KR20220025816A - 플라즈마 처리 장비를 위한 아크 억제 디바이스 - Google Patents

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KR20220025816A
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KR1020227001809A
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안토니 올리베티
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코멧 테크놀로지스 유에스에이, 인크.
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Abstract

본 개시내용은 반도체 처리를 위한 플라즈마를 사용하는 시스템에 특히 적용 가능한 플라즈마 생성 시스템에 관한 것이다. 본 개시내용에 부합하는 플라즈마 생성 시스템은 RF 발생기에 결합되는 아크 억제 디바이스를 포함한다. 아크 억제 디바이스는 트리거링 신호에 관여하는 스위치를 포함한다. 또한, 아크 억제 디바이스는, 스위칭 소자 세트에 의해 연결되고, 스위칭 소자 세트가 연결될 때에 저장된 에너지 및 전달된 에너지 모두를 소산시키는 전력 소산기를 포함한다. 아크 억제 디바이스는, 또한 전력 소산기에 결합되어, 스위칭 소자 세트가 전력 소산기와 함께 연결될 때에 디바이스의 입력부에서 반사 계수를 감소시키는 임피던스 변환을 수행하는 임피던스 변환기를 포함한다. 플라즈마 생성 시스템은 RF 발생기에 결합되는 매칭 네트워크 및 매칭 네트워크에 결합되는 플라즈마 챔버를 더 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장비를 위한 아크 억제 디바이스
[관련 출원과의 교차 참조]
본 출원은 2019년 6월 28일에 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 16/456,598에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 주장 출원의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
플라즈마 기상 퇴적 공정 동안에 발생하는 플라즈마 아크 이벤트는 반도체 웨이퍼 상에 집적 회로를 제조할 때에 수율 저감 결함을 유발할 수 있다. 플라즈마 아크 이벤트는 공기를 통해 접지나 전기 시스템 내의 다른 전압 위상과의 저임피던스 접속으로부터 야기되는 일종의 전기 방전을 닮은 광과 열의 섬광을 일으킨다. 또한, 플라즈마 아크 이벤트는 상도체(phase conductor) 사이, 상도체와 중성 도체 사이, 또는 상도체와 접지점 사이의 장해 이벤트로 인해 에너지를 빠르게 방출할 수도 있다.
본 개시내용의 보다 완전한 이해를 위해, 본 명세서에 기재하는 다양한 특징에 따른 예들은 다음의 상세한 설명을, 유사한 참조 번호가 유사한 구조적 소자를 나타내는 첨부 도면과 함께 참조함으로써 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 억제 디바이스를 포함하는 플라즈마 생성 시스템의 일례이다.
도 2는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따른, 아크 억제 디바이스의 일례이다. 일부 예에서, 도 2의 아크 억제 디바이스는 도 1의 플라즈마 생성 시스템의 아크 억제 디바이스를 구현하기 위해 사용될 수도 있다.
도 3은 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 억제 디바이스를 포함하는 매칭 네트워크의 일례이다.
도 4는 저저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트이다.
도 5는 저저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트이다.
도 6은 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트이다.
도 7은 고저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트이다.
도 8은 고저항이지만 리액턴스는 없는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트이다.
도 9는 저저항이지만 리액턴스는 없는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트이다.
도 10은 저저항 및 유도성 리액턴스를 갖는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트이다.
도 11은 저저항 및 용량성 리액턴스를 갖는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트이다.
도 12는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 이벤트를 억제하는 방법의 흐름도이다.
상이한 유리한 구현예들에 대한 설명은 예시의 목적으로 제시되지만, 개시하는 형태의 구현예들로 총망라되거나 제한되는 것이 의도되지 않는다. 다수의 수정 및 변형이 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 상이한 구현예들은 다른 구현예들과 비교해 상이한 이점들을 제공할 수 있다. 선택된 구현예 또는 구현예들은 구현예의 원리, 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위하여 그리고 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 다양한 구현예들을 위해 본 개시내용을 당업자가 이해할 수 있게 하기 위하여 선정되어 설명된다.
본 개시내용을 상세하게 설명하기 전에, 달리 지시하지 않는 한, 본 개시내용은 기재 여부와 관계 없이 특정 절차 또는 물품으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다. 여기에서 사용하는 전문용어는 특정 구현예만을 설명하는 목적을 위한 것이며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 없다.
플라즈마 처리 시스템은 예를 들어 플라즈마를 개시 및 유지하기 위해 RF(radio-frequency) 전력을 사용하는데, 이 경우 RF 에너지는 유도성 및/또는 용량성 플라즈마 결합 소자에 의해 가스에 결합된다. 일부 구현예에서, RF 전원은 플라즈마 결합 소자(예를 들어, 코일 또는 전극)에 RF 전력을 공급한 다음, 공정 챔버의 플라즈마 영역 내의 플라즈마에 가스를 여기시킨다. 그렇게 생성된 플라즈마는 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼)을 처리하는 데 사용된다.
플라즈마는 종종 비정상 글로우 영역으로서 알려진 전류-전압 특성의 일부에서 유지된다. 이 영역에서는 고밀도의 전자와 이온이 존재하고 상당한 전기장도 존재하기 때문에 플라즈마는 플라즈마 아킹("아킹")에 취약하다. 아킹은 플라즈마 내의 전류가 흐르는 영역이 일반적으로 상당한 부피에 걸쳐 확산되고 집중 아킹 전류를 포함하는 고도로 국소화된 영역("아킹 영역"이라고 함)으로 붕괴되는 상태이다. 아킹 동안 기판 또는 시스템 구성요소의 표면들은 이온 또는 전자 주입으로부터, 표면의 스퍼터링 및/또는 국소 가열로 인해 변경되거나 손상될 수 있는며, 이는 아킹 영역 내의 전자 및 이온에 의해 달성되는 고농도의 전력 소산 및 고속화로 인해 폭파를 일으킬 수 있다.
정상적인 금속 퇴적은 일반적으로 1 마이크론 미만이지만 아킹은 반도체 웨이퍼 상에 국소적으로 더 두꺼운 금속 퇴적을 유발할 수 있다. 아킹이 발생하면 플라즈마 챔버 내의 전자기장의 에너지가 의도한 것보다 타겟의 더 작은 영역에 집중될 수 있는데, 이는 타겟의 고체 조각을 떼어낼 수 있다. 이탈된 타겟 재료의 고체 조각은 웨이퍼 상에서 예상되는 균일한 코팅의 두께에 비해 클 수 있으며, 큰 조각이 반도체 웨이퍼에 떨어지면 해당 위치에서 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 집적 회로에 결함이 발생할 수도 있다. 　
RF 시스템에서 임피던스 매칭은 전력 전달(power transfer)를 최대화하는 데 중요하다. 여기서, 임피던스는 주어진 주파수에서 교류("AC")의 흐름에 대한 디바이스 또는 회로의 전체 반대(total opposition)로 정의되며 벡터 평면 상에서 그래프로 나타낼 수 있는 복소수(complex quantity)로서 표시된다. 임피던스 벡터는 실수부(저항, R)와 허수부(리액턴스, X)로 구성되며 직사각형 좌표 형식: Z = R + Xj을 사용하여 표현될 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 주파수에 관계없이 저항의 영향이 일정할 때 리액턴스는 주파수에 따라 변한다.
전자공학에서 임피던스 매칭은 전기 부하의 입력 임피던스 또는 해당 신호 소스의 출력 임피던스가 전력 전달을 최대화하거나 부하로부터의 신호 반사를 최소화하도록 위상 및 진폭에 있어서 전압과 전류 사이의 관계를 변환하는 작업(practice)이다. 모든 임피던스 매칭 방식의 주요 역할은 최대 전력이 부하에 전달될 수 있도록 부하 임피던스가 소스 임피던스의 켤레 복소수로서 나타나게 하는 것이다. 소스 저항과 부하 저항 사이의 임의의 리액턴스는 부하 저항의 전류를 감소시키고 이에 부하 저항에서 전력이 소산된다. 소스 저항이 부하 저항과 같을 때 발생하는 최대치로 소산을 복원하기 위해서 전송 루프의 순 리액턴스는 0과 같다. 이것은 부하 및 소스 임피던스가 다른 것의 켤레 복소수로 되어 이들이 동일한 실수부와 반대 유형의 리액티브성 부분을 가질 때 발생한다. 소스 임피던스가 Zs = R + Xj이면 켤레 복소수는 Zs* = R - Xj가 된다.
본 개시내용은 플라즈마 아크 이벤트(예컨대, 아킹)에 의해 야기된 임피던스를 변환하기 위해 한 쌍의 저항성 종단과 함께 사용되는 임피던스 변환기(예컨대, 90도(즉, 90˚) 또는 1/4파 임피던스 변환기)를 제공한다. 임피던스 변환기는 동축 전송 라인, 브로드사이드 결합 전송 라인, 매립 전송 라인, 또는 도파관을 포함할 수 있다. 그러나 이들은 예시일 뿐이며 본 개시내용이 이에 한정되는 것은 아니다.
임피던스 변환기는 적절한 전기적 길이와 특성 임피던스를 갖는 전송 라인의 일부(section)를 삽입함으로써 실현될 수 있다. 예를 들어, 1/4파 임피던스 변환기를 사용하여 실제 임피던스와 매칭시킬 수 있다. 그러나, 직렬 또는 션트 리액티브 성분을 추가함으로써 복잡한 부하 임피던스가 실제 임피던스로 변환될 수도 있다. 특히, 1/4파 변환기는 변환 및 적용의 품질 계수 Q에 따라, 1 옥타브 이하의 대역폭에 걸쳐 허용 가능한 매칭뿐만 아니라 특정 동작 주파수에서의 매칭을 제공할 수 있다.
본 개시내용은 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리하기 위해 플라즈마를 사용하는 플라즈마 생성 시스템을 제공한다. 특히, 본 개시내용은 아킹 발생시에 전기 신호에 응답할 수 있고 신호 수신시에 플라즈마 챔버에 공급되는 에너지를 더욱 줄일 수 있는 신규한 아크 억제 디바이스를 제공한다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 아크 억제 디바이스는 전력 전달 시스템에서 RF 발생기가 나타내는 반사 계수(예를 들어, 감마)를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 억제 디바이스(102)를 포함하는 플라즈마 생성 시스템(100)의 일례이다. 도시하는 바와 같이, 아크 억제 디바이스(102) 외에, 플라즈마 생성 시스템(100)은 RF 발생기(101), 매칭 네트워크(103), 및 플라즈마 챔버(104)를 포함하고, 이들 모두는 일련의 전송 라인(105a-105c)에 의해 결합된다.
RF 발생기(101)는 전송 라인(105a-105c)을 통해 플라즈마 챔버(104)에 전달될 전력을 제공한다. RF 발생기(101)는 다수의 상이한 주파수에서 동작할 수 있다. 예를 들어, RF 발생기(101)는 본 개시내용의 하나 이상의 예에 따라, 저주파수(예를 들어, 30 kHz -> 300 kHz), 중간 주파수(예를 들어, 300 kHz -> 3 MHz), 고주파수(예를 들어, 3 MHz -> 30 MHz), 및 초고주파수(예를 들어, 30 MHz -> 300 Mhz)에서 동작한다.
