CN116246992A - 静电吸盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种静电吸盘，本发明的静电吸盘，包括：基底基材，静电吸盘板，作为固定在所述基底基材上的静电吸盘板，内部具有电极，以及电极部，位于所述基底基材的孔，以向所述电极供给电力；所述电极部可包括：壳体，插入所述基底基材的孔，电极棒，贯穿所述壳体内壁，并且一侧端部与所述电极接触，以及弹性支撑体，在所述壳体内壁的多个点处支撑所述电极棒。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电吸盘，尤其，涉及一种静电吸盘，其具有用于提高高温耐久性的电极部的端子连接结构。
背景技术
半导体器件或显示器件是通过化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)工艺、物理气相沉积(Physical vapor deposition，PVD)工艺、离子注入工艺(Ionimplantation)、蚀刻工艺(Etch process)等的半导体工艺在玻璃基板、柔性基板或半导体晶片基板等上堆叠和图案化包括介电层和金属层的多个薄膜层来制造。用于执行这种半导体工艺的腔室装置设置有静电吸盘(Electro Static Chuck，ESC)，所述静电吸盘用于支撑如玻璃基板、柔性基板和半导体晶片基板等各种基板，尤其通过使用静电力来固定上述基板或进行等离子处理。
图1A示出一般的静电吸盘的电极部的结构。
参照图1A，在一般的静电吸盘中，上部板1和下部板2通过如硅酮或环氧基的粘合剂5粘合，并且为了向埋设在上部板1中的电极10供电，电极棒20贯穿下部板2与电极10电连接。为此，电极10和电极棒20通过填料30焊接或钎焊。
图1B是用于说明一般的静电吸盘的电极部电极连接面上产生剪切应力的图。
参照图1B，一般的静电吸盘的电极部具有如下问题，在进行如上所述的半导体工艺的过程中，根据需求，可能会暴露在100℃以上的高温环境，此时，在电极10和电极棒20通过填料30连接的表面上，由于两侧材料的热膨胀系数差而产生剪切应力，导致填料30的开裂或断开，从而导致电连接失败，甚至断开电连接。
发明内容
要解决的技术问题
因此，本发明为了解决上述问题而提出，本发明的目的在于提供一种静电吸盘，所述静电吸盘能够防止电极部中的用于供给电力的电极棒在连接面处由于剪切应力导致的电连接断开，所述连接面为所述电极棒与静电吸盘板中的电极连接的面，并且能够保持稳定的电连接。
解决问题的手段
首先，总结本发明的特征，根据用于实现上述目的的本发明的一个方面的静电吸盘，包括：基底基材，静电吸盘板，作为固定在所述基底基材上的静电吸盘板，内部具有电极，以及电极部，位于所述基底基材的孔，以向所述电极供给电力；所述电极部可包括：壳体，插入所述基底基材的孔，电极棒，贯穿所述壳体内壁，并且一侧端部与所述电极接触，以及弹性支撑体，在所述壳体内壁多个点处支撑所述电极棒。
所述电极部包括支撑部，在所述壳体内壁作为所述弹性支撑体容纳多个球弹簧；所述支撑部可包括多个球弹簧，所述球弹簧沿圆周设置，并向中心方向施加弹力。
所述电极棒可包括接触部，通过螺纹连接结合到所述一侧端部，以便与所述电极接触。
所述电极棒在另一侧端部还包括直径大于所述通孔的头部，所述壳体可包括：第一壳体部，具有第二通孔，供所述支撑部和所述电极棒的头部设置；以及第二壳体部，具有第三通孔，供所述接触部穿过，并且与所述第一壳体部结合。
所述第一壳体部和所述第二壳体部可以通过螺纹连接结合。
所述支撑部包括用于放置所述多个球弹簧的相应槽部，放置在所述槽部的各球弹簧可包括：弹簧，一侧支撑在各槽部的底面的，以及球，结合在所述弹簧的另一侧。
所述支撑部可以是圆筒形或多边筒形。
发明效果
在根据本发明的静电吸盘100中，在电极部500中，用于供给电力的电极棒520和与其结合的接触部530通过如多个球弹簧511的弹性支撑体接收弹力并被支撑，如图2B所示，在电极部500中，即使电极棒520和接触部530由于连接面处的剪切应力在水平方向产生轻微的移动，也能够防止用于供给电力的电极320与接触部530之间的电连接断开并保持稳定的电连接，所述连接面为陶瓷材料的静电吸盘板300中的电极320和接触部530通过物理力连接的面。
