KR20150039725A - Impedance Matching Method And Impedance Matching System - Google Patents

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KR20150039725A KR20150040487A KR20150040487A KR20150039725A KR 20150039725 A KR20150039725 A KR 20150039725A KR 20150040487 A KR20150040487 A KR 20150040487A KR 20150040487 A KR20150040487 A KR 20150040487A KR 20150039725 A KR20150039725 A KR 20150039725A
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김재현
이상원
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주식회사 플라즈마트
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    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks

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Abstract

Provided in the present invention are an impedance matching apparatus and an impedance matching method. A variable reactance impedance matching network is arranged between frequency variable RF power changing driving frequency (f) and charge. The impedance matching method of the variable reactance impedance matching network comprises the step of controlling changing amount of capacitance or inductance of variable reactive device of the impedance matching network with a function of difference between target driving frequency (ft) and the driving frequency (f).

Description

임피던스 매칭 방법 및 임피던스 매칭 시스템{Impedance Matching Method And Impedance Matching System}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an impedance matching method and an impedance matching method,

본 발명은 RF 전력 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로, 주파수 가변 RF 전원을 포함하는 RF 전력 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an RF power system, and more particularly, to an RF power system including a frequency variable RF power source.

반도체 또는 평판 디스플레이의 제조와 같은 플라즈마 처리 분야에 있어서, RF 전력 발생기(RF power generator)는 RF 전력을 부하에 제공하여 플라즈마 챔버의 내부에 용량결합 또는 유도 결합된 플라즈마를 방전시킨다.In the field of plasma processing, such as the manufacture of semiconductors or flat panel displays, an RF power generator provides RF power to a load to discharge capacitively coupled or inductively coupled plasma into the interior of the plasma chamber.

상기 부하는 플라즈마를 포함하는 시간에 따라 변하는 동적 부하이다. 따라서, 상기 동적 부하에 기인하여, 상기 RF 전력 발생기와 부하 사이에 부하로부터 반사되는 반사파를 최소화하여 최대의 전력을 상기 부하에 전달하기 위한 방법이 필요하다.The load is a dynamic load that varies with time including the plasma. Therefore, there is a need for a method for minimizing the reflected wave reflected from the load between the RF power generator and the load to deliver maximum power to the load due to the dynamic load.

RF 전력 발생기와 상기 부하 사이에 임피던스 정합(matching)을 위하여, 통상적으로 2 가지 방법이 사용된다. 하나는 가변 소자를 포함하는 별도의 임피던스 매칭 네트워크를 상기 RF 전력 발생기와 상기 부하 사이에 배치하는 것이다. 다른 하나는 상기 RF 전력 발생기의 주파수를 변경하여, 임피던스 매칭을 수행하는 것이다. For impedance matching between the RF power generator and the load, typically two methods are used. One is to place a separate impedance matching network comprising variable elements between the RF power generator and the load. And the other is to change the frequency of the RF power generator to perform impedance matching.

가변 소자 임피던스 매칭 네트워크를 가지는 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 적어도 2 개의 가변 리액티브 소자를 이용한다. 상기 가변 리액티브 소자는 가변 콘텐서 또는 가변 인덕터일 수 있다. 상기 가변 리액티브 소자는 통상적으로 모터에 의하여 구동된다. 상기 가변 리액티브 소자는 통상 가변값의 최대/최소 비율이 10 이상을 매우 넓어서, 상기 가변 소자 임피던스 매칭 네트워크는 넓은 범위의 부하 임피던스에 대하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 상태가 심하게 변경된 경우에도, 상기 가변 소자 임피던스 매칭 네트워크는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 그러나, 가변 소자 임피던스 매칭 네트워크는 모터의 구동 속도에 의하여, 수 백 밀리초 내지 수 초의 매칭 시간을 요구한다.In the case of a variable element impedance matching network, the impedance matching network utilizes at least two variable reactive elements. The variable reactive element may be a variable capacitor or a variable inductor. The variable reactive element is typically driven by a motor. The variable element has a very wide maximum / minimum ratio of 10 or more so that the variable element impedance matching network can perform impedance matching for a wide range of load impedances. Therefore, even when the state of the plasma is significantly changed, the variable element impedance matching network can perform impedance matching. However, the variable element impedance matching network requires a matching time of several hundred milliseconds to several seconds depending on the driving speed of the motor.

한편, 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 경우, 통상의 주파수 가변 범위는 10 퍼센트 내외로, 임피던스 매칭이 가능한 부하의 임피던스 범위는 매우 좁다. 따라서, 플라즈마의 상태가 심하게 변경된 경우에는 주파수 튜닝(frequency tuning) 매칭 방법은 임피던스 매칭을 수행할 수 없다. 반면, 임피던스 매칭에 도달하는 매칭 시간은 수 마이크로초(microsec) 내지 수 밀리초(milisec) 정도로 매우 짧다.On the other hand, when impedance matching is performed by frequency tuning or frequency tuning, a typical frequency variable range is about 10 percent, and the impedance range of the load capable of impedance matching is very narrow. Thus, if the state of the plasma is severely changed, the frequency tuning matching method can not perform impedance matching. On the other hand, the matching time to reach impedance matching is very short, on the order of a few microseconds to a few milliseconds.

플라즈마 처리 공정 중에 하나인 원자층 증착(ALD)은 짧은 공정 단계들의 반복을 요구한다. 또한, TSV(Through silicon Via) 공정은 증착 공정과 식각 공정의 반복을 요구한다. 또한, 최근의 증착 공정 또는 식각 공정은 RF 전력을 유지한 채로 공정 조건을 바꾸는 다단계 레시피(multi-step recipe )를 사용한다. 이러한, 새로운 공정 조건을 만족하기 위하여, RF 전력 발생기와 임피던스 매칭 네트워크는 수십 밀리초(milli-sec) 이하에서 임피던스 매칭을 수행하여야한다. 특히, 펄스 플라즈마 공정을 수행하는 경우, 임피던스 매칭은 수 마이크로 초 내지 수십 마이크로초 이하에서 수행되어야한다. 이에 따라, 넓은 범위의 플라즈마 부하에서 수 마이크로초 내지 수십 마이크로초 이하에서 임피던스 매칭 또는 소정의 범위 내로 반사적력을 감소시키고 구동 주파수는 고정된 새로운 임피던스 매칭 방법이 요구된다.Atomic layer deposition (ALD), one of the plasma processing processes, requires repetition of short process steps. In addition, TSV (Through Silicon Via) process requires repeated deposition and etching processes. In addition, recent deposition or etching processes use multi-step recipes that change process conditions while maintaining RF power. In order to satisfy these new process conditions, the RF power generator and the impedance matching network must perform impedance matching at tens of milliseconds or less. Particularly, when performing the pulse plasma process, the impedance matching should be performed at a few microseconds to several tens of microseconds or less. Accordingly, there is a demand for a new impedance matching method in which the impedance is matched at a range of a few microseconds to several tens of microseconds at a wide range of plasma loads or the reflection frequency is reduced within a predetermined range and the driving frequency is fixed.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 고속 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an impedance matching system that performs high-speed impedance matching.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 리액턴스 임피던스 매칭 네트워크는 구동 주파수(f)를 변경하는 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 배치된다. 상기 가변 리액턴스 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 매칭 방법은 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이의 함수로 제어하는 것을 포함한다.The variable reactance impedance matching network according to an embodiment of the present invention is disposed between a frequency variable RF power source for changing the driving frequency f and a load. The impedance matching method of the variable reactance impedance matching network controls the variation of the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network as a function of the difference between the target driving frequency f t and the driving frequency f .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스(C1) 및 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스(C2)의 의 변화량(dC1;dC2)은In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitance of the first capacitor and the second capacitance of the second capacitor The change amount dC1 (dC2) of (C2)

Figure pat00001
Figure pat00001

의 조건을 충족하고, 여기서, dω는 목표 구동 각주파수(ωt=2πft)와 구동 주파수(ω=2πf)의 차이일 수 있다.Satisfy the conditions, in which, dω can be a difference between the target drive angular frequency (ω = 2πf t t) and the driving frequency (ω = 2πf).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스(C1) 및 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스(C2)의 의 변화량(dC1;dC2)은In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitance of the first capacitor and the second capacitance of the second capacitor The change amount dC1 (dC2) of (C2)

Figure pat00002
Figure pat00002

의 조건을 충족하고, 여기서, K1은 상수이고, K2는 상수이고, dω는 목표 구동 각주파수(ωt=2πft)와 구동 주파수(ω=2πf)의 차이일 수 있다.Satisfy the conditions, in which, and K1 is a constant, and K2 is a constant, dω can be a difference between the target drive angular frequency (ω = 2πf t t) and the driving frequency (ω = 2πf).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 L-형(L-type), 역 L-형(inverted L-type), T-형(T-type), 및 파이형 (π-type) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network includes an L-type, an inverted L-type, a T-type, and a pi- ). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 있어서, 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이가 양의 값을 가지면, 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 음의 값을 가지도록 제어될 수 있다. 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이가 음의 값을 가지면, 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 양의 값을 가지도록 제어될 수 있다. In an embodiment of the present invention, if the difference between the target drive frequency f t and the drive frequency f has a positive value, the change amount of the capacitance or inductance of the variable reactive element has a negative value . If the difference between the target driving frequency f t and the driving frequency f has a negative value, the variation of the capacitance or inductance of the variable reactive element can be controlled to have a positive value.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 임피던스 매칭을 위한 반사계수 또는 임피던스의 함수에 추가적으로 의존할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the capacitance or the change amount of the inductance of the variable reactive element may additionally depend on a reflection coefficient or impedance function for impedance matching.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스(C1) 및 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스(C2)의 의 변화량(dC1;dC2)은In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitance of the first capacitor and the second capacitance of the second capacitor The change amount dC1 (dC2) of (C2)

Figure pat00003
Figure pat00003

의 조건을 충족하고, 여기서, A 및 B는 반사계수 또는 임피던스에 의존하는 변수이고, dω는 목표 구동 각주파수(ωt=2πft)와 구동 주파수(ω=2πf)의 차이일 수 있다.Where A and B are variables dependent on the reflection coefficient or impedance and dω may be the difference between the target drive angular frequency ω t = 2πf t and the drive frequency ω = 2πf.

본 발명의 일 실시예에 있어서, In one embodiment of the present invention,

Figure pat00004
Figure pat00004

의 조건을 충족하고, 여기서, g1은 제1 가중함수이고, g2는 제2 가중함수이고, 상기 제1 가중 함수는 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가지고, 상기 제2 가중 함수는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 큰 값을 가질 수 있다.Wherein g1 is a first weighting function and g2 is a second weighting function and the first weighting function has a large value when the reflection coefficient is large and a small value when the reflection coefficient is small, The second weighting function has a small value when the reflection coefficient is large, and a large value when the reflection coefficient is small.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the frequency variable RF power source can perform impedance matching by changing the driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the frequency variable RF power source can increase the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a positive value and decrease the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 구동 주파수를 스캔하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the frequency variable RF power source may perform impedance matching by scanning a driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 임피던스 매칭을 위한 반사계수 또는 임피던스의 함수에 의존하는 것은: 특성 벡터를 추출하는 단계; 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 나타내는 소자 벡터를 소정의 변환 매트릭스를 이용하여 분석 벡터로 변환하고, 상기 분석 벡터를 좌표축으로 하는 분석좌표계에서 특성 벡터를 표시하는 단계; 상기 분석 좌표계에서 상기 특성 벡터를 분석하여 임피던스 매칭을 위한 변위 벡터를 추출하는 단계; 상기 변위 벡터를 상기 변환 메트릭스를 이용하여 환산 소자벡터로 변환하는 단계; 및 상기 환산 소자벡터를 이용하여 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the capacitance or the change amount of the inductance of the variable reactive element depends on a function of reflection coefficient or impedance for impedance matching: extracting a characteristic vector; Transforming an element vector representing a reactance of the variable reactive element into an analysis vector using a predetermined conversion matrix and displaying a characteristic vector in an analytical coordinate system having the analysis vector as a coordinate axis; Analyzing the characteristic vector in the analysis coordinate system and extracting a displacement vector for impedance matching; Transforming the displacement vector into a transformed element vector using the transform matrix; And extracting a change amount of the capacitance or the inductance using the converted element vector.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 RF 전원의 출력에서 전기적 특성을 측정하고 측정된 전기적 특성을 이용하여 구동 주파수를 변경하여 제1 임피던스 매칭을 수행하는 단계; 및 상기 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 가변 리액티브 소자를 포함하는 임피던스 매칭 네트워크를 배치하여 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하는 단계를 포함한다. 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이의 함수로 주어진다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of impedance matching, comprising: measuring an electrical characteristic at an output of a frequency variable RF power source and changing a driving frequency using measured electrical characteristics to perform a first impedance matching; And arranging an impedance matching network including a variable reactive element between the frequency variable RF power source and the load to change a capacitance or an inductance of the variable reactive element. The change amount of the capacitance or inductance of the variable reactive element is given as a function of the difference between the target drive frequency f t and the drive frequency f.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 L-형(L-type), 역 L-형(inverted L-type), T-형(T-type), 및 파이형 (π-type) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network includes an L-type, an inverted L-type, a T-type, and a pi- ). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스(C1) 및 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스(C2)의 의 변화량(dC1;dC2)은In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitance of the first capacitor and the second capacitance of the second capacitor The change amount dC1 (dC2) of (C2)

Figure pat00005
Figure pat00005

으로 주어지고, 여기서, dω는 목표 구동 각주파수(ωt=2πft)와 구동 주파수(ω=2πf)의 차이일 수 있다.It is given by, where, dω can be a difference between the target drive angular frequency (ω = 2πf t t) and the driving frequency (ω = 2πf).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 예측 구동 주파수(fp)를 산출하여 상기 주파수 가변 RF 전원에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include calculating a predicted driving frequency f p and providing the calculated driving power to the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 예측 구동 각주파수(ωp)는 In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the predicted driving angular frequency? P is

Figure pat00006
Figure pat00006

로 주어지고, ωp는 예측 구동 각주파수(ωp= 2πfp), ω는 구동 각주파수(ω= 2πf), C1은 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스이고, 그리고 C2는 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스일 수 있다.Is given and, ω p is a prediction driving angular frequency (ω p = 2πf p), ω is angular frequency (ω = 2πf), C1 driving the first large Passage capacitance of the first capacitor to, and C2 is the second And a second capacitance of the capacitor.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 임피던스 매칭을 위한 반사계수 또는 임피던스의 함수에 의존할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the amount of change in capacitance or inductance of the variable reactive element may depend on a function of reflection coefficient or impedance for impedance matching.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 임피던스 매칭을 위한 반사계수 또는 임피던스의 함수에 의존하는 것은: 특성 벡터를 추출하는 단계; 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 나타내는 소자 벡터를 소정의 변환 매트릭스를 이용하여 분석 벡터로 변환하고, 상기 분석 벡터를 좌표축으로 하는 분석좌표계에서 특성 벡터를 표시하는 단계; 상기 분석 좌표계에서 상기 특성 벡터를 분석하여 임피던스 매칭을 위한 변위 벡터를 추출하는 단계; 상기 변위 벡터를 상기 변환 메트릭스를 이용하여 환산 소자벡터로 변환하는 단계; 및 상기 환산 소자벡터를 이용하여 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the capacitance or the change amount of the inductance of the variable reactive element depends on a function of reflection coefficient or impedance for impedance matching: extracting a characteristic vector; Transforming an element vector representing a reactance of the variable reactive element into an analysis vector using a predetermined conversion matrix and displaying a characteristic vector in an analytical coordinate system having the analysis vector as a coordinate axis; Analyzing the characteristic vector in the analysis coordinate system and extracting a displacement vector for impedance matching; Transforming the displacement vector into a transformed element vector using the transform matrix; And extracting a change amount of the capacitance or the inductance using the converted element vector.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자는 제1 축전기 및 제2 축전기를 포함하고, 상기 제1 축전기의 제1 커페시턴스(C1) 및 상기 제2 축전기의 제2 커페시턴스(C2)의 의 변화량(dC1;dC2)은 In one embodiment of the present invention, the variable reactive element includes a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitance of the first capacitor and the second capacitance of the second capacitor The change amount dC1 (dC2) of (C2)

Figure pat00007
Figure pat00007

의 조건을 충족하고, 여기서, A 및 B는 반사계수 또는 임피던스에 의존하는 변수이고, dω는 목표 구동 각주파수(ωt=2πft)와 구동 주파수(ω=2πf)의 차이일 수 있다.Where A and B are variables dependent on the reflection coefficient or impedance and dω may be the difference between the target drive angular frequency ω t = 2πf t and the drive frequency ω = 2πf.

