阻抗匹配装置转让专利
申请号 : CN200510115845.6
文献号 : CN1773848B
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 松野大辅
申请人 : 株式会社大亨
摘要 :
阻抗匹配装置(3)根据输入端(3a)的行波的电压Vfi以及反射的电压Vri、通过预先测定而取得的有关可变电容器(VC1、VC2)的可变值的信息、和与可变电容器(VC1、VC2)的可变值信息对应的阻抗匹配装置(3)的T参数，来算出输出端(3b)的行波的电压Vfo。阻抗匹配装置(3)根据行波的电压Vfo以及反射波的电压Vro和T参数，来算出相对于与可变电容器(VC1、VC2)的可变值有关信息的输入端(3a)的输入反射系数(Γi)。阻抗匹配装置(3)在可变电容器(VC1、VC2)的可变值的输入反射系数的绝对值|ΓI|中选定最小的值，根据该值来调整可变电容器(VC1、VC2)的阻抗。
权利要求 :
1.一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；
可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；
第一存储装置，保持并存储通过预先测定而取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；
第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；
第二计算装置，根据由所述第一计算装置算出的、与所述阻抗匹配装置的输出端的行波有关的信息以及与反射波有关的信息、和存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输入端的输入反射系数；
第二存储装置，保持并存储由所述第二计算装置算出的多个输入反射系数与关于阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；
特定装置，选定在存储于所述第二存储装置中的多个输入反射系数中的、与预先设定的所希望的目标输入反射系数最近似的输入反射系数，特别规定与对应于选定的输入反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和阻抗调整装置，根据通过所述特定装置所特定的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息，来调整所述阻抗可变元件。
2.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于：
所述第二计算装置根据由所述第一计算装置算出的、所述阻抗匹配装置的输出端的、与行波有关的信息和与反射波有关的信息，以及存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的、所述阻抗匹配装置的输入端的行波信息和反射波的信息；根据算出的、与所述阻抗匹配装置的输入端的行波有关的信息和与反射波有关的信息，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的输入反射系数。
3.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于：
还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的阻抗匹配装置，其特征在于：
所述特性参数是散射参数或者通过从该散射参数变换而取得的传递参数。
5.一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；
可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；
第一存储装置，保持并存储通过预先测定取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的对应关系；
第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；
第三计算装置，根据由所述第一计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；
第四计算装置，根据预先设定的所希望的目标输入反射系数和存储在所述第一存储装置中的多个特性参数，来算出相对于存储在所述第一存储装置中的、与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；
第三存储装置，保持并存储由所述第四计算装置算出的多个反射系数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；
第二特定装置，选定存储在所述第三存储装置内的多个反射系数中的、与由所述第三计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数最近似的反射系数，并特别规定与对应选定的反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和调整装置，根据由所述第二特定装置特定的所述阻抗可变元件的可变值的信息，调整所述阻抗可变元件的阻抗。
6.如权利要求5所述的阻抗匹配装置，其特征在于：
还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
7.如权利要求5或者6所述的阻抗匹配装置，其特征在于：
所述特性参数是散射参数或者通过从该散射参数变换而取得的传递参数。
说明书 :
技术领域
本发明涉及安装在高频电源和负载之间、使高频电源的阻抗与负载的阻抗相匹配的阻抗匹配装置。
背景技术
作为制造半导体或者平板显示器等时的处理之一，有等离子体处理。有时向在该等离子体处理时所使用的等离子体处理室施加例如100KHz～300MHz的无线频带域的高频电压。
在高频电源和由负载形成的等离子体处理室之间安装有阻抗匹配装置。对于该阻抗匹配装置来说，通过使高频电源的阻抗和作为负载的等离子体处理室的阻抗相匹配，而能够使从负载向高频电源的反射电力变成最小，从而使供给至负载的电力为最大。
图10表示的是在(日本专利)特开平5-63604号公报中所述的、使用阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构图。在上述公报中所揭示的阻抗匹配装置中，其输入侧与高频电源41连接，其输出侧与负载42连接。在阻抗匹配装置中，设置有由输入侧检测器44、电感L2和L3、以及作为阻抗可变元件的可变电容器VC3和VC4所构成的匹配电路。
输入侧检测器44检测无线频带域的高频电压V、高频电流I、以及高频电压V与高频电流I的相位差θ。检测出的高频电压V、高频电流I以及其相位差θ，经由与阻抗匹配电路43另外设置的A/D变换器45而输入到计算机46。
计算机46根据来自输入侧检测器44的检测结果(高频电压V、高频电流I、相位差θ)来计算阻抗匹配电路43的输入阻抗Zi、即从阻抗匹配电路43的输入端43a观察到的负载42的阻抗Zi。
可变电容器VC3、VC4通过将从计算机46输出的控制信号发送至驱动电压供给装置47来驱动电机M，对设置在可变电容器VC3、VC4上的调整部(图中省略)进行控制，调整其电容值。计算机46通过检测出可变电容器VC3、VC4的调整位置来计算作为阻抗可变元件的可变电容器VC3、VC4的阻抗Zc3、Zc4。
计算机46根据输入阻抗Zi和阻抗可变元件的阻抗Zc3以及Zc4来计算从阻抗匹配电路43的输出端43b观察负载42侧的负载电路的阻抗Zo。
计算机46根据算出的负载电路阻抗Zo，来改变可变电容器VC3和VC4的调整位置，使得输入阻抗Zi与高频电源41侧的输出阻抗Zp一致(例如为50Ω)，从而使高频电源41和负载42的阻抗相匹配。
在上述公报中所示的阻抗匹配电路43中，根据从由输入检测器44检测出的高频电压V、高频电流I以及其相位差θ所求出的输入阻抗Zi、和基于可变电容器VC3、VC4的调整位置而由计算机46检测出的该可变电容器VC3、VC4的阻抗Zc3、Zc4，来取得负载电路侧阻抗Zo，求出应匹配的可变电容器VC3、VC4的调整位置。
然而，在处理的频率为高频的情况下，在作为阻抗匹配电路43的匹配电路而工作的电路元件中，不但包含可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3，而且还包含这些部件和壳体之间的浮游电容成分以及连接这些部件用的铜板或者波导管等部件的阻抗成分，这些阻抗成分对阻抗匹配动作的影响不能忽视.
对于上述公报中所揭示的阻抗匹配电路43的阻抗控制方法，是以由可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3构成的电路作为匹配电路，根据可变电容器VC3、VC4的当前时刻的调整位置的阻抗值Zc3、Zc4和电感L2、L3的阻抗值Z13、Z14，来求出当前时刻的调整位置的匹配电路的匹配特性的方法。因此，严格地来说，在匹配电路中不包含上述浮游电容等的阻抗成分，因此，在匹配电路的实际的匹配动作中，不能反映上述浮游电容等的阻抗成分进行阻抗匹配。从而，特别是在高频区域，匹配精度降低。
此外，浮游电容等的阻抗成分很容易因阻抗匹配电路43的壳体的形状、阻抗匹配电路43内的可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3以及其它部件或者线路的配置关系等而发生变化。因此，对于包含浮游电容等阻抗成分的匹配电路来说，存在下述问题：即使构成匹配电路的可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3相同，也会因为每个内部结构不同的装置的不同，而使每个装置的匹配精度不同。
在高频电源和由负载形成的等离子体处理室之间安装有阻抗匹配装置。对于该阻抗匹配装置来说，通过使高频电源的阻抗和作为负载的等离子体处理室的阻抗相匹配，而能够使从负载向高频电源的反射电力变成最小，从而使供给至负载的电力为最大。
图10表示的是在(日本专利)特开平5-63604号公报中所述的、使用阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构图。在上述公报中所揭示的阻抗匹配装置中，其输入侧与高频电源41连接，其输出侧与负载42连接。在阻抗匹配装置中，设置有由输入侧检测器44、电感L2和L3、以及作为阻抗可变元件的可变电容器VC3和VC4所构成的匹配电路。
输入侧检测器44检测无线频带域的高频电压V、高频电流I、以及高频电压V与高频电流I的相位差θ。检测出的高频电压V、高频电流I以及其相位差θ，经由与阻抗匹配电路43另外设置的A/D变换器45而输入到计算机46。
计算机46根据来自输入侧检测器44的检测结果(高频电压V、高频电流I、相位差θ)来计算阻抗匹配电路43的输入阻抗Zi、即从阻抗匹配电路43的输入端43a观察到的负载42的阻抗Zi。
可变电容器VC3、VC4通过将从计算机46输出的控制信号发送至驱动电压供给装置47来驱动电机M，对设置在可变电容器VC3、VC4上的调整部(图中省略)进行控制，调整其电容值。计算机46通过检测出可变电容器VC3、VC4的调整位置来计算作为阻抗可变元件的可变电容器VC3、VC4的阻抗Zc3、Zc4。
计算机46根据输入阻抗Zi和阻抗可变元件的阻抗Zc3以及Zc4来计算从阻抗匹配电路43的输出端43b观察负载42侧的负载电路的阻抗Zo。
计算机46根据算出的负载电路阻抗Zo，来改变可变电容器VC3和VC4的调整位置，使得输入阻抗Zi与高频电源41侧的输出阻抗Zp一致(例如为50Ω)，从而使高频电源41和负载42的阻抗相匹配。
在上述公报中所示的阻抗匹配电路43中，根据从由输入检测器44检测出的高频电压V、高频电流I以及其相位差θ所求出的输入阻抗Zi、和基于可变电容器VC3、VC4的调整位置而由计算机46检测出的该可变电容器VC3、VC4的阻抗Zc3、Zc4，来取得负载电路侧阻抗Zo，求出应匹配的可变电容器VC3、VC4的调整位置。
然而，在处理的频率为高频的情况下，在作为阻抗匹配电路43的匹配电路而工作的电路元件中，不但包含可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3，而且还包含这些部件和壳体之间的浮游电容成分以及连接这些部件用的铜板或者波导管等部件的阻抗成分，这些阻抗成分对阻抗匹配动作的影响不能忽视.
