KR101151414B1 - 임피던스 정합 장치 - Google Patents

임피던스 정합 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101151414B1
KR101151414B1 KR1020100016065A KR20100016065A KR101151414B1 KR 101151414 B1 KR101151414 B1 KR 101151414B1 KR 1020100016065 A KR1020100016065 A KR 1020100016065A KR 20100016065 A KR20100016065 A KR 20100016065A KR 101151414 B1 KR101151414 B1 KR 101151414B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
matching circuit
impedance matching
unit
output
Prior art date
Application number
KR1020100016065A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110096691A (ko
Inventor
김재현
이상원
이용관
Original Assignee
주식회사 플라즈마트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 플라즈마트 filed Critical 주식회사 플라즈마트
Priority to KR1020100016065A priority Critical patent/KR101151414B1/ko
Priority to CN201080062936.7A priority patent/CN102742366B/zh
Priority to PCT/KR2010/008269 priority patent/WO2011105678A1/ko
Publication of KR20110096691A publication Critical patent/KR20110096691A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101151414B1 publication Critical patent/KR101151414B1/ko
Priority to US13/571,167 priority patent/US8884520B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/26—Matching networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명은 임피던스 정합 장치를 개시한다. 이 임피던스 정합 장치는 플라즈마 부하에 임피던스 정합시킨다. 이 임피던스 정합 장치는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부, 및 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함한다. 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 T 형 정합회로를 포함하고, 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함한다.

Description

임피던스 정합 장치{IMPEDANCE MATCHING APPARATUS}
본 발명은 임피던스 정합 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 이중 주파수 임피던스 정합 장치에 관한 것이다.
통상적으로 축전 결합 플라즈마 장치는 반도체 제조 공정 또는 평탄 디스플레이 제조 공정에 사용되었다. 전극에 서로 다른 주파수의 RF 전원을 연결하여 플라즈마 공정 특정이 개선될 수 있다. 이중 주파수 임피던스 정합 장치는 서로 다른 2개의 주파수를 가지는 RF 전원을 플라즈마 부하에 제공한다.
본 발명은 이중 주파수를 가지는 임피던스 정합 장치에서 서로 간섭하지 않고 넓은 매칭 영역을 제공하는 임피던스 정합 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치는 플라즈마 부하에 임피던스 정합시킨다. 상기 임피던스 정합 장치는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부, 및 상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함한다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기, 일단은 상기 제1 가변 축전기에 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기, 및 일단은 상기 제1 가변 축전기 및 상기 제2 가변 축전기의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수는 0.1 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 T 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부는 일단은 상기 T 형 정합회로의 출력단에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 부하에 연결된 고정 축전기, 및 상기 고정 축전기와 병렬 연결된 인턱터를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부는 LC 공진하여 상기 제2 주파수 성분을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수에서 -1000 오옴 이하의 리액턴스(reactance)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 제2 인덕터를 더 포함하고, 상기 제2 인턱터는 상기 연결단(N5)와 상기 제2 가변 축전기에 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 고정 축전기를 더 포함하고, 상기 고정 축전기의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 타단은 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부와 상기 제1 주파수 RF 전원부 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단과 상기 T형 정합회로의 상기 입력단 사이에 배치된 인덕터, 일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기, 및 일단은 상기 T형 정합회로의 상기 입력단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기,및 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 표준 L 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 표준 L형 정합회로의 출력단과 상기 플라즈마 부하 사이에 배치된 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 주파수 정합회로부는 상기 표준 L형 정합회로의 입력단와 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부는 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되는 제1 축전기, 일단은 상기 제2 주파수 정합회로부의 입력단에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기의 타단에 연결되는 제2 축전기, 및 일단은 상기 제1 축전기 및 상기 제2 축전기의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인턱터를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고 상기 제1 주파수 성분과 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고, 상기 인턱터는 상기 제2 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 상기 입력단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고, 상기 인턱터는 상기 제1 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 정합 장치는 저주파 영역에 T 형 정합 회로를 사용하여 저주파 영역에서 매칭 영역을 확대하였다. 또한, 고주파 영역에서는 종래의 제어가 용이한 표준 L형 매칭 회로가 사용된다. 따라서, 저주파 영역 및 고주파 영역에서 최적화된 이중 주파수 임피던스 정합이 가능하다. 또한, 저주파 정합 회로 및 고주파 정합 회로는 각각 출력 필터를 사용하여, 저주파 정합회로와 고주파 정합회로의 간섭을 최소화하였다.
