Особенности формирования энергетического спектра ионов на поверхности электрода в реакторах плазмохимического травления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.15, кандидат наук Богданова Мария Андреевна
- Специальность ВАК РФ01.04.15
- Количество страниц 139
Оглавление диссертации кандидат наук Богданова Мария Андреевна
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень её разработанности
Цели работы
Задачи, необходимые для достижения поставленных целей
Объект и предмет исследования
Научная новизна
Теоретическая и практическая значимость
Методология диссертационного исследования
Положения, выносимые на защиту
Степень достоверности
Личный вклад
Апробация результатов
Публикации
Объём и структура работы
Краткое содержание работы
Список используемых сокращений
ГЛАВА 1 ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
1.1 Плазма в современной жизни
1.2 Плазмохимическая обработка поверхности при производстве чипов
1.3 Методы контроля ионов в реакторах плазмохимического травления
ГЛАВА 2 ПОТОК ИОНОВ НА ЭЛЕКТРОД В 1СР-ПЛАЗМЕ
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Зонд Ленгмюра
2.3 Сеточный анализатор с задерживающим потенциалом ЯБЕЛ
2.4 Метод импульсной модуляции автосмещения
2.5 Результаты измерений: сравнительный анализ
2.6 Основные выводы
ГЛАВА 3 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ИОНОВ В 1СР-ПЛАЗМЕ
3.1 Состав потока ионов
3.2 Аналитический подход к описанию движения ионов через слой
3.3 Энергетический спектр ионов на заземлённом электроде
3.4 Энергетический спектр ионов на ВЧ-нагруженном электрод: Бесстолкновительный случай (Я£ > 5)
3.5 Энергетический спектр ионов на ВЧ-нагруженном электрод: Влияние столкновений < 5)
3.6 Низкоэнергетичные пики в энергетических спектрах ионов
3.7 Основные выводы
ГЛАВА 4 СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПОТОКОМ ИОНОВ И ПЛОТНОСТЬЮ ПЛАЗМЫ В ВЧ ССР РАЗРЯДЕ
4.1 Экспериментальная установка и методы диагностики
4.1.1 Экспериментальная установка
4.1.2 Измерение плотности плазмы
4.1.3 Измерение температуры электронов
4.1.4 Измерение потока ионов
4.2 Численный подход на основе МЧЯ МК
4.3 Результаты и обсуждение
Основные выводы
ГЛАВА 5 СОСТАВ ИОНОВ В ЛИ/Н СМЕСЯХ В ВЧ ССР РАЗРЯДЕ
5.1 Экспериментальная установка и методы диагностики
5.1.1 Экспериментальная установка
5.1.2 Методы диагностики
5.2 Численный подход на основе МЧЯ МК
5.2.1 Ионный состав
5.2.2 Схема быстрого расчёта энергетического спектра ионов
5.3 Результаты и обсуждение
Основные выводы
ГЛАВА 6 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ИОНОВ В CCP-ПЛАЗМЕ
6.1 Результаты и обсуждение
6.2 Основные выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ ЖУРНАЛАХ, ИНДЕКСИРУЕМЫХ SCOPUS И WEB OF SCIENCE
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Актуальность темы исследования и степень её разработанности
Низкотемпературная высокочастотная (ВЧ) плазма низкого давления лежит в основе многих технологий, активно используемых при производстве современных микросхем [1]-[3]. Технология их создания включает в себя ряд ступеней, во многих из которых применяются такие методы обработки материалов, как травление, осаждение, функционализация, очистка. Плазма позволяет обеспечить высокую степень контроля метода обработки с точностью до атомарного уровня (atomic layer etching/deposition) [4], [5]. Это важно, потому что прогресс современной микроэлектроники заключается в постепенном уменьшении размеров чипа при одновременном уплотнении электронных компонентов на нём. Требования к точности контроля технологического процесса становятся жёстче при развитии технологий с топологическим размером < 20 нм.
Метод плазмохимического травления материала называют ионно-стимулированным благодаря энергии ионов, которую они приносят из плазмы. Ионы, ускоряясь из плазмы, либо выбивают частицы поверхности за счёт передачи кинетической энергии, либо стимулируют химические реакции между частицами поверхности и радикалами, также приходящими из плазмы [6]. Добиться высокой точности процесса плазмохимического травления можно с помощью прецизионного in situ контроля бомбардирующих ионов. Ключевым параметром является энергетический спектр ионов, приходящих на поверхность управляемого электрода, на котором, как правило, располагается обрабатываемый материал.
В реакторах плазмохимического травления управление энергетическим спектром, (т. е. и энергией, и потоком ионов), осуществляется, как правило, варьированием внешних параметров разряда, таких как вкладываемая в разряд мощность и параметры подаваемого на электрод ВЧ-смещения - частота, амплитуда, а также форма напряжения ВЧ-смещения [7], [8]. Выбор тех или иных параметров технологического процесса требует осуществления прецизионного контроля, учитывающего особенности как самого процесса плазмохимического травления, так и конкретного реактора.
Осуществлять контроль ионно-стимулированных процессов можно с помощью прямых измерений энергии и потока ионов на поверхности электрода [9], [10] в режиме реального времени. Сложность их использования заключается в том, что использовать такие диагностики надо в режиме реального времени, т. е. непосредственно во время плазмохимического процесса. Но на поверхности электрода расположен обрабатываемый материал, а размещение таких
датчиков на стенках разрядной камеры не может обеспечить получение достоверной информации о том, что происходит на поверхности электрода.
Проблема повышения точности контроля энергетического спектра ионов может быть решена с помощью изучения процессов в плазме - как в объёме, так и в переходных областях, называемых предслоем и слоем - в условиях, реализуемых в технологических реакторах. Именно эти процессы отвечают за формирование энергетического спектра ионов, их поток и состав. Более глубокие знания об этих процессах можно использовать для выявления более точных трендов и соотношений между разрядными параметрами и энергетическим спектром ионов, которые впоследствии могут составить основу для комплекса in situ диагностик энергии и потока ионов.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Молекулярная физика», 01.04.15 шифр ВАК
Диагностика плазменных технологических процессов микро- и наноэлектроники2007 год, доктор физико-математических наук Руденко, Константин Васильевич
Струйный высокочастотный разряд пониженного давления при формировании диффузионных покрытий на изделиях сложной конфигурации2016 год, кандидат наук Христолюбова Валерия Игоревна
Экспериментальное исследование параметров низкотемпературной плазмы в плазмохимических реакторах для микро- и наноэлектроники2005 год, кандидат физико-математических наук Суханов, Яков Николаевич
Физико-химические процессы в емкостных высокочастотных и барьерном разрядах и их электрические и оптические характеристики2012 год, доктор физико-математических наук Автаева, Светлана Владимировна
Анализ потоков ионов из ВЧ газового разряда, используемого для процессов модификации поверхности твердого тела2019 год, кандидат наук Кобелев Антон Андреевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования энергетического спектра ионов на поверхности электрода в реакторах плазмохимического травления»
Цели работы
1. Исследование влияния процессов, происходящих в слое и объёме плазмы, на формирование энергетического спектра ионов в реакторах плазмохимического травления.
2. Исследование возможности создания комплекса не возмущающих плазму in situ диагностик энергетического спектра, потока и состава ионов в реакторах плазмохимического травления, построенных на базе верифицированных аналитических и численных методов.
Задачи, необходимые для достижения поставленных целей
1. Исследование потока ионов на электрод в двухчастотном ВЧ ICP разряде в Ar и H2 с удалённым источником плазмы.
• Экспериментальное определение потока ионов на электрод методом оценки из измерений параметров плазмы зондом Ленгмюра, а также из прямых измерений сеточным анализатором с задерживающим потенциалом (RFEA);
• Верификация нового не возмущающего плазму in situ метода измерения потока ионов на электрод - метода импульсной модуляции автосмещения;
• Исследование влияния процессов в предслое и слое (краевых эффектов, эффекта собирания ионов) на ионный поток на электрод.
2. Исследование энергетического спектра ионов на электрод в двухчастотном ВЧ ICP разряде в Ar и H2 с удалённым источником плазмы.
• Верификация нового не возмущающего плазму in situ метода оценки энергетических спектров ионов на электроде с помощью экспериментального исследование формы, положения и ширины энергетического спектра ионов на
электроде с помощью сеточного анализатора (ЯБЕЛ) в зависимости от таких разрядных параметров, как давление и сорт газа, амплитуда и частота подаваемого на электрод ВЧ-смещения;
• Анализ влияния соударений ионов в слое и предслое на форму энергетического спектра ионов на основе собранных экспериментальных данных.
