JP4522896B2 - 静電吸着装置を用いた吸着方法 - Google Patents

Description

本発明は静電吸着装置を用いた吸着方法にかかり、特に、可撓性を有するフィルムを吸着するのに適した静電吸着方法に関する。

図７は従来の静電吸着装置１２０の断面図であり、図８はその平面図である。
この静電吸着装置１２０は、金属板１２１を有しており、金属板１２１の表面には誘電体層１２２が形成されている。
誘電体層１２２の上には櫛の歯状にパターニングされた二個の吸着電極１２３ａ、１２３ｂが配置されている。

吸着電極１２３ａ、１２３ｂの歯の部分は互いに一定距離だけ離間してかみ合う向きに配置されている。吸着電極１２３ａ、１２３ｂの表面には、絶縁性の保護膜１２４が形成されている。図８では保護膜１２４は省略した。

上記のような静電吸着装置１２０は、真空槽の中に配置され、スパッタリングプロセスや蒸着プロセス等を行う際の真空雰囲気中で使用される。
静電吸着装置１２０の吸着対象はガラス基板やシリコンウェハの他、樹脂などから成り、可撓性を有するフィルム基板も含まれ、保護膜１２４上に吸着対象のフィルム基板を配置し、二個の吸着電極１２３ａ、１２３ｂに正負の電圧を印加すると、保護膜１２４表面に形成される強電界により、絶縁性のフィルム基板が静電吸着される。

しかしながら、電極１２３ａ、１２３ｂの櫛の歯部分には、同時に電圧が印加されるため、可撓性を有するフィルム基板に局所的な浮きが生じ、フィルム基板と静電吸着装置１２０との間に隙間が生じる。

図９の符号１２６は、フィルム基板１２５と静電吸着装置１２０の保護膜１２４との間に生じた隙間を示している。
このような隙間１２６が生じると、フィルム基板１２５の熱分布が不均一になり、形成される膜の膜厚分布が悪くなったり、スパッタリング工程や蒸着工程中に破損したりする。

図１０の符号１２９は、その対策が施された静電吸着装置であり、静電吸着装置１２９を厚み方向に貫通する孔１２８が複数個設けられ、フィルム基板１２５と静電吸着装置１２９の隙間の気体を孔１２８から排気し、フィルム基板１２５を静電吸着装置１２９に密着させていた。

しかし、この静電吸着装置１２９では、フィルム基板１２５の孔１２８上に位置する部分の温度が他の部分の温度と異なってしまい、熱容量の小さいフィルム基板１２５では局所的に温度があがり基板変形が生じてしまう。
本願の先行技術としては下記文献がある。
特開平９−６６３８５号公報 特開２００２−３６８０７０号公報

絶縁性のフィルムを隙間無く吸着する。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、同心状に配置され、互いに絶縁されて正電極と負電極が交互に配置された複数の電極を有する吸着装置の前記電極上に電気絶縁性の吸着対象物を配置し、前記電極を、同心状の中心から外周に向かって少なくとも二個ずつ配置された正電極と負電極からなる複数個の領域に区分けし、各前記領域に配置された前記正電極に正電圧を印加し、前記負電極に負電圧を印加して前記吸着対象物を吸着する吸着方法であって、中心に位置する前記領域の電極から外側に位置する前記領域の電極に向けて、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加し、維持する吸着方法である。
請求項２記載の発明は、最外周の前記領域の前記正電極と前記負電極に前記正電圧と前記負電圧とを印加した後、前記最外周の前記領域よりも内側の前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧を前記最外周の領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧と同じ大きさにする請求項１記載の吸着方法である。
請求項３記載の発明は、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加する際、隣接する二個以上の前記領域の前記正電極と前記負電極に同時に同じ大きさの電圧を印加する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の吸着方法である。
請求項４記載の発明は、一列に配置され、互いに絶縁されて正電極と負電極が交互に配置された複数の電極を有する吸着装置の前記正電極と前記負電極上に電気絶縁性の吸着対象物を配置し、前記正電極と前記負電極を、中央付近から両端に向かって前記正電極と前記負電極からなる複数個の領域に区分けし、各前記領域に配置された前記正電極に正電圧を印加し、前記負電極に負電圧を印加して前記吸着対象物を吸着する吸着方法であって、中央付近に位置する前記領域の前記正電極と前記負電極から両端に位置する前記領域の前記正電極と前記負電極に向けて、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加し、維持する吸着方法である。
請求項５記載の発明は、両端の前記領域の前記正電極と前記負電極の間に電圧を印加した後、両端の前記領域の電極よりも中央寄りに位置する前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧を前記両端の前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧と同じ大きさにする請求項４記載の吸着方法である。
請求項６記載の発明は、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加する際、隣接する二個以上の前記領域の前記正電極と前記負電極の間に同時に同じ大きさの電圧を印加する請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の吸着方法である。
請求項７記載の発明は、前記電気絶縁性の吸着対象物が厚さ０．１ｍｍ以下の可撓性を有するフィルム基板であることを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか１項記載の吸着方法である。

