CN102089875B - 双极型静电吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种施加电压时的基板吸附性优良并且停止施加电压时的残余电荷的减少性优良的双极型静电吸盘。该双极型静电吸盘是至少具备具有第一以及第二电极的电极层、形成吸附基板的基板吸附面的上部绝缘层的双极型静电吸盘，当将电极层的表面相对于xy方向分割为具有规定的宽度L的多个假想单元的情况下，形成第一电极的第一电极部和形成第二电极的第二电极部相对于x方向的假想单元交替排列地配置，并且相对于y方向的假想单元交替排列地配置。

Description

双极型静电吸盘

技术领域

本发明涉及双极型静电吸盘，详细而言，涉及施加电压时的基板吸附保持性优良、并且能够在停止施加电压的同时使残余电荷快速消失的双极型静电吸盘。

背景技术

在以与半导体制造工艺有关的离子注入装置、离子掺杂装置、等离子体浸没装置为首的、使用电子束、超紫外线(EUV)光刻等的曝光装置、硅晶片等的晶片检查装置等各种装置等中，为了吸附/保持半导体基板而使用静电吸盘。此外，在液晶制造领域中，在对玻璃基板等进行液晶的压入时所使用的基板粘贴装置、离子掺杂装置等中，为了吸附/保持绝缘性基板而使用静电吸盘。

这些静电吸盘，通常，因为经由由聚酰亚胺膜、陶瓷等高电气绝缘性的材料所构成的上部绝缘层来吸附基板，并且，因为静电吸盘被使用在几乎没有湿度的真空室等的内部，所以静电吸盘自身非常容易带电。因此产生如下问题：用于基板处理的离子、电子等电荷粒子被取入上部绝缘层而产生残余电荷，即使断开电源之后经过很长时间基板仍旧保持被吸附。此外，还产生在静电吸盘的周围吸引带电而浮游的粒子等的问题。

为了使静电吸盘的残余电荷消失，需要设置使电荷释放到地线(接地)等而使积存的电荷易于流出那样的路径，或者需要向电荷所存在的位置流入具有相反极性的电荷等。但是，近年来因为使静电吸盘的吸附力进一步提高、或者处理大型化发展的基板的必要性等，静电吸盘的结构越来越复杂，即使将电荷释放到地线，或者流入相反极性的电荷，也很难完全去除残余电荷。

因此，例如提出有如下的方法：与电极层中的不存在电极的位置对应地切去基板侧的上部绝缘层的一部分(设置台阶部)，并且在不存在电极的位置上上部绝缘层不直接与基板接触(参照专利文献1的图1(c))。在与不存在电极的位置对应的上部绝缘层中，沿着连接存在于最近处的电极的端部和所吸附的基板的横截方向而形成电介质极化，积存在该方向的电荷在停止施加电压后的电气控制中很难消失。因此，上述提案涉及通过切去与不存在电极的位置对应的上部绝缘层，而去掉在电气控制中难以消失的电荷的方法。

但是，如上述那样，近年来，正在研究为了提高吸附力而具有如梳形电极等那样的复杂形状的电极，在现实中很难与这些电极对应而采用上述那样的方法。此外，即使假设能够采用上述那样的方法，为了通过电气控制等完全去除暂且积存在静电吸盘中的电荷，必须向残余电荷所存在的位置供给适当并且适量的相反极性的电荷，该控制等极其困难。

专利文献1：日本特开平6-314735号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

基于这样的情况，本发明的发明人等希望实现关于电极形状的最优化，该电极形状不是事后使静电吸盘的残余电荷消失、而是使残余电荷难以形成的电极形状。在此，图6是具有两个半月状电极8和9的双极型静电吸盘的现有例子，(a)表示从吸附基板4的吸附面侧看到的电极8、9的平面示意图，(b)表示其I-I剖面示意图。首先，在将电极8连接到图示之外的电源的正极侧、将电极9连接到负极侧而施加了电压的情况下，由于上部绝缘层1的电介质极化而在基板吸附面5侧形成如(b)所示的电力线E。并且，如果在该电力线E所分布的区域中存在离子、电子等电荷粒子，则可以认为正的电荷粒子沿着电力线E向负极侧移动，负的电荷粒子沿着电力线E向正极侧移动，但是，这些电荷粒子将积存在处于途中的电阻明显高的上部绝缘层1的基板吸附面5的附近。

