KR102143178B1

KR102143178B1 - 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치 및 그의 제어 방법

Info

Publication number: KR102143178B1
Application number: KR1020180135556A
Authority: KR
Inventors: 유승희; 김영철; 김종운
Original assignee: 주식회사 뉴파워 프라즈마
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-08-10
Also published as: KR20200052531A

Abstract

본 발명에 따른 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치는, 3상 전압을 직류 전압으로 정류하도록 구성된 정류기; 전압 제어 신호에 제어되어 상기 정류기로부터 출력되는 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하도록 구성된 DC/DC 컨버터; 상기 제2 직류 전압을 평활화하도록 구성된 평활부; 제1 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 고주파 전력 증폭기; 제2 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 고주파 전력 증폭기; 상기 제1 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 결합용 변압기; 상기 제2 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 결합용 변압기; 상기 유도된 제1 고주파 신호로부터 제1 공진 신호를 출력하는 제1 공진기; 상기 유도된 제2 고주파 신호로부터 제2 공진 신호를 출력하는 제2 공진기; 상기 제1 공진 신호와 상기 제2 공진 신호를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력하는 컴바이너; 상기 컴바이너와 상기 RF 부하 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와 상기 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 전압 제어 신호, 제1 증폭 제어 신호 및 제2 증폭 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치 및 그의 제어 방법{PLASMA POWER APPARATUS WITH RAPID RESPONSE TO LOAD VARIATIONS AND ITS CONTROL METHOD}

본 발명은 플라즈마 파워 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하 변동에 빠르게 응답할 수 있는 플라즈마 파워 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.

플라스마 에칭(plasma etching)은 반도체 제조 공정에서 빈번히 사용된다. 플라스마 에칭에서, 이온은 기판 상에 노출된 표면을 에칭하기 위하여 전계(electric field)에 의해 가속된다. 전계는 고주파 전력 시스템의 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 전력 신호들에 따라 발생된다. 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 전력 신호들은 플라스마 에칭을 효율적으로 실행하도록 정밀하게 제어된다.

고주파 전력 시스템은 고주파 발생기, 매칭 네트워크(matching network), 및 플라스마 챔버와 같은 부하를 포함할 수 있다. 고주파 전력 신호는 집적회로(IC)들, 솔라 패널, 콤팩트 디스크(CD), 및/또는 DVD와 같은 다양한 부품들을 제조하기 위하여 부하를 구동하도록 사용된다. 부하는 광대역 미스매치 부하(broadband mismatched loads, 예를 들면, 미스매치 저항기 종단), 협대역 미스매치 부하(예를 들면, 2-소자 매칭 네트워크), 및 공진기 (resonator) 부하를 갖는 케이블들을 포함할 수 있다.

고주파 전력 신호는 공진 네트워크에 수신된다. 공진 네트워크는 공진 네트워크의 입력 임피던스를 고주파 발생기와 공진 네트워크 사이의 전송 라인의 특성 임피던스에 매칭한다. 임피던스 매칭은 플라스마 챔버를 향하여 순방향으로 공진 네트워크에 인가되는 공진 네트워크의 전력량("순방향 전력")을 최소화하는 데에 도움을 주며, 공진 네트워크로부터 고주파 발생기로 반사되는 전력량("역방향 전력")을 최소화하는 데에 도움을 준다. 임피던스 매칭은 공진 네트워크로부터 플라즈마 챔버로의 순방향 전력 출력을 최대화하는 데에 도움을 준다.

고주파 신호를 부하에 인가하는 데에는 다양한 방법이 있다. 일례에 따르면, 연속파(continuous wave) 신호를 부하에 적용하는 것이다. 연속파 신호는 일반적으로 고주파 전원장치에 의해 부하로 연속적으로 출력되는 정현파(sinusoidal wave)이다. 연속파 접근법에서, 고주파 신호는 정현파 출력을 추정하고, 정현파의 진폭 및/또는 주파수는 부하에 적용되는 출력 전력을 변경하기 위하여 다양할 수 있다. 또 다른 접근법은, 서로 다른 전위를 갖는 전압을 중첩함으로써 고주파 신호를 부하에 인가할 수 있다.