浮きが外側に押し出されるため、フィルムを静電吸着装置に密着させることができる。

図３の符号５０は、スパッタリング装置であり、吸着装置１０を有している。
吸着装置１０の断面図を図２に示し、それが有する電極構造を説明するための平面図を図１に示す。

図１、２を参照し、この吸着装置１０は、絶縁性の電極基板１１と、該電極基板１１の表面に配置された複数の電極２１〜３６とを有している。図１では省略されているが、電極２１〜３６は、絶縁性の保護膜１２で覆われている。
電極２１〜３６は大きさが異なるリング形状であり、各電極２１〜３６は、電極基板１１の中心Ｚを中心にして、一定距離離間して同心状に配置されている。

電極基板１１の表面は、電極基板１１の中心Ｚを中心に同心状の複数個の領域に区分けされており、中心Ｚを含む領域Ａと、その領域Ａよりも外周に位置し、中心の領域Ａを同心状に取り囲む複数のリング形状の領域に区分けされている。
ここでは中心Ｚを含む円形の第１の領域Ａに対し、第２〜第４の領域Ｂ〜Ｄが内側から外側に向けて放射方向に順番に配置されている。

各領域(第１〜第４の領域)Ａ〜Ｄには、上記の電極２１〜３６が少なくとも二個ずつ配置されている。ここでは電極２１〜３６は１６個であり、各領域Ａ〜Ｄには４個ずつ配置されている。

第１〜第４の領域Ａ〜Ｄに対応し、領域Ａ〜Ｄの個数と同数の第１〜第４の電源４１〜４４が用意されており、同じ領域Ａ〜Ｄに属する電極２１〜３６は同じ電源４１〜４４に接続され、異なる領域Ａ〜Ｄに属する電極２１〜３６は、異なる電源４１〜４４に接続されている。

各電源４１〜４４は、真空槽１１を接地電位とした場合に正電圧が出力される正電圧端子と負電圧が出力される負電圧端子を有しており、各電極２１〜３６のうち、正電圧端子に接続される電極を正電極と呼び、負電圧端子に接続される電極を負電極と呼ぶと、各電極２１〜３６は、正電極と負電極が交互に配置されている。

即ち、最内周に位置する電極２１を一番目とし、外周方向に向けて番号を振ると、奇数番目の電極２１、２３、……３５が正電極のとき、偶数番目の電極２２、２４、……３６が負電極となり、逆に奇数番目の電極２１、２３、……３５が負電極のとき、偶数番目の電極２２、２４、……３６は正電極となる。その結果、互いに隣接する電極２１〜３６の極性は逆になる。

次に、スパッタリング装置５０について説明すると、このスパッタリング装置５０の底壁上には台座５２が配置されており、上記の吸着装置１０は、台座５２上に配置されている。真空槽５１の内部であって吸着装置１０の上方位置には、カソード電極４６が配置されており、該カソード電極４６の吸着装置１０と向かい合う面には、ターゲット５３が取り付けられている。ターゲット５３と吸着装置１０の間の空間は、防着板５５によって取り囲まれている。

真空槽５１にはガス導入系４７と真空排気系４８とが接続されており、スパッタリングを行う場合は、先ず真空排気系４８によって真空槽５１内を真空排気し、真空雰囲気を維持しながら吸着対象物５を搬入し、吸着装置１０上に載置する。

