特許 7253415 インピーダンス整合装置及びインピーダンス整合方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-29

(45)【発行日】2023-04-06

(54)【発明の名称】インピーダンス整合装置及びインピーダンス整合方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/40 20060101AFI20230330BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230330BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20230330BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230330BHJP

【ＦＩ】

H03H7/40

H05H1/46 R

C23C16/505

H01L21/302 101G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019055109

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020156043

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】森井 龍哉

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２１３９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９８１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０４８６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｃ２３Ｃ１６／００－Ｃ２３Ｃ１６／５６

Ｈ０３Ｈ７／３０－Ｈ０３Ｈ７／５４

Ｈ０５Ｈ１／００－Ｈ０５Ｈ１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源と負荷との間に設けられ、前記高周波電源と前記負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合装置であって、
前記高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、
前記高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得する取得部と、
該取得部が取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出する算出部と、
該算出部が前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行う演算部と、
該演算部が前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図る整合部と
を備えるインピーダンス整合装置。

【請求項2】

前記負荷は、出力電力が前記所定周波数の整数倍の周波数で振幅偏移変調される第２の高周波電源から電力が供給されるものであり、
前記第２の高周波電源は、第３期間及び第４期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、
前記演算部は、前記算出部が前記第１期間中の前記第３期間及び前記第４期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間にて順次前記演算を行うと共に、前記算出部が前記第２期間中の前記第３期間及び前記第４期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第１期間にて順次前記演算を行うようにしてあり、
前記整合部は、前記演算部が前記第２期間にて順次演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間中の前記第３期間及び前記第４期間にて前記整合を図ると共に、前記演算部が前記第１期間にて順次演算した結果に基づいて、後続する前記第２期間中の前記第３期間及び前記第４期間にて前記整合を図るようにしてある
請求項１に記載のインピーダンス整合装置。

【請求項3】

出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される第１高周波電源から電力が供給される負荷と第２高周波電源との間に設けられ、該第２高周波電源と前記負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合装置であって、
前記第１高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、
前記第２高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得する取得部と、
該取得部が取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出する算出部と、
該算出部が前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行う演算部と、
該演算部が前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図る整合部と
を備えるインピーダンス整合装置。

【請求項4】

出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合方法であって、
前記高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、
前記高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得し、
取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出し、
前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果である前記インピーダンス又は前記反射係数に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行い、
前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて前記整合のために演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図るインピーダンス整合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合装置及びインピーダンス整合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス等の製造に用いられるプラズマ処理装置に高周波電力を供給する方式の一つとして、プラズマの生成に適した比較的高い周波数の高周波電力を第１電源から上部電極に供給し、被処理体におけるプラズマ中のイオンの引き込みに適した比較的低い周波数の高周波電力を第２電源から下部電極に供給する方式がある。

【0003】

上記第１及び第２電源を用いる場合、第１電源の高周波電力を第１周波数でオン／オフ又はＨレベル／Ｌレベルに振幅偏移変調してプラズマを連続的に生成する時間を短縮することにより、被処理基板に対するいわゆるチャージングダメージを抑制する技術が考案されている。また、第２電源の高周波電力を第２周波数でオン／オフ又はＨレベル／Ｌレベルに変調して被処理基板上の所定の膜のエッチングが進行する時間を断続させることにより、いわゆるマイクロローディング効果を低減してエッチングレートを均一化する技術が考案されている。

【0004】

一方、第１電源又は第２電源の高周波電力を上記のとおり変調した場合、プラズマ処理装置のインピーダンス（負荷インピーダンス）が変調に同期して周期的に変動するため、第１電源及び第２電源それぞれとプラズマ処理装置との間に設けられたインピーダンス整合装置の整合動作を上記変動に追従させるのが難しくなる。

【0005】

これに対し、特許文献１及び２には、高周波ＨＦのパワー（上記第１電源の高周波電力に相当）を一定の周波数でオン／オフ又はＨレベル／Ｌレベルに変調する場合、高周波ＨＦに関する負荷インピーダンスの変調周期毎の平均値を、更に移動平均する技術が開示されている。この技術により、変調周波数が比較的高い場合であっても、可動部を有するインピーダンス整合装置の寿命短縮化を防止する効果があるとされている。

【0006】

また、特許文献１には、高周波ＬＦのパワー（上記第２電源の高周波電力に相当）を一定の周波数でオン／オフ又はＨレベル／Ｌレベルに変調する場合、高周波ＨＦに関する負荷インピーダンスを高周波ＬＦの変調周期内で加重平均して、負荷インピーダンスの変調周期毎の平均値とする技術が開示されている。この技術により、高周波ＬＦのパワーが振幅変調された場合であっても、高周波ＨＦのパワーを最適化することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－９０７５９号公報

【文献】特開２０１６－１０５４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１及び２に記載された移動平均を用いる方法によれば、第１電源の高周波電力を変調周期毎に最適に制御することはできない。また、特許文献１に記載された加重平均を用いる方法は、第１電源の高周波電力を振幅偏移変調する場合に適用することは想定されておらず、仮に適用した場合であっても、変調周期内における異なる振幅の高周波電力についてインピーダンス整合装置を最適に整合させることはできない。

【0009】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電源から負荷に供給される高周波電力が振幅偏移変調される場合であっても、電源と負荷との整合を図ることが可能なインピーダンス整合装置及びインピーダンス整合方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様に係るインピーダンス整合装置は、出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源と負荷との間に設けられ、前記高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合装置であって、前記高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、前記高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得する取得部と、該取得部が取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出する算出部と、該算出部が前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行う演算部と、該演算部が前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図る整合部とを備える

【0011】

本開示の一態様に係るインピーダンス整合方法は、出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合方法であって、前記高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、前記高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得し、取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出し、前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行い、前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図る

【0012】

本態様にあっては、所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源の出力電力が負荷に供給される状態で高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るに際し、高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から負荷側を見たインピーダンス又は反射係数に関する情報を外部から取得し、取得した情報を用いて負荷側のインピーダンス又は反射係数を算出する。なお、高周波電源の出力端と同等の箇所とは、例えば、高周波電源と負荷との間に接続されるインピーダンス整合装置の高周波電源側の入力端である。

【0013】

高周波電源の出力電力が高出力及び低出力に変調される第１期間及び第２期間それぞれにて負荷側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷側のインピーダンスが高周波電源の出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。一方、上記第１期間及び第２期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。第２期間及び第１期間それぞれにおける整合演算の結果は、更に後続する第１期間及び第２期間にて実際の整合部に反映する。これにより、高周波電源の変調に影響されて第１期間及び第２期間それぞれにて負荷側のインピーダンスが変動した場合であっても、高周波電源に関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合が図れる。

