Исследование процессов в плазме высокочастотных емкостных разрядов низкого давления, возбуждаемых на одной и двух частотах (1103208), страница 4
Текст из файла (страница 4)
11. Плотность плазмы в зависимости отвложенной мощности на частоте 1,76 МГц.Мощность на частоте 81 МГц: 11, 22, 28, 42Вт. Давление газа p = 20 мТорРис. 12. Концентрация электронов в центреразряда в зависимости от напряжения нанизкой частоте. ДЧ разряд 1,76 МГц – 81 МГцРаздел 4.3 посвящен результатам самосогласованного моделирования ДЧ ВЧЕразряда в аргоне на частотах 1,76 МГц – 27 МГц и 1,76 МГц – 81 МГц. Показаны различияДЧ разрядов при разных значениях высокой частоты.
Выявлены особенности структурыразряда в зависимости от изменения напряжения на каждой частоте. На рисунке 12 показаназависимость концентрации плазмы в центре разряда от напряжения на низкой частоте прификсированном напряжении на высокой частоте для разных давлений нейтрального газа. Изрисунка видно, что в данном диапазоне параметров плазмы увеличение напряжения нанизкой частоте приводит к уменьшению концентрации плазмы за счет увеличенияприэлектродных слоев и уменьшения области квазинейтральной плазмы.
Данный эффектприсутствует также в экспериментальных данных при низком давлении 20 мТор (смотри17рисунок 11).Результаты четвертой главы опубликованы в работах [A2, A4, A9 - A15, A19].В пятой главе представлены результаты моделирования процессов в плазмефторуглеводородов на основе МЧЯ МК модели емкостного ВЧ разряда на частоте 81МГц вгазовых смесях Ar/CF4 и Ar/CHF3.
Сравнительный анализ экспериментальных данных ирезультатов вычислений позволил выявить основные особенности емкостного ВЧ разряда вAr/CF4 и Ar/CHF3. Были использованы экспериментальные данные, полученные влаборатории ОМЭ НИИЯФ МГУ. Пространственные распределения радикалов CF2, атомов Fи H были измерены методами пространственно разрешенной эмиссионной спектроскопии иабсорбционной спектроскопии.
В газовой смеси Ar/CHF3 произведены также зондовыеизмерения плотности плазмы и температуры электронов в разряде.(а)(б)Рис. 12. Пространственные распределения заряженных (а) и нейтральных (б) частиц вВЧ разряде в смеси Ar/CF4=70/30. Кривые – результаты расчетов; символы –экспериментальные данные: квадрат- концентрация F; круг – концентрация CF2; пунктирнаякривая на рисунке (б) – экспериментальная концентрация CF2, измеренная методомабсорбционной спектроскопии.Все численные расчеты проведены для следующих параметров разряда: частота81МГц, газовые смеси Ar/CF4=70/30вложеннойвразрядмощности10и Ar/CHF3=70/30 при давлении газа 45 мТор иВт.Нарисункепространственных распределений заряженных и нейтральных12представленырасчетычастиц в разряде в смесиAr/CF4.
В разряде в смеси Ar/CF4 основным источником радикалов CF2 является прямаядиссоциация CF4 электронным ударом. Экспериментальная и рассчитанная концентрацияCF2 в Ar/CHF3 разряде примерно в пятьдесят раз превышает концентрацию этих радикалов вразряде Ar/CF4 при одинаковой вложенной в разряд мощности. Было обнаружено, что18механизм цепных реакций играет определяющую роль в образовании радикалов CFx вAr/CHF3 разряде и объясняет аномально высокую концентрацию радикалов CF2,наблюдаемую в эксперименте.(а)(б)Рис. 13.
Пространственные распределения заряженных (а) и нейтральных (б) частиц вВЧ разряде в смеси Ar/CHF3 =70/30. Кривые – результаты расчетов; символы –экспериментальные данные: ромб – суммарная концентрация положительных ионов;звездочка – средняя энергия электронов; квадрат- концентрация F; круг – концентрация CF2;треугольник – концентрация Н. Пунктирная кривая на рисунке (б) – экспериментальнаяконцентрация CF2, измеренная методом абсорбционной спектроскопии.Результаты расчетов в смеси Ar/CHF3 приведены на рисунке 13, где представленыпространственные распределения заряженных (a) и нейтральных (б) частиц в разряде.Результаты пятой главы опубликованы в работах [A5, A16, A22].В Заключении представлены основные выводы и результаты диссертации.Основные результаты диссертационной работы1.
