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KR101938574B1 - A Digital Power Delivery Apparatus For Supplying High-Precision and High-speed Power to the Plasma Chamber - Google Patents

A Digital Power Delivery Apparatus For Supplying High-Precision and High-speed Power to the Plasma Chamber Download PDF

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Publication number
KR101938574B1
KR101938574B1 KR1020180099512A KR20180099512A KR101938574B1 KR 101938574 B1 KR101938574 B1 KR 101938574B1 KR 1020180099512 A KR1020180099512 A KR 1020180099512A KR 20180099512 A KR20180099512 A KR 20180099512A KR 101938574 B1 KR101938574 B1 KR 101938574B1
Authority
KR
South Korea
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power
impedance
digital
unit
capacitor
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Active
Application number
KR1020180099512A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이동헌
신성규
Original Assignee
주식회사 알에프피티
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183Matching circuits

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

The present invention relates to a digital power transfer apparatus for supplying electric power to a plasma chamber at high precision and high speed. According to the present invention, the digital power transfer apparatus connects a power generation unit with a digital power matching unit by a coaxial cable in order to supply power to a plasma chamber. The power generation unit comprises: a digital frequency generator performing control for generating an optical frequency by a power transfer algorithm of a DSP controller to generate a desired frequency signal; and a wide band power amplifier amplifying frequency signal power generated from the digital frequency generator. The digital power matching unit comprises: an input sensor detecting the phase and the level of the frequency signal power outputted from the wide band power amplifier; and an impedance matching unit converting impedance at high speed by a target frequency and a target digital impedance value calculated from the phase and the level of the frequency signal power, which are detected from the input sensor, by a high speed digital power control unit. Accordingly, the digital power transfer apparatus at high speed and high accuracy of the present invention can quickly transfer digital power precisely controlled based on impedance matching by a fixed capacitor on time at high speed, and also, can remove a mechanical element, thereby providing effects of securing product reliability and reducing after-sales service expenses through cost saving and life extension.

Description

플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치{A Digital Power Delivery Apparatus For Supplying High-Precision and High-speed Power to the Plasma Chamber}Technical Field [0001] The present invention relates to a digital power delivery apparatus for supplying high-precision and high-speed power to a plasma chamber,

본 발명은 플라즈마 챔버에 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시스템 요구 사항에 적합하게 미세하게 조절 제어 및 RF On-time을 정밀 제어할 수 있는 전력발생부와, 제어 속도의 한계를 극복할 수 있도록 고속의 디지털 전력정합부에서 고출력 스위치를 활용한 디지털 방식의 전자식 제어에 의하여 시스템 수명 연장 및 유지 보수비용을 절감할 수 있는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital power transfer apparatus for supplying power to a plasma chamber, and more particularly, to a power transfer apparatus for powering a plasma chamber, including a power generating unit capable of finely controlling control and RF on- In order to overcome the limit of control speed, high-speed digital power matching unit supplies high-precision and high-speed power to plasma chamber which can extend system life and reduce maintenance cost by digital electronic control using high output switch And more particularly to a digital power delivery device for use in a wireless communication system.

최근 스마트폰의 대중화와 사물인터넷 시대의 태동을 맞아 증가하는 메모리 수요와 용량을 대응하기 위해 3D 구조의 V-NAND 수요가 급증하고 있다. 하지만 다단으로 구성되는 V-NAND 특성상 복수의 다단으로 이루어질수록 막의 두께가 일정하지 않는 현상들이 나타나게 되었다. In recent years, demand for V-NAND in 3D structure has surged to meet increasing memory demand and capacity in response to popularization of smart phones and the emergence of the Internet of Things. However, due to the multi-stage V-NAND characteristics, the phenomenon that the thickness of the film is not constant becomes more as the plural stages are formed.

도 1은 3D 구조의 V-NAND 메모리 증착 공정에서 플라즈마 전력공급용으로 적용된 종래 기술에 따른 기계식 전력전달장치의 전체 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a conventional mechanical power transfer device applied for plasma power supply in a 3D structure V-NAND memory deposition process. FIG.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 기계식 전력전달장치는, 전력발생부(10)와 기계식 임피던스 매칭부(20)가 동축케이블(30)에 의하여 연결되어 플라즈마 챔버(40)에 전력이 전달된다.As shown in the figure, in the mechanical power transmission apparatus according to the related art, the power generation unit 10 and the mechanical impedance matching unit 20 are connected by the coaxial cable 30 to transmit electric power to the plasma chamber 40.

이때 상기 아날로그 타입의 전력발생부(10)의 경우에는 고주파 전력의 제어가 1W 단위의 스텝에 의해서만 제어가 가능하기 때문에 미세한 반도체 막의 두께를 제어하는데 한계가 있는 실정이며, 또한, RF On/Off 제어 신호의 불규칙적인 지연 효과로 인하여 정밀한 플라즈마 공정제어가 불가능한 실정이다.At this time, in the case of the analog type power generation unit 10, since the control of the high frequency power can be controlled only by the step of 1W unit, there is a limit in controlling the thickness of the fine semiconductor film. In addition, It is impossible to precisely control the plasma process due to the irregular delay effect of the signal.

또한, 상기와 같은 종래의 기계식 임피던스 매칭부(20)에서 기계적인 모터인 모터블럭(25)을 사용하여 진공 가변 캐패시터(24)를 조정하는 방식으로써 정합시간이 1초 이상 소요되어 공정시간이 수백msec인 ALD(Atomic Layer Deposition)등의 반도체 증착공정 등에는 적합하지 않을 뿐만 아니라, 진공 가변 캐패시터(24)가 지속적으로 가변되어 전력 정합을 이루어지도록 하기 위해서는 기계적인 수단인 모터나 기어 등 움직임 수단(Moving part)인 모터블럭(25)을 필수적으로 사용할 수밖에 없기 때문에 장비의 대형화로 인하여 고가이며, 전력전달시스템의 수명단축 및 A/S 등의 추가적인 비용이 발생되는 문제점이 있다.In addition, in the conventional mechanical impedance matching unit 20, the vacuum variable capacitor 24 is adjusted using the motor block 25, which is a mechanical motor. The matching time is 1 second or more, msec. In order to make the vacuum variable capacitor 24 constantly variable and to perform power matching, it is necessary to use a moving means such as a motor or a gear The motor block 25, which is a moving part, can be inevitably used. Therefore, it is expensive due to the large size of the equipment, shortening the service life of the power transmission system, and generating additional costs such as A / S.

따라서, 상기와 같이 반도체 웨이퍼 막의 두께에 직접적으로 영향을 주는 전력발생부의 고정밀의 전력 제어가 가능할 수 있도록 전력발생부로 생성되는 주파수 신호에 대한 출력 전력의 미세조정이 가능해야 하고, 종래의 기계식 임피던스 매칭부의 경우 기계적인 모터에 의한 임피던스 정합에 의해서는 제어 속도의 한계가 발생하기 때문에 고속으로 임피던스를 정합하여 출력 전력이 수백 ms단위 공정 사이클 이내에 고속 및 고정밀로 전력전달이 이루어질 수 있는 디지털 임피던스매칭부를 구비한 RF 전력전달장치의 개발 및 모터 및 진공 가변 캐패시터 등의 고가의 부품의 사용으로 인한 비용을 절감하기 위하여 보다 저렴한 디지털 소자 부품의 대체로 인한 비용절감 및 수명 연장을 통한 신뢰성을 확보할 수 있는 보다 현실적이고도 적용이 가능한 RF 전력전달장치에 대한 기술개발이 절실한 실정이다.Therefore, it is necessary to be able to fine-tune the output power with respect to the frequency signal generated by the power generating unit so as to enable high-precision power control of the power generating unit, which directly affects the thickness of the semiconductor wafer film, In the negative case, since the control speed is limited by the impedance matching by the mechanical motor, a digital impedance matching unit matching the impedance at a high speed and outputting power at high speed and high precision within a cycle of output of several hundreds ms is provided In order to reduce the cost due to the development of an RF power transmission device and the use of expensive parts such as motors and vacuum variable capacitors, a more realistic Available and applicable Technology development for RF power transmission devices is urgently needed.

미국공개특허공보 US 5,936,481 A(1999. 08. 10) Fig. 2, 3U.S. Patent No. 5,936,481 A (Aug. 10, 1999) Fig. 2, 3 한국공개특허공보 10-2000-0016599호(2000. 03. 25)Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2000-0016599 (Mar. 25, 2000) 한국등록특허공보 10-1116587호(2012, 02. 08)Korean Registered Patent No. 10-1116587 (2012, 02. 08)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 정밀한 플라즈마 공정 제어가 가능할 수 있도록 수백 ms단위 공정 사이클 이내에 고정밀 및 고속의 전력 및 디지탈 제어에 의한 일정한 레벨의 정밀한 전력량을 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 디지탈 전력전달장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method, which are capable of accurately and rapidly controlling power within a process cycle of several hundreds ms, To a digital power transmission device.

본 발명은 종래의 기계적인 제어방식으로 인하여 전력을 전달하는 제어 속도의 한계를 극복하기 위하여 고속 및 다이렉트로 정밀하게 전력이 제어되는 전력발생부와 고속의 디지털 전력정합부를 구비하는 디지탈 전력전달장치를 제공하는데 있다.The present invention relates to a digital power transmission apparatus having a power generation unit and a high-speed digital power matching unit, which are controlled in high speed and direct and precise power, in order to overcome the limit of the control speed for transferring power due to the conventional mechanical control scheme .

본 발명은 종래의 기계적인 전력전달장치의 주파수발생부에 비하여 RF 전력의 정밀제어 및 RF On-time의 정밀제어가 가능하고 고속의 임피던스 정합이 이루어짐으로써 초정밀 반도체 공정에 적합한 전력발생부의 전력스위칭부 및 이를 구비한 디지탈 전력전달장치를 제공함을 목적으로 한다. The present invention can precisely control RF power and precision control of RF on-time as compared with a frequency generator of a conventional mechanical power transmission apparatus, and realize high-speed impedance matching, And a digital power transmission device having the same.

또한, 본 발명은 종래의 기계적인 전력전달장치의 경우, 진공 가변 캐패시터의 가변에 기인된 전력정합이 이루어지도록 모터나 기어 등 기계적인 요소가 불가피하게 사용되어 제품의 수명 단축 및 A/S에 대한 추가 비용이 발생되는 반면, 본 발명에 따른 고속 및 초정밀의 디지탈 전력전달장치는, 종래기술의 고가의 진공 가변 캐패시터 대신에 고정형 캐패시터에 의한 고속의 디지털 임피던스 정합에 의하여 정밀 제어된 디지털 전력이 On-time에 고속으로 빠르게 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 기계적인 요소를 제거함으로써 비용절감과 수명 연장을 통한 제품 신뢰성 확보 및 A/S 비용 절감이 가능한 디지탈 전력전달장치를 제공함을 목적으로 한다.Further, in the case of a conventional mechanical power transmission device, mechanical elements such as a motor and a gear are inevitably used so that power matching due to the variable of the variable capacity capacitor is performed, On the other hand, the high-speed and ultra-precise digital power transmission apparatus according to the present invention can provide high-precision digital impedance matching by high-speed digital impedance matching by fixed capacitors instead of expensive vacuum variable capacitors according to the present invention, time to high speed, and it is also aimed to provide a digital power delivery device which can reduce the cost of A / S by securing product reliability by reducing cost and lifetime by removing mechanical element.