【0014】

本発明の一態様に係るインピーダンス整合装置は、前記負荷は、出力電力が前記所定周波数の整数倍の周波数で振幅偏移変調される第２の高周波電源から電力が供給されるものであり、前記第２の高周波電源は、第３期間及び第４期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、前記演算部は、前記算出部が前記第１期間中の前記第３期間及び前記第４期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間にて順次前記演算を行うと共に、前記算出部が前記第２期間中の前記第３期間及び前記第４期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第１期間にて順次前記演算を行うようにしてあり、前記整合部は、前記演算部が前記第２期間にて順次演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間中の前記第３期間及び前記第４期間にて前記整合を図ると共に、前記演算部が前記第１期間にて順次演算した結果に基づいて、後続する前記第２期間中の前記第３期間及び前記第４期間にて前記整合を図るようにしてある。

【0015】

本態様にあっては、上記所定周波数の整数倍の周波数で振幅偏移変調される第２の高周波電源の出力電力が更に負荷に供給される状態で前述の高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図る。第２の高周波電源の出力電力は、第３期間及び第４期間それぞれにて高出力及び低出力に変調される。

【0016】

第１期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて負荷側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷側のインピーダンスが高周波電源の出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間にて順次整合演算を行う。同様に、第２期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて負荷側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷側のインピーダンスが高周波電源の出力インピーダンスに近づくように、後続する第１期間にて順次整合演算を行う。一方、第１期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間にて順次整合演算を行う。同様に、第２期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第１期間にて順次整合演算を行う。

【0017】

第２期間にて順次行った整合演算の結果は、更に後続する第１期間中の第３期間及び第４期間にて実際の整合部に反映する。同様に、第１期間にて順次行った整合演算の結果は、更に後続する第２期間中の第３期間及び第４期間にて実際の整合部に反映する。これにより、第２の高周波電源の変調に影響されて第３期間及び第４期間それぞれにて負荷側のインピーダンスが変動した場合であっても、高周波電源に関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合が図れる。

【0018】

本発明の一態様に係るインピーダンス整合装置は、
出力電力が所定周波数で振幅偏移変調される第１高周波電源から電力が供給される負荷と第２高周波電源との間に設けられ、該第２高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るインピーダンス整合装置であって、前記第１高周波電源は、第１期間及び第２期間それぞれにて出力電力が高出力及び低出力に変調されるものであり、前記第２高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から前記負荷側を見たインピーダンスに関する情報を取得する取得部と、該取得部が取得した前記インピーダンスに関する情報を用いて前記負荷側を見たインピーダンス又は反射係数を算出する算出部と、該算出部が前記第１期間及び前記第２期間それぞれにて算出した結果に基づいて、後続する前記第２期間及び前記第１期間にて前記整合のための演算を行う演算部と、該演算部が前記第２期間及び前記第１期間それぞれにて演算した結果に基づいて、後続する前記第１期間及び前記第２期間にて前記整合を図る整合部とを備える。

【0019】

本態様にあっては、所定周波数で振幅偏移変調される第１高周波電源の出力電力が負荷に供給される状態で更に負荷に電力を供給する第２高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合を図るに際し、第２高周波電源の出力端又は該出力端と同等の箇所から負荷側を見たインピーダンス又は反射係数に関する情報を外部から取得し、取得した情報を用いて負荷側のインピーダンス又は反射係数を算出する。なお、第２高周波電源の出力端と同等の箇所とは、例えば、第２高周波電源と負荷との間に接続されるインピーダンス整合装置の第２高周波電源側の入力端である。

【0020】

第１高周波電源の出力電力が高出力及び低出力それぞれに変調される第１期間及び第２期間それぞれにて負荷側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷側のインピーダンスが第２高周波電源の出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。一方、第１期間及び第２期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。第２期間及び第１期間それぞれにおける整合演算の結果は、更に後続する第１期間及び第２期間にて実際の整合部に反映する。これにより、第１高周波電源の変調に影響されて第１期間及び第２期間それぞれにて負荷側のインピーダンスが変動した場合であっても、第１高周波電源に関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて第２高周波電源と負荷とのインピーダンスの整合が図れる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、電源から負荷に供給される高周波電力が振幅偏移変調される場合であっても、電源と負荷との整合を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態１に係るインピーダンス整合装置の構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。

【図2】実施形態１に係るインピーダンス整合装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図3】負荷側のインピーダンスを算出して平均化するＦＰＧＡの処理手順を示すフローチャートである。

【図4】インピーダンスの整合演算を行うＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図5】実施形態１に係るインピーダンス整合装置で半導体スイッチのオン／オフを切り換えるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図6】実施形態２に係るインピーダンス整合装置の構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。

【図7】実施形態２に係るインピーダンス整合装置の動作を示すタイミングチャートである。

【図8】実施形態３に係るインピーダンス整合装置の構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。

【図9】実施形態３に係るインピーダンス整合装置の動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るインピーダンス整合装置１００ａの構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。インピーダンス整合装置１００ａは、高周波電力を出力する高周波電源６ａ及び高周波電力を消費する負荷８ａの間に設けられている。高周波電源６ａ及びインピーダンス整合装置１００ａの間には、高周波電力を通過させると共に高周波電圧等のパラメータを検出する高周波検出部７が接続されている。即ち、高周波検出部７は、高周波電源６ａの出力端と、インピーダンス整合装置１００ａの入力端との間に介在してある。高周波検出部７がインピーダンス整合装置１００ａに含まれていてもよい。

【0024】

高周波電源６ａは、例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の工業用のＲＦ帯（Radio Frequency）の高周波電力を出力する交流電源であり、出力インピーダンスは、例えば５０Ω等の規定の値に設定されている。高周波電源６ａは、インバータ回路（図示せず）を含み、該インバータ回路をスイッチング制御することにより、高周波の交流電力を生成する。

【0025】

高周波電源６ａの出力電力は、変調部５ａによってＨレベル（高出力に相当）／Ｌレベル（低出力に相当）に振幅偏移変調される。この変調の変調周波数は、例えば数Ｈｚから数百Ｈｚ（所定周波数に相当）である。変調部５ａは、上記Ｈレベル／Ｌレベルの期間を示す変調信号を、後述する制御部３ａに与える。

【0026】

高周波検出部７は、高周波電源６ａの出力端又は当該出力端と同等の箇所であるインピーダンス整合装置１００ａの入力端から負荷８ａ側を見た（以下、単に負荷８ａ側を見た、又は負荷８ａ側の、と言う）インピーダンスを算出するためのパラメータ又は負荷８ａ側を見た反射係数を算出するためのパラメータ（インピーダンスに関する情報に相当）を検出する。負荷８ａ側を見たインピーダンスは、負荷８ａのインピーダンスと、インピーダンス整合装置１００ａとの合成インピーダンスである。

