KR102381337B1 - 조절가능한 커패시터, 임피던스 매칭 장치 및 반도체 가공 장비 - Google Patents
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Abstract
강유전체층(1) 및 상기 강유전체층(1)의 마주보는 양측에 위치하는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 포함하며, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 절연되어 배치되는 제1 제어 전극(31) 및 제2 제어 전극(32)을 더 포함하며, 상기 제1 제어 전극(31) 및 제2 제어 전극(32)은 상기 강유전체층(1)에 전기장를 제공하며, 상기 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 상기 강유전체층(1)의 유전 상수를 조절함으로써 상기 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 사이의 커패시턴스값을 조절하는 조절가능한 커패시터를 제공한다. 임피던스 매칭 장치 및 반도체 가공 장비를 더 제공한다. 상기 조절가능한 커패시터, 임피던스 매칭 장치 및 반도체 가공 장비는 밀리초 단위의 시간 내에 심지어 더 빠르게 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기를 조절할 수 있어, 매칭 속도를 가속화시키고 매칭 시간을 단축시키며 공정 효율 및 공정 효과를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로전자 가공 기술 분야에 관한 것이며, 구체적으로 조절가능한 커패시터, 임피던스 매칭 장치 및 반도체 가공 장비에 관한 것이다.
플라즈마 기술은 반도체 소자의 제조 기술 분야에서 광범위하게 적용되고 있다. 플라즈마 증착과 식각 시스템에서는 RF 전원(RF power)을 사용하여 반응 챔버에 에너지를 로딩하여 챔버 내의 공정 기체를 여기시켜 플라즈마를 형성하도록 한다. 플라즈마에는 대량의 전자, 이온, 여기 상태의 원자, 분자 및 자유라디칼 등 활성 입자가 포함되며, 이 활성 입자들과 챔버 내에 위치하고 플라즈마 환경에 노출된 기판 표면은 각종 물리화학 반응을 함으로써 기판 표면을 변화시켜 식각, 증착 등의 공정을 완성한다.
적용 과정에서 RF 전원의 출력 임피던스는 일반적으로 50Ω이며, 반응 챔버가 RF 전원으로부터 최대 파워를 획득하고 반응 챔버의 반사 파워를 감소시키기 위해, 일반적으로 RF 전원과 반응 챔버 사이에 임피던스 매칭 장치를 배치하여 RF 전원의 출력 임피던스와 로딩 임피던스를 서로 매칭하여 로딩 임피던스를 임피던스 매칭 장치의 임피던스와 반응 챔버의 임피던스의 합과 같도록 한다.
도 1은 종래의 임피던스 매칭 장치를 적용한 반도체 가공 장비의 원리블록도이다. 도 1을 참조하면, 임피던스 매칭 장치는 RF 전원(10)과 반응 챔버(20) 사이에 직렬로 연결되며, 이는 수집 유닛(1), 제어 유닛(2), 실행 유닛(3) 및 매칭 회로망(4)을 포함한다. 여기서, 수집 유닛(1)은 RF 전원(10)과 매칭 회로망(4) 사이에 직렬로 연결되며, 수집 유닛(1)은 그가 위치하는 전송 라인상의 전기적 신호(전압(V) 및 전류(I))를 수집하여 제어 유닛(2)에 발송한다. 매칭 회로망(4)은 조절가능한 커패시터(C1, C2) 및 고정 인덕턱스(L)를 포함한다. 실행 유닛(3)은 모터(M1 및 M2)를 포함한다. 제어 유닛(2)은 수집 유닛(1)이 발송한 전기적 신호에 기초하여 임피던스 매칭 알고리즘에 의해 조절가능한 커패시터(C1, C2)의 변화량을 획득하며, 상기 변화량에 따라 모터(M1 및 M2)의 회전을 제어하여 조절가능한 커패시터(C1, C2)의 기계 조절단을 연동시킴으로써 조절가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스값을 각각 조절한다. 상기에 기초하여 알 수 있듯이, 임피던스 매칭 장치는 자체의 임피던스를 조절함으로써 RF 전원의 출력 임피던스 및 로딩 임피던스에 대하여 임피던스 매칭을 진행한다.