본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치는, 플라즈마 챔버에 전력을 공급하기 위하여 전력발생부와 디지털 전력정합부가 동축케이블에 의하여 연결되는 디지탈 전력전달장치에 있어서, A digital power transfer apparatus for supplying high-precision and high-speed power to a plasma chamber according to an embodiment of the present invention includes a power generating unit and a digital power matching unit for supplying power to a plasma chamber, In the apparatus,

상기 전력발생부는, DSP제어기의 전력전달 알고리즘에 의하여 최적의 주파수가 생성되도록 제어하여 원하는 주파수 신호가 생성되는 디지털 주파수생성기와, 상기 디지털 주파수생성기에서 생성되는 주파수 신호 전력을 증폭하는 광대역 전력증폭기를 포함하며, The power generation unit includes a digital frequency generator for generating a desired frequency signal by controlling an optimal frequency to be generated by a power transfer algorithm of the DSP controller and a broadband power amplifier for amplifying a frequency signal power generated by the digital frequency generator In addition,

상기 디지털 전력정합부는, 상기 광대역 전력증폭기로부터 출력되는 주파수 신호 전력의 위상 및 크기를 검출하는 입력센서와, 상기 입력센서로부터 검출되는 주파수 신호 전력의 위상 및 크기로부터 고속의 디지털 전력제어부에 의하여 산출된 목표주파수와 목표 디지털 임피던스 값에 의하여 고속으로 임피던스를 변환하는 임피던스정합부, 및 출력센서를 포함할 수 있다.The digital power matching unit comprises an input sensor for detecting a phase and a magnitude of a frequency signal power output from the broadband power amplifier, and a phase and magnitude calculating unit for calculating a phase and a magnitude of the frequency signal power, An impedance matching section for converting the impedance at high speed by the target frequency and the target digital impedance value, and an output sensor.

또한, 상기 전력발생부는, 상기 광대역 전력증폭기에 의하여 상기 디지털 주파수생성기로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭하기 이전에 상기 디지털 주파수생성기에서 생성되는 주파수 신호를 상기 DSP제어기로부터 미세하게 전력을 제어하기 위하여 RF 스위치와, 쌍으로 형성되는 RF 감쇠기, 및 RF 스위치가 직렬로 형성되어 스위칭하는 전력스위칭부를 더 포함할 수 있다. Also, the power generator may further include a power amplifier for finely controlling power from the DSP controller to a frequency signal generated by the digital frequency generator before amplifying the power of the frequency signal generated from the digital frequency generator by the broadband power amplifier An RF attenuator, a pair of RF attenuators, and a power switching unit that switches and forms an RF switch in series.

또한, 상기 전력발생부는, 상기 광대역 전력증폭기에 의하여 상기 디지털 주파수생성기로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭한 이후에 RF 전송선로 상에 흐르는 증폭된 주파수 신호 전력의 전압과 전류를 각각 검출하는 전압검출기 및 전류검출기와, 상기 전압검출기 및 전류검출기로부터 출력되는 전압 및 전류를 각각 스위칭 제어하기 위하여 RF 스위치와, 쌍으로 형성되는 RF 감쇠기 및 RF 스위치가 직렬로 연결되는 스위칭부로 형성되는 전력검출부를 더 포함할 수 있다. The power generation unit may include a voltage detector for amplifying the power of the frequency signal generated from the digital frequency generator by the broadband power amplifier and then detecting the voltage and current of the amplified frequency signal power flowing on the RF transmission line, And an electric current detector, and an electric power detector formed by a RF switch and an RF attenuator and a switching unit in which a pair of RF switches and an RF switch are connected in series to switch and control the voltage and current output from the voltage detector and the current detector, respectively can do.

또한, 상기 전력발생부는, 기 설정된 RF On-time 값에 따라 상기 전력검출부로 검출되는 주파수 신호 전력의 신호 지연이 발생되지 않도록 DSP처리기에 의하여 일정한 RF On-time으로 출력되도록 정밀하게 제어할 수 있다.Also, the power generator may precisely control the RF processor so that a signal delay of the frequency signal power detected by the power detector may not be generated according to a predetermined RF On-time value, so that the signal processor outputs the RF signal at a predetermined RF On-time .

상기 디지털 전력정합부의 상기 임피던스정합부는, 상기 입력센서에서 검출되는 주파수 신호 전력의 임피던스를 고속으로 스위칭 제어하기 위하여 상기 입력센서와 연결되는 RF 전송선로에 병렬로 연결되어 형성되는 임피던스조절부와, 상기 입력센서에는 직렬로 연결되고 상기 임피던스조절부에 병렬로 연결되어 임피던스를 정합하는 고정 임피던스정합부를 구비한다.The impedance matching unit of the digital power matching unit includes an impedance adjusting unit connected in parallel to an RF transmission line connected to the input sensor for switching and controlling the impedance of the frequency signal power detected by the input sensor at a high speed, And a fixed impedance matching part connected in series to the input sensor and connected in parallel to the impedance adjusting part to match the impedances.

상기 디지털 전력정합부의 상기 디지털 전력제어부는, 상기 입력센서와 출력센서로부터 검출되는 신호 전력의 전압 및 전류에 대한 크기 및 위상값으로부터 정합시키고자 하는 목표 임피던스값을 고속으로 산출하여 임피던스정합부에 구비되는 고출력 스위치부의 고속 스위칭 제어에 의하여 임피던스가 매칭되어 플라즈마 챔버로 최대 전력이 전달되는 것을 특징으로 한다.The digital power control unit of the digital power matching unit calculates a target impedance value to be matched from the magnitude and phase value of the voltage and current of the signal power detected from the input sensor and the output sensor at a high speed and supplies the calculated target impedance value to the impedance matching unit And the maximum power is transferred to the plasma chamber by matching the impedance by the high-speed switching control of the high-output switch unit.

상기 디지탈 전력제어부가 입력센서로부터 검출되는 신호의 전류 및 전압값에 기초하여 임피던스조절부의 4-bit 캐패시터의 값을 산출하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스의 실수부 임피던스와 입력센서로부터 검출되는 입력임피던스의 실수부 임피던스가 동일한 값을 갖도록 하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스 및 입력센서의 입력임피던스 각각에 대한 허수부 임피던스에 대해서는 상호 공액복소수의 값을 갖도록 상기 주파수생성기에서 발생되는 신호의 주파수를 산출하여 불필요한 임피던스 영역을 거치지 않고서도 상기 플라즈마 챔버의 부하임피던스와 고속으로 직접 임피던스 정합되는 되는 것을 특징으로 한다.Wherein the digital power controller calculates a value of a 4-bit capacitor of the impedance adjusting unit based on a current and a voltage value of a signal detected from the input sensor, and calculates a value of a 4-bit capacitor of the impedance adjusting unit based on the real part impedance of the load impedance of the plasma chamber, The frequency of the signal generated in the frequency generator is calculated so that the real part impedance has the same value and the imaginary part impedance with respect to the load impedance of the plasma chamber and the input impedance of the input sensor respectively have mutually conjugate complex numbers, And is directly impedance-matched to the load impedance of the plasma chamber at a high speed without passing through the region.

상기 임피던스조절부는, 상기 입력센서로 검출되는 주파수 신호 전력의 임피던스를 고속으로 스위칭 제어하기 위하여 RF 전송선로에 병렬로 연결되는 복수의 고정 RF 캐패시터와, 상기 복수의 고정 RF 캐패시터에 직렬로 연결되는 다수의 고출력 스위치부와, 상기 고출력 스위치부를 ON/OFF 스위칭 제어하는 스위칭 드라이버, 및 상기 스위칭 드라이버를 통하여 상기 고출력 스위치부에 고전압과 음전원을 인가하는 스위칭 전원부를 구비할 수 있다.Wherein the impedance controller comprises: a plurality of fixed RF capacitors connected in parallel to an RF transmission line for controlling the impedance of the frequency signal power detected by the input sensor at a high speed; and a plurality of fixed RF capacitors connected in series to the plurality of fixed RF capacitors A switching driver for ON / OFF switching control of the high output switch unit, and a switching power supply unit for applying a high voltage and a negative power to the high output switch unit through the switching driver.

상기 고정 임피던스정합부는, 상기 입력센서에 연결되는 RF 전송선로에 병렬로 연결되는 고정형 로드 캐패시터와, 상기 RF 전송선로에 직렬로 연결되고 상기 고정형 로드 캐패시터에 병렬로 연결되는 고정형 인덕터와, 상기 고정형 인덕터에 직렬로 연결되는 고정형 캐패시터를 포함할 수 있다.The fixed impedance matching unit includes a fixed load capacitor connected in parallel to an RF transmission line connected to the input sensor, a fixed inductor connected in series to the RF transmission line and connected in parallel to the fixed load capacitor, And a fixed capacitor connected in series with the capacitor.

상기 임피던스조절부의 고출력 스위치부는, 상기 고정형 RF 캐패시터에 고출력 핀 다이오드와 DC 리턴 통과용 인덕터가 상호 병렬로 연결되고, 상기 고출력 핀 다이오드에는 DC 전원공급용 RF 초크인덕터와 DC 전원공급용 RF 단락 캐패시터가 직렬로 연결되며 이에 DC 차단 및 RF 단락 캐패시터가 상호 병렬로 연결되어 형성되며, 상기 스위칭 드라이버가 상기 DC 전원공급용 RF 초크인덕터와 DC 전원공급용 RF 단락 캐패시터 사이에 연결되어 임피던스를 고속으로 미세하게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다.The high output switch unit of the impedance control unit includes a high output pin diode and a DC return enable inductor connected in parallel to the fixed RF capacitor, and the high output pin diode includes an RF choke inductor for DC power supply and an RF short capacitor for DC power supply And the switching driver is connected between the RF choke inductor for DC power supply and the RF shorting capacitor for DC power supply so that the impedance can be finely and precisely And performs switching control.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 정밀한 플라즈마 공정 제어가 가능할 수 있도록 수백 ms단위 공정 사이클 이내에 고정밀 및 고속의 전력 및 디지탈 제어에 의한 일정한 레벨의 정밀한 전력량을 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 디지탈 전력전달장치를 제공하는 효과가 있다,As described above, the present invention provides a digital power transmission device for transmitting precise and high-speed power within a process cycle of hundreds of milliseconds, and a precise amount of power of a certain level by digital control to a plasma chamber so that a precise plasma process control can be performed. There is an effect of providing,

본 발명은 종래의 기계적인 제어방식으로 인하여 전력을 전달하는 제어 속도의 한계를 극복하기 위하여 고속 및 다이렉트로 정밀하게 전력발생부와 고속의 디지털 전력정합부를 구비하는 고정밀 및 고속의 디지탈 전력전달장치를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a high-precision and high-speed digital power transmission apparatus having a power generating unit and a high-speed digital power matching unit at high speed and direct and precise in order to overcome the limit of the control speed for transferring power due to the conventional mechanical control scheme There is an effect to provide.

