KR101777762B1 - 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치 - Google Patents

고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력분배기에 매칭네트워크가 일체화된 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치는 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 입력되는 입력부; 상기 입력부로 입력된 고주파 전력이 분배되어 출력되는 복수의 출력부; 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점과 상기 복수의 출력부 사이에 각각 연결되는 복수의 제1 가변캐패시터; 및 상기 입력부와 상기 분배점 사이에 연결되는 제2 가변캐패시터를 포함할 수 있다.

Description

고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치 {Device for feeding high-frequency power and apparatus for processing substrate having the same}
본 발명은 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력분배기에 매칭네트워크가 일체화된 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 건식식각기(dry etcher) 등의 장비들은 플라즈마를 발생시키기 위한 전원장치로 RF(Radio Frequency) 고주파발생기(Generator)를 사용한다. 이때, RF 고주파발생기로부터의 모든 전력을 플라즈마 발생원으로 전달하기 위해서 RF 고주파발생기에 매칭네트워크(Matcher)를 함께 사용한다. 즉, 하나의 플라즈마 발생기기를 위하여 RF 고주파발생기와 매칭네트워크가 하나의 조합을 이루어 사용된다. 이에 공정상 다수의 플라즈마 발생기기를 사용할 경우에는 다수의 RF 고주파발생기와 매칭네트워크를 사용하여야 하므로, 복잡한 장치 구성이 요구되고 공정장비의 제조 단가가 상승하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 RF 고주파발생기와 매칭네트워크의 수를 줄일 수 있도록 전력분배기(Power divider)를 사용하는 방법이 제시되었다. 하지만, 종래의 전력분배기를 사용하는 방식은 RF 고주파발생기와 매칭네트워크 조합에 추가적으로 전력분배기를 사용하는 방식으로, 고정식 전력분배기는 자동 매칭 기능이 없으므로 매칭값 확보에 많은 시간이 소요되고, 자동 전력분배기는 자동 매칭 기능은 있으나 전력분배기의 가격이 높은 단점이 있다. 다시 말하면, 고정식 전력분배기는 캐패시터 용량을 조절할 수 없어 공정변수 조절을 위해서는 캐패시터를 교체하여야 하므로 매칭값 확보에 많은 시간이 소요되며, 자동 전력분배기는 다수의 가변캐패시터를 사용하여 전력분배기의 가격이 저렴하지 않은 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2013-0047532호
본 발명은 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자를 생략하여 전력분배기에 매칭네트워크를 일체화한 고주파 전원 공급장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치는 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 입력되는 입력부; 상기 입력부로 입력된 고주파 전력이 분배되어 출력되는 복수의 출력부; 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점과 상기 복수의 출력부 사이에 각각 연결되는 복수의 제1 가변캐패시터; 및 상기 입력부와 상기 분배점 사이에 연결되는 제2 가변캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 가변캐패시터는 상기 복수의 출력부와 직렬로 각각 연결되고, 상기 제2 가변캐패시터는 상기 입력부와 상기 분배점 사이의 회로에서 분로되어 배치될 수 있다.
상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 미리 설정된 전력값이 되도록 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 목표로 하는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값을 설정하는 전력값 설정부; 상기 복수의 제1 가변캐패시터를 조정하는 복수의 제1 조정부; 및 상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 제2 조정부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 목표로 하는 상기 출력부의 출력 전압값 또는 출력 전류값을 설정하는 출력값 설정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 출력부의 출력 전압 또는 출력 전류가 상기 출력값 설정부에 미리 설정된 전압값 또는 전류값이 되도록 상기 복수의 제1 조정부를 통해 상기 복수의 제1 가변캐패시터를 각각 조정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 제1 가변캐패시터 중 적어도 어느 하나의 제1 가변캐패시터에 대한 나머지 제1 가변캐패시터의 정전 용량의 오프셋값을 설정하는 오프셋 설정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력부의 전압과 전류의 위상을 측정하여 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정할 수 있다.
상기 입력부에 전기적으로 연결되어 전압, 전류, 전압과 전류의 위상 및 상기 고주파 전원으로의 반사 전력 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제1 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 출력부에 각각 전기적으로 연결되어 상기 복수의 출력부 각각의 출력 전압 또는 출력 전류를 측정하는 복수의 제2 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 입력부와 상기 분배점 사이에 연결되는 제1 인덕터 또는 제1 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 출력부와 상기 분배점 사이에 각각 연결되는 제2 인덕터 또는 제2 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 가변캐패시터와 연결되는 제3 인덕터 또는 제3 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치; 상기 고주파 전원 공급장치의 입력부에 연결되어 상기 입력부에 고주파 전력을 입력하는 고주파 전원; 및 상기 고주파 전원 공급장치의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극을 포함할 수 있다.
상기 복수의 전극이 각각 제공되고, 상기 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 증착원을 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 전원 공급장치는 상기 복수의 전극 각각에 독립적인 출력 전압 또는 출력 전류를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원; 상기 고주파 전원과 연결되어 고주파 전력이 입력되고, 상기 고주파 전원으로부터 입력된 고주파 전력이 분배되도록 병렬로 연결된 복수의 제1 가변캐패시터와, 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점의 전단에 연결되는 제2 가변캐패시터를 포함하는 고주파 전원 공급장치; 상기 고주파 전원 공급장치의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극; 및 제1 방향으로 서로 나란히 배치되고, 각각에 제공된 상기 복수의 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 선형 증착원을 포함하고, 상기 고주파 전원 공급장치는 상기 고주파 전력이 입력되는 입력부에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상을 측정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측하고, 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 최소화시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판이 지지되는 기판 지지부; 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 기판 지지부를 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치는 종래의 매칭네트워크(Matcher)와 전력분배기(Power divider)의 중복되는 소자를 생략하여 전력분배기에 매칭네트워크를 일체화시킴으로써, 하나의 장치로 각 플라즈마 발생기기의 매칭과 전력분배를 자동으로 수행할 수 있다.
