ICP þ u § כ Ž ; c" e T ú n Þ[ c pÈ k ÈÊ Ý ƒ » ì Å ÿ  • ¤ [ c pÈ k È ù p § T “ Ó Þ” X ¢ þ u § כ Ž õ m Çy ¢ à

ICP þ u § כ Ž ; c" e T  ú n Þ[ c pÈ k ÈÊ Ý ƒ » ì Å  ÿ  • ¤ [ c pÈ k È ù p § T  “ Ó Þ” X ¢ þ u § כ Ž  õ m Çy ¢ à

Ã

ʼn ˜ mŽ ì ŏ Œ



™

»+ ä 0 ï F ^∗ · L |„ ç ¡Œ ‰ x · , > ÷ 7 Bg ` @ · + ä   ¢ 9é s

ô 

Dz D G ³ ðï  r õ † < ƃ  ½ ¨" é ¶ ”  / B N l Õ ü tG ' p' , @ /„   305-600 (2003¸   6 Z 4 20{ 9  ~ à Î6 £ §, 2003¸   7 Z 4 28{ 9  þ j7 á x à º& ñ ‘ : r ~ à Î6 £ §)

¿

º t    É r ”  é ß –  © œu “   ³ ð€   f  ¨ à º „ à Ðg Ë >õ  s ×  æ „ à Ðg Ë >`  ¦ s 6   x # Œ ICP e  ¦  Ý ¼ _  ] X @ / „   x 9 

•

¸_  / B Nç ß – ì  r Ÿ í\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . ³ ð€   f  ¨ à º „ à Ðg Ë >“ É r š ¸% i Ó ü t| 9 s 
 # Œ Q t  # Q 9î  r ¨ 8 Š â \ " f› ¸ • ¸ e

 ¦  Ý ¼ _  ] X @ /„   x 9 • ¸\  ¦ / B Nç ß –& h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H  © œu s  . s  l Õ ü t“ É r „ à Ðg Ë > = å Q \  e ”   H / B N”  l 

\

" f ³ ð€   _  / B N" î f  ¨ à º\  l ì ø Í`  ¦ ¿ º“ ¦ e ”  . ³ ð€   f  ¨ à º „ à Ðg Ë >“ É r 1 l x» ¡ ¤‚  \  ƒ     ) a  Œ •“ É r î ß –_ …
– Ð ½ ¨

$ í

÷ &# Q e ”  .  6   x ) a e  ¦  Ý ¼  " é ¶“ É r ¨ î ó ø Í+ þ A ICPs  . Û ¼7 á x À Ó, { 9 § 4 RF 0 >, Û ¼ · ú š§ 4  1 p x_  › ¸|   

 o\    É r ¿ º ”  é ß –l _    õ \  ¦ q “ § ì  r$ 3  % i  .

PACS numbers: 52.70.-m

Keywords: e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸, ”  é ß –l Õ ü t, | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >, ³ ð€    ”  1 l x„ à Ðg Ë >, ³ ð€    f  ¨ à º„ à Ðg Ë >

I. " e  ] Ø

e

 ¦  Ý ¼ ? /_  „   x 9 • ¸  H e  ¦  Ý ¼  / B N& ñ x 9  e  ¦  Ý ¼ 

"

é ¶`  ¦ s K    H X < ×  æ כ ¹ô  Ç   à ºs  . „   x 9 • ¸\  ¦ 8 £ ¤& ñ  l

 0 Aô  Ç „  + þ A& h “   ~ ½ ÓZ O “ É r | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >õ   s ß ¼– Ð  ç ß – [ O

> s  . ¸ ú ˜ · ú ˜ 94 R e ” 1 p w s  | ½ Ó- '# Q„ à Ðg Ë >“ É r PECVD / B N& ñ

\

" f „ à Ðg Ë >\ _  7 £ x‚ à ÌÜ ¼– Ð „ à Ðg Ë >Ü ¼– Ð [ þ t # Qš ¸  H „  À Ó_   = /

B

G s  Ò q tl “ ¦ ¢ ¸ô  Ç capacitive RF e  ¦  Ý ¼ \ ‚   ”  1 l x 



 H e  ¦  Ý ¼  „  0 A_  % ò † ¾ ÓÜ ¼– Ð RF $ í ì  r`  ¦ ] j K   



 H 4 Ÿ ¤¸ ú š† < Ês  e ”  . Õ ªo “ ¦ # Œ Q t  ™ D ¥½ + ËÛ ¼\  ¦  6   x 



 H e  ¦  Ý ¼ / B N& ñ “    â Ä º # Œ Q 7 á x À Ó_  s “ : r s  µ 1 ÏÒ q t   H X

< s M : & ñ S X ‰ô  Ç s “ : r7 á x À Óü < › ¸$ í `  ¦ · ú ˜l  # Q§ > l  M :ë  H \  e

 ¦  Ý ¼  x 9 • ¸\  ¦   & ñ l  B Ä º # Q§ >  .  s ß ¼– Ð  ç

ß –[ O >   H / B Nç ß –& h “   e  ¦  Ý ¼ _  ¨ î ç  H° ú כ`  ¦ 8 £ ¤& ñ   H  כ Ü ¼

