低温等离子体技术在半导体工业中发挥着不可替代的作用,尤其是容性耦合等离子体（Capacitively Coupled Plasma,CCP）源已经广泛地应用于介质的刻蚀工艺中。在CCP中,电子通过与时变电场的作用实现功率吸收,并通过与中性粒子的碰撞产生大量活性自由基团和带电粒子。如何对等离子体内部的反应过程以及到达材料表面的粒子属性进行有效控制,以实现纳米级的工艺处理,是CCP研究最基本的课题之一。因此,理解射频放电中的电子加热机制对于等离子体表面处理技术的应用至关重要。用于刻蚀工艺的CCP源通常在低气压（0.1～10Pa）下工作,此时电子具有强烈的非局域性,这导致CCP中电子动理学的非线性和复杂性。数值模拟可以帮助理解CCP内部的放电机理,从而为CCP源的工业设计和优化提供理论依据。粒子模拟,即 PIC/MCC（Particle-in-cell/Monte Carlo collision）方法,不借助经验性参量,是建立在第一性原理基础上的动理学方法,尤其适合低气压CCP中非局域电子动理学的模拟研究。本文的工作是借助一维显格式PIC/MCC方法,模拟研究了低气压射频CCP中非局域电子的加热机制、电离行为等动理学问题。第一章绪论部分综述了面向微电子工艺应用的几种常见等离子体源。同时简单介绍了描述等离子体的几种理论方法。最后,梳理了 CCP研究的发展脉络,并归结CCP研究的几个热点问题。在第二章中,首先重点介绍了 PIC模拟的理论思想,并详细介绍了 PIC模拟的算法流程;其次,介绍了基于统计抽样来处理粒子碰撞的MCC方法;最后,介绍了二次电子发射（Secondary Electron Emission,SEE）模型及其算法实现过程。在第三章中,考虑依赖于入射电子能量和材料表面性质的SEE效应,对CCP两侧电极材料不同所造成不对称的电子诱导SEE过程进行了模拟研究。研究发现,两侧电极不对称的电子诱导SEE过程会导致在一侧电极形成自偏压。由于离子诱导二次电子可以获得鞘层电场的加速成为高能电子,因此当这些高能二次电子入射到对面电极上时,可以再次诱导产生大量的电子诱导SEE,从而增强放电效率。其次,对直流耦合射频CCP中的SEE效应进行了模拟研究,其中一侧电极由射频电源驱动,另一侧电极施加直流负偏压。在施加直流的电极一侧会形成直流和射频的叠加鞘层,离子在该鞘层电场的加速下轰击电极,引发大量的离子诱导SEE。这些离子诱导二次电子经过直流/射频鞘层的加速后,其能量要高于对面的射频鞘层电势,因此可以克服射频鞘层势垒到达对面射频电极,进而引发大量的电子诱导SEE。然而,从射频电极发射的电子诱导二次电子的能量要低于直流/射频鞘层的电势,会被直流/射频鞘层电场反射回本侧的射频电极,并再次引发电子诱导SEE。从射频电极发射的二次电子会不断重复上述过程,形成电子诱导SEE的正反馈机制,从而引发更多的SEE,进而显著增强电离效率。在第四章中,对几何对称CCP中存在的非线性振荡现象进行了模拟研究。模拟发现,由鞘层快速扩张产生的非局域束电子是非线性振荡产生的重要原因。在低气压CCP中,鞘层扩张十分迅速,因此会激发一束高能电子流,造成等离子体瞬时、局域的电荷分离。等离子体为维持准电中性,会自洽地对空间电荷场进行补偿。由于电子惯性的存在,会造成回流电子的过冲并再次与扩张鞘层发生作用。鞘层的持续扩张,导致上述过程重复出现,由此引发非线性鞘层振荡。在第五章中,对电非对称效应和磁非对称效应的协同作用进行了模拟研究。通过在电非对称放电中引入非均匀分布的磁场,从而将两种非对称效应进行有机地结合,进而提升对离子能量和通量的调控能力。模拟结果显示,在CCP中两种非对称效应可以在一定程度上独立运作。通过调节电非对称波形的相位角,由两种非对称效应产生的自偏压可以同向增大,也可以反向减小。此外,外加磁场可以减少高能电子的损失并增强电离效率,从而增大离子通量。因此,电非对称效应与磁非对称效应的协同作用在增大入射离子通量的同时,可以更为有效地调控入射离子能量。在第六章中,首次通过模拟发现在弱磁化CCP中存在的回旋电子与射频鞘层之间的共振现象。模拟结果显示,存在射频频率和磁场强度的对应关系,使得回旋电子可以与射频鞘层之间发生周期性的相互作用。回旋电子可以持续地被扩张鞘层加速,即发生回旋电子-射频鞘层的共振加热。这种共振加热效率取决于回旋电子与单侧射频鞘层的连续碰撞次数,因此在低气压下对共振电子的加热尤为显著。基于这种共振加热模式,为设计开发相关的新型等离子体源提供了理论参考。