真空槽５１の外部には、上述した電源４１〜４４と各電源４１〜４４が接続された制御装置４５が配置されている。
この制御装置４５は、各電源４１〜４４のうち、一又は二以上の電源４１〜４４を起動し、所望電圧を個別に出力させられるように構成されている。

吸着対象物５が載置されるときは、全部の電源４１〜４４がオフ状態にされ、各電極２１〜３６は接地電位に接続されている。
そして吸着対象物５が吸着装置１０上に載置された後、制御装置４５により、先ず、中心に位置する領域Ａに対応する電源４１がオンされる。それにより、中心の領域Ａに属する電極２１〜２４のうち、正電極２１、２３に正電圧が印加され、負電極２２、２４に負電圧が印加される。ここでは正電極２１、２３と負電極２２、２４の間に１ｋＶの電位差が生じる電圧が印加される。

一定時間の経過後、第１の領域Ａの電極２１〜２４に印加した電圧を維持しながら、第１の領域Ａの外側に隣接する第２の領域Ｂに対応する電源４２を起動し、第２の領域Ｂ内に属する正電極２５、２７と負電極２６、２８の間に、第１の領域Ａの電極２１〜２４の電位差よりも大きな電圧が印をする。ここでは、第２の領域Ｂの正電極２５、２７と負電極２６、２８の間に２ｋＶの電位差が生じる電圧が印加する。

次に、第１、第２の領域Ａ、Ｂの電極２１〜２８に印加される電圧を維持したまま、第１、第２の領域Ａ、Ｂの外側に隣接する第３の領域Ｃに属する正電極２９、３１と負電極３０、３２の間に、内側に隣接する第２の領域Ｂの電極２５〜２８間の電位差よりも大きな電圧を印加する。ここでは、正電極２９、３１と負電極３０、３２の間に３ｋＶの電位差が生じる電圧が印加される。

このように、内側の領域Ａ〜Ｃ内の電極２１〜３２から、外側の領域Ｂ〜Ｄの電極２５〜３６に向けて一定時間間隔で領域に属する電極毎に順番に電圧が印加される。
電極間に生じる電位差は、中心よりも外側が大きくなるような電圧が印加される。

そして、最外周の領域Ｄに属する電極３３〜３６に電圧を印加して一定時間が経過した後、最外周よりも内側の各領域Ａ〜Ｃのへの印加電圧を増大させ、他の領域Ａ〜Ｃに蔵する正負電極２１〜３２間の電位差を最外周の領域Ｄに属する正負電極３３〜３６の電位差と等しくする。

ここでは、各領域Ａ〜Ｄへ印加する正電圧の大きさと負電圧の大きさを同じにし、吸着対象物５が均一な吸着力で吸着装置１０に吸着されるようにした。

上記のような各領域Ａ〜Ｄの電極２１〜３６の電位差のタイミングチャートを図４に示す。
なお、同図に示すように、最外周よりも内側の領域Ａ〜Ｃへの印加電圧は時刻ｔ₀で一斉に変更したので、外側の領域程、早く最外周の領域Ｄと同じ大きさの電圧になっている。

このように、各領域Ａ〜Ｄは、中心に位置する第１の領域Ａを最初に、それよりも外側に位置する領域Ｂ〜Ｄに対し、内側から外側に向けて順次一定時間毎に段階的に大きくなる電圧が印加される。そのため吸着対象物５に微少な浮きが生じていても、その微少な浮きは内側から外側に押し出され、密着力が向上する。

この状態でガス導入系４７からスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源５６によってカソード電極４６に電圧を印加し、ターゲット５３のスパッタリングと、吸着対象物５表面に薄膜の成長が開始される。

冷却装置４９により、基台５２内に冷却水を循環させ、吸着装置１０を冷却することで間接的に吸着対象物５を冷却しながら吸着対象物５の表面に薄膜を成長させる。密着性がよいので、吸着装置１０の表面温度は１４℃に維持された。

