Радиочастотный плазменный генератор РПГ-250

    РПГ-250 - безэлектродный генератор низкотемпературной плазмы высокой плотности, предназначенный для установки внутри технологического объёма вакуумной камеры. Устройство может быть использовано для широкого ряда технологических процессов:

    • напыление различных материалов в плазме инертных или химически активных газов;
    • ионное и плазмохимическое травление;
    • испарение, в том числе с дополнительной ионизацией паров;
    • плазмостимулированное осаждение из газовой фазы;
    • ионная модификация поверхности (окисление, восстановление, азотирование, карбидизация и т.п.);
    • ионные очистка и ассистирование;
    • высокотемпературный отжиг.
    Устройство генератора плазмы

    Рис. 1. Устройство генератора плазмы

    Радиочастотный генератор плазмы РПГ-250 пригоден для использования как в существующих технологических установках, так и в разрабатываемых. 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 — 3000 Вт (13,56 МГц). Максимальная концентрация плазмы (аргон): в свободном объёме — 5·1011 см-3, в реакторе специальной конструкции — 2,5·1012 см-3.

    Устройство генератора приведено на рис. 2. При помощи скользящего уплотнения генератор может устанавливаться в любый вакуумные камеры, как уже существующие, так и вновь разрабатываемые.

    Благодаря широкому диапазону рабочих давлений, генератор позволяет управлять распределением плазмы по рабочему объёму. При повышенном давлении плазма локализуется вблизи рабочей поверхности генератора, обеспечивая выделение всей вкладываемой мощность в небольшом объёме. В таком режиме также можно использовать высокочастотную плазму как источник радикалов, причём обрабатываемые подложки можно разместить вне теплового и зарядового действия плазмы, но в потоке химически активных частиц. В частности, можно осуществлять процессы водородной обработки в среде атомарного водорода, азотирования, травления органических материалов в среде атомарного кислорода.

    При пониженном давлении (0,1..1 Па), длина свободного пробега заряженных частиц плазмы становится сравнимой с размерами технологического объёма и за счёт диффузии плазма занимает весь предоставленный ей объём (рис. 3 справа).

    Работа радиочастотного генератора плазмы при высоком давлении Радиочастотный плазменный генератор в низком давлении Экспериментальный плазмохимический реактор

    Рис. 3. Различные режимы работы генератора — в высоком давлении (слева) и в низком (справа)

    Рис. 4. Схема экспериментального плазмохимического реактора

    Ниже приводятся экспериментальные зависимости плотности тока на плоский электрод, размещённый на оси плазмохимического реактора (рис. 4).

    Диаметр камеры — 250 мм, диаметр рабочей поверхности электрода — 150 мм, расстояние от генератора плазмы до электрода — 160 мм, рабочий газ - аргон, давление — 0,2 Па.

    На верхнем торцевом фланце размещен радиочастотный плазменный генератор РПГ-250, на нижнем - водоохлаждаемый стол диаметром 200 мм. Боковые стороны стола и переферийная часть стола закрыты кольцевым заземлённым экраном. На стол может быть подано как постоянное напряжение смещения, так и высокочастотное.

    RFPG 250 vs RFPG 128
     
    Рис. 5. Зависимости плотности тока на стол и амплитуды ВЧ напряжения на входе генератора плазмы от величины индукции магнитного поля и от мощности

    На рис. 5 и 6 изображены зависимости амплитуды высокочастотного напряжения на входе генератора и плотности тока на электрод от величины индукции аксиального магнитного поля, создаваемого катушками Гельмгольца и от мощности.

    На рис. 6 приведены результаты экспериментальных измерений распределения ионов, падающих на заземлённый электрод, по энергии. Видно, что любая помещённая в плазму поверхность будет подвергаться ионной бомбардировке с высокой плотностью тока и с энергией ионов, достигающей 80 эВ. Это позволяет производить ионную обработку подложек и изделий без организации дополнительного напряжения смещения.

    Распределение ионов по энергии Распределение ионов по энергии

    Рис. 6. Распределение ионов по энергии

    Работа генератора плазмы в большом объёме

    Благодаря широкому диапазону рабочих давлений, генератор плазмы РПГ-250 позволяет управлять распределением плотности плазмы по технологическому объёму. При помощи внешних постоянных магнитных полей плазма может быть сформирована в виде сравнительно узких пучков, либо, наоборот, распределена равномерно на значительной обрабатываемой площади. Также возможно путём повышения давления свыше нескольких Па обеспечить локализацию плазмы в непосредственной близости от генератора плазмы и производить технологические процессы без участия заряженных частиц, но в большом потоке химически активных радикалов. На рис. 7 показан пример работы генератора плазмы в технологической камере большого объёме (диаметр — 500 мм, высота — 700 мм). Хорошо видно магнитное удержание плазмы в цилиндре, диаметр которого приблизительно совпадает с диаметром генератора.

    hidrogen big chamer DLC etching

    Рис. 7. Работа генератора в большом объёме (травление алмазоподобного углерода в водородной плазме), диаметр столика — 100 мм. 

    РПГ-250. Азотная плазма в большом объёме

    Рис. 8. Генератор плазма РПГ-250 в большом объёме. Азотная плазма


    2 комментарии

    • Комментировать Камшилин Андрей Четверг, 17 Ноябрь 2016 20:26 написал Камшилин Андрей

      Добрый день!
      Каков входной импеданс РПГ-250 и РПГ-128?
      Спасибо!

    • Комментировать Василий Григорьев Суббота, 19 Ноябрь 2016 12:22 написал Василий Григорьев

      Добрый день!
      Сильно зависит от режима работы, параметров плазмы и состава газов.
      В рабочем режиме R=1,5..4,5 Ом, L=0,4 мкГн.
      Для подключения к генератору необходимо согласующее устройство. Мы предлагаем автоматические согласующие устройства СУРА.