KR20200097161A - 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법 - Google Patents

펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200097161A
KR20200097161A KR1020190014594A KR20190014594A KR20200097161A KR 20200097161 A KR20200097161 A KR 20200097161A KR 1020190014594 A KR1020190014594 A KR 1020190014594A KR 20190014594 A KR20190014594 A KR 20190014594A KR 20200097161 A KR20200097161 A KR 20200097161A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
driving frequency
frequency
time period
pulse
generator
Prior art date
Application number
KR1020190014594A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102348338B1 (ko
Inventor
이창희
김하남
김종민
허진
룽캘빈
Original Assignee
엠케이에스코리아 유한회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠케이에스코리아 유한회사 filed Critical 엠케이에스코리아 유한회사
Priority to KR1020190014594A priority Critical patent/KR102348338B1/ko
Priority to JP2019547117A priority patent/JP7104057B2/ja
Priority to CN201980001598.7A priority patent/CN111801766B/zh
Priority to SG11201908001VA priority patent/SG11201908001VA/en
Priority to PCT/KR2019/007802 priority patent/WO2020162653A1/ko
Priority to US16/484,062 priority patent/US11244809B2/en
Priority to EP19191658.4A priority patent/EP3694104B1/en
Priority to TW108131286A priority patent/TWI713416B/zh
Publication of KR20200097161A publication Critical patent/KR20200097161A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102348338B1 publication Critical patent/KR102348338B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146—Amplitude modulation, includes pulsing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H01J37/32165—Plural frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 튜닝 임피던스 매칭 방법은 사용자가 설정한 시작 구동 주파수(Start Driving Frequency)와 RF 출력신호를 분석하여 구동 주파수를 변경한다. 구체적으로, n 번째 펄스 내에서 측정된 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스를 이용하여 다음 주파수를 예측할 수 있다. 이에 따라, 임피던스 매칭이 고속으로 수행되거나, 고속으로 최적 주파수에 도달할 수 있다.

Description

펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법{The Driving Frequency Control Method of The Pulsed Frequency Variable RF Generator}
본 발명은 펄스형 가변 주파수 RF 발생기에 관한 것으로, 더 구체적으로 고속으로 주파수 튜닝 임피던스 매칭을 위한 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 주파수 제어 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 식각 공정 또는 증착 공정과 같은 반도체 제조 공정에 사용된다. RF 전원(RF Generator)은 고출력 RF신호를 챔버의 부하에 인가하여 플라즈마를 생성한다. 이렇게 생성된 플라즈마는 기판 표면을 원하는 형태로 가공하거나 기판에 박막을 증착한다.
이때 플라즈마를 생성하기 위하여 높은 출력의 RF 신호는 챔버의 부하에 전달된다. 이를 위해서는 RF 전원(RF Generator)과 챔버의 부하 사이에 임피던스가 같아야 신호의 전력이 반사 없이 전달된다. 임피던스를 빠르게 매칭시키는 기술로써 RF 전원(RF Generator)에서 RF 신호의 구동 주파수를 조정함으로써 임피던스를 매칭시키는 방법이 있다. 주파수 가변 임피던스 매칭 방법은 통상적으로 수 msec 수준에서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
반도체 제조 공정이 진화함에 따라, 챔버의 부하에 인가하는 RF 신호는 일정한 주기로 강도 변조하는 펄스형 RF 신호(pulsed RF signal)일 수 있다. 펄스형 RF 신호는 통상적으로 수 MHz 내지 수십 MHz의 구동 주파수보다 낮은 수백 Hz 내지 수 kHz 의 펄스 주파수로 온/오프 된다. 펄스 주파수가 증가하여, 온 타임 구간이 수 msec 이하로 짧아짐에 따라, 펄스 임피던스 매칭을 위하여 빠른 RF 신호의 구동 주파수의 제어가 요구된다. 결국 펄스 주파수가 수 kHz 이상으로 높아진 경우, 온 타임 구간은 1 msec 이하로 감소하여, RF 신호의 구동 주파수를 조정하는 시간이 부족하여 임피던스 매칭이 어렵다. 이에 따라, 플라즈마는 불안정하다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 펄스형 RF 발생기의 구동 주파수 조절 방법 또는 임피던스 매칭 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)의 펄스로 RF 전력을 부하에 제공하고, 상기 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수를 변경하는 제어 루프를 포함한다. 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법은, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계; 상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 단계; 및 n+1 번째 펄스의 온타임(T_ON(n+1))에서 상기 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 RF 출력을 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, f(n,m)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n)) 내에서 m 번째 처리 회수에서 구동 주파수이고, n은 펄스의 순번을 나타내고, m은 1 내지 q 사이의 양의 정수이고, m은 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수의 변경을 위한 상기 제어 루프의 처리 회수를 나타내는 인덱스를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계는, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계; n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서에서 상기 RF 전류 신호(I) 및 상기 RF 전압 신호(V)를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 임피던스(Zi), 반사계수(Γi), 및 전송선에 의한 위상을 반영한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출하는 제2 단계; 및 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하여 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계;를 포함한다. n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))이 종료시 까지 상기 제1 단계, 상기 제2 단계, 및 상기 제3 단계는 반복된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 단계는, n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부를 구동 주파수에 따라 직선 피팅하는 단계; 및 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부가 영인 지점에 대응하는 주파수를 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 상기 예측 구동 주파수(f(n+1,m=1))는
f(n+1,m=1) = f(n,m=r) - b'(n,m=r) [df(n,m=r)/db'(n,m=r)]
df(n,m=r)/db'(n,m=r)= [f(n,m=q)-f(n,m=r)]/[b'(n,m=q)-b'(n,m=r)])
으로 주어진다. 여기서, f(n,m=r)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 소정의 r 번째 처리 회수에서 구동 주파수이고, b'(n,m=r)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 소정의 r 번째 처리 회수에서 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스이고, f(n,m=q)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 마지막 처리 회수에서 구동 주파수이고, b'(n,m=q)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 마지막 처리 회수의 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, r은 3 내지 q-1의 양의 정수이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 임피던스 매칭을 위한 최적 조건을 판단하는 단계를 더 포함한다. 상기 최적 조건은 상기 위상 이동된 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')의 허수부(Im(Γ'))의 크기로 판단한다. 상기 최적 조건인 경우, 구동 주파수의 변경을 위한 처리 회수를 나타내는 인덱스(m)을 증가시킨 후 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계를 수행한다. 상기 최적 조건이 아닌 경우, 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계를 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하고 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계는, 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고, 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수는 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, n 번째 온타임 구간(T_ON(n)) 내에서 상기 구동 주파수의 변화량은 상기 위상 이동된 반사 계수의 절대값 또는 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부의 절대값에 의존한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기와 상기 부하 사이에 배치되고 적어도 2 개의 가변 리액턴스 소자를 포함하는 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액턴스 소자의 리액턴스값을 변경하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 상기 부하 방향의 상기 임피던스의 실수부(Re(Zi))를 전송선의 특성 임피던스로 설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수를 변경하지 않으면서 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 포함하는 플라즈마 안정화시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 전원 장치는, 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하에 제공하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기를 포함한다. 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는, n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에 배치되어 RF 전류 신호 및 RF 전압 신호를 감지하는 임피던스 감지부; n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 RF 전류 신호 및 상기 RF 전압 신호를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서의 임피던스(Zi) 및 반사계수(Γi), 상기 부하와 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 사이의 전송선에 의한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 그리고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')에서 변환된 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출하는 임피던스 처리부; 구동 주파수에 따른 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')를 이용하여 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 구동 주파수 예측부; 상기 예측된 구동 주파수를 제공받아 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 시작 구동 주파수로 설정하고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 구동 주파수를 제어하는 구동 주파수 제어부; 펄스 신호를 생성하여 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 구분하고 상기 펄스 신호를 상기 구동 주파수 예측부 및 상기 구동 주파수 제어부에 제공하는 펄스 발생기; 및 상기 구동 주파수 제어부의 구동 주파수의 정현파를 증폭시키는 RF 증폭기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 주파수 예측부는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수에 따른 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부를 직선 피팅하여 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부가 영인 지점에 대응하는 주파수를 예측 구동 주파수로 설정한다.