–

Ð+ ‹ / B Nç ß –ì  r Ÿ í\  ¦ 8 £ ¤& ñ   H  כ “ É r B Ä º # Q§ >  . þ j  H \   H Õ

ª Qô  Ç a % ~ t  · ú §“ É r › ¸|  ¢ ¸  H ¨ 8 Š â \ " f  6   x 0 p xô  Ç ”   é

ß – ~ ½ ÓZ O s  Sugai Õ ªÒ  ¨ s  > hµ 1 Ïô  Ç e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   „ à Рg Ë

>(Plasma Oscillation Probe, POP) [1]õ  e  ¦  Ý ¼  f  ¨ Ã º

„

à Ðg Ë >(Plasma Absorption Probe, PAP) [2]s  . e  ¦  Ý ¼ 

š

¸z  ´Y Us ‚  “ É r Looney ü < Brown\  _  # Œ % ƒ6 £ § Ü ¼– Ð z  ´+ « >

&

h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3   [3]. Sugai\  _  # Œ ] jî ß – ) a e  ¦  Ý ¼



 š ¸z  ´Y Us ‚   „ à Ðg Ë >“ É r „   x 9 • ¸_  ] X @ /° ú כ`  ¦ f ” ] X & h Ü ¼– Ð 8

£

¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H  © œ& h s  e ”   H ì ø ̀   „    c ” `  ¦ µ 1 ÏÒ q tr v l  0 A # Œ € 9  F ' pà Ô\  ¦  6   x† < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ µ 1 ÏÒ q t   H é ß –& h s  e ”  

∗

E-mail: [email protected]

[2,4–8]. € 9  F ' pà Ô_  à º" î “ É r U  ´t  · ú §Ü ¼ 9 a % v“ É r % ò % i _  · ú š

§

4 \ " fë ß – 0 p x “ ¦ ¢ ¸ô  Ç e  ¦  Ý ¼  ì ø Í6 £ x l ? /_  F K5 Å q š ¸% i 

`

 ¦  l ô  Ç . e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º ~ ½ ÓZ O “ É r # Q‹ "   { 9 _  e  ¦  Ý ¼



\   6   x s  0 p x t ë ß – 10

¹⁰

cm

⁻³

s  © œ_  e  ¦  Ý ¼ x 9 

•

¸\ ë ß – & h 6   x 0 p x “ ¦ ~ ½ ӄ   · ú š§ 4 “ É r 0.5 Torr s  \ " fë ß –

0 p x   [8]. e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º~ ½ ÓZ O _  & h 6   x# 3 0 A\  ¦ S X ‰ © œ  l

 0 A # Œ Sugai Õ ªÒ  ¨ \ " f  H   y Œ ™ô  Ç f  ¨ à º~ ½ ÓZ O (sensitive plasma absorption probe)\  ¦ > hµ 1 Ï % i  .   y Œ ™ e  ¦  Ý ¼  f

 ¨ à º „ à Ðg Ë >“ É r Z  }“ É r · ú š§ 4 õ  ± ú “ É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸\  & h 6   x  0

p

x t ë ß – / 'Û ¼(sheath)ü < „   “ : r • ¸\  ¦ “ ¦ 9K   ô  Ç .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H Ä »• ¸\ P  e  ¦  Ý ¼ (Inductively Cou- pled Plasma. ICP) \ " f e  ¦  Ý ¼ f  ¨ à º „ à Ðg Ë >õ   8^  ¦ | ½ Ó - '# Q „ à Ðg Ë >   õ \  ¦ q “ § ì  r$ 3  % i  . POPü < PAP_  › ' a > 

\

 ¦ €  $  ¶ ú ˜( R‘ : r Ê ê e  ¦  Ý ¼ f  ¨ à º„ à Ðg Ë >“ É r e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´ Y

Us ‚   „ à Ðg Ë >Ü ¼– Ð “ §& ñ % i  . RF Ø  ¦§ 4 , ~ ½ ӄ   · ú š§ 4  Õ ªo 

“

¦ ™ D ¥½ + ËÛ ¼q Ö  ¦ 1 p x \     e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_     o\  ¦ 8 £ ¤

&

ñ % i  .

II. ÷ m Ç] M ö X ê sV  õ m Í U ê s0 n É

POP_  ½ ¨$ í õ  PAP_  ½ ¨$ í • ¸\  ¦ Õ ªa Ë > 1\ 
 ? /% 3 



. POP  H „   c ”  µ 1 ÏÒ q t Òü < e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   8 £ ¤& ñ Â

Җ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe ”  . „   c ”  µ 1 ÏÒ q t ҍ  H % û Û ¼J $ ™ € 9  F ' pà Ô

–

Ð ½ ¨$ í ÷ &% 3 Ü ¼ 9 € 9  F ' pà Ô\ P   0 >ü < \ P „    5 Å q „  

· ú

š`  ¦ “  ½ + É Ã º e ” >  ÷ &# Q e ”  . e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚  

-168-

Õ

ªa Ë > 1. (a) Plasma Oscillation Probe_  ½ ¨› ¸, (b) Plasma Absorption Probe_  ½ ¨› ¸.

8

£

¤& ñ  ҍ  H — ¸” ¸e  ¦ î ß –_ …
– Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe ” Ü ¼ 9 s  î ß –_ …




 H 1 l x» ¡ ¤‚  Ü ¼– Ð Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3 l (spectrum analyzer(HP E4440A)) \  ƒ    ÷ &# Q e ”  .   " f „   c ” \  _  # Œ Ò q t

| 

 [ O 1 l x(perturbation) \  _ ô  Ç e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚  `  ¦ — ¸

”

¸e  ¦ î ß –_ …
– Ð Ã º’   # Œ š ¸z  ´Y Us ‚  _  Å Ò à º\  ¦ Û ¼& 7 ˜à Ô

!

