーダンス自動調整装置２にはインピーダンス計測装置３が計測したダミーロード１のインピーダンスが入力され、インピーダンス自動調整装置２からダミーロード１にバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整する制御信号が出力される。インピーダンス自動調整装置２は、インピーダンス計測装置３より入力されたダミーロード１のインピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）と目標のインピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）（ユーザによって予め入力されている）とから評価値Ｅを算出し、算出した評価値Ｅを小さくするようにダミーロード１のバリコンＶＣ３，ＶＣ４のバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整することで、ダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する。
【００３２】
インピーダンス自動調整装置２が、ダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する方法を以下に説明する。
【００３３】
複数の計測値をそれぞれ目標値に近付ける方法として、各計測値とその目標値との差から算出された評価値を最小にするよう調整する方法が考えられる。本実施形態における評価値Ｅは、インピーダンス計測装置３により計測されたインピーダンスをＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）、目標とするインピーダンスをＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）とすると、下記式（２）を用いて算出される。
【００３４】
【数２】
2007336148.tif 000004
【００３５】
式（２）において、超過量とは目標値の許容範囲（目標値に達したと判断される数値の範囲で下限と上限を目標値に対しての百分率で±表示により表される。例えば、Ｒｏ±Ｎ％）からの逸脱量であり、例えば、Ｒｏの許容範囲を１００±１％とすると、許容範囲は９９〜１０１となり、Ｒ＝１００．５のときの超過量は０、Ｒ＝９７．８のときの超過量は１．２（＝９９−９７．８）となる。評価値Ｅは、計測値Ｒ，Ｘのそれぞれの目標値Ｒｏ，Ｘｏとの差の二乗と、計測値Ｒ，Ｘのそれぞれの超過量の二乗とに、評価用の重み付け係数ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ乗算して、乗算結果を加算し、その正の平方根として算出される。目標値Ｒ，Ｘのそれぞれの超過量の二乗の項はペナルティ項であり、重み付け係数ｃ，ｄを大きくすることで、計測値Ｒ，Ｘのどちらかが許容範囲内に収まっていない場合に評価値が大きくなるよう設定されている。例えば、本実施形態では、ａ，ｂは「１」、ｃ，ｄは「１０００」に設定されている。
【００３６】
なお、式（２）の評価値Ｅの最小値を求めるにあたり、本実施形態では黄金分割法を使用している。黄金分割法は、少ない探索回数で最小値を求めることができるので、最小値を求める演算処理を最適化することができる利点がある。しかしながら、黄金分割法は１次元の最適化しかできず、２つのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を調整する本実施形態のような２次元の最適化にそのまま利用することができない。そこで、本実施形態では、バリコンポジションＣ３，Ｃ４のうち一方を固定して他方を変化させ、仮想的に１次元の最適化に置き換えることで黄金分割法を適用可能にしている。すなわち、まず、バリコンポジションＣ３を固定してバリコンポジションＣ４を変化させ黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小になるよう調整し、次にバリコンポジションＣ４を固定してバリコンポジションＣ３を変化させ黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小になるよう調整する。以下、これを繰り返して評価値Ｅが最小となるバリコンポジションＣ３，Ｃ４が調整される。
【００３７】
バリコンポジションＣ３が固定されたとき、バリコンポジションＣ４の変化により主にＸが変化するがＲも変化し、同様に、バリコンポジションＣ４が固定されたとき、バリコンポジションＣ３の変化により主にＲが変化するがＸも変化する。なお、バリコンポジションＣ３またはＣ４の一方が固定され他方が変化するとき、式（２）の評価値Ｅは単峰性の関数となり、黄金分割法が適用できることが経験的に分かっている。
【００３８】
