KR20230101960A - 전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템 - Google Patents

전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템 Download PDF

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KR20230101960A
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서용석
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템이 개시된다. 본 발명의 반도체 공정 시스템은 RF 전원을 생성하여 공급하는 RF 전원 공급기, 상기 RF 전원 공급기로부터 RF 전원을 공급받는 플라즈마 챔버, 상기 RF 전원 공급기와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치되어 상기 플라즈마 챔버로의 출력 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭 회로를 포함하고, 상기 임피던스 매칭회로는, 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들을 포함하고, 상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들 중 적어도 하나의 전기식 가변 커패시터 회로는, 상기 RF 전원 공급기의 일측과 연결되는 제1 노드, 상기 RF 전원 공급기의 타측과 연결되는 제2 노드, 상기 제1 노드와 연결되는 가변 커패시터, 상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 스위치와 상기 인덕터 및 상기 스위치와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템{Electric variable capacitor circuit and semiconductor processing system comprising the same}
본 발명은 임피던스 매칭 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임피던스 매칭 회로에 적용되는 전기식 가변 커패시터 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템에 관한 것이다.
최근 반도체 제조 공정에 대한 관심이 매년 증가하고 있는 추세이다. 특히 반도체 제조 공정 중에서도 에칭 공정은 RF 플라즈마 공정이 대표적이라고 할 수 있다. RF 플라즈마 시스템을 이용한 에칭 공정의 구성은 RF 파워 서플라이(power supply)와 플라즈마 부하 및 임피던스 매칭 회로로 이루어진다.
임피던스 매칭 회로는 부하와 입력의 임피던스를 맞춰주어 플라즈마 챔버로 항상 최대전력전송을 이루어지게 한다. 플라즈마 부하는 챔버에 사용되는 가스의 종류, 양 및 플라즈마 발생의 여부로 항상 변화하는 부하로 최대전력전송을 만족하기 위해서 임피던스 매칭 회로가 필수적으로 필요하다. 이때 가변하는 부하에 대응하여 임피던스를 맞춰주기 위한 임피던스 매칭 회로에는 진공 가변 커패시터라고 불리는 기계적으로 커패시턴스를 가변하는 커패시터가 사용되어진다. 하지만 진공 가변 커패시터는 기계적으로 커패시턴스를 가변하기 때문에 애칭 공정의 30%를 차지하는 느린 가변시간으로 인해 전기적으로 커패시터를 변화시키는 전기식 가변 커패시터가 연구되었다.
하지만 전기식 가변 커패시터는 기존의 진공 가변 커패시터를 대체하기 위한 요구조건(예: 신뢰성, 부피, 효율, 무게, 커패시턴스 값의 개수 등)을 만족하는 수준까지는 이르지 못하고 있다.
따라서 이러한 요구조건을 만족할 수 있는 전기식 가변 커패시터에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-2077402호(2020.02.13.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소자수를 감소시켜 비용을 절감하고, 부피를 감소시키는 전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 능동소자의 수를 저감하여 외부 회로의 구성을 간단하게 하고, 스위치에 걸리는 전압 스트레스를 저감시켜 고전압 시스템의 응용을 편리하게 하는 전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체 공정 시스템은 RF 전원을 생성하여 공급하는 RF 전원 공급기, 상기 RF 전원 공급기로부터 RF 전원을 공급받는 플라즈마 챔버, 상기 RF 전원 공급기와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치되어 상기 플라즈마 챔버로의 출력 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭 회로를 포함하고, 상기 임피던스 매칭회로는, 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들을 포함하고, 상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들 중 적어도 하나의 전기식 가변 커패시터 회로는, 상기 RF 전원 공급기의 일측과 연결되는 제1 노드, 상기 RF 전원 공급기의 타측과 연결되는 제2 노드, 상기 제1 노드와 연결되는 가변 커패시터, 상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 직렬로 연결되는 스위치, 상기 인덕터 및 상기 스위치와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들은 동일한 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들은 8개 내지 28개로 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 PIN 다이오드의 캐소드는 상기 가변 커패시터와 연결되고, 상기 PIN 다이오드의 애노드는 상기 제2 노드와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기식 가변 커패시터 회로는 RF 전원 공급기의 일측과 연결되는 제1 노드, 상기 RF 전원 공급기의 타측과 연결되는 제2 노드, 상기 제1 노드와 일측이 연결되는 가변 커패시터, 상기 가변 커패시터의 타측에 병렬로 연결되는 PIN 다이오드 일측 및 인덕터 일측 및 상기 인덕터의 타측에 직렬로 연결되며 상기 PIN 다이오드에 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가로, 상기 PIN 다이오드의 캐소드 단자는 상기 가변 커패시터의 타측에 연결되고, 상기 PIN 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 노드에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기식 가변 커패시터 회로 및 이를 포함하는 반도체 공정 시스템은 소자 수를 감소시켜 회로의 부피를 저감할 수 있으며, 상대적으로 저렴한 물리 소자를 이용함으로써, 가격 경쟁력을 갖출 수 있다.
