KR200248563Y1 - 자동정합장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동정합장치에 관한 것으로, 고주파발생장치로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 부하로 공급하는 콘덴서 및 가변인덕터와, 상기 고주파발생장치와 부하의 정합여부를 감지하는 정합감지센서와, 상기 정합감지센서에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 조절하도록 제어신호를 출력하는 제어수단 및, 상기 제어수단에서 출력된 제어신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 전기적으로 조절하여 상기 고주파발생장치와 부하를 정합시키는 가변인덕터구동수단을 포함하여 구성되어, 고주파전원장치와 부하를 매우 신속하게 정합시킴으로써, 고주파전원장치의 방전과도기 손상을 줄여 고주파전원장치의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 주변기기에 대한 노이즈 발생시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자동정합장치

본 고안은 자동정합장치에 관한 것으로, 고주파전력을 생성하는 고주파전원장치와 이 고주파전원장치로부터 고주파전력을 공급받아 플라즈마를 생성하여 반도체 웨이퍼를 가공하거나 건식코팅을 하는 챔버를 서로 정합시켜 챔버에 최대 고주파전력을 전달하는 자동정합장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 자동정합장치의 회로도로서, 자동정합기(2)가 고주파전원장치(1)와 챔버(3, 4) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.

상기 자동정합기(2)는, 상기 고주파전원장치(1)로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 챔버(3, 4)로 공급하는 가변콘덴서(VC1, VC2) 및 인덕터(L)와, 상기 가변콘덴서(VC1, VC2)의 용량을 조절하기 위한 모터(7, 8)와, 상기 고주파발생장치(1)와 챔버(3, 4)의 정합여부를 감지하는 정합감지센서(5) 및, 상기 정합감지센서(5)에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변콘덴서(VC1, VC2)의 용량을 조절하도록 상기 모터(7, 8)를 구동제어하는 제어수단(6)을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 상기 가변콘덴서(VC1, VC2)는 모터(7, 8)에 의해 기계적으로 용량이 가변되는 콘덴서이고, 인덕터(L)는 고정된 인덕터값을 가지는 인덕터이다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 자동정합기는, 정합감지센서(5)가 고주파발생장치(1)와 챔버(3, 4)의 정합여부를 감지하는 감지신호를 제어수단(6)으로 입력하면, 상기 제어수단(6)은 상기 정합감지센서(5)에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 모터(7, 8)을 구동제어하여 가변콘덴서(VC1, VC2)의 용량을 조절함으로써, 고주파발생장치(1)와 챔버(4, 5)를 정합시켜 플라즈마를 생성시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 자동정합기는 가변콘덴서의 용량을 기계적으로 가변하는 방식을 취하고 있기 때문에, 고주파발생장치와 부하를 정합시키는데 작게는 수초에서 길게는 수십초가 걸려 고주파전원장치의 방전과도기 손상이 증가하여 고주파전원장치의 수명을 짧아지고, 주변기기에 대한 노이즈 발생시간이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 기술에 의한 자동정합기는 가변인덕터의 인덕터값을 기계적으로 가변하는 방식을 취할수도 있는데, 이와 같은 가변인덕터의 인덕터값을 기계적으로 가변하는 방식은 구성하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

즉, 탭방식을 채택하여 가변인덕터의 인덕터값을 가변시킬 경우에는 인덕터값이 정밀하게 조절되지 못하고, 연속적인 접촉방식을 채택하여 가변인덕터의 인덕터값을 가변시킬 경우에는 접촉저항에 의해 대전력에서는 사용하지 못하게 되는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 가변인턱터의 인덕터값을 전기적으로 가변시켜 고주파전원장치와 부하를 매우 신속하게 정합시킴으로써, 고주파전원장치의 방전과도기 손상을 줄여 고주파전원장치의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 주변기기에 대한 노이즈 발생시간을 감소시킬 수 있는 자동정합장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 자동정합장치는, 고주파발생장치로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 부하로 공급하는 콘덴서 및 가변인덕터와, 상기 고주파발생장치와 부하의 정합여부를 감지하는 정합감지센서와, 상기 정합감지센서에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 조절하도록 제어신호를 출력하는 제어수단 및, 상기 제어수단에서 출력된 제어신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 전기적으로 조절하여 상기 고주파발생장치와 부하를 정합시키는 가변인덕터구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 자동정합장치의 회로도,

