KR20120033239A - 다중 주파수 정합을 위한 단일 정합 회로망 및 이를 이용한 무선 주파수 전력원 시스템 - Google Patents

다중 주파수 정합을 위한 단일 정합 회로망 및 이를 이용한 무선 주파수 전력원 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 적어도 두개의 주파수를 입력으로 하고, 적어도 두개의 주파수 중 어느 하나에서 정합하는 RF 전력을 플라즈마 부하에 선택적으로 제공하는 데 이용되는 단일 정합 회로망에 있어서, 다중 주파수 입력에 연결된 입력단, 플라즈마 부하에 연결된 출력단, 브렌치를 형성하기 위해 상기 입력단과 상기 출력단 사이에 제공되며 서로 직렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 포함하고, 상기 캐피시터의 캐패시턴스 값을 C0, 상기 인덕터의 인덕턴스 값을 L0 라고 하면, 상기 캐패시턴스 값 C0와 상기 인덕턴스 값 L0는 아래 관계를 만족하고,
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭(amplitude), y1은 주파수 f1에 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망이 개시된다.

Description

다중 주파수 정합을 위한 단일 정합 회로망 및 이를 이용한 무선 주파수 전력원 시스템{SINGLE MATCHING NETWORK FOR MATCHING MULTI-FREQUENCY AND RADIO FREQUENCY POWER SOURCE SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 무선 주파수 전력원 및 플라즈마 프로세서 챔버의 정합 회로망에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 주파수 RF 전력의 선택적인 적용을 구현하도록 하는 정합 회로망과 이와 동일하게 구성된 방법 및 이를 이용한 RF 전원 시스템에 관한 것이다.
플라즈마 챔버에 이중 또는 다중 RF 주파수가 이용된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 일반적으로, 이중 주파수의 플라즈마 챔버는 약 15MHz 미만의 주파수를 갖는 RF 바이어스 전력과 보통 27 ~ 200 MHz 범위의 높은 주파수로 이루어진 RF 소스 전력을 수신한다. 이와 같은 RF 바이어스는 일반적으로 이온 에너지와 이온 에너지 분포를 제어하는데 이용되는 RF 전력을 말한다. 반면, RF 소스 전력은 일반적으로 플라즈마 이온 분열 또는 플라즈마 밀도를 제어하는데 이용하는 RF 전력을 말한다. 구체적인 예를 들면, 100 KHz, 2MHz, 2.2MHz, 13,56MHz의 바이어스와 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 100MHz 및 이를 상회하는 소스가 플라즈마 챔버의 식각 공정에 이용되는 것으로 알려져 있다.
최근에, 하나의 바이어스 주파수와 두개의 소스 주파수를 이용한 플라즈마 챔버 공정이 제안되고 있다. 예를 들어, 2MHz의 바이어스 주파수와 27MHz와 60MHz를 갖는 두개의 소스 주파수를 이용한 챔버에서의 플라즈마 식각 공정이 제안되고 있다. 이 방식은 다양한 이온 종류를 분리할 수 있도록 두개의 소스 RF 주파수를 이용하여 제어한다. 형태에 상관없이 종래에는, 각 주파수가 하나의 정합 회로망에 연결된 하나의 RF 전력 공급기와 또 하나의 전력 공급기를 통해 제공되었다.
도 1은 종래에 하나의 바이어스 RF 전력과 두개의 소스 RF 전력 발생기를 구비한 다중 주파수 플라즈마 챔버의 구조를 나타낸 구성도이다. 보다 상세하게 도 1을 살펴보면, 플라즈마 챔버(100)는 상부 전극(105), 하부 전극(110) 및 상기 두 전극들 사이에서 발생된 플라즈마(120)를 구비한 것으로 도시된다. 알려진 바와 같이, 상부 전극(105)은 일반적으로 챔버의 천장에 삽입되고 반면 하부 전극(110)은 일반적으로 반도체 웨이퍼 같은 작업대 위에 조립된 하단의 음극에 삽입되어 배치된다. 아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 바이어스 RF 전력 공급기(125)는 정합 회로(140)를 통해서 RF 전력을 상기 챔버(100)로 공급한다. 상기 RF 바이어스는 일반적으로 2MHz 또는 13MHz(정확하게 13.56MHz)의 주파수 f1으로 이루어지고, 일반적으로 하부 전극(110)에 적용된다. 또한, 도 1에 도시된 두개의 RF 소스 전력 공급기(130,135)는 각기 주파수 f2와 f3로 동작한다. 상기 소스 전력은 상기 하부 전극(110) 또는 상기 상부 전극(105)에 적용된다. 특히, 도면의 모든 부분에서 정합 회로망의 출력은 하나의 화살표로 합쳐져서 상기 챔버를 향하는 것으로 도시된다. 이것은 정합 회로망에서 플라즈마로 또는, 상기 하부 음극으로, 천장에 전극으로, 유도 코일 등으로의 어떤한 결합을 모두 포함하도록 하는 상징적 표현에 이용된다. 예를 들어, 상기 바이어스 전력이 상기 하부 음극에 연결되고, 그와 동시에 상기 소스 전력은 샤워헤드에 위치한 전극 또는 유도 코일에 연결될 수 있다. 반대로, 상기 바이어스와 소스 전력이 모두 상기 하부의 전극으로 연결될 수도 있다.
도 2는 정합 회로망에 연결된 두개의 스위치 가능한 RF 바이어스 전력과 하나의 소스 RF 전력이 구비된 또 다른 다중 주파수 플라즈마 챔버의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 두개의 RF 바이어스 공급기(225,255)는 RF 바이어스 전력 f1과 f2가 상기 챔버(200)로 각각 정합 회로(240,245)에 연결되어진 스위치(232)를 통해 스위칭하여 제공하도록 한다. 상기 RF 바이어스는 일반적으로 2MHz 또는 2.2MHz의 주파수 f1으로 이루어지고, 상기 RF 바이어스 f2는 일반적으로 13MHz(보다 정확히는 13.56MHz)로 이루어진다. 일반적으로, 두 RF 바이어스는 모두 하부의 전극(210)으로 공급된다. 도 2에 도시된 소스 RF 전력 공급기(235)는 주파수 f3 예를 들어, 27MHz, 60MHz, 100MHz 등으로 동작된다. 상기 소스 전력(235)은 챔버(200)에 정합 회로(250)를 통해 전달되고, 상기 하부 전극(210)에 적용된다. 상기 소스 전력은 예를 들어, 플라즈마 이온 분리와 같은 플라즈마 밀도 제어에 이용된다.
