Г.Р. Сагателян – д.т.н., профессор, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

E-mail: h_sagatelyan@mail.ru

И.Ю. Грачев – студент, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

E-mail: soweo8@gmail.com

К.Н. Бугорков – зам. нач. отдела, НИИ прикладной механики им. В.И. Кузнецова (Москва)

E-mail: Milan85@yandex.ru

Н.В. Федоркова – к.т.н., доцент, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

E-mail: k_rl6@bmstu.ru

Постановка проблемы. Плазмохимическое травление – одна из ключевых нанотехнологических операций в микроэлектронике; используется также при изготовлении деталей дифракционной оптики. Наиболее эффективной с технологической точки зрения является индуктивно связанная плазма, обеспечивающая наивысшую плотность последней. Однако распределение глубины формируемого рельефа оказывается неравномерным по всей площади обрабатываемой поверхности. Очевидно, что это связано с неравномерностью распределения заряженных частиц. До настоящего времени не уделено достаточного внимания аналитическому рассмотрению распределения электромагнитного поля в объеме вакуумной камеры.

Цель работы – разработка методики расчета распределения магнитной индукции и электрической напряженности электромагнитного поля, создаваемого в полости вакуумной камеры плоским индуктором в форме спиральной антенны.

Результаты. Разработана методика расчета распределения магнитной индукции и электрической напряженности электромагнитного поля, создаваемого в плазме высокочастотного разряда плоской спиральной антенной. Магнитная индукция рассчитывается на основе применения закона Био–Савара–Лапласа для замкнутого витка с током. Число замкнутых витков принимается равным числу спиральных витков антенны с соблюдением габаритов антенны и шага витков. Напряженность электрического поля рассчитывается на основе применения закона электромагнитной индукции Фарадея (третьего уравнения Максвелла, записываемого в интегральной форме). Получены пространственные графики распределения магнитной индукции и электрической напряженности для случаев одного витка, двух витков и любого заранее заданного числа витков.

Практическая значимость. Предложенная модель и разработанная методика расчета могут быть использованы как при проектировании новых установок плазмохимического травления с обеспечением повышенной равномерности распределения характеристик электромагнитного поля в требуемой области вакуумной камеры, так и при проектировании средств технологического оснащения для использования установок плазмохимического травления существующих конструкций с обеспечением наибольшей эффективности групповой или индивидуальной обработки заготовок.

1. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2005. P. 285–325.
2. Галперин В.А., Данилкин Е.В., Мочалов А.И. Процессы плазменного травления в микро- и нанотехнологиях [Электронный ресурс]: Учеб. пособие / Под ред. С.П. Тимошенкова. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2013. С. 39–42.
3. Томилин В.И., Томилина Н.П., Чернов В.К., Барашков В.А., Томкин А.М. Физико-химические основы технологии электронных средств: Учеб. пособие по лабораторному практикуму. Красноярск: Изд-во СФУ. 2007. С. 7–26. http://files.lib.sfukras.ru/ebibl/umkd/136/u_lab.pdf.
4. Pedersen M., Huff M. Plasma Etching of Deep High-Aspect Ratio Feauters Into Fused Silica // Journal of Microelectronical Systems. 2017. V. 26. № 2. P. 448–455.
5. Knizikevicius R. Simulations of Si and SiO2 etching in SF6 + O2 plasma // Acta Physica Polonica A. 2010. V. 117. № 3. P. 478–483.
6. Kokkoris G., Gogolides E., Boudouvis A.G. Etching of SiO2 features in fluoro-carbon plasmas: Explanation and prediction of gas-phasecomposition effects on aspect ratio dependent phenomena in trenches // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 5 (1 March). P. 2697–2707.
7. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р., Ковалев М.С., Бугорков К.Н. Особенности плазмохимического травления кварцевого стекла при формировании глубокого рельефа на прецизионных деталях приборов // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 70–77.
8. Wang S., Zhou C., Ru H., Zhang Y. Optimized condition for etching fused-silica phase gratings with inductively coupled plasma technology // Applied Optics. 2005.V. 44. № 21. P. 4429–4434. 
9. Казанский Н.Л., Колпаков В.А. Формирование оптического микрорельефа во внеэлектродной плазме высоковольтного газового разряда. М.: Радио и связь. 220 с.
10. Сойфер В.А., Котляр В.В., Досколович Л.Л. Дифракционные оптические элементы в устройствах нанофотоники // Компьютерная оптика. 2009. Т. 33. № 4. С. 352–368.
11. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р., Ковалев М.С. Расчет, конструирование и изготовление дифракционных и голограммных оптических элементов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. С. 42–59.
12. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р., Ковалев М.С., Бугорков К.Н. Влияние скин-эффекта на структуры рельефно-фазовых оптических элементов, получаемых методом плазмохимического травления // Оптический журнал. 2019. Т.86. № 9. С. 78–86.
13. Odinokov S.B., Sagatelyan G.R, Kovalyov M.S. et al. Creation of doe to form the calibration dot patterns inside the optical systems // Computer Optics. 2013. V. 37. № 3. P. 341–351.
14. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р. Технология изготовления дифракционных и голограммных оптических элементов с функциональным микрорельефом поверхности методом плазмохимического травления // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2010. № 2. С. 92–104. 
15. Коновалов С.Ф., Пономарев Ю.А., Майоров Д.В., Подчезерцев В.П., Сидоров А.Г. Гибридные микроэлектромеханические гироскопы и акселерометры // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2011. №10. С. 1–23. http://technomag.edu.ru/doc/219257.html.
16. Ветрова Е.В., Смирнов И.П., Козлов Д.В., Запетляев В.М. Особенности создания чувствительных элементов кремниевых и кварцевых маятниковых акселерометров // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2017. Т. 4. Вып. 2. С. 95–102. 
17. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р., Дроздова Е.А., Бетин А.Ю. Жидкостное травление кремния при изготовлении голограммных оптических элементов // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2018. Т. 10. № 2. С. 38–51.
18. U.S. Department of Health and Human Services. Hazardous Substances Data Bank (HSDB, online database). National Toxicology Information Program, National Library of Medicine, Bethesda, MD. 2015. http://toxnet.nlm.nih.gov/newtoxnet/hsdb.htm
19. Vinogradov A.I., Zaryankin N.M., Prokopev E.P., Timoshenkov S.P., Mikkhailov Yu.A. The optimization of parameters of deep plasma chemical etching of silicon for the elements of microelectromechanic systems // Russian Microelectronics. 2011. V. 40. № 7. December. P. 441–445.
20. Kaiser T.J., Allen M.G. A Pendulous Oscillating Gyroscopic Accelerometer Fabricated Using Deep-Reactive Ion Etching // Journal of microelectromechanical systems. 2003. V. 12. № 1. February. P. 21–28.
21. Li W.T., Bulla D.A.P., Love J., Luther-Davies B., Charles C., Boswell R. Deep dry-etch of silica in a helicon plasma etcher for optical waveguide fabrication // J. Vac. Sci. Technol. A. 2005. V. 23(1). Jan/Feb. P. 146–150. DOI: 10.1116/1.1842114.
22. Noemaun A.N., Mont F.W., Cho J., Schubert E.F., Kim G.B., Sone Ch. Inductively coupled plasma etching of gradedrefractive-index layers of TiO2 and SiO2 using an ITO hard mask // J. Vac. Sci. Technol. A. 2011. V. 29(5). Sep/Oct. P. 051302-1–051302-6.
23. Агасиева С.В., Гудков А.Г., Леушин В.Ю. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 1 / Под ред. А.Г. Гудкова и В.В. Попова // М.: ООО «Автотест». 2012. 212 с.
24. Агасиева С.В., Гудков А.Г. Леушин В.Ю. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 2 / Под ред. А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО «Автотест». 2013. 214 с.