可以认为，如果接下来停止施加电压，则电力线E消失，而积存在上部绝缘层中的电荷的一部分经由电极流入接地侧，或者与异极性的电荷一起消失。在此，因为例如图中所标记的A点与B点相比到正极侧的电极2的距离近，所以可以认为，积存在A点的电荷比较容易与处于附近的异极性电荷一起消失。另一方面，如果像B点那样到异极性电极有较大的距离，则与积存在A点的电荷相比到消失为止更加需要时间，并且如果不移动到接地侧消失就有作为残余电荷而留下来的可能性。

因此，本发明的发明人等对能够使通过施加电压而产生在基板吸附面上的电荷在停止施加电压时迅速消失的双极型静电吸盘进行了仔细的研究，结果发现在施加了不同极性的电压的情况下，通过采用在具有一个极性的电极的周围配置具有另一极性的电极那样的电极形状，能够使异极性的电荷彼此高效地消失从而难以形成残余电荷，并且能够得到吸附力优良的静电吸盘。本发明的发明人基于上述发现完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种施加电压时的基板吸附保持性优良、并且能够在停止施加电压的同时使残余电荷快速消失那样的双极型静电吸盘。

(解决问题的方案)

即，本发明为一种双极型静电吸盘，其至少具备具有第一以及第二电极的电极层、形成吸附基板的基板吸附面的上部绝缘层，该双极型静电吸盘的特征在于，在将电极层的表面相对于xy方向分割成具有规定的宽度L的多个假想单元的情况下，形成第一电极的第一电极部和形成第二电极的第二电极部相对于x方向的假想单元交替排列地配置，并且相对于y方向的假想单元交替排列地配置。

在本发明中，如图1以及图2所示，当在与基板吸附面对应的表面中，将具有第一以及第二电极的电极层分割成在xy方向上分别具有规定的宽度L的多个假想单元的情况下，需要满足以下那样的电极形状条件。即，需要相对于x方向的假想单元(x_n，y_m)、(x_n+1，y_m)、(x_n+2，y_m)...，将形成第一电极的第一电极部2a和形成第二电极的第二电极部3a交替排列地配置，并且相对于y方向的假想单元(x_n，y_m)，(x_n，y_m+1)，(x_n，y_m+2)...，将第一电极部2a和第二电极部3a配置为交互排列(n、m都为0以上的整数)。在此，关于各电极部的平面形状，各自没有特别限制，除了图1以及2所示的四边形之外，也可以是圆形、椭圆形、三角形以上的多变形等。此外，在多边形的情况下，为了排除相邻电极间的放电的可能性，也可以以规定的曲率半径将角部圆化。此外，为了利用异极性的电荷有效地使一旦产生的电荷消失，优选第一电极部2a和第二电极部3a全部由相同形状构成，并且，优选在各假想单元的中心使这些电极部的重心重合，从而使方向一致地配置。

如在图2中所示，关于在配置在上述假想单元内的第一电极部和第二电极部之间设置的间隙d，也因施加的电压等不同而不同，也就是说，由于根据吸附对象的基板的种类、大小等求得的吸附力不同，所以可以适当地设定。例如，在吸附处理直径300mm的硅晶片那样的静电吸盘的情况下，考虑施加电压(通常为±500～±1500V左右)等而将间隙d设为0.5～2mm的范围较好。此外，关于成为上述条件的前提的单元宽度L，也可根据吸附对象的基板的种类、大小等而适当地设定，例如在吸附处理直径300mm的硅晶片的情况下，以成为1～20mm的范围的方式配置第一电极部和第二电极部较好。

关于配置在上述的各单元内的第一电极部以及第二电极部，能够经由各个连结部而形成同一电位即可。即，如图1以及2所示，第一电极2具有连结配置在多个单元内的第一电极部2a彼此的第一连结部2b，此外，第二电极3具有连结配置在多个单元内的第二电极部3a彼此的第二连结部3b即可。关于各个连结部的平面形状最简单的为带状，这种情况下的宽度为0.2～2mm左右较好，关于形状等没有特别限制。其中，当在同一平面上形成第一电极2以及第二电极3的情况下，第一连结部2b和第二连结部3b不交叉。

