KR20170103901A

KR20170103901A - 펄스 라디오 주파수 전원에 대한 임피던스 정합 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20170103901A
Application number: KR1020177022097A
Authority: KR
Inventors: 샤오양 정
Original assignee: 베이징 나우라 마이크로일렉트로닉스 이큅먼트 씨오., 엘티디.
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2017-09-13
Also published as: JP6619818B2; JP2018504864A; US20170345621A1; WO2016110027A1; CN105826154B; SG11201705228PA; US10643822B2; KR101902427B1; CN105826154A

Abstract

펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법 및 장치가 제공된다. 상기 임피던스 정합 방법은: 코오스 조정 단계: 현재 부하 임피던스에 기반하여 조정을 수행하여 현재 반사 계수 |Γ|를 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 하는 것, 및 현재 위치를 점화 위치로 설정하는 것; 파인 조정 단계: 상기 점화 위치를 변화되지 않게 유지하는 것, 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정을 수행하여 임피던스 조정을 실현하는 것, 및 현재 위치를 정합 위치로 설정하는 것; 및 전환 단계: 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에 각 후속 펄스 주기의 상이한 펄스 지속 시간들에서 상기 점화 위치와 상기 정합 위치 사이를 전환하는 것, 이로 인해 상이한 펄스 주기들에서 임피던스 정합을 실현하는 것, 을 포함한다. 상기 임피던스 정합 방법 및 장치는 정합 효율, 공정 안정성 및 상기 펄스 RF 전원의 이용률을 개선할 수 있다.

Description

펄스 라디오 주파수 전원에 대한 임피던스 정합 방법 및 장치

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 기술 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는, 펄스 라디오 주파수(RF) 전원에 대한 임피던스 정합 방법 및 장치에 관한 것이다.

반도체 처리 장치는 일반적으로 RF 전원에 의해 고진공 환경의 반응 챔버 내에 공급되는 RF 에너지를 인가하는 것에 의해 반응 챔버 내의 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마는 전자들, 이온들, 여기된 원자들, 분자들, 및 자유 라디칼들과 같은 많은 양의 활성 입자들을 포함한다. 상기 활성 입자들과 플라즈마 환경에 노출된 웨이퍼의 표면은 물리적 및/또는 화학적으로 반응하고, 이에 따라 에칭, 증착 또는 웨이퍼의 다른 공정이 완료된다. 집적 회로의 발전에 따라, 종래 기술은 22nm 또는 그보다 작은 크기의 에칭 공정을 위한 요건들을 충족시킬 수 없다. 이 때문에, 펄스 RF 전원은 펄스 플라즈마 여기원으로서 사용되어 연속파 RF 에너지에 의해 발생된 플라즈마 유도 손상을 감소시키고, 공정 조정 방법 및 공정 윈도우(process window)를 증가시킨다. 현재 플라즈마 여기원으로서의 펄스 RF 전원의 개발을 제한하는 핵심 요소는 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 기술이다. 임피던스 정합은 부하 임피던스를 펄스 RF 전원의 특성 임피던스 (일반적으로 50 옴(Ω))에 정합시키는 것이다. 펄스 RF 전원의 일반적인 펄스 주파수 범위는 100~100 KHz이고, 듀티 사이클의 범위는 10~90%이며, 따라서 각 펄스 폭은 수 밀리초이다. 하지만, 기계적인 조정 방법에 의존하는 종래의 임피던스 조정 장치를 사용하는 것에 의해, 임피던스 정합은 수 밀리초 이내에 완료되기 어렵고, 그 결과 정합 정확도가 낮고, 펄스 RF 전원의 반사 전력(보통 20 %)이 높다. 그러므로, 펄스 RF 전원의 이용률이 줄어든다.

이런 이유로, 도 1에 표시된 임피던스 정합 장치가 종래의 기술로 사용되고 있다. 상기 임피던스 정합 장치는 주로 전자적인 조정 방법을 사용하고, 경우에 따라서 기계적인 조정 방법을 사용한다. 도 1을 참조하면, 임피던스 정합 장치(10)는 제어 유닛(11)와 실행 유닛(12)과 정합 회로망(13)를 포함한다. 여기서, 펄스 RF 전원(14)은 주파수 스윕 기능을 가지며, 펄스 동기 신호를 제어 유닛(11)에 보내고, 펄스 동기 신호는 도 2에 표시된 신호 펄스이고, 고전압 레벨 기간 동안, 펄스 RF 전원(14)는 RF 전력 신호를 변조하고, 저전압 레벨 기간 동안, 펄스 RF 전원(14)은 RF 전력 신호를 변조하지 않는다. 가변 임피던스 소자는 정합 회로망(13) 내에 배치되고; 펄스 RF 전원(14)은 고전압 레벨 기간 (즉, 최대 출력 전력을 갖는 펄스 주파수는 펄스 RF 전원(14)의 부하 임피던스를 기반으로 자동 조정에 의해 얻어진다.)에서 주파수 스윕 조정을 자동으로 수행하고; 제어 유닛(11)는 펄스 동기 신호를 기반으로 각 펄스주기의 고전압 레벨 기간에 펄스 RF 전원(14)의 현재 펄스 주파수를 실시간으로 취득하고, 현재 펄스 주파수, 정합 회로망(13)의 회로 구조, 및 정합 회로망(13)의 임피던스 조정 요소의 현재 위치에 따른 펄스 RF 전원(14)의 현재 부하 임피던스를 계산하고, 현재 부하 임피던스가 펄스 RF 전원(14)의 특성 임피던스에 정합하는지 판단한다. 현재 부하 임피던스가 펄스 RF 전원(14)의 특성 임피던스와 정합하는 경우, 임피던스 조절 소자의 현재 위치는 현재 펄스 주기의 저전압 레벨에 유지된다. 즉, 정합 위치는 유지된다. 현재 부하 임피던스가 펄스 RF 전원(14)의 특성 임피던스에 정합하지 않는 경우, 실행 유닛(12)는 현재 펄스 주기가 저전압 레벨에 있을 때 임피던스 가변 요소의 위치를 조정하도록 조절되어, 펄스 RF 전원 장치(14)의 부하 임피던스를 조정하는 것에 의해 임피던스 정합을 수행한다.

도 3은 반응 챔버에 적용되는 종래의 임피던스 정합 장치의 구조의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 유도 코일(21)이 반응 챔버(20)의 상부의 상에 배치되고, 그리고 유도 코일(21)은 제1 임피던스 정합 장치(22)을 통해 제1 RF 전원(23)에 전기적으로 연결된다. 웨이퍼(S)를 지지하기 위한 정전 척(24)이 반응 챔버(20) 내부의 바닥면 영역 내에 배치되고, 그리고 정전 척(24)은 제2 임피던스 정합 장치(25)에 의해 제2 RF 전원(26)에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 RF 전원(23)은 연속파 신호 모드를 갖고, 즉, 제1 RF 전원(23)은 연속적으로 RF 전력 신호를 출력하고, 제2 RF 전원(26)은 펄스 RF 전원이고, 제2 RF 전원에서 발생하는 RF 전력 신호의 주파수는 13.56MHz 펄스 동기 신호의 주파수는 100Hz, 듀티 사이클은 90 %이고, 제2 임피던스 정합 장치(25)는 도 1에 도시된 임피던스 정합 장치를 이용한다.

상기 경우에서, 도 4는 임피던스 정합 공정의 상이한 시점들에서의 제2 임피던스 정합 장치(25)의 정합 상태에 대한 개략도이다. 도 4를 참조하면, 구체적으로, 제1 펄스 주기 동안: 고전압 레벨 기간 동안, RF 전원(26)은 자동 주파수 스윕 정합을 시작하고, "정합 중"의 상태, 즉, 임피던스 정합이 달성되지 않는 상태, 를 유지하고; 저전압 레벨 기간 동안, 제어 유닛(11)은 실행 유닛(12)에 의해 수행하여 임피던스 정합을 제어하는 가변 임피던스 요소의 위치를 조정한다. 제2 펄스 주기 동안: 고전압 레벨 기간 동안, RF 전원(26)은 자동 주파수 스윕 정합을 시작하고, T의 주기가 지난 후, "정합 중"의 상태는 "정합됨"의 상태로 변하고, 즉, 실현되지 않은 임피던스 정합이 실현된 임피던스 정합으로 변하고; 저전압 레벨 기간에서, 정합 지점은 변하지 않는다. 제3 펄스 주기와 후속 펄스 주기의 정합 공정은 제2 펄스 주기의 정합 공정과 유사하고, 그리고 여기에서 반복되지 않는다.

