TW202324667A - 靜電吸盤 - Google Patents

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趙美娜
朴重現
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南韓商美科陶瓷科技有限公司
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Abstract

本發明關於一種靜電吸盤，本發明的靜電吸盤，包括：基底基材；靜電吸盤板，作為固定在所述基底基材上的靜電吸盤板，內部具有電極；以及電極部，位於所述基底基材的孔，以向所述電極供給電力，所述電極部可包括：殼體，插入所述基底基材的孔；電極棒，貫穿所述殼體內壁，並且一側端部與所述電極接觸；以及彈性支撐體，在所述殼體內壁的多個點處支撐所述電極棒。

Description

靜電吸盤
本發明關於一種靜電吸盤，尤其，關於一種靜電吸盤，其具有用於提高高溫耐久性的電極部的端子連接結構。
半導體裝置或顯示裝置是藉由化學氣相沉積（Chemical vapor deposition；CVD）製程、物理氣相沉積（Physical vapor deposition；PVD）製程、離子注入（Ion implantation）製程、蝕刻製程（Etch process）等的半導體製程在玻璃基板、柔性基板或半導體晶片基板等上堆疊和圖案化包括介電層和金屬層的多個薄膜層來製造。用於執行這種半導體製程的腔室裝置設置有靜電吸盤（Electro Static Chuck；ESC），所述靜電吸盤用於支撐如玻璃基板、柔性基板和半導體晶片基板等各種基板，尤其藉由使用靜電力來固定上述基板或進行電漿處理。
圖1A示出一般的靜電吸盤的電極部的結構。
參照圖1A，在一般習知的靜電吸盤中，上部板1和下部板2藉由如矽酮或環氧基的黏合劑5黏合，並且為了向埋設在上部板1中的電極10供電，電極棒20貫穿下部板2與電極10電連接。為此，電極10和電極棒20藉由填料30焊接或釺焊。
圖1B是用於說明一般習知的靜電吸盤的電極部電極連接面上產生剪切應力的圖。
參照圖1B，一般習知的靜電吸盤的電極部具有如下問題，在進行如上所述的半導體製程的過程中，根據需求，可能會暴露在100℃以上的高溫環境，此時，在電極10和電極棒20藉由填料30連接的表面上，由於兩側材料的熱膨脹係數差而產生剪切應力，導致填料30的開裂或斷開，從而導致電連接失敗，甚至斷開電連接。
[發明所要解決的技術問題]
因此，本發明為了解決上述問題而提出，本發明的目的在於提供一種靜電吸盤，所述靜電吸盤能夠防止電極部中的用於供給電力的電極棒在連接面處由於剪切應力導致的電連接斷開，所述連接面為所述電極棒與靜電吸盤板中的電極連接的面，並且能夠保持穩定的電連接。 [用以解決問題的手段]
首先，總結本發明的特徵，根據用於實現上述目的的本發明的一個方面的靜電吸盤，包括：基底基材；靜電吸盤板，作為固定在所述基底基材上的靜電吸盤板，內部具有電極；以及電極部，位於所述基底基材的孔，以向所述電極供給電力，所述電極部可包括：殼體，插入所述基底基材的孔；電極棒，貫穿所述殼體內壁，並且一側端部與所述電極接觸；以及彈性支撐體，在所述殼體內壁多個點處支撐所述電極棒。
所述電極部包括支撐部，在所述殼體內壁作為所述彈性支撐體容納多個球彈簧；所述支撐部可包括多個球彈簧，所述球彈簧沿圓周設置，並向中心方向施加彈力。
所述電極棒可包括接觸部，藉由螺紋連接結合到所述一側端部，以便與所述電極接觸。