도 1a 및 도 1b는 표준 L형(standard L type)의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 2a 및 도 2b는 역 L형(Inverted L type)의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 3a 및 도 3b는 T형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 T 형 정합회로를 설명하는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 출력 필터의 임피던스의 절대값 및 위상을 표시하는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시들에 따른 표준 L형 정합회로(160)를 설명하는 도면들이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 4의 임피던스 정합회로의 스캐터링 매트릭스 (scattering matrix, S)의 특성을 설명하는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 표준 L형(standard L type)의 매칭회로, 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart), 그 매칭회로의 등가 회로도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 제1 가변 축전기(C1, 11)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 12) 및 인덕터(13)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 인턱터(13)의 인덕턴스는 10uH일 수 있다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2 MHz이고, 상기 인덕터(13)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(11)의 정전용량이 100 내지 1000 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전용량이 50 내지 500 pF 인 경우, 상기 회로로 매칭 조건을 만족할 수 있는 부하의 임피던스 영역을 스미스 차트(Smith Chart) 상에서 표시하면 A와 같다. 현실적으로 상기 제1 및 제2 가변 축전기들(11,12)의 정전 용량은 한계가 있다. 따라서, 2 MHz에서 표준 L형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계를 가진다. 통상적으로, 표준 L형(standard L type) 매칭회로는 제어의 용이성에 의하여 많이 사용된다. 한편, 표준 L형(standard L type) 매칭회로는 부하의 임피던스의 실수부(real part of impedance)가 50 오옴 이상인 경우, 임피던스 매칭을 제공할 수 없다.
도 1c를 참조하면, 임의의 부하(ZL=r+jx)에 대하여, 매칭을 만족하는 해(solution)는 두 개가 존재한다. 직렬 연결된 소자의 리액턴스(Xs)와 병렬 연결된 소자의 리액턴스(Xp)는 복호동순으로 다음과 같이 주어진다.
Figure 112010011708709-pat00001
다른 하나의 해(Xp)는 다음과 같이 주어진다. 여기서 Z0는 전송선의 특성 임피던스이다.
Figure 112010011708709-pat00002
제곱근(square root) 안이 양수가 되어 하므로, r< Z0인 조건이 필요하다. 그러나, 실제의 플라즈마 부하의 실저항은 50 오옴 초과일 수 있다. 따라서, 표준 L형 매칭 회로는 실제의 플라즈마 부하의 실저항이 50 오옴을 초과하는 경우에는 적용될 수 없다.
도 2a 및 도 2b는 역 L형(Inverted L type)의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 가변 축전기(22) 및 인덕터(23)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 제1 가변 축전기(22)는 상기 입력단(NIN)에 연결되고, 상기 인덕터(23)는 출력단(NOUT)에 연결된다. 제2 가변 축전기(21)는 상기 제1 가변 축전기(22)와 상기 인턱터(23)의 연결단(Nm)과 접지 사이에 연결된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2 MHz이고, 상기 인덕터(23)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(22)의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(21)의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 스미스 차트에서 매칭을 달성할 수 있는 부하 임피던스의 영역은 B로 표시된다. 현실적으로 가변 축전기(22,21)의 정전 용량은 한계가 있다. 따라서, 2 MHz에서 Inverted L 형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계가 있다.
도 3a 및 도 3b는 T형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 가변 축전기(31) 및 제2 가변 축전기(33)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 인턱터(32)는 상기 제1 가변 축전기(31)와 상기 제2 가변 축전기(33)의 연결단(Nm)과 접지 사이에 연결된다. 상기 제1 가변 축전기(31)의 일단은 상기 입력단(NIN)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(33)의 일단은 상기 출력단(NOUT)에 연결된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2MHz이고, 상기 인덕터(32)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(31)의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(33)의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 스미스 차트 상에 매칭을 달성할 수 있는 부하 임피던스의 영역은 C로 표시된다.
