JP2003282690A

JP2003282690A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2003282690A
Application number: JP2002084360A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hori; 裕明堀
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】大気圧下でフィルム状基板が搬送され、真空
に減圧した中でプロセスを行うフィルム状基板製造装置
において、浮き上がりや気泡の発生無くフィルム状基板
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
とを目的とする。【解決手段】基板と、基板上面に広がる吸着電極と、
吸着電極を覆う吸着面を有する誘電層からなる静電チャ
ックにおいて、前記静電チャックの誘電層吸着面より前
記基板裏面に通ずる貫通穴と、前記吸着面に前記貫通穴
と連通した溝と、前記貫通穴と連通し、前記貫通穴内部
を真空に減圧可能な真空装置と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフラットパネルディ
スプレーやＤＶＤディスク等に用いられるフィルム状基
板を真空中で保持する静電チャック及び静電チャックユ
ニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電チャックは主として半導体製
造プロセスで使われてきた。具体的には、真空中で各種
プロセスを行う半導体製造装置の真空チャンバー内に設
置され、膜付け、エッチング加工等、ドライプロセス中
の基板保持に用いられてきた。ここで使われてきた基板
の種類としては、Ｓｉウエハ等の無機質、高脆材料が多
かった。一方、近年の各種フラットパネルディスプレー
や各種記録ディスク基板等の技術開発の進歩及び集積度
の高まりにより、有機質で薄いフィルム状基板に対し半
導体製造プロセスと同じ真空中での成膜加工やエッチン
グ加工処理を行いたい、というニーズが出てきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体製造プロ
セスでは、静電チャックを用いてＳｉウエハ基板を吸着
する際、反った基板を矯正するに充分な吸着力が発現で
きる。一方有機質フィルム状基板を静電チャックで吸着
する場合、基板のヤング率が低くかつ厚さも薄い為に容
易に変形する。特に、大気圧下でフィルム状基板を真空
チャンバー内に搬送し、静電チャックで吸着し、真空チ
ャンバーを減圧し、その後プロセスを開始する、といっ
た使用方法においては、フィルム基板を静電チャック上
に搬入した際、フィルムの裏面の一部が静電チャック吸
着面より浮き上がった状態で静電吸着されてしまう可能
性がある。さらに工程が進みチャンバーを真空に減圧す
る際に、フィルムの浮き上がった中に残った空気が閉じ
込められ気泡として残ってしまう可能性がある。

【０００４】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、大気圧下でフィルム状基
板が搬送され、真空に減圧した中でプロセスを行うフィ
ルム状基板製造装置において、浮き上がりや気泡の発生
無くフィルム状基板を静電吸着することができる静電チ
ャックを提供する事である。

【０００５】

【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、基板と、基板上面に広がる吸着電極と、吸
着電極を覆う吸着面を有する誘電層からなる静電チャッ
クにおいて、前記静電チャックの誘電層吸着面より前記
基板裏面に通ずる貫通穴と、前記吸着面に前記貫通穴と
連通した溝と、前記貫通穴と連通し、前記貫通穴内部を
真空に減圧可能な真空装置と、を備える。

【０００６】大気中でフィルム状基板を静電吸着する
と、空気を巻込み、フィルム状基板と吸着面との間に小
気泡ができる。これを大気圧下で除去する為に静電チャ
ックの吸着面に真空に減圧できる溝を設け、フィルム状
基板と静電チャック吸着面との間を減圧する事により大
気圧で気泡をつぶせるようにした。

【０００７】上記小気泡は、最小直径３ｍｍから５ｍｍ
である。よって、本発明の好ましい様態として、溝と溝
との間隔を発生する気泡のサイズより小さい３ｍｍ以下
にすることにより、任意の位置に発生する気泡を確実に
真空吸着でつぶす事ができる。ただし、吸着面接触比率
が低くなると総吸着力の低下が懸念される事から、溝と
溝との間隔は、少なくとも０．５ｍｍ以上であることが
好ましい。

