アクチュエータ素子およびシート状アクチュエータ
【課題】小型でかつストロークが大きくとれ、適用に制限がないアクチュエータ素子を提供すること。
【解決手段】アクチュエータ素子１０は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子１１ならびに変位子１１に電圧を印加するための電極１２、１３とを有する素子本体１４と、変位子１１の変位によって面外方向に変位する変位伝達部１５とを具備する。
【解決手段】アクチュエータ素子１０は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子１１ならびに変位子１１に電圧を印加するための電極１２、１３とを有する素子本体１４と、変位子１１の変位によって面外方向に変位する変位伝達部１５とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ素子およびそれを用いたシート状アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造においては、ポリシリコン膜やメタル膜の成膜、フォトリソグラフィによるパターン形成、エッチング、プローブ装置による電気的特性の検査等、半導体ウエハの状態で行う処理が多数存在している。
【０００３】
半導体ウエハは、生産性向上の観点から大口径化が進み、直径４５０ｍｍのものが検討されている。一方、半導体素子は益々微細化が求められている。微細化に対応するためには半導体ウエハにおける均一な処理が必要であるが、半導体ウエハの大口径化にともない、反り等の変形が生じやすく水平面を得難いため、均一な処理が困難となる。
【０００４】
このようなことから、例えば、半導体ウエハの載置台等に、半導体ウエハ等の変形を矯正したり、そのような変形に追従するようなアクチュエータを用いることが考えられる。
【０００５】
また、半導体素子の製造装置においては、部材の高さ合わせや圧力調整等のため、小型のアクチュエータが要求される。
【０００６】
従来、小型アクチュエータとしては、小型モータを用いたものがあるが、上記用途に適用できる程度に小型化したものは実現困難である。これに対して、小型化可能なアクチュエータとして圧電セラミックスからなるアクチュエータがあるが、十分なストロークをとれないという問題がある。
【０００７】
また、有機材料を用いたアクチュエータも提案されているが（特許文献１〜３）、適用が制限され、上記用途に十分適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２８５４２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５２９５８号公報
【特許文献３】特開２００９−３３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、小型でかつストロークが大きくとれ、適用に制限がないアクチュエータ素子を提供しようとするものである。
また、基板を支持する際に基板の変形を矯正することや、基板の変形に追従することや、部材の位置合わせ等が可能なシート状アクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体と、前記変位子の変位によって面外方向に変位する変位伝達部とを具備することを特徴とするアクチュエータ素子を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体が、扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有することを特徴とするシート状アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変位子が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、アクチュエータ素子は変位子に電極を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００１３】
また、本発明のシート状アクチュエータは、上記アクチュエータ素子の素子本体が扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有するが、素子本体は小型で簡易な構造であるから高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置することにより、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シート等として極めて適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子の動作を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図およびその変位子を単純化して示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子の変位子の変位の状態を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るシート状圧力センサの一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るシート状圧力センサの一部を示す断面図である。
【図９】上記第１の実施形態または第２の実施形態のアクチュエータ素子を荷重調節部材として用いたプローブ装置の一例を示す断面図である。
【図１０】図９のプローブ装置の連結部材の上面付近の平面図である。
【図１１】図９のプローブ装置における電極パッドの位置変位Ｓと、接触体と電極パッドとの接触荷重として発生する荷重Ｆとの関係を示すグラフである。
【図１２】フォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【図１３】図１２の載置台に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１４】載置台におけるウエハの形状を矯正する形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【図１５】図１４の載置台に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１６】ギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたベーク装置の加熱部を示す断面図である。
【図１７】図１６の加熱部に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１８】本発明のアクチュエータ素子を適用した、ウエハ塗布・現像装置においてウエハの搬送に用いられるウエハチャックを示す平面図および側面図である。
【図１９】本発明のシート状アクチュエータを適用したＭＥＭＳパターンウエハのチャックを示す側面図、それに用いられたシート状アクチュエータの平面図、穴スペーサの平面図、チャック部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ素子１０は、電気駆動型ポリマーである、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる板状の変位子１１ならびに変位子１１の両面に設けられた変位子１１に給電するための電極１２および１３からなる素子本体１４と、変位子１１を覆うように設けられ、変位子１１の変位によって面外方向（面に垂直な方向）に変位する変位伝達部１５とを有している。
【００１８】
変位子１１は紙面の奥行き方向に主面が形成された板状をなし、電圧が印加されていない時には図１の二点鎖線で示すように水平状態であるが、電極１２および１３を介して制御電圧が印加されることにより、実線で示すように先端が一方側に曲がるように、図１では上方に曲がるように変位して変位伝達部１５を面外方向、図では上方に変位させる。
【００１９】
変位伝達部１５は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなり、変位子１１に電圧が印加されておらず変位子１１が水平状態のときは平坦な状態であるが、電圧印加により変位子１１が変位した際には、その変位に応じて面外方向、図１では上方に変位する。そして、電圧が解除されて変位子１１が水平状態に戻った際には、元の平坦な状態に戻る。このような変位伝達部１５としては上記ポリイミド樹脂がパーティクルを発生し難いことから好ましい。
【００２０】
変位伝達部１５は素子本体１４を収容する容器１６の一部として構成されており、容器１６はＣｕやＡｌ等の金属、または樹脂等の柔らかい材料からなる固定板１７に固定されている。
【００２１】
一対の電極１２および１３は一方が正極、他方が負極であり、これらには制御配線１８が接続されている。制御配線１８としては、ＣｕやＡｌ等の金属、またはＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性樹脂が用いられる。そして、この制御配線１８を介して電極１２および１３間に所定の制御電圧が印加される。
【００２２】
変位子１１を構成するシリコーンを含むエラストマーとしては、ＤＶＰＤＭＳ（α,ω-divinyl-polydimethylsiloxane）とＰＭＨＳ（poly methyl hydrogen siloxane）とを架橋反応させることにより生成されるポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane）を用いることができる。
【００２３】
また、イオン液体としては、イミダゾリウム塩、ピペリジニウム塩、ピリジニウム化合物、ピロリジニウム塩等を用いることができる。好ましくは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＥＭＩ］［ＢＦ４］：1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＢＭＩ］［ＢＦ４］：1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−へキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＨＭＩ］［ＢＦ４］：1-Hexyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム２−（２−メトキシエトキシ）−エチルスルファート（［ＥＭＩ］［ＭＥＥＳ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium 2-(2-methoxyethoxy)ethyl sulfate）、 １−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＥＭＩ］［ＴＦＳＩ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＢＭＰ］［ＴＦＳＩ］：1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）が挙げられる。
【００２４】
また、上記以外に用いることが可能なイオン液体としては、シクロヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Cyclohexyltrimethylammonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、メチルトリ-n-オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Methyltri-n-octylammonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、テトラブチルアンモニウムブロミド（Tetrabutylammonium Bromide）、テトラブチルアンモニウムクロリド（Tetrabutylammonium Chloride）、テトラブチルホスホニウムブロミド（Tetrabutylphosphonium Bromide）、トリブチル(2-メトキシエチル)ホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Tributyl(2-methoxyethyl)phosphonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、トリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Triethylsulfonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1,3-Dimethylimidazolium Chloride）、1,3-ジメチルイミダゾリウムジメチルホスファート（1,3-DimethylimidazoliumDimethyl Phosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Chloride）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムポリエチレングリコールヘキサデシルエーテルスルファート被覆リパーゼ（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Polyethylene Glycol Hexadecyl Ether Sulfate coated Lipase）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Tetrafluoroborate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Butyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Butyl-3-methylimidazolium