하지만, 도 1에서 도시한 임피던스 매칭 장치를 사용할 경우 실제 적용에서 아래와 같은 문제들을 불가피하게 되는데, 즉 도 1에서 도시한 임피던스 매칭 장치는 모터의 회전을 통해 커패시턴스의 커패시턴스값 크기를 변화시키는데, 임피던스 매칭 속도는 모터의 회전 속도의 제한을 받으므로 매칭 속도는 보통 초 단위밖에 안되며 밀리초 단위의 매칭 속도를 구현하기 어렵다.
본 발명은 적어도 종래 기술에 존재하는 기술 문제 중의 하나를 해결하기 위한 것으로, 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간 내에 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기를 조절하여 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간의 매칭 속도에 도달할 수 있는 조절가능한 커패시터 및 임피던스 매칭 장치를 제공하고자 한다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 강유전체층 및 상기 강유전체층의 마주보는 양측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 제1 전극 및 제2 전극과 절연되어 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 더 포함하며, 상기 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 상기 강유전체층에 전기장를 제공하며, 상기 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 상기 강유전체층의 유전 상수를 조절함으로써 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시턴스값을 조절하는 조절가능한 커패시터를 제공한다.
여기서, 적어도 일부분의 상기 강유전체층이 상기 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전기장 및 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기장에 동시에 위치한다.
여기서, 상기 제1 전극과 상기 제1 제어 전극은 모두 상기 강유전체층의 상측에 위치하며, 상기 제1 전극은 좌측에 위치하고 상기 제1 제어 전극은 우측에 위치하며, 상기 제2 전극과 상기 제2 제어 전극은 모두 상기 강유전체층의 하측에 위치하며, 상기 제2 전극은 우측에 위치하고 상기 제2 제어 전극은 좌측에 위치하며, 상기 제1 제어 전극과 상기 제2 제어 전극의 상기 강유전체층의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 중첩되지 않는다.
여기서, 상기 제2 제어 전극의 개수는 두 개이고 상기 제2 전극은 상기 두 개의 상기 제2 제어 전극 사이에 위치하며, 상기 제1 전극의 개수는 두 개이고 상기 제1 제어 전극은 상기 두 개의 상기 제1 전극 사이에 위치한다.
여기서, 상기 제2 제어 전극과 상기 제1 전극은 마주보며 배치되며, 상기 제1 제어 전극과 상기 제2 전극은 마주보며 배치된다.
여기서, 마주보며 배치되는 상기 제2 제어 전극과 상기 제1 전극의 상기 강유전체층에서의 정투영은 완전히 중첩되며, 마주보며 배치되는 상기 제1 제어 전극과 상기 제2 전극의 상기 강유전체층에서의 정투영은 완전히 중첩된다.
여기서, 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 상기 강유전체층의 상측과 하측에 배치되며, 상기 제1 제어 전극과 제2 제어 전극은 각각 상기 강유전체층의 좌측과 우측에 배치된다.
여기서, 상기 강유전체층의 재료는 BaTiO3, BaO-TiO2, KNbO3, K2O-Nb2O5, LiNbO3, Li2O-Nb2O5, 인산이수소칼륨, 황산 트리글리신 및 로셸염 중의 적어도 하나를 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 수집 유닛, RF 전원과 반응 챔버 사이에 직렬로 연결되는 매칭 회로망, 및 제어 유닛을 포함하며, 상기 매칭 회로망은 상기 임의의 방안에 따른 조절가능한 커패시터를 포함하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 매칭 회로망의 회로에 접속되며, 상기 제1 제어 전극은 상기 제어 유닛과 연결되며, 상기 제2 제어 전극은 접지되며, 상기 수집 유닛은 상기 RF 전원과 상기 매칭 회로망 사이의 전송 라인 상의 전기적 신호를 수집하여 상기 제어 유닛에 발송하며, 상기 제어 유닛은 상기 수집 유닛이 수집한 전기적 신호에 기초하여 임피던스 매칭 연산을 진행하며, 연산 결과에 따라 상기 제1 제어 전극과 제2 전극 사이에 인가된 전압을 제어함으로써 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 커패시턴스값을 조절하도록 하는 임피던스 매칭 장치를 더 제공한다.
상기 임피던스 매칭 장치는 상기 제어 유닛과 상기 제1 제어 전극 사이에 배치되는 저역 필터를 더 포함한다.
