JP2006166412A - インピーダンス整合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】精度よくインピーダンス整合を行うことのできるインピーダンス整合装置を提供する。
【解決手段】本発明のインピーダンス整合装置３は、高周波電源１と負荷５との間に設けられ、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のインピーダンスを変化させることにより、高周波電源１と負荷５とのインピーダンスを整合させるためのものであって、入力端３ａにおける進行波の電圧Ｖｆｉ及び反射波の電圧Ｖｒｉと、予め測定することによって取得された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の可変値に関する情報と、この情報に対応するインピーダンス整合装置３のＴパラメータとに基づいて、出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏ並びに入力端３ａにおける入力反射係数Гｉを算出する。そして、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の可変値に対する入力反射係数の絶対値｜Гｉ｜のうち、最小の値を選定し、これに基づいて、インピーダンスを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波電源と負荷との間に介装されて高周波電源のインピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合装置に関するものである。
半導体やフラットパネルディスプレイ等を製造する際のプロセスのうち最も重要なプロセスの一つとして、プラズマプロセスがある。このプラズマプロセスに用いるプラズマプロセスチェンバーには、プラズマを生成するためのエネルギー源として直流電圧やマイクロ波電圧を印加するタイプのものも一部には存在するが、多くのプラズマプロセスチェンバーでは、例えば１００ｋＨｚ〜３００ＭＨｚの無線周波帯域の高周波電圧を印加する。
無線周波帯域の高周波電圧を用いるプラズマプロセスチェンバーにおいては、高周波電源のインピーダンスと、負荷としてのプラズマプロセスチェンバーのインピーダンスとを整合させることにより、負荷から高周波電源への反射電力を最小にして負荷への供給電力を最大にするために、高周波電源と負荷との間にインピーダンス整合装置が介装される。図１０は、特許文献１に記載された、インピーダンス整合装置を用いたシステムの構成を示す図である。
特開平５−６３６０４号公報
上記公報に開示されたインピーダンス整合装置には、その入力側に高周波電源３１が接続され、その出力側に負荷３２が接続されている。インピーダンス整合装置には、入力側検出器３４と、インダクタＬ２，Ｌ３及びインピーダンス可変素子としての可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４からなる整合回路とが設けられている。入力側検出器３４は、無線周波帯域の高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ、及び高周波電圧Ｖと高周波電流Ｉとの位相差θを検出するものであり、検出された高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ及びそれらの位相差θは、インピーダンス整合回路３３とは別途設けられたＡ／Ｄコンバータ３５を介してコンピュータ３６に入力される。
コンピュータ３６は、入力側検出器３４からの検出結果（高周波電圧Ｖ，高周波電流Ｉ，位相差θ）に基づいて、インピーダンス整合回路３３の入力インピーダンスＺｉ、すなわちインピーダンス整合回路３３の入力端３３ａから負荷３２側を見たインピーダンスＺｉを演算する。
可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４は、コンピュータ３６から出力される制御信号が駆動電圧供給手段３７に送られることにより、モータＭが駆動し、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４に設けられた調整部（図略）が制御され、そのキャパシタンスの値が調整可能となっている。コンピュータ３６は、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置を検出することにより、インピーダンス可変素子としての可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のインピーダンスＺｃ３，Ｚｃ４を演算する。
また、コンピュータ３６は、入力インピーダンスＺｉと、インピーダンス可変素子のインピーダンスＺｃ３，Ｚｃ４とに基づいて、インピーダンス整合回路３３の出力端子から負荷３２側を見た負荷回路側インピーダンスＺｏを演算する。
そして、コンピュータ３６は、算出された負荷回路側インピーダンスＺｏに基づいて、入力インピーダンスＺｉが高周波電源３１側の出力インピーダンスＺｐ（例えば５０Ω）に一致するように、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置を変化させ、高周波電源３１と負荷３２とのインピーダンスを整合させている。
上記公報に開示されたインピーダンス整合回路３３では、入力側検出器３４で検出された高周波電圧Ｖ、高周波電流Ｉ及びそれらの位相差θから求められた入力インピーダンスＺｉと、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置に基づいてコンピュータ３６で検出された当該可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４のインピーダンスＺｃ３，Ｚｃ４とに基づいて、負荷回路側インピーダンスＺｏを取得し、整合させるべき可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の調整位置を求めている。
しかしながら、取り扱う周波数が高周波の場合には、インピーダンス整合回路３３の整合回路として機能する回路素子は可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４及びインダクタＬ２，Ｌ３だけでなく、これらの部品とケースとの間の浮遊容量や、これらの部品同士を接続するための銅板あるいは導波管等の部品のインダクタンス成分も含まれ、これらのインピーダンス成分のインピーダンス整合動作への影響が無視できなくなる。
上記公報に開示されたインピーダンス整合回路３３のインピーダンス制御方法は、整合回路を可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４及びインダクタＬ２，Ｌ３だけで構成される回路とし、可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４の現時点の調整位置におけるインピーダンス値Ｚｃ３，Ｚｃ４とインダクタＬ２，Ｌ３のインピーダンス値Ｚｌ３，Ｚｌ４とから現時点の調整位置における整合回路の整合特性を求める方法であるため、上記の浮遊容量等の目に見えないインピーダンス成分が整合回路に含まれておらず、整合回路の実際の整合動作を把握してインピーダンス制御を行うものとはなっていない。このため、特に高周波領域においては、整合精度が低下するといった問題点があった。
また、浮遊容量等のインピーダンス成分は、インピーダンス整合回路３３のケースの形状やインピーダンス整合回路３３内の可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４及びインダクタＬ２，Ｌ３のその他の部品や配線の配置関係等で容易に変化し、整合回路を構成する可変キャパシタＶＣ３，ＶＣ４及びインダクタＬ２，Ｌ３が同一であっても、浮遊容量等のインピーダンス成分を含む整合回路は内部構造の異なる装置毎に異なるものとなるから、装置毎に整合精度が異なってくるという問題もある。