상기 도 2의 배치를 통해 f1/f3 또는 f2/f3 주파수를 각각 챔버에 적용할 수 있게 된다. 예를 들어, f1은 400KHz에서 5MHz가 될 수 있고, f2는 10MHz에서 20MHz(일반적으로 15MHz 이하)가 될 수 있으며, f3는 27MHz 에서 100MHz 또는 그 이상이 될 수 있다. 하나의 실 예를 들면, f1은 2MHz, f2는 13.56MHz, f3는 60MHz 이다. 이러한 구성은 중간 처리시 저 주파수와 고 주파수 바이어스 전력 사이의 스위칭이 요구될 때 매우 용이하게 처리할 수 있게 한다.
도 2를 살펴보면, 스위치(232)는 하나의 입력단과 두개의 선택 가능한 출력단을 갖는다. 상기 입력단은 각각 RF 바이어스 전력 공급기(225,255)에 연결된다. 하나의 출력단은 정합 회로(240)에 접속되고, 다른 출력단은 다른 정합 회로(245)에 접속된다. 제어기(262)는 RF 바이어스 전력 공급기(225)가 동작 가능할 때 스위치(232)로 출력을 제공하여, 정합 회로(240) 방향으로 RF 바이어스 전력 공급기(225)의 출력이 접속되도록 지시하고, 반면 RF 바이어스 전력 공급기(255)가 동작 가능할 때에는 스위치에 지시하여 정합 회로(245) 방향으로 RF 바이어스 전력 공급기(225)의 출력이 접속되도록 한다. 특히, 이 시스템에서 단일 스위치는 두개의 주파수 중 하나를 두개의 정합 회로 중 하나에 연결시키는 데에 이용된다. 상기 스위치는 RF 전력 진공 릴레이 또는 PIN 다이오드가 이용된다.
상술한 예에서와 같이, 정합 회로망은 출력되는 주파수에 따라 각각의 전력 공급기 마다 필요하게 된다. 이에 따라, 다중 정합 회로망이 필요하게 되며, 이는 시스템의 복잡도와 비용을 증가시키게 된다. 비용 측면을 생각하면, 다중 주파수를 위한 단일 정합 회로망이 바람직하겠으나, 이러한 구성은 커플링 효율성의 측면에서 부정적인 영향을 주게 된다.
아래의 본 발명의 요약은 본 발명의 일 측면 및 요지의 기본적인 이해를 제공하기 위한 의도이다. 이 요약은 본 발명의 모든 개관이 아닐 뿐더러, 본 발명을 특정하거나 본 발명 또는 본 발명의 범위를 기술하기 위한 결정적 요소로 의도되지 않는다. 이 요약의 유일한 목적은 간단히 아래에 기술될 보다 상세한 설명에 전조하는 본 발명의 어떠한 개념을 제공하기 위함이다.
본 발명은 적어도 두개의 주파수를 입력으로 하고, 적어도 두개의 주파수 중 어느 하나와 정합하는 RF 전력을 플라즈마 부하에 선택적으로 제공하는 데 이용되는 단일 정합 회로망에 있어서, 다중 주파수 입력에 연결된 입력단과, 플라즈마 부하에 연결된 출력단을 포함하고, 직렬로 연결된 캐패시터와 인덕터가 브렌치(branch)를 형성하기 위해 입력단과 출력단 사이에 제공되고 상기 캐패시터의 캐패시턴스 값을 C0, 상기 인덕터의 인덕턴스 값을 L0 라고 하면, 상기 캐패시턴스 값 C0와 상기 인덕턴스 값 L0는 아래 관계를 만족하고,
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망을 제공한다.
아울러, 상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 변형 및 조합으로 이루어진다.
또한, 상기 단일 정합 회로망의 입력단은 단일 RF 전력 공급 장치에 연결되고, 상기 단일 RF 전력 공급 장치는 선택적으로 f1과 f2 주파수 중 하나를 일정한 시간 내에 출력한다.
상기 플라즈마 부하는 플라즈마 처리 챔버이고, 상기 플라즈마 처리 챔버는, 상부 전극, 하부 전극 및 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결된 단일 정합 회로망의 출력단을 포함한다.
나아가, 상기 단일 정합 회로망은 상기 브렌치와 그라운드 사이에 연결된 가변 요소를 더 포함한다.
상기 가변 요소는, 가변 캐패시터, 가변 인덕터 또는 이들의 조합이다.
본 발명은 또한, 플라즈마 처리 챔버의 전극에 적어도 두 주파수 f1과 f2 중 하나를 선택적으로 연결시키기 위한 RF 전력 소스 시스템에 있어서, f1과 f2 주파수 중 하나를 선택적으로 출력시키기 위한 RF 전력 소스 장치와, 상기 RF 전력 소스 장치에 연결된 입력단과 상기 전극에 연결된 출력단을 구비하고 C0의 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터와 L0의 인덕턴스 값을 갖는 인덕터가 브렌치를 형성하기 위해 서로 직렬로 연결되어 있는 정합 회로망을 포함하고, 상기 캐패시터 값 C0와 상기 인덕턴스 값 L0는 아래의 관계를 만족한다.
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1이 정합 상태일 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2가 정합 상태일 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템이 제공된다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 변형 및 조합으로 이루어지며, 상기 전극은 플라즈마 처리 챔버의 상부 전극 또는 하부 전극이다.
나아가, 상기 RF 전력 소스 시스템은 상기 브렌치와 상기 그라운드 사이에 연결된 가변 요소를 더 포함한다.
나아가, 본 발명의 취지와 요지에 따르면, 본 발명은 또한 RF 전력 소스 장치에서 플라즈마 부하로 RF 에너지를 결합시키도록 적용한 정합 회로망을 구성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 RF 전력 소스 장치는 선택적으로 주파수 f1 또는 f2로 동작하는 전력 출력을 제공한다. 이와 함께 상기 방법은, 캐패시터의 캐패시턴스 값이 C0이고, 인덕터의 인덕턴스 값이 L0 이며, 브렌치를 형성하기 위해 서로 직렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 아래 표현에 따른 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터로 선택하는 단계와,
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값이고,
상기 캐패시터와 상기 인덕터를 직렬로 연결하여 상기 정합 회로망을 얻고 상기 정합 회로망을 상기 RF 전력 소스 장치와 상기 플라즈마 부하 사이에 직렬로 연결되는 단계를 포함한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형이 될 수 있다.
