EI-5Z電子束鍍膜機膜厚控制的改善

　　分析了EI- 5Z 型電子束鍍膜機膜厚控制的特點。借助試驗結(jié)果和理論研究，重新設(shè)計了更具實用性的調(diào)整板，得到了更好的薄膜性能：基片內(nèi)偏差在±3%范圍內(nèi)，同一批次基片之間偏差在±5%范圍內(nèi)。滿足了批量生產(chǎn)的要求。

　　在半導體生產(chǎn)中，蒸發(fā)是一道重要的工序，膜厚控制的準確與否是衡量蒸發(fā)效果的關(guān)鍵指標, 直接影響到后續(xù)的生產(chǎn)工藝及最終產(chǎn)品的性能。在批量生產(chǎn)中，一方面強調(diào)準確測量薄膜厚度, 另一方面對膜厚均勻性———即膜厚隨基片表面的變化以及片架上不同位置基片之間的膜厚變化———也有很高的要求。本文以ULVAC 生產(chǎn)的EI- 5Z 型電子束鍍膜機為例, 在不考慮基片表面光潔度, 真空環(huán)境等工藝條件下，探討了批量生產(chǎn)中影響膜厚的原因及可能的解決方法。

　　圖1 EI- 5Z 型電子束鍍膜機

1、蒸發(fā)的基本原理

　　在真空條件鍍制薄膜的方法中，蒸發(fā)是最古老的一種技術(shù)。隨著時間推移，在很多應(yīng)用中,它已經(jīng)逐漸被其他方法所代替, 比如SPUTERRING或者PECVD，但無論什么時候，當大表面需要高速率鍍制薄膜的時候, 蒸發(fā)技術(shù)仍然是被采用最廣泛且經(jīng)濟的解決方法。

　　蒸發(fā)的技術(shù)原理很簡單，待蒸發(fā)的物質(zhì)(蒸發(fā)源) 放在即將進行蒸發(fā)作業(yè)的特定腔體的特定容器(坩堝)中，在真空條件下加熱到一定溫度。將被蒸發(fā)物質(zhì)加熱的方法有兩種, 通過感應(yīng)磁場激勵的電子束, 或者是電阻絲加熱。蒸發(fā)腔體內(nèi)沒有被快門(shutter)保護的部分，被蒸發(fā)的物質(zhì)都會在其表面沉積，形成薄膜。

4、EI-5Z 中膜厚控制的改善

4.1、晶體位置

　　如圖5 所示,EI- 5Z 的晶體位置在片架邊緣外側(cè), 會影響到基片膜厚的準確測量�？紤]到工藝及腔體密閉性的要求,晶體位置已經(jīng)無法改變,對膜厚控制造成的影響也沒法消除。

4.2、加裝調(diào)整板

　　根據(jù)膜厚分布理論,可以通過在蒸發(fā)腔體中增加調(diào)整板來改善基片之間的膜厚均勻性, 提高成品率，滿足批量生產(chǎn)的要求。

　　在調(diào)整板的設(shè)計過程中,忽略材料蒸發(fā)時的角向誤差，薄膜厚度T 僅和蒸發(fā)角度θ 有關(guān)，通過增加調(diào)整板來改變因為蒸發(fā)角不同而導致的薄膜分布的差異。調(diào)整板的最終確定通過實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行修正并最終確定。

(1)生產(chǎn)條件

　　在兩批基片鍍制鋁膜的過程中：

　　a.如圖3 所示,每批投相同材質(zhì)基片3 英寸片45 片,鍍制鋁膜厚度為600 nm,速率10 A/s;

　　b.鍍膜完成后, 在內(nèi)圈,中圈,外圈各隨機抽取2 片,共計六片。如圖6 所示,在每片上沿x 軸,y 軸按相同步進各取5 個點,采用方塊電阻儀測量每點鋁膜的厚度,測量結(jié)果為方塊電阻值,單位為mΩ。

　　c.每個基片上鋁膜的膜厚為10 個點膜厚的均值, 通過與標準片的方塊電阻值比較計算膜厚偏差,該種材料600 nm 鋁膜標準片的方塊電阻值為52.6;

　　d.每個基片內(nèi)膜厚的最大偏差為該基片上膜厚的最大值與最小值的差和該片上平均膜厚的比值。

5、結(jié)論

　　在蒸發(fā)工藝中，晶體的位置會影響薄膜測量的準確性;實際生產(chǎn)中，根據(jù)片架和坩堝的相對位置和幾何尺寸，參考實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)改進調(diào)整板，可以極大提高最終成膜的均勻性。

參考文獻

　　[1] 顧培夫.薄膜技術(shù)[M]. 杭州:浙江大學出版社.

　　[2] Villa F,Martinez A,Luis E.Regalado.Correction masks for thickness uniformity in large- area films[J].Applied Optics,2000,39(10):1602- 1610.

　　[3] ULVAC Corp,EI- 5Z high vacuum evaporation system instruction manual[R].