ГЛАВА 3. Физико-химические основы процессов взаимодействия активных частиц плазмы с поверхностью

1. Классификация процессов взаимодействия активных частиц плазмы с поверхностью

Как уже отмечалось выше, в газоразрядной плазме пониженного давления образуется целый ряд частиц, обладающих повышенной химической активностью - свободные атомы и радикалы, ионы, возбужденные состояния атомов и молекул. Химические реакции этих частиц с обрабатываемым материалом, сопровождающиеся образованием газообразных продуктов, и представляют собой процесс плазмохимического травления. В приэлектродных областях разрядов пониженного давления (в области катодного падения потенциала) ионы могут приобретать энергию, достаточную для выбивания атомов мишени - это, так называемое, физическое распыление, являющееся одним из видов процесса травления. Кроме того, в низкотемпературной газоразрядной плазме имеются факторы, стимулирующие взаимодействие молекул в основном состоянии с обрабатываемым материалом. К таким факторам относятся: нагревание поверхности материала, бомбардировка поверхности ионами, не принимающими непосредственно участия в химической реакции, потоки электронов на поверхность обрабатываемого материала и излучение плазмы, особенно ультрафиолетовое. С учетом изложенного гетерогенные плазмохимические процессы в разрядах пониженного давления могут быть классифицированы следующим образом:

• Плазмохимическое травление (ПХТ) - процесс, при котором удаление поверхностных слоев материала происходит в результате химических реакций активных частиц, сопровождающихся образованием газообразных при данных условиях продуктов (рис.1,а). При погружении обрабатываемого изделия непосредственно в зону плазмы в реакциях могут участвовать все типы активных частиц, образующихся в разряде, причем процесс может дополнительно стимулироваться нагреванием твердого тела, электронной и ионной бомбардировкой, излучением плазмы. Если образец находится вне зоны плазмы - в области послесвечения, то основными реагирующими частицами являются свободные атомы и радикалы, а эффекты стимуляции, упомянутые выше, существенно снижаются или полностью устраняются. Такая разновидность плазмохимического травления получила название радикального травления (РТ).
• Ионное травление (ИТ), при котором удаление материала с поверхности происходит только в результате физического распыления, причем последнее осуществляется ионами, химически не реагирующими с материалом мишени, чаще всего ионами инертных газов (рис.1,б). Существуют две разновидности этого процесса. Во-первых, это ионно-плазменное травление (ИПТ) - распыление материала, являющегося катодом тлеющего или потенциальным электродом высокочастотного разряда. При этом поток ионов имеет некоторое распределение по энергиям, то есть является немонокинетичным, и действуют такие стимулирующие факторы, как нагревание изделия, излучение. Отметим, что эффекты стимуляции при физическом распылении или ионном травлении проявляются сравнительно слабо и их целесообразно учитывать только при обработке органических материалов. Во вторых, ионно-лучевое травление (ИЛТ), то есть распыление материала монокинетическим ионным пучком, источником которого может являться газоразрядная плазма. В этом случае стимулирующими воздействиями можно пренебречь.
• Реактивное ионное травление (РИТ) или ионно-химическое травление. Это процесс сочетает совместное воздействие физического распыления и химических реакций, в том числе и реакций химически активных ионов. Так же как в случае физического распыления процесс может протекать на электроде газоразрядной системы (реактивное ионно-плазменное травление, РИПТ) или в ионно-лучевом варианте (реактивное ионно-лучевое травление, РИЛТ).
• Стимулированные процессы - взаимодействие химически активного газа с материалом подложки при наличии стимулирующего воздействия, источником которого может быть и газоразрядная плазма. Рис.1,в представляет ионно-стимулированный процесс, где ионная бомбардировка способствует удалению с поверхности труднолетучих продуктов взаимодействия.

а)	б)	в)

Рис. 1. Схематическое представление основных процессов взаимодействия активных частиц плазмы с поверхностью