또한 능동소자의 수를 저감하여 외부 회로의 구성을 간단하게 하고, 스위치에 걸리는 전압 및 전류 스트레스를 최소화하여 스위치의 신뢰성을 증가시키며 고전압 시스템의 응용을 편리하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 공정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전기식 가변 커패시터 회로를 포함하는 임피던스 매칭 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 전기식 가변 커패시터 회로를 포함하는 임피던스 매칭 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 종래의 전기식 가변 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기식 가변 커패시터 회로의 시뮬레이션 및 실험 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 가변 커패시터 회로의 커패시턴스 가변 시간을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기식 가변 커패시터 회로 중 스위치에서의 전압 스트레스를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 13a는 종래의 가변 커패시터 회로에 대한 인덕터 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 13b는 본 발명의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로 중 인덕터 전류 변화를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 공정 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전기식 가변 커패시터 회로를 포함하는 임피던스 매칭 회로를 설명하기 위한 도면이며, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 반도체 공정 시스템(400)은 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c)을 포함하는 임피던스 매칭 회로(100), RF 전원 공급기(200) 및 부하인 플라즈마 챔버(300)를 포함한다.
RF 전원 공급기(200)는 RF 전원을 생성하여 공급하고, 플라즈마 챔버(300)는 RF 전원 공급기(200)로부터 RF 전원을 공급받는다. 임피던스 매칭 회로는 RF 전원 공급기(200)와 플라즈마 챔버(300) 사이에 배치되어 플라즈마 챔버(300)로의 출력 임피던스를 매칭한다. 예를 들어 RF 전원 공급기(200)에서 RF 전원을 임피던스 매칭 회로(100)의 시스템 임피던스 50옴으로 고정된 경우, 임피던스 매칭 회로(100)는 플라즈마 챔버(300)와의 임피던스 매칭을 위해 운용될 수 있다.
상세하게는, 임피던스 매칭 회로(100)는 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c)을 포함할 수 있으며, 각 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c)은 레그 셀(EVC_leg1, EVC_leg2, …, EVC_legN)로 구분할 수 있다. 복수의 전기식 가변 커패시터 회로는 동일한 구조를 가질 수 있으며, 8개 내지 28개의 레그 셀로 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
복수의 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c) 중 제1 레그 셀(EVC_leg1)에 해당하는 전기식 가변 커패시터 회로(100a)는 RF 전원 공급기(200)에 병렬로 연결되는 가변 커패시터(Cn), 가변 커패시터(Cn)와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드(Dn), PIN 다이오드(Dn)와 직렬로 연결되는 스위치(Sn)(예: MOSFET) 및 가변 커패시터(Cn) 및 스위치(Sn)와 병렬로 연결되는 인덕터(Ln)를 포함할 수 있다. 스위치(Sn)는 프로세서 제어에 대응하여 PIN 다이오드(Dn)의 연결을 유지하거나 차단하도록 배치될 수 있다. 반도체 공정 시스템(400)은 스위치(Sn) 제어를 위한 게이트 드라이버, 게이트 드라이버의 제어를 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다.