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、精度よくインピーダンス整合を行うことのできるインピーダンス整合装置を提供することを、その課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第１の側面によって提供されるインピーダンス整合装置は、高周波電源と負荷との間に設けられ、インピーダンス可変素子のインピーダンスを変化させることにより、前記高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合装置であって、前記インピーダンス整合装置の入力端における、前記高周波電源から前記負荷側に進行する進行波に関する情報及び前記負荷から前記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する高周波情報検出手段と、前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を検出する可変素子情報検出手段と、予め測定することによって取得された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の特性パラメータを前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第１記憶手段と、前記可変素子情報検出手段によって検出された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された前記特性パラメータと、前記高周波情報検出手段によって検出された進行波に関する情報及び反射波に関する情報とに基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された複数の前記特性パラメータとに基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の入力端における入力反射係数を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段によって算出された複数の入力反射係数をインピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第２記憶手段と、前記第２記憶手段に記憶された複数の入力反射係数のうち、予め設定された所望の目標入力反射係数に最も近似する入力反射係数を選定し、選定した入力反射係数に対応する前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を特定する第１特定手段と、前記第１特定手段によって特定された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に基づいて、前記インピーダンス可変素子のインピーダンスを調整する調整手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１）。
本発明によれば、インピーダンスを整合させるとき、例えば特性パラメータとしてＳパラメータやＴパラメータを用いているので、従来のように入力インピーダンス、インピーダンス可変素子のインピーダンス、及び負荷回路側のインピーダンスに基づいてインピーダンスを整合させる構成に比べ、インピーダンス整合装置内部の浮遊容量やインダクタンス成分等を含んだ上で、より精度よくインピーダンス整合を行うことができる。
好ましい実施の形態によれば、前記第２算出手段は、前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された複数の前記特性パラメータとに基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の入力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出し、この算出された前記インピーダンス整合装置の入力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報に基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する入力反射係数を算出するとよい（請求項２）。
本発明の第２の側面によって提供されるインピーダンス整合装置は、高周波電源と負荷との間に設けられ、インピーダンス可変素子のインピーダンスを変化させることにより、前記高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合装置であって、前記インピーダンス整合装置の入力端における、前記高周波電源から前記負荷側に進行する進行波に関する情報及び前記負荷から前記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する高周波情報検出手段と、前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を検出する可変素子情報検出手段と、予め測定することによって取得された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の特性パラメータを前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第１記憶手段と、前記可変素子情報検出手段によって検出された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された前記特性パラメータと、前記高周波情報検出手段によって検出された進行波に関する情報及び反射波に関する情報とに基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報に基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数を算出する第３算出手段と、予め設定された所望の目標入力反射係数と、前記第１記憶手段に記憶された複数の特性パラメータとに基づいて、前記第１記憶手段に記憶された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数を算出する第４算出手段と、前記第４算出手段によって算出された複数の反射係数を前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第３記憶手段と、前記第３記憶手段に記憶された複数の反射係数のうち、前記第３算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数に最も近似する反射係数を選定し、選定した反射係数に対応する前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を特定する第２特定手段と、前記第２特定手段によって特定された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に基づいて、前記インピーダンス可変素子のインピーダンスを調整する調整手段と、を備えたことを特徴としている（請求項３）。
好ましい実施の形態によれば、前記所望の目標入力反射係数を設定する設定手段がさらに設けられるとよい（請求項４）。
他の好ましい実施の形態によれば、前記特性パラメータは、Ｓパラメータ、又はこのＳパラメータから変換されることによって取得されたＴパラメータであるとよい（請求項５）。
本発明のその他の特徴及び利点は、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。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置が適用される高周波電力供給システムの構成及びインピーダンス整合装置の回路ブロックを示す図である。
このシステムは、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物に対して高周波を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。このシステムは、高周波電源１、伝送線路２、インピーダンス整合装置３、負荷接続部４及びプラズマ処理装置（プラズマプロセスチャンバー）からなる負荷５によって構成されている。
高周波電源１は、負荷５に対して所定の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚや２００ＭＨｚ）を有する高周波電力を供給するための装置である。高周波電源１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路２を介してインピーダンス整合装置３が接続され、インピーダンス整合装置３には、例えば電磁波の漏れを抑制するために、遮蔽された銅板からなる負荷接続部４が接続され、負荷接続部４には、負荷５が接続されている。
負荷５は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物をエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するためのプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置では、被加工物の加工目的に応じて各種の加工プロセスが実行される。例えば、被加工物に対してエッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、高周波電力の供給電力値、及び高周波電力の供給時間等が適切に設定された加工プロセスが行われる。プラズマ処理装置では、被加工物が配置される容器（図略）内にプラズマ放電用ガスを導入し、そのプラズマ放電用ガスを放電させて非プラズマ状態からプラズマ状態にしている。そして、プラズマ状態になったガスを用いて被加工物を加工している。
インピーダンス整合装置３は、その入力端３ａに接続される高周波電源１と出力端３ｂに接続される負荷５とのインピーダンスを整合させるものである。より具体的には、例えば入力端３ａから高周波電源１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が５０Ωに設計され、高周波電源１が特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合装置３の入力端３ａに接続されているとすると、インピーダンス整合装置３は、当該インピーダンス整合装置３の入力端３ａから負荷５側を見たインピーダンスを可及的に５０Ωに自動調整する。なお、本実施例では特性インピーダンスを５０Ωとしているが、特性インピーダンスは５０Ωに限定されるものではない。
