射频感性耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma,ICP）源因具有密度高、装置结构简单以及均匀性良好等优点,在大规模集成电路制造、芯片刻蚀、中性束注入以及材料处理等高新技术领域取得广泛应用。为了满足大尺寸芯片加工的要求,等离子体放电腔室大小不断增大,ICP源面临大面积、高密度以及良好的均匀性很难同时实现的难题,如何在大面积尺寸的基础上获取高密度且空间分布均匀的等离子体已经成为射频放电领域的研究热点。本文以大面积柱面天线ICP源为研究对象,以提高和改善柱面ICP源放电参数空间分布和探究内部物理机理为目的,开展了以下工作:1.搭建了大面积直流增强柱面ICP源的实验研究平台,其中包括会切磁场、直流平板电极、匹配器等一些核心部件的制作。调试和优化了直流增强ICP源的两种放电类型:单独直流放电和直流、射频混合放电,保证其长时间稳定运行。基于稳定的放电,研究了直流增强ICP源的放电特性,主要包括:在固定气压50 mTorr时,初步研究了单独射频和直流、射频混合放电产生的等离子体特性。发现当总输入功率一定时,直流、射频混合放电比单独射频放电具有更高的电离效率,可产生更高密度的等离子体。在直流、射频混合放电中,由于非对称的直流电极位于腔室的径向中心区域,直流放电对射频腔室径向中心区的等离子体密度有明显的增强效应,影响了等离子体密度的径向分布。当直流功率较低时,射频放电的等离子体密度径向分布呈现半马鞍形分布,等离子体均匀性较差。随着直流功率的增加,等离子密度明显提高,等离子密度的径向均匀性逐渐改善。当直流功率过高时,等离子体密度径向均匀性变差,为半钟罩形分布。在不同气压下,对比研究了直流放电功率对射频放电的影响。实验结果表明:当气压较低时,电子的非局域动力学效应导致射频放电的等离子体密度径向分布呈现中间高、边缘低的钟罩形分布。此时,直流放电可以提高等离子体密度却并不能改善等离子体的均匀性。但在气压较高时,主导放电性质的电子动力学由非局域性转变为局域性,等离子体密度在径向呈现中间低、边缘高的马鞍形分布。此时直流放电不仅可以提高等离子体密度,还可以改善等离子体径向分布的均匀性。而且,直流、射频混合驱动可以有效地降低电子温度。2.针对直流增强ICP源在高射频功率时暴露出的腔室污染以及直流增强作用有限的不足,搭建了一套大面积双频率驱动柱面天线ICP源装置,并对此源的放电特性进行了系统、全面的研究,研究内容如下:介绍了双频（高频频率fH=13.56 MHz,低频频率fL=2 MHz）驱动柱面天线ICP源的设计,包括装置放电调试、高低频线圈之间串扰功率计算、线圈匝数对高频等离子体参数的影响以及不同线圈布局（交叉式和分列式）产生的等离子体参数对比等。通过分析线圈匝数对高频等离子体参数（电子密度ne、电子温度Te、等离子体电势Vs、功率传输效率η以及电子概率分布函数EEPF）的影响,发现功率恒定时,随着线圈匝数的增加,由于感性耦合效率增加,ne、Te、Vs、η以及EEPF的高能电子群数目都增加。通过比较分列式和交叉式两种线圈布局下的电子密度,发现交叉式排列的线圈结构可产生密度更高、空间分布更均匀的等离子体。导致这种现象的原因是:线圈交叉式排列时,高低频放电区的叠加有利于产生小体积、高密度的等离子体;而线圈分列式排列时,高低频放电区的分离以及带电粒子在高低频放电区之间的轴向输运有利于产生大体积、低密度的等离子体。比较不同的线圈匝数和线圈布局,得到了由2匝13.56 MHz高频线圈和6匝2 MHz低频线圈紧密交叉排列的优化双频ICP源,进而对此源的性能进行了诊断和机理分析。在不同气压下,研究了不同高低频功率组合对ne、Te、Vs和EEPF的调控行为。结果表明:在气压为1 mTorr时,随着高低频功率的增加,EEPF高低能电子群的数目都增加,且高能电子群的增加速率稍快。当气压为15 mTorr时,高频功率主要增加高能电子群的数目,而低频功率主要增加低能电子群的数目。当气压为60 mTorr时,高低频功率都明显地增加低能电子群的数目。EEPF随高低频功率呈现出不同的变化趋势与高低频放电的电子加热机制有关。在气压为1 mTorr时,高低频放电的电子加热机制都是无碰撞加热主导;在气压为15 mTorr时,高低频放电的电子加热机制分别是无碰撞加热和碰撞加热主导;在气压为60 mTorr时,高低频放电的加热机制都是碰撞加热主导。在双频放电中,ne随着高低频功率的增加而增加,增加率随气压增高而增大。Te和Vs随着高低频功率的变化呈现出一致的变化趋势,即在1 mTorr时,Te和Vs随着高低频功率的增加都增加。在15 mTorr时,Te和Vs随着低频功率的增加而降低,随着高频功率的增加而增加。在60 mTorr时,Te和Vs随着高低频功率的增加而降低。此外,通过对ne径向分布的测量,发现双频放电在中等气压范围内有利于改善ne空间分布的均匀性。