JP4976915B2 - 静電チャックおよび静電チャックの製造方法 - Google Patents

静電チャックおよび静電チャックの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、エラストマー層を有する静電チャックおよびその製造方法に関する。
近年、液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は大型化が進んでおり、ＦＰＤの製造工程において、大型のガラス基板を安定に保持する方法・構造が重要となってきている。
例えば、液晶表示装置は、カラーフィルタや薄膜トランジスタアレイ等を設けた２枚のガラス基板を数ミクロン程度の間隔でシール材にて貼り合せ、その間隔内に液晶を充填して封止して構成される。
また、液晶の充填及び封止は真空下で行われ、２枚のガラス基板を貼り合わせるとともに、貼り合わせるいずれか片方のガラス基板にシール材を塗布し、いずれか片方のガラス基板に液晶を滴下して、加圧しながら２枚のガラス基板を貼り合せて液晶を封止している。
上記のようなＦＰＤの製造工程において、真空（減圧）下でガラス基板を保持する方法として、静電気による吸着方法（静電チャック）が用いられてきた。
例えば、静電チャックの構造としては、金属材料よりなる基板（ベース）に、絶縁性のフィルムを貼付し、電極を設置する構造が提案されていた（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２３５５６３号公報参照
しかし、静電チャックによって大型のガラス基板を吸着する場合には、基板自身の重さによって基板に反りを生じる場合があり、基板を静電チャックに精度よく吸着させることが困難となる場合があった。
このため、電圧が印加される電極を含む吸着部と、当該吸着部が設置される金属ベースとの間に、基板の変形によって生じる応力を吸収するためのエラストマー層を設置すると、基板の反りなどによる不均一な押圧をエラストマー層で吸収することで、精度よく大型ガラス基板を吸着することが可能となる。
しかし、エラストマー層を金属ベースに貼り付ける場合には、エラストマー層と金属ベースとの間に空気が進入して気泡が形成されてしまう場合があった。このような気泡が形成されると、例えば減圧下において静電チャックを用いた場合に吸着面に盛り上がりが生じてしまい、ガラス基板の吸着力が減衰してガラス基板が破損するなど、静電チャックの信頼性が低下してしまう問題が生じる場合があった。
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な静電チャックおよびその製造方法を提供することを統括的課題としている。
本発明の具体的な課題は、吸着の信頼性が高い静電チャックと、吸着の信頼性が高い静電チャックを製造する製造方法を提供することである。
本発明の第１の観点では、上記の課題を、電圧が印加される電極がフィルム状の絶縁層に覆われてなる静電吸着部が、エラストマー層を介して金属ベースに貼り付けられた構造を有する静電チャックの製造方法であって、
前記金属ベースの前記エラストマー層の貼着面に溝部を形成し、
該溝部の端部が前記金属ベースの側方で前記金属ベース外部に開口した構成とし、
前記エラストマー層を前記金属ベースに貼着する際、前記溝部を通して前記エラストマー層と前記金属ベースとの間の空気を排出することを特徴とする静電チャックの製造方法により、解決する。
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、電圧が印加される電極がフィルム状の絶縁層に覆われてなる静電吸着部が、エラストマー層を介して金属ベースに貼り付けられた構造を有する静電チャックであって、
前記金属ベースの前記エラストマー層に面する側に溝部が形成され、
該溝部の端部が前記金属ベースの側方で前記金属ベース外部に開口した構成とされていることを特徴とする静電チャックにより、解決する。
本発明によれば、吸着の信頼性が高い静電チャックと、吸着の信頼性が高い静電チャックを製造する製造方法を提供することが可能となる。
図１は、従来の静電チャックの構造を模式的に示す断面図である。図１を参照するに、静電チャック１０の概略は、金属ベース１１上に、エラストマー層１２介して吸着部１３が貼付された構造となっている。なお、各層の接続に用いる接着層等は図示を省略している。
また、吸着部１３は、有機材料よりなるフィルム状の絶縁層１４、１６の間に、金属などの導電材料よりなる電極１５が挟まれ、電極１５の全体が絶縁層１４，１６で覆われてなる構造となっている。
上記の構造において、電極１５に電圧が印加されることで、絶縁層１６上に保持される、例えばガラス基板などの吸着対象物を静電吸着することが可能となっている。また、吸着部１３と金属ベース１１の間にエラストマー層１２が設けられており、このために、大型基板に反りが生じた場合の不均一な押圧はエラストマー層１２で吸収され、精度よく大型ガラス基板を吸着することが可能となる。
しかし、一方で、エラストマー層１２を金属ベース１１に貼付する場合には、エラストマー層１２と金属ベース１１との間に空気が進入して気泡が形成されてしまう場合があった。このような気泡が形成されると、例えば減圧下において静電チャック１０を用いた場合に吸着面に盛り上がりが生じてしまい、ガラス基板の吸着力が減衰してガラス基板が破損するなど、静電チャックの信頼性が低下してしまう問題が生じる場合があった。
