KR20230002729A - 임피던스 정합 회로 및 플라즈마 공급 시스템 및 작동 방법 - Google Patents

임피던스 정합 회로 및 플라즈마 공급 시스템 및 작동 방법 Download PDF

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비르거 노르드만
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트럼프 헛팅거 게엠베하 + 코 카게
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Abstract

임피던스(Impedanz) 정합 회로(11), 이러한 임피던스 정합 회로를 포함하는 플라즈마 공급 시스템(1), 및 특히 고주파 단자(RFin)에 연결된 직렬 회로(10)를 포함하는 플라즈마 공급 시스템에서 이러한 임피던스 정합 회로를 작동시키는 방법이 제공되고, 여기서 직렬 회로는 적어도 하나의 리액턴스(Reaktanz), 특히 커패시턴스(Kapazitaet)(C1, C2), 및 제어 회로(12)가 연결된 제어 입력(G)을 갖는 적어도 하나의 스위칭 요소(T1, T2)를 포함하고, 제어 회로는 커플러(Koppler)(13)를 통해 인에이블(Enable) 신호 입력에 연결되는 것을 특징으로 한다. 이와 관련하여, 스위칭 요소(들)에서 낮은 손실과 함께 짧은 스위칭 시간을 달성하는 것이 가능하다.

Description

임피던스 정합 회로 및 플라즈마 공급 시스템 및 작동 방법
본 발명은 고주파 단자(HF 단자)에 연결된 직렬 회로를 갖는 임피던스 정합 회로에 관한 것으로서, 여기서 직렬 회로는 적어도 하나의 리액턴스(Reaktanz), 특히 커패시턴스(Kapazitaet), 및 제어 회로가 연결되는 제어 입력을 갖는 적어도 하나의 스위칭 요소를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 임피던스 정합 회로를 포함하는 플라즈마 공급 시스템을 포함한다.
본 발명은 또한 특히 위에서 설명된 바와 같은 플라즈마 공급 시스템에서 위에서 설명된 바와 같은 임피던스 정합 회로를 작동시키는 방법을 포함한다.
여기서 고주파수(HF)라 함은 1 MHz 이상의 주파수를 의미한다. 특히 10 MHz 이상의 주파수를 의미한다.
리액턴스는 인덕턴스(Induktivitaet) 또는 커패시턴스 또는 이 둘의 조합일 수 있다.
이러한 임피던스 정합 회로는 HF 여기 플라즈마 프로세스에서 자주 사용된다. HF 여기 플라즈마 프로세스는 예를 들어 건축용 유리, 반도체, 광기전 요소, 평면 스크린, 디스플레이 등의 제조에서 기판의 코팅(스퍼터링) 및/또는 에칭에 사용된다. 이러한 프로세스의 임피던스는 종종 매우 빠르게 변경되므로, 임피던스 정합은 종종 매우 빠르게(몇 ms 이하 이내에) 조정되어야 한다. 이러한 프로세스의 전력은 몇 100 W(예를 들어, 300 W 이상)이지만, 드물지 않게는 또한 몇 kW 또는 몇 10 kW일 수도 있다. 이러한 전력 레벨에서 임피던스 정합 회로 내의 전압은 종종 1000 V 이상(예를 들어, 300 V 이상)이고, 드물지 않게는 또한 1,000 V 이상일 수도 있다. 이러한 회로에서의 전류는 몇 암페어, 종종 몇 10 A, 때로는 100 A 이상에 이를 수 있다. 이러한 전압 및 전류에서 임피던스 정합 회로를 구현하는 것은 항상 큰 도전을 나타낸다. 이러한 임피던스 정합 회로에서 리액턴스의 급격한 변화 가능성은 추가적으로 매우 높은 도전을 나타낸다.
이러한 임피던스 정합 회로는 예를 들어 DE 10 2015 220 847 A1에 나타나 있으며, 여기서 임피던스 정합 네트워크라고 표시된다. 여기에 도시된 리액턴스(18, 20, 22)는 임피던스 정합을 조정할 수 있도록 가변적으로 조정 가능하다. 가변 조정을 위한 한 가지 옵션은, 전자 제어 반도체 스위치를 사용하여 다른 값의 리액턴스를 스위칭-온 및 스위칭-오프하는 것이다. DE 10 2015 220 847 A1의 개시 내용이 참조되고 본 개시 내용의 주제가 된다.