이에 종래보다 고주파발생기 및 매칭네트워크의 수량을 대폭 줄일 수 있고, 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자가 생략되어 공정장비의 제조 단가를 절감할 수 있으며, 각 플라즈마 발생기기마다 매칭되어 전력이 분배될 수 있기 때문에 공정 안정화를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 가변캐패시터를 병렬로 추가하는 간단한 구조로 출력부의 수량을 자유롭게 조절할 수 있고, 각 출력부에 연결된 제1 가변캐패시터를 통해 각 출력부의 출력 전압 또는 출력 전류도 자유롭게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 다수의 플라즈마 소스를 사용하여도 각 플라즈마 소스에 따라 플라즈마 발생기기가 매칭되어 전력이 분배됨으로써, 공정조건에 따라 효과적으로 기판 처리공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치의 제1 변형예를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 임피던스 매칭을 설명하는 스미스 차트.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치의 제2 변형예를 나타내는 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치에서 매칭 시스템에 따른 매칭 영역의 변화를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 개략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치(100)는 고주파 전력이 입력되는 입력부(110); 상기 입력부(110)로 입력된 고주파 전력이 분배되어 출력되는 복수의 출력부(120); 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점(21)과 상기 복수의 출력부(120) 사이에 각각 연결되는 복수의 제1 가변캐패시터(130); 및 상기 입력부(110)와 상기 분배점(21) 사이에 연결되는 제2 가변캐패시터(140)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 고주파 전원과 연결될 수 있으며, 고주파 전력이 입력될 수 있다. 여기서, 고주파 전원은 RF(Radio Frequency) 고주파발생기(Generator)일 수 있다.
출력부(120)는 입력부(110)로 입력된 고주파 전력이 매칭되어 출력될 수 있고, 플라즈마 발생기기의 플라즈마를 형성하는 전극(미도시)과 연결될 수 있다. 여기서, 출력부(120)는 플라즈마 발생기기의 수에 따라 복수로 구성될 수 있고, 입력부(110)로 입력된 고주파 전력이 분배되어 각 출력부(120)를 통해 각 플라즈마 발생기기로 전달될 수 있다.
제1 가변캐패시터(130)는 입력부(110)와 출력부(120)의 사이에 연결될 수 있는데, 회로에 직렬로 연결되거나 회로에서 분로되어 연결될 수 있고, 출력부(120)와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 분로된 회로는 접지될 수 있다. 제1 가변캐패시터(130)는 복수로 구성될 수 있는데, 복수의 출력부(120)에 대응되어 각각 배치될 수 있고, 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점(21)과 복수의 출력부(120) 사이에 각각 연결될 수 있다. 그리고 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 전기적으로 각각 연결된 출력부(121,122)로 출력되는 출력 전압 또는 출력 전류를 조절할 수 있다.
제2 가변캐패시터(140)는 입력부(110)와 분배점(21) 사이에 연결될 수 있는데, 직렬로 연결되어 입력부(110)와 분배점(21) 사이를 연결할 수도 있고, 병렬로 연결되어 입력부(110)와 분배점(21) 사이의 회로에서 분로되어 배치될 수도 있다. 제2 가변캐패시터(140)를 조정하면, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력(Reflected power)을 조절할 수 있다.
그리고 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 복수의 출력부(120)와 직렬로 각각 연결될 수 있고, 제2 가변캐패시터(140)는 입력부(110)와 분배점(21) 사이의 회로에서 분로되어 배치될 수 있다. 이러한 경우, 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 하나의 전압을 이루고 제2 가변캐패시터(140)가 하나의 전압을 이루게 되며, 분배점(21) 또는 제2 가변캐패시터(140)의 분로점(31)을 중심으로 복수의 제1 가변캐패시터(130)과 제2 가변캐패시터(140)에 동일한 전압이 걸리게 된다. 즉, 복수의 제1 가변캐패시터(130)의 평균 전압과 제2 가변캐패시터(140)의 전압이 같아진다. 이에 입력부(110)의 전압의 위상 변화를 예측하기 용이하며, 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 최소화하기 위해서는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조절하여 입력부(110)의 전류(또는 전류의 위상 변화)만을 고려하여 쉽게 임피던스(Impedance)를 매칭시킬 수 있다.
본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 미리 설정된 전력값이 되도록 상기 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 상기 제2 가변캐패시터(140)를 조정하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정하여 각 출력부(120)에 연결된 플라즈마 발생기기의 임피던스 매칭을 시킬 수 있다. 여기서, 제어부는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 미리 설정된 전력값이 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 목표로 하는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값을 설정하는 전력값 설정부(미도시); 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 조정하는 복수의 제1 조정부(미도시); 및 제2 가변캐패시터(140)를 조정하는 제2 조정부(미도시)를 포함할 수 있다.
전력값 설정부(미도시)는 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 원하는 값이 되도록 원하는 전력값(또는 반사 전력값)을 미리 설정할 수 있다. 전력값 설정부에서 전력값이 설정되면, 복수의 제1 조정부(미도시)와 제2 조정부(미도시)는 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값이 설정된 전력값이 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정하게 된다. 이때, 복수의 제1 조정부(미도시)는 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 조정할 수 있고, 제2 조정부(미도시)는 제2 가변캐패시터(140)를 각각 조정할 수 있다.
상기 전력값 설정부에 전력값을 ‘0’으로 설정할 수 있는데, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’이 되면, 고주파 전원으로부터의 모든 전력이 플라즈마 발생기기로 전달될 수 있다. 이러한 경우, 고주파 전원을 효율적으로 사용할 수 있게 된다. 한편, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’이 되려면, 입력부(110)에서의 임피던스가 50+0j Ω이 되어야 한다. 그리고 전력값 설정부에 미리 설정되는 전력값은 필요에 따라 변할 수 있고, 반사 전력을 정확히 ‘0’으로 맞추기 어렵기 때문에 설정되는 전력값이 ‘0’에 가깝게 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 할 수 있다.
이와 같이, 제어부는 전력값 설정부에 전력값을 설정하여 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 가변(또는 조정)함으로써 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 설정된 전력값이 되도록 할 수 있고, 플라즈마 발생기기와의 자동 매칭을 수행할 수 있다.
그리고 제어부는 목표로 하는 출력부(120)의 출력 전압값 또는 출력 전류값을 설정하는 출력값 설정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
출력값 설정부(미도시)는 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류가 원하는 값이 되도록 원하는 출력값을 미리 설정할 수 있다. 출력값 설정부에 원하는 출력값이 미리 설정되면, 상기 제어부는 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류가 상기 출력값 설정부에 미리 설정된 전압값 또는 전류값이 되도록 상기 복수의 제1 조정부를 통해 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 각각 조정할 수 있다. 고주파 전력은 출력부(120)를 통해 출력되어 플라즈마 발생기기의 플라즈마를 형성하는 전극에 전달되는데, 상기 전극에 전압이 걸려 플라즈마가 형성된다. 상기 플라즈마의 세기는 전압의 세기에 비례하는데, 출력부(120)의 출력 전압이 높을수록 플라즈마의 세기가 향상된다. 그리고 전압은 전류에 비례하기 때문에 출력부(120)의 출력 전류가 높을수록 출력부(120)의 출력 전압이 높아진다.
