你知道半導(dǎo)體中的“吸盤”指的是什么嗎？

“吸盤”是指“將工件固定在車床等設(shè)備上的工具或固定方法”。在半導(dǎo)體制造過程中，工件是晶圓，固定工具是吸盤。將“吸盤”想象為固定晶圓的底座可能更容易理解。

本期的主題是“ESC”吸盤。ESC吸盤在半導(dǎo)體設(shè)備中十分常見，廣泛用于固定半導(dǎo)體制造工藝（PVD、CVD、ETCH）中的硅晶片。

現(xiàn)在，我們來介紹一下什么是“ESC吸盤”。

1.什么是ESC？ 

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ESC（靜電吸盤）是一種利用靜電力或其他電力來吸附晶圓的吸盤。

作為芯片材料的硅晶片和用于液晶面板的玻璃基板被放置在處理室中進行處理，因此必須通過抽吸將它們保持在設(shè)備內(nèi)部的真空室中。

傳統(tǒng)的方法通常包括安裝爪子等導(dǎo)向裝置（機械夾具）或制造真空將晶圓固定在吸盤上（真空吸盤）。

傳統(tǒng)方法是使用真空吸盤或?qū)蚱鲗⒕A固定到吸盤上，但由于對晶圓施加物理力，晶圓的變形和損壞非常明顯。

因此，諸如ESC之類的利用電力（靜電）而不向晶圓施加物理力的方法被引入，并且現(xiàn)在被用于許多精密工藝中。

2.ESC的三大吸附原理

靜電吸盤的吸附原理一般有三種，每種情況下都是通過靜電等電力作用來吸附物體。

靜電吸盤有哪三種類型？

• 庫侖力
• 約翰遜-拉貝克力
• 梯度力

1）庫侖力靜電吸盤

利用庫侖力的靜電吸盤是一種通過向吸盤施加高電壓來進行吸附的方法。

庫倫力是電荷之間的相互作用，由庫倫定律定義。

庫倫定律指出，作用在兩個帶電粒子（帶電粒子）之間的力與兩個粒子的電荷量的乘積成正比，與粒子之間的距離的平方成反比。正負電荷之間會產(chǎn)生吸引力，這種吸引力稱為庫倫力。

當(dāng)向靜電吸盤內(nèi)的電極施加電壓時，晶片內(nèi)的正離子和負離子就會分離。這時正離子移動到負極，負離子移動到正極，從而產(chǎn)生電荷之間的相互吸引力（庫倫力），這就是吸附的機理。

對于使用庫侖力的靜電吸盤需要注意介電層的厚度。根據(jù)介電層的厚度，施加電壓的方式和帶電離子的運動會有所不同，這可能會影響吸附力。

2）約翰遜-拉貝克力（Johnson-Rahbek）靜電吸盤

利用約翰遜-拉貝克力的靜電吸盤是一種通過調(diào)整吸盤表面介電層的絕緣性，使少量漏電流流過晶圓間隙來吸附晶圓的方法。

該吸附力的大小也與前面提到的庫倫力有關(guān)，并且根據(jù)施加的電壓和接觸表面之間的距離而變化。

當(dāng)施加電壓時，這些間隙內(nèi)的導(dǎo)電顆粒與兩個接觸表面相互作用。這種相互作用會產(chǎn)生一種吸引力，將晶片牢牢吸附在靜電吸盤上。

與庫倫靜電吸盤相比，使用約翰遜-拉貝克力的靜電吸盤可以在較低的電壓下保持較大的吸力。

在使用約翰遜-拉貝克力的靜電吸盤中，漏電流根據(jù)介電膜的電阻率而變化，因此吸附力可能根據(jù)表面狀況而變化。

3）梯度力靜電吸盤

利用梯度力的靜電吸盤是一種通過在吸盤上交替放置正負電極并利用兩個電極之間產(chǎn)生的“電場”來吸引物體的方法。

在這種正極和負極的非均勻電場中，強電場會在物體的一側(cè)產(chǎn)生較大的力，而弱電場則會在另一側(cè)產(chǎn)生較小的力。這種力的差異會產(chǎn)生單向的電荷流，將晶片吸引到強電場的方向，使其被吸附。

梯度力可以通過縮小正、負電極之間的間距和減少介電層的厚度來有效地增加吸附力。

3.ESC的結(jié)構(gòu)

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靜電吸盤通常由盤、電極、加熱器和底板組成，各部分的作用如下：

• 盤：這是靜電吸盤的主要工作區(qū)域，晶圓直接與之接觸并被吸附。
• 電極：電極用于產(chǎn)生所需的靜電力，通過施加電壓產(chǎn)生電場，從而使晶圓吸附在盤上。
• 加熱器：加熱器用于控制靜電吸盤的溫度，這是許多半導(dǎo)體加工步驟所必需的。
• 底板：底板為整個靜電吸盤提供結(jié)構(gòu)支撐。換句話說，它是靜電吸盤的基礎(chǔ)。

加熱器僅用于需要熱量的過程。例如，在涉及熱處理（例如成膜和蝕刻）的工藝中，可以結(jié)合靜電吸盤和加熱器。

 

本文轉(zhuǎn)載自：https://take-semi.com/2024/02/24/esc/

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