JP2005223185A

JP2005223185A - 静電チャックとその製造方法

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Publication number: JP2005223185A
Application number: JP2004030398A
Authority: JP
Inventors: Yuji Aso; 雄二麻生; Junichi Iwazawa; 順一岩澤; Kazuya Tsujimichi; 万也辻道; Katsuhiko Mori; 勝彦森; Tetsuo Kitabayashi; 徹夫北林
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】被吸着体に対し、低い印加電圧で高い吸着力を発現する静電チャックを提供する。
【解決手段】母材となる基材上に形成された入り組んで対をなした複数の電極間と、前記複数の電極を覆うように形成した誘電体層を備え、前記複数の電極間に電位差を与えた際に不均一電界が形成され、この不均一電界によって被吸着物である電気絶縁性基板がグラディエント力(gradient力)によて吸着される静電チャックにおいて、前記複数の電極の間隔は１０μｍ〜３００μｍであり、前記複数の電極の間隔は１０μｍ〜３００μｍであり、前記誘電体層の厚さは３μｍ〜１００μｍであることを特徴とする静電チャック。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレー）などの製造装置で使用される静電チャック、特に電気絶縁性基板を静電的に吸着保持する静電チャックに関するものである。

近年、ＦＰＤ業界の進歩は著しいものがあり、その製造プロセスも、大気中から真空中での処理が増加してきた。基材であるガラス基板は電気絶縁性基板であるため、静電チャックで保持吸着することが出来ず、ただ平置きしたり、機械的な構造により固定されていた。しかしながら、ガラス基板は年々大型化、高集積化が進み、これにともない、ガラス基板の平面度矯正や温度管理が重要になってきた。

これらの問題を解決するために、静電チャックを構成する誘電体の一方の側にある複
数の電極間の距離を小さく誘電体層の厚さを薄くし、電極間に電位差を与え誘電体層の吸着面上に不均一電界を形成させることにより、その不均一電界に存在する被処理体である絶縁体は一部分極し、電界強度の強い方向へ引き寄せられるグラディエント力(gradient力)を利用し、電気絶縁性基板であるガラス基板でも吸着できる静電チャックが提案されている。（特許文献１参照）

特開２０００−３３２０９１号公報

低い印加電圧で大きなグラディエント力(gradient力)を発現させるためには、電極間隔を極力狭くし、誘電体層厚みを極力薄くすることが必要である。
従来のグラディエント力(gradient力)を利用した静電チャックは、一般的にグリーンシート印刷積層法で製作されている。その製法の一連の流れとしては、アルミナセラミックスのグリーンシートに、タングステンペーストをスクリーン印刷することにより、入り組んで対をなした複数の電極を形成する。その後複数の電極を形成したグリーンシートを埋設するように、グリーンシートを数枚から十数枚加圧積層し、生での成形体を得る。その成形体を所望の形状に切削加工し、還元雰囲気中で焼成することにより、複数の電極が内部に埋設された焼結体を得る。その後、研削や研磨加工を施すことにより、静電チャックとして完成させる。
ところがこの製法では、電極間隔を狭くしていくと、スクリーン印刷時のペーストはみ出しにより、隣り合った電極同士が短絡する問題が発生する。よって、電極間隔として５００μｍ以下を形成するのは、生産技術的にも歩留まり的にも非常に困難であった。
またこの製法では、グリーンシートそのものの厚みばらつきや焼成時に発生する反りにより、誘電体層厚みのばらつきが、数十μｍ〜百数十μｍ程度発生する。よって誘電体層厚みを薄くするには限界があり、誘電体層厚みとして３００μｍ以下を形成するのは、同じく生産技術的にも歩留まり的にも非常に困難であった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、低い印加電圧で、高い吸着力を発現することが出来る静電チャックを提供するものである。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、母材となる基材上に形成された入り組んで対をなした複数の電極間と、前記複数の電極を覆うように形成した誘電体層を備え、前記複数の電極間に電位差を与えた際に不均一電界が形成され、この不均一電界によって被吸着物である電気絶縁性基板がグラディエント力(gradient力)によて吸着される静電チャックにおいて、前記複数の電極の間隔は１０μｍ〜３００μｍであり、前記誘電体層の厚さは３μｍ〜１００μｍであることを特徴とする静電チャックである。
これにより、低い印加電圧で、高い吸着力を発現することが可能となる。
ここで言うところの入り組んで対をなした複数の電極とは、直線的に櫛の歯状に並んだものだけでなく、曲線的、もしくは渦巻き状に入り組んだものも指す。

