ESC- Electrostatic Chuck 静电吸盘

来源:半导体设备资讯站发布时间:2023-05-0717431浏览

静电卡盘，简称ESC，E-chuck（Electrostatic Chuck），在半导体设备中价值比较高的部件之一，以刻蚀设备为例，在晶圆加工过程中主要起到为晶圆背面提供支撑，以静电吸附的方式保证其固定，为晶圆提供动态恒定的温度。

ESC 利用电容两带电极板的库伦吸引原理制成。表面涂有绝缘层的ESC的主体部分为电容一侧电极， wafer 为电容的另一侧电极。库伦引力要大于wafer 背面用来降温的 He Flow 的的压力。

在实践中也可以看到其datalog，一般晶圆进入chamber之后，先产生clamp voltage（~3600-4000v），以保证wafer与ESC 之间吸附，然后提供一定压力的氦气（Helium），可见氦气流量陡升后逐渐降低，表示wafer 与ESC之间逐渐充斥满氦气，氦气作为良好的热传导介质，将wafer 上多余的热量导走（ESC内部有冷却介质循环流动）。

ESC 分类，引用一下文献讲的更为详细，在对晶片温度控制要求很高的蚀刻机中，越来越多地采用迥斯热背类吸盘，其电介质通常是参杂的氮化铝陶瓷材料。氮化铝有很好的导热性。

ESC 按照极性分类

静电吸附方式不同分类

3.半导体物理刻蚀中为什么ESC方向是阴极?

下电极馈入射频后，会在腔室内形成一个大致垂直于下电级（通常就是静电卡盘，ESC）的交变电场。刚通上电时，下电极正电与负电的峰值和以及正电和负电持续时间一致。由于离子和电子的带电量相同，它们在电场中受力基本相同，而离子质量远大于电子，使得电子获得了远远大于离子的加速度。在特定的电场变化频率下（通常是13.56MHz），导致最初只有电子能够抵达下电极。由于下电级与地绝缘，电子在下电极不断累积形成负的自偏压（self-bias voltage），致使下电极形成你所说的阴极。当上述过程持续一段时间后，电子由于斥力无法再达到下电级，而离子在引力作用下能够抵达下电级时，整个系统达到一个平衡。只有当正离子抵达下电级的wafer上时，真正意义上的刻蚀才算开始。

早期使用机械夹持的方式。这种方式存在 wafer edge 不均一，chucking/dechucking 时机械运动引起particle 的问题

机械式卡盘示意图

为了解决机械卡盘的缺点，发明了使用静电吸附的真空吸附方式，ESC- Electrostatic Chuck。ESC 利用电容两带电极板的库伦引力来固定wafer。这样wafer topside 无接触的chuck方式解决了机械卡盘的wafer edge uniformity 和 particle 问题。