JP2009246325A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】 縦方向に２層の電極構成を有する静電チャックにおいて、吸着時にその吸着面側の電極層の開口部上部にできる吸着面の凹部と被吸着基板の間に溜まるであろう空気等のガスをその吸着面以外のところへ逃がす構造を設け真空排気に要する時間を改善し、又予期せぬ放電発生を防止する。
【解決手段】 吸着面に溝を施し、その溝が前記吸着電極層の開口部分上部の領域を連接し、前記吸着面の前記吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所へ延長することを特徴とする静電チャックとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル製造に使用される基板貼り合せ装置、イオンドーピング装置、また半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、などに具備されているガラス基板や半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。

静電チャックは電極に印加する電圧により静電気を発生させてガラス基板やシリコンウエハ等を吸着そして保持する装置である。静電チャックの電極構成は印加電圧の極性から単極型や双極型が存在するが、いずれの場合も電極の配置は吸着面と並行する同一面内に設けていた。しかし近年、液晶パネル製造装置において大型のガラス基板を取り扱うことが基板の大型化に伴い必須となり、静電チャックにおいてもその吸着力の向上を目的として、吸着面に対して垂直な方向に２層の電極構成とすることが提唱されている。本出願と同一の出願人によるＷＯ２００５／０９１３５６号（特許文献１）およびＷＯ２００７／００７６７４号公報（特許文献２）には、この２層の電極構成によってガラス等の電気絶縁性の高い基板を吸着そして保持させる静電チャックが開示されている。電界のいわゆるグラディエント力により誘電体であるガラス基板を吸着させるもので、２層の電極間の距離を極端に狭くすることでその力を高めることができる。

２層の電極構成を有する静電チャックの一例を図２に示す。図２（ａ）はその上面から見たところ、そして図２（ｂ）は断面を模式的に示す。静電チャック２００の積層構成は吸着面１ａから金属基盤６に向かって順番に第一絶縁層１、第一電極層２、第二絶縁層３、第二電極層４、第三絶縁層５となっており、これらの各層間は接着性材料などで強固に貼り付けられ金属基盤６に固着されている。第一電極層２は円形の第一電極層の開口部２ａを複数有し第二電極層４は静電チャック２００のほぼ全面積にわたるベタ層である。第一電極層２と第二電極層４の間に電源１０により双極の電圧（大地電位に対してプラスとマイナス）を与えると、第二電極層４から発生する電界が第二絶縁層３と第一電極層の開口部２ａを通り抜け第一絶縁層１そして被吸着基板５０にまで到達するように構成されている。なお、本例では金属基盤６は双極の電源１０の大地電位につながっている。静電チャック２００の裏面から第一電極層２への電位供給は、給電端子８から行い、給電端子８と第一電極層の接続部８ａにて接続される。給電端子８と基盤６を電気的に絶縁するため給電端子絶縁部９が設けられている。給電方法は第二電極４についても同様である。また、金属基盤６を冷却水により冷却するためにその内部に冷却水路７が設けられている。グラディエント力は電界強度の高くなる第一電極層２のエッジの部分でのみ発生し、前述の開口部２ａが無い場合には第一電極層２と第二電極層４の間に電源１０により電圧を印加しても原理的に吸着力となるグラディエント力は働かない。

電極構成を以上のように２層構成にすると第一電極層２の厚みが実際には１μｍ程度以上あるため、第一電極層２に第一電極層の開口部２ａすなわちその電極が存在しない部分があるとその上層の第一絶縁層１は窪んだようになって吸着面１ａに凹状の高さの低い部分凹部１ｂが出来てしまう。真空状態でこのような構成の静電チャックを使用すると、吸着面の凹部１ｂは被吸着基板５０によって蓋をされたような状態となって、その部分に空気などが閉じ込められることになる。この結果、大型基板では真空引きに要する時間が閉じ込められた空気が少しずつ漏れ出すことにより極端に長くなる、あるいは真空度が一定以上に上がらないために電極間などで絶縁破壊を起こすという問題があった。

