低氣壓射頻電容式耦合電漿源之模擬及實驗研究

Abstract

電感式耦合射頻電漿是一種被經常使用在材料製程上的低溫電漿源，它的重要性在 於廣泛的應用性，像薄膜沈積、乾蝕刻、濺鍍、光阻剝離等等。簡而言之，和其它的電 漿源相比較之下，它的普及性來自它的結構的簡單性。因此，對電感式耦合電漿(CCP) 有基礎的認識在發展製程設備上是很重要的。 在此提出的三年計畫中，我們將針對使用單一，二重和三重射頻電源之電感式耦合 電漿進行模擬研究及並和本計畫中的電漿量測進行比較。模擬方法包括靜電場及用 PIC-MCC 方法self-consistently 解電漿參數。由於弱解離電漿具有強烈的非平衡現象， 因此亦將結合DSMC 方法計算背景氣體密度及溫度分佈。另外加電路模擬亦將被結合 在PIC-MCC 模擬中，以符合更真實的情況。因PIC-MCC 模擬時間相當長，因此將進行 平行計算以縮短時間。計畫中的測量項目包括離子/電子密度、電子溫度、電子能量分佈、 離子通量和電漿電位。除了在最後發展完成一套平行化之axisymmetric PIC-MCC 軟體 以外，本計畫最終目的則是對正在發展中的電感式耦合射頻電漿(CCP)之物理現象有更 清楚的認識。 在第一年，將先前已建立的平行化3D PIC-FEM 程式改成平行化軸對稱之 PIC-FEM 程式，用混和網格去增進粒子追蹤效率及利用直接sparse 矩陣解法增進Poisson equation 數值解的速度。此外，外加電路模擬將耦合在PIC-MIC 程式。完成的PIC-MCC 程式將借由比較單一頻率電感式耦合射頻電漿的模擬與量測結果進行驗証。 在第二年，已被驗證的PIC-FEM 程式將研究不同操作狀況下，雙重交流頻率電感 式耦合射頻電漿的物理現象，其模擬結果將和實驗量測結果作比較。所測量的時間序列 數據將用小波法(wavelet method)進行分析去瞭解在兩種頻率間的非線性耦合現象，在這 方面到目前為止尚未被研究過。 在第三年，已被驗證的PIC-FEM 程式將研究不同測試狀況下，三重頻率CCP 的物 理現象，如果要利用純實驗方式去研究，花費將會是非常可觀，因此用模擬的時間序列 數據將用小波法(wavelet method)進行分析去瞭解在三種頻率間的非線性耦合現象，在這 方面到目前為止尚未被研究過。