KR20190103930A - 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 발생장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 정류하는 정류기; 상기 정류기의 출력을 스위칭하여 출력 전압을 조절하는 DC-DC 컨버터; 상기 DC-DC 컨버터의 출력을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 전력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 RF 전력증폭기; 상기 RF 전력증폭기의 출력 및 펄스 파형을 제어하는 RF Power 컨트롤러; 및 상기 RF Power 컨트롤러로부터 펄스 신호를 입력받아 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 듀티비를 제어하는 DC-DC 컨버터 컨트롤러를 포함하며, 상기 DC-DC 컨버터 컨트롤러는, 상기 RF Power 컨트롤러로부터 수신하는 전압 지령과 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 비교하여 차이를 연산하는 제1 감산기; 상기 제1 감산기의 출력을 비례 적분하는 제1 PI 제어기; 상기 제1 PI 제어기의 출력과 상기 DC-DC 컨버터의 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 비교하여 차이를 연산하는 제2 감산기; 상기 제2 감산기의 출력을 비례 적분하는 제2 PI 제어기; 상기 제2 PI 제어기의 출력과 캐리어 주파수를 비교하여 PWM 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자에 제공하는 비교기; 및 상기 RF Power 컨트롤러로부터 상기 RF 전력증폭기의 출력에 대응하는 펄스 신호를 인가받아 상기 제1 PI 제어기 및 상기 제2 PI 제어기의 게인을 조정하는 적응형 제어기를 포함한다.

Description

펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치{HIGH FREQUENCY POWER GENERATOR WITH ENHANCED PULSE FUNCTIONS}
본 발명은 플라즈마 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RF 전력증폭기의 펄스 출력에 적응적으로 DC-DC 컨버터의 스위칭소자에 인가되는 PWM 파형을 조절함으로써 출력을 안정화하고 펄스 구간에서의 오버슈트나 언더슈트를 방지할 수 있도록 한 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등 분야에서 사용되고 있다.
플라즈마 처리 장치는 고주파 전력을 발생하는 고주파 전력 발생장치와, 최대 전력 공급을 위한 임피던스 매칭박스와, 플라즈마 부하로 구성된다. 고주파 전력 발생장치는 높은 주파수의 RF 전원을 발생시키고, 임피던스 매칭박스는 고주파 전력 발생장치의 출력단 임피던스와 플라즈마 부하의 임피던스를 매칭시켜 프로세싱 챔버 내로 원하는 고주파 전원이 인가되도록 한다.
고주파 전력 발생장치는 상용전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기와, 정류기의 출력을 스위칭하여 전압 제어된 출력을 발생시키는 DC-DC 컨버터와, DC-DC 컨버터의 출력을 증폭하여 고주파 전력으로 출력하는 RF 전력증폭기로 구성된다.
최근 들어, 반도체 미세 공정을 위해서 고주파 전력 발생장치의 고속 펄스 출력이 요구되고 있다. 대한민국 등록특허 제10-0822390호는 고속의 펄스 출력을 발생시키는 플라즈마 생성장치용 고주파 전원장치를 제안하고 있다.
동 선행문헌을 참조하면, 고주파 출력의 피크값을 검출하고 미리 설정한 피크 설정값과 비교하여 고주파 출력의 피크값을 제어하는 제어루프와, 고주파 출력의 평균값을 검출하고 연산수단이 연산한 평균값을 기초로 변조 기준신호를 생성하는 펄스 생성부를 구비하여, 고속의 펄스 출력을 발생시킨다.