また、上記目的を達成するために請求項２記載の発明は、前記誘電体層は、セラミックス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である。
これにより、絶縁耐圧の優れ、かつ硬度が高く平面精度の高い静電チャックを提供することが出来る。

また、上記目的を達成するために請求項３記載の発明は、前記誘電体層表面に突起構造を形成したことを特徴とする請求項１〜２に記載の静電チャックである。
これにより、被吸着体へのパーティクル付着低減や、被吸着体の冷却用ヘリウムガス等を流入することが可能になる。

また、上記目的を達成するために請求項４記載の発明は、前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックにおいて、前記複数の電極の幅が１０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャックである。
これにより、低い印加電圧で、高い吸着力を発現することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項５記載の発明は、前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックにおいて、前記複数の電極の幅が１０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャックである。
これにより、低い印加電圧で、より高い吸着力を発現することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項６記載の発明は、前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気伝導性基板の場合はクーロン力またはジョンセンラーベック力により吸着し、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックにおいて、前記複数の電極の幅が３００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャックである。
ここでいうクーロン力とは電極と導電性を有する被処理体間に電位差を与え誘電体の厚み方向にほぼ均一な電界を形成させることにより被処理体を吸着せしめる力を指し、誘電体の抵抗を下げることによって生じるいわゆるジョンセンラーベック効果による力も含むものとする。
これにより、被吸着体が電気伝導性基板である場合、電気絶縁性基板である場合ともに、低い印加電圧で、高い吸着力を発現することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項７記載の発明は、前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気伝導性基板の場合はクーロン力またはジョンセンラーベック力により吸着し、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックにおいて、前記複数の電極の幅が１０００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャックである。
ここでいうクーロン力とは電極と導電性を有する被処理体間に電位差を与え誘電体の厚み方向にほぼ均一な電界を形成させることにより被処理体を吸着せしめる力を指し、誘電体の抵抗を下げることによって生じるいわゆるジョンセンラーベック効果による力も含むものとする。
これにより、被吸着体が電気伝導性基板である場合、電気絶縁性基板である場合ともに、低い印加電圧で、より高い吸着力を発現することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項８記載の発明は、前記対をなす複数の電極に印加する電圧は、２０Ｖ〜２０００Ｖであることを特徴とする請求項１〜７に記載の静電チャックである。
本発明における静電チャックは、低い印加電圧で高い吸着力を発生するので、２０００Ｖ以下の印加電圧でも、十分な吸着力を発生できる。
また、電気用品取り扱い法では直流では７５０Ｖ以下、交流では６００Ｖ以下が低電圧の定義なので、この値以下での印加電圧であれば周辺機器の配線等の取り扱いが簡便化できるので更に好ましい。

また、上記目的を達成するために請求項９記載の発明は、前記母材となる基材は、セラミックス板またはガラス板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャックである。
これにより、変形の少ない剛性の高い静電チャックを提供することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項１０記載の発明は、前記母材となる基材は、緻密な絶縁膜で被覆されたセラミックス板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャックである。
標準的なセラミック板は、表面にポアが多数存在し、場所によっては開孔径３０μｍ程度のポアも存在する。この表面に、電極幅の狭い電極を形成すると、このポアの影響で電極が断線してしまうことがある。
つまり、あらかじめ緻密な絶縁膜でセラミックス板の表面を被覆しておけば、このような断線は発生しない。
ここで言うところの緻密な絶縁膜とは、表面に存在するポアの最大開孔径が２０μｍ以下の絶縁膜を指し、例えば、グレーズ膜や、後で述べるエアロゾルデポジション法により形成されたセラミックス膜などの無機絶縁膜、ポリイミドなどの有機絶縁膜がある。

