Abstract
摘要 本論文的研究目的為研製一套TE01模式的電子磁旋共振式電漿源，同時希望在直徑200 mm之面積範圍內，電漿密度之均勻度可達到 ±3 % 以內，以滿足一般高密度電漿製程上之需求。並藉由已建立的量測方法進行電漿特性量測，以瞭解其基本特性及加熱機制。此電漿源系統在設計上著重在微波和磁場兩方面。微波方面設計了一個可以將磁控管所送出來的矩形波導TE10模式微波轉成圓柱波導TE01模式的模式轉換器。磁場方面選用永久磁鐵來設計一個磁鐵組，以產生電子磁旋共振所需的靜磁場。在高真空的電漿腔與微波系統之間採用陶瓷材料的介質。在這個實驗中對此陶瓷窗做了平板式及下凹式兩種型態的設計。其中以平板式設計簡易，且製作成本較低。而以下凹式的設計較滿足高場區入射條件。 此研究中成功架設點燃TE01模式電子磁旋共振式電漿源，並利用蘭牟爾探針量測電漿腔的局部電漿密度、電子溫度、電漿電位等特性。同時使用CCD照相觀察電漿放射光強度的分佈情形。在實驗中使用氬氣為工作氣體，改變的變因包括工作氣壓以及輸入功率。由實驗結果發現，不論平板式與下凹式設計，電漿密度都有隨功率增加的趨勢。其中以平板式設計增加的趨勢較為線性，且電漿密度普遍比下凹式設計要高。在電漿均勻度方面，在高氣壓以及低瓦數時可以得到較佳的均勻度，而下凹式設計的均勻度比平板式設計佳。輸入功率固定時，工作氣壓對電漿密度的影響會在10mtorr時有一個最佳工作點，使電漿密度最高。使用下凹式陶瓷窗與平板式陶瓷窗比較，在特性上最大的不同在於使用下凹式陶瓷窗時反射功率較小，這個特性正好可以驗證下凹式的設計較符合高場區入射條件。但是使用下凹式的設計，當微波進入電漿產生腔時，所遇到的介面形狀複雜，微波模式比使用平板式陶瓷窗時更不穩定，電漿有很明顯的閃爍現象，這個特性在加上有穩定微波模式作用的鋁架之後獲得極大的改善。