본 발명의 일 실시예 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법은 종래의 주파수 제어 방법보다 빠른 시간에 임피던스 매칭을 수행하고, 임피던스 매칭이 안된 상황에서도 반사파를 최소화하는 최적 주파수로 동작할 수 있다.
도 1은 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 2는 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 3은 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 및 부하를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4에서 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 부하를 바라본 임피던스를 표시하는 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 및 부하를 나타내는 회로도이다.
도 7은 도 6의 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 6의 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 펄스형 RF 신호, 펄스 발생기 펄스 상태 신호, 및 구동 주파수를 나타낸다.
도 9는 스미스 차트 상에서 구동 주파수에 따른 어드미턴스를 나타낸다.
도 10은 구동 주파수에 따른 어드미턴스의 허수부를 나타낸다.
도 11은 제어 루프의 동작 시간에 따른 구동 주파수의 변화를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 주파수에 따른 어드미턴스의 허수부를 나타낸다.
도 13은 도 12의 제어 루프의 동작 시간에 따른 구동 주파수의 변화를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부하 및 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스(Z') 변화를 스미스 챠트에 표시한 그림이다.
도 15는 도 14의 스미스 차트에 표시된 서셉턴스를 구동 주파수에 따라 표시한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펄스 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 1은 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 가변 주파수 RF 전원은 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하에 전달한다. 온타임 구간(T_ON)이 수 msec 이상으로 충분한 경우, 상기 가변 주파수 RF 전원의 구동 주파수는 온타임 구간(T_ON) 마다 시작 구동 주파수(f_start)에서 시작하여 소정의 시간 내에서 매칭 주파수(f_match)에서 임피던스 매칭을 수행한다. 하나의 펄스의 온타임 구간 내에서 주파수 튜닝(Frequency Tuning)이 정상적으로 수행된다.
도 2는 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 가변 주파수 RF 전원은 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하에 전달한다. 온타임 구간(T_ON)이 1 msec 이하로 시간이 충분하지 못한 경우, 상기 가변 주파수 RF 전원의 구동 주파수는 온타임 구간(T_ON) 마다 시작 구동 주파수(f_start)에서 시작하여 온타임 구간(T_ON) 내에서 매칭 주파수(f_match)에 도달하지 못하여 임피던스 매칭을 수행하지 못한다.
도 3은 통상적인 주파수 튜닝(frequency tuning)하여 또는 주파수 가변하여 임피던스 매칭을 수행하는 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 가변 주파수 RF 전원은 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하에 전달한다. 온타임 구간(T_ON)이 1 msec 이하로 충분하지 못한 경우, 상기 가변 주파수 RF 전원의 구동 주파수는 제1 온타임 구간(T_ON)에서 제1 시작 구동 주파수(f_start)에서 시작하여 온타임 구간(T_ON) 내에서 매칭 주파수(f_match)에 도달하지 못하여 임피던스 매칭을 수행하지 못한다. 하지만, 제2 온타임 구간에서 제1 온타임 구간의 최종 주파수를 제2 시작 구동 주파수로 설정하여, 제2 온타임 구간에서 연속적으로 구동 주파수를 가변하면서 임피던스를 매칭한다. 결국, 제i 온타임 구간에서 주파수를 가변하여 매칭 주파수(f_match)에 도달하여 임피던스 매칭을 수행한다.
그러나, 이와 같은 방식의 임피던스 매칭 방법은 주파수 가변 임피던스 매칭을 수행하기 위하여 복수의 펄스를 요구한다. 따라서, 고속의 효율적인 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 임피던스 매칭 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 튜닝 임피던스 매칭 방법은 사용자가 설정한 시작 구동 주파수(Start Driving Frequency)와 RF 출력신호를 분석하여 구동 주파수를 변경한다. 구체적으로, n 번째 펄스 내에서 측정된 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스를 이용하여 다음 주파수를 예측할 수 있다. 이에 따라, 임피던 매칭이 고속으로 수행되거나, 고속으로 최적 주파수에 도달할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 및 부하를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4에서 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 부하를 바라본 임피던스를 표시하는 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 전송선(120)을 통하여 임피던스 매칭 네트워크(130)와 부하(140)에 RF 전력을 부하(140)에 전달한다. 임피던스 매칭 네트워크(130)와 부하(140)를 바라본 임피던스는 Z'이다. 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단(N1)에서 전송선(120), 임피던스 매칭 네트워크(130)와 부하(140)를 바로본 임피던스는 Zi이다. 제1 임피던스(Zi)는 제1 어드미턴스(Yi=1/Zi)로 변환되고, 제2 임피던스(Z')는 제2 어드미턴스(Y')로 변환될 수 있다. 또한, 제2 어드미턴스(Y')는 규격화된 어드미턴스(y'=ZO Y'= g'+ib')로 표시될 수 있다. 여기서 ZO는 전송선(120)의 특성 임피던스이다. 여기서 g'은 컨덕턴스이고, b'은 서셉턴스이다.
임피던스 매칭 지점은 스미스 차트의 원점으로 반사계수(Γ)가 영인 지점이다. 임피던스 매칭 네트워크(130)의 입력단(N1)에 바라본 제2 임피던스(Z')의 실수부가 50 오옴으로 고정된 경우, g'=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle)은 원점과 Psc를 지름으로 하는 원이다. 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 구동 주파수가 증가하는 경우, 스미스 차트의 P3 지점은 g'=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle)을 따라 시계 방향으로 회전한다. 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 구동 주파수가 감소하는 경우, 스미스 차트의 P2 지점은 g=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle)을 따라 시계 방향으로 회전한다.
한편, 제1 임피던스(Zi)는 제2 임피던스(Z')에 비하여 전송선(130)에 의한 위상 차이(φ)를 추가적으로 가진다. 제2 임피던스(Z')에 대하여, g'=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle)은 스미스 차트 상에 시계 방향으로 회전한다. 위상 차이(φ)는 구동 각주파수(ω) 및 전송선(120)의 길이(d)에 비례하고, 전자파의 속도(c)에 반비례한다. 상기 전송선의 특성 임피던스는 Z0 이다.
