N2容性耦合等离子体径向不均匀性研究

摘要

在现代的半导体行业当中，低温等离子体技术常常被应用于基片刻蚀、薄膜生长以及表面改性等等方面。容性耦合等离子体源相对于感应耦合等离子体源来说，具有结构简单，更容易形成大口径等离子体等优点，因此广泛应用在半导体工业当中。甚高频容性耦合等离子体(CCP)是一种主要的刻蚀工具。由于其能分别控制离子通量和离子能量，通常用于高精度的薄栅极氧化层的刻蚀上。另外，高于工业标准的13.56MHz的频率的高密度的容性耦合等离子体也常被用于高沉积率的薄膜沉积当中。
　　 在本文中，通过使用扫描发射光谱仪和朗缪尔双探针的测量方法研究了40.68MHz的射频驱动的N2容性耦合等离子体(CCP)的不均匀性：利用朗缪尔双探针测量了在氮气等离子体内径向方向上电子密度和电子温度，从而对容性耦合等离子体中氮气的电子密度和电子温度的均匀性进行研究；采用最小二乘法逐点比较测量值和理论值的方法，通过对氮分子第二正带系(C3∏u-B3∏g)380.4nm到367.1nm的峰进行了拟合，得到氮分子的转动温度和振动温度的分布，从而对氮气的转动温度及振动温度的均匀性进行研究。发现在高气压和高输入功率的条件下，容性放电中的中心峰值是由驻波效应造成的，而在靠近径向边缘的峰值是由感性电场造成的，这都引起了发射光谱在电极表面超过20％的不均匀性。然而，N2容性放电的振-转动温度展示了低于10％的不均匀性，这可能是由有较大的径向弛豫时间的和高密度的亚稳态粒子的主导碰撞造成的。