JP2008294174A - Glassy electrostatic chuck, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にMEMSプロセスやFPDプロセスに係り、シリコン基板とガラス基板の接合やガラス基板同士の接合、接着する工程において使用される静電チャックに関するものである。特に、ガラス基板のような絶縁性基板を静電吸着することに好適なガラス質静電チャックとその製造方法に関するものである。 The present invention mainly relates to a MEMS process and an FPD process, and relates to an electrostatic chuck used in a process of bonding a silicon substrate and a glass substrate, bonding glass substrates, and bonding. In particular, the present invention relates to a vitreous electrostatic chuck suitable for electrostatically attracting an insulating substrate such as a glass substrate and a method for manufacturing the same.
石英の高絶縁性を利用して石英を静電チャックの絶縁層として用いて、半導体プロセス装置内で使用する試みは過去に行われてきた。(例えば、特許文献1参照。)
これらは処理物であるシリコンウェハ半導体と電極の間にクーロン力を発生させる目的で使用されてきた。
Attempts have been made in the past to use quartz as an insulating layer of an electrostatic chuck by utilizing the high insulating property of quartz and to use it in a semiconductor processing apparatus. (For example, refer to Patent Document 1.)
These have been used for the purpose of generating a Coulomb force between a silicon wafer semiconductor, which is a processed material, and an electrode.
ここで、絶縁性ガラス基板を静電吸着するにはグレーディエント力を用いる必要がある(例えば、特許文献2参照)。
しかし静電チャックをセラミック焼結体で構成すると、電極間距離、絶縁層の厚みの設定に一定の制約があるため、十分大きな吸着力を得るには電極間隔等を非常に狭くし、電極間に働く電界強度を高める必要があった。
Here, it is necessary to use a gradient force to electrostatically attract the insulating glass substrate (see, for example, Patent Document 2).
However, if the electrostatic chuck is made of a ceramic sintered body, there are certain restrictions on the setting of the distance between the electrodes and the thickness of the insulating layer. It was necessary to increase the electric field strength acting on the.
また、緻密質なセラミック膜のコーティングにより電極間隔を10〜300μmにして絶縁性ガラス基板を吸着する静電チャックが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 しかし、この場合、膜自身にピンホールが形成される可能性が高く、大面積化に不利であり、また、膜と基材の物性の差による内部応力の発生、歪が課題となっていた。
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討してなされたものであって、本発明の目的は、ガラス質の絶縁層と基盤とを一体化することによって、電極間の絶縁性をガラス質のバルク並みに充分大きな値を確保し、かつ、ガラス質の絶縁層または基盤に対して微細な溝加工を行い電極形成をすることにより、電極間隔を狭くして充分に大きいグレーディエント力を発揮させようとしたものである。 The present invention has been made in earnest to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to integrate the glassy insulating layer and the substrate so that the insulation between the electrodes is made of glass. A sufficiently large gradient force is ensured by narrowing the electrode spacing by forming electrodes by forming fine grooves on the glassy insulating layer or substrate, ensuring a value as large as the quality bulk. Is intended to demonstrate.
前記した本発明の目的は、ガラス質絶縁層とガラス質基盤との間に少なくとも一対以上の電極を具備するガラス質静電チャックであって、前記ガラス質絶縁層と前記ガラス質基盤とが同一素材からなり、かつ、実質的に一体化してなることを特徴とするガラス質静電チャックによって達成される。
また、ガラス質絶縁層となるガラス質素材板に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程と、前記ガラス質素材板とガラス質基盤とを間に電極が具備されるように接合する工程と、前記ガラス質素材板の表面を研磨して所望の厚みのガラス質絶縁層となす工程と、を含むことを特徴とする前記のガラス質静電チャックの製造方法によって達成される。
また、前記した本発明の目的は、ガラス質基盤に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程と、前記ガラス質基盤と前記電極を被覆するようにガラス質素材を溶融した溶融ガラスをガラス質基盤と電極の表面に溶接する工程と、前記溶接したガラス質素材の表面を研磨して所望の厚みのガラス質絶縁層となす工程と、を含むことを特徴とする前記のガラス質静電チャックの製造方法によって達成される。
An object of the present invention is a vitreous electrostatic chuck having at least a pair of electrodes between a vitreous insulating layer and a vitreous substrate, wherein the vitreous insulating layer and the vitreous substrate are the same. It is achieved by a vitreous electrostatic chuck made of a material and substantially integrated.
Also, an electrode is provided between the step of processing a groove in a glassy material plate to be a glassy insulating layer, the step of arranging an electrode in the groove, and the glassy material plate and the glassy substrate. It is achieved by the above-described method for manufacturing a vitreous electrostatic chuck, comprising the steps of bonding and polishing the surface of the vitreous material plate to form a vitreous insulating layer having a desired thickness. .
The above-mentioned object of the present invention is to process a groove in a glassy substrate, to arrange an electrode in the groove, and to melt a glassy material so as to cover the glass substrate and the electrode. The glass comprising: a step of welding glass to the surface of a vitreous substrate and an electrode; and a step of polishing the surface of the welded vitreous material to form a vitreous insulating layer having a desired thickness. This is achieved by a method for manufacturing a quality electrostatic chuck.
