Chamber Impedance CCP Chamber 사용 중 Impedance 변화 원인 문의드립니다.
2024.06.12 19:09
안녕하세요?
반도체 장비업체에서 근무하는 Plasma 초보 엔지니어입니다.
Plasma 비전공자로 다른 분야에 근무하다가 업무가 변경되어 나름 책도 읽고, 자료도 찾아보면서 공부를 하고 있는데 기초나 경험이 부족한 비전공자가 이해하기에는 어려운 학문이네요.
나름 고심하다 막막해서 교수님이나 고수님들의 도움을 받아볼까해서 게시판에 글을 올려봅니다.
CCP Chamber를 사용 중 Chamber에 Impedance 변화가 발생했습니다.
사용 가능한 최대 출력 파워를 검증하는 과정에서 종전에는 ~1.5kW까지 사용가능했는데,
신규 측정 시 1kW이상 사용 할 경우 Matcher에서 Safety Margin을 초과하는것을 확인했습니다.
*Matcher에 과전류가 흘러 지속적으로 사용 시 Matcher 고장(VVC, Coil 손상) 또는 Arcing 가능성
**Matcher 메이커에서 정한 안전기준
점검 결과 1.5kW 출력 시 Matcher의 VVC Matching Position이 변경된것이 확인되었습니다.
C1: 72.5% → 78.1, C2: 13.2% → 12.9%
VVC Matching Position 변경을 확인하고, Chamber Impedance를 재측정한 결과입니다.
Source(60MHz): 0.4Ω+j3.5 → 0.1Ω-j0.6
Bias(13.56MHz): 1.3Ω-j7.7 → 1.96Ω-j2.59
Chamber 사용 공정은 O2 가스를 활용한 Wafer 표면의 활성화(Treatment)라서 Etch 공정처럼
By-product나 Polymer가 발생하지는 않는다고 판단하고 있어, 공정으로 인한 Chamber Impedance
변화 가능성은 낮지않을까 하는 생각을 갖고 있습니다.
(혹시 다른 의견이 있으시면 조언이나 참고 할 자료를 알려주시면 감사하겠습니다)
내부적으로 검토한 의견은 Chamber 내부에 H/W인 변경점이 발생했을거라는건데,
몇차례 parts 교환을 했지만 모두 정상적으로 교체를 해서(사진 촬영도 해놓고, 나름 이력을 남겨놨습니다) 의심은 가지만 정확히
어떤 부분인지, 어떤 작업에서 실수가 있었는지 특정하기가 어렵습니다.
(H/W인 변경점때문에 Impedance가 변했는지 주변 엔지어의 경험을 인터뷰한거고, 논리적 근거는 잘 모르겠고요)
무작정 Chamber를 분해해서 점검을 하기에는 무리가 있고, 분해를 해도 문제점을 찾을 수 있을지 알 수 없어 막막한 상황입니다.
Impedance 변화에 대한 추정 원인, 변화 원인을 어떻게 찾아야 할지에 대한 방법을 조언 부탁드립니다.
*단순히 현재 Chamber Impedance에 맞춰 Matcher VVC, Coil을 튜닝하는 방법도 있겠으나 원인을 모르고 Matcher를 변경하는것은
향 후 문제가 재발 할 가능성도 있고, 다른 설비와 TTTM 관점에서도 문제가 있어 고려하지 않고 있습니다.
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이는 RF 문제로 보입니다만, 제가 RF 전문가가 아니어서 추측성 의견을 드립니다. (참고로 RF 플라즈마와 RF 는 매우 다른 개념으로 전자는 RF 전력을 받아 발생된 플라즈마의 특성 거동을 관심을 가지며, 후자는 전기적 이슈에 정통하고, 대부분 파트와 연결부의 전기 특성이 변화되어 발생하는 match 변화 문제에 관심이 많습니다.) 본 질문에서 모호한 것은 C1 과 C2 값이 dual matcher 값인가 여부입니다.? 일단 top 60M 와 bottom (ESC) 13.56M 으로 가정하고 의견 드립니다.
1. 동일 플라즈마 운전 조건에서 C1과 C2의 position이 플라즈마 특성의 변화로 크게 바뀔 상황은 아닐 것 같습니다. 따라서 chamber impedance 변화를 의심할 수 있을 것 같습니다.
2. chamber impedance 의 변화에 의한 특정 전력 조건에서 과전류흐름이 설명될 수 있습니다. Top/bottom 전극 또는 power/bias 의 임피던스가 줄고 있음이 관찰되었고, 이는 특정 전력에서 전류 증가의 요인이 chamber 에 있음을 보여 줍니다. 아마도 cap 위치를 재 설정했더라도 과전류 흐름이 지속된다면 part 교체를 고려해야 할 것 같습니다.
3. Top 과 Bottom 쪽의 임피던스 변화 중에서 상부의 matcher 와 chamber 정합은 향상되고, 하부 ESC 쪽의 impeance의 저항이 즏가했음은 하부의 부품 간의 문제가 있어 보입니다. 이는 reactance 에도 영향을 미치고 있고, 하분 영향이 상부 임피던스로 전파된 것으로 가정해 볼 수 있을 것 같습니다. 따라서 하부 ESC 와 LF matercher 연결 부의 parts 점검도 고려해 보면 좋을 것 같습니다.
거듭 말씀드리지만 저는 RF 플라즈마 쪽이지 RF 전문가는 아니어서 RF 전문가에게 다시 의견을 구하심이 맞을 것 같습니다.