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

　　在半導體生產中，蒸發是一道重要的工序，膜厚控制的準確與否是衡量蒸發效果的關鍵指標, 直接影響到后續的生產工藝及最終產品的性能。在批量生產中，一方面強調準確測量薄膜厚度, 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, 真空環境等工藝條件下，探討了批量生產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、蒸發的基本原理

　　在真空條件鍍制薄膜的方法中，蒸發是最古老的一種技術。隨著時間推移，在很多應用中,它已經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, 蒸發技術仍然是被采用最廣泛且經濟的解決方法。

　　蒸發的技術原理很簡單，待蒸發的物質(蒸發源) 放在即將進行蒸發作業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。將被蒸發物質加熱的方法有兩種, 通過感應磁場激勵的電子束, 或者是電阻絲加熱。蒸發腔體內沒有被快門(shutter)保護的部分，被蒸發的物質都會在其表面沉積，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, 會影響到基片膜厚的準確測量。考慮到工藝及腔體密閉性的要求,晶體位置已經無法改變,對膜厚控制造成的影響也沒法消除。

4.2、加裝調整板

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

　　在調整板的設計過程中,忽略材料蒸發時的角向誤差，薄膜厚度T 僅和蒸發角度θ 有關，通過增加調整板來改變因為蒸發角不同而導致的薄膜分布的差異。調整板的最終確定通過實際生產數據進行修正并最終確定。

(1)生產條件

　　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、結論

　　在蒸發工藝中，晶體的位置會影響薄膜測量的準確性;實際生產中，根據片架和坩堝的相對位置和幾何尺寸，參考實際生產數據改進調整板，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[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].