WO2022163656A1 - 静電チャック - Google Patents

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plane
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航 藤田
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Definitions

  • the present disclosure relates to electrostatic chucks.
  • Electrostatic chucks are used to attract and hold non-adsorbable objects in the manufacturing process of semiconductor products.
  • Sapphire is a transparent insulator and can be used as an electrostatic chuck for applications that require transparency, such as inspection equipment (Patent Document 1).
  • Sapphire has superior wear resistance compared to glass and is scratch resistant.
  • sapphire also has excellent corrosion resistance and can be used for the substrate adsorption part of a plasma processing apparatus or the like.
  • sapphire is anisotropic, and there is a problem that the adsorption force varies depending on, for example, the plane orientation.
  • An electrostatic chuck includes a plate-like body having an attraction surface for placing an object to be attracted, a base, and an electrode film positioned between the plate-like body and the base.
  • the plate-like body and base are made of sapphire.
  • the angle between the adsorption surface and the c-plane of sapphire is 45° or more.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an electrostatic chuck according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. It is an explanatory view showing the crystal structure of sapphire.
  • sapphire has wear resistance and corrosion resistance, it is anisotropic, and there is a problem that the adsorption force differs depending on the plane orientation, for example. Therefore, there is a need for an electrostatic chuck that has excellent adsorption force.
  • a plate-like body having an attraction surface for placing an object to be attracted is formed of sapphire, and the angle between the attraction surface and the c-plane of sapphire is 45° or more. . Therefore, the electrostatic chuck according to the present disclosure has excellent adsorption force.
  • the electrostatic chuck according to the present disclosure includes a plate-like body having an attraction surface on which an object to be attracted is placed, a base, and an electrode film positioned between the plate-like body and the base. include.
  • An electrostatic chuck according to the present disclosure will be described based on FIGS. 1 and 2. FIG.
  • an electrostatic chuck 1 includes a plate-like body 11 having an attraction surface 11a on which an object to be attracted 2 is placed, a base 13, and a plate-like body 11 and the base. 13 and an electrode film 12 and a pedestal 14 .
  • the plate-like body 11 is made of sapphire, and its shape and size are not limited as long as it is plate-like.
  • the shape and size of the plate-like body 11 are appropriately set according to, for example, the shape and size of the object 2 to be adsorbed.
  • the plate-like body 11 may have, for example, a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape (triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc.) when viewed from above.
  • the plate-like body 11 may have a thickness of, for example, 0.1 mm or more and 0.4 mm or less, and the adsorption surface 11a of the plate-like body 11 may have a diameter (width) of, for example, 100 mm or more and 40 mm or less.
  • the sapphire forming the plate-like body 11 is a single crystal of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Sapphire is a transparent insulator and has excellent scratch resistance, heat resistance, and thermal conductivity.
  • the angle between the attraction surface 11a of the plate-like body 11 and the c-plane of sapphire is 45° or more.
  • the crystal plane of sapphire will be described.
  • FIG. 2 shows the crystal structure of sapphire.
  • sapphire has a hexagonal crystal structure, and c-plane, m-plane, a-plane and r-plane exist as representative crystal planes. Axes perpendicular to these planes are called c-axis, m-axis, a-axis and r-axis, respectively.
  • the angle formed by the attraction surface 11a and the c-plane of sapphire is 45° or more
  • the attraction surface 11a of the plate-like body 11 is the same as that shown in FIG. ) is inclined at an angle of 45° or more with respect to the c-plane shown in FIG.
  • the maximum angle between the attraction surface 11a and the c-plane of sapphire is 90°.
  • the attraction surface 11a is formed perpendicular to the c-plane (parallel to the c-axis).
  • the angle formed by the attractive surface 11a and the c-plane of sapphire may be 60° or more, more preferably 75° or more.
  • the attraction surface 11a is preferably the r-plane of sapphire shown in FIG. 2(D).
  • the r-plane of sapphire is tilted about 57.6° with respect to the c-plane of sapphire. Since the r-plane of sapphire has good plasma resistance, it is not easily damaged by, for example, plasma etching. Furthermore, the r-plane of sapphire is a cleaved plane, which is excellent in workability and productivity, and easily produces a mirror surface.
