RF Matching System과 스미스차트에 대하여(Smith Chart) - 1

RF Matching System와 스미스차트에 대하여(Smith Chart)-1

 

반도체 공정 중 Plasma를 사용하여 진행하는 공정이 있고, 그 Plasma를 생성하기 위해서 꼭 필요한 조건 중 하나가 바로 Power다.

 

그리고 RF power를 사용하는지 DC power를 사용하는지에 따라서 RF plasma, DC plasma 로 분류할 수 있는데 그 중 RF power를 사용하는 공정 장치에서

Power를 공급해주는 것은 RF generator 라고 하고, 공급받은 Power를 장치 내에서 효율적으로 사용할 수 있도록 해주는 것은 RF Matcher 라고 한다.

 

RF Matcher 는 RF generator에서 공급하는 전원을 공정을 진행하는 Chamber로 최대 전력을 고효율로 공급하는 장치로, 공정별로 변화하는 Chamber의 전기적인 Impedance를 RF Generator의 출력 임피던스(50 Ω)와 같아지도록 실시간으로 Matching 시켜주는 장치이다.

- New Poewr Plasma (NPP) 제품 소개 페이지 참고 -

 

 

제품 소개 페이지를 보니, CVD / PVD / DRY ETCH 공정에서 사용하는 Matcher를 생산하는 회사인 것 같다.

 

RF Matcher에 대한 설명을 보고 하나씩 뜯어 공부해보자.

 

1. 임피던스란?

임피던스는 하나의 회로에서 전압이 가해졌을 때 전류의 흐름을 방해하는 값으로 교류 회로의 전압과 전류의 비로 나타낼 수 있다.

임피던스는 크기와 위상을 갖는 값이다. 그래서 복소수로 표시되며 단위는 옴(Ω) 이고 기호는 Z 로 나타낸다.

아래와 같은 식을 아마 한 번쯤 본적이 있을텐데 R은 저항을 말하고, j는 허수 단위, X는 리액턴스로 인덕터(코일) 또는 캐패시터(축전기)에서 전류가 억제되는 부분을 의미한다.

 

 

직류 전원이 연결된 직류 회로에서는 임피던스는 곧 저항값과 같다. (위상을 0 이라고 생각하면 됨)

 

임피던스는 저항의 확장된 개념인데, 저항은 직류 전원의 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 값이고 임피던스는 교류 전원의 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 값이라고 생각하면 된다.

교류 전원은 위상(phase)나 주파수(frequency)에 영향을 받는 현상이 있는데 직류 전원은 주파수가 0인 경우라고 생각할 수 있다.

 

어쨌든 RF Matching에서 중요한것은

서로 다른 두 회로를 연결할 때는 각 회로의 임피던스를 같게 해주는 것이 원칙이다.

 

 

2. 출력 임피던스와 같아지도록 왜 Matching이 필요한지?

 

바로 위에서도 말했지만 서로 다른 두 회로를 연결할 때에는 각 회로의 임피던스를 같게 해주는 것이 원칙이기 때문이다.

 

RF power를 공급하는 제너레이터를 하나의 회로라고 볼 수 있고,

공급받은 power로 공정을 진행하는 장치를 하나의 회로라고 볼 수 있다.

 

power를 공급한다는 것은 power를 그대로 전달한다는 것인데 이 때 회로의 임피던스를 같게 해주는것이 원칙이기 때문에 Matching system이 필요한 것이다.

그리고 generator와 장치의 임피던스를 매칭 시켜주는 장치가 바로 RF Matcher이다.

 

그래서 보통 RF generator - RF Matcher - Chamber 순으로 power가 전달되는 흐름이다.

 

 

두 회로의 임피던스를 맞춰주지 않는다면 그 임피던스 차에 의해 power가 반사가 될 수 있고

반사가 되면 사용자가 원하는 만큼의 입력을 장치에 전달하지 못하기 때문에 원하는 반응을 일으킬 수 없게 되고,

또 반사된 power가 generator를 망가뜨릴 수 있기 때문에 임피던스는 최대한 맞춰주는것이 좋다.

 

3. 그럼 왜 50Ω 인지?

 

왜 하필 50Ω인지 궁금했는데 찾아보니 하나의 약속같은 개념으로 보인다.

 

원래 microwave engineering에서 전자파 에너지의 전력 전송(Power transfer) 특성이 가장 좋은 임피던스는 33옴, 신호파형의 왜곡(distortion)이 가장 작은 임피던스는 75옴 정도이죠. 그래서 그 중간정도가 49옴 정도인데, 계산의 편의성을 위해 50옴을 사용하게 되었다고 하지요.

출처 - RFDH, 50옴을 쓰는 이유는?

 

 

 

★ RF reflect를 제어하기 위한 스미스 차트 알아보기

2022.08.02 - [self.반도체&전자회로 공부] - RF Matching System과 스미스차트에 대하여(Smith Chart) - 2

RF Matching System과 스미스차트에 대하여(Smith Chart) - 2