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特許6073281インピーダンスマッチング方法及びこの方法のためのマッチングシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6073281
(24)【登録日】2017年1月13日
(45)【発行日】2017年2月1日
(54)【発明の名称】インピーダンスマッチング方法及びこの方法のためのマッチングシステム
(51)【国際特許分類】
H03H 7/40 20060101AFI20170123BHJP
【ＦＩ】
H03H7/40
【請求項の数】15
【全頁数】41
(21)【出願番号】特願2014-237941(P2014-237941)
(22)【出願日】2014年11月25日
(62)【分割の表示】特願2008-250512(P2008-250512)の分割
【原出願日】2008年9月29日
(65)【公開番号】特開2015-62309(P2015-62309A)
(43)【公開日】2015年4月2日
【審査請求日】2014年11月25日
(31)【優先権主張番号】10-2007-0116023
(32)【優先日】2007年11月14日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】508291021
【氏名又は名称】プラズマート カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(72)【発明者】
【氏名】キム ジェヒョン
(72)【発明者】
【氏名】リー サンウォン
(72)【発明者】
【氏名】リー ヨングァン
【審査官】
鬼塚 由佳
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００６／０８２７３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００１−０５３５７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１６６４１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２９５４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−３０４１１５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０３Ｈ ７／４０
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、
前記送信線の電気的特性を測定するステップと、
前記電源のパルスモードを判断するステップと、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、
前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、
前記マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御される、
前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記電源がオン状態（ｏｎ ｓｔａｔｅ）であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態（ｏ
ｆｆ ｓｔａｔｅ）であるオフタイム（ｏｆｆ ｔｉｍｅ）区間とを判別するステップを含むことを特徴とするマッチング方法。
前記送信線の電気的特性を測定するステップと、
前記電源のパルスモードを判断するステップと、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、
前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、
前記マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御される、
前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記電源がオン状態（ｏｎ ｓｔａｔｅ）であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態（ｏ
ｆｆ ｓｔａｔｅ）であるオフタイム（ｏｆｆ ｔｉｍｅ）区間とを判別するステップを含むことを特徴とするマッチング方法。
【請求項2】
前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記電源がｉ番目のオン状態からｉ＋１番目のオン状態になるまでの時間の間の間隔で定義されるパルス周期を判断するステップをさらに含み、
前記パルス周期に応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。
前記電源がｉ番目のオン状態からｉ＋１番目のオン状態になるまでの時間の間の間隔で定義されるパルス周期を判断するステップをさらに含み、
前記パルス周期に応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。
【請求項3】
前記電源のパルスモードを判断するステップは、
前記パルス周期が所定の時間より大きな場合に、スローパルスモードと判断し、前記パルス周期が前記所定の時間より小さな場合には、ファーストパルスモードと判断するステップをさらに含み、
前記電源のパルスモードに応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項２に記載のマッチング方法。
前記パルス周期が所定の時間より大きな場合に、スローパルスモードと判断し、前記パルス周期が前記所定の時間より小さな場合には、ファーストパルスモードと判断するステップをさらに含み、
前記電源のパルスモードに応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項２に記載のマッチング方法。
【請求項4】
前記パルスモードが前記スローパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記マッチングシステムをアイドル状態にするステップを含むことを特徴とする請求項３に記載のマッチング方法。
【請求項5】
前記パルスモードが前記ファーストパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載のマッチング方法。
【請求項6】
前記電源のオフタイムが臨界オフタイムＣ＿ＯＦＦ＿Ｔ以上持続すると、前記制御パラメーターをプリセット状態に設定して前記マッチングシステムを制御することを特徴とする請求項1に記載のマッチング方法。
【請求項7】
前記電源のパルスモードを処理するステップは、
前記電源のパルスモードの発生前に、一定時間のＣＷモードを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
前記電源のパルスモードの発生前に、一定時間のＣＷモードを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項8】
前記送信線の電気的特性を測定するステップは、
前記送信線のノイズを除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
前記送信線のノイズを除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項9】
前記送信線のノイズを除去することは、ロックイン感知を利用することを特徴とする請求項８に記載のマッチング方法。
【請求項10】
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルに変換するステップと、
分析座標系で特性ベクトルを分析して、変位ベクトルを抽出するステップと、
変位ベクトルを換算された素子ベクトルに変換するステップと、
前記換算された素子ベクトルを駆動ベクトルに変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルに変換するステップと、
分析座標系で特性ベクトルを分析して、変位ベクトルを抽出するステップと、
変位ベクトルを換算された素子ベクトルに変換するステップと、
前記換算された素子ベクトルを駆動ベクトルに変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項11】
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
インピーダンスの絶対値を特性インピーダンスと比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、
インピーダンスの位相を基準値と比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
インピーダンスの絶対値を特性インピーダンスと比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、
インピーダンスの位相を基準値と比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項12】
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、
インピーダンスを利用して負荷のインピーダンスを計算するステップと、
前記負荷のインピーダンスを利用して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
インピーダンスを利用して負荷のインピーダンスを計算するステップと、
前記負荷のインピーダンスを利用して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項13】
電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置であって、
前記送信線の電気的特性を測定するセンサ部と、
前記電気的特性を処理する測定結果分析部と、
前記電源に応じてパルスモードを処理するパルスモード処理部と、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出する制御パラメーター抽出部と、
前記パルスモードに応じて前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御する制御部と、を備える、
前記パルスモード処理部は、
前記電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するように構成されることを特徴とするマッチング装置。
前記送信線の電気的特性を測定するセンサ部と、
前記電気的特性を処理する測定結果分析部と、
前記電源に応じてパルスモードを処理するパルスモード処理部と、
前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出する制御パラメーター抽出部と、
前記パルスモードに応じて前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御する制御部と、を備える、
前記パルスモード処理部は、
前記電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するように構成されることを特徴とするマッチング装置。
【請求項14】
前記パルスモード処理部は、
パルスの周期が所定の時間より大きな場合にスローモードと判断し、前記パルスの周期が所定の時間より小さな場合にはファーストモードと判断し、
前記電源のパルスモードに応じて異なるように制御パラメーターを設定するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載のマッチング装置。
パルスの周期が所定の時間より大きな場合にスローモードと判断し、前記パルスの周期が所定の時間より小さな場合にはファーストモードと判断し、
前記電源のパルスモードに応じて異なるように制御パラメーターを設定するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載のマッチング装置。
【請求項15】
前記測定結果分析部は、
前記送信線の電気的特性からノイズを除去するノイズ除去部をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のマッチング装置。
前記送信線の電気的特性からノイズを除去するノイズ除去部をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のマッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インピーダンスマッチングに関し、さらに詳細には、プラズマシステム、核磁気共鳴システム、通信システム及び送電線などの電気システムで用いられうるインピーダンスマッチング方法及びこのようなインピーダンスマッチングを実現するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
電源及び負荷間のインピーダンスがマッチングされないと、負荷に供給される電力は最大化されず、かつ、負荷に供給される電力を精密に制御し難い。これにより、プラズマシステム、核磁気共鳴（ＮＭＲ）システム、通信システム及び送電線などのような電気システムは、このようなインピーダンスミスマッチングを解決するために、電源と負荷との間に配置されるインピーダンスマッチングネットワークを具備する。例えば、半導体装置の製造に用いられるプラズマチャンバーシステムは、ＲＦ電源に接続したＲＦ電極及び前記ＲＦ電源と前記ＲＦ電極との間に配置されるインピーダンスマッチングネットワークを含む。インピーダンスマッチングに関する一般的な内容は、以下の非特許文献１に説明されており、プラズマシステムのインピーダンスマッチングと関連した技術は、以下の特許文献１〜特許文献８等に開示されている。
【0003】
図１は、一般的なインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【0004】
図１に示すように、一般的なインピーダンスマッチングは、送信線の電気的特性（例えば、電流、電圧及び位相）を測定（Ｓ１）し、測定された電気的特性からマッチングネットワークを制御するための制御パラメーターを抽出（Ｓ２）した後、抽出された制御パラメーターを利用してマッチングネットワークを制御（Ｓ３）するステップを含む。
【0005】
従来の技術によると、前記マッチングネットワークは、一般に、制御モータの動作によりキャパシタンスが制御されうる、複数の可変キャパシタを含む。前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ２）は、前記送信線の測定された電流、電圧及びこれらの間の位相差から前記送信線のインピーダンスの大きさ及び位相に対する情報を抽出した後、これを利用してインピーダンスマッチングのために要求される前記可変キャパシタのキャパシタンスを計算するステップを含む。
【0006】
しかしながら、このような従来の方法は、（１）初期状態に対する過度な敏感性に応じるマッチング状態への収斂失敗、（２）マッチング点近辺での不安定に応じるマッチング遅延、（３）負荷及び送信線インピーダンスに対する高い依存性に応じる出没問題（ｈａｕｎｔｉｎｇ ｉｓｓｕｅ）のような、多様な技術的難しさを引き起こす可能性がある。従来のマッチング方法によると、マッチングのために要求されるキャパシタンスの大きさが規格化されないインピーダンスの大きさに基づいて決定されるために、後述のように、このような技術的難しさは、従来のマッチング方法により克服し難い。
【0007】
図２及び図３は、従来の技術によるインピーダンスマッチングから発生する初期状態に対する過度な敏感性を説明するための図である。
【0008】
上述のように、従来のインピーダンスマッチング方法は、マッチングのために要求されるキャパシタンスを、測定されたインピーダンスの大きさ及び位相に基づいて計算するステップを含む。このとき、図２及び図３は、それぞれ、このような従来のマッチング方法による計算のために用いられる、キャパシタンス空間でのマッピング方法を説明するための図である。さらに詳細に説明すると、図２及び図３は、Ｃ１及びＣ２座標により表現されるキャパシタンス空間において、送信線のインピーダンスの大きさ及びインピーダンスの位相を示す図である。このとき、図２及び図３は、負荷インピーダンスが５＋５０ｊである場合のシミュレーションの結果であり、Ｃ１及びＣ２は、前記可変キャパシタのキャパシタンスを示す。
【0009】
一方、図２の実線は、マッチングのために要求される５０オームのインピーダンスを有する点を連結した等高線であり、図３の実線は、マッチングのために要求される０度の位相を有する点を連結した等高線を示す。したがって、マッチングされた状態に該当する点は、図２及び図３の実線が交差する点に該当し、このようなマッチングされた点は、図２及び図３において小さな四角形で示された。一方、図において星表に該当する点は、初期状態を示す。
【0010】
従来のマッチング方法によると、前記可変キャパシタの変化量（すなわち、ΔＣ１及びΔＣ２）は、それぞれ測定されたインピーダンスの大きさ及び位相により決定される。すなわち、図２に示すように、測定されたインピーダンスが矢印Ａ１により表現された５０オーム以上である場合に、Ｃ１を増加させるように該当モータを駆動させ、矢印Ａ２又はＡ３により表現された５０オーム以下である場合には、Ｃ１を減少させるように該当モータを駆動させる。このようなマッチング方法によると、矢印Ａ１及びＡ２に該当する点は、マッチングされた状態（すなわち、実線）に接近されうるが、矢印Ａ３に該当する点は、マッチングされた状態から遠ざかるようになる。すなわち、上述した従来のマッチング方法によると、マッチングされた状態に収斂されない領域（例えば、ＦＲ）が存在できるという点で、マッチングの収斂性（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）は、キャパシタンス空間での初期位置に依存的である。このようなマッチングの発散問題は、インピーダンス位相でも同様に発生できる（図３の矢印Ａ６参照）。特に、図２に示すように、従来の技術では、前記マッチング失敗領域ＦＲが過度に広くありうる。
