JP2007234965A

JP2007234965A - 静電吸着方法

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Publication number: JP2007234965A
Application number: JP2006056441A
Authority: JP
Inventors: Junji Yonezawa; 順治米澤; Takeshi Matsuguchi; 剛松口; Kazuko Ishikawa; 佳津子石川
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP4631748B2

Abstract

【課題】ガラス基板などの絶縁基板を真空中で確実に吸着する方法を提供する。
【解決手段】吸着面に真空吸着用の穴が開口するとともに吸着面の平均粗さ（Ｒａ）を０．７μｍとした静電チャックを用い、大気雰囲気から真空雰囲気まで連続して静電チャックにて基板を吸着するにあたり、大気雰囲気での相対湿度を４５％以上７３％以下とする。大気中ではガラス基板は表面吸着水によって覆われており、大気中で一旦静電吸着することで、発生した電界によって表面吸着水はイオン化され、真空雰囲気になってもそのまま残り導電性物質と同じような働きをし、吸着力が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は静電チャックを用いて、大気雰囲気から真空雰囲気まで連続してガラス基板などの基板を吸着する方法に関する。

例えば、ガラス基板を利用する一形態として、液晶表示パネルは２枚のガラス基板の間に液晶が介在する構造になっている。
斯かる液晶パネルは真空下で一方のガラス基板の上に液晶を盛り付け、この液晶の上に別のガラス基板を重ねることで製造することができる。

一方、真空下で半導体ウェーハを吸着する静電チャックとして特許文献１に開示されるものが知られている。この静電チャックは半導体ウェーハの表面に吸着面の電荷と反対の電荷を溜め、クーロン力（ジョンセン・ラーベック力）によって半導体ウェーハを吸着するようにしている。

上述したクーロン力（ジョンセン・ラーベック力）を利用した静電チャックでは、ガラス基板を吸着することができないので、液晶表示パネルの製造には用いることができない。そこで、グラジエント力を利用した全く異なる吸着機構によってガラス基板を吸着する静電チャックが特許文献２に提案されている。

また、クーロン力（ジョンセン・ラーベック力）によってガラス基板を吸着する方法として特許文献３に開示される方法が提案されている。この方法は、ガラス基板の温度を上昇せしめてガラス基板の体積抵抗率を１０^１４Ω・ｃｍ以下に変化させて吸着する方法である。

また、真空度や湿度などの雰囲気条件の変化によって、吸着力が変化することは周知であり、この吸着力の変化を小さくして安定化させる手段として特許文献４〜７が知られている。

特許文献４に開示される内容は吸着面に乾燥空気を送り込んで雰囲気条件を一定にする方法であり、特許文献５に開示される内容は吸着状態で真空減圧環境下に置く方法であり、特許文献６に開示される内容は吸着力を計測して印加電圧をコントロールする方法であり、特許文献７に開示される内容は湿度を計測して印加電圧をコントロールする方法である。

特開平１０−２０６８７６号公報特開２０００−３３２０９１号公報特開２００５−３２８５８号公報特開平１１−２６０８９９号公報特開２０００−２１９６３号公報特開平６−３３４０２４号公報特開平７−２１０１０４号公報

特許文献１に開示される静電チャックによっては、ガラス基板などの絶縁体を吸着することができない。特許文献２及び特許文献３に開示される静電チャックによれば、ガラス基板などの絶縁体を吸着することができる。

しかしながら、特許文献２のグラジエント力による吸着力は２０〜５０ｇ／ｃｍ^２でクーロン力による吸着力（２０００ｇ／ｃｍ^２以上）に比較して弱い。また、特許文献３に提案された方法ではガラス基板を加熱しなければならない。

また特許文献４〜７に開示されるように、乾燥空気を吸着面に送り込んだり、湿度に合わせて印加電圧を変化させて吸着力（グラジエント力）を一定にしても、吸着力が高まるわけではないので、例えば、真空吸着していた状態から真空チャンバー内にガラス基板を搬入し、減圧下では真空吸着が利かないため静電吸着に切り替えた際に、静電吸着力が不足しガラス基板がチャックから落下するおそれがある。

本発明者らは、静電チャックの吸着力が雰囲気湿度によって変化すること、及び当該変化は静電チャックの吸着面の表面粗さによって更に変動する知見を得た。
斯かる知見に基づき、請求項１に係る発明は、吸着面の平均粗さ（Ｒａ）を０．７μｍ未満とした静電チャックを用い、大気雰囲気から真空雰囲気まで連続して静電チャックにて基板を吸着するにあたり、大気雰囲気の相対湿度を３５％以上とした。

