磁场位形对微波ECR等离子体电子参数的影响
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第 ３ ２卷 第 ９期 ２１ ０ ０年 Ｏ ９月
武
汉
工
程
大
学
学
报
Ｖ ｏ１３２ Ｎｏ． ． ９
Ｓｅ ｐ． ２ ０ ０１
Ｊ Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ ． ． ｈｎ ｎｔ
Ｔｅ ｈ ｃ．
文 章 编 号 ： ６ ４—２ ６ （ ０ ０） ９—０ ５ １７ ８９２ １ ０ ０ ３—０ ５
０ 引 言
微 波 电子 回旋 共振 （ Ｃ 等离 子 体 以其 高密 Ｅ Ｒ）
度 、 温 、 量 转 换 率 高 、 电极 等 优 点 已成 功 地 低 能 无 应用 于材料 表 面处 理 、 刻蚀 、 薄膜 制 备 等微 电子 工
业 中＿３． Ｃ 等离子 体 中 电子 参 数对 上 述 应用 有 】 ＥＲ ＿ ］ 直接 的影 响 ， 因此 研 究 Ｅ Ｒ等 离 子 体 中 的 电子 参 Ｃ
因素之 一 ， 同的磁 场 位 形将 直 接 影 响 Ｅ Ｒ等 离 不 Ｃ 子体 的 参 数 和 性 能 ， 此 研 究 磁 场 位 形 对 微 波 因 Ｅ Ｒ等 离子体 参数 的影 响对 其可 控 利用 有 重要 作 Ｃ
１ 微 波 源 ， 一 形 器 ， 三 销 钉 匹 配 器 ， 一 合 天 线 ，一 板 ， 一 ２环 ３ ４耦 ５挡
响 ， 果 表 明 ： 散 场 中电 子 温 度 在 轴 心 和 腔 体 边 缘 较 大 ， 过 渡 的 中 间 区 域 较 小 ， 磁 镜 场 中 电子 温 度 随 径 结 发 在 而
向 半 径 Ｒ 的增 大 单 调 减 小 ； 电子 密度 在 两 种 磁 场位 形 中 随 径 向 和 轴 向 距 离 的增 大 均 呈 单 调 下 降 的趋 势 ， 镜 磁 场 中的 下 降 幅 度 大 于 发 散 场 ； 共 振 面 附 近 ， 散 场 中 气压 对 电 子 温 度 的 影 响 比在 磁 镜 场 中大 ， 气 压 对 电 子 在 发 而
磁场 ， 场强度 由高 斯计 测 量 ， 实验 所 使 用 的两 磁 本
种 磁场 位形 如 图 ２所 示． 实验 所 使 用 的 工作 气体 为 氧气 ， 过 质 量 流 量 控 制 器 和通 气 孔 导入 真 空 经 室 ． 空系统 由机 械 泵 和 涡轮 分 子泵 组 成 ， 验本 真 实
６石英 窗 口 ，－ 一 ７磁场 线 圈 ， 量窗 口，－ 片 台 ，Ｏ真 空 系统 ，１通气 孔 ８测 ９基 １一 １一
图 １ Ｅ Ｒ装 置 示 意 图 Ｃ
Ｆｉ Ｓｃ ｅ ａ ｉ ａ ａ ｎ ＥＣＲ ａ ｍ ａ ｒ ａ ｔ ｒ ｇ．１ ｈ ｍ ｔｃ ｄｉｇｒ ｍ ｏｆａ ｐｌｓ ｅ ｃ ｏ
数对其 应 用 研 究 具 有 十 分 重 要 的 意义 ． 离 子 体 等
参 数 的测量 方 法 有 很 多 种 ， ａ ｇ ｉ 探 针 是 一 种 Ｌ ｎ ｍｕｒ
既简单 方便 ， 准确 性 又 较 高 的方 法 ［ ． 据 探 针 的 ４ 根 ］
测 量 ， 以实时地 反 馈 调节 等 离 子 体参 数 ， 可 以达 到 所 要求 的等 离子体 ． 磁 场是微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 产 生 的基 本 物 理 Ｃ
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７ ０ ３ 国 １８ ５ ９ ）
作 者 简 介 ： 武 林 （ ９ ５ ）男 ， 沈 １ ８ 一 ， 四川 乐 山 人 ， 士研 究 生． 究 方 向 ： 离 子 体 技 术 与 薄 膜 材 料 硕 研 等
指 导 老 师 ： 志斌 ， ， 士 ， 授 ． 究 方 向 ： 温 等 离 子 体 技 术 及 其 应 用．＊通 信 联 系 人 马 男 博 教 研 低
用． 目前 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 的研 究 中， 场 位 形 Ｃ 磁 较 多都利 用发 散 场［ ］ 结 合 磁 镜 场来 研 究 等 离 子 ｓ ， 体 参数 的工 作 还 比较 少 ． 文 分 别 在 发 散 场 和 磁 本
