小型腔式微波离子源的研制.pdfVIP

　第 31 卷第 3 期 原 子 能 科 学 技 术 . 31, . 3 V o l N o 　1997 年 5 月 A tom ic Energy Science and T echno logy M ay 1997 小型腔式微波离子源的研制 施立群　余增亮　冯慧云　彭士香　胡纯栋 ( 中国科学院等离子体物理研究所, 合肥, 230031) 研制了 1 种用在离子束细胞刻蚀装置中的小型腔式微波离子源, 它由石英放电管、同轴谐振 腔和封装在管一端的二电极引出系统组成。该源由同轴腔激发起的表面波在石英管内产生等离子 体柱。为了提高柱末端等离子体离子引出流密度, 选用了在内径 7 0 mm 直管的一端加上一内径 50 衬管的放电管。在微波频率为 2 45 , 输入功率为 93 下, 氮的引出流密度分别为 mm GH z W 48 4 2 和 917 2。这种表面波放电等离子体源体积小、结构简单, 可在较宽的压强范 mA cm mA cm 围内产生重复性好、工作稳定的等离子体柱。 关键词　微波离子源　表面波放电　离子流密度 近些年来, 为满足离子注入、离子束刻蚀等材料的各种离子束加工的要求, 各种形式的微 波离子源得到了广泛的研究和发展[ 1, 2 ]。微波离子源免除了由于灯丝或阴极带来的寿命限制, ( ) 使源对反应性气体 如O 2 能长期稳定的工作。采用表面波放电, 源可制作得相当简单, 它只需 ( 11 14 - 3 ) 1 根介质管和 1 个谐振腔就能产生高密度的等离子体 10 —10 cm 。这使源的体积可做 得相当小。源在引出区无磁场, 从而它的束流光学特性好于大多数电子回旋共振离子源。本文 将介绍这种小型微波离子源的氮离子引出特性。 1　实验装置 小型腔式微波离子源由石英放电管、同轴谐振腔和 1 个封在管一端的二电极引出系统组 成。比较了管外径为 90 , 内径为 70 和在上述直管的引出端加了一小段内径为 mm mm ( ) 50 mm , 外径与直管相配的内衬管 图 1 2 种放电管结构。微波谐振腔的工作频率为 2 45 GH z。调节耦合旋钮可改变腔的输入阻抗以得到腔与微波源的最佳匹配; 调节同轴方向 的旋钮也影响输入阻抗, 但受影响较大的是旋钮末端与端盖间间隙的表面波激发场。腔的允许 功率小于 200 W , 高达 90% 的输入功率能被耦合到腔中。 表面波产生等离子体的主要特点是: 谐振腔间隙区激发起的表面波在电离气体的同时沿 石英管传播。波能沿石英管衰减, 而等离子体密度也从波源到柱末端递减。最后, 当柱末端的 1 ( ) 2 ( ) 等离子体角频率 p e = 1+ g g 为放电管介电常数 时, 波能不能维持放电。为提高引出区 收稿日期:　收到修改稿日期: © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 3 期　　施立群等: 小型腔式微波离子源的研制 219 的等离子体密度, 对表面波产生