3. Исследование влияния соударений ионов в предслое и слое на соотношение между
потоком ионов на электрод и плотностью плазмы в центре разряда в двухчастотном
ВЧ ССР разряде в Лг, N2 и Хе.
• Экспериментальное определение потока ионов на электрод двумя независимыми методами - методом импульсной модуляции автосмещения и плоским зондом, размещённым на поверхности электрода;
• Экспериментальное определение плотности плазмы в центре разряда зондовыми методами (зонд Ленгмюра и Ьа1грт-зонд);
• Анализ экспериментально полученной зависимости профиля плазмы в области слоя и предслоя от давления с помощью МЧЯ МК модели собирания ионного тока плоским зондом (электродом).
4. Исследование ионного состава в двухчастотном ВЧ ССР разряде в Аг/Н2 смесях.
• Оценка ионного состава в объёме плазмы с помощью измерений масс-спектрометром и из измерений энергетических спектров ионов сеточным анализатором (ЯБЕЛ) на поверхности электрода;
• Верификация МЧЯ МК модели симметричного ВЧ ССР разряда для расчёта ионного состава в объёме плазмы в Аг/Н2 смесях;
• Исследование влияния процессов в объёме плазмы и в слое на ионный состав Лг/Н2 плазмы.
5. Исследование энергетического спектра ионов на электрод в двухчастотном ВЧ ССР
разряде в Лг, N и Хе.
• Верификация быстрой схемы расчёта энергетических спектров ионов на основе метода МК с помощью сеточного анализатора (ЯБЕЛ) в зависимости от таких разрядных параметров, как сорт газа, амплитуда и частота подаваемого на электрод ВЧ-смещения;
• Исследование эффекта асимметрии разряда на энергетический спектр ионов на поверхности электрода.
Объект и предмет исследования
Объектом данного исследования является энергетический спектр ионов на поверхности электрода в реакторах плазмохимического травления.
Предметом исследования в Главе 2 является поток ионов на электрод в асимметричном двухчастотном ВЧ ICP разряде с удалённым источником плазмы в Ar и H2. Определение потока ионов необходимо для калибровки энергетического спектра по абсолютной шкале. Изучаются возмущающие и не возмущающие плазму методы диагностики ионного потока на электрод, в частности, in situ метод импульсной модуляции автосмещения. Также рассматривается эффект собирания ионов в областях плазменного предслоя и слоя и его влияние на поток ионов на электрод в Ar- и Н2-плазме в зависимости от разрядных условий.
Предметом исследования в Главе 3 является не возмущающий плазму метод in situ диагностики энергетического спектра ионов на поверхности электрода. Метод основан на идее расчёта энергетического спектра ионов согласно аналитической модели движения ионов через бесстолкновительный плазменный слой, использующей внешние разрядные параметры. Верификация метода осуществляется в асимметричном двухчастотном ВЧ ICP разряде с удалённым источником плазмы в Ar и H2. Изучается также эффект присутствия ВЧ осцилляций на высокой частоте в слое на энергетический спектр ионов. Изучается также влияние перехода от бесстолкновительного к слабо столкновительному слою и предслою на форму энергетического спектра ионов.
Предметом исследования в Главе 4 является профиль плотности плазмы в областях предслоя и слоя и его эволюция с ростом давления плазмообразующего газа. Выбор данного предмета исследования обусловлен его определяющим значением при оценке ионного потока на электрод с использованием плотности плазмы в центре разряда. Исследования проводится в асимметричном двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar, N2 и Xe.
Предметом исследования в Главе 5 является ионный состав в асимметричном двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar/H2 смесях. Состав ионов определяет форму энергетического спектра ионов. Изучается метод оценки состава ионов в объёме плазмы с помощью расчётов согласно МЧЯ МК модели. Также изучается влияние процессов в слое на ионный состав в условиях, характерных для плазмохимического травления.
Предметом исследования в Главе 6 является схема быстрого расчёта энергетического спектра ионов в качестве основы для не возмущающей плазму метод in situ диагностики энергетического спектра ионов на поверхности электрода. Верификация схемы проводится в асимметричном двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar, N2 и Xe.
Научная новизна
Энергетический спектр ионов на поверхности ВЧ-нагруженного электрода уже давно является объектом фундаментальных исследований в области физики низкотемпературной неравновесной плазмы. Вместе с тем, этот параметр является ключевым для прецизионного контроля плазмохимических процессов в современных реакторах травления наноструктур.
Исследователи для изучения выбирают, как правило, упрощённые разрядные условия -симметричный разряд в простых газах, таких как аргон. Технологические установки устроены сложнее: используются асимметричные разряды в сложных газовых смесях. Эффект асимметрии, применяемый как один из способов влияния на энергетический спектр ионов, реализуется как с помощью специальной конфигурации разряда, так и электрическим способом. Эффект асимметрии разряда вне зависимости от способа его создания приводит к возникновению нелинейности на слое, что отражается на форме спектра ионов. От сорта газа или состава смеси зависит ионный состав, который так же имеет влияние на форму спектра: отклик ионов разных масс на ВЧ поле может существенно различаться при определённых разрядных условиях. Большинство разработанных на данный момент подходов к описанию энергетического спектра ионов не учитывают особенности современных технологических реакторов.
Технологи для оптимизации плазмохимических процессов используют связь между внешними параметрами разряда и энергией ионов. Эта связь основана на эмпирических наблюдениях, нежели на анализе процессов в объёме плазмы и приэлектродных областях - слое и предслое, процессы в которых ответственны за формирование энергетического спектра ионов. Дело в том, что использование теоретических моделей для получения информации о спектре ионов сопряжено с большим временем, необходимым для подобных расчётов. Тем более, такие расчёты требуют множества входных разрядных параметров. Однако, количество диагностик, доступных для использования во время технологического процесса, ограничено.
Ключевая идея, определяющая новизну данного исследования, состоит в том, чтобы осуществить комплексный подход к изучению процессов в плазме реакторов травления в условиях, реализуемых в современных технологических реакторах. Этот подход включает в себя как экспериментальные, так и «быстрые» численные методы. Такой подход даёт возможность выявить физически обоснованные тренды и соотношения между разрядными параметрами и потоком и энергией ионов, на основе которых может быть разработан комплекс не возмущающих плазму in situ диагностик для контроля над ионными процессами на поверхности формирующихся наноструктур в режиме реального времени.
В рамках изложенного исследования было сделано следующее:
1. Впервые верифицирован не возмущающий плазму метод импульсной модуляции автосмещения для диагностики потока ионов в реакторах плазмохимического травления.
2. Разработан и верифицирован метод быстрой не возмущающей плазму in situ диагностики энергетического спектра ионов на основе аналитической модели движения ионов в слое с использованием внешних разрядных параметров.
3. Изучено влияние процессов в областях слоя и предслоя на падение плотности плазмы на границе предслой-слой к в асимметричном двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar, Xe и N2. Проведённый с помощью МЧЯ МК модели анализ показал, что на основе численной модели может быть построена параметризация коэффициента к по давлению для определённого сорта газа. Коэффициент к может быть использован для определения потока ионов, зная плотность плазмы, и, наоборот, в более широком диапазоне давлений.
4. Верифицирована МЧЯ МК модель симметричного ВЧ CCP разряда для расчёта ионного состава в объёме плазмы в Ar/H2 смесях.
5. Верифицирована быстрая схема расчёта энергетических спектров ионов на основе метода МК. Такая схема требует малого времени расчёта спектра ионов и на её базе может быть построена не возмущающий плазму in situ диагностика для контроля спектра ионов во время плазмохимических процессов травления.
Теоретическая и практическая значимость
Объектом изучения в данной работе выступают ионные процессы, происходящие в плазме и плазменном слое в ВЧ реакторах плазмохимического травления. Задача является фундаментальной для физики ВЧ разрядов, однако, в данной работе особое внимание уделяется специфическим условиям реакторов плазмохимического травления, классически используемых для технологических процессов в микроэлектронике. Прежде всего, это эффект асимметрии плазмохимического реактора, который приводит к выраженной нелинейности приэлектродного слоя. Энергетический спектр ионов определяется их движением через слой, и эта нелинейность может сильно повлиять на форму спектра ионов на электроде.
Нелинейность приэлектродного слоя может возникать как благодаря геометрической асимметрии реактора, так и благодаря электрической асимметрии, индуцированной формой подаваемого ВЧ напряжения. Последняя является инструментом управления формой энергетического спектра ионов, но на данный момент этот инструмент ещё в стадии изучения и развития и пока не нашёл широкого применения в индустрии. Для этой цели изучаются многочастотные (2 управляющих частоты и более) разряды, разряды с подачей импульсов напряжения специально разработанной формы (waveform tailoring) и разряды с напряжением, представляющим сложение ВЧ гармоник с фазовым сдвигом. Результаты данной работы по
изучению влияния нелинейности слоя на движение ионов будут также полезны для дальнейшего исследования подобных разрядов.