对于上述公报中所揭示的阻抗匹配电路43的阻抗控制方法，是以由可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3构成的电路作为匹配电路，根据可变电容器VC3、VC4的当前时刻的调整位置的阻抗值Zc3、Zc4和电感L2、L3的阻抗值Z13、Z14，来求出当前时刻的调整位置的匹配电路的匹配特性的方法。因此，严格地来说，在匹配电路中不包含上述浮游电容等的阻抗成分，因此，在匹配电路的实际的匹配动作中，不能反映上述浮游电容等的阻抗成分进行阻抗匹配。从而，特别是在高频区域，匹配精度降低。
此外，浮游电容等的阻抗成分很容易因阻抗匹配电路43的壳体的形状、阻抗匹配电路43内的可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3以及其它部件或者线路的配置关系等而发生变化。因此，对于包含浮游电容等阻抗成分的匹配电路来说，存在下述问题：即使构成匹配电路的可变电容器VC3、VC4和电感L2、L3相同，也会因为每个内部结构不同的装置的不同，而使每个装置的匹配精度不同。
发明内容
本发明是考虑上述问题而提出的，其目的在于解决上述现有技术中的问题。
本发明第一方面提供一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；第一存储装置，保持并存储通过预先测定而取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；第二计算装置，根据由所述第一计算装置算出的、与所述阻抗匹配装置的输出端的行波有关的信息以及与反射波有关的信息、和存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输入端的输入反射系数；第二存储装置，保持并存储由所述第二计算装置算出的多个输入反射系数与关于阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第一特定装置，选定在存储于所述第二存储装置中的多个输入反射系数中的、与预先设定的所希望的目标输入反射系数最近似的输入反射系数，特别规定与对应于选定的输入反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和阻抗调整装置，根据通过所述第一特定装置所特定的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息，来调整所述阻抗可变元件。
优选所述第二计算装置根据由所述第一计算装置算出的、所述阻抗匹配装置的输出端的、与行波有关的信息和与反射波有关的信息，以及存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的、所述阻抗匹配装置的输入端的行波信息和反射波的信息；根据该算出的、与所述阻抗匹配装置的输入端的行波有关的信息和与反射波有关的信息，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的输入反射系数.
优选还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
优选所述特性参数是S参数(Scattering Parameter：散射参数)或者通过从该S参数变换而取得的T参数(Transmission Parameter：传递参数)。
本发明第二方面提供一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；第一存储装置，保持并存储通过预先测定取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的对应关系；第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；第三计算装置，根据由所述第一计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；第四计算装置，根据预先设定的所希望的目标输入反射系数和存储在所述第一存储装置中的多个特性参数，来算出相对于存储在所述第一存储装置中的、与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；第三存储装置，保持并存储由所述第四计算装置算出的多个反射系数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第二特定装置，选定存储在所述第三存储装置内的多个反射系数中的、与由所述第三计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数最近似的反射系数，并特别规定与对应选定的反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和调整装置，根据由所述第二特定装置特定的所述阻抗可变元件的可变值的信息，调整所述阻抗可变元件的阻抗。
优选还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
优选所述特性参数是S参数或者通过从该S参数变换而取得的T参数。
本发明的其它特征和优点根据以下的优选实施例的说明将会更加清楚。
本发明第一方面提供一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；第一存储装置，保持并存储通过预先测定而取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；第二计算装置，根据由所述第一计算装置算出的、与所述阻抗匹配装置的输出端的行波有关的信息以及与反射波有关的信息、和存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输入端的输入反射系数；第二存储装置，保持并存储由所述第二计算装置算出的多个输入反射系数与关于阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第一特定装置，选定在存储于所述第二存储装置中的多个输入反射系数中的、与预先设定的所希望的目标输入反射系数最近似的输入反射系数，特别规定与对应于选定的输入反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和阻抗调整装置，根据通过所述第一特定装置所特定的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息，来调整所述阻抗可变元件。
优选所述第二计算装置根据由所述第一计算装置算出的、所述阻抗匹配装置的输出端的、与行波有关的信息和与反射波有关的信息，以及存储在所述第一存储装置中的多个所述特性参数，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的、所述阻抗匹配装置的输入端的行波信息和反射波的信息；根据该算出的、与所述阻抗匹配装置的输入端的行波有关的信息和与反射波有关的信息，来算出相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的输入反射系数.
优选还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
优选所述特性参数是S参数(Scattering Parameter：散射参数)或者通过从该S参数变换而取得的T参数(Transmission Parameter：传递参数)。
本发明第二方面提供一种阻抗匹配装置，其被设置在高频电源和负载之间，通过改变阻抗可变元件的阻抗，来使所述高频电源和负载的阻抗匹配，其特征在于，包括：高频信息检测装置，检测出所述阻抗匹配装置的输入端的、与从所述高频电源向所述负载侧行进的行波有关的信息，和与从所述负载向所述高频电源侧行进的反射波有关的信息；可变元件信息检测装置，检测出与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；第一存储装置，保持并存储通过预先测定取得的、相对于与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的特性参数与关于所述阻抗可变元件的可变值的对应关系；第一计算装置，根据由所述可变元件信息检测装置检测出的与所述阻抗可变元件的可变值有关的信息、存储在所述第一存储装置中的所述特性参数、和由所述高频信息检测装置检测出的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息和与反射波有关的信息；第三计算装置，根据由所述第一计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的与行波有关的信息以及与反射波有关的信息，来算出所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；第四计算装置，根据预先设定的所希望的目标输入反射系数和存储在所述第一存储装置中的多个特性参数，来算出相对于存储在所述第一存储装置中的、与多个所述阻抗可变元件的可变值有关的信息的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数；第三存储装置，保持并存储由所述第四计算装置算出的多个反射系数与关于所述阻抗可变元件的可变值的信息的对应关系；第二特定装置，选定存储在所述第三存储装置内的多个反射系数中的、与由所述第三计算装置算出的所述阻抗匹配装置的输出端的反射系数最近似的反射系数，并特别规定与对应选定的反射系数的所述阻抗可变元件的可变值有关的信息；和调整装置，根据由所述第二特定装置特定的所述阻抗可变元件的可变值的信息，调整所述阻抗可变元件的阻抗。
优选还设置有设定所述所希望的目标输入反射系数的设定装置。
优选所述特性参数是S参数或者通过从该S参数变换而取得的T参数。
本发明的其它特征和优点根据以下的优选实施例的说明将会更加清楚。
附图说明
图1是表示使用本发明的第一实施例的阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构和阻抗匹配装置的电路框图。
图2是表示存储在EEPROM中的每一个可变电容器的调整位置的S参数的数据图。
图3是测定阻抗匹配装置的S参数时的结构图。
图4是表示控制部的功能框图。
图5是表示阻抗匹配装置的动作的流程图。
图6是示意性地表示可变电容器的调整位置的组合的图。
图7是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的控制部的功能框图。
图8是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的动作的流程图。
图9是表示在输出反射系数中选定最短的反射系数的情况下的uv坐标的图。
图10是表示使用现有技术的阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构图。
图2是表示存储在EEPROM中的每一个可变电容器的调整位置的S参数的数据图。
图3是测定阻抗匹配装置的S参数时的结构图。
图4是表示控制部的功能框图。
图5是表示阻抗匹配装置的动作的流程图。
图6是示意性地表示可变电容器的调整位置的组合的图。
图7是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的控制部的功能框图。
图8是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的动作的流程图。
图9是表示在输出反射系数中选定最短的反射系数的情况下的uv坐标的图。
图10是表示使用现有技术的阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行具体说明。
图1是表示使用本发明的第一实施例的阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构和阻抗匹配装置的电路框图。
该高频电力供给系统向半导体晶片或者液晶基板等被加工物供给高频，进行例如被称为等离子体蚀刻的加工处理。该高频电力供给系统包括：高频电源1、传送线路2、阻抗匹配装置3、负载连接部4、和由等离子体处理装置(等离子体处理室)构成的负载5。
高频电源1是用于向负载5供给具有给定频率(例如13.56MHz或者200MHz)的高频电力的装置。阻抗匹配装置3例如通过由同轴电缆构成的传送线路2而与高频电源1连接。在阻抗匹配装置3上连接有例如由用于抑制电磁波的泄漏而遮蔽的铜板所构成的负载连接部4，负载5与负载连接部4连接。
负载5是使用蚀刻或者CVD(化学气相沉积)等方法加工半导体晶片或者液晶基板等被加工物用的等离子体处理装置。在等离子体处理装置中，根据被加工物的加工目的来进行各种加工处理。例如，在对被加工物进行蚀刻的情况下，可与蚀刻相应，进行适当设定气体种类、气体压力、高频电力的供给电力值、以及高频电力的供给时间等的加工处理。在等离子体处理装置中，将等离子体放电用气体导入到配置有被加工物的容器(图中省略)内，使该等离子体放电用气体放电，从非等离子体状态变成等离子体状态。然后，利用成为等离子体状态的气体来加工被加工物。
阻抗匹配装置3用于使与其输入端3a连接的高频电源1和与输出端3b连接的负载5的阻抗相匹配。更具体地说，例如，当设计从输入端3a观察高频电源1侧的阻抗(输出阻抗)为50Ω、高频电源1以特性阻抗为50Ω的传送线路2与阻抗匹配装置3的输入端3a连接时，阻抗匹配装置3尽可能地自动将从该阻抗匹配装置3的输入端3a观察负载5侧的阻抗调整为50Ω。其中，在本实施例中，以50Ω作为特性阻抗，但是特性阻抗并不仅限于50Ω。
阻抗匹配装置3包括：方向性结合器6、控制部9、电感L1、以及作为阻抗可变元件的可变电容器VC1和VC2。这些电感L1和可变电容器VC1、VC2构成匹配电路。
方向性结合器6能够将从高频电源1向负载5行进的高频(以下称为行波)与从负载5反射的高频(以下称为反射波)分开进行检测。方向性结合器6例如具有一个输入口6a和三个输出口6b、6c、6d，高频电源1与输入口6a连接，可变电容器VC1、VC2与第一输出口6b连接。此外，第二输出口6c和第三输出口6d与控制部9连接。其中，方向性结合器6作为本发明的高频信息检测装置的一部分而工作。
从输入口6a输入的行波从第一输出口6b输出，从第一输出口6b输入的反射波从输入口6a输出。行波衰减至适当的电平而被检测，并从第二输出口6c输出。反射波衰减至适当的电平而被检测，并从第三输出口6d输出。
其中，也可以使用输入侧检测器来代替方向性结合器6.输入侧检测器例如检测从高频电源1输入至输入端3a的高频电压、高频电流及其相位差.由输入侧检测器所检测的高频电压、高频电流及其相位差被输入到控制部9.
