KR20230071354A - 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 고주파 펄스 전원 장치는, 시비율 제어 신호에 따라 정류 전압을 펄스 상 가변 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 클램프 제어 신호에 제어되어 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 과도 상태의 펄스 상 가변 직류 전압의 과도 지연 시간을 감소시키도록 구성된 클램프 회로; 상기 클램프 회로로부터 출력되는 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기; 및 상기 시비율 제어 신호와 상기 클램프 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.
Description
본 발명은 고주파 펄스 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과도 특성을 향상시킨 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법에 관한 것이다.
플라스마 에칭(plasma etching)은 반도체 제조 공정에서 빈번히 사용된다. 플라스마 에칭에서, 이온은 기판 상에 노출된 표면을 에칭하기 위하여 전계(electric field)에 의해 가속된다. 전계는 고주파 전력 시스템의 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 전력 신호들에 따라 발생된다. 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 전력 신호들은 플라스마 에칭을 효율적으로 실행하도록 정밀하게 제어된다.
그런데 반도체 식각, 증착 공정 기술은 집적화된 수십 nm의 미세 패턴을 제어할 수 있는 펄스형 고주파 전원을 이용한 플라즈마 식각 및 플라즈마 원자층 증착 공정 설비가 요구되고 있다.
이러한 공정 설비의 개발을 위해서 플라즈마 발생을 위한 고성능의 고주파 펄스 전원 장치가 요구된다. 펄스형 고주파 플라즈마는 고주파 전력의 인가시간이 수 ms로 매우 짧기 때문에 짧은 시간 동안 고주파 전력 전달의 효율성을 높이고 플라즈마 방전에 의한 기판 손상을 최소화하고 식각 패턴 형상을 선택적으로 제거할 수 있는 특성이 있다. 그러므로 과도특성이 우수한 플라즈마 발생을 위한 고주파 펄스 전원 장치가 요구된다.
본 발명은 DC/DC 컨버터를 이용하여 복수의 전력 증폭기의 입력 전압의 크기를 제어함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있는 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 전력 증폭기의 시비율을 조정함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있는 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 전력 증폭기의 위상을 조정함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있는 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 펄스 운전 과도 상태에서 클램프 회로를 동작시킴으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있는 고주파 펄스 전원 장치 및 그의 운전 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 고주파 펄스 전원 장치는, 시비율 제어 신호에 따라 정류 전압을 펄스 상 가변 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 클램프 제어 신호에 제어되어 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 과도 상태의 펄스 상 가변 직류 전압의 과도 지연 시간을 감소시키도록 구성된 클램프 회로; 상기 클램프 회로로부터 출력되는 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기; 및 상기 시비율 제어 신호와 상기 클램프 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기는 상기 컨트롤러로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호와 제2 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 시비율 또는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 제어하여 pulsing 운전 모드시 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기의 출력 레벨을 소정의 설정값에 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 클램프 제어 신호는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 상기 DC/DC 컨버터의 출력이 감소하는 시점에 동기되어 소정 시간 동안 턴온 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 클램프 회로는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 병렬연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 접지측으로 흘려보내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 클램프 회로는, 애노드 측이 상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 순방향 접속되는 제2 다이오드; 상기 제2 다이오드의 캐소드 측과 접속되고 클램프 제어 신호에 제어되는 제2 스위칭 소자; 상기 제2 스위칭 소자와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 저항; 상기 제2 스위칭 소자와 병렬연결되는 직렬의 제2 저항과 제2 캐패시터; 및 상기 제1 저항에 병렬연결되는 제3 캐패시터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 클램프 회로는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 측과 접속되고 클램프 제어 신호에 제어되는 제3 스위칭 소자; 및 상기 제3 스위칭 소자와 접지 사이에 배치되는 제3 저항을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 고주파 펄스 전원 장치는, 3상 전압을 정류 전압으로 정류하여 상기 DC/DC 컨버터로 출력하는 정류기; 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기로부터 출력되는 펄스 상의 고주파 전력 신호를 2차측에 유도하는 결합용 변압기; 상기 결합용 변압기의 2차측에 유도된 고주파 전력 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 제1 및 제2 공진 신호를 출력하는 공진 필터; 상기 제1 및 제2 공진 신호를 결합하는 컴바이너; 및 상기 컴바이너와 고주파 부하 사이에 배치되어 전기적 검출 신호를 출력하는 고주파 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 운전 방법은, 컨트롤러로부터 출력되는 시비율 제어 신호에 따라 DC/DC 컨버터가 정류 전압을 펄스 상 가변 직류 전압으로 