따라서, 출력 전압 또는 출력 전류가 최대가 되도록 출력값 설정부에 전압값 또는 전류값을 설정할 수 있고, 제어부는 각 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류가 최대가 되도록 상기 복수의 제1 조정부를 통해 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 각각 조정할 수 있다. 그러나 출력값 설정부에 설정하는 전압값 또는 전류값은 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 변경될 수 있으며, 제어부는 각 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류가 출력값 설정부에 설정된 전압값 또는 전류값이 되도록 상기 복수의 제1 조정부를 통해 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 각각 조정할 수 있다. 여기서, 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 모두 같은 값을 갖도록 동일하게 가변시킬 수 있다. 도 1을 예로 들어 설명하면, 복수의 출력부(121,122)와 각각 연결된 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)를 동일하게 가변시키면서 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 할 수 있다.
또한, 제어부는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 중 적어도 어느 하나의 제1 가변캐패시터(131 또는 132)에 대한 나머지 제1 가변캐패시터(132 또는 131)의 정전 용량의 오프셋값을 설정하는 오프셋 설정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류가 상이할 경우에 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 동일하게 만들 수 있고, 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 필요에 따라 서로 다른 값으로 조절할 수 있는데, 오프셋 설정부(미도시)는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 중 적어도 어느 하나의 제1 가변캐패시터(131 또는 132)에 대해 오프셋(offset)을 설정하여 나머지 제1 가변캐패시터(132 또는 131)의 정전 용량을 조절할 수 있으며, 이에 따라 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 조절할 수 있다. 이때, 오프셋값을 정전 용량값의 비율(± x %)로 입력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(120)가 두 개이고 출력부(120) 각각에 제1 가변캐패시터(130)가 연결되며 오프셋을 + 5 %로 입력하였을 경우에 하나의 제1 가변캐패시터(131)가 500 pF 가변캐패시터이고 어떤 순간의 정전 용량이 150 pF(30%)이면, 다른 하나의 제1 가변캐패시터(132)의 정전 용량은 175 pF(35%)가 된다. 이와 같이, 오프셋 설정부를 통해 어느 하나의 제1 가변캐패시터(131 또는 132)에 대한 나머지 제1 가변캐패시터(132 또는 131)의 정전 용량을 조정하여 간단하게 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 조절할 수 있다.
또한, 매칭을 수행하는 경우에 복수의 제1 가변캐패시터(130) 간에 오프셋을 설정하여 복수의 제1 가변캐패시터(130) 간에 일정한 비율을 유지한 상태로 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 조절함으로써, 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 필요에 따라 다르게 하는 경우에도 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 모두 동일하게 하는 경우와 마찬가지로 쉽고 빠르게 매칭을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 필요에 따라 다르게 하여 각 플라즈마 발생기기의 플라즈마 세기를 다르게 구성할 수 있으면서 이러한 경우에도 쉽고 빠르게 매칭을 수행할 수 있다.
그리고 제어부는 입력부(110)의 전압과 전류의 위상을 측정하여 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수 있다. 입력부(110)의 전압과 전류의 위상차를 보고 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력의 크기를 알 수 있는데, 예를 들어 입력부(110)의 전압과 전류의 위상차가 ‘0’이 되면, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’이 된다. 이를 통해 입력부(110)의 전압과 전류의 위상을 측정하여 입력부(110)의 전압과 전류의 위상차를 파악하고 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정하여 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 할 수 있다.
한편, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 조절하는 경우에는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 동시에 조절할 수 있다. 이때, 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 모두 동일한 값으로 조절할 수 있다. 그리고 입력부(110)에서의 전압, 전류 및 위상을 실시간으로 측정하여 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조절할 수 있는데, 입력부(110)에서의 전압, 전류 및 위상을 비교하여 전압, 전류 및 위상의 측정값에 따라 복수의 제1 가변캐패시터(130) 및/또는 제2 가변캐패시터(140)가 정해진 값을 갖도록 가변될 수 있다. 여기서, 정해진 값은 실험을 통해 사전에 미리 저장된 값(예를 들어, 룩업테이블)일 수 있다.
그리고 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 조절한 후에 각 출력부(120) 간의 전압값 및/또는 전류값이 상이할 경우에는 모든 출력부(120)의 전압값 및 전류값이 동일하도록 복수의 출력부(120)에 각각 연결된 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 조정할 수 있다. 또한, 각 출력부(120)의 전압값 또는 전류값이 원하는 비율이 되도록 하여 각 출력부(120) 간에 전압값 또는 전류값이 서로 다르도록 조절할 수도 있다. 이와 같이, 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 각각 하나의 출력부(120)와 관계되므로, 간단하게 각 출력부(120)의 전압값 또는 전류값을 조절할 수 있다. 한편, 필요에 따라 출력부(120)를 조정하여 출력부(120)의 전압값 및/또는 전류값을 조절할 수도 있다.
본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 입력부(110)에 전기적으로 연결되어 전압, 전류, 전압과 전류의 위상 및 상기 고주파 전원으로의 반사 전력 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제1 센서(150)를 더 포함할 수 있다.
제1 센서(150)는 입력부(110)에 전기적으로 연결될 수 있는데, 제2 가변캐패시터(140)가 직렬로 연결되는 경우에는 입력부(110)와 제2 가변캐패시터(140)의 사이에 위치할 수 있고, 제2 가변캐패시터(140)가 분로되어 병렬로 연결되는 경우에 제2 가변캐패시터(140)가 분로되는 분로점(31)과 입력부(110) 사이에 위치할 수 있다.
그리고 제1 센서(150)는 전압, 전류, 전압과 전류의 위상 및 상기 고주파 전원으로의 반사 전력 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있는데, 그 위치에서의 전압, 전류 및 위상을 측정할 수 있고, 입력부(110)에 위치하여 입력부(110)의 입력 전압, 입력 전류, 입력 전압과 입력 전류의 위상 및 상기 고주파 전원으로의 반사 전력 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다. 제1 센서(150)에서 계측되는 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 확인하면서 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수 있다. 여기서, 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력은 제1 센서(150)로 제1 센서(150) 위치의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상(즉, 입력부에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상)을 측정하여 계산함으로써 반사 전력을 계측할 수 있고, 전압과 전류의 위상차가 ‘0’일 경우에 반사 전력이 없다고 판단할 수 있다. 또한, 제1 센서(150)는 고주파 전원의 전력값과 입력부(110)의 입력 전력의 차로 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 구할 수도 있다.
