大面积甚高频容性耦合等离子体均匀性实验研究

摘要

甚高频(Very High Frequency，VHF)容性耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma，CCP)具有密度高、离子轰击能量低等特点，被广泛地应用于半导体芯片的等离子体刻蚀、太阳能电池的薄膜沉积工艺中。在薄膜太阳能电池的制造中，为了沉积大面积多晶硅薄膜以及同时降低成本，要求不断增大放电电极面积。在VHF段，大面积电极的尺寸与电磁波四分之一波长相当，电磁效应开始影响大面积VHF放电的均匀性。影响放电均匀性的主要电磁效应有:驻波效应(Standing Wave Effect)、趋肤效应(Skin Effect)。除电磁效应外，静电场造成的边角效应(Edge Effect)，驱动电极与侧壁放电也是影响均匀性的主要因素。本文采用发射光谱(Optical Emission Spectrum，OES)方法，在不同放电条件下研究了边角效应和侧壁放电对甚高频等离子体空间均匀性的影响。在本实验系统中，低功率、低气压的情形下，在极板边缘处放电强度高于极板内的放电。这种空间分布的不均匀性主要是边角效应和等离子体对侧壁接地放电引起的。边角效应是由放电极板边缘的棱角导致电场增强，从而导致等离子体放电增强;等离子体对侧壁接地放电是由于等离子体放电腔室侧壁接地，等离子体对侧壁接地放电产生的。实验通过在侧壁内侧加入绝缘介质板，使放电极板边缘处等离子体的放电强度到了一定的减弱，根据对实验数据分析，等离子体对侧壁接地放电是影响等离子体放电空间分布的主要原因。而影响等离子体侧壁处放电较强的主要原因是等离子体放电回路的阻抗。在等离子体中有两路接地回路，一是放电极板接地回路，二是等离子体侧壁接地回路。等离子体在边缘处放电腔是在等离子体对两路接地回路放电竞争中，等离子体侧壁接地回路的阻抗小，因此在竞争中等离子体对侧壁回路的放电更强，从而导致等离子体在边缘处的放电强度相对较高。在侧壁内侧加入绝缘介质板，相当于在增加侧壁接地回路的阻抗，从而增加了等离子体对极板接地回路的放电，因此减弱了等离子体在边缘处的放电强度。实验进一步通过改变放电回路的方法，通过减小放电极板接地回路的阻抗，同样可以减弱等离子体在边缘处放电的强度。实验再通过增加接地放电回路中的容抗与感抗得出:在本实验系统中，等离子体放电回路中容抗对等离子体放电的空间分布其主要作用，感抗的对等离子体放电影响不大。因此，可以得出结论，在甚高频等离子体放电中，等离子体放电回路是影响等离子体空间分布的主要原因，通过改变放电回路的阻抗可以使等离子体放电的空间分布更加均匀。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 等离子体的概述

1．2 甚高频等离子体的概述

1．3 光谱测量的概述

1．4 发射光谱概述

1．5 本文研究内容与安排

2 实验装置及实验测量

2．1 放电系统

2．1．1 电路系统

2．1．2 气路系统

2．2 测量系统

2．3 测量方法

2．3．1 光谱测量

2．3．2 微分光谱的测量方法

2．3．3 不同测量仪器对实验数据的影响

3 实验结果

3．1 不同参数对等离子体放电均匀性的影响

3．1．1 不同气压、功率对等离子体放电均匀性的影响

3．1．2 不同相位对等离子体放电均匀性的影响

3．2 加入绝缘介质对等离子体放电均匀性的影响

3．2．1 不同位置加入绝缘介质对等离子体放电均匀性的影响

3．2．2 加入不同厚度绝缘介质对等离子体放电均匀性的影响

3．3 放电回路对等离子体密度均匀性的影响

3．3．1 不同回路对等离子体放电均匀性的影响

3．3．2 上极板为射频驱动电极对等离子体放电均匀性的影响

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 实验的不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