KR19990072504A - 무선주파수플라스마생성기를위한비(比)에의한자동동조알고리즘 - Google Patents

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스트라타코스 존 지.
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Abstract

무선 주파수 플라스마 시스템(RF plasma system)에 의하여, 플라스마 체임버(18)(plasma chamber)의 임피던스를 정합(整合)시킬 목적으로 주파수 대역(帶域) 내(內)에서 무선 주파수 생성기(14)(RF generator)의 주파수를 변화시키는 주파수 동조(frequency tuning)를 이용한다. 양(兩)-지향성 센서(16)(bidirectional sensor)에서 순방향 전력(forward power)과 반사 전력(reflected power)의 크기를 얻는다. 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)를 하나의 주파수에 대하여 얻고, 그 다음에 주파수를 변화시킨다. 동조 알고리즘(tuning algorithm)에 의하여, 이전(以前)에 얻어진 비(比)를 새로운 주파수에서의 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)를 비교한다. 새로운 비(比)가 더 작다면, 주파수는 같은 방향으로 다시 변화되지만, 새로운 비(比)가 더 크다면, 주파수는 다른 방향으로 변화된다. 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)가 최소에 다다를 때까지, 상기 단계는 계속 반복된다. 동조 알고리즘(tuning algorithm)은 하드웨어나 소프트웨어에서 구현될 수 있다.

Description

무선 주파수 플라스마 생성기를 위한 비(比)에 의한 자동 동조 알고리즘{RATIOMETRIC AUTOTUNING ALGORITHM FOR RF PLASMA GENERATOR}
본 발명은 플라스마 생성 기구(plasma generation equipment)에 관한 것이고, 보다 더 상세하게 무선 주파수 생성기(RF generator) 또는 비슷한 무선 주파수 소스(RF source) 등의 출력에, 반작용 플라스마 체임버(reactive plasma chamber) 또는 비슷한 비-선형 로드(non-linear load) 등의 임피던스를 정합(整合)시키는 무선 주파수 플라스마 시스템(RF plasma system)을 자동으로 동조(tuning)시키는 것에 관한 것이다. 보다 더 상세하게, 무선 주파수 생성기(RF generator)의 주파수가, 무선 주파수 플라스마 시스템(RF plasma system)을 동조시키는 최적의 주파수에 이를 때까지, 무선 주파수 생성기(RF generator)의 주파수를 자동으로 변화시키는 주파수 기술(技術)에 관한 것이다.
일반적인 무선 주파수 플라스마 생성 장치(RF plasma generator arrangement )에 있어서, 높은 전력의 무선 주파수 소스(RF source)는 주어진 주파수에서, 예를 들면, 13.56 ㎒ 에서 무선 주파수 파(波)를 생성시키고, 전력 콘딧(power conduit)을 통하여 플라스마 체임버(plasma chamber)까지 상기 소스를 공급한다. 또한, 무선 주파수 전력은 일반적으로 고정되고 공지된 임피던스, 예를 들면, 50 Ω에서 공급된다. 일반적으로 무선 주파수 전력 소스와 플라스마 체임버 등의 사이에서 심각한 임피던스 비(非)-정합이 존재하기 때문에, 플라스마 체임버의 임피던스를 소스의 임피던스에 정합(整合)시킬 목적으로 어떤 준비가 있어야만 한다. 고정-주파수로 되어 있는 무선 주파수 시스템(RF system)에 있어서, 임피던스 정합 회로망(impedance matching network)을 플라스마 체임버(plasma chamber)와 소스(source) 등의 사이에서 배치된다. 오차 탐지기(error detector)는 명목 입력 임피던스의 크기(일반적으로 50 Ω)와 실질 입력 임피던스의 크기 등의 사이에서 차이인 크기 오차(magnitude error)를 측정하고, 명목 입력 임피던스에서 위상(일반적으로 0 도)과 실질 입력 임피던스에서 위상 등의 사이에서 편향(deviation)인 위상 오차(phase error)를 측정한다. 동조 요소(tuning element)로써 이용되는 하나 이상의 가변 임피던스 장치의 움직임은, 크기 오차 신호와 위상 오차 신호에 의하여 제어된다. 상기 장치를 통하여, 동조 포인트(tuning point)에 다다르는데 오랫동안의 지연을 경험할 수 있고, 동조 포인트(tuning point)를 찾는데 실패하는 "상실(lost)" 조건을 경험할 수 있거나, 동조 포인트(tuning point)와는 완전히 달리 동조 요소(tuning element)를 구동할 수 있다.
