臺灣博碩士論文加值系統

　　由於薄膜的厚度會直接影響到其光學特性，所以厚度必須要有一定的均勻程度；但隨著基板大小越大，均勻性越是難以達到要求。
　　本論文主要探討在直徑180mm的圓形基板上鍍製Ta2O5薄膜並研究其均勻性，研究方法為在射頻濺鍍系統上建立自行設計的動態膜厚監控系統，以極值法做光學監控。從實驗結果可以得知：
(1)同半徑不同角度的厚度均勻性相當良好
(2)整體的Ta2O5薄膜厚度會超過目標厚度；最後利用修改監控波長的方式來改進整體厚度過厚的問題。

The thickness of film has to reach the specific degree of uniformity, because it effects optical characteristic directly by itself. However, the bigger size of the substrate is, the harder demand of uniformity reach.
The thesis mainly concerns the situation of the uniformity in the thickness of Ta2O5 film being deposited on the circular substrate whose diameter is 180mm. The research method is to set up Dynamical Monitoring which optical monitors with turning point value analysis on RF magnetron sputtering coater. The major findings were as follow:
(1)The fineness of the uniformity in the thickness of Ta2O5 films which are in the same radius and different degrees.
(2)The whole thickness is thicker than the planned thickness, however, the researcher correct the inaccuracy through modifying the monitoring wavelength.

目錄
中文摘要.............................................................i
英文摘要............................................................ii
致謝詞.............................................................iii
目錄................................................................iv
圖目錄.............................................................vii
表目錄...............................................................x
第一章 緒論.........................................................1
第二章 實驗原理.....................................................2
　2.1　薄膜基本原理...................................................2
　　2.1.1　單層膜之反射與透射..........................................2
　　2.1.2　非相干性之反射與透射........................................6
　　2.1.3　多層膜之反射與透射..........................................7
　2.2　薄膜監控法.....................................................8
　　2.2.1　石英晶體監控................................................9
　　2.2.2　計時法.....................................................9
　　2.2.3　目視法....................................................10
　　2.2.4　極值法....................................................11
　　2.2.5　雙色法....................................................12
　　2.2.6　光譜法....................................................13
　2.3　薄膜厚度分佈基本原理及應用......................................13
　　2.3.1　薄膜厚度分佈理論...........................................13
　　2.3.2　動態膜厚監控...............................................20
　2.4　濺鍍原理......................................................24
　　2.4.1　直流濺鍍..................................................24
　　2.4.2　射頻濺鍍..................................................26
　　2.4.3　磁控濺鍍..................................................26
第三章 實驗儀器....................................................28
　3.1　實驗設備......................................................28
　　3.1.1　射頻濺鍍系統...............................................28
　　3.1.2　光學監控系統...............................................30
　　3.1.3　二維傳動系統...............................................31
　3.2　量測儀器......................................................33
　　3.2.1　橢圓偏振儀................................................33
　　3.2.2　UV-VIS-NIR光譜分析儀......................................36
第四章 實驗分析與結果...............................................40
　4.1　實驗設計......................................................40
　　4.1.1　停鍍點的判斷...............................................40
　　4.1.2　遮板設計..................................................42
　4.2　實驗結果......................................................44
　4.3　誤差分析與改進.................................................53
第五章 結論........................................................62
參考文獻............................................................63
圖目錄
圖(2-1) 折射率為N、厚度為d的一層薄膜鍍在基板.............................3
圖(2-2) 非相干性反射與透射示意圖........................................6圖(2-3) 多層膜簡化為單層膜示意圖........................................7
圖(2-4) 各種監控方法的分類.............................................8
圖(2-5) 不同折射率單層膜之穿透率隨光學厚度變化圖.........................11
圖(2-6) 膜堆中厚度與靈敏度的關係.......................................12
圖(2-7) 鍍膜材料分子的蒸發速率與角度的關係..............................14
圖(2-8) 基板與蒸發源的幾何關係位置.....................................15
圖(2-9) 固定平面型基板支撐架之鍍膜.....................................15
圖(2-10) 固定平面基板之膜厚分.........................................16
圖(2-11) 基板旋轉與蒸發源的相關位置....................................17
圖(2-12) 平面型基板支撐架之膜厚分佈....................................17
圖(2-13) 虛擬球面上的膜厚分佈.........................................18
圖(2-14) 一般工業用電子鎗鍍膜機器......................................19
圖(2-15) 濺射鍍膜基本結構.............................................19
圖(2-16) 動態薄膜厚度監控示意圖.......................................22
圖(2-17) 利用石英晶體監控的動態薄膜厚度監控.............................23
圖(2-18) 石英晶體監控的動態薄膜厚度監控示意圖...........................23圖(2-19) 離子轟擊固體表面時發生的各種物理過程...........................24圖(2-20) 直流鍍膜系統示意圖...........................................24
圖(2-21) 輝光放電示意圖..............................................25
圖(2-22) 射頻濺射系統................................................26
圖(3-1) 射頻磁控濺鍍系統示意圖........................................28
圖(3-2) 濺鍍槍頭的細部結構............................................29
圖(3-3) 光學監控系統架構..............................................30
圖(3-4) 二維傳動系統示意圖............................................31
圖(3-5) 基板夾具圖...................................................32
圖(3-6) 反射光的振幅變化及相位變化.....................................33
圖(3-7) 橢偏儀工作示意圖..............................................34
圖(3-8) 橢偏儀模型擬合流程圖..........................................35
圖(3-9) 錯誤的擬合結果...............................................36
圖(3-10) 正確的擬合結果..............................................36
圖(3-11) Varian Cary 5E光譜儀的系統設計幾何圖.........................39
圖(4-1) 程式流程圖...................................................41
圖(4-2) 濺鍍鎗斜向入射與遮板關係圖.....................................42
圖(4-3) 新舊監控點位置圖..............................................43
圖(4-4) 新基板與遮板相對位置圖........................................44
圖(4-5) 樣品量測方式圖...............................................46
圖(4-6) 距離圓心45mm處不同角度穿透率...................................46
圖(4-7) 距離圓心55mm處角度穿透率......................................47
圖(4-8) 距離圓心65mm處不同角度穿透率...................................47
圖(4-9) 距離圓心75mm處不同角度穿透率...................................48
圖(4-10) 距離圓心85mm處不同角度穿透率..................................48
圖(4-6) 樣品一同徑向不同位置光譜圖.....................................50
圖(4-12) 樣品一與目標光學厚度比較圖....................................51
圖(4-13) 以600nm為監控波長每分鐘的穿透率變化...........................52
圖(4-14) 極值點附近曲線擬合圖.........................................53
圖(4-15) 樣品二同徑向不同位置光譜圖....................................54
圖(4-16) 樣品三同徑向不同位置光譜圖....................................54
圖(4-17) 三個樣品厚度比較圖...........................................56
圖(4-18) 樣品四同徑向不同位置光譜圖....................................57
圖(4-19) 樣品四與目標光學厚度比較圖....................................59
圖(4-20) 距離圓心45mm處不同角度穿透率..................................59
圖(4-21) 距離圓心55mm處不同角度穿透率..................................60
圖(4-22) 距離圓心65mm處不同角度穿透率..................................60
圖(4-23) 距離圓心75mm處不同角度穿透率..................................61
表目錄
表(3-1) 濾波片種類...................................................37
表(4-1) 實驗參數表1..................................................45
表(4-2) 樣品一橢偏儀量測結果..........................................50
表(4-3) 三個樣品比較.................................................55
表(4-4) 樣品四鍍膜參數...............................................57
表(4-5) 樣品四取同一徑向不同位置的光學常數..............................58

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