3  ì  r$ 3 l \  ¦ : Ÿ x # Œ ì  r$ 3  >  ÷ &# Q e ”  . e  ¦  Ý ¼ ? / Ò

\

 5 Å q„   c ” `  ¦ Õ ªa Ë > 1(a)ü < ° ú  s  [ O 1 l x Ü ¼– Ð “   €  



6 £ § õ  ° ú  “ É r Å Ò à º\  ¦ ° ú   H e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚  s  µ 1 Ï Ò q

tô  Ç .

ω

pe

=  n

_e

e

²



0

m

e



^1/2

(1)

#

Œl " f n

^e

  H „    x 9 • ¸, e  H „    „   | ¾ Ó, 

0

  H Ä »„   © œ Ã

º, m

e

  H „   | 9 | ¾ Ós  . e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚  s  µ 1 ÏÒ q t  l

 0 Aô  Ç › ¸| \  @ /ô  Ç  Ž ž Ѝ  H ‚ à Г ¦ë  H‰  ³ [1]\ 
 
 e ”  .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H POP\  ¦ PAP “ §& ñ 6   x Ü ¼– Ð  6   x % i  . „  



c ” “ É r c ” „  À Ó 30 mA, 5 Å q„  · ú š 80 V– Ð µ 1 ÏÒ q tr (  Ü ¼ 9 s

 › ¸| s  e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   µ 1 ÏÒ q ts  ¸ ú ˜ ÷ &  H › ¸| s 



. µ 1 ÏÒ q t ) a e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   Å Ò à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ Õ ª a Ë

> 2\ 
 ? /% 3  .

PAP  H Õ ªa Ë > 1(b)\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  Quartz È ÓÚ Ô î ß –

\

 1 l x» ¡ ¤‚   î ß –_ …
– Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e ”  . î ß –_ …
  H t 2 £ § 0.2 mm, U  ´s  5 mms  9 Quartz È ÓÚ Ô î ß –\  “ ¦& ñ ÷ &# Q z  ´+ « >

  H 1 l xî ß – È ÓÚ Ô î ß –\ " f_  0 Au    1 l x“ É r \ O • ¸2 Ÿ ¤ % i  .

s

 î ß –_ …
  H 1 l x» ¡ ¤‚  Ü ¼– Ð network analyzer(HP8753ET)

\

 ƒ    ÷ &# Q e ”  . Network analyzer\ " f : £ ¤& ñ Å Ò à º_ 



s ß ¼– Ð  î ß –_ …
\  ¦ : Ÿ x # Œ ~ ½ ÓØ  ¦ ÷ &>  ½ ¨$ í ÷ &# Qe ”  .

s

 Å Ò à º\  ¦ Û ¼ ± p €  " f ì ø Í  _  ì ø Í Ö  ¦`  ¦ 8 £ ¤& ñ €   :

£

¤& ñ Å Ò à º\ " f ì ø Í  & h “ ¦ 5 Å xØ  ¦ s   H Å Ò à º\  ¦ ^  ¦ à º

 e ” Ü ¼ 9 s  Å Ò à º e  ¦  Ý ¼  ³ ð€   \  _  # Œ f  ¨ à º

÷

&  H Å Ò à ºs  . e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º „ à Ðg Ë >\  › ' aô  Ç l ‘ : r& h “   [ O

" î “ É r % ƒ6 £ § s  ~ ½ ÓZ O `  ¦ ] jr ô  Ç ‚ à Г ¦ë  H‰  ³ [2]\  ¸ ú ˜ [ O " î ÷ &

#

Q e ”  . s   7 Hë  H \ " f ] jr ô  Ç e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º„ à Ðg Ë >_   6   x

~

½ ÓZ O “ É r ¿ º t  s  . ô  Çt   H # Œ Q t  ~ ½ ÓZ O `  ¦ 1 l x" é ¶

# Œ ³ ð€   _  / B N" î Å Ò à º\  ¦ ¹ 1 Ô ? /  H ~ ½ ÓZ O s “ ¦ ¿ º    P

: ~ ½ ÓZ O “ É r PAP\  ¦ POP 1 p x Ü ¼– Ð “ §& ñ # Œ  6   x   H ~ ½ ÓZ O  s

 . “ §& ñ   H ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x½ + É  â Ä º î ß –_ …
 : £ ¤$ í `  ¦
 

?

