Lors des mesures de la contribution radiative, l’état de surface de la pastille de cuivre est important et influence les mesures. Quand elle est neuve, son émissivité correspond à celle de cuivre ou de l’oxyde de cuivre. Par contre, quand on réalise un ôt à partir d’une cible métallique, la surface de la pastille de cuivre se recouvre du matériau de la cible et son émissivité change. Ce changement de nature de surface
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est détectable par le HFM. La figure II.18 montre deux exemples de mesures de transfert d’énergie qui illustrent ce phénomène.
Au départ, une densité de flux d’énergie de 3 mW/cm² est détectée ce qui correspond à la convection du gaz et au flux radiatif entre la pastille de cuivre (sans doute oxydée) et la cible de Cr (cf. Figure II.18.a). Le créneau qui correspond au premier dépôt métallique de chrome présente une évolution croissante due à priori à la contribution IR de la cible. Or, après l’extinction du plasma et la stabilisation du flux, le flux détecté est plus haut qu’initialement (6 mW/cm² au lieu de 3 mW/cm²).
Cette valeur d’énergie correspond au flux radiatif entre la cible et le dépôt de Cr qui recouvre maintenant la pastille de cuivre. Le 1er créneau est donc montant à cause de ce changement de matériau en plus de l’effet thermique. La densité de flux maximale du 2nd créneau évolue aussi, mais juste à cause de l’échauffement de la cible. Après l’extinction du plasma et la stabilisation du flux, le flux reste inchangé (6 mW/cm²).
Dans le cas de la figure II.18.b), le substrat commence à être revêtu d’une couche d’oxyde de chrome (signal 1). L’émissivité à cette condition correspond à celle de CrOx (ɛ'). Un dépôt métallique de chrome est réalisé par la suite (signal 2) et l’émissivité du substrat devient celle du métal (ɛ''). Cela est traduit par une chute du fond. De façon assez générale, l’émissivité d’une surface métallique oxydée est supérieure à celle du métal non oxydé [Dubrovinsky, 1999]. Le deuxième créneau métallique (signal 3) est également descendant car l’émissivité passe progressivement à celle du métal (ɛ'''). Quand de l’oxygène est injecté dans l’enceinte à 20200 s, le HFM détecte un transfert d’énergie.
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Figure II. 18. Densité de flux d’énergie en fonction du temps pour différentes conditions plasma : mise en évidence de l’effet de changement de matériaux sur la surface du capteur
sur le flux mesuré (Cible de chrome, DC, 200W, 6,5 µbar)
2.1.6. Détection d’une réaction chimique
Pendant les procédés de dépôt d’oxydes métalliques, et lors de l’introduction de l’oxygène dans l’enceinte, des réactions peuvent avoir lieu à la surface du substrat.
Lors d’une réaction chimique exothermique de surface telle que l’oxydation du métal (pastille de cuivre ou dépôt métallique sur la pastille), de l’énergie est libérée et peut être détectée par le HFM.
Pour mettre ce phénomène en évidence puis l’étudier, un protocole exp avec une cible de titane de 2 pouces a été suivi
Un dépôt métallique est
sur le HFM. Pour cela la cible de Ti est pulvérisée en DC pendant 10 min, à une puissance de 45 W et une pression d’argon de 20 µbar ;
Le plasma est éteint et le débit d’argon est coupé puis le dans l’enceinte (13 µbar).
Le signal du fluxmètre obtenu pour ces conditions expérimentales la figure II.19.
Figure II. 19. Densité de flux d’énergie en fonction du temps : détection
exothermique entre l’oxygène et le film de titane déposé sur la pastille de cuivre du HFM Lors de la première injection d’O
qui ensuite se stabilise. Lors de la réintrodu
mesurée par le HFM est stable. Le premier pic (~ l’oxygène dans l’enceinte, des réactions peuvent avoir lieu à la surface du substrat.
Lors d’une réaction chimique exothermique de surface telle que l’oxydation du métal vre ou dépôt métallique sur la pastille), de l’énergie est libérée et peut Pour mettre ce phénomène en évidence puis l’étudier, un protocole exp
avec une cible de titane de 2 pouces a été suivi :
Un dépôt métallique est réalisé sur une pastille de cuivre préalablement collée sur le HFM. Pour cela la cible de Ti est pulvérisée en DC pendant 10 min, à une puissance de 45 W et une pression d’argon de 20 µbar ;
Le plasma est éteint et le débit d’argon est coupé puis le dioxygène est injecté µbar).
Le signal du fluxmètre obtenu pour ces conditions expérimentales est représenté sur
. Densité de flux d’énergie en fonction du temps : détection
exothermique entre l’oxygène et le film de titane déposé sur la pastille de cuivre du HFM Lors de la première injection d’O2 vers 12600 s, on détecte un pic de densité de flux
ensuite se stabilise. Lors de la réintroduction d’O2 à 12800 s, la densité de flux mesurée par le HFM est stable. Le premier pic (~ 40 mW/cm²) est
l’oxydation du film de titane métallique qui est un processus fortement exothermique Dispositifs expérimentaux et outils de diagnostic
procédés de dépôt d’oxydes métalliques, et lors de l’introduction de l’oxygène dans l’enceinte, des réactions peuvent avoir lieu à la surface du substrat.
Lors d’une réaction chimique exothermique de surface telle que l’oxydation du métal vre ou dépôt métallique sur la pastille), de l’énergie est libérée et peut Pour mettre ce phénomène en évidence puis l’étudier, un protocole expérimental
réalisé sur une pastille de cuivre préalablement collée sur le HFM. Pour cela la cible de Ti est pulvérisée en DC pendant 10 min, à une dioxygène est injecté est représenté sur
. Densité de flux d’énergie en fonction du temps : détection d'une réaction exothermique entre l’oxygène et le film de titane déposé sur la pastille de cuivre du HFM
vers 12600 s, on détecte un pic de densité de flux s, la densité de flux 40 mW/cm²) est attribué à qui est un processus fortement exothermique.
Une fois que le film est complètement passivé, la densité de flux diminu
de titane en fonction de la pression d’oxygène injecté.
Figure II. 20. Densité de flux en fonction du temps pour différentes pression d’O cinétiques d’oxydation mesurées avec le fluxmètre sur un film de titane
La fluxmètrie permet d’obtenir une information globale sur le transfert (Réaction chimique, transfert radiatif, contribution plasma…)
La spectrométrie de masse permet de compléter cette information en identifiant les espèces présentes dans la phase gazeuse et
énergie.
2.2. La spectrométrie de masse (SM
Le fonctionnement du SM
cinétique des particules neutres ou chargées incidentes au point de Le spectromètre de masse utilisé pour cette étude est un EQP commercialisé par Hiden Analytical (cf. Fig et montre la différence de cinétique d’oxydation d’un film de titane en fonction de la pression d’oxygène injecté.
. Densité de flux en fonction du temps pour différentes pression d’O d’oxydation mesurées avec le fluxmètre sur un film de titane
d’obtenir une information globale sur le transfert
(Réaction chimique, transfert radiatif, contribution plasma…) au niveau du substrat La spectrométrie de masse permet de compléter cette information en identifiant les espèces présentes dans la phase gazeuse et en déterminant leur distribution en