Г.Р. Сагателян1, К.Н. Бугорков2, А.Б. Соломашенко3, А.С. Кузнецов4

1–4 МГТУ им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)
 

Постановка проблемы. В настоящее время процесс плазмохимического травления (ПХТ) рассматривают в виде модели «черного ящика», отличительной особенностью которой является учет обратных связей, формирующих скрытые факторы процесса, такие как давление в вакуумной камере, температура поверхности заготовки, электрический импеданс плазмы.

Цель. Разработать математическую модель, основанную на анализе скорости протекания химических реакций, вычисляемой по формуле Аррениуса.

Результаты. Получен ряд эмпирических формул, которые могут быть внесены в создаваемую универсальную базу данных. Показано, что заготовка должна располагаться по возможности близко к плоскости индуктора. Обоснована структура технологической операции ПХТ как состоящей из чередующихся подготовительно-заключительных и функциональных переходов.

Практическая значимость. Разработанная модель адаптирована для двухстороннего травления кварцевого стекла гексафторидом серы при формировании функционального рельефа на обеих поверхностях плоских деталей. Метод ПХТ можно применять для изготовления голограммных и дифракционных оптических элементов методом снятия реплик из прозрачных полимерных материалов.

Сагателян Г.Р., Бугорков К.Н., Соломашенко А.Б., Кузнецов А.С. Плазмохимическое травление кварцевого стекла гексафторидом серы // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2023. Т. 15. № 3. С. 32–46. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202303-04

1. Ghodssi R., Pien Lin Editors. MEMS Materials and Processes Handbook. New York: Springer Science+Busines Media. LLC. 2011. P. 403–452.
2. Сагателян Г.Р., Пискунова Е.Р., Дубовик Н.Н., Кузнецов А.С. Исследование кинематики нового станка для двухстороннего полирования оптических плоскопараллельных пластин // Нанотехнологии: разработка, применение XXI век. 2022. № 3.
   С. 47–55. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202203-06.
3. Heinecke R.A.H. Control of relative etch rates of SiO2 and Si in plasma etching, Solid-State Electron. 1975. V. 18. P. 1146–1147.
4. Ephrath L.M. Selective etching of silicon dioxide using reactive ion etching with CF4-H2, J. Electrochem. Soc. 1979. V. 126.
   P. 1419–1421.
5. Flamm D.L., Donnelly V.M., Mucha J.A. The reaction of fluorine atoms with silicon, J. Appl. Phys. 1981. V. 52. P. 3633–3639.
6. Yamakawa K., Hori M., Goto T., Den S., Katagiri T., Kano H. Ultrahigh-speed etching of SiO2 with ultrahigh selectivity over Si in microwave-excited non equilibrium atmospheric pressure plasma, Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85, 549–551.
7. Li L., Abe T., Esashi M. Smooth surface glass etching by deep reactive ion etching with SF6 and Xe gases, J. Vac. Sci. Technol. B: Microelectron. Nanometer Struct. 2003. V. 21. P. 2545.
8. Сагателян Г.Р., Грачев И.Ю., Бугорков К.Н., Федоркова Н.В. Расчет электромагнитного поля плоского индуктора установки плазмохимического травления // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2020. Т. 12. № 1. С. 29–42 DOI: 10.18127/j22250980-202001-04.
9. Alam Kh. Etching Process Development of SiO2 Etching Using Inductively Coupled Plasma. MSc Thesis. University of Eastern Finland. 2015. 55 p.
10. Huang Sh., Huard Ch., Shim S., Nam S.K., Song I.Ch., Lu S., Kushner M.J. Plasma etching of high aspect ratio features in SiO2 using Ar/C4F8/O2 mixtures: A computational investigation. J. Vac. Sci. Technol. May/Jun 2019. V. 37(3). P. 031304-1 – 031304-26. URL: https://doi.org/10.1116/1.5090606.
11. Wang Sh., Zhou Ch., Ru H., Zhang Ya. Optimized condition for etching fused-silica phase gratings with inductively coupled plasma technology. Applied Optics. July, 2005. V. 44. № 21. 20 P. 4429–4434.
12. Odinikov S.B., Sagatelyan G.R., Kovalyov M.S., Solomashenko A.B., Drozdova E.A. Creation of doe to form the calibration dot patterns inside the optical systems. Computer Optics. 2013. V. 37. № 3. P. 341–351.
13. 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.
14. 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: https://doi.org/10.7463/0512.0408094.
15. 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.
16. Протасов Д.Ю., Вицина Н.Р., Валишева Н.А., Дульцев Ф.Н., Малин Т.В., Журавлев К.С. Использование маски из хрома для плазмохимического травления слоев AlxGa1−xN // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. Вып. 9. С. 96–99.
17. 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.
18. 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.
19. Шишлов А.В. Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления: Дисс. … канд. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. 208 с.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. Odinokov S., Sagatelyan G., Bugorkov K., Drozdova E. Regularities and features of two-sided plasma-chemical etching of optical glass parts. Nanoindustry. 2018. V. 11. № 1 (80). P. 50–62.
24. Plasma Surface Technology. Diener electronic GmbH + Co. KG. Электронный ресурс. URL: http://protonkzn.ru/upload/tirit/52.pdf (обращение 21.06.2023).
25. Сагателян Г.Р., Шишлов А.В., Былинкин М.Н. Особенности магнетронного напыления внутренних сферических поверхностей // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2021. Т. 13. № 4. С. 46–59.
26. Профилометр Taylor Hobson серия Form Talysurf 120 мм. Электронный ресурс. https://taylor-hobson.ru/products/6/64/#tab_overview (обращение 21.06.2023)
27. Lias Sh.G., Bartmess J.E., Liebman J.F., Holmes J.L., Levin R.D., Mallard W.G. Gas-Phase Ion and Neutral Thermochemistry. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1988. V. 17. Supplemtnt № 1. 861 P.
28. Коллиматорный и голографический прицел разница. Голографический прицел vs Коллиматорный. Электронный ресурс. URL: https://imaman.ru/ snaryazhenie-i-oruzhie/golograficheskij-kollimatornyj-pricel.html (обращение 21.06.2023)
29. Одиноков С.Б. Методы и оптико-электронные приборы для автоматического контроля подлинности защитных голограмм. М.: Техносфера. 2013. 176 c.