이에 상응하게, 도 5는 임피던스 스미스 차트(Smith chart)에 의해 표현되는 임피던스 정합 공정의 제2 RF 전원의 부하 임피던스의 임피던스 변화 궤적이다. 도 5를 참조하면, 스미스 차트의 가장 중심점은 하나의 정합된 저항 값(50 옴(Ω))을 나타내고, 가장 중심이 위치하는 위치는 임피던스 정합 포인트로 지칭된다. 이러한 스미스 차트에서, 임피던스 정합 공정은 실제로는 부하 임피던스를 상기 차트의 가장자리 위치에서 상기 차트의 가장 중심 위치로 이동시키는 공정이고, 그리고 상기 이동시키는 공정은 특히 임피던스 영역 1, 임피던스 영역 2, 임피던스 영역 3, 및 임피던스 영역 4를 차례로 통과하는 것을 포함한다.

펄스 RF 전원(26)이 켜져 있지 않을 경우, 부하 임피던스는 간섭 신호에 의해 유도된 임피던스이고 스미스 차트의 원의 바깥쪽의 임피던스 영역 1로 도시된다. RF 전원(26)이 켜진 이후에, 임피던스 정합 공정의 제1 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 현재 부하 임피던스는 초기에 임피던스 영역 2에 위치하고, 임피던스 값은 대략적으로 6∠-86°이고, 그리고 이때, 펄스 RF 전원(26)은 반응 챔버 내에 점화를 실현시키지 않는다. 펄스 RF 전원(26)이 자동 주파수-스윕 정합을 수행함으로써, 현재 부하 임피던스는 임피던스 영역 2로부터 임피던스 정합 위치로 점진적으로 이동하지만 임피던스 정합 지점에 도달하진 않는다. 제1 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서, 임피던스 정합은 수행되지 않고, 그리고 이때, 부하 임피던스는 스미스 서클의 바깥쪽의 임피던스 영역 4에 위치하고 그리고 유도 코일(21)의 결합 신호 임피던스이다. 임피던스 정합 공정의 제2 펄스 주기 동안, 고전압 레벨 기간에서, 임피던스 가변 요소는 제1 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서 조정되기 때문에, 부하 임피던스는, 초기에는, 임피던스 영역 2의 임피던스 정합 지점을 향해 어떤 거리를 이동하는 비-점화 임피던스 영역 내에 위치된다. 따라서, 펄스 RF 전원(26)은 처음에는 점화를 실현하지 않는다. 펄스 RF 전원(26)가 자동 주파수-스윕 정합을 수행함으로써, 현재 부하 임피던스는 임피던스 영역 3으로 이동할 수 있고, 임피던스 값은 대략적으로 40∠25°이고, 그리고 그러면, 임피던스 정합이 기본적으로 실현된다. 제2 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서, 부하 임피던스는 임피던스 영역 4 내에 위치하는 것과 동일하다. 제3 펄스 주기 및 후속 펄스 주기에 대응하는 부하 임피던스의 이동 공정은 제2 펄스 주기에 대응하는 부하 임피던스의 이동 공정과 유사하고, 그리고 여기서 반복되지 않는다.

실제 응용들에서, 후술하는 기술적 이슈들이 상기 종래의 임피던스 정합 장치가 사용되어 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합을 수행할 경우에 일반적으로 존재한다. 처리 공정에서 펄스 RF 전원의 기능이 반응 챔버 내의 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하는 것, 그리고 반응 챔버가 점화된 때의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스가 임피던스 정합이 실현된 때의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스로부터 상이하기 때문이다. 그러므로, 임피던스 정합이 최초로 실현된 이후, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 펄스 RF 전원은 반응 챔버의 점화를 최초로 실현시키는 것을 필요로 하고, 그리고 임피던스 정합을 실현한다. 즉, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 공정 가스의 점화를 실현시키기 위해, 부하 임피던스는 앞선 펄스 주기에서 얻은 정합된 부하 임피던스 값으로부터 점화 부하 임피던스 값까지 조정되는 것을 필요로 한다. 점화 이후에, 도 4 및 도 5에 도시된 자동 주파수 스윕 정합 공정은 정합을 실현시키는 부하 임피던스 값을 얻기까지 부하 임피던스를 정합하는 것에 사용될 수 있다. 다르게 말하면, 임피던스 정합을 실현시키기 위해 임피던스 정합 장치를 이용할 때, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간은 상대적으로 긴 자동 주파수-스윕 정합 주기 T를 지나는 것을 필요로 한다. 그러므로, 정합 효율이 낮고, 이에 따라, 처리 안정성이 나쁘고 그리고 펄스 RF 전원의 이용률이 낮다.

따라서 펄스 RF 전원에 대한 신속한 임피던스 정합을 제공 할 수 있는 임피던스 정합 방법 및 그 장치가 긴급하게 필요로 된다.

본 발명은 종래 기술의 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 하고, 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합을 신속하게 실현할 수 있는 임피던스 정합 장치 및 반도체 처리 장치를 제공하여, 처리의 안정성을 강화할 수 있고, 그리고 펄스 RF 전원의 RF 에너지의 이용률을 향상시킬 수 있다.

종래 기술의 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법을 제공하고, 그리고 상기 임피던스 정합 방법은 아래의 단계들을 포함한다: 현재 부하 임피던스에 기반하여 조정이 수행되는 코오스(coarse) 조정 단계, 상기 현재 반사 계수 |Γ|는 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않고, 그리고 현재 위치는 점화 위치로 설정된다; 파인(fine) 조정 단계, 점화 위치는 변화되지 않고, 실시간 조정이 수행되어 현재 부하 임피던스에 기반한 임피던스 정합이 수행되고, 그리고 현재 위치는 정합 위치로 설정되고; 그리고 전환 단계, 임피던스 정합이 최초로 실현된 이후, 각 후속 펄스 주기의 다른 펄스 시간 기간에서, 전환은 점화 위치 및 정합 위치 사이에서 수행되고, 이에 따라 다른 펄스 주기들의 임피던스 정합이 실현된다.

더 상세하게는, 임피던스 정합 방법은 아래의 단계들을 포함한다.

단계 1:실시간으로, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰지 아닌지 판단하는 것. 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단된 경우, 단계2가 실행되고, 그렇지 않으면, 파인 조정 단계가 수행된다; 그리고

단계 2:상기 코오스 조정 단계가 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 수행되고, 그리고 단계 1로 돌아간다.

나아가, 코오스 조정 단계 전에, 현재 시점(현재 순간)이 정합이 실현되지 않은 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있는지 아닌지 여부를 판단하는 것을 더 포함한다. 현재 시점이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내인 경우, 상기 코오스 조정 단계가 수행된다; 그렇지 않으면, 현재 위치는 변경되지 않는다.

나아가, 현재 시간 주기가 정합이 실현되지 않는 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있는 것으로 판단된 때, 상기 펄스 RF 전원은 주파수 스윕 모드를 사용하여 자동 임피던스 정합을 수행한다.

나아가, 파인 조정 단계는 임피던스 정합이 실현된 때 정합 위치를 저장하는 단계를 더 포함한다.

나아가, 전환 단계는 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에서 점화 위치로부터 정합 위치로 전환하는 것, 그리고 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간의 정합 위치로부터 점화 위치로 전환하는 것을 더 포함한다.

또 다른 측면으로서, 본 발명은 펄스 RF 전원의 부하 임피던스와 펄스 RF 전원의 특성 임피던스 사이의 정합을 실현하도록 구성된 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 장치를 더 제공한다. 상기 장치는 코오스 조정 유닛, 파인 조정 유닛, 그리고 전환 유닛을 포함한다. 코오스 조정 유닛은 현재 부하 임피던스에 따라 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 조정하도록, 그리고 현재 위치를 점화 위치로 설정하도록 구성된다. 상기 파인 조정 유닛은 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 때 점화 위치가 변하지 않게 유지하도록, 현재 부하 임피던스에 기반한 실시간 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현시키도록, 그리고 현재 위치를 정합 위치로 설정하도록 구성된다. 전환 유닛은 다른 펄스 주기의 임피던스 정합이 실현되도록 그리고 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후 각 후속 펄스 주기의 다른 펄스 지속 시간에서 점화 위치와 정합 위치 사이에서 전환 할 수 있도록 구성된다.