Iodide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrachloroferrate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Butyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate）、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Dicyanamide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Ethyl Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム硫酸水素塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium Hydrogen Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Iodide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルホン酸塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium Methanesulfonate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetrachloroferrate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Hexyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Hexyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Hexyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムブロミド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Bromide）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムクロリド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Chloride）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムヨージド（1-Methyl-3-propylimidazolium Iodide）、1-ブチル-1-メチルピペリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpiperidinium Bromide）、1-ブチル-3-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-3-methylpyridinium Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-4-methylpyridinium Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムクロリド（1-Butyl-4-methylpyridinium Chloride）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-4-methylpyridinium Hexafluorophosphate）、1-ブチルピリジニウムブロミド（1-Butylpyridinium Bromide）、1-ブチルピリジニウムクロリド（1-Butylpyridinium Chloride）、1-ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butylpyridinium Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-(ヒドロキシメチル)ピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-(hydroxymethyl)pyridinium Ethyl Sulfate）、1-エチル-3-メチルピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylpyridinium Ethyl Sulfate）、1-エチルピリジニウムブロミド（1-Ethylpyridinium Bromide）、1-エチルピリジニウムクロリド（1-Ethylpyridinium Chloride）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Bromide）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムクロリド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Chloride）等が挙げられる。
【００２５】
この変位子１１の製造方法としては、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体とを例えばイオン液体が４０重量％になるように混合し混合液を生成し、この混合液を、所望の形状の型に流し込み、真空脱気を行い、例えば１５０℃で３０分の加熱処理を行った後、型を取り除く方法が例示される。
【００２６】
電極１２および１３は、素子本体１１の変形に追従可能な柔軟な材料であることが好ましく、例えば金のスパッタリングにより形成することができる。また、金以外の材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、カーボンナノチューブ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子、銀グリース等を好適に用いることができる。
【００２７】
次に、このように構成されるアクチュエータ素子１０の動作について説明する。
図２（ａ）は電極１２および１３に電圧が印加されていない場合の変位子１１の状態であり、変位子１１においては、シリコーンを含むエラストマーにイオン液体の＋成分と−成分が均一に分散している。図２（ｂ）は電極１２および１３の間に電圧が印加された場合の変位子１１の状態であり、イオン液体における＋成分は負極である電極１３に引き寄せられ、−成分は正極である電極１２に引き寄せられ、イオン液体に分極が生じる。これにより、変位子１１の中で成分の偏りが形成され、変位子１１が変形することによって変位が生ずる。また変位子１１を２個使い、変位子１１の長さ方向にその２個の変位子１１を直列に並べ、対向する中央部の端部同士を上方へ屈曲させれば、その変位力を増加することもできる。
【００２８】
本実施形態のアクチュエータ素子１０は、変位子１１が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、アクチュエータ素子１０は変位子１１に電極１２および１３を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ素子１０′は、電気駆動型ポリマーである、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる板状の変位子１１′ならびに変位子１１′の上下面に設けられた変位子１１′に給電するための電極１２′および１３′からなる素子本体１４′と、変位子１１′を覆うように設けられ、変位子１１′の変位によって面外方向（面に垂直な方向）に変位する変位伝達部１５′とを有している。
【００３１】
変位子１１′は、長手方向に沿って交互に折返す折り紙構造を有しており、電圧が印加されていない時には折りたたまれた状態であり、変位伝達部１５の表面は、図中二点鎖線で示すように平坦であるが、電極１２′および１３′介して制御電圧が印加されることにより、一方向、図では上方に変位して、図示の状態となり、変位伝達部１５′を面外方向（上方）に変位させる。なお、変位子１１′を単純化した構造を図３（ｂ）に示す。
【００３２】
変位伝達部１５′は、変位伝達部１５と同様、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなり、変位子１１′に電圧が印加されておらず変位子１１′が折りたたまれた状態のときは平坦な状態であるが、電圧印加により変位子１１′が変位した際には、その変位に応じて面外方向、図３では上方に変位する。そして、電圧が解除されて変位子１１′が折りたたまれた状態に戻った際には、元の平坦な状態に戻る。
【００３３】
変位伝達部１５′は素子本体１４′を収容する容器１６′の一部として構成されており、容器１６′はＣｕやＡｌ等の金属、または樹脂等の柔らかい材料からなる固定板１７′に固定されている。
【００３４】
一対の電極１２′および１３′は一方が正極、他方が負極であり、これらには制御配線１８′が接続されている。そして、この制御配線１８′を介して電極１２′および１３′間に所定の制御電圧が印加される。
【００３５】
次に、このように構成されるアクチュエータ素子１０′の動作について説明する。
図４（ａ）は電極１２′および１３′に電圧が印加されていない場合の変位子１１′の状態であり、変位子１１′は折りたたまれた状態である。この状態から電極１２′および１３′の間に電圧を印加すると、第１の実施形態で説明したように分極が生じて変位子１１′の中で成分の偏りが形成され、変位子１１′が変形することによって、図４（ｂ）に示すように、一方向（図では上方）に変位が生ずる。
本実施形態のアクチュエータ素子１０′は、第１の実施形態と同様、変位子１１′が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００３６】
また、変位子１１′は折りたたまれた状態から伸びた状態に変位するので第１の実施形態よりも大きなストロークをとることができる。また、変位子１１′は直線的に変位するので、第１の実施形態よりもフットプリントを小さくすることができ、より小型にすることができる。このため、第１の実施形態のアクチュエータ素子よりも高密度配置が可能となる。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、複数のアクチュエータ素子を複数備えたシート状アクチュエータについて示す。図５は本発明の第３の実施形態に係るシート状を示す平面図、図６はその一部を示す断面図である。
【００３８】
このシート状アクチュエータ２０は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる扁平形状の容器２１の中に、上記第１の実施形態の素子本体１４を平面状に高密度に複数配し、これら素子本体１４の下面を容器２１の内面に貼り付け、この容器２１を例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属からなる固定板２３に固定して構成される。そして、容器２１の上面が複数のアクチュエータ素子１０の共通の変位伝達部２５となる。
【００３９】
各アクチュエータ素子１０の電極１２および１３からは制御配線１８が延びており、全てのアクチュエータ素子１０からの制御配線１８がコントローラ３１へと延び、コントローラ３１に制御電源３２が接続されている。コントローラ３１は図示せぬセンサ等から動作分布指示が入力され、その指示に基づいてコントローラ３１が複数のアクチュエータ素子１０に所定の制御電圧を印加し、共通の変位伝達部２５に所望の高さ分布が形成される。
【００４０】
上述したようにアクチュエータ素子１０は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置してなる本実施形態のシート状アクチュエータ２０は、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シート等として極めて適したものとなる。
【００４１】
＜第４の実施形態＞
本実施形態も、第３の実施形態と同様、複数のアクチュエータ素子を複数備えたシート状アクチュエータについて示す。図７は本発明の第４の実施形態に係るシート状アクチュエータを示す平面図、図８はその一部を示す断面図である。
【００４２】
このシート状アクチュエータ２０′は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる扁平形状の容器２１′の中に、上記第２の実施形態の素子本体１４′を平面状に高密度に複数配し、これら素子本体１４′の下面を容器２１′の内面に貼り付け、この容器２１′を例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属からなる固定板２３に固定して構成される。そして、容器２１′の上面が複数のアクチュエータ素子１０′の共通の変位伝達部２５′となる。
【００４３】
各アクチュエータ素子１０′の電極１２′および１３′からは制御配線１８′が延びており、全てのアクチュエータ素子１０′からの制御配線１８′が、第３の実施形態と同様、コントローラ３１へと延び、コントローラ３１に制御電源３２が接続されている。コントローラ３１は図示せぬセンサ等から動作分布指示が入力され、その指示に基づいてコントローラ３１が複数のアクチュエータ素子１０′に所定の制御電圧を印加し、共通の変位伝達部２５′に所望の高さ分布が形成される。
【００４４】
上述したようにアクチュエータ素子１０′は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置してなる本実施形態のシート状アクチュエータ２０′は、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シートとして極めて適したものとなる。
【００４５】
＜応用例＞
以下、上記実施形態のアクチュエータ素子、シート状アクチュエータの応用例について説明する。
【００４６】
（プローブ装置への応用例）
図９は、上記第１の実施形態または第２の実施形態のアクチュエータ素子を荷重調節部材として用いたプローブ装置の一例を示す断面図、図１０は図９のプローブ装置の連結部材の上面付近の平面図である。