Различные модели разряда и движения ионов в слое применяются в данной работе для анализа экспериментальных данных: аналитическая, полуаналитическая и численная. Исследуется вопрос об их применимости и адекватности результатов в случае асимметричных двухчастотных ВЧ разрядов и сложных плазмообразующих газов. Также рассматривается вопрос необходимости корректировки используемых моделей для лучшего соответствия условиям плазмохимических реакторов травления.
На основе проведённого исследования может быть выведен наиболее оптимальный способ in situ управления ионами в технологическом процессе. Форма энергетического спектра, потоки ионов отдельных энергий (т. е. калибровка спектра по абсолютной шкале), положение спектра на энергетической шкале - всё это можно контролировать прецизионно через внешние параметры разряда - давление, состав плазмообразующего газа, параметры ВЧ-смещения -если использовать предложенные быстрые модели физики процессов, протекающих в плазме. Это позволит разработать комплекс методов in situ диагностики энергетического спектра ионов при варьировании внешних параметров разряда. Такой комплекс может быть впоследствии интегрирован в технологическую систему для прецизионной отладки плазмохимического процесса травления и повышения степени его воспроизводимости, что является определяющим фактором сокращения производственных затрат. Возможность реализации подобной идеи также изучается в рамках данной работы.
Методология диссертационного исследования
В данной работе был реализован комплексный экспериментально-теоретический подход к изучению плазмы и, в особенности, процессов в предслое и слое.
Проведено обширное экспериментальное исследование плазмы в широком спектре разрядных параметров. Диагностика плазмы осуществлялась с помощью известных измерительных инструментов и методов, часто используемых в высокочастотных разрядах низкого давления.
Энергетические спектры ионов на ВЧ-нагруженном электроде измерялись с помощью сеточного анализатора с задерживающим потенциалом (Retarded Field Energy Analyzer - RFEA). На заземлённой стенке разрядной камеры энергетические спектры ионов были измерены с помощью масс-спектрометра.
Для определения потока ионов на электрод были применены как измерительные методы, так и методы оценки через соотношение между потоком ионов и плотностью плазмы. К измерительным можно отнести:
• Сеточный анализатор с задерживающим потенциалом ЯБЕЛ;
• Плоский зонд;
• Метод импульсной модуляции автосмещения.
Для метода оценки необходимо было корректно измерить плотность плазмы. Для этого использовались ВЧ-компенсированный зонд Ленгмюра и Ьа1гр1п-зонд.
Ионный состав плазмы определялся с помощью метода масс-спектрометрии.
В работе также важную роль играли измерения амплитуды, формы потенциала электрода, плазмы, стенок камеры. Потенциал плазмы был измерен с помощью небольшой ВЧ антенны, помещённой в разрядную камеру. Амплитуда ВЧ осцилляций на стенках камеры была измерена с помощью У1-зонда. Форма потенциалов плазмы и электрода была записана с помощью осциллографа.
Различные модели и численные схемы были использованы для анализа экспериментальных данных. В случае 1СР разряда для описания движения ионов в бесстолкновительном слое был использован аналитический подход. Случай слабостолкновительного слоя и его влияние на энергетический спектр ионов был исследован с помощью расчёта методом частиц в ячейках (МЧЯ) с учётом столкновений методом Монте-Карло (МК).
Двумерная МЧЯ МК модель сбора ионного тока плоским зондом была использована для описания движения ионов в приэлектродном слое в ССР разряде. На базе этих расчётов был проведён сравнительный анализ различных методов измерений потока ионов на поверхности ВЧ-нагруженного электрода. Одномерная МЧЯ МК модель ССР разряда была использована для анализа экспериментальных данных по ионному составу в смесях аргона с водородом. Для анализа энергетических спектров ионов в ССР разряде был применён метод быстрого расчёта энергетического спектра ионов, основанный на полуаналитическом подходе к описанию движения ионов в слое.
Экспериментальное изучение плазмы способствовало выявлению тенденций поведения ионов в зависимости от различных разрядных условий, в то время как применение численных методов при анализе экспериментально полученной информации помогло понять природу этих тенденций. Основной результат проделанной работы - углубление знаний о физике процессов в ВЧ низкотемпературной неравновесной плазме низкого давления, что позволило повысить точность методов диагностики асимметричных ВЧ разрядов и скорректировать теоретические модели для их описания.
Положения, выносимые на защиту
1. Совокупность экспериментальных методов оценки потока ионов из измерений зондом Ленгмюра и сеточным анализатором с задерживающим потенциалом RFEA позволила верифицировать предложенный в работе не возмущающий плазму метод импульсной модуляции автосмещения для определения потока ионов на поверхности электрода в плазмохимических реакторах травления. Показано влияние краевых эффектов на поток ионов на поверхность электрода в Ar- и Н2-плазмах.
2. Метод прямых измерений энергетических спектров ионов сеточным анализатором с задерживающим потенциалом и аналитический подход к описанию движения ионов через слой, включающий в себя измеряемые внешним образом разрядные параметры, позволили разработать и верифицировать не возмущающий плазму метод in situ диагностики энергетического спектра ионов в плазмохимических ICP реакторах низкого давления с удалённым источником плазмы.
3. Широкий спектр экспериментальных диагностик вместе с моделированием методом частиц в ячейке (МЧЯ) с учётом столкновений методом Монте-Карло (МК) позволили провести детальное исследование влияния соударений на профиль плотности плазмы в областях слоя и предслоя. Установлено, что коэффициент к, определяющий соотношение между потоком ионов на электрод и плотностью плазмы в центре разряда, главным образом определяется давлением и сортом газа и нечувствителен к плотности плазмы.
4. Метод масс-спектрометрии позволил верифицировать МЧЯ МК модель для расчёта ионного состава в объёме плазмы в Ar/H2 смесях с различным содержанием H2. Измерения энергетических спектров ионов, падающих на поверхность электродов, сеточным анализатором с задерживающим потенциалом (RFEA) показали, что состав ионов в исследуемых условиях определяется объемными процессами, в то время как процессы в приэлектродном слое не влияют существенно на ионный состав в Ar/H2 смесях.
5. Совокупность экспериментальных данных по энергетическим спектрам ионов, полученных в асимметричном двухчастотном высокочастотном (ВЧ) емкостном (CCP) разряде, позволила верифицировать быструю схему расчёта энергетических спектров ионов. Анализ экспериментальных данных на основе рассмотренного подхода позволил выявить эффект асимметрии разряда на энергетический спектр ионов.
Степень достоверности
Верификация метода импульсной модуляции автосмещения для определения потока ионов на поверхности электрода была проведена с использованием классических, но возмущающих плазму, инструментов диагностики плазмы, таких как зонд Ленгмюра и
сеточный анализатор RFEA. Сравнительный анализ результатов указанных методов показал хорошее согласие во всём исследуемом диапазоне разрядных условий.
Для изучения влияния соударений в предслое и слое на профиль плотности плазмы на границе предслой-слой совместно использовались две независимые диагностики как потока ионов на электрод (метод импульсной модуляции автосмещения и плоский зонд), так и плотности плазмы в объёме (зонд Ленгмюра и hairpin-зонд). Результаты всех экспериментальных методов характеризовались допустимым разбросом данных и были согласованы между собой.
Экспериментальные данные по энергетическим спектрам ионов (по составу ионов в Аг/Н2 смесях в том числе) были проанализированы с помощью различных аналитических, полуаналитических и численных подходов на основе МЧЯ МК. Результаты проведённых расчётов хорошо согласуются с полученными данными.
Личный вклад
Все экспериментальные измерения, обработка экспериментальных данных и расчёты согласно аналитической модели движения ионов в слое были проведены автором лично. Автор принимала активное участие в подготовке экспериментов и наладке диагностического оборудования, а также участвовала в проектировании подвижной системы hairpin-зонда, что позволило провести измерения радиального профиля плотности плазмы; приняла участие в сборке сеточного анализатора с задерживающим потенциалом (RFEA) и плоского зонда. Автор подготовила публикации по всем полученным в рамках изложенного исследования результатам, а также представила результаты на нескольких научных конференциях.
Апробация результатов
Материалы исследований были доложены на шести международных конференциях:
1. XXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2014". Россия, г. Москва, 2014. «Энергетический спектр ионов в асимметричном ВЧ разряде». Богданова М. А.
2. Всероссийская (с международным участием) конференция «Физика низкотемпературной плазмы» ФНТП - 2014. Россия, г. Казань, 2014. «Виртуальный датчик потока и энрегии ионов на ВЧ электроде в высокочастотной плазме низкого давления». Богданова М. А., Лопаев Д. В., Зырянов С. М.
