射频感应耦合等离子体源具有设备结构简单、在低气压下可以产生大面积均匀的高密度等离子体等优点，目前被广泛地应用在沉积薄膜、等离子体刻蚀等微电子制造工艺中。在过去的十几年里，这一领域极大地吸引了众多科学家的兴趣，并成为等离子体物理学的一个研究热点。特别是随着计算机模拟手段的发展和实验诊断工具的完善，人们在低气压感应耦合放电中发现了一些新的有趣的现象，如无碰撞电子加热、反常趋肤效应和负功率吸收等等。探索产生这些现象的物理本质成为科学家追逐的目标。本文主要目标是建立自洽的低气压射频感应耦合等离子体源中的动力学物理模型，研究低气压条件下射频感应耦合等离子体中的电子加热机制及反常趋肤效应，并结合朗缪尔探针测量揭示产生这些现象背后的内在物理原因。在第一章，简述低温等离子增强微细加工技术概况及工业中常见低温等离子体源，详述射频感应耦合等离子体源的发展历史、研究现状及存在的问题，同时给出了本文的研究计划和结构安排。在第二章，以柱状线圈射频感应耦合等离子体源为研究目标，建立自洽的一维等离子体平板动力学模型，研究了非磁化／磁化感应耦合氩(Ar)放电中的无碰撞电子加热机制，同时讨论直流外磁场对射频电场穿透和负功率吸收的影响。结果显示，低气压射频感应耦合等离子体中的电子能量分布呈现典型的非麦克斯韦分布，外磁场对电子行为有显著的影响。随着外磁场的增强，射频电场的穿透深度增加，“负功率吸收”现象消失。另外，外磁场的存在导致等离子体中产生Azbel-Kaner共振现象，提高了无碰撞电子加热。在第三章，依然针对柱状线圈射频感应耦合等离子体源建立自洽的二维动力学模型，研究气压、射频源的驱动频率、反应室的半径及高度、射频线圈中的电流以及射频线圈的匝数对等离子体中电子能量分布的影响，同时给出了相同参数下的射频电场分布以及功率密度分布。模拟结果显示外部参量特别是装置尺寸和线圈的匝数对电子能量分布和功率沉积有显著的影响，提高射频线圈的匝数有利于获得更加均匀的高密度等离子体。在第四章，通过耦合求解电子玻尔兹曼方程与麦克斯韦方程组，建立自洽的二维动力学模型，研究了低气压下平面线圈射频感应耦合氩放电中的非麦克斯韦电子能量分布对射频电场穿透和功率沉积的影响，其中求解麦克斯韦方程组时采用了傅立叶-贝塞尔展开。研究显示非麦克斯韦的电子能量分布增强了射频电场的穿透深度，导致射频电场呈现非单调衰减。为了验证模型，我们将模型计算所得的空间射频电场、电流分布与Godyak实验测量的结果进行了比较，两者符合得比较好。在第五章，采用具有被动补偿型的朗缪尔探针测量了我们自主研发的平面线圈射频感应耦合等离子体源的物理特性，放电分别采用了氩气，氧气和氩／氧混合气体。研究了放电气压和放电功率对等离子体参量(密度、电子温度)的影响，结果显示在低气压下该装置可以获得纵向均匀的高密度等离子体。另外，我们特别研究了氩／氧混合气体放电中，氧气的比例对等离子体性质的影响，随着氧气流量的增加，等离子体的密度迅速下降至平缓，电子温度先上升后下降。另外通过与实验中电子能量分布测量结果的比较，动力学模型的合理性进一步得到了验证。