Problèmes de fabrication du mandrin électrostatique

Résumé : Les mandrins électrostatiques utilisent la force électrostatique pour maintenir les plaquettes à leur surface et sont principalement utilisés dans les procédés sous vide tels que la gravure plasma. Nous décrirons brièvement les difficultés du procédé de fabrication, notamment en termes de choix des matières premières, de procédés de frittage et de contrôle de la température.

Ⅰ. Qu'est-ce qu'un mandrin électrostatique ?

L'électrostatique mandrin Il s'agit d'un outil de serrage pour le transfert et le transport des plaquettes. Ce dispositif utilise le principe de l'adsorption électrostatique pour adsorber les plaquettes à traiter à sa surface et réguler la température de la surface par soufflage de gaz.

Ⅱ. Caractéristiques du mandrin électrostatique

Le mandrin électrostatique évite les dommages irréparables aux plaquettes causés par la pression, la collision et d'autres raisons mécaniques lors de l'utilisation de mandrins mécaniques traditionnels, réduit la contamination par les particules, augmente la zone de traitement efficace des plaquettes, surmonte les défauts du vide mandrins Incompatible avec les environnements basse pression, il assure l'uniformité thermique de la surface des plaquettes. Ses principales caractéristiques incluent une adsorption de haute précision, un excellent contrôle de la température, une résistance au plasma, une réactivité rapide et une grande fiabilité. Il a ainsi remplacé les mandrins mécaniques et à vide traditionnels et est devenu un équipement semi-conducteur essentiel pour les pièces à usage général.

Ⅲ. Indicateurs techniques :

3.1 Type ESC

3.2 Conditions de travail

3.3 Performances ESC

Ⅳ. Difficultés de fabrication du mandrin électrostatique

1. Sélection des matières premières : Électrostatique mandrins Les exigences en matière de matériaux utilisés sont très élevées. Par exemple, les matériaux céramiques doivent présenter une grande pureté, d'excellentes propriétés isolantes et une excellente résistance afin de maintenir des performances stables dans des environnements difficiles tels que les températures élevées et les environnements fortement corrosifs. Les matériaux d'électrode, quant à eux, doivent présenter une bonne conductivité électrique pour assurer une distribution efficace du champ électrique et une adsorption suffisante.

✔ Matériau du substrat : Le substrat est généralement fabriqué en céramique, généralement en alumine ou en nitrure d'aluminium. La céramique au nitrure d'aluminium est un nouveau type de matériau largement plébiscité par l'industrie. Elle présente d'excellentes propriétés mécaniques et une conductivité thermique très élevée. C'est pourquoi les mandrins électrostatiques haut de gamme utilisent le nitrure d'aluminium comme couche de base. Actuellement, compte tenu du coût et des difficultés techniques, la préparation de poudre de nitrure d'aluminium de haute pureté est bien plus coûteuse que celle de l'alumine.

✔Matériaux de couche d'électrode : matériaux de couche d'électrode, la pâte d'argent conductrice en raison d'une excellente conductivité à température ambiante, de la dureté, de l'adhérence et de la résistance à la flexion est plus couramment utilisée.

✔ Matériaux de la couche d'adsorption : la couche d'adsorption étant la couche de structure fonctionnelle la plus importante dans le mandrin électrostatique, le choix des matériaux a un grand impact sur sa fonctionnalité, selon l'analyse du principe du mandrin électrostatique, la résistivité du corps du matériau de la couche d'adsorption doit être contrôlée dans le 108 ~ 109Ω-cm afin de répondre aux exigences fonctionnelles.

Parallèlement, la couche d'adsorption doit présenter une conductivité thermique élevée, une résistance élevée à l'abrasion, de bonnes propriétés électriques et un coefficient de dilatation thermique adapté à celui de la puce de silicium. Par conséquent, le matériau principal de la couche d'adsorption est la céramique au nitrure d'aluminium, et le dopage de la résistance permet d'obtenir une résistivité corporelle conforme aux exigences fonctionnelles.

2. Frittage : Après avoir déterminé la structure globale de la céramique électrostatique à trois couches de nitrure d'aluminiummandrin, il existe deux méthodes de fabrication différentes.

✔ Frittage intégral : Frittage intégral du mandrin électrostatique, où les trois couches sont frittées ensemble. L'avantage est de réduire les étapes du processus et de sécuriser l'assemblage de la structure à trois couches. Cependant, l'inconvénient est que le processus de frittage est difficile à améliorer, car les trois couches ont été frittées avec des matériaux différents. Les conditions de frittage sont très différentes, ce qui rend le frittage simultané très complexe.

✔ Frittage en couches : Frittage en couches de mandrins électrostatiques, après quoi les couches sont encapsulées et connectées pour garantir leur fonctionnalité. L'avantage réside dans le fait que chaque couche est traitée séparément, ce qui permet de ne pas restreindre les conditions de traitement des autres couches et de garantir la qualité de chaque usinage. Cependant, l'inconvénient réside dans l'augmentation du nombre d'étapes de traitement, la nécessité de traiter chaque couche après l'augmentation du processus d'encapsulation et de connexion, et la nécessité de garantir que la connexion n'affecte pas les performances de chaque couche.

3. Contrôle de la température : le contrôle de la température des plaquettes est crucial pour le processus de fabrication des semi-conducteurs. Les mandrins électrostatiques en céramique doivent contrôler précisément la température des plaquettes par chauffage ou refroidissement. Cela nécessite des mandrins électrostatiques dotés de capacités de contrôle de température efficaces, notamment une technologie de contrôle de température par zones, pour répondre aux exigences de température des différents segments du processus.

Le mandrin électrostatique en céramique utilise principalement le gaz de soufflage arrière et le circuit de refroidissement interne pour contrôler la température de la plaquette. En ajustant la pression du gaz de soufflage arrière, on peut améliorer l'efficacité de la dissipation thermique de la plaquette et ainsi réduire efficacement la température de la plaquette. La pression du gaz de soufflage arrière entraînera la plaquette, ce qui empêchera le processus d'être exécuté. À ce stade, il est nécessaire de procéder à une électrostatique. mandrin en utilisant le mécanisme d'adsorption électrostatique sera fixé à la plaquette sur la surface, donc l'ampleur de la force électrostatique d'adsorption Par conséquent, la taille de la force électrostatique affecte indirectement le contrôle de la température de la plaquette.

La taille de la force d'adsorption électrostatique doit être contrôlée dans une certaine plage, trop petite entraînera une mauvaise adsorption de la plaquette facilement soufflée par le gaz arrière, trop grande entraînera une déformation de la plaquette, détruisant la structure de la plaquette en même temps affectant la désorption.