特許 7450387 インピーダンス調整装置

(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】2024-03-07

(45)【発行日】2024-03-15

(54)【発明の名称】インピーダンス調整装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/38 20060101AFI20240308BHJP

   H03H 7/40 20060101ALI20240308BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240308BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

H03H7/38 B

H03H7/40

H05H1/46 R

H01L21/302 101B

C23C16/509

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019238645

(22)【出願日】2019-12-27

(65)【公開番号】P2021108415

(43)【公開日】2021-07-29

【審査請求日】2022-10-07

(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】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０６９８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６７０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３５５５５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００１－５１６９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６８５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６０１０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ７／３０－ ７／５４

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／５０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から負荷に出力される交流電圧の伝送路の中途に配置され、前記交流電源から見た前記負荷側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整装置であって、
複数のコンデンサ及び複数の半導体スイッチを有する可変コンデンサユニットと、
前記複数の半導体スイッチを各別にオン又はオフに切替えることによって前記可変コンデンサユニットの容量値を変更する容量値変更部と、
前記可変コンデンサユニットの容量値の目標容量値を決定する決定部と
を備え、
前記可変コンデンサユニットでは、コンデンサ及び半導体スイッチが直列に接続された複数のコンデンサ回路が並列に接続されており、
前記容量値変更部は、
前記決定部が決定した目標容量値に前記容量値を変更する場合、
前記容量値は、前記決定部が決定した目標容量値と異なる中継容量値に変更された後、予め定めた時間が経過した後に前記決定部が決定した目標容量値に変更され、
前記予め定めた時間は、前記負荷の状態が安定するために必要な時間として実験又はシミュレーションの結果に基づいて導出された時間であり、前記容量値変更部が参照可能な記憶部に予め記憶されている設定時間である
インピーダンス調整装置。

【請求項2】

前記予め定めた時間は、前記負荷で行われる処理のプロセス条件に応じて任意に設定可能である
請求項１に記載のインピーダンス調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインピーダンス調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波電源が高周波の交流電圧を負荷に印加する構成では、高周波電源から負荷に出力される交流電圧の伝送路の中途に、高周波電源から見た負荷側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整装置（例えば、特許文献１を参照）が配置されている。特許文献１に記載されているインピーダンス調整装置は可変コンデンサユニットを備える。可変コンデンサユニットでは、コンデンサ及び半導体スイッチが直列に接続された複数の直列回路が並列に接続されている。

【0003】

可変コンデンサユニットが有する複数の半導体スイッチを各別にオン又はオフに切替えることによって可変コンデンサユニットの容量値が変更される。可変コンデンサユニットの容量値を変更することにより、高周波電源から見た負荷側のインピーダンスは、高周波電源の出力インピーダンスの複素共役と一致するように、又は、高周波電源から見た負荷側の反射係数の絶対値が最小値となるように調整される。所謂、インピーダンス整合が行われる。結果、負荷側に効率よく電力を供給することができる。負荷では、高周波電源から入力された交流電圧の印加によって、種々の処理を実行するプラズマが発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－６９８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のインピーダンス調整装置では、コンデンサ及び半導体スイッチが直列に接続されている。このため、半導体スイッチがオフからオンに切替わった場合、その半導体スイッチに接続されているコンデンサが有効となる。半導体スイッチがオンからオフに切替わった場合、その半導体スイッチに接続されているコンデンサが無効となる。前述したように、可変コンデンサユニットでは、コンデンサ及び半導体スイッチが直列に接続された複数の直列回路が並列に接続されているので、有効なコンデンサの容量値の合計値が可変コンデンサユニットの容量値である。

【0006】

このように半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによってコンデンサの容量値を変更する構成では、非常に高速にコンデンサの容量値を変更することができる。このため、インピーダンス整合の高速化を実現できる。
半導体スイッチの過渡応答は、使用する半導体スイッチの特性によって異なる。しかしながら、半導体スイッチの過渡応答は、通常、数十μｓｅｃ～百数十μｓｅｃである。このため、半導体スイッチをオン又はオフに切替える場合、急峻なインピーダンス変化が起こり、負荷におけるプラズマの状態が不安定な状態になる可能性がある。プラズマが不安定な状態で、更に半導体スイッチをオン又はオフに切替えた場合、プラズマ自体が消滅する現象が確認されている。

【0007】

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、半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによってコンデンサの容量値を変更する構成であっても、負荷が不安定な状態になることを回避することができるインピーダンス調整装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置は、交流電源から負荷に出力される交流電圧の伝送路の中途に配置され、前記交流電源から見た前記負荷側のインピーダンスを調整するインピーダンス調整装置であって、複数のコンデンサ及び複数の半導体スイッチを有する可変コンデンサユニットと、前記複数の半導体スイッチを各別にオン又はオフに切替えることによって前記可変コンデンサユニットの容量値を変更する容量値変更部と、前記可変コンデンサユニットの容量値の目標容量値を決定する決定部とを備え、前記可変コンデンサユニットでは、コンデンサ及び半導体スイッチが直列に接続された複数のコンデンサ回路が並列に接続されており、前記容量値変更部は、前記決定部が決定した目標容量値に前記容量値を変更する場合、前記容量値を変更してから、予め定めた時間が経過した後に前記容量値を再び変更する。

【0009】

上記の態様にあっては、負荷では、例えば、交流電源が出力した交流電圧を用いてプラズマを発生する。可変コンデンサユニットを前述したように変更することによって、急峻なインピーダンス変化を抑制することができる。この場合、負荷のプラズマがインピーダンス変化に追従することができるので、負荷が不安定な状態になることを回避することができる。

【0010】

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置では、前記予め定めた時間は、前記負荷で行われる処理のプロセス条件に応じて任意に設定可能である。

【0011】

上記の態様にあっては、プロセス条件に応じたきめ細かな調整を行うことが可能である。

【発明の効果】

【0012】

上記の態様によれば、半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによってコンデンサの容量値を変更する構成であっても、負荷が不安定な状態になることを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態におけるプラズマ装置１の要部構成を示すブロック図である。

【図2】プラズマ発生器における処理を行う上で必要な設定値の一例を示す図表である。

【図3】インピーダンス調整装置の要部構成を示すブロック図である。

【図4】可変コンデンサユニットの容量値の説明図である。

【図5】算出回路の算出処理の手順を示すフローチャートである。

【図6】マイコンの要部構成を示すブロック図である。

【図7】設定番号に対応する設定時間及び基準時間の候補値を示す図表である。

【図8】時間変更処理の手順を示すフローチャートである。

【図9】調整処理の手順を示すフローチャートである。

【図10】調整処理の手順を示すフローチャートである。

【図11】調整処理の手順を示すフローチャートである。

【図12】インピーダンス調整装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
＜プラズマ装置の構成＞
図１は、本実施の形態におけるプラズマ装置１の要部構成を示すブロック図である。プラズマ装置１は、処理対象物Ｗ、例えばウェハに処理を施す装置であり、高周波電源１０ａ，１０ｂ、プラズマ発生器１１、高周波検出器１２ａ，１２ｂ、インピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂ、コイル１４、直流電源１５及び主制御装置１６を備える。プラズマ発生器１１は、箱体状のチャンバ２０及び板状の電極２１ａ，２１ｂを有する。図１では、チャンバ２０については断面が示されている。

【0015】

プラズマ発生器１１のタイプは容量結合型である。チャンバ２０には、２つの貫通孔が設けられている。一方の貫通孔からガスがチャンバ２０内に注入される。他方の貫通孔から、チャンバ２０内の物質が排出される。チャンバ２０には、２つの電極２１ａ，２１ｂが収容されている。電極２１ａ，２１ｂの板面は互いに対向している。

