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鄒小姐：13326633089 -
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在超大規模集成電路制造過程中有幾百步工藝步驟，晶圓需要在多達幾百個工藝設備之間來回傳輸并進行加工檢測。在加工過程中，因為加工工藝涉及了光路、等離子體及帶電粒子技術等，為了保證IC的制造質量，必須確保晶圓在工藝設備之間的傳輸過程中保持絕對的平穩，同時還需保證晶圓在加工載荷的作用下不會翹曲變形或偏移，這對晶圓的夾持技術提出了嚴格的要求。
在長達多年對半導體制造加工技術的探索改進過程中，人們對于晶圓的夾持嘗試過不同的方法。
（1）機械夾持方法
采用機械活動夾鉗來夾持晶圓，等到加工完畢后再將夾鉗松開取出晶圓。但晶圓對比與一般的機械加工件更加脆弱并容易發生翹曲現象，同時對加工精度也要求更高。這種方法會使晶圓的邊緣處造成損傷，同時很容易翹曲對其加工精度有很大影響。
（2）石蠟粘結方法
此方法將加熱熔化的粘結劑滲入到晶圓與夾具之間，通過對晶圓加壓使其可以平整地固定在基板上。石蠟粘結法的優點在于，石蠟柔軟的性質可以保護晶圓不受損傷，基本無變形，加工后的殘余變形也很小，可使晶圓具有很高的平面度，且加工精度較高。但此方法的缺點是，在整個夾持過程需要對石蠟進行加熱、粘結、剝離及清潔，效率很低，同時粘結劑會對晶圓的清潔度造成較大影響，并且很難保證石蠟粘結層的均勻性并保證無氣泡。
（3）真空吸盤
真空吸盤最早是用來在平面磨床中夾持非金屬工具的，這種真空吸盤由中間的多孔陶瓷和邊緣的密封環組成。工作時利用多孔陶瓷上小孔將晶圓與陶瓷表面之間的空氣抽出，晶圓由于負壓被吸附在吸盤表面，從而固定。等到加工結束后，內部的等離子水會從陶瓷表面孔內流出，使晶圓較好的剝離且同時清洗表面。
雖然真空吸盤在精密磨削加工中應用廣泛，但這種方法明顯的缺陷是，當晶圓被真空吸盤吸附在吸盤表面時，晶圓會由于空氣壓力或者有微小顆粒吸入使局部變形，從而影響表面平整度，使加工精度下降。另外，晶圓的一些加工步驟需要在真空環境下進行，而真空吸盤在真空環境下則完全無法工作，這種情況下只能選擇其他的夾持方式來固定晶圓。
（4）靜電吸盤
這種方案通過靜電吸附作用來固定晶圓，其優點在于吸附作用均勻分布于晶圓表面，晶圓不會發生翹曲變形，吸附作用力持續穩定，可以保證晶圓的加工精度；靜電吸盤對晶圓污染小，對晶圓無傷，可以應用于高真空環境中。
現代半導體制造工藝中晶圓的加工過程有著多道工序，如等離子體浸沒離子摻雜、離子注入、物理氣相沉積、化學氣相沉積等，每一道工序都需要保證晶圓的平穩固定，靜電吸盤的這些優勢，使其已經成為應用最廣泛的晶圓夾持工具，是PVD、ETCH、離子注入等高端裝備的核心部件。
靜電吸盤吸附晶圓過程
小編在初步了解到靜電吸盤時，發現國內陶瓷行業極少對此類高尖端應用領域有所涉及，許多從業人員甚至并不知自己所做的陶瓷材料還有這方面的用途，國內在半導體領域，尤其是第三代半導體——如今炒得火熱的碳化硅半導體產業鏈的陶瓷材料應用，幾乎算是一片空白。
目前普遍的靜電吸盤技術主要是以氧化鋁陶瓷或氮化鋁陶瓷作為主體材料，因為陶瓷材料具有良好的導熱性，耐磨性及高硬度且對比金屬材料在電絕緣方面有著先天的優勢。靜電吸盤由于其功能的特殊性，要求其制造材料屬于半導體材料（體電阻率在10-3~1010Ω·cm)，所以靜電吸盤也并不是純氧化鋁或純氮化鋁制造，而是在其中加入了其他導電物質使得其總體電阻率滿足功能性要求。
成熟的靜電吸盤產品目前僅有國外少數幾家公司可以供應，如京瓷、NGK等，可以在京瓷的半導體領域產品中看到幾種靜電吸盤（ESC）常用材質分別為氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷及藍寶石。
京瓷的靜電吸盤產品
對于普通的硅晶圓加工，高純氧化鋁或藍寶石可以滿足要求，但若用在碳化硅晶圓加工，導熱性就有所不足了，必須要用氮化鋁才能達到要求。
據聞，氮化鋁在半導體領域的應用在國外已成為氮化鋁陶瓷的主要市場，目前芯片大廠所用的半導體加工設備上的氮化鋁靜電吸盤，大部分來自于NGK。最高端的靜電吸盤甚至可以賣到幾十萬到上百萬人民幣，真不愧是陶瓷產品中的“奢侈品”。
目前成熟的靜電吸盤技術主要根據不同的吸附力類型分為J-R型靜電吸盤及庫侖力型靜電吸盤。而無論是J-R型靜電吸盤還是庫侖力型靜電吸盤的主體結構都是三部分:電介質吸附層、電極層、基底層，三部分都以層狀結構疊合在靜電吸盤內。一般的靜電吸盤直接由這三層主體機構構成并加入部分輔助結構如電極柱、導熱通道、固定孔等。
但不同的晶圓加工工序，對靜電吸盤的要求也各不相同，用于不同應用要求的靜電吸盤在總體結構上往往不同，其次在電極層的設計上也存在較大的差別，如雙半圓雙極型電極層、六相型電極層或是異形狀電極層。
三層型靜電吸盤模型
總體來說世界范圍內對于靜電吸盤的研究早已展開，國外已經存在少數公司掌握了較成熟的靜電吸盤相關技術，但對于國內而言，這個領域整體還尚在起步階段，國內目前沒有一家企業能做出相關的成熟產品，就連氮化鋁陶瓷的原材料也遠遠達不到要求的技術指標，可謂是任重而道遠。
但隨著芯片產業面臨國外制裁的局面越來越嚴重，扶持我國芯片產業鏈自主創新發展已成為必然趨勢，而這必然也會要求整個產業從上游到下游全方位實現國產替代，盡管這條路十分艱難，但對于國內的企業來說也是一種機遇。突破技術壁壘，早日打破國外的壟斷，讓類似的“奢侈品”不再那么高昂難買，希望這一天能夠早日到來。
粉體圈 小吉
