静电探针测量射频感应耦合等离子体密度

本文介绍了一种可以测量射频感应耦合等离子体密度的静电探针方法。并给出了它的测量原理，实验方法和实验结果。实验结果表明：所测等离子体密度反映了等离子体的特性，并且诊断手段简单、易行，为等离子体诊断提供了一种很好的实验手段。     

静电探针测量等离子体内参数

根据探针收集电子流的理论，提出电子流对探针电位的一次微高的最大值对应着等离子体电位，以一台微型计算机作为静电探针系统的核心，统一完成探针系统的控制，记录和计算工作，在两分内可完成等离子电位，悬浮电位，电子能量分布和电子密度的测量。     

电容耦合的抑制对感应耦合放电等离子体的影响

感应耦合等离子体(ICP)是微电子工业刻蚀高精度沟槽结构的首选高密度等离子体源.研究ICP的电特性与等离子体电学参量的变化显得非常重要.本文中,在平板型ICP源的感应线圈和介质窗口之间,使用了对称、均匀、呈辐射状的法拉第屏蔽板.结果表明,屏蔽板的使用不仅极大地降低了干扰等离子体参量测量的等离子体射频电位,而且也降低了线圈中的放电电流和等离子体中的轴向微分磁场信号强度,但Ar等离子体的发射光谱表明,法拉第屏蔽的采用对等离子体功率吸收的影响不大.对测量信号中出现的高次谐波行为也做了定性的讨论.     

PD—1静电探针等离子体诊断系统

本文简述了静电探针等离子诊断的基本原理，并且详细介绍了新型微机化的探针系统，在该系统中，计算机代替人来完成探针特性的测试以及全部复杂运算，因而简化了操作并大在厍快了诊断速度。     

静电离子探针在气体放电磁化等离子体参数测量中的应用

为测量气体放电磁化等离子体离子参数,建立了一套静电离子探针诊断系统,进行了从近芯部到边缘区的离子温度分布的测量,结果与常规朗缪尔探针对电子参数的测量结果吻合。     

不同激发频率下小型感应耦合等离子体特性研究

等离子体小型化后往往会产生一些独特的等离子体性质.本文采用朗谬尔探针和高分辨率发射光谱技术对不同激发频率下产生的小型感应耦合等离子体进行了测量,选用的三种频率为13.56MHz,27.12MHz和40.68MHz.朗谬尔探针的实验结果表明,随着射频输入功率的增加以及激发频率的上升均会导致等离子体功率吸收的增强,从而导致了离子密度增大和电子温度下降.利用了气体追踪法测量感应放电中的气体温度,可以发现,由于电子诱导加热的作用,气体温度随气压和输入功率的增加而增加,射频频率的提高也有助于等离子体气体温度的上升.     

多弧离子镀中真空等离子体静电探针诊断方法的研究

多弧离子镀中的等离子体是由辉光等离体和弧光等离子体迭加而成的。本文主要叙述了这种等离子体诊断方法和对用静电探针诊断这种等离子体的研究成果。这套等离子体诊断系统性能稳定，是目前国内外用于诊断多弧离子镀中等离子体的首套系统。用它诊断出的等离子体参数是首次对这种等离子体的数量描述。等离子体参数为；在真空度为２．６７Ｐａ～１０．６Ｐａ，放电电流为５０Ａ～８０Ａ，工件偏压为０～—２ｋＶ的条件下，等离子体密度在１．３×１０１５ｍ－３～２．３×１０１５ｍ－３范围内，电子温度在４３０至６６０ｅＶ范围内，空间电位相对于阳极为正，且在２伏至３伏范围内。     

静电离子探针在气体放电磁化等离子体参数测量中的应用

为测量气体放电磁化等离子体离子参数，建立了一套静电离子体探针诊断系统，进行了从近芯部到边绷区的离子温度分布的测量，结果与常规朗缪尔探针对电子参数的测量结果吻合。     

PECVD镀膜机等离子体静电探针诊断

开发了一个朗缪尔探针等离子体诊断系统,对PECVD真空镀膜机进行了等离子体参数诊断.该镀膜机内的等离子体是电容偶合激发方式的氩等离子体,激发源为射频电源(13.56MHz).在射频功率为40W到140W的范围内,使用该朗缪尔探针对镀膜机中氩等离子体的参数(等离子体密度和电子温度)进行了诊断分析.结果表明:电子温度在2.7eV和6.4eV之间,并且随着射频功率的增加而降低.而等离子体的密度在0.85×1015m-3到8×1016m-3的范围随着射频电源的增加而增加.     

