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ESC基础培训20100811-1ESC基础培训第PAGE31页共NUMPAGES31页TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc269108444"ElectrostaticChuckBasicPAGEREF_Toc269108444\h2HYPERLINK\l"_Toc269108445"CoulombicChuckPAGEREF_Toc269108445\h2HYPERLINK\l"_Toc269108446"Johnsen-RahbekChuckPAGEREF_Toc269...

ESC基础培训20100811-1
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材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ,且存在电流,则可认为接触点间电阻率明显高于ESC内部电阻,因此两物体间电压基本被分压在接触面上。FieldemissiontakeplaceEg=E-EfWherearethecharges?Fj~Eg²=Vg²/d²Fieldemissionsaturation图5.JR型E-Chuck微观结构原理图JR电流在硅片背面与Echuck正面的接触点形成。在非接触点电荷无法移动,形成了静电引力。图6.JR型与库仑型E-Chuck引力与电压关系比较图JR型ESC比较大的一个特点是低电压状态下,能够产生比较大的引力。SensitivetoparticlesHowaboutthewaferwithglasscarrier?因为JR型引力形成主要集中在接触点,因此对距离因素比库仑型ESC敏感。因此假如存在Particle,则JR型ESC表现的更敏感。也因为此因素,导致特殊硅片(硅片背面有玻璃)无法使用JR型ESC。BipolarE-chuckchuckingschemePowersupplymustbefloatingWithDCbiaspresentingduringprocessing,onesidegroundedpowersupplycausesunbalancedchuckingforce图7.双极ESC错误连接方式示意图1如上图接地是不行的,假如接地,则RF无法起作用。图8.双极ESC错误连接方式示意图2如上图接地也是不行的,因为硅片受到RFBias影响,A、B两端相对于硅片的电压值绝对值不相等,因此引力也不相同。图9.双极ESC正确连接方式示意图双极ESC,两极之间应该是悬浮的,并且应该与ECBias电位相同。BipolarE-chuckchuckingschemeOncewefloatthepowersupply,theterminalA(orB)togroundpotentialisunknown.Thereforethechuckingvoltagescouldbeunbalanced.ThesolutioniscentertapconnectionDirectconnectionCapacitordivider图10.双极ESC无DCBias反馈示意图当ESCDCGND悬浮后,将无法确定A、B两端相对于硅片下表面的电压,因为ESCDCGND被悬浮了,只能够知道A、B两端间的电压差。因此简单悬浮ESCDCGND也不可行。图11.双极ESC有DCBias反馈示意图如上图所示方法是目前比较通用的方法,参考电位从硅片背面取得,Va,Vb电压方向相反,数值相等。C点参考电位既为DCBias。注意:C点电位只有通过静电电压表来测量才比较准确。图12.双极ESC有DCBias反馈示意图2在无法准确测量或获得DCBias的情况下,通过调节参考电位,将参考电位调解到估算的DCBias的情况也是可行的。BipolarE-chuckdechuckingschemeResidualchargesonE-chuckandwafersurfaceandelectrodes.Sourcesofresidualcharges:leakagecurrent(intensofnAforhighresistivitychuck)bringchargestothesurface;waferrubbing;trappingspacecharges,etc.Dechucking时剩余电荷存在于ESC上表面与硅片下表面之间。剩余电荷一般来自于三个方面:Chucking时,电荷被带到表面上而因为高电阻率,无法被带走。因此电极所存在的电荷没有得到释放。硅片与ESC表面摩擦,形成静电电荷。由腔室其他位置转移来的电荷。Fortheleakcurrentcharges,thepolarityispredictable,applythereversedvoltageproperlycouldremovesomeofthecharges对于漏电流电荷(Chucking时没有释放完全的电荷),电荷的极性是已知的,因此加反向电压可以释放电荷。GroundelectrodeswhilepoweroffisalsohelpfulESC不工作时,将电极与地相连(ESC功能之一)也可以起到消除电荷的作用。Forothercharges,dechuckingwithplasma,caneffectivelyremovethem.ButthismethodcannotbeappliedtocurrentPVDchambers.由于等离子体内丰富的电荷以及其电中性的特点,Dechucking时施加Plasma能够有效的释放电荷。但是此方法不适合PVD系统。ForlowresistivityE-chuck,thechargesonchucksurfacecanescapetogroundreadily.Buttheresidualchargesonthe6kor10kwafersurfacearehardtoescape.Sofaritisstillanissue.由于低电阻率ESC,剩余电荷通过ESC释放还是比较容易的,但是有一些硅片本身电阻值较高,反而是因硅片上的剩余电荷束服,导致ESC的剩余电荷无法释放。原理见下图。图13.De-Chucking原理示意图BipolarE-chuckSchematics图13.双极E-Chucking接线框图双极ESC接线框图如上,假如RF与DC最终相同路径接入,RF进入端需要隔离直流,隔离直流电路由于其本身需要经过较大的电流,考虑散热、安全,不建议采用电路板形式,一般用器件搭。ESCDC需要将DC滤波后输入,同时反馈信号也需要滤波。滤波电路没有通过大电流问题,可以用电路板形式。Cu腔室起辉状态下,电阻为几个欧母,但角度很大。Ta腔室可能有70~80欧母,角度也很大。从A和B向HVRFFilter看,电阻应为5~10K欧母,电流在mA级别。因为腔室的耦合电容、电感很难通过计算或模拟确定实际工作过程中的状态,因此通常是在实际工作过程中,可通过VIProbe在RF进口处,测量电流、电压以及电位。竞争对手的HighRFCurrent电缆都是定做的,实际工作过程中出问题最多的还是此电缆。BipolarE-chuckOperationScheme图14.E-Chuck工作电压时序图T1~T2:此时间为ESC上升至 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 位置,需要加150V左右的Chucking电压,原因有两个,一个是保持硅片在上升过程中不运动。另一个作用是因为硅片进入腔室时的温度较高,通过Chucking能够保证一定的散热。T2~T3:此时Chucking电压保持在450V~550V,持续时间约为1~2秒钟,此时Chucking电压是整个工艺过程中最大的,作用有两个,一个是通过较大的Chucking电压将有可能存在的硅片翘曲去除。另一个原因是加大Chucking电压,使硅片的降温更快。T3~T4:T3为工艺开始时间,也是Gas进气开始时间,T3~T4E-Chuck保持正常的电压输出,典型输出为350V。T4点为结束工艺后,Gas压力下降到200mTorr时刻,此时刻关闭E-Chuck电压。T4~T5:普通硅片在JR型SLTESC中并不需要,即由于低电阻率,JR型SLTESC并不需要De-Chuck的特殊反向电压。假如De-Chuck结果不理想,可以施加反向电压。反向电压的大小和时间需要测试确定。图15.E-Chuck气路原理示意图MonopolarE-chuckChucking:Needplasmatoclosethechuckingpath.ThepolarityofthechuckingvoltagecouldberequiredbycustomersDechuckingproblems:Ifplasmaextinguished,UnabletodischargethechuckingvoltageVcwhileturningoffthePS;NeedsometypeofplasmatodischargeVcResidualchargesissuesremain单极E-Chuck需要Plasma才能使Chucking通路完整。Chucking电压的极性可以根据客户需要设定。在单极E-Chuck进行De-Chucking时,假如Plasma熄灭,则静电电压将无法去除。另外剩余电荷的去除在单极E-Chuck上有一些问题。图16.单极E-Chuck电压关系图17.硅片静电电压与ESCDC关系示意图要保证加持在ESC电极和硅片下表面的静电电压,需要考虑DCBias。由于DCBias的存在,极性相反数字相等的ESC电极和硅片下表面静电电压,ESCDC相对于地的电压是不同的,如上图所示。图18.硅片静电电压电气原理等效图MonopolarE-chuckSchematics图19.单极ESC电气原理示意图单极ESC的典型应用如上图所示,假如RF与DC同电路输入,则需要增加隔离直流电容以及RFFilter电路。假如没有传感器直接测定DCBias电压,则可根据RF输出电流、电压关系计算出DCBias电压。从而更改ESCDC输出数值。达到精确控制实际加载在硅片上的直流电压。假如不增加DCBias修成电路,理论上也是可行的,但根据竞争对手使用经验,在工艺过程中,DCBias并非一成不变,某些难以说明的偶发问题可能和DCBias突变有关,因此竞争对手会考虑增加修成电路。单极ESC的优点是接入ESC的接线相对较少。甚至单极ESC可以通过铜棒接入。根据美国的相关安全标准,对于电源线,只要保证工作状态下的CableConnector温度低于65摄氏度即可。PIBBox内部,ESC内部不要使用高温电缆,高温电缆通常过硬,对于ESC需要运动的PVD系统不适用。但由于RF电流会有趋肤效应,在13.56MHz下,67%的电流是在电缆的表皮上流过的,只有33%的电流是在电缆芯部流过。因此需要计算表面积上的电流密度。聚乙烯材料电流:1.X安培每毫米。特福龙材料电流:2.X安培每毫米。LowTempCeramicPuckCeramicmaterial:AlNKyocera:AN2010;NGK:xxx37;Resistivity:Kyocera:1E+9Ω-cmto1E+10Ω-cm,@50⁰C,at300V;NGK:3E+9Ω-cmto3E+10Ω-cm,@20⁰C,at300V.Resistivityshouldnotincreasedby3Xat10VChuckingforce:Kyocera:forflatsurface100g/cm²(testtool?Location?)NGK:popofftest12torrat500Vinvacuumchamber(nowaferread<2torr)Electrodestosurfacethickness:1mm+0.2mm.Thermalconductivity:150to160w/m*kBreakdownvoltage:1.5kv/mmCurrent:20ampsperterminal(A&B),at13.56MH低温ESCPuck都是采用氮化铝陶瓷制作。竞争对手目前的两个供应商为Kyocera和NGK。低温ESC几个比较关键的指标为电阻率、Chucking力、电极到表面的厚度、导热性、通过电压、通过电流等。竞争对手采用JR型ESC作为低温ESC,在AlN中都掺杂了稀有金属。从而保证了低电阻率。ESC引力在ESC每点都不一样。测试必须保证测试物体与ESC平行,并贴近ESC表面。ESC上表面厚度并不容易测量。低温ESC上表面必须有良好的导热性能(150to160w/m*k)。击穿电压这个指标并不是很重要,一般假如ESC表面没有裂纹或洞,都不会被击穿。LowTempCeramicPuck:Embossment图20.低温ESC机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 示意图1竞争对手ESC有连接到硅片背面,接收DCBias的设计。LowTempCeramicPuck图21.低温ESC机械设计示意图2ESC上表面比硅片面积稍小,另外有专门的DepositionRing设计。硅片背面冷却He气在三针周围,最外面一圈都有密封He气的凸起,虽然不能完全密封冷却气体,但能够起到很大作用。凸起约占整个ESC表面积的30%to40%。凸起分布设计主要取决于热传导性能。要做到热传导比较好。凸起要抛光, 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 R1~R1.5(英制)凸起表面20um的平整度。整个ESC表面积294mm,与硅片圆周外测3mm空隙。是否可以不整合最下面的铝硅碳合金层(铝硅碳合金层主要是为了能够安装在腔室上)?是否可以不用凸起(Pad),直接打沟形成空隙?LowTempE-chuckPuck:Electrodes图22.低温ESC机械设计示意图3竞争对手的双极ESC是分为左右两极的。两极到边缘约为3mm间距。LowTempE-chuck图22.双极两体ESC机械设计示意图3双极两体ESC最上方为氮化铝材质平面。截面比300mm硅片略小6mm。其下结合了一层金属。两体ESC拆装时内外两个密封圈将ESC密封住。图22.双极两体ESC机械设计示意图4双极两体ESC需要连接的部分主要为最中间的气路,两个电极(ESCDC和ESCRF),CenterTap(DCBias),测温传感器,以及水路。InterfaceBox图22.双极ESC接口盒内部布局示意图InterfaceBox整合了通往ESC的电气通路,包括ESCDC、ESCRF、TC等。RFMatch:使Cosφ为50Ω,使相同输入功率下的电压和电流最小。RFCable:Cable本身耐压问题不大。但是RFCable需要一定的耐电流能力(40安培),对于RFCable的安全,有一个标准,就是正常工作时的金属接头部分的温度低于65摄氏度。RFGasket:Gasket保证了RF不泄漏,可使用诱电线圈保持InterfaceBox盖子与盒子之间良好的接触。InterfaceBox竞争对手为铸铝做成,盒子接地。RFCable:耐压能力要求不高,问题不大。主要是耐电流能力需要考虑,假如RF电流达到40安培,则比较难选择合适的RFCable。假如下电极只有一个RF,则A、B两点是标准的正弦波,假如有其他频率的RF网络,则二次谐波很厉害。A、B、C三点对地绝缘要求大于3000V(对地最高电压可能为2000V)。电感器可选择OHMITE公司产品,为空心电感,型号Z-7,Z-14等。注意这里不能使用铁芯电感,因为铁芯电感会导致线圈扎数变少,流过电流后线圈容易过热导致出现问题。60MHzRF也可以使用此电感。此电感在60MHz频率下即作为电感,也作为电容器。而隔直电路中也需要电容器,因此使用起来没有问题。对于高频电感、电容的谐振频率问题,可不用过多考虑,因为通过计算谐振频率而选定的电容电感并不合适。而通过实验,以上的电感使用起来并没有问题。VoltageonTerminalsThevoltage(referencetoground)ontheterminalisthesumoftheDCbias,chuckingvoltageandthepeakRFvoltageTerminalstogroundinsulationmustbedesignedto>3000v.Suggest:Under2kW,for3kvinsulation:spacing20mm;creepage30mmOnprintedcircuitboard:3.1mm/1000v.电路绝缘设计:2千瓦功率下,3000伏绝缘需要空间距离20mm(空气绝缘),假如采用绝缘柱等支撑材料,这要求相对于空间距离的1.5倍距离,即30mm绝缘。在印刷电路板上,绝缘距离为3.1mm/1000V。另外,应查一下RFPower的电力隔离标准。图23.双极ESC接口盒电气等效图CrAssemblyHighRFcurrent,20ampsSuggest:ATC100CMSmultilayercapacitor,eachleg4*470pf(whatisthecurrent?)Copperbarsserveasheatsinks.In-outconnectionsuse#10screws.Allsilverplated.TEFLONbase.PTFE:Maximumoperationtemperature260CFEP:Maximumoperationtemperature205CMaintainspacingandcreepage.图24.双极ESC接口盒隔直电容电路电气安装示意图隔直电容器不要用PCB板安装,要用镀银铜条安装。并充分考虑相互之间的绝缘及隔热设计。电容器选择ATC公司(AMERICANTECHNICALCERAMICS)产品。隔直电容器可选择4个560pF并联隔直即可。ATC100系列即可。竞争对手几千个腔室证明其可靠性。注意,隔离绝缘是一个空间概念,PIBBox上盖也需要尊从隔离绝缘设计概念。即上盖距离电容器、电感器、接头的距离也需要考虑。FilterAssemblyBecauseoflowheatdissipation,aprintedcircuitboardcanbeused.KeycomponentL1,useZ-14RFchoke,44μH.ItisawirewoundaircoreinductorfromOHMITETEFLONbaseMaintainspacingandcreepage图24.双极ESC接口盒滤波电路电气安装示意图滤波电路因不通过电流,功率很小,因此可以使用印刷电路板设计,电容只要耐压3000V就可以了。电感选用高频电感Ohimit公司即可。竞争对手资料中的2H电感,是测量Wafer是否被放置在E-Chuck上使用的,但效果并不好,因此在随后的设计过程中去除了。RFCableAssemblyFindaRFconnectormanufacturertodesignandbuildthiscableSiliconewire,20kv,Max250C(forlongterm,maybecracked)Theskindepthofcopper@13.56MHisabout20μmIfthelinecurrentdensityisabout2a/mmontheperimeter,thentheconductortemperaturemayhit200C.AWG#8strandwire,133conductors,silverplated,3.7mminconductordiameter.#10ringlugInputshrinktubprotection图25.分体ESC接口电缆示意图两体式ESCRF&DC接头形式如上图所示,此插头在拔出、插入时都要保证不能够移动,插头上下也不能够移动,否则会影响到接触,接触电阻过大容易发热。此电缆不能够使用CrossCable(地回路不进入此电缆的此段),建议使用硅橡胶外皮的电缆,因为硅橡胶材料电缆非常软,但要注意设计时保证电缆移动过程中不被金属板切割。使用硅橡胶Cable极限温度250摄氏度,耐压2000V。经验:使用美标8号电缆,内有133股线,镀银,直径37mm。建议:进出加热缩套管,外头再使用铁管包住,保证移动时不会被锐利物体割破。接头处使用圆片状接线端子,表面镀银/金。建议:所有连接处都使用镀银/金方式保证良好连接。经验:SLTESC可靠性很高,根据竞争对手经验,25万片免维护。经验:低电压、高ChuckingForce对工艺很重要,假如电压过高,这容易造成硅片破碎,对于E-Chuck使用寿命也有负面影响。RFCableAssemblyAnotheroptionMatchoutputRFcableBipolarE-chuckPowerSupplyFloatingoutput,allterminalstogroundinsulationvoltage3000VOutputvoltageVab:reversible+2000V(?)Outputcurrent:+2mA(?)Setpoint:+5VOutputvoltagereadback:+5vOutputcurrentreadback(?)ControlsignalsandoutputareisolatedNeedtodevelopaspecificationPotentialsuppliers:Spellman,ComdelComdelrequires+15vB两点的漏电流可能是不一样的,因为有一些漏电流可能从CenterTap中走过。经验:SLTESC可以不监控漏电流,因为漏电流会非常小,基本为微安级别,以至于无法检测到。注意:24VCom端不是接到腔室Body上的,±15V的GND是SignalCommon。经验:DCPowerSupply是不分库仑型和JR型的。DCPowerSupply对于文波的要求不高,线性误差等Specification都没有很高要求。经验:Spellman的好一些,Comdel的质量不是很好,Comdel公司比较小。TCandTCAmplifierTCKtypeTC1000vtogroundinsulationVeryexpensiveTCAmpInput---outputisolatedLinearornon-linearoutput(dependingonsystemsoftware)ConsiderDataforthsignalconditioningmodelPowerSuppliesConfigurationSurfaceContaminationParticles:Howtoremovetheparticles?SpecialwaferwithpolyimidefilmConductivefilm:losingchuckingforceforbothcoulomb&JRchucksHowtodetecttheconductivefilm?Model344ElectrostaticvoltagemeterE-ChuckEvaluationMechanicalInspectionBenchtopsurfacepotentialmeasurement.ApplyChuckingVoltage(300Vto600V)andselectabout30witnesspointsonESCsurface,measuresurfacepotential.Benchtopchuckingforcetest.Applyproperchuckingvoltage,pushingthewaferbyfingers,experiencethechucking.Measuredielectricthickness.Fortheelectrodethickness>100μm,useeddycurrentthicknessmeter,Otherwiseuseagilent4285APrecisionLCRMeterandKyoCeraProble(WithoutSurfaceEmbossment)ForlowtemperatureChuck,testreceptivityat10V,50V,100V,200Vand300V.距离1~2mm,上下运动0.5~1mm,读数稳定就算OK。Particles:HowtoremovetheParticles?Specialwaferwithpolyimidefilm(日本做的头),设备为344(3~4千美金)。Agilent4339BHighResistanceMeter(6000多美金)高压漏电流,高电阻率的测试,漏电流不能随便的漏到别处,否则测量不准确。因此需要厚隔离层将测试环境隔离。测试时要带两层手套。稳定时间:低电阻率10~20秒稳定;稳定时间:高电阻率8分钟稳定;升压:ESCDC从低到高,直到手指不能推动为止。Chucking一段时间后,关断电源,再去推一下硅片,测De-chucking的能力。电阻率的测试标准(美国标准):ASTM,要求一个一英寸见方的金属,测量体电阻和表面电阻。因此测ESC电阻率无法使用标准方法,竞争对手于是遵守以上测量方式。经验:不工作时,ESCDC的Enable是关闭状态。ESCDC可使用串口通讯或DeviceNet通讯。竞争对手的模拟量都是转换成DeviceNet传输到腔室控制器的。
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