KR102161154B1

KR102161154B1 - Plasma power supply system with a power stabilizer

Info

Publication number: KR102161154B1
Application number: KR1020160049988A
Authority: KR
Inventors: 김영철; 김종운; 김석안; 문홍권; 위순임
Original assignee: 주식회사 뉴파워 프라즈마
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2020-09-29
Also published as: KR20170121500A

Abstract

본 발명은 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템에 관한 것으로서, 고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하는 플라즈마 파워 서플라이; 상기 플라즈마 파워 서플라이로부터 발생된 RF 신호를 수용하여 피처리 대상물에 플라즈마를 이용한 처리를 수행하는 플라즈마 부하; 상기 플라즈마 파워 서플라이의 임피던스와 상기 플라즈마 부하의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭박스; 및 상기 플라즈마 파워 서플라이와 상기 임피던스 매칭박스 사이에 직렬 연결되는 적어도 하나의 인덕터와, 상기 인덕터의 양단 중 적어도 어느 하나에서 분기점과 접지 사이에 설치되는 LC 필터 회로부를 포함하며, 상기 플라즈마 파워 서플라이의 출력을 감쇄시키는 감쇄기를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 파워 서플라이와 임피던스 매칭박스 사이에 감쇄기를 설치하여 플라즈마 부하로부터의 반사파에 의해 전력 증폭기를 구성하는 스위칭 소자가 손상되는 것을 방지하는 동시에 감쇄기의 사용에 의한 전력 손실을 최소하하고 방열수단과 같은 부가 구성품의 사용을 배제하여 콤팩트한 제품 구성을 가능하게 하는 효과가 있다.The present invention relates to a plasma power supply system having a power stabilization device, comprising: a plasma power supply generating an RF signal oscillated at a high frequency; A plasma load for receiving an RF signal generated from the plasma power supply and performing a plasma-based treatment on an object to be processed; An impedance matching box matching the impedance of the plasma power supply and the impedance of the plasma load; And at least one inductor connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and an LC filter circuit unit installed between a branch point and a ground at at least one of both ends of the inductor, and an output of the plasma power supply It comprises an attenuator for attenuating.
According to the present invention, an attenuator is installed between the plasma power supply and the impedance matching box to prevent damage to the switching elements constituting the power amplifier by the reflected wave from the plasma load, while minimizing power loss due to the use of the attenuator. There is an effect of enabling a compact product configuration by excluding the use of additional components such as heat dissipation means.

Description

Plasma power supply system with a power stabilization device {PLASMA POWER SUPPLY SYSTEM WITH A POWER STABILIZER}

본 발명은 플라즈마 전원 공급 시스템의 파워 서플라이와 임피던스 매칭박스 사이에 감쇄기를 설치하여 반사파 발생 시에 전력 증폭기의 손상을 방지할 수 있는 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma power supply system having a power stabilization device capable of preventing damage to a power amplifier when a reflected wave is generated by installing an attenuator between a power supply of the plasma power supply system and an impedance matching box.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등 분야에서 사용되고 있다.Plasma discharge is used for gas excitation to generate an active gas containing ions, free radicals, atoms, and molecules. The active gas is widely used in various fields, and is typically used in semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, and cleaning.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 발생을 위한 설비는 크게 전력을 공급하는 플라즈마 파워 서플라이(10)와, 최대 전력 공급을 위한 임피던스 매칭박스(20)와, 플라즈마 부하(30)로 구성된다. 플라즈마 파워 서플라이(10)는 고주파로 발진되는 RF 제너레이터로 구성되며, 임피던스 매칭박스(20)는 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스와 플라즈마 부하(30), 예컨대 프로세싱 챔버와 같이 공정의 종류나 내부 환경 변화에 의하여 임피던스가 고정되지 않고 변하는 부하, 의 임피던스를 매칭시켜 프로세싱 챔버 내로 원하는 고주파 전원이 인가되도록 한다.1 is a block diagram illustrating a general plasma power supply system. Referring to FIG. 1, a plasma generating facility is largely composed of a plasma power supply 10 that supplies power, an impedance matching box 20 for supplying maximum power, and a plasma load 30. The plasma power supply 10 is composed of an RF generator that is oscillated at a high frequency, and the impedance matching box 20 includes the impedance of the output terminal of the plasma power supply 10 and the plasma load 30, for example, the type or interior of a process such as a processing chamber. Impedance is not fixed due to environmental changes, and the impedance of the variable load is matched so that a desired high-frequency power is applied into the processing chamber.

