ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ СВЧ РАЗРЯДА НИЗКОГО ВАКУУМА В ПЛАЗМОТРОНЕ С РЕЗОНАТОРОМ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

May 14, 2012 by admin Комментировать »

Бордусов С. В.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Беларусь, 220027, Минск, П. Бровки, 6 тел.: (8017) 2398088 E-mail: bordusov@gw. bsuir. unibel.by

Аннотация – Представлены результаты измерений ряда электрофизических характеристик, определяющих работу СВЧ плазмотрона на базе резонатора прямоугольной формы с частичным заполнением плазмой резонирующего объема. Установлено, что распределение СВЧ поля и локальной электропроводности плазмы по длине разрядной области носит периодический характер с чередующимися максимумами и минимумами. Изменения значений температуры имеют достаточно плавную форму с небольшим повышением вблизи места ввода СВЧ энергии в резонатор.

I.  Введение

В последнее время в микроэлектронной промышленности для обработки полупроводниковых пластин все большее значение начинают находить сверхвысокочастотные (СВЧ) разряды.

В связи с переходом промышленности на обработку подложек большого диаметра (150, 200 и 300 мм) общей тенденцией является разработка плазменных источников, обеспечивающих проведение процессов на поверхностях большой площади и с высокими технологическими характеристиками.

Так как эффективность процессов плазмообразо- вания и поддержания стабильного газового разряда

[1]   в значительной степени связана с величиной напряженности электрической составляющей электромагнитного поля ЕЭфф в зоне разряда, то особый интерес представляют СВЧ плазмотроны, использующие в качестве аппликаторов СВЧ энергии устройства резонаторного типа. В этом случае значительное возрастание напряженности поля электромагнитной волны в зоне плазмообразования обеспечивается не за счет повышения мощности источника СВЧ энергии, а за счет конструктивных решений системы формирования СВЧ поля. При этом возможны следующие варианты конструктивно-технических решений с использованием аппликаторов резонаторного типа: с частичным заполнением плазмой резонирующего объема; с заполнением плазмой всего резонирующего объема; с разделением резонирующего объема и плазменной камеры вакуумплотной перегородкой с элементами электромагнитной связи [2, 3].

Класс устройств резонаторного типа с характерным размером разрядной области, превышающим длину возбуждающей плазму волны, является недостаточно изученным. Поэтому имеющиеся в настоящее время технические решения установок резонаторного типа [4, 5] требуют всестороннего исследования для их оптимизации, разработки инженерных методов расчета разрядных узлов и выработки научно обоснованных рекомендаций по их применению в процессах вакуумной плазменной обработки материалов.

II.  Основная часть

С использованием метода «активного» зонда, электрических зондов, термопарных измерений проводилось исследование электрофизических характеристик плазменного разрядного устройства, основные конструктивные элементы и описание работы которого приведены в [5].

Рис. 1. Показания «активного» зонда Шсвчзонв, электрических зондов 1пров и термопары ТГ в разряде 02 по длине 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

Измерение локального распределения электрической составляющей поля проводилось методом «активного» зонда [6]. В качестве зонда был применен отрезок гибкого коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, внешний проводник которого выполнен из медной трубки, а внутренний – из одножильного медного провода. «Активный» зонд представлял собой отрезок центрального внутреннего проводника 01,4мм, что много меньше длины волны исследуемых колебаний. От воздействия плазмы зонд был защищен фторопластовым колпачком и кварцевым чехлом. На зонде наводился СВЧ сигнал, пропорциональный амплитуде составляющей электрического поля, направленного вдоль штыря [7].

Локальные измерения электропроводности плазмы проводились зондами, выполненными в виде плоских электродов, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга.

При проведении измерений температуры газового разряда использовались термопары хромель- копель, контактный спай которых был электрически изолирован от плазмы, а регистрация показаний производилась самописцами типа КСП-4.

Типовые зависимости изменения значений измеряемых параметров по длине разрядного объема представлены на рис. 1.

Приведенные на рис.1 данные получены в кислородном разряде при давлении газа р=140 Па и мощности СВЧ генератора W=650 Вт.

Исследования проводились в условиях создания в объеме резонаторной камеры режима стоячей волны. Для этого диссектор был отключен и выведен в положение, обеспечивающее его минимальное влияние на поступление СВЧ энергии внутрь резонатора.

Результаты измерений структуры распределения СВЧ поля в зоне газового разряда во всех исследуемых газах (воздух, Ог, Аг), возбуждаемого в резонаторе прямоугольной формы, указывают на существование устойчивой формы неравномерности распределения плотности мощности в объеме разрядной зоны. Показания «активного» зонда по длине разрядной камеры носят периодический характер с периодом чередования максимумов и минимумов примерно 70 мм, что немного превышает половину длины возбуждающей плазму волны.

Показания электрических зондов по длине разрядной камеры также носят периодический характер. При этом экстремальные значения (минимумы и максимумы) электропроводности разряда противоположны показаниям «активного» зонда. Для областей разряда с локальной максимальной напряженностью поля характерны меньшие значения электропроводности и наоборот. Это может быть объяснено проявлением эффекта скинирования (ослабления) поля в зависимости от локальной концентрации электронов разряда. В тех местах, где концентрация электронов выше, эффект скинирования электромагнитной волны проявляется сильнее, и наоборот.

Резких изменений температуры по длине разрядной области не отмечалось, хотя в зоне разряда, прилегающей к месту ввода СВЧ энергии в полость резонатора, наблюдалось температурное плато с превышением над периферийными областями в диапазоне 50…80К в зависимости от давления и рода плазмообразующего газа.

Ближе к торцам разрядной камеры температура плазменного объема монотонно спадает. Корреляции значений температуры разряда в аксиальном направлении с показаниями «активного» и электрических зондов отмечено не было. Отсутствие резких скачков в показаниях термопары в разных зонах разряда может быть объяснено сглаживанием температурного поля за счет теплопередачи из более нагретых в менее нагретые области.

I.    Заключение

В результате проведенных исследований пространственного распределения поля электромагнитной волны, электропроводности и температуры газового разряда в плазмотроне на базе резонаторной камеры с частичным заполнением плазмой резонирующего объема установлено наличие пространственной неоднородности в параметрах СВЧ разряда. Ввиду этого, плазмотроны данного типа при значениях величины плотности подводимой к разряду СВЧ мощности до 7-104Вт/м3 целесообразно использовать на таких непрецизионных процессах плазменной обработки, как межоперационное активирование поверхности подложек интегральных схем, очистка от лаков и мастик, плазмохимическое удаление фото- резистивных пленочных покрытий и т.д.

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

[2] Плазменные процессы в производстве изделий электронной техники. В 3-х т. Том 2. /А. П. Достанко,

С. В. Бордусов, И. В. Свадковский и др.; Под общ. ред.

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

[3] Бордусов С. В. Плазменные СВЧ технологии в производстве изделий электронной техники / Под. ред. А. П. Достанко.- Мн.: Бестпринт, 2002,- 452 с.

[4] Кузьмичев А. И. Ионно-плазменные источники на базе микроволновых печей // Приборы и техника эксперимента.-1994, № 5.-С. 176- 180.

[5] Бордусов С. В. Малогабаритная СВЧ-плазмохимическая установка с резонатором прямоугольной формы // Электронная обработка материалов. – 2001. – № 1 (207). –

С.74 – 76.

[6] Чернушенко А. М., Майбородин А. В. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазонов волн. – М.: Радио и связь, 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.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты