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广泛应用而又复杂的物理过程2.容性耦合等离子体(CCP)

等离子体刻蚀在集成电路制造中已有40余年的发展历程，早70年代引入用于去胶，80年代成为集成电路领域成熟的刻蚀技术。等离子刻蚀采用的等离子体源常见的有容性耦合等离子体(CCP-capacitively coupled plasma)、感应耦合等离子体ICP(Inductively coupled plasma)和微波ECR 等离子体(microwave electron cyclotron resonance plasma)等。虽然等离子体刻蚀设备已广泛应用于集成电路制造，但由于等离子体刻蚀过程中复杂的物理和化学过程到目前为止仍没有一个有效的方法*从理论上模拟和分析等离子体刻蚀过程。除等离子刻蚀外，等离子体刻蚀技术也成功的应用于其他半导体制程，如溅射和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。当然鉴于plasma丰富的活性粒子，plasma也广泛应用于其他非半导体领域，如空气净化，废物处理等。

由于等离子刻蚀过程中复杂的物理和化学反应， 不同中性粒子、带电粒子间的场(电场，流场，力场等)的相互作用，使得plasma刻蚀很难描述。一些文章中都是针对初学者简单的介绍了等离子体刻蚀中的主要几个过程，但是对于原理性的描述非常有限。Nasser, “Fundamentals of Gaseous Ionization and Plasma Electronics”, John Wiley & Sons, 1971，Chapman, “Glow Discharge Processes”, John Wiley & Sons, 1980两本经典书籍全面的介绍了等离子体的基本物理定律和现象。物理和工程领域的相关人员可从此两本书中了解等离子体技术。

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容性耦合等离子体(CCP)

等离子体是部分离化的中性气体，在等离子体中自由电子与中性分子，原子进行碰撞，通过碰撞电离，进一步得到更多的电子和离子。基于电子的能量，可以获得更丰富的离子，激发态高能中性粒子等，同时由于电子吸附在中性气体表面还可获得负离子。由于每种气体在原子分子物理学中有各自的能级结构，故高能电子可以将气体激发到不同的能级上，当气体分子、原子从高能级向低能级回迁时将会辐射出不同能量的光子，不同能量的光子代表了不同的波长，通过分析光谱我们可以有效地分析等离子体的刻蚀过程。该分析诊断过程常被用于半导体制造中的EDP监测。

容性耦合等离子体源典型的腔室结构如下图。功率加载到上下电极上，通常频率为13.56MHZ。所谓的暗鞘层将在所有器壁表面形成，暗鞘层常被认为是绝缘体或电容，因此可以认为功率通过一个电容器转移至等离子体。

在频率为1MHz和100MHz之间，自由电子可以伴随电场的变化获得能量，离子由于质量较重，往往不会伴随变化的电场运动。

容性耦合等离子体放电气压范围往往从几个毫托到几百毫托，因为电子质量远低于离子质量，电子可以运动更远更长的距离并与气体和器壁进行碰撞，电离出更多的电子和离子。而器壁周围因为电子游离只留下笨重的离子，但整个腔室必须保证电中性，故必然会在器壁形成一种结构来阻挡电子继续在器壁周围的电离，而这种结构终平衡了等离子体的电中性特性。这种结构即鞘层，鞘层可认为前面所说的电容器，因为电容器处于放电环境中，表面有电荷积累，就形成了一个电场，一个电场必然对应一个电压，因为电容器周围达到的电荷积累动态平衡，故这个电场，电压为动态的静电场，即直流电场和直流电压，故VDC形成。因为腔室内壁接地，而形成的偏压电场为阻止电子，故对地内壁而言此VDC为负值，即负偏压。在电极上此负偏压与射频电压一起形成了复合电压。

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