제2 반사계수(Γ')의 허수부가 양의 값을 가지는 경우, 구동 주파수를 증가시키면, 최소 경로를 따라 스미스 차트의 원점으로 이동하여 임피던스 매칭을 수행한다. 한편, 제2 반사계수(Γ')의 허수부가 음의 값을 가지는 경우, 구동 주파수를 감소시키어 최소 경로를 따라 스미스 차트의 원점으로 이동하여 임피던스 매칭을 수행한다.
제1 임피던스(Zi)에 대하여, g=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle) 상에 있는 P1 지점은 구동 주파수가 증가하면 시계 방향으로 회전하고, 구동 주파수가 감소하면 반시계 방향으로 회전한다.
따라서, 주파수 튜닝 임피던스 매칭을 위하여 구동 주파수의 증가 또는 감소를 용이하게 판단하기 위하여, 반사계수(Γi)는 위상 차이(φ) 만큼 회전할 수 있다. 구체적으로, A 지점은 위상 변환에 의하여 B 지점으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 반사계수(Γ')의 허수부의 부호에 따라 구동 주파수의 증가 또는 감소를 결정할 수 있다.
제1 임피던스(Zi)에 대응하는 P1 위치에서 구동 주파수를 증가시키면 임피던스 특성에 따라 P1을 관통하는 원을 따라 시계방향으로 움직인다. 구동 주파수를 감소시키면 반시계방향으로 움직인다. 이러한 원리로 구동 주파수를 튜닝하여 스미스 차트 상의 원점에 제일 가까운 곳까지 이동하면, 임피던스 매칭이 수행된다.
P1 위치에서 최단 거리로 임피던스를 매칭하기 위해서는 스미스 차트 상의 원점과 P1의 특성원의 중심을 지나는 선을 기준으로 위쪽에 있으면, 주파수를 감소시키고, 아래쪽에 있으면 주파수를 증가시키는 것이 유리하다.
최단 궤적을 쉽게 찾기 위해서는 g=1인 컨덕턴스 서클(conductance circle) 에 φ 만큼 각도를 제공하면, 원의 중심과 스미스 차트의 중심을 지나는 선이 X축(반사계수의 실수부 축)과 일치된다. 이에 따라, 반사계수(Γ')의 허수 성분이 양이냐 음이냐에 따라 최적의 궤적 방향을 결정할 수 있다. P1 지점의 반사계수에 위상은 φ이고, 크기는 1인 복소수를 곱한다. 따라서, 반사계수(Γ')의 허수 성분이 양인 P3 위치는 구동 주파수를 증가시키는 것이 유리하다. 또한, 반사계수(Γ')의 허수 성분이 음인 P2 위치는 구동 주파수를 감소시키는 것이 유리하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 및 부하를 나타내는 회로도이다.
도 7은 도 6의 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 6의 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 펄스형 RF 신호, 펄스 발생기 펄스 상태 신호, 및 구동 주파수를 나타낸다.
도 9는 스미스 차트 상에서 구동 주파수에 따른 어드미턴스를 나타낸다.
도 10은 구동 주파수에 따른 어드미턴스의 허수부를 나타낸다.
도 11은 제어 루프의 동작 시간에 따른 구동 주파수의 변화를 나타낸다.
도 6 내지 도 11을 참조하면, 펄스형 가변 주파수 RF 전원 시스템(100)은 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110), 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)와 부하(140) 사이에 배치된 임피던스 매칭 네트워크(130)를 포함한다. 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하(140)에 제공한다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 적어도 2 개의 가변 리액턴스 소자(C1,C2)를 포함한다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)의 가변 리액턴스 소자의 리액턴스 값을 변경하여 상기 부하 방향의 임피던스를 조절한다.
상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 임피던스 감지부(115), 임피던스 처리부(111), 구동 주파수 예측부(117), 구동 주파수 제어부(113), 펄스 발생기(116), 및 RF 증폭기(114)를 포함할 수 있다. 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 구동 주파수를 변경하여 고속으로 임피던스 매칭 또는 최적의 주파수에서 동작한다.
임피던스 감지부(115)는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단(N1)에 배치되어 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 감지한다. n은 펄스의 순번이다.
임피던스 처리부(111)는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 RF 전류 신호(I) 및 상기 RF 전압 신호(V)를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단(N1)에서의 임피던스(Zi) 및 반사계수(Γi), 상기 부하(140)와 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110) 사이의 전송선(120)에 의한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 그리고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')에서 변환된 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출한다.
구동 주파수 예측부(117)는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 측정된 구동 주파수에 따른 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')를 이용하여 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측한다.
구동 주파수 제어부(113)는 상기 예측된 구동 주파수를 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 시작 구동 주파수로 설정하고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 구동 주파수를 제어한다.
펄스 발생기(116)는 펄스 신호를 생성하여 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 구분하고 상기 펄스 신호를 상기 구동 주파수 예측부(117) 및 상기 구동 주파수 제어부(113)에 제공한다.
RF 증폭기(114)는 상기 구동 주파수 제어부의 구동 주파수에서 정현파를 증폭시키어 RF 신호를 출력한다.
부하(140)는 축전 결합 플라즈마를 형성하는 전극 또는 유도 결합 플라즈마를 형성하는 안테나일 수 있다. 상기 부하(140)는 반도체 공정을 처리하는 챔버 내부 또는 외부에 장착될 수 있다. 상기 부하(140)는 상기 펄스 신호에 동기화되어 펄스 플라즈마를 형성할 수 있다. 구동 주파수는 수 MHz 내지 수십 MHz일 수 있다. 펄스 주파수는 수 kHz 내지 수십 kHz일 수 있다. RF 펄스의 온 듀티 비(On Duty Ratio)는 수 퍼센트 내지 수십 퍼센트일 수 있다. 온타임 구간(T_ON)은 500 usec 이하일 수 있다. 바람직하게는, 온타임 구간(T_ON)은 100 usec 이하일 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(130)는 가변 리액티브 소자의 연결 방식에 따라 다양한 유형으로 분류될 수 있다. 예시적으로, 임피던스 매칭 네트워크(130)는 부하에 직렬 연결된 제1 가변 축전기(C1)와 상기 직렬 연결된 제1 가변 축전기(C1)와 부하(140)에 병렬 연결된 제2 가변 축전기(C2)를 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 L-형, 역 L-형(inverted L-type), T-형, 또는 π-형일 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 구동 주파수의 튜닝에 의한 임피던스 매칭에 실패한 경우 동작하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
임피던스 감지부(115)는 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단(N1)에서 부하 방향의 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정한다. 상기 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)는 상기 구동 주파수의 주기 이상의 샘플링 시간 동안 상기 구동 주파수보다 높은 샘플링 레이트(sampling rate)로 샘플링되어 디지털 신호로 변환되어 상기 임피던스 처리부(111)에 제공될 수 있다.
