射频容性耦合等离子体（Capacitively Coupled Plasmas,CCPs）在刻蚀、沉积、溅射等微电子工艺中具有重要应用,相关的工艺对等离子体参数有不同的要求。如刻蚀中要求几百甚至上千电子伏的高能量的离子轰击以形成陡直的刻蚀槽形貌,而沉积工艺中过高的离子能量则会造成表面材料的损伤。同时,相关工艺中均要求较高的离子通量和等离子体均匀性,以实现良好的工艺效率并达到大面积处理的目的。射频CCP中电子与时空变化的电场相互作用所产生的吸收功率直接影响电子的能量分布,进而影响激发、电离等碰撞过程,最终决定等离子体密度分布、中性自由基等的产生速率以及带电粒子在表面的通量及能量分布等。因此,基于不同放电条件,尤其是在接近工业应用的射频CCP条件下深入研究电子动力学过程,包括电子加热模式的建立、电子与射频鞘层及极板表面材料相互作用过程、外加磁场在不同气体放电中对电子动力学行为的影响等,都是非常必要的,深刻理解这些物理过程可以为实际工艺提供指导。粒子模拟耦合蒙特卡洛（Particle-in-cell/Monte Carlo,PIC/MCC）方法基于很少的假设,可以相对准确描述等离子体的动力学行为。然而由于其计算量巨大,之前关于射频CCP的PIC/MCC模拟多采用一维模型,因此只能模拟几何对称腔室中的放电情况,而实际工业CCP极板均为几何非对称,对放电特性影响显著,偏离对称体系情况。对于电子和离子在极板表面诱导二次电子发射这一重要物理过程,相关模拟多采用非常简化的处理方式,即假设离子诱导二次电子发射的系数为常数,而电子与表面材料的相互作用中仅考虑其弹性反射过程,且设定弹性反射系数为常数。相关实验证明电极表面离子诱导二次电子发射、电子弹性反射、非弹性反射、电子诱导二次电子发射等过程均对放电过程有重要影响,且这些表面过程的系数均与腔室材料以及入射粒子的能量有关,模拟中采用简化的方法处理这些表面过程所得到的结果与实际放电存在很大的偏差。除此之外,之前的研究工作多基于单原子电正性气体,对工业中广泛采用的电负性等离子体放电特性的理解不够深入,尤其是关于磁化等离子体的研究,相关电负性气体的报道非常少。综上,本文采用更为先进的PIC/MCC模型,即GPU加速的二维PIC/MCC模型研究几何非对称腔室,即接地电极面积大于驱动电极面积的腔室中的电子动力学特性。为了考虑二次电子发射在放电中的作用,模拟中采用依赖于电极材料和入射粒子能量的离子及电子在电极表面诱导二次电子发射的模型。此外,本文对电负性气体放电尤其是磁化电负性气体中放电参数对电子加热模式的影响及不同放电模式下的等离子体特性进行探索。本文第一章绪论部分介绍了微电子工业中常见的低温等离子体源,并重点介绍了CCP中的电子加热机制、几种常见的调控CCP的方法和影响CCP特性的主要外部参数,最后对几种研究CCP的模拟方法进行了简要介绍。第二章详细介绍了本文研究中所用到的模型和模拟方法,包括一维及GPU加速的二维PIC/MCC模型,依赖入射能量和表面材料的二次电子发射模型以及基于玻尔兹曼公式的电场产生模型。本文第三章利用GPU加速的二维PIC/MCC模型研究非对称电极结构对氩气放电中电子加热、带电粒子通量能量分布等的影响。为了更接近工业CCP,模拟中采用刻蚀工艺中常见的1000 V高电压幅值、0.5 Pa低气压以及13.56 MHz的射频频率,并采用依赖入射能量和表面材料的二次电子发射模型。研究结果表明,几何非对称放电中,在面积较小的驱动电极一侧形成了较厚的鞘层,该鞘层的快速扩张诱导放电中自激发串联共振的产生,鞘层的快速塌缩造成反转电场的产生。而由于接地电极一侧的鞘层厚度相对较薄,该侧鞘层扩张速度相对较慢,电子在与该鞘层相互作用的过程中吸收的功率更低。此外,电极表面离子诱导二次电子（-电子）和电子诱导二次电子（-电子）发射在放电中发挥重要作用,其中-电子可直接造成放电中最高接近50%的电离,-电子虽然对电离的直接贡献较小,却是-电子表面发射的主要诱因。不同类型电子的复杂时空动力学过程使其在极板表面形成了复杂的电子通量能量分布图像。本文第四章研究了二次电子发射对低频（6 MHz）电负性氧气放电中条纹加热模式的影响。在该放电条件下,由于离子等离子体频率与驱动电源频率相当,等离子体区的正负离子响应射频振荡形成电荷分离进而使等离子体区的电场分布条纹化,由此造成带电粒子密度、电子功率吸收密度、电离速率等时空分布图像均呈条纹状。研究表明,当逐渐增大表面二次电子发射系数时,等离子体区的电子密度逐渐升高,电负性降低,体区的漂移电场减弱,电子在条纹电场中的功率吸收减弱,条纹模式的作用减弱,条纹宽度增大。当二次电子发射足够强时,等离子体区的漂移电场非常小以至于离子很难响应射频振荡,电子无法在体区电场中获得电离所需的能量,等离子体区的条纹消失。通过改变放电电压幅值和气压,发现二次电子对条纹模式的影响在高气压高电压的条件下最为显著。磁化CCP由于其能够提高特定的等离子体参数而在磁增强反应性离子刻蚀及射频溅射等工艺中被广泛应用。本文第五章和第六章分别研究弱电负性氧气放电和强电负性CF4放电中外部磁场对电子加热动力学及其它等离子体参数的影响。在磁化氧气放电中,磁场增强会造成电子密度的迅速升高,而负离子密度几乎保持不变,因此等离子体电负性迅速降低,电子在主体区漂移电场中的加热减弱。而洛伦兹力所造成的电子在鞘层附近的回旋运动延长了电子与扩张的鞘层相互作用的时间,电子在扩张的鞘层边缘的加热增强,电离增强,放电模式由DA-模式向-模式转变。此外,在强磁场下,鞘层塌缩阶段出现了很强的反转电场,通过电场产生模型分析发现磁场对电子朝极板方向运动的限制是反转电场形成的主要原因。在第六章关于磁化CF4放电的研究中,发现了一种新的电子加热模式,即m-DA模式。与传统的电负性等离子体不同的是,在该放电模式下,在电负性等离子体中,轴向上形成了一个或多个电正性的核心,该核心区域的电子动力学过程、电子能量分布以及自由基产生速率等均发生显著变化。第六章对m-DA模式建立的原因及该模式下的等离子体特性进行了研究和讨论。第七章对本论文的主要研究工作和结论做了总结,阐述了论文工作的创新点,并对后续的研究工作进行了展望。