JP4808149B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板などの吸着保持に用いられる静電チャックに関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造では、ガラス基板の吸着保持に静電チャックが用いられている。例えば、液晶パネル製造の液晶注入工程では、真空中でのガラス基板保持用に、吸着面がセラミック焼結体製、セラミック溶射製、アルマイト製、又はポリイミド製の静電チャックを使用している。

図５に、従来の静電チャックを模式的に示す。この図の静電チャックは双極タイプであり、ガラス板などの被吸着物（図示せず）を吸着する誘電層１０２に、２つの電極１０４ａ、１０４ｂが埋め込まれている。電極１０４ａ、１０４ｂに電圧を印加することにより誘電層１０２と被吸着物に反対の電荷を生じさせ、静電力（クーロン力）で被吸着物を吸着面１１０に吸着保持する。誘電層１０２は、被吸着物を吸着する吸着面１１０の平坦度を高い精度で維持するため、変形しない材料（セラミックなど）や構造で製作され、電極１０４はニッケル、銅板などで製作される。誘電層１０２は、アルミニウム合金等で製作された架台１０６の上に配置される。電極１０４は給電部１０８に接続される。双極タイプのほかに、電極が１つだけの単極タイプの静電チャックも使用されている。

以前のパネルは比較的小さかったために、ガラス基板の場合には、安定して吸着するのに必要な静電荷を蓄えることができず、吸着に静電チャックを使用するのは実用的でなかった。そのため、例えば特許文献１では、静電チャックによって吸着される吸着膜をガラス基板に設けることにより、静電チャックを使ってガラス基板を吸着保持する方法が提案されている。

近年、パネルの大型化が進み、一例として第７世代を越えるガラス基板（２０００ｍｍ四方程度、例えば２２００×１９００ｍｍの大きさを有する）は、表面積が大きく、十分な静電荷を蓄えることができることから、静電チャックでの直接の吸着保持が可能になっている。ところが、第７世代を越えるガラス基板は、その厚さが±１５％程度ばらつく（一般的な０．７ｍｍ厚の基板で±０．１ｍｍ）ことから、図６に模式的に示したように従来の静電チャック１２０では吸着面に対してガラス基板１２２の表面が接触しない部分１２４が存在し、そのため吸着力が不足して（吸着力は接触面積に比例する）、最悪の場合にはガラス基板の落下を招くことがある。また、そのようなガラス基板を静電チャックで吸着保持して液晶注入・パネル貼り合わせ装置で処理する場合には、均一な液晶の注入が行われず、液晶パネルの特性に悪影響を及ぼしかねない。

特開２０００−２０８５９４号公報

本発明は、厚さにばらつきのあるガラス基板のような、表面の平坦性が乏しい被吸着物の吸着保持を可能にし、被吸着物の個体差によらず一定の吸着力を発現することができる静電チャックの提供を目的とする。

本発明の静電チャックは、被吸着物を吸着する吸着面を有する誘電層、誘電層の変形を可能にする弾性層、及び誘電層の吸着面と弾性層との間に位置する、吸着に必要な静電荷を発生させるための電極を含むことを特徴とする。

本発明の静電チャックにおいて、誘電層は有機樹脂材料で製作することができる。有機樹脂材料は２以上の比誘電率を有することが好ましく、好適なものとしてポリエステルを挙げることができる。

弾性層は、例えばシリコーンゴムで製作することができ、シリコーンゴムは５５以上のショアーＡ硬さを示すことが好ましい。
また、弾性層の比抵抗は１０¹³Ω・ｃｍ以下が好ましく、それにより被吸着物の電荷を容易に放出可能として、速やかな離脱性と、電荷の蓄積によるセルやデバイスの破壊防止を実現することができる。

本発明によれば、静電チャックの吸着面が変形して被吸着物の厚さを吸収することで、被吸着物の全面が静電チャックの吸着面に接触し、被吸着物の個体差によらない一定の吸着力を発生することができる。また、誘電層を特にポリエステルで製作した場合、ポリイミド等を使用した静電チャックと比較して強い吸着力を発生することができ、静電チャックの動作電圧を低下させることが可能であり、これにより静電チャックの放電を予防することができる。

図１に、本発明による静電チャック１０を模式的に示す。この静電チャック１０は双極タイプであり、誘電層１２、２つの電極１４ａ、１４ｂ、弾性層１６を含む。誘電層１２の吸着面２２と弾性層１６との間に電極１４ａ、１４ｂが位置する。

誘電層１２は、変形可能な誘電材料、例えばポリエステル、ポリイミドなどの有機樹脂材料などで製作することができる。吸着に寄与するクーロン力は誘電層の比誘電率に比例するので、誘電層の比誘電率が大きければ大きいほど静電チャックの吸着力が増大し、より低電圧の印加で大きな吸着力を得ることができる。印加電圧の低下は、静電チャックの放電の予防と、デバイスやセルの高電界や静電気などによる破壊防止の観点からも有利である。一般的には、誘電層材料の比誘電率は２以上が好ましく、このような材料の例としてはポリエステルを挙げることができる。

誘電層１２は、厚さのばらつきにより表面に凹凸のあるガラス基板などの被吸着物（図示せず）を吸着するために、被吸着物の表面凹凸に追随して変形することが必要である。従って、誘電層１２は、この変形を可能にする程度の厚さであるべきである。一般的には、使用する材料に依存するとは言え、誘電層の厚みは２０〜２５０μｍ程度でよく、より好ましくは５０〜１００μｍ、特に好ましくは７５μｍ程度である。

電極１４ａ、１４ｂは、薄い導体材料、例えば銅箔などで製作することができる。電極１４ａ、１４ｂの厚さは５μｍ程度でよい。電極１４ａ、１４ｂはまた、通常の静電チャックで用いられるのと同様の給電部２０ａ、２０ｂに接続することができる。

弾性層１６は、シリコーンゴムなどの一般的な弾性材料で製作することができ、それ自身が弾性変形することにより、誘電層１２が被吸着物の凹凸のある表面形状に追随して変形するのを可能にするためのものである。この目的のために、弾性層１６は、ショアーＡ硬さが５５以上の弾性材料で製作するのが好ましく、例えば、上に挙げたシリコーンゴムを始めとして、天然ゴム、合成ゴム、ウレタン等の材料を用いることができる。また、その厚さは２〜１０ｍｍ程度が好ましく、より好ましい厚さは３〜５ｍｍである。場合によっては、例えばスプリングで形成した弾性層を用いてもよい。

弾性層１６の背後（誘電層１２から遠い側）に、架台１８を設けることができる。架台１８は、通常の静電チャックで用いられるのと同様でよい。例えば、アルミニウム合金製の架台を使用することができる。

図１に示した本発明の静電チャック１０は、例えば次のようにして製造することができる。架台１８の上に厚さ５ｍｍのシリコーンゴムシートで弾性層１６を形成し、その上にシリコーン接着剤で厚さ５μｍの銅箔（給電部２０への接続配線付き）を貼付して電極１４ａ、１４ｂを作製する。次いで、電極１４ａ、１４ｂの上に厚さ７５μｍのポリエステルフィルムを接着剤（シリコーン系、アクリル系など）で固定して誘電層１２を形成し、静電チャック１０を完成する。誘電層１２の下の電極１４ａ、１４ｂは誘電層１２に比べて薄いので、形成した誘電層１２の吸着面２２は均さなくてもよい。

本発明の静電チャックは、任意の大きさで製造することができる。とは言え、一般的には、製作上やメンテナンスの容易さなどの理由から、吸着面が２５０×２５０ｍｍ程度となるようなものが好ましい。このような小型の静電チャックをユニットとして組み合わせることにより、１台の大型静電チャック装置を構成することができる。この場合、ガラス基板等の被吸着物の更なる大型化に対しても、組み合わせの変更等により容易に対応できる。また、それぞれの静電チャックユニットは独立しているため、故障時にもユニットの交換で対処できる。

本発明の静電チャックは、図２に示したように単一の電極１４’を含む単極タイプでもよい。この図の静電チャック１０’は、単一の電極１４’を用いることと、正の電圧を印加する給電部２０’のみに接続されること以外は、図１を参照して説明した静電チャック１０と同様の構成でよい。この単極タイプの静電チャックにより吸着を行う際には、被吸着物（図示せず）に負の電圧が印加される。

図３に、図１の双極タイプの本発明の静電チャック１０が表面の凹凸の度合が大きいガラス基板３０を吸着保持したところを模式的に示す。誘電層１２は、背後の弾性層１６の弾性変形により、ガラス基板３０の表面の凹凸に追随して変形し、ガラス基板３０の表面全体と接触することができ、それによりガラス基板を確実に吸着保持することができる。

誘電層の材料としてポリエステル、ポリイミド、塩化ビニル、ポリエチレン及びフッ素ゴムフィルム（７５μｍ厚）のうちの１つを使用する、吸着面が２５０×２５０ｍｍの双極タイプの５種類の静電チャックを作製した。いずれの静電チャックでも、電極は２４０×２４０ｍｍ、厚さ５μｍの銅箔で作製し、弾性層は厚さ５ｍｍ、ショアーＡ硬さ９０のシリコーンゴムシートで作製した。これらの静電チャックのそれぞれに印加する電圧を変化させて、静電チャックが示す吸着力を測定した結果を図４に示す。ポリエステルの誘電層を有する静電チャックが、印加電圧にほぼ比例して増加する吸着力を示すこと、特に３０００Ｖを超える印加電圧で２ｇｆ／ｃｍ²（約０．０２Ｎ／ｃｍ²）以上の大きな吸着力を示すことが分かる。

ここでは被吸着物をガラス基板として説明してはいるが、本発明の静電チャックを使用することができる被吸着物はそれには限定されない。例えば、本発明の静電チャックはシリコン基板などの吸着保持に利用することも可能である。

本発明による双極タイプの静電チャックを説明する模式図である。 本発明による単極タイプの静電チャックを説明する模式図である。 本発明の静電チャックによる表面の凹凸の度合が大きいガラス基板の吸着保持を説明する模式図である。 本発明による種々の静電チャックの吸着力を示すグラフである。 従来の静電チャックを説明する模式図である。 従来の静電チャックによる表面の凹凸の度合が大きいガラス基板の吸着保持を説明する模式図である。

符号の説明

１０、１０’ 静電チャック
１２ 誘電層
１４ａ、１４ｂ、１４’ 電極
１６ 弾性層
１８ 架台
２０ａ、２０ｂ、２０’ 給電部
２２ 吸着面

Claims (6)

1. 被吸着物を吸着する吸着面を有するとともに被吸着物の表面凹凸に追随して変形する誘電層、誘電層の変形を可能にする弾性層、及び誘電層の吸着面と弾性層との間に位置する、吸着に必要な静電荷を発生させるための電極を含み、弾性層の材料はシリコーンゴムであり、電極と弾性層との接着及び電極と誘電層との接着がシリコーン系接着剤でなされていることを特徴とする静電チャック。
2. 誘電層が有機樹脂材料製である、請求項１記載の静電チャック。
3. 有機樹脂材料の比誘電率が２以上である、請求項２記載の静電チャック。
4. 有機樹脂材料がポリエステルである、請求項３記載の静電チャック。
5. 弾性層材料のショアーＡ硬さが５５以上である、請求項１から４までのいずれか１つに記載の静電チャック。
6. 弾性層の比抵抗が１０¹³Ω・ｃｍ以下である、請求項１から５までのいずれか１つに記載の静電チャック。

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