Simulations bidimensionnelles PIC/MCC de CCP RF avec un mur latéral diélectrique

Two Dimensional PIC/MCC Simulations of RF CCPs with a Dielectric Side Wall

• Auteur / Autrice : Yue Liu
• Direction : Jean-Paul Booth, Pascal Chabert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 20/11/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Plasmas (Palaiseau ; 1975-....)
• Jury : Président / Présidente : Caterina Riconda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Erik Johnson, Mickael Grech
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Garrigues, Khaled Hassouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas fortement couplés

Chauffage ohmique

Mots clés libres

Simulations bidimensionnelles PIC/MCC

Plasmas couplés capacitivement

Uniformité du plasma

Limites diélectriques

Chauffage électronique

Modèle analytique

2D PIC/MCC simulations

Capacitively coupled plasma uniformity

Ohmic heating

Résumé

Un code de simulation de plasma à deux dimensions électrostatique à coordonnées cartésiennes Particle-in-cell/ Monte Carlo Collision (PIC/MCC) est présenté, incluant un nouveau traitement de l'équilibre des charges aux limites diélectriques. Il est utilisé pour simuler un plasma dans le gaz Ar dans un réacteur à plaques parallèles à couplage capacitif à radiofréquence a géométrie symétrique avec une paroi latérale diélectrique épaisse. La paroi latérale diélectrique protège efficacement le plasma du champ électrique augmenté au niveau de la jonction entre l'électrode alimentée et l'électrode à la masse, dont on a montré précédemment qu'elle produisait une augmentation localise de la densité de plasma. Néanmoins, un réchauffement accru des électrons est observé dans une région adjacente à la limite diélectrique, conduisant à des maxima de le taux d'ionisation, de la densité du plasma et du flux ionique vers les électrodes dans cette région. Les différents composants du chauffage électronique sont dérivés des simulations PIC/MCC et montrent que cette augmentation du chauffage électronique provient d'un chauffage ohmique accru dans la direction axiale lorsque la densité électronique diminue vers la paroi latérale. Nous avons étudié la validité de différentes formules analytiques pour estimer le chauffage ohmique en les comparant aux résultats PIC. Le chauffage des électrons à composantes x a proximité des coins a été observé aux fréquences d'excitation plus élevées, provenant d'un champ RF oscillant important dans la direction x.

A Cartesian-coordinate two-dimensional electrostatic Particle-in-cell/Monte-Carlo Collision (PIC/MCC) plasma simulation code is presented, including a new treatment of charge balance at dielectric boundaries. It is used to simulate an Ar plasma in a symmetric radiofrequency capacitively-coupled parallel-plate reactor with a thick dielectric side-wall. The dielectric side-wall effectively shields the plasma from the enhanced electric field at the powered-grounded electrode junction, which has previously been shown to produce locally enhanced plasma density. Nevertheless, enhanced electron heating is observed in a region adjacent to the dielectric boundary, leading to maxima in ionization rate, plasma density and ion flux to the electrodes in this region. The electron heating components are derived from the PIC/MCC simulations and show that this enhanced electron heating results from increased Ohmic heating in the axial direction as the electron density decreases towards the side-wall. We investigated the validity of different analytical formulas to estimate the Ohmic heating by comparing them to the PIC results. The x component electron heating near the corners was observed at higher driving frequency, which is caused by a significant RF oscillating field in the x direction.