특히, 본 개시내용은 플라즈마 챔버(104) 내의 임피던스에 대한 급격한 변화를 야기할 수 있는 예상치 못한 이벤트(예를 들어, 플라즈마 아킹) 동안에도 안정적인 부하(예를 들어, 약 50 옴)를 RF 발생기(101)에 제공한다. 아킹 동안, 플라즈마 챔버(104)에서 임피던스는 빠르게 변화하여 부하선을 그래서 RF 발생기(101)의 효율성 및 안정성을 시프트시킬 수 있고, 그에 따라 스퓨리어스 방출 등을 야기한다. 바람직하게는, 아크 억제 디바이스(102)는 플라즈마 아크를 공급하고 있는 공정 챔버로부터의 RF 발생기(101)에 의해 공급된 에너지를 전환할 수 있고, 그에 의해 아크 이벤트를 억제하거나 적어도 완화시킬 수 있다. 아크 억제 디바이스(102)는, 아킹이 발생하는 때를 결정하고 아킹이 검출될 때 아크 억제 디바이스(102)에 트리거링 신호 또는 트리거 신호들을 제공하는 센서(들)(예를 들어, 광학 또는 전기 센서)(106)를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 아크 억제 디바이스(102)는 이하에서 더 상세히 설명하겠지만, 아크 억제 디바이스(102)가 마이크로초 이하의 오더로 반응할 수 있도록 신속하게 반응할 수 있는 스위칭 소자 세트를 포함할 수 있다. 스위칭 소자 세트는 PIN 다이오드, 실리콘 탄화물 전계 효과 트랜지스터("SiCFET"), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터("MOSFET"), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터("IGBT"), 또는 바이폴라 접합 트랜지스터("BJT")를 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 전술한 스위칭 소자의 예에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다. 또한, 일부 구현예에서는 스위칭 소자(210, 211)가 함께 집합으로 또는 개별적으로 작동될 수 있다.
본 개시내용의 효과를 아는 당업자라면, 플라즈마 챔버(104) 내의 실제 임피던스가 공정 동작 동안에 전송 라인(105a-105c)을 따라 실제로 정확하게 측정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용에서 설명하는 시스템은 부하 임피던스에 관계없이 효과적으로 동작할 수 있다.
매칭 네트워크(103)는 복수의 리액티브 소자; 및 복수의 리액티브 소자에 대한 액추에이팅 디바이스 각각에 개개의 제어 신호를 제공하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 개개의 제어 신호가 제공되는 것에 응답하여, 각각의 리액티브 소자는 해당 제어 신호에 따라 활성화된다. 매칭 네트워크(103)는 플라즈마 챔버(104)에 의해 생긴 임피던스를 취하고 그것을 원하는 소스 임피던스(예를 들어, 50 옴)로 변환할 수 있다. 그러나 플라즈마 처리 시스템에서 사용되는 자동 임피던스 매칭 네트워크는 모터로 구동되는 조정 가능한 소자를 사용하는 것이 일반적이다. 매칭 네트워크(103)가 부하 임피던스의 급격한 변화(sharp change)에 응답하는 데에 수백 밀리초 또는 그 이상이 걸릴 수 있다. 일부 경우에, 매칭 네트워크(103)는 이벤트가 매칭 네트워크의 범위의 외부에서 부하 임피던스를 초래하는 경우 민감하게 조정하는 것이 불가능할 수도 있다.
도 2는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따른, 아크 억제 디바이스(200)의 일례이다. 일부 예에서, 아크 억제 디바이스(200)는 전송 라인(202)을 따라 RF 전력 포트(201)에 접속될 수 있다. 아크 억제 디바이스(200)는 2개의 션트 네트워크(예컨대, 소자)(213, 214) 및 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)를 포함한다. 일 구현예에서, 각각의 션트 네트워크(213, 214)는 전력 소산기(216)(예컨대, 저항기), 하나 이상의 용량성 소자(220), 및 스위칭 소자(210, 211)를 포함한다. 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)는 전력 소산기(216)에 결합되어, 스위칭 소자 세트가 전력 소산기(216)와 함께 연결될 때에 디바이스(200)의 입력부에서 반사 계수를 감소시키는 임피던스 변환을 수행할 수 있다. 일 구현예에서, 반사 계수는 0 - 0.5의 범위로 감소된다(예컨대, VSWR는 3:1 이하).
일 구현예에서, 션트 네트워크(214)는 노드(203)에 나타나는 임피던스(예를 들어, 플라즈마 챔버 내의 임피던스)를 취하고 이 임피던스를 거기에 병렬로 배치한다. 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)는 결과 임피던스를 90도 변환한다. 마지막으로, 션트 네트워크(213)는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)에 의해 변환된 임피던스를 취하고 이 임피던스를 거기에 병렬로 배치한다.
아크 억제 디바이스(200)는 타겟 VSWR(예를 들어, 3:1) 내에서 고임피던스를 저임피던스로 또는 그 반대로 변환할 수 있다. 또한, 아크 억제 디바이스(200)는 타겟 VSWR 내에서 네거티브 위상각을 갖는 임피던스를 포지티브 위상각을 갖는 임피던스로, 또는 그 반대로 변환할 수 있다.
당업자라면 아크 억제 디바이스(200)가 한 쌍의 션트 네트워크(213, 214)로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다. 일부 구현예에서, 한 쌍의 션트 네트워크(213, 214)는 직렬 구성으로 대체될 수 있다.
전력 소산기(216)는 비유도성 저항 소자를 포함할 수 있다. 전력 소산기(216)는 스위칭 소자(210, 211)에 의해 연결될 때에 시스템 내의 저장된 에너지와 전달된 에너지 모두를 소산시킨다. 도시하는 구현예에서, 전력 소산기(216)는 130 옴의 값을 갖는 반면, 용량성 소자는 약 0.01 μF의 값을 갖는다. 그러나, 이들 값은 예시일 뿐이며 본 개시내용을 한정하지 않는다. 전력 소산기(216)의 값은 소산되는 에너지의 정도 및 RF 발생기에 의해 나타나는 반사 계수가 최소화되는 양을 결정한다.
아크 억제 디바이스(200)는 3개의 주요 구성요소를 포함한다: 연결(예컨대, 폐쇄) 또는 연결해제(예컨대, 개방)를 위한 스위칭 소자(예컨대, 스위칭 소자(210, 211)), 플라즈마 챔버(예를 들어, 도 1의 플라즈마 챔버(104))에 의해 생긴 임피던스를 반전시킬 수 있는 임피던스 변환기(예컨대, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)), 및 플라즈마 챔버로부터 저장된 에너지를 전환 및 소산시키기 위한 전력 소산기(예컨대, 전력 소산기(216))를 포함한다.
일 구현예에서, 스위칭 소자(210, 211)는 트리거링 신호 또는 트리거링 신호들에 관여된다. 예를 들어, 트리거링 신호는 적어도 0.5의 반사 계수의 변화의 결과일 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 또한, 트리거링 신호는 일부 시간 기간 동안 미리 결정된 임계값을 초과하는 전류, 전압, 또는 반사 계수의 변화일 수 있다. 또한, 트리거링 신호는 플라즈마 생성 시스템 전체에 분포된 다수의 감지 신호들의 합성물(composite)일 수 있다.
