JP4419096B2 - 静電チャック式搬送システム - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板、特に、液晶表示装置用基板を電気的に吸着して保持固定又は搬送する静電チャックに関する。

液晶の製造工程において、ガラス基板などの絶縁基板にドライエッチング、ＣＶＤ、スパッタリング等の処理を行う際に絶縁基板の保持固定又は搬送手段としては、メカニカルチャックや真空チャックが使用されている。しかしながら、絶縁基板の大型化やスループットの向上に伴い、半導体の製造工程で実用化されている静電チャックの実用化が検討されている。

この静電チャックの構造は、特開昭５３−７７４８９号公報に示されるように金属板上に絶縁性高分子材料のポリイミドシートを接着剤で貼り付けたもの、特開昭６３−９５６４４号公報、特開平４−２０６５４５号公報、特開平５−３６８１９号公報等に示されるように２枚の絶縁性セラミックス板間に電極を設けたもの、特開昭５９−１５２６３６号公報に示されるように絶縁性セラミックス板上の電極を溶射法により絶縁性セラミックス膜で被覆したものなどがある。

電気的に試料を保持する静電チャックの吸着力は、平行平面コンデンサの電極に働く力で説明され、その吸着力は電荷の２乗に比例するものである。図３は従来の原理的構成を説明する静電チャックの断面図であり、絶縁性基板１、電圧印加電極２、絶縁性誘電体層３及び直流電源４から構成されている静電チャックにおいて、半導体ウエハ５に働く吸着力Ｆは次式で表わされる。

ただし、ε_ｏは真空の誘電率、ε_ｒは絶縁性誘電体層の比誘電率、Ｓは電圧印加電極の面積、Ｖは印加電圧及びｄは絶縁性誘電体層の厚さである。

上式に示されるように吸着力は、真空の誘電率の１乗、絶縁性誘電体層の比誘電率の２乗、面積の１乗、印加電圧の２乗に比例し、絶縁性誘電体層の厚さの２乗に逆比例する。従って、低い印加電圧で吸着力の大きな静電チャックを得るためには絶縁性誘電体層の厚さをできるだけ薄く、例えば３ｍｍ以下にする必要がある。

しかしながら、従来の静電チャックは、半導体ウエハを吸着することを目的としているため、絶縁基板を吸着するにはその吸着力が非常に小さく実用化が困難である。そこで、絶縁基板の片面には静電吸着する際に吸着電極となる導電性の透明な電極が形成されている。絶縁基板を静電チャックで吸着する場合、吸着面がガラス面又は吸着電極面になる場合がある。吸着面が吸着電極面になる場合は、半導体ウエハを吸着する場合と類似しており、絶縁基板を保持固定又は搬送するのに十分な吸着力が得られる。しかし、吸着面がガラス面になる場合は、絶縁基板を吸着するにはその吸着力が非常に小さくなり、実用化が困難である。

特開昭５３−７７４８９号公報 特開昭６３−９５６４４号公報 特開平４−２０６５４５号公報 特開平５−３６８１９号公報

本発明は、吸着面がガラス面になる場合においても絶縁基板を保持固定又は搬送するのに十分な吸着力が得られる静電チャックを提供するものである。

本発明は、電圧印加電極を有する絶縁性誘電体層上に載置した絶縁基板を電気的に吸着する静電チャック式搬送システムにおいて、絶縁性誘電体層の抵抗が絶縁基板の抵抗より低くしてなる静電チャック式搬送システムに関する。すなわち、本発明は、［１］電圧印加電極を有する絶縁性誘電体層を有し、前記絶縁性誘電体層の電圧印加電極と反対側の層上に載置した吸着電極を有する絶縁基板を電気的に吸着する静電チャック式搬送システムであって、絶縁基板の吸着電極に電圧が印加されるように下記式で表される絶縁基板の抵抗Ｒ_４よりも下記式で表される絶縁性誘電体層の抵抗Ｒ_３が低く、かつその抵抗値が４．０×１０^１１Ω以下である静電チャック式搬送システムに関する。

（ここで、ρは絶縁性誘電体層の体積固有抵抗、ｄは絶縁性誘電体層の厚さ及びＳは絶縁性誘電体層の面積、ρ’は絶縁基板の体積固有抵抗、ｄ’は絶縁基板の厚さ及びＳ’は絶縁基板の面積を示す。）
また、本発明は、［２］ 絶縁性誘電体層がセラミックス材料である上記［１］記載の静電チャックに関する。

本発明になる静電チャックは、絶縁基板を保持固定又は搬送するのに十分な吸着力が得られ、工業的に極めて好適な静電チャックである。

本発明は、絶縁性誘電体層の抵抗が絶縁基板の抵抗よりも低いことが必要とされ、絶縁性誘電体層の抵抗が絶縁基板の抵抗と同等又は絶縁性誘電体層の抵抗が絶縁基板の抵抗より高い場合は、吸着力が低下し、絶縁基板を保持固定又は搬送することができない。絶縁性誘電体層の抵抗を絶縁基板の抵抗より低くするには、絶縁性誘電体層の材質とその厚さを選定することにより達成できる。絶縁性誘電体層の抵抗は、絶縁基板の抵抗の１／３〜１／１０００であることが好ましく、１／１０〜１／１０００であることがさらに好ましい。例えば、寸法が５０×５０ｍｍ及び体積固有抵抗が５×１０^４Ωｃｍのときの絶縁基板の抵抗が１．４×１０^１２Ωの場合、絶縁性誘電体層の抵抗は、４．７×１０^１１〜１．４×１０^９Ωであることが好ましく、１．４×１０^１１〜１．４×１０^９Ωであることがさらに好ましい。本発明における絶縁基板としてはガラス基板などがあり、例えば液晶表示装置用の絶縁基板として使用されるものがある。

本発明において、絶縁性誘電体層に用いられる材料としては、機械的強度に優れるＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_３等のセラミックス材料が用いられる。絶縁性誘電体層は、１層又は２層以上形成してもよく特に制限はない。なお２層以上形成する場合は、前記のセラミックス材料の表面にポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を被膜してもよい。

電圧印加電極としては、例えばＡｇ−Ｐｄ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ−Ｐｔ等の金属ペーストを焼付けて形成するか又はＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属板又は箔を電極として用いることができる。なお本発明における電圧印加電極の一方の面、即ち絶縁基板を吸着する側の面は絶縁性誘電体層で覆われている。他方の面は露出しておいても差し支えないが、放電防止、電圧印加電極を保護するなどの点で、絶縁性基板で被覆することが好ましい。

絶縁性基板としては、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２等のセラミックス材料、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、エポキシ樹脂ガラス布基材積層板などが用いられる。

絶縁基板に形成される吸着電極材料としては、透明なインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ膜）が用いられているが、この他にＡｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属を用いることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を引用して詳述する。図１は、本発明の原理的構成を説明する静電チャックの断面図、図２は、図１の等価回路を示す図である。

次に上記に示す構成の静電チャックを用いて液晶表示装置用ガラス基板を電気的に吸着する方法を示す。図１に示すように、静電チャックの絶縁性誘電体層３上に、液晶表示装置用ガラス基板６を載置し、電圧印加電極２と直流電源４とを接続し、直流電源４により電圧Ｖを電圧印加電極２と液晶表示装置用ガラス基板６と一体に成形された吸着電極７間に印加すると、液晶表示装置用ガラス基板６にかかる電圧Ｖ_１は図３に示す等価回路により、

となる。ここで絶縁性誘電体層３の抵抗をＲ_３、液晶表示装置用ガラス基板６の抵抗をＲ_４とすると、絶縁性誘電体層３の抵抗Ｒ_３を液晶表示装置用ガラス基板６の抵抗Ｒ_４よりも小さくなるように、静電チャックの絶縁性誘電体層３の材質とその厚さを選定すると、液晶表示装置用ガラス基板６にかかる電圧Ｖ_１を上式により印加電圧Ｖに近い値にすることができる。即ち液晶表示装置用ガラス基板６にかかる電圧Ｖ_１を電圧Ｖを印加した状態にほぼ近い状態にすることができ、この液晶表示装置用ガラス基板６に誘起される電荷により吸着力を発生することができる。

以下本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
実施例１
図１に示すように、絶縁性誘電体層３として厚さが２ｍｍ、縦及び横の寸法が５４ｍｍで、体積固有抵抗が３×１０^１１ΩｃｍのＳｉＣセラミックス焼結体（日立化成工業（株）製、商標名ヘキサロイ）を用い、この片側の表面にＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷法で塗布し、６５０℃の温度で焼き付けて、厚さが１０μｍで縦及び横の寸法が５０ｍｍの正方形状に電圧印加電極２を形成した。

次に電圧印加電極２の露出面に、絶縁性基板１として厚さが４ｍｍで、縦及び横の寸法が５４ｍｍのアルミナセラミックス焼結体（日立化成工業（株）製、商品名ハロックス５８０）を接着剤で張り合わせて静電チャックを得た。

実施例２
実施例１で用いた絶縁性誘電体層に代えて、平均粒径が０．７μｍのアルミナ粉末９５重量部に対し、平均粒径が０．６μｍのＳｉＣ粉末５重量部を添加した体積固有抵抗が４×１０^１３ΩｃｍのＳｉＣ−アルミナセラミックス焼結体を用いた以外は実施例１と同様の工程を経て静電チャックを得た。

実施例３
実施例１で用いた絶縁性誘電体層に代えて、平均粒径が０．７μｍのアルミナ粉末９０重量部に対し、平均粒径が０．６μｍのＳｉＣ粉末１０重量部を添加した体積固有抵抗が２×１０^１２ΩｃｍのＳｉＣ−アルミナセラミックス焼結体を用いた以外は実施例１と同様の工程を経て静電チャックを得た。

実施例４
実施例１で用いたＳｉＣセラミックス焼結体の片面の表面に実施例１と同様の電圧印加電極を形成し、他の全表面にスピンコート法によりポリイミド樹脂（日立化成工業（株）製、商品名ＰＩＱ１４００）を塗布し、厚さが１０μｍのポリイミド膜を形成した。以下実施例１と同様の工程を経て静電チャックを得た。

比較例１
実施例１で用いた絶縁性誘電体層に代えて、体積固有抵抗が１×１０^１６Ωｃｍのアルミナセラミックス焼結体（日立化成工業（株）製、商品名ハロックス５８０）を用いた以外は実施例１と同様の工程を経て静電チャックを得た。

次に図１に示すように各実施例及び比較例１で得られた静電チャックの絶縁性誘電体層３上に、片側の全表面に厚さが０．３μｍのインジウム−スズ酸化物膜を形成した吸着電極７を有する厚さが０．７ｍｍで、縦及び横の寸法が６０ｍｍ並びに体積固有抵抗が５×１０^１４Ωｃｍの液晶表示装置用ガラス基板６のガラス基板側を載置した後、電圧印加電極２と直流電源４とを接続した。

次いで電圧印加電極２と液晶表示装置用ガラス基板６間に直流電源４により、図１に示すものは３ｋＶの電圧を印加し、吸着力の評価を行った。その結果を表１に示す。なお表１は、図１に示すように吸着面がガラス面となる場合の吸着力の評価を示す。

表１においてＲ_４は液晶表示装置用ガラス基板の抵抗を示し、この液晶表示装置用ガラス基板の抵抗Ｒ_４は１．４×１０^１２Ωである。また実施例４の絶縁性誘電体層の抵抗Ｒ_３はポリイミド樹脂膜を含む抵抗である。

ここで抵抗Ｒ_３及びＲ_４は次式により求められる。

ただしρは絶縁性誘電体層の体積固有抵抗、ｄは絶縁性誘電体層の厚さ及びＳは絶縁性誘電体層の面積又は液晶表示装置用ガラス基板面積である。またρ′は液晶表示装置用ガラス基板の体積固有抵抗及びｄ′は液晶用ガラス基板の厚さである。

表１に示されるように、本発明の実施例になる静電チャックを用いたものは、比較例の静電チャックを用いたものに比較して大きな吸着力が得られ、液晶表示装置用ガラス基板を保持固定又は搬送するのに十分な吸着力が得られることが明らかである。

本発明になる静電チャックは、絶縁基板を保持固定又は搬送するのに十分な吸着力が得られ、工業的に極めて好適な静電チャックである。

本発明の原理的構成を説明する静電チャックの断面図である。 図１の等価回路を示す図である。 従来の原理的構成を説明する静電チャックの断面図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板
２ 電圧印加電極
３ 絶縁性誘電体層
４ 直流電源
５ 半導体ウエハ
６ 液晶表示装置用ガラス基板
７ 吸着電極

Claims (2)

1. 電圧印加電極を有する絶縁性誘電体層を有し、前記絶縁性誘電体層の電圧印加電極と反対側の層上に載置した吸着電極を有する絶縁基板を電気的に吸着する静電チャック式搬送システムであって、絶縁基板の吸着電極に電圧が印加されるように下記式で表される絶縁基板の抵抗Ｒ_４よりも下記式で表される絶縁性誘電体層の抵抗Ｒ_３が低く、かつその抵抗値が４．０×１０^１１Ω以下である静電チャック式搬送システム。
   

   

   
   （ここで、ρは絶縁性誘電体層の体積固有抵抗、ｄは絶縁性誘電体層の厚さ及びＳは絶縁性誘電体層の面積、ρ’は絶縁基板の体積固有抵抗、ｄ'は絶縁基板の厚さ及びＳ'は絶縁基板の面積を示す。）
2. 絶縁性誘電体層がセラミックス材料である請求項１記載の静電チャック式搬送システム。
   
   

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