임피던스 처리부(111)는 상기 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단(N1)에서의 임피던스(Zi) 및/또는 반사계수(Γi)를 산출할 수 있다. 또한, 상기 임피던스 처리부(111)는 전송선(120)의 길이(d)에 의한 위상 차이(φ)를 보상할 수 있다. 구체적으로, 반사계수(Γi)는 임피던스 매칭 네트워크(130)의 입력단(N2)에서 부하(140)를 바라본 위상 이동된 반사계수(Γ')로 다음과 같이 변환될 수 있다.
[수학식 1]
Γ' = Γi ejφ
φ= ωd/c
여기서, φ는 위상 차이이고, d는 전송선의 길이이고, ω는 구동 각주파수이고, c는 전송선에서 전자파의 속도이다. 상기 전송선(120)은 동축 케이블일 수 있다. 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')는 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)의 입력단(N2)에서 부하를 바라본 반사계수이다.
임피던스 처리부(111)는 위상 이동된 반사계수(Γ')를 위상 이동된 어드미턴스(y')로 변환할 수 있다. 위상 이동된 어드미턴스(y')는 다음과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 2]
y' = g' + jb'
여기서, g'은 컨덕턴스이고, b'은 서셉턴스이다.
상기 구동 주파수 제어부(117)는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 제공받을 수 있다. 상기 구동 주파수 제어부(117)는 온타임 구간(T_ON)을 복수의 단위 시간 (Δt)으로 분할하여, 단위 시간(Δt) 마다 구동 주파수를 변경할 수 있다. 단위 시간(Δt)은 제어 루프의 동작 시간으로 약 1 usec 수준일 수 있다. 따라서, 제어루프의 총 개수(q)는 T_ON/Δt 이다. 여기서, q는 3 이상의 양의 정수이다.
상기 구동 주파수 제어부(117)는 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 구동 주파수의 증감 방향을 선택할 수 있다. 구체적으로, 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 양의 값을 가지는 경우, 상기 구동 주파수를 주파수 변화량(df) 만큼 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 음의 값을 가지는 경우, 상기 구동 주파수를 주파수 변화량(df) 만큼 감소시킬 수 있다. 주파수 변화량(df)은 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 반사계수의 허수부(Im(Γ'))의 크기에 의존할 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수 변화량(df)은 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 반사계수의 허수부(Im(Γ'))의 크기에 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 주파수 제어부(117)는 상기 반사 계수의 절대값(|Γ'|)이 문턱값 이하로 임피던스 매칭이 수행된 경우에는 구동 주파수를 변경하지 않을 수 있다. 상기 구동 주파수 제어부(117)는 임피던스 매칭 정도에 따라 주파수 변화량(df)을 조절할 수 있다.
상기 구동 주파수 제어부(117)는 비례-적분-미분 제어 방식을 사용할 수 있다. 상기 구동 주파수 제어부(117)는 온타임 구간(T_ON)에 구동 주파수를 출력하고, 오프 타임 구간(T_OFF)에 구동 주파수를 출력하지 않을 수 있다.
상기 RF 증폭기(114)는 상기 구동 주파수로 RF 출력을 제공할 수 있다. RF 증폭기(114)는 RF 전력 증폭기일 수 있다. 상기 RF 증폭기(114)의 출력은 수백 와트 내지 수십 킬로와트일 수 있다.
펄스 발생기(116)는 상기 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 식별하기 위한 펄스 신호를 상기 구동 주파수 제어부(113) 및 구동 주파수 예측부(117)에 제공할 수 있다. 상기 펄스 발생기(116)의 주파수는 수 kHz 내지 수십 kHz일 수 있다. 상기 구동 주파수가 13. 56 MHz의 범위에 있는 경우, 상기 온타임 구간(T_ON) 및 상기 오프 타임 구간(T_OFF)은 각각 100 usec 수준일 수 있다. 제어 루프의 동작 시간 또는 단위 시간(Δt)은 약 1 usec 수준일 수 있다.
구동 주파수 예측부(117)는 첫 번째 펄스의 시작 주파수(f_start)를 제공받을 수 있다. 또한, 최적 조건을 판단하기 위한 문턱값을 제공받을 수 있다. 또한, 주파수 예측을 수행하는 제어루프의 특정 회수(m=r) 또는 홀드-오프 타임을 제공받을 수 있다. 구동 주파수 예측부(117)는 위상 이동된 어드미턴스(y') 또는 서셉턴스(b')를 제공받을 수 있다. 상기 구동 주파수 예측부(117)는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수에 따른 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부(b')를 직선 피팅하여 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부(b')가 영인 지점에 대응하는 주파수를 예측 구동 주파수로 설정할 수 있다.
상기 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 상기 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))는 다음과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 3]
f(n+1,m=1) = f(n,m=r) - b'(n,m=r) [df(n,m=r)/db'(n,m=r)]
df(n,m=r)/db'(n,m=r)= [f(n,m=q)-f(n,m=r)]/[b'(n,m=q)-b'(n,m=r)])
으로 주어지고,
여기서, f(n,m=r)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 소정의 r 번째 처리 회수에서 구동 주파수이다. b'(n,m=r)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 소정의 r 번째 처리 회수에서 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스이다. f(n,m=q)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 마지막 처리 회수에서 구동 주파수이다. b'(n,m=q)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 마지막 처리 회수의 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스이다. r은 3 내지 q-1의 양의 정수일 수 있다. 제어 루프의 총 개수(q)는 T_ON/Δt 이다. q는 3 이상의 양의 정수이다.
구동 주파수 예측부(117)는 예측된 구동 주파수(f(n+1,m=1))를 상기 구동 주파수 제어부(113)에 제공하여, n+1 번째 온타임 구간(T_ON(n))의 시작 구동 주파수로 동작할 수 있다. 이에 따라, 고속 주파수 튜닝 임피던스 매칭이 수행될 수 있다.
이하, 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 임피던스 매칭 방법이 설명된다.
다시, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)의 펄스로 RF 전력을 부하(140)에 제공하고, 상기 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수를 변경하는 제어 루프를 포함한다.
펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 임피던스 매칭 방법은, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계(S101); 상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 단계(S301); 및 n+1 번째 펄스의 온타임(T_ON(n+1))에서 상기 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 RF 출력을 제공하는 단계(S141)를 포함한다. 여기서, f(n,m)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n)) 내에서 m 번째 처리 회수(또는 제어 루프)에서 구동 주파수이다. n은 펄스의 순번을 나타낸다. m은 1 내지 q 사이의 양의 정수이다. 제어루프의 총 개수(q)는 T_ON/Δt 이다. 여기서, q는 3 이상의 양의 정수이다. m은 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수의 변경을 위한 상기 제어 루프의 처리 회수를 나타내는 인덱스를 나타낸다.
