Réseau Technique du Vide et Réseau Plasma Froid du CNRS ...plasmasfroids.cnrs.fr/IMG/pdf/Cahier_des_charges_Bes.pdf · Gamme des moyennes pressions (~ qq Pa à qq 100Pa) Sources

Atelier commun RTV & RPF / LPSC - Grenoble le 28, 29 et 30 Septembre 2011 1

Évolution d’un cahier des chargesAlexandre BAlexandre BÈÈSS, Ana LACOSTE, Stéphane BÉCHU -- CRPMNCRPMN

RRééseau Technique du Vide et Rseau Technique du Vide et Rééseau Plasma Froid du CNRSseau Plasma Froid du CNRSLPSC LPSC –– Grenoble 28, 29 et 30 septembre 2011Grenoble 28, 29 et 30 septembre 2011

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Sommaire

• Rédiger un cahier des chargesun cahier des charges

• Problématique et contexte initial (Réacteur Matriciel)

• Évolution pour le dépôt de diamant (ANR Plasmodie)

• Évolution pour la gravure (ANR Apanage)


Cahier des Charges : Besoins et Spécifications

2 concepts différents et complémentaires

• Le cahier des charges est l’expression d’un besoinLe cahier des charges n’indique pas la manière de réaliser le besoin, ni un produit à fournirLe cahier des charges est en amont de la conception

• Les spécifications indiquent comment réaliser le besoinLes spécifications sont en aval de la conception, et en amont de la réalisation

Rédiger un cahier des charges


Un cahier des charges doit exprimer un besoin nécessaire, réalisable, vérifiable

•nécessaire Le cahier des charges indique tous les paramètres nécessaires à la conception et réalisation du projet, mais ne doit pas exprimer des besoins qui ne sont pas nécessaires

•réalisable Le cahier des charges exprime un besoin qui est techniquement et financièrement réalisable dans la cadre du planning du cahier des charges, et des moyens disponibles

•vérifiable l’auteur du cahier des charges doit s’assurer qu’il existe des moyens de vérifier ce qui est requis



Un cahier des charges est en général composé de quatre parties

•La première explique pourquoi le projet existe, quels sont les objectifs et qui le pilote : rôles respectifs de la maîtrise d'ouvrage et de la maîtrise d’œuvre, procédures de validation, …

•La seconde présente les besoins fonctionnels, techniques et organisationnels ainsi que les contraintes et les exigences

•La troisième liste les prestations et les livrables attendus

•La quatrième définit le cadre de la réponse : planning de l'appel d'offres, documents attendus, règles de sélection, …



Problématique et contexte initial (Réacteur Matriciel)

Besoins :• Plasma uniforme et dense• Procédés (dépôt / gravure) rapides et uniformes• Possibilité d’extension d’échelle

Spécifications :

• Plasma de densité élevée (n > 1012 cm-3)

• Traitement uniforme sur plaquettes Si de 3’’

• Gamme des moyennes pressions (~ qq Pa à qq 100Pa)

Sources plasma distribuées suivant réseau bi-dimensionnel

Plasmas « matriciels »



Description d'une source plasma micro-onde élémentaire

Magnétron2,45 GHz, 2 kW

Adaptateur impédance

Diviseur de puissance

Vers autres applicateurs

Applicateur coaxial

Quartz

Circulation d'eau

Câble (50 Ω)

Circulateur

Charge adaptée 50 Ω

(mesure de lapuissance réfléchie)


• 4 x 3 sources élémentaires (S = 200 cm²)

• Distribution gaz / pompage / refroidissement

• Pas de couplage EM entre sources (atténuation du champ électrique sur épaisseur de peau d << a = 4 cm)

• Adaptation indépendante desimpédances

• Extension d’échelle par augmentation du nombre de sources

Pompe

12 applicateurs micro-onde

Plasma

Jauge de pression

Pompe

Plan de source


Conception du réacteur


Injection du gaz

Applicateur

Refroidissement


Distribution gaz / pompage / refroidissement


Plasma uniforme pour x > 15 mm

xM ≈

5 mm Plasma uniforme (n/n

3,5 %)

Chute de la densité aux parois

Densité du plasma en fonction de la distance x / plan de source

Densité du plasma le long du réacteur

0 5 10 15 20 25 300

2

4

6

8

10

60 Pa 60 Pa145 Pa145 Pa

Den

sité

(1012

cm-3)