본 발명의 일 실시예에 있어서, In one embodiment of the present invention,

Figure pat00008
Figure pat00008

의 조건을 충족하고, 여기서, g1은 제1 가중함수이고, g2는 제2 가중함수이고, 상기 제1 가중 함수는 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가지고, 상기 제2 가중 함수는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 큰 값을 가질 수 있다.Wherein g1 is a first weighting function and g2 is a second weighting function and the first weighting function has a large value when the reflection coefficient is large and a small value when the reflection coefficient is small, The second weighting function has a small value when the reflection coefficient is large, and a large value when the reflection coefficient is small.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 네트워크는 구동 주파수(f)를 변경하는 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 배치된다. 상기 가변 리액턴스 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 매칭 방법은 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하여 주파수 가변 RF 전원을 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도한다.The impedance matching network according to an embodiment of the present invention is disposed between a frequency variable RF power source for changing a driving frequency f and a load. The impedance matching method of the variable reactance impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to induce the variable frequency RF power source to operate at the target driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이의 함수로 제어될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the amount of change in capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network may be controlled as a function of the difference between the target drive frequency f t and the drive frequency f .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 예측 구동 주파수(fp)를 산출하여 상기 주파수 가변 RF 전원에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may further include calculating a predicted driving frequency f p and providing the predicted driving frequency f p to the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템은 주파수 가변 RF 전원 및 주파수 가변 RF 전원의 출력을 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 상기 RF 전력 시스템의 임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 RF 전원의 출력단의 제1 전기적 특성을 측정하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원에서 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 제2 전기적 특성을 측정하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 제2 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하고 구동 주파수가 목표 구동 주파수인지 여부를 검사하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 임피던스 매칭이 수행되지 않은 경우 임피던스 매칭을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴스의 제1 변화량을 산출하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 구동 주파수가 목표 구동 주파수와 일치하지 않는 경우 구동 주파수 변경을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴의 제2 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 제1 변화량과 상기 제2 변화량에 기인한 총 변화량을 산출하고, 상기 총 변화량을 이용하여 가변 리액티브 소자를 제어하는 단계;를 포함한다.An RF power system in accordance with an embodiment of the present invention includes an impedance matching network that delivers the output of a frequency variable RF power source and a frequency variable RF power source to a load. The method of impedance matching of an RF power system includes measuring a first electrical characteristic of an output terminal of a frequency variable RF power supply; Checking the impedance matching state using the first electrical characteristic in the frequency variable RF power source; Changing a driving frequency of the frequency variable RF power source; Measuring a second electrical characteristic in the impedance matching network; Inspecting the impedance matching state using the second electrical characteristic in the impedance matching network and checking whether the driving frequency is a target driving frequency; Calculating a first variation of the inductance or capacitance of the variable reactive element for impedance matching when impedance matching is not performed in the impedance matching network; Calculating a second change amount of an inductance or a capacitance turn of the variable reactive element for changing the drive frequency when the drive frequency in the impedance matching network does not match the target drive frequency; And calculating a total change amount due to the first change amount and the second change amount, and controlling the variable reactive element using the total change amount.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 변화량은 구동 주파수와 목표 구동 주파수의 차이의 함수로 주어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first amount of change may be given as a function of the difference between the driving frequency and the target driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 변화량은 임피던스 또는 반사계수에 의존하는 함수일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second variation amount may be a function depending on the impedance or reflection coefficient.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자를 제어하는 구동 벡터 또는 총 변화량은 상기 제1 변화량과 제1 가중 함수의 곱과 상기 제2 변화량과 제2 가중함수의 곱을 포함하고, 상기 제1 가중함수는 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지고, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가지고, 상기 제2 가중함수는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지고, 반사계수가 작은 경우 큰 값을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the driving vector or the total variation amount for controlling the variable reactive element includes a product of the first variation amount and the first weighting function, the second variation amount and the second weighting function, The first weighting function has a large value when the reflection coefficient is large, a small value when the reflection coefficient is small, a small value when the reflection coefficient is large, and a small value when the reflection coefficient is small. .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계는: 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 제1 반사계수를 산출하는 단계; 및 상기 제1 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 주파수를 증가시키고, 상기 제1 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 주파수를 감소시키는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of changing the driving frequency of the frequency variable RF power supply includes: calculating a first reflection coefficient using the first electrical characteristic; And increasing the frequency when the imaginary part of the first reflection coefficient has a positive value and decreasing the frequency when the imaginary part of the first reflection coefficient has a negative value.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 변화량을 산출하는 단계는: 특성 벡터를 추출하는 단계; 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 나타내는 소자 벡터를 소정의 변환 매트릭스를 이용하여 분석 벡터로 변환하고, 상기 분석 벡터를 좌표축으로 하는 분석좌표계에서 특성 벡터를 표시하는 단계; 상기 분석 좌표계에서 상기 특성 벡터를 분석하여 임피던스 매칭을 위한 변위 벡터를 추출하는 단계; 상기 변위 벡터를 상기 변환 메트릭스를 이용하여 환산 소자벡터로 변환하는 단계; 및 상기 환산 소자벡터를 이용하여 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of calculating the first variation includes: extracting a characteristic vector; Transforming an element vector representing a reactance of the variable reactive element into an analysis vector using a predetermined conversion matrix and displaying a characteristic vector in an analytical coordinate system having the analysis vector as a coordinate axis; Analyzing the characteristic vector in the analysis coordinate system and extracting a displacement vector for impedance matching; Transforming the displacement vector into a transformed element vector using the transform matrix; And extracting a change amount of the capacitance or the inductance using the converted element vector.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템은 주파수 가변 RF 전원 및 주파수 가변 RF 전원의 출력을 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 상기 RF 전력 시스템의 임피던스 매칭 방법은: 주파수 가변 RF 전원의 출력단의 제1 전기적 특성을 측정하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원에서 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계; 상기 구동 주파수가 목표 구동 주파수인지 여부를 검사하는 단계; 임피던스 매칭이 수행되지 않은 경우 임피던스 매칭을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴스의 제1 변화량을 산출하는 단계; 구동 주파수가 목표 구동 주파수와 일치하지 않는 경우 구동 주파수 변경을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴의 제2 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 제1 변화량과 상기 제2 변화량에 기인한 총 변화량을 산출하고, 상기 총 변화량을 이용하여 가변 리액티브 소자를 제어하는 단계;를 포함한다.An RF power system in accordance with an embodiment of the present invention includes an impedance matching network that delivers the output of a frequency variable RF power source and a frequency variable RF power source to a load. A method of impedance matching of an RF power system, comprising: measuring a first electrical characteristic of an output terminal of a frequency variable RF power source; Checking the impedance matching state using the first electrical characteristic in the frequency variable RF power source; Changing a driving frequency of the frequency variable RF power source; Checking whether the driving frequency is a target driving frequency; Calculating a first variation of the inductance or capacitance of the variable reactive element for impedance matching when impedance matching is not performed; Calculating a second variation amount of the inductance or capacitance of the variable reactive element for changing the driving frequency when the driving frequency does not match the target driving frequency; And calculating a total change amount due to the first change amount and the second change amount, and controlling the variable reactive element using the total change amount.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 변화량은 구동 주파수와 목표 구동 주파수의 차이의 함수로 주어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first amount of change may be given as a function of the difference between the driving frequency and the target driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 변화량은 임피던스 또는 반사계수에 의존하는 함수일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second variation amount may be a function depending on the impedance or reflection coefficient.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 리액티브 소자를 제어하는 구동 벡터는 상기 제1 변화량과 제1 가중 함수의 곱과 상기 제2 변화량과 제2 가중함수의 곱을 포함하고, 상기 제1 가중함수는 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지고, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가지고, 상기 제2 가중함수는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지고, 반사계수가 작은 경우 큰 값을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the drive vector for controlling the variable reactive element includes a product of the first variation and the first weighting function, the second variation and the second weighting function, and the first weighting function Function has a large value when the reflection coefficient is large and a small value when the reflection coefficient is small and the second weighting function has a small value when the reflection coefficient is large and a large value when the reflection coefficient is small.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계는: 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 제1 반사계수를 산출하는 단계; 및 상기 제1 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 주파수를 증가시키고, 상기 제1 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 주파수를 감소시키는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of changing the driving frequency of the frequency variable RF power supply includes: calculating a first reflection coefficient using the first electrical characteristic; And increasing the frequency when the imaginary part of the first reflection coefficient has a positive value and decreasing the frequency when the imaginary part of the first reflection coefficient has a negative value.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 변화량을 산출하는 단계는: 특성 벡터를 추출하는 단계; 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 나타내는 소자 벡터를 소정의 변환 매트릭스를 이용하여 분석 벡터로 변환하고, 상기 분석 벡터를 좌표축으로 하는 분석좌표계에서 특성 벡터를 표시하는 단계; 상기 분석 좌표계에서 상기 특성 벡터를 분석하여 임피던스 매칭을 위한 변위 벡터를 추출하는 단계; 상기 변위 벡터를 상기 변환 메트릭스를 이용하여 환산 소자벡터로 변환하는 단계; 및 상기 환산 소자벡터를 이용하여 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of calculating the first variation includes: extracting a characteristic vector; Transforming an element vector representing a reactance of the variable reactive element into an analysis vector using a predetermined conversion matrix and displaying a characteristic vector in an analytical coordinate system having the analysis vector as a coordinate axis; Analyzing the characteristic vector in the analysis coordinate system and extracting a displacement vector for impedance matching; Transforming the displacement vector into a transformed element vector using the transform matrix; And extracting a change amount of the capacitance or the inductance using the converted element vector.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 예측 구동 주파수(fp)를 산출하여 상기 주파수 가변 RF 전원에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may further include calculating a predicted driving frequency f p and providing the predicted driving frequency f p to the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 네트워크는 소정의 주파수 가변 범위를 가지고 RF 전력을 출력하는 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 배치된다. 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 임피던스 매칭 네트워크는 적어도 2 개의 가변 리액티브 소자를 포함하고, 상기 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 케페시턴스의 변화량은 구동 주파수와 목표 구동 주파수의 차이의 함수로 주어진다.The impedance matching network according to an embodiment of the present invention is disposed between a frequency variable RF power source outputting RF power having a predetermined frequency variable range and a load. The impedance matching network is characterized in that the impedance matching network comprises at least two variable reactive elements and the variation in inductance or capacitance of the variable reactive element is given as a function of the difference between the driving frequency and the target driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 매칭 센서부를 더 포함하고, 상기 매칭 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고, 상기 매칭 센서부는 상기 부하에 전달되는 구동 주파수를 측정할 수 있다.The matching sensor unit may further include a matching sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source for measuring an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network, Characteristics, and the matching sensor unit can measure the driving frequency transmitted to the load.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 전원센서부를 더 포함하고, 상기 전원 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 구동 주파수를 제공받을 수 있다.The power sensor unit may further include a power source sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source for measuring an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network, Characteristics, and the impedance matching network may be provided with a driving frequency from the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 상기 주파수 가변 RF 전원의 출력단에서 상기 부하를 바라본 방향의 전기적 특성을 제공받을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may be provided with electrical characteristics in the direction from the output terminal of the variable frequency RF power source to the load from the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원에 임피던스 매칭을 위한 예상 구동 주파수를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may provide an expected driving frequency for impedance matching to the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템은 소정의 주파수 가변 범위를 가지고 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수를 변경하는 주파수 가변 RF 전원; 및 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도한다.The RF power system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a frequency variable RF power source having a predetermined frequency variable range and changing a driving frequency for impedance matching; And an impedance matching network that receives an output from the frequency variable RF power source and transfers the output to a load. The impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network so that the frequency variable RF power source operates to operate at the target driving frequency.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 매칭 센서부를 더 포함하고, 상기 매칭 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고, 상기 매칭 센서부는 상기 부하에 전달되는 구동 주파수를 측정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may further include a matching sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source to measure an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network, The matching sensor unit may calculate the impedance or reflection coefficient using the electrical characteristics, and the matching sensor unit may measure the driving frequency transmitted to the load.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 전원 센서부를 더 포함하고, 상기 전원 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 구동 주파수를 제공받을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the frequency variable RF power source further includes a power source sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source to measure an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network, The power source sensor unit may calculate an impedance or a reflection coefficient using the electrical characteristics, and the impedance matching network may receive a driving frequency from the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 상기 주파수 가변 RF 전원의 출력단에서 상기 부하를 바라본 방향의 상기 임피던스 또는 반사 계수를 제공받을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may be provided with the impedance or reflection coefficient in the direction from the output of the frequency variable RF power source toward the load from the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원에 임피던스 매칭을 위한 예상 구동 주파수를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the impedance matching network may provide an expected driving frequency for impedance matching to the frequency variable RF power source.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 장치는 주파수 가변 RF 전원의 출력을 부하에 전달하는 2 개 이상의 가변 리액티브 소자를 포함한다. 상기 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴스의 변화량은 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수와 목표 구동 주파수의 차이의 함수를 포함하고, 상기 목표 주파수는 상기 주파수 가변 RF 전력 발생기의 상기 주파수 가변 범위 내에 존재한다.An electrical apparatus according to an embodiment of the present invention includes two or more variable reactive elements that transmit the output of a frequency variable RF power source to a load. Wherein the variable inductance or the variation of the capacitance of the variable reactive element includes a function of a difference between a driving frequency of the frequency variable RF power supply and a target driving frequency and the target frequency is within the frequency variable range of the frequency variable RF power generator exist.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템은 주파수 가변 RF 전원 및 주파수 가변 RF 전원의 출력을 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함한다. 상기 RF 전력 시스템의 임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 RF 전원의 출력단의 제1 전기적 특성을 측정하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원에서 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계; 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 제2 전기적 특성을 측정하는 단계; 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 제2 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계; 임피던스 매칭을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴스의 제1 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 제1 변화량을 이용하여 가변 리액티브 소자를 제어하는 단계;를 포함한다.An RF power system in accordance with an embodiment of the present invention includes an impedance matching network that delivers the output of a frequency variable RF power source and a frequency variable RF power source to a load. The method of impedance matching of an RF power system includes measuring a first electrical characteristic of an output terminal of a frequency variable RF power supply; Checking the impedance matching state using the first electrical characteristic in the frequency variable RF power source; Changing a driving frequency of the frequency variable RF power source; Measuring a second electrical characteristic in the impedance matching network; Inspecting an impedance matching state using the second electrical characteristic in the impedance matching network; Calculating a first variation amount of the inductance or capacitance of the variable reactive element for impedance matching; And controlling the variable reactive element using the first change amount.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 시스템은 고속 임피던스 매칭을 제공하고, 구동 주파수를 일정한 값으로 고정하여 플라즈마 공정 안정성 및 플라즈마 공정 재현성을 향상시킬 수 있다.The impedance matching system according to an embodiment of the present invention provides high-speed impedance matching and fixes the driving frequency to a constant value to improve plasma process stability and plasma process reproducibility.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 RF 전력 시스템을 자세히 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 임피던스 매칭을 설명하는 스미트 차트이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 RF 전력 시스템을 나타낸다.
도 11은 표준 L 형 임피던스 매칭 네트워크에서 임피던스 매칭 영역을 표시하는 스미스 차트이다.
도 12는 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 가능한 경우 주파수 가변 RF 전원만을 이용하여 임피던스 매칭의 조건을 그래프이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭의 궤적을 표시하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프들이다.
1 is a conceptual diagram illustrating an RF power system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating the RF power system of FIG. 1 in greater detail.
3 is a flow chart illustrating a method of controlling an RF power system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a frequency variable impedance matching method according to an embodiment of the present invention.
6 is a smith chart illustrating frequency variable impedance matching according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to another embodiment of the present invention.
Figures 9 and 10 illustrate an RF power system in accordance with yet another embodiment of the present invention.
11 is a Smith chart showing an impedance matching area in a standard L-type impedance matching network.
FIG. 12 is a graph showing impedance matching conditions using only a variable frequency RF power source when impedance matching is possible using only a frequency variable RF power source.
FIGS. 13 to 17 are graphs showing simulation results showing the locus of impedance matching according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 네트워크는 주파수 가변 RF 전원와 부하 사이에 배치되어, 목표 구동 주파수에서 임피던스 매칭을 수행하도록 유도할 수 있다. 따라서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 구동 주파수를 변경하여 고속 임피던스 매칭을 수행하거나 또는 반사전력을 소정의 범위 내로 감소시킬 수 있다. 설사, 상기 주파수 가변 RF 전원이 임피던스 매칭을 수행한 경우에도, 구동 주파수와 상기 목표 구동 주파수가 다른 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 상기 목표 구동 주파수에 임피던스 매칭을 수행되도록 유도할 수 있다. 즉, 상기 주파수 가변 RF 전원가 임피던스 매칭을 조건을 만족하고, 구동 주파수와 상기 목표 구동 주파수가 다른 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 계속 동작하여 의도적으로 임피던스 매칭 조건을 벗어나게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 주파수 가변 RF 전원은 변경된 조건에서 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행한다. 결국, 상기 구동 주파수가 상기 목표 구동 주파수에 도달하고, 임피던스 매칭이 수행된 경우, 상기 임피던 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 리액턴스는 일정한 값으로 고정된다. 이러한 과정은 부하가 시간에 따라 변경된 상태에서 반복될 수 있다.The impedance matching network according to an embodiment of the present invention may be disposed between a frequency variable RF power source and a load to induce impedance matching at a target driving frequency. Therefore, the frequency variable RF power source can change the driving frequency to perform high-speed impedance matching or reduce the reflected power to within a predetermined range. Even if the frequency variable RF power source performs impedance matching, if the driving frequency is different from the target driving frequency, the impedance matching network induces the frequency variable RF power source to perform impedance matching on the target driving frequency . That is, when the frequency variable RF power source satisfies the condition of impedance matching, and the driving frequency and the target driving frequency are different, the impedance matching network may continue to operate to intentionally deviate from the impedance matching condition. Accordingly, the frequency variable RF power source changes the driving frequency under the changed conditions to perform the impedance matching. As a result, when the driving frequency reaches the target driving frequency and impedance matching is performed, the reactance of the variable reactive element of the impedance matching network is fixed to a constant value. This process can be repeated with the load changed over time.

