Генераторы плазмы

Радиочастотные генераторы плазмы серии РПГ предназначены для создания плазмы высокой плотности в вакуумных технологических установках промышленного и научно-исследовательского назначения.

Основным элементом генератора является плоская катушка, через которую пропускается ток промышленной частоты (13,56 МГц). Генератор выполнен в алюминиевом корпусе, снабжён коаксиальным вводом, устанавливаемым в камеру на скользящем уплотнении. Рабочая поверхность защищена съёмным защитным экраном, выполненным из кварцевого стекла, что позволяет легко производить его очистку по мере загрязнения. Генератор может работать с любыми газами, не вызывающими осаждения низкоомных слоёв на поверхности защитного экрана.

Диапазон рабочих давлений 0,1..40 Па, максимальная мощность ВЧ — 5000 Вт (13,56 МГц). Максимальная концентрация плазмы (аргон): в свободном объёме — 5·10¹¹ см^-3, в реакторе специальной конструкции — 2,5·10¹² см^-3.

Плотность плазмы определяется балансом между вложенной в разряд мощностью и потерями плазмы на стенках разрядной камеры и поверхности технологической оснастки. Достигаемая в процессе плотность плазмы и её распределение по технологическому объёму определяется конструкцией установки. Чем меньше объём камеры, тем большую плотность плазмы можно достигнуть.

Технологическое значение имеет поток ионов на поверхность подложки или мишени, поэтому более удобно использовать в качестве количественной меры плотность ионного тока. Суммарный полный ионный ток для аргоновой плазмы приблизительно равен 20 А/кВт. Для достижения больших значений плотности тока на поверхности подложки или мишени стараются уменьшить ток на стенки камеры и элементы технологической оснаски. Для этого применяют магнитные поля различных конфигураций.

Генераторы плазмы выпукаются в двух типоразмерах: РПГ-128 и РПГ-250, различающиеся диаметром рабочей области. РПГ-250 применяется в тех случаях, когда требуется высокая равномерность скорости обработки, а РПГ-128 позволяет достигать более высоких плотностей плазмы за счёт концентрации мощности в меньшем объёме. Для примера приведены зависимости средней плотности тока на плоский электрод, размещённый на оси плазмохимического реактора, от мощности (диаметр камеры — 250 мм, диаметр рабочей поверхности электрода — 150 мм, расстояние от генератора плазмы до электрода — 160 мм, для изоляции боковых стенок применено аксиальное магнитное поле).

Для управления энергией ионов, поступающих на подложку, можно использовать смещение от дополнительног источника. В случае проводящей подложки используется постоянное или среднечастотое напряжение, диэлектрической - высокочастотное. Даже в отсутствие смещения из-за наличия у плазмы собственного потенциала, ионы поступают на подложку с некоторой энергией. Средняя энергия слабо зависит от используемого газа и состаляет порядка 40-50 эВ. Этого достаточно для большинства технологических применений, при этом не происходит распыления подложки и повреждения её структуры. На рисунке приведено характерное распределение ионов по энергиям.