Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессы "сухого" травления широкого круга неорганических и органических материалов в неравновесной низкотемпературной плазме хлора и хлорсодержащих газов получили большое распространение в производстве изделий электронной техники, а для формирования межэлементных соединений и печатных плат (в том числе и на основе гибких носителей) часто используется медь. Исследования закономерностей протекания таких процессов представляют интерес не только с точки зрения их практического применения, но и способствуют развитию теории плазмохими-ческого травления, обеспечивая возможность прогнозирования и оптимизации гетерогенных реакций с участием активных частиц плазмы. Тем не менее, для ряда объектов, включая и медь, конкретная технологическая реализация плазмохимического травления основывается на эмпирическом материале, а вопросы-о типах реагирующих частиц, лимитирующих стадиях и механизмах взаимодействия остаются открытыми. Это существенно затрудняет как их внедрение в производство, так и создание надежных методов контроля за ходом процесса. Для выяснения механизмов травления меди в хлорной плазме и разработки методов контроля травления необходим комплексный подход, сочетающий изучение непосредственно гетерогенного взаимодействия и реакций образования и гибели активных частиц в условиях разряда с учетом взаимосвязи химических реакций на поверхности и в объеме с электрофизическими параметрами плазмы.
Целью работы являлось изучение закономерностей плазмохимического травления меди в хлоре и его смесях с аргоном при возбуждении тлеющего разряда постоянного тока пониженного давления, выявление механизмов взаимодействия и влияния добавок инертного газа на скорость травления, а также определение возможности использования оптической эмиссионной спектроскопии для исследования и контроля процесса.
Научная новизна.
1. Впервые проведено комплексное математическое моделирование плазмы хлора путем решения кинетического уравнения Больцмана совместно с уравнениям;! баланса образования и гибели нейтральных и заряженных частиц и с учетом ионной проводимости плазмы. При моделировании были уточнены сечения возбуждения электронных состояний молекулы хлора с использованием литературных данных по фотопоглощению и электронному рассеянию.
2. Уточнены данные о качественном и количественном составе нейтральной и заряженной компонент плазмы с учетом'вклада ионов в электропроводность и определены коэффициенты рекомбинации (вероятности) атомов хлора на стекле непосредственно в зоне разряда.
3.Впервые детально проанализирован эмиссионный спектр тлеющего разряда в хлоре в диапазоне 200 - 800 нм, идентифицированы основные молекулярные полосы и оценены их потенциалы возбуждения. Показана возможность использования внутренней актинометрии для количественного определения концентрации атомов и молекул хлора в разряде.
-
Подробно изучен процесс травления меди в плазме хлора при различных давлениях газа, токах-разряда и температурах. Найдено, что взаимодействие хлора с медью при сравнительно низких температурах ( менее 523 К) лимитируется диффузией реагирующих частиц в слое продукта, а при более высоких температурах протекает в кинетическом режиме, причем в обоих случаях и атомы и молекулы хлора участвуют в реакции одинаково эффективно. Для кинетического режима из экспериментальных данных вычислены коэффициенты скорости (вероятности) взаимодействия атомов и молекул хлора с медью при различных температурах и энергии активации процесса.
-
Обнаружено кардинальное изменение спектра излучения плазмы хлора при травлении меди, заключающееся в резком уменьшении интенсивности излучения полос и линий хлора и появлении хорошо развитой системы полос монохлорида кеди и резонансных линий меди. Получены хорошие корреляций между интенсивностью излучения полос CuCl и скоростью травления меди, что позволяет эффективно использовать спектральный метод для исследования кинетических закономерностей цроцесса.
-
Впервые проведено математическое моделирование плазмы смесей хлора с аргоном, в результате которого было показано,' что известный из литературы эффект увеличения скорости травления металлов и полупроводников при разбавлении хлора инертными газами не может быть объяснен дополнительной генерацией атомов хлора при столкновениях молекул с метастабильными атомами. Отмечено, что причину этого эффекта следует искать в гетерогенных стадиях процесса и влиянии изменения параметров плазмы в присутствии инертного газа на скорость образования атомов" при прямых олект-
ронных ударах.
-
Впервые обнаружен и . изучен эффект увеличения скорости травления меди при разбавлении хлора аргоном, проявляющийся только в плазме и отсутствующий при газовом 'травлении ;іеди в хлоре. Поскольку вероятности взаимодействия атомов и молекул хлора с медью близки.- причиной этого эффекта могут служить только гетерогенные стадии процесса, предположительно - ионная бомбардировка поверхности в условиях разряда, ускоряющая удаление продуктов реакции.
-
Найдено, что при разряде в смесях интенсивность излучения полос и линий не коррелирует с концентрациями молекул и атомов хлора, так как возбуждение излучающих состояний происходит преимущественно ступенчато с участием метастабильных атомов аргона. Поэтому для исследования и контроля процесса травления меди Целесообразно использовать излучение продуктов взаимодействия, в первую очередь молекул монохлорида меди.
Практическая ценность работы. Полученные результаты могут использоваться при разработке, автоматизации, оптимизации и моделировании процессов плазмохимического травления, а также при построении механизмов и моделей физико-химических процессов в нераЕновесной низкотемпературной плазме хлора.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на VI Всесоюзной конференции молодых ученых "Физхкмия - 90" (Москва, 1990). научно-практическом семинаре "Плазмохимйческая технология для изделий электронной техники" (Киев, 1991), Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Рига, 1991). Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск. 1991), заседаниях Семинара ИНХС им.А.В.Топчиева РАН "Получение, исследование и применение низкотемпературной плазмы" (Москва, 1992-1993) и научно-технической конференции "Физика и техника плазмы" (Минск, 1994). По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и обьен работы. Диссертация состоит из- введения, четырех глав, выводов и списка литературы, общий объем диссертации- 179 страниц, рисунков - 51. таблиц - 23. Библиография включает 122 наименование.
- 4 ~
