在現有直流磁控濺鍍系統中，系統操作者所關心的乃是濺鍍率，靶材使用率以及基材塗布均勻度，其中對於高精密產業的操作者而言，又以基材塗布均勻度為較優先考量。在濺鍍的過程中，電子受電磁場的影響在將腔體內與氬氣碰撞形成電漿，而電漿內的氬離子在負電壓的吸引下撞擊靶材，並將其原子濺射至基材形成薄膜。因此為了提高均勻度，而又不改變現有磁控濺鍍系統的主要結構下，透過加裝鐵環及補償磁鐵控制腔體內中電磁場分布，進而改善其電漿環境。因此本論文透過有限元素分析軟體計算出電磁場分布，並結合三維運動方程式來估測電子移動的軌跡及範圍，進而模擬出電漿的分布情形，並以電腦模擬濺射起的靶材原子在腔體內與電漿之碰撞過程，再對最終抵達基材表面之靶材原子進行均勻度分析。藉由額外加入鐵環及補償磁鐵可以有效的改變腔體內部磁場的分布，進而調控電漿濃度及分布範圍，間接提升基材塗布均勻度，使之達到精進的目標。

To smooth the substrate depositions of DC magnetron sputter (MS), such that the supplementary electrical and mechanical adjustment efforts can be alleviated, a refinement scheme that can be applied directly to the existing DC MS will be introduced. By properly controlling the magnetic and electric fields inside the vacuum chamber, trajectories of those atoms that are sputtered from the target surface can be more spread out. In addition, with the resultant higher plasma density, chance of collisions among the sputtered atoms and those Ar ions in the plasma will also be increased, hence the resulting distributions of target atoms deposited on the substrate surface will certainly be evened out. To further confirm such concepts, a rational emulating process that can explore both the atom sputtering process from the target and those collisions at the chamber with different three-dimensional magnetic and electric field environments is also developed. Thus the associated performance investigations on the DC MS with different magnetron arrangements can then be conveniently carried out.

目 錄
頁次
論文審定書 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 5
1.3 研究重點 8

第二章 直流磁控濺鍍系統模型介紹 11
2.1 濺鍍原理簡介 11
2.2 離子能量來源與電漿環境之探討 12
2.3 直流磁控濺鍍法 16
2.4 有限元素法分析介紹 19

第三章 模擬電漿環境對其濺鍍過程之影響 25
3.1 理想腔體環境及仿真模擬說明 25
3.2 電漿與磁場關係 28
3.3 濺鍍之碰撞過程分析 31
3.4 實際腔體的環境考量 36

第四章 薄膜沉積之模擬分析 38
4.1 成膜過程 38
4.2 薄膜均勻度計算方法 41
4.3 鐵環安置對其均勻度之影響 47

第五章 直流磁控濺鍍系統性能提升之改善分析 50
5.1 田口法簡介 51
5.2 訊號雜訊比 53
5.3 直流磁控濺鍍系統之設計 55
5.3.1 最佳架構之選取 55
5.3.2 最佳架構下之變異數分析 62
5.3.3 定性定量分析 64

第六章 直流磁控濺鍍系統結構探討及實體驗證 66
6.1 濺鍍系統結構參數探討 67
6.2 實體驗證 69
6.2.1 實體驗證之進行方式 69
6.2.2 實作結果分析 71

第七章 討論與結論 78

參考文獻 79

作者自述 82

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