KR20230073918A - Auto frequency tuning apparatus using impedance table, plasma power apparatus including it and auto frequency tuning mehtod - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 자동 주파수 조정 장치는, 복소수로 제시되는 순방향 전력과 역방향 전력로부터 복소수의 임피던스를 계산하여 출력하는 임피던스 계산부; 임피던스 별로 최적 스위칭 주파수를 매칭시켜 저장하고, 상기 임피던스 계산부로부터 출력되는 복소수의 임피던스에 대응하는 매핑 스위칭 주파수를 출력하는 임피던스 주파수 테이블; 순방향 전력과 역방향 전력으로부터 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 자동 주파수 조정부; 상기 매핑 스위칭 주파수와 상기 스위칭 주파수 변동분 그리고 현재 스위칭 주파수를 가산하여 출력하는 스위칭 주파수 가산부; 및 상기 현재 스위칭 주파수로 동작하는 경우에 역방향 전력이 소정 전력 레벨 이하이면 상기 현재 스위칭 주파수를 최적 스위칭 주파수로 결정하여 상기 임피던스 주파수 테이블에 저장하는 결정부를 포함한다.An automatic frequency adjusting device according to the present invention includes an impedance calculator for calculating and outputting complex impedances from forward power and reverse power presented as complex numbers; an impedance frequency table for matching and storing an optimal switching frequency for each impedance and outputting a mapping switching frequency corresponding to the impedance of the complex number output from the impedance calculation unit; an automatic frequency adjusting unit outputting a switching frequency variation from forward power and reverse power; a switching frequency adder for adding the mapping switching frequency, the change in switching frequency, and the current switching frequency and outputting the sum; and a determining unit configured to determine the current switching frequency as an optimal switching frequency and store the determined current switching frequency in the impedance frequency table when reverse power is less than a predetermined power level when operating at the current switching frequency.
Description
본 발명은 플라즈마 전력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 전력 장치에서 임피던스 주파수 테이블을 이용하여 자동 주파수 조정을 수행함으로써 역방향 전력을 저감하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma power device, and more particularly, to a device and method for reducing reverse power by performing automatic frequency adjustment using an impedance frequency table in a plasma power device.
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 신호들에 따라 발생된다. 고주파 발생기에 의해 발생되는 고주파 신호들은 플라스마 에칭을 효율적으로 실행하도록 정밀하게 제어되어야 한다.Plasma etching is frequently used in semiconductor manufacturing processes. In plasma etching, ions are accelerated by an electric field to etch an exposed surface on a substrate. The electric field is generated according to the high frequency signals generated by the high frequency generator of the high frequency power system. The high-frequency signals generated by the high-frequency generator must be precisely controlled to efficiently perform plasma etching.
고주파 전력 시스템은 고주파 발생기, 임피던스 매처(Impedance matcher), 및 플라스마 챔버를 포함할 수 있다. 고주파 신호는 집적회로(IC)들, 솔라 패널, 콤팩트 디스크(CD), 및/또는 DVD와 같은 다양한 부품들을 제조하기 위하여 부하를 구동하도록 사용된다. The high frequency power system may include a high frequency generator, an impedance matcher, and a plasma chamber. The high frequency signal is used to drive loads to manufacture various components such as integrated circuits (ICs), solar panels, compact discs (CDs), and/or DVDs.
고주파 신호는 임피던스 매처에 수신된다. 임피던스 매처는 임피던스 매처의 입력 임피던스를 고주파 발생기와 임피던스 매처 사이의 전송 라인의 특성 임피던스에 매칭한다. 임피던스 매칭은 플라스마 챔버를 향하여 순방향으로 공진 네트워크에 인가되는 임피던스 매처의 전력량("순방향 전력")을 최대화하는 데에 도움을 주며, 임피던스 매처로부터 고주파 발생기로 반사되는 전력량("역방향 전력")을 최소화하는 데에 도움을 준다. 임피던스 매처의 입력 임피던스가 전송 라인의 특성 임피던스와 일치할 때 고주파 발생기로부터 플라즈마 챔버로의 순방향 전력 출력을 최대화되고 역방향 전력이 최소화될 수 있다. The high frequency signal is received by the impedance matcher. The impedance matcher matches the input impedance of the impedance matcher to the characteristic impedance of a transmission line between the high frequency generator and the impedance matcher. Impedance matching helps maximize the amount of power from the impedance matcher applied to the resonant network in the forward direction towards the plasma chamber ("forward power") and minimizes the amount of power reflected from the impedance matcher to the high frequency generator ("reverse power"). help to do When the input impedance of the impedance matcher matches the characteristic impedance of the transmission line, forward power output from the high frequency generator to the plasma chamber can be maximized and reverse power can be minimized.
고주파 전력을 공급함에 있어서, 일반적으로 고주파 신호를 부하에 인가하는 두 가지 방식이 있다. 첫째, 전통적인 방식은 연속파 신호를 부하에 인가하는 것이다. 연속파 모드에서, 연속파 신호는 일반적으로 전원 공급부가 부하에 지속적으로 출력하는 정현파이다. 연속파 방식에서, 고주파 신호는 정현파 출력을 가정하고, 정현파의 진폭 및/또는 주파수는 부하에 인가된 출력 전력을 변화시키기 위해 변화될 수 있다.In supplying high-frequency power, there are generally two methods of applying a high-frequency signal to a load. First, the traditional method is to apply a continuous wave signal to the load. In CW mode, the CW signal is generally a sine wave that the power supply continuously outputs to the load. In the continuous wave scheme, the high-frequency signal assumes a sinusoidal wave output, and the amplitude and/or frequency of the sinusoidal wave can be varied to change the output power applied to the load.
