容性耦合等离子体放电均匀性研究

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低温等离子体工艺已经被广泛应用于微电子、印刷电路板封装、材料处理、航空及医学工业等工业领域。在实际生产中,随着被处理样品尺寸的增加,等离子体应用的最大挑战就是等离子体的均匀性。均匀的等离子体刻蚀速率和薄膜沉积速率对提高产品的质量和产能,降低成本具有重要的作用。目前虽然对等离子体和等离子体均匀性做了很久的研究,但这些研究主要是针对等离子体进行理论研究,较少考虑硬件设置和极板配置对等离子体的影响。为了更深入的研究等离子体硬件设置、极板配置和放电参数对等离子体均匀性的影响,本文将分为以下几个部分:  (1)氩气容性耦合等离子体的均匀性研究  等离子体的均匀性对高精度和大面积的材料处理来说是至关重要的。本章节将研究放电极板配置和放电参数对13.56MHz氩气容性耦合等离子体的影响。其中极板配置包括圆孔极板、极板数量和极板间距,放电参数包括放电功率和放电气压。实验主要是通过朗缪尔探针测量等离子体的电子温度和电子密度,研究电极板配置和放电参数对容性耦合等离子体均匀性的影响。  本节实验研究表明:极板配置和放电参数不仅对等离子体的电子温度、电子密度和电子能量密度的有较大影响,而且还可通过影响等离子体内部电场来影响等离子体的均匀性;两对放电极板和接地圆孔极板均提高了等离子体的均匀性,但降低了等离子体的电子密度和电子能量密度,其中两对放电极板可将电子密度的均匀性由77.9%提高至93.5%,而圆孔极板则可将电子密度的均匀性由77.9%提高至96.4%;高功率可获得高电子密度、高电子能量密度但低均匀性的等离子体。  (2)氩气容性耦合等离子体对光刻胶刻蚀研究  光刻胶是一种光敏材料,它可以通过光照或辐射,改变其溶解度,是光刻工艺中的关键材料,主要应用于集成电路和半导体细微图形加工。为进一步研究极板配置和放电参数对光刻胶材料处理的均匀性影响,本章节研究了极板配置和放电参数对光刻胶刻蚀速率的均匀性影响。而且将第一部分的探针诊断数据与光刻胶刻蚀速率结合起来,研究发现在氩气等离子体中光刻胶的刻蚀速率直接与电子能量密度有关,刻蚀速率的均匀性有电子能量密度有关。  (3)氧气容性耦合等离子体探针研究以及光刻胶刻蚀速率研究  目前,光刻胶的干法刻蚀主要是使用氧气等离子体,但纯氧等离子体对许多光刻胶的纯化学刻蚀速率较低,为进一步研究氧气等离子体对光刻胶的刻蚀的影响,提高氧气等离子体刻蚀速率,本章节使用双探针和电子显微镜(SEM)分别研究了放电参数对氧气等离子体的电子温度和电子密度的影响,以及氧气等离子体参数对光刻胶刻蚀速率的影响。此外,还研究了O2/Ar等离子体中氧气含量对光刻胶刻蚀速率的影响,实验结果表明光刻胶的刻蚀速率与氧气的电子密度保持一致,均匀的等离子体可以产生均匀性的刻蚀速率。
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