따라서, 2MHz에서 상기 T형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 영역을 확장할 수 있다. 2MHz에서 상기 T 형 매칭회로는 표준 L형 매칭회로 및 역 L형 매칭회로에 비하여 넓은 매칭 영역을 확보할 수 있다.
듀얼 주파수 매칭 회로는 저주파 영역의 저주파 매칭 회로와 고주파 영역의 고주파 매칭회로를 포함한다. 통상적으로 저주파 영역의 매칭회로는 제어의 용이성에 의하여 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로를 사용한다. 그러나, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 플라즈마와 같은 가변 부하인 경우, 임피던스 매칭에 한계가 있다.
부하가 플라즈마인 경우, 저주파 영역에서 상기 부하의 반사계수 (Γ)가 배치되는 영역은 주로 도 3b에서 D 영역에 나타난다. 따라서, 상기 T형 매칭회로는 동일한 소자를 사용하는 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로보다 넓은 영역에서 임피던스 매칭을 달성할 수 있다.
최근의 플라즈마 공정 장치는 공정 진행 중에 전극의 간격 또는 가스를 변경한다. 따라서, 이러한 부하의 임피던스가 시간에 따라 변하는 환경에서, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 임피던스 매칭에 한계가 있다.
한편, 상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 60Mhz이고, 상기 인덕터의 인덕턴스가 1 uH이고,상기 제1 가변 축전기의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로의 스미스 차트(미도시) 상에 스캔할 수 있는 영역은 확대된다. 따라서, 60MHz 영역에서는 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 가변 부하에 대하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 따라서, 고주파 영역에서 상기 T 형 매칭회로를 사용하는 실익이 감소한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 장치는 저주파 영역에서 동작하는 T 형 매칭회로 및 고주파 영역에서 동작하는 표준 L형 매칭회로를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 표준 L 형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 가변 축전기(C1,11)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 12) 및 인덕터(13)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 인턱터(13)의 인덕턴스는 120nH일 수 있다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 100 Mhz이고, 상기 인덕터(13)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(11)의 정전용량이 25 내지 100 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전용량이 10 내지 100 pF 인 경우, 스미스 차트(Smith Chart)에서 스캔할 수 있는 영역은 E로 표시된다. 현실적으로 상기 제1 및 제2 가변 축전기들(11,12)의 정전 용량의 하한값은 한계가 있다. 따라서, 100 MHz에서 표준 L형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계를 가진다.
주파수가 100 Mhz인 경우, 상기 플라즈마 부하는 F 영역에 배치될 수 있다..상기 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상인 경우, 상기 표준 표준 L 형의 매칭회로는 임피던스 매칭을 수행할 수 없다. 이 경우, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴일 수 있다. 통상적으로 가용한 진공 가변 축전기(Vacuum variable capacitor)의 최소 정전 용량은 10 pF 정도이다. 그러나, 상기 플라즈마 부하의 하수부가 수백 오옴 인 경우, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전 용량이 작아야 임피던스 매칭이 가능하다. 따라서, 따라서, 상기 표준 L 형 매칭회로는 이 경우 매칭의 한계를 가질 수 있다.
이하에서, 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상인 경우, 임피던스 매칭이 가능한 Π 형 매칭회로를 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 Π형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 가변 축전기(C1, 41)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 인덕터(43)는 상기 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 42)의 일단은 상기 출력단(NOUT)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(C2, 42)의 타단은 접지된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 100Mhz이고, 상기 인덕터(43)의 인덕턴스가 120 nH이고, 상기 제1 가변 축전기(41)의 정전용량이 25 내지 100 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(42)의 정전용량이 10 내지 100 pF 인 경우, 스미스 차트(Smith Chart)에서 스캔할 수 있는 영역은 G로 표시된다. 주파수가 100 Mhz인 경우, 플라즈마 부하는 H 영역에 배치될 수 있다.
