JP6217303B2 - 導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法並びにオールシリコーンゴム製静電チャック及びその製造方法 - Google Patents

導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法並びにオールシリコーンゴム製静電チャック及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、導電性シリコーンゴムシートを電極パターン形状に加工する方法であり、特に複雑な電極パターン形状を精密に加工することが可能な導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法に関する。また、この導電性シリコーンゴム製電極パターンを絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設してなる伸縮性を有するオールシリコーンゴム製静電チャック及びその製造方法に関する。
通常のフレキシブルプリント基板は、絶縁性フィルムと銅箔の積層品の銅箔面にレジストを形成してからレジストのない銅箔をエッチングにより除去することで電極パターンを作製する。また、メンブレン配線板は絶縁性フィルムに導体としてカーボンペーストや銀ペースト等の導電性インクを塗布することで電極パターンを作製する。これらは絶縁性フィルムと銅箔あるいは導電性インク製の電極パターンとの一体品であり、曲げることのできる柔軟性はあるが、伸縮性はほとんど得られない。
また、半導体集積回路の製造工程におけるウエハの真空中での保持には、クーロン力方式又はジャンセン・ラーベック力方式のウエハチャック、いわゆる静電チャックが用いられている。静電チャックは絶縁体層の内部に電極パターンを埋没させた構造であり、絶縁体層としては、ポリイミド等の有機樹脂、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素等のセラミックス、シリコーンゴム等のゴム弾性体を用い、電極パターンとしては、銅、アルミニウム等の金属箔、カーボンペーストや銀ペースト等の導電性インクを用いている。
静電チャックの電極パターンや電子回路素子の電磁波シールド用導電層に導電性ゴムを用いることがいくつか提案されている。
特開昭59−188135号公報(特許文献1)には、金属よりも大きな抵抗を有する第1電極と第2電極間に電位差を生じさせ、半導体基板を吸着し表面処理を行う方法が提案されており、電極として金属粉末入りの導電性シリコーンゴムが例示されている。
特開昭63−194345号公報(特許文献2)には、絶縁膜上に適宜の間隔があけられた導電性樹脂材料が配置された静電チャックが提案されており、導電性樹脂材料として導電ゴムや導電プラスチック等が例示されている。
特開平1−164099号公報(特許文献3)には、電気絶縁層上にスクリーン印刷で導電性シリコーンゴムの導電層を積層する放熱シールドシートが提案されている。
特開2000−326170号公報(特許文献4)には、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物内部に電極として機能する導電性シリコーンゴムが埋没されてなる、ウエハ裏面を支える支持突起と組み合せて使用される垂直方向に弾性変形が可能な静電チャックが提案されている。
特許文献3は、導電性シリコーンゴム製の電極パターンをスクリーン印刷で作製しているが、それ以外の特許文献では具体的な電極パターンの作製方法は記載されていない。
通常の静電チャックは、導電性あるいは半導電性のウエハ等の基板をクーロン力やジャンセン・ラーベック力により吸着するものであり、双極構造の電極パターンは比較的単純な形状で吸着力が充分に発現する。一方、絶縁性のガラスや樹脂製の基板を吸着する場合、グラディエント力を発生させる必要がある。グラディエント力は静電チャック表面上の電界を不均一にすることで発現する力であり、電極パターンをより細密にして電極の幅と電極間の距離をなるべく小さくする必要がある。しかし、導電性シリコーンゴムは柔らかく、伸びが大きいので、細密な電極パターンに加工することが非常に難しい。
特開昭59−188135号公報 特開昭63−194345号公報 特開平1−164099号公報 特開2000−326170号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、導電性シリコーンゴムで細密な電極パターン形状を加工することが可能な導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法、この導電性シリコーンゴム製電極パターンを絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設してなる伸縮性を有するオールシリコーンゴム製静電チャック及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、導電性シリコーンゴムを細密な電極パターンに加工する方法として、導電性シリコーンゴム組成物をシート化して工程フィルムに積層してから導電性シリコーンゴム組成物のシートを硬化した後、工程フィルムはカットせずに導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットしてから余分な導電性シリコーンゴムシートを工程フィルムから剥離して除去することにより導電性シリコーンゴム製電極パターンを作製する方法が有効であることを知見した。更に、この双極構造の電極パターンを絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設させたオールシリコーンゴム製静電チャックは、伸縮性があり、電極パターンの電極間に電圧を印加することにより吸着力が発現し、各種基板を吸着することができることを知見し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、下記の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法並びにオールシリコーンゴム製静電チャック及びその製造方法を提供する。
〔1〕
