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CARACT´ ERISATION ET MOD´ ELISATION DES
PLASMAS MICRO-ONDE
MULTI-DIPOLAIRESAPPLICATION ` A LA
PULV´ ERISATION ASSIST´ EE PAR PLASMA
MULTI-DIPOLAIRE
Tan Vinh Tran
To cite this version:
Tan Vinh Tran. CARACT´ ERISATION ET MOD´ ELISATION DES PLASMAS MICRO-ONDE
MULTI-DIPOLAIRESAPPLICATION ` A LA PULV´ ERISATION ASSIST´ EE PAR PLASMA
MULTI-DIPOLAIRE. Physique [physics]. Universit´e Joseph-Fourier - Grenoble I, 2006.
Fran¸cais. <tel-00139610>
HAL Id: tel-00139610
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Submitted on 2 Apr 2007

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THÈSE
présentée par
Tan Vinh TRAN
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ JOSEPH FOURIER
(Arrêté ministrériel du 30 mars 1992)
Spécialité : Physique et Nano - Physique
CARACTÉRISATION ET MODÉLISATION DES PLASMAS
MICRO-ONDE MULTI-DIPOLAIRES
APPLICATION À LA PULVÉRISATION ASSISTÉE
PAR PLASMA MULTI-DIPOLAIRE
Date de soutenance : 20 décembre 2006
Composition du jury :
M. Jean Pierre Boeuf, Directeur de Recherche, Rapporteur
M. Khaled Hassouni, Professeur, Rapporteur
M. Jacques Dérouard, Professeur Président du Jury
M. Christophe Héau, HEF, Responsable R&D Examinateur
Mme Ana Lacoste, Professeure, Directeur de thèse
M. Stéphane Béchu, Chargé de Recherche Co-Directeur de thèse

Résumé
L’extension d’échelle des procédés plasma fonctionnant à très faibles pressions est l’une des
problématiques à résoudre pour leur essor au niveau industriel. Une solution consiste à distribuer
uniformément des sources de plasma élémentaires dans lesquelles le plasma est produit par
couplage à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Ces sources élémentaires sont
constituées d’un aimant permanent cylindrique (dipôle magnétique) disposé à l’extrémité d’une
structure coaxiale d’amenée des micro-ondes. Bien que conceptuellement simple, l’optimisation de
ces sources de plasma dipolaires est complexe. Elle requiert la connaissance, d’une part, des
configurations de champ magnétique statique et électrique micro-onde, et, d’autre part, des
mécanismes de production du plasma, dans les zones de champ magnétique fort (condition RCE),
et des mécanismes de diffusion. Ainsi, une caractérisation expérimentale des domaines de
fonctionnement et des paramètres plasma par sonde de Langmuir et par spectroscopie d’émission
optique a été menée sur différentes configurations de sources dipolaires. Parallèlement, une
première modélisation analytique a permis de calculer des champs magnétiques de configurations
simples, le mouvement et la trajectoire des électrons dans ces champs magnétiques, l’accélération
des électrons par couplage RCE. Ces résultats ont permis ensuite de valider la modélisation
numérique des trajectoires électroniques par une méthode hybride Particle In Cell / Monte-Carlo.
L’étude expérimentale a mis en évidence des domaines de fonctionnement pression/puissance très
larges, entre 15 et 200 W de puissance micro-onde et depuis 0,5 jusqu’à 15 mTorr dans l’argon.
L’étude des paramètres plasma a permis de localiser la zone de couplage RCE près du plan
équatorial de l’aimant et de confirmer l’influence de la géométrie de l’aimant sur cette dernière.
Ces caractérisations appliquées à un réacteur cylindrique utilisant 48 sources ont montré la
possibilité d’atteindre au centre de l’enceinte des densités entre 1011 et 1012 cm-3 pour des pressions
d’argon de quelques mTorr. La modélisation des trajectoires électroniques au voisinage des
aimants indique un meilleur confinement radial pour des aimants présentant un rapport
longueur/diamètre élevé. De plus, cette étude numérique confirme les résultats de l’étude
expérimentale, à savoir une zone de couplage RCE près du plan équatorial et non au voisinage de
l’extrémité du guide coaxial micro-onde. Enfin, ces résultats ont été appliqués avec succés à la
pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire de cibles, permettant en particulier une usure
uniforme de ces dernières.
Mots-clefs : Plasma micro-onde, résonance cyclotronique électronique, plasmas distribués, source
de plasma dipolaire, sondes de Langmuir, spectroscopie d'émission optique, modélisation
numérique, méthode Monte Carlo, méthode "particle in cell", pulvérisation assistée par plasma.