The role of thermal energy accommodation and atomic recombination probabilities in low pressure oxygen plasmas

International audienceSurface interaction probabilities are critical parameters that determine the behaviour of low pressure plasmas and so are crucial input parameters for plasma simulations that play a key role in determining their accuracy. However, these parameters are difficult to estimate without in situ measurements. In this work, the role of two prominent surface interaction probabilities, the atomic oxygen recombination coefficient ? O and the thermal energy accommodation coefficient ? E in determining the plasma properties of low pressure inductively coupled oxygen plasmas are investigated using two-dimensional fluid-kinetic simulations. These plasmas are the type used for semiconductor processing. It was found that ? E plays a crucial role in determining the neutral gas temperature and neutral gas density. Through this dependency, the value of ? E also determines a range of other plasma properties such as the atomic oxygen density, the plasma potential, the electron temperature, and ion bombardment energy and neutral-to-ion flux ratio at the wafer holder. The main role of ? O is in determining the atomic oxygen density and flux to the wafer holder along with the neutral-to-ion flux ratio. It was found that the plasma properties are most sensitive to each coefficient when the value of the coefficient is small causing the losses of atomic oxygen and thermal energy to be surface interaction limited rather than transport limited

Dynamique des plasmas radio-fréquence à couplage inductif en gaz halogénés simples

Radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases (cl2/hbr/o2) are widely used in the semi-conductor industry. However, our knowledge of these plasmas is still incomplete. To improve it, numerous simulation studies have been performed in the last decades. Unfortunately, experimental results to compare these studies are still scarce. The objectives of this thesis is to provide a comprehensive set of experimental results. We focused on the plasmas of pure o2 and cl2. In this thesis, we extend the already available experimental results : neutral nd charges densities, translational temperatures. In particular, the tendancies of these parameters as a function of the pressure are carefully studied. Molecular vibrations are studied as well using a new kind of absorption spectroscopy setup. We show that the recent simulations are still far from representing the reactional processes in the studied plasmas. We then try to provide some ideas of improvement. This work is the needed start to improve etching plasma industrial processes.Les plasmas radio-fréquences à couplage inductif en gaz halogénés simples (cl2/hbr/o2) sont fortement utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, notre connaissance des processus réactionnels de ces plasmas est encore très partielle. De nombreux travaux de simulations (fluides, particulaires...), visant à améliorer celle-ci, ont été produits ces dernières décennies. Toutefois, trop peu de résultats expérimentaux sont disponibles dans la littérature afin de valider ou améliorer ces simulations. L'objectif de cette thèse est alors de produire un ensemble complet de résultats experimentaux. Nous nous focalisons essentiellement sur le cas des plasmas de cl2 et de o2 purs. Dans cette thèse, nous étendons les résultats expérimentaux déjà présents dans la littérature : densités de charges et de neutres, températures translationnelles. En particulier, les tendances en fonction de la pression, essentielles pour la simulation, sont soigneusement étudiées. Les vibrations moléculaires sont également étudiées à l'aide d'un montage innovant de spectroscopie d'absorption. Nous montrons que les simulations sont encore loin de représenter fidèlement les processus réactionnels des plasmas étudiés. Nous tentons de fournir à cet effet quelques pistes d'améliorations. Ce travail est la base nécessaire à l'amélioration continue des plasmas industriels utilisés pour la gravure de semi-conducteurs

Dynamic of radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases

Les plasmas radio-fréquences à couplage inductif en gaz halogénés simples (cl2/hbr/o2) sont fortement utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, notre connaissance des processus réactionnels de ces plasmas est encore très partielle. De nombreux travaux de simulations (fluides, particulaires...), visant à améliorer celle-ci, ont été produits ces dernières décennies. Toutefois, trop peu de résultats expérimentaux sont disponibles dans la littérature afin de valider ou améliorer ces simulations. L'objectif de cette thèse est alors de produire un ensemble complet de résultats experimentaux. Nous nous focalisons essentiellement sur le cas des plasmas de cl2 et de o2 purs. Dans cette thèse, nous étendons les résultats expérimentaux déjà présents dans la littérature : densités de charges et de neutres, températures translationnelles. En particulier, les tendances en fonction de la pression, essentielles pour la simulation, sont soigneusement étudiées. Les vibrations moléculaires sont également étudiées à l'aide d'un montage innovant de spectroscopie d'absorption. Nous montrons que les simulations sont encore loin de représenter fidèlement les processus réactionnels des plasmas étudiés. Nous tentons de fournir à cet effet quelques pistes d'améliorations. Ce travail est la base nécessaire à l'amélioration continue des plasmas industriels utilisés pour la gravure de semi-conducteurs.Radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases (cl2/hbr/o2) are widely used in the semi-conductor industry. However, our knowledge of these plasmas is still incomplete. To improve it, numerous simulation studies have been performed in the last decades. Unfortunately, experimental results to compare these studies are still scarce. The objectives of this thesis is to provide a comprehensive set of experimental results. We focused on the plasmas of pure o2 and cl2. In this thesis, we extend the already available experimental results : neutral nd charges densities, translational temperatures. In particular, the tendancies of these parameters as a function of the pressure are carefully studied. Molecular vibrations are studied as well using a new kind of absorption spectroscopy setup. We show that the recent simulations are still far from representing the reactional processes in the studied plasmas. We then try to provide some ideas of improvement. This work is the needed start to improve etching plasma industrial processes

Dynamique des Plasmas à Couplage Inductive dans les gaz HBr, Cl<SUB>2</SUB> et O<SUB>2</SUB> et mixtures: Diagnostiques Laser et Absorption Ultraviolet Large-Bande