따라서, 상기 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상이고, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴인 경우, Π형의 매칭회로는 표준 L 형 매칭회로보다 고주파 영역에서 효율적인 매칭이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 설명하는 도면이다.
도 6를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치(100)는 플라즈마 부하(ZL)에 임피던스 정합시킨다. 상기 임피던스 정합 장치(100)는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력을 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181), 및 상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부(114)의 출력을 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부(183)를 포함한다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로(130)를 포함한다. 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 표준 L형 정합회로(160)를 포함한다. 상기 제1 주파수는 0.1 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나일 수 있다.
상기 T 형 정합회로(130)는 상기 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기(C1,131), 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)에 직렬 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기(C2,133), 및 일단은 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터(132)를 포함한다.
상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)의 정전용량은 상기 플라즈마 부하(ZL)에 따라 변경되어, 입사하는 전력을 최대로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달할 수 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)는 플라즈마 발생용 전극 또는 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)는 정전 용량을 변경시키기 위하여 직렬 연결된 고정 축전기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)는 구동 모터에 기계적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 구동 모터가 회전함에 따라 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변축전기(133)의 정전용량은 제어될 수 있다.
진공 용기(192)는 제1 전극(194) 및 상기 제1 전극(194)과 이격되어 배치되는 제2 전극(196)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(196) 상에 기판이 배치될 수 있다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181) 및 상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부(183)의 출력은 결합단(N1)에서 결합되어 상기 제2 전극(196)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극(196)은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
상기 제1 주파수 RF 전원(112)은 상기 기판(198)에 입사하는 이온 에너지를 조절할 수 있고, 상기 제2 주파수 RF 전원(114)은 상기 플라즈마의 밀도를 제어할 수 있다. 상기 진공 용기(192)는 식각 공정, 증착 공정, 또는 표면 처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 제2 전극(196)에 상기 임피던스 정합 장치가 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 T 형 정합회로를 설명하는 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 제2 인덕터(134)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다. 상기 제2 인덕터(134)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제2 인덕터(134)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 제2 인덕터(134)와 상기 제2 가변 축전기(133)의 위치는 서로 교환될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 고정 축전기(135)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 고정 축전기(135)의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결된다.
도 7c를 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 제2 인덕터(134), 및 고정 축전기(135)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다.
상기 제2 인덕터(134)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제2 인덕터(134)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 고정 축전기(135)의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 상기 고정 축전기(135)의 타단은 접지된다. 상기 제2 인덕터(134)와 상기 제2 가변 축전기(133)의 위치는 서로 교환될 수 있다.
다시 도 6를 참조하면, 상기 제1 주파수 정합회로부(181)는 상기 T 형 정합회로(130)와 결합단(N1) 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부(140)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부(130)는 상기 제1 주파수 성분 및 제2 주파수 성분에 기인한 고조파(harmonics) 및 혼변조(intermodulation)을 성분을 제거할 수 있다.
듀얼 주파수 매칭 회로의 일 과제는 저주파의 제1 주파수 영역에서 임피던스 정합을 용이하게 수행하는 것이다. 또한, 듀얼 주파수 매칭 회로의 다른 일 과제는 제1 주파수 와 제2 주파수의 간섭을 최소화하는 것이다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 상기 간섭을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)가 상기 T 형 정합 회로(130) 내부에 배치되거나, 제2 주파수 출력 필터부(170)가 상기 표준 L형 정합 회로(160)의 내부에 배치되면, 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 서로 간섭할 수 있다.
구체적으로, 상기 T형 정합회로(130)는 상기 표준 L형 정합회로(160)의 가변 축전기들(C1,C2)의 정전용량에 따라 영향을 받을 수 있다. 또한 역으로, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 상기 T 형 정합회로(130)의 가변 축전기들(C1,C2)의 정전 용량에 따라 영향을 받을 수 있다.
상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 간섭을 제거하기 위하여, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 상기 T형 정합회로(130)와 결합단(N1) 사이에 배치되어야 한다. 또한, 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 결합단(N1) 사이에 배치되어야 한다.
