Диссертация (1105074), страница 8
Текст из файла (страница 8)
К тому женаиболее широко используемая диагностика – зонды Ленгмюра – подверженавоздействию высокочастотных емкостных наводок и уровень подавленияданных наводок значительно разнится от эксперимента к эксперименту. Дажеизмерения давления значительно отличаются не только в виду различногорасположения датчика давления относительно насоса и места напуска газа,но и широко используемого импульсного режима работы геликонныхустройств.Импульсныйрежимвгеликонныхисточникахполучилзначительное распространение по причине того, что ввиду сильного нагревав высоко плотной плазме зонды Ленгмюра выходят из строя. В этом случаене только давление в и вовне плазмы отличается, но также и среднеедавление среды меняется внутри импульса в зависимости от доли объемакамеры, занимаемого плазмой.Помимоупомянутыхразличийнеобходимоотметитьширокоеиспользование различных типов антенн для возбуждения геликона [38,48-4155,77-79,87,94,102,129-132].Помимоклассическогосоленоидальногоиндуктора, возбуждающего симметричную азимутальную моду m=0, вмеждународной практике активно использовались антенна Nagoya III(рис.1.6) и её модификация – антенна Р.
Босвелла (рис.1.7), право- (рис.1.8) илевоспиральная (рис.1.9) антенны, возбуждающие моды m=±1 в зависимостиот сонаправленности k и B. Большое количество материалов, посвященныхвыбору антенны, содержится в многочисленных работах Ф. Чена и соавторов[38,87,94,128,130-131].Рис.1.6. Схематичное изображение антенны типа Nagoya III.Рис.1.7. Схематичное изображение модификации Босвелла антенны Nagoya III.Рис.1.8. Схематичное изображение правоспиральной антенны.42Рис.1.9. Схематичное изображение левоспиральной антенны.В качестве дополнительного метода исследования различных видовгеликонных источников используются энергоанализатор с запирающимполемдляотмеченныеизмеренияранеевысокочастотныхмагнитныйзондэлектрическихдляполейизмерения[133],компонентвысокочастотного магнитного поля возбуждаемых полей [50-51,110,134-136]и миниатюрный пояс Роговского для измерения высокочастотных токов вплазме [110].Дляклассификациигеликонныхисточниковвоспользуемсятерминологией Ф.
Чена. Он делит геликонные источники на три класса [38]:«Тип А», «Тип В» и «Тип С». Источник типа А (рис.1.10) состоит изкварцевой трубы диаметром 5-10 см и длиной 1-2 м. Данная трубкапомещается во внешнее магнитное поле до 3 кГс (в большей части 1 кГс). ВЧантенна располагается вблизи торца или по центру на боковой частиисточника и занимает при этом только малую его часть.Рис.1.10. Схематичное изображение геликонного источника типа А.43Второй тип источника, тип В (рис.1.11), состоит из большой камерыдиаметром 50-100 см и длиной 100-200 см, к одному концу которой крепитсяисточник плазмы.
Последний обычно 10-20 см в диаметре и 20-50 см в длину.Обмотка магнитных колец вокруг источника плазмы обычно меньшегодиаметра, нежели вокруг камеры, в виду чего на границе областей можетнаблюдаться изменение величины внешнего магнитного поля.Рис.1.11. Схематичное изображение геликонного источника типа В.Третий тип источника, тип С (рис.1.12), разрабатывался для травленияподложек. Схематично его можно разделить на две камеры: газоразрядную,где непосредственно формировался геликонный разряд, и технологическую,где располагались образцы, подлежащие обработке.
В нем магнитное поленаправлено по вертикали, чтобы направлять поток плазмы прямо нагоризонтально расположенные подложки. Газоразрядная камера обычноимеет диаметр 10 см и берется максимально короткой для сохранениякомпактности устройства.
Для увеличения функциональной области втехнологической камере магнитные катушки располагались только в верхнейчасти устройства, в результате чего магнитное поле в нижней камере былорасходящимся. Данная конфигурация магнитного поля приводила к44четырехкратному снижению концентрации в рабочей области, однакопозволяло увеличить площадь обработки до 20 см2.Рис.1.12. Схематичное изображение геликонного источника типа С.При переходе от теории канонических геликонных источников (Тип Аи тип В) к плазменным реакторам (Тип С) и соответственно при резкомизменении геометрии внешнего магнитного поля возникает вопрос,продолжаютливподобныхисточникахрезонансновозбуждатьсягеликонные колебания и насколько полно можно пользоваться разработаннойранее физической моделью.
По причине того, что магнитное поле висточнике типа С является неоднородным, в ряде работ был рассмотренвопрос влияния на возбуждение геликона неоднородности внешнегомагнитного поля [83,136]. Вместе с тем большая часть работ, исследующихисточник типа С посвящена технологическим аспектам напыления пленок [731,137].Дальнейшее изучение физических явлений в рамках устройства типа СбылопродолженовработахФ.Чена,посвященныхоптимизациииндуктивного плазменного реактора на основе геликонного источника45[128,138-141], в которых активно использовался код HELIC, разработанныйД.
