WO2005091356A1

WO2005091356A1 - 双極型静電チャック

Info

Publication number: WO2005091356A1
Application number: PCT/JP2005/004557
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Fujisawa; Kinya Miyashita
Original assignee: Creative Technology Corporation
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2005-09-29
Also published as: DE112005000621T5; DE112005000621B4; TWI370509B; KR20070008640A; TW200605260A; JPWO2005091356A1; US20100149720A1; MY138415A; JP4684222B2; HK1101451A1; US20070223173A1; KR101212246B1; US8238072B2

Abstract

　絶縁耐性に優れ、かつ、優れた吸着力を発揮する双極型静電チャックを提供する。また、電極への電圧の印加を終えた後、試料吸着面からの試料のはがし取りにくさを可及的に解消できる双極型静電チャックを提供する。　絶縁体の内部に第一電極と第二電極とを備えてこの絶縁体の表面を試料吸着面とする双極型の静電チャックであり、上記絶縁体がその深さ方向に試料吸着面から近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極を有し、この第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して非重畳領域を有する双極型静電チャックである。

Description

明細書

双極型静電チャック

技術分野

[0001] この発明は、静電的に試料を吸着保持する双極型静電チャックに関する。

背景技術

[0002] エッチング装置、化学気相蒸着 (CVD)による薄膜形成などに用いるプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置など、シリコン等の半導体ゥェハに集積回路を形成する際に必要な半導体製造プロセスで使用される装置をはじめ、ガラス等の絶縁性基板に液晶の圧入を行う際に用いる基板張り合わせ装置、ィオンドーピング装置など、テレビ画面やコンピュータ用ディスプレー等に使用される液晶ディスプレーパネルの製造工程で使用される装置では、ウェハやガラス等の試料を静電的に吸着保持する静電チャックが広く用いられている。これは、機械的機構を利用した保持と比較して、試料の損傷の問題、機械的接触による傷等から発生するパーティクルが弓 Iき起こす歩留まりの問題、更には保持した試料の平坦性の補償等において静電チャックが優れた性能を発揮するためである。

[0003] 近年、大型液晶テレビの普及やフラットパネルディスプレーの開発等を受けて、これまでより大型のガラス基板を処理する必要性が生じ、なかでは大型のものとして lm X lmを超える基板を用いた製品も製造されている。また、半導体製造工程においては、直径 300mmのシリコンウェハの処理が現在の主流となってきている。いずれの場合も大型化が進み、ガラス基板や半導体ウェハの重量が増すことにも関係して、高い吸着力と共に、静電チャックに吸着された際の吸着面での試料の平坦性がより重要になっている。

[0004] 一般に、静電チャックに吸着された試料の吸着面での平坦性は、静電チャックが試料を保持する保持力の大きさにも関係してくる。すなわち、上記のように吸着する試料の大型化が進むにつれ、静電チャックが十分な保持力を有さなければならない。ここで、 2つの電極に正負の電圧を印加する双極型の静電チャックでは、下記式（1 )で示されるような、不均一な電界の場合に発生するグラディエント力 Fの働きによつてシリコン等の半導体ウェハやガラス基板等の誘電体を吸着すると考えられており、このグラディエント力は電界強度 Eの 2乗の空間微分、すなわちグラディエントに比例する。

F V (E²) …… (1)

[0005] そこで、これまでに互いに隣接する電極間の距離を狭めた双極型の静電チャックがいくつか報告されている。例えば、互いに帯状くし歯の形状をした電極を互い違いに入り組ませて 10cm X 10cmの一層櫛型双極電極を形成し、かつ、これらの互いの電極を lmmピッチ（それぞれの電極幅が lmmであり、かつ、互いの電極間隔が lmm) で配列すると共に、表面誘電体層を 50 mとした双極型の静電チャックが報告され飞いる (K.Asano, r .Hatakeyama and K. atsuzuka,「ト undamental Study of an Electrostatic Chuck for Silicon Wafer HandlingJ , IAS '97. Conference Record of the 1997 IEEE Industry Applications Conference Thirty-Second IAS Annual Meeting (Cat. No.97CH36096), Part: vol.3 , Page: 1998-2003.)。そして、この静電チャックでは、被吸着物であるシリコンウェハに対して印加電圧 1500Vで一 3Nの吸着力を得ている。これは単位面積あたりの吸着力に換算すると一 3gf/cm²となる。また、絶縁体の内部に対になった帯状電極を備えた双極型の静電チャックにおいて、その帯状電極の線幅及び帯状電極間をそれぞれ 0. 3— 3mmとした例も報告されている（特開平 1 0— 223742号公報)。更には、誘電性のベース上に間隔が離れた電極を配列し、これら電極の電極幅及び電極間隔をそれぞれ 100 μ m以下とする例も報告されてヽる (特表 2000— 502509号公報）。

[0006] し力しながら、互いに隣接する電極間距離を狭めた場合には放電限界が問題となる。すなわち、静電チャックに用いる電極材のエッチング断面の制御や、絶縁体の内部で電極を固定する接着層の形成具合の制御等が難しいため、例えば従来の双極型静電チャックの断面図を示した図 28の電極付近の断面模式図（拡大図）のように、第一電極 2及び第二電極 4の端部のエッチング不揃いによる尖った個所には電界が集中し易ぐまた、絶縁層どうし、あるいは絶縁層と電極とを固定する接着層を形成するための接着剤が固着する際にボイドが生じるため、隣接する電極間では絶縁耐圧が著しく低下する。そのため、上記のような双極型の静電チャックでは、電極と電極との間がある一定距離に近づくと、電極間で放電を起こすおそれがある。

[0007] この放電限界については、一般に、双極型の静電チャックでは、電極間の距離が 0 . 5mmに対して 3kV程度であるとされている。実際には、上記のような双極型静電チャックを使用する際には、安全率をみてこれより低い電圧を印加するようにしなければならない。そのため、先に説明したような従来の電極間幅を狭めた双極型の静電チヤックでは、実際に印加できる電圧は制限されてしまい、直径サイズの大型化が進む半導体ウェハや、大型化が進む液晶テレビやフラットパネルディスプレー等に使用されるガラス基板に対しては、単位面積当たりの重量が増加するため十分な吸着力（ダラディェント力）を発揮することができな、と、つた問題がある。

[0008] 一方、絶縁性の試料を静電チャックに吸着させた場合、電極に印加する電圧を切つても残留電荷によって静電チャックの試料吸着面力も試料がはがれにくいといった問題があり、特に、上記のように試料の大型化が進むと、この問題はより深刻となる。

[0009] ところで、双極型の静電チャックについては、先に説明したものを含めて電極を同一平面となるように配設したものほとんどであり、なかには絶縁体の内部に複数の電極を積層するタイプの静電チャックも報告されているが (特許第 2838810号公報）、極性の異なる電極を同一平面内に配設する点で上記双極型静電チャックと同じであり、同様に放電限界の問題を抱える。

特許文献 1：特開平 10 - 223742号公報

特許文献 2：特表 2000-502509号公報

特許文献 3：特許第 2838810号公報

非特干文献 1 : K.Asano, F.Hatakeyama and K. Yatsuzu a,「Fundamental Study of an Electrostatic Chuck for Silicon Wafer HandlingJ , IA¾ 97. Conference Record of the 1997 IEEE Industry Applications Conference Thirty-Second IAS Annual Meeting (Cat. No.97CH36096), Part: vol.3 , Page: 1998-2003.