상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 고정 축전기(142), 및 상기 고정 축전기(142)와 병렬 연결된 인턱터(141)를 포함할 수 있다. 상기 고정 축전기(142)의 일단은 T 형 정합회로의 출력단(NLOUT)에 연결되고, 상기 고정 축전기(142)의 타단은 상기 결합단(N1)에 연결된다. 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 LC 공진하고, 상기 제2 주파수 성분(f2)을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)일 수 있다.
제 2 주파수 측면에서 보면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 출력단(N1)에는 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하의 리액턴스(reatance)는 통상적으로 -100 오옴 내지 +100 오옴의 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)는 상기 플라즈마 부하(ZL)에 비교하여 적어도 10 배 이상의 임피던스를 가지는 제1 주파수 출력 필터(140)를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 전력은 주로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달되어 소모될 수 있다.
상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스(ZA)의 절대값은 l000 오옴 이상을 가지도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)는 LC 공진을 사용한 대역 저지 필터를 포함할 수 있다. 상기 T 형 정합회로(130)의 제2 가변 축전기(133)의 리액턴스는 음수이다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스는 음수가 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 T 형 정합회로(130)의 제2 가변 축전기(133)의 리액턴스와 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스는 서로 합산되어, 합산된 임피던스의 절대값이 증가할 수 있다. 제 2 주파수 측면에서 보면, 합산된 임피던스의 절대값이 증가함에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력은 상기 플라즈마 부하(ZL)에서 주로 제공되어 소모된다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 인덕터(141)와 상기 인덕터(141)에 기생하는 기생 축전기를 이용하여 구현될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 출력 필터의 임피던스의 절대값 및 위상을 표시하는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스의 절대값은 60 MHz의 제2 주파수(f2)에서 5.7 KΩ(킬로오옴)을 가진다. 또한, 60 MHz의 제2 주파수에서 상기 임피던스의 위상각은 -75.8도를 가진다. 제1 주파수는 2Mhz일 수 있다.
다시, 도 6를 참조하면, 상기 제1 주파수 정합회로부(181)는 상기 T 형 정합회로(130)와 상기 제1 주파수 RF 전원부(112) 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 저주파 통과 필터일 수 있다.
상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 상기 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력단(N2)과 상기 T형 정합회로(130)의 상기 입력단(NLIN) 사이에 배치된 인덕터(122), 일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력단(N2)에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기(121), 및 일단은 상기 T형 정합회로(130)의 상기 입력단(NLIN)에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기(123)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 제1 주파수 성분을 통과시키는 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.
다시, 도 6을 참조하면, 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 표준 L형 정합회로(160)를 포함할 수 있다. 상기 표준 L형 정합회로(160)는 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기(161), 및 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기(162)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161) 또는 상기 제2 가변 축전기(162)는 보조용 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가변축전기(161,162)와 상기 보조용 고정 축전기는 직렬 또는 병렬로 조합될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시들에 따른 표준 L형 정합회로(160)를 설명하는 도면들이다.
도 9a를 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 및 제1 인덕터(164)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결되고, 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제1 인덕터(164)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 제1 인덕터(164)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기의(162) 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 및 제1 인덕터(163)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터(163)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(163)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(162)의 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 제1 인덕터(163), 및 제2 인덕터(164)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터(163)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(163)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제2 인덕터(164)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 제2 인덕터(164)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(162)의 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
다시, 도 6를 참조하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 결합부(N1) 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부(170)를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 고정 축전기(171)를 포함할 수 있다. 상기 고정 축전기(171)는 표준 L형 정합회로의 출력단(NHOUT)과 결합단(N1) 사이에 연결될 수 있다.
상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상일 수 있다.
제 1 주파수 측면에서 보면, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)의 출력단(N1)에는 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)의 리액턴스는 통상적으로 -100 오옴 내지 +100 오옴의 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 플라즈마 부하(ZL)에 비교하여 적어도 10 배 이상의 임피던스를 가지는 제2 주파수 출력 필터(170)를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 전력은 주로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달되어 소모될 수 있다.