도 3a의 제1 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c, 이하 100a 기준으로 설명) 각각은 RF 전원 공급기(200)의 제1 단자와 연결되는 제1 노드(N1) 및 제2 단자와 연결되는 제2 노드(N2) 사이에 배치되는 가변 커패시터(Cn), PIN 다이오드(Dn), 스위치(Sn) 및 인덕터(Ln)를 포함한다. 가변 커패시터(Cn)는 제1 노드(N1)를 통해 전달된 입력 전류(ICn)를 입력받는다. PIN 다이오드(Dn)는 가변 커패시터(Cn)와 병렬로 연결되고, 입력 전류(IDn)를 애노드로 입력받는다. 스위치(Sn)는 PIN 다이오드(Dn)의 캐소드와 직렬로 연결된다. 인덕터(Ln)는 가변 커패시터(Cn)와 스위치(Sn)와 병렬로 연결된다.
도 3b의 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a)는 RF 전원 공급기(200)의 제1 단자와 연결되는 제1 노드(N1) 및 제2 단자와 연결되는 제2 노드(N2) 사이에 배치되는 가변 커패시터(Cn), PIN 다이오드(Dn), 스위치(Sn) 및 인덕터(Ln)를 포함한다. 가변 커패시터(Cn)는 제1 노드(N1)를 통해 전달된 입력 전류(ICn)를 입력받는다. PIN 다이오드(Dn)는 가변 커패시터(Cn)와 병렬로 연결되고, 입력 전류(IDn)를 캐소드로 입력받는다. 스위치(Sn)는 PIN 다이오드(Dn)의 애노드와 직렬로 연결된다. 인덕터(Ln)는 가변 커패시터(Cn)와 스위치(Sn)와 병렬로 연결된다.
상술된 구조를 가지는 제1 타입 및 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a)는 RF 전원 공급기(200)에서 교류 전원 중 양(+)의 전원이 공급되는 경우, 제1 노드(N1)를 통해 입력 전류(ICn)가 공급되고, 교류 전원 중 음(-)의 전원이 공급되는 경우, 인덕터(Ln)에는 인덕터 전류(ILn)가 흐르고, 스위치(Sn)에는 스위치 전류(ISn)가 흐를 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 전기식 가변 커패시터 회로를 포함하는 임피던스 매칭 회로를 설명하기 위한 도면이며, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 구조를 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 이하에서 설명하는 본 발명의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로가 적용된 반도체 공정 시스템은 스위치에 걸리는 전압 스트레스를 저감시켜 고전압시스템의 응용이 편리하도록 하며, 스위치의 낮은 전압 및 전류 스트레스로 인한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 공정 시스템(400)은 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(101a, 101b, 101c)을 포함하는 임피던스 매칭 회로(101), RF 전원 공급기(200) 및 부하인 플라즈마 챔버(300)를 포함한다.
RF 전원 공급기(200)는 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 RF 전원 공급기(200)와 동일한 구성을 포함할 수 있다. 예컨대, RF 전원 공급기(200)는 RF 전원을 생성하여 임피던스 매칭 회로(101)를 통해 플라즈마 챔버(300)에 공급할 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(300)는 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 플라즈마 챔버(300)와 동일한 구성으로서, 임피던스 매칭 회로(101)를 통해 RF 전원 공급기(200)로부터 RF 전원을 공급받는다.
상기 임피던스 매칭 회로(101)는 RF 전원 공급기(200)와 플라즈마 챔버(300) 사이에 배치되어 플라즈마 챔버(300)로의 출력 임피던스를 매칭한다. 예를 들어 RF 전원 공급기(200)에서 RF 전원을 임피던스 매칭 회로(100)의 시스템 임피던스 50옴으로 고정된 경우, 임피던스 매칭 회로(100)는 플라즈마 챔버(300)와의 임피던스 매칭을 위해 운용될 수 있다.