본 발명은, 적어도 두개의 주파수를 입력으로 하고, 상기 두개의 주파수 중 어느 하나와 정합하는 RF 전력을 플라즈마 부하에 선택적으로 제공하는 데 이용되는 단일 정합 회로망에 있어서, 다중 주파수 입력에 연결된 입력단과, 플라즈마 부하에 연결된 출력단과, 브렌치를 형성하기 위해 입력단과 출력단 사이에 제공되는 서로 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 포함하고, 상기 캐피시터의 캐패시턴스 값을 C4, 상기 인덕터의 인덕턴스 값을 L4 라고 하면, 상기 캐패시턴스 값 C4와 상기 인덕턴스 값 L4는 아래 관계를 만족하고,
1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망이 제공된다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 변형 및 조합으로 이루어지며, 상기 정합 회로망의 상기 입력단은 단일 RF 전력 공급 장치에 연결되고, 상기 단일 RF 전력 공급 장치는 선택적으로 f1과 f2 주파수의 하나를 일정한 시간 내에 출력한다.
상기 플라즈마 부하는 플라즈마 처리 챔버이고, 상기 플라즈마 처리 챔버는, 상부 전극, 하부 전극 및 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결된 단일 정합 회로망의 출력단을 포함한다.
본 발명은 또한, 플라즈마 처리 챔버의 전극에 적어도 두 주파수 f1과 f2 중 하나를 선택적으로 연결시키기 위한 RF 전력 소스 시스템에 있어서, f1과 f2 주파수 중 하나를 선택적으로 출력시키기 위한 RF 전력 소스 장치; 상기 RF 전력 소스 장치에 연결된 입력단과, 상기 전극에 연결된 출력단과, C4의 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터와 L4의 인덕턴스 값을 갖는 인덕터가 브렌치를 형성하기 위해 서로 병렬로 연결되어 있는 정합 회로망을 포함하며, 상기 캐패시터 값 C4와 상기 인덕턴스 값 L4는 아래의 관계를 만족하고,
1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템을 제공한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 변형 및 조합으로 이루어지고, 상기 전극은 플라즈마 처리 챔버의 상부 전극 또는 하부 전극이다.
나아가, 본 발명의 취지와 요지에 따르면, 본 발명은 또한 RF 전력 소스 장치에서 플라즈마 부하로 RF 에너지를 커플링시키도록 적용한 정합 회로망을 구성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 RF 전력 소스 장치는 선택적으로 주파수 f1 또는 f2로 동작하는 전력 출력을 제공한다. 이와 함께 상기 방법은, 캐패시터의 캐패시턴스 값이 C4이고, 인덕터의 인덕턴스 값이 L4 이며, 브렌치를 형성하기 위해 서로 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 아래 표현에 따른 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터로 선택하는 단계와,
1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값이고,
상기 캐패시터와 상기 인덕터를 병렬로 연결하여 상기 정합 회로망을 얻고 상기 정합 회로망을 상기 RF 전력 소스 장치와 상기 플라즈마 부하 사이에 직렬로 연결되는 단계를 포함한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형이 될 수 있다.
전술한 방법은 또한 서로 다른 주파수 f1 또는 f2에 정합을 수행하는 상기 정합 회로망의 요구를 만족시키도록 상기 브렌치와 상기 그라운드 사이에 가변 요소를 연결하는 절차를 포함한다.
상기 주파수 f1 또는 f2는 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 100MHz 및 120MHz의 주파수들 중 선택된 하나의 주파수가 되는 것이 바람직하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 하나의 RF 바이어스 전력 발생기와 두개의 RF 소스 전력 발생기를 갖는 다중 주파수 플라즈마 처리 챔버를 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래의 하나의 RF 소스 전력 발생기와 하나의 스위칭 가능한 RF 바이어스 전력 발생기를 갖는 다중 주파수 플라즈마 처리 챔버를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 가능한 RF 소스 전력 중 어느 하나에 RF 정합을 제공하기 위해 구성된 단일 정합 회로망 HF1이 제공된 플라즈마 처리 챔버의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 주파수(60MHz)에서 정합이 형성된 것을 나타낸 스미스 차트이다.
도 5는 제2 주파수(120MHz)에서 정합이 형성된 것을 나타낸 스미스 차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 주파수(60MHz) 및 제2 주파수(120MHz)의 정합이 가능한 L-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 7은 스위치 가능한 바이어스 주파수들 중 하나에 정합하도록 적용된 단일 정합 회로망 LF1 및 스위치 가능한 소스 주파수들 중 하나에 정합하도록 적용된 다른 두개의 정합 회로망 HF1, HF2로 이루어진 본 발명의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 f1과 주파수 f2의 정합이 가능한 T-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 f1과 주파수 f2의 정합이 가능한 π-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 f1과 주파수 f2의 정합이 가능하고 캐패시터와 인덕터가 병렬로 연결되어 있는 L-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 f1과 주파수 f2의 정합이 가능하고 캐패시터와 인덕터가 병렬로 연결되어 있는 T-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 f1과 주파수 f2의 정합이 가능하고 캐패시터와 인덕터가 병렬로 연결되어 있는 π-타입 정합 회로망을 갖는 단일 정합 회로망을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 가능한 RF 소스 전력 중 어느 하나에 RF 정합을 제공하도록 구성된 단일 정합 회로망 HF1의 구성을 갖는 플라즈마 처리 챔버의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 처리 챔버는 스위칭 가능한 RF 바이어스 전력과 스위칭 가능한 RF 소스 전력을 갖는다. 본 실시예에서 상기 첫번째 RF 바이어스 전력의 주파수는 0.5 - 10MHz로 설정되고, 상기 두번째 RF 바이어스 전력의 주파수는 10 - 30MHz로 설정된다. 역시, 첫번째 RF 소스 전력의 주파수는 40 - 100MHz, 예를 들면, 60MHz로 설정되고, 상기 두번째 RF 소스 전력의 주파수는 80 - 200MHz, 예로 120MHz로 설정된다. 이러한 플라즈마 처리 챔버는 플라즈마 밀도 및 플라즈마 에너지 제어에 보다 잘 적용하여 이용될 수 있다. 도 3의 좌측 구성은 스위칭 가능한 다수의 RF 바이어스 전력을 제공하기 위한 요소(300)(예로, 저 주파수 부분)를 나타내고 있으며, 우측 구성은 스위칭 가능한 다수의 RF 소스 전력을 제공하기 위한 요소(310)(예로, 고 주파수 부분)을 나타내고 있다. 도 3의 굵은 화살표는 상기 RF 바이어스 전력과 상기 RF 소스 전력이 플라즈마 처리 챔버에 용량성 결합, 유도성 결합 및 헬리콘 등을 포함하는 전형적인 방법으로 커플링되는 것을 나타낸다.
