JP2021108414A

JP2021108414A - インピーダンス調整装置

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Publication number: JP2021108414A
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Inventors: 龍哉森井; Tatsuya Morii
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Filing date: 2019-12-27
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Abstract

【課題】可変コンデンサユニットの容量値が、現在容量値から目標容量値に変化する過程において、目標容量値からの超過量が小さいインピーダンス調整装置を提供する。【解決手段】インピーダンス調整装置１３は可変コンデンサユニット２１を有する。マイコン２３は、ｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎが有するＰＩＮダイオード３１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２１の容量値を変更する。これにより、高周波電源１０から見たプラズマ発生器１１側のインピーダンスが調整される。マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１の容量値を目標容量値に変更する場合、容量値を目標容量値とは異なる中継容量値に変更し、容量値を中継容量値に変更した後、容量値を目標容量値に変更する。【選択図】図１

Description

本発明はインピーダンス調整装置に関する。

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。

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。

特開２０１７−６９８２３号公報

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。

半導体スイッチがオンである状態は、半導体スイッチが有するインピーダンスが非常に低い状態である。半導体スイッチがオフである状態とは、半導体スイッチが有するインピーダンスが非常に高い状態である。半導体スイッチをオン又はオフに切替えた場合、半導体スイッチが有するインピーダンスの変化が完了するまでには、僅かな時間を要する。即ち、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直列回路の容量値は、徐々に変化する。

結果、半導体スイッチの切替えの状況によっては、可変コンデンサユニットの容量値が、現在の容量値（以下、現在容量値という）から目標の容量値（以下、目標容量値という）に変化する過程において、目標容量値を行き過ぎてしまう（超過してしまう）。このような問題は、オン又はオフに切替える複数の半導体スイッチに、オフからオンに切替える半導体スイッチと、オンからオフに切替える半導体スイッチとが含まれている場合において起こり得る。

例えば、特許文献１に記載されている従来の可変コンデンサユニットでは、複数のコンデンサの容量値が順次約２倍ずつ大きくなっている。この構成で、１番目に大きな容量値のコンデンサに対応する半導体スイッチをオフからオンに切替えるとともに、２番目以降に大きな容量値のコンデンサに対応する半導体スイッチの全部又は一部をオンからオフに切替えると仮定する。この場合、２番目以降に大きな容量値のコンデンサが完全にオフに切替わる前に、１番目に大きな容量値のコンデンサがオンに切替わる可能性がある。この場合、可変コンデンサユニットの容量値が、目標容量値よりも大きくなってしまう。即ち、容量値が現在容量値から目標容量値に変化する方向が増加方向である場合、容量値が変化する過程において、容量値が目標容量値を行き過ぎて上回ってしまう可能性がある。

反対に、１番目に大きな容量値のコンデンサに対応する半導体スイッチをオンからオフに切替えるとともに、２番目以降に大きな容量値のコンデンサに対応する半導体スイッチの全部又は一部をオフからオンに切替えると仮定する。この場合、２番目以降に大きな容量値のコンデンサが完全にオンに切替わる前に、１番目に大きな容量値のコンデンサがオフに切替わる可能性がある。この場合、可変コンデンサユニットの容量値が、目標容量値よりも小さくなってしまう。即ち、容量値が現在容量値から目標容量値に変化する方向が減少方向である場合、容量値が変化する過程において、容量値が目標容量値を行き過ぎて下回ってしまう可能性がある。

このような問題が生じた場合、負荷に悪影響を与え、負荷の状態が不安定となる可能性がある。この場合、正常なインピーダンス整合を行うことができない。更に、反射係数の絶対値が１に近づき、負荷の状態が不安定な状態に固定されることが起こり得る。このような状態は、可変コンデンサユニットの容量値が目標容量値を大きく行き過ぎた場合に発生し易いので、目標容量値からの行き過ぎ量（以下、超過量）を小さくする必要がある。

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、可変コンデンサユニットの容量値が、現在容量値から目標容量値に変化する過程において、目標容量値からの超過量が小さいインピーダンス調整装置を提供することにある。

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、前記変更部は、前記容量値を前記決定部が決定した目標容量値に変更する場合、前記容量値を前記目標容量値とは異なる中継容量値に変更し、前記容量値を前記中継容量値に変更した後に前記容量値を前記目標容量値に変更する。

上記の態様にあっては、可変コンデンサユニットの容量値を目標容量値に変更するためにオン又はオフに切替える半導体スイッチの数が２以上である場合、これらの半導体スイッチ中の一部の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可変コンデンサユニットの容量値を中継容量値に変更する。中継容量値に変更した後、例えば、残りの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可変コンデンサユニットの容量値を目標容量値に変更する。

従って、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ので、たとえ、可変コンデンサユニット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よりも小さい。このため、従来よりも反射係数が大きく変動することはない。その結果、例えば、負荷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。

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置では、前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、前記変更部は、１つのグループに属する半導体スイッチの中で、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する。

上記の態様にあっては、１つのグループに属する半導体スイッチの中で、目標容量値への変更のために切替えが必要な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、可変コンデンサユニットの容量値が現在容量値から中継容量値に変更される。例えば、複数のグループについて、前述した半導体スイッチのオン又はオフへの切替えを順次実行することによって、可変コンデンサユニットの容量値を目標容量値に変更する。

