Abstract
本研究目的為利用二維流體模式模擬純氬氣、純氯氣及混合氬-氯氣之電感式電漿源在不同氣壓、功率及進氣混合比的變化。在流體模式分析中利用連續方程式、動量方程式以及電子能量方程式解出電漿系統中各粒子密度的空間分佈以及電子溫度的空間分佈。首先研究純氯氣電漿源隨工作壓力變化的影響，當外加功率在較低功率如100 W時，在氣壓5~20 mTorr的範圍，研究結果顯示 空間的平均密度都大於Cl的平均密度， 的平均密度也都大於Cl+的平均密度，同時Cl-的平均密度也大於電子的平均密度，Cl-和電子密度比值約在4.5~6倍，Cl-的密度隨氣壓增加而略增大，電子密度則隨氣壓而有少許（10~20%）的變化。在較高功率如600 W時， 及Cl的密度也都隨氣壓增加而增加，但 密度會隨壓力增加而下降，而 的密度會隨氣壓增加而上升，大約在壓力超過12.5 mTorr時， 的密度即會超過Cl+。研究結果顯示在低功率時，工作氣體主要是 ，工作氣壓的變化對電漿各成份的密度影響較小；在高功率時，工作氣體主要是Cl，工作氣壓變化對電漿各粒子密度有較大的影響。另外在高功率時，腔體中心區的 密度受電子解離作用而變低，使得Cl-及 在中心區的密度降低，在腔體內比較週邊區的密度較高，連帶影響電子及Cl+的密度分佈，從原先低功率時隨徑向有平緩的變化變成高功率時隨徑向有較大輻度的變化，影響電漿的均勻度。其次研究氬氣-氯氣混合電漿源，因為純氯氣電漿在低功率與高功率的電漿特性有明顯不同，所以混合電漿也研究在低功率與高功率時的電漿特性隨混合比的影響。在電漿功率100W，工作氣壓10 mTorr，氣體總流量100 sccm時，改變Ar/Cl2的進氣混合比進行模擬，模擬結果發現加入Ar至氯氣電漿中，要Ar/Cl2的進氣混合比約達80%以上時，Ar+密度才開始大於1%總離子密度，且要混合比達約97~98%以上時，Ar+的密度才會超過Cl+的密度。電漿吸收功率100W時，電子溫度則會隨混合比增加而從純氯氣時的2.27 eV升至純氬氣時的2.30 eV，電子溫度上升較不明顯，而且Ar混合比在80-90%之間時，電子溫度會先下降，然後再繼續上升；Ar混合比於60%時， 及Cl總和之分壓約5 mTorr，可發現Ar混合比於0~60%所表現的性質類似於純氯氣電漿於電漿吸收功率100 W、操作氣壓從10至5 mTorr所表現的變化特性。電漿吸收功率600W，工作氣壓10 mTorr，氣體總流量100 sccm時，改變Ar/Cl2的進氣混合比進行模擬，模擬結果發現加入Ar至氯氣電漿中，要Ar/Cl2的進氣混合比約達75%時，Ar+的密度才開始大於1%總離子密度，且要混合比約96%以上時，Ar+的密度才會超過的Cl+密度。電漿吸收功率600W時，電子溫度則會隨混合比增加而從純氯氣時的2.00 eV升至純氬氣時的2.31 eV，在混合比較高時，電子溫度上升較為明顯；Ar混合比於70%時， 及Cl總和之分壓約占5 mTorr，可發現Ar混合比於0~70%所表現的性質類似於純氯氣電漿於電漿吸收功率600 W、操作氣壓從10 mTorr降至5 mTorr所表現的特性。電漿吸收功率100 W時，在Ar混和比例0~80%間， 粒子空間平均密度比Cl粒子空間平均密度高，一直到Ar混合比例達80%時，Cl粒子空間平均密度將比 粒子空間平均密度高；電漿吸收功率600 W時，Cl粒子空間平均密度一開始就比 粒子空間平均密度高；而模擬結果顯示加入Ar量不多時，幾乎不會影響氯氣電漿的特性，這是因為Ar的游離反應係數比Cl小很多，必須加入相當多量的Ar時，才會有較多的Ar產生並改變電漿特性。