Un élément essentiel dans la fabrication des puces : le plasma
Le plasma a été découvert par William Crookes en 1879 et nommé « plasma » par Irving Langmuir en 1929. Son utilisation dans la fabrication de puces est très courante et essentielle ; on peut affirmer que sans plasma, la production de puces serait impossible. Le plasma est presque systématiquement impliqué dans la gravure sèche, le dépôt physique en phase vapeur (PVD), le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), la modification de surface des plaquettes et la lithographie.
Qu'est-ce que le plasma ?
Le plasma est le quatrième état de la matière. Alors que la plupart des gens pensent que la matière ne possède que trois états (solide, liquide et gazeux), plus de 99 % de la matière observable dans l'univers se trouve dans le quatrième état, notamment dans les étoiles, les nébuleuses et le milieu interstellaire. Le plasma est également présent sur Terre, par exemple dans l'ionosphère et la magnétosphère. Il est constitué de gaz ionisés contenant des quantités à peu près égales d'électrons et d'ions. Ces gaz sont produits par chauffage à haute température, par bombardement électrique ou par exposition à des rayonnements ionisants. Soumis aux forces des champs électromagnétiques externes ou des champs générés par les courants et les charges internes, les plasmas présentent une dynamique très différente de celle des gaz ordinaires.
Qu'est-ce que l'ionisation ?
L'ionisation des gaz est le processus d'arrachement d'électrons aux atomes ou molécules d'un gaz. Lors de l'ionisation, des énergies externes (comme les champs électriques, le rayonnement lumineux ou les hautes températures) fournissent suffisamment d'énergie pour que les électrons des molécules ou atomes du gaz se détachent de leurs orbitales atomiques ou moléculaires, formant ainsi des ions chargés et des électrons libres. L'ionisation des gaz est à la base de la formation du plasma. Une fois ionisée, une fois le gaz ionisé, les atomes ou molécules sont ionisés, créant un grand nombre d'électrons et d'ions libres. Lorsque suffisamment d'atomes sont ionisés pour modifier significativement les propriétés électriques du gaz, celui-ci devient un plasma. Le plasma réagit et génère une force électromagnétique.
La composition du plasma
Le plasma est un mélange gazeux d'ions, d'électrons, de radicaux libres, d'atomes et de molécules neutres. Les ions présents dans un plasma sont des atomes ou des molécules portant une charge positive ou négative. Ils se forment par la perte ou le gain d'un ou plusieurs électrons au sein d'un atome ou d'une molécule. Le type et le nombre d'ions dépendent de la composition du plasma et de son mode de production. Les électrons libres se détachent des atomes ou des molécules et deviennent des particules chargées négativement. Dotés d'une énergie élevée, les électrons libres peuvent se déplacer et conduire l'électricité sous l'effet d'un champ électrique. Outre les électrons libres et les ions, le plasma contient également des particules neutres, c'est-à-dire des atomes ou des molécules non ionisés. Ces particules neutres contribuent à l'équilibre entre les ions et les électrons, maintenant ainsi la neutralité électrique globale du plasma. Les radicaux libres sont des molécules possédant des électrons non appariés. Ils jouent un rôle important dans les réactions chimiques et au sein des organismes vivants. Les radicaux libres sont généralement très réactifs car ils ont tendance à apparier les électrons en les piégeant ou en les cédant.
Propriétés du plasma
Les propriétés du plasma diffèrent de celles des autres états de la matière, tels que les gaz, les solides ou les liquides. Il présente une conductivité élevée, des propriétés optiques uniques et des oscillations. Tout d'abord, le plasma est un conducteur électrique, capable de conduire le courant. Ceci s'explique par la présence d'un grand nombre d'électrons libres qui, sous l'effet d'un champ électrique, peuvent se déplacer et générer un courant. Ensuite, le plasma interagit fortement avec le rayonnement électromagnétique et peut émettre, absorber et diffuser la lumière. Enfin, il possède des propriétés thermodynamiques uniques, comme une température élevée, une basse pression et une forte densité d'énergie.
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