【0016】

伝送路Ｔａは、高周波電源１０ａからプラズマ発生器１１に至るまでの伝送路を示している。高周波電源１０ａは、伝送路Ｔａを介してプラズマ発生器１１の電極２１ａに接続されている。伝送路Ｔａの中途に高周波検出器１２ａ及びインピーダンス調整装置１３ａが配置されている。高周波検出器１２ａは、高周波電源１０ａとインピーダンス調整装置１３ａとの間に位置する。高周波電源１０ａは接地されている。

【0017】

同様に、伝送路Ｔｂは、高周波電源１０ｂからプラズマ発生器１１に至るまでの伝送路を示している。高周波電源１０ｂは、伝送路Ｔｂを介してプラズマ発生器１１の電極２１ｂに接続されている。伝送路Ｔｂの中途に高周波検出器１２ｂ及びインピーダンス調整装置１３ｂが配置されている。高周波検出器１２ｂは、高周波電源１０ｂとインピーダンス調整装置１３ｂとの間に位置する。高周波電源１０ｂは接地されている。
また、電極２１ａは、コイル１４を介して、直流電源１５の負極に接続されている。直流電源１５の正極は接地されている。

【0018】

高周波電源１０ａ，１０ｂそれぞれは、周波数が高い交流電圧を出力する交流電源である。高周波電源１０ａ，１０ｂが出力する交流電圧の周波数（以下、出力周波数という）は、例えば、工業用のＲＦ(Radio Frequency)帯に属する４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ又は６０ＭＨｚ等の周波数である。一般的には、高周波電源１０ａの出力周波数の方が高周波電源１０ｂの出力周波数よりも高い。例えば、高周波電源１０ａの出力周波数は１３．５６ＭＨｚであり、かつ、高周波電源１０ｂの出力周波数は４００ｋＨｚである組み合わせが用いられる。

【0019】

高周波電源１０ａは、高周波検出器１２ａ及びインピーダンス調整装置１３ａを介して交流電圧をプラズマ発生器１１の電極２１ａに出力する。このとき、高周波電源１０ａが出力した交流電圧は伝送路Ｔａを伝送する。コイル１４のインダクタンスは十分に大きいので、交流電圧はコイル１４を通過することはない。このため、交流電圧が直流電源１５に出力されることはない。

【0020】

同様に、高周波電源１０ｂは、高周波検出器１２ｂ及びインピーダンス調整装置１３ｂを介して交流電圧をプラズマ発生器１１の電極２１ｂに出力する。このとき、高周波電源１０ｂが出力した交流電圧は伝送路Ｔｂを伝送する。高周波電源１０ａ，１０ｂの出力インピーダンスは、例えば実部のみによって表される。この場合、出力インピーダンスは例えば５０オームである。プラズマ発生器１１は負荷として機能する。

【0021】

高周波電源１０ａ，１０ｂそれぞれが出力した交流電圧は電極２１ａ，２１ｂに印加される。直流電源１５は、コイル１４を介して負の直流電圧を電極２１ａに印加している。電極２１ａ，２１ｂ全体は印加体として機能する。なお、直流電源１５は必ずしも必要ではない。直流電源１５の出力電圧は、インピーダンス調整装置１３ａ及びインピーダンス調整装置１３ｂの制御には直接関係しない。

【0022】

チャンバ２０内にガスが注入されている状態で、高周波電源１０ａ，１０ｂが交流電圧を電極２１ａ，２１ｂに印加した場合、電極２１ａ，２１ｂ間においてプラズマが発生する。ユーザは、電極２１ｂにおける電極２１ａ側の板面上に処理対象物Ｗを配置する。プラズマを用いた処理が処理対象物Ｗに施される。プラズマを用いた処理は、エッチング又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)等の処理である。

【0023】

プラズマ発生器１１のチャンバ２０内では、プラズマを用いた複数の処理が順次実行される。処理に応じて、高周波電源１０ａ，１０ｂが電極２１ａ，２１ｂに供給する交流電力、直流電源１５が電極２１ａに印加する直流電圧、並びに、チャンバ２０内に注入するガスの種類、圧力及び流量の少なくとも１つが調整される。これらの値に応じて、プラズマ発生器１１において発生しているプラズマの状態が変化し、プラズマ発生器１１のインピーダンスが変化する。プラズマ発生器１１のチャンバ２０内で実行される処理に応じて、高周波電源１０ａ，１０ｂが電極２１ａ，２１ｂに供給する交流電力の値、直流電源１５が電極２１ａに印加する直流電圧の値、チャンバ２０内に注入するガスの種類、ガスの圧力及びガスの流量等の条件が定まっている。また、実行する実行タイミングも定まっている。

【0024】

図２は、プラズマ発生器１１における処理を行う上で必要な設定値の一例を示す図表である。図２には、実行タイミング、電極２１ａ，２１ｂに印加される２つの交流電力の値、電極２１ａに印加される直流電圧の値、ガスの種類、ガスの圧力、ガスの流量が示されている。実行タイミング、２つの交流電力の値、直流電圧の値、ガスの種類、ガスの圧力及びガスの流量の組合せごとに設定番号が設定されている。

【0025】

プラズマ発生器１１が稼働している場合、プラズマを用いた複数の処理が順次実行されるタイミングで、各装置に必要な設定値が通知される。例えば、主制御装置１６から高周波電源１０ａ，１０ｂに対して、高周波電源１０ａ，１０ｂから出力すべき交流電力の値が通知される。また、必要に応じて、主制御装置１６からインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂに対して、高周波電源１０ａ，１０ｂから出力すべき交流電力の値が通知される。主制御装置１６から高周波電源１０ａ，１０ｂに対して、必要な設定値が通知された後、高周波電源１０ａ，１０ｂからインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂに対して、その設定値を通知してもよい。

【0026】

また、高周波電源１０ａ，１０ｂ及びインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂは、図２に示す設定値の情報を予め取得しておいてもよい。この構成では、主制御装置１６から高周波電源１０ａ，１０ｂ及びインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂに対して、プラズマを用いた複数の処理が順次実行されるタイミングで、図２に示す設定番号を通知すればよい。設定番号を通知することによって、高周波電源１０ａ，１０ｂ及びインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂは、必要な設定値を認識することができる。
主制御装置１６から設定値が通知された各装置は、通知された設定値に応じた処理を行う。

【0027】

処理が順次実行される。例えば、設定番号が２である場合、高周波電源１０ａから出力される交流電力が１４００Ｗに設定され、高周波電源１０ｂから出力される交流電力が６００Ｗに設定される。このとき、ガスの種類は、例えばアルゴンである。ガスの圧力やガスの流量等の設定値は、対応する装置に通知される。
その後、所定の時間が経過した場合、設定番号３で示される設定値が高周波電源１０ａ，１０ｂに通知される。これにより、例えば、高周波電源１０ａから出力する交流電力が２０００Ｗに変更されるとともに、高周波電源１０ｂから出力される交流電力が７００Ｗに変更される。

【0028】

なお、前述した設定値は一例であり、高周波電源１０ａ，１０ｂから出力すべき交流電力の値は、前述した値に限定されない。また、図２に示した要素とは異なる要素が含まれてもよい。

【0029】

例えば、高周波電源１０ａ，１０ｂから出力される交流電力の波形がパルス波形である場合、交流電圧のデューティー比等を主制御装置１６が高周波電源１０ａ，１０ｂに通知してもよい。また、高周波電源１０ａ，１０ｂの出力周波数を変更することができる場合、その出力周波数を主制御装置１６が高周波電源１０ａ，１０ｂに通知してもよい。
このような種々の条件を総称して、本実施の形態では、プロセス条件という。

【0030】

高周波検出器１２ａは、高周波電源１０ａから見たプラズマ発生器１１側のインピーダンスを算出するためのパラメータ、又は、高周波電源１０ａから見たプラズマ発生器１１側の反射係数を算出するためのパラメータを周期的に検出する。以下では、高周波電源１０ａから見たプラズマ発生器１１側のインピーダンスを、第１負荷側インピーダンスと記載する。高周波電源１０ａから見た交流電圧の反射係数を第１反射係数と記載する。一般的に、反射係数は、複素数である。反射係数の絶対値は、ゼロ以上であり、かつ、１以下である。

