A one-dimensional steady-state hydrodynamic model of electron beam generated plasmas produced in Ar-SF6 mixtures at low pressure in a constant magnetic field was developed. Simulations were performed for a range of SF6 partial pressures at constant 30 mTorr total gas pressure to determine the spatial distribution of species densities and fluxes. With the addition of small amount of SF6 (∼1%), the confining electrostatic field sharply decreases with respect to the pure argon case. This effect is due to the applied magnetic field inhibiting electron diffusion. The hallmark of electronegative discharge plasmas, positive ion—negative ion core and positive ion—electron edge, was not observed. Instead, a plasma with large electronegativity (∼100) is formed throughout the volume, and only a small fraction (≈30%) of the parent SF6 molecules were dissociated to F2, SF2, and SF4. Importantly, F radical densities were found to be very low, on the order of the ion density. Model predictions for the electron density, ion density, and plasma electronegativity are in good agreement with experimental data over the entire range of SF6 concentrations investigated.

1.
D. J.
Economou
,
Appl. Surf. Sci.
253
,
6672
(
2007
).
2.
V. M.
Donnelly
and
A.
Kornblit
,
J. Vac. Sci. Technol., A
31
,
050825
(
2013
).
3.
E.
Stoffels
,
W. W.
Stooffels
,
D.
Vender
,
M.
Haverlag
,
G. M. W.
Kroesen
, and
F. J.
DeHoog
,
Contrib. Plasma Phys.
35
,
331
(
1995
).
4.
H.
Ohtake
and
S.
Samukawa
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
2416
(
1996
).
5.
V.
Midha
and
D. J.
Economou
,
Plasma Sources Sci. Technol.
9
,
256
(
2000
).
6.
S. G.
Walton
,
D. R.
Boris
,
S. C.
Hernandez
,
E. H.
Lock
,
Tz. B.
Petrova
,
G. M.
Petrov
, and
R. F.
Fernsler
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
,
N5033
(
2015
).
7.
Y.-D.
Lim
,
S.-H.
Lee
,
W. J.
Yoo
,
O.-J.
Jung
,
S.-C.
Kim
, and
H.-C.
Lee
,
J. Korean Phys. Soc.
54
,
1774
(
2009
).
8.
D.
Leonhardt
,
S. G.
Walton
,
C.
Muratore
,
F.
Fernsler
, and
R. A.
Meger
,
J. Vac. Sci. Technol., A
22
,
2276
(
2004
).
9.
B. J.
Orf
,
S. G.
Walton
,
D.
Leonhardt
, and
G. S.
Oehrlein
,
J. Vac. Sci. Technol., A
25
,
779
(
2007
).
10.
S. G.
Walton
,
E. H.
Lock
,
A.
Ni
,
M.
Baraket
,
R. F.
Fernsler
,
D. D.
Pappas
,
K. E.
Strawhecker
, and
A. A.
Bujanda
,
J. Appl. Polym. Sci.
117
,
3515
(
2010
).
11.
S. G.
Walton
,
E. H.
Lock
, and
R. F.
Fernsler
,
Plasma Processes Polym.
5
,
453
(
2008
).
12.
E. H.
Lock
,
D. Y.
Petrovykh
,
P.
Mack
,
T.
Carney
,
R. G.
White
,
S. G.
Walton
, and
R. F.
Fernsler
,
Langmuir
26
,
8857
(
2010
).
13.
M.
Baraket
,
S. G.
Walton
,
E. H.
Lock
,
J. T.
Robinson
, and
F. K.
Perkins
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
231501
(
2010
).
14.
S. C.
Hernández
 et al,
ACS Nano
7
,
4746
(
2013
).
15.
A. V.
Jagtiani
 et al,
J. Vac. Sci. Technol., A
34
,
01B103
(
2016
).
16.
D. R.
Boris
,
R. F.
Fernsler
, and
S. G.
Walton
,
Plasma Sources Sci. Technol.
24
,
025032
(
2015
).
17.
S. G.
Walton
,
D.
Leonhardt
,
R. F.
Fernsler
, and
R. A.
Meger
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
987
(
2002
).
18.
S. G.
Walton
,
D.
Leonhardt
,
R. F.
Fernsler
, and
R. A.
Meger
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
626
(
2003
).
19.
S. G.
Walton
and
R. F.
Fernsler
,
Plasma Source Sci. Technol.
18
,
022001
(
2009
).
20.
D. R.
Boris
,
G. M.
Petrov
,
E. H.
Lock
,
Tz. B.