另外，通过引入根据本发明的静电吸盘100结构，能够防止电极部500中的电连接在高温和低温的热循环反复的半导体工艺的蚀刻工艺中断开，并且这种稳定的电连接结构可以提高静电吸盘的寿命。
附图说明
为了帮助理解本发明，作为详细说明的一部分包括的附图提供本发明的实施例，并且与详细说明一起说明本发明的技术思想。
图1A示出一般的静电吸盘的电极部的结构。
图1B是用于说明一般的静电吸盘的电极部电极连接面上产生剪切应力的图。
图2A是本发明一实施例的静电吸盘的简化剖面图和电极部的放大图。
图2B是用于说明本发明一实施例的静电吸盘的电极部电极连接面上产生剪切应力的图。
图3A至图3D是用于说明本发明一实施例的静电吸盘的电极部的结合顺序的图。
图4是用于说明本发明一实施例的静电吸盘的电极部的具有球弹簧的板的图。
附图标记说明
100：静电吸盘
200：基底基材
300：静电吸盘板
320：电极
330：介电层
500：电极部
510：支撑部
511：球弹簧
530：接触部
610：第一壳体部
620：第二壳体部
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明进行详细说明。此时，每个附图中相同的构成要素尽可能用相同的附图标记表示。另外，将省略对已知的功能和/或构成的说明。以下公开的内容，将主要说明理解多种实施例的操作所需的部分，并且省略可能使说明的主旨模糊的要素的说明。另外，附图中的一部分构成要素可能会放大、省略或示意性地示出。每个构成要素的大小不能完全反映实际大小，因此，这里记载的内容不受每个附图中示出的构成要素的相对大小或间距的限制。
在对本发明的实施例进行说明时，如果判断对与本发明相关的已知技术的具体说明不必要地模糊本发明的主旨时，将省略其详细说明。并且，后述的术语是考虑到本发明的功能而定义的术语，可以根据使用者、操作者的意图或判例而有所不同。因此，其定义应基于整个说明书的内容进行。本说明书中所使用的术语，仅仅是为了说明本发明的实施例而使用的，并不是用来限定。除非另有说明，单数表述应包括复数表述。本说明书中的“包括”或“具有”等表述，是用于指任意特征、数字、步骤、动作、构件或它们的组合，不应理解为排除一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、构件或它们的组合的存在或附加可能性。
另外，第一、第二等术语虽然可以用来说明各种构成要素，但所述构成要素不限定于所述术语。所述术语仅用于区分一个构成要素与另一构成要素。
图2A是本发明一实施例的静电吸盘100的简化剖面图和电极部500的放大图。
参照图2A，根据本发明的一实施例的静电吸盘100包括基底基材200和静电吸盘板300。在从上方观察的俯视图中，所述静电吸盘100优选为圆形类型，但根据情况，可以设计为椭圆形、四边形等其他形状。
基底基材200可以由包括多个金属层的多层结构物(multi-layer structure)形成。基底基材200可以是将银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)和钛(Ti)等金属层进行多层粘合的结构。优选地，基底基材200可以由铝(Al)制成。这些金属层可以通过铜焊(brazing)工艺、焊接(welding)工艺或接合(bonding)工艺等来粘合。
静电吸盘板300固定在基底基材200上，其可以通过使用规定的粘合剂250固定在基底基材200上。基底基材200和静电吸盘板300可以作为独立的构成要素并彼此粘合，根据情况，也可以在基底基材200的上表面直接形成静电吸盘板300的结构物。
静电吸盘板300可包括电极320和电极320上的介电层330。根据需求，静电吸盘板300还可在电极320下部设置陶瓷材料的绝缘层，使得电极320可以介于所述绝缘层与所述介电层330之间。