3. 6-й международный симпозиум и летняя школа по физике плазмы (6th International Workshop and Summer School on Plasma Physics, IWSSPP-6). Болгария, г. Китен, 2014. «Виртуальный датчик потока и энергии ионов для измерения потока и энергетического распределения ионов на ВЧ-нагруженного электроде в ICP реакторе (в режиме РИТ)». Богданова М. А., Лопаев Д. В., Зырянов С. М.
4. 69-я ежегодная конференция по газовой электронике (69th Annual Gaseous Electronics Conference). Германия, г. Бохум, 2016. «Виртуальный датчик энергетического спектра ионов на ВЧ-нагруженном электроде в плазме низкого давления». Богданова М. А., Лопаев Д. В., Зырянов С. М. и Рахимов А.Т.
5. Всероссийская (с международным участием) конференция «Физика низкотемпературной плазмы» ФНТП - 2017. Россия, г. Казань, 2017. «Поток и энергетическое распределение ионов на электроде в двухчастотном ВЧЕ разряде». Зырянов С. М., Богданова М. А., Лопаев Д. В., Рахимова Т. В., Волошин Д. Г.
6. 9-й симпозиум по ВЧ разрядам (9th Radio-Frequency Discharge Workshop). Ирландия, Дублин, 2019. «Состав и энергетические спектры ионов в Ar/H2 CCP разрядах». Богданова М. А., Лопаев Д. В., Зырянов С. М., Рахимова Т. В., Волошин Д. Г.
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в четырёх печатных изданиях в рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science и Scopus. Список публикаций автора по теме диссертации приведён в конце.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка публикаций по теме диссертации и списка литературы. Полный объём диссертации составляет 139 страниц, включая 50 рисунков. Список литературы содержит 168 наименований.
Краткое содержание работы
Диссертация имеет следующую структуру. В главе 1 даётся представление о плазменных технологиях и их значении для современной микроэлектроники. Кратко описана роль ионов в плазмохимических процессах на примере ионно-стимулированного травления. Рассказывается о типичных реакторах плазмохимического травления и наиболее используемых методах
управления энергией и потоком ионов. Глава 2 посвящена исследованию потока ионов на электрод в двухчастотном ВЧ ICP разряде в Ar и Н2 с удалённым источником плазмы. В данной главе представлен новый не возмущающий метод in situ метод определения потока ионов на электрод, а также верификация этого метода в Ar- и Н2-плазме. Представлен краткий анализ эффекта собирания ионов на ионный поток. Глава 3 посвящена исследованию энергетических спектров ионов на поверхности электрода в асимметричном двухчастотном ВЧ ICP разряде с удалённым источником. Предложена идея создания не возмущающей плазму in situ диагностики энергетического спектра ионов, в основе которой лежит аналитический подход к описанию движения ионов в слое, описанный в разделе 3.2. Рассмотрена возможность применения такой диагностики в случае заземлённого электрода (раздел 3.3), в случае подачи ВЧ-смещения на электрод (раздел 3.4). Изучение эффекта повышенного давления на форму энергетического спектра ионов представлено в разделах 3.5-6. В главе 4 исследуется влияние соударений ионов в предслое и слое на соотношение между потоком ионов на электрод F¿ и плотностю плазмы в центре разряда п0 в двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar, N2 и Xe, схема которого представлена в разделе 4.1. Там же можно найти описание всех используемых диагностик для определения плотности плазмы в центре разряда и потока ионов на электрод. Анализ полученных данных по профилю плотности плазмы с увеличением давления газа проводится с помощью МЧЯ МК модели собирания ионного тока плоским зондом, краткое описание основных положений которой дано в разделе 4.2. В разделе 4.3 приведены результаты данной работы, а основные выводы приведены в конце главы 4. Глава 5 посвящена верификации МЧЯ МК модели симметричного ВЧ CCP разряда для расчёта ионного состава в объёме плазмы в Ar/H2 смесях. Детали экспериментальной установки и разрядные условия, в которых проведена верификация, описаны в разделе 5.1, а модель описана в разделе 5.2. Результаты исследования ионного состава в Ar/H2 смесях с различным содержанием H2 представлены в разделе 5.3. В главе 6 представлена верификация схемы быстрого расчёта энергетического спектра ионов на поверхности электрода, описание которой может быть найдено в главе 5. Верификация была проведена с помощью прямых измерений энергетических спектров ионов анализатором RFEA на поверхности ВЧ-нагруженного электрода в асимметричном двухчастотном ВЧ CCP разряде в Ar, N2 и Xe при нескольких значениях параметров ВЧ-смещения.
Похожие диссертационные работы по специальности «Молекулярная физика», 01.04.15 шифр ВАК
Фундаментальные основы плазменных технологий структурирования для наноэлектроники2024 год, доктор наук Мяконьких Андрей Валерьевич
Мониторинг плазмохимических процессов формирования микро- и наноструктур методами зондовой диагностики2009 год, кандидат физико-математических наук Мяконьких, Андрей Валерьевич
Экспериментальное исследование кинетики атомов в N2/O2 плазме оптическими методами2019 год, кандидат наук Волынец Андрей Владимирович
Плазменные процессы в технологии НЕМТ транзисторов на основе III-нитридов2018 год, кандидат наук Андрианов, Николай Александрович
Высокочастотный емкостной разряд и его взаимодействие с поверхностью диагностических зеркал в условиях ИТЭР2020 год, кандидат наук Дмитриев Артем Михайлович
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Богданова Мария Андреевна, 2019 год
Список литературы
[1] S. Samukawa et al., "The 2012 plasma roadmap," Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 45, no. 25. p. 253001, 2012.
[2] I. Adamovich et al., "The 2017 Plasma Roadmap: Low temperature plasma science and technology," Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 50, no. 32. Institute of Physics Publishing, p. 323001, 2017.
[3] K. D. Weltmann et al., "The future for plasma science and technology," Plasma Process. Polym, vol. 16, no. 1, p. 1800118, 2019.
[4] K. J. Kanarik et al.., "Overview of atomic layer etching in the semiconductor industry," J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 33, no. 2, p. 020802, 2015.
[5] K. J. Kanarik, S. Tan, and R. A. Gottscho, "Atomic Layer Etching: Rethinking the Art of Etch," Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 9, no. 16. American Chemical Society, pp. 48144821, 2018.
[6] V. M. Donnelly and A. Kornblit, "Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow," J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 31, no. 5, p. 050825, 2013.
[7] B. G. Heil, U. Czarnetzki, R. P. Brinkmann, and T. Mussenbrock, "On the possibility of making a geometrically symmetric RF-CCP discharge electrically asymmetric," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 41, no. 16, p. 165202, 2008.
[8] T. Lafleur, "Tailored-waveform excitation of capacitively coupled plasmas and the electrical asymmetry effect," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 25, no. 1, p. 13001, 2015.
[9] V. Samara, J. P. Booth, J. F. De Marneffe, A. P. Milenin, M. Brouri, and W. Boullart, "A dc-pulsed capacitively coupled planar Langmuir probe for plasma process diagnostics and monitoring," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 21, no. 6, p. 065004, 2012.
[10] T. Baloniak, R. Reuter, C. Flotgen, and A. Von Keudell, "Calibration of a miniaturized retarding field analyzer for low-temperature plasmas: Geometrical transparency and collisional effects," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 43, no. 5, p. 055203, 2010.
[11] N. H. Weste and D. M. Haris, CMOS VLSI Design A Circuits and Systems Perspective, 4th ed. Pearson, 2010.
[12] National Research Council, Plasma science: Advancing knowledge in the national interest. National Academies Press, 2008.
[13] Wikipedia.org, "Moore's law." [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law.
[14] D. Wouters, "Introduction in Semiconductor Manufacturing," www.imec-academy.be, pp. 1-40, 2014.
[15] D. Wouters, "Planar Technology," www.imec-academy.be, pp. 1-35, 2014.
[16] E. Kunnen and P. Ong, "Material Removal by Dry Etch," www.imec-academy.be, pp. 1-17, 2013.
[17] M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 2nd ed. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2005.
[18] P. Chabert and N. Braithwaite, Physics of radio-frequency plasmas. Cambridge: Cambridge University Press, 2011.
[19] H. H. Goto, H. Löwe, and T. Ohmi, "Dual excitation reactive ion etcher for low energy plasma processing," J. Vac. Sci. Technol. A, vol. 10, no. 5, pp. 3048-3054, 1992.
[20] H. H. Goto, H. Löwe, and T. Ohmi, "Independent control of ion density and ion bombardment energy in a dual RF excitation plasma," IEEE Trans. Semicond. Manuf., vol. 6, no. 1, pp. 58-64, 1993.