【0027】

具体的には、高周波検出部７は、自身の位置における高周波電圧と、高周波電流と、高周波電圧と高周波電流との位相差とをパラメータとして検出する。又は、高周波検出部７は、負荷８ａに向かう高周波の進行波電力（又は進行波電圧）と負荷８ａから反射されて戻ってくる反射波電力（又は反射波電圧）とをパラメータとして検出する。これらの検出されたパラメータを用いて、後述する算出部２が周知の方法によって負荷８ａ側のインピーダンス又は反射係数を算出する。

【0028】

負荷８ａは、高周波電源６ａから供給される高周波電力を用いて各種処理を行うものであり、例えば、プラズマ処理装置及び非接触電力伝送装置が挙げられる。プラズマ処理装置では、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤ等の製造プロセスの進行に伴い、プラズマの状態が時々刻々と変化する。これにより、負荷８ａのインピーダンスが変動する。負荷８ａのインピーダンスは、また、上記の変調信号に応じて周期的に変動する。

【0029】

インピーダンス整合装置１００ａは、キャパシタンスが可変の可変キャパシタ１（整合部に相当）と、高周波検出部７から上記パラメータを取得する取得部２０と、該取得部２０が取得したパラメータを用いて負荷８ａ側のインピーダンス又は反射係数を算出する算出部２と、該算出部２が算出したインピーダンス又は反射係数を用いて、可変キャパシタ１のキャパシタンスを制御する制御部３ａとを備える。インピーダンス整合装置１００ａは、更に、可変キャパシタ１が有する後述の半導体スイッチをオン／オフに設定するスイッチ状態設定部４を備え、制御部３ａがスイッチ状態設定部４を介して可変キャパシタ１のキャパシタンスを制御するようになっている。

【0030】

インピーダンス整合装置１００ａでは、高周波検出部７へ延伸する伝送路１０１と、インダクタＬ１側の一端が負荷８ａに接続されたキャパシタＣ１及びインダクタＬ１の直列回路とが縦続接続されている。可変キャパシタ１は、実質的に２端子の回路であり、一端が伝送路１０１に、他端が接地電位に接続されている。即ち、可変キャパシタ１とキャパシタＣ１及びインダクタＬ１の直列回路とは、Ｌ型の整合回路を構成する。キャパシタＣ１を他の可変キャパシタ１と置き換えてもよい。

【0031】

ここでは、上記の整合回路がＬ型である場合について説明したが、逆Ｌ型であってもよいし、Ｔ型又はπ型であってもよい。更に、キャパシタＣ１及びインダクタＬ１の直列回路は、インピーダンス整合装置１００ａの外側（即ち、インピーダンス整合装置１００ａ及び負荷８ａの間）に接続されていてもよい。以下では、高周波検出部７から伝送路１０１に高周波電力が入力される部位を入力部と言う。また、インダクタＬ１から負荷８ａに高周波電力が出力される部位を出力部と言う。

【0032】

可変キャパシタ１は、一端同士が伝送路１０１に接続されたキャパシタ１１，１２，・・１８と、各アノードがキャパシタ１１，１２，・・１８それぞれの他端に接続されたＰＩＮダイオードである半導体スイッチ２１，２２，・・２８と、駆動回路３１，３２，・・３８とを有する。半導体スイッチ２１，２２，・・２８の他端であるカソードは、接地電位に接続されている。駆動回路３１，３２，・・３８それぞれの出力端子は、キャパシタ１１，１２，・・１８と半導体スイッチ２１，２２，・・２８との接続点に各別に接続されている。キャパシタ１１，１２，・・１８の数、半導体スイッチ２１，２２，・・２８の数及び駆動回路３１，３２，・・３８の数は８つに限定されない。

【0033】

駆動回路３１は、スイッチ状態設定部４からの駆動信号がオンであるか又はオフであるかに応じて、半導体スイッチ２１を、不図示の抵抗器及びインダクタを介して所定のプラス電源に接続するか又は該インダクタを介して所定のマイナス電源に接続する。この結果、半導体スイッチ２１がオン／オフして、キャパシタ１１のキャパシタンスが可変キャパシタ１全体のキャパシタンスに含まれたり含まれなくなったり変化することとなり、可変キャパシタ１のキャパシタンスが調整される。他の駆動回路３２，３３，・・３８それぞれが半導体スイッチ２２，２３，・・２８をオン／オフして可変キャパシタ１のキャパシタンスを調整する動作についても同様である。

【0034】

取得部２０及び算出部２は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array ）を含んでなる。算出部２は、高周波検出部７から、負荷８ａ側のインピーダンスを算出するためのパラメータ又は負荷８ａ側の反射係数を算出するためのパラメータを取得部２０によって取得する。算出部２は、取得したこれらのパラメータを用いて、負荷８ａ側のインピーダンス又は反射係数を算出して平均化し、平均化したインピーダンス又は反射係数を制御部３ａに向けて出力する。

【0035】

制御部３ａは、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit ）を有し、予めＲＯＭ（Read Only Memory ）に記憶された制御プログラムに従って各部の動作を制御すると共に、入出力、演算、時間の計測等の処理を行う。ＣＰＵによる各処理の手順を定めたコンピュータプログラムを、不図示の手段を用いて予めＲＡＭ（Random Access Memory ）にロードし、ロードされたコンピュータプログラムをＣＰＵで実行するようにしてもよいし、制御部３ａをマイクロコンピュータ又は専用のハードウェア回路で構成してもよい。

【0036】

制御部３ａは、算出部２で算出された負荷８ａ側のインピーダンス又は反射係数を取り込む。負荷８ａ側のインピーダンスを取り込んだ場合、制御部３ａは、負荷８ａ側のインピーダンスを高周波電源６ａの出力インピーダンスに整合させるべく、可変キャパシタ１のキャパシタ１１，１２，・・１８の組み合わせを決定する。一方、負荷８ａ側の反射係数を取り込んだ場合、制御部３ａは、入力部における反射係数を０に近づけるべく、可変キャパシタ１のキャパシタ１１，１２，・・１８の組み合わせを決定する。反射係数の大きさが、許容範囲内になれば整合したと見做す。このような制御により、高周波電源６ａから負荷８ａに効率よく電力が供給される。

【0037】

以下では、算出部２にて負荷８ａ側のインピーダンスを算出し、算出されたインピーダンスを用いて、制御部３ａが可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出してキャパシタ１１，１２，・・１８の組み合わせを決定するものとして説明する。決定されたキャパシタ１１，１２，・・１８の組み合わせは、半導体スイッチ２１，２２，・・２８がとるべきオン／オフ状態に対応している。

【0038】

スイッチ状態設定部４は、制御部３ａが決定したキャパシタ１１，１２，・・１８の組み合わせ、即ち半導体スイッチ２１，２２，・・２８がとるべきオン／オフ状態に応じて、制御部３ａから上記駆動信号のオン／オフが設定される。スイッチ状態設定部４に駆動信号のオン／オフが設定された場合、対応する駆動回路３１，３２，・・３８それぞれに対してオン／オフに制御された駆動信号が与えられる。これにより、可変キャパシタ１の半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフ状態が新たに制御される。そして、可変キャパシタ１のキャパシタンスは、制御部３ａが算出したキャパシタンスに調整される。以下では、この調整を可変キャパシタ１の設定と言う。