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置では、前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、各グループに属するコンデンサの複数の容量値の最小値及び最大値によって定まる容量値範囲は、他のグループの容量値範囲とは異なっており、前記変更部は、前記目標容量値への変更によって前記容量値が増加する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチを含む複数のグループの中で、前記容量値範囲の値が最も小さいグループに属し、かつ、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する。

上記の態様にあっては、目標容量値への変更によって可変コンデンサユニットの容量値が増加する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチ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半導体スイッチをオン又はオフに切替える。このため、中継容量値が目標容量値を超える可能性は非常に低い。可変コンデンサユニットの容量値が大きい場合に負荷の状態が不安定である構成ではこの切替えは効果的である。

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置では、前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、各グループに属するコンデンサの複数の容量値の最小値及び最大値によって定まる容量値範囲は、他のグループの容量値範囲とは異なっており、前記変更部は、前記目標容量値への変更によって前記容量値が減少する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチを含む複数のグループの中で、前記容量値範囲の値が最も大きいグループに属し、かつ、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する。

上記の態様にあっては、目標容量値への変更によって可変コンデンサユニットの容量値が減少する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチ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半導体スイッチをオン又はオフに切替える。このため、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の容量値が大きい場合に負荷の状態が不安定である構成ではこの切替えは効果的である。

本発明の一態様に係るインピーダンス調整装置では、前記変更部は、前記複数のコンデンサ回路の１つが有する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、前記容量値を前記中継容量値に変更する。

上記の態様にあっては、１つの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、可変コンデンサユニットの容量値を中継容量値に変更する。例えば、半導体スイッチを１つずつ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を目標容量値に変更する。この場合、共通の時間帯に複数の半導体スイッチがオン又はオフに切替わることはない。このため、可変コンデンサユニットの容量値を目標容量値に変更する場合において、容量値が中継容量値及び目標容量値を超過することはない。

上記の態様によれば、可変コンデンサユニットの容量値が、現在容量値から目標容量値に変化する過程において、目標容量値からの超過量は小さい。

実施の形態１における電源システム１の要部構成を示すブロック図である。可変コンデンサユニットの容量値の説明図である。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。マイコンの要部構成を示すブロック図である。調整処理の手順を示すフローチャートである。調整処理の手順を示すフローチャートである。調整処理の手順を示すフローチャートである。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。インピーダンス調整装置の効果の説明図である。実施の形態２における調整処理の手順を示すフローチャートである。実施の形態２における調整処理の手順を示すフローチャートである。

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。
（実施の形態１）
＜電源システムの構成＞
図１は、実施の形態１における電源システム１の要部構成を示すブロック図である。電源システム１は、高周波電源１０、プラズマ発生器１１、高周波検出器１２及びインピーダンス調整装置１３を備える。高周波電源１０は、伝送路Ｔｐを介してプラズマ発生器１１に接続されている。伝送路Ｔｐの中途に高周波検出器１２及びインピーダンス調整装置１３が配置されている。高周波検出器１２は、高周波電源１０とインピーダンス調整装置１３との間に位置する。高周波電源１０及びプラズマ発生器１１は接地されている。
なお、伝送路Ｔｐは、高周波電源１０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。このため、図１では、高周波検出器１２及び後述するコイル２０が伝送路Ｔｐ上に配置されている。

高周波電源１０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１０が出力する交流電圧の周波数は、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。高周波電源１０は、高周波検出器１２及びインピーダンス調整装置１３を介して交流電圧をプラズマ発生器１１に出力する。このとき、高周波電源１０が出力した交流電圧は伝送路Ｔｐを伝送する。高周波電源１０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。

プラズマ発生器１１は、高周波電源１０から入力された交流電圧を用いてプラズマを発生させる。プラズマ発生器１１のタイプが容量結合型である場合、プラズマ発生器１１は、板面が互いに対向する板状の第１電極及び第２電極を有する。第１電極が接地されている。高周波電源１０が出力した交流電圧は第２電極に印加される。これにより、第１電極及び第２電極間でプラズマが発生する。

プラズマ発生器１１のタイプが誘導結合型である場合、プラズマ発生器１１はコイルを有する。コイルの一端が接地されている。高周波電源１０が出力した交流電圧はコイルの他端に印加される。これにより、コイル内でプラズマが発生する。

プラズマ発生器１１が発生させたプラズマは、エッチング又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)等の処理に用いられる。プラズマ発生器１１では、処理が実行されている間、プラズマの状態が時間の経過とともに変化する。プラズマの状態が変化した場合、プラズマ発生器１１のインピーダンスが変化する。

高周波検出器１２は、高周波電源１０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１０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１０から見たプラズマ発生器１１側のインピーダンスを、負荷側インピーダンスと記載する。高周波電源１０から見た反射係数を、単に、反射係数と記載する。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。

負荷側インピーダンスは、高周波電源１０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１３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１３の入力端は、高周波電源１０の出力端に相当する。負荷側インピーダンスは、インピーダンス調整装置１３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。

高周波検出器１２は、パラメータの一例として、高周波検出器１２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１２は、パラメータの他例として、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１０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１２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１３に出力する。