Арнушем [109,139-140]. Код HELIC в отличие от предыдущих работучитывал возбуждение косой ленгмюровской волны и сопутствующиефизические процессы. В нем можно выбрать тип возбуждающей антенны, еёрадиус и радиус плазменного цилиндра, значения концентрации и величинувнешнего магнитного поля, а также длину источника и вид границ(проводящие или непроводящие). На основании выбранных параметровпрограммастроитпространственныераспределениявложениявысокочастотной мощности (рис.1.13-1.14).
Данная программа позволиларассчитывать оптимальные величины радиуса и длины газоразрядной камерыдля работы при различных значениях внешнего магнитного поля иконцентрации электронов при условии постоянства ne, Te, B вдоль осиисточника.Рис.1.13. Распределение вложения высокочастотной мощности по радиусув зависимости от величины концентрации электронов.46Рис.1.14. Распределение вложения высокочастотной мощности вдоль осиисточника в зависимости от величины концентрации электронов.К сожалению, в программе HELIC не учтены такие важные факторыкак переменный радиус источника, неизбежно возникающие на границекамер емкостные наводки, а также неоднородность профилей концентрацииэлектронов и внешнего магнитного поля.
Помимо этого обзор литературыпоказал практически полное отсутствие работ, посвященных отдельномурассмотрениюсамосогласованнойтеориифизическихпроцессовдвухкамерной конфигурации геликонного источника плазмы. По причиневышеизложенного,вопросоправомерностипереходаоттеорииканонических геликонных источников к двухкамерным остается открытым, всвязи с чем в качестве задач настоящей диссертационной работы былипоставлены следующие:1.
Изучить параметры разряда в зависимости от давления аргона (0.07-5мТор), мощности ВЧ генератора (0-500 Вт), рабочей частоты (2, 4 и13.56 МГц), величины индукции внешнего магнитного поля (0-70 Гс),наличия емкостной составляющей.2. Изучить распределение продольных компонент ВЧ магнитного поля итока в зависимости от давления аргона (0.07-5 мТор), мощности ВЧгенератора (0-500 Вт), рабочей частоты (2, 4 и 13.56 МГц), величины47индукции внешнего магнитного поля (0-70 Гс), наличия емкостнойсоставляющей.3.
Выполнить численное моделирование методом крупных частиц (PIC)физических процессов в источнике.4. Наоснованиирезультатовэкспериментаиматематическогомоделирования выделить основные параметры и механизмы, влияющиена продольное распределение параметров разряда.48Глава 2. Описание экспериментальной установки и методовисследований2.1.
Описание экспериментальной установкиСхема экспериментальной установки приведена на рис.2.1.1. Онасостояла из источника плазмы 1, турбомолекулярного 2 и форвакуумного 3насосов, системы контроля давления 4 и подачи газа, а также блоковдиагностики.Рис. 2.1.1. Схема экспериментальной установки: 1 – вакуумная камера, 2 –турбомолекулярный насос, 3 – форвакуумный насос, 4 – широкодиапазонный датчикизмерения давления WRG-S-NW25 S/S, 5 – зонды Ленгмюра, 6 – пояс Роговского, 7 –емкостной делитель.Источник плазмы состоял из двух соосных цилиндрических камерразного диаметра: газоразрядной камеры (ГРК) и технологической.
За основунижней части данного источника плазмы (в качестве технологическойкамеры) был взят индуктивный плазменный реактор (ICP), состоящий изкварцевого цилиндра диаметром 46 см и высотой 30 см (Рис.2.1.2), трех49металлических элементов: нижнего фланца D, металлического кольца С,осуществляющего зажим кварцевого цилиндра, и сменного верхнегометаллического фланца В, выполняющего роль переходного элемента междуверхней и нижней камерами источника плазмы.
В нижнем фланце D быливыполнены технологические отверстия для монтирования зондов и дляоткачки камеры. Отклонение от окружности для кварцевого цилиндрасоставляло +/- 1 мм.Рис.2.1.2. Вид нижней части источника плазмы сверху.В верхнем фланце нижней камеры В было выполнено отверстие в102мм под center-ring-100. На center-ring устанавливалось промежуточноеметаллическое кольцо.
На промежуточное кольцо монтировалась ГРК кварцевый цилиндр с внешним диаметром 10 см, внутренним 9 см и высотой20 см. С верхнего торца ГРК накрывалась металлическим фланцем А, черезкоторый осуществлялся напуск рабочего газа, а также ввод диагностическогооборудования. Металлическое кольцо осуществляло: а) стяжку верхнейчасти источника с нижней камерой, б) стяжку между собой фланцев верхнейгазоразрядной камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