【０００８】前記静電チャックにおいて、前記溝の幅を
０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする。通常
の有機質フィルム状基板は無機質基板に比べて熱伝導率
は悪い。真空吸着用の溝は広い方が真空に引きやすく気
泡をつぶしやすいが、他方でプロセス時にフィルム状基
板に熱流束が入る場合、静電チャック吸着面上の固体接
触をしている部分と真空断熱状態になっている溝上の部
分とでは熱伝導率が異なる為温度差を生じる。この温度
差を少なくする為に溝の幅を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍと
する事で、フィルム状基板の面内温度分布向上を図る事
ができる。

【０００９】上記溝の幅が０．３ｍｍより大きい場合、
有機質フィルムの温度が溝の上の部分と世伝チャック吸
着面と接している部分とで大きく異なってくるという理
由で好ましくない。また、真空排気時のコンダクタンス
が悪いと溝内部の圧力が充分に下がらなくなる事から、
溝の幅を０．１ｍｍ以上にしたほうが好ましい。

【００１０】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックにおいて、前記溝の配置形状が平行な1方向のグ
ループによって形成されていることを特徴とする。溝の
配置が平行という単純な構成である事から、比較的容易
に機械加工により溝が形成できる。また溝１本当たり１
つの貫通穴を形成する事により排気コンダクタンスの良
好な系が提供でき、より高い差圧でフィルム状基板を真
空吸着できる。長さの異なる溝が存在する場合、２個以
上の貫通穴を排気コンダクタンスがほぼ一定になるよう
に適宜配置する事によっても差圧一定にする事ができ
る。さらに、各貫通穴を各々独立して真空引きできる機
構を備える事により、任意の溝の部分をより強く吸着し
たり、吸着時間のタイミングをずらす事により、吸着面
全面を同時に吸着するのではなく気泡発生を抑制しなが
ら徐々にフィルム状基板を吸着していく事ができる。

【００１１】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックにおいて、前記溝の配置形状が平行な２方向のグ
ループによって形成されており、前記溝グループがお互
いに９０度の角度で交差している事を特徴とする。

【００１２】溝の配置が平行である事から、容易に機械
加工により溝が形成できる。また、格子状に溝が配置さ
れている為、１方向の平行なグループの溝ではつぶす事
ができない溝と溝の間に細長く発生する気泡が生じた場
合でも、つぶす事ができる。さらに、貫通穴を適宜配置
する事で、排気コンダクタンスの良い系を提供する事が
できる。

【００１３】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックにおいて、前記溝の配置形状が任意の位置を中心
とした同心円状に形成されている事を特徴とする。溝形
状を同心円状にすることによって、外形が円形の基板に
対してもその基板形状に合った有効な吸着面を提供する
事ができる。また溝１本当たり１つの貫通穴を形成する
事により、各同心円溝を各々独立して真空引きできる機
構を備える事が可能となり、任意の同心円溝の部分をよ
り強く吸着したり、吸着時間のタイミングをずらす事に
より吸着面全面を同時に吸着するのではなく気泡発生を
抑制しながら徐々にフィルム状基板を吸着していく事が
できる。内径側と外径側の溝の長さが著しく異なる場
合、２個以上の貫通穴を排気コンダクタンスがほぼ一定
になるように適宜配置する事によって差圧一定にする事
ができる。

【００１４】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックにおいて、前記溝の配置形状が前記貫通穴を中心
とした放射線状に形成されている事を特徴とする。貫通
穴が中心部に１つしか配置できない場合、前記平行溝や
同心円溝と貫通穴を中心とする放射状溝とを組み合せる
事で、少ない貫通穴の状態でも排気コンダクタンスの良
い溝形状を提供する事ができる。

