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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除Electrostatic Chuck Basic2Coulombic Chuck2Johnsen-Rahbek Chuck4Bipolar E-chuck chucking scheme6Bipolar E-chuck chucking scheme7Bipolar E-chuck dechucking scheme9Bipolar E-chuck Schematics10Bipolar E-chuck Operation Scheme10Monopolar E-chuck12Monopolar E-chuck Schematics13Low
2、Temp Ceramic Puck14Low Temp Ceramic Puck: Embossment15Low Temp Ceramic Puck16Low Temp E-chuck Puck: Electrodes16Low Temp E-chuck17Interface Box19Voltage on Terminals19Cr Assembly20Filter Assembly21RF Cable Assembly21RF Cable Assembly22Bipolar E-chuck Power Supply23TC and TC Amplifier24Power Supplies
3、 Configuration25Surface Contamination26Electrostatic Chuck BasicLu Chiang Liang7/25/2010Coulombic Chuckl Coulombic force on capacitorF = AE = A(V/d)E = V/dl : alumina 8.5; quartz 3.9; PTFE 2.1图1. 库仑原理图示ESC原理是很简单的，依靠静电引力将硅片吸引在ESC上。静电引力即库仑力，大小受到距离及介质影响，也与电压相关。l Where are the charges?l Monopolar chuck:
4、 the chucking voltage apply to the wafer through the chamber plasma图2. 单极ESC原理示意图单极ESC形成库仑力需要借助Plasma，从而导通Wafer与腔室壁，形成回路，类似电容充电。因此单极ESC与Wafer形成库仑力需要一定的外部条件。l Bipolar chuck: equivalent to two capacitors in series图2. 双极ESC原理示意图双极ESC相当于两个电容的串连，无需借助外界条件，存在Wafer，加载ESC DC，即形成静电引力，从而吸附Wafer。图3. 双极ESC电路等效图l
5、 Can a wafer with a glass carrier be chucked? 图4. 特殊硅片Chucking原理示意图特殊形式硅片，例如背面加载一层玻璃的硅片（TSV玻璃Wafer）也是可以形成静电引力的，但形成库仑力的几个要素都需要重新考虑，比如间距、介质等都需要考虑玻璃的因素而改变。另外，TSV玻璃会导致硅片变形，影响Chucking Force非常严重。Johnsen-Rahbek Chuck Low resistivity puck JR current must present Rg Re, therefore Vg Ve图5. JR型E-Chuck原理示意图图5.
6、JR型E-Chuck电路等效图JR型E-Chuck原理是20世纪中期发展的，两个物质相接触，即使双方平整度很高，但真正接触的表面也是点接触。假如两物体接触面间有电压，例如硅片和ESC表面，且认为ESC材质为低电阻率材料，且存在电流，则可认为接触点间电阻率明显高于ESC内部电阻，因此两物体间电压基本被分压在接触面上。 Field emission take placeEg = E - Ef Where are the charges?Fj Eg = Vg/d Field emission saturation图5. JR型E-Chuck微观结构原理图JR电流在硅片背面与Echuck正面的接触点形
7、成。在非接触点电荷无法移动，形成了静电引力。图6. JR型与库仑型E-Chuck引力与电压关系比较图JR型ESC比较大的一个特点是低电压状态下，能够产生比较大的引力。 Sensitive to particles How about the wafer with glass carrier?因为JR型引力形成主要集中在接触点，因此对距离因素比库仑型ESC敏感。因此假如存在Particle，则JR型ESC表现的更敏感。也因为此因素，导致特殊硅片（硅片背面有玻璃）无法使用JR型ESC。Bipolar E-chuck chucking schemel Power supply must be flo
8、atingl With DC bias presenting during processing, one side grounded power supply causes unbalanced chucking force图7. 双极ESC错误连接方式示意图1如上图接地是不行的，假如接地，则RF无法起作用。图8. 双极ESC错误连接方式示意图2如上图接地也是不行的，因为硅片受到RF Bias影响，A、B两端相对于硅片的电压值绝对值不相等，因此引力也不相同。图9. 双极ESC正确连接方式示意图双极ESC，两极之间应该是悬浮的，并且应该与EC Bias电位相同。Bipolar E-chuck