【0011】
また、図２に示す領域Ｒ１内では、一つのＣ１座標に対して二つのマッチングされる点が存在する。このようにキャパシタンス空間を利用する場合に、Ｃ１座標がマッチングされた点を一対一の関係で対応しない場合もありうるので、マッチング軌跡の方向決定での模倣性が存在する。このような模倣性は、上述したマッチングの発散を誘発するもう一つの理由になりうる。
【0012】
図４は、従来の技術によるインピーダンスマッチングから発生するマッチング点近辺での不安定を説明するための図である。
【0013】
図４に示すように、マッチング軌跡がマッチングされた状態に近づくほど、インピーダンスマッチングのために要求される可変キャパシタの変化量は、微細に制御されなければならない。しかしながら、従来のマッチング方法は、インピーダンスの大きさ及び位相に基づいて、単にマッチング軌跡の方向を決定するため、Ｃ１及びＣ２は、マッチング点近辺で精密に調節し難い。その結果、従来のマッチング方法では、図４に示すように、マッチングに到達するまでの時間を遅延させるらせん状のマッチング軌跡（ｓｐｉｒａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）が現れることができる。以下で説明されるキャパシタンス空間でのインピーダンスの傾き（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が大きな場合に、このようなマッチング時間の遅延は、さらに激しくなりうる。
【0014】
図５は、従来の技術によるインピーダンスマッチングから確認される、負荷インピーダンスに対する高い依存性を説明するための図である。さらに詳細に説明すると、図５は、負荷インピーダンスが１＋５０ｊである場合のインピーダンスの大きさに対するシミュレーション結果を示す。
【0015】
図５を負荷インピーダンスが５＋５０ｊである場合の図２と比較すると、負荷インピーダンスの実数部が減少するに伴い、マッチングされた等高線がキャパシタンス空間の狭い領域に縮小されており、インピーダンスの大きさの傾きが前記マッチングされた等高線の周辺から急激に増加した。このような傾き値の増加は、上述したマッチング点近辺でのキャパシタンスの微細な制御を難しくする。その結果、図６に示すように、マッチングされた点周辺から異常に動くマッチング軌跡が現れることができる（すなわち、出没問題）。
【0016】
従来のさらに他の連続モードでのインピーダンスマッチング方法を説明する。すなわち、測定位置でインピーダンスを測定するか、又は計算する。測定位置のインピーダンスとマッチングシステムの可変素子のリアクタンスを知っていると、負荷インピーダンスを計算することができる。結局、負荷インピーダンスを利用して、マッチング条件を探索することができ、これにより制御パラメーターを決定することができる。
【0017】
ＲＦ電源は、時間に応じて周期的にターンオン／ターンオフするパルスモードで動作できる。この場合に、従来では、連続（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ、ＣＷ）モードで一時的に動作させてマッチング条件を探索した後、前記マッチング条件をパルスモードに適用した。しかしながら、負荷が時間に応じて変わる場合に、このような従来の技術は、反射波を完全に除去できないという問題がある。これにより、従来のＣＷモードマッチング方法は、パルスマッチングのためにパルスモード方法で変形されるか、又は新しい方法が必要である。【特許文献1】米国特許公報第３，５６９，７７７号
【特許文献2】米国特許公報第４，１１２，３９５号
【特許文献3】米国特許公報第４，５５７，８１９号
【特許文献4】米国特許公報第５，１８７，４５４号
【特許文献5】米国特許公報第５，５８５，７６６号
【特許文献6】米国特許公報第５，６２１，３３１号
【特許文献7】米国特許公報第５，６８９，２１５号
【特許文献8】国際出願公報Ｗ０９７２４７４８号
【非特許文献1】Ｄａｖｉｄ Ｍ．Ｐｏｚａｒにより書かれた「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ出版社）の２８１〜３２８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、パルスモードで安定的に動作するインピーダンスマッチング方法を提供することにある。
【0019】
また、本発明の他の目的は、数Ｈｚ及び／又はデューティー比が１０パーセント以下のパルスモードでも動作するインピーダンスマッチング方法を提供することにある。
【0020】
また、本発明のさらに他の目的は、パルスモードで安定的に動作するマッチング装置を提供することにある。
【0021】
また、本発明のさらに他の目的は、数Ｈｚ及び／又はデューティー比が１０パーセント以下のパルスモードでも動作するマッチング装置を提供することにある。
【0022】
また、本発明のさらに他の目的は、連続モードで安定的に動作するインピーダンスマッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0023】
本発明によるマッチング方法は、電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、前記送信線の電気的特性を測定するステップと、前記電源のパルスモードを判断するステップと、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、前記マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御される。
【0024】
本発明の一実施の形態において、前記電源のパルスモードを判断するステップは、前記電源がオン状態（ｏｎ ｓｔａｔｅ）であるオンタイム（on time）区間と前記電源がオフ状態（ｏｆｆ ｓｔａｔｅ）であるオフタイム（ｏｆｆ ｔｉｍｅ）区間とを判別するステップを含むことができる。
【0025】
本発明の一実施の形態において、前記オンタイム区間とオフタイム区間との判別は、前記電源の動作を制御する電源トリガー信号を利用するか、又は前記電気的特性を利用して判断することができる。
【0026】
本発明の一実施の形態において、前記電源のパルスモードを判断するステップは、前記電源がｉ番目のオンタイム状態からｉ＋１番目のオンタイム状態になるまでの時間の間の間隔で定義されるパルス周期を判断するステップをさらに含み、前記パルス周期に応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを制御することができる。
【0027】
本発明の一実施の形態において、前記電源のパルスモードを判断するステップは、前記パルス周期が所定の時間より大きな場合に、スローパルスモードと判断し、前記パルス周期が前記所定の時間より小さな場合には、ファーストパルスモードと判断するステップをさらに含み、前記電源のパルスモードに応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して前記マッチングシステムを制御することができる。
【0028】
本発明の一実施の形態において、前記パルスモードが前記スローパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記マッチングシステムをアイドル状態（ｉｄｌｅ ｓｔａｔｅ）にするステップを含むことができる。
【0029】
本発明の一実施の形態において、前記パルスモードが前記ファーストパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップを含むことができる。
【0030】
本発明の一実施の形態において、前記電源のオフタイムが臨界オフタイムＣ＿ＯＦＦ＿Ｔ以上持続すると、前記制御パラメーターをプリセット状態（ｐｒｅｓｅｔ）に設定して前記マッチングシステムを制御することができる。
【0031】
本発明の一実施の形態において、前記電源のパルスモードを処理するステップは、前記電源のパルスモードの発生前に、一定時間のＣＷモードを行うステップをさらに含むことができる。
【0032】
本発明の一実施の形態において、前記送信線の電気的特性を測定するステップは、前記送信線のノイズを除去することをさらに含むことができる。
【0033】
本発明の一実施の形態において、前記送信線のノイズを除去することは、ロックイン感知（ｌｏｃｋ−ｉｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を利用することができる。
【0034】
本発明の一実施の形態において、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルに変換するステップと、分析座標系で特性ベクトルを分析して、変位ベクトルを抽出するステップと、変位ベクトルを換算された素子ベクトルに変換するステップと、前記換算された素子ベクトルを駆動ベクトルに変換するステップと、を含むことができる。
【0035】
本発明の一実施の形態において、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、インピーダンスの絶対値を特性インピーダンスと比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、インピーダンスの位相を基準値と比較して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことができる。
【0036】
本発明の一実施の形態において、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップは、インピーダンスを利用して負荷インピーダンスを計算するステップと、前記負荷インピーダンスを利用して、制御パラメーターを抽出するステップと、を含むことができる。
【0037】
本発明のマッチング装置は、電源、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置であって、前記送信線の電気的特性を測定するセンサ部と、前記電気的特性を処理する測定結果分析部と、前記電源に応じてパルスモードを処理するパルスモード処理部と、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出する制御パラメーター抽出部と、前記パルスモードに応じて前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御する制御部と、を備える。
【0038】
本発明の一実施の形態において、前記パルスモード処理部は、前記電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するように構成される。
【0039】
本発明の一実施の形態において、前記パルスモード処理部は、パルスの周期が所定の時間より大きな場合にスローモードと判断し、前記パルスの周期が所定の時間より小さな場合にはファーストモードと判断し、前記電源のパルスモードに応じて異なるように制御パラメーターを設定するように構成される。
【0040】
本発明の一実施の形態において、前記測定結果分析部は、前記送信線の電気的特性からノイズを除去するノイズ除去部をさらに備えることができる。
【0041】
本発明の一実施の形態において、負荷、送信線及びマッチングシステムを含む電気装置のマッチング方法であって、前記送信線の電気的特性を測定するステップと、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップと、前記制御パラメーターを使用して、前記マッチングシステムを制御するステップと、を含み、前記制御パラメーターを抽出するステップは、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性とを定量的に関係付ける分析座標系（ａｎａｌｙｔｉｃ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）を利用するステップを含む。
【発明の効果】
【0042】
本発明の一実施の形態によると、マッチングシステムがＲＦ電源から別途のトリガー信号を受けなくてもそれ自体が入射電力を測定して、パルスモード及び／又は連続モードで独立的に動作できる。したがって、前記マッチングシステムは、数Ｈｚ及び／又はデューティー比が１０パーセント以下のパルスモードでも動作が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0043】
本発明は、パルスモードのマッチング方法に関するものである。このようなパルスモードのマッチング方法は、従来のすべてのＣＷモードのマッチング方法と結合できる。また、後述で説明する新しいＣＷモードマッチングと本パルスモードのマッチング方法は結合できる。
【0044】
電源がパルスモードで動作する場合に、電源がオン状態であるオンタイム区間のマッチングシステムの動作方法と前記ＲＦ電源がオフ状態であるオフタイム区間のマッチングシステムの動作方法とを異にする。具体的に説明すると、パルスモードをスローパルスモード（ｓｌｏｗ ｐｕｌｓｅ ｍｏｄｅ）とファーストパルスモード（ｆａｓｔ ｐｕｌｓｅ ｍｏｄｅ）とに区分してマッチングを行う。
【0045】
すなわち、スローパルスモード（例えば、５００Ｈｚ以下）の場合に、前記電源のオンタイム区間においてのみマッチングネットワークの可変素子の値が変更し、前記電源のオフタイム区間においては、マッチングネットワークの可変素子の値が変更されない。したがって、前記オフタイム区間において前記マッチングネットワークの前記可変素子の値が次のオンタイム区間のマッチング条件からひどく外れていないから、早いマッチングを実現することができる。
【0046】
一方、ファーストパルスモード（例えば、５００Ｈｚ以上）の場合に、オンタイム区間においてマッチングネットワークの可変素子の値を変更させ、オフタイム区間でも直前オンタイム区間の情報で可変素子の値を変更させ続けることができる。パルス周期が短い場合にオフタイム区間で前記可変素子をアイドル状態にすると、頻繁な加減速によるモータの寿命減少及び次のオンタイムでの速度制御が早く行われない。一方、本発明によると、パルス周期が短い場合にオンタイムと次のオンタイムとの間においてマッチング条件が大きく変動しないときもありうるので、オフタイム区間においても可変素子の値を変更し続けて早いマッチングを行うことができる。
【0047】
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は、添付した図面と関連した以下の好ましい実施の形態を参照して、容易に理解することができるはずである。しかしながら、本発明は、ここで説明される実施の形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は、開示された内容が徹底的、かつ完全になるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【0048】
図７は、本発明の一実施の形態によるマッチングシステムを備える電気装置を説明するための図である。
【0049】
図７に示すように、本発明による電気装置１００は、負荷１０１、前記負荷１０１に電力を供給する電源１０２、前記負荷１０１と前記電源１０２との間に配置される送信線１０３及びマッチングシステム１０４を具備する。前記電源１０２は、前記送信線１０３上の入力端Ｎ１、Ｎ２に接続され、前記負荷１０１は、前記送信線１０３上の負荷端Ｎ３、Ｎ４に接続される。後述する送信線の入力インピーダンスは、前記入力端Ｎ１で測定される前記マッチングシステム１０４及び前記負荷１０１を含むシステムのインピーダンスを意味する。このとき、前記負荷１０１は、プラズマシステム、核磁気共鳴システム、通信システム及び送電線のうちの何れか一つでありうる。
【0050】
前記マッチングシステム１０４は、前記電気装置１００のインピーダンスマッチングのために、そのリアクタンスを可変的に制御できる少なくとも一つの可変リアクティブ素子を具備する。本発明の一実施の形態によると、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子に加えて、固定されたリアクタンスを提供する受動素子をさらに備えることもできる。一方、前記マッチングシステム１０４は、初期状態に対する過度な敏感性、マッチング点近辺での不安定さ及び負荷及び送信線インピーダンスに対する高い依存性のような従来の技術の問題を克服できるように構成される。このような技術的効果は、後述する本発明によるインピーダンスマッチング方法により達成することができ、前記マッチングシステム１０４は、本発明によるインピーダンスマッチング方法のステップを行う処理部（図２７の２００参照）をさらに備える。以下、図２７を参照して、前記処理部２００をさらに詳細に説明する。
【0051】
本発明によると、前記可変リアクティブ素子は、可変的なキャパシタンスを提供する可変キャパシタ、可変的なインダクタンスを提供する可変インダクター及び可変的な抵抗を提供する可変抵抗のうちの何れか一つでありうる。前記可変リアクティブ素子は、モータによって駆動されるか、又は電圧を印加してリアクティブ素子のリアクタンスが変わりうる。簡潔に説明するために、以下では、本発明の技術的特徴を前記可変リアクティブ素子として可変キャパシタを使用する実施の形態に基づいて説明する。しかしながら、このような本発明の技術的特徴は、他の種類の可変リアクティブ素子を備える実施の形態でも、周知の電磁気理論に基づいて、多くの努力を行わなくても容易に変形されて実施できることは自明である。また、簡潔な説明のために、以下では、本発明の技術的特徴を二つの可変リアクティブ素子を備える実施の形態に基づいて説明する。しかしながら、本発明の技術的特徴は、より多くの数の可変リアクティブ素子を備える実施の形態及び前記受動素子が追加された実施の形態でも、周知の電磁気理論に基づいて、過度な努力を行わなくても容易に変形されて実施できることは自明である。前記電源１０２は、ＣＷモードで動作することに限定されず、パルスモードでも動作できる。
【0052】
［様々な類型のマッチングシステム］
【0053】
