JP4268450B2

JP4268450B2 - ディスプレー用大型ガラス基板吸着装置

Info

Publication number: JP4268450B2
Application number: JP2003146524A
Authority: JP
Inventors: 一弘大木; 重人鎌田; 猛谷古宇; 知之小倉; 達也塩貝; 守石井; 浩正下嶋; 直水小田野
Original assignee: Canon Inc; Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Canon Inc; Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004349557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレー用大型ガラス基板を吸着保持するのに用いられる吸着装置に関するもので、さらに詳しくは、基材とこの基材上面に形成されたセラミック絶縁層と、このセラミック絶縁層の上に形成された電極層と、この電極層を被覆するように前記セラミック絶縁層の上に形成されたセラミック誘電体層とを具備し、セラミック誘電体層上の載置部にディスプレー用大型ガラス基板を載置して静電力によりガラス基板を吸着する吸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型かつ薄型のディスプレー装置の供給が進むにつれて、このようなディスプレー装置に用いるガラス基板が被加工物となることが多くなり、そこで必要となる大型のガラス基板を加工処理時に吸着保持するための吸着装置にも大型化が求められている。
【０００３】
しかし、従来のＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等のセラミックス製静電吸着装置の場合、製造装置等の問題から、大型の吸着装置の製造は困難な状況にある。その為、分割した静電吸着装置を使用する場合があったが、この場合、ディスプレーの製造プロセスに悪影響を及ぼすという問題があった。これに対しては、特開昭５９−１５２６３６号公報（特許文献１）に開示されているように、アルミニウム等からなる基材上に、絶縁層、電極層及び誘電体層等を溶射や蒸着により形成する方法を用いることにより、大型の静電吸着装置を得ることが可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５９−１５２６３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ディスプレー製造工程の多様化に伴い、そのプロセスもより過酷な条件となってきており、高温が必要なプロセスも必要となってきている。そのため、ディスプレーの製造工程における高温プロセス時の、被吸着物たる基板の均熱性が非常に重要な問題になりつつある。しかし、特許文献１に記載のような従来の静電吸着装置では、高温プロセス時の基板の均熱性確保は困難であった。
【０００６】
また上記従来の溶射法により基材上の表層構造を形成する静電吸着装置の場合、基材にはアルミニウム等が用いられており、高温で使用した場合、基材と該基材上に溶射により形成された層とが、熱膨張差により剥離するといった問題もあった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ディスプレー用大型ガラス基板を単体の吸着装置で吸着可能でありながら、高温プロセス時においても基板の均熱性を確保することのできるディスプレー用大型ガラス基板吸着装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
また更に本発明は、高温プロセス時に、基材と該基材上に溶射により形成された層とが剥離しないディスプレー用大型ガラス基板吸着装置を提供することをも目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明は、
溶射法により、基材の上部に設けられたセラミック絶縁層と、このセラミック絶縁層の上部に設けられた電極層と、この電極層を被覆するように設けられたセラミック誘電体層とを具備するディスプレー用大型ガラス基板吸着装置であって、前記セラミック絶縁層及びセラミック誘電体層の厚さがそれぞれ１００〜５００μｍであり、前記セラミック誘電体層上の載置部の、ディスプレー用大型ガラス基板と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の２０〜８０％となるように、載置部がエンボス形状を有しており、該エンボス形状を構成する凸部の高さが１０〜１００μｍであることを特徴とするディスプレー用大型ガラス基板である。