한국등록특허 10-1287598호 RF 전력발생기 및 그 작동방법

그런데, 연속파 접근법이나 전압 중첩법은 부하에 인가되는 전압 레벨을 제어하여 고주파 신호를 생성하므로 플라즈마 처리 챔버 내에서 연속적으로 다양하게 발생하는 부하 변동에 속응성 있게 대응하지 못한다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 전압 레벨 제어와 위상차 제어를 연속적이고도 교번적으로 수행함으로써 부하 변동에 빠르게 응답할 수 있는 플라즈마 파워 장치 및 그의 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전압 레벨 제어와 위상차 제어를 별도의 유닛을 통해 수행함으로써 제어의 용이성을 극대화할 수 있는 플라즈마 파워 장치 및 그의 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치는, 전압 제어 신호에 제어되어 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하도록 구성된 DC/DC 컨버터; 제1 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 고주파 전력 증폭기; 제2 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 고주파 전력 증폭기; 상기 제1 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 결합용 변압기; 상기 제2 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 결합용 변압기; 상기 유도된 제1 고주파 신호로부터 제1 공진 신호를 출력하는 제1 공진기; 상기 유도된 제2 고주파 신호로부터 제2 공진 신호를 출력하는 제2 공진기; 상기 제1 공진 신호와 상기 제2 공진 신호를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력하는 컴바이너; 상기 컴바이너와 상기 RF 부하 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와 상기 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 전압 제어 신호, 제1 증폭 제어 신호 및 제2 증폭 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.

바람직하게는, 상기 컴바이너는 3dB 커플러이고, 제1 입력 터미널에 상기 제1 공진 신호를, 제2 입력 터미널에 상기 제2 공진 신호를 각각 입력받고, 제1 출력 터미널에 상기 RF 부하를, 제2 출력 터미널에 종단 임피던스를 결합하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 RF 부하로 출력되는 상기 결합된 고주파 전력 신호의 전체 범위에서 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 변경하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 RF 부하로 출력되는 상기 결합된 고주파 전력 신호가 최소 전력값으로부터 최대 전력값에 도달하기까지 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 -90도 내지 90도 범위에서 반복적으로 오르내리도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 양(+)인 구간에서 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 전압 레벨이 소정의 동일 전압 레벨에 머물도록 상기 전압 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 음(-)인 구간에서 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 전압 레벨이 상승하도록 상기 전압 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 상기 DC/DC 컨버터에 인가되는 전압 제어 신호와 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기에 인가되는 제1 및 제2 증폭 제어 신호를 교번적으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치의 제어 방법은, DC/DC 컨버터가 전압 제어 신호에 제어되어 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하는 단계; 제1 고주파 전력 증폭기가 제1 증폭 제어 신호에 제어되어 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제1 고주파 신호를 출력하는 단계; 제2 고주파 전력 증폭기가 제2 증폭 제어 신호에 제어되어 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제2 고주파 신호를 출력하는 단계; 제1 결합용 변압기가 상기 제1 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제1 고주파 신호를 출력하는 단계; 제2 결합용 변압기가 상기 제2 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제2 고주파 신호를 출력하는 단계; 제1 공진기가 상기 유도된 제1 고주파 신호로부터 제1 공진 신호를 출력하는 단계; 제2 공진기가 상기 유도된 제2 고주파 신호로부터 제2 공진 신호를 출력하는 단계; 컴바이너가 상기 제1 공진 신호와 상기 제2 공진 신호를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력하는 단계; RF 센서가 상기 컴바이너와 상기 RF 부하 사이에 배치되어 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 단계; 및 컨트롤러가 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와 상기 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 전압 제어 신호, 제1 증폭 제어 신호 및 제2 증폭 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명의 플라즈마 파워 장치에 따르면, 전압 레벨 제어와 위상차 제어를 연속적이고도 교번적으로 수행함으로써 부하 변동에 빠르게 응답할 수 있고, 전압 레벨 제어와 위상차 제어를 별도의 유닛을 통해 수행함으로써 제어의 용이성을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 파워 장치의 전체 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너 회로도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전력 증폭부의 출력 전압 파형도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너의 부하 전력 그래프,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너 내 종단 저항의 전력 그래프,
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 출력 전압 그래프,
도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전력 증폭부의 위상차 그래프,
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴바이너 내 종단 저항의 전력 그래프, 및
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 전력 증폭부의 위상차 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 파워 장치의 전체 블록도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너 회로도, 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전력 증폭부의 출력 전압 파형도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 파워 장치는 EMI 필터(103), 정류기(105), DC/DC 컨버터(110), 보조 DC/DC 컨버터(115), 팬(120), 평활부(123), 고주파 전력 증폭부(125, 135), 결합용 변압부(130, 140), 공진기(145, 150), 컴바이너(155), RF 센서(165), RF 부하(160), 및 컨트롤러(170)를 포함한다.