所述電極棒在另一側端部還包括直徑大於所述通孔的頭部，所述殼體可包括：第一殼體部，具有第二通孔，供所述支撐部和所述電極棒的頭部設置；以及第二殼體部，具有第三通孔，供所述接觸部穿過，並且與所述第一殼體部結合。
所述第一殼體部和所述第二殼體部可以藉由螺紋連接結合。
所述支撐部包括用於放置所述多個球彈簧的相應槽部，放置在所述槽部的各球彈簧可包括：彈簧，一側支撐在各槽部的底面的；以及球，結合在所述彈簧的另一側。
所述支撐部可以是圓筒形或多邊筒形。 [發明效果]
在根據本發明的靜電吸盤100中，在電極部500中，用於供給電力的電極棒520和與其結合的接觸部530藉由如多個球彈簧511的彈性支撐體接收彈力並被支撐，如圖2B所示，在電極部500中，即使電極棒520和接觸部530由於連接面處的剪切應力在水平方向產生輕微的移動，也能夠防止用於供給電力的電極320與接觸部530之間的電連接斷開並保持穩定的電連接，所述連接面為陶瓷材料的靜電吸盤板300中的電極320和接觸部530藉由物理力連接的面。
另外，藉由引入根據本發明的靜電吸盤100結構，能夠防止電極部500中的電連接在高溫和低溫的熱循環反復的半導體製程的蝕刻製程中斷開，並且這種穩定的電連接結構可以提高靜電吸盤的壽命。
以下，參照隨附圖式，對本發明進行詳細說明。此時，每個圖式中相同的構成要素盡可能用相同的元件符號表示。另外，將省略對已知的功能和/或構成的說明。以下公開的內容，將主要說明理解多種實施例的操作所需的部分，並且省略可能使說明的主旨模糊的要素的說明。另外，圖式中的一部分構成要素可能會放大、省略或示意性地示出。每個構成要素的大小不能完全反映實際大小，因此，這裡記載的內容不受每個圖式中示出的構成要素的相對大小或間距的限制。
在對本發明的實施例進行說明時，如果判斷對與本發明相關的已知技術的具體說明不必要地模糊本發明的主旨時，將省略其詳細說明。並且，後述的術語是考慮到本發明的功能而定義的術語，可以根據使用者、操作者的意圖或判例而有所不同。因此，其定義應基於整個說明書的內容進行。本說明書中所使用的術語，僅僅是為了說明本發明的實施例而使用的，並不是用來限定。除非另有說明，單數表述應包括複數表述。本說明書中的“包括”或“具有”等表述，是用於指任意特徵、數位、步驟、動作、構件或它們的組合，不應理解為排除一個以上的其他特徵、數位、步驟、動作、構件或它們的組合的存在或附加可能性。
另外，第一、第二等術語雖然可以用來說明各種構成要素，但所述構成要素不限定於所述術語。所述術語僅用於區分一個構成要素與另一構成要素。
圖2A是本發明一實施例的靜電吸盤100的簡化剖面圖和電極部500的放大圖。
參照圖2A，根據本發明的一實施例的靜電吸盤100包括基底基材200和靜電吸盤板300。在從上方觀察的俯視圖中，所述靜電吸盤100較佳為圓形類型，但根據情況，可以設計為橢圓形、四邊形等其他形狀。
基底基材200可以由包括多個金屬層的多層結構物（multi-layer structure）形成。基底基材200可以是將銀（Ag）、金（Au）、鋁（Al）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）和鈦（Ti）等金屬層進行多層黏合的結構。較佳地，基底基材200可以由鋁（Al）製成。這些金屬層可以藉由銅焊（brazing）製程、焊接（welding）製程或接合（bonding）製程等來黏合。
靜電吸盤板300固定在基底基材200上，其可以藉由使用規定的黏合劑250固定在基底基材200上。基底基材200和靜電吸盤板300可以作為獨立的構成要素並彼此黏合，根據情況，也可以在基底基材200的上表面直接形成靜電吸盤板300的結構物。
