JP2005064105A - 静電チャック装置用電極シート、静電チャック装置および吸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性材料の保持力が高く、且つ絶縁破壊に対する耐久性が高い静電チャック装置およびそのための電着シート、および静電チャック装置の使用方法を提供する。
【解決手段】 静電チャック装置は、絶縁性材料よりなる絶縁層１と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の両面に設けられた第１電極層２および第２電極層３と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜４、５とよりなる電極シート１０を、基盤７上に第２電極層が基盤側に位置するように貼着した構成を有している。この静電チャック装置の第１電極を接地し、第２電極に電圧を印加して被吸着体を絶縁性薄膜４上に吸着させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電チャック装置用電極シート、それを用いた静電チャック装置に関する。

静電チャック装置は、真空中で吸着機能を発揮し、且つ取り扱いが簡便であるために、ＩＣ製造工程において必要不可欠なものとなっている。とりわけ、プラスチックフィルムと銅箔で構成される静電チャック装置用電極シートは、安価に製造できるため、これを用いた静電チャック装置は広く普及している。

ＩＣ製造工程で使用される静電チャック装置は、単極型のものが一般的であり、この静電チャック装置では、半導体ウェハを電極と見做して、誘電体を介して電圧を印加することにより高い吸着力が発現する。

近年、プラスチックあるいはガラス等の絶縁性材料を固定するために静電チャック装置を利用することが試みられている。この場合、単極型静電チャック装置は非実用的であるので、＋極および−極の双方の電極を内蔵する双極型静電チャックを用いることが行われている。その様な双極型静電チャックは、同一面に＋極および−極の双方の電極が配設された構造、例えば、特許文献１および２に示すような構造、あるいは図６に示すような櫛形形状を有しており、双方の電極間に数千ボルトの電圧を印加することによって絶縁性材料を吸着させている。

従来の双極型静電チャック装置の代表的な一例は、図３に示す構造のもので、基盤７上に＋極および−極の電極８、９を同一平面上に設けた絶縁性フィルム１が接着剤層６によって貼着され、それら電極上に絶縁体層４が設けられている。

この種の双極型静電チャックにおいては、電極８、９間の絶縁は、接着剤あるいは粘着剤などの有機材料（以下、接着剤等と記載）を充填することにより確保しているが、電極パターン作製時の不具合、接着剤等に存在する異物、接着剤等を充填する工程で混入する異物や気泡が原因となって、短期間の中に絶縁破壊による故障が発生するという問題がある。

また、静電チャック装置を加熱して使用する際には、接着剤等の絶縁抵抗値が著しく低下して電極間のリーク電流が増大したり、初期には異状がなくても、電極材に銅や銀を始めとする金属を使用する場合には、エレクトロマイグレーションによって電極材が次第に接着剤層等の内部に溶出し、終には絶縁破壊を生じるという問題がある。

また、この静電チャック装置において、高い吸着力を得るためには精細な櫛歯状にパターニングした＋極および−極を対向させて配置することが有効であるが、前述の諸問題のためにパターンのデザインが制限されているのが実状である。
特開平１１−５４６０２号公報 特開２０００−２１９６１号公報

したがって、本発明の目的は、絶縁性材料の保持力が高く、且つ絶縁破壊に対する耐久性が高い静電チャック装置用電極シートおよびこれを用いた静電チャック装置を提供することにある。本発明の他の目的は、上記の静電チャック装置によって被吸着体を吸着する方法を提供することにある。

すなわち、本発明の静電チャック装置用電極シートは、絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の両面に設けられた第１電極層および第２電極層と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜とよりなることを特徴とする。上記の第１電極層はパターン状に形成されたものであるのが好ましい。

本発明の静電チャック装置は、上記の静電チャック装置用電極シートを、基盤上に第２電極層が基盤側に位置するように貼着してなることを特徴とする。

また、本発明の静電チャック装置による吸着方法は、静電チャック装置の第１電極層および第２電極層の一方を接地し、他方の電極層に電圧を印加して、第１電極層側の絶縁性薄膜上に被吸着体を吸着することを特徴とする。

以下、本発明を図面を参照して説明する。図２は、本発明の静電チャック装置用電極シートの一例の模式的断面図である。図２において、絶縁性材料よりなる絶縁層１の両面に、第１電極層２および第２電極層３が設けられており、それら電極層の表面が、絶縁性薄膜４および５によって被覆されている。この静電チャック装置用電極シートにおいて、第１電極層２はパターン状に形成された導電部よりなっており、そして第１電極層２と第２電極層３は、絶縁層１を介して電位差が生じるように構成されている。

