臺灣博碩士論文加值系統

電感耦合式電漿源，是近幾年來最被廣泛研究與應用的一項主題。其主要的特性與優點是：（1）能夠在低氣壓的操作環境中(<10mTorr)，產生出高密度的電漿（2）由於電感耦合式電漿源在不需要外加磁場的情況下即能有較高之電漿密度均勻度分佈，其結構是較簡單而容易設計（3）產生的電漿不與電極接觸，可以得到純度較高的電漿（4）弁鉰鉥咫騆�傳統電漿源要來的高。然而，無可避免的當面積增大時線圈自電感分佈不均勻而導致電漿均勻度的下降，一直是大面積尺寸電漿製程工業所需解決的一項課題。

本研究提出一新型低電感值線圈，藉由外加可調電容來調配電流的分配，有別於傳統固定電流的設計。我們模擬計算線圈與電漿的耦合電場，旨在找出最佳感應電場均勻度的線圈結構。另外，我們也針對多線圈結構的耦合情形進行數值模擬，並提出各自的等效電路以供必v匹配設計參考。

計算模型以外線圈半徑為12cm，內圈半徑為4cm時，對於電場分佈的均勻度約有8%的改善，若在外線圈再外加一個可調變電容，均勻度的改善幅度可提升17%。將改善後的線圈組成的多組線圈結構，我們發現均勻度的改善仍然相近，但每組線圈的輸入阻抗增加，其與線圈間的互感有關。

Inductively coupled plasma (ICP) source is one of most popular research topic because of its characteristics and advantages: (1) high density plasma generation at low pressure (<10mtorr) (2) relatively simple configuration and easy design (3) no contact with electrode to get purer plasma (4) higher power-energy transformation rate compared with conventional plasma source, nevertheless, it will be an uniformity issue for the large area plasma process due to disproportionate self inductance of coil.

We propose a new designed coil with lower inductance which has a tunable capacitor to adjust current deposition in the coil, differs from conventional design in current flow manner. We numerically calculate the induced electrical field distribution under some different geometric configurations to find the optimum design rules. Others, we also calculate induced electrical field in multi-coil coupling plasma situation and propose effective circuit respectively for the future reference of power match design.

Simulated model has outer coil radius 12cm and inner radius 4cm. The data show 8% improvement in the uniformity compared to conventional spiral coil, and 17% improvement if the tunable capacitor add. In the multi-coil case, uniformity profile close to single coil's result, but little increased input impedance. It is assumed to have relation to mutual induction between coils.

第一章 簡介
1.1 前言
1.2 電感耦合式電漿源簡介
1.3 電感耦合式電漿之優點比較
1.4 相關文獻回顧
1.4.1 大尺寸之電漿源之等效模型探討
1.4.2 電感耦合式電漿之線圈設計探討
1.4.3 平面電感線圈之電磁場分佈探討
1.5 研究動機與論文架構

第二章 電感耦合放電原理
2.1 ICP中電漿的產生
2.2 電感式電漿源加熱基本原理
2.2.1 電漿必v移轉的機制
2.2.2 碰撞加熱(collisional heating)
2.2.3 非碰撞加熱(collisionless heating)
2.3 等效電路：線圈轉換模型(transformer mode)

第三章 新式電感線圈架構與設計原理
3.1 新式線圈設計的架構與原理
3.1.1 新式線圈的設計結構
3.1.2 線圈設計原理
3.1.2.1 電感值對電漿產生的影響
3.1.2.2 電感值與線圈形狀的關係
3.1.2.3 外加可調變電容之應用
3.2 電漿耦合等效電路
3.2.1 單組感應線圈與電漿之耦合等效電路
3.2.2 雙組感應線圈與電漿之耦合等效電路

第四章 模擬結果與模型建立
4.1 單組電感線圈之耦合電漿模型
4.1.1 線圈基本參數之計算
4.1.1.1 線圈之等效電感值與等效電阻
4.1.1.2 線圈電流產生的電磁場
4.1.2.3 改變線圈結構對電場分佈的影響結果
4.1.2.4 調整可調變電容對電場分佈的影響結果
4.1.2.5 同時改變線圈結構與電容對電場分佈的影響
4.1.2 電感耦合電漿之等效模型
4.1.2.1 等效模型元件之計算
4.2 多組電感線圈之耦合電漿轉換模型
4.2.1 多組電感線圈之電磁場分佈情況
4.2.2 多組電感線圈之電漿等效模型
4.3 討論與比較