电极320可以由导电金属材料制成。作为一例，电极320可以由银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)和钛(Ti)中的至少一种形成，更优选地，可以由钨(W)形成。电极320可以使用热喷涂工艺或丝网印刷工艺形成。电极320具有约1.0μm至100μm的厚度。例如，优选地，当电极320通过丝网印刷工艺形成时，可以适用1.0～30μm的厚度，当电极320通过热喷涂工艺形成时，可以适用30～100μm的厚度。然而，由于难以形成电极320的厚度小于1.0μm等的太薄的层，故不优选，另外，此时，电阻值由于该电极中的孔隙率和其他缺陷而增加，并且可能会发生静电吸附力随着所述电阻值的增加而降低的现象，故不优选。另外，当电极320的厚度太厚，如超过100μm等时，可能会发生电弧(arcing)现象，故不优选。因此，电极320的厚度优选适用约1.0μm至100μm的范围内的适当的值。如此形成的电极320可以通过在加载放置在介电层330的上部的基板(未图示)时接收偏压来产生静电力并夹紧(chucking)。当卸载基板(未图示)时，通过向电极320施加相反的偏压以引起放电来执行脱夹(de-chucking)。另外，电极320可以是射频(Radio Frequency，RF)电极，在基板(未图示)上与所供给的规定气体一起产生等离子。
介电层330可以由陶瓷材料制成。作为一实施例，介电层330可以由与所述绝缘层相同的材料中选择的一种物质制成，该材料为氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化钡(BaO)、氧化锌(ZnO)、氧化钴(CoO)、氧化锡(SnO2)、氧化锆(ZrO2)、Y2O3、YAG、YAM、YAP等。介电层330可以使用如上所述的陶瓷材料执行热喷涂、陶瓷片的贴附工艺等形成在电极320的上表面。如上所述形成的介电层330可以执行介电功能，以便通过电极320形成静电力等。
当所述静电吸盘100安装在用于半导体工艺的腔室内部时，为了使用外部冷却气体来均匀地冷却静电吸盘板300上的基板(例如，玻璃基板、柔性基板和半导体晶片基板等)，基底基材200和静电吸盘板300可以具有规定的冷却结构。
如图2A中的电极部500的放大图所示，电极部500被配置为通过电极320向基底基材200的中心部等的孔590供给电力。
电极部500包括：壳体610、620(下文还称为第一壳体部610和第二壳体部620)，插入基底基材200的孔590；电极棒520，贯穿壳体610、620的内壁，一侧端部与电极320接触。进而，电极部500可包括弹性支撑体，在壳体610、620的内壁中以三个以上的多个点对电极棒520进行支撑。所述弹性支撑体容纳在支撑部510中，优选地构造成包括多个球弹簧(ballspring)511，所述多个球弹簧511以三个以上的多个点对电极棒520进行支撑。然而，所述弹性支撑体可以根据需求进行各种实施，即使没有单独的支撑部510，也可以在壳体610、620，如在第一壳体部610的主体中直接设置球弹簧等，或设置能够对电极棒520施加弹力来支撑电极棒520的其他弹性支撑体，以在壳体610、620的内壁中以三个以上的多个点对电极棒520进行支撑。
以下，对所述弹性支撑体构成为包括多个球弹簧511的优选实施例进行说明，所述多个球弹簧511以三个以上的多个点对支撑电极棒520进行支撑。
壳体610、620中设有支撑部510，支撑部510可以是构造成在壳体610、620中作为所述弹性支撑体容纳多个球弹簧511的构件。支撑部510设置有通孔514，并且设置有三个以上多个球弹簧511(图4例示了四个球弹簧)，沿支撑部510的通孔514向通孔514中心方向施加弹力。多个球弹簧511可以在通孔514中沿圆周以规定的间隔设置。在从上方看的俯视图中，支撑部510可以是具有通孔514的圆筒形或多边筒形(截面为四边形的板等)，可优选为圆筒形。
另外，电极部500包括电极棒520，其穿过支撑部510的通孔514，电极棒520由多个球弹簧511支撑。电极棒520可以通过多个球弹簧511从四周接收弹力，从而可以位于球弹簧511的弹力所允许的规定范围内，而不会由于剪切应力等而显著摇晃。