한편, 상기 주파수 가변 RF 전원이 독립적으로 임피던스 매칭을 수행할 수 없는 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 스스로 임피던스 매칭을 수행하면서, 상기 주파수 가변 RF 전원이 상기 목표 구동 주파수에 임피던스 매칭을 수행되도록 유도할 수 있다. Meanwhile, when the frequency variable RF power source can not independently perform impedance matching, the impedance matching network may perform impedance matching by itself, and induce the frequency variable RF power source to perform impedance matching with the target driving frequency have.

구체적으로, 우선, 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사전력을 최소화시킨다. 상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력단에서 부하를 바라본 방향의 반사계수가 큰 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 가변 리액티브 소자를 구동하여 임피던스 매칭을 수행한다. 이에 따라, 상기 주파수 가변 RF 전원은 가변 리액티브 소자에 따라 변경된 임피던스에 대하여 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행한다.Specifically, first, the frequency variable RF power source minimizes the reflected power. When the reflection coefficient in the direction of the load is large at the input terminal of the impedance matching network, the impedance matching network drives the variable reactive element to perform impedance matching. Accordingly, the frequency variable RF power source changes the driving frequency with respect to the changed impedance according to the variable active element to perform impedance matching.

또한, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력단에서 부하를 바라본 방향의 반사계수가 작은 경우 (거의 임피던스 매칭에 도달한 경우), 상기 임피던스 매칭 네트워크는 구동 주파수와 목표 주파수의 차이의 함수에 크게 의존하도록 가변 리액티브 소자를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 주파수 가변 RF 전원은 빠른 속도로 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.In addition, when the reflection coefficient in the direction of the load at the input terminal of the impedance matching network is small (when almost impedance matching has been reached), the impedance matching network is controlled so as to be largely dependent on the function of the difference between the driving frequency and the target frequency. The device can be controlled. Therefore, the frequency variable RF power source can perform impedance matching at a high speed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템을 설명하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an RF power system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 RF 전력 시스템을 자세히 설명하는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating the RF power system of FIG. 1 in greater detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.3 is a flow chart illustrating a method of controlling an RF power system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a frequency variable impedance matching method according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 주파수 가변 RF 전원(110)은 RF 전력을 임피던스 매칭 네트워크(130)를 통하여 부하에 전달한다. 상기 부하(140)는 통상적으로 플라즈마 부하와 같은 동적 부하일 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 특성 임피던스(Z0)를 가진 전송선(120)을 통하여 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)에 연결되고, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 상기 부하에 인접하게 배치되어 RF 전력을 상기 부하(140)에 전달할 수 있다.1 to 5, a frequency variable RF power source 110 transmits RF power to a load through an impedance matching network 130. The load 140 may typically be a dynamic load such as a plasma load. The frequency variable RF power supply 110 is connected to the impedance matching network 130 through a transmission line 120 having a characteristic impedance Z 0 and the impedance matching network 130 is disposed adjacent to the load, And may transfer power to the load (140).

주파수 가변 RF 전원(110)은 구동 주파수 제어 루프와 전력 제어 루프를 포함할 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 설정된 전력을 입력받아 전력 제어 루프를 통하여 설정된 전력을 상기 부하(140)에 전달할 수 있다. 또한, 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 출력단(N1,N2)의 전기적 특성을 측정하여 임피던스 또는 반사계수를 산출할 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 임피던스 매칭을 위하여 반사계수가 영(zero)이 되도록 구동 주파수(f)를 변경할 수 있다.The frequency variable RF power supply 110 may include a driving frequency control loop and a power control loop. The frequency variable RF power source 110 may receive the set power and transmit the set power to the load 140 through the power control loop. In addition, the frequency variable RF power source 110 can calculate impedance or reflection coefficient by measuring electrical characteristics of the output terminals N1 and N2. The frequency variable RF power source 110 may change the driving frequency f so that the reflection coefficient becomes zero for impedance matching.

상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 출력단(N1,N2)에서 전기적 특성을 고속으로 측정하여 임피던스 매칭 상태를 판단하여, 구동 주파수를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)에 상관없이 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 출력단(N1,N2)의 임피던스 (ZT)를 산출할 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원은 출력단(N1,N2)에서 전기적 특성을 측정하는 전원 센서부(116), 증폭부(114), 및 제어부(112)를 포함할 수 있다. 상기 전원 센서부(116)의 측정 신호 또는 처리된 신호는 제어부에 제공될 수 있다. 상기 제어부(112)는 순방향 전력 제어 알고리즘 및 주파수 가변 임피던스 매칭 알고리즘을 실행할 수 있다. The frequency variable RF power source 110 measures the electrical characteristics at high speeds at the output terminals N1 and N2 to determine the impedance matching state and changes the driving frequency to perform impedance matching regardless of the impedance matching network 130 . The frequency variable RF power source 110 can calculate the impedance Z T of the output terminals N1 and N2. The frequency variable RF power source may include a power source sensor unit 116, an amplification unit 114, and a control unit 112 for measuring electrical characteristics at output terminals N1 and N2. The measurement signal or the processed signal of the power source sensor unit 116 may be provided to the control unit. The controller 112 may perform a forward power control algorithm and a frequency variable impedance matching algorithm.

또한, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 독립적으로 임피던스 매칭 네트워크의 입력단(N3,N4)의 전기적 특성을 측정하여 임피던스(Zin)를 산출할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)의 입력단(N3,N4)의 상기 임피던스(Zin)과 상기 주파수 가변 RF 전원의 출력단(N1,N2)의 임피던스(ZT)는 소정의 관계를 가질 수 있다.Also, the impedance matching network 130 can independently calculate the impedance Zin by measuring the electrical characteristics of the input terminals N3 and N4 of the impedance matching network. The impedance Zin of the input terminals N3 and N4 of the impedance matching network 130 and the impedance Z T of the output terminals N1 and N2 of the frequency variable RF power source may have a predetermined relationship.

상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 2개의 가변 리액티브 소자(132,134)를 포함한다. 2개의 가변 리액티브 소자(132, 134)의 리액턴스는 유도성 리액턴스(inductive reactance) 또는 용량성 리액턴스(capacitive reactance)일 수 있다. 가변 리액티브 소자(132,134)는 주로 가변 축전기(variable capacitor)가 사용된다. 상기 도시된 임피던스 매칭 네트워크는 표준 L 타입이나 다른 타입으로 변경될 수 있다. 임피던스 매칭을 위하여, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 고정 인덕터 또는 고정 축전기를 더 포함할 수 있다. 가변 리액티브 소자(132,134) 각각은 복수의 고정 축전기를 병렬연결하여 스위치를 통하여 리액턴스를 조절할 수 있다.The impedance matching network 130 includes two variable active elements 132 and 134. The reactance of the two variable reactive elements 132 and 134 may be an inductive reactance or a capacitive reactance. Variable capacitors 132 and 134 are mainly variable capacitors. The illustrated impedance matching network may be changed to a standard L type or another type. For impedance matching, the impedance matching network may further include a fixed inductor or a fixed capacitor. Each of the variable reactive elements 132 and 134 can control a reactance through a switch by connecting a plurality of fixed capacitors in parallel.

상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 임피던스 매칭 제어 알고리즘과 주파수 복원 알고리즘을 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 제어 알고리즘은 임피던스 매칭을 위하여 상기 가변 리액티브 소자(132,134)의 리액턴스를 변경할 수 있다. 또한, 상기 주파수 복원 알고리즘은 특정한 목표 구동 주파수에서 임피던스 매칭이 수행되도록 상기 가변 리액티브 소자(132,134)의 리액턴스를 변경할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 독립적으로 상기 입력단(N3;N4)의 전기적 특성을 측정하여 임피던스(Zin)를 산출할 수 있다. The impedance matching network 130 may include an impedance matching control algorithm and a frequency restoration algorithm. The impedance matching control algorithm may change the reactance of the variable reactance elements 132 and 134 for impedance matching. In addition, the frequency reconstruction algorithm may change the reactance of the variable reactance elements 132 and 134 so that impedance matching is performed at a specific target drive frequency. The impedance matching network 130 may independently calculate the impedance Zin by measuring the electrical characteristics of the input terminals N3 and N4.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 시스템의 동작원리를 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the RF power system according to an embodiment of the present invention will be described.

RF 전력 시스템(100)은 주파수 가변 RF 전원(110) 및 주파수 가변 RF 전원의 출력을 부하(140)에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크(130)를 포함한다. 이 RF 전력 시스템의 임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 RF 전원(110)의 출력단(N1,N2)의 제1 전기적 특성(I,V)을 측정하는 단계(S112), 상기 주파수 가변 RF 전원(130)에서 상기 제1 전기적 특성(I,V)을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계(S116), 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수(f)를 변경하는 단계(S118), 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)에서 제2 전기적 특성(I'.V')을 측정하는 단계(S222), 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)에서 상기 제2 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하고 구동 주파수가 목표 구동 주파수인지 여부를 검사하는 단계(S226;S228), 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 임피던스 매칭이 수행되지 않은 경우 임피던스 매칭을 위한 가변 리액티브 소자(132,134)의 인덕턴스 또는 커페시턴스의 제1 변화량(dC'1;dC'2)을 산출하는 단계(S232), 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 구동 주파수가 목표 구동 주파수와 일치하지 않는 경우 구동 주파수 변경을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴의 제2 변화량(dC''1;dC''2)을 산출하는 단계(S234), 및 상기 제1 변화량과 상기 제2 변화량에 기인한 총 변화량(dC1;dC2)을 산출하고, 상기 총 변화량을 이용하여 가변 리액티브 소자를 제어하는 단계(S236;S238)를 포함한다.The RF power system 100 includes a frequency tunable RF power source 110 and an impedance matching network 130 that transfers the output of the frequency tunable RF power source to the load 140. The impedance matching method of the RF power system includes a step S112 of measuring first electrical characteristics I and V of output terminals N1 and N2 of the variable frequency RF power supply 110, (S116) of checking the impedance matching state using the first electrical characteristic (I, V) (S116), changing a driving frequency (f) of the frequency variable RF power supply (S118) (S222) of measuring a second electrical characteristic (I'.V ') in the impedance matching network 130, checking the impedance matching state using the second electrical characteristic in the impedance matching network 130, determining whether the driving frequency is a target driving frequency The first variation amount dC '1;dC' of the inductance or capacitance of the variable elements 132 and 134 for impedance matching when the impedance matching is not performed in the impedance matching network, 2) for calculating Series (S232), the second amount of change (dC ''1; dC 'of the impedance when the in the matching network driving frequency does not match the target drive frequency the inductance of the variable reactive element for driving frequencies change, or greater Passage turn' 2 Calculating a total change amount (dC 1 ; dC 2 ) due to the first change amount and the second change amount, and controlling the variable reactive element using the total change amount (step S236 and S238.

상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 표준 L형이고, 제1 가변 축전기(132)과 제2 가변 축전기(134)를 포함할 수 있다. 제1 가변 축전기(132)는 부하에 직렬 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(132)는 부하에 병렬연결될 수 있다. 상기 제1 가변 축전기 및 제2 가변 축전기는 진공 가변 축전기일 수 있다. 상기 제1 가변 축전기는 제1 구동 모터(132a)를 포함하고, 제2 가변 축전기는 제2 구동 모터(134a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구동 모터(132a) 및 상기 제2 구동 모터(134a)는 모터 구동부(137)에 연결될 수 있다. 임피던스 제어부(138)는 구동 벡터(V1,V2)를 통하여상기 모터 구동부(137)를 제어한다. 또한, 상기 임피던스 제어부(138)는 제2 전기적 특성(I,V)을 직접 또는 연산된 전기적 특성(S11, Z)을 입력받을 수 있다. 매칭 센서부(136)는 구동 주파수를 측정하여 상기 임피던스 제어부(138)에 제공할 수 있다. 상기 임피던스 제어부(138)는 임피던스 매칭 제어 알고리즘 및 구동 주파수 복원 알고리즘 중에서 적어도 하나를 실행할 수 있다.The impedance matching network 130 is a standard L type and may include a first variable capacitor 132 and a second variable capacitor 134. The first variable capacitor 132 is connected in series to the load, and the second variable capacitor 132 can be connected in parallel to the load. The first variable capacitor and the second variable capacitor may be a vacuum variable capacitor. The first variable capacitor may include a first drive motor 132a and the second variable capacitor may include a second drive motor 134a. The first driving motor 132a and the second driving motor 134a may be connected to the motor driving unit 137. [ The impedance controller 138 controls the motor driver 137 via the drive vectors V1 and V2. Also, the impedance controller 138 can directly receive the second electrical characteristics I, V or receive the calculated electrical characteristics S11, Z. The matching sensor unit 136 may measure the driving frequency and provide the measured impedance to the impedance controller 138. The impedance controller 138 may execute at least one of an impedance matching control algorithm and a driving frequency restoration algorithm.