이러한 임피던스 정합 회로의 경우, 스위칭 임피던스 정합 회로에서 리액턴스, 특히 커패시턴스를 HF 경로에 동적으로 스위칭-온해야 하는 요건이 존재한다. 이것은 가능한 한 빨리 이루어져야 한다. 그러나, 스위칭 과정에서 스위칭 요소에 높은 손실이 발생하여, 스위칭 요소의 추가적인 열 스트레스 및 파손으로 이어질 수 있다. 손실 및 파손 위험을 최소화하기 위해, 짧은 스위칭 시간이 달성되어야 한다.
본 발명의 목적은, 리액턴스, 특히 커패시턴스를 스위칭-온할 때의 위에서 설명된 문제가 감소되도록 서두에 언급된 임피던스 정합 회로를 추가로 개발하는 것이다.
이러한 목적은, 본 발명에 따르면, 고주파 단자에 연결된 직렬 회로를 갖는 임피던스 정합 회로로서, 여기서 직렬 회로는 적어도 하나의 리액턴스, 특히 커패시턴스, 및 제어 회로가 연결된 제어 입력을 갖는 적어도 하나의 스위칭 요소를 포함하고, 여기서 제어 회로는 커플러(Koppler)를 통해 인에이블(Enable) 신호 입력에 연결되는, 임피던스 정합 회로에 의해 달성된다. 이러한 방식으로 스위칭 요소(들)의 낮은 손실로 짧은 스위칭 시간이 달성될 수 있다. 제어 회로는 바람직하게는 적어도 하나의 스위칭 요소의 상태가 변경될 수 있고, 특히 적어도 하나의 스위칭 요소를 켜고 끌 수 있는 방식으로 적어도 하나의 스위칭 요소의 제어 입력을 제어할 수 있도록 형성된다. 커플러는 2 개의 개별 전위 사이에서, 특히 2 개의 갈바닉 절연 전위 사이에서 전기 신호 또는 신호 정보를 전송하는 데 사용된다. 따라서 커플러의 입력 및 출력에는 서로 다른 전위가 존재할 수 있다. 커플러는 특히 스위칭 정보를 제어 회로에 전송하는 데 사용된다. 본 발명과 관련하여, 인에이블 신호 입력은 적어도 하나의 스위칭 요소의 상태를 변경할 수 있는, 특히 적어도 하나의 스위칭 요소를 켜고 클 수 있는 신호 입력이다.
커플러는 예를 들어 광 커플러, 자기 커플러, 전기기계 또는 전기 커플러로서 형성될 수 있다. 자기 커플러는 또한 유도 커플러라고도 한다. 커플링은 자기장의 변화를 통해 발생한다. 예를 들어 변환기 또는 변압기는 인덕턴스 증가 요소로서 페라이트를 포함하거나 포함하지 않고 구성될 수 있다. 전기 커플러는 용량성 커플러라고도 지칭된다. 커플링은 전기장을 통해 발생한다. 전기 커플러의 전형적인 예는 전기 커패시터이다. 전기기계 커플러는 예를 들어 릴레이 또는 압전 기반 커플러일 수 있다.
전기 커플러는 접지에 대해 임피던스 정합 회로에서 발생하는 HF 전압보다 큰, 특히 직렬 회로에서 발생하는 HF 전압보다 큰, 특히 적어도 하나의 리액턴스, 특히 커패시턴스, 및/또는 적어도 하나의 스위칭 요소에서 발생하는 HF 전압보다 큰 고전압을 브리지하도록 설계될 수 있다. 특히, 고전압은 300 V 이상, 특히 1.000 V 이상일 수 있다.
전기 커플러는 작동 중 고주파 단자에서 임피던스 정합 회로에 인가되는 고주파수에 대응하는 고주파수(HF)를 분리하도록 설계될 수 있다. 특히, HF는 1 MHz 이상일 수 있고, 특히 10 MHz 이상일 수 있다.
임피던스 정합 회로는 작동 중, 즉, HF 전압이 HF 단자에 인가될 때, 스위칭 요소(들)를 켜고 끄도록 설계되고, 특히 HF 전류가 스위칭 요소(들)를 통해 흐를 때 스위칭 요소(들)를 끄도록 설계될 수 있다. HF 전류는 이 경우 흐르는 상태에서 1 A 이상, 특히 10 A 이상, 바람직하게는 100 A 이상일 수 있다.
