晶圆静电吸附（ ESC） 详解

原创 芯片智造 Tom聊芯片智造 2023-08-09 09:43 发表于广东

上节 ，我们讲了半导体制造过程中 ，三种常见的晶圆吸附技术 ，见文章

常见的晶圆吸附技术

今天 ，我们特别要对其中的静电吸附进行更详细的解析。静电吸盘在半 导 体 设 备 中 十 分 常 见 ， 它 被 广 泛 用 作 半 导 体 制 造 工 艺 （ PVD 、 CVD 、 ETCH） 中固定硅片。详细了解其原理 ，构造 ，有助于优化相关工艺。

什么是ESC？

ESC， Electrostatic Chuck， 即静电吸附。

当处理用于制造芯片的硅片和用于液晶面板的玻璃基板时 ，需要将它们 吸附并固定在设备的真空室中 。 此时， 传统的用爪子固定的方法很可能会 划伤晶圆， 并且对特定部位施加强力可能会导致碎裂 。 另外， 如果采用真 空吸附， 则无法采用像吸盘那样减压吸附的方法 。 因此， 出现了利用静电 的方法。

ESC的三种吸附原理

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静电吸盘吸引力一般涉及三种吸附原理（库仑力、 约翰逊-拉贝克力， 梯度力） 但并不总是只有一种力在起作用， 多种力结合起来产生一种吸引 物体的力。

库仑力: 库仑力是电荷间的相互作用力， 由库仑定律定义。在静电吸 附中， 当电压施加到吸附电极上时 ，将在晶圆和吸附表面之间产生电荷 。 这些电荷之间的相互吸引力就是库仑力。

约翰逊-拉贝克力（ Johnson-Rahbek Force） : 当晶圆与吸附表面之间 存在非常细微的间隙时 ，约翰逊-拉贝克力可能起作用。这种力的大小取决 于施加的电压和接触面之间的距离 。 当施加电压时， 这些间隙中的导电颗 粒与两个接触表面产生相互作用 。 这种相互作用产生了一种吸引力 ，将晶 圆牢固地吸附到了装置上。

电场梯度力: 在一个非均匀的电场中， 更强的电场会在物体的一侧产生 更大的力， 而更弱的电场会在另一侧产生较小的力 。 这种力的差异就产生 了一个有方向的总合力， 即梯度力 。 梯度力通常与电场的非均匀分布有 关 。 在静电吸附中， 如果电场在晶圆和吸附表面之间不均匀分布， 就会产 生梯度力。这种力可以使晶圆向电场更强的区域移动。

ESC的结构

静电吸盘通常由disk， electrode,heater,baseplate组成 ，各组件的作 用如下：

Disk（盘） : 这是静电吸盘的主要工作区域， 晶圆直接与之接触并被吸 附

Electrode（电极） :电极用于产生所需的静电力 ，通过施加电压产生电 场 ，从而使物体吸附在盘上。

Heater（加热器） :加热器可用于控制静电吸盘的温度 ，这在许多半导 体处理步骤中可能是必需的。

Baseplate（底板） :底板为整个静电吸盘提供结构支撑 ，并确保所有组 件的正确对齐和稳定。

ESC的电源

电源是为静电吸盘提供电源的设备， 它在吸附晶圆或其他物体时产生所 需的电场。根据应用的不同， ESC电源可能需要提供不同的电压范围。有些 应用可能需要更高的电压以产生更强的吸附力。