プローブ装置４０は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の電気的特性を検査するためのものであり、プローブカード４１と、被検査体としてのウエハＷを載置する載置台４２とを有している。プローブカード４１は、載置台４２の上方に配置されている。
【００４７】
プローブカード４１は、全体が略円盤状に形成されている。プローブカード４１は、検査時にウエハＷの電極パッドＵに接触する接触子（プローブ）９０を下面で支持する支持板５１の上面側に設けられ、接触子９０に検査用の電気信号を送る回路基板５２とを有している。
【００４８】
回路基板５２は、略円盤状に形成され、図示しないテスタに電気的に接続されている。回路基板５２の内部には、接触子９０との間で検査用の電気信号を伝送するための電子回路が実装されている。テスタからの検査用の電気信号は、回路基板５２の電子回路を介して接触子９０に送受信される。回路基板５２の下面には、接続端子５２ａが配置されている。
【００４９】
回路基板５２の上面側には、回路基板５２を補強する補強部材５３が設けられている。補強部材５３は、回路基板５２の上側に平行に配置された本体部５３ａと、本体部５３ａの外周部から下方に延び、回路基板５２の外周部を固定する固定部５３ｂを有し、固定部５３ｂは、回路基板５２の内側に突出するとともに、外側に延びており、固定部５３ｂの外周部は、図示しないホルダに保持されている。
【００５０】
回路基板５２の上面には、連結部材５４が回路基板５２と平行に設けられている。連結部材５４は、回路基板５２よりも小径の略円盤状をなし、補強部材５３の固定部５３ｂの内側に設けられている。なお、連結部材５４は、回路基板５２の上面に接することにより、回路基板５２の平面度を矯正する機能も有している。
【００５１】
連結部材５４の外周部の下面には、支持板５１と連結部材５４とを連結し一体化するための連結体５５が固定されている。連結体５５は、鉛直方向に延び、支持板５１の外周部の複数箇所、例えば４箇所に設けられている。
【００５２】
連結体５５は、回路基板５２を厚さ方向に貫通し、下端部が支持板５１の外周部の外方位置まで到達しており、連結体５５の下部に形成された２箇所設けられた突出部５５ａにより支持板５１が保持されている。なお、下方の突出部５５ａは、板バネであってもよい。この場合、支持板５１の外周部を下から保持しながら、支持板５１を回路基板５２に押しつけて、支持板５１と回路基板５２との電気的な接触を維持できる。
【００５３】
連結部材５４の上面の中央部には、図１０に示すように、複数、例えば３本のボルト５６が設けられている。ボルト５６の上端部は、図９に示すように、連結部材５４の上面の中央部に形成された凹部５４ａに係止されている。ボルト５６は回路基板５２を厚さ方向に貫通し、その下端部は支持板５１の上面に固定されている。したがって、連結体５５とボルト５６によって、支持板５１と連結部材５４が連結されている。
【００５４】
連結部材５４の上面には、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重を一定に維持する荷重調整部材としての本実施形態のアクチュエータ素子１０または１０′が設けられている。アクチュエータ素子１０または１０′は、図１０に示すように、複数、例えば３個設けられている。アクチュエータ素子１０は平面視において、連結部材５４の中心を円心とする同一円周上に等間隔に配置されている。アクチュエータ素子１０または１０′の上面は補強部材５３の本体部５３ａに当接している。アクチュエータ素子１０または１０′は、一定方向に一定の推力を発生させることができ、荷重の作用点に関わらず当該荷重を一定に発生させることができる。
【００５５】
凹部５４ａには、荷重測定器６３が設けられ、これによりアクチュエータ素子１０または１０′にかかる荷重が測定される。荷重測定器６３はコントローラ６０に接続されている。コントローラ６０は制御電源６１およびアクチュエータ１０または１０′にも接続されている。そして、コントローラ６０は、荷重測定器６３からの信号に基づいて、アクチュエータ１０または１０′へ供給する制御電圧を制御してアクチュエータ素子１０または１０′の推力を変位位置（変位量）にかかわらず一定に制御する。したがって、検査時に接触子９０が電極パッドＵに接触する際にも、その接触荷重を所定の荷重に保つことができる。すなわち、コントローラ６０により、荷重測定器６３の測定結果に基づいて、制御電源６１からアクチュエータ素子１０または１０′に供給する電圧を制御することによって、たとえ接触子９０と電極パッドＵとが異なる高さで接触した場合でも、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重が一定になるように制御される。アクチュエータ素子１０または１０′の個数は、３個に限定されないが、３個以上が好ましい。
【００５６】
連結部材５４の外周部には弾性部材としての板バネ６４が設けられている。板バネ６４の一端は連結部材５４の外周部に固定され、他端は補強部材５３の固定部５３ｂに固定されており、円周方向に複数、例えば３個、好ましくは等間隔に配置されている。これら板バネ６４により支持板５１の水平方向の位置が固定される。
【００５７】
支持板５１は、載置台４２と対向し、かつ回路基板５２と平行になるように配置されている。支持板５１は、略方盤状に形成されており、その上面には、複数の接続端子５１ａが設けられている。接続端子５１ａは、回路基板５２の接続端子５２ａに対応するように配置されている。
【００５８】
支持板５１の接続端子５１ａと、接続端子５１ａに対応する回路基板５２の接続端子５２ａとの間には、これらの間の電気的導通をとるための中間部材７０が複数設けられている。複数の中間部材７０は、支持板５１の上面内において均一に配置されている。また、各中間部材７０は、それぞれが独立して鉛直方向に伸縮するように形成されており、したがって、例えば接触子９０と電極パッドＵが異なる高さで接触した場合でも、これら中間部材７０が接触子９０と電極パッドとの接触荷重の面内分布を均一にするように作用する。
【００５９】
支持板５１の下面には、上面の接続端子５１ａより狭いピッチで接触子９０が設けられている。下面の接触子９０は接続端子５１ａに対応して同数設けられ、対応する接続端子５１ａと接触子９０とは支持板５１の内部の配線により接続されている。すなわち、支持板５１は、回路基板５２の接続端子５２ａのピッチを変換するピッチ変換基板として機能する。
【００６０】
載置台４２は、ＸＹＺ移動機構４３により水平方向および鉛直方向に移動自在に構成されており、駆動機構４４によりＸＹＺ移動機構４３を駆動させることにより、載置台４２に載置されたウエハＷを三次元移動して精密なアライメントを行えるようになっている。
【００６１】
なお、本例の場合、アクチュエータ素子１０または１０′に要求されるスペックを例示すると以下のようになる。アクチュエータ素子の設置位置：外径φ１００ｍｍ、アクチュエータ素子の厚さ：５ｍｍ以下±５０％、駆動力：各点２０ｋｇｆ／ｃｍ２、動作温度：室温±２０℃、動作速度：ｓｅｃ〜ｍｉｎオーダーで動作すること。これらスペックは、上記第１および第２の実施形態のアクチュエータ素子で十分満たし得る。
【００６２】
次に、このような構成のプローブ装置４０によって実際にウエハＷの電気特性を検査する際の動作について説明する。
図１１は、電極パッドＵの位置変位Ｓと、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重として発生する荷重Ｆとの関係を示すグラフである。なお、図１１中の発生荷重Ｆ１は、例えば接触子９０、支持板５１、連結部材５４、連結体５５等の移動可能な部材の重さ、中間部材７０の初期荷重の総和となる。まず、ウエハＷが載置台４２上に保持されると、載置台４２が上昇し、ウエハＷの各電極パッドＵが接触子９０に接触する。この接触の瞬間における電極パッドＵの位置変位Ｓと発生荷重Ｆとの関係が、図１１の点Ａとなる。
【００６３】
さらに電極パッドＵが上昇すると、接触子９０は、下から上方向に作用する力により鉛直方向に圧縮される。そして、電極パッドＵの位置変位がＳ１に達するまで、すなわち所定の発生荷重Ｆ１に達するまでは、発生荷重Ｆは接触子９０の圧縮により吸収される。したがって、この場合、電極パッドＵが上昇しても支持板５１は上昇しない。また、この間の電極パッドＵの位置変位Ｓと発生荷重Ｆとの関係が、図１１に示す点Ａ−Ｂ間となる。
【００６４】
さらに電極パッドＵを所定位置であるＳ２に達するように上昇させる。このとき、発生荷重Ｆは、支持板５１を介して中間部材７０に伝達されるとともに、支持板５１、連結体５５および連結部材５４を介してアクチュエータ素子１０または１０′に伝達される。このとき、支持板５１、連結体５５および連結部材５４は上昇する。このとき、コントローラ６０により、荷重測定器６３の測定結果に基づいて、制御電源６１からアクチュエータ素子１０または１０′に供給する電圧を制御することによって、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重が一定になるように作用するので、電極パッドＵの位置変位ＳがＳ１からＳ２に変位する間、発生荷重ＦをＦ１に維持することができる。
【００６５】
そして、このように接触荷重を一定に保った状態で、回路基板５２から検査用の電気信号が中間部材７０、支持体５１の接続端子５１ａ、および接触子９０を順に通ってウエハＷ上の各電極パッドＵに送られて、ウエハＷ上の回路の電気的特性が検査される。
【００６６】
従来のプローブ装置では、プローブカードが載置台と平行設置されていない、または載置台の平面度が悪い場合には、複数の接触子と電極パッドが異なる高さで接触し、接触荷重面内分布を均一にできず、接触不良となることがあり、また、支持板の水平方向の移動を規制しないと接触子が電極パッドと適切に接触できず、接触不良となることがあったが、このようにアクチュエータ素子を用いることにより接触荷重の面内分布を均一に制御し、接触荷重を一定に制御することができるので、接触不良をなくすことができる。
【００６７】
出願人は先に、アクチュエータ素子の代わりにバネを用いて接触荷重を一定にする手法を提案したが、バネの付勢力は、圧縮長さによって異なるので、接触荷重は厳密には一定にならず、電極パッドの位置変位が大きくなるほど大きくなる傾向にある（図１１のＢ−Ｃ′）。これに対しアクチュエータ素子１０または１０′を用いることにより、図１１に示すように、接触荷重を一定にすることができるのである。
【００６８】
（プラズマエッチング装置への応用例）
（１）フォーカスリングへの応用例
ここでは、プラズマエッチング装置の載置台において、ウエハの周囲に配置されるフォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
【００６９】
プラズマエッチング装置は、チャンバ内に、下部電極として機能するウエハを載置する載置台と、載置台と対向する上部電極とを配置し、上部電極または下部電極に高周波電力を印加してこれらの間に高周波電界を形成し、この高周波電界で形成された処理ガスのプラズマにより載置台に載置されたウエハにエッチング加工を施すものである。
【００７０】
図１２は、フォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
載置台１４０は、チャンバの底部に絶縁板を介して設けられ、小径の上段部１４２ａと大径の下段部１４２ｂを有する段付き円柱状をなす載置台本体１４２を有している。小径の上段部１４２ａの上面にはクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する静電チャック１４４が設けられている。
【００７１】
上段部１４２ａの周囲には、エッチング均一性を向上させるための円環状をなすフォーカスリング１４６がその表面をウエハ表面と同じ高さになるように設けられている。フォーカスリング１４６は、エッチング対象がシリコンの場合にはシリコン製であり、エッチング対象が酸化膜の場合には酸化シリコン製である。
【００７２】
フォーカスリング１４６と下段部１４２ｂの表面との間には、第３の実施形態または第４の実施形態と同様の基本構造を有する円環状のシート状アクチュエータ１４８が設けられている。シート状アクチュエータ１４８は、ギャップ調整シートとして機能し、例えば図１３に示すように４分割されて駆動制御が行われる。一括して駆動制御を行うようにしてもよい。
【００７３】
載置台本体１４２の内部には、冷媒室１５０が設けられている。この冷媒室１５０には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってウエハＷの処理温度を制御することができるようになっている。また、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン１５２を介して静電チャック１４４の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００７４】
均一なエッチングを実現するためには、フォーカスリング１４６の表面高さをウエハＷ表面と同一になるようにする必要があるが、従来から、エッチングの際のプラズマによるスパッタリング等によりフォーカスリング１４６の表面が削れ、エッチングの径方向均一性が悪くなるという問題が顕在化している。
【００７５】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１４８をギャップ調整シートとしてフォーカスリング１４６の下に設け、このシート状アクチュエータ１４８により、プラズマによるスパッタリングで削れた分だけフォーカスリング１４６を上昇させるようにする。
【００７６】
このシート状アクチュエータ１４８は、３００ｍｍウエハの場合には、例えば内径が３００ｍｍ、外径が５００ｍｍ（または３５０ｍｍ）であり、厚さが２ｍｍ以下で可変分が±５０％以上、動作温度が８０〜２００℃でできるだけ熱伝導率が高いこと（例えば１Ｗ／ｍＫ）が要求される。また、酸化膜用のエッチング装置の場合には耐圧が３０００Ｖ、ポリシリコンエッチング用のエッチング装置の場合には最大１０００Ｖである。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００７７】
（２）載置台への応用例