도 2는 본 고안의 1실시예에 따른 자동정합장치의 회로도,

도 3는 본 고안의 1실시예에 의한 가변인덕터구동수단의 구조도,

도 4는 본 고안의 2실시예에 의한 가변인덕터구동수단의 구조도,

도 5a 및 도 5b는 본 고안의 2실시예에 의한 가변인덕터구동수단의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 고안의 2실시예에 따른 자동정합장치의 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고주파전원장치 20 : 자동정합기

22 : 정합감지센서 24 : 제어수단

26 : 가변인덕터구동수단 30, 40 : 챔버

51 : 페라이트코어 52, 53 : 가변전압공급수단

54, 55 : 고주파차폐필터 61 : 회전축

C1, C2, C3 : 콘덴서 VL : 가변인덕터

L, L1, L2 : 인덕터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안의 1실시예에 의한 자동정합장치의 회로도로서, 자동정합기(20)가 고주파전원장치(10)와 챔버(30, 40) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.

그리고, 상기 자동정합기(20)는 고주파발생장치(10)로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 챔버(30, 40)로 공급하는 콘덴서(C1, C2) 및 가변인덕터(VL)와, 상기 고주파발생장치(10)와 챔버(30, 40)의 정합여부를 감지하는 정합감지센서(22)와, 상기 정합감지센서(22)에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변인덕터(VL)의 인덕터값을 조절하도록 제어신호를 출력하는 제어수단(24) 및, 상기 제어수단(24)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 가변인덕터(VR)의 인덕터값을 전기적으로 조절하여 상기 고주파발생장치(10)와 챔버(30, 40)를 정합시키는 가변인덕터구동수단(26)을 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 상기 가변인덕터구동수단(26)의 1실시예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가변인덕터(VL)가 중앙부에 권회된 페라이트코어(51)와, 상기 페라이트코어(51)의 양단부에 권회된 인덕터(L1, L2)와, 상기 제어수단(24)에서 출력된 제어신호에 따라 직류전압을 가변시켜 공급하는 가변전압공급수단(52, 53) 및, 상기 가변전압공급수단(52, 53)에서 공급된 직류전압을 고주파필터링하여 상기 인덕터(L1, L2)로 공급하는 고주파차폐필터(54, 55)를 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 상기 가변인덕터구동수단(26)의 2실시예는, 도 4와 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 가변인덕터(VL)와 일직선상에 배치된 인덕터(L)와, 상기 인덕터(L)를 회전시키기 위해 상기 인덕터(L)에 연결된 회전축(61) 및, 상기 제어부(24)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 회전축(61)을 회전시키는 모터(미도시)를 포함하여 구성되어 있다.

한편, 도 6은 본 고안의 2실시예에 따른 자동정합장치의 회로도로서, 자동정합기(20)가 고주파전원장치(10)와 챔버(40) 사이에 전기적으로 연결되어 있다.

그리고, 상기 자동정합기(20)는 고주파발생장치(10)로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 챔버(40)로 공급하는 콘덴서(C1, C2, C3) 및 가변인덕터(VL)와, 상기 고주파발생장치(10)와 챔버(30, 40)의 정합여부를 감지하는 정합감지센서(22)와, 상기 정합감지센서(22)에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변인덕터(VL)의 인덕터값을 조절하도록 제어신호를 출력하는 제어수단(24) 및, 상기 제어수단(24)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 가변인덕터(VR)의 인덕터값을 전기적으로 조절하여 상기 고주파발생장치(10)와 챔버(30, 40)를 정합시키는 가변인덕터구동수단(26)을 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 상기 가변인덕터(VL)가 챔버(40)의 안테나 역할을 겸하며, 상기 가변인덕터(VR)의 양단에는 콘덴서(C2, C3)가 각각 접속되어 있는데, 상기 콘덴서(C2, C3)의 용량을 합한값은 도 2에 도시된 콘덴서(C2)의 용량과 같다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 자동정합장치의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

고주파전원장치(10)의 후단의 임피던스(Z)는 하기의 수학식 1에 의해 결정된다.

상기 수학식 1에 있어서, X_L은 유도리액턴스이고, X_C는 용량리액턴스, R은 저항이다.

이때, 본 고안의 1실시예에 의한 자동정합장치는 도 2에 도시된 바와 같이 콘덴서(C1, C2)의 용량이 고정되어 있으므로, 용량리액턴스(X_C)가 일정한 값을 갖게 된다.

따라서, 유도리액턴스(X_L)를 조정하므로서 가 되는 점을 찾으면 Z=R의 순수저항 성분이 되므로 고주파전원장치(10)와 챔버(30, 40)의 정합을 구현할 수 있는 것이다.