控制部9是该阻抗匹配装置3的控制中枢，其包括图中没有示出的CPU、RAM和ROM等。控制部9根据方向性结合器6的输出等，来改变可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2，以控制阻抗匹配装置3的自动匹配动作。
对于控制部9来说，为了取得高频电源1和负载5的阻抗匹配，将控制信号输出至可变电容器VC1、VC2。可变电容器VC1、VC2根据从控制部9送出的控制信号来改变相对电极(图中省略)的面积，从而分别改变电容C1、C2。具体地说，在可变电容器VC1、VC2上分别设置有改变电容C1、C2用的调整部11、12。
调整部11、12由作为上述相对电极的驱动部件的步进电机和电机驱动电路(图中都省略)所构成。控制部9通过控制该步进电机的旋转量来改变可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2。在本实施例中，可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2分别按1000个阶段呈台阶状变化。其中，调整部11，12可作为本发明的调整装置来工作。
在可变电容器VC1、VC2上设置有用于检测由调整部11、12改变的调整位置的位置检测部13、14。由位置检测部13、14检测出的可变电容器VC1、VC2的位置信息被传送至控制部9，在控制部9中进行识别。
其中，位置检测部13、14可作为本发明的可变元件信息检测装置来工作。所谓本发明的阻抗可变元件的可变值的信息可以是特别规定可变电容器VC1、VC2等的阻抗可变元件的可变值的信息，
在本实施例中，步进电机的位置信息作为阻抗可变元件的可变值，但是并不仅限于此，例如，也可以使用伺服电机等其它方式的电机，将其位置信息作为阻抗可变元件的可变值。此外，对于该位置信息来说，如步进电机那样，既可以以步数来表示，也可以以脉冲数或者电压等其它形式来表示。这样，与阻抗可变元件的可变值有关的信息可以是直接或者间接地特别规定阻抗可变元件的可变值的信息。
EEPROM(电子可擦可编程序只读存贮器)15与控制部9连接。在该EEPROM15中，存储有可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的阻抗匹配装置3的S参数(scattering parameter：散射参数)的数据。可变化容器VC1、VC2的各个调整位置的S参数的数据，例如预先在产品出厂前、在工厂内测定并存储。其中，这些数据也可以不存储在EEPROM15中，而存储在快速存储器(闪存：flash memory)等其它的不挥发性存储器中。EEPROM15可作为本发明的第一存储装置来工作。
这里，众所周知，所谓S参数表示的是当输入使特性阻抗(例如50Ω)的线路与给定的四端子电路网的输入端子以及输出端子连接的高频信号时的该四端子电路网的传送特性。具体地说，如式(1)所示，S参数可利用由输入侧的电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)、逆方向电压传递系数(S12)、输出侧的电压反射系数(S22)的各个参数构成的矩阵来表示。在本实施例中，计算以阻抗匹配装置3作为四端子电路网来处理的阻抗匹配3的S参数。
如图2所示，在EEPROM15中，上述S参数存储在可变电容器VC1、VC2的各个调整位置上。在同一图中，S参数用“SXY(X＝0，1…，999，Y＝0，1…999)来表示，例如当可变电容器VC1的调整位置为“0”的位置，可变电容器VC2的调整位置为“0”的位置的情况下，S参数为“S00”。
如式(1)所示，该数据“S00”由输入侧电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)、逆方向电压传递系数(S12)、输出侧电压反向系数(S22)的各个参数所构成。各个参数的值在可变电容器VC1、VC2的各调整位置上，有固有的值。
控制部9根据从在EEPROM15中存储的S参数变换的T参数(transmission paramenter：传递参数)和方向性结合器6的输出(详细地说是在后述的向量化部21中的向量信息)，来算出阻抗匹配装置3的输出端3b的行波电压Vfo和反射波的电压Vro。
控制部9根据该输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，来算出可变电容器VC1、VC2的各调整位置的组合中的输入端3a的反向系数Гi的绝对值|Гi|。控制部9选定输入反射系数Гi的绝对值|Гi|中的最小的输入反射系数Гi的绝对值|Гi|，根据该最小的输入反向系数Гi的绝对值|Гi|来决定可变电容器VC1、VC2的调整位置。这些控制的详细情况以后再进行说明。
图3是表示用于取得阻抗匹配装置3的S参数的数据的测定电路的结构图。该测定电路的结构，例如预先在产品出厂前在工厂内装配。
在同一图中，阻抗匹配装置3的S参数的数据使用输入输出阻抗为50Ω的网络分析器20取得。即，网络分析器20的第一输入输出端子20a与阻抗匹配装置3的输入端3a连接，网络分析器20的第二输入输出端子20b与阻抗匹配装置3的输出端3b连接。此外，网络分析器20的控制端子20c与阻抗匹配装置3的控制部9连接。
利用该测定电路，按以下顺序取得S参数的数据。
如上所述，可变电容器VC1、VC2可以多阶段调整，阻抗匹配装置3的S参数可以分别在每一段改变可变电容器VC1、VC2的调整位置的同时，在网络分析器20中取得。
具体地说，首先，利用控制部9设定可变地容器VC1、VC2的调整位置例如为(0，0)。其次，从网络分析器20的第一输入输出端子20a例如将13.56MHz或者200MHz的高频输入至阻抗匹配装置3的输入端3a。其中，该高频的频率是在高频电力供给系统中、从高频电源1供给至负载5的高频电力的频率。
从网络分析器20输出的高频(入射波)，一部分由阻抗匹配装置3的输入端3a反射(以下称这个反射的波为“反射波”)，而从第一输入输出端子20a输入到网络分析器20。剩余的入射波透过阻抗匹配装置3内(以下称这个透过的波为“透过波”)，而从输出端3b输出，并从第二输入输出端子20b输入到网络分析器20中。
这些反射波和透过波，分别在网络分析器20的内部被检测，使用入射波、反射波和透过波，测定S参数中的输入侧的电压反射系数(S11)、顺方向电压的传递系数(S21)。即，当令入射波、反射波和透过波分别为a1、b1、b2时，通过进行S11＝b1/a1、S21＝b2/a1的运算处理，测定电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)。
其次，将相同的高频从网络分析器20的第二输入输出端子20b，输入阻抗匹配3的输出端3b.从网络分析器20输出的高频(入射波)，一部分由阻抗匹配装置3的输出端3b反射，而从第二个输入输出端20b输入到网络分析器20中.剩余的入射波透过阻抗匹配装置3内，而从输入端3a输出，并从第一输入输出端子20a输入到网络分析器20中.
这些反射波和透过波，分别在网络分析器20的内部被检测，利用入射波、反射波和透过波，来测定S参数中的逆方向电压传递系数(S12)、输出侧电压反射系数(S22)。即，当令入射波、反射波和透过波分别为a2、b2、b1时，通过进行S12＝b1/a2、S22＝b2/a2的运算处理，测定电压反射系数(S12)、顺方向电压传递系数(S22)。
以后，利用控制部9改变每一段的可变电容器VC1、VC2的调整位置，分别用同样的方法测定变更的调整位置的S参数。
网络分析器20将由可变电容器VC1、VC2的调整位置和S参数作为一组的多组数据输出至控制部9。控制部9依次将这些数据存储在EEPROM15中。由于这样，如图2所示，在EEPROM15中保持并存储有可变电容器VC1、VC2的调整位置和S参数的对应关系。
此外，也可以将可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2与S参数一起存储在EEPROM15中来代替用于使可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2的可变步进电机的位置信息。此外，在使用伺服电机等代替步进电机的情况下，在EEPROM15中也可以存储有保持该伺服电机等的位置信息和S参数对应的关系。
该测定电路的数据取得的数目是设置在阻抗匹配装置3中的阻抗可变元件(即可变电容器VC1、VC2)的调整范围的全部组合数目。在本实施例中，可变电容器VC1、VC2的各个可变数为1000个，因此，可取得100万组(1000×1000组)的数据。其中，在测定频率为2以上的情况下，在各个频率下，可取得100万组的数据。
S参数的数据也可以输出至网络分析器20的监视器(图中省略)、设置在阻抗匹配装置3的外部的显示器或打印机(图中都省略)等。当然，也可以以模拟信号的形式输出至具有波形显示功能的外部的各种装置(图中省略)，也可以使用串行通信等输出至外部信息处理装置(图中省略)等中。
这样，当取得阻抗匹配装置3的S参数时，阻抗匹配装置3从工厂出厂，在图1所示的连接状态下，在现场安装，安装在高频电力供给系统中，可实际使用。
其次，参照图4所示的控制部9的功能框图和图5所示的流程图来说明作为高频电力供给系统而实际使用的阻抗匹配装置3的动作。其中，如图4所示，在功能上，控制部9由向量化部21、行波反射波计算部22、第一T参数参照部23、假想输入反射系数计算部24、第二T参数参照部25、存储器26和最小反射系数特定部27构成。
由行波反射波计算部22和第一T参数参照部23构成的部分作为本发明的第一计算装置，由假想输入反射系数计算部24和第二T参数参照部25构成的部分作为第二计算装置，最小反射系数特定部27作为第一特定装置，存储器26作为第二存储装置而分别工作。此外，向量化部21作为高频信息检测装置的一部分而工作(如上所述，方向性结合器6也作为本发明的高频信息检测装置的一部分而工作。即，由方向性结合器6和向量化部21构成的部分作为高频信息检测装置而工作)。
当由高频电源1供给高频时，利用方向性结合器6可将行波和反射波分开检测，并输出至向量化部21。在向量化部21中，输入方向性结合器6的输出，以给定的间隔对输入信号进行采样，取得行波的电压Vfi和反射波的电压Vri作为包含行波大小和相位信息的向量信息(S1)。
其中，在该实施例的阻抗匹配装置中，为了将方向性结合器6的输出变换为数字信息，设置A/D变换器(图中省略).在使用输入侧检测器代替方向性结合器6等的情况下，为了将输入侧检测器的输出变换为数字信息，设置A/D变换器(图中省略)，利用众所周知的方法，根据从输入侧检测器输入的信息，求出行波的电压Vfi和反射波的电压Vri.