변환하는 단계; 컨트롤러로부터 출력되는 클램프 제어 신호에 제어되어 클램프 회로는 과도 상태의 상기 펄스 상 가변 직류 전압의 과도 지연 시간을 감소시키는 단계; 및 과도 지연 시간이 감소된 상기 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 시비율 또는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 제어하여 Pulsing 운전 모드시 상기 펄스 상의 고주파 전력 신호의 레벨을 소정의 설정값에 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 클램프 제어 신호는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 상기 DC/DC 컨버터의 출력이 감소하는 시점에 동기되어 소정 시간 동안 턴온 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 클램프 회로는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 병렬연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 접지측으로 흘려보내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고주파 펄스 전원 장치에 따르면, DC/DC 컨버터를 이용하여 복수의 전력 증폭기의 입력 전압의 크기를 제어함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있고, 복수의 전력 증폭기의 듀티비를 조정함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있으며, 복수의 전력 증폭기의 위상을 조정함으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있고, 펄스 운전 과도 상태에서 클램프 회로를 동작시킴으로써 과도 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 전체 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 전력 증폭기의 입력 전압의 크기를 제어하기 위한 DC/DC 컨버터의 스위칭 타이밍도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시비율이 0.25인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시비율이 0.5인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 위상차가 0도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차가 90도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 주요부 구체 회로도,
도 8은 종래기술에 따른 클램프 회로가 없는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 클램프 회로가 있는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 과도 특성을 향상시킨 고주파 펄스 전원 장치의 주요부 파형도, 및
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램프 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 전력 증폭기의 입력 전압의 크기를 제어하기 위한 DC/DC 컨버터의 스위칭 타이밍도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시비율이 0.25인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시비율이 0.5인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 위상차가 0도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차가 90도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 주요부 구체 회로도,
도 8은 종래기술에 따른 클램프 회로가 없는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 클램프 회로가 있는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 과도 특성을 향상시킨 고주파 펄스 전원 장치의 주요부 파형도, 및
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램프 회로도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 전체 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 전력 증폭기의 입력 전압의 크기를 제어하기 위한 DC/DC 컨버터의 스위칭 타이밍도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시비율이 0.25인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시비율이 0.5인 경우의 게이트 인가 파형과 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 위상차가 0도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차가 90도인 경우의 고주파 전력 증폭기의 출력 파형도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치는 정류기(110), DC/DC 컨버터(115), 클램프 회로(120), 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130), 결합용 변압기(135, 140), 공진 필터(145), 컴바이너(150), 고주파 센서(155), 및 컨트롤러(160)를 포함한다.
정류기(110)는 3상 전압을 정류 전압으로 정류하여 출력한다.
DC/DC 컨버터(115)는 정류기(110)로부터 출력되는 정류 전압을 시비율을 조정하여 출력되는 직류 전압 레벨이 수 마이크로초(us) 내에 설정값에 도달하도록 변환하여 출력한다(도 2 참조). 구체적으로 컨트롤러(160)로부터 출력되는 시비율 제어 신호(Sdr)에 따라 정류기(110)로부터 출력되는 정류 전압을 반도체 공정(예: ALD 공정)에서 요구되는 펄스 형태의 가변 직류 전압으로 변환하여 출력한다.
즉, DC/DC 컨버터(115)는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 입력에 공급되는 DC 입력 전압의 크기를 제어한다.
그런데, DC/DC 컨버터(115)는 인덕터(inductor)와 캐패시터(capacitor), 그리고 인덕터를 제어하는 스위치와 다이오드로 구성함으로써, 인덕터와 전압 소스 사이를 연결하여 인덕터에 에너지를 저장하거나 인덕터에 저장된 에너지를 부하로 방전하는 과정을 반복한다. 이는 DC/DC 컨버터(115)에 의해 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)에 공급되는 DC 입력 전압의 과도 특성을 나타내게 한다. 그래서, 클램프 회로(120)는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때, 원하는 출력 레벨을 주어진 시간 내에 도달시키기 위해 DC/DC 컨버터(115)의 과도 특성 지연을 개선하고 주어진 시간 내에 고주파 전력 증폭기의 출력이 원하는 시간 내에 도달하기 위해 적용한다.