상기 임피던스 매칭 네트워크(130)에서 임피던스 매칭 제어 알고리즘은 임피던스 분석을 통하여, 제1 가변 축전기(132)와 제2 가변 축전기(134)의 가변 커페시턴스(C1;C2)의 변화량(dC1;dC2)을 다음과 같이 구할 수 있다.The impedance matching control algorithm in the impedance matching network 130 determines the variation amount dC1 dC2 of the variable capacitance C1 and C2 of the first variable capacitor 132 and the second variable capacitor 134 through the impedance analysis, Can be obtained as follows.

Figure pat00009
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여기서, dC1은 제1 가변 축전기의 커페시턴스(C1)의 변화량이고, dC2는 제2 가변 축전기의 커페시턴스(C2)의 변화량이다. A 및 B는 소정의 구동 주파수(f)에서 임피던스 매칭을 위하여 결정되는 파라미터이다. A 및 B는 임피던스의 함수 또는 반사 계수의 함수로 주어질 수 있다. A 및 B는 종래의 방법으로 구해질 수 있다.Here, dC 1 is the variation of the capacitance (C 1 ) of the first variable capacitor, and dC 2 is the variation of the capacitance (C 2 ) of the second variable capacitor. A and B are parameters determined for impedance matching at a predetermined driving frequency (f). A and B can be given as a function of the impedance or a reflection coefficient. A and B can be obtained by a conventional method.

상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 가변 리액티브 소자(132,134)의 커페시턴스를 변화시켜 임피던스 매칭을 수행한다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)가 임피던스 매칭을 수행한 경우 또는 상기 주파수 가변 RF 전원이 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행한 경우를 가정하면, 상기 변화량(dC1, dC2)는 영(zero)이 된다. 그러나, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 상기 주파수 가변 RF 전원(110)으로부터 전력을 공급받는다. 따라서, 상기 임피던스 매칭이 수행된 경우 또는 반사계수가 영인 경우, 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수(f)는 부하의 임피던스(ZL) 및 상기 임피던스 매칭 네트워크의 조건(C1,C2)에 의존할 수 있다.The impedance matching network 130 performs impedance matching by varying the capacitance of the variable reactance elements 132 and 134. Assuming that the impedance matching network 130 performs impedance matching or the frequency variable RF power source changes the driving frequency to perform impedance matching, the amount of change dC 1 , dC 2 is zero, . However, the impedance matching network 130 receives power from the frequency variable RF power source 110. Therefore, when the impedance matching is performed or when the reflection coefficient is zero, the driving frequency f of the frequency variable RF power source is set to the impedance Z L of the load and the conditions C 1 and C 2 of the impedance matching network You can depend on it.

가변 리액티브 소자(132,134)의 리액턴스 성분은 주파수와 인덕턴스의 곱으로 표시되거나, 주파수와 케페시턴스의 곱으로 표시된다. 따라서, 부하 임피던스(ZL)가 고정된 상태에서, 임피던스 매칭이 수행되었다고 가정한다. 이 경우, 동일한 리액턴스를 유지하면서, 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 변경하고자 하는 경우, 구동 각주파수의 변화량(dω)과 커페시턴스의 변화량(dC) 또는 구동 각주파수의 변화량(dω)과 인덕턴스의 변화량(dL)은 다음과 같은 조건을 충족한다.The reactance components of the variable reactive elements 132 and 134 are expressed by the product of the frequency and the inductance or expressed as the product of the frequency and the capacitance. Therefore, it is assumed that the impedance matching is performed in a state where the load impedance Z L is fixed. In this case, when the driving frequency is to be changed to the target driving frequency while maintaining the same reactance, the variation amount dω of the driving angular frequency, the variation amount dC of the capacitance or the variation amount dω of the driving angular frequency, The change amount (dL) satisfies the following conditions.

Figure pat00010
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즉, 구동 각주파수(ω) 또는 구동 주파수(f)가 증가하면, 커페시턴스 또는 인덕턴스는 감소한다. 목표 구동 주파수(ft)가 설정된 경우, 구동 주파수(f)가 상기 목표 구동 주파수(ft)와 다른 경우, 구동 각주파수의 변화량(dω)은 커페시턴스의 변화량(dC)에 의존한다.That is, when the driving angular frequency? Or the driving frequency f increases, the capacitance or inductance decreases. When the target driving frequency f t is set and the driving frequency f is different from the target driving frequency f t , the variation dω of the driving angular frequency depends on the variation dC of the capacitance.

목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이가 양의 값을 가지면, 가변 리액티브 소자(132,134)의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 음의 값을 가지도록 제어될 수 있다. 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이가 음의 값을 가지면, 가변 리액티브 소자(132,134)의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 양의 값을 가지도록 제어될 수 있다.If the difference between the target driving frequency f t and the driving frequency f has a positive value, the capacitance or the change amount of the inductance of the variable reactive elements 132 and 134 can be controlled to have a negative value. If the difference between the target driving frequency f t and the driving frequency f has a negative value, the capacitance or the change amount of the inductance of the variable reactive elements 132 and 134 can be controlled to have a positive value.

따라서, 임피던스 매칭 조건을 만족한 경우, 구동 주파수를 상기 목표 구동 주파수에 일치시키기 위하여, 상기 리액티브 소자의 가변 커페시턴스의 변화량(dC1;dC2)은 다음과 같이 주어질 수 있다.Therefore, when the impedance matching condition is satisfied, the variation amount (dC 1 ; dC 2 ) of the variable capacitance of the reactive element can be given as follows in order to match the driving frequency to the target driving frequency.

Figure pat00011
Figure pat00011

C1은 현재 상태의 제1 축전기의 커페시턴스이고, C2는 현재 상태의 제2 축전기의 커페시턴스이다. dω는 각주파수의 변화량이고, dω의 값이 큰 경우, 상기 제1 커페시턴스의 변화량(dC1) 및 상기 제1 커페시턴스의 변화량(dC2)은 크게 변화한다. 또한, 제1 커페시턴스의 변화량(dC1)과 상기 제2 커페시턴스의 변화량(dC2)의 비(dC1/dC2)는 일정한 방향성(C1/C2)을 가진다. 상기 제1 커페시턴스의 변화량(dC1)과 상기 제2 커페시턴스의 변화량(dC2)은 그 비(dC1/dC2)가 유지되도록 변경된다.C 1 is the capacitance of the first capacitor in its current state, and C 2 is the capacitance of the second capacitor in its present state. d? is a change amount of each frequency, and when the value of d? is large, the change amount dC 1 of the first capacitance and the change amount dC 2 of the first capacitance change greatly. The ratio (dC 1 / dC 2 ) of the variation amount (dC 1 ) of the first capacitance to the variation amount (dC 2 ) of the second capacitance has a constant directivity (C 1 / C 2 ). The change amount dC 1 of the first capacitance and the change amount dC 2 of the second capacitance are changed so that the ratio dC 1 / dC 2 is maintained.

구체적으로, dω=ωt-ω(t=0)로 주어질 수 있다. 또한, dC1 = C1(t=0+)-C1(t=0)로 주어질 수 있다. ωt는 목표 구동 각주파수이고, ω(t=0)는 현재의 구동 각주파수이다. C1(t=0)는 현재의 커페시턴스이고, C1(t=0+)는 미래의 커페시턴스이다.Specifically, dω = ω t -ω (t = 0) can be given. Also, dC 1 = C 1 (t = 0 + ) -C 1 (t = 0) can be given. ? t is the target drive angular frequency, and? (t = 0) is the current drive angular frequency. C 1 (t = 0) is the current capacitance and C 1 (t = 0 + ) is the future capacitance.

수학식 3을 이용하여, 제1 커페시턴스(C1)와 제2 커페시턴스(C2)를 변경하는 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크 및 상기 주파수 가변 RF 전원은 임피던스 매칭 조건을 충족하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 주파수 가변 RF 전원은 임피던스 매칭 조건을 충족하도록 구동 주파수를 변경할 수 있다.When the first capacitance (C 1 ) and the second capacitance (C 2 ) are changed using Equation (3), the impedance matching network and the variable frequency RF power supply may not satisfy the impedance matching condition have. Accordingly, the frequency variable RF power source can change the driving frequency to satisfy the impedance matching condition.

또한, 변경된 구동 주파수가 상기 목표 구동 주파수와 다르면, 수학식 3을 통하여, 상기 제1 커페시턴스의 변화량(dC1) 및 상기 제1 커페시턴스의 변화량(dC2)은 다시 변화한다. 결국, 구동 주파수가 목표 구동 주파수에 도달할 때까지, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 제1 커페시턴스와 제2 커페시턴스는 계속 변경된다.Also, if the changed drive frequency is different from the target drive frequency, the change amount dC 1 of the first capacitance and the change amount dC 2 of the first capacitance change again through the equation (3). As a result, until the driving frequency reaches the target driving frequency, the first and second capacities of the impedance matching network are continuously changed.

따라서, 주파수 가변 RF 전원(110)의 구동 주파수 변경 알고리즘에 무관하게, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 목표 구동 주파수에 도달하도록 유도할 수 있다. 주파수 가변 RF 전원(110)은 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있는 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 임피던스 매칭 알고리즘은 동작하지 않고 주파수 복원 알고리즘만 동작할 수 있다.Accordingly, the impedance matching network 130 can guide the driving frequency of the frequency variable RF power source to reach the target driving frequency irrespective of the driving frequency changing algorithm of the frequency variable RF power source 110. When the frequency variable RF power source 110 can perform the impedance matching by changing the driving frequency, the impedance matching network 130 can operate only the frequency recovery algorithm without operating the impedance matching algorithm.

한편, 현재 임피던스 매칭이 달성된 경우를 가정하면, 주파수 가변 RF 발생기(110)는 예측 구동 각주파수(ωp)에서 임피던스 매칭 조건을 만족할 수 있다. 상기 예측 구동 각주파수는 다음과 같이 주어질 수 있다.On the other hand, assuming that the current impedance matching is achieved, the frequency variable RF generator 110 can satisfy the impedance matching condition at the predicted driving angular frequency? P. The predicted driving angular frequency can be given as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 상기 예측 구동 각주파수를 입력받아 빠른 속도로 변경될 구동 주파수를 상기 예측 구동 각주파수로 변경할 수 있다. 그러나, 상기 임피던스 매칭 네트워크에서, 제1 가변 축전기의 제1 커페시턴스의 변화량과 제2 가변 축전기의 제2 커페시턴스이 변화량은 모터의 구동 속도에 의하여 시간 지연을 가질 수 있다. 한편, 상기 모터의 구동 속도는 이 경우 최대 속도로 변경되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 속도를 맞추기 위하여, 상기 예측 구동 각주파수는 목표 구동 주파수와 다르게 설정될 수 있다.The frequency variable RF power source 110 may receive the predicted driving angular frequency and change the driving frequency to be changed at a high speed to the predicted driving angular frequency. However, in the impedance matching network, the variation of the first capacitance of the first variable capacitor and the variation of the second capacitance of the second variable capacitor may have a time delay due to the driving speed of the motor. In this case, it is preferable that the driving speed of the motor is changed to the maximum speed in this case. However, in order to adjust the speed, the predicted drive angular frequency may be set different from the target drive frequency.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, dC1과 dC2는 동일한 부호를 가지므로, 상기 예측 구동 각주파수는 dC1 또는 dC2의 부호에만 의존할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, since dC 1 and dC 2 have the same sign, the predicted driving angular frequency may depend only on the sign of dC 1 or dC 2 .

임피던스 매칭이 달성된 조건에서, 위에서 계산된 예측 구동 주파수(fp)는 주파수 가변 RF 발생기(110)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 주파수 가변 RF 발생기는 별도의 임피던스 매칭 알고리즘을 통하지 않고 목표 구동 주파수에 도달할 수 있다. 이에 따라, 임피던스 매칭 조건을 충족하면서, 구동 주파수는 목표 구동 주파수에 용이하게 빨리 도달할 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭 조건을 충족하면서, 목표 구동 주파수에 RF 전력이 부하에 전달될 수 있다.Under the condition that the impedance matching is achieved, the predicted driving frequency fp calculated above can be provided to the frequency variable RF generator 110. [ Accordingly, the frequency variable RF generator can reach the target driving frequency without going through a separate impedance matching algorithm. Thus, while meeting the impedance matching condition, the driving frequency can easily reach the target driving frequency quickly. Thus, RF power can be delivered to the load at the target driving frequency while satisfying the impedance matching condition.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 임피던스 매칭이 달성되지 않은 조건에서도, 계산된 예측 구동 주파수는 상기 주파수 가변 RF 발생기(110)에 제공될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, even if the impedance matching is not achieved, the calculated predicted driving frequency may be provided to the frequency variable RF generator 110.

구동 주파수를 변경하여, 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 부하의 임피던스 영역은 한정된다. 따라서, 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 달성할 수 없는 경우, 임피던스 매칭 네트워크(130)는 가변 리액티브 소자(132,134)를 변경하여 임피던스 매칭 조건을 찾는 알고리즘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 부하의 조건은 시간에 따라 많이 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 구간에는 저전력이 요구되고, 제2 시간 구간에는 고전력이 요구될 수 있다. 이 경우, 제1 시간 구간에서 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭이 수행될 수 있으나, 제2 시간 구간에서 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭이 달성될 수 없다. 따라서, 넓은 범위의 부하 조건에서 임피던스 매칭을 수행할 수 있는 가변 리액티브 소자가 요구된다.By changing the driving frequency, the impedance region of the load capable of achieving impedance matching is limited. Accordingly, when the impedance matching can not be achieved by changing the driving frequency, the impedance matching network 130 may include an algorithm for changing the variable reactive elements 132 and 134 to find the impedance matching condition. Specifically, the conditions of the plasma load can vary greatly with time. For example, low power may be required in the first time period and high power may be required in the second time period. In this case, the impedance matching can be performed by changing the driving frequency in the first time interval, but the impedance matching can not be achieved by changing the driving frequency in the second time interval. Therefore, there is a demand for a variable reactive element capable of performing impedance matching under a wide range of load conditions.

임피던스 매칭 네트워크는 임피던스 매칭 조건을 찾는 알고리즘과 구동 주파수를 목표 구동 주파수에 도달하도록 유도하는 알고리즘을 가질 수 있다. 임피던스 매칭 조건을 찾는 알고리즘과 구동 주파수를 목표 구동 주파수에 도달하도록 유도하는 알고리즘은 제1 가변 커페시턴스의 변화량(dC1)과 제2 가변 커페시턴의 변화량(dC2)으로 표시된다.The impedance matching network may have an algorithm for finding impedance matching conditions and an algorithm for driving the driving frequency to reach the target driving frequency. Algorithm for deriving so as to reach an impedance matching algorithm to find the condition and the driving frequency to a target drive frequency is represented by the amount of change (dC 1) and the second amount of change (dC 2) of the variable increases Passage turn of the first variable capacitance increases Passage.