【００１５】

【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、静電チャックの吸着面の
構造の一例を示した図である。静電チャック１００は吸
着面１０１から裏面に向かって貫通穴１０２が形成され
ている。この貫通穴は、内部電極１０５をよけるように
配置されている。また、吸着面１０１上には溝１０３が
形成されている。貫通穴１０２と溝１０３とは連通して
１組となり、これが複数個吸着面１０１上に配置されて
いる。溝１０３は、静電チャック１００の外周部までは
抜けずに一定の間隔で額縁状にスペース１０４を空けて
ある。これは、フィルム状基板の真空吸着時に周囲から
空気を引き込む事を防ぐ為である。また、溝１０３はフ
ィルム状基板を静電吸着する際に発生する気泡の大きさ
以下のピッチで形成されている。具体的には、例えば３
ｍｍ以下とする事で３ｍｍより大きい気泡は全て溝にか
かる事になり、真空引きにより気泡をなくす事ができ
る。

【００１６】図２は、静電チャック及び真空排気機構の
一例を示した図である。真空チャンバー２０７の中に静
電チャック２００が設置されている。静電チャック２０
０は支持基板２１０とその上に形成された内部電極２１
１と内部電極を覆う誘電層２１２の３層構造となってい
る。また、静電チャックには吸着面２０１から裏面に向
かって貫通穴２０２が形成されている。この貫通穴は、
前記と同様に内部電極をよけるように配置されている。
また、各々の溝２０３及び貫通穴２０２のセットに真空
排気回路が接続されている。真空配気回路は、コンピュ
ータ２０６によって制御されたバルブ２０４を挟んで排
気ポンプ２０５に接続されている。ここでは各々の溝の
真空圧力を各バルブ２０４の開閉によって独立してコン
トロールする事ができる。この機構により、例えば中心
部が凹み両端部が反りあがっているフィルム状基板を吸
着する場合、まず中心付近の溝を真空にし、徐々に両端
部に向かって真空引きを行っていく事により、フィルム
のたるみを矯正しながらの真空吸着が可能となる。ま
た、中心部の溝の差圧を小さ目に、両端部の溝の差圧を
大き目にセットする事でも上記形状のフィルム状基板を
吸着する目的は達成される。

【００１７】図３は、静電チャックの溝配置の一例を示
した図である。静電チャック３００は吸着面３０１から
裏面に向かって貫通穴３０２が形成されている。この貫
通穴は前述の静電チャックと同様内部電極をよけるよう
に配置されている。また、吸着面３０１上には溝３０３
が形成されている。溝３０３は平行な直線２組が直行す
るような格子状に配置されている。また溝３０３は、前
述の理由から静電チャック３００の外周部までは抜けず
に一定の間隔で額縁状にスペース３０４を空けてある。
さらに、溝３０３はフィルム状基板を静電吸着する際に
発生する気泡の大きさ以下のピッチで形成されている。
具体的には、例えば３ｍｍ以下とする事で３ｍｍより大
きい気泡は全て溝にかかる事になり、真空引きにより気
泡をなくす事ができる。

【００１８】図４は、静電チャックの溝配置の一例を示
した図である。静電チャック４００は円形であり、吸着
面４０１から裏面に向かって貫通穴４０２が形成されて
いる。この貫通穴は、内部電極をよけるように配置され
ている。また、吸着面４０１上には溝４０３が形成され
ている。貫通穴４０２と溝４０３とは連通しており、溝
1本に対し貫通穴は１個以上配置されている。貫通穴の
数は排気コンダクタンスが一定となるように適宜配置さ
れる。これにより、差圧が一定となる。この溝と貫通穴
の組が複数個、吸着面４０１上に配置されている。溝４
０３の最外周側は、フィルム状基板の真空吸着時に周囲
から空気を引き込む事を防ぐ為、静電チャック４００の
外周から一定の間隔を空けてある。また、溝４０３はフ
ィルム状基板を静電吸着する際に発生する気泡の大きさ
以下のピッチで形成されている。具体的には、例えば３
ｍｍ以下とする事で３ｍｍより大きい気泡は全て溝にか
かる事になり、真空引きにより気泡をなくす事ができ
る。