インピーダンス調整装置１３は、自装置のインピーダンスを変更することによって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１３は、高周波検出器１２から入力されたパラメータ情報に基づいて、負荷側インピーダンスが高周波電源１０の出力インピーダンスの複素共役となるように、又は、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、負荷側に効率よく電力を供給することができる。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１３は、負荷側インピーダンスが高周波電源１０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１３の構成＞
インピーダンス調整装置１３は、コイル２０、可変コンデンサユニット２１、コンデンサ２２、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２３及び算出回路２４を有する。コイル２０は、伝送路Ｔｐの中途に配置されている。コイル２０において、高周波検出器１２側の一端に可変コンデンサユニット２１の一端が接続されている。コイル２０において、プラズマ発生器１１側の一端にコンデンサ２２の一端が接続されている。可変コンデンサユニット２１及びコンデンサ２２の他端は接地されている。

コイル２０、可変コンデンサユニット２１及びコンデンサ２２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１３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２０及びコンデンサ２２の直列回路の一端又は他端に可変コンデンサユニット２１の一端が接続され、かつ、可変コンデンサユニット２１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２２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２０及び可変コンデンサユニット２１の直列回路の一端又は他端にコンデンサ２２の一端が接続され、かつ、コンデンサ２２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２１は、伝送路Ｔｐの中途に配置されて高周波検出器１２に接続される。なお、コンデンサ２２の代わりに、もう１つの可変コンデンサユニット２１を配置してもよい。

Ｔ型の回路の例として、コイル２０と、図示しない他のコイルとが直列に接続され、コイル２０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２１の一端が接続され、かつ、可変コンデンサユニット２１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１３がπ型の回路を有する例を説明する。

可変コンデンサユニット２１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３０、ＰＩＮダイオード３１及び駆動部３２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３０の一端がコイル２０の一端に接続されている。コンデンサ３０の他端は、ＰＩＮダイオード３１のアノードに接続されている。ＰＩＮダイオード３１のカソードは接地されている。このように、コンデンサ３０及びＰＩＮダイオード３１は直列に接続されている。コンデンサ３０及びＰＩＮダイオード３１間の接続ノードに駆動部３２が接続されている。

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。

駆動部３２は、接地電位を基準とした正の電圧をＰＩＮダイオード３１のアノードに印加する。これにより、ＰＩＮダイオード３１に順方向電圧が印加される。駆動部３２は、更に、接地電位を基準とした負の電圧をＰＩＮダイオード３１のアノードに印加する。これにより、ＰＩＮダイオード３１に逆方向電圧が印加される。

ＰＩＮダイオード３１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３１は半導体スイッチとして機能する。

駆動部３２がＰＩＮダイオード３１に順方向電圧を印加した場合、ＰＩＮダイオード３１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３１はオンに切替わる。駆動部３２がＰＩＮダイオード３１に逆方向電圧を印加した場合、ＰＩＮダイオード３１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３１はオフに切替わる。以上のように、駆動部３２は、自身に接続されているＰＩＮダイオード３１をオン又はオフに切替える。ＰＩＮダイオード３１がオンである場合、交流電圧はＰＩＮダイオード３１を通過することができる。ＰＩＮダイオード３１がオフである場合、交流電圧はＰＩＮダイオード３１を通過することができない。

マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１が有するｎ個の駆動部３２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３２は、マイコン２３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３１をオンに切替える。各駆動部３２は、マイコン２３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３１をオフに切替える。

図２は可変コンデンサユニット２１の容量値の説明図である。図２では、ｎが８である例が示されている。図２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３０の容量値と、ＰＩＮダイオード３１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。

オンであるＰＩＮダイオード３１の数が２以上である場合、可変コンデンサユニット２１の容量値は、オンである複数のＰＩＮダイオード３１に接続されている複数のコンデンサ３０の容量値の総和で表される。オンであるＰＩＮダイオード３１の数が１である場合、可変コンデンサユニット２１の容量値はオンであるＰＩＮダイオード３１に接続されているコンデンサ３０の容量値で表される。

コンデンサ回路Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）が有するコンデンサ３０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２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２１の容量値を実数Ｈ刻みで調整することができる。図２の例では、可変コンデンサユニット２１の容量値を１ｐＦ刻みで調整することができる。図２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３１がオンであるので、可変コンデンサユニット２１の容量値は１２７ｐＦである。

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２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２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。

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３０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２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。

図１に示す高周波検出器１２は、パラメータ情報をインピーダンス調整装置１３の算出回路２４に出力する。マイコン２３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２４に出力している。

算出回路２４は、例えばＦＰＧＡ(field-programmable gate array)によって構成され、負荷側インピーダンス又は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２４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１２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、負荷側インピーダンス又は反射係数を基準時間の間、繰り返し算出する。算出回路２４は、基準時間の間に算出した複数の負荷側インピーダンス又は複数の反射係数の平均値を算出する。算出回路２４は、算出した平均値を示す平均情報をマイコン２３に出力する。算出回路２４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。

マイコン２３は、算出回路２４から平均情報が入力された場合、算出回路２４から入力された平均情報が示す負荷側インピーダンス又は反射係数の平均値に基づいて、可変コンデンサユニット２１の容量値を算出する。平均情報が負荷側インピーダンスの平均値を示す場合、マイコン２３は、負荷側インピーダンスが高周波電源１０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２１の容量値を算出する。平均情報が反射係数の平均値を示す場合、マイコン２３は、反射係数がゼロとなる可変コンデンサユニット２１の容量値を算出する。マイコン２３は、算出した容量値に基づいて、可変コンデンサユニット２１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２１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。

