JP2002345273A

JP2002345273A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2002345273A
Application number: JP2001148780A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hori; 裕明堀; Noriaki Tateno; 範昭建野; Tetsuo Kitabayashi; 徹夫北林
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ガラス基板等の絶縁性基板を静電吸着するこ
とができる静電チャックを提供する。【解決手段】一方の面が絶縁体基板を吸着する吸着面
１１とし、もう一方の面に複数の電極１２ａ、１２ｂが
設けられた誘電体基板１３と、該誘電体基板１３を固定
する絶縁性支持基板１４と、該絶縁性支持基板１４に設
けられた複数の導電性端子１５ａ、１５ｂと、前記誘電
体基板１３に設けられた電極１２ａ、１２ｂと、前記導
電性端子１５ａ、１５ｂを電気的に接続する手段１６
ａ、１６ｂからなる静電チャック１００において、前記
電極面積が前記吸着面面積の１／２未満であることとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＦＰＤ（フラットパ
ネルディスプレー）製造装置、ＤＶＤ（デジタルビデオ
ディスク）製造装置、ＨＤＤ（ハードディスクドライ
ブ）製造装置に使用される基板処理装置及びＥＢ（エレ
クトロンビーム）露光装置におけるレチクル固定装置、
更にＳＯＳ（シリコンオンサファイヤ）やＳＯＩ（シリ
コンオンインシュレータ）ウエハ上に形成される素子を
製造するＣＶＤ、エッチング装置やスパッタリンング装
置に使用される絶縁性基板処理装置及び絶縁性基板保持
用静電チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＦＰＤやＤＶＤ製造装置等においては、
被処理体がガラス基板であり電気絶縁性を示す。そのた
め従来はこれらの基板を真空中で静電吸着することがで
きずその製造装置においてステージ上に平置きされた
り、機械的な機構により固定され処理されていた。ＥＢ
露光機のレチクルは石英製であり同様に電気絶縁性を示
す。そのため真空下でレチクルを固定するためには従来
は機械的な機構により固定されていた。

【０００３】シリコンウエハの次世代代替品として注目
されているＳＯＳ基板やＳＯＩ基板はステージ戴置面が
電気絶縁性を示す。その為従来はこれらのウエハ上に素
子を形成する製造装置においてシリコンウエハの場合の
ような静電チャックを用いた固定方法を採用する事がで
きなかった。シリコンウエハを吸着する手段および原理
は特開平５−６３０６２に開示されているがその原理に
よると絶縁性基板は静電吸着する事ができない。また、
静電プロッタのように紙を静電気的に吸引する装置があ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＦＰＤ、ＤＶＤ、ＨＤ
Ｄ用の基板上やＳＯＳ、ＳＯＩ上に形成される素子等の
製造プロセスの高度化、高集積化に伴いこれらの製造プ
ロセスの温度管理が非常に重要になってきた。従来のシ
リコンウエハ上に形成する素子製造プロセスでは、静電
チャックを用いたプロセスの温度管理が実施されてい
る。これは、機械的な固定方法では、基板の外周部をリ
ング状の重りで押さえる構造の為、基板外周側と基板内
周側とで熱伝達状態が異なるようになる。よって、機械
的固定方法では基板の面内温度分布の向上が望めない
為、基板全面を吸着し、それによって基板面内の熱伝達
状態が均一となる静電チャックによる固定方法を採用す
る事でプロセスの温度管理が可能となる。

【０００５】しかし従来の静電チャックは導体、半導体
しか吸着できなかったため、被処理体が電気絶縁性の場
合静電固定吸着することができずプロセスの高精度な温
度管理は不可能であった。そこで、絶縁性基板をも静電
吸着できる静電チャック及び静電チャックを用いた絶縁
性基板処理装置が要望されている。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、本発明の目的は、ガラス基板等の絶縁性基
板を静電吸着することができる静電チャックを提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、一方の面が絶縁体基板を吸着する吸着面と
し、もう一方の面に複数の電極が設けられた誘電体基板
と、該誘電体基板を固定する絶縁性支持基板と、該絶縁
性支持基板に設けられた複数の導電性端子と、前記誘電
体基板に設けられた電極と、前記導電性端子を電気的に
接続する手段からなる静電チャックにおいて、前記電極
面積が前記吸着面面積の１／２未満であることを特徴と
する。