【0031】

第１負荷側インピーダンスは、高周波電源１０ａの出力端からプラズマ発生器１１側を見たインピーダンス、又は、インピーダンス調整装置１３ａにおける交流電圧の入力端からプラズマ発生器１１側を見たインピーダンスである。インピーダンス調整装置１３ａの入力端は、高周波電源１０ａの出力端に相当する。第１負荷側インピーダンスは、インピーダンス調整装置１３ａのインピーダンスとプラズマ発生器１１のインピーダンスとの合成インピーダンスである。

【0032】

高周波検出器１２ａは、パラメータの一例として、高周波検出器１２ａを介して伝送する交流電圧及び交流電流、並びに、これらの位相差を検出する。高周波検出器１２ａは、パラメータの他例として、高周波電源１０ａからプラズマ発生器１１に向かう交流電圧の進行波電力（又は進行波電圧）と、プラズマ発生器１１で反射して高周波電源１０ａに向かう反射波電力（又は反射波電圧）とを検出する。高周波検出器１２ａは、パラメータを検出する都度、検出したパラメータを示すパラメータ情報をインピーダンス調整装置１３ａに出力する。

【0033】

インピーダンス調整装置１３ａは、自装置のインピーダンスを変更することによって第１負荷側インピーダンスを調整する。具体的には、インピーダンス調整装置１３ａは、高周波検出器１２ａから入力されたパラメータ情報に基づいて、第１負荷側インピーダンスが高周波電源１０ａの出力インピーダンスの複素共役となるように、又は、第１反射係数が最小値となるように、自装置のインピーダンスを調整する。所謂、インピーダンス整合を行う。これにより、プラズマ発生器１１側に効率よく電力を供給できる。

【0034】

第１負荷側インピーダンスが出力インピーダンスの複素共役とならない場合、インピーダンス調整装置１３ａは、第１負荷側インピーダンスが高周波電源１０ａの出力インピーダンスの複素共役に最も近い値となるように、自装置のインピーダンスを調整する。インピーダンス調整装置１３ａは、主制御装置１６が出力した設定番号に応じた処理を実行する。

【0035】

高周波電源１０ｂから見たプラズマ発生器１１側のインピーダンスを第２負荷側インピーダンスと記載する。高周波電源１０ｂから見た交流電圧の反射係数を第２反射係数と記載する。高周波検出器１２ｂ及びインピーダンス調整装置１３ｂそれぞれは、高周波検出器１２ａ及びインピーダンス調整装置１３ａと同様に構成される。第１負荷側インピーダンス及び第１反射係数それぞれは、第２負荷側インピーダンス及び第２反射係数に対応する。

【0036】

＜インピーダンス調整装置１３ａの構成＞
図３はインピーダンス調整装置１３ａの要部構成を示すブロック図である。前述したように、インピーダンス調整装置１３ｂはインピーダンス調整装置１３ａと同様に構成されている。以下では、インピーダンス調整装置１３ａの構成を説明する。インピーダンス調整装置１３ｂの構成の説明を省略する。伝送路Ｔａは伝送路Ｔｂに対応する。

【0037】

インピーダンス調整装置１３ａは、コイル３０、可変コンデンサユニット３１、コンデンサ３２、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）３３及び算出回路３４を有する。コイル３０は、伝送路Ｔａの中途に配置されている。コイル３０において、高周波検出器１２ａ側の一端に可変コンデンサユニット３１の一端が接続されている。コイル３０において、プラズマ発生器１１側の一端にコンデンサ３２の一端が接続されている。可変コンデンサユニット３１及びコンデンサ３２の他端は接地されている。

【0038】

コイル３０、可変コンデンサユニット３１及びコンデンサ３２によって構成される回路は、π型の回路である。インピーダンス調整装置１３ａが有する回路は、π型に限定されず、Ｌ型又はＴ型等であってもよい。Ｌ型の回路の一例として、コイル３０及びコンデンサ３２の直列回路の一端又は他端に可変コンデンサユニット３１の一端が接続され、かつ、可変コンデンサユニット３１の他端が接地されている回路が挙げられる。この場合、コンデンサ３２は、伝送路Ｔｐの中途に配置されてプラズマ発生器１１に接続される。Ｌ型の回路の他例として、コイル３０及び可変コンデンサユニット３１の直列回路の一端又は他端にコンデンサ３２の一端が接続され、かつ、コンデンサ３２の他端が接地されている回路が挙げられる。この場合、可変コンデンサユニット３１は、伝送路Ｔｐの中途に配置されて高周波検出器１２ａに接続される。なお、コンデンサ３２の代わりに、もう１つの可変コンデンサユニット３１を配置してもよい。

【0039】

Ｔ型の回路の例として、コイル３０と、図示しない他のコイルとが直列に接続され、コイル３０及び他のコイル間の接続ノードに可変コンデンサユニット３１の一端が接続され、かつ、可変コンデンサユニット３１の他端が接地されている回路が挙げられる。
以下では、インピーダンス調整装置１３ａがπ型の回路を有する例を説明する。

【0040】

可変コンデンサユニット３１は、並列に接続されたｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎを有する。ｎは２以上の整数である。コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎそれぞれは、コンデンサ４０、ＰＩＮダイオード４１及び駆動部４２を有する。コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎそれぞれでは、コンデンサ４０の一端がコイル３０の一端に接続されている。コンデンサ４０の他端は、ＰＩＮダイオード４１のアノードに接続されている。ＰＩＮダイオード４１のカソードは接地されている。このように、コンデンサ４０及びＰＩＮダイオード４１は直列に接続されている。コンデンサ４０及びＰＩＮダイオード４１間の接続ノードに駆動部４２が接続されている。

【0041】

ｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎの並列は、厳密な並列を意味せず、実質的な並列を意味する。従って、例えば、コンデンサ回路Ａ１の両端間に、コンデンサ回路Ａ２及び図示しない抵抗の直列回路が接続されてもよい。

【0042】

駆動部４２は、接地電位を基準とした正の電圧をＰＩＮダイオード４１のアノードに印加する。これにより、ＰＩＮダイオード４１に順方向電圧が印加される。駆動部４２は、更に、接地電位を基準とした負の電圧をＰＩＮダイオード４１のアノードに印加する。これにより、ＰＩＮダイオード４１に逆方向電圧が印加される。

【0043】

ＰＩＮダイオード４１では、Ｐ型、Ｉ型及びＮ型の半導体層が接合されている。Ｉ型の半導体は真性半導体である。Ｐ型及びＮ型の半導体層の間にＩ型の半導体層が配置されている。Ｐ型及びＮ型それぞれの半導体層にアノード及びカソードが設けられている。ＰＩＮダイオード４１は半導体スイッチとして機能する。

【0044】

駆動部４２がＰＩＮダイオード４１に順方向電圧を印加した場合、ＰＩＮダイオード４１の両端間の抵抗値は十分に小さな値に低下し、ＰＩＮダイオード４１はオンに切替わる。駆動部４２がＰＩＮダイオード４１に逆方向電圧を印加した場合、ＰＩＮダイオード４１の両端間の抵抗値は十分に大きな値に上昇し、ＰＩＮダイオード４１はオフに切替わる。以上のように、駆動部４２は、自身に接続されているＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。ＰＩＮダイオード４１がオンである場合、交流電圧はＰＩＮダイオード４１を通過することができる。ＰＩＮダイオード４１がオフである場合、交流電圧はＰＩＮダイオード４１を通過することができない。

【0045】

マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１が有するｎ個の駆動部４２にハイレベル電圧又はローレベル電圧を出力している。各駆動部４２は、マイコン３３から入力されている電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、ＰＩＮダイオード４１をオンに切替える。各駆動部４２は、マイコン３３から入力されている電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、ＰＩＮダイオード４１をオフに切替える。

