感性耦合等离子体（Inductively Coupled Plasmas,即ICPs）具有密度高、大面积均匀性好以及易控制等优点,已经被广泛地应用于集成电路生产中,如掩膜灰化、沟槽刻蚀等过程。随着信息技术工业的发展,集成电路的线宽越来越窄,未来最小线宽可能达到3 nm。伴随着线宽的变窄,刻蚀过程中对于等离子体源的要求更加严格。特别是在窄线宽沟槽的刻蚀过程中积累在槽底部的电荷很难被中和,这使得沟槽底部会发生底侧切等刻蚀轮廓的畸变,这样的畸变会导致器件性能的下降。此外,工业界为提高芯片性能而设计的新型晶体管,例如 FinFET（Fin Field-Effect Transistor）和 FD-SOI（Fully Depleted Silicon on Insulator）,这两种晶体管都采用了几个纳米厚的SiO₂作为衬底。这样薄的衬底很容易在等离子体刻蚀过程中受到高能离子轰击造成损伤。而脉冲调制射频感性耦合等离子体（脉冲ICP）被认为能够解决这些问题,因为其具有更多的调节参数,更重要的是在脉冲ICP余辉阶段鞘层消失后,等离子体中的负离子能够深入到刻蚀沟槽的底部中和刻蚀过程中积累的正电荷。另外,为了提高经济效益,集成电路生产中芯片的晶元尺寸规格逐渐从12英寸增加为18英寸,因此如何获得大面积均匀的等离子体变得至关重要。本文利用Langmuir探针、Hairpin探针以及光探针,对射频及脉冲调制射频O₂/Ar感性耦合等离子体进行了系统性的研究。并将实验结果和整体模型、流体力学模型计算结果进行对比分析,解释了等离子体中相关现象的内在物理机制。第1章,首先综述了低温等离子体及相关应用;其次,简单介绍了常见的低温等离子体源及等离子体中相关研究方法;随后,阐述了脉冲ICP的研究进展以及存在的问题;最后,给出了本文的结构和研究规划。第2章,介绍了平面感性耦合等离子体源的实验装置及相应的诊断手段,包括时间分辨Langmuir探针、Hairpin探针、光探针、ICCD以及Z-Scan电压电流探针。第3章,采用Langmuir探针、Hairpin探针并且结合整体模型,研究了射频O₂/Ar等离子体特性随着外界控制参数（气体比率、放电气压和射频功率）的演化规律。研究发现,实验和模拟结果在趋势上能够吻合得很好,并结合模拟结果揭示了电子密度随着气压呈现非单调性变化的物理机制。第4章,采用时间分辨Langmuir探针和光探针系统地研究了不同放电条件下脉冲O₂/Ar等离子体特性随时间的演化。研究发现,等离子体达到辉光稳定阶段的时间与脉冲占空比有关,并揭示了脉冲开启后电子能量对等离子体特性的影响。第5章,研究了不同放电条件对射频及脉冲调制射频O₂/Ar ICP等离子体径向均匀性的影响。研究发现,增加O₂的比率和气压能够提高电子密度的径向均匀性,但是功率对电子密度径向均匀性的影响不明显。在脉冲O₂/ArICP中,在辉光稳定阶段,电子（?）密度的径向分布和连续放电中一致,但是辉光初期的E-H模式转换会严重影响电子密度的径向均匀性。此外,利用流体模型计算的结果,揭示了在余辉后期电子密度径向均匀性变差的物理机制。第6章,给出了本文的主要结论、创新点以及未来的工作计划。