Distance x (mm)

PW = 1200 W

0 40 80 120 1600

1

2

3

4

5

l = 75 mml = 55 mml = 25 mm

Den

sité

(1012

cm

-3)

Position L (mm)

L

l

Position des applicateurs micro-onde

PW

=1200 Wp = 60 Pah = 20 mm



pO2 = 7,7 PapTMS = 15,3 PaP = 800 W

pO2 = 7,7 PapTMS = 15,3 PaP = 1200 W

pO2 = 10 PapTMS = 20 PaP = 1000 W

1 32

Bonne uniformité de dépôt excepté aux bords (e/e = 5 %)

Vitesse de dépôt jusqu'à 1,4 µm/min (84 µm/h) à 40 mm

Dépôt SiOCH par plasma de mélange O2 /TMS

Uniformité du dépôt

Si(100)

Masque

2

4

6

8

- R

600 W1000 W1600 W

Position

Epaisseur (m)

+ R

Ptot = 23 Pa1/3 O2 + 2/3 TMSTemps de dépôt = 5 min2R = 75 mm




Besoins :• Plasma uniforme et dense• Procédés (dépôt / gravure) rapides et uniformes• Possibilité d’extension d’échelle

Spécifications :

• Plasma de densité élevée (n > 1012 cm-3)


• Gamme des moyennes pressions (~ qq Pa à 700Pa)


Évolution pour le dépôt de diamant (ANR Plasmodie)

Validation du concept matriciel pour le dépôt de diamant

Modélisation LSPM - Mesure LPSC

10 20 30 40 500

1

2

3

4

5

n i ( x1

011 c

m-3)

Pressure (Pa)

700 W 900 W 1100 W

Mesure à 20 mm du plan de sourceModélisation pour 80 Pa et 100 W / source



Validation du concept matriciel pour le dépôt de diamant

Modélisation LSPM - Mesure LPSC

Ni = f(P)Modélisation Ne = f(Pu)



Évolution des besoins :• Procédé PECVD pour le dépôt de diamant• Extension d’échelle• Automatisation partielle

Spécifications :


• Porte substrat chauffant (≤

800°C), polarisable (DC et RF)

• Transfert manuel de la position : chargement -> dépôt

• Automatisation via écran de contrôle tactile (régulation de la pression, micro-onde, visualisation paramètres, …)


Conception Réalisation



Réacteur en fonctionnement au LSPM



90 mm du plan de sources

dépôt homogène sur 4’’ / épaisseur : 80 nm




Évolution des besoins :• Procédé PECVD pour le dépôt de diamant• Extension d’échelle• Automatisation partielle

Spécifications :


• Porte substrat chauffant (≤

800°C), polarisable (DC et RF)

• Transfert manuel de la position : chargement -> dépôt

• Automatisation via écran de contrôle tactile (régulation de la

pression, micro-onde, visualisation paramètres, …)


Évolution pour la gravure (ANR Apanage)

Évolution des besoins :

• Procédé de gravure (température, gaz, …)• Extension de la gamme de fonctionnement en pression• Automatisation

Spécifications :

• Sources tête-bêche distribuées (10-4 mbar – qq 10 mbar)• Porte substrat (-180°C, + 800°C), polarisable (DC et RF)• Gravure sur plaquette Si de 4’’, extension pour du 12’’• Automatisation (transfert de position : chargement ->

gravure, régulation pression, …)


Conception Réalisation



Évolution pour la gravure (Réacteur Apanage)

• Régulation en température : -180°C, + 800°C

• Polarisation DC et RF• Surface échantillon Ø 2 cm

Connections électriques et régulation de température

Support échantillon



Évolution des besoins :

• Procédé de gravure (température, gaz, …)• Extension de la gamme de fonctionnement en pression• Automatisation complète

Spécifications :

• Sources tête-bêche distribuées (10-4 mbar – qq 10 mbar)

• Porte substrat (-180°C, + 800°C), polarisable (DC et RF) • Gravure sur plaquette Si de 4’’, extension pour du 12’’

• Automatisation (transfert de position : chargement -> gravure,

régulation pression, …)


40 mm des sources 90 mm des sources

dépôt homogène sur 4’’épaisseur : 80 nm

Évolution pour le dépôt de diamant (Réacteur Plasmodie)

Documents

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