靜電吸盤板300可包括電極320和電極320上的介電層330。根據需求，靜電吸盤板300還可在電極320下部設置陶瓷材料的絕緣層，使得電極320可以介於所述絕緣層與所述介電層330之間。
電極320可以由導電金屬材料製成。作為一例，電極320可以由銀（Ag）、金（Au）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）和鈦（Ti）中的至少一種形成，更佳地，可以由鎢（W）形成。電極320可以使用熱噴塗製程或絲網印刷製程形成。電極320具有約1.0μm至100μm的厚度。例如，較佳地，當電極320藉由絲網印刷製程形成時，可以適用1.0~30μm的厚度，當電極320藉由熱噴塗製程形成時，可以適用30~100μm的厚度。然而，由於難以形成電極320的厚度小於1.0μm等的太薄的層，故不較佳，另外，此時，電阻值由於該電極中的孔隙率和其他缺陷而增加，並且可能會發生靜電吸附力隨著所述電阻值的增加而降低的現象，故不較佳。另外，當電極320的厚度太厚，如超過100μm等時，可能會發生電弧（arcing）現象，故不較佳。因此，電極320的厚度較佳適用約1.0μm至100μm的範圍內的適當的值。如此形成的電極320可以藉由在載入放置在介電層330的上部的基板（未圖示）時接收偏壓來產生靜電力並夾緊（chucking）。當卸載基板（未圖示）時，藉由向電極320施加相反的偏壓以引起放電來執行脫夾（de-chucking）。另外，電極320可以是射頻（Radio Frequency，RF）電極，在基板（未圖示）上與所供給的規定氣體一起產生電漿。
介電層330可以由陶瓷材料製成。作為一實施例，介電層330可以由與所述絕緣層相同的材料中選擇的一種物質製成，該材料為氧化鋁（Al 2O 3）、氮化鋁（AlN）、碳化矽（SiC）、氮化矽（Si 3N 4）、二氧化矽（SiO 2）、氧化鋇（BaO）、氧化鋅（ZnO）、氧化鈷（CoO）、氧化錫（SnO 2）、氧化鋯（ZrO 2）、Y2O3、YAG、YAM、YAP等。介電層330可以使用如上所述的陶瓷材料執行熱噴塗、陶瓷片的貼附製程等形成在電極320的上表面。如上所述形成的介電層330可以執行介電功能，以便藉由電極320形成靜電力等。
當所述靜電吸盤100安裝在用於半導體製程的腔室內部時，為了使用外部冷卻氣體來均勻地冷卻靜電吸盤板300上的基板（例如，玻璃基板、柔性基板和半導體晶片基板等），基底基材200和靜電吸盤板300可以具有規定的冷卻結構。
如圖2A中的電極部500的放大圖所示，電極部500被配置為藉由電極320向基底基材200的中心部等的孔590供給電力。
電極部500包括：殼體（下文還稱為第一殼體部610和第二殼體部620），插入基底基材200的孔590；電極棒520，貫穿殼體（610、620）的內壁，一側端部與電極320接觸。進而，電極部500可包括彈性支撐體，在殼體（610、620）的內壁中以三個以上的多個點對電極棒520進行支撐。所述彈性支撐體容納在支撐部510中，較佳地構造成包括多個球彈簧（ball spring）511，所述多個球彈簧511以三個以上的多個點對電極棒520進行支撐。然而，所述彈性支撐體可以根據需求進行各種實施，即使沒有單獨的支撐部510，也可以在殼體，如在第一殼體部610的主體中直接設置球彈簧等，或設置能夠對電極棒520施加彈力來支撐電極棒520的其他彈性支撐體，以在殼體（610、620）的內壁中以三個以上的多個點對電極棒520進行支撐。