제어 회로가 커플러에 통합되면 특별한 이점이 있다. 이를 통해, 공간 절약형 배열이 이루어질 수 있다.
커플러는 개별 부품으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 커플러와 결합된 광 도파관, 변압기, 변환기, 커패시터, 개별 구성요소의 조합, 또는 복수의 속성을 결합한 부품, 예를 들어, 자기 및 용량성 커플링을 갖는 변환기로서 형성될 수 있다.
대안적인, 커플러는 집적 회로로 형성될 수 있다. 특히, 커플러는 디지털 커플러 회로로 형성될 수 있다.
제어 회로는 개별 부품으로 구성될 수 있다. 대안적인, 제어 회로는 집적 회로로 형성될 수 있다.
직렬 회로는 2 개의 역직렬 연결된 트랜지스터, 특히 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 전계 효과 트랜지스터의 경우 소스 단자에 연결되고 바이폴라 트랜지스터의 경우 이미터에 연결되며, 공통 소스 전위 또는 이미터 전위에 있다. 공통 소스 전위 또는 이미터 전위에 있고 임피던스 정합 회로를 통해 전송될 신호의 주파수와 공진하는 제어 회로는 게이트-소스-커패시턴스 또는 베이스-이미터-커패시턴스의 신속한 재충전을 가능하게 한다.
제어 회로는 적어도 하나의 인덕터를 통해 공급 전압에 연결될 수 있다. 이를 통해 제어 회로가 분리될 수 있다. 2 개의 인덕터가 제공되는 것이 바람직하다. 특히, 공급 전압의 단자와 제어 회로의 단자 사이에 인덕터가 각각 제공된다. 인덕터는 제어 회로 및 가능하게는 커플러에 평균 공급 전류를 공급하도록 설계된다. 인덕터는 빠른 스위칭 에지를 전송하지 않도록 설계된다. 빠른 스위칭 에지는 1 ms 이하, 특히 100 μs 이하, 바람직하게는 10 μs 이하의 에지 지속 시간(10 % 내지 90 %)을 의미한다. 특히, 인덕터는 동일한 인덕턴스를 가질 수 있다.
제어 회로는 소스 전위 또는 이미터 전위에 특히 직접 연결될 수 있다. 특히, 제어 회로는 기준 회로를 통해 직렬 회로의 단자 지점, 특히 소스 단자, 특히 소스 전위에 연결될 수 있다. 기준 회로는 소스 전위에 대해 바이폴라 방식으로 공급 전압을 참조하도록 설계되고 특히 사용될 수도 있다. 따라서, 추가 인덕터를 통해 제어 회로에 음의 공급 전압을 도입할 필요가 없다. 기준 회로는 전송될 신호의 주파수와 공진할 수 있다. 바이폴라 공급 전압은 게이트-소스-커패시턴스의 더 신속한 재충전에 도움이 된다. 또한, 게이트-소스 전압에 커플링된 고주파 신호를 보상할 수 있다.
단자 지점은 기준 회로에 직접 연결될 수 있다. 따라서 기준 회로는 전송될 신호의 주파수와 특히 잘 공진할 수 있다.
기준 회로는 전압 분배기를 포함할 수 있다. 이를 통해, 분리된 공급 전압이 참조될 수 있다. 특히, 전압 분배기는 2 개의 직렬 연결된 저항을 포함할 수 있다. 특히 저항은 동일한 값을 가질 수 있다.
직렬로 연결된 2 개의 저항의 연결 지점은 소스 전위에 연결될 수 있으며, 특히 직접 연결될 수 있다.
기준 회로는 1 개, 특히 2 개의 내부 DC 전압 소스(들)를 포함할 수 있으며, 여기서 내부 DC 전압 소스(들)는 특히 각각 커패시터를 포함한다. 특히, 내부 DC 전압 소스 또는 내부 DC 전압 소스들은 각각 커패시턴스로 구성될 수 있다. 각각의 커패시턴스는 하나 이상의 커패시터로 형성될 수 있다.
2 개의 내부 DC 전압 소스는 직렬로 연결될 수 있으며, 특히 동일한 전압을 가질 수 있다.