/  H U  ´s , Ï ã T l  Ä »„  ^ ‰ È ÓÚ Ô_  Ä »„    © œÃ º ° ú כ 1 p x`  ¦ · ú ˜ € 9  כ

¹ \ O Ü ¼ 9 é ß –t  & ñ S X ‰ô  Ç ”  é ß – • ¸½ ¨– Ð “ §& ñ   H  כ s  ×  æ כ

¹  . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H POP – Ð “ §& ñ   H ~ ½ ÓZ O `  ¦ ‚  × þ ˜ 

#

Œ ”  ' Ÿ  % i  .

|

½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >“ É r ¿ º > h_  „ à Ðg Ë >`  ¦  6   x   H s ×  æ „ à Рg Ë

>(Double Probe, DP)`  ¦  6   x % i  . z  ´+ « > © œu _  > h| Ä Ì

•

¸\  ¦ Õ ªa Ë > 3\ 
 ? /% 3  . e  ¦  Ý ¼   H 13.56 MHz ¨ î ó ø Í + þ

A Ä »• ¸\ P  ~ ½ ӄ  (ICP)\  _  # Œ t 2 £ § 40 cm, Z  } s  30 cm“   ì ø Í6 £ x l  î ß –\ " f µ 1 ÏÒ q t÷ &% 3  . Õ ªo “ ¦ s  ì ø Í6 £ x l \   H 8“  u  r « Ñ\  ¦ Z  ~`  ¦ à º e ”   H l ó ø Í f . Ë  8 e ” Ü ¼ 9 l ó ø Í f . Ë



8\   H 13.56 MHz _  RF  s # QÛ ¼  0 >\  ¦ “  ½ + É Ã º e ” 

•

¸2 Ÿ ¤ ÷ &# Q e ”  . 8 £ ¤& ñ “ É r e  ¦  Ý ¼  ì ø Í6 £ x l  ×  æd ” \  0 A\ " f

ƒ 

/ å Lô  Ç [ j > h_  „ à Ðg Ë >`  ¦ 0 Au r &  1 l x r \  s À Ò# Q& ’  .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý

POP_  e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   Å Ò à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 õ  PAP _

 ì ø Í Ö  ¦_  Å Ò à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ Õ ªa Ë > 2\ 
 ? /% 3  .

PAP Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 \ " f f  ¨ à º x ß ¼  H  A A á ¤ Ü ¼– Ð
 è ß – .

7

£ ¤, W 1à Ô0 >ß ¼ ì  r$ 3 l \ " f  s ß ¼– Ð \  ¦ ? /˜ Ð? /“ ¦ ì ø Í 

÷

&# Q ÷ &[  t  š ¸  H  _  ß ¼l \  ¦
  · p  כ s l  M :ë  H \  / B N

"

î f  ¨ à º e ”   H Å Ò à º  H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ì ø Í  & h >  ÷ &# Q Õ

ªü < ° ú  s 
 è ß – . POP Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r „   c ”  „  À Ó 30 mA, 5 Å q „  · ú š 80 V– Ð “ ¦& ñ # Œ „   c ” `  ¦ µ 1 ÏÒ q tô  Ç › ¸| 

Õ

ªa Ë > 2. z  ´+ « > © œu _  > h| Ä Ì• ¸.

Õ

ªa Ë > 3. POP_  e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   Å Ò à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 õ  PAP_  ì ø Í Ö  ¦ Å Ò à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 .

\

" f Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ % 3 % 3  . POP_  ω

_pe

\ " f „    x 9 • ¸  H f ”

] X & h Ü ¼– Ð ½ ¨½ + É Ã º e ” Ü ¼
 PAP_  f  ¨ Ã º Å Ò Ã º(ω

^abs

) – Ð Â

Ò'   H f ” ] X  ½ ¨ t  3 l w “ ¦ ω

^abs

ü < ω

pe

ü <_  › ' a > \  ¦   & ñ ô 

Ç Ê ê\  „   x 9 • ¸\  ¦ ½ ¨ % i  .

ω

abs

ü < ω

_pe

_  › ' a > \  ¦ [ O & ñ l  0 A # Œ e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´ Y

Us ‚   Å Ò à ºü < e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º Å Ò à º_  q (f

^abs

/f

osc

)\  ¦

€ 

$  ½ ¨ % i  . # Œl " f f

osc

  H e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   Å Ò  Ã

ºs  9 ω

^pe

/2π\  ¦ _ p ô  Ç . f

^abs

/f

osc

_  ° ú כ`  ¦ Õ ªa Ë > 4\ 
 

? /% 3  . Õ ªa Ë >\ " f ˜ Ð1 p w s  RF power\     f

^abs

/f

osc

_ 

° ú

כ“ É r 0.7 ± 0.01– Ð  _  { 9 & ñ % i  . s  ° ú כ“ É r quartz È ÓÚ Ô _  ¿ ºa , t 2 £ §, Ä »„   © œÃ º x 9  î ß –_ …
_  Ï ã T l , U  ´s  Õ ªo “ ¦ / 'Û ¼(sheath)\  _  # Œ   & ñ  ) a  . î ß –_ …
– РÒ'  ì ø Í â ~ ½ Ó

†

¾ ÓÜ ¼– Ð quartz t _   o (3 mm) / 'Û ¼ ¿ ºa ( < 1 mm, n

e

>10

⁹

cm

⁻³

) ˜ Ð  ß ¼“ ¦, quartz_  Ä »„   © œÃ º(3.78) / ' Û

¼? /_  Ä »„   © œÃ º(1)˜ Ð  ß ¼l  M :ë  H \  / 'Û ¼_     o\   

 É

r e  ¦  Ý ¼  š ¸z  ´Y Us ‚   Å Ò à ºü < e  ¦  Ý ¼  f  ¨ à º Å Ò  Ã

º_  q (f

^abs

/f

osc

)_     o  H Á ºr ½ + É & ñ • ¸– Ð  Œ • . Õ ªa Ë >\ 

Õ

ªa Ë > 4. RF power \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸    oü <

f

abs

/f

osc

_   ⠆ ¾ Ó.

