فيزياء البلازما واهمية استخدامها في عملية  حفر الدوائر الالكترونية
16/06/2019

البلازما

        تتكون البلازما مـن أيـونات مـوجبة الشحنة وإلكترونات سـالبة بالإضافة إلى ذرات متعادلة  يعد العالم Langmauir  أول من أطلق تسمية البلازما على حالة تأين الغاز وكلمة بلازما إغريقية الأصل تعني لغوياً المادة الجلاتينية  .

تتواجد المادة في الطبيعة بثلاث حالات هي الصلبة ، السائلة والغازية وهناك الحالة الرابعة وهي البلازما والصفة التي تميز حالة عن أخرى تكمن في قوة ربط الأواصر بين الدقائق المكونة للمادة حيث تكون هذه القوة كبيرة جداً في الحالة الصلبة وضعيفة في الحالة السائلة وشبه معدومة في الحالة الغازية ومعدومة تقريباً في حالة البلازما ، من الممكن أن تتحول المادة من حالة إلى أخرى تحت شروط معينة لذلك يعتبر هذا التغير طوري للمادة ، أما بالنسبة للبلازما فأنها تحدث تدريجياً بازدياد درجة حرارة المادة الغازية لذلك لا يعتبر تحول المادة من الحالة الغازية إلى حالة البلازما تحولاً طورياً.

تعرف البلازما على أنها غاز متأين جزئياً أو كلياُ الا أن مفهوم البلازما هو أشمل من ذلك بكثير ، إذ يمكن أن توجد البلازما ضمن الحالة الصلبة أو الحالة السائلة للمادة أيضاً  ، كما هي الحال في أشباه الموصلات إذ توجد وبشكل دائم شحنات موجبة هي الفجوات Holes والكترونات حرة الحركة فأن وجود الأيونات الموجبة والسالبة ضمن محلول مائي الكتروليتي يقع ضمن مـفهوم البـلازما ، إلا أن دراسة البلازما فـي حالتها الغازية كـانت ولا تزال الـدراسة الأكـثر شيوعاً مـن الناحيتين النظرية والعملية لأنها تشكل الحـالة الأوسع وكـذلك لأهميتها الكبيرة.

أن الغلاف الجوي والشمس والنجوم هي في الحقيقة بحالة بلازما وفي حياتنا اليومية تتكون البلازما عند الصواعق والإعلانات الضوئية ( تأين جزئي ) وهذا يعني أننا نعيش في %1 مـن الكون وهـو الجزء الذي لا تتكون فيه حالة البلازما  .

أهمية الحفر بالبلازما 

       أن التطور السريع الـذي شـهدته صناعة نـمائط أشباه الموصلات دفعت البـاحثين  بالتوجـه إلـى استنباط طـرائق حـديثـة غـير نـمطية لتجـاوز الاخـتناقات والمحـددات التي رافـقت عـملية تـوظيف أصغر مــساحـة ممكـنة لاكبر عـدد مـن الـدوائــر الإلكـترونـيـة والتـي تجــاوزت مقياس ،

 ( VLSI ,103 - 105 devices/circuit) الى (ULSI >106 devices/ circuit ) حـالياً  ، وكـان أحـد هـذه الحلول هـو أستخدام بـلازما التفريغ المتوهج فـي عملية الحفـر بـالبـلازما كمرحلة أساسية فـي تـصنيع النمائط الإلكترونية الدقيقة ( Manufacturing  Microelectronic) .

أبتـدأ العـالـم بـأستخــدام عـمليـات الحـفر الكيميائـي الـرطب (Wet Chemical Etching) حيث يتم غمر الأساس(العينة) (Substrate) في محلول كيميائي ونتيجة حصول التفاعلات الكيميائية تتحقق عملية الحـفر الكيميائي (Chemical Etching )  ، الا أن هذه العملية عليها مـآخذ كثيرة منها عـلى سبيل المثال حـصول حـفر متباين (Isotropic Etching) ، مكلفة ، غير أمينة ، تسبب تلوث بيئي ومحدودة الامكانيات .

في نهاية القرن العشرين ظهرت حاجة عمليات تصنيع النمائط الالكترونية الدقيقة للحصول على حفر أخاديد ذات أبعاد حجمية صغيرة جداً (Sub-micro) في الاساس الذي يستخدم في صناعة الدائرة الالكترونية بقياس VLSI ULSI , ، لذلك أصبحت عملية الحفر الكيميائي الرطب غير قادرة على تحقيق المستلزمات أعـلاه.

هنا بـرزت الاهمية الى البحث فــي مجال أستنباط ماهو جديد فـي مجال التقنيات العلمية لمواكبة حـركة التطور السريع والنمو الهائل للصناعات الإلكترونية الـدقيقة وذلـك لتجـاوز مـحددات الحـالة التقليدية ونتيجة البحــث العلمي المستمر تمـكن البـاحـثون الـرواد ومنهم البــاحثان (Castaing & Broers) فـي نهاية الستينات مـن أستخدام البـلازما فـي عـمليات الحفـر واطـلق عـليها تسمية التفريز ألايـوني (Ion Milling) ، هـذا التطور حقـق إمكانية التوسع في عمليات حفر المعادن وأشباه الموصلات والعوازل لأغـراض تطبيقية (4) .

وبـذلك تـم فتح آفـاق واسعة للتطور في هذا المجال الحيوي ، قام الباحثون بحفــر رقائـق السيليكـون المخـتلفة الأنـواع بـاستخـدام عـدة غـازات منـها(  CF4 , SF6  CF3Br, ( ClF3 ,  ولم يقتصر العمل على حفر السيليكون فقط بل تعدى الأمر الى حفر الألمنيوم ، التيتانيوم ، الجرمانيوم والتنكستن.

 تشكل البلازما  نسبة كبيرة مـن الكون الذي نعيش فيه الا أن توظيف ذلك في مجال الصناعات الحـيوية بـدأ متأخـراً عـلماً أن الربـع الأول مـن القرن الماضي شهد ظـهور مـفهوم البـلازما والاهـتمام بـها عـلى يـد البـاحـثيـن (Langmuir & Tonks) بعد أن كان مفهوم الغاز المتأين هو السائد، استحوذت دراسة فيزياء البلازما باهتمام العلماء والباحثين لأغراض تعميق المفاهيم الفيزيائية ومن ثم توظيفها صناعياً لما تمتلكه من إمكانيات كافية يمكن الاستفادة منها في مجالات الصناعة.

 

 

 

 

                                                                                      الاستاذ المساعد / انتصار كاظم عبد

                                                                                قسم الحاسوب / كلية التربية للعلوم الصرفة