[发明专利]F原子浓度的检测方法及检测装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到F原子的检测领域，特指一种F原子浓度的检测方法及检测装置，尤其适用于电激励HF/DF化学激光器、全气相氧碘化学激光器的诊断及含F等离子体刻蚀加工含硅半导体领域。

背景技术

对于电激励HF/DF激光器及全气相氧碘化学激光器，F原子产量及产率是其核心器件-放电管的最主要性能指标，是激光器功率与效率的直接决定性因素，F原子在线检测技术对于激光器的改进优化具有重要意义。对于半导体刻蚀加工领域，为提高加工效率及效果，则一直致力于如何高效产生F原子及提高等离子体中的F原子浓度的研究，非常需要简单有效且准确的F原子浓度测量方法。

由于涉及军事领域，对HF/DF激光器及全气相氧碘化学激光器中F原子浓度测量的公开报道文献不多，而在含F等离子体刻蚀加工半导体领域，对于F原子检测技术有广泛的研究。基本上可以归纳为如下四类方法：辐射测量法(Jenq J S et al.PlasmaSources Sci.Technol.3，154-161，1994)、质谱仪测量法(A.Tserepi，et al.J.Vac.Sci.Technol.A 15.6.，3120，Nov/Dec 1997)、F原子吸收光谱测量法(K.Sasaki，Y.Kawai，and K.Kadota.Review Of Scientific Instruments Vol.70，No.1，76-81，January 1999)、滴定法。滴定法根据滴定气体、检测物、检测方式等又分为很多种具体实现方式，较典型的如：叠氮酸法(Liping Duo，Shukai Tang，Haijun Yu.CHINESEOPTICS LETTERS/Vol.4，No.3，170-172，March 10，2006)、I原子吸收光谱法(GeraldC.Manke II，Thomas L.Henshaw，Timothy J.Madden.AIAA Journal Vol.39，No.3，March2001)等等方法。

辐射测量法即利用F原子和Ar原子特定谱线辐射强度与其浓度的对应关系，由辐射光谱强度及Ar浓度推算F原子浓度的方法。F原子(703.7nm)辐射强度I_F和Ar(750.4nm)辐射强度I_Ar存在如下近似关系：

NFNAr=KIFIAr]]>

辐射测量法其优点是非接触测量。其缺点有：①比率系数K的值需通过理论估算或用其他测量方法来间接得到。②K值与温度有关，故较适合稳态等离子体中F原子浓度的测量，而实际测量中温度一般都有所变化。③由于辐射谱线一般较弱，且位于可见光波段，信号的信噪比很低，需要信号处理。

质谱仪测量法通过测量质谱仪中m/e＝19(F离子)信号强度来确定F原子浓度。部分转换系数通过两种样品测量结果比较相除来消除掉，其余转换系数与选择的两样品电离横截面积有关。此方法的缺点有：①需根据样品的不同来确定转换系数，且电离横截面积的值亦较难得到。②需使用的质谱仪属精密仪器，其价格很高，与之相关的操作也较复杂。③理论上简化假设较多，测量精度得不到保障。

F原子吸收光谱测量法即测量等离子体中F原子特定谱线吸收强度及其线型，再直接通过计算来得到F原子浓度的方法。其优点是非接触直接测量，缺点是由于谱线波段(远红外、紫外)的原因，可供选择的探针光源极少，另外需要高精度的光谱议来测量吸收光谱线型。

滴定法即利用能与F原子快速反应的滴定气体来消耗F原子，检测某种反应物或反应产物的产量，由检测值达极值时滴定气体的流量可推算出F原子流量(浓度)。滴定法方法简单，可操作性强，精度高，是检测领域非常常用的方法，但唯一不足的是需引入滴定物质，可能会对测量物造成干扰。且在适宜于F原子浓度检测的滴定方法中，叠氮酸法中所使用的叠氮酸在常温常压下为具有强烈刺激臭味、易挥发的无色有毒液体，在浓溶液和气化状态时加热或受撞击会引起爆炸，故此方法有一定的危险性；I原子吸收光谱法中利用HI作为滴定气体，而HI气体的价格很贵，工业应用成本太高。