静电卡盘在蚀刻应用

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DCbias（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ABSTRACTWiththeglobaleconomicrecovery,integratedcircuitmanufacturingandusherinthespringoftheelectrostaticchuck,chuckandthesharpriseindemand,whilefortheetchingofourunderstandingoftheelectrostaticchuckismoreimportant,thewaferisanelectrostaticchuckelectrodesysteminthewholeprocessofetching(ESC)adsorptionfixed,andelectrostaticchuckintoRF,sothatRFDCbiaswillbeformedonthewafer(DCbias).Thisledtothewaferplasmaetchingreaction.Atthesametime,theelectrostaticchuckwillbeperformedonthewafertemperaturecontrol,inordertopromoteuniformityofwaferetching.Theelectrostaticchuckupanddownisaninsulatinglayer,isarrangedinthemiddlepartoftheelectrodelayer.WhentheappliedDCvoltageontheelectrodelayer,willappearintheelectrodelayerandthewaferdifferentcharge,resultinginCoulombattractionbetweentheelectrodelayerandthewafer,thewaferisadsorbedonthesurfaceoftheelectrostaticchuck.Keywords:electrostaticchuckunipolarityambipolarityplasma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：Electrostaticchuck）.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ESC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。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。BiasControlorsensorinput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sheath层，一般来说这个sheath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（selfbias）。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（selfbias）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。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[1]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.