Petrova
,
R. F.
Fernsler
, and
S. G.
Walton
,
Plasma Sources Sci. Technol.
22
,
065004
(
2013
).
21.
G. M.
Petrov
,
D. R.
Boris
,
Tz. B.
Petrova
,
E. H.
Lock
,
R. F.
Fernsler
, and
S. G.
Walton
,
Plasma Sources Sci. Technol.
22
,
065005
(
2013
).
22.
P. D.
Edgley
and
A.
von Engel
,
Proc. R. Soc. A
370
,
375
(
1980
).
23.
C. M.
Ferreira
,
G.
Gousset
, and
M.
Touzeau
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
21
,
1403
(
1988
).
24.
C. M.
Ferreira
and
G.
Gousset
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
24
,
775
(
1991
).
25.
I. G.
Kouznetsov
,
A. J.
Lichtenberg
, and
M. A.
Lieberman
,
J. Appl. Phys.
86
,
4142
(
1999
).
26.
I. G.
Kouznetsov
,
A. J.
Lichtenberg
, and
M. A.
Lieberman
,
Plasma Sources Sci. Technol.
5
,
662
(
1996
).
27.
I. D.
Kaganovich
,
B. N.
Ramamurthi
, and
D. J.
Economou
,
Phys. Rev. E
64
,
036402
(
2001
).
28.
A. J.
Lichtenberg
,
V.
Vahedi
,
M. A.
Lieberman
, and
T.
Rognlien
,
J. Appl. Phys.
75
,
2339
(
1994
).
29.
D.
Vender
,
W. W.
Stoffels
,
E.
Stoffels
,
G. M. W.
Kroesen
, and
F. J.
de Hoog
,
Phys. Rev. E
51
,
2436
(
1995
).
30.
E.
Kawamura
,
A. J.
Lichtenberg
, and
M. A.
Lieberman
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
495201
(
2012
).
31.
S.
Rauf
,
P. L. G.
Ventzek
,
I. C.
Abraham
,
G. A.
Hebner
, and
J. R.
Woodworth
,
J. Appl. Phys.
92
,
6998
(
2002
).
32.
S.
Rauf
,
W. J.
Dauksher
,
S. B.
Clemens
, and
K. H.
Smith
,
J. Vac. Sci. Technol., A
20
,
1177
(
2002
).
33.
L.
Lallement
,
A.
Rhallabi
,
C.
Cardinaud
,
M. C.
Peignon-Fernandez
, and
L. L.
Alves
,
Plasma Sources Sci. Technol.
18
,
025001
(
2009
).
34.
M.
Mao
,
Y. N.
Wang
, and
A.
Bogaerts
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
44
,
435202
(
2011
).
35.
M.
Draghici
and
E.
Stamate
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
155205
(
2010
).
36.
A.
Pateau
,
A.
Rhallabi
,
M.-C.
Fernandez
,
M.
Boufnichel
, and
F.
Roqueta
,
J. Vac. Sci. Technol., A
32
,
021303
(
2014
).
37.
M. A.
Lieberman
and
A. J.
Lichtenberg
,
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing
(
John Wiley and Sons
,
New York
, 1994).
38.
E.
Kawamura
,
A. J.
Lichtenberg
, and
M. A.
Lieberman
,
J. Appl. Phys.
108
,
103305
(
2010
).
39.
R. N.
Franklin
and
J.
Snell
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
32
,
1031
(
1999
).
40.
G.
Leray
,
P.
Chabert
,
A. J.
Lichtenberg
, and
M. A.
Lieberman
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
42
,
194020
(
2009
).
41.
R.
Kawai
and
T.
Mieno
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
36
,
L1123
(
1997
).
42.
D.
Levko
,
L.
Garrigues
, and
G. J. M.
Hagelaar
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
045205
(
2014
).
43.
P. J.
Chantry
,
J. Appl. Phys.
62
,
1141
(
1987
).
44.
.
V. E.
Golant
,
A. P.
Zhilinsky
, and
I. E.
Sakharov
,
Fundamentals of Plasma Physics
(
Wiley
,
New York
,
1980
).
45.
G. V.
Pereverzev
and
G.
Corrigan
,
Comput. Phys. Commun.
179
,
579
(
2008
).
46.
J.-P.
Boeuf
and
L. C.
Pitchford
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
19
,
286
(
1991
).
47.
G. M.
Petrov
,
J.
Giuliani
, and
A.
Dasgupta
,
J. Appl. Phys.
91
,
2662
(
2002
).
48.
M.
Hayashi
and
T.
Nimura
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
17
,
2215
(
1984
).
49.