고주파 신호를 부하에 인가하는 다른 방식은 펄스 형태의 고주파 신호이다. 펄스 동작 모드에서, 고주파 정현파 신호는 변조된 정현파 신호에 대한 엔벌로프를 규정하기 위해 변조 신호에 의해 변조된다. 종래의 펄스 변조 방식에서, 고주파 정현파 신호는 전형적으로 일정한 주파수 및 진폭으로 출력된다. 부하로 전달되는 전력은 정현파, 고주파 신호를 변화시키는 것이 아니라 상기 변조 신호를 변화시킴으로써 변화된다.Another method of applying a high frequency signal to a load is a pulsed high frequency signal. In the pulse mode of operation, a high-frequency sinusoidal signal is modulated by a modulating signal to define an envelope for the modulated sinusoidal signal. In a conventional pulse modulation method, a high-frequency sinusoidal signal is typically output with a constant frequency and amplitude. The power delivered to the load is changed by changing the modulation signal, not by changing the sinusoidal or high-frequency signal.
일반적인 고주파 전력 공급부 구성에서, 부하에 인가되는 출력 전력은 부하에 인가되는 고주파 신호의 순방향 전력 및 반사 전력을 측정하거나 전압 및 전류를 측정하는 센서를 사용하여 결정된다. 이들 신호 중 하나의 세트는 일반적인 피드백 루프에서 분석된다. 이러한 분석은 일반적으로 부하에 인가된 전력을 변화시키기 위해 고주파 전력 공급부의 출력을 조절하는 데에 사용되는 전력 값을 결정한다. 부하가 플라즈마 챔버인 고주파 전력 전달 시스템에서, 부하 임피던스의 변화는, 인가된 전력이 부분적으로 부하 임피던스의 함수이기 때문에, 부하에 인가되는 대응하는 가변적인 전력을 야기한다.In a typical high-frequency power supply unit configuration, output power applied to a load is determined by measuring forward power and reflected power of a high-frequency signal applied to the load or by using a sensor that measures voltage and current. One set of these signals is analyzed in a common feedback loop. This analysis usually determines the power value used to adjust the output of the high frequency power supply to change the power applied to the load. In a high-frequency power delivery system where the load is a plasma chamber, a change in load impedance results in a correspondingly variable power applied to the load because the applied power is in part a function of the load impedance.
또한, 연속파 고주파 전력 전달 시스템으로부터 펄스 고주파 전력 전달 시스템으로의 천이는 추가적인 과제를 제시한다. 전형적인 플라즈마 시스템에서, 플라즈마에서 소비되는 전력은 플라즈마의 임피던스에 의존한다. 임피던스가 고주파 펄스(예, 1kHz - 10kHz의 범위)의 타임 스케일로 변화되는 경우, 펄스들 사이에서 플라즈마를 끄지 않도록 하기 위해, 임피던스 매처 및 고주파 발생기 내에서의 센서와 액추에이터가 유사한 타임스케일로 반응하여 플라즈마 부하로의 최적의 전력 결합을 제공해야 한다. 또한, 임피던스의 시간 응답은 플라즈마 의존적이며 화학물질, 압력 및 전력 결합과 같은 인자들에 따라 변한다. 또한, 고주파 결합 안테나 또는 정합 시스템에서의 저항 손실과 같은 플라즈마 외부의 다양한 기생 요소들은 펄스 주기 동안 시간에 따라 변화하는 전력 결합 효율을 나타내는데, 그 이유는 기생 요소들이 시간에 따라 변하는 임피던스 부하와 직렬 연결된 일정하게 소비되는 임피던스이기 때문이다. 또한, 전송 및 반사 전력 센서와 고주파 발생기는 일반적으로 매칭된 종단을 위해서 보정되므로, 임피던스 불일치로 인한 전력 보상이 전력 전달에서의 변동성 증가에 기여할 수 있다.In addition, the transition from a continuous wave high frequency power delivery system to a pulsed high frequency power delivery system presents additional challenges. In a typical plasma system, the power dissipated in the plasma depends on the impedance of the plasma. When the impedance changes on the time scale of high frequency pulses (e.g., in the range of 1 kHz - 10 kHz), the sensors and actuators within the impedance matcher and the high frequency generator respond on similar time scales to avoid turning off the plasma between pulses. It should provide optimal power coupling to the plasma load. Also, the time response of the impedance is plasma dependent and varies with factors such as chemical, pressure and power combinations. In addition, various parasitic elements outside the plasma, such as resistive losses in a high-frequency coupling antenna or matching system, exhibit a time-varying power coupling efficiency during a pulse period, because the parasitic elements are connected in series with a time-varying impedance load. This is because it is a constant consumption impedance. Additionally, since transmit and reflective power sensors and high frequency generators are typically calibrated for matched terminations, power compensation due to impedance mismatch can contribute to increased variability in power delivery.
또한, 임피던스 과도 현상의 영향을 최소화하기 위해 임피던스 매처에서의 임피던스 액추에이터의 해당 위치를 예측하는 것과 주파수 측정 간의 프로세스 동기화를 달성하는 것이 중요하다. 또한, 목표 주파수를 달성할 때 프로세스 재현성 및 반속성을 실현하는 것이 더욱 어려워진다.In addition, it is important to achieve process synchronization between predicting the corresponding position of the impedance actuator in the impedance matcher and measuring the frequency to minimize the effects of impedance transients. In addition, it becomes more difficult to realize process reproducibility and half speed when achieving the target frequency.
현재의 고주파 전력 생성 시스템에서, 고주파 전력 발생기와 부하 간의 임피던스 정합을 달성하기 위해, 고주파 신호의 주파수는 선택된 목표 주파수 또는 중심 주파수를 중심으로 기 설정된 범위 내에서 조정될 수 있다. 이러한 주파수 기반 임피던스 조정을 무선 주파수 조정(RFT: Radio Frequency Tuning)이라고 한다. 일부 RFT 구성에서, 고주파 신호의 주파수는 미리 정해진 범위의 한계치를 향해서 조정될 수 있다.In current high frequency power generation systems, in order to achieve impedance matching between the high frequency power generator and the load, the frequency of the high frequency signal may be adjusted around a selected target frequency or center frequency within a preset range. This frequency-based impedance tuning is called radio frequency tuning (RFT). In some RFT configurations, the frequency of the high-frequency signal may be tuned towards the limits of a predefined range.
본 발명은 반사 전력을 최소화할 수 있도록 임피던스 주파수 테이블을 이용하여 매칭 주파수의 자동 주파수 조정을 수행할 수 있는 임피던스 주파수 테이블을 이용한 자동 주파수 조정 장치, 이를 포함하는 플라즈마 전력 장치 및 자동 주파수 조정 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention provides an automatic frequency adjustment device using an impedance frequency table capable of performing automatic frequency adjustment of a matching frequency using the impedance frequency table to minimize reflected power, a plasma power device including the same, and an automatic frequency adjustment method. has a purpose
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명에 따른 자동 주파수 조정 장치는, 복소수로 제시되는 순방향 전력과 역방향 전력로부터 복소수의 임피던스를 계산하여 출력하는 임피던스 계산부; 임피던스 별로 최적 스위칭 주파수를 매칭시켜 저장하고, 상기 임피던스 계산부로부터 출력되는 복소수의 임피던스에 대응하는 매핑 스위칭 주파수를 출력하는 임피던스 주파수 테이블; 순방향 전력과 역방향 전력으로부터 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 자동 주파수 조정부; 상기 매핑 스위칭 주파수와 상기 스위칭 주파수 변동분을 가산하여 스위칭 주파수를 출력하는 스위칭 주파수 가산부; 및 상기 스위칭 주파수로 동작하는 경우에 역방향 전력이 소정 전력 레벨 이하이면 상기 스위칭 주파수를 최적 스위칭 주파수로 결정하여 상기 임피던스 주파수 테이블에 저장하는 결정부를 포함한다.An automatic frequency adjusting device according to the present invention includes an impedance calculator for calculating and outputting complex impedances from forward power and reverse power presented as complex numbers; an impedance frequency table for matching and storing an optimal switching frequency for each impedance and outputting a mapping switching frequency corresponding to the impedance of the complex number output from the impedance calculation unit; an automatic frequency adjusting unit outputting a switching frequency variation from forward power and reverse power; a switching frequency adder for outputting a switching frequency by adding the mapping switching frequency and the switching frequency variation; and a determination unit configured to determine the switching frequency as an optimal switching frequency and store the determined switching frequency in the impedance frequency table when reverse power is equal to or less than a predetermined power level when operating at the switching frequency.
바람직하게는, 상기 스위칭 주파수 변동분에 대하여 상하한치를 제한하는 스위칭 주파수 변동분 리미터; 및 상기 현재 스위칭 주파수에 대하여 상하한치를 제한하는 스위칭 주파수 리미터를 더 포함한다.Preferably, a switching frequency variation limiter for limiting upper and lower limit values for the switching frequency variation; and a switching frequency limiter limiting upper and lower limits of the current switching frequency.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 플라즈마 전력 장치는, 증폭 제어 신호에 제어되어 소정 레벨의 직류 전압을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 신호를 생성하는 고주파 전력 증폭부; 매칭 주파수 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 전력 증폭부와 부하 사이의 임피던스를 소정의 매칭 주파수로 매칭시키는 임피던스 매처; 상기 고주파 전력 증폭부와 상기 임피던스 매처 사이에서 순방향 및 역방향 전기 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와, 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 증폭 제어 신호 및 매칭 주파수 제어 신호를 생성하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함한다.In addition, a plasma power device according to one aspect of the present invention includes a high-frequency power amplifying unit that is controlled by an amplification control signal to amplify a DC voltage of a predetermined level to generate a pulse-wave high-frequency signal; an impedance matcher controlled by a matching frequency control signal to match an impedance between the high frequency power amplifier and a load to a predetermined matching frequency; an RF sensor configured to detect forward and reverse electrical signals between the high frequency power amplifier and the impedance matcher and output an electrical detection signal; and a controller generating the amplification control signal and the matching frequency control signal using a control signal applied from the outside and an electrical detection signal output from the RF sensor, wherein the controller includes the automatic frequency adjustment device of claim 1 do.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 플라즈마 전력 장치는, 병렬 연결된 제1 및 제2 고주파 전력 증폭 모듈이 각각 상기 평활 전압을 증폭하여 펄스 파형의 제1 및 제2 고주파 전력 신호를 생성하도록 구성된 고주파 전력 증폭부를 포함하는 고주파 전원; 상기 고주파 전원과 RF 부하 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및 외부에서 인가되는 컨트롤 신호와, 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 고주파 전원 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함한다.In addition, in a plasma power device according to another aspect of the present invention, first and second high frequency power amplifying modules connected in parallel amplify the smoothing voltage to generate first and second high frequency power signals of pulse waveforms. a high-frequency power supply including an amplification unit; an RF sensor disposed between the high-frequency power source and the RF load and outputting an electrical detection signal by detecting an electrical signal; and a controller outputting the high frequency power supply control signal using a control signal applied from the outside and an electrical detection signal output from the RF sensor, wherein the controller includes the automatic frequency adjusting device of claim 1 .
또한, 본 발명의 또 다른 태양에 따른 플라즈마 전력 장치는, 컨버터 제어 신호에 따라 정류 전압을 안정된 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 레귤레이터 제어 신호에 제어되어 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 소정 레벨의 전압 및 전류를 증폭하여 펄스 모드 운전시 필요한 펄스 형태의 가변 직류 전압을 생성하는 선형 직류 전압 레귤레이터; 상기 선형 직류 전압 레귤레이터로부터 출력되는 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기; 및 상기 컨버터 제어 신호와 상기 레귤레이터 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함한다.In addition, a plasma power device according to another aspect of the present invention includes a DC/DC converter that converts a rectified voltage into a stable DC voltage according to a converter control signal; a linear DC voltage regulator that amplifies voltage and current of a predetermined level using the DC voltage output from the DC/DC converter controlled by the regulator control signal to generate a pulse-type variable DC voltage required for pulse mode operation; first and second high frequency power amplifiers generating pulsed high frequency power signals by amplifying the variable direct current voltage output from the linear direct current voltage regulator; and a controller outputting the converter control signal and the regulator control signal, wherein the controller includes the automatic frequency adjusting device of claim 1 .
또한, 본 발명의 자동 주파수조정 방법은, 복소수로 제시되는 순방향 전력과 역방향 전력로부터 복소수의 임피던스를 계산하는 임피던스 계산 단계; 임피던스 별로 최적 스위칭 주파수를 매칭시켜 저장하고, 상기 임피던스 계산부로부터 출력되는 복소수의 임피던스에 대응하는 매핑 스위칭 주파수를 출력하는 단계; 순방향 전력과 역방향 전력으로부터 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 단계; 상기 매핑 스위칭 주파수와 상기 스위칭 주파수 변동분을 가산하여 스위칭 주파수를 출력하는 단계; 및 상기 스위칭 주파수로 동작하는 경우에 역방향 전력이 소정 전력 레벨 이하이면 상기 스위칭 주파수를 최적 스위칭 주파수로 결정하여 상기 임피던스 주파수 테이블에 저장하는 단계를 포함한다.In addition, the automatic frequency adjustment method of the present invention includes an impedance calculation step of calculating an impedance of a complex number from forward power and reverse power presented as complex numbers; matching and storing an optimal switching frequency for each impedance, and outputting a mapping switching frequency corresponding to the impedance of the complex number output from the impedance calculation unit; outputting a switching frequency variation from forward power and reverse power; outputting a switching frequency by adding the mapping switching frequency and the switching frequency variation; and determining the switching frequency as an optimal switching frequency and storing the switching frequency in the impedance frequency table when the reverse power is equal to or less than a predetermined power level when operating at the switching frequency.
바람직하게는, 상기 스위칭 주파수 변동분에 대하여 상하한치를 제한하는 단계; 및 상기 스위칭 주파수에 대하여 상하한치를 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, limiting upper and lower limit values for the switching frequency variation; and limiting upper and lower limit values for the switching frequency.
바람직하게는, 상기 임피던스 계산 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 복소수의 반사계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the impedance calculation step is characterized in that the reflection coefficient of a complex number is calculated using the following equation.
여기서, 은 반사계수, ZL은 부하 임피던스, Z0은 특성 임피던스임.here, is the reflection coefficient, Z L is the load impedance, and Z 0 is the characteristic impedance.
바람직하게는, 상기 임피던스 계산 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 복소수의 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the impedance calculation step is characterized in that the impedance of the complex number is calculated using the following equation.
바람직하게는, 상기 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of outputting the switching frequency variation is characterized by outputting the switching frequency variation using the following equation.
여기서, fs,offset는 스위칭 주파수 옵셋값, 는 반사계수 이득, 는 자동 주파수 조정부 이득, dPR은 현재 역방향 전력과 직전 역방향 전력의 편차임.Here, fs,offset is the switching frequency offset value, is the reflection coefficient gain, is the automatic frequency adjuster gain, and dP R is the difference between the current reverse power and the previous reverse power.
본 발명에 따르면, 반사 전력을 최소화할 수 있도록 임피던스 주파수 테이블을 이용하여 매칭 주파수를 선정함으로써 자동 주파수 조정 기능을 고속으로 수행할 수 있다.According to the present invention, the automatic frequency adjustment function can be performed at high speed by selecting a matching frequency using an impedance frequency table to minimize reflected power.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈마 전력 장치의 전체 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치의 구체 블록도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈 전력 장치의 전체 블록도, 및
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈마 전력 장치의 전체 블록도이다.1 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjusting device according to an embodiment of the present invention is implemented;
2 is a specific block diagram of an automatic frequency adjusting device according to an embodiment of the present invention;
3 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjustment device is implemented according to another embodiment of the present invention, and
4 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjusting device according to another embodiment of the present invention is implemented.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다. Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.
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.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention may make various changes and may have various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are not intended to limit the present invention to specific embodiments. No, it should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
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.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
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.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
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.In addition, terms such as "...unit", "...unit", and "...module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware and It can be implemented as a combination of software.
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.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈마 전력 장치의 전체 블록도이다.1 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjusting device according to an embodiment of the present invention is implemented.
본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 전력 장치는 DC/DC 컨버터(110), 고주파 전력 증폭부(120), RF 센서(130), 임피던스 매처(140), 컨트롤러(150), 플라즈마 부하(160), 저장부(170)를 포함한다.A plasma power device according to an embodiment of the present invention includes a DC/
DC/DC 컨버터(115)는 컨트롤러(150)로부터 출력되는 전압 제어 신호(Vcon)에 제어되어 인가되는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환한다. 여기서, 제2 직류 전압은 다양한 레벨의 전압일 수 있다.The DC/DC converter 115 is controlled by the voltage control signal Vcon output from the
고주파 전력 증폭부(120)는 DC-DC 컨버터(110)로부터 출력되는 제2 직류 전압을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 신호를 생성한다. 본 발명에 따르면, 고주파 전력 증폭부(120)의 출력 주파수를 측정하는 대신 내부의 DDS(Direct Digital Synthesizer, 미도시)를 통해 전기적 신호를 제어함으로써 출력 주파수를 변경할 수 있다.The high
RF 센서(130)는 고주파 전력 증폭부(120)와 임피던스 매처(140) 사이에 배치되고, 순방향 및 역방향 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 검출전류값(Is), 검출전압값(Vs), 고주파 전력 증폭부(120)로부터 부하(160, 플라즈마 챔버)로 공급되는 순방향 전력(PF), 및 부하(160)로부터 고주파 전력 증폭부(120)로 반사되는 역방향 전력(PR) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. The
임피던스 매처(140)는 고주파 전력 증폭부(120)와 부하(160) 사이에 결합되고, 컨트롤러(150)로부터 출력되는 매칭 주파수 제어 신호(Smat)에 제어되어 고주파 전력 증폭부(120)와 부하(160) 사이의 임피던스를 소정의 매칭 주파수로 매칭시킨다. The
컨트롤러(150)는 외부에서 인가되는 컨트롤 신호(Scon)와 RF 센서(130)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 순방향 전력 제어 알고리즘을 실행함으로써 전압 제어 신호(Vcon)와, 증폭 제어 신호(Pcon)를 출력하고, 순방향 전력(PF)과 역방향 전력(PR)을 이용하여 부하 임피던스를 계산하고, 계산된 부하 임피던스를 이용하여 저장부(170)에 저장된 표 1과 같은 임피던스 주파수 테이블로부터 스위칭 주파수(fs)를 선정할 수 있다.The
스위칭 주파수가 13.56MHz인 경우는 임피던스의 실수부가 50오옴, 허수부가 0오옴일 때이지만, 임피던스의 실수부와 허수부가 달라지게 되면, 스위칭 주파수도 달라져야 한다. 예컨대, 표 1에 도시된 바와 같이, 임피던스의 실수부가 48오옴, 허수부가 -2오옴이면 스위칭 주파수는 14.23MHz여야 하고, 임피던스의 실수부가 52오옴, 허수부가 2오옴이면 스위칭 주파수는 12.88MHz여야 한다. 즉, 부하 임피던스가 달라지는 경우에 이를 반영하여 신속하게 자동으로 스위칭 주파수를 조정할 필요가 있다.When the switching frequency is 13.56 MHz, the real part of the impedance is 50 ohms and the imaginary part is 0 ohm. For example, as shown in Table 1, if the real part of the impedance is 48 ohms and the imaginary part is -2 ohms, the switching frequency must be 14.23 MHz. If the real part of the impedance is 52 ohms and the imaginary part is 2 ohms, the switching frequency must be 12.88 MHz. . That is, when the load impedance changes, it is necessary to automatically and quickly adjust the switching frequency to reflect this.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치의 구체 블록도이다.2 is a specific block diagram of an automatic frequency adjusting device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치는, 임피던스 계산부(210), 임피던스 주파수 테이블(220), 자동 주파수 조정부(230), 스위칭 주파수 변동분 리미터(240), 가산부(250), 스위칭 주파수 리미터(260), 및 결정부(270)를 포함한다.An automatic frequency adjustment device according to an embodiment of the present invention includes an
임피던스 계산부(210)는 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 복소수의 부하 임피던스를 계산하여 추출할 수 있다.The
구체적으로, 임피던스 계산부(210)는, 수학식 1을 이용하여, 복소수로 제시되는 순방향 전력(PF)과 역방향 전력(PR)로부터 복소수의 반사계수를 얻을 수 있다.Specifically, the
여기서, 은 반사계수, ZL은 부하 임피던스, Z0은 특성 임피던스임.here, is the reflection coefficient, Z L is the load impedance, and Z 0 is the characteristic impedance.
이후, 임피던스 계산부(210)는, 수학식 2를 이용하여, 복소수의 반사계수로부터 복소수의 부하 임피던스를 얻을 수 있다.Thereafter, the
임피던스 주파수 테이블(220)은 임피던스 별로 최적의 스위칭 주파수를 저장한 테이블로(표 1 참조), 임피던스 계산부(210)에서 계산된 복소수의 임피던스를 수신하여 매핑되는 매핑 스위칭 주파수(fs,comp)를 출력하고, 결정부(270)로부터 출력되는 최적의 스위칭 주파수(fs)를 해당 셀에 저장한다. The impedance frequency table 220 is a table storing optimal switching frequencies for each impedance (see Table 1), and the mapping switching frequency (fs,comp) mapped by receiving the complex number impedance calculated by the
자동 주파수 조정부(230)는 복소수로 제시되는 순방향 전력(PF)과 역방향 전력(PR)로부터 수학식 3에 따라 스위칭 주파수 변동분()을 출력한다. The automatic
여기서, fs,offset는 스위칭 주파수 옵셋값, 는 반사계수 이득, 는 자동 주파수 조정부 이득, dPR은 현재 역방향 전력과 직전 역방향 전력의 편차임.Here, fs,offset is the switching frequency offset value, is the reflection coefficient gain, is the automatic frequency adjuster gain, and dP R is the difference between the current reverse power and the previous reverse power.
스위칭 주파수 변동분 리미터(240)는 스위칭 주파수 변동분()에 대하여 하한치()와 상한치()를 제한하여 제한된 스위칭 주파수 변동분()을 출력한다.The switching
가산부(250)는 매핑 스위칭 주파수(fs,comp)와, 제한된 스위칭 주파수 변동분()를 가산하여 스위칭 주파수(fs)를 출력한다.The adder 250 calculates the mapping switching frequency (fs,comp) and the limited switching frequency variation ( ) is added to output the switching frequency (fs).
스위칭 주파수 리미터(260)는 가산부(250)로부터 출력되는 스위칭 주파수(fs)에 대하여 하한치(fs,min)와 상한치(fs,max)를 제한하여 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)를 출력한다.The
결정부(270)는 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)에서 역방향 전력(PR)이 소정 전력 레벨 이하이면 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)를 최적 주파수로 결정하고, 임피던스 주파수 테이블에서 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)를 최적 주파수로 결정하고, 임피던스 주파수 테이블에 저장한다. 한편, 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)에서 역방향 전력(PR)이 소정 전력 레벨을 초과하면 제한된 스위칭 주파수(fs,lim)를 최적 주파수가 아닌 것으로 결정한다.The
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈 전력 장치의 전체 블록도이다.3 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjusting device according to another embodiment of the present invention is implemented.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 펄스 전원 장치는, 3상 전원(300), 정류기(305), DC/DC 컨버터(310), 선형 직류 전압 레귤레이터(315), 고주파 전력 증폭기(320), 공진 필터(325), 입력 센서(330), 가변 매칭 네트워크(335), 출력 센서(340), 컨트롤러(345), 및 저장부(350)를 포함한다.A high-frequency pulse power supply device according to an embodiment of the present invention includes a three-
정류기(305)는 인가되는 3상 전압을 정류 전압으로 정류하여 출력한다. 여기서 도면부호 Srec는 컨트롤러(345)로부터 인가되는 역률 제어용 신호이다.The
DC/DC 컨버터(310)는 정류기(305)로부터 출력되는 정류 전압을 시비율을 조정하여 출력되는 직류 전압 레벨이 소정 시간 내에 설정값에 도달하도록 변환하여 출력한다. 구체적으로 컨트롤러(345)로부터 출력되는 컴버터 제어 신호(SDC)에 따라 정류기(305)로부터 출력되는 정류 전압을 반도체 공정(예: ALD 공정)에서 요구되는 펄스 형태의 가변 직류 전압으로 변환하여 출력한다.The DC/
즉, DC/DC 컨버터(310)는 컨트롤러(345)로부터 출력되는 컨버터 제어 신호(SDC)에 제어되어 고주파 전력 증폭기(320)의 입력에 공급되는 DC 입력 전압의 크기를 제어한다.That is, the DC/
그런데, DC/DC 컨버터(310)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(310)에 의해 고주파 전력 증폭기(320)에 공급되는 DC 입력 전압의 과도 특성을 나타내게 한다. 그래서, 선형 직류 전압 레귤레이터(315)는 Pulsing 운전 모드로 동작할 때, 원하는 출력 레벨을 주어진 시간 내에 도달시키기 위해 DC/DC 컨버터(310)의 과도 특성 지연을 개선하고 주어진 시간 내에 고주파 전력 증폭기(320)의 출력이 원하는 시간 내에 도달하기 위해 적용한다. 여기서, 스위치는 컨버터 제어 신호(SDC)에 제어된다. However, the DC/
본 발명의 일실시예에 따른 선형 직류 전압 레귤레이터(315)는 복수의 전압원과, 케스케이드 전류증폭기를 포함할 수 있다.The linear
복수의 전압원(미도시)은 적어도 일부가 상이한 레벨의 전위를 가지는바, 예컨대, 제1 전압원은 직류 12V, 제2 전압원은 직류 24V, 제3 내지 제5 전압원은 직류 50V이다. 케스케이드 전류증폭기(미도시)는 예컨대, 저전력 앰프 및 제1 내지 제4 드라이버 앰프의 증폭기가 다단으로 결합된다. At least some of the plurality of voltage sources (not shown) have potentials of different levels, for example, the first voltage source is DC 12V, the second voltage source is DC 24V, and the third to fifth voltage sources are DC 50V. In the cascade current amplifier (not shown), for example, a low power amplifier and amplifiers of the first to fourth driver amplifiers are combined in multiple stages.
이에 따라 고주파 전력 증폭기(320)의 출력 레벨을 RF Generator의 Pulsing 운전 모드에서 소정 시간 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(310)에 선형 직류 전압 레귤레이터(315)를 결합함으로써 RF Generator가 Pulsing 운전 모드로 동작할 때 과도 특성이 개선된 DC 입력 전압을 고주파 전력 증폭기(320)에 공급할 수 있다. Accordingly, the output level of the high
이는 고주파 전력 증폭기(320)로 펄스 형태의 DC 입력 전압이 공급됨에 따라 자체적으로 Pulsing 운전 모드 동작을 위한 스위칭 소자의 열화 부담을 줄여줄 수 있다. 여기서, 고주파 전력 증폭기(320)가 정전압 형태의 DC 입력 전압을 공급받아 펄스 형태의 RF 출력 전압으로 출력하려 할 경우, 고주파 전력 증폭기(320)의 스위칭 소자에서는 Pulsing 운전 모드 동작을 통해 원하는 출력 레벨 이상의 에너지를 열로 소모시켜야 하므로 열화 부담이 커질 수 밖에 없다.As the DC input voltage in the form of a pulse is supplied to the high
공진 필터(325)는 직병렬로 결합된 인덕터와 캐패시터를 구비하고, 고주파 전력 증폭기(320)로부터 출력되는 고주파 전력 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 사인파형의 공진 신호(vR)를 출력한다. The
입력 센서(330)는 공진 필터(325)와 가변 매칭 네트워크(335) 사이에 배치되고, 고주파 전원측으로부터 RF 부하로 출력되는 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 순방향 검출전류값(Ii), 순방향 검출전압값(Vi), 고주파 전원측으로부터 RF 부하(360)로 공급되는 순방향 전력(PF) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.The
가변 매칭 네트워크(335)는 가변 네트워크 제어 신호(Snet)에 제어되어 스위칭하는 가변 인덕터 및/또는 가변 캐패시터를 포함하고, RF 부하(360)로부터 반사되는 반사 전력을 감소시키는 기능을 수행한다.The
출력 센서(340)는 가변 매칭 네트워크(335)와 RF 부하(360) 사이에 배치되고, RF 부하로부터 고주파 전원측으로 반사되는 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 역방향 검출전류값(Io), 역방향 검출전압값(Vo), RF 부하(360)로부터 고주파 전원측으로 반사되는 역방향 전력(PR) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.The
컨트롤러(345)는 외부에서 인가되는 컨트롤 신호(Scon)와 입력 센서(330) 및 출력 센서(340)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 역률 제어 신호(Srec), 컨버터 제어 신호(SDC), 레귤레이터 제어 신호(Sg), 증폭 제어 신호(Spa) 및 가변 네트워크 제어 신호(Snet)를 출력한다. 또한, 컨트롤러(345)는 순방향 전력(PF)과 역방향 전력(PR)을 이용하여 부하 임피던스를 계산하고, 계산된 부하 임피던스를 이용하여 저장부(350)에 저장된 표 1과 같은 임피던스 주파수 테이블로부터 스위칭 주파수(fs)를 선정할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동 주파수 조정 장치가 구현된 플라즈마 전력 장치의 전체 블록도이다.4 is an overall block diagram of a plasma power device in which an automatic frequency adjusting device according to another embodiment of the present invention is implemented.
본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 파워 장치는, EMI 필터(410), 정류부(415), 평활부(417), 고주파 전력 증폭부(420, 425), 결합용 변압부(430, 435), 공진 필터(440, 445), 컴바이너(450), RF 센서(455), RF 부하(460), 컨트롤러(465), 및 저장부(470)를 포함한다.A plasma power device according to an embodiment of the present invention includes an
EMI 필터(410)는 입력되는 3상 상용 전원에 포함된 전자기파의 노이즈를 차폐하는 기능을 담당한다.The
정류부(415)는 EMI 필터(410)로부터 3상 전압을 정류 전압으로 정류하여 출력한다.The rectifying
평활부(417)는 정류부(415)로부터 출력되는 평활 전압을 평활화한다.The smoothing
고주파 전력 증폭부(420, 425)는 평활부(417)로부터 출력되는 소정 레벨의 평활 전압을 증폭하여 펄스 파형의 고주파 전력 신호를 생성한다. 고주파 전력 증폭부(420, 425)는 다양한 부하 조건에 따른 전압 및 주파수를 생성하기 위하여 2개 이상의 전력 증폭 모듈을 병렬 운전한다. 제1 고주파 전력 증폭 모듈(420)과 제2 고주파 전력 증폭 모듈(425)은 각각 컨트롤러(470)로부터 출력되는 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)와 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)에 제어되고, 제1 고주파 전력 신호(v1)와 제2 고주파 전력 신호(v2)를 출력한다. 여기서, 제1 증폭 제어 신호(Pcon1)는 제1 내지 제4 스위칭 소자에 인가되는 제1 내지 제4 스위칭 제어 신호(S1, S2, S3, S4)를 의미하고, 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)는 제5 내지 제8 스위칭 소자에 인가되는 제5 내지 제8 스위칭 제어 신호(S5, S6, S7, S8)를 의미한다.The high
결합용 변압부(430, 435)는 고주파 전력 증폭부(420, 425)로부터 출력되는 펄스 파형의 고주파 전력 신호를 2차측에 유도하며, 1차측과 2차측을 전기적으로 절연함으로써 사용자가 RF 부하에 포함된 플라즈마 챔버를 접촉하는 경우 감전사고를 예방할 수 있다.The
공진 필터(440, 445)는 직병렬로 결합된 인덕터와 캐패시터를 구비하고, 결합용 변압부(430, 435)의 2차측에 유도된 고주파 전력 신호로부터 소정의 공진 주파수를 가진 사인파형의 공진 신호를 출력한다. 여기서, 제1 공진 필터(440)는 제1 공진 신호(vR1)를 출력하고, 제2 공진 필터(445)는 제2 공진 신호(vR2)를 출력한다. The resonance filters 440 and 445 include an inductor and a capacitor coupled in series and parallel, and a sinusoidal resonance signal having a predetermined resonance frequency from a high frequency power signal induced on the secondary side of the
컴바이너(450)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(450)는 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.The
RF 센서(455)는 컴바이너(450)와 RF 부하(460) 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력한다. 여기서, 전기적 검출 신호는 검출전류값(Is), 검출전압값(Vs), 컴바이너(450)로부터 RF 부하(460)로 공급되는 순방향 전력(PF), 및 RF 부하(460)로부터 컴바이너(450)로 반사되는 역방향 전력(PR) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. The
컨트롤러(465)는 외부에서 인가되는 순방향 전력 지령치(PF_CMD)와, RF 센서(455)로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 전압 제어 신호(Vcon), 제1 증폭 제어 신호(Pcon1) 및 제2 증폭 제어 신호(Pcon2)를 생성한다. 또한, 컨트롤러(445)는 순방향 전력(PF)과 역방향 전력(PR)을 이용하여 부하 임피던스를 계산하고, 계산된 부하 임피던스를 이용하여 저장부(450)에 저장된 표 1과 같은 임피던스 주파수 테이블로부터 스위칭 주파수(fs)를 선정할 수 있다.The
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.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings merely illustrate some of the technical ideas included in the present invention by way of example. Therefore, since the embodiments disclosed in this specification are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, it is obvious that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. All modified examples and specific examples that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
110: DC/DC 컨버터
120: 고주파 전력 증폭부
130: RF 센서
140: 임피던스 매처
150: 컨트롤러
160: 플라즈마 부하
170: 저장부
210: 임피던스 계산부
220: 임피던스 주파수 테이블
230: 자동 주파수 조정부
240: 스위칭 주파수 변동분 리미터
250: 가산부
260: 스위칭 주파수 리미터
270: 결정부110: DC/DC converter
120: high frequency power amplifier
130: RF sensor
140: impedance matcher
150: controller
160: Plasma load
170: storage unit
210: impedance calculation unit
220: impedance frequency table
230: automatic frequency adjusting unit
240: switching frequency variation limiter
250: adder
260: switching frequency limiter
270: decision unit
Claims (10)
임피던스 별로 최적 스위칭 주파수를 매칭시켜 저장하고, 상기 임피던스 계산부로부터 출력되는 복소수의 임피던스에 대응하는 매핑 스위칭 주파수를 출력하는 임피던스 주파수 테이블;
순방향 전력과 역방향 전력으로부터 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 자동 주파수 조정부;
상기 매핑 스위칭 주파수와 상기 스위칭 주파수 변동분을 가산하여 스위칭 주파수를 출력하는 스위칭 주파수 가산부; 및
상기 스위칭 주파수로 동작하는 경우에 역방향 전력이 소정 전력 레벨 이하이면 상기 스위칭 주파수를 최적 스위칭 주파수로 결정하여 상기 임피던스 주파수 테이블에 저장하는 결정부
를 포함하는 자동 주파수 조정 장치.
an impedance calculation unit that calculates and outputs an impedance of a complex number from forward power and reverse power presented as complex numbers;
an impedance frequency table for matching and storing an optimal switching frequency for each impedance and outputting a mapping switching frequency corresponding to the impedance of the complex number output from the impedance calculation unit;
an automatic frequency adjusting unit outputting a switching frequency variation from forward power and reverse power;
a switching frequency adder for outputting a switching frequency by adding the mapping switching frequency and the switching frequency variation; and
Determining unit for determining the switching frequency as an optimum switching frequency and storing it in the impedance frequency table when the reverse power is less than a predetermined power level when operating at the switching frequency.
An automatic frequency adjustment device comprising a.
상기 스위칭 주파수 변동분에 대하여 상하한치를 제한하는 스위칭 주파수 변동분 리미터; 및
상기 스위칭 주파수에 대하여 상하한치를 제한하는 스위칭 주파수 리미터
를 더 포함하는 자동 주파수 조정 장치.
The method of claim 1,
a switching frequency variation limiter for limiting upper and lower limit values for the switching frequency variation; and
Switching frequency limiter for limiting upper and lower limits for the switching frequency
Automatic frequency adjustment device further comprising a.
매칭 주파수 제어 신호에 제어되어 상기 고주파 전력 증폭부와 부하 사이의 임피던스를 소정의 매칭 주파수로 매칭시키는 임피던스 매처;
상기 고주파 전력 증폭부와 상기 임피던스 매처 사이에서 순방향 및 역방향 전기 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및
외부에서 인가되는 컨트롤 신호와, 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 증폭 제어 신호 및 매칭 주파수 제어 신호를 생성하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전력 장치.
a high-frequency power amplifying unit that is controlled by an amplification control signal to amplify a DC voltage of a predetermined level to generate a pulse-wave high-frequency signal;
an impedance matcher controlled by a matching frequency control signal to match an impedance between the high frequency power amplifier and a load to a predetermined matching frequency;
an RF sensor configured to detect forward and reverse electrical signals between the high frequency power amplifier and the impedance matcher and output an electrical detection signal; and
A controller for generating the amplification control signal and the matching frequency control signal using a control signal applied from the outside and an electrical detection signal output from the RF sensor,
The controller is a plasma power device, characterized in that it comprises the automatic frequency adjusting device of claim 1.
상기 고주파 전원과 RF 부하 사이에 배치되고, 전기적 신호를 검출하여 전기적 검출 신호를 출력하는 RF 센서; 및
외부에서 인가되는 컨트롤 신호와, 상기 RF 센서로부터 출력되는 전기적 검출 신호를 이용하여 상기 고주파 전원 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전력 장치.
a high frequency power supply including a high frequency power amplifying unit configured to amplify the smoothed voltage by first and second high frequency power amplifying modules connected in parallel to generate first and second high frequency power signals of pulse waveforms;
an RF sensor disposed between the high-frequency power source and the RF load and outputting an electrical detection signal by detecting an electrical signal; and
A controller outputting the high frequency power supply control signal using a control signal applied from the outside and an electrical detection signal output from the RF sensor,
The controller is a plasma power device, characterized in that it comprises the automatic frequency adjusting device of claim 1.
레귤레이터 제어 신호에 제어되어 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 소정 레벨의 전압 및 전류를 증폭하여 펄스 모드 운전시 필요한 펄스 형태의 가변 직류 전압을 생성하는 선형 직류 전압 레귤레이터;
상기 선형 직류 전압 레귤레이터로부터 출력되는 가변 직류 전압을 증폭하여 펄스 상의 고주파 전력 신호를 생성하는 제1 및 제2 고주파 전력 증폭기; 및
상기 컨버터 제어 신호와 상기 레귤레이터 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 청구항 1의 자동 주파수 조정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전력 장치.
a DC/DC converter that converts a rectified voltage into a stable DC voltage according to a converter control signal;
a linear DC voltage regulator that amplifies voltage and current of a predetermined level using the DC voltage output from the DC/DC converter controlled by the regulator control signal to generate a pulse-type variable DC voltage required for pulse mode operation;
first and second high frequency power amplifiers generating pulsed high frequency power signals by amplifying the variable direct current voltage output from the linear direct current voltage regulator; and
A controller outputting the converter control signal and the regulator control signal;
The controller is a plasma power device, characterized in that it comprises the automatic frequency adjusting device of claim 1.
임피던스 별로 최적 스위칭 주파수를 매칭시켜 저장하고, 상기 임피던스 계산부로부터 출력되는 복소수의 임피던스에 대응하는 매핑 스위칭 주파수를 출력하는 단계;
순방향 전력과 역방향 전력으로부터 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 단계;
상기 매핑 스위칭 주파수와 상기 스위칭 주파수 변동분을 가산하는 단계; 및
상기 스위칭 주파수로 동작하는 경우에 역방향 전력이 소정 전력 레벨 이하이면 상기 스위칭 주파수를 최적 스위칭 주파수로 결정하여 상기 임피던스 주파수 테이블에 저장하는 단계
를 포함하는 자동 주파수 조정 방법.
an impedance calculation step of calculating an impedance of a complex number from forward power and reverse power presented as complex numbers;
matching and storing an optimal switching frequency for each impedance, and outputting a mapping switching frequency corresponding to the impedance of a complex number output from the impedance calculation unit;
outputting a switching frequency variation from forward power and reverse power;
adding the mapping switching frequency and the switching frequency variation; and
Determining the switching frequency as an optimal switching frequency and storing it in the impedance frequency table when reverse power is less than a predetermined power level when operating at the switching frequency
Automatic frequency adjustment method comprising a.
상기 스위칭 주파수 변동분에 대하여 상하한치를 제한하는 단계; 및
상기 현재 스위칭 주파수에 대하여 상하한치를 제한하는 단계
를 더 포함하는 자동 주파수 조정 방법.
The method of claim 6,
limiting upper and lower limit values for the switching frequency variation; and
limiting upper and lower limits for the current switching frequency;
Automatic frequency tuning method further comprising.
상기 임피던스 계산 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 복소수의 반사계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 조정 방법.
여기서, 은 반사계수, ZL은 부하 임피던스, Z0은 특성 임피던스임.
The method of claim 7,
The impedance calculation step is an automatic frequency adjustment method, characterized in that for calculating the reflection coefficient of the complex number using the following equation.
here, is the reflection coefficient, Z L is the load impedance, and Z 0 is the characteristic impedance.
상기 임피던스 계산 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 복소수의 임피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 조정 방법.
The method of claim 8,
The impedance calculation step is an automatic frequency adjustment method, characterized in that for calculating the impedance of the complex number using the following equation.
상기 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 스위칭 주파수 변동분을 출력하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 조정 방법.
여기서, fs,offset는 스위칭 주파수 옵셋값, 는 반사계수 이득, 는 자동 주파수 조정부 이득, dPR은 현재 역방향 전력과 직전 역방향 전력의 편차임.The method of claim 9,
The step of outputting the switching frequency variation is an automatic frequency adjustment method, characterized in that for outputting the switching frequency variation using the following equation.
Here, fs,offset is the switching frequency offset value, is the reflection coefficient gain, is the automatic frequency adjuster gain, and dP R is the difference between the current reverse power and the previous reverse power.
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E902 | Notification of reason for refusal |