带有射频偏压源的感性耦合Ar/O_(2)/Cl_(2)等离子体放电的混合模拟研究

在刻蚀工艺中,通常会在感性耦合等离子体源的下极板上施加偏压源,以实现对离子能量和离子通量的独立调控.本文采用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型,在Ar/O_(2)/Cl_(2)放电中,研究了偏压幅值和频率对等离子体特性及离子能量角度分布的影响.研究结果表明:当偏压频率为2.26 MHz时,随着偏压的增加,除了Cl^(–)离子和ClO^(+)离子的密度先增加后降低最后再增加外,其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先增加后基本保持不变最后再增加.当偏压频率为13.56和27.12 MHz时,除了Cl^(–)离子和Cl^(+)_(2)离子外,其余粒子密度随偏压的演化趋势与低频结果相似.随着偏压频率的提高,在低偏压范围内(<200 V),由于偏压源对等离子体加热显著增加,导致了带电粒子、O原子和Cl原子的密度增加;而在高偏压范围内(>300 V),由于偏压源对等离子体加热先减弱后增强,导致除了Cl^(+)_(2)离子和Cl^(–)离子外,其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先下降后增加的.此外,随着偏压频率的增加,离子能量分布中的高能峰和低能峰彼此靠近,离子能峰间距变窄,并最终变成单峰结构.本文的结论对于优化等离子体刻蚀工艺具有重要意义.

分段式的大功率远程等离子体源系统设计

目前远程等离子体源系统普遍存在输出功率低、系统负载适应范围窄和生成等离子体浓度不稳定等问题,该文基于对TCP型腔体的放电模式和负载特性分析,提出一种分段式的大功率远程等离子体源系统,改进的功率电路提高了电源输出功率,分离的点火回路简化了电路设计并提高自由度,分段的控制策略极大程度的提高了系统负载适应范围,可电离多种气体和更宽范围气体流量。通过实际样机测试,验证了此系统方案设计的可行性,为等离子体电源设计提供了参考价值。

多源感应耦合等离子体的产生及等离子体诊断

基于单组多匝线圈的小腔体感应耦合等离子体,研究了线圈配置与耦合效率等之间的关联,并将实验结果应用到多组并联螺旋天线感应耦合等离子体放电体系中.采用了改进的朗谬尔探针方法对单源和多源感应耦合等离子体的电参量分别进行了表征.结果表明,使用多螺旋天线并联方式可以产生低气压高密度的感应耦合等离子体放电,通过调整工艺参量,可以将等离子体密度和光刻胶的刻蚀均匀性控制在80%以上.

感应耦合等离子体增强磁控溅射法制备MoO_(3)高透亲水光学薄膜

将磁控溅射和感应耦合相结合形成感应耦合等离子体增强磁控溅射技术(ICPMS),制备了MoO_(3)高透亲水光学薄膜。使用分光光度计、水接触角测试仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪,分别表征薄膜的光学性能、润湿性能、显微形貌、晶体结构和化学成分。通过正交实验法,以MoO_(3)薄膜的氧钼比、光学透过率、水接触角为指标,探究了感应耦合等离子体(ICP)氧氩比、ICP功率、靶位工作压强和ICP前处理时间工艺参数对MoO_(3)薄膜性能的影响。结果表明:氧氩比是影响性能的主要参数,其次是工作压强,影响最小参数是ICP功率。最优工艺参数是氧氩比400/300、靶位工作压强为0.15 Pa、功率为1500 W、前处理时间为18 min。研究为高透亲水光学薄膜应用,提供具体实验设计和工艺方法指导。

基于电感耦合等离子体源的CO_(2)色散干涉仪搭建和测试

在电感耦合等离子体源(ICP)装置上成功地搭建了一套没有减震系统的水平单道测量的CO_(2)色散干涉仪,用以测量等离子体的弦积分电子密度,并且与HCN干涉仪结果作对比,证明了CO_(2)色散干涉仪的可行性。

大面积矩形感性耦合等离子体源的三维流体力学模拟

利用自主开发的三维流体力学模型程序,对面向平板显示工艺和光伏工艺的大面积矩形感性耦合氩等离子体源进行了数值模拟.该模型自洽地求解了带电粒子以及中性粒子的流体方程和感应电场的波动方程.利用此模型,研究了气压、功率以及线圈形状对各种等离子体参数的三维空间分布和均匀性的影响.研究结果表明,当放电气压较低时(4 mTorr),电子密度的空间分布比较均匀,且电子密度的最大值出现在腔室的中心区域.感性沉积功率密度、激发态氩原子密度以及电子温度的最大值出现在线圈的下方.随着放电功率的增加,即从1000 W增加到4000 W,电子密度显著提高,但电子密度的空间分布变化不大.随着放电气压的升高,电子密度的均匀性明显下降,即电子密度的最大值主要局域在线圈下方.这是因为在较高的气压下,带电粒子与背景气体的碰撞增加,因此使得带电粒子的密度分布变得局域.此外,文章还研究了不同的线圈结构对于等离子体均匀性的影响.结果表明当气压较高(20 mTorr)时,使用3×3阵列线圈产生的等离子体的均匀性优于盘香型线圈,即通过改变线圈结构可以实现对等离子体均匀性的调控.文章的研究成果有助于加深对大面积矩形感性耦合等离子体放电特性的认知,这对于优化平板显示工艺以及光伏工艺至关重要.

感应耦合等离子体源制备硬质类金刚石膜的研究

采用感应耦合等离子体源(ICPS)成功地实现化学气相沉积硬质类金刚石(DLC)膜,并考察了基片负偏压对类金刚石膜沉积过程和薄膜性质的影响。薄膜的微观形貌、显微硬度、沉积速率以及结构成分分析表明感应耦合等离子体源适于制备硬质类金刚石膜,并且在相对较低的基片负偏压条件就可以获得高硬度的类金刚石膜。基片负偏压对类金刚石膜化学气相沉积过程和薄膜性质都有显著影响。

磁等离子体发动机的多流体模拟

磁等离子体发动机(magnetoplasma rocket engine,MPRE)的离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating,ICRH)单元将射频能量直接耦合给离子,是发动机的工质加热单元,其加热效果对发动机推力性能有关键影响。为探究ICRH单元的工作规律,建立了用于模拟MPRE的二维轴对称多流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源与不同输入的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中由于沉积功率分布发生变化而不断经历模式转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有明显加热效果,且增加输入电流幅值与输入电流匝数均可显著提高离子温度,实现发动机高比冲工作模式。

感应耦合等离子体刻蚀InSb时偏压射频源功率的选取

以CH4/H2/Ar为刻蚀气体,对带有SiO2掩膜图形的N型InSb晶片进行了感应耦合等离子体(ICP,inductively coupled plasma)刻蚀。研究了不同偏压射频源(RF)功率对InSb的刻蚀速率、刻蚀表面粗糙度以及InSb与SiO2的刻蚀选择比的影响,得到了ICP刻蚀InSb时的一个优选的偏压射频源功率值。结果表明:当偏压射频源功率为150 W,ICP功率为800 W,反应室压力为1.0 Pa,CH4/H2/Ar的体积流量比为3/10/1时,InSb的刻蚀速率可达90 nm/min,刻蚀表面的平均粗糙度(Ra)约为6.1 nm,InSb与SiO2的刻蚀选择比约为6。

交叉型天线感应耦合等离子体源放电特性及均匀性

本文介绍了一种交叉型天线射频感应耦合等离子体源,射频天线穿过交叉排列的石英管内置于真空腔体中。本文运用朗谬尔探针方法诊断了放电等离子体的参量及其均匀性,运用发射光谱技术进行了Ar谱线[4s’(1/2)0-4p’(1/2)]的发光强度的表征,并使用自制的Rogowski线圈测量了天线中的射频电流变化。结果表明,等离子体放电随着射频输入功率的增加存在着E模式向H模式的转变,H模式放电时发光强度及射频电流明显增大。电子温度随气压的增大而降低,几乎不受功率的影响。该等离子体源所产生的等离子体密度较高,等离子体均匀性在中心±60 mm区域内优于90%。

使用微感应耦合等离子体射流源高速沉积类金刚石碳膜

提出了一种基于13.56MHz激发的微感应耦合等离子体射流源,含碳的等离子体射流在绕有水冷线圈的石英管中产生.激光拉曼光谱及紫外-可见光谱分别用以研究基片负偏压对所生长的非晶碳膜结构特征的影响.结果表明:碳基微等离子体射流具有很强的活性,碳膜的生长速率高达0.8μm/min,但随着衬底负偏压的增加而降低;Raman光谱显示在1 350cm-1、1 580cm-1附近存在D峰、G峰,是典型的类金刚石碳膜;薄膜中碳主要以sp2、sp3碳及无序的聚合碳链形式存在,随偏压的增加,薄膜中聚物碳链结构被打断,分解形成sp2、sp3碳杂化态,Raman荧光本底减弱,sp2和sp3的含量之比增加,光学带隙呈现降低趋势.