상기 제2 주파수 출력 필터부(170)가 없는 경우, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 임피던스 매칭을 위하여 가변 축전기들(C1,C2)를 변경하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 임피던스는 변경될 수 있다. 이 경우, 제 1 주파수 측면에서 보면, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)의 출력단(N1)에는 상기 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)는 시간에 따라 변동하고, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 임피던스는 시간에 따라 변동한다. 따라서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 영향을 받을 수 있다. 따라서, 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)와 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 서로 독립적으로 동작하기 위하여 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)가 필요하다. 동일한 이유에서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)가 필요하다.
다시, 도 6을 참조하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 제2 주파수 RF 전원부(114) 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부(150)를 포함할 수 있다.
상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 출력단(N8)에 연결되는 제1 축전기(151), 일단은 상기 제2 주파수 정합회로부(160)의 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기(151)의 타단에 연결되는 제2 축전기(153), 및 일단은 상기 제1 축전기(151) 및 상기 제2 축전기(153)의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인턱터(152)를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제1 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 제2 주파수 성분을 통과시키는 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 도 6의 임피던스 정합회로의 스캐터링 매트릭스(scattering matrix, S)의 특성을 설명하는 도면들이다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 상기 스캐터링 매트릭스는 플라즈마 부하(ZL), 제1 주파수 입력 필터(120) 및 제2 주파수 입력 필터(150)가 제거된 상태에서 측정되었다. 제1 포트는 제1 주파수 RF 전원(112) 측이며, 제2 포트는 제2 주파수 RF 전원(114) 측이다. S11은 제1 포트에서 바라본 반사계수에 대응된다. S22는 제2 포트에서 바라본 반사계수에 대응된다. S21은 포트2에서 포트1로 넘어가는 투과계수이다. 또한, S12는 포트1에서 포트2로 넘어가는 투과계수이다.
제1 주파수는 2Mhz이고, 제2 주파수는 60Mhz인 경우를 살펴본다. 2Mhz에서 S11은 실질적으로 0이다. 2Mhz에서, S21은 -74.8 dB이다. 60Mhz에서 S22은 실질적으로 0이다. 60Mhz에서, S12은 -31.5 dB이다. 따라서, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)와 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 서로 간섭하지 않는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시에 따른 Π형 정합회로(190)를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 Π형 정합회로는 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기(191), 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 인덕터(193), 및 일단은 상기 인턱터의 타단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 가변 축전기(192)를 포함한다.
도 11, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 제2 주파수는 60Mhz 이상일 수 있다. 플라즈마 부하의 실수부는 50 오옴 이상 일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴일 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 임피던스 정합 장치
112: 제1 주파수 RF 전원부
181: 제1 주파수 임피던스 정합 회로부
114: 제2 주파수 RF 전원부
183: 제2 주파수 임피던스 정합 회로부
130: T 형 정합회로
160: 표준 L형 정합회로
190: Π 형 정합회로

Claims (14)

  1. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 T 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는:
    상기 제1 주파수 RF 전원부의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기;
    일단은 상기 제1 가변 축전기에 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원부의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기; 및
    일단은 상기 제1 가변 축전기 및 상기 제2 가변 축전기의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 0.1 Mhz 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는:
    일단은 상기 T 형 정합회로의 출력단에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 부하에 연결된 고정 축전기; 및
    상기 고정 축전기와 병렬 연결된 인덕터를 포함하고,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는 LC 공진하여 상기 제2 주파수 성분을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수에서 -1000 오옴 이하의 리액턴스(reactance)를 가지는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는 제2 인덕터를 더 포함하고,
    상기 제2 인덕터는 상기 연결단(N5)와 상기 제2 가변 축전기에 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는 고정 축전기를 더 포함하고,