【００１９】図５は、静電チャックの溝配置の一例を示
した図である。静電チャック５００の吸着面５０１に、
貫通穴５０２を中心として同心円状の溝５０３と、放射
状の溝５０４とが配置されている。同心円状溝と放射状
溝との組合わせにより、貫通穴５０２が中心１ヶ所のみ
に配置可能な状態であっても、比較的良好な排気コンダ
クタンスを持つ系を提供する事ができる。溝の組合わせ
はこのような同心円溝と放射状溝以外にも、平行溝と放
射状溝の組合わせでも良い。

【００２０】表１は、静電チャックの溝形状とフィルム
状基板上の気泡消滅を観察した実験結果の一例を示した
表である。

【００２１】

【表１】

【００２２】実験に用いた静電チャック寸法は約１１０
ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍで、内部電極は電極幅２ｍｍ、
電極間隙間１ｍｍである。この静電チャック吸着面に溝
を３種類形成した。サンプルＮｏ．１は溝幅／溝間隙間
０．１／１．０ｍｍで貫通穴が無く溝が静電チャック外
周まで通じており基板吸着時でも溝内部は大気に通じる
ような構造となっている。サンプルＮｏ．２は溝幅／溝
間隙間０．１／１．０ｍｍで貫通穴により真空吸着可能
な構造となっている。サンプルＮｏ．３は溝幅／溝間隙
間０．３／３．０ｍｍで貫通穴により真空吸着可能な構
造となっている。これら３種類の静電チャック吸着面上
に、厚さ約０．１ｍｍのＰＣフィルムを静置し、サンプ
ルＮｏ．１は規定の電圧印加しての静電吸着を行い、サ
ンプルＮｏ．２と３は溝を用いた８０ｋＰａの差圧での
真空吸着を行い、次いで規定の電圧を印加しての静電吸
着を行い、最後に真空チャンバー内と同様の状態とする
為に差圧が無くなるように溝内部を大気開放した状態で
の、ＰＣフィルム吸着状態を目視観察した。その結果、
サンプルＮｏ．１では、気泡が発生した後吸着電圧を上
げても気泡が消滅する事は無かった。サンプルＮｏ．３
では、±３．５ＫＶ印加する事によりＰＣフィルムはほ
ぼ完全に吸着される事が分かった。すなわち、０．１ｍ
ｍ厚のＰＣフィルムの静電吸着においては、溝と溝の幅
を３ｍｍ以下にする事で表面に発生する気泡を真空引き
で無くせる事を意味する。サンプルＮｏ．２では、Ｎ
ｏ．３の吸着結果と同様の状態にする為には、吸着電圧
を１０００Ｖ高く印加する必要があった。これは、溝１
本当たりの断面積が小さくなった事で排気コンダクタン
スが悪くなり、真空引きの差圧がサンプルＮｏ．３より
小さくなってしまう為と考えられる。

【００２３】図６は、静電チャックの内部電極を通る断
面の一例を示した図である。静電チャック７００は、内
部電極７０１が双極構造で隣り合う電極の間隔及び電極
の幅は２ｍｍとなっている。このような寸法設定によ
り、比較的容易にグラディエント力を発生できる内部電
極を製作する事ができる。また、内部電極７０１は静電
チャック７００の中心線上に配置された貫通穴７０２を
避けるように配置される。これは、貫通穴に内部電極が
干渉し、電圧印加時に耐電圧破壊が発生するのを防ぐ為
である。また、内部電極７０１は、各々の極で独立して
静電チャック外部から電圧を印加できるようにビアホー
ル７０３を通じ外部に露出した電極端子に連通してい
る。この電極端子に電圧印加する事により内部電極に電
圧を印加する事になる。

【００２４】図７は、複数枚の静電チャックを並べた構
造の静電チャックユニットの一例を示した図である。静
電チャック８００は、３×４列のタイル状に配置されて
いる。また書く静電チャックは裏面にめねじ穴を形成し
ており、ベースプレート８０１側からボルトで締結され
ている。ボルト締結以外に、各静電チャックとベースプ
レートをろう材や接着剤等で接合し一体化する方法も考
えられる。各静電チャック８００は、その吸着面が同一
平面を形成するようにベースプレート８０１に固定され
ている。隣り合う静電チャック吸着面に段差がある場
合、そこに当たるフィルム状基板に隙間が発生する為、
各吸着面が同一平面上にある、もしくは隣り合う吸着面
エッジの高さが同じであるように設定される必要があ
る。