우선, 첫 번째 펄스의 시작 구동 주파수(f_start), 펄스의 튜티 비, 펄스의 주기, 하나의 펄스 내에서 제어 루프의 총개수(q), 제어루프의 동작 시간(Δt) 및 제어 루프의 처리 회수를 나타내는 인덱스(m)의 초기값이 설정된다(S110).
n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계(S101)는, 제1 단계(S121), 제2 단계(S122, S123), 그리고 제3 단계(S126)을 포함한다.
S121 단계에서, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정한다. 상기 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)는 임피던스 감지부(115)에 감지될 수 있다.
S122 및 S123 단계에서, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서에서 상기 RF 전류 신호(I) 및 상기 RF 전압 신호(V)를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 임피던스(Zi), 반사계수(Γi), 및 전송선에 의한 위상을 반영한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출한다. 위상 이동된 반사계수(Γ')는 수학식 1에 의하여 연산될 수 있다. 임피던스 처리부(111)는 임피던스(Zi), 반사계수(Γi), 및 전송선에 의한 위상을 반영한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출할 수 있다.
S124 단계에서, 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 임피던스 매칭을 위한 최적 조건을 판단할 수 있다. 상기 구동 주파수 제어부는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 임피던스 매칭을 위한 최적 조건을 판단할 수 있다. 상기 최적 조건은 상기 위상 이동된 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')의 허수부(Im(Γ'))의 크기로 판단될 수 있다. 상기 최적 조건인 경우, 구동 주파수의 변경을 위한 처리 회수를 나타내는 인덱스(m)을 증가시킨 후 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계(S121)를 수행할 수 있다. 상기 최적 조건이 아닌 경우, 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계(S126)를 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 위상 이동된 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 문턱값 이내인 경우 (또는 임피던스 매칭이 완료된 경우), 구동 주파수의 변경을 위한 처리 회수를 나타내는 인덱스(m)을 증가시킨(S124a) 후 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계(S121)를 수행할 수 있다. 상기 위상 이동된 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 문턱값 이외에 있는 경우, 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계(S126)를 수행할 수 있다.
제3 단계(S126)에서, n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하고 상기 구동 주파수를 변경한다. 구체적으로, 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수는 증가하고, 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수는 감소시킨다. 상기 구동 주파수의 변화량(df)는 반사계수의 절대값(|(Γ')|) 또는 반사계수의 허수부(Im(Γ'))의 크기에 의존할 수 있다.
S125 단계에서, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 종료여부를 판단할 수 있다. 즉, m>q인 경우, 온타인 구간(T_ON(n))이 종료된다. 온타임 구간(T_ON(n))이 종료되지 않은 경우, S126 단계에서, n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하여 상기 구동 주파수를 변경할 수 있다.
n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))이 종료시 까지 상기 제1 단계(S121), 상기 제2 단계(S122, S123), 및 상기 제3 단계(S126)는 반복될 수 있다.
온타임 구간(T_ON(n))이 종료된 경우(m>q), S131 단계에서, 상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스(y')를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측할 수 있다. S131 단계는, n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부를 구동 주파수에 따라 직선 피팅하는 단계; 및 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부가 영인 지점에 대응하는 주파수를 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 상기 예측 구동 주파수(f(n+1,m=1))는 [수학식 3]으로 주어질 수 있다. m=1인 경우, 펄스의 시작 시간으로 부하인 플라즈마의 안정성이 감소하여 불안정한 임피던스가 측정될 수 있다. 따라서, n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))에서 사용할 예측된 구동 주파수는 소정의 r 번째 처리 회수에서 측정된 데이터와 마지막 q 번째 처리 회수에서 측정된 데이터를 처리하여 사용할 수 있다. 즉, r은 3 내지 q-1의 양의 정수일 수 있다.
n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측한 후, 오프 타임 구간(T_OFF)을 위하여 시간 지연이 수행될 수 있다(S132).
이어서, 다음 펄스를 위하여, n=n+1으로 설정하고, 제어회로의 처리 회수 인덱스는 m=1로 설정한다(S133).
이어서, n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 예측 구동 주파수(f(n+1,1))로 RF 전력을 출력한다(S141).
이어서, n+2 번째 펄스가 시작하기 전 까지, n+1 번째 펄스에서 제어 루프가 q회 반복된다.
도 8을 참조하면, 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)는 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)의 펄스로 RF 전력을 부하(140)에 제공한다. 펄스 발생기(110)는 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)의 펄스 신호를 생성한다. 상기 펄스 신호의 주기는 약 100 usec 수준일 수 있다.
상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 구동 주파수는 첫 번째 펄스의 시작 구동 주파수(f_start)에서 시작하여, n번째 펄스의 m=1의 제어 루프에서, f(n,m=1))의 구동 주파수를 가진다. 시간에 따라, 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 음의 값을 가지는 경우, 구동 주파수는 감소된다. m=r의 제어 루프 및 m=q의 제어 루프에서, 구동 주파수와 서셉턴스(b')를 사용하여, n+1 번째 펄스의 m=1의 제어 루프에서 사용할 구동 주파수(f(n+1,m=1))가 예측된다. 즉, 다음 펄스의 시작 구동 주파수는 이전 펄스의 구동 주파수와 서셉턴스(b')를 사용하여 예측된다. 이에 따라, 고속의 주파수 튜닝 임피던스 매칭 또는 최적 주파수 설정이 가능하다. 본 발명에 따르면, 1- 3 개의 펄스 내에서 임피던스 매칭이 완료된다.
도 9를 참조하면, 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)의 구동 주파수의 가변 범위는 12.88 MHz ~ 14.24 MHz일 수 있다. 매칭된 주파수는 13.56 MHz이고, 임피던스 매칭 네트워크(130)와 부하(140)를 포함하는 임피던스의 실수부(Z')는 50 오옴으로 설정되었다. 위상 이동된 반사계수(Γ') 또는 위상 이동된 어드미턴스(y')는 스미스 차트에 표시된다. 최적의 임피던스 매칭 위치는 반사계수(Γ')의 허수성분이 "0" 인 주파수이다. 스미스 차트 상에서, 12.88 MHz로부터 구동 주파수가 증가함에 서셉턴스(b')가 음의 값에서 영으로 증가한다. 한편, 14.24 MHz로부터 구동 주파수가 감소함에 따라 서셉턴스(b')가 양의 값에서 영으로 감소한다.
g'=1인 컨턱턴스 서클에서, 구동 주파수가 증가함에 따라 서클을 따라 시계 방향으로 회전하고, 서셉턴스(b')의 절대값이 점진적으로 영에 접근한다. 서셉턴스(b')의 절대값이 영에 도달하면, 임피던스가 매칭된다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 실선은, 부하(140) 및 임피던스 매칭 네트워크(130)의 임피던스(Z')의 실수부가 50 ohm인 경우, 구동 주파수에 따른 서셉턴스(b')를 표시한다. 12.88 MHz로부터 구동 주파수가 증가함에 서셉턴스(b')가 음의 값에서 영으로 증가한다. f(n,m=r)은 n번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서의 m=r 번째의 제어 루프의 구동 주파수를 나타낸다. f_match는 임피던스가 매칭된 구동 주파수이다. 점선은 f(n,m=r)에서의 서셉턴스와 f(n,m=q)에서 서셉턴스를 연결하는 직선이다. 상기 직선이 영인 지점의 주파수가 n+1번째 펄스의 온타임 구간에서 예상되는 예측 매칭 주파수이다. 상기 접선의 서셉턴스(b')가 "0"이 되는 주파수f(n+1,m=1)가 예측 매칭 주파수이며, 다음 펄스의 시작 구동 주파수가 된다.
n번째 펄스의 온타임 구간의 데이터( 또는 서셉턴스)를 사용하여 얻어진 예측 구동 주파수를 n+1 번째 펄스의 온타임 구간의 시작 구동 주파수로 사용하면, 고속으로 주파수 튜닝 임피던스 매칭이 수행된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 주파수에 따른 어드미턴스의 허수부를 나타낸다.
