Digital Repository of the Institute of Radiophysics and Electronics, Armenian National Academy of Sciences

METHODS OF MONITORING AND CONTROL OF RF PLASMA IN MODERN TECHNOLOGICAL PROCCESSES. ՌԱԴԻՈՀԱՃԱԽԱԿԱՆԱՅԻՆ ՊԼԱԶՄԱՅԻ ՀՍԿՄԱՆ ԵՎ ՂԵԿԱՎԱՐՄԱՆ ԵՂԱՆԱԿՆԵՐԸ ԱՐԴԻ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱԿԱՆ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑՆԵՐՈՒՄ: Աղաջանյան Անդրանիկ Արմենի: МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ. Агаджанян Андраник Арменович.

Aghajanyan, Andranik A. (2015) METHODS OF MONITORING AND CONTROL OF RF PLASMA IN MODERN TECHNOLOGICAL PROCCESSES. ՌԱԴԻՈՀԱՃԱԽԱԿԱՆԱՅԻՆ ՊԼԱԶՄԱՅԻ ՀՍԿՄԱՆ ԵՎ ՂԵԿԱՎԱՐՄԱՆ ԵՂԱՆԱԿՆԵՐԸ ԱՐԴԻ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱԿԱՆ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑՆԵՐՈՒՄ: Աղաջանյան Անդրանիկ Արմենի: МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ. Агаджанян Андраник Арменович. PhD thesis, Institute of Radiophysics and Electronics, NAS RA.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (4Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1303Kb) | Preview

      Abstract

      The low-temperature plasma-assisted processing of materials has huge number of applications in modern technological processes such manufacturing of semiconductor devices, LCD panels, MEMS etc. and replaces the traditional chemical technique more and more. Due to reduction of the environmental pollution rate, high efficiency, productivity and resolution the plasma-assisted processing of materials becomes a fundamental technique in modern semiconductor production. This method was first invented and introduced in seventies and becomes a mature technique for semiconductor device manufacturing. Taking into account that plasma is a complex nonlinear system, and the fact that modern control systems have a need for big investments, the research emphasis was put on the development of reliable and efficient methods of monitoring and control of the RF plasma with a relatively low-cost. The aim of this dissertation is to research the contemporary issues of RF plasma monitoring and control, to improve the existing methods, as well as to develop new methods allowing to increase the efficiency and reliability of these systems. To reach the stated aim, the following steps have been set: 1. To develop and investigate RF plasma impedance sensors based on a various measurement methods. 2. To develop and investigate an adaptive RF plasma impedance matching system. 3. To develop and investigate a system for two-dimensional monitoring of the effective value of the alternating magnetic field. During research work the following main results have been achieved: 1. Two types of RF plasma impedance monitors based on both direct and indirect measurement methods were developed. 2. In RF plasma impedance monitors based on direct measurement methods, the application of spectral processing allows using a lower price category Analog-to-Digital converter without compromising the overall measurement sensitivity. 3. High-speed impedance matching system was developed for inductively coupled RF plasma and supplying RF generator impedance matching. 4. The optimum selection of the matching elements values in discrete matching circuits allows to increase the density of states in matching impedance coverage range. 5. The developed high-speed system allows to monitor the uniformity of the alternating magnetic field inductance in the horizontal plane of inductively coupled RF plasma reactor. 1. Մշակվել և հետազոտվել է ռադիոհաճախականային պլազմայի իմպեդանսի չափման ուղղակի և անուղղակի եղանակների վրա հիմնված տվիչներ: 2. Պլազմայի իմպեդանսի ուղղակի եղանակով չափման տվիչներում ազդանշանների սպեկտրալ մշակման շնորհիվ հնարավոր է օգտագործել ավելի ցածր կարգայնության ԱԹՁ՝ զգալիորեն չնվազեցնելով չափման զգայունությունը: 3. Մշակվել և հետազոտվել է ռադիոհաճախային ինդուկտիվ կապով պլազմայի և սնող գեներատորի իմպեդանսների ադապտիվ համաձայնեցման արագագործ համակարգ: 4. Իմպեդանսների համաձայնեցման դիսկրետ շղթաներում համաձայնեցնող էլեմենտների նոմինալների օպտիմալ ընտրությամբ կարելի է մեծացնել համաձայնեցնող շղթայի իմպեդանսների ծածկման տիրույթում վիճակների խտությունը: 5. Մշակվել և հետազոտվել է ինդուկտիվ կապով ռադիոհաճախականային պլազմայի ռեակտորի հորիզոնական հարթության մեջ մագնիսական դաշտի համասեռության չափման և արտապատկերման արագագործ համակարգ: Низкотемпературная плазменная обработка материалов находит широкое применение в различных современных технологических процессах все более вытесняет традиционные химические методы обработки. Благодаря таким преимуществам, как уменьшение уровня загрязнения окружающей среды, возможность выборочной обработки, высокая пропускная и разрешающая способность плазменная обработка материалов, получила широкое применение особенно при производстве полупроводниковых приборов, ЖК экранов, микроэлектромеханики и т.д. Данный метод был впервые внедрен в процесс производства полупроводниковых проборов в 70-х годах, после чего были поэтапно разработаны более целенаправленные и избирательные методы плазменной обработки. Учитывая, что плазма представляет собой сложную нелинейную систему, а также то, что современные системы контроля и управления имеют большую затратность, в исследованиях основной акцент был поставлен на разработку надежных и эффективных методов контроля и управления радиочастотной плазмой с относительно малыми материальными и энергетическими затратами. Целью данной работы является исследование современных проблем контроля и управления РЧ плазмы, усовершенствование используемых методов, а также разработка новых методов, которые позволяют увеличить эффективность и надежность таких систем. Для достижения указанной цели в диссертации поставлены следующие задачи: 1. Разработать и исследовать различные датчики для измерения импеданса радиочастотной плазмы. 2. Разработать систему адаптивного согласования импедансов радиочастотной плазмы и питающего генератора и исследовать эффективность разработанной системы. 3. Разработать систему оценки распределения переменного магнитного поля радиочастотных индуктивных реакторов и исследовать характеристики разработанной системы. В диссертации получены следующие основные результаты: 1. Разработаны и исследованы датчики, основанные на методах прямого и косвенного измерения импеданса радиочастотной плазмы. 2. В датчиках прямого метода измерения импеданса плазмы, благодаря спектральной обработке сигналов, возможно использование АЦП более низкой разрядности, незначительно снижая при этом чувствительность измерения. 3. Разработана и исследована быстродействующая система адаптивного согласования импедансов индуктивной радиочастотной плазмы и питающего генератора. 4. В дискретных цепях согласования импедансов, методом оптимального выбора номиналов согласующих элементов, возможно увеличить плотность состояний в диапазоне покрытия импедансов согласующей цепи. 5. Разработана и исследована быстродействующая система оценки и отображения однородности индукции магнитного поля в горизонтальной плоскости реактора радиочастотной плазмы с индуктивной связью.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Subjects: Physics > 07.Instruments, apparatus, components common to several branches of physics
      Physics > 50.Physics of gases, plasmas, and electric discharges
      Physics > 84.Electronics; radiowave and microwave technology; direct energy conversion and storage
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: Admin .
      Date Deposited: 10 Jun 2015 15:39
      Last Modified: 10 Jun 2015 15:39
      URI: http://irphe.asj-oa.am/id/eprint/89

      Actions (login required)

      View Item