【0039】

次に、インピーダンス整合装置１００ａ全体の動作の流れについて説明する。図２は、実施形態１に係るインピーダンス整合装置１００ａの動作を示すタイミングチャートである。図２に示す４つのタイミングチャートは、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてあり、上段から順に、高周波電源６ａの出力電力、負荷８ａ側のインピーダンスの算出・平均化、インピーダンスの整合演算及び可変キャパシタ１の設定それぞれに関するタイミングを模式的に示す。図中の「算・平」は算出・平均化を意味し、「演算」は整合演算を意味する。

【0040】

図２に示すタイミングチャートに対応する動作のうち、インピーダンスの算出・平均化は、取得部２０及び算出部２に含まれるＦＰＧＡ（以下、単にＦＰＧＡと言う）が実行し、インピーダンスの整合演算及び可変キャパシタ１の設定は、制御部３ａが有するＣＰＵ（以下、単にＣＰＵと言う）が実行する。時刻ｔ０からｔ１１までの第１期間及び時刻ｔ１１からｔ１２までの第２期間それぞれは、高周波電源６ａの出力電力がＨレベルである期間及びＬレベルである期間に対応する。従って、第１期間及び第２期間が高周波電源６ａに関する変調周期毎に出現する。

【0041】

算出部２は、第１期間及び第２期間それぞれの期間内に少なくとも１回インピーダンスの算出・平均化を行う。ここでは、初回に算出・平均化した結果を用いるが、これに限定されるものではない。制御部３ａは、算出部２が第１期間及び第２期間それぞれにて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間及び第１期間にインピーダンスの整合演算を行って可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出する。即ち、制御部３ａは、算出部２が第１期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間にインピーダンスの整合演算を行い、算出部２が第２期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第１期間にインピーダンスの整合演算を行う。

【0042】

制御部３ａは、第２期間及び第１期間それぞれにて整合演算した結果に基づいて、更に後続する第１期間及び第２期間に上記駆動信号をオン又はオフに設定する。即ち、制御部３ａは、第２期間にて整合演算した結果に基づいて、後続する第１期間に上記駆動信号をオン又はオフに設定し、第１期間にて整合演算した結果に基づいて、後続する第２期間に上記駆動信号をオン又はオフに設定する。これにより、半導体スイッチ２１，２２，・・２８の各ビットがオン又はオフに設定される。

【0043】

時刻ｔ０に開始する可変キャパシタ１の設定は、時刻ｔ０のより前の第２期間にＣＰＵが行った整合演算の結果に基づいて、ＣＰＵが時間Ｔ１の間に実行するものである。ここでは、最上位ビットである半導体スイッチ２８からビット番号の降順に半導体スイッチ２１，２２，・・２８が設定されるものとするが、最下位ビットである半導体スイッチ２１からビット番号の昇順に設定されてもよい。ＣＰＵが半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフを並列的に制御可能である場合は、全ての半導体スイッチ２１，２２，・・２８の設定を同時に行ってもよい。ＣＰＵは、ＦＰＧＡに対してマスク信号を与えており、半導体スイッチ２１，２２，・・２８の設定が完了したときにマスク信号をオフにする。

【0044】

一方のＦＰＧＡは、ＣＰＵから与えられるマスク信号をセンスしており、マスク信号がオフになったときから、負荷８ａ側のインピーダンスの算出・平均化を開始するまでの間に時間Ｔ２だけインターバルを設ける。時間Ｔ２の長さは、例えば３０μｓである。このインターバルは、マスク信号がオンしている間に実行された半導体スイッチ２１，２２，・・２８の設定によって変化する負荷８ａ側のインピーダンスが安定化するまで、ＣＰＵが待機する時間である。

【0045】

上記のインターバルが終了した場合、ＦＰＧＡは、時間Ｔ３の間に高周波検出部７から負荷８ａ側のインピーダンスを算出するためのパラメータを複数回にわたって取得し、取得する毎に負荷８ａ側のインピーダンスを算出して平均化する。時間Ｔ３の長さは、例えば１５μｓである。第１期間及び第２期間それぞれにて最初の算出・平均化が終了した場合、ＦＰＧＡは、平均化したインピーダンスをＣＰＵに向けて出力する。この出力は、例えば、ＦＰＧＵとＣＰＵの間に設けられた不図示のＦＩＦＯ（First In First Out ）メモリに入力することによって実行される。以後、ＦＰＧＡは、時間Ｔ３毎に負荷８ａ側のインピーダンスの算出・平均化を繰り返す。この算出・平均化は、ＣＰＵによってマスク信号がオンされるまで繰り返される。

【0046】

他方のＣＰＵは、後続する第２期間及び第１期間それぞれの開始時点で上記ＦＩＦＯメモリから平均化したインピーダンスを取り込んでインピーダンスの整合演算を行い、整合演算の結果を一旦バッファメモリに記憶する。ここでの整合演算とは、ＦＰＧＡから平均化された負荷８ａ側のインピーダンスを取り込み、負荷８ａ側のインピーダンスを高周波電源６ａの出力インピーダンスに整合させるべく、可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出して、半導体スイッチ２１，２２，・・２８がとるべきオン／オフ状態を決定する処理である。

【0047】

ＣＰＵは、更に後続する第１期間及び第２期間それぞれの開始時点で上記バッファメモリから整合演算の結果、即ち半導体スイッチ２１，２２，・・２８がとるべきオン／オフ状態を読み出し、読み出したオン／オフ状態に基づいて、可変キャパシタ１の設定を行う。具体的には、可変キャパシタ１の設定を行うための駆動信号を設定する。この駆動信号の設定に応じて、可変キャパシタ１のキャパシタンスが設定される。

【0048】

以下では、上述した算出部２及び制御部３ａの動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。図３は、負荷８ａ側のインピーダンスを算出して平均化するＦＰＧＡの処理手順を示すフローチャートである。図４は、インピーダンスの整合演算を行うＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図５は、半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフを切り換えるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図３の処理は、上述のマスク信号がオンの間に起動され、ＦＰＧＡによって実行される。図５及び図６の処理は、第１期間及び第２期間の開始時点で起動され、不図示のＲＯＭに予め格納されているコンピュータプログラムに従ってＣＰＵにより実行される。

【0049】

図３及び図５では、マスク信号を単にマスクと記載する。マスク信号の初期値はオンである。図４及び図５では、半導体スイッチを単にスイッチと記載する。図３における初回フラグは、インピーダンスを算出及び平均化する処理の初回であることを示すフラグである。図５におけるｊは、半導体スイッチ２１，２２，・・２８のうち変化するビット数を記憶するためのものであり、ｋは、処理中のビット番号を記憶するためのものである。

