胡承維 指導教授: 廖洺漢 台大機械系 mhliaoa@ntu.edu.tw 0918-936-625 E-gun 機台介紹 胡承維 指導教授: 廖洺漢 台大機械系 mhliaoa@ntu.edu.tw 0918-936-625

Outline (E-gun) 1. 機台種類與原理 2. 機台架構 3. 製程特性 4. 製程操作流程 5. 機台維修表 -------------------------------------- 6. E-gun與Sputter 比較

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在真空的容器中，將欲蒸鍍的材料加熱直至汽化 昇華並使此氣體附著於放置在附近的基板表面上 而形成一層薄膜。 E-gun 機台原理與種類 在真空的容器中，將欲蒸鍍的材料加熱直至汽化 昇華並使此氣體附著於放置在附近的基板表面上 而形成一層薄膜。

E-gun 機台原理與種類 電子束蒸鍍系統 阻抗式加熱溫度系統

電子束蒸鍍法是利用高能電子束的動能轉換為熔 化靶材的熱能，並利用靶材在接近熔點時的飽和 蒸汽壓進行鍍膜。 電子束蒸鍍系統 電子束蒸鍍法是利用高能電子束的動能轉換為熔 化靶材的熱能，並利用靶材在接近熔點時的飽和 蒸汽壓進行鍍膜。 資料來源:http://cmnst.ncku.edu.tw/files/15-1023-159877,c17606-1.php?Lang=zh-tw

電子束蒸鍍系統 優: 1.電子束直接加熱在被蒸鍍材料上且一般裝被蒸 鍍材料坩堝之鎗座都有水冷卻，因此比起熱電阻 加熱法污染較少，膜品質較高。 2.電子束可加速到很高能量(3000~6000℃)，一些 膜性質良好的氧化層在熱電阻加熱法中不能蒸鍍 的，都可以用此法蒸鍍。 3.以數個坩堝裝放不同被蒸鍍的材料並排成一圈， 欲鍍時就轉到電子束打擊位置，因此鍍多層膜相 當方便。

電子束蒸鍍系統 缺: 1. 若電子束及電子流控制不當會引起材料分解或 游離，前者會造成吸收，後者會造成基板累積電 荷而造成膜面放電損傷。 2. 對不同材料所需之電子束的大小及掃瞄方式不 同，因此若鍍膜過程中使用不 同鍍膜材料時必須 不時調換製程參數與條件。

阻抗式加熱蒸鍍是用絲狀或片狀的高熔點金屬做 成適當形狀的蒸發源，將膜料放在其中，接通電 源，電阻加熱膜料而使其蒸發。 阻抗式加熱溫度系統 阻抗式加熱蒸鍍是用絲狀或片狀的高熔點金屬做 成適當形狀的蒸發源，將膜料放在其中，接通電 源，電阻加熱膜料而使其蒸發。 資料來源:http://www.twwiki.com/wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA%E9%8D%8D%E8%86%9C

優: 1.製程簡單。 2.蒸發源形狀容易配合需要做成各種形式。 阻抗加熱蒸鍍系統 優: 1.製程簡單。 2.蒸發源形狀容易配合需要做成各種形式。

阻抗加熱蒸鍍系統 缺: 1. 需先加熱電阻片再傳熱給薄膜材料，因此電阻 片多少會與材料起作用，或引生雜質。 2. 電片能加熱之溫度有限，對於高熔點之氧化物 則大部分無法熔融蒸鍍。 3. 膜質不硬，密度不高。

阻抗式加熱 versus 電子束加熱 阻抗式 電子束 低 鍍膜品質 高 少 可鍍金屬種類 多 熱汙染 較複雜 操作流程 較簡易 鍍多層膜 較長 操作時間 較短

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機台架構 真空腔體 氮氣瓶 膜厚控制器系統 水冷卻機 電子束 排氣系統

排氣系統內部有兩 個幫浦，主要功能 為將腔體抽真空。

排氣系統圖 Chamber ROUGH 氮氣 VENT.V CLOSE Three-way Main value value FORE ROUGH CLOSE Automatic Leake Value Chamber VENT.V Main value Three-way value BACK.P MAIN.P LN cold trap (option) 排氣系統圖 氮氣

