您好,欢迎光临深圳方泰新材料技术有限公司官网!

深圳方泰新材料技术有限公司

深圳方泰新材料技术有限公司

方圆有度 安若泰山-专注半导体先进陶瓷20年

全国咨询服务热线

0755-27826396

行业动态

热门关键词:精密陶瓷柱塞陶瓷吸盘多孔陶瓷吸盘碳化硅陶瓷吸盘陶瓷机械手臂陶瓷手指陶瓷吸附平台
联系方式
联系我们

联系人:刘丽
电 话:0755-27826396
地 址:广东省深圳市宝安区新安街道海乐社区兴华一路北厂房3栋B4楼

静电吸盘的基本构造和原理

发布时间:2024-09-20 点击量:1037

静电吸盘主要分为库仑类和迥斯热背类两类。两类吸盘都靠静电荷的同性相吸来固定硅片。吸盘与晶片接触的表面有一层电介质,以前多为有机材料或阳极氧化层,现在普遍采用陶瓷。纯电介质做成的吸盘为库仑类,参杂电介质做成的吸盘为迥斯热背类。


在吸盘的电介质层中镶嵌着一个直流电极,大小与硅片相当且稍小,用以接通到高压(低流)直流电源。在没有等离子体的情况下,当直流电极被接通到高压(低流)直流电源后,对于库仑吸盘而言,电介质的表面会产生极化电荷;如果是迥斯热背类吸盘,电介质表面不仅有极化电荷,还有很大部分自由电荷,这是因为其电介质有一定导电性。电介质的表面电荷会产生电场,这一电场会进一步在置于吸盘之上的晶片表面产生极化电荷,也可能包括部分自由电荷,取决于晶片的类型及晶片表面的膜是否有导电性或绝缘性。分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反,从而使晶片被吸盘吸住。


在没有等离子体的情况下,如果关掉被接通到直流电极的高压(低流)直流电源,假若分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷都是极化电荷,则晶片就被释放了,即吸力自动消失;假若分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷中有一部分是自由电荷,即使关掉电源,晶片也不会完全被释放,通常需要用反向的静电压来强制消除残留电荷,然后才能释放晶片。在有等离子体的情况下,由于直流自偏压的缘故,即使关掉电源,即在吸盘电压为零的情况下,晶片仍然会被吸盘吸住。一般来说,迥斯热背类吸盘的吸力比库仑类的大,在对晶片温度控制要求很高的蚀刻机中,越来越多地采用迥斯热背类吸盘,其电介质通常是参杂的氮化铝陶瓷材料,氮化铝有很好的导热性。此外,晶片处理过程中,需要把晶片牢牢地吸到吸盘表面,主要是增加晶片与吸盘之间的传热,晶片背面与吸盘表面之间的氦气是传热的重要媒介。在吸盘中,除了直流电极外,还有射频电极,用来提供晶片处理过程中需要的射频偏置功率。同时,吸盘中也需要冷却液的循环渠道和氦气的气道。


静电吸盘的分类有哪些


静电吸盘主要分为库仑类和迥斯热背(JR 或 Johnsen-Rahbek)类。库仑静电吸盘是市场主流产品,占比超过七成。库仑类静电吸盘利用静电荷的同性相吸来固定硅片,其与晶片接触的表面之介电层为高阻抗陶瓷材料,当电极被接通到高压直流电源后,介电质的表面会产生极化电荷,从而吸附晶片。JR 型静电吸盘的介电质有一定导电性,不仅有极化电荷,还有很大部分自由电荷,吸力通常比库仑型的大。此外,依据吸附原理和应用场景的不同,静电吸盘还可分为电容式静电吸盘、电感式静电吸盘和永磁式静电吸盘等。在实际应用中,不同类型的静电吸盘适用于不同的领域,如在对晶片温度控制要求很高的蚀刻机中,越来越多地采用迥斯热背类吸盘。


库仑类静电吸盘的原理


库仑类静电吸盘利用库仑定律中的静电相互作用来吸附工件表面。吸盘与晶片接触的表面有一层电介质,以前的吸盘用的电介质多为有机材料或阳极氧化层,现在已普遍采用陶瓷。纯电介质做成的吸盘为库仑类。在吸盘的电介质层中镶嵌着一个直流电极,当电极被接通到高压(低流)直流电源后,介电质的表面会产生极化电荷。分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反,晶片即会被吸盘吸住。由于库伦力是静止电荷之间的相互作用,所以吸附和解吸附可以迅速切换,但由于吸附力较小,电极需要高电压。例如在 ETCH 过程中,wafer 与 electron 之间通过不同种电荷之间的库仑力相互吸引,使 wafer 稳定在电极上。单极型库仑类静电吸盘,wafer 从 plasma 中获取电荷,电极通电产生异向电荷,从而产生吸附;双极型库仑类静电吸盘,电源正负极均接在电极上,wafer 在内部被极化,能够在没有 plasma 情况下被吸附。


迥斯热背类静电吸盘的原理


迥斯热背型静电吸盘(JR ESC)以其发明者约翰・约翰森和克劳斯・拉贝克的名字命名。JR 型静电吸盘的工作原理与其他静电吸盘相同,在吸盘和基板之间产生静电力,以在处理过程中将其牢固地固定到位。JR 型静电吸盘的一个显着特点是即使在相对较低的电压下也能产生强大的夹紧力。这是通过独特的几何设计来实现的,该设计优化了电场的分布,从而增强了钳位性能,同时最大限度地减少了功耗和对基板的潜在损坏。JR 吸盘通常由散布有导电电极的介电层堆叠组成。当向这些电极施加电压时,卡盘和基板之间会产生电场,从而产生将基板固定到位的静电吸引力。迥斯热背型卡盘是利用热力学背压原理,通过控制卡盘表面的温度分布和压力差,使硅片背面受到向上的热压力,从而更好地固定硅片并提高其稳定性。这种热力学背压作用能够进一步增强静电卡盘的吸附效果,并有助于减少热应力在硅片上产生的变形和裂纹等问题。


静电吸盘的电介质材料


静电吸盘的电介质材料主要有陶瓷材料,如氧化铝陶瓷、高纯氮化铝、氧化硅等。氧化铝是目前最常见的静电吸盘主体材料,它在电绝缘方面相比于金属材料有着先天优势;与 PU 材质相比,氧化铝陶瓷则耐磨耗不掉屑。在对晶片温度控制要求很高的蚀刻机中,越来越多地采用迥斯热背类吸盘,其电介质通常是参杂的氮化铝陶瓷材料。氮化铝有很好的导热性。目前普遍的静电吸盘技术主要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料。陶瓷材料具有良好的导热性,耐磨性及高硬度且对比金属材料在电绝缘方面有着先天的优势。


静电吸盘的电极作用


静电吸盘的电极用于产生所需的静电力,通过施加电压产生电场,从而使晶圆吸附在盘上。在库仑类静电吸盘中,电极被接通到高压直流电源后,介电质的表面会产生极化电荷,晶片背面的电荷与吸盘上面的电荷极性相反,从而吸附晶片。在迥斯热背类静电吸盘中,电极施加电压时,卡盘和基板之间会产生电场,产生将基板固定到位的静电吸引力。例如在芯片制造里,静电吸盘向内部设置的电极施加电压,利用静电力将要吸附的物体固定住。在内部电极上施加正负电压,晶圆中的电荷就会移动,从而被内部电极吸引,产生静电力,晶圆就会被吸附在吸盘上。


静电吸盘作为一种在半导体制造等领域广泛应用的装置,其分类明确、原理复杂且电介质材料和电极作用各有特点。不同类型的静电吸盘在不同的应用场景中发挥着重要作用,为半导体制造等高精度行业提供了可靠的解决方案。随着技术的不断进步,静电吸盘的性能将不断提升,应用领域也将进一步拓展。


热门标签:精密陶瓷柱塞陶瓷吸盘多孔陶瓷吸盘碳化硅陶瓷吸盘陶瓷机械手臂陶瓷手指陶瓷吸附平台陶瓷气浮平台陶瓷末端执行器多孔质陶瓷真空吸盘

联系我们

服务热线
0755-27826396
深圳方泰新材料技术有限公司
地址:广东省深圳市宝安区新安街道海乐社区兴华一路北厂房3栋B4楼
备案编号:粤ICP备2023071030号-1