導電性シリコーンゴム組成物をシート化し、工程フィルムをサンドブラスト加工し粗面化した面に、上記導電性シリコーンゴム組成物のシートを積層してから導電性シリコーンゴム組成物のシートを硬化し、工程フィルムはカットせずに導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットしてから余分な導電性シリコーンゴムシートを工程フィルムから剥離して除去することを特徴とする導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔2〕
カッティングプロッターにより導電性シリコーンゴムシートを電極パターン形状にカットすることを特徴とする〔1〕記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔3〕
工程フィルムが、耐熱性及び柔軟性を有する樹脂フィルムであることを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔4〕
樹脂フィルムが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ4−メチルペンテン−1(PMP)、ポリエチレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、及びフッ素樹脂(PTFE、FEP、PFA)から選ばれる樹脂フィルムである〔3〕記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔5〕
導電性シリコーンゴムが、カーボンブラックを配合してなる導電性シリコーンゴム組成物の硬化物であり、その体積抵抗率が0.001〜1Ω・mの範囲であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔6〕
導電性シリコーンゴムシートの厚さが0.03〜2.0mmの範囲であることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
〔7〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の方法により得られた導電性シリコーンゴム製電極パターンが絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設されてなり、伸縮性を有することを特徴とするオールシリコーンゴム製静電チャック。
〔8〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の方法により得られた導電性シリコーンゴム製電極パターンの工程フィルムと反対の面上に、絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから該絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化し、更に工程フィルムを剥離し、剥離面の導電性シリコーンゴム製電極パターン上に絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化することを特徴とするオールシリコーンゴム製静電チャックの製造方法。
本発明の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法によれば、柔らかく伸びが大きい加工の難しい導電性シリコーンゴムシートを用いて細密な電極パターンを作製することができる。その電極パターンを埋設させたオールシリコーンゴム製静電チャックは、伸縮性があり、クーロン力やジャンセン・ラーベック力により導電性あるいは半導電性の基板を吸着でき、更に細密な電極パターンにして表面の電界を不均一にすれば、グラディエント力により絶縁性の基板を吸着することができる。また、カーボンブラック配合の導電性シリコーンゴム製電極パターンを埋設させた静電チャックは、伸張した状態でも吸着力を維持することができる。
実施例1、3、比較例1、2の双極構造の櫛刃電極パターン形状を示した図である。 実施例2の双極構造の櫛刃電極パターン形状を示した図である。
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明において「体積抵抗率」は、日本ゴム協会標準規格SRIS 2301に規定された試験方法により測定された値である。
本発明の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法は、未硬化の導電性シリコーンゴム組成物をシート化して工程フィルムと積層してから導電性シリコーンゴム組成物のシートを硬化し、工程フィルムはカットせずに導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットしてから余分な導電性シリコーンゴムシートを工程フィルムから剥離して除去することを特徴とするものである。
本発明に用いる導電性シリコーンゴム組成物としては一般的なものでよく、例えば、(A)主剤(ベースポリマー)であるオルガノポリシロキサンに、(B)導電性フィラー、及び(C)硬化剤を配合した導電性シリコーンゴム組成物を用いることができる。
ここで、(A)オルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式(1)で示されるものが挙げられる。
1 nSiO(4-n)/2 (1)
(式中、R1は非置換又は置換の一価炭化水素基であり、nは1.95〜2.05の正数である。)
上記式(1)中、R1は非置換又は置換の、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜8の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基など、あるいはこれらの水素原子が部分的に塩素原子、フッ素原子などのハロゲン原子で置換されたハロゲン化炭化水素基等が例示される。
nは1.95〜2.05の正数である。
また、このオルガノポリシロキサンは、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合するアルケニル基を有することが好ましく、R1の内0.001〜5モル%、特に0.01〜1モル%のアルケニル基を含有することが好ましい。
オルガノポリシロキサンとして、具体的には、主鎖がジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部にビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基などを導入したもので、分子鎖末端がトリオルガノシロキシ基又は水酸基で封鎖された直鎖状構造のものが好ましい。このトリオルガノシロキシ基としては、トリメチルシロキシ基、ジメチルビニルシロキシ基、トリビニルシロキシ基などが例示される。
