静电卡盘（ESC）的吸附力与温度控制

　　静电卡盘这个名字容易让人误解——它跟真空吸盘完全是两回事。

　　真空吸盘靠气压差固定晶圆，静电卡盘靠静电力。一个在大气环境用，一个在真空腔室里用。刻蚀机、CVD设备内部是真空环境，没有空气，真空吸盘没法工作，只能用静电卡盘。

　　那静电力怎么来的?简单说就是静电感应。卡盘内部嵌着一层电极，通电后在卡盘表面和晶圆之间形成一个电场，正负电荷互相吸引，晶圆就被"吸"住了。

　　吸附力来自两种不同的静电力：约翰逊-拉别克力和库仑力。

　　约翰逊-拉别克力适用于半导体晶圆这种有一定导电性的材料。电场在卡盘表面和晶圆之间形成微小间隙，电荷通过间隙产生吸引力。这个力比较强，响应也快。

　　库仑力适用于绝缘材料。电场直接穿透介质层，在晶圆内部感应出相反的电荷。这个力稳定但略弱。

　　问：静电卡盘的吸附力有多大?

　　答：一般在5到30托(Torr)的等效吸附压力。换算下来，一个12寸晶圆(表面积约700平方厘米)受到的总吸附力大约在几十到上百牛顿。够用，但不会把晶圆压变形。

　　光能吸住还不够，温度控制才是ESC的硬功夫。

　　刻蚀和沉积过程中等离子体释放大量热量，晶圆表面温度瞬间可以升到几百度。如果不控温，光刻胶会烧掉，薄膜沉积质量也会出问题。

　　ESC的温控靠三个系统配合：卡盘内部的冷却通道、氦气背吹、以及加热元件。

　　冷却通道里通着冷却液，把卡盘主体的温度维持在设定值。氦气背吹是从卡盘表面的微孔向晶圆背面吹氦气，氦气导热性好，能把晶圆的热量快速传到卡盘上。加热元件则用于工艺需要升温时，比如CVD的某些沉积步骤。

　　这三套系统配合下来，晶圆表面温度可以控制在正负0.5到1度以内。

　　ESC最怕两个问题：吸附力不均匀导致晶圆翘曲，以及氦气泄漏。

　　晶圆一旦翘曲，光刻对不准，刻蚀深度不一致，整批良率直接掉。氦气泄漏则会导致晶圆局部过热，严重的会烧坏晶圆。这两个问题都和ESC的陶瓷层质量和表面平整度直接相关。

　　深圳方泰新材料技术有限公司具备静电卡盘用陶瓷基板的精密加工能力，可满足高平整度、高绝缘性能和高导热陶瓷层的定制需求。

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