Сотрудники НОШ МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» представили виртуальный датчик энергетического спектра ионов в плазме высокочастотных емкостных разрядов и показали возможности его использования. Точный контроль параметров, определяемых с помощью датчика, необходим при производстве современных микрочипов, например, при атомно-слоевом травлении материала подзатворного диэлектрика. В перспективе это позволит усовершенствовать технологии создания новых материалов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Plasma Sources Science and Technology.

Ион-стимулированные поверхностные процессы являются основой современных технологий плазменной обработки материалов, таких как плазмохимическое травление и осаждение металлов, полупроводников и диэлектриков. Энергетический спектр ионов, приходящих на электрод, – важная характеристика разряда, определяющая скорость реакций на поверхности.

В таких технологических процессах необходим прецизионный (высокоточный) контроль различных параметров плазмы, в том числе энергетического спектра ионов, особенно при проведении травления с атомно-слоевой точностью. Поскольку этот контроль должен осуществляться в «реальном времени», для него требуется обратная связь «в реальном времени» с использованием быстрых датчиков параметров процесса.

«В работе использовался разработанный в нашей лаборатории датчик энергетического спектра ионов. Однако это инвазивная диагностика, и в промышленном плазмохимическом реакторе его использование невозможно. Поэтому в работе предлагается подход, называемый «виртуальным датчиком», то есть оценка энергетического спектра ионов по внешним измеряемым параметрам газового разряда с использованием математического моделирования. Отладка данной модели («виртуального датчика») осуществляется на экспериментальных данных с «настоящего» (не «виртуального» датчика)», – рассказал доцент кафедры атомной физики физического факультета МГУ Сергей Зырянов.

В работе датчик применялся для измерения параметров асимметричного двухчастотного разряда с использованием быстрого метода расчета распределения энергии ионов на электроде с приложенным высокочастотным напряжением смещения. В таком подходе в качестве входных данных используется экспериментально измеренная форма напряжения на плазменном слое и плотность плазмы, а также проводится моделирование движения ионов в оболочке методом Монте-Карло.

Полученные результаты демонстрируют возможность использования виртуального датчика распределения энергии ионов в плазме высокочастотных разрядов и важны для исследований реакторов плазмохимического травления, используемых при производстве современных микрочипов с характерным размером структур менее 10 нанометров.