また、上記目的を達成するために請求項１１記載の発明は、前記母材となる基材は、緻密な絶縁膜で被覆された金属板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャックである。
母材となる基板を、緻密な絶縁膜で被覆された金属板を用いることにより、金属板内部に流路を形成し、冷却ガスや冷却ガスなどを導入する構造を設けることが容易になる。

また、上記目的を達成するために請求項１２記載の発明は、前記母材となる基材の、前記対をなす複数の電極を形成する面側表面に存在するポアの最大開孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャックである。
これにより、数十μｍ程度の電極幅の狭い電極を形成しても、断線すること無い静電チャックを提供することが可能となる。

また、上記目的を達成するために請求項１３記載の発明は、前記複数の電極は、前記母材となる基材上に、予め金属材料または導電性セラミックスなどの電気伝導性材料をＰＶＤ、またはＣＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、メッキにより膜付けした後、ショットブラスト、またはエッチング処理によりパターン形成されることを特徴とする請求項１〜１２に記載の静電チャックである。
これにより、寸法精度の優れた微細な電極パターンを形成することが可能になる。

また、上記目的を達成するために請求項１４記載の発明は、前記誘電体層は、セラミックスまたはガラスなどの無機絶縁材料、ポリイミドなどの有機絶縁材料を、ＰＶＤ、またはＣＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、溶射により形成されたことを特徴とする請求項１〜１３に記載の静電チャックである。
これにより、厚みが薄い誘電体層を形成することが可能になる。

また、上記目的を達成するために請求項１５記載の発明は、前記誘電体層は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体層を形成するエアロゾルデポジション法により形成したことを特徴とする請求項１〜１４に記載の静電チャックである。
これにより、厚みが薄く、かつ絶縁耐圧の優れた誘電体層を形成することが可能になる。
また上記、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体層を形成する方法を、以後エアロゾルデポジション法と称す。

本発明によれば、低い印加電圧で高い吸着力を発現する静電チャックを提供することが可能になる。

本件で使用する語句の説明を以下に行う。
（電極の間隔）
本発明において電極の間隔とは、入り組んで対をなした複数の電極の、隣り合う電極の端部から端部までの直線距離を示す。
（電極の幅）
本発明において電極の幅とは、入り組んで対をなした複数の電極の、各電極の端部から端部までの直線距離を示す。
（誘電体層の厚み）
本発明において誘電体層の厚みとは、入り組んで対をなした複数の電極の上端部から、誘電体層の上端部までの直線距離を示す。
（グラディエント力）
本発明においてグラディエント力とは、電極間に不均一電界が形成された場合に生じる力である。
更に詳細に、図７および図８を用いて説明する。図８に示すように、従来の一般的な静電チャックは電極２１０上に誘電体層２２０を設け、この誘電体層２２０の上面に載置した半導体または導電性被吸着物３００と電極２１０との間に電圧を印加することにより、二面間に垂直な方向の均一電界を形成せしめ、その均一電界により生じせしめた分極によるクーロン力及びジョンセン・ラーベック力によって半導体ウェーハなどの半導体または導電性被吸着物３００を吸着している。即ち、従来の静電チャックは単極型、双極型であれ、いずれも半導体または導電性被吸着物３００と電極２１０との間に生じるクーロン力及びジョンセン・ラーベック力によって吸着するメカニズムであるので、被吸着物は半導体ウェーハ等の半導体または導電性被吸着物３００でなければならず、ガラスなどの電気絶縁性被吸着物２９０は吸着できない。それに対し図７に示すようにグラディエント力は入り組んで対をなした電極２１０間に形成される不均一電界を利用するものであり、この不均一電界は電極２１０間の距離を小さくし、且つ誘電体層２２０の厚さを薄くすることによって形成される。このグラディエント力は不均一電界に起因して生じるものでる。尚、図８にも示すように、従来の双極型電極にあっても電極２１０間の隙間にはグラディエント力は発生していると考えられるが、ガラスなどの電気絶縁性被吸着物２９０を吸着するほど大きな力にはなっていない。グラディエント力によってガラスなどの電気絶縁性被吸着物２９０を吸着するには誘電体層２２０の上面の全面に亘ってグラディエント力が発生していること、また当該グラディエント力が大きいことが必要となる。このためには、入り組んで対をなした複数の電極２１０が設けられ、これら対をなす電極２１０の間隔が狭いこと、及び電極２１０から被吸着物２９０までの距離、つまり誘電体層２２０の厚さが薄いことが必須要件となる。