  • Adsorption force F (S/2) ⁇ 0 ⁇ r ⁇ (V/d) 2 (I)
  • the c-plane (a plane perpendicular to the c-axis) has the smallest relative dielectric constant, and the a-plane, m-plane, and other planes parallel to the c-axis have the largest relative dielectric constant.
  • a plane having a larger angle (inclination from the c-plane) with the c-plane has a larger dielectric constant. Therefore, in the electrostatic chuck 1 according to one embodiment, "the angle between the attraction surface 11a and the c-plane of sapphire is specified to be 45° or more".
  • the base 13 is a member for fixing the plate-like body 11, and is made of sapphire. Sapphire is as described above, and detailed description is omitted.
  • An electrostatic chuck 1 according to one embodiment has a plate-like body 11 and a substrate 13 made of transparent sapphire and has excellent translucency. Since the substrate 13 does not contribute to electrostatic attraction, sapphire with a crystal orientation having a relatively large dielectric constant may be used.
  • the c-plane has no refractive index anisotropy (birefringence) and no in-plane thermal expansion anisotropy, so it is suitable as the substrate 13 . Birefringence does not occur in planes perpendicular to the c-plane, such as the a-plane and the m-plane. Furthermore, the a-plane has high mechanical strength (bending strength).
  • the shape and size of the substrate 13 are not limited, and are appropriately set according to the shape and size of the plate-like body 11, for example.
  • the substrate 13 may have, for example, a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape (triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc.) when viewed from above.
  • the substrate 13 has a thickness of, for example, 1 mm or more and 50 mm or less, and may have a thickness greater than that of the plate-like body 11, for example.
  • the surface of the substrate 13 facing the plate-like body 11 has substantially the same shape and area as the surface of the plate-like body 11 facing the base 13, and has a diameter (width) of, for example, 100 mm or more and 400 mm or less.
  • Sapphire also has an anisotropic coefficient of thermal expansion.
  • the coefficient of thermal expansion is maximum in the direction parallel to the c-axis, increases in directions closer to the c-axis, and decreases in directions away from the c-axis.
  • the plate-like body 11 and the c-axis of the sapphire forming the base 13 are arranged so as to be non-parallel to each other. It is preferable that it is provided so as to face the base 13 .
  • the electrode film 12 is positioned between the plate-like body 11 and the substrate 13 and is electrically connected to the external power supply 3 .
  • the shape and thickness of the electrode film 12 are not limited, and are appropriately set according to the shape and size of the plate-like body 11 and the substrate 13 .
  • the electrode film 12 preferably has translucency, and examples thereof include an ITO (indium tin oxide) film, a tin oxide film, and a zinc oxide film.
  • the pedestal 14 is a member for supporting the laminated plate-like body 11 , the electrode film 12 and the substrate 13 , and is provided so that the substrate 13 is in contact with the pedestal 14 .
  • the pedestal 14 is not limited as long as it has a shape and size that can support the plate-like body 11, the electrode film 12 and the substrate 13 that are laminated.
  • the pedestal 14 is made of, for example, metal, resin, ceramics, or the like.
  • electrode extraction portions 13a and 14a are formed on the substrate 13 and the pedestal 14, and the electrode film 12 and the external power source 3 are electrically connected through the electrode extraction portions 13a and 14a. be done.
  • Electrode lead-out portions 13 a and 14 a are formed by providing through holes in base 13 and base 14 . Conductors for connecting the electrode film 12 and the power source 3 pass through the through holes (electrode extraction portions 13a and 14a), and the electrode film 12 and the power source 3 are electrically connected.
  • the method of joining the plate-like body 11 and the base 13 is not limited.
  • Examples of the bonding method include a method of bonding using a UV curable adhesive, a method of directly bonding by diffusion bonding, and the like.
  • An electrostatic chuck 1 is provided, for example, in an inspection device.
  • an inspection device for example, a visual inspection device or the like can be used.
  • the appearance inspection apparatus includes a light source, a placement section, and an imaging section, and inspects the appearance shape of an inspection object placed on the placement section. If a mounting section transparent to the light from the light source is used, the light source, the object to be inspected, and the imaging section can be arranged on the same straight line, so that the inspection accuracy can be improved with a simple configuration.
  • the electrostatic chuck 1 attracts and holds an inspection object (adsorbed object 2), and inspection of the inspection object is performed.
  • the object to be inspected object to be adsorbed 2 include substrates and elements made of semiconductors, metals, ceramics, resins, single crystals, and the like.
  • a method for attracting the object 2 to be attracted to the electrostatic chuck 1 is, for example, as follows.
  • the plate-like body 11 made of sapphire is dielectrically polarized.
  • the object 2 can be attracted to the attraction surface 11a of the plate-like body 11 by the Coulomb force.
  • Both the positive electrode and the negative electrode may be formed as the electrode film 12 between the plate-like body 11 and the substrate 13 .
  • the angle formed by the attraction surface 11a of the plate-like body 11 and the c-plane of sapphire is 45° or more. Therefore, the electrostatic chuck 1 according to one embodiment can attract the object 2 with a strong attraction force.
  • the electrostatic chuck according to the present disclosure is not limited to the electrostatic chuck 1 according to the embodiment described above.
  • the pedestal 14 is provided as described above, and supports the plate-like body 11, the electrode film 12, and the substrate 13 which are laminated.
  • the pedestal is not an essential member, and the pedestal may not be provided.
  • the electrostatic chuck 1 is a monopolar electrostatic chuck including one electrode film 12 .
  • the electrostatic chuck according to the present disclosure may be a bipolar electrostatic chuck including multiple electrode films.

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Abstract

本開示に係る静電チャックは、被吸着物を載置するための吸着面を有する板状体と、基体と、板状体と基体との間に位置する電極膜とを含む。板状体および基体はサファイアで形成されている。吸着面とサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上である。

Description

静電チャック
　本開示は、静電チャックに関する。
　半導体製品の製造工程などで、非吸着物を吸着、保持するための静電チャックが使用されている。サファイアは透明な絶縁体であり、検査装置など透明性が要求される用途の静電チャックとして使用することができる（特許文献１）。サファイアは、ガラスと比べて優れた耐摩耗性を有しており、傷もつきにくい。さらに、サファイアは、優れた耐食性も有しており、プラズマ処理装置などの基板吸着部にも使用することができる。しかし、サファイアは異方性を有しており、例えば面方位によって吸着力が異なるという問題がある。
特開平６－２９１１７５号公報
　本開示に係る静電チャックは、被吸着物を載置するための吸着面を有する板状体と、基体と、板状体と基体との間に位置する電極膜とを含む。板状体および基体はサファイアで形成されている。吸着面とサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上である。
本開示の一実施形態に係る静電チャックを示す説明図である。 サファイアの結晶構造を示す説明図である。
　上述のように、サファイアは、耐摩耗性および耐食性を有しているものの、異方性を有しており、例えば面方位によって吸着力が異なるという問題がある。したがって、優れた吸着力を有する静電チャックが求められている。
　本開示に係る静電チャックは、被吸着物を載置するための吸着面を有する板状体がサファイアで形成されており、吸着面とサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上である。したがって、本開示に係る静電チャックは、優れた吸着力を有する。