ここでは、プラズマエッチング装置の載置台において、ウエハの下に形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
図１４は、載置台におけるウエハの形状を矯正する形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【００７８】
この載置台１６０は、基本構造は上記載置台１４０と同じであるから同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。この載置台１６０は、静電チャック１４４とウエハＷの間に、第３の実施形態または第４の実施形態と同様の基本構造を有する円盤状のシート状アクチュエータ１６２が設けられている。また、フォーカスリング１４６の下にはシート状アクチュエータ１４８は設けられていないが、設けてもよい。
【００７９】
シート状アクチュエータ１６２は、ウエハＷの反りや歪みを矯正して水平に戻すために用いられるものであり、図１５の平面図に示すように、アクチュエータ素子１０または１０′が例えば４ｃｍ２毎に高密度で配置される。
【００８０】
均一なエッチングを実現するためには、ウエハＷの反りや歪み等の変形が存在せず、ウエハＷが水平になっていることが重要であるが、現実のウエハＷには反りや歪みが少なからず存在するため、エッチング均一性が十分でない場合も生じる。
【００８１】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１６２をウエハＷの形状矯正シートとしてウエハＷと静電チャック１４４との間に設け、このシート状アクチュエータ１６２により、ウエハＷを水平面に戻し、エッチング均一性を向上させる。
【００８２】
このシート状アクチュエータ１６２は、ウエハＷとほぼ同じ大きさを有する。また、厚さが２ｍｍ以下で可変分が±５０％以上、動作温度が８０〜２００℃でできるだけ熱伝導率が高いことが好ましい。また、酸化膜用のエッチング装置の場合には耐圧が３０００Ｖ、ポリシリコンエッチング用のエッチング装置の場合には最大１０００Ｖである。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００８３】
（フォトレジスト塗布・現像装置のベーク装置への応用例）
ここでは、フォトレジスト塗布・現像装置のベーク装置において、ウエハのギャップを調整するギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
図１６は、ギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたベーク装置の加熱部を示す断面図である。加熱部１７０は、水平面保持のためのベース板１７２と、その上に設けられたギャップ調整シートとして用いられるシート状アクチュエータ１７４と、その上に設けられたフィルム状ヒータ１７６とを有し、フィルム状ヒータ１７６の上には複数のウエハ支持ピン（プロキシミティピン）１７８が設けられている。そしてウエハ支持ピン１７８上にウエハが載置されるようになっている。
【００８４】
シート状アクチュエータ１７４は、基本構造が第３の実施形態のシート状アクチュエータ２０または第４の実施形態のシート状アクチュエータ２０′と同様であり、ウエハＷとシート状ヒータ１７６とのギャップが一定となるようにギャップ調整してウエハＷの温度を均一に保つためのものであり、アクチュエータ素子１０または１０′が図１７の平面図に示すように区画され、１４〜３２ｃｍ２毎（３００ｍｍウエハでは３０〜５０区画）に配置される。
【００８５】
このようなベーク装置においては、従来から、ウエハの反りや歪みのため、ウエハが載置される熱板とウエハとのギャップが不均一になり、ウエハを均一に加熱することができず、ウエハ面内での温度のばらつきが生じるという問題がある。
【００８６】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１７４をシート状ヒータ１７６の下に設け、ウエハＷの変形に対応してギャップが均一になるようにシート状アクチュエータ１７４の各アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させる。これによりウエハ温度の面内均一性は極めて高いものとなる。このときのシート状アクチュエータ１７４によるギャップ調整は、ウエハＷ裏面温度の複数の位置の温度を測定する複数の熱電対を設け、その温度が均一になるように、各アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させることにより行う。熱電対を設ける代わりに、熱電対パターンを印刷したセンサを別途用意し、これを用いて温度測定を行ってもよい。
【００８７】
このシート状アクチュエータ１７４は、ウエハとほぼ同じ大きさを有する。また、ウエハがφ４５０ｍｍの場合には、調整ギャップ高さは０．４ｍｍ以上必要である。動作温度は室温〜１８０℃（または室温〜２５０℃、または室温〜３００℃）である。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００８８】
なお、塗布・現像装置には冷却装置があり、この冷却装置も冷却板に支持ピンを介してウエハを載置するものであるから、ベーク装置の場合と同様、冷却板とウエハとの間に同様な構成のシート状アクチュエータを用いてギャップ調整を行うことにより、所望のウエハ温度の均一性を確保することができる。
【００８９】
（ウエハチャックへの応用例）
ここでは、ウエハ塗布・現像装置においてウエハの搬送に用いられるウエハチャックに本発明のアクチュエータ素子を適用した例について説明する。図１８（ａ）はこのようなウエハチャックを示す平面図、図１８（ｂ）はその側面図である。このウエハチャック１８０は、一対のウエハ保持アーム１８２を有し、これらウエハ保持アーム１８２によりウエハを挟むことによりウエハを保持する。
【００９０】
ウエハ保持アームは、全体が耐摩耗性樹脂からなり、ウエハＷに沿った円弧状をなす本体部１８４と、本体部１８４の両側から内側に突出し、ウエハＷが載置されるウエハ載置部１８６と、本体部の中央にウエハＷのエッジを保持するように設けられたエッジホルダ１８８とを有する。そして、このエッジホルダ１８８としてアクチュエータ素子１０または１０′を用いる。そして、一対のウエハ保持アーム１８２でウエハＷを挟持した際に、エッジホルダ１８８を構成するアクチュエータ素子１０または１０′をウエハＷのエッジに向けて突出させる。このとき、アクチュエータ素子１０または１０′はウエハＷを柔らかく保持できるので、パーティクル等の発生がなくしかも安定してウエハＷを固定することができる。
【００９１】
従来は、この種のウエハチャックは、ウエハ搬送時に水平方向に数十Ｇ、垂直で１Ｇという大きな加速度がおよぼされ、ウエハが外れやすいという課題があったが、アクチュエータ素子１０または１０′を用いることにより、大口径のウエハでも外れずに安定して保持することができる。
【００９２】
このエッジホルダ１８８に用いられるアクチュエータ素子１０または１０′は、動作温度が室温〜１００℃であり、動作速度は数十ｍｓｅｃが要求されるが、この仕様は十分に満足することができる。
【００９３】
（ＭＥＭＳパターンウエハのチャックへの応用例）
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのウエハ等の上に集積化したデバイスであるが、ＭＥＭＳパターンが形成されたウエハは、ウエハ全面でチャックすることができず、ウエハ搬送の際に搬送アームに置いただけの状態で搬送せざるを得ず、ウエハが外れやすいという問題がある。
【００９４】
本例では、本発明のシート状アクチュエータを用いて、ウエハを吸着できるようにした搬送アームを実現する。
【００９５】
図１９（ａ）に示すように、本例の搬送アーム１９０は、第３の実施形態または第４の実施形態と同じ基本構造を有するシート状アクチュエータ１９２と、その上に設けられた穴スペーサ１９４とを有し、穴スペーサ１９４の上にＭＥＭＳパターンウエハＷが載置される。シート状アクチュエータ１９２は、図１９（ｂ）に示すように、ウエハのパターンに応じて例えば１ｃｍ２毎に区画Ｓが形成され、区画Ｓ毎にアクチュエータ素子１０または１０′が設けられている。また、穴スペーサ１９４は、図１９（ｃ）に示すように、シート状アクチュエータ１９２に対応して例えば１ｃｍ２毎に区画Ｓが形成され、所定の区画Ｓに穴１９５が形成されている。穴は予め決められた区画Ｓに設けられていてもよいし、各区画Ｓ毎に穴は設けられていて選択的にアクチュエータ素子１０または１０′をＯＮ−ＯＦＦ制御してもよい。そして、穴スペーサ１９４の穴１９５を有する区画Ｓにおいて、図１９（ｄ）に示すように、ウエハＷが載置された後、アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させて真空空間Ｖの体積を膨張させることにより、つまり穴１９５の直下の薄くなったシート状アクチュエータ１９２の部分を下側に突き出すように動作させて、穴１９５を介してウエハＷが真空吸着される。同様な動作を、穴１９５が形成された複数の区画Ｓで行うことによりウエハＷを吸着固定することができる。これによりＭＥＭＳパターンウエハを安定して高速に搬送することができる。
【００９６】
この場合のアクチュエータ素子は、動作温度が−４０〜１５０℃、ＯＮ／ＯＦＦ動作速度が１ｓｅｃ以下であり、上記実施形態のアクチュエータ素子１０、１０′であれば十分満たすものである。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、アクチュエータ素子の変位子として、板状のもの、および折り紙状のものを用いたが、これに限るものではない。また、変位伝達部としてアクチュエータ素子を収容する容器の一部を用いたが、これに限るものではない。さらに、上記応用例はあくまでも例示であり、本発明はこのような例に限定されるものではないことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１０′…アクチュエータ素子
１１、１１′…変位子
１２、１３、１２′、１３′…電極
１４、１４′…素子本体
１５、１５′…変位伝達部
１６、１６′…容器
１７、１７′…固定板
１８、１８′…制御配線
２０、２０′…シート状アクチュエータ
２１、２１′…容器
２３、２３′…固定板
２５、２５′…変位伝達部
３１…コントローラ
３２…制御電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ素子およびそれを用いたシート状アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造においては、ポリシリコン膜やメタル膜の成膜、フォトリソグラフィによるパターン形成、エッチング、プローブ装置による電気的特性の検査等、半導体ウエハの状態で行う処理が多数存在している。
【０００３】
半導体ウエハは、生産性向上の観点から大口径化が進み、直径４５０ｍｍのものが検討されている。一方、半導体素子は益々微細化が求められている。微細化に対応するためには半導体ウエハにおける均一な処理が必要であるが、半導体ウエハの大口径化にともない、反り等の変形が生じやすく水平面を得難いため、均一な処理が困難となる。
【０００４】
このようなことから、例えば、半導体ウエハの載置台等に、半導体ウエハ等の変形を矯正したり、そのような変形に追従するようなアクチュエータを用いることが考えられる。
【０００５】
また、半導体素子の製造装置においては、部材の高さ合わせや圧力調整等のため、小型のアクチュエータが要求される。
【０００６】
従来、小型アクチュエータとしては、小型モータを用いたものがあるが、上記用途に適用できる程度に小型化したものは実現困難である。これに対して、小型化可能なアクチュエータとして圧電セラミックスからなるアクチュエータがあるが、十分なストロークをとれないという問題がある。
【０００７】
また、有機材料を用いたアクチュエータも提案されているが（特許文献１〜３）、適用が制限され、上記用途に十分適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２８５４２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５２９５８号公報
【特許文献３】特開２００９−３３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、小型でかつストロークが大きくとれ、適用に制限がないアクチュエータ素子を提供しようとするものである。
また、基板を支持する際に基板の変形を矯正することや、基板の変形に追従することや、部材の位置合わせ等が可能なシート状アクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体と、前記変位子の変位によって面外方向に変位する変位伝達部とを具備することを特徴とするアクチュエータ素子を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点は、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体が、扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有することを特徴とするシート状アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変位子が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、アクチュエータ素子は変位子に電極を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００１３】
