ชัคไฟฟ้าสถิต (ESC) คืออะไร?

ⅰ. นิยามผลิตภัณฑ์ ESC

Chuck ไฟฟ้าสถิต (ESC สั้น ๆ ) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงไฟฟ้าสถิตในการดูดซับและแก้ไขเวเฟอร์ซิลิกอนหรือพื้นผิวอื่น ๆ- มันถูกใช้อย่างกว้างขวางในการแกะสลักพลาสมา (การแกะสลักพลาสมา), การสะสมไอสารเคมี (CVD), การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และการเชื่อมโยงกระบวนการอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมสูญญากาศของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

เมื่อเปรียบเทียบกับการติดตั้งเชิงกลแบบดั้งเดิม ESC สามารถแก้ไขเวเฟอร์อย่างแน่นหนาโดยไม่มีความเครียดเชิงกลและมลพิษปรับปรุงความแม่นยำในการประมวลผลและความสอดคล้องและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบอุปกรณ์สำคัญของกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง

ⅱ. ประเภทผลิตภัณฑ์ (ประเภทของ chucks ไฟฟ้าสถิต)

chucks ไฟฟ้าสถิตสามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ดังต่อไปนี้ตามการออกแบบโครงสร้างวัสดุอิเล็กโทรดและวิธีการดูดซับ:

1. Monopolar ESC

โครงสร้าง: ชั้นอิเล็กโทรดหนึ่งชั้น + ระนาบกราวด์หนึ่ง

คุณสมบัติ: ต้องใช้ฮีเลียมเสริม (HE) หรือไนโตรเจน (N₂) เป็นสื่อฉนวน

แอปพลิเคชัน: เหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุที่มีความต้านทานสูงเช่นSIO₂และSi₃n₄

2. Bipolar ESC

โครงสร้าง: อิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรดอิเล็กโทรดบวกและลบจะถูกฝังอยู่ในชั้นเซรามิกหรือพอลิเมอร์ตามลำดับ

คุณสมบัติ: มันสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้สื่อเพิ่มเติมและเหมาะสำหรับวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี

ข้อดี: การดูดซับที่แข็งแกร่งและการตอบสนองที่เร็วขึ้น

3. การควบคุมความร้อน (เขาระบายความร้อนด้านหลัง ESC)

ฟังก์ชั่น: เมื่อรวมกับระบบทำความเย็นด้านหลัง (โดยปกติจะเป็นฮีเลียม) อุณหภูมิจะถูกควบคุมอย่างแม่นยำในขณะที่แก้ไขเวเฟอร์

แอปพลิเคชัน: ใช้กันอย่างแพร่หลายในการแกะสลักพลาสมาและกระบวนการที่จำเป็นต้องมีการควบคุมความลึกของการแกะสลักอย่างแม่นยำ

4. ESC เซรามิกวัสดุ: 

วัสดุฉนวนกันความร้อนสูงเช่นอลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂o₃), อลูมิเนียมไนไตรด์ (Aln) และซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃n₄) มักจะใช้

คุณสมบัติ: ความต้านทานการกัดกร่อนประสิทธิภาพของฉนวนที่ยอดเยี่ยมและการนำความร้อนสูง

iii. การใช้งานของ ESC ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ 

1. การแกะสลักพลาสมาจะแก้ไขเวเฟอร์ในห้องปฏิกิริยาและตระหนักถึงการระบายความร้อนกลับโดยการควบคุมอุณหภูมิเวเฟอร์ภายใน± 1 ℃ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าความสม่ำเสมอของอัตราการแกะสลัก (ความสม่ำเสมอของซีดี) จะถูกควบคุมภายใน± 3%

2. การสะสมไอเคมี (CVD) ESC สามารถบรรลุการดูดซับเวเฟอร์ที่มั่นคงภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงยับยั้งการเสียรูปความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความสม่ำเสมอและการยึดเกาะของการสะสมของฟิล์มบาง

3. การสะสมไอทางกายภาพ (PVD) ESC ให้การตรึงแบบไม่สัมผัสเพื่อป้องกันความเสียหายของแผ่นเวเฟอร์ที่เกิดจากความเครียดเชิงกลและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลเวเฟอร์บางเฉียบ (<150μM)

4. การฝังไอออนการควบคุมอุณหภูมิและความสามารถในการหนีบที่มั่นคงของ ESC ป้องกันความเสียหายในท้องถิ่นต่อพื้นผิวเวเฟอร์เนื่องจากการสะสมประจุทำให้มั่นใจได้ถึงความถูกต้องของการควบคุมปริมาณการปลูกถ่าย

5. Packagingin chiplets ขั้นสูงและบรรจุภัณฑ์ 3D IC, ESC ยังใช้ในการแจกจ่ายเลเยอร์ (RDL) และการประมวลผลด้วยเลเซอร์ซึ่งสนับสนุนการประมวลผลขนาดเวเฟอร์ที่ไม่ได้มาตรฐาน

iv. ความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ 

1. การถือแรงคำอธิบายปัญหาการย่อยสลาย: คำอธิบาย: 

หลังจากการทำงานในระยะยาวเนื่องจากอายุของอิเล็กโทรดหรือการปนเปื้อนของเซรามิกพื้นผิวแรงหนุน ESC จะลดลงทำให้เวเฟอร์เปลี่ยนหรือหลุดออก

วิธีแก้ปัญหา: ใช้การทำความสะอาดพลาสมาและการรักษาพื้นผิวเป็นประจำ

2. ความเสี่ยงจากการปล่อยไฟฟ้าสถิต (ESD): 

อคติแรงดันไฟฟ้าสูงอาจทำให้เกิดการคายประจุทันทีทำลายเวเฟอร์หรืออุปกรณ์

การตอบโต้: ออกแบบโครงสร้างฉนวนอิเล็กโทรดหลายชั้นและกำหนดค่าวงจรการปราบปราม ESD

3. อุณหภูมิไม่สม่ำเสมอเหตุผล: 

การระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของด้านหลังของ ESC หรือความแตกต่างในการนำความร้อนของเซรามิก

ข้อมูล: เมื่อความเบี่ยงเบนอุณหภูมิสูงกว่า± 2 ℃อาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนความลึกของการแกะสลัก> ± 10%

วิธีแก้ปัญหา: เซรามิกการนำความร้อนสูง (เช่น Aln) ที่มีระบบควบคุมแรงดันสูง (0–15 Torr)

4. การปนเปื้อนของการสะสม: 

กระบวนการตกค้างของกระบวนการ (เช่นCF₄, ผลิตภัณฑ์การสลายตัวของSIH₄) จะถูกฝากบนพื้นผิวของ ESC ซึ่งมีผลต่อความสามารถในการดูดซับ

มาตรการตอบโต้: ใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาดพลาสมาในแหล่งกำเนิดและทำการทำความสะอาดตามปกติหลังจากใช้เวเฟอร์ 1,000 ครั้ง

V. ความต้องการหลักและข้อกังวลของผู้ใช้