KR102161156B1 - 플라즈마 발생 장치의 rf 전력 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마 발생 장치의 rf 전력 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치는, 상용 교류 전원을 정류하고, 정류된 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 유지하도록 구성된 정류기 및 DC 링크; 상기 직류 전압을 고주파 신호로 증폭하여 출력하도록 구성된 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기와 부하 사이의 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하도록 구성된 RF 센서; 메인 컨트롤러로부터 출력되는 동기 제어 신호에 제어되어 소정 주파수의 동기 신호를 출력하도록 구성된 동기 신호 발생기; 및 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 상기 고주파 신호의 기본파 및 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 발진 주파수와 믹싱하여 상기 전기적 검출 신호의 크기를 모니터링 하도록 구성된 스펙트럼 모니터를 포함한다.

Description

플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치 및 방법{RF POWER MONITORING APPARATUS OF PLASMA GENERATOR AND ITS METHOD}
본 발명은 고주파 전력을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 발생 장치로부터 플라즈마 부하로 공급되는 진행파 전력 또는 플라즈마 부하로부터 플라즈마 발생 장치로 반사되는 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치 및 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 신호들에 따라 발생된다. 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 신호들은 플라스마 에칭을 효율적으로 실행하도록 정밀하게 제어되어야 한다.
고주파 전력 시스템은 고주파 발생기, 임피던스 매처(Impedance matcher), 및 플라스마 챔버를 포함할 수 있다. 고주파 신호는 집적회로(IC)들, 솔라 패널, 콤팩트 디스크(CD), 및/또는 DVD와 같은 다양한 부품들을 제조하기 위하여 부하를 구동하도록 사용된다.
고주파 신호는 임피던스 매처에 수신된다. 임피던스 매처는 임피던스 매처의 입력 임피던스를 고주파 발생기와 임피던스 매처 사이의 전송 라인의 특성 임피던스에 매칭한다. 임피던스 매칭은 플라스마 챔버를 향하여 순방향으로 공진 네트워크에 인가되는 임피던스 매처의 전력량("순방향 전력")을 최대화하는 데에 도움을 주며, 임피던스 매처로부터 고주파 발생기로 반사되는 전력량("역방향 전력")을 최소화하는 데에 도움을 준다. 즉, 임피던스 매처의 입력 임피던스가 전송 라인의 특성 임피던스와 일치할 때 고주파 발생기로부터 플라즈마 챔버로의 순방향 전력 출력을 최대화되고 역방향 전력이 최소화될 수 있다.
그런데 현재까지 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 사이에 배치된 전압 및 전류 센서를 통해 진행파 전력과 반사파 전력을 계산하는 정도에 머물고 있기 때문에 계측 정확도가 낮다.
특허등록 제0586386호 플라즈마 모니터링 방법, 플라즈마 모니터링 장치 및 플라즈마 처리장치 특허등록 제0586387호 플라즈마 모니터링 방법, 플라즈마 모니터링 장치 및 플라즈마 처리장치 특허등록 제0816453호 공정챔버의 실시간 리크 검출 시스템 특허공개 제2010-0004065호 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
본 발명은 플라즈마 전력의 스펙트럼을 분석함으로써 진행파 전력과 반사파 전력을 기본파와 고조파로 구분하여 계측함으로써 신뢰성 있게 모니터링 할 수 있는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치는, 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 RF 전력 모니터링 장치에 있어서, 상용 교류 전원을 정류하고, 정류된 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 유지하도록 구성된 정류기 및 DC 링크; 상기 직류 전압을 고주파 신호로 증폭하여 출력하도록 구성된 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기와 부하 사이의 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하도록 구성된 RF 센서; 메인 컨트롤러로부터 출력되는 동기 제어 신호에 제어되어 소정 주파수의 동기 신호를 출력하도록 구성된 동기 신호 발생기; 및 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 상기 고주파 신호의 기본파 및 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 발진 주파수와 믹싱하여 상기 전기적 검출 신호의 크기를 모니터링 하도록 구성된 스펙트럼 모니터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 스펙트럼 모니터는, 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 진행파 전력의 크기를 측정하도록 구성된 진행파 전력용 모니터부; 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 반사파 전력의 크기를 측정하도록 구성된 반사파 전력용 모니터부; 및 상기 동기 신호에 제어되어 상기 진행파 전력용 모니터부와 상기 반사파 전력용 모니터부를 제어하도록 구성된 모니터용 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진행파 전력용 모니터부는, 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기; 상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 복수의 국부 발진 신호를 선택적으로 출력하는 주파수 합성기; 상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹서; 상기 주파수 믹서로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군; 상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진행파 전력용 모니터부는, 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기; 상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 국부 발진부; 상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱부; 상기 주파수 믹싱부로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 저역 통과 필터 군; 상기 저역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진행파 전력용 모니터부는, 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기; 상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 복수의 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 국부 발진부; 상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱부; 상기 주파수 믹싱부로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군; 상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기를 포함한다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법은, 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 방법에 있어서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계; 감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 선택적으로 출력하는 단계; 상기 저역 통과 필터링 단계에 따라 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱 단계; 상기 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택 단계; 상기 측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하는 레벨 검출 단계를 포함한다.