また、本発明のシート状アクチュエータは、上記アクチュエータ素子の素子本体が扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有するが、素子本体は小型で簡易な構造であるから高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置することにより、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シート等として極めて適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子の動作を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図およびその変位子を単純化して示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子の変位子の変位の状態を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るシート状圧力センサの一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るシート状圧力センサを示す平面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るシート状圧力センサの一部を示す断面図である。
【図９】上記第１の実施形態または第２の実施形態のアクチュエータ素子を荷重調節部材として用いたプローブ装置の一例を示す断面図である。
【図１０】図９のプローブ装置の連結部材の上面付近の平面図である。
【図１１】図９のプローブ装置における電極パッドの位置変位Ｓと、接触体と電極パッドとの接触荷重として発生する荷重Ｆとの関係を示すグラフである。
【図１２】フォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【図１３】図１２の載置台に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１４】載置台におけるウエハの形状を矯正する形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【図１５】図１４の載置台に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１６】ギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたベーク装置の加熱部を示す断面図である。
【図１７】図１６の加熱部に用いられたシート状アクチュエータを示す平面図である。
【図１８】本発明のアクチュエータ素子を適用した、ウエハ塗布・現像装置においてウエハの搬送に用いられるウエハチャックを示す平面図および側面図である。
【図１９】本発明のシート状アクチュエータを適用したＭＥＭＳパターンウエハのチャックを示す側面図、それに用いられたシート状アクチュエータの平面図、穴スペーサの平面図、チャック部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ素子１０は、電気駆動型ポリマーである、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる板状の変位子１１ならびに変位子１１の両面に設けられた変位子１１に給電するための電極１２および１３からなる素子本体１４と、変位子１１を覆うように設けられ、変位子１１の変位によって面外方向（面に垂直な方向）に変位する変位伝達部１５とを有している。
【００１８】
変位子１１は紙面の奥行き方向に主面が形成された板状をなし、電圧が印加されていない時には図１の二点鎖線で示すように水平状態であるが、電極１２および１３を介して制御電圧が印加されることにより、実線で示すように先端が一方側に曲がるように、図１では上方に曲がるように変位して変位伝達部１５を面外方向、図では上方に変位させる。
【００１９】
変位伝達部１５は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなり、変位子１１に電圧が印加されておらず変位子１１が水平状態のときは平坦な状態であるが、電圧印加により変位子１１が変位した際には、その変位に応じて面外方向、図１では上方に変位する。そして、電圧が解除されて変位子１１が水平状態に戻った際には、元の平坦な状態に戻る。このような変位伝達部１５としては上記ポリイミド樹脂がパーティクルを発生し難いことから好ましい。
【００２０】
変位伝達部１５は素子本体１４を収容する容器１６の一部として構成されており、容器１６はＣｕやＡｌ等の金属、または樹脂等の柔らかい材料からなる固定板１７に固定されている。
【００２１】
一対の電極１２および１３は一方が正極、他方が負極であり、これらには制御配線１８が接続されている。制御配線１８としては、ＣｕやＡｌ等の金属、またはＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性樹脂が用いられる。そして、この制御配線１８を介して電極１２および１３間に所定の制御電圧が印加される。
【００２２】
変位子１１を構成するシリコーンを含むエラストマーとしては、ＤＶＰＤＭＳ（α,ω-divinyl-polydimethylsiloxane）とＰＭＨＳ（poly methyl hydrogen siloxane）とを架橋反応させることにより生成されるポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane）を用いることができる。
【００２３】
また、イオン液体としては、イミダゾリウム塩、ピペリジニウム塩、ピリジニウム化合物、ピロリジニウム塩等を用いることができる。好ましくは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＥＭＩ］［ＢＦ４］：1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＢＭＩ］［ＢＦ４］：1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−へキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（［ＨＭＩ］［ＢＦ４］：1-Hexyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム２−（２−メトキシエトキシ）−エチルスルファート（［ＥＭＩ］［ＭＥＥＳ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium 2-(2-methoxyethoxy)ethyl sulfate）、 １−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＥＭＩ］［ＴＦＳＩ］：1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスフォニル）イミド（［ＢＭＰ］［ＴＦＳＩ］：1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）が挙げられる。
【００２４】
また、上記以外に用いることが可能なイオン液体としては、シクロヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Cyclohexyltrimethylammonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、メチルトリ-n-オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Methyltri-n-octylammonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、テトラブチルアンモニウムブロミド（Tetrabutylammonium Bromide）、テトラブチルアンモニウムクロリド（Tetrabutylammonium Chloride）、テトラブチルホスホニウムブロミド（Tetrabutylphosphonium Bromide）、トリブチル(2-メトキシエチル)ホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Tributyl(2-methoxyethyl)phosphonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、トリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（Triethylsulfonium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1,3-Dimethylimidazolium Chloride）、1,3-ジメチルイミダゾリウムジメチルホスファート（1,3-DimethylimidazoliumDimethyl Phosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Chloride）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムポリエチレングリコールヘキサデシルエーテルスルファート被覆リパーゼ（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Polyethylene Glycol Hexadecyl Ether Sulfate coated Lipase）、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium Tetrafluoroborate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Butyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Butyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Butyl-3-methylimidazolium Iodide）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrachloroferrate）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Butyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate）、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Dicyanamide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Ethyl Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム硫酸水素塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium Hydrogen Sulfate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヨージド（1-Ethyl-3-methylimidazolium Iodide）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルホン酸塩（1-Ethyl-3-methylimidazolium Methanesulfonate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロフェラート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetrachloroferrate）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート（1-Ethyl-3-methylimidazolium Trifluoromethanesulfonate）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムブロミド（1-Hexyl-3-methylimidazolium Bromide）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（1-Hexyl-3-methylimidazolium Chloride）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Hexyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムブロミド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Bromide）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムクロリド（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Chloride）、1-メチル-3-n-オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（1-Methyl-3-n-octylimidazolium Hexafluorophosphate）、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムヨージド（1-Methyl-3-propylimidazolium Iodide）、1-ブチル-1-メチルピペリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpiperidinium Bromide）、1-ブチル-3-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-3-methylpyridinium Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド（1-Butyl-4-methylpyridinium Bromide）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムクロリド（1-Butyl-4-methylpyridinium Chloride）、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butyl-4-methylpyridinium Hexafluorophosphate）、1-ブチルピリジニウムブロミド（1-Butylpyridinium Bromide）、1-ブチルピリジニウムクロリド（1-Butylpyridinium Chloride）、1-ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート（1-Butylpyridinium Hexafluorophosphate）、1-エチル-3-(ヒドロキシメチル)ピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-(hydroxymethyl)pyridinium Ethyl Sulfate）、1-エチル-3-メチルピリジニウムエチルスルファート（1-Ethyl-3-methylpyridinium Ethyl Sulfate）、1-エチルピリジニウムブロミド（1-Ethylpyridinium Bromide）、1-エチルピリジニウムクロリド（1-Ethylpyridinium Chloride）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムブロミド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Bromide）、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムクロリド（1-Butyl-1-methylpyrrolidinium Chloride）等が挙げられる。
