mandrin électrostatique
Le mandrin électrostatique est un type de porte-plaquettes ultra-propre adapté aux environnements sous vide ou plasma. Il utilise le principe de l'adsorption électrostatique pour assurer un serrage plat et uniforme des plaquettes ultra-minces et est largement utilisé dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs tels que le PVD, le PECVD, la gravure, l'EUVL et l'implantation ionique.
Le système de maintien électrostatique typique est une structure sandwich composée de trois parties : une couche d'adsorption diélectrique, une couche d'électrode et une couche de base. Ces trois parties sont superposées en une structure en couches dans le mandrin électrostatique, de la surface à la base, afin de former la couche d'adsorption diélectrique, la couche d'électrode et la couche de base.
En pratique, le disque sert d'électrode sur sa face supérieure, tandis que l'électrode inférieure et le diélectrique sont intégrés en un seul composant. Lors de la fabrication des plaquettes, une tension continue est appliquée entre la plaquette et l'électrode inférieure, et la plaquette est fixée sur le mandrin électrostatique par attraction électrostatique. De plus, la chaleur du disque peut être dissipée par un gaz caloporteur, tel que l'hélium, circulant à l'arrière du disque, permettant ainsi un contrôle précis de sa température.
Actuellement, les mandrins électrostatiques sont principalement fabriqués en céramique d'alumine. Or, la conductivité thermique et les propriétés mécaniques de l'alumine sont inférieures à celles de la céramique de nitrure d'aluminium. Cependant, la mise en œuvre de la céramique de nitrure d'aluminium étant beaucoup plus complexe que celle de la céramique d'oxyde d'aluminium, son utilisation reste limitée dans les technologies de mandrins électrostatiques relativement matures. La plupart des mandrins sont en effet fabriqués en céramique d'oxyde d'aluminium, un matériau relativement simple. Néanmoins, le recours à la céramique de nitrure d'aluminium pour la fabrication des mandrins électrostatiques devrait se généraliser.
Le mandrin électrostatique utilise de la céramique d'alumine ou de nitrure d'aluminium et du saphir comme matériaux principaux. D'autres substances conductrices sont ajoutées lors de sa fabrication afin d'obtenir une résistivité globale conforme aux exigences fonctionnelles, ce qui requiert des fabricants une connaissance approfondie des caractéristiques physiques du matériau. L'usinage de l'intérieur de la céramique et de la jonction entre la couche céramique et la couche métallique du mandrin électrostatique exige une grande précision, nécessitant ainsi une maîtrise des techniques d'usinage de précision. Enfin, les fabricants doivent être en mesure d'effectuer des traitements de surface afin de conférer au mandrin électrostatique traité une résistance élevée à la température et à l'usure, entre autres caractéristiques.
La couche diélectrique en contact avec la plaquette, au niveau du mandrin électrostatique de type Coulomb, est constituée d'un matériau céramique à haute impédance. Une couche d'électrode conductrice est prise en sandwich entre les deux. Lorsque l'électrode est connectée à l'alimentation HVDC, la surface du matériau diélectrique génère une charge polarisée. La charge présente à l'arrière de la puce est opposée à celle présente sur le mandrin, ce qui provoque l'aspiration de la puce par ce dernier.
Lorsque le matériau diélectrique utilisé par le mandrin électrostatique est un semi-conducteur, on parle de mandrin électrostatique Johnsen-Rahbek (JR ESC). La surface diélectrique présente non seulement une charge polarisée, mais aussi une importante charge libre, du fait de la conductivité du diélectrique du mandrin JR. De manière générale, la force d'attraction d'un mandrin JR est supérieure à celle d'un mandrin de type Coulomb.
D'après les données de Global Info Research, les ventes de mandrins électrostatiques de type Coulomb en Chine représentaient 71,51 % du marché en 2021, atteignant 1,462 milliard de yuans. Ce marché devrait atteindre 2,387 milliards de yuans entre 2022 et 2028, soit un taux de croissance annuel composé de 7,60 %. Du point de vue des applications, les fournisseurs de plaquettes de semi-conducteurs représentent une part importante du marché. Ceci s'explique principalement par le fait qu'Applied Materials et Lam Research produisent principalement des équipements pour semi-conducteurs, tout en assurant la production de mandrins électrostatiques. Ces derniers sont ensuite vendus en kits aux fabricants de plaquettes.
Le marché mondial des mandrins électrostatiques est fortement monopolistique, dominé par des entreprises japonaises et américaines. Les entreprises américaines sont principalement AMAT (Applied Materials) et LAM (Pan Forest Group), tandis que les entreprises japonaises sont principalement Shinko (Shinko Electric), TOTO et NTKCERATEC. Ces géants internationaux contrôlent depuis longtemps la chaîne d'approvisionnement mondiale des mandrins électrostatiques, ce qui explique la forte concentration du marché.
Fountyl Technologies PTE Ltd., située à Singapour, bénéficie de près de 20 ans d'expérience dans le domaine des semi-conducteurs et possède une expertise approfondie dans la conception et la fabrication de mandrins à vide, de bras, de poutres carrées et de guides en céramique. Forte d'une équipe de conception et de procédés expérimentée, Fountyl propose une gamme complète de services techniques pour les produits céramiques de pointe destinés au secteur des semi-conducteurs. L'entreprise dispose d'équipements performants et en excellent état, et est capable de mener des développements multi-procédés en collaboration, d'assurer une évaluation efficace, une mise en œuvre de haute qualité, la collecte de données expérimentales tout au long du processus, une gestion détaillée des procédés et un service de qualité supérieure.