또 하나의 매혹적인 접근은 주파수를 동조시키는 기술(frequency tuning technique)인데, 무선 주파수 플라스마 체임버의 임피던스가 가능하다면 무선 주파수 생성기의 주파수에 가깝게 정합(整合)할 때까지, 무선 주파수 생성기의 주파수를 변화시킨다. 주파수 동조 방법(frequency tuning method)은 부분을 이동시킬 필요가 없는 이점(利點)과 (이론으로써) 최적의 동조 포인트로 빠른 도착을 이룩하는 이점(利點) 등을 가진다.
주파수 동조(frequency tuning)에 있어서, 단 하나의 제어 주파수만이 있다. 두 개 이상의 가변 동조 요소를 가지는, 그리고 세 개나 그 이상의 동조 요소를 이용할 수 있는 기계적으로 동조되는 정합 회로망(mechanically tuned match network )과는 달리, 단 하나의 로드 임피던스에 의하여 완전한 동조를 이룩하는 것이 가능하다. 결과로써, 어떤 움직이는 부분을 필요로 하지 않으면서, 주파수 동조(frequency tuning)는 보다 더 빠르고, 기계적으로 보다 더 신뢰 가능하다. 다른 면(面)에 있어서, 주파수 동조(frequency tuning)는 기계적으로 동조된 정합 회로망이 이룩하였던 거의 이상적인 임피던스 정합을 이룩할 수 없었다.
일반적인 주파수 동조 방법(frequency tuning method)은 다음과 같이 작동한다 : 무선 주파수 대역(帶域) 내(內)의 시작점에서 생성기 주파수(generator frequency)에서 생성기(generator)는 켜진다. 생성기는 플라스마 체임버에 순방향 전력이나 인가(認可) 전력을 공급한다. 인가(認可) 전력의 일부분은 생성기로 향하여 다시 반사된다. 반사 전력(reflected power)은 측정되고, 반사 전력( reflected power)의 크기는 메모리에 저장된다. 그 다음에, 무선 주파수는 하나의 방향으로 변화된다. 반사 전력은 다시 측정되고, 이전(以前)에 측정에서 저장된 크기와 비교된다. 반사 전력(reflected power)의 변화에 바탕을 두어서, 주파수는 다시 움직이는데 ; 반사 전력(reflected power)에서 감소가 있다면, 주파수는 같은 방향으로 움직이고 ; 반사 전력(reflected power)에서 증가가 있다면, 주파수는 반대 방향으로 움직인다. 가장 낮은 가능한 반사 전력(reflected power)에 다다를 때까지, 이러한 것은 계속된다.
동조 결정(tuning decision)이 단지 반사 전력의 변화에만 바탕을 두고 있기 때문에, 상기 방법에서 어떤 문제가 일어난다. 부하 VSWR(voltage standing wave ratio, 전압 정재파(定在波) 비(比))가 증가할 때, 무선 주파수 생성기에 대한 주(主) 보호 형(型)은 무선 주파수 생성기의 출력 전력을 제한하는 것을 포함한다. 무선 주파수 출력 전력을 제한하는 것에 의하여, 반사 전력인 미리 결정된 임계값의 위로 올라가지 않는데 충분하게 인가(認可) 전력(applied power)은 낮은 상태를 유지한다. 이것에 의하여, 순방향(인가) 전력은 같은 레벨에 있다는 것을 의미하지 않는다. VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比))가 높은 것과 같은 특별한 제한 조건에 있을 때, 하지만 무한하지는 않을 때, 그리고 반사 전력이 최대의 레벨에 있을 정도에서 요구되어지는 전력이 있을 때, 무선 주파수 동조(RF tuning)에 대한 존재하는 설계는 반사 전력에서 어떤 변화도 탐지할 수 없고, 주파수가 다양할 때 생성기를 로드에 정합(整合)시키는 임피던스에 효과를 줄 수 없다. 즉, 반사 전력은 주파수 대역(帶域)의 커다란 부분을 가로지르면서 평평하고, 동조는 상실(lost)된다.