여기서, 상기 조절가능한 커패시터의 개수는 다수 개이며, 상기 저역 필터의 개수는 상기 조절가능한 커패시터의 개수와 같으며, 양자는 일대일로 대응되게 배치된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 RF 전원, 임피던스 매칭 장치 및 반응 챔버를 포함하며, 상기 임피던스 매칭 장치는 상기 RF 전원과 상기 반응 챔버 사이에 직렬로 연결되며, 여기서 상기 임피던스 매칭 장치는 본 발명의 상기 임의의 방안에 따른 임피던스 매칭 장치를 사용하는 반도체 가공 장비를 더 제공한다.
본 발명은 아래와 같은 유익한 효과들을 가진다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극 사이의 전압을 제어하는 것을 통해 강유전체층이 위치하는 전기장의 전기장 세기를 제어하므로, 전기장 세기의 빠른 변화는 강유전체층의 유전 상수의 빠른 변화를 가져올 수 있고 유전 상수의 빠른 변화는 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시터의 커패시턴스값의 빠른 변화를 가져올 수 있으므로, 본 발명은 종래기술의 기계적 조절 방식에 비해 커패시터의 커패시턴스값의 조절 속도를 향상시키고 조절 시간을 단축시킬 수 있어 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간 내의 커패시터의 커패시턴스값의 조절을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 임피던스 매칭 장치는 본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터를 사용하므로 임피던스 매칭 장치는 밀리초 단위의 매칭 속도를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 가공 장비는 본 발명에서 제공하는 임피던스 매칭 장치를 사용하므로 RF 전원의 출력 임피던스 및 로딩 임피던스 사이의 빠른 매칭을 구현할 수 있어 공정 효율 및 공정 효과를 향상시킨다.
도 1은 종래의 임피던스 매칭 장치를 적용한 반도체 가공 장비의 원리블록도이며;
도 2는 강유전체층의 분극의 세기(
)와 그가 위치하는 전기장(
) 사이의 관계예시도이며;
도 3은 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 일 구조예시도이며;
도 4는 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 다른 구조예시도이며;
도 5는 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 또 다른 구조예시도이며;
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 임피던스 매칭 장치의 구조예시도이며;
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 반도체 가공 장비의 구조예시도이다.
도 2는 강유전체층의 분극의 세기(
도 3은 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 일 구조예시도이며;
도 4는 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 다른 구조예시도이며;
도 5는 본 발명의 실시예 1의 조절가능한 커패시터의 또 다른 구조예시도이며;
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 임피던스 매칭 장치의 구조예시도이며;
도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 반도체 가공 장비의 구조예시도이다.
당업자가 본 발명의 기술 방안을 더 명확하게 이해하도록 하기 위해, 아래에서는 도면들을 결합하여 본 발명에서 제공하는 조절가능한 커패시터, 임피던스 매칭 장치 및 반도체 가공 장비를 상세히 설명하도록 한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예에서는 조절가능한 커패시터를 제공한다. 상기 조절가능한 커패시터는 강유전체층 및 강유전체층의 마주보는 양측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 상기 조절가능한 커패시터는 제1 전극 및 제2 전극과 절연되어 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 더 포함한다. 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 강유전체층에 전기장을 제공하며, 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 강유전체층의 유전 상수를 조절함으로써 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시터의 커패시턴스값 크기를 조절한다. 다시 말하면, 제1 전극 및 제2 전극은 본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터의 두 개의 전극을 말하며, 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 조절가능한 커패시터의 유전 상수를 제어하여 커패시터의 커패시턴스값을 조절하는 제어 전극을 말한다.
본 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터는 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전압을 제어하는 것을 통해 강유전체층이 위치하는 전기장의 전기장 세기를 제어함으로써, 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전압의 빠른 변화는 전기장 세기의 빠른 변화를 가져올 수 있으며, 전기장 세기의 빠른 변화는 강유전체층의 유전 상수의 빠른 변화를 가져올 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터는 그가 위치하는 전기장을 변화시키는 것을 통해 강유전체층의 유전 상수 등 전기적 파라미터를 변화시켜 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값에 대한 조절을 구현한다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터는 전기적 파라미터 조절 방식을 사용하여 커패시터의 커패시턴스값의 조절을 구현하는 것이다. 즉, 조절가능한 커패시터의 강유전체층 자체의 물리적 성질(예를 들어, 강유전체층이 위치하는 전기장의 변화는 유전 상수의 변화를 가져오며, 더 나아가 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시터의 커패시턴스값의 변화를 가져온다)을 이용하므로, 종래기술의 모터가 커패시터의 기계적 조절단을 연동하여 기계적 운동을 하도록 하는 것을 통해 커패시터의 커패시턴스값을 조절하는 방식과 비교하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터는 커패시턴스값의 조절 속도가 빠르고 조절 시간이 짧아 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간 내에 커패시터의 커패시턴스값의 조절을 완성할 수 있다.
