设计了一种测量电容耦合等离子体电子密度时间演化的YAG激光汤姆孙散射系统。电容耦合等离子体是在真空条件下由300 W射频电源供电的板极装置中产生的。采用最大转换增益5.0×10 5 V/W的硅雪崩光电二极管(APD)测量波长范围为200~1000 nm的Nd∶YAG激光汤姆孙散射信号。为了提高汤姆孙散射信号强度,在等离子体发生器两侧设置一个光学振荡腔,用于加长驱动激光与等离子体地接触长度和放大汤姆孙散射信号,提高信号光的总发射强度。此外,在APD前端还设置了信号采集系统和多级滤波系统,以提高信噪比。最后,依据汤姆孙散射原理设计计算等离子体电子密度的反演算法,并将计算结果与朗缪尔探针的测量结果进行了对比,验证了该算法的有效性。

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法, 研究了中等气压、 中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。 理论上, 采用基于流体模型的COMSOL软件仿真, 建立一维等离子体放电模型, 以Ar气为工作气体, 研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。 实验上, 依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极, 采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气, 测量了不同气压、 不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。 通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线, 分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度, 并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。 结果表明: 当气体压强为300~400 Pa、 输入功率为600~800 W时, 等离子体近似服从玻尔兹曼分布, 此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。 仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数, 增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围, 扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合, 为中等气压容性耦合等离子体在工业与**上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。

本文对氮化硅的增强电容耦合等离子刻蚀进行研究, 为氮化硅刻蚀工艺的优化提供参考。针对SF6+O2气体体系, 通过设计实验考察了功率、压强、气体比、氦气等对刻蚀速率和均一性的影响, 并对结果进行机理分析和讨论。实验结果表明: 功率越大, 刻蚀速率越大, 与源极射频电力相比, 偏置射频电力对刻蚀速率的影响更为显著; 压强增大, 刻蚀速率增大, 但压强增大到一定程度后, 刻蚀速率基本不变, 刻蚀均匀性随着压强增大而变差; 在保证SF6/O2总流量保持不变下, O2的比例增大, 刻蚀速率先增大后减小, 刻蚀均匀性逐步变好; He的添加可以改善刻蚀均匀性, 但He的添加量过多时, 会造成刻蚀速率降低。

通过改变压力、O2和SF6的流量研究干法刻蚀增强型阴极等离子耦合模式下对PR胶灰化速率、均匀性、H/V比值的影响。研究结果表明：在一定范围内随着压力的不断增大，PR的刻蚀速率逐渐增大，同时刻蚀的均匀性也逐渐变好，H/V逐渐变大；增加单组分SF6流量时刻蚀率和H/V比值均先增大后减小，而刻蚀均匀度数值有先减小后增大的趋势；增加单组分O2流量时PR灰化速率变化不明显，但刻蚀的均匀性逐渐变好，H/V比值先增大后减小；当O2和SF6的流量比例不变时，同时增加O2和SF6流量，PR灰化速率会先增加后减小，均匀性数值和H/V比值先减小后增大。