일어나는 또 하나의 문제는, 요구되어지는 생성기 무선 주파수 출력 레벨에서 일관되게 재빨리 신뢰 가능하게 동조하는데 있어서 어려움이다. 종래의 주파수 동조 기술(技術)에 있어서, 요구되어지는 생성기 출력 전력 대역(帶域)에 의존하면서, 그리고 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比))에 효과를 주는 다른 플라스마 체임버 조건에 의존하면서, 수동적으로 변화되어야만 하는 역방향 전력 임계값(reverse power threshold)이 있다. 이러한 것은 시스템에서 시스템으로 일관되게 신뢰 가능하게 유지시키는데 있어서 어려움을 만든다.
상기(上記)에서 기술(記述)되어 있는 상실(lost) 동조 조건을 피할 목적으로, 종래의 접근은 시스템이 동조되는 어떤 미리 결정된 시간의 양(量)을 기다리는 것을 포함하였고, 그 다음에 동조가 이루어지지 않았을 때 어떤 미리 결정된 포인트에서 생성기 주파수를 재빨리 찾아내는 것을 포함하였다. 물론, 미리 정의된 주파수 포인트는 현재의 플라스마 체임버 조건에 대하여 합리적인 임피던스 정합을 공급하는 포인트일 때만, 상기는 이루어지고, 사실은 그렇지 않을 수 있다.
또 하나의 이전(以前) 접근은 높은 반사 전력 조건을 탐지하는 것을 포함하였고, 그 다음에 어떤 미리 결정된 양(量)의 시간 후(後)에 보다 더 좋은 임피던스 정합을 찾기 위하여 주파수 대역(帶域)을 재빨리 검색하는 것을 포함하였다. 하지만, 상기가 일어날 때 알고리즘이 정정 방향으로 주파수를 변화시키면서, 상기 해결 방법은 반대의 결과를 초래할 수 있다. 그러므로, 상기의 이전(以前)에 제안된 해결 방법은 수용 가능한 정합을 방해하는 진동 조건이라는 결과를 일으킨다.
상기에서 기술(記述)된 두 번째 문제에 관하여, 현재의 접근은 절충의 기술을 포함한다. 최대의 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比))이 상대적으로 높은 시스템에서, 상기 절충은 필요하다. 이러한 경우에 있어서, 무선 주파수 생성기가 마지막 동조 포인트로써 상대적으로 높은 반사 전력을 수용하는 것이 요구되어진다. 요구되어지는 무선 주파수 전력이 또한 높다면, 무선 주파수 생성기에 해(害)를 일으키는 심각한 문제에 놓일 수 있다. 하지만, 요구되어지는 무선 주파수 전력이 줄어든다면, 이상적인 임피던스 정합보다 불충분한 임피던스 정합에 시스템이 놓일 가능성이 높다.
반사 전력(reflected power)만을 제외하고 어떤 기초에서 무선 주파수 생성기의 동조를 제어하는 시도는 이전(以前)에 없었고, 순방향 전력이나 인가(認可) 전력에 대한 고려는 상기(上記)에서 기술(記述)된 문제를 푸는데 도움이 될 수 있다는 사실을 이전(以前)에 높이 평가한 사람은 없다.
심지어, 높은 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比))이나 높은 인가 전력 조건 하(下)에서, 상실 동조 조건을 피하고, 빠른 동조를 이루는 무선 주파수 플라스마 생성기(RF plasma generator)의 동조(tuning)를 제어하는 설계를 공급하는 것이, 본 발명의 목적이다.
