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姓名	吳鴻森(Hung-Sen Wu)  查詢紙本館藏	畢業系所	光電科學與工程學系
論文名稱	磁控濺鍍之光學監控 (Optical Monitoring in magnetron sputtering)
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摘要(中)	磁控濺鍍以廣泛的應用在製鍍大面積的薄膜上，以其濺鍍速率快、濺鍍速率穩定且均勻性良好的特性，勢必為未來鍍膜的主流。因此確實掌握濺鍍過程中薄膜的厚度，將可輕易完成各式的膜層設計，尤其是膜層厚度要求嚴格的DWDM薄膜濾光片。因此本論文是在磁控濺鍍上建立光學監控系統。利用Overshoot Turning Point Monitoring為監控方法，可變換監控波長，選擇停鍍點為厚度誤差最小的監控波長來做監控，避免在極值點處厚度變化對穿透率變化不靈敏而使厚度誤差變大的缺點，得到與設計最接近的厚度。利用此監控系統，配合磁控濺鍍Ta2O5與SiO2薄膜，實際製鍍一系列的膜層設計。從單層膜到Band-pass Filter，以及Edge Filter。實驗結果證明此光學監控系統可應用在磁控濺鍍上，並且在製程參數穩定下得到準確的厚度。同時依設計的光譜圖做誤差分析，找出影響監控準確性的因素(膜層折射率、旋轉、訊號穩定性等)。
摘要(英)	Magnetron Sputtering has been widely used in the process of preparing large area coating. Because of the high and steady sputtering rate and good uniformity of thin films, magnetron sputtering must be the main stream of the coating methods in the future. It is very important to control the thickness of the film. When the film thickness is under control, we can easily achieve the goal of any film design, especially DWDM thin film filters, which have severe thickness accuracy. The main subject in this study is to construct an optical monitoring system in magnetron sputtering system. Using Overshoot Turning Point Monitoring as the monitoring method, we decrease the thickness errors at modified ceased point. We can easily change monitoring wavelength in order to reduce the thickness errors. We prepare a series of film designs, including single layer film and multi-layer films. We got success in the thickness control of coating narrow band-pass filter. After experiments, we make analysis of spectrum from original design and experiment. We find out the factors, which affect the accuracy of monitoring (refractive index of thin films, substrate rotating, and steady signal).
關鍵字(中)	★ 磁控濺鍍 ★ 光學監控	關鍵字(英)	★ Magnetron sputtering ★ Optical monitoring
論文目次	第一章 緒論 1 1.1 研究背景與目的 1 1.2 本文架構 2 第二章 原理 3 2.1 電漿原理 3 2.2 濺鍍原理 5 2.2.1 直流濺鍍 5 2.2.2 射頻濺鍍 7 2.2.3 磁控濺鍍 10 2.3 監控基本理論 12 2.3.1 單層膜之反射與透射 13 2.3.2 多層膜之反射與透射 16 2.3.3 非相干性之反射與透射 17 第三章 監控方法 18 3.1 石英晶體監控法 18 3.2 光學監控法 19 3.2.1 極值法 19 3.2.2 Overshoot Turning Point Monitoring 21 3.2.3 Two-wavelength Monitoring 22 3.2.4 Wideband Optical Monitoring 22 第四章 實驗架設及量測儀器 24 4.1 實驗設備 24 4.1.1 磁控濺鍍系統 24 4.1.2 