図１は、本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面図である。この静電チャック装置は、上記図２に示す構造の電極シート１０が、基盤７の上に接着剤層６によって、第２電極層が基盤側に位置するように貼着されて構成されており、そして第１電極側の絶縁性薄膜４が吸着面を形成している。

本発明の静電チャック装置用電極シートは、絶縁層を介して第１電極層と第２電極層が設けられ、その両電極間に電位差が生じるように電圧が印加されるので、万一電極パターンに異状があったり、異物や気泡が混入しても、両電極間に高絶縁性の絶縁層が介在するために、その影響を受けることがない。

本発明の静電チャック装置用電極シートおよびそれを用いて作製された静電チャック装置は、絶縁性材料に対して高い吸着力を発現し、且つ絶縁破壊に対する耐久性が高く、さらには高温環境での使用も可能である。特に、ガラスあるいはプラスチック等の絶縁性材料よりなる被吸着体を吸着する用途に関して利用価値が極めて高いものである。

次に、本発明の静電チャック装置を構成する各層について説明する。
第１電極層と第２電極層との間に介在させる絶縁層を構成する絶縁性材料としては、セラミックス、プラスチックフィルム等、材質は何ら限定されるものではないが、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アラミド、オレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン等のフィルムが好ましい。特に、高耐熱性であるポリイミドフィルムは、高温時においてもリーク電流が増大せず、エレクトロマイグレーション発生の危険性が極めて小さいので、好ましく使用することができる。また、絶縁層は、上記材質が２層以上積層されたものであってもよい。

絶縁層の厚さは何等限定されるものではないが、入手のし易さ、取り扱いの簡便さを考慮すると厚さ１２．５〜３００μｍの範囲が好ましく、とりわけ厚さ２５〜１５０μｍのプラスチックフィルムが好適である。絶縁層の厚さが１２．５μｍより薄いと、絶縁性が不足し、数千ボルトの電位差の電圧で絶縁破壊が生じるため、好ましくない。厚さ１２．５μｍより薄いフィルムを使用する場合は、フィルムを２つ以上積層して使用すればよい。また、厚さが３００μｍより厚い場合には吸着力が低下するので、好ましくない。上記フィルムを２つ以上積層して使用する場合には、積層用接着剤の厚さを含めた合計の厚さが３００μｍを越えないように設計すればよい。

上記絶縁層の一面には第１電極層が、また他面には第２電極層が設けられるが、これら電極層は、絶縁層の縁部を除いて導電性部分が全面を覆う全域導電部よりなるものであっても、また、導電性部分がパターン状に形成された導電部よりなるものであってもよいが、特に、第１電極層および第２電極層のいずれか一方がパターン状に形成された導電部よりなるのが好ましく、特に第１電極層がパターン状に形成された導電部よりなるのが好ましい。これら電極におけるパターンの形状は特に限定されるものではないが、例えば、図４に示すような櫛歯状のパターンまたは格子状のパターンを形成して、導電性部分と絶縁性部分との境界線が長くなるように設計すれば、高い吸着力を得ることができるので好ましい。また、第２電極層は、複雑にパターニングされたものでもよいが、製作の簡便さを考慮すれば、図５に示すような、全域が導電部であるものが最も実用的である。

第１電極層および第２電極層は、各種金属箔、導電性フィルム、導電性ペースト等を蒸着、貼着、塗布等によって形成することができる。材質および厚さは何ら制限されるものではないが、膜厚は、長期に亘って導電性が確保できる範囲内であれば薄い方が好ましく、厚さ１５０μｍ以下、とりわけ３５μｍ以下の金属箔、例えば銅箔が好適である。厚さが１５０μｍより厚くなると、パターンの作製が困難であるため好ましくない。

被吸着物および基盤に対する絶縁性を確保するために、第１電極層および第２電極層はそれぞれ絶縁性薄膜で被覆する。また、放電が起こるのを防止するために、第１電極層および第２電極層の端縁は外部に露出しないように絶縁性薄膜で封入された状態になっていることが必要である。

絶縁性薄膜の好適な材料としては、前述の第１電極層−第２電極層間の絶縁に使用される絶縁性材料と同様のものが使用され、また、絶縁性アルミナを始めとする各種無機材料、エポキシ樹脂組成物を始めとする高分子材料等もあげることができる。