氮氣瓶 氮氣瓶功用為提供氮氣進行破真空。

水冷卻機 水冷卻機主要功用為冷卻坩堝、石英震盪器、幫浦之溫度。

腔體 載盤 遮擋板 載船 坩堝 石英鍍膜器

石英鍍膜器、載盤 石英蒸鍍器和欲鍍膜基板一同被鍍上薄表面膜，此時石英振盪因為厚度改變，振盪頻率就改變了，將頻率漂移量轉換成膜厚變化量，因此可以監控鍍膜厚度。 載盤為晶片放置之位置。

遮擋板主要的目的是遮住載 盤，防止一開始加熱之蒸鍍 源比較不純的物質沉積在晶 片上。 遮擋版 遮擋板主要的目的是遮住載 盤，防止一開始加熱之蒸鍍 源比較不純的物質沉積在晶 片上。

載船為電阻所在處， 通電後加熱以汽化蒸 鍍源 (阻抗式加熱的 SOURCE) 坩堝為放置欲蒸鍍之 金屬的容器(電子束加 熱的SOURCE) 載船、坩堝 載船為電阻所在處， 通電後加熱以汽化蒸 鍍源 (阻抗式加熱的 SOURCE) 坩堝為放置欲蒸鍍之 金屬的容器(電子束加 熱的SOURCE)

膜厚控制器 可觀察鍍膜時之鍍率、膜厚。 鍍率 膜厚

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E-gun 可鍍材料表 (金屬) 適合度 金屬 最適 良好 普通 不適 Be、B、Al、Si、Ti、V、Fe、Co、Ni、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ta、Pt、Au、Pb。 Mg、Cr、Mn、Ga、Se、Y、Rh、Pd、Hf、W、Bi。 C、Re、Ir。 Sb、Ce、Te。 最適 良好 普通 不適

E-gun 可鍍材料表 (合金) 適合度 合金/金屬 優 適 良 可 Al-Cu、Al-Si、Co-Cr、Co-Ni、Fe-Co、In-Sn、Ni-Cr、Ag、In、Sn、Ta、Pt、Au、Pb。 Mg、Cr、Mn、Ga、Se、Y、Rh、Pd、Hf、W、Bi。 C、Re、Ir。 Sb、Ce、Te。 優 適 良 可

坩堝材質選擇表

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晶片蒸鍍前置作業 實驗製作過程: 破片→震洗:丙酮(ACE)>甲醇(LP)> 異丙醇(IPA)>去離子水(DIWater) →烤板(七分鐘) → 上光阻(ZA5214)→曝光→顯影→放入機台鍍金屬

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.確認電離真空計：「OFF」。 2.MAIN. V：「CLOSE」、三向閥： 「FORE」。 3.將VENT. V轉開：「ON」。(慢慢轉開) 確認氮氣瓶的指針降下時，代表開始有氣 體進去。等到腔體把手可以拉開時，即可 開門。(將氮氣灌入腔體破真空。) 4.開門後，將VENT. V關上：「OFF」。 (避免一直排放氮氣) Chamber 氮氣 off F OR E B.P M.P

1.打開腔體 2.將坩堝放入鍍材， 載盤裝上試片 3.過程中應雙手戴上 手套與配戴口罩(避 免雜質流入腔體) 電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 載盤 1.打開腔體 2.將坩堝放入鍍材， 載盤裝上試片 3.過程中應雙手戴上 手套與配戴口罩(避 免雜質流入腔體) 坩堝

1.確認VENT.V關上：「OFF」 2.將三向閥轉至：「ROUGH」。 先由BACK PUMP粗抽至10Pa以下。 (大約5-10分鐘) 電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 off 1 ROUGH 2 B.P M.P Chamber 1.確認VENT.V關上：「OFF」 2.將三向閥轉至：「ROUGH」。 先由BACK PUMP粗抽至10Pa以下。 (大約5-10分鐘)

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 F OR E 3 open 4 B.P M.P Chamber 3.將三向閥轉至：「FORE」。 4.將MAIN. V：「OPEN」，並開到底。 5.再將「電離真空計」及FIL開啟。 6.抽真空置所需真空度後，按下FIL暫 停或關掉皆可，以維持其真空度。 再由MAIN PUMP細抽至10^-3。 (約40-50分鐘)

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.確認「電離真空計」已關閉。(以防蒸鍍時傷到真空計) 2.打開主電源。確認右側整排綠燈皆亮起，代表無異常 3.將KEY轉至：「LOCAL」。 (LOCAL代表為由當前操控者操作) 4.HIGH VOLTAGE OFF 綠燈亮起，按下 HIGH VOLTAGE：「ON」(紅燈)。(啟動EBEAM能量機) 5.調整載盤轉速，並開啟旋轉載盤。