前述したように、マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１が有するｎ個の駆動部３２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２１が有するｎ個のＰＩＮダイオード３１を各別にオン又はオフに切替える。マイコン２３は、ｎ個のＰＩＮダイオード３１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２１の容量値を、決定した目標容量値に変更する。
以下では、算出回路２４及びマイコン２３の動作を詳細に説明する。

＜算出回路２４の算出処理＞
図３は、算出回路２４の算出処理の手順を示すフローチャートである。図３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３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、負荷側インピーダンスを算出する算出処理を説明する。

算出回路２４は、マイコン２３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２４は、マイコン２３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２４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。

算出回路２４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２４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２４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。制御部４４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。

算出回路２４は、待機時間が経過したと判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、マイコン２３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２４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２４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１２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２４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２４は、パラメータ情報が入力されるまで待機する。

算出回路２４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１２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、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２４は平均情報をマイコン２３に出力する。算出回路２４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）。基準時間は、一定値であり、予め設定されている。

算出回路２４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２４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。

算出回路２４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２４は再び負荷側インピーダンスを算出する。高周波検出器１２がパルス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２４がステップＳ５を実行する回数は２回以上である。

算出回路２４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２３に出力する（ステップＳ８）。算出回路２４は、ステップＳ８を実行した後、ステップＳ３を再び実行する。

以上のように、算出回路２４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、負荷側インピーダンスを繰り返し算出する。算出回路２４は、基準時間が経過した場合、算出した複数の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２３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２４は、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２４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、負荷側インピーダンス及び平均値の算出を再開する。

反射係数を算出する算出処理は、負荷側インピーダンスの算出処理と同様である。負荷側インピーダンスの算出処理の説明において、負荷側インピーダンスを反射係数に置き換えることによって、反射係数を算出する算出処理を説明することができる。

算出回路２４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２４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。

コンピュータプログラムは、算出回路２４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２４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。

＜マイコン２３の構成＞
図４はマイコン２３の要部構成を示すブロック図である。マイコン２３は、入力部４０、出力部４１，４２、記憶部４３及び制御部４４を有する。これらは、内部バス４５に接続されている。入力部４０及び出力部４１それぞれは、更に、算出回路２４に接続されている。出力部４２は、可変コンデンサユニット２１が有するｎ個の駆動部３２に各別に接続されている。

平均情報は、算出回路２４から入力部４０に入力される。入力部４０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負荷側インピーダンス又は反射係数の平均値を制御部４４に通知する。
出力部４１は、算出回路２４にマスク信号を出力している。出力部４１は、制御部４４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４２は、ｎ個の駆動部３２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４２は、制御部４４の指示に従って、ｎ個の駆動部３２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３２は、出力電圧に応じてＰＩＮダイオード３１をオン又はオフに切替える。

制御部４４は、出力部４２に指示して、ｎ個の駆動部３２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４４は、可変コンデンサユニット２１が有するｎ個のＰＩＮダイオード３１のオン又はオフへの切替えを各別に実現する。制御部４４は、ｎ個のＰＩＮダイオード３１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２１の容量値を変更する。制御部４４は変更部として機能する。

記憶部４３は不揮発メモリである。記憶部４３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４４は、処理を実行する処理素子、例えばＣＰＵを有する。制御部４４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、負荷側インピーダンスを調整する調整処理を実行する。

コンピュータプログラムＰは、制御部４４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２３の記憶部４３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４３に書き込んでもよい。
制御部４４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。

＜調整処理＞
図５、図６及び図７は調整処理の手順を示すフローチャートである。制御部４４は、調整処理を周期的に実行する。記憶部４３には、可変コンデンサユニット２１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２１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３１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４４によって更新される。変数ｑの値は、制御部４４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２の例では、ｋは２である。以下では、平均情報が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負荷側インピーダンスの調整処理を説明する。

調整処理では、まず、制御部４４は、入力部４０に入力された最新の平均情報が示す負荷側インピーダンスの平均値に基づいて、負荷側インピーダンスが高周波電源１０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２１の容量値を算出する（ステップＳ１１）。次に、制御部４４は、ステップＳ１１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Ｓ１２）。目標容量値は、可変コンデンサユニット２１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Ｓ１１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４４は決定部としても機能する。

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２１の各ＰＩＮダイオード３１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２１の各ＰＩＮダイオード３１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２１の各ＰＩＮダイオード３１のオン／オフ状態で表すこともできる。

次に、制御部４４は、可変コンデンサユニット２１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Ｓ１２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２１の容量値が変化するか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３が実行された時点における可変コンデンサユニット２１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Ｓ１３では、制御部４４は、ステップＳ１２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４４は、ステップＳ１２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。

制御部４４は、容量値が変化しないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、可変コンデンサユニット２１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４４は、容量値が変化すると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、可変コンデンサユニット２１の容量値をステップＳ１２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２１の容量値がステップＳ１２で決定した目標容量値となるｎ個のＰＩＮダイオード３１の状態を決定する（ステップＳ１４）。具体的には、図２に示されているｎ個のＰＩＮダイオード３１の状態を変更する。