본 발명은 종래의 기계적인 전력전달장치의 주파수 발생부에 비하여 RF 전력의 정밀제어 및 RF On-time의 정밀제어가 가능하고 고속의 임피던스 정합이 이루어짐으로써 초정밀 반도체 공정에 적합한 전력발생부 및 이를 구비한 디지탈 전력전달장치를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a power generating unit suitable for a highly precise semiconductor process by precisely controlling RF power and precision control of RF on-time as compared with a frequency generating unit of a conventional mechanical power transmitting apparatus and performing high-speed impedance matching. There is an effect of providing a digital power transmission device.

또한, 본 발명은 종래의 기계적인 전력전달장치의 경우, 진공 가변 캐패시터의 가변에 기인된 전력정합이 이루어지도록 모터나 기어 등 기계적인 요소가 불가피하게 사용되어 제품의 수명 단축 및 A/S에 대한 추가 비용이 발생되는 반면, 본 발명에 따른 고속 및 초정밀의 전력전달장치는, 종래기술의 고가의 진공 가변 캐패시터 대신에 고정형 캐패시터에 의한 디지털 임피던스 정합에 의하여 정밀 제어된 디지털 전력이 On-time에 고속으로 빠르게 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 기계적인 요소를 제거함으로써 비용절감과 수명 연장을 통한 제품 신뢰성 확보 및 A/S 비용 절감이 가능한 효과가 있다.Further, in the case of a conventional mechanical power transmission device, mechanical elements such as a motor and a gear are inevitably used so that power matching due to the variable of the variable capacity capacitor is performed, On the other hand, the high-speed and ultra-high-precision power transmission device according to the present invention generates a high-speed, high-precision, high-speed, , It is possible to reduce the cost of A / S by securing the product reliability by reducing the cost and extending the lifetime by eliminating the mechanical element.

도 1은 종래기술에 따른 기계적인 전력전달장치도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치의 전체 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치에서 전력발생부의 전력스위칭부 및 전력검출부에 대한 상세도이다.
도 4는 공정편차를 줄이기 위하여 RF On-time 값을 일정하게 제어하는 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 RF On-time 값을 일정하게 제어하는 동작 과정을 종래기술과 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고속 디지탈 임피던스 정합 제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 임피던스조절부의 n-bit 캐패시터값에 따라 디지털전력정합부의 출력임피던스가 주파수별로 변화되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 입력센서의 검출된 출력값에 따라 임피던스 정합을 위한 주파수 및 디지털 캐패시터값을 가변하기 위한 임피던스 정합 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치에서 디지탈 전력정합부의 임피던스조절부에 대한 상세도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고속의 임피던스정합부의 고출력 스위치부에 대한 상세회로도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고속의 임피던스정합부의 고정 임피던스정합부에 대한 상세회로도이다.
1 is a mechanical power transmission apparatus according to the prior art.
2 is an overall block diagram of a digital power delivery apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed view of a power switching unit and a power detecting unit of a power generating unit in a digital power transmitting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining an operation procedure for constantly controlling the RF On-time value in order to reduce the process variation.
FIG. 5 is a diagram for comparing an operation procedure for constantly controlling the RF On-time value according to FIG. 4 with a conventional technique.
6 is a diagram for explaining a high-speed digital impedance matching control process according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a process in which the output impedance of the digital power matching unit is changed for each frequency according to the n-bit capacitor value of the impedance adjusting unit.
8 is a view showing an impedance matching algorithm for varying the frequency and the digital capacitor value for impedance matching according to the detected output value of the input sensor.
9 is a detailed view of an impedance control unit of a digital power matching unit in a digital power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a detailed circuit diagram of a high-output switch unit of a high-speed impedance matching unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a detailed circuit diagram of a fixed impedance matching unit of a high-speed impedance matching unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.

"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.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

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.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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.In each step, the identification code (e.g., a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

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.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치의 전체 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치에서 전력발생부의 전력스위칭부 및 전력검출부에 대한 상세도이다.FIG. 2 is an overall block diagram of a digital power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a detailed view of a power switching unit and a power detection unit of a power generation unit in a digital power delivery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치는, 플라즈마 챔버(400)에 고속 및 고정밀의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치로서, 본 발명에 따른 디지탈 전력전달장치는, 전력발생부(100)와 디지털 전력정합부(200)가 동축선로(300)에 연결되어 플라즈마 챔버(400)에 고정밀 및 고속의 전력을 전달한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치는, 전력제어서버(500)를 구비하여 상기 전력발생부(100) 및 디지탈 전력정합부(200)에서 검출되어 측정되는 신호 전력을 모니터링하며, 원하는 On-time 및 주파수 및 전력의 세기를 설정할 수 있도록 한다.As shown in the figure, a digital power transfer device according to an embodiment of the present invention is a digital power transfer device for supplying high-speed and high-precision power to a plasma chamber 400, The power generation unit 100 and the digital power matching unit 200 are connected to the coaxial line 300 to transmit the high-precision and high-speed power to the plasma chamber 400. The digital power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power control server 500 to monitor the signal power detected and measured by the power generation unit 100 and the digital power matching unit 200, The desired on-time and frequency and power intensity can be set.

상기 전력발생부(100)는, 디지탈 신호처리 제어 알고리즘에 의하여 종래 기계적인 전력전달장치의 전력발생기(10)의 경우 단일 고정 주파수에서 1W 단위 스텝의 전력을 제어 방식인 반면에, 본 발명에 따르면 종래 기술의 한계를 극복하여 초정밀하게 0.1W 단위로 미세하게 제어된 전력이 주파수 대역에 무관하게 발생되도록 한다.The power generation unit 100 is a control method of a power generator 10 of a conventional mechanical power transmission apparatus by a digital signal processing control algorithm in a power of 1W unit step at a single fixed frequency, The present invention overcomes the limitations of the prior art and allows ultra fine power control finely controlled in 0.1 W increments regardless of the frequency band.

상기 디지털 전력정합부(200)는, 플라즈마 챔버(400)와 전력발생부(100) 간에 최적의 전력이 고속으로 전달될 수 있도록 주파수 및 임피던스조절부를 제어하여 플라즈마 챔버(400)의 임피던스와 전력발생부(100)에서 출력되는 전력의 임피던스를 최적으로 임피던스를 정합한다.The digital power matching unit 200 controls the frequency and impedance adjusting unit so that optimum power can be transmitted at a high speed between the plasma chamber 400 and the power generating unit 100 to adjust the impedance of the plasma chamber 400, And the impedance of the power output from the antenna unit 100 is matched to the impedance.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 전력발생부(100)에 대한 세부 구성 및 동작원리에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the detailed configuration and operation principle of the power generation unit 100 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전력발생기(100)는, 주파수 신호가 생성되는 디지탈 주파수생성기(120)와, 상기 디지털 주파수생성기(120)에서 생성되는 주파수 신호를 스위칭하는 전력스위칭부(130)와, 상기 전력스위칭부(130)에 의하여 정밀하게 스위칭 제어된 전력을 광대역으로 증폭하는 광대역 전력증폭기(140)와, 상기 광대역 전력증폭기(140)에서 증폭된 신호의 전력을 검출하는 전력검출기(150), 및 상기 전력 발생기(100)로부터 최적의 초정밀한 전력이 발생되도록 상기 디지탈 주파수생성기(120)와 전력스위칭부(130)와 상기 광대역 전력증폭기(140) 및 전력검출기(150)를 전반적으로 디지탈 신호 처리에 의하여 제어하는 DSP제어기(110)를 포함하여 이루어진다.2, the power generator 100 includes a digital frequency generator 120 generating a frequency signal, a power switching unit 130 switching a frequency signal generated by the digital frequency generator 120, A broadband power amplifier 140 for amplifying the power accurately controlled and controlled by the power switching unit 130 to a wide band and a power detector 150 for detecting the power of the amplified signal from the broadband power amplifier 140 The power switching unit 130, the broadband power amplifier 140, and the power detector 150 so as to generate optimum ultra-fine power from the power generator 100, And a DSP controller 110 for controlling by signal processing.

상기 DSP제어기(110)는, 상기 전력검출기(150)부터 피드백되는 전력신호에 기초한 전력전달 알고리즘에 의하여 상기 디지탈 주파수생성기(120)에서 최적의 RF 주파수 신호가 생성되도록 제어한다.The DSP controller 110 controls the digital frequency generator 120 to generate an optimal RF frequency signal according to a power transfer algorithm based on a power signal fed back from the power detector 150.

즉, 본 발명에 따르면, 상기 디지탈 주파수생성기(120)는, 전력검출부(150)로부터 검출되는 피드백 되는 신호에 기초하여 상기 DSP제어기(110)의 전력전달 알고리즘 제어에 의하여 저주파대역인 LF대역을 비롯하여 13,56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz 및 60MHz 대역의 주파수 신호 전력을 생성한다.That is, according to the present invention, the digital frequency generator 120 controls the power control of the DSP controller 110 based on the feedback signal detected from the power detector 150, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz and 60 MHz.

또한, 상기 DSP제어기(110)는, 상기 전력검출기(150) 및 디지탈 임피던스정합기(200)의 입력센서(220)이나 출력센서(260)로부터 검출되어 피드백되는 전력신호와, 전력제어서버(500)에서 원하는 출력이 인가되는 On-time을 판단하는 출력 On-time 프로그램에 의하여 상기 디지탈 주파수생성기(120)에서 생성되는 신호 전력을 정밀하게 일정한 시간 단위로 출력되도록 전력스위칭부(130)의 on-time을 제어한다. The DSP controller 110 may further include a power signal detected and fed back from the power detector 150 and the input sensor 220 or the output sensor 260 of the digital impedance matcher 200, The on-time program for determining the on-time to which the desired output is applied in the on-time of the power switching unit 130 so that the signal power generated by the digital frequency generator 120 is accurately output on a constant time basis, time.

아울러, 상기 DSP제어기(110)는, 상기 전력제어서버(500)에서 원하는 전력 레벨로 출력되도록 하는 요청 신호에 따라 상기 디지탈 주파수생성기(120)에서 생성되는 신호 전력을 초정밀하게 0.1W 단위로 출력될 수 있도록 상기 전력스위칭부(130)와 전력검출부(150)의 출력레벨을 제어한다.In addition, the DSP controller 110 outputs the signal power generated by the digital frequency generator 120 in units of 0.1 W according to a request signal to be output at a desired power level in the power control server 500 And controls the power level of the power switching unit 130 and the power detection unit 150 so that the power switching unit 130 and the power detection unit 150 are operated.