本発明によれば、電極間の絶縁性が非常に高い静電チャックを製作することができ、吸着時に高電界が必要な絶縁性のガラス基板を室温でも静電吸着させることが容易になる。
またガラス質一体型の構成なので大型化しても絶縁層と基盤の物性の差による応力、歪がなく均質で安定な静電チャックを提供できる。
According to the present invention, an electrostatic chuck having very high insulation between electrodes can be manufactured, and it becomes easy to electrostatically adsorb an insulating glass substrate that requires a high electric field at the time of adsorption even at room temperature.
In addition, since it is a glass-integrated structure, it is possible to provide a uniform and stable electrostatic chuck that is free from stress and strain due to the difference in physical properties between the insulating layer and the substrate even when the size is increased.
本発明では、ガラス質絶縁層とガラス質基盤との間に少なくとも一対以上の電極を具備するガラス質静電チャックであって、前記ガラス質絶縁層と前記ガラス質基盤とが同一素材からなり、かつ、実質的に一体化してなることを特徴とするガラス質静電チャックを提案している。
本発明のガラス質静電チャックが、ガラス質絶縁層とガラス質基盤とが同一素材からなり、かつ、実質的に一体化してなる理由は、これにより電極の周囲すべてが同一素材のガラス質のバルク体に囲まれることにより、絶縁性がガラス質の物性のもつ値と同等にまで高くできるからである。したがって、電極間の絶縁性が非常に高い静電チャックを製作することができ、電極間の電界強度を十分高めることができる。
ここで、実質的に一体化しているとは、ガラス質絶縁層とガラス質基盤とが互いに融着していて、両者の間には隙間や接合界面が目視では確認できない状態を言う。
In the present invention, a vitreous electrostatic chuck comprising at least a pair of electrodes between the vitreous insulating layer and the vitreous substrate, wherein the vitreous insulating layer and the vitreous substrate are made of the same material, And the vitreous electrostatic chuck characterized by being substantially integrated is proposed.
In the vitreous electrostatic chuck of the present invention, the vitreous insulating layer and the vitreous substrate are made of the same material and are substantially integrated. This is because by being surrounded by the bulk body, the insulating property can be as high as the value of the glassy physical properties. Therefore, an electrostatic chuck having very high insulation between electrodes can be manufactured, and the electric field strength between the electrodes can be sufficiently increased.
Here, “substantially integrated” means that the vitreous insulating layer and the vitreous substrate are fused to each other, and no gap or bonding interface can be visually confirmed between them.
ここで、本発明のガラス質絶縁層とガラス質基盤として用いられるガラス質素材としては、石英ガラス、パイレックスガラス(登録商標である)、硬質2級ガラス、高珪酸ガラス(商品名:バイコール)、鉛ガラス、ソーダライムガラスが好適に用いられる。 Here, as the vitreous material used as the vitreous insulating layer and vitreous substrate of the present invention, quartz glass, Pyrex glass (registered trademark), hard secondary glass, high silicate glass (trade name: Vycor), Lead glass and soda lime glass are preferably used.
また、本発明の電極として用いる電極材料としては以下のものから適宜選択するのが望ましい。
金属系としては、Pt、Re、Cr、Au、Ni 、Tiが、金属間化合物としては、Ni-Crが、炭化物、窒化物、硼化物としては、TiN、TiC、CrN、ZrN、SiC、ZrB2が、珪化物としては、MoSi2、TaSi2、VSi2が、酸化物または複合酸化物としては、LaCrO3、IrO、RuOが用いられる。
また、耐酸化性に難のある耐熱金属(Mo、W)であっても、その表面に酸化防止膜としてSiO2、AL2O3、Y2O3をオーバーコートしたものを用いても良い。
Moreover, as an electrode material used as an electrode of the present invention, it is desirable to appropriately select from the following.
Pt, Re, Cr, Au, Ni, Ti as the metal system, Ni-Cr as the intermetallic compound, TiN, TiC, CrN, ZrN, SiC, ZrB as the carbide, nitride, boride 2 , MoSi 2 , TaSi 2 , and VSi 2 are used as silicides, and LaCrO 3 , IrO, and RuO are used as oxides or composite oxides.
Moreover, even if it is a refractory metal (Mo, W) having difficulty in oxidation resistance, it is possible to use a surface on which SiO 2 , AL 2 O 3 , Y 2 O 3 are overcoated as an antioxidant film. .
次に、本発明では、ガラス質絶縁層となるガラス質素材板に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程と、前記ガラス質素材板とガラス質基盤とを間に電極が具備されるように接合する工程と、前記ガラス質素材板の表面を研磨して所望の厚みのガラス質絶縁層となす工程と、を含むことを特徴とする前記のガラス質静電チャックの製造方法を提案している。 Next, in the present invention, the electrode is interposed between the step of processing the groove in the vitreous material plate serving as the vitreous insulating layer, the step of disposing the electrode in the groove, and the vitreous material plate and the vitreous substrate. The manufacturing method for the glassy electrostatic chuck according to the invention, comprising: a step of bonding so as to be provided; and a step of polishing the surface of the glassy material plate to form a glassy insulating layer having a desired thickness. Proposed method.
図1に、本発明の製造方法を説明するためのガラス質絶縁層となるガラス質素材板の裏面図を模式的に示した。ガラス質素材板1の裏面には、電極3と電極パット2を配置するための溝加工を行う。ここで、溝を加工する工程では、加工手段はブラストショット、エッチングが適当である。
また、溝形状は、溝深さがそのまま電極幅に相当するので0.5mm未満とし、溝深さは後の電極形成後の平面加工時の削りしろを考慮して浅くとも5μm以上あれば良く、5〜1000μmが望ましい。これより深いとその後に形成する電極が形成困難になる恐れがある。
In FIG. 1, the back view of the vitreous raw material board used as the vitreous insulating layer for demonstrating the manufacturing method of this invention was shown typically. Groove processing for arranging the
Further, the groove shape should be less than 0.5 mm because the groove depth corresponds to the electrode width as it is, and the groove depth should be 5 μm or more at a shallow depth in consideration of the shaving at the time of planar processing after the subsequent electrode formation. 5 to 1000 μm is desirable. If it is deeper than this, it may be difficult to form an electrode to be formed thereafter.
次に、加工した溝に電極を配置する。電極を配置する方法としては、図2のガラス質素材板の模式的な断面図に示したように、溝の内面に電極を製膜法により形成する。電極素材は接合時の温度環境下に耐えうるものを前記したものから選択する。ここで、電極の比抵抗は200μΩcm以下であることが好ましい。これより比抵抗が高いと導電性または半導性の基板を絶縁層の体積抵抗率が1013Ωcm以下になるような高温下で静電吸着する際に電極の内部で電圧降下が生じ、電極の位置により基板との間の電位差が異なり吸着力がばらつく原因になるから好ましくない。 Next, an electrode is placed in the processed groove. As a method of arranging the electrodes, as shown in the schematic sectional view of the vitreous material plate in FIG. 2, the electrodes are formed on the inner surface of the groove by a film forming method. The electrode material is selected from those described above that can withstand the temperature environment during bonding. Here, the specific resistance of the electrode is preferably 200 μΩcm or less. When the specific resistance is higher than this, a voltage drop occurs inside the electrode when electrostatically adsorbing a conductive or semiconductive substrate at a high temperature such that the volume resistivity of the insulating layer is 10 13 Ωcm or less. This is not preferable because the potential difference between the substrate and the substrate differs depending on the position of the substrate, causing the adsorptive power to vary.
ここで、電極の製膜方法はドライプロセスが適当であり、特にイオンプレーティング、スパッタリング、CVD、真空蒸着が好適である。パラジウムを核として直接メッキ法により電極を形成する方法もある。製膜厚みは0.01〜100μmが適当である。
0.1μmより薄いと電極が電極として機能しない場合も生じうる。また100μmより厚いとガラス質との線膨張係数の差による剥離、歪が顕著になり接合後に反り、クラックやはがれの原因になりうる。最も好ましいのは0.1〜5μmである。この範囲であれば、絶縁層に形成する溝の深さも浅くすみ絶縁層自体の加工残留応力による歪を小さくすることができる。また5μm以上製膜するにはドライプロセスと湿式めっきを組み合わせるなど複雑になってくる。
Here, a dry process is suitable as a method for forming an electrode, and ion plating, sputtering, CVD, and vacuum deposition are particularly suitable. There is also a method of forming an electrode by a direct plating method using palladium as a nucleus. The film forming thickness is suitably from 0.01 to 100 μm.
If it is thinner than 0.1 μm, the electrode may not function as an electrode. On the other hand, if it is thicker than 100 μm, peeling and distortion due to the difference in linear expansion coefficient from the glassy material become prominent, warping after joining, and causing cracks and peeling. Most preferred is 0.1 to 5 μm. If it is this range, the depth of the groove | channel formed in an insulating layer will also become shallow, and the distortion by the process residual stress of insulating layer itself can be made small. In addition, film formation of 5 μm or more is complicated by combining a dry process and wet plating.
加工した溝に電極を配置するもう1つの方法としては、線状の電極素材をガラス質素材上に設けられた溝にはめ込むことによって形成することもできる。ここで、金属系の電極素材としては線径がφ0.025mmからφ0.5mm未満のものが利用できる。ガラス質素材が石英ガラスの場合、接合温度は1300℃程度となることから、線状の電極素材としては白金線が望ましい。 As another method of arranging the electrode in the processed groove, the electrode can be formed by fitting a linear electrode material into the groove provided on the vitreous material. Here, a metal electrode material having a wire diameter of φ0.025 mm to less than φ0.5 mm can be used. When the vitreous material is quartz glass, the bonding temperature is about 1300 ° C., so platinum wire is desirable as the linear electrode material.