【０００８】静電チャックの吸着面に絶縁体基板を静置
して、電極に直流電圧を印加する。すると、相対する双
極電極間には不平等電界が生じ、絶縁体基板は誘電体と
して分極する。分極した誘電体は、不平等電界からグラ
ディエント力を受ける。グラディエント力を強くする為
には不平等電界を強くする必要があり、これは双極電極
間を狭める事で達成できる。また、相対する電極間隔
は、双極の吸着電圧を印加する際に絶縁破壊しない程度
に開ける必要がある。この事から、電極間隔はある範囲
に収束する。一方、不平等電界は電極間の中心位置が一
番強くなる為、グラディエント力も電極間の中心位置に
発生するものとみなせる。一定の電圧を印加する場合、
単位幅当たりの電極間数を増やす事で、発生するグラデ
ィエント力の数も増え、吸着力の総和を大きくする事が
できる。すなわち、実際にグラディエント力発生に貢献
する電極間が電極よりも多く分布するよう、電極面積が
前記吸着面面積の１／２未満であるように設計する事で
単位幅当たりの発生電界数が増加し、吸着力を増加させ
る事ができる。

【０００９】本発明の好ましい様態として、前記誘電体
基板に設けられた電極は、前記１対の電極が交互に入り
組んだ構造であることを特徴とする。

【００１０】１対の電極が交互に入り組んだ構造例え
ば、櫛歯状に入り組むことにより、単位幅当たりの電極
間数を増やし、発生するグラディエント力の数も増え、
吸着力の総和を大きくする事ができる。

【００１１】電極に印加される電圧と電極の絶縁性は、
電極間隔に依存する。前項でグラディエント力発生に寄
与しない面である電極幅を電極間より狭くして、発生す
るグラディエント力の総和を大きくする手法を上げてい
るが、電極間は通常使用される印加電圧を±５kVとする
と、絶対値で１０kVの絶縁耐圧が必要となり、これには
２ｍｍ以上の電極間が必要となる。一方、電極幅はスク
リーン印刷等で製作する場合においては余り細い線にす
ると途中で切れたりする可能性がある。その為、好まし
くは、電極幅は０．５から１．０ｍｍにする事で絶縁耐
圧を確保した電極幅と、製品歩留まりの低下が見られな
い電極幅の両者を満たす事ができる。

【００１２】本発明の好ましい様態として、前記誘電体
基板に設けられた電極は、複数の対をなし、前記複数の
電極が交互に入り組んだ構造であることを特徴とする。

【００１３】複数の対になる電極を、例えば小サイズと
大サイズの絶縁性基板を１枚の静電チャックに吸着した
い際に、小サイズ基板に合わせた１対の電極と、その周
囲の、台サイズ基板に合わせた口型の１対の電極とを備
えた静電チャックにする事で、小サイズ基板を吸着する
際に小サイズ電極のみ電圧印加すれば良い為、吸着面以
外で発生する電極間漏れ電流を無くす事ができ、電源容
量を最適に設定する事が可能となる。さらに、大型静電
チャックに複数枚の基板を同時に吸着するような使用方
法においても、必要な吸着面に対応した電極のみに電圧
印加を行う事で、電源容量を最適に設定する事ができ
る。

【００１４】本発明の好ましい様態として、前記誘電体
基板に設けられた電極と前記導電性端子とを電気的に接
続する手段にビアホールを用いることを特徴とする。

【００１５】ビアホールを用いる事で、絶縁性支持基板
の外周部に露出する配線をする事無く電極と導電性端子
とを電気的に接続することができる。

【００１６】本発明の好ましい様態として、前記電極よ
り前記絶縁性基板内部側に前記電極と平行な１層の配線
用電極を持ち、前記配線用電極と前記電極と前記導電性
端子との各々の間を電気的に接続してあることを特徴と
する。

