多频等离子体放电的实验研究

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双频容性耦合等离子体(DF-CCP)可以有效地处理材料,用于制造超大规模集成电路而备受关注。通过DF-CCP和感应耦合等离子体(ICP)有效结合,有望产生更高密度的等离子体的同时,可相对独立地控制离子的轰击能量,而成为热点。本文依托实验室自行研制的一种新型等离子体源——感应耦合增强双频容性耦合等离子体放电系统(ICP/DF-CCP混合放电系统),利用补偿朗缪尔探针诊断技术、发射光谱技术和示波器技术,研究了ICP/DF-CCP混合放电的特性。并初步考察了该放电系统等离子体放电特性在材料处理中的实际效果,得到如下结果:1.选择L型匹配电路中的标准型作为该装置中所有射频电源的匹配器电路结构,其实际效果证明能实现平稳放电。借助示波器系统研究表明,60/13.56MHzDF-CCP和13.56MHz ICP在1-70mTorr (1mTorr≈0.133Pa)内氩气混合放电,线圈中射频电流波形随气压的变化,其部分原因可能是由于等离子体串联共振加热随气压降低而得到增强。由此得出,气压的改变会引起放电中的容性加热机制产生较大变化。线圈功率保持不变时,气压上升导致线圈电压和电流的数值逐渐变小。2.利用补偿朗缪尔探针和发射光谱技术研究了60/13.56MHz DF-CCP和13.56MHz ICP氩气放电中,1-50mTorr (1mTorr≈0.133Pa)内的不同气压对等离子体特征参量(电子温度Te和电子密度Ne,等离子体空间电位Vp,悬浮电位Vf)、EEPF、发光光强的影响。研究表明,混合放电在仅改变ICP功率时,气压越高,电子密度Ne增幅越大,电子温度Te则下降越快;气压越高,等离子体空间电位Vp,悬浮电位Vf却下降越快。1-50mTorr气压区间DF-CCP放电下,EEPF为比较明显的双麦克斯韦分布结构,再加上ICP功率进行混合放电后,普遍转变为类麦克斯韦分布。用发射光谱仪观察到了非常明显的E-H模转换时光强的变化。E模时发光微弱,H模时光强会是E模时的两到三个数量级。3.利用补偿朗缪尔探针技术和Druyvesteyn方法对30mTorr(1mTorr≈0.133Pa)下60/13.56MHz DF-CCP和13.56MHzICP氩气混合放电的研究表明,此装置在DF-CCP放电的基础上增加了ICP放电,可以同时使用ICP和CCP两种方式产生等离子体,达到了增强放电提高等离子体密度和更精确、独立控制等离子体密度和离子能量的目的。该装置还保留了原有DF-CCP径向位置的均匀性较好的特性,不过目前仍需进一步改善。混合放电中,电子密度Ne、等离子体空间电位Vp在随ICP功率增大的过程中,其数值在某功率区间下的明显变化均表明发生了E-H模转变。这一转变在EEPF图中则反映在分布形状从双麦克斯韦分布转变为类麦克斯韦分布上。EEPF中的这种变化是电子-电子碰撞得到增强造成的。4.选择具有应用前景的太阳能电池掺铝氧化锌(AZO)薄膜进行了混合放电下,不同高低频功率以及引入ICP功率前后的氩等离子体处理。表明,低频功率的增加,有效地提高了薄膜的表面绒面形貌。进一步说明,低频功率是有可能有效调控离子能量的。而高频功率对薄膜的表面形貌有一定的影响,但不是很大。还发现ICP功率的引入会对薄膜表面形貌造成很大的影响。
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