나아가, 상기 장치는 제어 모듈, 반사 계수 판단 모듈 및 계산 모듈을 더 포함한다. 계산 모듈은 펄스 RF 전원의 현재의 부하 임피던스 및 현재 반사 계수 |Γ|를 실시간으로 계산하도록, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛에 전송하도록, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈에 전송하도록 구성된다. 반사 계수 판단 모듈은 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰지 아닌지 판단하도록 구성된다. 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단된 경우, 제 1 식별 신호가 제어 모듈에 보내진다; 그렇지 않으면 제 2 식별 신호가 제어 모듈에 보내진다. 제어 모듈은 반사 계수 판단 모듈로부터 전송된 제 1 식별 신호 수신시 코오스 조정 유닛을 트리거하도록 구성되고, 그리고 반사 계수 판단 모듈로부터 전송된 제 2 식별 신호가 수신 된 때 파인 조정 유닛을 트리거하도록 구성된다.

나아가, 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터 및 / 또는 가변 인덕터를 포함한다. 코오스 조정 유닛은 계산 모듈로부터 전송된 현재 부하 임피던스에 따라 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터의 위치를 실시간으로 조정하여 현재 반사 계수 |Γ|를 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 조정하도록 구성된다. 나아가, 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터의 현재 위치를 점화 위치로 설정한다.

나아가 파인 조정 유닛은 고정 커패시터 및/또는 고정 인덕터, 그리고 여기에 직렬로 연결된 온-오프 스위치를 포함한다. 파인 조정 유닛은 연산 모듈에서 들어오는 현재 부하 임피던스에 따라 온-오프 스위치의 온(on)/오프(off)를 실시간으로 제어하여 임피던스 정합을 실현하도록, 그리고 온-오프 스위치의 현재 상태를 정합 온-오프 상태로 설정하도록 구성된다.

나아가, 상기 장치는 정합이 실현되지 않은 때, 현재 시점이 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에 있는지 아닌지를 판단하도록 구성된 펄스 주기 판단 모듈을 더 포함한다. 만약 그렇다면, 코오스 조정 유닛이 트리거되고, 그렇지 않으면, 현재 위치는 변경되지 않는다.

나아가, 상기 장치는 파인 조정 유닛이 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현할 때의 정합 위치를 저장하도록 구성되는 저장 모듈을 더 포함한다.

나아가, 상기 전환 유닛은 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 점화 위치로부터 정합 위치로 전환하도록, 그리고 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서 정합 위치로부터 점화 위치로 전환하도록 구성된다.

본 발명은 아래의 유익한 효과를 가진다.

본 발명에 의한 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법에서, 코오스(coarse) 조정 단계의 장점에 의해, 조정은 현재 부하 임피던스에 기반하여 수행되므로, 현재 반사 계수 |Γ|는 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않고, 그리고 현재 위치는 점화 위치로 설정된다. 나아가, 파인 조정 단계의 장점에 의해, 점화 위치는 변함없이 유지되고, 실시간 조정은 현재 부하 임피던스에 기반하여 임피던스 정합을 실현시키도록 수행되고, 그리고 현재 위치는 정합 위치로 설정된다. 나아가, 전환 단계의 장점에 의해, 임피던스 정합이 최초로 실현 된 후, 각 후속 펄스 주기 내의 다른 펄스 지속 시간 내에서, 점화 위치와 정합 위치 사이에서 전환이 수행된다. 보다 구체적으로, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 초기 위치가 정합 위치로 전환되고, 그리고 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서 정합 위치가 점화 위치로 전환된다. 따라서, 점화는 다음 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 직접적으로 실현될 수 있고, 그리고 재정합은 점화 위치를 정합 위치로 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 그러므로, 각 후속 펄스 주기의 정합 시간은 점화 위치와 정합 위치 사이에서의 전환 시간이다. 종래 기술의 정합을 실현하기 위한 자동 주파수 스윕 및 부하 임피던스의 반복된 조정들에 의해 요구되는 상대적으로 긴 시간인 각 후속 펄스 주기의 정합 시간으로부터의 차이로 인해, 상기 공정 안정성은 강화될 수 있고, 그리고 펄스 RF 전원의 이용률은 향상될 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 장치는, 코오스(coarse) 조정 유닛의 장점에 의해 그리고 현재 부하 임피던스에 기반하여, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않도록 조정되고, 현재 위치는 점화 위치로 설정된다. 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않을 경우, 파인(fine) 조정 유닛은 점화 위치가 변하지 않도록 유지하고, 실시간 조정을 수행하여 현재 부하 임피던스에 기반한 임피던스 정합을 실현시키고, 현재 위치를 정합 위치로 설정한다. 나아가, 전환 유닛은 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에 각 후속 펄스 주기의 상이한 펄스 지속 시간 내에서 점화 위치와 정합 위치 사이를 전환한다. 더 구체적으로는, 전환 유닛은 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에서 초기 위치로부터 정합 위치로 전환하고, 그리고 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간 내에서 정합 위치로부터 점화위치로 전환하며, 그럼으로써 점화를 다음 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에서 직접적으로 실현할 수 있는 것을 보증하고, 그리고 재점화가 점화 위치를 정합 위치로 전환 하는 것에 의해 실현될 수 있다. 종래 기술에서 정합을 실현하기 위한 자동 주파수 스윕 및 부하 임피던스의 반복된 조정들에 의해 요구되는 상대적으로 긴 시간인 각 후속 펄스 주기의 정합 시간으로부터의 차이로 인해, 상기 공정 안정성은 강화될 수 있고, 그리고 펄스 RF 전원의 이용률은 향상될 수 있다.

도 1은 기존의 임피던스 정합 장치를 적용하기 위한 원리 블록도이다.
도 2는 펄스 RF 전원의 펄스 동기 신호의 파형도이다.
도 3은 기존의 임피던스 정합 장치를 이용하는 반응 챔버의 구조 개략도이다.
도 4는 임피던스 정합 공정 중 다른 시점에서 제2 임피던스 정합 장치의 정합 상태들을 나타내는 개략도이다.
도 5는 스미스 차트에 대응적으로 반영된 임피던스 정합 공정 동안의 제2 RF 전원의 부하 임피던스의 궤적 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 장치의 원리 블록도이다.
도 8은 도 7의 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛의 개략도이다.
도 9는 도 7에 도시된 임피던스 정합 장치의 작동 흐름도이다.
도 10은 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 상황 하의 다른 시점들에서 임피던스 정합이 수행된 때의 임피던스 정합 장치의 정합 상태들을 나타내는 개략도이다.
도 11은 스미스 차트에 대응적으로 반영된 임피던스 정합 공정 동안의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스의 궤적 그래프이다.
도 12는 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 상황 하의 다른 시점들에서 임피던스 정합이 수행된 때의 임피던스 정합 장치의 정합 상태들을 나타내는 개략도이다.

당업자가 본 발명의 기술적 해결책을 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 의해 제공되는 펄스 RF 전원의 임피던스 정합 방법 및 장치는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 상세하게 설명된다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의해 제공되는 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의해 제공되는 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법은 펄스 RF 전원의 부하 임피던스를 펄스 RF 전원의 특성 임피던스 (예를 들어, 50 옴(Ω))에 정합하는 것에 이용되고, 임피던스 정합 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

코오스(coarse) 조정 단계: 현재 부하 임피던스에 기반하여, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않도록 조정을 수행하는 것, 그리고 현재 위치를 점화 위치로 설정하는 것.

펄스 RF 전원의 반사 계수 |Γ|의 물리적 의미는 펄스 RF 전원의 부하 임피던스 지점에서의 반사 전압 파와 입사 전압 파의 비율이다. 점화 반사 계수 |Γt|는 펄스 RF 전원이 반응 챔버 내에서 점화를 실현한 때의 부하 임피던스에 대응하는 반사 계수 |Γ|를 가리킨다. 어떤 처리 과정에서, 반응 챔버가 점화를 실현한 때의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스와 반사 계수 |Γ|가 일정하다. 그러나, 다른 처리 과정들에서 챔버 압력 및 공정 가스와 같은 매개 변수들이 펄스 RF 전원에 어느 정도의 영향을 미쳐 반응 챔버 내에 점화를 실현하기 때문에, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스와 반사 계수 |Γ|는 다른 처리 공정들에서 반응 챔버 내의 점화가 실현될 때 일반적으로 변한다.