次に、ガラス質素材板と接合するガラス質基盤の平面図を図3に模式的に示した。ガラス質基盤4は、接合後に電極とコンタクトを取るための貫通穴5が複数箇所設けられた平板であり、機械加工によって製作される。また、接合面はガラス質素材板と同様に平滑に研磨加工されている。
Next, FIG. 3 schematically shows a plan view of the vitreous substrate to be joined to the vitreous material plate. The
次に、前記ガラス質素材板の接合面とガラス質基盤の接合面とを合わせて、間に電極が具備されるように接合する。
接合は、ガラス質素材板とガラス質基盤を重ね合わせ、圧縮応力を負荷しつつガラス質の軟化点温度以上に加熱することにより行う。ガラス質素材が石英ガラスの場合は、ガラス質素材板とガラス質基盤を重ねあわせて0.1kg/cm2以上の圧力で荷重し1300℃以上で加熱して行われる。こうすることによって、石英ガラス製絶縁層と石英ガラス製基盤が隙間なく融着し一体化する。このとき接合界面は目視では確認できず、電極が完全に石英ガラスの中に埋設される。
ここで、接合方法は加熱下で行われるものに限られず、真空中室温近傍で接合界面を予め活性化しておき、その表面エネルギにより接合する方式であってもよい。この場合、電極素材の選択の幅は広くなり、Alなど低融点金属が使用できるようになる。
Next, the bonding surface of the glassy material plate and the bonding surface of the glassy substrate are combined and bonded so that an electrode is provided therebetween.
The joining is performed by superposing the glassy material plate and the glassy substrate and heating the glassy softening point temperature or higher while applying a compressive stress. When the vitreous material is quartz glass, the vitreous material plate and the vitreous substrate are overlapped, loaded with a pressure of 0.1 kg / cm 2 or more, and heated at 1300 ° C. or more. By doing so, the insulating layer made of quartz glass and the substrate made of quartz glass are fused and integrated without any gap. At this time, the bonding interface cannot be visually confirmed, and the electrode is completely embedded in the quartz glass.
Here, the bonding method is not limited to the one performed under heating, but may be a method in which the bonding interface is activated in advance in the vicinity of room temperature in vacuum and the bonding is performed by the surface energy. In this case, the selection range of the electrode material is widened, and a low melting point metal such as Al can be used.
次に、接合後、ガラス質素材板の表面を研磨して所望の厚み(表面から内部電極までの距離)のガラス質絶縁層となす。ここで、表面には吸着物を載せるための凹凸加工や溝加工が施される場合ある。 Next, after bonding, the surface of the vitreous material plate is polished to form a vitreous insulating layer having a desired thickness (distance from the surface to the internal electrode). Here, the surface may be subjected to uneven processing and groove processing for placing an adsorbate.
このようにして得られたガラス質静電チャックの模式的な断面図を図4に示した。
ここで、ガラス質絶縁層7とガラス質基盤4とが互いに融着していて、両者の間には接合界面が目視では確認できない状態で実質的に一体化している。
また、ガラス質基盤4に設けられた貫通穴(図3の5)には内部の電極3と電気的なコンタクトを取るために端子6が接着剤による接着や溶接、または機械的な押し付け機構により電極パッド2に接続される。これにより外部に準備された高電圧電源(図示せず。)により内部の電極に高電圧を負荷することができるようになる。
A schematic sectional view of the vitreous electrostatic chuck thus obtained is shown in FIG.
Here, the vitreous insulating layer 7 and the
Further, in order to make electrical contact with the
ここで、端子の位置は、なるべく静電チャックの外側にしなければならない。内側に配置すると1つの端子とそのもう片方の端子と反対側の位置から静電チャック外縁までの間で電極が交互に配線できないからである。そのため、電極端子は静電チャックの内部電極の最外径の位置より内側で距離にして端子直径の3倍または50mm以内までにすることが望ましい。これ以上端子を内側に配置するとその端子から外縁までの吸着力が発現しない領域が無視できなくなる。 Here, the position of the terminal should be outside the electrostatic chuck as much as possible. This is because the electrodes cannot be alternately wired between one terminal and the position opposite to the other terminal to the outer edge of the electrostatic chuck when arranged inside. For this reason, it is desirable that the electrode terminal is a distance inside the position of the outermost diameter of the internal electrode of the electrostatic chuck, and the distance is 3 times the terminal diameter or within 50 mm. If the terminal is further arranged on the inner side, a region where the attractive force from the terminal to the outer edge is not exhibited cannot be ignored.
また端子の直径は0.3mm以上、配線間隔の40倍以下が望ましい。それより小さいと端子の加工が難しく、また大きすぎると上述の理由で述べた吸着力が働かない領域が無視できなくなるからである。 The terminal diameter is preferably 0.3 mm or more and 40 times or less of the wiring interval. If it is smaller than that, it is difficult to process the terminal, and if it is too large, the region where the adsorption force described above does not work cannot be ignored.
外部電源は直流または交流またはその両方が重畳したもののどれであってもかまわない。内部電極間の電界強度が106V/m以上5×107V/m未満になるように出力電圧を設定すれば吸着物が絶縁性のガラス基板であっても室温で静電吸着することができる。特に、硼珪酸ガラスのように室温近傍での体積抵抗率が1015Ωcm以上と非常に高いものであっても4×106V/m以上の電界強度を与えれば静電吸着することが可能である。 The external power supply may be either DC or AC or a combination of both. If the output voltage is set so that the electric field strength between the internal electrodes is 10 6 V / m or more and less than 5 × 10 7 V / m, even if the adsorbed material is an insulating glass substrate, it can be electrostatically adsorbed at room temperature. Can do. In particular, even if the volume resistivity near room temperature is as high as 10 15 Ωcm or more like borosilicate glass, it can be electrostatically adsorbed if an electric field strength of 4 × 10 6 V / m or more is given. It is.
グレーディエント力を大きくするために、電極間隔と絶縁層厚みの関係はおおむね10:1〜1:2程度にすることが適当である。これより絶縁層厚みの比率が小さくなると接合後の絶縁層の加工により絶縁層の破損の可能性が著しく高くなる。また絶縁層厚みの比率が大きくなると、不平等電界の傾きが小さくなりグレーディエント力が小さくなり絶縁性ガラス基板の室温での吸着力が低下する。好適なのは電極間隔と絶縁層の関係が3:1〜1:1である。 In order to increase the gradient force, it is appropriate that the relationship between the electrode spacing and the insulating layer thickness is about 10: 1 to 1: 2. If the ratio of the insulating layer thickness becomes smaller than this, the possibility of breakage of the insulating layer due to the processing of the insulating layer after bonding becomes significantly high. Further, when the ratio of the insulating layer thickness is increased, the gradient of the unequal electric field is decreased, the gradient force is decreased, and the attractive force of the insulating glass substrate at room temperature is decreased. The relationship between the electrode interval and the insulating layer is preferably 3: 1 to 1: 1.
本発明は絶縁性ガラス基板の静電吸着だけでなく、直流電圧印加の場合は導電性または半導電性基板の静電吸着にも適用できる。このとき、絶縁層の体積抵抗率が1014Ωcm以上のときは主にクーロン力により、1014Ωcm未満ではジョンセンラーベック力による吸着力がグレーディエント力に付加される。 The present invention can be applied not only to electrostatic adsorption of an insulating glass substrate, but also to electrostatic adsorption of a conductive or semiconductive substrate when a DC voltage is applied. At this time, when the volume resistivity of the insulating layer is 10 14 Ωcm or more, mainly by the Coulomb force, if it is less than 10 14 Ωcm, the adsorption force by the Johnsen-Rahbek force is added to the gradient force.
またガラス質素材が石英ガラスの場合、熱膨張係数が著しく小さいため、ヒーター基盤を兼用させることも可能である。したがって静電チャックとしての電極以外に加熱抵抗体を同様の手法により内蔵させればヒーター機能内蔵静電チャックを製作することができる。
この場合も加熱抵抗体は接合温度および体積抵抗率により電極素材のなかから適宜選択することになる。
Further, when the vitreous material is quartz glass, the coefficient of thermal expansion is remarkably small, so that the heater base can also be used. Accordingly, an electrostatic chuck with a heater function can be manufactured by incorporating a heating resistor other than the electrode as an electrostatic chuck by the same method.
Also in this case, the heating resistor is appropriately selected from electrode materials depending on the bonding temperature and the volume resistivity.
次に、本発明では、ガラス質基盤に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程と、前記ガラス質基盤と前記電極を被覆するようにガラス質素材を溶融した溶融ガラスをガラス質基盤と電極の表面に溶接する工程と、前記溶接したガラス質素材の表面を研磨して所望の厚みのガラス質絶縁層となす工程と、を含むことを特徴とする前記のガラス質静電チャックの製造方法を提案している。 Next, in the present invention, a step of processing a groove in a vitreous substrate, a step of arranging an electrode in the groove, and a molten glass obtained by melting a vitreous material so as to cover the vitreous substrate and the electrode Welding the glass substrate and the surface of the electrode, and polishing the surface of the welded glassy material to form a glassy insulating layer having a desired thickness. A method for manufacturing a chuck is proposed.
図5に、本発明の製造方法を説明するための溶接により得られたガラス質静電チャックの模式的な断面図を示した。
まず、図5に示すような電極3が形成されたガラス質基盤を用意する。ここで、ガラス質基盤に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程は、前記した接合によるガラス質静電チャックの製造方法で説明した工程と同様である。
次に、ガラス質基盤と電極を被覆するようにガラス質素材を溶融した溶融ガラスをガラス質基盤と電極の表面に溶接した。ここで、ガラス質素材が石英ガラスである場合は、石英ガラスを火加工(フレーム加工)で溶かして電極を配置した溝を形成した面の全面に溶融したガラス質素材8を溶接する。このときガラス質素材の厚みが、少なくとも1mm以上の肉厚になるように溶接する。こうすることによって、ガラス質素材とガラス質基盤が隙間なく融着し一体化する。このとき溶接界面は目視では確認できず、電極が完全にガラス質素材の中に埋設される。
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a vitreous electrostatic chuck obtained by welding for explaining the manufacturing method of the present invention.