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] そこで、本発明者らは、上述したような従来の双極型静電チャックの放電限界が電界強度にして 6MVZm程度であることに注目した。この値は一般に経験的に知られている真空中の絶縁破壊電界強度 lOMVZmより低ぐまた、絶縁体の材質の耐圧、例えばポリイミドでは 160MV/mに比べて圧倒的に低いことから、絶縁体の内部で隣接する、互いに異なる極性の電圧を印加する電極の間では、隣接する電極端部の形状やこれらの電極の間に存在する接着層内のボイド等が絶縁破壊電界強度の低下に大きく影響を与えて、ると、う考えに至った。

そして、電界強度に優れ、かつ、大型の試料であっても十分に対応可能な強いダラディェント力を発揮する双極型静電チャックの実現にっ、て鋭意検討した結果、異なる極性の電圧を印加する第一の電極と第二の電極とを絶縁体の内部に試料吸着面力も深さ方向に向力つて順に並べると共に、これらの電極の間には絶縁耐圧に優れた絶縁層を配設することによって、これらの電極の電極間距離を狭めて強いダラディェント力を発現せしめても絶縁耐性に優れることを見出し、本発明を完成した。

[0011] 従って、本発明の目的は、絶縁耐性に優れ、かつ、優れた吸着力を発揮する双極型静電チャックを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、電極への電圧の印加を終えた後、試料吸着面からの試料のはがし取りにくさを可及的に解消できる双極型静電チャックを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] すなわち、本発明は、絶縁体の内部に第一電極と第二電極とを備えてこの絶縁体の表面を試料吸着面とする双極型の静電チャックであり、上記絶縁体がその深さ方向に試料吸着面カゝら近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極を有し、この第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して非重畳領域を有することを特徴とする双極型静電チャックである。

また、本発明は、上記絶縁体の表面に更に導電性層を形成し、この導電性層の表面を試料吸着面とする双極型静電チャックである。

[0013] 本発明においては、絶縁体がその深さ方向に試料吸着面力も近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極とを有し、この第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して非重畳領域を有する必要がある。第一電極と第二電極は絶縁体の内部において絶縁体の深さ方向（厚み方向）に互いに離れて存在すると共に、この第一電極と第二電極との間には電極間絶縁層が存在する必要がある。

[0014] 本発明において、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して非重畳領域を有するとは、絶縁体の内部に存在する第一電極と第二電極のみを対象として試料吸着面力垂直方向にみた場合、第二電極が第一電極とは重ならない領域を有することを言う。具体的には、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならない場合と、第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に第一電極と重なる場合 (この重なる部分以外は第二電極が第一電極とは重ならない）とがある。ここで、第一電極と第二電極とが試料吸着面の法線方向に互いに線で接する場合、及び第一電極と第二電極とが試料吸着面の法線方向に互いに点で接する場合にっヽては、後者の具体例、すなわち、第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に第一電極と重なる場合に含めるとする。

[0015] 本発明における第一電極及び第二電極のそれぞれの形状、及び絶縁体の内部における両電極の配置については、上述したように第二電極が試料吸着面の法線方向に上記第一電極に対して非重畳領域を有することができればよぐ例えば、以下のような場合を挙げることができる。

[0016] すなわち、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならない場合として、例えば、第一電極が帯状くし歯に形成されると共に第二電極が帯状くし歯に形成され、これら 2つの帯状くし歯が互、違いに入り組まれて第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならないように配置してもよぐ第一電極が半円状に形成されると共に第二電極が第一電極と線対称な半円状に形成され、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならな、ように配置してもよく、第一電極が長方形又は正方形状に形成されると共に第二電極が第一電極と線対称な長方形又は正方形状に形成され、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならな!/、ように配置してちよい。

[0017] 第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に第一電極と重なる場合として、例えば、第一電極が帯状くし歯に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なるように配置してもよい。また、第一電極が井桁状に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なるように配置してもよ、。

また、第一電極が所定の領域内に円形、三角形、正方形、長方形、又は四角形以上の多角形の形状をした開口部を複数有したメッシュ状に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なるように配置してもよい。第一電極における開口部の大きさ（円については直径、四角形以上では対角線の長さ）については、隣接する開口部との距離と同程度か、あるいは隣接する開口部と開口部との距離の 120%程度となるように形成するのがよぐ第一電極をこのような大きさの開口部を有するメッシュ状にすることにより、第二電極からの電界の漏れを適度に多くすることができる。この開口部の具体的な大きさについては、十分なグラディエント力を発揮せしめる観点から、好ましくは 0.1— 3.0mmであるのがよい。更には、吸着力の均一性の観点から、開口部については好ましくは第一電極の所定の領域内に均一に存在しているのがよい。

また、第一電極が所定の幅を有するリング状に形成されると共に第二電極が所定の円形領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なるように配置してもよい。また、第一電極が、所定の円形領域を有する円形部を中心にしてこの円形部から所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ第一環状部を有し、かつ、上記円形部と第一環状部とを結ぶ第一接続部を有するように形成され、第二電極が、上記第一電極の円形部と第一環状部との間隔より小さい幅を有する環状に形成され、この第二電極が試料吸着面の法線方向にみて上記第一電極の円形部と第一環状部との間に配置されてもよぐまた、第一電極が、所定の円形領域を有する円形部を中心にしてこの円形部力所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ第一環状部を有し、かつ、上記円形部と第一環状部とを結ぶ第一接続部を有するように形成され、第二電極が、上記第一電極の円形部と第一環状部との間隔と同じ幅を有する環状に形成され、この第二電極が試料吸着面の法線方向にみて上記第一電極の円形部と第一環状部との間に配置されてもよい。上述したように、第一電極が円形部と第一環状部と第一接続部を有すると共に第二電極が環状に形成される場合、第一電極と第二電極とがそれぞれ複数の同心円状の環状部を有するように形成してもよい。すなわち、第一電極が、互いに所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ 2つ以上の第一環状部を有し、一方、第二電極が、互いに所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ 2つ以上の第二環状部を有し、かつ、第二環状部の間を結ぶ第二接続部を有するように形成され、第二電極の各第二環状部が試料吸着面の法線方向にみて上記第一電極の各第一環状部の間に配置されてもょ、。

[0019] 更には、第一電極と第二電極とが、上記で説明したいずれかの形状に各々形成され、この第一電極と第二電極とを組み合わせて配置し、第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に第一電極と重なるように配置してもよ、。

[0020] 本発明における第一電極及び第二電極については、例えば互いに極性の異なる電圧を印加したり、あるいは一方の電極を Ground (接地）にして残りの電極をプラス極又はマイナス極とするなどして、互いに電位差を生じさせるようにする。この第一電極については 1又は 2以上の電極力形成してもよぐ第二電極についても 1又は 2以上の電極から形成するようにしてもよ!、。

[0021] 本発明においては、試料吸着面に保持される試料への吸着力の均一性の観点から、好ましくは第一電極と第二電極のそれぞれの外周形状が占める領域が、共に試料吸着面の中央部力も周縁部に至るまでの領域を占めることができるのがよい。すなわち、第一電極の外周形状と第二電極の外周形状とが試料吸着面の法線方向に対し互いに略重なるのが好ましい。更に好ましくは第一電極の外周形状と第二電極の外周形状と試料吸着面に保持される試料の外周形状とが試料吸着面の法線方向に対して互!ヽに略重なるのがよ!/ヽ。

また、第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して有する非重畳領域については、吸着力の均一性の観点から、好ましくは試料吸着面の中央部力周縁部に至るまでの領域に均一に存在しているのがよぐ更に好ましくは上記非重畳領域が存在する領域が、試料吸着面に吸着される試料が占める領域に均一に存在しているのがよい。

[0022] 一方、静電チャックの静電容量を低減することができる観点から、好ましくは上記第一電極と第二電極とが試料吸着面の法線方向に対して互いに重なる領域が少なくなるほどよぐ更に好ましくは第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならないのがよい。静電チャックの静電容量を低減することができれば、両電極への電圧の印加を終えた後に試料吸着面力もの試料のはがし取りにくさを可及的に解消することができる。

[0023] 本発明において、絶縁体の内部における第一電極と第二電極との電極間距離については 1一 1000 m、好ましくは 50— 500 mであるのがよい。第一電極と第二電極との電極間距離が 1 mより小さいと、例えば第一電極、電極間絶縁層及び第二電極を市販されている積層体を利用して形成する場合、すなわち、絶縁性フィルムの表裏両面に金属箔を有するような積層体を用いる場合、電極間絶縁層を形成する絶縁性フィルムが 1 μ mより薄いものを巿場にて入手するのが困難であり、反対に、上記電極間距離が 1000 mより大きくなると、得られた双極型静電チャックが熱伝導性の観点で問題が生じるおそれがある。また、上記電極間距離が 50 m以上であれば市販のポリイミド等の絶縁シートを用いて接着剤により積層して電極間絶縁層を形成することで必要な電極間距離を容易に形成することができ、また、 500 m以下であれば巿場にて入手可能な 1枚の絶縁シートの厚さを厚く設定して電極間絶縁層を形成して必要な電極間距離を容易に形成することができると共に、得られた静電チャックが数 kV程度の低電圧動作によって必要な吸着力を発現せしめることができるようになる。尚、上記電極間距離とは、第一電極と第二電極との間を直線で結ぶ最短距離を言う。