EMI 필터(103)는 입력되는 3상 상용 전원에 포함된 전자기파의 노이즈를 차폐하는 기능을 담당한다.

정류기(105)는 EMI 필터(103)로부터 3상 전압을 직류 전압으로 정류하여 출력한다.

DC/DC 컨버터(110)는 컨트롤러(170)로부터 출력되는 전압 제어 신호(Vcon)에 제어되어 정류기(105)로부터 출력되는 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환한다. 여기서, 제2 직류 전압은 다양한 레벨의 전압일 수 있다.

보조 DC/DC 컨버터(115)는 정류기(105)로부터 출력되는 직류 전압을 보조 전원용 직류 전압으로 변환하고, 팬(120), DC/DC 컨버터(110), 및 컨트롤러(170)에 공급한다.

평활부(123)는 DC/DC 컨버터(110)로부터 출력되는 직류 전압을 평활화한다.

고주파 전력 증폭부(125, 135)는 DC-DC 컨버터(110)로부터 출력되는 소정 레벨의 직류 전압을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 신호를 생성한다. 고주파 전력 증폭부(125, 135)는 다양한 부하 조건에 따른 전압 및 주파수를 생성하기 위하여 2개 이상의 전력 증폭기를 병렬 운전할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 2개의 전력 증폭기(125, 135)를 사용한다. 제1 고주파 전력 증폭기(125)와 제2 고주파 전력 증폭기(135)는 각각 컨트롤러(170)로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)에 제어되고, 상호 위상이 같거나 다른 제1 고주파 신호(v1)와 제2 고주파 신호(v2)를 출력한다. 여기서, 제1 고주파 신호(v1)의 위상과 제2 고주파 신호(v2)의 위상이 상호 다르다는 것은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 고주파 신호(v1)의 위상과 대비하여 제2 고주파 신호(v2)의 위상이 뒤지거나 앞설 수 있다.

결합용 변압부(130, 140)는 고주파 전력 증폭부(125, 135)로부터 출력되는 펄스 파형의 고주파 전력 신호를 2차측에 유도하며, 1차측과 2차측을 전기적으로 절연함으로써 사용자가 RF 부하에 포함된 플라즈마 챔버를 접촉하는 경우 감전사고를 예방할 수 있다.

공진기(145, 150)는 직병렬로 결합된 인덕터와 캐패시터를 구비하고, 결합용 변압부(130, 140)의 2차측에 유도된 고주파 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 사인파형의 공진 신호를 출력한다. 여기서, 제1 공진기(145)는 제1 공진 신호(vR1)를 출력하고, 제2 공진기(150)는 제2 공진 신호(vR2)를 출력한다. 한편, 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 제2 공진 신호(vR2)의 위상은 상호 같거나 다를 수 있다. 여기서, 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 제2 공진 신호(vR2)의 위상이 다르다는 것은 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 대비하여 제2 공진 신호(vR2)의 위상이 뒤지거나 앞설 수 있다. 일실시예에 따르면, 공진 신호의 공진 주파수는 13.56MHz일 수 있다.

컴바이너(155)는 3dB 커플러로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공진 신호(vR1)를 제1 터미널(T1)에, 제2 공진 신호(vR2)를 제2 터미널(T2)에 각각 입력받고, 부하측 터미널(T3)과 종단 터미널(T4)을 출력측에 결합하며, 종단 터미널(T4)에는 종단 임피던스(Z)가 결합될 수 있다. 컴바이너(155)는 제1 공진 신호(vR1)와 제2 공진 신호(vR2)를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력한다. 제1 공진 신호(vR1)의 위상이 제2 공진 신호(vR2)의 위상보다 90도 앞서면, 결합된 고주파 전력 신호는 부하측 터미널(T3)로 거의 대부분 출력될 수 있다. 제1 공진 신호(vR1)의 위상이 제2 공진 신호(vR2)의 위상보다 90도 뒤지면, 결합된 고주파 전력 신호는 종단 터미널(T4)로 거의 대부분 출력될 수 있다. 그리고 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 제2 공진 신호(vR2)의 위상이 동일하면, 결합된 고주파 전력 신호는 부하측 터미널(T3)과 종단 터미널(T4)로 절반씩 출력될 수 있다. 한편, 종단 임피던스(Z)는 소정의 저항값을 갖는 저항일 수 있고, 종단 터미널(T4)을 통해 인가되는 고주파 전력 신호에 의해 종단 저항에 발생하는 열은 팬(120)을 이용하여 방출할 수 있다.