インピーダンス整合装置３は、方向性結合器６、制御部９、インダクタＬ１、及びインピーダンス可変素子としての可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２を備えている。これらインダクタＬ１及び可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２によって整合回路が構成されている。
方向性結合器６は、高周波電源１から負荷５側に進行する高周波（以下、進行波という。）と負荷５側から反射してくる高周波（以下、反射波という。）とを分離して検出するものである。方向性結合器６は、例えば１個の入力ポート６ａと３個の出力ポート６ｂ，６ｃ，６ｄを有し、入力ポート６ａには高周波電源１が接続され、第１出力ポート６ｂには可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が接続されている。また、第２出力ポート６ｃ及び第３出力ポート６ｄは、制御部９に接続されている。なお、方向性結合器６は、本願の高周波情報検出手段の一部として機能する。
入力ポート６ａから入力される進行波は、第１出力ポート６ｂから出力され、第１出力ポート６ｂから入力される反射波は、入力ポート６ａから出力される。また、進行波は、適切なレベルまで減衰されて検出され、第２出力ポート６ｃから出力される。また、反射波は、適切なレベルまで減衰されて検出され、第３出力ポート６ｄから出力される。
なお、方向性結合器６に代えて、入力側検出器が用いられてもよい。入力側検出器は、例えば高周波電源１から入力端３ａに入力される高周波電圧、高周波電流、及びそれらの位相差を検出するものである。入力側検出器により検出された高周波電圧、高周波電流及び位相差は、制御部９に入力される。
制御部９は、このインピーダンス整合装置３の制御中枢となるものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を有している。制御部９は、方向性結合器６の出力等に基づいて、後述するように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２を変化させて、インピーダンス整合装置３の自動整合動作を制御するものである。
制御部９は、高周波電源１と負荷５とのインピーダンスマッチングを取るために、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２に制御信号を出力する。可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、制御部９から送られる制御信号に基づいて対向電極（図略）の面積を変化させ、それぞれのキャパシタンスＣ１，Ｃ２を可変させるものである。具体的には、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２には、キャパシタンスＣ１，Ｃ２を変更するための調整部１１，１２がそれぞれ設けられている。調整部１１，１２は、上記対向電極の駆動部材としてステッピングモータやモータ駆動回路（いずれも図略）によって構成され、制御部９は、そのステッピングモータの回転量を制御することにより、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２を変更する。本実施形態では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２は、それぞれ例えば１０００段階にステップ状に可変になっている。なお、調整部１１，１２は、本願の調整手段として機能する。
可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２には、調整部１１，１２によって変更される調整位置を検出するための位置検出部１３，１４が設けられている。位置検出部１３，１４によって検出された可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報は、制御部９に送られ、制御部９において認識されるようになっている。
なお、位置検出部１３，１４は、本願の可変素子情報検出手段として機能する。また、本願のインピーダンス可変素子の可変値に関する情報とは、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２等のインピーダンス可変素子の可変値を特定することができるものであればよい。例えば、本実施形態では、ステッピングモータの位置情報をインピーダンス可変素子の可変値としているが、これに限定されるものではなく、サーボモータ等の他の方式のモータを用いて、その位置情報をインピーダンス可変素子の可変値としてもよい。また、その位置情報は、ステッピングモータのように、ステップ数で表されるものであってもよいし、パルス数や電圧等の他の形式で表されるものであってもよい。このように、インピーダンス可変素子の可変値に関する情報とは、インピーダンス可変素子の可変値を直接的または間接的に特定することができる情報である。
制御部９には、ＥＥＰＲＯＭ１５が接続されており、このＥＥＰＲＯＭ１５には、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置におけるインピーダンス整合装置３のＳパラメータ（Scattering Parameter）のデータが記憶される。可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置におけるＳパラメータのデータは、後述するように、予め製品出荷前に例えば工場内で測定されて記憶されるものである。なお、これらのデータは、ＥＥＰＲＯＭ１５に代えてフラッシュメモリ等の他の不揮発性メモリに記憶させるようにしてもよい。なお、ＥＥＰＲＯＭ１５は、本願の第１記憶手段として機能する。
ここで、Ｓパラメータとは、周知のように、所定の４端子回路網の入力端子及び出力端子に特性インピーダンス（例えば５０Ω）の線路を接続した高周波信号を入力したときの４端子回路網における伝送特性を示したものであり、数式１に示すように、入力側の電圧反射係数（Ｓ11）、順方向電圧の伝達係数（Ｓ21）、逆方向電圧の伝達係数（Ｓ12）、出力側の電圧反射係数（Ｓ22）の各パラメータから構成される行列で表されるものである。本実施形態では、インピーダンス整合装置３を４端子回路網として扱って、インピーダンス整合装置３におけるＳパラメータを算出するようにしている。
Figure 2006166412
ＥＥＰＲＯＭ１５には、上記のＳパラメータが、図２に示すように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置ごとに記憶される。同図によると、Ｓパラメータは、「ＳＸＹ（Ｘ＝０，１，‥，９９９、Ｙ＝０，１，‥，９９９）」で表され、例えば可変キャパシタＶＣ１の調整位置が「０」の位置であって、可変キャパシタＶＣ２の調整位置が「０」の位置である場合には、Ｓパラメータは「Ｓ００」である。このデータ「Ｓ００」は、数式１に示したように、入力側の電圧反射係数（Ｓ11）、順方向電圧の伝達係数（Ｓ21）、逆方向電圧の伝達係数（Ｓ12）、出力側の電圧反射係数（Ｓ22）の各パラメータから構成される。各パラメータの値は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置ごとに固有の値を有している。
制御部９は、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶されたＳパラメータから変換されたＴパラメータ（Transmission Parameter）と方向性結合器６の出力（詳細には、後述するベクトル化部２０にてベクトル情報としたもの）とに基づいて、インピーダンス整合装置３の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏと反射波の電圧Ｖｒｏとを算出し、これら出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏと反射波の電圧Ｖｒｏとに基づいて、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置の組み合わせについての、入力端３ａにおける入力反射係数Гｉの絶対値｜Гｉ｜を算出し、入力反射係数Гｉの絶対値｜Гｉ｜のうち、最小の入力反射係数Гｉの絶対値｜Гｉ｜を選定し、最小の入力反射係数Гｉの絶対値｜Гｉ｜に基づいて可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置を決定する。この制御の詳細は、後述する。
図３は、インピーダンス整合装置３のＳパラメータのデータを取得するための測定回路の構成を示す図である。この測定回路の構成は、予め製品出荷前に例えば工場内で組み上げられるものである。
この図によると、インピーダンス整合装置３のＳパラメータのデータは、例えば入出力インピーダンスが５０Ωのネットワークアナライザ２１を用いて取得される。すなわち、インピーダンス整合装置３の入力端３ａに、ネットワークアナライザ２１の第１入出力端子２１ａが接続され、インピーダンス整合装置３の出力端３ｂに、ネットワークアナライザ２１の第２入出力端子２１ｂが接続される。また、インピーダンス整合装置３の制御部９に、ネットワークアナライザ２１の制御端子２１ｃが接続される。
