Dans les procédés plasmas, l’interaction plasma surface – et donc les propriétés du procédé – sont pilotées par le flux et l’énergie des radicaux et des ions qui bombardent le substrat. Ces grandeurs sont en retour contrôlées par les paramètres machine (puissances rf, pression, etc). Mais il existe plus de combinaisons possibles de paramètres machine que dans le génome humain ! Le développement de nouveaux procédés, ou de nouvelles technologies de gravure, doit donc s’appuyer sur une réelle compréhension de la manière dont les paramètres opératoires du réacteur impactent les grandeurs physiques du plasma : il faut notamment mesurer les densités et la température (énergie) des radicaux et des ions. Dans ce but, nous avons développé depuis 20 ans une batterie de diagnostics du plasma (Figure). Nous avons ainsi modifié un spectromètre de masse Hiden pour moduler son faisceau, ce qui a permis de mesurer les densités d’atomes dans le plasma en utilisant l’ionisation au seuil [1,2,3). De même, une collaboration active avec la société Semion a permis d’améliorer leurs systèmes RFEA afin de mesurer l’énergie des ions dans les procédés pulsés [8] et de mesurer comment ces IVDF sont modifiées quand les ions passent à travers des trous de fort facteur d’aspect [10].
Nous avons aussi développé notre propre système de sonde de flux ionique à couplage capacitif et l’avons adapté aux mesures résolues en temps (flux ionique, ni, Te) dans les plasmas pulsés [8,9]. De plus, nous avons introduit plusieurs nouvelles techniques de diagnostics dans le domaine de la spectroscopie d’absorption : citons l’introduction de LED UV pour augmenter la sensibilité de cette technique [3,5] et l’introduction de l’absorption large bande dans le VUV (115 nm- 180 nm) pour analyser les radicaux des plasmas réactifs [1,6]. L’ensemble de ce travail place le groupe au meilleur niveau mondial dans le domaine des diagnostics des plasmas réactifs et il nous permet de mesurer les flux et l’énergie de pratiquement toutes les espèces réactives dans les plasmas avec une excellente résolution temporelle. Cela nous permet de mieux comprendre et donc de développer rapidement des procédés de gravure innovants comme les ICP pulsés ou aujourd’hui les procédés de type ALE (Atomic Layer Etching).
Contacts : gilles.cunge@cea.fr
martin.kogelschatz@cea.fr
Références : [1] Measurement of the radicals’ kinetics in pulsed plasmas by UV and VUV absorption spectroscopy and by modulated beam mass spectrometry, G Cunge et al, Plasma Sources Sci. Technol 21, (2012), 024006 (doi:10.1088/0963-0252/21/2/024006) [2]Identification of halogen containing radicals in silicon etching plasmas and density measurement by UV broad band absorption spectroscopy, M. Kogelschatz et al, J. Phys. D: Applied Physics 37 (14), (2004), 1954(doi:10.1088/0022-27/37/14/010) [3]Broad-Band and time-resolved absorption spectroscopy with UV-LEDs: application to etching plasma monitoring, G Cunge et al, Appl. Phys. Letters 91, (2007), 231503 (doi:10.1063/1.2822448) [4] Absorption Spectroscopy in BCl3 inductively coupled plasmas: determination of density, rotational, translational and vibrational temperature of BCl molecule, R Ramos et al, J. Phys. D. Applied Physics41 , (2008), 115205 (doi:10.1088/0022-3727/41/11/115205) [5] Probing radical kinetics in the afterglow of pulsed discharges by absorption spectroscopy with LED: application to BCl radical, D Vempaire and G Cunge, Appl. Phys. Letters94, (2009), 21504 (doi: 10.1063/1.3067996) [6] Vacuum UV Broad-Band absorption spectroscopy: a powerful diagnostic tool for reactive plasma monitoring, G Cunge et al, J. Phys. D : Applied Physics 44(12), (2011), 122001 (doi: 10.1088/0022-3727/44/12/122001) [7] Analysis of pulsed high-density HBr and Cl2 plasmas: impact of the pulsing parameters on the radical densities, P Bodart et al, J. Appl . Phys.110, (2011), 113302 (doi: 10.1063/1.3663443 ) [8]Ion flux and ion distribution function measurements in synchronously pulsed inductively coupled plasmas, M Brihoum et al,J. Vac. Sci. Technol. A 31, 020604 (2013) (DOI: 10.1116/1.4790364) [9] Time-resolved ion flux, electron temperature and plasma density measurements in a pulsed Ar plasma using a capacitively coupled planar probe, M Darnon et al, Plasma Sources Sci. Technol. 23, 025002 (2014), doi:10.1088/0963-0252/23/2/025002 [10] Measuring IVDF through high aspect ratio holes in ICP plasmas, G Cunge et al, Appl. Phys. Letters 108 (2016) , doi : 10.1063/1.4942892