镜 场条 件 下 ， 量 了 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 电 子 参 测 Ｃ 数， 研究 了两种磁 场 位 形 对微 波 Ｅ Ｒ等 离 子 体 电 Ｃ 子参数 的影 响 ， 分析 了其 影 响机制 ． 并
示 意 图 ． 波 源 产 生 ２ ４ 微 ． ５ＧＨｚ微 波 ， 矩 形 波 导 由
传输， 经天线 耦合 到 圆波导 ， 通 过 石 英 窗 口馈人 并 真 空室 内． 场 系 统 由 四组 沿 轴 向 可 调 的线 圈 和 磁 三 台直 流 电源组 成 ， Ｅ Ｒ等 离 子体 提 供 所 需 的 为 Ｃ
底 真空 为 ３ １～Ｐ ． × ０ ａ
１ 实验 装 置
图 １为 自行 研 制 的 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 装 置 Ｃ
收 稿 日期 ： ０ ０—０ ２１ ４—２ ９
实 验采 用 Ｌ ｎ ｍｕｒ 探 针 测 量 等 离 子 体 电 ａ ｇ ｉ双
子参 数 ， 双探 针 所 用 的钨 丝直 径 为 ０ ５ｍｍ， wenku.baidu.com ． 裸
磁场位 形对微波 Ｅ Ｒ等离子体 电子参数的影响 Ｃ
沈武林， 马志斌 谭必 ， 松
（ 汉 工程 大学材料 科 学与 工程 学 院 ， 汉工程 大 学湖 北省 武 武 等 离子体 化 学与新 材料 重 点 实验 室， 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 量 了 两种 磁场 位形 中 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 的 电 子 参 数 ， 究 了 磁 场 位 形 对 电 子 参 数 空 间 分 布 的 影 测 Ｃ 研
密 度 的 影 响 在 两 种 磁 场 位 形 中基 本 相 似 ．
关键词 ：Ｃ Ｅ Ｒ等 离 子体 ； 散 场 ； 发 磁镜 场
中 图 分 类 号 ： ３ Ｏ５ ９ 文 献标 识 码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ７ —８ ９ ２ １ ． ９ ０ ５ ｏ ： ０ ３ ６ ／． ｓ ． ６ ４ ２ ６ ． ０ ０ ０ ． １ ｓ
武
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报
Ｖ ｏ１３２ Ｎｏ． ． ９
Ｓｅ ｐ． ２ ０ ０１
Ｊ Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ ． ． ｈｎ ｎｔ
Ｔｅ ｈ ｃ．
文 章 编 号 ： ６ ４—２ ６ （ ０ ０） ９—０ ５ １７ ８９２ １ ０ ０ ３—０ ５
０ 引 言
微 波 电子 回旋 共振 （ Ｃ 等离 子 体 以其 高密 Ｅ Ｒ）
度 、 温 、 量 转 换 率 高 、 电极 等 优 点 已成 功 地 低 能 无 应用 于材料 表 面处 理 、 刻蚀 、 薄膜 制 备 等微 电子 工
业 中＿３． Ｃ 等离子 体 中 电子 参 数对 上 述 应用 有 】 ＥＲ ＿ ］ 直接 的影 响 ， 因此 研 究 Ｅ Ｒ等 离 子 体 中 的 电子 参 Ｃ
因素之 一 ， 同的磁 场 位 形将 直 接 影 响 Ｅ Ｒ等 离 不 Ｃ 子体 的 参 数 和 性 能 ， 此 研 究 磁 场 位 形 对 微 波 因 Ｅ Ｒ等 离子体 参数 的影 响对 其可 控 利用 有 重要 作 Ｃ
１ 微 波 源 ， 一 形 器 ， 三 销 钉 匹 配 器 ， 一 合 天 线 ，一 板 ， 一 ２环 ３ ４耦 ５挡
响 ， 果 表 明 ： 散 场 中电 子 温 度 在 轴 心 和 腔 体 边 缘 较 大 ， 过 渡 的 中 间 区 域 较 小 ， 磁 镜 场 中 电子 温 度 随 径 结 发 在 而
向 半 径 Ｒ 的增 大 单 调 减 小 ； 电子 密度 在 两 种 磁 场位 形 中 随 径 向 和 轴 向 距 离 的增 大 均 呈 单 调 下 降 的趋 势 ， 镜 磁 场 中的 下 降 幅 度 大 于 发 散 场 ； 共 振 面 附 近 ， 散 场 中 气压 对 电 子 温 度 的 影 响 比在 磁 镜 场 中大 ， 气 压 对 电 子 在 发 而
磁场 ， 场强度 由高 斯计 测 量 ， 实验 所 使 用 的两 磁 本