도 13은 도 12의 제어 루프의 동작 시간에 따른 구동 주파수의 변화를 나타낸다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 실선은, 부하 및 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스(Z')의 실수부가 50 ohm인 경우, 구동 주파수에 따른 서셉턴스(b')가 표시된다. 12.88 MHz로부터 구동 주파수가 증가함에 서셉턴스(b')가 음의 값에서 영으로 증가한다. f(n,m=r)은 n번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서의 m=r 번째의 제어 루프의 구동 주파수를 나타낸다. f_match는 임피던스가 매칭된 구동 주파수이다. 점선은 f(n,m=r)에서의 서셉턴스와 f(n,m=q)에서 서섭턴스를 연결하는 접선이다. 상기 접선이 영인 지점의 구동 주파수가 n+1번째 펄스의 온타임 구간에서 예상되는 예측 구동 주파수이다. 상기 접선의 서셉턴스(b')가 "0"이 되는 구동 주파수가 f(n+1,1)이다. f(n+1,1)는 f_match (13.56MHz)보다 크다.
n+1 번째 펄스의 온타임 구간의 상기 예측 구동 주파수에서 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 양의 값을 가진다. 따라서, n+1 번째 펄스의 온타임 구간에서, 구동 주파수는 제어 루프가 동작함에 따라 감소한다.
n번째 펄스의 온타임 구간의 데이터( 또는 서셉턴스)를 사용하여 얻어진 예측 구동 주파수를 n+1 번째 펄스의 온타임 구간의 시작 구동 주파수로 사용하면, 고속으로 주파수 튜닝 임피던스 매칭이 수행된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부하 및 임피던스 매칭 네트워크의 임피던스(Z') 변화를 스미스 챠트에 표시한 그림이다.
도 15는 도 14의 스미스 차트에 표시된 서셉턴스를 구동 주파수에 따라 표시한 그래프이다.
도 14 및 도 15을 참조하면, g'=1인 컨덕턴스 서클은 임피던스(Z')의 실수부(Re(Z'))가 50 오옴인 경우이다. g'=0.5인 서클은 임피던스의 실수부(Re(Z'))가 100 오옴인 경우이다. g'=2인 서클은 임피던스의 실수부(Re(Z'))가 25 오옴인 경우이다.
임피던스의 실수부(Re(Z'))가 50 오옴이 아닌 경우에도, 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는 동작할 수 있다. 즉, 임피던스 매칭은 수행되지 않지만, 반사계수의 절대값(|Γ'|)을 최소화시키는 구동 주파수가 존재한다. g'=0.5인 서클에서, K 위치는 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 영이 되는 지점으로, 임피던스 매칭 조건 대신에 최적 주파수 위치로 사용될 수 있다. g'=2인 서클에서, L 위치는 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 영이 되는 지점으로, 임피던스 매칭 조건 대신에 최적 주파수 위치로 사용될 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, S124 단계에서, 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 임피던스 매칭을 위한 최적 조건을 판단할 수 있다. 상기 최적 조건은 상기 위상 이동된 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')의 허수부(Im(Γ'))의 크기로 판단한다. 예를 들어, 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')의 허수부(Im(Γ'))의 절대값이 문턱값 이하인 경우 최적 조건을 판단한다. 임피던스의 매칭은 반사계수의 절대값(|Γ'|)으로 판단될 수 있으나, 임피던스 매칭이 수행되지 않은 경우에는, 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 영인지 여부 (또는 임계값이하 인지 여부)로 최적 조건을 판단할 수 있다.
따라서, 반사계수의 허수부(Im(Γ'))가 영인 경우, 현재 상황에서 최적 구동 주파수이다. 따라서, 구동 주파수는 최적 구동 주파수로 유지될 수 있다.
한편, 임피던스의 실수부가 50 오옴보다 큰 값을 가지는 경우 예측 구동 주파수의 오차는 증가할 수 있다. 하지만, 이 오차는 하나의 펄스 내에서 제어 루프 알고리즘에 의하여 도달할 수 있다. n+1번째 펄스에서도 f_match에 이르지 못할 경우에, 구동 주파수를 예측하는 알고리즘이 매 펄스마다 수행되어, n+2번째 펄스내에서 최적의 구동 주파수에 도달한다.