본 실시예에서, 단일 RF 전력 공급 장치(300,310)는 몇몇 가용 주파수들 중 하나(이번 예에서는 두개의 가용 주파수 중 하나)를 발생시키는데 이용된다. 다양한 설계 방식이 복수의 가용 주파수를 발생시키는 RF 전력 공급 장치를 구현하는 데 이용될 수 있으나, 도면에 도시된 스위칭 가능한 RF 바이어스 전력 또는 저 주파수 전력 생성기(300)는 가용 주파수들 중에서 선택된 하나의 주파수에서 RF 신호로 제공하는 다이렉트 디지털 주파수 합성기(DDS)(302)를 포함한다. 상기 신호는 설계시의 선택에 따른 광대역 증폭기 또는 두개의 협대역 증폭기를 이용한 증폭 스테이지(304)를 통해 증폭된다. 상기 증폭 스테이지(304)의 출력은, DDS(302)에 의한 주파수 출력에 따라 저 주파수 필터(306) 또는 다른 저 주파수 필터(308)로 상기 신호를 선택하여 전송하는 스위치(305)로 커플링된다. 상기 발생기(300)에서의 출력은, 정합 회로망의 LF1 또는 LF2 중 하나로 선택적으로 연결하는 스위치(311)의 입력으로 적용된다. 이러한 구성으로, 정합 회로망 LF1은 두개의 선택 가능한 주파수 중 하나의 주파수에서 전력을 전달하는데 최적화되며, 정합 회로망 LF2는 다른 하나의 주파수에서 전력을 전달하는데 최적화된다. 상기 정합 회로망의 어느 하나에서 나온 출력은 상기 챔버에 적용된다.
이번 실시예에서, 상기 RF 소스 전력 또는 고 주파수 전력 발생기(310)는 몇몇 가용 주파수들 중 하나를 발생시키는데 이용된다. 실시예에서와 같이, 상기 RF 소스 전력 발생기(310)는 앞서 설명한 발생기(300)의 "미러 이미지"가 될 수 있으며, 가용 주파수들 중 선택된 하나의 주파수에서 RF 신호를 제공하기 위한 다이렉트 디지털 주파수 합성기(DDS)(312)를 포함한다. 나아가, 상기 RF 신호는 설계시의 선택에 따른 하나의 광대역 증폭기 또는 두개의 협대역 증폭기를 이용한 증폭 스테이지(314)를 통해 증폭된다. 상기 증폭 스테이지(314)의 출력단은 상기 스위치(315)에 연결되고, 상기 스위치(315)는 상기 신호를 DDS(312)에 의한 주파수 출력에 따른 고 주파수 필터(필터 HF1)(316) 또는 다른 고 주파수 필터(필터 HF2)(318)로 커플링한다. 상기 전력 발생기(310)의 출력은 주파수와 관계없이 단일 정합 회로망(HF1)에 연결된다. 상기 정합 회로망(HF1)은 상기 플라즈마 처리 챔버에 적용된다.
비록, 도 3에서는 상기 바이어스 주파수 부분이 두개의 정합 회로망인 LF1과 LF2를 갖고, 상기 소스 주파수 부분이 오직 하나의 정합 회로망인 HF1만으로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예 중 특징적인 하나의 예일 뿐이므로 본 발명을 이에 한정해서는 아니된다. 여기서, 상술한 상세한 구성의 설명은 두개의 정합 회로망을 이용하는 것과 단일 정합 회로망을 이용하는 것과의 차이를 보다 강조하는 데 도움이 될 것이다. 그러나, 실제 적용시 상기 바이어스 전력 부분은 소스 전력 부분과 유사하게 배치될 수 있다. 즉 예를 들어, 상기 바이어스 전력 부분 또한 본 발명의 취지를 충족하면서 하나의 단일 정합 회로망으로 배치될 수 있다. 본 발명의 취지에 따르면, 스위치 가능한 바이어스 전력들로 동작되는 단일 정합 회로망과 오직 하나의 단일 소스 전력을 이용하도록 구성되는 것도 가능하다. 반대로, 본 발명에 따라 구성된 하나의 정합 회로망을 하나의 단일 바이어스 전력을 이용하면서 스위치 가능한 소스 전력을 제공하는데 이용할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 정합 회로망 HF1은 두개의 고 주파수 RF 소스 전력을 위해 제공된다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 단일 정합 회로망 HF1은 스위치 가능한 주파수들 각각에 대해 효율적인 에너지 커플링이 가능하도록 설계된다. 이하에서는, 상술한 정합 회로망 HF1이 어떻게 설계되었는지를 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 목적 주파수가 f1(예로, 60MHz)과 f2(예로, 120MHz)라고 할 경우, 도 4는 목적 주파수 f1(60MHz)에서 정합이 형성된 것을 보이는 스미스 차트이고, 도 5는 목적 주파수 f2(120MHz)에서 정합이 형성된 것을 보이는 스미스 차트이다. 주파수 f1의 경우, 상기 단일 정합 회로망 HF1은 목적 임피던스가 j*y1인 직렬 브렌치 S 와 병렬 브렌치 P(도 6 참조)를 갖고, 주파수 f2의 경우, 상기 단일 정합 회로망 HF1은 목적 임피던스가 j*y2인 직렬 브렌치 S 와 병렬 브렌치 P(도 6 참조)를 갖는다. 일 실시예에 따르면, 상기 단일 정합 회로망 HF1의 상기 직렬 브렌치 S는 전력을 정합하기 위해 캐패시턴스 값과 인덕턴스 값이 각각 C0와 L0이며 서로 직렬로 연결된 캐패시터 요소와 인덕터 요소를 포함한다. 주파수 f1 및 f2에서 요구되는 임피던스 정합 요건을 충족하기 위해서, 상기 C0 값과 L0 값은 아래에 표현된 관계식을 만족하도록 설정되어야 한다.
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2 이다.