[21] Z. Bi, Y. Liu, W. Jiang, X. Xu, and Y. Wang, "A brief review of dual-frequency capacitively coupled discharges," Curr. Appl. Phys., vol. 11, pp. S2-S8, 2011.
[22] Z. Donko, J. Schulze, P. Hartmann, I. Korolov, U. Czarnetzki, and E. Schüngel, "The effect of secondary electrons on the separate control of ion energy and flux in dual-frequency capacitively coupled radio frequency discharges," Appl. Phys. Lett., vol. 97, no. 8, p. 081501, 2010.
[23] A. C. F. Wu, M. A. Lieberman, and J. P. Verboncoeur, "A method for computing ion energy distributions for multifrequency capacitive discharges," J. Appl. Phys., vol. 101, no. 5, p. 056105, 2007.
[24] S. Sharma, S. K. Mishra, P. K. Kaw, and M. M. Turner, "The effect of intermediate frequency on sheath dynamics in collisionless current driven triple frequency capacitive plasmas," Phys. Plasmas, vol. 24, no. 1, p. 013509, 2017.
[25] K. Ellmer, R. Wendt, and K. Wiesemann, "Interpretation of ion distribution functions measured by a combined energy and mass analyzer," Int. J. Mass Spectrom., vol. 223-224, pp. 679-693, 2003.
[26] D. Gahan, B. Dolinaj, and M. B. Hopkins, "Retarding field analyzer for ion energy distribution measurements at a radio-frequency biased electrode," Rev. Sci. Instrum., vol. 79, no. 3, p. 033502, 2008.
[27] N. S. J. Braithwaite, J. P. Booth, and G. Cunge, "A novel electrostatic probe method for ion flux measurements," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 5, no. 4, pp. 677-684, 1996.
[28] M. Shihab, D. Ziegler, and R. P. Brinkmann, "Fast, kinetically self-consistent simulation of RF modulated plasma boundary sheaths," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 45, no. 18, p. 185202, 2012.
[29] D. Gahan, B. Dolinaj, and M. B. Hopkins, "Comparison of plasma parameters determined with a Langmuir probe and with a retarding field energy analyzer," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 17, no. 3, p. 035026, 2008.
[30] D. Gahan et al., "Ion energy distribution measurements in rf and pulsed dc plasma discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 21, no. 2, p. 024004, 2012.
[31] M. A. Sobolewski, "Real-time, noninvasive monitoring of ion energy and ion current at a wafer surface during plasma etching," J. Vac. Sci. Technol. A, vol. 24, no. 5, pp. 1892-1905, 2006.
[32] M. A. Sobolewski, "Monitoring sheath voltages and ion energies in high-density plasmas using noninvasive radio-frequency current and voltage measurements," J. Appl. Phys., vol. 95, no. 9, pp. 4593-4604, 2004.
[33] M. A. Sobolewski, Y. Wang, and A. Goyette, "Measurements and modeling of ion energy distributions in high-density, radio-frequency biased CF4 discharges," J. Appl. Phys., vol. 91, no. 10, p. 6303, 2002.
[34] C. Wild and P. Koidl, "Ion and electron dynamics in the sheath of radio-frequency glow discharges," J. Appl. Phys., vol. 69, no. 5, pp. 2909-2922, 1991.
[35] C. Charles, A. W. Degeling, T. E. Sheridan, J. H. Harris, M. A. Lieberman, and R. W. Boswell, "Absolute measurements and modeling of radio frequency electric fields using a retarding field energy analyzer," Phys. Plasmas, vol. 7, no. 12, pp. 5232-5241, 2000.
[36] C. Hayden, D. Gahan, and M. B. Hopkins, "Ion energy distributions at a capacitively and directly coupled electrode immersed in a plasma generated by a remote source," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 18, no. 2, p. 25018, 2009.
[37] D. Gahan, S. Daniels, C. Hayden, D. O. O'Sullivan, and M. B. Hopkins, "Characterization of an asymmetric parallel plate radio-frequency discharge using a retarding field energy analyzer," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 21, no. 1, p. 015002, 2012.
[38] W. C. Chen and Y. K. Pu, "An analytical model for time-averaged ion energy distributions in
collisional rf sheaths," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 47, no. 34, p. 345201, 2014.
[39] S. Kechkar, S. K. Babu, P. Swift, C. Gaman, S. Daniels, and M. Turner, "Investigation of absolute atomic fluorine density in a capacitively coupled SF6/O2/Ar and SF6/Ar discharge," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 23, no. 6, p. 065029, 2014.
[40] H. Singh, J. W. Coburn, and D. B. Graves, "Appearance potential mass spectrometry: Discrimination of dissociative ionization products," J. Vac. Sci. Technol. A, vol. 18, no. 2, pp. 299-305, Mar. 2000.
[41] D. Voloshin, T. Rakhimova, and Y. Mankelevich, "The plasma sheath around planar probes: Effects of ion collisions," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 25, no. 1, p. 015018, 2016.
[42] D. Voloshin, A. Kovalev, Y. Mankelevich, O. Proshina, T. Rakhimova, and A. Vasilieva, "Evaluation of plasma density in RF CCP discharges from ion current to Langmuir probe: Experiment and numerical simulation," Eur. Phys. J. D, vol. 69, no. 1, p. 23, 2015.
[43] V. I. Demidov, N. B. Kolokolov, and A. A. Kudryavtsev, Probe Methods for Low-Temperature Plasma Investigations. M.: Energoatomizdat, 1996.
[44] V. Godyak, R. Piejak, and B. Alexandrovich, "Measurements of electron energy distribution in low-pressure RF discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 1, pp. 36-58, 1992.
[45] F. F. Chen, "Langmuir probes in RF plasma: Surprising validity of OML theory," Plasma Sources Sci. Technol.., vol. 18, no. 3, p. 035012, 2009.
[46] M. Tichy, M. Sícha, P. David, and T. David, "A Collisional Model of the Positive Ion Collection by a Cylindrical Langmuir Probe," Contrib. to Plasma Phys., vol. 34, no. 1, pp. 5968, 1994.
[47] T. E. Sheridan, "How big is a small Langmuir probe?," Phys. Plasmas, vol. 7, no. 7, pp. 30843088, 2000.
[48] A. Tejero-Del-Caz, J. I. Fernández Palop, J. M. Díaz-Cabrera, and J. Ballesteros, "Radial-to-orbital motion transition in cylindrical Langmuir probes studied with particle-in-cell simulations," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 25, no. 1, p. 01LT03, 2015.
[49] N. S. J. Braithwaite, T. E. Sheridan, and R. W. Boswell, "Transient RF self-bias in electropositive and electronegative plasmas," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 36, no. 22, pp. 28372844, 2003.
[50] M. Darnon, G. Cunge, and N. S. J. Braithwaite, "Time-resolved ion flux, electron temperature and plasma density measurements in a pulsed Ar plasma using a capacitively coupled planar probe," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 23, no. 2, p. 025002, 2014.
[51] J. E. Allen, "The plasma-sheath boundary: Its history and Langmuir's definition of the sheath edge," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 18, no. 1, p. 014004, 2009.
[52] P. M. Bryant, "Theory of cylindrical Langmuir probes in weakly ionized, non-thermal, stationary and moderately collisional plasmas," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 18, no. 1, p. 014013, 2009.
[53] B. Sikimic, I. Stefanovic, I. B. Denysenko, and J. Winter, "A non-invasive technique to determine ion fluxes and ion densities in reactive and non-reactive pulsed plasmas," Plasma Sources Sci. Technol.., vol. 22, no. 4, p. 045009, 2013.
[54] V. M. Donnelly, "Plasma electron temperatures and electron energy distributions measured by trace rare gases optical emission spectroscopy," Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 37, no. 19. p. R217, 2004.
[55] J. B. Boffard, R. O. Jung, C. C. Lin, and A. E. Wendt, "Optical emission measurements of electron energy distributions in low-pressure argon inductively coupled plasmas," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 19, no. 6, p. 065001, 2010.
[56] T. Lafleur, P. Chabert, and J. P. Booth, "Electron heating in capacitively coupled plasmas revisited," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 23, no. 3, p. 035010, 2014.
[57] V. I. Kolobov and V. A. Godyak, "Nonlocal Electron Kinetics in Collisional Gas Discharge Plasmas," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 23, no. 4, pp. 503-531, 1995.
[58] U. Kortshagen, I. Pukropski, and L. D. Tsendin, "Experimental investigation and fast two-dimensional self-consistent kinetic modeling of a low-pressure inductively coupled rf discharge," Phys. Rev. E, vol. 51, no. 6, pp. 6063-6078, 1995.
