Surface interaction probabilities are critical parameters that determine the behaviour of low pressure plasmas and so are crucial input parameters for plasma simulations that play a key role in determining their accuracy. However, these parameters are difficult to estimate without in situ measurements. In this work, the role of two prominent surface interaction probabilities, the atomic oxygen recombination coefficient γO and the thermal energy accommodation coefficient αE in determining the plasma properties of low pressure inductively coupled oxygen plasmas are investigated using two-dimensional fluid-kinetic simulations. These plasmas are the type used for semiconductor processing. It was found that αE plays a crucial role in determining the neutral gas temperature and neutral gas density. Through this dependency, the value of αE also determines a range of other plasma properties such as the atomic oxygen density, the plasma potential, the electron temperature, and ion bombardment energy and neutral-to-ion flux ratio at the wafer holder. The main role of γO is in determining the atomic oxygen density and flux to the wafer holder along with the neutral-to-ion flux ratio. It was found that the plasma properties are most sensitive to each coefficient when the value of the coefficient is small causing the losses of atomic oxygen and thermal energy to be surface interaction limited rather than transport limited.
表面相互作用確率は、低圧プラズマの挙動を決定する重要なパラメータであり、したがって、その精度を左右するプラズマシミュレーションにとって極めて重要な入力パラメータである。しかしながら、これらのパラメータは、その場測定なしでは推定が困難である。本研究では、半導体製造に用いられる低圧誘導結合酸素プラズマの特性を決定する上での、2つの主要な表面相互作用確率、すなわち原子状酸素の再結合係数γOと熱エネルギー適応係数αEの役割を、二次元流体運動論シミュレーションを用いて調査した。αEは、中性ガス温度と中性ガス密度の決定に極めて重要な役割を果たすことが見出された。この依存性を通じて、αEの値は、原子状酸素密度、プラズマ電位、電子温度、ならびにウェーハホルダーにおけるイオン衝撃エネルギーと中性粒子・イオン束比など、他のさまざまなプラズマ特性も決定する。γOの主な役割は、原子状酸素密度とウェーハホルダーへのフラックス、ならびに中性粒子・イオン束比の決定にある。各係数の値が小さい場合、原子状酸素の損失と熱エネルギーの損失が輸送律速ではなく表面相互作用律速となるため、プラズマ特性は各係数に対して最も敏感であることが見出された。