RF 발생기에 의해 아크 억제 디바이스(200)에 트리거링 신호가 제공될 수 있다. 또한, RF 플라즈마 챔버는 아크 이벤트가 발생하는 때를 결정하고 아크 이벤트가 검출되었을 때 아크 억제 디바이스(200)에 트리거링 신호를 제공하는 센서를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(210, 211)는 히트싱크(도시 생략)에 의해 아크 억제 디바이스(200)에 장착될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(210, 211)는 마이크로초 이하의 오더로 트리거링 신호에 반응할 수 있다. 또한, 일부 구현예에 따르면, 스위칭 소자(210, 211)가 연결될 때, 아크 억제 디바이스(200) 네트워크는 플라즈마 부하 임피던스에 관계없이 플라즈마 부하 임피던스를 RF 전력 포트(201)에 대한 낮은 반사 계수를 갖는 일부 새로운 임피던스로 변환하고 플라즈마 처리 모듈로부터의 저장된 에너지를 소산시킨다. 대안적으로, 스위칭 소자(210, 211)가 연결해제될 때, 아크 억제 디바이스(200)는 50 옴 입력 및 출력 임피던스를 갖는 필터로서 보인다. 스위칭 소자(210, 211)가 연결해제될 때, 스위칭 소자(210, 211)는 전류가 전력 소산기(216) 및 용량성 소자(220)로 흐르는 것을 방지하여 션트 네트워크(213/214)가 개방 회로로서 보이게 한다. 일 구현예에서, 스위칭 소자(210, 211) 각각은 중간 주파수("MF") RF 전력 시스템에 대한 부동 게이트 구동 회로부와 함께 실리콘 탄화물 전계 효과 트랜지스터("SiCFET")를 포함하는 대칭 FET 스위치이다.
다른 구현예에서, 스위칭 소자(210, 211)는 고전압 바이폴라 바이어스 전원을 갖는 PIN 다이오드를 포함한다. 또한, 스위칭 소자(210, 211)는 본 개시내용의 사상 및 범주를 벗어나지 않는다면, SiCFET, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터("MOSFET"), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터("IGBT"), 또는 바이폴라 접합 트랜지스터("BJT")를 포함할 수 있다. 도면에 도시하는 스위칭 소자(210, 211)는 접지에 대해 종단을 격리시키거나 접속시킬 수 있다.
스위칭 소자(210, 211)는 전송 라인(208, 209)을 통해 스위치 액추에이터(207)에 의해 연결될 수 있다. 스위치 액추에이터(207)는 또한 RF 발전 시스템의 고전압 RF 파형과 트리거링 신호 사이에 전기적 및/또는 갈바닉 격리를 제공하는 디지털 아이솔레이터(206)에 결합될 수 있다. 디지털 아이솔레이터(206)는 도 2에 또한 도시하는 바와 같이 트리거(205)에 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 아크 억제 디바이스(200)는 양쪽의 소산 종단을 이용하기 위해 1/4파 임피던스 변환을 수행하는 네트워크를 포함할 수 있다. 네트워크는 매칭 네트워크에 의해 변환된 플라즈마 부하 임피던스인 매칭의 입력 임피던스와 제1 종단의 병렬 조합을 취하고 이를 1/4 파장만큼 회전시켜 RF 발생기가 이 새로운 임피던스와 제2 종단의 병렬 조합과 동일한 임피던스로서 보이게 한다. 이 메커니즘은 RF 발생기에서 보이는 감마의 최소화를 보장하고 시스템의 특성 임피던스, 변환기의 특성 임피던스(예컨대, 일반적으로 동일한 임피던스), 및 종단 저항의 함수이다. 1/4파 임피던스 변환기는 일부 알려진 특성 임피던스를 갖는 1/4 파장(λ) 길이의 전송 라인 또는 도파관으로 정의될 수 있다. 1/4파 임피던스 변환기는 입력 노드(203)에서 종단 임피던스의 이중성을 나타낼 수 있다. 이 구현예의 경우, 집중 요소(lumped element)가 매우 작아서 고전류 및 전압 기능으로 구성하기 어려운 일부 VHF 및 고주파 적용에 바람직한다.
일 구현예에서, 90도 임피던스 변환기(212)는 집중 요소 파이-네트워크(예를 들어, 90도 파이-네트워크 변환기)를 포함한다. 파이-네트워크는 전송 라인 또는 도파관과 동일한 임피던스 변환을 수행하지만 훨씬 더 제한된 대역폭을 제공한다. 일 구현예에서, 집중 요소의 파이-네트워크는 직렬 분기의 인덕터 외에 션트 네트워크 분기의 커패시터로 구성된다. 이 구현예는 파장이 매우 긴 MF 및 HF 적용에 바람직하다.
일 예에서, 플라즈마 챔버(예를 들어, 도 1의 플라즈마 챔버(104))에 의해 제공되는 임피던스의 크기는 저임피던스가 될 수 있고, 임피던스(ZN)는 스위치 디바이스를 연결함으로써 션트 네트워크의 전력 소산 소자(예를 들어, 전력 소산기(216))와 병렬로 배치될 수 있다. 이 경우에, 제1 전력 분산기는 결과 임피던스(예컨대, Z1=ZL1//ZN)에 큰 영향을 미치지 않을 것이다. 결과 임피던스(Z1)는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기에 의해 고임피던스(예컨대, ZD)를 갖도록 변환된다. 그런 다음 변환된 임피던스(ZD)는 스미스차트의 중심을 향하여(예를 들어, 50 옴의 소스 임피던스 근처) 임피던스를 따르게 하는 션트 네트워크(214)와 병렬로 배치된다(예를 들어, ZM = ZL2//ZD). 일부 구현예에서, 스위칭 소자(210, 211)의 조합은 고전력 적용을 위한 수냉식 히트싱크에 플랜지 장착될 수 있다.