25. Агасиева С.В., Гудков А.Г., Тихомиров В.Г., Леушин В.Ю. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 3 / Под ред. В.Н. Вьюгинова, А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО НТП «Вираж-Центр». 2016. 252 с.
26. Грачев И.Ю., Сагателян Г.Р., Бугорков К.Н. Анализ распределения активного газа в реакторе при плазмохимическом травлении // Естественные и технические науки. 2018. № 4 (118). С. 206–207.
27. Грачев И.Ю., Сагателян Г.Р., Бугорков К.Н. Исследование особенностей распределения химически активных частиц в рабочей камере установки плазмохимического травления // Сб. докладов конференции «Оптические технологии, материалы и системы» (Оптотех – 2018) Физико-технологического института МИРЭА – Российского технологического университета / Под ред. В.С. Кондратенко. М. 2018. С. 121–127.
28. Грачев И.Ю., Сагателян Г.Р., Бугорков К.Н. Анализ распределения активного газа в реакторе при плазмохимическом травлении // Сб. трудов конференции Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике (РНТК ФТИ-2018). 2018. С. 441–445.
29. Берлин Е.В., Григорьев В.Ю., Сейдман Л.А. Индуктивные источники высокоплотной плазмы и их технологические применения. М.: Техносфера. 2018. 461 с.
30. Dudin S.V., Zykov A.V., Dahov A.N., Farenik V.I. Experimental research of ICP reactor for plasma-chemical etching // Problems Atomic Sci. and Technol. Ser.: Plasma Physics (12). 2006. № 6. P. 189–191.
31. Одиноков С.Б., Сагателян Г.Р., Гончаров А.С., Ковалев М.С., Соломашенко А.Б., Вереникина Н.М. Экспериментальные исследования процесса плазмохимического травления стекла при изготовлении дифракционных и голограммных оптических элементов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный научно-технический журнал. 2012. № 5. С. 391–410. DOI: 10.7463/0512.0408094.
32. Подлипнов В.В., Колпаков В.А., Казанский Н.Л. Исследование травления диоксида кремния во внеэлектродной плазме с использованием хромовой маски // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 830–836.
33. Волков А.В., Володкин Б.О., Дмитриев С.В., Ерополов В.А., Моисеев О.Ю., Павельев В.С. Тонкопленочная медь как маскирующий слой в процессе плазмохимического травления кварца // Компьютерная оптика. 2007. Т. 31. № 4. С. 53–55.
34. Волков А.В., Моисеев О.Ю., Полетаев С.Д., Чистяков И.В. Применение тонких пленок молибдена для контактных масок при изготовлении микрорельефов элементов дифракционной оптики // Компьютерная оптика. 2014. Т. 38. № 4. С. 757–762.
35. Фотошаблоны на основе кварца и стекла / АО «НИИ МВ» [Электронный ресурс]. URL: http://www.niimv.ru/products/maskirovannyeplastiny.html.
36. Кручинин Д.Ю., Фарафонтова Е.П. Фотолитографические технологии в производстве оптических деталей: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. 51 с. 
37. Федотов А., Агабеков Ю., Мачикин В. Многофункциональные нанокомпозитные покрытия // Наноиндустрия. 2008. № 1. С. 24–26. 
38. Варданян Э.Л., Ягафаров И.И., Будилов В.В., Киреев Р.М. Математическое моделирование процесса нанесения упрочняющих покрытий на основе интерметаллида системы Ti-Al // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 6. С. 7–10.
39. Вакуумная опытно-промышленная установка нанесения «ионных» покрытий UNICOAT-600. Паспорт. Дзержинск: НПФ «Элан-Практик», 2006. 8 с. http://www.elanpraktik.ru/wp-content/uploads/2017/10/UniCoat-600-pasport.pdf
40. Сагателян Г.Р., Шишлов А.В., Шашурин В.Д. Нанесение функциональных металлических тонкопленочных покрытий на ответственные детали гироскопических приборов космического назначения // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2016. Т. 8. № 3. С. 32–38.
41. Бугорков К.Н., Сагателян Г.Р. Плазмохимическое травление стекла с применением высокочастотной диодной системы // Естественные и технические науки. 2017. № 8 (110). С. 87–91.
42. Бугорков К.Н., Сагателян Г.Р. Возможности плазмохимического травления стекла по диодной схеме // Машиностроение и компьютерные технологии. 2017. № 11. С. 44–63.
43. Одиноков С., Сагателян Г., Бугорков К., Дроздова Е. Закономерности и особенности двухстороннего плазмохимического травления деталей из оптического стекла // Наноиндустрия. 2018. № 1. С 50–62. 
44. Андреев В.Г., Ангелуц А.А., Вдовин В.А., Лукичев В.Ф., Шкуринов А.П. Особенности электрической проводимости пленок хрома нанометровой толщины // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 1. С. 66–71. 
45. Мансуров Г.Н., Петрий О.А. Электрохимия тонких металлических пленок: Монография. М.: МГОУ. 2011. С. 97–106.
46. Гофман У., Рюдорф В., Хаас А., Шенк П. В., Губер Ф., Шмайсер М., Баудлер М., Бехер Х.-Й., Денгес Э., Шмидбаур Х., Эрлих П., Зайферт Х.И. Руководство по неорганическому синтезу: В 6-ти томах. Т.3: Пер. с. нем. / Под ред. Г. Брауэра. М.: Мир. 1985. С. 727–728. 
47. Herbstein F.H., Kapon M., Reisner G.M. Crystal structures of chromium (III) fluoride trihydrate and chromium (III) fluoride pentahydrate. Structural chemistry of hydrated transition metal fluorides. Thermal decomposition of chromium (III) fluoride nonhydrate // Z. für Kristallographie. 1985. Bd. 171. № 1–4. P. 209–224. DOI: 10.1524/zkri.1985.171.14.209.
48. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука. 1988. 512 с.
49. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Изд. 4-е, стер. М.: Физматлит; Изд-во МФТИ. 2004. Т. III. Электричество. 656 с.
50. Sadiku M.N.O. Elements of Electromagnetics. Fourth. New York (USA) / Oxford (UK): Oxford University Press. 2007. P. 386.