單頻容性耦合等離子體源

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-05-22

單頻容性耦合等離子體(Single-Frequency Capacitively Coupled Plasma，SF-CCP)源，最初被應(yīng)用于第一代等離子體刻蝕機(jī)，主要進(jìn)行反應(yīng)性離子刻蝕。單頻容性耦合放電的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.1所示，通常由一對(duì)平行的金屬電極和一個(gè)真空腔體組成，其中一個(gè)電極接地，在另一個(gè)電極上施加射頻偏壓。兩側(cè)電極前的鞘層內(nèi)部存在準(zhǔn)靜電場，腔體內(nèi)的初始電子在射頻電場的作用下加速并獲得能量，轟擊氣體使其電離，產(chǎn)生更多的電子、離子以及活性基團(tuán)粒子，從而形成動(dòng)態(tài)平衡的低溫等離子體。典型的外部控制參數(shù)如下：電源頻率為13.56MHz，工作氣壓為10~100mTorr，電極間距為2~10cm。等離子體密度一般為10⁹~10¹¹cm^-3，電子溫度在3eV左右。

圖1.1 單頻容性耦合等離子體源

在容性耦合放電中，射頻電源通過兩種途徑將能量傳遞給等離子體，即碰撞加熱和無碰撞加熱。碰撞加熱主要發(fā)生在體等離子體區(qū)，體區(qū)中的電子受到射頻電場的加速而獲得能量，之后通過電子碰撞反應(yīng)將能量轉(zhuǎn)移給中性粒子，從而加熱等離子體，這種通過電子-中性粒子碰撞加熱等離子體的方式也被稱為歐姆加熱。無碰撞加熱集中在鞘層附近，當(dāng)射頻鞘層以一定的速度向體等離子體區(qū)擴(kuò)張時(shí)，會(huì)把從體區(qū)流向鞘層邊界的低能電子反彈回體區(qū)，并將能量轉(zhuǎn)移給這些電子，這些被反彈的電子進(jìn)入體區(qū)后，繼續(xù)電離背景氣體，這種通過鞘層快速振蕩反彈電子的加熱方式也被稱為隨機(jī)加熱。通常來講，當(dāng)工作氣壓較高(>10Pa)時(shí)，碰撞加熱占主導(dǎo)地位；當(dāng)工作氣壓較低(<10Pa)時(shí)，無碰撞加熱占主導(dǎo)地位。