ICP 유도결합 플라즈마 소스 질문!!!? [전기장 내 입자 거동]
2017.03.31 11:28
안녕하세요. s전자 송용재입니다.
ICP type 챔버과련 문의 드립니다.
1. RF source power(상단)를 인가하게 되면 전기장이 절연체를 통해 투과하여 plasma가 형성이 됩니다.
책을 보면 플라즈마내 이온의 에너지는 거의 없고 , 전자는 가속이 된다고 하는데..
전자만 전기장에 영향이 있는건가요?? 아님 전자의 mobility영향에 따른 상대적인 표현인건가요?
2. 저희 회사의 장비는 endura model icp type RF 장비를 사용하고 있습니다.
RF bias power쪽은 generator - matcher - chamber 로 power가 들어오는데
RF source power는 generator - resonator - chamber 로 power전달이 됩니다.
resonator로 source power부분의 reflect power를 조정하는데 어떤 원리로 조정이 가능한건지 궁금합니다.
오래된 장비다보니 관련 자료를 업체에서 얻을수도 없네요..
resonator tap이라는걸 이용해 Coil에 감겨있는 거리에 따라 reflect power가 변한다고 하는데 원리를 모르겠습니다.
댓글 2
-
김곤호
2017.03.31 19:12
-
정소율
2017.04.04 08:54
설명해주신 내용에 따르면 Bias 쪽은 일반적인 임피던스 매칭 장치가 있으나
Source 쪽은 고정 코일(레조네이터, 탭 변경 가능한) 또는 커패시터만 존재하는 것으로 보입니다.
코일이나 커패시터로 구성된 회로 자체의 임피던스는 보통 고정되었다고 볼 수 있습니다.
하지만 코일이나 커패시터에 의해 플라즈마가 발생한 경우 회로의 임피던스가 플라즈마의 영향을 받아 바뀌게 됩니다.
즉, 회로 상태만 존재할 때 임피던스 매칭 구현해 리플렉트를 최소화 할 수 있지만 플라즈마가 결합되는 순간 임피던스 매칭이 틀어지면서 리플렉트가 증가합니다. 또는 그 반대일 수 도 있습니다. (회로만으로는 임피던스 매칭x -> 플라즈마 발생 시 임피던스 매칭 o)
상호 영향을 미치고 플라즈마의 특성등에 따라 임피던스도 변하기 때문에 통상적으로 자동 임피던스 매칭 장치인 matcher를 설치하여
비교적 다양한 환경에서 임피던스 매칭이 가능하도록(리플렉트 최소화) 구성합니다.
Source 측에 matcher가 없다면 안정된 상태에서는 임피던스가 고정됩니다.(리플렉트도 고정)
여기서 코일의 임피던스를 바꾸면(탭을 변경) 기존과 다른 임피던스에 고정되므로 리플렉트 수치도 변하게 됩니다.
(VSWR 또는 Gamma 값이 변한다고도 표현할 수 있습니다.)
장비 내에 플라즈마는 먼저 생성과 소멸의 균형으로 만들어진 상태가 보이는 것이니, 먼저 그 생성 현상에 대해서 공부를 시작해 보면 이후 이해가 수월해 질 수 있습니다. 일단 직류 전기장 하에서 플라즈마 생성이 어떤 과정을 통해서 생성되고, 유지될 수 있는지 생각해 보시고, 이를 발전시켜서 RF 전기장 조건에서 플라즈마 생성을 위한 어떤 반응들이 존재하는지를 이해하려 하면, 지난 질문과 RF matching (tuning) 의 필요성을 이해할 수 있을 것 입니다. 수식에 얽매이지 말고 기본적인 현상을 그림으로 그려가면서 이해해 보도록 노력해 보세요. 그리고 플라즈마를 회로 모델화 하는 내용에 대해서도 이미 여러번 소개한 바 있으니, 본 계시판의 다른 설명도 참고해 보시기 바랍니다.
여기서 그림은 전기장과 전자의 거동, 거동하는 전자가 어떻게 플라즈마 상태의 유지에 작용하는가를 이해하고 나면, 자연히 어떻게 전기장을 만드는 것이 유효할 까에 대해서 생각을 하게 됩니다. 단순히 RF를 쓰는 것이 유효하다 할 수도 있겠지만, RF을 쓴다면 어떤 주파수의 전력을 인가하는 가의 관점으로 보는 것입니다. 또한 플라즈마는 전자/이온으로 구성된 물질 상태를 의미합니다. 따라서 RF가 가속시키는 것은 반드시 전자일 이유는 없습니다. 이온도 가속이 되겠지요. 여기서 중요한 것은 RF의 주파수가 되겠는데, 이들은 모두 전자와 이온의 거동을 고려해서 결정하는 것입니다. 따라서 플라즈마 생성 유지 시키기 위해서는 전자 가속을 위한 전기장 제공이 필요하겠고, 전자는 가볍고 쉽게 가속이 되므로 높은 주파수 영역이 이를 담당하게 시키고, 이온은 상대적으로 매우 무거우므로 비교적 낮은 RF 주파수를 사용하게 됩니다. (본 게시판에 CCP/ ICP 논의가 있으니 찾아 보세요) 또한 bias RF 에서 bias는 self bias 현상을 사용하고, 이를 위해서 RF를 쓰는 목적이 있습니다. (self bias 또한 설명이 되어 있습니다.)
나아가서, RF를 제대로 인가하려면 정합회로가 필요한가를 고려해 볼 수가 있겠습니다.진공 중에는 전극에서 전자기파의 진행이 방해 받지 않은 상태로 진행이 됩니다. 하지만 플라즈마는 전자/이온의 덩어리이니 자기 스스로 전자기 적 성질을 가지고 있어 외부에서 들어오는 전자기파에 상대적인 거동을 하게 되므로 외부 전자기파는 진공 중에서의 파동 전파 특성을 그대로 유지할 수가 없게 됩니다. 즉 부하의 전자기파를 흡수하는 특성이 생기게 되므로 이를 상쇄시켜야 RF 파를 잘 전달할 수가 있겠고, 이를 위해서 정합기가 필요하게 되고 정합기의 특성은 플라즈마의 상태에 따라서 변동하게 되고, 입력 조건 (전력/압력/가스종 등 공정 대상 및 영역)에 따라서 정합기가 조절하는 마진이 있어야 편리하겠습니다. 비교적 정해진 조건에서의 운전이라면 정합 조건을 정해서 사용할 수가 있겠습니다만, 플라즈마의 동적특성이 잘 제어되기는 힘들어 지겠습니다.
따라서 가능하면 플라즈마의 문제를 바라 볼 떄, 전자와 이온과 그리고 중성입자들이 모여 있는 상태를 기준으로 각각의 거동이 전기장에 의해서 어떻게 거동하겠는가 하는 시각으로 보면 보다 이해가 수월할 수가 있겠습니다.