前記基板としては、透明ガラス基板（素ガラス）、その基板の片面に透明電極：ITO(Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物)膜を形成したもの、透明ガラス基板上に赤、緑、青の三原色パターンが規則正しく配列されたカラーフィルター（CF）や、高分子フィルムなどが適用できる。

静電チャックの構造として、吸着面となる誘電体の誘電率を１０^１０Ω・ｃｍ以上、誘電体層の厚みを０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、誘電体層内に設けられる交互に入り込んだ電極の幅を０．５ｍｍ〜１ｍｍ、電極間の間隔を０．５ｍｍ〜１ｍｍとすることで、ガラス基板を吸着するのに十分なグラジエント力を発生させることができる。

更に、相対湿度を３５％以上とすることで、大気雰囲気中で基板表面は、吸着水で覆われ、吸着水は電界によってイオン化されることによってガラス基板などの絶縁基板の表面抵抗がさがり、ジョンセン・ラーベック力による吸着力が加算されるこによって吸着力が高まる。

本発明方法によれば、ガラス基板などの絶縁基板を大気雰囲気から真空雰囲気まで、１つの静電チャックで保持したままで処理することができる。したがって、液晶表示パネルの製造などにおいて極めて有利である。

以下に本発明を実施するための実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明方法の実施に用いる静電チャックの最大静止摩擦力の測定に用いる装置の概略図であり、以下の条件で基礎吸着力と残留吸着力の測定を行った。

（基礎吸着力の測定）
・チャンバー外を任意の湿度に設定し、静電チャックとITO膜を片面に形成したガラス基板をイオナイザで除電する
・ガラス基板を真空吸着する（測定開始）
・電極に規定電圧を印加する（経過時間６０秒）
・チャンバー内を真空排気する（経過時間６５秒）
・基板の真空吸着を停止し、チャンバー内と同圧にする（チャンバー内真空度２００Ｐａ到達後）
・ロードセルにて吸着力を測定する（経過時間３６０秒、真空度１０Ｐａ）

（残留吸着力の測定）
・チャンバー外を任意の湿度に設定し、静電チャックとITO膜を片面に形成したガラス基板をイオナイザで除電する
２）ガラス基板を真空吸着する（測定開始）
３）電極に規定電圧を印加する（経過時間６０秒）
４）チャンバー内を真空排気する（経過時間６５秒）
５）基板の真空吸着を停止し、チャンバー内と同圧にする（チャンバー内真空度２００Ｐａ到達後
・電圧をオフする（経過時間３６０秒、真空度１０Ｐａ）
・１０秒後にロードセルにて吸着力を測定する

（試験条件）
基礎吸着力及び残留吸着力の測定とも試験条件は以下の通りである。
電極：幅２ｍｍ、間隔１ｍｍ
誘電体層：厚さ３７５μｍ
ガラス基板：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ
印加極性：固定（内部電極に印加する電圧の極性を固定する）
反転（電圧の極性を１測定ごとに反転する）
印加電圧：±３ｋＶ
チャンバー外雰囲気：湿度３０％〜９０％の範囲で調整

図２はチャンバー外の湿度と基礎吸着力との関係を示すグラフ、図３はチャンバー外の湿度と残留吸着力との関係を示すグラフである。いずれの場合も、大気雰囲気中の最大静止摩擦力が０．２ｇｆ／ｃｍ^２程度であることに比べ、最大静止摩擦力（ｇｆ／ｃｍ^２）が増加する傾向にある。

最大静止摩擦力が増加する理由は、大気中ではガラス基板は表面吸着水によって覆われており、大気中で電圧を印加して基板を吸着すると、発生した電界によって表面吸着水はイオン化され、真空雰囲気になってもそのまま残り導電性物質と同じような働きをするので吸着力が増大すると考えられる。湿度の変化によって表面吸着水の量も変化するのでイオン化される量も変化し、吸着力が変動すると考えられる。

上記した表面吸着水の量は吸着面の粗さにも影響される筈と考え、吸着面の粗さＲａ（μｍ）、相対湿度及び最大静止摩擦力の関係について実験した結果を表１に示す。評価は、上記した装置において、ガラス基板を下に向けて吸着させるようにした以外は同様とし、大気雰囲気の相対湿度５５％とした際の基板の落下の有無を評価した。表面粗さＲａが０．７μｍより小さい場合には、基板の落下が見られなかった。

