即時薄膜光學參數量測系統之開發

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姓名

黃富榮(Fu-rong Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

即時薄膜光學參數量測系統之開發
(Development of in situ optical parameters measurement system in thin film)

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摘要(中)

本論文是在開發薄膜成長率、折射率，以及消光係數之即時量測系統。用於薄膜製程時，即時監控薄膜參數，有效提高製程品質。基於干涉原理與薄膜光學理論，以一道雷射光垂直入射薄膜，在薄膜上表面與下表面產生兩道反射光，反射光由光偵測器接受後，藉由入射光強與反射光強之比，獲得薄膜反射率曲線，再透過軟體計算出薄膜光學參數。
實驗分別在空氣膜以及濺鍍機鍍膜上進行薄膜參數量測。於空氣膜實驗中，利用楔形稜鏡與載玻片相隔一段距離，以此距離中之空氣為薄膜，透過壓電陶瓷(PZT)位移平台推動載玻片模擬薄膜成長。濺鍍實驗中，使用磁控射頻濺鍍系統，在矽基板上濺鍍氧化鋅薄膜。以上各項實驗數據，通過程式軟體量測並計算出薄膜光學參數。另外會對所量測到之反射率曲線進行弦波擬合，分別擬合出週期、振幅，以及直流項，再經由公式轉換為成長率、折射率，以及消光係數達到即時監控之目的。

摘要(英)

The purpose of this paper is to measure the growth rate and optical parameters of the thin film during epitaxial growth. Measurements are based on interferometry and thin film theorem. Using a Laser Diode light source propagating into thin film, the thin film reflected light will be measured by detector. Then the signal of reflected light is transmitted to a PC via a DAQ card and particular algorithms developed to solve for the optical factors growth rate G, refractive index n and extinction coefficient k.
We design an air layer that can change its thickness by using a piezoelectric (PZT) actuator. Another experiment, ZnO thin film is deposited on Silicon wafer by radio-frequency (RF) sputtering system. When thin film grows, the reflectance curve will be measured. Through the special equations, we can obtain the growth rate, refractive index and extinction coefficient. Besides, the curve fitting method has been proposed to fit the reflectance curve. This method aims to in situ monitor the epitaxial thin film.

關鍵字(中)

★ 薄膜
★ 反射率
★ 成長率
★ 折射率
★ 即時量測
★ 弦波擬合

關鍵字(英)

★ thin film
★ reflectance
★ growth rate
★ refractive index
★ in situ monitor
★ curve fitting

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
符號說明 X
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 薄膜參數量測之文獻回顧 2
1.2.2 薄膜厚度監控之文獻回顧 4
1.2.3 弦波擬合之文獻回顧 6
1.3 研究目的 7
1.4 章節簡介 7
第二章基礎理論與原理 8
2.1 干涉術 8
2.2 薄膜參數量測原理 9
2.2.1 垂直入射之薄膜反射率 10
2.2.2 多層膜之等效膜層 14
2.3 濺鍍原理 15
2.3.1 直流濺鍍 15
2.3.2 射頻濺鍍 16
2.3.3 磁控濺鍍 18
2.4 弦波擬合 19
2.4.1 弦波頻率擬合 19
2.4.2 弦波振幅及直流項擬合 20
2.5 小結 22
第三章量測系統介紹 23
3.1 量測機構及軟體之介紹 23
3.1.1 量測機構 23
3.1.2 量測軟體 25
3.2 即時運算 27
3.2.1 週期參數之弦波擬合 27
3.2.2 直流項、振幅參數之弦波擬合 30
3.2.3 取樣頻率對弦波擬合之影響 33
3.2.4 薄膜反射率曲線擬合 35
3.3 反射率量測 37
3.4 小結 37
第四章實驗結果與討論 38
4.1 空氣薄膜量測實驗 38
4.1.1 量測架構介紹 38
4.1.2 高成長率量測 41
4.1.3 中成長率量測 46
4.1.4 低成長率量測 50
4.1.5 變成長率量測 54
4.1.6 量測穩定度實驗 57
4.2 氧化鋅薄膜測實驗 58
4.2.1 量測架構介紹 58
4.2.2 氧化鋅薄膜量測(濺鍍功率50W) 61
4.2.3 氧化鋅薄膜量測(濺鍍功率45W) 65
4.2.4 量測穩定度實驗 69
4.3 實驗討論 70
4.3.1 成長率量測極限之測試 70
4.3.2 週期擬合分析之測試 73
4.4 小結 75
第五章誤差分析 76
5.1 系統誤差 76
5.1.1 斜向入射所引進之光程誤差 76
5.1.2 位移平台相對速率誤差 78
5.2 隨機誤差 79
5.2.1 環境及機械震動 79
5.2.2 環境溫度 79
5.2.3 電子雜訊 80
5.3 小結 80
第六章結論與未來展望 81
6.1 結論 81
6.2 未來展望 81
參考文獻 82

參考文獻

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指導教授

李朱育

審核日期

2014-8-11

推文