臺灣博碩士論文加值系統

本文利用蒙地卡羅法進行光學射線追跡計算，建立晶圓基板表面熱輻射吸收量估算方法，並利用求解晶圓能量方程式，建立晶圓基板在預熱區移動過程中溫度暫態反應計算方法。整合上述的方法，完成電漿鍍膜製程腔體內部預熱區晶圓基板溫度場模擬，本文同時完成建立氬電漿流場的數學模型，並針對氬電漿流場進行模擬計算。本文完成使用計算流體力學方法求解所建立的電漿模型，並探討電漿源噴嘴出口外部電漿分佈情形。
關鍵字：快速熱處理製程，氬電漿模型，數值模擬。

The main work of this work includes the prediction of rapid thermal process in the preheating chamber for plasma enhanced chemical vapor deposition and the numerical simulation of argon plasma flow in a vacuum chamber. The first part of this paper discusses the calculation of temperature variation for a moving substrate in preheating chamber, where the energy equation of substrate is solved by a finite volume method with the external heat loading contributed by IR heating sources. The radiation heat flux is estimated by the application of Monte Carlo method in a ray tracing approach. With the proposed approach, the influence of system parameters in the rapid thermal process can be quantitatively analyzed. The second part of this work discusses the simulation of two-dimensional argon plasma flow injected into a vacuum chamber, where the reaction among different species, such as argon ion, argon meta stable and electron, is considered. Assuming at a fired temperature, the flow filed is calculated by solving the continuity and momentum equations incorporated with argon plasma model, which consists of the transport equations of argon ion, argon meta stable. and electron energy. Different system parameters are employed to investigate their effects on the argon plasma flow characteristics inside a vacuum chamber.

目錄
摘要 ……………………………………………………………… Ⅰ
Abstract……………………………………………………………… Ⅱ
誌謝 ……………………………………………………………… Ⅲ
目錄 ……………………………………………………………… Ⅳ
圖目錄 ……………………………………………………………… Ⅵ
表目錄 ……………………………………………………………… Ⅸ
第一章 緒論………………………………………………………… 1
1-1前言…………………………………………………… 1
1-2文獻回顧……………………………………………… 4
1-3 論文架構……………………………………………… 8
第二章 預熱區溫度場模擬………………………………………… 9
2-1基板表面熱輻射計算…………………………………… 9
2-2晶圓基板溫度場數值方法……………………………… 10
2-3預熱區內部晶圓基板溫度場模擬流程………………… 11
2-4邊界條件與幾何尺寸…………………………………… 13
2-5晶圓基板溫度場模擬結果……………………………… 17
第三章 反應區氬電漿流場模擬……………………………………… 26
3-1反應區流場數學模型與數值方法……………………… 26
3-2邊界條件與計算參數…………………………………… 29
3-3電漿流場模擬結果.……………………………………… 32
3-3-1 腔體內部速度場及壓力場………………………… 32
3-3-2 系統壓力之影響…………………………………… 34
3-3-3 系統溫度之影響…………………………………… 37
3-3-4 進氣速度之影響…………………………………… 40
3-3-5 初始電子溫度之影響……………………………… 43
3-3-6 彈性碰撞能量消耗係數之影響…………………… 45
3-3-7 不同物種初始濃度之影響………………………… 49
3-3-8 物種初始濃度比例之影響………………………… 52
第四章 結論…………………………………………………………… 55
參考文獻 ………………………………………………………………… 56



圖目錄
圖1-1 化學氣相沉積步驟示意圖………………………………… 3
圖1-2 電漿輔助化學氣相沉積示意圖…………………………… 3
圖2-1 預熱區內部晶圓基板溫度場模擬流程圖………………… 12
圖2-2 晶圓基板在預熱區內進行加熱反應示意圖……………… 12
圖2-3 預熱區腔體剖面示意圖…………………………………… 15
圖2-4 預熱區腔體輻射熱分析模型示意圖……………………… 15
圖2-5 預熱區腔體射線追跡計算結果…………………………… 16
圖2-6 晶圓基板暫態熱傳計算使用之網格示意圖……………… 16
圖2-7 晶圓基板表面熱通量分佈圖……………………………… 20
圖2-8 晶圓基板表面輻射熱吸收比值曲線圖…………………… 21
圖2-9 晶圓基板表面溫度分佈圖………………………………… 22
圖2-10 晶圓基板表面平均溫度與時間關係圖…………………… 23
圖2-11 晶圓基板表面平均溫度與燈管功率關係圖……………… 23
圖2-12 晶圓基板表面溫差與時間關係圖………………………… 24
圖2-13 晶圓基板表面溫差與燈管功率關係圖…………………… 24
圖2-14 晶圓基板表面中心線溫度分佈圖………………………… 25
圖3-1 電漿源腔體示意圖………………………………………… 30
圖3-2 電漿流場計算使用網格示意圖…………………………… 30
圖3-3 不同進氣速度條件下腔體內氣體速度分佈圖…………… 33
圖3-4 不同進氣速度條件下腔體內氣體壓力分佈圖…………… 33
圖3-5 不同系統壓力條件下 (a)Ar激發態濃度(b)Ar離子態濃度
(c)電子溫度分佈圖……………………………………… 35
圖3-6 不同系統壓力條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度(b)Ar離子
態濃度(c)電子溫度分佈圖………………………………… 36
圖3-7 不同系統溫度條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離子態濃度
(c)電子溫度分佈圖………………………………………… 38
圖3-8 不同系統溫度條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度(b)Ar離子
態濃度(c)電子溫度分佈圖………………………………… 39
圖3-9 不同進氣速度條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離子態濃度
(c)電子溫度分佈圖………………………………………… 41
圖3-10 不同進氣速度條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度(b)Ar離子
態濃度(c)電子溫度分佈圖………………………………… 42
圖3-11 不同初始電子溫度條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離子態
濃度(c)電子溫度分佈圖…………………………………… 44
圖3-12 不同初始電子溫度條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度(b)Ar
離子態濃度(c)電子溫度分佈圖…………………………… 45
圖3-13 不同彈性碰撞能量消耗條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離
子態濃度(c)電子溫度分佈圖……………………………… 47
圖3-14 不同彈性碰撞能量消耗條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度
(b)Ar離子態濃度(c)電子溫度分佈圖……………………… 48
圖3-15 不同物種初始濃度條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離子態
濃度(c)電子溫度分佈圖…………………………………… 50
圖3-16 不同物種初始濃度條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度(b)Ar
離子態濃度(c)電子溫度分佈圖…………………………… 51
圖3-17 不同物種初始濃度比例條件下(a)Ar激發態濃度(b)Ar離
子態濃度(c)電子溫度分佈圖……………………………… 53
圖3-18 不同物種初始濃度比例條件下y=0處 (a)Ar激發態濃度
(b)Ar離子態濃度(c)電子溫度分佈圖……………………… 54











表目錄
表2-1 電腦硬體規格表…………………………………………… 14
表3-1 電漿流場邊界參數表……………………………………… 31
表3-2 電漿流場計算操作參數組列表…………………………… 31

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