Avmystifierande elektrostatisk chuck-teknik (ESC) vid waferhantering

1. Vad är en ESC?

En ESC använder elektrostatiska krafter för att säkert hålla wafers eller substrat i vakuummiljön för bearbetningsutrustning. Denna metod eliminerar risken för skador i samband med traditionella mekaniska fastspänningsmetoder, som kan repa ömtåliga ytor eller framkalla spänningsfrakturer. Till skillnad från vakuumchuckar förlitar sig inte ESC på tryckskillnader, vilket möjliggör större kontroll och flexibilitet vid waferhantering.

2. Tre principer för elektrostatisk vidhäftning

Den attraktionskraft som genereras av en ESC uppstår vanligtvis från en kombination av tre elektrostatiska principer: Coulomb-kraft, Johnson-Rahbek-kraft och gradientkraft. Även om dessa krafter kan agera individuellt, arbetar de ofta synergistiskt för att skapa ett säkert grepp.

Coulomb Force:Denna grundläggande elektrostatiska kraft uppstår från interaktionen mellan laddade partiklar. I ESC genererar en applicerad spänning på chuckelektroderna ett elektriskt fält, vilket inducerar motsatta laddningar på skivan och chuckytan. Den resulterande Coulomb-attraktionen håller fast skivan på plats.

Johnson-Rahbek Force:När det finns ett litet mellanrum mellan skivan och chuckytan kommer Johnson-Rahbek-kraften in i bilden. Denna kraft, beroende på den applicerade spänningen och gapavståndet, uppstår från interaktionen av ledande partiklar inom dessa mikrogap med de laddade ytorna. Denna interaktion genererar en attraktionskraft som drar skivan till intim kontakt med chucken.

Gradientkraft:I ett ojämnt elektriskt fält upplever föremål en nettokraft i riktning mot ökande fältstyrka. Denna princip, känd som gradientkraft, kan utnyttjas i ESC:er genom att strategiskt utforma elektrodgeometrin för att skapa en ojämn fältfördelning. Denna kraft drar skivan mot området med högsta fältintensitet, vilket säkerställer säker och exakt positionering.

3. ESC-struktur

En typisk ESC består av fyra nyckelkomponenter:

Disk:Skivan fungerar som den primära kontaktytan för wafern, exakt bearbetad för att säkerställa ett plant, jämnt gränssnitt för optimal vidhäftning.

Elektrod:Dessa ledande element genererar de elektrostatiska krafter som är nödvändiga för attraktion av skivor. Genom att applicera en kontrollerad spänning skapar elektroderna det elektriska fältet som interagerar med wafern.

Värmare:Integrerade värmare i ESC ger exakt temperaturkontroll, en avgörande aspekt i många halvledarbearbetningssteg. Detta möjliggör exakt termisk hantering av wafern under bearbetning.

Basplatta:Basplattan ger strukturellt stöd för hela ESC-enheten, vilket säkerställer korrekt inriktning och stabilitet för alla komponenter.**