静电吸盘(E-Chuck, 也称ESC)是集成电路设备的重要部件之一,广泛用于刻蚀、PVD、CVD等设备中。静电吸盘的主要功能体现在如下3个方面。
(1)通过静电吸附的方式承载、固定圆片。
(2)利用低温冷却器或加热器对静电吸盘进行温度控制,通过在静电吸盘与圆片之间通人氦气,使得圆片与吸盘可以更好地进行热传导,间接控制圆片的温度。
(3)为圆片提供偏压射频功率。
按照电极数量划分,静电吸盘分为单极型和双极型;按照静电吸附力的原理模型划分,静电吸盘分为库伦(Coulomb) 型(纯电介质吸盘)和约翰森-拉贝克(Johnsen -Rahbek, J-R)型(掺杂电介质吸盘)。这两种类型的静电吸盘都是靠静电荷的异性相吸来固定圆片的。约翰森-拉贝克型静电吸盘的吸力比库仑型静电吸盘的吸力大,其电介质通常是掺杂的氮化铝陶瓷材料,有较好的导热性。一般来讲,静电吸盘均利用的是库仑力和约翰森-拉贝克力的组合作用。
静电吸盘结构一般由吸盘基体、表面陶瓷介质层(内嵌直流电极)、氦气沟道、温度传感器、冷却液通道和射频引入端等部分构成,如图8-256所示。
在静电吸盘的表面陶瓷介质层中镶嵌着一个直流电极 (比圆片稍小),电极被接通到高压(低流)直流电源后,电介质表面会产生极化电荷(对约翰森-拉贝克型静电吸盘而言,不仅有极化电荷,还有很大部分的自由电荷),而电介质的表面电荷会产生电场,该电场会使吸盘上的圆片表面相应产生极化电荷(包括部分自由电荷);分布在圆片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反,产生吸引力,于是圆片被吸盘吸住。
除了直流电极,静电吸盘中还有射频电极引入端,用来提供圆片处理过程中需要的射频偏置功率。另外,还配置有用于冷却和控温的冷却液通道和氦气沟道。