이해의 편리를 위해, 아래에서는 본 실시예에서 제공하는 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값의 조절 원리를 해석하여 설명하도록 한다. 도 2는 강유전체 재료의 분극의 세기(
)와 인가되는 전기장(
) 사이의 관계예시도이다. 강유전체층의 강유전체 재료는 전기장의 작용 하에 유전체(강유전체 재료) 내부에는 전기장 방향을 따라 거시적 쌍극자가 나타나게 되며, 유전체 표면에는 분극 전하가 나타나게 되며, 분극 전하의 분극의 세기(
)(단위 체적 내의 유전체의 전기 쌍극자 모멘트의 벡터합)는 전기장의 크기 및 전기장의 방향과 모두 관련이 있다. 그리고 유전체의 분극율은 
이며, 이는 도 2에서 곡선의 각 점의 기울기로 표현되며, 그리고 전기장이 클수록 유전체의 분극율(
)은 작다. 유전체에서 전기 유도 강도(
), 전기장 세기(
) 및 분극의 세기(
) 사이의 관계는 아래의 식과 같다.
식에서, 
는 진공 유전 상수를 의미하고, 
는 상대적 유전 상수를 의미한다.
유전체 평행판 커패시터에서 캐패시턴스값은 
이며, 
는 평행판 커패시터 전극판의 등가 대향 면적이며, 
는 평행되는 두 개의 전극판 사이의 간격 거리이다.
상기의 분석에서 알 수 있듯이, 강유전체 재료가 유전체인 커패시터에서 커패시터가 위치하는 전기장이 빠르게 변화될 경우, 이의 상대적 유전 상수(
)는 따라서 빠르게 변화되어 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기의 빠른 조절을 구현할 수 있다.
종합해보면, 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간 내에 유전체 조절가능한 커패시터가 위치하는 전기장의 전기장 세기를 조절함으로써 밀리초 단위 또는 더 짧은 시간 내에 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기를 변화시키는 목적을 달성할 수 있다.
본 실시예에서, 적어도 일부분의 강유전체층은 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전기장 및 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기장에 동시에 위치하며, 이로써 상기 일부분의 강유전체층은 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전기장 변화의 영향을 받아 유전 상수가 변화되며, 상기 일부분의 강유전체층은 제1 전극과 제2 전극 사이의 유전체층으로서, 커패시턴스 공식에 의해, 이의 유전 상수가 변화되면 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시턴스값도 대응되게 변화되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전기장에 제공되는 전기장 세기를 변화시키켜 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 커패시터의 커패시턴스값 크기를 효과적으로 조절하는 것을 확보할 수 있으며, 즉 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기를 조절할 수 있다.
선택적으로는, 도 3에서 도신한 것은 본 실시예의 조절가능한 커패시터의 일 구조예시도이다. 이 실시예에서 조절가능한 커패시터는 강유전체층(1), 강유전체층(1)의 마주보는 양측에 위치하는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22), 및 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 절연되어 배치되는 제1 제어 전극(31) 및 제2 제어 전극(32)을 포함한다. 제1 전극(21)과 제1 제어 전극(31)은 모두 강유전체층(1)의 상측에 배치되며, 제1 전극(21)은 좌측에 위치하고 제1 제어 전극(31)은 우측에 위치한다. 제2 전극(22)과 제2 제어 전극(32)은 모두 강유전체층(1)의 하측에 배치되며, 제2 전극(22)은 우측에 위치하고 제2 제어 전극(32)은 좌측에 위치한다. 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32)의 강유전체층(1)의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 중첩되지 않는다. 본 실시예에서, 상기 조절가능한 커패시터가 임피던스 매칭 장치에 접속되 경우, 제1 전극(21) 및 제2 전극(21)은 매칭 회로망의 회로에 연결되며, 제1 제어 전극(31), 제2 제어 전극(32)은 임피던스 매칭 장치의 제어 유닛의 제어를 받으며 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 양자 사이의 전압을 조절하며, 구체적인 전기적 구조예시도는 도 6을 참조한다.
