柱面线圈射频感性耦合等离子体放电特性的实验研究

摘要

感性耦合等离子体源（Inductively Coupled Plasmas，ICP）因能够在低气压下获得大面积、均匀性好且高密度的等离子体，因此，被广泛地应用于半导体芯片刻蚀和薄膜沉积工艺中。然而，到目前为止，虽然感性耦合Ar/O2混合气体放电的研究很多，但是对柱状ICP的径向空间分辨特性的研究并不多。因此，进一步对柱状Ar/ O2 ICP的径向分辨研究是十分必要的。另一方面，外界放电参数对柱状ICP径向分辨特性也有很大的影响，尤其是影响等离子体的均匀性，这对等离子体在工业中的应用尤为重要。因此，本文采用Langmuir探针和发射光谱诊断相结合的方法，研究了外界参数（功率、气压、O2含量）对柱状感性耦合等离子体放电特性径向分布的影响。
　　论文第一章，介绍了等离子体的概念、性质以及在各领域的应用，同时还简单阐述了工业中常用的几种低温等离子体源及感性耦合等离子体的研究现状。
　　在论文的第二章，简单介绍了研究中所采用的ICP源实验装置，以及实验中的诊断装置Z-Scan、Langmuir探针和光谱诊断系统。
　　在论文的第三章，对感性耦合Ar等离子体进行了研究。研究结果显示:电子密度随着功率增加是增加的，而随着气压的升高是降低的;等离子体电势和电子温度随着气压的升高是下降的;电子温度几乎与功率的大小无关，等离子体电势在较低功率时，是随着功率的增加而降低的，在功率较高时，等离子体电势大小几乎不再变化。在低气压低功率的情况下，电子能量几率分布函数呈双温分布，随着输入功率和放电气压的升高，逐渐向Druyvesteyn分布过渡。Ar的750.4 nm和811.5 nm两条谱线的强度随着输入功率的增加而线性增强，随着放电气压的升高而减弱。在径向方向上，谱线强度是从腔室中心处向器壁处逐渐减弱的。
　　在论文第四章，研究了感性耦合Ar-O2等离子体。研究结果显示:在Ar-O2等离子体中，电子密度是随着放电功率的增加而增加，随着气压的升高和O2含量的增加而降低;Ar的750.4 nm，811.5 nm和O原子777.4 nm，844.6 nm的谱线强度随着功率的增加而增强，随着气压的升高和O2含量的增加而减弱。
　　论文第五章，对感性耦合O2等离子体进行了光谱研究，结果显示O原子的777.4 nm和844.6 nm两条谱线的强度随着功率的增加而线性增强，随着放电气压的升高而减弱。在径向方向上，谱线强度是从腔室中心处向器壁处逐渐减弱的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 等离子体的特性和应用

1．2 低温等离子体源介绍

1．2．1 射频容性耦合等离子体源

1．2．2 微波电子回旋共振等离子体源

1．2．3 螺旋波等离子体源

1．2．4 射频感性耦合等离子体源

1．3 感性耦合等离子体的研究现状

1．4 本文的内容及安排

2 感性耦合等离子体源的实验系统介绍

2．1 实验装置介绍

2．2 实验诊断装置简述

2．2．1 Z-Scan测量系统

2．2．2 Langmuir探针

2．2．3 光谱诊断系统

3 感性耦合Ar等离子体物理属性的实验研究

3．1 Ar等离子体的Langmuir探针诊断

3．1．1 外界参数对等离子体参数径向分布的影响

3．1．2 外界参数对等离子体参数在定点上的影响

3．2 Ar等离子体的光谱诊断

3．2．1 谱线强度的径向测量

3．2．2 谱线强度的定点测量

3．3 本章小结

4 感性耦合Ar-O2等离子体物理属性的实验研究

4．1 Ar-O2等离子体的Langmuir探针诊断

4．1．1 外界参数对电子密度径向分布的影响

4．1．2 O2含量对电子密度和EEPF在定点上的影响

4．2 Ar-O2等离子体的光谱诊断

4．2．1 谱线强度的径向测量

4．2．2 谱线强度的定点测量

4．3 本章小结

5 感性耦合O2等离子体的光谱研究

5．1 谱线强度的径向测量

5．2 谱线强度的定点测量

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