多頻等離子體放電的實驗研究.pdf

1、雙頻容性耦合等離子體（DF-CCP）可以有效地處理材料，用于制造超大規(guī)模集成電路而備受關(guān)注。通過DF-CCP和感應耦合等離子體（ICP）有效結(jié)合，有望產(chǎn)生更高密度的等離子體的同時，可相對獨立地控制離子的轟擊能量，而成為熱點。本文依托實驗室自行研制的一種新型等離子體源——感應耦合增強雙頻容性耦合等離子體放電系統(tǒng)（ICP/DF-CCP混合放電系統(tǒng)），利用補償朗繆爾探針診斷技術(shù)、發(fā)射光譜技術(shù)和示波器技術(shù)，研究了ICP/DF-CCP混合放電的特

2、性。并初步考察了該放電系統(tǒng)等離子體放電特性在材料處理中的實際效果，得到如下結(jié)果：
　　1.選擇L型匹配電路中的標準型作為該裝置中所有射頻電源的匹配器電路結(jié)構(gòu)，其實際效果證明能實現(xiàn)平穩(wěn)放電。借助示波器系統(tǒng)研究表明，60/13.56 MHz DF-CCP和13.56MHz ICP在1-70mTorr(1mTorr≈0.133Pa)內(nèi)氬氣混合放電，線圈中射頻電流波形隨氣壓的變化，其部分原因可能是由于等離子體串聯(lián)共振加熱隨氣壓降低而得到增

3、強。由此得出，氣壓的改變會引起放電中的容性加熱機制產(chǎn)生較大變化。線圈功率保持不變時，氣壓上升導致線圈電壓和電流的數(shù)值逐漸變小。
　　2.利用補償朗繆爾探針和發(fā)射光譜技術(shù)研究了60/13.56MHz DF-CCP和13.56 MHz ICP氬氣放電中，1-50mTorr(1mTorr≈0.133Pa)內(nèi)的不同氣壓對等離子體特征參量（電子溫度Te和電子密度Ne，等離子體空間電位Vp，懸浮電位Vf）、EEPF、發(fā)光光強的影響。研究表明，

4、混合放電在僅改變ICP功率時，氣壓越高，電子密度Ne增幅越大，電子溫度 Te則下降越快；氣壓越高，等離子體空間電位 Vp，懸浮電位Vf卻下降越快。1-50mTorr氣壓區(qū)間DF-CCP放電下，EEPF為比較明顯的雙麥克斯韋分布結(jié)構(gòu)，再加上ICP功率進行混合放電后，普遍轉(zhuǎn)變?yōu)轭慃溈怂鬼f分布。用發(fā)射光譜儀觀察到了非常明顯的E-H模轉(zhuǎn)換時光強的變化。E模時發(fā)光微弱，H模時光強會是E模時的兩到三個數(shù)量級。
　　3.利用補償朗繆爾探針技術(shù)和

5、Druyvesteyn方法對30mTorr(1mTorr≈0.133Pa)下60/13.56MHz DF-CCP和13.56MHzICP氬氣混合放電的研究表明，此裝置在DF-CCP放電的基礎上增加了ICP放電，可以同時使用ICP和CCP兩種方式產(chǎn)生等離子體，達到了增強放電提高等離子體密度和更精確、獨立控制等離子體密度和離子能量的目的。該裝置還保留了原有DF-CCP徑向位置的均勻性較好的特性，不過目前仍需進一步改善?；旌戏烹娭?，電子密度N

6、e、等離子體空間電位Vp在隨ICP功率增大的過程中，其數(shù)值在某功率區(qū)間下的明顯變化均表明發(fā)生了E-H模轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變在EEPF圖中則反映在分布形狀從雙麥克斯韋分布轉(zhuǎn)變?yōu)轭慃溈怂鬼f分布上。EEPF中的這種變化是電子-電子碰撞得到增強造成的。
　　4.選擇具有應用前景的太陽能電池摻鋁氧化鋅（AZO）薄膜進行了混合放電下，不同高低頻功率以及引入ICP功率前后的氬等離子體處理。表明，低頻功率的增加，有效地提高了薄膜的表面絨面形貌。進一步說