KR102223876B1 - 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이그니션(Ignition) 단계 또는 매칭 동작이 개시된 이후 불안정 매칭 현상(mismatching aspect)을 최소화하고 반사파에 의해 공정이 중지되거나 주요 구성품들이 손상되는 문제를 해결하는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다중 전압 제어 방법은, (a) 플라즈마 부하에 고주파 전원의 공급을 개시하는 단계; (b) 고주파 전원의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 동작을 수행하는 단계; (c) 상기 플라즈마 부하로부터 고주파 전원 측으로 반사되는 반사파를 검출하고, 상기 반사파의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; (d) 상기 단계(c)를 만족하는 경우, 상기 고주파 전원의 RF 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제1 리미트로 제한하는 단계; (e) 상기 단계(d) 이후에 상기 반사파 대응 손실분이 상기 제1 설정값보다 작은 제2 설정값 미만인지를 판단하는 단계; 및 (f) 상기 단계(e)를 만족하면 상기 단계(b)의 파워 스트라이킹 동작을 재수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파를 검출하고 반사파의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분에 따라 파워 스트라이킹 모드 및 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압을 제어하는 VDD 제한 모드를 전환하여 다중 제어함으로써, 이그니션 단계 또는 매칭 동작이 개시된 직후의 임피던스 부정합(Mismatching) 현상을 해소하고 반사파에 의해 주요 구성품들이 손상되거나 공정이 중단되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치{MULTIPLE VOLTAGE CONTROL METHOD AND HIGH FREQUENCY POWER DEVICE WITH MULTIPLE VOLTAGE CONTROL FUNCTION, FOR RESOLVING MISMATCHING ASPECT}

본 발명은 이그니션(Ignition) 단계 또는 매칭 동작이 개시된 이후 불안정 매칭 현상(mismatching aspect)을 최소화하고 반사파에 의해 공정이 중지되거나 주요 구성품들이 손상되는 문제를 해결하는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치에 관한 것이다.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 대화면 디스플레이 제조공정이나 반도체 제조 공정 등에서, 예들 들어, Etching, CVD(Chemical Vapor Deposition), Ashing 등의 공정에서 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 발생을 위한 설비는 크게 전력을 공급하는 플라즈마 파워 서플라이(10)와, 최대 전력 공급을 위한 임피던스 매칭박스(20)와, 플라즈마 부하(30)로 구성된다. 플라즈마 파워 서플라이(10)는 고주파로 발진되는 RF Generator로 구성되며, 임피던스 매칭박스(20)는 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스와 플라즈마 부하(30), 예컨대 프로세싱 챔버와 같이 공정의 종류나 내부 환경 변화에 의하여 임피던스가 고정되지 않고 변하는 부하, 의 임피던스를 매칭시켜 프로세싱 챔버 내로 원하는 고주파 전원이 인가되도록 한다.

통상적으로 플라즈마 파워 서플라이(10)의 출력단 임피던스는 대개 50옴(ohm)으로 고정되는 반면, 플라즈마 부하(30)의 임피던스는 다양하게 가변된다. 임피던스 매칭박스(20)는 부하의 임피던스 변화에 따라 임피던스를 가변시켜 플라즈마 파워 서플라이(10)와 프로세싱 챔버 사이의 임피던스를 정합시킴으로써, 플라즈마 부하(30)로부터 반사파를 줄여 RF 제너레이터의 손상을 방지하고 고주파의 RF 파워가 프로세싱 챔버 내에서 손실 없이 온전히 사용될 수 있도록 한다.

플라즈마 부하(30)의 임피던스 변화에 따라 플라즈마 파워 서플라이(10) 측으로 반사되는 반사파는 필연적으로 존재하며, 특히 플라즈마의 점화 시에 반사파는 매우 높게 형성된다. 하지만, 대부분의 고주파 전원 장치들은 안정적인 이그니션(Ignition)을 위해 출력 전압을 급격하게 상승시키는 파워 스트라이킹(Power Striking) 동작을 수행하며, 점화 동작 시의 반사파는 무시된다.