【0050】

図３の処理が開始された場合、ＦＰＧＡは、ＣＰＵからのマスク信号がオンであるか否かを判定し（Ｓ１１）、オンである場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、マスク信号がオフとなるまで待機する。マスク信号がオフとなってマスクが外された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ＦＰＧＡは、初回フラグを１にセットし（Ｓ１２）、不図示のタイマによる計時を開始する（Ｓ１３）。その後、ＦＰＧＡは、タイマの計時により時間Ｔ２が経過したか否かを判定し（Ｓ１４）、経過していない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、時間Ｔ２が経過するまで待機する。この時間Ｔ２は上述のインターバルである。

【0051】

時間Ｔ２のインターバルが経過した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＦＰＧＡは、タイマによる計時を開始しておき（Ｓ１５）、マスク信号がオンであるか否かを判定する（Ｓ１６）。マスク信号がオンである場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＦＰＧＡは、インピーダンスの算出・平均化の処理中であるか否かに関わらず、図３の処理を終了する。

【0052】

一方、マスク信号がオンではない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＦＰＧＡは、高周波検出部７からインピーダンスに関する情報、即ち負荷８ａ側のインピーダンスを算出するためのパラメータを取得する（Ｓ１７）。次いで、ＦＰＧＡは、取得したパラメータを用いて負荷８ａ側のインピーダンスを算出し（Ｓ１８）、算出したインピーダンスを逐次平均化する（Ｓ１９）。インピーダンスの１回の算出は、例えば１００ｎｓ以下の時間内に終了する。その後、ＦＰＧＡは、タイマの計時により時間Ｔ３が経過したか否かを判定し（Ｓ２０）、経過していない場合（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ１６に処理を移す。

【0053】

時間Ｔ３が経過した場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＦＰＧＡは、初回フラグが１にセットされているか否かを判定する（Ｓ２１）。初回フラグが１にセットされている場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、即ち、最初にインピーダンスの算出及び平均化を終えた場合、ＦＰＧＡは、
平均化した負荷８ａ側のインピーダンス（より具体的には、インピーダンスを示すデータ）をＣＰＵに向けて出力する（Ｓ２２）と共に、初回フラグを０にクリアする（Ｓ２３）。ステップＳ２２で出力されたデータは、上述のＦＩＦＯメモリに入力される。

【0054】

ステップＳ２３の処理を終えた場合、又はステップＳ２１で初回フラグが１にセットされていなかった場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＦＰＧＡは、負荷８ａ側のインピーダンスの算出及び平均化を繰り返すために、ステップＳ１５に処理を移す。なお、ステップＳ１７で反射係数を算出するためのパラメータを取得し、ステップＳ１８で負荷８ａ側を見た反射係数を算出し、ステップＳ１８で反射係数を平均化し、ステップＳ２０で平均化した反射係数を出力するようにしてもよい。

【0055】

図４の処理が起動された場合、ＣＰＵは、ＦＰＧＡが算出して平均化したインピーダンスが、上述のＦＩＦＯメモリから入力可能であるか否かを判定し（Ｓ３１）、入力可能ではない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、以後のインピーダンスの整合演算を行わずに図４の処理を終了する。一方、平均化したインピーダンスがＦＩＦＯメモリから入力可能である場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ＦＩＦＯメモリから平均化したインピーダンスを取り込み（Ｓ３２）、負荷８ａ側のインピーダンスを高周波電源６ａの出力インピーダンスに整合させるべく、可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出する（Ｓ３３）。

【0056】

次いで、ＣＰＵは、可変キャパシタ１のキャパシタンスが算出したキャパシタンスとなるように、半導体スイッチ２１，２２，・・２８がとるべきオン／オフ状態を決定する（Ｓ３４）。その後、ＣＰＵは、決定したオン／オフ状態を上述のバッファメモリに記憶し（Ｓ３５）、ステップＳ３１に処理を移す。ステップＳ３３及びＳ３４が演算部に相当する。

【0057】

なお、図３に示す処理によって反射係数が出力される場合は、図４のステップＳ３２で平均化された反射係数を取り込み、Ｓ３３では負荷８ａ側を見た反射係数を０に近づけるべく、可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出すればよい。

【0058】

図５の処理が起動された場合、ＣＰＵは、ＦＰＧＡに対するマスク信号をオンした（Ｓ４１）後、上述のバッファメモリから決定したオン／オフ状態を読み出す（Ｓ４２）。次いで、ＣＰＵは、図５の処理が前回起動されたときに一時記憶メモリに記憶した半導体スイッチ２１，２２，・・２８の切換前のオン／オフ状態を読み出し（Ｓ４３）、バッファメモリから読み出したオン／オフ状態と比較する（Ｓ４４）。

【0059】

ＣＰＵは、比較結果に基づいて、オンからオフに又はオフからオンに変化するビットを抽出し（Ｓ４５）、変化するビット数をｊに代入する（Ｓ４６）。次いで、ＣＰＵは、ｊが０であるか否か、即ち変化するビットが無いか否かを判定し（Ｓ４７）、ｊが０である場合（Ｓ４７：ＹＥＳ）、マスク信号をオフするために後述するステップＳ５５に処理を移す。一方、ｊが０ではない場合（Ｓ４７：ＮＯ）、ＣＰＵは、ｋを８に初期化する（Ｓ４８）。

【0060】

その後、ＣＰＵは、半導体スイッチ２１，２２，・・２８のうちのｋ番目のビットであるＢｋが、オンからオフに又はオフからオンに変化するビットであるか否かを判定する（Ｓ４９）。Ｂｋが変化するビットではない場合（Ｓ４９：ＮＯ）、ＣＰＵは、変化するビットをサーチするために、後述するステップＳ５３に処理を移す。一方、Ｂｋが変化するビットである場合（Ｓ４９：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、Ｂｋに対応するｋ番目の半導体スイッチについて実際にオン／オフを切り換える（Ｓ５０）。

【0061】

その後、ＣＰＵは、ｊを１だけデクリメントし（Ｓ５１）、ｊが０であるか否か、即ち変化する残りのビット数が０であるか否かを判定する（Ｓ５２）。ｊが０ではない場合（Ｓ５２：ＮＯ）、ＣＰＵは、ｋを１だけデクリメントし（Ｓ５３）、変化するビットを更にサーチするために、ステップＳ４９に処理を移す。

【0062】

ステップＳ５２でｊが０である場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、即ち変化する残りのビット数が０となった場合、ＣＰＵは、切り換え後の半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフ状態を一時記憶メモリに記憶し（Ｓ５４）、更にマスク信号をオフして（Ｓ５５）図５の処理を終了する。ここで記憶したオン／オフ状態は、図５の処理が次に起動されたときに、切り換え前のオン／オフ状態としてステップＳ４３で読み出されることとなる。なお、ステップＳ５４で記憶した切り換え後のオン／オフ状態は、図４のステップＳ３４で決定したオン／オフ状態と一致する。