하지만, 종래의 고주파 전력 발생장치는 출력의 연속성과 1Hz ~ 50kHz로 가변되는 다양한 부하의 변동에 대응하도록 하는 과정에서, 펄스 출력에 오버슈트(overshoot)나 언더슈트(undershoot)가 발생되는 문제점이 있다. 이와 같이 불안정한 펄스 출력은 반도체 공정에서 불량률이 높아지는 원인이 되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0822390호
본 발명은 DC-DC 컨버터의 스위칭소자에 인가되는 PWM 파형을 생성함에 있어, RF 전력증폭기의 펄스 출력에 적응적으로 제어되는 2단 PI 제어기를 사용하여 PWM 파형을 생성함으로써, 출력을 안정화하고 펄스 구간에서의 오버슈트나 언더슈트를 방지할 수 있도록 한 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 2단 PI 제어기의 게인을 주파수에 따라 조절함으로써 RF 전력증폭기의 입력 전압을 안정적으로 제어할 수 있는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치는, 플라즈마 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 발생장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 정류하는 정류기; 상기 정류기의 출력을 스위칭하여 출력 전압을 조절하는 DC-DC 컨버터; 상기 DC-DC 컨버터의 출력을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 전력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 RF 전력증폭기; 상기 RF 전력증폭기의 출력 및 펄스 파형을 제어하는 RF Power 컨트롤러; 및 상기 RF Power 컨트롤러로부터 펄스 신호를 입력받아 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 듀티비를 제어하는 DC-DC 컨버터 컨트롤러를 포함하며, 상기 DC-DC 컨버터 컨트롤러는, 상기 RF Power 컨트롤러로부터 수신하는 전압 지령과 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 비교하여 차이를 연산하는 제1 감산기; 상기 제1 감산기의 출력을 비례 적분하는 제1 PI 제어기; 상기 제1 PI 제어기의 출력과 상기 DC-DC 컨버터의 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 비교하여 차이를 연산하는 제2 감산기; 상기 제2 감산기의 출력을 비례 적분하는 제2 PI 제어기; 상기 제2 PI 제어기의 출력과 캐리어 주파수를 비교하여 PWM 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자에 제공하는 비교기; 및 상기 RF Power 컨트롤러로부터 상기 RF 전력증폭기의 출력에 대응하는 펄스 신호를 인가받아 상기 제1 PI 제어기 및 상기 제2 PI 제어기의 게인을 조정하는 적응형 제어기를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, RF Power 컨트롤러로부터 인가되는 펄스 신호의 주파수와 제1 기준 주파수를 비교하고, 펄스 신호의 주파수가 제1 기준 주파수 보다 낮으면 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인으로 제1 세트의 게인을 출력하고, 펄스 신호의 주파수가 제1 기준 주파수 보다 높으면, 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인으로 제2 세트의 게인을 출력한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 펄스 신호의 주파수가 높을수록 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인은 작아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치에 따르면, RF Power 컨트롤러로부터 전압 지령과 펄스 신호를 공급받아 RF 전력증폭기의 출력 펄스에 대하여 적응적으로 PI 제어기의 게인을 조절함으로써 고속의 펄스 동작에서 DC-DC 컨버터의 출력이 목표한 값으로 안정적으로 제어되어 연속적인 출력 특성을 가지면서 1Hz ~ 50kHz 등의 다양한 형태의 부하 변동에 대응할 수 있고, 일부 펄스 구간에서 오버슈트나 언더슈트의 발생을 방지하여 반도체 공정에서의 불량 발생을 크게 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 전력 발생장치를 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에서 DC-DC 컨트롤러의 제어계통을 예시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적응형 제어기의 처리 흐름도,
도 4는 종래 PI 게인의 변동이 없는 고주파 전력 발생장치와 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류를 대비한 파형도,
도 5는 종래 PI 게인의 변동이 없는 고주파 전력 발생장치와 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 RF 전력증폭기 입력전압을 대비한 파형도,
도 6은 종래 PI 게인의 변동이 없는 고주파 전력 발생장치의 RF 펄스 출력 대비 DC-DC 컨버터 인덕터 전류와 RF 전력증폭기 입력전압을 대비한 파형도, 및
도 7은 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 RF 펄스 출력 대비 DC-DC 컨버터 인덕터 전류와 RF 전력증폭기 입력전압을 대비한 파형도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 전력 발생장치를 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 고주파 전력 발생장치는 정류기(110), DC-DC 컨버터(120), RF 전력증폭기(130), RF Power 컨트롤러(140), 및 DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)를 포함한다.