이에 쉽게 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 측정하여 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정함으로써 각 출력부(120)에 연결된 플라즈마 발생기기의 임피던스 매칭을 시킬 수 있다. 여기서, 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)의 조정은 수동으로 조정할 수도 있고, 상기 제어부(미도시)를 이용하여 자동으로 조정하여 각 출력부(120)에 연결된 플라즈마 발생기기의 임피던스 매칭을 시킬 수도 있다.
본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 복수의 출력부(120)에 각각 전기적으로 연결되어 복수의 출력부(120) 각각의 출력 전압 또는 출력 전류를 측정하는 복수의 제2 센서(160)를 더 포함할 수 있다.
복수의 제2 센서(160)는 복수의 출력부(120)에 각각 전기적으로 연결될 수 있는데, 복수의 제1 가변캐패시터(130)와 복수의 출력부(120) 사이에 각각 위치할 수 있다. 그리고 복수의 제2 센서(160)는 각 출력부(120)의 전기적 특성의 차이를 비교할 수 있는데, 복수의 출력부(120) 각각의 출력 전압 또는 출력 전류를 측정할 수 있다. 플라즈마 발생기기에서 플라즈마를 형성하는 전극에 전압이 걸려 플라즈마가 형성되는데, 플라즈마의 세기는 전압의 세기에 비례하기 때문에 출력부(120)의 출력 전압을 높여 플라즈마의 세기를 향상시킬 수 있도록 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 ‘0’으로 만들어 출력부(120)의 출력 전압을 최대가 되도록 할 수 있다. 이때, 전압은 전류에 비례하기 때문에 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’이 되면, 출력부(120)의 출력 전류도 최대가 된다. 이에 따라 각 출력부(120)의 출력 전압 및/또는 출력 전류가 최대가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130)를 각각 조정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 ‘0’으로 만들 수 있는데, 복수의 제2 센서(160)를 통해 각 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류를 확인하면서 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수 있다. 이때, 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 일정한 비율(예를 들어, 1:1 또는 오프셋 반영 비율)을 유지하며 가변될 수 있다. 또한, 각각의 제2 센서(160)를 통해 측정된 값이 서로 다른 경우에 모든 출력부(120)의 출력 전압값 또는 출력 전류값을 동일하게 만들기 위해 오프셋을 적용할 수 있도록 할 수 있다. 이때도 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 수동으로 조정할 수도 있고, 상기 제어부(미도시)를 이용하여 자동으로 조정할 수도 있다.
이와 같이, 제1 센서(150)를 통해 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 확인하면서 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수 있고, 복수의 제2 센서(160)를 통해 각 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류를 확인하면서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 ‘0’으로 만들기 위해 각 출력부(120)의 출력 전압 또는 출력 전류가 최대가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 제2 가변캐패시터(140)를 조정할 수도 있다. 이에 간단하게 각 출력부(120)에 연결된 플라즈마 발생기기의 임피던스 매칭을 시킬 수 있다.
한편, 매칭이 되면, 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’인 상태가 되어 출력부(120)의 전압이 최대가 된다. 이 상태에서는 입력 전력을 높이지 않는 한 복수의 제1 가변캐패시터(130)을 조절하더라도 전체적인 출력 전압은 높아지지 않고, 복수의 제1 가변캐패시터(130)을 조절하면 각 출력부(120)의 출력 비율만 조절되게 된다. 예를 들어, 2개의 출력부(120)을 사용하는 경우에 100W의 전력을 입력하면, 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’으로 매칭이 되었을 때에 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 동일한 값을 가진다면 각 출력부(120)에서는 50W씩 출력될 수 있다. 이때, 두 개의 출력을 변경하기 위해 임의로 어느 하나의 제1 가변캐패시터(132)를 조절하면 매칭이 틀어지게 되어 복수의 제1 가변캐패시터(130)는 모두 전압이 떨어지게 되는데, 임피던스 매칭은 복수의 제1 가변캐패시터(130)와 제2 가변캐패시터(140) 모두 관계가 있기 때문이다. 이에 매칭을 위해 제1 센서(150)에서의 전압과 전류의 위상차가 ‘0’이 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 및/또는 제2 가변캐패시터(140)를 조절하여 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 모두 같은 값을 갖도록 조절함으로써 매칭을 잡은 후에 원하는 출력으로 조절하기 위해서는 각각의 제1 가변캐패시터(130)에 오프셋을 주어서 움직일 수 있다. 여기서, 오프셋은 복수의 제1 가변캐패시터(130)의 오프셋이며, 가변캐패시터의 값은 총 정전 용량값에서 % 값으로 나타낼 수 있는데, 매칭네트워크 및/또는 전력분배기에서 정전 용량값은 일반적으로 %로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 500 pF의 가변캐패시터에서 30%라면, 현재 정전 용량값이 150 pF 이라는 것이다. 출력 비율을 원하는 값으로 맞추기 위해서 각각의 제1 가변캐패시터(130)는 오프셋을 유지하고 매칭을 수행하는 동안에 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 0이 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(130) 및/또는 제2 가변캐패시터(140)를 계속 움직여야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치의 제1 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 입력부(110)와 분배점(21) 사이에 연결되는 제1 인덕터(171) 또는 제1 캐패시터(171´)를 더 포함할 수 있다. 제1 인덕터(171) 또는 제1 캐패시터(171´)는 입력부(110)와 분배점(21) 사이에 연결될 수 있는데, 예를 들어 제2 가변캐패시터(140)가 직렬로 연결되는 경우에는 제2 가변캐패시터(140)와 분배점(21) 사이에 연결될 수 있고, 제2 가변캐패시터(140)가 회로에서 분로되어 연결되는 경우에는 제2 가변캐패시터(140)가 분로되는 분로점(31)과 분배점(21) 사이에 연결될 수 있으며, 회로에 직렬로 연결되거나 회로에서 분로되어 연결될 수 있다. 또한, 제1 인덕터(171) 또는 제1 캐패시터(171´)는 제2 가변캐패시터(140) 또는 제2 가변캐패시터(140)가 분로되는 분로점(31)의 전단과 후단 중 필요에 따라 알맞게 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 매칭 영역(Matching range)을 이동(또는 변경)할 수 있다. 이와 같이 매칭 영역이 변경되어 매칭 이동이 제한되면, 매칭을 위해 넓은 영역을 이동할 필요없이 작은 범위 내에서 임피던스가 50+0j Ω인 점으로 이동하여 매칭시킬 수 있다.