따라서, 상기와 같이 DSP제어기(110)는, 디지탈 주파수생성기(120)와 전력스위칭부(130) 및 전력검출부(150)를 각각 제어함으로써 상기 전력제어서버(500)의 요구조건인 on-time 시간제어 및 출력레벨을 동시에 제어할 수 있다. Therefore, the DSP controller 110 controls the digital frequency generator 120, the power switching unit 130, and the power detection unit 150, thereby controlling the on-time time, which is the requirement of the power control server 500, The control and output levels can be controlled simultaneously.

또한, 상기 전력스위칭부(130)는, 상기 광대역 전력증폭기(140)에 의하여 상기 디지털 주파수생성기(120)로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭하기 이전에 상기 디지털 주파수생성기(120)에서 생성되는 주파수 신호를 상기 DSP제어기(110)에 의한 미세하게 제어되는 전력을 출력하기 위하여 RF 스위치(131)와, 쌍으로 형성되는 RF 감쇠기(132), 및 RF 스위치(131)가 직렬로 형성되어 미세하게 전력이 스위칭된다.The power switching unit 130 may be configured to switch the frequency generated by the digital frequency generator 120 before amplifying the power of the frequency signal generated by the digital frequency generator 120 by the wideband power amplifier 140. [ An RF switch 131, a pair of an RF attenuator 132, and an RF switch 131 are formed in series to output a signal to the DSP controller 110 in order to output finely controlled power, / RTI >

따라서, 상기 DSP제어기(110)는, 상기 전력스위칭부(130)에 구비되는 RF 스위치(131)와 RF 감쇠기(132)를 각각 제어하여 0.1W 단위로 초정밀의 미세한 전력이 출력되도록 제어한다.Therefore, the DSP controller 110 controls the RF switch 131 and the RF attenuator 132 provided in the power switching unit 130, respectively, to control the ultra-fine power to be output in 0.1 W units.

상기 광대역 전력증폭기(140)는, 상기 전력스위칭부(130)로부터 초정밀하게 제어되어 출력되는 신호의 전력을 상기 디지탈 전력제어부(110)의 전력전달 알고리즘에 의하여 고출력의 신호로 증폭한다.The broadband power amplifier 140 amplifies the power of a signal that is precisely controlled and output from the power switching unit 130 to a high output signal by a power transfer algorithm of the digital power controller 110.

여기서, 상기 광대역 전력증폭기(140)에 전력검출부(150)가 연결되어 미세한 전력을 검출한 후 DSP제어기(110)로 피드백되도록 한다.Here, the power detector 150 is connected to the broadband power amplifier 140 to detect minute power and then feed back to the DSP controller 110.

이때, 상기 DSP제어기(110)는 상기 전력검출부(150)로부터 피드백되는 미세 전력에 기초하여 상기 디지탈 주파수생성기(120)에 직접 전달하여 원하는 주파수 신호가 생성되도록 하며, 또한, 상기 DSP제어기(110)는 상기 전력검출부(150)로부터 피드백되는 미세 전력에 기초하여 상기 전력스위칭부(130)를 초정밀하게 제어하여 0.1W 단위의 스텝으로 전력이 출력되도록 제어한다.At this time, the DSP controller 110 directly transmits a desired frequency signal to the digital frequency generator 120 based on the fine power fed back from the power detector 150, Controls the power switching unit 130 in a precise manner based on the fine power fed back from the power detector 150 and controls the power to be output in steps of 0.1 W units.

상기 전력검출부(150)는, 상기 광대역 전력증폭기(140)에 의하여 상기 디지털 주파수생성기(120)로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭한 이후에 RF 전송선로(151) 상에 흐르는 증폭된 주파수 신호 전력의 전압과 전류를 각각 검출하는 전압검출기(152) 및 전류검출기(153)와, 상기 전압검출기 및 전류검출기로부터 출력되는 전압 및 전류를 각각 스위칭 제어하는 스위칭부(154)를 구비한다.The power detector 150 amplifies the power of a frequency signal generated from the digital frequency generator 120 by the wideband power amplifier 140 and then amplifies the amplified frequency signal power flowing on the RF transmission line 151 A voltage detector 152 and a current detector 153 for detecting the voltage and current of the voltage detector and the current detector, respectively; and a switching unit 154 for controlling the voltage and current output from the voltage detector and the current detector, respectively.

상기 전력검출부(15)의 스위칭부(154)는, RF 스위치(155)와, 쌍으로 형성되는 RF 감쇠기(156) 및 RF 스위치(155)가 직렬로 연결되어 상기 전압검출기(152) 및 전류검출기(153)에 각각 직렬로 연결되어, 전압검출기(152) 및 전류검출기(153)에서 출력되는 전압 및 전류를 각각 스위칭하여 출력되도록 한다.The switching unit 154 of the power detector 15 includes an RF switch 155 and a pair of RF attenuator 156 and RF switch 155 connected in series to connect the voltage detector 152 and the current detector 155. [ Respectively, so that the voltage and current output from the voltage detector 152 and the current detector 153 are respectively switched and output.

여기서, 상기 전력스위칭부(130)와 상기 전력검출부(150)에 구비되는 RF 스위치(131, 155) 및 RF 감쇠기(132, 156)는 제어를 원하는 전력 레벨에 단위에 따라 다단으로 구성될 수도 있다.The RF switches 131 and 155 and the RF attenuators 132 and 156 provided in the power switching unit 130 and the power detecting unit 150 may be configured in multiple stages according to the power level desired to be controlled .

도 4는 공정편차를 줄이기 위하여 RF On-time 값을 일정하게 제어하는 동작 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 따른 RF On-time 값을 일정하게 제어하는 동작 과정을 종래기술과 비교하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining an operation process of constantly controlling an RF On-time value in order to reduce a process variation. FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation procedure for constantly controlling the RF On- Fig.

본 발명의 일시예에 따른 고정밀 및 고속의 디지탈 전력전달장치는, 상기 플라즈마 챔버(400)에 적합한 최적의 전력을 전달하기 위하여, 상기 전력전달서버(500)에서 원하는 주파수 대역과 일정한 RF On-time을 설정하여 제어할 수 있다.The high-precision and high-speed digital power transmission apparatus according to the present invention may be configured such that the power transmission server 500 transmits a desired frequency band and a constant RF On-time Can be set and controlled.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전력전달서버(500)에서 상기 플라즈마 챔버(400)에 적합한 원하는 RF On-time을 설정하면, 상기 전력발생부(100)의 DSP제어기(110)는, 상기 전력발생부(100)의 상기 전력검출부(150)로부터 검출되는 피드백되는 신호 전력의 전압 및 전류값과 상기 전력전달서버(500)에서 설정되는 RF On-time에 기초한 일정한 RF ON-time이 되도록 상기 디지탈 주파수생성기(120), 상기 전력스위칭부(130)를 각각 정밀하게 제어함으로써 상기 플라즈마 챔버(400)에서 공정 편차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.4, the DSP controller 110 of the power generating unit 100 determines whether the power of the power source 500 is higher than the power of the plasma chamber 400, Time of the feedback signal power detected by the power detector 150 of the generator 100 and a constant RF ON-time based on the RF On-time set by the power delivery server 500, The frequency generator 120 and the power switching unit 130 can be precisely controlled to prevent a process deviation in the plasma chamber 400 from being generated.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 1에서와 같은 종래기술에 따르면 목표공정시간에 비하여 기계적인 모터블럭, 장비간의 인터페이스 및 시간지연이 발생되어 RF 전력의 출력 지연에 따른 RF On-time의 시간 편차가 발생되어 플라즈마 공정상의 시간편차가 발생되어 미세한 반도체 증착공정시 반도체 증착막의 두께 등 공정편차가 불가피하게 빈번하게 발생될 수 있다.As shown in FIG. 5, according to the prior art as shown in FIG. 1, a mechanical motor block, an interface between equipment and a time delay are generated as compared with a target process time, and a time deviation of RF on- And a time deviation in the plasma process is generated, so that a process variation such as a thickness of the semiconductor deposition film inevitably occurs frequently in a fine semiconductor deposition process.

반면에, 본 발명에 따른 고정밀 및 고속의 디지탈 전력전달장치는, 상기 전력전달서버(500)에서 설정되는 RF On-time과 상기 전력검출부(150)로부터 검출되는 피드백되는 신호 전력의 전압 및 전류값의 결과에 기초하여 DSP제어기(110)의 RF On-time 프로그램 제어에 의하여 RF On-time을 일정하게 제어할 수 있기 때문에 만약 목표공정시간이 1000ms라고 가정하면, 출력되는 RF 신호 전력이 일정한 RF On-time으로 동작되어 목표공정시간이 1000ms에 정확하게 RF OFF-time이 일치되도록 제어함으로써 시간 편차의 발생을 방지할 수 있다.On the other hand, the high-precision and high-speed digital power transmission apparatus according to the present invention is characterized in that the RF power of the power supply server 500 and the voltage and current values of the feedback signal power detected from the power detector 150 Time control of the DSP controller 110 based on the result of the RF on-time program control, if the target process time is 1000 ms, -time, so that the target process time is controlled so that the RF OFF-time coincides exactly with 1000 ms, thereby preventing the occurrence of time deviations.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고속의 디지탈 임피던스 정합제어 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 임피던스조절부의 n-bit 캐패시터값에 따라 디지털전력정합부의 출력임피던스가 주파수별로 변화되는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 입력센서의 검출된 출력값에 따라 임피던스 정합을 위한 주파수 및 디지털 캐패시터값을 가변하기 위한 임피던스 정합 알고리즘을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 디지탈 전력전달장치에서 디지탈 전력정합부의 임피던스정합부에 대한 상세도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 임피던스정합부의 고출력 스위치부에 대한 상세회로도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 임피던스정합부의 고정 임피던스정합부에 대한 상세회로도이다.FIG. 6 is a diagram for explaining a high-speed digital impedance matching control process according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates a process in which the output impedance of the digital power matching unit is varied for each frequency according to the n-bit capacitor value of the impedance adjusting unit. 8 is a diagram illustrating an impedance matching algorithm for varying a frequency and a digital capacitor value for impedance matching according to a detected output value of an input sensor, and FIG. 9 is a diagram illustrating an impedance matching algorithm for digital power 10 is a detailed circuit diagram of a high-power switch unit of an impedance matching unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration of an impedance matching unit according to an embodiment of the present invention. And FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the negative fixed impedance matching portion.