[0024] また、本発明において第一電極を帯状くし歯に形成する場合、この帯状くし歯の帯状部分の幅 (以下、「帯状電極幅」と言うこともある）と隣り合う帯状部分との間隔 (以下、「電極間隙間」と言うこともある）とを等しくしたとき (帯状電極幅 =電極間隙間 =zとする）、この zについては好ましくは 0.15— 0.5mmの範囲内であるのがよぐ更に好ましくは 0.2— 0.4mmであるのがよい。帯状電極幅と電極間隙間とを等しくしてこれらを上記範囲内にすることで優れた吸着力を発揮する。

[0025] 本発明における第一電極と第二電極については、例えば銅、タングステン、アルミユウム、ニッケル、クロム、銀、白金、錫、モリブデン、マグネシウム、パラジウム等から形成することができ、電導性あるいは生産性の観点力も好ましくは銅、アルミニウムであるのがよい。また、第一電極と第二電極とは同じ材質力も形成してもよぐ互いに異なる材質カゝら形成してもよヽ。

そして、第一電極及び第二電極については、絶縁性フィルムの表裏両面に上記のような金属力もなる箔を有した市販の積層体を利用することも可能である。あるいは、例えば電極間絶縁層の上面及び下面、あるいは後述する上部絶縁層又は下部絶縁層におけるそれぞれの一方の面に通常のスパッタ法を用いて上記金属力なる電極面を形成し、次、で形成した電極面を通常のエッチング方法を用いてそれぞれ所定の形状にしてもよい。また、銅、タングステン、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、白金、錫、モリブデン、マグネシウム、及びパラジウム力選ばれた 1以上の金属をぺースト状にして印刷処理を用いてもよぐイオンプレーティング蒸着法を用いた処理、メツキ処理、気相成長法で成膜の後に所定のパターンにエッチングする方法、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属を用いた溶射を用いる方法等の手段により電極間絶縁層、或は後述する上部絶縁層や下部絶縁層の表面に形成するようにしてちよい。

[0026] 第一電極と第二電極のそれぞれの厚みについて、絶縁性フィルムの表裏両面に金属箔を有した積層体を利用する場合には、両電極共に 0. 2— 30 m、好ましくは 1 一 30 μ mであるのがよい。電極の厚みが 0.2 μ mより小さいとピンホール等が入りやすぐ技術的に製作が難しぐ反対により大きくなると絶縁体の内部における電極付近にボイド等による隙間が形成されて、絶縁体としての強度に問題が生じるおそれがある。また、電極の厚みが： L m以上であれば、特に大型の静電チャックを形成する場合でも、信頼性のある電極を全域に形成することが可能となる。

モリブデン、タングステン、タンタル等の所定の金属で溶射して形成する場合には、第一電極については 20— 100 m、好ましくは 20— 30 mであるのがよぐ第二電極については 20— 100 m、好ましくは 20— 30 mであるのがよい。両電極共に膜厚が 20 mより小さくなるとボイドが発生し、導電膜として機能し難くなる。

上記その他の方法で第一電極と第二電極を形成する場合においても、例えば 1一 30 μ m程度とすることができる。

[0027] 本発明における第一電極の一部又は全部を試料吸着面の法線方向に切った断面形状については特に制限はないが、例えば長方形、正方形、円形、三角形、四角形、又はそれ以上の多角形等力も選ばれた形状を挙げることができる。また、本発明における第二電極の一部又は全部を試料吸着面の法線方向に切った断面形状についても、上記第一電極の場合と同様に考えることができ、第一電極及び第二電極の一部又は全部の断面形状を同じ形状に揃えてもよぐ互いに異なる形状にしてよい。

[0028] 本発明における電極間絶縁層については、絶縁体の内部において第一電極と第二電極とが互いに接しないよう離すことができると共に、第一電極と第二電極とが電気的に絶縁されるものであればよい。このような電極間絶縁層としては、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、及びアタリルカも選ばれた 1種又は 2種以上の榭脂からなる榭脂層によって形成してもよぐ酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコユア及びチタ-ァ力選ばれた 1 種又は 2種以上力なるセラミックス層によって形成してもよぐあるいは、珪素及び二酸ィ匕珪素から選ばれた 1種又は 2種力もなる層などによって形成してもよい。このうち、量産性の観点から、好ましくはポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート及びエポキシ力も選ればれた 1種又は 2種以上の榭脂からなる榭脂層によって形成するのがよぐ耐絶縁性やィ匕学的耐性の観点力も更に好ましくはポリイミドであるのがよい。

[0029] 上記榭脂層については、好ましくは 1又は 2以上の榭脂フィルム力もなるのがよい。

このような榭脂フィルムとしては、具体的には、カプトン (東レ 'デュポン社製商品名）、ユーピレックス ADシート (宇部興産社製商品名）、アビカル (鐘淵化学工業社製商品名）等を挙げることができ、更に好ましくはポリイミドカもなるカプトンである。電極間絶縁層を形成する榭脂層に榭脂フィルムを用いることで、第一電極と第二電極の間をボイドの存在等のおそれを可及的に排除して信頼性のある電極間絶縁層を形成でき、絶縁耐性に優れた静電チャックを得ることができる。例えばカプトン (東レ'デュポン社製商品名）の絶縁破壊電界強度は 160MVZmであるとされており、このカプトンを電極間絶縁層とした本発明の静電チャックは、更に優れた絶縁耐性を発揮し得る

[0030] この榭脂層の厚みについては、用いる材質によっても異なる力例えばポリイミドフイルムを用いる場合、 1一 1000 /ζ πι、好ましくは 50— 500 mであるのがよい。電極間絶縁層の厚みが 1 μ mより小さいと、例えば第一電極、電極間絶縁層及び第二電極を市販されている積層体を利用して形成する場合、すなわち、絶縁性フィルムの表裏両面に金属箔を有するような積層体を用いる場合、電極間絶縁層を形成する絶縁性フィルムが 1 _μ mより薄いものを巿場にて入手するのが困難であり、反対に、電極間絶縁層の厚みが 1000 mより大きくなると、得られた双極型静電チャックが熱伝導性の観点で問題が生じるおそれがある。また、電極間絶縁層の厚みが 50 /z m以上であれば市販のポリイミド等の絶縁シートを用いて接着剤により積層して形成することが可能であり、また、 500 m以下であれば巿場にて入手可能な 1枚の絶縁シートの厚さを厚く設定することにより製作可能であると共に、得られた静電チャックが数 k V程度の低電圧動作によって必要な吸着力を発現せしめることができるようになる。電極間絶縁層をセラミックス層から形成する場合は、酸ィ匕アルミニウム、窒化アルミユウム、炭化珪素、窒化珪素、ジルコユア、イットリア、マグネシア、及びチタユアの単体又はこれらの複合体を大気あるいはプラズマなどによる溶射によって形成してよぐまた、焼結済みセラミックス薄板を用、て形成してもよ、。

溶射によって形成する際には、電極間絶縁層の膜厚は、一般的な溶射技術によつて 30— 500 μ m程度の範囲で形成することができ、必要に応じて最大 3mm程度の厚みまでは厚くすることも可能である。この膜厚が 30 mより小さいと均一な層が形成し難ぐ反対に 500 mより大きくなるとグラディエント力が小さくなつてしまう。また、半導体装置等で使用される最中の侵食によって試料や装置等への汚染の影響を可及的に低減させる目的や、耐絶縁性に優れる観点から、好ましくは 99. 99%以上の純度の高いものを用いて溶射によりセラミックス層を形成するのがよぐまた、試料吸着面に保持した試料を効率良く冷却させる観点から、窒化アルミニウム等の熱伝導性の高、ものを用いるのが好まし!/、。