由图3所示的剖面示意图可知，在按照上述那样的电极形状条件得到的电极层中，施加电压而产生电位差的第一电极和第二电极在x方向以及y方向的任意一个中都相互相邻地存在(图1的II-II剖面以及II’-II’剖面的任意一个都为图3所示)，所以在停止施加电压之后，形成在上部绝缘层的基板吸附面附近的电荷能够高效地与邻近的极性不同的电荷抵消而消失，结果能够尽可能地防止残余电荷的形成。此外，根据具备这样的电极层的静电吸盘，如图3所示，电力线E的大多数在基板吸附面附近以稠密的状态发生。这与例如图6(b)所示的那样的以往的静电吸盘相比，成为在短距离的范围内形成电力线E，并且减少了将浮游的带电粒子等异物吸引到静电吸盘上的概率。

此外，也可以使第一电极和/或第二电极具有在假想单元内不存在电极部的电极缺失部，如后述那样，在与电极缺失部对应的位置上部绝缘层具有突出到基板侧的绝缘层顶部。即，在电极层的表面中的假想单元的某一个中形成不存在电极部的电极缺失部，并且，上部绝缘层在与电极缺失部对应的位置具有绝缘层顶部，仅该绝缘层顶部与基板相接而形成基板吸附面。该电极缺失部是按照本发明的电极形状条件使本来应该有的几个电极部缺失而形成的。例如，在图4所示的例子中，(x₁，y₁)、(x₄，y₁)、(x₁，y₄)、(x₄，y₄)的单元的位置为电极缺失部2c、3c，这些是按照之前所说明的电极形状条件依次配置第一电极部2a、第二电极部3a、第二电极部3a以及第一电极部2a的位置。关于以什么程度的量、数来形成这样的电极缺失部，可以根据吸附对象的基板的种类、形状等适当地设定，但是为了在基板吸附面上形成均匀的吸附力，使第一电极中的电极缺失部2c和第二电极中的电极缺失部3c的数量为同一数量、并且使基板的重量均匀地落在与电极缺失部对应地设置的绝缘层顶部较好。

根据形成电极层的电极具有电极缺失部、并且上部绝缘层在与电极缺失部对应的位置具有绝缘层顶部的静电吸盘，如图5所示地，电力线E不穿过与基板接触的绝缘层顶部1a(图4的III-III剖面以及III’-III’剖面均如图5所示)。因此，在上部绝缘层中，至少在基板所接触的部分(绝缘层顶部)中，通过施加电压而产生的电荷、诱导的离子、电子等电荷粒子的数量减少，能够进一步降低停止施加电压时的残余吸附力。

本发明中的静电吸盘的电极层具备如上述那样的第一电极以及第二电极即可，也可以在电极层内的同一面上形成第一电极以及第二电极，并且也可以经由由绝缘性膜、绝缘性的粘接剂等构成的电极间绝缘层在其上下面上形成第一电极以及第二电极，但是从难以形成残余电荷的观点出发，优选在同一面上形成第一电极以及第二电极。此外，在同一面上形成第一电极以及第二电极的情况下、和经由电极间绝缘层而形成第一电极以及第二电极的情况下，都可以利用环氧树脂、有机硅树脂等绝缘性粘接剂、热塑性聚酰亚胺类粘接薄片的一部分等塞住电极间的间隙。

关于形成第一电极以及第二电极的方法没有特别限制，例如，可以一边以将铜、铝、镍、钨等金属形成为规定的电极形状那样地设置掩模一边通过喷镀、蒸镀来形成；或者使用金属箔，或通过电镀处理、离子镀(plating)等形成金属层，通过蚀刻而得到规定的电极形状。关于这些电极的厚度，根据形成电极的方法而不同，但是只要都是一般所采用的范围即可，例如在由金属箔形成的情况下主要为5～30μm的范围，在通过离子镀法形成的情况下主要为0.1μm～2μm，在由金属喷射形成的情况下主要为30～50μm的范围。

此外，关于本发明中的上部绝缘层，只要是具备用于吸附基板的基板吸附面即可，关于其材质等没有特别限制，既可以由聚酰亚胺膜、有机硅膜、聚酰胺膜等绝缘膜形成，也可以由氧化铝、氮化铝等陶瓷材料构成。关于上部绝缘层的厚度，根据形成绝缘层的材质等而不同，但是只要都是一般所采用的范围即可，例如，在由聚酰亚胺膜等构成的情况下主要是25～200μm的范围，在喷射陶瓷材料而形成的情况下主要是100～500μm的范围。