본 발명에 따른 디지탈 전력전달장치의 디지털 전력정합부(200)는, 상기 전력발생부(100)의 광대역 전력증폭기로부터 증폭되고 출력되어 동축케이블(130)을 통과하여 전달되는 주파수 신호 전력의 위상 및 크기를 검출하는 입력센서(220)와, 상기 입력센서(220)로부터 검출되는 주파수 신호 전력의 위상과 크기 및 출력센서(260)로부터 검출되는 임피던스가 정합되어 플라즈마 챔버(400)로 전달되는 전력의 위상 및 크기를 입력받아 디지털 전력제어부(210)에 의하여 산출되는 목표주파수와 목표 디지털 임피던스 값에 의하여 산출하여 고속으로 임피던스를 변환하는 임피던스정합부(230), 및 출력센서(260)를 포함할 수 있다. The digital power matching unit 200 of the digital power transmission apparatus according to the present invention may be configured such that the phase of the frequency signal power amplified and outputted from the broadband power amplifier of the power generation unit 100 and transmitted through the coaxial cable 130, The phase and magnitude of the frequency signal power detected from the input sensor 220 and the impedance detected from the output sensor 260 are matched and the power transmitted to the plasma chamber 400 An impedance matching unit 230 for receiving a phase and a magnitude and calculating a target frequency and a target digital impedance value calculated by the digital power control unit 210 and converting the impedance at a high speed and an output sensor 260 have.

따라서, 본 발명에 따르면, 디지털 전력정합부(200)의 디지탈 전력제어부(210)는, 종래기술에 따른 불필요한 기계적인 모터동작에 의한 임피던스 제어 과정이 없어도, 상기 입력센서(220)와 상기 출력센서(260)로부터 검출되는 전력의 전압 및 전류에 대한 크기 및 위상값으로부터 정합시키고자 하는 정합 임피던스 값을 고속으로 산출하여 임피던스정합부(230)에 구비되는 고출력 반도체 스위칭 회로의 고속 스위칭 제어에 의하여 최적의 임피던스가 정합되어 상기 플라즈마 챔버(400)로 최대 전력이 전달되도록 한다.Accordingly, the digital power controller 210 of the digital power matching unit 200 can control the input power of the input sensor 220 and the output sensor 220 without the impedance control process by the conventional mechanical motor operation, From the magnitude and the phase value of the voltage and current of the power detected from the power detecting unit 260 and calculates the matching impedance value to be matched by the fast switching control of the high output semiconductor switching circuit provided in the impedance matching unit 230 So that the maximum power is transferred to the plasma chamber 400.

따라서, 도 7의 임피던스조절부의 n-bit 캐패시터값에 따라 디지털전력정합부의 출력임피던스가 주파수별로 변화되는 과정을 설명하기 위한 도면에서와 같이, 상기 최적의 임피던스 정합에 따른 최적의 전력전달 조건은, 최대 전력 전달 이론에 근거하여, 전력 소스와 전력 전달 부하의 실수부 임피던스는 동일하고 허수부 임피던스는 공액(conjugate)복소수로 결합될 때, 최대 전력이 전달되기 때문에 상기 디지털전력정합부(200)로부터 최대의 전력이 전달되는 플라즈마 챔버(400)의 실수부 임피던스와 상기 출력센서(260)에서 출력되는 실수부 임피던스가 동일한 값으로 정합될 수 있도록 상기 임피던스정합부(230)의 고정 임피던스정합부(250)의 고정형 로드 캐패시터와 임피던스조절부(240)의 4-bit 캐패시터를 제어한다. Therefore, as shown in the figure for explaining the process in which the output impedance of the digital power matching unit varies according to the frequency according to the n-bit capacitor value of the impedance adjusting unit of FIG. 7, the optimum power- Based on the maximum power transfer theory, since the real part impedance of the power source and the power transfer load are the same and the imaginary part impedance is combined with the conjugate complex number, since the maximum power is transmitted from the digital power matching part 200 The fixed impedance matching unit 250 of the impedance matching unit 230 may be configured to match the real impedance of the plasma chamber 400 to which the maximum power is transmitted and the real impedance output from the output sensor 260 to the same value, And a 4-bit capacitor of the impedance adjusting unit 240. The fixed-

더불어, 상기 플라즈마 챔버(400)의 허수부 임피던스와 상기 출력센서(260)에서 출력되는 허수부 임피던스가 상호 컬레인 공액(conjugate)(또는 컬레) 복소수로 결합되도록 상기 입력센서(220) 또는 출력센서(260)에서 검출된 신호와 임피던스정합부(230)의 고정 임피던스정합부(250)의 직렬 인덕터(252)를 기반으로 디지털 전력제어부(210)에서 주파수를 계산하여 전력 발생부(100)의 주파수를 제어 한다.The input sensor 220 or the output sensor 260 may be connected to an imaginary part impedance of the plasma chamber 400 and a imaginary part impedance output from the output sensor 260 in a conjugate (or calle) The digital power controller 210 calculates the frequency based on the signal detected by the frequency detector 260 and the series inductor 252 of the fixed impedance matching unit 250 of the impedance matching unit 230, .

도 8은 입력센서의 검출된 출력값에 따라 임피던스 정합을 위한 주파수 및 디지털 캐패시터값을 가변하기 위한 임피던스 정합 알고리즘을 나타낸 도면이다. 8 is a view showing an impedance matching algorithm for varying the frequency and the digital capacitor value for impedance matching according to the detected output value of the input sensor.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 임피던스 정합 알고리즘은 최대 전력을 전달하는 전력 소스와 전력 전달 부하의 실수부 임피던스는 동일하고 허수부 임피던스는 켤레인 공액(conjugate)복소수로 결합하기 위하여 도 8과 같이 입력센서(220) 또는 출력센서(260)로부터 검출된 신호와 디지털 주파수생성기(120)로부터 생성된 신호 주파수 정보를 기초로 하여, 입력 임피던스를 산출하고, 상기 임피던스정합부(230) 즉, 임피던스조절부(240)와 고정 임피던스정합부(250)의 각 회로 소자값을 기반으로 플라즈마 챔버(400)의 임피던스를 계산한 후에, 상기 디지털 전력제어부(210)에서 플라즈마 챔버(400)와 동일한 실수부 임피던스값과 동일한 값을 갖도록 하고 허수부 임피던스는 상호 공액 복소수값이 되도록 산출된 주파수와 임피던스조절부(240)의 4-bit 캐패시터값에 의하여, 상기 주파수생성부(120)에서는 상기 산출된 주파수에 해당되는 신호가 생성되도록 하고, 상기 임피던스조절부(240)에서는 산출된 4-bit 캐패시터값 중 어느 한 값으로 고속으로 스위칭되도록 하여 다이렉트로 임피던스 정합한다. As shown in FIG. 8, the impedance matching algorithm according to the present invention is designed such that the real part impedance of the power source for transmitting the maximum power is equal to the real part impedance of the power transmission load and the imaginary part impedance is conjugated as a conjugate complex number The input impedance is calculated on the basis of the signal detected from the input sensor 220 or the output sensor 260 and the signal frequency information generated from the digital frequency generator 120. The impedance matching unit 230, The impedance of the plasma chamber 400 is calculated on the basis of the circuit element values of the impedance matching unit 250 and the fixed impedance matching unit 250. Then, And the imaginary part impedance is set to a frequency calculated so as to be a mutually conjugate complex value and to a 4-bit capacitor value of the impedance control part 240 The frequency generator 120 generates a signal corresponding to the calculated frequency, and the impedance controller 240 switches the value to one of the calculated 4-bit capacitor values at a high speed, Impedance match.

본 발명에 따른 임피던스 정합 알고리즘은, 입력 센서(220)에서 검출한 I2, P, Q 신호로부터 입력 임피던스를 계산하고, 계산된 임력 임피던스로부터 플라즈마 챔버(400) 임피던스를 계산하여 최적의 주파수와 임피던스조절부(240)의 4-bit 캐패시터 값을 아래와 같은 수식에 의하여 산출된다.The impedance matching algorithm according to the present invention calculates the input impedance from the I 2 , P and Q signals detected by the input sensor 220 and calculates the impedance of the plasma chamber 400 from the calculated impedance, The 4-bit capacitor value of the controller 240 is calculated by the following equation.

즉, 입력센서(220)를 통하여 검출된 신호의 전류 및 전압성분에 기초하여 다음과 같은 수식에 의하여 I2, P, Q 을 산출할 수 있다.That is, I 2 , P, and Q can be calculated by the following equation based on the current and voltage components of the signal detected through the input sensor 220.

Figure 112018084306420-pat00001
,
Figure 112018084306420-pat00002
Figure 112018084306420-pat00001
,
Figure 112018084306420-pat00002

여기서, Vin, Iin 은 입력센서(220)로부터 검출된 신호의 전류 및 전압이다. Herein, V in and I in are the current and voltage of the signal detected from the input sensor 220.

또한 상기 I2, P, Q에 의하여 입력센서(220)로부터 출력되는 입력임피던스의 실수부 Rin 및 허수부 Xin은 다음 수식과 같다.The real part R in and the imaginary part X in of the input impedance outputted from the input sensor 220 by I 2 , P, and Q are expressed by the following equations.

Figure 112018084306420-pat00003
,
Figure 112018084306420-pat00004
Figure 112018084306420-pat00003
,
Figure 112018084306420-pat00004

상기 산출된 Rin 및 Xin로부터 플라즈마 챔버(400)의 부하 임피던스의 실수부 RL 및 XL은 다음과 같은 수식에 의하여 산출된다.The real parts R L and X L of the load impedance of the plasma chamber 400 from the calculated R in and X in are calculated by the following equation.

Figure 112018084306420-pat00005
Figure 112018084306420-pat00005

Figure 112018084306420-pat00006
Figure 112018084306420-pat00006

여기서, here,

C1 : 임피던스조절부의 디지털커패시터 값 + 고정형 로드 커패시터C 1 : Digital capacitor value of the impedance regulator + Fixed load capacitor

C2 : 고정 커패시터(253)C 2 : Fixed capacitor 253

Lfix : 고정형 인덕터(252)L fix : Fixed inductor (252)

상기 산출된 RL 및 XL로부터 디지털 캐패시터값 C 및 생성되는 신호의 주파수 f는 다음과 같은 수식에 의하여 산출할 수 있다. From the calculated R L and X L , the digital capacitor value C and the frequency f of the generated signal can be calculated by the following equations.

Figure 112018084306420-pat00007
Figure 112018084306420-pat00007

Figure 112018084306420-pat00008
Figure 112018084306420-pat00008

여기서, Zo는 특성 임피던스값 50Ω이다.Here, Zo has a characteristic impedance value of 50 OMEGA.

