Measurement and modeling of ion energy distribution functions in a low pressure argon plasma diffusing from a 13.56 MHz helicon source
摘要
与扩散室耦合的螺旋源提供了一种更好地控制等离子体处理的新方法。然而，重要的是要了解扩散对从源到位于腔室中的晶片的等离子体的影响。 300 W 氩等离子体从 13.56 MHz（直径 6 厘米，长 20 厘米）圆柱形无磁场源扩散到直径 30 厘米，长 20 厘米的腔室中，已经进行了实验和理论研究。使用移动静电能量分析仪来测量沿源和室的公共轴的电子温度、等离子体电势、等离子体密度和离子能量分布函数（EDF）。开发了基于实验结果的分析模型。尽管源和衬底台之间存在约 40 V 的电势差，但与等离子体膨胀相关的电荷交换碰撞将撞击腔室底部接地探针的离子的平均能量降低至约 3 eV。在 1 μbar 时，碰撞次数太少，无法冷却场中加速的所有离子，并且离子分布函数中仍保留尾部。虽然没有测量，但热中性物也应该作为电荷交换碰撞的结果而产生，并且会撞击基板。
实验装置
用什么方法（模型）测量什么参数？
密度
测定了Density，使用empirical fit
其中 n(0) 是源中心的密度，C 是与等离子体的几何形状和耦合相关的常数。
等离子体电势
等离子体电势是根据分析仪测量的离子电流与鉴别器电压的关系推导出来的。
对于给定恒定的麦克斯韦电子分布，玻尔兹曼关系可用于将密度的演变与电势联系起来
其中Vp(0)是源中心的电势，Te是电子温度。
离子能量分布函数
离子 EDF 由测量电流的导数获得
vf(Vd)能测出来
能估计出平均离子速度。
轴向电场由等离子体电势的导数获得
分布函数取决于从产生点到测量点的电势和平均自由程变化。
平均自由程：
其中nn(x)是中性数密度，a是横截面。
分析仪在轴向位置 xp 和鉴别器电势 Vd 处收集的离子电流的表达式
结论
我们提出了氩等离子体低压扩散远离源区的实验结果。开发了一个简单的分析模型，该模型与实验结果一致，并显示了扩散区域中电荷交换碰撞的重要性。离子EDF的形状是膨胀产生的自洽场的加速效应与电荷交换碰撞的热化效应之间的平衡。这两种现象的直接后果将是产生快速中性粒子，该中性粒子会撞击扩散区域底部的基板。这些中性粒子代表了基底表面的额外能量输入，在估计表面反应时应予以考虑。