상세하게는, 임피던스 매칭 회로(100)는 복수의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(101a, 101b, 101c)을 포함할 수 있으며, 각 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(101a, 101b, 101c)은 레그 셀(EVC_leg1, EVC_leg2, …, EVC_legN)로 구분할 수 있다. 복수의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(101a, 101b, 101c) 각각은 동일한 구조를 가질 수 있으며, 제1 타입 및 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(100a, 100b, 100c)과 유사하게 8개 내지 28개의 레그 셀로 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로들(101a, 101b, 101c) 중 제1 레그 셀(EVC_leg1)에 해당하는 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는 RF 전원 공급기(200)에 병렬로 연결되는 가변 커패시터(Cn), 가변 커패시터(Cn)와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드(Dn), PIN 다이오드(Dn)와 병렬로 연결되는 인덕터(Ln), 상기 인덕터(Ln)에 직렬로 연결되면서 상기 PIN 다이오드(Dn)에 병렬로 연결되는 스위치(Sn)를 포함할 수 있다. 스위치(Sn)는 프로세서 제어에 대응하여 인덕터(In)의 연결을 유지하거나 차단하도록 배치될 수 있다. 상기 가변 커패시터(Cn)의 일단은 RF 전원 공급기(200)의 제1 노드(N1)와 연결되고, 가변 커패시터(Cn)의 타단은 PIN 다이오드(Dn)의 캐소드 단자 및 인덕터(In)의 일단 사이에 연결된다. 상기 PIN 다이오드(Dn)의 애노드 단자는 제2 노드(N2)에 연결되며, 상기 제2 노드(N2)에는 스위치(Sn)의 타단이 연결된다. 상기 스위치(Sn)의 일단은 상기 인덕터(In)의 타단과 연결된다. 다른 측면으로, 상기 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는, 상기 RF 전원 공급기(200)의 일측과 연결되는 제1 노드(N1)와 타측에 연결되는 제2 노드(N2) 사이에 가변 커패시터(Cn)가 배치되고, 상기 가변 커패시터(Cn)와 병렬로 연결되는 인덕터(In), 상기 인덕터(In)와 직렬로 연결되는 스위치(Sn), 상기 인덕터(In) 및 상기 스위치(Sn)와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드(Dn)를 포함할 수 있다.
상술한 구조를 가지는 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는 반도체 공정 시스템(400)에 포함된 게이트 드라이버 및 프로세서 구성에 의해 동작 상태가 변경될 수 있다. 프로세서 제어에 의해 스위치(Sn)가 턴-온 상태를 가지면, RF 전원 공급기(200)의 교류 전원이 가변 커패시터(Cn)에 공급되고, 턴-온 상태의 스위치(Sn)에는 DC(직류)의 낮은 전류가 흐르며, PIN 다이오드(Dn)에는 직류와 교류(DC+AC) 전원이 흐를 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는, 임피던스 매칭 회로(100, 101)에 포함되는 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들이 제1 타입 내지 제3 타입 중 어느 하나로 구성되는 것을 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 임피던스 매칭 회로는 상기 제1 타입 내지 제3 타입이 복합적으로 적용되는 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들이 적용될 수도 있다. 예컨대, 특정 임피던스 매칭 회로에 포함된 전기식 가변 커패시터 회로들 중 제1 전기식 가변 커패시터 회로는 제1 타입으로 구성되고, 제2 전기식 가변 커패시터 회로는 제2 타입으로 구성되고, 제3 전기식 가변 커패시터 회로는 제3 타입으로 구성될 수 있다. 또는, 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들 적어도 일부는, 제1 타입 내지 제3 타입들 중 어느 하나 또는 2가지 이상의 타입이 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 종래의 전기식 가변 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 옵토커플러 가변 커패시터 회로를 나타내는 도면이고, 도 6은 하프브릿지 가변 커패시터 회로를 나타내는 도면이며, 도 7은 양방향 가변 커패시터 회로를 나타내는 도면이고, 도 8은 단방향 가변 커패시터 회로를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 기존의 전기식 가변 커패시터 회로와 본 발명의 제1 타입 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a, 101a)를 비교하며, 각 전기식 가변 커패시터 회로의 특성은 [표 1]과 같다.
