低气压容性耦合等离子体均匀性的实验研究

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低气压容性耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma,简称为CCP)在半导体工业、生物医学及环境处理等领域有着广泛的应用。在半导体工艺中,提高等离子体的均匀性可提高等离子体处理材料的质量,从而提高产品的成品率,因此如何提高等离子体的均匀性成了热门研究。  目前关于等离子体均匀性的研究,在极板配置方面主要集中在理论研究和数值模拟上。本文利用朗缪尔双探针技术,重点研究了极板类型及配置对等离子体均匀性的影响。主要内容如下:  首先利用朗缪尔双探针研究了通孔圆孔极板点亮问题对等离子体空间分布的影响。研究表明:点亮问题的出现会引起圆孔周围电子温度、电子密度及电子能量密度的急剧增加,从而降低等离子体的均匀性。同时,氧气刻蚀光刻胶实验验证了点亮问题在光刻工艺中会影响光刻胶的刻蚀速率及其均匀性。  其次,改变极板类型和配置,利用朗缪尔双探针研究它们对氩气容性耦合等离子体均匀性的影响。其中极板类型和配置包括圆孔刻槽极板、极性电极(相位差△φ=00和△φ=1800)和定制的不同尺寸的栅型电极。研究表明:圆孔刻槽极板、极性电极和栅型电极均可避免点亮问题,提高等离子体的均匀性。在放电功率为50W和300W时,圆孔刻槽极板可将电子密度的均匀性分别由85.6%提高到93.7%、63.6%提高到84.6%;极性电极可将电子密度的均匀性分别提高到90%以上和80%以上。栅型电极的均匀性及电子密度与避光槽宽度b及透光槽宽度a有关。在放电功率为50W时,尺寸a*b=1.0*0.5inch的栅型电极有92.6%的最佳电子密度均匀性。  最后通过氧气刻蚀光刻胶的实验,进一步研究极板类型及配置对氧气容性耦合等离子体均匀性的影响。研究表明:圆孔刻槽极板、极性电极和尺寸a*b=1.0*0.5inch的栅型电极均可提高光刻胶的刻蚀均匀性。圆孔刻槽极板可将放置在极板表面和极板中间的光刻胶刻蚀均匀性分别由64%提高到87%、72%提高到91%。对于反相位电极,放置在其表面的光刻胶刻蚀速率及其均匀性分别为103nm/min和86%,放置在其中间的光刻胶刻蚀速率及其均匀性分别为92nm/min和88%。对于尺寸a*b=1.0*0.5inch的栅型电极,放置在其表面的光刻胶刻蚀速率及其均匀性分别为104nm/min和89%,放置在其中间的光刻胶刻蚀速率及其均匀性分别为98nm/min和93%。
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