대한민국 특허등록 제10-1124789호, "진공장치용 이상 방전 억제장치"는 전력 지령치와 전력 피드백치의 편차에 기초하여 고주파 전원을 제어하는 전력 제어부와, 플라즈마 반응실 내의 이상 방전의 검출에 기초하여 고주파 전원으로부터 플라즈마 반응실에 전력 공급을 차단하는 차단 제어부를 구비한다. 하지만, 동 선행문헌의 청구항 제9항에는 플라즈마가 착화할 때까지의 이그니션 모드 구간에서 아크 검출을 차단하는 차단 제어 금지부를 기재하고 있다.

즉, 위 선행문헌은 이그니션 동작에서는 반사파가 검출되어도(즉, 아크가 검출되어도) 강제로 파워 스트라이킹 동작을 유지함으로써 안정적인 점화 동작을 목적으로 하고 있는데, 이는 다음과 같은 문제를 발생시킨다.

위와 같은 강제적인 파워 스트라이킹 동작은, 점화 단계에서의 매칭 불안정 현상으로 인해 반사파가 발생되고, 이 반사파가 전원 장치 측으로 역 진입하여 전력 증폭기의 중요 소자인 FET 등의 반도체 스위칭소자를 파괴시킬 수 있다.

이를 방지하기 위해서는 전달되는 전력량을 조절해야 하는데, 전력 지령치와 피드백 값의 편차에 기초하는 제어 방식에서는 반사파가 발생된 이후에 전력을 조절하는 구조이므로, 전달 전력의 조절 전에 반사파에 의해 중요 소자가 손상되는 문제가 있다.

나아가, 위 선행문헌에서는 FET와 같은 중요 구성품의 손상을 방지하기 위해 이그니션 동작을 중단시켜야 하는데, 이는 공정 중단과 같은 경제적 손실을 발생시키는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1124789호

본 발명은 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파의 양 또는 정재파비(VSWR) 연산값에 대응하여 파워 스트라이킹 동작 중에 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압을 다중 제어함으로써 이그니션 단계 또는 매칭 동작이 개시된 직후의 임피던스 부정합(Mismatching) 현상을 해소하고 반사파에 의해 주요 구성품들이 손상되거나 공정이 중단되는 문제를 해결할 수 있는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, (a) 플라즈마 부하에 고주파 전원의 공급을 개시하는 단계; (b) 고주파 전원의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 동작을 수행하는 단계; (c) 상기 플라즈마 부하로부터 고주파 전원 측으로 반사되는 반사파를 검출하고, 상기 반사파의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; (d) 상기 단계(c)를 만족하는 경우, 상기 고주파 전원의 RF 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제1 리미트로 제한하는 단계; (e) 상기 단계(d) 이후에 상기 반사파 대응 손실분이 상기 제1 설정값보다 작은 제2 설정값 미만인지를 판단하는 단계; 및 (f) 상기 단계(e)를 만족하면 상기 단계(b)의 파워 스트라이킹 동작을 재수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, 상기 단계(f) 이후에, (g) 상기 VDD의 크기를 상기 제1 리미트보다 큰 제2 리미트로 제한하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, 상기 제2 리미트에 의해 상기 고주파 전원에서 상기 플라즈마 부하로 공급되는 전력은 미리 정의된 설정 전력(Set Power) 미만이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, 상기 반사파 대응 손실분은 상기 고주파 전원에서 상기 플라즈마 부하로 향하는 진행파 대비 상기 플라즈마 부하에서 상기 고주파 전원으로 반사되는 반사파의 비에 의해 산출된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, 상기 제1 설정값은 상기 제2 설정값에 비해 2배 이상 큰 값이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법은, 상기 제1 설정값은 0.2 이상의 값을 가지며, 상기 제2 설정값은 0.2 미만의 값을 가진다.