【００１０】
また本発明は、
「前記基材の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、基材上に設けられる前記、セラミック絶縁層とセラミック誘電体層の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が、２×１０^-6／℃以下であること」、
「前記電極層への給電に用いる給電端子を具備し、該給電端子の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、前記基材の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が２×１０^-6／℃以下であること」、
「前記接触面のＲａが、１．０μｍ以下であること」、
を好ましい態様として含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の構成によるディスプレー用大型ガラス基板吸着装置（以下静電吸着装置と略）の模式的断面図である。
【００１２】
ここで、本発明の静電吸着装置は、基材１と、この基材１の上面に溶射により形成された絶縁層２と、この絶縁層２に上に溶射により形成された電極層３と、この電極層３を被覆するように前記絶縁層２の上に溶射により形成された絶縁層４とを具備する。また、５は導電性材料からなる給電ピンであり電極層３と導通している。６は給電ピン５と基材１との絶縁を目的とした絶縁管である。これら給電ピン５と絶縁管６とにより、電極層３に電荷を供給する給電端子が構成されている。
【００１３】
そして本発明では、このような静電吸着装置の表面、即ち誘電体層上の載置部が、エンボス形状を有している。図２は本発明の静電吸着装置の載置部の形状の一例を示す斜視図である。このように、載置部のエンボス形状は、載置部上に載置されるディスプレー用大型ガラス基板（以下、基板と略）と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の２０〜８０％となるように形成されている。
【００１４】
これにより、単一の静電吸着装置により、被吸着物たる大型の基板を平坦に保って吸着させつつ、高温プロセス時においても基板の均熱性が確保できることとなる。上記接触面の面積が載置部の全面積の２０％未満の場合、基板の均熱性確保には有効であるが、基板の平面度が得られ難くなり、８０％を超えると均熱性確保が十分ではなくなってしまう。
【００１５】
本発明においてエンボス形状とは、図２に示すように、頂部が平坦な凸部７が載置部１０の全域に渡って形成され、かつ該凸部の高さが揃えられた浮き彫り状の形状を意味している。凸部７の平坦な頂部上に基板が載置されるため、この部分が基板と接触する載置部の接触面８となる。
【００１６】
凸部は、図２に示すように不連続に複数に分けて形成されていても良いし、全域に渡って連続的に形成されていても良いが、載置する基板の均熱性確保を考慮すると、図２に示すように不連続に複数に分けて形成されていることが好ましい。
【００１７】
エンボス形状を構成する凸部の高さは１０μｍ〜１００μｍ程度であり、基板を平坦な状態で支持する必要があるため、載置部全体に渡って略均一に凸部が配置されていることが好ましい。
【００１８】
尚、本発明におけるエンボス形状は、図２に示す形態に限らず、ディスプレー用大型ガラス基板と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の２０〜８０％の範囲の接触面積を有していれば良い。従って、凸部の接触面の形状は、図２に示すような円形の他にも、角形、多角形や、載置部を横切って平行に並べられた長尺形等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。また、凸部の接触面の面方向の大きさについては、例えば上記円形等で別個に形成される形状であれば径がφ１．５〜φ１０程度、長尺形状等であれば、短手方向の幅が１．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。さらに凸部の側面は、図２のように直立状である必要はなく、傾斜していても構わない。
【００１９】
また本発明では、基材の、２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、その上部に設けられる絶縁層、誘電体層といった各層の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が、２×１０^-6／℃以下であることが好ましい。こうすることで、高温（〜３５０℃）で使用した場合の各層間で熱膨張差による剥離を防ぐことができる。