또한, 본원의 제3 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법은, 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 모니터링 방법에 있어서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계; 감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 단계; 상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 생성하는 주파수 믹싱 단계; 상기 주파수 믹싱 단계 후 생성되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 편차 신호 선택 단계; 선택된 상기 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출 단계를 포함한다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법은, 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 모니터링 방법에 있어서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계; 감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계; 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 단계; 상기 저역 통과 필터링 단계에 따라 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱 단계; 상기 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택 단계; 상기 측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및 상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치에 따르면, 플라즈마 전력의 스펙트럼을 분석함으로써 진행파 전력과 반사파 전력을 기본파와 고조파로 구분하여 계측함으로써 신뢰성 있게 모니터링 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치에 따르면, 플라즈마 전력의 스펙트럼을 분석함으로써 진행파 전력과 반사파 전력을 기본파와 고조파로 구분하여 계측함으로써 플라즈마 발생 장치 내에 자가 진단 기능을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 RF 전력 모니터링용 플라즈마 발생 장치의 전체 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 세부 구성도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 세부 구성도,
도 5a는 본 발명에 따른 기본파 근방의 불요파 측정영역 예시도,
도 5b는 본 발명에 따른 제2 고조파 근방의 불요파 측정영역 예시도, 및
도 5c는 본 발명에 따른 제3 고조파 근방의 불요파 측정영역 예시도이다.
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.
본 발명은 플라즈마 발생 장치의 출력 측에 검출되는 진행파 전력과 반사파 전력의 기본파 및 고조파 부근의 스펙트럼을 모니터링하여 진행파 전력과 반사파 전력을 측정하는 기술이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 기본파는 13.56 MHz일 수 있다.
여기서, 진행파 전력이라 함은 플라즈마 발생 장치로부터 플라즈마 부하에 공급되는 전력을 의미하고, 반사파 전력이라 함은 플라즈마 부하로부터 플라즈마 발생 장치로 반사되는 전력을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 RF 전력 모니터링 장치의 전체 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 RF 전력 모니터링 장치는 3상 교류 전원(110), 차단기(115), 노이즈 필터(120), 정류기 및 DC 링크(125), 전력 증폭기(130), RF 센서(135), 보조 정류기(140), 메인 컨트롤러(145), 동기 신호 발생기(150), 및 스펙트럼 모니터(155)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 차단기(115)는 3상 교류 전원(110)으로부터 과전류가 유입되면 자동으로 차단된다.