더 선택적으로는, 제2 제어 전극(32)과 제1 전극(21)은 마주보며 배치되며, 양자의 강유전체층(1)의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 적어도 일부분 중첩된다. 제1 제어 전극(31)과 제2 전극(22)은 마주보며 배치되며, 양자의 강유전체층(1)의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 적어도 일부분 중첩된다. 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 및 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32)은 상기 위치 관계를 사용함으로써 조절가능한 커패시터의 부피가 보다 작고 구조가 간단하도록 한다.
한층 더 바람직하게는, 마주보며 배치되는 제2 제어 전극(32)과 제1 전극(21)의 강유전체층(1)의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 완전히 중첩된다. 마주보며 배치되는 제1 제어 전극(31)과 제2 전극(22)의 강유전체층(1)의 상표면이 위치하는 평면에서의 정투영은 완전히 중첩된다. 이는 조절가능한 커패시터의 각 구성 요소가 더 집중되도록 함으로써 조절가능하는 커패시터의 부피가 더 작고 구조가 더 간단하도록 한다.
실제 적용에서, 조절가능한 커패시터는 도 4에서 도시한 구조를 사용할수도 있으며, 도 3과 비교할 때 차이점은: 제2 제어 전극(32)의 개수는 두 개이고, 제2 전극(22)은 두 개의 제2 제어 전극(32) 사이에 위치하며; 제1 전극(21)의 개수는 두 개이고, 제1 제어 전극(31)은 두 개의 제1 전극(21) 사이에 위치한다. 도 4에서 도시한 조절가능한 커패시터는 도 3에서 도시한 것과 비교할 때 더 많은 부분의 강유전체층(1)이 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32) 사이의 전기장 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전기장에 동시에 위치하도록 하므로, 도 3에 비해 같은 전기장 변화의 경우에서 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값의 변화를 증대시킬수 있으며, 이로써 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기의 조절 속도를 더 향상시킬 수 있다.
선택적으로는, 도 5에서와 같이, 이 실시예의 조절가능한 유전체 커패시터의 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 강유전체층(1)의 상측과 하측에 배치되며, 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32)은 각각 강유전체층(1)의 좌측과 우측에 배치된다. 물론 조절가능한 유전체 커패시터의 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 강유전체층(1)의 좌측과 우측에 배치되고 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32)은 각각 강유전체층(1)의 상측과 하측에 배치될 수도 있다. 도 5에서 도시한 조절가능한 커패시터는 강유전체층(1) 전체가 제1 제어 전극(31)과 제2 제어 전극(32) 사이의 전기장 및 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전기장에 동시에 위치할 수 있으며, 같은 전기장 변화의 경우에서 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값의 변화를 한층 더 증대시킬수 있으며, 이로써 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기의 조절 속도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
여기서, 강유전체층(1)의 강유전체 재료는 BaTiO3, BaO-TiO2, KNbO3, K2O-Nb2O5, LiNbO3, Li2O-Nb2O5, 인산이수소칼륨, 황산 트리글리신 및 로셸염 중의 적어도 하나를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
[실시예 2]
본 실시예는 임피던스 매칭 장치를 제공한다. 도 6에서와 같이, 상기 임피던스 매칭 장치는 매칭 회로망(50), 수집 유닛(51) 및 제어 유닛(52)을 포함한다. 매칭 회로망(50)에는 상기 실시예 1에서 제공하는 조절가능한 커패시터를 포함하며, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 매칭 회로망(50)의 회로에 접속되며, 제1 제어 전극(31)은 제어 유닛(52)과 전기적으로 연결되며, 제2 제어 전극(32)은 접지된다.
여기서, 매칭 회로망(50)은 RF 전원(10)과 반응 챔버(20) 사이에 직렬로 연결된다. 수집 유닛(51)은 RF 전원(10)과 매칭 회로망(50) 사이의 전송 라인 상의 전기적 신호를 수집하여 상기 전기적 신호를 제어 유닛(52)에 발송한다. 제어 유닛(52)은 수집 유닛(51)이 수집한 전기적 신호에 기초하여 임피던스 매칭 연산을 진행하며 연산 결과에 따라 제1 제어 전극(31) 및 제2 제어 전극(32) 사이에 인가되는 전압을 제어하여 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 커패시턴스값을 조절한다.