以下，對所述彈性支撐體構成為包括多個球彈簧511的較佳實施例進行說明，所述多個球彈簧511以三個以上的多個點對支撐電極棒520進行支撐。
殼體（610、620）中設有支撐部510，支撐部510可以是構造成在殼體（610、620）中作為所述彈性支撐體容納多個球彈簧511的構件。支撐部510設置有通孔514，並且設置有三個以上多個球彈簧511（圖4例示了四個球彈簧），沿支撐部510的通孔514向通孔514中心方向施加彈力。多個球彈簧511可以在通孔514中沿圓周以規定的間隔設置。在從上方看的俯視圖中，支撐部510可以是具有通孔514的圓筒形或多邊筒形（截面為四邊形的板等），較佳可為圓筒形。
另外，電極部500包括電極棒520，其穿過支撐部510的通孔514，電極棒520由多個球彈簧511支撐。電極棒520可以藉由多個球彈簧511從四周接收彈力，從而可以位於球彈簧511的彈力所允許的規定範圍內，而不會由於剪切應力等而顯著搖晃。
進而，電極棒520可在一側端部包括形成為與電極320接觸的接觸部530。作為一例，接觸部530藉由螺紋連接結合到電極棒520的一側端部。電極棒520可在另一側端部包括頭部522，其直徑大於支撐部510的通孔514。接觸部530的最大直徑也大於支撐部510的通孔514。
當靜電吸盤板300藉由黏合劑250固定在基底基材200上時，可以構造成電極部500的接觸部530與電極320接觸，所述電極部500位於基底基材200的孔590。為此，用於與接觸部530接觸的位置處的電極320部分應該在沒有黏合劑250的情況下暴露。另外，當在如上所述的絕緣層（未圖示）與所述介電層330之間內設有電極320時，為了暴露用於與接觸部530接觸的位置處的電極320部分，與接觸部530接觸的位置處的電極320部分除了黏合劑250以外，還必須去除如上所述的絕緣層（未圖示）。另外，電極棒520的頭部522部分應適當固定，以使頭部522不會上下移動。例如，當基底基材200的中心部的孔590為貫通孔時，頭部522可以適當地固定在殼體（610、620，參照圖3D）。另外，基底基材200的孔590是凹槽（recess）狀，形成於基底基材200的底面（附圖中的下表面）未被貫通的情況下的基底基材200母材，也可以是電極部500位於所述凹槽內的形式。頭部522可以適當地與電力供給構件連接。
由於根據本發明的電極棒520和與其結合的接觸部530從如多個球彈簧511的彈性支撐體接收彈力並被支撐，如圖2B所示，在電極部500中，即使用於供給電力的電極棒520和接觸部530由於連接面處的剪切應力而在水平方向產生輕微的移動，也能夠防止電極320與接觸部530之間的電連接斷開並保持穩定的電連接，所述連接面為陶瓷材料的靜電吸盤板300中的電極320和接觸部530藉由物理力連接的面。另外，藉由引入如上所述的本發明的靜電吸盤100結構，能夠防止電極部500中的電連接在高溫和低溫的熱循環反復的半導體製程的蝕刻製程中斷開，並且這種穩定的電連接結構可以提高靜電吸盤的壽命。
圖3A至圖3D是用於說明本發明一實施例的靜電吸盤100的電極部500的結合順序的圖。
參照圖3A至圖3D，電極部500包括殼體（610、620），並且包括設置在殼體（610、620）中的支撐部510，所述支撐部510具有多個球彈簧511。電極部500還包括具備陽螺紋部521和頭部522的電極棒520，電極棒520包括具備陰螺紋部531的接觸部530。殼體包括：第一殼體部610，其包括陰螺紋部611；第二殼體部620，其包括陽螺紋部621。