溶射によってセラミックス層を形成する場合は、溶射後の上面を機械加工等により平坦ィ匕するのがよい。この際の平坦度については、絶縁体内における電極の位置関係から重要であって、電界の形成を均一にしてグラディエント力による吸着力を試料吸着面において均一にする観点から、表面粗さ Raを 5— 50 m程度とするのがよく、 10 /z m以下とするのが好ましい。

[0032] 一方、焼結済みのセラミックス薄板を用いて電極間絶縁層を形成する場合は、その膜厚については任意に設計することができる力好ましくは 30— 500 mの範囲とするのがよい。この膜厚が 30 /z mより小さいと均一な層の形成が難しぐ反対に 500 mより大きくなるとグラディエント力が小さくなつてしまう。また、用いる材質については、溶射の場合と同様である。

[0033] また、電極間絶縁層を珪素及び二酸ィ匕珪素力選ばれた 1種又は 2種力なる層で形成する場合には、例えば CVDあるいはスパッタ法によって膜厚 1一 50 mの電極間絶縁層を形成することができる。

[0034] また、本発明における絶縁体は、その深さ方向に試料吸着面力も近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極とを有する必要がある力好ましくは絶縁体の深さ方向に試料吸着面から近い順に上部絶縁層、第一電極、電極間絶縁層、第二電極、及び下部絶縁層を有するのがよい。ここで、上部絶縁層及び下部絶縁層を示す上下の方向は、絶縁体の表面の試料吸着面側を上として試料吸着面により近い方を上部、遠い方を下部とする意味である。

[0035] この上部絶縁層については、例えば、下面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、及びエポキシ力選ばれた 1種又は 2種以上の榭脂からなる榭脂層、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、ジルコユア、イットリア、マグネシア、及びチタ-ァカも選ばれた 1種又は 2種以上力もなるセラミックス層等を挙げることができ、生産性及び絶縁性の観点から好ましくは下面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドであるのがよい。

また、下部絶縁層については、上面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドのほか上記上部絶縁層の場合と同様であり、生産性及び絶縁性の観点力好ましくは上面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドであるのがよい。

[0036] 榭脂層によって上部絶縁層を形成する場合、その膜厚については、 10— 200 m 、好ましくは 50— 100 mであるのがよい。上部絶縁層の膜厚が 50 mより小さいと膜の耐久性に影響が考えられ、反対に 100 mより大きくなるとグラディエント力が小さくなることが懸念される。また、榭脂層によって下部絶縁層を形成する場合の膜厚については、 10 m以上、好ましくは 50 m以上であるのがよい。上部絶縁層の膜厚が 50 mより小さいと耐電圧性の問題や静電容量の増加等の問題が懸念され、反対に 200 μ mより大きくなると被吸着物力基盤への熱の伝わり方が不十分となるおそれ、すなわち被吸着物の冷却が不十分となるおそれがある。

[0037] 一方、上部絶縁層及び Z又は下部絶縁層をセラミックス層から形成する場合、電極間絶縁層の場合と同様に、酸ィ匕アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、ジルコユア、イットリア、マグネシア、及びチタユアの単体又はこれらの複合体を大気あるいはプラズマなどによる溶射によって形成することができ、また、焼結済みセラミックス薄板を用いて形成することができる。

溶射によって形成する場合、その膜厚については、上部絶縁層においては榭脂層によって形成する場合と同様の理由力も好ましくは 10 m— 200 mであるのがよく、下部絶縁層においても同様の理由力も好ましくは 10 μ m— 200 μ mであるのがよい。用、る材質及び平坦化につヽては電極間絶縁層の場合と同様である。

[0038] 上部絶縁層及び Z又は下部絶縁層を焼結済みのセラミックス薄板を用いて形成する場合、その膜厚については任意に設計することができ、上述した榭脂層又は溶射によって形成する場合と同様の理由力も好ましくは 10— 200 mの範囲とするのがよい。また、用いる材質については、溶射の場合と同様である。

上部絶縁層、下部絶縁層、又は電極間絶縁層のいずれか 1以上をセラミックス薄板で形成する場合には、接着手段が必要となり、例えばエポキシ接着剤、ろう付け等による接着方法を用いてもよぐセラミックス薄板を高温状態に保ち、真空炉の中で圧接して接着してもよい。

[0039] また、本発明においては、絶縁体の表面に更に導電性層を形成し、この導電性層の表面を試料吸着面としてもよい。絶縁体の表面に更に導電性層を形成してこの導電性層の表面を試料吸着面とすることによって、静電チャックの時定数を低減することができ、双極型電極の両電極への電圧の印加を終えた後に試料吸着面からの試料のはがし取りにくさを可及的に解消することができる。このような導電性層は、例えば絶縁体の表面に導電性ポリイミドシートや導電性フッ素榭脂を積層したり、あるヽは絶縁体自体に導電性をもたせるためにカーボン等の充填材を混合させるなどして形成することができる。

[0040] 本発明における双極型静電チャックを作製する方法としては、例えば、先ず電極間絶縁層の上面及び下面の両面にそれぞれ上述した方法によって第一電極及び第二電極を形成する。次いで、下面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルムを第一電極及び第二電極を備えた電極間絶縁層の上に重ねて処理温度 100— 2 50°C、圧力 0. 1— 5MPaの条件で低温熱圧着成型して上部絶縁層を形成し、更に上面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルムの上に、一体となった上部絶縁層、第一電極、電極間絶縁層及び第二電極を重ねて上記と同様に低温熱圧着成型して絶縁体を形成してもよい。また、上部絶縁層として下面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルム、上下の両表面に第一電極及び第二電極を形成した電極間絶縁層、下部絶縁層として上面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルムを順じ重ね、処理温度 100— 250°C、圧力 0. 1— 5MPaの条件で一度に低温熱圧着成型して絶縁体を形成してもよい。そして、上記絶縁体を熱可塑性ポリイミドフィルムやエポキシ圧着シート等を介してアルミニウム、アルミニウム合金、 MMC (メタル'マトリックス 'コンポジット）、ステンレス、ステンレス合金の金属基盤や、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック材等カもなるセラミックス基盤に載せ、処理温度 100— 250°C、圧力 0. 1— 5MPaの条件で低温熱圧着して静電チャックを完成することができる。

或は、ポリイミド銅張積層板である市販のュピセル N (宇部興産株式会社製商品名 )やネオフレックス (三井ィ匕学株式会社製商品名）等の銅表面層を有するポリイミドシートをはじめとした絶縁フィルムの表裏両面に金属箔を有する積層体を用いて、この金属箔を所定の電極パターンにエッチングする等して第一電極、電極間絶縁層及び第二電極を形成し、これに上記と同様にして上部絶縁層及び下部絶縁層を貼付け、さらに上記と同様にして金属基盤に貼り付けて静電チャックを完成してもよい。また、これら静電チャックについては、先に説明した方法によって導電性層を形成してもよい。

発明の効果

[0041] 本発明の双極型静電チャックは、絶縁体の深さ方向に試料吸着面力近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極とを有する構造を採用するため、優れた絶縁耐性を備え、第一電極と第二電極の電極間距離を可及的に狭くすることが可能となり、優れた吸着力を発揮する。その結果、本発明の双極型静電チャックは、保持する試料の平坦性に優れると共に、近年の大型化に対応した lm X lmを超えるガラス基板や直径 300mmあるいはそれ以上のシリコンウェハ等に対しても十分な吸着性能を発揮し、また、優れた吸着力を発現せしめることができるため、低電圧駆動が可能となり、経済性の面で有利であると共に放電の心配が可及的に解消されて信頼性も高い。

更に、本発明の双極型静電チャックは、第一電極と第二電極とが試料吸着面の法線方向に対して互いに重なる領域を可及的に少なくすることによって、静電チャックの静電容量を低減することができ、両電極への電圧の印加を終えた後に試料吸着面力もの試料のはがし取りにくさを解消することができる。更にまた、絶縁体の表面に更に導電性層を形成してこの導電性層の表面を試料吸着面とした場合には、試料吸着面の法線方向に対する第一電極と第二電極との重なる領域にかかわらずに、静電チャックの時定数を低減することができ、双極型電極の両電極への電圧の印加を終えた後に試料吸着面からの試料のはがし取りにくさを解消できる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の実施例 1に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図である。

[図 2]図 2は、実施例 1に係る双極型静電チャック Xの断面説明図（図 1の A— A断面の一部）である。

[図 3]図 3は、実施例 1に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 4]図 4は、本発明の実施例 2に係る双極型静電チャックの断面説明図である。

[図 5]図 5は、実施例 2に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 6]図 6は、本発明における実施例 3に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図である。 [図 7]図 7は、実施例 3に係る双極型静電チャック Xの断面説明図（図 6の A— A断面の一部）である。

[図 8]図 8は、実施例 3に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 9]図 9は、本発明の実施例 4に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図である。

[図 10]図 10は、実施例 4に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 11]図 11は、本発明の実施例 5に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図である。

[図 12]図 12は、実施例 5に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 13]図 13は、本発明の実施例 6に係る双極型静電チャック Xの第一電極と第二電極とを試料吸着面の法線方向にみた一部平面説明図である。

[図 14]図 14は、本発明の実施例 7に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図である。

[図 15]図 15は、本発明の実施例 8に係る双極型静電チャックの第一電極の一部平面説明図を示す。

[図 16]図 16は、本発明の実施例 9に係る双極型静電チャックの第一電極の一部平面説明図を示す。

[図 17]図 17は、本発明の実施例 10に係る双極型静電チャック Xの一部断面説明図を示す。

[図 18]図 18は、本発明の実施例 11に係る双極型静電チャック Xの電極間絶縁層及び第一電極の一部断面説明図を示す。

[図 19]図 19は、参考例 1の第一電極及び第二電極の平面説明図である。

[図 20]図 20は、参考例 1に係る双極型静電チャックのグラディエント力の分布を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 21]図 21は、参考例 1に係る双極型静電チャックの電位等高線の分布図を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 22]図 22は、本発明の実施例 1に係る双極型静電チャックのグラディエント力の分布を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 23]図 23は、本発明の実施例 1に係る双極型静電チャックの電位等高線の分布図を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 24]図 24は、本発明の実施例 3に係る双極型静電チャックのグラディエント力の分布を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 25]図 25は、本発明の実施例 3に係る双極型静電チャックの電位等高線の分布図を 2次元電界計算で求めた結果を示す。

[図 26]図 26は、参考例 1の双極型静電チャックをモデルとして、上部絶縁層の体積抵抗率を変化させた場合の時定数を示すグラフである。

[図 27]図 27は、吸着力の帯状電極幅 (電極間隙間）に対する最適化を示すグラフである。

[図 28]図 28は、従来例を示す双極型静電チャックの断面説明図である。

符号の説明

[0043] X：双極型静電チャック、 1,11:上部絶縁層、 2,12,22,32,42,52,62:第一電極、 2a:帯状部分、 2b:根元部分、 12a:隙間部分、 22a:円形部分、 22b:環状部分、 22c: 接続部分、 32a,42a:開口部、 3, 13,23:電極間絶縁層、 4, 14,24,34,44,54,64:第二電極、 4a,14a:帯状部分、 4b,14b:根元部分、 34a,44a:中央リング、 34b,44b:環状部分、 34c,44 接続部分、 5,15:下部絶縁層、 6:金属基盤、 7:試料吸着面、 8:ガラス基板、 9:絶縁体、 10:直流電源

発明を実施するための最良の形態

[0044] 以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。尚、本発明における双極型静電チャックは以下の実施例の場合に限定されない。

実施例 1

[0045] 図 1には、実施例 1に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図が示されており、この双極型静電チャック Xは、縦 lOOmmX横 100mm、膜厚 m、及び比誘電率 ε = 3. 5であって下面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルムからなる上部絶縁層 1と、膜厚 3 mの銅力もなる第一電極 2と、縦 lOOmmX横 100mm 、膜厚 50 m、及び比誘電率 ε = 3. 5のポリイミドフィルム力もなる電極間絶縁層 3 と、膜厚 3 μ mの銅からなる第二電極 4と、縦 lOOmmX横 100mm、膜厚 50 μ m、比誘電率 ε = 3. 5であって上面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有するポリイミドフィルムからなる下部絶縁層 5と、縦 100mm X横 100mm X厚さ 10mmのアルミニウムからなる金属基盤 6とから形成される。また、この双極型静電チャック Xには、上部絶縁層 1の上面からなる試料吸着面 7に縦 100mm X横 100mm X厚さ 0. 2mmであって比誘電率 ε = 5. 5のガラス基板 8が吸着'保持される。

この実施例 1に係る双極型静電チャック Xを次のようにして形成した。先ず、上下両面 (表裏両面）に銅表面層を有するポリイミド銅張積層シートのネオフレックス（三井化学株式会社製商品名）を用い、その上下両面にシルク印刷によって所定の電極のレジストパターンを形成し、次、で塩ィ匕第二鉄力なる腐食剤を用いてエッチングを行った。このようにして、縦 80mm X横 80mmの領域を有する帯状くし歯の第一電極 2、電極間絶縁層 3 (ポリイミドフィルム）、及び縦 80mm X横 80mmの領域を有する帯状くし歯の第二電極 4を形成した。

次に、上部絶縁層 1を形成する下面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有したポリイミドフィルム、第一電極 2、ポリイミドフィルム (電極間絶縁層 3)、第二電極 4、及び下部絶縁層 5を形成する上面に熱可塑性ポリイミドフィルムを有したポリイミドフィルムの順となるようにこれらを順次重ね、処理温度 150°C、圧力 2MPaの条件で低温熱圧着成型を行って絶縁体 9を形成した。そして、この絶縁体 9を図示外の熱可塑性ポリイミドフィルムを介して上記と同じ条件の低温熱圧着処理を行って金属基盤 6に固着し、双極型静電チャック Xを完成させた。

この双極型静電チャック Xについては、第一電極 2側がマイナス極、及び第二電極 4側がプラス極となるように直流電源 10に接続され、また、金属基盤 6はグランド電極とされる。電極に印加する電圧については、第一電極 2側をプラス極、第二電極 4側をマイナス電極としても上記と同様の吸着効果を発揮する。なお、第一電極 2又は第二電極 4のいずれかを OV(GND)として残りの電極をプラス極又はマイナス極として、互、の電極に電位差を生じさせるようにしてもょ、。

[0047] 図 2は、この実施例 1に係る双極型静電チャック Xの断面説明図（図 1の A— A断面の一部）を示し、また、図 3は、この実施例 1に係る双極型静電チャック Xの第一電極 2と第二電極 4とを試料吸着面 7の法線方向にみた一部平面説明図を示す。尚、図 2 中に記した「z」は、下記の試験例 5で説明する帯状電極幅と電極間隙間とを表す。上述したように第一電極 2が帯状くし歯に形成されると共に第二電極 4が帯状くし歯に形成され、この第一電極 2の帯状くし歯と第二電極 4の帯状くし歯とが互い違いに入り組まれて試料吸着面 7の法線方向に第一電極 2と第二電極 4とが互いに線で接して重なるように配置されている。帯状くし歯に形成された第一電極 2の帯状部分 2a は電極幅 lmm及び厚さ 3 mであり、この帯状部分 2aは間隔 lmmピッチで配列されて、電極幅 3mm及び厚さ 3 mの根元部分 2bと一体になつて帯状くし歯を形成している。同じく第二電極 4の帯状部分 4aは電極幅 lmm、厚さであり、この帯状部分 4aは間隔 lmmピッチで配列され、電極幅 3mm、厚さ 3 mの根元部分 4bと一体になって帯状くし歯を形成している。また、第一電極 2と第二電極 4との間の電極間距離 Yは上記電極間絶縁層 3の膜厚の値に相当する 50 μ mである。

ところで、電極間絶縁層 3を形成する上記ポリイミドフィルムは、絶縁耐圧 160MV Zmであるため、この実施例 1に係る双極型静電チャック Xでは 8kVの絶縁耐性を備えることになる。