在形成电极层的电极的至少某一个具有电极缺失部的情况下，如果在上部绝缘层上在与电极缺失部对应的位置设置突出到基板侧的绝缘层顶部1a、且在该绝缘层顶部1a与基板相接而形成基板吸附面5，则至少能够尽可能地降低积存在与基板接触的部分的电荷的数量。该绝缘层顶部1a，考虑基板的吸附保持性、积存的电荷的降低性等，优选平面形状收容在与电极缺失部对应的假想单元的范围内，但是，也可以形成为超出单元的尺寸而与相邻的单元的一部分重合。此外，关于绝缘层顶部1a的高度(即绝缘层凹部1b的深度)，从维持基板的吸附力、或者抑制吸附基板时的基板背面的凹凸和起伏、以及加工性等的观点出发，5～20μm的范围较好。作为在上部绝缘层上形成绝缘层顶部1a的方法，例如既可以经由规定的掩模喷射陶瓷材料，也可以在在聚酰亚胺膜等上形成上部绝缘层之后通过蚀刻处理形成绝缘层凹部1b。

此外，本发明中的双极型静电吸盘既可以在电极层与上部绝缘层之间经由粘接剂、粘接膜等而层叠，也可以在电极层的表面上直接形成上部绝缘层。此外，也可以在电极层的下侧(与基板吸附面相反的一侧)，设置与上部绝缘层同样地由绝缘膜、陶瓷材料等构成的下部绝缘层，并使用粘接剂等贴合到由铝等构成的金属底座上，从而得到静电吸盘。即，只要不影响本发明中的效果，能够采用在一般的静电吸盘中使用的结构、制造方法等技术。

(发明效果)

根据本发明，因为能够使对电极施加电压而在基板吸附面上产生的电荷与相互存在于周边的异极性的电荷有效地抵消，所以能够在停止施加电压的同时使残余电荷快速消失。此外，根据本发明那样的电极形状，因为能够将通过施加电压而生成的电力线限制在基板吸附面附近，所以能够抑制离子、电子等电荷粒子的取入量，能够使积存在基板吸附面上的电荷的数量成为最小限。因此，本发明的双极型静电吸盘是能够在停止施加电压之后马上减少残余电荷、并且施加电压时的基板吸附保持性也优良的双极型静电吸盘。此外，因为能够将电力线的形成抑制在基板吸附面附近，所以能够减少在静电吸盘的周围带电而浮游的粒子等的取入量。

附图说明

图1是形成本发明的电极层的第一电极以及第二电极的平面说明图。

图2是图1的部分放大图。

图3是从图1的II-II方向(II’-II’方向)看到的本发明的双极型静电吸盘的剖面示意图。

图4是形成本发明的电极层的第一电极以及第二电极具有电极缺失部的情况下的平面说明图。

图5是从图4的III-III方向(III’-III’方向)看到的本发明的双极型静电吸盘的剖面示意图。

图6是表示双极型静电吸盘的现有例子的说明图，(a)表示平面示意图，(b)表示I-I剖面示意图。

具体实施方式

以下，基于实施例对本发明进行更详细的说明。

[实施例1]

作为下部绝缘层6准备直径298mm的聚酰亚胺薄片(杜邦-东丽株式会社制商品名聚酰亚胺薄膜H：厚度125μm)，并且出于平整其表面的目的预先通过离子镀法进行处理，形成了0.1μm的铬层。然后，在该聚酰亚胺薄片的铬层上通过离子镀法形成由直径296mm、膜厚0.5μm的铜构成的电极层，通过使用硝酸类蚀刻液的蚀刻，得到如图1和2所示那样的第一电极2以及第二电极3。在此，假想单元宽度L＝5mm、且各自具有4.5mm×4.5mm的大小的第一电极部2a和第二电极部3a在x方向以及y方向的单元中交替地排列，并且，配置成与x方向以及y方向都相邻的电极部间的间隙d为1mm(在直径方向上最多配置59个电极部)。此外，配置在假想单元内的第一电极部2以及第二电极部3通过宽度均为0.5mm的带状的第一连结部2b以及第二连结部3b相互连结，从而成为相等电位。

接下来，如上述那样地在形成有第一电极2以及第二电极3的电极层的表面上，经由厚度30μm的热塑性聚酰亚胺类粘接薄片贴合直径296mm的聚酰亚胺薄片(杜邦-东丽株式会社制商品名聚酰亚胺薄膜H：厚度75μm)而形成上部绝缘层1。然后，在上部绝缘层1和下部绝缘层6的表面上分别重合衬垫材料，将它们聚到一起，在加热冲压机中进行设置而以厚度方向压力2MPa、加热温度150℃、以及保持时间5分钟的条件进行加热加压处理，从而得到由上部绝缘层1、电极层(第一电极2、第二电极3)、以及下部绝缘层6构成的电极薄片。然后，经由厚度30μm的热塑性聚酰亚胺类粘接薄片将所得到的电极薄片固定到具有直径298mm的载置面的铝制金属底座上，完成实施例1的双极型静电吸盘。