9、chucking schemel Once we float the power supply, the terminal A (or B) to ground potential is unknown. l Therefore the chucking voltages could be unbalanced.l The solution is center tap connectionl Direct connectionl Capacitor divider图10. 双极ESC无DC Bias反馈示意图当ESC DC GND悬浮后，将无法确定A、B两端相对于硅片下表面的电压，因为ESC
10、DC GND被悬浮了，只能够知道A、B两端间的电压差。因此简单悬浮ESC DC GND也不可行。图11. 双极ESC有DC Bias反馈示意图如上图所示方法是目前比较通用的方法，参考电位从硅片背面取得，Va，Vb电压方向相反，数值相等。C点参考电位既为DC Bias。注意：C点电位只有通过静电电压表来测量才比较准确。图12. 双极ESC有DC Bias反馈示意图2在无法准确测量或获得DC Bias的情况下，通过调节参考电位，将参考电位调解到估算的DC Bias的情况也是可行的。Bipolar E-chuck dechucking schemel Residual charges on E-ch
11、uck and wafer surface and electrodes. l Sources of residual charges: n leakage current (in tens of nA for high resistivity chuck) bring charges to the surface; n wafer rubbing; n trapping space charges, etc.Dechucking时剩余电荷存在于ESC上表面与硅片下表面之间。剩余电荷一般来自于三个方面：Chucking时，电荷被带到表面上而因为高电阻率，无法被带走。因此电极所存在的电荷没有得到
12、释放。硅片与ESC表面摩擦，形成静电电荷。由腔室其他位置转移来的电荷。l For the leak current charges, the polarity is predictable, apply the reversed voltage properly could remove some of the charges对于漏电流电荷（Chucking时没有释放完全的电荷），电荷的极性是已知的，因此加反向电压可以释放电荷。l Ground electrodes while power off is also helpfulESC不工作时，将电极与地相连（ESC功能之一）也可以起到消除电荷
13、的作用。l For other charges, dechucking with plasma, can effectively remove them. But this method can not be applied to current PVD chambers.由于等离子体内丰富的电荷以及其电中性的特点，Dechucking时施加Plasma能够有效的释放电荷。但是此方法不适合PVD系统。l For low resistivity E-chuck, the charges on chuck surface can escape to ground readily. But the
14、residual charges on the 6k or 10k wafer surface are hard to escape. So far it is still an issue.由于低电阻率ESC，剩余电荷通过ESC释放还是比较容易的，但是有一些硅片本身电阻值较高，反而是因硅片上的剩余电荷束服，导致ESC的剩余电荷无法释放。原理见下图。图13. De-Chucking原理示意图Bipolar E-chuck Schematics图13. 双极E-Chucking接线框图双极ESC接线框图如上，假如RF与DC最终相同路径接入，RF进入端需要隔离直流，隔离直流电路由于其本身需要经过较
15、大的电流，考虑散热、安全，不建议采用电路板形式，一般用器件搭。ESC DC需要将DC滤波后输入，同时反馈信号也需要滤波。滤波电路没有通过大电流问题，可以用电路板形式。l Cu腔室起辉状态下，电阻为几个欧母，但角度很大。l Ta腔室可能有7080欧母，角度也很大。l 从A和B向HV RF Filter看，电阻应为510K欧母，电流在mA级别。l 因为腔室的耦合电容、电感很难通过计算或模拟确定实际工作过程中的状态，因此通常是在实际工作过程中，可通过VI Probe在RF进口处，测量电流、电压以及电位。l 竞争对手的High RF Current电缆都是定做的，实际工作过程中出问题最多的还是此电缆。Bipolar E-chuck Operation Scheme图14. E-Chuck工作电压时序图l T1T2：此时间为ESC上升至工艺位置，需要加150V左右的Chucking电压，原因有两个，一个是保持硅片在上升过程中不运动。另一个作用是因为硅片进入腔室时的温度较高，通过Chucking能够保证一定的散热。l T2T3：此时Chucking电压保持在450V550V，持续