여기서, 수집 유닛은 센서를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 매칭 회로망(50)의 타입은 L타입을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 실시예의 임피던스 매칭 장치의 각 유닛의 형태는 유일하지 않으며, 예를 들어 제어 유닛(52)은 DSP일 수 있으며, 단일 칩 마이크로컴퓨터 등일 수도 있다. 본 실시예에서는 제어 유닛(52)이 임피던스 매칭 연산을 진행할 때의 구체적인 연산법에 대해서 구체적으로 제한하지 않으며, 계산 결과에 따라 전압을 조정한 후 RF 전원(10)의 출력 임피던스와 로딩 임피던스를 같게 할 수 있기만 하면 된다.
본 실시에의 임피던스 매칭 장치에서, 매칭 회로망에서의 커패시터의 커패시턴스값 크기를 조정하는 것은 실행 유닛을 통해 제어할 필요가 없고 실시예 1의 조절가능한 커패시터를 사용하므로, 제어 유닛(52)이 출력하는 제어 전압(V1 및 V2)의 크기를 제어하기만 하면 조절가능한 커패시터의 커패시턴스값 크기를 빠르게 변화시킬 수 있고 빠른 매칭을 구현할 수 있으며 밀리초 또는 더 빠른 매칭 속도를 구현할 수 있다.
이해의 편리를 위해, 아래에서는 도 6을 결합하여 본 실시예에서의 임피던스 매칭 장치를 상세히 해석하여 설명하도록 한다.
도 6에서와 같이, 본 실시예에서 임피던스 매칭 장치 중의 수집 유닛(51)은 매칭 회로망(50)의 앞단에 위치하고 RF 전원(10)의 전송 라인 상의 전압(V), 전류(I) 등 전기적 신호를 검사하며, 제어 유닛(52)은 일정한 진폭 판별 및 위상 판별 알고리즘을 이용하여 매칭 회로망(50)의 입력단에서 출력단으로 보는 로딩 임피던스의 모듈러스 값(|Z|) 및 위상(
)을 출력하며, 매칭 제어 알고리즘에 필요한 제어량을 제공한다. 매칭 회로망(50)이 사용하는 소자는 조절가능한 커패시터(C1, C2) 및 인덕턴스(L)로 구성되며, 여기서, 커패시터(C1, C2)는 상기 실시예 1의 조절가능한 커패시터이다. 조절가능한 커패시터(C1, C2) 각각은 제어 전극이 제공하는 전기장(E1 및 E2) 환경에 위치하며, 여기서 E1 및 E2의 전기장 세기는 제어 유닛(52)이 제어 전극에 인가되는 제어 전압(V1 및 V2)을 제어하는 것을 통해 구현될수 있다. 제어 유닛(52)은 수집 유닛(51)에서 제공하는 전기적 신호에 기초하여 매칭 제어 알고리즘을 통해 제어 전극에 인가되는 제어 전압(V1 및 V2)을 조절하여, 조절가능한 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스값 크기의 빠른 조절을 구현할 수 있으며, 더 나아가 매칭 회로망(50)의 로딩 임피던스와 RF 전원(10)의 출력 임피던스(보통 50Ω)가 같게 함으로써 양자가 빠른 공액 매칭을 이루도록 한다. 이때, RF 전원(10)의 전송 라인 상의 반사 파워는 0 또는 매우 작으며, RF 전원(10)에서 생성되는 파워는 모두 반응 챔버(20)에 전송된다.
선택적으로는, 도 6에서와 같이, 임피던스 매칭 장치는 제어 유닛(52)과 제1 제어 전극(31) 사이에 배치되는 저역 필터(53)를 더 포함한다. 저역 필터(53)의 구체적인 구성 구조에 대하여 본 실시예는 구체적으로 제한하지 않는다. 예를 들어, 저역 필터(53)는 인덕턴스 및 커패시터를 포함한다. 여기서, 인덕턴스의 일단은 제어 유닛(52)의 출력단에 연결되며, 타단은 커패시터의 일단에 연결되며, 커패시터의 타단은 접지 및 제어 전극과 연결된다. 제어 유닛(52)은 두 개의 제어 전극의 전압(V1 및 V2)을 조절한 후, 각각 저역 필터(F1 및 F2)를 통해 E1 및 E2의 크기를 제어하며, 저역 필터에 의해 일부분의 신호 간섭을 필터링하여 제거할 수 있다.
