KR100771336B1 - 알에프매처에 사용되는 임피던스 정합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF매처에 사용되는 임피던스 정합장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 반도체 제조 장비의 핵심 부품인 매처에 관한 것으로, 특히 챔버의 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합장치에 관한 것이다.

본 발명은 고정 블레이드와 가변 블레이드를 조립하기 위해서 고정형 지그에 블레이드 축의 흔들림을 방지하기 위한 축고정 나사를 조립하고, 상기 축고정 나사위에 접지휠이 설치되고, 상기 접지휠은 접지휠 얼라이너와 체결되고, 상기 접지휠위에 축에 일정한 탄성을 주기위한 원통형의 탄성스프링이 설치되고, 상기 탄성스프링 위에 접지베어링이 조립되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다층 구조의 접지 방법을 사용하여 접지 성능을 개선하여 RF Match에 사용되는 정합소자인 가변 에어 캐패시터의 제품수명 연장 및 RF Match의 안정성을 향상시킨 임피던스 정합장치를 제공하는 데에 있다.

RF매처, 임피던스, 정합소자, 에어캐패시터, 접지원판

Description

알에프매처에 사용되는 임피던스 정합장치 {Impedance Matching Apparatus for Using RF Matcher}

도 1은 RF Match의 구성도.

도 2는 RF Match의 제어신호의 흐름도.

도 3은 RF Match의 구성 블록도.

도 4는 본 발명의 가변 에어 캐패시터의 부품의 조립도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 가변 에어 캐패시터 2 : 가변 인덕터

11 : 고정 블레이드 12 : 가변 블레이드

21 : 고정형 지그

22 : 축고정 나사 23 : 접지휠

24 : 접지휠 얼라이너 25 : 탄성 스프링

26 : 접지 베어링

본 발명은 반도체 제조 장비의 핵심 부품인 매처(Matcher)에 관한 것으로, 특히 챔버의 임피던스 정합을 위한 임피던스(Impedance) 정합 장치에 관한 것이다.

최근의 반도체 제조 공정은 대면적화, 고정세화되어 웨이퍼 가공을 위한 플라즈마 공정은 생산 수율과 직접적으로 연관되는 핵심 공정으로 최대의 효율을 위해서는 플라즈마의 안정화가 필수적이다.

본 발명과 관련되는 선행기술로 대한민국 특허등록 제362602호"챔버 특성 측정 및 매처 성능 평가를 위한 어댑터"가 공개되어 있다.

매처는 이러한 플라즈마를 형성하기 위하여 챔버(chamber)에 RF(Radio Frequency)전력을 손실 없게 전달하여 주는 핵심 부품이다. 매처는 제어장치, 기어 및 모터, 가변캐패시터(variable capacitor)와 가변 인덕터(variable inductor)와 같은 정합소자로 구성된다.

RF 전원발생기에서 발생된 전력은 RF 매처를 통해 챔버에 전달이 된다. 이 과정에서 최대 전력이 전송되기 위해서는 RF 전원발생기의 특성 임피던스와 챔버의 특성 임피던스를 50Ω으로 정합(matching, 매칭)시키게 되는데, 가공용 챔버는 RF 전력량, 가스, 유량, 압력에 따라 내부 임피던스가 변하게 되어, 챔버와 RF 전원발생기와 임피던스 매칭을 위해서 RF 매처에 가변 에어 캐패시터와 가변 인덕터를 사용하게 된다.

이러한 가변 정합소자들은 매 공정 때마다 높은 전력이 인가된 상태에서 임피던스 정합을 위해서 정역 방향으로 움직이게 되는데, 이때에 오랜 사용으로 인한 아크의 발생 및 베어링의 파손과 접지의 소손 등의 현상이 일어난다. 물론 가변 베 큠캐패시터(vacuum capacitor)와 같은 소자를 사용하여 이러한 현상을 방지할 수 있으나, 가격이 비싸고 무겁고 부피가 커서 5[Kw]이상의 대용량의 RF 매처에는 사용되나 그 이하는 용량에서는 일반적으로 가변 에어캐패시터(air capacitor)를 사용한다.

가변 에어캐패시터는 일정 간격의 판과 그 판사이를 움직이는 블레이드(blade)에 의해서 캐패시터량이 결정이 되는데, 블레이드를 움직이기 위해서는 날개축이 정확하게 맞춰져야 한다.

또한 블레이드 축은 접지가 견고히 되어야만 한다. 만약 그렇지 못할 경우에는 접지 불량으로 판과 블레이드에 아크가 발생하여 소손되며, 날개축이 흔들릴 경우에는 판과 블레이드가 합선이 되어 이 또한 아크에 의한 소손의 중요한 원인이 된다. 상용의 에어 캐패시터는 축고정을 위해 볼베어링을 사용하여 중앙을 맞추어 사용하나 고전력 사용에서 접지의 불량으로 베어링이 터지거나 축이 탈조되는 현상이 일어난다.

일반적으로 접지 강화를 위해 탄소 브러시의 사용 및 접지선을 이용하여 사용하기도 하는데, 탄소브러시는 오랜 사용으로 인한 탄소 브러시 가루가 도전체 역할을 하여 아크가 발생하는 경우가 있고, 접지선의 경우에는 고유의 탄성이 축에 작용하여 기어의 마모를 가져오는 경우가 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 본 발명의 목적은 다층 구조의 접지 방법을 사용하여 접지 성능을 개선하여 RF Match에 사용되는 정합소자인 가변 에어 캐패시터의 제품수명 연장 및 RF Match의 안정성을 향상시킨 임피던스 정합장치를 제공하는 데에 있다.

즉, 기존의 가변 에어 캐패시터에서 발생하는 블레이드와 날개의 얼라이먼트(alignment) 불량으로 인한 아크 발생 및 접지의 소손으로 인한 수명 단축의 문제점을 해결하기 위하여, 블레이드의 고정용 축을 흔들림을 방지하기 위한 축고정나사와 축에 일정한 탄성을 주기 위한 탄성 휠(wheel)과 에어 캐패시터의 접지를 위한 접지원판으로 구성된 임피던스 정합소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명을 구현하기 위하여 본 발명은 RF 매처에 사용되는 임피던스 정합장치의 캐패시터 고정 블레이드와 가변 블레이드에 있어서, 상기 고정 블레이드와 가변 블레이드를 조립하기 위해서 고정형 지그에 블레이드 축의 흔들림을 방지하기 위한 축고정 나사를 조립하고, 상기 축고정 나사위에 접지휠이 설치되고, 상기 접지휠은 접지휠 얼라이너와 체결되고, 상기 접지휠위에, 축에 일정한 탄성을 주기위한 원통형의 탄성스프링이 설치되고, 상기 탄성스프링위에 접지베어링이 조립되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 접지 방법은 접지베어링과 탄성스프링 및 접지휠이 3단 접지구조로 결합되는 것이 바람직하다.

상기 탄성스프링은 축이 아래/위로 움직이는 것을 방지하여 고정형 블레이드 와 가변형 블레이드가 서로 부딪치는 것을 방지하기 위해 6개의 탄성날개가 일정하게 축을 받쳐주는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1은 RF Match의 구성도를 도시한 그림이고, 도 2는 RF Match의 제어신호의 흐름도이고, 도 3은 RF Match의 구성 블록도이며, 도 4는 본 발명의 가변 에어 캐패시터의 부품의 조립을 나타낸 도면이다.

도 1에 의하면, RF match의 기구도로써 구성은 가변 에어 캐패시터(1)와 가변 인덕터(5)로 크게 구성되며, 가변 에어 캐패시터(1)에는 축(3)을 중심으로 고정 블레이드(11)와 가변 블레이드(12)가 설치되고, 이 블레이드(11)(12)들을 구동시키기 위해 축(3)에는 DC 모터(2)의 구동력을 전달하기 위해 서로 맞물린 베벨기어(4)들이 설치되어 있다.

그리고, 가변 인덕터(5)에는 축(7)을 중심으로 축(7)을 구동시키기 위해 축(7)에는 DC 모터(6)의 구동력을 전달하기 위해 서로 맞물린 베벨기어(8)들이 설치되어 있다.

또한 RF 신호의 위상(Phase)과 크기(Magnitude)의 비교 에러 신호를 검출하는 디텍터(detector)(9)로 구성되어 있다.

도 2에서는 도 1에서 도시한 RF match를 제어과정을 설명한 흐름도를 나타낸다. RF 플라즈마 발생을 위해서 RF 제네레이터(Generator)에서 발생된 전력이 RF match를 거쳐 가공용 챔버로 초기 유입이 된다.

그러나 챔버는 공정용 가스 및 압력 등의 공정조건에 따라 변하는 능동 임피던스이기 때문에 특성 임피던스인 50[Ω]에 임피던스 정합을 하기 위해서는 도 1의 가변 에어 캐패시터(1)와 가변 인덕터(5)가 움직여 임피던스 정합을 하게 되는 것이다.

이 과정 중에 발생되는 크기와 위상 차이에서 발생되는 신호를 디텍터(detector)에서 검출되며 이 신호는 도 2의 제어단에 전송되어 모터의 정역 방향의 회전을 결정하게 된다. 이 구동력은 기어단의 베벨 기어를 거쳐 고주파 회로 정합단의 임피던스 정합소자인 가변 에어 캐패시터(1)와 가변 인덕터(5)를 구동하게 되는 것이다. 임피던스 변화감지는 디텍터(9)에서 이루어지고 이에 의해 DC 모터(2)의 정/역회전을 결정한다. 이 일련의 과정은 제어단의 피드백회로(미도시)에서 크기/위상 신호가 “0”이 될 때가지 반복되어 처리되어 진다.

도 3은 도 1과 도 2의 제어단 및 모터 및 기어단 크기/위상 검출기 및 임피던스 정합단인 가변 에어 캐패시터(1)와 가변 인덕터(5)를 간소화 시킨 그림이다.

대면적화 및 수율 상승을 위해 가공 유리 및 웨이퍼의 대구경화가 됨에 따라 플라즈마 안정을 위해서는 RF전력이 높게 사용되는데, 현재의 RF Match의 페이리어(failure) 중 많은 부분이 도 1의 가변 캐패시터의 축의 잦은 정역 운전에 높은 전력 사용으로 인한 접지의 파손으로 공정 손실을 가져온다.

본 발명에서는 접지 파손으로 RF match의 소손으로 인한 공정 손실 요인을 해결하기 위해 다중방법에 의한 접지방법의 설계로 RF match의 신뢰성 향상 및 공정 손실 저감을 통한 수율이 상승된다.

본 발명은 첨부 도면 도 1에서의 에어 캐패시터를 도 4의 부품으로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이 가변 에어 캐패시터(1)의 고정 블레이드(11)와 가변 블레이드(12)를 조립하기 위해서 고정형 지그(21)에 축(3)을 고정하는 축고정 나사(22)를 조립한다. 축고정 나사(22)는 가변 에어 캐패시터(1)의 용량의 가변시 고정 블레이드(11)에 가변 블레이드(12)가 삽입되는 과정에서 두 블레이드(11)(12)의 접촉이 되지 않기 위해서는 가변 블레이드(12)의 축(3)이 흔들림을 방지하여야 한다. 기존의 축고정을 위해서는 볼 베어링을 사용하였으나 오랜 사용으로 인해 접지가 파손될 경우 이 볼에어링에 아크가 생겨 축이 벗어나는 현상을 야기할 수 있었다.

축고정 나사(22)와 같이 원통형의 구리 재질을 사용하여 축(3)이 탈조 되는 현상을 방지할 수 있다. 이렇게 설치된 축고정 나사(22) 위에 접지 휠(23)이 설치되어 진다. 접지휠(23)은 다시 접지휠얼라이너(aligner)(27)와 체결이 되는데, 접지휠(23)은 도전성의 구리 재질로 만들어지며 기존의 탄소 브러시 접지의 오랜 사용으로 인한 탄소 가루에 의한 아크 발생과 베어링 접지에서의 고전력 인가시 접지면이 한 점에 의한 접지 되는 것을 보완하기 위해서 원통 모양의 휠을 사용하면 재질에 의한 아크와 접지 면적의 협소함으로 인한 아크 발생을 휠의 면을 전면으로 접지로 사용함으로써 접지의 성능을 개선할 수 있는 것이다.

