Matcher 임피던스 실수부에 대해 궁금한 점이 있습니다. [플라즈마 dielectric property]
2019.05.03 12:38
안녕하세여
ETCH 공정 관련된 일을 하고 있습니다
임피던스 매칭에 대하여 공부를 하고 있는데
제너레이터의 임피던스와 챔버의 임피던스를 매칭 시켜 REFLECT POWER 가 발생하지 않도록 하는데
임피던스에는 실수부와 저항부가 있다고 알고 있습니다.
통상적으로 PLASMA 에서 사용하는 저항은 50 옴인데 제너레이터의 저항이 50옴 이라는 것인가요??
제너레이터의 저항도 임피던스라면 허수부가 존재할 것이라고 생각해서 50옴 + 허수부 저항도 있진 않을지 궁금합니다. 아니면 제너레이터의 저항은 coxial cable 의 저항만을 의미하는 것일까요??
또, 챔버에서 저항은 매쳐와 하나가 되어 변화될텐데 매쳐가 실수부 또한 변경 가능한지 궁금합니다.
챔버 내의 PARTS가 식각이 된다면 챔버의 R 값은 변화할텐데 매쳐의 TUNE, CAP 은 허수부의 REACTANCE 값만
변화시킨다고 알고 있습니다. 매쳐가 실수부 R 의 값을 변화시키지 못한다면 아무리 매쳐가 일을 한다하더라도
챔버 내 PARTS들의 식각에 의해 임피던스가 틀어지고, REFLECT 가 뜨진 않을지 궁금합니다.
스미스차트상 capacitance 혹은 inducrance 를 변경하면 실수부도 변화가 되는 거 같아 보이는데
실수부도 같이 변화가 되는 걸까요??
댓글 4
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김곤호
2019.05.04 12:04
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RFbeginner
2019.05.05 01:54
답변 감사드립니다!! 공정 챔버가 회로처럼 그려지는 이유가 한 번에 이해가 되네요. 다시 한 번 감사합니다.
여기서 몇가지 궁금한 점이 있는데,
1. R=50 옴을 갖는 RF 를 생성한다는 것은, RF전원의 COUPLING 에 의해 50 옴이 맞춰지는 것인가요??
2. RF GENERATOR 에서 부터 MATCHER 전까지 연결 선인 COAXIAL CABLE 의 저항은 50 옴과는 관계가 없는 것인가요??
3. 공정 챔버내에 PARTS 들의 식각은 RLC 중, R 값 변화 기인에 더 큰 원인이 된다고 볼 수 있을까요??
답변 토대로 더 공부 해보겠습니다!!
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김곤호
2019.05.06 14:02
답변을 드립니다. 1번 질문은 이미 소개드렸듯이 전원의 성능입니다.
2번 문제는 당연히 coaxial cable의 길이 등은 문제를 야기합니다. 이는 matcher 및 전원의 주파수 tune 성능을 좌우하겠습니다.
3번 문제는 속단하기 힘듧니다. 다만 전원 혹은 matcher에서 그 변화를 읽을 수 있으면 희망있는 전원이 될 것입니다.
+참고로 회로 모델이 이해가 되셨으면 이를 좀 더 심화시켜 보면 좋습니다. 이유는 다음과 같습니다.
따라서 '좋은 전원'은 1-3번에 대해 충분한 응답성능을 갖고 있을 것입니다. 잘 지적하셨으니, 전력 증가, tuning speed, pulse 대응 능력 등의 이유가 플라즈마에 있음을 상기하시고, 질문에서 이해된 성능을 반드시 신제품에는 내재화 기술로서 발전시켜 보시기 바랍니다.
거듭 강조드립니다만, 전원이 플라즈마를 정의하여 RF 전원=플라즈마의 해석 시대가 저물어 가고 있으며, 이제는 그 다음이 문제인, 즉 생성된 플라즈마가 일으키는 미세 변화에 대해서 전원이 제대로 감지하여 대응할 능력을 보유하고 있는가의 여부가 '좋은 전원'의 큰 틀이 되고 있습니다. 즉 전원 내의 feedback 회로와 외부 플라즈마 감지 값은 연동해서 이 제어 회로가 플라즈마를 인자로 거동할 수 있어요, 현대 공정에 적합한 전원으로 발전시킬 수가 있을 것입니다.