직렬로 연결된 두 개의 내부 DC 전압 소스의 공통 연결 지점은 소스 전위에 연결될 수 있으며, 특히 직접 연결될 수 있다.
직렬 연결된 두 개의 내부 DC 전압 소스의 공통 연결 지점은 특히 전압 분배기의 2 개의 저항의 연결 지점에서 전압 분배기에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 두 개의 전압 소스의 전압은 일정하게 유지될 수 있다.
기준 회로는 적어도 하나의 인덕터를 통해 공급 전압에 연결될 수 있다. 인덕터(들)의 인덕턴스는 제어 회로 또는 기준 회로로부터 공급 전압으로 흐르는 HF 전류가 무시할 수 있을 정도로 작도록 치수가 지정될 수 있다.
공급 전압은 전압 소스(들)를, 트랜지스터를 스위칭하기에 적절하게 설정된 고정 전위로 유지할 수 있다.
직렬 회로는 소스 전위가 접지된 스위칭 트랜지스터를 포함할 수 있다.
직렬 회로는 병렬로 연결된 적어도 2 개의 스위칭 요소를 포함할 수 있다. 이를 통해 전류 강도가 증가될 수 있다.
임피던스 정합 회로는 제어 회로가 각각 연결되어 있는 병렬로 연결된 복수의 직렬 회로를 포함할 수 있다.
직렬 회로에 제공된 리액턴스, 특히 커패시턴스는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
상기 목적은 또한 고주파 전력 발생기, 기판을 코팅하거나 또는 에칭하기 위한 HF 작동 플라즈마 프로세스 형태의 부하, 및 위에서 설명된 임피던스 정합 회로를 포함하는 플라즈마 공급 시스템에 의해 달성된다.
상기 목적은 또한 고주파 전력 발생기, 기판을 코팅하거나 또는 에칭하기 위한 HF 작동 플라즈마 프로세스 형태의 부하, 및 위에서 설명된 복수의 임피던스 정합 회로를 포함하는 임피던스 정합 장치를 포함하는 플라즈마 공급 시스템에 의해 달성된다.
상기 목적은 또한 특히 위에서 설명된 플라즈마 공급 시스템에서, 위에서 설명된 임피던스 정합 회로를 작동시키는 방법에 의해 달성되고, 이 방법은:
a) 특히 제어 단자와 소스 단자 또는 제어 단자들과 소스 단자들 사이에 충분히 큰 양의 전압에 의해 스위칭 요소 또는 스위칭 요소들을 켜는 단계;
b) 특히 제어 단자와 소스 단자 또는 제어 단자들과 소스 단자들 사이에 충분한 음의 전압에 의해 스위칭 요소 또는 스위칭 요소들을 끄는 단계;
c) 스위칭 요소의 드레인 단자 또는 스위칭 요소들의 드레인 단자들에 고전압을 스위칭-온하는 단계 ― 고전압은 드레인 단자와 소스 단자 사이의 절대값 측면에서 최고 전압보다 절대값 측면에서 더 큼 ― ;
d) 스위칭 요소의 드레인 단자 또는 스위칭 요소들의 드레인 단자들에서 고전압을 스위칭-오프하는 단계; 중 하나 이상을 포함한다.
위에서 언급된 단계 b) 및 c)는 바람직하게는 동시에 수행될 수 있다.
위에서 언급된 단계 a) 및 d)는 바람직하게는 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 추가 이점은 본 설명 및 도면으로부터 명확할 수 있다. 마찬가지로, 위에서 언급된 특징 및 하기에 더 상세히 설명되는 특징은 본 발명에 따라 각각 개별적으로 또는 임의의 조합으로 집합적으로 사용될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예는 완전한 목록으로 이해되어서는 안 되며, 오히려 본 발명의 설명을 위한 예시적인 특성을 갖는다.
도 1은 임피던스 정합 회로를 갖는 플라즈마 공급 시스템을 도시한다.
도 2는 임피던스 정합 회로의 일부를 도시한다.
도 3은 기준 회로를 도시한다.