본 발명의 일실시예에 따른 노이즈 필터(120)는 3상 교류 전원(110)에 유입되는 노이즈를 필터링한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정류기 및 DC 링크(125)의 정류기는 메인 컨트롤러(145)로부터 출력되는 정류 제어 신호(미도시)에 제어되어 3상 교류 전원(110)을 정류하고, 정류기에 병렬연결되는 캐패시터(미도시)를 포함하는 DC 링크는 정류된 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 유지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 증폭기(130)는 메인 컨트롤러(145)로부터 출력되는 고주파 제어 신호(미도시)에 제어되어 정류기 및 DC 링크(125)로부터 출력되는 직류 전압을 증폭하여 고주파 신호를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 RF 센서(135)는 전력 증폭기(130)로부터 출력되는 전기적 신호를 검출하여 전기적 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 검출전류값(Is), 검출전압값(Vs), 전력 증폭기(130)로부터 RF 부하(160)로 공급되는 진행파 전력(PFWD), 및 RF 부하(160)로부터 전력 증폭기(130)로 반사되는 반사파 전력(PREF) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 보조 정류기(145)는 노이즈 필터(120)로부터 출력되는 상용 교류 전원을 정류하여 소정 레벨의 보조 전원용 직류 전압으로 변환하여 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 동기 신호 발생기(150)는 메인 컨트롤러(145)로부터 출력되는 동기 제어 신호에 제어되어 소정 주파수를 가진 동기 신호(Sync)를 출력한다. 예컨대, 동기 신호 발생기(150)는 직접 디지털 합성기형 발진기인 DDS형 오실레이터로 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터(155)는 RF 센서(135)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 고주파 신호의 기본파 및 고조파에 대응하는 발진 주파수와 혼합하여 RF 전력의 주파수 대역 및 크기를 검출한다. 여기서, 동기 신호(Sync)는 전력 증폭기(130) 및 스펙트럼 모니터(155)에 각각 제공되어 전력 증폭기(130)의 출력과 스펙트럼 모니터(155)의 출력을 동기시킨다. 또한 본 발명의 일실시예에 따르면, RF 센서(135)는 커플러로 대체될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 메인 컨트롤러(160)는 스펙트럼 모니터(155)로부터 출력되는 모니터링 신호에 응답하여 정류기 및 DC 링크(125)를 제어신호를 출력한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 블록 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 진행파 전력(PFWD)의 크기를 측정하기 위한 진행파 전력용 모니터부(201), 반사파 전력(PREF)의 크기를 측정하기 위한 반사파 전력용 모니터부(203), 및 모니터용 컨트롤러(205)를 포함한다.
여기서, 진행파 전력용 모니터부(201)와 반사파 전력용 모니터부(203)는 동일한 구성이므로 진행파 전력용 모니터부(201)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 진행파 전력용 모니터부(201)는 감쇠기(210), 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(220), 주파수 합성기(230), 주파수 믹서(240), 입력 선택 스위치 군(250), 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260), 출력 선택 스위치 군(270), 증폭기(280) 및 레벨 검출기(290)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 감쇠기(210)는 모니터용 컨트롤러(205)로부터 출력되는 감쇠 제어신호(Sat1)에 제어되어 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 감지하기에 적합한 크기로 감쇠시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(220)는 감쇠기(210)로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 소정 크기의 주파수 범위까지 통과시킴으로써 최대로 감지할 수 있는 주파수를 결정한다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따르면 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(220)는 150 MHz의 주파수까지 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 합성기(230)는 제1 주파수 합성 제어신호(Sth1)에 제어되어 전력 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 제2 고조파, 및 제3 고조파에 대응하는 주파수에 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)를 더한 국부 발진 신호(fLO = fRF + fIF, Local Oscillation frequency)를 선택적으로 출력한다. 즉, 국부 발진 신호(fLO)는 제1 내지 제3 국부 발진 신호(fLO1, fLO2, fLO3)일 수 있으며, 제1 국부 발진 신호(fLO1)는 고주파 신호의 기본파(fRF1)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이고, 제2 국부 발진 신호(fLO2)는 고주파 신호의 제2 고조파(fRF2)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이며, 제3 국부 발진 신호(fLO3)는 고주파 신호의 제3 고조파(fRF3)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이다.
Figure 112019069522873-pat00001
Figure 112019069522873-pat00002
Figure 112019069522873-pat00003
여기서, 제1 내지 제3 국부 발진 신호(fLO1, fLO2, fLO3)의 출력 순서는 여하의 순서라도 무방하다. 즉, 제1, 제2, 제3 국부 발진 신호 순이거나, 제1, 제3, 제2 국부 발진 신호 순이거나, 제2, 제1, 제3 국부 발진 신호 순이거나, 제2, 제3, 제1 국부 발진 신호 순이거나, 제3, 제1, 제2 국부 발진 신호 순이거나, 제3, 제2, 제1 국부 발진 신호 순 중 어느 하나일 수 있다. 한편, 국부 발진 신호(fLO)의 선택적 출력은 수 마이크로초 내지 수십 밀리초 간격으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹서(240)는 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(220)로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 주파수 합성기(230)로부터 출력되는 국부 발진 신호(fLO)를 혼합한다.
