микро-и нанотехнологии 01.09.15 / Физико химические основы плазмохимического травления

12. Физико-химические основы плазмохимического травления. Техника плазмохимического травления.

Рассмотрим теперь некоторые практические конструкции плазмен­ных технологических высокочастотных реакторов.Емкостной реактор рис. 23.

Рис. 23. Диодный емкостной плазменный реактор

Емкостной реактор содержит помещенные в вакуумную камеру 1: активный электрод 2, с расположенной на нем обрабатываемой подложкой 3, подключенный к ВЧ-генератору 5 и заземленный электрод 4. Элек­трическое поле создается между пластинами, к которым приложе­но ВЧ-напряжение, и может быть рассчитано как поле в конденса­торе с неоднородным заполнением (включая плазму и слои про­странственного заряда), т. е. ос­новой модели является уравне­ние непрерывности полного тока. Некоторым оправданием такой модели служит утвержде­ние, что характерный размер раз­ряда много меньше длин волн, распространяющихся в плазме, однако оно нуждается в дополни­тельных подтверждениях.

Вариант триодного емкост­ного реактора представлен на рис. 24. По сравнению с диод­ным реактором он содержит до­полнительную сетку 6, расположенную

Рис. 24. Индуктивный плазменный реактор

Рис. 25. Триодный емкостной плазменный реактор

между электродами и находящуюся под плавающим потен­циалом. При этом в пространстве между сеткой и активным электро­дом реализуется эффект «полого катода». Плотность заряженных ча­стиц вблизи подложки в триодном реакторе увеличивается в 3—4 раза, а автосмещение на электроде уменьшается в 4-5 раз.

Источники на индуктивно связанной плазме. Пример такого разряда приведен на рис. 26. Электрическое поле обычно возбуждается как поле индукции, возбуждаемое антенной в виде плоской или цилиндрической катушки индуктивности (рис. 26). К антенне подводится ВЧ-мощность от генератора 5. Подлож­ка 3 обычно размещается на подложкодержателе 2, представляющем собой плоский электрод. Для независимого управления энергией ионов, бомбардирующих подложку, к подложкодержателю подводит­ся ВЧ-напряжение от дополнительного ВЧ-генератора 5', частота ко­торого может не совпадать с частотой основного генератора 5. Электростатическое экранирование индуктивных антенн (рис. 26) применяется, когда необходимо дополнительно уменьшить емкост­ную составляющую поля.

С точки зрения численного расчета, электрическое поле катуш­ки наиболее удобно рассчитывается с помощью скалярного φ и век­торного А потенциалов.

которые удовлетворяют уравнениям

где ε0, μ0 —диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума, j, ρ — распределения плотности тока и пространственного заряда в антенне. Решение этих уравнений имеет стандартный вид

где k – групповая скорость , с — скорость света. В идеальной антенне с линейным током и отсутствием пространственного заряда

где интегрирование идет вдоль проводника, по которому течет ток, r' — координата точки проводника

Рис. 26. Варианты индук­тивных антенн 1 — Антенна в виде плоской спирали 2 — Антенна в виде многозаход- ной спирали 3, 4 — экрани­рованные антенны 5,6 — однозаходная и многозаходная цилиндрические антенны

В квазистатической системе показатель экспоненты близок к 0, что позволяет дополнительно упростить расчет. Альтернативный способ вычисления тока заключается в разложении поля по собственным модам камеры, в которой возбуждается полу, рассматриваемой как резонатор/

В симметричной разрядной камере возможно также определить напряженности полей с использованием разложения поля по собственным модам камеры. Необходимо заметить, что обычно при расчете электромагнитных полей в камере распределение плотности заряженных частиц в разряде считают однородным, что далеко не всегда так, поэтому полученные результаты имеют скорее качественный, а не количественный характер.