따라서, 본 발명에 따르면, 디지털 전력정합부(200)의 디지탈 전력제어부(210)에 의하여 종래기술에 따른 불필요한 기계적인 모터동작에 의한 임피던스 제어 과정 없이도, 상기 입력센서(220)와 상기 출력센서(260)로부터 검출되는 전력의 전압 및 전류에 대한 크기 및 위상값으로부터 정합시키고자 하는 정합 임피던스 값을 고속으로 산출하여 임피던스정합부(230)에 구비되는 고출력 반도체 스위칭 회로의 고속 스위칭 제어에 의하여 최적의 임피던스가 정합되어 상기 플라즈마 챔버(400)로 최대 전력이 전달되도록 한다.Therefore, according to the present invention, the digital power controller 210 of the digital power matching unit 200 can control the impedance of the input sensor 220 and the output sensor 220 without the need for impedance control by an unnecessary mechanical motor operation according to the prior art. 260 and the magnitude and phase values of the voltage and current of the power detected by the impedance matching unit 230. The high-speed switching control of the high-power semiconductor switching circuit provided in the impedance matching unit 230 determines the optimal So that the maximum power is transferred to the plasma chamber 400.

즉, 종래 기술에 따른 기계적인 방식으로써, 모터의 순차적인 회전에 의하여 정합시키고자 하는 임피던스 값에 따라 진공 가변 캐패시터의 캐패시터값을 찾기 위하여 불필요한 임피던스 영역을 거치는 등 모터의 회전 운동 뿐만 아니라, 종래의 아날로그적인 임피던스 수렴 알고리즘 루프에 의한 방식 역시도 임피던스 정합으로 수렴하기 위해 불필요한 임피던스 영역을 거쳐서 수렴이 된다. That is, in the mechanical method according to the related art, not only the rotational motion of the motor, such as passing an unnecessary impedance region in order to find the capacitor value of the variable capacity capacitor according to the impedance value to be matched by the sequential rotation of the motor, Analog Impedance Convergence Algorithm The loop method also converges through the unnecessary impedance region to converge to the impedance matching.

상기와 같은 종래의 기계적인 모터 제어 방식 및 아날로그적인 임피던스 수렴 일고리즘 방식과 달리, 본 발명은 디지탈 전력제어부(210)가 입력센서(210)로부터 검출되는 신호의 전류 및 전압값에 기초하여 임피던스조절부(240)의 4-bit 캐패시터의 값을 산출하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스의 실수부 임피던스와 입력센서(210)로부터 검출되는 입력임피던스의 실수부 임피던스가 동일한 값을 갖도록 하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스 및 입력센서(210)의 입력임피던스 각각에 대한 허수부 임피던스에 대해서는 상호 공액복소수의 값을 갖도록 상기 주파수생성기(120)에서 발생되는 신호의 주파수를 산출하여 불필요한 임피던스 영역을 거치지 않고서도 상기 플라즈마 챔버(400)의 부하임피던스와 고속으로 직접 임피던스가 정합된다.In contrast to the conventional mechanical motor control system and the analog impedance convergence linear system, the digital power controller 210 controls the impedance based on the current and voltage values of the signal detected from the input sensor 210, Bit capacitor of the plasma chamber 240 so that the real part impedance of the load impedance of the plasma chamber and the real part impedance of the input impedance detected from the input sensor 210 have the same value, The frequency of the signal generated in the frequency generator 120 is calculated so that the imaginary part impedance of each of the impedance and the input impedance of the input sensor 210 has mutually conjugate complex numbers, The direct impedance is matched with the load impedance of the high-speed amplifier 400 at high speed.

이하에서는, 상기 도 6 내지 도 9를 참조하고 상기 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 디지탈 전력전달장치의 디지탈 전력정합부(200)에 대한 세부 구성 및 그에 따른 동작원리에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the detailed configuration and operation principle of the digital power matching unit 200 of the digital power delivery apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9 with reference to FIGS. 2 and 3 .

상기 디지탈 전력제어부(210)는, 디지탈 주파수생성기(120) 및 입력센서(220)로부터의 신호를 검출하기 위한 A/D 변환부와 전력발생부의 상태(Power ON/OFF, 진행전력, 반사전력)를 검출하기 위한 통신단자(RS232) 및 임피던스 제어신호를 출력하기 위한 DSP 제어부로 이루어진다(상세회로 미도시).The digital power controller 210 includes an A / D converter for detecting a signal from the digital frequency generator 120 and the input sensor 220, and a controller for controlling the state of the power generator (Power ON / OFF, And a DSP control unit for outputting an impedance control signal (detailed circuit not shown).

상기 디지탈 전력제어부(210)는, 상기 입력센서(220)으로부터 검출되어 피드백되는 전력신호에 기초하여 최적의 전력을 전달하도록 디지탈 주파수생성기(120)에서 최적의 RF 주파수 신호가 생성되도록 DSP제어기(110)를 통해 디지탈 주파수생성기(120)를 제어한다. The digital power controller 210 controls the DSP controller 110 to generate an optimum RF frequency signal in the digital frequency generator 120 so that the optimal power is transmitted based on the power signal detected and fed back from the input sensor 220 To control the digital frequency generator 120.

상기 입력센서(220)는, 주파수 및 임피던스 정합부(230)에 구비되는 임피던스조절부(240)의 4-bit 캐패시터값의 제어 동작에 의하여 최대의 전력이 정합되도록 PM(위상, 크기) 신호를 검출하여 상기 디지탈 전력제어부(210)로 전달한다.The input sensor 220 controls the 4-bit capacitor value of the impedance adjusting unit 240 provided in the frequency and impedance matching unit 230 so that the maximum power is matched to the PM And transmits the detected signal to the digital power controller 210.

즉, 상기 입력센서(220)는 상기 전력발생부(100)의 전력검출부(150)로부터 전달되는 입력전압과, 전류의 위상차인 위상값(Phase value)과, 전압과 전류의 크기인 크기값(Magnitude value)을 검출하여, 전달되어지는 RF 신호 전력의 정합 정도에 따라서 전압과 전류의 위상값 및 크기값을 DC값으로 변환하여 출력하고, A/D 변환부(미도시)를 이용하여 변환된 디지탈 코드값을 상기 디지탈 전력제어부(210)에서 읽어 들여서 제반 임피던스 정합을 위하여 디지탈적으로 전자식 제어과정을 수행한다.That is, the input sensor 220 receives an input voltage transmitted from the power detector 150 of the power generator 100, a phase value that is a phase difference of a current, a magnitude value And converts the phase and magnitude values of the voltage and current into DC values according to the degree of matching of the transmitted RF signal powers and outputs the converted DC values. The A / D converter (not shown) And reads the digital code value from the digital power controller 210 and performs a digital control process for various impedance matching.

상기 임피던스정합부(230)는, RF 전송선로(241) 상에 병렬로 연결되는 임피던스조절부(240) 및 상기 RF 전송선로(241) 상에 직렬로 연결되는 고정 임피던스정합부(250)가 상기 디지탈 전력제어부(210)에 의한 제어동작에 의하여 전달되는 신호 전력의 임피던스와 플라즈마 챔버(400)의 임피던스가 최적의 정합이 되도록 고속으로 정합되어 플라즈마 챔버(400)에 전력이 고속으로 전달되도록 한다.The impedance matching unit 230 includes an impedance adjusting unit 240 connected in parallel on the RF transmission line 241 and a fixed impedance matching unit 250 connected in series on the RF transmission line 241, So that the impedance of the signal power transmitted by the control operation of the digital power controller 210 and the impedance of the plasma chamber 400 are matched with each other at an optimum speed so that the electric power is delivered to the plasma chamber 400 at a high speed.

상기 임피던스정합부(230)의 임피던스조절부(240)는, 종래의 전력전달장치에 구비되는 진공 가변 캐패시터 대신에 디지탈 4-bit의 캐패시터값을 제어하여 조절한다. 즉, RF 전송선로(241)에 고정 RF 캐패시터(242)와 직렬로 연결되는 고출력 스위치부(243)가 쌍으로 복수 개 병렬로 배열되도록 형성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 4bit의 캐패시터로 4개가 쌍으로 배열되도록 RF 전송선로(241)에 병렬로 연결된다. The impedance adjusting unit 240 of the impedance matching unit 230 controls and adjusts the digital 4-bit capacitor value instead of the vacuum variable capacitor of the conventional power transmission device. That is, the RF transmission line 241 is formed such that a plurality of high output switch portions 243 connected in series with the fixed RF capacitor 242 are arranged in parallel in a pair. According to a preferred embodiment of the present invention, the RF transmission line 241 is connected in parallel so that 4-bit capacitors are arranged in pairs.

상기 고출력 스위치부(243)는 상기 디지탈 전력제어부(210)의 제어에 의하여 ON/OFF 스위칭 동작에 의하여 상기 4-bit의 배열 캐패시터가 스위치 ON/OFF로 미세하게 조절되어 허수부 임피던스의 실수부가 정합되도록 한다.The 4-bit array capacitor is finely adjusted by switching ON / OFF by the ON / OFF switching operation under the control of the digital power controller 210 so that the real part of the imaginary part impedance is matched .

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디지탈 전력정합부(200)에서 고속의 임피던스 정합과정을 개략적으로 설명하면, 상기 디지탈 전력정합기의 상기 디지탈 전력제어부(210)는, 상기 입력센서(220) 및 출력센서(260)로부터 검출되는 신호 전력의 전압 및 전류의 크기 및 위상값에 기초하여 최적으로 임피던스가 정합될 수 있는 고정 RF 캐패시터값을 산출하고, 상기 고정 RF 캐패시터(242)가 상기 산출된 캐패시터값이 되도록 상기 고출력 스위치(243)를 ON/OFF 스위칭되도록 제어하고, 입력센서(220)의 정합여부를 확인하여 실시간적으로 최적의 정합상태가 유지되도록 한다. 6, the digital power controller 210 of the digital power matcher may be configured to adjust the impedance of the input terminal of the digital input matching unit 200, And calculates a fixed RF capacitor value with which the impedance can be matched optimally based on the magnitude and the phase value of the voltage and current of the signal power detected from the sensor 220 and the output sensor 260. The fixed RF capacitor 242, The high output switch 243 is controlled to be ON / OFF switched so that the output value of the input sensor 220 is the calculated capacitor value, and the matching state of the input sensor 220 is confirmed to maintain the optimum matching state in real time.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스조절부(240)는, RF 전송선로(241) 상에 고정 RF 캐패시터(242)와 직렬로 연결되는 고출력 스위치부(243)가 쌍으로 복수 개 병렬로 배열되어 각각이 종단되도록 형성되며, 상기 고출력 스위치부(243)를 ON/OFF 스위칭 제어하는 스위칭 드라이버(244), 및 고출력의 RF 신호 전력에 대한 역류를 억제하기 위하여 상기 스위칭 드라이버(244)를 통하여 상기 고출력 스위치부(243)에 고전압과 음전원을 인가하는 스위칭 전원부(255)를 구비할 수 있다.7, the impedance controller 240 includes a plurality of high-output switch units 243 connected in series with a fixed RF capacitor 242 on an RF transmission line 241, A switching driver 244 for ON / OFF switching control of the high output switch part 243, and a switching driver 244 for controlling the backward flow of high output RF signal power, And a switching power supply unit 255 for applying a high voltage and a negative power to the high output switch unit 243.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스조절부(240)의 고출력 스위치부(243)는, 상기 RF 전송선로(241)상에 병렬로 배열 연결되는 고정형 RF 캐패시터(242)에 고출력의 핀 다이오드(243-1)와 DC 리턴 통과용 인덕터(243-2)가 상호 병렬로 연결되고, 상기 고출력의 핀 다이오드(243-1)에는, 상호 직렬로 연결되는 DC 전원 공급용 RF 초크 인덕터(243-3)와 DC 전원 공급용 RF 단락 캐패시터(243-4)와, DC 차단 및 RF 단락 캐패시터(243-4)가 상호 병렬로 연결되어 형성된다.8, the high output switch unit 243 of the impedance control unit 240 is connected to a fixed RF capacitor 242 connected in parallel on the RF transmission line 241 and a high output pin diode 243-1 and the DC return-passing inductor 243-2 are connected in parallel to each other, and the high output pin diode 243-1 is connected to the RF power supply RF choke inductor 243-3 An RF shorting capacitor 243-4 for DC power supply, and a DC blocking and RF shorting capacitor 243-4 are connected in parallel to each other.

이때, 상기 스위칭 드라이버(244)가 상기 DC 전원 공급용 RF 초크 인덕터(243-3)과 DC 전원 공급용 RF 단락 캐패시터(243-4) 사이에 연결되어 임피던스를 고속으로 미세하게 스위칭 제어한다.At this time, the switching driver 244 is connected between the DC power supply RF choke inductor 243-3 and the DC power supply RF shorting capacitor 243-4 to finely switch the impedance at a high speed.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 고정 임피던스 정합부(250)는, 상기 입력센서(220)에 연결되는 RF 전송선로(241)에 병렬로 연결되는 고정형 로드 캐패시터(251)와, 상기 RF 전송선로(241)에 직렬로 연결되고 상기 고정형 로드 캐패시터(251)에 병렬로 연결되는 고정형 인덕터(252)와, 상기 고정형 인덕터(252)에 직렬로 연결되는 고정형 캐패시터(253)를 포함하여 형성할 수 있다.9, the fixed impedance matching unit 250 includes a fixed load capacitor 251 connected in parallel to an RF transmission line 241 connected to the input sensor 220, A fixed inductor 252 connected in series to the transmission line 241 and connected to the fixed load capacitor 251 in parallel and a fixed capacitor 253 connected in series to the fixed inductor 252 .

따라서, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 디지탈 전력정합부(200)에서 고속으로 스위칭 제어가 가능한 핀 다이오드나 FET(Field Effect Transistor)를 활용하여 고속의 임피던스 정합과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.6 to 9, a high-speed impedance matching process can be performed in detail using a pin diode or FET (Field Effect Transistor) capable of high-speed switching control in the digital power matching unit 200 according to the present invention The following is an explanation.

상기 디지탈 전력제어부(210)가 상기 스위칭 드라이버(244)를 제어하여 핀 다이오드(243-1)가 스위치 ON되는 경우에는 상기 고정 RF 캐패시터(242)에 병렬로 연결되어 허수부 임피던스에서 실수부 값이 낮아지게 되고, 역으로 핀 다이오드(243-1)가 스위치 OFF되는 경우에는 개방되어 결과적으로 상기 고정 RF 캐패시터(242)의 일측 단이 개방되어 허수부 임피던스에서 실수부 임피던스 값이 높아지게 된다.The digital power controller 210 controls the switching driver 244 to be connected in parallel to the fixed RF capacitor 242 when the pin diode 243-1 is switched on so that the real part value of the imaginary part impedance And conversely, when the pin diode 243-1 is switched off, it is opened so that one end of the fixed RF capacitor 242 is opened, so that the real part impedance value becomes high at the imaginary part impedance.

따라서, 상기 핀 다이오드(243-1)가 순방향으로 DC 턴-온 전압 보다 높게 인가되면, 스위치가 연결되는 것과 고출력 핀 다이오드(243-1)가 전기적으로 낮은 저항 값으로 연결된다. Accordingly, when the pin diode 243-1 is applied in a forward direction higher than the DC turn-on voltage, the connection of the switch and the high output pin diode 243-1 are electrically connected with a low resistance value.

이때, DC 턴-온 전압 보다 높게 인가하기 위하여, 스위칭 드라이버(234)에서 음전원이 인가되면, DC 리턴 통과용 인덕터(243-2)는 0V를 기준으로 하여, 핀 다이오드(243-1)에 순방향으로 DC 턴-온 전압 보다 높게 인가되어, 핀 다이오드(243-1)가 턴-온 되고, 핀 다이오드(243-1)는 전기적으로 낮은 저항값으로 되어 연결되며, RF 신호 관점에서는 고정 RF 캐패시터(242)와 DC 차단 및 RF 단락용 고전압 고전류 RF 캐패시터(243-5)만 동작되어 상기 핀 다이오드(243-1)가 상기 고정 RF 캐패시터(232)와 병렬로 연결된다. At this time, in order to apply the voltage higher than the DC turn-on voltage, when the negative power is supplied from the switching driver 234, the DC return inductor 243-2 is connected to the pin diode 243-1 The pin diode 243-1 is turned on and the pin diode 243-1 is electrically connected to a low resistance value. In view of the RF signal, the fixed RF capacitor 243-1 is turned on, Only the high voltage high current RF capacitor 243 for DC blocking and RF shorting is operated so that the pin diode 243-1 is connected in parallel with the fixed RF capacitor 232. [

반면, 핀 다이오드 (243-1)가 역방향으로 DC 전압이 인가되면, 스위치가 개방되는 것과 유사하게 핀 다이오드(243-1)가 전기적으로 높은 저항 값으로 개방된다. On the other hand, when the pin diode 243-1 is applied with a DC voltage in the reverse direction, the pin diode 243-1 is opened to an electrically high resistance value similarly to the case where the switch is opened.

이때, 스위칭 드라이버(244)에서 고전압 전원이 인가되면, 핀 다이오드(243-1)에 역방향의 고전압이 인가되고, 핀 다이오드(243-1)는 개방되어, 핀 다이오드(243-1)는 전기적으로 높은 저항값이 되므로 RF 신호 관점에서는 상기 개방되는 핀 다이오드(243-1)와 연결되는 고정 RF 캐패시터(242) 역시도 개방된다.At this time, when a high voltage power is applied to the switching driver 244, a reverse high voltage is applied to the pin diode 243-1, the pin diode 243-1 is opened, and the pin diode 243-1 is electrically The fixed RF capacitor 242 connected to the open pin diode 243-1 is also opened in view of the RF signal.

이상과 같이, 본 발명에 따른 디지탈 전력정합부(200)의 디지탈 전력제어부(210)에 의한 임피던스 제어 동작에 의하여 고출력의 핀 다이오드(243-1)의 단락 및 개방동작에 따라 고정 RF 캐패시터 값이 고속의 스위칭동작에 의하여 상기 고정 임피던스 정합부(250)와 함께 임피던스가 정합되도록 결정되어, 고속으로 상기 플라즈마 챔버(400)에 최대의 전력을 전달할 수 있다.As described above, according to the impedance control operation of the digital power controller 210 of the digital power matching unit 200 according to the present invention, the fixed RF capacitor value is changed according to the short-circuit and open operation of the high-output pin diode 243-1 It is determined that the impedances are matched together with the fixed impedance matching unit 250 by the high speed switching operation and the maximum power can be transmitted to the plasma chamber 400 at a high speed.

따라서, 본 발명에 따른 전력발생부(100)의 주파수생성기(120)로부터 출력되는 RF 신호 전력을 초정밀 단위로 전력을 제어할 수 있는 DSP 제어기에 의한 전력스위칭부의 제어동작 및 디지탈 전력정합부(200)의 디지탈 전력제어부(210)에 의한 임피던스조절부(240)의 스위칭 제어동작에 의한 고속의 임피던스 정합에 의하여 상기 플라즈마 챔버(400)에 최대의 전력이 고속으로 전달됨으로써 공정 편차가 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the control operation of the power switching unit by the DSP controller capable of controlling the power of the RF signal output from the frequency generator 120 of the power generating unit 100 according to the present invention in a highly precise unit and the control operation of the power switching unit 200 The maximum power is transmitted to the plasma chamber 400 at a high speed by the impedance matching by the impedance control unit 240 by the digital power control unit 210 of the control unit 210, There is an effect that can be done.

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is within the scope of the present invention that component changes to such an extent that they can be coped evenly within a range that does not deviate from the scope of the present invention.

10 : 전력발생기 20 : 기계식 임피던스 매칭부
30 : 동축케이블 40 : 플라즈마 챔버
11 : 전력발생기 제어부 12 : 아날로그 발진기
13 : 전력제어부 14 : 전력증폭부
15 : 출력센서
21 : 입력 임피던스 센서 22 : 전력 전달 제어부
23 : 가변 캐패시터 블럭 24 : 진공 가변 캐패시터
25 : 모터블럭
100 : 전력발생부 110 : DSP제어기
120 : 디지탈 주파수생성기 130 : 전력스위칭부
131 : RF 스위치 132 : RF 감쇠기
140 : 광대역 전력증폭기 150 : 전력검출부
151 : RF 전송선로 152 : 전압검출기
153 : 전류검출기 154 : 스위칭부
154 : RF 스위치 155 : RF 감쇠기
200 : 디지탈 전력정합부
210 : 디지탈 전력제어부 220 : 입력센서
230 : 임피던스정합부 240 : 임피던스조절부
241 : RF 전송선로 242 : 고정 RF 캐패시터
243 : 고출력 스위치부 243-1 : 핀 다이오드
243-2 : DC 리턴 통과용인덕터 243-3 : DC 전원공급용 RF 초크인덕터
243-4 : DC 전원공급용 RF 단락용 캐패시터
243-5 : DC 차단 및 RF 단락용 고전압 고전류 RF 캐패시터
244 : 스위칭 드라이버 255 : 스위칭 전원부
250 : 고정 임피던스정합부 251 : 고정형 로드 캐패시터
252 : 고정형
253 : 고정형 캐패시터
260 : 출력센서 300 : 동축케이블
400 : 플라즈마 챔버 500 : 전력제어서버
10: power generator 20: mechanical impedance matching unit
30: Coaxial cable 40: Plasma chamber
11: Power generator control unit 12: Analog oscillator
13: power controller 14: power amplifier
15: Output sensor
21: Input Impedance Sensor 22:
23: Variable capacitor block 24: Vacuum variable capacitor
25: Motor block
100: power generation unit 110: DSP controller
120: digital frequency generator 130: power switching unit
131: RF switch 132: RF attenuator
140: Broadband power amplifier 150: Power detector
151: RF transmission line 152: Voltage detector
153: current detector 154:
154: RF switch 155: RF attenuator
200: Digital power matching unit
210: digital power controller 220: input sensor
230: Impedance matching part 240: Impedance adjusting part
241: RF transmission line 242: fixed RF capacitor
243: High output switch section 243-1: Pin diode
243-2: DC return-pass inductor 243-3: RF choke inductor for DC power supply
243-4: RF short-circuit capacitor for DC power supply
243-5: High Voltage High Current RF Capacitors for DC Block and RF Short
244: switching driver 255: switching power supply unit
250: Fixed impedance matching part 251: Fixed load capacitor
252: Fixed type
253: Fixed capacitor
260: output sensor 300: coaxial cable
400: plasma chamber 500: power control server

