УДК 621.382
ЯФАРОВ Р.К.
МИКРОВОЛНОВАЯ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННАЯ С
ЭЛЕКТРОННЫМ ЦИКЛОТРОННЫМ РЕЗОНАНСОМ
ОБРАБОТКА КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД НА
ЛЕНТОЧНЫХ НОСИТЕЛЯХ
СО ИРЭ РАН, г. Саратов, 410009, а/я 1072, тел.: (8452) 722401, e-mail: pirpc@ire.san.ru
Разработка оборудования и технологии высокопроизводительной вакуумно-
плазменной обработки (очистки, осаждения, травления и т.д.) потоками ионов,
атомов, молекул и радикалов инертных или химически активных газов слоев
пленочных материалов на ленточных носителях в микроэлектронике, оптике,
производстве пленочных материалов солнечной энергетики, стекольной и других
отраслях промышленности является в настоящее время актуальной проблемой.
Другой не менее актуальной проблемой является создание источников плазмы для
высокопроизводительной
безрадиационной
обработки
полупроводниковых
материалов на подложках большой площади. Последнее может быть реализовано
при использовании плазмы микроволнового газового разряда в магнитном поле.
Однако поиск путей одновременного увеличения интенсивности и равномерности
обработки пластин большого диаметра остается актуальным. Создание источников
плазмы большого объема наталкиваются, как правило, на серьезные трудности,
связанные с нежелательным снижением концентрации плазмы и ее равномерности
при увеличении площади пластины. Это приводит, соответственно, к уменьшению
скорости и равномерности обработки. Одним из путей решения проблемы является
создание микроволновых источников плазмы с распределенным вводом энергии [1].
Принципиальным недостатком существующих ныне систем для обработки
ленточных (рулонных) материалов и получения слоя плазмы большой площади,
является высокая их сложность и ограниченность ширины ленточного материала
размерами источника плазмы, имеющего круглое сечение, и наличием краевых
эффектов [2]. Последние обусловлены различием форм источника плазмы и
протягиваемого объекта, которое для сохранения равномерности обработки требует

ограничения его ширины в 1,5-1,7 раз меньше, по сравнению с диаметром источника
плазмы. Вместе с тем хорошо известны трудности создания ЭЦР микроволновых
источников большой площади с удовлетворительной равномерностью обработки.
По современным данным ширина обработки ленточных материалов с обеспечением
допустимой неравномерности 5-10% не превышает 200-350 мм.
В связи с вышеизложенным разработано устройство для вакуумно-плазменной
обработки пластин различной формы сколь угодно большой ширины и
протяженности, позволяющим увеличить энерговклад и равномерность плазменного
разряда для повышения производительности и однородности микрообработки
материалов на ленточных носителях.
Достигается это тем, что ввод СВЧ-энергии в операционную камеру,
выполненную в виде прямоугольного резонатора на частоте генерации СВЧ
источника, является многоканальным (распределенным). Возбуждение в резонаторе
СВЧ колебаний вида Hmnp с p>>m,n осуществляется через прямоугольный
волновод, расположенный вдоль широкой длинной стенки резонатора, и отверстий
связи в общей стенке. Один конец волновода подключен к генератору СВЧ
мощности Pвх, другой может быть короткозамкнут или иметь настроечный
поршень. В середине боковых противоположных стенок операционной камеры
имеются невозмущающие для СВЧ колебаний резонатора узкие длинные щели,
через
которые протягивается
ленточный обрабатываемый
материал
и
осуществляется соединение со средствами откачки.
Невозмущающий характер щелей для СВЧ колебаний резонатора в
предлагаемом устройстве может быть обеспечен в том случае, если индекс n
колебаний будет нечетным. При этом на щели имеется только продольный ток Jz.
При выбранном способе возбуждения (через отверстия связи, расположенные
симметрично относительно плоскости x= a/2, где а - ширина резонатора) индекс m
также может быть только нечетным. Расположение отверстий связи по координате z
обеспечивает селективность возбуждения по продольному индексу p. Отверстия
связи между одномодовым волноводом и многомодовой операционной камерой
выполнены в виде вакуумноплотных диэлектрических окон в общей длинной стенке
волноводно-резонаторного перехода.

Для увеличения производительности плазменной обработки материалов на
ленточных
носителях
возможно
последовательное
наращивание
объема
одновременной обработки в операционной камере за счет использования
нескольких резонаторов - модулей, расположенных вплотную друг к другу узкими
щелями. В этом случае для повышения равномерности обработки отверстия связи в
соседних резонаторах смещаются друг относительно друга на расстояние l/n, где n -
количество используемых волноводно-резонаторных пар. Для возбуждения СВЧ
колебаний в таких многорезонаторных системах может использоваться один с
разветвленным вводом или несколько источников мощности. Необходимо отметить,
что при таком многоканальном вводе СВЧ энергии эффективность поглощения СВЧ
мощности плазмой и ее плотность значительно увеличиваются из-за уменьшения
суммарного отражения электромагнитных волн от областей плазмы повышенной
плотности непосредственно примыкающих к вводам энергии, по сравнению со
случаем только одного сосредоточенного ввода СВЧ энергии, как это обычно имеет
место. Описанная конструкция реактора является резонансной. Следовательно, при
невысоких уровнях мощности СВЧ генератора реализуются значительного уровня
напряженности электромагнитного поля по длине каждого резонатора,
обеспечивающие необходимую концентрацию плазмы по ширине протягиваемого
ленточного покрытия.
Описанная конструкция может рассматриваться как базисная и на ее основе
могут быть созданы другие варианты плазменных устройств. Например, на базе
данного устройства за счет применения многополюсных магнитных систем,
установленных на внешней поверхности многомодовых реакторов между
прямоугольными волноводами и обеспечивающих образование скрещенных
электрических, вводимых в реакторы через отверстия связи в прямоугольных
волноводах, и постоянных внешних магнитных полей, легко получить устройство с
распределенным по реакторам электронно циклотронным резонансом и
одновременно способствовать удержанию плазмы от попадания на стенки.
Предложенная конструкция позволяет значительно увеличить ширину
равномерной обработки пластин, сделать практически ее сколь угодно большой,
увеличить энерговклад в плазменный разряд, повысив тем самым плотность плазмы,

производительность обработки и управляемость параметрами плазменного
процесса, уменьшить габариты, вес магнитных систем, уменьшить стоимость
установки и технологии.
1.
Гуляев Ю.В., Черкасов И.Д., Яфаров Р.К. Диффузионная модель газового
СВЧ-разряда в магнитном поле с распределенным вводом энергии. ДАН. 1998.
Т.358. N3. С.333-338.
2.
Патент ЕР 0279895 А2. 1С :H 01 J 37/32