이렇게 사용되어지는 접지휠(23)은 접지휠얼라이너(27) 안쪽에 삽입, 설치되어 진다. 또한, 접지휠(23) 위에 축에 일정한 탄성을 가해지기 위한 원통형의 탄성스프링(25)이 설치되어 진다. 탄성스프링(25)의 6개의 탄성날개가 일정하게 축을 받쳐주어서, 축(3)이 아래/위로 움직이는 것을 방지하는 것으로 고정 블레이드(11) 와 가변형 블레이드(12)가 서로 부딪치는 것을 방지하기 위해 사용된다.

이는 축(3)이 흔들릴 경우에 생기는 아크를 방지하기 위함으로써 축고정 나사(22)를 통해 축의 좌/우로 움직이는 것을 방지하고, 원통형의 탄성스프링(25)은 아래/위로 움직이는 것을 방지하는 것으로 가변 날개의 정확한 움직임을 확보하기 위해 고안된 것이다.

탄성스프링(25) 위에는 접지베어링(26)이 조립되고, 상기 접지베어링(26)은 탄성스프링(25)과 접지휠(23)과 접촉하게 되어 다중 접촉에 의한 접지가 이루어진다. 이는 기존에 사용되어 지는 접지법은 1가지 방법에 의한 구조체로만 접지가 이루어져, 오랜 사용이나 고전력 아크 발생에 의한 파손으로 접지가 소손되어 진다.

그러나 본 발명의 실시예에서는 접지베어링(26), 탄성 스프링(25), 접지휠(23)의 3단의 접지 구조로 어느 한곳이 소손이 되더라도 다른 2곳에서 접지가 되어지기 때문에 접지로 인한 RF Match의 고장 및 이로 인한 공정 프로세스의 중단을 방지할 수 있는 것이 특징이다.

이와 같이 본 발명은 RF Match의 정합소자인 가변 에어 캐패시터에서 접지로 인해 발생하는 고장을 다중의 접지 방법을 사용하여 설계함으로써 장비의 효율을 상승 시켜 반도체 제조공정에서 사용되어지는 RF 플라즈마의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명은 상기 설명한 실시예에만 한정되지 않고 본 발명은 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다른 형태로 실시될 수 있다. 특허청구범위와 균등한 기술 범위내에서 이루어지는 도든 설계 변경은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.

본 발명에 의하면, RF Match의 정합 소자인 에어 캐패시터를 다중 접지 방법을 사용하여 제작함으로써 잦은 정역 동작 및 고전력 사용을 위한 접지 방법을 개선함으로써 RF Match의 아크 및 접지의 소손의 문제로 인한 수명저하의 문제점을 해결할 수 있으며, 이를 통한 RF 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 프로세스의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 캐패시터 고정 블레이드와 가변 블레이드를 구비하고, RF매처에 사용되는 임피던스 정합장치에 있어서,

   상기 고정 블레이드와 가변 블레이드를 조립하기 위해서 고정형 지그에 블레이드 축의 흔들림을 방지하기 위한 축고정 나사를 조립하고, 상기 축고정 나사 위에 접지휠이 설치되고, 상기 집지휠은 접지휠 얼라이너와 체결되고, 상기 접지휠 위에, 축에 일정한 탄성을 주기 위한 원통형의 탄성스프링이 설치되고, 상기 탄성스프링 위에 접지원판으로 구성된 접지베어링이 조립되는 것을 특징으로 하는 RF매처에 사용되는 임피던스 정합장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 접지베어링과 탄성 스프링 및 접지휠은 3단 접지구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 RF매처에 사용되는 임피던스 정합장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄성스프링은 축이 아래/위로 움직이는 것을 방지하여 고정 블레이드와 가변 블레이드가 서로 부딪치는 것을 방지하기 위해 6개의 탄성날개가 일정하게 축을 받쳐주는 것을 특징으로 하는 RF매처에 사용되는 임피던스 정합장치.

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