본 발명의 하나의 특징에 따라서, 자동으로 주파수를 동조시키는 방법(automatic frequency tuning method)은, 플라스마 임피던스에 정합(整合)하도록 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 제어한다. 무선 주파수 생성기(RF generator)에 의하여 무선 주파수 대역(帶域)의 주파수에서 무선 주파수 전력을 플라스마 체임버에 적용하고, 플라스마 체임버는 반사 전력(reflected power)으로써 인가 무선 주파수 전력(applied RF power)의 일부분을 반사한다. 이상적인 동조 포인트에 있어서, 다시 반사되는 순방향 전력의 양(量)은 최소이다. 생성기에서 플라스마 체임버까지 공급되는 인가 무선 주파수 전력(applied RF power)을 탐지하는 단계 ; 체임버에서 생성기까지 다시 반사되는 반사 무선 주파수 전력(reflected RF power)을 탐지하는 단계 ; 이러한 주파수에서 인가 전력과 반사 전력 등의 크기의 비(比)를 측정하는 단계 ; 그리고 인가 전력과 반사 전력 사이의 비(比)를 최대로 하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 단계 ; 등을 방법은 포함한다. 최적의 동조 포인트에 다다를 때까지, 즉 무선 주파수의 함수로써 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)가 최소가 될 때까지, 상기의 단계는 반복된다.
반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比), 또는 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)의 제곱근(square root)로써 계산되는 반사 계수(reflection coefficient)에 바탕을 두어서, 동조 결정(tuning decision)을 한다. 대신(代身)에, 동조 결정(tuning decision)은 전압 정재파(定在波) 비(比), 또는 VSWR 에 바탕을 둘 수 있는데, 이것은 (VSWR) = (RC - 1)(RC + 1) 에 일치하고, 여기서 RC 는 반사 계수(reflection coefficient)이다. 일반적인 의미에 있어서, 동조 결정(tuning decision)은 인가(認可) 전력의 미리 결정된 전기 파라미터, 그리고 반사 전력의 미리 결정된 전기 파라미터 등의 사이에서 존재하는 어떤 관계에 바탕을 두고 있음으로써, 상기 관계는 주파수의 함수로써 다양하고, 무선 주파수 대역(帶域)에서 최적의 동조 포인트에서 최대 값(또는 최소 값)을 가진다.
본 발명은 로드 임피던스는 인가 전력의 주파수에서 다양한 것을 특징으로 하는 어떤 시스템에 적용되기까지 쉽사리 확장될 수 있고, 시스템은 최적의 포인트에서 동조될 수 있다.
본 발명의 상기(上記)에서, 그리고 많은 다른 목적, 특징, 및 이점(利點) 등은, 부속되는 도면과 관련하여 딸린 선호되는 실시예의 하기(下記) 기술에서 분명해질 것이다.
도 1 은, 본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 주파수 제어(frequency control)를 합체(合體)하고 있는 무선(無線) 주파수 플라스마 처리(RF plasma process)의 시스템 블록 다이어그램(system block diagram)을 나타내고 있다 ;
도 2 는, 주어진 조건 하(下)에서, 도 1 의 시스템을 위한 주파수 대역(帶域)에 대하여 순방향 전력 특징과 반사 전력 특징을 나타내는 그림이다 ;
도 3 과 도 4 등은, 다른 조건 하(下)에서, 주파수 대역(帶域)에 대하여 순방향 전력 특징과 반사 전력 특징을 나타내는 그림이다 ;
도 5 는, 순방향 전력 특징과 반사 전력 특징을 나타내는 또 하나의 그림이다 ;
도 6 는, 본 발명의 주파수 동조 알고리즘(frequency tuning algorithm)을 설명하는 순방향 전력 특징과 반사 전력 특징을 나타내는 그림이다 ; 그리고
도 7 은, 주파수 대역(帶域)을 가로지르면서 반사 전력과 순방향 전력 사이의 비(比)에 대한 특징을 나타내는 그림이다.