一方、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子又は前記受動素子が前記送信線１０３に接続される方式に従って、多様な類型に分類されうる。例えば、簡潔に説明するための上述した前提に従い前記マッチングシステム１０４が第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２を有すると仮定すると、前記第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２が前記送信線１０３に接続する方式に応じて、Ｌ型（Ｌ−ｔｙｐｅ）、逆Ｌ型（ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｌ−ｔｙｐｅ）、Ｔ型（Ｔ−ｔｙｐｅ）及びπ型（π−ｔｙｐｅ）などに区分されうる。
【0054】
図８〜図１１は、前記マッチングシステム１０４の類型を例示的に示す回路図である。
【0055】
図８に示すように、前記Ｌ型のマッチングシステムによると、前記第１可変キャパシタ１１１は、前記送信線１０３の所定位置Ｐに接続され、前記第２可変キャパシタ１１２は、前記負荷１０１と前記位置Ｐとの間に配置される。図９に示すように、前記逆Ｌ型のマッチングシステムによると、前記第１可変キャパシタ１１１は、前記送信線１０３の所定位置Ｐに接続され、前記第２可変キャパシタ１１２は、前記電源１０２と前記位置Ｐとの間に配置される。
【0056】
図１０に示すように、前記Ｔ型のマッチングシステムによると、前記第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２は、前記送信線１０３上で前記電源１０２及び前記負荷１０１を直列に接続する。本発明の一実施の形態によると、前記第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２間の送信線１０３（すなわち、点Ｐ）には、所定の受動素子（例えば、インダクター）１１５が接続されうる。図１１に示すように、前記π型のマッチングシステムによると、前記第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２は、それぞれ前記送信線１０３に並列に接続される。本発明の一実施の形態によると、前記第１及び第２可変キャパシタ１１１、１１２の間には、所定の受動素子（例えば、インダクター）１１５が直列に接続されうる。
【0057】
前記送信線１０３の点Ｐに接続する素子は、図８〜図１２に示すように、接地されたさらに他の送信線に接続されることができる。一方、本発明によるマッチングシステムは、多様に変形された構造を有することができる。例えば、図１２及び図１３に示すように、前記送信線１０３に並列又は直列に接続される少なくとも一つの受動素子をさらに具備できる。さらに詳細に説明すると、前記Ｌ型のマッチングシステムは、図１４及び図１５に示すように、補助的に付加された受動素子（すなわち、キャパシタ１１６又はインダクター１１７、１１８）をさらに備えることができる。
【0058】
一方、図８〜１５は、前記マッチングシステム１０４を例示的に説明するための図であり、本発明の他の実施の形態によると、前記マッチングシステム１０４を構成する前記可変リアクティブ素子及び受動素子の種類、数及び位置は、多様に変形されうる。
【0059】
［マッチング方法］
【0060】
図１６は、本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【0061】
図１６に示すように、この実施の形態によるインピーダンスマッチング方法は、送信線の電気的特性を測定するステップ（Ｓ２０）、前記送信線の測定された電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ３０）、及び前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御するステップ（Ｓ４０）を含む。
【0062】
本発明によると、前記電気的特性は、前記送信線の電流、電圧及びこれらの間の位相差でありえ、これらの物理量は、所定のセンサ装置によりリアルタイム又は周期的に測定される。前記位相差は、前記送信線の電流及び電圧の測定結果を分析することによって計算できる。
【0063】
一方、前記電気的特性の測定ステップ（Ｓ２０）の前に、所定のマッチングパラメーターが設定されうる（Ｓ１０）。前記マッチングパラメーターは、本発明によるインピーダンスマッチング過程に使用される多様なパラメーターであって、さらに詳細に説明すると、該当電気装置と関連した物理的／電気的パラメーター、前記測定ステップ（Ｓ２０）のためのパラメーター、前記制御パラメーターの抽出ステップ（Ｓ３０）のためのパラメーター及び前記システムの制御ステップ（Ｓ４０）のためのパラメーターを含むことができる。また、前記マッチングパラメーターは、他のステップで設定されることもでき、後述するようにマッチングパラメーターの一部は、インピーダンスマッチングを行う間に、必要によって変更されうる。
【0064】
本発明の一実施の形態によると、前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ３０）は、前記送信線の測定された電気的特性を特性ベクトルに変換するステップ（Ｓ３１）、前記特性ベクトルを所定の分析座標系で分析することによって、インピーダンスマッチングのための変位ベクトルを抽出するステップ（Ｓ３２）、及び前記変位ベクトルをシステム制御ステップ（Ｓ４０）のための制御パラメーターに変換するステップ（Ｓ３３）を含む。
【0065】
このとき、前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性を定量的に関係づける所定の位相空間を表現するように選択される。すなわち、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性との間の定量的関係は、前記分析座標系により表現されることができる。前記変位ベクトルは、前記分析座標系において前記特性ベクトルがマッチングされた状態に該当する点へ移動するために必要な座標変化の大きさを成分として有する。前記分析座標系及び前記変位ベクトルは、以後より詳細に説明されるはずである。
【0066】
［パルスマッチング方法］
【0067】
図２９は、本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【0068】
図２９に示すように、この実施の形態によるインピーダンスマッチング方法は、送信線の電気的特性を測定するステップ（Ｓ１２０）、電源のパルスモードを判断するステップ（Ｓ１３０）、前記送信線の電気的特性からインピーダンスマッチングのための制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ１５０）、及び前記制御パラメーターを使用してマッチングシステムを制御するステップ（Ｓ１６０）を含むものの、マッチングシステムは、前記パルスモードに応じて異なるように制御される。
【0069】
本発明によると、前記電気的特性は、前記送信線の電流、電圧及びこれらの間の位相差でありえ、これらの物理量は、所定のセンサ装置によりリアルタイム又は周期的に測定される。前記位相差は、前記送信線の電流及び電圧の測定結果を分析することによって計算できる。
【0070】
一方、前記電気的特性の測定ステップ（Ｓ１２０）の前に、所定のマッチングパラメーターが設定されうる（Ｓ１１０）。前記マッチングパラメーターは、本発明によるインピーダンスマッチング過程に使用される多様なパラメーターであって、さらに詳細に説明すると、該当電気装置と関連した物理的／電気的パラメーター、前記測定ステップ（Ｓ１２０）のためのパラメーター、前記制御パラメーターの抽出ステップ（Ｓ１５０）のためのパラメーター及び前記システムの制御ステップ（Ｓ１６０）のためのパラメーターを含むことができる。また、前記マッチングパラメーターは、他のステップで設定されることもでき、後述するように、マッチングパラメーターの一部は、インピーダンスマッチングを行う間に必要によって変更されることもできる。
【0071】
図３０は、本発明の一実施の形態によるパルスモード処理ステップを示すフローチャートである。
【0072】
図３０に示すように、前記パルスモード判断ステップ（Ｓ１３０）は、電源がオン状態であるオンタイム区間と前記電源がオフ状態であるオフタイム区間とを判別するステップ（Ｓ１３１）、パルス周期を判断するステップ（Ｓ１３２）、及び前記パルス周期に応じてスローパルスモードとファーストパルスモードとを判断するステップ（Ｓ１３３）を含む。
【0073】
前記オンタイム区間とオフタイム区間との判別（Ｓ１３１）は、前記電源の動作を制御する電源トリガー信号を利用するか、又は前記電気的特性を利用して判断できる。すなわち、前記電気的特性を利用して入射電力を計算して、前記オンタイム区間と前記オフタイム区間とを区別することができる。又は、前記電源はパルスモードで動作するので、前記電源の電力と同期化された電源トリガー信号を受けて、オンタイム区間を判別することができる。
【0074】
前記パルス周期は、前記電源のｉ番目のオンタイム状態からｉ＋１番目のオンタイム状態になる時間の間隔と定義される。前記パルス周期に応じて、前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを異なるように制御する。前記パルス周期が所定の時間より大きな場合に、スローパルスモードと判断し、前記パルス周期が所定の時間より小さな場合には、ファーストパルスモードと判断し、前記電源のパルスモードに応じて前記制御パラメーターを異なるように設定して、前記マッチングシステムを異なるように制御する。前記所定の時間は、１／５００秒でありうる。詳細に説明すると、前記パルスモードが前記スローパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記マッチングシステムをアイドル状態にすることができる。前記アイドル状態は、マッチングシステムの可変リアクティブ素子の値が変わらない状態でありうる。すなわち、前記可変リアクティブ素子に接続したモータが前記オフタイム区間の間は停止できる。
【0075】
前記パルスモードが前記ファーストパルスモードである場合に、前記電源がオフタイム区間にある間に前記制御パラメーターを使用して前記マッチングシステムを制御することができる。前記オフタイム区間の前記制御パラメーターは、前記オンタイム区間で使用された最後の制御パラメーターでありうる。すなわち、前記オフタイム区間においてマッチングシステムの可変リアクティブ素子の値は変わりうる。
【0076】
図３１は、本発明の一実施の形態による制御パラメーターを抽出するステップを示すフローチャートである。
【0077】
図３１に示すように、前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ１５０）は、前記送信線の測定された電気的特性を特性ベクトルに変換するステップ（Ｓ１５１）、前記特性ベクトルを所定の分析座標系で分析することによって、インピーダンスマッチングのための変位ベクトルを抽出するステップ（Ｓ１５２）、及び前記変位ベクトルをシステム制御ステップ（Ｓ１６０）のための制御パラメーターに変換するステップ（Ｓ１５３）を含む。
【0078】
本発明の他の実施の形態によると、前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ１５０）は、インピーダンスの絶対値（又は大きさ）が所定の特性インピーダンス（通常、５０オーム）以上又は未満であるかに応じて制御パラメーターを抽出するステップ、及び前記インピーダンスの位相が所定の値以上又は未満であるかに応じて制御パラメーターを抽出するステップを含むことができる。
【0079】
本発明のさらに他の実施の形態によると、前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ１５０）は、測定位置でインピーダンスを測定して計算するステップ、測定位置のインピーダンスとマッチングシステムの可変素子のリアクタンスとを利用して、負荷インピーダンスを計算するステップ、及び負荷インピーダンスを利用して制御パラメーターを抽出するステップを含むことができる。
【0080】
本発明のさらに他の実施の形態によると、前記制御パラメーターを抽出するステップは、反射係数を利用して求めることができる。このような前記制御パラメーターを抽出するステップは、当業者により多様に変形されうる。
【0081】
［特性ベクトルの選択］
【0082】
本発明の一実施の形態によると、前記特性ベクトルは、前記送信線の測定された電気的特性に基づいて定義されるものの、規格化された大きさを有する物理量でありうる。このように、前記送信線の測定された電気的特性が、規格化された物理量により表現されるため、以下で詳細に説明されるように、本発明によるマッチング方法は、上述した従来の技術的問題を克服するのに寄与できる。
【0083】
本発明の一実施の形態によると、前記特性ベクトルは、前記送信線の反射係数Ｓ１１から定義されうる。周知のように、前記送信線の反射係数Ｓ１１は、下記式１のように、送信線の特性インピーダンスＺ０及び送信線の入力端のインピーダンス（すなわち、入力インピーダンス）Ｚにより定義され、
【0084】
【数1】
【0085】
その大きさ（すなわち、Ｓ＝｜Ｓ１１｜）は、０と１との間の何れか一値でありうる（このとき、前記送信線の入力インピーダンスＺは、前記入力端Ｎ１、Ｎ２で測定される前記マッチングシステム及び前記負荷を含むシステムのインピーダンスを表す）。
【0086】
一方、上述したように、前記マッチングシステム１０４は、少なくとも二つの可変リアクティブ素子を含むことができる。この場合に、各可変リアクティブ素子のリアクタンスを明らかに決定するためには、前記特性ベクトルは、少なくとも二つの成分を含む物理量でなければならない。例えば、前記特性ベクトルＱは、下記式２のように前記反射係数の実数部Ｒｅ｛Ｓ１１｝及び虚数部Ｉｍ｛Ｓ１１｝を成分として有する二次元ベクトルと定義されうる。
【0087】
【数2】
【0088】
［分析座標系の選択］
【0089】
上述したように、前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性とを定量的に関係付ける所定の位相空間を表現するように選択される。このために、前記分析座標系の座標は、前記マッチングシステムの電気的特性と関連した物理量の中から選択され、前記送信線の電気的特性は、このように選択された分析座標系での一点で表現される。本発明の一実施の形態によると、前記分析座標系の座標（以下、分析座標）は、前記マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子の電気的特性（例えば、リアクタンス）の関数で表現されることができ、前記送信線の測定された電気的特性を表現する前記特性ベクトルは、このような分析座標系上の一点で表現されることができる。
【0090】
一方、前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性との間の定量的関係を単射関数的（ｉｎｊｅｃｔｉｖｅｌｙ）にマッピングするよう選択されることが好ましい（このとき、本出願で使用される「単射関数的マッピング」の意味は、図１７及び図１８を参照して以下でさらに詳細に定義される）。このように単射関数的マッピングを可能にするために、前記分析座標は、前記マッチングシステムの測定可能な電気的特性（例えば、リアクタンス）を所定の変換行列Ｔを利用して変換することによって得られる物理量でありうる。例えば、前記分析座標Ｇは、下記式３により表現されているように、所定の変換行列Ｔと所定の素子ベクトル（ｄｅｖｉｃｅ ｖｅｃｔｏｒ）Ｘとの内積により得られることができる。
【0091】
【数3】
【0092】
このとき、前記変換行列Ｔ及び前記素子ベクトルＸは、上述した単射関数的マッピングと関連した前記分析座標に対する技術的要求を満たすように選択されることが好ましく、このような選択は、前記マッチングシステムの類型に依存的である。具体的に説明すると、前記素子ベクトルＸは、マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子のそれぞれの電気的特性と関連した物理量を成分として有し、前記マッチングシステムの類型に応じて選択されうる。また、前記変換行Ｔは、前記マッチングシステムの類型及び前記素子ベクトルＸの物理量に応じて選択されうる。結果的に、前記分析座標Ｇも、前記マッチングシステムの類型に応じて選択される。
【0093】
さらに詳細に説明すると、前記マッチングシステムは、二つの可変リアクティブ素子を具備することができる。この場合に、前記分析座標Ｇ１、Ｇ２は、下記式４により表現されたように、前記可変リアクティブ素子のそれぞれの電気的特性と関連した物理量Ｘ１、Ｘ２と所定の２次正方行列Ｔとの内積により得られることができる。本発明によると、前記変換行列の要素（すなわち、ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２）は、−１〜１の範囲の値の中から選択されうる。
【0094】
【数4】
【0095】
一方、前記変換行列Ｔは、多様な方法により準備されることができる。例えば、前記変換行列は、理論的接近を介した分析、コンピュータを使用するシミュレーション分析及びマッチング過程に対する経験的データに対する分析のうち、少なくとも一つの分析方法により得られることができる。このような分析は、前記マッチングシステムの類型及び前記素子ベクトルＸの物理量に基づいて行われる。また、前記変換行列Ｔの形状及び次数（ｒａｎｋ）は、前記マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子の個数により決定される。すなわち、前記マッチングシステムがより多くの数の可変リアクティブ素子を備える場合に、前記変換行列の形状及び次数は増加できる。
【0096】
上述したように、前記マッチングシステムは、二つの可変キャパシタを具備することができ、このようなマッチングシステムは、図８及び図９を参照してそれぞれ説明したように、Ｌ型又は逆Ｌ型でありうる。この場合に、前記変換行列Ｔ及び前記素子ベクトルＸは、前記可変キャパシタのキャパシタンスの関数で表現されることができる。すなわち、図８を参照して説明されたＬ型のマッチングシステムの場合に、前記素子ベクトルＸは、下記式５のように与えられることができ、図９を参照して説明された逆Ｌ型のマッチングシステムである場合には、前記素子ベクトルＸは、下記式６のように与えられることができる。ωは 角周波数(angular frequency)だ.