정류기(110)는 전력 공급자로부터 수용되는 교류전원을 정류한다. 예를 들어, 브리지 다이오드를 이용하여 교류전원을 직류 정전압으로 정류한다. 정류된 전원은 고주파 전력 발생장치를 구성하는 구성품들에 공급된다. 도시하지 않았지만, 교류전원의 입력단에는 전자기 노이즈를 제거하기 위한 EMI 필터가 더 설치될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 정류기(110)의 출력을 스위칭하여 소정 레벨의 직류 전압으로 변환한다. 본 발명의 예시에서 DC-DC 컨버터(120)는 캐스케이드 벅-부스트(Cascade Buck-Boost) 컨버터로 구성될 수 있다.
RF 전력증폭기(130)는 DC-DC 컨버터(120)로부터 출력되는 소정 레벨의 직류 전압을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 전력을 생성한다. 생성된 고주파 전력은 반도체 공정 등의 플라즈마 부하에 전달된다. RF 전력증폭기(130)는 다양한 부하 조건에 따른 전압 및 주파수를 생성하기 위하여 2개 이상의 전력증폭기를 병렬 운전할 수 있다.
RF Power 컨트롤러(140)는 RF 전력증폭기(130)의 출력 및 펄스 파형을 제어한다. 예를 들어, RF Power 컨트롤러(140)는 고주파 출력의 위상, 주파수, 또는 위상과 주파수를 함께 제어할 수 있다. 도시하지 않았지만, 플라즈마 부하에서 반사되는 반사파 전력을 센싱하고, 센싱된 반사파 전력에 의해 RF 전력증폭기(130)의 출력이 교란되는 것을 방지하고 플라즈마 부하와 임피던스 정합 상태를 유지하도록 위상 및/또는 주파수를 제어할 수 있다.
DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)는 DC-DC 컨버터(120)를 구성하는 스위칭소자의 듀티비를 제어한다. 여기서, 본 발명에 따른 고주파 전력 발생장치의 DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)는 RF Power 컨트롤러(140)로부터 지령치 전압(V*)과 펄스 신호(pulse signal)를 수신하며, RF Power 컨트롤러(140)에서 출력되는 펄스 신호를 이용하여 PI 제어기의 게인을 조절함으로써 넓은 범위의 주파수와 듀티비를 갖는 RF 펄스 출력을 안정적으로 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨트롤러의 제어계통 블록도이다.
도 2를 참조하면, DC-DC 컨버터(120)는 입력단에 병렬 접속되는 입력 커패시터(C1), 입력단에 병렬 연결되는 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2), 출력단에 병렬 연결되는 제3 스위칭소자(Q3) 및 제4 스위칭소자(Q4), 일단은 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2) 사이의 제1 노드(N1)에 연결되고 타단은 제3 스위칭소자(Q3)와 제4 스위칭소자(Q4) 사이의 제2 노드(N2)에 연결되는 인덕터(L1) 그리고, 출력단에 병렬 접속되는 출력 커패시터(C2)를 포함한다.
DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)는 2단 PI 제어기로 구성되며, 제1 스위칭소자(Q1) 내지 제4 스위칭소자(Q4) 각각의 게이트 단자에 PWM 신호를 제공한다.
도 2를 참조하면, DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)는 제1 감산기(210), 제1 PI 제어기(220), 제2 감산기(230), 제2 PI 제어기(240), 비교기(250), 및 적응형 제어기(260)로 구성된다.
제1 감산기(210)는 RF Power 컨트롤러(140)로부터 수신하는 지령치 전압(V*)과 DC-DC 컨버터(120)의 피드백 전압(Vfb)을 감산하여 편차전압(Vdev)을 출력한다. DC-DC 컨버터(120)의 피드백 전압(Vfb)은 출력 커패시터(C2)에 인가되는 전압으로, 제1 감산기(210)에 제공된다.
제1 PI 제어기(220)는 제1 감산기(210)의 편차전압(Vdev)을 비례 적분하여, 목표하는 지령치 전압(V*)과 현재 출력 전압(Vfb)의 차이에 비례하고 편차를 누적한 지령치 전류(I*)를 생성한다.
