新型表面波等离子体源的诊断及不同工艺条件下的等离子体特性

新型表面波等离子体源的诊断及不同

工艺条件下的等离子体特性

徐均琪

1,2*

上坂裕之3 梅原德次3 刁东风

4

1.西安工业大学光电工程学院 西安 710032;

2.西北工业大学材料学院 西安 710072;

3.名古屋大学大学院工学研究科 名古屋 464 8603,日本;

4.西安交通大学 西安 710049

Diagnosis and Properties of Newly Developed Surface Wave Sustained Plasma

Xu Junqi

1,2*

,Kousaka Hiroyuki 3,Umehara Noritsugu 3and Diao Dongfeng

4

1.Xi an Technologial Unive rsity ,Xi an,710032,China;

2.North western Polytechnical University ,Xi an,710072,China;

3.Nagoy a Unive rsity ,Fu r o cho,Chikusa ku,Nagoy a,464 8603,Ja p an;

4.Xi an Jiaotong University ,Xi an,710049,China Abstract A novel technique has been developed,using a single Langmui r probe,to diagnose the plasma generated with a newly devel oped surface wave sustained plasma (SWP)source working under di fferent condi tions.Physical properties of the SWP,such as its density,i ts electron temperature,its potential and its floating potential,were studied.Influence of various factors,including microwave power,target vol tage and gas pressure,on the plasma properties in diamond like carbon (DLC)film growth was also discussed.The results show that the newly de veloped SWP source i s capable of generating plasma with an electron density up to 1.87 1011cm 3even at a low pressure of 0.85Pa(at a pressure of 2.8Pa,i ts electron densi ty reaches 2.1 1012

cm 3

).

Keyw ords Surface wave sustained plasma,Experiment parameter,Electron density,DLC

摘要 表面波等离子体(Surface wave sustained plas ma,SWP)是近年发展起来的一种新型低压、高密度等离子体。应用这

种技术,很容易实现镀膜过程中的离子束辅助沉积(IB AD),从而制备出性能优异的类金刚石薄膜(DLC)。本文介绍了一种新型的SWP 源,说明了朗缪尔探针等离子体诊断的基本原理,研究了微波功率、靶电压、真空度等对等离子体特性的影响。测试了不同工艺条件下的等离子体密度,电子温度,等离子体电位,悬浮电位。研究结果表明,微波功率、靶电压和真空度等参数对等离子体特性具有重要的影响。结果同时表明,这种表面波等离子体源即使在0 85Pa 的真空度下也能够产生高达1 87 1011cm 3的电子密度(在2 8Pa 可达2 1 1012cm 3)。

关键词 表面波等离子体 工艺参数 电子密度 类金刚石薄膜

中图分类号:O484 5,O434 14,O453 6 文献标识码:A 文章编号:1672 7126(2006)03 0214 05

近年来,国内外的许多研究者越来越重视低压、高密度等离子体源的开发和应用,并且已经在机械、

电子、半导体晶片加工和材料等领域取得了许多可喜的进展

[1~5]

。比如电子回旋共振等离子体(elec

tron cyclotron resonance,EC R)、电感耦合等离子体(in ductively coupled plasma,ICP)、螺旋波等离子体(heli con wave plasma,HWP)、螺旋共振等离子体(helical resonator plasma,HRP)等等。这些等离子体具有放电稳定、再现性好、大面积均匀及高密度的特点(电

子密度可达1011cm 3~1013cm 3)。表面波等离子体(surface wave sustained plasma,SWP)就是这样一种高密度等离子体。与其他相比,表面波等离子体不仅

具有低压、高密度的特点,同时离子源结构简单,不需要外部磁场,操作方便,并且可以在很宽的微波频率范围内放电,其频率范围可以从几MHz 到十几G Hz [3]。因此,表面波等离子体具有更加广泛的应用前景。

类金刚石薄膜(DLC)由于具有许多独特的特点

收稿日期:2005 06 17

*联系人:讲师,博士生,Tel:(029)83208210,E mail:jqxu2210@163.c om

214 真 空 科 学 与 技 术 学 报C HINESE JOURNAL OF VACUUM SCIE NCE AND TECHNOLOGY 第26卷 第3期

2006年5、6月