Diagnostics and modelling of an helicon He-Ar-F2 low pressure plasma at 13.56 MHz
Diagnostics et modélisation d'un plasma basse pression gaz rares-fluor excité à 13.56 MHz
Résumé
A study has been undertaken of the plasma source of an "helicon" reactor which can be used for semiconductor etching. We used an Ar-He-F2 mixtures at pressures between 4 and 20 mT with variable compositions. Microwave interferometry at 68 GHz was used to measure electron density values that lie between 0.4 and 2 10^12 cm-3 according to pressure and RF conditions. With the aid of measured helium spectral line intensities we established a radiative collisional model of the discharge. It enabled us to characterise the electron density distribution function (eedf). A two-temperature was chosen to describe this eedf. The gas temperature found to be about 850 K was measured by laser absorption which allowed to measure the Ar 4s level densities and to validate the self-absorption technique. The fluorine lines kinetics was studied, and enabled the first measurements of the fluorine electronic excitation coefficients. These data together with the knowledge of the population channels for Ar and He excited levels show the limits of actinometryr applicability. A theoretical approach is presented to show the different processes responsible for the discharge maintenance and energy deposition.
Ce travail porte sur l'étude du plasma source d'un réacteur de type "hélicon" pouvant être utilisé pour la gravure des semiconducteurs. Nous utilisons un mélange Ar-He-F2 à des pressions variant de 4 à 20 mTorr avec des conditions de mélanges variables. L'interférométrie microondes (68 GHz) a été utilisée pour mesurer la densité électronique dont les valeurs vont de 0.4 à 2 10^12 cm-3 selon les conditions de pression et de puissance RF. En se basant sur la mesure de l'intensité des raies spectrales de l'He, nous avons établi un modèle collisionnel radiatif de la décharge. Il nous a permis de caractériser la fonction de distribution en énergie des électrons (fdee). Un modèle à deux températures a été choisi pour décrire cette fdee. La variation de ces températures en fonction des conditions de décharge est présentée. La température du gaz, trouvée de 850 K, a été mesurée par absorption laser qui a permis de mesurer la densité des niveaux 4s d'Ar et de valider la technique d'auto-absorption. La cinétique des raies fluor a été étudiée et a permis d'obtenir pour la première fois les coefficients d'excitation électroniques du fluor. Ces données ainsi que la mise en évidence des voies de population des états excités d'Ar et d'He montrent les limites de l'applicabilité de l'actinométrie. Une approche théorique est présentée pour montrer l'importance des différents processus responsables de l'entretien de la décharge et du dépôt d'énergie.