제2 감산기(230)는 제1 PI 제어기(220)로부터 출력되는 지령치 전류(I*)와 DC-DC 컨버터(120)의 인덕터(L1)에 흐르는 인덕터 전류(Ifb)를 피드백 받아 감산하여 편차전류(Idev)를 출력한다. 도시한 바와 같이, 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 검출하여 제2 감산기(230)에 제공한다.
제2 PI 제어기(240)는 제2 감산기(230)로부터 출력되는 편차전류(Idev)를 비례 적분하여 비례 적분 제어 신호를 생성한다.
비교기(250)는 제2 PI 제어기(240)로부터 비반전 단자에 입력되는 비례 적분 제어 신호와, 반전 단자에 입력되는 캐리어 주파수를 비교하여 PWM 신호를 생성하고, 생성된 PWM 신호를 DC-DC 컨버터(120) 내 스위칭소자(Q1~Q4)들에 제공한다.
여기서, 본 발명의 고주파 전력 발생장치는 DC-DC 컨버터 컨트롤러(150)에 적응형 제어기(260)를 구비하며, 적응형 제어기(260)가 RF Power 컨트롤러(140)로부터 펄스 신호(Spulse)를 입력받아 제1 PI 제어기(220) 및 제2 PI 제어기(240)의 게인을 조정한다. 적응형 제어기(260)에 입력되는 펄스 신호(Spulse)는 RF 전력증폭기(130)의 출력에 대응하여 발생하는 신호이며, 펄스 신호(Spulse)에 상응하여 제1 PI 제어기(220) 및 제2 PI 제어기(240)의 게인을 조정한다. 여기서, 펄스 신호(Spulse)는 1 내지 98% 범위의 듀티비를 가진 1 내지 50kHz 범위의 주파수이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적응형 제어기의 처리 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 적응형 제어기(260)는 RF Power 컨트롤러(140)로부터 인가되는 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)와 제1 기준 주파수(f1)를 비교하고(S320) 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)와 제1 기준 주파수(f1) 보다 낮으면 제1 및 제2 PI 제어기(220, 240)의 게인으로 소정의 제1 세트의 게인(Gset1)을 출력한다(S330). 여기서, 제1 기준 주파수(f1)는 낮은 주파수 대역, 예컨대, 1.5 내지 3kHz 중 어느 하나의 주파수일 수 있다.
계속해서, 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)가 제1 기준 주파수(f1) 보다 높으면, 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)와 제2 기준 주파수(f2)를 비교하고(S340), 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)와 제2 기준 주파수(f2) 보다 낮으면 제1 및 제2 PI 제어기(220, 240)의 게인으로 소정의 제2 세트의 게인(Gset2)을 출력한다(S350). 여기서, 제2 기준 주파수(f2)는 상대적으로 덜 낮은 주파수 대역, 예컨대, 3 내지 8kHz 중 어느 하나의 주파수일 수 있다.
이때, 펄스 신호(Spulse)의 주파수(fpulse)가 제2 기준 주파수(f2) 보다 높으면 제1 및 제2 PI 제어기(220, 240)의 게인으로 제3 세트의 게인(Gset3)을 출력한다(S360).
이후, 적응형 제어기(260)는 RF Power 컨트롤러(140)로부터 펄스 신호(Spulse)가 인가되는지를 판단하고(S370), 여전히 RF Power 컨트롤러(140)로부터 펄스 신호(Spulse)가 인가되는 상태에서, 소정의 설정시간(Tset)에 이르면(S380)에 단계 S320으로 피드백한다. 만일, RF Power 컨트롤러(140)로부터 펄스 신호(Spulse)가 인가되지 않으면, 종료한다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 세트의 게인(Gset1)을 제2 세트의 게인(Gset2)과 상이하게 출력하거나, 제2 세트의 게인(Gset2)을 제3 세트의 게인(Gset3)과 상이하게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 세트의 게인(Gset1)을 제2 세트의 게인(Gset2)과 상이하게 설정하고, 제2 세트의 게인(Gset2)을 제3 세트의 게인(Gset3)과 상이하게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 세트의 게인(Gset1)을 제2 세트의 게인(Gset2)보다 크게 설정하고, 제2 세트의 게인(Gset2)을 제3 세트의 게인(Gset3)보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 적응형 제어기(260)는 펄스 신호의 주파수가 높을수록 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인을 작게 설정함으로써 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 영향을 줄이는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이때의 제1 내지 제3 세트의 게인은 표 1과 같다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단계 S350 또는 단계 S360에서 제2 PI 제어기의 게인을 고정시킨 채 제1 PI 제어기의 게인을 변경시키거나, 제1 PI 제어기의 게인을 고정시킨 채 제2 PI 제어기의 게인을 변경시킴으로써 RF 펄스 출력을 안정적으로 제어할 수도 있다.