【0046】

図４は可変コンデンサユニット３１の容量値の説明図である。図４では、ｎが８である例が示されている。図４では、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎそれぞれについて、コンデンサ４０の容量値と、ＰＩＮダイオード４１の状態とが示されている。オン及びオフそれぞれは、１及びゼロによって表されている。

【0047】

オンであるＰＩＮダイオード４１の数が２以上である場合、可変コンデンサユニット３１の容量値は、オンである複数のＰＩＮダイオード４１に接続されている複数のコンデンサ４０の容量値の総和で表される。オンであるＰＩＮダイオード４１の数が１である場合、可変コンデンサユニット３１の容量値はオンであるＰＩＮダイオード４１に接続されているコンデンサ４０の容量値で表される。

【0048】

コンデンサ回路Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）が有するコンデンサ４０の容量値は、正の実数Ｈと、２の（ｉ－１）乗との積で表される。図４の例では、実数Ｈは１ｐＦである。これにより、可変コンデンサユニット３１の容量値を実数Ｈ刻みで調整することができる。図４の例では、可変コンデンサユニット３１の容量値を１ｐＦ刻みで調整することができる。図４の例では、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａ７が有する７つのＰＩＮダイオード４１がオンであるので、可変コンデンサユニット３１の容量値は１２７ｐＦである。

【0049】

ｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎは、ｋ個のグループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋに分けられている。ｋは、２以上の整数であり、整数ｎ未満である。図４は、ｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・Ａｎが属するグループが示されている。グループの数、即ち、ｋが２である場合、例えば、図４に示すように、コンデンサ回路Ａ１～Ａ４がグループＧ１に属し、コンデンサ回路Ａ５～Ａ８はグループＧ２に属する。

【0050】

グループＧｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｋ）の容量値範囲は、グループＧｊに属するコンデンサ４０の最小値及び最大値によって定められている。グループＧｊの容量値範囲は、グループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋの中でグループＧｊを除く全てのグループの容量値範囲と異なっている。図４の例では、グループＧ１の容量値範囲は、１ｐＦから８ｐＦまでの範囲であり、グループＧ２の容量値範囲は、１６ｐＦから１２８ｐＦまでの範囲である。グループＧ１，Ｇ２の容量値範囲は相互に異なっている。グループＧ１の容量値範囲の値が最も小さい。グループの番号が大きい程、容量値範囲の値は大きい。従って、グループＧｋの容量値範囲の値が最も大きい。

【0051】

図４の例では、グループＧ１の容量値範囲は１ｐＦから８ｐＦまでの範囲である。グループＧ２の容量値範囲は、１６ｐＦから１２８ｐＦまでの範囲である。グループＧ１，Ｇ２の容量値範囲は互いに異なっている。

【0052】

図１及び図３に示す高周波検出器１２ａは、パラメータ情報をインピーダンス調整装置１３ａの算出回路３４に出力する。マイコン３３は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧によって構成されるマスク信号を算出回路３４に出力している。

【0053】

算出回路３４は、例えばＦＰＧＡ(field-programmable gate array)によって構成され、第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数を算出する算出処理を実行する。算出処理では、算出回路３４は、マスク信号がローレベル電圧を示している場合、高周波検出器１２ａから入力されたパラメータ情報が示すパラメータに基づいて、第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数を繰り返し算出する。算出回路３４は、基準時間が経過する都度、基準時間の間に算出した複数の第１負荷側インピーダンス又は複数の第１反射係数の平均値を算出する。算出回路３４は、算出した平均値を示す平均情報をマイコン３３に出力する。算出回路３４は、マスク信号がハイレベル電圧を示している場合、算出を停止する。

【0054】

マイコン３３は、時間を示す時間情報を算出回路３４に出力する。算出回路３４は、時間情報が入力された場合、基準時間を変更する変更処理を実行する。変更処理では、算出回路３４は、基準時間を、マイコン３３から入力された時間情報が示す時間に変更し、変更処理を終了する。

【0055】

マイコン３３は、算出回路３４から平均情報が入力された場合、算出回路３４から入力された平均情報が示す第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値に基づいて、可変コンデンサユニット３１の容量値を算出する。平均情報が第１負荷側インピーダンスの平均値を示す場合、マイコン３３は、第１負荷側インピーダンスが高周波電源１０ａの出力インピーダンスの複素共役となる可変コンデンサユニット３１の容量値を算出する。平均情報が第１反射係数の平均値を示す場合、マイコン３３は、第１反射係数がゼロとなる可変コンデンサユニット３１の容量値を算出する。マイコン３３は、算出した容量値に基づいて、可変コンデンサユニット３１の容量値の目標容量値を決定する。目標容量値は、可変コンデンサユニット３１において実現することができる容量値であって、算出した容量値に一致するか、又は、算出した容量値に最も近い容量値である。

【0056】

前述したように、マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１が有するｎ個の駆動部４２に出力している出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替えることによって、可変コンデンサユニット３１が有するｎ個のＰＩＮダイオード４１を各別にオン又はオフに切替える。マイコン３３は、ｎ個のＰＩＮダイオード４１を各別にオン又はオフに切替えることによって、可変コンデンサユニット３１の容量値を変更する。

【0057】

マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１の容量値を目標容量値に変更する場合、まず、可変コンデンサユニット３１の容量値を、目標容量値とは異なる中継容量値に変更する。マイコン３３は、容量値を中継容量値に変更してから、設定時間が経過した後、容量値を他の中継容量値又は目標容量値に変更する。主制御装置１６は、設定番号をマイコン３３に出力する。マイコン３３は、設定番号が入力された場合、設定時間を、入力された設定番号に応じた時間に変更する。更に、マイコン３３は、設定番号が入力された場合、入力された設定番号に応じた基準時間の候補値を示す時間情報を算出回路３４に出力する。
以下では、算出回路３４の算出処理及びマイコン３３の動作を詳細に説明する。

【0058】

＜算出回路３４の算出処理＞
図５は、算出回路３４の算出処理の手順を示すフローチャートである。図５では、ハイレベル電圧は「Ｈ」によって示され、ローレベル電圧は「Ｌ」によって示されている。図５以外の図においても、ハイレベル電圧及びローレベル電圧それぞれは「Ｈ」及び「Ｌ」によって示されている。ここでは、第１負荷側インピーダンスを算出する算出処理を説明する。

【0059】

算出回路３４は、マイコン３３から入力されているマスク信号がハイレベル電圧を示す状態で算出処理を開始する。算出処理では、算出回路３４は、マイコン３３から入力されているマスク信号の電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わったか否かを判定する（ステップＳ１）。算出回路３４は、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わっていないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を再び実行し、マスク信号が示す電圧がローレベル電圧に切替わるまで待機する。

【0060】

算出回路３４は、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わったと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わってから待機時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２）。待機時間は、一定値であり、予め設定されている。算出回路３４が図示しないタイマを有する場合、タイマは、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わってから経過した時間を計測する。算出回路３４は、タイマが計測している時間に基づいて、待機時間が経過したか否かを判定する。算出回路３４は、待機時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、ステップＳ２を再び実行し、待機時間が経過するまで待機する。

【0061】

算出回路３４は、待機時間が経過したと判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、マイコン３３から入力されているマスク信号がハイレベル電圧を示すか否かを判定する（ステップＳ３）。算出回路３４は、マスク信号がハイレベル電圧を示すと判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、算出処理を終了し、再び、算出処理を開始する。算出回路３４は、マスク信号がハイレベル電圧を示していない、即ち、マスク信号がローレベル電圧を示している場合（Ｓ３：ＮＯ）、高周波検出器１２ａからパラメータ情報が入力したか否かを判定する（ステップＳ４）。算出回路３４は、パラメータ情報が入力してないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ３を再び実行する。マスク信号の電圧がローレベル電圧に維持されている場合、算出回路３４は、パラメータ情報が入力されるまで待機する。

