靜電卡盤(pán)在蝕刻應(yīng)用

1、靜電卡盤(pán)（ESC）在蝕刻應(yīng)用淺析摘要隨著全球經(jīng)濟(jì)回暖，集成電路制造又迎來(lái)春天，對(duì)卡盤(pán)及靜電卡盤(pán)的需求急劇上升，而對(duì)于蝕刻的我們對(duì)靜電卡盤(pán)的了解又更為重要，晶片在蝕刻的整個(gè)過(guò)程中是被下電極系統(tǒng)中的靜電卡盤(pán)（ESC）吸附固定住的，并且向靜電卡盤(pán)通入射頻RF，這樣射頻RF會(huì)在晶片上形成DC bias（直流偏壓）。這樣促成等離子體對(duì)晶片的蝕刻反應(yīng)。同時(shí)，靜電卡盤(pán)會(huì)對(duì)晶片實(shí)現(xiàn)溫度控制，以促進(jìn)晶片蝕刻的均勻性。靜電卡盤(pán)的上下均為絕緣層，中部設(shè)有電極層。當(dāng)對(duì)電極層施加直流電壓時(shí)，就會(huì)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(chǎn)生庫(kù)侖引力，將晶片吸附在靜電卡盤(pán)表面。關(guān)鍵詞：靜電卡盤(pán) 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(dǎo)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(guò)程中出現(xiàn)移動(dòng)或者錯(cuò)位現(xiàn)象，常常使用靜電卡盤(pán)（簡(jiǎn)稱(chēng)ESC：Electrostatic chuck）.靜電卡盤(pán)采用靜電引力來(lái)固定晶片，比起以前采用的機(jī)械卡盤(pán)和真空吸盤(pán)，具有

6、很多優(yōu)勢(shì)。靜電卡盤(pán)減少了在使用機(jī)械卡盤(pán)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(pán)可以更好的進(jìn)行熱傳導(dǎo)；并且可以在真空環(huán)境下工作，而真空吸盤(pán)不可以。ESC的組成及分類(lèi)一種典型的靜電卡盤(pán)由絕緣層和基座組成。絕緣層用來(lái)支持晶片，電極則埋藏在絕緣層之下的導(dǎo)電平面。靜電卡盤(pán)是利用晶片和電極之間產(chǎn)生的庫(kù)侖力或是利用晶片和電極之間產(chǎn)生的JohnsenRahbek力來(lái)達(dá)到固定晶片的目的?；鶆t用來(lái)支持絕緣層，接入RF偏壓，作為冷井或供熱源，來(lái)控制晶片的溫度。一般陶瓷層和基座之間用一種粘接劑來(lái)粘接。靜電卡盤(pán)依據(jù)電極的個(gè)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(gè)電極。而雙電極則有兩個(gè)電極。單電極為了能產(chǎn)生靜電引力，必需對(duì)晶片施加電壓，必需在等離子體起作用的情況下才能產(chǎn)生靜電引力。而雙電極則沒(méi)有這個(gè)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(chǎn)生大的靜電力，但是單電極的殘余電荷不好處理，導(dǎo)致在釋放時(shí)，容易出問(wèn)題。雙電極在靜電釋放這一方面占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。單極性ESC雙極性ESC工作原理分析靜電卡盤(pán)的工作原理是通過(guò)給靜電卡盤(pán)電極施加一定的電勢(shì)，使得在靜電卡盤(pán)的電極上和晶片對(duì)應(yīng)的位置產(chǎn)生極性相反的電荷，從而利用庫(kù)侖力將晶片吸附在靜電卡盤(pán)的表面上?，F(xiàn)在應(yīng)用較多是雙電極靜電卡盤(pán)，其工作原理圖如圖1所示，其中通過(guò)直流電源

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

9、移位，致使機(jī)械手無(wú)法取到晶片，嚴(yán)重的甚至損傷頂針和機(jī)械手。目前已經(jīng)很多針對(duì)靜電卡盤(pán)釋放靜電方法的研究。但是卻缺乏判斷晶片和靜電卡盤(pán)之間殘余引力的方法，也就是針對(duì)晶片釋放程度判斷的方法，如果能夠?qū)Π雽?dǎo)體晶片從靜電卡盤(pán)上釋放程度上進(jìn)行檢測(cè)，就可以避免上述晶片跳動(dòng)或移位的發(fā)生，減少事故發(fā)生率，保證半導(dǎo)體晶片在傳送過(guò)程中更加地安全可靠。Bias Control or sensor input在交流源產(chǎn)生的等離子體系統(tǒng)中，由于電子與正離子的質(zhì)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(lái)說(shuō)這個(gè)sheath層很薄，電場(chǎng)很強(qiáng)。ESC表面相對(duì)與等離子體處于低電位，如下圖所示，它們之間

10、會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓差，我們稱(chēng)之為自偏壓（self bias）。 也就是說(shuō)在一旦等離子體形成，圖片表面就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的偏壓，且這個(gè)偏壓與氣體種類(lèi)，RF大小，頻率都有關(guān)系。雙極性ESC使用過(guò)程中，+HV與-HV絕對(duì)直相等，這樣它們產(chǎn)生的夾持力是相等的，但由于在等離子蝕刻過(guò)程中，自偏壓（self bias）會(huì)疊加在圓片片表面，這會(huì)使得ESC夾持電壓對(duì)于其中一極較大，而對(duì)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(bǔ)償電壓。這個(gè)補(bǔ)償電壓最好接近于真實(shí)的圓片偏壓。在理想的雙極ESC中，圓片上的正電荷和負(fù)電荷（分別對(duì)應(yīng)ESC的負(fù)電荷和正極）的數(shù)量正好相等，圓片上下不存在靜電荷。 結(jié)束語(yǔ) ESC的應(yīng)用使得晶片在蝕刻的整個(gè)過(guò)程中被下電極系統(tǒng)中的靜電卡盤(pán)吸附固定住促成等離子體對(duì)晶片的蝕刻反應(yīng)。同時(shí)，靜電卡盤(pán)會(huì)對(duì)晶片實(shí)現(xiàn)溫度控制，以促進(jìn)晶片蝕刻的均勻性得以實(shí)現(xiàn)。靜電卡盤(pán)采用靜電引力來(lái)固定晶片，比起以前采用的機(jī)械卡盤(pán)和真空吸盤(pán)，具有很多優(yōu)勢(shì)。靜電卡盤(pán)減少了在使用機(jī)械卡盤(pán)由于壓力，碰撞等原因造