Abstract
本論文研究的目的在於研製傳輸線式微波感測器(往後簡稱微波感測器或感測器)量測系統，用以量測電漿系統的電漿密度以及其變化情形。在現階段的電漿蝕刻製程中，由於製程參數無法即時得知，所以能夠直接反應製程參數的電漿參數，如: 電漿密度、電子溫度、離子能量等，就成為目前用以即時監控製程的必要資訊。 微波感測器的原理為在相對於真空狀態下，微波在傳輸線上傳遞時，受到電漿的影響，使得微波波長產生變化，意即傳播常數改變，其中傳播常數可由電漿密度之多項式近似，由兩者(電漿與真空狀態)所造成的相位差，可以進一步得知電漿密度的變化。 於研製之初，?確保本感測器之可實用性，吾人將原理所得之感測器結構透過高頻模擬軟體來模擬出此感測器之電磁場分佈，其電磁場分佈與原理所得符合，且進一步由模擬所得之傳播常數可發現與疊代方式所得之解析解間，其誤差小於3%(不論是真空還是電漿狀態) ，這使得吾人可以確定本感測器於研製上的可行性。 本感測器所設計的結構為外層鐵弗龍(Teflon)介質包覆內層銅導體，其內外徑分別為1.5與2.5毫米(mm)，長度則分別有6、7與8厘米(cm)三種。 藉由理論分析以及模擬計算的相互驗證下，所研製之微波感測器對於純氬氣電漿以及混合氣體電漿的電漿密度量測均可發現隨電漿功率上升而增加的趨勢; 另外，對於在電漿蝕刻過程的量測上，可明顯監測其電漿密度隨時間的變化情形; 對於開迴路與閉迴路電漿蝕刻實驗中的量測結果，更可透過電漿功率、偏壓功率、壓力以及離子電流等資訊來佐證所量測到的電漿密度確實有顯著的變化; 然而由於此微波感測器尚屬初步研發階段，待此微波感測器發展成熟後，更可進一步作為電漿蝕刻製程之控制器。