도 1은 임피던스 정합 회로(11)를 통해 부하(28), 특히 플라즈마 부하에 연결되는 고주파 전력 발생기(40)를 갖는 플라즈마 공급 시스템(1)을 도시한다. 임피던스 정합 회로(11)는 임피던스 정합 장치(9)의 일부이다. 도시된 예시적인 실시예에서, 임피던스 정합 회로(11)는 리액턴스 값을 변경하기 위해 제어 회로(12, 14, 16)를 통해 각각 제어되는 리액턴스(18, 20, 22)를 포함한다. 제어 회로(12, 14, 16)는 제어기(32)에 의해 제어된다. 예를 들어 전류 및 전압, 순방향 전력 및 반사 전력 및/또는 임피던스 크기 및 위상각을 검출하기 위한 측정 부재(24, 26)를 포함할 수 있는 측정 장치(25)는 제어기(32)에 연결된다. 측정 장치(25)에 의해 결정된 변수에 기초하여, 예를 들어 부하(28)에서 반사된 전력 또는 반사 계수가 결정될 수 있다. 반사 전력은 부정합이 있을 때, 즉, 부하(28)의 임피던스가 전력 발생기(40)의 출력 임피던스와 정합되지 않을 때 발생한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대응하는 측정 장치는 또한 입력에 또는 임피던스 정합 장치(9) 내부에 배열될 수 있다. 임피던스 정합 장치(10)는 부하(28)의 입력에서의 부하 임피던스(27)를 임피던스 정합 회로(10)의 입력에서의, 즉, 발생기 측에서의 변환된 부하 임피던스(29)로 변환하는 데 적합하다.
도 2는 임피던스 정합 회로(11)의 일부를 도시한다. 여기서 직렬 회로(10)는 전계 효과 트랜지스터로서 형성되는 2 개의 스위칭 요소(T1, T2)를 포함한다. 스위칭 요소(T1, T2)는 소스 단자(S)에서 서로 연결되는데, 즉, 역직렬로 연결된다. 또한, 여기서 직렬 회로(10)는 커패시턴스(C1, C2)를 포함한다. 보다 일반적인 형태에서, 직렬 회로(10)는 적어도 하나의 리액턴스, 특히 커패시턴스(C1, C2), 및 적어도 하나의 스위칭 요소(T1, T2)를 포함한다. 이러한 직렬 회로(10)는 도 1의 리액턴스(18, 20, 22) 중 하나의 일부일 수 있다. 리액턴스는 인덕턴스 또는 커패시턴스(C1, C2)일 수 있다. 특히, 가변 리액턴스(18, 20, 22)는 위에서 설명된 직렬 회로(10)와 같이 구성되는 병렬 연결된 복수의 직렬 회로를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 배열은 커패시턴스(C1, C2)를 HF 경로에 동적으로 스위칭-온하는 데 적합하다. HF 경로에 대한 단자는 RFin으로 표시되며, 전력 발생기(40)에 대한 단자에 해당한다.
도 2의 회로의 동작은 다음과 같이 설명될 수 있다:
임피던스 정합 회로(10)의 커패시턴스(C1, C2)가 스위칭-온될 때, 스위칭 요소(T1, T2)는 켜지는데, 즉, 전도성으로 스위칭된다. 현재의 경우, 이것은 두 개의 제어 단자(G)와 두 개의 소스 단자(S) 사이에 충분히 높은 양의 전압에 의해 발생할 수 있다.
임피던스 정합 회로(10)의 커패시턴스(C1, C2)가 스위칭-오프될 때, 스위칭 요소(T1, T2)는 꺼지는데, 즉, 비전도성으로 스위칭된다. 현재의 경우, 이것은 두 개의 제어 단자(G)와 두 개의 소스 단자(S) 사이에 충분한 음의 전압에 의해 발생할 수 있다. 꺼진 상태에서, 스위칭 요소(T1, T2)의 특정 구성에서, 즉, 상용 MOSFET에서, 스위칭 요소(T1, T2)의 드레인 단자(D1, D2)와 소스 단자(S) 사이의 전압은 양수가 아니어야 하는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 스위칭 요소(T1, T2)가 내부 기생 다이오드를 통해 전도성이 될 수 있고, 스위칭 요소(T1, T2)가 파손될 수 있기 때문이다. 그러나, 비전도성 상태의 스위칭 요소(T1, T2)에는 단자(RFin 또는 RFout)를 통해 양수 및 음수 모두에서 매우 높을 수 있는 HF 전압이 인가되므로, 이 요구 사항은 외부 회로를 통해 보장되어야 한다. 이 외부 회로는 본 경우에 고전압(HV)의 연결을 통해 수행될 수 있다. 이러한 고전압(HV)은 DC 전압일 수 있다. 이러한 고전압(HV)은 절대값 측면에서 드레인 단자(D1, D2) 중 하나에서 발생하는 최대 음의 전압보다 커야 한다. 이러한 고전압(HV)은 추가 스위칭 요소(T3)를 통해 스위칭-온될 수 있는데, 즉, 제어 회로(12)가 스위칭 요소(T1, T2)를 끌 때, 즉, 비전도성으로 스위칭할 때, 추가 스위칭 요소(T3)는 작동 중에 켜지는데, 즉, 전도성으로 스위칭된다.