【００２５】
この変位子１１の製造方法としては、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体とを例えばイオン液体が４０重量％になるように混合し混合液を生成し、この混合液を、所望の形状の型に流し込み、真空脱気を行い、例えば１５０℃で３０分の加熱処理を行った後、型を取り除く方法が例示される。
【００２６】
電極１２および１３は、素子本体１１の変形に追従可能な柔軟な材料であることが好ましく、例えば金のスパッタリングにより形成することができる。また、金以外の材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、カーボンナノチューブ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子、銀グリース等を好適に用いることができる。
【００２７】
次に、このように構成されるアクチュエータ素子１０の動作について説明する。
図２（ａ）は電極１２および１３に電圧が印加されていない場合の変位子１１の状態であり、変位子１１においては、シリコーンを含むエラストマーにイオン液体の＋成分と−成分が均一に分散している。図２（ｂ）は電極１２および１３の間に電圧が印加された場合の変位子１１の状態であり、イオン液体における＋成分は負極である電極１３に引き寄せられ、−成分は正極である電極１２に引き寄せられ、イオン液体に分極が生じる。これにより、変位子１１の中で成分の偏りが形成され、変位子１１が変形することによって変位が生ずる。また変位子１１を２個使い、変位子１１の長さ方向にその２個の変位子１１を直列に並べ、対向する中央部の端部同士を上方へ屈曲させれば、その変位力を増加することもできる。
【００２８】
本実施形態のアクチュエータ素子１０は、変位子１１が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、アクチュエータ素子１０は変位子１１に電極１２および１３を形成した簡単な構成であるから小型化することができる。このため、高密度配置することができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータ素子を示す概略断面図である。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ素子１０′は、電気駆動型ポリマーである、シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなる板状の変位子１１′ならびに変位子１１′の上下面に設けられた変位子１１′に給電するための電極１２′および１３′からなる素子本体１４′と、変位子１１′を覆うように設けられ、変位子１１′の変位によって面外方向（面に垂直な方向）に変位する変位伝達部１５′とを有している。
【００３１】
変位子１１′は、長手方向に沿って交互に折返す折り紙構造を有しており、電圧が印加されていない時には折りたたまれた状態であり、変位伝達部１５の表面は、図中二点鎖線で示すように平坦であるが、電極１２′および１３′介して制御電圧が印加されることにより、一方向、図では上方に変位して、図示の状態となり、変位伝達部１５′を面外方向（上方）に変位させる。なお、変位子１１′を単純化した構造を図３（ｂ）に示す。
【００３２】
変位伝達部１５′は、変位伝達部１５と同様、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなり、変位子１１′に電圧が印加されておらず変位子１１′が折りたたまれた状態のときは平坦な状態であるが、電圧印加により変位子１１′が変位した際には、その変位に応じて面外方向、図３では上方に変位する。そして、電圧が解除されて変位子１１′が折りたたまれた状態に戻った際には、元の平坦な状態に戻る。
【００３３】
変位伝達部１５′は素子本体１４′を収容する容器１６′の一部として構成されており、容器１６′はＣｕやＡｌ等の金属、または樹脂等の柔らかい材料からなる固定板１７′に固定されている。
【００３４】
一対の電極１２′および１３′は一方が正極、他方が負極であり、これらには制御配線１８′が接続されている。そして、この制御配線１８′を介して電極１２′および１３′間に所定の制御電圧が印加される。
【００３５】
次に、このように構成されるアクチュエータ素子１０′の動作について説明する。
図４（ａ）は電極１２′および１３′に電圧が印加されていない場合の変位子１１′の状態であり、変位子１１′は折りたたまれた状態である。この状態から電極１２′および１３′の間に電圧を印加すると、第１の実施形態で説明したように分極が生じて変位子１１′の中で成分の偏りが形成され、変位子１１′が変形することによって、図４（ｂ）に示すように、一方向（図では上方）に変位が生ずる。
本実施形態のアクチュエータ素子１０′は、第１の実施形態と同様、変位子１１′が有機材料であるため、電圧印加による変形が大きく、ストロークを大きくとることができる。また、空気中でも安定に動作させることができ、適用の制限は存在しない。
【００３６】
また、変位子１１′は折りたたまれた状態から伸びた状態に変位するので第１の実施形態よりも大きなストロークをとることができる。また、変位子１１′は直線的に変位するので、第１の実施形態よりもフットプリントを小さくすることができ、より小型にすることができる。このため、第１の実施形態のアクチュエータ素子よりも高密度配置が可能となる。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、複数のアクチュエータ素子を複数備えたシート状アクチュエータについて示す。図５は本発明の第３の実施形態に係るシート状を示す平面図、図６はその一部を示す断面図である。
【００３８】
このシート状アクチュエータ２０は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる扁平形状の容器２１の中に、上記第１の実施形態の素子本体１４を平面状に高密度に複数配し、これら素子本体１４の下面を容器２１の内面に貼り付け、この容器２１を例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属からなる固定板２３に固定して構成される。そして、容器２１の上面が複数のアクチュエータ素子１０の共通の変位伝達部２５となる。
【００３９】
各アクチュエータ素子１０の電極１２および１３からは制御配線１８が延びており、全てのアクチュエータ素子１０からの制御配線１８がコントローラ３１へと延び、コントローラ３１に制御電源３２が接続されている。コントローラ３１は図示せぬセンサ等から動作分布指示が入力され、その指示に基づいてコントローラ３１が複数のアクチュエータ素子１０に所定の制御電圧を印加し、共通の変位伝達部２５に所望の高さ分布が形成される。
【００４０】
上述したようにアクチュエータ素子１０は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置してなる本実施形態のシート状アクチュエータ２０は、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シート等として極めて適したものとなる。
【００４１】
＜第４の実施形態＞
本実施形態も、第３の実施形態と同様、複数のアクチュエータ素子を複数備えたシート状アクチュエータについて示す。図７は本発明の第４の実施形態に係るシート状アクチュエータを示す平面図、図８はその一部を示す断面図である。
【００４２】
このシート状アクチュエータ２０′は、弾性を有する材料、例えばポリイミド等の樹脂からなる扁平形状の容器２１′の中に、上記第２の実施形態の素子本体１４′を平面状に高密度に複数配し、これら素子本体１４′の下面を容器２１′の内面に貼り付け、この容器２１′を例えば、Ａｌ、Ｃｕ等の金属からなる固定板２３に固定して構成される。そして、容器２１′の上面が複数のアクチュエータ素子１０′の共通の変位伝達部２５′となる。
【００４３】
各アクチュエータ素子１０′の電極１２′および１３′からは制御配線１８′が延びており、全てのアクチュエータ素子１０′からの制御配線１８′が、第３の実施形態と同様、コントローラ３１へと延び、コントローラ３１に制御電源３２が接続されている。コントローラ３１は図示せぬセンサ等から動作分布指示が入力され、その指示に基づいてコントローラ３１が複数のアクチュエータ素子１０′に所定の制御電圧を印加し、共通の変位伝達部２５′に所望の高さ分布が形成される。
【００４４】
上述したようにアクチュエータ素子１０′は小型で簡易な構造を有しているため、高密度配置可能であり、しかもストロークが大きいため、これを複数配置してなる本実施形態のシート状アクチュエータ２０′は、半導体ウエハのような大面積の基板の位置調節シートまたはギャップ調節シートとして極めて適したものとなる。
【００４５】
＜応用例＞
以下、上記実施形態のアクチュエータ素子、シート状アクチュエータの応用例について説明する。
【００４６】
（プローブ装置への応用例）
図９は、上記第１の実施形態または第２の実施形態のアクチュエータ素子を荷重調節部材として用いたプローブ装置の一例を示す断面図、図１０は図９のプローブ装置の連結部材の上面付近の平面図である。
プローブ装置４０は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）の電気的特性を検査するためのものであり、プローブカード４１と、被検査体としてのウエハＷを載置する載置台４２とを有している。プローブカード４１は、載置台４２の上方に配置されている。
【００４７】
プローブカード４１は、全体が略円盤状に形成されている。プローブカード４１は、検査時にウエハＷの電極パッドＵに接触する接触子（プローブ）９０を下面で支持する支持板５１の上面側に設けられ、接触子９０に検査用の電気信号を送る回路基板５２とを有している。
【００４８】
回路基板５２は、略円盤状に形成され、図示しないテスタに電気的に接続されている。回路基板５２の内部には、接触子９０との間で検査用の電気信号を伝送するための電子回路が実装されている。テスタからの検査用の電気信号は、回路基板５２の電子回路を介して接触子９０に送受信される。回路基板５２の下面には、接続端子５２ａが配置されている。
【００４９】
回路基板５２の上面側には、回路基板５２を補強する補強部材５３が設けられている。補強部材５３は、回路基板５２の上側に平行に配置された本体部５３ａと、本体部５３ａの外周部から下方に延び、回路基板５２の外周部を固定する固定部５３ｂを有し、固定部５３ｂは、回路基板５２の内側に突出するとともに、外側に延びており、固定部５３ｂの外周部は、図示しないホルダに保持されている。
【００５０】
回路基板５２の上面には、連結部材５４が回路基板５２と平行に設けられている。連結部材５４は、回路基板５２よりも小径の略円盤状をなし、補強部材５３の固定部５３ｂの内側に設けられている。なお、連結部材５４は、回路基板５２の上面に接することにより、回路基板５２の平面度を矯正する機能も有している。
【００５１】
連結部材５４の外周部の下面には、支持板５１と連結部材５４とを連結し一体化するための連結体５５が固定されている。連結体５５は、鉛直方向に延び、支持板５１の外周部の複数箇所、例えば４箇所に設けられている。
【００５２】
連結体５５は、回路基板５２を厚さ方向に貫通し、下端部が支持板５１の外周部の外方位置まで到達しており、連結体５５の下部に形成された２箇所設けられた突出部５５ａにより支持板５１が保持されている。なお、下方の突出部５５ａは、板バネであってもよい。この場合、支持板５１の外周部を下から保持しながら、支持板５１を回路基板５２に押しつけて、支持板５１と回路基板５２との電気的な接触を維持できる。
【００５３】
連結部材５４の上面の中央部には、図１０に示すように、複数、例えば３本のボルト５６が設けられている。ボルト５６の上端部は、図９に示すように、連結部材５４の上面の中央部に形成された凹部５４ａに係止されている。ボルト５６は回路基板５２を厚さ方向に貫通し、その下端部は支持板５１の上面に固定されている。したがって、連結体５５とボルト５６によって、支持板５１と連結部材５４が連結されている。
【００５４】
連結部材５４の上面には、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重を一定に維持する荷重調整部材としての本実施形態のアクチュエータ素子１０または１０′が設けられている。アクチュエータ素子１０または１０′は、図１０に示すように、複数、例えば３個設けられている。アクチュエータ素子１０は平面視において、連結部材５４の中心を円心とする同一円周上に等間隔に配置されている。アクチュエータ素子１０または１０′の上面は補強部材５３の本体部５３ａに当接している。アクチュエータ素子１０または１０′は、一定方向に一定の推力を発生させることができ、荷重の作用点に関わらず当該荷重を一定に発生させることができる。
