低温等离子体朗缪探针诊断电路研究

论文摘要

摘低温等离子体已在材料、微电子、化工、机械及环保等众多学科领域中得到较广泛的应用。利用等离子体化学活性的薄膜沉积和刻蚀,是尖端电子器件制造中不可缺少的工艺。其中,等离子体化学气相沉积（PCVD）技术用来研制各种聚合物薄膜、类金刚石薄膜及碳纳米管等新材料；反应性离子刻蚀（RIE）已经成为超大规模集成电路（VLSI）的微细加工中必不可少的工艺技术。所以,对等离子体进行诊断以获取其特性及等离子体加工过程的机理显得越来越重要,它可为深入了解等离子体运行机理和寻找其工业应用中的最佳工艺参数提供有用的信息。朗缪探针具有结构简单、容易制造、空间分辨率高、使用灵活等许多优点,作为常规诊断手段一直广泛应用于各种等离子体装置。利用探针的V/I特性曲线可以确定出等离子体电子温度Te、电子密度Ne、离子密度Ni、空间电位Vsp等参数。而其他等离子体诊断方法如光谱分析法和微波透射法等,设备比较复杂,能获得的等离子体参数较少。根据朗缪探针的结构和工作原理,它需要具有较高扫描频率的电源,同时对探针电流及扫描电压的采集速率的要求也很高。这样可以减少朗缪探针对等离子体的影响,使探针具有更好的诊断效果。从众多已发表的文献来看,常见的朗缪探针诊断系统存在的普遍缺点就是不能很好的满足以上两点要求,从而导致诊断结果不能很好的反映等离子体参数。在本文中,提出了一种新型的朗缪探针实现方案,包括朗缪探针、探针扫描电源、和数据采集模块等。其中,探针扫描电源采用MAX038芯片,能够产生1Hz～1MHz分段可调的锯齿波；并采用功率放大器芯片PA88,将扫描电压放大为±100V作为朗缪探针的扫描电源。数据采集模块利用研华PCL-818HG数据采集卡与计算机连接。另外,根据射频补偿原理设计了用于降低射频干扰的扼流线圈,制作朗缪探针并安装于RF-500型真空镀膜机上。利用朗缪探针对等离子体进行诊断的实验中,得到探针电源扫描频率为10Hz和100Hz时测得的朗缪探针电压和电流。实验结果和分析表明,研发的朗缪探针诊断电路具有一定的精确度,能够为等离子体诊断提供有用的信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低温等离子体及其在工业中的应用
• 1.2 等离子体诊断的必要性
• 1.3 低温等离子体诊断技术概述
• 1.3.1 静电探针法
• 1.3.2 光谱分析法
• 1.3.3 微波透射法
• 1.3.4 几种诊断方法的比较
• 1.4 存在问题与本文研究内容
• 第二章 朗缪探针诊断电路
• 2.1 朗缪探针诊断原理
• 2.1.1 朗缪探针适用范围
• 2.1.2 朗缪探针理论的基本前提
• 2.1.3 朗缪探针原理
• 2.1.4 由V/I特性曲线获取等离子体参数
• 2.2 传统朗缪探针电路及其优缺点
• 2.2.1 基于Keithley617静电计的探针电路
• 2.2.2 基于计算机声卡的探针电路
• 2.2.3 基于数据采集卡的探针电路
• 2.2.4 基于Labview软件及相关硬件的探针电路
• 2.3 改进的朗缪探针诊断电路方案
• 2.3.1 朗缪探针锯齿波信号发生器
• 2.3.2 功率放大器电路
• 2.3.3 朗缪探针电流电压检测电路
• 2.3.4 朗缪探针电路总体方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 朗缪探针及探针数据采集模块
• 3.1 朗缪探针结构
• 3.1.1 朗缪探针的射频补偿设计
• 3.1.2 朗缪探针实现方案
• 3.2 朗缪探针数据采集模块
• 3.2.1 研华PCL-818HG数据采集卡
• 3.2.2 探针电路的连接方式
• 3.2.3 数据采集软件
• 3.3 本章小结
• 第四章 低温等离子体朗缪探针诊断实验
• 4.1 实验设备
• 4.1.1 RF-500型真空镀膜机简介
• 4.1.2 真空镀膜机的朗缪探针诊断系统
• 4.2 实验结果及其分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