Matcher RF Frequency 가변과 Forward Power의 상관관계 [임피던스 매칭]
2023.09.07 11:27
안녕하세요. ETCH 쪽에서 ENG'R로 근무중인 현직자입니다.
업무 중 궁금점이 생겨 간단하게나마 공부 후 질문내용 정리하여 문의드립니다.
상황
ICP 설비에서 BIAS REFLECT POWER를 줄이기 위하여 RF FREQUENCY TUNE을 이용한 상황입니다.
FREQUENCY TUNE을 사용하면 임피던스 Z가 변하면서 REFLECT POWER가 변하며, FORWARD POWER는 임피던스 Z와 Vpp에 영향을 받는 것으로 알고 있습니다.
질문
1. 현재 설비는 VOLTAGE MODE를 사용중인데, 이때 Generator에서 인가하는 Voltage가 Vgen이라고 하면 BIAS RF VOLTAGE = Vgen = Vpp 동일한 값을 가지는지 궁금합니다.
2-1 동일하다면, VOLTAGE MODE에서는 FREQUENCY 가변을 하게되면 임피던스의 변화에 따라 BIAS FORWARD POWER가 변한다는 가정이 옳다고 볼 수 있을까요?
2-2 FORWARD POWER가 변한다는 가정하에, REFLECT POWER 역시 변할텐데, 결과적으로 LOAD POWER도 같이 변할 것으로 생각되는데 해당 가설이 적절한가요?
3. POWER MODE에서는 FORWARD POWER가 SET된 값으로 인가되기때문에 RF Frequency 가변에 따라 Vpp값도 변하여 Forward POWER는 일정한게 맞을까요?
댓글 2
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김곤호
2023.09.12 19:38
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서태현
2023.10.05 10:28
안녕하세요.
1. 현재 설비는 VOLTAGE MODE를 사용중인데, 이때 Generator에서 인가하는 Voltage가 Vgen이라고 하면 BIAS RF VOLTAGE = Vgen = Vpp 동일한 값을 가지는지 궁금합니다.
RF를 Voltage로 제어하신다고 하면, process voltage mode로 제어하는 것으로 판단됩니다.
DC bias 혹은 Vpeak to peak 로 일반적으로 제어하며, 이는 RF output 센서(일렉트로드에 부하되는 전압 전류 등을 읽는 디렉셔너 커플러)에 전압이 도달 할 때 까지 전력을 제어하는 것입니다. (요새 나오는 발전기는 논리회로 변경이 가능하긴 합니다. 오프셋을 주던가의 등등) 일반적으로 이 센서를 RF match output에 장착하거나 따로 electrode에 probe 센서를 장착하여 external 시그널로 제어하는 것을 말합니다.
2-1 동일하다면, VOLTAGE MODE에서는 FREQUENCY 가변을 하게되면 임피던스의 변화에 따라 BIAS FORWARD POWER가 변한다는 가정이 옳다고 볼 수 있을까요?
VSWR이 1에 가까워지는 주파수 튜닝을 한다면 인가되는 전력은 낮아질 것으로 예상됩니다.(설정된 process voltage에 가도록 load power regulation한다고 생각하시면 될 것 같습니다.)
Vector network analyzer로 RF matching 회로로 주파수 sweep를 해보고 Vpp값을 이론치로 하여 예상 전력을 계산해봐도 되나,
실제 발전기의 부하되는 전력을 customer GUI나 통신으로 reading 할 수 있어보입니다.
Auto frequency tuning인가요? 아님 메뉴얼 튜닝을 하시나요?
2-2 FORWARD POWER가 변한다는 가정하에, REFLECT POWER 역시 변할텐데, 결과적으로 LOAD POWER도 같이 변할 것으로 생각되는데 해당 가설이 적절한가요?
제네레이터가 forward power regulation인지 load power regulation인지 알아야합니다.
Forward power regulation : Setpower point = Fwd power + relfected power
Load power regualtion : Setpower point = Load power
3. POWER MODE에서는 FORWARD POWER가 SET된 값으로 인가되기때문에 RF Frequency 가변에 따라 Vpp값도 변하여 Forward POWER는 일정한게 맞을까요?RF matching이 VSWR이 동일하게 매칭되었을 때는 Forward power는 비슷 할 것으로 추측됩니다.
질문을 제가 잘 이해했는지 모르겠습니다만, V(전원)=V(matcher)+V(안테나)로 결정될 것 같습니다.
그리고 impedance match 를 V-I phase를 조절하는 것으로 이해하시면 좋을 것 같습니다. match가 되었다면 forward wave 와 reflect wave의 phase를 맞추어 standing wave 형태의 전압-전류, 즉 phase의 왜곡이 없는 조건이 형성됨을 의미합니다. 여기서 플라즈마가 발생하면 plasma current loop 가 만들어지고, plasma전위가 형성되고 이에 따라 antenna 의 field 가 변하게 되어, 이 변화와 RF 입력 phase를 맞추는 것을 matcher 의 역할이라 생각할 수 있을 것 같습니다.
impedance match, 매질 속에서 wave 의 전파 그리고, ICP 의 경우 transformer circuit model의 주제어로 자료를 찾아 보시면 좋을 것 같습니다.