구분 필요
사항		 확장에 필요한 구성요소 볼륨 스위치의 전압 스트레스 스위치의 전류 스트레스 가격
옵토커플러 외부
전원		 S: 2ea, D: 1ea,
L: 2ea, C: 1ea		 High Middle
Vest(≥Vs,peak)		 AC: 0
DC:im,peak 		High
하브브릿지 외부 전원 S: 2ea, D: 1ea,
L: 2ea, C: 1ea		 High Middle
Vest(≥Vs,peak)		 AC: 0
DC:im,peak 		High
양방향 - S: 2ea, D: 2ea, C: 1ea Low High
1.7×Vpeak 		AC: im/2
DC: 0		 Middle
단방향 - S: 1ea, D: 2ea, C: 1ea Low Low
0.9×Vpeak 		AC: im/2
DC: 0		 Middle
제1 타입/
제2 타입		 - S: 1ea, D: 1ea,
L: 1ea, C: 1ea		 Middle Low
0.5×Vpeak 		AC: im
DC:im,peak 		Low
제3 타입 - S: 1ea, D: 1ea,
L: 1ea, C: 1ea		 Middle Low
0.5×Vpeak 		AC: 0
DC:im,peak 		Low
옵토커플러 전기식 가변 커패시터 회로는 고정 커패시터(C1), 바이어스 전원(Vbias) 정전압원(Vcc), 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2), 상기 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이에 일측이 연결되는 초크 인덕터(Lchoke), 상기 초크 인덕터(Lchoke)와 병렬로 연결되는 DC 인덕터(LDC), 상기 DC 인덕터(LDC)와 병렬로 연결되는 가변 커패시터(Cvar), 상기 초크 인덕터(Lchoke)의 타측과 상기 DC 인덕터(LDC) 사이에 배치된 PIN 다이오드(DPIN)를 포함할 수 있다. 하프브릿지 전기식 가변 커패시터 회로는 고정 커패시터(C1), 바이어스 전원(Vbias), 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2), 상기 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이에 일측이 연결되는 초크 인덕터(Lchoke), 상기 초크 인덕터(Lchoke)와 병렬로 연결되는 DC 인덕터(LDC), 상기 DC 인덕터(LDC)와 병렬로 연결되는 가변 커패시터(Cvar), 상기 초크 인덕터(Lchoke)의 타측과 상기 DC 인덕터(LDC) 사이에 배치된 PIN 다이오드(DPIN), 상기 PIN 다이오드(DPIN)와 직렬로 연결되며 상기 고정 커패시터(C1)와 병렬로 연결되는 블록 커패시터(Cblock)를 포함할 수 있다.
양방향 전기식 가변 커패시터 회로는 고정 커패시터(Cn), 제1 방향 다이오드(Dnn), 제1 방향 다이오드(Dnn)와 병렬로 연결되는 제2 방향 다이오드(Dpn), 제1 방향 다이오드(Dnn)와 직렬로 연결되는 제1 스위치(Snn), 제2 방향 다이오드(Dpn)와 직렬로 연결되는 제2 스위치(Spn), 상기 제1 방향 다이오드(Dnn)와 병렬로 연결되는 제1 다이오드 커패시터(Do_nn), 제2 방향 다이오드(Dpn)와 병렬로 연결되는 제2 다이오드 커패시터(Do_pn), 제1 스위치(Snn)와 병렬로 연결되는 제1 스위치 커패시터(Coss_nn), 제2 스위치(Spn)와 병렬로 연결되는 제2 스위치 커패시터(Coss_pn)를 포함할 수 있다.
단방향 전기식 가변 커패시터 회로는 고정 커패시터(Cn), 제1 방향 다이오드(Dnn), 제1 방향 다이오드(Dnn)와 병렬로 연결되는 제2 방향 다이오드(Dpn), 제2 방향 다이오드(Dpn)와 직렬로 연결되는 제2 스위치(Spn), 상기 제1 방향 다이오드(Dnn)와 병렬로 연결되는 제1 다이오드 커패시터(Do_nn), 제2 방향 다이오드(Dpn)와 병렬로 연결되는 제2 다이오드 커패시터(Do_pn), 제2 스위치(Spn)와 병렬로 연결되는 제2 스위치 커패시터(Coss_pn)를 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 제1 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a, 101a)는 별도의 전원단을 사용하지 않음으로써, 상대적으로 가장 작은 부피를 가짐을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 시뮬레이션 및 실험 파형을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 커패시턴스 가변 시간을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제1 타입 및 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로 중 스위치에서의 전압 스트레스를 설명하기 위한 도면이다. 도 13a는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 타입 및 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 각 구성별 전류 변화를 나타낸 도면이며, 도 13b는 본 발명의 실시예에 따른 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로의 각 구성별 전류 변화를 나타낸 도면이다. 도 14a는 종래의 가변 커패시터 회로에 대한 인덕터 전류 변화를 나타낸 도면이며, 도 14b는 본 발명의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로 중 인덕터 전류 변화를 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 제1 타입 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a, 101a)는 시뮬레이션에서의 파형(이상적인 파형)과 실제 실험을 통해 얻은 파형이 유사함을 확인할 수 있다. 특히 제1 타입 내지 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a, 101a)는 커패시턴스 가변 시간이 짧아짐에 따라 임피던스 매칭 시간이 감소됨을 확인할 수 있고, 스위치에서의 전압 스트레스가 낮음을 확인할 수 있다.
