Hugues Vandeparre

Diagnostic par spectrométrie de masse et par absorption atomique de plasma magnétron en mode amplifié par boucle radiofréquence

Mots clés : Décharge électrique magnétron, Pulvérisation réactive, Spire d’induction RF, Spectrométrie de masse, Spectroscopie d’absorption atomique.

Les technologies plasma sont employées industriellement de manière intensive pour les traitements de surface (industries verrières, de l’électronique,…). La pulvérisation cathodique, qui nous intéresse plus particulièrement dans ce travail, permet le dépôt de couches minces aux propriétés très variées.

Lors de l’utilisation de cette technique de dépôt, la maîtrise de la chimie du plasma est essentielle. Dès lors, dans ce travail, nous avons tenté de corréler les compositions du plasma mesurées par deux techniques de diagnostic : la spectrométrie de masse ionique (GDMS) et l’absorption atomique (AAS) nous permettant respectivement de mesurer les espèces ioniques et les espèces neutres présentes dans la décharge. Les plasmas étudiés dans ce travail sont des plasmas Ti-Ar/N2 pour lesquels nous avons fait varier la pression de travail (5 à 70 mTorr) et la concentration en gaz réactif (%N2 de 0 à 10%). Cette étude a été réalisée pour des plasmas magnétrons purs et pour des décharges amplifiées par une spire d’induction RF, située entre la cible de pulvérisation et le substrat.

Deux tendances principales se dégagent de nos résultats. En premier lieu, nous avons établi que l’évolution des signaux obtenus en GDMS (ions) et AAS (neutres) n’est pas corrélable en fonction de la pression de travail. Nous avons attribué cet effet aux modes de collection différents des deux techniques de diagnostic (influence importante du libre parcours moyen des particules analysées). D’autre part, travaillant à pression constante, il a été mis en évidence que les changements de nature du plasma observés par les deux techniques de diagnostic s’opèrent pour des conditions gazeuses similaires (même %N2). A pression constante, nous pouvons donc considérer que les signaux ioniques mesurés en spectrométrie de masse rendent bien compte de l’évolution des neutres mesurés en absorption atomique, les neutres représentant l’espèce majoritaire au sein du plasma (taux d’ionisation de quelques %).