第五章 結論與未來發展
5.1 結論
5.2 未來工作
參考文獻
附錄

[1] G.L.Moore, "Introduction to Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry", Elsevier, 1989.
[2] J.M.de Regt "Fundamentals of inductively coupled argon plasmas", 1995.
[3] Charles K.Alexander & Matthew N.O. Sadiku, "Fundamentals of Electric Circuits", Second Edition, McGraw-Hill, 2002.
[4] John H Keller, Plasma Phys. Control. Fusion 39 , A437–A443, 1997.
[5] John H Keller, Plasma Sources Sci. Technol. 5 ,166–172, 1996.
[6] J. Hopwood, Plasma Sources Sci. Technol. 1 109-116, 1992
[7] J. Hopwood, Plasma Sources Sci. Technol. 3 460-464, 1994.
[8] Yaoxi Wu and M A Lieberman, Plasma Sources Sci. Technol. 9 210–218, 2000.
[9] K Suzuki, K Konishi, K Nakamura and H Sugai, Plasma Sources Sci. Technol. 9 , 199–204, 2000.
[10] M.A.Liberman and A.J. Lichtenberg, "Principles of Plasma Discharges and Materials Processing", John Wiley & Sons, Inc, New York, 1994.
[11] Marwan H Khater and Lawrence J Overzet, Plasma Sources Sci. Technol. 9 , 545–561, 2000.
[12] D. L. Tang, R. K. Y. Fu, X. B. Tian, and P. K. Chua, Rev. Sci. Instrum., Vol. 74, No. 5, May, 2704-2708, 2003.
[13] Tomohiro Okumura and lchiro Nakayama, Rev. Sci. Instrum. 66 (11), November, 5262-2565, 1995
[14] D S Lee, Y K Lee and H Y Chang, Plasma Sources Sci. Technol. 13, 701-706, 2004.
[15] S. S. Kim, H. Y. Chang, and C. S. Chang, and N. S. Yoon , Appl. Phys. Lett., Vol. 77, No. 4, 24 July , 492-494, 2000.
[16] F Iza and J Hopwood, Plasma Sources Sci. Technol. 11, 229 - 235, 2002.
[17] 張志偉，“電感式電漿源電子非區域性加熱之二維模型”，國立清華大學工程與系統科學系碩士論文，民88。
[18] J. Hoopwoos and C.R. Guarnieri, S. J. Whitehair, and J. J. Cuomo, J. Vac. Sci Technol. A 11(1), 147-151, 1993.
[19] Michael Quirk, Julian Serda, "Semiconductor Manufacturing Technology", Pearson Prentice Hall, New Jersey Columbus, Ohio, 2003.
[20] J. Hoopwoos and C.R. Guarnieri, S. J. Whitehair, and J. J. Cuomo, J. Vac. Sci Technol. A 11(1), 152-156, 1993.
[21] 李文傑，“電探針在電漿量測系統中的設計與模擬”，國立東華大學電機工程研究所碩士論文，民91。
[22] 于家生，“雙頻觸發電容式電漿源特性模擬與分析”，國立東華大學電機工程研究所碩士論文，民91。
[23] James A. O’Neill, Michael S. Barnes, and John H. Keller, J. Appl. Phys. 73 (4), 15 February, 1621-1626 1993.
[24] I M El-Fayoumi and I R Jones, Plasma Sources Sci. Technol. 6 ,201-211, 1997.
[25] Seiji Samukawa, Yukito Nakagawa and Tsutomu Tsukada, Hiroyuki Ueyama and Kibatsu Shinohara, Appl. Phys. Lett. 67 (10), 4 September , 1414-1416, 1995.
[26] Leonard J. Mahoney, Amy E. Wendt, Ernest0 Barrios, Carolyn J. Richards, and J. Leon Shohet, J. Appl. Phys. 76 (4), 15 August 2041-2047, 1994.
[27] T. Munsat, W. M. Hooke, S. P. Bozeman, and S. Washburnd, 2180 Appl. Phys. Lett. 66 (17), 24 April, 2180-2182, 1995.
[28] Yaoxi Wu and M. A. Lieberman, Appl. Phys. Lett., Vol. 72, No. 7, 16 February, 777-779, 1998.
[29] John H Keller, John C Forster, and Michael S. Bames, J. Vac. Sci. Technol. A11(5), Sep/Oct,2487-2491 1993.
[30] Yunlong Li, Satoru lizuka, and Noriyoshi Sato, Appl. Phys. Let-t. 65 (l), 4 July , 26-28, 1994
[31] Kazuyosi Yoshida, Hidenobu Miyamoto, Eiji Ikawa , and Youkinobu Murao. Jpn.J,Appl.Phys.Vol.34,2089-2094, 1995.