【0097】
【数5】
【0098】
【数6】
【0099】
図１７及び図１８は、本発明の一実施の形態による分析座標系及びこれを利用した変位ベクトルの抽出を説明するための図である。さらに詳細に説明すると、この実施の形態は、二つの可変キャパシタを有するＬ型のマッチングシステムに関するものであり、前記分析座標系の座標は、これらの可変キャパシタのキャパシタンスを前記式４及び５を使用して変換した物理量である。このとき、前記特性ベクトルの成分は、前記式２で与えられたように、前記送信線の反射係数の実数部及び虚数部として選択された。
【0100】
図１７は、このような分析座標系にマッピングされた前記特性ベクトルの一成分（すなわち、反射係数の実数部）を示し、図１８は、このような分析座標系にマッピングされた前記特性ベクトルの他の成分（すなわち、反射係数の虚数部）を示す。また、図１７及び図１８の実線のそれぞれは、Ｒｅ｛Ｓ１１｝＝０及びIｍ｛Ｓ１１｝＝０の条件を満たす特性ベクトルの位置を示す等高線（以下、マッチング線）である。このような点において、マッチングされた状態に該当する点（以下、マッチング点）は、図１７及び図１８の実線が交差する点に該当し、このようなマッチング点は、図１７及び図１８においてそれぞれ小さな四角形で示された。一方、図面において星表に該当する点は、初期状態を示す。
【0101】
前記分析座標Ｇ１、Ｇ２は、前記式４の変換により、上述した分析座標系に関する技術的要求を満たすように準備されたため、図１７及び図１８において、前記マッチングライン上の点は、前記分析座標の関数で表現されることができる。すなわち、図１７に示すように、所定の領域において、前記Ｇ１座標の任意の一つの値は、前記マッチングラインの一点に対応する。同様に、図１８に示すように、所定の領域において、前記Ｇ２座標の任意の一つの値は、前記マッチングラインの一点に対応する。上述した「単射関数的マッピング」という用語は、このように一つの分析座標に一つのマッチングされた点が対応する関係を意味する。このような点で、図１７に示すように、前記Ｇ１座標は、前記特性ベクトルの一成分（すなわち、反射係数の実数部）に単射関数的にマッピングされ、図１８に示すように、前記Ｇ２座標は、前記特性ベクトルの他の成分（すなわち、反射係数の虚数部）に単射関数的にマッピングされる。
【0102】
このような単射関数的マッピングにより、本発明によるマッチング方法は、分析座標系の全領域で有効なマッチング軌跡を探すことを可能にする。換言すると、図１７及び図１８に示すように、このような単射関数的マッピングにより、分析座標系のすべての点に対して有効なマッチング軌跡が見つけられることができ、従来の技術でのマッチング失敗領域（図２のＦＲ参照）は、前記分析座標系内では現れない。すなわち、（従来の技術において現れる）マッチング軌跡の方向決定での模倣性は、（本発明のように）分析座標系を利用するマッチング軌跡の分析では現れない。
【0103】
［変位ベクトルの決定］
【0104】
前記変位ベクトルを決定するステップ（Ｓ３２）は、前記分析座標系で前記送信線の測定された状態に該当する特性ベクトル（以下、測定された特性ベクトル）の大きさ又は位置を分析するステップを含む。先で定義されているように、前記変位ベクトルの大きさは、前記分析座標系で前記測定された特性ベクトルを前記マッチングラインへ移動させるために要求される座標の移動の大きさを表現する。すなわち、前記変位ベクトルの長さは、前記測定された特性ベクトルの位置と前記マッチングされる点との間の距離に該当する。
【0105】
しかしながら、実際のマッチング過程では、測定された電気的状態に対する情報（すなわち、インピーダンス）のみが知られるため、現在の測定された状態がマッチングされた状態であるか否かを判断することはできるが、ほとんどの場合に、マッチングされた点の位置が正確にどこであるかはわからない。その結果、前記変位ベクトルの方向（すなわち、マッチング軌跡の進行方向）は決定されうるが、前記変位ベクトルの大きさは、正確に決定され難い。このような技術的制約のため、従来の技術では、測定されたインピーダンスの大きさに基づいて可変キャパシタのキャパシタンスを決定する。しかしながら、前記インピーダンスは、規格化されない物理量であるから、このような従来の方法では、キャパシタンスの変化量を精密に制御し難い。
【0106】
一方、本発明の一実施の形態によると、前記変位ベクトルの成分は、下記式７により与えられるように、前記特性ベクトルの成分により定義されることができ、前記変位ベクトルに対するこのような選択は、上述した従来の技術的問題を克服するのに寄与する。
【0107】
さらに詳細に説明すると、図１７を再度参照すると、色彩のトーンにより表現された各点の大きさは、反射係数の実数部Ｒｅ｛Ｓ１１｝の値を示し、実線により表現されたマッチングラインは、Ｒｅ｛Ｓ１１｝＝０の条件を満たす点を示す。また、Ｂ２の矢印が配置された前記マッチングライン下の領域（以下、第１領域）は、Ｒｅ｛Ｓ１１｝＞０である領域を示し、Ｂ１及びＢ３の矢印が配置された前記マッチングラインの上側の領域（以下、第２領域）は、Ｒｅ｛Ｓ１１｝＜０である領域を示す。同様に、図１８に示すように、実線により表現されたマッチングラインは、Ｉｍ｛Ｓ１１｝＝０の条件を満たす点を示す。また、Ｂ５の矢印が配置された前記マッチングラインの右側の領域（以下、第３領域）は、Ｉｍ｛Ｓ１１｝＞０である領域を示し、Ｂ４及びＢ６の矢印が配置された前記マッチングラインの左側の領域（以下、第４領域）は、Ｉｍ｛Ｓ１１｝＜０である領域を示す。
【0108】
したがって、マッチング点への接近のためには、前記第１領域の点のＧ２座標値は増加、また前記第２領域の点のＧ２座標値は減少、前記第３領域の点のＧ１座標値は減少、前記第４領域の点のＧ１座標値は増加しなければならない。例えば、星表で表現された初期状態は、マッチング点へ接近するために、そのＧ１及びＧ２座標値を減少させることが必要である。したがって、Ｇ１及びＧ２座標の変化量ｄＧ１、ｄＧ２を−Ｉｍ｛Ｓ１１｝及びＲｅ｛Ｓ１１｝と定義すると、マッチング点への接近のための上述した要件を満たすことができる。すなわち、このような定義によると、マッチング点に到達するために、現在の位置でＩｍ｛Ｓ１１｝は、正の値を有しているから、Ｇ１座標値を減少させるために、Ｉｍ｛Ｓ１１｝に負の符号を乗算する。一方、マッチング点に到達するために、現在の位置でＲｅ｛Ｓ１１｝は、負の値を有しているので、Ｇ２座標値を減少させるために、Ｒｅ｛Ｓ１１｝に正の符号を乗算する。
【0109】
本発明の一実施の形態によると、このような事実に基づいて、前記変位ベクトルｄＧの成分ｄＧ１、ｄＧ２は、下記式７のように定義できる（しかしながら、下記式７は、前記変位ベクトルを定義する方法の一例を説明するためのものであり、本発明の他の実施の形態によると、前記変位ベクトルのこのような定義は、マッチングシステムの類型及び選択された分析座標系の種類などに基づいて、多様に変形されうる）。
【0110】
【数7】
【0111】
式１によると、マッチング点に近づくほど、前記送信線の反射係数の大きさは、０に近づく。このとき、前記変位ベクトルｄＧの成分と前記反射係数Ｓ１１の成分は、前記式７により与えられる定量的関係を有するから、この実施の形態によるマッチング方法は、前記マッチング点に速く収斂する軌跡を探すことができるようにする。すなわち、本発明によると、前記測定された特性ベクトルの位置とマッチング点との間の距離が増加する場合に、前記反射係数が増加するため、前記変位ベクトルｄＧの大きさも増加する。これは、マッチング軌跡を短い時間内にマッチング点近辺へ移動させることを可能にする。また、前記測定された特性ベクトルの位置がマッチング点近辺に位置する場合に、前記反射係数が小さいため、前記変位ベクトルｄＧも、小さな大きさを有するようになる。これは、マッチング点近辺でマッチング軌跡を微細に制御することを可能にする。これにより、図４を参照して説明したマッチング時間の遅延、及び図６を参照して説明した出没問題は予防されうる。
【0112】
また、上述したように、前記Ｇ１及びＧ２座標は、単射関数的マッピングに関する要求を満たすように変換されたため、図２を参照して説明された従来の技術での座標の移動方向（すなわち、マッチング軌跡の進行方向）の選択に関連した模倣性は、本発明では現れない。
【0113】
［制御パラメーターの決定］
【0114】
本発明によると、前記変位ベクトルｄＧは、前記分析座標系での分析のために、前記可変リアクティブ素子のリアクタンス又はアドミタンスを変換した物理量である。したがって、マッチングシステムの制御のためには、前記変位ベクトルを、前記マッチングシステムを構成する素子の電気的特性の大きさ（すなわち、前記可変リアクティブ素子のリアクタンス）又はこれと関連した物理量に変換する過程が必要である。上述した前記変位ベクトルｄＧを制御パラメーターに変換するステップ（Ｓ３３）は、このような変換ステップに該当する。
【0115】
このために、本発明の一実施の形態によると、このステップ（Ｓ３３）は、前記変位ベクトルｄＧを前記可変リアクティブ素子の可変的な物理量の次元を有する換算された素子ベクトルｄＸ´（ｒｅｄｕｃｅｄ ｄｅｖｉｃｅ ｖｅｃｔｏｒ）に逆変換するステップ（Ｓ３３１）及び前記換算された素子ベクトルｄＸ´を前記可変リアクティブ素子の駆動を制御する駆動ベクトルＶに変換するステップ（Ｓ３３２）を含むことができる。
【0116】
前記分析座標Ｇ１、Ｇ２が前記式３及び４の変換行列Ｔを介して得られるという点を考慮するとき、前記換算された素子ベクトルｄＸ´は、下記式８及び式９のように、前記変換行列の逆行列Ｔ−１と前記変位ベクトルｄＧとの内積により求めることができる。
【0117】
【数8】
【0118】
【数9】
【0119】
一方、前記マッチングシステムが前記可変リアクティブ素子として可変キャパシタを使用するＬ型の場合に、前記換算された素子ベクトルｄＸ´は、前記式５により下記式１０のように書かれることができ、逆Ｌ型の場合には、前記換算された素子ベクトルｄＸ´は、前記式６により下記式１１のように書かれることができる。
【0120】
【数10】
【0121】
【数11】
【0122】
本発明の一実施の形態によると、前記可変リアクティブ素子のリアクタンスは、所定の駆動モータの回転により制御されうる。この場合に、前記駆動ベクトルＶは、前記駆動モータの数値制御のための値を成分として有することができ、その大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）及び物理的次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、前記数値制御の方法及び駆動モータなどの種類に応じて多様に変形されうる。例えば、前記駆動ベクトルＶは、下記式１２のように前記換算された素子ベクトルｄＸ´と所定の数的制御因数Ｍのスカラー積で与えられることができる。
【0123】
【数12】
【0124】
このとき、Ｖ１及びＶ２は、それぞれ前記第１及び第２可変キャパシタに接続した駆動モータの駆動のために入力される制御パラメーターを示す。また、前記数値制御因数Ｍは、前記数値制御の基準大きさ（例えば、モータの基準駆動速力（ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｔｏｒ）でありえ、前記換算された素子ベクトルｄＸ´が前記駆動ベクトルＶと同じ次元を有するように選択される。
【0125】
一方、式５及び式６での定義により、前記換算された素子ベクトルｄＸ´は、リアクタンス又はアドミタンスの次元を有する。したがって、前記可変リアクティブ素子を実際に制御するためには、前記換算素子ベクトルｄＸ´を前記可変リアクティブ素子の一次的な物理量（例えば、キャパシタンス又はインダクタンス）に変換する過程がさらに必要でありうる。すなわち、前記マッチングシステムがＬ型の場合に、前記式１０に与えられたように、前記換算素子ベクトルｄＸ´は、キャパシタンスと異なる次元を有するために、前記駆動ベクトルＶは、前記式１０を利用して前記換算された素子ベクトルｄＸ´をキャパシタンス次元に変換する。この場合に、式１０により前記数値制御因数Ｍは、前記可変キャパシタの現在キャパシタンスＣｉの関数で表現されることができる。しかしながら、前記マッチングシステムが逆Ｌ型の場合には、前記式１１に与えられたように、前記換算素子ベクトルｄＸ´は、キャパシタンスと同じ次元を有するために、このような追加的な変換過程は不要である。
【0126】
一方、前記式７及び９によると、前記式１２は、下記式１３のように書かれることができる。すなわち、この実施の形態によると、前記マッチングシステムの第１及び第２可変キャパシタの変化（すなわち、これらに接続した駆動モータの回転）は、前記送信線の反射係数（さらに詳細に説明すると、これの実数部及び虚数部の大きさ）により決定される。
【0127】
【数13】
【0128】
前記マッチングシステムを制御するステップ（Ｓ４０）は、前記駆動ベクトルＶを利用して前記マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子のリアクタンスを調節するステップを含む。
【0129】
［マッチング状態検査］
【0130】