【００２５】表２は、静電チャックの溝幅と溝間隙間を
変えた場合の、ある熱流束が生じているフィルム状基板
の静電吸着時の温度をＣＡＥ解析した結果を示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】ここで、フィルム状基板に入る熱流束は
０．０１Ｗ／ｃｍ^２、フィルム状基板と静電チャック表
面との間の固体接触熱伝達率はガラスのそれを代用特性
として使用した。溝幅／溝間隙間０．５／５．０ｍｍの
サンプルＮｏ．１の場合、４０秒後のフィルム状基板の
温度差は１．２°であり、溝幅／溝間隙間０．１／１．
０ｍｍのサンプルＮｏ．１２の温度差０．１°に比べて
１桁大きい。溝幅を広くする事で真空吸着時の排気コン
ダクタンスは良くなり、気泡を効率よくつぶす事ができ
るが、フィルム状基板に熱流束が入ってくる場合は基板
内温度分布を生じやすくなるので、両者のバランスを考
慮した設計が必要となってくる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの吸着面の構造の一例を
示した図である。

【図２】本発明の静電チャック及び真空排気機構の一例
を示した図である。

【図３】本発明の静電チャックの溝配置の一例を示した
図である。

【図４】本発明の静電チャックの溝配置の一例を示した
図である。

【図５】本発明の静電チャックの溝配置の一例を示した
図である。

【図６】本発明の静電チャックの内部電極を通る断面の
一例を示した図である。

【図７】本発明の複数枚の静電チャックを並べた構造の
静電チャックユニットの一例を示した図である。

【符号の説明】

１００静電チャック１０１吸着面１０２貫通穴１０３溝１０４スペース１０５内部電極２００静電チャック２０１吸着面２０２貫通穴２０３溝２０４バルブ２０５排気ポンプ２０６コンピュータ２０７真空チャンバー２１０支持基板２１１内部電極２１２誘電層３００静電チャック３０１吸着面３０２貫通穴３０３溝３０４スペース４００静電チャック４０１吸着面４０２貫通穴４０３溝５００静電チャック５０１吸着面５０２貫通穴５０３同心円状の溝５０４放射状の溝７００静電チャック７０１内部電極７０２貫通穴７０３ビアホール８００静電チャック８０１ベースプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板上面に広がる吸着電極と、
吸着電極を覆う吸着面を有する誘電層からなる静電チャ
ックにおいて、前記静電チャックの誘電層吸着面より前
記基板裏面に通ずる貫通穴と、前記吸着面に前記貫通穴
と連通した溝と、前記貫通穴と連通し、前記貫通穴内部
を真空に減圧可能な真空装置と、を備えてなる静電チャ
ック。
【請求項２】前記溝と溝の間の吸着面の幅を０．５ｍ
ｍ以上、３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記
載の静電チャック。
【請求項３】前記静電チャックにおいて、前記溝の幅
を０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下としたことを特徴と
する請求項１記載の静電チャック。
【請求項４】前記静電チャックにおいて、前記溝の配
置形状が平行な1方向のグループによって形成されてい
ることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の静電
チャック。
【請求項５】前記静電チャックにおいて、前記溝の配
置形状が平行な２方向のグループによって形成されてお
り、前記溝グループがお互いに９０度の角度で交差して
いる事を特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の静電
チャック。
【請求項６】前記静電チャックにおいて、前記溝の配
置形状が任意の位置を中心とした同心円状に形成されて
いる事を特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の静電
チャック。
【請求項７】前記静電チャックにおいて、前記溝の配
置形状が任意の位置を中心とした放射線状に形成されて
いる事を特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の静電
チャック。