なお、このオルガノポリシロキサンの平均重合度は200以上12,000以下、特に300〜10,000で、回転粘度計による測定で25℃における粘度が0.3Pa・s以上のものが好ましく、平均重合度が200未満では硬化後の機械的強度が劣り、脆くなってしまう場合がある。なお、本発明において、重合度は、トルエンを展開溶媒としたゲルパーミエーションクトマトグラフィ(GPC)分析におけるポリスチレン換算の重量平均重合度として求めることができる。
(B)導電性フィラーとしては、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、銀、銅、ニッケル等の金属粉、それらの金属をガラス粉やセラミック粉に被覆したフィラー等を挙げることができる。導電性シリコーンゴムを伸張すると導電性フィラー同士の接触が離れ、抵抗が上昇するおそれがある。特に、金属粉は粒径が大きいので伸張による抵抗上昇が顕著に見られる。カーボンブラックは粒径が小さく、ストラクチャー構造が発達しており、伸張による抵抗上昇が小さいため、本発明の導電性シリコーンゴム組成物に配合する導電性フィラーとして適している。
カーボンブラックを使用する場合の配合量としては、上記オルガノポリシロキサン100質量部に対して10〜100質量部、特に20〜80質量部の範囲で使用することが好ましい。カーボンブラックの配合量が10質量部未満では導電性が不充分となる場合があり、また100質量部を超えると配合が困難になるうえ成形加工性が非常に悪くなる場合がある。
また、カーボンブラック以外の導電性フィラーの配合量は、上記オルガノポリシロキサン100質量部に対して100〜1,500質量部、特に200〜1,000質量部の範囲で使用することが好ましい。
カーボンブラックを配合した導電性シリコーンゴムの体積抵抗率は、0.001〜1Ω・m、特に0.005〜0.1Ω・mの範囲であることが好ましい。体積抵抗率を0.001Ω・m未満の低抵抗にするにはカーボンブラックの高充填では達成が困難となる場合があり、体積抵抗率1Ω・mを超えると電流が流れにくくなり、電極として使用できなくなる場合がある。
また、カーボンブラック以外の導電性フィラーを配合した導電性シリコーンゴムの体積抵抗率は、安定した抵抗を維持する点から1×10-7〜1×10-3Ω・m、特に1×10-6〜1×10-4Ω・mの範囲であることが好ましい。
導電性シリコーンゴム組成物の(C)硬化剤としては、通常シリコーンゴムの硬化に使用されている従来公知の硬化剤の中から適宜選択することができる。即ち、本発明に用いる導電性シリコーンゴム組成物の硬化タイプとしては、有機過酸化物硬化型(ラジカル反応硬化型)、付加反応硬化型等のいずれのものであってもよい。
有機過酸化物硬化型シリコーンゴム組成物の場合には、公知のラジカル反応による架橋に使用される有機過酸化物、例えば、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物を上記主剤であるオルガノポリシロキサン100質量部に対して0.1〜10質量部、特に0.2〜5質量部配合したものが使用される。
また、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の場合は、付加反応硬化剤として、ケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を1分子中に2個以上、特に3〜200個含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金族金属系触媒を使用することができる。なお、この場合、主剤であるオルガノポリシロキサンは、アルケニル基を有するものを使用する。
付加反応硬化剤について更に詳述すると、上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)メチルシラン、トリス(ジメチルハイドロジェンシロキシ)フェニルシラン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、メチルハイドロジェンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジェンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CH32HSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C65)SiO3/2単位とからなる共重合体等や、これらの例示化合物において、メチル基の一部又は全部をエチル基、プロピル基等の他のアルキル基、フェニル基等のアリール基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基などで置換したもの等が挙げられる。
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、1分子中のケイ素原子の数、即ち重合度は2〜1,000、好ましくは3〜500、特に好ましくは3〜300程度のものを使用することができる。
このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、上記主剤であるオルガノポリシロキサンのアルケニル基1モルに対してオルガノハイドロジェンポリシロキサンのSiH基が0.5〜5モル、特に1〜3モルとなる量であることが好ましい。
また、白金族金属系触媒としては、白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等が例示できる。なお、この白金族金属系触媒の配合量は触媒量とすることができ、通常、上記主剤であるオルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンの合計質量に対し、白金族金属量に換算して0.5〜1,000ppm、特に1〜500ppmの範囲で使用することが好ましい。
導電性シリコーンゴム組成物には、更に必要に応じて、反応制御剤、補強性シリカ、耐熱性向上剤、難燃性向上剤やフッ素系の離型剤などを本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。
