容性耦合等离子体(capacitively coupled plasma,CCP)源被广泛地应用于材料刻蚀和薄膜沉积等半导体制造工艺中。在CCP中,较高频率下的放电可以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CCP受到人们越来越广泛地关注。但对于这种甚高频容性耦合放电,也存在着一些重要的问题需要解决。随着电源频率的升高,当电磁波的波长与腔室尺寸接近时,电磁效应(如驻波效应和趋肤效应)会导致等离子体密度分布的不均匀。目前,甚高频CCP中的电磁效应已被实验测量所证实。同时,实验中还观察到非线性激励的高次谐波。驻波效应和高次谐波效应使得放电中心处的等离子体密度变高,而在边缘处的密度较低,从而影响实际工艺的径向均匀性。此外,对于脉冲调制的CCP,脉冲信号与射频信号之间的相位差,会直接影响整个脉冲周期中的等离子体特性,进而影响实际的工艺过程。因此,非常有必要对这些问题进行深入细致的研究。在第一章绪论中,首先简要介绍几种常用的低温等离子体源及其在微电子工业中的应用。此外,还重点综述甚高频容性耦合放电中电磁效应的研究进展及面临的挑战。在第二章中,通过将电压驱动的Child定律鞘层与描述电磁波传播的单鞘层传输线模型相结合,研究双频放电条件下,串联共振效应和驻波效应之间的相互作用。结果表明,在放电中心区,由于鞘层塌缩而激励的高次谐波,其频谱主要由串联共振频率和一阶表面波共振频率叠加而成;而在电极边缘,高次谐波频率仅与串联共振频率相等;其次,当发生非线性串联共振现象时,电流密度迅速增加,其幅值可以通过解析表达式进行估算;最后,通过引入Hamiltonian量,描述了当非线性串联共振现象发生后,电流和电荷密度的动力学演化过程。在第三章中,将第二章中采用的单鞘层传输线模型扩展到全空间,并实现对三电极腔室结构的描述。该模型不仅考虑了非线性串联共振现象,也包含了对称和非对称模式表面波的传播。研究结果表明,当驱动源的频率较低(30 MHz)时,非线性串联共振现象被激发,驱动电极一侧的鞘层几乎随之同步振荡,即电磁模型得到的结果与静电极限下的结果类似;当驱动源的频率较高(60 MHz)时,驻波与被激发的高次谐波相互耦合,使得电子沉积功率密度的最大值出现在放电中心处。此外,通过对比不同频率的结果,可以发现在高频条件下,非对称模式表面波对放电过程的影响更为显著。在第四章中,首先通过表面波的色散关系,对二维静电粒子/蒙塔卡罗碰撞模型(Particle in Cell/Monte Carlo Collisions,PIC/MCC)模拟甚高频容性耦合放电的可行性进行论证。随后,根据这种PIC/MCC的模拟,研究非对称模式表面波的驻波效应以及其诱导的等离子体密度的回滞现象。当其它放电参数不变时,通过往返调节驱动电压,等离子体存在两种不同的稳态,即低等离子体密度态和高等离子体密度态。在这两种状态下,PIC/MCC模拟得到的对称模式和非对称模式表面波的传播特性与第三章中采用传输线模型得到的结果相吻合。此外,针对对称和非对称模式表面波的传播,建立相应的等效电路模型,并对回滞现象及其产生的原因进行详细的分析,并且回路模型得到的结果随气压和电源频率的变化趋势与PIC/MCC模拟得到的结果符合的很好。在第五章中,采用一维的静电PIC/MCC模型,研究脉冲调制双频容性耦合放电的特性,包括脉冲信号对等离子体密度、电离率和电流的影响。结果表明:当采用脉冲信号调制高频时,随着脉冲频率的降低,高频电源关闭的时间较长,等离子体获得的能量有限,因此等离子体密度较低;当脉冲频率固定时,当脉冲信号与高频信号之间的相位差为θ=π/2时,等离子体密度最高。这是由于在脉冲初期,当θ =π/2时,鞘层的非对称性激发的高次谐波最强,因此等离子体密度最高。此外,在不同的相位差下,时间平均的离子能量分布函数变化较小。当采用脉冲信号调制低频时,时间平均的等离子体密度随相位差的变化趋势与高频调制类似,但离子能量分布函数的变化趋势较为明显,即当θ = π/2时,高能离子减少。最后,在第六章中,将主等离子体区的整体模型与鞘层区的流体/蒙特卡洛模型进行双向耦合,研究射频容性鞘层对感性耦合等离子体的影响。与传统的流体模型相比,该模型可以快速地模拟等离子体密度和离子能量分布函数随外界参数,如气压、线圈功率、偏压源的电压幅值、腔室尺寸等的变化趋势。通过将模拟得到的等离子体密度和离子能量分布函数与实验测量结果相比较,证实了该混合模型的可靠性。此外,将模型拓展到弱电负性Ar/02混合放电中,系统研究了离子能量分布函数随气压、偏压幅值等外界参数的变化趋势,所得结果与文献中的测量结果基本吻合。