Сотрудники научно-образовательной школы МГУ «Фотоника» 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 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.