感应耦合等离子体的功率耦合效率的理论分析与计算

基于变压器模型,本文对感应耦合等离子体中线圈产生的空间电场分布、等离子体电阻、电感及功率耦合效率等进行了数值计算.在计算过程中,考虑了低气压等离子体无碰撞随机加热机制的作用.结果表明,同心线圈的感应电场呈中空分布,径向和轴向均呈现很大的不均匀性;功率耦合效率随线圈品质因数Q及耦合系数K的增大而增大.功率耦合效率的理论分析和计算为线圈优化设计提供了依据.     

直流磁控溅射辉光等离子体的Langmuir静电探针诊断

与大连理工大学合作研制了新型Langmuir静电探针.应用研制的静电探针,对氩气直流磁控溅射铜等离子体进行了轴向和径向二维空间内的诊断.诊断结果显示电子温度随着离靶面距离增大而递减;电子密度在径向和轴向均存在波动;电子能量主要分布在0 eV～5 eV范围内,高能电子占比例极少.     

电感耦合放电对双频容性耦合Ar-N_2等离子体物理特性的影响

电感耦合等离子体增强的容性耦合等离子体是一种新的等离子体源,采用这种放电方式可以获得高密度均匀的等离子体。本文主要利用朗缪尔单探针对以下几种放电方式的等离子体性质进行诊断:1双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体;2电感(13.56 MHz)耦合等离子体;3电感(13.56 MHz)耦合增强的双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体。通过研究电感耦合放电对容性耦合放电的影响,以及电感耦合功率、混合气体比例等宏观参量对等离子体特性的影响,获得材料处理的最佳条件。实验发现当气压是5Pa时:1双频容性耦合等离子体密度是1010 cm-3左右,极板边缘处等离子体密度较低,中心处较高。随着氩气比例增加,等离子体密度提高,电子温度降低。2电感耦合等离子体放电,随着氩气比例增加,等离子体密度增大。当氩气比例增加到70%,等离子体密度发生数量级改变,高于双频容性耦合等离子体。3电感耦合增强的双频容性耦合等离子体密度较高,当氩气比例是80%,容性电感耦合功率200 W时,组合放电等离子体密度最高,均匀性较好,电子温度升高,径向差别不大。通过实验得出,当氩气比例为80%,容性高低频功率分别为150和50 W,电感耦合功率是200 W时,双频(60,13.56 MHz)与电感(13.56 MHz)组合放电可以获得高密度均匀的等离子体。     

碳氟感应耦合等离子体的SiO2介质刻蚀的研究

使用感应耦合等离子体技术,通过改变源气体流量比R(R=[C4F8]/{[C4F8] [Ar]})、射频源功率、自偏压等条件进行了SiO2介质刻蚀实验研究。碳氟等离子体的特征由朗谬探针和发射光谱技术来表征。结果表明,SiO2的刻蚀速率随放电源功率和射频自偏压的增大而单调上升,与R的关系则存在R=8%处的刻蚀速率峰值。C2基团的发射谱线强度随R的变化类似于SiO2刻蚀速率对R的依赖关系,对此给出了解释。在此基础上,对SiO2介质光栅进行了刻蚀。结果显示,在较大的R及自偏压等条件下,刻蚀后的槽形呈轻微的锥形图案,同时光刻胶掩膜图形出现分叉。结合扫描电镜技术对此进行了分析,认为光刻胶表面与侧面的能量传递和聚合物再沉积是导致出现上述现象的原因。     