導電性シリコーンゴム組成物には、更に粘度を下げるため有機溶剤を配合することができる。有機溶剤として、具体的には、シリコーンゴムの溶解性が高いトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素やn−ヘキサン等の脂肪族炭化水素あるいはこれらの混合物等が挙げられる。
導電性シリコーンゴム組成物の配合方法としては、上記成分を二本ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー等の混合機を用いて混練りすればよいが、一般的には硬化剤だけを使用する直前に添加することが好ましい。
本発明に用いる工程フィルムとしては、耐熱性及び柔軟性を有する樹脂フィルムを用いることができ、このような樹脂フィルムとして、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ4−メチルペンテン−1(PMP)、ポリエチレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フッ素樹脂(PTFE、FEP、PFA)等から特性に応じて種々選択できる。これらの中では、価格が比較的安く、色々な厚さのフィルムを入手しやすいポリエチレンテレフタレート(PET)が適している。
工程フィルムの厚さは、10〜300μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは25〜200μmの範囲である。工程フィルムの厚さが10μm未満では、フィルムの強度が不足して未硬化の導電性シリコーンゴム組成物を積層する際にシワが入るおそれや、硬化した導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットする際に工程フィルムが一緒に切れるおそれがあり、300μmを超えると工程フィルムの柔軟性がなくなり成形が難しくなる場合がある。
また、工程フィルムの導電性シリコーンゴム組成物シートを積層する面をサンドブラスト加工して粗面化すると、導電性シリコーンゴム組成物のシートが工程フィルムに積層しやすくなる。更に、電極パターンカット後の導電性シリコーンゴムシートが工程フィルムから剥離しにくくなり、これを用いて静電チャックを製造する際に、絶縁性シリコーンゴム組成物と積層する工程で電極パターンが崩れる等の成形不良の発生を抑えることができる。
次に、導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法について説明する。
硬化剤まで配合した導電性シリコーンゴム組成物を二本ロールやカレンダーロールを用いて一定の厚さのシートに分出ししてから工程フィルムのブラスト面に積層する。更に、薄くゴムを分出しするには、導電性シリコーンゴム組成物を有機溶剤に溶解・希釈したコーティング液を工程フィルム上に所定の厚さにコーティングしてから有機溶剤を揮発させる。また、液状の導電性シリコーンゴム組成物の場合は、工程フィルム上に所定量吐出してから枠体を設置し、プレス成形機等で加圧して厚さを均一にする。
工程フィルムに積層した導電性シリコーンゴム組成物シートは、加熱炉や熱プレス成形機により所定の温度まで加熱して熱硬化させる。付加反応硬化剤は室温でも時間をかければ硬化するが、熱をかけることにより成形サイクルを上げることができる。加熱する場合は、温度80〜250℃、特に100〜200℃で、時間30秒〜20分間、特に1〜10分間とすることが好ましい。この際、工程フィルムに耐熱性がないと、工程フィルムの変形や切断が発生するおそれがある。
ここで、導電性シリコーンゴムシート厚さは0.03〜2.0mm、特に0.1〜1.0mmの範囲であることが好ましい。厚さ0.03mm未満では導電性シリコーンゴムシート自体の強度が不足して、電極パターン形状にカット後の余分な導電性シリコーンゴムを工程フィルムから剥離しにくくなり、厚さ2.0mmを超えると細密な電極パターンにカットするのが難しくなる。
導電性シリコーンゴム組成物シートを硬化後、工程フィルムはカットせずに導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットする。この際、電極パターン形状にカットするには、カッティングプロッターや抜型を用いることができる。
カッティングプロッターは、装置的にはペン式のプロッターとほぼ同じであるが、ペンの代わりに鋭利なナイフを取り付けてあり、導電性シリコーンゴムシートを任意の形状にカットすることができる。CADデータ等から複雑な電極パターン形状を短時間で作製でき、装置の導入には費用がかかるが、抜型のように電極パターン形状ごとに型を作製する必要がない。ナイフの刃先の長さを調整することで導電性シリコーンゴムシートのみをカットすることができる。
抜型には、トムソン型あるいはビク型と呼ばれるベニヤ板や樹脂板に鋼製の刃を埋め込んだ型と、ピナクル型と呼ばれる金属をエッチングすることで刃(腐食刃)を形成し、刃先をシャープニング加工した型がある。トムソン型は速く作製でき比較的安価であり、ピナクル型は抜き精度に優れている。抜型で導電性シリコーンゴムシートを電極パターン形状に打抜く際、打抜き機の加圧力を調整することで導電性シリコーンゴムシートのみをカットすることができる。
抜型は非常に細密な形状で刃を形成することが難しいので、細密な電極パターンを作製するには、カッティングプロッターを用いる方法が適している。
工程フィルム上の電極パターンにカットした導電性シリコーンゴムシートの余分な箇所を工程フィルムから剥離して除去することで、導電性シリコーンゴム製電極パターンを作製することができる。
次に、得られた導電性シリコーンゴム製電極パターンと絶縁性シリコーンゴムからなるオールシリコーンゴム製静電チャックについて説明する。
オールシリコーンゴム製静電チャックは、工程フィルム上の導電性シリコーンゴム製電極パターンに絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから該絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化し、更に工程フィルムを剥離し、剥離面の導電性シリコーンゴム製電極パターン上に絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから該絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化することにより得ることができる。