선택적으로는, 조절가능한 커패시터의 개수는 다수 개이며, 저역 필터와 조절가능한 커패시터는 일대일로 대응되게 배치되며 개수가 같다. 예를 들어, 도 6에서와 같이, 조절가능한 커패시터는 두 개를 포함하며 각각 C1 및 C2이며, 저역 필터도 두 개를 포함하며 각각 F1 및 F2이며, 조절가능한 커패시터(C1)는 저역 필터(F1)를 통해 제어 유닛(52)과 연결되며, 조절가능한 커패시터(C2)는 저역 필터(F2)를 통해 제어 유닛(52)과 연결된다.
설명해야 할 점은, 본 실시예의 임피던스 매칭 장치는 플라즈마 시스템에 적용되는 것에 제한되지 않으며, 기타 통신, 핵 자기, 전력선 등 시스템에도 적용될 수 있다.
[실시예 3]
본 실시예는 반도체 가공 장비를 제공한다. 도 7에서와 같이, 상기 반도체 가공 장비는 RF 전원(10), 임피던스 매칭 장치(60) 및 반응 챔버(20)를 포함하며, 임피던스 매칭 장치(60)는 RF 전원(10)과 반응 챔버(20) 사이에 직렬로 연결되며 RF 전원(10)의 출력 임피던스와 로딩 임피던스가 매칭을 구현하도록 하며, 여기서, 임피던스 매칭 장치(60)는 상기 실시예 2에서 제공하는 임피던스 매칭 장치를 사용한다.
본 실시예의 반도체 가공 장비는 실시예 2에서 제공하는 임피던스 매칭 장치를 사용함으로써 RF 전원의 출력 임피던스와 로딩 임피던스 사이의 빠른 매칭을 구현할 수 있어 공정 효율 및 공정 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 실시 형태는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용되는 예시적인 실시 형태에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 당해 분야에서의 통상적인 지식을 가지는 자라면 본 발명의 사상 및 본질을 벗어나지 않는 기초상에서 다양한 변형 및 수정을 할 수 있는 것은 자명한 것이며, 이 변형 및 수정들은 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다.
Claims (14)
- 강유전체층;
상기 강유전체층의 마주보는 측면에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
제1 전극 및 제2 전극과 절연되고 분리되어 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하며,
상기 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 상기 강유전체층의 마주보는 바깥쪽 측면에 배치되고 상기 강유전체층에 전기장을 제공하며, 상기 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 상기 강유전체층의 유전 상수를 조절함으로써 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시턴스값을 조절하고,
상기 제2 전극은 두 개의 제2 제어 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 제어 전극은 두 개의 제1 전극 사이에 위치하고,
상기 제2 제어 전극과 상기 제1 전극은 마주보며 배치되며,
상기 제1 제어 전극과 상기 제2 전극은 마주보며 배치되는, 조절가능한 커패시터. - 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체층의 하나 이상의 부분은 상기 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이의 전기장 및 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기장에 동시에 위치하는, 조절가능한 커패시터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제1 제어 전극은 모두 상기 강유전체층의 상표면에 위치하며,
상기 제2 전극과 상기 제2 제어 전극은 모두 상기 강유전체층의 하표면에 위치하며,
상기 강유전체층의 상표면으로의, 상기 제1 제어 전극의 정투영과 상기 제2 제어 전극의 정투영은 중첩되지 않는, 조절가능한 커패시터. - 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 제2 제어 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영과, 마주보며 배치되는 상기 제1 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영은 완전히 중첩되며,
상기 제1 제어 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영과, 마주보며 배치되는 상기 제2 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영은 완전히 중첩되는, 조절가능한 커패시터. - 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체층의 재료는 BaTiO3, BaO-TiO2, KNbO3, K2O-Nb2O5, LiNbO3, Li2O-Nb2O5, 인산이수소칼륨, 황산 트리글리신 및 로셸염 중의 적어도 하나를 포함하는,
조절가능한 커패시터. - 임피던스 매칭 장치로서,
RF 전원과 반응 챔버 사이에 직렬로 연결되는 매칭 회로망;
상기 RF 전원과 상기 매칭 회로망 사이의 전송 라인 상의 전기적 신호를 수집하는 수집 유닛; 및
제어 유닛을 포함하고,
상기 매칭 회로망은 조절가능한 커패시터를 포함하고, 상기 조절가능한 커패시터는,
강유전체층;