図１９及び図２０は、本発明の変形された実施の形態によるマッチング方法を説明するためのフローチャートである。この実施の形態は、前記電気的特性を測定（Ｓ２０）した後、前記マッチングシステムが許容可能なマッチング状態にあるか否かを判断するマッチング状態検査（Ｓ２２）を行うステップをさらに含む。このようなマッチング状態検査（Ｓ２２）のステップを除外すると、この実施の形態は、上述の実施の形態と同一なので、重複する内容についての説明は省略する。
【0131】
図１９及び図２０に示すように、前記電気的特性を測定（Ｓ２０）して前記送信線のインピーダンスを求めた後（Ｓ２１）、前記マッチングシステムが許容可能なマッチング状態（ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｓｔａｔｅ）にあるか否かを判断するマッチング状態検査（Ｓ２２）をさらに行う。このステップ（Ｓ２２）で前記マッチングシステムが許容可能なマッチング状態にない場合に、前記制御パラメーター抽出のステップ（Ｓ３０）及び前記マッチングシステム制御のステップ（Ｓ４０）を、上述の実施の形態で説明した方法により行う。また、このステップ（Ｓ２２）で前記マッチングシステムが許容可能なマッチング状態にある場合には、前記制御パラメーター抽出のステップ（Ｓ３０）及び前記マッチングシステム制御のステップ（Ｓ４０）なしに前記送信線の電気的特性を測定する。このようなマッチング状態検査（Ｓ２２）により、マッチングされた状態に到達したマッチングシステムが不要に撹乱されるという問題は予防できる。
【0132】
一方、本発明の一実施の形態によると、前記マッチングパラメーターの設定値が適切であるか否かを評価するステップ（Ｓ２３）、及び（その評価結果が否定的な場合に）前記マッチングパラメーターの一部を変更するステップ（Ｓ２４）をさらに含むことができる。前記マッチングパラメーターの適切性評価ステップ（Ｓ２３）は、前記送信線の電気的特性を測定するステップ（Ｓ１０）から前記システムを制御するステップ（Ｓ４０）に達する一周期の過程が所定の回数（ｎ）の間に繰り返し的に行われたか否かを判断するステップを含むことができる。前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）は、前記一周期の過程を所定回数の間に繰り返したにもかかわらず、前記電気装置１００がマッチングされた状態に到達できない場合に行われる。前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）で変更されるマッチングパラメーターの種類及び変更方法などについては、以下で再度説明される。
【0133】
［マッチング状態パラメーター］
【0134】
一方、本発明によると、前記マッチング状態検査（Ｓ２２）は、下記式１４により定義された状態パラメーターＰ（又は定常波比（ｓｔａｎｄｉｎｇ−ｗａｖｅ ｒａｔｉｏ、ＳＷＲ））を利用して行われることができる。
【0135】
【数14】
【0136】
（このとき、Ｓは、前記送信線の反射係数Ｓ１１の大きさ（すなわち、絶対値）を示す。）このような定義によると、前記状態パラメーターＰは、マッチングされた場合（すなわち、Ｓ＝０）には、単位値１を有し、極端的にミスマッチングされた場合（すなわち、Ｓ＝１）には、無限の大きさを有する。また、図２１に示すように、前記状態パラメーターＰの変化率は、マッチングされた状態に近い領域では小さく、マッチングされた状態から遠くの領域では、急激に増加する。すなわち、インピーダンス自体よりは、前記式１４により定義される前記状態パラメーターに基づいてマッチング状態を判断する場合に、マッチング点近辺でのマッチング状態をさらに精密に判断できる。
【0137】
本発明の一実施の形態によると、前記マッチング状態検査（Ｓ２２）は、先んじたステップの状態パラメーターＰ−（以下、前パラメーター）及び現在ステップの状態パラメーターＰ０（以下、現パラメーター）を状態パラメーターの許容可能な最小値Ｐ１（以下、最小水準）及び最大値Ｐ２（以下、最大水準）と比較するステップを含むことができる。さらに詳細に説明すると、下記表１及び図２２に示すように、現パラメーターＰ０が最小水準Ｐ１より小さい、または等しい場合（Ｃａｓｅ Ｉ）には、前パラメーターＰ−に無関係にマッチングされた状態で評価される。また、現パラメーターＰ０が最小水準Ｐ１と最大水準Ｐ２との間にあり、かつ前パラメーターＰ−が最小水準Ｐ１より小さい、または等しい場合（Ｃａｓｅ ＩＩ）には、マッチングされた状態で評価される。現パラメーターＰ０が最小水準Ｐ１と最大水準Ｐ２との間にあり、かつ前パラメーターＰ−が最小水準Ｐ１より大きな場合（Ｃａｓｅ ＩＩＩ）には、ミスマッチングされた状態で評価され、全体システムをマッチングされた状態にするために、前記制御パラメーター抽出（Ｓ３０）及びマッチングシステム制御（Ｓ４０）のステップを行う。また、現パラメーターＰ０が最大水準Ｐ２より大きい、または等しい場合（Ｃａｓｅ ＩＶ）には、前パラメーターＰ−に無関係にミスマッチングされた状態で評価され、前記電気装置１００をマッチングされた状態にするために、前記制御パラメーター抽出（Ｓ３０）及びマッチングシステム制御（Ｓ４０）のステップを行う。
【0138】
【表1】
【0139】
このように、状態パラメーターの許容可能な最小値Ｐ１及び最大値Ｐ２に基づいてマッチング状態検査を行う場合に、不必要なマッチング状態の変更を最小化できるため、精密かつ効率的なマッチング特性を得ることができる。
【0140】
［回転行列］
【0141】
本発明の一実施の形態によると、前記特性ベクトルＱは、下記式１５に与えられたように、前記反射係数の実数部Ｒｅ｛Ｓ１１｝及び虚数部Ｉｍ｛Ｓ１１｝を所定の回転行列Ｒで回転させた物理量で選択されうる。
【0142】
【数15】
【0143】
このとき、前記回転行列Ｒの角度θは、−９０度〜９０度の範囲の一値でありうる。本発明の一実施の形態によると、前記回転行列の角度θは、前記マッチングパラメーターの設定ステップ（Ｓ１０）において０度と設定されることができる。一方、最初選択された角度に基づいて行われたマッチングにより、前記電気装置１００が所定回数内にマッチング状態に到達できないと、前記回転行列の角度θは、前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）で−９０度〜９０度の範囲のいずれか一つの値に変更されうる。前記回転行列Ｒの角度変更は、前記送信線の長さを延長する効果を提供し、前記反射係数の絶対値を変化させずにその位相値のみを変化させる。これにより、前記回転行列Ｒの角度変更は、マッチング経路の進行方向の変更及びこれに応じるマッチング失敗を防止するために選択されうるマッチングパラメーターの変更方法である。
【0144】
［ゲイン因数（ｇａｉｎ ｆａｃｔｏｒ）］
【0145】
本発明の一実施の形態によると、前記駆動ベクトルＶは、下記式１６のように前記数値制御因数Ｍ、前記換算された素子ベクトルｄＸ´及びゲイン因数ｇのスカラー積で与えられることができる。このとき、前記ゲイン因数ｇは、下記式１７に定義されているように、基準ゲイン因数（ｓｔａｎｄａｒｄ ｇａｉｎ ｆａｃｔｏｒ）ｇ０及び第１ゲイン因数ｇ１の積でありうる。
【0146】
【数16】
【0147】
【数17】
【0148】
前記基準ゲイン因数ｇ０は、前記ゲイン因数ｇの基準大きさであって、定数でありうる。また、前記第１ゲイン因数ｇ１は、前記駆動ベクトルＶの大きさが前記測定された特性ベクトルに動的な関連性（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を有するように設定される。すなわち、前記第１ゲイン因数ｇ１は、前記測定された特性ベクトルに依存する変数であって、マッチングのために要求される前記分析座標系での座標移動の大きさ（すなわち、前記変位ベクトルの大きさ）が大きいほど、大きな値を有するように定義される。本発明の一実施の形態によると、前記第１ゲイン因数ｇ１は、下記式１８のように与えられることができる。
【0149】
【数18】
【0150】
このとき、前記Ｓは、前記反射係数の大きさを示す。また、前記ｇｍａｘ、ｇｍｉｎ、Ｓ０及びｍは、前記マッチングシステムの物理的／電気的特性のような環境的な要因を考慮して決定されるマッチングパラメーターであって、上述したように、前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）で変更されうる。具体的に説明すると、ｇｍａｘ及びｇｍｉｎは、それぞれ前記第１ゲイン因数の最大値及び最小値を表し、Ｓ０は、第１ゲイン因数の基準大きさを表す。また、ｍは、前記第１ゲイン因数の大きさを決定づける特性パラメーターであって、前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）で作業者又はコンピュータにより変更されうる。これに加えて、上記式１８は、前記第１ゲイン因数ｇ１を定義する方法の一例を説明するものに過ぎず、前記第１ゲイン因数ｇ１は、他の多様な方法により定義されうる。
【0151】
図２３は、本発明の一実施の形態によるゲイン因数（特に、前記第１ゲイン因数ｇ１と前記反射係数の大きさＳとの関係を示すグラフである。この実施の形態において、前記第１ゲイン因数は、前記式１８により定義され、この場合に、前記ｇｍａｘ及びｇｍｉｎは、それぞれ１及び０．２で与えられた。
【0152】
図２３に示すように、前記第１ゲイン因数ｇ１は、前記反射係数の大きさＳが小さな領域ＭＲで前記ｇｍｉｎに近い大きさを有し、前記反射係数の大きさＳが大きい領域ＵＭＲで前記ｇｍａｘに近い大きさを有する。前記電気装置１００がマッチングされた状態に近い水準（以下、マッチング水準）は、前記反射係数の大きさＳに反比例する。したがって、前記式１６〜１８を参照すると、図２３のように定義される前記第１ゲイン因数ｇ１は、マッチング水準が低いとき、前記駆動ベクトルＶの大きさを増加させ、マッチング水準が高いときには、前記駆動ベクトルＶの大きさを減少させるのに寄与する。換言すると、前記第１ゲイン因数ｇ１は、前記マッチング水準が高いとき（すなわち、マッチング点近辺）には、マッチング軌跡を微細に制御し、前記マッチング水準が低いときには、短い時間内にマッチング軌跡は、マッチング点近辺へ移動させることを可能にする。前記第１ゲイン因数ｇ１によるこのような効果は、（式７により定義される）変位ベクトルから得ることができる技術的効果をさらに増大させるのに寄与する。
【0153】
一方、本発明の他の実施の形態によると、前記ゲイン因数ｇは、下記式１９で定義されているように、前記基準ゲイン因数ｇ０及び第２ゲイン因数ｇ２との積又は下記式２０で定義されているように、前記基準ゲイン因数ｇ０、前記第１ゲイン因数ｇ１及び第２ゲイン因数ｇ２の積でありうる。
【0154】
【数19】
【0155】
【数20】
【0156】
前記第２ゲイン因数ｇ２は、マッチング軌跡の変化が要求される状況でマッチング失敗を予防するための方法を提供するように定義されうる。例えば、前記可変リアクティブ素子のうち、少なくとも一つのリアクタンス又はアドミタンスが実現可能な極値（ｆｅａｓｉｂｌｅ ｅｘｔｒｅｍｅ ｖａｌｕｅ）に到達する場合に、マッチング失敗を予防するためには、マッチング軌跡を変化させることが必要である。前記第２ゲイン因数ｇ２は、このようなマッチング軌跡の変化を引き起こすように定義されうる。本発明の一実施の形態によると、前記第２ゲイン因数ｇ２は、下記式２１により与えられているように、マッチング軌跡の変化が不要な正常な場合には、１と設定され、マッチング軌跡の変化が要求される異常な場合には、−１と設定されることができる。
【0157】
【数21】
【0158】
一方、前記マッチング軌跡が所定の条件により規定された程度に変更された後、前記第２ゲイン因数ｇ２は、正常なマッチング過程を行うために再度＋１と設定されることが好ましい。このとき、前記第２ゲイン因数ｇ２の復元のための条件は、必要によって多様に定義されうる。例えば、所定の回数の間に−１と定義された第２ゲイン因数ｇ２の条件下で上述したマッチング過程を行った後、＋１と定義された第２ゲイン因数ｇ２の条件下で上述した正常なマッチング過程を行うことができる。
【0159】
図２４及び図２５は、本発明の実施の形態によるインピーダンスマッチングの結果を示す図である。上述したように、この実施の形態によるインピーダンスマッチングは、分析座標系を利用して行われた。しかしながら、従来の技術と比較するために、図２４及び図２５は、この実施の形態によるインピーダンスマッチング軌跡を図２のようにキャパシタンス空間で示した図である。
【0160】
図２４及び図２５に示すように、この実施の形態において初期状態（図２４の右側下の星表及び図２５の左側下の星表参照）は、二つの可変キャパシタが実現可能な極値を有するケースに該当する。このような初期状態から出発する場合に、従来の方法では、前記マッチングシステムがマッチングされた状態に到達できなかった。しかしながら、このような脆弱な初期条件にもかかわらず、図２４及び図２５に示すように、本発明によるマッチング方法は、マッチングシステムをマッチングされた状態にした。すなわち、本発明によるマッチング方法は、初期状態に対する依存性の低下を提供する。
