Диссертация (1105074), страница 14
Текст из файла (страница 14)
ВыводыРезультатыисследованияпараметровплазмывВЧиндуктивномдвухкамерном источнике плазмы показали, что увеличение величинымагнитного поля при давлениях, когда длина свободного пробега электроновпревышает продольный размер источника плазмы и рабочих частотах более2МГц приводит к формированию ограниченного в радиальном направленииплазменного столба, замыкающегося на нижний заземленный фланец. Приэтом плотность плазмы в технологической камере источника становитсявыше, чем в ГРК. В области разделительного фланца наблюдается локальныйминимумконцентрацииитемпературыэлектронов,потенциалапространства, связанный с наличием паразитной емкостной связи междуантенной и фланцем. Локальный минимум потенциала препятствуетпроникновению электронов из ГРК в технологическую камеру.
Ростмагнитного поля приводит к выравниванию аксиального распределенияпотенциала.ИспользованиеувеличениюконцентрациидиэлектрическогоплазмывГРКфланцавследствиеприводиткисключенияпаразитного емкостного канала разряда. Дополнительный емкостной каналразряда,возникающийблагодаряразницепотенциаловмеждуразделительным В и заземленными фланцами А и D, не приводит к усилениюэффекта перераспределения плотности плазмы в область технологической99камеры. Наибольшие значения плотности плазмы в технологической камереполучены при рабочей частоте 4 МГц.При рабочей частоте 2 МГц, давлениях, при которых длина свободногопробега электронов меньше продольного размера источника плазмы и принизких значениях магнитного поля концентрация и температура электронов,потенциал пространства достигают максимума в газоразрядной камере и, какправило,монотонноспадаетпомерепродвижениявнижнюютехнологическую камеру.
Это приводит к появлению быстрых ионов втехнологической камере. При условиях экспериментов максимальнаязафиксированная разность между максимальным значением потенциала вгазоразрядной камере и минимальным значением в технологической камересоставляла величину порядка 50 В.Область существования разряда ограничена со стороны большихмагнитных полей. Положение срыва разряда смещается в область большихмагнитных полей при увеличении рабочей частоты, мощности ВЧ генератораи давления.100Глава 4.
Экспериментальные исследования пространственногораспределенияВЧполейитоков,закономерностейэнерговкладаВ рассмотренном диапазоне индукции внешнего магнитного поля (060Гс) и мощностей ВЧ генератора (до 600 Вт) выполняется неравенствоLieLe,(4.1)где Li, , e, Le – ионная ленгмюровская, круговая рабочая, электроннаяциклотронная и ленгмюровская частоты. Теоретические модели ВЧиндуктивного разряда, помещенного во внешнее магнитное поле [39-40,42],предсказывают, что при условиях (4.1), возможно возбуждение двухсвязанных между собой волн: геликоноподобной и квазиэлектростатическойкосой ленгмюровской волны.В связи с этим в настоящей работе проводились измерения продольныхкомпонент ВЧ магнитного поля Bz и тока jz, несущих информацию обуказанных выше волнах.
Необходимо отметить, что между измерениями Jz. иEz,конечнонельзяпровестиоднозначногосоответствияввидунеоднородности распределения концентрации и температуры электроноввдоль оси источника плазмы. Тем не менее, пространственное распределениепродольной компоненты высокочастотного тока несет в себе некуюкачественнуюинформациюцелесообразнымраспределения[110].провестиВЧтока,Всвязиизмеренияатакжесэтимпродольногопровестибылоисравнениерешенорадиальногорезультатовэксперимента с существующими по данному направлению работами.Рассматривались два варианта конструкции источника плазмы: в первойстандартной конструкции использовался металлический разделительныйфланец В, во второй разделительный фланец был выполнен из оргстекла.Очевидно, что при наличии металлического фланца между витками антенныи металлическим разделительным фланцем возникает паразитная емкость,что влечет за собой появление заряда на поверхности источника плазмы.101Таким образом, узлы ввода ВЧ мощности в указанных вариантахконструкции источника плазмы различались.
В связи с тем, что втехнологическихисточникахплазмыиспользуютметаллическиеразделительные фланцы, основное систематические исследования ВЧ полейбыли выполнены с фланцем из дюраля. На рисунках, приведенных далее потексту, по умолчанию, если не оговорено специально, представлены данные,полученные с металлическим фланцем.Измерения компонент магнитного ВЧ поля и ВЧ тока проводились дляразных рабочих частот и приведены ниже в порядке её возрастания сначаладля Bz, а затем – для Jz. После представления экспериментальных данных внастоящей главе приведены результаты расчетов, аппроксимирующихэксперимент, и выводы.4.1. Аксиальное распределение продольных компонент ВЧ полей и токовНа рис.4.1.1 - 4.1.2 показаны аксиальные распределения амплитуды ифазы продольной компоненты ВЧ магнитного поля, измеренные приразличных значениях индукции внешнего магнитного поля при работе начастоте 2МГц и мощности ВЧ генератора 400Вт. По причине малостиамплитуды ВЧ магнитного поля и недостаточно высокой разрешающейспособностидиагностирующегоаппарата,значенияотносительно тока антенны для 0 Гс измерить не удалось.сдвигафазыBz1022МГц, 400Вт, 0.7мТор1200 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс8014.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс100фаза Bz (градусы)100Bz2МГц, 400Вт, 0.7мТор1506040500-50200-1000102030405001020304050Z (см)Z (см)а)б)Рис.4.1.1.