추가 스위칭 요소(T3) 및 고전압(HV)은 HF 필터링 장치, 특히 RL 부재에 의해 고주파로부터 보호될 수 있다. 이 경우, RL 부재는 각각 직렬로 연결된 각각의 저항(R1, R2) 및 각각의 인덕턴스(L1, L2)를 포함한다.
스위칭 요소가 다시 켜지면, 즉, 전도성으로 스위칭되면, 고전압(HV)은 스위칭 요소(T1, T2)로부터 분리되어야 하는데, 즉, 직렬 회로(10)를 고전압으로 부하하지 않기 위해, 추가 스위칭 요소(T3)는 꺼져야 하는데, 즉, 비전도성으로 스위칭되어야 한다.
도 2의 배열은 인쇄 회로 기판(PCB)에 구현될 수 있다.
스위칭 요소(T1, T2)는 제어 단자(G)에서 제어 회로(12)에 의해 제어된다. 이것은 인에이블 신호 입력(enable)에 연결된 커플러(13)로부터 스위칭 신호를 수신한다. 스위칭 프로세스 동안, 스위칭 요소(T1, T2)에서 증가된 손실이 발생하여, 스위칭 요소(T1, T2)의 추가적인 열 스트레스 및 파손으로 이어질 수 있다. 손실 및 파손의 위험을 최소화하기 위해, 짧은 스위칭 시간이 달성되어야 한다.
스위칭 요소(T1, T2)는 공통 소스 전위에 있다. 공통 소스 전위에 있고 전력 발생기(40)에 의해 생성된 고주파 신호의 주파수와 공진하는 제어 회로(12)는 스위칭 요소(T1, T2)의 게이트-소스-커패시턴스의 신속한 재충전을 가능하게 한다.
제어 회로(12, 14, 16)는 동일하게 형성될 수 있다. 커플러(13)는 제어 회로(12, 14, 16)에 통합되거나 또는 제어기(32)에 구현될 수 있다. 커플러(13)는 개별 부품으로 구성될 수 있다. 커플러(13)는 광 커플러, 자기 커플러, 전기 커플러, 전기기계 커플러, 또는 정보 전송을 위한 임의의 장치, 특히 디지털 커플러서, 특히 집적 회로로서 구현될 수 있다. 제어 회로(12)는 개별 부품으로 구현되거나 또는 커플러(13)와 통합되어 구현될 수 있다.
공급 전압(Vbias)은 HF 인덕터(L3, L4)를 통해 제어 회로(12)에 제공된다. 제어 회로(12)는 인덕터(L3, L4)에 의해 분리된다. 인덕터(L3, L4)는 제어 회로(12) 및 가능하게는 커플러(13)의 평균 공급 전류만을 전달한다. 빠른 스위칭 에지는 더 이상 인덕터(L3, L4)를 통해 전송될 필요가 없다. 제어 회로(12)의 공급 입력에서의 전압이 예를 들어 스위칭 에지에서 붕괴되지 않도록, 기준 회로(17)가 또한 제어 회로(12)의 공급 입력에 제공될 수 있다. 이것은 한편으로는 제어 회로(12)의 입력에서 전압을 안정화시키도록 설계된다. 기준 회로(17)의 다른 기능은 도 3과 관련하여 설명된다.
도 2에서 GND/RFout으로 지정된 전위는 HF 출력으로 사용될 수 있다. 커패시턴스(C2)는 GND에 있는 소스 전위를 갖는 다른 스위칭 트랜지스터로 대체될 수 있다.