実施例 2

[0048] 図 4は、実施例 2に係る双極型静電チャック Xの断面説明図を示し、また、図 5は、この実施例 2に係る双極型静電チャック Xの第一電極 2と第二電極 14とを試料吸着面 7の法線方向にみた一部平面説明図を示す。

この実施例 2の双極型静電チャック Xは、第二電極 14の帯状部分 14aの電極幅を 0 . 6mmに形成し、この第二電極 14の帯状部分 14aが、第一電極 2の帯状部分 2aによつて形成される隙間（lmm)の中央に位置するように配置され、第一電極 2の帯状くし歯と第二電極 14の帯状くし歯とが互い違いに入り組まれ、試料吸着面 7の法線方向に第一電極 2と第二電極 14とがそれぞれの帯状部分 2a、 14aの先端とそれぞれの根元部分 2b、 14bとが線で接して重なるように配置されている（試料吸着面 7の法線方向に第一電極 2の帯状部分 2aと第二電極 14の帯状部分 14aとの距離は 0. 2mmである）。上記以外の条件は実施例 1と同様にして、この実施例 2に係る双極型静電チヤック Xを完成させた。

実施例 3

[0049] 図 6には実施例 3に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図が示されている。

また、図 7は、この実施例 3に係る双極型静電チャック Xの断面説明図（図 6の A— A 断面の一部）を示し、図 8は、この実施例 3に係る双極型静電チャック Xの第一電極 2 と第二電極 24とを試料吸着面 7の法線方向にみた一部平面説明図を示す。尚、この図 8中で点を付した領域部分は第二電極 24が試料吸着面 7の法線方向に第一電極 2と重なる部分を表す。

この実施例 3の双極型静電チャック Xは、第二電極 24が縦 80mm X横 80mmの平面領域を有する平板状に形成した以外の条件は上記実施例 1と同様にして、双極型静電チャック Xを完成させた。

実施例 4

[0050] 図 9には、実施例 4に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図が示されている。また、図 10は、この実施例 4に係る双極型静電チャック Xの第一電極 12と第二電極 24とを試料吸着面 7の法線方向にみた一部平面説明図を示す。尚、この図 10中で点を付した領域部分は第二電極 24が試料吸着面 7の法線方向に第一電極 12と重なる部分を表す。

この実施例 4の双極型静電チャック Xでは、第一電極 12は井桁状に形成されており、縦 100mm X横 100mmの領域を縦 3mm X横 3mmの隙間部分 12aが縦横 3mm ピッチ（井桁を形成する電極幅 3mm)で配列された形状を有して!/、る。上記以外の条件は実施例 3と同様にして、この実施例 4に係る双極型静電チャック Xを完成させた。尚、上記のように井桁状に第一電極 12を形成した場合は、外からの衝撃等で電極の一部が切断されても電位供給が可能となる。

実施例 5

[0051] 図 11には実施例 5に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図が示されており、また、図 12は、この実施例 5に係る双極型静電チャック Xの試料吸着面 7から法線方向に第一電極 22及び第二電極 34をみた中心付近の一部平面説明図を示す。尚、この図 12中で濃く表示した (塗りつぶした)部分は第二電極 34が試料吸着面 7の法線方向に第一電極 22と重なる部分を表す。

この実施例 5に係る第一電極 22は、半径 2mmの円形部分 22aを中心として、電極幅 3mmであって互いの電極間の間隔が 5mmとなるように同心円状に形成された環状部分 22bを有すると共に、これら円形部分 22aと環状部分 22bとを結ぶ電極幅 lmm の接続部分 22cとを有し、全体で半径 100mmの同心円電極を形成している。一方、第二電極 34は、内径 3mm及び外径 6mmの中央リング 34aを中心に、電極幅 3mm であって互いの電極間の間隔が 5mmとなるように同心円状に形成された環状部分 34bを有すると共に、これら中央リング 34aと環状部分 34bとを結ぶ電極幅 lmmの接続部分 34cとを有し、全体で半径 100mmの同心円電極を形成している。上記以外の条件は実施例 1と同様にして、この実施例 5に係る双極型静電チャック Xを完成させた。この実施例 5に係る第一電極 22と第二電極 34とを試料吸着面 7の法線方向にみると、環状部分 22b、 34bが互いに距離 d= lmmを有すると共に、この第二電極 34の接続部分 34cは試料吸着面 7の法線方向に上記第一電極 22の接続部分 22cと重なるように配置されている。

実施例 6

図 13は、実施例 6に係る双極型静電チャック Xの試料吸着面 7から法線方向に第一電極 22及び第二電極 44をみた一部平面説明図を示す。尚、この図 13中で濃く表示した (塗りつぶした)部分は第二電極 44が試料吸着面 7の法線方向に第一電極 22 と重なる部分を表す。

この実施例 6に係る第二電極 44は、内径 2mm及び外径 7mmの中央リング 44aを中心に、電極幅 5mmであって互いの電極間の間隔が 3mmとなるように同心円状に形成された環状部分 44bを有すると共に、これら中央リング 44aと環状部分 44bとを結ぶ接続部分 44cとを有し、全体で半径 100mmの同心円電極を形成している。上記以外の条件は実施例 5と同様にして、この実施例 6に係る双極型静電チャック Xを完成させた。

この実施例 6に係る第一電極 22と第二電極 44とを試料吸着面 7の法線方向にみると、環状部分 22b、 44bが互いに線で接するように重なると共に、この第二電極 44の接続部分 44cは試料吸着面 7の法線方向に上記第一電極 22の接続部分 22cと重なるように配置されている。

実施例 7

[0053] 図 14には、実施例 7に係る双極型静電チャック Xの分解斜視説明図が示されており、この実施例 7に係る第二電極 54は半径 100mmの円形領域を有するように形成されている。上記以外の条件は実施例 5と同様にして、この実施例 7に係る双極型静電チャック Xを完成させた。

実施例 8

[0054] 図 15には、実施例 8に係る双極型静電チャック Xの第一電極 32の一部平面説明図を示す。第一電極 32は、厚さ 3 mで直径 300mmの円形領域を有し、この円形領域の中には半径 0.6mmの円形の開口部 32aが均一に存在して!/、る。図 15はこの円形領域の中心部付近の様子を示す一部平面説明図である。この第一電極 32において一つの開口部 32aに着目すると、その周りに開口部 32aが 6つ存在し、これらの 6つの開口部 32aは正六角形の頂点にそれぞれの中心が位置するように配置されて、る。中央の開口部 32aの中心と正六角形の頂点部分に位置する開口部 32aの中心との距離 Rは 1.5mmであり、中央の開口部 32aと隣り合う開口部 32aとの間隔 rは 0.3mm である。

上記以外の条件は、実施例 3と同様にして、この実施例 8に係る双極型静電チヤック Xを完成させた。このように円の形状をした開口部 32aであれば、開口部の角の処理が比較的容易であり、均一なグラディエント力を形成できる。

実施例 9

[0055] 図 16には、実施例 9に係る双極型静電チャック Xの第一電極 42の一部平面説明図を示す。第一電極 42は、厚さ 3 mで直径 300mmの円形領域を有し、この円形領域の中には一辺が 0.6mmの正六角形をした開口部 42aが均一に存在している。図 1 6はこの円形領域の中心付近の様子を示す平面説明図である。この第一電極 42にお、て一つの開口部 42aに着目すると、その周りに 6つの開口部 42aが互ヽに各辺が平行となるように配置されている。中央の開口部 42aの中心と隣接する開口部 42aの中心との距離 Rは 1.5mmであり、隣接する開口部 42a同士の間隔 rは 0.3mmである。上記以外の条件は、実施例 3と同様にして、この実施例 9に係る双極型静電チヤック Xを完成させた。このように正六角形の開口部 42aを有した第一電極 42では、電極の線幅が均一に形成できるため、より均一な吸着力を実現できる。

実施例 10

[0056] 図 17は、実施例 10に係る双極型静電チャック Xの一部断面説明図を示しており、この双極型静電チャック Xは、縦 100mm X横 100mm X厚さ 10mmのアルミニウム力もなる金属基盤 6の表面に、アルミナを用いてプラズマによる溶射によって縦 100 mm X横 100mm X膜厚 0. 2mmのセラミックス層からなる下部絶縁層 15を形成した。次いで、溶射によって形成したこのセラミックス層の上面を機械加工により表面粗さ Raが 10 μ mとなるように平坦ィ匕した。