図１に本発明にかかる実施例１の平面図を、図２に本発明にかかる実施例１の断面図を示す。研削研磨加工により表面を平滑にしたアルミナセラミックスの電気絶縁性基板２００上に、アルミニウム等の金属を全面蒸着した後、ケミカルエッチング処理により、入り組んで対をなした電極２１０パターンを形成する。更に電極２１０を覆うように、アルミナセラミックスを溶射法を用いて誘電体層２２０を形成する。

図３に本発明にかかる実施例２の平面図を示す。図３に示すように、電極２１０の形状を、渦巻き状に形成したものである。このような電極形状でも、同様の高い吸着力を発現することが可能である。

図４に本発明にかかる実施例３の断面図を示す。研削研磨加工により表面を平滑にしたアルミニウム合金等の電気伝導性基板２３０上に、ＣＶＤ法によりポリイミドの電気絶縁性誘電体膜２４０を形成し、アルミニウム等の金属を全面蒸着した後、ケミカルエッチング処理により櫛歯状に入り組んで対をなした電極２１０パターンを形成する。更に電極２１０を覆うように、ＣＶＤ法によりポリイミドの誘電体層２２０を形成する。

図５に本発明にかかる実施例４の断面図を示す。研削研磨加工により表面を平滑にしたアルミナセラミックスの電気絶縁性基板２００上に、アルミニウムの金属を全面蒸着した後、ケミカルエッチング処理により櫛歯状に入り組んで対をなした電極２１０を形成する。その電極２１０を覆うように、エアロゾルデポジション法により誘電体層２２０を形成した後、サンドブラスト加工により凹部加工を施すことにより、表面に突起物２５０を形成する。
突起物の形成方法としては、他に研削加工による凹部形成、エアロゾルデポジション法による凸部形成などがある。突起物の高さとしては、１μｍ〜２０μｍ程度が望ましく、あまり高くしすぎると吸着力が低下してしまう。

図６にエアロゾルデポジション法を用いた構造物作製装置の一般的な概要を示す。構造物１９０を作製される基板１８０は、前後左右（ＸＹ）に制動できるＸＹステージ１７０に固定され、真空チャンバー１１０内に設置される。ガスボンベ１３０から搬送管を介して送られた搬送ガスは、エアロゾル発生器１４０を通過し、ノズル１５０からエアロゾルビーム１６０として噴射され、基板１８０上に構造物１９０を作製する。
本発明において、この構造物１９０が、誘電体層２２０および緻密な絶縁膜に相当する。

具体的な実施例として、電気絶縁性基材２００としてガラス基材上に、アルミニウム金属により櫛歯状に入り組んで対をなした電極幅１００μｍ、電極間隔１００μｍの電極２１０パターンを形成し、エアロゾルデポジション法にて酸化アルミニウムの誘電体層２２０を１０μｍ形成したものを製作した。比較例として、酸化アルミニウムを電気絶縁性基板２００および誘電体層２２０に、タングステンを電極２１０として、従来のグリーンシート印刷積層法により、電極幅２０００μｍ、電極間隔１０００μｍ、誘電体層厚み３７５μｍを製作した。それぞれのサンプルに直流±５００Ｖを印加し、ガラスを被吸着物としたときの吸着力を測定した結果、従来技術のグリーンシート印刷積層法で作製したサンプルでは約０．１ｇｆ／ｃｍ^２の吸着力しか発現できなかったのに対し、本発明にかかる製法で作製したサンプルでは約１０ｇｆ／ｃｍ^２、つまり従来技術で作製したサンプルの約１００倍の吸着力を発現できた。

