เทคโนโลยี Electrostatic Chuck (ESC) ที่ไขปริศนาในการจัดการเวเฟอร์

1. ESC คืออะไร

ESC ใช้แรงไฟฟ้าสถิตเพื่อยึดเวเฟอร์หรือซับสเตรตไว้อย่างแน่นหนาภายในสภาพแวดล้อมสุญญากาศของอุปกรณ์การประมวลผล วิธีนี้ช่วยลดโอกาสที่จะเกิดความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับวิธีการจับยึดเชิงกลแบบเดิมๆ ซึ่งอาจเกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวที่ละเอียดอ่อนหรือทำให้เกิดการแตกหักของความเครียดได้ ต่างจากหัวจับสุญญากาศ ESC ไม่ใช้ความแตกต่างของแรงดัน ทำให้สามารถควบคุมและมีความยืดหยุ่นในการจัดการเวเฟอร์ได้มากขึ้น

2. หลักการสามประการของการยึดเกาะด้วยไฟฟ้าสถิต

แรงดึงดูดที่สร้างโดย ESC มักเกิดขึ้นจากการรวมกันของหลักการไฟฟ้าสถิตสามประการ: แรงคูลอมบ์ แรงจอห์นสัน-ราห์เบก และแรงไล่ระดับ แม้ว่าพลังเหล่านี้สามารถดำเนินการเป็นรายบุคคลได้ แต่ก็มักจะทำงานร่วมกันเพื่อสร้างการยึดที่ปลอดภัย

แรงคูลอมบ์:แรงไฟฟ้าสถิตพื้นฐานนี้เกิดขึ้นจากอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุ ใน ESC แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอิเล็กโทรดหัวจับจะสร้างสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดประจุตรงกันข้ามบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์และหัวจับ แรงดึงดูดของคูลอมบ์ที่เกิดขึ้นจะยึดแผ่นเวเฟอร์ไว้อย่างแน่นหนา

จอห์นสัน-ราห์เบก ฟอร์ซ:เมื่อมีช่องว่างเล็กน้อยระหว่างพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์และหัวจับ แรงของ Johnson-Rahbek จะเข้ามามีบทบาท แรงนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และระยะห่างของช่องว่าง ซึ่งเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของอนุภาคที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าภายในช่องว่างขนาดเล็กเหล่านี้กับพื้นผิวที่มีประจุ ปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่จะดึงแผ่นเวเฟอร์มาสัมผัสกับหัวจับอย่างใกล้ชิด

แรงไล่ระดับสี:ในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ วัตถุจะมีแรงลัพธ์ในทิศทางที่ความแรงของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น หลักการนี้เรียกว่าแรงไล่ระดับ ซึ่งสามารถควบคุมได้ใน ESC โดยการออกแบบเรขาคณิตของอิเล็กโทรดอย่างมีกลยุทธ์ เพื่อสร้างการกระจายสนามที่ไม่สม่ำเสมอ แรงนี้จะดึงเวเฟอร์ไปยังบริเวณที่มีความเข้มของสนามสูงสุด เพื่อให้มั่นใจถึงตำแหน่งที่ปลอดภัยและแม่นยำ

3. โครงสร้าง ESC

ESC ทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสี่ส่วน:

ดิสก์:จานทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสัมผัสหลักสำหรับแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งได้รับการตัดเฉือนอย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนต่อประสานที่เรียบและเรียบเนียนเพื่อการยึดเกาะที่เหมาะสมที่สุด

อิเล็กโทรด:องค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเหล่านี้สร้างแรงไฟฟ้าสถิตที่จำเป็นสำหรับการดึงดูดแผ่นเวเฟอร์ ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้าที่ควบคุม อิเล็กโทรดจะสร้างสนามไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยากับแผ่นเวเฟอร์

เครื่องทำความร้อน:เครื่องทำความร้อนแบบรวมภายใน ESC ให้การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในขั้นตอนการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์หลายขั้นตอน ช่วยให้สามารถจัดการระบายความร้อนของเวเฟอร์ได้อย่างแม่นยำในระหว่างการประมวลผล

แผ่นฐาน:แผ่นฐานให้การสนับสนุนโครงสร้างสำหรับชุดประกอบ ESC ทั้งหมด ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมและความเสถียรของส่วนประกอบทั้งหมด-