この測定回路では、以下の手順でＳパラメータのデータが取得される。
可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、上述したように多段階に調整可能になされており、インピーダンス整合装置３のＳパラメータは、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置をそれぞれ１段ずつ変化させながらネットワークアナライザ２１において取得される。
具体的には、まず、制御部９により可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置が例えば（０，０）に設定される。次いで、ネットワークアナライザ２１の第１入出力端子２１ａから、例えば１３．５６ＭＨｚや２００ＭＨｚ等の高周波がインピーダンス整合装置３の入力端３ａに入力される。なお、この高周波の周波数は、高周波電力供給システムにおいて高周波電源１から負荷５に供給される高周波電力の周波数である。
ネットワークアナライザ２１から出力された高周波（入射波）は、インピーダンス整合装置３の入力端３ａで一部は反射し、第１入出力端子２１ａからネットワークアナライザ２１に入力され、残りはインピーダンス整合装置３内を透過し、出力端３ｂから出力されて第２入出力端子２１ｂからネットワークアナライザ２１に入力される。
そして、反射波及び透過波は、ネットワークアナライザ２１の内部でそれぞれ検出され、入射波、反射波及び透過波を用いてＳパラメータのうち、入力側の電圧反射係数（Ｓ11）、順方向電圧の伝達係数（Ｓ21）が測定される。すなわち、入射波、反射波及び透過波をそれぞれａ１，ｂ１，ｂ２とすると、Ｓ11＝ｂ１／ａ１、Ｓ21＝ｂ２／ａ１の演算処理を行うことにより、電圧反射係数（Ｓ11）、順方向電圧の伝達係数（Ｓ21）が測定される。
次に、ネットワークアナライザ２１の第２入出力端子２１ｂから同一の高周波がインピーダンス整合装置３の出力端３ｂに入力される。ネットワークアナライザ２１から出力された高周波（入射波）は、インピーダンス整合装置３の出力端３ｂで一部は反射し、第２入出力端子２１ｂからネットワークアナライザ２１に入力され、残りはインピーダンス整合装置３内を透過し、入力端３ａから出力されて第１入出力端子２１ａからネットワークアナライザ２１に入力される。
そして、反射波及び透過波は、ネットワークアナライザ２１の内部でそれぞれ検出され、入射波、反射波及び透過波を用いてＳパラメータのうち、逆方向電圧の伝達係数（Ｓ12）、出力側の電圧反射係数（Ｓ22）が測定される。すなわち、入射波、反射波及び透過波をそれぞれａ２，ｂ２，ｂ１とすると、Ｓ12＝ｂ１／ａ２、Ｓ22＝ｂ２／ａ２の演算処理を行うことにより、電圧反射係数（Ｓ12）、順方向電圧の伝達係数（Ｓ22）が測定される。
その後、制御部９により可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置が１段ずつ変更され、その変更された調整位置におけるＳパラメータが同様の方法でそれぞれ測定される。
ネットワークアナライザ２１は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置とＳパラメータとを１組とする多数組のデータを制御部９に出力し、制御部９は、それらのデータをＥＥＰＲＯＭ１５に順次格納する。そのために、ＥＥＰＲＯＭ１５には、図２に示したように、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置とＳパラメータとを対応関係を持たせて記憶させることができる。なお、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２を可変させるためのステッピングモータの位置情報に代えて、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２をＳパラメータとともにＥＥＰＲＯＭ１５に記憶させてもよい。また、ステッピングモータに代えてサーボモータ等を使用する場合は、そのサーボモータ等の位置情報とＳパラメータとを対応関係を持たせてＥＥＰＲＯＭ１５に記憶させてもよい。
データの収集数は、最大で、インピーダンス整合装置３に設けられたインピーダンス可変素子、すなわち可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整範囲の全組み合わせ数になる。本実施形態では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各可変数が１０００個であるから、１００万組（１０００×１０００組）のデータが取得される。なお、測定周波数が２以上ある場合は、各周波数について１００万組のデータが取得される。
なお、Ｓパラメータのデータは、ネットワークアナライザ２１のモニタ（図略）やインピーダンス整合装置３の外部に設けられたディスプレイやプリンタ（いずれも図略）等に出力するようにされてもよい。もちろん、アナログ信号の形式で波形表示機能を有する外部の各種装置（図略）に出力してもよいし、シリアル通信等を用いて外部の情報処理装置（図略）等に出力してもよい。
このようにして、インピーダンス整合装置３のＳパラメータが取得されると、インピーダンス整合装置３は、例えば工場から出荷され、図１に示したような接続状態で高周波電力供給システムに組み込まれ、現地において実際に使用される。
次に、高周波電力供給システムとして実際に使用されるインピーダンス整合装置３の動作を、図４に示す制御部９の機能ブロック図、及び図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、制御部９は、機能の観点から、図４に示すように、ベクトル化部２０、進行波反射波算出部２２、第１Ｔパラメータ参照部２３、仮想入力反射係数算出部２４、最小反射係数特定部２５、第２Ｔパラメータ参照部２６、及びメモリ２７によって構成される。
また、進行波反射波算出部２２及び第１Ｔパラメータ参照部２３で構成される部分が本願の第１算出手段として、仮想入力反射係数算出部２４及び第２Ｔパラメータ参照部２６で構成される部分が第２算出手段として、最小反射係数特定部２５は第１特定手段として、メモリ２７は第２記憶手段としてそれぞれ機能する。また、ベクトル化部２０は、高周波情報検出手段の一部として機能する（前述したように、方向性結合器６も、本願の高周波情報検出手段の一部として機能している。すなわち、方向性結合器６およびベクトル化部２０によって構成される部分が、高周波情報検出手段として機能する）。
高周波電源１によって高周波が供給されると、方向性結合器６によって進行波及び反射波が分離されて検出され、出力される。ベクトル化部２０では、方向性結合器６の出力を入力し、入力信号を所定の間隔でサンプリングして、進行波の大きさ及び位相情報を含むベクトル情報として進行波の電圧Ｖｆｉ及び反射波の電圧Ｖｒｉとする（Ｓ０）。なお、方向性結合器６の出力をディジタル情報に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ（図略）が設けられている。
また、方向性結合器６等に代えて入力側検出器を用いる場合も、入力側検出器の出力をディジタル情報に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ（図略）が設けられており、周知の方法によって、入力側検出器から入力された情報に基づいて、進行波の電圧Ｖｆｉ及び反射波の電圧Ｖｒｉが求められる。
次いで、ベクトル化部２０から現時点における進行波の電圧Ｖｆｉ及び反射波の電圧Ｖｒｉが出力され、それらは進行波反射波算出部２２（図４参照）に入力される（Ｓ１）。
一方、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置検出部１３，１４では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の現時点における調整位置が検出され、それらの位置情報は、第１Ｔパラメータ参照部２３に入力される（Ｓ２）。
第１Ｔパラメータ参照部２３では、位置検出部１３，１４から可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の現時点における位置情報が入力されているため、当該位置情報に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１５に格納されている、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置の組み合わせごとのＳパラメータ（図２参照）のデータのうち、位置検出部１３，１４から出力された現時点の位置情報（調整位置）に対応させて記憶したＳパラメータを読み出し（Ｓ３）、その読み出したＳパラメータをＴパラメータに変換する（Ｓ４）。この変換したＴパラメータは、進行波反射波算出部２２に送られる。
