本发明涉及具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法，更详细地，涉及用于点火及维持等离子体发生器内的等离子体的具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法。
背景技术：
等离子体放电可通过激发气体来生成包含离子、自由基、原子及分子的反应气体。反应气体用于包括如半导体晶体的处理固体物质、粉末及其他气体的众多及科学领域。等离子体状态为当对气体基于高能量时，气体被离子化的状态，这种等离子体发生装置用于当代半导体制造工序中的蚀刻、洗涤等，随着半导体市场的扩大，其重要性逐渐增加。
通常，在半导体工序中，会经过用于形成半导体的多种工序，在半导体工序中生成的副产物会通过真空泵和净气器(scruber)排出。此时，有效去除当利用等离子体来进行半导体工序时所发生的微细污染物或氧化物等。
在工艺腔内或在工艺腔的外部产生等离子体，其中，在工艺腔的外部产生等离子体的方法利用远程等离子体发生器。远程等离子体发生器(remoteplasmagenerator)向中性气体施加高电场来将中性气体的一部分分为质子和电子，通过电场的能量产生中性气体和电子及质子混合的等离子体的装置。
对于远程等离子体发生器的等离子体供给源可通过包括dc放电、高频(rf)放电、及微波放电的多种方式生成等离子体。dc放电为通过向气体内的两个电极之间施加电位来实现。高频放电从电源在等离子体内通过静电或感应结合能量来实现。感应线圈通常用于将电流感应在等离子体内。微波放电通过在收容气体的放电腔室内直接将结合微波能量来实现。微波放电用于支援包括放电被离子化的电子ecr等离子体的广范围的放电条件。
比较微波或其他类型的高频等离子体供给源，环形(toroidal)形状的等离子体供给源在低电场、低等离子体腔体腐蚀、小型化及费用效果方面存在优点。环形等离子体供给源以低的电场工作,内在性地去除电流-结束电极及相关阴极电位下降。低的等离子体墙体腐蚀使环形等离子体供给源与其他方式的等离子体供给源相比在高的电力密度下工作。并且，使用铁氧体磁芯来将电磁能有效结合于等离子体，环形等离子体供给源使其在相对低的射频频率下工作，从而降低电力供给费用。环形等离子体墙体为了半导体晶片、平板显示器及多种物质的处理而生成包含氟、氧、氢、氮等的化学活性气体。
通过环形等离子体供给源的气体入口供给的气体沿着腔室内部的环形等离子体通道移动并与等离子体反应，由此生成活性化的气体。在等离子体腔体内中的气体的流动起到阻抗的作用。
产生等离子体的一般方法如下，施加mediumfrequency频带(300khz～3mhz)的高频电源来产生磁场，通过变换的磁场生成等离子体。需要用于进一步粉碎这种环形等离子体供给源的驱动和氧化物的高电压、高频逆变器的使用。
图1为示出在以往的供电装置中以等离子体负荷动作时的特性的图表。
图1示出等离子体作为以往的供电装置的负荷动作时的特性。等离子体点火之前，大气中的阻抗与大气中的空气阻抗类似无限值。但是，在等离子体点火之后，随着急剧的阻抗值减少，等离子体起到负荷作用。等离子体发生器的动作过程中，阻抗变化会变小。
为了等离子体负荷的最优使用而强调供电装置的设计及运行方法的重要性。此时，等离子体的点火前的动作中，供电装置的逆变器部电压、电流的相差及逆变器部的电流的大小对系统的设计极为重要。尤其，小的逆变器部的电流大小及大的逆变器电压、电流的相差及逆变器部的动作频率在设计系统时，在系统的稳定性和供电装置的部件选择过程中极为重要。
图2为示出以往的共振网络及等离子体发生器的共振网络的电路图。
参照图2，在当前等离子体发生、维持用供电装置的情况下，在点火前、点火后的急剧阻抗变化条件下，发生、维持等离子体，为了形成等离子体所需要求的高频电源而使用简单输出静电的共振型供电装置。为此，使用lc并列共振型网络1。共振型网络1包括与等离子体发生器5串联的共振电感器3及并联的共振电容器4。作为这种方法，为了在共振点附近，当负荷阻抗大时所发生的高的电流增益，当等离子体点火时，在共振频率的1.5倍左右的开关频率中使逆变器工作。
这种方法在等离子体点火前动作时使用高频，因此可防止开关损失，并且，在等离子体点火前，在基于等离子体的高阻抗值的供电装置的逆变器存在过大的电流。并且，很难确保用于软开关的逆变器的电压、电流的相差。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供在供电装置追加无源器件，由此，在相同频率中，调节逆变器电流的大小来获得低的逆变器电流的具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法。