【0062】

算出回路３４は、パラメータ情報が入力されたと判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、高周波検出器１２ａから入力されたパラメータ情報が示すパラメータに基づいて、第１負荷側インピーダンスを算出する（ステップＳ５）。前述したように、算出処理では、算出回路３４は平均情報をマイコン３３に出力する。算出回路３４は、待機時間が経過してから、又は、平均情報を出力してから、基準時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。前述したように、基準時間は、基準時間変更処理において、プラズマ発生器１１の状態に応じた時間に変更される。

【0063】

算出回路３４がタイマを有する場合、タイマは、待機時間が経過してから、又は、平均情報を出力してから経過した時間を計測する。ステップＳ６では、算出回路３４は、タイマが計測している時間に基づいて基準時間が経過したか否かを判定する。

【0064】

算出回路３４は、基準時間が経過していないと判定した場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ３を再び実行する。マスク信号の電圧がローレベル電圧に維持されている場合、算出回路３４は再び第１負荷側インピーダンスを算出する。高周波検出器１２ａがパラメータ情報を出力する周期は基準時間よりも十分に短く、基準時間が経過するまでに、算出回路３４がステップＳ５を実行する回数は２回以上である。

【0065】

算出回路３４は、基準時間が経過したと判定した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、基準時間が経過するまでに算出した複数の第１負荷側インピーダンスの平均値を算出し（ステップＳ７）、算出した平均値を示す平均情報をマイコン３３に出力する（ステップＳ８）。算出回路３４は、ステップＳ８を実行した後、ステップＳ３を再び実行する。

【0066】

以上のように、算出回路３４は、マスク信号の電圧がローレベル電圧に維持されている場合、基準時間が経過するまで、第１負荷側インピーダンスを繰り返し算出する。算出回路３４は、基準時間が経過した場合、基準時間の間に算出した複数の第１負荷側インピーダンスの平均値を算出し、算出した平均値を示す平均情報をマイコン３３に出力する。マスク信号の電圧がハイレベル電圧に切替わった場合、算出回路３４は、第１負荷側インピーダンスの算出を停止する。マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わった場合、算出回路３４は、ローレベル電圧に切替わってから待機時間が経過した後、再び、第１負荷側インピーダンス及び平均値の算出を再開する。算出回路３４は、繰り返し算出部及び平均値算出部として機能する。基準時間は所定時間に相当する。

【0067】

第１反射係数を算出する算出処理は、第１負荷側インピーダンスの算出処理と同様である。第１負荷側インピーダンスの算出処理の説明において、第１負荷側インピーダンスを第１反射係数に置き換えることによって、第１反射係数を算出する算出処理を説明することができる。インピーダンス調整装置１３ｂの算出回路３４が実行する第２負荷側インピーダンス（又は第２反射係数）の算出処理は、第１負荷側インピーダンス（又は第１反射係数）の算出処理と同様である。

【0068】

算出回路３４は、処理を実行する処理素子、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する構成であってもよい。この場合、算出回路３４では、図示しない記憶部にコンピュータプログラムが記憶されており、処理素子はコンピュータプログラムを実行することによって算出処理を実行する。

【0069】

コンピュータプログラムは、算出回路３４の処理素子が読み取り可能に記憶媒体に記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムが算出回路３４の記憶部に書き込まれる。記憶媒体は、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。光ディスクは、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭ、又は、ＢＤ（Blu-ray(登録商標) Disc）等である。磁気ディスクは、例えばハードディスクである。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置からコンピュータプログラムをダウンロードし、ダウンロードしたコンピュータプログラムを記憶部に書き込んでもよい。

【0070】

＜マイコン３３の構成＞
図６はマイコン３３の要部構成を示すブロック図である。マイコン３３は、入力部５０，５１、出力部５２，５３，５４、記憶部５５及び制御部５６を有する。これらは、内部バス５７に接続されている。入力部５０は、更に、主制御装置１６に接続されている。入力部５１及び出力部５２，５３それぞれは、更に、算出回路３４に接続されている。出力部５４は、可変コンデンサユニット３１が有するｎ個の駆動部４２に各別に接続されている。

【0071】

設定番号は、主制御装置１６から入力部５０に入力される。入力部５０は、設定番号が入力された場合、入力された設定番号を制御部５６に通知する。平均情報は、算出回路３４から入力部５１に入力される。入力部５１は、平均情報が入力された場合、入力された平均情報が示す第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値を制御部５６に通知する。

【0072】

出力部５２は、算出回路３４にマスク信号を出力している。出力部５２は、制御部５６の指示に従って、マスク信号が示す電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える。出力部５３は、制御部５６に従って、時間情報を算出回路３４に出力する。

【0073】

出力部５４は、ｎ個の駆動部４２にハイレベル電圧又はローレベル電圧を出力している。出力部５４は、制御部５６の指示に従って、ｎ個の駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える。前述したように、各駆動部４２は、出力電圧に応じてＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。

【0074】

制御部５６は、出力部５４に指示して、ｎ個の駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に各別に切替えさせる。これにより、制御部５６は、可変コンデンサユニット３１が有するｎ個のＰＩＮダイオード４１のオン又はオフへの切替えを各別に実現する。制御部５６は、ｎ個のＰＩＮダイオード４１を各別にオン又はオフに切替えることによって、可変コンデンサユニット３１の容量値を変更する。制御部５６は容量値変更部として機能する。

【0075】

記憶部５５は不揮発メモリである。記憶部５５には、コンピュータプログラムＰが記憶されている。制御部５６は、処理を実行する処理素子、例えばＣＰＵを有する。制御部５６の処理素子は、コンピュータプログラムＰを実行することによって、設定時間及び基準時間を変更する時間変更処理と、第１負荷側インピーダンスを調整する調整処理とを並行して実行する。

【0076】

コンピュータプログラムＰは、制御部５６の処理素子が読み取り可能に記憶媒体Ｅに記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体Ｅから読み出されたコンピュータプログラムＰがマイコン３３の記憶部５５に書き込まれる。記憶媒体Ｅは、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置からコンピュータプログラムＰをダウンロードし、ダウンロードしたコンピュータプログラムＰを記憶部５５に書き込んでもよい。
制御部５６が有する処理素子の数が２以上であってもよい。この場合、複数の処理素子が調整処理を協同で実行してもよい。

【0077】

記憶部５５には、設定番号に対応付けて、設定時間及び基準時間の候補値が記憶されている。図７は設定番号に対応する設定時間及び基準時間の候補値を示す図表である。図７に示すように、設定番号１，２，・・・それぞれに対応する設定時間及び基準時間の候補値が記憶部５５に記憶されている。各設定番号について、設定時間の候補値が短い場合、基準時間の候補値は長い。例えば、各設定番号における設定時間及び基準時間それぞれの候補値は、これらの候補値の合計が一定値となるように調整される。図２に示す各設定番号について、プラズマ発生器１１のインピーダンスの範囲を算出することができる。インピーダンスの範囲の値が小さい設定番号に対応する設定時間の候補値は長い。

【0078】

＜時間変更処理＞
図８は時間変更処理の手順を示すフローチャートである。時間変更処理では、制御部５６は、入力部５０に設定番号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部５６は、設定番号が入力されていないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１１を再び実行し、設定番号が入力されるまで待機する。

【0079】

制御部５６は、設定番号が入力されたと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、入力部５０に入力された設定番号に対応する設定時間及び基準時間の候補値を、記憶部５５から読み出す（ステップＳ１２）。制御部５６は、設定時間を、ステップＳ１２で読み出した設定時間の候補値に変更する（ステップＳ１３）。従って、設定時間は、設定番号、即ち、プラズマ発生器１１の状態に応じた時間である。