基于FLUENT的二维感应耦合等离子体炬数值模拟

将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布。数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布。分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导。

感应耦合氩气热等离子体速度分布的数值分析

对感应耦合氩气热等离子体的速度分布特性以及各操作参数对等离子体速度分布的影响进行了细致的研究。研究结果表明,与直流电弧热等离子体相比,感应耦合热等离子体速度小,弧流集中,速度峰值出现在等离子体炬下游,在线圈段上游出现明显的回流现象。此外,送气流量、感应电流等操作参数对等离子体速度分布有明显影响。研究结果可为等离子体球化粉末颗粒及其他应用提供理论指导。

基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。

感应耦合等离子体刻蚀在聚合物光波导制作中的应用

提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法,介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料,采用氧气作为刻蚀气体,研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程,采用改变单一工艺参数的方法,分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化,对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明:在天线射频功率为300 W,偏置射频功率为30 W,气体压强为0.5 Pa,氧气流速为50 cm3/min的条件下,可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。

微型电感耦合等离子体激发源对气体样品定性分析探索

设计了一种由微电路组件和放电室等构成的微型ICP（Inductively coupled plasma）激发源。微电路组件刻蚀在一块PCB（Printed circuit board）上,包括平面螺旋线圈、平面交指的谐振电容和阻抗匹配电容,表面镀金处理。放电室为不锈钢圆柱体,一侧为石英玻璃出光口,另一侧以氟橡胶O型密封环与微电路组件真空吸合,辅以真空、进气装置。采用100Pa氩气工作,RF（Radio frequency）功率5-20W,频率13.56MHz。采用该激发源和爱万提斯AvaSpec-ULS3648光纤光谱仪等搭建成微型ICP光谱仪,对甲烷、乙炔样品进行激发测试,检测到乙炔基团（C≡C471.52nm,C≡C516.52nm等）、甲烷基团（CH3＋348.4nm,C≡C512.9nm等）。表明微型ICP激发源对乙炔和甲烷样品具有激发能力,可用于定性分析。此微型ICP激发源体积小、成本低、载气耗量小,随着研究的深入,该微型ICP激发源有望成为一种新的光谱仪气体样品激发源。

感应耦合热等离子体制备球形WC金属陶瓷粉末

为了提高粉末的流动性,探索球形粉末的制备工艺,以感应耦合热等离子体作为高温热源,对不规则形状的微米级碳化钨（WC）粉体进行了球化处理实验,并研究了送粉量对粉末流动性、振实密度及粒径分布的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）、霍尔流速计、能谱分析仪（EDS）和激光粒度分析仪分别对球化前后粉末的微观形貌、流动性、元素质量分数及粒度分布进行了表征和分析。研究结果表明：WC粉末经过感应耦合热等离子体球化处理后,可以得到表面光滑、分散性较好、流动性能佳和振实密度高的球形粉末;球化后粉末的氧和钨元素质量分数增加,而碳元素质量分数降低;经球化处理后,球形WC粉末粒径稍微变大;随着球化率的降低,球形粉末的流动性和振实密度均呈现减弱的趋势,而粉末的粒径分布范围变宽。

感应耦合等离子体刻蚀机二维放电模拟

为研究感应耦合等离子体(ICP)刻蚀机腔室与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布均匀性的影响,基于商业软件CFD-ACE+中等离子体与电磁场等模块建立了ICP刻蚀机二维放电模型.仿真研究了典型工艺条件(1.33Pa,200W,200sccm)下氩等离子体电子温度与电子数密度的空间分布,对比了不同气压与功率条件下等离子体参数在硅片表面的一维分布.结果表明,电子数密度随气压与功率的增加而升高;电子温度随气压的增加而降低,随功率增加在较小范围内先降低再升高.通过分析屏蔽板对等离子体参数的影响,发现其有助于提高等离子体密度.进而发现屏蔽板的孔隙率越大,电子温度越高,电子数密度则越低.

感应耦合等离子体制备球形铬粉末的工艺研究

采用感应耦合热等离子体作为高温热源,对形状不规则的铬粉末进行了球化处理,研究了送粉速率对球形粉末的流动性、球化率的影响,并采用金相显微镜和霍尔流速计对球形粉末的表观形貌和流动性进行了测定。研究结果表明:形状不规则的粉末经过等离子体处理后,绝大部分以上的粉末均变为球形或类球形。对于粒径在200~300目之间的铬粉,随着送粉速率的增加,球化后的粉末流动性逐渐增强,球化率增加;当送粉速率为35g.min^(-1)时,其流动性和球化率分别约为56.18s/50g和85.6%,两者均达到了最佳效果。

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶掩模的异常性

利用光刻胶作刻蚀掩模对半导体样品进行感应耦合等离子体干法刻蚀时发现光刻胶掩模在刻蚀后表面出现凸起和孔洞等异常现象,等离子体会透过部分孔洞对样品表面产生刻蚀损伤。利用探针式表面轮廓仪和激光共聚焦显微镜对这些异常现象进行了分析,认为是刻蚀时等离子体气氛中的紫外线对作为掩模的光刻胶进行了曝光作用而释放出一定量的氮气,从而在光刻胶内外形成了压强差而使光刻胶局部表面产生微凸起;当光刻胶的强度无法阻止内部氮气的膨胀时,则会发生类似爆炸的效果,在光刻胶表面形成孔洞状缺陷,导致掩模保护作用的失效。