【0161】
特に、図２５に示すように、本発明によるマッチング方法は、最初に外れたマッチング経路が選択されたとしても、右側下に示された転換点Ｔからマッチング軌跡の方向を変えて、マッチングされた状態に到達できた。上述したマッチングパラメーターの変更（特に、前記第２ゲイン因数ｇ２の変更）は、このようなマッチング軌跡の方向転換に寄与する。
【0162】
図２６は、本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチングの結果を示す図である。
【0163】
図２６に示すように、本発明によるマッチング方法は、従来の技術において現れる螺旋状マッチング軌跡又は出没などの問題が発生せずに、マッチング点近辺でも安定的にマッチング点を到達するマッチング軌跡を作った。すなわち、本発明によるマッチング方法は、向上したマッチング収斂性及びマッチング点近辺で向上したマッチング特性を提供する。
【0164】
[パルスモードのマッチング方法]
【0165】
本発明の一実施の形態によるマッチング方法は、スローパルスモード又はファーストパルスモードで動作できる。前記スローパルスモードは、パルスの周波数が５００Ｈｚ以下であり得、前記ファーストパルスモードは、パルスの周波数が５００Ｈｚ超過でありうる。
【0166】
図３２は、本発明の一実施の形態によるパルスモードマッチング方法を説明するためのフローチャートである。この実施の形態は、従来のＣＷモードのマッチング方法を本発明のパルスマッチング方法に適用したものである。
【0167】
この実施の形態において、前記電気的特性を測定した後、電源がパルスモードで動作する場合に、これを処理するパルスモード判断ステップをさらに含む。このようなパルスモード処理ステップを除くと、図１６で説明した実施の形態と同様なので、重複する内容は省略する。
【0168】
図３２に示すように、前記電気的特性を測定するステップ（Ｓ１２０）は、前記電気的特性を測定する前にノイズ除去ステップ（Ｓ１１２）を含み、前記送信線のインピーダンスを計算するステップ（Ｓ１２１）、及び順方向電力Ｐ＿ＡＶＧを計算するステップ（Ｓ１２２）をさらに含むことができる。前記ノイズ除去は、バンドパスフィルタ又はロックイン感知器を使用することができる。例えば、前記ロックイン感知器は、電源の駆動周波数成分のみを抽出することができる。前記順方向電力（又は入射電力）の計算（Ｓ１２２）は、前記電気的特性（電流、電圧、位相）を利用して計算できる。前記順方向電力Ｐ＿ＡＶＧを、前記電気的特性を利用して計算する場合に、前記順方向電力がしきい電力Ｐ＿ｔｈ以上である場合と前記順方向電力がしきい電力以下である場合に応じて、パワートリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧを生成することができる。前記しきい電力は、前記電源の入射電力の数十パーセントと設定されることができる。これにより、前記マッチングシステムは、電源と独立的に動作できる。
【0169】
パルスモード判断ステップ（Ｓ１３０）は、オンタイムであるか否かを検査するステップ（Ｓ１３１）、パルス周期を判断するステップ（Ｓ１３２）、及びファーストパルスモードとスローパルスモードを判断するステップ（Ｓ１３３）を含むことができる。前記オンタイムであるか否かを検査するステップ（Ｓ１３１）は、前記順方向電力がしきい電力以上であるか、又は前記電源トリガー信号ＲＦ＿ＴＲＩＧがハイ（ｈｉｇｈ）（すなわち、オンタイム）であるか否かを判断する。
【0170】
オンタイムである場合に、前記マッチングシステムが許容可能な状態にあるか否かを判断するマッチング状態検査（Ｓ１４０）を行う。前記マッチング状態検査ステップ（Ｓ１４０）で前記マッチングシステムが許容可能な状態にない場合に、前記制御パラメーター抽出ステップ（Ｓ１５０）及び前記マッチングシステムの制御ステップ（Ｓ１６０）を行う。また、マッチング状態検査ステップ（Ｓ１４０）で前記マッチングシステムが許容可能な状態にある場合には、前記制御パラメーター抽出のステップ（Ｓ１５０）及び前記マッチングシステム制御ステップ（Ｓ１６０）を行わずに前記ノイズ除去（Ｓ１１２）及び前記送信線の電気的特性を測定（Ｓ１２０）する。前記制御パラメーター抽出ステップ（Ｓ１５０）は、インピーダンスの大きさが特性インピーダンス（通常、５０オーム）以上であるか否かに応じて制御パラメーターを抽出（Ｓ１５０ａ）し、インピーダンスの位相が０度以上であるか否かに応じて、制御パラメーターを抽出（Ｓ１５０ｂ）することができる。前記制御パラメーターを抽出するステップ（Ｓ１５０）は、多様に変形されうる。
【0171】
前記パルスモード判断するステップ（Ｓ１３０）は、パルス周期を判断するステップ（Ｓ１３１）を含むことができる。前記パルス周期は、前記順方向電力が前記しきい電力以上である場合に、ハイを出力する電力トリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧを利用するか、又は前記電源トリガー信号ＲＦ＿ＴＲＩＧ信号を利用してパルス周期を計算することができる。前記パルス周期に応じてファーストパルスモードとスローパルスモードとに区分（Ｓ１３３）できる。各パルスモードに応じて制御パラメーターを設定することができる。前記制御パラメーターは、オフタイムの間にマッチングシステム制御に使用される。本発明の変形された実施の形態によると、前記ファーストパルスモードとスローパルスモードとは、外部で設定することができる。
【0172】
前記ファーストパルスモードである場合に、以前のオンタイム状態の制御パラメーターを利用して、オフタイムの間にマッチングシステムを駆動させる。例えば、前記制御パラメーターは、前記マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子のリアクタンスを制御する変数でありうる。前記制御パラメーターは、前記可変リアクティブ素子のリアクタンスを調節するモータ制御装置の入力変数でありうる。前記ファーストパルスモードの場合に、オフタイムの間にもモータを駆動するようにして、頻繁な駆動／停止に起因した前記モータの耐久性の低下を防止し、前記モータの信頼性を向上させることができる。また、パルス周期が短いことによってオンタイムと次のオンタイムのマッチング条件が大きく外れないことによって、制御パラメーターが大きく差がでないことができる。これにより、さらに速い時間内にマッチング条件に到達することができる。一方、スローモードである場合に、前記マッチングシステムは、アイドル状態に制御される。例えば、前記可変リアクティブ素子の値が変わらないように、前記マッチングシステムの制御パラメーターを制御する。これにより、スローパルスモードで、オフタイムの間に前記モータが停止できる。これにより、オフタイムの間に、前記マッチングシステムの可変リアクティブ素子の値は、マッチング点から過度に外れることを防止することができる。
【0173】
電源が臨界オフタイム（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｏｆｆ ｔｉｍｅ）Ｃ＿ＯＦＦ＿Ｔの間に前記オフタイム状態にずっとあったか否かを判断（Ｓ１３４）することができる。前記臨界オフタイムは、約２秒に設定されることができる。前記オフタイム状態が前記臨界オフタイムを超過すると、前記電源は、オフし続けたものと看做すことができる。すなわち、前記マッチングシステムは、プリセット状態に移動できる。前記プリセット状態は、前記電源が供給されない場合の前記マッチングシステムの状態であり、前記制御パラメーターをプリセット状態に設定（Ｓ１３５）し、これにより、前記マッチングシステムを制御する。
【0174】
図３３は、本発明の一実施の形態によるパルスモードマッチング方法を説明するためのフローチャートである。以上の実施の形態と重複する部分の説明は省略する。
【0175】
オンタイムの場合に、前記マッチングシステムが許容可能な状態にあるか否かを判断するマッチング状態検査（Ｓ１４０）を行う。このステップ（Ｓ１４０）で前記マッチングシステムが許容可能な状態にない場合に、前記制御パラメーター抽出ステップ（Ｓ１５０）及び前記マッチングシステムの制御ステップ（Ｓ１６０）を行う。また、マッチング状態検査ステップ（Ｓ１４０）で前記マッチングシステムが許容可能な状態にある場合に、前記制御パラメーター抽出のステップ（Ｓ１５０）及び前記マッチングシステム制御ステップ（Ｓ１６０）なしに前記ノイズ除去（Ｓ１１２）及び前記送信線の電気的特性を測定（Ｓ１２０）する。前記制御パラメーター抽出ステップ（Ｓ１５０）は、送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルに変換するステップ（Ｓ１５１）、分析座標系で特性ベクトルを分析して変位ベクトルを抽出するステップ（Ｓ１５２）、及び前記変位ベクトルを制御パラメーターに変換するステップ（Ｓ１５３）を含むことができる。ここで、前記変位ベクトルを制御パラメーターに変換するステップ（Ｓ１５３）は、変位ベクトルを換算された素子ベクトルに変換するステップ（Ｓ１５３１）、換算された素子ベクトルを駆動ベクトルに変換するステップ（Ｓ１５３２）を含むことができる。
【0176】
図３４は、本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【0177】
送信線の電圧ＲＦ＿Ｖは、時間に応じて周期的にオン／オフになる。これにより、入射電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、電源が大きくなりつつ上昇し、前記電源が消えつつ下降する。前記入射電力が前記しきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると、電力トリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧが発生する。マッチングシステムのモータを駆動する制御パラメーターＣＰは、前記入射電力が前記しきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると生成される。前記制御パラメーターＣＰがモータ駆動システムに入力されると、モータが動くようになる。オンタイムの間に前記制御パラメーターは、マッチング状態に到達するまでインピーダンス又は反射係数、時間に応じて変わることができる。オフタイムの間に前記制御パラメーターは、前記オンタイム状態の前記制御パラメーターの最終値を維持し続けることができる。これにより、前記マッチングシステムのモータは、動き続けることができる。マッチング状態を検査してマッチングされた状態ＭＡＴ＝１に到達すると、前記制御パラメーターはリセットされる。これにより、前記モータは停止するようになる。
【0178】
図３５は、本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【0179】
送信線の電圧ＲＦ＿Ｖは、時間に応じて周期的にオン／オフになる。これにより、入射電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、電源が大きくなりつつ上昇し、ＲＦ電源が消えつつ下降する。電源は、オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）に同期された電源トリガー信号ＲＦ＿ＴＲＩＧを出力する。前記電源トリガー信号ＲＦ＿ＴＲＩＧを利用して電源のパルス周期及びオンタイム区間／オフタイム区間を区別する。ファーストパルスモードのオフタイムの間に制御パラメーターＣＰは、以前のオンタイム状態の制御パラメーターと同じ値を維持する。マッチング状態を検査してマッチングされた状態ＭＡＴ＝１に到達すると、前記制御パラメーターはリセットされる。これにより、前記モータは停止するようになる。
【0180】
図３６は、本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【0181】
図３６に示すように、送信線の電圧ＲＦ＿Ｖは、時間に応じて周期的にオン／オフになる。これにより、入射電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、電源が大きくなりつつ上昇し、前記電源が消えつつ下降する。これにより、入力電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、ＲＦ電源が大きくなりつつ上昇し、ＲＦ電源が消えつつ下降する。前記入射電力がしきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると、電力トリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧが発生する。制御パラメーターＣＰは、臨界オフタイムＣ＿ＯＦＦ＿Ｔ以上オフタイム状態が持続すると、前記電源がずっとオフ状態にあると看做して、制御パラメーターをプリセット状態に設定できる。前記臨界オフタイムＣ＿ＯＦＦ＿Ｔは、２秒の範囲でありうる。
【0182】