본 발명의 일실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 플라즈마 부하에 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 장치에 있어서, 상기 고주파 전원을 생성하는 고주파 전력 발생 장치; 상기 고주파 전력 발생 장치의 출력단에 설치되며 상기 플라즈마 부하를 향하는 진행파 성분과 상기 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파 성분을 검출하는 검출 모듈; 상기 검출 모듈의 검출 값으로부터 상기 진행파 성분과 상기 반사파 성분을 비교하여 상기 반사파 성분의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분을 추출하는 비교 모듈; 상기 반사파 대응 손실분을 미리 정해진 제1 설정값 및 상기 제1 설정값보다 작은 제2 설정값과 각각 대비하여 연산하는 연산 모듈; 상기 연산 모듈의 출력에 따라 상기 고주파 전력 발생 장치의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 모드와 상기 고주파 전력 발생 장치에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 미리 정해진 제1 리미트로 제한하는 제1 VDD 제한 모드 사이에서 전환 제어하는 다중 제어 모듈; 및 상기 다중 제어 모듈의 제어에 따라 RF 전력 증폭기에 입력되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제어하는 DC 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 다중 제어 모듈은, 상기 고주파 전력 발생 장치를 전력 공급 개시 시점에서 상기 파워 스트라이킹 모드로 동작시키며, 상기 반사파 대응 손실분이 상기 제1 설정값을 초과하는 경우 상기 제1 VDD 제한 모드로 동작시키며, 상기 제1 VDD 제한 모드로 동작 중에 반사파 대응 손실분이 상기 제2 설정값 미만으로 낮아지는 경우 상기 파워 스트라이킹 모드로 회귀하여 동작시킨다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 다중 제어 모듈은, 상기 파워 스트라이킹 모드 이후에 상기 VDD의 크기를 상기 제1 리미트보다 큰 제2 리미트로 제한하는 제2 VDD 제한 모드로 동작시킨다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 제2 리미트에 의해 상기 고주파 전력 발생 장치에서 상기 플라즈마 부하로 공급되는 전력은 미리 정의된 설정 전력(Set Power) 미만이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 반사파 대응 손실분은 상기 진행파 성분 대비 상기 반사파 성분의 비에 의해 산출된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 제1 설정값은 상기 제2 설정값에 비해 2배 이상 큰 값이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치는, 상기 제1 설정값은 0.2 이상의 값을 가지며, 상기 제2 설정값은 0.2 미만의 값을 가진다.

본 발명의 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법 및 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치에 따르면, 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파를 검출하고 반사파의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분에 따라 파워 스트라이킹 모드 및 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압을 제어하는 VDD 제한 모드를 전환하여 다중 제어함으로써, 이그니션 단계 또는 매칭 동작이 개시된 직후의 임피던스 부정합(Mismatching) 현상을 해소하고 반사파에 의해 주요 구성품들이 손상되거나 공정이 중단되는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 전원 공급 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치를 예시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따라 전력 증폭기의 직류 전압 제어 구조를 예시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 전압 제어 방법을 예시한 흐름도, 및
도 5는 본 발명에 따른 전압 제어 방법을 예시한 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 고주파 전원 장치를 예시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 고주파 전원 장치는 플라즈마 부하(300)에 고주파 전원을 공급하기 위한 고주파 전력 발생 장치(100)와, 검출 모듈(110)과, 비교 모듈(120)과, 연산 모듈(130)과, 다중 제어 모듈(140)과, DC 모듈(150)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고주파 전력 발생 장치(100)와 플라즈마 부하(300) 사이에는 부하 측의 임피던스 변화에 따라 전원 측의 임피던스를 가변시켜 고주파 전원을 공급하기 위한 정합 장치(200)가 더 구비될 수 있다. 하지만, 이하에서 설명되는 본 발명에 따라 고주파 전원 장치와 플라즈마 부하(300) 사이의 임피던스 부정합 현상(mismatching aspect)을 해소하는 장치 및 방법은 정합 장치(200)와 무관하게 다중 제어 모듈(140)이 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력을 제어하는 것에 의해 달성된다.

검출 모듈(110)은 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력단에 설치되며, 플라즈마 부하(300)를 향하는 진행파 성분과 플라즈마 부하로부터 반사되어 되돌아오는 반사파 성분을 검출하는 수단이다. 예를 들어, 검출 모듈(110)은 방향성 커플러(Directional Coupler)로 구성될 수 있으며, 진행파 및 반사파의 전압, 전류, 주파수 등의 성분을 검출한다. 또는, 검출된 성분으로부터 진행파 전력 및 반사파 전력을 연산하여 출력할 수도 있다.

비교 모듈(120)은 검출 모듈(110)의 검출 값으로부터 진행파 성분과 반사파 성분을 비교하여 반사파 성분의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분을 추출하는 수단이다. 예를 들어, 반사파 대응 손실분은 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)이다. 또는, 반사파 대응 손실분은 정재파비를 이용하여 연산되는 반사 손실일 수 있다. 여기서, 반사파 대응 손실분은 반사파의 양에 대응하는 어떤 다른 값으로 대체될 수 있음은 물론이다.

연산 모듈(130)은 반사파 대응 손실분을 미리 정해진 제1 설정값 및 제1 설정값보다 작은 제2 설정값과 각각 대비하여 연산하는 수단이다.

제1 설정값은 이그니션 단계에서 반사파에 의해 RF 전력 증폭기의 중요 소자가 손상되는 것을 방지하기 위해 설정되는 값으로서, 고주파 전력 발생 장치(100)의 설계 초기에, 또는, 고주파 전력 발생 장치(100)가 투입되는 공정의 초기에 설정될 수 있다. 바람직하게는 제1 설정값은 VSWR을 기준으로 할 때 0.2 이상의 값으로 설정된다. 제1 설정값은 안정된 이그니션 동작을 보장하기 위해서는 비교적 높게 설정될 수 있으며, 이그니션 동작보다는 RF 전력 증폭기의 FET 등을 보호하기 위한 목적이 강할 경우에는 좀 더 낮게 설정될 수 있다.

제2 설정값은 제1 설정값에 비해 작게 설정되는 값으로서, 이그니션 동작 또는 고주파 전력 발생 장치(100)의 과도 동작 구간에서 파워 스트라이킹 동작을 안정적으로 이어가기 위해 설정되는 값이다. 제2 설정값은 고주파 전력 발생 장치(100)와 플라즈마 부하(300)가 안정적인 정합 상태를 유지할 수 있는 값으로 설정되며, 이는 공정의 종류에 따라 가변될 수 있다. 바람직하게는 제2 설정값은 VSWR을 기준으로 할 때 0.2 미만의 값으로 설정되되, 제1 설정값의 절반 이하의 값으로 설정된다.

다중 제어 모듈(140)은 연산 모듈(130)의 출력에 따라 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹(Power Striking) 모드와, 고주파 전력 발생 장치(100)에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제1 리미트로 제한하는 제1 VDD 제한 모드 사이에서 전환 제어하는 수단이다.

DC 모듈(150)은 다중 제어 모듈(140)의 제어에 따라 고주파 전력 발생 장치(100)의 RF 전력 증폭기(102)에 입력되는 직류 전압, VDD의 크기를 제어하는 수단이다.

도 3은 본 발명에 따라 전력 증폭기의 직류 전압 제어 구조를 예시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 고주파 전력 발생장치(100)는 정류기(152)와, DC-DC 컨버터(154)와, RF 전력증폭기(102)와, DC-DC 컨트롤러(156)를 더 포함한다.

정류기(152)는 전력 공급자로부터 수용되는 교류전원을 정류한다. 예를 들어, 브리지 다이오드를 이용하여 교류전원을 직류 정전압으로 정류한다. 정류된 전원은 고주파 전력 발생장치를 구성하는 구성품들에 공급된다. 도시하지 않았지만, 교류전원의 입력단에는 전자기 노이즈를 제거하기 위한 EMI 필터가 더 설치될 수 있다.

DC-DC 컨버터(154)는 정류기의 출력을 스위칭하여 RF 전력 증폭기(102)의 동작 제어를 위한 직류 입력 전압을 공급한다. DC-DC 컨트롤러(156)는 DC-DC 컨버터(154)를 구성하는 스위칭소자의 시비율을 제어하는 것으로서 RF 전력 증폭기(102)의 입력 전압인 VDD 전압을 제어한다.