次に、上記で形成した下部絶縁層 15の表面にモリブデンを溶射し、縦 100mm X 横 100mm X膜厚 50 mの第二電極 64を形成した。この際用いる金属は、熱歪を抑えるため熱膨張係数が上記で溶射して形成した下部絶縁層 15のセラミック材と同程度とする必要があることから上記のようにモリブデンを用いた。

[0057] 更に、上記で形成した第二電極 64の表面に、下部絶縁層 15と同様の手段によつて縦 100mm X横 100mm X膜厚 0. 1mmの電極間絶縁層 13を形成した。この電極間絶縁層 13の表面を下部絶縁層 15の場合と同様に平坦化した後、実施例 1における第一電極 2と同じ形状の帯状くし歯となるように上記電極間絶縁層 13の表面に所定のマスキングを行い、膜厚 50 mとなるようにモリブデンを溶射して第一電極 52を形成した。この第一電極 52を形成する際には、第二電極 64の場合と同様に電極間絶縁層 13との熱膨張係数が同程度となるようにモリブデンを用いた。次いで、下部絶縁層 15及び電極間絶縁層 13を形成した手段と同様にして、上記第一電極 52の表面にアルミナを溶射して、縦 100mm X横 100mm X膜厚 0. 1mmの上部絶縁層 11 を形成した。この上部絶縁層 11については、その表面を研摩した後、溶射層の表面全面を封孔するための真空含浸をエポキシあるいはシリコンで行い、全表面、特に試料吸着面 7となる部分の平坦度を表面粗さ Raが 5— 20 μ mの範囲で製造プロセス要求される基準値、偏差内となるように機械加工を行った。その後、有機溶剤の中で超音波洗浄処理を行い、静電チャック Xを完成させた。尚、この実施例 10に係る第一電極 52と第二電極 54との電極間距離 Yは 0. 1mmである。

[0058] 上記のように、第一電極、第二電極、電極間絶縁層、上部絶縁層及び下部絶縁層を溶射によるセラミックスカゝら形成した絶縁体を含む静電チャックによれば、これらのセラミックスは摩耗に強、ことから、パーティクル発生が多、等の使用する環境が厳しい場合でも、その耐性において優れた性能を発揮する。また、比較的安価に作製することができること力量産に適して、る。

実施例 11

[0059] 図 18は、実施例 11に係る双極型静電チャック Xにおける電極間絶縁層 23及び第一電極 62の一部断面説明図を示す。実施例 10と同様にして、金属基盤 6に下部絶縁層 15及び第二電極 64を形成したものを用意した。次に、縦 lOOmmX横 100mm X厚さ 0. 1mmのアルミナ力もなるセラミックス薄板を電極間絶縁層 23として、この上面 (試料吸着面 7側）に実施例 10と同様にして第一電極 62を形成した。

次いで、一体に形成しておいた金属基盤 6、下部絶縁層 15及び第二電極 64の上面 (第二電極 64の上面）に上記電極間絶縁層 23を積層させ、エポキシ接着剤を介して固着させた。次に、実施例 10と同様にして、第一電極 62の表面に上部絶縁層 11 を形成した。上部絶縁層 11の表面研摩、封孔処理、平坦ィ匕のための機械加工、及び超音波洗浄処理を実施例 10と同様に行ヽ、静電チャック Xを完成させた。

この実施例の静電チャック Xのように、絶縁耐性が最も要求される電極間絶縁層をセラミックス薄板力も形成することで、電極間の絶縁の信頼性が向上し、本発明において電極間にポリイミドシートを介在させた場合と同等の絶縁耐性を発揮する。

[0060] [試験例 1]

上記実施例 1及び実施例 3の双極型静電チャック Xについて、 2次元電界計算により計算モデルを作成し、単位面積あたりの吸着力（グラディエント力）をエネルギー変化方法によって算出した。算出条件として、印加電圧をいずれも ± 1500Vとした。結果を表 1に示す。

また、参考例 1として、図 19に示したように帯状くし歯に形成した第一電極 2と第二電極 4とを互、違いに入り組むようにして同一平面に配置した双極型静電チャックの計算モデルを作成した。この参考例 1では、第一電極 2と第二電極 4とが電極間ピッチ lmm (両電極の帯状部分の電極幅 lmm)となるように同一平面内に配列される。また、これら第一電極 2と第二電極 4とを、ポリイミドからなる上部絶縁層とポリイミドからなる下部絶縁層とで挟み、隣り合う電極に異なる極性の電位を与えるようにして双極型静電チャックとする。結果を表 1に示す。

[0061] [表 1]

[0062] 実施例 1及び実施例 3の結果は、いずれも参考例 1と比較して約 4倍であることが分かる。尚、参考例 1の結果は、上記で説明した非特許文献 1に開示された結果に近い値が算出されていることから、試料の違いがあるものの（本発明の参考例 1ではガラス基板であるのに対し、非特許文献 1ではシリコンウェハ）、この試験例 1の計算結果は他の事例においても信頼できると考えられる。

[0063] [試験例 2]

上記実施例 1、実施例 3及び参考例 1の双極型静電チャック Xの静電容量を上記試験例 1と同じ計算により算出した。この静電容量は残留吸着力（電圧印加をやめて、ガラス基板 8を試料吸着面 7から取り外す際の残留電荷によるはがれにくさ）に比例すると考えられる。結果を表 1に示す。この結果より、静電容量に関しては第一電極と第二電極とが試料吸着面の法線方向に重ならない方が有利であることが分力る。

[0064] [試験例 3]

上記実施例 1、実施例 3及び参考例 1におけるグラディエント力と電位等高線の分布図を 2次元電界計算により計算モデルを作成して算出した。結果を図 20—図 25に示す（図 20及び図 21が参考例 1、図 22及び図 23が実施例 1、図 24及び図 25が実施例 3を示す)。尚、各図においては各モデルの電極部分を拡大して表示している。ここでグラディエント力 Fyは試料吸着面 7の法線方向 yについて以下の式（2)で表すものである。

Fy= d (Ey²), 3 y…… (2)

[0065] 図 22及び図 24は、図 20と比較して、図中点線で囲む範囲で色の濃い部分 (ダラディェント力の強い部分）が広く存在していることが読み取れることから、実施例 1及び実施例 3の静電チャックは参考例 1の場合と比べていずれも優れたグラディエント力を有することが分かる。尚、図 23及び図 25から、このグラディエント力は等電位等高線が狭、ところ力広がる部分にぉ、て存在することが分かる。

[0066] [試験例 4]

参考例 1の双極型静電チャックをモデルとして、上部絶縁層の体積抵抗率を変化させて導電性層を想定した場合の時定数の変化をグラフにした。結果を図 26に示す。体積低効率をポリイミドの持つ 1E 14 Ω 'm力もさらに減らしていくと、時定数が小さくなる。およそ ΙΕΙΟ Ω ·πι位のところで、時定数は 3桁落ちとなって、はがれやすさに貢献すると考えられる。これは、ガラス基板に蓄積された電荷が導電性層を通って電極へ流れ込み、これが最終的には電源内部で自然に或は外部に取り付ける放電部等によって取り除かれるためである。

[0067] [試験例 5]