本发明的另一目的在于，提供简单确保用于软开关的逆变器部的电压、电流的相差，在低的开关频率中，也可进行等离子体点火的具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法。
(二)技术方案
为了解决所述问题，本发明一实施例的具有无源器件的供电装置用于在等离子体发生器内对等离子体进行点火，所述具有无源器件的供电装置包括：开关电源，具有整流器和逆变器；变压器，具有初级绕组及卷绕所述初级绕组的铁氧体磁芯；以及共振网络，连接在所述开关电源与所述初级绕组之间，包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与所述初级绕组串联，所述共振电容器与所述初级绕组并联并与所述共振电感器串联，所述共振网路包括一端与所述共振电容器串联且另一端接地连接的无源器件，通过所述无源器件调节所述逆变器的电压、电流的大小。
在一实施例中，所述无源器件为电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一种以上。
在一实施例中，所述等离子体发生器包括呈环形形状的等离子体腔体，所述等离子体腔体包括一个以上的气体入口和一个以上的气体出口，并在内部形成呈环形形状的等离子体放电通道，所述变压器的所述铁氧体磁芯以与所述等离子体放电通道磁链的方式设置于等离子体腔体。
在一实施例中，所述开关电源包括半桥逆变器。
在一实施例中，所述开关电源包括全桥逆变器。
在一实施例中，所述一个以上的气体出口与对基板进行处理的工艺腔相连接。
在一实施例中，所述等离子体腔体包括用于向所述等离子体放电通道点火所述等离子体的点火电极。
本发明一实施例的具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法用于在等离子体发生器内对等离子体进行点火，所述利用具有无源器件的供电装置的等离子体点火的供电方法包括：形成共振网络的步骤，连接在包括整流器、逆变器的开关电源与变压器的初级绕组之间，所述共振网络包括共振电感器及共振电容器，所述共振电感器与所述初级绕组串联，所述共振电容器与所述初级绕组并联并与所述共振电感器串联；从所述共振网络共振的电压向所述初级绕组的两端提供来向所述初级绕组感应共振电流，以此生成等离子体的步骤，所述共振网路包括一端与所述共振电容器串联且另一端接地连接的无源器件，通过所述无源器件调节所述逆变器的电压、电流的大小。
在一实施例中，所述无源器件为电阻、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一种以上。
在一实施例中，在生成所述等离子体之前的步骤中，利用所述无源器件来确认所述逆变器的电压、电流的相差及所述等离子体点火前电流的大小。
(三)有益效果
说明本发明的具有无源器件的供电装置及利用其的用于等离子体点火供电方法的效果如下。
根据本发明实施例中的至少一个，当等离子体点火前动作时，与以往相比，在相同频率中，可通过调节逆变器电流的大小来获得低的逆变器电流。因此，简单确保逆变器部的电压、电流的相差，在低的开关频率中也可进行等离子体点火。并且，电阻接近无限的等离子体点火之前的状况下，可减少逆变器电流的大小。尤其，对应共振频率，可以将本发明的供电装置适用于无法无限提供开关频率的当前供电系统，在相同频率中，可调节逆变器电流的大小。
附图说明
图1为示出在以往的供电装置中以等离子体负荷动作时的特性的图表。
图2为示出以往的共振网络及等离子体发生器的共振网络的电路图。
图3为用于说明本发明的供电装置、等离子体发生器及工艺腔的连接结构的图。
图4为示出本发明优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
图5为比较以往及本发明的优选实施例的供电装置的逆变器电压、电流的相位及电流的大小的图表。
图6为示出本发明再一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
图7为示出本发明另一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
附图说明标记
10：供电装置20：等离子体发生器
21：气体注入口22：等离子体放电通道
23：气体排出口24：本体
29：适配器30：工艺腔
32：基座34：被处理基板
35：排气口36：排气泵
40：变压器42：初级绕组
44：铁氧体磁芯50：开关电源
52：整流器54：逆变器
60：共振网络62：共振电感器
64：共振电容器66：电感器
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明在本说明书中记载的实施例，与附图标记无关，对相同或类似的结构要素赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。在以下的说明中使用的对于结构要素的词尾“模块”及“部”通过考虑说明书制订的简单性来赋予或者混用，其自身没有相互区别的含义或作用。并且，在说明本说明书中记载的实施例的过程中，在判断为相关的公知技术的具体说明使本发明的主旨不清楚的情况下，将省略对其的详细说明。并且，附图仅用于简单理解在本说明书中揭示的实施例，本说明书中提出的技术思想并不局限于附图，而是包括本发明的思想及技术范围中的所有变更、等同技术方案或替代技术方案。
如第一、第二等，包含序数的术语可用于说明多种结构要素，但是，所述结构要素并不局限于所述结构要素。所述术语用于区分两种结构要素。
当一种结构要素与其他结构要素“连接”或“链接”时，意味着直接连接或链接，也意味着在中间隔着其他结构要素的情况。相反，当一个结构要素与其他结构要素“直接连接”或“直接链接”时，中间不存在其他结构要素。只要在文脉上并未明确表示，单数的表现包括复数的表现。
在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语是指在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在，而并非预先排出一个或其以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。
以下，参照附图，详细说明本发明的实施例。本发明所属技术领域的普通技术人员知道，在不超出本发明的精神及必要特征的范围内，本发明可被具体化为其他特定形态。
为了充分理解本发明，参照附图，说明本发明的优选实施例。本发明的实施例可变形为多种形态，本发明的范围并不局限于以下详细说明的实施例。在本实施例为使本发明所属技术领域的普通技术人员完全理解本发明而提供。因此，在附图中的要素的形状等为了强调更加明确的说明而被扩大。在各个附图中，对相同结构给予相同附图标记。将省略被判断为使本发明的主旨不清楚的公知功能及结构的详细说明。
图3为用于说明本发明的供电装置、等离子体发生器及工艺腔的连接结构的图。
参照图3，本发明的等离子体发生系统包括供电装置10、等离子体发生器20及工艺腔30。供电装置10为了在等离子体发生器20内对等离子体进行点火而在等离子体发生器内传递能量。供电装置10包括开关电源50和共振网络60。供电装置10通过在等离子体发生器20传递等离子体来在等离子体发生器内点火或发生等离子体。
等离子体发生器20包括用于在等离子体源收容可变换为等离子体(例如，ar+)的气体(例如，ar)的本体24。本体24中，一个或一个以上的侧面向工艺腔30漏出，通过等离子体生成的带电粒子直接与被处理的物质接触。选择性地，等离子体发生器20从工艺腔30隔开规定距离，活性化的气体向工艺腔30内流动。
等离子体发生器20包括在内部形成环形形状的等离子体放电通道22的本体24及在等离子体放电通道22内部形成电能来与等离子体相结合的变压器40。变压器包括铁氧体磁芯44及初级绕组42。铁氧体磁芯44与等离子体放电通道22磁链来包围本体24的一部分。初级绕组42卷绕于铁氧体磁芯44的一部分。变压器40的一侧包括初级绕组42，变压器40的另一侧包括形成于等离子体放电通道22的等离子体。初级绕组42与供电装置10相连接，从供电装置10接收电力来驱动。来自供电装置10的能量被供应至变压器40，然后与经过等离子体发生器20的气体反应点火或生成感应连接的等离子体。在等离子体发生器20内点火的等离子体起到变压器40的另一侧的功能。
供电装置10向变压器40的初级绕组42施加激励电压。这种激励电压在初级绕组42内感应高电压电流，由此，通过铁氧体磁芯44生成交流磁场。结果，电流在等离子体发生器20内的气体感应来引发等离子体的点火。若生成等离子体，则等离子体感应其他氢气，以此生成所需要的反应气体。
当等离子体起到供电装置10的负荷作用时，等离子体点火之前，大气中阻抗与大气中的空气阻抗类似无限值。但是，在等离子体点火之后，与急剧的电阻值减少，等离子体作为供电装置10的负荷作用。并且，等离子体发生器20在动作过程中的阻抗变化变少。
工艺腔30在内部形成用于支撑被处理基板34的基座32。基座32通过阻抗整合器(未图示)来与一个以上的偏压电源电连接。等离子体发生器20的气体排出口23通过适配器29相连接，活性化气体通过适配器29从等离子体发生器20向工艺腔30供给。适配器29可具有用于电绝缘的绝缘区间，可包括用防止过热的冷却通道(未图示)。例如，被处理基板34为用于制造半导体装置的硅晶体基板或用于制造液晶显示器或等离子体显示器等的玻璃基板。
