電感偶合式六氟化硫電漿反應器之電漿診斷與模型研究

Plasma Diagnostics and Modeling of Inductive-Coupled SF6 Plasma Reactor

彭思君(Sih-Jyun Peng)

指導教授 ： 魏大欽

中原大學/工學院/化學工程學系/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6840/cycu200600664

摘要

中文摘要
本研究使用電感偶合式SF6電漿，藉由四極柱質譜儀、電漿放射光譜儀以及靜電探針等電漿診斷儀器，量測SF6電漿性質﹙電子溫度、電子密度…等﹚，探討電漿功率對於電漿性質之影響。再建立SF6零維電漿模型，將模型計算值與量測之結果比較，確認模型之準確性，並探討SF6電漿中的主要反應機制。
在電漿診斷方面：發現SF6分子受到電子碰撞解離的主要產物為SF3及SF2自由基。低功率時，由於SF6解離率低，正離子以SF5+為主；當功率提高，SF6解離增加，正離子則轉為較低F含量的SF3+及SF2+，而不論功率的變化，主要的負離子以F-為最多。在電漿放射光譜則發現許多F原子的特徵峰。以光計量法技術定量發現，F原子的相對濃度隨功率提高而有先升而後持緩的現象。而以靜電探針量測電漿的I-V曲線，進而得到電子密度、電子溫度、離子密度及電子能量分佈，發現隨著功率由50W上升至500W，電子密度由4.6×107上升至1.9×109cm-3，電子溫度則由7.5eV降至4.0eV，且陰電性由429降至10，電子能量分佈則符合Maxwellian分佈。
在電漿模型方面：純ICP模型會高估電子密度，而ICP-CCP複合模型之計算值則與探針及質譜之診斷結果非常接近。由非晶矽﹙amorphous Si﹚的蝕刻速率計算F原子在電漿中之濃度範圍，並與模擬之F原子濃度比較後，發現本實驗腔體中，F原子的再結合係數約在0.01至0.02之間。由模擬與實驗結果的相互比較，發現本研究所建立之SF6電漿零維模型及反應機制具有其代表性。

關鍵字

電漿診斷 ； 再結合係數 ； 電漿模擬 ； 六氟化硫 ； 電漿

並列摘要

Abstract
In this study, the characteristics of inductively coupled SF6 plasma were investigated using mass spectrometry, optical emission spectroscopy and Langmuir probe. A combination of experimental diagnostics and computational modeling was utilized to understand the main reaction mechanism in an inductively coupled SF6 plasma reactor.
The plasma diagnostics results show that the main dissociation mechanism in SF6 plasma is electron-impact dissociation of SF6 to form SF3 and SF2 radicals. The dominant positive ion is SF5+ at low RF power. As the input power is increased, SF3+ and SF2+ ions become the dominant ions. The fluorine atom concentration and the SF6 conversion increase with the input power. Langmuir probe results show that electron density, electron temperature and electro-negativity are variable in a wide range from 4.6×107 to 1.9×109cm-3, from 7.5 to 4.0eV and from 429 to 10, respectively. In addition, the electron energy distribution function (EEDF) is quite Maxwellian in SF6 plasma.
A global model was developed to calculate the species density under various operating conditions. It was found that pure ICP model significantly overestimates the electron density, and the ICP-CCP composite model is able to capture most of the experimentally observed trends. Moreover, by comparing the amorphous Si etch rates with model predictions, the wall recombination coefficient of F-atoms on the plasma chamber is about 0.01 to 0.02.

並列關鍵字

plasma ； wall recombination coefficient ； SF6 ； plasma diagnostic ； model

參考文獻

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