예를 들어, 반도체 및 디스플레이 장치의 제조 공정 중 에칭 공정 및 화학기상증착 공정 등에서 플라즈마 전원 공급 시스템이 이용되며, 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스는 대개 50 옴(ohm)으로 고정되어 있다. 반면, 플라즈마 부하(30)는 다양한 환경에 따라 임피던스가 변화하여 50 옴으로 고정되지 않는다. 임피던스 매칭박스(20)의 사용에도 불구하고, 플라즈마 부하(30)로부터 반사파가 발생되며, 이 반사파에 의해 RF 제너레이터의 손상이 발생된다.For example, a plasma power supply system is used in an etching process and a chemical vapor deposition process among manufacturing processes of semiconductor and display devices, and the impedance of the output terminal of the plasma power supply 10 is usually fixed to 50 ohms. On the other hand, the plasma load 30 is not fixed at 50 ohms because the impedance changes according to various environments. Despite the use of the impedance matching box 20, a reflected wave is generated from the plasma load 30, and the RF generator is damaged by the reflected wave.

도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 파워 서플라이(10)와 임피던스 매칭박스(20) 사이에 감쇄기(40)가 설치되어, 임피던스 부정합에 의한 반사파 발생 시에 반사파에 의한 전력을 감쇄시킴으로써 RF 제너레이터 중 전력 증폭기의 핵심 부품인 FET 소자의 파괴를 방지한다.As shown in Fig. 1, an attenuator 40 is installed between the plasma power supply 10 and the impedance matching box 20 to attenuate the power caused by the reflected wave when the reflected wave occurs due to impedance mismatch, thereby reducing the power of the RF generator. It prevents destruction of the FET device, which is a key component of the amplifier.

도 2 및 3은 종래의 감쇄기 회로 구성을 예시한다. 도 2와 같은 파이(Pi)형 감쇄기는 플라즈마 파워 서플라이(10)와 임피던스 매칭박스(20) 사이에 직렬 연결되는 저항과, 이 저항의 양단에서 분로되어 접지되는 2개의 분로 저항이 파이(Pi) 형태를 이루도록 구성된다. 도 3과 같은 티(T)형 감쇄기는 플라즈마 파워 서플라이(10)와 임피던스 매칭박스(20) 사이에 직렬 연결되는 두 개의 저항과, 이 두 저항 사이에서 분로되어 접지되는 하나의 분로 저항이 T 형태를 이루도록 구성된다.2 and 3 illustrate a conventional attenuator circuit configuration. In the Pi type attenuator as shown in FIG. 2, a resistor connected in series between the plasma power supply 10 and the impedance matching box 20, and two shunt resistors shunted at both ends of the resistor and grounded are Pi. It is structured to form. In the T-type attenuator as shown in FIG. 3, two resistors connected in series between the plasma power supply 10 and the impedance matching box 20, and one shunt resistance shunted and grounded between the two resistors is T-shaped. It is configured to achieve.

이와 같이, 종래의 감쇄기는 수동소자 중 전력 소비 소자인 저항 소자를 사용함으로 인해 불가피하게 감쇄기에서 전력 손실이 발생한다. 만약, 플라즈마 전원 공급 시스템이 대용량인 경우 전력 손실분이 커져서 전력 손실에 기인한 열을 방열하기 위한 수단이 필수적으로 요구되는 문제점이 있다.As described above, the conventional attenuator inevitably causes power loss in the attenuator due to the use of a resistive element, which is a power consumption element among passive elements. If the plasma power supply system has a large capacity, there is a problem in that a means for dissipating heat due to the power loss is required due to an increase in power loss.