其次，当从向量化部21输出当前时刻的行波的电压Vfi和反射波的电压Vri时，将该两个电压输入行波反射波计算部22中(S2)。
另一方面，利用可变电容器VC1、VC2的位置检测部13、14检测可变电容器VC1、VC2的当前时刻的调整位置，将该位置信息输入第一T参数参照部23中(S3)。
在第一T参数参照部23中，根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的位置信息，读出存储在EEPROM15中的、可变电容器VC1和VC2的调整位置的每个组合的S参数(参见图2)的数据中的、与上述位置信息(调整位置)对应存储的S参数的数据(S4)。在第一T参数参照部23中，将读出的S参数变换为T参数(S5)，将变换的T参数输出至行波反射波计算部22。
T参数可以使用式(2)所示的矩阵式而从S参数进行变换，在第一T参数参照部23中，进行根据式(2)的计算。一般，在四端子电路网中，当测定传递特性时，使用S参数简单，当进行计算时，使用T参数简单。由于这样，在本实施例中，变换S参数，使用计算简便的T参数。
此外，对于T参数来说，例如也可以在产品出厂前测定阻抗匹配装置3的S参数时变换，并预先存储在EEPROM15中。在这种情况下，在第一T参数参照部23中，可根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的位置信息，读出存储在EEPROM15中的、与可变电容器VC1、VC2的调整位置对应的T参数，将该读出的T参数输出至行波反射波计算部22中。
此外，也可以先进行从S参数向T参数的变换处理，代替第一T参数参照部23的处理，从变换的T参数中，选定与当前时刻的位置信息(调整位置)对应的T参数，输出选定的T参数。
在行波反射波计算部22中，在步骤S2中，输入当前时刻的输入端3a的行波电压Vfi和反射波电压Vri，这样，根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的调整位置的T参数的数据，计算输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro(S6)。
在这种情况下，利用下述的式(3)计算当前时刻的输出端3b的行波的电压Vfo和反射波的电压Vro。其中，当用行波的电压Vfo除以当前时刻的输出端3b的反射波电压Vro时，可以算出负载反射系数Гo。
Vfo＝T11′Vfi+T12′Vri
Vfo＝T21′Vfi+T22′Vri
这里，式中T11′、T21′、T12′、T22′为当前时刻的可变电容器VC1、VC2的调整位置的T参数的各个参数.当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro输出至假想输入反射系数计算部24.
另一方面，在第二T参数参照部25中，对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合(参见图6)中的每一个，读出存储在EEPROM15中的S参数的数据，将各个S参数数据分别变换为T参数。变换的T参数，与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起输出至假想输入反射系数计算部24中。
此外，在预先决定从第二T参数参照部25输出的T参数的顺序，在假想输入反射系数计算部24中可以识别T参数和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略与T参数对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，只输出T参数。
此外，如所上述，在T参数预先存储在EEPROM15中的情况下，在第二T参数参照部25中，也可以将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置组合信息)一起从EEPROM15中读出，输出至假想输入反射系数计算部24中。
或者，也可以省略第二T参数参照部25，而在假想输入反射系数计算部24中附加将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数的数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合的信息)一起从EEPROM15中读出的功能。
在假想输入反射系数计算部24中，根据当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro来算出相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想的输入反射系数Гi(以下称为“假想输入反射数Гi”)(S7)。
具体地说，首先，利用下述矩阵式(参见式(4))，从当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，以及从第二T参数参照部25输出的、相对于可变电容器VC1、VC2的各调整位置组合(参见图6)的T参数，来算出相对于可变电容器VC1、VC2的各调整位置组合的、输入端3a的行波电压Vfi′和反射波电压Vri′。
这里，式中T11″、T21″、T12″、T22″是可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的T参数的各个参数。即，在假想输入反射系数计算部24中，利用T参数(T11″、T21″、T12″、T22″)的逆矩阵来逆计算当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，来算出输入端3a的行波电压Vfi′和反射波的电压Vri′。
其次，如式(5)所示，在假想输入反射系数计算部24中，通过以行波电压Vfi′除以反射波电压Vri′来算出假想输入反射系数Гi。分别相对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合而算出假想输入反射系数Гi。相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi，与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息一起，依次传送至存储器26，暂时存储在存储器26中。
其中，在预先决定从假想输入反射系数计算部24输出的假想输入反射系数Гi的顺序，在存储器26中可以识别假想输入反射系数Гi和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略假想输入反射系数Гi对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，只输出假想输入反射系数Гi.
在最小反射系数特定部27中，选定在由假想输入反射系数计算部24算出并存储在存储器26中的、对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、其绝对值最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|，与选定的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|相对应的可变电容器VC1、VC2的调整位置作为目标位置来特别规定。例如，在图6所示的A点上，在选定最小的假想输入系数的绝对值|Гimin|的情况下，可变电容器VC1、VC2的调整位置(4，3)特别规定作为目标位置。
即，在可变电容器VC1、VC2调整至与最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|对应的调整位置的情况下，由于输入端3a的反射波最小，所以可以进行适当的阻抗匹配。
其中，在本实施例中，在最小反射系数特定部27中，选定在先对于可变电容器VC1、VC2全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、其绝对值最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。这与在作为目标的输入反射系数(以下称为“目标输入系数Г′)为0时，选定与该目标输入反射系数Г′最近似的假想输入反射数ГI的意义大致相同。当利用实数部分和虚数部分的和表示时，反射系数为0表示实数部分和虚数部分都为0。
目标输入反射系数Г′不是仅限于0，也可以预先设定成0以外的。在这种情况下，也可以选定在可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、与目标输入反射系数Г′最近似的。此外，也可以设置用于设定目标输入反射系数Г′的设定部，在该设定部中，随时变更目标输入反射系数Г′。
作为选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|的方法，不但可以从相对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合的假想输入反射系数Гi中，选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|，而且也可以将可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合分成多个组，从相对于在某一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置组合的假想输入反射系数Гi中，选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。
此外，当从某一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置的组合中选定的最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|低于给定的阈值时，也可以从在另一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置组合中选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。
在最小反射数特定部27中，将选定的可变电容器VC1、VC2的目标调整位置信息输送至调整部11、12(S8)，这样，利用步进电机等可将可变电容器VC1、VC2移动至特定的调整位置。即，可变电容VC1、VC2调整至假想输入反射系数ГI为最小的位置。
因此，可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2变化，与阻抗匹配装置3的输入端3a连接的高频电源1的阻抗和与输出端3b连接的负载5的阻抗匹配，可将最大的高频电力供给负载5。
这样，采用本实施例，可将阻抗匹配装置3全体作为传送装置来处理，可在可变电容器VC1、VC2的可调整范围内，取得传送装置的传送特性，作为S参数和T参数的信息，由于利用这些信息进行阻抗匹配，与先前的匹配的方法比较，可以高精度进行阻抗匹配。
即，上述S参数和T参数表示包含阻抗匹配装置3内部的浮游电容和阻抗成分等匹配电路的传递特性.因此，通过对与根据该传递特性算出的可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2的最小假想输入反射系数对应的电容进行调整，与先前的结构比较，可以更正确且高精度地进行阻抗匹配.