International audienceLes plasmas à couplage inductive dans les mélanges de gaz HBr, Cl2 et O2 à basse pression (1-100mTorr) sont très largement utilisées dans lindustrie microélectronique pour graver le poly- silicium afin de fabriquer les portes des transistors CMOS dans les circuits intégrées. De nombreuses modèles (de type « globale », ou hybride fluide-Monte Carlo a 2 dimensions) ont été développées pour ces systèmes, néanmoins il y eu très peu de mesures expérimentales des densités absolues des espèces transitoires (électrons, ions, atomes et radicaux libres) permettant de tester rigoureusement ces modèles. Notre projet vise à combler ce déficit, en employant une panoplie de techniques de mesure à travers une grande plage de paramètres (pression, compostions du gaz et puissance RF injectée). Les désaccords ainsi constatées permettent de comprendre et remédier les lacunes dans les modèles. Parmi les techniques employées, on peut citer la sonde résonante micro-onde « hairpin » (densité électronique), la spectroscopie de fluorescence induit par laser a deux photons pour les atomes (O, Cl (deux états spin-orbite), Br) avec différents schémas détalonnage en absolue, et la spectroscopie dabsorption large bande pour les molécules. Nous avons construit un nouveau banc dabsorption, utilisant un plasma induit par laser comme source de lumière « corps noir », des optiques achromatiques et un spectromètre « Isoplan » corrigé en aberration. Ce montage permet denregistrer des spectres sur une très grande plage spectrale (250nm en mono-coup) avec un niveau de bruit exceptionnellement bas (5x10-5). Ainsi nous avons observé les spectres des états vibrationellement excités du Cl2 et de lO2, ainsi que plusieurs produits du type ClxOy. Parmi les conclusions importantes de ce travail, nous constatons que les températures translationelles, rotationnelles et vibrationnelles des molécules peuvent devenir très élevés dans ces systèmes. Ceci à un impact direct sur la densité du gaz (à pression constant) et donc la collisionalité des électrons. Il est ainsi nécessaire de bien tenir compte des processus de transfert dénergie et le bilan de chauffage du gaz dans la construction dune modèle fiable

Inductively-coupled plasmas in pure Cl<SUB>2</SUB>, O<SUB>2</SUB> and mixtures: measurements of atom, Cl<SUB>x</SUB>O<SUB>y</SUB> and electron densities

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Atomic bromine density measurements in HBr inductively coupled plasma by two-photon absorption laser-induced fluorescence

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Synthetic Data for Sentinel-2 Semantic Segmentation

Satellite observations provide critical data for a myriad of applications, but automated information extraction from such vast datasets remains challenging. While artificial intelligence (AI), particularly deep learning methods, offers promising solutions for land cover classification, it often requires massive amounts of accurate, error-free annotations. This paper introduces a novel approach to generate a segmentation task dataset with minimal human intervention, thus significantly reducing annotation time and potential human errors. ‘Samples’ extracted from actual imagery were utilized to construct synthetic composite images, representing 10 segmentation classes. A DeepResUNet was solely trained on this synthesized dataset, eliminating the need for further fine-tuning. Preliminary findings demonstrate impressive generalization abilities on real data across various regions of Quebec. We endeavored to conduct a quantitative assessment without reliance on manually annotated data, and the results appear to be comparable, if not superior, to models trained on genuine datasets

Ground-state bromine atoms measurements by Two-Photon Absorption Laser-Induced Fluorescence

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Quantitative Diagnostics of Inductively-coupled Radiofrequency Plasmas in Cl<SUB>2</SUB>, O<SUB>2</SUB> and mixtures

International audienceInductively-coupled plasmas in molecular, electronegative gases are widely used for plasma processing of surfaces, for instance in CMOS manufacture. The complexity of these systems is such that they can only be described by multi-physics models which describe both the plasma physics and the molecular collisional processes. However, there has been little rigorous validation of these models by comparison to quantitative measurements of particle densities over a wide range of parameter space. We have chosen to study the Cl2/O2 system partly because of the industrial process relevance but also because methods exist to measure the density, and energy distributions, of most of the particles present. Electron densities were measured by microwave hairpin resonator. Absolute Cl and O atom densities were determined by Two-photon Absorption Laser-Induced Fluorescence [1, 2]. We have constructed a new ultra-low noise broadband UV-visible absorption bench[3], which allows the measurement of the densities of ground state Cl2 molecules and ClxOy reaction products, as well as vibrationally excited states of O2 [3] and Cl2 [4]. Gas temperatures are determined by Doppler-resolved IR laser absorption spectroscopy of argon metastable atoms (added in small quantity), and showing that high gas temperatures (up to 2000K) can be reached. This comprehensive data set will be presented, along with comparison to different (0D and 2D cylindrical) models References [1] J.P. Booth, Y. Azamoum, N. Sirse, and P. Chabert, Journal of Physics D-Applied Physics, 45, 195201. (2012) 195201 [2] N. Sirse, J.P. Booth, P. Chabert, A. Surzhykov, and P. Indelicato, Journal of Physics D: Applied Physics, 46, (2013) 295203 [3] M. Foucher, D. Marinov, E. Carbone, P. Chabert, and J.-P. Booth, Plasma Sources Science & Technology, 24, (2015) 042001 [4] D. Marinov, M. Foucher, E. Campbell, M. Brouard, P. Chabert, and J.-P. Booth, Plasma Sources Science & Technology, in press, (2016

Dynamique des plasmas radio-fréquences pulsés à couplage inductif en gaz halogénés simples

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