第１電極層上に設ける絶縁性薄膜の膜厚は、１２．５〜３００μｍの範囲に設定される。被吸着物から電極層までの距離が１２．５μｍより小さいと機械的強度が不足するため耐久性がなく、３００μｍより大きいと吸着力が低下する。２５〜１５０μｍの範囲に設定することがさらに望ましいが、実使用に際しては、静電チャック装置として所望する機能と使用する材料の特性によって適宜決定すればよい。また、第２電極層上に設ける絶縁性薄膜の膜厚は、基盤との間で絶縁性が確保できればよいので、適宜設定すればよい。

なお、絶縁性薄膜は、単一層構成、複数材料の積層構造の何れも使用できる。積層構造の場合、絶縁性が確保された状態となっていれば、導電性材料が内包されていても構わない。

本発明の静電チャック装置は、基盤上に上記の電極シートを貼着して形成される。その場合、電極シートの第２電極層が基盤側に位置するように貼着して、第１電極層を被覆する絶縁性被覆層が吸着面となるようにする。基盤としては、特に限定されるものではなく、例えばアルミニウム基盤等の金属基盤を使用することができる。

本発明において、絶縁性薄膜、電極層、絶縁層および基盤の積層は、適宜の方法によって実施すればよく、例えば、接着剤層を介して貼着すればよい。接着剤層を構成する接着剤としては、非導電性の接着剤が好ましいが、高い絶縁信頼性を確保するためには、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂等で構成される接着剤が好適である。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに柔軟性を付与するためにＮＢＲを始めとする各種エラストマーを配合してもよく、熱伝導性を向上させるために金属粉やアルミナを始めとする各種無機フィラーを分散させてもよい。接着特性を向上させるためにカップリング剤を添加することも有効である。また、接着剤は液状、固体の何れの性状でもよい。なお、電極層に接する部分以外であれば、高い絶縁性を必要としないため、接着剤等を選定するに当って何ら制限は無く、場合によっては導電性の接着剤等を使用しても構わない。

接着剤層の厚さは、層間接着力が確保できる範囲内であれば薄い方が好ましい。具体的には１００μｍ以下、より好ましくは１〜５０μｍである。

接着剤による積層方法に関しても何ら制限は無いが、取り扱い性の簡便さ、および積層後の厚さ精度を確保するためには、常温において固体の接着剤が剥離性フィルムに所定の厚さで塗布された、いわゆるドライフィルムを用いて転写して使用することが望ましい。また、予め常温固体の接着剤が片面もしくは両面に塗布された接着剤付きプラスチックフィルムを使用してもよい。さらにまた、例えばポリイミドフィルムの片面もしくは両面に、銅箔が直接積層された構造のものを使用して、ポリイミドフィルム上に接着剤等を介さずに電極層を設けてもよい。

本発明の静電チャック装置の第１電極層−第２電極層間に電位差が生じるように電圧を印加すると、第１電極層側の絶縁性薄膜上に被吸着体が吸着されるようになる。電圧印加方式は、第１電極層と第２電極層の間に電位差を生じさせることができるものであれば何れの方式も適用できる。すなわち、吸着面側に配置した第１電極層と基盤側に配置した第２電極層の間に異なる極性の電圧を印加する方法、第１電極層を接地して（アース極）、第２電極層に＋または−の電圧を印加する方法、第２電極層を接地して、第１電極層に＋または−の電圧を印加する方法のいずれを用いてもよい。しかしながら、第１電極層を接地して、第２電極層に電圧を印加する方法が最も好ましい。これらの方式を採れば、使用中に被吸着体と吸着面の間に異物が存在したり、あるいは吸着面に瑕疵が生じた場合にも、絶縁破壊の発生を防ぐことが可能である。本発明において、吸着が行われる原理は明確ではないが、パタ−ン状に形成された導電部よりなる電極層の場合、導電部と導電部間の絶縁部との境界にグラディエント効果が発現し、絶縁性材料等よりなる被吸着体を吸着するものと推測される。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
（実施例１）（静電チャック装置の製作）
ポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製、商標名：カプトン２００Ｈ、厚さ５０μｍ）の両面に、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介して、厚さ１２μｍの銅箔（三井金属鉱業社製、商標名：ＴＱ‐ＶＬＰ）を積層した。続いてエッチングによって一方の銅箔面に、幅５ｍｍの導電性部分と幅５ｍｍの絶縁性部分が交互に配置されたエリアが９０×９０ｍｍである櫛形電極よりなる第１電極層（図４に示す形状）、他方の銅箔面に、全域導電性のエリアが９０×９０ｍｍの電極よりなる第２電極層（図５に示す形状）を作製した後、さらに両方の電極層上にそれぞれ厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介してポリイミドフィルム（カプトン２００Ｈ）を積層し、電極シートを得た。

この電極シートを所定の寸法に裁断した後、第２電極層側を、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを用いて５×１００×１００ｍｍのアルミニウム基盤に貼着し、静電チャック装置を製作した。

なお、上記の貼着に使用した接着剤フィルムは、次の通りのものであった。レゾールフェノール樹脂（昭和高分子社製、商標名：ショウノールＣＫＭ−９０８Ａ）とＮＢＲ（日本ゼオン社製、商標名：Ｎｉｐｏｌ １００１）との重量比１：１の組成物を接着剤として用いた。この組成物をメチルエチルケトンに溶解して固形分が３０重量％の接着剤塗料を調製し、離型性ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）の片面に塗布した後、１５０℃で３分間加熱乾燥して、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを作製した。

また、ポリイミドフィルム上あるいは銅箔上への接着剤フィルムの積層、および接着剤フィルム上への銅箔あるいはポリイミドフィルムの積層は、全て１５０℃の高温連続ラミネーションで実施した。

電極シートとアルミニウム基盤の貼り合わせは、１５０℃／３０分間の真空プレスで行い、真空プレス作業後に接着剤の熱硬化を完了させるために通風オーブン内で１５０℃／１２時間の熱処理を施した。

（実施例２）
第１電極層の櫛形デザインを、導電性部分が幅２ｍｍ、絶縁性部分が幅２ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作した。

（実施例３）
第１電極層の櫛形デザインを、導電性部分が幅１０ｍｍ、絶縁性部分が幅１０ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作した。

（実施例４）
吸着面に使用するポリイミドフィルムを、カプトン２００Ｈに代えてユーピレックス７５Ｓ（宇部興産社製、厚さ７５μｍ）とした以外は、実施例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作した。

（比較例１）
ポリイミドフィルム（カプトン２００Ｈ）の片面に、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介して、厚さ１２μｍの銅箔（ＴＱ‐ＶＬＰ）を積層した。続いてエッチングにより、第１電極（幅２ｍｍ）および第２電極（幅２ｍｍ）よりなる１対の櫛形対向電極（図６に示す形状）を、絶縁部分の幅２ｍｍになるように銅箔面に形成した（櫛型電極の有効エリアは９０×９０ｍｍとした）。さらに電極層上に厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介してポリイミドフィルム（カプトン２００Ｈ）を積層し、静電チャック装置用電極シートを得た。

この静電チャック装置用電極シートを所定の寸法に裁断した後、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを用いて５×１００×１００ｍｍのアルミニウム基盤に貼着し、静電チャック装置を製作した。

なお、使用した接着剤フィルム、各工程の作業方法および条件は、実施例１と同様であった。

（比較例２）
櫛形対向電極のデザインを、第１電極、第２電極、およびこれら電極の絶縁部分を、全て幅１ｍｍに変更した以外は、比較例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作した。

（比較例３）
吸着面に使用するポリイミドフィルムを、カプトン２００Ｈに代えてユーピレックス７５Ｓ（宇部興産社製、厚さ７５μｍ）に変更した以外は、比較例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作した。

上記実施例１〜４および比較例１〜３の静電チャック装置の構成材料等を表１にまとめて記載する。

※ 表の各構成材料の層間には、２０μｍの接着剤フィルムが介在する。

［製作した静電チャック装置の評価］
（耐電圧）
静電チャック装置の第１電極層および第２電極層の間（比較例１〜３では第１電極と第２電極の間）に電位差１０ｋＶの電圧を５分間印加し、耐電圧特性を評価した。評価は２５℃および１００℃において実施し、絶縁破壊の有無および５分印加終了直前のリーク電流値により優劣を判断した。結果を表２に示す。