Figure pat00013
Figure pat00013

A 및 B는 임의의 값이다. A 및 B는 임피던스 매칭 조건을 만족하지 않는 경우, 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제1 커페시턴스의 변화량(dC1) 및 제2 커페시턴스의 변화량(dC2)은 수학식 4의 우변의 첫째 항과 둘째 항은 경쟁할 수 있다. 첫째 항은 임피던스 매칭을 위하여 설정된 항이며, 둘째 항은 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 유도하기 위한 항이다. 만약, 첫째 항과 둘째 항이 모두 동작하는 경우, 출몰 문제(haunting issue)가 발생할 수 있다.A and B are arbitrary values. A and B do not satisfy the impedance matching condition, the variation amount (dC 1 ) of the first capacitance and the variation amount (dC 2 ) of the second capacitance are set so as to satisfy the impedance matching The first and second terms can compete. The first term is a term established for impedance matching and the second term is a term for deriving the driving frequency to the target driving frequency. If both the first and second terms operate, a haunting issue may occur.

따라서, 효율적인 동작을 위하여, 수학식 4는 다음과 같이 변형될 수 있다.Therefore, for efficient operation, Equation (4) can be modified as follows.

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서, g1는 제1 가중함수이고, g2는 제2 가중함수이다. 제1 가중함수 g1은 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가진다. 한편, 제2 가중함수 g2는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지며, 반사 계수가 작은 경우 큰 값을 가진다. Here, g 1 is a first weighting function, and g 2 is a second weighting function. The first weighting function g 1 has a large value when the reflection coefficient is large, and a small value when the reflection coefficient is small. On the other hand, the second weighting function g 2 has a small value when the reflection coefficient is large and a large value when the reflection coefficient is small.

수학식 6을 참조하면, 임피던스 매칭 조건에서 크게 벗어나 반사계수가 큰 경우, 우변의 첫째 항이 주로 동작하여, 임피던스 매칭이 수행된다. 제1 가변 커페시턴스의 변화량(dC1)과 제2 가변 커페시턴의 변화량(dC2)은 방향성(A/B)을 유지하면서 변경될 수 있다. 구체적으로, A와B의 비가 일정하게 유지되면서, 제1 가변 커페시턴스와 제2 케페시턴스가 변경될 수 있다.Referring to Equation (6), if the reflection coefficient is largely deviated from the impedance matching condition, the first term of the right side mainly operates and impedance matching is performed. The first variation of the variable capacitance increases Passage (dC 1) and the second variable greater amount of change in the turn Passage (dC 2) can be changed while maintaining the direction (A / B). Specifically, the first variable capacitance and the second capacitance can be changed while the ratio of A and B is kept constant.

한편, 수학식 6을 참조하면, 임피던스 매칭 조건에 거의 도달하여, 반사계수가 작은 경우, 우변의 둘째 항이 주로 동작하여, 임피던스 매칭 네트워크는 주파수 가변 RF 전원(110)의 구동 주파수가 목표 구동 주파수에 수렴하도록 유도한다. 제1 가변 커페시턴스의 변화량(dC1)과 제2 가변 커페시턴의 변화량(dC2)은 방향성(C1/C2)을 유지하면서 변경될 수 있다.Referring to Equation (6), when the impedance matching condition is almost reached and the reflection coefficient is small, the second term of the right side is mainly operated, and the impedance matching network determines that the driving frequency of the frequency variable RF power supply 110 is . The first variation of the variable capacitance increases Passage (dC 1) and the second variable greater amount of change in the turn Passage (dC 2) can be changed while maintaining the direction (C1 / C2).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 가변 RF 전원(110)이 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행한 경우, 임피던스 매칭 네트워크(130)는 주로 구동 주파수 변경 알고리즘을 동작시킨다. 따라서, 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 빠른 속도의 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 임피던스 매칭을 유지하면서 주파수 가변 RF 전원(110)이 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 변경하도록 유도할 수 있다. 따라서, 부하가 플라즈마 부하인 경우, 빠른 임피던스 매칭에 의하여, 하드 웨어의 안정성이 확보될 수 있다. 또한, 구동 주파수가 목표 구동 주파수에 수렴하여, 공정 재현성이 확보될 수 있다. 특히, 펄스 플라즈마 공정 또는 다단계 레시피를 가지는 플라즈마 공정에서, 공정 안정성과 공정 재현성이 확보된다.According to an embodiment of the present invention, when the frequency variable RF power source 110 changes the driving frequency to perform impedance matching, the impedance matching network 130 operates mainly the driving frequency changing algorithm. Accordingly, the frequency variable RF power source 110 performs impedance matching at a high speed, and the impedance matching network 130 maintains the impedance matching, while the frequency variable RF power source 110 changes the driving frequency to the target driving frequency . Therefore, when the load is a plasma load, the stability of the hardware can be secured by quick impedance matching. Further, the driving frequency converges to the target driving frequency, and the process reproducibility can be ensured. Particularly, in a pulse plasma process or a plasma process having a multi-stage recipe, process stability and process reproducibility are secured.

본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은 연속파(continuous wave;CW) 플라즈마 또는 펄스(pulse) 플라즈마에 적용될 수 있다. The impedance matching method according to an embodiment of the present invention can be applied to a continuous wave (CW) plasma or a pulse plasma.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 가변 RF 전원(110)만으로 임피던스 매칭을 수행할 수 없는 경우, 임피던스 매칭 네트워크(130)는 임피던스 매칭 알고리즘을 주로 동작시킨다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)가 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 변경하여 임피던스 매칭을 수행한다. 이에 따라, 임피던스 매칭이 수행된 경우, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 주로 구동 주파수 변경 알고리즘을 동작시킨다. 이에 따라, 임피던스 매칭 조건을 충족하면서, 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 변경하도록 유도할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when impedance matching can not be performed using only the frequency variable RF power source 110, the impedance matching network 130 mainly operates an impedance matching algorithm. The impedance matching network 130 changes the reactance of the variable reactive element to perform impedance matching. Accordingly, when impedance matching is performed, the impedance matching network 130 mainly operates a driving frequency change algorithm. Accordingly, the impedance matching network 130 can induce the driving frequency of the variable frequency RF power supply to be changed to the target driving frequency while satisfying the impedance matching condition.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 주파수 가변 RF 전원은 구동 주파수를 상기 임피던스 매칭 네트워크에 제공할 수 있다. 또한, 상기 주파수 가변 RF 전원은 측정한 전기적 특성을 상기 임피던스 매칭 네트워크에 전달할 수 있다. 이에 따라, 임피던스 매칭 네트워크는 별도의 구동 주파수 측정 단계 및 전기적 특성 측정 단계를 제거할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the frequency variable RF power source may provide a driving frequency to the impedance matching network. In addition, the frequency variable RF power source may transmit the measured electrical characteristics to the impedance matching network. Accordingly, the impedance matching network can eliminate the separate driving frequency measuring step and the electrical characteristic measuring step.

[주파수 가변 임피던스 매칭][Frequency variable impedance matching]

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 임피던스 매칭 방법이 설명된다.Hereinafter, a frequency variable impedance matching method according to an embodiment of the present invention will be described.

주파수 가변 RF 전원(110)은 출력단(N1.N2)에서 전기적 특성을 측정하여 출력 임피던스(ZT), 반사계수(S11), 또는 반사파 전력을 산출할 수 있다. 상기 주파수 가변 RF 전원(110)은 최소 주파수와 최대 주파수의 범위에서 구동 주파수를 가변할 수 있다. 통상적으로 가변 범위는 기준 주파수 또는 중심 주파수의 5 퍼센트일 수 있다. 최소 주파수와 최대 주파수의 범위에서 반사계수가 가장 적은 구동 주파수를 찾기 위하여, 일정한 간격으로 거친 주파수 스캔(coarse frequency scan)이 수행될 수 있다. 이에 따라, 반사 계수가 최하인 구간이 찾아질 수 있다. 찾아진 구간에서 다시 정밀 주파수 스캔(fine frequency scan)이 수행될 수 있다. 이에 따라, 반사계수가 최하인 구동 주파수가 선택될 수 있다.The frequency variable RF power source 110 can calculate the output impedance Z T , the reflection coefficient S11, or the reflected wave power by measuring the electrical characteristic at the output terminal N1.N2. The frequency variable RF power source 110 may vary the driving frequency in the range of the minimum frequency and the maximum frequency. Typically, the variable range may be 5 percent of the reference frequency or center frequency. Coarse frequency scans can be performed at regular intervals to find the drive frequency with the lowest reflection coefficient in the range of the minimum frequency and the maximum frequency. Thus, a section with the lowest reflection coefficient can be found. A fine frequency scan may again be performed in the detected section. Accordingly, the driving frequency with the lowest reflection coefficient can be selected.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 임피던스 매칭을 설명하는 스미트 차트이다.6 is a smith chart illustrating frequency variable impedance matching according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 부하가 고정된 경우, 구동 주파수를 변경하면, 스미스 차트(Smith Chart) 상에 반사계수는 상수 컨덕턴스 서클(constant conductance circle)를 따를 수 있다. 따라서, 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지면, 구동 주파수는 증가된다. 한편, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지면, 구동 주파수는 감소시킨다. 이에 따라, 구동 주파수는 반사계수가 최소인 지점 또는 반사계수가 영인 지점에서 정지될 수 있다. 주파수 가변 RF 전원은 주파수 가변 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6, if the load is fixed and the drive frequency is changed, the reflection coefficient on the Smith chart may follow a constant conductance circle. Therefore, if the imaginary part of the reflection coefficient has a positive value, the driving frequency is increased. On the other hand, if the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value, the driving frequency is decreased. Accordingly, the driving frequency can be stopped at a point where the reflection coefficient is minimum or at a point where the reflection coefficient is zero. The frequency variable RF power source can perform frequency variable impedance matching.

주파수 가변 RF 전원은 주파수 가변 RF 전원의 출력에서 전기적 특성을 측정하고 측정된 전기적 특성을 이용하여 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다(S118). 우선, 주파수 가변 RF 전원은 출력단의 전기적 특성을 측정할 수 있다(S112). 이어서, 구동 주파수 및 측정된 전기적 특성을 이용하여 반사계수(S11) 또는 임피던스(ZT)를 계산할 수 있다(S114). 반사계수를 이용하거나 전압 정상파비(Voltage Standing Wave ratio; VSWR)를 이용하여 매칭 상태를 검사한다(S118a). 만약, 반사계수가 허용치 이상인 경우, 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수가 변경될 수 있다(S118c). 또한, 구동 주파수가 최대값 또는 최소값에 도달한 경우, 구동 주파수는 최대값 또는 최소값에서 그대로 유지될 수 있다(S118b). 구동 주파수가 변경됨에 따라, 부하를 바로 본 방향의 임피던스(ZT)는 변경될 수 있다. The variable frequency RF power source can perform impedance matching by measuring the electrical characteristics at the output of the frequency variable RF power source and changing the driving frequency using the measured electrical characteristics (S118). First, the electrical characteristics of the output terminal can be measured by the frequency variable RF power source (S112). Then, using the driving frequency and the measured electrical characteristic can be calculated reflection coefficient (S11) or impedance (Z T) (S114). The matching state is checked using a reflection coefficient or a voltage standing wave ratio (VSWR) (S118a). If the reflection coefficient is more than the allowable value, the driving frequency may be changed for impedance matching (S118c). Further, when the driving frequency reaches the maximum value or the minimum value, the driving frequency can be maintained at the maximum value or the minimum value (S118b). As the drive frequency is changed, the impedance (Z T ) in the direction immediately before the load can be changed.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 리액턴스 임피던스 매칭 방법이 설명된다.Hereinafter, a variable reactance impedance matching method according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명에 따르면, 가변 리액티브 소자는 가변적인 커패시턴스를 제공하는 가변 커페시터 또는 가변적인 인덕턴스를 제공하는 가변 인덕터 중의 한가지일 수 있다. According to the present invention, the variable reactive element may be one of a variable capacitor providing a variable capacitance or a variable inductor providing a variable inductance.

[여러 유형의 매칭 시스템들][Various types of matching systems]

임피던스 매칭 네트워크는 상기 가변 리액티브 소자 또는 상기 수동 소자들이 상기 전송선에 연결되는 방식에 따라, 다양한 유형으로 분류될 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크는 제 1 및 제 2 가변 커페시터들을 갖는다고 하면, 상기 제 1 및 제 2 가변 커페시터들이 상기 전송선(120)에 연결되는 방식에 따라, L-형(L-type), 역 L-형(inverted L-type), T-형(T-type) 및 파이형 (π-type) 등으로 구분될 수 있다.The impedance matching network can be classified into various types according to the manner in which the variable reactive element or the passive elements are connected to the transmission line. If the impedance matching network has first and second variable capacitors, the L-type, the inverted L-type, and the second variable capacitors may be connected to the transmission line 120 according to a manner in which the first and second variable capacitors are connected to the transmission line 120. [ Type, an inverted L-type, a T-type, and a pi-type.

임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 매칭은 특성 벡터를 추출하는 단계(S232a), 가변 리액티브 소자의 리액턴스를 나타내는 소자 벡터를 소정의 변환 매트릭스를 이용하여 분석 벡터로 변환하고, 상기 분석 벡터를 좌표축으로 하는 분석좌표계에서 특성 벡터를 표시하는 단계(S232b), 상기 분석 좌표계에서 상기 특성 벡터를 분석하여 임피던스 매칭을 위한 변위 벡터를 추출하는 단계(S232c), 상기 변위 벡터를 상기 변환 메트릭스를 이용하여 환산 소자벡터로 변환하는 단계(S232d), 및 상기 환산 소자벡터를 이용하여 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량을 추출하는 단계(232e)를 포함할 수 있다.The impedance matching of the impedance matching network includes a step of extracting a characteristic vector (S232a), an element vector representing a reactance of the variable reactive element is converted into an analysis vector using a predetermined conversion matrix, and an analysis coordinate system (S232b) of extracting a displacement vector for impedance matching by analyzing the characteristic vector in the analytical coordinate system (S232c), converting the displacement vector into a conversion element vector using the conversion matrix , And extracting a change amount of capacitance or inductance using the converted element vector (step 232e).

[특성 벡터의 선택][Selection of characteristic vector]

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특성 벡터는 상기 임피던스 매칭 네트워크의 입력단 또는 주파수 가변 RF 전원의 출력단에서 측정된 전기적 특성에 기초하여 정의되되, 규격화된 크기를 갖는 물리량일 수 있다.  According to an embodiment of the present invention, the characteristic vector may be a physical quantity having a standardized size, which is defined based on an electrical characteristic measured at an input terminal of the impedance matching network or at an output terminal of the variable frequency RF power source.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특성 벡터는 상기 전송선의 반사 계수(S11)으로부터 정의될 수 있다. 상기 전송선의 반사계수(S11=Γ)는, 전송선의 특성 임피던스(Z0) 및 부하를 바라본 방향의 임피던스(Z)에 의해 정의된다.According to an embodiment of the present invention, the characteristic vector may be defined from a reflection coefficient S11 of the transmission line. The reflection coefficient S11 =? Of the transmission line is defined by the characteristic impedance Z0 of the transmission line and the impedance Z in the direction of the load.

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 반사계수의 크기(즉, S=|S11|)은 0과 1 사이의 한 값일 수 있다. 상기 전송선의 임피던스(Z)는 임피던스 매칭 네트워크 및 상기 부하를 포함하는 시스템의 임피던스를 나타낸다. 상기 반사계수의 위상은 전송선의 위치에 따라 변한다. 따라서, 상기 반사계수는 전송선의 위치에 따라 서로 변환될 수 있다.The magnitude of the reflection coefficient (i.e., S = | S11 |) may be a value between 0 and 1. The impedance Z of the transmission line represents the impedance of the system including the impedance matching network and the load. The phase of the reflection coefficient varies depending on the position of the transmission line. Therefore, the reflection coefficient can be mutually converted according to the position of the transmission line.