도 3의 실시예에 따른 고 주파수 부분을 다시 고려하여, 단일 정합 회로망이 두개의 서로 다른 주파수 f1 및 f2에서 동작하도록 어떻게 파라미터를 설정하는지에 대해서 설명하기로 한다. 상기 목적 주파수들이 f1=60MHz, f2=120MHz라고 가정한다. 주파수 f1의 경우, 상기 단일 정합 회로망 HF1은 목적 임피던스가 j*y1인 직렬 브렌치 S 와 병렬 브렌치 P를 갖고, 주파수 f2의 경우, 상기 단일 정합 회로망 HF1은 목적 임피던스가 j*y2인 직렬 브렌치 S 와 병렬 브렌치 P를 갖는다. 상기 도 3에서 도시된 구체적인 실시예로부터, C0와 L0는 아래의 관계를 만족해야 한다는 것을 알 수 있다.
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2 이다.
이에 따라, 상기 C0 및 L0 값은 상술한 단일 정합 회로망 HF1 부분이 f1 및 f2의 정합 조건을 만족시키도록 결정될 필요가 있다. 다시 도 4를 참조하면, 주파수가 60MHz일 경우, 임피던스 부하는 ZL60=21.9+164.0*i 로 가정한다. 일 실시예에 의하면, 상기 단일 정합 회로망 HF1이 L-타입 정합 회로망으로 설계되었을 경우, 상기 직렬 브렌치 S의 캐패시터는 Cs60=19pf 이고, 상기 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cp60=60pf 일 필요가 있다. 결과적으로, y1=1/ω1Cs60=-139.6Ω 이다. 도 5를 다시 참조하면, 주파수가 120MHz일 경우, 임피던스 부하는 ZL120=3.3+25.4*i 라고 가정한다. 결국, L-타입 정합 회로망에서, 상기 직렬 브렌치 S의 캐패시터는 Cs120=102pf 이고, 상기 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cp120=100pf 일 필요가 있으며, 따라서, y2=1/ω2Cs120=-13.0Ω 이다. 아래의 수학식 그룹을 풀어보면,
jω1L0+1/jω1C0=jy1 = -139.6*jΩ
jω2L0+1/jω2C0=jy2 = -13.0*jΩ
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2 이고, L0=100nH, C0=15pf 이다.
따라서, 도 6에 도시된 단일 정합 회로망(800)은, 직렬 브렌치 S에서 직렬로 연결되며, 100nH의 인덕턴스 값 L0를 갖는 인덕터와 15pf의 캐패시턴스 값 C0를 갖는 캐패시터가 직렬로 연결된 L-타입 회로망으로 본 발명의 방법에 따라 구성될 수 있다. 가변 캐패시터 Cp는, 병렬 브렌치 P에 연결되어 주파수가 60MHz 일 때 60pf로 설정되고 주파수가 120MHz 일 때 100pf로 설정된다. 이러한 방식으로, 도 6에 도시된 단일 정합 회로망은 두개의 스위치 가능한 주파수를 갖는 시스템에 이용될 수 있다.
도 6에 도시된 상기 가변 캐패시터 Cp는, 가변 또는 조절 요소이고, 상기 직렬 브렌치 S와 그라운드 사이에 연결되고, 그 값은 상기 단일 정합 회로망(800)이 서로 다른 주파수 f1 또는 f2에서 정합 요건를 만족하도록 조절된다. 아울러, 가변 캐패시터와 관련된 연결은 예를 들어, 상기 가변 캐패시터 Cp는, 상기 그라운드와 상기 정합 회로망(800)의 입력단, 상기 캐패시터와 상기 인덕터 사이의 중간단 또는 상기 정합 회로망(800)의 출력단 중 하나에 연결되는 것과 같이 다양한 변형이 있을 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 단일 정합 회로망은 L-타입, π-타입, T-타입 또는 전술한 두 타입의 조합, 또는 변형된 조합(하기에 상세하게 기술될) 중 하나가 될 수 있으므로, 상기 가변 캐패시터를 상기 직렬 브렌치 S의 일단과 연결하는 구성 또한 대응하는 연결 방법이 적용될 수 있고 그러한 연결은 당해 기술분야에 잘 알려져 있으므로 자세한 설명도 생략한다. 더불어, 가변 캐패시터, 가변 인덕터 또는 상기 가변 캐패시터와 상기 가변 인덕터의 조합이 상기 가변 요소가 될 수 있음을 이해해야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도 3에 도시된 상세한 구성으로 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 취지에 따라 어떠한 스위치 가능한 주파수에 RF 정합을 제공하기 위한 단일 정합 회로망을 설계할 수 있다. 도 7은 스위치 가능한 RF 바이어스 전력과 스위치 가능한 RF 소스 전력을 포함하는 플라즈마 처리 챔버의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 상기 RF 소스 전력 부분의 구성은 도 3에 도시된 상기 바이어스 전력 부분과 유사하다. 즉, 상기 RF 소스 전력 부분은 두개의 정합 회로망 HF1, HF2를 구비하고, 각 RF 주파수는 각각의 정합 회로망과 매치된다. 한편, 도 3의 상기 RF 바이어스 전력 부분 또는 상기 저 주파수 전력 부분은 본 발명의 방법에 따라 배치된다. 스위치 가능한 전력 발생기(700)는 단일 정합 회로망 LF1에 연결된다. 상기 전력 발생기(700)는 RF 신호 제공을 위한 다이렉트 디지털 주파수 합성기(DDS)를 포함하고, 상기 RF 신호의 주파수는 사용 가능한 주파수들 중에서 선택된다. 상기 설계에 따르면, 상기 RF 신호는 하나의 광대역 증폭기 또는 두개의 협대역 증폭기에 의해 증폭 스테이지(704)에서 증폭된다. 상기 증폭 스테이지(704)의 출력단은 스위치(705)에 연결되고, 상기 스위치(705)는 상기 다이렉트 디지털 주파수 합성기(DDS)의 주파수 출력에 기초하여, 상기 RF 신호를 저 주파수 필터(706)(필터 LF1) 또는 저 주파수 필터(708)(필터 LF2)에 각각 연결시킨다. 상기 전력 발생기(700)의 출력단은 단일 정합 회로망 LF1에 연결된다. 상기 단일 정합 회로망 LF1의 캐패시터와 인덕터 요소의 파라미터 선택은 전술한 고 주파수 부분에서 대응하는 파라미터 값을 선택하는 것과 동일하다. 상기 단일 정합 회로망 LF1의 출력단은 상기 플라즈마 처리 챔버에 연결된다.
