容性耦合等离子体被广泛地应用于半导体工业中,如薄膜沉积、材料刻蚀以及表面处理等。众所周知,在容性耦合等离子体放电中,较高的频率能够产生较高密度的等离子体和较低能量的离子。因此近年来,甚高频容性耦合等离子体源受到人们越来越广泛的关注。然而当放电频率较高时,尤其是在大面积反应腔室中,电磁效应(如驻波效应和趋肤效应)会显著地影响放电过程,并引起等离子体的不均匀性。由于电磁波的波长随着频率的增加而减小,当波长与腔室尺寸相当时,驻波效应会对等离子体产生显著的影响,使得等离子体密度的最大值出现在放电中心处。另一方面,等离子体密度随着放电的频率而增加。当等离子体密度较高时,射频波在等离子体中的趋肤深度将小于等离子体的厚度。此时,电磁波只能在等离子体表面传播,因此趋肤效应会使得等离子体密度的最大值出现在径向边缘处。由此可见,电磁效应会显著影响刻蚀和沉积过程的均匀性,因而需要对电磁效应进行系统的研究,以便于进一步优化等离子体工艺过程。在本论文的第一章,详细回顾了甚高频容性耦合等离子体源的研究背景、优势,以及研究过程中所面临的挑战。在第二章中,首先介绍了在数值模拟过程中所使用的二维等离子体流体力学模型。各种带电粒子和中性粒子的密度由连续性方程来描述,其中电子通量由漂移扩散近似方法来确定,而离子通量则通过求解完整的动量平衡方程来获得。在流体模型中,假设离子的温度与室温相等,因此仅需要求解电子的能量方程。为了考虑电磁效应,该模型与完整的麦克斯韦方程组进行耦合,以便确定出等离子体中电磁场的瞬时空间分布。此外,本章还介绍了所涉及到的边界条件以及模拟方法。在第三章中,针对氩气放电,通过比较由静电模型(仅求解泊松方程)和电磁模型(求解麦克斯韦方程组)得到的结果,研究了不同放电条件下电磁效应对等离子体的影响。结果表明：电磁效应对等离子体特性有着重要影响,尤其是在甚高频放电情况下,电磁效应导致等离子体密度显著地上升,电离率也呈现出不同的空间分布形式。当放电频率一定时,电磁效应随着电压的增加而减小。随着气压上升,由电磁模型得到的等离子体密度的最大值首先出现在径向边缘处,随后逐渐变得均匀,最后密度的最大值出现在放电中心处。此外,随着放电频率和气压的增加,边缘效应减弱。随着电压增加,趋肤效应取代驻波效应,成为影响等离子体分布的最主要的因素。在第四章中,针对H2放电等离子体,重点考察了两个同频率甚高频电源之间的相位差对等离子体瞬时行为以及径向均匀性的影响。结果表明：在不同的相位差下,等离子体中各状态参量的时空分布不仅形貌不同,幅值差异更是明显。当频率为13.56MHz,两个射频源为同相位时,径向电子流首先向侧壁移动,随后方向反转；而当两个射频源反相位时,径向电子通量在一个周期内呈现出两个峰值。当频率为100MHz,相位差为π时,径向电子通量在一个周期内出现四个峰值,而电离过程则主要发生在鞘层区域。此外,在不同的放电频率下,两个同频率电源之间的相位差对等离子体的径向均匀性有着不同的调制作用。在第五章中,针对Ar/CF4混合气体放电,研究了两个同频率电源之间的相位差对等离子体径向均匀性以及等离子体组分的影响。结果表明：当CF4含量仅为10%时,Ar+是最主要的正离子。在不同的放电频率下,相位差对等离子体的径向均匀性有着不同的影响。固定放电频率为100MHz,当CF4含量从10%增加为90%时,CF3+成为最主要的正离子,而且当相位差为π时,其密度的最大值从边缘处过度到放电中心处,这说明趋肤效应受到等离子体电负性的抑制。此外,负离子密度之和与电子密度的比率随着CF4含量的增加而增加,但是却随着频率的增加而降低。在第六章中,采用HPEM模型(Hybrid Plasma Equipment Model)并与全波麦克斯韦方程组耦合,研究了CF4/02等离子体中的电磁效应对等离子体特性的影响。此外,还从实验方面研究了射频源功率对刻蚀率均匀性的影响。结果表明：当放电频率为27MHz以及60MHz时,电磁效应使得等离子体密度有所增加,并对其空间分布产生显著影响。与单频放电相比,在双频2/60MHz放电中,刻蚀速率的均匀性得到显著改善。随着低频源功率增加,刻蚀过程增强,且放电中心处的刻蚀率明显高于边缘处。固定低频源功率为300W,刻蚀速率随着高频源功率的增加显著上升,且均匀性变差。