10、The introduction of RF system

RF 全稱radio frequency，是一種高頻交流變化的電流（交流電的頻率在無線電的頻率範圍內），它不是電磁波，而是一種交流電。利用RF可以產生plasma，ETCH製程中RF 頻率一般為2MHZ、13.56MHZ和60MHZ。了解RF可以產生plasma後，接下來介紹RF system的構成。關於plasma基本知識可移步1、等離子體基礎知識介紹

圖1 不同頻率、波長的電磁波

一般的RF powder system由三大部分組成，分別為：（1）射頻電源（RF generator），（2）傳輸線（transmission line），（3）阻抗匹配系統（impedance matching system）。

射頻電源（RF generator）是用來產生射頻電功率的電源，輸出一般是正弦波或脈衝，輸出功率從幾十瓦到幾十千瓦，輸出阻抗一般是50歐姆，頻率有2MHZ、13.56MHZ和60MHZ等。RF generator一般由震蕩電路，功率放大電路和濾波電路組成，原理非常複雜，這裡不深究。

圖2 RF generator示意圖

LAM的ETCH機臺一般有兩個RF generator，分別為Bias RF和TCP RF，Bias RF主要是用來調整plasma的方向，TCP RF主要是增強plasma的密度，兩者結合在一起可以產生穩定的plasma，用於ETCH process。

傳輸線（transmission line）是輸送RF的線狀結構設備，一般採用同軸電纜（coaxial cables），利用它的特殊結構和阻抗匹配，能以最小的輻射和最小功率損耗傳輸RF。

這樣講解比較抽象，舉個例子，我們家庭用電的頻率是50HZ，屬於低頻交流電，普通的電纜足已傳輸，但對於RF屬於高頻交流電（每秒變化小於1000次的交流電稱為低頻電流，大於10000次的稱為高頻電流，而RF就是這樣一種高頻交流電），如果用普通電纜傳輸，能量容易以電磁波的形式輻射出去，造成能量損耗。

圖3 同軸電纜示意圖

阻抗匹配系統（impedance matching system）主要使負載阻抗與激勵源內部阻抗相互適配，得到最大功率輸出的一種設備。

電抗電路中除了電阻外還有電容和電感，在交流電路中，電阻、電容、電感對交流電的阻礙叫做阻抗。電抗電路要做到匹配比純電阻電路要複雜，除了輸入和輸出電路中的電阻成分要相等外，還要求電抗成分大小相等符號相反。

還是舉個例子，高中物理電學，把一個電阻為R的用電器，接在一個電動勢為V，內電阻為r的電源上，求什麼條件下電源輸出的功率最大？

上述分析可知，當用電器的電阻與電源內電阻相等時，電源的輸出功率最大。

對於電抗電路匹配，阻抗的匹配也就是電阻電路匹配和電抗電路匹配的總和。阻抗匹配的關鍵是前級的輸出阻抗（負載阻抗）與後級的輸入阻抗（信號源的阻抗）相等，即純電阻相同，電抗要共軛（模相相等，幅角相反） 。

圖4 ETCH RF系統示意圖

目前，RF技術主要掌握在美、日、德等少數國家的少數廠家手中，如美國的AE（Advanced Energy）、MKS（MKS Instruments）、美國的COMDEL、日本的DAIHEN、德國的Huettinger等。