WO2011105678A1 - 임피던스 정합 장치 - Google Patents

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WO2011105678A1
WO2011105678A1 PCT/KR2010/008269 KR2010008269W WO2011105678A1 WO 2011105678 A1 WO2011105678 A1 WO 2011105678A1 KR 2010008269 W KR2010008269 W KR 2010008269W WO 2011105678 A1 WO2011105678 A1 WO 2011105678A1
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frequency
matching circuit
inductor
impedance matching
variable capacitor
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PCT/KR2010/008269
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김재현
이상원
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주식회사 플라즈마트
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/26—Matching networks

Definitions

  • the present invention relates to an impedance matching device, and more particularly to a dual frequency impedance matching device.
  • capacitively coupled plasma devices have been used in semiconductor manufacturing processes or flat display manufacturing processes.
  • Plasma process specification can be improved by connecting RF power sources of different frequencies to the electrodes.
  • the dual frequency impedance matching device provides an RF power source having two different frequencies to the plasma load.
  • the present invention provides an impedance matching device that provides a wide matching area without interfering with each other in an impedance matching device having a dual frequency.
  • An impedance matching device matches impedance to a plasma load.
  • the impedance matching device includes a first frequency impedance matching circuit unit for transmitting an output of a first frequency RF power supply unit operating at a first frequency to the plasma load, and a second frequency RF power supply unit operating at a second frequency greater than the first frequency. And a second frequency impedance matching circuit for delivering an output of the plasma load to the plasma load.
  • the first frequency impedance matching circuit part 181 includes a T type matching circuit
  • the second frequency impedance matching circuit part includes a standard L type matching circuit.
  • the T-type matching circuit is a first variable capacitor connected to the input terminal (N LIN ) receiving the power of the first frequency RF power source, one end is connected to the first variable capacitor and the other end is A second variable capacitor connected to an output terminal N LOUT for outputting power of the first frequency RF power source, and one end is connected to a connection terminal N5 of the first variable capacitor and the second variable capacitor, and the other end of the And a first inductor grounded.
  • the first frequency may be one of 0.1 to 14 Mhz
  • the second frequency may be one of 10 to 200 MHz.
  • the first frequency impedance matching circuit unit may further include a first frequency output filter unit disposed between the T-type matching circuit and the plasma load.
  • One end of the first frequency output filter part may be connected to an output end of the T-type matching circuit, and the other end thereof may include a fixed capacitor connected to the plasma load, and an inductor connected in parallel with the fixed capacitor.
  • the first frequency output filter unit may be a band stop filter for stopping the second frequency component by LC resonance.
  • the first frequency output filter unit may have a reactance of -1000 ohms or less at the second frequency.
  • the T-type matching circuit may further include a second inductor, and the second inductor may be connected between the connection terminal N5 and the second variable capacitor.
  • the T-type matching circuit further includes a fixed capacitor, one end of the fixed capacitor is connected to the output terminal (NLOUT), the other end may be grounded.
  • the first frequency impedance matching circuit unit and the first frequency RF power supply unit disposed between the first frequency input filter unit may be further included.
  • the first frequency input filter part is an inductor disposed between an output end of the first frequency RF power supply and the input end of the T-type matching circuit, one end is connected to the output end of the first frequency RF power supply and the other end is a first fixed grounded A capacitor and one end thereof may be connected to the input end of the T-type matching circuit and the other end of the second fixed capacitor may be grounded.
  • the first frequency input filter part may be a low pass filter that passes the first frequency component and blocks the harmonic components of the second frequency component and the first frequency component.
  • the standard L-type matching circuit is a first variable capacitor connected between the input terminal (N HIN ) and the ground to receive the power of the second frequency RF power source, and one end of the input terminal (N) HIN ) and the other end may include a second variable capacitor connected to an output terminal (N HOUT ) that delivers power of the second frequency RF power source.
  • the second frequency impedance matching circuit unit may further include a second frequency output filter unit disposed between the standard L-type matching circuit and the plasma load.
  • the second frequency output filter unit may include a fixed capacitor disposed between the output terminal of the standard L-type matching circuit and the plasma load.
  • the second frequency output filter unit may be a high pass filter through which the second frequency component passes, and an absolute value of an impedance of the second frequency output filter unit at the first frequency may be 1000 ohms or more.
  • the second frequency matching circuit unit may further include a second frequency input filter unit disposed between an input terminal of the standard L-type matching circuit and an output terminal of the second frequency RF power supply unit.
  • the second frequency input filter unit has one end connected to the output terminal of the second frequency RF power supply unit, one end is connected to the input terminal of the second frequency matching circuit unit and the other end is connected to the other end of the first capacitor
  • the capacitor and one end may include an inductor connected to a connection end N9 of the first capacitor and the second capacitor, and the other end of which is grounded.
  • the second frequency input filter part may be a high frequency pass filter that passes the second frequency component and blocks the harmonic components of the first frequency component and the first frequency component.
  • the standard L-type matching circuit further includes an inductor, the inductor may be connected in series with the second variable capacitor, one end of the inductor may be connected to the input terminal.
  • the standard L-type matching circuit further includes an inductor, the inductor may be connected in series with the first variable capacitor, one end of the inductor may be grounded.
  • the impedance matching device enlarges the matching area in the low frequency region by using a T-type matching circuit in the low frequency region.
  • a conventional L-type matching circuit which is easy to control conventionally is used. Therefore, optimized dual frequency impedance matching is possible in the low frequency region and the high frequency region.
  • the low frequency matching circuit and the high frequency matching circuit each use an output filter to minimize interference between the low frequency matching circuit and the high frequency matching circuit.
  • 1 to 3 are standard L type matching circuits, Smith charts of the matching circuits, and equivalent circuit diagrams of the matching circuits.
  • 4 and 5 are inverted L type matching circuits and Smith charts of the matching circuits.
  • 6 and 7 are T-type matching circuits and Smith charts of the matching circuits.
  • 10 and 11 are Smith charts of the matching circuit of type ⁇ and the matching circuit.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an impedance matching device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13 to 15 are diagrams illustrating a T-type matching circuit according to other embodiments of the present invention.
  • 16 and 17 are diagrams illustrating an absolute value and a phase of an impedance of a first frequency output filter according to an embodiment of the present invention.
  • 21 to 24 are diagrams illustrating characteristics of a scattering matrix S of the impedance matching circuit of FIG. 12.
  • 25 is a diagram illustrating a ⁇ -type matching circuit 190 according to another embodiment of the present invention.
  • 1 to 3 are standard L type matching circuits, Smith charts of the matching circuits, and equivalent circuit diagrams of the matching circuits.
  • the first variable capacitors C1 and 11 are connected between an input terminal N IN and a ground.
  • the second variable capacitors C2 and 12 and the inductor 13 are connected in series between the input terminal N IN and the output terminal N OUT .
  • the inductance of the inductor 13 may be 10 uH.
  • the frequency supplied to the input terminal N IN is 2 MHz
  • the inductance of the inductor 13 is 1 uH
  • the capacitance of the first variable capacitor 11 is 100 to 1000 pF
  • the second variable capacitor In the case where the capacitance of (12) is 50 to 500 pF, the impedance region of the load that can satisfy the matching condition with the circuit is displayed as A in the Smith Chart.
  • the capacitance of the first and second variable capacitors 11 and 12 is limited.
