Elektrostatischer Chuck (ESC): Eine kritische Komponente in der Halbleiterfertigung

Elektrostatischer Chuck ist eine Schlüsselkomponente, die in der Halbleiterherstellung häufig zum Klemmen und Positionieren von Halbleiterchips verwendet wird. In der Vergangenheit war Chinas Halbleiterindustrie bei elektrostatischen Spannfuttern hauptsächlich auf Importe angewiesen, was für die inländische Halbleiterproduktion große Unannehmlichkeiten mit sich brachte.

Angesichts internationaler Handelskonflikte und des Drucks zum Technologieschutz hat China beschlossen, die Lokalisierung elektrostatischer Spannfutter zu verstärken. Dieses Ziel zu erreichen, ist jedoch aufgrund einer Reihe technischer und marktbezogener Schwierigkeiten nicht einfach.

Technische Durchbrüche in der amühsam

Als hochpräzise Komponente erfordern elektrostatische Spannfutter einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten, stabile mechanische Eigenschaften und eine hochpräzise Positionierungsfähigkeit. Um eine Lokalisierung zu ermöglichen, betreiben chinesische Halbleiterunternehmen aktiv technische Forschung.

Nach jahrelangen Bemühungen haben inländische Unternehmen einige Durchbrüche erzielt. Sie haben den Prozess verbessert, die Materialverhältnisse optimiert und innovative Designmethoden entwickelt. Diese technologischen Fortschritte haben die Leistungsfähigkeit elektrostatischer Spannfutter im Inland deutlich verbessert.

Aufbau des elektrostatischen Chucks

Herkömmliche elektrostatische Spannvorrichtungen unterscheiden sich darin, dass die Oberfläche der Isolierschicht der elektrostatischen Spannvorrichtung aus unterschiedlichem Material besteht (dunkles Aluminiumnitrid, weißes Aluminiumoxid). Die Struktur der elektrostatischen Spannvorrichtung ist in die folgenden Teile unterteilt:

- Isolationsschicht: Wird für den Kontakt mit Wafern verwendet, normalerweise Aluminiumnitrid Keramik, aufgrund seiner guten mechanischen Festigkeit, hohen Temperaturbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit.

Auswerferstift und Helium-Luftlöcher: Der Auswerferstift dient dem Wafertransport. Beim Eintreten des Wafers in die Ätzkammer hebt sich der Auswerferstift, um ihn aufzunehmen, und senkt sich anschließend ab, um ihn auf der Oberfläche des elektrostatischen Chucks abzulegen. Der Auswerfer ist üblicherweise hohl und wird gleichzeitig mit Helium-Gas gekühlt.

- Rückwärts-He-Fluss: Wird verwendet, um die Wärmeableitung zu verbessern und Feedback zur Wafer-Adsorption zu liefern.

Elektrostatische Elektroden: Sie erzeugen ein elektrostatisches Feld zur Adsorption von Wafern. Elektroden sind üblicherweise flach und in Isoliermaterialien eingebettet oder aufgebracht. Häufig verwendete Materialien sind Aluminium, Kupfer, Wolfram und andere Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit.

- Zirkulierendes Kühlwasser und Heizelektroden: werden hauptsächlich für die allgemeine Temperaturregelung des elektrostatischen Chucks, der Heizelektroden und des zirkulierenden Kühlwassers gleichzeitig verwendet, sodass der Wafer auf einer stabilen Temperatur gehalten werden kann.

Der entscheidende und schwierige Punkt des elektrostatischen Chucks liegt in der Temperaturregelung.

Die Temperaturregelung des Waferprozesses im Halbleiter ist für das Trockenätzen von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise muss der Wafer bei einer bestimmten Temperatur von 100 °C bis –70 °C gehalten werden, um bestimmte Ätzeigenschaften beizubehalten. Daher ist ein statischer Chuck auf dem Wafer erforderlich, um ihn zu erwärmen oder die Wärme abzuleiten, damit die Wafertemperatur genau geregelt werden kann.

Mit der Entwicklung einer neuen Generation der Halbleitertechnologie erfordern Niedertemperatur-Ätz- und Abscheidungsprozesse normalerweise, dass die Wafer niedrigere Temperaturen erreichen. Daher werden an die Wärmeableitungsleistung des elektrostatischen Chucks höhere Anforderungen gestellt.

Aus technischer Sicht zeigt sich der Entwicklungstrend bei elektrostatischen Chucks neben der schrittweisen Vergrößerung der Größe der zu transportierenden Wafer vor allem in der Notwendigkeit, die Temperaturgleichmäßigkeitskontrolle zu verbessern, d. h., die Anzahl der in Zonen unterteilten temperaturgeregelten Temperaturzonen wird schrittweise erhöht.

Vor und nach dem Jahr 2000 betrug die Anzahl der Temperaturkontrollzonen im Allgemeinen zwei Zonen, zwischen 2000 und 2005 betrug die Anzahl der Temperaturkontrollzonen im Allgemeinen vier Zonen und derzeit wurden mehr als 100 Produkte für elektrostatische Spannfutter mit Temperaturzonen entwickelt und in die Praxis umgesetzt.

Die glänzende Zukunft des elektrostatischen Chucks für den Heimgebrauch

Obwohl der Weg zur Lokalisierung mit Schwierigkeiten und Herausforderungen verbunden ist, haben inländische Halbleiterunternehmen bei der Lokalisierung elektrostatischer Chucks bemerkenswerte Fortschritte erzielt. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der Markenentwicklung steigt der Marktanteil inländischer elektrostatischer Chucks stetig an. Und da China der weltweit größte Halbleitermarkt ist, wird die Nachfrage nach elektrostatischen Chucks weiter steigen.

Die Lokalisierung elektrostatischer Chucks ist ein wichtiger Bestandteil der chinesischen Halbleiterindustrie, um ihre Selbstkontrolle zu erreichen. Obwohl sie mit technischen Durchbrüchen und einem schwierigen Marktwettbewerb konfrontiert sind, treiben chinesische Halbleiterunternehmen die Lokalisierung elektrostatischer Chuck-Prozesse aktiv voran. Es wird davon ausgegangen, dass inländische elektrostatische Chucks mit der Zeit ausgereifter werden und eine starke Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zeigen werden.

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