예컨대, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 합성기(230)가 제1 국부 발진 신호(fLO1)를 출력하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹서(240)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 기본파 국부 발진 신호(fLO1)를 혼합하여 제1 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00004
)와 제1 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00005
)를 출력한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 합성기(230)가 제2 고조파 국부 발진 신호(fLO2)를 출력하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹서(240)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제2 고조파 국부 발진 신호(fLO2)를 혼합하여 제2 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00006
)와 제2 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00007
)를 출력한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 합성기(230)가 제3 고조파 국부 발진 신호(fLO3)를 출력하면, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹서(240)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제3 고조파 국부 발진 신호(fLO3)를 혼합하여 제3 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00008
)와 제3 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00009
)를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 입력 선택 스위치 군(250)과 본 발명의 일실시예에 따른 출력 선택 스위치 군(270)은 각각 모니터용 컨트롤러(205)로부터 출력되는 제1 입력 선택 스위칭 신호(Ssel11) 및 제1 출력 선택 스위칭 신호(Ssel12)에 제어되어 본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260) 중 어느 하나를 선택한다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260)은 주파수 믹서(240)로부터 출력되는 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00010
)와 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00011
) 중 중간 주파수 대역의 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00012
)를 통과시킨다. 이는 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00013
)의 주파수가 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260) 내 여하의 대역 통과 필터의 대역폭(BW)보다 훨씬 높아 차단되고, 중간 주파수 대역의 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00014
)를 통과시키기 때문이다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260)은 복수의 대역통과필터(261, 262, 263)를 포함하고, 선택되는 대역 통과 필터에 따라 통과하는 편차 신호의 범위가 달라진다. 즉, 복수의 대역 통과 필터(261, 262, 263)의 대역폭은 각기 다르게 설계되는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 대역 통과 필터(261)의 대역폭은 100 kHz이고, 제2 대역 통과 필터(262)의 대역폭은 500 kHz이고, 제3 대역 통과 필터(263)의 대역폭은 1 MHz이다. 이에 따라 모니터링 대상이 달라지는 경우 등 필요시, 통과 대역을 달리 설정할 수 있다. 한편, 본 발명에 따르면, 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260) 내 대역 통과 필터의 갯수는 도 2에 도시된 바에 따라 한정되지 않으며, 3 MHz의 대역폭을 가진 대역 통과 필터 및/또는 5 MHz의 대역폭을 가진 대역 통과 필터 등이 추가될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 일실시예에 따른 증폭기(280)는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(260)로부터 출력되는 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00015
)를 증폭하여 증폭 신호를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레벨 검출기(290)는 모니터용 컨트롤러(205)로부터 출력되는 제1 샘플링 제어 신호(Ssam1)에 제어되어 교류의 증폭 신호를 직류로 변환하여 출력한다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 전기적 검출 신호의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력의 크기를 모니터링 하기 위한 방법은 다음과 같다.
감쇠 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시킨다.
저역 통과 필터링 단계에서, 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시킨다.
국부 발진 신호 출력 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 대응하는 주파수와 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)의 합의 크기를 가진 국부 발진 신호를 선택적으로 출력한다.
주파수 믹싱 단계에서, 필터링된 전기적 검출 신호와 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력한다.
측정 대역 선택 단계에서, 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 편차 신호를 통과시킨다.
측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력한다.
레벨 검출 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 증폭 신호를 직류 성분으로 변환한다.
그리고, 반사파 전력(PREF)의 크기를 측정하기 위한 반사파 전력용 모니터부(203) 또한, 반사파 전력의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 세부 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 진행파 전력(PFWD)의 크기를 측정하기 위한 진행파 전력용 모니터부(301), 반사파 전력(PREF)의 크기를 측정하기 위한 반사파 전력용 모니터부(303), 및 모니터용 컨트롤러(305)를 포함한다.
여기서, 진행파 전력용 모니터부(301)와 반사파 전력용 모니터부(303)는 동일한 구성이므로 진행파 전력용 모니터부(301)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 진행파 전력용 모니터부(301)는 감쇠기(310), 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(320), 국부 발진부(330), 주파수 믹싱부(340), 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(350), 중간 주파 증폭기(360) 및 레벨 검출기(370)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 감쇠기(310)는 모니터용 컨트롤러(305)로부터 출력되는 감쇠 제어신호(Sat1)에 제어되어 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 감지하기에 적합한 크기로 감쇠시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(320)는 감쇠기(310)로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 소정 크기의 주파수 범위까지 통과시킴으로써 최대로 감지할 수 있는 주파수를 결정한다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따르면 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(320)는 150 MHz의 주파수까지 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 국부 발진부(330)는 제1 내지 제3 국부 발진 제어신호(SLO11, SLO12, SLO13)에 제어되어 전력 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파(예: 13.56 MHz), 제2 고조파(예: 27.12 MHz), 및 제3 고조파(예: 40.68 MHz)에 대응하는 주파수에 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)를 더한 국부 발진 신호(fLO = fRF + fIF)를 선택적으로 출력한다. 즉, 국부 발진 신호(fLO)는 제1 내지 제3 국부 발진 신호(fLO1, fLO2, fLO3)일 수 있으며, 제1 국부 발진 신호(fLO1)는 고주파 신호의 기본파(fRF1)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이고, 제2 국부 발진 신호(fLO2)는 고주파 신호의 제2 고조파(fRF2)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이며, 제3 국부 발진 신호(fLO3)는 고주파 신호의 제3 고조파(fRF3)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이다.
Figure 112019069522873-pat00016
Figure 112019069522873-pat00017
Figure 112019069522873-pat00018
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹싱부(340)는 제1 내지 제3 주파수 믹서(351, 353, 355)를 포함하고, 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(320)로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 국부 발진부(330)로부터 출력되는 국부 발진 신호(fLO)를 혼합한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 주파수 믹서(341)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 기본파 국부 발진 신호(fLO1)를 혼합하여 제1 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00019
)와 제1 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00020
)를 출력한다. 제2 주파수 믹서(343)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제2 고조파 국부 발진 신호(fLO2)를 혼합하여 제2 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00021
)와 제2 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00022
)를 출력한다. 제3 주파수 믹서(345)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제3 고조파 국부 발진 신호(fLO3)를 혼합하여 제3 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00023
)와 제3 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00024
)를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(350)은 주파수 믹싱부(340)로부터 출력되는 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00025
)와 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00026
) 중 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00027
)를 통과시킨다. 즉, 제1 내지 제3 합성 신호는 대역 통과 필터 군 내 대역 통과 필터들이 통과시킬 수 있는 주파수 대역(BW)을 초과하는 범위의 신호들이므로 차단된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(350)은 복수의 대역 통과 필터(351, 353, 355: LPF41, LPF42, LPF43)를 포함하고, 복수의 대역 통과 필터(351, 353, 355)의 통과 대역폭은 상호 독립적으로 설계될 수 있다. 즉, 복수의 대역 통과 필터(351, 353, 355)의 통과 대역폭은 서로 같거나 다를 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 증폭기(360)는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(350)로부터 출력되는 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00028
)를 합성 및 증폭하여 증폭 신호를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레벨 검출기(370)는 모니터용 컨트롤러(305)로부터 출력되는 제1 샘플링 제어 신호(Ssam1)에 제어되어 교류의 증폭 신호를 직류로 변환하여 출력한다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 전기적 검출 신호의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 방법은 다음과 같다.
감쇠 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시킨다.
저역 통과 필터링 단계에서, 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시킨다.
국부 발진 신호 출력 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 대응하는 주파수에 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)를 더한 국부 발진 신호를 동시적으로 출력한다.
주파수 믹싱 단계에서, 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 생성한다.
주파수 믹싱 단계 후 생성되는 신호들 중 옵셋 주파수의 편차 신호를 통과시킨다.
선택된 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하고, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력한다.
그리고, 반사파 전력(PREF)을 측정하기 위한 반사파 전력용 모니터부(303) 또한, 반사파 전력의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터의 세부 구성도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 진행파 전력(PFWD)의 크기를 측정하기 위한 진행파 전력용 모니터부(401), 반사파 전력(PREF)의 크기를 측정하기 위한 반사파 전력용 모니터부(403), 및 모니터용 컨트롤러(405)를 포함한다.
여기서, 진행파 전력용 모니터부(401)와 반사파 전력용 모니터부(403)는 동일한 구성이므로 진행파 전력용 모니터부(401)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진행파 전력용 모니터부(401)는 감쇠기(410), 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(420), 국부 발진부(430), 주파수 믹싱부(440), 입력 선택 스위치 군(450), 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(460), 출력 선택 스위치 군(470), 증폭기(480) 및 레벨 검출기(490)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 감쇠기(410)는 모니터용 컨트롤러(405)로부터 출력되는 감쇠 제어신호(Sat1)에 제어되어 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 감지하기에 적합한 크기로 감쇠시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(420)는 감쇠기(410)로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 소정 크기의 주파수 범위까지 통과시킴으로써 최대로 감지할 수 있는 주파수를 결정한다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따르면 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(420)는 150 MHz의 주파수까지 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 국부 발진부(430)는 제11 내지 제13 국부 발진기(431, 433, 435)를 포함하고, 제11 내지 제13 국부 발진기(431, 433, 435)는 각각 제1 내지 제3 국부 발진 제어신호(SLO11, SLO12, SLO13)에 제어되어 고주파 신호의 기본파(예: 13.56 MHz), 제2 고조파(예: 27.12 MHz), 및 제3 고조파(예: 40.68 MHz)에 대응하는 주파수에 각각 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)를 더한 제1 내지 제3 국부 발진 신호(fLO1, fLO2, fLO3)를 출력한다. 즉, 국부 발진 신호(fLO)는 제1 내지 제3 국부 발진 신호(fLO1, fLO2, fLO3)일 수 있으며, 제1 국부 발진 신호(fLO1)는 고주파 신호의 기본파(fRF1)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이고, 제2 국부 발진 신호(fLO2)는 고주파 신호의 제2 고조파(fRF2)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이며, 제3 국부 발진 신호(fLO3)는 고주파 신호의 제3 고조파(fRF3)와 옵셋 주파수(fIF)의 합이다.
Figure 112019069522873-pat00029
Figure 112019069522873-pat00030
Figure 112019069522873-pat00031
본 발명의 일실시예에 따른 주파수 믹싱부(440)는 제11 내지 제13 주파수 믹서(441, 443, 445)를 포함하고, 제11 내지 제13 주파수 믹서(441, 443, 445)는 각각 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터(320)로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 국부 발진부(330)로부터 출력되는 국부 발진 신호(fLO)를 혼합한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 제11 주파수 믹서(441)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 기본파 국부 발진 신호(fLO1)를 혼합하여 제1 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00032
)와 제1 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00033
)를 출력한다.
제12 주파수 믹서(443)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제2 고조파 국부 발진 신호(fLO2)를 혼합하여 제2 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00034
)와 제2 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00035
)를 출력한다.
제13 주파수 믹서(445)는 필터링된 전기적 검출 신호(fRF)와 제3 고조파 국부 발진 신호(fLO3)를 혼합하여 제3 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00036
)와 제3 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00037
)를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 입력 선택 스위치 군(450)과 본 발명의 일실시예에 따른 출력 선택 스위치 군(470)은 각각 모니터용 컨트롤러(405)로부터 출력되는 제1 입력 선택 스위칭 신호(Ssel11) 및 제1 출력 선택 스위칭 신호(Ssel12)에 제어되어 본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(460) 중 어느 하나를 선택한다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(460)은 주파수 믹서(440)로부터 출력되는 합성 신호(
Figure 112019069522873-pat00038
)와 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00039
) 중 편차 신호(
Figure 112019069522873-pat00040
)를 통과시킨다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군(460)은 복수의 대역 통과 필터 세트(461, 462, 463)를 포함하고, 개별 대역 통과 필터 세트(461, 462, 463)는 각각 서로 다른 대역폭을 가진 복수의 대역 통과 필터(LPF51, LPF52, LPF53)를 포함한다. 즉, 개별 대역 통과 필터 세트(461, 462, 463)들은 복수의 대역 통과 필터(LPF51, LPF52, LPF53) 중 어느 대역 통과 필터가 선택되는지에 따라 통과하는 편차 신호의 범위가 달라진다. 예컨대, 제51 대역 통과 필터(LPF51)의 대역폭은 100 kHz이고, 제52 대역 통과 필터(LPF52)의 대역폭은 500 kHz이고, 제53 대역 통과 필터(LPF53)의 대역폭은 1 MHz이다. 이에 따라 모니터링 대상이 달라지는 경우 등 필요시, 통과대역을 달리 설정할 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나, 개별 대역 통과 필터 세트(461, 462, 463)들은 각각 3 MHz의 대역폭을 가진 대역 통과 필터 및/또는 5 MHz의 대역폭을 가진 대역 통과 필터 등이 추가될 수 있음은 당연하고, 더 추가될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 일실시예에 따른 증폭기(480)는 기본파, 제2 고조파 및 제3 고조파를 필터링하기 위한 개별 대역 통과 필터로부터 출력되는 편차 신호를 합하고 증폭하여 증폭 신호를 출력한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레벨 검출기(490)는 모니터용 컨트롤러(405)로부터 출력되는 제1 샘플링 제어 신호(Ssam1)에 제어되어 교류의 증폭 신호를 직류로 변환하여 출력한다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 스펙트럼 모니터는 전기적 검출 신호의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 방법은 다음과 같다.
감쇠 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시킨다.
저역 통과 필터링 단계에서, 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시킨다.
국부 발진 신호 출력 단계에서, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 대응하는 주파수에 옵셋 주파수(예: 중간 주파수)를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력한다.
주파수 믹싱 단계에서, 저역 통과 필터링 단계에 따라 필터링된 전기적 검출 신호와 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력한다.
측정 대역 선택 단계에서, 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 편차 신호를 통과시킨다.
측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하고, 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력한다.
그리고, 반사파 전력용 모니터부(403) 또한, 반사파 전력의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 크기를 측정할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 기본파 근방의 크기 측정 예시도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 제2 고조파 근방의 크기 측정 예시도이고, 도 5c는 본 발명에 따른 제3 고조파 근방의 크기 측정 예시도이다.
기본파 및 고조파 근방의 크기 측정 영역을 확장하고자 하면, 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군 내 대역폭(BW)이 넓은 대역 통과 필터를 선택하고, 기본파 및 고조파 근방의 크기 측정 영역을 축소하고자 하면, 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군 내 대역폭(BW)이 좁은 대역 통과 필터를 선택한다.
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.
110: 3상 교류 전원 115: 차단기
120: 노이즈 필터 125; 정류기 및 DC 링크
130: 전력 증폭기 135: RF 센서
140: 보조 정류기 145: 메인 컨트롤러
150: DDS형 오실레이터 155: 스펙트럼 모니터
201: 진행파 전력용 모니터부 203: 반사파 전력용 모니터부
205; 컨트롤러
210: 감쇠기 220: 감지 최대 범위 선택용 저역 통과 필터
230: 주파수 합성기 240: 주파수 믹서
250: 입력 선택 스위치 군 260: 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군
270: 출력 선택 스위치 군 280: 증폭기
290: 레벨 검출기

Claims (13)

  1. 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 RF 전력 모니터링 장치에 있어서,
    상용 교류 전원을 정류하고, 정류된 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 유지하도록 구성된 정류기 및 DC 링크;
    상기 직류 전압을 고주파 신호로 증폭하여 출력하도록 구성된 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기와 부하 사이의 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하도록 구성된 RF 센서;
    메인 컨트롤러로부터 출력되는 동기 제어 신호에 제어되어 소정 주파수의 동기 신호를 출력하도록 구성된 동기 신호 발생기; 및
    상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 상기 고주파 신호의 기본파 및 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 발진 주파수와 믹싱하여 상기 전기적 검출 신호의 크기를 모니터링 하도록 구성된 스펙트럼 모니터
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 모니터는,
    상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 진행파 전력의 크기를 측정하도록 구성된 진행파 전력용 모니터부;
    상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 반사파 전력의 크기를 측정하도록 구성된 반사파 전력용 모니터부; 및
    상기 동기 신호에 제어되어 상기 진행파 전력용 모니터부와 상기 반사파 전력용 모니터부를 제어하도록 구성된 모니터용 컨트롤러
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 진행파 전력용 모니터부는,
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기;
    상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 복수의 국부 발진 신호를 선택적으로 출력하는 주파수 합성기;
    상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹서;
    상기 주파수 믹서로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군;
    상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭신호를 출력하는 증폭기; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군은, 서로 다른 대역폭을 가진 복수의 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 모니터용 컨트롤러에 제어되어 복수의 대역 통과 필터 중 어느 하나가 선택되는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 합성기는 기본파, 제2 고조파 및 제3 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 제1 내지 제3 국부 발진 신호를 소정 순서로 출력하되, 순차로 출력되는 개별 국부 발진 신호의 간격은 수 마이크로초 내지 수십 밀리초인