Cl2/Ar感应耦合等离子体刻蚀InP工艺研究

采用Cl2／Ar感应耦合等离子体对InP进行了刻蚀。讨论了直流自偏压、ICP功率、气体总流量和气体组分等因素对刻蚀速率和粗糙度的影响。结果表明Cl2／Ar气体组分是决定刻蚀效果的重要因素。当Cl2含量为30％左右时,刻蚀中的物理溅射与化学反应过程趋于平衡,刻蚀速率处于峰值区,同时刻蚀粗糙度也可达到最小值。SEM照片显示刻蚀表面光洁。侧壁陡直。     

静电探针收集电子流

导出了静电探针在非平衡态的辉光放电等离子体中收集电子流的公式，证明了在探 针鞘电压为负值时，对平板形、球形、圆柱形探针具有相似的公式。当探针鞘电压为正 值时不同形状的探针收集电子流的公式是不同的。在鞘电压为０点附近，探针收集的电 子流是连续的。而且电子流对鞘电压的一次微商在鞘电压为０时达到最大值。这可以作 为测量等离子空间电位的依据。     

阻挡材料对射频容性耦合等离子体放电参量的影响

为进一步探索射频容性耦合等离子体放电影响因素,本文运用数值仿真技术,构建了容性耦合等离子体的一维发射装置,施加射频源,仿真气体设定为氦气,极板间距恒定75 mm,研究了插入阻挡材料厚度、介电常数对极板间周期平均电子密度、周期平均电子温度及周期平均电势的影响。仿真结果显示:插入阻挡材料的介电常数越大,气体间隙中间的周期平均电子密度最大值越大,高电子密度区域的周期平均电势最大值越小,阻挡材料附近的周期平均电子温度极大值越加,但气体中间极小值基本不变;周期平均电子密度最大值随阻挡材料厚度的增加先增后减,阻挡材料厚度具有最优值,且随着介电常数增大,最优值增加;周期平均电势最大值及阻挡材料与气体边界处的周期平均电势值虽都与阻挡材料厚度呈正比,但两者差值随阻挡材料厚度增加近似不变。所得结论对改进传统的射频容性耦合等离子体获取具有重要意义。     

容性耦合射频（CCRF）放电等离子体特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置，通过对放射频放电电压电流以及其相位角的测定，算出放电算的总阻抗，结合放电管的等效电路，对容性耦合射频（CCRF）激励激光放电特性进行研究，得出容性耦合射频激励激光器等离子体的伏安特性的曲线，以及等离子体电阻，容抗与气体压器，放电电流之间的实验曲线，在Godyak射频放电模型的基础上得出等离子体的电子密度，并同内置铜电极射频激励铜离子激光器阻抗特性进行了比较。     

螺旋波激发氢等离子体的电子温度及密度研究

采用射频调谐朗缪尔单探针方法对螺旋波激发的氢等离子体I-V特性曲线进行了测量。运用Druyvestey方法对氢等离子体的电子能量分布（EEDF）及电子密度ne的变化规律进行了研究,并与发射光谱诊断结果进行了比较。结果表明：ne随着射频功率的增大成线性增大,本实验中最大值可达到10^12cm^-3量级,电子平均能量E随着射频功率的增大逐渐升高,并逐渐达到饱和;ne随着工作气压的增加而增大并出现峰值,存在一个最佳气压范围（2 Pa-4 Pa）使ne达到最大,E则随着工作气压的增加逐渐减小;氢气流量对ne的影响非常小,当氢气流量达到一定值（12 sccm）后,ne几乎不变化,E随着氢气流量的增加逐渐降低,最后趋于稳定;朗缪尔单探针方法与发射光谱法诊断的结果基本一致。     

用于薄膜制备的射频宽束离子源的设计

采用射频宽束离子源进行离子束辅助镀膜可以获得高性能的光学薄膜,已越来越得到人们的共识.本文对射频感应线圈的匹配、起弧及三栅离子光学的关键技术进行了重点考虑，并获得了稳定运行的高性能离子源.     

感应耦合等离子刻蚀InP工艺

采用Cl2/CH4/N2感应耦合等离子体对InP进行了刻蚀.系统地讨论了RF功率、ICP功率、反应腔压力、气体流量等工艺参数对InP材料端面刻蚀的影响.通过优化工艺参数,获得了光滑垂直的InP刻蚀端面,刻蚀速率达到841 nm/min,与SiO2的选择比达到15:1.