调谐电感对柱状ICP模式跳变的影响

【作者】 郝泽宇； 滑跃； 张改玲； 任春生；

【机构】 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室；

【摘要】 感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)具有密度高、放电气压低、均匀性好、装置简单等优点,在工业上得到了广泛应用。ICP源具有两种放电模式,即E模式和H模式。当射频功率超过某一阈值点,ICP电子密度会瞬间跳跃到一个更高的数值,发光强度明显增强,即出现了模式跳变。本实验基于大面积(φ260 mm)柱状ICP结构,在底部内置平板电极(φ70 mm)并将其串联1-10 m H调谐电感接地。使用Langmuir双探针测量了平板电极上方1 cm位置处电子密度ne,研究了电感大小L对ICP放电模式跳变的影响。研究结果表明,在5.0 Pa的Ar放电中,随L增大,ICP模式跳变功率阈值降低。固定输入功率100W时,放电处于E模式,随L增大,ne升高;进一步增加功率,模式跳变更容易发生。固定输入功率300 W时,放电处于H模式,随L升高,ne降低。根据ICP等效电回路定性分析上述可能原因,随L增大,容性耦合功率降低,感应耦合功率升高,等离子体密度升高;此时继续增加功率,模式跳变更容易发生。E模式下,ICP由射频线圈两端电压驱动,放电主要集中在腔室底部,因而随L增加,腔室底部的ne升高。而H模式下,ICP有射频线圈上交变电流产生的磁场维持,放电主要集中在腔室轴向中心处,因而对L增加,腔室底部的ne降低。对于无调谐电感情况,随射频功率增加,腔室底部ne也表现出E模式下升高,H模式降低变化趋势。通过增加L可以降低ICP容性耦合,降低模式跳变阈值。更多还原