대안으로, 플라즈마 임피던스의 크기가 플라즈마 챔버(예를 들어, 도 1의 플라즈마 챔버(104)) 내에서 높아지면, 임피던스(ZN)은 션트 네트워크(213, 214)의 전력 소산기(216)와 병렬로 배치된다(예를 들어, Z2=ZL1//ZN). 따라서 결과 임피던스(Z2)는 고임피던스가 다른 고임피던스와 병렬로 배치됨에 따라 중심을 따른다. 또한, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(212)는 임피던스를 상대적으로 낮은 임피던스(예를 들어, ZD)로 변환할 수 있다. 그런 다음, 변환된 임피던스(ZD)는 션트 네트워크(213)의 전력 소산기(216)와 병렬로 배치된다(예를 들어, ZM=ZL2//ZD). 션트 네트워크(213)가 결과 임피던스에 미치는 영향은 적을 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 억제 디바이스(205)를 포함하는 매칭 네트워크(300)의 일례이다. 매칭 네트워크는, RF 적용에서, 부하에 최대 전력 전달을 제공하고 미스매치로 인한 반사된 에너지로부터의 전원에 대한 손상을 배제하기 위해, 전원의 임피던스 또는 어드미턴스를 상이한 임피던스 또는 어드미터스를 갖는 부하에 매칭시키는 데에 사용될 수 있다. 플라즈마 부하 임피던스는 예상치 못한 플라즈마 아크 이벤트 외에도, 발생기 주파수, 전달된 전력, 챔버 압력, 가스 조성, 플라즈마 점화와 같은 변수에 따라 달라질 수도 있다. 매칭은, 원하는 입력 임피던스를 유지하기 위해 매칭 내부의 전기 소자, 일반적으로 진공 가변 커패시터를 변화시킴으로써 부하 임피던스의 이러한 변동에 대처한다.
매칭 네트워크(300)는 전력을 소산시키는 저항성 소자와 대조적으로 전기장 및 자기장에 에너지를 저장하는 소자를 의미하는 리액티브 소자를 포함할 수 있다. 가장 일반적인 리액턴스 소자는 커패시터, 인덕터 및 결합 인덕터이지만 분산 회로 등의 다른 것들도 사용될 수 있다. 매칭 네트워크에는 전송 라인과 변환기를 포함한 소자도 포함될 수 있다. 도시된 구현예에서, 매칭 네트워크(300)는 단일 용량성 소자(301) 및 유도성 소자(302)를 포함한다.
특히, 매칭 네트워크(300)는 아크 억제 디바이스(303)를 포함한다. 그러나, 매칭 네트워크(300)는 아크 억제 디바이스(303)를 포함하는 반면 플라즈마 생성 시스템(100)(도 1 참조)은 별도의 아크 억제 디바이스(102)(도 1 참조) 및 매칭 네트워크(103)(도 1 참조) 구성요소를 포함한다는 점에서 매칭 네트워크(300)와 도 1에 도시한 정합 네트워크(103)는 다른 것임을 주목해야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시하는 아크 억제 시스템은 일부 구현예에서는 매칭 네트워크 내에서 구현될 수 있다.
도 4는 저저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트(400)이다. 이에, 스미스차트(400)는 타겟 VSWR(401) 내에 있는 임피던스로 변환될 수 있는 저저항 부분과 유도성 리액티브 부분을 가진 임피던스의 영역(402)을 표시한다. 아크 억제 디바이스가 연결되는 경우, 영역(402) 내의 임피던스는 도면에 도시하는 바와 같이 VSWR(401) 내에 속하는 영역(403) 내의 임피던스로 변환될 것이다.
당업자라면, 영역(402, 403)은 저저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(402)로서 예시되고 변환된 영역(403)은 도 4의 예에 도시한 것보다 크거나 작을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 여기서, 저저항 부분을 갖는 임피던스는 저항이 50 옴 미만인 임피던스로 정의될 수 있는 반면, 고저항 부분을 갖는 임피던스는 저항이 50 옴보다 큰 임피던스로 정의될 수 있다. 특히, 변환된 영역(403)은 타겟 VSWR(401)에 따라 스미스차트(400) 상에 더 크거나 더 작은 면적을 가질 수 있다. 더욱이, 변환된 영역(403) 내의 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 용량성이다.
또한, 도 4는 각각 타겟 VSWR(401) 내부 및 외부에 있는 포인트(404, 405)를 도시한다. 따라서, 본 명세서에 개시하는 아크 억제 디바이스는 초기 임피던스가 타겟 VSWR(401) 내부 또는 외부에 있는지에 관계 없이 저저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임의의 임피던스를 타겟 VSWR(401) 내의 임피던스로 변환할 수 있다.
도 5는 저저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트(500)이다. 이에, 스미스차트(500)는 타겟 VSWR(501) 내에 있는 임피던스로 변환될 수 있는 저저항 부분과 용량성 리액티브 부분을 가진 영역(502)을 표시한다.
본 명세서에 개시하는 시스템 및 방법은 변환된 영역(503)이 보여주는 바와 같이, 저저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스를 허용 가능한 임피던스로 변환할 수 있다. 영역(502, 503)은 저저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(502)으로서 예시되고 변환된 영역(503)은 도 5의 예에 도시한 것보다 크거나 작을 수 있다. 이와 같이, 변환된 영역(503)은 타겟 VSWR(501)에 따라 스미스차트(500) 상에 더 크거나 더 작은 면적을 가질 수 있다. 더욱이, 변환된 영역(503) 내의 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 유도성이다.
또한, 도 5는 각각 타겟 VSWR(501) 내부 및 외부에 있는 포인트(504, 505)를 도시한다. 따라서, 본 명세서에 개시하는 아크 억제 디바이스는 초기 임피던스가 타겟 VSWR(501) 내부 또는 외부에 있는지에 관계 없이 저저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임의의 임피던스를 타겟 VSWR(501) 내의 임피던스로 변환할 수 있다.
