Chamber Impedance ICP Source에서 RF Source Power에 따른 위상차와 임피던스 변화 문의
2011.09.30 16:01
안녕하세요?
장비업체에서 근무하고 있는 엔지니어 입니다.
최근 저희가 개발하고 있는 플라즈마 소스가 이상한 특성을 보여서 문의드립니다.
저희가 개발하고 있는 Source는 원통형 ICP Plasma Source인데 Load Impedance 값을 살펴보면,
Power가 증가함에 따라서 실저항 값이 높아지고 (3옴@100W ~ 40옴@5000W)
복소수 값은 파워가 증가함에 따라서 감소하고 파워가 감소하면 증가됩니다.
그리고 몇몇 논문에서 보면 Power가 증가함에 따라서 위상차가 서서히 증가하는데
저희는 위상차가 서서히 감소됩니다.
이것을 어떻게 해석해야 할지 모르겠습니다.
제 생각에는 파워가 증가하면 실저항 성분이 감소하고 리액턴스 성분이 증가할것 같은데...... .
위 현상을 어떻게 해석해야 하는지와 보통 플라즈마 소스가 올바르게 동작하는 경우가 어떤지와 왜 이런 차이가 있는지가 궁금합니다.
답변 주시면 감사하겠습니다.
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고밀도 ICP 플라즈마의 임피던스는 일반적으로 변압기 회로 모델을 이용하여 이해할 수 있습니다. 안테나는 변압기의 1차측, 플라즈마는 변압기의 2차측으로 간주하면 1차측에 해당하는 안테나에서 측정하는 전체 회로의 임피던스는 2차측에 해당하는 플라즈마의 임피던스에 영향을 받게 됩니다. 플라즈마가 발생하면 플라즈마가 없을 때에 비해 안테나의 저항은 증가하고 리액턴스는 감소하는 것으로 계측될 것입니다.
소스의 구조에 따라 플라즈마의 인덕턴스 및 안테나와의 상호 인덕턴스의 변화 경향은 달라질 수 있습니다. 플라즈마의 임피던스 변화가 안테나의 임피던스에 미치는 영향은 상호 인덕턴스와 플라즈마 자체의 임피던스의 관계로서 비선형적으로 주어지므로 어느 특정한 경향성으로 설명하기는 어렵습니다.
다만 측정하신 경향을 살펴보면 운전 조건에서 인가 전력이 증가할수록 저항이 높아진다는 의미는 플라즈마의 임피던스가 안테나의 임피던스에 영향을 미치는 정도가 크게 증가하고 있다고 해석할 수 있습니다. 왜냐하면 일반적으로 인가전력이 커질수록 전자 밀도는 증가하는데 이 경우 플라즈마 자체의 저항은 감소하게 되기 때문입니다. 이와 같은 상황에서는 플라즈마의 리액턴스가 안테나의 리액턴스에 미치는 영향도 커져 결국 안테나의 리액턴스는 감소하는 경향을 보일 것으로 예상할 수 있습니다. 이 경우는 위상차가 줄어드는 것으로 나타나겠지요.
앞서 말씀드린 것처럼 장비의 구조 및 운전 주파수 등에 따라 안테나와 플라즈마의 결합 효율이 다르며 같은 장비 내에서도 운전 조건에 따라 결합 효율이 변화하기 때문에 어떠한 것이 올바르게 동작하는 것이라고 일반적으로 이야기하기는 어렵습니다.