図３７は、本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【0183】
図３７に示すように、送信線の電圧ＲＦ＿Ｖは、時間に応じて周期的にオン／オフになる前に連続モード持続時間ＣＷ ＴＩＭＥの間に、電源が連続モードで動作できる。入射電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、電源が大きくなりつつ上昇し、前記電源が消えつつ下降する。前記入力電力がしきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると、電力トリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧが発生する。前記連続モード持続時間ＣＷ ＴＩＭＥの間に、前記マッチングシステムは、マッチング状態に到達するか、又は到達しない。例えば、前記連続モード持続時間ＣＷ ＴＩＭＥの間にマッチング状態に到達しない場合に、パルスモード状態で制御パラメーターＣＰは変更されうる。前記連続モード持続時間が経過した後、パルスモードで動作する場合に、上述したファーストモード方式によってマッチング状態ＭＡＴ＝１に到達すると、前記制御パラメーターＣＰはリセットされる。一方、マッチング状態ＭＡＴ＝１に到達した後、時間の経過によってマッチング状態から外れた場合に、再度制御パラメーターＣＰは変更されて、再度マッチング状態ＭＡＴ＝１に到達できる。すなわち、マッチング状態に到達した後に、プラズマの特性が変更されてマッチング状態から外れた場合にも、再度マッチング状態に到達できる。
【0184】
図３８は、本発明の一実施の形態によるスローモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【0185】
図３８に示すように、送信線の電圧ＲＦ＿Ｖは、時間に応じて周期的にオン／オフになる。これにより、入射電力（又は順方向電力、Ｐ＿ＡＶＧ）は、電源が大きくなりつつ上昇し、前記電源が消えつつ下降する。前記入力電力がしきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると、電力トリガー信号Ｐ＿ＴＲＩＧが発生する。マッチングシステムのモータを駆動する制御パラメーターＣＰは、前記平均入力電力が前記しきい電力Ｐ＿ｔｈ以上であると、生成される。前記制御パラメーターＣＰがモータ駆動システムに入力されると、モータは動くようになる。オンタイム状態で前記制御パラメーターは、マッチング状態に到達するまでインピーダンス又は反射係数に応じて時間に応じて変わることができる。オフタイム状態で、前記制御パラメーターはリセットされる。これにより、前記マッチングシステムのモータは停止する。一方、マッチング状態を検査してマッチングされた状態ＭＡＴ＝１に到達すると、前記制御パラメーターはリセットされる。これにより、前記モータは停止するようになる。
【0186】
[マッチングシステム]
【0187】
図２７は、本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。さらに詳細に説明すると、図２７は、図７を参照して説明した電気装置１００のマッチングシステムをさらに詳細に説明するために提供される。
【0188】
図７及び図２７に示すように、本発明によるマッチングシステム１０４は、上述したマッチングの各ステップを行う処理部２００及び可変リアクティブ素子３０１、３０２を備える。前記マッチングシステム１０４は、送信線１０３の電気的特性を測定するセンサ部１４１をさらに備えることもできる。
【0189】
前記可変リアクティブ素子３０１、３０２は、前記電気装置１００のインピーダンスをマッチングさせるために、そのリアクタンスを可変的に制御できる素子でありうる。例えば、可変キャパシタ又は可変インダクターが前記可変リアクティブ素子３０１、３０２として使用されうる。また、上述したように、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子３０１、３０２に加えて固定されたリアクタンスを提供する受動素子をさらに備えることもできる。本発明の一実施の形態によると、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子として可変キャパシタを使用する（図８を参照して説明された）Ｌ型でありうる。
【0190】
機能的な側面において、前記処理部２００は、測定結果分析部２０１、特性ベクトル抽出部２０２、変位ベクトル抽出部２０３及び駆動ベクトル抽出部２０４を備えることができる。形式的な側面において、前記処理部２００は、前記機能的部分２０１、２０２、２０３、２０４の機能を行うように製作された少なくとも一つのチップ（ｃｈｉｐ）又は電子ボード（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｏａｒｄ）を備えることができる。本発明の他の実施の形態によると、形式的な側面において、前記処理部２００は、前記機能的部分２０１、２０２、２０３、２０４の機能を行うように準備されたソフトウェアがインストールされたコンピュータでありうる。
【0191】
前記測定結果分析部２０１は、前記センサ部１４１で測定された前記送信線１０３の電気的特性を分析して、前記特性ベクトル抽出部２０２の入力情報として使用される出力情報を生成するように構成される。前記測定結果分析部２０１の出力情報は、前記送信線１０３の複素数インピーダンス及び複素数反射係数でありうる。前記センサ部１４１で測定される前記送信線１０３の電気的特性は、前記送信線１０３の電流、電圧及び位相差でありうる。
【0192】
前記特性ベクトル抽出部２０２は、図１６、図１９及び図２０を参照して説明された送信線の電気的特性を規格化された特性ベクトルＱに変換する過程（Ｓ３１）を処理するように構成される。このために、前記測定結果分析部２０１の出力情報は、前記特性ベクトル抽出部２０２の入力情報として使用される。また、前記特性ベクトルＱは、前記送信線の電気的特性と関連して規格化された大きさを有する少なくとも二つの独立された物理量を成分として有する。本発明の一実施の形態によると、前記特性ベクトルＱは、前記［特性ベクトルの選択］で説明されたように、また前記式２で与えられたように、前記反射係数の実数部Ｒｅ｛Ｓ１１｝及び虚数部Ｉｍ｛Ｓ１１｝を成分として有する二次元ベクトルと定義されうる。
【0193】
前記変位ベクトル抽出部２０３は、図１６、図１９及び図２０を参照して説明されたように、所定の分析座標系で前記特性ベクトルＱを分析して変位ベクトルｄＧを抽出する過程（Ｓ３２）を処理するように構成される。このために、前記特性ベクトル抽出部２０２の出力情報は、前記変位ベクトル抽出部２０３の入力情報として使用される。本発明の一実施の形態によると、前記変位ベクトルｄＧは、前記［変位ベクトルの決定］で説明されたように、また前記式７で与えられたように、前記反射係数の虚数部−Ｉｍ｛Ｓ１１｝及び実数部Ｒｅ｛Ｓ１１｝を成分として有する二次元ベクトルと定義されうる。一方、式２と式７とを比較すると、前記特性ベクトルＱと前記変位ベクトルｄＧとは、その成分位置の逆転を除くと実質的に同一なので、前記特性ベクトルＱと前記変位ベクトルｄＧとは、前記マッチング過程及びこれを実現するマッチングシステムにおいて実質的に同じ一つの処理過程及び一つの処理装置により抽出されることができる。
【0194】
前記駆動ベクトル抽出部２０４は、図１９及び図２０を参照して説明された前記変位ベクトルｄＧを換算された素子ベクトルｄＸ´に変換する過程（Ｓ３３１）、及び前記換算された素子ベクトルｄＸ´を駆動ベクトルＶに変換する過程（Ｓ３３２）を処理するように構成される。
【0195】
前記変位ベクトルｄＧを換算された素子ベクトルｄＸ´に変換する過程（Ｓ３３１）は、式８及び式９で与えられたように、前記変位ベクトルｄＧを所定の行列（すなわち、前記変換行列の逆行列Ｔ−１）を利用して変換するステップを含む。このとき、前記変換行列Ｔは、所定の分析座標系で前記特性ベクトルＱを扱うことができる位相空間を提供するために提供され、前記［分析座標系の選択］で説明された方法に従って準備されうる。すなわち、前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性とを定量的に関係付ける所定の位相空間を表現するように選択される。このために、前記分析座標系の座標は、前記マッチングシステムの電気的特性と関連した物理量の中から選択され、前記送信線の電気的特性は、このように選択された分析座標系での一点で表現される。本発明の一実施の形態によると、前記分析座標系の座標（以下、分析座標）は、前記マッチングシステムを構成する可変リアクティブ素子のリアクタンス又はアドミタンスの関数で表現されることができ、前記特性ベクトルＱは、このように準備したリアクタンス空間又はアドミタンス空間の一点で表現されうる。好ましくは、前記分析座標系は、前記マッチングシステムの電気的特性と前記送信線の電気的特性との間の定量的関係を単射関数的にマッピングするよう選択される。
【0196】
前記換算された素子ベクトルｄＸ´を駆動ベクトルＶに変換する過程（Ｓ３３２）は、前記式１２又は式１６によって与えられたように、数値制御因数Ｍ及び前記換算された素子ベクトルｄＸ´及びゲイン因数ｇのスカラー積又は前記制御因数Ｍ、前記換算された素子ベクトルｄＸ´及び前記ゲイン因数ｇのスカラー積で与えられることができる。このとき、前記ゲイン因数ｇは、前記式１７、１９及び２０で定義された値でありうる。
【0197】
前記処理部２００は、制御部２０５、入出力信号処理部２０６及びデータ格納所２０７をさらに備えることができる。前記入出力信号処理器２０６は、前記可変リアクティブ素子３０１、３０２を制御するための数値制御信号を処理するように構成される。例えば、前記入出力信号処理器２０６は、一般に使用される（ＲＳ２３２Ｃのような直列インタフェース又はセントロニクスインタフェースのような並列インタフェースを備える）多様な入出力インタフェースのうちの何れか一つを備えることができる。前記数値制御信号は、前記駆動ベクトルＶそれ自体又はこれから生成される情報を含むことができる。前記データ格納所２０７は、前記数値制御信号を生成するための上述した一連の過程で使用されるマッチングパラメーター又はこの過程から生成される情報を一時格納する。このために、前記データ格納所２０７は、フラッシュメモリのようなメモリ半導体チップ又はハードディスクでありうる。前記制御部２０５は、前記測定結果分析部２０１、前記特性ベクトル抽出部２０２、前記変位ベクトル抽出部２０３、前記駆動ベクトル抽出部２０４、前記入出力信号処理部２０６及び前記データ格納所２０７の動作を制御するように構成される。これに加えて、前記制御部２０５は、これらの間の情報伝達及び前記可変リアクティブ素子３０１、３０２の動作を制御するように構成されうる。
【0198】
これに加えて、前記処理部２００は、図１９を参照して説明された前記マッチング状態検査のステップ（Ｓ２２、Ｓ２３）及び前記マッチングパラメーターの変更ステップ（Ｓ２４）を処理するように構成された少なくとも一つの補助部をさらに備えることができる。さらに詳細に説明すると、この補助部は、前記マッチング状態検査のための状態パラメーターの計算、前記マッチングパラメーターの適切性評価、前記回転行列の角度変更及び前記ゲイン因数の変更などの過程を処理するように構成されることができる。
【0199】
前記マッチングシステム１０４又は前記処理部２００を構成する部分は、上述した本発明によるマッチング方法のうちの一つを実現するように構成される。しかしながら、このような構成は、図２７を参照して説明された実施の形態に限定されず、この実施の形態から多様に変形されうる。
【0200】
[パルスマッチングシステム]
【0201】
図３９は、本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【0202】
図３９に示すように、本発明によるマッチングシステム１０４は、上述したマッチングの各ステップを行う処理部２００及び可変リアクティブ素子３０１、３０２を備える。前記マッチングシステム１０４は、送信線１０３の電気的特性を測定するセンサ部１４１をさらに備えることができる。電源１０２は、パルスモードで動作できる。
【0203】
前記可変リアクティブ素子３０１、３０２は、前記電気装置１００のインピーダンスをマッチングさせるために、そのリアクタンスを可変的に制御できる素子でありうる。例えば、可変キャパシタ又は可変インダクターが前記可変リアクティブ素子３０１、３０２として使用されうる。また、上述したように、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子３０１、３０２に加えて固定されたリアクタンスを提供する受動素子をさらに備えることができる。前記可変リアクティブ素子３０１、３０２は、前記可変リアクティブ素子の値を変更するモータとモータ制御システムを含むことができる。
【0204】
本発明の一実施の形態によると、前記マッチングシステム１０４は、前記可変リアクティブ素子として可変キャパシタを使用する（図８を参照して説明された）Ｌ型でありうる。
【0205】