여기서, 도 5는 더 설명될 필요가 있다. 도 5에서, 임피던스 영역 2는 고전압 레벨 기간이 시작될 때 공정 가스가 점화되어 있지 않은 경우의 부하 임피던스 값을 나타내고, 임피던스 영역 3은 공정 가스가 점화되어 안정화된 경우 및 임피던스 정합이 기본적으로 고전압 레벨 기간에서 실현된 때의 부하 임피던스 값을 나타낸다. 임피던스 영역 2와 임피던스 영역 3 사이에서, 부하 임피던스 값(미도시)은 가스가 점화되는 순간에서 대응하는 고전압 레벨 기간 내에 존재하고, 상기 부하 임피던스 값은 임피던스 영역 3에 가깝다.

따라서, 본 발명에 따른 코오스 조정 단계의 목적은 임피던스 정합 상태가 거의 달성되었을 때의 부하 임피던스 값을 찾는 것이다. 즉, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 값으로부터 점화 반사 계수 |Γt|와 동일한 값까지 감소하는 공정에서, 현재 부하 임피던스 값은 임피던스 정합 상태에서의 부하 임피던스 값에 서서히 가까워진다. 즉, 현재 부하 임피던스 값은 도 5의 임피던스 영역 2의 범위로부터 임피던스 영역 3의 범위를 향해 점진적으로 이동한다. 구체적으로, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 때, 현재 부하 임피던스 값은 공정 가스에 점화하는 순간의 부하 임피던스 값이고, 그리고 따라서 현재 상태에서 각 구성 요소의 위치를 점화 위치로 설정한다. 여기까지는, 임피던스 정합은 실현되지 않았다.

파인(fine) 조정 단계 : 점화 위치가 변하지 않게 유지하는 것, 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현하는 것, 그리고 현재 위치를 정합 위치로 설정하는 것.

코오스 조정 단계 후, 점화 위치에서 각 구성 요소가 불변 상태로 유지되는 경우, 임피던스 조정이 실현 된 때 부하 임피던스 값이 찾아질 때까지 파인 조정 단계가 수행된다. 즉, 현재 부하 임피던스 값은 도 5의 임피던스 영역 3 내에 위치하도록 조정되고, 그리고 이 때에 각 구성 요소의 위치가 정합 위치로 저장된다.

상기 두 단계 후, 본 발명은 2 개의 위치, 즉, 점화 위치 및 정합 위치, 를 획득하고, 그리고 현재 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합이 처음으로 동시에 수행된다.

전환 단계 : 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후, 각 후속 펄스 주기 (즉, 고전압 레벨 기간 및 저전압 레벨 기간)의 다른 펄스 지속 시간에서, 점화 위치와 정합 위치 사이에서 전환이 수행되어 다른 펄스 주기에서 임피던스 정합을 실현한다. 구체적으로는, 제1 임피던스 정합 후 각 펄스 주기 동안, 고전압 레벨 기간의 초기 단계에서, 각 구성 요소는 공정 가스가 점화되도록 점화 위치에 있고; 그 다음으로 각 구성 요소는 점화 위치 상태로부터 정합 위치 상태로 전환되고, 이에 따라 임피던스 정합을 실현한다.

따라서, 점화 위치에서 그리고 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 때, 펄스 RF 전원은 공정 가스의 점화를 실현할 수 있다. 이 후, 펄스 RF 전원은 정합 위치에 있을 때 임피던스 정합을 실현할 수 있다. 따라서, 전환 공정에서는, 부하 임피던스가 자동 주파수 스윕을 통해 반복적으로 조정되는 종래 기술에서 설명된 바와 같은 반복 정합이 더 이상 필요로 되지 않을 수 있고, 그리고 임피던스 정합은 점화 위치를 정합 위치로 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 나아가, 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서, 각 구성 요소는 정합 위치로부터 점화 위치로 전환될 수 있다. 따라서, 점화는 다음 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 직접적으로 실현되도록 보장될 수 있고, 그리고 점화 위치를 정합 위치로 전환하는 것에 의해 재정합이 실현될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 정합 시간은 점화 위치가 정합 위치로 전환되는 동안의 전환 시간이다. 정합 시간은 정합되지 않은 상태를 정합된 상태로 전환하는 정합 공정이 소모하는 시간이다. 종래 기술 및 개시된 실시예와 비교하여, 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후 각 후속 펄스 주기에서, 정합을 수행하기 위한 자동 주파수 스윕 및 부하 임피던스의 반복적인 조정에 비교적 긴 시간이 소요되기 때문에, 종래 기술의 정합 시간은 상대적으로 길다. 하지만, 본 발명의 실시예에서, 부하 임피던스의 반복적인 조정은 더 이상 필요하지 않고, 그리고 정합은 점화 위치로부터 정합 위치로 각 구성 요소를 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 따라서 정합 시간이 짧고, 그리고 정합 효율이 높고, 이에 따라 공정의 안정성 및 펄스 RF 전원의 이용률이 개선될 수 있다.

보다 구체적으로는, 일 실시예에서, 임피던스 정합 방법은 다음의 단계를 포함한다.

단계 S1: 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 작은지 아닌지 실시간으로 판단하는 것. 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단되는 경우, 단계 S2가 실행되고, 그렇지 않은 경우에는, 파인 조정 단계가 실행된다.

단계 S2: 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 코오스 조정 단계를 수행하는 것, 및 단계 S1으로 돌아가는 것.

단계 S1 및 단계 S2를 통해 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 때까지 실시간 판단 및 조정이 실현될 수 있다.

바람직하게는 코오스 조정 단계 이전에, 본 방법은 더 포함한다: 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내인지 아닌지 판단하는 것. 만약 그렇다면, 코오스 조정 단계가 실행된다; 그렇지 않으면, 현재 순간은 펄스 주기의 저전압 레벨 기간 내에 있고 현재 위치는 변화되지 않게 유지된다. 이렇게, 개시된 임피던스 정합 방법은 정합이 실현되지 않은 때의 현재 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서만 코오스 조정 단계를 수행할 수 있고, 그리고 저전압 레벨 기간에서는 작동이 수행되지 않는다. 따라서, 저전압 레벨 기간에서 임피던스 정합이 최초로 실현되지 않은 때의 고전압 레벨 기간의 마지막 시점에서의 부하 임피던스에 기반하여 임피던스 가변 요소를 조정하도록 실행 메커니즘이 제어되는 종래 기술과 비교하여 “블라인드 조정”은 방지될 수 있다. 따라서, 과조정 현상의 발생이 방지되고, 이에 따라 처음으로 임피던스 정합이 실현된 때의 정합 효율을 개선할 수 있다.

나아가 그리고 바람직하게는, 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있다고 판단된 경우, 펄스 RF 전원은 주파수 스윕 모드를 사용하여 자동적인 임피던스 정합을 수행한다. 즉, 펄스 RF 전원은 자동적으로 펄스 주파수를 조정하여 정합 효율을 강화할 뿐만 아니라 정합 정확도를 향상시키는 정합을 수행한다.

나아가, 파인 조정 단계는 더 포함한다:임피던스 정합이 실현된 때의 정합 위치를 저장하는 단계.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의해 제공되는 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 장치의 원리 블록도이다. 도 7을 참조하면, 임피던스 정합 장치는 펄스 RF 전원의 부하 임피던스를 펄스 RF 전원의 특성 임피던스 (예를 들어, 50 옴(Ω))과 정합하도록 구성된다. 상기 임피던스 정합 장치는 코오스 조정 유닛, 파인 조정 유닛, 및 전환 유닛을 포함한다. 코오스 조정 유닛은 현재 부하 임피던스에 기반하여, 전류 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 조정을 수행하도록, 그리고 현재 위치를 점화 위치로 설정하도록 구성된다. 펄스 RF 전원의 반사 계수 |Γ|의 물리적 의미는 펄스 RF 전원의 부하 임피던스 지점에서의 반사 전압 파와 입사 전압 파의 비율이며, 점화 반사 계수 |Γt|는 반응 챔버 내에서 점화가 실현된 때의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스에 대응하는 반사 계수 |Γ|를 가리킨다. 어떤 처리 과정은 반응 챔버 내에서 점화가 실현된 때의 펄스 RF 전원의 부하 임피던스와 반사 계수 |Γ|가 일정하다. 그러나, 다른 처리 과정에서 챔버 압력 및 공정 가스와 같은 매개 변수들이 펄스 RF 전원에 어느 정도의 영향을 미쳐 반응 챔버 내에서 점화를 실현하기 때문에, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스와 반사 계수 |Γ|는 다른 처리 공정들에서 반응 챔버 내의 점화가 실현될 때 일반적으로 변한다.