等离子体发生器20向工艺腔30供给活性化的气体。从等离子体发生器20供给的活性化气体用于洗涤工艺腔30的内部，或者处理放置于基座32的被处理基板34。等离子体发生器20为用于排出活性化的气体的等离子体源，可使用感应结合等离子体、容量结合等离子体或变压器等离子体。其中，在本发明中的等离子体发生器20使用变压器等离子体。
虽然图中未示出，等离子体发生器20可设置于工艺腔30和排气泵36之间。排气泵36与工艺腔30的排气口35相连接。等离子体发生器20接收在工艺腔30内发生并排出的有害气体(全氟化碳)来将其分解为无害气体并排出。通过等离子体发生器20分解作为环境污染物质的有害气体来排出，并可防止排气泵36的损伤。此时，可包括额外的等离子体供给源。
控制部70用于控制整个系统，控制向与供电装置10相连接的等离子体发生器20供给的电力。具体地，虽然未示出，供电装置10包括用于保护可通过非正常动作环境发生的电损伤的保护电路。控制部70发生用于控制等离子体系统的整个动作过程的控制信号来控制等离子体发生器20和工艺腔30的动作。等离子体发生器20包括用于测定等离子体状态的测定传感器(未图示)，控制部70边比较测定值和正常动作的基准值，边控制供电装置10来控制无线频率的电压及电流。
图4为示出本发明优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
参照图4，本发明的供电装置10包括开关电源50和共振网络60。开关电源50包括整流器52和逆变器54。开关电源50可以为半桥逆变器或全桥逆变器中的一种。通过整流器52获得的直流通过逆变器54改变并向共振网络60提供。共振网络60为初级绕组42的共振电感器，与开关电源50及初级绕组42之间相连接。从共振网络60的共振频率或其具有附近的频率的开关电源来对应激励电压来向共振电压或实际的共振电压感应高电压的逆变器40的初级绕组42两端。初级绕组42内的共振电流在等离子体发生器20内部引发等离子体点火。
共振网络60通过开关电源50驱动。共振网络60包括具有与共振电容器64串联的共振电感器62的lc电路。共振电容器64与初级绕组42并联，共振电感器62与初级绕组42串联。共振电感器62及共振电容器64形成低通滤波器网络。其中，电压向共振网络60的两端施加，由此，共振网络60向初级绕组42的两端提供实质性的共振交流电压，向初级绕组42感应实质性的共振电流，从而在等离子体发生器20内对等离子体进行点火。
所生成的等离子体起到变压器40的另一侧的作用。等离子体可表现为具有电感器l及电抗r的等价电路。在电感器l2、l3的情况下，通过等离子体发生器20发生的部分。在电感器中的负荷侧电流为向根据逆变器输出电压计算的输出负荷(r：zplasma)的电流。另一方面，等离子体发生器20的本体24呈环形形态，并可呈提供气体的环形流动的其他形状。
在本发明中的共振网络60包括无源器件(passiveelement)。无源器件为不仅在电路中传递或吸收电能，而且还具有增幅、电能的变换等能动功能的期间。无源器件与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一端接地(-)。无源器件可以为阻抗、电感器、电容器、转换器或继电器中的至少一种以上，与共振电容器64串联。另一方面，所述说明的无源器件的电抗值可固定或改变。
在本发明中，无源器件中，电感器66与共振电容器64相连接。以往的共振网络中，通过基于共振电感器62及共振电容器64的共振来确定流向负荷(等离子体)的电流的大小。相反，本发明的共振网络60中，改变作为无源器件的电感器66的电感值，由此可调节在共振频率附近的逆变器54电流大小。图中虽然未示出，作为另一实施例，利用与电感器66连接的开关电路可以改变电感器66的电感。
在通过电感器66，阻抗接近无限的等离子体点火之前状况下，可减少逆变器54的电流大小。因此，在相同频率下，可获得低的逆变器54电流，从而简单确保逆变器54的电压、电流的相差。由此，与以往相比，可在低开关频率下进行等离子体点火。尤其，对应共振频率，无法无限提高开关频率的当前的电力供给系统中更加有效。
若等离子体点火，则短路电流不向开关电源50流动。相反，在等离子体点火之后，即使变压器40的初级绕组42的电感减少，共振网络60的共振电感器62继续执行作为用于回到开关电源50的对于安全动作水平的初级绕组42的低通滤波器限制电流的功能。因此，几乎防止因高电流的开关电源50内的结构要素的损伤。
以下，说明利用数学式来计算与逆变器电流的大小成比例的输入电感。
数学式1
