Бордусов С. В.

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки Білорусь, 220027, Мінськ, П. Бровки, 6 тел.: (8017) 2398088 E-mail: bordusov @ gw. bsuir. unibel.by

Анотація – Представлені результати вимірювань ряду електрофізичних характеристик, що визначають роботу СВЧ плазмотрона на базі резонатора прямокутної форми з частковим заповненням плазмою резонуючого обсягу. Встановлено, що розподіл НВЧ поля та локальної електропровідності плазми по довжині розрядної області носить періодичний характер з чергуються максимумами і мінімумами. Зміни значень температури мають досить плавну форму з невеликим підвищенням поблизу місця введення СВЧ енергії в резонатор.

I. Вступ

Останнім часом в мікроелектронної промисловості для обробки напівпровідникових пластин все більшого значення починають знаходити надвисокочастотні (НВЧ) розряди.

У зв’язку з переходом промисловості на обробку підкладок великого діаметра (150, 200 і 300 мм) загальною тенденцією є розробка плазмових джерел, що забезпечують проведення процесів на поверхнях великої площі і з високими технологічними характеристиками.

Так як ефективність процесів плазмообразующего-вання та підтримки стабільного газового розряду

[1] в значній мірі пов’язана з величиною напруженості електричної складової електромагнітного поля ЕЕФФ в зоні розряду, то особливий інтерес представляють СВЧ плазмотрони, що використовують як аплікаторів СВЧ енергії пристрої типу резонатора. В цьому випадку значне зростання напруженості поля електромагнітної хвилі в зоні плазмообразование забезпечується не за рахунок підвищення потужності джерела НВЧ енергії, а за рахунок конструктивних рішень системи формування СВЧ поля. При цьому можливі наступні варіанти конструктивно-технічних рішень з використанням аплікаторів типу резонатора: з частковим заповненням плазмою резонуючого обсягу; із заповненням плазмою всього резонуючого обсягу; з поділом резонуючого обсягу та плазмової камери вакуумплотной перегородкою з елементами електромагнітної зв’язку [2, 3].

Клас пристроїв типу резонатора з характерним розміром розрядної області, що перевищує довжину збудливою плазму хвилі, є недостатньо вивченим. Тому наявні в даний час технічні рішення установок типу резонатора [4, 5] вимагають всебічного дослідження для їх оптимізації, розробки інженерних методів розрахунку розрядних вузлів і вироблення науково обгрунтованих рекомендацій по їх застосування в процесах вакуумної плазмової обробки матеріалів.

II. Основна частина

З використанням методу «активного» зонда, електричних зондів, термопарних вимірювань проводилося дослідження електрофізичних характеристик плазмового розрядного пристрою, основні конструктивні елементи і опис роботи якого наведені в [5].

Рис. 1. Показання «активного» зонда Шсвчзонв, електричних зондів 1пров і термопари ТГ в розряді 02 по довжині реактора установки.

Fig. 1. The data of the active probe Wcb4, electrical probes Inpoe and thermo-couple Trin O2 discharge according to the length of the installation reactor

Вимірювання локального розподілу електричної складової поля проводилося методом «активного» зонда [6]. Як зонда був застосований відрізок гнучкого коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом, зовнішній провідник якого виконаний з мідного трубки, а внутрішній – з одножильного мідного дроту. «Активний» зонд був відрізок центрального внутрішнього провідника 01,4 мм, що багато менше довжини хвилі досліджуваних коливань. Від впливу плазми зонд був захищений фторопластовим ковпачком і кварцовим чохлом. На зонді наводився СВЧ сигнал, пропорційний амплітуді складової електричного поля, спрямованого уздовж штиря [7].

Локальні вимірювання електропровідності плазми проводились зондами, виконаними у вигляді плоских електродів, розташованих на фіксованій відстані один від одного.

При проведенні вимірювань температури газового розряду використовувалися термопари хромель-копель, контактний спай яких був електрично ізольований від плазми, а реєстрація показань проводилася самописцями типу КСП-4.

Типові залежності зміни значень вимірюваних параметрів по довжині розрядного об’єму представлені на рис. 1.

Наведені на рис.1 дані отримані в кисневому розряді при тиску газу р = 140 Па і потужності СВЧ генератора W = 650 Вт

Дослідження проводилися в умовах створення в обсязі резонатора камери режиму стоячій хвилі. Для цього диссектор був відключений і виведений в положення, що забезпечує його мінімальний вплив на надходження СВЧ енергії всередину резонатора.

Результати вимірювань структури розподілу НВЧ поля в зоні газового розряду у всіх досліджуваних газах (повітря, Ог, Аг), збуджуваного в резонаторі прямокутної форми, вказують на існування стійкої форми нерівномірності розподілу щільності потужності в обсязі розрядної зони. Показання «активного» зонда по довжині розрядної камери носять періодичний характер з періодом чергування максимумів і мінімумів приблизно 70 мм, що трохи перевищує половину довжини збудливої ​​плазму хвилі.

Показання електричних зондів по довжині розрядної камери також носять періодичний характер. При цьому екстремальні значення (мінімуми і максимуми) електропровідності розряду протилежні показаннями «Активного» зонда. Для областей розряду з локальної максимальної напруженістю поля характерні менші значення електропровідності і навпаки. Це може бути пояснено проявом ефекту скінірованія (Ослаблення) поля в залежності від локальної концентрації електронів розряду. У тих місцях, де концентрація електронів вище, ефект скінірованія електромагнітної хвилі проявляється сильніше, і навпаки.

Різких змін температури по довжині розрядної області не зазначалося, хоча в зоні розряду, прилеглої до місця введення СВЧ енергії в порожнину резонатора, спостерігалося температурне плато з перевищенням над периферійними областями в діапазоні 50 … 80К в залежності від тиску і роду плазмообразующего газу.

Ближче до торців розрядної камери температура плазмового обсягу монотонно спадає. Кореляції значень температури розряду в аксіальному напрямку з показаннями «активного» і електричних зондів відзначено не було. Відсутність різких стрибків в показаннях термопари в різних зонах розряду може бути пояснено згладжуванням температурного поля за рахунок теплопередачі з більш нагрітих в менш нагріті області.

I. Висновок

В результаті проведених досліджень просторового розподілу поля електромагнітної хвилі, електропровідності та температури газового розряду в плазмотроне на базі резонатора камери з частковим заповненням плазмою резонуючого обсягу встановлена ​​наявність просторової неоднорідності в параметрах СВЧ розряду. Зважаючи на це, плазмотрони даного типу при значеннях величини щільності подводимой до розряду НВЧ потужності до 7-104Вт / м3 доцільно використовувати на таких непрецізіонних процесах плазмової обробки, як міжопераційні активування поверхні підкладок інтегральних схем, очищення від лаків і мастик, плазмохимическое видалення фото-резистивних плівкових покриттів і т.д.

[1] Мак-Доналд А. Надвисокочастотний пробій в газах. М.: Мир, 1969.-212 с.

[2] Плазмові процеси у виробництві виробів електронної техніки. У 3-х т. Том 2. / А. П. Достанко,

С. В. Бордусов, І. В. Свадковський та ін; За заг. ред.

А. П. Достанко. – Мн.: ФУАінформ, 2001. – 244 с.

[3] Бордусов С. В. Плазмові СВЧ технології у виробництві виробів електронної техніки / Под. ред. А. П. Достанко. – Мн.: Бестпрінт, 2002, – 452 с.

[4] Кузьмічов А. І. Іонно-плазмові джерела на базі мікрохвильових печей / / Прилади й техніка експерімента.-1994, № 5.-С. 176 – 180.

[5] Бордусов С. В. Малогабаритна СВЧ-плазмохімічноїтехнологія установка з резонатором прямокутної форми / / Електронна обробка матеріалів. – 2001. – № 1 (207). –

С.74 – 76.

[6] Чернушенко А. М., Майбородін А. В. Вимірювання параметрів електронних приладів дециметрового і сантиметрового діапазонів хвиль. – М.: Радіо і зв’язок, 1986. – 336 с.

[7] Yasaka У., Nozaki D., Koda К. etal. Productional large-diameter plasma using multi-slotted planar antenna / /

Plasma Sources Sci. Technol. – 1999. – V.8, № 4. – P. 530 -533.

PECULIARITIES OF MICROWAVE PLASMA FORMING CONDITIONS AT LOW VACUUM IN PLASMATRON WITH RECTANGULAR FORM RESONATOR

Bordusov S. V.

Byelorussian State University of Informatics and Radioelectronics Belarus, 220027, Minsk, P. Brovki, 6 Phone: (8017) 2398088 E-mail: bordusov@gw.bsuir. unibel. by

The results of measuring a series of the electrophysical characteristics determining the operation of the microwave plasma generator on the base of the rectangular shape resonator with partial filling of resonating volume with plasma are presented.

It was established that the allocation of a microwave field and local electrical plasma conductivity according to the length of the discharge area carries periodic character with alternating maximums and minimums. The changes of temperature values have a rather smooth shape with a small rise near the place of a microwave energy input to the resonator.

Because of a space inhomogeneity in parameters of the microwave discharge, the plasma generators of a given type at a density values a microwave power brought to the discharge up to 7-104 W/m3 are reasonable to use for such non-precision processes of plasma processing as an interoperating processes for activation of a substrates surfaces of the integrated circuits, cleaning from lacquers and polish, plasma-chemical removal of photoresistant film coats, etc.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»