평판형 헬리컬 공진기를 사용한 플라즈마 공간 균일도 제어 연구

Abstract

본 논문에서는 외부 임피던스 매쳐없이 power tap 과 ground tap 의 위치를 변경하여 플라즈마를 방전할 수 있는 평판형 헬리컬 공진기를 개발하고 연구하였다. 매칭하기 위한 최적의 tap position 과 안테나 구조를 설계하기 위해 전자기 시뮬레이션을 사용하였다. 부유 고조화 탐침을 사용해서 안테나에 종단 캐패시터의 위치에 따른 이온 밀도 공간 분포를 측정하였다. 그 결과, 종단 캐패시터가 없는 경우 이온 밀도 분포가 안테나 중앙과 가장자리 밀도가 낮으며 챔버 중심을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것을 확인하였다. 피어슨 코일을 사용하여 안테나에 흐르는 전류를 측정했더니 전자기 시뮬레이션 결과와 유사하게 ground tap 과 power tap 사이에 가장 많이 흐르는 것을 확인하였다. 고전압 프로브로 안테나 위치별 전압을 측정하여 end tap 에서 최대가 되고 ground tap 에서 최소가 되는 것을 보았다. 이러한 측정결과를 바탕으로 안테나 양단이 개방되어 있을 때, saddle-shape 분포가 나오는 이유를 추론하였다. 평판형 헬리컬 안테나에 연결된 종단 캐패시터 위치에 따라 이온 밀도 분포가 변하는 것을 측정하였다. 종단 캐패시터가 안테나 중앙에 위치할 경우 convex분포를, 종단 캐패시터가 가장자리에 위치할 경우, 균일한 공간 분포를 띄었다.|In this thesis, planar helical resonator was studied that can discharge plasma by changing the positions of the power tap and ground tap without an external impedance matcher. Electromagnetic simulation was used to design the optimal tap position and antenna structure for matching. Using a floating harmonic probe, the ion density spatial distribution was measured depend on the position of the terminal capacitor in the antenna. As a result, when there is no termination capacitor, the ion density spatial distribution is saddle-shape. And ion density spatial distribution is asymmetrical with respect to the center of the chamber. The current flowing through the antenna was measured by using a Pearson coil, the most current flows between the ground tap and the power tap, like the electromagnetic simulation results. The voltage was measured at each antenna location with a high-voltage probe and found that it was maximum at the end tap and minimum at the ground tap. Based on these measurement results, I deduced the reason why a saddle-shape distribution occurs when both ends of the antenna are open. The change in ion density spatial distribution was measured depending on the location of the terminal capacitor connected to the planar helical antenna. When the termination capacitor was located at the center of the antenna, a convex distribution was observed, and when the termination capacitor was located at the edge, flat distribution was observed.