RF 전력 증폭기(102)는 DC-DC 컨버터(154)의 출력을 증폭하여 고주파 전력을 생성한다. 생성된 고주파 전력은 플라즈마 부하(300)에 전달된다. RF 전력 증폭기(102)는 다양한 부하 조건에 따른 전압 및 주파수를 생성하기 위하여 2개 이상의 RF 전력 증폭기를 병렬 운전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다중 제어 모듈(140)은 연산 모듈(130)에서 전달 받은 연산 결과에 따라 고주파 전력 발생 장치(100)를 전력 공급 개시 시점에서 파워 스트라이킹 모드(플라즈마 점화를 위해 고주파 전원의 출력을 지속하여 상승시키는 모드)로 동작시키며, 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는 경우 제1 VDD 제한 모드로 동작시키며, 제1 VDD 제한 모드로 동작 중에 반사파 대응 손실분이 제2 설정값 미만으로 낮아지는 경우 파워 스트라이킹 모드로 회귀하여 동작시키도록 제어한다. 이러한 제어는 다중 제어 모듈(140)에서 DC-DC 컨트롤러(156)에 전압 지령을 내리고, DC-DC 컨트롤러(156)에서 DC-DC 컨버터(154)를 전압 제어하는 것으로 달성될 수 있다. 구체적인 제어 과정에 대하여는 도 4 및 5를 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명에 따른 전압 제어 방법을 예시한 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전압 제어 방법을 예시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 전력 발생 장치(100)가 플라즈마 부하(300)에 고주파 전원의 공급을 개시하는 것으로 단계가 시작된다(ST110). 그리고, 플라즈마 점화를 위해 고주파 전원의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 동작이 수행된다(ST120). 도 5에서 t1 구간까지 묘사한 바와 같이, 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력이 선형적으로 상승된다.

고주파 전력 발생 장치(100)의 동작이 개시되면서 검출 모듈(110)은 진행파 성분 및 반사파 성분을 지속적으로 검출한다. 비교 모듈(120) 및 연산 모듈(130)의 연산 결과에 따라, 다중 제어 모듈(140)은 파워 스트라이킹 모드를 지속할지 여부를 결정한다.

다음 단계에서, 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는지 여부를 판단한다(ST130). 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는 경우, 다중 제어 모듈(140)은 RF 전력 증폭기(102)에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제1 리미트로 제한한다(ST140). 도 5의 t1에서 t2 구간까지 묘사된 바와 같이, VDD의 크기가 제1 리미트로 제한되는 제1 VDD 제한 모드 동작에 따라 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력 역시 더 이상 상승되지 않고 유지된다.

만약, 점화 동작을 마치기까지 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하지 않는다면, 파워 스트라이킹 동작이 지속될 것이다.

단계 ST140이 진행된 이후에 반사파 대응 손실분이 제1 설정값보다 작은 제2 설정값 미만인지를 판단한다(ST150). 단계 ST150이 만족되지 않는다면, ST140의 제1 VDD 제한 모드 동작이 유지될 것이다.

만약, 단계 ST150의 조건이 만족되면 파워 스트라이킹 동작을 재수행하여 점화에 이르기까지 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력을 지속하여 상승시킨다(ST160). 도 5의 t2에서 t3 구간까지 묘사된 바와 같이, 출력이 지속하여 상승된다.

단계 ST160이 수행된 이후에는 VDD의 크기를 제1 리미트보다 큰 제2 리미트로 제한하는 제2 VDD 제한 모드 동작이 수행된다(ST170). 제2 리미트는 고주파 전력 발생 장치(100)에서 플라즈마 부하(300)로 공급되는 전력이 미리 정의된 설정 전력(Set Power) 미만인 값으로 정해진다. 도 5에서 t3 이후의 그래프에서와 같이, 설정 전력에 도달할 경우 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력을 일정하게 제한하기 위해 제2 VDD 제한 모드로 동작된다. 예컨대, 점화 동작이 종료되고 난 후에는 고주파 전력 발생 장치(100)의 출력을 일정한 수준에서 제한하여, 공정의 안정성을 도모하고 과도한 출력 상승 및 이에 따른 아크 발생 등을 방지한다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 고주파 전력 발생 장치 102 : RF 전력 증폭기
110 : 검출 모듈 120 : 비교 모듈
130 : 연산 모듈 140 : 다중 제어 모듈
150 : DC 모듈 152 : 정류기
154 : DC-DC 컨버터 156 : DC-DC 컨트롤러
200 : 정합 장치 300 : 플라즈마 부하

Claims (13)