이와 같이, 제1 고주파 신호(v1)의 위상과 제2 고주파 신호(v2)의 위상을 제어함으로써 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 제2 공진 신호(vR2)의 위상을 조절할 수 있고, 이에 따라 RF 부하로 출력되는 결합된 고주파 전력 신호를 조절할 수 있다.

RF 센서(165)는 컴바이너(155)와 RF 부하(160) 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 검출전류값(Is), 검출전압값(Vs), 컴바이너(155)로부터 RF 부하(160)로 공급되는 포워드 전력(PFWD), 및 RF 부하(160)로부터 컴바이너(155)로 반사되는 반사전력(PREF) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.

컨트롤러(170)는 외부에서 인가되는 컨트롤 신호(Scon)와 RF 센서(165)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 전압 제어 신호(Vcon), 제1 증폭 제어 신호(Pcon1) 및 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)를 생성한다.

한편, 컴바이너(155) 내 종단 저항에 흘러드는 고주파 전력 신호의 양이 적을수록 장치의 효율을 향상시킬 수 있음은 당연하다. 그런데, DC/DC 컨버터(110)로부터 출력되는 전압 레벨을 제어하여 RF 부하(160)의 다양한 상황에 속응성 있게 대처하기는 곤란하다.

따라서 본 발명에서는 DC/DC 컨버터(110)로부터 출력되는 전압 레벨을 제어함과 아울러 결합된 고주파 전력 신호의 전체 범위에 걸쳐 제1 고주파 전력 증폭기(125)에 인가되는 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 고주파 전력 증폭기(135)에 인가되는 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차를 변경함으로써 RF 부하의 변동에 빠르게 대처할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 전압 제어와 위상 제어를 서로 다른 유닛에서 수행하게 함으로써 RF 부하에 제공되는 고주파 전력을 더욱 쉽게 제어할 수 있도록 한다.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너의 부하 전력 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 컴바이너 내 종단 저항의 전력 그래프이고, 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압 그래프이고, 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 전력 증폭부에 인가되는 제1 증폭 제어 신호와 제2 증폭 제어 신호의 위상차 그래프이다.

본 발명에 따르면, 컴바이너(155)를 통해 RF 부하(160)로 공급되는 고주파 전력 신호가 최대 전력값에 도달하기까지 전체 범위에 걸쳐 컨트롤러(170)로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차를 변경함으로써 부하 변동에 신속하게 대응할 수 있다. 구체적으로, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차가 -90도 내지 90도 범위를 반복적으로 오르내릴 수 있다.

이러한 경우, 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차가 양(+)의 구간에서는 DC/DC 컨버터(110)로부터 출력되는 전압 레벨은 제1 레벨(VL1), 제2 레벨(VL2), 제3 레벨(VL3)에 머물고, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차가 음(-)의 구간에서는 DC/DC 컨버터(110)로부터 출력되는 전압 레벨은 선형적으로 상승하도록 DC/DC 컨버터(110)에 전압 제어 신호(Vcon)를 인가할 수 있다.

한편, RF 부하(160)의 변동성을 감안할 때 DC/DC 컨버터(110)를 이용한 전압 레벨 제어와, 고주파 전력 증폭부(125, 135)를 이용한 위상차 제어를 동시적으로 수행하는 것은 결코 쉽지 않다.