【0080】

次に、制御部５６は、出力部５３に指示して、ステップＳ１２で読み出した基準時間の候補値を示す時間情報を算出回路３４に出力させる（ステップＳ１４）。これにより、算出回路３４は、基準時間を、出力部５３から入力された時間情報が示す基準時間の候補値に変更する。従って、基準時間も、設定番号、即ち、プラズマ発生器１１の状態に応じた時間である。算出回路３４は時間変更部としても機能する。制御部５６は、ステップＳ１４を実行した後、時間変更処理を終了する。

【0081】

前述したように、設定時間の候補値が長い程、基準時間の候補値は短い。このため、設定時間が長い程、基準時間は短い。また、入力部５０に入力された設定番号に対応するインピーダンスの範囲の値が小さい程、設定時間は長い。
インピーダンス調整装置１３ｂの制御部５６が実行する時間変更処理は、インピーダンス調整装置１３ａの制御部５６が実行する時間変更処理と同様である。

【0082】

＜調整処理＞
図９、図１０及び図１１は調整処理の手順を示すフローチャートである。制御部５６は、調整処理を周期的に実行する。記憶部５５には、可変コンデンサユニット３１の容量値を示す容量値情報と、変数ｑの値とが記憶されている。なお、容量値情報が示す容量値は、可変コンデンサユニット３１のｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ全体の容量値であり、ＰＩＮダイオード４１のオン／オフ状態から算出することができる。容量値情報が示す容量値は制御部５６によって更新される。変数ｑの値は、制御部５６によって変更される。変数ｑの値は、１以上であり、かつ、ｋ以下である整数である。ｋは、前述したように、グループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋの数を示す。図４の場合、ｋは２である。以下では、平均情報が第１負荷側インピーダンスの平均値を示す場合に実行される第１負荷側インピーダンスの調整処理を説明する。

【0083】

調整処理では、まず、制御部５６は、入力部５１に入力された最新の平均情報が示す第１負荷側インピーダンスの平均値、即ち、算出回路３４が算出した平均値に基づいて、第１負荷側インピーダンスが高周波電源１０ａの出力インピーダンスの複素共役と一致する可変コンデンサユニット３１の容量値を算出する（ステップＳ２１）。次に、制御部５６は、ステップＳ２１で算出した容量値に基づいて目標容量値を決定する（ステップＳ２２）。目標容量値は、可変コンデンサユニット３１において実現することができる容量値であって、ステップＳ２１で算出した容量値に一致するか、又は、算出した容量値に最も近い容量値である。制御部５６は決定部としても機能する。

【0084】

なお、前述したように、容量値情報が示す容量値は、可変コンデンサユニット３１の各ＰＩＮダイオード４１のオン／オフ状態から算出することができる。即ち、容量値情報として可変コンデンサユニット３１の各ＰＩＮダイオード４１のオン／オフ状態を示す情報を用いてもよい。同様に、目標容量値を可変コンデンサユニット３１の各ＰＩＮダイオード４１のオン／オフ状態で表すこともできる。

【0085】

次に、制御部５６は、可変コンデンサユニット３１の容量値を、現在の容量値（以下、現在容量値という）から、ステップＳ２２で決定した目標容量値に変更した場合に可変コンデンサユニット３１の容量値が変化するか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３が実行された時点における可変コンデンサユニット３１の現在容量値は、容量値情報が示す容量値である。ステップＳ２３では、制御部５６は、ステップＳ２２で決定した目標容量値が、容量値情報が示す現在容量値と異なる場合、容量値が変化すると判定する。制御部５６は、ステップＳ２２で決定した目標容量値が、容量値情報が示す現在容量値と一致する場合、容量値が変化しないと判定する。

【0086】

制御部５６は、容量値が変化しないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、可変コンデンサユニット３１の容量値を変更する必要がないので、調整処理を終了する。制御部５６は、容量値が変化すると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、可変コンデンサユニット３１の容量値をステップＳ２２で決定した目標容量値に変更するため、可変コンデンサユニット３１の容量値がステップＳ２２で決定した目標容量値となるｎ個のＰＩＮダイオード４１の状態を決定する（ステップＳ２４）。具体的には、図４に示されているｎ個のＰＩＮダイオード４１の状態を変更する。

【0087】

次に、制御部５６は、可変コンデンサユニット３１の容量値を目標容量値に変更した場合に可変コンデンサユニット３１の容量値が増加するか否かを判定する（ステップＳ２５）。制御部５６は、容量値が増加すると判定した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１に設定する（ステップＳ２６）。次に、制御部５６は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード４１のオン又はオフへの切替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。制御部５６は、ＰＩＮダイオード４１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、グループＧｑに属する複数のＰＩＮダイオード４１の状態がステップＳ２４で決定した複数のＰＩＮダイオード４１の状態となるように、グループＧｑの駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える（ステップＳ２８）。

【0088】

これにより、グループＧｑに属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１が駆動部４２によってオン又はオフに切替えられる。ステップＳ２８の実行が終了した時点において、オン又はオフへの切替えが必要なＰＩＮダイオード４１が残っていると仮定する。この場合、ステップＳ２８の実行により、可変コンデンサユニット３１の容量値は、目標容量値とは異なる中継容量値に変更される。

【0089】

次に、制御部５６は、ステップＳ２８を実行してから設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２９）。前述したように、設定時間は、時間変更処理において設定番号に応じた時間に変更される。マイコン３３が図示しないタイマを有する場合、制御部５６は、ステップＳ２８が実行されてから経過した時間をタイマに計測させる。ステップＳ２９では、制御部５６は、タイマが計測した時間に基づいて設定時間が経過したか否かを判定する。制御部５６は、設定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２９：ＮＯ）、ステップＳ２９を再び実行し、設定時間が経過するまで待機する。可変コンデンサユニット３１の容量値の変更によって、プラズマ発生器１１の状態が変動する。設定時間は、容量値の変更に必要な時間の最大時間とプラズマ発生器１１の状態が安定するために必要な時間との合計時間よりも長い。

【0090】

即ち、一旦、ＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替えることによって可変コンデンサユニット３１の容量値が変更された直後に、次の容量値の変更を行わず、プラズマ発生器１１の状態（プラズマの状態）が安定するために必要な時間が経過するまで、制御部５６は待機する。制御部５６は、必要な時間が経過した後、次の容量値の変更を行う。これにより、急峻なインピーダンス変化を抑制することができる。この場合、プラズマ発生器１１において、プラズマがインピーダンス変化に追従することができるので、プラズマ発生器１１においてプラズマの状態が不安定な状態になることを回避することができる。また、上記の設定時間は、実験又はシミュレーションの結果に基づいて、プロセス条件に合わせて適切な時間に設定することが可能である。プロセス条件とは、高周波電源１０ａ，１０ｂから出力すべき交流電力の値、ガス流量等の各種の条件である。

【0091】

制御部５６は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード４１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ２７：ＮＯ）、又は、設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１だけインクリメントし（ステップＳ３０）、変数ｑの値がｋであるか否かを判定する（ステップＳ３１）。前述したように、ｋは、グループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋの数である。

【0092】

制御部５６は、変数ｑの値がｋではないと判定した場合（Ｓ３１：ＮＯ）、ステップＳ２７を再び実行し、可変コンデンサユニット３１の容量値を再び変更する。これにより、制御部５６は、グループＧ１からグループＧｋ－１まで、順次、複数の駆動部４２への出力電圧の切替え、即ち、複数のＰＩＮダイオード４１の切替えを行う。制御部５６は、変数ｑの値がｋであると判定した場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、出力部５２に指示して、算出回路３４に出力しているマスク信号の電圧をハイレベル電圧に切替えさせる（ステップＳ３２）。これにより、算出回路３４は、第１負荷側インピーダンスの算出を停止する。