機能的な側面において、前記処理部２００は、ノイズ除去部２１０、測定結果分析部２０１、パルスモード処理部２１１、及び制御パラメーター抽出部２１２を備えることができる。形式的な側面において、前記処理部２００は、前記機能的部分２１０、２０１、２１１、２１２の機能を行うように製作された少なくとも一つのチップ又は電子ボードを供えることができる。本発明の他の実施の形態によると、形式的な側面において、前記処理部２００は、前記機能的部分２１０、２０１、２１１、２１２の機能を行うように準備されたソフトウェアがインストールされたコンピュータでありうる。
【0206】
前記測定結果分析部２０１は、前記センサ部１４１で測定された前記送信線１０３の電気的特性を分析して、前記制御パラメーター抽出部２１２の入力情報として使用される出力情報を生成するように構成される。前記測定結果分析部２０１の出力情報は、前記送信線１０３の複素数インピーダンス、複素数反射係数、及び入射電力Ｐ＿ＡＶＧでありうる。前記センサ部１４１で測定される前記送信線１０３の電気的特性は、前記送信線１０３の電流、電圧及び位相差でありうる。前記ノイズ除去部２１０は、バンドパスフィルタ又はロックイン感知器を使用することができる。例えば、前記ロックイン感知器は、電源の駆動周波数成分のみを抽出することができる。
【0207】
本発明の一実施の形態によると、前記制御パラメーター抽出部２１２は、特性ベクトル抽出部、変位ベクトル抽出部、駆動ベクトル抽出部を備えることができる。
【0208】
本発明の他の実施の形態によると、前記制御パラメーター抽出部２１２は、図３２で説明されたように、インピーダンスの絶対値と位相とを利用して制御パラメーターを抽出する装置でありうる。
【0209】
前記処理部２００は、制御部２０５、入出力信号処理部２０６及びデータ格納所２０７をさらに備えることができる。前記入出力信号処理器２０６は、前記可変リアクティブ素子３０１、３０２を制御するための数値制御信号を処理するように構成される。例えば、前記入出力信号処理器２０６は、一般に使用される（ＲＳ２３２Ｃのような直列インタフェース又はセントロニクスインタフェースのような並列インタフェースを備える）多様な入出力インタフェースのうちの何れか一つを備えることができる。前記数値制御信号は、前記駆動ベクトルＶ又は前記制御パラメーターそれ自体又はこれから生成される情報を含むことができる。前記データ格納所２０７は、前記数値制御信号を生成するための上述した一連の過程で使用されるマッチングパラメーター又はこの過程から生成される情報を一時格納する。このために、前記データ格納所２０７は、フラッシュメモリのようなメモリ半導体チップ又はハードディスクでありうる。前記制御部２０５は、前記測定結果分析部２０１、前記パルスモード処理部２１１、前記制御パラメーター抽出部２１２、前記入出力信号処理部２０６及び前記データ格納所２０７の動作を制御するように構成される。これに加えて、前記制御部２０５は、これらの間の情報伝達及び前記可変リアクティブ素子３０１、３０２の動作を制御するように構成されることができる。
【0210】
図４０は、本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【0211】
図４０に示すように、本発明によるマッチングシステムは、一つの負荷１０１に接続した少なくとも第１マッチングシステム１０４ａ及び第２マッチングシステム１０４ｂを含むことができる。各マッチングシステム１０４ａ、１０４ｂに接続した電源の周波数は、互いに異なりうる。また各電源は、パルスモード及び連続モードのうち、少なくとも一つのモードで動作できる。各マッチングシステムは、重複するので省略する。
【0212】
図４１は、本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【0213】
図４１に示すように、本発明によるマッチングシステムは、第１負荷１０１ａに接続した少なくとも第１マッチングシステム１０４ａ及び第２負荷１０１ｂに接続した第２マッチングシステム１０４ｂを含むことができる。各マッチングシステム１０４ａ、１０４ｂに接続した電源の周波数は、互いに異なりうる。また、各電源は、パルスモード及び連続モードのうち、少なくとも一つのモードで動作できる。各マッチングシステムは、重複するので省略する。
【0214】
[プラズマチャンバーシステム]
【0215】
図７を参照して説明したように、本発明によるマッチングシステム１０４は、プラズマシステム、核磁気共鳴システム、通信システム及び送電線のうち、何れか一つを負荷１０１として有する電気装置１００のインピーダンスマッチングのために使用されうる。以下では、このような多様な応用分野のうち、半導体装置の製造工程で使用されるプラズマチャンバー装置に関する本発明の一実施の形態を、図２８を参照して説明する。しかしながら、本発明によるマッチングシステムを備える電気装置は、このような例示に限定されない。すなわち、本発明によるマッチングシステムは、上述したインピーダンスマッチング方法又はそれの簡単な変形方法により、インピーダンスマッチングが要求されるすべての電気装置のために使用されうる。
【0216】
図２８は、本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチングシステムを備えるプラズマチャンバー装置を示す図である。
【0217】
図７及び図２８に示すように、この実施の形態によるプラズマチャンバー装置９００は、半導体基板がローディングされうる空間を提供するチャンバー９０１、前記チャンバー９０１内でのプラズマの生成及び制御に寄与する上部電極９１１及び下部電極９１２、そして前記上部及び下部電極９１１、９１２のそれぞれに電力を供給する上部電源９２１及び下部電源９２２を備える。前記上部電極９１１と前記上部電源９２１との間には、これらを接続する上部送信線９３１が配置され、前記下部電極９１２と前記下部電源９２２との間には、これらを接続する下部送信線９３２が配置される。前記上部及び下部送信線９３１、９３２上には、それぞれこれらの電気的特性を測定する上部センサ部９４１及び下部センサ部９４２が配置される。これに加えて、前記上部及び下部送信線９３１、９３２上には、それぞれ前記上部及び下部電極９１１、９１２に伝送される電力を最大化させるための上部及び下部マッチングシステム９５１、９５２が配置される。これに加えて、前記チャンバー装置９００は、前記センサ部、前記マッチングシステム及び前記電源を制御するための制御部９６０をさらに備えることができる。
【0218】
前記上部及び下部マッチングシステム９５１、９５２のうち、少なくとも一つは、上述した本発明によるマッチング方法のうちの何れか一つを実現するように構成されうる。例えば、前記上部及び下部マッチングシステム９５１、９５２は、先の図２７を参照して説明されたものと同じ前記処理部２００を備えるマッチングシステム１０４でありうる。
【図面の簡単な説明】
【0219】
【図1】一般的なインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図2】従来の技術によるインピーダンスマッチングから現れる初期状態に対する過度な敏感性を説明するための図である。
【図3】従来の技術によるインピーダンスマッチングから現れる初期状態に対する過度な敏感性を説明するための図である。
【図4】従来の技術によるインピーダンスマッチングから現れるマッチング点近辺での不安定を説明するための図である。
【図5】従来の技術によるインピーダンスマッチングでの負荷インピーダンスに対する高い依存性を説明するための図である。
【図6】マッチング軌跡がマッチングされた点周辺から異常に動く、従来の技術での出没問題（ｈａｕｎｔｉｎｇ ｉｓｓｕｅ）を示す図である。
【図7】本発明の一実施の形態によるマッチングシステムを備える電気装置を説明するための図である。
【図8】本発明によるマッチングシステムの類型を例示的に示す回路図である。
【図9】本発明によるマッチングシステムの類型を例示的に示す回路図である。
【図10】本発明によるマッチングシステムの類型を例示的に示す回路図である。
【図11】本発明によるマッチングシステムの類型を例示的に示す回路図である。
【図12】本発明によるマッチングシステムの変形された類型を例示的に説明するための回路図である。
【図13】本発明によるマッチングシステムの変形された類型を例示的に説明するための回路図である。
【図14】本発明によるマッチングシステムの変形された類型を例示的に説明するための回路図である。
【図15】本発明によるマッチングシステムの変形された類型を例示的に説明するための回路図である。
【図16】本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図17】本発明の一実施の形態による分析座標系及びこれを利用した変位ベクトルの抽出を説明するための図である。
【図18】本発明の一実施の形態による分析座標系及びこれを利用した変位ベクトルの抽出を説明するための図である。
【図19】本発明の変形された実施の形態によるマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図20】本発明の変形された実施の形態によるマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図21】本発明の一実施の形態によるマッチング状態検査の方法を説明するための図である。
【図22】本発明の一実施の形態によるマッチング状態検査の方法を説明するための図である。
【図23】本発明の一実施の形態によるゲイン因数の特性を説明するためのグラフである。
【図24】本発明の実施の形態によるインピーダンスマッチングの結果を示す図である。
【図25】本発明の実施の形態によるインピーダンスマッチングの結果を示す図である。
【図26】本発明の実施の形態によるインピーダンスマッチングの結果を示す図である。
【図27】本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【図28】本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチングシステムを備えるプラズマチャンバー装置を示す図である。
【図29】本発明の一実施の形態によるインピーダンスマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図30】本発明の一実施の形態によるパルスモード処理ステップを示すフローチャートである。
【図31】本発明の一実施の形態による制御パラメーターを抽出するステップを示すフローチャートである。
【図32】本発明の一実施の形態によるパルスモードマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図33】本発明の一実施の形態によるパルスモードマッチング方法を説明するためのフローチャートである。
【図34】本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【図35】本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【図36】本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【図37】本発明の一実施の形態によるファーストモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【図38】本発明の一実施の形態によるスローモードパルスマッチング方法を説明するためのタイミング図である。
【図39】本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【図40】本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【図41】本発明によるマッチングシステムを説明するための図である。
【符号の説明】
【0220】
１００；電気装置１０１、１０１a、１０１b；負荷
１０２、１０２a、１０２ｂ；電源
１０３；送信線
１０４、１０４a、１０４ｂ；マッチングシステム
１１１；第１可変キャパシタ
１１２；第２可変キャパシタ
１１５；受動素子
１１６；キャパシタ
１１７、１１８；インダクター
１４１；センサ部
２００；処理部
２０１，２０１a、２０１ｂ；測定結果分析部
２０２；特性ベクトル抽出部
２０３；変位ベクトル抽出部
２０４；駆動ベクトル抽出部
２０５、２０５a、２０５ｂ；制御部
２０６、２０６a、２０６ｂ；入出力信号処理部
２０７、２０７a、２０７ｂ；データ格納所
２１０、２１０a、２１０ｂ；ノイズ除去部
２１１、２１１a、２１１ｂ；パルスモード処理部
２１２、２１２a、２１２ｂ；制御パラメーター抽出部
３０１、３０１a、３０１ｂ、３０２、３０２a、３０２ｂ；可変リアクティブ素子
９００；チャンバー装置
９０１；チャンバー
９１１；上部電極
９１２；下部電極
９２１；上部電源
９２２；下部電源
９３１；上部送信線
９３２；下部送信線
９４１；上部センサ部
９４２；下部センサ部
９５１；上部マッチングシステム
９５２；下部マッチングシステム