Введение к работе
Актуальность темы. Физико-химические процессы в тлеющих разрядах галогенсодержащих" газах при пониженных давлениях интенсивно :следуются в последние года. Интерес к этим разрядам во многом 5условлен их широким применением в шгазмохимической технологии, эпример для травления и нанесения покрытий в микроэлектронике. При гам прогресс в технологии невозможен без понимания механизмов эотеканцих в плазме физико-химических процессов, которые отличаются >лыдим разнообразием и сложностью [I]. Активные нейтральные частицы зтомы галогенов и радикалы), рождающиеся при диссоциации молекул іазмообразукщего газа, вступают в быстрые реакции, что может жводить к образованию новых стабильных продуктов и к изменению мического состава плазмы. Высокие концентрации отрицательных ионов, зрактерные для данных разрядов, существенно влияют на их свойства, жводя к расслоению разряда на области ион-ионной и электрон-ионной зазмы [2,3]. При низких давлениях функция распределения электронов ) энергиям (ФРЗЭ) становится пространственно нелокальной. Все это зметно усложняет описание разряда в галогенсодержащих газах.
Значительные трудности при исследовании механизмов химических закций в разряде связаны с недостатком информации об основных гутренних параметрах плазмы (приведенном электрическом поле, шцентрациях и пространственных профилях заряженных частиц, ФРЭЗ), а зкже о концентрациях активных нейтральных частиц и константах шростей реакций с их участием. Так в ряде работ по моделированию тмических реакций в плазме галогенсодержащих газов концентрация чектронов и коэффициенты скоростей диссоциации молекул электронным іаром являлись либо подгоночными параметрами модели [4], либо грэделялись путем грубых оценок [51- Кроме того, лишь в небольшом зличестве работ были экспериментально определены константы скоростей закций с участием атомов галогенов и радикалов. При этом практически гсутствуют работы, в которых применялся бы комплексный подход к зучению механизмов [I], сочетающий экспериментальное исследование шетики химических реакций в разряде, измерение или расчет основных зутренних параметров плазмы для тех же условий и моделирование на ззе всей имеющейся информации.
Тетрафторметан (CF,) является типичным представителем группы
многоатомных галогенсодержащих газов, таких как SiV, сої., c„Fr т.д. Можно предположить, что ряд свойств разряда в OF. является общ* для газов этой группы. При этом данный разряд удобен для изучен* ввиду сравнительно хорошо известного набора сечений взаимодейств* электронов с молекулой ср. и низкой степени разложения плазме образующего газа ($2) в широком диапазоне условий эксперимента. Зі позволяет проводить сравнительно точные расчеты ФРЭЭ, приведенної электрического поля, коэффициентов скоростей процессов под злектрої ным ударом и т.п., не учитывая изменений химического состава плазмі что сильно упрощает расчет. В то же время, степень диссоциации в сі достаточна для экспериментального исследования кинетики химическі реакций. Таким образом, модель химических превращений в разряде в И может быть построена с использованием экспериментальных констаї скоростей реакций с участием атомов и радикалов, а также известных і эксперимента или расчета основных внутренних параметров плазмы, чч заметно повышает точность и надежность модели.
Целью работы являлось экспериментальное исследование кинетш рождения и гибели активных частиц в плазме CF., включая определеш констант скоростей химических реакций с их участием, и построение і базе экспериментальных и литературных данных модели химическі превращений в разряде. В ходе работы стало очевидно, что д: правильной интерпретации экспериментов, а также для моделироваш необходимо знание основных внутренних параметров плазмы. Поэтому д. достижения поставленной цели потребовалось провести систематичесю исследование физики разряда в cf., включавшее экспериментальное определение ряда внутренних параметров плазмы и создание модэ. разряда, которая описывает процессы с участием заряженных частиц.
Научная новизна
Проведены систематические исследования основных внутрены параметров плазмы стационарного разряда постоянного тока (РПТ) в СР Показано, что в широком диапазоне условий эксперимента преобладаї прямая ионизация, а основным механизмом гибели отрицательных ион является ион-ионная рекомбинация. При этом роль реакций отлипан мала по сравнению с рекомбинацией ввиду малости концентраций части: на которых происходит отлипание.
Впервые экспериментально определены временные зависимости ря внутренних параметров плазмы в модулированном РПТ в ср приведенно
жтрического поля, концентрации электронов и коэффициента скорости зсоциации молекулы СР.. Впервые показано, что при определенных товиях имеют место существенные изменения параметров плазмы в іение импульса с большими характерными временами.
Проведены измерения кинетических кривых рождения и гибели Р и с?2 їлазме и послесвечении. Установлен гетерогенный механизм гибели Р и 5 и определены вероятности гибели данных частиц на поверхности гсибденового стекла. Впервые показано, что основным механизмом воз-кдения излучающих состояний радикала С!' является диссоциативное збуждвние молекулы CF в то же время, для F и CF2 вклад этого про-сса мал по сравнению с прямым возбуждением из основного состояния.
Впервые показано на примере F и CF2, что неучет временных висимосгей параметров плазмы в модулированном разряде может иводить к большим систематическим ошибкам в определяемых из кине-ческих кривых константах скоростей реакций.
Показано, что полученные в настоящей работе экспериментальные иные не могут быть корректно описаны при помощи моделей, основную ль в которых играют объемные реакции рекомбинации активных частиц, ервые разработана детальная модель химических превращений в плазме ., в которой определяющими являются гетерогенные реакции гибели тивных частиц. Модель базируется на результатах исследований нетики химических реакций, а таюке измерений и расчетов внутренних раметров плазмы CF..
Эти основные положения выносятся на защиту.
Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть :пользованы для отработки методик определения концентраций активных істиц и констант скоростей реакций с их участием в других газах, :пользуемых в плазмохимической технологии, а также для разработки и гтимизации различных плазмохимических процессов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались j iY Всесоюзной~конференции по физике газового разряда (Махачкала, 388 г.), на Всесоюзном семинаре по разряду с отрицательными ионами Лосква, 1988, 1992), на Всесоюзной конференции по физике низко-эмпературной плазмы (Минск, 1991), на XX Медународной конференции по злениям в ионизованных газах (ICPIG-XX, Пиза, 1991), на X Между-зродном симпозиуме по плазмохимии (ispc-10, Бохум, 1991), на XI зропейской конференции по атомной и молекулярной физике в ионизован-
ных газах (11-th ESCAMPIG, Санкт-Петербург, 1992), на Международно школе-семинаре по неравновесным процессам в газах и низко температурной плазме (Минск, 1992), на семинарах ИНХС и НИИЯФ МГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатан работ (Б-статей в журналах, 9 в материалах всесоюзных и международны конференций).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения шести глав, выводов, заключения и списка цитируемой литературы содержит страниц 214 текста, 66 рисунков, 10 таблиц. Библиографи включает 79 наименований.
