KR200345099Y1 - 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 RF 전원공급기의 출력부에 직렬로 커패시터를 연결하고, 그 커패시터의 입력 및 출력부에서 전압 및 전류를 검출하여 부하의 임피던스 변화에 민감하게 대응할 수 있도록 하며, 검출한 전압 및 전류를 마이크로프로세서를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 사용함으로써 측정결과의 정확성을 향상시킬 수 있는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 관한 것으로서,
RF 전원공급기, 임피던스 정합장치 및 반응챔버를 포함하는 시스템에서, 가변 임피던스부, 고주파 감지센서부 및 제어부를 포함하여 구성되는 임피던스 정합장치에 적용되는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 있어서; 상기 RF 전원공급기의 출력부에 직렬로 연결되는 커패시터(Ce)와, 상기 RF 전원공급기의 출력부이며 상기 커패시터(Ce)의 입력부에서 입력전압 및 전류를 검출하는 제1 전압 및 전류검출회로와, 상기 커패시터(Ce)의 출력부에서 출력전압 및 전류를 검출하는 제2 전압 및 전류검출회로와, 상기 제1,2 전압 및 전류검출회로에서 검출된 전압 및 전류를 이용하여 RF 전원공급기의 출력부의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 검출 및 마이크로프로세서로 분석하여 상기 제어부로 출력하는 임피던스 자동검출기(IAD : Impedance and Automatic Detector)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 고안은 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조설비 등에서 고주파 파워 공급 시 RF 전원공급기의 출력신호를 센싱하는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 관한 것이다.
일반적으로 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 주파수를 갖는 RF 전원공급기(10)와 연결되는 반응챔버(30)를 포함하는 부하 사이에는, RF 전원공급기(10)와 반응챔버(30)간의 임피던스 특성을 일치시키도록 하는 임피던스 정합장치(Impedance Matching Box)(20)를 따로 두어 정합이 이루어진다.
상기 RF 전원공급기(10)에서 공급되는 RF 전력을 반응챔버(30)로 최대한 전달하기 위해서는 임피던스 정합(Impedance Matching)이 필요하며 임피던스가 정합되지 않은 경우에는 RF 전원공급기(10)에서 출력되는 반송전력에 대해 반응챔버(30)에서 반사되어 오는 반사파가 발생하게 되어 RF 전력 인가에 손실이 발생하며, 반사파 유입으로 인해 RF 전원공급기(10)의 손상을 초래할 수도 있다.
따라서 임피던스 정합장치(20)를 이용하여 RF 전원공급기(10)의 출력 임피던스와 반응챔버(30)의 임피던스를 정합시킴으로써 전력효율이 향상되고, RF 전원공급기(10) 및 반응챔버(30)에 가해질 수 있는 손상을 사전에 방지할 수 있다.
상기 첨부도면 도 1의 동작을 간략히 설명하면, RF 전원공급기(10)의 출력 임피던스는 부하 즉 반응챔버(30)의 입력 임피던스와 정합된 상태로, RF 전원공급기(10)로부터 발생시킨 RF 전력은 임피던스 정합장치(20)를 통하여 손실 없이 반응챔버(30)의 전극판(31)으로 인가된다. 결과적으로 RF 전원공급기(10)에서 인가한RF 전력은 모두 반응챔버(30)로 인가된다.
상기 임피던스 정합장치(20)의 구성을 첨부도면 도 2를 참조하여 간략히 설명하면, 참조번호 21은 RF 전원공급기(10)의 출력부와 반응챔버(30) 입력 사이에 결합되어 제어신호에 따라 임피던스 값을 가변 하는 가변 임피던스부를 나타내고, 22는 RF 전원공급기(10)의 출력신호를 센싱하여 반사파의 크기에 따른 검출신호를 출력하는 고주파 감지센서부(22)를 나타내고, 23은 상기 고주파 감지센서부(22)에서 출력되는 검출신호를 입력받아 반사파의 크기가 최소가 되도록 가변 임피던스부(21)의 임피던스 값을 조절하는 제어부를 나타낸다.
상기 RF 전원공급기(10)에서 출력된 고주파는, 일반적으로, 50Ω 임피던스를 가진 동축 케이블로 이루어진 전송선로를 통하여 반응챔버(30)로 인가된다. 이 전송선로의 중간에 가변 임피던스부(21)가 결합된다.
