Abstract
本論文主要為發展二維流體模式之混合氣體電感式電漿模擬程式，用以研究混合氬氣及氯氣之電漿特性，在混合氣體的模擬程式中，我們使用適用於混合氣體的擴散係數及mobility，同時也改進了氯氣的解離作用截面值，並考慮氯原子在腔壁重新結合成氯分子回到腔體中的作用，這項再結合率的大小對腔體中氯分子與氯原子密度有相當大的影響，首先我們對500W電漿吸收功率，工作氣壓10 mTorr，氣體總流量100 sccm，電漿腔半徑10公分，高10公分，改變Ar/Cl2的進氣混合比進行模擬，模擬結果顯示，加入Ar至氯氣電漿中，要Ar/Cl2的進氣混合比達70-80%以上時，Ar+的密度才會有顯著的增加，且要混合比達95%以上時，Ar+的密度才會超過的Cl+密度。電子溫度則會隨混合比增加而略有上升會從純氯氣時的2.18 eV升至純氬氣時的2.97 eV，在混合比較高時，電子溫度上升較為明顯。模擬結果顯示加入Ar量不多時，幾乎不會影響氯氣電漿的特性，這是因為Ar的游離反應係數遠比Cl低很多，必須加入相當多量的Ar，才會有較多的Ar+，並改變電漿特性。另外我們也進行脈衝式氯氣電漿的模擬，氯氣電漿中會有Cl-的存在，使其在電漿功率關時，因負離子的存在，在電子快速降低密度至很低時，會有機會形成由正離子-負離子形成之電漿，以100 KHz調變頻率，50%的工作比例(duty cycle)模擬顯示從穩態經約9個調變週期即會開始有正離子-負離子的電漿形成。經過模擬分析可以詳細瞭解具負離子電漿在脈衝調變週期過程中的詳細特性變化。模擬結果顯示以脈衝調變操作時，Cl2+的密度會變得比Cl+多，和穩定功率操作時Cl+比Cl2+多的情形不同，這對於蝕刻等電漿半導體製程會有不同的影響，另外平均電子溫度也會因脈衝調變而顯著降低。另外我們也模擬了脈衝週期為60μs的氯氣電漿，發現因為60μs脈衝週期較短，所以粒子密度變化振幅會比脈衝週期100μs小，即60μs脈衝週期電源開啟時，粒子密度幾乎都會比100μs脈衝週期小，但是在電源關閉時，60μs脈衝週期粒子密度都會比100μs脈衝週期大。電源關閉時，在z=5 cm隨r方向的變化，可以發現靠近腔體中央的Cl-粒子變化不大，因為電源關閉時間不夠長，電子密度不夠低，所以無法看到像100μs脈衝週期Cl-粒子密度下降。也因電源關閉時間不夠長所以60μs脈衝週期電漿還無法達到ion-ion plasma。