CCP CCP 설비에서 Vdc, Vpp과 Power에 대해 문의드립니다.
2022.07.10 01:17
질문 드리기 앞서 Self Bias, Sheath Potential, Vpp, Vdc, Plasma에 대해 본게시판 및 웹 검색으로 사전 공부한 이후, 제가 개념을 적절히 이해한 게 맞는지 질문드리는 것이 목적임을 알려드립니다.
많이 부족하여 기본적인 개념에서 혼동이 오는듯 합니다. 연구원분들께서 도움 주시길 간곡히 부탁드립니다. 문의드릴 내용은 다음의 3가지입니다.
1) CCP 설비에서 전극에 RF Power을 인가하면, 이온과 전자의 모빌리티 차이로 인해 이온과 전자가 다른 거동을 보이고 각각의 Flux가 Saturation 될 때 전극 표면에는 (-)전하가 쌓이고, 반대로 Bulk Plasma에는 (+)전하가 쌓인다고 이해했습니다.
따라서 이 때 Bulk Plasma의 (+)전위를 Vpp, 전극 표면의 (-)전위를 Vdc로 이해하는 것이 옳은지 궁금합니다. (아래 모식도처럼 된다고 이해했습니다)
2. CCP 설비에 RF Power를 인가할 때, 조절할 수 있는 Parameter로 Power[W]가 있습니다. Power=Voltage*Current로 나타낼 수 있는데, 이 때의 Voltage가 Vpp를 나타내는 것인지 궁금합니다. 만약 그렇다면 Current는 상기 모식도에서 어떻게 흐른다고 이해하면 되는지 궁금합니다.
3. 현재 현업에서 Vpp, Vdc, Matcher의 Load, Tune Capacitor Position 값이 이전 대비 변화할 경우, RF Generator, Matcher, Chamber 내 환경이 변화하였다고 판단합니다.
그 근거는 상기 Parameter는 결국 사용자가 조작하는 값이 아닌, Plasma 거동에 따라 변화하는 값이므로 상기 Parameter가 변화하였다고 Plasma 거동 변화에 대해 구체적으로 알기는 어렵다고 생각했습니다. 다만 RF Generator나 Matcher, Chamber 내 환경이 변하면 Plasma 거동이 바뀌므로 상기 Parameter가 변함에 따라 RF Generator, Matcher, Chamber 내 환경이 변했다고 추론만 할 수 있다고 봤습니다.
이러한 판단이 적절한지, 혹은 다른 접근방법이 있는지 궁금합니다.
긴 글 읽어주심에 감사드리며, 가능하시다면 답변 부탁드립니다. 유익한 홈페이지 운영해주심에 감사드립니다.
댓글 1
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안녕하세요. 플라즈마응용연구실 박사과정생 박태준,배남재입니다.
1) 말씀하신대로 Vpp는 벌크 플라즈마의 양전위, Vdc는 전극 표면의 음전위가 맞습니다. self-bias는 기본적으로 RF frequency 한 주기 동안의 전자 플럭스 시평균 값과 이온 플럭스 간의 밸런스를 맞추는 방향으로 전극 표면의 DC 전위가 이동하는 개념입니다. 보통 RF 주파수 대비 전자의 반응성은 RF 전기장을 따라가기에 충분하고, 이온의 반응성은 RF 전기장을 못따라가기 때문에 (검색 키워드: 모빌리티 차이, 전자/이온 플라즈마 주파수 참고) 위와 같은 밸런스를 기반으로 self-bias가 형성됩니다. 이때 이동한 DC 전위값을 Vdc로 표현하고 sin 함수로 흔들리는 값을 Vrf로 표현합니다.
2) Vpp는 위에서 플라즈마 전위로 정의했는데 이는 파워 인가에 의해 인가되는 전압과는 다릅니다. 전극에 인가하는 전압은 쉬스와 벌크 플라즈마 등에 임피던스 비로 분배되고 이때 상부 전극이 그라운드되어있기 때문에 Vpp는 전극에 인가되는 DC 전위 중 상부 쉬스에 인가되는 전위차, 즉 벌크 플라즈마 위치의 DC 전위로 이해하시면 됩니다. 첨부드린 장비 플라즈마 모식도 내 포인트 별 전위를 참고해주시면 될 것 같습니다. 위 그림에서 전류는 power feedline을 통해 흘러 하부 쉬스와 벌크 플라즈마를 통하고 상부 전극 및 챔버 벽면 그라운드 점까지 흐릅니다.
3) 매쳐의 역할은 임피던스가 단일한 값으로 정의되지 않는 플라즈마 조건에서 파워 generator에서 바라본 챔버의 임피던스를 50옴으로 정합시키는 것으로, 매쳐 cap position 값의 변화는 플라즈마를 포함한 장비-플라즈마 전체 임피던스가 변화했음을 의미합니다.
이 변화의 요인은 많습니다. (플라즈마 변화, 온도, wall condition 등)
Vpp와 Vdc가 변화하는 것으로부터 장비 플라즈마 임피던스의 변화가 있었음을 알 수 있으며,
Plasma가 어떻게 변화했는지는 알기 어려우나 적어도 임피던스가 변화했고, chamber 내 전기적 특성이 변화했다는 추론은 적합합니다.