【0063】

上述の図５に示すフローチャートでは、半導体スイッチ２１，２２，・・２８のうち、オンからオフに又はオフからオンに変化するビットを抽出し、抽出したビットのみについて半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフを切り換えたが、これに限定されるものではない。例えば、半導体スイッチ２１，２２，・・２８の各ビットが変化するか否かに関わらず、全てのビットについて半導体スイッチ２１，２２，・・２８のオン／オフを新たに設定してもよい。

【0064】

具体的には、図５に示す各ステップのうち、Ｓ４３－４５、Ｓ４７及びＳ４９を削除し（次の番号のステップに移るようにする）、ステップＳ４６でｊに８（総ビット数）を代入し、ステップＳ５０でＢｋに対応するｋ番目の半導体スイッチについてオン／オフを新たに設定すればよい。

【0065】

以上のように本実施形態１によれば、所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源６ａの出力電力が負荷８ａに供給される状態で高周波電源６ａと負荷８ａとのインピーダンスの整合を図るに際し、高周波電源６ａの出力端又は該出力端と同等の箇所から負荷８ａ側を見たインピーダンス又は反射係数に関する情報を高周波検出部７から取得し（ステップＳ１７）、取得した情報を用いて負荷８ａ側のインピーダンス又は反射係数を算出する（ステップＳ１８）。なお、高周波電源６ａの出力端と同等の箇所とは、例えば、高周波電源６ａと負荷８ａとの間に接続されるインピーダンス整合装置１００ａの高周波電源６ａ側の入力端である。

【0066】

高周波電源６ａの出力電力がＨレベル及びＬレベルに変調される第１期間及び第２期間それぞれにてＦＰＧＡが負荷８ａ側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷８ａ側のインピーダンスが高周波電源６ａの出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う（ステップＳ３３，Ｓ３４）。一方、上記第１期間及び第２期間それぞれにてＦＰＧＡが反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。第２期間及び第１期間それぞれにおける整合演算の結果は、更に後続する第１期間及び第２期間にて可変キャパシタ１のキャパシタンスに反映する。これにより、高周波電源６ａの変調に影響されて第１期間及び第２期間それぞれにて負荷８ａ側のインピーダンスが変動した場合であっても、高周波電源６ａに関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて高周波電源６ａと負荷８ａとのインピーダンスの整合が図れる。従って、高周波電源６ａから負荷８ａに供給される高周波電力が振幅偏移変調される場合であっても、高周波電源６ａと負荷８ａとの整合を図ることが可能となる。

【0067】

（実施形態２）
実施形態１は、負荷８ａに電力を供給する１つの高周波電源６ａの高周波電力を振幅偏移変調する形態であるのに対し、実施形態２は、負荷８ｂに電力を供給する２つの高周波電源６ａ及び６ｂのうち、高周波電源６ｂの高周波電力を所定周波数で振幅偏移変調する形態である。ここでは、２つのインピーダンス整合装置１００ａを用いて高周波電源６ａ及び６ｂそれぞれと負荷８ｂとのインピーダンスの整合を図るが、高周波電源６ｂに関する振幅偏移変調の影響を受けてインピーダンスが変動する負荷８ｂと高周波電源６ａとのインピーダンスの整合に着目して説明する。以下では、負荷８ｂが有する２つの電極それぞれに高周波電源６ａ及び６ｂが高周波電力を供給する形態を例にしているが、これに限定されるものではない。例えば、高周波電源６ａ及び６ｂからの高周波電力を合成して、実施形態１で用いた負荷８ａに供給する形態であってもよい。

【0068】

図６は、実施形態２に係るインピーダンス整合装置１００ａの構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。図中の負荷８ｂは、例えば真空チャンバ内に上部電極８１及び下部電極８２を有するプラズマ処理装置である。真空チャンバは接地されている。一方のインピーダンス整合装置１００ａは、変調部５ａ（図１参照）が接続されておらず連続波を出力する高周波電源６ａ（第２高周波電源に相当）と負荷８ｂの上部電極８１との間に設けられている。高周波電源６ａ及び上部電極８１の間には、高周波電力を通過させると共に高周波電圧等のパラメータを検出する高周波検出部７が接続されている。一方のインピーダンス整合装置１００ａの構成は、実施形態１に係るインピーダンス整合装置１００ａと同一であるが、制御部３ａに対する外部の接続元が異なる。

【0069】

他方のインピーダンス整合装置１００ａは、変調部５ｂが接続されており高周波電力が振幅偏移変調される高周波電源６ｂ（第１高周波電源に相当）と負荷８ｂの下部電極８２との間に設けられている。高周波電源６ｂ及び下部電極８２の間には、高周波検出部７が接続されている。他方のインピーダンス整合装置１００ａが、高周波検出部７から前述のパラメータを取得し、変調部５ｂからＨレベル／Ｌレベルの期間を示す変調信号が与えられるのは、実施形態１の場合と同様である。変調部５ｂは、一方のインピーダンス整合装置１００ａが備える制御部３ａにも上記変調信号を与える。その他、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。

【0070】

図７は、実施形態２に係るインピーダンス整合装置１００ａの動作を示すタイミングチャートである。図７に示す５つのタイミングチャートは、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてあり、上段から順に、高周波電源６ｂの出力電力、高周波電源６ａの出力電力、負荷８ｂ側のインピーダンスの算出・平均化、インピーダンスの整合演算及び可変キャパシタ１の設定それぞれに関するタイミングを模式的に示す。図中の「算・平」は算出・平均化を意味し、「演算」は整合演算を意味する。

【0071】

実施形態１の図２に示すタイミングチャートとの違いは、出力電力が振幅偏移変調された高周波電源６ｂが追加されており、高周波電源６ａの出力電力が連続的にオンしている点である。時刻ｔ０からｔ２１までの第１期間及び時刻ｔ２１からｔ２２までの第２期間それぞれは、高周波電源６ｂの出力電力がＨレベルである期間及びＬレベルである期間に対応する。従って、第１期間及び第２期間が高周波電源６ｂに関する変調周期毎に出現する。この変調周期は、実施形態１の図２に示す高周波電源６ａに関する変調周期と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0072】

実施形態１の場合と同様に、制御部３ａは、算出部２が第１期間及び第２期間それぞれにて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間及び第１期間にインピーダンスの整合演算を行って可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出する。即ち、制御部３ａは、算出部２が第１期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間にインピーダンスの整合演算を行い、算出部２が第２期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第１期間にインピーダンスの整合演算を行う。制御部３ａは、第２期間及び第１期間それぞれにて整合演算した結果に基づいて、更に後続する第１期間及び第２期間に可変キャパシタ１の設定を行う。即ち、制御部３ａは、第２期間にて整合演算した結果に基づいて、後続する第１期間に可変キャパシタ１の設定を行い、第１期間にて整合演算した結果に基づいて、後続する第２期間に可変キャパシタ１の設定を行う。

