Plasma discharge device, RF cable heating problem

Plasma used for thin film production in vacuum deposition equipment, etching equipment, etc.  And, among the many powers used to generate plasma, the most common 13.56MHz RF power.  We are applying RF power plasma devices in quite a lot of fields such as semiconductors, displays, etc.  RF power plasma devices are more complicated than regular DC plasma devices and require a matching network. However, it can be used in insulators, and the surface properties of thin films are often improved, so RF is often used.  There are many things to consider about these RF discharge plasma devices, but today, I want to write about the heat generation problems that occur in RF cables.  The RF plasma discharge device consists of an RF power supply, an impedance matcher (matching network) for effectively delivering power to the load, and a discharge load device.  RF power requires an understanding of impedance. Impedance is an amount that defines the correlation between voltage and current. In DC, resistance becomes impedance. It becomes complicated in AC power, and when it takes up this and that complex understanding, there are real resistance and imaginary resistance. From the plasma point of view, the real resistance is related to the amount of absorbed power (density and quality of plasma), and the imaginary resistance is the amount independent of power consumption (the amount that is not consumed and reflected) and the supplied energy. You can think of it as saving. The role that is stored in this way is a complicated explanation, and it is most often caused by heat, and we recognize the heating line. Most of the time, there is a problem.  After all, RF power requires impedance matching to reduce this heat generation problem. Being a fever means that there is a problem with matching, and that power transmission is not efficient for the load (power loss).
To reduce power loss, plasma density and quality must be improved. It is necessary to check various process conditions in consideration of discharge characteristics. The next method is to reduce the actual resistance of the line. It is good to minimize each fastening part of the conducting wire and apply coating or silver plating to prevent surface oxidation. Also, the thickness of the line should be considered. If it is difficult to solve the thickness of a line, multiple lines in parallel can be a method. Finally, there is a method to increase the effective real resistance, which can be suppressed by increasing the voltage and decreasing the current. However, if the balance is not balanced, adverse effects will occur, and additional problems such as arcing should be considered.  In some cases, there is a problem caused by the parasitic capacitance, which induces heat generation when matching occurs in the form of shaking or noise. There is a need for a technique to configure the system so that the resonant circuit is not constructed.  If continuous heat generation is not resolved in the delivery of RF power, it is necessary to consider distributing and supplying current. One solution is to reduce the current by configuring transmission lines in parallel.  In the case of ICP, the antennas may be configured in parallel to distribute current.

임피던스와 임피던스 매칭에 대해서

1. 임피던스는 전기 회로에서 전압과 전류의 비를 의미합니다.

R=V/I,

Z=V/I 로 저항과 동일합니다.  개념도 저항과 같습니다.

다만, 임피던스는 주파수를 가지고 있는 AC회로에서 응용되는 개념입니다.


즉, 주파수 개념이 포함되어 있는 부품소자(L, C)를 사용하는 회로에서 사용되는 개념입니다.

이것저것 만들어 쓰다 보니, 주파수를 가지고 있는 소자가 등장하고, 기존 저항 개념만으로는 해결이 안되어서 임피던스라는 것을 도입하였구나, 그냥 이정도로 저는 이해 했습니다.

2. 임피던스는 크게 보면 소모되는 성분과, 일반회로에 항상 존재하는 저항, 그리고 부하 이렇게 구성된다고 생각하면 된다는 군요.

소모되는 성분으로는 주파수 구조에 따라서 자기장 에너지가 축적되는 인덕턴스(L),
전기장 에너지가 축적되는 케페시턴스(C) 로 이것은 전체적인 쓸모있는가 라는 측면에서는 쓸데없이 소모되는 에너지라고 보면 될 것 같습니다.

저항은 전기가 흐르는 것을 방해하는 에너지, 힘이고요.

그러면, 부하라는 것은?

이게 참 개념이 애매한데, 저는 이렇게 생각합니다.

무언가를 할 때 드는 힘. 에너지, 전압, 전류, 저항 뭐 이런것을 의미한다고 생각하는데요.

즉, 전기에너지로 무언가를 하려고 하는데, 소모되버리는 녀석들과 저항성분은 버리고, 실제 무언가를 하는데 필요한 힘, 에너지이다.

정확한지는 모르겠습니다. 

사전 적인 용어는 일정한 전력 공급 설비에 연결되어 있는 기계나 기구, 설비 따위가 쓰는 전력 이라고 되어있습니다.       

3. 모든 RF회로에는 특성임피던스가 주어지며, 이것은 하나의 회로 혹은 시스템을 기준잡는 임피던스입니다. 이것은 입출력단의 호환성을 맞추기 위한 의미에서 매우 중요합니다.
회로나 시스템이라는 것이 여러 부품의 조합이므로 이것은 중요합니다.


4. 임피던스 매칭은 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결 할 때, 서로 다른 두 연결단의 임피던스차에 의한 반사를 줄이려는 모든 방법을 의미합니다.

5. 임피던스 매칭을 하는 방법은 여러가지가 있으나, 가장 많이 사용되는 것은 Quarterwave Transfer 방식과, Single Stub 방식의 매칭 방법입니다.

참고사이트 http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/whymatch.htm

6. 매칭법을 알려고 하면, Stub과 스미스차트를 이용한 매칭법을 익히는 것이 좋다.