射頻容性耦合等離子體非均勻特性的實驗研究.pdf

1、在超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝中,射頻容性耦合等離子體常用于薄膜生長,基片刻蝕,和表面改性等。射頻容性耦合等離子體源結構簡單,容易形成大口徑等離子體,在基片刻蝕過程中,射頻容性耦合等離子體可以實現(xiàn)各向異性的刻蝕,容性耦合等離子體更適于用來沉積和刻蝕大面積基片,因此射頻容性耦合等離子體的研究引起了人們的廣泛關注。而在沉積和刻蝕大面積基片時,對等離子體的均勻性有一定的要求。
　　 隨著射頻頻率的增加,放電模式將由E模式向H模式轉變,駐波

2、效應、電報效應和趨膚效應等現(xiàn)象的出現(xiàn)使得等離子體出現(xiàn)一定程度的不均勻性。進入腔體的電磁波的波長與腔體的尺寸相當時,將出現(xiàn)駐波效應。當電磁場的橫向磁場較強時,將出現(xiàn)趨膚效應。而當放電的上下電極不對稱時會出現(xiàn)明顯的電報效應。這些效應將導致容性耦合等離子體的不均勻,如駐波效應導致腔體中心等離子體密度增強,電報效應和趨膚效應將造成腔體和電極周圍的較強的等離子體密度。
　　 為了研究容性耦合等離子體的均勻性,本文使用的容性耦合等離子體源為

3、直徑300mm的放電腔體,下電極直徑200mm,上電極金屬腔體相連接,即電極是不對稱的。激發(fā)等離子體所用射頻頻率主要由信號發(fā)生器所產(chǎn)生,射頻信號經(jīng)過射頻功率放大器的放大后直接傳輸?shù)缴漕l匹配器,匹配器的功率輸出極與功率電極相連,使用了13.56MHZ,19MHz,和41MHz3組頻率。
　　 實驗通過使用高分辨的等離子體發(fā)射光譜系統(tǒng)(OES),測定了射頻驅動的容性耦合Ar等離子體的750.4nm光譜線的徑向分布特性,從而間接反應容

4、性耦合Ar等離子體的電子密度徑向分布與射頻頻率,氣壓,腔體結構和射頻功率間的關系。實驗結果表明,等離子體發(fā)射強度的空間分布對壓強、頻率和放電腔體的結構有很強的依賴關系。邊界效應(如電報效應、趨膚效應等)使得等離子體發(fā)射光譜在電極邊緣附近具有強的光譜線強度,從而使得200mm范圍內等離子體的不均勻性高于100mm范圍內的情形；駐波效應的存在導致光譜線強度在反應器中心位置出現(xiàn)一個中等強度的譜峰。另外,由于射頻波可以在介質板中的傳播,使得上極

5、板覆蓋有介質情況下的等離子體的不均勻性要高于無介質覆蓋的情形。由于電報效應的存在,當上極板覆蓋有介質后,趨膚深度增大,這使得電極邊緣的譜峰的寬度增加。
　　 應用靜電探針(郎謬爾探針)測量腔體內徑向不同位置的電子密度,離子通量和離子密度。實驗結果表明,在高頻的射頻功率驅動下在放電中心的離子密度和電子密度較高。在高氣壓的情形下電極邊緣存在明顯的增強,且這個峰的寬度受到電極是否覆蓋介質的影響,試驗結果與發(fā)射光譜法所得結果相同相似。<