基于質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格-蒙特卡洛算法的單頻與雙頻電容耦合氯氣放電分析.pdf

1、氯氣放電被廣泛應(yīng)用于刻蝕半導(dǎo)體和金屬材料。在本課題中,我們首先開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了針對(duì)電容耦合氯氣放電的一維仿真程序oopd1。該仿真程序基于質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格/蒙特卡洛算法,并且包含了目前為止最為全面的反應(yīng)組及相關(guān)碰撞截面參數(shù)。然后,該程序被用于研究典型的電容耦合氯氣放電。準(zhǔn)確地說(shuō),我們?cè)谶@里采用了一種混合方法來(lái)研究氯氣放電,該混合方法包括本研究中開(kāi)發(fā)的質(zhì)點(diǎn)網(wǎng)格/蒙特卡洛仿真程序以及之前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的氯氣放電全局模型程序。我們對(duì)單頻放電和雙頻放電兩種模式都

2、進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。在研究單頻放電時(shí),我們對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方式(電流驅(qū)動(dòng)和電壓驅(qū)動(dòng))都進(jìn)行了研究。我們重點(diǎn)研究了控制參數(shù),包括氣體氣壓、驅(qū)動(dòng)電流、電源頻率和二次電子發(fā)射系數(shù)等,對(duì)放電的影響。氣體氣壓的變化范圍為5到100 mTorr,驅(qū)動(dòng)電流的變化范圍為20到80 A/m2,電源頻率的變化范圍為13.56到60 MHz,二次電子發(fā)射系數(shù)的變化范圍為0.0到0.4。我們對(duì)放電的關(guān)鍵參數(shù),包括離子濃度、電子加熱速率、等效電子溫度、電子能量概率函

3、數(shù)(EEPF)、Cl2+和Cl+離子的離子能量分布(IED)和離子角分布(IAD)等,隨控制參數(shù)的變化進(jìn)行了詳細(xì)地研究。
　　隨著氣體氣壓從5 mTorr增加到100 mTorr,電子的加熱機(jī)制從隨機(jī)和歐姆加熱較為相當(dāng)變?yōu)橛蓺W姆加熱主導(dǎo),同時(shí),在高氣壓時(shí)電子加熱速率超過(guò)離子加熱速率。主等離子體區(qū)的Cl2+和Cl‐離子濃度分布隨氣壓升高而變得平坦。鞘層區(qū)域中Cl+離子的產(chǎn)生主要是通過(guò)Cl2+離子與Cl原子之間的非共振電荷轉(zhuǎn)移,而在主

4、等離子體區(qū)中Cl+離子的產(chǎn)生則主要是通過(guò)電子撞擊Cl原子發(fā)生的電離反應(yīng)。隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加,放電中心處的EEPF由Druyvesteyn分布先變?yōu)辂溈怂鬼f分布,繼而變?yōu)殡p麥克斯韋分布。該變化是由鞘層中增強(qiáng)的電子隨機(jī)加熱和主等離子體區(qū)中減弱的歐姆加熱造成的。在保證吸收功率不變的情況下提高電源頻率,等離子體中的位移電流增加,為保持功率不變,放電電壓下降。因此,鞘層平均電勢(shì)降低,導(dǎo)致了Cl2+和Cl+的IEDs均向低能方向移動(dòng)而其IADs則均

5、向較大角度的區(qū)域延伸。二次電子發(fā)射對(duì)放電的影響只表現(xiàn)在對(duì)電子加熱速率和EEPF的影響上,其對(duì)IED、IAD和中性粒子的能量分布等參數(shù)幾乎沒(méi)有影響。
　　在研究單頻放電的基礎(chǔ)上,我們通過(guò)增加一個(gè)低頻電源從而使單頻放電變?yōu)閺?fù)雜的雙頻放電模式。隨著低頻電流從0增加到4 A/m2,到達(dá)極板表面的Cl2+離子通量?jī)H有少量增加,而到達(dá)極板表面的Cl2+離子的平均能量則隨低頻電流的增加幾乎線性增加,從而說(shuō)明在一定參數(shù)范圍內(nèi)可以通過(guò)調(diào)節(jié)低頻電流來(lái)

6、獨(dú)立地控制Cl2+離子的通量和能量。然而,Cl+離子的通量和能量均隨低頻電流的增加而增加,這對(duì)于Cl+離子的通量和能量的獨(dú)立控制是不利的。此外,二次電子發(fā)射在雙頻放電中產(chǎn)生的影響要大于在單頻放電中產(chǎn)生的影響。這一現(xiàn)象是由雙頻放電中加入的低頻電源造成的。
　　雙頻放電中Cl2+和Cl+離子的IEDs和IADs在材料處理過(guò)程中非常重要。由于離子穿越鞘層到達(dá)極板表面的渡越時(shí)間低于低頻電源的周期,離子會(huì)對(duì)鞘層中的瞬時(shí)電場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng),從而導(dǎo)致