상기 임피던스 매칭 네트워크는 적어도 두 개의 가변 리액티브 소자들을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 가변 리액티브 소자들의 리액턴스를 분명하게(explicitly) 결정하기 위해서는, 상기 특성 벡터는 적어도 두 개의 성분들을 포함하는 물리량이어야 한다. 예를 들면, 상기 특성 벡터(Q)는 다음과 같이 상기 반사 계수의 실수부(Re{S11}) 및 허수부(Im{S11})를 성분으로 갖는 이차원 벡터로 정의될 수 있다.The impedance matching network may include at least two variable reactive elements. In this case, in order to explicitly determine the reactance of each variable reactive element, the characteristic vector must be a physical quantity including at least two components. For example, the characteristic vector Q may be defined as a two-dimensional vector having a real part (Re {S11}) and an imaginary part (Im {S11}) of the reflection coefficient as follows.

Figure pat00016
Figure pat00016

[분석 좌표계의 선택][Selection of analytical coordinate system]

분석 좌표계는 상기 임피던스 매칭 네트워크의 전기적 특성(C1,C2)과 상기 전송선의 전기적 특성(Z,S11)을 정량적으로 관계짓는 소정의 위상 공간을 표현하도록 선택된다. 이를 위해, 상기 분석 좌표계의 좌표는 상기 매칭 임피던스 매칭 네트워크의 전기적 특성과 관련된 물리량들 중에서 선택되며, 상기 전송선의 전기적 특성은 이렇게 선택된 분석 좌표계에서의 한 점으로 표현된다. The analytical coordinate system is selected to represent a predetermined phase space quantitatively related to the electrical characteristics (C1, C2) of the impedance matching network and the electrical characteristics (Z, S11) of the transmission line. To this end, the coordinate of the analytical coordinate system is selected from physical quantities related to the electrical characteristics of the matching impedance matching network, and the electrical characteristic of the transmission line is represented by a point in the analytical coordinate system thus selected.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분석 좌표계의 좌표(이하, 분석 좌표)는 상기 임피던스 매칭 네트워크를 구성하는 가변 리액티브 소자들의 전기적 특성(예를 들면, 리액턴스)의 함수로 표현될 수 있으며, 상기 전송선의 측정된 전기적 특성을 표현하는 상기 특성 벡터는 이러한 분석 좌표계 상의 한 점으로 표현될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the coordinates of the analytical coordinate system (hereinafter referred to as analytical coordinates) may be expressed as a function of the electrical characteristics (for example, reactance) of the variable reactive elements constituting the impedance matching network, The characteristic vector representing the measured electrical characteristic of the transmission line can be represented by a point on the analytical coordinate system.

한편, 상기 분석 좌표계는 상기 매칭 시스템의 전기적 특성과 상기 전송선의 전기적 특성 사이의 정량적 관계를 단사함수적(injectively)으로 매핑(mapping)하도록 선택되는 것이 바람직하다. "단사함수적 매핑(injective mapping)"의 용어는 이처럼 하나의 분석 좌표에 하나의 매칭된 점이 대응되는 관계를 의미한다.The analysis coordinate system is preferably selected to injectively map a quantitative relationship between the electrical characteristics of the matching system and the electrical characteristics of the transmission line. The term "injective mapping" refers to a relationship in which one matching point corresponds to one analytical coordinate.

상기 분석 좌표는 상기 임피던스 매칭 네트워크의 측정가능한 전기적 특성(예를 들면, 리액턴스)을 소정의 변환 행렬(T)을 이용하여 변환함으로써 얻어지는 물리량들일 수 있다. 예를 들면, 상기 분석 좌표(G)는 다음과 같이 표현된 것처럼 소정의 변환 행렬(T)와 소정의 소자 벡터(device vector)(X)의 내적(inner product)을 통해 얻어질 수 있다.The analytical coordinates may be physical quantities obtained by transforming measurable electrical characteristics (e.g., reactance) of the impedance matching network using a predetermined transformation matrix T. [ For example, the analytical coordinates G may be obtained through an inner product of a predetermined transformation matrix T and a predetermined device vector X as expressed as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

상기 소자 벡터(X)는 상기 임피던스 매칭 네트워크를 구성하는 가변 리액티브 소자들 각각의 전기적 특성과 관련된 물리량들을 성분으로 가지면서, 상기 매칭 시스템의 유형에 따라 선택될 수 있다. 또한, 상기 변환 행렬(T)은 상기 임피던스 매칭 네트워크의 유형 및 상기 소자 벡터(X)의 물리량에 따라 선택될 수 있다. 결과적으로, 상기 분석 좌표(G) 역시 상기 매칭 시스템의 유형에 따라 선택된다.The element vector X may be selected according to the type of the matching system while having as a component the physical quantities related to the electrical characteristics of the variable reactive elements constituting the impedance matching network. In addition, the transformation matrix T may be selected according to the type of the impedance matching network and the physical quantity of the element vector (X). As a result, the analysis coordinates G are also selected according to the type of the matching system.

보다 구체적으로, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 두 개의 가변 리액티브 소자들을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 분석 좌표(G1, G2)는, 상기 가변 리액티브 소자들 각각의 전기적 특성과 관련된 물리량들(X1, X2)과 소정의 2차 정방 행렬(T)의 내적을 통해 얻어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 변환 행렬(T)의 요소들(elements)(즉, a11, a12, a21, a22)는 -1 내지 1 사이의 값들 중에서 선택될 수 있다.More specifically, the impedance matching network may comprise two variable reactive elements. In this case, the analytical coordinates G1 and G2 can be obtained through the dot product of the physical quantities X1 and X2 related to the electrical characteristics of each of the variable active elements and the predetermined quadratic matrix T . According to the invention, the elements of the transformation matrix T (i.e., a11, a12, a21, a22) may be selected from values between -1 and 1.

한편, 상기 변환 행렬(T)은 다양한 방법을 통해 준비될 수 있다. 예를 들면, 상기 변환 행렬은 이론적 접근을 통한 분석, 및 컴퓨터를 사용하는 시뮬레이션 분석, 상기 가변 리액티브 소자값에 따른 상기 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 측정치 및 매칭 과정에 대한 경험적 데이터에 대한 분석 중의 적어도 한가지 분석 방법을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 분석은 상기 매칭 시스템의 유형 및 상기 소자 벡터(X)의 물리량에 기초하여 이루어진다. 또한, 상기 변환 행렬(T)의 모양 및 차수(rank)는 상기 매칭 시스템을 구성하는 가변 리액티브 소자의 개수에 의해 결정된다. 즉, 상기 매칭 시스템이 더 많은 수의 가변 리액티브 소자들을 구비하는 경우, 상기 변환 행렬의 모양 및 차수는 증가할 수 있다.Meanwhile, the transformation matrix T may be prepared through various methods. For example, the transformation matrix may comprise at least one of an analysis through a theoretical approach and a simulation analysis using a computer, an impedance measurement of the impedance matching network according to the variable reactive element value, and an analysis of empirical data on the matching process Can be obtained through analytical methods. This analysis is made based on the type of the matching system and the physical quantity of the element vector (X). In addition, the shape and rank of the transformation matrix T are determined by the number of variable reactive elements constituting the matching system. That is, when the matching system includes a greater number of variable reactive elements, the shape and order of the transformation matrix may increase.

상술한 것처럼, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 두 개의 가변 커페시터들을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 변환 행렬(T) 및 상기 소자 벡터(X)는 상기 가변 커페시터들의 커패시턴스의 함수로 표현될 수 있다. As described above, the impedance matching network may comprise two variable capacitors. In this case, the transformation matrix T and the element vector X can be expressed as a function of the capacitance of the variable capacitors.

L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 경우, 상기 소자 벡터(X)는 다음과 같이 주어질 수 있다.In the case of the L-type or pie-type impedance matching network, the element vector X can be given as follows.

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서, ω는 각주파수이고, Ci는 각 가변 커페시터들의 커페시턴스이다.Where? Is the angular frequency and Ci is the capacitance of each variable capacitor.

역-L형 또는 T형의 매칭 네트워크인인 경우, 상기 소자 벡터(X)은 다음과 같이 같이 주어질 수 있다.In the case of an inverse-L or T type matching network, the element vector X can be given as follows.

Figure pat00019
Figure pat00019

[변위 벡터의 결정][Determination of Displacement Vector]

변위 벡터는 상기 분석 좌표계에서 상기 전송선의 측정된 상태에 해당하는 특성 벡터(이하, 측정된 특성 벡터)의 크기 또는 위치를 분석하여 상기 임피던스 매칭 라인으로 이동시키기 위해 요구되는 좌표 이동의 크기를 표현한다. The displacement vector expresses the magnitude or position of the characteristic vector corresponding to the measured state of the transmission line in the analytical coordinate system (hereinafter, referred to as the measured characteristic vector) and expresses the magnitude of the coordinate movement required to move the impedance matching line to the impedance matching line .

L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 경우, 변위 벡터(dG1;dG2)는 다음과 같이 선택될 수 있다.In the case of the L-type or pie-type impedance matching network, the displacement vector dG1 (dG2) can be selected as follows.

Figure pat00020
Figure pat00020

역-L형 또는 T형의 매칭 네트워크인인 경우, 변위 벡터(dG1;dG2)는 다음과 같이 선택될 수 있다.In the case of an inverse-L or T type matching network, the displacement vector dG1 (dG2) can be selected as follows.

Figure pat00021
Figure pat00021

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변위 벡터(dG)는 상기 분석 좌표계에서 임피던스 매칭 분석을 위해, 반사계수 또는 임피던스를 변환한 물리량이다. 따라서, 상기 임피던스 매칭 네트워크의 제어를 위해서는, 상기 변위 벡터를 상기 임피던스 매칭 네트워크를 구성하는 소자들의 전기적 특성의 크기(즉, 상기 가변 리액티브 소자의 리액턴스) 또는 이와 관련된 물리량으로 변환하는 과정이 필요하다. According to an embodiment of the present invention, the displacement vector dG is a physical quantity obtained by converting reflection coefficient or impedance for impedance matching analysis in the analytical coordinate system. Therefore, in order to control the impedance matching network, it is necessary to convert the displacement vector into a magnitude of an electrical characteristic of the elements constituting the impedance matching network (that is, a reactance of the variable active element) or a physical quantity related thereto .

이를 위해, 상기 변위 벡터(dG)를 상기 가변 리액티브 소자의 가변적인 물리량의 차원을 갖는 환산된 소자 벡터(dX')(reduced device vector)로 역변환(inverse transformation)하는 과정이 요구된다. 또한, 상기 환산된 소자 벡터(dX')를 상기 가변 리액티브 소자들의 구동을 제어하는 구동 벡터(V)로 변환하는 과정이 요구된다.To this end, a process of inverse transformation of the displacement vector dG into a reduced device vector dX 'having a variable physical quantity dimension of the variable active device is required. Further, a process of converting the converted element vector dX 'into a drive vector V for controlling the driving of the variable reactive elements is required.

상기 분석 좌표(G1, G2)가 변환 행렬(T)을 통해 얻어진다는 점을 고려할 때, L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크(가변 축전기)의 경우, 상기 환산된 소자 벡터(dX')는 상기 변환 행렬의 역행렬(T-1)과 상기 변위 벡터(dG)의 내적을 통해 구할 수 있다.Considering that the analytical coordinates G1 and G2 are obtained through the transformation matrix T, in the case of the impedance matching network (variable capacitor) of the L type or the pie type, the transformed element vector dX ' Can be obtained through an inner product of the inverse matrix (T -1 ) of the transformation matrix and the displacement vector (dG).

Figure pat00022
Figure pat00022

역-L형 또는 T형의 매칭 네트워크((가변 축전기))인 경우, 상기 환산된 소자 벡터(dX')는 상기 변환 행렬의 역행렬(T-1)과 상기 변위 벡터(dG)의 내적을 통해 구할 수 있다.(T- 1 ) of the transformation matrix and the displacement vector dG in the case of an inverse L-type or T-type matching network ((variable capacitor) Can be obtained.

Figure pat00023
Figure pat00023

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가변 리액티브 소자의 리액턴스는 소정의 구동 모터의 회전, 직선 운동 수단의 직선운동, 또는 병렬 연결된 고정 축전기를 스위칭하는 스위칭 소자를 제어하여 변경될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the reactance of the variable reactive element can be changed by controlling a switching element that switches a predetermined driving motor, a linear motion of the linear motion means, or a fixed capacitor connected in parallel.

예를 들어, 상기 가변 리액티브 소자가 가변 축전기인 경우, L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 커패시턴스의 변화량(dC1;dC2)은 다음과 같이 표시될 수 있다.For example, when the variable reactive element is a variable capacitor, the amount of change (dC 1 ; dC 2 ) of the capacitance of the impedance matching network of L-type or P-type can be expressed as follows.

Figure pat00024
Figure pat00024

예를 들어, 상기 가변 리액티브 소자가 가변 축전기인 경우, L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 커패시턴스의 변화량(dC1;dC2)은 다음과 같이 표시될 수 있다.For example, when the variable reactive element is a variable capacitor, the amount of change (dC 1 ; dC 2 ) of the capacitance of the impedance matching network of L-type or P-type can be expressed as follows.

Figure pat00025
Figure pat00025

[주파수 복원 알고리즘과 가변 리액턴스 임피던스 매칭 알고리즘의 결합][Combination of Frequency Restoration Algorithm and Variable Reactance Impedance Matching Algorithm]

주파수 가변 임피던스 매칭을 고려하면, 상기 가변 리액티브 소자가 가변 축전기인 경우, L형 또는 파이형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 커패시턴스의 변화량(dC1;dC2)은 다음과 같이 표시될 수 있다.Considering the frequency variable impedance matching, when the variable reactive element is a variable capacitor, the amount of change (dC 1 ; dC 2 ) of the capacitance of the impedance matching network of L-type or P-type can be expressed as follows.

Figure pat00026
Figure pat00026

위의 식에서, 우변의 첫째 항은 리액턴스 임피던스 매칭을 위한 커페시턴스의 변화량이고, 우변의 둘째 항은 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 유도하기 위한 커페시턴스의 변화량이다. g1는 제1 가중함수이고, g2는 제2 가중함수이다. 제1 가중함수 g1은 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가진다. 한편, 제2 가중함수 g2는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지며, 반사 계수가 작은 경우 큰 값을 가진다.In the above equation, the first term of the right side is the variation of the capacitance for reactance impedance matching, and the second term of the right side is the variation of the capacitance to induce the driving frequency to the target driving frequency. g 1 is a first weighting function, and g 2 is a second weighting function. The first weighting function g1 has a large value when the reflection coefficient is large and a small value when the reflection coefficient is small. On the other hand, the second weighting function g2 has a small value when the reflection coefficient is large, and a large value when the reflection coefficient is small.

만약, 반사계수가 큰 경우, 우변의 첫째 항이 주로 동작하여, 느린 속도를 가지고 임피던스 매칭을 수행한다. 한편, 반사계수가 작은 경우, 우변의 둘째 항이 주로 동작하여 상대적으로 빠른 속도로 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 유도할 수 있다.If the reflection coefficient is large, the first term of the right side is mainly operated, and the impedance matching is performed with a slow speed. On the other hand, when the reflection coefficient is small, the second term of the right side mainly operates and the driving frequency can be guided to the target driving frequency at a relatively high speed.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 우변의 첫째 항에서, 계산 속도를 증가시키기 위하여, 구동 각주파수, C1, 및 C2는 상수로 처리될 수 있다. 우변의 둘째 항에서, 계산 속도를 증가시키기 위하여, 구동 각주파수, C1, 및 C2는 상수로 취급될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, in the first term of the right side, in order to increase the calculation speed, the driving angular frequency, C 1 , and C 2 can be treated as constants. In the second term of the right side, in order to increase the calculation speed, the driving angular frequency, C 1 , and C 2 , can be treated as a constant.

