7、ETCH设备之静电吸盘（ESC）介绍

ETCH过程中，wafer需要固定在chamber底部，早期的wafer是靠物理方法固定，即机械夹具，后来随着制程的不断进步，渐渐被静电吸盘（ESC:Electro-Static-Chuck）替代，同时ESC还作为下电极。

静电吸盘的基本原理是异向电荷之间相互吸引，即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。从结构上可分为：单极型和双极型，从静电吸盘材料上可分为库仑力型和迥斯热背型。

单极型静电吸盘，wafer从plasma中获取电荷，电极通电产生异向电荷，从而产生吸附。

图1 单极型静电吸盘示意图

双极型静电吸盘，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。

图2 双极型静电吸附示意图

库伦力型静电吸盘，电极与wafer之间被绝缘体隔绝，电极施加高电压时，wafer背面会诱发相反电荷，从而产生电荷间库伦力。

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这里带大家回忆一下高中物理，库仑力的定义是在真空中两个静止的点电荷Q1与Q2之间的相互作用力的大小和Q1、Q2的乘积成正比，和它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

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因为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。

图3 库伦力型静电吸盘示意图

迥斯热背型（Johnson-Rahbek）静电吸盘，电极与wafer之间的材料是导体(掺杂)，当在电极上施加电压时，由于电荷能够移动而集中在表面附近，使得正负电荷之间距离接近，吸附力较大，但由于电荷移动需要时间，吸附和解吸附需要一定时间。

图4 迥斯热背型静电吸盘

ESC除了固定wafer作用外，另外一个功能是温度控制，静电吸盘上面有一圈一圈的小孔，小孔里面会通He气，通过气体循环流动进行热传递，从而稳定控制wafer的温度。

现在大部分的ETCH机台都有ESC，但mattson机台除外，它主要作用是烧PR，不用精确wafer控制温度，通过物理方法固定即可。

最后给大家留个问题：wafer与ESC之间是物理接触吗？还是wafer与ESC之间有距离，悬浮在空中？欢迎专业人士拍板！