상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는 구동 주파수를 변경하여 최적 구동 주파수에서 동작할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(130)는 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기(110)와 상기 부하(140) 사이에 배치되고 적어도 2 개의 가변 리액턴스 소자를 포함한다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(130)는 완벽한 임피던스 매칭을 위하여 가변 리액턴스 소자의 리액턴스 값을 변경한다. 이에 따라, 임피던스 매칭 네트워크의 입력단(N2)에서 상기 부하 방향의 상기 임피던스의 실수부(Re(Z'))는 전송선의 특성 임피던스(Z0)로 변경될 수 있다. 이에 따라, g'=1인 컨덕턴스 서클 상에 임피던스(Z')가 존재하여, 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펄스 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 구동 주파수를 예측하는 알고리즘이 수행되기 전에, 적어도 하나의 구동 주파수를 예측하는 알고리즘이 수행되지 않는 펄스가 부하에 전달될 수 있다. 이러한 펄스는 플라즈마를 초기 방전하여 안정화시킬 수 있다. 플라즈마 안정화 구간 동안, 구동 주파수는 이미 설정된 시작 구동 주파수(f_start)로 동작할 수 있다. 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수를 변경하지 않으면서 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 포함하는 플라즈마 안정화시키는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 펄스형 가변 주파수 RF 전원 시스템
110: 펄스형 가변 주파수 RF 발생기
120: 전송선
130: 임피던스 매칭 네트워크
140: 부하

Claims (12)

  1. 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)의 펄스로 RF 전력을 부하에 제공하고, 상기 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수를 변경하는 제어 루프를 포함하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 임피던스 매칭 방법에 있어서,
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계;
    상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 단계; 및
    n+1 번째 펄스의 온타임(T_ON(n+1))에서 상기 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 RF 출력을 제공하는 단계를 포함하고,
    여기서,
    f(n,m)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n)) 내에서 m 번째 처리 회수에서 구동 주파수이고,
    n은 펄스의 순번을 나타내고,
    m은 1 내지 q 사이의 양의 정수이고,
    m은 온타임 구간(T_ON) 내에서 구동 주파수의 변경을 위한 상기 제어 루프의 처리 회수를 나타내는 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수(f(n,m))를 변경하는 단계는:
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계;
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서에서 상기 RF 전류 신호(I) 및 상기 RF 전압 신호(V)를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 임피던스(Zi), 반사계수(Γi), 및 전송선에 의한 위상을 반영한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출하는 제2 단계; 및
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하여 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계;를 포함하고,
    n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))이 종료시 까지 상기 제1 단계, 상기 제2 단계, 및 상기 제3 단계는 반복되는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 어드미턴스를 이용하여 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 단계는:
    n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부를 구동 주파수에 따라 직선 피팅하는 단계; 및
    상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부가 영인 지점에 대응하는 주파수를 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 예측된 구동 주파수(f(n+1,1))로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 n+1 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n+1))의 상기 예측 구동 주파수(f(n+1,m=1))는
    f(n+1,m=1) = f(n,m=r) - b'(n,m=r) [df(n,m=r)/db'(n,m=r)]
    df(n,m=r)/db'(n,m=r)= [f(n,m=q)-f(n,m=r)]/[b'(n,m=q)-b'(n,m=r)])
    으로 주어지고,
    여기서,
    f(n,m=r)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 소정의 r 번째 처리 회수에서 구동 주파수이고,
    b'(n,m=r)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 소정의 r 번째 처리 회수에서 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스이고,
    f(n,m=q)는 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))에서 마지막 처리 회수에서 구동 주파수이고,
    b'(n,m=q)은 n 번째 펄스의 온타임 구간(T_ON(n))의 마지막 처리 회수의 어드미턴스(y')의 허수부인 서셉턴스인 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    r은 3 내지 q-1의 양의 정수인 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 임피던스 매칭을 위한 최적 조건을 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최적 조건은 상기 위상 이동된 반사계수의 절대값(|Γ'|) 또는 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')의 허수부(Im(Γ'))의 크기로 판단하고,
    상기 최적 조건인 경우, 구동 주파수의 변경을 위한 처리 회수를 나타내는 인덱스(m)을 증가시킨 후 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 RF 전류 신호(I) 및 RF 전압 신호(V)를 측정하는 제1 단계를 수행하고,
    상기 최적 조건이 아닌 경우, 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  7. 제2 항에 있어서,
    n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))의 부호에 따라 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수의 증감 방향을 선택하고 상기 구동 주파수를 변경하는 제3 단계는,
    상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 양의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 증가시키고,
    상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부(Im(Γ'))가 음의 값을 가지는 경우 구동 주파수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    n 번째 온타임 구간(T_ON(n)) 내에서 상기 구동 주파수의 변화량은 상기 위상 이동된 반사 계수의 절대값 또는 상기 위상 이동된 반사 계수의 허수부의 절대값에 의존하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기와 상기 부하 사이에 배치되고 적어도 2 개의 가변 리액턴스 소자를 포함하는 임피던스 매칭 네트워크의 가변 리액턴스 소자의 리액턴스값을 변경하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서 상기 부하 방향의 상기 임피던스의 실수부(Re(Zi))를 전송선의 특성 임피던스로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수를 변경하지 않으면서 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 포함하는 플라즈마 안정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 구동 주파수 제어 방법.
  11. 교번하는 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)으로 RF 전력을 부하에 제공하는 펄스형 가변 주파수 RF 발생기를 포함하는 펄스형 가변 주파수 RF 전원 장치에 있어서,
    상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기는:
    n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에 배치되어 RF 전류 신호 및 RF 전압 신호를 감지하는 임피던스 감지부;
    n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 상기 RF 전류 신호 및 상기 RF 전압 신호를 이용하여 상기 펄스형 가변 주파수 RF 발생기의 출력단에서의 임피던스(Zi) 및 반사계수(Γi), 상기 부하와 펄스형 가변 주파수 RF 발생기 사이의 전송선에 의한 위상 이동된 반사계수(Γ'), 그리고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')에서 변환된 위상 이동된 어드미턴스(y')를 산출하는 임피던스 처리부;
    구동 주파수에 따른 상기 위상 이동된 어드미턴스(y')를 이용하여 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 구동 주파수를 예측하는 구동 주파수 예측부;
    상기 예측된 구동 주파수를 제공받아 다음 온타임 구간(T_ON(n+1))의 시작 구동 주파수로 설정하고 상기 위상 이동된 반사계수(Γ')를 이용하여 구동 주파수를 제어하는 구동 주파수 제어부;
    펄스 신호를 생성하여 온타임 구간(T_ON)과 오프 타임 구간(T_OFF)을 구분하고 상기 펄스 신호를 상기 구동 주파수 예측부 및 상기 구동 주파수 제어부에 제공하는 펄스 발생기; 및
    상기 구동 주파수 제어부의 구동 주파수의 정현파를 증폭시키는 RF 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 전원 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 주파수 예측부는 n 번째 온타임 구간(T_ON(n))에서 구동 주파수에 따른 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부를 직선 피팅하여 위상 이동된 어드미턴스(y')의 허수부가 영인 지점에 대응하는 주파수를 예측 구동 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 펄스형 가변 주파수 RF 전원 시스템.
