Keramische ESCs (spray coating)

Elektrostatische Waferhalterungen (ESCs) sind sowohl materialtechnisch als auch funktionell sehr kritische Bauteile, die in den meistens Trockenätzprozessen, aber auch in vielen Abschiedungsprozessen (z. B. PVD und HDP-CVD) eingesetzt werden. ESCs spielen eine Schlüsselrolle hinsichtlich der Ausbeute auf dem Wafer, da sie aufgrund ihrer Bau- und Funktionsweise maßgeblichen Einfluss auf die prozessentscheidenden Faktoren Ätzrate und Uniformity haben.

CE-MAT liefert keramische ESCs für verschiedene Anlagen und Prozesskammern der OEMs Applied Materials (AMAT), Lam Research und Tokyo Electron (TEL). Auch ESCs für SPTS-Anlagen sind in spezieller Ausführung verfügbar. Die Herstellung der CESCs entspricht dem Semi-Standard.

Viele ESCs der OEMs haben technische oder materialbedingte Schwachstellen. Sind die Funktionsflächen aus Polyimid aufgebaut, sind die ESCs anfällig für elektrische Fehlfunktionen und chemischen Angriff durch die Prozessatmosphäre. Gleichzeitig besteht ein hohes Risiko für mechanische Beschädigungen.
Dies betrifft auch die keramischen Funktionsflächen der Keramik-ESCs der OEMs, bei welchen die Funktionsflächen als „Keramik-Puck“ mit plasmaanfälligen Klebern auf einen Grundkörper aufgeklebt sind. Zum Teil sind diese ESCs mehrteilige Konstruktionen mit resultierenden Schwachstellen.

CE-MAT liefert Keramik-ESCs als einteilige Komponente mit Funktionsflächen aus hochreinem Al2O3 mit sehr großer Plasmabeständigkeit und hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeiten. Die keramische Funktionsfläche der CESCs reduziert somit die Anfälligkeit für Microarcing und reduziert somit die Partikelzahl sowie die Defekte auf der Waferrückseite. Somit erhöht sich nicht nur die Standzeit der Bauteile, zusätzlich erzielt man durch verbesserte Uniformity bzgl. Temperaturverteilung und Ätzrate auch höhere Ausbeuten. Zudem sind bei Einsatz der CESCs „Waferless-Clean“ Prozesse („insitu-clean“) möglich, die bei Polyimid-ESCs undenkbar wären. Durch Beibehaltung der Bauteilgeometrien hinsichtlich Spannungs- und Gasversorgung sind die CESCs passend für die OEM-Kathoden und Base-Aufbauten (plug and play).

Durch zahlreiche erfolgreiche Qualifikationen der Coulomb-ESCs bei namhaften Kunden verfügt CE-MAT hinreichende Referenzen.

Auch Lam Research und TEL arbeiten in zahlreichen Prozesskammern mit ESCs, die eine aufgeklebte Keramikscheibe mit integrierter Elektrode als Funktionsfläche haben. Die resultierenden Klebespalte zwischen den Keramikpucks und den Grundkörpern können in den jeweiligen Prozessen unterätzt werden, wobei sowohl Partikel- als auch Uniformity-Probleme verursacht werden können.

Auch hier bieten die CESCs von CE-MAT eine technische Verbesserung, da der Klebespaltbereich der OEM-ESCs konstruktiv abgedeckt ist, so dass Unterätzungen hier nicht mehr auftreten können. Da auch die mit Kühlsystemen ausgestatteten ESCs für Lam Research und TEL-Kammern nach dem Plug and Play Prinzip konstruiert sind, können diese CESCs von CE-MAT ohne Adapter oder andere Änderungen in den Anlagen der OEMs verbaut werden.

Das betrifft auch die ESCs von SPTS mit aufgeklebgten Keramik-Sandwiches als Funktionsfläche. CE-MAT bietet auch hier eine optimierte technische Lösung an.

Vorteile der Keramic-ESCs

  • Längere Standzeit
  • Keine maßlichen Änderungen
  • Keine Montagearbeiten beim Kunden
  • Weniger Wartungsarbeiten
  • Wafer less clean – Prozesse möglich
  • Keine Ablösung von Funktionsflächen
  • Keine Unterätzungen
  • Weniger Partikel
  • Weniger Arcing / elektrische Fehler
  • Weniger Wafer sticking
  • Bessere Qualität
  • Geringere Nutzungskosten
OEM Chamber Process Material of wafer layer (OEM) He cooling system
AMAT P5000 Poly etch Polyimide Single
MXP Poly etch Polyimide Single
MXP+ Oxide etch Polyimide Single
Centura 5200 Tungsten back etch Polyimide Single
DPS Poly etch / Metal etch Polyimide and ceramic Single and Dual
DPN Nitride etch Polyimide and ceramic Single and Dual
DPS+ Poly etch / Metal etch ceramic AlN Dual
Super-E Poly etch ceramic AlN Dual
Ultima HDP CVD ceramic Al2O3 Dual
Lam Research TCP Poly etch Donut and Base Single
Alliance Metal etch Donut and Base Single
Rainbow 4420 Poly etch / metal etch Donut and Base Single
Rainbow 4520 Oxide etch Plate / Cap electrode Single and Dual
TEL Unity Oxide etch Polyimide and Ceramic Single and Dual
DRM Poly etch Polyimide and Ceramic Single and Dual
SCCM Polyimide and Ceramic Single and Dual