NF3感应耦合放电（ICP）过程仿真

· 项目背景

等离子体清洗机主要通过活性等离子体对材料表面进行物理轰击或化学反应等单一或双重作用，从而实现材料表面分子水平的污染物去除或改性。等离子体清洗机有效应用在IC封装工艺中，能够有效去除材料表面的有机残留、微颗粒污染、氧化薄层等，提高工件表面活性，避免键合分层或虚焊等情况。

本例探讨了等离子体清洗中NF3电感耦合放电（ICP）过程中等离子体放电过程。电感耦合放电通常在低压 (<10 Pa) 和高电荷密度 (>10¹⁷ m³) 下工作。高密度等离子体源之所以受欢迎，是因为低压离子轰击可以在晶片表面提供更大程度的各向异性。

ICP放电通常包括两种形式，一种为圆柱形ICP，另一种为盘香形ICP结构。本计算对这两种形式ICP放电器中放电过程进行仿真。ICP放电过程仿真主要考虑以下几个关键点：

1、等离子体反应机理

本项目中根据相关文献，将NF3放电过程整理为54个反应组成的反应体系，其中电子碰撞反应28个，化学反应26个，主要的离子来源于F^–、NF3⁺、NF2⁺、NF⁺。并考虑各种激发态粒子和离子在表面的反应。

2、等离子体流体模型

根据漂移-扩散理论建立电子输运方程、电子能量守恒方程和重粒子输运方程，静电场的计算采用泊松方程。其中电子能量分布函数（EEDF）采用麦克斯韦分布，通过对碰撞截面积分计算相关反应速率。

3、感应耦合等离子体中的电子加热过程

感应耦合等离子体中的电子加热过程主要包括欧姆加热和随机加热/无碰撞加热两种。欧姆加热是因为主等离子体区内存在电场，由于存在电子-中性粒子碰撞，这个电场会对电子加热。随机加热是由于电子和一个振荡的高压鞘层碰撞产生。气压较低时相对显著。

4、等离子体和磁场的耦合建模

在ICP反应器中，高频（通常为13.56 MHz）驱动线圈会在z方向产生一个磁场，在θ方向产生一个高频电场。这一对正交的电磁场，在电子能量守恒方程中需添加电磁场对电子加热过程。对于非磁化、非极化等离子体，感应电流在频域中通过安培定律求解。