KR1020190014594A 2019-02-07 2019-02-07 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법 KR102348338B1 (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190014594A KR102348338B1 (ko) 2019-02-07 2019-02-07 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법
JP2019547117A JP7104057B2 (ja) 2019-02-07 2019-06-27 パルス型可変周波数ｒｆ発生器の駆動周波数制御方法
CN201980001598.7A CN111801766B (zh) 2019-02-07 2019-06-27 脉冲式可变频率rf发生器的驱动频率的控制方法
SG11201908001VA SG11201908001VA (en) 2019-02-07 2019-06-27 Control method of driving frequency of pulsed variable frequency rf generator
PCT/KR2019/007802 WO2020162653A1 (ko) 2019-02-07 2019-06-27 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법
US16/484,062 US11244809B2 (en) 2019-02-07 2019-06-27 Control method of driving frequency of pulsed variable frequency RF generator
EP19191658.4A EP3694104B1 (en) 2019-02-07 2019-08-14 Control method of driving frequency of pulsed variable frequency rf generator
TW108131286A TWI713416B (zh) 2019-02-07 2019-08-30 脈衝變頻射頻產生器的驅動頻率的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190014594A KR102348338B1 (ko) 2019-02-07 2019-02-07 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200097161A true KR20200097161A (ko) 2020-08-18
KR102348338B1 KR102348338B1 (ko) 2022-01-06

Family

ID=71947882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190014594A KR102348338B1 (ko) 2019-02-07 2019-02-07 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11244809B2 (ko)
EP (1) EP3694104B1 (ko)
JP (1) JP7104057B2 (ko)
KR (1) KR102348338B1 (ko)
CN (1) CN111801766B (ko)
SG (1) SG11201908001VA (ko)
TW (1) TWI713416B (ko)
WO (1) WO2020162653A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220073989A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 세메스 주식회사 멀티 레벨 펄싱을 위한 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
WO2023064012A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Mks Instruments, Inc. Impedance matching in a rf power generation system
WO2023215073A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Applied Materials, Inc. Control and prediction of multiple plasma coupling surfaces and corresponding power transfer

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125376A (ko) * 2008-03-23 2010-11-30 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드 개선된 주파수 튜닝을 위한 방법 및 장치

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259615B1 (en) * 1999-07-22 2001-07-10 O2 Micro International Limited High-efficiency adaptive DC/AC converter
US6804129B2 (en) * 1999-07-22 2004-10-12 02 Micro International Limited High-efficiency adaptive DC/AC converter
EP1952533A1 (en) 2005-10-31 2008-08-06 MKS Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system
US20080179948A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-31 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system
US7764140B2 (en) * 2005-10-31 2010-07-27 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system
KR100895689B1 (ko) 2007-11-14 2009-04-30 주식회사 플라즈마트 임피던스 매칭 방법 및 이 방법을 위한 전기 장치
KR20120022251A (ko) * 2010-09-01 2012-03-12 삼성전자주식회사 플라즈마 식각방법 및 그의 장치
JP5576819B2 (ja) * 2011-03-23 2014-08-20 パナソニック株式会社 点灯装置及び照明器具
JP5867701B2 (ja) * 2011-12-15 2016-02-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US8576013B2 (en) * 2011-12-29 2013-11-05 Mks Instruments, Inc. Power distortion-based servo control systems for frequency tuning RF power sources
JP5946957B2 (ja) 2012-06-01 2016-07-06 ノースン・カンパニー・リミテッドNohsn Co., Ltd. インピーダンスマッチング装置及び方法
KR20140058787A (ko) * 2012-11-06 2014-05-15 세메스 주식회사 플라즈마 처리 장치 및 상기 플라즈마 처리 장치의 임피던스를 매칭하는 방법
US9294100B2 (en) 2012-12-04 2016-03-22 Advanced Energy Industries, Inc. Frequency tuning system and method for finding a global optimum
KR101544975B1 (ko) * 2013-09-30 2015-08-18 주식회사 플라즈마트 임피던스 매칭 방법 및 임피던스 매칭 시스템
CN103632927B (zh) * 2013-12-19 2016-03-16 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体刻蚀系统的阻抗匹配方法
US9520795B2 (en) * 2014-01-08 2016-12-13 Semiconductor Components Industries, Llc Method of forming a power supply controller and structure therefor
US9336901B2 (en) * 2014-03-17 2016-05-10 Lam Research Corporation Track and hold feedback control of pulsed RF
US9544987B2 (en) 2014-06-30 2017-01-10 Advanced Energy Industries, Inc. Frequency tuning for pulsed radio frequency plasma processing
KR101677748B1 (ko) * 2014-10-29 2016-11-29 삼성전자 주식회사 펄스 플라즈마 장치 및 펄스 플라즈마 장치 구동 방법
CN105826154B (zh) * 2015-01-06 2017-12-19 北京北方华创微电子装备有限公司 针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法及装置
KR101983873B1 (ko) * 2015-03-24 2019-05-29 엠케이에스코리아 유한회사 임피던스 매칭 방법 및 임피던스 매칭 시스템
US9876476B2 (en) 2015-08-18 2018-01-23 Mks Instruments, Inc. Supervisory control of radio frequency (RF) impedance tuning operation
US10483854B2 (en) * 2017-05-19 2019-11-19 Semiconductor Components Industries, Llc Resonant power supply converter circuit and method therefor
CN109148250B (zh) * 2017-06-15 2020-07-17 北京北方华创微电子装备有限公司 阻抗匹配装置和阻抗匹配方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125376A (ko) * 2008-03-23 2010-11-30 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드 개선된 주파수 튜닝을 위한 방법 및 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220073989A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 세메스 주식회사 멀티 레벨 펄싱을 위한 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
WO2023064012A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Mks Instruments, Inc. Impedance matching in a rf power generation system
US11823869B2 (en) 2021-10-15 2023-11-21 Mks Instruments, Inc. Impedance matching in a RF power generation system
WO2023215073A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Applied Materials, Inc. Control and prediction of multiple plasma coupling surfaces and corresponding power transfer

Also Published As

Publication number Publication date
EP3694104B1 (en) 2023-10-11
JP7104057B2 (ja) 2022-07-20
WO2020162653A1 (ko) 2020-08-13
CN111801766B (zh) 2023-08-25
CN111801766A (zh) 2020-10-20
EP3694104A1 (en) 2020-08-12
JP2021516412A (ja) 2021-07-01
US20210335576A1 (en) 2021-10-28
US11244809B2 (en) 2022-02-08
TWI713416B (zh) 2020-12-11
KR102348338B1 (ko) 2022-01-06
TW202031098A (zh) 2020-08-16
SG11201908001VA (en) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6512962B2 (ja) プラズマ処理装置
EP2642661B1 (en) System and methods of bimodal automatic power and frequency tuning of RF generators
US10115567B2 (en) Plasma processing apparatus
KR102348338B1 (ko) 펄스형 가변 주파수 rf 발생기의 구동 주파수 제어 방법
US5543689A (en) High frequency power source having corrected power output
KR102265231B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
US7967944B2 (en) Method of plasma load impedance tuning by modulation of an unmatched low power RF generator
US8018164B2 (en) Plasma reactor with high speed plasma load impedance tuning by modulation of different unmatched frequency sources
US5474648A (en) Uniform and repeatable plasma processing
JP5117540B2 (ja) 高周波装置
TW202107515A (zh) 電漿源/偏置功率遞送的高速同步化之射頻產生器及射頻訊號產生方法
US20090297404A1 (en) Plasma reactor with high speed plasma impedance tuning by modulation of source power or bias power
TW201112887A (en) Inductively coupled plasma reactor having RF phase control and methods of use thereof
US10410834B1 (en) Reverse power reducing method and plasma power apparatus using the same
JPWO2004010746A1 (ja) プラズマ処理装置及びその制御方法
WO2022010686A1 (en) Systems and methods for extracting process control information from radiofrequency supply system of plasma processing system
KR20240008318A (ko) 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 실시간 펄스 측정 및 펄스 타이밍 조정을 위한 시스템 및 방법
US20090294275A1 (en) Method of plasma load impedance tuning by modulation of a source power or bias power rf generator
KR20190048234A (ko) Rf 전력의 임피던스 매칭 방법
US20230253185A1 (en) Systems and Methods for Radiofrequency Signal Generator-Based Control of Impedance Matching System
JPH11172436A (ja) 成膜装置用高周波電源装置、位相調整器および放電状態変動量モニタ
US12018361B2 (en) Waveform shape factor for pulsed PVD power
EP4038656B1 (en) Determining an optimal ion energy for plasma processing of a dielectric substrate
US20240371603A1 (en) Plasma processing apparatus, analysis apparatus, plasma processing method, analysis method, and storage medium
WO2023176534A1 (ja) プラズマ処理装置、解析装置及び解析プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant