KR20230075743A - Dc 가변 커패시터 소자 - Google Patents

Dc 가변 커패시터 소자 Download PDF

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KR20230075743A
KR20230075743A KR1020210162222A KR20210162222A KR20230075743A KR 20230075743 A KR20230075743 A KR 20230075743A KR 1020210162222 A KR1020210162222 A KR 1020210162222A KR 20210162222 A KR20210162222 A KR 20210162222A KR 20230075743 A KR20230075743 A KR 20230075743A
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variable capacitor
variable
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KR1020210162222A
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신성규
이동헌
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주식회사 알에프피티
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/06—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture having a dielectric selected for the variation of its permittivity with applied voltage, i.e. ferroelectric capacitors

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Abstract

DC 가변 커패시터 소자가 개시된다. 일 실시예에 따른 DC 가변 커패시터 소자는, DC 가변 커패시터부; 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하는 미세 제어부; 및 상기 DC 가변 커패시터부에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링하는 RF 특성 검출 센서부를 포함할 수 있다.

Description

DC 가변 커패시터 소자{DC VARIABLE CAPACITOR ELEMENT}
아래의 실시예들은 DC 가변 커패시터 소자에 관한 것이다.
고출력 가변 커패시터 소자로는 대부분 모터에 의한 기계적인 제어에 기반하여 커패시터 값을 가변하는 진공 가변 커패시터(Vacuum Variable Capacitor; VVC)가 사용되고 있다.
그러나 진공 가변 커패시터는, 기계적인 제어에 의한 제어 속도의 한계를 갖는다.
이에, 전자식 가변 커패시터의 개발이 진행되고 있으나, 전자식 가변 커패시터의 경우 전기적 내전압의 한계를 가질 뿐만 아니라, 전자식 스위칭이나 반도체 소자의 비선형 특성으로 인한 왜곡의 문제점을 갖는다.
한편, DC 바이어스에 따라 유전률이 변하는 유전체를 이용한 가변 커패시터가 수십 년간 연구 개발되어 왔으나, 현재까지 온도에 의한 유전 특성 변화 및 DC 바이어스에 의한 비선형 특성으로 인해 실제 고속 고출력 가변 특성을 구현하지 못하고 있다.
따라서, 아래의 실시예들은 기존 기술이 갖는 한계 및 문제점을 극복하는 기술을 제안한다.
일 실시예들은 DC 바이어스에 의한 가변 커패시터 온도와 비선형 특성을 고속으로 실시간 제어하여 의도하는 커패시터 값을 연속적으로 제공하는 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 제안한다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 DC 가변 커패시터부, 미세 제어부 및 RF 특성 검출 센서부를 포함함으로써, DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하며 DC 가변 커패시터부의 커패시터 값을 가변하는 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 제안한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, DC 가변 커패시터 소자는, DC 가변 커패시터부; 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하는 미세 제어부; 및 상기 DC 가변 커패시터부에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링하는 RF 특성 검출 센서부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 미세 제어부는, 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 제어하도록 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 적어도 하나의 FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 상기 미세 제어부는, 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나를 감쇠기(Attenuator)로 사용하여 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나의 미세 가변 저항으로 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 미세 제어부는, 적어도 하나의 인덕터; 적어도 하나의 커패시터; 및 상기 적어도 하나의 인덕터 및 상기 적어도 하나의 커패시터와 직렬 또는 병렬로 연결되는, 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 미세 제어부는, 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나에 입력되는 제어 전압을 조절하여 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나의 미세 가변 저항을 제어함으로써, 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 DC 가변 커패시터부는, 제1 DC 바이어스 노드 및 제2 DC 바이어스 노드; 제1 AC 노드 및 제2 AC 노드; 상기 제1 AC 노드 및 상기 제2 AC 노드 사이에 직렬로 연결되는 복수의 가변 커패시터들; 및 상기 제1 DC 바이어스 노드 및 상기 제2 바이어스 노드 사이에 병렬로 연결되는 복수의 RF 초크들을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 DC 가변 커패시터부는, 상기 제 1바이어스 노드 및 상기 제2 바이어스 노드에 인가되는 서로 다른 DC 전압에 의해 상기 복수의 가변 커패시터들 각각의 유전체에 인가되는 DC 바이어스가 조정됨에 응답하여, 커패시터 값을 가변하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 복수의 RF 초크들 각각으로는, 인덕터 또는 저항이 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 RF 특성 검출 센서부로는, RF 전압, 전류 및 위상을 포함하는 상기 RF 특성 변화를 모니터링하는 VI Probe가 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측에 따르면, 상기 DC 가변 커패시터부 및 상기 미세 제어부는, 상기 RF 특성 검출 센서부에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 서로 대향하며 배치된 상부 전극과 하부 전극; 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 RF 전력을 공급하는 RF 전원-상기 RF 전원은 상기 RF 전력을 공급하여 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 처리 가스를 기반으로 플라즈마를 생성함-; 및 상기 RF 전력의 입력단 및 출력단 사이에 배치되어, 상기 RF 전력에 대한 커패시터 값을 가변하는 DC 가변 커패시터 소자를 포함하고, 상기 DC 가변 커패시터소자는, DC 가변 커패시터부; 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하는 미세 제어부; 및 상기 DC 가변 커패시터부에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링하는 RF 특성 검출 센서부를 포함할 수 있다.
일 실시예들은 DC 바이어스에 의한 가변 커패시터 온도와 비선형 특성을 고속으로 실시간 제어하여 의도하는 커패시터 값을 연속적으로 제공하는 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 제안할 수 있다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 DC 가변 커패시터부, 미세 제어부 및 RF 특성 검출 센서부를 포함함으로써, DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하며 DC 가변 커패시터부의 커패시터 값을 가변하는 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 제안할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자에 포함되는 DC 가변 커패시터부를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 11은 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자에 포함되는 미세 제어부를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자가 사용되는 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명에 대한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경이 가능하고, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않기 때문에 본 발명에 따른 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명에 따른 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 RF 전력의 임피던스를 제어하는 미세 제어 회로 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치가 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 나타낸 도면이고, 도 2는 다른 실시예에 따른 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자(100)는 DC 가변 커패시터부(110), 미세 제어부(120) 및 RF 특성 검출 센서부(130)를 포함할 수 있다.
DC 가변 커패시터부(110)는, 제1 DC 바이어스 노드(111), 제2 바이어스 노드(112), 제1 AC 노드(113), 제2 AC 노드(114), 복수의 가변 커패시터들(115) 및 복수의 RF 초크들(116)을 포함한 채, 미세 제어부(120)가 Q 인자(Q-Factor)를 제어함에 응답하여, 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래의 도 3을 참조하여 기재하기로 한다.
미세 제어부(120)는, 적어도 하나의 인덕터(121), 적어도 하나의 커패시터(122) 및 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 포함한 채 DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자를 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)로 하여금 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변하도록 할 수 있다.
보다 상세하게, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)의 미세 가변 저항을 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 11을 참조하여 기재하기로 한다.
설명된 DC 가변 커패시터부(110) 및 미세 제어부(120)는 후술되는 RF 특성 검출 센서부(130)에 대해 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
RF 특성 검출 센서부(130)는, DC 가변 커패시터부(110)에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링할 수 있다. 이를 위해, RF 특성 검출 센서부(130)로는 DC 가변 커패시터부(110)의 RF 전압, 전류 및 위상을 포함하는 RF 특성을 모니터링하는 VI Probe가 사용될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지는 않는다.
이와 같은 DC 가변 커패시터 소자(100)에서는, RF 특성 검출 센서부(130)의 모니터링 결과에 따라 미세 제어부(120)가 DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)가 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변할 수 있다.
이에 따라, 온도에 의한 유전 특성 변화가 최소화되고 DC 바이어스에 의한 비선형 특성이 억제됨으로써, 고속 고출력 가변 특성이 구현될 수 있다.
도 3은 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자에 포함되는 DC 가변 커패시터부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, DC 가변 커패시터부(110)는, 미세 제어부(120)가 Q 인자를 미세 제어함에 따라, 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, DC 가변 커패시터부(110)는 DC 가변 커패시터부(110)는, DC 전압이 인가되기 위한 제1 DC 바이어스 노드(111), 제2 바이어스 노드(112), RF 전압이 인가되기 위한 제1 AC 노드(113), 제2 AC 노드(114), 제1 AC 노드(113) 및 제2 AC 노드(114) 사이에 직렬로 연결되는 복수의 가변 커패시터들(115)과, 제1 DC 바이어스 노드(111) 및 제2 DC 바이어스 노드(112) 사이에 병렬로 연결되는 복수의 RF 초크들(116)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게, DC 가변 커패시터부(1110)는 직렬로 연결되는 복수의 가변 커패시터들(115)로 인가되는 RF 전압을 분배함으로써 최소화하여 사용하고, 제 1바이어스 노드(111) 및 제2 바이어스 노드(112)에 인가되는 서로 다른 DC 전압에 의해 복수의 가변 커패시터들(115) 각각의 유전체에 인가되는 DC 바이어스가 조정됨에 응답하여, 커패시터 값을 가변할 수 있다. 이 때, 미세 제어부(120)가 DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자를 미세 제어함에 따라, DC 가변 커패시터부(110)가 커패시터 값을 가변하는 것이 연속적이며 고속으로 이루어질 수 있다.
여기서, 복수의 RF 초크들(116) 각각으로는, 인덕터 또는 저항 등이 사용될 수 있다.
DC 가변 커패시터부(110)는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 미세 제어부(120)에 의해 Q 인자가 제어되며 커패시터 값을 고속으로 연속적으로 가변할 수 있는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 4 내지 11은 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자에 포함되는 미세 제어부를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 11을 참조하면, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 인덕터(121), 적어도 하나의 커패시터(122)와, 적어도 하나의 인덕터(121) 및 적어도 하나의 커패시터(122)와 직렬 또는 병렬로 연결되는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 포함한 채, 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)의 미세 가변 저항으로 DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자를 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)로 하여금 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변하도록 할 수 있다.
보다 상세하게, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 감쇠기(Attenuator)로 사용하여 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)의 미세 가변 저항을 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어할 수 있다.
예컨대, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)에 입력되는 제어 전압(VCONTROL)을 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어할 수 있다. 이를 위해, 미세 제어부(120)는 제어 전압(VCONTROL)을 인가하는 전원(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 미세 제어부(120)가 적어도 하나의 핀 다이오드를 포함하는 경우, 적어도 하나의 BJT를 포함하는 경우 또는 적어도 하나의 FET를 포함하는 경우로 나누어 설명한다.
예를 들어, 미세 제어부(120)는 도 4 내지 9에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 핀 다이오드(123)를 포함하는 경우, 적어도 하나의 핀 다이오드(123)에 인가되는 제어 전압(VCONTROL)에 의해 적어도 하나의 핀 다이오드(123)에 흐르는 전류에 미세 가변 저항이 반비례하는 특성을 이용하여 미세 가변 저항을 조절함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스(임피던스의 리얼 성분)를 미세 제어할 수 있다.
다른 예를 들면, 미세 제어부(120)는 도 10에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 BJT(1123)를 포함하는 경우, 적어도 하나의 BJT(123)의 베이스에 인가되는 제어 전압(VCONTROL)에 의해 컬렉터와 이미터 사이의 미세 가변 저항을 조절함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스(임피던스의 리얼 성분)를 미세 제어할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 미세 제어부(120)는 도 11에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 FET(123)를 포함하는 경우, 적어도 하나의 FET(123)의 게이트에 인가되는 제어 전압(VCONTROL)에 의해 드레인 및 소스 사이의 미세 가변 저항(채널 저항)을 조절함으로써, DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스(임피던스의 리얼 성분)를 미세 제어할 수 있다.
이 때, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 적어도 하나의 인덕터(121) 및 적어도 하나의 커패시터(122)와 연결하는 방식(직렬 연결인지 또는 병렬 연결인지)에 따라 미세 가변 저항을 조절하는 단위를 달리 할 수 있다.
예를 들어, 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 적어도 하나의 인덕터(121) 및 적어도 하나의 커패시터(122)와 직렬 연결함으로써, 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)의 미세 가변 저항을 수백 W 내지 수 mW 단위로 미세 제어할 수 있다.
다른 예를 들면, 미세 제어부(120)는 미세 제어부(120)는 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)를 적어도 하나의 인덕터(121) 및 적어도 하나의 커패시터(122)와 병렬 연결함으로써, 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)의 미세 가변 저항을 수백 MW 내지 수백 W 단위로 미세 제어할 수 있다.
미세 제어부(120)는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT 또는 적어도 하나의 FET 중 어느 하나(123)와 연결되는 적어도 하나의 인덕터(121) 및 적어도 하나의 커패시터(122)의 개수 및 위치는 자유롭게 조절 가능한 구조를 가질 수 있다.
이상 설명된 DC 가변 커패시터 소자(100)에서는, RF 특성 검출 센서부(130)의 모니터링 결과에 따라 미세 제어부(120)가 DC 가변 커패시터부(110)의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어함으로써, DC 가변 커패시터부(110)가 커패시터 값을 연속적이며 고속으로 가변할 수 있다.
이에, 고속의 연속적인 커패시터 가변 특성을 구현하는 DC 가변 커패시터 소자(100)는 플라즈마 처리 장치에 사용될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래의 도 12를 참조하여 기재하기로 한다.
도 12는 도 1 내지 2에 도시된 고속 고출력 DC 가변 커패시터 소자가 사용되는 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(1200)는, 챔버(1210), 상부 전극(1220)과 하부 전극(1230), RF 전원(1240) 및 DC 가변 커패시터 소자(1250)를 포함할 수 있다.
챔버(1210)는, 반도체 웨이퍼의 증착 및 에칭 공정이 수행되는 공간으로서, 플라즈마 처리가 실시되는 공간을 의미한다. 이에, 챔버(1210)는 플라즈마(1211)를 생성하기 위한 처리 가스를 주입하는 가스 공급부(미도시)와 연결될 수 있으며, 처리 가스를 기반으로 플라즈마(1211)를 생성하기 위해 밀폐된 구조를 가질 수 있다.
상부 전극(1220)과 하부 전극(1230)은, 사이 공간에 플라즈마(1211)를 생성시키도록 챔버(1210) 내에서 대향하며 배치될 수 있다.
RF 전원(1240)은, 상부 전극(1220)과 하부 전극(1230)에 RF 전력을 공급하도록 상부 전극(1220) 또는 하부 전극(1230) 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 따라서, RF 전원(1240)은 RF 전력을 공급하여 상부 전극(1220)과 하부 전극(1230) 사이에 처리 가스를 기반으로 하는 플라즈마(1211)를 생성 및 발생시킬 수 있다.
도면 상 RF 전원(1240)은, 상부 전극(1220)과 연결된 채 상부 전극(1220)에 RF 전력을 인가하는 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 하부 전극(1230)과 연결된 채 하부 전극(1230)에 RF 전력을 인가할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 플라즈마 처리 장치(1200)는, 챔버(1210) 내 공정 온도를 제어하기 위해 하부 전극(1230)에 접촉한 채 열을 발생시키는 히터(미도시), 챔버(1210) 내 배기와 챔버(1210)의 진공 상태 설정을 위한 배기구(미도시), 챔버(1210) 내 하부 전극(1230) 상에 웨이퍼의 반입반출을 위한 게이트(미도시), 상부 전극(1220)과 하부 전극(1230) 사이에서 플라즈마(1211)를 웨이퍼의 표면으로 모으기 위한 포커스 링(미도시), RF 전력 유출을 방지하기 위한 RF 필터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
DC 가변 커패시터 소자(100)는, RF 전력의 입력단 및 출력단 사이에 배치되어, RF 전력에 대한 커패시터 값을 가변할 수 있다. DC 가변 커패시터 소자(100)에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 11을 참조하여 기재되었으므로 생략하기로 한다.
플라즈마 처리 장치(1200)는, 플라즈마(1211)의 측면, 상부 및 하부의 물리 화학적 반응에 의해 공정 결과를 야기한다. 실제 미세한 측면에서 측면과 상하부 플라즈마의 특성이 장시간 공정에 의해 실시간으로 변동(Drift)이 발생된다.
이에, DC 가변 커패시터 소자(100)를 사용하는 플라즈마 처리 장치(1200)는, 플라즈마(1211) 형성을 위한 RF 전력에 대한 커패시터 값을 고속으로 연속적으로 가변할 수 있어, 플라즈마 벌크 저항에 대한 변화나 히터의 단시간 또는 장시간 변화에 대한 보상이 가능하며, 미세 전류 및 미세 전압을 독립적으로 제어하여 공정 증착도와 스트레스를 독립적으로 제어할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: DC 가변 커패시터 소자
110: DC 가변 커패시터부
120: 미세 제어부
130: RF 특성 검출 센서

Claims (11)

  1. DC 가변 커패시터 소자에 있어서,
    DC 가변 커패시터부;
    상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하는 미세 제어부; 및
    상기 DC 가변 커패시터부에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링하는 RF 특성 검출 센서부
    를 포함하는 DC 가변 커패시터 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세 제어부는,
    상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 제어하도록 적어도 하나의 핀 다이오드, 적어도 하나의 BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 적어도 하나의 FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미세 제어부는,
    상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나를 감쇠기(Attenuator)로 사용하여 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나의 미세 가변 저항으로 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미세 제어부는,
    적어도 하나의 인덕터;
    적어도 하나의 커패시터; 및
    상기 적어도 하나의 인덕터 및 상기 적어도 하나의 커패시터와 직렬 또는 병렬로 연결되는, 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 미세 제어부는,
    상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나에 입력되는 제어 전압을 조절하여 상기 적어도 하나의 핀 다이오드, 상기 적어도 하나의 BJT 또는 상기 적어도 하나의 FET 중 어느 하나의 미세 가변 저항을 제어함으로써, 상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자와 관련된 임피던스를 미세 제어하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DC 가변 커패시터부는,
    제1 DC 바이어스 노드 및 제2 DC 바이어스 노드;
    제1 AC 노드 및 제2 AC 노드;
    상기 제1 AC 노드 및 상기 제2 AC 노드 사이에 직렬로 연결되는 복수의 가변 커패시터들; 및
    상기 제1 DC 바이어스 노드 및 상기 제2 바이어스 노드 사이에 병렬로 연결되는 복수의 RF 초크들
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC 가변 커패시터부는,
    상기 제 1바이어스 노드 및 상기 제2 바이어스 노드에 인가되는 서로 다른 DC 전압에 의해 상기 복수의 가변 커패시터들 각각의 유전체에 인가되는 DC 바이어스가 조정됨에 응답하여, 커패시터 값을 가변하는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 RF 초크들 각각으로는,
    인덕터 또는 저항이 사용되는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 RF 특성 검출 센서부로는,
    RF 전압, 전류 및 위상을 포함하는 상기 RF 특성 변화를 모니터링하는 VI Probe가 사용되는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 DC 가변 커패시터부 및 상기 미세 제어부는,
    상기 RF 특성 검출 센서부에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 가변 커패시터 소자.
  11. 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    챔버;
    상기 챔버 내에 서로 대향하며 배치된 상부 전극과 하부 전극;
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 RF 전력을 공급하는 RF 전원-상기 RF 전원은 상기 RF 전력을 공급하여 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 처리 가스를 기반으로 플라즈마를 생성함-; 및
    상기 RF 전력의 입력단 및 출력단 사이에 배치되어, 상기 RF 전력에 대한 커패시터 값을 가변하는 DC 가변 커패시터 소자
    를 포함하고,
    상기 DC 가변 커패시터소자는,
    DC 가변 커패시터부;
    상기 DC 가변 커패시터부의 Q 인자(Q-Factor)를 제어하는 미세 제어부; 및
    상기 DC 가변 커패시터부에서 DC 바이어스에 의한 RF 특성 변화를 모니터링하는 RF 특성 검출 센서부
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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