尘埃粒子在双频CCP鞘层中的特性研究

论文摘要

近几年来,在等离子体刻蚀工艺中,对放有基片的极板上同时施加高频和低频两个射频偏压的双频容性耦合式放电的刻蚀工艺越来越受到关注。与单频容性耦合放电相比,双频容性耦合放电等离子体中的离子和电子受到的是两个不同频率的射频偏压的调制,从而使等离子体表现出更为复杂的运动行为。而在极板表面附近形成的等离子体鞘层的物理特性直接影响被刻蚀基片的性能。鞘层内带电粒子的能量分布、密度分布、鞘层电势分布等都将决定等离子体与基片的相互作用过程。所以对等离子体鞘层的研究具有重要的意义和价值。但是在加工过程中不可避免会产生大量带电尘埃颗粒,严重影响芯片加工质量和效率,所以更值得从理论上来研究阐明尘埃粒子在鞘层中的特性。但是目前在刻蚀领域中,对等离子体鞘层中的尘埃粒子研究较少;对双频容性耦合等离子体中鞘层中的尘埃粒子的特性研究则更少。本文通过建立两种自洽的无碰撞鞘层模型——解析的模型和流体力学模型,研究了双频容性耦合等离子体鞘层的特性,进而研究了单个尘埃粒子在鞘层中的充电效应和受力运动情况。此外,还利用流体模型研究了多个尘埃粒子对鞘层性质的影响。模拟结果表明:经过几个微秒,单个尘埃粒子的充电过程就能达到稳定;特别的是尘埃粒子在鞘层中的运动过程是衰减振荡的,并最终在重力、电场力、离子拖拽力和中性粒子摩擦力的作用下悬浮在其平衡位置处;低频源的频率和功率、尘埃粒子的大小,初始位置和速度都会影响尘埃在等离子体鞘层中的平衡位置和运动状态;对于大小相同的尘埃,即使具有不同初始位置和速度,但最终会具有相同的平衡位置。而多个尘埃粒子聚集在鞘层中的情况,会使平均鞘层电势差变大,从而使鞘层中平均电子和离子密度减小,平均离子速度增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 双频容性耦合等离子体的原理和特性
• 1.2 射频等离子体鞘层的物理特性及研究进展
• 1.3 尘埃等离子体概述及研究意义
• 1.4 尘埃等离子体的发展与现状
• 1.5 本文的研究内容和结构安排
• 2 单一尘埃粒子在双频CCP鞘层中的充电和运动特性
• 2.1 双频CCP鞘层模型
• 2.1.1 双频CCP鞘层的解析模型
• 2.1.1.1 基本理论模型
• 2.1.1.2 计算结果及讨论
• 2.1.2 双频CCP鞘层的流体力学模型
• 2.1.2.1 基本理论模型
• 2.1.2.2 计算结果及讨论
• 2.2 单个尘埃粒子在双频CCP鞘层中的充电、受力和运动
• 2.2.1 尘埃粒子的充电过程
• 2.2.1.1 基本理论
• 2.2.1.2 计算结果及讨论
• 2.2.2 尘埃粒子的受力情况
• 2.2.3 尘埃粒子的运动特性讨论
• 2.3 小结
• 3 多个尘埃粒子对双频CCP鞘层的影响
• 3.1 基本理论模型
• 3.2 计算结果和讨论
• 3.3 小结
• 4 结论与展望
• 4.1 本文主要结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