次に、制御部４４は、可変コンデンサユニット２１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２１の容量値が増加するか否かを判定する（ステップＳ１５）。制御部４４は、容量値が増加すると判定した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１に設定する（ステップＳ１６）。次に、制御部４４は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード３１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Ｓ１７）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、グループＧｑに属する複数のＰＩＮダイオード３１の状態がステップＳ１４で決定した複数のＰＩＮダイオード３１の状態となるように、グループＧｑの駆動部３２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Ｓ１８）。

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３１が駆動部３２によってオン又はオフに切替えられる。ステップＳ１８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３１が残っていると仮定する。この場合、ステップＳ１８の実行により、可変コンデンサユニット２１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。

次に、制御部４４は、ステップＳ１８を実行してから第１設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１９）。第１設定時間は、一定値であり、予め設定されている。マイコン２３が図示しないタイマを有する場合、制御部４４は、ステップＳ１８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Ｓ１９では、制御部４４は、タイマが計測した時間に基づいて第１設定時間が経過したか否かを判定する。制御部４４は、第１設定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ１９：ＮＯ）、ステップＳ１９を再び実行し、第１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２１の容量値の変更によって、プラズマ発生器１１が発生させているプラズマの状態が変動する。第１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。

制御部４４は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、又は、第１設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１だけインクリメントし（ステップＳ２０）、変数ｑの値がｋであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。前述したように、ｋは、グループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋの数である。

制御部４４は、変数ｑの値がｋではないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ１７を再び実行する。これにより、制御部４４は、グループＧ１からグループＧｋ−１まで、順次、複数の駆動部３２への出力電圧の切替え、即ち、複数のＰＩＮダイオード３１の切替えを行う。制御部４４は、変数ｑの値がｋであると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、出力部４１に指示して、算出回路２４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Ｓ２２）。これにより、算出回路２４は、負荷側インピーダンスの算出を停止する。

次に、制御部４４は、グループＧｋに属するＰＩＮダイオード３１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Ｓ２３）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、グループＧｋに属する複数のＰＩＮダイオード３１の状態がステップＳ１４で決定した複数のＰＩＮダイオード３１の状態となるように、グループＧｋの駆動部３２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Ｓ２４）。グループＧｋに属するＰＩＮダイオード３１に、切替えが必要なＰＩＮダイオード３１が含まれている場合、ステップＳ２９の実行により、可変コンデンサユニット２１の容量値が目標容量値に変更される。

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２１の容量値が増加する場合、制御部４４は、オン又はオフへの切替えが必要なＰＩＮダイオード３１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３１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２１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小さいグループから、ＰＩＮダイオード３１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２１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。

制御部４４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（Ｓ１５：ＮＯ）、変数ｑの値をｋに設定する（ステップＳ２５）。次に、制御部４４は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード３１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Ｓ２６）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ１８と同様に、グループＧｑの駆動部３２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Ｓ２７）。

次に、制御部４４は、ステップＳ１９と同様に、ステップＳ２７を実行してから第１設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２８）。制御部４４は、第１設定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ステップＳ２８を再び実行し、第１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。

制御部４４は、グループＧｑに属するＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、又は、第１設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、変数ｑの値を１だけデクリメントし（ステップＳ２９）、変数ｑの値が１であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。

制御部４４は、変数ｑの値が１ではないと判定した場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ステップＳ２６を再び実行する。これにより、制御部４４は、グループＧｋからグループＧ２まで、順次、複数の駆動部３２への出力電圧の切替え、即ち、複数のＰＩＮダイオード３１の切替えを行う。制御部４４は、変数ｑの値が１であると判定した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、出力部４１に指示して、算出回路２４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Ｓ３１）。これにより、算出回路２４は、負荷側インピーダンスの算出を停止する。

次に、制御部４４は、グループＧ１に属するＰＩＮダイオード３１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Ｓ３２）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、グループＧ１に属する複数のＰＩＮダイオード３１の状態がステップＳ１４で決定した複数のＰＩＮダイオード３１の状態となるように、グループＧ１の駆動部３２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Ｓ３３）。グループＧ１に属するＰＩＮダイオード３１に切替えが必要なＰＩＮダイオード３１が含まれている場合、ステップＳ３３の実行により、可変コンデンサユニット２１の容量値が目標容量値に変更される。

目標容量値への変更によって可変コンデンサユニット２１の容量値が減少する場合、制御部４４は、オン又はオフへの切替えが必要なＰＩＮダイオード３１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３１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２１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３１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２１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。

制御部４４は、グループＧｋに属するＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、グループＧ１に属するＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ３２：ＮＯ）、又は、ステップＳ２４若しくはステップＳ３３を実行した後、ステップＳ２２又はステップＳ３１を実行してから第２設定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３４）。第２設定時間は、一定値であり、予め設定されている。マイコン２３がタイマを有する場合、制御部４４は、ステップＳ２２又はステップＳ３１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Ｓ３４では、制御部４４は、タイマが計測した時間に基づいて第２設定時間が経過したか否かを判定する。

制御部４４は、第２設定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ３４：ＮＯ）、ステップＳ３４を再び実行し、第２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２１の容量値の変更によって、負荷側インピーダンスが変動する。第２設定時間は、ステップＳ２４又はステップＳ３３で行われる容量値の変更に必要な時間の最大時間と、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。

制御部４４は、第２設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、容量値情報が示す容量値を、ステップＳ１２で決定した目標容量値に更新し（ステップＳ３５）、出力部４１に指示して、算出回路２４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Ｓ３６）。これにより、算出回路２４は、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４４は、ステップＳ３６を実行した後、調整処理を終了する。

平均情報が反射係数の平均値を示す場合に実行される反射係数の調整処理は、以下の点を除いて負荷側インピーダンスの調整処理と同様である。反射係数の調整処理のステップＳ１１では、制御部４４は、入力部４０に入力された平均情報が示す反射係数の平均値に基づいて、反射係数がゼロとなる可変コンデンサユニット２１の容量値を算出する。制御部４４がステップＳ２２又はステップＳ３１を実行した場合、算出回路２４は反射係数の算出を停止する。制御部４４がステップＳ３６を実行した場合、算出回路２４は反射係数の算出を再開する。

＜インピーダンス調整装置１３の動作＞
図８は、インピーダンス調整装置１３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２４、マイコン２３及び駆動部３２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３２がＰＩＮダイオード３１をオン又はオフに切替える例を説明する。この説明においても、算出回路２４が負荷側インピーダンスを算出すると仮定する。

図８に示すように、算出回路２４は、基準時間の間に複数の負荷側インピーダンスを算出し、算出した複数の負荷側インピーダンスの平均値を算出する。算出回路２４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２４は、一連の算出が終了する都度、負荷側インピーダンスの平均値を示す平均情報をマイコン２３に出力する。

マイコン２３は、算出回路２４から入力された最新の平均情報が示す負荷側インピーダンスの平均値に基づいて、負荷側インピーダンスが高周波電源１０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２１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。

マイコン２３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２１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３１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２１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２３は、駆動部３２への出力電圧を切替えることによって、駆動部３２にＰＩＮダイオード３１を切替えさせる。マイコン２３は、容量値を中継容量値に変更してから第１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３１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２１の容量値は目標容量値に変更される。

マイコン２３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２１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３１をオン又はオフに切替える。次に、マイコン２３は、容量値を中継容量値に変更してから第１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３１をオン又はオフに切替える。

マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１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３１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２３は、マスク信号の電圧をハイレベル電圧に切替えてから第２設定時間が経過した後、マスク信号の電圧をローレベル電圧に戻す。算出回路２４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。

＜インピーダンス調整装置１３の効果＞
図９はインピーダンス調整装置１３の効果の説明図である。図９では、スミスチャートに高周波電源１０から見た反射係数が示されている。図９では、スミスチャートで用いられる等抵抗円及び等リアクタンス円等の図示が省略されている。図９では、反射係数の絶対値を表す円が破線で示されている。スミスチャートの原点に対応する反射係数の絶対値はゼロである。反射係数は複素数である。ここでは、マイコン２３は、調整処理を実行することによって、反射係数がゼロとなるように負荷側インピーダンスを調整する例を説明する。

図２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３１がオンであり、コンデンサ回路Ａ８が有する１つのＰＩＮダイオード３１がオフである。このとき、可変コンデンサユニット２１の容量値は１２７ｐＦである。反射係数をゼロにするために、可変コンデンサユニット２１の容量値を１２８ｐＦに変更すると仮定する。この場合、マイコン２３は、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａ７が有する７つのＰＩＮダイオード３１をオフに切替え、コンデンサ回路Ａ８が有する１つのＰＩＮダイオード３１をオンに切替える必要がある。

従来のインピーダンス調整装置では、マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１の容量値を目標容量値に変更するために、切替えが必要な全てのＰＩＮダイオード３１を共通の時間帯にオン又はオフに切替える。従って、マイコン２３は、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａ７が有する７つのＰＩＮダイオード３１をオフに切替え、コンデンサ回路Ａ８が有する１つのＰＩＮダイオード３１をオンに切替える。このような従来の構成では、反射係数は、例えば、図９の上側に示すような軌跡を描く。

全てのＰＩＮダイオード３１がオン又はオフに切替えられ、共通の時間帯にオン又はオフに切替わる複数のＰＩＮダイオード３１に、オンに切替わるＰＩＮダイオード３１と、オフに切替わるＰＩＮダイオード３１とが含まれている。このため、可変コンデンサユニット２１の容量値の変更が開始されてから、可変コンデンサユニット２１の容量値が現在容量値から目標容量値となるまでの過渡期において、可変コンデンサユニット２１の容量値は、目標容量値を大きく超過し、反射係数の絶対値は１に近い値となる可能性がある。反射係数の絶対値が１であることは、全反射を意味する。反射係数の絶対値が１に近い値となった場合、プラズマ発生器１１が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可能性がある。

実施の形態１のインピーダンス調整装置１３の構成では、反射係数は図９の下側に示すような軌跡を描く。図９の下側のスミスチャートでは、実軸及び虚軸それぞれについて、−０．１から＋０．１までの範囲が示されている。インピーダンス調整装置１３では、マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１の容量値を１２７ｐＦから１２８ｐＦに変更する場合、共通の時間帯に、グループＧ１に属するコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が有する４つのＰＩＮダイオード３１をオフに切替える。これにより、可変コンデンサユニット２１の容量値は、中継容量値として、１１２ｐＦとなる。共通の時間帯に、オンに切替わるＰＩＮダイオード３１と、オフに切替わるＰＩＮダイオード３１とが含まれていない。従って、可変コンデンサユニット２１の容量値の変更が開始されてから、可変コンデンサユニット２１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、可変コンデンサユニット２１の容量値が目標容量値を超過することはない。また、可変コンデンサユニット２１の容量値が中継容量値を超過することもない。