Claims (10)

플라즈마 챔버에 전력을 공급하기 위하여 전력발생부와 디지털 전력정합부가 동축케이블에 의하여 연결되는 디지탈 전력전달장치에 있어서,
상기 전력발생부는, DSP제어기의 전력전달 알고리즘에 의하여 최적의 주파수가 생성되도록 제어하여 원하는 주파수 신호가 생성되는 디지털 주파수생성기와, 상기 디지털 주파수생성기에서 생성되는 주파수 신호 전력을 증폭하는 광대역 전력증폭기를 포함하며,
상기 디지털 전력정합부는, 상기 광대역 전력증폭기로부터 출력되는 주파수 신호 전력의 위상 및 크기를 검출하는 입력센서와, 상기 입력센서로부터 검출되는 주파수 신호 전력의 위상 및 크기로부터 고속의 디지털 전력제어부에 의하여 산출된 목표주파수와 목표 디지털 임피던스 값에 의하여 고속으로 임피던스를 변환하는 임피던스정합부를 포함하며,
상기 임피던스정합부는, 상기 입력센서에서 검출되는 주파수 신호 전력의 임피던스를 고속으로 스위칭 제어하기 위하여 상기 입력센서와 연결되는 RF 전송선로에 병렬로 연결되어 형성되는 임피던스조절부와, 상기 입력센서에는 직렬로 연결되고 상기 임피던스조절부에 병렬로 연결되어 임피던스를 정합하는 고정 임피던스정합부를 구비하며,
상기 고정 임피던스정합부는, 상기 입력센서에 연결되는 RF 전송선로에 병렬로 연결되는 고정형 로드 캐패시터와, 상기 RF 전송선로에 직렬로 연결되고 상기 고정형 로드 캐패시터에 병렬로 연결되는 고정형 인덕터, 및 상기 고정형 인덕터에 직렬로 연결되는 고정형 캐패시터를 포함하며,
상기 임피던스조절부는, 상기 입력센서로 검출되는 주파수 신호 전력의 임피던스를 고속으로 스위칭 제어하기 위하여 RF 전송선로에 병렬로 연결되는 복수의 고정 RF 캐패시터와, 상기 복수의 고정 RF 캐패시터에 직렬로 연결되는 다수의 고출력 스위치부를 구비하며,
상기 고출력 스위치부는, 상기 고정형 RF 캐패시터에 고출력 핀 다이오드와 DC 리턴 통과용 인덕터가 상호 병렬로 연결되고, 상기 고출력 핀 다이오드에는 DC 전원공급용 RF 초크인덕터와 DC 전원공급용 RF 단락 캐패시터가 직렬로 연결되며 이에 DC 차단 및 RF 단락 캐패시터가 상호 병렬로 연결되어 형성되며, 스위칭 드라이버가 상기 DC 전원공급용 RF 초크인덕터와 DC 전원공급용 RF 단락 캐패시터 사이에 연결되어 임피던스를 고속으로 미세하게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
A digital power delivery apparatus in which a power generating unit and a digital power matching unit are connected by a coaxial cable to supply power to a plasma chamber,
The power generation unit includes a digital frequency generator for generating a desired frequency signal by controlling an optimal frequency to be generated by a power transfer algorithm of the DSP controller and a broadband power amplifier for amplifying a frequency signal power generated by the digital frequency generator In addition,
The digital power matching unit comprises an input sensor for detecting a phase and a magnitude of a frequency signal power output from the broadband power amplifier, and a phase and magnitude calculating unit for calculating a phase and a magnitude of the frequency signal power, And an impedance matching unit for converting the impedance at high speed by the target frequency and the target digital impedance value,
Wherein the impedance matching unit includes an impedance adjusting unit connected in parallel to an RF transmission line connected to the input sensor for switching and controlling the impedance of the frequency signal power detected by the input sensor at a high speed, And a fixed impedance matching part connected to the impedance adjusting part and connected in parallel to match the impedances,
The fixed impedance matching unit includes a fixed load capacitor connected in parallel to an RF transmission line connected to the input sensor, a fixed inductor connected in series to the RF transmission line and connected in parallel to the fixed load capacitor, And a fixed capacitor connected in series with the capacitor,
Wherein the impedance controller comprises: a plurality of fixed RF capacitors connected in parallel to an RF transmission line for controlling the impedance of the frequency signal power detected by the input sensor at a high speed; and a plurality of fixed RF capacitors connected in series to the plurality of fixed RF capacitors And a high-output switch unit
The high output switch unit includes a high output pin diode and a DC return inductor connected in parallel to the fixed RF capacitor, and an RF choke inductor for DC power supply and an RF short capacitor for DC power supply are serially connected to the high output pin diode And a DC blocking and an RF shorting capacitor are connected in parallel to each other, and a switching driver is connected between the RF choke inductor for DC power supply and the RF shorting capacitor for DC power supply to fine control switching of the impedance at a high speed A digital power delivery device for supplying high precision and high speed power to a plasma chamber.
청구항 1에 있어서, 상기 전력발생부는,
상기 광대역 전력증폭기에 의하여 상기 디지털 주파수생성기로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭하기 이전에 상기 디지털 주파수생성기에서 생성되는 주파수 신호를 상기 DSP제어기로부터 미세하게 전력을 제어하기 위하여 RF 스위치와, 다단으로 형성되는 RF 감쇠기, 및 RF 스위치가 직렬로 형성되어 스위칭하는 전력스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
The power supply apparatus according to claim 1,
An RF switch for finely controlling a frequency signal generated by the digital frequency generator from the DSP controller before amplifying the power of the frequency signal generated from the digital frequency generator by the broadband power amplifier; An RF attenuator, and an RF switch, wherein the RF switch is connected in series to the power switching unit.
청구항 2에 있어서, 상기 전력발생부는,
상기 광대역 전력증폭기에 의하여 상기 디지털 주파수생성기로부터 생성되는 주파수 신호의 전력을 증폭한 이후에 RF 전송선로 상에 흐르는 증폭된 주파수 신호 전력의 전압과 전류를 각각 검출하는 전압검출기 및 전류검출기와, 상기 전압검출기 및 전류검출기로부터 출력되는 전압 및 전류를 각각 스위칭 제어하기 위하여 RF 스위치와, 다단으로 형성되는 RF 감쇠기 및 RF 스위치가 직렬로 연결되는 스위칭부로 형성되는 전력검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
The power supply according to claim 2,
A voltage detector and a current detector for respectively detecting voltage and current of the amplified frequency signal power flowing on the RF transmission line after amplifying the power of the frequency signal generated from the digital frequency generator by the broadband power amplifier, And a power detector formed by a RF switch and an RF attenuator formed in a multi-stage, and a switching unit in which an RF switch is connected in series so as to switch and control voltage and current output from the detector and the current detector, respectively. To provide high-precision and high-speed power to the power supply.
청구항 3에 있어서, 상기 전력발생부는,
기 설정된 RF On-time 값에 따라 상기 전력검출부로 검출되는 주파수 신호 전력의 신호 지연이 발생되지 않도록 DSP처리기에 의하여 일정한 RF On-time으로 출력되도록 정밀하게 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.

The power supply unit according to claim 3,
Wherein the control unit controls the RF processor so that a signal delay of the frequency signal power detected by the power detector is not generated according to a preset RF On-time value. A digital power delivery device for supplying high speed power.

삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 디지털 전력정합부의 상기 디지털 전력제어부는, 상기 입력센서와 출력센서로부터 검출되는 신호 전력의 전압 및 전류에 대한 크기 및 위상값으로부터 정합시키고자 하는 목표 임피던스값을 고속으로 산출하여 임피던스정합부에 구비되는 고출력 스위치부의 고속 스위칭 제어에 의하여 임피던스가 매칭되어 플라즈마 챔버로 최대 전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
The method according to claim 1,
The digital power control unit of the digital power matching unit calculates a target impedance value to be matched from the magnitude and phase value of the voltage and current of the signal power detected from the input sensor and the output sensor at a high speed and supplies the calculated target impedance value to the impedance matching unit And the maximum power is transferred to the plasma chamber by matching the impedance by the high-speed switching control of the high-output switch unit.
청구항 1에 있어서,
상기 디지탈 전력제어부가 입력센서로부터 검출되는 신호의 전류 및 전압값에 기초하여 임피던스조절부의 4-bit 캐패시터의 값을 산출하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스의 실수부 임피던스와 입력센서로부터 검출되는 입력임피던스의 실수부 임피던스가 동일한 값을 갖도록 하고, 플라즈마 챔버의 부하 임피던스 및 입력센서의 입력임피던스 각각에 대한 허수부 임피던스에 대해서는 상호 공액복소수의 값을 갖도록 상기 주파수생성기에서 발생되는 신호의 주파수를 산출하여 불필요한 임피던스 영역을 거치지 않고서도 상기 플라즈마 챔버의 부하임피던스와 고속으로 직접 임피던스 정합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
The method according to claim 1,
Wherein the digital power controller calculates a value of a 4-bit capacitor of the impedance adjusting unit based on a current and a voltage value of a signal detected from the input sensor, and calculates a value of a 4-bit capacitor of the impedance adjusting unit based on the real part impedance of the load impedance of the plasma chamber, The frequency of the signal generated in the frequency generator is calculated so that the real part impedance has the same value and the imaginary part impedance with respect to the load impedance of the plasma chamber and the input impedance of the input sensor respectively have mutually conjugate complex numbers, Wherein the plasma chamber is directly impedance-matched to the load impedance of the plasma chamber without passing through a region of the plasma chamber.
청구항 1에 있어서, 상기 임피던스조절부는,
상기 고출력 스위치부를 ON/OFF 스위칭 제어하는 스위칭 드라이버, 및
상기 스위칭 드라이버를 통하여 상기 고출력 스위치부에 고전압과 음전원을 인가하는 스위칭 전원부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버에 고정밀 및 고속의 전력을 공급하기 위한 디지탈 전력전달장치.
The impedance matching circuit of claim 1,
A switching driver for ON / OFF switching-controlling the high-output switch unit, and
Further comprising a switching power source for applying high voltage and negative power to the high output switch unit through the switching driver.
삭제delete 삭제delete
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