在上述实施例中说明了在设置由电感L1和可变电容器VC1、VC2构成的匹配电路的阻抗匹配装置3中，进行阻抗匹配的情况，在先前的结构中，当匹配电路的结构不同时，必需与电路结构相对应来改变阻抗的计算方法。然而，在本实施例中，即使匹配电路的构成元件不同，由于测定计算作为包含该元件阻抗匹配装置3全体的S参数和T参数，因此不需要每次改变计算方法。
图7是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的控制部9A的功能框图。在第二实施例的阻抗匹配装置中，预先设定所希望的输入反射系数Г′，根据其和可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的每个组合的T参数的数据，来算出假想的输出反射系数Гo′，从其中选定与当前时刻的输出反射系数Гo最近似的假想的输出反射系数Гo″，根据选定的假想输出反射系数Гo″来调整阻抗这点，与第一实施例的阻抗匹配装置不同。
以下，参照图7所示的控制部9A的功能框图和图8所示的流程图来说明阻抗匹配装置3的动作。第二实施例的控制部9A包括：向量化部21、行波反射波计算部22、第一T参数参照部23、输出反射系数计算部31、第二T参数参照部25、假想输出反射系数计算部32、存储器33、和反射系数特定部34。在上述结构中，用与第一实施例相同的符号表示的部分具有相同的功能，其它结构与第一实施例的结构大致相同。
其中，输出反射系数计算部31作为本发明的第三计算装置，由假想输出反射系数计算部32和第二T参数参照部25构成的部分作为第四计算装置，存储器33作为第三存储装置，反射系数特定部34作为第二特定装置而分别工作。
在第二实施例中，由于图8所示的步骤S11～S16与表示第一实施例的动作的图5的步骤S1～S6相同，所以，下面说明步骤S17以后的动作。在行波反射波计算部22中，当控制部9A算出当前时刻的输出端3b的行波的电压Vfo和反射波的电压Vro时(参见图8的S16)，将该行波电压Vfo和反射波电压Vro输出至输出反射系数计算部31。
在输出反射系数计算部31中，根据从行波反射波计算部22输出的、行波的电压Vfo和反射波的电压Vro，来算出当前时刻的输出端3b的输出反射系数Гo(S17)。输出端3b的输出反射系数Гo可用下式(6)计算。
将在输出的反射系数计算部31中算出的、输出端3b的输出反射系数Гo，输出至反射系数特定部34。
另一方面，在第二T参数参照部25中，分别读出存储在EEPROM15中的、可变电容器VC1、VC2的全部调整位置每进一个组合的S参数的数据，分别将各S参数的数据变换为T参数，将变换的T参数与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起，输出至假想输出反射系数计算部32。
其中，在预先决定从第二T参数参照部25输出的T参数的顺序，在假想输出反射系数计算部32中可以识别T参数和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略与T参数对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，而只输出T参数。
此外，对于该T参数来说，例如也可以在产品出厂前，当测定阻抗匹配装置3的S参数时，变换为T参数，并预先存放在EEPROM15中.
在T参数预先存放在EEPROM15中的情况下，也可以在第二T参数参照部25中，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起，从EEPROM15中读出与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合对应的T参数数据，并输出至假想输出反射系数计算部32。
或者，也可以省略第二T参数参照部25，在假想输入反射系数计算部32中附加将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数的数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合的信息)一起，从EEPROM15中读出的功能。
这里，在假想输出反射系数计算部32中，预先设定作为目标的输出反射系数Г′(以下称为“目标输入反射系数Г′”)(通常设定输入端3a的反射波为最小的输入反射系数Г′)。该目标输入反射系数Г′可用式(7)表示
在式(7)中，Zin为目标阻抗，以作为实数部分Rin和虚数部分Xin的和的Zin＝Rin+jXin来表示。此外，Zo为特性阻抗。其中，在假想输出反射系数计算部32中，也可以取代直接设定目标输入反射系数Г′，而预先设定上述目标阻抗Zin和特性阻抗Zo，将它们变换为目标输入反射系数Г′。
在假想输出反射系数计算部32中，根据设定的目标输入反射系数Г′和从第二T参数参照部25输出的T参数，来算出输出端3b的假想输出反射系数Гo′(以下称为“假想输出反射系数Гo′”)(S18)。
具体地说，利用式(8)算出假想输出反射系数Гo′。分别对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的每一个组合的S参数(或T参数)，来算出假想输出反射系数Гo′。
这里，式中T11″、T21″、T12″、T22″是可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的T参数的各个参数。
其中，式(8)可以如下这样导出。通过用行波电压Vfo除以输出端的反射波电压Vro来表示假想输出反射系数Гo′，则Гo′＝Vro/Vfo。如果参照式(3)来考虑T参数，则反射波和行波的电压Vro、Vfo可用Vfo＝T11″·Vfi+T12″·Vri、Vro＝T21″·Vfi+T22″·Vri来表示(Vfi、Vri为输出端3b的行波和反射波的电压)。因此，Гo′＝(T21″·Vfi+T22″·Vri)/(T11″·Vfi+T12″·Vri)。这里，由于输入反射系数Г′为Г′＝Vri/Vfi，因此Гo′＝{T21″·Vfi+T22″·(Г′·Vfi)}/{T11″·Vfi+T12″·(Г′·Vfi)}＝(T21″+T22″·Г′)/(T11″+T12″·Г′)。
将在假想输出反射系数计算部32中算出的、相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输出反射系数Гo′依次与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起输出至存储器33，并一次存储在存储器33中(S19)。
其中，在预先决定从假想输出反射系数计算部32输出的假想输出反射系数Гo′的顺序，在存储器33中可以识别假想输出反射系数Гo′和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略去与假想输出反射系数Гo′对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，而只输出假想输出反射系数Гo′.
在反射系数特定部34中，在选定由假想输出反射系数计算部32算出并存储在存储器33中的、相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输出反射系数Гo′中的、与从输出反射系数计算部31输出的输出端3b的输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″。
例如，由于利用实数部分和虚数部分的和(如取实部分为u，虚数部分为v，则反射系数Г以Г＝u+jv来表示)表示反射系数，所以可以容易产生在uv尘标上的反射系数间的距离。即，如图9所示，当输出反射系数Г0为uo+jvo，每个假想输出反射系数Г1为u1+jv1时，uv坐标上的两者的距离L1可通过求出。
此外，当与假想输出反射系数Г1不同的假想输出反射系数Г2(u2+jv2)，与输出反射系数Гo的距离L2可用求出。因此，可选定与距离L1、L2中的短的距离对应的假想输出反射系数(这情况下为Г2)作为与输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″。
其次，在反射系数特定部34中，将与选定的假想输出反射系数Гo″对应的可变电容器VC1、VC2的调整位置特定为目标位置。在选定的假想输出反射系数Гo″具有图6所示的A点的调整位置的情况下，特定可变电容器VC1、VC2的调整位置(4，3)为目标位置。
即，在可变电容器VC1、VC2调整至与和输出端3b的输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″对应的调整位置的情况下，反射系数与预先设定的目标输入反射系数Г′最近似。由于目标输入反射系数Г′通常最小值即为0(用实数部分和虚数部分的和表示目标输入反射系数Г′的情况下，Г′＝0+j0)，如上所示，当调整可变电容器VC1、VC2时，可进行使输入端3a的反射波为最小的阻抗匹配。当然，如第一实施例所述那样，也可以将目标输入反射系数Г′设定为0以外。此外，也可以设置用于设定目标输入反射系数Г′的设定部，在该设定部中，随时改变目标输入反射系数Г′。
将在反射系数特定部34中选定的可变电容器VC1、VC2的目标位置信息输送至调整部11、12(S20)，因此，可变电容器VC1、VC2可移动至特定的调整位置。
这样，采用第二实施例，与第一实施例同样，可将阻抗匹配装置3全体作为传送装置来进行处理，可以在可变电容器VC1、VC2的可能调整范围内取得该传送装置的传送特性，作为S参数和T参数的信息。由于利用这些信息进行阻抗匹配，与现有技术中的阻抗匹配的方法相比，可以高精度进行阻抗匹配。
此外，由于预先设定成为目标的输入反射系数Г′，因此不限于在系统工作后，变更作为目标的输入反射系数Г′的值，假想可以一次完成输出反射系数计算部32中的相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合的假想输出反射系数Гo′的计算。在第一实施例的控制部9中，每当负载变动时，都必需在假想输入反射系数计算部24中，每次都计算输入端3a的行波电压Vfi′和反射波电压Vri′，而在第二实施例中，由于一次完成，所以可以大幅度地减少负载的计算。此外，在第二实施例中存在下述有点，即，由于不使用如第一实施例那样的T参数的逆矩降式，所以不需要存储T参数的逆矩阵式的存储区域。
本发明范围并不限于上述实施例.例如，在上述实施例中，作为端子电路网的特性参数使用S参数或者T参数，但是不限于这些参数作为特性参数.例如，作为特性参数，Z参数或者Y参数也可以，在这种情况下，也可以将这些参数变换为上述T参数，进行上述的阻抗匹配.
此外，在上述实施例中，说明了具有由电感L1和可变电容VC1、VC2构成的逆L型匹配电路的阻抗匹配装置3，但匹配电路的结构也并不仅限于上述实施例的结构，例如也可以采π型、T型、L型等结构的匹配电路。作为阻抗可变元件，也可以采用可变电感代替可变电容器。
在本发明中，虽然如以所述进行了说明，但是可以对其进行各种变更。这种变更，是不超出本发明的思想和范围、本领域技术人员明确的全部变更，包含在以下的权利要求书中。
图1是表示使用本发明的第一实施例的阻抗匹配装置的高频电力供给系统的结构和阻抗匹配装置的电路框图。
该高频电力供给系统向半导体晶片或者液晶基板等被加工物供给高频，进行例如被称为等离子体蚀刻的加工处理。该高频电力供给系统包括：高频电源1、传送线路2、阻抗匹配装置3、负载连接部4、和由等离子体处理装置(等离子体处理室)构成的负载5。
高频电源1是用于向负载5供给具有给定频率(例如13.56MHz或者200MHz)的高频电力的装置。阻抗匹配装置3例如通过由同轴电缆构成的传送线路2而与高频电源1连接。在阻抗匹配装置3上连接有例如由用于抑制电磁波的泄漏而遮蔽的铜板所构成的负载连接部4，负载5与负载连接部4连接。
负载5是使用蚀刻或者CVD(化学气相沉积)等方法加工半导体晶片或者液晶基板等被加工物用的等离子体处理装置。在等离子体处理装置中，根据被加工物的加工目的来进行各种加工处理。例如，在对被加工物进行蚀刻的情况下，可与蚀刻相应，进行适当设定气体种类、气体压力、高频电力的供给电力值、以及高频电力的供给时间等的加工处理。在等离子体处理装置中，将等离子体放电用气体导入到配置有被加工物的容器(图中省略)内，使该等离子体放电用气体放电，从非等离子体状态变成等离子体状态。然后，利用成为等离子体状态的气体来加工被加工物。
阻抗匹配装置3用于使与其输入端3a连接的高频电源1和与输出端3b连接的负载5的阻抗相匹配。更具体地说，例如，当设计从输入端3a观察高频电源1侧的阻抗(输出阻抗)为50Ω、高频电源1以特性阻抗为50Ω的传送线路2与阻抗匹配装置3的输入端3a连接时，阻抗匹配装置3尽可能地自动将从该阻抗匹配装置3的输入端3a观察负载5侧的阻抗调整为50Ω。其中，在本实施例中，以50Ω作为特性阻抗，但是特性阻抗并不仅限于50Ω。
阻抗匹配装置3包括：方向性结合器6、控制部9、电感L1、以及作为阻抗可变元件的可变电容器VC1和VC2。这些电感L1和可变电容器VC1、VC2构成匹配电路。
方向性结合器6能够将从高频电源1向负载5行进的高频(以下称为行波)与从负载5反射的高频(以下称为反射波)分开进行检测。方向性结合器6例如具有一个输入口6a和三个输出口6b、6c、6d，高频电源1与输入口6a连接，可变电容器VC1、VC2与第一输出口6b连接。此外，第二输出口6c和第三输出口6d与控制部9连接。其中，方向性结合器6作为本发明的高频信息检测装置的一部分而工作。
从输入口6a输入的行波从第一输出口6b输出，从第一输出口6b输入的反射波从输入口6a输出。行波衰减至适当的电平而被检测，并从第二输出口6c输出。反射波衰减至适当的电平而被检测，并从第三输出口6d输出。
其中，也可以使用输入侧检测器来代替方向性结合器6.输入侧检测器例如检测从高频电源1输入至输入端3a的高频电压、高频电流及其相位差.由输入侧检测器所检测的高频电压、高频电流及其相位差被输入到控制部9.