*참조 번호 설명
10 : 무선(無線) 주파수 플라스마 처리 시스템
(RF plasma processing system)
12 : 플라스마 생성기(plasma generator)
14 : 무선(無線) 주파수 전력 증폭기(RF power amplifier)
16 : 양(兩)-지향성 센서 시스템(bidirectional sensor system)
18 : 플라스마 체임버(plasma chamber)
20 : 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP)
24 : 자동 동조 알고리즘(auto-tuning algorithm)
도면과 관련하여, 먼저 도 1 에 관하여, 실례(實例)의 목적을 위하여, 무선(無線) 주파수 플라스마 처리 시스템(10)(RF plasma processing system)을 나타낸다. 플라스마 생성기(12)(plasma generator)에 의하여, 예를 들면, 1.8 내지 2.2 ㎒ 의 대역(帶域) 내(內)의 주파수에서 무선 주파수 전력을 공급한다. 무선(無線) 주파수 전력 증폭기(14)(RF power amplifier)의 앞에 있는 제어 가능한 무선(無線) 주파수 구동기(13)(controllable frequency driver)에서 생성기(12)(generator)를 형성한다. 증폭기에 의하여, 양(兩)-지향성 센서 시스템(16)(bidirectional sensor system), 예를 들면, 양(兩)-지향성 커플러(bidirectional coupler)를 통하여, 플라스마 체임버(18)(plasma chamber)의 입력으로 순방향 무선 주파수 전력(forward RF power)을 공급한다. 센서(16)는 순방향 전력(forward power) 또는 인가(認可) 전력(applied power)의 기록을 공급하고, 그리고 또한 반사 전력(reflected power), 즉 플라스마 체임버(18)(plasma chamber)에서 받아들이지 않은, 그리고 생성기(12)(generator)로 향하여 다시 돌려보내는 전력(power)의 기록을 공급한다.
디지털 신호 프로세서(20)(digital signal processor), 또는 DSP 는, 순방향 전력 레벨(forward power level), 그리고 역방향 전력 레벨(reverse power level) 또는 반사 전력(reflected power level) 등을 수용하는 입력을 가지고, 순방향 전력과 반사 전력에 대응하는 디지털 값(digitized value)을 각각 저장하는 메모리 위치(21, 22)(memory location)를 가진다. 저장되어 있는 자동 동조 알고리즘(24)(auto-tuning algorithm)은 메모리 위치에 저장되어 있는 값에 바탕을 두는 함수의 값, 예를 들면, 반사 전력과 인가 전력 사이의 비(比)를 계산하고, 그 다음에 어떤 단계 값에 의하여 주파수를 변화시키도록 DSP(20)에 무선 주파수 구동기(13)에 신호를 보내는 명령을 내린다. 동조 알고리즘(24)은 DSP 에 저장되어 있는 마이크로코드(micro-code)로써 구현될 수 있거나, 하드웨어로써 구현될 수 있다. 알고리즘(24)에 의하여, 순방향 전력 값과 반사 전력 값 등을 저장하는, 전력 비(比)(또는 다른 파라미터)를 계산하고, 그 값을 내는, 그리고 전력 비(比)의 가장 낮은 값에 다다를 때까지 구동기(13)의 동조를 조정하는 상기 단계를 되풀이한다.
주파수에 의하여 동조되는 무선 주파수 플라스마 시스템(frequency-tuned RF plasma system)의 순방향 전력 특징과 반사 전력 특징의 실례(實例)를, 도 2 의 그림에서 나타낸다. 동조 결정이 단지 반사 전력에 바탕을 둘 때 일어나는 문제를 설명하고 있다. 이러한 실례(實例)에 있어서, 생성기(12)에 대한 주파수 대역(帶域)은 1.8 ㎒ 내지 2.2 ㎒ 에서 존재하고, 생성기는 500 watts 의 최대로 허용 가능한 반사 전력을 가진다. 상기에 의하여, 반사 전력이 상기 레벨에서 또는 그 밑에 존재하도록 상기 대역(帶域)에 대하여 증폭기(14)의 출력 전력을 제한한다. 일반적인 플라스마 임피던스를 대표하는 R - L - C 회로망의 복잡한 임피던스는, 2.0 ㎒ 에서 4 : 1 의 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比)), 그리고 2.1 ㎒ 에서 3 : 1 의 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比)) 등을 나타낸다. 증폭기(14)는 2500 watts 의 생성기 전력 세트 포인트를 가진다.