[59] M. M. Turner and P. Chabert, "Electron heating mechanisms in dual-frequency capacitive discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 16, no. 2, pp. 364-371, 2007.
[60] S. Rauf, K. Bera, and K. Collins, "Power dynamics in a low pressure capacitively coupled plasma discharge," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 19, no. 1, p. 015014, 2010.
[61] J. Schulze, Z. Donko, D. Luggenholscher, and U. Czarnetzki, "Different modes of electron heating in dual-frequency capacitively coupled radio frequency discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 18, no. 3, p. 034011, 2009.
[62] A. Derzsi, I. Korolov, E. Schungel, Z. Donko, and J. Schulze, "Electron heating and control of ion properties in capacitive discharges driven by customized voltage waveforms," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 22, no. 6, p. 065009, 2013.
[63] M. A. Bogdanova, D. V. Lopaev, and S. M. Zyryanov, "Ion flux and energy virtual sensor for
measuring ion flux and energy distribution at a RF biased electrode in ICP reactor (RIE-mode)," J. Phys. Conf. Ser, vol. 768, no. 1, p. 012016, 2016.
[64] M. A. Bogdanova, D. V Lopaev, S. M. Zyryanov, and A. T. Rakhimov, "'Virtual IED sensor' at an rf-biased electrode in low-pressure plasma," Phys. Plasmas, vol. 23, no. 7, p. 073510, 2016.
[65] М. А. Богданова, Д. В. Лопаев, and С. М. Зырянов, "Виртуальный датчик потока и энрегии ионов на ВЧ электроде в высокочастотной плазме низкого давления," in Всероссийская (с международным участием) конференция "Физика низкотемпературной плазмы ФНТП-2014," 2014.
[66] M. A. Bogdanova, S. M. Zyryanov, and D. V. Lopaev, "Ion flux and energy virtual sensor for measuring ion flux and energy distribution at a RF-biased electrode in ICP reactor (RIE-mode)," in 6-th International Workshop and Summer School on Plasma Physics, 2014.
[67] M. A. Bogdanova, D. V. Lopaev, S. M. Zyryanov, and A. T. Rakhimov, "'Virtual IED sensor' at an rf-biased electrode in low-pressure plasma," in 69th Annual Gaseous Electronics Conference, 2016.
[68] K. Köhler, J. W. Coburn, D. E. Horne, E. Kay, and J. H. Keller, "Plasma potentials of 13.56MHz rf argon glow discharges in a planar system," J. Appl. Phys., vol. 57, no. 1, pp. 59-66, 1985.
[69] D. Israel, K. U. Riemann, and L. Tsendin, "Charge exchange collisions and ion velocity distribution at the electrode of low pressure capacitive rf discharges," J. Appl. Phys., vol. 99, no. 9, p. 093303, 2006.
[70] T. V Rakhimova et al., "Experimental and theoretical study of ion energy distribution function in single and dual frequency RF discharges," Plasma Sci., vol. 35, no. 5, pp. 1229-1240, 2007.
[71] Z. Donko, J. Schulze, B. G. Heil, and U. Czarnetzki, "PIC simulations of the separate control of ion flux and energy in CCRF discharges via the electrical asymmetry effect," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 42, no. 2, p. 025205, 2009.
[72] M. Olevanov, O. Proshina, T. Rakhimova, and D. Voloshin, "Ion energy distribution function in dual-frequency rf capacitively coupled discharges: Analytical model," Phys. Rev. E, vol. 78, no. 2, p. 26404, 2008.
[73] A. Manenschijn and W. J. Goedheer, "Angular ion and neutral energy distribution in a collisional rf sheath," J. Appl. Phys., vol. 69, no. 5, pp. 2923-2930, 1991.
[74] J. K. Lee, O. V. Manuilenko, N. Y. Babaeva, H. C. Kim, and J. W. Shon, "Ion energy distribution control in single and dual frequency capacitive plasma sources," Plasma Sources
Sci. Technol., vol. 14, no. 1, pp. 89-97, 2005.
[75] V. Georgieva and A. Bogaerts, "Plasma characteristics of an Ar/CF4/N2 discharge in an asymmetric dual frequency reactor: Numerical investigation by a PIC/MC model," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 15, no. 3, pp. 368-377, 2006.
[76] A. V. Khrabrov, I. D. Kaganovich, P. L. G. Ventzek, A. Ranjan, and L. Chen, "Structure of the velocity distribution of sheath-accelerated secondary electrons in an asymmetric RF-dc discharge," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 24, no. 5, p. 54003, 2015.
[77] I. D. Kaganovich, "How to patch active plasma and collisionless sheath: A practical guide," Phys. Plasmas, vol. 9, no. 11, p. 4788, 2002.
[78] J. P. Sheehan et al., "Kinetic theory of plasma sheaths surrounding electron-emitting surfaces," Phys. Rev. Lett., vol. 111, no. 7, p. 075002, 2013.
[79] V. Georgieva, A. Bogaerts, and R. Gijbels, "Numerical investigation of ion-energy-distribution functions in single and dual frequency capacitively coupled plasma reactors," Phys. Rev. E, vol. 69, no. 2, p. 26406, 2004.
[80] O. V. Proshina, T. V. Rakhimova, D. V. Lopaev, V. Samara, M. R. Baklanov, and J. F. De Marneffe, "Experimental and theoretical study of RF capacitively coupled plasma in Ar-CF4-CF3I mixtures," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 24, no. 5, p. 055006, 2015.
[81] P. A. Delattre, T. Lafleur, E. Johnson, and J. P. Booth, "Radio-frequency capacitively coupled plasmas excited by tailored voltage waveforms: Comparison of experiment and particle-in-cell simulations," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 46, no. 23, p. 235201, 2013.
[82] P. Diomede, D. J. Economou, and V. M. Donnelly, "Rapid calculation of the ion energy distribution on a plasma electrode," J. Appl. Phys., vol. 111, no. 12, p. 123306, 2012.
[83] Y. Yang and M. J. Kushner, "Modeling of dual frequency capacitively coupled plasma sources utilizing a full-wave Maxwell solver: I. Scaling with high frequency," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 19, no. 5, p. 055011, 2010.
[84] O. Braginsky et al., "Experimental and theoretical study of dynamic effects in low-frequency capacitively coupled discharges," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 45, no. 1, p. 015201, 2012.
[85] A. Derzsi, Z. Donko, and J. Schulze, "Coupling effects of driving frequencies on the electron heating in electronegative capacitive dual-frequency plasmas," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 46, no. 48, p. 482001, 2013.
[86] T. Gans et al., "Frequency coupling in dual frequency capacitively coupled radio-frequency plasmas," Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 26, p. 261502, 2006.
[87] O. V. Proshina, T. V. Rakhimova, and A. T. Rakhimov, "A particle-in-cell Monte Carlo simulation of an rf discharge in methane: Frequency and pressure features of the ion energy distribution function," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 15, no. 3, pp. 402-409, 2006.
[88] V. Ivanov, O. Proshina, T. Rakhimova, A. Rakhimov, D. Herrebout, and A. Bogaerts, "Comparison of a one-dimensional particle-in-cell-Monte Carlo model and a one-dimensional fluid model for a CH4/H2capacitively coupled radio frequency discharge," J. Appl. Phys., vol. 91, no. 10 I, pp. 6296-6302, 2002.
[89] J. Schulze, E. Schungel, Z. Donko, D. Luggenholscher, and U. Czarnetzki, "Phase resolved optical emission spectroscopy: A non-intrusive diagnostic to study electron dynamics in capacitive radio frequency discharges," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 43, no. 12, p. 124016, 2010.
[90] J. Schulze, "Electron heating in capacitively coupled radio frequency discharges," Ruhr-Universitat Bochum, 2009.
[91] D. O'Connell, T. Gans, A. Meige, P. Awakowicz, and R. W. Boswell, "Plasma ionization in low-pressure radio-frequency discharges - Part I: Optical measurements," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 36, no. 4 PART 1, pp. 1382-1383, 2008.
[92] A. Meige, D. O. Connell, T. Gans, and R. W. Boswell, "Plasma Ionization in Low-Pressure Radio-Frequency Discharges — Part II: Particle-in-Cell Simulation," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 36, no. 4, pp. 1384-1385, 2008.
[93] T. Gans, D. O'Connell, V. Schulz-Von Der Gathen, and J. Waskoenig, "The challenge of revealing and tailoring the dynamics of radio-frequency plasmas," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 19, no. 3, p. 034010, 2010.
[94] J. Schulze, T. Gans, D. O'Connell, U. Czarnetzki, A. R. Ellingboe, and M. M. Turner, "Space and phase resolved plasma parameters in an industrial dual-frequency capacitively coupled radio-frequency discharge," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 40, no. 22, pp. 7008-7018, 2007.
