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脉冲偏压对容性放电等离子体中离子能量及角度分布的调控

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容性耦合放电等离子体源被广泛应用于微电子制造工业中的刻蚀、薄膜沉积、表面改性等材料处理工艺中。现在随着集成电路特征尺寸不断地缩小，对轰击到基板上离子能量和角度控制的精确性要求日益严格，原件尺寸越小，由电荷积累和空间分布不均匀引起的充电效应对离子输运的影响也就体现得越严重，为了保持容性耦合放电的优势（装置简单、大面积均匀性好、造价低），同时提高对离子的调控精度，本文在容性耦合放电的条件下，采用了脉冲偏压的方法。
　　本文针对容性耦合放电脉冲偏压下的等离子体鞘层，建立了流体与蒙特卡洛方法相结合的混合模型。混合模型具体采用流体理论模型模拟鞘层的基本特性，然后利用流体模型得到的电场，使用蒙特卡洛(Monte Carlo: MC)方法计算离子打到基片上的离子能量分布（Ion Energy Distributions: IEDs）和离子入射角度分布(Ion AngularDistributions: IADs)。最后简单介绍了鞘层特性和蒙特卡洛方法的模拟流程图。利用流体混合模型对在一定放电参数下的脉冲偏压鞘层进行了数值模拟，通过鞘层内的电势分布、离子密度分布、电子密度分布和离子的能量角度分布，分析了脉冲偏压鞘层的基本特点。结果表明鞘层内的电势分布是由高频射频源与低频脉冲源共同作用的结果，其中电势降的大小主要由脉冲偏压来控制;鞘层内离子的密度与速度分布主要由电势分布来主导，同时脉冲偏压能产生较为平坦的离子流;鞘层内电子密度的分布对电势分布非常灵敏，只有在脉冲关闭状态时，电子才能到达基片表面。最后对比了离子的能量分布发现了脉冲偏压下的离子能量单能性更好，可控性更强。研究了在矩形波形的脉冲偏压下的等离子体中，电源参数、气压和充电效应对离子输运情况的影响。结果表明，当我们对脉冲占空比进行调节时能够有效地改变能峰的高度;同样对脉冲幅值进行调节时能够有效地改变能峰的位置;气压越大，离子的入射角度偏转得越大，离子能量分布中能峰的高度减小，离子的单能性变差;占空比越大，基片表面积累的净电荷密度也就越大，对离子的能量分布影响也就越大。针对充电效应，采用特定波形的脉冲偏压。结果表明，采用定制波形的脉冲偏压有效地改善了充电效应带来的影响，提高了离子能量分布的单能性。并且通过调节定制波形幅值的大小，有效地控制了离子能峰的位置;通过调节定制波形的比重大小，有效地控制了离子能峰的高度。

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