이러한 실례(實例)에 있어서, 반사 전력은 대부분의 대역(帶域)에 대하여 반사 전력 제한이 있게 되고, 생성기 주파수가 동조 포인트에 대하여 그 근방에 있을 때까지, 반사 전력 제한의 밑으로 떨어지지 않는다. 반사 전력의 크기는 주파수의 변화에도 아랑곳하지 않고 500 watts 의 밑으로 떨어지지 않는다. 이러한 상황은 생성기 주파수 동조 알고리즘이 상실(lost)된다는 결과를 일으키고, 이러한 상황은 반사 전력 커브의 평평한 부분을 벗어나지 않고 동조 포인트를 찾을 수 있다.
도 3 은, 요구되어지는 출력 전력에 의존하면서 무선 주파수 반사 전력 임계값이 수동적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 실례(實例)에 있어서, 같은 대역(帶域)의 1.8 내지 2.2 ㎒ 에 대하여 반사 전력(reflected power)과 순방향 전력(forward power) 특징을 나타내는 그림이다. 여기서, 요구되어지는 순방향 전력은 2000 watts 에서 설정되고, (대시 라인에 의하여 대표되는) 수동적으로 설정된 임계값은 50 watts 에서 설정된다. 이상적인 조건에 있어서, 동조 포인트에서 반사 전력은 상기 임계값의 밑에서 눈에 뜨이게 나타난다. 이러한 실례(實例)에 있어서, 순방향 전력 PF는 거의 2000 watts 에 있도록 그리고 반사 전력 PR은 약 34 watts 에 있도록, 시스템은 1.3 : 1 의 VSWR(전압 정재파(定在波) 비(比)) 에서 2.0 ㎒ 에서 동조 포인트를 가진다. 하지만, 도 4 에서 설명되고 있는 비슷한 조건 하(下)에서, 전력 설정 포인트가 약 5000 watts 에 있다면, 순방향 전력 PF는 약 5000 watts 에 있을 때 반사 전력 PR은 동조 포인트에서 약 85 watts 에 있을 것이다. 이러한 경우에 있어서, 역방향 전력은 전체 대역(帶域)에 대하여 50 watts 의 임계값 밑으로 결코 내려가지 않고, 반사되는 전력에 바탕을 두는 알고리즘은 생성기가 동조 포인트에 다다를 때 탐지하는 방식을 결코 가지지 않는다.
상기에서 논의되었던 주파수를 검색하는 제안(frequency-scanning proposal)은 도 5 의 순방향/반사 전력 그림에 관하여 설명될 수 있다. 여기서, 주파수 대역(帶域)의 낮은 끝의 근처, 즉 포인트 A 에서 1.8 ㎒ 의 위에서 생성기가 초기에 전력을 공급한다면, 반사되는 전력에 바탕을 두는 알고리즘은 포인트 A 에서 더 높은 주파수 포인트 B 까지 무선 주파수(RF frequency)를 옮긴다. 포인트 B 에서 반사 전력이 여전히 높기 때문에, 그리고 포인트 A 에서 변화하지 않기 때문에, 계속해서 작동하는 동조 알고리즘(tuning algorithm)에 의하여 시스템은 동조(tuning)를 멈추지 않는다. 하지만, 잡음의 작은 양(量)이나 반사 전력에서 매우 작은 변화, 예를 들면, 1 watt 나 그 보다 작은 근방의 값 등으로 인(因)하여, 알고리즘은 잘못된 순환을 쉽사리 하고, 상실(lost)된다. 즉, 포인트 C 에는 결코 다다르지 않으면서, 현재의 알고리즘은 포인트 A 와 포인트 B 사이에서 계속해서 찾을 수 있는데, 반사 전력 특징의 기울기 부분을 대표한다. 상기(上記)에서 기술(記述)한 것처럼, 이러한 것에 대한 접근은 어떤 미리 결정된 포인트까지 주파수 점프(frequency jump)를 시작하며, 동조 과정은 (바라는 대로) 성공적으로 이러한 미리 결정된 포인트에서 계속된다. 주파수 점프가 포인트 C 와 같은 위치까지 다다를 때, 포인트 C 는 최대의 기울기, 또는 최고의 동조 포인트(여기서, 2.0 ㎒)에 있기 때문에, 동조 알고리즘은 주파수 동조에 관하여 재치 있는 결정을 할 수 있다. 하지만, 최고의 동조 포인트는 이전(以前)에 공지되어 있지 않고, 점프는 포인트 D 로 다다르는 것과 같은데, 포인트 D 는 반사 전력 특징의 기울기 부분에 있지 않다. 이러한 경우에 있어서, 알고리즘은 여전히 상실(lost)에 있고, 최적의 동조 포인트의 먼 곳에서 생성기를 조정하는 것과 같다.