进而，电极棒520可在一侧端部包括形成为与电极320接触的接触部530。作为一例，接触部530通过螺纹连接结合到电极棒520的一侧端部。电极棒520可在另一侧端部包括头部522，其直径大于支撑部510的通孔514。接触部530的最大直径也大于支撑部510的通孔514。
当静电吸盘板300通过粘合剂250固定在基底基材200上时，可以构造成电极部500的接触部530与电极320接触，所述电极部500位于基底基材200的孔590。为此，用于与接触部530接触的位置处的电极320部分应该在没有粘合剂250的情况下暴露。另外，当在如上所述的绝缘层(未图示)与所述介电层330之间内设有电极320时，为了暴露用于与接触部530接触的位置处的电极320部分，与接触部530接触的位置处的电极320部分除了粘合剂250以外，还必须去除如上所述的绝缘层(未图示)。另外，电极棒520的头部522部分应适当固定，以使头部522不会上下移动。例如，当基底基材200的中心部的孔590为贯通孔时，头部522可以适当地固定在壳体610、620(参照图3D)。另外，基底基材200的孔590是凹槽(recess)状，形成于基底基材200的底面(附图中的下表面)未被贯通的情况下的基底基材200母材，也可以是电极部500位于所述凹槽内的形式。头部522可以适当地与电力供给构件连接。
由于根据本发明的电极棒520和与其结合的接触部530从如多个球弹簧511的弹性支撑体接收弹力并被支撑，如图2B所示，在电极部500中，即使用于供给电力的电极棒520和接触部530由于连接面处的剪切应力而在水平方向产生轻微的移动，也能够防止电极320与接触部530之间的电连接断开并保持稳定的电连接，所述连接面为陶瓷材料的静电吸盘板300中的电极320和接触部530通过物理力连接的面。另外，通过引入如上所述的本发明的静电吸盘100结构，能够防止电极部500中的电连接在高温和低温的热循环反复的半导体工艺的蚀刻工艺中断开，并且这种稳定的电连接结构可以提高静电吸盘的寿命。
图3A至图3D是用于说明本发明一实施例的静电吸盘100的电极部500的结合顺序的图。
参照图3A至图3D，电极部500包括壳体610、620，并且包括设置在壳体610、620中的支撑部510，所述支撑部510具有多个球弹簧511。电极部500还包括具备阳螺纹部521和头部522的电极棒520，电极棒520包括具备阴螺纹部531的接触部530。壳体610、620包括：第一壳体部610，其包括阴螺纹部611；第二壳体部620，其包括阳螺纹部621。
首先，如图3A所示，使电极棒520的阳螺纹部521端穿过支撑部510的通孔514并结合。由于头部522的直径大于通孔514直径ID，因此支撑部510不会向头部522端脱离。
参照图3B，电极棒520的阳螺纹部521与接触部530的阴螺纹部531结合。
参照图3C，第一壳体部610在通孔700(例如，圆筒形)端部包括阴螺纹部611。
参照图3D，第二壳体部620在通孔800端部包括阳螺纹部621。
支撑部510和头部522位于第一壳体部610的通孔700。即，支撑部510以及在支撑部510的通孔514结合有电极棒520的所述电极棒520的头部522位于第一壳体部610的通孔700。
第一壳体部610的阴螺纹部611通过螺纹连接与第二壳体部620的阳螺纹部621结合。此时，构造成电极棒520的接触部530穿过第二壳体部620的通孔800，使得接触部530向通孔800的外部显露。
图4是用于说明本发明一实施例的静电吸盘100的电极部500的具有球弹簧511的支撑部510的图。
参照图4，支撑部510包括至少三个以上的多个球弹簧511，以在多个点处沿通孔514向中心方向施加弹力。支撑部510具有与多个球弹簧511相对应的槽部519，各球弹簧511位于各槽部519。
各球弹簧511可包括：弹簧515，一侧由各槽部519的底面支撑；以及球516，结合在所述弹簧515的另一侧。穿过支撑部510的通孔514的电极棒520通过结合在弹簧515的另一侧的球516接收来自弹簧515的弹力并被支撑。各球516受力时可以进入各槽部519内侧，当去除施加到各球516的力时，各球516可以借助弹簧515的弹性恢复力接收从各槽部519内侧向外侧的力。