L. E.
Kline
,
D. K.
Davies
,
C. L.
Chen
, and
P. J.
Chantry
,
J. Appl. Phys.
50
,
6789
(
1979
).
50.
L. G.
Christophorou
and
J. K.
Olthoff
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
29
,
267
(
2000
).
51.
R.
Rejoub
,
D. R.
Sieglaff
,
B. G.
Lindsay
, and
R. F.
Stebbings
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
34
,
1289
(
2001
).
52.
M.
Lio
,
M.
Goto
,
H.
Toyoda
, and
H.
Sugai
,
Contrib. Plasma Phys.
35
,
405
(
1995
).
53.
M. A.
Ali
,
K. K.
Irikura
, and
Y.-K.
Kim
,
Int. J. Mass Spectrom.
201
,
187
(
2000
).
54.
N. S.
Shuman
,
T. M.
Miller
,
N.
Hazari
,
E. D.
Luzik
, Jr.
, and
A. A.
Viggiano
,
J. Chem. Phys.
133
,
234304
(
2010
).
55.
M.
Hayashi
and
T.
Nimura
,
J. Appl. Phys.
54
,
4879
(
1983
).
56.
M. R.
Talukder
,
S.
Bose
,
M. A. R.
Patoary
,
A. K. F.
Haque
,
M. A.
Uddin
,
A. K.
Basak
, and
M.
Kando
,
Eur. Phys. J. D
46
,
281
(
2008
).
57.
R.
Girard
,
J. B.
Belhaouari
,
J. J.
Gonzalez
, and
A.
Gleizes
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
32
,
2890
(
1999
).
58.
H. M.
Anderson
,
J. A.
Merson
, and
R. W.
Light
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
14
,
156
(
1986
).
59.
L. E.
Kline
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
14
,
145
(
1986
).
60.
C.
Riccardi
,
R.
Barni
,
F.
de Colle
, and
M.
Fontanesi
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
28
,
278
(
2000
).
61.
J.-B.
Belhaouari
,
J.-J.
Gonzalez
, and
A.
Gleizes
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
31
,
1219
(
1998
).
62.
K. R.
Ryan
and
I. C.
Plumb
,
Plasma Chem. Plasma Process.
10
,
207
(
1990
).
63.
K.
Bederski
and
L.
Wojcik
,
Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes
154
,
145
(
1996
).
64.
M. R.
Flannery
and
T. P.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
32
,
327
(
1978
).
65.
T. M.
Miller
,
J. F.
Friedman
, and
A. A.
Viggiano
,
Int. J. Mass Spectrom.
267
,
190
(
2007
).
66.
H. W.
Ellis
,
R. Y.
Pal
, and
E. W.
McDaniel
,
At. Data Nucl. Data Tables
17
,
177
(
1976
).
67.
H. W.
Ellis
,
E. W.
McDaniel
,
D. L.
Albritton
,
L. A.
Viehland
,
S. L.
Lin
, and
E. A.
Mason
,
At. Data Nucl. Data Tables
22
,
179
(
1978
).
68.
H. W.
Ellis
,
M. G.
Thackston
,
E. W.
McDaniel
, and
E. A.
Mason
,
At. Data Nucl. Data Tables
31
,
113
(
1984
).
69.
.
J. O.
Hirschfelder
,
C. F.
Curtiss
, and
R.
Byron Bird
,
The Molecular Theory of Gases and Liquids
(
Wiley
,
New York
,
1964
).
70.
C. D.
Cothran
,
D. R.
Boris
,
C. S.
Compton
,
E. M.
Tejero
,
R. F.
Fernsler
,
W. E.
Amatucci
, and
S. G.
Walton
,
Surf. Coat. Technol.
267
,
111
(
2014
).
71.
R. F.
Fernsler
,
Plasma Sources Sci. Technol.
18
,
014012
(
2009
).
72.
S. G.
Walton
,
D.
Leonhardt
, and
R. F.
Fernsler
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
083503
(
2007
).
73.
F. C.
Fehsenfeld
,
J. Chem. Phys.
54
,
438
(
1971
).
74.
R.
Richter
,
P.
Tosi
, and
W.
Lindinger
,
J. Chem. Phys.
87
,
4615
(
1987
).
75.
R. J.
Shul
,
B. L.
Upschulte
,
R.
Passarella
,
R. G.
Keesee
, and
A. W.
Castleman
, Jr.
,
J. Phys. Chem.
91
,
2556
(
1987
).
76.
Z. A.
Talib
and
M.
Saporoschenko
,
Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes
116
,
1
(
1992
).
You do not currently have access to this content.