    상기 고정 축전기의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 타단은 접지되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  8. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부와 상기 제1 주파수 RF 전원부 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제1 주파수 입력 필터부는:
    상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단과 상기 T형 정합회로의 입력단 사이에 배치된 인덕터;
    일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기; 및
    일단은 상기 T형 정합회로의 상기 입력단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기를 포함하고,
    상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는:
    상기 제2 주파수 RF 전원부의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기; 및
    일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  10. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 표준 L 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 표준 L형 정합회로의 출력단과 상기 플라즈마 부하 사이에 배치된 고정 축전기를 포함하고,
    상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  11. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 상기 표준 L형 정합회로의 입력단와 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제2 주파수 입력 필터부는:
    일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되는 제1 축전기;
    일단은 상기 제2 주파수 정합회로부의 입력단에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기의 타단에 연결되는 제2 축전기; 및
    일단은 상기 제1 축전기 및 상기 제2 축전기의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인덕터를 포함하고,
    상기 제2 주파수 입력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고 상기 제1 주파수 성분과 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고,
    상기 인덕터는 상기 제2 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인덕터의 일단은 상기 입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고,
    상기 인덕터는 상기 제1 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인덕터의 일단은 접지되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  14. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수는 60Mhz 이상이고,
    상기 Π형 정합회로는:
    상기 제2 주파수 RF 전원부의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기;
    일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 인덕터; 및
    일단은 상기 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 가변 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
KR1020100016065A 2010-02-23 2010-02-23 임피던스 정합 장치 KR101151414B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100016065A KR101151414B1 (ko) 2010-02-23 2010-02-23 임피던스 정합 장치
CN201080062936.7A CN102742366B (zh) 2010-02-23 2010-11-23 阻抗匹配装置
PCT/KR2010/008269 WO2011105678A1 (ko) 2010-02-23 2010-11-23 임피던스 정합 장치
US13/571,167 US8884520B2 (en) 2010-02-23 2012-08-09 Impedance matching apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100016065A KR101151414B1 (ko) 2010-02-23 2010-02-23 임피던스 정합 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110096691A KR20110096691A (ko) 2011-08-31
KR101151414B1 true KR101151414B1 (ko) 2012-06-04

Family

ID=44507060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100016065A KR101151414B1 (ko) 2010-02-23 2010-02-23 임피던스 정합 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8884520B2 (ko)
KR (1) KR101151414B1 (ko)
CN (1) CN102742366B (ko)
WO (1) WO2011105678A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101829563B1 (ko) * 2014-02-28 2018-02-14 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 정합기 및 정합 방법
US10553465B2 (en) * 2016-07-25 2020-02-04 Lam Research Corporation Control of water bow in multiple stations
FR3058602B1 (fr) * 2016-11-08 2021-02-12 Centre Nat Rech Scient Circuit d'adaptation d'impedance entre un generateur et une charge a des frequences multiples, ensemble comportant un tel circuit et utlisation liee.
KR102003942B1 (ko) * 2017-11-07 2019-07-25 한국원자력연구원 정합 장치를 포함하는 플라즈마 발생 장치 및 임피던스 정합 방법
GB201806783D0 (en) * 2018-04-25 2018-06-06 Spts Technologies Ltd A plasma generating arrangement
JP7058748B2 (ja) * 2018-09-13 2022-04-22 株式会社日立国際電気 高周波電源装置
KR102256216B1 (ko) 2019-06-27 2021-05-26 세메스 주식회사 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법
KR102223875B1 (ko) * 2019-10-30 2021-03-05 주식회사 뉴파워 프라즈마 다중 주파수를 사용하는 건식 식각 장비를 위한 고주파 전원 장치