도 6은 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트(600)이다. 이에, 스미스차트(600)는 타겟 VSWR(601) 내에 있는 임피던스로 변환될 수 있는 고저항 부분과 유도성 리액티브 부분을 가진 임피던스의 영역(602)을 표시한다. 특히, 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(602) 및 도 4에 예시하는 바와 같이 순수 유도성 저임피던스의 영역(402)(도 4 참조)는 스미스차트(600) 상에 집합적으로 전체 유도성 임피던스를 구성한다. 당업자라면 표준 스미스차트의 상부 절반은 임피던스의 유도성 영역을 나타낸다는 것을 이해할 수 있다.
영역(602, 603)은 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(602)으로서 예시되고 변환된 영역(603)은 도 6의 예에 도시한 것보다 크거나 작을 수 있다. 이와 같이, 변환된 영역(603)은 타겟 VSWR(601)에 따라 스미스차트(600) 상에 더 크거나 더 작은 면적을 가질 수 있다.
여기에 설명하는 바와 같이, 본 개시내용의 시스템 및 방법은 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스를 타겟 VSWR(601) 내에 있는 변환된 영역(603)으로 변환할 수 있다. 특히, 변환된 영역(603) 내의 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 용량성이다.
또한, 도 6은 각각 타겟 VSWR(601) 내부 및 외부에 있는 포인트(604, 605)를 도시한다. 따라서, 본 명세서에 개시하는 아크 억제 디바이스는 초기 임피던스가 타겟 VSWR(601) 내부 또는 외부에 있는지에 관계 없이 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임의의 임피던스를 타겟 VSWR(601) 내의 임피던스로 변환할 수 있다.
도 7은 고저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 변환 특성을 표시하는 스미스차트(700)이다. 이에, 스미스차트(700)는 타겟 VSWR 내에 있는 임피던스로 변환될 수 있는 고저항 부분과 용량성 리액티브 부분을 가진 임피던스의 영역(702)을 표시한다. 특히, 고저항 부분 및 유도성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(702) 및 도 5에 예시하는 바와 같이 저저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(502)(도 5 참조)는 스미스차트(700) 상에 집합적으로 전체 용량성 임피던스를 구성한다. 당업자라면 표준 스미스차트의 하부 절반은 임피던스의 용량성 영역을 나타낸다는 것을 이해할 수 있다. 영역(702, 703)은 고저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스의 영역(702)으로서 예시되고 변환된 영역(703)은 도 7의 예에 도시한 것보다 크거나 작을 수 있다. 이와 같이, 변환된 영역(703)은 타겟 VSWR(701)에 따라 스미스차트(700) 상에 더 크거나 더 작은 면적을 가질 수 있다.
바람직하게는, 본 개시내용의 시스템 및 방법은 고저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임피던스를 타겟 VSWR(701) 내에 있는 변환된 영역(703)으로 변환할 수 있다. 특히, 변환된 영역(703) 내의 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 유도성이다.
마지막으로, 도 7은 각각 타겟 VSWR(701) 내부 및 외부에 있는 포인트(704, 705)를 도시한다. 따라서, 본 명세서에 개시하는 아크 억제 디바이스는 초기 임피던스가 타겟 VSWR(701) 내부 또는 외부에 있는지에 관계 없이 고저항 부분 및 용량성 리액티브 부분을 갖는 임의의 임피던스를 타겟 VSWR(701) 내의 임피던스로 변환할 수 있다.
도 8은 고저항이지만 리액턴스는 없는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트(800)이다. 이에, 스미스차트(800)는 예시적인 고저항 및 저리액턴스 복소 임피던스의 임피던스 변환을 표시한다. 도 8에 도시하는 예에서, 포인트(801)는 2,500 + 0j 옴의 복소 임피던스 값을 나타내는데, 이것은 앞에서 개시한 아크 억제 디바이스에 의해 포인트(805)가 나타낸 바와 같이 대략 17.7 + 0.1j 옴의 임피던스 값으로 변환된다. 도시하는 바와 같이, 곡선(802, 803 및 804) 각각은 제1 및 제2 션트 네트워크의 종단(예컨대, 곡선(802, 804))으로부터 그리고 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(곡선(803))에 의한 임피던스 변환에 대한 기여도를 보여준다.
도시하는 구현예에서, 제1 종단(곡선(802)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j 옴이고 제2 종단(곡선(803)에 해당)의 부하 임피던스도 약 130 - 1j 옴이다. 또한, 도시하는 구현예에서 제1 션트 네트워크에서 볼 수 있는 임피던스는 약 123.6 - 0.9j 옴이고, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기에서는 약 20.3 + 0.2j 옴이며, 제2 션트 네트워크에서는 약 17.7 + 0.1j 옴이다.
특히, 변환된 임피던스의 결과 VSWR(2.849) 및 반사 계수(0.480 < 180˚)는 VSWR 및 반사 계수 타겟 범위(예컨대, 각각 3:1 및 0.5) 내에 있다. 더욱이, 포인트(801)가 나타내는 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 포인트(805)로 90도 변환된다.
도 9는 저저항이지만 리액턴스는 없는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트(900)이다. 이에, 스미스차트(900)는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 저저항 및 저리액턴스 복소 임피던스의 임피던스 변환을 표시한다. 도 9에 도시하는 예에서, 포인트(901)는 1 + 0j 옴의 복소 임피던스 값을 나타내는데, 이것은 앞에서 개시한 아크 억제 디바이스에 의해 포인트(904)가 나타낸 바와 같이 대략 123.4 - 1.1j 옴의 임피던스 값으로 변환된다. 도시하는 바와 같이, 곡선(902, 903) 각각은 제1 션트 네트워크의 종단(예컨대, 곡선(903))으로부터 그리고 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(곡선(902))에 의한 임피던스 변환에 대한 기여도를 보여준다. 특히, 도시하는 예에서, 변환은 도 8에 도시한 임피던스 예와 비교하여 제2 션트 네트워크에서 크게 기인하지 않는다(곡선(802) 참조).
도시하는 구현예에서, 제1 종단(곡선(902)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j 옴이고 제2 종단(곡선(903)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j 옴이다. 또한, 도시하는 구현예에서 제1 션트 네트워크에서 나타나는 임피던스는 약 1 + 0j 옴이고, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기에서는 약 2,420 - 97.2j 옴이며, 제2 션트 네트워크에서는 약 123.4 - 1.2j 옴이다.