首先，如圖3A所示，使電極棒520的陽螺紋部521端穿過支撐部510的通孔514並結合。由於頭部522的直徑大於通孔514直徑（ID），因此支撐部510不會向頭部522端脫離。
參照圖3B，電極棒520的陽螺紋部521與接觸部530的陰螺紋部531結合。
參照圖3C，第一殼體部610在通孔700（例如，圓筒形）端部包括陰螺紋部611。
參照圖3D，第二殼體部620在通孔800端部包括陽螺紋部621。
支撐部510和頭部522位於第一殼體部610的通孔700。即，支撐部510以及在支撐部510的通孔514結合有電極棒520的所述電極棒520的頭部522位於第一殼體部610的通孔700。
第一殼體部610的陰螺紋部611藉由螺紋連接與第二殼體部620的陽螺紋部621結合。此時，構造成電極棒520的接觸部530穿過第二殼體部620的通孔800，使得接觸部530向通孔800的外部顯露。
圖4是用於說明本發明一實施例的靜電吸盤100的電極部500的具有球彈簧511的支撐部510的圖。
參照圖4，支撐部510包括至少三個以上的多個球彈簧511，以在多個點處沿通孔514向中心方向施加彈力。支撐部510具有與多個球彈簧511相對應的槽部519，各球彈簧511位於各槽部519。
各球彈簧511可包括：彈簧515，一側由各槽部519的底面支撐；以及球516，結合在所述彈簧515的另一側。穿過支撐部510的通孔514的電極棒520藉由結合在彈簧515的另一側的球516接收來自彈簧515的彈力並被支撐。各球516受力時可以進入各槽部519內側，當去除施加到各球516的力時，各球516可以借助彈簧515的彈性恢復力接收從各槽部519內側向外側的力。
其中，球彈簧511的材料是在高溫下可彈性變形的材料，可以應用如不鏽鋼（SUS）（在約250℃以下的範圍內使用）、英科耐爾（INCONEL）（在約450℃以下的範圍內使用）等。除了通孔514以外的支撐部510內徑（ID）和外徑（OD）之間的支撐部510主體較佳由如上所述的陶瓷材料製成。另外，電極棒520和與其結合的接觸部530的材料較佳為低熱膨脹金屬材料，可以應用如鈦（Ti）、科伐（Kovar）、鉬（Mo）或其合金等。
由於根據本發明的電極棒520和與其結合的接觸部530藉由如多個球彈簧511的彈性支撐體接收彈力並被支撐，因此，在電極部500中，即使用於供給電力的電極棒520和接觸部530由於連接面處的剪切應力在水平方向產生輕微的移動，也能夠防止電極320與接觸部530之間的電連接斷開並保持穩定的電連接，所述連接面為陶瓷材料的靜電吸盤板300中的電極320和接觸部530藉由物理力連接的面。另外，藉由引入如上所述的本發明的靜電吸盤100結構，能夠防止電極部500中的電連接在高溫和低溫的熱循環反復的半導體製程的蝕刻製程中斷開，並且這種穩定的電連接結構可以提高靜電吸盤的壽命。
近來，為了增加半導體製程中的蝕刻效率，用於高溫製程的靜電吸盤100的製程溫度使用在150℃以上。例如，由於靜電吸盤100的上部的靜電吸盤板300表面溫度是150℃以上的高溫狀態，並且下部的基底基材200在0~90℃的溫度反復熱循環，因此電極部500的應力可能進一步增加。例示性地，陶瓷材料的上部的靜電吸盤板300的熱膨脹係數為7μm/m℃，鋁質的下部的基底基材200的熱膨脹係數為23.6μm/m℃。因此，本發明能夠防止電極部的電連接在如上所述的高溫和低溫的熱循環反復的半導體製程的蝕刻製程中斷開，並且這種穩定的電連接結構可以提高靜電吸盤的壽命。