[95] J. Schulze et al., "Electric field reversals in the sheath region of capacitively coupled radio frequency discharges at different pressures," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 41, no. 10, p. 105214, 2008.
[96] М. А. Богданова, "Энергетический спектр ионов в асимметричном ВЧ разряде," in XXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2014," 2014.
[97] P. Chabert, "An expression for the h l factor in low-pressure electronegative plasma
discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 25, no. 2, p. 025010, 2016.
[98] J. L. Raimbault and P. Chabert, "Edge-to-center plasma density ratio in high density plasma sources," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 18, no. 1, p. 014017, 2009.
[99] J. Schulze, Z. Donko, E. Schungel, and U. Czarnetzki, "Secondary electrons in dual-frequency capacitive radio frequency discharges," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 20, no. 4, p. 045007, 2011.
[100] T. V. Rakhimova et al., "Experimental and theoretical study of RF plasma at low and high frequency," in IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, vol. 34, no. 3 PART 2, pp. 867877.
[101] P. Belenguer and J. P. Boeuf, "Transition between different regimes of rf glow discharges," Phys. Rev. A, vol. 41, no. 8, pp. 4447-4459, 1990.
[102] A. J. Lichtenberg, M. A. Lieberman, I. G. Kouznetsov, and T. H. Chung, "Transitions and scaling laws for electronegative discharge models," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 9, no. 1, pp. 45-56, 2000.
[103] S. Kim, M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg, and J. T. Gudmundsson, "Improved volume-averaged model for steady and pulsed-power electronegative discharges," J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 24, no. 6, pp. 2025-2040, 2006.
[104] D. D. Monahan and M. M. Turner, "Global models of electronegative discharges: Critical evaluation and practical recommendations," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 17, no. 4, p. 045003, 2008.
[105] K. U. Riemann, "Bohm criterion and sheath formation," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 24, no. 4, pp. 493-518, 1991.
[106] V. Godyak and N. Sternberg, "On the consistency of the collisionless sheath model," Phys. Plasmas, vol. 9, no. 11, p. 4427, 2002.
[107] J. E. Allen, "Comment on 'On the consistency of the collisionless sheath model' [Phys. Plasmas 9 , 4427 (2002)]," Phys. Plasmas, vol. 10, no. 5, pp. 1528-1528, 2003.
[108] R. N. Franklin, "Comment on 'On the consistency of the collisionless sheath model' [Phys. Plasmas 9 , 4427 (2002)]," Phys. Plasmas, vol. 10, no. 11, pp. 4589-4589, 2003.
[109] E. R. Harrison and W. B. Thompson, "The low pressure plane symmetric discharge," Proc. Phys. Soc., vol. 74, no. 2, pp. 145-152, 1959.
[110] K. U. Riemann, "Plasma-sheath transition in the kinetic Tonks-Langmuir model," Phys.
Plasmas, vol. 13, no. 6, p. 063508, 2006.
[111] L. Tonks and I. Langmuir, "A general theory of the plasma of an arc," Phys. Rev., vol. 34, no. 6, pp. 876-922, 1929.
[112] V. Godyak, Soviet radio frequency discharge research. Falls Church VA: Delphic Associates, 1986.
[113] J. L. Raimbault, L. Liard, J. M. Rax, P. Chabert, A. Fruchtman, and G. Makrinich, "Steady-state isothermal bounded plasma with neutral dynamics," Phys. Plasmas, vol. 14, no. 1, p. 013503, 2007.
[114] T. Lafleur and P. Chabert, "Edge-to-center density ratios in low-temperature plasmas," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 24, no. 2, p. 025017, 2015.
[115] T. E. Sheridan, "The plasma sheath around large discs and ion collection by planar Langmuir probes," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 43, no. 10, p. 105204, 2010.
[116] M. A. Biondi, "Measurement of the Electron Density in Ionized Gases by Microwave Techniques," Rev. Sci. Instrum., vol. 22, no. 7, pp. 500-502, 1951.
[117] R. L. Stenzel, "Microwave resonator probe for localized density measurements in weakly magnetized plasmas," Rev. Sci. Instrum., vol. 47, no. 5, pp. 603-607, 1976.
[118] R. B. Piejak, V. A. Godyak, R. Garner, B. M. Alexandrovich, and N. Sternberg, "The hairpin resonator: A plasma density measuring technique revisited," J. Appl. Phys., vol. 95, no. 7, pp. 3785-3791, 2004.
[119] J. P. Booth, N. S. J. Braithwaite, A. Goodyear, and P. Barroy, "Measurements of characteristic transients of planar electrostatic probes in cold plasmas," Rev. Sci. Instrum., vol. 71, no. 7, pp. 2722-2727, 2000.
[120] V. A. Godyak and B. M. Alexandrovich, "Comparative analyses of plasma probe diagnostics techniques," J. Appl. Phys., vol. 118, no. 23, p. 233302, 2015.
[121] A. Cenian, A. Chernukho, A. Bogaerts, R. Gijbels, and C. Leys, "Particle-in-cell Monte Carlo modeling of Langmuir probes in an Ar plasma," J. Appl. Phys., vol. 97, no. 12, p. 123310, 2005.
[122] F. Iza and J. K. Lee, "Particle-in-cell simulations of planar and cylindrical Langmuir probes: Floating potential and ion saturation current," J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film., vol. 24, no. 4, pp. 1366-1372, 2006.
[123] A. V. Phelps, "The application of scattering cross sections to ion flux models in discharge sheaths," J. Appl. Phys., vol. 76, no. 2, pp. 747-753, 1994.
[124] A. V. Phelps, "Cross Sections and Swarm Coefficients for Nitrogen Ions and Neutrals in N2 and Argon Ions and Neutrals in Ar for Energies from 0.1 eV to 10 keV," J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 20, no. 3, pp. 557-573, 1991.
[125] D. G. Voloshin, A. N. Vasil'eva, A. S. Kovalev, Y. A. Mankelevich, and T. V Rakhimova, "Determination of plasma density from data on the ion current to cylindrical and planar probes," Plasma Phys. Reports, vol. 42, no. 12, pp. 1146-1154, 2016.
[126] N. Y. Babaeva, J. K. Lee, and J. W. Shon, "Capacitively coupled plasma source operating in Xe/Ar mixtures," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 38, no. 2, pp. 287-299, 2005.
[127] S. A. Maiorov, O. F. Petrov, and V. E. Fortov, "Calculation of resonant charge exchange cross-sections of ions Rubidium, Cesium, Mercury and noble gases," in 34th EPS Conference on Plasma Phys. Warsaw, 2007, vol. 31F, p. 2.115.
[128] D. Piscitelli, A. V. Phelps, J. de Urquijo, E. Basurto, and L. C. Pitchford, "Ion mobilities in Xe/Ne and other rare-gas mixtures," Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys., vol. 68, no. 4, p. 046408, 2003.
[129] J. S. Miller, S. H. Pullins, D. J. Levandier, Y. H. Chiu, and R. A. Dressler, "Xenon charge exchange cross sections for electrostatic thruster models," J. Appl. Phys., vol. 91, no. 3, pp. 984-991, 2002.
[130] M. Bogdanova, D. Lopaev, S. Zyryanov, D. Voloshin, and T. Rakhimova, "Relation between the ion flux and plasma density in an rf CCP discharge," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 27, no. 2, p. 025003, 2018.
[131] М. А. Богданова, Д. В. Лопаев, С. М. Зырянов, Д. Г. Волошин, and Т. В. Рахимова, "Поток и энергетическое распределение ионов на электроде в двухчастотном ВЧЕ разряде," in Всероссийская (с международным участием) конференция "Физика низкотемпературной плазмы ФНТП-2017," 2017.
[132] H. C. Barshilia, A. Ananth, J. Khan, and G. Srinivas, "Ar + H2 plasma etching for improved adhesion of PVD coatings on steel substrates," Vacuum, vol. 86, no. 8, pp. 1165-1173, 2012.
[133] A. Kahouli et al., "Effect of O2, Ar/H2 and CF4 plasma treatments on the structural and dielectric properties of parylene-C thin films," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 45, no. 21, p. 215306, 2012.
[134] P. K. Bachmann, D. Leers, and H. Lydtin, "Towards a general concept of diamond chemical vapour deposition," Diam. Relat. Mater., vol. 1, no. 1, pp. 1-12, 1991.
[135] V. Voitsenya, D. Naidenkova, S. Masuzaki, K. Yusuke, A. Sagara, and K. Yamazaki,
"Discharge in Hydrogen-Noble Gas Mixture as the Method to Increase Efficiency of Conditioning of the In-Vessel Components of Large-Scale Fusion Devices," J. Plasma Fusion Res., vol. 7, pp. 114-117, 2006.