상기 파인 조정 유닛은 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt| 보다 크지 않은 때 점화 위치가 변화되지 않게 유지하도록, 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정을 수행하여 임피던스 정합을 수행하도록, 그리고 상기 현재 위치를 정합 위치로 설정하도록 구성된다.

상기 전환 장치는 임피던스 정합이 최초로 실현된 후, 동일한 후속 펄스 주기의 다른 펄스 주기 시간(고전압 레벨 기간 및 저전압 레벨 기간)에서, 점화 위치와 정합 위치 사이에서 전환하도록 구성되고, 이에 따라 다른 펄스 주기에서 임피던스 정합을 실현한다.

따라서, 점화 위치에서 그리고 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 때, 펄스 RF 전원은 공정 가스의 점화를 실현할 수 있다. 이 후, 정합 위치에서, 펄스 RF 전원은 임피던스 정합을 실현할 수 있다. 따라서, 전환 유닛의 장점에 의해, 임피던스 정합이 처음으로 실현된 후의 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 동안, 종래 기술에서 개시된 자동 주파수 스윕에 의해 부하 임피던스를 반복적으로 조정하기 위한 반복 정합은 더 이상 필요로 되지 않을 수 있고, 그리고 임피던스 정합은 상기 점화 위치를 상기 정합 위치로 간단히 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 나아가, 임피던스 정합이 최초로 실현된 후 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서, 정합 위치는 점화 위치로 전환될 수 있다. 따라서, 점화는 다음 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 직접적으로 실현되는 것이 보장될 수 있고, 그리고 재정합이 상기 점화 위치를 상기 정합 위치로 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 임피던스 정합이 최초로 실현된 후 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서, 정합 시간은 점화 위치를 정합 위치로 전환하는 전환 시간이다. 정합 시간은 정합되지 않은 상태로부터 정합된 상태로 바꾸는 정합 공정에 의해 사용된 주기 시간이다. 종래 기술과 본 발명의 실시예를 비교하는 것에 의해, 임피던스 정합이 처음 달성된 후 각 후속 펄스 주기에서, 비교적 긴 시간은 자동 주파수 스윕에 의해 정합을 실현하는 것 및 부하 임피던스의 반복된 조정이 필요로 되므로, 종래 기술의 정합 시간은 비교적 길다는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 부하 임피던스의 반복된 조정은 더 이상 필요로 되지 않는고, 그리고 정합은 각 구성 요소를 점화 위치로부터 정합 위치로 간단히 전환하는 것에 의해 실현될 수 있다. 따라서, 정합 시간은 짧고, 그리고 정합 효율은 높으며, 이에 따라 공정 안정성 및 펄스 RF 전원의 이용률이 개선될 수 있다.

일 실시예에서, 임피던스 정합 장치는 제어 모듈, 계산 모듈 및 반사 계수 판단 모듈을 더 포함한다. 상기 계산 모듈은 현재 부하 임피던스 및 현재의 반사 계수 |Γ|을 계산하도록 구성된다. 계산 모듈은 펄스 RF 전원의 현재 부하 임피던스 및 현재 반사 계수 |Γ|를 실시간으로 계산하도록, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛에 전송하도록, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈에 전송하도록 구성될 수 있다. 상기 반사 계수 판단 모듈은 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은지 또는 그것이 아닌지 판단하도록 구성된다. 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단된 경우, 제 1 식별 신호 (예를 들면, 고전압 레벨 "1")가 제어 모듈에 보내, 그렇지 않은 경우 제 2 식별 신호 (예를 들면, 저전압 레벨 "0 ")가 제어 모듈에 보내진다. 제어 모듈은 제 1 식별 신호가 수신 된 때 코오스 조정 유닛을 트리거하도록, 그리고 제 2 식별 신호가 수신된 때 파인 조정 유닛을 트리거하도록 구성된다.

나아가, 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 포함한다. 이러한 상황 하에서, 코오스 조정 유닛은 계산 모듈에 의해 보내진 현재 부하 임피던스에 기반하여 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 실시간으로 조정하도록 그리고 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 조정하도록 구성된다. 따라서, 공정 가스가 점화되고, 그리고 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터의 현재 위치(들)가 점화 위치(들)로 설정될 수 있다. 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 조정하기 위해, 코오스 조정 유닛은 모터를 더 포함하고, 그리고 모터는 스테퍼 모터일 수 있다. 도 8에 도시된 것과 같이, 개시된 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터 C1 및 C2를 포함하고; 구동 모터 M1은 가변 커패시터 C1을 조정하는 것을 위해 가변 커패시터 C1의 조정 단자에 연결되고; 그리고 구동 모터 M2는 가변 커패시터 C2를 조정하는 것을 위해 가변 커패시터 C2의 조정 단자에 연결된다.

파인 조정 유닛은 고정 커패시터 및/또는 고정 인덕터, 및 그것들과 함께 직렬로 연결된 온-오프 스위치를 포함한다. 도 8에 도시된 것과 같이, 파인 조정부는 2 개의 분기들을 포함할 수 있고, 이때 하나의 분기는 직렬로 연결된 온-오프 스위치 K1과 고정 커패시터 C11를 포함하고, 다른 분기는 직렬로 연결된 온-오프 스위치 K2와 고정 커패시터 C12를 포함한다. 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 다이오드 또는 릴레이와 같은 전자 스위치를 포함한다. 이러한 상황 하에서, 파인 조정 유닛은 임피던스 정합을 실현하기 위해 계산 모듈에 의해 보내진 현재 부하 임피던스에 기반하여 온-오프 스위치들 (K1 및 K2)의 온(on) 또는 오프(off)를 실시간으로 제어하도록 구성된다. 나아가, 임피던스 정합을 실현시키는 온-오프 스위치(K1 및 K2)의 상태는 정합 온-오프 상태(또한 "정합 위치"로 지칭됨)로 설정된다. 예를 들어, 임피던스 정합이 실현된 때 온-오프 스위치 K1이 켜지고 온-오프 스위치 K2가 꺼지면, 정합 온-오프 상태(정합 위치)는 온-오프 스위치 K1이 켜지고 온-오프 스위치 K2가 꺼지는 것이다.

나아가, 임피던스 정합 장치는 저장 모듈을 더 포함할 수 있고, 그리고 상기 저장 모듈은 파인 조정 유닛이 현재 부하 임피던스에 기반한 실시간 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현할 때의 정합 위치(들)을 저장하도록 구성된다. 더욱 상세하게는, 온-오프 스위치들 K1 및 K2의 온-오프 상태가 저장된다.

바람직하게는, 일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 정합 장치는 펄스 주기 판단 모듈을 더 구비하고, 그리고 상기 펄스 주기 판단 모듈은 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있는지 아닌지를 판단하도록 구성된다. 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있는 것으로 판단된 경우, 코오스 조정 유닛이 트리거되고, 그렇지 않으면, 현재 위치는 변하지 않도록 유지된다. 즉, C1, C2, K1, K2는 각각 대응하는 위치를 유지한다. 이렇게, 개시된 임피던스 정합 장치는 임피던스 정합을 최초로 실현하지 않은 때에, 현재 순간이 고전압 레벨 기간 내이면 코오스 조정 유닛이 트리거되고, 그리고 현재 순간이 저전압 레벨 기간 내이면 아무 작동도 수행되지 않는다. 따라서, “블라인드 조정”은 저전압 레벨 기간에서 임피던스 정합이 최초로 실현되지 않은 때의 고전압 레벨 기간의 마지막 시점에서의 부하 임피던스에 기반하여 임피던스 가변 요소를 조정하도록 실행 메커니즘이 제어되는 종래 기술과 비교하여 방지될 수 있다. 그러므로, 과조정 현상의 발생이 방지되고, 이에 따라 최초로 임피던스 정합이 실현된 때의 정합 효율을 개선할 수 있다.