【００５５】
凹部５４ａには、荷重測定器６３が設けられ、これによりアクチュエータ素子１０または１０′にかかる荷重が測定される。荷重測定器６３はコントローラ６０に接続されている。コントローラ６０は制御電源６１およびアクチュエータ１０または１０′にも接続されている。そして、コントローラ６０は、荷重測定器６３からの信号に基づいて、アクチュエータ１０または１０′へ供給する制御電圧を制御してアクチュエータ素子１０または１０′の推力を変位位置（変位量）にかかわらず一定に制御する。したがって、検査時に接触子９０が電極パッドＵに接触する際にも、その接触荷重を所定の荷重に保つことができる。すなわち、コントローラ６０により、荷重測定器６３の測定結果に基づいて、制御電源６１からアクチュエータ素子１０または１０′に供給する電圧を制御することによって、たとえ接触子９０と電極パッドＵとが異なる高さで接触した場合でも、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重が一定になるように制御される。アクチュエータ素子１０または１０′の個数は、３個に限定されないが、３個以上が好ましい。
【００５６】
連結部材５４の外周部には弾性部材としての板バネ６４が設けられている。板バネ６４の一端は連結部材５４の外周部に固定され、他端は補強部材５３の固定部５３ｂに固定されており、円周方向に複数、例えば３個、好ましくは等間隔に配置されている。これら板バネ６４により支持板５１の水平方向の位置が固定される。
【００５７】
支持板５１は、載置台４２と対向し、かつ回路基板５２と平行になるように配置されている。支持板５１は、略方盤状に形成されており、その上面には、複数の接続端子５１ａが設けられている。接続端子５１ａは、回路基板５２の接続端子５２ａに対応するように配置されている。
【００５８】
支持板５１の接続端子５１ａと、接続端子５１ａに対応する回路基板５２の接続端子５２ａとの間には、これらの間の電気的導通をとるための中間部材７０が複数設けられている。複数の中間部材７０は、支持板５１の上面内において均一に配置されている。また、各中間部材７０は、それぞれが独立して鉛直方向に伸縮するように形成されており、したがって、例えば接触子９０と電極パッドＵが異なる高さで接触した場合でも、これら中間部材７０が接触子９０と電極パッドとの接触荷重の面内分布を均一にするように作用する。
【００５９】
支持板５１の下面には、上面の接続端子５１ａより狭いピッチで接触子９０が設けられている。下面の接触子９０は接続端子５１ａに対応して同数設けられ、対応する接続端子５１ａと接触子９０とは支持板５１の内部の配線により接続されている。すなわち、支持板５１は、回路基板５２の接続端子５２ａのピッチを変換するピッチ変換基板として機能する。
【００６０】
載置台４２は、ＸＹＺ移動機構４３により水平方向および鉛直方向に移動自在に構成されており、駆動機構４４によりＸＹＺ移動機構４３を駆動させることにより、載置台４２に載置されたウエハＷを三次元移動して精密なアライメントを行えるようになっている。
【００６１】
なお、本例の場合、アクチュエータ素子１０または１０′に要求されるスペックを例示すると以下のようになる。アクチュエータ素子の設置位置：外径φ１００ｍｍ、アクチュエータ素子の厚さ：５ｍｍ以下±５０％、駆動力：各点２０ｋｇｆ／ｃｍ２、動作温度：室温±２０℃、動作速度：ｓｅｃ〜ｍｉｎオーダーで動作すること。これらスペックは、上記第１および第２の実施形態のアクチュエータ素子で十分満たし得る。
【００６２】
次に、このような構成のプローブ装置４０によって実際にウエハＷの電気特性を検査する際の動作について説明する。
図１１は、電極パッドＵの位置変位Ｓと、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重として発生する荷重Ｆとの関係を示すグラフである。なお、図１１中の発生荷重Ｆ１は、例えば接触子９０、支持板５１、連結部材５４、連結体５５等の移動可能な部材の重さ、中間部材７０の初期荷重の総和となる。まず、ウエハＷが載置台４２上に保持されると、載置台４２が上昇し、ウエハＷの各電極パッドＵが接触子９０に接触する。この接触の瞬間における電極パッドＵの位置変位Ｓと発生荷重Ｆとの関係が、図１１の点Ａとなる。
【００６３】
さらに電極パッドＵが上昇すると、接触子９０は、下から上方向に作用する力により鉛直方向に圧縮される。そして、電極パッドＵの位置変位がＳ１に達するまで、すなわち所定の発生荷重Ｆ１に達するまでは、発生荷重Ｆは接触子９０の圧縮により吸収される。したがって、この場合、電極パッドＵが上昇しても支持板５１は上昇しない。また、この間の電極パッドＵの位置変位Ｓと発生荷重Ｆとの関係が、図１１に示す点Ａ−Ｂ間となる。
【００６４】
さらに電極パッドＵを所定位置であるＳ２に達するように上昇させる。このとき、発生荷重Ｆは、支持板５１を介して中間部材７０に伝達されるとともに、支持板５１、連結体５５および連結部材５４を介してアクチュエータ素子１０または１０′に伝達される。このとき、支持板５１、連結体５５および連結部材５４は上昇する。このとき、コントローラ６０により、荷重測定器６３の測定結果に基づいて、制御電源６１からアクチュエータ素子１０または１０′に供給する電圧を制御することによって、接触子９０と電極パッドＵとの接触荷重が一定になるように作用するので、電極パッドＵの位置変位ＳがＳ１からＳ２に変位する間、発生荷重ＦをＦ１に維持することができる。
【００６５】
そして、このように接触荷重を一定に保った状態で、回路基板５２から検査用の電気信号が中間部材７０、支持体５１の接続端子５１ａ、および接触子９０を順に通ってウエハＷ上の各電極パッドＵに送られて、ウエハＷ上の回路の電気的特性が検査される。
【００６６】
従来のプローブ装置では、プローブカードが載置台と平行設置されていない、または載置台の平面度が悪い場合には、複数の接触子と電極パッドが異なる高さで接触し、接触荷重面内分布を均一にできず、接触不良となることがあり、また、支持板の水平方向の移動を規制しないと接触子が電極パッドと適切に接触できず、接触不良となることがあったが、このようにアクチュエータ素子を用いることにより接触荷重の面内分布を均一に制御し、接触荷重を一定に制御することができるので、接触不良をなくすことができる。
【００６７】
出願人は先に、アクチュエータ素子の代わりにバネを用いて接触荷重を一定にする手法を提案したが、バネの付勢力は、圧縮長さによって異なるので、接触荷重は厳密には一定にならず、電極パッドの位置変位が大きくなるほど大きくなる傾向にある（図１１のＢ−Ｃ′）。これに対しアクチュエータ素子１０または１０′を用いることにより、図１１に示すように、接触荷重を一定にすることができるのである。
【００６８】
（プラズマエッチング装置への応用例）
（１）フォーカスリングへの応用例
ここでは、プラズマエッチング装置の載置台において、ウエハの周囲に配置されるフォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
【００６９】
プラズマエッチング装置は、チャンバ内に、下部電極として機能するウエハを載置する載置台と、載置台と対向する上部電極とを配置し、上部電極または下部電極に高周波電力を印加してこれらの間に高周波電界を形成し、この高周波電界で形成された処理ガスのプラズマにより載置台に載置されたウエハにエッチング加工を施すものである。
【００７０】
図１２は、フォーカスリングのギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
載置台１４０は、チャンバの底部に絶縁板を介して設けられ、小径の上段部１４２ａと大径の下段部１４２ｂを有する段付き円柱状をなす載置台本体１４２を有している。小径の上段部１４２ａの上面にはクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する静電チャック１４４が設けられている。
【００７１】
上段部１４２ａの周囲には、エッチング均一性を向上させるための円環状をなすフォーカスリング１４６がその表面をウエハ表面と同じ高さになるように設けられている。フォーカスリング１４６は、エッチング対象がシリコンの場合にはシリコン製であり、エッチング対象が酸化膜の場合には酸化シリコン製である。
【００７２】
フォーカスリング１４６と下段部１４２ｂの表面との間には、第３の実施形態または第４の実施形態と同様の基本構造を有する円環状のシート状アクチュエータ１４８が設けられている。シート状アクチュエータ１４８は、ギャップ調整シートとして機能し、例えば図１３に示すように４分割されて駆動制御が行われる。一括して駆動制御を行うようにしてもよい。
【００７３】
載置台本体１４２の内部には、冷媒室１５０が設けられている。この冷媒室１５０には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってウエハＷの処理温度を制御することができるようになっている。また、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン１５２を介して静電チャック１４４の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００７４】
均一なエッチングを実現するためには、フォーカスリング１４６の表面高さをウエハＷ表面と同一になるようにする必要があるが、従来から、エッチングの際のプラズマによるスパッタリング等によりフォーカスリング１４６の表面が削れ、エッチングの径方向均一性が悪くなるという問題が顕在化している。
【００７５】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１４８をギャップ調整シートとしてフォーカスリング１４６の下に設け、このシート状アクチュエータ１４８により、プラズマによるスパッタリングで削れた分だけフォーカスリング１４６を上昇させるようにする。
【００７６】
このシート状アクチュエータ１４８は、３００ｍｍウエハの場合には、例えば内径が３００ｍｍ、外径が５００ｍｍ（または３５０ｍｍ）であり、厚さが２ｍｍ以下で可変分が±５０％以上、動作温度が８０〜２００℃でできるだけ熱伝導率が高いこと（例えば１Ｗ／ｍＫ）が要求される。また、酸化膜用のエッチング装置の場合には耐圧が３０００Ｖ、ポリシリコンエッチング用のエッチング装置の場合には最大１０００Ｖである。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００７７】
（２）載置台への応用例
ここでは、プラズマエッチング装置の載置台において、ウエハの下に形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
図１４は、載置台におけるウエハの形状を矯正する形状矯正シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたプラズマエッチング装置の載置台を示す断面図である。
【００７８】
この載置台１６０は、基本構造は上記載置台１４０と同じであるから同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。この載置台１６０は、静電チャック１４４とウエハＷの間に、第３の実施形態または第４の実施形態と同様の基本構造を有する円盤状のシート状アクチュエータ１６２が設けられている。また、フォーカスリング１４６の下にはシート状アクチュエータ１４８は設けられていないが、設けてもよい。
【００７９】
シート状アクチュエータ１６２は、ウエハＷの反りや歪みを矯正して水平に戻すために用いられるものであり、図１５の平面図に示すように、アクチュエータ素子１０または１０′が例えば４ｃｍ２毎に高密度で配置される。
【００８０】
均一なエッチングを実現するためには、ウエハＷの反りや歪み等の変形が存在せず、ウエハＷが水平になっていることが重要であるが、現実のウエハＷには反りや歪みが少なからず存在するため、エッチング均一性が十分でない場合も生じる。
【００８１】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１６２をウエハＷの形状矯正シートとしてウエハＷと静電チャック１４４との間に設け、このシート状アクチュエータ１６２により、ウエハＷを水平面に戻し、エッチング均一性を向上させる。
【００８２】
このシート状アクチュエータ１６２は、ウエハＷとほぼ同じ大きさを有する。また、厚さが２ｍｍ以下で可変分が±５０％以上、動作温度が８０〜２００℃でできるだけ熱伝導率が高いことが好ましい。また、酸化膜用のエッチング装置の場合には耐圧が３０００Ｖ、ポリシリコンエッチング用のエッチング装置の場合には最大１０００Ｖである。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００８３】
（フォトレジスト塗布・現像装置のベーク装置への応用例）
ここでは、フォトレジスト塗布・現像装置のベーク装置において、ウエハのギャップを調整するギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いた例を示す。
図１６は、ギャップ調整シートとして本発明のシート状アクチュエータを用いたベーク装置の加熱部を示す断面図である。加熱部１７０は、水平面保持のためのベース板１７２と、その上に設けられたギャップ調整シートとして用いられるシート状アクチュエータ１７４と、その上に設けられたフィルム状ヒータ１７６とを有し、フィルム状ヒータ１７６の上には複数のウエハ支持ピン（プロキシミティピン）１７８が設けられている。そしてウエハ支持ピン１７８上にウエハが載置されるようになっている。
【００８４】
シート状アクチュエータ１７４は、基本構造が第３の実施形態のシート状アクチュエータ２０または第４の実施形態のシート状アクチュエータ２０′と同様であり、ウエハＷとシート状ヒータ１７６とのギャップが一定となるようにギャップ調整してウエハＷの温度を均一に保つためのものであり、アクチュエータ素子１０または１０′が図１７の平面図に示すように区画され、１４〜３２ｃｍ２毎（３００ｍｍウエハでは３０〜５０区画）に配置される。