  • the standard L-type matching circuit has the limit to achieve impedance matching for any load. In general, standard L type matching circuits are frequently used for ease of control. On the other hand , the standard L type matching circuit cannot provide impedance matching when the real part of impedance of the load is 50 ohms or more.
  • the standard L type matching circuit cannot be applied when the actual resistance of the actual plasma load exceeds 50 ohms.
  • 4 and 5 are inverted L type matching circuits and Smith charts of the matching circuits.
  • the first variable capacitor 22 and the inductor 23 are connected in series between the input terminal N IN and the output terminal N OUT .
  • the first variable capacitor 22 is connected to the input terminal N IN
  • the inductor 23 is connected to the output terminal N OUT .
  • the second variable capacitor 21 is connected between the connection terminal Nm of the first variable capacitor 22 and the inductor 23 and the ground.
  • the frequency supplied to the input terminal N IN is 2 MHz
  • the inductance of the inductor 23 is 1 uH
  • the capacitance of the first variable capacitor 22 is 50 to 500 pF
  • the second variable capacitor If the capacitance of (21) is 100 to 1000 pF, the area of the load impedance that can achieve a match in the Smith chart is denoted by B.
  • the capacitance of the variable capacitors 22 and 21 is limited. Therefore, the Inverted L-type matching circuit at 2 MHz has a limit that can achieve impedance matching for any load.
  • 6 and 7 are T-type matching circuits and Smith charts of the matching circuits.
  • the first variable capacitor 31 and the second variable capacitor 33 are connected in series between an input terminal N IN and an output terminal N OUT .
  • the inductor 32 is connected between the connection terminal Nm of the first variable capacitor 31 and the second variable capacitor 33 and the ground.
  • One end of the first variable capacitor 31 is connected to the input terminal N IN
  • one end of the second variable capacitor 33 is connected to the output terminal N OUT .
  • the frequency supplied to the input terminal N IN is 2 MHz
  • the inductance of the inductor 32 is 1 uH
  • the capacitance of the first variable capacitor 31 is 50 to 500 pF
  • the second variable capacitor When the capacitance of 33) is 100 to 1000 pF, the region of the load impedance that can achieve a match on the Smith chart is indicated by C.
  • the T-type matching circuit can expand the area where impedance matching can be achieved for any load.
  • the T-type matching circuit can secure a wider matching area than the standard L-type matching circuit and the inverse L-type matching circuit.
  • the dual frequency matching circuit includes a low frequency matching circuit in the low frequency region and a high frequency matching circuit in the high frequency region.
  • the matching circuit in the low frequency region uses standard L-type or inverse L-type matching circuits for ease of control.
  • the standard L type or inverted L type matching circuit has a limit in impedance matching when it is a variable load such as plasma.
  • the T-type matching circuit can achieve impedance matching in a wider area than a standard L-type or inverse L-type matching circuit using the same element.
  • Recent plasma processing apparatuses change the spacing or gas of the electrode during the process.
  • the standard L type or inverse L type matching circuit has a limit in impedance matching.
  • the frequency supplied to the input terminal (N IN ) is 60Mhz
  • the inductance of the inductor is 1 uH
  • the capacitance of the first variable capacitor is 50 to 500 pF
  • the capacitance of the second variable capacitor is 100 To 1000 pF
  • the scannable area on the Smith chart (not shown) of the standard L type or inverted L type matching circuit is enlarged. Accordingly, in the 60 MHz region, the standard L type or inverted L type matching circuit may perform impedance matching with respect to a variable load. Therefore, the benefit of using the T-type matching circuit in the high frequency region is reduced.
  • An impedance matching apparatus may include a T-type matching circuit operating in a low frequency region and a standard L-type matching circuit operating in a high frequency region.
  • the first variable capacitors C1 and 11 are connected between the input terminal N IN and ground.
  • the second variable capacitors C2 and 12 and the inductor 13 are connected in series between the input terminal N IN and the output terminal N OUT .
  • the inductance of the inductor 13 may be 120 nH.
  • the frequency supplied to the input terminal N IN is 100 Mhz
  • the inductance of the inductor 13 is 1 uH
  • the capacitance of the first variable capacitor 11 is 25 to 100 pF
  • the second variable capacitor When the capacitance of (12) is 10 to 100 pF, the scannable area in the Smith Chart is indicated by E.
  • the lower limit of the capacitance of the first and second variable capacitors 11 and 12 is limited.
  • the standard L-type matching circuit has the limit to achieve impedance matching for any load.
  • the plasma load When the frequency is 100 Mhz, the plasma load may be disposed in the F region.
  • the standard L matching circuit may not perform impedance matching.
  • the imaginary part of the plasma load may be several hundred ohms.
  • the minimum available capacitance of a vacuum variable capacitor is around 10 pF.
  • the sewer portion of the plasma load is several hundred ohms, impedance matching is possible only when the capacitance of the second variable capacitor 12 is small. Therefore, the standard L-type matching circuit may have a limit of matching in this case.
  • 10 and 11 are Smith charts of the matching circuit of type ⁇ and the matching circuit.
  • the first variable capacitors C1 and 41 are connected between an input terminal N IN and a ground.
  • An inductor 43 is connected between the input terminal N IN and the output terminal N OUT .
  • One end of the second variable capacitors C2 and 42 is connected to the output terminal N OUT , and the other end of the second variable capacitors C2 and 42 is grounded.
  • the frequency supplied to the input terminal N IN is 100 MHz
  • the inductance of the inductor 43 is 120 nH
  • the capacitance of the first variable capacitor 41 is 25 to 100 pF
  • the second variable capacitor When the capacitance of 42) is 10 to 100 pF, the scanable area in the Smith Chart is indicated by G. If the frequency is 100 Mhz, the plasma load may be placed in the H region.
  • the? -Type matching circuit can be more efficiently matched in the high frequency region than the standard L-type matching circuit.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an impedance matching device according to an embodiment of the present invention.
  • the impedance matching device 100 performs impedance matching to the plasma load Z L.
  • the impedance matching device 100 may include a first frequency impedance matching circuit 181 for transmitting the output of the first frequency RF power supply 112 operating at a first frequency to the plasma load Z L , and the first frequency. And a second frequency impedance matching circuit portion 183 for delivering the output of the second frequency RF power supply 114 operating at a larger second frequency to the plasma load Z L.
  • the first frequency impedance matching circuit 181 includes a T-type matching circuit 130.
  • the second frequency impedance matching circuit unit 183 includes a standard L-type matching circuit 160.
  • the first frequency may be one of 0.1 to 14 Mhz, and the second frequency may be one of 10 to 200 MHz.
  • the T-type matching circuit 130 includes first variable capacitors C1 and 131 connected to an input terminal N LIN that receives the power of the first frequency RF power supply 112, and one end of the first variable capacitor 131. Second variable capacitors C2 and 133 connected in series with the other end and connected to an output terminal N LOUT for outputting power of the first frequency RF power supply 112, and one end of the first variable capacitor 131 and The first variable inductor 132 is connected to the connection terminal N5 of the second variable capacitor 133 and the other end is grounded.
  • the first can be transmitted to the variable capacitor 131 and the second variable capacitor 133, the capacitance is the plasma load (Z L) change is, the the incident power to the maximum plasma load (Z L) in accordance with the .
  • the plasma load Z L may include an electrode or an antenna for plasma generation.