Зависимость аксиального распределения: а) амплитуды и б) фазы Вz от величинывнешнего магнитного поля. 2 МГц, 400 Вт. Давление аргона 0.7 мТор.При отсутствии магнитного поля величина Bz очень мала. Призначениях внешнего магнитного поля с 14 до 28.8 Гс Bz максимально вобластилокализацииантенныимонотонноспадаетвсторонутехнологической камеры, однако фаза Bz практически не изменяется. Этопозволяет сделать вывод, что волна В типа в источнике плазмы при этихусловиях не формируется. Увеличение внешнего магнитного поля дозначения в 43.2 Гс ведет к снижению амплитуды Bz в области ГРК иформированию фазового профиля Bz, соответствующего случаю бегущейволны в области, расположенной между антенной и нижним фланцем.Профиль частично стоячей волны при этом не формируется.
Разность междуфазами волны, измеренными у нижнего витка антенны (z = 16 см) и нижнемфланцем, близка к 180. В экспериментах погрешность в определении фазыволны составляет величину порядка 10%. Дальнейшее увеличение внешнегомагнитного поля приводит к срыву разряда.На рис.4.1.2 приведены аналогичные рис.4.1.1 зависимости при работена частоте 4 МГц.1034МГц, 400Вт, 0.7мТор4000 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс800 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс300фаза Bz (градусы)1004МГц, 400Вт, 0.7мТорBz60402020010000-1000102030400501020304050Z (см)Z (см)а)б)Рис.4.1.2. Зависимость аксиального распределения а) амплитуды и б) фазы Вz отвнешнего магнитного поля.
4 МГц, 400 Вт. Давление аргона 0.7 мТор.Аналогично случаю 2 МГц при отсутствии магнитного поля Bzмаксимально в области локализации антенны. Рост магнитного поля до 14.4Гс сопровождается увеличением амплитуды Bz при всех рассмотренных z беззаметного изменения фазы. При достижении значений магнитного поля в28.8 Гс ситуация кардинально меняется – в разряде начинает формироватьсячастичнобегущаяволна.Приэтомнаблюдаетсяформированиенемонотонной пространственной структуры полей Bz и заметное измененияфазы вдоль оси источника (~360о).
Дальнейшее увеличение магнитного поляприводит к акцентированию характерных локальных максимумов иминимумов зависимости Bz(z), пока при магнитном поле 72 Гс не происходитсрыв разряда.Увеличение рабочей частоты до 13.56 МГц приводит к формированиюдополнительных максимумов в аксиальном распределении амплитуды Вz(рис.4.1.3).10413.56МГц, 400Вт, 0.7мТор800 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс72 ГсBz604020001020304050Z (см)Рис.4.1.3. Зависимость аксиального распределения амплитуды Вz от внешнего магнитногополя. 13.56 МГц, 400 Вт.
Давление аргона 0.7 мТор.Пространственная структура ВЧ магнитного поля волны на осиисточниканачинаетформироватьсяужепридостижениивнешниммагнитным полем значения в 14 Гс. Увеличение индукции внешнего поляболее 14 Гс ведет к росту числа локальных максимумов и минимумов.В целом, с ростом рабочей частоты ВЧ генератора с 2 до 13.56 МГцнаблюдается смещение границы начала формирования волновой структурыВЧ полей Вz в область меньших значений внешнего магнитного поля. Ксожалению, на рабочей частоте 13.56 МГц измерить фазу по причине крайнемалой временного сдвига между сигналом, поступающим с зонда и сигналомс основного пояса Роговского, не удалось.Результаты исследования аксиального распределения продольнойкомпоненты ВЧ токов Jz для значений рабочей частоты 4 и 13.56 МГцприведены на рис.4.1.4.
Увеличение магнитного поля качественно не меняеткартину распределения токов.1054МГц, 400Вт, 0.7мТор2000 Гс14.4 Гс28.8 Гс43.2 Гс57.6 Гс40Jz2043.2 Гс57.6 Гс72 Гс0 Гс14.4 Гс28.8 Гс150Jz3013.56МГц, 400Вт, 0.7мТор1005010051015202530354045Z (см)а)051015202530354045Z (см)б)Рис.4.1.4. Зависимость аксиального распределения ВЧ тока Jz от внешнего магнитногополя: а) 4 МГц, б) 13.56 МГц, 400 Вт. Давление аргона 0.7 мТор.Для объяснения результатов эксперимента была предложена волноваямодель, рассмотренная ниже.4.2. Анализ результатов измерения продольных компонент ВЧ полей итоковДля описания экспериментальных данных естественно предположить,что профиль волны, возникающий в источнике плазмы, определяетсясуперпозицией основной волны, возбуждаемой узлом ввода ВЧ мощности, иволнами, возникающими в результате отражения основной волны отторцевых металлических фланцев источника плазмы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