黄金分割法について図３を用いて説明する。黄金分割法は、ｆ（ｘ）が単峰性の関数（例えば二次関数など）のときに、ｘ１＜ｘ＜ｘ２の探索範囲でｆ（ｘ）の最小値（または、最大値）を求める探索方法である。図３は、黄金分割法を用いてｘ１からｘ２の区間にあるｆ（ｘ）の最小値を求める方法を説明するための図である。
【００３９】
図３（ａ）はｘ１からｘ２の区間をｒ：（１-ｒ）に内分する点ｘ３と（１-ｒ）：ｒに内分する点ｘ４および、ｘ３とｘ４における関数ｆ（ｘ）の値ｆ（ｘ３）、ｆ（ｘ４）を表している。図３（ａ）において、ｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）の大きさを比較する。例えば、ｆ（ｘ３）＞ｆ（ｘ４）の場合、ｆ（ｘ）を最小にするｘminはｘ３＜ｘ≦ｘ４に存在する場合（図３（ｃ）参照）とｘ４＜ｘ＜ｘ２に存在する場合（図３（ｄ）参照）とが考えられるが、少なくともｘ３＜ｘ＜ｘ２に存在する。よって、次はｘ３をｘ１としてｘ１＜ｘ＜ｘ２の探索範囲で同様に内分点ｘ３，ｘ４を求めｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）の大きさを比較する（図３（ｂ）参照）。なお、ｆ（ｘ３）＜ｆ（ｘ４）の場合はｆ（ｘ）を最小にするｘはｘ１＜ｘ＜ｘ４に存在するのでｘ４をｘ２とする。これを繰り返していくとｘの探索範囲が徐々に狭まっていき、ｘの探索範囲が十分狭くなった時点でｆ（ｘ３）≒ｆ（ｘ４）がｆ（ｘ）の最小値と考えることができる。
【００４０】
ここで、ｒ＝（３−√５）／２としておくとｒ：（１-ｒ）＝１：（１＋√５）／２（いわゆる黄金比）となる。よって、図３（ａ）のｘ３からｘ２の区間をｒ：（１-ｒ）に内分する点はｘ４となるので、図３（ｂ）のｘ３は図３（ａ）のｘ４となる。図３（ａ）において、ｘ３をｘ１にすることで、図３（ｂ）のように、次のｘの探索範囲ｘ１＜ｘ＜ｘ２が定まり、このｘ１からｘ２の区間をｒ：１-ｒに内分する点ｘ３、（１-ｒ）：ｒに内分する点ｘ４からｆ（ｘ３）とｆ（ｘ４）を算出するのだが、ｆ（ｘ３）は図３（ａ）で算出したｆ（ｘ４）を利用することができるので、算出にかかる時間を短縮することができる。
【００４１】
以上のように、本願発明のインピーダンス自動調整装置２は、ダミーロード１のバリコンポジションＣ３とＣ４のうちの一方を固定し、他方を一定の探索範囲内で、黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小となるように調整し、次に調整していた方を固定して、先の調整で固定していた方を一定の探索範囲内で、黄金分割法を用いて評価値Ｅが最小となるように調整する。これをインピーダンスＺが許容範囲に収まるまで繰り返してダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する。
【００４２】
次に、評価値Ｅの最小値を探索するバリコンポジションＣ３，Ｃ４の探索範囲について説明する。
【００４３】
バリコンポジションＣ３またはＣ４の探索範囲は、それぞれ前回の探索終了時点でのＣ３またはＣ４の値を中心に、所定の探索幅を加算した値が上限、減算した値が下限である範囲となる。すなわち、（ｎ−１）回目の探索終了時点でのＣ３の値をＣ３n-1、ｎ回目の探索幅をＲ３nとするとｎ回目の探索のＣ３の値Ｃ３nの探索範囲は、下記式（３）となる。
【００４４】
【数３】
2007336148.tif 000005
【００４５】
同様に（ｎ−１）回目の探索終了時点でのＣ４の値をＣ４n-1、ｎ回目の探索幅をＲ４nとするとｎ回目の探索のＣ４の値Ｃ４nの探索範囲は、下記式（４）となる。
【００４６】
【数４】
2007336148.tif 000006
【００４７】
バリコンポジションＣ３，Ｃ４の探索幅が固定されている場合、探索幅が広く固定されているときは所定の探索範囲になるまでの比較の回数が多くなるので、１回の探索にかかる時間が長くなり、探索幅が狭く固定されているときは一度の探索におけるバリコンポジションの調整量が少なく、最小値に達するまでの探索の回数が多くなる。よって、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解から離れているときに探索幅が狭く固定されていると、探索回数が多くなり探索効率が低下する。また、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解に近付いたときに探索幅が広く固定されていると、不必要な探索範囲の探索のために時間がかかり探索効率が低下する。よって、探索の効率を良くするためには、バリコンポジションＣ３，Ｃ４が解から離れているときは広く、解に近付いたときは狭く、探索幅が変動するようにする必要がある。
【００４８】
バリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているときは探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量は大きくなり、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解に近付くと探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量は小さくなる。よって、本実施形態では、探索開始時点から探索終了時点までのバリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量に比例して次回の探索幅を設定するようにしている。つまり、バリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量が大きいときは、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているので、次回の探索幅を広くし、バリコンポジションＣ３またはＣ４の変化量が小さいときは、バリコンポジションＣ３またはＣ４が解に近づいているので、次回の探索幅を狭くする。なお、探索幅が狭すぎる場合は探索回数が多くなりすぎて探索効率が低下し、探索幅が広すぎる場合は探索時間が長くなりすぎて探索効率が低下するので、探索幅には下限値と上限値が設定されている。また、最初の探索幅はバリコンポジションＣ３またはＣ４が解から離れているかどうか分からないので狭く設定される。
【００４９】
（ｎ−１）回目、（ｎ−２）回目の探索終了時点でのバリコンポジションＣ３の値をそれぞれＣ３n-1，Ｃ３n-2とすると（ｎ−１）回目のバリコンポジションＣ３の変化量は｜Ｃ３n-1−Ｃ３n-2｜となり、係数Ｖ３を乗じたものをｎ回目の探索幅Ｒ３nとする。Ｒ３nの上限値をＲ３max、下限値をＲ３minとすると、ｎ回目の探索幅は、下記式（５）となる。
【００５０】
【数５】
2007336148.tif 000007
【００５１】
同様に（ｎ−１）回目、（ｎ−２）回目の探索終了時点でのバリコンポジションＣ４の値をそれぞれＣ４n-1，Ｃ４n-2とすると（ｎ−１）回目のバリコンポジションＣ４の変化量は｜Ｃ４n-1−Ｃ４n-2｜となり、係数Ｖ４を乗じたものをｎ回目の探索幅Ｒ４nとする。Ｒ４nの上限値をＲ４max、下限値をＲ４minとすると、ｎ回目の探索幅は、下記式（６）となる。
【００５２】
【数６】
2007336148.tif 000008
【００５３】
本実施形態では、係数Ｖ３，Ｖ４は「２」として、探索幅を前回の変化量の２倍としている。
【００５４】
次に、探索におけるバリコンポジションＣ３，Ｃ４の初期値について説明する。
【００５５】
インピーダンス自動調整装置２は記憶装置を持ち、ダミーロード１に目標のインピーダンスＺｏを設定したときのバリコンポジションＣ３，Ｃ４を当該目標のインピーダンスＺｏに対応付けて記憶装置に記憶し、次にダミーロード１を当該目標のインピーダンスＺｏに調整するときは記憶装置に記憶されたバリコンポジションＣ３，Ｃ４を初期値として使用する。記憶されたバリコンポジションＣ３，Ｃ４は、ダミーロードの状態が変化しているので当該目標のインピーダンスＺｏの解に一致はしないが、解に近いのでバリコンポジションの調整にかかる時間が短くてすむ。
【００５６】
また、インピーダンス自動調整装置２の記憶装置には、あらかじめ各周波数におけるバリコンポジションＣ３，Ｃ４の離散値に対応するインピーダンスの計測値がデータベースとして格納されている（図４参照）。インピーダンス自動調整装置２は、ダミーロード１を過去に調整したことがないインピーダンスに調整する際には、任意の固定初期値か、このデータベースの値を初期値として使用する。固定初期値を使用するかデータベースの値を使用するかは、あらかじめ設定されている。
【００５７】
図４は、インピーダンス自動調整装置の記憶装置に格納されているデータベースを説明するための図である。このデータベースでは、使用する各周波数ごと（例えば、１３．５６ＭＨｚと２．０ＭＨｚ）に、バリコンポジションＣ３，Ｃ４をそれぞれ０から１０００まで１０ずつ増加させて計測されたダミーロード１のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値が、バリコンポジションＣ３，Ｃ４に対応付けされ設定されている。
【００５８】
このデータベースに設定されているデータからバリコンポジションＣ３，Ｃ４の初期値を選択する方法を説明する。まず、目標周波数に近い周波数（その周波数と目標周波数との差が最小のもの）のデータを抽出する。式（２）の評価値Ｅの算出式のＲ，Ｘに抽出されたデータを入力して最小となるＲ，Ｘに対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４を初期値とする。この初期値とするバリコンポジションＣ３，Ｃ４において評価値Ｅは最小となるので、データベースに設定されているバリコンポジションＣ３，Ｃ４の中で最も解に近く、バリコンポジションの調整にかかる時間が短くてすむ。
【００５９】
図２に戻って、インピーダンス計測装置３は、ダミーロード１の負荷インピーダンス値を計測するためのもので、ダミーロードの入力端１ａに接続されている。インピーダンス計測装置３は、いわゆるインピーダンスアナライザであり、ダミーロード１にかかる電圧とダミーロード１を流れる電流を直接的に計測してインピーダンス値を求める。インピーダンス計測装置３は、計測対象のインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘをそれぞれ算出し、インピーダンス自動調整装置２に出力する。
【００６０】
インピーダンス計測装置３は、あらかじめ設定された周波数範囲の設定された計測点をスイープして計測する。例えば、１２ＭＨｚから１３ＭＨｚの範囲を８０１点に分割した場合、インピーダンス計測装置３は、１２ＭＨｚから１．２５ｋＨｚ＝（（１３−１２）×１０００／８００）置きに周波数を変化させて、各周波数についてインピーダンス計測を行う。また、同範囲を１０１点で分割した場合、インピーダンス計測装置３は、１０ｋＨｚ＝（（１３−１２）×１０００／１００）毎に周波数を変化させて、各周波数についてインピーダンス計測を行う。
【００６１】
スイープする周波数範囲や計測点を変更する度に計測対象からプローブを外し手動で校正をやり直す必要があるので、再校正の手間を省くために、全ての負荷がフォローできるような広い周波数範囲が設定される。広い周波数範囲で精度を求めた探索をするためには計測点を多くとる必要があるが、冗長な計測を行うため、１回の計測時間が非常に長くなり、高速に多点を探索する黄金分割法のようなアルゴリズムには向いていない。そこで、本実施形態では探索を２段階にし、第１段階の広域探索では精度を要求せず、少ない計測点（本実施形態では１０１点）で高速におおまかな位置を探索し、第２段階で、設定できる最大の計測点（本実施形態では８０１点）を設定し、第１段階で探索した結果を初期値として詳細な探索を行うことにより、スイープ設定を固定にするときよりも高速かつ高精度の探索を行うようにしている。
【００６２】
図５に示すフローチャートは、インピーダンス自動調整装置２がダミーロード１のインピーダンスＺを目標のインピーダンスＺｏに調整する制御を示すものである。
【００６３】
まず、設定周波数Ｆ、目標のインピーダンスＺｏ（＝Ｒｏ＋ｊＸｏ）が入力され（Ｓ１）、バリコンポジションＣ３，Ｃ４と探索幅Ｒ３、Ｒ４が初期化され、探索回数カウンタｎが１に初期化される（Ｓ２）。過去にダミーロード１を目標のインピーダンスＺｏに調整したことがある場合は、インピーダンス自動調整装置２の記憶装置に記憶されている目標のインピーダンスＺｏに対応するバリコンポジションＣ３，Ｃ４が初期値として使用される。過去にダミーロード１を目標のインピーダンスＺｏに調整したことがない場合は、記憶装置に格納されているデータベースの値から選択された値か、任意の固定値が初期値として使用される。探索幅Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ下限値Ｒ３min、Ｒ４minが設定される。
【００６４】
次に、Ｃ４を固定して、黄金分割法を用いてＣ３の調整が行われる（Ｓ３〜５）。前回のＣ３の調整におけるＣ３の変化量に係数Ｖ３を乗じて、探索幅が算出され（Ｓ３）、探索範囲が決定される（Ｓ４）。前回、前々回のＣ３の値をそれぞれＣ３n-1，Ｃ３n-2とすると、ｎ回目の探索幅Ｒ３nは、
【数５】
2007336148.tif 000009
となり、ｎ回目の探索のＣ３の値Ｃ３nの探索範囲は、
【数３】
2007336148.tif 000010
となる。この探索範囲内で黄金分割法を用いてＣ３を変化させ、インピーダンス計測装置３が計測したインピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）により評価値Ｅ（式（２）参照）が算出され、評価値Ｅを最小とするＣ３と、そのとき計測されたインピーダンスＺが求められる（Ｓ５）。なお、Ｃ３0，Ｒ３0はステップＳ２でそれぞれ初期化されたＣ３、Ｒ３の値となる。
【００６５】
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であるか否かが判別され（Ｓ６）、許容範囲内でなければ（Ｓ６：ＮＯ）、Ｃ３を固定して、黄金分割法を用いてＣ４の調整が行われる（Ｓ７〜９）。前回のＣ４の調整におけるＣ４の変化量に係数Ｖ４を乗じて、探索幅が算出され（Ｓ７）、探索範囲が決定される（Ｓ７）。前回、前々回のＣ４の値をそれぞれＣ４n-1，Ｃ４n-2とすると、ｎ回目の探索幅をＲ４nは、
【数６】
2007336148.tif 000011
となり、ｎ回目の探索のＣ４の値Ｃ４nの探索範囲は、
【数４】
2007336148.tif 000012
となる。この探索範囲内で黄金分割法を用いてＣ４を変化させ、インピーダンス計測装置３が計測したインピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）により評価値Ｅ（式（２）参照）が算出され、評価値Ｅを最小とするＣ４と、そのとき計測されたインピーダンスＺが求められる（Ｓ９）。なお、Ｃ４0，Ｒ４0はステップＳ２でそれぞれ初期化されたＣ４、Ｒ４の値となる。
【００６６】
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であるか否かが判別され（Ｓ１０）、許容範囲内でなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、計算時間が規定値を超えたか否かが判別される（Ｓ１１）。超えていなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、探索回数カウンタｎが１増加されて（Ｓ１２）、ステップＳ３に戻り、Ｃ３の調整が行われる。超えていれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、解が見つからなかったものとして制御が終了される。
【００６７】
求められたインピーダンスＺが許容範囲内であれば（Ｓ６またはＳ１０：ＹＥＳ）、ダミーロード１が目標のインピーダンスＺｏに調整されたので、制御が終了される。
【００６８】
以上のように、上記実施形態に係るインピーダンス自動調整装置は、ダミーロードの２つのバリコンポジションを自動調整して、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定することができるので、ダミーロードのインピーダンス調整にかかっていた時間を短縮することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、ダミーロードに負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定するためのインピーダンス自動調整装置について説明したが、本願発明はこれに限らず、複数の調整手段を変化させて計測値を目標値に自動調整するための様々のものに応用できる。
【００７０】
図６は、可変周波数電源装置に接続された固定整合装置によりインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチングシステムを説明するための図である。インピーダンスマッチングシステムは、ダミーロード１、可変周波数電源装置４、電力計５、固定整合装置６、インピーダンスマッチング制御装置７で構成されている。このインピーダンスマッチングシステムにおいて、可変周波数電源装置４と固定整合装置６の制御を行うインピーダンスマッチング制御装置７に本願発明が利用されている。
【００７１】
可変周波数電源装置４は、出力電力の周波数を変化させることができる高周波電源装置であり、出力電力の周波数はインピーダンスマッチング制御装置７により制御される。電力計５は、可変周波数電源装置４から供給される進行波電力と可変周波数電源装置４に反射される反射波電力を計測し出力する。固定整合装置６は、負荷のインピーダンス変動に追従して可変周波数電源装置４と負荷のインピーダンスを整合させるもので、インピーダンスマッチング制御装置７により制御される。インピーダンスマッチング制御装置７は、本願発明を利用して、電力計５から入力される進行波電力と反射波電力から反射係数（＝反射波電力／進行波電力）を算出し、予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を最小とするように、固定整合装置６のバリコンと可変周波数電源装置４の出力周波数とを自動調整する。
【００７２】
インピーダンスマッチング制御装置７は、ダミーロード１の２つのバリコンＶＣ３，ＶＣ４を調整してダミーロード１に負荷インピーダンスＺLの変化範囲に含まれる各インピーダンス値を設定する。インピーダンスマッチング制御装置７は、電力計５から入力される進行波電力と反射波電力から反射係数（＝反射波電力／進行波電力）を算出し、予め設定された反射係数の目標値との誤差を評価する誤差評価値を最小とするように、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数を調整する。すなわち、本実施形態における進行波電力と反射波電力、反射係数の誤差評価値、固定整合装置６のバリコンポジション、可変周波数電源装置４の出力周波数が、上記実施形態におけるインピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値、評価値Ｅ、バリコンポジションＣ３，Ｃ４に相当し、インピーダンスマッチング制御装置７は、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数の一方を固定して、他方を黄金分割法を用いて反射係数の誤差評価値が最小となるように調整する。この調整を反射係数が許容範囲に収まるまで交互に繰り返して、固定整合装置６のバリコンポジションと可変周波数電源装置４の出力周波数を調整する。なお、可変周波数電源装置はインピーダンスの自動整合を行うので、自動整合を行ったときの出力周波数を初期値として使用する。固定整合装置６のバリコンポジションの初期値は、任意の固定値を使用する。
【００７３】
なお、図６において、可変周波数電源装置４の出力周波数が変化すると、ダミーロード１のインピーダンスも変化する。ダミーロード１のインピーダンスを変化させたくない場合、インピーダンスマッチング制御装置７は、可変周波数電源装置４の出力周波数は変化させずに、可変周波数電源装置４自身のインピーダンス自動整合機能を利用し、固定整合装置６のバリコンポジションのみを変化させる。また、図６において、可変周波数電源装置４の変わりに出力電力の周波数が変化しない高周波電源装置を用いる場合は、固定整合装置６の代わりにインピーダンス整合装置を用いて、２つのバリコンを自動調整する。
【００７４】
また、上記実施形態では、自動調整装置は、２つの調整値（バリコンポジション）を変化させて、２つの計測値（インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの実部Ｒと虚部Ｘの値）を目標値に自動調整したが、調整値が３つ以上あってもよいし、計測値が３つ以上あってもよい。計測値が３つ以上の場合、自動調整装置はそれらの計測値を用いて評価値を算出する。また、調整値が３つ以上の場合、自動調整装置は１つの調整値以外を固定して、固定されていない調整値を、評価値が最小となる様に調整する。これを各調整値において順に繰り返し、各計測値がそれぞれ所定の範囲に収まるまで繰り返す。
【００７５】
なお、上記実施形態では、評価値を算出する算出式が評価値が最小のときもっとも評価されるような算出式であったので評価値を最小にするよう自動調整が行われたが、評価値を算出する算出式が評価値が最大のときもっとも評価されるような算出式であった場合は、評価値を最大にするよう自動調整が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】スミスチャートにおけるインピーダンス調整を説明するための図である。
【図２】本願発明に係るインピーダンス自動調整装置を用いてダミーロードのインピーダンス調整を行うためのインピーダンス調整システムの一例を示す図である。
【図３】黄金分割法について説明するための図である。
【図４】インピーダンス自動調整装置の記憶装置に格納されているデータベースを説明するための図である。
【図５】インピーダンス自動調整装置がダミーロードのインピーダンスを目標のインピーダンスに調整する制御を示すフローチャートである。
【図６】可変周波数電源装置に接続されたインピーダンス整合装置によりインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチングシステムを説明するための図である。
【図７】一般的なプラズマ処理システムの構成を示す図である。
【図８】ダミーロードを用いて、インピーダンス整合装置の整合動作を検証するためのシステムである。
【符号の説明】
【００７７】
１  ダミーロード（装置）
１１  制御部（駆動制御手段）
ＶＣ３  バリコン（回路素子）
ＶＣ４  バリコン（回路素子）
２  インピーダンス自動調整装置（電気特性調整装置）
２１  ＣＰＵ（特性値入手手段、特性値変化手段、回路素子調整手段，調整制御手段、範囲設定手段）
３  インピーダンス計測装置（計測装置）
４  可変周波数電源装置
５  電力計（計測装置）
６  インピーダンス整合装置（装置）
７  インピーダンスマッチング制御装置（電気特性調整装置）
１０  高周波電源装置
２０  インピーダンス整合装置
３０  プラズマ処理装置
４０  ダミーロード
【図１】
2007336148.tif 000014
【図２】
2007336148.tif 000015
【図３】
2007336148.tif 000016
【図４】
2007336148.tif 000017
【図５】
2007336148.tif 000018
【図６】
2007336148.tif 000019
【図７】
2007336148.tif 000020
【図８】
2007336148.tif 000021