なお、第１Ｔパラメータ参照部２３における処理に換えて、後述する第２Ｔパラメータ参照部２６における各ＳパラメータのデータからＴパラメータへの変換処理を先に行い、変換したＴパラメータの中から、現時点の位置情報（調整位置）に対応したＴパラメータを選定し、選定したＴパラメータを出力するようにしてもよい。また、Ｔパラメータは、数式２に示すような行列式を用いてＳパラメータから変換可能であり、第１Ｔパラメータ参照部２３では、数式２に基づく演算が行われる。一般に、４端子回路網においては、その伝送特性を測定するときにはＳパラメータを用いるのが簡便とされ、演算を行うときにはＴパラメータを用いるのが簡便とされている。そのため、本実施形態では、Ｓパラメータを変換して演算が簡便なＴパラメータを用いるようにしている。
Figure 2006166412
なお、Ｔパラメータは、例えば製品出荷前にインピーダンス整合装置３のＳパラメータが測定されるときに変換された上で、ＥＥＰＲＯＭ１５に予め格納されていてもよい。この場合、第１Ｔパラメータ参照部２３では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の現時点における位置情報に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１５に格納されている、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置に対応するＴパラメータを読み出し、その読み出したＴパラメータを進行波反射波算出部２２に送る。
進行波反射波算出部２２では、ステップＳ１において現時点における入力端３ａの進行波の電圧Ｖｆｉ及び反射波の電圧Ｖｒｉが入力されており、それらと、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の現時点の調整位置におけるＴパラメータのデータとに基づいて、出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏが算出される（Ｓ５）。この場合、下記に示す数式３によって現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏが算出される。なお、現時点の出力端３ｂにおける反射波の電圧Ｖｒｏを進行波の電圧Ｖｆｏで除算すると、負荷反射係数Гｏを算出することができる。
Figure 2006166412
ここで、Ｔ11′，Ｔ21′，Ｔ12′，Ｔ22′は、現時点の可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置におけるＴパラメータの各パラメータである。
現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏは、仮想入力反射係数算出部２４に出力される。
一方、第２Ｔパラメータ参照部２６では、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶されている、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせ（図６参照）ごとにＳパラメータのデータが読み出され、各ＳパラメータのデータがそれぞれＴパラメータに変換される。変換されたＴパラメータは、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともに入力反射係数算出部２４に出力される。なお、出力されるＴパラメータの順番が決まっていて、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報が無くても、Ｔパラメータと可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報との対応関係が分かる場合は、Ｔパラメータだけを出力すればよい。
また、上述したように、Ｔパラメータが、ＥＥＰＲＯＭ１５に予め格納された場合、第２Ｔパラメータ参照部２６では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対応するＴパラメータのデータを可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともにＥＥＰＲＯＭ１５から読み出して、後述する仮想入力反射係数算出部２４に出力する。あるいは、第２Ｔパラメータ参照部２６をなくして、仮想入力反射係数算出部２４に、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対応するＴパラメータのデータを可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともにＥＥＰＲＯＭ１５から読み出す機能を付加してもよい。
仮想入力反射係数算出部２４では、現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏに基づいて、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想の入力反射係数Гｉ（以下、「仮想入力反射係数Гｉ」という。）が算出される（Ｓ６）。
具体的には、まず、下記に示す行列式４が用いられ、現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏと、第２Ｔパラメータ参照部２６から出力された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置の組み合わせ（図６参照）に対するＴパラメータとから、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置の組み合わせに対する入力端３ａにおける進行波の電圧Ｖｆｉ′及び反射波の電圧Ｖｒｉ′が算出される。
Figure 2006166412
ここで、Ｔ11″，Ｔ21″，Ｔ12″，Ｔ22″は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置に対するＴパラメータの各パラメータである。すなわち、仮想入力反射係数算出部２４では、現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧ＶｒｏをＴパラメータ（Ｔ11″，Ｔ21″，Ｔ12″，Ｔ22″）の逆行列式を用いて逆演算し、入力端３ａにおける進行波の電圧Ｖｆｉ′及び反射波の電圧Ｖｒｉ′を算出している。
次に、数式５に示すように、反射波の電圧Ｖｒｉ′から進行波の電圧Ｖｆｉ′を除算することにより、仮想入力反射係数Гｉが算出される。仮想入力反射係数Гｉは、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対してそれぞれ算出される。可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉは、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報とともに、メモリ２７に順次送られ、メモリ２７に一旦記憶される。なお、出力される仮想入力反射係数Гｉの順番が決まっていて、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報が無くても、仮想入力反射係数Гｉと可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報との対応関係が分かる場合は、仮想入力反射係数Гｉだけを出力すればよい。
Figure 2006166412
最小反射係数特定部２５では、仮想入力反射係数算出部２４で算出されメモリ２７に記憶された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉのうち、その絶対値が最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定し、選定された仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜に対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置が目標位置として特定される。例えば、図６に示すＡ点において、最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜が選定された場合、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置（４，３）が目標位置として特定される。
すなわち、仮想入力反射係数Гｉのうち、その絶対値が最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜に対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置に調整した場合に、入力端３ａにおける反射波が最小になるので、インピーダンス整合を行わせることができる。
なお、本実施形態では、最小反射係数特定部２５において、メモリ２７に記憶された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉのうち、その絶対値が最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定していた。これは目標となる入力反射係数（以下「目標入力反射係数Г′」という。）が０であり、この目標入力反射係数Г′に最も近似する仮想入力反射係数Гｉを選定していることになる。ちなみに、反射係数が０というのは、反射係数を実数部と虚数部との和で表したときに、実数部および虚数部が共に０であることを示す。しかし、これに限定されるものではなく、目標入力反射係数Г′を０以外にしてもよい。この場合は、メモリ２７に記憶された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉのうち、目標入力反射係数Г′に最も近似するものを選定すればよい。所望する目標入力反射係数Г′は、予め設定しておいてもよいし、目標入力反射係数Г′を設定するための設定部を設けて、随時変更できるようにしてもよい。