한편, 대한민국 특허공개 제10-2015-0072785호는 플라즈마 발생장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 플라즈마 발생 방법에 관한 것으로서, 펄스화 된 RF 신호의 포락선을 계측하여 포락선의 파라미터를 검출하고, 검출된 파라미터를 기반으로 플라즈마 소스에 공급되는 펄스화 된 RF 신호를 제어하는 기술을 기재하고 있다. 동 선행문헌은 포락선 계측 결과에 따라 변조된 RF 신호를 감쇄하는 감쇄기를 구비하고 있어, 플라즈마 부하(30)로부터의 반사파에 의한 전력 증폭기의 손상을 방지하는 기능을 내포하고 있다. 하지만, 전술한 바와 같이 저항 소자를 이용하여 감쇄기를 구성할 경우, 상당한 전력 손실이 발생할 뿐만 아니라 대용량 설계의 경우 방열 수단이 필수적으로 요구되는 등의 문제점을 여전히 내포하고 있다.Meanwhile, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0072785 relates to a plasma generating device, a substrate processing device including the same, and a plasma generating method. By measuring the envelope of the pulsed RF signal, the parameters of the envelope are detected and detected. It describes a technology to control the pulsed RF signal supplied to the plasma source based on the parameter. The prior document includes an attenuator for attenuating the RF signal modulated according to the envelope measurement result, and has a function of preventing damage to the power amplifier by the reflected wave from the plasma load 30. However, as described above, when the attenuator is configured using a resistive element, not only a considerable power loss occurs, but also in the case of a large-capacity design, a heat dissipation means is required.

대한민국 특허공개 제10-2015-0072785호Korean Patent Publication No. 10-2015-0072785

본 발명은 플라즈마 파워 서플라이와 임피던스 매칭박스 사이에 감쇄기를 설치하여 플라즈마 부하로부터의 반사파에 의해 전력 증폭기를 구성하는 스위칭 소자가 손상되는 것을 방지하는 동시에 감쇄기의 사용에 의한 전력 손실을 최소하 하고 방열수단과 같은 부가 구성품의 사용을 배제하여 콤팩트한 제품 구성을 가능하게 하는 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In the present invention, an attenuator is installed between the plasma power supply and the impedance matching box to prevent damage to the switching elements constituting the power amplifier by the reflected wave from the plasma load, while minimizing power loss due to the use of the attenuator, and a heat dissipation means. It is an object of the present invention to provide a plasma power supply system having a power stabilization device that enables a compact product configuration by excluding the use of additional components such as.

본 발명의 일실시예에 따른 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템은, 고주파로 발진되는 RF 신호를 생성하는 플라즈마 파워 서플라이; 상기 플라즈마 파워 서플라이로부터 발생된 RF 신호를 수용하여 피처리 대상물에 플라즈마를 이용한 처리를 수행하는 플라즈마 부하; 상기 플라즈마 파워 서플라이의 임피던스와 상기 플라즈마 부하의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭박스; 및 상기 플라즈마 파워 서플라이와 상기 임피던스 매칭박스 사이에 직렬 연결되는 적어도 하나의 인덕터와, 상기 인덕터의 양단 중 적어도 어느 하나에서 분기점과 접지 사이에 설치되는 LC 필터 회로부를 포함하며, 상기 플라즈마 파워 서플라이의 출력을 감쇄시키는 감쇄기를 포함한다.A plasma power supply system having a power stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a plasma power supply generating an RF signal oscillated at a high frequency; A plasma load for receiving an RF signal generated from the plasma power supply and performing a plasma-based treatment on an object to be processed; An impedance matching box matching the impedance of the plasma power supply and the impedance of the plasma load; And at least one inductor connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and an LC filter circuit installed between a branch point and a ground at at least one of both ends of the inductor, and an output of the plasma power supply It includes an attenuator for attenuating.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템은, 상기 감쇄기는 상기 플라즈마 파워 서플라이와 상기 임피던스 매칭박스 사이에 직렬 연결되는 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)의 입력단과 상기 접지 사이에 설치되는 제1 LC 필터 회로부와, 상기 인덕터(L1)의 출력단과 상기 접지 사이에 설치되는 제2 LC 필터 회로부를 포함하며, 상기 제1 LC 필터 회로부는 상기 인덕터(L1)의 입력단과 상기 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)와, 상기 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)의 접속점과 상기 접지 사이에 연결되는 저항(R1)으로 구성되고, 상기 제2 LC 필터 회로부는 상기 인덕터(L1)의 입력단과 상기 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L3) 및 커패시터(C3)와, 상기 인덕터(L3) 및 커패시터(C3) 의 접속점과 상기 접지 사이에 연결되는 저항(R2)으로 구성된다.In a plasma power supply system having a power stabilization device according to another embodiment of the present invention, the attenuator includes an inductor L1 connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and an input terminal of the inductor L1. And a first LC filter circuit part installed between the ground, and a second LC filter circuit part provided between the output terminal of the inductor L1 and the ground, and the first LC filter circuit part is an input terminal of the inductor L1 And an inductor (L2) and a capacitor (C2) connected in parallel between the inductor (L2) and the capacitor (C2), and a resistor (R1) connected between the connection point of the inductor (L2) and the capacitor (C2) and the ground, and the second LC The filter circuit unit includes an inductor L3 and a capacitor C3 connected in parallel between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and a resistor connected between the connection point of the inductor L3 and the capacitor C3 and the ground ( R2).