특히, 변환된 임피던스의 결과 VSWR(2.468) 및 반사 계수(0.425 < -0.52˚)는 VSWR 및 반사 계수 타겟 범위(예컨대, 각각 3:1 및 0.5) 내에 있다.
도 10은 저저항 및 유도성 리액턴스를 갖는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트(1000)이다. 이에, 스미스차트(1000)는 저저항 및 고 포지티브 리액턴스 복소 임피던스의 임피던스 변환을 표시한다. 도 10에 도시하는 예에서, 포인트(1001)는 1 + 50j 옴의 복소 임피던스 값을 나타내는데, 이것은 앞에서 개시한 아크 억제 디바이스에 의해 포인트(1005)가 나타낸 바와 같이 대략 28.5 - 33.6j 옴의 임피던스 값으로 변환된다. 도시하는 바와 같이, 곡선(1002, 1003 및 1004) 각각은 제1 및 제2 션트 네트워크의 종단(예컨대, 곡선(1002, 1004))으로부터 그리고 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기(곡선(1003))에 의한 임피던스 변환에 대한 기여도를 보여준다.
도시하는 구현예에서, 제1 종단(곡선(1002)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j 옴이고 제2 종단(곡선(1004)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j 옴이다. 또한, 도시하는 구현예에서 제1 션트 네트워크에서 나타나는 임피던스는 약 17.5 + 43.1j 옴이고, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기에서는 약 20.2 - 49.8j 옴이며, 제2 션트 네트워크에서는 약 28.5 - 33.6j 옴이다.
특히, 변환된 임피던스의 결과 VSWR(2.749) 및 반사 계수(0.487 < -99˚)는 VSWR 및 반사 계수 타겟 범위(예컨대, 각각 3:1 및 0.5) 내에 있다. 더욱이, 포인트(1001)가 나타내는 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 포인트(1005)가 나타내는 임피던스로 90도 변환된다.
도 11은 저저항 및 용량성 리액턴스를 갖는 예시적인 임피던스에 대한 개시하는 시스템의 임피던스 변환 경로를 표시하는 스미스차트이다. 이에, 스미스차트(1100)는 저저항 및 고 네거티브 리액턴스 복소 임피던스의 임피던스 변환을 표시한다. 도 11에 도시하는 예에서, 포인트(1101)는 1 - 50j 옴의 복소 임피던스 값을 나타내는데, 이것은 앞에서 개시한 아크 억제 디바이스에 의해 포인트(1105)가 나타낸 바와 같이 대략 29.0 + 33.8j 옴의 임피던스 값으로 변환된다. 도시하는 바와 같이, 곡선(1102, 1103 및 1104) 각각은 제1 및 제2 션트 네트워크의 종단(예컨대, 곡선(1102, 1104))으로부터 그리고 90도 파이-네트워크 변환기(곡선(1103))에 의한 임피던스 변환에 대한 기여도를 보여준다.
도시하는 구현예에서, 제1 종단(곡선(1102)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j이고 제2 종단(곡선(1103)에 해당)의 부하 임피던스는 약 130 - 1j이다. 또한, 도시하는 구현예에서 제1 션트 네트워크에서 볼 수 있는 임피던스는 약 17.3 - 42.9j 옴이고, 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기에서는 약 20.4 + 50.2j 옴이며, 제2 션트 네트워크에서는 약 29.0 - 33.8j 옴이다.
변환된 임피던스의 결과 VSWR(2.722) 및 반사 계수(0.469 < 99˚)는 VSWR 및 반사 계수 타겟 범위(예컨대, 각각 3:1 및 0.5) 내에 있다. 더욱이, 포인트(1101)가 나타내는 임피던스는 90도 파이-네트워크 임피던스 변환기를 구비한 아크 억제 디바이스를 채택하는 구현예에 따라 포인트(1105)가 나타내는 임피던스로 90도 변환된다. 특히, 아크 억제 디바이스 내의 소자와 연관된 임피던스 변환을 나타내는 곡선(1102, 1103, 및 1104)은, 준대칭이지만, 도 11에 도시한 예와 연관된 임피던스 진폭 및 위상각에 대한 전치이다.
도 12는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 따라, 아크 이벤트를 억제하는 방법의 흐름도(1200)이다. 흐름도(1200)는 아크 억제 디바이스를 채택하여 아크 억제 디바이스가 나타내는 반사 계수가 0.5 이상 증가했는지 여부를 결정하는 블록(1201)에서 시작한다. 전술한 바와 같이, 이것은 도 2에 도시한 아크 억제 디바이스에 의해 달성될 수 있다. 다음으로, 블록(1202)은 제공된 예에서와 같이, RF 발생기에 제공된 임피던스가 플라즈마 처리 모듈의 상태에 관계 없이 0.5 이하의 반사 계수를 생성하도록 아크 억제 디이스를 사용하는 것을 포함한다.
게다가, 제공된 예에서, 블록(1203)에 따르면, 미리 결정된 정도를 초과하는(예를 들어, 단시간 기간에 걸쳐 0.5 감마 시프트보다 큰) 감마의 변화에 응답하여 플라즈마 챔버에 전달되는 전력을 적어도 3 dB만큼 감소시킨다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 적어도 3 dB의 전력 감소는 전력 감소의 약 50%이다. 따라서, 다수의 경우에 50% 전력 감소는 플라즈마 아크 이벤트를 소멸시키기에 충분할 수 있다. 종단 저항기의 값을 조정함으로써 상이한 전력 감소량을 달성하는 설계 변형이 존재할 수 있다. 감마의 급격한 변화에 의해서만 트리거링되는 것과 반대로, 전류, 전압, 위상각, 스펙트럼 내용, 또는 이들 인자의 일부 조합과 같은 동작 파라미터의 일부 변화의 결과에 따라 스위칭 소자를 연결/연결해제하는 트리거 신호가 실행되게 할 수 있다.
본 개시내용을 상세하게 설명하였지만, 본 개시내용의 사상 및 범주에서 이탈하지 않고서 다양한 변경, 대체 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 본 개시내용의 특징과 관련하여 "또는" 그리고 "및"이라는 표현의 사용은 주어진 문맥에 따라 적절하게, 예시들이 임의의 나열된 특징의 조합을 포함할 수 있음을 나타낸다.
