CCP CCP장비 discharge 전압 및 전류 측정 방법 과 matcher 문제 관하여 [HV probe 전압 측정]
2024.02.22 11:34
안녕하십니까
광주과학기술원 박사과정 학생인 김현일입니다.
이번에 CCP장비를 제작하면서
CCP장비 분석을 어떻게 해야할지 잘모르고 discharge에 문제가 있어 이렇게 문의드리게 되었습니다.
CCP 장비에서 electrode 사이에 인가되는 방전 전압 및 전류값을 측정하고싶은데
아래 그림과 같이 챔버 외부에서 high voltage probe로 측정을 하였을때 인가되는 전압을 방전전압으로 측정이 가능한지 알고 싶습니다.
그리고 전류는 접지되는 electrode에서 접지선에서 측정되는 전류로 측정을할수있는지 알고싶습니다.
그리고 현재 사용하는 RFPT사의 matcher장비의 impedence matching이
CCP장비에서 발생하는 plasma의 밝기가 어느정도 이상으로 높아지면 impedance maching을 못맞추는 문제가 발생합니다.
인가 전압이 상승하면 CCP의 임피던스가 감소한다고 하던데 생성되기 쉬운 범위로 올라가면 impedance maching 범위를 벗어나는것은 아닌것으로 생각되는데 단순 장비의 문제인지 궁금합니다.(처음에 plasma가 발생하다 maching이 깨지고 장비가 제대로 매칭이 안됩니다.)
임피던스가 감소하면서 반대로 maching 범위 밖으로 나가는거라면 단순히 impedance matcher 안에있는 코일의 L값이 좀더 큰 코일로 교체하면되는지도 알고싶습니다.
긴 질문글 읽어주셔서 감사합니다.
댓글 2
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서태현
2024.02.27 09:22
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김곤호
2024.03.04 12:00
RF 소스의 인가 전력을 진단하기 위해서는 안테나 또는 전극에 흐르는 전류/ 전압 (의 크기와 파형) 및 phase 측정, 3 요소 측정이 '매우' 중요합니다.
각 요소는 sine 파형으로 인가되나 Load 인 플라즈마의 임피던스에 따라서 반사파 및 투과 파 등의 결합으로 왜곡된 sine 파형을 갖게되고
반사파를 최소화 시키기 위해서 matcher 가 그 기능을 하게 됩니다. 따라서 Load 값의 전류/전압/phase 진단은 matcher와 전극/안테나 사이에서 진행합니다.
전류 진단은 pearson coil를 가지고 측정합니다. (제품을 수배해 보시기 바랍니다. 가용 주파수 범위를 잘 살펴야 합니다.) 전압 측정에 고전압 프로브를 사용하셨는데, 가능합니다. 또는 비 접촉식 capcitively couple 값을 이용합니다. 여기서 중요한 것은 진단계와의 정합으로 인해서 실제 전달되는 신호의 왜곡이 발생하는 점을 고려해서, 그 섭동의 크기에 대한 상대 값을 알고 있으면 보다, 정확한 진단을 할 수 있습니다.
어울러 임피던스는 저항과 reactance로 구성되어 있고, reactance는 전류 신호와 전압 신호의 위상차를 유발하며, 플라즈마의 임피던스는 플라즈마 유전상수의 값으로 표현할 수 있어, 전자 밀도, 전자-중성입자 충돌 주파수와 비례합니다. 따라서 운전 압력과 발생 플라즈마 밀도에 따라서 변하고 플라즈마 임피던스 변화는 match 값의 조절이 필요하게 되는 이유입니다. 즉 RF 전력이 변동되면, 플라즈마 상태 변화가 반응하고, 운전 조건이 바뀌면 플라즈마 상태가 변하므로, 각 조건에서 matcher는 부지런히 match 값을 갖게 됩니다.
하지만, 이번 셋업에서 무리하지 마시고, 측정된 전압/전류 값의 파형을 잘 관찰해 보시는데, 더 중요한 것은 두 신호 상의 phase를 scope trigger를 이용해서 잘 측정해 보세요. 그 데이터를 써야 하겠는데, 이 데이터로 부터 plasma impedance 가 변했는가를 확인해 보세요. 실제 공정진단 센서 중에 VI 센서는 이 기능을 하는 센서입니다. 아마도 여기 소개된 카워드가 낯설 다면 본 계시판에서 키워드를 찾아 보시고 plasma dielectric constant를 한 번 유도해 보시면 좋습니다.
안녕하세요
Match 안에 VI probe가 없다면 HV probe로는 전압은 측정이 가능합니다.(물론 저는 match 안에 probe가 있다면 그것을 사용하시는 걸 추천드립니다.)
RF 전류는 current probe로 따로 측정하셔야 합니다.
일반적으로 RF 전압 전류는 impedans사 것을 많이 사용합니다.
혹은 matching 된 값을 기억하고 match의 impedance를 역산하여 입력전력을 대비 계산하면 이론상의 전압 전류는 생각해 볼 수 있습니다.(network analyzer가 필요해보입니다.)
현 상황은 임피던스 회로와 matching 회로 그리고 matching point를 알아야지 회로 변경이 필요한지 고민할 수 있을 것 같습니다.
현재 사용하고 계시는 match의 회사에게 현상황을 잘 모니터하셔서 전달해 주시면 일이 잘 진행될 것이라고 생각됩니다.