低气压容性耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasmas,CCP)已经广泛应用于微电子加工工业的材料刻蚀及薄膜沉积工艺中。全世界各地很多的科研机构都在进行相关的理论、实验和模拟研究,这些工作大多得到了美国应用材料公司、泛林公司和日本东京电子公司等相关厂商的资助。其中数值模拟是关于CCP中物理过程的研究和相关工业设备的优化设计的主要手段之一。通过数值模拟,不仅可以深入的了解CCP包含的各种物理过程,而且能够给出精确的定量结果,从而大大降低工业设备开发的周期和成本。常用的数值模拟方法有流体模型和PIC/MC(Particle-in-cell/Monte Carlo)模型两种。流体模型计算量小,稳定性好,比较容易耦合化学反应模块。流体模型目前已经开发出了两维或者三维、全电磁的算法,被广泛用于相关工业设备的优化设计中。然而由于模型本身的固有缺点,流体模型通常无法研究电子的非局域、非热平衡的行为,也无法自洽的计算粒子的通量和能量分布函数。PIC/MC模型是完全动力学的模拟方法,能够克服流体模型的上述缺点。PIC/MC模型的主要缺点是计算量很大,目前绝大部分PIC/MC模拟都是一维的,二维的模拟通常需要采用超级计算机才能完成,两维以上的结果很少。因此,开发高速、两维柱坐标系下的PIC/MC模型算法和程序,并且利用该程序对CCP进行系统研究,不仅能够促进相关基础研究的进步,而且有可能为相关工业设备设计和优化提供参考与指导。本文分为两大部分,第一部分是关于PIC/MC模型的算法研究,包括第二章和第三章；第二部分是关于CCP的模拟研究,包括第四章,第五章和第六章。第二章通过综述相关的研究工作,给出了一般的PIC/MC模型的算法,简述了PIC/MC模型的主要步骤,其中包括显格式PIC算法的电荷累积、粒子推动、场求解的一般方法,以及MC算法中的粒子抽样、确定碰撞类型和碰撞后速度等的方法。第三章首先描述了隐格式模拟程序的一般算法,研究了两维柱坐标系下的隐格式PIC/MC的算法,并对不同算法进行了分析和定标。结果表明,两维柱坐标系下的隐格式PIC/MC模型必须采用均匀网格和不等权重粒子的方法。权重粒子的引入会导致系列困难,必须小心处理,分析和定标结果说明,电荷守恒的粒子权重重整方法、带权重的：z—r2电荷累积和碰撞后的粒子的加速度按照荷质比调整的方式是误差最小的数值算法,而全局X-Y-Z坐标是粒子推动的最佳方法。隐格式方法能够消除显格式方法对空间和时间步长的限制,计算速度相对显格式方法提高了两个数量级,从而大幅增加了PIC/MC模型的应用范围,使得针对相关工业设备的模拟成为可能。第四章利用一维显格式PIC/MC模型模拟了阴阳极的间距效应对于CCP性质的影响。模拟发现当放电气压、频率和间距满足一定条件时,等离子体的主导加热机制由单边鞘层的无碰撞加热转变为双边鞘层的无碰撞加热,结果是等离子体密度在间距减小时反而显著升高,电子能量分布函数也会出现高能尾。此过程可能伴有双稳现象,分析表明,不同参数间的非线性耦合产生双稳现象的原因,双稳现象会导致不同的能量耗散机制。第五章利用二维柱坐标系下的隐格式PIC/MC方法模拟了射频电极和侧壁之间的间隙效应对于CCP性质的影响。模拟自洽的考虑了自偏压效应,结果表明自偏压与阴阳极面积比成指数关系,指数的大小取决与间隙的相对大小。如果间隙较大而气压较低,电子的自由程可以和电极半径相比拟,此时等离子体的密度和电子的加热率都会显著增加,密度的径向分布上也可能出现多峰结构。模拟还给出射频电极上的粒子通量和能量分布函数。与流体模型的结果相比,PIC/MC模型能够更精确的描述等离子体的动力学行为,而且没有流体模型固有的数值扩散的问题,但是计算速度仍然比流体模型慢一个数量级。第六章提出了一种新的双频CCP结构,即垂直驱动的双频CCP,放电腔室采用矩形结构,下电极由低频源驱动,而左右两边的电极由高频源驱动。利用二维直角坐标系下的隐格式PIC/MC模型,系统的研究了该放电结构的等离子体密度、电势分布、极板处的离子通量与能量和角度分布,结果表明该结构不存在在甚高频源驱动产生的有害的电磁效应,而且能够更加灵活的控制离子能量。