Abstract
本研究主要是研製毫米波干涉儀系統(Millimeter-waveinterferometer System)，可應用於量測半導體製程中所用到電漿設備之電漿密度。此系統具有(1) 不干擾電漿系統動作(in situ)，(2) 可快速得到結果(real time)，(3) 不會污染真空腔，及(4) 架設容易且穩定度高等優點。在現今半導體業對製程上的電漿要求越來越高的同時，此系統將可發揮上述之優點，對電漿做出即時且正確的量測。 干涉儀為利用微波通過電漿時其相速度會增加的特性，使用相位檢出電路比較微波分別穿過電漿與真空兩者的相位差，並以可量測的型式輸出，經過換算得到電漿密度。由於越高頻的微波元件，對相位的量測準確度越差且昂貴，但干涉儀送入電漿中的微波頻率又需要高於電漿頻率(plasma frequency)甚多，所以本文研製之干涉儀系統利用外差(Hete-rodyne)方式同時滿足高頻，及增加系統檢測相位的靈敏度的兩項要求。同時將差頻(IntermediateFrequency)操作於較高的頻率，以降低雜訊干擾(Phase noise)。 本系統主要量測同一實驗室之電感式電漿源(ICP)系統所產生之電漿密度。針對量測之結果，發現在同一氣壓的環境下，本系統量測電漿密度隨著不同的的輸入功率，量測之電漿源會上升。當在同一個功率下時，量測到電漿密度會隨氣壓上升而上升。於輸入功率均為900W的環境下，電漿密度由氣壓5mtorr的2.16×10^11(cm^-3)，增高至氣壓20mtorr的1.25×10^12(cm^-3)。並與蘭牟爾探針(Langmuir probe)同時量測於5mtorr氣壓下的電漿密度，將兩者量測結果做分析與比較，發現兩者的變化趨勢相同，量測的結果極為吻合。 由於其量測電漿密度與所用氣體無關，故可以適用於不同氣體之電漿源系統。因具有快速得到電漿密度的優點，且量測時不會干擾製程系統正常動作，故可當線上即時監控的儀器，對電漿製程之控制與監測可進一步的掌握。