도 3에 상세히 도시되어 있는 기준 회로(17)는 소스 전위에 대해 바이폴라 방식으로 공급 전압(Vbias)을 참조하도록 설계될 수 있고 특히 사용될 수 있다. 따라서, 추가 인덕터를 통해 제어 회로(12)에 음의 공급 전압을 도입할 필요가 없다. 기준 회로(17)는 직렬 회로의 전위에, 특히 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 이 경우 이것은 마찬가지로 전력 발생기(40)에 의해 생성된 신호의 주파수와 공진한다. 이러한 바이폴라 공급 전압은 게이트-소스-커패시턴스의 더 신속한 재충전에 도움이 된다. 또한, 게이트-소스-전압에 커플링된 HF 신호를 보상할 수 있다. 기준 회로(17)는 반드시 바이폴라 전압을 생성할 필요는 없다. 인덕터(L4)를 통해 GND에 연결된 전위를 소스 전위(S)에 연결하는 것도 또한 가능하다.
도 3은 기준 회로(17)를 도시한다. 이것은 저항(R3, R4) 및 커패시턴스(C3, C4)를 포함한다. 기준 회로(17)는 전압 분배기(R3, R4) 및 2 개의 내부 DC 전압 소스(V1, V2)를 포함하며, 여기서 내부 DC 전압 소스는 각각 커패시터(C3, C4)를 포함한다.
2 개의 저항(R3, R4)은 직렬로 연결된다.
직렬 연결된 양쪽 2 개의 저항(R3, R4)의 공통 연결 지점은 소스 단자(S)에 연결된다.
직렬 연결된 양쪽 2 개의 저항(R3, R4)의 공통 연결 지점은 특히 두 개의 직렬 연결된 내부 DC 전압 소스(V1, V2)의 공통 연결 지점에도 또한 연결된다.
2 개의 내부 DC 전압 소스(V1, V2)는 직렬로 연결된다. 각 DC 전압 소스(V1, V2)는 커패시턴스(C3, C4)로 각각 구성된다. 각각의 커패시턴스(C3, C4)는 하나 이상의 커패시터로 구현될 수 있다.
직렬 연결된 두 개의 내부 DC 전압 소스(V1, V2)의 공통 연결 지점은 소스 단자(S)에 연결된다.
공급 전압(Vbias)은, 인덕터(L3, L4)를 통해 두 개의 커패시턴스(C3, C4)를 충전하는, 즉, 인덕터(L3, L4)를 통해 필터링된 전류로, 직렬 회로(10)를 제어하기 위해 제어 회로(12)가 소비하는 전하를 추후 제공하는 고정 출력 전압을 갖는 전원 공급 장치로서 형성될 수 있다.
이러한 임피던스 정합 회로(11)는 또한 예를 들어 DE 20 2020 103 539 U1에 나타나 있으며, 여기에서 임피던스 정합 장치(11)로 표시된다. 여기에 도시된 리액턴스(18, 20, 22)는 임피던스 정합을 조정할 수 있도록 또한 가변적으로 조정될 수도 있다. 가변 조정을 위한 한 가지 옵션은, 전자 제어 반도체 스위치를 사용하여 다른 값의 리액턴스를 스위칭-온 및 스위칭-오프하는 것이다. 또한, DE 20 2020 103 539 U1의 개시 내용이 참조되고 본 개시 내용의 주제가 된다. 특히, 여기에 설명된 직렬 회로(10)는 이 공보에 설명된 회로 장치(116)와 같이 설계될 수 있다.