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RFbeginner
2019.05.07 13:39
답변 감사드립니다. 챔버 내부가 플라즈마 발생시 어떤 회로 구조로써 발현되는지 공부해보겠습니다.
매처에 맞춰야할 임피던스 값을 기입하여 auto matching 을 하고 있는데 generator 에서 coxial cable 까지의 impedance 를
오실로스코프로 측정할 수 있을까요? 측정이 가능하다면 구입해서 제너레이터에 문제가 있는지 혹은 coxial cable, matcher 에 문제가 있는지
판단이 용이할 거 같습니다
먼저, 임피던스의 정의부터 살펴 봅시다. Z=R+jX로 여기서 Z 임피던스(impedance), R은 저항(resistance), X는 리액턴스(reactance)이며 전류가 흐르기 힘들게 하는 성질을 값으로 나타낸 것입니다. 여기서 허수부는 가짜 값이 아니라 위상을 다르게 갖는다는 뜻의 표현으로, 위상의 변화란 교류 값에서 나타나는 성질이니, 리액턴스값을 교류에서 생기는 임피던스의 성질이라 할 수 있습니다. 물론 R도 교류에서 값을 갖는데 전하가 직접 움직이면서 다른 입자들과 충동하면서 생기는 값이니, 직류이던 교류이던 이 값은 도선이 연결되어 있으면 항상 존재합니다. 따라서 reactance가 없으면 RF 값이 위상 왜곡없이 잘 전달이 되므로 impedance matching은 reactance 항을 가급적 줄인다, 즉 RF 전력을 가장 효과적으로 전달하는 조건이 되도록 matcher가 반응기에서 (부하)에서 만들어 지는 reactance 항을 상쇠하는 기능을 합니다. 전원은 기준 값으로 R=50옴을 갖는 RF을 생성시킵니다.
ETCH 공정에서 사용하는 RF 전원의 coupling은 전원의 RF 전력을 etcher chamber의 안데나 혹은 전극 (평판 안테나)에 잘 전달해서 공간에 플라즈마를 만들고, 상대 전극(혹은 챔버 벽)으로 RF 전력이 흘러가게 됩니다. 중요한 것은 RF가 챔버의 플라즈마를 잘 만들기 위함으로 RF는 플라즈마를 바라보고 있다고 생각하면 좋습니다. 플라즈마는 전기적 성질을 가진 입자들이며 공기와 같은 기체 상태인 매질로서 dielectric property를 갖습니다. 따라서 플라즈마의 dielectric property를 분해하면 플라즈마 R과 Plasma L 및 전극 앞 및 벽면 생기는 sheath에서 만드는 C로 구성되어 있음을 알 수가 있습니다. 따라서 R,L,C (lumped circuit model)값 (이는 길이당 평균값으로 "매우 큰 근사적인 값"이라고 생각하면 됩니다).과 matcher가 coupling 되어 있고, 이 뒤에 RF가 있습니다. 플라즈마 부터 생각해서 전원으로 갑니다. 잊지 마세요. 따라서 플라즈마 RLC 값과 전원의 coupling을 맞추는데, 플라즈마 생성에 필요한 것은 전원으로 부터 전류가 안테나까지 잘 흐르게 되려면, 1. 플라즈마 발생 전에는 chamber가 갖는 임피던스를 상쇄하는 R 만 존재하는 조건을 matcher가 만들어 줍니다. 2/ 플라즈마 생기면 플라즈마 R/L/C를 포함한 임피던스에서 전원 전류가 R 만 보고 흐를 수 있게 하는 조건으로 matcher의 tune이 조절되게 됩니다. 3. 하지만 플라즈마 미세 변동은 R/L/C 보다는 보다 세밀한 임피던스 값의 정보를 만들어야 조절이 됩니다. 따라서 미시적 전력 변동은 회로 모델로 해석에는 한계를 가짐으로, 실공정에서 만나게 되는 미세한 변동등의 문제는 플라즈마 진단을 포함하여 플라즈마의 dielectric property를 해석하면서 전원의 특성이 개발되어야 합니다.
공부에 도움이 되었으면 합니다.