静电卡盘在蚀刻应用.docx

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DC bias (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 关键词：静电卡盘 单极性 双极性 等离子体ABSTRACTWith the global economic recovery, integrated circuit manufacturing and usher in the springof theelectrostaticchuck, chuck andthe sharp rise indemand,whilefortheetchingofourunderstandingoftheelectrostatic chuck is more important, the wafer is an electrostatic chuck electrode system in the whole process of etching (ESC) adsorption fixed, and electrostatic chuck into RF, so that RFDC biaswill be formed on the wafer (DCbias).Thisledtothewaferplasmaetchingreaction.Atthesametime, theelectrostaticchuckwillbeperformedonthewafertemperaturecontrol, in order to promote uniformity of wafer etching. The electrostatic chuck upanddownisaninsulatinglayer,isarrangedinthemiddlepartofthe electrode layer. When the applied DC voltage on the electrode layer, will appear in the electrode layer and the wafer different charge, resulting in Coulomb 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： Electrostatic chuck）.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ESCPl磁旺双极性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 口PIi • ili■1 Fi H 1 . 11~~1■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。

Bias Control or sensor input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 (self bias)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(self bias)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f FClamp CoiHmls ni址搐esc捉供扃川i加也爪•础■^'/ HITP1H A10 l-'.L ./LhH/ OUTPUT ?U SW Jfi, K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⑴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 。