  • the first variable capacitor 131 and the second variable capacitor 133 may further include a fixed capacitor connected in series to change the capacitance.
  • the first variable capacitor 131 and the second variable capacitor 133 may be mechanically connected to a driving motor. Accordingly, the capacitance of the first variable capacitor 131 and the second variable capacitor 133 may be controlled as the driving motor rotates.
  • the vacuum container 192 may include a first electrode 194 and a second electrode 196 spaced apart from the first electrode 194.
  • a substrate may be disposed on the second electrode 196.
  • Outputs of the first frequency impedance matching circuit 181 and the second frequency impedance matching circuit 183 may be coupled to the coupling terminal N1 and provided to the second electrode 196. Accordingly, the second electrode 196 may generate a plasma.
  • the first frequency RF power supply 112 may adjust ion energy incident on the substrate 198, and the second frequency RF power supply 114 may control the density of the plasma.
  • the vacuum container 192 may perform an etching process, a deposition process, or a surface treatment process.
  • the impedance matching device may be connected to the second electrode 196.
  • FIGS. 13 to 15 are diagrams illustrating a T-type matching circuit according to other embodiments of the present invention.
  • the T-type matching circuit 130 may include a first variable capacitor 131, a second variable capacitor 133, a first inductor 132, and a second inductor 134.
  • One end of the first variable capacitor 131 is connected to an input terminal N LIN that receives the power of the first frequency RF power supply 112.
  • One end of the first inductor 132 is connected to the other end of the first variable capacitor 131, and the other end of the first inductor 132 is grounded.
  • One end of the second inductor 134 is connected to the connection terminal N5 of the first inductor 132 and the first variable capacitor 131.
  • One end of the second variable capacitor 133 is connected to the other end of the second inductor 134, and the other end of the second variable capacitor 133 is connected to the output terminal N LOUT .
  • the positions of the second inductor 134 and the second variable capacitor 133 may be interchanged.
  • the T-type matching circuit 130 may include a first variable capacitor 131, a second variable capacitor 133, a first inductor 132, and a fixed capacitor 135.
  • One end of the first variable capacitor 131 is connected to an input terminal N LIN that receives the power of the first frequency RF power supply 112.
  • One end of the first inductor 132 is connected to the other end of the first variable capacitor 131, and the other end of the first inductor 132 is grounded.
  • One end of the second variable capacitor 133 is connected to the connection terminal N5 of the first inductor 132 and the first variable capacitor 131.
  • the other end of the second variable capacitor 133 is connected to the output terminal N LOUT .
  • One end of the fixed capacitor 135 is connected to the output terminal (N LOUT ).
  • the T-type matching circuit 130 may include a first variable capacitor 131, a second variable capacitor 133, a first inductor 132, a second inductor 134, and a fixed capacitor ( 135).
  • One end of the first variable capacitor 131 is connected to an input terminal N LIN that receives the power of the first frequency RF power supply 112.
  • One end of the first inductor 132 is connected to the other end of the first variable capacitor 131, and the other end of the first inductor 132 is grounded.
  • One end of the second inductor 134 is connected to the connection terminal N5 of the first inductor 132 and the first variable capacitor 131.
  • One end of the second variable capacitor 133 is connected to the other end of the second inductor 134, and the other end of the second variable capacitor 133 is connected to the output terminal N LOUT .
  • One end of the fixed capacitor 135 is connected to the output terminal N LOUT , and the other end of the fixed capacitor 135 is grounded.
  • the positions of the second inductor 134 and the second variable capacitor 133 may be interchanged.
  • the first frequency matching circuit unit 181 may include a first frequency output filter unit 140 disposed between the T-type matching circuit 130 and the coupling terminal N1.
  • the first frequency output filter unit 130 may remove components of harmonics and intermodulation due to the first frequency component and the second frequency component.
  • One task of the dual frequency matching circuit is to easily perform impedance matching in the low frequency first frequency region.
  • another task of the dual frequency matching circuit is to minimize interference between the first frequency and the second frequency.
  • the first frequency output filter unit 140 may minimize the interference. Therefore, when the first frequency output filter unit 140 is disposed inside the T-type matching circuit 130 or when the second frequency output filter unit 170 is disposed inside the standard L-type matching circuit 160.
  • the first frequency impedance matching circuit unit 181 and the second frequency impedance matching circuit unit 183 may interfere with each other.
  • the T-type matching circuit 130 may be affected by the capacitances of the variable capacitors C1 and C2 of the standard L-type matching circuit 160. Can be. Conversely, the standard L-type matching circuit 160 may be affected by the capacitances of the variable capacitors C1 and C2 of the T-type matching circuit 130.
  • the first frequency output filter unit 140 is coupled to the T-type matching circuit 130. Should be placed between (N1).
  • the second frequency output filter unit 170 should be disposed between the standard L-type matching circuit 160 and the coupling terminal N1.
  • the first frequency output filter unit 140 may include a fixed capacitor 142 and an inductor 141 connected in parallel with the fixed capacitor 142. One end of the fixed capacitor 142 is connected to the output terminal (N LOUT ) of the T-type matching circuit, and the other end of the fixed capacitor 142 is connected to the coupling end (N1).
  • the first frequency output filter unit 140 may be a band stop filter for LC resonance and blocking the second frequency component f2.
  • the plasma load Z L and the first frequency impedance matching circuit unit 181 are connected in parallel to the output terminal N1 of the second frequency impedance matching circuit unit 183.
  • the reactance of the plasma load may typically have a value of ⁇ 100 ohms to +100 ohms.
  • the first frequency impedance matching circuit unit 181 preferably includes a first frequency output filter 140 having an impedance of at least 10 times greater than that of the plasma load Z L. Accordingly, the power of the second frequency RF power supply 114 may be mainly transmitted to and consumed by the plasma load Z L.
  • the absolute value of the impedance Z A of the first frequency output filter 140 may be configured to have more than l000 ohms.
  • the first frequency output filter 140 may include a band reject filter using LC resonance.
  • the reactance of the second variable capacitor 133 of the T-type matching circuit 130 is negative. Therefore, the impedance of the first frequency output filter 140 is preferably designed to be negative. Accordingly, the reactance of the second variable capacitor 133 of the T-type matching circuit 130 and the impedance of the first frequency output filter 140 may be added together to increase the absolute value of the summed impedance.
  • the power of the second frequency RF power supply is mainly provided and consumed in the plasma load Z L.
  • the first frequency output filter unit 140 may be implemented using an inductor 141 and a parasitic capacitor that is parasitic on the inductor 141.
  • 16 and 17 are diagrams illustrating an absolute value and a phase of an impedance of a first frequency output filter according to an embodiment of the present invention.
  • the absolute value of the impedance of the first frequency output filter 140 has 5.7 K ⁇ (kiloohms) at the second frequency f2 of 60 MHz.
  • the phase angle of the impedance at the second frequency of 60 MHz has -75.8 degrees.
  • the first frequency may be 2Mhz.
  • the first frequency matching circuit unit 181 may include a first frequency input filter unit 120 disposed between the T-type matching circuit 130 and the first frequency RF power supply 112. It may include.
  • the first frequency input filter unit 120 may be a low pass filter.