　本開示に係る静電チャックは、上記のように、被吸着物を載置するための吸着面を有する板状体と、基体と、板状体と基体との間に位置する電極膜とを含む。本開示に係る静電チャックを、図１および２に基づいて説明する。
　本開示の一実施形態に係る静電チャック１は、図１に示すように、被吸着物２を載置するための吸着面１１ａを有する板状体１１、基体１３、板状体１１と基体１３との間に位置する電極膜１２、および台座１４を含む。
　板状体１１はサファイアで形成されており、板状であれば形状および大きさは限定されない。板状体１１の形状および大きさは、例えば、被吸着物２の形状および大きさに応じて、適宜設定される。板状体１１は、平面視した場合に、例えば、円形状、楕円形状または多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状など）を有していてもよい。板状体１１は、例えば、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の厚みを有し、板状体１１の吸着面１１ａは、例えば１００ｍｍ以上４０ｍｍ以下の直径（幅）を有していてもよい。
　板状体１１を形成しているサファイアは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の単結晶である。サファイアは透明な絶縁体であり、優れた耐傷性、耐熱性、熱伝導性などを有している。
　一実施形態に係る静電チャック１は、板状体１１の吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上である。ここで、サファイアの結晶面について説明する。図２は、サファイアの結晶構造を示す。図２（Ａ）～（Ｄ）に示すように、サファイアは六方晶構造を有しており、代表的な結晶面として、ｃ面、ｍ面、ａ面およびｒ面が存在する。これらの面に垂直な軸を、それぞれｃ軸、ｍ軸、ａ軸およびｒ軸と称する。
　「吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上」とは、例えばサファイアインゴットを加工して板状体１１を得る場合に、板状体１１の吸着面１１ａが図２（Ａ）に示すｃ面に対して４５°以上傾斜するように形成されていることを示す。吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角は９０°が最大であり、９０°の場合、吸着面１１ａはｃ面と直交するように（ｃ軸と平行に）形成される。より吸着力を向上させる点で、吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角は６０°以上、さらに好ましくは７５°以上であってもよい。
　特に、吸着面１１ａが図２（Ｄ）に示すサファイアのｒ面であるのがよい。サファイアのｒ面は、サファイアのｃ面に対して約５７．６°傾斜している。サファイアのｒ面は、良好な耐プラズマ性を有していることから、例えばプラズマエッチングによってダメージを受けにくい。さらに、サファイアのｒ面は劈開面であり、加工性や生産性に優れ、鏡面も出やすい。
　吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上であれば、優れた吸着力を発揮し得るのは、下記の関係式（Ｉ）に基づく。
　　吸着力Ｆ＝（Ｓ／２）×ε０×εｒ×（Ｖ／ｄ）２・・・・・（Ｉ）
　　　Ｓ：静電電極面積
　　　ε０：真空の誘電率
　　　εｒ：絶縁体の比誘電率
　　　Ｖ：印加電圧
　　　ｄ：絶縁層の厚み
　すなわち、εｒ（絶縁体の比誘電率）が大きければ、吸着力Ｆが大きくなるため、吸着面１１ａの誘電率を大きくすればよい。サファイアにおいて、ｃ面（ｃ軸と直交する面）の比誘電率が最も小さく、ａ面、ｍ面などｃ軸に平行な面の比誘電率は最も大きい。つまり、ｃ面とのなす角（ｃ面からの傾斜）が大きい面の方が大きな誘電率を有する。したがって、一実施形態に係る静電チャック１において、「吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角が４５°以上」となるように特定している。
　基体１３は板状体１１を固定する部材であり、サファイアで形成されている。サファイアについては上述の通りであり、詳細な説明は省略する。一実施形態に係る静電チャック１は、板状体１１および基体１３が透明なサファイアで形成されており、優れた透光性を有する。基体１３は静電吸着に寄与しないので、比誘電率が比較的大きい結晶方位のサファイアを使用してもよい。例えばｃ面は屈折率の異方性(複屈折）がなく、面内の熱膨張異方性もないので、基体１３として好適である。ａ面、ｍ面などｃ面に垂直な面も複屈折が生じない。さらにａ面は機械的強度（曲げ強度）が高い。
　基体１３の形状および大きさは限定されず、例えば、板状体１１の形状および大きさに応じて適宜設定される。基体１３は、平面視した場合に、例えば、円形状、楕円形状または多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状など）を有していてもよい。基体１３は、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の厚みを有しており、例えば、板状体１１よりも大きな厚みを有していてもよい。基体１３の板状体１１との対向面は、板状体１１の基体１３との対向面と略同じ形状および面積を有しており、例えば１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の直径（幅）を有していてもよい。関係式（Ｉ）に示すように、板状体１１の厚みが小さいほど静電チャック１の吸着力は大きくなる。逆に、基体１３の厚みが大きいほど静電チャック１の機械的強度は大きくなる。基体１３が板状体よりも大きな厚みを有していれば、吸着力と機械的強度の高い静電チャック１を提供することができる。