본 출원의 구현예들을 여기에 상세하게 설명하였지만, 발명의 개념은 달리 다양하게 구현 및 채택될 수 있으며, 첨부하는 청구범위는 종래기술에 의해 제한되는 것을 제외하고는 그러한 변형을 포함하는 것으로 해석되는 것을 이해해야 한다.
본 명세서 전체에서 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 언급은 그 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 구현예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반의 다양한 곳에서 "일 구현예에서" 또는 "일부 구현예에서"라는 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정 특징부, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수도 있다.
앞에서는, 구체적인 예시적인 구현예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 첨부하는 청구범위에 기재된 본 개시내용의 보다 넓은 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 디바이스에 있어서,
    트리거링 신호에 관여하는 스위칭 소자 세트;
    상기 스위칭 소자 세트에 의해 연결되고, 상기 스위칭 소자 세트가 연결될 때에 저장된 에너지 및 전달된 에너지 모두를 소산시키는 전력 소산기(power dissipater);
    상기 전력 소산기에 결합되는 임피던스 변환기
    를 포함하고, 상기 임피던스 변환기는, 상기 스위칭 소자 세트가 상기 전력 소산기와 함께 연결될 때에, 상기 디바이스의 입력부에서 반사 계수를 감소시키는 임피던스 변환을 수행하는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 세트는, PIN 다이오드, 실리콘 탄화물 전계 효과 트랜지스터("SiCFET"), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터("MOSFET"), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터("IGBT"), 또는 바이폴라 접합 트랜지스터("BJT"), 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 세트의 각각의 스위치는 마이크로초 오더로 상기 트리거링 신호에 응답하는, 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 변환기는 집중 요소(lumped element) 파이-네트워크를 채택하는 90도 임피던스 변환기인, 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 변환기는, 동축 전송 라인, 브로드사이드 결합 전송 라인, 매립 전송 라인, 또는 도파관, 중 적어도 하나인, 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전력 소산기는 비유도성 저항 소자를 포함하는, 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사 계수는 0 - 0.5의 범위로 감소하는, 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 집합으로 연결되거나 개별로 활성화될 수 있는, 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 트리거링 신호는 적어도 0.5의 반사 계수의 변화의 결과인, 디바이스.
  10. 매칭 네트워크 시스템에 있어서,
    매칭 네트워크 디바이스로서,
    복수의 리액티브 소자; 및
    상기 복수의 리액티브 소자에 대한 액추에이팅 디바이스 각각에 개개의 제어 신호를 제공하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고,
    상기 개개의 제어 신호가 제공되는 것에 응답하여, 각각의 리액티브 소자가 해당 제어 신호에 따라 활성화되는, 상기 매칭 네트워크 디바이스; 및
    아크 억제 디바이스를 포함하고, 상기 아크 억제 디바이스는,
    트리거링 신호에 관여하는 스위칭 소자 세트;
    상기 스위칭 소자 세트에 의해 연결되고, 상기 스위칭 소자 세트가 연결될 때에 저장된 에너지 및 전달된 에너지 모두를 소산시키는 전력 소산기; 및
    상기 전력 소산기에 결합되는 임피던스 변환기를 포함하고, 상기 임피던스 변환기는, 상기 스위칭 소자 세트가 상기 전력 소산기와 함께 연결될 때에, 상기 디바이스의 입력부에서 반사 계수를 감소시키는 임피던스 변환을 수행하는, 매칭 네트워크 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 트리거링 신호는 일부 시간 기간 동안 미리 결정된 임계값을 초과하는 전류, 전압, 또는 반사 계수의 변화인, 매칭 네트워크 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 스위칭 소자 세트는 상기 전력 소산기를 접지에 접속시킬 수 있는, 매칭 네트워크 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 아크 억제 디바이스의 연결은 플라즈마 챔버에 전달되는 전력을 적어도 3 dB만큼 감소시키는, 매칭 네트워크 시스템.
  14. 플라즈마 생성 시스템에 있어서,
    RF(radio-frequency) 발생기;
    상기 RF 발생기에 결합되는 아크 억제 디바이스로서, 상기 아크 억제 디바이스는,
    트리거링 신호에 관여하는 스위칭 소자 세트;
    상기 스위칭 소자 세트에 의해 연결되고, 상기 스위칭 소자 세트가 연결될 때에 저장된 에너지 및 전달된 에너지 모두를 소산시키는 전력 소산기;
    상기 전력 소산기에 결합되는 임피던스 변환기를 포함하고, 상기 임피던스 변환기는, 상기 스위칭 소자 세트가 상기 전력 소산기와 함께 연결될 때에, 상기 디바이스의 입력부에서 반사 계수를 감소시키는 임피던스 변환을 수행하는, 상기 아크 억제 디바이스;
    상기 RF 발생기에 결합되는 매칭 네트워크; 및
    상기 매칭 네트워크에 결합되는 플라즈마 챔버
    를 포함하는, 플라즈마 생성 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 트리거링 신호는 상기 RF 발생기에 의해 상기 아크 억제 디바이스에 제공되는, 플라즈마 생성 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 RF 플라즈마 챔버는, 아크 이벤트가 발생하는 때를 결정하고 상기 아크 이벤트가 검출되었을 때 상기 아크 억제 디바이스에 상기 트리거링 신호를 제공하는 센서를 포함하는, 플라즈마 생성 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 센서는, 광학 센서 또는 전기 센서 중 적어도 하나인, 플라즈마 생성 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상기 트리거링 신호는 상기 플라즈마 생성 시스템 전체에 분포된 다수의 감지 신호들의 합성물인, 플라즈마 생성 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 상기 임피던스 변환기는 또한, 상기 전력 소산기 세트와 함께, 상기 시스템의 입력부에서 반사 계수를 0.5 미만으로 감소시키기 위해 임피던스 변환을 수행하는, 플라즈마 생성 시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 아크 억제 디바이스에 결합되는 디지털 아이솔레이터를 더 포함하는, 플라즈마 생성 시스템.
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