    플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 진행파 전력용 모니터부는,
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기;
    상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 국부 발진부;
    상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱부;
    상기 주파수 믹싱부로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 저역 통과 필터 군;
    상기 저역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭기; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터 군은, 복수의 대역 통과 필터를 포함하되,
    상기 복수의 대역 통과 필터의 통과 대역폭은 상호 독립적인 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 국부 발진부는,
    상기 고주파 신호의 기본파에 옵셋 주파수를 더한 주파수의 국부 발진 신호를 출력하는 제1 국부 발진기; 및
    상기 고주파 신호의 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수의 국부 발진 신호를 출력하는 제2 국부 발진기
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 진행파 전력용 모니터부는,
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 감쇠기;
    상기 감쇠기로부터 출력되는 감쇠된 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키도록 구성된 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 복수의 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 국부 발진부;
    상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱부;
    상기 주파수 믹싱부로부터 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군;
    상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군을 통과하는 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭기; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출기
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정 대역 선택용 대역 통과 필터 군은, 복수의 대역 통과 필터 세트를 포함하고,
    개별 대역 통과 필터 세트는 각각 서로 다른 대역폭을 가진 복수의 대역 통과 필터를 포함하고,
    상기 모니터용 컨트롤러에 제어되어 복수의 대역 통과 필터 중 어느 하나가 선택되는 플라즈마 발생 장치의 RF 전력 모니터링 장치.
  11. 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 방법에 있어서,
    모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계;
    감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 선택적으로 출력하는 단계;
    상기 저역 통과 필터링 단계에 따라 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱 단계;
    상기 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택 단계;
    상기 측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하는 레벨 검출 단계
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법.
  12. 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 모니터링 방법에 있어서,
    모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계;
    감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 각각 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 단계;
    상기 감지 최대 범위 제한용 저역 통과 필터로부터 출력되는 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 생성하는 주파수 믹싱 단계;
    상기 주파수 믹싱 단계 후 생성되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 편차 신호 선택 단계;
    선택된 상기 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출 단계
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법.
  13. 플라즈마 발생 장치와 플라즈마 부하 간의 진행파 전력과 반사파 전력을 모니터링 하기 위한 모니터링 방법에 있어서,
    모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 감쇠 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호의 크기를 소정 크기로 감쇠시키는 단계;
    감쇠된 상기 전기적 검출 신호에 대하여 감지 최대 주파수 범위까지 통과시키는 저역 통과 필터링 단계;
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 주파수 합성 제어 신호에 제어되어 상기 플라즈마 발생 장치 내 고주파 증폭기가 생성하는 고주파 신호의 기본파, 및 고조파에 옵셋 주파수를 더한 주파수를 가진 국부 발진 신호를 동시적으로 출력하는 단계;
    상기 저역 통과 필터링 단계에 따라 필터링된 전기적 검출 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하여 합성 신호와 편차 신호를 출력하는 주파수 믹싱 단계;
    상기 주파수 믹싱 단계에 따라 출력되는 신호들 중 상기 편차 신호를 통과시키는 측정 대역 선택 단계;
    상기 측정 대역 선택 단계 후 편차 신호를 증폭하여 증폭 신호를 출력하는 증폭 단계; 및
    상기 모니터용 컨트롤러로부터 출력되는 샘플링 제어 신호에 제어되어 상기 증폭 신호를 직류 성분으로 변환하여 출력하는 레벨 검출 단계
    를 포함하는 플라즈마 발생 장치의 전력 모니터링 방법.
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