위에 설명한 바에 의하면, 도 6에 도시된 본 발명에 따른 단일 정합 회로망은 서로 직렬로 연결된 캐패시터 C0와 인덕터 L0를 포함하는 L-타입 회로망이다. 본 발명에 따른 단일 정합 회로망은 또한 도 6에 도시된 단일 정합 회로망의 다양한 균등예와 변형예로 변형될 수 있는데, 예를 들어, 도 6에 도시된 L-타입은, π-타입, T-타입, 또는 전술한 L-타입, π-타입, T-타입 중 두개의 조합, 또는 이들의 변형된 조합 등으로 변형될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 정합 회로망을 나타낸다. 상기 단일 정합 회로망(820)은, 스위치 가능한 바이어스 주파수 f1, f2 중 어느 하나에 임피던스 정합을 제공하기 위해 이용되는 T-타입 정합 회로망이다. 상기 정합 회로망(820)은, 인덕터 L 및 캐패시터 C의 값이 주파수 f1, f2의 임피던스 정합 요건을 만족한다. 즉, 주파수가 f1일 때, 직렬 브렌치 S1의 임피던스는 yf1 _ 1 이고, 직렬 브렌치 S2의 임피던스는 yf1 _2이며, 주파수가 f2일 때, 직렬 브렌치 S1의 임피던스는 yf2 _ 1 이고, 직렬 브렌치 S2의 임피던스는 yf2 _ 2 이다. 상기 정합 회로망의 설정 과정은 도 6에 도시된 전술한 L-타입 회로망의 설정 과정과 유사하다. 주파수가 f1일 경우 임피던스 부하는 Zf1 이다. 상기 T-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S1의 인덕터는 Ls1f1, 직렬 브렌치 S2의 인덕터는 Ls2f1 및 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cpf1 이다. 그러면, yf1_1=ω1Ls1f1, yf1 _2=ω1Ls2f1 이다. 주파수가 f2 일때, 임피던스 부하는 Zf2 이다. 상기 T-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S1의 인덕터는 Ls1f2, 직렬 브렌치 S2의 인덕터는 Ls2f2 및 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cpf2 이다. 그러면, yf2 _1=ω2Ls1f2, yf2 _2=ω2Ls2f2 이다. 아래의 두 관계식 그룹을 풀어보면,
jω1L1+1/jω1C1=jyf1 _1
jω2L1+1/jω2C1=jyf2 _ 1 이고,
jω1L2+1/jω1C2=jyf1 _2
jω2L2+1/jω2C2=jyf2 _ 2 이며,
이때, ω1 = 2πf1, ω2=2πf2 이고,
이를 통해, 상기 직렬 브렌치 S1의 L1, C1의 값 및 상기 직렬 브렌치 S2의 L2, C2의 값을 구할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 정합 회로망의 구성을 나타낸 도면이다. 상기 단일 정합 회로망(830)은, 스위치 가능한 바이어스 주파수 f1, f2 중 어느 하나에 임피던스 정합을 제공하기 위해 이용되는 π-타입 정합 회로망이다. 위와 유사하게, 주파수가 f1일 경우 임피던스 부하는 Zf1 이다. 상기 π-타입 정합 회로망에서 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf1, 병렬 브렌치 P1의 캐패시터는 Cp1 _ f1 및 병렬 브렌치 P2의 캐패시터는 Cp2 _ f1 이다. 그러면, yf1=ω1Lf1 이다. 주파수가 f2 일때, 임피던스 부하는 Zf2 이다. π-타입 정합 회로망에서 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf2, 병렬 브렌치 P1의 캐패시터는 Cp1 _ f2 및 병렬 브렌치 P2의 캐패시터는 Cp2 _ f2 이다. 그러면, yf2=ω2Lf2 이다. 아래의 관계식 그룹을 풀어보면,
jω1L3+1/jω1C3=jyf1
jω2L3+1/jω2C3=jyf2 이고,
이때, ω1 = 2πf1, ω2=2πf2 이며,
이를 통해, L3, C3의 값을 구할 수 있다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른 주파수 f1 또는 f2와 정합할 수 있는 단일 정합 회로망의 구성을 나타낸 도면이다. 상기 다양한 변형예들과 상기 도 6, 8 및 9에 도시된 전술한 정합 회로망과의 차이점은, 상기 도 6, 8 또는 9에 도시된 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터는 직렬로 연결되는 반면, 도 10, 11 또는 12에 도시된 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터는 병렬로 연결된 점이다.
도 10을 참조하면, 인덕터 L4와 캐패시터 C4는 병렬로 연결되며, 정합 회로망은 L-타입이다. 주파수가 f1일 경우, 임피던스 부하는 Zf1 이다. 상기 L-타입 정합 회로망에서 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf1 이고, 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cf1 이다. 그러면, yf1=ω1Lf1 이다. 주파수가 f2일 경우에는 임피던스 부하는 Zf2 가 된다. 상기 L-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf2 이고, 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cf2 이다. 그러면, yf2=ω2Lf2 이다. 상기 캐패시터 C4와 인덕터 L4의 값은 아래의 수학식을 만족하도록 설정되고,
1/jω1L4+jω1C4=1/jyf1
1/jω2L4+jω2C4=1/jyf2
이때, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 이며,
이를 통해 L4, C4의 값을 구할 수 있다.
도 11을 참조하면, 인덕터 L5와 캐패시터 C5는 병렬로 연결되며, 인덕터 L6과 캐패시터 C6은 서로 병렬로 연결되고, 상기 정합 회로망은 T-타입으로 이루어진다. 주파수가 f1일 경우 임피던스 부하는 Zf1 이다. 상기 T-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S1의 인덕터는 Ls1f1, 직렬 브렌치 S2의 인덕터는 Ls2f1 및 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cpf1 이다. 그러면, yf1 _1=ω1Ls1f1 및 yf1 _2=ω1Ls2f1 이다. 주파수가 f2 일때, 임피던스 부하는 Zf2 이다. 상기 T-타입 정합 회로망에서 직렬 브렌치 S1의 인덕터는 Ls1f2, 직렬 브렌치 S2의 인덕터는 Ls2f2 및 병렬 브렌치 P의 캐패시터는 Cpf2 이다. 그러면, yf2 _1=ω2Ls1f2, yf2 _2=ω2Ls2f2 이다. 상기 캐패시터 C5와 인덕터 L5의 값은 아래 관계식을 만족하도록 설정되야 하고,
1/jω1L5+jω1C5=1/jyf1 _1
1/jω2L5+jω2C5=1/jyf2 _1
상기 캐패시터 C6 및 인덕터 L6의 값은 아래 관계식을 만족하도록 설정되야 하며,
1/jω1L6+jω1C6=1/jyf1 _2
1/jω2L6+jω2C6=1/jyf2 _2
이때, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 이며,
이를 통해서 상기 L5, C5, L6 및 C6의 값을 구할 수 있게 된다.