ＷＯ２００５／０９１３５６号公報。 ＷＯ２００７／００７６７４号公報。

本発明が解決しようとする第一の課題は２層の電極構成を有する静電チャックで吸着時に第一電極層の開口部上部にできる吸着面の凹部と被吸着基板の間に溜まるであろう空気等のガスをその吸着面以外のところへ逃がす構造を設けることである。

請求項１に記載の発明は、吸着電極層が吸着面に対して垂直方向に複数有する静電チャックにおいて、前記吸着面に溝を有し、その溝が前記吸着電極層の開口部分上部の領域を連接し、前記吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所へ延長することを特徴とする静電チャックである。本発明で吸着面の吸着電極層に係る凹部は吸着面の溝で連接され、吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所へ導かれる。周辺部の溝の端部は、当該静電チャックを搭載する基板処理装置、例えば液晶基板貼り合わせ装置やイオン注入装置の真空排気される基板処理室内に直接面している。又、前記の一つ若しくは複数の定められた箇所から、例えば貫通する孔により吸着面と反対側の後述する金属基盤の裏面にまで通路を確保し、前記の基盤処理室内へと開口させる。さらに、周辺部へ延長させる溝と一つ若しくは複数の定められた箇所から抜ける孔を併用しその効果を高めることもできる。これらにより、真空ポンプにより処理室の真空引きを開始するとその室内の空気やその他のガスと共に、静電チャックの吸着面の溝を通じて連接された吸着面の凹部にある空気やその他のガスも排気できる。

吸着面に形成する溝の深さと幅は排気される空気やその他のガスの流れのコンダクタンスを良くするためになるべく大きくする必要がある。一方、溝の幅の寸法を大きくすると、吸着面と基板の接触面積が少なくなり基板の冷却性能が低下する、また溝の深さを増すと溝の中にパーティクル等が溜まりやすくなり、それらが半導体素子の製造工程で混入などして不可逆な性能欠陥を生じる原因になる可能性が高まる。以上のことを勘案すると、溝の幅は０．５〜５ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍの範囲が好適である。そして、溝の深さは５〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍの範囲が好適である。又、前記の一つ若しくは複数の定められた箇所から金属基盤の裏面側へ貫通させる孔の大きさは、１〜１０ｍｍ程度が好ましい。吸着面を形成する絶縁層の材料としてはポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトンなどの機能性高分子材料、フッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂やシリコーン系樹脂、その他バルクや溶射で形成するアルミナ、チッカアルミなどのセラミックがある。

吸着面の吸着電極層に係る凹部は吸着面の溝で連接される。この連接によりすべて吸着面の凹部は溝により吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所へつながり、被吸着基板と吸着面が密着した場合でも、当該凹部は密閉されることなく外部、すなわち静電チャックが設置されている処理室に開口している。溝の這わせ方は吸着面内側から外側の周辺部へ向けてなるべく短い距離で複数の溝により連接するのが好ましい。コンダクタンスを良くして、なるべく短時間に該当するすべての凹部に溜まっている空気などのガスを排気するためである。溝を這わせるパターンとしては、放射状、直線状、スパイラル状などが好適で、さらにそれらを２以上組み合わせたパターンも考えられる。

請求項２に記載の発明は、吸着面の溝は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みは維持したまま吸着面の下の電極層の厚みをその電極層の他の部分よりも薄く又は全く無くしたことを特徴とする、請求項１に記載の静電チャックである。静電チャックの電極層の材質は銅をはじめ、アルミニウム、タングステン又はモリブデン等で形成され、吸着面を形成している第一絶縁層の直下に位置する。電極層の厚みは０．１〜１００μｍの範囲、電極のパターン形状はベタ平面、扇状、同心円状、半円状、櫛場状等が一般的である。ここで電極層の厚みを一部薄くし又は全く無くして吸着面から見てその高さが低くなるようにすると、その部分は同じ厚みの第一絶縁層を第一電極層の上に形成した場合、その吸着面は第一電極層の高さに添って形成されるため、第一電極層の薄い部分の上部の吸着面には第一絶縁層を薄くした分と同じ深さの溝が形成させることになる。電極層を薄くする程度は５μｍからもとの電極層の厚みの範囲が好ましい。ここで、吸着面に溝を形成するために第一電極層を全く無くしてしまうとその部分はグラディエント力に関して前述の開口部と同様の効果を生じることになるが、特許文献２（ＷＯ２００７／００７６７４号公報）に開示した、第一電極の電極パターンの最適化とは関係なく、付随的に生じるものととらえられる。

請求項３に記載の発明は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みをその絶縁層の他の部分よりも薄く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。溝を形成したい部分は第一絶縁層を薄くする。この方法としては、第一絶縁層を積層構造として溝を形成する部分は一または複数の層が無いようにするすることで達成できる。他の手法としては、マスクを使ったエッチング手法により溝を形成する部分を腐食、溶解させて必要な深さまで侵食させることもできる。

請求項４に記載の発明は、その吸着面の厚みは維持したままその下の電極層の厚みをその電極層の他の部分よりも薄く又は全く無くしてしまうことで構成する、請求項１、２に記載の静電チャック吸着面の溝の形成方法である。

請求項５に記載の発明は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みをその絶縁層の他の部分よりも薄く又は全く無くしてしまうことで構成する、請求項１、３に記載の静電チャック吸着面の溝の形成方法である。

請求項６に記載の発明は、吸着電極層が吸着面に対して垂直方向に複数有する静電チャックを有する基板処理装置において、前記吸着面に溝を有し、その溝が前記吸着電極層の開口部分上部の領域を連接し、前記吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所から、被吸着基板と前記静電チャックの吸着面の間に閉じ込められた空気などのガスを短時間に真空に引くことを特徴とする、前記基板処理装置の真空引きの方法である。

本発明により、２層電極構成の静電チャックにおいてその第一電極層のパターン形状により、被吸着基板を当該静電チャックに吸着させたとき、被吸着基板の裏面と静電チャックの吸着面で密閉される状況があったとしても、その部分を吸着面に形成する溝を介して静電チャックが設置されている処理室に通じているため、処理室を真空排気すると、静電チャックの吸着面上に空気その他のガスが残留することはない。結果、処理室の真空度は所定時間に所定のレベルまで達し、低い真空度で問題になる吸着面の放電の可能性もなくすことができる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例の一形態を図１に基づいて説明する。図１（ａ）は静電チャック１００の上面から見たところ、図１（ｂ）はその断面のようすを示すが、これらの図は以下実施例で説明する内容がわかり易いよう、その一部分を示すことに注意。

以下に実施例の構成を示す。金属基盤６として厚み２０ｍｍのアルミニウム金属を４００ｍｍ×５００ｍｍ用意し、その表面を機械研磨で±２０μｍ以下に仕上げる。冷却水路７の加工、直径１ｍｍの貫通孔１１の加工そして給電端子８と給電端子絶縁部９を後に挿入できるようにあらかじめ直径１０ｍｍの孔を明ける。静電チャック１００の積層構成は吸着面１ａから金属基盤６に向かって順番に第一絶縁層１、第一電極層２、第二絶縁層３、第二電極層４、第三絶縁層５となっている。第一電極層２、第二絶縁層３、第二電極層４の形成はポリイミドの絶縁層の両面に銅の薄い層を有する銅張積層シート（新日鐵化学株式会社、同社商品名「エスパネックス」）を用いた。大きさは金属基盤６と同じ４００ｍｍ×５００ｍｍである。第一電極層２と第二電極層４の厚みは共に９μｍ、第二絶縁層３は５０μｍである。第一電極層２は直径２ｍｍの円形の開口部２ａを複数有し、それら開口部２ａは中央部から周辺部へ向けて２方向に連通するように１ｍｍ幅の直線でむすぶよう、エッチング処理により除去した。仕上がりの第一電極層２のパターンは図１（ａ）で薄い色の斜線で示す部分であり、第一電極層の開口部２ａと溝部１０に相当する部分は銅が除去されている。一方、第二電極層４は静電チャック１００のほぼ全面積にわたるベタ層である。エッチングで除去される銅の部分はない。又、貫通孔１１に合わせるため、銅張積層シートはその中央部に直径１ｍｍの孔加工を施す。このパターンニングされた銅張積層シートは同じ大きさで厚さ２５μｍの熱可塑性ボンディングシートを両面に介して第一電極層２の側には厚さ５０μｍのポリイミドシート、第二電極層４側はそのままで、金属基盤６に高温プレス機にて接着させ、第一絶縁層１と第三絶縁層５を形成する。処理温度は２００℃、圧力は３ＭＰａである。この厚さ５０μｍのポリイミドシートは第一絶縁層１に相当するが、その吸着面１ａ側には第一絶縁層の一部を薄くして形成した溝部１２を作るため、エッチング方法により図１（ａ）に示すようなパターンに深さ８μｍになるよう張り合わせ前に処理した。後に貫通孔１１とこの第一絶縁層の一部を薄くして形成した溝部１２により貫通孔１１と吸着面１ａの一部の凹部１ｂを連接させる。静電チャック１００の吸着面１ａ側のプレス機側には溝部１０が形成され易いよう、やや厚めの柔軟な離型紙をはさみこませる。給電端子８と給電端子絶縁部９は前記の接着作業による固着が確認された後、各部品を金属基盤６にエポキシ系接着剤で接着するとともに給電端子８の先端部を第一電極層２と導電性ペーストにより接着し、給電端子と第一電極層の接続部８ａを形成する。最後に貫通孔１１を開通させるため、第一絶縁層１と第三絶縁層５に孔を通し、本静電チャック１００を完成する。溝部１０の幅は平均０．８ｍｍでその深さは第一電極層２の厚みよりやや小さい平均８μｍであった。

完成した静電チャック１００はそのすべての開口部２ａは平均幅０．８ｍｍ、平均深さ８μｍの溝部１０により連接され、その周辺部へ開口している。

実施例で示す本発明の静電チャック 従来例で示す静電チャック

符号の説明

１ 第一絶縁層
１ａ 吸着面
１ｂ 凹部
２ 第一電極層
２ａ 第一電極層の開口部
３ 第二絶縁層
４ 第二電極層
５ 第三絶縁層
６ 金属基盤
７ 冷却水路
８ 給電端子
８ａ 給電端子と第一電極層の接続部
９ 給電端子絶縁部
１０ 溝部
１１ 貫通孔
１２ 第一絶縁層の一部を薄くして形成した溝部
５０ 被吸着基板
１００ 本発明の実施例で示す静電チャック
２００ 従来例の静電チャック

Claims (6)

1. 吸着電極層が吸着面に対して垂直方向に複数有する静電チャックにおいて、前記吸着面に溝を有し、その溝が前記吸着電極層の開口部分上部の領域を連接し、前記吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所へ延長することを特徴とする静電チャック。
2. 前記吸着面の溝は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みは維持したまま吸着面の下の電極層の厚みをその電極層の他の部分よりも薄く又は全く無くしたことを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記吸着面の溝は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みをその絶縁層の他の部分よりも薄く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。
4. 前記吸着面の溝は、その吸着面の厚みは維持したままその下の電極層の厚みをその電極層の他の部分よりも薄く又は全く無くしてしまうことで構成する、請求項１、２に記載の静電チャック吸着面の溝の形成方法。
5. 前記吸着面の溝は、その吸着面を構成している絶縁層の厚みをその絶縁層の他の部分よりも薄く又は全く無くしてしまうことで構成する、請求項１、３に記載の静電チャック吸着面の溝の形成方法。
6. 吸着電極層が吸着面に対して垂直方向に複数有する静電チャックを有する基板処理装置において、前記吸着面に溝を有し、その溝が前記吸着電極層の開口部分上部の領域を連接し、前記吸着面の周辺部又は一つ若しくは複数の定められた箇所から、被吸着基板と前記静電チャックの吸着面の間に閉じ込められた空気などのガスを短時間に真空に引くことを特徴とする、前記基板処理装置の真空引きの方法。

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