【0073】

実施形態１の図２との比較で明らかなように、ＦＰＧＡは、ＣＰＵが与えるマスク信号に応じてインピーダンスの算出・平均化を行っており、実施形態１の場合と全く同じ動作を行う。一方のＣＰＵは、第１期間及び第２期間それぞれの開始時点に起動される処理によってインピーダンスの整合演算及び可変キャパシタ１の設定を行っており、実施形態１との違いは各処理の起動タイミングの差異のみである。ここで、制御部３ａには、実施形態１の場合も本実施形態２の場合も第１期間及び第２期間を示す変調信号が与えられており、ＣＰＵは上記の各処理を起動する契機を変更する必要がない。ＦＰＧＡが反射係数を算出した場合についても同様である。従って、本実施形態２についても、ＦＰＧＡ及びＣＰＵの処理内容の変更なしに、実施形態１と同様の効果を奏する。

【0074】

以上のように本実施形態２によれば、所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源６ｂの出力電力が負荷８ｂに供給される状態で更に負荷８ｂに電力を供給する高周波電源６ａと負荷８ｂとのインピーダンスの整合を図るに際し、高周波電源６ａの出力端又は該出力端と同等の箇所から負荷８ｂ側を見たインピーダンス又は反射係数に関する情報を高周波検出部７から取得し、取得した情報を用いて負荷８ｂ側のインピーダンス又は反射係数を算出する。なお、高周波電源６ａの出力端と同等の箇所とは、例えば、高周波電源６ａと負荷８ｂとの間に接続されるインピーダンス整合装置１００ａの高周波電源６ａ側の入力端である。

【0075】

高周波電源６ｂの出力電力が高出力及び低出力それぞれに変調される第１期間及び第２期間それぞれにてＦＰＧＡが負荷８ｂ側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷８ｂ側のインピーダンスが高周波電源６ａの出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。一方、第１期間及び第２期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間及び第１期間にて整合演算を行う。第２期間及び第１期間それぞれにおける整合演算の結果は、更に後続する第１期間及び第２期間にて可変キャパシタ１のキャパシタンスに反映する。これにより、高周波電源６ｂの変調に影響されて第１期間及び第２期間それぞれにて負荷８ｂ側のインピーダンスが変動した場合であっても、高周波電源６ｂに関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて高周波電源６ａと負荷８ｂとのインピーダンスの整合が図れる。従って、高周波電源６ｂから負荷８ｂに供給される高周波電力が振幅偏移変調される場合であっても、高周波電源６ａと負荷８ｂとの整合を図ることが可能となる。

【0076】

（実施形態３）
実施形態１は、負荷８ａに電力を供給する１つの高周波電源６ａの高周波電力を振幅偏移変調する形態であるのに対し、実施形態３は、実施形態２で用いた負荷８ｂに電力を供給する２つの高周波電源６ａ及び６ｂの高周波電力を共に振幅偏移変調する形態である。高周波電源６ｂに関する変調周波数は、高周波電源６ａに関する変調周波数の整数倍である。ここでは、２つのインピーダンス整合装置１００ｂ及び１００ａを用いて高周波電源６ａ及び６ｂそれぞれと負荷８ｂとのインピーダンスの整合を図るが、高周波電力の変調周波数が低い方の高周波電源６ａと負荷８ｂとのインピーダンスの整合に着目して説明する。

【0077】

図８は、実施形態３に係るインピーダンス整合装置１００ｂの構成例及び外部との接続例を示すブロック図である。インピーダンス整合装置１００ｂは、変調部５ａが接続されており高周波電力が所定周波数で振幅偏移変調される高周波電源６ａと負荷８ｂの上部電極８１との間に設けられている。高周波電源６ａ及び上部電極８１の間には、高周波検出部７が接続されている。インピーダンス整合装置１００ｂの構成は、実施形態１に係るインピーダンス整合装置１００ａと比較して、制御部３ｂに対する外部の接続元が追加されている。

【0078】

インピーダンス整合装置１００ａは、変調部５ｂが接続されており高周波電力が上記所定周波数の整数倍の周波数で振幅偏移変調される高周波電源６ｂ（第２の高周波電源に相当）と負荷８ｂの下部電極８２との間に設けられている。高周波電源６ｂ及び下部電極８２の間には、高周波検出部７が接続されている。インピーダンス整合装置１００ａが、高周波検出部７から前述のパラメータを取得し、変調部５ｂからＨレベル／Ｌレベルの期間を示す変調信号が与えられるのは、実施形態１及び２の場合と同様である。変調部５ｂは、インピーダンス整合装置１００ｂが備える制御部３ｂにも上記変調信号を与える。その他、実施形態１及び２に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。

【0079】

図９は、実施形態３に係るインピーダンス整合装置１００ｂの動作を示すタイミングチャートである。図９に示す５つのタイミングチャートは、何れも同一の時間軸（ｔ）を横軸にしてあり、上段から順に、高周波電源６ｂの出力電力、高周波電源６ａの出力電力、負荷８ｂ側のインピーダンスの算出・平均化、インピーダンスの整合演算及び可変キャパシタ１の設定それぞれに関するタイミングを模式的に示す。図中の「マ」はマスク信号を、「イ」はインターバルを、「算」は算出・平均化を、「演」は整合演算を、「設」は設定を意味する。

【0080】

実施形態１の図２に示すタイミングチャートとの違いは、出力電力が振幅偏移変調された高周波電源６ｂが追加されている点である。時刻ｔ０からｔ３１までの第１期間及び時刻ｔ３１からｔ３２までの第２期間それぞれは、高周波電源６ａの出力電力がＨレベルである期間及びＬレベルである期間に対応する。従って、第１期間及び第２期間が高周波電源６ａに関する変調周期毎に出現する。この変調周期は、実施形態１の図２に示す高周波電源６ａに関する変調周期と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0081】

時刻ｔ０からｔ４１までの第３期間及び時刻ｔ４１からｔ４２までの第４期間それぞれは、高周波電源６ｂの出力電力がオン及びオフとなる期間に対応する。従って、第３期間及び第４期間が高周波電源６ｂに関する変調周期毎に出現する。時刻ｔ４２からｔ４３までの第３期間及び時刻ｔ４３からｔ３２までの第４期間についても同様である。図９では、高周波電源６ａに関する第１期間の開始時点と、高周波電源６ｂに関する第３期間の開始時点とが一致する例を示したが、これに限定されるものではなく、これらの開始時点にずれがあってもよい。また、高周波電源６ｂの高周波電力は、Ｈレベル及びＬレベルに変化するものであってもよい。

【0082】

実施形態１の場合とは異なり、制御部３ｂは、算出部２が第１期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間にて順次インピーダンスの整合演算を行って可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出する。図９に示す例では、第１期間中に第３期間が２回出現するが、２回目の第３期間では算出・平均化を終えるまでに第１期間が終了して次のマスク信号がオンとなるため、２回目の第３期間におけるインピーダンスの算出・平均化は行われたことにならない。よって、後続する第２期間では、整合演算が２回行われる。制御部３ｂは、また、算出部２が第２期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第１期間にて順次インピーダンスの整合演算を行って可変キャパシタ１のキャパシタンスを算出する。

【0083】

制御部３ｂは、第２期間中にて順次整合演算した結果に基づいて、更に後続する第１期間中の第３期間及び第４期間に可変キャパシタ１の設定を行う。即ち、制御部３ｂは、算出部２が先行する第１期間中の第３期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第１期間中の第３期間に可変キャパシタ１の設定を行い、算出部２が先行する第１期間中の第４期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第１期間中の第４期間に可変キャパシタ１の設定を行う。図９に示す例では、上述したように第１期間中に第３期間が２回出現するが、直前の第２期間中に整合演算が２回しか行われていないため、３回目の可変キャパシタ１の設定は実質的に行われない（図中に×印で示す）。

【0084】

制御部３ｂは、また、第１期間中にて順次整合演算した結果に基づいて、更に後続する第２期間中の第３期間及び第４期間に可変キャパシタ１の設定を行う。即ち、制御部３ｂは、算出部２が先行する第２期間中の第３期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間中の第３期間に可変キャパシタ１の設定を行い、算出部２が先行する第２期間中の第４期間にて算出・平均化した結果に基づいて、後続する第２期間中の第４期間に可変キャパシタ１の設定を行う。

【0085】

実施形態１の図２との比較で明らかなように、ＦＰＧＡは、ＣＰＵが与えるマスク信号に応じてインピーダンスの算出・平均化を行っており、実施形態１の場合と全く同じ動作を行う。

【0086】

一方のＣＰＵは、第１期間及び第２期間それぞれの開始時点に起動される処理によってインピーダンスの整合演算を順次行っており、実施形態１との違いは、１回の起動で実行する整合演算の回数のみである。ここで、実施形態１の図３に示すＦＰＧＡの処理手順を参照すると、ＦＰＧＡは平均化したインピーダンスをステップＳ２２にてＦＩＦＯメモリに入力している。また、図４に示すＣＰＵの処理手順を参照すると、ステップＳ３２ではＣＰＵが上記ＦＩＦＯメモリから平均化したインピーダンスを取り込んでいる。従って、実施形態１の図３に示す処理手順により、平均化したインピーダンスを複数回ＦＩＦＯメモリに入力しておき、図４に示す処理手順により、平均化したインピーダンスをＦＩＦＯメモリから複数回取り込んで順次整合演算を実行することができる。

【0087】

次に、ＣＰＵは、第３期間及び第４期間それぞれの開始時点に起動される処理によって可変キャパシタ１の設定を行っており、実施形態１とは、この処理の起動タイミングが異なる。制御部３ｂには、第３期間及び第４期間を示す変調信号が与えられており、ＣＰＵは、実施形態１の図５に示す処理の起動タイミングを、第３期間及び第４期間それぞれの開始時点に変更すればよい。

【0088】

ここで、実施形態１の図４に示すＣＰＵの処理手順を参照すると、ＣＰＵは決定したオン／オフ状態をステップＳ３５にてバッファメモリに記憶している。また、図５に示すＣＰＵの処理手順を参照すると、ステップＳ４２ではＣＰＵが上記バッファメモリから決定したオン／オフ状態を読み出している。そこで、このバッファメモリをいわゆるリングバッファにしておけば、図４に示す処理手順により、決定したオン／オフ状態を複数回リングバッファに記憶しておき、図５に示す処理手順により、決定したオン／オフ状態を第３期間及び第４期間の開始時点それぞれに１つずつ読み出して、可変キャパシタ１を設定することができる。このリングバッファが空になった後に読み出しを行う場合（図９に×印で示す）は、可変キャパシタ１の設定を行わないようにしてもよいし、前回と同じ設定を行ってもよい。

【0089】

以上のことから、ＦＰＧＡは、実施形態１の図３に示す処理をそのまま実行すればよい。ＣＰＵは、図５に示す処理の起動タイミングを変更するだけでよく、処理手順は図４及び図５に示すものをそのまま実行すれば、実施形態１及び２と同様の効果を奏する。ＦＰＧＡが反射係数を算出した場合についても同様である。

【0090】

以上のように本実施形態３によれば、所定周波数の整数倍の周波数で振幅偏移変調される高周波電源６ｂの出力電力が更に負荷８ｂに供給される状態で実施形態１に係る高周波電源６ａと負荷８ｂとのインピーダンスの整合を図る。高周波電源６ｂの出力電力は、第３期間及び第４期間それぞれにてオン及びオフに変調される。

【0091】

第１期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて負荷８ｂ側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷８ｂ側のインピーダンスが高周波電源６ａの出力インピーダンスに近づくように、後続する第２期間にて順次整合演算を行う。同様に、第２期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて負荷８ｂ側のインピーダンスを算出した場合は、調整後の負荷８ｂ側のインピーダンスが高周波電源６ａの出力インピーダンスに近づくように、後続する第１期間にて順次整合演算を行う。一方、第１期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第２期間にて順次整合演算を行う。同様に、第２期間中の第３期間及び第４期間それぞれにて反射係数を算出した場合は、実際の反射係数が０に近づくように、後続する第１期間にて順次整合演算を行う。

【0092】

第２期間にて順次行った整合演算の結果は、更に後続する第１期間中の第３期間及び第４期間にて可変キャパシタ１のキャパシタンスに反映する。同様に、第１期間にて順次行った整合演算の結果は、更に後続する第２期間中の第３期間及び第４期間にて可変キャパシタ１のキャパシタンスに反映する。従って、高周波電源６ｂの変調に影響されて第３期間及び第４期間それぞれにて負荷８ｂ側のインピーダンスが変動する場合であっても、高周波電源６ａに関する振幅偏移変調の1周期後の第１期間及び第２期間にて高周波電源６ａと負荷８ｂとのインピーダンスの整合を図ることが可能となる。

【0093】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0094】

１００ａ、１００ｂ インピーダンス整合装置
１０１ 伝送路
１ 可変キャパシタ
Ｃ１ キャパシタ
Ｌ１ インダクタ
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８ キャパシタ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ 半導体スイッチ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８ 駆動回路
２ 算出部
２０ 取得部
３ａ、３ｂ 制御部
４ スイッチ状態設定部
５ａ、５ｂ 変調部
６ａ、６ｂ 高周波電源
７ 高周波検出部
８ａ、８ｂ 負荷
８１ 上部電極
８２ 下部電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】