ここで、本発明に用いる絶縁性シリコーンゴム組成物としては、(a)主剤(ベースポリマー)であるオルガノポリシロキサンに、(b)補強性シリカやシリコーン樹脂質共重合体等の補強性充填剤、及び(c)硬化剤を配合した組成物を用いることができる。
(a)オルガノポリシロキサンとしては、上記導電性シリコーンゴム組成物の(A)成分において例示した平均組成式(1)のオルガノポリシロキサンを用いることができる。
本発明に用いる補強性充填剤は、機械的強度と絶縁性に優れたシリコーンゴムを得るために配合されるものであり、BET法比表面積が50m2/g以上、特に100〜400m2/gである補強性シリカが好ましい。この補強性シリカとしては、煙霧質シリカ(乾式シリカ)、沈降シリカ(湿式シリカ)等が例示される。また、補強性シリカの表面をオルガノポリシロキサン、オルガノシラザン、クロロシラン、アルコキシシラン等で疎水化処理を行ってもよい。
この補強性シリカの添加量は、特に制限されるものではないが、オルガノポリシロキサン100質量部に対して5質量部未満では充分な補強効果が得られないおそれがあり、100質量部より多くすると成形加工性が悪くなる場合があるので、5〜100質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは20〜80質量部の範囲である。
絶縁性シリコーンゴム組成物には、補強性充填剤として、補強性シリカの代わりにシリコーン樹脂質共重合体を配合してもよい。また補強性シリカとシリコーン樹脂質共重合体とを併用してもよい。
シリコーン樹脂質共重合体は、R2 3SiO1/2単位及びSiO2単位を主成分とする。ここで、R2は非置換又は置換の、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜8の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基など、あるいはこれらの水素原子が部分的に塩素原子、フッ素原子などのハロゲン原子で置換されたハロゲン化炭化水素基等が例示される。
シリコーン樹脂質共重合体は、R2 3SiO1/2単位とSiO2単位のみからなるものであってもよく、また必要に応じてR2 2SiO2/2単位やR2SiO3/2単位を全シリコーン樹脂質共重合体に対して50モル%以下、より好ましくは40モル%以下の範囲で含んでもよいが、R2 3SiO1/2単位とSiO2単位とのモル比[R2 3SiO1/2/SiO2]が0.5〜1.5、特に0.5〜1.3であるものを用いることが好ましい。このモル比が0.5より小さいとシリコーンゴムの強度が低下する場合があり、1.5より大きいとオルガノポリシロキサンとの相溶性が低下し、配合が困難になる場合がある。
更に、シリコーン樹脂質共重合体は1×10-4〜5×10-3mol/g、特に2×10-4〜3×10-3mol/gのビニル基等のアルケニル基を含有することが好ましい。アルケニル基含有量が1×10-4mol/gより少ないとシリコーンゴムの強度が低下する場合があり、5×10-3mol/gより多いとゴムが硬くて脆くなるおそれがある。
なお、シリコーン樹脂質共重合体は、通常、クロロシランやアルコキシシランを当該技術において周知の方法で加水分解することにより製造することができる。
このシリコーン樹脂質共重合体の配合量は、オルガノポリシロキサン100質量部に対して20〜200質量部、特に30〜150質量部が好ましい。20質量部未満では充分なゴムの強度が得られない場合があり、200質量部を超えるとゴムが硬くて脆くなるおそれがある。
絶縁性シリコーンゴム組成物の硬化剤(c)は、導電性シリコーンゴム組成物の(C)成分で例示した硬化剤と同じものを使用することができ、その配合量も同様とすることができるが、シリコーン樹脂質共重合体を配合する場合のオルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、上記主剤であるオルガノポリシロキサン及びシリコーン樹脂質共重合体のアルケニル基1モルに対してオルガノハイドロジェンポリシロキサンのSiH基が0.5〜5モル、特に1〜3モルとなる量であることが好ましく、また白金族金属系触媒の配合量は、上記主剤であるオルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジェンポリシロキサンとシリコーン樹脂質共重合体の合計質量に対し、白金族金属量に換算して0.5〜1,000ppm、特に1〜500ppmの範囲で使用することが好ましい。
この絶縁性シリコーンゴム組成物には、補強性シリカやシリコーン樹脂質共重合体等の補強性充填剤以外にアルミナ、水酸化アルミニウム、窒化ホウ素等の熱伝導性フィラー、着色顔料等の充填剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤などの各種添加剤やフッ素系の離型剤、あるいは補強性シリカ分散剤として各種アルコキシシラン、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、シラノール基含有シロキサンなどを本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。
絶縁性シリコーンゴム組成物の配合方法としては、上記成分を二本ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー等の混合機を用いて混練りすればよいが、一般的には硬化剤だけを使用する直前に添加することが好ましい。
硬化剤まで配合した絶縁性シリコーンゴム組成物は、流動性のあまりないミラブルタイプ、流動性のある液状タイプの何れであってもよく、導電性シリコーンゴム製電極パターンとの積層の際、電極パターンが工程フィルムから剥がれる不具合を防ぐには、低圧で成形できる液状タイプの方が適している。
ミラブルタイプの絶縁性シリコーンゴム組成物の場合、予め一定の厚さのシートに分出してから導電性シリコーンゴム製電極パターンと積層する。また、液状タイプの絶縁性シリコーンゴム組成物の場合、導電性シリコーンゴム製電極パターン上に所定量吐出してから枠体を設置し、プレス成形機等で加圧して厚さを均一にする。
絶縁性シリコーンゴム組成物は、加熱炉や熱プレス成形機により所定の温度まで加熱して熱硬化させる。絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化する加熱条件としては、温度80〜250℃、特に100〜200℃で時間30秒〜20分間、特に1〜10分間とすることが好ましい。
ここで、加熱硬化した絶縁性シリコーンゴムの厚さは、0.05〜10mm、特に0.1〜5mmであることが好ましい。絶縁性シリコーンゴムの厚さが薄すぎると導電性シリコーンゴム製電極パターンに高電圧を印加した際の耐電圧が不足する場合があり、厚すぎると静電チャックとしての吸着力が発現しない場合がある。
このように導電性シリコーンゴム製電極パターンと絶縁性シリコーンゴムを一体化し、電極パターンを固定してから工程フィルムを剥離する。更に、工程フィルムを剥離した剥離面の導電性シリコーンゴム製電極パターン上に、上記と同様に絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから、上記と同様に加熱して絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化する。
なお、ここで用いる絶縁性シリコーンゴム組成物は、上記で成形した絶縁性シリコーンゴム組成物と同じものを用いてもよいし、組成の異なる絶縁性シリコーンゴム組成物を用いてもよい。
ここで、工程フィルムを剥離した剥離面の導電性シリコーンゴム製電極パターン上の絶縁性シリコーンゴムの厚さは、上記で成形した絶縁性シリコーンゴムの厚さと同様でよい。
以上の製造方法により、導電性シリコーンゴム製電極パターンを絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設させたオールシリコーンゴム製静電チャックを得ることができる。
内部の導電性シリコーンゴム製電極パターンを双極構造にし、極性の異なる電圧を印加できるようにすると、静電チャックとして働き、クーロン力やジャンセン・ラーベック力により導電性あるいは半導電性のウエハ等の基板を吸着できる。電極パターンをより細密にして電極の幅と電極間の距離をなるべく小さくし表面の電界を不均一にすると、グラディエント力により絶縁性のガラスや樹脂製の基板を吸着できるようになる。また本静電チャックは、オールシリコーンゴム製でゴムとしての伸縮性があり、基板を吸着させた状態で静電チャックを伸張しても吸着を維持できる。特にカーボンブラックを配合した導電性シリコーンゴム製電極パターンは、伸張時の抵抗上昇が小さいので吸着力が低下しない。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
[実施例1、2]
ジメチルシロキサン単位99.6モル%、メチルビニルシロキサン単位0.4モル%からなり、両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖された、平均重合度8,000のメチルビニルポリシロキサン100質量部に、カーボンブラックとしてアセチレンブラック60質量部を加圧ニーダーで配合し、混練り均一化し、コンパウンドを作製した。このコンパウンド100質量部に対し、塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金含有量1質量%)0.1質量部、白金触媒の制御剤であるエチニルシクロヘキサノール0.05質量部、及び下記式(2)
(CH33SiO[(CH32SiO]18[(CH3)HSiO]20Si(CH33
(2)
で示されるメチルハイドロジェンポリシロキサン2質量部を添加し、二本ロールでよく混練りして未硬化の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
この導電性シリコーンゴム組成物をカレンダー成形機により厚さ0.2mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmの工程フィルムのブラスト面上に積層し、160℃の加熱炉の中を5分間通して導電性シリコーンゴム組成物を硬化させた。この導電性シリコーンゴムシートの体積抵抗率は0.03Ω・mであった。
次に、カッティングプロッターを用いてポリエチレンテレフタレート製工程フィルムはカットせず、導電性シリコーンゴムシートのみを図1の電極幅0.6mm、電極間0.5mmの双極構造の櫛刃電極パターン形状(実施例1)、及び図2の電極幅0.5mm、電極間0.35mmの双極構造の櫛刃電極パターン形状(実施例2)にカットした。電極間や電極パターン外周部の不要な導電性シリコーンゴム部分をポリエチレンテレフタレート製工程フィルムから剥離して除去し、導電性シリコーンゴム製電極パターンを作製した。
シリコーン樹脂質共重合体配合の液状の絶縁性シリコーンゴム材料KE−1935A/B[商品名、信越化学工業(株)製]のAとBを1:1の比率で混合してから混入した空気を脱泡し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物を調製した。この絶縁性シリコーンゴム組成物を工程フィルム上の導電性シリコーンゴム製電極パターン上に所定量吐出してから、厚さ0.7mmのステンレススチール製の枠体内に設置し、上からポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面側を載せ、それらの上下を2枚の厚さ3mmのステンレススチール板で挟んだ。次に、50t熱プレス成形機を用いて圧力3MPa、温度120℃の条件で10分間加圧・加熱することで絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化させてから両面のポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離し、導電性シリコーンゴム製電極パターンとの絶縁性シリコーンゴムを一体化した。この絶縁性シリコーンゴムの導電性シリコーンゴム製電極パターン上の厚さは0.5mmであった。
補強性シリカ配合のミラブルタイプの絶縁性シリコーンゴム材料KE−561−U[商品名、信越化学工業(株)製]100質量部に、硬化剤として有機過酸化物ペーストC−8[商品名、信越化学工業(株)製]2質量部を添加し、二本ロールで混練り後、厚さ0.2mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面上に積層し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを調製した。
この絶縁性シリコーンゴム組成物シートを先の一体品の導電性シリコーンゴム製電極パターン面上に貼り合せてから、50t熱プレス成形機を用いて圧力5MPa、温度160℃の条件で10分間加圧・加熱することで絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化させた。ポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離し、乾燥機中で温度200℃、4時間熱処理し、揮発成分を除去してから、図1及び図2のAとB位置の絶縁性シリコーンゴムに穴を開け、導電性シリコーンゴム面を露出させた。
以上の工程で、厚さ0.2mmと厚さ0.5mmの絶縁性シリコーンゴムの中に導電性シリコーンゴム製電極パターンが埋設されたオールシリコーンゴム製の簡易的な静電チャックを作製した。
[実施例3]
シリコーン樹脂質共重合体配合の液状の絶縁性シリコーンゴム材料KE−1934A/B[商品名、信越化学工業(株)製]のAとBを1:1の比率で混合した100質量部に、導電性フィラーとしてガラスビーズに銀を被覆したシルバーガラスビーズS−5000−S3[商品名、ポッターズ・バロティーニ(株)製]250質量部を添加混合して液状の未硬化の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
この導電性シリコーンゴム組成物を脱泡してから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmの工程フィルムのブラスト面上に所定量吐出した。厚さ0.2mmのステンレススチール製の枠体をセットし、上からポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのツヤ面側を載せ、それらの上下を2枚の厚さ3mmのステンレススチール板で挟んだ。50t熱プレス成形機を用いて圧力5MPa、温度120℃の条件で10分間加圧・加熱することで導電性シリコーンゴム組成物を硬化させてから、ツヤ面側のポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離した。この導電性シリコーンゴムシートの厚さは0.2mmであり、体積抵抗率は0.0001Ω・mであった。
次に、カッティングプロッターを用いてポリエチレンテレフタレート製工程フィルムはカットせず、導電性シリコーンゴムシートを図1の電極幅0.6mm、電極間0.5mmの双極構造の櫛刃電極パターン形状にカットした。電極間や電極パターン外周部の不要な導電性シリコーンゴム部分をポリエチレンテレフタレート製工程フィルムから剥離して除去し、導電性シリコーンゴム製電極パターンを作製した。
導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製以外は実施例1、2と同様な工程で、厚さ0.2mmと厚さ0.5mmの絶縁性シリコーンゴムの中に導電性シリコーンゴム製電極パターンが埋設されたオールシリコーンゴム製の簡易的な静電チャックを作製した。
[比較例1]
絶縁性シリコーンゴム材料KE−561−U[前出]100質量部に、硬化剤として有機過酸化物ペーストC−8[前出]2質量部を添加し、二本ロールで混練り後、厚さ0.5mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面上に積層し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを調製した。
この絶縁性シリコーンゴム組成物シートを厚さ0.5mmのステンレススチール製の枠体内に設置し、上からポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのツヤ面側を載せ、それらの上下を2枚の厚さ3mmのステンレススチール板で挟んだ。次に、50t熱プレス成形機を用いて圧力5MPa、温度160℃の条件で10分間加圧・加熱することで絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化させてから両面のポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離し、絶縁性シリコーンゴムシートを得た。
この絶縁性シリコーンゴムシートのツヤ面上に、図1のパターン形状の150メッシュのスクリーン印刷版を用いて、実施例3で調製した液状の未硬化の導電性シリコーンゴム組成物をスクリーン印刷してから、120℃の乾燥機中に10分間放置して導電性シリコーンゴム組成物を硬化し、厚さ0.04mmの導電性シリコーンゴム製電極パターンを作製した。この導電性シリコーンゴムの体積抵抗率は0.0002Ω・mであった。加圧・加熱して成形すると電極パターンが崩れるため無加圧で加熱したので、実施例3の導電性シリコーンゴムの体積抵抗率より高くなった。また、電極パターンの外周にはメッシュ痕の微細な凹凸が見られた。この凸部の突起部から放電が起き電極間の耐電圧が低下するおそれがある。
絶縁性シリコーンゴム材料KE−561−U[前出]100質量部に、硬化剤として有機過酸化物ペーストC−8[前出]2質量部を添加し、二本ロールで混練り後、厚さ0.2mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面上に積層し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを調製した。
この絶縁性シリコーンゴム組成物シートを、実施例1、2と同様な工程で導電性シリコーンゴム製電極パターン面上に貼り合わせ、加圧・加熱硬化し、厚さ0.2mmと厚さ0.5mmの絶縁性シリコーンゴムの中に導電性シリコーンゴム製電極パターンが埋設されたオールシリコーンゴム製の簡易的な静電チャックを作製した。
[比較例2]
絶縁性シリコーンゴム材料KE−561−U[前出]100質量部に、硬化剤として有機過酸化物ペーストC−8[前出]2質量部を添加し、二本ロールで混練り後、厚さ0.5mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面上に積層し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを調製した。
厚さ40μmの電解銅箔にプライマーNo.34T[商品名、信越化学工業(株)製]を塗布し、室温で30分風乾した。未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを銅箔のプライマー塗布面に貼り合わせ、50t熱プレス成形機を用いて圧力5MPa、温度160℃の条件で10分間加圧・加熱することで絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化し、銅箔と一体化してから、ポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離した。
次に図1に示すパターン形状で銅箔にレジストを塗布してからレジストのない銅箔を化学エッチングにより除去した。レジストを洗浄除去し、絶縁性シリコーンゴムシート上に銅箔製電極パターンを形成した。
絶縁性シリコーンゴム材料KE−561−U[前出]100質量部に、硬化剤として有機過酸化物ペーストC−8[前出]2質量部を添加し、二本ロールで混練り後、厚さ0.2mmに分出ししてから、ポリエチレンテレフタレート製の厚さ100μmのフィルムのブラスト面上に積層し、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを調製した。
前記絶縁性シリコーンゴムシート上の銅箔製電極パターン表面にプライマーNo.34T[前出]を塗布し、室温で30分風乾してから、未硬化の絶縁性シリコーンゴム組成物シートを貼り合わせ、50t熱プレス成形機を用いて圧力5MPa、温度160℃の条件で10分間加圧・加熱することで絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化し、ポリエチレンテレフタレート製フィルムを剥離した。乾燥機中で温度200℃、4時間熱処理し、揮発成分を除去してから、図1のAとB位置の絶縁性シリコーンゴムに穴を開け、銅箔面を露出させた。
以上の工程で、厚さ0.2mmと厚さ0.5mmの絶縁性シリコーンゴムの中に銅箔製電極パターンが埋設された簡易的な静電チャックを作製した。
[吸着力の発現度合いの評価方法]
直流電源から各静電チャックのAの端子部に直流電圧+2kVを、Bの端子部に直流電圧−2kVを印加して、厚さ50μmの銅箔(導電性被着体)及び厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルム(絶縁性被着体)に対する吸着力の発現度合いを厚さ0.2mmの絶縁性シリコーンゴム面側と厚さ0.5mmの絶縁性シリコーンゴム面側それぞれについて確認し、下記基準で評価した。更に、各静電チャックをA−Bの方向に50%伸張した状態で保持し、同様に吸着力の発現度合いを確認し、下記基準で評価した。結果を表1及び表2に示す。
◎:強い吸着力が発現
○:吸着力が発現
△:弱い吸着力が発現
×:吸着力が発現しない
実施例1と実施例2の静電チャックの厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート製フィルムに対する吸着力は、実施例2の方が僅かに強く発現した。
実施例3及び比較例1の電極パターンの導電性シリコーンゴムに導電性フィラーとしてシルバーガラスビーズを用いた静電チャックは、伸張すると導電性フィラー同士の接触が離れ、体積抵抗率が上昇し、吸着力が発現しなくなった。
比較例2の銅箔製電極パターンを用いた静電チャックは、A−Bの方向に僅かに伸張するが、50%伸張はできなかった。

Claims (8)

  1. 導電性シリコーンゴム組成物をシート化し、工程フィルムをサンドブラスト加工し粗面化した面に、上記導電性シリコーンゴム組成物のシートを積層してから導電性シリコーンゴム組成物のシートを硬化し、工程フィルムはカットせずに導電性シリコーンゴムシートのみを電極パターン形状にカットしてから余分な導電性シリコーンゴムシートを工程フィルムから剥離して除去することを特徴とする導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  2. カッティングプロッターにより導電性シリコーンゴムシートを電極パターン形状にカットすることを特徴とする請求項1記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  3. 工程フィルムが、耐熱性及び柔軟性を有する樹脂フィルムであることを特徴とする請求項1又は2記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  4. 樹脂フィルムが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ4−メチルペンテン−1(PMP)、ポリエチレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、及びフッ素樹脂(PTFE、FEP、PFA)から選ばれる樹脂フィルムである請求項3記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  5. 導電性シリコーンゴムが、カーボンブラックを配合してなる導電性シリコーンゴム組成物の硬化物であり、その体積抵抗率が0.001〜1Ω・mの範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  6. 導電性シリコーンゴムシートの厚さが0.03〜2.0mmの範囲であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電性シリコーンゴム製電極パターンの作製方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により得られた導電性シリコーンゴム製電極パターンが絶縁性シリコーンゴムの内部に埋設されてなり、伸縮性を有することを特徴とするオールシリコーンゴム製静電チャック。
  8. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により得られた導電性シリコーンゴム製電極パターンの工程フィルムと反対の面上に、絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから該絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化し、更に工程フィルムを剥離し、剥離面の導電性シリコーンゴム製電極パターン上に絶縁性シリコーンゴム組成物を積層してから絶縁性シリコーンゴム組成物を硬化して一体化することを特徴とするオールシリコーンゴム製静電チャックの製造方法。
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