次に、表面粗さＲａが、０．３μｍのものと０．７μｍのものにおける、相対湿度及び最大静止摩擦力の関係について実験した結果を図４に示す。大気中から真空下まで連続して基板を保持する場合に、基板が落下しないためには、基本的には、基板の比重を保持できる範囲でよいことから、０．２ｇｆ／ｃｍ^２以上あればよい。なお、望ましくは、大気雰囲気から真空雰囲気に移行した際に静電チャックの真空吸着用の排気流路内の残存する圧力（背圧）の影響を考慮した場合（図1の装置も背圧の影響があると考えられる）でも、基板保持を維持できる値として、概ね１ｇｆ／ｃｍ^２以上の最大静止摩擦力があれば良いと考えられる。

そこで、図４から、Ｒａが０．３μｍでは、１ｇｆ／ｃｍ^２以上の最大静止摩擦力を発揮できる条件は、真空吸着する際の大気雰囲気の相対湿度を３５〜７３％であり、表1の結果から、基板の落下の恐れのあるＲａが０．７μｍのものでは、３５〜４６％ということになる。また、Ｒａが０．３μｍでは、湿度の変化に対し吸着力の変動が小さく装置での制御もし易いが、一方、Ｒａが０．７μｍでは、湿度の少しの変動で大きく吸着力が変動するので、制御がし難いという面がある。したがって、大気雰囲気の湿度によって増加した吸着力を効果的に且つ湿度の変動に大きく差がでないようにするには、吸着面の粗さ（Ｒａ）は０．７μｍ未満とすべきことが分かる。

従って、Ｒａが０．７μｍ未満であれば、温度条件の変動によって変わる相対湿度の変化にも、吸着力は基板を保持するのに十分な値を維持できるので、湿度の管理、印加電圧の管理も厳格に行う必要がなくなる。更に、図４の吸着力と相対湿度との関係を把握しておけば、印加電圧もチャンバーの真空雰囲気に投入した後、低電圧に調整することで、静電チャックの負荷を低減できる。

図５は本発明方法の実施に用いる静電チャックの垂直吸着力の測定に用いる装置の概略図であり、以下の条件で基礎吸着力と残留吸着力の測定を行った。

（基礎吸着力の測定）
・チャンバー外を任意の湿度に設定し、静電チャックとITO膜を片面に形成したガラス基板をイオナイザで除電する
・電極に規定電圧を印加する（測定開始）
・チャンバー内を真空排気する（経過時間５秒）
・ロードセルにて吸着力を測定する（経過時間３００秒、真空度１０Ｐａ）

（残留吸着力の測定）
・チャンバー外を任意の湿度に設定し、静電チャックとガラス基板をイオナイザで除電する
２）電極に規定電圧を印加する（測定開始）
３）チャンバー内を真空排気する（経過時間５秒）
４）電圧をオフする（経過時間３００秒、真空度１０Ｐａ）
５）１０秒後にロードセルにて吸着力を測定する

試験条件については、印加電圧を±１ｋＶとした以外は前記と同じである。図６はチャンバー外の湿度と基礎吸着力との関係を示すグラフ、図７はチャンバー外の湿度と残留吸着力との関係を示すグラフである。いずれの場合も、最大静止摩擦力（ｇｆ／ｃｍ^２）が増加する傾向にある。

また、垂直吸着力についても吸着面の粗さ及び相対湿度との関係について実験したが、結果は図４と同様であった。

図８は、基板の種類を変えた時の静電チャック表面粗さＲａと相対湿度との関係をしめすものであり、評価方法は、上記基礎吸着力の測定に準じた。
基板としては、カラーフィルター（ＣＦ）とガラス基板（素ガラス）を用いた。

カラーフィルター、素ガラスとも静電チャック表面粗さＲａが０．３μｍでは、相対湿度３５％以上７５％前後まで、安定した吸着力を呈しており、特に、素ガラスは、静電チャック表面粗さの影響を大きく受けている。素ガラスの場合には静電チャック表面粗さＲａを小さくすることによって、印加電圧を低減しても吸着水の吸着力によって必要な吸着力を相対湿度の広い範囲内で、確保できる。

表２は、チャンバー内の真空度を大気雰囲気から真空にした後に電圧を印加した際の吸着力の変化を、被吸着基板として、高分子フィルムを用いた例を示すものである。測定方法としては、図１に示す装置のチャンバー内に予め、静電チャック及び高分子フィルムを静置した状態（図1のチャンバー内の状態）でチャンバー内を真空引きし、真空度が５０Ｐａと５Ｐａとなった後に、静電チャックに指定電圧を印加し、その印加時間後にロードセルにて高分子フィルムを引き、高分子フィルムが動き出す最大静止摩擦力（ｇｆ／ｃｍ^２）を吸着力として測定する。