클램프 회로(120)는 DC/DC 컨버터(115)의 출력측에 병렬연결되고, 클램프 제어 신호(Sclamp)에 제어되어 DC/DC 컨버터(115)의 DC link 출력 전압을 임의의 시간 동안 접지측으로 흘려보내도록 구성된다. 구체적으로, 컨트롤러(160)로부터 출력되는 클램프 제어 신호(Sclamp)에 제어되는 스위칭 소자를 이용하여 DC link 전압이 클램프 스위치가 턴온되는 시간동안 다이오드와 스위치를 거쳐 커패시터로 충전되고 저항을 통해 방전되는 경로를 형성함으로써 RF Generator의 Pulsing 운전 모드에서 DC/DC 컨버터(115)로부터 출력되는 과도 상태의 직류 전압 레벨을 신속히 방전시켜 원하는 직류 전압의 크기로 안정화시킨다. 이에 따라 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 출력 레벨을 RF Generator의 Pulsing 운전 모드에서 수 마이크로초(us) 내에 설정값에 도달하도록 제어할 수 있다. 여기서 RF Generator의 Pulsing 운전 모드라 함은 RF Generator가 고주파를 연속적으로(Continously) 출력하는 것이 아니라 펄스 형태로 출력하도록 운전하는 모드를 의미한다. 이와 같이 DC/DC 컨버터(115)에 클램프 회로(120)를 결합함으로써 RF Generator가 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 과도 특성이 개선된 DC 입력 전압을 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)에 공급한다.
이는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)로 펄스 형태의 DC 입력 전압이 공급됨에 따라 자체적으로 Pulsing 운전 모드 동작을 위한 스위칭 소자의 열화 부담을 줄여줄 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)가 정전압 형태의 DC 입력 전압을 공급받아 펄스 형태의 RF 출력 전압으로 출력하려 할 경우, 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 스위칭 소자에서는 Pulsing 운전 모드 동작을 통해 원하는 출력 레벨 이상의 에너지를 열로 소모시켜야 하므로 열화 부담이 커질 수 밖에 없다.
제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)는 클램프 회로(120)로부터 출력되는 소정 레벨의 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성한다. 제1 및 제2 고주파 증폭기(125, 130)는 각각 컨트롤러(160)로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)에 제어되어 제1 고주파 전력 신호(v1)와 제2 고주파 전력 신호(v2)를 출력한다. 이때 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)에 따라 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 시비율과 위상을 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 시비율을 제어하여 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 출력 레벨을 수 us 내에 설정값에 도달하도록 제어할 수 있다(도 3 및 도 4 참조). 또한, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)의 위상차를 제어하여 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)의 출력 레벨을 수 us 내에 설정값에 도달하도록 제어할 수 있다(도 5 및 도 6 참조).
결합용 변압기(135, 140)는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130)로부터 출력되는 펄스 상의 고주파 전력 신호를 2차측에 유도하며, 1차측과 2차측을 전기적으로 절연함으로써 사용자가 RF 부하에 포함된 플라즈마 챔버를 접촉하는 경우 감전사고를 예방할 수 있다.
공진 필터(145)는 직병렬로 결합된 인덕터와 캐패시터를 구비하고, 결합용 변압기(135, 140)의 2차측에 유도된 고주파 전력 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 사인파형의 제1 및 제2 공진 신호(vR1, vR2)를 출력한다.