US11621147B2 (en) * 2020-01-24 2023-04-04 Corning Incorporated Systems and methods for optimizing RF plasma power coupling
JP2023514496A (ja) * 2020-01-30 2023-04-06 ラム リサーチ コーポレーション 伸長ｒｆストラップを有するインピーダンス整合器
CN114337703B (zh) * 2020-09-25 2024-05-03 Oppo（重庆）智能科技有限公司 一种射频电路、通信装置及电子设备
CN112532198B (zh) * 2020-12-03 2023-06-27 南华大学 一种射频离子源阻抗匹配方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008187181A (ja) * 2007-01-30 2008-08-14 Applied Materials Inc プラズマイオン密度均一性を制御するため可変高さ接地リターンパスを備えたプラズマリアクタにおいてワークピースを処理する方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0170387B1 (ko) * 1989-10-03 1999-03-30 제임스 조셉 드롱 고주파 반도체 웨이퍼 가공장치 및 방법
KR100525961B1 (ko) * 1996-11-04 2005-12-21 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 플라즈마시스에서발생하는고주파를필터링하는플라즈마처리장치및방법
US6642149B2 (en) * 1998-09-16 2003-11-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing method
US6199506B1 (en) * 1999-06-30 2001-03-13 Novellus Systems, Inc. Radio frequency supply circuit for in situ cleaning of plasma-enhanced chemical vapor deposition chamber using NF3 or NF3/He mixture
TW200300649A (en) * 2001-11-27 2003-06-01 Alps Electric Co Ltd Plasma processing apparatus, its driving method, matching circuit design system, and plasma processing method
JP4149243B2 (ja) * 2001-11-30 2008-09-10 アルプス電気株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の整合回路設計システム
US7879185B2 (en) * 2003-12-18 2011-02-01 Applied Materials, Inc. Dual frequency RF match
US8076247B2 (en) * 2007-01-30 2011-12-13 Applied Materials, Inc. Plasma process uniformity across a wafer by controlling RF phase between opposing electrodes

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008187181A (ja) * 2007-01-30 2008-08-14 Applied Materials Inc プラズマイオン密度均一性を制御するため可変高さ接地リターンパスを備えたプラズマリアクタにおいてワークピースを処理する方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110096691A (ko) 2011-08-31
US20120306367A1 (en) 2012-12-06
CN102742366B (zh) 2015-08-19
CN102742366A (zh) 2012-10-17
WO2011105678A1 (ko) 2011-09-01
US8884520B2 (en) 2014-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101151414B1 (ko) 임피던스 정합 장치
TWI403219B (zh) 複合射頻波形用之匹配電路
US11569072B2 (en) RF grounding configuration for pedestals
KR100648336B1 (ko) 플라즈마 챔버와 관련하여 사용되는 고정 임피던스 변형 네트워크 장치 및 방법
EP2675064B1 (en) Electrical circuit to impedance match a source and a load at multiple frequencies, method to design such a circuit
WO2006044722A2 (en) Apparatus and methods for improving the stability of rf power delivery to a plasma load
WO2008091309A1 (en) Rf power amplifier stability network
JP2012074361A (ja) マルチ周波数マッチングのための単一マッチングネットワーク、その構築方法及び当該マッチングネットワークを使用するｒｆパワーサプライヤーシステム
KR102161154B1 (ko) 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템
CN110416049A (zh) 可调节边缘射频等离子体分布的ccp刻蚀装置及其方法
US20030019581A1 (en) Rf bias control in plasma deposition and etch systems with multiple rf power sources
KR20170121501A (ko) 전자식 가변 임피던스 매칭박스를 구비한 플라즈마 전원 공급 시스템
CN104754851A (zh) 多频匹配器及等离子体装置
JP2006134606A (ja) 高周波給電装置及びプラズマ処理装置
TWI554161B (zh) RF matching network and its application of plasma processing chamber
JP2009239672A (ja) 高周波電力増幅器
CN103023452A (zh) 滤波电路和具有其的双频等离子处理装置
TWI442838B (zh) A single matching network, a construction method thereof, and a matching network radio frequency power source system
JP2014195189A (ja) 電力合成器および電力分配器
KR102223875B1 (ko) 다중 주파수를 사용하는 건식 식각 장비를 위한 고주파 전원 장치
JP7483621B2 (ja) 無線周波数フィルタのための補正ユニット
JP2011166271A (ja) バイアス回路
KR102298032B1 (ko) 고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종단하기 위한 장치 및 방법
CN107534426B (zh) 具有对不良电接地的补偿的滤波器布置
TW202329195A (zh) 混合頻率電漿源

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150522

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160517

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170622

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee