电极印刷及填孔工艺技术在静电卡盘中的应用

静电卡盘是一种利用静电力吸附原理来固定待加工的晶圆片，并可以控制晶圆片温度的装置。它相对于传统的机械卡盘和真空吸盘具有很多优势。机械卡盘会由于在使用过程中压力过大、碰撞对晶圆造成损伤，真空吸盘虽然对晶圆造成的损伤小，但无法在低压环境下使用。因此，静电卡盘逐渐代替机械卡盘和真空吸盘，广泛应用于半导体集成电路制作工艺。

一、静电卡盘应用原理

静电卡盘的工作原理基于静电力的吸附效应。它通常由平坦的电极表面组成，通过在电极表面施加电荷，产生静电力，从而使工件被静电力吸附并固定在卡盘表面上。根据静电吸盘力学模型不同，分为库仑型、J、R型两大类。

①库伦型静电吸盘：库伦型静电吸盘利用库仑定律中的静电相互作用来吸附工件表面。通过在吸盘内部施加高电压，使吸盘表面带有静电荷，产生一个带有电荷的电场。当这个带有电荷的吸盘靠近工件表面时，静电力会使工件表面产生相反的电荷，并产生吸引力将工件牢固地固定在静电卡盘上。

②J-R型静电吸盘：迥斯热背型卡盘是利用热力学背压原理，通过控制卡盘表面的温度分布和压力差，使硅片背面受到向上的热压力，从而更好地固定硅片并提高其稳定性。这种热力学背压作用能够进一步增强静电卡盘的吸附效果，并有助于减少热应力在硅片上产生的变形和裂纹等问题。因此J-R型吸盘优于库伦型吸盘，应用范围更广。

二、静电卡盘中丝网印刷工艺

静电卡盘主要由陶瓷基板、静电电极、机械顶针、外设电源、背吹系统、水冷基体等组成。其工艺流程如下图所示，丝网印刷工艺主要应用于印刷电极、HTCC中。

（图源网络J-R型静电卡盘工艺流程）

HTCC，又称为高温共烧多层陶瓷，是指在1300-1600℃间与熔点较高的钨、钼、锰等金属或贵金属一并烧结的具有电气互连特性的陶瓷。

（图源网络 HTCC工艺流程）

HTCC中的图形印刷与静电卡盘中的电极印刷为同一种印刷工艺，填孔印刷为一种工艺。下面就将介绍这两种工艺，并介绍工艺相关设备。

电极印刷

电极印刷原理是，在丝网印刷机刮刀的作用下，浆料透过网版上的电极结构部分的网孔，沉积在基板上，经过高温烧结，就制成了电极。丝网印刷电极主要是采用导电金属浆料，如金浆、银浆、碳浆等，导电的同时还能降低电阻和背景电流，HTCC电极印刷主要采用钨、钼、锰等难熔金属材料。目前，国内很多丝网印刷设备都可以满足电极印刷要求，已达到先进水平。

（图源：建宇网印电极印刷成品）

（2）填孔印刷

填孔印刷原理与电极一样，区别就在于工艺的不同。生瓷片切割后进行打孔，然后使用高精密丝网印刷机进行填孔，以保证生瓷片堆叠后的电气互联。丝网印刷机的刮印压力、网距等，均会影响填孔均匀度、饱满度及烧结后的效果。孔内浆料较少，就会形成漏孔导致基板电路性差；孔内浆料过多，正反面都会有浆料甩出，造成凸起，严重影响后期焊接、组装工艺。