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Atelier OPTIMIST 1

Atelier OPTIMIST

Nantes le 6 et 7 décembre 2006IMN - Nantes

Dussart RémiLefaucheux Philippe

13/12/2006 Atelier OPTIMIST 2

Comment est né le projet OPTIMIST ?

• Nécessité de réaliser des analyses in-situ.

Dans certains procédés la surface est modifiée lors de la remise à l'air de l'échantillon.

Ex : Dans notre procédé de gravure profonde, la couche de passivation utilisée pour protéger les flancs de gravure se désorbe quand on remet l'échantillon à température ambiante.

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Problématique au GREMI

Plasma source

Diffusion chamber

Si Wafer

Permanent magnets

Confinement coil

Gas(SF6/O2)

RF antenna

Cryogenic substrate

holder N2L He

Sions

SiF4

Silicon at ∼ -100°Cand biased negatively

Passivation layer

(SiOxFy)

SiO2 MaskO

SFx

ICP reactor (A601E) Etching mechanism

F

Etudier la composition de la couche de passivation formée dans le procédé cryogénique de gravure

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Les installations à l'IMNSource d'ions et porte substrat réglable en température à proximité d'un XPS

Modifications de la canne et du réacteur pour se rapprocher de nos conditions expérimentales.

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Cahier des charges

- Source :Source plasma haute densité (couplage inductif)Lignes de gaz (SF6, O2, Ar, …)Adaptation au réacteur IBE existant

- Canne :Polarisable par générateur RF pour le SiRéglable en température

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Caractéristiques de la source plasma

Distance antenne - échantillon : environ 7 cmDensités : 108 à 1012 cm-3

Possibilité d'installer :- une sonde de Langmuir- spectroscope d'émission- spectromètre de masse

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6-7 décembre 2006 Atelier OPTIMIST 7

Objectif "GREMI"

Réalisation d'une source plasma s'adaptant sur le matériel existant, en lieu et place de la source d'ions IBE/RIBE

Intervenants GREMI : •Coudrat Guy•Dussart Rémi•Lefaucheux Philippe

•Conseillé LPTP : P. Chabert

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Source Plasma TCP

Bride 100-CF (Ultra- vide)

Corps Inox

Injection gaz

Disque céramiqueØ 80mm ep. 8mm

Joint viton

Diffusion du gazpar 4 trous

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Antennes

• 2 antennes– Spirale plate– Spirale tubulaire

• Problèmes de couplage :

– ARGON : couplage capacitif et inductif

– SF6 :couplage capacitif (inductif pour

les faibles % SF6 dans Ar)

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Boîte d'accord• Capa sous vide réglables manuellement

• Faibles puissances (<1 kW)

• Refroidissement par air (N2)

• Boîtier métallique hermétique

RF

AntenneTune

1000pF/5kv

Load500pF/10kv

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Réacteur TCP version 2

• Réalisation simple

• Fenêtre plus grande

• Refroidissement de la bride

• Bobine de confinement

– Réalisation en cours

Bobine

Gaz

Fenêtre Al2O3Ø 110mm - ep. 5mm

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Tests réalisés au GREMI

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127122164Inductif/capacitif

256248195Capacitif/inductif

13219Allumage

8.10-23.10-28.10-3Pression (mbar)

10 sccm

49107147Inductif/capacitif

77150171Capacitif/inductif

141312Allumage

8.10-23.10-28.10-3Pression (mbar)50 sccm

61103147Inductif/capacitif

87108171Capacitif/inductif

1399Allumage

8.10-23.10-28.10-3Pression (mbar)70 sccm

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Evolution de la densité électroniqueArgon; 50 sccm; 8.10-3 mbar

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

1.00E+11

1.00E+12

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Puissance (W)

Ne

(cm

-3)

Ne montant

Ne descendant

Evolution de la température électroniqueArgon; 50 sccm; 8.10-3 mbar

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Puissance (W)

Te

(eV

)

Te montant

Te descendant

Densité et température électroniqueen fonction de la puissance source

P = 0,8 Pa

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Evolution de la densité électroniqueArgon; 50 sccm; 3.10-2 mbar

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

1.00E+11

1.00E+12

0 20 40 60 80 100 120

Puissance (W)

Ne

(cm

-3)

Ne montant

Ne descendant

Evolution de la température électroniqueArgon; 50 sccm ; 3.10-2 mbar

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 20 40 60 80 100 120

Puissance (W)

Te

(eV

)

Te montant

Te descendant

Densité et température électroniqueen fonction de la puissance source

P = 3 Pa

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Evolution de la densité électroniqueArgon; 50 sccm; 8.10-2 mbar

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

1.00E+11

1.00E+12

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Puissance (W)

Ne

(cm

-3)

Ne montant

Ne descendant

Evolution de la température électroniqueArgon; 50 sccm; 8.10-2 mbar

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Puissance (W)

Te (e

V)

Te montant

Te descendant

Densité et température électroniqueen fonction de la puissance source

P = 8 Pa

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Jusqu'à 100 Gauss

Jusqu'à 30 Gauss

Tests avec bobine de confinement

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Puissance de départ

Couplage inductif

Couplage capacitif

1. Puissance de la transition inductif/capacitif en fonction des concentrations SF6/Ar

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-Sans confinement magnétique :

59106198Hystérésis

144123143Inductif/capacitif

203229341Capacitif/inductif

292932Allumage

70 sccm50 sccm10 sccmDébit

Puissance (W)

-Avec confinement magnétique :

88133207Hystérésis

127119130Inductif/capacitif

215252337Capacitif/inductif

282728Allumage

70 sccm50 sccm10 sccmDébit

Puissance (W)

13/12/2006 Atelier OPTIMIST 20

Effet du confinement magnétique sur la transition Inductif/capacitif

100

120

140

160

180

200

220

240

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

SF6/Ar

Puis

sanc

e (W

att)

Sans confinement Avec confinement