Dynamique des Plasmas à Couplage Inductive dans les gaz HBr, Cl₂ et O₂ et mixtures: Diagnostiques Laser et Absorption Ultraviolet Large-Bande

Jean-Paul Booth (1) , Mickaël Foucher (1) , Pascal Chabert (1)

1 LPP - Laboratoire de Physique des Plasmas

Les plasmas à couplage inductive dans les mélanges de gaz HBr, Cl2 et O2 à basse pression (1-100mTorr) sont très largement utilisées dans l’industrie microélectronique pour graver le poly- silicium afin de fabriquer les portes des transistors CMOS dans les circuits intégrées. De nombreuses modèles (de type « globale », ou hybride fluide-Monte Carlo a 2 dimensions) ont été développées pour ces systèmes, néanmoins il y eu très peu de mesures expérimentales des densités absolues des espèces transitoires (électrons, ions, atomes et radicaux libres) permettant de tester rigoureusement ces modèles. Notre projet vise à combler ce déficit, en employant une panoplie de techniques de mesure à travers une grande plage de paramètres (pression, compostions du gaz et puissance RF injectée). Les désaccords ainsi constatées permettent de comprendre et remédier les lacunes dans les modèles. Parmi les techniques employées, on peut citer la sonde résonante micro-onde « hairpin » (densité électronique), la spectroscopie de fluorescence induit par laser a deux photons pour les atomes (O, Cl (deux états spin-orbite), Br) avec différents schémas d’étalonnage en absolue, et la spectroscopie d’absorption large bande pour les molécules. Nous avons construit un nouveau banc d’absorption, utilisant un plasma induit par laser comme source de lumière « corps noir », des optiques achromatiques et un spectromètre « Isoplan » corrigé en aberration. Ce montage permet d’enregistrer des spectres sur une très grande plage spectrale (250nm en mono-coup) avec un niveau de bruit exceptionnellement bas (5x10-5). Ainsi nous avons observé les spectres des états vibrationellement excités du Cl2 et de l’O2, ainsi que plusieurs produits du type ClxOy. Parmi les conclusions importantes de ce travail, nous constatons que les températures translationelles, rotationnelles et vibrationnelles des molécules peuvent devenir très élevés dans ces systèmes. Ceci à un impact direct sur la densité du gaz (à pression constant) et donc la collisionalité des électrons. Il est ainsi nécessaire de bien tenir compte des processus de transfert d’énergie et le bilan de chauffage du gaz dans la construction d’une modèle fiable.

Domaines: Physique des plasmas [physics.plasm-ph]

Jean-Paul Booth, Mickaël Foucher, Pascal Chabert. Dynamique des Plasmas à Couplage Inductive dans les gaz HBr, Cl₂ et O₂ et mixtures: Diagnostiques Laser et Absorption Ultraviolet Large-Bande. Colloque de Plasma-Québec, Jun 2014, Montreal, Canada. ⟨hal-02573338⟩