주파수 가변 임피던스 매칭을 고려하면, 상기 가변 리액티브 소자가 가변 축전기인 경우, 역L형 또는 T형의 상기 임피던스 매칭 네트워크의 커패시턴스의 변화량(dC1;dC2)은 다음과 같이 표시될 수 있다.Considering the frequency variable impedance matching, when the variable reactive element is a variable capacitor, the amount of change (dC 1 ; dC 2 ) of the capacitance of the inverted L or T type impedance matching network can be expressed as follows.

Figure pat00027
Figure pat00027

위의 식에서, 우변의 첫째 항은 리액턴스 임피던스 매칭을 위한 커페시턴스의 변화량이고, 우변의 둘째 항은 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 유도하기 위한 커페시턴스의 변화량이다. g1는 제1 가중함수이고, g2는 제2 가중함수이다. 제1 가중함수 g1은 반사계수가 큰 경우 큰 값을 가지며, 반사계수가 작은 경우 작은 값을 가진다. 한편, 제2 가중함수 g2는 반사계수가 큰 경우 작은 값을 가지며, 반사 계수가 작은 경우 큰 값을 가진다.In the above equation, the first term of the right side is the variation of the capacitance for reactance impedance matching, and the second term of the right side is the variation of the capacitance to induce the driving frequency to the target driving frequency. g 1 is a first weighting function, and g 2 is a second weighting function. The first weighting function g1 has a large value when the reflection coefficient is large and a small value when the reflection coefficient is small. On the other hand, the second weighting function g2 has a small value when the reflection coefficient is large, and a large value when the reflection coefficient is small.

만약, 반사계수가 큰 경우, 우변의 첫째 항이 주로 동작하여, 느린 속도를 가지고 임피던스 매칭을 수행한다. 한편, 반사계수가 작은 경우, 우변의 둘째 항이 주로 동작하여 상대적으로 빠른 속도로 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 유도할 수 있다.If the reflection coefficient is large, the first term of the right side is mainly operated, and the impedance matching is performed with a slow speed. On the other hand, when the reflection coefficient is small, the second term of the right side mainly operates and the driving frequency can be guided to the target driving frequency at a relatively high speed.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 우변의 첫째 항에서, 계산 속도를 증가시키기 위하여, 구동 각주파수는 상수로 처리될 수 있다. 우변의 둘째 항에서, 계산 속도를 증가시키기 위하여, 구동 각주파수, C1, 및 C2는 상수로 취급될 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, in the first term of the right side, in order to increase the calculation speed, the driving angular frequency can be treated as a constant. In the second term of the right side, in order to increase the calculation speed, the driving angular frequency, C 1 , and C 2 , can be treated as a constant.

[구동 벡터][Driving vector]

구동 벡터(V)는 구동 모터의 수치적 제어(numerical control)를 위한 값들을 성분으로 가질 수 있으며, 그 크기(magnitude) 및 물리적 차원(dimension)은 상기 수치 제어의 방법 및 구동 모터 등의 종류에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 구동 벡터(V)는 커페시턴스의 변화량(dC1;dC2)와 소정의 수치 제어 인수(M)의 스칼라 곱(scalar product)으로 주어질 수 있다.The drive vector V may have values for the numerical control of the drive motor as its components and the magnitude and the physical dimension of the drive motor may be determined by the method of numerical control and the type of drive motor, And can be variously modified accordingly. For example, the drive vector V may be given as a scalar product of a change amount (dC 1 ; dC 2 ) of the capacitance and a predetermined numerical control factor (M).

Figure pat00028
Figure pat00028

V1 및 V2는 각각 상기 제 1 및 제 2 가변 커페시터들에 연결된 구동 모터들의 구동을 위해 입력되는 제어 파라미터들을 나타낸다. 또한, 상기 수치 제어 인수(M)은 상기 수치 제어의 기준 크기(예를 들면, 모터의 기준 구동 속력(standard speed of operating motor))일 수 있으며, 상기 커페시턴스의 변화량(dC1;dC2)이 상기 구동 벡터(V)와 같은 차원을 갖도록 선택된다.V1 and V2 denote control parameters input for driving the driving motors connected to the first and second variable capacitors, respectively. Also, the numerical control factor M may be a reference magnitude of the numerical control (e.g., a standard speed of the motor), and the change amount dC 1 ; dC 2 ) Is selected to have the same dimension as the drive vector (V).

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, V1 및 V2는 직선 운동 수단의 직선운동을 위한 제어 파라미터 또는 병렬 연결된 고정 축전기를 스위칭하는 스위칭 소자의 제어 파라미터일 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, V1 and V2 may be control parameters for the linear motion of the linear motion means or control parameters of the switching elements for switching parallel connected fixed capacitors.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 가변 리액턴스 임피던스 매칭 네트워크는 구동 주파수(f)를 변경하는 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 배치된 구동 주파수(f)를 변경하는 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 배치된다. 상기 가변 리액턴스 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스 매칭 방법은 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하여 주파수 가변 RF 전원을 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도한다(S200). 상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이의 함수로 제어된다.Referring to Fig. 7, the variable reactance impedance matching network is disposed between the frequency variable RF power source for changing the driving frequency f and the frequency variable RF power source for changing the driving frequency f disposed between the load and the load. The impedance matching method of the variable reactance impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to induce the variable frequency RF power source to operate at the target driving frequency at step S200. The amount of change in capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network is controlled as a function of the difference between the target drive frequency f t and the drive frequency f.

임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 RF 전원의 출력에서 전기적 특성을 측정하고 측정된 전기적 특성을 이용하여 구동 주파수를 변경하여 제1 임피던스 매칭을 수행하는 단계(S110); 및 상기 주파수 가변 RF 전원과 부하 사이에 가변 리액티브 소자를 포함하는 임피던스 매칭 네트워크를 배치하여 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하는 단계(S200)를 포함한다. 상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스의 변화량은 목표 구동 주파수(ft)와 상기 구동 주파수(f)의 차이의 함수로 주어진다.The impedance matching method includes: S110 performing a first impedance matching by measuring an electrical characteristic at an output of the frequency variable RF power source and changing a driving frequency using the measured electrical characteristic; And an impedance matching network including a variable reactive element between the frequency variable RF power source and the load to change the capacitance or inductance of the variable reactive element (S200). The change amount of the capacitance or inductance of the variable reactive element is given as a function of the difference between the target drive frequency f t and the drive frequency f.

제1 임피던스 매칭을 수행하는 단계(S110)는 주파수 가변 RF 전원의 출력단의 제1 전기적 특성을 측정하는 단계(S112); 상기 주파수 가변 RF 전원에서 상기 제1 전기적 특성을 이용하여 임피던스 매칭 상태를 검사하는 단계(S114,S116); 및 상기 주파수 가변 RF 전원의 구동 주파수를 변경하는 단계(S118)를 포함한다. The step S110 of performing the first impedance matching may include the step S112 of measuring a first electrical characteristic of the output terminal of the frequency variable RF power source; (S114, S116) checking the impedance matching state using the first electrical characteristic in the frequency variable RF power source; And changing a driving frequency of the frequency variable RF power source (S118).

상기 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인덕턴스를 변경하는 단계(S200)는 임피던스 매칭 네트워크의 전기적 특성을 측정하는 단계(S222); 상기 구동 주파수가 목표 구동 주파수인지 여부를 검사하는 단계(S228); 구동 주파수가 목표 구동 주파수와 일치하지 않는 경우 구동 주파수 변경을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 커페시턴의 변화량을 산출하는 단계(S234); 및 상기 변화량을 이용하여 가변 리액티브 소자를 제어하는 단계(S236,S238);를 포함한다.The step (S200) of changing the capacitance or inductance of the variable reactive element includes the steps of measuring an electrical characteristic of the impedance matching network (S222); Checking whether the driving frequency is a target driving frequency (S228); Calculating a change amount of the inductance or the capacitance of the variable reactive element for changing the driving frequency when the driving frequency does not match the target driving frequency (S234); And controlling the variable reactive element by using the change amount (S236, S238).

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an impedance matching method according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 임피던스 매칭 네트워크와 주파수 가변 RF 전원이 일체형으로 동작한다. 이에 따라, 주파수 가변 RF 전원의 출력단의 전기적 특성만이 측정될 수 있다(S322). 이에 따라, 가변 리액티브 소자에서 부하를 바라본 방향의 임피던스(Zin) 또는 반사계수(S11)는 연산을 통하여 산출될 수 있다(S324). 임피던스 매칭 조건을 충족하는 경우 구동 주파수가 목표 구동 주파수인지 검사한다(S326,S328). 임피던스 매칭 조건을 충족하지 못하면, 구동 주파수를 가변한다(S329,S330). 또한, 임피던스 매칭 조건을 충족하지 못하면, 임피던스 매칭을 위한 가변 리액티브 소자의 인덕턴스 또는 가변 커페시턴의 제1 변화량이 추출된다(S332). 또한, 구동 주파수가 목표 구동 주파수가 아닌 경우, 구동 주파수 변경을 위한 리액티브자의 가변 인덕턴스 또는 가변 케페시턴스의 제2 변화량이 추출된다(S334). 이어서, 제1 변화량에 제1 가중함수를 곱하고 제2 변화량에 제2 가중함수를 곱하여, 구동 벡터를 산출한다(S336). 상기 구동 벡터는 가변 인덕턴스 또는 가변 케페시턴스를 구동한다(S338).Referring to FIG. 8, the impedance matching network and the frequency variable RF power source operate in an integrated manner. Accordingly, only the electrical characteristic of the output terminal of the frequency variable RF power source can be measured (S322). Accordingly, the impedance Zin or the reflection coefficient S11 in the direction in which the load is viewed from the variable reactive element can be calculated through calculation (S324). If the impedance matching condition is satisfied, it is checked whether the driving frequency is the target driving frequency (S326, S328). If the impedance matching condition is not satisfied, the driving frequency is varied (S329, S330). If the impedance matching condition is not satisfied, the inductance of the variable reactive element for impedance matching or the first variation amount of the variable capacitance turn is extracted (S332). If the drive frequency is not the target drive frequency, the second change amount of the variable inductance or the variable capacitance for the drive frequency change is extracted (S334). Subsequently, the first change amount is multiplied by the first weighting function, the second change amount is multiplied by the second weighting function, and the drive vector is calculated (S336). The drive vector drives a variable inductance or a variable capacitance (S338).

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 전력 시스템을 나타낸다.9 illustrates an RF power system in accordance with another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 가변 리액티브 소자는 병렬 연결된 고정 축전기를 포함할 수 있다. 케페시턴스를 변경하기 위하여 고정 축전기는 스위치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 가변 커페시턴스는 구동 모터를 사용하지 않으므로, 임피던스 매칭 속도 및 목표 구동 주파수 복원 속도가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 9, the variable reactive element may include a fixed capacitor connected in parallel. The fixed capacitor may include a switch to change the capacitance. Thus, since the variable capacitance does not use the driving motor, the impedance matching speed and the target driving frequency restoration speed can be increased.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 전력 시스템을 나타낸다.10 illustrates an RF power system in accordance with another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 가변 리액티브 소자는 병렬 연결된 고정 축전기와 가변 축전기를 포함할 수 있다. 케페시턴스를 변경하기 위하여 고정 축전기는 스위치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 가변 커페시턴스는 고정 축전기 및 스위치를 사용하여 목표값 근처로 빠른 속도로 이동하고, 구동 모터를 사용하는 가변 축전기는 미세한 임피던스 매칭 또는 주파수 복원을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 10, the variable reactive element may include a fixed capacitor connected in parallel and a variable capacitor. The fixed capacitor may include a switch to change the capacitance. Accordingly, the variable capacitance moves at a high speed near the target value by using the fixed capacitor and the switch, and the variable capacitor using the driving motor can perform fine impedance matching or frequency restoration.

도 11은 표준 L 형 임피던스 매칭 네트워크에서 임피던스 매칭 영역을 표시하는 스미스 차트이다. 11 is a Smith chart showing an impedance matching area in a standard L-type impedance matching network.

도 1 및 도 11을 참조하면, 제1 고정 인덕터(L1)는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터(L2)는 500 nH이고, 제1 가변 축전기(132)의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기(134)의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 제1 가변 축전기와 제2 가변 축전기를 통하여 임피던스 매칭할 수 있는 영역이 표시된다.Referring to FIGS. 1 and 11, the first fixed inductor L1 is 100 nH, the second fixed inductor L2 is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor 132 is 150 pF to 1000 pF, , And the variable range of the second variable capacitor 134 is 85 pF to 500 pF. An area capable of impedance matching through the first variable capacitor and the second variable capacitor is displayed.

도 12는 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 가능한 경우 주파수 가변 RF 전원만을 이용하여 임피던스 매칭의 조건을 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing impedance matching conditions using only a variable frequency RF power source when impedance matching is possible using only a frequency variable RF power source.

도 12를 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 주파수 가변 임피던스 매칭을 위하여, 제1 가변 축전기는 724.5 pF에서 고정되어 사용되고, 제2 가변 축전기는 150 pF에서 고정되어 사용되었다. 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이다. 주파수 가변 알고리즘은 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시킨다. Referring to FIG. 12, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. For frequency variable impedance matching, the first variable capacitor was fixed at 724.5 pF and the second variable capacitor was fixed at 150 pF. The time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec). The frequency tunable algorithm increases the driving frequency when the frequency variable RF power source has a positive value of the imaginary part of the reflection coefficient and decreases the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value.

시뮬레이션 결과에 따르면, 약 2 msec에서 주파수 가변 임피던스 매칭이 수행되었다. 이 경우, 구동 주파수의 y축은 50 + (f- fo)/(2 Δf) 로 주어진다. 따라서, 2 Δf는 주파수 가변 영역이다. According to the simulation results, frequency variable impedance matching was performed at about 2 msec. In this case, the y-axis of the driving frequency is given by 50 + (f-fo) / (2? F). Therefore, 2? F is a frequency variable region.

구동 주파수는 초기값(50 퍼센트)에서 약 2 msec 후에 70 퍼센트로 증가하였다. 구동 주파수를 변경하는 알고리즘은 약 2 msec 정도의 빠른 속도로 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 그러나, 구동 주파수는 50 퍼센트에서 70 퍼센트로 상승하였다. 플라즈마 부하의 임피던스가 시간에 따라 변하는 상황에서, 상기 구동 주파수는 일정하게 유지될 수 없어, 플라즈마 공정 안정성과 재현성은 악화될 수 있다. The drive frequency increased from the initial value (50 percent) to 70 percent after about 2 msec. The algorithm for changing the driving frequency can perform the impedance matching at a speed as high as about 2 msec. However, the driving frequency increased from 50 percent to 70 percent. In a situation where the impedance of the plasma load changes with time, the driving frequency can not be kept constant, and plasma process stability and reproducibility can be deteriorated.

한편, 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이하로 하면, 구동 주파수를 변경하는 알고리즘은 2 msec 미만에서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.On the other hand, if the time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec) or less, the algorithm for changing the driving frequency can perform the impedance matching in less than 2 msec.

도 13은 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 가능한 경우 고정된 구동 주파수에서 가변 리액티브 소자만을 이용하여 임피던스 매칭의 조건을 표시하는 그래프이다.13 is a graph showing impedance matching conditions using only a variable reactive element at a fixed driving frequency when impedance matching can be performed only by a frequency variable RF power source.

도 13을 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 제1 가변 축전기의 초기 조건은 724.5 pF이고, 제2 가변 축전기의 초기조건은 150 pF이다. 임피던스 매칭을 위하여 수학식 16이 사용되었다.Referring to FIG. 13, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. The initial condition of the first variable capacitor is 724.5 pF and the initial condition of the second variable capacitor is 150 pF. Equation 16 is used for impedance matching.

가변 리액티브 소자의 매칭을 위하여, 구동 주파수는 50 퍼센트로 고정되어 사용되었다. 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이다. For matching of the variable reactive elements, the driving frequency was fixed at 50 percent. The time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec).

가변 축전기의 모터 구동에 필요한 시간에 기인하여, 가변 리액티브 소자의 리액턴스 변경 알고리즘은 임피던스 매칭을 위하여 약 200 msec(밀리초)를 요구한다. 따라서, 반사 전력이 50 퍼센트로 감소하기 위하여 요구되는 시간은 대략 40 msec 정도 요구된다. Due to the time required to drive the motor of the variable capacitor, the reactance change algorithm of the variable reactive element requires about 200 msec (milliseconds) for impedance matching. Therefore, the time required for the reflected power to decrease to 50 percent is required to be approximately 40 msec.

플라즈마 부하의 임피던스가 시간에 따라 변하는 상황에서, 반사 전력이 50 퍼센트로 감소하기 위하여 요구되는 시간은 대략 40 msec 정도이다. 따라서, 플라즈마 공정 안정성과 재현성은 악화될 수 있다. In the situation where the impedance of the plasma load varies with time, the time required for the reflected power to decrease to 50 percent is about 40 msec. Therefore, plasma process stability and reproducibility can be deteriorated.

도 14는 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 가능한 경우 주파수 가변 RF 전원과 가변 리액티브 소자를 동시에 사용하여 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 복원하는 알고리즘을 채용한 임피던스 매칭의 조건을 표시하는 그래프이다.14 is a graph showing conditions of impedance matching employing an algorithm for restoring a driving frequency to a target driving frequency by simultaneously using a frequency variable RF power source and a variable reactive element when impedance matching can be performed only by a frequency variable RF power source.

도 14를 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 제1 가변 축전기의 초기 조건은 724.5 pF이고, 제2 가변 축전기의 초기조건은 150 pF이다. 구동 주파수의 초기조건은 50 퍼센트이다. 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이다. 주파수 가변 알고리즘은 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시킨다. 임피던스 매칭과 주파수 복원을 위하여 수학식 18이 사용되었다.Referring to FIG. 14, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. The initial condition of the first variable capacitor is 724.5 pF and the initial condition of the second variable capacitor is 150 pF. The initial condition of the driving frequency is 50 percent. The time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec). The frequency tunable algorithm increases the driving frequency when the frequency variable RF power source has a positive value of the imaginary part of the reflection coefficient and decreases the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value. Equation 18 is used for impedance matching and frequency recovery.

구동 주파수 변경을 통하여 임피던스 매칭은 2 msec 정도에서 달성되었다. 그리고, 임피던스 매칭 조건을 충족하면서, 구동 주파수는 100 msec 정도에서 목표 구동 주파수(50 퍼센트)로 수렴한다. 따라서, 임피던스 매칭 시간은 2 msec 정도 매우 빠르고, 구동 주파수가 목표 구동 주파수에 도달하는 시간은 100 msec 정도로, 가변 리액티브 소자를 이용한 임피던스 매칭 시간보다 짧다.Impedance matching was achieved at about 2 msec by changing the driving frequency. Then, the driving frequency converges to the target driving frequency (50 percent) at about 100 msec while satisfying the impedance matching condition. Therefore, the impedance matching time is as fast as about 2 msec, and the time for the driving frequency to reach the target driving frequency is about 100 msec, which is shorter than the impedance matching time using the variable active element.

반사 전력이 50 퍼센트 이하로 떨어지는 시간은 0.6 msec 정도이다. 따라서, 반사 전력에 기인한 공정 불안정성이 향상된다. 즉, 2 msec 정도 이내에 빠른 임피던스 매칭이 수행되고, 100 msec 정도 이내에 구동 주파수 복원이 수행된다.The time the reflected power drops below 50 percent is about 0.6 msec. Thus, the process instability due to the reflected power is improved. That is, a quick impedance matching is performed within about 2 msec, and the driving frequency restoration is performed within about 100 msec.

다단 레시프(multi-step)를 가지는 플라즈마 공정의 경우, 각 스텝은 통상적으로 수 초 이하의 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 따라서, 2 msec 이내에 임피던스 매칭이 수행되고, 100 msec 이내에 주파수 복원이 이루어진다면, 공정 안정성은 현저히 향상될 수 있다.In the case of a multi-step plasma process, each step can typically have a plasma state of a few seconds or less. Therefore, if impedance matching is performed within 2 msec and frequency recovery is performed within 100 msec, the process stability can be significantly improved.

펄스 플라즈마를 사용하는 플라즈마 공정의 경우, 펄스의 폭은 통상적으로 수 msec 이내이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭은 펄스의 폭 이내에 임피던스 매칭이 수행된다. 그리고, 복수의 펄스 열(pulse sequence)을 지나면, 구동 주파수 복원이 수행될 수 있다. 따라서, 공정 안정성 및 공정 재현성이 향상된다.In the case of a plasma process using a pulsed plasma, the pulse width is typically within a few msec. Thus, according to one embodiment of the present invention, impedance matching is performed within the width of the pulse. Then, after passing through a plurality of pulse sequences, the driving frequency restoration can be performed. Therefore, process stability and process reproducibility are improved.

도 15는 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 불가능한 경우 주파수 가변 RF 전원만을 이용하여 임피던스 매칭의 조건을 그래프이다.15 is a graph showing impedance matching conditions using only a variable frequency RF power source when impedance matching is impossible using only a frequency variable RF power source.

도 15를 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 주파수 가변 임피던스 매칭을 위하여, 제1 가변 축전기는 500 pF에서 고정되어 사용되고, 제2 가변 축전기는 150 pF에서 고정되어 사용되었다. 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이다. 주파수 가변 알고리즘은 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시킨다.Referring to FIG. 15, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. For frequency variable impedance matching, the first variable capacitor was fixed at 500 pF and the second variable capacitor was fixed at 150 pF. The time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec). The frequency tunable algorithm increases the driving frequency when the frequency variable RF power source has a positive value of the imaginary part of the reflection coefficient and decreases the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value.

시뮬레이션 결과에 따르면, 임피던스 매칭은 주파수 가변 범위 내에서 수행될 수 없다. 따라서, 플라즈마 부하의 범위가 넓은 경우, 주파수 가변 RF 전원은 사용될 수 없다.According to the simulation results, the impedance matching can not be performed within the frequency variable range. Therefore, when the range of the plasma load is wide, the frequency variable RF power source can not be used.

도 16은 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 불가능한 경우 고정된 구동 주파수에서 가변 리액티브 소자만을 이용하여 임피던스 매칭의 조건을 표시하는 그래프이다.16 is a graph showing impedance matching conditions using only a variable active element at a fixed driving frequency when impedance matching is impossible using only a frequency variable RF power source.

도 16을 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 제1 가변 축전기의 초기 조건은 500 pF이고, 제2 가변 축전기의 초기조건은 150 pF이다. 임피던스 매칭을 위하여 수학식 16이 사용되었다. Referring to FIG. 16, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. The initial condition of the first variable capacitor is 500 pF and the initial condition of the second variable capacitor is 150 pF. Equation 16 is used for impedance matching.

반사전력을 50 퍼센트 이하로 달성하기 위한 시간은 약 100 mec 이다. 또한, 임피던스 매칭을 위하여 약 400 msec가 요구된다. 따라서, 다단 레시프(multi-step)를 가지는 플라즈마 공정의 경우, 각 스텝은 통상적으로 수 초 이하의 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 따라서, 공정 안정성과 공정 재현성은 확보되기 어렵다.The time to achieve 50% or less of reflected power is about 100 mec. Also, about 400 msec is required for impedance matching. Thus, in the case of a multi-step plasma process, each step can typically have a plasma state of a few seconds or less. Therefore, it is difficult to secure process stability and process reproducibility.

도 17은 주파수 가변 RF 전원만으로 임피던스 매칭이 불가능한 경우 주파수 가변 RF 전원과 가변 리액티브 소자를 동시에 사용하여 구동 주파수를 목표 구동 주파수로 복원하는 알고리즘을 채용한 임피던스 매칭의 조건을 표시하는 그래프이다.17 is a graph showing conditions of impedance matching employing an algorithm for restoring a driving frequency to a target driving frequency by simultaneously using a frequency variable RF power supply and a variable reactive element when impedance matching is impossible using only a frequency variable RF power source.

도 17을 참조하면, 시뮬레이션에 사용된 조건은 다음과 같다. 제1 고정 인덕터는 100 nH이고, 제2 고정 인덕터는 500 nH이고, 제1 가변 축전기의 가변 범위는 150 pF 내지 1000 pF이고, 제2 가변 축전기의 가변 범위는 85 pF 내지 500 pF이다. 제1 가변 축전기의 초기 조건은 500 pF이고, 제2 가변 축전기의 초기조건은 150 pF이다. 구동 주파수의 초기조건은 50 퍼센트이다. 제어 루프의 시간 간격은 100 마이크로초(μsec)이다. 주파수 가변 알고리즘은 상기 주파수 가변 RF 전원은 반사계수의 허수부가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 반사계수의 허수부가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시킨다. 임피던스 매칭과 주파수 복원을 위하여 수학식 18이 사용되었다.Referring to FIG. 17, the conditions used in the simulation are as follows. The first fixed inductor is 100 nH, the second fixed inductor is 500 nH, the variable range of the first variable capacitor is 150 pF to 1000 pF, and the variable range of the second variable capacitor is 85 pF to 500 pF. The initial condition of the first variable capacitor is 500 pF and the initial condition of the second variable capacitor is 150 pF. The initial condition of the driving frequency is 50 percent. The time interval of the control loop is 100 microseconds (μsec). The frequency tunable algorithm increases the driving frequency when the frequency variable RF power source has a positive value of the imaginary part of the reflection coefficient and decreases the driving frequency when the imaginary part of the reflection coefficient has a negative value. Equation 18 is used for impedance matching and frequency recovery.

임피던스 매칭을 위하여 약 300 msec가 요구된다. 그러나, 반사전력을 50 퍼센트 이하로 감소시키기 위한 시간은 주파수 가변 알고리즘을 통하여 3 msec 이내이다. 따라서, 주파수 가변 알고리즘을 사용하여 반사전력을 최소화한 상태에서, 리액티브 소자를 이용하여 임피던스 매칭이 수행된다. 또한, 동시에 구동 주파수가 목표 구동 주파수로 수렴한다.Approximately 300 msec is required for impedance matching. However, the time to reduce the reflected power to less than 50 percent is within 3 msec through the frequency tunable algorithm. Thus, in a state in which the reflected power is minimized using the frequency variable algorithm, the impedance matching is performed using the reactive element. At the same time, the driving frequency converges to the target driving frequency at the same time.

따라서, 플라즈마 부하의 범위가 매우 넓은 경우에도, 소정의 범위 내에서 반사 전력을 유지하면서, 임피던스 매칭 및 구동 주파수 복원이 수행될 수 있다. 따라서, 리액티브 소자만으로 임피던스 매칭을 수행하는 경우보다, 빠른 속도로 임피던스 매칭이 수행되고, 또한, 50 퍼센트 미만의 반사 전력을 달성하기 위한 시간은 현저히 감소할 수 있다.Therefore, even when the range of the plasma load is very wide, impedance matching and driving frequency restoration can be performed while maintaining the reflected power within a predetermined range. Therefore, impedance matching is performed at a faster rate than that of performing impedance matching only with a reactive element, and the time for achieving less than 50 percent of reflected power can be significantly reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

110: 주파수 가변 RF 전원
120: 전송선
130: 임피던스 매칭 네트워크
140: 부하
110: Frequency variable RF power source
120: transmission line
130: Impedance Matching Network
140: Load

Claims (4)

소정의 주파수 가변 범위를 가지고 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수를 변경하는 주파수 가변 RF 전원; 및
상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인턱턴스를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 매칭 센서부를 더 포함하고,
상기 매칭 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고,
상기 매칭 센서부는 상기 부하에 전달되는 구동 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 시스템.
A variable frequency RF power source having a predetermined frequency variable range and changing a driving frequency for impedance matching; And
And an impedance matching network that receives an output from the frequency variable RF power source and transmits the output to a load,
Wherein the impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to guide the frequency variable RF power source to operate at the target driving frequency,
Wherein the impedance matching network further comprises a matching sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source for measuring an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network,
Wherein the matching sensor unit calculates an impedance or reflection coefficient using the electrical characteristic,
And the matching sensor unit measures a driving frequency transmitted to the load.
소정의 주파수 가변 범위를 가지고 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수를 변경하는 주파수 가변 RF 전원; 및
상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인턱턴스를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도하고,
상기 주파수 가변 RF 전원은 상기 임피던스 매칭 네트워크와 상기 주파수 가변 RF 전원 사이에 배치되어 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 상기 부하 방향의 전기적 특성을 측정하는 전원 센서부를 더 포함하고,
상기 전원 센서부는 상기 전기적 특성을 이용하여 임피던스 또는 반사 계수를 산출하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 구동 주파수를 제공받는 것을 특징으로 하는 RF 전력 시스템.
A variable frequency RF power source having a predetermined frequency variable range and changing a driving frequency for impedance matching; And
And an impedance matching network that receives an output from the frequency variable RF power source and transmits the output to a load,
Wherein the impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to guide the frequency variable RF power source to operate at the target driving frequency,
Wherein the frequency variable RF power source further comprises a power source sensor unit disposed between the impedance matching network and the frequency variable RF power source for measuring an electrical characteristic in the load direction in the impedance matching network,
Wherein the power source sensor unit calculates an impedance or a reflection coefficient using the electrical characteristic,
Wherein the impedance matching network is provided with a driving frequency from the frequency variable RF power source.
소정의 주파수 가변 범위를 가지고 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수를 변경하는 주파수 가변 RF 전원; 및
상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인턱턴스를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 상기 주파수 가변 RF 전원의 출력단에서 상기 부하를 바라본 방향의 상기 임피던스 또는 반사 계수를 제공받는 것을 특징으로 하는 RF 전력 시스템.
A variable frequency RF power source having a predetermined frequency variable range and changing a driving frequency for impedance matching; And
And an impedance matching network that receives an output from the frequency variable RF power source and transmits the output to a load,
Wherein the impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to guide the frequency variable RF power source to operate at the target driving frequency,
Wherein the impedance matching network is provided with the impedance or reflection coefficient in the direction from the output of the frequency variable RF power source to the load from the frequency variable RF power source.
소정의 주파수 가변 범위를 가지고 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수를 변경하는 주파수 가변 RF 전원; 및
상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 출력을 제공받아 부하에 전달하는 임피던스 매칭 네트워크를 포함하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액티브 소자의 커페시턴스 또는 인턱턴스를 변경하여 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원이 목표 구동 주파수에서 동작하도록 유도하고,
상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 주파수 가변 RF 전원에 임피던스 매칭을 위한 예상 구동 주파수를 제공하는 것을 특징으로 하는 RF 전력 시스템.
A variable frequency RF power source having a predetermined frequency variable range and changing a driving frequency for impedance matching; And
And an impedance matching network that receives an output from the frequency variable RF power source and transmits the output to a load,
Wherein the impedance matching network changes the capacitance or inductance of the variable reactive element of the impedance matching network to guide the frequency variable RF power source to operate at the target driving frequency,
Wherein the impedance matching network provides a predicted driving frequency for impedance matching to the frequency variable RF power source.
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