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半導體專題實驗

半導體專題實驗. 實驗三 熱蒸鍍系統. 金屬鍍膜 (Metal Deposition). 又稱物理鍍膜 (Physical Vapor Deposition ； PVD) 需在 真空 下進行 可分為蒸鍍 (evaporation) 與濺鍍 (sputtering) 兩種 蒸鍍環境： 10 -6 ~10 -7 Torr. 真空環境. 一般的機械式抽氣幫浦，只能抽到 10 -3 Torr 的真空度，之後須再串接高真空幫浦，才能 達到 10 -6 ~10 -7 Torr 的真空程度 擴散式幫浦 (diffusion pump)

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半導體專題實驗

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Presentation Transcript

  1. 半導體專題實驗 實驗三 熱蒸鍍系統

  2. 金屬鍍膜 (Metal Deposition) • 又稱物理鍍膜(Physical Vapor Deposition；PVD) • 需在真空下進行 • 可分為蒸鍍(evaporation)與濺鍍 (sputtering)兩種 • 蒸鍍環境：10-6~10-7 Torr

  3. 真空環境 一般的機械式抽氣幫浦，只能抽到10-3 Torr 的真空度，之後須再串接高真空幫浦，才能 達到10-6~10-7 Torr的真空程度 • 擴散式幫浦 (diffusion pump) • 渦輪式幫浦 (turbo pump) • 致冷式幫浦 (cryogenic pump)

  4. 蒸鍍 根據加熱方式差異，可分為電阻式(thermal coater)與電子槍式(E-gun evaporator)兩類 • 電阻式： 將準備熔融蒸發的金屬以線材方式掛在加熱鎢絲上，受熱熔融後，因液體表面張力故，會攀附在加熱鎢絲上，然後徐徐附著至四周(包含晶圓)。因加熱鎢絲耐熱能力與供金屬熔液攀附空間有限，僅用於低熔點的金屬蒸鍍，如鋁，且蒸鍍厚度有限。

  5. 電阻式蒸鍍

  6. 蒸鍍 • 電子槍式： 利用電子束進行加熱，熔融蒸發的金屬顆粒全擺在石墨或鎢質坩堝(crucible)中。待金屬蒸氣壓超過臨界限度，開始徐徐附著至四周(包含晶圓)。 電子槍式蒸鍍機可蒸鍍熔點較高的金屬，厚度也比較不受限制。此系統主要的優勢是可以避免Na+離子汙染晶片，同時可以改善Step Coverage。

  7. 電子槍式蒸鍍

  8. Step Coverage 在起伏較劇烈的表面，蒸鍍之金屬斷裂不連續。另外，多片晶圓的大面積蒸鍍也存在厚度均勻的問題。為此，晶片承載臺加上公轉自轉的機制，便用於上述兩問題之改善。

  9. 熱蒸鍍系統 • 應用於低溫金屬，以及鍍碳鍍金等導電用薄膜 • 製作低溫金屬如銦、錫等時，可以利用蒸鍍的方式得到μm級的膜，快速且平整性及均勻性好。 • 利用加熱的方式使碳棒放出細微碳分子在試片表面導電用，鍍金亦同。 • 優點是操作方便，真空潔淨度佳，快速且厚度可大可小。

  10. 1. 熱機 • 打開冷卻水開關 • 打開牆壁上的主電源 • 三向閥指向close

  11. 1. 熱機 (continue) • RP Leak為off • 打開Mechanical Pump RP電源 並等待30秒 • 確定Main Value為off 將三向閥轉向Force Way

  12. 1. 熱機 (continue) • 打開Diffusion Pump電源 • 熱機30~40分鐘 • 熱機期間繼續 • loading • 粗抽

  13. 2. Loading • 確定Main Value為off • 關真空計 • 開Air leak value • 待氣體完全進入chamber後 關閉Air leak V

  14. 2. Loading (continue) • 抬起Chamber玻璃罩 將晶片、鎢舟及待鍍金屬置入 • 檢查測厚儀(crystal)是否正常

  15. 2. Loading (continue) • 用無塵紙擦拭Chamber觀景窗及O-ring • 先用丙酮 • 再用甲醇 • 擦拭完後再放回Chamber

  16. 3. 粗抽 • 確認關閉 • Air leak V. • Main V. • 三向閥 • 轉向Rough way • 讓RP抽Chamber內的空氣 • 三分鐘後 • 開Chamber真空計 • 直到Chamber氣壓降到1Pa之下 101.325 kPa = 1 atm = 760 torr

  17. 3. 粗抽 (continue) • 三向閥轉回Force Way 讓RP抽DP內的空氣 • 熱機時間30~40分鐘

  18. 4. 細抽 • 打開Main V到稍緊、切勿用力轉 • 20分鐘後 • 打開 ion gauge • 觀察壓力

  19. 4. 細抽 (continue) • 壓力到5*10^-3 Pa時，加入液態氮

  20. 4. 細抽 (continue) • Chamber氣壓降到5*10-4Pa以下 • 關ion gauge • 開始蒸鍍

  21. 5. 蒸鍍 • 打開測厚儀 • 按1號鍵(蒸鍍速度)歸零 • 按2號鍵(鍍膜厚度)歸零 • 加電流，開始蒸鍍 • 打開shutter • 蒸鍍至所需厚度 • 關電流及測厚儀 • 關Main V和DP電源

  22. 6. 取物 • 蒸鍍完成後 • 等待10~20分鐘 • 開Air leak V. • 待氣體完全進入Chamber後 關閉Air leak V. • 循置物步驟取出晶片及鎢舟 • 用無塵紙擦拭Chamber觀景窗及O-ring部份 • 關上Chamber

  23. 7. 關機 • 確定已關閉 • Main V. • Air leak V. • 三向閥轉至Rough Way • 進行粗抽 • 持續抽氣 • 抽至Diffusion Pump溫度降至室溫 • 此過程約需一小時

  24. 7. 關機 (continue) • 三向閥轉至close • 關閉電源 • Mechanical Pump電源 • 控制面板電源 • 牆壁上的主電源 • 關冷卻水 • 開RP Leak • 待氣體完全進入氣管 • 關RP Leak

  25. 注意事項 • 閥的方向順時鐘是鎖緊，逆時鐘是打開。 • 開Chamber時要記得戴口罩，並告知在實驗室中的所有人員。 • Chamber及O-ring會有殘留鋁，需擦拭乾淨，避免污染。 • 擦拭時要先用丙酮，再用甲醇。 • 擦拭觀景窗要清潔到可看到內部狀況。 • 測厚儀記得要reset。

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