放电参数对不同频率驱动的容性耦合等离子体影响的研究

摘要

低气压容性耦合等离子体(CCPs)广泛应用于半导体和微电子工业中，其中的多道工序，诸如薄膜的刻蚀、沉积以及表面处理等都离不开等离子体加工。使用甚高频作为等离子的驱动频率可以获得更高的电子密度和更低的粒子轰击能量，因而得到广泛关注。目前，甚高频容性等离子体在材料加工上的很多优点已经被报导，如具有更高的薄膜沉积速率和更好的薄膜均匀性，刻蚀速率更快，并且具有较低的微负载效应等。低气压射频放电中，电子与源气体分子相互作用以维持气体分子的激发，分解和电离，而极板自偏压影响等离子体鞘层电场和离子能量的分布，从而很大程度决定了刻蚀速率和刻蚀截面，因此，研究放电参数对电子密度、电子温度和偏压的影响对了解等离子体过程、改进刻蚀工艺等具有十分重要的意义。
　　 本文的研究内容主要有以下两部分：第一部分研究了放电参数对不同频率驱动的容性耦合氩等离子体的影响。电子温度和电子密度由双探针诊断获得，而自偏压则由示波器测量得到。实验表明，不同驱动频率下，电子温度随功率上升明显降低直到达到稳定值，而随着驱动频率和气压的上升，电子与周围粒子碰撞加剧，导致电子温度降低。低功率时，电子密度呈现类抛物线增长，高功率时，电子密度则线性增加。随着气压上升，电子密度呈现先上升后略有下降的趋势。当驱动频率由13.56MHz增加到60MHz时，观察到电子密度与驱动频率成二次方的依赖关系。自偏压的测量结果表明，自偏压随着放电功率增大而增大，而当气压和驱动频率上升时，自偏压反而降低。
　　 第二部分研究了双频容性耦合等离子体中高低激发频率之间的耦合与相互调制。研究表明，电子密度主要由高频输入功率决定，较大的驱动频率比值有利于高频功率对电子密度的独立控制；极板自偏压随所在极板的功率上升而增加，低频功率所在极板自偏压比高频功率所在极板自偏压大得多。