Deposition CVD품질과 RF Delibery power 관계 질문 [RF power와 plasma information]
2020.04.29 02:45
안녕하세요. 반도체회사 CVD 설비 담당 엔지니어입니다.
CVD설비 관리, 특히 RF계통 FDC 지수관리 관점에서 질문을 드리고자 합니다~
질문1)
chamber의 plasma 정보를 모니터링하고자 chamber와 matcher사이에 V,I,Phase를 검출하는 sensor를 사용중입니다.
보통 Voltage와 Current가 높아서 설비DOWN이 발생하는 경우에 V*I*Cos(Phase)를 계산해보면
하단표와 같이 V와 I는 높지만 Phase에 의해 결국 Delivery Power는 거의 동일합니다
|
SLOT |
Voltage |
Current |
Phase |
Cos(Rad(Phase) |
Delivery Power |
|
voltage high Down slot |
100 (높아서down) |
10 |
-79.7 |
0.178802215 |
178.8022151 |
|
정상 slot |
70 |
9 |
-73.5 |
0.284015345 |
178.9296672 |
( ↑ 임의의 수치들 )
≫ 제 생각에는 V,I 값는 높아도 결국 chamber로 전달되는 delivery power가 같다면 RF/CVD 품질에는 이상이 없을것으로
추측되는데 해당 내용이 맞는건가요?? 아니면 V,I 수치가 달라지면 delivery power가 동일해도 CVD품질에 이상이 있을 수 있나요?
≫ 위와 같이 이런경우에는 V,I가 높지만 Phase는 낮아서 Delivery power는 동일한 값이 되는데,
이는 voltage와 current가 높아졌지만 일정한 Power를 전달하기 위해 phase(reactance)를 변화하려 series(tune) capacitor가
동작하는 것인가요??
(series cap이 Impedance matching을 위해 chambe내 허수 임피던스 성분인 reactance를 제거하고
이는 V,I간의 phase를 줄이는것과 동치라고 알고있습니다.)
질문2)
Voltage가 높은값으로 설비 down을 유발하는 slot의 RF관련 타 파라미터를 모니터링 시 대체적으로
ⓛ voltage ↑
② current ↑
③ Phase angle ↓
④ Resistance ↓
⑤ Shunt, Series ↑
이러한 양상을 보이고 있습니다.
RF Rrocess를 진행하면서 해당 현상의 전후관계 및 작용 순서를 알고 싶습니다.
예를들어
1. deposition 진행에 따른 Chamber의 오염발생
2. Chamber內 Resistance 감소 (chamber의 오염과 resistance 감소의 상관관계가 있나요..?)
3. Resistance 감소로 인한 voltage, current 상승
4. Resistance 값을 50Ω으로 맞추기 위해 shunt 상승
5. V,I가 상승했지만 Delivery power를 유지하기 위해 Phase변화 (Series 상승)
≫ 위에 적은것은 그냥 제가 추측한 내용이고
RF를 진행하면서 위에 적은것처럼 RF소자들의 작용과 흐름을 알고 싶습니다..!
바쁘시겠지만 확인 후 답변부탁드립니다.
교수님 좋은 하루 되세요! ^^
질문의 배경과 공정진단 FDC 개념 정립의 방향은 다음과 같습니다. 참고하시어 해당 공정/장비/운전에 필요한 진단(monitoring)인자를 공정 (장비) 플라즈마 관점에서 개발하시어 활용하시기를 추천드립니다.
1. 관점을 공정 장비플라즈마에 놓습니다. 대부분 이를 RF 인자라 생각하는데, RF는 전원의 주파수 특성, 즉 전기에너지 공급 관점이고, 공정은 전기에너지를 플라즈마가 가지고 가서, 공정 플라즈마를 만들어서 플라즈마-표면 반응을 제어하므로, 전기 에너지는 조건이며,플라즈마는 스스로 자신의 특성, 밀도와 온도 및 에너지를 변하는, - 마치 생물과 같은 자연의 특징을 가지고 있습니다.