Õ

ªa Ë > 5. ~ ½ ӄ  Û ¼ · ú š§ 4 \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸ü <

„ 

 “ : r • ¸_     o.



 H  – Ð
 ? /t   H · ú §€ Œ ¤t ë ß –   É r › ¸| (· ú š§ 4 , „ à Ðg Ë >_  0 A u

, Û ¼ 1 p x)_     o\ • ¸ f

^abs

/f

osc

_  ° ú כ“ É r { 9 & ñ ô  Ç  כ `  ¦ ^  ¦ Ã

º e ” % 3  .   " f s  ° ú כ`  ¦ “ §& ñ  © œÃ º– Ð „    x 9 • ¸\  ¦ ½ ¨

½ +

É Ã º e ”  . 7 £ ¤ d ” (1)`  ¦  6 £ § õ  ° ú  s   r  j þ t à º e ”  .

n

_e

= 0.0124f

_pe²

= 0.0124f

_osc²

[m

⁻³

] (2)

f

abs

/f

osc

= 0.7 s Ù ¼– Ð s  כ `  ¦ 0 A d ” \  @ /{ 9  €    6 £ § õ 

°

ú  s   ) a  .

n

e

= 0.0124(f

abs

/0.7)

²

[m

⁻³

] (3)

RF power \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_     o\  ¦ Õ ªa Ë > 4\ 
 

? /% 3  . DP(Double Probe)  õ , POP, Õ ªo “ ¦ PAP    õ

\  ¦ † < Êa 
 ? /% 3  . n

e

-POP  H d ”  (1)– РÒ'  f ” ] X  ½ ¨ Ù þ

¡Ü ¼ 9 n

^e

-PAP  H d ”  (3)\  @ /{ 9  # Œ „    x 9 • ¸\  ¦ ½ ¨ 

%

i  . POPü < PAP– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ   H  _  { 9 u  % i Ü ¼ 9 DP – Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ   H PAP – Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ ˜ Ð  €  • 2C & ñ

•

¸  H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  . PAP– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ “ É r „   x 9 • ¸\  ¦

½

¨ô  Ç  כ s “ ¦ DP– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ   H I-V / B G‚  _  s “ : r Ÿ í o

„ 

À Ó(Ion saturation current)– РÒ'  ½ ¨ô  Ç  כ s Ù ¼– Ð s “ : r x 9

• ¸s  . s “ : r x 9 • ¸ „    x 9 • ¸\  q  # Œ ß ¼   H   õ 



 H ´ ú §s  › ' a¹ 1 Ï÷ &% 3   [5,6,9–11].

~

½ ӄ   Û ¼ · ú š§ 4 \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸ü < „   “ : r • ¸_ 

 

 o\  ¦ Õ ªa Ë > 5\ 
 ? /% 3  . DP– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç e  ¦  Ý ¼  x 9 

•

¸  H é ß –› ¸\  v >  7 £ x    H € ª œ © œ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ” Ü ¼ 9 „   

“

: r • ¸  H y Œ ™™ è   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . s  Qô  Ç  ⠆ ¾ ӓ É r s

„  \  µ 1 ϳ ð  ) a  7 Hë  H[ þ t_    õ ü < ¸ ú ˜ { 9 u ô  Ç . PAP– Ð 8 £ ¤

&

ñ ô  Ç „    x 9 • ¸_    õ  40 mTorr t ë ß –
  · p s Ä »



 H s  z  ´+ « >\   6   x network analyzer_  Å Ò à º # 3 0 A

30 kHz ∼ 3 GHzs l  M :ë  H \  „   x 9 • ¸ Z  }“ É r  â Ä º 3

GHz\  ¦ # Á # Q
l  M :ë  H s  .   " f V , “ É r % ò % i `  ¦ 8 £ ¤& ñ 

Õ

ªa Ë > 6. l ó ø Í_  RF  s # QÛ ¼  0 > e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸\  p

u   H % ò † ¾ Ó.

l

 0 AK " f  H V , “ É r Å Ò à º% ò % i _  network analyzer € 9  כ

¹  .

l

ó ø Í\  RF  s # QÛ ¼  0 >\  ¦ “  Ù þ ¡`  ¦ M : „    x 9 • ¸ _

    o\  ¦ Õ ªa Ë > 6\ 
 ? /% 3  . s ×  æ„ Ã Ðg Ë >(DP)Ü ¼– Ѝ  H plasma potential fluctuation s   -Á º d ”  # Œ ì  r$ 3 ½ + É Ã º e ”

  H I-V / B G‚  `  ¦ % 3 t  3 l w % i  . Õ ª Q
 PAP  H e  ¦  Ý ¼



 „  0 A_  ”  1 l x \   © œ› ' a\ O s  „   ü <_  ì ø Í6 £ x \  _  # Œ f  ¨ Ã

º Å Ò à º\  ¦ 8 £ ¤& ñ   H  כ s Ù ¼– Ð e  ¦  Ý ¼ „  0 A_  ”  1 l x \ 

% ò

† ¾ Ó`  ¦ ~ à Ît  · ú §“ ¦ 8 £ ¤& ñ 0 p x  .   " f # Œl " f  H e  ¦   Ý

¼  „  0 A ”  1 l x \   © œ› ' a\ O s  8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H PAP   õ  ë

ß –
 ? /% 3  . ˜ Ð: Ÿ x, RF  s # QÛ ¼  0 >  H l ó ø Í\  { 9  

  H s “ : rë ß –`  ¦ 5 Å q   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”   H X < z  ´] j– Ð



 H s “ : r 5 Å q õ  † < Êa  „  ^ ‰ e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_  7 £ x • ¸ 4 R

š

¸  H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  .

