【摘要】：容性耦合等離子體源的應用十分廣泛,針對大尺寸薄膜沉積和刻蝕工藝,如何能夠在對離子通量和離子能量進行獨立控制的同時,保持較高的反應速率,并獲得均勻的等離子體分布,是制約微電子工業(yè)發(fā)展的關鍵。研究表明,如果放電由多諧波疊加的電壓源共同驅動,通過調(diào)節(jié)基頻和二倍頻之間的相位差,可以改變上下極板附近鞘層的對稱性,最終引起電非對稱效應(electrical asymmetry effect,EAE)。而當高次諧波處于甚高頻范圍時,盡管可以產(chǎn)生較高密度的等離子體,但在甚高頻放電中,容易引起電磁效應,進而影響等離子體的徑向均勻性。由此可見,需要深入研究電非對稱效應與電磁效應的相互作用,進而優(yōu)化等離子體工藝過程。本文利用二維流體力學模型,并耦合麥克斯韋方程組,系統(tǒng)地研究了容性耦合氫等離子體中,當放電由多諧波疊加的電壓源驅動時,不同放電參數(shù)下電磁效應與電非對稱效應對等離子體特性的影響。模擬結果表明:(1)在采用連續(xù)的多諧波電壓波形(方程(1.1))驅動放電時,隨著諧波階數(shù)6)的增大,自偏壓(1_((9(8)的幅值隨之增大。并且,不同諧波階數(shù)下的自偏壓(1_((9(8)隨相位角_1的變化趨勢不盡相同,變化周期從π變?yōu)?π。此外,在同一諧波階數(shù)下,自偏壓(1_((9(8)隨不同倍頻相位角_(9))的變化趨勢也不相同。在利用最高倍頻相位角_(6))進行調(diào)節(jié)時,自偏壓的變化幅度會減小。(2)在采用不連續(xù)的多諧波電壓波形(基頻、二倍頻及最高倍頻疊加,方程(3.5))驅動放電時,自偏壓(1_((9(8)隨相位角_1的變化趨勢與6)=2時的一樣,變化周期為π。當增大諧波階數(shù)6)時,自偏壓幅值波動較小。在采用基頻和最高倍頻疊加的電壓波形(方程(3.2))驅動放電時,隨著諧波階數(shù)6)的增加,自偏壓(1_((9(8)的幅值減小,且隨相位角_1的變化趨勢發(fā)生變化。(3)在采用連續(xù)的多諧波電壓波形(方程(1.1))驅動放電時,當基頻頻率為13.56 MHz,電壓幅值(1_0=100 V,氣壓為200 mTorr,相位角_1=180°時,等離子體的徑向均勻性最好。且在一個周期內(nèi),軸向功率密度有三個正向峰值,這導致在同樣的位置出現(xiàn)大量的電離過程。在周期結束時刻,徑向功率密度存在一個明顯的峰值,并且該峰值在相位角_1=180°時最低,這表明通過調(diào)節(jié)諧波間的相位角,可以改善等離子體的徑向均勻性。但是,在不同的放電參數(shù)下,該調(diào)節(jié)作用的強弱是不同的。當電壓幅值(1_0增大時,調(diào)節(jié)作用增強;隨著放電氣壓的增大,調(diào)節(jié)作用減弱;基頻頻率增大時,調(diào)節(jié)作用減弱。(4)在采用多諧波疊加的電壓波形驅動放電時,改變電壓幅值的比值,或者直接采用不同的電壓波形,均會顯著影響等離子體的徑向均勻性。但在改變電壓波形的優(yōu)化結構后,自偏壓(1_((9(8)的幅值會減小,且當基頻頻率增大時,等離子體的徑向均勻性變差。以上結果表明,不同的電壓波形,對直流自偏壓的大小及變化趨勢的影響都是不一樣的。在容性耦合氫等離子體放電中,通過改變諧波間的相位角,可以對等離子體徑向分布的均勻性等特性進行調(diào)節(jié),且在不同的放電條件下,調(diào)節(jié)作用有所不同。本論文的研究結果對于利用電非對稱效應優(yōu)化等離子體工藝過程非常重要,尤其是考慮高次諧波時,可以有效地抑制電磁效應引起的不均勻性。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O53

【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 張權治;直流與射頻混合放電下容性耦合等離子體的PIC/MCC模擬[D];大連理工大學;2014年

2 張鈺如;甚高頻容性耦合等離子體中電磁效應的數(shù)值研究[D];大連理工大學;2013年

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本文編號：2705463