С использованием разработанной на основе метода Монте-Карло модели движенияэлектронов в постоянном электрическом поле получен набор сечений рассеяния электроновна молекуле CHF3. Данный набор сечений описывает транспортные коэффициенты как вчистом CHF3, так и в смесях CHF3/Ar, а сечения диссоциации в нейтральные и ионныекомпоненты согласуются с имеющимися экспериментальными данными. Получено, чтотранспортные характеристики чувствительны к использованию при моделированииразличных существующих наборов сечений рассеяния электронов на молекуле CF4.Показано, что переход от режима с низкой характеристической энергией к режиму с высокой19характеристической энергией электронов происходит при разных значениях приведенногоэлектрического поля в зависимости от используемого набора сечений.2.
На основе расчетов по самосогласованной модели МЧЯ МК дано объяснениенесинусоидальной формы разрядного тока в одночастотном симметричном разряде нанизкой частоте 1,76 МГц. Показано, что корректный учет поверхностных процессов наэлектроде (зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии от энергиипадающей частицы, а также эмиссия от потока налетающих электронов) существенно влияетна параметры плазмы. Продемонстрировано изменение динамики нагрева электронов приувеличении частоты разряда: от нагрева в приэлектродных слоях в низкочастотном разряде кнагреву на границе плазмы и слоя в высокочастотном разряде. Показаны измененияпараметров разряда: ширина приэлектродных слоев, концентрация плазмы, напряжение наэлектроде, ФРЭЭ при переходе от низкой частоты 1,76 МГц к высокой частоте 81 МГц.3. Получен аналитический вид функции распределения ионов по энергии вдвухчастотномразрядевпромежуточномчастотномрежиме.Ширинафункциираспределения определяется напряжением на низкой частоте, а положение на энергетическойоси – как напряжением на высокой частоте, так и параметром, учитывающим относительныйвклад каждой из частот.
На основе данного вида функции распределения получен критерийвозможности контроля энергии ионов независимо от мощности на высокой частоте:напряжение на низкой частоте должно быть много больше напряжения на высокой частоте.4.СамосогласованноемоделированиеДЧразрядапоказалоособенностиформирования спектра ионов в двухчастотном разряде. Получены результаты, описывающиединамику столкновений и вкладываемой мощности в электронную подсистему разряда.
Наоснове численных расчетов показаны параметры разряда, наиболее соответствующиевозможности контроля энергии ионов независимо от мощности на высокой частоте ивозможности контроля плотности плазмы независимо от мощности на низкой частоте.Данные параметры подтверждаются также анализом экспериментальных данных для ДЧразряда.5. Продемонстрирована возможность использования полуаналитической моделидвижения ионов в приэлектродном слое для оценки энергетического спектра ионов наэлектроде в двухчастотном разряде.
Данная модель включает в себя заданное выражение дляэлектрического поля в предположении постоянной концентрации ионов в слое и методМонте-Карло для учета столкновений ионов с нейтральными частицами. Дополнительныйучет амбиполярного потенциала плазмы позволяет получить спектры ионов практическиидентичные спектрам, полученным в самосогласованном расчете, при гораздо меньшихвычислительных затратах.206. Сравнительный анализ экспериментальных данных и результатов вычисленийпозволил выявить основные особенности емкостного ВЧ разряда в Ar/CF4 и Ar/CHF3.
Так, вAr/CF4 разряде основным источником радикалов CF2 является прямая диссоциация CF4электронным ударом. Экспериментальная и рассчитанная концентрация CF2 в Ar/CHF3разряде примерно в пятьдесят раз превышает концентрацию этих радикалов в разряде Ar/CF4при одинаковой вложенной в разряд мощности. Обнаружено, что механизм цепных реакцийиграет определяющую роль в образовании радикалов CFx в Ar/CHF3 разряде.Полученные в данной работе результаты позволят продолжить дальнейшееисследование свойств ДЧ разрядов в сложных газовых смесях, используемых в плазменныхреакторах травления.Список публикацийA1. Voloshin D.
G., Rakhimova T. V., Klopovskiy K. S., Mankelevich Y. A. Development of theelectron impact cross section set for CHF3. Monte Carlo simulation of the swarm experimentsin pure CHF3 and CHF3/Ar mixtures // Journal of Physics: Conference Series. 2006. Vol. 44,no. 1. P.
121.A2. Rakhimova T. V., Braginsky O. V., Ivanov V. V. et al. Experimental and Theoretical Studyof Ion Energy Distribution Function in Single and Dual Frequency RF Discharges // PlasmaScience, IEEE Transactions on. 2007. — oct. Vol. 35, no. 5.
Pp. 1229 –1240.A3. Voloshin D. G., Klopovskiy K. S., Mankelevich Y. A. et al. Simulation of Gas-Phase Kinetics in CHF3: H2: O2 Mixtures // IEEE Transactions on Plasma Science. 2007. Vol. 35.Pp. 1691–1703.A4. Olevanov M., Proshina O., Rakhimova T., Voloshin D. Ion energy distribution function indual-frequency rf capacitively coupled discharges: Analytical model // Phys. Rev. E. 2008.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