도 12를 참조하면, 인덕터 L7 및 캐패시터 C7은 병렬로 연결되며, 정합 회로망은 π-타입으로 이루어진다. 주파수가 f1이면, 임피던스 부하는 Zf1 이다. 상기 π-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf1, 병렬 브렌치 P1의 캐패시터는 Cp1_f1 및 병렬 브렌치 P2의 캐패시터는 Cp2 _ f1 이다. 그러면, yf1=ω1Lf1 이다. 주파수가 f2 일때, 임피던스 부하는 Zf2 이다. 상기 π-타입 정합 회로망에서, 직렬 브렌치 S의 인덕터는 Lf2, 병렬 브렌치 P1의 캐패시터는 Cp1 _ f2 및 병렬 브렌치 P2의 캐패시터는 Cp2 _ f2 이다. 그러면, yf2=ω2Lf2 이다. 상기 캐패시터 C7 및 인덕터 L7의 값은 아래 표현된 식을 만족하도록 설정되야 하며,
1/jω1L7+jω1C7=1/jyf1
1/jω2L7+jω2C7=1/jyf2
이때, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 이고,
이를 통해, 상기 L7 및 C7의 값을 구할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 취지와 요지에 따르면, 본 발명은 또한 RF 전력 소스 장치에서 플라즈마 부하로 RF 에너지를 결합시키도록 적용한 정합 회로망을 구성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 RF 전력 소스 장치는 선택적으로 주파수 f1 또는 f2로 동작하는 전력 출력을 제공한다. 이와 함께 상기 방법은, 캐패시터의 캐패시턴스 값이 C0이고, 인덕터의 인덕턴스 값이 L0 이며, 브렌치를 형성하기 위해 서로 직렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 아래 표현에 따른 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터로 선택하는 단계와,
jω1L0+1/jω1C0=jy1
jω2L0+1/jω2C0=jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값이고,
상기 캐패시터와 상기 인덕터를 직렬로 연결하여 상기 정합 회로망을 얻고 상기 정합 회로망을 상기 RF 전력 소스 장치와 상기 플라즈마 부하 사이에 직렬로 연결되는 단계를 포함한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상세한 설명에 개시된 모든 실시예에서, 상기 주파수 f1 또는 f2는 어떠한 주파수라도 가능하며, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 100MHz 및 120MHz의 주파수들 중 선택된 하나의 주파수가 되는 것이 바람직하다.
나아가, 전술한 방법은 또한 서로 다른 주파수 f1 또는 f2에 정합을 수행하는 상기 정합 회로망의 요구를 만족시키도록 상기 브렌치와 상기 그라운드 사이에 가변 요소를 연결하는 절차를 포함한다. 상기 가변 요소는 가변 캐패시터, 가변 인덕터, 또는 가변 캐패시터와 가변 인덕터의 조합이 될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 취지와 요지에 따르면, 본 발명은 역시 RF 전력 소스 장치에서 플라즈마 부하로 RF 에너지를 결합시키도록 적용한 정합 회로망을 구성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 RF 전력 소스 장치는 선택적으로 주파수 f1 또는 f2의 전력 출력을 제공한다. 이와 함께 상기 방법은, 캐패시터의 캐패시턴스 값이 C4이고, 인덕터의 인덕턴스 값이 L4 인 브렌치 형태로 서로 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 아래 표현에 따른 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터로 선택하는 단계와,
1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값이고,
상기 캐패시터와 상기 인덕터는 상기 정합 회로망에 포함되도록 병렬로 연결되고, 상기 정합 회로망은 상기 RF 전력 소스 장치와 상기 플라즈마 부하 사이에 직렬로 연결되는 단계를 포함한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 전술한 타입의 변형 및 조합으로 구현될 수 있다.
상기 주파수 f1 또는 f2는 어떤 주파수가 될 수 있으며, 바람직하게는, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 100MHz, 120MHz의 주파수들 중 선택된 하나의 주파수가 될 수 있다.
나아가, 전술한 방법은 또한 서로 다른 주파수 f1 또는 f2에서 정합을 수행하는 상기 정합 회로망의 요건를 만족시키도록 상기 브렌치와 그라운드 사이에 가변 요소를 연결하는 단계를 포함한다. 상기 가변 요소는 가변 캐패시터, 가변 인덕터, 또는 가변 캐패시터와 가변 인덕터의 조합이 될 수 있다.
나아가, 본 발명의 취지와 요지에 따르면, 본 발명은 또한 RF 전력 소스 장치에서 플라즈마 부하로 RF 에너지를 커플링시키도록 적용한 정합 회로망을 구성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 RF 전력 소스 장치는 선택적으로 주파수 f1 또는 f2로 동작하는 전력 출력을 제공한다. 이와 함께 상기 방법은, 캐패시터의 캐패시턴스 값이 C4이고, 인덕터의 인덕턴스 값이 L4 이며, 브렌치를 형성하기 위해 서로 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 아래 표현에 따른 정합 회로망의 캐패시터와 인덕터로 선택하는 단계와,
1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭, y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값이고,
상기 캐패시터와 상기 인덕터를 병렬로 연결하여 상기 정합 회로망을 얻고 상기 정합 회로망을 상기 RF 전력 소스 장치와 상기 플라즈마 부하 사이에 직렬로 연결되는 단계를 포함한다.
상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상세한 설명에 개시된 모든 실시예에서, 상기 주파수 f1 또는 f2는 어떠한 주파수라도 가능하며, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 100MHz 및 120MHz의 주파수들 중 선택된 하나의 주파수가 되는 것이 바람직하다.
나아가, 전술한 방법은 또한 서로 다른 주파수 f1 또는 f2에 정합을 수행하는 상기 정합 회로망의 요구를 만족시키도록 상기 브렌치와 상기 그라운드 사이에 가변 요소를 연결하는 절차를 포함한다. 상기 가변 요소는 가변 캐패시터, 가변 인덕터, 또는 가변 캐패시터와 가변 인덕터의 조합이 될 수 있다.