첨부도면 도 3을 참조하여 상기 각 구성 및 동작을 좀 더 상세히 설명하면 상기 가변 임피던스부(21)는 전송선로에 직렬 또는 병렬로 결합된 가변 콘덴서(C1, C2), 인덕터(L) 및 제어모터(M1, M2)로 이루어진다.
또한, 상기 고주파 감지센서부(22)는 RF 전원공급기(10)의 출력부 전송선로로부터 고주파 트랜스 등을 이용하여 전압 및 전류를 유도하고 이 유도된 전압 및 전류를 이용하여, RF 전원공급기(10) 출력부의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 검출하여 상기 제어부(23)로 출력한다.
또한, 상기 제어부(23)는 고주파 감지센서부(22)에서 출력된 이 검출신호로부터 임피던스 부정합에 의한 반사파의 크기를 증폭하여 유추함으로 반사파가 최소가 되도록 제어 모터(M1, M2)를 구동시키게 된다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에 의한 고주파 감지센서부(22)를 사용하는 경우에는 고주파 트랜스를 통해 왜곡된 특성임피던스 50Ω으로 전압 및 전류를 유도하여 증폭함으로 임피던스 정합여부를 검출하기 때문에 반응챔버 즉, 부하의 임피던스 변화에 민감하게 대응하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 RF 전원공급기의 출력부 특성 임피던스에 직렬로 커패시터를 연결하고, 그 커패시터의 입력 및 출력부에서 바로 전압 및 전류를 검출하여 부하의 임피던스 변화에 민감하게 대응할 수 있도록 하는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안의 다른 목적은 전압 및 전류를 검출함에 있어서 마이크로프로세서를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 사용함으로써 측정결과의 정확성을 향상시킬 수 있는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, RF 전원공급기, 임피던스 정합장치 및 반응챔버를 포함하는 시스템에서, 가변 임피던스부, 고주파 감지센서부 및 제어부를 포함하여 구성되는 임피던스 정합장치에 적용되는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 있어서;
상기 RF 전원공급기의 출력부에 직렬로 연결되는 커패시터(Ce)와, 상기 RF전원공급기의 출력부이며 상기 커패시터(Ce)의 입력부에서 전압 및 전류를 검출하는 제1 전압 및 전류검출회로와, 상기 커패시터(Ce)의 출력부에서 전압 및 전류를 검출하는 제2 전압 및 전류검출회로와, 상기 제1,2 전압 및 전류검출회로에서 검출된 전압 및 전류를 이용하여 RF 전원공급기 출력부 와 부하(반응챔버)의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 검출 및 마이크로프로세서로 분석하여 상기 제어부로 출력하는 임피던스 자동검출기(IAD : Impedance and Automatic Detector)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서를 제공한다.
이때, 본 고안의 부가적인 특징에 따르면, 상기 커패시터(Ce)의 입력 및 출력부에 연결된 제1,2 전압 및 전류검출회로는 각각 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)와, 상기 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)의 공통접점과 임피던스 자동검출기(IAD)의 입력 사이에 연결되는 다운센서(S)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 고안의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 고안의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 일반적으로 임피던스 정합장치의 사용 상태를 나타내는 블록도
도 2는 일반적인 임피던스 정합장치의 구성을 나타내는 블록도
도 3은 종래 기술에 의한 고주파 감지센서의 구성을 나타내는 회로도
도 4는 본 고안의 바람직한 일실시예에 의한 고주파 감지센서의 구성과 동작을 설명하기 위한 회로도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 제1 전압 및 전류검출회로 2 : 제2 전압 및 전류검출회로
3 : 임피던스 자동검출기(IAD) 10 : RF 전원공급기
20 : 임피던스 정합장치 21 : 가변 임피던스부
22 : 고주파 감지센서부 23 : 제어부
30 : 반응챔버
이하, 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 고안의 바람직한 일실시예에 의한 고주파 감지센서의 구성과 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
상기 첨부도면 도 4를 참조하면, 종래 기술의 설명에서와 같이 RF 전원공급기(10), 임피던스 정합장치(20) 및 반응챔버(30)를 포함한다. 이때, 상기 임피던스 정합장치(20)는 가변 임피던스부(21), 고주파 감지센서부(22) 및 제어부(23)를 포함하여 구성된다. 상기 구성의 기능 및 동작은 종래 기술의 설명에서 설명한 내용의 구성과 동일 또는 유사하다.
그러나 본 고안에서는 상기 고주파 감지센서부(22)의 구성에 그 특징이 있다. 본 고안에서는 종래 기술과 달리 고주파 트랜스 등을 사용하여 아날로그 신호를 검출하지 않으며, RF 전원공급기(10)의 출력부 특성 임피던스에 직렬로 커패시터를 연결하고 그 커패시터의 입력 및 출력부에서 바로 전압 및 전류를 검출하여 부하의 임피던스 변화에 민감하게 대응할 수 있도록 하는데 그 특징이 있으며, 전압 및 전류를 검출함에 있어서 마이크로프로세서를 사용하여 디지털 신호로 변환하여 사용함으로써 측정결과의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.
본 고안에서 상기 RF 전원공급기(10)의 출력부 특성 임피던스는 통상적으로 사용되는 50Ω을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고주파 감지센서부(22)의 구성을 첨부도면 도 4를 참조하여 설명하면, 참조부호 Ce는 RF 전원공급기의 출력부에 직렬로 연결되는 커패시터를 나타내고, 참조번호 1은 RF 전원공급기(10)의 출력부이며 상기 커패시터(Ce)의 입력부에서 입력전압 및 전류를 검출하는 제1 전압 및 전류검출회로를 나타내고, 참조번호 2는상기 커패시터(Ce)의 출력부에서 출력전압 및 전류를 검출하는 제2 전압 및 전류검출회로를 나타내며, 참조번호 3은 상기 제1 전압 및 전류검출회로(1)와 제2 전압 및 전류검출회로(2)에서 검출된 전압 및 전류를 이용하여 RF 전원공급기(10)와 부하 즉 반응챔버(30)의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 검출하고 마이크로프로세서로 분석하여 상기 제어부(23)로 출력하는 임피던스 자동검출기(IAD : Impedance and Automatic Detector)를 나타낸다.
상기에서 RF 전원공급기(10)에서 임피던스 정합장치(20)로 들어오는 입력 임피던스는 항상 50Ω이다. 그러므로 상기 커패시터(Ce)의 입력 임피던스가 항상 50Ω이고, 출력측은 변화된 임피던스를 갖게 된다.
또한, 상기에서 제1 전압 및 전류검출회로(1) 및 제2 전압 및 전류검출회로(2)는 각각 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)와, 상기 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)의 공통접점과 임피던스 자동검출기(IAD)(3)의 입력 사이에 연결되는 다운센서(S)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 다운센서(S)는 전압을 분할하는 기능을 갖는 커패시터(capacitor)의 일종으로서, 상기 임피던스 자동검출기(IAD)(3)보드로 연결되어 전압을 다운(down) 및 분할(divide) 하는 역할을 하게 된다.
첨부도면 도 4에서 가변 임피던스부(21)의 구성은 가변 콘덴서 및 다수의 제어 모터 등으로 이루어지고, 제어부(23)에서 발생시킨 제어신호에 의해 제어모터가 구동되어 가변 콘덴서 각각의 임피던스 값이 조절되도록 동작하는데, 본 고안에서 주된 특징이 아님으로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성된 본 고안이 적용된 임피던스 정합장치에서의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, RF 전원공급기(10)는 정격 고주파 전력을 인가한다. 그러나 반응챔버(30) 내에는 공정 진행 중에 잔류한 가스나 내벽 및 극판 등에 증착된 불순물 등에 의해 그 임피던스 값이 조금씩 변화하게 된다.
따라서 식각이나 증착 등의 매 공정을 진행할 때마다 RF 전원공급기(10)와 반응챔버(30)의 변화된 임피던스를 정합 시켜야만 한다.
상기 고주파 감지센서부(22)에서는 제1 전압 및 전류검출회로(1) 및 제2 전압 및 전류검출회로(2)를 통해 전압 및 전류를 검출하고 이 검출된 전압 및 전류를 이용하여, 임피던스 자동검출기(IAD)(3)에서 RF 전원공급기(10) 출력부의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 검출하여 제어부(23)로 출력한다.
