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等离子体抛光机理的研究

作　者: 伍艺龙
导　师: 刘卫国
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 等离子体抛光抛光速率表面粗糙度发射光谱法朗缪尔探针
分类号: O539
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

等离子体抛光技术是一种成本低、无污染、无废弃物的新兴超光滑表面加工方法,能够获得传统加工方法难以达到的处理效果,已经广泛应用于半导体工业及光学元件制造中,并且成为微电子学、光电子学和微光学元件制作领域中的关键技术。本文以射频低压电容耦合等离子体抛光实验平台为基础,研究了不同工艺参数下等离子体抛光的抛光效果与抛光速率,分析了射频电源功率、气体种类与流量对抛光效果的影响,并通过使用朗缪尔静电探针与发射光谱诊断技术对等离子体特性进行了诊断,明确了等离子体特性与抛光后基片表面粗糙度及抛光效率的相互关系,初步揭示了等离子体抛光的机理。实验结果表明：使用氩等离子体抛光时,石英玻璃的表面粗糙度与抛光效率随着射频电源功率的增加而增大,但射频电源功率过大时纯氩等离子体会对石英玻璃表面产生轰击、溅射作用,破坏石英玻璃表面形貌；氩气作为基底气体为抛光过程中其他化学气体的等离子反应提供活性氛围,六氟化硫为抛光过程中的反应气体,含氟的等离子体能够降低基片的表面粗糙度；添加氧气会对SF6/Ar等离子体的抛光效果产生影响,当六氟化硫与氧气的比例为1：1时,抛光后的样片表面粗糙度最低,表面粗糙度由1.43nm抛光至1.OOnm；当六氟化硫与氧气的比例为2：1时,抛光速率最高,可达3.6nm/min。利用经典探针理论计算出纯氩等离子体的电子温度随射频电源功率的增加而增加,分布范围为2.41～5.03eV；电子密度随射频电源功率的增加而增加,分布范围为1.2844～7.7893×1016m-3。Ar/SF6/O2等离子体的电子温度随六氟化硫与氧气的比例变化而变化,分布范围为1.08～2.52eV；电子密度略小于纯氩等离子体,分布范围为0.2665～0.6965×1016m-3。使用发射光谱法能够检测到氩原子谱线、氩离子谱线以及氟原子谱线,根据谱线相对强度法计算得出在40～120W之间,氩等离子体的温度范围为1989～2132K。利用探针法与发射光谱法计算得出的等离子体电子密度略有偏差,但趋势相同。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-11
  1.2 现有超光滑表面加工方法  11-15
    1.2.1 机械抛光法  11-12
    1.2.2 机械-化学抛光法  12-14
    1.2.3 场效应辅助抛光法  14
    1.2.4 其他抛光方法  14-15
  1.3 等离子体抛光技术  15-17
    1.3.1 真空等离子体抛光技术  15-16
    1.3.2 常压等离子抛光技术  16-17
  1.4 研究的主要内容  17
  1.5 论文结构安排  17-18
2 等离子体抛光机理研究的理论基础  18-27
  2.1 等离子体抛光的基本概念  18-22
  2.2 等离子的生成方法  22-25
    2.2.1 直流放电等离子的生成方法  22-23
    2.2.2 交流放电等离子的生成方法  23-25
  2.3 射频电容耦合放电等离子体  25-27
3 等离子体的诊断技术  27-36
  3.1 静电探针诊断技术  27-31
  3.2 阻抗测量法  31-32
  3.3 微波诊断技术  32-33
  3.4 光谱诊断技术  33-34
  3.5 其他方法  34-36
4 实验系统  36-43
  4.1 低压等离子体抛光实验平台  36-38
  4.2 等离子体诊断装置  38-41
    4.2.1 朗缪尔探针诊断装置  38-39
    4.2.2 发射光谱诊断装置  39-41
  4.3 表面检测装置  41-43
5 实验与结果分析  43-62
  5.1 石英基片的预处理  43-44
  5.2 Ar等离子体的溅射效果研究  44-51
    5.2.1 Ar等离子体的抛光效果  44-46
    5.2.2 Ar等离子体的诊断  46-51
  5.3 Ar/SF_6等离子体的抛光效果研究  51-53
  5.4 Ar/O_2等离子体的抛光效果研究  53-55
  5.5 O_2与SF_6比例对样片粗糙度及抛光速率的影响  55-62
6 结论  62-64
参考文献  64-70
攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
致谢  71-73

等离子体抛光机理的研究

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