常见的晶圆吸附技术

原创 芯片智造 Tom聊芯片智造 2023-08-08 11:45 发表于广东

晶圆的吸附技术是一个看似微不足道但至关重要的环节。不论是刻蚀、 沉积还是光刻， 晶圆必须被稳定 、 精确地固定在正确的位置上， 才能确保 高效的芯片生产 。 本文将深入探讨半导体机台中的几种晶圆吸附方式 ，分 析各自的优势和挑战等。

常见的几种晶圆吸附方式有：

机械真空吸附

机械真空吸附通过真空泵创建负压环境 ，真空泵用于从吸附区域抽气， 从而降低压力， 在晶圆与吸附盘之间产生真空区域 。 通常需要密封圈来确 保吸附区域的密封， 防止外界空气进入 。 这样可以产生足够的吸力来稳定 地吸附晶圆。

真空吸附盘的pin（吸附销） 的作用

pin提供了均匀的支撑点 ，保证晶圆在吸附过程中保持平整 ，避免因不 均匀的受力导致晶圆弯曲或破裂。

通过精确的pin设计， 可以确保晶圆准确地对准和放置在chuck上的预 定位置 ，为后续的加工流程提供精确的定位。

优势

可靠性: 机械真空吸附提供了稳定的吸附力 ，可确保晶圆在加工过程 中的稳定性。

通用性: 这种方法适用于不同尺寸和类型的晶圆 ，灵活性较高。

维护相对简单: 机械真空吸附系统较易维护。

缺陷

潜在损伤风险: 如果真空失效或操作不当 ，可能会损坏晶圆。

灵敏度: 对于极为脆弱或超薄的晶圆 ，机械真空吸附可能不是最佳选 择。

静电吸附

静电吸附（ Electrostatic Chuck ，简称ESC） 通常由一个绝缘体料制成 的吸附面 、 电极和电源组成 。 电极被嵌入在吸附面下方， 而绝缘体材料被 用来隔离电极和被吸附物体 。 通过向电极施加电压， 产生电场 。 该电场穿 过吸附面并感应在晶圆上， 使晶圆和吸附面之间产生静电吸引力 。 晶圆上 的自由电荷被吸引到电场的一侧 ，从而产生对吸附面的吸引力。

优点：

静电吸附不需要物理触碰晶圆， 因此减小了机械损伤和污染的风险。

通过改变施加的电压 ，可以精确控制吸附力的大小 ，使其适应不同的应 用和工艺要求。

一旦晶圆被吸附， 即使断电， 吸附力也会维持一段时间 ，不用担心晶圆 掉落下来。

伯努利吸盘（ Bernoulli Chuck）

Bernoulli Chuck 是根据Bernoulli 原理来设计的一款晶圆吸附装置 。 Bernoulli原理中提到 ，流体沿流线流动时， 当流体速度增加时 ，压力会减 小 ，反之亦然。

在Bernoulli Chuck中 ，气体从喷嘴中高速流出， 并且沿着晶圆的表面 流动 。 由于这种高速气流， 晶圆表面上的压力减小， 从而在晶圆和Chuck 之间产生一个压差 。 这个压差使晶圆被吸引到Chuck上， 但同时也被悬浮 在气流之上 ，从而减小了与Chuck的物理接触。

优点：

伯努利吸盘使晶圆与吸盘之间几乎没有物理接触。这有助于减少潜在的 机械损伤和污染。

使用惰性气体作为气垫 ，可以在各种温度和化学环境下稳定工作。

可以调节气流以适应不同大小和形状的晶圆。

缺点：

成本较高

对晶圆平整度的要求较高

噪音稍大