그리고 제1 인덕터(171) 또는 제1 캐패시터(171´)는 복수일 수도 있고, 제1 인덕터(171)와 제1 캐패시터(171´)가 함께 사용될 수도 있는데, 각각의 제1 인덕터(171) 또는 제1 캐패시터(171´)는 모두 동일하게 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있고, 서로 상이하게 직렬 또는 병렬 중 선택되어 연결될 수도 있다. 여기서, 인덕터 또는 캐패시터(종류), 직렬 또는 병렬(연결 방식), 및 단수 또는 복수(개수)는 필요에 따라 정해질 수 있다.
한편, 제1 인덕터(171)는 고정 인덕터일 수도 있고, 가변 인턱터일 수도 있으며, 제1 캐패시터(171´)는 고정 캐패시터일 수도 있고, 가변 캐패시터일 수도 있다. 도 2와 같이 제2 가변캐패시터(140)가 병렬로 연결된 분로점(31)과 분배점(21) 사이에 제1 인덕터(171)가 직렬로 연결되면, 매칭 시스템의 유형이 L-형(L-Match)으로 변경되어 매칭 영역이 이동될 수 있다. 또한, 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 복수의 출력부(120)와 직렬로 각각 연결되고, 제2 가변캐패시터(140)가 입력부(110)와 분배점(21) 사이의 회로에서 분로되어 배치되면, 분로점(31)과 분배점(21) 사이에 고정 인덕터(즉, 제1 인덕터)를 직렬로 연결하여 추가하는 간단한 구성으로 매칭 시스템의 유형을 L-형으로 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 임피던스 매칭을 설명하는 스미스 차트이고, 제1 센서(150)에서 출력부(120) 방향을 바라본 임피던스 매칭 개념이다.
도 3을 참조하면, 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)와 제2 가변캐패시터(140)의 가변을 통해 임피던스를 매칭할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 도 3의 스미스 차트에서 중앙점이 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 ‘0’이 되고 입력부(110)에서의 고주파 전력의 위상이 ‘0’이 되는 점인데, 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)와 제2 가변캐패시터(140)의 가변을 통해 이 점(또는 중앙점)으로 임피던스를 이동시킬 수 있다. 한편, 제2 가변캐패시터(140)가 병렬로 연결된 분로점(31)과 분배점(21) 사이에 직렬로 연결된 제1 인덕터(171)는 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)와는 반대 방향으로 임피던스를 이동시킨다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치의 제2 변형예를 나타내는 회로도로, 도 4(a)는 기본 구성에서 출력부의 개수만 늘어난 그림이고, 도 4(b)는 직렬 및 병렬의 인덕터가 추가된 구성에서 출력부의 개수가 4개인 그림이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 복수의 출력부(120)의 수량을 2개 이상으로 자유롭게 조절할 수 있다. 본 발명에서는 제1 가변캐패시터(133,134)를 병렬로 추가하는 구성으로 간단하게 복수의 출력부(120)의 수량을 조절할 수 있다. 제1 가변캐패시터(133,134)를 병렬로 추가하기만 하면, 출력부(123,124)를 추가할 수 있을 뿐만 아니라 자동 매칭 기능을 수행할 수 있기 때문에 복수의 출력부(120)의 수량을 자유롭게 조절할 수 있다.
본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 복수의 출력부(120)와 분배점(21) 사이에 각각 연결되는 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)를 더 포함할 수 있다. 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)는 복수의 출력부(120)와 분배점(21) 사이에 각각 연결될 수 있는데, 예를 들어 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 직렬로 연결되는 경우에는 각각의 제1 가변캐패시터(130)와 출력부(120) 사이에 연결되거나 분배점(21)과 각각의 제1 가변캐패시터(130) 사이에 연결될 수 있고, 복수의 제1 가변캐패시터(130)가 회로에서 분로되어 연결되는 경우에는 각각의 제1 가변캐패시터(130)가 분로되는 복수의 분로점(미도시)과 출력부(120) 사이에 각각 연결되거나 분배점(21)과 상기 복수의 분로점(미도시) 사이에 각각 연결될 수 있으며, 회로에 직렬로 연결되거나 회로에서 분로되어 연결될 수 있다. 또한, 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)는 복수의 제1 가변캐패시터(130) 또는 각각의 제1 가변캐패시터(130)가 분로되는 상기 복수의 분로점의 전단과 후단 중 필요에 따라 알맞게 연결될 수도 있다. 이를 통해 매칭 유형이 변경될 수 있다.
그리고 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)는 복수일 수도 있고, 제2 인덕터(173 또는 174)와 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)가 함께 사용될 수도 있는데, 각각의 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)는 모두 동일하게 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있고, 서로 상이하게 직렬 또는 병렬 중 선택되어 연결될 수도 있다. 여기서, 인덕터 또는 캐패시터(종류), 직렬 또는 병렬(연결 방식), 및 단수 또는 복수(개수)는 필요에 따라 정해질 수 있다.
예를 들어, 도 4(b)와 같이 하나의 제2 인덕터(173)는 제1 가변캐패시터(130)와 출력부(120) 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 다른 하나의 제2 인덕터(174)가 상기 제2 인덕터(173)와 출력부(120) 사이에서 분로되어 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제2 인덕터(173 또는 174)는 복수의 제1 가변캐패시터와 직렬 또는 병렬로 각각 연결되게 된다. 이와 같이, 제1 가변캐패시터(130)에 직렬 또는 병렬로 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)를 추가할 수 있는데, 제2 인덕터(173 또는 174) 또는 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)를 직렬과 병렬로 모두 연결할 수도 있고, 직렬과 병렬 중 어느 하나로만 연결할 수도 있다. 이를 통해 매칭 영역을 변경할 수 있는데, 각 제1 가변캐패시터(130)에 인덕터 또는 캐패시터가 직렬 또는 병렬로 추가(또는 연결)되면, 도 3의 131 & 132(제1 가변캐패시터) 이동 방향에 영향을 주게 되고, 이로 인해 매칭 영역이 각 특성에 따라 제한되게 된다.
