KR20090064390A

KR20090064390A - 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090064390A
Application number: KR1020097005448A
Authority: KR
Inventors: 잭 에이. 길모어
Original assignee: 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-06-18
Also published as: DE07842153T1; CN101523984A; US20080061901A1; WO2008033762A3; EP2062354A4; JP2010504042A; TW200832903A; WO2008033762A2; EP2062354A2

Abstract

매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 하나의 예시적인 실시예들은 미리 결정된 소스 임피던스에 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제1 값을 매칭시키고, 소스와 상기 부하 사이에서, 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제2 값이 소스와 부하 사이의 단일 리액턴스 소자의 부가에 의하여 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭되도록 허용하는 위상 시프트를 야기한다. 부하의 동적 가변 임피던스가 미리 결정된 제1 값인지 또는 미리 결정된 제2 값인지를 결정하는 것은 미리 결정된 소스 임피던스에 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위하여 필요에 따라 임피던스 매칭 회로로부터 단일 리액턴스 소자가 제거되거나 임피던스 매칭 회로에 단일 리액턴스 소자가 포함되도록 허용한다.

Description

매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SWITCHING BETWEEN MATCHING IMPEDANCES}

본 발명의 전기 회로들에서의 임피던스 매칭에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 동적 가변 부하 임피던스를 소스 임피던스에 매칭시키기 위하여 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이나, 이에 제한되지는 않는다.

종종, 임피던스 매칭 회로는 두 개 이상의 상이한 값들 사이에서 동적으로 변화하는 부하 임피던스를 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭시킬 필요가 있다. 그러한 동적 가변 부하 임피던스는 예를 들어, 스퍼터링 마그네트론에서 발생할 수 있다. 몇몇 스퍼터링 마그네트론들에서, 자계(磁界)는 목표 물질로 기판을 고르게 코팅하기 위하여 플라즈마 챔버에서 플라즈마의 분포를 제어하도록 둘 이상의 구성들 중에서 스위칭된다. 이러한 상이한 자계 구성들은 부하 플라즈마의 임피던스가 둘 이상의 상이한 값들 사이에서 변화하도록 한다. 몇몇 경우들에서, 부하 임피던스는 30 ms만큼 짧게 변화한다.

동적 가변 부하 임피던스를 매칭시키기 위한 종래의 한 접근법은 두 개의 가변 소자들, 보통은 커패시터들을 포함하는 매칭 네트워크를 이용하는 것이다. 하나 의 가변 소자는 매칭 임피던스의 크기를 제어하고, 나머지 하나는 리액턴스 성분을 제어한다. 두 개의 가변 소자들 사이의 "크로스토크(crosstalk)"로 인하여, 보통은 입력 측정 디바이스가 요구된다. 입력 측정 디바이스는 가변 소자들을 조정하기 위하여 서보 모터들을 구동시키는 아날로그 회로 소자에 결합된다. 최근에, 매칭 네트워크의 실제 입력 임피던스를 계산하기 위하여 입력 전압 및 전류와 상기 입력 전압과 전류 사이의 위상을 측정하기 위하여 아날로그-디지털(A/D) 변환기를 사용하는 임피던스 매칭 회로들이 개발되었다. 이러한 보다 현대적인 임피던스 매칭 회로들에서, 디지털 스텝퍼(stepper) 모터들이 종종 가변 소자들을 조정하는데 사용된다. 불행히도, 가변 소자들의 기계적인 조정은 부하 임피던스 변화들이 예를 들어, 30ms 내에서 발생하는 경우에는 잘 작동하지 않는다.

둘 이상의 매칭 임피던스들 사이의 신속한 스위칭을 요구하는 애플리케이션들에서, PIN-다이오드 스위치들은 매칭 네트워크의 컴포넌트들을 스위치-인 및 스위치-아웃하는데 사용될 수 있다. 그러나, 스퍼터링 마그네트론과 같은 애플리케이션에서, 스미스 챠트(Smith Chart)상의 임의의 특정 상각 궤도(trajectory)에 둘 이상의 상이한 부하 임피던스들이 놓일 필요가 없다는 점에서 어려움이 발생하는데, 이는 모든 상이한 부하 임피던스 값들을 매칭하는 작업을 복잡하게 한다.

따라서, 본 기술 분야에서는 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 개선된 장치 및 방법이 요구된다.

도면들에 보여지는 본 발명의 예시적인 실시예들이 하기에서 요약된다. 이러한 그리고 다른 실시예들이 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 섹션에서 더욱 충분하게 설명된다. 그러나, 본 발명을 발명의 내용 또는 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 개시된 형태로 제한하고자 의도하지 않았음을 이해해야 할 것이다. 당해 기술 분야의 당업자들은 청구항들에서 표현되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형들, 균등물들, 및 대안적인 구성들이 존재함을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예는 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 전기적 장치(electrical apparatus)로서, 전기적 장치에 선택적으로 결합되도록 구성되는, 스위칭되는 엘리먼트; 전기적 장치의 출력과 접속된 부하의 임피던스가 미리 결정된 제1 값이고, 스위칭되는 엘리먼트가 전기적 장치로부터 분리될 때, 전기적 장치의 입력 임피던스가 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 매칭 네트워크; 전기적 장치의 출력과 접속된 부하의 임피던스가 미리 결정된 제2 값이고, 스위칭되는 엘리먼트가 전기적 장치에 결합될 때, 전기적 장치의 입력 임피던스가 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 위상 시프트 네트워크; 미리 결정된 제1 값인 부하의 임피던스와 미리 결정된 제2 값인 부하의 임피던스 사이에서 구분하도록 구성되는 센서; 및 센서가 부하의 임피던스가 미리 결정된 제1 값인 것으로 결정할 때, 전기적 장치로부터 스위칭되는 엘리먼트를 분리하고, 센서가 부하의 임피던스가 미리 결정된 제2 값인 것으로 결정할 때, 전기적 장치에 스위칭되는 엘리먼트를 결합하도록 구성되는 제어 소자를 포함한다.

다른 예시적인 실시예는 방법으로서, 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제1 값을 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭하는 단계; 및 소스와 부하 사이에서, 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제2 값이 소스와 부하 사이의 단일 리액턴스 소자의 부가에 의하여 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭되도록 허용하는 위상 시프트를 야기하는 단계를 포함한다. 이러한 그리고 다른 실시예들은 본 명세서에서 더욱 상세히 개시된다.

본 발명의 다양한 목적들 및 장점들과 보다 완벽한 이해는 첨부 도면들과 함께 취해질 때, 하기의 상세한 설명 및 청구항들을 참조로 하여 명확해지고 보다 용이하게 이해된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로의 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로의 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로의 블럭도이다.

도 4A-4C는 본 발명의 예시적인 실시예가 동적 가변 부하의 둘 이상의 상이한 부하 임피던스 값들을 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭시키는데 사용될 수 있는 방법을 보여주는 간략화된 스미스 챠트이다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로를 포함하는 전기적 장치의 블럭도이다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 소스의 미리 결정된 소스 임피던스로 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위한 방법의 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 소스의 미리 결정된 소스 임피던스로 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위한 방법의 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로의 션트 스위칭되는 엘리먼트 구현의 개략도이다.

도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로의 직렬 스위칭되는 엘리먼트 임피던스의 개략도이다.

예시적인 실시예에서, 미리 결정된 제1 부하 임피던스 값은 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭된다. 위상 시프트는 소스와 부하 사이에 도입되어, 제2 미리 결정된 부하 임피던스 값이 소스와 부하 사이의 단일 리액턴스 소자의 부가에 의하여 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭되도록 허용한다. 미리 결정된 제1 및 제2 부하 임피던스 값들은 각각 단일 리액턴스 소자를 선택적으로 제거하고 포함시킴으로써 매칭된다. 제1 및 제2 부하 임피던스 값들의 발생이 구분되고, 미리 결정된 소스 임피던스에 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위하여 필요에 따라 단일 리액턴스 소자가 제거되거나 포함된다. 몇몇 실시예들에서, 단일 리액턴스 소자는 션트(shunt) 구성이다. 다른 실시예들에서, 단일 리액턴스 소자는 직렬 구성이다. 본 명세서에서 미리 결정된 부하 임피던스 값들에 관한 라벨들 "제1" 및 "제2"는 임의적인 것이다.

이후 도면들을 참조하고, 동일 또는 유사한 소자들은 다수의 도면들에 걸쳐 동일한 참조 번호들로 지시되며, 특히, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로(100)의 블럭도인 도 1을 참조한다. 임피던스 매칭 회로(100)는 임피던스가 두 개의 미리 결정된 값들 사이에서 변화하는 부하(도 1에 도시하지 않음)를 미리 결정된 소스 임피던스에 동적으로 매칭한다. 미리 결정된 소스 임피던스는 임의의 값일 수 있다. 스퍼터링 마그네트론 애플리케이션의 하나의 통상적인 값은 50Ω 저항(비 리액턴스 성분)이다.

도 1에서, 무선 주파수(RF) 입력(105)이 입력 센서(110)를 통해 임피던스 매칭 회로(100)에 공급된다. 임피던스 매칭 회로(100)는 스위칭되는 엘리먼트(115), 위상 시프트 네트워크(120), 매칭 네트워크(125) 및 센서(130)를 더 포함한다. 센서(130)는 임피던스 매칭 회로(100)의 출력(RF 출력 140)이 접속되는 부하의 현재 상태를 결정하기 위하여 신호(135)를 모니터링하도록 구성된다.

매칭 네트워크(125)가 가변 매칭 네트워크인 실시예들에서, 입력 센서(110)는 가변 매칭 네트워크를 제어한다. 고정된 매칭 네트워크를 이용하는 실시예들에서, 입력 센서(110)는 제거된다. 매칭 네트워크(125)는 임피던스 매칭 회로(100)의 스위칭되는 엘리먼트(115)가 스위치-아웃(switch-out)될 때, 소스 임피던스에 두 개의 상이한 부하 임피던스 값들 중 제1 값을 매칭시키도록 구성된다. 그러한 매칭 네트워크를 설계하기 위한 기술들이 임피던스 매칭 분야에 알려져 있으며, 이를 본 명세서에 기재하지는 않았다. 매칭 네트워크(125)는 하이 패스 또는 로우 패스 "T", 하이 패스 또는 로우 패스 "Pi", L-매치 및 감마-매치를 포함하는 다양한 상이한 토폴로지들 중 임의의 것을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

위상 시프트 네트워크(120)는 스위칭되는 엘리먼트(115)가 스위치-인 (switch-in)(임피던스 매칭 회로(100)에 결합)될 때, 두 개의 부하 임피던스 값들 중 제2 값이 소스 임피던스에 매칭되도록 구성된다. 이것은 이하에 보다 상세히 설명될 것이다. 실시예에 따르면, 위상 시프트 네트워크(120)는 하이 패스 또는 로우 패스 "T" 또는 "Pi"를 포함하는 다양한 토폴로지들 중 임의의 것을 가지나, 이에 제한되는 것은 아니다.

센서(130)는 부하 임피던스의 제1 값과 제2 값 사이에서 구분한다. 스퍼터링 마그네트론 실시예에서, 예를 들어, 센서(130)는 플라즈마 챔버의 플라즈마를 분배하는데 사용되는 자계의 상태를 모니터링한다. 자계가 제1 상태에 있다면, 플라즈마의 부하 임피던스는 대응하는 제1 값을 갖는다. 자계가 제2 상태에 있을 때, 플라즈마의 부하 임피던스는 대응 제2 값을 갖는다. 센서(130)의 출력이 스위칭되는 엘리먼트(115)의 상태(스위칭 인 또는 스위칭 아웃)를 제어하는데 사용된다. 예시적인 일 실시예에서, 센서(130)의 출력은 스위칭되는 엘리먼트(115)(도 1에 도시되지 않음)를 제어하는 바이어스 네트워크에 공급된다. 센서(130)가 제1 부하 임피던스 값을 검출할 때, 센서(130)의 출력은 스위칭되는 엘리먼트(115)가 임피던스 매칭 회로(100)로부터 분리되게 한다. 센서(130)가 제2 부하 임피던스 값을 검출할 때, 센서(130)의 출력은 스위칭되는 엘리먼트(115)가 임피던스 매칭 회로(100)에 결합되게 한다.

스위칭되는 엘리먼트(115)는 센서(130)의 출력에 따라 선택적으로 임피던스 매칭 회로(100)에 결합되거나 임피던스 매칭 회로(100)로부터 분리될 수 있는 리액턴스 소자, 커패시터 또는 인덕터이다. 스위칭되는 엘리먼트(115)는 적절한 바이어싱 네트워크에 의하여 제어되는 예를 들어, PIN 다이오드의 사용을 통해 임피던스 매칭 회로(100)에 스위치-인 및 스위치-아웃될 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭되는 엘리먼트(115)는 션트 소자이다. 다른 실시예에서, 스위칭되는 엘리먼트(115)는 직렬 소자이다.

도 2는 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로(200)의 블럭도이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 위상 시프트 네트워크(225)는 RF 출력(240)이 접속되는 부하(도 2에 도시되지 않음)와 매칭 네트워크(220) 사이에 존재한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로(300)의 블럭도이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 위상 시프트 네트워크 및 매칭 네트워크는 통합된다(320 참조).

도 4A-4C는 본 발명의 예시적인 실시예가 동적 가변 부하의 둘 이상의 상이한 부하 임피던스 값들을 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭하는데 사용될 수 있는 방법을 보여주는 간략화된 스미스 챠트이다.

도 4A의 간략화된 스미스 챠트(400)에서, 제1 부하 임피던스 값(405) 및 제2 부하 임피던스 값(410)(도 4A에 X로 표시)이 그려진다. 원(415)은 미리 결정된 소스 임피던스(예를 들어, 50Ω)와 동일한 실수 부분을 갖는 스미스 챠트(400)의 모든 임피던스들에 대응한다. 원(415)이 수평축(425)을 가로지르는 외부 원(420)의 중심(427)은 소스 임피던스를 정확하게 매칭하는 임피던스에 대응하는 "매치 포인트"이다. 본 기술분야의 당업자들은 부하에 전달되는 전력을 최대화시키고, 부하로부터의 반사를 제거하기 위하여, 부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소 공액 (complex conjugate)이어야 한다는 것을 인지한다. 소스 임피던스가 순수하게 실수(저항성)일 때, 임피던스 매칭 회로의 목표는 부하가 소스 저항과 동일한 저항처럼 보이게 하는 것이다.

도 4B의 간략화된 스미스 챠트(430)에서, 단일 스위칭되는 리액턴스 소자가 임피던스 매칭 회로로부터 분리될 때, 매칭 네트워크는 제1 부하 임피던스 값(405) (도 4B에 동그라미로 표시)을 소스 임피던스에 매칭시킨다. 임피던스 매칭 회로의 위상 시프트 네트워크는 또한 상각 궤도(원(415))상에 제2 부하 임피던스 값(410)(도 4B에 동그라미로 표시)을 위치시켜, 단일 스위칭된 리액턴스 소자를 임피던스 매칭 회로에 결합함으로써 제2 부하 임피던스 값(410)이 소스 임피던스에 매칭되도록 허용한다.

도 4C의 간략화된 스미스 챠트(440)에서, 단일 스위칭된 리액턴스 소자는 소스 임피던스에 제2 부하 임피던스 값(410)을 매칭하기 위하여 임피던스 매칭 회로에 결합된다.

위상 시프트 네트워크(예를 들어, 도 1, 2 및 3 각각의 120, 225 및 320 참조) 및 매칭 네트워크(예를 들어, 도 1, 2 및 3 각각의 125, 220 및 320 참조)는 예를 들어, Noble Publishing에 의하여 제조되는 WINSMITH와 같은 쌍방향 스미스 챠트 소프트웨어 애플리케이션을 이용하여 설계될 수 있다. 그러한 매칭 및 위상 시프트 네트워크들의 설계는 통상적으로 몇몇 시행 착오를 수반하고, WINSMITH와 같은 쌍방향 그래픽 툴은 프로세스를 신속하게 진행시킨다.

상기 개시된 다양한 실시예들에 설명되는 본 발명의 원리들은 둘 이상의 부하 임피던스 값들로 일반화될 수 있다. 예를 들어, 부가적인 위상 시프트 네트워크는 미리 결정된 소스 임피던스에 제3 부하 임피던스 값을 매칭시키기 위하여 임피던스 매칭 회로에 부가될 수 있다. 그러나, 그러한 임피던스 매칭 회로의 설계는 2를 넘어서는 각각의 부가적인 상이한 부하 임피던스 값으로 인하여 비싸고 더욱 복잡해진다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로를 포함하는 전기적 장치(500)의 블럭도이다. 도 5에서, 임피던스 매칭 회로(505)는 RF 전력 소스(510)를 부하(515)에 결합한다. 일 실시예에서, 전기적 장치(500)는 스퍼터링 마그네트론이며, 부하(515)는 적어도 두 개의 상이한 값들 중에서 임피던스가 변화하는 플라즈마이다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 소스의 미리 결정된 소스 임피던스로 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위한 방법의 흐름도이다. 단계(605)에서, 제1 부하 임피던스 값(405)은 상기 설명된 바와 같이, 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭된다. 단계(610)에서, 위상 시프트는 소스와 부하 사이에 도입되어, 단일 리액턴스 소자의 부가에 의하여 제2 부하 임피던스 값(410)이 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭되도록 허용한다. 프로세스는 단계(615)에서 종료된다.

도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 소스의 미리 결정된 소스 임 피던스로 부하의 동적 가변 임피던스를 매칭시키기 위한 방법의 흐름도이다. 도 7에서, 프로세스는 도 6의 블럭(610)까지 진행된다. 단계(705)에서, 현재 부하 임피던스 값은 제1 부하 임피던스 값과 제2 부하 임피던스 값 사이에서의 구분에 의하여 결정된다. 단계(710)에서 제1 부하 임피던스 값이 존재한다면, 단계(715)에서 단일 리액턴스 소자는 임피던스 매칭 회로로부터 제거된다. 그렇지 않으면, 단계(710)에서 제2 부하 임피던스 값이 존재한다면, 단계(720)에서 단일 리액턴스 소자가 임피던스 매칭 회로에 포함된다. 상기한 바와 같이, 부하 임피던스에 참조되는 라벨들 "제1" 및 "제2"는 임의적인 것이다.

도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로(800)의 션트-스위칭되는 엘리먼트 구현의 개략도이다. 임피던스 매칭 회로(800)는 본 실시예에서 스위칭되는 엘리먼트(805), 션트 커패시터를 포함한다. 간략화를 위하여, 임피던스 매칭 회로(800)의 스위칭되는 엘리먼트(805)를 스위치-인 및 스위치-아웃하기 위한 부가적인 구성품들(예를 들어, PIN 다이오드 및 그에 연관된 바이어스 네트워크)은 도 8로부터 생략되었다. 이러한 특정 실시예에서, 임피던스 매칭 회로(800)는 부가적인 고정된 션트 커패시터(810)를 더 포함한다. 위상 시프트 네트워크(815)는 두 개의 직렬 인덕터들(820 및 825) 및 션트 커패시터(830)로 이루어진 "T" 토폴로지를 갖는다. 또한 "T" 토폴로지를 갖는 매칭 네트워크(835)는 두 개의 직렬 커패시터들(840 및 845) 및 션트 인덕터(850)로 이루어진다. 도 8에 도시된 회로는 단지 다수의 가능한 구현예들 중 하나일 뿐이다.

도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 임피던스 매칭 회로(900)의 직렬 스위칭되는 엘리먼트 구현예의 개략도이다. 임피던스 매칭 회로(900)는 스위칭되는 엘리먼트(910)와 병렬인 고정된 직렬 인덕터(905)를 포함한다. 본 실시예에서, 스위칭되는 엘리먼트(910)는 인덕터(915), 블록킹 커패시터(920), PIN 다이오드 (925) 및 블록킹 커패시터(930)를 포함한다. PIN 다이오드(925)는 공진 탱크 (resonant tank) 회로들(935 및 940)에 의하여 제어되며, 이는 입력 RF 주파수로 동조된다. 공진 탱크 회로(935)는 스위치(945)와 접속되며, 스위치는 PIN 다이오드(925)를 턴온 또는 턴오프시키기 위하여 각각 포지티브 또는 네거티브 전압(도 9의 +V 또는 -V)에 공진 탱크 회로(935)를 선택적으로 결합한다. 본 실시예에서, 위상 시프트 네트워크(950)는 "Pi" 토폴로지를 가지며, 직렬 인덕터(955) 및 션트 커패시터들(960 및 965)로 이루어진다. 위상 시프트 네트워크(950)는 도 1 및 8에 도시된 바와 같은 적절한 매칭 네트워크를 수반할 수 있거나, 또는 몇몇 실시예들에서, 위상 시프트 네트워크(950)는 매칭 네트워크의 역할을 하기도 한다.

결론적으로, 본 발명은 특히, 매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 기술분야의 당업자들은 본 명세서에 개시된 실시예들에 의하여 성취되는 바와 실질적으로 동일한 결과들을 성취하기 위하여 본 발명, 본 발명의 사용, 및 본 발명의 구성에 있어서 다수의 변화 및 대용들이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 인지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 예시적인 형태들로 제한되지 않는다. 다수의 변화들, 변형들, 및 대안적인 구성들은 청구항들에 표현되는 것과 같은 개시된 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않는다.

Claims

매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 전기적 장치로서,

상기 전기적 장치에 선택적으로 결합되도록 구성되는 스위칭되는 엘리먼트;

상기 전기적 장치의 출력과 접속된 부하의 임피던스가 미리 결정된 제1 값이고 상기 스위칭되는 엘리먼트가 상기 전기적 장치로부터 분리될 때, 상기 전기적 장치의 입력 임피던스가 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 매칭 네트워크;

상기 전기적 장치의 출력과 접속된 상기 부하의 임피던스가 미리 결정된 제2 값이고 상기 스위칭되는 엘리먼트가 상기 전기적 장치에 결합될 때, 상기 전기적 장치의 입력 임피던스가 상기 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 위상 시프트 네트워크;

상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 임피던스 사이에서 구분하도록 구성되는 센서; 및

상기 센서가 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제1 값인 것으로 결정할 때, 상기 전기적 장치로부터 상기 스위칭되는 엘리먼트를 분리하고, 상기 센서가 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제2 값인 것으로 결정할 때, 상기 전기적 장치에 상기 스위칭되는 엘리먼트를 결합하도록 구성되는 제어 소자를 포함하는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 시프트 네트워크는 상기 스위칭되는 엘리먼트와 상기 매칭 네트워크 사이에 존재하는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 시프트 네트워크는 상기 매칭 네트워크와 상기 부하 사이에 존재하는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 시프트 네트워크는 상기 매칭 네트워크와 통합되는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 매칭 네트워크는 가변 매칭 네트워크이고, 상기 전기적 장치는 이 전기적 장치의 입력에서 입력 센서를 더 포함하며, 상기 입력 센서는 상기 가변 매칭 네트워크를 제어하도록 구성되는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위칭되는 엘리먼트는 션트(shunt) 구성인, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위칭되는 엘리먼트는 직렬 구성인, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위칭되는 엘리먼트는 커패시터 및 인덕터 중 하나인, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 시프트 네트워크가 T 및 Pi 토폴로지 중 하나를 갖고, 상기 위상 시프트 네트워크가 하이 패스 주파수 응답 및 로우 패스 주파수 응답 중 하나를 갖는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 매칭 네트워크는 하이 패스 T, 로우 패스 T, L-매치, 및 감마 매치 토폴로지 중 하나를 갖는, 전기적 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 미리 결정된 소스 임피던스는 50Ω 저항인, 전기적 장치.
매칭 임피던스들 사이에서 스위칭하기 위한 전기적 장치로서,

상기 전기적 장치의 출력과 접속된 부하의 임피던스가 미리 결정된 제1 값이고 리액턴스 소자가 상기 전기적 장치로부터 분리될 때, 상기 전기적 장치의 입력 임피던스를 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭하기 위한 수단;

상기 전기적 장치의 출력과 접속되는 상기 부하의 임피던스가 미리 결정된 제2 값이고 상기 리액턴스 소자가 상기 전기적 장치에 결합될 때, 상기 전기적 장치의 상기 입력 임피던스가 상기 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하도록 하기 위한 수단;

상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 임피던스 사이에서 구분하기 위한 수단; 및

상기 전기적 장치에 상기 리액턴스 소자를 선택적으로 결합하기 위한 수단

을 포함하며, 상기 선택적으로 결합하기 위한 수단은, 상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 임피던스 사이에서 구분하는 수단이 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제1 값인 것으로 결정할 때, 상기 전기적 장치로부터 상기 리액턴스 소자를 분리시키고, 상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 임피던스 사이에서 구분하는 수단이 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제2 값인 것으로 결정할 때, 상기 전기적 장치에 상기 리액턴스 소자를 결합하도록 구성되는, 전기적 장치.
전기적 장치로서,

미리 결정된 소스 임피던스를 갖는 무선-주파수(RF) 전력 공급;

동적 가변 임피던스를 갖는 부하; 및

상기 부하에 상기 RF 전력 공급을 전기적으로 결합하는 임피던스 매칭 회로

를 포함하며, 상기 임피던스 매칭 회로는,

상기 임피던스 매칭 회로에 선택적으로 결합되도록 구성되는 스위칭되는 엘리먼트;

상기 부하의 상기 동적 가변 임피던스가 미리 결정된 제1 값이고 상기 스위칭되는 엘리먼트가 상기 임피던스 매칭 회로로부터 분리될 때, 상기 임피던스 매칭 회로의 입력 임피던스가 상기 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 매칭 네트워크;

상기 부하의 상기 동적 가변 임피던스가 미리 결정된 제2 값이고 상기 스위칭되는 엘리먼트가 상기 임피던스 매칭 회로에 결합될 때, 상기 임피던스 매칭 회로의 상기 입력 임피던스가 상기 미리 결정된 소스 임피던스를 매칭하게 하도록 구성되는 위상 시프트 네트워크;

상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 상기 동적 가변 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 상기 동적 가변 임피던스 사이에서 구분하도록 구성되는 센서; 및

상기 센서가 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제1 값인 것으로 결정할 때, 상기 임피던스 매칭 회로로부터 상기 스위칭되는 엘리먼트를 분리하고, 상기 센서가 상기 부하의 임피던스가 상기 미리 결정된 제2 값인 것으로 결정할 때, 상기 임피던스 매칭 회로에 상기 스위칭되는 엘리먼트를 결합하도록 구성되는 제어 소자

를 포함하는, 전기적 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 전기적 장치는 스퍼터링 마그네트론이고, 상기 부하는 플라즈마인, 전기적 장치.
부하의 동적 가변 임피던스를 소스의 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭하는 방법으로서,

상기 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제1 값을 상기 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭하는 단계; 및

상기 소스와 상기 부하 사이에서, 상기 동적 가변 부하 임피던스의 미리 결정된 제2 값이 상기 소스와 상기 부하 사이의 단일 리액턴스 소자의 부가에 의하여 상기 미리 결정된 소스 임피던스에 매칭되도록 허용하는 위상 시프트를 야기하는 단계를 포함하는, 임피던스 매칭 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 미리 결정된 제1 값인 상기 부하의 동적 가변 임피던스와 상기 미리 결정된 제2 값인 상기 부하의 동적 가변 임피던스 사이에서 구분하는 단계;

상기 부하의 동적 가변 임피던스가 상기 미리 결정된 제1 값일 때, 상기 소스와 상기 부하 사이의 상기 단일 리액턴스 소자를 임피던스 매칭 회로로부터 제거 하는 단계; 및

상기 부하의 동적 가변 임피던스가 상기 미리 결정된 제2 값일 때, 상기 소스와 상기 부하 사이에서 상기 단일 리액턴스 소자를 임피던스 매칭 회로에 포함시키는 단계를 더 포함하는, 임피던스 매칭 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 단일 리액턴스 소자가 션트 구성으로 부가되는, 임피던스 매칭 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 단일 리액턴스 소자가 직렬 구성으로 부가되는, 임피던스 매칭 방법.