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| 感应耦合等离子体源(Inductively Coupled Plasmas, ICP)具有如下优点：1.能量耦合效率高,能够在较低气压下和较低的功率下获得高密度的等离子体。2.能够独立的控制等离子体密度和入射到基片上的离子能量。已被广泛应用于半导体制造业当中。此外,在磁约束核聚变装置中,实现等离子体加热的方法主要是中性束加热,而当前中性束系统中所应用的离子源就是ICP源。基于ICP源有着非常重要的应用前景,非常有必要对感应耦合等离子体放电特性进行详细的研究。本文旨在研究外界放电参数例如：沉积功率、放电气压、线圈半径以及外加磁场对等离子体性质(电子密度、电子温度和各种离子密度的空间分布)的影响,从而希望能够对等离子体刻蚀工艺以及感应耦合等离子体腔室结构的改善起到一定的帮助作用。本文针对柱状线圈结构感应耦合等离子体的放电过程,建立了相应的流体模型,利用COMSOL Multiphysics软件对氢气等离子体放电过程进行了三维模拟。由于三维模拟计算量很大,我们在模拟中采用较粗的网格。通过把较粗网格下轴对称算例的三维模拟结果和细网格下的二维模拟结果作对比,发现在很大的压强和功率范围内,两者的结果在定量上都是一致的,从而充分说明较粗网格下的三维模拟结果是可靠的。通过三维模拟,我们着重研究了会切磁场对感应耦合等离子体放电特性的影响。结果表明,随着磁感应强度的增加,等离子体的密度,包括电子密度、各离子密度以及自由基密度均逐渐增大,电子温度逐渐减小,并且会切磁场对等离子体的空间分布也有一定的影响。另外,在会切磁场大小不变的情况下,压强的增加又对磁场的影响起到减弱的作用。最后,我们讨论了线圈半径对等离子体放电的影响。结果表明,随着线圈半径的增大,等离子体的密度逐渐减小。 |
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