First, a vitreous substrate on which an
Next, molten glass obtained by melting a vitreous material so as to cover the glass substrate and the electrode was welded to the surfaces of the glass substrate and the electrode. Here, when the vitreous material is quartz glass, the melted
次に、溶接したガラス質素材の表面を研磨して所望の厚みのガラス質絶縁層となす。すなわち、溶接されたガラス質素材の表面は凹凸があるため、電極溝までの距離に注意しながら研削加工および研磨加工をして表面を平滑な面とする。こうすることで、電極がガラス質に内包され電極間の絶縁は接合法と同様に107V/m以上と非常に高くすることができる。 Next, the surface of the welded vitreous material is polished to form a vitreous insulating layer having a desired thickness. That is, since the surface of the welded glassy material has irregularities, the surface is smoothed by grinding and polishing while paying attention to the distance to the electrode groove. By carrying out like this, an electrode is included in glassy and the insulation between electrodes can be made very high with 10 7 V / m or more like a joining method.
上記は主に石英ガラスによる静電チャックを製作方法を念頭に置いて記載したが、接合または溶接する同一のガラス質素材は石英ガラスに限らない。パイレックスガラス(登録商標である。)であっても上記と同様に接合または溶接ができる。この場合、接合温度または溶接温度を低くできるので、電極素材の選択範囲が広がる。同様にソーダライムガラスや鉛ガラス、高珪酸ガラス(バイコール:商品名)やその他ガラス一般に適用できる。 The above description has been made mainly with the manufacturing method of an electrostatic chuck made of quartz glass in mind, but the same vitreous material to be joined or welded is not limited to quartz glass. Even Pyrex glass (registered trademark) can be joined or welded in the same manner as described above. In this case, since the joining temperature or the welding temperature can be lowered, the selection range of the electrode material is expanded. Similarly, it can be applied to soda-lime glass, lead glass, high silicate glass (Vycor: trade name) and other glasses in general.
以上、電極を配置する工程として、ガラス質素材を接合する前に配置する方法を適用する場合について説明したが、電極の線材をガラス質絶縁層とガラス質基盤を接合した後にできる空間に挿入することによって電極を形成する方法も適用できる。
この方法は、特に、接合や溶接温度が高く適切な電極素材が見当たらないときに有効な手段となる。この場合、絶縁層に溝を形成後、基盤と接合し、接合体の側面より複数の線材を挿入することになる。線材は片方の端部を各々溶接等により結合することによりくしの歯状の電極を形成することができる。
As described above, the case where the method of arranging the glassy material before joining the glassy material has been described as the step of arranging the electrode, but the wire of the electrode is inserted into the space formed after joining the glassy insulating layer and the glassy substrate. Thus, a method of forming an electrode can also be applied.
This method is particularly effective when the joining and welding temperatures are high and no suitable electrode material is found. In this case, after forming a groove in the insulating layer, it is bonded to the base, and a plurality of wires are inserted from the side surface of the bonded body. Comb teeth can be formed by joining one end of each wire rod by welding or the like.
ここで、本発明のガラス質静電チャックは、電極の間隔は50μm以上500μm未満であり、電極の幅は50μm以上2000μm未満であり、ガラス質絶縁層の厚みは50μm以上500μm未満であることが好ましい。
その理由は、このような構成にすることにより、体積抵抗率の非常に高い絶縁性ガラス基板を室温で吸着するときに充分なグレーディエント力を発揮させられることができるからである。即ち、電極の間隔が50μm未満、あるいは、電極の幅が50μm未満、あるいは、ガラス質絶縁層の厚みが50μm未満の場合は、グレーディエント力を発生させるために必要な不平等電界の領域が電極近傍のわずかな領域にしか作用しないため吸着した絶縁性ガラス基板に充分なグレーディエント力を発揮することができない。また、電極の間隔が500μm以上、あるいは、電極の幅が2000μm以上、あるいは、ガラス質絶縁層の厚みが500μm以上である場合も、不平等電界の傾きが小さくなり充分なグレーディエント力を発揮することができないため好ましくない。
Here, in the vitreous electrostatic chuck of the present invention, the distance between the electrodes is 50 μm or more and less than 500 μm, the width of the electrode is 50 μm or more and less than 2000 μm, and the thickness of the vitreous insulating layer is 50 μm or more and less than 500 μm. preferable.
The reason is that, by using such a configuration, a sufficient gradient force can be exhibited when an insulating glass substrate having a very high volume resistivity is adsorbed at room temperature. That is, when the electrode interval is less than 50 μm, the electrode width is less than 50 μm, or the thickness of the vitreous insulating layer is less than 50 μm, the region of the unequal electric field necessary for generating the gradient force is Since it acts only on a small area in the vicinity of the electrode, it cannot exert a sufficient gradient force on the adsorbed insulating glass substrate. Also, when the electrode spacing is 500 μm or more, the electrode width is 2000 μm or more, or the thickness of the glassy insulating layer is 500 μm or more, the gradient of the unequal electric field is reduced and sufficient gradient power is exhibited. It is not preferable because it cannot be done.