따라서, 본 고안의 1실시예에 의한 자동정합장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 정합감지센서(22)가 고주파전원장치(10)와 챔버(30, 40)의 정합여부를 감지하여 제어수단(24)으로 입력하고, 상기 제어수단(24)은 상기 정합감지센서(22)에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 전압을 가변하도록 가변인덕터구동수단(26)의 가변전압공급수단(52, 53)을 제어한다.

이에 따라, 상기 가변전압공급수단(52, 53)이 직류전압을 가변시켜 고주파차폐필터(54, 55)로 공급하고, 상기 고주파차폐필터(54, 55)는 상기 가변전압공급수단(52, 53)에서 공급된 직류전압을 고주파필터링하여 페라이트코어(51)의 양단부에 권회된 인덕터(L1, L2)로 공급한다.

따라서, 상기 인덕터(L1, L2)에서 자력선이 발생하게 되고, 이와 같이 발생되는 자력선의 변화에 의해 가변인덕터(VL)의 인덕터값이 가변됨으로써, 고주파전원장치(10)와 챔버(30, 40)이 자동정합되는 것이다.

한편, 본 고안의 2실시예에 의한 가변인덕터구동수단(26)에 있어서는, 상기 제어수단(24)의 제어에 의해 모터가 구동되어 회전축(61)이 회전하게 되고, 이에 따라 상기 회전축(61)에 연결된 인덕터(L)가 회전하게 된다.

이때, 도 5a에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)에서 발생되는 자력선과 가변인덕터(VR)에서 발생되는 자력선이 일치하게 되면 가변인덕터(VR)의 인덕터값이 최대가 되고, 도 5b에 도시된 바와 같이 인덕터(L)과 가변인덕터(VR)에 대하여 90°방향으로 놓이면 가변인덕터(VR)의 인덕터값이 원래의 인더턱값을 가지게 된다.

또한, 상기 인덕터(L)의 권회 방향이 정반대이면 상기 인덕터(L)의 방향에 따라 가변인덕터(VR)의 인덕터값을 최소로 만들 수 있다.

따라서, 상기와 같이 가변인덕터(VL)의 인덕터값이 가변됨으로써, 고주파전원장치(10)와 챔버(30, 40)이 자동정합되는 것이다.

한편, 본 고안의 2실시예에 의한 자동정합장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 가변인덕터(VL)가 챔버(40)의 안테나 역할을 겸하며, 상기 가변인덕터(VR)의 양단에는 콘덴서(C2, C3)가 각각 접속되어 있는데, 상기 콘덴서(C2, C3)의 용량을 합한값은 도 2에 도시된 콘덴서(C2)의 용량과 같다.

이와 같이 가변인덕터(VR)의 양단에는 콘덴서(C2, C3)가 각각 접속함으로써, 직류전압과 고주파를 분리하여 상기 가변인덕터(VR)가 직류전압과 고주파를 동시에 간직하게 되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전계에 의한 플라즈마를 억제하고 자계에 의한 플라즈마를 강화하여 플라즈마 균일도를 높일 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따르면, 가변인턱터의 인덕터값을 전기적으로 가변시켜 고주파전원장치와 부하를 매우 신속하게 정합시킴으로써, 고주파전원장치의 방전과도기 손상을 줄여 고주파전원장치의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 주변기기에 대한 노이즈 발생시간을 감소시킬 수 있고, 가변인덕터가 부하의 안테나 역할을 겸함으로써 플라즈마의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 고주파발생장치로부터 공급되는 고주파전력을 공진시켜 부하로 공급하는 콘덴서 및 가변인덕터와, 상기 고주파발생장치와 부하의 정합여부를 감지하는 정합감지센서와, 상기 정합감지센서에 의해 감지되어 입력된 감지신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 조절하도록 제어신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단에서 출력된 제어신호에 따라 상기 가변인덕터의 인덕터값을 조절하여 상기 고주파발생장치와 부하를 정합시키는 가변인덕터구동수단을 포함하되,

   상기 가변인덕터구동수단은,

   상기 가변인덕터가 중앙부에 권회된 페라이트코어와,

   상기 페라이트코어의 양단부에 권회된 인덕터와,

   상기 제어수단에서 출력된 제어신호에 따라 직류전압을 가변시켜 공급하는 가변전압공급수단과,

   상기 가변전압공급수단에서 공급된 직류전압을 고주파필터링하여 상기 인덕터로 공급하는 고주파차폐필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동정합장치.