　サファイアは、熱膨張率にも異方性があり、熱膨張率はｃ軸に平行な方向が最大で、ｃ軸に近い方向ほど大きく、ｃ軸から離れた方向ほど小さくなる。一実施形態に係る静電チャック１において、板状体１１を形成しているサファイアのｃ軸と基体１３を形成しているサファイアのｃ軸とが非平行となるように、板状体１１と基体１３とが対向するように備えられているのがよい。板状体１１と基体１３とがこのように備えられることによって、板状体１１の熱膨張率異方性に起因する変形がより低減（相殺）される。
　電極膜１２は、板状体１１と基体１３との間に位置しており、外部の電源３と電気的に接続されている。電極膜１２の形状および厚みは限定されず、板状体１１および基体１３の形状および大きさに応じて適宜設定される。電極膜１２は透光性を有しているのがよく、例えば、ＩＴＯ（酸化スズインジウム）膜、酸化スズ膜、酸化亜鉛膜などが挙げられる。
　台座１４は、積層された板状体１１、電極膜１２および基体１３を支持するための部材であり、基体１３が台座１４と接触するように設けられている。台座１４は、積層させた板状体１１、電極膜１２および基体１３を支持し得る形状および大きさであれば限定されない。台座１４は、例えば、金属、樹脂、セラミックスなどで形成されている。
　図１に示すように、基体１３および台座１４には電極取出部１３ａ、１４ａが形成されており、この電極取出部１３ａ、１４ａを介して電極膜１２と外部の電源３とが電気的に接続される。電極取出部１３ａ、１４ａは、基体１３および台座１４に貫通孔を設けることによって形成される。この貫通孔（電極取出部１３ａ、１４ａ）内を、電極膜１２と電源３とを接続するための導体が通り、電極膜１２と電源３とが電気的に接続される。
　板状体１１と基体１３との接合方法は限定されない。接合方法としては、例えば、ＵＶ硬化接着剤を用いて接着する方法、拡散接合などによって直接接合する方法などが挙げられる。
　一実施形態に係る静電チャック１は、例えば検査装置に備えられる。検査装置としては、例えば、外観検査装置などが挙げられる。外観検査装置は、光源と載置部と撮像部とを備え、載置部に載置した検査対象物の外観形状を検査する。光源からの光に対して透明な載置部を使用すれば、光源と検査対象物と撮像部とを同一直線上に配置することができるので、簡便な構成で検査精度を高めることができる。このような検査装置において静電チャック１は、検査対象物（被吸着物２）を吸着して保持し、検査対象物の検査が行われる。検査対象物（被吸着物２）としては、例えば、半導体、金属、セラミック、樹脂、単結晶などからなる基板、素子が挙げられる。
　一実施形態に係る静電チャック１に被吸着物２を吸着させる方法は、例えば、以下の通りである。電源３によって、電極膜１２と被吸着物２との間に電圧をかけると、サファイアで形成された板状体１１が誘電分極する。その結果、クーロン力によって板状体１１の吸着面１１ａに被吸着物２を吸着させることができる。正電極と負電極をともに電極膜１２として板状体１１と基体１３との間に形成してもよい。
　一実施形態に係る静電チャック１において、板状体１１の吸着面１１ａとサファイアのｃ面とのなす角は４５°以上である。したがって、一実施形態に係る静電チャック１は、強い吸着力で被吸着物２を吸着することができる。
　本開示に係る静電チャックは、上述の一実施形態に係る静電チャック１に限定されない。一実施形態に係る静電チャック１では、上記のように台座１４が設けられ、積層された板状体１１、電極膜１２および基体１３を支持している。しかし、本開示に係る静電チャックにおいて、台座は必須の部材ではなく、台座は設けられなくてもよい。
　一実施形態に係る静電チャック１は、１つの電極膜１２を備える単極型の静電チャックである。しかし、本開示に係る静電チャックは、複数の電極膜を備える双極型の静電チャックであってもよい。
　１　　静電チャック
　１１　板状体
　１１ａ　吸着面
　１２　電極膜
　１３　基体
　１３ａ　電極取出部
　１４　台座
　１４ａ　電極取出部
　２　　被吸着物
　３　　電源

Claims (4)

  1. 　被吸着物を載置するための吸着面を有する板状体と、
    　基体と、
    　前記板状体と前記基体との間に位置する電極膜と、
    を含み、
    　前記板状体および前記基体がサファイアで形成されており、
    　前記吸着面と前記サファイアのｃ面とのなす角が４５°以上である、
    静電チャック。
  2. 　前記基体が、前記板状体よりも大きな厚みを有する、請求項１に記載の静電チャック。
  3. 　前記電極膜が透光性を有する、請求項１または２に記載の静電チャック。
  4. 　前記板状体を形成している前記サファイアのｃ軸と前記基体を形成している前記サファイアのｃ軸とが非平行となるように、前記板状体と前記基体とが対向するように備えられている、請求項１～３のいずれかに記載の静電チャック。
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