靜電卡盤在蝕刻應用

1、靜電卡盤（ESC）在蝕刻應用淺析摘要隨著全球經濟回暖，集成電路制造又迎來春天，對卡盤及靜電卡盤的需求急劇上升，而對于蝕刻的我們對靜電卡盤的了解又更為重要，晶片在蝕刻的整個過程中是被下電極系統(tǒng)中的靜電卡盤（ESC）吸附固定住的，并且向靜電卡盤通入射頻RF，這樣射頻RF會在晶片上形成DC bias（直流偏壓）。這樣促成等離子體對晶片的蝕刻反應。同時，靜電卡盤會對晶片實現(xiàn)溫度控制，以促進晶片蝕刻的均勻性。靜電卡盤的上下均為絕緣層，中部設有電極層。當對電極層施加直流電壓時，就會在電極層和晶片上出現(xiàn)不同的電荷，從而在電極層和晶片之間產生庫侖引力，將晶片吸附在靜電卡盤表面。關鍵詞：靜電卡盤 單極性 雙極性

2、 等離子體ABSTRACTWith the global economic recovery, integrated circuit manufacturing and usher in the spring of the electrostatic chuck, chuck and the sharp rise in demand, while for the etching of our understanding of the electrostatic chuck is more important, the wafer is an electrostatic chuck electr

3、ode system in the whole process of etching (ESC) adsorption fixed, and electrostatic chuck into RF, so that RF DC bias will be formed on the wafer (DC bias). This led to the wafer plasma etching reaction. At the same time, the electrostatic chuck will be performed on the wafer temperature control, i

4、n order to promote uniformity of wafer etching. The electrostatic chuck up and down is an insulating layer, is arranged in the middle part of the electrode layer. When the applied DC voltage on the electrode layer, will appear in the electrode layer and the wafer different charge, resulting in Coulo

5、mb attraction between the electrode layer and the wafer, the wafer is adsorbed on the surface of the electrostatic chuck.Keywords: electrostatic chuck unipolarity ambipolarity plasma引言在半導體制造工藝和LCD制造工藝中，為固定和支持晶片，避免處理過程中出現(xiàn)移動或者錯位現(xiàn)象，常常使用靜電卡盤（簡稱ESC：Electrostatic chuck）.靜電卡盤采用靜電引力來固定晶片，比起以前采用的機械卡盤和真空吸盤，具有

6、很多優(yōu)勢。靜電卡盤減少了在使用機械卡盤由于壓力，碰撞等原因造成的晶片破損；增大了晶片可被有效加工的面積；減少了晶片表面腐蝕物顆粒的沉積；使晶片和卡盤可以更好的進行熱傳導；并且可以在真空環(huán)境下工作，而真空吸盤不可以。ESC的組成及分類一種典型的靜電卡盤由絕緣層和基座組成。絕緣層用來支持晶片，電極則埋藏在絕緣層之下的導電平面。靜電卡盤是利用晶片和電極之間產生的庫侖力或是利用晶片和電極之間產生的JohnsenRahbek力來達到固定晶片的目的?；鶆t用來支持絕緣層，接入RF偏壓，作為冷井或供熱源，來控制晶片的溫度。一般陶瓷層和基座之間用一種粘接劑來粘接。靜電卡盤依據(jù)電極的個數(shù)主要分為單電極，雙電極。

7、所謂單電極，顧名思義，就是只有一個電極。而雙電極則有兩個電極。單電極為了能產生靜電引力，必需對晶片施加電壓，必需在等離子體起作用的情況下才能產生靜電引力。而雙電極則沒有這個必要。同雙電極相比，單電極的最大的好處是用低電壓就可以產生大的靜電力，但是單電極的殘余電荷不好處理，導致在釋放時，容易出問題。雙電極在靜電釋放這一方面占據(jù)很大的優(yōu)勢。單極性ESC雙極性ESC工作原理分析靜電卡盤的工作原理是通過給靜電卡盤電極施加一定的電勢，使得在靜電卡盤的電極上和晶片對應的位置產生極性相反的電荷，從而利用庫侖力將晶片吸附在靜電卡盤的表面上。現(xiàn)在應用較多是雙電極靜電卡盤，其工作原理圖如圖1所示，其中通過直流電源

8、為雙電極靜電卡盤10的電極1和電極2供電，在工藝開始時，讓其中的電極1為正，電極2 為負，從而使放置在其上的半導體晶片11感應出對應的負電荷和正電荷，感應出的電荷與電極1和電極2上的電荷產生靜電引力，從而將半導體晶片11吸附在雙電極靜電卡盤10 的表面上。當需要釋放晶片時，可以交換雙電極靜電卡盤10上電極1和電極2正負極性，以此來消除半導體晶片11上的靜電電荷以及靜電電荷帶來的殘余引力，達到釋放半導體晶片的目的。但是由于靜電卡盤在釋放半導體晶片時，往往不能夠完全地去除晶片和靜電卡盤上的靜電電荷，這種情況下，晶片和靜電卡盤之間還存在著殘余引力，如果靜電卡盤上的頂針升起，就有可能導致晶片發(fā)生跳動和

9、移位，致使機械手無法取到晶片，嚴重的甚至損傷頂針和機械手。目前已經很多針對靜電卡盤釋放靜電方法的研究。但是卻缺乏判斷晶片和靜電卡盤之間殘余引力的方法，也就是針對晶片釋放程度判斷的方法，如果能夠對半導體晶片從靜電卡盤上釋放程度上進行檢測，就可以避免上述晶片跳動或移位的發(fā)生，減少事故發(fā)生率，保證半導體晶片在傳送過程中更加地安全可靠。Bias Control or sensor input在交流源產生的等離子體系統(tǒng)中，由于電子與正離子的質量不同，等離子體與腔室邊界區(qū)域及ESC表面附近形成sheath層，一般來說這個sheath層很薄，電場很強。ESC表面相對與等離子體處于低電位，如下圖所示，它們之間

10、會產生一個電壓差，我們稱之為自偏壓（self bias）。 也就是說在一旦等離子體形成，圖片表面就會產生一個負的偏壓，且這個偏壓與氣體種類，RF大小，頻率都有關系。雙極性ESC使用過程中，+HV與-HV絕對直相等，這樣它們產生的夾持力是相等的，但由于在等離子蝕刻過程中，自偏壓（self bias）會疊加在圓片片表面，這會使得ESC夾持電壓對于其中一極較大，而對于另一極較小。為了保持夾持電壓不變，我們需要給ESC施加偏置補償電壓。這個補償電壓最好接近于真實的圓片偏壓。在理想的雙極ESC中，圓片上的正電荷和負電荷（分別對應ESC的負電荷和正極）的數(shù)量正好相等，圓片上下不存在靜電荷。 結束語 ESC的應用使得晶片在蝕刻的整個過程中被下電極系統(tǒng)中的靜電卡盤吸附固定住促成等離子體對晶片的蝕刻反應。同時，靜電卡盤會對晶片實現(xiàn)溫度控制，以促進晶片蝕刻的均勻性得以實現(xiàn)。靜電卡盤采用靜電引力來固定晶片，比起以前采用的機械卡盤和真空吸盤，具有很多優(yōu)勢。靜電卡盤減少了在使用機械卡盤由于壓力，碰撞等原因造