【００１７】配線用電極を入れる事により、電極の設計
自由度が上がる。具体的には、静電チャックに設けた貫
通穴、ノッチ等の電極が不連続になる部分に対しても給
電する事が可能となり、吸着面全面に渡って均一な吸着
力を発生させる事が可能となる。

【００１８】本発明の好ましい様態として、前記配線用
電極と前記電極の間隔を１ｍｍ以上離してあることを特
徴とする。

【００１９】静電チャック内部に平行に配置された配線
用電極と電極との極性が逆になっている場所を考える。
この２つの電極に双極電圧が印加されている場合、電極
間に印加される電圧は、各々の電圧の絶対値の和とな
り、そのため絶縁耐圧は印加電圧より大きくする必要が
ある。１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上電極間隔を開
ける事により、絶縁破壊を防ぐ事ができる。尚、電極と
端子間をビアホールで接続するという構造の関係から、
前記配線用電極と前記電極の間隔は、静電チャックの厚
さ寸法−２ｍｍ以下が好ましい。

【００２０】本発明の好ましい様態として、前記導電性
端子間の間隔を１ｍｍ以上、離してあることを特徴とす
る。前項と同様の理由から、１ｍｍ以上、好ましくは２
ｍｍ以上電極間隔を開ける事により、絶縁破壊を防ぐ事
ができる。尚、電極と端子間をビアホールで接続すると
いう構造の関係から、前記配線用電極と前記電極の間隔
は、静電チャックの厚さ寸法−２ｍｍ以下が好ましい。

【００２１】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックの絶縁性基板側に金属板を接合してある静電チャ
ックユニットにおいて、前記導電性端子と同軸で前記金
属板を貫通してある給電用穴と前記導電性端子との間隔
を２ｍｍ以上離してある事を特徴とする。金属接合面か
らの導電性接合材のもれ量を考慮して、１ｍｍ以上、好
ましくは２ｍｍ以上、貫通穴と導電性端子間距離を開け
る事により、導電性端子間の短絡を防ぐ事ができる。
尚、静電チャックと金属板との熱伝導の均一性を保つ関
係から、前記導電性端子と同軸で前記金属板を貫通して
ある給電用穴と前記導電性端子との間隔は、１０ｍｍ以
下が好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例につい
て具体的に説明する。図１は、静電チャック１００の断
面図である。静電チャック１００は、一方の面が絶縁体
基板を吸着する吸着面１１とし、もう一方の面に１組の
電極１２ａ、１２ｂが設けられた誘電体基板１３と、該
誘電体基板１３を固定する絶縁性支持基板１４と、該絶
縁性支持基板１４に設けられた１組の導電性端子１５
ａ、１５ｂと、前記誘電体基板１３に設けられた電極１
２ａ、１２ｂと、前記電極１２ａ、１２ｂと前記導電性
端子１５ａ、１５ｂとを電気的に接続するビアホール１
６ａ、１６ｂから構成される。電極１２ａ、１２ｂへ
は、導電性端子１５ａ，１５ｂからビアホール１６ａ、
１６ｂを通じて各々独立した電圧を印加する事ができ
る。

【００２３】ここで、静電チャック１００の各構成要素
の素材について説明する。誘電体基板１３及び絶縁性支
持基板１４は、アルミナ等の酸化物セラミック、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素等の非酸化物セラミック、カプト
ン、ベスペル等のエンジニアリングプラスチック等で製
作される。例えば誘電体基板１３及び絶縁体支持基板１
４がアルミナから製作される場合、電極１２ａ、１２ｂ
にはタングステン、モリブデン等が、導電性端子１５
ａ、１５ｂにはＳＵＳ、コバール等が使用される。

【００２４】ここで、静電チャック１００でガラス等の
絶縁体基板２００を吸着する場合を説明する。静電チャ
ックは吸着用電圧を印加する電源２１と電線２２とで結
ばれており、これより直流電圧が印加される。印加され
た直流電圧は導電性端子１５ａ、１５ｂからビアホール
１６ａ、１６ｂを通り電極１２ａ、１２ｂに至る。この
状態で電極１２ａ、１２ｂには双極電圧が印加されてお
りこの間に電界が発生するが、電極が平行の為、不平等
電界となる。このような電界中に誘電体、この図では絶
縁体基板２００を置くと、絶縁体基板２００を吸着面１
１に近づける方向にグラディエント力が発生する。