种 磁场 位形 如 图 ２所 示． 实验 所 使 用 的 工作 气体 为 氧气 ， 过 质 量 流 量 控 制 器 和通 气 孔 导入 真 空 经 室 ． 空系统 由机 械 泵 和 涡轮 分 子泵 组 成 ， 验本 真 实
６石英 窗 口 ，－ 一 ７磁场 线 圈 ， 量窗 口，－ 片 台 ，Ｏ真 空 系统 ，１通气 孔 ８测 ９基 １一 １一
图 １ Ｅ Ｒ装 置 示 意 图 Ｃ
Ｆｉ Ｓｃ ｅ ａ ｉ ａ ａ ｎ ＥＣＲ ａ ｍ ａ ｒ ａ ｔ ｒ ｇ．１ ｈ ｍ ｔｃ ｄｉｇｒ ｍ ｏｆａ ｐｌｓ ｅ ｃ ｏ
数对其 应 用 研 究 具 有 十 分 重 要 的 意义 ． 离 子 体 等
参 数 的测量 方 法 有 很 多 种 ， ａ ｇ ｉ 探 针 是 一 种 Ｌ ｎ ｍｕｒ
既简单 方便 ， 准确 性 又 较 高 的方 法 ［ ． 据 探 针 的 ４ 根 ］
测 量 ， 以实时地 反 馈 调节 等 离 子 体参 数 ， 可 以达 到 所 要求 的等 离子体 ． 磁 场是微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 产 生 的基 本 物 理 Ｃ
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （ ０ ７ ０ ３ 国 １８ ５ ９ ）
作 者 简 介 ： 武 林 （ ９ ５ ）男 ， 沈 １ ８ 一 ， 四川 乐 山 人 ， 士研 究 生． 究 方 向 ： 离 子 体 技 术 与 薄 膜 材 料 硕 研 等
指 导 老 师 ： 志斌 ， ， 士 ， 授 ． 究 方 向 ： 温 等 离 子 体 技 术 及 其 应 用．＊通 信 联 系 人 马 男 博 教 研 低
用． 目前 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 的研 究 中， 场 位 形 Ｃ 磁 较 多都利 用发 散 场［ ］ 结 合 磁 镜 场来 研 究 等 离 子 ｓ ， 体 参数 的工 作 还 比较 少 ． 文 分 别 在 发 散 场 和 磁 本
镜 场条 件 下 ， 量 了 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 电 子 参 测 Ｃ 数， 研究 了两种磁 场 位 形 对微 波 Ｅ Ｒ等 离 子 体 电 Ｃ 子参数 的影 响 ， 分析 了其 影 响机制 ． 并
示 意 图 ． 波 源 产 生 ２ ４ 微 ． ５ＧＨｚ微 波 ， 矩 形 波 导 由
传输， 经天线 耦合 到 圆波导 ， 通 过 石 英 窗 口馈人 并 真 空室 内． 场 系 统 由 四组 沿 轴 向 可 调 的线 圈 和 磁 三 台直 流 电源组 成 ， Ｅ Ｒ等 离 子体 提 供 所 需 的 为 Ｃ
底 真空 为 ３ １～Ｐ ． × ０ ａ
１ 实验 装 置
图 １为 自行 研 制 的 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 装 置 Ｃ
收 稿 日期 ： ０ ０—０ ２１ ４—２ ９
实 验采 用 Ｌ ｎ ｍｕｒ 探 针 测 量 等 离 子 体 电 ａ ｇ ｉ双
子参 数 ， 双探 针 所 用 的钨 丝直 径 为 ０ ５ｍｍ， wenku.baidu.com ． 裸
磁场位 形对微波 Ｅ Ｒ等离子体 电子参数的影响 Ｃ
沈武林， 马志斌 谭必 ， 松
（ 汉 工程 大学材料 科 学与 工程 学 院 ， 汉工程 大 学湖 北省 武 武 等 离子体 化 学与新 材料 重 点 实验 室， 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 量 了 两种 磁场 位形 中 微 波 Ｅ Ｒ 等 离 子 体 的 电 子 参 数 ， 究 了 磁 场 位 形 对 电 子 参 数 空 间 分 布 的 影 测 Ｃ 研
密 度 的 影 响 在 两 种 磁 场 位 形 中基 本 相 似 ．
关键词 ：Ｃ Ｅ Ｒ等 离 子体 ； 散 场 ； 发 磁镜 场
中 图 分 类 号 ： ３ Ｏ５ ９ 文 献标 识 码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ７ —８ ９ ２ １ ． ９ ０ ５ ｏ ： ０ ３ ６ ／． ｓ ． ６ ４ ２ ６ ． ０ ０ ０ ． １ ｓ