数学式2
zin：从共振网络端子向负荷侧的阻抗
ω：2*pi*f(pi：3.141592…，f：共振网络输入的基本频率)
为了简化阻抗，假定为r为∞的等离子体点火前状况。
数学式1示出以往的从逆变器向负荷侧的阻抗，数学式2示出以往的逆变器侧以下观察的整体阻抗中考虑等离子体的特性的等离子体点火前的阻抗。
逆变器54侧的阻抗可通过共振网络60、等离子体发生器20和等离子体的阻抗等价值来表现，通过所述阻抗值的实数、虚数值来获得的逆变器54的电压、电流的相差，追加地，可获得逆变器的电流值。
数学式1中，共振电感器3和共振电容器4(图2中c1)为等离子体的点火后的供电装置的动作而适用，电感器l2、l3的情况下，通过等离子体发生器20发生的部分来改变整体动作值受到限制。作为以往的方法，在对等离子体进行点火之后，在供电装置的动作对焦来设计共振网络，为了等离子体点火之前的动作，提高动作频率来使等离子体发生器动作。
数学式3
数学式3示出在本发明的从逆变器向负荷的整体阻抗。
数学式4
数学式4示出在本发明的逆变器中的本体整体阻抗中考虑等离子体的特性的阻抗。
在求出阻抗的过程中，实数部分因r为∞的状况下为0，因此将省略，仅对与虚数部分相关的部分示出。在r为∞的状况下，对逆变器电流常影响的数学式仅在zin(从端子向负荷的阻抗)中通过虚数部分确定，此时，因无源器件l4的影响，在相同频率中，可获得比以往小的逆变器电流。
根据本发明，若向共振网络60追加无源器件l4，则数学式1可变更为数学式3，通过追加的无源器件l4，可以计算等离子体点火之前的逆变器54电压、电流的相差来改善。并且，在数学式4追加无源器件l4，由此，可以计算逆变器54电压、电流的大小来进行调节。
结果，根据本发明，当等离子体点火动作时，可以调整逆变器电流的大小，从而，在相同频率中可以获得与以往相比更低的逆变器电流。因此，简单确保逆变器的电压、电流的相差，从而，在低的频率中也可对等离子体进行点火。并且，阻抗接近无限的等离子体点火之前的状况下，逆变器电流的大小有可能降低。尤其，对应共振频率，可以将本发明的供电装置适用于无法无限提高开关频率的当前供电系统来在相同频率中调节逆变器电流的大小。
图5为比较以往及本发明的优选实施例的供电装置的逆变器电压、电流的相位及电流的大小的图表。
参照图5(a)，以往的供电装置中，逆变器以下的电等价模型中，通过箭头表示的区间为无法进行零电压开关的区间。参照图5(b)，本发明的等离子体供电装置中，逆变器以下的电等价模型中，通过箭头表示的区间表示无法进行零电压开关的区间。因此，比较图5(a)和图5(b)，本发明的供电装置使用追加的无源器件l4来确保可进行零电压开关的区间。并且，利用追加的无源器件l4来调节逆变器电流的大小。
图6为示出本发明再一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
参照图6，共振网络60a作为无源器件可以使用可变电感器67。可变电感器67与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一点接地(-)。利用可变电感器67来调节电感器值来控制逆变器的电压、电流的大小。除可变电感器67之外的剩余结构与所述说明的实施例相同，因此将省略对其的说明。
图7为示出本发明另一优选实施例的共振网络及等离子体发生器的电路图。
参照图7，共振网络60b为包括可变电感器67的变形例的共振网络，利用电源板67b来调节电感器值。可变电感器67通过开关电路67a来与电源板67b相连接，由此，调节可变电感器67的卷绕数来调节电感器值。可变电感器67与共振电容器64串联，更详细地，一端与共振电容器64串联，另一端接地(-)。利用可变电感器67来调节电感器值，以此控制逆变器的电压、电流的大小。除可变电感器67之外的剩余结构与所述说明的实施例相同，因此将省略对其的说明。
虽然未图示，等离子体发生器20还可包括用于等离子体点火的点火电极。点火电极与供电装置10相连接来驱动。点火电极生成提供对环形形状的等离子体放电通道22内的等离子体进行点火的初期离子化活动的自由电荷。初期粒子活动可以为在等离子体发生器20施加的短且高的电压脉冲。连续高的高频电压可生成初期离子化活动。紫外线辐射可生成提供对等离子体放电通道22内的等离子体进行点火的初期离子化活动的等离子体放电通道22内的自由电荷。或者，等离子体发生器20向从与本体24光学结合的紫外线光源(未图示)放射的紫外线辐射漏出来引发对等离子体进行点火的初期离子化活动。
以上，详细说明在所有方面并非被限定解释，而是例示性说明。本发明的范围通过附加的发明要求保护范围合理解释，在本发明的等同范围内的所有变更均术语本发明的范围。