2. 전원의 전압과 전류 및 phase는 그 값에 상응하는 플라즈마 특성의 지배한 것이 아니라, 플라즈마 특성이 그 값으로 표현이 된 것이니, 플라즈마 문제를 RF로 보는 시각이 해석을 어렵게 할 수 있습니다. 따라서 플라즈마 전압과 전류 및 플라즈마 내의 전류/전압이 위상차를 가지게 되는 이유를 먼저 생각해 보시기 바랍니다. 즉, 두개의 전극 사이에 플라즈마가 만들어졌다고 생각하면, 플라즈마 전하의 흐름으로 전류가 형성될 것입니다. 플라즈마는 전류가 잘 흐르는 도체 (거의 구리 정도의 수준으로 주로 플라즈마의 전자들의 거동)이므로 전압은 플라즈마 공간에서는 미약하게 걸리게 되고, 대부분 플라즈마 경계의 쉬스 (플라즈마-대면체) 사이 간격에 형성되며 (이는 플라즈마의 이온의 거동을 지배)하게 됩니다. 그리고 전자/이온의 하전입자의 흐름의 에너지 (전기장-전위차)과 이 힘을 받아서 흐르는 전류 사이에 위상차가 발생하게 됩니다. (여기서 관심은 입자(하전)과 중성입자들 사이의 충돌과 하전 입자가 가지는 관성력 등)으로 위상차를 갖게 됩니다.
3. 따라서 플라즈마 전압/전류/위상 차이는 플라즈마 임피던스의 표현이며, 플라즈마 임피던스를 matching 해서 전력을 잘 인가 시키는 장치가 matcher이고 특히 plasma reactance 값을 상쇄해서 플라즈마 resistance 값에 전력을 최대한 전달하게 하는 장치가 matcher의 역할입니다.
4. 이 값들은 생성된 플라즈마 전하 밀도, 플라즈마 온도, 하전입자들의 충돌률의 함수이며 이 판단 기준은 인가한 전력의 주파수를 기준으로 판단합니다. 따라서 플라즈마 밀도를 판단하려면 플라즈마 가열현상 기반에 해석이 되어야 하며 반응기 전극을 통해서 전기장을 인가하는 방법이 ICP 혹은 CCP 에 따라서 플라즈마 생성의 효율화의 차이 등이 고려되어야 하며, 생성된 플라즈마는 공간에 분포하고 손실은 타킷과 벽면으로 손실되므로, 공간 내에 존재하는 입자들은 생성과 손실의 균형을 맞추고 있으므로 장비 구조 (대부분 표면적/부피의 비율)의 함수가 됩니다. 그리고 운전압력으로 인한 충돌 주파수가 해석 인자가 됩니다. 따라서 현재 사용하는 장치에서 플라즈마 유전상수 값의 얻고 이를 해석하므로서 플라즈마 전류/전압/위상차가 계상이 될 수 있고, 질문하시는 문제는 플라즈마 특성의 변동 현상을 원인 (플라즈마 상태)를 설명할 수 있는 값을 얻게 됩니다.
5. 본 연구실에서는 해당 인자들을 plasma information (PI) 인자라 하고 이 인자를 모니터링해서 결과를 예측하는 가상진단 모델을 만들어 공정 FDC/APC에 이용하고 있습니다. 이 인자를 개발해서 공정 결과를 예측하면 훨씬 진단 효율이 좋다는 결론을 얻었으며, 이의 장점은 위의 질문에 대한 공정 플라즈마 거동을 장비(운전)관점에서 해석이 가능하여 FDC 값의 의미를 새길 수 있게 합니다.
6, 설명이 장황했는데, 답변은 해당 조건에서 플라즈마 장비 물리 값이 바뀌어 공정 결과가 바뀐 것이고 해당 자료는 이러한 변동을 이해할 수 있는 자료로서 이용 가능하다는 점 입니다. 따라서 향후 이 조건 변화 (장치 및 공정 특성)이니, 이를 인자화 해서 공정에 유리하게 사용하거나 제어 기준으로 쓰는 것이 FDC를 확장시킬 수 있는 경로가 됩니다. 위의 설명으로 관점을 가지고 해석해 보시고, 플라즈마 장비 물리 (plasma reactor physics)의 관점으로 현재 운전하는 장비 내에서 플라즈마 거동에 대한 정보를 표시하는 인자들고 공정 결과와 비교할 수 있는 FDC-DB를 만들어 보시기 바랍니다. 이는 자신 만의 공정을 제어하는 know-how 획득에 크게 기여할 것입니다. (참고로 이 값을 쓰면 플라즈마-화학 현상과 플라즈마-표면 반응 현상까지 고려할 수가 있습니다. 본 설명에서는 이에 대한 경우는 생략했습니다. // 설명에 사용한 플라즈마 (장비) 물리의 해당 용어들은 본 게시판에서 충분히 논의된 사항들입니다)