控制部9是该阻抗匹配装置3的控制中枢，其包括图中没有示出的CPU、RAM和ROM等。控制部9根据方向性结合器6的输出等，来改变可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2，以控制阻抗匹配装置3的自动匹配动作。
对于控制部9来说，为了取得高频电源1和负载5的阻抗匹配，将控制信号输出至可变电容器VC1、VC2。可变电容器VC1、VC2根据从控制部9送出的控制信号来改变相对电极(图中省略)的面积，从而分别改变电容C1、C2。具体地说，在可变电容器VC1、VC2上分别设置有改变电容C1、C2用的调整部11、12。
调整部11、12由作为上述相对电极的驱动部件的步进电机和电机驱动电路(图中都省略)所构成。控制部9通过控制该步进电机的旋转量来改变可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2。在本实施例中，可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2分别按1000个阶段呈台阶状变化。其中，调整部11，12可作为本发明的调整装置来工作。
在可变电容器VC1、VC2上设置有用于检测由调整部11、12改变的调整位置的位置检测部13、14。由位置检测部13、14检测出的可变电容器VC1、VC2的位置信息被传送至控制部9，在控制部9中进行识别。
其中，位置检测部13、14可作为本发明的可变元件信息检测装置来工作。所谓本发明的阻抗可变元件的可变值的信息可以是特别规定可变电容器VC1、VC2等的阻抗可变元件的可变值的信息，
在本实施例中，步进电机的位置信息作为阻抗可变元件的可变值，但是并不仅限于此，例如，也可以使用伺服电机等其它方式的电机，将其位置信息作为阻抗可变元件的可变值。此外，对于该位置信息来说，如步进电机那样，既可以以步数来表示，也可以以脉冲数或者电压等其它形式来表示。这样，与阻抗可变元件的可变值有关的信息可以是直接或者间接地特别规定阻抗可变元件的可变值的信息。
EEPROM(电子可擦可编程序只读存贮器)15与控制部9连接。在该EEPROM15中，存储有可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的阻抗匹配装置3的S参数(scattering parameter：散射参数)的数据。可变化容器VC1、VC2的各个调整位置的S参数的数据，例如预先在产品出厂前、在工厂内测定并存储。其中，这些数据也可以不存储在EEPROM15中，而存储在快速存储器(闪存：flash memory)等其它的不挥发性存储器中。EEPROM15可作为本发明的第一存储装置来工作。
这里，众所周知，所谓S参数表示的是当输入使特性阻抗(例如50Ω)的线路与给定的四端子电路网的输入端子以及输出端子连接的高频信号时的该四端子电路网的传送特性。具体地说，如式(1)所示，S参数可利用由输入侧的电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)、逆方向电压传递系数(S12)、输出侧的电压反射系数(S22)的各个参数构成的矩阵来表示。在本实施例中，计算以阻抗匹配装置3作为四端子电路网来处理的阻抗匹配3的S参数。
如图2所示，在EEPROM15中，上述S参数存储在可变电容器VC1、VC2的各个调整位置上。在同一图中，S参数用“SXY(X＝0，1…，999，Y＝0，1…999)来表示，例如当可变电容器VC1的调整位置为“0”的位置，可变电容器VC2的调整位置为“0”的位置的情况下，S参数为“S00”。
如式(1)所示，该数据“S00”由输入侧电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)、逆方向电压传递系数(S12)、输出侧电压反向系数(S22)的各个参数所构成。各个参数的值在可变电容器VC1、VC2的各调整位置上，有固有的值。
控制部9根据从在EEPROM15中存储的S参数变换的T参数(transmission paramenter：传递参数)和方向性结合器6的输出(详细地说是在后述的向量化部21中的向量信息)，来算出阻抗匹配装置3的输出端3b的行波电压Vfo和反射波的电压Vro。
控制部9根据该输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，来算出可变电容器VC1、VC2的各调整位置的组合中的输入端3a的反向系数Гi的绝对值|Гi|。控制部9选定输入反射系数Гi的绝对值|Гi|中的最小的输入反射系数Гi的绝对值|Гi|，根据该最小的输入反向系数Гi的绝对值|Гi|来决定可变电容器VC1、VC2的调整位置。这些控制的详细情况以后再进行说明。
图3是表示用于取得阻抗匹配装置3的S参数的数据的测定电路的结构图。该测定电路的结构，例如预先在产品出厂前在工厂内装配。
在同一图中，阻抗匹配装置3的S参数的数据使用输入输出阻抗为50Ω的网络分析器20取得。即，网络分析器20的第一输入输出端子20a与阻抗匹配装置3的输入端3a连接，网络分析器20的第二输入输出端子20b与阻抗匹配装置3的输出端3b连接。此外，网络分析器20的控制端子20c与阻抗匹配装置3的控制部9连接。
利用该测定电路，按以下顺序取得S参数的数据。
如上所述，可变电容器VC1、VC2可以多阶段调整，阻抗匹配装置3的S参数可以分别在每一段改变可变电容器VC1、VC2的调整位置的同时，在网络分析器20中取得。
具体地说，首先，利用控制部9设定可变地容器VC1、VC2的调整位置例如为(0，0)。其次，从网络分析器20的第一输入输出端子20a例如将13.56MHz或者200MHz的高频输入至阻抗匹配装置3的输入端3a。其中，该高频的频率是在高频电力供给系统中、从高频电源1供给至负载5的高频电力的频率。
从网络分析器20输出的高频(入射波)，一部分由阻抗匹配装置3的输入端3a反射(以下称这个反射的波为“反射波”)，而从第一输入输出端子20a输入到网络分析器20。剩余的入射波透过阻抗匹配装置3内(以下称这个透过的波为“透过波”)，而从输出端3b输出，并从第二输入输出端子20b输入到网络分析器20中。
这些反射波和透过波，分别在网络分析器20的内部被检测，使用入射波、反射波和透过波，测定S参数中的输入侧的电压反射系数(S11)、顺方向电压的传递系数(S21)。即，当令入射波、反射波和透过波分别为a1、b1、b2时，通过进行S11＝b1/a1、S21＝b2/a1的运算处理，测定电压反射系数(S11)、顺方向电压传递系数(S21)。
其次，将相同的高频从网络分析器20的第二输入输出端子20b，输入阻抗匹配3的输出端3b.从网络分析器20输出的高频(入射波)，一部分由阻抗匹配装置3的输出端3b反射，而从第二个输入输出端20b输入到网络分析器20中.剩余的入射波透过阻抗匹配装置3内，而从输入端3a输出，并从第一输入输出端子20a输入到网络分析器20中.
