本研究基于阳极层离子源的基本工作原理，建立了阳极层离子源工作结构模型，采用粒子模拟结合蒙特卡罗(Particle-In-Cell plus Monte Carlo Collision, PIC/MCC)方法，通过调控阳极放电电压及Ar气流量，对离子源与基体间放电区域进行离子羽流空间分布特性数值模拟；并通过与离子源放电特性及其刻蚀性能试验的数据比对，开展阳极层离子源放电参数-空间离子羽流分布特性-离子源刻蚀性能间跨尺度关联关系研究。结果表明：阳极层离子源出射离子羽流特性受阳极放电电压及Ar流量影响明显。放电电压升高，Ar⁺出射能量由~100eV逐渐提升至~220eV；相同放电电压条件下，Ar流量升高，粒子间碰撞作用增强，导致放电沟道内荷能粒子能量损失加剧，使得高气压条件下Ar⁺束流出射能量明显下降。此外，阳极电压升高，放电沟道内部电荷密度迅速增加，表明Ar气电离更加充分，沟道内等离子体密度显著升高，在阳极电势及霍尔电流加速的双重作用下，出射的Ar⁺束流密度呈明显的增长趋势。-1000V基体偏压作用下，由于荷能离子受到基体等离子体鞘层的强烈作用，使得到达基体表面的Ar⁺束流能量均维持在700eV范围内上下波动，变化不大。表明到达基体表面的Ar⁺束流能量受基体偏压影响明显，对阳极放电电压及Ar流量等工艺参数反应并不敏感。离子源放电特性方面，阳极电压及Ar流量增加，放电沟道内等离子体密度明显升高，离子源放电电流及放电功率随之增大，最高可达：260mA，625W。刻蚀性能方面，放电电压及Ar流量升高，到达基体表面的离子束流密度明显增大，源体对不同材料基体的刻蚀效率均呈现增长趋势，最高刻蚀速率可达：37nm/min。此外，在高密度荷能离子对基体表面的持续轰击作用下，不同材料基体的表面粗糙度均随着放电电压及Ar流量的增长呈现出了逐渐升高的趋势。阳极层离子源离子羽流的PIC/MCC数值模拟结果与离子源实际放电测试及刻蚀性能结果具备较好的吻合性，表明采用该PIC/MCC数值模拟方法对阳极层离子源等离子体放电特性研究、结构设计优化以及刻蚀工艺调控具有十分重要的参考意义。
 

阳极层离子源；PIC/MCC；离子羽流；放电特性；刻蚀性能