【００８５】
このようなベーク装置においては、従来から、ウエハの反りや歪みのため、ウエハが載置される熱板とウエハとのギャップが不均一になり、ウエハを均一に加熱することができず、ウエハ面内での温度のばらつきが生じるという問題がある。
【００８６】
そこで、本例では、第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータ１７４をシート状ヒータ１７６の下に設け、ウエハＷの変形に対応してギャップが均一になるようにシート状アクチュエータ１７４の各アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させる。これによりウエハ温度の面内均一性は極めて高いものとなる。このときのシート状アクチュエータ１７４によるギャップ調整は、ウエハＷ裏面温度の複数の位置の温度を測定する複数の熱電対を設け、その温度が均一になるように、各アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させることにより行う。熱電対を設ける代わりに、熱電対パターンを印刷したセンサを別途用意し、これを用いて温度測定を行ってもよい。
【００８７】
このシート状アクチュエータ１７４は、ウエハとほぼ同じ大きさを有する。また、ウエハがφ４５０ｍｍの場合には、調整ギャップ高さは０．４ｍｍ以上必要である。動作温度は室温〜１８０℃（または室温〜２５０℃、または室温〜３００℃）である。これらの仕様は、上記第３の実施形態または第４の実施形態の基本構造を有するシート状アクチュエータであれば十分に満たすものである。
【００８８】
なお、塗布・現像装置には冷却装置があり、この冷却装置も冷却板に支持ピンを介してウエハを載置するものであるから、ベーク装置の場合と同様、冷却板とウエハとの間に同様な構成のシート状アクチュエータを用いてギャップ調整を行うことにより、所望のウエハ温度の均一性を確保することができる。
【００８９】
（ウエハチャックへの応用例）
ここでは、ウエハ塗布・現像装置においてウエハの搬送に用いられるウエハチャックに本発明のアクチュエータ素子を適用した例について説明する。図１８（ａ）はこのようなウエハチャックを示す平面図、図１８（ｂ）はその側面図である。このウエハチャック１８０は、一対のウエハ保持アーム１８２を有し、これらウエハ保持アーム１８２によりウエハを挟むことによりウエハを保持する。
【００９０】
ウエハ保持アームは、全体が耐摩耗性樹脂からなり、ウエハＷに沿った円弧状をなす本体部１８４と、本体部１８４の両側から内側に突出し、ウエハＷが載置されるウエハ載置部１８６と、本体部の中央にウエハＷのエッジを保持するように設けられたエッジホルダ１８８とを有する。そして、このエッジホルダ１８８としてアクチュエータ素子１０または１０′を用いる。そして、一対のウエハ保持アーム１８２でウエハＷを挟持した際に、エッジホルダ１８８を構成するアクチュエータ素子１０または１０′をウエハＷのエッジに向けて突出させる。このとき、アクチュエータ素子１０または１０′はウエハＷを柔らかく保持できるので、パーティクル等の発生がなくしかも安定してウエハＷを固定することができる。
【００９１】
従来は、この種のウエハチャックは、ウエハ搬送時に水平方向に数十Ｇ、垂直で１Ｇという大きな加速度がおよぼされ、ウエハが外れやすいという課題があったが、アクチュエータ素子１０または１０′を用いることにより、大口径のウエハでも外れずに安定して保持することができる。
【００９２】
このエッジホルダ１８８に用いられるアクチュエータ素子１０または１０′は、動作温度が室温〜１００℃であり、動作速度は数十ｍｓｅｃが要求されるが、この仕様は十分に満足することができる。
【００９３】
（ＭＥＭＳパターンウエハのチャックへの応用例）
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのウエハ等の上に集積化したデバイスであるが、ＭＥＭＳパターンが形成されたウエハは、ウエハ全面でチャックすることができず、ウエハ搬送の際に搬送アームに置いただけの状態で搬送せざるを得ず、ウエハが外れやすいという問題がある。
【００９４】
本例では、本発明のシート状アクチュエータを用いて、ウエハを吸着できるようにした搬送アームを実現する。
【００９５】
図１９（ａ）に示すように、本例の搬送アーム１９０は、第３の実施形態または第４の実施形態と同じ基本構造を有するシート状アクチュエータ１９２と、その上に設けられた穴スペーサ１９４とを有し、穴スペーサ１９４の上にＭＥＭＳパターンウエハＷが載置される。シート状アクチュエータ１９２は、図１９（ｂ）に示すように、ウエハのパターンに応じて例えば１ｃｍ２毎に区画Ｓが形成され、区画Ｓ毎にアクチュエータ素子１０または１０′が設けられている。また、穴スペーサ１９４は、図１９（ｃ）に示すように、シート状アクチュエータ１９２に対応して例えば１ｃｍ２毎に区画Ｓが形成され、所定の区画Ｓに穴１９５が形成されている。穴は予め決められた区画Ｓに設けられていてもよいし、各区画Ｓ毎に穴は設けられていて選択的にアクチュエータ素子１０または１０′をＯＮ−ＯＦＦ制御してもよい。そして、穴スペーサ１９４の穴１９５を有する区画Ｓにおいて、図１９（ｄ）に示すように、ウエハＷが載置された後、アクチュエータ素子１０または１０′を駆動させて真空空間Ｖの体積を膨張させることにより、つまり穴１９５の直下の薄くなったシート状アクチュエータ１９２の部分を下側に突き出すように動作させて、穴１９５を介してウエハＷが真空吸着される。同様な動作を、穴１９５が形成された複数の区画Ｓで行うことによりウエハＷを吸着固定することができる。これによりＭＥＭＳパターンウエハを安定して高速に搬送することができる。
【００９６】
この場合のアクチュエータ素子は、動作温度が−４０〜１５０℃、ＯＮ／ＯＦＦ動作速度が１ｓｅｃ以下であり、上記実施形態のアクチュエータ素子１０、１０′であれば十分満たすものである。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、アクチュエータ素子の変位子として、板状のもの、および折り紙状のものを用いたが、これに限るものではない。また、変位伝達部としてアクチュエータ素子を収容する容器の一部を用いたが、これに限るものではない。さらに、上記応用例はあくまでも例示であり、本発明はこのような例に限定されるものではないことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１０′…アクチュエータ素子
１１、１１′…変位子
１２、１３、１２′、１３′…電極
１４、１４′…素子本体
１５、１５′…変位伝達部
１６、１６′…容器
１７、１７′…固定板
１８、１８′…制御配線
２０、２０′…シート状アクチュエータ
２１、２１′…容器
２３、２３′…固定板
２５、２５′…変位伝達部
３１…コントローラ
３２…制御電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体と、
前記変位子の変位によって面外方向に変位する変位伝達部と
を具備することを特徴とするアクチュエータ素子。
【請求項２】
前記変位子は板状をなし、電圧を印加することにより、一方側が曲がるように変位することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項３】
前記変位子は折り紙状をなし、電圧を印加することにより一方向に伸張することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項４】
基板上に形成された多数の電極パッドに接触子を接触させて電気特性を測定するプローブ装置において、前記電極パッドと接触子の接触荷重を一定に維持するための荷重調整部材として設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項５】
基板を一対の基板保持アームで保持して搬送する基板チャックにおいて、基板を挟むときに突出するように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項６】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体が、扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有することを特徴とするシート状アクチュエータ。
【請求項７】
前記変位子は板状をなし、電圧を印加することにより、一方側が曲がるように変位することを特徴とする請求項６に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項８】
前記変位子は折り紙状をなし、電圧を印加することにより一方向に伸張することを特徴とする請求項６に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項９】
プラズマエッチング装置の基板を載置する載置台において、基板の外周に設けられるフォーカスリングの下に設けられ、前記フォーカスリングがプラズマで削られた際に削られた分だけ前記フォーカスリングを上方に変位させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１０】
プラズマエッチング装置の基板を載置する載置台において、基板を支持するように設けられ、基板の変形を矯正するように変位することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１１】
加熱部または冷却部を介して基板を加熱または冷却する装置において、基板と加熱部または冷却部との間のギャップが均一になるように変位することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１２】
基板を吸着保持する基板チャックに用いられるシート状アクチュエータであって、穴を有するスペーサを介在させて基板が載置され、複数の領域においてアクチュエータ素子の変位子を変位させることにより、前記スペーサの穴を介して基板を真空チャックすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体と、
前記変位子の変位によって面外方向に変位する変位伝達部と
を具備することを特徴とするアクチュエータ素子。
【請求項２】
前記変位子は板状をなし、電圧を印加することにより、一方側が曲がるように変位することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項３】
前記変位子は折り紙状をなし、電圧を印加することにより一方向に伸張することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ素子。
【請求項４】
基板上に形成された多数の電極パッドに接触子を接触させて電気特性を測定するプローブ装置において、前記電極パッドと接触子の接触荷重を一定に維持するための荷重調整部材として設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項５】
基板を一対の基板保持アームで保持して搬送する基板チャックにおいて、基板を挟むときに突出するように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータ素子。
【請求項６】
シリコーンを含むエラストマーとイオン液体との混合物からなり、電圧が印加されることにより変位する変位子、および前記変位子に電圧を印加するための電極を有する素子本体が、扁平状の容器に平面状に複数配置され、さらに前記複数の素子本体の各変位子の変位によって面外方向に変位する共通の変位伝達部を有することを特徴とするシート状アクチュエータ。
【請求項７】
前記変位子は板状をなし、電圧を印加することにより、一方側が曲がるように変位することを特徴とする請求項６に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項８】
前記変位子は折り紙状をなし、電圧を印加することにより一方向に伸張することを特徴とする請求項６に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項９】
プラズマエッチング装置の基板を載置する載置台において、基板の外周に設けられるフォーカスリングの下に設けられ、前記フォーカスリングがプラズマで削られた際に削られた分だけ前記フォーカスリングを上方に変位させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１０】
プラズマエッチング装置の基板を載置する載置台において、基板を支持するように設けられ、基板の変形を矯正するように変位することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１１】
加熱部または冷却部を介して基板を加熱または冷却する装置において、基板と加熱部または冷却部との間のギャップが均一になるように変位することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【請求項１２】
基板を吸着保持する基板チャックに用いられるシート状アクチュエータであって、穴を有するスペーサを介在させて基板が載置され、複数の領域においてアクチュエータ素子の変位子を変位させることにより、前記スペーサの穴を介して基板を真空チャックすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のシート状アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１０１５８１（Ｐ２０１１−１０１５８１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６６７５（Ｐ２０１０−２１６６７５）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【Ｆターム（参考）】
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