你知道半导体中的“吸盘”指的是什么吗？

“吸盘”是指“将工件固定在车床等设备上的工具或固定方法”。在半导体制造过程中，工件是晶圆，固定工具是吸盘。将“吸盘”想象为固定晶圆的底座可能更容易理解。

本期的主题是“ESC”吸盘。ESC吸盘在半导体设备中十分常见，广泛用于固定半导体制造工艺（PVD、CVD、ETCH）中的硅晶片。

现在，我们来介绍一下什么是“ESC吸盘”。

1.什么是ESC？ 

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ESC（静电吸盘）是一种利用静电力或其他电力来吸附晶圆的吸盘。

作为芯片材料的硅晶片和用于液晶面板的玻璃基板被放置在处理室中进行处理，因此必须通过抽吸将它们保持在设备内部的真空室中。

传统的方法通常包括安装爪子等导向装置（机械夹具）或制造真空将晶圆固定在吸盘上（真空吸盘）。

传统方法是使用真空吸盘或导向器将晶圆固定到吸盘上，但由于对晶圆施加物理力，晶圆的变形和损坏非常明显。

因此，诸如ESC之类的利用电力（静电）而不向晶圆施加物理力的方法被引入，并且现在被用于许多精密工艺中。

2.ESC的三大吸附原理

静电吸盘的吸附原理一般有三种，每种情况下都是通过静电等电力作用来吸附物体。

静电吸盘有哪三种类型？

• 库仑力
• 约翰逊-拉贝克力
• 梯度力

1）库仑力静电吸盘

利用库仑力的静电吸盘是一种通过向吸盘施加高电压来进行吸附的方法。

库伦力是电荷之间的相互作用，由库伦定律定义。

库伦定律指出，作用在两个带电粒子（带电粒子）之间的力与两个粒子的电荷量的乘积成正比，与粒子之间的距离的平方成反比。正负电荷之间会产生吸引力，这种吸引力称为库伦力。

当向静电吸盘内的电极施加电压时，晶片内的正离子和负离子就会分离。这时正离子移动到负极，负离子移动到正极，从而产生电荷之间的相互吸引力（库伦力），这就是吸附的机理。

对于使用库仑力的静电吸盘需要注意介电层的厚度。根据介电层的厚度，施加电压的方式和带电离子的运动会有所不同，这可能会影响吸附力。

2）约翰逊-拉贝克力（Johnson-Rahbek）静电吸盘

利用约翰逊-拉贝克力的静电吸盘是一种通过调整吸盘表面介电层的绝缘性，使少量漏电流流过晶圆间隙来吸附晶圆的方法。

该吸附力的大小也与前面提到的库伦力有关，并且根据施加的电压和接触表面之间的距离而变化。

当施加电压时，这些间隙内的导电颗粒与两个接触表面相互作用。这种相互作用会产生一种吸引力，将晶片牢牢吸附在静电吸盘上。

与库伦静电吸盘相比，使用约翰逊-拉贝克力的静电吸盘可以在较低的电压下保持较大的吸力。

在使用约翰逊-拉贝克力的静电吸盘中，漏电流根据介电膜的电阻率而变化，因此吸附力可能根据表面状况而变化。

3）梯度力静电吸盘

利用梯度力的静电吸盘是一种通过在吸盘上交替放置正负电极并利用两个电极之间产生的“电场”来吸引物体的方法。

在这种正极和负极的非均匀电场中，强电场会在物体的一侧产生较大的力，而弱电场则会在另一侧产生较小的力。这种力的差异会产生单向的电荷流，将晶片吸引到强电场的方向，使其被吸附。

梯度力可以通过缩小正、负电极之间的间距和减少介电层的厚度来有效地增加吸附力。

3.ESC的结构

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静电吸盘通常由盘、电极、加热器和底板组成，各部分的作用如下：

• 盘：这是静电吸盘的主要工作区域，晶圆直接与之接触并被吸附。
• 电极：电极用于产生所需的静电力，通过施加电压产生电场，从而使晶圆吸附在盘上。
• 加热器：加热器用于控制静电吸盘的温度，这是许多半导体加工步骤所必需的。
• 底板：底板为整个静电吸盘提供结构支撑。换句话说，它是静电吸盘的基础。

加热器仅用于需要热量的过程。例如，在涉及热处理（例如成膜和蚀刻）的工艺中，可以结合静电吸盘和加热器。

 

本文转载自：https://take-semi.com/2024/02/24/esc/

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