Abstract
本實驗之目的為研製大面積高密度電感式電漿源並藉由量測方法進行 特性量測，以瞭解大面積高密度電感式電漿源基本特性及加熱機制，而與 電腦模擬之結果進行比較，以期能對於系統設計及改進提供一有效之參考 方向，並改進所研製之電漿源，以求增進電漿源在各方面之表現。 本 實驗之一大特點為感應線圈可由平面型改變至斗笠型，此一特點可使吾人 在氣體壓力，氣體種類，輸入功率，及電漿腔體徑深比變化之情形下，仍 可藉由調整線圈形狀而達成控制電漿密度均勻性之目的。另外，當線圈由 單螺線型改變至雙螺線型時，亦可增加線圈之圓對稱性性質，而使電漿源 更接近圓柱對稱之分佈。 對於大面積電感式電漿源基本特性的量測結 果為電漿密度隨輸入功率增加而增加，電子溫度在低功率較高，此為電容 性效應所導致，當主導電漿源之效應轉換至電感式為主時，功率增加，對 電子溫度之影響則不明顯。當氣壓增加時，電漿密度增加，而電子溫度則 隨氣壓增加而降低。而關於改變電漿腔體之徑深比方面，當電漿腔體徑深 比增加時，電漿密度下降。電漿密度隨軸向位置變化之情形則為在靠近邊 界時較低，而在中心位置較高之先增加後降低的分佈。 當感應線圈形 狀變化至斗笠型時，電漿腔內部之感應電場隨斗笠型線圈中心位置增加而 有降低之趨勢，且電場之最大值有隨感應線圈中心高度增加而向外移動之 趨勢，因而導致電漿密度與電子溫度隨斗笠型線圈中心位置提高而降低， 且亦有向外移動之趨勢。而在不同感應線圈中心高度，改變電漿腔體徑深 比，對電漿密度變化情形則為感應線圈中心高度增加，及電漿腔體徑深比 增加時，電漿密度下降，且密度之分佈較不均勻，且當電漿腔體徑深比增 加時，電漿密度之分佈與電漿內部感應電場之分佈情形極為類似。 藉 由磁場探針在不同方向角（θ）位置之量測結果與在電漿腔體底部之CCD 偵測器對電漿內部亮度分佈情形，可瞭解所使用感應線圈在方向角（θ） 的對稱性。其結果證實雙螺線型感應線圈之對稱性較單螺線型感應線圈之 對稱性為佳，而雙螺線型感應線圈仍非完全對稱之原因則為在外緣處之螺 線間距不相等，而造成在外緣處對稱性較差。 對於電感式電漿源加熱 機制之研究則以量測電漿內部磁場隨軸向位置之變化為主要方法。量測結 果顯示高氣壓時，電子與中性氣體碰撞機率增加，使得電子因熱運動而與 峭區（sheath）之交互作用所獲得之能量無法傳遞至電漿內部，其加熱機 制以歐姆加熱機制為主，而當氣壓降低，電子與中性氣體分子之碰撞機率 降低，電子平均自由路徑增長，此時電子受熱運動而與峭區之交互作用所 獲得之能量可有效傳遞至電漿內部，此時加熱機制則以非局部加熱機制為 主（non-local heating），其在電漿上之特性為場之肌膚效應為異常肌 膚效應，而當在低氣壓時，高輸入功率時，此一效應更為明顯。 進行 特性量測時，所使用的量測工具則包括阻抗量測計（Impedance Meter） 、靜電探針（Langmuir probe）、毫米波干涉儀（Microwave Interferometer）、離子能量分析儀（GEA）、CCD偵測器及時變磁場探針 （B-dot probe）等。