そこで、本発明による静電チャックでは、金属ベースの、エラストマー層に面する側に、空気を抜くための溝部が形成されていることが特徴である。図２は、本発明による静電チャックの一例である静電チャック１０Ａの概略を示す図である。ただし、図２中、図１で先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
図２を参照するに、本図に示す静電チャック１０Ａでは、金属ベース１１の、エラストマー層１２に面する側に、複数の溝部１１ａが形成されていることが特徴である。溝部１１ａが形成されていることで、金属ベース１１にエラストマー層１２を貼り付ける場合に、金属ベース１１とエラストマー層１２の間の空気を排出しやすくなる。このため、金属ベース１１とエラストマー層１２の間に気泡が形成されることが抑制され、例えば減圧下で静電チャックを用いる場合であっても、吸着面の平坦度が良好に保持され、ガラス基板を吸着する場合の信頼性が良好となる効果を奏する。
例えば、上記の溝部１１ａは、金属ベース１１を平面視した場合に格子状に形成される。図３は、上記の溝部１１ａ（金属ベース１１）を平面視した図である。溝部１１ａは、エラストマー層１２に面する側に、格子状に形成されていることがわかる。また、溝部は格子状に限定されず、放射状等の様々な形状に形成することが可能である。更に、溝部をエラストマー層１２側に形成することとしてもよい。
次に、上記の静電チャックの構成、およびその製造方法のさらに具体的な一例を図面に基づき、説明する。
図４は、本発明の実施例１による静電チャック１００を模式的に示した断面図である。図４を参照するに、本実施例による静電チャック１００は、例えばＡｌなどの金属よりなる金属ベース１０１上に、例えばシリコーンゴムよりなるエラストマー層（クッション層）１０２を介して、吸着対象物を吸着する、吸着部１０３が貼付された構造となっている。
吸着部１０３は、例えば、ポリイミドフィルムよりなる下部絶縁層１０４と、例えば、ポリエステルフィルムよりなる上部絶縁層１０６の間に、電極１０５が挟まれるようにして覆われてなる構造となっている。下部絶縁層１０４と上部絶縁層１０６は、接着層１０７により貼り合わせられている。また、吸着部１０３とエラストマー層１０２は接着層１０２ｂにより、エラストマー層１０２と金属ベース１０１は接着層１０２ａによって、それぞれ貼り合わせられている。
上記の静電チャック１００では、電極１０５に、例えば、５００Ｖ〜１０００Ｖの電圧が印加されることにより（電圧印加のための回路、接続経路等は図示を省略）、吸着部１０３（上部絶縁層１０６）上に載置されたガラス基板を吸着して保持することが可能になっている。
上記の静電チャック１００では、エラストマー層１０２が形成されていることで、大型基板に反りが生じた場合の不均一な押圧が吸収され、精度よく大型ガラス基板を吸着することが可能となっている。さらに、上記の静電チャック１００では、金属ベース１０１の、エラストマー層１０２（接着層１０２ａ）に面する側に、複数の溝部１０１Ａが形成されていることが特徴である。溝部１０１Ａが形成されていることで、金属ベース１０１にエラストマー層１０２を貼り付ける場合に、金属ベース１０１とエラストマー層１０２の間の空気を排出しやすくなる。このため、金属ベース１０１とエラストマー層１０２の間に気泡が形成されることが抑制され、例えば減圧下で静電チャックを用いる場合であっても、吸着面の平坦度が良好に保持され、ガラス基板を吸着する場合の信頼性が良好となる効果を奏する。
例えば、上記の金属ベース１０１は、Ａｌに限定されず、ＣｕやＣｒなど他の金属材料を用いて構成してもよい。また、エラストマー層１０２は、シリコーンゴムに限定されず、応力を吸収するための所定の弾性を有してればよい。例えば、エラストマー層１０２を、ウレタンゴムやフッ素ゴムなどにより形成することも可能である。
また、下部絶縁層１０４と上部絶縁層１０６は、例えば有機材料よりなるフィルム状の絶縁体（誘電体）により構成される。例えば、下部絶縁層１０４は、ポリイミドフィルムにより、上部絶縁層１０６は、ポリエステルフィルムにより構成されるが、これらに限定されず、様々な材料を用いて下部絶縁層１０４，上部絶縁層１０６を構成してもよい。また、下部絶縁層１０４と上部絶縁層１０６を同じ材料により構成してもよい。
また、電極１０５は、例えばＣｕ箔により形成されるが、これに限定されず、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ａｌなどの金属箔により構成してもよい。また、電極１０５のパターニング方法は、例えば金属箔をパターンエッチングする方法に限定されず、マスクを用いた成膜（ＣＶＤ、ＰＶＤ，スパッタ、溶射など）により行ってもよい。
例えば、ポリエステルフィルムよりなる上部絶縁層１０６は、吸着力と耐電圧を考慮すると、１２μｍ〜３００μｍ程度の厚さに形成されることが好ましい。この場合、電極１０５に５００Ｖ〜１０００Ｖ程度の電圧を印加することで、ガラス基板を吸着するための充分な吸着力を得ることができる。
また、金属ベース１０１に形成される溝部１０１Ａは、例えば溝の幅を１〜３ｍｍ、溝の深さを１〜３ｍｍ、隣接する溝の間隔を２０〜５０ｍｍ程度とされるが、上記の寸法は一例であり、これに限定されるものではない。
次に、上記の静電チャック１００の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｋに基づき、説明する。ただし、以下の図中、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
まず、図５Ａに示す工程において、ポリイミドフィルムよりなる下部絶縁層１０４に、剥離用テープＴ１付きの接着層（接着剤フィルム）１０７ａを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、下部絶縁層１０４と接着層１０７ａの温度は７０℃とする。
次に、図５Ｂに示す工程において、剥離用テープＴ１を剥離した後、接着層１０７ａ上に、電極１０５となるＣｕ箔１０５ａを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、下部絶縁層１０４，接着層１０７ａおよびＣｕ箔１０５ａの温度は７０℃とする。
次に、図５Ｃに示す工程において、例えばマスクパターン（図示せず）を用いたエッチングにより、Ｃｕ箔１０５ａのパターニングを行って、電極１０５を所望の形状に加工する。この場合、接着層１０７ａがエッチングされてもよい。また、先に説明したように、マスクパターンを用いた成膜（ＣＶＤ，ＰＶＤ，スパッタ、蒸着）によって、電極１０５を形成してもよい。
次に、図５Ｄに示す工程において、ポリエステルフィルムよりなる上部絶縁層１０６に、剥離用テープＴ２付きの接着層（接着剤フィルム）１０７ｂを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、上部絶縁層１０６と接着層１０７ｂの温度は７０℃とする。上記の上部絶縁層１０６と接着層１０７ｂの貼り付け、押圧の後、剥離用テープＴ２を剥離する。
次に、図５Ｅに示す工程において、図５Ｃの工程で作成した電極１０５が貼り付けられた下部絶縁層１０４と、図５Ｄの工程で作成した、接着層１０７ｂが貼り付けられた上部絶縁層１０６とを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、接着層１０７ａと接着層１０７ｂとは実質的に一体化し、接着層１０７となる。ここで、絶縁層（誘電体層）１０４，１０６に電極１０５が覆われてなる吸着部１０３が形成される。
さらに、図５Ｆに示すように、吸着部１０３を、減圧容器ＣＨ１に保持し、減圧下で下部絶縁層１０４と上部絶縁層１０６とを押圧し、下部絶縁層１０４と上部絶縁層１０６の密着力を高めてもよい。
次に、図５Ｇに示す工程において、シリコーンゴムよりなるエラストマー層１０２に、剥離用テープＴ３付きの接着層（接着剤フィルム）１０２ａを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、エラストマー層１０２と接着層１０２ａの温度は７０℃とする。
次に、図５Ｈに示す工程において、図５Ｇの工程と同様にして、エラストマー層１０２の接着層１０２ａが貼付された側の反対側の面に、剥離用テープＴ４付きの接着層（接着剤フィルム）１０２ｂを、ロールラミネータＬ１によって押圧して貼り付ける。この場合、エラストマー層１０２と接着層１０２ｂの温度は７０℃とする。この結果、エラストマー層１０２の両面にそれぞれ接着層１０２ａ、１０２ｂが貼付される。
次に、図５Ｉに示す工程において、接着層１０２ｂ上の剥離用テープＴ４を剥離し、接着層１０２ｂを介して吸着部１０３とエラストマー層１０２とを貼り付け、ロールラミネータＬ１によって押圧する。この結果、吸着部１０３とエラストマー層１０２とは、接着層１０２ｂを介して貼り付けられることになる。
次に、図５Ｊに示す工程において、剥離用テープＴ３を剥離し、接着層１０２ａを介して、吸着部１０３が貼り付けられたエラストマー層１０２と、金属ベース１０１の溝部１０１Ａが形成された側とを貼り付け、ロールラミネータＬ１によって押圧する。この結果、吸着部１０３が貼り付けられたエラストマー層１０２と、金属ベース１０１とは、接着層１０２aを介して貼り付けられることになる。この場合、金属ベース１０１には、例えば格子状に溝部１０１Ａが形成されているため、金属ベース１０１とエラストマー層１０２の間に気泡が形成されることを効果的に抑制することができる。このようにして、図４に示した静電チャック１００を形成することができる。
さらに、図５Ｋに示すように、静電チャック１００を減圧容器ＣＨ２に保持し、減圧下でエラストマー層１０２と金属ベース１０１とを押圧し、エラストマー層１０２と金属ベース１０１との密着力を高めてもよい。
次に、上記の実施例により製造された静電チャックと、従来の製造方法（金属ベースに溝部が形成されない方法）による静電チャックの、減圧下での吸着面の盛り上がりによる不具合を調べた結果について説明する。
Figure 0004976915
 上記の表に示すように、従来の製造方法により製造された静電チャックは、製作された２０台中１５台（７５％）で吸着面の盛り上がりの不具合が発生したのに対して、本実施例により製造された静電チャックは、製作された５２台中で不具合の発生が０件であった。このように、本実施例による静電チャックは吸着の信頼性が良好となっていることが確認された。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、吸着の信頼性が高い静電チャックと、吸着の信頼性が高い静電チャックを製造する製造方法を提供することが可能となる。
従来の静電チャックの概要を示す図である。 本発明による静電チャックの概要を示す図である。 図２の静電チャックの金属ベースの構造を示す図である。 実施例１による静電チャックを模式的に示す図である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その１）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その２）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その３）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その４）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その５）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その６）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その７）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その８）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その９）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その１０）である。 実施例１による静電チャックの製造方法を示す図（その１１）である。
符号の説明
１００ 静電チャック
１０１ 金属ベース
１０２ エラストマー層
１０２ａ，１０２ｂ，１０７ 接着層
１０３ 吸着部
１０４ 絶縁層
１０５ 電極
１０６ 絶縁層

Claims (16)

  1. 電圧が印加される電極がフィルム状の絶縁層に覆われてなる静電吸着部が、エラストマー層を介して金属ベースに貼り付けられた構造を有する静電チャックの製造方法であって、
    前記金属ベースの前記エラストマー層の貼着面に溝部を形成し、
    該溝部の端部が前記金属ベースの側方で前記金属ベース外部に開口した構成とし、
    前記エラストマー層を前記金属ベースに貼着する際、前記溝部を通して前記エラストマー層と前記金属ベースとの間の空気を排出することを特徴とする静電チャックの製造方法。
  2. 前記エラストマー層が第１の接着層により前記金属ベースに貼着されることを特徴とする請求項１記載の静電チャックの製造方法。
  3. 前記静電吸着部と前記エラストマー層とを第２の接着層を介して積層した後、前記第１の接着層を介して前記エラストマー層と前記金属ベースを貼着することを特徴とする請求項２記載の静電チャックの製造方法。
  4. 前記静電吸着部は、下部絶縁層と上部絶縁層との間に電極が挟まれるようにして覆われ、かつ、前記下部絶縁層と前記上部絶縁層とが第３の接着層により貼着された構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  5. 前記エラストマー層は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、およびフッ素ゴムの群から選択される一の材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  6. 前記溝部が格子状又は放射状に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  7. 基板の吸着時において、前記エラストマー層が吸着される前記基板の変形を吸収することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  8. ロールラミネータにより、前記エラストマー層を前記金属ベースに押圧することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
  9. 減圧空間で前記エラストマー層を前記金属ベースに押圧することを特徴とする請求項８記載の静電チャックの製造方法。
  10. 電圧が印加される電極がフィルム状の絶縁層に覆われてなる静電吸着部が、エラストマー層を介して金属ベースに貼り付けられた構造を有する静電チャックであって、
    前記金属ベースの前記エラストマー層に面する側に溝部が形成され、
    該溝部の端部が前記金属ベースの側方で前記金属ベース外部に開口した構成とされていることを特徴とする静電チャック。
  11. 前記エラストマー層が第１の接着層により前記金属ベースに貼着されてなることを特徴とする請求項１０記載の静電チャック。
  12. 前記静電吸着部と前記エラストマー層が第２の接着層を介して積層され、
    前記エラストマー層と前記金属ベースが前記第１の接着層を介して貼着されてなることを特徴とする請求項１１記載の静電チャック。
  13. 前記静電吸着部は、下部絶縁層と上部絶縁層との間に電極が挟まれるようにして覆われ、かつ、前記下部絶縁層と前記上部絶縁層とが第３の接着層により貼着された構造であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の静電チャック。
  14. 前記エラストマー層は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、およびフッ素ゴムの群から選択される一の材料からなることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の静電チャック。
  15. 前記溝部が格子状又は放射状に形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の静電チャック。
  16. 基板の吸着時において、前記エラストマー層が吸着される前記基板の変形を吸収する構成であることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の静電チャック。
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