˜

Ð: Ÿ x ì ø ͕ ¸^ ‰ d ” y Œ •s 
 e  ¦  Ý ¼  7 £ x‚ à Ìõ  ° ú  “ É r e  ¦  Ý ¼



 / B N& ñ \ " f  H # Œ Q t  Û ¼\  ¦ ™ D ¥½ + Ë # Œ  6   x “ ¦ e ” 



. ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H ç ß –é ß –y  ™ D ¥½ + ËÛ ¼q Ö  ¦ \    É r e  ¦  Ý ¼

Õ

ªa Ë > 7. Ar õ  O

₂

_  Û ¼™ D ¥½ + Ëq Ö  ¦ \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9

• ¸ü < „   “ : r • ¸_     o.

Õ

ªa Ë > 8. Ar õ  CH

4

_  Û ¼™ D ¥½ + Ëq Ö  ¦ \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9

• ¸    o.



 : £ ¤$ í    o\  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ðl  0 A # Œ Arõ  O

₂

Û ¼\  ¦ ™ D ¥½ + Ë 

#

Œ Û ¼™ D ¥½ + Ëq Ö  ¦`  ¦  Ë ¨# Q 9 e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_     o\  ¦ 8

£

¤& ñ % i  . Õ ªa Ë > 7\  Û ¼™ D ¥½ + Ëq Ö  ¦ \    É r e  ¦  Ý ¼  x 9 

•

¸\  ¦
 ? /% 3  . DP _  I-V/ B G‚  Ü ¼– РÒ'  s “ : r x 9 • ¸\  ¦

½

¨ l  0 A # Œ I-V / B G‚  _  l Ö  ¦ l – РÒ'  „   “ : r • ¸\  ¦ ½ ¨

“ ¦ s  „   “ : r • ¸ü < I-V / B G‚  _  s “ : r Ÿ í o„  À Ó\  ¦ t 

“

¦ s “ : rx 9 • ¸ > í ß – >  ÷ &  H X < s M : s “ : r_  | 9 | ¾ Ó`  ¦ · ú ˜ 



 > í ß –½ + É Ã º e ” Ü ¼ 9 # Œ Q > h_  s “ : r s  ” > r F ½ + É  â Ä º y

Œ

•y Œ •_  s “ : r q Ö  ¦`  ¦ & ñ S X ‰ y  · ú ˜   > í ß –½ + É Ã º e ”  . Õ ª

 

X < ˜ Ð: Ÿ x s “ : r q Ö  ¦`  ¦ & ñ S X ‰ y  — ¸Ø Ô 9 ¢ ¸ô  Ç & ñ S X ‰ y  · ú ˜l  0 A # Œ  H  – Ð QMSü < ° ú  “ É r s “ : r | 9 | ¾ Óì  r$ 3 l \  ¦ : Ÿ x # Œ 8

£

¤& ñ K   ô  Ç . Õ ª QÙ ¼– Ð DP\  ¦ t “ ¦  H s “ : r_  x 9 • ¸

\

 ¦ ½ ¨ l  # Q 90 > s “ : r Ÿ í o „  À Ó\  ¦ Õ ª@ /– Ð
 ? /% 3  .

PAP – Ð ½ ¨ô  Ç f  ¨ à º Å Ò à º  H s “ : r õ   H  © œ› ' a\ O “ ¦ „   \  ë

ß – › ' a >  e ” Ü ¼Ù ¼– Ð # Q‹ "  7 á x À Ó_  Û ¼™ D ¥½ + Ës  • ¸  © œ› ' a

\ O

s  „   _  x 9 • ¸\  ¦ f ” ] X & h Ü ¼– Ð ½ ¨½ + É Ã º e ”  . „    x 9 • ¸

Õ

ªa Ë > 9. Ar õ  CH

₄

™ D ¥½ + ËÛ ¼~ ½ ӄ  \ " f r ç ß –s  t z Œ ™\ 



 É r | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >_  s “ : r Ÿ í o„  À Ó    oü < f  ¨ à ºÅ Ò à º_ 

 

 o.

ü

< s “ : r Ÿ í o„  À Ó — ¸¿ º ° ú  “ É r  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ðs “ ¦ e ” Ü ¼ 9 O

2

_  q

Ö  ¦ s  ´ ú §`  ¦ à º2 Ÿ ¤ „    x 9 • ¸  H & h # Qt “ ¦ „   “ : r • ¸  H Z  }



t   H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  . s  כ `  ¦ > h¥ Æ & h Ü ¼– Ð ¶ ú ˜( R˜ Ѐ  , í

ß –™ è  H 6 £ § s “ : r Ò q t$ í s  ¸ ú ˜÷ &  H electro-negative Û ¼– Ð+ ‹

± ú

“ É r \  -t _  „   \  ¦ ™ è— ¸r v l  M :ë  H \  í ß –™ è_  € ª œs 

´ ú

§`  ¦ à º2 Ÿ ¤ „   x 9 • ¸ y Œ ™™ è   H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г   . 7 £ ¤, 6 £ § s 

“

: r Ò q t$ í ì ø Í6 £ x“ É r dissociative attachment ü < attachment

e ”