  • the first frequency input filter unit 120 includes an inductor 122 disposed between an output terminal N2 of the first frequency RF power supply 112 and the input terminal N LIN of the T-type matching circuit 130, One end is connected to the output terminal (N2) of the first frequency RF power supply 112, the other end is grounded to the first fixed capacitor 121, and one end to the input terminal (N LIN ) of the T-type matching circuit 130 The other end may include a second fixed capacitor 123 connected and grounded.
  • the first frequency input filter unit 120 may be a low pass filter that passes the first frequency component and blocks the harmonic components of the second frequency component and the first frequency component.
  • the first frequency input filter unit 120 may be configured as a band pass filter for passing the first frequency component.
  • the second frequency impedance matching circuit unit 183 may include a standard L-type matching circuit 160.
  • the standard L-type matching circuit 160 is a first variable capacitor 161 connected between the input terminal (N HIN ) receiving the power of the second frequency RF power supply 114 and ground, and one end thereof is the input terminal (N). HIN ) and the other end may include a second variable capacitor 162 connected to an output terminal N HOUT that delivers power of the second frequency RF power source 114.
  • the first variable capacitor 161 or the second variable capacitor 162 may include an auxiliary fixed capacitor. The first and second variable capacitors 161 and 162 and the auxiliary fixed capacitor may be combined in series or in parallel.
  • the standard L-type matching circuit 160 may include a first variable capacitor 161, a second variable capacitor 162, and a first inductor 164.
  • One end of the first variable capacitor 161 may be connected to an input terminal N HIN provided with power of the second frequency RF power source 114, and the other end of the first variable capacitor 161 may be grounded.
  • One end of the first inductor 164 may be connected to the input terminal N HIN .
  • One end of the second variable capacitor 162 is connected to the other end of the first inductor 164, and the other end of the second variable capacitor 162 is an output end for transmitting power of the second frequency RF power source 114 (N HOUT ) can be connected.
  • the standard L-type matching circuit 160 may include a first variable capacitor 161, a second variable capacitor 162, and a first inductor 163.
  • One end of the first variable capacitor 161 may be connected to an input terminal N HIN that receives the power of the second frequency RF power source 114.
  • One end of the first inductor 163 may be connected to the other end of the first variable capacitor 161, and the other end of the first inductor 163 may be grounded.
  • One end of the second variable capacitor 162 is connected to the input terminal (N HIN ), and the other end of the second variable capacitor 162 is an output terminal (N HOUT ) for transmitting power of the second frequency RF power source 114. ) Can be connected.
  • the standard L-type matching circuit 160 may include a first variable capacitor 161, a second variable capacitor 162, a first inductor 163, and a second inductor 164. have.
  • One end of the first variable capacitor 161 may be connected to an input terminal N HIN that receives the power of the second frequency RF power source 114.
  • One end of the first inductor 163 may be connected to the other end of the first variable capacitor 161, and the other end of the first inductor 163 may be grounded.
  • One end of the second inductor 164 may be connected to the input terminal N HIN .
  • One end of the second variable capacitor 162 is connected to the other end of the second inductor 164, and the other end of the second variable capacitor 162 is an output end for transmitting power of the second frequency RF power source 114. (N HOUT ) can be connected.
  • the second frequency impedance matching circuit unit 183 includes a second frequency output filter unit 170 disposed between the standard L-type matching circuit 160 and the coupling unit N1. can do.
  • the second frequency output filter unit 170 may include a fixed capacitor 171.
  • the fixed capacitor 171 may be connected between the output terminal (N HOUT ) and the coupling terminal (N1) of the standard L-type matching circuit.
  • the second frequency output filter unit 170 is a high pass filter through which the second frequency component passes, and the absolute value of the impedance of the second frequency output filter unit at the first frequency is 1000 ohms or more. Can be.
  • the plasma load Z L and the second frequency impedance matching circuit unit 183 are connected in parallel to the output terminal N1 of the first frequency impedance matching circuit unit 181.
  • the reactance of the plasma load Z L may typically have a value of ⁇ 100 ohms to +100 ohms. Therefore, the second frequency impedance matching circuit unit 183 preferably includes a second frequency output filter 170 having an impedance of at least 10 times higher than that of the plasma load Z L. Accordingly, the power of the second frequency RF power supply 114 may be mainly transmitted to and consumed by the plasma load Z L.
  • the second frequency output filter unit 170 When the second frequency output filter unit 170 is absent, when the second frequency impedance matching circuit unit 183 changes the variable capacitors C1 and C2 for impedance matching, the second frequency impedance matching circuit unit 183 ) Impedance can be changed.
  • the plasma load ZL and the second frequency impedance matching circuit unit 183 are connected in parallel to the output terminal N1 of the first frequency impedance matching circuit unit 181.
  • the plasma load Z L varies with time, and the impedance of the second frequency impedance matching circuit unit 183 varies with time. Therefore, the first frequency impedance matching circuit unit 181 may be affected. Accordingly, the second frequency output filter unit 170 is required to operate the second frequency impedance matching circuit unit 183 and the first frequency impedance matching circuit unit 181 independently of each other. For the same reason, the first frequency output filter unit 140 is required.
  • the second frequency impedance matching circuit unit 183 is a second frequency input filter unit 150 disposed between the standard L-type matching circuit 160 and the second frequency RF power supply unit 114. ) May be included.
  • the second frequency input filter unit 150 has a first capacitor 151 connected at one end to an output terminal N8 of the second frequency RF power supply 114, and one end of an input terminal of the second frequency matching circuit unit 160.
  • a second capacitor 153 connected to the N HIN and the other end connected to the other end of the first capacitor 151, and one end connected to the first capacitor 151 and the second capacitor 153 ( N9), and the other end may include an inductor 152 that is grounded.
  • the second frequency input filter unit 150 may be a high pass filter that passes the second frequency component and blocks the first frequency component and harmonic components of the first frequency component.
  • the second frequency input filter unit 150 may be configured as a band pass filter for passing the second frequency component.
  • 21 to 24 are diagrams illustrating characteristics of a scattering matrix S of the impedance matching circuit of FIG. 12.
  • the scattering matrix was measured with the plasma load Z L , the first frequency input filter 120, and the second frequency input filter 150 removed.
  • the first port is on the first frequency RF power source 112 side
  • the second port is on the second frequency RF power source 114 side.
  • S11 corresponds to the reflection coefficient seen from the first port.
  • S22 corresponds to the reflection coefficient seen from the second port.
  • S21 is the transmission coefficient from port 2 to port 1.
  • S12 is the transmission coefficient from port 1 to port 2.
  • the first frequency is 2Mhz and the second frequency is 60Mhz will be described.
  • S11 is substantially zero.
  • S21 is -74.8 dB.
  • S22 is substantially zero.
  • S12 is -31.5 dB. Accordingly, it can be seen that the first frequency impedance matching circuit unit 181 and the second frequency impedance matching circuit unit 183 do not interfere with each other.
  • 25 is a diagram illustrating a ⁇ -type matching circuit 190 according to another embodiment of the present invention.
  • the ⁇ -type matching circuit includes a first variable capacitor 191 connected between an input terminal N HIN receiving power of a second frequency RF power source and a ground, and one end of which is connected to the input terminal N HIN .
  • An inductor 193 connected to an output terminal N HOUT for transmitting power of the second frequency RF power source, and a second variable capacitor 192 having one end connected to the other end of the inductor and the other end grounded.
  • the second frequency may be 60 Mhz or more.
  • the real part of the plasma load may be 50 ohms or more.
  • the imaginary part of the plasma load may be several hundred ohms.