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템은, 상기 감쇄기는 상기 플라즈마 파워 서플라이와 상기 임피던스 매칭박스 사이에 직렬 연결되는 두 개의 인덕터(L10, L11)와, 상기 두 개의 인덕터(L10, L11) 사이의 접속점과 상기 접지 사이에 설치되는 LC 필터 회로부를 포함하며, 상기 LC 필터 회로부는 상기 두 개의 인덕터(L10, L11) 사이의 접속점과 상기 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L13) 및 커패시터(C13)와, 상기 인덕터(L13) 및 커패시터(C13)의 접속점과 상기 접지 사이에 연결되는 저항(R3)으로 구성된다.In a plasma power supply system having a power stabilization device according to another embodiment of the present invention, the attenuator includes two inductors L10 and L11 connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and the two An LC filter circuit part installed between a connection point between the inductors L10 and L11 and the ground, and the LC filter circuit part is connected in parallel between a connection point between the two inductors L10 and L11 and the ground ( L13 and a capacitor C13, and a resistor R3 connected between the connection point of the inductor L13 and the capacitor C13 and the ground.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템은, 상기 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파를 측정하는 반사파 검출부; 및 상기 반사파 검출부로부터 검출된 반사파의 주파수를 스캔하고, 스캔 결과를 이용하여 상기 플라즈마 파워 서플라이의 RF 발진 주파수를 조정하는 주파수 튜닝회로부를 더 포함한다.A plasma power supply system having a power stabilization apparatus according to another embodiment of the present invention includes: a reflected wave detector configured to measure a reflected wave reflected from the plasma load; And a frequency tuning circuit that scans the frequency of the reflected wave detected by the reflected wave detection unit and adjusts the RF oscillation frequency of the plasma power supply using the scan result.

본 발명의 전력 안정화 장치를 갖는 플라즈마 전원 공급 시스템에 따르면, 플라즈마 파워 서플라이와 임피던스 매칭박스 사이에 감쇄기를 설치하여 플라즈마 부하로부터의 반사파에 의해 전력 증폭기를 구성하는 스위칭 소자가 손상되는 것을 방지하는 동시에 감쇄기의 사용에 의한 전력 손실을 최소하 하고 방열수단과 같은 부가 구성품의 사용을 배제하여 콤팩트한 제품 구성을 가능하게 하는 효과가 있다.According to the plasma power supply system having the power stabilization device of the present invention, an attenuator is installed between the plasma power supply and the impedance matching box to prevent damage to the switching elements constituting the power amplifier by the reflected wave from the plasma load, and at the same time, the attenuator It has the effect of minimizing the power loss due to the use of and enabling a compact product configuration by eliminating the use of additional components such as heat dissipation means.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 종래 파이(Pi)형 감쇄기를 예시한 회로도,
도 3은 종래 티(T)형 감쇄기를 예시한 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 파이(Pi)형 감쇄기를 예시한 회로도, 및
도 6은 본 발명에 따른 티(T)형 감쇄기를 예시한 회로도이다.1 is a block diagram illustrating a general plasma power supply system;
2 is a circuit diagram illustrating a conventional Pi type attenuator,
3 is a circuit diagram illustrating a conventional tee (T) type attenuator,
4 is a block diagram illustrating a plasma power supply system according to the present invention;
5 is a circuit diagram illustrating a pi-type attenuator according to the present invention, and
6 is a circuit diagram illustrating a T-type attenuator according to the present invention.

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.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Throughout the specification, portions having similar configurations and operations are denoted by the same reference numerals. In addition, the drawings attached to the present invention are for convenience of explanation, and the shape and relative scale may be exaggerated or omitted.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the embodiments in detail, overlapping descriptions or descriptions of technologies that are obvious in the art have been omitted. In addition, in the following description, when a certain part "includes" other components, it means that components may be further included in addition to the described components unless otherwise stated.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. In addition, terms such as "~ unit", "~ group", and "~ module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which can be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. I can. In addition, when a part is electrically connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected but also a case in which it is connected with a different configuration in the middle.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a second component may be referred to as a first component, and similarly, a first component may be referred to as a second component.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 전원 공급 시스템은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템과 마찬가지로 크게 플라즈마 파워 서플라이(100)와, 임피던스 매칭박스(200)와, 플라즈마 부하(300)를 포함한다. 여기에 플라즈마 파워 서플라이(100)의 출력단에 감쇄기(600)가 설치된다. 또한, 플라즈마 부하(300)와 플라즈마 파워 서플라이(100) 사이에 반사파 검출부(400)와, 주파수 튜닝회로부(500)를 더 포함할 수 있다.4 is a block diagram illustrating a plasma power supply system according to the present invention. Referring to FIG. 4, the plasma power supply system of the present invention largely includes a plasma power supply 100, an impedance matching box 200, and a plasma load 300 like a general plasma power supply system. Here, an attenuator 600 is installed at the output terminal of the plasma power supply 100. In addition, a reflected wave detection unit 400 and a frequency tuning circuit unit 500 may be further included between the plasma load 300 and the plasma power supply 100.

플라즈마 파워 서플라이(100)는 고주파로 발진되는 RF 신호를 발생시키는 전원 공급장치로서, 발진부(110)와 증폭부(120)를 포함한다. 발진부(110)는 고주파의 무선 주파수 전원을 발생시키며, 발생된 RF 전원은 증폭부(120)에서 증폭되어 출력된다. 증폭부(120)는 FET와 같은 파워 스위칭 소자를 포함한다.The plasma power supply 100 is a power supply device that generates an RF signal oscillated at a high frequency, and includes an oscillation unit 110 and an amplification unit 120. The oscillator 110 generates a high-frequency radio frequency power, and the generated RF power is amplified by the amplifying unit 120 and output. The amplification unit 120 includes a power switching element such as an FET.

임피던스 매칭박스(200)는 플라즈마 파워 서플라이(100)와 플라즈마 부하(300) 사이에서 임피던스를 매칭시킨다. 플라즈마 부하(300)는 반도체 또는 LCD의 제조 공정 중 에칭 공정이나 화학기상증착 공정 등에서 사용되는 프로세싱 챔버이며, 이러한 프로세싱 챔버는 공정의 종류나 내부 환경 변화에 의하여 임피던스가 고정되지 않고 변화된다. 예를 들어, 플라즈마 파워 서플라이(100)의 임피던스는 50 옴(ohm)으로 고정되는 반면, 플라즈마 부하(300)의 임피던스는 50 옴으로 고정되지 않고 가변된다.The impedance matching box 200 matches impedance between the plasma power supply 100 and the plasma load 300. The plasma load 300 is a processing chamber used in an etching process or a chemical vapor deposition process during a semiconductor or LCD manufacturing process, and the impedance of the processing chamber is changed without being fixed due to changes in the type of process or internal environment. For example, the impedance of the plasma power supply 100 is fixed at 50 ohms, while the impedance of the plasma load 300 is not fixed at 50 ohms and is variable.

임피던스 매칭박스(200)는 가변 커패시터, 가변 인덕터, 또는 가변 커패시터와 가변 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다. 임피던스 매칭박스(200)는 도시 안 된 제어부에 의해 리액턴스를 가변시켜, 플라즈마 파워 서플라이(100)와 플라즈마 부하(300) 사이의 임피던스를 매칭시킨다. 이러한 임피던스 매칭에도 불구하고, 도 4에 도시한 바와 같이 플라즈마 부하(300)로 입사된 입사파에 의해 역으로 방출되는 반사파가 발생될 수 있다. 감쇄기(600)는 이러한 반사파에 의한 영향을 최소화 하기 위해 플라즈마 파워 서플라이(100)의 출력을 감쇄시킨다.The impedance matching box 200 may be composed of a variable capacitor, a variable inductor, or a combination of a variable capacitor and a variable inductor. The impedance matching box 200 varies reactance by a controller (not shown) to match the impedance between the plasma power supply 100 and the plasma load 300. In spite of such impedance matching, as shown in FIG. 4, a reflected wave that is reversely emitted by an incident wave incident on the plasma load 300 may be generated. The attenuator 600 attenuates the output of the plasma power supply 100 to minimize the influence of the reflected wave.

도 5는 본 발명에 따른 파이(Pi)형 감쇄기를 예시한 회로도이고, 도 6은 본 발명에 따른 티(T)형 감쇄기를 예시한 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a Pi-type attenuator according to the present invention, and FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a T-type attenuator according to the present invention.

도 5를 참조하면, 파이(Pi)형 감쇄기는 플라즈마 파워 서플라이(100)와 임피던스 매칭박스(200) 사이에 직렬 연결되는 인덕터(L1)와, 이 인덕터(L1)의 입력단과 접지 사이에 설치되는 제1 LC 필터 회로부와, 인덕터(L1)의 출력단과 접지 사이에 설치되는 제2 LC 필터 회로부로 구성된다. 제1 LC 필터 회로부는 인덕터(L1)의 입력단과 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)와, LC 필터를 구성하는 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)의 접속점과 접지 사이에 연결되는 저항(R1)으로 구성된다. 제2 LC 필터 회로부는 인덕터(L1)의 입력단과 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L3) 및 커패시터(C3)와, LC 필터를 구성하는 인덕터(L3) 및 커패시터(C3) 의 접속점과 접지 사이에 연결되는 저항(R2)으로 구성된다.5, the Pi type attenuator is an inductor L1 connected in series between the plasma power supply 100 and the impedance matching box 200, and installed between the input terminal of the inductor L1 and the ground. It consists of a first LC filter circuit part and a second LC filter circuit part provided between the output terminal of the inductor L1 and the ground. The first LC filter circuit part is connected in parallel between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and between the connection point of the inductor L2 and the capacitor C2 constituting the LC filter and the ground. It consists of a connected resistor R1. The second LC filter circuit part is connected in parallel between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and between the connection point of the inductor L3 and the capacitor C3 and the inductor L3 constituting the LC filter and the ground. It consists of a connected resistor R2.

도 6을 참조하면, 티(T)형 감쇄기는 플라즈마 파워 서플라이(100)와 임피던스 매칭박스(200) 사이에 직렬 연결되는 두 개의 인덕터(L10, L11)와, 두 개의 인덕터(L10, L11) 사이의 접속점과 접지 사이에 설치되는 LC 필터 회로부로 구성된다. LC 필터 회로부는 두 개의 인덕터(L10, L11) 사이의 접속점과 접지 사이에 병렬 연결되는 인덕터(L13) 및 커패시터(C13)와, LC 필터를 구성하는 인덕터(L13) 및 커패시터(C13)의 접속점과 접지 사이에 연결되는 저항(R3)으로 구성된다.6, the T-type attenuator is between two inductors L10 and L11 connected in series between the plasma power supply 100 and the impedance matching box 200, and between the two inductors L10 and L11. It consists of an LC filter circuit installed between the connection point of and ground. The LC filter circuit part is connected to the connection point between the inductor L13 and the capacitor C13, which are connected in parallel between the connection point between the two inductors L10 and L11 and the ground, and the connection point of the inductor L13 and the capacitor C13 constituting the LC filter. It consists of a resistor (R3) connected between the ground.

도 5 및 6에 예시된 감쇄기는 공히 플라즈마 파워 서플라이(100)와 임피던스 매칭박스(200) 사이에 직렬 연결 관계에서 인덕턴스 성분이 작용한다. 또한, 접지로 분기되는 회로에는 인덕터와 커패시터가 병렬 연결되는 LC 필터를 구성함으로써, BPF(Band Pass Filter)의 특성을 갖게 된다. 즉, 직렬 인덕터(Series Inductor) 및 분로 인덕터(Shunt Inductor)를 이용하여 플라즈마 파워 서플라이(100)의 출력을 적절하게 감쇄시킴으로써, 반사파에 의해 증폭부(120)의 파워 스위칭 소자(예컨대, FET 등과 같은)가 손상되는 것을 방지함은 물론, 분로 회로에 LC 필터를 설치함으로써 자기 주파수 이외의 노이즈에 대하여 LC 필터 후단에 연결되는 저항(도 5의 R1 및 R2, 또는, 도 6의 R3)에서 소거되도록 함으로써 전력 안정화를 꾀할 수 있다.In the attenuators illustrated in FIGS. 5 and 6, an inductance component acts in a series connection relationship between the plasma power supply 100 and the impedance matching box 200. In addition, the circuit branching to the ground has an LC filter in which an inductor and a capacitor are connected in parallel, thereby having a characteristic of a band pass filter (BPF). That is, by appropriately attenuating the output of the plasma power supply 100 by using a series inductor and a shunt inductor, the power switching element of the amplifying unit 120 (eg, FET, etc.) ) Not to be damaged, and by installing an LC filter in the shunt circuit, the resistance connected to the rear end of the LC filter (R1 and R2 in Fig. 5, or R3 in Fig. 6) for noise other than the magnetic frequency is eliminated. Thus, power stabilization can be achieved.

한편, 본 발명의 플라즈마 전원 공급 시스템은 도 4에서와 같이 반사파 검출부(400)와 주파수 튜닝회로부(500)를 더 포함하는 것으로 반사파에 의한 영향을 더욱 감소시킬 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the plasma power supply system of the present invention further includes a reflected wave detection unit 400 and a frequency tuning circuit unit 500, thereby further reducing the influence of the reflected wave.

반사파 검출부(400)는 플라즈마 부하(300)로부터 반사되는 반사파를 검출한다. 반사파는 플라즈마 파워 서플라이(100)에서 제공되는 무선 주파수가 플라즈마 부하(300)에서 온전히 소비되지 못하고, 다시 플라즈마 파워 서플라이(100)로 반사되는 파장으로서, 무선 주파수 전원과 상관성을 갖는다. 반사파 검출부(400)에서 검출된 검출값은 주파수 튜닝회로부(500)로 전달된다.The reflected wave detection unit 400 detects a reflected wave reflected from the plasma load 300. The reflected wave is a wavelength in which the radio frequency provided from the plasma power supply 100 is not completely consumed by the plasma load 300 and is reflected back to the plasma power supply 100, and has a correlation with the radio frequency power. The detected value detected by the reflected wave detection unit 400 is transmitted to the frequency tuning circuit unit 500.

주파수 튜닝회로부(500)는 다단계의 스캔 동작을 통해 검출된 반사파로부터 반사 에너지를 결정하고, 결정된 반사 에너지에 따라 발진부(110)의 RF 발진 주파수를 조정한다.The frequency tuning circuit unit 500 determines reflected energy from the reflected wave detected through a multi-step scanning operation, and adjusts the RF oscillation frequency of the oscillator 110 according to the determined reflected energy.

예를 들어, 주파수 튜닝회로부(500)는 예비 스캔 단계 및 상세 스캔 단계를 통해 검출된 반사파를 스캔한다. 예비 스캔 단계는 반사파의 주파수를 다수 개의 측정 포인트로 분할하고, 다수 개의 측정 포인트를 1차적으로 스캔하여 반사 에너지가 높게 측정되는 측정 포인트를 확인한다. 이때, 반사 에너지에 대한 기준값을 설정하여 기준값보다 높게 수신되는 반사 에너지를 측정할 수 있다.For example, the frequency tuning circuit unit 500 scans the reflected wave detected through a preliminary scan step and a detailed scan step. In the preliminary scanning step, the frequency of the reflected wave is divided into a plurality of measurement points, and the plurality of measurement points are firstly scanned to determine a measurement point having a high reflected energy. In this case, by setting a reference value for the reflected energy, the reflected energy received higher than the reference value may be measured.