  H X < s  ì ø Í6 £ x[ þ t“ É r ± ú “ É r \  -t _  „   ü < ì ø Í6 £ x Ù ¼– Ð

± ú

“ É r \  -t _  „   [ þ t`  ¦ ™ è— ¸   H ´ òõ  e ” # Q „   x 9 

•

¸• ¸ y Œ ™™ è “ ¦ „   \  -t ì  r Ÿ í\ " f ± ú “ É r \  -t % ò % i _ 

„ 

  \ O # Qf ” Ü ¼– Ð+ ‹  r  MaxwellianÜ ¼– Ð F  ì  r Ÿ í > 

÷

&€   „   \  -t _  ¨ î ç  H \  -t “   „   “ : r • ¸  H Z  } > 
 

  H  כ Ü ¼– Ð ˜ Г   .



 É r Û ¼› ¸½ + ËÜ ¼– Ð Arõ  CH

₄

Û ¼\  ¦ ™ D ¥½ + Ë # Œ ™ D ¥½ + Ë q

Ö  ¦   É r e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_     o\  ¦ Õ ªa Ë > 8\ 
 ? /% 3 



. PAP   õ ü < DP   õ _  „  ì ø Í& h “    ⠆ ¾ ӓ É r q 5 p w t  ë

ß – DP– Ð ½ ¨ô  Ç s “ : r Ÿ í o„  À Ó_   â Ä º  =/ B G ) a  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”

 . s  כ “ É r ò ø Í o> \ P  ~ à Ì} Œ •s  | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >\  7 £ x‚ Ã Ì ÷ &

#

Q „ à Ðg Ë >Ü ¼– Ð [ þ t # Qš ¸  H s “ : r„  À Ó r ç ß –\       Ù þ ¡l  M

:ë  H s  . s  כ `  ¦ S X ‰ “   l  0 A # Œ | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >`  ¦ [ j& ñ

# Œ œ íl  oô  Ç Ê ê ~ ½ ӄ  › ¸| `  ¦ / B N& ñ r v “ ¦ r ç ß –\    É r s

“ : r Ÿ í o„  À Ó_     oü < f  ¨ à º Å Ò à º_     o\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i 



. s    õ \  ¦ Õ ªa Ë > 9\ 
 ? /% 3  . Õ ªa Ë >\ " f ˜ Ð1 p w s  f  ¨ Ã

º Å Ò à º  H  _     o \ O   H X < ì ø Í # Œ DP_  „ à Ðg Ë >\  â

ìØ Ô  H s “ : r Ÿ í o„  À Ӎ  H r ç ß –s  t z Œ ™\     & h & h  ×  ¦ # Q

×

¼  H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  . s  כ “ É r 0 A\ " f ƒ  / å LÙ þ ¡1 p w s  | ½ Ó- '

#

Q „ à Ðg Ë >\  ò ø Í o> \ P  ~ à Ì} Œ •s  7 £ x‚ Ã Ì ÷ &l  M :ë  H s  .

IV. + s Ç Â ] Ø

e

 ¦  Ý ¼  x 9 • ¸\  ¦ 8 £ ¤& ñ   H PAP ü < POP\  ¦ ] j Œ • # Œ, e

 ¦  Ý ¼  x 9 • ¸_  ] X @ /° ú כ`  ¦ f ” ] X & h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ” 



 H POP\  ¦ l ï  r Ü ¼– Ð PAP\  ¦ “ §& ñ # Œ e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸

\

 ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ DP_    õ ü < q “ § % i  . POPü < PAP  H Sugai Õ ªÒ  ¨ \ " f > hµ 1 Ïô  Ç e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸ 8 £ ¤& ñ  © œu – Ð+ ‹ l 

”

> r_  ”  é ß – © œu ü < q “ § # Œ s [ þ t „ à Ðg Ë >s  t   H  © œ& h `  ¦ S X

‰ “   “ ¦  Ž 7 £ x   H { 9 `  ¦ à º' Ÿ  % i  . POP  H „   c ” `  ¦ ë

ß –× ¼  H \ P ‚  `  ¦  6   x l  M :ë  H \  a % v“ É r  Œ •1 l x % ò % i `  ¦ ° ú   H é ß

–& h s  e ” # Q s \  ¦ l ï  r Ü ¼– Ð  Œ ™  PAP\  ¦ 8 £ ¤& ñ • ¸½ ¨– Ð   6

 

x % i  . # Œ Q t  F Gô  Ç ¨ 8 Š â \ " f_  8 £ ¤& ñ   õ \  ¦ DP ü <

q

“ §† < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ PAP_  Ä »6   x$ í `  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ Œ ¤ . 7 £ ¤, e  ¦  Ý ¼



 „  0 A_  d ” ô  Ç ”  1 l x s  e ”   H ¨ 8 Š â , # Œ Q t  ™ D ¥½ + ËÛ ¼

\

 ¦  6   x   H ¨ 8 Š â , „ à Ðg Ë >\  ~ à Ì} Œ •s  7 £ x‚ Ã Ì ÷ &  H ¨ 8 Š â 1 p x \ 

"

f | ½ Ó- '# Q „ à Ðg Ë >_   6   x“ É r ë  H ] j ÷ &t ë ß – PAP  H s  Qô  Ç ë

 H ] j\   © œ› ' a\ O s  e  ¦  Ý ¼  x 9 • ¸\  ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H  כ `  ¦ S X

‰ “   % i  .