关于上述得到的双极型静电吸盘，将上部绝缘层1的表面作为基板吸附面而载置直径300mm的硅晶片，分别将第一电极2连接到直流电源的正极侧，将第二电极3连接到负极侧，施加±750V的电压而吸附保持硅晶片1分钟时间。之后，断开电源停止施加电压，在1秒钟后通过提升销从基板吸附面分离硅晶片时，不需要特别用力就能剥离硅晶片。

[实施例2]

关于形成电极层的第一电极2以及第二电极3，如图4所示那样，除了使4×4假想单元的顶点部分的电极部缺失、设在电极层的表面上缺失第一电极部2a的电极缺失部2c和缺失第二电极部3a的电极缺失部3c的数量相同之外，与实施例1同样地得到电极薄片。然后，在上部绝缘层1的表面覆盖掩模，使用聚酰亚胺专用碱性蚀刻液(三菱制纸株式会社制商品名聚酰亚胺蚀刻液)进行蚀刻，将除了与电极缺失部2c、3c对应的假想单元的位置以外的聚酰亚胺薄膜去除深度10μm(相当于绝缘层凹部1c)，形成5mm×5mm×高度10μm的绝缘层顶部1a。接下来，与实施例1同样地将形成了绝缘层顶部1a的电极薄片固定到铝制金属底座上，完成实施例2的双极型静电吸盘。

关于上述得到的双极型静电吸盘，和实施例1同样地，在将硅晶片吸附保持到由绝缘层顶部1a构成的基板吸附面之后，断开电源而停止施加电压，在1秒钟后通过提升销从基板吸附面分离硅晶片时，不需要特别用力就能剥离硅晶片。

产业上的可利用性

本发明中的双极型静电吸盘适用于吸附保持在硅、砷化镓、碳化硅(SiC)等半导体晶片、玻璃基板、有机EL等中使用的树脂薄片等绝缘性基板，特别地，因为是施加电压时的基板吸附保持性优良并且停止施加电压时的残余电荷的减少性也优良的双极型静电吸盘，所以适用于在半导体制造工艺等中的连续工序中使用。当然，本发明的静电吸盘并不局限于此，能够应用与吸附对象物那样的各种用途中。

附图标记说明

1：上部绝缘层；2：第一电极；2a：第一电极部；2b：第一连结部；2c：电极缺失部；3：第二电极；3a：第二电极部；3b：第二连结部；3c：电极缺失部；4：基板；5：基板吸附面；6：下部绝缘层；7：金属底座；8，9：电极

Claims (6)

1.一种双极型静电吸盘，其至少具备具有第一以及第二电极的电极层、形成吸附基板的基板吸附面的上部绝缘层，该双极型静电吸盘的特征在于，

在将电极层的表面相对于xy方向分割成具有规定的宽度L的多个假想单元来看的情况下，形成第一电极的第一电极部和形成第二电极的第二电极部相对于x方向的假想单元交替排列地配置，并且相对于y方向的假想单元交替排列地配置，

第一电极和第二电极分别具有在假想单元内不存在电极部的电极缺失部，并且上部绝缘层在与这些电极缺失部对应的位置具有突出到基板侧的绝缘层顶部而与基板相接，形成基板吸附面。

2.根据权利要求1所述的双极型静电吸盘，其特征在于，

第一电极具有连结配置在多个假想单元内的第一电极部彼此的第一连结部，并且，第二电极具有连结配置在多个假想单元内的第二电极部彼此的第二连结部。

3.根据权利要求2所述的双极型静电吸盘，其特征在于，

第一电极以及第二电极在电极层内形成在同一面中。

4.根据权利要求1所述的双极型静电吸盘，其特征在于，

第一电极以及第二电极在电极层内形成在同一面中。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的双极型静电吸盘，其特征在于，

在基板为直径300mm的硅晶片的情况下，单元宽度L为1～20mm的范围。

6.根据权利要求5所述的双极型静电吸盘，其特征在于，

在x方向或y方向相邻的单元之间，第一电极部和第二电极部之间的间隙d为0.5～2mm的范围。

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