나아가, 일 실시예에서, 펄스 RF 전원은 현재 순간이 임피던스 정합이 최초로 실현되기 전의 고전압 레벨 기간 내에 있는지 아닌지를 판단한 때의 자동 임피던스 정합을 수행하기 위한 자동 주파수 스윕 모드를 가진다. 즉, 펄스 RF 전원의 펄스 주파수를 자동으로 조정하여 정합을 수행한다. 펄스 RF 전원을 이용하여 펄스 주기의 고전압 레벨 기간동안 자동 주파수 스윕 정합을 수행하는 것에 의해, 정합 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 정합 정확도도 개선될 수 있음을 알 수 있다.

이하, 본 발명에 의해 제공된 임피던스 정합 장치가 임피던스 정합율을 개선하는 방법이 실험을 통해 검증된다. 이 실험에서는, 도 3에 도시된 반응 챔버가 사용되고, 제 2 임피던스 정합 장치는 본 발명의 상기 실시예에 의해 제공되는 임피던스 정합 장치를 사용하고, 그리고 다른 파라미터들은 종래 기술과 동일하다.

위의 조건 하에서, 정합의 시작 단계에서 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 경우, 설명들은 도 9, 도 10, 및 도 11을 참조하여 개시될 수 있다.

도 9, 도 10, 및 도 11에 도시된 것과 같이, 펄스 RF 전원이 켜져 있지 않은 경우, 펄스 RF 전원 부하 임피던스는, 스미스 차트에서 원의 외부의 임피던스 영역 A에 의해 표현 된 바와 같이, 간섭 신호에 의해 유도되는 임피던스이다. 펄스 RF 전원 공급이 켜진 후, 펄스 동기 신호가 펄스 주기 판단 모듈로 전송되고, 그리고 펄스 주기 판단 모듈은 현재 순간이 제1 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인지 아닌지를 실시간으로 판단한다. 한편, 펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제1 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 펄스 RF 전원은 자동 주파수 스윕 정합을 수행한다. 나아가, 계산 모듈은 현재 부하 임피던스 및 현재 반사 계수 |Γ|을 실시간으로 계산하는 것, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛에 보내는 것, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈에 보내는 것을 시작한다. 전체 고전압 레벨 기간 T1 동안, 반사 계수 판단 모듈이 계산 모듈로부터 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것이 실시간으로 판단하면, 반응 챔버 내의 공정 가스의 점화가 실현되지 않은 것으로 표시되고, 그리고 반사 계수 판단 모듈은 제 1 식별 신호 "1"을 제어 모듈에 보낸다. 제어 모듈이 제1 식별 신호 "1"을 받으면, 코오스 조정 유닛은 트리거되어, 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터들 C1 및 C2를 계산 모듈로부터 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정한다. 즉, "모터 정합 모드"를 이용하는 것에 의해 정합이 수행된다. 이러한 정합 공정에서, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는 비-점화 임피던스 영역(도 11에 미도시)으로부터 정합된 임피던스 영역 C을 향해 이동한다. 나아가, 상기 정합 공정에서, 온-오프 스위치 K1 및 K2는 움직이지 않고 초기 온/오프 상태에 있다.

한편, 펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기를 제1 펄스 주기의 저전압 레벨 기간인 것으로 실시간으로 판단하는 경우, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 현재 위치는 변화하지 않게 유지되고, 다음 펄스 주기는 대기되며, 이때 다음 펄스 주기의 고전압 레벨은 임피던스 정합 영역 C를 향해 이동하는 것을 계속한다. 그 때까지, 펄스 RF 전원 부하 임피던스는 임피던스 영역 D에 위치하며, 인덕턴스 코일의 결합 신호 임피던스이다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제2 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 펄스 RF 전원은 자동 주파수 스윕 정합을 수행한다. 나아가, 계산 모듈은 현재 부하 임피던스와 현재 반사 계수 |Γ|를 실시간으로 계산하는 것, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛에 전송하는 것, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈에 전송하는 것을 시작한다. 반사 계수 판단 모듈이, 실시간으로, 계산 모듈로부터 시간 주기 T2동안 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단하는 경우, 점화는 반응 챔버 내에서 실현되지 않은 것으로 표시된다. 나아가, 반사 계수 판단 모듈은 제1 식별 신호 "1"을 제어 모듈에 전송한다. 판단 모듈로부터 전송된 제1 식별 신호 "1"이 수신되면, 코오스 조정 유닛이 트리거되고, "모터 정합 모드"가 사용되어 정합이 계속되고, 그리고 부하 임피던스는 임피던스 정합 영역 C를 향해 이동을 계속한다. 반사 계수 판단 모듈은 계산 모듈로부터 현재 반사 계수 |Γ|가 시간 지점 t2에서 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 것으로 판단하는 경우, 반응 챔버 내에서 점화가 실현되고 있는 것으로 표시된다. 그 다음에, 현재 부하 임피던스는 점화를 실현하는 반응 챔버에 대응하는 임피던스 영역 B로 이동하고, 그리고 반사 계수 판단 모듈은 제2 식별 신호 "0"을 제어 모듈에 전송한다. 제2 식별 신호 "0"이 수신되면, 파인 조정 유닛이 트리거되고, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 현재 위치들 (즉, 점화 위치들)은 변화되지 않은 상태를 유지한다. 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 계산 모듈로부터 전송된 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 온(on) 또는 오프(off)가 되도록 제어된다. 즉, 정합은 "전환 정합 모드"를 이용하는 것에 의해 수행되고, 여기서 임피던스 정합은 온-오프 스위치 K1및 K2의 온-그리고-오프 응답 시간 T3 (즉, 전환 시간) 후에 달성된다. 그때까지, 현재 부하 임피던스는 온-오프 응답 시간 T3 이후 임피던스 정합 지점 부근에서 임피던스 영역 B로부터 임피던스 정합 영역 C로 급속히 이동한다. 그때까지, 펄스 RF 전원의 자동 주파수 스윕 정합 때문에 부하 임피던스 정합 지점으로 이동할 수 있다. 나아가, "스위치 정합 모드"를 이용하는 것에 의해 임피던스 정합을 실현하는 경우, 저장 모듈은 온-오프 스위치들 K1 및 K2의 현재 온-그리고-오프 상태들을 정합 온-오프 상태들로 저장한다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제2 펄스 주기의 저전압 레벨 기간인 것을 실시간으로 판단하는 경우, 비록 임피던스 정합이 제2 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 실현되었더라도, 임피던스 정합은 다음 펄스 주기에서 재수행되는 것을 필요로 한다. 그러므로, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치는 변화없이 유지되고, 그리고 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 정합 온-오프 상태들로부터 초기 온-오프 상태들로 전환된다. 이런 저전압 레벨의 주기에서, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는 임피던스 영역 D에 위치하고 그리고 인덕턴스 코일의 결합 신호 임피던스이다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제3 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 펄스 RF 전원은 자동 주파수 스윕 정합을 수행한다. 계산 모듈은 현재 부하 임피던스 및 전류 반사 계수를 실시간으로 계산하고, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛으로 전송하고, 그리고 현재 반사 계수를 반사 계수 판단 모듈로 송부한다. 가변 커패시터들 C1 및 C2가 점화 위치들 있고 그리고 온-오프 스위치들 K1및 K2가 초기의 온-오프 상태들에 있기 때문에, 반사 계수 판단 모듈은 계산 모듈로부터 전송된 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 것으로 판단한다. 이는 반응 챔버 내에서 점화가 실현되고, 부하 임피던스가 임피던스 영역 B에 위치하고, 그리고 반사 계수 판단 모듈이 제2 식별 신호 "0"을 제어 모듈에 전송하는 것을 의미한다. 제2 식별 신호 "0"가 수신되면, 제어 모듈은 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치가 변경되지 않게 유지되도록 파인 조정 유닛을 트리거하고 그리고 온-오프 스위치들 K1 및 K2를 직접적으로 제어하여 초기 온-오프 상태들로부터 정합 온-오프 상태들로 전환한다. 임피던스 정합은 온-오프 스위치 K1 및 K2의 전환 시간 T3 이후 실현되고, 부하 임피던스는 시간 T3 후 부하 임피던스 임피던스 정합 지점 부근에서 임피던스 영역 B로부터 임피던스 정합 영역 C로 신속하게 이동하고, 그리고 부하 임피던스는 펄스 RF 전원의 자동 주파수 스윕 정합에 의해 임피던스 정합 지점에 위치하도록 조정된다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기를 제3 펄스 주기의 저전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 비록 임피던스 정합이 제3 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 실현되었더라도, 임피던스 정합은 다음 펄스 주기에서 재수행되는 것을 필요로 한다. 그러므로, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치는 변화없이 유지되고, 그리고 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 정합 온-오프 상태들로부터 점화 온-오프 상태들로 전환된다. 이런 저전압 레벨의 주기에서, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는 임피던스 영역 D에 위치하고 그리고 인덕턴스 코일의 결합 신호 임피던스이다.