本発明は、半導体ウエハやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレー）などの製造装置で使用される静電チャック、特に電気絶縁性基板を、低電圧で高吸着保持する静電チャックに関するものである。

本発明にかかる実施例１の平面図本発明にかかる実施例１の断面図本発明にかかる実施例２の平面図本発明にかかる実施例３の断面図本発明にかかる実施例４の断面図エアロゾルデポジション法による構造物作製装置の概略図グレディエント力の説明図クーロン力及びジョンセン・ラーベック力の説明図

符号の説明

１１０…真空チャンバー
１２０…真空ポンプ
１３０…ガスボンベ
１４０…エアロゾル発生器
１５０…ノズル
１６０…エアロゾルビーム
１７０…ＸＹステージ
１８０…基板
１９０…構造物
２００…電気絶縁性基板
２１０…電極
２２０…誘電体層
２３０…電気伝導性基板
２４０…電気絶縁性誘電膜
２５０…突起物
２６０…電極の幅
２７０…電極の間隔
２８０…誘電体層の厚み
２９０…電気絶縁性被吸着物
３００…半導体または導電性被吸着物
３１０…電気力線

Claims

母材となる基材上に形成された入り組んで対をなした複数の電極間と、前記複数の電極を覆うように形成した誘電体層を備え、前記複数の電極間に電位差を与えた際に不均一電界が形成され、この不均一電界によって被吸着物である電気絶縁性基板がグラディエント力(gradient力)によて吸着される静電チャックにおいて、前記複数の電極の間隔は１０μｍ〜３００μｍであり、前記誘電体層の厚さは３μｍ〜１００μｍであることを特徴とする静電チャック。
前記誘電体層は、セラミックス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。
前記誘電体層表面に突起構造を形成したことを特徴とする請求項１〜２に記載の静電チャック。
前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックであって、前記複数の電極の幅が１０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャック。
前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックであって、前記複数の電極の幅が１０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャック。
前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気伝導性基板の場合はクーロン力またはジョンセンラーベック力により吸着し、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックであって、前記複数の電極の幅が３００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャック。
前記複数の電極に電圧を印加することにより、被吸着体が電気伝導性基板の場合はクーロン力またはジョンセンラーベック力により吸着し、被吸着体が電気絶縁性基板の場合は主にグラディエント力により吸着をすることを特徴とする静電チャックであって、前記複数の電極の幅が１０００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３に記載の静電チャック。
前記対をなす複数の電極に印加する電圧は、２０Ｖ〜２０００Ｖであることを特徴とする請求項１〜７に記載の静電チャック。
前記母材となる基材は、セラミックス板またはガラス板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャック。
前記母材となる基材は、緻密な絶縁膜で被覆されたセラミックス板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャック。
前記母材となる基材は、緻密な絶縁膜で被覆された金属板であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャック。
前記母材となる基材の、前記対をなす複数の電極を形成する面側表面に存在するポアの最大開孔径が、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８に記載の静電チャック。
前記複数の電極は、前記母材となる基材上に、予め金属材料または導電性セラミックスなどの電気伝導性材料をＰＶＤ、またはＣＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、メッキにより膜付けした後、ショットブラスト、またはエッチング処理によりパターン形成されることを特徴とする請求項１〜１２に記載の静電チャック。
前記誘電体層は、セラミックスまたはガラスなどの無機絶縁材料、ポリイミドなどの有機絶縁材料を、ＰＶＤ、またはＣＶＤ、スパッタ、イオンプレーティング、溶射により形成されたことを特徴とする請求項１〜１３に記載の静電チャック。
前記誘電体層は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体層を形成するエアロゾルデポジション法により形成したことを特徴とする請求項１〜１４に記載の静電チャック。