마지막으로, 여기에 기술된 방법과 기법은 어떤 특정한 장치에 국한되서는 아니될 것이고, 구성의 어떠한 적절한 조합에 의한 도구가 될 수 있음을 이해해야 한다. 나아가, 일반적 목적의 장치에 다양한 형태가 여기에 기술된 기법에 따라 이용될 수 있다. 또한, 여기에 기술된 방법을 수행하기 위한 특별한 장치 구성의 장점은 입증될 수 있다. 본 발명은 한정된 실시예를 고려한 의도를 포함한 특정한 예에 관련되어 설명될 수 있다. 당해 기술분야에서 많은 다른 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 조합이 본 발명의 실시에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 한정된 실시예를 고려한 의도를 포함한 특정한 예에 관련되어 설명되었다. 당해 기술분야에서 많은 다른 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 조합이 본 발명의 실시에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 본 발명의 다른 수단은 여기 본 발명에 개시된 수행과 상세한 고려로부터 당해 기술 분야와 구별될 수 있다. 실시예에 기술된 다양한 양상과 요소는 플라즈마 챔버 기술분야에서 단일 또는 어떠한 조합으로 이용될 수 있다. 명세서와 실시예들은 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명의 정확한 범위와 취지는 아래에 기술될 청구항에 지시될 것이다.

Claims (21)

  1. 적어도 두개의 주파수를 입력으로 하고, 적어도 두개의 주파수 중 어느 하나에서 정합하는 RF 전력을 플라즈마 부하에 선택적으로 제공하는 데 이용되는 단일 정합 회로망에 있어서,
    다중 주파수 입력에 연결된 입력단, 플라즈마 부하에 연결된 출력단, 브렌치(branch)를 형성하기 위해 상기 입력단과 상기 출력단 사이에 제공되며 서로 직렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 포함하고, 상기 캐피시터의 캐패시턴스 값을 C0, 상기 인덕터의 인덕턴스 값을 L0 라고 하면, 상기 캐패시턴스 값 C0와 상기 인덕턴스 값 L0는 아래 관계를 만족하고,
    jω1L0+1/jω1C0=jy1
    jω2L0+1/jω2C0=jy2
    여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭(amplitude), y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 변형 및 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 정합 회로망의 입력단은 단일 RF 전력 공급 장치에 연결되고, 상기 단일 RF 전력 공급 장치는 선택적으로 f1과 f2 주파수 중 하나를 일정한 시간 내에 출력하는 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 부하는 플라즈마 처리 챔버인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 챔버는, 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고, 상기 단일 정합 회로망의 출력단은 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 브렌치와 그라운드사이에 연결된 가변 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가변 요소는, 가변 캐패시터, 가변 인덕터 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  8. 플라즈마 처리 챔버의 전극에 적어도 두 주파수 f1과 f2 중 하나를 선택적으로 커플링시키기 위한 RF 전력 소스 시스템에 있어서,
    f1과 f2 주파수 중 하나를 선택적으로 출력시키기 위한 RF 전력 소스 장치; 및
    상기 RF 전력 소스 장치에 연결된 입력단과, 상기 전극에 연결된 출력단과, 브렌치를 형성하기 위해 서로 직렬로 연결된 C0의 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터와 L0의 인덕턴스 값을 갖는 인덕터를 포함하는 정합 회로망을 포함하고, 상기 캐패시터 값 C0와 상기 인덕턴스 값 L0는 아래의 관계를 만족하고,
    jω1L0+1/jω1C0=jy1
    jω2L0+1/jω2C0=jy2
    여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭(amplitude), y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극은 플라즈마 처리 챔버의 상부 전극 또는 하부 전극인 것을 RF 전력 소스 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 브렌치와 그라운드 사이에 연결된 가변 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
  12. 적어도 두개의 주파수를 입력으로 하고, 상기 두개의 주파수 중 어느 하나에서 정합되는 RF 전력을 플라즈마 부하에 선택적으로 제공하는 데 이용되는 단일 정합 회로망에 있어서,
    다중 주파수 입력에 연결된 입력단과, 플라즈마 부하에 연결된 출력단과, 브렌치를 형성하기 위해 상기 입력단과 상기 출력단 사이에 제공되며 서로 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터를 포함하고, 상기 캐피시터의 캐패시턴스 값을 C4, 상기 인덕터의 인덕턴스 값을 L4 라고 하면, 상기 캐패시턴스 값 C4와 상기 인덕턴스 값 L4는 아래 관계를 만족하고,
    1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
    1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
    여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭(amplitude), y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 정합 회로망의 상기 입력단은 단일 RF 전력 공급 장치에 연결되고, 상기 단일 RF 전력 공급 장치는 선택적으로 f1과 f2 주파수의 하나를 일정한 시간 내에 출력하는 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라즈마 부하는 플라즈마 처리 챔버인 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 챔버는, 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고, 상기 단일 정합 회로망의 출력단은 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 브렌치와 그라운드 사이에 연결된 가변 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 정합 회로망.
  18. 플라즈마 처리 챔버의 전극에 적어도 두 주파수 f1과 f2 중 하나를 선택적으로 커플링시키기 위한 RF 전력 소스 시스템에 있어서,
    f1과 f2 주파수 중 하나를 선택적으로 출력시키기 위한 RF 전력 소스 장치;
    상기 RF 전력 소스 장치에 연결된 입력단과, 상기 전극에 연결된 출력단과, 브렌치를 형성하기 위해 서로 병렬로 연결된 C4의 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터와 L4의 인덕턴스 값을 갖는 인덕터를 포함하는 정합 회로망을 포함하고, 상기 캐패시터 값 C4와 상기 인덕턴스 값 L4는 아래의 관계를 만족하고,
    1/jω1L4+jω1C4=1/jy1
    1/jω2L4+jω2C4=1/jy2
    여기서, ω1=2πf1, ω2=2πf2, 상기 f1과 f2는 각각 상기 두 주파수들의 진폭(amplitude), y1은 주파수 f1에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값, y2는 주파수 f2에서 정합 상태가 되었을 때 브렌치를 위해 요구되는 임피던스 값인 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 정합 회로망은, L-타입, T-타입 또는 π-타입 회로망이거나 또는 이들 타입의 조합 및 변형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 전극은 플라즈마 처리 챔버의 상부 전극 또는 하부 전극인 것을 RF 전력 소스 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 브렌치와 그라운드 사이에 연결된 가변 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 소스 시스템.
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