Gset1 Gset2 Gset3
Gp1 2.5 1.3 0.7
Gi1 300 150 75
Gp2 1.3 0.8 0.4
Gi2 100 50 25
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 적응형 제어기(260)는 제1 및 제2 세트의 게인(Gset1, Gset2)만을 저장하고, 단계 S340과 단계 S350을 생략할 수 있다. 예를 들어, 이때의 제1 및 제2 세트의 게인은 표 2와 같다.
Gset1 Gset2
Gp1 2.5 1.3
Gi1 300 150
Gp2 1.3 0.8
Gi2 100 50
도 4 내지 7은 종래 PI 게인의 변동이 없는, 즉, 적응형 제어기(260)를 포함하지 않는 고주파 전력 발생장치와, 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류, RF 전력증폭기 입력 전압을 대비하여 측정한 파형도이다. 도 4 내지 7을 참조하여, 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
도 4에서 conventional 파형은 종래 PI 게인의 변동이 없는 고주파 전력 발생장치의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류(IL)를 나타내며, 도 6은 고주파 전력 발생장치의 RF 펄스 출력과 대비되는 종래 인덕터 전류(IL)를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, RF 펄스 출력의 On 구간에서 인덕터 전류(IL)가 완만하게 증가하고 Off 구간에서는 완만하게 하강하는 것을 볼 수 있다.
도 4에서 proposed 파형은 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류(IL)를 나타내며, 도 7은 고주파 전력 발생장치의 RF 펄스 출력과 대비되는 본 발명의 인덕터 전류(IL)를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, RF 펄스 파형과 유사하게 펄스 출력의 On 구간 중 라이징 에지 인덕터 전류가 급격하게 상승하며, 폴링 에지에서 인덕터 전류가 급격하게 하강하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 종래의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류(IL)와 본 발명의 DC-DC 컨버터 인덕터 전류(IL)를 대비하면, 본 발명의 인덕터 전류(IL)가 RF 펄스 출력과 유사하게 구형파에 가까운 파형을 나타냄을 알 수 있다.
도 5에서 conventional 파형은 종래 PI 게인의 변동이 없는 고주파 전력 발생장치의 RF 전력증폭기 입력전압을 나타낸다. 도 6의 파형도와 대비하여 볼 때, RF 펄스 출력의 라이징 에지와 폴링 에지 사이에서 입력전압이 큰 차이를 보이고 있으며, 적응형 제어기(260)를 제외하고 동일한 실험조건에서 약 5.4V의 입력전압 변동을 보임을 확인할 수 있다.
도 5에서 proposed 파형은 본 발명에 따라 펄스 적응적으로 PI 게인을 조절하는 고주파 전력 발생장치의 RF 전력증폭기 입력전압을 나타낸다. 도 6의 파형도와 대비하여 볼 때, RF 펄스 출력의 라이징 에지와 폴링 에지 사이에서 입력전압의 차이가 크지 않았으며, 본 파형 측정에서 약 1.2V의 입력전압 변동을 보였다. 즉, 입력전압 변동률이 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치는 RF Power 컨트롤러로부터 전압 지령에 더하여 펄스 출력에 대응하는 펄스 신호를 공급받아 2단 PI 제어기의 게인을 조절한다.