제4 펄스 주기 및 각 후속 펄스 주기의 높고 저전압 레벨 기간들에서의 상황은 제3 펄스 주기의 높고 저전압 레벨 기간에서의 상황과 동일하며, 그리고 이러한 규칙들은 공정이 종료되기까지 유지된다.

정합의 시작 단계에서 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 경우, 설명은 도 9, 도 11, 및 도 12를 참조하여 아래에 주어진다.

도 9, 도 11, 및 도 12에 도시된 것과 같이, 펄스 RF 전원이 켜져 있지 않은 경우, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는, 스미스 차트에서 원의 외부의 임피던스 영역 A에 위치하고, 그리고 간섭 신호에 의해 유도되는 임피던스이다. 펄스 RF 전원 공급이 켜진 후, 펄스 동기 신호가 펄스 주기 판단 모듈로 전송되고, 그리고 펄스 주기 판단 모듈은 현재 시간 주기가 제1 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인지 아닌지를 실시간으로 판단한다. 한편, 펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제1 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 펄스 RF 전원은 자동 주파수 스윕 정합을 수행한다. 나아가, 계산 모듈은 현재 부하 임피던스 및 현재 반사 계수 |Γ|를 실시간으로 계산하는 것, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛으로 전송하는 것, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈로 전송하는 것을 시작한다. 반사 계수 판단 모듈이, 시간 지점 t2에서, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 것을 실시간으로 판단하는 경우, 이는 반응 챔버 내의 점화가 시간 지점 t2에서 실현되는 것 그리고 현재 임피던스가 임피던스 영역 B 내에 위치하는 것을 의미한다. 상기 반사 계수 판단 모듈은 제2 식별 신호 "0"을 제어 모듈에 보낸다. 제2 식별 신호 "0"을 받으면, 제어 모듈은 파인 조정 유닛을 트리거하여 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치들(즉, 초기 위치들)을 변하지 않게 유지한다. 나아가, 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 계산 모듈로부터 전송된 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 온(on) 또는 오프(off)가 되도록 제어된다. 즉, 정합은 “전환 정합 모드”를 이용하는 것에 의해 수행되고, 그리고 임피던스 정합은 온-오프 스위치들 K1및 K2의 온-그리고-오프 응답 시간 T3 후에 실현된다. 여기까지, 부하 임피던스는 시간 T3의 주기 이후 임피던스 정합 지점 부근에서 임피던스 영역 B로부터 임피던스 정합 영역 C로 급속히 이동하고, 그리고 부하 임피던스는 펄스 RF 전원의 자동 주파수 스윕 정합에 의해 임피던스 정합 지점에 있도록 조정된다. 나아가, "스위치 정합 모드"가 임피던스 정합을 실현하는 것에 이용되는 경우, 저장 모듈은 온-오프 스위치들 K1 및 K2의 현재 온-오프 상태들을 정합 온-오프 상태들로 저장한다.

한편, 펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기를 제1 펄스 주기의 저전압 레벨 기간인 것으로 실시간으로 판단하는 경우, 비록 임피던스 정합이 고전압 레벨 기간에서 실현되었더라도, 임피던스 정합은 다음 펄스 주기에서 재수행되는 것을 필요로 한다. 그러므로, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 위치들은 변화없이 유지되고, 그리고 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 정합 온-오프 상태들로부터 초기 온-오프 상태들로 전환된다. 나아가, 저전압 레벨의 주기에서, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는 임피던스 영역 D에 위치하고 그리고 인덕턴스 코일의 결합 신호 임피던스이다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제2 펄스 주기의 고전압 레벨 기간인 것으로 판단하는 경우, 펄스 RF 전원은 자동 주파수 스윕 정합을 수행한다. 나아가, 계산 모듈은 현재 부하 임피던스와 현재 반사 계수 |Γ|를 실시간으로 계산하고, 현재 부하 임피던스를 코오스 조정 유닛 및 파인 조정 유닛에 전송하고, 그리고 현재 반사 계수 |Γ|를 반사 계수 판단 모듈에 전송한다. 가변 커패시터들 C1 및 C2가 점화 위치들에 있고 그리고 온-오프 스위치들 K1및 K2가 초기의 온-오프 상태들에 있기 때문에, 반사 계수 판단 모듈은 계산 모듈로부터 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은 것으로 직접적으로 판단한다. 따라서, 반응 챔버 내의 점화는 실현되었던 것으로 나타나고 그리고 부하 임피던스가 임피던스 영역 B에 위치한다. 반사 계수 판단 모듈이 제2 식별 신호 "0"을 제어 모듈에 전송한다. 제2 식별 신호 "0"이 수신되면, 제어 모듈은 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치들이 변경되지 않게 유지되도록 파인 조정 유닛을 트리거한다. 나아가, 제어 모듈은 온-오프 스위치들 K1 및 K2를 직접적으로 제어하여 초기 온-오프 상태들로부터 정합 온-오프 상태들로 전환한다. 임피던스 정합은 온-오프 스위치 K1 및 K2의 전환 시간 T3 이후 실현되고, 부하 임피던스는 전환 시간 T3 이후 부하 임피던스 정합 지점 부근에서 임피던스 영역 B로부터 임피던스 정합 영역 C로 신속하게 이동하고, 그리고 부하 임피던스는 펄스 RF 전원의 자동 주파수 스윕 정합에 의해 임피던스 정합 지점에 위치하도록 조정된다.

펄스 주기 판단 모듈이 현재 시간 주기가 제2 펄스 주기의 저전압 레벨 기간인 것을 판단하는 경우, 비록 임피던스 정합이 제2 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 실현되었더라도, 임피던스 정합은 다음 펄스 주기에서 재수행되는 것을 필요로 한다. 그러므로, 가변 커패시터들 C1 및 C2의 점화 위치들은 변화없이 유지되고, 그리고 온-오프 스위치들 K1 및 K2는 정합 온-오프 상태들로부터 초기 온-오프 상태들로 전환된다. 저전압 레벨의 주기에서, 펄스 RF 전원의 부하 임피던스는 임피던스 영역 D에 위치하고 그리고 인덕턴스 코일의 결합 신호 임피던스이다.

제3 펄스 주기 및 각 후속 펄스 주기의 높고 저전압 레벨 기간들에서의 상황은 제2 펄스 주기의 높고 저전압 레벨 기간에서의 상황과 동일하며, 그리고 이러한 규칙들은 공정이 종료되기까지 유지된다.

도 4, 도 10, 및 도 12를 비교하는 것에 의해, 도 4의 종래 기술은, 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에, 각 후속 펄스 주기를 위한 상대적으로 긴 시간 T 후 임피던스 정합이 실현되는 것임을 알 수 있다. 하지만, 도 10 및 도 12에 도시된 본 발명의 실시예들에서, 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에, 임피던스 정합은 각 후속 펄스 주기를 위해 전환 시간 또는 온-오프 응답 시간 T3 후 실현될 수 있고, 그리고 T3>T이다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 의해 제공된 펄스 RF 전원의 정합 효율은 개선된다.

또한, 일 실시예에서, 임피던스 정합 장치의 정합 회로망은 L 자형의 회로 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제 응용에서는, 정합 회로망의 회로 구조들은 또한 역 L 자형, T 자형, 또는 π 형태 등을 포함할 수 있다.

또한, 비록 본 발명의 파인 조정 유닛이 고정 커패시터 및/또는 고정 인덕터와 이에 직렬로 연결된 온-오프 스위치를 포함하더라도, 점화 위치와 정합 위치 사이의 상기 전환은 온-오프 스위치의 온(on) 또는 오프(off)에 의해 실현된다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제 응용에서는, 다른 방법들이 또한 사용되어 점화 위치와 정합 위치 사이를 빠르게 전환 할 수 있다. 나아가, 고정 커패시터 및 그에 직렬로 연결된 온-오프 스위치가 본 발명의 파인 조정 유닛의 두 분기들에 각각 제공되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 실제 응용에서는 각 분기는 여러 커패시터들 및/또는 인덕터들 및 직렬로 연결된 복수의 온-오프 스위치들을 포함하고, 파인 조정 유닛의 리액턴스 값은 각 온-오프 스위치의 온/오프 상태들의 조합을 통해 변화된다.