【００２５】図２は、静電チャック１００の電極部分
を、吸着面側から見た断面図である。電極１２ａ、１２
ｂは1対で、櫛歯状に入り組んでいる。また、各々の電
極の幅は１mm以下、好ましくは0.5mm以下である。

【００２６】図３は、複数の対をなす電極を持つ静電チ
ャック３００の電極部分を、吸着面側から見た断面図で
ある。先程説明したように、異なる大きさの絶縁性基板
を吸着する必要のある静電チャックの場合、電極は小サ
イズの絶縁性基板に合わせた中央寄りの部分３１ａ、３
１ｂと、大サイズの絶縁性基板に合わせた外周寄りの部
分３１ｃ，３１ｄとの複数の対となっている。また、電
極３１ａから３１ｄまでは、各々独立した電圧を印加で
きるようになっている。このような静電チャックを用い
て異なる大きさの絶縁性基板を吸着する方法について説
明する。小サイズの絶縁性基板を吸着する場合、中央寄
りの電極３１ａ、３１ｂのみに電圧を印加する。このよ
うにすれば、吸着しようとする絶縁性基板の投影面以外
に電圧を供給する必要が無くなる。大サイズの絶縁性基
板を吸着する場合、全面吸着が必要な場合は、３１ａか
ら３１ｄまで電圧を印加する。また、部分吸着で良い場
合は、例えば３１ａと３１ｂのみ電圧を印加する。この
ように用途に応じて吸着面積を変化させる事が可能とな
る。また、吸着面全面に静電チャック機能部を設ける必
要が無い場合、部分的に配置する事で静電チャック全体
に対する静電チャック機能部の使用量を減らす事がで
き、構造部材に比べて高価な静電チャック機能部の占め
る価格割合も減少し、トータルコストを押さえた静電チ
ャックの設計が可能となる。

【００２７】図４は、電極に平行な配線用電極を持つ静
電チャック４００の断面図である。この静電チャック４
００は、電極４１ａ、４１ｂと平行な１層の配線用電極
４２ａ、４２ｂを持ち、電極と導電性端子４３ａ、４３
ｂとの各々の間をビアホールで電気的に接続してある。
また、配線用電極４２ａ、４２ｂと電極４１ａ、４１ｂ
との間隔は１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上離してあ
る。

【００２８】図５は、静電チャック４００の電極付近を
吸着面側から見た断面図である。吸着用電極４１ａ、４
１ｂは一対をなし、櫛歯状に入り組んでいる。この下
に、図中破線で示された配線用電極４２ａ、４２ｂがあ
る。図中４４ａ、４４ｂで示された部分は、貫通穴であ
る。これにより、電極の一部４１ｃ、４１ｄが電極４１
ａ、４１ｂから切断され孤立した形になっている。ここ
に給電する為に配線用電極がその下部まで配置される。

【００２９】図６は、静電チャック下部に金属プレート
５２を配置した場合の、導電性端子付近の拡大断面図で
ある。絶縁性支持基板５０上に設けられた導電性端子５
１ａ、５１ｂ間には絶縁性基板にグラディエント力を発
生させる為に数ｋＶという高電圧が印加される為、端子
間絶縁性を確保する為に導電性端子間の間隔を１ｍｍ以
上、好ましくは２ｍｍ以上離してある。また、導電性端
子と同軸で前記金属板を貫通してある給電用穴５３ａ、
５３ｂと導電性端子５１ａ、５１ｂとの間隔も２ｍｍ以
上、好ましくは３ｍｍ以上離してある。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。一方の面が絶縁体基板を吸着する吸着面とし、も
う一方の面に複数の電極が設けられた誘電体基板と、該
誘電体基板を固定する絶縁性支持基板と、該絶縁性支持
基板に設けられた複数の導電性端子と、前記誘電体基板
に設けられた電極と、前記電極と前記導電性端子とを電
気的に接続する手段からなる絶縁性基板吸着用静電チャ
ックにおいて、前記電極面積が前記吸着面面積の１／２
未満とする事により、グラディエント力の発生部が多い
静電チャックが提供できる。