真空度が同じであれば、印加時間に関係なく、略一定の吸着力を示し、真空度が低い程、低い印加電圧で高い吸着力を呈している。この傾向は、真空度が高くなるとチャンバー内の水分量も減ってくることから、電圧印加前の高分子フィルムと静電チャック表面との間に介在している表面吸着水も奪われることになる。このため、表面吸着水の残存量が多い真空度の低い方が、上述したガラス基板等の基板の評価
同様吸着力が高くなっていると考えられる。

次に、図９乃至図１６は、本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示すものであり、貼り合せ装置はチャンバー１内の底面に載置テーブル２を配置し、天井部に静電チャック３を配置し、チャンバー１の側面にはガラス基板Ｗの搬入・搬出用の開口４が形成され、この開口４は扉５によって開閉され、更にチャンバー１の底部には真空引き装置につながる配管６が、天井部には空気や窒素ガスなどの供給する配管７がそれぞれ設けられている。

前記載置テーブル２には貫通穴２１が形成され、この貫通穴２１内にシリンダユニット２２によって昇降動せしめられるピン２３が収納されている。

前記静電チャック３はシリンダユニット３１によって昇降動せしめられ、その下面を吸着面３２とし、この吸着面には真空吸着用の穴３３が開口し、更に吸着面３２の表面粗さ（Ｒａ）は０．７μｍ未満とされている。

以上において、先ず図９に示すように、配管６からチャンバー１内に空気を導入してチャンバー１内を大気圧にする。このとき、導入空気の湿度は除湿器または加湿器によって相対湿度を３５％以上にコントロールしている。相対湿度３５％以上であれば静電気の影響の除去にも寄与でき、好ましくは、帯電電圧が低くなる相対湿度５０以上が望ましい。

次いで、図１０に示すように、扉５を開け、開口４からアーム８によってガラス基板Ｗをチャンバー１内に挿入し、更に図１１に示すように、シリンダユニット２２によってピン２３を上昇せしめ、アーム８からガラス基板Ｗを受け取る。

この後、図１２に示すようにアーム８は後退し、ピン２３が下降することで、ガラス基板Ｗを載置テーブル２の上面に載置する。

そして、図１３に示すように、ノズル９をチャンバー１内に差し込んで、ガラス基板Ｗの表面に液晶を供給する。尚、液晶の供給はチャンバー１外で予め完了しておいてもよい。

次いで、図１４に示すように別のガラス基板Ｗをアーム８によってチャンバー１内に搬入し、更に図１５に示すように、シリンダユニット３１によって静電チャック３を下降せしめ、静電チャック３の吸着面３２をガラス基板Ｗの上面に押し当てる。因みに、この時点でガラス基板Ｗの表面には吸着水が付着している。

そして、図１６に示すように、アーム８をチャンバー１から後退せしめ、扉５で開口４を気密に閉塞した後、配管７を介してチャンバー１内を５〜５０Ｐａ程度まで減圧する。この減圧によって液晶内に溶解していたガスは除去される。この後、静電チャック３を下降せしめ、２枚のガラスを間に液晶を挟んで貼り合せる。

以上、本発明を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示したが、上述したように本発明の方法は、種々の基板に適用可能であり、それらの基板を用いた製造装置に効果的な方法である。

本発明方法の実施に用いる静電チャックの最大静止摩擦力の測定に用いる装置の概略図チャンバー外の湿度と基礎吸着力との関係を示すグラフチャンバー外の湿度と残留吸着力との関係を示すグラフ吸着面の粗さ、相対湿度及び最大静止摩擦力の関係について実験した結果を示す図本発明方法の実施に用いる静電チャックの垂直吸着力の測定に用いる装置の概略図チャンバー外の湿度と基礎吸着力との関係を示すグラフチャンバー外の湿度と残留吸着力との関係を示すグラフチャンバー外の湿度と基礎吸着力の関係を示すグラフ本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図本発明方法を液晶パネルの貼り合せに利用した例を示す図

符号の説明

１…チャンバー、２…載置テーブル、２１…貫通穴、２２…シリンダユニット、２３…ピン、３…静電チャック、３１…シリンダユニット、３２…吸着面、３３…真空吸着用の穴、４…開口、５…扉、６，７…配管、８…アーム、Ｗ…ガラス基板。

Claims

吸着面に真空吸着用の穴が開口するとともに吸着面の平均粗さ（Ｒａ）を０．７μｍ未満とした静電チャックを用い、大気雰囲気から真空雰囲気まで連続して静電チャックにて基板を吸着するにあたり、大気雰囲気の相対湿度を３５％以上としたことを特徴とする静電吸着方法。
請求項１に記載の静電吸着方法において、前記基板は静電チャックへの載置面が電気絶縁性を示す基板とし、真空雰囲気化における吸着はグラジエント力及びジョンセン・ラーベック力によって行うことを特徴とする静電吸着方法。