상기 강유전체층의 마주보는 측면에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
제1 전극 및 제2 전극과 절연되고 분리되어 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하며,
상기 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 상기 강유전체층의 마주보는 바깥쪽 측면에 배치되고 상기 강유전체층에 전기장을 제공하며, 상기 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 상기 강유전체층의 유전 상수를 조절함으로써 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시턴스값을 조절하고,
상기 제2 전극은 두 개의 제2 제어 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 제어 전극은 두 개의 제1 전극 사이에 위치하고,
상기 제2 제어 전극과 상기 제1 전극은 마주보며 배치되고,
상기 제1 제어 전극과 상기 제2 전극은 마주보며 배치되고,
상기 제어 유닛은 상기 수집 유닛이 수집한 전기적 신호에 기초하여 임피던스 매칭 연산을 진행하며, 연산 결과에 따라 상기 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이에 인가된 전압을 제어하고,
상기 수집 유닛은 상기 수집된 전기적 신호를 상기 제어 유닛에 발송하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 매칭 회로망의 회로에 접속되며, 상기 제1 제어 전극은 상기 제어 유닛과 연결되며, 상기 제2 제어 전극은 접지되는, 임피던스 매칭 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어 유닛과 상기 제1 제어 전극 사이에 배치되는 저역 필터를 더 포함하는, 임피던스 매칭 장치. - 제 8 항에 있어서,
복수의 조절가능한 커패시터가 포함되며, 복수의 저역 필터가 포함되며, 상기 저역 필터의 개수는 상기 조절가능한 커패시터의 개수와 같으며, 양자는 일대일로 대응되게 배치되는 것을 특징으로 하는
임피던스 매칭 장치. - 반도체 가공 장비로서,
RF 전원;
반응 챔버; 및
상기 RF 전원과 상기 반응 챔버 사이에 직렬로 연결되는 임피던스 매칭 장치를 포함하며,
상기 임피던스 매칭 장치는
상기 RF 전원과 상기 반응 챔버 사이에 직렬로 연결되는 매칭 회로망;
상기 RF 전원과 상기 매칭 회로망 사이의 전송 라인 상의 전기적 신호를 수집하는 수집 유닛; 및
제어 유닛을 포함하고,
상기 매칭 회로망은 조절가능한 커패시터를 포함하고, 상기 조절가능한 커패시터는,
강유전체층;
상기 강유전체층의 마주보는 측면에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
제1 전극 및 제2 전극과 절연되고 분리되어 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하며,
상기 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극은 상기 강유전체층의 마주보는 바깥쪽 측면에 배치되고 상기 강유전체층에 전기장을 제공하며, 상기 전기장의 전기장 세기를 제어하는 것을 통해 상기 강유전체층의 유전 상수를 조절함으로써 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이의 커패시턴스값을 조절하고,
상기 제2 전극은 두 개의 제2 제어 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 제어 전극은 두 개의 제1 전극 사이에 위치하고,
상기 제2 제어 전극과 상기 제1 전극은 마주보며 배치되고,
상기 제1 제어 전극과 상기 제2 전극은 마주보며 배치되고,
상기 제어 유닛은 상기 수집 유닛이 수집한 전기적 신호에 기초하여 임피던스 매칭 연산을 진행하며, 연산 결과에 따라 상기 제1 제어 전극과 제2 제어 전극 사이에 인가된 전압을 제어하고,
상기 수집 유닛은 상기 수집된 전기적 신호를 상기 제어 유닛에 발송하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 매칭 회로망의 회로에 접속되며, 상기 제1 제어 전극은 상기 제어 유닛과 연결되며, 상기 제2 제어 전극은 접지되는, 반도체 가공 장비. - 제 3 항에 있어서,
상기 제2 제어 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영과, 마주보며 배치되는 상기 제1 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영은 부분적으로 중첩되며,
상기 제1 제어 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영과 마주보며 배치되는 상기 제2 전극의 상기 강유전체층의 상표면 상에서의 정투영은 부분적으로 중첩되는, 조절가능한 커패시터. - 제 7 항에 있어서,
상기 수집 유닛은 센서를 포함하는, 임피던스 매칭 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 매칭 회로망은 L타입 회로망을 포함하는, 임피던스 매칭 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 DSP 및 단일 칩 마이크로컴퓨터 중 하나인, 임피던스 매칭 장치.
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