如上所述，在本發明中，已經說明了如具體構成要素等的特定事項和有限的實施例和圖式，但這僅是為了幫助對本發明整體的理解而提供的，而本發明並不限於所述實施例，本發明所屬領域的普通技術人員能夠在不脫離本發明的本質特徵的範圍內進行各種修改和變更。因此，本發明的精神不應被限制於所說明的實施例並確定，除所附的申請專利範圍之外，與所述權利要求等同或等效變更的所有技術思想都應被解釋為包括在本發明的範圍內。
1:上部板 2:下部板 5:黏合劑 10:電極 20:電極棒 30:填料 100:靜電吸盤 200:基底基材 250:黏合劑 300:靜電吸盤板 320:電極 330:介電層 500:電極部 510:支撐部 511:球彈簧 514:通孔 515:彈簧 516:球 519:槽部 520:電極棒 521:陽螺紋部 522:頭部 530:接觸部 531:陰螺紋部 590:孔 610:第一殼體部 611:陰螺紋部 620:第二殼體部 621:陽螺紋部 700:通孔 800:通孔
為了幫助理解本發明，作為詳細說明的一部分包括的圖式提供本發明的實施例，並且與詳細說明一起說明本發明的技術思想。
圖1A示出一般習知的靜電吸盤的電極部的結構。
圖1B是用於說明一般習知的靜電吸盤的電極部電極連接面上產生剪切應力的圖。
圖2A是本發明一實施例的靜電吸盤的簡化剖面圖和電極部的放大圖。
圖2B是用於說明本發明一實施例的靜電吸盤的電極部電極連接面上產生剪切應力的圖。
圖3A至圖3D是用於說明本發明一實施例的靜電吸盤的電極部的結合順序的圖。
圖4是用於說明本發明一實施例的靜電吸盤的電極部的具有球彈簧的板的圖。
100:靜電吸盤
200:基底基材
250:黏合劑
300:靜電吸盤板
320:電極
330:介電層
500:電極部
510:支撐部
511:球彈簧
514:通孔
520:電極棒
521:陽螺紋部
522:頭部
530:接觸部
531:陰螺紋部
590:孔
610:第一殼體部
620:第二殼體部

Claims (7)

  1. 一種靜電吸盤，其包括： 基底基材； 靜電吸盤板，作為固定在所述基底基材上的靜電吸盤板，內部具有電極；以及 電極部，位於所述基底基材的孔，以向所述電極供給電力， 所述電極部包括： 殼體，插入所述基底基材的所述孔； 電極棒，貫穿所述殼體內壁，並且一側端部與所述電極接觸；以及 彈性支撐體，在所述殼體內壁以多個點支撐所述電極棒， 所述彈性支撐體沿所述殼體內壁的圓周以多個點向所述電極棒施加向中心方向的彈力。
  2. 如請求項1所述之靜電吸盤，其中，所述電極部進一步包括支撐部，在所述殼體內壁作為所述彈性支撐體容納多個球彈簧， 所述支撐部包括多個所述球彈簧，所述球彈簧沿所述圓周設置，並向所述中心方向施加彈力。
  3. 如請求項2所述之靜電吸盤，其中，所述電極棒包括接觸部，藉由螺紋連接而結合到所述一側端部，以便與所述電極接觸。
  4. 如請求項3所述之靜電吸盤，其中，所述電極棒在另一側端部進一步包括頭部，所述頭部直徑大於所述支撐部的通孔， 所述殼體包括： 第一殼體部，具有第二通孔，供所述支撐部和所述電極棒的所述頭部設置；以及 第二殼體部，具有第三通孔，供所述接觸部穿過，並且與所述第一殼體部結合。
  5. 如請求項4所述之靜電吸盤，其中，所述第一殼體部和所述第二殼體部藉由螺紋連接結合。
  6. 如請求項2所述之靜電吸盤，其中，所述支撐部進一步包括用於放置多個所述球彈簧的相應槽部， 放置在所述槽部的各所述球彈簧包括： 彈簧，一側支撐在各所述槽部的底面；以及 球，結合在所述彈簧的另一側。
  7. 如請求項2所述之靜電吸盤，其中，所述支撐部是圓筒形或多邊筒形。
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