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Abstract

본 발명은 임피던스 정합 장치를 개시한다. 이 임피던스 정합 장치는 플라즈마 부하에 임피던스 정합시킨다. 이 임피던스 정합 장치는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부, 및 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함한다. 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 T 형 정합회로를 포함하고, 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함한다.

Description

임피던스 정합 장치
본 발명은 임피던스 정합 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 이중 주파수 임피던스 정합 장치에 관한 것이다.
통상적으로 축전 결합 플라즈마 장치는 반도체 제조 공정 또는 평탄 디스플레이 제조 공정에 사용되었다. 전극에 서로 다른 주파수의 RF 전원을 연결하여 플라즈마 공정 특정이 개선될 수 있다. 이중 주파수 임피던스 정합 장치는 서로 다른 2개의 주파수를 가지는 RF 전원을 플라즈마 부하에 제공한다.
본 발명은 이중 주파수를 가지는 임피던스 정합 장치에서 서로 간섭하지 않고 넓은 매칭 영역을 제공하는 임피던스 정합 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치는 플라즈마 부하에 임피던스 정합시킨다. 상기 임피던스 정합 장치는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부, 및 상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함한다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기, 일단은 상기 제1 가변 축전기에 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기, 및 일단은 상기 제1 가변 축전기 및 상기 제2 가변 축전기의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수는 0.1 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 T 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부는 일단은 상기 T 형 정합회로의 출력단에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 부하에 연결된 고정 축전기, 및 상기 고정 축전기와 병렬 연결된 인턱터를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부는 LC 공진하여 상기 제2 주파수 성분을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수에서 -1000 오옴 이하의 리액턴스(reactance)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 제2 인덕터를 더 포함하고, 상기 제2 인턱터는 상기 연결단(N5)와 상기 제2 가변 축전기에 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T 형 정합회로는 고정 축전기를 더 포함하고, 상기 고정 축전기의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 타단은 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부와 상기 제1 주파수 RF 전원부 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단과 상기 T형 정합회로의 상기 입력단 사이에 배치된 인덕터, 일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기, 및 일단은 상기 T형 정합회로의 상기 입력단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기,및 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 표준 L 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 표준 L형 정합회로의 출력단과 상기 플라즈마 부하 사이에 배치된 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 주파수 정합회로부는 상기 표준 L형 정합회로의 입력단와 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부는 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되는 제1 축전기, 일단은 상기 제2 주파수 정합회로부의 입력단에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기의 타단에 연결되는 제2 축전기, 및 일단은 상기 제1 축전기 및 상기 제2 축전기의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인턱터를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고 상기 제1 주파수 성분과 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고, 상기 인턱터는 상기 제2 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 상기 입력단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고, 상기 인턱터는 상기 제1 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 정합 장치는 저주파 영역에 T 형 정합 회로를 사용하여 저주파 영역에서 매칭 영역을 확대하였다. 또한, 고주파 영역에서는 종래의 제어가 용이한 표준 L형 매칭 회로가 사용된다. 따라서, 저주파 영역 및 고주파 영역에서 최적화된 이중 주파수 임피던스 정합이 가능하다. 또한, 저주파 정합 회로 및 고주파 정합 회로는 각각 출력 필터를 사용하여, 저주파 정합회로와 고주파 정합회로의 간섭을 최소화하였다.
도 1 내지 도 3은 표준 L형(standard L type)의 매칭회로, 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart), 그 매칭회로의 등가 회로도이다.
도 4 및 도 5는 역 L형(Inverted L type)의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 6 및 도 7은 T형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 8 및 도 9는 표준 L 형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 10 및 도 11은 Π형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 설명하는 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 T 형 정합회로를 설명하는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 출력 필터의 임피던스의 절대값 및 위상을 표시하는 도면들이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시들에 따른 표준 L형 정합회로(160)를 설명하는 도면들이다.
도 21 내지 도 24는 도 12의 임피던스 정합회로의 스캐터링 매트릭스(scattering matrix, S)의 특성을 설명하는 도면들이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 Π형 정합회로(190)를 설명하는 도면이다.
100: 임피던스 정합 장치
112: 제1 주파수 RF 전원부
181: 제1 주파수 임피던스 정합 회로부
114: 제2 주파수 RF 전원부
183: 제2 주파수 임피던스 정합 회로부
130: T 형 정합회로
160: 표준 L형 정합회로
190: Π 형 정합회로
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 표준 L형(standard L type)의 매칭회로, 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart), 그 매칭회로의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 가변 축전기(C1, 11)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 12) 및 인덕터(13)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 인턱터(13)의 인덕턴스는 10uH일 수 있다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2 MHz이고, 상기 인덕터(13)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(11)의 정전용량이 100 내지 1000 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전용량이 50 내지 500 pF 인 경우, 상기 회로로 매칭 조건을 만족할 수 있는 부하의 임피던스 영역을 스미스 차트(Smith Chart) 상에서 표시하면 A와 같다. 현실적으로 상기 제1 및 제2 가변 축전기들(11,12)의 정전 용량은 한계가 있다. 따라서, 2 MHz에서 표준 L형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계를 가진다. 통상적으로, 표준 L형(standard L type) 매칭회로는 제어의 용이성에 의하여 많이 사용된다. 한편, 표준 L형(standard L type) 매칭회로는 부하의 임피던스의 실수부(real part of impedance)가 50 오옴 이상인 경우, 임피던스 매칭을 제공할 수 없다.
도 3을 참조하면, 임의의 부하(ZL=r+jx)에 대하여, 매칭을 만족하는 해(solution)는 두 개가 존재한다. 직렬 연결된 소자의 리액턴스(Xs)와 병렬 연결된 소자의 리액턴스(Xp)는 복호동순으로 다음과 같이 주어진다.
수학식 1
Figure PCTKR2010008269-appb-M000001
다른 하나의 해(Xp)는 다음과 같이 주어진다. 여기서 Z0는 전송선의 특성 임피던스이다.
수학식 2
Figure PCTKR2010008269-appb-M000002
제곱근(square root) 안이 양수가 되어 하므로, r< Z0인 조건이 필요하다. 그러나, 실제의 플라즈마 부하의 실저항은 50 오옴 초과일 수 있다. 따라서, 표준 L형 매칭 회로는 실제의 플라즈마 부하의 실저항이 50 오옴을 초과하는 경우에는 적용될 수 없다.
도 4 및 도 5는 역 L형(Inverted L type)의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 가변 축전기(22) 및 인덕터(23)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 제1 가변 축전기(22)는 상기 입력단(NIN)에 연결되고, 상기 인덕터(23)는 출력단(NOUT)에 연결된다. 제2 가변 축전기(21)는 상기 제1 가변 축전기(22)와 상기 인턱터(23)의 연결단(Nm)과 접지 사이에 연결된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2 MHz이고, 상기 인덕터(23)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(22)의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(21)의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 스미스 차트에서 매칭을 달성할 수 있는 부하 임피던스의 영역은 B로 표시된다. 현실적으로 가변 축전기(22,21)의 정전 용량은 한계가 있다. 따라서, 2 MHz에서 Inverted L 형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계가 있다.