这些反射波和透过波，分别在网络分析器20的内部被检测，利用入射波、反射波和透过波，来测定S参数中的逆方向电压传递系数(S12)、输出侧电压反射系数(S22)。即，当令入射波、反射波和透过波分别为a2、b2、b1时，通过进行S12＝b1/a2、S22＝b2/a2的运算处理，测定电压反射系数(S12)、顺方向电压传递系数(S22)。
以后，利用控制部9改变每一段的可变电容器VC1、VC2的调整位置，分别用同样的方法测定变更的调整位置的S参数。
网络分析器20将由可变电容器VC1、VC2的调整位置和S参数作为一组的多组数据输出至控制部9。控制部9依次将这些数据存储在EEPROM15中。由于这样，如图2所示，在EEPROM15中保持并存储有可变电容器VC1、VC2的调整位置和S参数的对应关系。
此外，也可以将可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2与S参数一起存储在EEPROM15中来代替用于使可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2的可变步进电机的位置信息。此外，在使用伺服电机等代替步进电机的情况下，在EEPROM15中也可以存储有保持该伺服电机等的位置信息和S参数对应的关系。
该测定电路的数据取得的数目是设置在阻抗匹配装置3中的阻抗可变元件(即可变电容器VC1、VC2)的调整范围的全部组合数目。在本实施例中，可变电容器VC1、VC2的各个可变数为1000个，因此，可取得100万组(1000×1000组)的数据。其中，在测定频率为2以上的情况下，在各个频率下，可取得100万组的数据。
S参数的数据也可以输出至网络分析器20的监视器(图中省略)、设置在阻抗匹配装置3的外部的显示器或打印机(图中都省略)等。当然，也可以以模拟信号的形式输出至具有波形显示功能的外部的各种装置(图中省略)，也可以使用串行通信等输出至外部信息处理装置(图中省略)等中。
这样，当取得阻抗匹配装置3的S参数时，阻抗匹配装置3从工厂出厂，在图1所示的连接状态下，在现场安装，安装在高频电力供给系统中，可实际使用。
其次，参照图4所示的控制部9的功能框图和图5所示的流程图来说明作为高频电力供给系统而实际使用的阻抗匹配装置3的动作。其中，如图4所示，在功能上，控制部9由向量化部21、行波反射波计算部22、第一T参数参照部23、假想输入反射系数计算部24、第二T参数参照部25、存储器26和最小反射系数特定部27构成。
由行波反射波计算部22和第一T参数参照部23构成的部分作为本发明的第一计算装置，由假想输入反射系数计算部24和第二T参数参照部25构成的部分作为第二计算装置，最小反射系数特定部27作为第一特定装置，存储器26作为第二存储装置而分别工作。此外，向量化部21作为高频信息检测装置的一部分而工作(如上所述，方向性结合器6也作为本发明的高频信息检测装置的一部分而工作。即，由方向性结合器6和向量化部21构成的部分作为高频信息检测装置而工作)。
当由高频电源1供给高频时，利用方向性结合器6可将行波和反射波分开检测，并输出至向量化部21。在向量化部21中，输入方向性结合器6的输出，以给定的间隔对输入信号进行采样，取得行波的电压Vfi和反射波的电压Vri作为包含行波大小和相位信息的向量信息(S1)。
其中，在该实施例的阻抗匹配装置中，为了将方向性结合器6的输出变换为数字信息，设置A/D变换器(图中省略).在使用输入侧检测器代替方向性结合器6等的情况下，为了将输入侧检测器的输出变换为数字信息，设置A/D变换器(图中省略)，利用众所周知的方法，根据从输入侧检测器输入的信息，求出行波的电压Vfi和反射波的电压Vri.
其次，当从向量化部21输出当前时刻的行波的电压Vfi和反射波的电压Vri时，将该两个电压输入行波反射波计算部22中(S2)。
另一方面，利用可变电容器VC1、VC2的位置检测部13、14检测可变电容器VC1、VC2的当前时刻的调整位置，将该位置信息输入第一T参数参照部23中(S3)。
在第一T参数参照部23中，根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的位置信息，读出存储在EEPROM15中的、可变电容器VC1和VC2的调整位置的每个组合的S参数(参见图2)的数据中的、与上述位置信息(调整位置)对应存储的S参数的数据(S4)。在第一T参数参照部23中，将读出的S参数变换为T参数(S5)，将变换的T参数输出至行波反射波计算部22。
T参数可以使用式(2)所示的矩阵式而从S参数进行变换，在第一T参数参照部23中，进行根据式(2)的计算。一般，在四端子电路网中，当测定传递特性时，使用S参数简单，当进行计算时，使用T参数简单。由于这样，在本实施例中，变换S参数，使用计算简便的T参数。
此外，对于T参数来说，例如也可以在产品出厂前测定阻抗匹配装置3的S参数时变换，并预先存储在EEPROM15中。在这种情况下，在第一T参数参照部23中，可根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的位置信息，读出存储在EEPROM15中的、与可变电容器VC1、VC2的调整位置对应的T参数，将该读出的T参数输出至行波反射波计算部22中。
此外，也可以先进行从S参数向T参数的变换处理，代替第一T参数参照部23的处理，从变换的T参数中，选定与当前时刻的位置信息(调整位置)对应的T参数，输出选定的T参数。
在行波反射波计算部22中，在步骤S2中，输入当前时刻的输入端3a的行波电压Vfi和反射波电压Vri，这样，根据可变电容器VC1、VC2的当前时刻的调整位置的T参数的数据，计算输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro(S6)。
在这种情况下，利用下述的式(3)计算当前时刻的输出端3b的行波的电压Vfo和反射波的电压Vro。其中，当用行波的电压Vfo除以当前时刻的输出端3b的反射波电压Vro时，可以算出负载反射系数Гo。
Vfo＝T11′Vfi+T12′Vri
Vfo＝T21′Vfi+T22′Vri
这里，式中T11′、T21′、T12′、T22′为当前时刻的可变电容器VC1、VC2的调整位置的T参数的各个参数.当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro输出至假想输入反射系数计算部24.
另一方面，在第二T参数参照部25中，对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合(参见图6)中的每一个，读出存储在EEPROM15中的S参数的数据，将各个S参数数据分别变换为T参数。变换的T参数，与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起输出至假想输入反射系数计算部24中。
此外，在预先决定从第二T参数参照部25输出的T参数的顺序，在假想输入反射系数计算部24中可以识别T参数和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略与T参数对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，只输出T参数。
此外，如所上述，在T参数预先存储在EEPROM15中的情况下，在第二T参数参照部25中，也可以将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置组合信息)一起从EEPROM15中读出，输出至假想输入反射系数计算部24中。
或者，也可以省略第二T参数参照部25，而在假想输入反射系数计算部24中附加将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数的数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合的信息)一起从EEPROM15中读出的功能。
在假想输入反射系数计算部24中，根据当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro来算出相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想的输入反射系数Гi(以下称为“假想输入反射数Гi”)(S7)。
具体地说，首先，利用下述矩阵式(参见式(4))，从当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，以及从第二T参数参照部25输出的、相对于可变电容器VC1、VC2的各调整位置组合(参见图6)的T参数，来算出相对于可变电容器VC1、VC2的各调整位置组合的、输入端3a的行波电压Vfi′和反射波电压Vri′。
这里，式中T11″、T21″、T12″、T22″是可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的T参数的各个参数。即，在假想输入反射系数计算部24中，利用T参数(T11″、T21″、T12″、T22″)的逆矩阵来逆计算当前时刻的输出端3b的行波电压Vfo和反射波电压Vro，来算出输入端3a的行波电压Vfi′和反射波的电压Vri′。
其次，如式(5)所示，在假想输入反射系数计算部24中，通过以行波电压Vfi′除以反射波电压Vri′来算出假想输入反射系数Гi。分别相对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合而算出假想输入反射系数Гi。相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi，与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息一起，依次传送至存储器26，暂时存储在存储器26中。
其中，在预先决定从假想输入反射系数计算部24输出的假想输入反射系数Гi的顺序，在存储器26中可以识别假想输入反射系数Гi和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略假想输入反射系数Гi对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，只输出假想输入反射系数Гi.
在最小反射系数特定部27中，选定在由假想输入反射系数计算部24算出并存储在存储器26中的、对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、其绝对值最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|，与选定的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|相对应的可变电容器VC1、VC2的调整位置作为目标位置来特别规定。例如，在图6所示的A点上，在选定最小的假想输入系数的绝对值|Гimin|的情况下，可变电容器VC1、VC2的调整位置(4，3)特别规定作为目标位置。
即，在可变电容器VC1、VC2调整至与最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|对应的调整位置的情况下，由于输入端3a的反射波最小，所以可以进行适当的阻抗匹配。
其中，在本实施例中，在最小反射系数特定部27中，选定在先对于可变电容器VC1、VC2全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、其绝对值最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。这与在作为目标的输入反射系数(以下称为“目标输入系数Г′)为0时，选定与该目标输入反射系数Г′最近似的假想输入反射数ГI的意义大致相同。当利用实数部分和虚数部分的和表示时，反射系数为0表示实数部分和虚数部分都为0。
目标输入反射系数Г′不是仅限于0，也可以预先设定成0以外的。在这种情况下，也可以选定在可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输入反射系数Гi中的、与目标输入反射系数Г′最近似的。此外，也可以设置用于设定目标输入反射系数Г′的设定部，在该设定部中，随时变更目标输入反射系数Г′。
作为选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|的方法，不但可以从相对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合的假想输入反射系数Гi中，选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|，而且也可以将可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合分成多个组，从相对于在某一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置组合的假想输入反射系数Гi中，选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。
此外，当从某一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置的组合中选定的最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|低于给定的阈值时，也可以从在另一组内存在的可变电容器VC1、VC2的调整位置组合中选定最小的假想输入反射系数的绝对值|Гimin|。
在最小反射数特定部27中，将选定的可变电容器VC1、VC2的目标调整位置信息输送至调整部11、12(S8)，这样，利用步进电机等可将可变电容器VC1、VC2移动至特定的调整位置。即，可变电容VC1、VC2调整至假想输入反射系数ГI为最小的位置。
因此，可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2变化，与阻抗匹配装置3的输入端3a连接的高频电源1的阻抗和与输出端3b连接的负载5的阻抗匹配，可将最大的高频电力供给负载5。
这样，采用本实施例，可将阻抗匹配装置3全体作为传送装置来处理，可在可变电容器VC1、VC2的可调整范围内，取得传送装置的传送特性，作为S参数和T参数的信息，由于利用这些信息进行阻抗匹配，与先前的匹配的方法比较，可以高精度进行阻抗匹配。
即，上述S参数和T参数表示包含阻抗匹配装置3内部的浮游电容和阻抗成分等匹配电路的传递特性.因此，通过对与根据该传递特性算出的可变电容器VC1、VC2的电容C1、C2的最小假想输入反射系数对应的电容进行调整，与先前的结构比较，可以更正确且高精度地进行阻抗匹配.