[136] M. J. Barlow et al.., "Detection of a Noble Gas Molecular Ion, 36ArH+, in the Crab Nebula," Science, vol. 342, no. 6164, pp. 1343-1345, 2013.
[137] C. J. Rennick, R. Engeln, J. A. Smith, A. J. Orr-Ewing, M. N. R. Ashfold, and Y. A. Mankelevich, "Measurement and modeling of a diamond deposition reactor: Hydrogen atom and electron number densities in an ArH2 arc jet discharge," J. Appl. Phys., vol. 97, no. 11, p. 113306, 2005.
[138] J. C. Richley, O. J. L. Fox, M. N. R. Ashfold, and Y. A. Mankelevich, "Combined experimental and modeling studies of microwave activated CH4/H2/Ar plasmas for microcrystalline, nanocrystalline, and ultrananocrystalline diamond deposition," J. Appl. Phys., vol. 109, no. 6, p. 63307, 2011.
[139] R. S. Mason, P. D. Miller, and I. P. Mortimer, "Anomalous loss of ionization in argon-hydrogen plasma studied by fast flow glow discharge mass spectrometry," Phys. Rev. E, vol. 55, no. 6, pp. 7462-7472, 1997.
[140] R. F. G. Meulenbroeks, A. J. van Beek, A. J. G. van Helvoort, M. C. M. van de Sanden, and D. C. Schram, "Argon-hydrogen plasma jet investigated by active and passive spectroscopic means," Phys. Rev. E, vol. 49, no. 5, pp. 4397-4406, 1994.
[141] A. Bogaerts and R. Gijbels, "Hybrid Monte Carlo—fluid modeling network for an argon/hydrogen direct current glow discharge," Spectrochim. Acta Part B At. Spectrosc., vol. 57, no. 6, pp. 1071-1099, 2002.
[142] S. B. Radovanov, J. K. Olthoff, R. J. Van Brunt, and S. Djurovic, "Ion kinetic-energy distributions and Balmer-alpha (Ha) excitation in Ar-H2 radio-frequency discharges," J. Appl. Phys., vol. 78, no. 2, pp. 746-757, 1995.
[143] T. Kimura and H. Kasugai, "Properties of inductively coupled rf Ar/H2 plasmas: Experiment and global model," J. Appl. Phys., vol. 107, no. 8, p. 83308, 2010.
[144] Z. Nikitovic and V. Stojanovic, "Transport coeffcients in mixtures Ar/H2," Acta Phys. Pol. A, vol. 123, no. 1, pp. 73-75, 2013.
[145] J. K. Olthoff, R. J. Van Brunt, and S. B. Radovanov, "Studies of Ion Kinetic-Energy Distributions in the Gaseous Electronics Conference RF Reference Cell.," J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol., vol. 100, no. 4, pp. 383-400, 1995.
[146] M. Sode, T. Schwarz-Selinger, and W. Jacob, "Quantitative determination of mass-resolved ion densities in H2-Ar inductively coupled radio frequency plasmas," J. Appl. Phys., vol. 113, no. 9, p. 93304, 2013.
[147] M. Sode, T. Schwarz-Selinger, and W. Jacob, "Ion chemistry in H2-Ar low temperature plasmas," J. Appl. Phys., vol. 114, no. 6, p. 63302, 2013.
[148] M. Jimenez-Redondo, M. Cueto, J. L. Domenech, I. Tanarro, and V. J. Herrero, "Ion kinetics in Ar/H2 cold plasmas: the relevance of ArH+," RSC Adv., vol. 4, no. 107, pp. 62030-62041,
2014.
[149] A. T. Hjartarson, E. G. Thorsteinsson, and J. T. Gudmundsson, "Low pressure hydrogen discharges diluted with argon explored using a global model," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 19, no. 6, p. 65008, 2010.
[150] A. Bogaerts and R. Gijbels, "Effects of adding hydrogen to an argon glow discharge: overview of relevant processes and some qualitative explanations," J. Anal. At. Spectrom., vol. 15, no. 4, pp. 441-449, 2000.
[151] S. D. Baalrud, T. Lafleur, W. Fox, and K. Germaschewski, "Instability-enhanced friction in the presheath of two-ion-species plasmas," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 24, no. 1, p. 15034,
2015.
[152] P. Saikia, H. Bhuyan, M. Favre, E. Wyndham, and F. Veloso, "An analytical model of multi-component radio frequency capacitively coupled plasma and experimental validation," Phys. Plasmas, vol. 24, no. 1, p. 13503, 2017.
[153] D. G. Voloshin, Y. A. Mankelevich, O. V Proshina, and T. V Rakhimova, "Modeling of Single and Dual Frequency Capacitive Discharge in Argon Hydrogen Mixture - Dynamic Effects and Ion Energy Distribution Functions," Plasma Process. Polym., vol. 14, no. 4-5, p. 1600119, 2017.
[154] Z. Donko et al., "Fundamental investigations of capacitive radio frequency plasmas: simulations and experiments," Plasma Phys. Control. Fusion, vol. 54, no. 12, p. 124003, 2012.
[155] T. Faraz, K. Arts, S. Karwal, H. C. M. Knoops, and W. M. M. Kessels, "Energetic ions during plasma-enhanced atomic layer deposition and their role in tailoring material properties," Plasma Sources Sci. Technol.., vol. 28, no. 2, p. 24002, 2019.
[156] D. V Lopaev, A. V Volynets, S. M. Zyryanov, A. I. Zotovich, and A. T. Rakhimov, "Actinometry of O, N and F atoms," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 50, no. 7, p. 075202, 2017.
[157] E. J. D. Mahoney, S. Mushtaq, M. N. R. Ashfold, and Y. A. Mankelevich, "Combined Spatially
Resolved Optical Emission Imaging and Modeling Studies of Microwave-Activated H2/Ar and H2/Kr Plasmas Operating at Powers and Pressures Relevant for Diamond Chemical Vapor Deposition," J. Phys. Chem. A, p. accepted, 2019.
[158] B. Goos, E.; Burcat, A.; Ruscic, "Extended Third Millenium Ideal Gas Thermochemical Database with Updates from Active Thermochemical Tables," http://burcat.technion.ac.il/dir, 2016. .
[159] R. Derai et al., "Thermal-energy charge transfer of Ar+ with H2O: Internal and kinetic energy of the product H2O+," Chem. Phys., vol. 44, no. 1, pp. 65-71, 1979.
[160] J. Franek et al., "Power supply and impedance matching to drive technological radio-frequency plasmas with customized voltage waveforms," Rev. Sci. Instrum., vol. 86, no. 5, p. 53504, 2015.
[161] M. L. Talley, S. Shannon, L. Chen, and J. P. Verboncoeur, "IEDF distortion and resolution considerations for RFEA operation at high voltages," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 26, no. 12, p. 125001, 2017.
[162] T. H. M. van de Ven, C. A. de Meijere, R. M. van der Horst, M. van Kampen, V. Y. Banine, and J. Beckers, "Analysis of retarding field energy analyzer transmission by simulation of ion trajectories," Rev. Sci. Instrum., vol. 89, no. 4, p. 43501, 2018.
[163] E. Schungel, Z. Donko, and J. Schulze, "A Simple Model for Ion Flux-Energy Distribution Functions in Capacitively Coupled Radio-Frequency Plasmas Driven by Arbitrary Voltage Waveforms," Plasma Process. Polym., vol. 14, no. 4-5, p. 1600117, 2017.
[164] H. R. Skullerud, "The stochastic computer simulation of ion motion in a gas subjected to a constant electric field," J. Phys. D. Appl. Phys., vol. 1, no. 11, pp. 1567-1568, 1968.
[165] N. Hershkowitz, "Sheaths: More complicated than think," Phys. Plasmas, vol. 12, no. 5, p. 055502, 2005.
[166] L. Oksuz, D. Lee, and N. Hershkowitz, "Ion acoustic wave studies near the presheath/sheath boundary in a weakly collisional argon/xenon plasma," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 17, no. 1, p. 15012, 2007.
[167] M. Bogdanova, D. Lopaev, S. Zyryanov, D. Voloshin, and T. Rakhimova, "Ion composition of rf CCP in Ar/H2 mixtures," Plasma Sources Sci. Technol., vol. 28, no. 9, p. 095017, 2019.
[168] M. Bogdanova, D. Lopaev, S. Zyryanov, T. Rakhimova, and D. Voloshin, "Ion composition and energy spectra in Ar/H2 CCP discharges," in 9th Radio-Frequency Discharge Workshop, 2019.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.