光學監控系統 26 4.2 系統誤差分析 28 4.3 程式設計 29 4.3.1 程式流程 30 4.3.2 極值判斷 31 4.3.3 停鍍點決定 32 4.4 量測儀器 33 第五章 實驗結果與分析 34 5.1 單層膜 36 5.2 多層膜 39 5.2.1 Band-pass Filter 39 5.2.2 Edge Filter 44 5.2.3 極值法鍍Band-pass Filter 47 第六章 結論 49 參考文獻 51 圖目錄 圖2-1：氬氣電漿之壓力與電子溫度Te和電漿溫度Tg之關係圖 4 圖2-2：直流鍍膜系統示意圖 6 圖2-3：直流放電下，典型的電流電壓關係圖 6 圖2-4：射頻濺鍍鍍膜系統示意圖 8 圖2-5：(a) 射頻輸入訊號 (b) 射頻與靶面電位隨時間變化圖 9 圖2-6：射頻電漿放電電流相對於電壓的關係圖，可說明自生偏 壓的現象 9 圖2-7：靶材下方加了磁場，磁場磁力線和電漿分佈圖 11 圖2-8：有加入磁場(o)與沒加入磁場(x)時，氬氣氣壓與電極距離的乘積對氣體解離臨界電壓之關係圖11 圖2-9：折射率為N、厚度為d的一層薄膜鍍在基板Ns上 13 圖2-10：多層膜簡化為單層膜示意圖 16 圖2-11：非相干性反射與透射示意圖 17 圖3-1：不同折射率單層膜之穿透率隨光學厚度變化圖 20 圖3-2：膜厚誤差值在監控點為不同膜厚(nd)之變化。圖中假設n=2.35，監控誤差為0.1% 20 圖3-3：Overshoot Turning Point Monitoring示意圖 21 圖4-1：磁控濺鍍系統裝置圖 25 圖4-2：光學監控系統示意圖 26 圖4-3：光譜儀band-pass對監控曲線之影響 29 圖5-1：磁控濺鍍單層膜Ta2O5之監控圖 36 圖5-2：磁控濺鍍單層膜Ta2O5之光譜圖 37 圖5-3：Ta2O5折射率與厚度修正光譜圖與實驗光譜圖 38 圖5-4：濺鍍多層膜(Band-pass Filter)之監控圖 40 圖5-5：濺鍍多層膜(Band-pass Filter)之光譜圖 41 圖5-6：空間層厚度誤差對Band-pass Filter中心波長的影響 41 圖5-7：Ta2O5折射率修正與實驗光譜圖之比較 43 圖5-8：濺鍍Edge filter之監控圖 44 圖5-9：濺鍍Edge Filter 之光譜圖 45 圖5-10 使用極值法監控Band-pass Filter 之監控圖 48 圖5-11 極值法監控Band-pass Filter 的光譜圖 48
參考文獻	1.“真空技術與應用”, pp.71-83, 2001. 2.Mitsuharu Konuma, “Film deposition by plasma techniques”, published by Springer-Verlag, 1992. 3.Brian Chapman, “Glow discharge processes sputtering and plasma etching”, N.Y., 1980. 4.Donald L. Smith, “Thin-film deposition principles & practice”, McGraw-Hill Inc, 1995. 5.李正中, “薄膜光學與鍍膜技術”, 藝軒圖書出版社, 2002. 6.Thickness Monitor Operation & Service Manual, Maxtek, Inc 7.B.Bobbs and J.E.Rudisill, “Optical Monitoring of Nonquarterwave Film Thickness Using a Turning Point Method”, Applied Optics, Vol.26, pp.3136-3139, 1987 8.H.A. Macleod, “Monitoring of Optical Coatings”, Applied Optics, Vol.20, pp.82, 1981. 9.C.J. van der Laan, “Optical Monitoring of Nonquarterwave Stacks”, Applied Optics, Vol.25, pp.753-760, 1986 10.藤原史郎, “光學薄膜”, 共立出版株式會社, 日本, p.163, 1984 11.Li Li and Yi-hsun Yen, “Wideband Monitoring and Measuring System for Optical Coatings”, Applied Optics, Vol.28, pp.2886-2889, 1989 12.B. Vidal, A. Fornier, and E. Pelletier, “Optical Monitoring of Nonquarterwave Multilayer Filters” , Applied Optics, Vol.17, p.1038, 1987 13.趙豪瑜, “電腦輔助光學薄膜製程”, 國立中央大學光電所碩士論文, 1997.
指導教授	李正中(Cheng-Chung Lee)	審核日期	2003-7-7
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