DC-DC 컨버터의 인덕터에 흐르는 전류가 펄스 파형에 적응적으로 조정되어 명확한 라이징 및 폴링 구간을 가지게 되며, DC-DC 컨버터의 출력 전압, 즉, RF 전력증폭기의 입력전압 변동률을 크게 줄일 수 있게 되었다. 이에 따라 고속의 펄스 동작에서 DC-DC 컨버터의 출력을 안정적으로 제어하여 연속적인 출력 특성을 갖게 되었으며, 다양한 형태의 부하 변동에도 펄스 출력에서 오버슈트나 언더슈트가 발생되는 것을 방지함으로써, 반도체 미세 공정에 적합한 고주파 전력 발생장치를 제공할 수 있게 되었다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
110 : 정류기 120 : DC-DC 컨버터
130 : RF 전력증폭기 140 : RF Power 컨트롤러
150 : DC-DC 컨버터 컨트롤러 210 : 제1 감산기
220 : 제1 PI 제어기 230 : 제2 감산기
240 : 제2 PI 제어기 250 : 비교기
260 : 적응형 제어기

Claims (6)

  1. 플라즈마 부하에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 발생장치에 있어서,
    교류전원을 입력받아 정류하는 정류기;
    상기 정류기의 출력을 스위칭하여 출력 전압을 조절하는 DC-DC 컨버터;
    상기 DC-DC 컨버터의 출력을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 전력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 RF 전력증폭기;
    상기 RF 전력증폭기의 출력 및 펄스 파형을 제어하는 RF Power 컨트롤러; 및
    상기 RF Power 컨트롤러로부터 펄스 신호를 입력받아 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자의 듀티비를 제어하는 DC-DC 컨버터 컨트롤러를 포함하며,
    상기 DC-DC 컨버터 컨트롤러는,
    상기 RF Power 컨트롤러로부터 수신하는 전압 지령과 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 비교하여 차이를 연산하는 제1 감산기;
    상기 제1 감산기의 출력을 비례 적분하는 제1 PI 제어기;
    상기 제1 PI 제어기의 출력과 상기 DC-DC 컨버터의 인덕터에 흐르는 인덕터 전류를 비교하여 차이를 연산하는 제2 감산기;
    상기 제2 감산기의 출력을 비례 적분하는 제2 PI 제어기;
    상기 제2 PI 제어기의 출력과 캐리어 주파수를 비교하여 PWM 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 상기 DC-DC 컨버터를 구성하는 스위칭소자에 제공하는 비교기; 및
    상기 RF Power 컨트롤러로부터 상기 RF 전력증폭기의 출력에 대응하는 펄스 신호를 인가받아 상기 제1 PI 제어기 및 상기 제2 PI 제어기의 게인을 조정하는 적응형 제어기
    를 포함하는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는 캐스케이드 벅-부스트 컨버터인 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는 입력단에 병렬 접속되는 입력 커패시터(C1)와, 입력단에 직렬 연결되는 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)와, 출력단에 직렬 연결되는 제3 스위칭소자(Q3) 및 제4 스위칭소자(Q4)와, 일단은 상기 제1 스위칭소자(Q1) 및 상기 제2 스위칭소자(Q2)의 접속점에 연결되고 타단은 상기 제3 스위칭소자(Q3) 및 상기 제4 스위칭소자(Q4)의 접속점에 연결되는 인덕터(L1)와, 출력단에 병렬 접속되는 출력 커패시터(C2)를 포함하는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 적응형 제어기는,
    상기 RF Power 컨트롤러로부터 인가되는 펄스 신호의 주파수와 제1 기준 주파수를 비교하고, 상기 펄스 신호의 주파수가 제1 기준 주파수 보다 낮으면 상기 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인으로 제1 세트의 게인을 출력하고, 상기 펄스 신호의 주파수가 상기 제1 기준 주파수 보다 높으면, 상기 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인으로 제2 세트의 게인을 출력하는 것을 특징으로 하는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 세트의 게인(Gset1)은 상기 제2 세트의 게인(Gset2)보다 큰 것을 특징으로 하는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 펄스 신호의 주파수가 높을수록 제1 및/또는 제2 PI 제어기의 게인은 작아지는 것을 특징으로 하는 펄스 기능을 향상시킨 고주파 전력 발생장치.
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