1. (a) 플라즈마 부하에 고주파 전원의 공급을 개시하는 단계;
   (b) 고주파 전원의 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 동작을 수행하는 단계;
   (c) 상기 플라즈마 부하로부터 고주파 전원 측으로 반사되는 반사파를 검출하고, 상기 반사파의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분이 제1 설정값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계;
   (d) 상기 단계(c)를 만족하는 경우, 상기 고주파 전원의 RF 전력 증폭기에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제1 리미트로 제한하는 단계;
   (e) 상기 단계(d) 이후에 상기 반사파 대응 손실분이 상기 제1 설정값보다 작은 제2 설정값 미만인지를 판단하는 단계;
   (f) 상기 단계(e)를 만족하면 상기 단계(b)의 파워 스트라이킹 동작을 재수행하는 단계; 및
   (g) 상기 파워 스트라이킹 동작이 종료된 이후에 상기 VDD의 크기를 상기 제1 리미트보다 큰 제2 리미트로 제한하는 단계
   를 포함하는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 리미트에 의해 상기 고주파 전원에서 상기 플라즈마 부하로 공급되는 전력은 미리 정의된 설정 전력(Set Power) 미만인 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 반사파 대응 손실분은 상기 고주파 전원에서 상기 플라즈마 부하로 향하는 진행파 대비 상기 플라즈마 부하에서 상기 고주파 전원으로 반사되는 반사파의 비에 의해 산출되는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법.
   
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 설정값은 상기 제2 설정값에 비해 2배 이상 큰 값인 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 설정값은 0.2 이상의 값을 가지며, 상기 제2 설정값은 0.2 미만의 값을 가지는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방법.
   
7. 플라즈마 부하에 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 장치에 있어서,
   상기 고주파 전원을 생성하는 고주파 전력 발생 장치;
   상기 고주파 전력 발생 장치의 출력단에 설치되며 상기 플라즈마 부하를 향하는 진행파 성분과 상기 플라즈마 부하로부터 반사되는 반사파 성분을 검출하는 검출 모듈;
   상기 검출 모듈의 검출 값으로부터 상기 진행파 성분과 상기 반사파 성분을 비교하여 상기 반사파 성분의 양에 대응하는 반사파 대응 손실분을 추출하는 비교 모듈;
   상기 반사파 대응 손실분을 미리 정해진 제1 설정값 및 상기 제1 설정값보다 작은 제2 설정값과 각각 대비하여 연산하는 연산 모듈;
   전력 공급 개시 시점에서 상기 고주파 전력 발생 장치를 출력을 지속하여 상승시키는 파워 스트라이킹 모드로 동작시키며, 상기 반사파 대응 손실분이 상기 제1 설정값을 초과하는 경우 상기 고주파 전력 발생 장치에 공급되는 직류 전압인 VDD의 크기를 미리 정해진 제1 리미트로 제한하는 제1 VDD 제한 모드로 동작시키며, 상기 제1 VDD 제한 모드로 동작 중에 반사파 대응 손실분이 상기 제2 설정값 미만으로 낮아지는 경우 상기 파워 스트라이킹 모드로 회귀하여 동작시키며, 상기 파워 스트라이킹 모드 이후에 상기 VDD의 크기를 상기 제1 리미트보다 큰 제2 리미트로 제한하는 제2 VDD 제한 모드로 동작시키는 다중 제어 모듈; 및
   상기 다중 제어 모듈의 제어에 따라 RF 전력 증폭기에 입력되는 직류 전압인 VDD의 크기를 제어하는 DC 모듈
   을 포함하는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 리미트에 의해 상기 고주파 전력 발생 장치에서 상기 플라즈마 부하로 공급되는 전력은 미리 정의된 설정 전력(Set Power) 미만인 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치.
    
11. 제7항 또는 제10항에 있어서,
    상기 반사파 대응 손실분은 상기 진행파 성분 대비 상기 반사파 성분의 비에 의해 산출되는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치.
    
12. 제7항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 설정값은 상기 제2 설정값에 비해 2배 이상 큰 값인 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 설정값은 0.2 이상의 값을 가지며, 상기 제2 설정값은 0.2 미만의 값을 가지는 불안정 매칭 현상을 해소하기 위한 다중 전압 제어 방식의 고주파 전원 장치.

Images