ここでは、ターゲット５３にφ３００ｍｍ径のＡｇ合金を使用した。スパッタガスとしてはＡｒを導入した。スパッタ圧力は０．６Ｐａとした。スパッタ電源５６は直流電源を使用しパワーは２．５から５．０ｋＷとした。

吸着対象物５は、φ１３０ｍｍ、厚み０．１ｍｍ〜０．６ｍｍのポリカーボネイトから成るフィルムである。

比較例として、上記吸着装置１０上に同じ吸着対象物５を配置し、段階的ではなく、全ての領域Ａ〜Ｄに属する電極２１〜３６に同時に電圧を印加した。

印加電圧や膜厚と吸着結果の関係を下記表１の条件1〜条件６に示す。

領域Ａ〜Ｄに同時に電圧を印加した場合、吸着対象物５は表面が一斉に吸着される。吸着対象物５が０．３ｍｍ未満の厚さである場合は剛性がないため、局所的な浮きが観察された(条件１〜条件３)。０．３ｍｍ以上の厚さの場合、剛性があるため浮きは観察されないが０．６ｍｍ以上の場合は電圧を印加しなくても浮きが生じないが、冷却効果が低く、温度が高くなる。

それに対し、条件７は本発明の吸着方法であり、上記スパッタリングを行ったときと同じ条件で吸着した場合である。厚み０．１ｍｍでも浮きが生じず、温度も４３℃未満と低温である。
従って、薄い吸着対象物ほど本願発明の有用性が高い。

吸着対象物５の表面に所望膜厚の薄膜が形成された後、各電極２１〜３６を接地電位に接続し、静電吸着力を消滅させ、吸着対象物５を吸着装置１０上から持ち上げる。

各電極２１〜３６を接地電位に接続しても、吸着対象物５に残留電荷が残り、吸着力がゼロにならないため、各電極２１〜３６を接地電位に接続した後、吸着対象物５を持ち上げる前に、図１１に示す除電器９０のヘッド９１を吸着対象物５表面上に位置させ、ヘッド９０とケーブル９２によって接続された電源９３を動作させ、吸着対象物５が位置する雰囲気に交流電界を形成し、除電してもよい。
上記は電極２１〜３６が互いに離間した状態で同心状に配置されていたが、本発明はそれに限定されるものではない。

図５の符号６０は、細長で直線状あるいは細長長方形の複数の電極６１〜７６が絶縁性の電極基板１３上に配置された吸着装置である。

図６は、その断面図であり、図５では省略されているが、電極６１〜７６は絶縁性の保護膜１４で覆われている。

この絶縁性基板１３は正方形又は長方形であり、その表面は、長手方向が複数の領域Ｅ〜Ｈに区分けされている。各領域Ｅ〜Ｈは長方形であり、絶縁性基板１３の長手方向に沿って一列に配置されている。

各領域Ｅ〜Ｈには電極６１〜７６が複数個属しており、同じ領域Ｅ〜Ｈに属する電極６１〜７６は同じ電源８１〜８４に接続され、異なる領域Ｅ〜Ｈに属する電極６１〜７６は異なる電源８１〜８４に接続されている。
電極６１〜７６は、電源８１〜８４の正電圧端子に接続される正電極と負電圧端子に接続される負電極がある。

各電極６１〜７６は、正電極と負電極が交互に配置されており、図５の紙面左端の電極６１を１番とし、右方向に番号を歩進させると、奇数番目の電極６１、６３、……７５が正電極のとき偶数番目の電極６２、６４、……７６が負電極となり、逆に奇数番目の電極６１、６３、……７５が負電極のとき、偶数番目の電極６２、６４、……７６は正電極となる。その結果、互いに隣接する電極６１〜７６の極性は逆になる。

このような吸着装置６０に吸着対象物５が載置されると、中央に位置する領域Ｆ又は領域Ｇのいずれか一方又は両方に属する電極に最初に電圧が印加され、隣接する外側の領域Ｅ、Ｈに一定時間間隔で順番に電圧が印加される。これにより、電圧が新たに印加される領域は中央から両端に向けて移動する。

印加される電圧は、中央位置の領域Ｆ又は領域Ｇのいずれか一方又は両方が低く、両端方向に近づくに従って大きくなるように設定されており、隙間による微少な浮きが外側に押し出されるようになっている。

なお、上記各実施例では、真空槽５１を接地電位として正電極に正電圧を印加し、負電極に負電圧を印加したが、正電極と負電圧の間には電位差が生じていればよく、正電極に正電圧が印加され且つ負電極に負電圧が印加される場合に限定されるもののではない。例えば、一方が接地電位でもよく、負電極と正電極の両方に正電圧が印加される場合や、両方に負電圧が印加される場合も含まれる。

また、上記は、各領域Ａ〜Ｇに正電極と負電極の組が複数組ずつ配置されている。この場合は、中心又は中央から外側に向けて、所定時間毎に一組ずつ電圧が印加される。また、この場合も中心よりも外側の電圧を大きくし、最後に同じ電圧を印加するようにすることができる。

また、上記はスパッタリング装置に本発明を適用したが、ＣＶＤ装置や蒸着装置等の成膜装置及び成膜方法の他、エッチング装置及びエッチング方法や表面改質装置及び表面改質方法等、可撓性と絶縁性を有するフィルムを吸着する際に広く用いることができる。

本発明を適用できる吸着装置の電極配置の一例 その吸着装置の断面図 吸着装置が用いられる真空装置の例 正負電極への印加電圧のタイミングを示すグラフ 本発明を適用できる吸着装置の電極配置の他の例 その吸着装置の断面図 従来技術の吸着方法に用いられる吸着装置の断面図 その吸着装置の平面図 フィルムの浮きを説明するための図 フィルムの浮きが生じない吸着装置の例 本発明方法によって吸着したフィルムの除電処理を説明するための図

符号の説明

５……吸着対象物
１０、６０……吸着装置
２１〜３６、６１〜７６……電極

Claims (7)

1. 同心状に配置され、互いに絶縁されて正電極と負電極が交互に配置された複数の電極を有する吸着装置の前記電極上に電気絶縁性の吸着対象物を配置し、
   前記電極を、同心状の中心から外周に向かって少なくとも二個ずつ配置された正電極と負電極からなる複数個の領域に区分けし、各前記領域に配置された前記正電極に正電圧を印加し、前記負電極に負電圧を印加して前記吸着対象物を吸着する吸着方法であって、
   中心に位置する前記領域の電極から外側に位置する前記領域の電極に向けて、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加し、維持する吸着方法。
2. 最外周の前記領域の前記正電極と前記負電極に前記正電圧と前記負電圧とを印加した後、前記最外周の前記領域よりも内側の前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧を前記最外周の領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧と同じ大きさにする請求項１記載の吸着方法。
3. 一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加する際、隣接する二個以上の前記領域の前記正電極と前記負電極に同時に同じ大きさの電圧を印加する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の吸着方法。
4. 一列に配置され、互いに絶縁されて正電極と負電極が交互に配置された複数の電極を有する吸着装置の前記正電極と前記負電極上に電気絶縁性の吸着対象物を配置し、
   前記正電極と前記負電極を、中央付近から両端に向かって前記正電極と前記負電極からなる複数個の領域に区分けし、各前記領域に配置された前記正電極に正電圧を印加し、前記負電極に負電圧を印加して前記吸着対象物を吸着する吸着方法であって、
   中央付近に位置する前記領域の前記正電極と前記負電極から両端に位置する前記領域の前記正電極と前記負電極に向けて、一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加し、維持する吸着方法。
5. 両端の前記領域の前記正電極と前記負電極の間に電圧を印加した後、両端の前記領域の電極よりも中央寄りに位置する前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧を前記両端の前記領域の前記正電極と前記負電極に印加する電圧と同じ大きさにする請求項４記載の吸着方法。
6. 一定時間間隔で順番に、段階的に大きくした電圧を印加する際、隣接する二個以上の前記領域の前記正電極と前記負電極の間に同時に同じ大きさの電圧を印加する請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の吸着方法。
7. 前記電気絶縁性の吸着対象物が厚さ０．１ｍｍ以下の可撓性を有するフィルム基板であることを特徴とする請求項１又は請求項４のいずれか１項記載の吸着方法。

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