컴바이너(150)는 3dB 커플러로 구성될 수 있다. 제1 공진 신호(vR1)를 제1 터미널(T1)에, 제2 공진 신호(vR2)를 제2 터미널(T2)에 각각 입력받고, 부하측 터미널(T3)과 종단 터미널(T4)을 출력측에 결합하며, 종단 터미널(T4)에는 종단 임피던스(Z)가 결합될 수 있다. 컴바이너(150)는 결합 제어 신호(Scomb)에 제어되어 제1 공진 신호(vR1)와 제2 공진 신호(vR2)를 결합하여 결합된 고주파 전력 신호를 출력한다. 제1 공진 신호(vR1)의 위상이 제2 공진 신호(vR2)의 위상보다 90도 앞서면, 결합된 고주파 전력 신호는 부하측 터미널(T3)로 거의 대부분 출력될 수 있다. 제1 공진 신호(vR1)의 위상이 제2 공진 신호(vR2)의 위상보다 90도 뒤지면, 결합된 고주파 전력 신호는 종단 터미널(T4)로 거의 대부분 출력될 수 있다. 그리고 제1 공진 신호(vR1)의 위상과 제2 공진 신호(vR2)의 위상이 동일하면, 결합된 고주파 전력 신호는 부하측 터미널(T3)과 종단 터미널(T4)로 절반씩 출력될 수 있다. 한편, 종단 임피던스(Z)는 소정의 저항값을 갖는 저항일 수 있고, 종단 터미널(T4)을 통해 인가되는 고주파 전력 신호에 의해 종단 저항에 발생하는 열은 팬(미도시)을 이용하여 방출할 수 있다.
고주파 센서(155)는 컴바이너(150)와 RF 부하(미도시) 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 검출전류값(Is), 검출전압값(Vs), 컴바이너(150)로부터 RF 부하(미도시)로 공급되는 포워드 전력(PFWD), 및 RF 부하(미도시)로부터 컴바이너(150)로 반사되는 반사전력(PREF) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
컨트롤러(160)는 외부에서 인가되는 컨트롤 신호(Scon)와 고주파 센서(155)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 시비율 제어 신호(Sdr), 클램프 제어 신호(Sclamp), 제1 증폭 제어 신호(Pcon1), 제2 증폭 제어 신호(Pcon2), 및 결합 제어 신호(Scomb)를 출력한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 주요부 구체 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 주요부는, DC/DC 컨버터(115), 클램프 회로(120), 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기(125, 130), 결합용 변압기(135, 140)를 포함한다.
DC/DC 컨버터(115)는 입력측과 직렬연결되는 제1 스위칭소자(701), 제1 스위칭소자(701)의 출력단과 접지단 사이에 역병렬 결합되는 제1 다이오드(703), 제1 스위칭소자(701)의 출력단과 직렬연결되는 인덕터(705), 및 인덕터(705)의 출력단과 접지 사이에 병렬연결되는 캐패시터(707)를 포함한다. 제1 스위칭 신호에 제어되어 제1 스위칭 소자(701)가 턴온 되는 동안 인덕터(705)에 에너지가 저장되고, 제1 스위칭 소자(701)가 턴오프 되는 동안 인덕터(705)의 에너지를 부하로 방전한다.
클램프 회로(120)는 애노드 측이 DC/DC 컨버터(115)의 출력측에 순방향 접속되는 제2 다이오드(711), 제2 다이오드(711)의 캐소드 측과 접속되고 클램프 제어 신호(Sclamp)에 제어되는 제2 스위칭 소자(713), 제2 스위칭 소자(713)와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 저항(715), 제2 스위칭 소자(713)와 병렬연결되는 직렬의 제2 저항(717) 및 제2 캐패시터(718), 그리고 제1 저항(715)에 병렬연결되는 제3 캐패시터(719)를 포함한다. 여기서, 클램프 제어 신호(Sclamp)는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 DC/DC 컨버터(115)의 출력이 감소하는 시점에 동기되어 소정 시간(예: 1 ~ 10 us) 동안 턴온 된다.
도 8은 종래기술에 따른 클램프 회로가 없는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 클램프 회로가 있는 경우의 DC/DC 컨버터 출력 전압 과도 특성 파형도이다.
즉, 클램프 회로가 없는 경우에 과도 응답 지연 시간이 105.7us 만큼 발생하는 한편, 클램프 회로가 있는 경우에는 과도 응답 지연 시간이 4.4us 만큼 발생하여 1/20 정도로 감소되는 것을 알 수 있다.