또한, 본 발명에 의해 제공되는 임피던스 정합 장치는 펄스 RF 전원 (30)의 RF 주파수를 제한하지 않는다. 예를 들어, RF 주파수는 400kHz, 2MHz, 3MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz 등 일 수 있다. 나아가, 펄스 RF 전원(30)의 펄스 주파수 및 펄스 듀티 사이클도 한정되지 않는다. 예를 들어, 펄스 주파수는 1MHz 이내일 수 있고, 그리고 펄스 듀티 사이클은 1 미만의 어떤 값일 수 있다.

이상의 실시예들은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 예시적인 실시예들에 지나지 않고, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것으로 이해 될 수 있다. 본 발명 분야에서 보통의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 본질로부터 벗어나지 않고 다양한 변형들 및 개량들을 할 수 있으며, 이러한 변형 및 개량은 모두 본 발명의 보호 범위에 해당하는 것이다.

Claims

펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 방법은:
코오스(coarse) 조정 단계: 현재 부하 임피던스에 기반하여 조정을 수행하여 현재 반사 계수 |Γ|를 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 하는 것, 및 현재 위치를 점화 위치로 설정하는 것;
파인(fine) 조정 단계: 상기 점화 위치를 변화되지 않게 유지하는 것, 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정을 수행하여 임피던스 조정을 실현하는 것, 및 상기 현재 위치를 정합 위치로 설정하는 것; 및
전환 단계: 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에 각 후속 펄스 주기의 상이한 펄스 지속 시간들에서 상기 점화 위치와 상기 정합 위치 사이를 전환하는 것, 이로 인해 상이한 펄스 주기들에서 임피던스 정합을 실현하는 것을 포함하는 임피던스 정합 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 임피던스 정합 방법은:
단계1:실시간으로 상기 현재 반사 계수 |Γ|가 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않은지 또는 그렇지 않은지를 판단하는 것; 상기 현재 반사 계수 |Γ|가 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 크다고 판단되는 경우, 단계2가 실행되고, 그렇지 않으면 상기 파인 조정 단계가 실행된다; 및
단계2:상기 코오스 조정 단계를 실시간으로 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 수행하는 것, 및 단계 1로 돌아가는 것을 포함하는 임피던스 정합 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 코오스 조정 단계 전에, 상기 방법은:
정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에 있는지 아닌지 여부를 결정하는 것; 상기 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 상기 펄스 주기의 상기 고전압 레벨 기간 내인 것으로 판단되는 경우, 상기 코오스 조정 단계를 실행하는 것; 그렇지 않으면, 상기 현재 위치가 변하지 않도록 유지하는 것을 더 포함하는 임피던스 정합 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 현재 순간이 상기 정합이 실현되지 않은 때의 상기 펄스 주기의 상기 고전압 레벨 기간 내에 있는 것으로 판단된 때, 상기 펄스 RF 전원은 주파수-스윕(frequency-sweep) 모드를 사용하여 자동 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 파인 조정 단계는:
임피던스 정합이 실현된 때의 상기 정합 위치를 저장하는 것을 더 포함하는 임피던스 정합 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 전환 단계는:
임피던스 정합이 최초로 실현된 후, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간 내에서 상기 점화 위치로부터 상기 정합 위치로 전환하는 것, 및 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간의 상기 정합 위치로부터 상기 점화 위치로 전환하는 것을 포함하는 임피던스 정합 방법.
펄스 RF 전원의 부하 임피던스를 상기 펄스 RF 전원의 특성 임피던스에 정합시키도록 구성된 상기 펄스 RF 전원에 대한 임피던스 정합 장치에 있어서, 상기 장치는 코오스(coarse) 조정 유닛, 파인(fine) 조정 유닛, 및 전환 유닛을 포함하고:
상기 코오스 조정 유닛은, 현재 부하 임피던스에 기반하여, 현재 반사 계수 |Γ|가 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 조정하도록, 그리고 현재 위치를 점화 위치로 설정하도록 구성되고;
상기 파인 조정 유닛은 상기 현재 반사 계수 |Γ|가 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않을 때 상기 점화 위치가 변하지 않게 유지하도록, 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간으로 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현시키도록, 그리고 현재 위치를 정합 위치로 설정하도록 구성되고; 그리고
상기 전환 유닛은 임피던스 정합이 최초로 실현된 후의 다른 후속 펄스 주기의 상이한 펄스 지속 시간들 내의 상기 점화 위치와 상기 정합 위치 사이를 전환하여, 이에 따라 다른 펄스 주기들에서 임피던스 정합을 실현시키도록 구성되는 임피던스 정합 장치.
청구항 7에 있어서, 제어 모듈, 반사 계수 판단 모듈, 및 계산 모듈을 더 포함하되:
상기 계산 모듈은, 실시간으로, 상기 펄스 RF 전원의 상기 현재 부하 임피던스 및 상기 현재 반사 계수 |Γ|를 계산하도록, 상기 현재 부하 임피던스를 상기 코오스 조정 유닛 및 상기 파인 조정 유닛에 전송하도록, 그리고 상기 현재 반사 계수 |Γ|를 상기 반사 계수 판단 모듈에 전송하도록 구성되고;
상기 반사 계수 판단 모듈은 상기 현재 반사 계수 |Γ|가 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰지 아닌지 판단하도록, 상기 현재 반사 계수 |Γ|가 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 큰 것으로 판단된 경우, 제1 식별 신호를 상기 제어 모듈로 전송하도록, 그렇지 않으면, 제2 식별 신호를 상기 제어 모듈로 전송하도록 구성되고; 그리고
상기 제어 모듈은 상기 반사 계수 판단 모듈로부터 전송된 상기 제 1 식별 신호 수신시 상기 코오스 조정 유닛을 트리거하도록, 그리고 상기 반사 계수 판단 모듈로부터 전송된 상기 제2 식별 신호 수신 시 상기 파인 조정 유닛을 트리거하도록 구성되는 임피던스 정합 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 코오스 조정 유닛은 가변 커패시터 및/또는 가변 인덕터를 포함하되:
상기 코오스 조정 유닛은, 실시간으로, 상기 가변 커패시터 및/또는 상기 가변 인덕터의 위치를 상기 계산 모듈로부터 전송된 현재 부하 임피던스에 기반으로 조정하여 상기 현재 반사 계수 |Γ|를 상기 점화 반사 계수 |Γt|보다 크지 않게 조정하도록, 그리고 상기 가변 커패시터 및/또는 상기 가변 인덕터의 현재 위치를 상기 점화 위치로 설정하도록 구성되는 임피던스 정합 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 파인 조정 유닛은 고정 커패시터 및/또는 고정 인덕터, 및 이들에 직렬로 연결된 온-오프 스위치를 포함하되:
상기 파인 조정 유닛은, 실시간으로, 상기 연산 모듈로부터 전송된 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 상기 온-오프 스위치를 온(on) 또는 오프(off)가 되게 제어하도록, 그리고 상기 온-오프 스위치의 현재 상태를 정합 온-오프 상태로 설정하도록 구성되는 임피던스 정합 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 장치는:
현재 시점이 정합이 실현되지 않은 때의 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에 있는지 아닌지를 판단하도록, 상기 현재 순간이 정합이 실현되지 않은 때의 상기 펄스 주기의 상기 고전압 레벨 기간에 있는 것으로 판단된 경우, 상기 코오스 조정 유닛을 트리거하고, 그렇지 않으면, 상기 현재 위치를 변하지 않게 유지하도록 구성되는, 펄스 주기 판단 모듈을 더 포함하는 임피던스 정합 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 장치는:
상기 파인 조정 유닛이 상기 현재 부하 임피던스에 기반하여 실시간 조정을 수행하여 임피던스 정합을 실현하는 때의 상기 정합 위치를 저장하도록 구성되는, 저장 모듈을 더 포함하는 임피던스 정합 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 전환 유닛은, 임피던스 정합이 최초로 실현된 후에, 각 후속 펄스 주기의 고전압 레벨 기간에서 상기 점화 위치로부터 상기 정합 위치로 전환하도록 그리고 각 후속 펄스 주기의 저전압 레벨 기간에서 상기 정합 위치로부터 상기 점화 위치로 전환하도록 구성되는 임피던스 정합 장치.