在微電子工業的相關應用中，直流磁控濺鍍系統是有關於薄膜沉積製程中的關鍵性設備。而影響濺鍍機系統操作性能方面諸如操作時間以及靶材使用率等的主要因素，乃是由於其內部電子與電磁場之間的交互作用。因此本研究希望針對目前已廣為使用的濺鍍機架構，透過有限元素分析軟體計算出電磁場分佈，並結合三維運動方程式來估測出電子移動的軌跡與範圍，進而針對影響電子位置與速度的操控方面，提出控制靶材上方的磁場來做有效的改善方式。藉由本研究所歸納整理出的改善方式，並配合觀察電子在濺鍍機內受到磁場影響所產生的移動軌跡，在初步地探討後即可獲得超過30%的濺鍍效率提升。另一方面透過外加磁場與主磁場方向的異同，即可延展靶材蝕刻的範圍，降低靶材的消耗量進而達到效能改善的目標。

The DC magnetron sputtering system (MSS) is used in microelectronic industries, and is a key device in the thin film depositions manufacturing process. The major influence factors of the DC magnetron sputtering system operational performance such as operational time and target utilization, which are due to unsatisfactory interactions between electrons and electromagnetic field inside the sputter. This study hopes to improve an established DC MSS, by employing commercial finite element analysis software that will be calculated the flux density, and using three-dimensional equation of motion to estimate the behavior of electrons inside the sputter; furthermore, in the light of the influence electrons position and speed, proposed refinements that the magnetic field above the target is controlled to make the performance improvement. Results from a study showed that the operational trajectory of the electrons at different magnetic flux density levels on top of the target after an operational period, the proposed refinements can increase the sputtering efficiency by as much as 30%. Other than that, through the similarities and dissimilarities between the additional magnetic fields and the main magnetic flux direction, the target erosion profiles with the refinements are more evenly spread out; reduction in the target material consumptions can also be expected.

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目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 3
1.3 研究重點 6

第二章 直流磁控濺鍍機 11
2.1 濺鍍原理簡介 11
2.2 離子能量來源之探討 12
2.3 濺鍍時所產生的電漿環境 15
2.4 直流磁控濺鍍法 18

第三章 直流磁控濺鍍機系統模型之介紹與推導 21
3.1 直流磁控濺鍍機種類 21
3.2 磁控濺鍍相關技術簡述 24
3.3 有限元素分析法簡介 28
3.4 磁控濺鍍機系統架構與電磁場分析 33
3.5 系統作用力模型建構 39
第四章 濺鍍效率之分析與改善 42
4.1 磁控濺鍍機之效率分析 42
4.2 磁控濺鍍機之性能改善 47
4.3 不同系統架構之可適用性探討 50

第五章 磁控濺鍍機性能提升之改善分析 53
5.1 田口法簡介 55
5.2 實驗步驟設計 57
5.3 實驗結果與分析 61
5.3.1 最佳架構之選取 61
5.3.2 最佳架構下之性能分析 65
5.3.3 線圈對最佳架構之影響 68

第五章 討論與結論 70

參考文獻 72

作者自述 75

參考文獻
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