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치의 출력 파형도이고, 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치 내 DC-DC 컨버터 출력 전압 파형도이고, 도 10c는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치 내 클램프 회로에 흐르는 전류 파형도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클램프 회로도로서, DC/DC 컨버터(115)의 출력 측과 접속되고 클램프 제어 신호(Sclamp)에 제어되는 제3 스위칭 소자(1110), 제3 스위칭 소자(1110)와 접지 사이에 배치되는 제3 저항(1115)을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 정류기
115: DC/DC 컨버터
120: 클램프 회로
125, 130: 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기
135, 140: 결합용 변압기
145: 공진 필터
150: 컴바이너
155: 고주파 센서
160: 컨트롤러
115: DC/DC 컨버터
120: 클램프 회로
125, 130: 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기
135, 140: 결합용 변압기
145: 공진 필터
150: 컴바이너
155: 고주파 센서
160: 컨트롤러
Claims (11)
- 시비율 제어 신호에 따라 정류 전압을 펄스 상 가변 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터;
클램프 제어 신호에 제어되어 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 과도 상태의 펄스 상 가변 직류 전압의 과도 지연 시간을 감소시키도록 구성된 클램프 회로;
상기 클램프 회로로부터 출력되는 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기; 및
상기 시비율 제어 신호와 상기 클램프 제어 신호를 출력하는 컨트롤러
를 포함하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기는 상기 컨트롤러로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호와 제2 증폭 제어 신호에 제어되고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 시비율 또는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 제어하여 pulsing 운전 모드시 상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기의 출력 레벨을 소정의 설정값에 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 클램프 제어 신호는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 상기 DC/DC 컨버터의 출력이 감소하는 시점에 동기되어 소정 시간 동안 턴온 되는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 클램프 회로는,
상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 병렬연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 접지측으로 흘려보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 클램프 회로는,
애노드 측이 상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 순방향 접속되는 제2 다이오드;
상기 제2 다이오드의 캐소드 측과 접속되고 클램프 제어 신호에 제어되는 제2 스위칭 소자;
상기 제2 스위칭 소자와 접지 사이에 직렬연결되는 제1 저항;
상기 제2 스위칭 소자와 병렬연결되는 직렬의 제2 저항과 제2 캐패시터; 및
상기 제1 저항에 병렬연결되는 제3 캐패시터
를 포함하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 클램프 회로는,
상기 DC/DC 컨버터의 출력 측과 접속되고 클램프 제어 신호에 제어되는 제3 스위칭 소자; 및
상기 제3 스위칭 소자와 접지 사이에 배치되는 제3 저항
을 포함하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 청구항 1에 있어서,
3상 전압을 정류 전압으로 정류하여 상기 DC/DC 컨버터로 출력하는 정류기;
상기 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기로부터 출력되는 펄스 상의 고주파 전력 신호를 2차측에 유도하는 결합용 변압기;
상기 결합용 변압기의 2차측에 유도된 고주파 전력 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 제1 및 제2 공진 신호를 출력하는 공진 필터;
상기 제1 및 제2 공진 신호를 결합하는 컴바이너; 및
상기 컴바이너와 고주파 부하 사이에 배치되어 전기적 검출 신호를 출력하는 고주파 센서
를 더 포함하는 고주파 펄스 전원 장치.
- 컨트롤러로부터 출력되는 시비율 제어 신호에 따라 DC/DC 컨버터가 정류 전압을 펄스 상 가변 직류 전압으로 변환하는 단계;
컨트롤러로부터 출력되는 클램프 제어 신호에 제어되어 클램프 회로는 과도 상태의 상기 펄스 상 가변 직류 전압의 과도 지연 시간을 감소시키는 단계; 및
과도 지연 시간이 감소된 상기 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 고주파 펄스 전원 장치의 운전 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 시비율 또는 상기 제1 증폭 제어 신호와 상기 제2 증폭 제어 신호의 위상차를 제어하여 Pulsing 운전 모드시 상기 펄스 상의 고주파 전력 신호의 레벨을 소정의 설정값에 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치의 운전 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 클램프 제어 신호는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 상기 DC/DC 컨버터의 출력이 감소하는 시점에 동기되어 소정 시간 동안 턴온 되는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치의 운전 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 클램프 회로는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력측에 병렬연결되고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 접지측으로 흘려보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 펄스 전원 장치의 운전 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Patent Citations (2)
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