※ 判定基準：○＝リーク電流値が１μＡ未満、△＝リーク電流値が１μＡ以上、×＝絶縁破壊発生
実施例１〜４においては、１００℃においても、リーク電流値が充分小さく、高い絶縁性を維持していることが確認された。これに対して、比較例１〜３の場合は、実施例１〜４の場合よりもリーク電流値が大きく、特に１００℃においては絶縁抵抗が著しく低下し、また、比較例２の場合では絶縁破壊が発生した。

（吸着力）
静電チャック装置の第１電極層および第２電極層の間（比較例１〜３では第１電極と第２電極の間）に電位差５ｋＶの電圧を印加し、無アルカリガラス板に対する吸着特性を評価した。ガラスサイズは０．３×８０×８０ｍｍであり、ガラスを５０ｍｍ／分の速さで垂直方向に引き剥がした際の剥離強度を測定し、優劣を判断した。なお、測定環境は、２５℃／５５％ＲＨ、吸着時間は１分間とした。結果を表３に示す。

※ 判定基準：○＝５Ｎ以上、△＝３〜５Ｎ、×＝３Ｎ未満
実施例１〜４の場合は、何れも無アルカリガラスに対して高い吸着力を発現した。これに対して、比較例１および３の場合の結果からは、従来の双極型のデザインで静電チャック装置を設計する場合には、櫛形対向電極のパターンを精細にして、且つ吸着面に薄い材料を使用しなければ高い吸着力が得られないことが判った。

（耐表面キズ）
先ず静電チャック装置の吸着面上に、長辺が大凡１ｍｍの無アルカリガラスの破片を撒布し、さらに０．３×８０×８０ｍｍの無アルカリガラス板、４ｋｇの平板状の錘を順次静置して荷重を加えた（ガラス板に加わる荷重は、０．６Ｎ／ｃｍ² ）。

次に、錘を載せたままで電極パターンと直交する方向にガラス板を１ｃｍスライドさせて吸着面を傷付けた後、ガラスを元の位置に戻し、錘を載せた状態で静電チャック装置に１０ｋＶの差電圧を印加して絶縁破壊の有無を調査した。結果を表４に示す。

※ 判定基準：○＝絶縁破壊なし、×＝絶縁破壊発生
実施例１〜４の場合において、第１電極層を接地（ＧＮＤ）し、第２電極層に電圧を印加することで、吸着面の傷に起因する絶縁破壊が発生しないことが確認された。

本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面図である。 本発明の静電チャック装置用電極シートの一例の模式的断面図である。 従来の双極型静電チャック装置の模式的断面図である。 パターン状に形成された導電部よりなる電極層の一例を示す平面図である。 全域導電部よりなる電極層の平面図である。 従来の櫛形対向電極の平面図である。

符号の説明

１…絶縁層、２…第１電極層、３…第２電極層、４…絶縁性薄膜（絶縁体層）、５…絶縁性薄膜、６…接着剤層、７…基盤、８…＋極の電極、９…−極の電極、１０…電極シート。

Claims (12)

1. 絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の両面に設けられた第１電極層および第２電極層と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜とよりなることを特徴とする静電チャック装置用電極シート。
2. 第１電極層がパターン状に形成された導電部よりなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置用電極シート。
3. 第１電極層および第２電極層が厚さ１５０μｍ以下の金属箔よりなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置用電極シート。
4. 絶縁性材料よりなる絶縁層が厚さ１２．５〜３００μｍのポリイミドフィルム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装置用電極シート。
5. 第１電極層および第２電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜が厚さ１２．５〜３００μｍのポリイミドフィルムよりなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置用電極シート。
6. 絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の両面に設けられた第１電極層および第２電極層と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜とよりなる電極シートを、基盤上に第２電極層が基盤側に位置するように貼着してなることを特徴とする静電チャック装置。
7. 第１電極層がパターン状に形成された導電部よりなることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック装置。
8. 第１電極層および第２電極層が厚さ１５０μｍ以下の金属箔よりなることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック装置。
9. 絶縁性材料よりなる絶縁層が厚さ１２．５〜３００μｍのポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック装置。
10. 第１電極層および第２電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜が厚さ１２．５〜３００μｍのポリイミドフィルムよりなることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック装置。
11. 請求項６に記載の静電チャック装置の第１電極層および第２電極層の一方を接地し、他方の電極層に電圧を印加して、第１電極層側の絶縁性薄膜上に被吸着体を吸着することを特徴とする静電チャック装置による被吸着体の吸着方法。
12. 第１電極層を接地することを特徴とする請求項１１に記載の吸着方法。

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