外部回路モデルを用いたCCP

Particle-PLUSでは、外部回路としてπ 型マッチングボックスを考慮したCCPプラズマシミュレーションが可能です。マッチングボックスはプラズマから流れる大電流から電源装置などを守るためにCCPデバイスに備え付けられています。

外部回路モデルでは、プラズマによって回路に流れる電流を考慮することで、より現実的なプラズマの挙動を計算することが可能となります。

このシミュレーションでは、(1) キルヒホッフの法則 (2) 表面電荷保存 (3) 電極上におけるガウスの法則 (4) PIC静電モデルによるプラズマの挙動をカップルして毎時間ステップごとに解きます。また、Particle-PLUSに組み込まれているマッチグボックスの入力パラメータを以下に示します。

Rin	:	電力供給の抵抗値	50	( Ω )
C	:	直列コンデンサの電気容量	0.5 X10^-9	( F )
Cv+Cf	:	並列コンデンサの電気容量	0.5x10^-9	( F )
L	:	コイルのインピーダンス	0.9x10^-6	( H )
電源 Vrf	:	Vrf = 250sin(ωt) (V), ( これは1.2KWのパワーに相当する)

項目・・・

Fig.1『マッチングボックスのモデル図』

Fig.2『 π 型マッチングボックス付き CCP モデル』

Fig.3『 (a) RF 電極電位の時間推移

　 (b) 計算初期のRF電極電位の時間推移』

Fig.4『定常状態におけるRF サイクル平均の電子密度分布』

Fig.5『定常状態におけるRF サイクル平均のポテンシャル分布』

Fig.6『定常状態におけるRF サイクル平均の電子温度分布』

Fig.1とFig.2にParticle-PLUSが考慮しているπ 型マッチングボックスと外部回路を考慮したCCPシミュレーションの計算モデルを示します。

Fig.1『マッチングボックスのモデル図』

Fig.2『Π型マッチングボックス付きCCPモデル』

Fig.3に電極電圧の時間推移を示します。外部回路を考慮していない場合、電圧はsinθにしたがって不自然に急激に立ち上がりますが、外部回路を考慮することで電圧が滑らかに立ち上がり、現実的な電圧変化を再現していることがわかります。また、50μsを超えたあたりから定常状態に到達し、約-50Vの自己バイアスが掛かっていることが分かります。

Fig.3『(a)RF電極電位の時間推移

(b)計算初期のRF電極電位の時間推移』