Claims (29)

  1. 고주파 단자(RFin)에 연결된 직렬 회로(10)를 갖는 임피던스(Impedanz) 정합 회로(11)로서, 상기 직렬 회로(10)는 적어도 하나의 리액턴스(Reaktanz), 특히 커패시턴스(Kapazitaet)(C1, C2), 및 제어 회로(12)가 연결된 제어 입력(G)을 갖는 적어도 하나의 스위칭 요소(T1, T2)를 포함하는, 임피던스 정합 회로(11)에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 커플러(Koppler)(13)를 통해 인에이블 신호 입력(enable)에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플러(13)는 광 커플러, 자기 커플러, 전기기계 커플러, 또는 전기 커플러로서 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커플러(13)는 접지에 대해 상기 임피던스 정합 회로(11)에서 발생하는 HF 전압보다 큰, 특히 상기 직렬 회로(10)에서 발생하는 HF 전압보다 큰, 특히 상기 적어도 하나의 리액턴스, 특히 커패시턴스(C1, C2), 및/또는 상기 적어도 하나의 스위칭 요소(T1, T2)에서 발생하는 HF 전압보다 큰 고전압을 브리지하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플러(13)는 작동 중 상기 고주파 단자(RFin)에서 상기 임피던스 정합 회로에 인가되는 고주파수에 대응하는 고주파수를 분리하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    작동 중, 즉, 전압이 상기 HF 단자(RFin)에 인가될 때, 상기 스위칭 요소(T1, T2) 또는 상기 스위칭 요소들을 켜고 끄도록 설계되고, 특히 HF 전류가 상기 스위칭 요소(들)(T1, T2)를 통해 흐를 때 상기 스위칭 요소(들)를 끄도록 설계되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 상기 커플러(13)에 통합되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플러(13)는 개별 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플러(13)는 집적 회로로 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 개별 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 집적 회로로 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직렬 회로(10)는, 소스 단자(S)에 연결되고 공통 소스 전위에 있는 2 개의 역병렬 연결된 트랜지스터, 특히 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 적어도 하나의 인덕터(Drossel)(L3, L4)를 통해 공급 전압(Vbias)에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 상기 소스 전위에 특히 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로(12)는 기준 회로(17)를 통해 상기 직렬 회로(10)의 단자 지점, 특히 소스 단자(S), 특히 상기 소스 전위에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 단자 지점은 상기 기준 회로(17)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 회로(17)는 전압 분배기(R3, R4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 회로(17)는 하나, 특히 2 개의 내부 DC 전압 소스(들)(V1, V2)를 포함하고, 상기 내부 DC 전압 소스(들)(V1, V2)는 특히 각각 커패시터(Kondensator)(C3, C4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 개의 내부 DC 전압 소스(V1, V2)는 직렬로 연결되고, 특히 동일한 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 직렬 연결된 두 개의 내부 DC 전압 소스(V1, V2)의 공통 연결 지점은 상기 소스 전위(S)에 연결되며, 특히 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 회로(17)는 적어도 하나의 인덕터(L3, L4)를 통해 공급 전압(Vbias)에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직렬 회로(10)는 접지된 소스 전위를 갖는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직렬 회로(10)는 병렬로 연결된 적어도 2 개의 스위칭 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스 정합 회로는 각각 제어 회로(12)가 연결되어 있는 병렬로 연결된 복수의 직렬 회로(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 직렬 회로(10)에 제공되는 커패시턴스(C1, C2)는 서로 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로.
  25. 고주파 전력 발생기(40), 기판을 코팅하거나 또는 에칭하기 위한 고주파 작동 플라즈마 프로세스 형태의 부하(28), 및 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 임피던스 정합 회로(11)를 포함하는 플라즈마 공급 시스템(1).
  26. 고주파 전력 발생기(40), 기판을 코팅하거나 또는 에칭하기 위한 HF 작동 플라즈마 프로세스 형태의 부하(28), 및 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 복수의 임피던스 정합 회로(11)를 포함하는 임피던스 정합 장치(9)를 포함하는 플라즈마 공급 시스템.
  27. 특히 제25항 또는 제26항에 따른 플라즈마 공급 시스템에서, 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 임피던스 정합 회로를 작동시키는 방법으로서,
    a) 특히 제어 단자와 소스 단자 또는 제어 단자들과 소스 단자들 사이에 충분히 큰 양의 전압에 의해 상기 스위칭 요소 또는 상기 스위칭 요소들을 켜는 단계;
    b) 특히 제어 단자와 소스 단자 또는 제어 단자들과 소스 단자들 사이에 충분한 음의 전압에 의해 상기 스위칭 요소 또는 상기 스위칭 요소들을 끄는 단계;
    c) 상기 스위칭 요소의 상기 드레인 단자 또는 상기 스위칭 요소들의 상기 드레인 단자들에 고전압을 스위칭-온하는 단계 ― 상기 고전압은 드레인 단자와 소스 단자 사이의 절대값 측면에서 최고 전압보다 절대값 측면에서 더 큼 ― ;
    d) 상기 스위칭 요소의 상기 드레인 단자 또는 상기 스위칭 요소들의 상기 드레인 단자들에서 고전압을 스위칭-오프하는 단계;
    중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 단계 b) 및 c)는 동시에 수행되는 것인, 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 단계 a) 및 d)는 동시에 수행되는 것인, 방법.
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