【００３１】また、前記誘電体基板に設けられた電極
は、1対または複数の対をなし、各々の電極の幅が１mm
以下、好ましくは0.5mm以下であり、各々の電極が櫛歯
状に入り組んでおり、各々の電極に独立に電圧印加が可
能な構造とする事により、絶縁破壊を起こさずかつ効率
的にグラディエント力を発生させる事が可能な電極を形
成する事ができる。

【００３２】また、前記電極より前記絶縁性基板内部側
に前記電極と平行な１層の配線用電極を持ち、前記配線
用電極と前記電極と前記導電性端子との各々の間を電気
的に接続する事により、電極配置設計の自由度の高い静
電チャックを提供する事ができる。

【００３３】また、前記配線用電極と前記電極の間隔及
び前記導電性端子間の間隔を１mm以上、好ましくは２mm
以上離す事、及び前記静電チャックの絶縁性基板側に金
属板を配置してある場合、前記導電性端子と同軸で前記
金属板を貫通してある給電用穴と前記導電性端子との間
隔を２mm以上、好ましくは３mm以上離す事により、高電
圧の印加に耐えうる静電チャックを提供する事が出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの一形態を示す概略図で
ある。

【図２】図１の静電チャック電極部分を吸着面側から見
た断面図である。

【図３】本発明の静電チャックの一形態を示す概略図で
ある。

【図４】本発明の静電チャックの一形態を示す概略図で
ある。

【図５】図４の静電チャックの電極付近を吸着面側から
見た断面図である。

【図６】本発明の静電チャックの一形態を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１００静電チャック１１吸着面１２ａ、１２ｂ電極１３誘電体基板１４絶縁性支持基板１５ａ、１５ｂ導電性端子１６ａ、１６ｂビアホール２００絶縁体基板２１電源２２電線３００静電チャック３１ａ、３１ｂ電極３１ｃ，３１ｄ電極４００静電チャック４１ａ、４１ｂ電極４２ａ、４２ｂ配線用電極４３ａ、４３ｂ導電性端子４４ａ、４４ｂ貫通穴５０絶縁性支持基板５１ａ、５１ｂ導電性端子５２金属プレート５３ａ、５３ｂ給電用穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者建野範昭福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者北林徹夫福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA04 CA05 CA07 HA17 HA18 PA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面が絶縁体基板を吸着する吸着面
とし、もう一方の面に複数の電極が設けられた誘電体基
板と、該誘電体基板を固定する絶縁性支持基板と、該絶
縁性支持基板に設けられた複数の導電性端子と、前記誘
電体基板に設けられた電極と、前記電極と前記導電性端
子とを電気的に接続する手段からなる静電チャックにお
いて、前記電極面積が前記吸着面面積の１／２未満であ
ることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】前記誘電体基板に設けられた電極は、1
対をなし、前記１対の電極が交互に入り組んだ構造であ
ることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】前記誘電体基板に設けられた電極は、複
数の対をなし、前記複数の電極が交互に入り組んだ構造
であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャッ
ク。
【請求項４】前記誘電体基板に設けられた電極と前記
導電性端子とを電気的に接続する手段にビアホールを用
いることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に
記載の静電チャック。
【請求項５】前記電極より前記絶縁性基板内部側に前
記電極と平行な１層の配線用電極を持ち、前記配線用電
極と前記電極と前記導電性端子との各々の間を電気的に
接続してあることを特徴とする請求項１から４のいずれ
か1項に記載の静電チャック。
【請求項６】前記配線用電極と前記電極の間隔を１ｍ
ｍ以上離してあることを特徴とする請求項５に記載の静
電チャック。
【請求項７】前記導電性端子間の間隔を１ｍｍ以上以
上離してあることを特徴とする請求項１から６のいずれ
か1項に記載の静電チャック。
【請求項８】前記静電チャックの絶縁性基板側に金属
板を配置してある場合、前記導電性端子と同軸で前記金
属板を貫通してある給電用穴と前記導電性端子との間隔
を２ｍｍ以上離してあることを特徴とする請求項１から
７のいずれか1項に記載の静電チャック。