其中，球弹簧511的材料是在高温下可弹性变形的材料，可以应用如不锈钢(SUS)(在约250℃以下的范围内使用)、英科耐尔(INCONEL)(在约450℃以下的范围内使用)等。除了通孔514以外的支撑部510内径ID和外径OD之间的支撑部510主体优选由如上所述的陶瓷材料制成。另外，电极棒520和与其结合的接触部530的材料优选为低热膨胀金属材料，可以应用如钛(Ti)、可伐(Kovar)、钼(Mo)或其合金等。
由于根据本发明的电极棒520和与其结合的接触部530通过如多个球弹簧511的弹性支撑体接收弹力并被支撑，因此，在电极部500中，即使用于供给电力的电极棒520和接触部530由于连接面处的剪切应力在水平方向产生轻微的移动，也能够防止电极320与接触部530之间的电连接断开并保持稳定的电连接，所述连接面为陶瓷材料的静电吸盘板300中的电极320和接触部530通过物理力连接的面。另外，通过引入如上所述的本发明的静电吸盘100结构，能够防止电极部500中的电连接在高温和低温的热循环反复的半导体工艺的蚀刻工艺中断开，并且这种稳定的电连接结构可以提高静电吸盘的寿命。
近来，为了增加半导体工艺中的蚀刻效率，用于高温工艺的静电吸盘100的工艺温度使用在150℃以上。例如，由于静电吸盘100的上部的静电吸盘板300表面温度是150℃以上的高温状态，并且下部的基底基材200在0～90℃的温度反复热循环，因此电极部500的应力可能进一步增加。例示性地，陶瓷材料的上部的静电吸盘板300的热膨胀系数为7μm/m℃，铝质的下部的基底基材200的热膨胀系数为23.6μm/m℃。因此，本发明能够防止电极部的电连接在如上所述的高温和低温的热循环反复的半导体工艺的蚀刻工艺中断开，并且这种稳定的电连接结构可以提高静电吸盘的寿命。
如上所述，在本发明中，已经说明了如具体构成要素等的特定事项和有限的实施例和附图，但这仅是为了帮助对本发明整体的理解而提供的，而本发明并不限于所述实施例，本发明所属领域的普通技术人员能够在不脱离本发明的本质特征的范围内进行各种修改和变更。因此，本发明的精神不应被限制于所说明的实施例并确定，除所附的权利要求之外，与所述权利要求等同或等效变更的所有技术思想都应被解释为包括在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种静电吸盘，其中，
包括：
基底基材，
静电吸盘板，作为固定在所述基底基材上的静电吸盘板，内部具有电极，以及
电极部，位于所述基底基材的孔，以向所述电极供给电力；
所述电极部，包括：
壳体，插入所述基底基材的孔，
电极棒，贯穿所述壳体内壁，并且一侧端部与所述电极接触，以及
弹性支撑体，在所述壳体内壁以多个点支撑所述电极棒；
所述弹性支撑体沿所述壳体内壁的圆周以多个点向所述电极棒施加向中心方向的弹力。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘，其中，
所述电极部包括支撑部，在所述壳体内壁作为所述弹性支撑体容纳多个球弹簧；
所述支撑部包括多个球弹簧，所述球弹簧沿圆周设置，并向中心方向施加弹力。
3.根据权利要求2所述的静电吸盘，其中，
所述电极棒包括接触部，通过螺纹连接而结合到所述一侧端部，以便与所述电极接触。
4.根据权利要求3所述的静电吸盘，其中，
所述电极棒在另一侧端部还包括头部，所述头部直径大于所述支撑部的通孔，
所述壳体包括：
第一壳体部，具有第二通孔，供所述支撑部和所述电极棒的头部设置，以及
第二壳体部，具有第三通孔，供所述接触部穿过，并且与所述第一壳体部结合。
5.根据权利要求4所述的静电吸盘，其中，
所述第一壳体部和所述第二壳体部通过螺纹连接结合。
6.根据权利要求2所述的静电吸盘，其中，
所述支撑部包括用于放置多个所述球弹簧的相应槽部，
放置在所述槽部的各所述球弹簧包括：
弹簧，一侧支撑在各所述槽部的底面，以及
球，结合在所述弹簧的另一侧。
7.根据权利要求2所述的静电吸盘，其中，
所述支撑部是圆筒形或多边筒形。
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