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1. 至膜厚控制器操作面板調整數據。 (依照實驗室的材料資 料本調整DENSITY和Z- RATIO參數) 2.LOCAL CONTROL BOX(EB輸出控制器)： EMISSION：依材料融化情況做調整。(調整電流輸出的強弱) 觀察鍍率上升時，代表可開始蒸鍍。

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.X-AXIS POSITION：調整亮點至正中央的位置 (往正方向調整：電子束往後移；往負方向調整：電子束往前 移) 2.X-AXIS SWEEP：需材料有昇華反應時，才需調整。(毋須 調整) 3.Y-AXIS POSITION：(毋須調整) 4.Y-AXIS SWEEP：(毋須調整)

1.預開始鍍膜時，須轉開遮擋板並同時按下膜厚控制面板的 「②」(將偵測厚度歸0)。 2.完成後，關上遮擋板。 電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.預開始鍍膜時，須轉開遮擋板並同時按下膜厚控制面板的 「②」(將偵測厚度歸0)。 2.完成後，關上遮擋板。

電子束蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開E-Beam →調整EB與鍍材資料→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.EMISSION歸0。 2.HIGH VOLTAGE：「OFF」。 3.KEY轉至：「LOCK」。 4.關閉主電源。 5.等5~10分鐘讓腔體冷卻。 6.破真空，取出樣品。

阻抗式蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開蒸發機 →調整鍍材資料與電流→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機

阻抗式蒸鍍流程 1 2 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開蒸發機 →調整鍍材資料與電流→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.確認「電離真空計」已關閉。 2.開啟主蒸發電源(MAIN)：「ON」。 3.按「SELECT」選擇鍍膜源。 (1為左、2為右) 4.打開蒸發電源(POWER)：「ON」。 1 2

阻抗式蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開蒸發機 →調整鍍材資料與電流→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.至膜厚控制器操作面板調整數據。(由實驗室材料資料本調 整DENSITY和Z-RATIO參數) 2.按「▲UP」，慢慢提升蒸發源電流。(每次提升電流5A並觀 察加熱情形。) 3.加熱到載船變紅、材料開始融化時，再提升電流5~10A，觀 察鍍率上升時，代表可開始蒸鍍。 4.調整載盤轉速，並開啟旋轉載盤。

1.預開始鍍膜時，須轉開遮擋板並同時按下膜厚控制 面板的「②」(將偵測厚度歸0)。 2.蒸鍍完後，關閉遮擋板。 阻抗式蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開蒸發機 →調整鍍材資料與電流→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.預開始鍍膜時，須轉開遮擋板並同時按下膜厚控制 面板的「②」(將偵測厚度歸0)。 2.蒸鍍完後，關閉遮擋板。

阻抗式蒸鍍流程 破真空→放入鍍材與試片→ 抽真空→打開蒸發機 →調整鍍材資料與電流→蒸鍍→破真空→取出樣品→抽真空→關機 1.將電流慢慢降至0。(每降5A，須等實際電流也下降穩定後再 繼續下降。) 2.完成後，須等5 ~ 10分，等待腔體內冷卻。 3.關閉主蒸發電源(MAIN)：「OFF」。

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機台維修表 品名 保養價格 保養週期 最後保養時間 下次保養時間 離子真空計感測子 21000/個 1年檢查誤差 - 派藍尼真空計感測子 3200/個 石英振盪片 5000/5片 防著版(清潔) 8000/片 1年檢查版面 鎢坩堝 12000/10個 壞了換 鎢舟(載船) 6000/100個 MAIN PUMP 8000小時 BACK PUMP

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E gun 與 Sputter 特性比較 溫度 鍍膜 速率 鍍材 種類 成本 (靶材) 操作 難度 膜緊 密度 階梯覆蓋率 E-gun 高 快 少 低 易 佳 Sputter 慢 多 難 差 原因 由於E-gun是將鍍材加熱到熔點故溫度高 E-gun為表面熱蒸發，原子數目比Sputter撞擊離開的多 Sputter能提供較高的能量，所以可以打出較多種材料原子 - Sputter成膜粒子擁有較大能量(10eV) E-gun較小(0.2eV) E-gun的氣態金屬會在樣品的每個接觸面凝結