도 6 과 도 7 등에 관하여, 본 발명에 따르는 동조 알고리즘(tuning algorithm)의 실례(實例)를 설명할 수 있다. 도 6 의 실례(實例)에서와 같이, 주파수가 동조 포인트에서 어떤 거리에 있는 한(限), 심지어 인가(認可) 전력이나 순방향 전력이 증가(또는 감소)하더라도, 반사 전력은 일반적으로 평평할 수 있다. 반사되는 전력만이 있는 알고리즘(reflected-power-only algorithm)이 주파수 동조에 관하여 재치 있는 결정을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 최적의 동조 포인트의 주위에서 작은 대역폭(帶域幅) BW 이 존재한다. 다른 면(面)에 있어서, 순방향 전력과 반사 전력의 상대적 크기는 대역(帶域)에 대하여 오히려 눈에 뜨이게 변화하는 것을 쉽게 관찰할 수 있다. 사실상, 순방향 전력 PF와 반사 전력 PR등 양쪽을 고려할 때, (이러한 실례(實例)에 있어서) 1.8 내지 2.2 ㎒ 의 전체의 주파수 대역(帶域)에 대하여 PR/ PF의 비(比)는 유용한 기울기를 가지는데, 나타나는 것처럼 유용한 동조 대역폭(帶域幅) BW 을 증가시킨다. PR/ PF의 비(比)가 이용될 때, 알고리즘(24)은 재치 있는 동조 결정을 하는데, 상기 거의 전체 대역(帶域)에 대하여 눈에 뜨이는 기울기가 있는 것과 같다.
대신(代身)에, 상기(上記)에서 기술(記述)된 것과 같은 PR/ PF의 비(比)보다는 오히려, 알고리즘(algorithm)은 반사 전력이나 역방향 전력, 그리고 순방향 전력이나 인가(認可) 전력 사이의 가능한 다른 관계에 대한 동조 결정에 바탕을 둔다. 반사 전력과 순방향 전력 등의 어떤 비(比)를 최소로 할 목적으로, 또는 동등하게 반사 전력과 순방향 전력의 어떤 비(比)를 최대로 할 목적으로, 알고리즘(algorithm)을 기록할 수 있다. 예를 들면, 도 2, 도 3, 및 도 4 등에서 논의된 것처럼, 주어인 안전 레벨, 예를 들면, 500 watts 에서, 또는 500 watts 의 밑에서 반사 전력을 유지하는데, 생성기 순방향 전력은 자동으로 조정된다. 상기에서 나타난 것처럼, 주파수가 동조 포인트에 접근할 때, 순방향 전력은 증가한다. 그러므로, 전력 커브가 평평할 때, 이러한 주파수에서 적어도 어떤 주파수를 자동으로 동조시키는 판단 기준으로 인가 전력이나 순방향 전력은 이용될 수 있다.
자동 동조 알고리즘(auto-tuning algorithm)은 하드웨어에서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있는데, 이러한 경우에 있어서, DSP 나 마이크로프로세서를 생략하는 것이 가능하다. PR/ PF의 비(比)의 계산은 하드웨어에서 만들어지는 것이 또한 가능하지만, 주파수를 변경하는 결정은 DSP 나 마이크로프로세서 내(內)에서 만들어진다. 또한, 계단-식(式)으로 주파수가 변화하는 것보다, 동조 중(中)에 주파수에 대한 지속적인 범위 내(內)에 있을 때, 본 발명은 또한 적용된다.