在上述实施例中说明了在设置由电感L1和可变电容器VC1、VC2构成的匹配电路的阻抗匹配装置3中，进行阻抗匹配的情况，在先前的结构中，当匹配电路的结构不同时，必需与电路结构相对应来改变阻抗的计算方法。然而，在本实施例中，即使匹配电路的构成元件不同，由于测定计算作为包含该元件阻抗匹配装置3全体的S参数和T参数，因此不需要每次改变计算方法。
图7是表示本发明的第二实施例的阻抗匹配装置的控制部9A的功能框图。在第二实施例的阻抗匹配装置中，预先设定所希望的输入反射系数Г′，根据其和可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的每个组合的T参数的数据，来算出假想的输出反射系数Гo′，从其中选定与当前时刻的输出反射系数Гo最近似的假想的输出反射系数Гo″，根据选定的假想输出反射系数Гo″来调整阻抗这点，与第一实施例的阻抗匹配装置不同。
以下，参照图7所示的控制部9A的功能框图和图8所示的流程图来说明阻抗匹配装置3的动作。第二实施例的控制部9A包括：向量化部21、行波反射波计算部22、第一T参数参照部23、输出反射系数计算部31、第二T参数参照部25、假想输出反射系数计算部32、存储器33、和反射系数特定部34。在上述结构中，用与第一实施例相同的符号表示的部分具有相同的功能，其它结构与第一实施例的结构大致相同。
其中，输出反射系数计算部31作为本发明的第三计算装置，由假想输出反射系数计算部32和第二T参数参照部25构成的部分作为第四计算装置，存储器33作为第三存储装置，反射系数特定部34作为第二特定装置而分别工作。
在第二实施例中，由于图8所示的步骤S11～S16与表示第一实施例的动作的图5的步骤S1～S6相同，所以，下面说明步骤S17以后的动作。在行波反射波计算部22中，当控制部9A算出当前时刻的输出端3b的行波的电压Vfo和反射波的电压Vro时(参见图8的S16)，将该行波电压Vfo和反射波电压Vro输出至输出反射系数计算部31。
在输出反射系数计算部31中，根据从行波反射波计算部22输出的、行波的电压Vfo和反射波的电压Vro，来算出当前时刻的输出端3b的输出反射系数Гo(S17)。输出端3b的输出反射系数Гo可用下式(6)计算。
将在输出的反射系数计算部31中算出的、输出端3b的输出反射系数Гo，输出至反射系数特定部34。
另一方面，在第二T参数参照部25中，分别读出存储在EEPROM15中的、可变电容器VC1、VC2的全部调整位置每进一个组合的S参数的数据，分别将各S参数的数据变换为T参数，将变换的T参数与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起，输出至假想输出反射系数计算部32。
其中，在预先决定从第二T参数参照部25输出的T参数的顺序，在假想输出反射系数计算部32中可以识别T参数和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略与T参数对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，而只输出T参数。
此外，对于该T参数来说，例如也可以在产品出厂前，当测定阻抗匹配装置3的S参数时，变换为T参数，并预先存放在EEPROM15中.
在T参数预先存放在EEPROM15中的情况下，也可以在第二T参数参照部25中，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起，从EEPROM15中读出与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合对应的T参数数据，并输出至假想输出反射系数计算部32。
或者，也可以省略第二T参数参照部25，在假想输入反射系数计算部32中附加将与可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合对应的T参数的数据，与可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合的信息)一起，从EEPROM15中读出的功能。
这里，在假想输出反射系数计算部32中，预先设定作为目标的输出反射系数Г′(以下称为“目标输入反射系数Г′”)(通常设定输入端3a的反射波为最小的输入反射系数Г′)。该目标输入反射系数Г′可用式(7)表示
在式(7)中，Zin为目标阻抗，以作为实数部分Rin和虚数部分Xin的和的Zin＝Rin+jXin来表示。此外，Zo为特性阻抗。其中，在假想输出反射系数计算部32中，也可以取代直接设定目标输入反射系数Г′，而预先设定上述目标阻抗Zin和特性阻抗Zo，将它们变换为目标输入反射系数Г′。
在假想输出反射系数计算部32中，根据设定的目标输入反射系数Г′和从第二T参数参照部25输出的T参数，来算出输出端3b的假想输出反射系数Гo′(以下称为“假想输出反射系数Гo′”)(S18)。
具体地说，利用式(8)算出假想输出反射系数Гo′。分别对可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的每一个组合的S参数(或T参数)，来算出假想输出反射系数Гo′。
这里，式中T11″、T21″、T12″、T22″是可变电容器VC1、VC2的各个调整位置的T参数的各个参数。
其中，式(8)可以如下这样导出。通过用行波电压Vfo除以输出端的反射波电压Vro来表示假想输出反射系数Гo′，则Гo′＝Vro/Vfo。如果参照式(3)来考虑T参数，则反射波和行波的电压Vro、Vfo可用Vfo＝T11″·Vfi+T12″·Vri、Vro＝T21″·Vfi+T22″·Vri来表示(Vfi、Vri为输出端3b的行波和反射波的电压)。因此，Гo′＝(T21″·Vfi+T22″·Vri)/(T11″·Vfi+T12″·Vri)。这里，由于输入反射系数Г′为Г′＝Vri/Vfi，因此Гo′＝{T21″·Vfi+T22″·(Г′·Vfi)}/{T11″·Vfi+T12″·(Г′·Vfi)}＝(T21″+T22″·Г′)/(T11″+T12″·Г′)。
将在假想输出反射系数计算部32中算出的、相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输出反射系数Гo′依次与对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息(调整位置的组合信息)一起输出至存储器33，并一次存储在存储器33中(S19)。
其中，在预先决定从假想输出反射系数计算部32输出的假想输出反射系数Гo′的顺序，在存储器33中可以识别假想输出反射系数Гo′和可变电容器VC1、VC2的位置信息的对应关系的情况下，也可以省略去与假想输出反射系数Гo′对应的可变电容器VC1、VC2的位置信息，而只输出假想输出反射系数Гo′.
在反射系数特定部34中，在选定由假想输出反射系数计算部32算出并存储在存储器33中的、相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置的组合的假想输出反射系数Гo′中的、与从输出反射系数计算部31输出的输出端3b的输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″。
例如，由于利用实数部分和虚数部分的和(如取实部分为u，虚数部分为v，则反射系数Г以Г＝u+jv来表示)表示反射系数，所以可以容易产生在uv尘标上的反射系数间的距离。即，如图9所示，当输出反射系数Г0为uo+jvo，每个假想输出反射系数Г1为u1+jv1时，uv坐标上的两者的距离L1可通过求出。
此外，当与假想输出反射系数Г1不同的假想输出反射系数Г2(u2+jv2)，与输出反射系数Гo的距离L2可用求出。因此，可选定与距离L1、L2中的短的距离对应的假想输出反射系数(这情况下为Г2)作为与输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″。
其次，在反射系数特定部34中，将与选定的假想输出反射系数Гo″对应的可变电容器VC1、VC2的调整位置特定为目标位置。在选定的假想输出反射系数Гo″具有图6所示的A点的调整位置的情况下，特定可变电容器VC1、VC2的调整位置(4，3)为目标位置。
即，在可变电容器VC1、VC2调整至与和输出端3b的输出反射系数Гo最近似的假想输出反射系数Гo″对应的调整位置的情况下，反射系数与预先设定的目标输入反射系数Г′最近似。由于目标输入反射系数Г′通常最小值即为0(用实数部分和虚数部分的和表示目标输入反射系数Г′的情况下，Г′＝0+j0)，如上所示，当调整可变电容器VC1、VC2时，可进行使输入端3a的反射波为最小的阻抗匹配。当然，如第一实施例所述那样，也可以将目标输入反射系数Г′设定为0以外。此外，也可以设置用于设定目标输入反射系数Г′的设定部，在该设定部中，随时改变目标输入反射系数Г′。
将在反射系数特定部34中选定的可变电容器VC1、VC2的目标位置信息输送至调整部11、12(S20)，因此，可变电容器VC1、VC2可移动至特定的调整位置。
这样，采用第二实施例，与第一实施例同样，可将阻抗匹配装置3全体作为传送装置来进行处理，可以在可变电容器VC1、VC2的可能调整范围内取得该传送装置的传送特性，作为S参数和T参数的信息。由于利用这些信息进行阻抗匹配，与现有技术中的阻抗匹配的方法相比，可以高精度进行阻抗匹配。
此外，由于预先设定成为目标的输入反射系数Г′，因此不限于在系统工作后，变更作为目标的输入反射系数Г′的值，假想可以一次完成输出反射系数计算部32中的相对于可变电容器VC1、VC2的全部调整位置组合的假想输出反射系数Гo′的计算。在第一实施例的控制部9中，每当负载变动时，都必需在假想输入反射系数计算部24中，每次都计算输入端3a的行波电压Vfi′和反射波电压Vri′，而在第二实施例中，由于一次完成，所以可以大幅度地减少负载的计算。此外，在第二实施例中存在下述有点，即，由于不使用如第一实施例那样的T参数的逆矩降式，所以不需要存储T参数的逆矩阵式的存储区域。
本发明范围并不限于上述实施例.例如，在上述实施例中，作为端子电路网的特性参数使用S参数或者T参数，但是不限于这些参数作为特性参数.例如，作为特性参数，Z参数或者Y参数也可以，在这种情况下，也可以将这些参数变换为上述T参数，进行上述的阻抗匹配.
此外，在上述实施例中，说明了具有由电感L1和可变电容VC1、VC2构成的逆L型匹配电路的阻抗匹配装置3，但匹配电路的结构也并不仅限于上述实施例的结构，例如也可以采π型、T型、L型等结构的匹配电路。作为阻抗可变元件，也可以采用可变电感代替可变电容器。
在本发明中，虽然如以所述进行了说明，但是可以对其进行各种变更。这种变更，是不超出本发明的思想和范围、本领域技术人员明确的全部变更，包含在以下的权利要求书中。