【0093】

次に、制御部５６は、グループＧｋに属するＰＩＮダイオード４１のオン又はオフへの切替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。制御部５６は、ＰＩＮダイオード４１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、グループＧｋに属する複数のＰＩＮダイオード４１の状態がステップＳ２４で決定した複数のＰＩＮダイオード４１の状態となるように、グループＧｋの駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える（ステップＳ３４）。グループＧｋに属するＰＩＮダイオード４１に、切替えが必要なＰＩＮダイオード４１が含まれている場合、ステップＳ３２の実行により、可変コンデンサユニット３１の容量値が目標容量値に変更される。

【0094】

前述したように、グループの番号が大きい程、グループの容量値範囲の値は大きい。目標容量値への変更によって可変コンデンサユニット３１の容量値が増加する場合、制御部５６は、オン又はオフへの切替えが必要なＰＩＮダイオード４１を含む複数のグループの中で、容量値範囲の値が最も小さいグループに属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。これにより、可変コンデンサユニット３１の容量値が中継容量値に変更される。容量値範囲の値が最も小さいグループから、ＰＩＮダイオード４１の切替えを行うので、中継容量値が目標容量値を超えることはない。可変コンデンサユニット３１の容量値が大きい場合にプラズマ発生器１１の動作が不安定である構成では、この切替えは効果的である。

【0095】

制御部５６は、容量値が増加しない、即ち、容量値が減少すると判定した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、変数ｑの値をｋに設定する（ステップＳ３５）。次に、制御部５６は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード４１のオン又はオフへの切替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。制御部５６は、ＰＩＮダイオード４１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ステップＳ２８と同様に、グループＧｑの駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える（ステップＳ３７）。

【0096】

次に、制御部５６は、ステップＳ２９と同様に、ステップＳ３７を実行してから設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３８）。制御部５６は、設定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ３８：ＮＯ）、ステップＳ２８を再び実行し、設定時間が経過するまで、即ち、プラズマの状態が安定するまで待機する。このステップＳ３８における設定時間は、ステップＳ２９と同様の役割を果たす。

【0097】

制御部５６は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード４１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ３６：ＮＯ）、又は、設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１だけデクリメントし（ステップＳ３９）、変数ｑの値が１であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。

【0098】

制御部５６は、変数ｑの値が１ではないと判定した場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ３６を再び実行し、可変コンデンサユニット３１の容量値を再び変更する。これにより、制御部５６は、グループＧｋからグループＧ２まで、順次、複数の駆動部４２への出力電圧の切替え、即ち、複数のＰＩＮダイオード４１の切替えを行う。制御部５６は、変数ｑの値が１であると判定した場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、出力部５２に指示して、算出回路３４に出力しているマスク信号の電圧をハイレベル電圧に切替えさせる（ステップＳ４１）。これにより、算出回路３４は、第１負荷側インピーダンスの算出を停止する。

【0099】

次に、制御部５６は、グループＧ１に属するＰＩＮダイオード４１のオン又はオフへの切替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。制御部５６は、ＰＩＮダイオード４１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、グループＧ１に属する複数のＰＩＮダイオード４１の状態がステップＳ２４で決定した複数のＰＩＮダイオード４１の状態となるように、グループＧ１の駆動部４２への出力電圧をハイレベル電圧又はローレベル電圧に切替える（ステップＳ４３）。グループＧ１に属するＰＩＮダイオード４１に切替えが必要なＰＩＮダイオード４１が含まれている場合、ステップＳ４３の実行により、可変コンデンサユニット３１の容量値が目標容量値に変更される。

【0100】

目標容量値への変更によって可変コンデンサユニット３１の容量値が減少する場合、制御部５６は、オン又はオフへの切替えが必要なＰＩＮダイオード４１を含む複数のグループの中で、容量値範囲の値が最も大きいグループに属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。これにより、可変コンデンサユニット３１の容量値が現在容量値から中継容量値に変更される。容量値範囲の値が最も大きいグループから、ＰＩＮダイオード４１の切替えを行うので、中継容量値が目標容量値を大きく超えることはない。可変コンデンサユニット３１の容量値が大きい場合にプラズマ発生器１１の動作が不安定である構成では、この切替えは効果的である。

【0101】

制御部５６は、グループＧｋに属するＰＩＮダイオード４１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ３３：ＮＯ）、グループＧ１に属するＰＩＮダイオード４１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ４２：ＮＯ）、又は、ステップＳ３４若しくはステップＳ４３を実行した後、ステップＳ３２又はステップＳ４１を実行してからマスク時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４４）。マスク時間は、一定値であり、予め設定されている。マイコン３３がタイマを有する場合、制御部５６は、ステップＳ３２又はステップＳ４１が実行されてから経過した時間をタイマに計測させる。ステップＳ４４では、制御部５６は、タイマが計測した時間に基づいてマスク時間が経過したか否かを判定する。制御部５６は、マスク時間が経過していないと判定した場合（Ｓ４４：ＮＯ）、ステップＳ４４を再び実行し、マスク時間が経過するまで待機する。可変コンデンサユニット３１の容量値の変更によって、第１負荷側インピーダンスが変動する。マスク時間は、ステップＳ３４又はステップＳ４３で行われる容量値の変更に必要な時間の最大時間と、第１負荷側インピーダンスが安定するために必要な時間との合計時間よりも長い。

【0102】

制御部５６は、マスク時間が経過したと判定した場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、容量値情報が示す容量値を、ステップＳ２２で決定した目標容量値に更新し（ステップＳ４５）、出力部５２に指示して、算出回路３４に出力しているマスク信号の電圧をローレベル電圧に切替えさせる（ステップＳ４６）。これにより、算出回路３４は、第１負荷側インピーダンス及び平均値の算出を再開する。制御部５６は、ステップＳ４６を実行した後、調整処理を終了する。

【0103】

平均情報が第１反射係数の平均値を示す場合に実行される第１反射係数の調整処理は、以下の点を除いて第１負荷側インピーダンスの調整処理と同様である。第１反射係数の調整処理のステップＳ２１では、制御部５６は、入力部５１に入力された平均情報が示す第１反射係数の平均値に基づいて、第１反射係数がゼロとなる可変コンデンサユニット３１の容量値を算出する。制御部５６がステップＳ３２又はステップＳ４１を実行した場合、算出回路３４は第１反射係数の算出を停止する。制御部５６がステップＳ４６を実行した場合、算出回路３４は第１反射係数の算出を再開する。

【0104】

インピーダンス調整装置１３ｂの制御部５６が実行する第２負荷側インピーダンス（又は第２反射係数）の調整処理は、インピーダンス調整装置１３ａの制御部５６が実行する第１負荷側インピーダンス（又は第１反射係数）の調整処理と同様である。

【0105】

＜インピーダンス調整装置１３ａの動作＞
図１２は、インピーダンス調整装置１３ａの動作を説明するためのタイミングチャートである。算出回路３４、マイコン３３及び駆動部４２が実行する処理が時系列で示されている。ここでは、グループの数、即ち、ｋが２であって、かつ、グループＧ１，Ｇ２に属する駆動部４２がＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える例を説明する。

【0106】

図１２に示すように、算出回路３４は、基準時間の間に第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数を繰り返し算出し、基準時間の間に算出した複数の第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値を算出する。算出回路３４は、マスク信号の電圧がハイレベル電圧である期間と、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わってから待機時間が経過するまでの期間とを除いて、この一連の算出を繰り返し実行する。算出回路３４は、一連の算出が終了する都度、第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値を示す平均情報をマイコン３３に出力する。

【0107】

マイコン３３は、算出回路３４から入力された最新の平均情報が示す第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値に基づいて、第１負荷側インピーダンスが高周波電源１０ａの出力インピーダンスの複素共役に一致する可変コンデンサユニット３１の容量値を算出し、算出した容量値に基づいて目標容量値を決定する。

【0108】

マイコン３３は、目標容量値への変更によって、可変コンデンサユニット３１の容量値が増加する場合、容量値範囲の値が小さいグループＧ１に属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。これにより、可変コンデンサユニット３１の容量値は中継容量値に変更される。具体的には、マイコン３３は、駆動部４２への出力電圧を切替えることによって、駆動部４２にＰＩＮダイオード４１を切替えさせる。マイコン３３は、容量値を中継容量値に変更してから設定時間が経過した後、容量値範囲の値がグループＧ１の次に大きいグループＧ２に属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。これにより、可変コンデンサユニット３１の容量値は目標容量値に変更される。