도 6 및 도 7은 T형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 가변 축전기(31) 및 제2 가변 축전기(33)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 인턱터(32)는 상기 제1 가변 축전기(31)와 상기 제2 가변 축전기(33)의 연결단(Nm)과 접지 사이에 연결된다. 상기 제1 가변 축전기(31)의 일단은 상기 입력단(NIN)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(33)의 일단은 상기 출력단(NOUT)에 연결된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 2MHz이고, 상기 인덕터(32)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(31)의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(33)의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 스미스 차트 상에 매칭을 달성할 수 있는 부하 임피던스의 영역은 C로 표시된다.
따라서, 2MHz에서 상기 T형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 영역을 확장할 수 있다. 2MHz에서 상기 T 형 매칭회로는 표준 L형 매칭회로 및 역 L형 매칭회로에 비하여 넓은 매칭 영역을 확보할 수 있다.
듀얼 주파수 매칭 회로는 저주파 영역의 저주파 매칭 회로와 고주파 영역의 고주파 매칭회로를 포함한다. 통상적으로 저주파 영역의 매칭회로는 제어의 용이성에 의하여 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로를 사용한다. 그러나, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 플라즈마와 같은 가변 부하인 경우, 임피던스 매칭에 한계가 있다.
부하가 플라즈마인 경우, 저주파 영역에서 상기 부하의 반사계수 (Γ)가 배치되는 영역은 주로 도 3b에서 D 영역에 나타난다. 따라서, 상기 T형 매칭회로는 동일한 소자를 사용하는 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로보다 넓은 영역에서 임피던스 매칭을 달성할 수 있다.
최근의 플라즈마 공정 장치는 공정 진행 중에 전극의 간격 또는 가스를 변경한다. 따라서, 이러한 부하의 임피던스가 시간에 따라 변하는 환경에서, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 임피던스 매칭에 한계가 있다.
한편, 상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 60Mhz이고, 상기 인덕터의 인덕턴스가 1 uH이고,상기 제1 가변 축전기의 정전용량이 50 내지 500 pF이고, 상기 제2 가변 축전기의 정전용량이 100 내지 1000 pF 인 경우, 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로의 스미스 차트(미도시) 상에 스캔할 수 있는 영역은 확대된다. 따라서, 60MHz 영역에서는 상기 표준 L형 또는 역 L형 매칭회로는 가변 부하에 대하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 따라서, 고주파 영역에서 상기 T 형 매칭회로를 사용하는 실익이 감소한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 매칭 장치는 저주파 영역에서 동작하는 T 형 매칭회로 및 고주파 영역에서 동작하는 표준 L형 매칭회로를 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9는 표준 L 형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 가변 축전기(C1,11)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 12) 및 인덕터(13)는 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 인턱터(13)의 인덕턴스는 120nH일 수 있다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 100 Mhz이고, 상기 인덕터(13)의 인덕턴스가 1 uH이고, 상기 제1 가변 축전기(11)의 정전용량이 25 내지 100 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전용량이 10 내지 100 pF 인 경우, 스미스 차트(Smith Chart)에서 스캔할 수 있는 영역은 E로 표시된다. 현실적으로 상기 제1 및 제2 가변 축전기들(11,12)의 정전 용량의 하한값은 한계가 있다. 따라서, 100 MHz에서 표준 L형 매칭회로는 임의의 부하에 대하여 임피던스 매칭을 달성할 수 있는 한계를 가진다.
주파수가 100 Mhz인 경우, 상기 플라즈마 부하는 F 영역에 배치될 수 있다..상기 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상인 경우, 상기 표준 표준 L 형의 매칭회로는 임피던스 매칭을 수행할 수 없다. 이 경우, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴일 수 있다. 통상적으로 가용한 진공 가변 축전기(Vacuum variable capacitor)의 최소 정전 용량은 10 pF 정도이다. 그러나, 상기 플라즈마 부하의 하수부가 수백 오옴 인 경우, 상기 제2 가변 축전기(12)의 정전 용량이 작아야 임피던스 매칭이 가능하다. 따라서, 따라서, 상기 표준 L 형 매칭회로는 이 경우 매칭의 한계를 가질 수 있다.
이하에서, 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상인 경우, 임피던스 매칭이 가능한 Π 형 매칭회로를 설명한다.
도 10 및 도 11은 Π형의 매칭회로와 그 매칭회로의 스미스 차트(Smith Chart)이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 가변 축전기(C1, 41)는 입력단(NIN)과 접지 사이에 연결된다. 인덕터(43)는 상기 입력단(NIN)과 출력단(NOUT) 사이에 연결된다. 제2 가변 축전기(C2, 42)의 일단은 상기 출력단(NOUT)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(C2, 42)의 타단은 접지된다.
상기 입력단(NIN)에 공급되는 주파수가 100Mhz이고, 상기 인덕터(43)의 인덕턴스가 120 nH이고, 상기 제1 가변 축전기(41)의 정전용량이 25 내지 100 pF이고, 상기 제2 가변 축전기(42)의 정전용량이 10 내지 100 pF 인 경우, 스미스 차트(Smith Chart)에서 스캔할 수 있는 영역은 G로 표시된다. 주파수가 100 Mhz인 경우, 플라즈마 부하는 H 영역에 배치될 수 있다.
따라서, 상기 플라즈마 부하의 실수부가 50 오옴 이상이고, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴인 경우, Π형의 매칭회로는 표준 L 형 매칭회로보다 고주파 영역에서 효율적인 매칭이 가능하다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치를 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 상기 임피던스 정합 장치(100)는 플라즈마 부하(ZL)에 임피던스 정합시킨다. 상기 임피던스 정합 장치(100)는 제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력을 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181), 및 상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부(114)의 출력을 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부(183)를 포함한다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로(130)를 포함한다. 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 표준 L형 정합회로(160)를 포함한다. 상기 제1 주파수는 0.1 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나일 수 있다.
상기 T 형 정합회로(130)는 상기 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기(C1,131), 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)에 직렬 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기(C2,133), 및 일단은 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터(132)를 포함한다.
상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)의 정전용량은 상기 플라즈마 부하(ZL)에 따라 변경되어, 입사하는 전력을 최대로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달할 수 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)는 플라즈마 발생용 전극 또는 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)는 정전 용량을 변경시키기 위하여 직렬 연결된 고정 축전기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변 축전기(133)는 구동 모터에 기계적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 구동 모터가 회전함에 따라 상기 제1 가변 축전기(131) 및 상기 제2 가변축전기(133)의 정전용량은 제어될 수 있다.
진공 용기(192)는 제1 전극(194) 및 상기 제1 전극(194)과 이격되어 배치되는 제2 전극(196)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(196) 상에 기판이 배치될 수 있다. 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181) 및 상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부(183)의 출력은 결합단(N1)에서 결합되어 상기 제2 전극(196)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극(196)은 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
상기 제1 주파수 RF 전원(112)은 상기 기판(198)에 입사하는 이온 에너지를 조절할 수 있고, 상기 제2 주파수 RF 전원(114)은 상기 플라즈마의 밀도를 제어할 수 있다. 상기 진공 용기(192)는 식각 공정, 증착 공정, 또는 표면 처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 제2 전극(196)에 상기 임피던스 정합 장치가 연결될 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 T 형 정합회로를 설명하는 도면들이다.
도 13을 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 제2 인덕터(134)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다. 상기 제2 인덕터(134)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제2 인덕터(134)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 제2 인덕터(134)와 상기 제2 가변 축전기(133)의 위치는 서로 교환될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 고정 축전기(135)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 고정 축전기(135)의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결된다.
