平板型感应耦合等离子体源的线圈配置对功率耦合效率的影响

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1、第$$卷第#%期"%%&年#%月物理学报QF1)$$，PF)#%，R=SFJ)AE39)CF=)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""平板型感应耦合等离子体源的线圈配置对功率耦合效率的影响!!狄小莲辛煜宁兆元（苏州大学物理科学与技术学院，薄膜材料江苏省重点实验室，苏州"#$%%&）（"%%$年#"月&日收到

2、；"%%&年#月"’日收到修改稿）基于感应耦合等离子体的变压器模型，分析了感应耦合等离子体的功率耦合效率与线圈配置（几何尺寸、电学参量）及等离子体基本参量（等离子体电子密度、电子(中性粒子有效碰撞频率）之间的关系；然后，改变平板型线圈的匝数从而改变了线圈的几何尺寸、电学参量，并且测量出了不同的线圈所对应的功率耦合效率)实验结果表明，线圈的电感量是能否实现放电的决定性因素；而功率耦合效率则与感应线圈的!值、放电参量（气压、功率）等密切相关，射频输入功率的增加、放电气压的上升都会导致感应耦合等离子体耦合效率的提高，这与

3、感应耦合等离子体的变压器模型预测结果是符合的)然而，变压器模型给出的提高线圈!值可导致耦合效率增强的预测结果仅适用于同等电感量的线圈条件)本文对于单线圈的感应耦合等离子体源的研究为线圈的优化设计甚至大面积的多线圈感应耦合等离子体源研制提供了理论依据)关键词：感应耦合等离子体，功率耦合效率，变压器模型!"##：$"%%，$"*%圈两端，等离子体吸收的功率是通过线圈与等离子［$］#?引言体之间的耦合来实现的)C0>DE等人报道，他们设计的同心的$匝线圈的功率耦合效率要优于原先使［&］［*］在过去的十多年中，感应耦合等离

4、子体源作为用的+匝线圈)CE0>;F等人通过改变线圈中的高密度等离子体刻蚀和沉积工具受到人们的广泛关射频场的方位来达到改变等离子体中的电子能量的［,］注，并且目前正应用于半导体工业刻蚀工艺当目的)G:H/9/I/及其合作者认为单匝线圈产生的［#—+］中)这种源的一个典型特征是将射频功率施加等离子体的径向均匀性分布优于多匝螺旋线圈，然［7］到感应线圈两端，并通过一介质窗口耦合给等离子而，C=EI/J<;099<>等人并没有观察到单匝线圈等体，而不像电容耦合等离子体（@@A9）源将射频功率离子体密度的径向分布表现出比多

5、匝线圈有更好的直接耦合给导电极，因此这种非电容耦合式的功率均匀性)以上的研究工作中从实验上得出了一些结传输所产生的等离子体鞘层电压较低，因而产生的论，但是并没有针对线圈的几何尺寸及电学参量等等离子体密度较高)另外，感应耦合等离子体因素对等离子体的影响做进一步细致的研究)另（B@A9）源设计起来非常简单，无需如电子回旋共振外，大面积感应耦合等离子体需要大面积感应线圈和螺旋波源中的多极磁场或外部磁场，就能够产生的激发，然而由于大面积感应线圈所引起的射频电相对均匀的等离子体)流的驻波效应问题会使得等离子体的功率沉降变得随

6、着半导体工业中C0基片尺寸从直径"%%..相当的不均匀，离应用尚有距离，虽然目前人们还在［#%］增加到+%%..，刻蚀工艺中对刻蚀均匀性要求也更努力地降低或利用这种驻波效应，以获得均匀的高，研究者们展开了感应耦合等离子体源进一步优等离子体)从另一个角度看，并联式多组多匝线圈［’—*］化设计的研究)B@A9源中的核心部件(线圈无疑感应耦合等离子体是另一种可选择方案，德国学者［##］是优化设计研究的焦点，因为射频功率直接加在线研制的圆筒式多组线圈方式实现感应放电，韩国!国家自然科学基金（批准号：#%+%$%%,）资助的

7、课题)!-(./01：231456#77789:;/)<;:)=>.’!"物理学报..卷［!"］学者采用了平板式多组线圈方式实现感应放电，为线圈电感和电阻，!为射频频率#所有线圈的材但所获得的等离子体密度还偏低，因此，线圈的结构质均为线径为-))的黄铜管#等离子体的放电腔及其优化是一个迫切需要解决的问题#体的直径为’.())，高度为".())#频率为在这篇文章中，通过改变输入的射频功率、放电!’%.-/01的射频功率施加在感应线圈上，真空腔体气压等，针对不同匝数（!—$匝）的同心线圈配置对就会产生感应磁场，根据法拉

8、第电磁感应定律，磁场单组线圈的平板型感应耦合等离子体功率耦合效率又会感应产生电场，此电场会加速等离子体中的电的影响进行了研究#子的运动，使之不断与原子或分子碰撞离化，从而将射频能量耦合给等离子体，并维持其放电#线圈高"%实验装置压端产生的寄生电容耦合效应增强了等离子体射频电位，其存在不仅通过溅射窗口污染等离子体，而且图（!&）是平板型感应耦合等离子体装置示意