ウェーハハンドリングにおける静電チャック (ESC) テクノロジーの謎を解く

1. ESCとは何ですか?

ESC は静電気力を利用して、処理装置の真空環境内でウェーハまたは基板を安全に保持します。この方法では、繊細な表面を傷つけたり、応力破壊を誘発したりする可能性のある、従来の機械的クランプ方法に伴う損傷の可能性が排除されます。真空チャックとは異なり、ESC は圧力差に依存しないため、ウェーハ処理の制御性と柔軟性が向上します。

2. 静電付着の3原則

ESC によって生成される引力は、通常、クーロン力、ジョンソン・ラーベック力、勾配力という 3 つの静電気原理の組み合わせから発生します。これらの力は個別に作用することもありますが、多くの場合、相乗的に作用して安全な保持力を作り出します。

クーロン力:この基本的な静電力は、荷電粒子間の相互作用から発生します。 ESC では、チャック電極に電圧を印加すると電界が発生し、ウェーハとチャックの表面に逆の電荷が誘導されます。結果として生じるクーロン引力により、ウェーハが所定の位置にしっかりと保持されます。

ジョンソン・ラーベック部隊:ウェーハとチャック表面の間に微小な隙間が存在すると、ジョンソン・ラーベック力が作用します。この力は、印加電圧とギャップ距離に応じて、これらのマイクロギャップ内の導電性粒子と帯電した表面との相互作用から発生します。この相互作用により、ウェーハを引き寄せてチャックに密着させる引力が発生します。

勾配力:不均一な電界では、物体は電界強度が増加する方向に正味の力を受けます。勾配力として知られるこの原理は、電極の形状を戦略的に設計して不均一な電界分布を作り出すことによって ESC で利用できます。この力によってウェーハが最も電界強度の高い領域に引き寄せられ、確実かつ正確な位置決めが保証されます。

3. ESCの構造

一般的な ESC は、次の 4 つの主要なコンポーネントで構成されます。

ディスク：ディスクはウェーハの主な接触面として機能し、最適な接着を実現する平らで滑らかな界面を確保するために精密に機械加工されています。

電極：これらの導電性要素は、ウェーハの吸着に必要な静電力を生成します。制御された電圧を印加することにより、電極はウェーハと相互作用する電場を生成します。

ヒータ：ESC 内の統合ヒーターは、多くの半導体処理ステップで重要な要素である正確な温度制御を提供します。これにより、処理中のウェーハの正確な熱管理が可能になります。

ベースプレート:ベースプレートは ESC アセンブリ全体を構造的にサポートし、すべてのコンポーネントの適切な位置合わせと安定性を確保します。**