Claims (7)

  1. 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키기 위하여 ; 무선 주파수 생성기(RF generator)는 무선 주파수 대역(帶域)의 주파수에서 무선 주파수 전력(RF power)을 플라스마 체임버(plasma chamber)로 인가(認可)시키고, 플라스마 체임버(plasma chamber)는 상기 인가(認可) 무선 주파수 전력(applied RF power)의 일부분을 반사시키고 ; 상기 생성기에서 플라스마 체임버로 공급되는 인가(認可) 무선 주파수 전력(applied RF power)을 탐지하는 것에 의하여, 그리고 상기 체임버에서 상기 생성기로 다시 반사되는 반사 무선 주파수 전력(reflected RF power)을 탐지하는 것에 의하여 수행되는 방법에 있어서,
    상기 주파수에서 상기 인가(認可) 전력 크기와 상기 반사 전력 크기 사이의 비(比)를 측정하는 것에 의하여 ; 그리고 그 다음에 인가(認可) 전력과 반사 전력 사이의 비(比)(PR/ PF)를 최대로 하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 것에 의하여 무선 주파수 생성기(RF generator)를 동조시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 반사 전력 크기와 인가(認可) 전력 크기 등의 함수로써 상기 주파수에서 반사 계수(reflection coefficient)를 계산하는 것 ; 그리고 그 다음에 반사 계수(reflection coefficient)를 최소로 하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 것 ; 등을 생성기의 주파수를 조정하는 것은 포함함을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반사 계수(reflection coefficient)는 반사 전력과 인가(認可) 전력 사이의 비(比)(PR/ PF)의 제곱근(square root)으로써 계산되는 것을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 반사 전력 크기와 인가(認可) 전력 크기 등의 함수로써 전압 정재파(定在波) 비(比)(voltage standing wave ratio, VSWR)를 계산하는 것에 의하여 ; 그리고 그 다음에 전압 정재파(定在波) 비(比)(voltage standing wave ratio, VSWR)를 최소로 하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 것 ; 등을 생성기의 주파수를 조정하는 것은 포함함을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 전력과 상기 인가(認可) 전력 사이의 비(比)(PR/ PF)에 바탕을 두어서, 상기 주파수에서 반사 계수 RC 를 계산하는 것에 의하여 ; 그리고 그 다음에 (VSWR) = (RC - 1)(RC + 1)에 일치하도록 VSWR 을 계산하는 것에 의하여 ; 그리고 그 다음에 상기 VSWR 을 최소로 하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 것에 의하여 ; 생성기의 주파수를 조정하는 것이 수행됨을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
  6. 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키기 위하여 ; 무선 주파수 대역(帶域)의 주파수에서 무선 주파수 전력(RF power)을 플라스마 체임버로 인가(認可)시키고, 플라스마 체임버(plasma chamber)는 상기 인가(認可) 무선 주파수 전력(applied RF power)의 일부분을 반사 전력(reflected power)으로써 반사시키고 ; 상기 인가(認可) 전력의 미리 결정된 전기 파라미터와 반사 전력의 미리 결정된 전기 파라미터 등의 사이에서 어떤 관계가 존재함으로써, 상기 무선 주파수 대역(帶域)에서 최적의 동조 포인트에서 최대값이나 최소값을 가지는 주파수의 함수로써 상기 관계는 설정되고 ; 상기 생성기에서 플라스마 체임버로 공급되는 인가(認可) 무선 주파수 전력(applied RF power)의 상기 미리 결정된 파라미터를 탐지하는 것에 의하여, 그리고 상기 체임버에서 상기 생성기로 다시 반사되는 반사 무선 주파수 전력(reflected RF power)의 상기 미리 결정된 파라미터를 탐지하는 것에 의하여 수행되는 방법에 있어서,
    상기 주파수에서 상기 관계의 크기를 계산하는 것에 의하여 ; 그리고 그 다음에 상기 최적의 동조 포인트로 향하는 방향으로 생성기의 주파수를 조정하는 것에 의하여 최적의 동조(optimal tuning)를 이룩하는 것을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 미리 결정된 관계는 상기 대역(帶域)의 하나의 끝과 상기 최적 동조 포인트 사이에서 단조 증가하고 ; 최적의 동조 포인트와 상기 대역(帶域)의 다른 끝 사이에서 단조 감소하는 것을 특징으로 하는, 플라스마를 생성시키는 무선 주파수 생성기(RF generator)를 최적으로 동조시키는 방법.
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