หัวจับไฟฟ้าสถิต (ESC) คืออะไร?

ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำและความเสถียรของกระบวนการแกะสลักเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งในการบรรลุการแกะสลักคุณภาพสูงคือ การทำให้แน่ใจว่าเวเฟอร์จะราบเรียบบนถาดอย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการ การเบี่ยงเบนใด ๆ สามารถนำไปสู่การทิ้งระเบิดไอออนที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดมุมที่ไม่พึงประสงค์และการเปลี่ยนแปลงของอัตราการแกะสลัก เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ วิศวกรจึงได้พัฒนาหัวจับไฟฟ้าสถิต (ESC)ซึ่งได้รับการปรับปรุงคุณภาพการแกะสลักและความเสถียรอย่างมาก บทความนี้เจาะลึกเกี่ยวกับการออกแบบและฟังก์ชันการทำงานของ ESC โดยมุ่งเน้นไปที่ประเด็นสำคัญประการหนึ่ง: หลักการเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตที่อยู่เบื้องหลังการยึดเกาะของแผ่นเวเฟอร์

การยึดเกาะของแผ่นเวเฟอร์ไฟฟ้าสถิต

หลักการเบื้องหลังเอสซีความสามารถในการยึดแผ่นเวเฟอร์อย่างปลอดภัยนั้นอยู่ที่การออกแบบด้วยไฟฟ้าสถิต มีการกำหนดค่าอิเล็กโทรดหลักสองแบบที่ใช้เอสซีs: การออกแบบอิเล็กโทรดเดี่ยวและอิเล็กโทรดคู่

การออกแบบอิเล็กโทรดเดี่ยว: ในการออกแบบนี้ อิเล็กโทรดทั้งหมดจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งเอสซีพื้นผิว. แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ให้แรงยึดเกาะและความสม่ำเสมอของสนามในระดับปานกลาง

การออกแบบอิเล็กโทรดคู่: อย่างไรก็ตาม การออกแบบอิเล็กโทรดคู่ใช้แรงดันไฟฟ้าทั้งบวกและลบเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งและสม่ำเสมอมากขึ้น การออกแบบนี้ให้แรงยึดเกาะที่สูงขึ้น และช่วยให้แน่ใจว่าแผ่นเวเฟอร์ถูกยึดไว้อย่างแน่นหนาและสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว เอสซี

เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไปที่อิเล็กโทรด สนามไฟฟ้าสถิตจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดและแผ่นเวเฟอร์ ฟิลด์นี้ขยายผ่านชั้นฉนวนและโต้ตอบกับด้านหลังของแผ่นเวเฟอร์ สนามไฟฟ้าทำให้ประจุบนพื้นผิวเวเฟอร์กระจายหรือโพลาไรซ์ สำหรับเวเฟอร์ซิลิคอนที่เจือ ประจุอิสระจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า โดยประจุบวกจะเคลื่อนไปทางอิเล็กโทรดลบ และประจุลบจะเคลื่อนไปทางอิเล็กโทรดบวก ในกรณีของแผ่นเวเฟอร์ที่ไม่มีการเจือปนหรือเป็นฉนวน สนามไฟฟ้าทำให้เกิดการกระจัดของประจุภายในเล็กน้อย ทำให้เกิดไดโพล แรงไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นจะเกาะแผ่นเวเฟอร์เข้ากับหัวจับอย่างแน่นหนา ความแรงของแรงนี้สามารถประมาณได้โดยใช้กฎของคูลอมบ์และความแรงของสนามไฟฟ้า