도 15를 참조하면, 상기 T 형 정합회로(130)는 제1 가변 축전기(131), 제2 가변 축전기(133), 제1 인덕터(132), 및 제2 인덕터(134), 및 고정 축전기(135)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(131)의 일단은 제1 주파수 RF 전원(112)의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된다. 상기 제1 인덕터(132)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(131)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(132)의 타단은 접지된다.
상기 제2 인덕터(134)의 일단은 상기 제1 인덕터(132)와 상기 제1 가변 축전기(131)의 연결단(N5)에 연결된다. 상기 제2 가변 축전기(133)의 일단은 상기 제2 인덕터(134)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(133)의 타단은 출력단(NLOUT)에 연결된다. 상기 고정 축전기(135)의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 상기 고정 축전기(135)의 타단은 접지된다. 상기 제2 인덕터(134)와 상기 제2 가변 축전기(133)의 위치는 서로 교환될 수 있다.
다시 도 12를 참조하면, 상기 제1 주파수 정합회로부(181)는 상기 T 형 정합회로(130)와 결합단(N1) 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부(140)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 출력 필터부(130)는 상기 제1 주파수 성분 및 제2 주파수 성분에 기인한 고조파(harmonics) 및 혼변조(intermodulation)을 성분을 제거할 수 있다.
듀얼 주파수 매칭 회로의 일 과제는 저주파의 제1 주파수 영역에서 임피던스 정합을 용이하게 수행하는 것이다. 또한, 듀얼 주파수 매칭 회로의 다른 일 과제는 제1 주파수 와 제2 주파수의 간섭을 최소화하는 것이다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 상기 간섭을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)가 상기 T 형 정합 회로(130) 내부에 배치되거나, 제2 주파수 출력 필터부(170)가 상기 표준 L형 정합 회로(160)의 내부에 배치되면, 상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 서로 간섭할 수 있다.
구체적으로, 상기 T형 정합회로(130)는 상기 표준 L형 정합회로(160)의 가변 축전기들(C1,C2)의 정전용량에 따라 영향을 받을 수 있다. 또한 역으로, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 상기 T 형 정합회로(130)의 가변 축전기들(C1,C2)의 정전 용량에 따라 영향을 받을 수 있다.
상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 간섭을 제거하기 위하여, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 상기 T형 정합회로(130)와 결합단(N1) 사이에 배치되어야 한다. 또한, 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 결합단(N1) 사이에 배치되어야 한다.
상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 고정 축전기(142), 및 상기 고정 축전기(142)와 병렬 연결된 인턱터(141)를 포함할 수 있다. 상기 고정 축전기(142)의 일단은 T 형 정합회로의 출력단(NLOUT)에 연결되고, 상기 고정 축전기(142)의 타단은 상기 결합단(N1)에 연결된다. 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 LC 공진하고, 상기 제2 주파수 성분(f2)을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)일 수 있다.
제 2 주파수 측면에서 보면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 출력단(N1)에는 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하의 리액턴스(reatance)는 통상적으로 -100 오옴 내지 +100 오옴의 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)는 상기 플라즈마 부하(ZL)에 비교하여 적어도 10 배 이상의 임피던스를 가지는 제1 주파수 출력 필터(140)를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 전력은 주로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달되어 소모될 수 있다.
상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스(ZA)의 절대값은 l000 오옴 이상을 가지도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)는 LC 공진을 사용한 대역 저지 필터를 포함할 수 있다. 상기 T 형 정합회로(130)의 제2 가변 축전기(133)의 리액턴스는 음수이다. 따라서, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스는 음수가 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 T 형 정합회로(130)의 제2 가변 축전기(133)의 리액턴스와 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스는 서로 합산되어, 합산된 임피던스의 절대값이 증가할 수 있다. 제 2 주파수 측면에서 보면, 합산된 임피던스의 절대값이 증가함에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력은 상기 플라즈마 부하(ZL)에서 주로 제공되어 소모된다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)는 인덕터(141)와 상기 인덕터(141)에 기생하는 기생 축전기를 이용하여 구현될 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주파수 출력 필터의 임피던스의 절대값 및 위상을 표시하는 도면들이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 제1 주파수 출력 필터(140)의 임피던스의 절대값은 60 MHz의 제2 주파수(f2)에서 5.7 KΩ(킬로오옴)을 가진다. 또한, 60 MHz의 제2 주파수에서 상기 임피던스의 위상각은 -75.8도를 가진다. 제1 주파수는 2Mhz일 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 상기 제1 주파수 정합회로부(181)는 상기 T 형 정합회로(130)와 상기 제1 주파수 RF 전원부(112) 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 저주파 통과 필터일 수 있다.
상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 상기 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력단(N2)과 상기 T형 정합회로(130)의 상기 입력단(NLIN) 사이에 배치된 인덕터(122), 일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부(112)의 출력단(N2)에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기(121), 및 일단은 상기 T형 정합회로(130)의 상기 입력단(NLIN)에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기(123)를 포함할 수 있다. 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 주파수 입력 필터부(120)는 제1 주파수 성분을 통과시키는 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.
다시, 도 6을 참조하면, 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 표준 L형 정합회로(160)를 포함할 수 있다. 상기 표준 L형 정합회로(160)는 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기(161), 및 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기(162)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161) 또는 상기 제2 가변 축전기(162)는 보조용 고정 축전기를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가변축전기(161,162)와 상기 보조용 고정 축전기는 직렬 또는 병렬로 조합될 수 있다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시들에 따른 표준 L형 정합회로(160)를 설명하는 도면들이다.
도 18을 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 및 제1 인덕터(164)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결되고, 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제1 인덕터(164)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 제1 인덕터(164)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기의(162) 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 및 제1 인덕터(163)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터(163)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(163)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(162)의 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 표준 L형 정합회로(160)는 제1 가변 축전기(161), 제2 가변 축전기(162), 제1 인덕터(163), 및 제2 인덕터(164)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가변 축전기(161)의 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터(163)의 일단은 상기 제1 가변 축전기(161)의 타단에 연결되고, 상기 제1 인덕터(163)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 제2 인덕터(164)의 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결될 수 있다. 상기 제2 가변 축전기(162)의 일단은 상기 제2 인덕터(164)의 타단에 연결되고, 상기 제2 가변 축전기(162)의 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원(114)의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결될 수 있다.
다시, 도 12를 참조하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 결합부(N1) 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부(170)를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 고정 축전기(171)를 포함할 수 있다. 상기 고정 축전기(171)는 표준 L형 정합회로의 출력단(NHOUT)과 결합단(N1) 사이에 연결될 수 있다.
상기 제2 주파수 출력 필터부(170)는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상일 수 있다.
제 1 주파수 측면에서 보면, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)의 출력단(N1)에는 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)의 리액턴스는 통상적으로 -100 오옴 내지 +100 오옴의 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 플라즈마 부하(ZL)에 비교하여 적어도 10 배 이상의 임피던스를 가지는 제2 주파수 출력 필터(170)를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 전력은 주로 상기 플라즈마 부하(ZL)에 전달되어 소모될 수 있다.