또한, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제1 타입 및 제2 타입 전기식 가변 커패시터 회로(100a)의 스위치에 흐르는 전류에 비하여 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는 스위치에 흐르는 전류가 절반 정도가 형성되기 때문에, 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)의 스위치가 상대적으로 적은 전압 및 전류로 구동될 수 있어, 안정적인 스위치 구동을 지원할 수 있다. 또한, 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a) 중 스위치에 별도의 RF 전원이 흐르지 않아, RF 전원에 의한 스위치 파손 또는 스위치 오동작 발생을 억제할 수 있다.
한편, 도 14a 및 도 14b에 나타낸 바와 같이, 종래의 커패시터 회로 및 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는 동일한 동작을 수행할 수 있음을 알 수 있다. 같은 조건에서 시뮬레이션 결과 본 발명의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)의 스위치에는 RF 전력이 흐르지 않는 특징을 나타낸다. 특히, 본 발명의 제3 타입 전기식 가변 커패시터 회로(101a)는 종래의 커패시터 회로에 비하여 상대적으로 적은 소자의 수를 적용함에 따라 부피가 작고, 외부 전원을 필요로 하지 않음에 따라 보다 개선된 공간 효율 및 전력 효율을 제공할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100, 101: 임피던스 매칭 회로
100a, 100b, 100c, 101a, 101b, 101c: 전기식 가변 커패시터 회로
200: RF 전원 공급기
300: 플라즈마 챔버
400: 반도체 공정 시스템

Claims (6)

  1. RF 전원을 생성하여 공급하는 RF 전원 공급기;
    상기 RF 전원 공급기로부터 RF 전원을 공급받는 플라즈마 챔버;
    상기 RF 전원 공급기와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치되어 상기 플라즈마 챔버로의 출력 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭 회로;를 포함하고,
    상기 임피던스 매칭회로는, 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들을 포함하고,
    상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들 중 적어도 하나의 전기식 가변 커패시터 회로는,
    상기 RF 전원 공급기의 일측과 연결되는 제1 노드;
    상기 RF 전원 공급기의 타측과 연결되는 제2 노드;
    상기 제1 노드와 연결되는 가변 커패시터;
    상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터와 직렬로 연결되는 스위치;
    상기 인덕터 및 상기 스위치와 병렬로 연결되는 PIN 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들은 동일한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 전기식 가변 커패시터 회로들은 8개 내지 28개로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 PIN 다이오드의 캐소드는 상기 가변 커패시터와 연결되고, 상기 PIN 다이오드의 애노드는 상기 제2 노드와 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 시스템.
  5. RF 전원 공급기의 일측과 연결되는 제1 노드;
    상기 RF 전원 공급기의 타측과 연결되는 제2 노드;
    상기 제1 노드와 일측이 연결되는 가변 커패시터;
    상기 가변 커패시터의 타측에 병렬로 연결되는 PIN 다이오드 일측 및 인덕터 일측; 및
    상기 인덕터의 타측에 직렬로 연결되며 상기 PIN 다이오드에 병렬로 연결되는 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 가변 커패시터 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PIN 다이오드의 캐소드 단자는 상기 가변 커패시터의 타측에 연결되고, 상기 PIN 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기식 가변 커패시터 회로.
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