等离子体增强化学气相沉积技术被广泛应用于半导体行业等均匀低温膜层的制备，具有良好的发展前景，但由于真空镀膜技术中等离子体机理的复杂性，导致膜层的开发优化过程主要依靠传统的实验-膜层检测的方式，导致膜层开发效率低下。同时，膜层均匀性、膜层质量不稳定等问题仍是真空镀膜技术中存在的主要问题。本文通过利用朗缪尔探针诊断和发射光谱诊断等技术对等离子体氧化过程中进行研究，为PEM(Plasma Emission Monitoring)控制系统的研究建立等离子体氧化与工艺参数的模型。
　　本文搭建了朗缪尔探针诊断系统驱动装置，利用滚珠丝杠副、步进电机等装置对探针进行驱动，以实现朗缪尔探针轴向位置的改变，从而对等离子体进行多点测量。本文主要利用朗缪尔探针诊断装置和光纤光谱仪围绕等离子体增强化学气相沉积设备的等离子体氧化工艺展开研究。实验中采用氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气体进行放电，利用等离子体诊断手段对不同工艺参数下的等离子体的电子密度、电子温度、组分等微观参数进行研究。研究表明，该设各在该条件下的等离子体除未电离的分子、原子外，主要由激发态Ar原子和O原子、Ar+和O2+等组成，射频功率的增加会使得气体离化率增大，等离子中处于激发态的Ar原子和0原子、Ar+、O2+的量也逐渐增多。但当离子体中的电子密度持续增大时，电子温度出现降低，而平均电子能量将趋于饱和，等离子体中的电子密度的变化将趋于平稳，研究发现，该设备平行板电极间的等离子体在探针轴线方向上分布不均匀，中心区域的等离子体密度低于极板边缘处，这一现象在XPS对样片的检测实验中得到了验证。分析认为，造成该现象的原因主要有三点，即:等离子体的径向漂移扩散、通入气体分布不均以及边缘效应。结合该现象，本文采用仿真软件对设备的气体流动状态以及放电极板附近的电场情况进行了模拟分析，并根据流场提出了改进极板及进气口结构的建议。同时，实验研究了气体流量比例对等离子体组分的影响，认为气体流量及比例地选择对处于激发态原子的含量影响较大，合理的选择气体流量及比例，对提高工件的表面质量具有重要影响。