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1、静电卡盘在蚀刻应用静电卡盘(ESC)在蚀刻应用浅析摘要随着全球经济回暖，集成电路制造又迎来春天，对卡盘及静电卡 盘的需求急剧上升，而对于蚀刻的我们对静电卡盘的了解又更为重 要，晶片在蚀刻的整个过程中是被下电极系统中的静电卡盘(ESC) 吸附固定住的，并且向静电卡盘通入射频RF,这样射频RF会在晶 片上形成DCbias (直流偏压)。这样促成等离子体对晶片的蚀刻反 应。同时，静电卡盘会对晶片实现温度控制，以促进晶片蚀刻的均 匀性。静电卡盘的上下均为绝缘层，中部设有电极层。当对电极层 施加直流电压时，就会在电极层和晶片上出现不同的电荷，从而在 电极层和晶片之间产生库仑引力，将晶片吸附在静电卡盘表面
2、。 关键词：静电卡盘单极性双极性等离子体ABSTRACTWiththeglobaleconomicrecovery,integratedcircuitmanufacturingandusheri nthespringoftheelectrostaticchuck,chuckandthesharpriseindemand,whilef ortheetchingofourunderstandingoftheelectrostaticchuckismoreimportant, thewaferisanelectrostaticchuckelectrodesysteminthewholeprocess
3、ofetchi ng(ESC)adsorptionfixed,andelectrostaticchuckintoRF,sothatRFDCbiaswill beformedonthewafer(DCbias).,theelectrostaticchuckwillbeperformedonthe wafertemperaturecontrol,willappearintheelectrodelayerandthewaferdif ferentcharge,resultinginCoulombattractionbetweentheelectrodelayerandt hewafer,thewaf
4、erisadsorbedonthesurfaceoftheelectrostaticchuck. Keywords:electrostaticchuckunipolarityambipolarityplasma 引言在半导体制造工艺和 LCD 制造工艺中，为固定和支持晶片，避免 处理过程中出现移动或者错位现象，常常使用静电卡盘（简称ESC : Electrostaticchuck）.静电卡盘采用静电引力来固定晶片， 比起以前采用的机械卡盘和真空吸盘，具有很多优势。静电卡盘减 少了在使用机械卡盘由于压力，碰撞等原因造成的晶片破损；增大 了晶片可被有效加工的面积；减少了晶片表面腐蚀物颗粒的沉积；
5、使晶片和卡盘可以更好的进行热传导；并且可以在真空环境下工 作，而真空吸盘不可以。ESC的组成及分类一种典型的静电卡盘由绝缘层和基座组成。绝缘层用来支持晶 片，电极则埋藏在绝缘层之下的导电平面。静电卡盘是利用晶片和 电极之间产生的库仑力或是利用晶片和电极之间产生的Johnsen Rahbek力来达到固定晶片的目的。基座则用来支持绝缘层，接入RF 偏压，作为冷井或供热源，来控制晶片的温度。一般陶瓷层和基座 之间用一种粘接剂来粘接。静电卡盘依据电极的个数主要分为单电极，双电极。所谓单电极， 顾名思义，就是只有一个电极。而双电极则有两个电极。单电极为 了能产生静电引力，必需对晶片施加电压，必需在等离子
6、体起作用 的情况下才能产生静电引力。而双电极则没有这个必要。同双电极 相比，单电极的最大的好处是用低电压就可以产生大的静电力，但 是单电极的残余电荷不好处理，导致在释放时，容易出问题。双电 极在静电释放这一方面占据很大的优势。单极性 ESC双极性 ESC 工作原理分析静电卡盘的工作原理是通过给静电卡盘电极施加一定的电势， 使得在静电卡盘的电极上和晶片对应的位置产生极性相反的电荷， 从而利用库仑力将晶片吸附在静电卡盘的表面上。现在应用较多是 双电极静电卡盘，其工作原理图如图1 所示，其中通过直流电源为 双电极静电卡盘10 的电极 1和电极2 供电，在工艺开始时，让其中 的电极 1 为正，电极2
7、为负，从而使放置在其上的半导体晶片11 感 应出对应的负电荷和正电荷，感应出的电荷与电极1和电极2 上的 电荷产生静电引力，从而将半导体晶片11 吸附在双电极静电卡盘 10 的表面上。当需要释放晶片时，可以交换双电极静电卡盘10上 电极 1 和电极2正负极性，以此来消除半导体晶片11上的静电电荷 以及静电电荷带来的残余引力，达到释放半导体晶片的目的。但是由于静电卡盘在释放半导体晶片时，往往不能够完全地去 除晶片和静电卡盘上的静电电荷，这种情况下，晶片和静电卡盘之 间还存在着残余引力，如果静电卡盘上的顶针升起，就有可能导致 晶片发生跳动和移位，致使机械手无法取到晶片，严重的甚至损伤 顶针和机械手
8、。目前已经很多针对静电卡盘释放静电方法的研究。 但是却缺乏判断晶片和静电卡盘之间残余引力的方法，也就是针对 晶片释放程度判断的方法，如果能够对半导体晶片从静电卡盘上释放程度上进行检测，就可以避免上述晶片跳动或移位的发生，减少事故发生率，保证半导体晶片在传送过程中更加地安全可靠。BiasControlorsensorinput在交流源产生的等离子体系统中，由于电子与正离子的质量不同，等离子体与腔室边界区域及ESC表面附近形成shea th层，一般 来说这个shea th层很薄，电场很强。ESC表面相对与等离子体处于 低电位，如下图所示，它们之间会产生一个电压差，我们称之为自 偏压（selfbia
9、s）。也就是说在一旦等离子体形成，图片表面就会产生一个负的偏 压，且这个偏压与气体种类，RF大小，频率都有关系。双极性ESC 使用过程中，+HV与-HV绝对直相等，这样它们产生的夹持力是相等 的，但由于在等离子蚀刻过程中，自偏压（selfbias）会叠加在圆 片片表面，这会使得ESC夹持电压对于其中一极较大，而对于另一 极较小。为了保持夹持电压不变，我们需要给ESC施加偏置补偿电 压。这个补偿电压最好接近于真实的圆片偏压。在理想的双极ESC 中，圆片上的正电荷和负电荷（分别对应ESC的负电荷和正极）的数量正好相等，圆片上下不存在静电荷。结束语ESC的应用使得晶片在蚀刻的整个过程中被下电极系统中的静电卡盘吸附固定住促成等离子体对晶片的蚀刻反应。同时，静电卡盘会对晶片实现温度控制，以促 进晶片蚀刻的均匀性得以实现。静电卡盘采用静电引力来固定晶 片，比起以前采用的机械卡盘和真空吸盘，具有很多优势。静电卡 盘减少了在使用机械卡盘由于压力，碰撞等原因造成的晶片破损； 增大了晶片可被有效加工的面积；减少了晶片表面腐蚀物颗粒的沉 积；使晶片和卡盘可以更好的进行热传导；并且可以在真空环境下 工作，而真空吸盘不可以。ESC的应用使得整个生产过程更安全、 可靠、便于实现。参考文献雷格模拟集成电路分析与设计【M】清华大学出版社，第四版.2半导体制造（期刊）.2013年1月.3半导体技术论坛