따라서 본 발명에서는 RF 부하(160)의 변동성을 감안할 때 DC/DC 컨버터(110)를 이용한 전압 레벨 제어와, 고주파 전력 증폭부(125, 135)를 이용한 위상차 제어를 교번적으로 수행하게 한다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴바이너 내 종단 저항의 전력 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 전력 증폭부의 위상차 그래프이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고주파 전력 증폭부의 위상차를 -90도에서 +90도까지 증감시킬 수 있고, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차가 +90도이면 종단 저항에서 소모되는 전력은 없음을 알 수 있다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 상용 전원 103 : EMI 필터
105 : 정류기 110 : DC/DC 컨버터
115 : 보조 DC/DC 컨버터 120 : 팬
123 : 평활부
125, 135 : 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기
130, 140 : 제1 및 제2 결합용 변압기
145, 150 : 제1 및 제2 공진기
155 : 컴바이너 160 : RF 부하
165 : RF 센서 170 : 컨트롤러

Claims

전압 제어 신호에 제어되어 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하도록 구성된 DC/DC 컨버터;
제1 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 고주파 전력 증폭기;
제2 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 고주파 전력 증폭기;
상기 제1 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제1 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제1 결합용 변압기;
상기 제2 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제2 고주파 신호를 출력하도록 구성된 제2 결합용 변압기;
상기 유도된 제1 고주파 신호로부터 제1 공진 신호를 출력하는 제1 공진기;
상기 유도된 제2 고주파 신호로부터 제2 공진 신호를 출력하는 제2 공진기;
상기 제1 공진 신호와 상기 제2 공진 신호를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력하는 컴바이너;
상기 컴바이너와 RF 부하 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및
외부에서 인가되는 컨트롤 신호와 상기 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 전압 제어 신호, 제1 증폭 제어 신호 및 제2 증폭 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컴바이너는 3dB 커플러이고, 제1 입력 터미널에 상기 제1 공진 신호를, 제2 입력 터미널에 상기 제2 공진 신호를 각각 입력받고, 제1 출력 터미널에 상기 RF 부하를, 제2 출력 터미널에 종단 임피던스를 결합하고,
상기 컨트롤러는 상기 RF 부하로 출력되는 상기 결합된 고주파 전력 신호의 전체 범위에서 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 변경하고,
상기 컨트롤러는, 상기 DC/DC 컨버터에 인가되는 전압 제어 신호와 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기에 인가되는 제1 및 제2 증폭 제어 신호를 교번적으로 출력하고,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 양(+)인 구간에서 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 전압 레벨이 소정의 동일 전압 레벨에 머물도록 상기 전압 제어 신호를 생성하는 것
을 특징으로 하는 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 RF 부하로 출력되는 상기 결합된 고주파 전력 신호가 최소 전력값으로부터 최대 전력값에 도달하기까지 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 -90도 내지 90도 범위에서 반복적으로 오르내리도록 제어하는 것
을 특징으로 하는 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 음(-)인 구간에서 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 전압 레벨이 상승하도록 상기 전압 제어 신호를 생성하는 것
을 특징으로 하는 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치.
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DC/DC 컨버터가 전압 제어 신호에 제어되어 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하는 단계;
제1 고주파 전력 증폭기가 제1 증폭 제어 신호에 제어되어 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제1 고주파 신호를 출력하는 단계;
제2 고주파 전력 증폭기가 제2 증폭 제어 신호에 제어되어 상기 제2 직류 전압을 증폭하여 제2 고주파 신호를 출력하는 단계;
제1 결합용 변압기가 상기 제1 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제1 고주파 신호를 출력하는 단계;
제2 결합용 변압기가 상기 제2 고주파 신호를 2차측에 유도하여 유도된 제2 고주파 신호를 출력하는 단계;
제1 공진기가 상기 유도된 제1 고주파 신호로부터 제1 공진 신호를 출력하는 단계;
제2 공진기가 상기 유도된 제2 고주파 신호로부터 제2 공진 신호를 출력하는 단계;
컴바이너가 상기 제1 공진 신호와 상기 제2 공진 신호를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력하는 단계;
RF 센서가 상기 컴바이너와 RF 부하 사이에 배치되어 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 단계; 및
컨트롤러가 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와 상기 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 전압 제어 신호, 제1 증폭 제어 신호 및 제2 증폭 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 RF 부하로 출력되는 상기 결합된 고주파 전력 신호의 전체 범위에서 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 변경하고,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차가 양(+)인 구간에서 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 전압 레벨이 소정의 동일 전압 레벨에 머물도록 상기 전압 제어 신호를 생성하는 것
을 특징으로 하는 부하 변동에 속응성을 가진 플라즈마 파워 장치의 제어 방법.
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