상세 스캔 단계는 전 단계에서 반사 에너지가 높게 측정된 측정 포인트를 기반으로 상세 스캔 대역을 설정하고, 이러한 상세 스캔 대역을 다시 다수 개의 측정 포인트로 분할하여 다수 개의 측정 포인트를 2차적으로 스캔한다. 이때 다시 반사 에너지가 높게 측정되는 측정 포인트를 확인한다.In the detailed scan step, a detailed scan band is set based on a measurement point whose reflected energy is measured high in the previous step, and the detailed scan band is divided into a plurality of measurement points to secondarily scan a plurality of measurement points. At this time, check the measurement point where the reflected energy is measured again.

주파수 튜닝회로부(500)는 반사 에너지가 높은 주파수 대역이 확인되지 않으면, 무선 주파수 전원을 그대로 유지할 수 있다. 만약, 반사 에너지가 높은 주파수 대역이 확인된다면 발진부(110)를 제어하여 무선 주파수 전원이 최적의 주파수로 매칭될 수 있도록 주파수를 높이거나 낮출 수 있다. The frequency tuning circuit unit 500 may maintain the radio frequency power as it is when a frequency band having high reflected energy is not identified. If a frequency band having high reflected energy is identified, the oscillator 110 may be controlled to increase or decrease the frequency so that the radio frequency power can be matched to an optimal frequency.

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.The invention disclosed above can be variously modified within a range that does not damage the basic idea. That is, all of the above embodiments should be interpreted as illustratively and not limitedly. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined according to the appended claims rather than the above-described embodiments, and if the components defined in the appended claims are substituted with equivalents, it should be considered as belonging to the protection scope of the present invention.

100 : 플라즈마 파워 서플라이 110 : 발진부
120 : 증폭부 200 : 임피던스 매칭박스
300 : 플라즈마 부하 400 : 반사파 검출부
500 : 주파수 튜닝회로부 600 : 감쇄기100: plasma power supply 110: oscillation unit
120: amplification unit 200: impedance matching box
300: plasma load 400: reflected wave detection unit
500: frequency tuning circuit part 600: attenuator

Claims

A plasma power supply generating an RF signal oscillating at a high frequency;
A plasma load for receiving an RF signal generated from the plasma power supply and performing a plasma-based treatment on an object to be processed;
An impedance matching box matching the impedance of the plasma power supply and the impedance of the plasma load; And
An attenuator comprising at least one inductor connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and attenuating the output of the plasma power supply
Including,
The attenuator includes an inductor L1 connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, a first LC filter circuit part installed between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and the inductor L1. Including a second LC filter circuit installed between the output terminal and the ground,
The first LC filter circuit part is connected in parallel between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and between the connection point of the inductor L2 and the capacitor C2 and the ground. It consists of a connected resistor (R1),
The second LC filter circuit part is connected in parallel between the input terminal of the inductor L1 and the ground, and between the connection point of the inductor L3 and the capacitor C3 and the ground. Plasma power supply system having a power stabilization device, characterized in that consisting of a connected resistor (R2).

delete

A plasma power supply generating an RF signal oscillating at a high frequency;
A plasma load for receiving an RF signal generated from the plasma power supply and performing a plasma-based treatment on an object to be processed;
An impedance matching box matching the impedance of the plasma power supply and the impedance of the plasma load; And
An attenuator comprising at least one inductor connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and attenuating the output of the plasma power supply
Including,
The attenuator includes two inductors L10 and L11 connected in series between the plasma power supply and the impedance matching box, and an LC filter circuit installed between the connection point between the two inductors L10 and L11 and the ground. Includes,
The LC filter circuit part includes an inductor (L13) and a capacitor (C13) connected in parallel between a connection point between the two inductors (L10, L11) and the ground, and a connection point of the inductor (L13) and capacitor (C13). Plasma power supply system having a power stabilization device, characterized in that consisting of a resistor (R3) connected between the ground.

The method of claim 1 or 3,
A reflected wave detector for measuring a reflected wave reflected from the plasma load; And
A frequency tuning circuit unit that scans the frequency of the reflected wave detected by the reflected wave detection unit and adjusts the RF oscillation frequency of the plasma power supply using the scan result
Plasma power supply system having a power stabilization device, characterized in that it further comprises.