상기 제2 주파수 출력 필터부(170)가 없는 경우, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 임피던스 매칭을 위하여 가변 축전기들(C1,C2)를 변경하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 임피던스는 변경될 수 있다. 이 경우, 제 1 주파수 측면에서 보면, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)의 출력단(N1)에는 상기 플라즈마 부하(ZL)와 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 플라즈마 부하(ZL)는 시간에 따라 변동하고, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)의 임피던스는 시간에 따라 변동한다. 따라서, 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 영향을 받을 수 있다. 따라서, 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)와 상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)가 서로 독립적으로 동작하기 위하여 상기 제2 주파수 출력 필터부(170)가 필요하다. 동일한 이유에서, 상기 제1 주파수 출력 필터부(140)가 필요하다.
다시, 도 12를 참조하면, 상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 상기 표준 L형 정합회로(160)와 상기 제2 주파수 RF 전원부(114) 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부(150)를 포함할 수 있다.
상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부(114)의 출력단(N8)에 연결되는 제1 축전기(151), 일단은 상기 제2 주파수 정합회로부(160)의 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기(151)의 타단에 연결되는 제2 축전기(153), 및 일단은 상기 제1 축전기(151) 및 상기 제2 축전기(153)의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인턱터(152)를 포함할 수 있다. 상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제1 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제2 주파수 입력 필터부(150)는 제2 주파수 성분을 통과시키는 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.
도 21 내지 도 24는 도 12의 임피던스 정합회로의 스캐터링 매트릭스(scattering matrix, S)의 특성을 설명하는 도면들이다.
도 21 내지 도 24를 참조하면, 상기 스캐터링 매트릭스는 플라즈마 부하(ZL), 제1 주파수 입력 필터(120) 및 제2 주파수 입력 필터(150)가 제거된 상태에서 측정되었다. 제1 포트는 제1 주파수 RF 전원(112) 측이며, 제2 포트는 제2 주파수 RF 전원(114) 측이다. S11은 제1 포트에서 바라본 반사계수에 대응된다. S22는 제2 포트에서 바라본 반사계수에 대응된다. S21은 포트2에서 포트1로 넘어가는 투과계수이다. 또한, S12는 포트1에서 포트2로 넘어가는 투과계수이다.
제1 주파수는 2Mhz이고, 제2 주파수는 60Mhz인 경우를 살펴본다. 2Mhz에서 S11은 실질적으로 0이다. 2Mhz에서, S21은 -74.8 dB이다. 60Mhz에서 S22은 실질적으로 0이다. 60Mhz에서, S12은 -31.5 dB이다. 따라서, 제1 주파수 임피던스 정합회로부(181)와 제2 주파수 임피던스 정합회로부(183)는 서로 간섭하지 않는 것을 알 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 Π형 정합회로(190)를 설명하는 도면이다.
도 25를 참조하면, 상기 Π형 정합회로는 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기(191), 일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 인덕터(193), 및 일단은 상기 인턱터의 타단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 가변 축전기(192)를 포함한다.
도 25, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제2 주파수는 60Mhz 이상일 수 있다. 플라즈마 부하의 실수부는 50 오옴 이상 일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 부하의 허수부는 수백 오옴일 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 부하에 임피던스 정합시키는 임피던스 정합 장치에 있어서,
    제1 주파수로 동작하는 제1 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제1 주파수 임피던스 정합 회로부; 및
    상기 제1 주파수보다 큰 제2 주파수로 동작하는 제2 주파수 RF 전원부의 출력을 상기 플라즈마 부하에 전달하는 제2 주파수 임피던스 정합 회로부를 포함하고,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부(181)는 T 형 정합회로를 포함하고,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합회로부는 표준 L형 정합회로 또는 Π형 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는:
    상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NLIN)에 연결된 제1 가변 축전기;
    일단은 상기 제1 가변 축전기에 연결되고 타단은 상기 제1 주파수 RF 전원의 전력을 출력하는 출력단(NLOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기; 및
    일단은 상기 제1 가변 축전기 및 상기 제2 가변 축전기의 연결단(N5)에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 0.1 내지 14 Mhz 중에서 하나이고, 상기 제2 주파수는 10 내지 200 MHz 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 T 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제1 주파수 출력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는:
    일단은 상기 T 형 정합회로의 출력단에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 부하에 연결된 고정 축전기; 및
    상기 고정 축전기와 병렬 연결된 인턱터를 포함하고,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는 LC 공진하여 상기 제2 주파수 성분을 저지시키는 대역 저지 필터(band stop filter)인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수에서 -1000 오옴 이하의 리액턴스(reactance)를 가지는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는 제2 인덕터를 더 포함하고,
    상기 제2 인턱터는 상기 연결단(N5)와 상기 제2 가변 축전기에 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 T 형 정합회로는 고정 축전기를 더 포함하고,
    상기 고정 축전기의 일단은 상기 출력단(NLOUT)에 연결되고, 타단은 접지되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 임피던스 정합회로부와 상기 제1 주파수 RF 전원부 사이에 배치되는 제1 주파수 입력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제1 주파수 입력 필터부는:
    상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단과 상기 T형 정합회로의 상기 입력단 사이에 배치된 인덕터;
    일단은 상기 제1 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되고 타단은 접지되는 제1 고정 축전기; 및
    일단은 상기 T형 정합회로의 상기 입력단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 고정 축전기를 포함하고,
    상기 제1 주파수 입력 필터부는 상기 제1 주파수 성분을 통과시키고, 상기 제2 주파수 성분 및 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 저주파 통과 필터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는:
    상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기; 및
    일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 제2 가변 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 임피던스 정합 회로부는 상기 표준 L 형 정합회로와 상기 플라즈마 부하 사이에 배치되는 제2 주파수 출력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 표준 L형 정합회로의 출력단과 상기 플라즈마 부하 사이에 배치된 고정 축전기를 포함하고,
    상기 제2 주파수 출력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키는 고주파 통과 필터(high pass filter)이고, 상기 제1 주파수에서의 상기 제2 주파수 출력 필터부의 임피던스의 절대값은 1000 오옴 이상인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 정합회로부는 상기 표준 L형 정합회로의 입력단와 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단 사이에 배치되는 제2 주파수 입력 필터부를 더 포함하고,
    상기 제2 주파수 입력 필터부는:
    일단은 상기 제2 주파수 RF 전원부의 출력단에 연결되는 제1 축전기;
    일단은 상기 제2 주파수 정합회로부의 입력단에 연결되고 타단은 상기 제1 축전기의 타단에 연결되는 제2 축전기; 및
    일단은 상기 제1 축전기 및 상기 제2 축전기의 연결단(N9)에 연결되고, 타단은 접지되는 인턱터를 포함하고,
    상기 제2 주파수 입력 필터부는 상기 제2 주파수 성분을 통과시키고 상기 제1 주파수 성분과 상기 제1 주파수 성분의 고조파 성분들을 저지하는 고주파 통과 필터인 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고,
    상기 인턱터는 상기 제2 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 상기 입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 표준 L형 정합회로는 인덕터를 더 포함하고,
    상기 인턱터는 상기 제1 가변 축전기와 직렬 연결되고, 상기 인턱터의 일단은 접지되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 60Mhz 이상이고,
    상기 Π형 정합회로는:
    상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 제공받는 입력단(NHIN)과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 축전기;
    일단은 상기 입력단(NHIN)에 연결되고 타단은 상기 제2 주파수 RF 전원의 전력을 전달하는 출력단(NHOUT)에 연결되는 인덕터; 및
    일단은 상기 인턱터의 타단에 연결되고 타단은 접지되는 제2 가변 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 장치.
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