한편, 제2 인덕터(173 또는 174)는 고정 인덕터일 수도 있고, 가변 인턱터일 수도 있으며, 제2 캐패시터(173´ 또는 174´)는 고정 캐패시터일 수도 있고, 가변 캐패시터일 수도 있다. 그리고 각 제1 가변캐패시터(130) 모두에 동일하게 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가할 수도 있고, 복수의 제1 가변캐패시터(130) 중 일부에만 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가할 수도 있는데, 필요에 따라 인덕터 또는 캐패시터의 추가를 조절할 수 있다.
본 발명의 고주파 전원 공급장치(100)는 제2 가변캐패시터(140)와 연결되는 제3 인덕터(172) 또는 제3 캐패시터(172´)를 더 포함할 수 있다. 제3 인덕터(172) 또는 제3 캐패시터(172´)는 제2 가변캐패시터(140)와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는데, 제2 가변캐패시터(140)가 직렬로 연결된 경우에는 입력부(110)와 제2 가변캐패시터(140) 사이에만 제2 가변캐패시터(140)와 병렬로 연결될 수 있고, 제2 가변캐패시터(140)가 회로에서 분로되어 연결되는 경우에는 제2 가변캐패시터(140)가 분로되는 분로점(31)과 제2 가변캐패시터(140) 사이에만 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 제3 인덕터(172) 또는 제3 캐패시터(172´)는 제2 가변캐패시터(140) 또는 분로점(31)의 전단과 후단 중 필요에 따라 알맞게 직렬로 연결될 수도 있다.
제2 가변캐패시터(140)에 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가할 수 있는데, 이에 따라 매칭 영역을 변경할 수 있다. 제2 가변캐패시터(140)에 인덕터 또는 캐패시터가 직렬 또는 병렬로 추가(또는 연결)되면, 도 3의 140(제2 가변캐패시터) 이동 방향에 영향을 주게 되고, 이로 인해 매칭 영역이 각 특성에 따라 제한되게 된다. 이렇게 제2 가변캐패시터(140)에 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가하여 각 제1 가변캐패시터(130)에 연결되는 인덕터 또는 캐패시터와는 다른 형태로 매칭 영역을 변경할 수 있다.
한편, 제3 인덕터(172)는 고정 인덕터일 수도 있고, 가변 인턱터일 수도 있으며, 제3 캐패시터(172´)는 고정 캐패시터일 수도 있고, 가변 캐패시터일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치에서 매칭 시스템에 따른 매칭 영역의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
기본적인 매칭 시스템의 유형은 도 5와 같이 4가지 유형이 있는데, L-형(L-Match), T-형(T-Match), π-형(π-Match) 및 N-형(N-Match)으로 구분될 수 있다. 도 2는 L-형의 변형 구조이며, 지금까지 L-형을 중심으로 설명하였다.
도 5를 참조하면, 복수의 제1 가변캐패시터(130)에 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가하는 구성 또는 제2 가변캐패시터(140)에 직렬 또는 병렬로 인덕터 또는 캐패시터를 추가하는 구성으로 매칭 시스템의 유형을 L-형 이외에도 T-형, π-형, N-형 등의 여러 유형으로 변경할 수 있다. 이에 매칭 영역을 필요에 따라 변경하여 매칭 이동을 제한함으로써, 매칭을 위해 넓은 영역을 이동할 필요없이 필요에 따라 작은 범위 내에서 이동하여 매칭시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 발생기기에 따라 알맞은 매칭 시스템을 구축할 수 있다.
한편, 점선 부분을 병렬로 중복하여 배치하면, 매칭 시스템의 유형이 변하여도 출력부(120)의 수량을 자유롭게 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치(100)를 이용한 출력부(120)에 연결된 플라즈마 발생기기의 임피던스 매칭방법을 살펴보면, 다음과 같을 수 있다.
먼저, 입력부(110)에서의 입력 전압, 입력 전류 및 위상을 확인하면서 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)와 제2 가변캐패시터(140)를 가변하여 조절한다. 이때, 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)는 모두 동일한 값을 갖도록 동일하게 가변한다.
여기서, 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류가 상이할 경우에는 적어도 어느 하나의 출력부(121)에 대한 나머지 출력부(122)의 출력 전압 및 출력 전류를 그 출력부(122)에 연결된 제1 가변캐패시터(132)를 가변하여 모든 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 동일하게 만들 수 있다. 상기 제어부(미도시)를 사용하는 경우에는 오프셋(offset)을 ± x %로 입력하여 적어도 어느 하나의 출력부(121)와 연결된 제1 가변캐패시터(131)에 대해 나머지 출력부(122)와 연결된 제1 가변캐패시터(132)를 가변할 수 있다. 예를 들어, 오프셋을 + 5 %로 입력하였을 경우에 적어도 어느 하나의 출력부(121)와 연결된 제1 가변캐패시터(131)가 33 %이면, 나머지 출력부(122)와 연결된 제1 가변캐패시터(132)는 38 %가 된다. 그리고 가변캐패시터의 값은 최대값의 %로 결정하는데, 예를 들어 최대값이 500 pF인 경우에 30 %이면 150 pF가 된다.
또한, 각 출력부(120)의 출력 전압 및 출력 전류를 서로 다른 값으로 조절하기 위한 경우에도 적어도 어느 하나의 출력부(121)에 대한 나머지 출력부(122)의 출력 전압 및 출력 전류가 원하는 비율이 되도록 나머지 출력부(122)의 오프셋을 입력하여 조절할 수 있다.
한편, 제2 가변캐패시터(140)만으로 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 최소가 되도록 조절할 수 있는데, 이러한 경우에 제2 가변캐패시터(140)와 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)가 각각 하나의 변수에 의존하므로 고속 매칭이 가능하게 된다. 여기서, 제2 가변캐패시터(140)는 입력부(110)에서 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값에 의존하고, 복수의 제1 가변캐패시터(131,132)는 각각이 연결된 출력부(121,122)의 출력 전압값 또는 출력 전류값에 각각 의존한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 개략도이다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치(100); 상기 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부에 연결되어 상기 입력부에 고주파 전력을 입력하는 고주파 전원(200); 및 상기 고주파 전원 공급장치(100)의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극(미도시)을 포함할 수 있다.
고주파 전원 공급장치(100)는 매칭네트워크(Matcher)와 전력분배기(Power divider)의 중복되는 소자를 생략하고 각 플라즈마 소스의 매칭을 자동으로 수행하는 전력분배기로서, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치(100)일 수 있다.