【0109】

マイコン３３は、目標容量値への変更によって、可変コンデンサユニット３１の容量値が減少する場合、容量値範囲の値が大きいグループＧ２に属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。次に、マイコン３３は、容量値を中継容量値に変更してから設定時間が経過した後、容量値範囲の値がグループＧ２の次に小さいグループＧ１に属し、かつ、目標容量値への変更のために切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。

【0110】

マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１の容量値の変更に係る最後のグループに属するＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替えるとともに、マスク信号の電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に切替える。マイコン３３は、マスク信号の電圧をハイレベル電圧に切替えてからマスク時間が経過した後、マスク信号の電圧をローレベル電圧に戻す。算出回路３４は、マスク信号の電圧がローレベル電圧に戻ってから、待機時間が経過した後、再び、一連の算出を繰り返す。

【0111】

以上のように、可変コンデンサユニット３１の容量値を目標容量値に切替える場合、マイコン３３は、グループＧ１又はグループＧ２に属し、目標容量値への変更のために、切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。これにより、マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１の容量値を一旦、中継容量値に変更する。その後、マイコン３３は、残りのグループに属し、目標容量値への変更のために、切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える。

【0112】

共通の時間帯に複数のＰＩＮダイオード４１がオン又はオフに切替わると仮定する。オン又はオフに切替わる複数のＰＩＮダイオード４１に、オンに切替わるＰＩＮダイオード４１及びオフに切替わるＰＩＮダイオード４１が含まれている場合、可変コンデンサユニット３１の容量値は、目標容量値を超過する。図４に示すようにグループ分けが行われているインピーダンス調整装置１３ａでは、中継容量値は、現在容量値と目標容量値との間の容量値である。このため、たとえ、グループＧ１に属するコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に、共通の時間帯に、オンに切替わるＰＩＮダイオード４１と、オフに切替わるＰＩＮダイオード４１とが含まれている場合であっても、可変コンデンサユニット３１の容量値が現在容量値から中継容量値となるまでの過渡期において、目標容量値を超過する可能性は非常に低い。

【0113】

また、容量値は、既に中継容量値に変更された状態から目標容量値へ変更される。このため、たとえ、可変コンデンサユニット３１の容量値が目標容量値を超過した場合であっても、その超過量は、全てのコンデンサ回路Ａ１～Ａ８の容量値を共通の時間帯に変更する場合における超過量に比べて小さい。そのため、従来よりも反射係数が大きく変動することはない。このため、例えば、プラズマ発生器１１で発生しているプラズマの状態が不安定な状態に固定されることを防止することができる可能性は高い。

【0114】

１つのグループに属する駆動部４２がＰＩＮダイオード４１をオン又はオフに切替える場合にかかる時間は殆ど同じである。このため、設定時間が長い程、可変コンデンサユニット３１の容量値が中継容量値に変更されてから、次の容量値の変更が開始されるまでにかかる時間は長い。前述したように、プラズマ発生器１１のチャンバ２０内では、プラズマを用いた複数の処理が順次実行される。このため、プラズマ発生器１１の状態は時間の経過とともに変化する。可変コンデンサユニット３１の容量値が中継容量値に変更されてから、プラズマ発生器１１の状態が安定するまでにかかる時間は、プラズマ発生器１１の状態に応じて異なる。設定時間は、プラズマ発生器１１の状態に応じて変更される。このため、プラズマ発生器１１の状態が安定した直後に次の容量値の変更を開始することができる。結果、プラズマ発生器１１の状態が不安定である状態で、次の容量値の変更が行われることはない。

【0115】

マイコン３３は、目標容量値を周期的に決定する。設定時間が長い程、マスク信号の電圧がローレベル電圧に切替わった後において、算出回路３４が第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の算出を開始するタイミングは遅れる。しかしながら、設定時間が長い場合、基準時間が短いので、マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１の容量値が現時点の目標容量値に変更した後に算出回路３４が算出した第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値に基づいて、次の目標容量値を決定することができる。
基準時間が一定である構成では、設定時間が長い場合、マイコン３３は、可変コンデンサユニット３１の容量値が現時点の目標容量値に変更される前に算出回路３４が算出した第１負荷側インピーダンス又は第１反射係数の平均値に基づいて次の目標容量値を決定する可能性がある。

【0116】

インピーダンス調整装置１３ｂの動作は、インピーダンス調整装置１３ａの動作と同様である。インピーダンス調整装置１３ｂは、インピーダンス調整装置１３ａが奏する効果を同様に奏する。

【0117】

＜変形例＞
プラズマ発生器１１の状態に応じて変更する時間は、基準時間及び設定時間に限定されない。例えば、プラズマ発生器１１の状態に応じてマスク時間を変更してもよい。マスク時間は、基準時間と同様に、設定時間が長い場合、短い時間に変更される。基準時間を固定し、マスク時間をプラズマ発生器１１の状態に応じて変更してもよい。更に、目標容量値の決定に係る周期が十分に長い場合、基準時間及びマスク時間は固定されていてもよい。

【0118】

本実施の形態において、プラズマ装置１が備える高周波電源の数は、２に限定されず、１であってもよい。プラズマ装置１は、高周波電源１０ａ，１０ｂの一方を備えていなくてもよい。プラズマ装置１が高周波電源１０ａのみを備える場合、電極２１ｂは接地される。プラズマ装置１が高周波電源１０ｂのみを備える場合、電極２１ａには直流電源１５のみが接続される。プラズマ発生器１１のタイプは、容量値結合型に限定されず、例えば、誘導結合型であってもよい。この場合、プラズマ発生器１１は、電極２１ａ，２１ｂの代わりにコイルを有し、箱体状のチャンバ２０の代わりに筒状のチャンバを有する。コイルはチャンバの外面に巻き付いている。例えば、チャンバ内にガスが注入され、かつ、コイルの一端が接地されている状態で、高周波電源１０ａが高周波検出器１２ａ及びインピーダンス調整装置１３ａを介してコイルの他端に周波数が高い交流電圧を印加する。これにより、チャンバ内でプラズマが発生する。この構成では、コイルが印加体として機能する。

【0119】

本実施の形態において、インピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂそれぞれにおいて、算出回路３４が実行する処理を、マイコン３３の制御部５６が実行してもよい。この場合、高周波検出器１２ａ，１２ｂそれぞれからインピーダンス調整装置１３ａ，１３ｂのマイコン３３にパラメータ情報が出力される。本実施の形態において、ＰＩＮダイオード４１は半導体スイッチとして機能すればよい。このため、ＰＩＮダイオード４１の代わりに、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)、バイポーラトランジスタ又はサイリスタ等を用いてもよい。高周波電源１０ａ，１０ｂが交流電圧を出力する負荷は、プラズマ発生器１１に限定されず、例えば、非接触電力伝送装置であってもよい。また、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎそれぞれのコンデンサ４０の容量値は、他のコンデンサ回路のコンデンサ４０の容量値と一致していてもよい。

【0120】

開示された本実施の形態はすべ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、上記した意味ではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0121】

１０ａ，１０ｂ 高周波電源（交流電源）、１１ プラズマ発生器（負荷）、１３ａ，１３ｂ インピーダンス調整装置、２０ チャンバ、２１ａ，２１ｂ 電極（印加体）、３１ 可変コンデンサユニット、３４ 算出回路（繰り返し算出部、平均値算出部、時間変更部）、４０ コンデンサ、４１ ＰＩＮダイオード（半導体スイッチ）、５６ 制御部（容量値変更部、決定部）、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎ コンデンサ回路、Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎ グループ、Ｔａ，Ｔｂ 伝送路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】