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３１と、オフに切替わるＰＩＮダイオード３１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２１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。

マイコン２３は、可変コンデンサユニット２１の容量値を中継容量値に変更してから第１設定期間が経過した後、グループＧ２に関する切替えを行う。具体的には、マイコン２３は、共通の時間帯に、コンデンサ回路Ａ５，Ａ６，Ａ７が有する３つのＰＩＮダイオード３１をオフに切替えるとともに、コンデンサ回路Ａ８が有する１つのＰＩＮダイオード３１をオンに切替える。共通の時間帯に、オンに切替わるＰＩＮダイオード３１と、オフに切替わるＰＩＮダイオード３１とが含まれている。従って、可変コンデンサユニット２１の容量値の変更が開始されてから、可変コンデンサユニット２１の容量値が現在容量値（中継容量値）から目標容量値となるまでの過渡期において、可変コンデンサユニット２１の容量値は、目標容量値を超過する可能性がある。

しかしながら、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２１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。そのため、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。

（実施の形態２）
実施の形態１では、１つのグループに属する複数のＰＩＮダイオード３１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２１の容量値を中継容量値に変更する。しかしながら、中継容量値への変更を実現するために、オン又はオフに切替えるＰＩＮダイオード３１の数は１であってもよい。
以下では、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施の形態１と共通している。このため、実施の形態１と共通する構成部には実施の形態１と同一の参照符号を付し、共通する構成部の説明を省略する。

＜調整処理＞
図１０及び図１１は、実施の形態２における調整処理の手順を示すフローチャートである。実施の形態２を実施の形態１と比較した場合、調整処理の内容が異なる。制御部４４は、実施の形態１と同様に調整処理を周期的に実行する。実施の形態２においては、ｎ個のコンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎのグループ分けは行われていない。１つのグループに含まれるコンデンサ回路の数として１が許容される場合、実施の形態１において、グループの数、即ち、ｋがｎであり、かつ、各グループの属するコンデンサ回路の数が１である構成が実施の形態２の構成に相当する。

実施の形態２における調整処理のステップＳ１１〜Ｓ１６，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ２８〜Ｓ３１，Ｓ３４〜Ｓ３６は、実施の形態１における調整処理と同様である。このため、ステップＳ１１〜Ｓ１６，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ２８〜Ｓ３１，Ｓ３４〜Ｓ３６の説明を省略する。

実施の形態２における調整処理では、マイコン２３の制御部４４は、ステップＳ１６において変数ｑの値を１に設定した後、コンデンサ回路ＡｑのＰＩＮダイオード３１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Ｓ４１）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、出力部４２に指示して、コンデンサ回路Ａｑの駆動部３２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させる（ステップＳ４２）。これにより、コンデンサ回路ＡｑのＰＩＮダイオード３１はオン又はオフに切替わる。ステップＳ４２の実行が終了した時点において、オン又はオフの切替えが必要なＰＩＮダイオード３１が残っていると仮定する。この場合、ステップＳ４２の実行により、可変コンデンサユニット２１の容量値は中継容量値に変更される。

制御部４４は、ステップＳ４２を実行した後、ステップＳ１９を実行する。制御部４４は、コンデンサ回路ＡｑのＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、又は、第１設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０を実行する。

制御部４４は、ステップＳ２０において、変数ｑの値を１だけインクリメントした後、変数ｑの値がｎであるか否かを判定する（ステップＳ４３）。前述したように、ｎは、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎの数である。制御部４４は、変数ｑの値がｎではないと判定した場合（Ｓ４３：ＮＯ）、ステップＳ４１を再び実行する。制御部４４は、変数ｑの値がｎであると判定した場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、ステップＳ２２を実行する。

制御部４４は、ステップＳ２２を実行した後、コンデンサ回路ＡｎのＰＩＮダイオード３１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Ｓ４４）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、出力部４２に指示して、コンデンサ回路Ａｎの駆動部３２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させる（ステップＳ４５）。これにより、コンデンサ回路ＡｎのＰＩＮダイオード３１をオン又はオフに切替わり、可変コンデンサユニット２１の容量値は目標容量値に変更される。制御部４４は、コンデンサ回路ＡｎのＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ４４：ＮＯ）、又は、ステップＳ４５を実行した後、ステップＳ３４を実行する。

実施の形態２においては、図２に示すように、コンデンサ回路Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎの中で、番号が大きいコンデンサ回路が有するコンデンサ３０の容量値は大きい。コンデンサ回路Ａ１が有するコンデンサ３０の容量値は最小値である。コンデンサ回路Ａｎが有するコンデンサ３０の容量値は最大値である。実施の形態２における調整処理では、目標容量値への変更によって可変コンデンサユニット２１の容量値が増加する場合、コンデンサ回路Ａ１からコンデンサ回路Ａｎまで、順次、ＰＩＮダイオード３１の切替えを行う。