고주파 전원(200)은 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부에 연결될 수 있고, 상기 입력부에 고주파 전력을 입력할 수 있다. 이렇게 상기 입력부를 통해 고주파 전원 공급장치(100)로 공급된 고주파 전력은 고주파 전원 공급장치(100)에서 매칭되어 분배될 수 있다.
복수의 전극(미도시)은 고주파 전원 공급장치(100)의 출력부에 연결될 수 있고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 이때, 고주파 전력은 각 전극의 임피던스에 따라 고주파 전원 공급장치(100)에서 매칭되어 분배될 수 있고, 각 전극의 출력 전압 또는 출력 전류가 다르게 분배될 수도 있다.
본 발명의 기판 처리장치는 상기 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판(10) 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 증착원(300)을 더 포함할 수 있다. 이때, 복수의 증착원(300)에 상기 복수의 전극이 각각 제공될 수 있다.
일반적으로 다수의 증착원에 플라즈마를 형성하기 위해서는 다수의 고주파 전원(200)과 다수의 매칭네트워크가 필요하다. 또한, 고주파 전원(200)과 매칭네트워크의 수를 줄이기 위해 전력분배기를 사용하게 되면, 매칭이 어려워지거나 자동 매칭을 위한 전력분배기의 제조 단가가 상승하게 된다. 이로 인해 종래에는 다수의 증착원에 플라즈마를 형성하기 위해 다수의 고주파 전원(200)과 다수의 매칭네트워크를 사용하거나 제조 단가가 높은 전력분배기를 사용하여 기판 처리장치의 제조 단가가 상승하는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에서는 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자를 생략하고 각 플라즈마 소스의 매칭을 자동으로 수행하는 고주파 전원 공급장치(100)를 사용하여 적은 수(예를 들어, 하나)의 고주파 전원(200)으로 각 증착원(310 또는 320)에 알맞게 매칭하여 고주파 전력을 분배할 수 있으므로, 종래에 다수의 증착원에 플라즈마를 형성하기 위해 필요하였던 다수의 고주파 전원(200)과 매칭네트워크의 수량을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 고주파 전원 공급장치(100)는 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자를 생략하고 각 플라즈마 소스의 매칭을 자동으로 수행하는 전력분배기로서, 종래에 매칭네트워크와 함께 사용하던 자동 전력분배기보다 저렴하여 기판 처리장치의 제조 단가를 절감할 수 있다.
한편, 복수의 증착원(300)은 플라즈마 소스의 공급 방식이 서로 다른 복수의 증착원(310,320)일 수 있는데, 이러한 경우(예를 들어, 봉지막을 형성하는 경우)에는 플라즈마 소스의 공급 방식(예를 들어, PEALD, PECVD 등)에 따라 임피던스의 차이가 많이 날 수 있으므로, 비슷한 임피던스를 갖는 플라즈마 소스 공급 방식의 증착원(300)들끼리 같은 고주파 전원 공급장치(100)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 임피던스의 차이가 많이 나는 두 종류의 플라즈마 소스의 공급 방식을 사용하는 경우에는 두 개의 고주파 전원 공급장치(100)를 사용할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 임피던스가 비슷한 플라즈마 소스의 공급 방식이 연속되는 그룹별로 하나의 고주파 전원 공급장치(100)를 사용하도록 할 수도 있다.
상기 고주파 전원 공급장치(100)는 상기 복수의 전극 각각에 독립적인 출력 전압 또는 출력 전류를 제공할 수 있다. 각 전극에 각각 원하는 출력 전압 또는 출력 전류를 제공할 수 있으므로, 증착원(300)의 종류 또는 위치에 따라 알맞은 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 기판(10)에 박막 증착공정을 수행하는 경우에 증착 박막의 형성 조건에 따라 각 증착원(300)에 알맞은 플라즈마를 형성할 수도 있다.
그리고 고주파 전원 공급장치(100)의 제어부는 고주파 전원(200)의 출력부 혹은 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부(110)에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상을 측정하여 계산함으로써 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측할 수 있다. 고주파 전원 공급장치(100)를 통한 복수의 증착원(300)의 매칭을 위해서는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 확인하여야 하는데, 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부(110)에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상을 측정하여 계산함으로써 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 구할 수 있다. 이러한 방법으로 쉽게 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측하여 간단하게 고주파 전원 공급장치(100)를 통한 복수의 증착원(300)의 매칭을 수행할 수 있다. 따라서, 다수의 플라즈마 소스를 사용하여도 각 플라즈마 소스에 따라 복수의 증착원(300)이 매칭되어 전력이 분배됨으로써, 공정조건에 따라 효과적으로 기판 처리공정을 수행할 수 있다.
한편, 고주파 전원(200)의 전력값과 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부의 입력 전력값을 비교하여 고주파 전원(200)의 전력값과 고주파 전원 공급장치(100)의 입력부의 입력 전력값의 차로 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전원 공급장치 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원; 상기 고주파 전원과 연결되어 고주파 전력이 입력되고, 상기 고주파 전원으로부터 입력된 고주파 전력이 분배되도록 병렬로 연결된 복수의 제1 가변캐패시터와, 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점의 전단에 연결되는 제2 가변캐패시터를 포함하는 고주파 전원 공급장치; 상기 고주파 전원 공급장치의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극; 및 제1 방향으로 서로 나란히 배치되고, 각각에 제공된 상기 복수의 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 선형 증착원을 포함하고, 상기 고주파 전원 공급장치는 상기 고주파 전력이 입력되는 입력부에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상을 측정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측하고, 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 최소화시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자를 생략하여 복수의 제1 가변캐패시터와 제2 가변캐패시터만을 사용할 수 있고, 제어부를 통해 각 플라즈마 소스의 매칭을 자동으로 수행할 수 있는 고주파 전원 공급장치를 사용하는데, 적은 수(예를 들어, 하나)의 고주파 전원으로 각 선형 증착원에 알맞게 매칭하여 고주파 전력을 분배할 수 있으므로, 종래에 다수의 선형 증착원에 플라즈마를 형성하기 위해 필요하였던 다수의 고주파 전원과 매칭네트워크의 수량을 대폭 줄일 수 있다.