なお、最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定する方法としては、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉのうちから、最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定するのではなく、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせを複数個のグループに分け、あるグループ内に存在する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置の組み合わせに対しての仮想入力反射係数Гｉのうちから、最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定するようにしてもよい。
また、あるグループ内に存在する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置の組み合わせの中から選定された最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜が所定の閾値を下回らないときには、他のグループ内に存在する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置の組み合わせの中から最小の仮想入力反射係数の絶対値｜Гｉｍｉｎ｜を選定するようにしてもよい。
選定された可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の目標位置情報は、調整部１１，１２に送られ（Ｓ７）、これにより、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、ステッピングモータ等によって、特定された調整位置に変移される。すなわち、仮想入力反射係数Гｉが最小となる位置に可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が調整される。
これにより、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２が可変され、インピーダンス整合装置３の入力端３ａに接続される高周波電源１のインピーダンスと出力端３ｂに接続される負荷５のインピーダンスとが整合されることになり、負荷５に対して最大の高周波電力が供給される。
このように、この実施形態によれば、インピーダンス整合装置３全体を伝送装置として扱い、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整可能な範囲についてこの伝送装置の伝送特性をＳパラメータ及びＴパラメータの情報として取得しておき、これらの情報を用いてインピーダンス整合を行うので、従来のインピーダンス整合方法に比して高い精度でインピーダンス整合を行うことができる。すなわち、上記したＳパラメータ及びＴパラメータは、インピーダンス整合装置３内部における浮遊容量やインダクタンス成分等を含んだ整合回路に対する伝送特性を示すものであるから、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２をこの伝送特性に基づいて算出した最小の仮想入力反射係数に対応するキャパシタンスＣ１ｏ，Ｃ２ｏに調整することにより従来の構成に比べ、より正確にかつ精度よくインピーダンス整合を行うことができる。
また、上記実施形態では、インダクタＬ１及び可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２からなる整合回路が設けられたインピーダンス整合装置３についてインピーダンス整合が行われる場合について説明したが、従来の構成では、その整合回路の構成が異なると、回路構成に応じてインピーダンスの演算方法を変更する必要性がある。しかし、本実施形態では、整合回路の構成要素が異なってもそれを含むインピーダンス整合装置３全体としてのＳパラメータ及びＴパラメータを測定及び算出するようにしているので、その都度、演算方法を変更する必要がない。
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置の制御部９Ａの機能ブロックを示す図である。この第２実施形態に係るインピーダンス整合装置では、予め所望の入力反射係数Г′を設定し、それと可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせごとのＴパラメータのデータとに基づいて、仮想の出力反射係数Гｏ′を算出して、その中から現時点の出力反射係数Гｏに最も近似した仮想の出力反射係数Гｏ″を選定し、選定した仮想の出力反射係数Гｏ″に基づいてインピーダンスを調整する点で第１実施形態のインピーダンス整合装置と異なる。
以下、インピーダンス整合装置３の動作を、図７に示す制御部９Ａの機能ブロック図、及び図８に示すフローチャートを参照して説明する。第２実施形態に係る制御部９Ａは、ベクトル化部２０、進行波反射波算出部２２、第１Ｔパラメータ参照部２３、出力反射係数算出部３１、第２Ｔパラメータ参照部２６、仮想出力反射係数算出部３２、メモリ３３、及び反射係数特定部３４によって構成される。上記構成において、第１実施形態と同一の記号を付した部分については、同一の機能を有するものとする。その他の構成については、第１実施形態の構成と略同様である。なお、出力反射係数算出部３１は本願の第３算出手段として、仮想出力反射係数算出部３２及び第２Ｔパラメータ参照部２６で構成される部分が第４算出手段として、メモリ３３は第３記憶手段として、反射係数特定部３４は第２特定手段としてそれぞれ機能する。
この第２実施形態では、図８に示すステップＳ１０〜Ｓ１５については、第１実施形態の動作を示す図５のステップＳ０〜ステップＳ５と同様であるため、以下では、ステップＳ１６からの動作について説明する。制御部９Ａは、進行波反射波算出部２２において、現時点の出力端３ｂにおける進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏが算出されると（図８のＳ１５参照）、それら進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏを出力反射係数算出部３１に出力する。
出力反射係数算出部３１においては、進行波反射波算出部２２から出力された、進行波の電圧Ｖｆｏ及び反射波の電圧Ｖｒｏに基づいて、現時点の出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏを算出する（Ｓ１６）。出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏは、以下の式によって算出される。
Figure 2006166412
出力反射係数算出部３１において算出された、出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏは、反射係数特定部３４に出力される。
一方、第２Ｔパラメータ参照部２６では、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶されている、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置に組み合わせごとのＳパラメータのデータがそれぞれ読み出され、各ＳパラメータのデータがそれぞれＴパラメータに変換される。変換されたＴパラメータは、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともに仮想出力反射係数算出部３２に出力される。なお、出力されるＴパラメータの順番が決まっていて、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報が無くても、Ｔパラメータと可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報との対応関係が分かる場合は、Ｔパラメータだけを出力すればよい。
なお、これらのＴパラメータは、例えば製品出荷前にインピーダンス整合装置３のＳパラメータが測定されるときにＴパラメータに変換された上で、ＥＥＰＲＯＭ１５に予め格納されていてもよい。
また、Ｔパラメータが、ＥＥＰＲＯＭ１５に予め格納された場合、第２Ｔパラメータ参照部２６では、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対応するＴパラメータのデータを可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともにＥＥＰＲＯＭ１５から読み出して、仮想出力反射係数算出部３２に出力する。あるいは、第２Ｔパラメータ参照部２６をなくして、仮想出力反射係数算出部３２に、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対応するＴパラメータのデータを可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともにＥＥＰＲＯＭ１５から読み出す機能を付加してもよい。
ここで、仮想出力反射係数算出部３２では、予め目標となる入力反射係数Г′（以下「目標入力反射係数Г′」という。）が設定されている（通常、入力端３ａにおける反射波が最小となるような入力反射係数Г′が設定される。）。この目標入力反射係数Г′は、数式７によって表すことができる。
Figure 2006166412
数式７において、Ｚｉｎは目標インピーダンスであって、実数部Ｒｉｎ及び虚数部Ｘｉｎの和であるＺｉｎ＝Ｒｉｎ＋ｊＸｉｎで表される。また、Ｚｏは特性インピーダンスである。なお、仮想出力反射係数算出部３２では、目標入力反射係数Г′が直接的に設定されることに代えて、上記した目標インピーダンスＺｉｎ及び特性インピーダンスＺｏが予め設定され、これらから目標入力反射係数Г′に変換されて用いられてもよい。
仮想出力反射係数算出部３２では、設定された目標入力反射係数Г′と、第２Ｔパラメータ参照部２６から出力されたＴパラメータに基づいて、出力端３ｂにおける仮想の出力反射係数Гｏ′（以下「仮想出力反射係数Гｏ′」という。）を算出する（Ｓ１７）。
具体的には、仮想出力反射係数Гｏ′は、数式８によって算出することができる。仮想出力反射係数Гｏ′は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせごとのＳパラメータ（又はＴパラメータ）に対してそれぞれ算出される。
Figure 2006166412
ここで、Ｔ11″，Ｔ21″，Ｔ12″，Ｔ22″は、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の各調整位置に対するＴパラメータの各パラメータである。なお、数式８は、以下のようにして求めることができる。仮想出力反射係数Гｏ′は、出力端における反射波の電圧Ｖｒｏを進行波の電圧Ｖｆｏで除算したもので表され、Гｏ′＝Ｖｒｏ／Ｖｆｏとなる。反射波及び進行波の電圧Ｖｒｏ，Ｖｆｏは、数式３を参照してＴパラメータを考慮すれば、Ｖｆｏ＝Ｔ11″・Ｖｆｉ＋Ｔ12″・Ｖｒｉ、Ｖｒｏ＝Ｔ21″・Ｖｆｉ＋Ｔ22″・Ｖｒｉで表される（Ｖｆｉ，Ｖｒｉは、出力端における進行波及び反射波の電圧）。したがって、Гｏ′＝（Ｔ21″・Ｖｆｉ＋Ｔ22″・Ｖｒｉ）／（Ｔ11″・Ｖｆｉ＋Ｔ12″・Ｖｒｉ）となる。ここで、入力反射係数Г′はГ′＝Ｖｒｉ／Ｖｆｉなので、Гｏ′＝[Ｔ21″・Ｖｆｉ＋Ｔ22″・（Г′・Ｖｆｉ）]／[Ｔ11″・Ｖｆｉ＋Ｔ12″・（Г′・Ｖｆｉ）]＝（Ｔ21″＋Ｔ22″・Г′）／（Ｔ11″＋Ｔ12″・Г′）となる。
仮想出力反射係数算出部３２において算出され、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想出力反射係数Гｏ′は、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報（調整位置の組み合わせ情報）とともに順次、メモリ３３に出力され、メモリ３３に一旦記憶される（Ｓ１８）。なお、出力される仮想出力反射係数Гｏ′の順番が決まっていて、対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報が無くても、仮想出力反射係数Гｏ′と可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の位置情報との対応関係が分かる場合は、仮想出力反射係数Гｏ′だけを出力すればよい。
反射係数特定部３４では、仮想出力反射係数算出部３２で算出されメモリ３３に記憶された、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想出力反射係数Гｏ′のうち、出力反射係数算出部３１から出力された出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏに、最も近似した仮想出力反射係数Гｏ″を選定する。
例えば、反射係数は、実数部と虚数部との和（実数部をｕ、虚数部をｖとすれば、反射係数Гは、Г＝ｕ＋ｊｖで表すことができる。）によって表されるため、反射係数同士の距離は容易に求めることができる。すなわち、図９に示すように、出力反射係数Гｏをｕｏ＋ｊｖｏ、ある仮想出力反射係数Г１をｕ１＋ｊｖ１とすると、ｕｖ座標上における両者の距離Ｌ１は、Ｌ１＝√[（ｕｏ−ｕ１）2＋（ｖｏ−ｖ１）2]で求められる。また、仮想出力反射係数Г１とは異なる仮想出力反射係数Г２（ｕ２＋ｊｖ２）と、出力反射係数Гｏとの距離Ｌ２は、Ｌ２＝√[（ｕｏ−ｕ２）2＋（ｖｏ−ｖ２）2]で求められる。したがって、距離Ｌ１，Ｌ２のうち短い方の距離に対応する仮想出力反射係数（この場合Г２）を、出力反射係数Гｏに最も近似した仮想出力反射係数Гｏ″として選定すればよい。
次いで、反射係数特定部３４では、選定された仮想出力反射係数Гｏ″に対応した可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置が目標位置として特定される。選定された仮想出力反射係数Гｏ″が、例えば図６に示したＡ点における調整位置を有している場合、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置（４，３）が目標位置として特定される。
すなわち、出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏに最も近似した仮想出力反射係数Гｏ″に対応する可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整位置に調整した場合に、予め設定された目標入力反射係数Г′に最も近似することになる。目標入力反射係数Г′は通常は最小値、すなわち０（目標入力反射係数Г′を実数部と虚数部との和で表した場合、Г′＝０＋ｊ０）であるので、上述したようにして可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２を調整すると、入力端３ａにおける反射波が最小になって、インピーダンス整合を行わせることができる。もちろん、第１実施形態で説明したように、目標入力反射係数Г′を０以外にしてもよい。また、所望する目標入力反射係数Г′は、予め設定しておいてもよいし、目標入力反射係数Г′を設定するための設定部を設けて、随時変更できるようにしてもよい。
特定された可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の目標位置情報は、調整部１１，１２に出力され（Ｓ１９）、これにより、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２は、ステッピングモータ等によって、特定された調整位置に変移される。すなわち、出力端３ｂにおける出力反射係数Гｏに最も近似した仮想出力反射係数Гｏ″に対応する調整位置に可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２が調整される。
このように、この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、インピーダンス整合装置３全体を伝送装置として扱い、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の調整可能な範囲についてこの伝送装置の伝送特性をＳパラメータ又はＴパラメータの情報として取得しておき、これらの情報を用いてインピーダンス整合を行うので、従来のインピーダンス整合方法に比して高精度でインピーダンス整合を行うことができる。
また、予め目標となる入力反射係数Г′を設定するので、システム稼動後に、目標となる入力反射係数Г′の値を変更することがない限り、仮想出力反射係数算出部３２における、可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２の全ての調整位置の組み合わせに対しての仮想出力反射係数Гｏ′の算出演算は、一度で済ますことができる。第１実施形態の制御部９では、負荷変動時のたびに、仮想入力反射係数算出部２４において入力端３ａにおける進行波の電圧Ｖｆｉ′及び反射波の電圧Ｖｒｉ′の算出演算を何度も行わなければならないが、本第２実施形態では、一度で済ますことができるので、演算負荷を大幅に低減することができる。また、第２実施形態では、第１実施形態のようにＴパラメータの逆行列式を用いることがないため、Ｔパラメータの逆行列式が記憶される記憶領域が必要ないといった利点がある。
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、端子回路網の特性パラメータとしてＳパラメータやＴパラメータを用いたが、特性パラメータとしてはこれらに限るものではない。例えばＺパラメータやＹパラメータであってよく、この場合は、これらのパラメータを上述したＴパラメータに変換して上述のインピーダンス整合処理を行えばよい。
また、上記実施形態では、インダクタＬ１及び可変キャパシタＶＣ１，ＶＣ２からなる逆Ｌ型の整合回路を有するインピーダンス整合装置３について説明したが、整合回路の構成も上記実施形態の構成に限るものではなく、例えばπ型、Ｔ型、Ｌ型等が採用されてもよい。また、インピーダンス可変素子として可変キャパシタに代えて、可変インダクタが採用されてもよい。
本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置が適用される高周波電力供給システムの構成と、インピーダンス整合装置の回路ブロックとを示す図である。 ＥＥＰＲＯＭに記憶される、可変キャパシタの調整位置ごとのＳパラメータのデータを示す図である。 インピーダンス整合装置のＳパラメータを測定するときの構成図である。 制御部の機能ブロックを示す図である。 インピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。 可変キャパシタの調整位置の組み合わせを模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置における制御部の機能ブロックを示す図である。 第２実施形態に係るインピーダンス整合装置の動作を示すフローチャートである。 出力反射係数に最短の反射係数を選定する場合のｕｖ座標を示す図である。 従来のインピーダンス整合装置が適用される高周波電力供給システムの構成を示す図である。
符号の説明
１ 高周波電源
３ インピーダンス整合装置
５ 負荷
６ 方向性結合器
９，９Ａ 制御部
１１，１２ 調整部
１３，１４ 位置検出部
１５ ＥＥＰＲＯＭ
２０ ベクトル化部
２１ ネットワークアナライザ
２２ 進行波反射波算出部
２３ 第１Ｔパラメータ参照部
２４ 入力反射係数算出部
２５ 最小反射係数特定部
２６ 第２Ｔパラメータ参照部
２７，３３ メモリ
３１ 出力反射係数算出部
３２ 仮想出力反射係数算出部
３４ 反射係数特定部
Ｌ１ インダクタ
ＶＣ１，ＶＣ２ 可変キャパシタ

Claims (5)

  1. 高周波電源と負荷との間に設けられ、インピーダンス可変素子のインピーダンスを変化させることにより、前記高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合装置であって、
    前記インピーダンス整合装置の入力端における、前記高周波電源から前記負荷側に進行する進行波に関する情報及び前記負荷から前記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する高周波情報検出手段と、
    前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を検出する可変素子情報検出手段と、
    予め測定することによって取得された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の特性パラメータを前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第１記憶手段と、
    前記可変素子情報検出手段によって検出された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された前記特性パラメータと、前記高周波情報検出手段によって検出された進行波に関する情報及び反射波に関する情報とに基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出する第１算出手段と、
    前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された複数の前記特性パラメータとに基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の入力端における入力反射係数を算出する第２算出手段と、
    前記第２算出手段によって算出された複数の入力反射係数をインピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第２記憶手段と、
    前記第２記憶手段に記憶された複数の入力反射係数のうち、予め設定された所望の目標入力反射係数に最も近似する入力反射係数を選定し、選定した入力反射係数に対応する前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を特定する第１特定手段と、
    前記第１特定手段によって特定された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に基づいて、前記インピーダンス可変素子のインピーダンスを調整する調整手段と、
    を備えたことを特徴とする、インピーダンス整合装置。
  2. 前記第２算出手段は、
    前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された複数の前記特性パラメータとに基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の入力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出し、この算出された前記インピーダンス整合装置の入力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報に基づいて、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する入力反射係数を算出する、請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
  3. 高周波電源と負荷との間に設けられ、インピーダンス可変素子のインピーダンスを変化させることにより、前記高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合装置であって、
    前記インピーダンス整合装置の入力端における、前記高周波電源から前記負荷側に進行する進行波に関する情報及び前記負荷から前記高周波電源側に進行する反射波に関する情報を検出する高周波情報検出手段と、
    前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を検出する可変素子情報検出手段と、
    予め測定することによって取得された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の特性パラメータを前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第１記憶手段と、
    前記可変素子情報検出手段によって検出された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報と、前記第１記憶手段に記憶された前記特性パラメータと、前記高周波情報検出手段によって検出された進行波に関する情報及び反射波に関する情報とに基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報を算出する第１算出手段と、
    前記第１算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における進行波に関する情報及び反射波に関する情報に基づいて、前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数を算出する第３算出手段と、
    予め設定された所望の目標入力反射係数と、前記第１記憶手段に記憶された複数の特性パラメータとに基づいて、前記第１記憶手段に記憶された、複数の前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に対する前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数を算出する第４算出手段と、
    前記第４算出手段によって算出された複数の反射係数を前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報との対応関係を持たせて記憶する第３記憶手段と、
    前記第３記憶手段に記憶された複数の反射係数のうち、前記第３算出手段によって算出された前記インピーダンス整合装置の出力端における反射係数に最も近似する反射係数を選定し、選定した反射係数に対応する前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報を特定する第２特定手段と、
    前記第２特定手段によって特定された前記インピーダンス可変素子の可変値に関する情報に基づいて、前記インピーダンス可変素子のインピーダンスを調整する調整手段と、
    を備えたことを特徴とする、インピーダンス整合装置。
  4. 前記所望の目標入力反射係数を設定する設定手段がさらに設けられた、請求項１ないし３のいずれかに記載のインピーダンス整合装置。
  5. 前記特性パラメータは、Ｓパラメータ、又はこのＳパラメータから変換されることによって取得されたＴパラメータである、請求項１ないし４のいずれかに記載のインピーダンス整合装置。
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