이때, RF 전원공급기(10)와 반응챔버(30) 간의 임피던스가 정합(Matching)된 상태의 경우, 상기 고주파 감지센서부(22)에서 검출되는 전압과 전류의 위상차는 '0(zero)'가 되며, 임피던스가 부정합 되는 경우는 전압과 전류의 크기 비가 정합시 다르게 된다.
따라서 제어부(23)는 상기 고주파 감지센서부(22)에서 출력된 이 검출신호로부터 임피던스 부정합에 의한 반사파의 크기를 마이크로프로세서로 분석하여 반사파가 최소가 되도록 제어모터를 구동시키게 된다.
이때, 상기 제어부(23)는 가변 커패시터의 임피던스 값을 가변 범위의 최소값부터 최대값까지 순차적으로 가변시키도록 구동신호를 제어모터에 인가한다. 이때, 상기 고주파 감지센서부(22)는 RF 전원공급기(10)의 출력신호를 센싱하여 반사파의 크기에 따른 검출신호를 출력하고, 제어부(23)는 이 검출신호를 체크하여 반사파가 최소가 되는 정합 임피던스(Matching Position)를 기억한다.
이와 같이, 가변 임피던스부(21)의 임피던스 값을 차츰 변화시켜가며 반사파가 최소가 되는 정합 임피던스를 찾아내어 정합시키게 된다.
결국, 상기 커패시터(Ce)는 전압을 분할다운(divided down)하는 역할을 하며, 입력부이 V1, 출력부이 V2의 전압을 갖는 경우에 입력부와 출력부의 전압차를 계산할 수 있게 된다.
이와 같은 동작에 의해 입력부과 출력부 임피던스의 크기(magnitude)를 알 수 있으며, 임피던스 자동검출기(IAD)(3) 보드에서 두 임피던스의 크기의 차이를 정확하게 알 수 있어서 매칭 튜닝(matching tunning)을 정확하게 할 수 있게 된다.
본 고안은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 실용신안등록청구범위에 의해 나타난 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 고안의 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서는 RF 전원공급기의 출력 특성 임피던스에 직렬로 커패시터를 연결하고, 그 커패시터의 입력 및 출력부에서 전압 및 전류를 검출하여 부하의 임피던스 변화에 민감하게 대응할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 전압 및 전류를 검출함에 있어서 마이크로프로세서를 이용하여 디지털 신호로 변환하여 사용함으로써 측정결과의 정확성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
Claims (2)
- RF 전원공급기, 임피던스 정합장치 및 반응챔버를 포함하는 시스템에서, 가변 임피던스부, 고주파 감지센서부 및 제어부를 포함하여 구성되는 임피던스 정합장치에 적용되는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서에 있어서,상기 RF 전원공급기의 출력부에 직렬로 연결되는 커패시터(Ce)와, 상기 RF 전원공급기의 출력부이며 상기 커패시터(Ce)의 입력부에서 전압 및 전류를 검출하는 제1 전압 및 전류검출회로와, 상기 커패시터(Ce)의 출력부에서 전압 및 전류를 검출하는 제2 전압 및 전류검출회로와, 상기 제1,2 전압 및 전류검출회로에서 검출된 전압 및 전류를 이용하여 RF 전원공급기와 부하(반응챔버)의 전압과 전류의 위상차 및 전압과 전류의 크기의 비 등을 마이크로프로세서로 분석하여 상기 제어부로 출력하는 임피던스 자동검출기(IAD : Impedance and Automatic Detector)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1,2 전압 및 전류검출회로는 각각 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)와, 상기 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)의 공통접점과 임피던스 자동검출기(IAD)의 입력 사이에 연결되는 다운센서(S)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합장치의 고주파 감지센서.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101144013B1 (ko) | 2010-09-13 | 2012-05-09 | 국방과학연구소 | 능동 소나 시스템 및 임피던스 정합 방법 |
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2003
- 2003-12-30 KR KR20-2003-0040610U patent/KR200345099Y1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR101144013B1 (ko) | 2010-09-13 | 2012-05-09 | 국방과학연구소 | 능동 소나 시스템 및 임피던스 정합 방법 |
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