상기 기판이 지지되는 기판 지지부; 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 기판 지지부를 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
구동부를 통해 기판이 지지되는 기판 지지부를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방햐으로 이동시켜 상기 기판이 상기 복수의 선형 증착원에 대향하면서 이동할 수 있도록 할 수 있고, 이에 따라 상기 기판의 전체 영역을 균일하게 증착할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 종래의 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자를 생략하여 전력분배기에 매칭네트워크를 일체화시킴으로써, 하나의 장치로 각 플라즈마 발생기기의 매칭과 전력분배를 자동으로 수행할 수 있다. 이에 종래보다 고주파발생기 및 매칭네트워크의 수량을 대폭 줄일 수 있고, 매칭네트워크와 전력분배기의 중복되는 소자가 생략되어 공정장비의 제조 단가를 절감할 수 있으며, 각 플라즈마 발생기기마다 매칭되어 전력이 분배될 수 있기 때문에 공정 안정화를 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 제1 가변캐패시터를 병렬로 추가하는 간단한 구조로 출력부의 수량을 자유롭게 조절할 수 있고, 각 출력부에 연결된 제1 가변캐패시터를 통해 각 출력부의 출력 전압 또는 출력 전류도 자유롭게 조절할 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 다수의 플라즈마 소스를 사용하여도 각 플라즈마 소스에 따라 플라즈마 발생기기가 매칭되어 전력이 분배됨으로써, 공정조건에 따라 효과적으로 기판 처리공정을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 기판 21 : 분배점
31 : 분로점 100 : 고주파 전원 공급장치
110 : 입력부 120 : 출력부
130 : 제1 가변캐패시터 140 : 제2 가변캐패시터
150 : 제1 센서 160 : 제2 센서
171 : 제1 인덕터 172 : 제3 인덕터
173 : 제2 인덕터(직렬) 174 : 제2 인덕터(병렬)
200 : 고주파 전원 300 : 복수의 증착원
310 : PEALD 증착원 320 : PECVD 증착원

Claims (18)

  1. 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 입력되는 입력부;
    상기 입력부로 입력된 고주파 전력이 분배되어 출력되는 복수의 출력부;
    상기 고주파 전력이 분배되는 분배점과 상기 복수의 출력부 사이에 각각 연결되는 복수의 제1 가변캐패시터;
    상기 입력부와 상기 분배점 사이에 연결되는 제2 가변캐패시터; 및
    상기 고주파 전원으로의 반사 전력이 미리 설정된 전력값이 되도록 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    목표로 하는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값을 설정하는 전력값 설정부;
    상기 복수의 제1 가변캐패시터를 조정하는 복수의 제1 조정부;
    상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 제2 조정부; 및
    상기 복수의 제1 가변캐패시터 중 적어도 어느 하나의 제1 가변캐패시터에 대한 나머지 제1 가변캐패시터의 정전 용량의 오프셋값을 설정하는 오프셋 설정부를 포함하며,
    상기 오프셋값이 유지된 상태로 상기 복수의 제1 가변캐패시터를 조정하는 고주파 전원 공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1 가변캐패시터는 상기 복수의 출력부와 직렬로 각각 연결되고,
    상기 제2 가변캐패시터는 상기 입력부와 상기 분배점 사이의 회로에서 분로되어 배치되는 고주파 전원 공급장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 목표로 하는 상기 출력부의 출력 전압값 또는 출력 전류값을 설정하는 출력값 설정부를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 출력부의 출력 전압 또는 출력 전류가 상기 출력값 설정부에 미리 설정된 전압값 또는 전류값이 되도록 상기 복수의 제1 조정부를 통해 상기 복수의 제1 가변캐패시터를 각각 조정하는 고주파 전원 공급장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 입력부의 전압과 전류의 위상을 측정하여 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 고주파 전원 공급장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부에 전기적으로 연결되어 전압, 전류, 전압과 전류의 위상 및 상기 고주파 전원으로의 반사 전력 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제1 센서를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 출력부에 각각 전기적으로 연결되어 상기 복수의 출력부 각각의 출력 전압 또는 출력 전류를 측정하는 복수의 제2 센서를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부와 상기 분배점 사이에 연결되는 제1 인덕터 또는 제1 캐패시터를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 출력부와 상기 분배점 사이에 각각 연결되는 제2 인덕터 또는 제2 캐패시터를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가변캐패시터와 연결되는 제3 인덕터 또는 제3 캐패시터를 더 포함하는 고주파 전원 공급장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 2, 청구항 5 내지 청구항 6, 및 청구항 8 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 고주파 전원 공급장치;
    상기 고주파 전원 공급장치의 입력부에 연결되어 상기 입력부에 고주파 전력을 입력하는 고주파 전원; 및
    상기 고주파 전원 공급장치의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극을 포함하는 기판 처리장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수의 전극이 각각 제공되고, 상기 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 증착원을 더 포함하는 기판 처리장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 고주파 전원 공급장치는 상기 복수의 전극 각각에 독립적인 출력 전압 또는 출력 전류를 제공하는 기판 처리장치.
  17. 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원;
    상기 고주파 전원과 연결되어 고주파 전력이 입력되고, 상기 고주파 전원으로부터 입력된 고주파 전력이 분배되도록 병렬로 연결된 복수의 제1 가변캐패시터와, 상기 고주파 전력이 분배되는 분배점의 전단에 연결되는 제2 가변캐패시터를 포함하는 고주파 전원 공급장치;
    상기 고주파 전원 공급장치의 복수의 출력부에 연결되고, 상기 출력부에서 출력되는 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 전극; 및
    제1 방향으로 서로 나란히 배치되고, 각각에 제공된 상기 복수의 전극에 의해 형성된 플라즈마를 이용하여 기판 상에 플라즈마 소스를 공급하는 복수의 선형 증착원을 포함하고,
    상기 고주파 전원 공급장치는 상기 고주파 전력이 입력되는 입력부에서의 전압, 전류 및 전압과 전류의 위상을 측정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 계측하고, 상기 복수의 제1 가변캐패시터 또는 상기 제2 가변캐패시터를 조정하여 상기 고주파 전원으로의 반사 전력을 최소화시키는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    목표로 하는 상기 고주파 전원으로의 반사 전력값을 설정하는 전력값 설정부;
    상기 복수의 제1 가변캐패시터를 조정하는 복수의 제1 조정부;
    상기 제2 가변캐패시터를 조정하는 제2 조정부; 및
    상기 복수의 제1 가변캐패시터 중 적어도 어느 하나의 제1 가변캐패시터에 대한 나머지 제1 가변캐패시터의 정전 용량의 오프셋값을 설정하는 오프셋 설정부를 포함하고,
    상기 오프셋값이 유지된 상태로 상기 복수의 제1 가변캐패시터를 조정하는 기판 처리장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 기판이 지지되는 기판 지지부; 및
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 기판 지지부를 이동시키는 구동부를 더 포함하는 기판 처리장치.
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