【００２０】
さらに本発明では、給電端子の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、前記基材の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が２×１０^-6／℃以下であることが好ましい。こうすることで、高温（〜３５０℃）で使用した場合の給電端子を構成する材質と基材との熱膨張差による、給電ピンの突き上げ等によるクラック等の発生を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、本発明では、静電吸着装置の誘電体層と基板との接触面のＲａが、１．０μｍ以下であることが好ましい。これは、表面のＲａが１．０μｍを超えると静電吸着力の低下する為である。
【００２２】
次に、本発明の静電吸着装置の製造方法を説明する。
【００２３】
まず基材となる材料を用意する。前記、セラミック絶縁層とセラミック誘電体層を溶射法により形成していることから、このセラミック層との熱膨張差を考慮して、基材を選定しなければならない。この基材としては、インバーやコバルト合金等の低熱膨張合金、或いは金属−セラミックス複合材料（ＭＭＣ）等を、該基材上に設ける各層の熱膨張係数を考慮して選択するのが好ましい。
【００２４】
次に、基材に、その上部に形成される電極層への給電を目的とした給電端子を接着する。給電端子としては、基材と、さらに好ましくはその上部に形成される各層とも、熱膨張係数をマッチングさせるために、図１に示した様に、給電ピンとして低熱膨張合金、ＭＭＣ等を用い、これに酸化アルミニウム等を溶射して作製したものや、給電ピンをマシナブルセラミックス等からなる絶縁管に接着した構造のもの等を用いることが好ましい。この場合、給電ピン及び絶縁管、即ち給電端子の２０〜２００℃の平均熱膨張係数と、基材の２０〜２００℃の平均熱膨張係数との差を２×１０^-6／℃以下とすることが望ましい。こうすることで、高温時に給電ピン材質の突き上げにより、基材上の各層にクラック等が発生することを抑制することが可能となる。
【００２５】
次に、基材表面を酸化アルミニウム、炭化ケイ素等のブラスト材料を用いて表面を均一に粗面化すると共に、洗浄する。その後、基材との密着性を考慮してアンダーコートとして、ニッケル、アルミニウム、クロム、コバルト、モリブデン等の金属の層、又は夫々がこれらの金属からなる複数の層を溶射法によって形成する。このアンダーコート層の形成は、使用環境によって適宜実施し、必ずしも必要なものではない。その後、このアンダーコート層上面にプラズマ溶射法等により、酸化アルミニウム等のセラミックスからなる絶縁層を形成する。
【００２６】
次に、この絶縁層へ封孔処理を実施する。この封孔処理は、絶縁層への封孔処理剤の含浸を完全なものにする為である。この工程における封孔処理は、使用環境によって適宜実施し必ずしも必要なものではない。
【００２７】
次に、その上面にプラズマ溶射法等で電極層を形成する。電極層には、ニッケル、タングステン、アルミニウム等が好ましく使用できる。電極層の厚さとしては、３０〜１００μｍ程度が好ましい。その理由は、３０μｍより薄いと層が均一に形成されず、吸着力にムラが生じやすくなり、１００μｍより厚いと、電極層と絶縁層との間の段差が大きくなり、上部に形成される誘電体層の耐電圧特性が低下するため好ましくないからである。
【００２８】
その後、この上面に、更にプラズマ溶射法等で酸化アルミニウム−５重量％酸化チタン等のセラミックス層からなる誘電体層を形成して静電吸着装置とする。
【００２９】
次に、溶射法により形成された層中のポアを充填する封孔処理を実施する。封孔処理剤としては、シリカゾル、アルミナゾル、マグネシアゾルなどのコロイダル状のスラリー、あるいは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の金属アルコキシド系ポリマー及びこれらのポリマーとメラミン、アクリル、フェノール、フッ素、シリコン、アクリル樹脂等の各種樹脂を含有するものを使用することができる。
【００３０】
尚、上記絶縁層及び誘電体層の厚さは、１００〜５００μｍ程度が好ましく、１００μｍより薄いと耐電圧が低くなり絶縁破壊が起こりやすく、５００μｍより厚いと電極層及び基材との熱膨張差が顕著になり、熱衝撃による亀裂や破損が生じやすく、しかも吸着力も低下するため好ましくない。
【００３１】
また、絶縁層であるセラミックス層の種類は最も一般的なものは酸化アルミニウムであるが、これに限定されるものではなく、基材との熱膨張差等を考慮し、セラミックスの種類を適宜選べばよい。また、誘電体層であるセラミックス層の種類は、最も一般的なものは酸化アルミニウム−酸化チタン系のものであるが、これに限定されるものではなく、必要な特性、例えば、高い誘電率が必要であれば、必要な誘電率の大きさに応じてセラミックスの種類を適宜選べばよい。
【００３２】
次に、研削加工、ラップ処理を実施し、誘電体層表面を表面粗さＲａ：１．０μｍ以下とする。その後、ブラスト処理を行い、載置部を上記のエンボス形状とする。
【００３３】
次に、先程と同様の封孔処理を実施する。
【００３４】
以上のような方法で静電吸着装置を作製すれば、高温（〜３５０℃）で使用が可能で耐電圧特性が極めて優れ、被吸着物たる基板の均熱性確保にも優れ、さらには熱膨張差により基材上に設けられた各層の剥離も防止された静電吸着装置が得られる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例と比較例とをあげて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３６】
（実施例）
（１）基材の作製
強化材として＃１８０（平均粒径６６μｍ）の市販のＳｉＣ粉末７０重量部と＃５００（平均粒径２５μｍ）の市販のＳｉＣ粉末３０重量部を用い、それにバインダーとしてコロイダルシリカ液を、そのシリカ固形分が２重量部となる量を添加し、それに消泡剤としてフォーマスタＶＬ（サンノプコ社製）を０．２重量部、イオン交換水を２４重量部加え、ポットミルで１２時間混合した。こうして得られたスラリーをサイズ１００８×６８０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの成形体が得られるメッシュ付金型に流し込んでフィルタープレスし、それを脱型した後、１０００℃で焼成してプリフォームを形成した。
【００３７】
得られたプリフォームとＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ−２Ｃｕ−３Ｔｉ組成のアルミニウム合金とを組み合わせ、その合金をプリフォーム中に窒素気流中で８２５℃の温度で６０時間非加圧浸透させた後、冷却してＳｉＣ粉末の含有率が７０体積％の金属−セラミックス複合材料を作製した（サイズ：１００８×６８０×４０ｍｍｔ）。この金属−セラミックス複合材料を基材として使用した。
【００３８】
（２）給電端子の接着
この基材に、後工程で基材上に形成される電極層に給電するための給電端子を接着する。この給電端子としては、基材に用いた金属−セラミックス複合材料との熱膨張差を考慮して、ニレジストＤ−５（低熱膨張合金）等からなる給電ピンとマシナブルセラミックス（ホトベールＬ）製の絶縁管を使用した。
【００３９】
（３）絶縁層の形成
基材表面を、絶縁層との密着力を向上させる為に、表面粗さがＲｍａｘで５μｍ以上になるまで、ブラスト処理した後、その上面にプラズマ溶射で酸化アルミニウム層を４００μｍの厚さに形成する。
【００４０】
（４）絶縁層封孔処理
次に、基材上に形成された絶縁層へ、大気中でＳｉＯ₂系の金属アルコキシドを用いて封孔処理を実施した。
【００４１】
（５）電極層、誘電体層の形成
次に、Ｎｉ電極層を５０μｍの厚さにプラズマ溶射した後、この上面にプラズマ溶射により酸化アルミニウム−５重量％酸化チタン層を５００μｍの厚さに形成した。
【００４２】
（６）封孔処理と研削、ラップ、ブラスト処理
その後、（４）と同様の方法でＳｉＯ₂系の金属アルコキシドを用いて封孔処理を実施した後、平面研削盤を用いてトップ層の厚みを３７０μｍになるまで研削加工し、その後ラップ処理を実施しトップ層の厚みが３５０μｍでかつ表面粗さＲａを０．５μｍとした。その後、この静電吸着装置表面をブラスト加工して、被吸着物との接触面積が７０％のエンボス形状とした。このエンボス形状は、５０μｍ程の高さで、接触面の形状が直径４．７ｍｍの円形状の凸部が、正方格子上に並んだ、図２に示すような形状とした。
【００４３】
（７）封孔処理
その後、（４）と同様の方法でＳｉＯ₂系の金属アルコキシドを用いて封孔処理を実施し、静電吸着装置を作製した。
【００４４】
（比較例１）
基材としてアルミニウム（５０５２）を用いた他は、実施例と同様の方法で静電吸着装置を作製した。
【００４５】
（比較例２）
給電ピンの材質をアルミニウム（５０５２）とした他は、実施例と同様の方法で静電吸着装置を作製した。
【００４６】
（比較例３）
載置部を、ディスプレー用大型ガラス基板と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の９０％となるようなエンボス形状とした他は、実施例と同様の方法で静電吸着装置を作製した。
【００４７】
（比較例４）
静電吸着装置表面のＲａを１．５μｍとした他は、実施例と同様の方法で静電吸着装置を作製した（表面の加工は、研削加工）。
【００４８】
（比較例５）
載置部を、ディスプレー用大型ガラス基板と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の１０％となるようなエンボス形状とした他は、実施例と同様の方法で静電吸着装置を作製した。
【００４９】
（評価）
評価は、各静電吸着装置について、室温⇔３５０℃の温度サイクル試験を実施し、試験前後の耐電圧試験を実施することによって行った。
【００５０】
耐電圧試験は、静電吸着装置表面にディスプレー用大型ガラス基板を設置し、印加電圧：３０００Ｖの電圧を印加して行った。○は耐電圧試験を実施しても変化のなかったものであり、×は耐電圧試験を行った結果、絶縁破壊が発生したものである。
【００５１】
またさらに、上記温度サイクル試験を行った後に、静電吸着装置に吸着させた状態における基板の均熱性、及び静電吸着装置の吸着力の評価も行った。
【００５２】
均熱性の評価は、静電吸着装置上面にディスプレー用大型ガラス基板を設置し、静電吸着装置下部をヒーターで加熱し、基板の温度分布をサーモグラフィーで観察することによって行った。１００℃設定での加熱時の温度分布が１０℃以内を○、１０℃を超えるものは×とした。
【００５３】
吸着力の評価は、静電吸着装置を真空チャンバー試験装置中に設置し、真空下で吸着治具を引っ張る方法によって行った。印加電圧：１０００Ｖにおける吸着力が１０００ｇ／ｃｍ²以上のものを○、それ以下のものを×とした。
【００５４】
【表１】

【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ディスプレー用大型ガラス基板を単体の吸着装置で吸着可能でありながら、高温プロセス時においても基板の均熱性を確保することのできるディスプレー用大型ガラス基板吸着装置を提供することができる。
【００５６】
また更に本発明によれば、高温プロセス時に、基材と該基材上に溶射により形成された層とが剥離しないディスプレー用大型ガラス基板吸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電吸着装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の静電吸着装置の載置部の形状の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１基材
２絶縁層
３電極層
４誘電体層
５給電ピン
６マシナブルセラミックス
７凸部
８接触面
１０載置部

Claims

溶射法により、基材の上部に設けられたセラミック絶縁層と、このセラミック絶縁層の上部に設けられた電極層と、この電極層を被覆するように設けられたセラミック誘電体層とを具備するディスプレー用大型ガラス基板吸着装置であって、
前記セラミック絶縁層及びセラミック誘電体層の厚さがそれぞれ１００〜５００μｍであり、
前記セラミック誘電体層上の載置部の、ディスプレー用大型ガラス基板と接触する接触面の面積が、載置部の全面積の２０〜８０％となるように、載置部がエンボス形状を有しており、該エンボス形状を構成する凸部の高さが１０〜１００μｍであることを特徴とするディスプレー用大型ガラス基板吸着装置。
前記基材の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、基材上に設けられるセラミック絶縁層とセラミック誘電体層の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が、２×１０^-6／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレー用大型ガラス基板吸着装置。
前記電極層への給電に用いる給電端子を具備し、該給電端子の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数と、前記基材の２０〜２００℃における平均の熱膨張係数との差が２×１０^-6／℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレー用大型ガラス基板吸着装置。
前記接触面のＲａが、１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディスプレー用大型ガラス基板吸着装置。