PAP_  F Gô  Ǩ 8 Š â \ " f_  l 0 p x“ É r B Ä º Ä ºÃ º 
 Y >  t  ë

 H ] j& h • ¸ S X ‰ “  ÷ &% 3  . { 9 é ß – “ ¦_  network analyzer\  ¦



6   x   H & h õ  ‰ & ³F   6   xô  Ç Å Ò à º# 3 0 A  -Á º a % v   S X ‰



© œs  € 9 כ ¹    H & h s  . Õ ªo “ ¦ ‘ : rë  H \ " f  H ƒ  / å L`  ¦ î ß – Ù þ

¡t ë ß – · ú š§ 4 s  Z  }  | 9 à º2 Ÿ ¤ f  ¨ à º Å Ò à º_  ’    ñ  Œ • ”  



  H & h s  . ‘ : r ƒ  ½ ¨# 3 0 A\ " f  H ’    ñ   ˜ Ðs l   H Ù þ ¡ t

ë ß – Å Ò à º # 3 0 A\  ¦ S X ‰ © œ “ ¦ · ú š§ 4 `  ¦ Z  } # Œ˜ Ѐ   · ú š§ 4  # 3  0 A ] jô  Ç| ¨ c  כ Ü ¼– Ð ˜ Г   . z  ´] j– Ð { 9 ‘ : r_  Sugai Õ ªÒ  ¨ \ 

"

f ˜ Г ¦ô  Ç   õ \  ¦ ˜ Ѐ   PAP– Ð 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H · ú š§ 4 # 3 0 A



 H V , t  · ú §€ Œ ¤ .   " f Õ ª Õ ªÒ  ¨ \ " f  H sensitive plasma absorption probe\  ¦ > hµ 1 Ï # Œ   õ \  ¦ ˜ Г ¦ô  Ç  e ”  . s 



Qô  Ç é ß –& h s  e ” # Q > h‚  _  # Œt  z Œ ™  e ” t ë ß –  6   x½ + É Ã º e ”

  H · ú š§ 4 % ò % i \ " f  H B Ä º Ä »6   x l  M :ë  H \  # Œ Q €  \ 

"

f  6   x s  ¼ # o ½ + É  כ Ü ¼– Ð Ò q ty Œ • ) a  . Õ ªo “ ¦ POP  H „    x 9

• ¸_  ] X @ /° ú כ`  ¦ f ” ] X & h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”   H  © œu s l  M

:ë  H \  „   x 9 • ¸8 £ ¤& ñ l _  ³ ðï  r l ? /t   H l ï  r l – Ð  6   x

½ +

É Ã º e ” `  ¦  כ Ü ¼– Ð Ò q ty Œ • ) a  .

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] T. Shirakawa and H. Sugai, Jpn. J. Appl. Phys. 32, 5129 (1993).

[2] H. Kokura, K. Nakamura, I. P. Ghanashev and H.

Sugai, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 5262 (1999).

[3] D. H. Looney and S. C. Brown, Phys. Rev. 93, 965 (1954).

[4] T. H. Ahn, K. Nakamura and H. Sugai, Jpn. J. Appl.

34, L1405 (1995).

[5] A. Schwabedissen, E. C. Benck and J. R. Roberts, Plasma Sources Sci. Technol. 7, 119 (1998).

[6] A. Schwabedissen, C. Soll, A. Brockhaus and J. En- gemann, Plasma Sources Sci. Technol. 8, 440 (1999).

[7] M. Kanoh, T. Tonotani, K. Aoki and M. Yamage, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 3963 (2002).

[8] K. Nakamura, M. Ohata and H. Sugai, J. Vac. Sci.

Technol. A21, 325 (2003).

[9] V. A. Godyak, R. B. Piejak and B. M. Alexan- drovich, J. Appl. Phys. 73, 3657 (1993).

[10] I. D. Sudit and R. C. Woods, J. Appl. Phys. 78, 4488 (1994).

[11] M. Tuszewski and J. A. Tobin, Plasma Sources Sci.

Technol. 5, 640 (1996).

Measurements of the Plasma Density by Using a Plasma Absorption Probe and a Double Probe in Inductively Coupled Plasmas

Jung-Hyung Kim,

^∗

Sang-Chul Choi, Yong-Hyun Shin and Kwang-Hwa Chung

Center for Vacuum Technology, Korea Research Institute of Standards and Science, Daejeon 305-600 (Received 20 January 2003, in final form 28 July 2003)

The absolute, spatially resolved electron densities in inductively coupled plasmas have been mea- sured by using two different plasma diagnostic tools, a plasma absorption probe, the so-called surface wave probe, and a double probe. The plasma absorption probe is able to measure the absolute, spatially resolved electron density even when the probe is soiled with processing plasmas. This technique is based on the resonant absorption of surface waves excited in a cavity at the probe head. The plasma absorption probe consists of a small antenna connected to a coaxial cable. The antenna is enclosed in a tube (dielectric constant µ) and inserted in a plasma. The plasma source is a planar type inductive plasma source. over a wide range of parameters (gas type, input power and gas pressure). the results of the two techniques have been compared and analyzed.

PACS numbers: 52.70.-m

Keywords: Plasma density, Diagnostics, Double probe, Plasma oscillation probe, Plasma absorption probe

∗

E-mail: [email protected]