また、本発明のガラス質静電チャックは、電極間に負荷する電界が、1×106V/m以上5×107V/m未満であることが好ましい。
その理由は、電極間に負荷する電界が、1×106V/m未満と小さいと高電界が必要な絶縁性のガラス基板を室温で静電吸着することができなくなるからである。また、電極間に負荷する電界が、5×107V/m以上と大きくすると、電極間のリーク電流が無視できなくなるとともに絶縁破壊が起こり得て、ガラス基板を室温で静電吸着することができなくなり好ましくないからである。
In the vitreous electrostatic chuck of the present invention, the electric field applied between the electrodes is preferably 1 × 10 6 V / m or more and less than 5 × 10 7 V / m.
The reason is that if the electric field loaded between the electrodes is as small as less than 1 × 10 6 V / m, an insulating glass substrate that requires a high electric field cannot be electrostatically adsorbed at room temperature. Further, if the electric field applied between the electrodes is increased to 5 × 10 7 V / m or more, the leakage current between the electrodes cannot be ignored and dielectric breakdown can occur, and the glass substrate can be electrostatically adsorbed at room temperature. This is because it becomes impossible to do so.
(実施例1)
表1に記載したガラス質素材と電極素材を用い、前記した接合による一体化でガラス質静電チャックを製造する方法について説明する。
まず、ガラス質素材板(寸法:φ200×2mmt)にマスクをしたのちにエッチング、サンドブラストを適用して溝を加工した。前記溝に電極を配置する工程では、電極は、製膜法により厚みは0.5〜2μmの電極を形成した。電極幅および電極間隔は0.45mmと統一した。電極構造は図1のような一対の電極構造に統一し、電極パッドの寸法はφ8mmとし外部電極との接続用のため片側端面にM3のネジ穴を設けた。
次に、ガラス質基盤(寸法:φ200×5mmt)とガラス質素材板の接合面は、面粗さ(JIS規定の中心線平均粗さRa)が0.1μm以下となるように研磨仕上げした。
次に、ガラス質素材板とガラス質基盤とを間に電極が具備されるように接合面同士を合わせて表1に示した温度で接合した。ガラス質素材板とガラス質基盤とは、互いに融着していて、両者の間には隙間や接合界面が目視では確認できなかった。
次に、ガラス質素材板の表面を研磨して、ガラス質絶縁層の厚みが0.25mmとなるようにした。
ここで、電極端子の接着はφ8mmSUS端子を導電性接着剤で接着、120℃30分硬化とした。また、電極端子の位置はPCD160mmの位置に2等配とした。
以上のようにして、ガラス質絶縁層と前記ガラス質基盤とが同一素材からなり、かつ、接合により実質的に一体化したガラス質静電チャックを製造した。
Example 1
A method for producing a vitreous electrostatic chuck using the vitreous material and the electrode material described in Table 1 by integration by the above-described joining will be described.
First, a glassy material plate (dimension: φ200 × 2 mmt) was masked, and then etching and sandblasting were applied to process the grooves. In the step of arranging the electrode in the groove, an electrode having a thickness of 0.5 to 2 μm was formed by a film forming method. The electrode width and electrode interval were unified to 0.45 mm. The electrode structure is unified to a pair of electrode structures as shown in FIG. 1, the electrode pad size is φ8 mm, and an M3 screw hole is provided on one end face for connection to an external electrode.
Next, the glass substrate (dimension: φ200 × 5 mmt) and the glass substrate blank were joined by polishing so that the surface roughness (JIS specified centerline average roughness Ra) was 0.1 μm or less.
Next, the joining surfaces were combined and joined at the temperature shown in Table 1 so that the electrode was provided between the vitreous material plate and the vitreous substrate. The vitreous material plate and the vitreous substrate were fused to each other, and a gap and a joining interface could not be visually confirmed between them.
Next, the surface of the vitreous material plate was polished so that the thickness of the vitreous insulating layer was 0.25 mm.
Here, the electrode terminals were bonded by bonding a φ8 mm SUS terminal with a conductive adhesive and curing at 120 ° C. for 30 minutes. Further, the electrode terminals were arranged in two equal positions at a PCD of 160 mm.
As described above, a vitreous electrostatic chuck was produced in which the vitreous insulating layer and the vitreous substrate were made of the same material and were substantially integrated by bonding.
(吸着力の評価)
測定環境は大気中(クリーンルームクラス1000)とし、電極端子間電位差は直流電圧および交流電圧(50Hz)の10KVを印加した。
吸着物は絶縁性ガラス基板である旭ガラス製ソーダライムガラス(商品番号:PD200、厚み0.7mm)を用いた。
吸着力の評価判定は、吸着物を静電吸着させた後、プッシュプルゲージを用い、吸着物である絶縁性ガラス基板の側面を横方向から押し、吸着物がずれるときのプッシュプルゲージの値を読み、吸着面積あたりに換算した静止摩擦力に相当する値を求める方法により行った。
目安として静止摩擦力として0.2gf/cm2(垂直方向の吸着力に換算すると摩擦係数を約0.2として約1gf/cm2に相当)以上の値が得られれば、吸着物を良好に静電吸着できている(表中で○と評価した。)と判定した。
(Evaluation of adsorption power)
The measurement environment was the atmosphere (clean room class 1000), and the potential difference between the electrode terminals was 10 KV of DC voltage and AC voltage (50 Hz).
As adsorbate, soda lime glass (product number: PD200, thickness 0.7 mm) made of Asahi Glass, which is an insulating glass substrate, was used.
The evaluation of adsorption force is based on the value of the push-pull gauge when the adsorbed material is deviated by pressing the side of the insulating glass substrate, which is the adsorbed material, from the horizontal direction after electrostatically adsorbing the adsorbed material. Was obtained by a method of obtaining a value corresponding to the static friction force converted per adsorption area.
As long obtained 0.2 gf / cm 2 values above (corresponding to about 1 gf / cm 2 the friction coefficient and converted to suction force in the vertical direction about 0.2) as the static friction force as a guide, good adsorbates It was determined that electrostatic adsorption was possible (evaluated as ◯ in the table).
表1より、本発明によるガラス質静電チャックを用いれば、体積抵抗率の非常に高い絶縁性ガラス基板であっても室温においても静電吸着することができることが確認できた。また、電極素材としては、耐酸化性の大きい電極素材を用いればよいことが確認された。 From Table 1, it can be confirmed that, if the glassy electrostatic chuck according to the present invention is used, even an insulating glass substrate having a very high volume resistivity can be electrostatically adsorbed even at room temperature. Further, it was confirmed that an electrode material having high oxidation resistance may be used as the electrode material.
(実施例2)
表2に記載したガラス質素材からなるガラス質基盤(寸法:200×5mmt)に溝を加工して、溝に電極を配置した。ここで、ガラス質基盤に溝を加工する工程と、前記溝に電極を配置する工程は、前記した接合によるガラス質静電チャックの製造方法で説明した工程と同様である。また、用いた電極素材及び、その電極厚み、電極幅、電極間隔は表2に記した通りである。
次に、ガラス質基盤と電極を被覆するようにガラス質素材を溶融した溶融ガラスをガラス質基盤と電極の表面に溶接して、ガラス質絶縁層と前記ガラス質基盤とが同一素材からなり、かつ、実質的に一体化したガラス質静電チャックを作製した。なお、溶接温度は、表1の同一素材(ガラス質素材と電極素材)における接合温度と同一の温度で行った。次に、溶接したガラス質素材の表面を研磨して表2に記載した厚みのガラス質絶縁層とした。
このようにして得られたガラス質静電チャックのガラス質絶縁層とガラス質基盤とは、互いに融着していて、両者の間には隙間や接合界面が目視では確認できなかった。
(Example 2)
A groove was processed into a glassy substrate (dimension: 200 × 5 mmt) made of the glassy material shown in Table 2, and an electrode was placed in the groove. Here, the step of processing the groove in the vitreous substrate and the step of arranging the electrode in the groove are the same as the steps described in the method for manufacturing a glassy electrostatic chuck by the above-described bonding. Further, the electrode material used, the electrode thickness, the electrode width, and the electrode interval are as described in Table 2.
Next, the molten glass obtained by melting the vitreous material so as to cover the vitreous substrate and the electrode is welded to the surface of the vitreous substrate and the electrode, and the vitreous insulating layer and the vitreous substrate are made of the same material, A substantially integrated glassy electrostatic chuck was produced. The welding temperature was the same as the joining temperature of the same material (glassy material and electrode material) shown in Table 1. Next, the surface of the welded vitreous material was polished to obtain a vitreous insulating layer having a thickness described in Table 2.
The vitreous insulating layer and the vitreous substrate of the vitreous electrostatic chuck thus obtained were fused to each other, and no gap or joint interface could be visually confirmed between them.
得られたガラス質静電チャックの吸着力の評価を接合法により得られたガラス質静電チャックと同様に評価した。表2より、溶接法によっても絶縁性ガラス基板を良好に静電吸着することができるガラス質静電チャックが得られることが確認できた。また、電極間隔、電極幅および絶縁層厚みに関して一定の制約が確認された。
すなわち、前記したように、本発明のガラス質静電チャックは、電極の間隔は50μm以上500μm未満であり、電極の幅は50μm以上2000μm未満であり、ガラス質絶縁層の厚みは50μm以上500μm未満であることが好ましいことが分かった。
Evaluation of the attracting force of the obtained glassy electrostatic chuck was evaluated in the same manner as the glassy electrostatic chuck obtained by the bonding method. From Table 2, it was confirmed that a vitreous electrostatic chuck capable of satisfactorily electrostatically adsorbing the insulating glass substrate also by the welding method was obtained. In addition, certain restrictions regarding the electrode spacing, electrode width, and insulating layer thickness were confirmed.
That is, as described above, in the vitreous electrostatic chuck of the present invention, the electrode interval is 50 μm or more and less than 500 μm, the electrode width is 50 μm or more and less than 2000 μm, and the thickness of the glassy insulating layer is 50 μm or more and less than 500 μm. It turned out that it is preferable.
1…ガラス質素材板
2…電極パッド
3…電極
4…ガラス質基盤
5…貫通穴
6…端子
7…ガラス質絶縁層
8…溶接されたガラス質素材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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