制御部４４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（Ｓ１５：ＮＯ）、変数ｑの値をｎに設定する（ステップＳ４６）。制御部４４は、ステップＳ４６を実行した後、コンデンサ回路ＡｑのＰＩＮダイオード３１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Ｓ４７）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ４７：ＹＥＳ）、ステップＳ４２と同様に、出力部４２に指示して、コンデンサ回路Ａｑの駆動部３２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させる（ステップＳ４８）。制御部４４は、ステップＳ４８を実行した後、ステップＳ２８を実行する。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ４７：ＮＯ）、又は、第１設定時間が経過したと判定した場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ステップＳ２９を実行する。

制御部４４は、ステップＳ３１を実行した後、コンデンサ回路Ａ１のＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ４９）。制御部４４は、ＰＩＮダイオード３１の切替えが必要であると判定した場合（Ｓ４９：ＹＥＳ）、出力部４２に指示して、コンデンサ回路Ａ１の駆動部３２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させる（ステップＳ５０）。これにより、コンデンサ回路Ａ１のＰＩＮダイオード３１はオン又はオフに切替わり、可変コンデンサユニット２１の容量値は目標容量値に変更される。制御部４４は、コンデンサ回路Ａ１のＰＩＮダイオード３１の切替えが必要ではないと判定した場合（Ｓ４９：ＮＯ）、又は、ステップＳ５０を実行した後、ステップＳ３４を実行する。

実施の形態２における調整処理では、目標容量値への変更によって可変コンデンサユニット２１の容量値が減少する場合、コンデンサ回路Ａｎからコンデンサ回路Ａ１まで、順次、ＰＩＮダイオード３１の切替えを行う。

＜インピーダンス調整装置１３の効果＞
共通の時間帯にオン又はオフに切替えられるＰＩＮダイオード３１の数は１であるので、共通の時間帯に、ＰＩＮダイオード３１のオンへの切替えと、ＰＩＮダイオード３１のオフへの切替えが行われることはない。従って、可変コンデンサユニット２１の容量値が、中継容量値及び目標容量値を超過することはない。結果、従来よりも反射係数が大きく変動せず、プラズマ発生器１１が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。更に、実施の形態２におけるインピーダンス調整装置１３では、実施の形態１と同様に、中継容量値が目標容量値を超えることはない。

＜変形例＞
マイコン２３の制御部４４が実行する調整処理は、実施の形態１，２における調整処理を組み合わせた処理であってもよい。具体的には、実施の形態１において、ｋ個のグループＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋの中に、コンデンサ回路の数が１であるグループと、コンデンサ回路の数が２以上であるグループとが混在していてもよい。

実施の形態１，２において、インピーダンス調整装置１３が有する可変コンデンサユニット２１の数は、１に限定されず、２以上であってもよい。実施の形態１の説明で述べたように、コンデンサ２２の代わりに、可変コンデンサユニット２１を配置してもよい。可変コンデンサユニット２１の数が２以上である場合、各可変コンデンサユニット２１についてマイコン２３の制御部４４は調整処理を実行する。

実施の形態１，２において、ＰＩＮダイオード３１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３１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１０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３０の容量値は、他のコンデンサ回路のコンデンサ３０の容量値と一致していてもよい。

実施の形態１，２で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組み合わせ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
開示された実施の形態１，２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。

１０高周波電源（交流電源）、１１プラズマ発生器（負荷）、１３インピーダンス調整装置、２１可変コンデンサユニット、２３マイコン、３０コンデンサ、３１ＰＩＮダイオード（半導体スイッチ）、４４制御部（変更部、決定部）、Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎコンデンサ回路、Ｇ１，Ｇ２，・・・，Ｇｋグループ、Ｔｐ伝送路

Claims

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、
前記変更部は、前記容量値を前記決定部が決定した目標容量値に変更する場合、前記容量値を前記目標容量値とは異なる中継容量値に変更し、前記容量値を前記中継容量値に変更した後に前記容量値を前記目標容量値に変更する
インピーダンス調整装置。
前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、
前記変更部は、１つのグループに属する半導体スイッチの中で、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する
請求項１に記載のインピーダンス調整装置。
前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、
各グループに属するコンデンサの複数の容量値の最小値及び最大値によって定まる容量値範囲は、他のグループの容量値範囲とは異なっており、
前記変更部は、前記目標容量値への変更によって前記容量値が増加する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチを含む複数のグループの中で、前記容量値範囲の値が最も小さいグループに属し、かつ、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する
請求項１又は請求項２に記載のインピーダンス調整装置。
前記複数のコンデンサ回路は、複数のグループに分けられており、
各グループに属するコンデンサの複数の容量値の最小値及び最大値によって定まる容量値範囲は、他のグループの容量値範囲とは異なっており、
前記変更部は、前記目標容量値への変更によって前記容量値が減少する場合、オン又はオフへの切替えが必要な半導体スイッチを含む複数のグループの中で、前記容量値範囲の値が最も大きいグループに属し、かつ、前記目標容量値への変更のために切替えが必要な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、前記容量値を前記中継容量値に変更する
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のインピーダンス調整装置。
前記変更部は、前記複数のコンデンサ回路の１つが有する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、前記容量値を前記中継容量値に変更する
請求項１に記載のインピーダンス調整装置。