上記実施例 1のような帯状くし歯の第一電極 2と帯状くし歯の第二電極 4とを有し、上部絶縁層 1、電極間絶縁層 3及び下部絶縁層 5をそれぞれ実施例 1と同じように膜厚 50 μ mのポリイミドフィルムカゝら形成した双極型静電チャックをモデルにした場合、第一電極 2における帯状部分 2aの幅 z (帯状電極幅 z)と隣接する帯状部分 2aの間隔 z (電極間隙間 z)とを等しくすると共に、第二電極 4における帯状部分 4aの幅 z (帯状電極幅 z)と隣接する帯状部分 4aの間隔 z (電極間隙間 z)とを等しくするようにして、この z (=帯状電極幅 =電極間隙間）を変化させて試料吸着面における単位面積あたりの吸着力（gf/cm²)を計算により求めた。結果を図 27に示す。図 27においては、 z = lmmを 1とした場合の吸着力の比を示す吸着力の相対比〔グラフ向力つて左側の軸〕、 ± 1.5kVの電位を供給した場合の吸着力（gf/cm²)〔グラフ向かって左側の軸〕、及び ± 1. 5kVの電位を供給した場合に第一電極 2を形成する帯状くし歯のくし歯一本 (帯状部分 2a)に働く単位長さあたりの吸着力（N/m)〔グラフ向かって右側の軸〕の各値の変化をグラフにして表している。このグラフより、 zが 0.15— 0.5mmの間に相対比及び ± 1.5kVの電位を供給した場合の吸着力（gf/cm²)の最大点があり、およそ 0.3mmのところがその最大点に相当する。この結果より明らかなように、 ± 1.5kVの電位を供給した場合に、最大 30gf/cm²の吸着力が得られることが分力つた。この値は上記試験例 1における参考例 1の吸着力の 10倍を超える。

[0068] また、電極間絶縁層 3を形成するポリイミドフィルムの膜厚を 25 μ mとした場合と 75

/z mとした場合とについて、その他の条件は上記と同様にして、 z ( =帯状電極幅 = 電極間隙間）を変化させて試料吸着面における単位面積あたりの吸着力（gf/cm²)を計算により求めた。その結果、先の結果と同様に、いずれの膜厚の場合も zが 0.15— 0.5mmの間で吸着力が最大となり、およそ 0.3mmのところがその最大点となった。電極間絶縁層の膜厚が 25 μ mの場合では、 ± 1.5kVの電位を供給したときに最大吸着力が 46gf/cm²の値を示し、電極間絶縁層の膜厚が薄くなるほど吸着力が増大することが分力つた。

尚、試験例 5の内容については、第二電極が所定の平面領域を有する平板状に形成した場合でも同様の結果を示した。すなわち、実施例 3のように帯状くし歯の第一電極 2と所定の平面領域を有する平板状の第二電極 24とを有する双極型静電チヤックのモデルにおいて、上記試験例 5に係る条件で計算を行った場合でも、図 27のグラフに示した結果と同様の結果が得られることが分力つた。

産業上の利用可能性

[0069] 本発明における双極型静電チャックは、電界強度に優れて強、グラディエント力を発揮するため、吸着 ·保持する試料の平坦性を優れたものとすることができると共に、大型の試料であっても十分な吸着力を発揮する。特に、近時の第四世代と言われる液晶ディスプレー用のガラス基板は 900mm X 1100mmであり、このガラス基板を吸着させる静電チャックを実現するには、例えば 300mm X 400mmの本発明の静電チャックを作製し、これらを 9枚均一に取り付けることのできる装置台に配置させることで可能となる。

また、本発明における双極型静電チャックは、グラディエント力からなる吸着力のみならず、例えば lOOgfZcm²程度の吸着力を有するクーロン力もグラディエント力に加えて発揮するため、シリコンウェハ等の半導体基板の吸着保持にも使用することができる。すなわち、この双極型静電チャックを用いれば、上記ガラス基板等の絶縁性基板とシリコンウェハ等の半導体基板とを同じ装置で処理することができ、いずれの場合においても電極に印加する電圧をできるだけ低くした最適化された条件で信頼性よくこれらの基板を吸着保持することができる。

また、電極への電圧の印加を終えた後に試料吸着面力もの試料のはがし取りにくさを可及的に解消できる。そのため、近時大型化が進む液晶パネル分野や半導体製造分野をはじめとして、各種フラットパネルディスプレーの製造分野や、シリコン、ァモルファスシリコン、ガリウムリン、ガリウム砒素、シリコンオンインシユレータ等の半導体基板、あるいはソーダライムガラス、低アルカリガラス、無アルカリガラス等のガラス基板、更に近未来に実現可能とされて、るフレキシブルディスプレー用の榭脂性フィルム基板等の製造工程に関わる分野等において特に有益である。

Claims

請求の範囲

[1] 絶縁体の内部に第一電極と第二電極とを備えてこの絶縁体の表面を試料吸着面とする双極型の静電チャックであり、上記絶縁体がその深さ方向に試料吸着面力近い順に第一電極、電極間絶縁層、及び第二電極を有し、この第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極に対して非重畳領域を有することを特徴とする双極型静電チャック。

[2] 絶縁体がその深さ方向に試料吸着面力近い順に上部絶縁層、第一電極、電極間絶縁層、第二電極、及び下部絶縁層を有する請求項 1に記載の双極型静電チヤック。

[3] 第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならない請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[4] 第一電極が帯状くし歯に形成されると共に第二電極が帯状くし歯に形成され、これら 2つの帯状くし歯が互、違いに入り組まれて第二電極が試料吸着面の法線方向に第一電極と重ならな！/、請求項 3に記載の双極型静電チャック。

[5] 第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に第一電極と重なる請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[6] 第一電極が帯状くし歯に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なる請求項 5に記載の双極型静電チャック。

[7] 第一電極が井桁状に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なる請求項 5に記載の双極型静電チャック。

[8] 第一電極が所定の領域内に円形、三角形、正方形、長方形、及び四角形以上の多角形から選ばれた 1以上の形状をした開口部を複数有したメッシュ状に形成されると共に第二電極が所定の領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なる請求項 5に記載の双極型静電チヤック。

[9] 第一電極が所定の幅を有するリング状に形成されると共に第二電極が所定の円形領域を有する平板状に形成され、この第二電極の一部が試料吸着面の法線方向に上記第一電極と重なる請求項 5に記載の双極型静電チャック。

[10] 第一電極が、所定の円形領域を有する円形部を中心にしてこの円形部力所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ第一環状部を有し、かつ、上記円形部と第一環状部とを結ぶ第一接続部を有するように形成され、また、第二電極が、上記第一電極の円形部と第一環状部との間隔より小さい幅を有する環状に形成され、この第二電極が試料吸着面の法線方向にみて上記第一電極の円形部と第一環状部との間に配置される請求項 5に記載の双極型静電チャック。

[11] 第一電極が、所定の円形領域を有する円形部を中心にしてこの円形部力所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ第一環状部を有し、かつ、上記円形部と第一環状部とを結ぶ第一接続部を有するように形成され、また、第二電極が、上記第一電極の円形部と第一環状部との間隔と同じ幅を有する環状に形成され、この第二電極が試料吸着面の法線方向にみて上記第一電極の円形部と第一環状部との間に配置される請求項 5に記載の双極型静電チャック。

[12] 第一電極が、互いに所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ 2つ以上の第一環状部を有し、第二電極が、互いに所定の間隔をおいて同心円状に並ぶ 2つ以上の第二環状部を有し、かつ、各第二環状部の間を結ぶ第二接続部とを有する請求項 10又は 11に記載の双極型静電チャック。

[13] 第一電極と第二電極との間の電極間距離が 1 μ m以上 1000 μ m以下である請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[14] 第一電極を帯状くし歯に形成し、この第一電極の帯状電極幅 zと電極間隙間 zとを等しくした場合、この zが 0.15— 0.5mmの範囲内である請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[15] 電極間絶縁層力ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ、及びアクリル力も選ばれた 1種又は 2種以上の榭脂からなる榭脂層である請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[16] 榭脂層が 1又は 2以上の榭脂フィルム力もなる請求項 15に記載の双極型静電チヤック。

[17] 電極間絶縁層が、酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコユア及びチタ-ァ力選ばれた 1種又は 2種以上力なるセラミックス層である請求項 1又は 2 に記載の双極型静電チャック。

[18] 電極間絶縁層が、珪素及び二酸ィ匕珪素から選ばれた 1種又は 2種力なる請求項

1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[19] 絶縁体の表面に更に導電性層を形成し、この導電性層の表面を試料吸着面とする請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[20] 第一電極の一部又は全部を試料吸着面の法線方向に切った断面形状力長方形

、正方形、円形、及び三角形力選ばれた形状である請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。

[21] 第二電極の一部又は全部を試料吸着面の法線方向に切った断面形状力長方形、正方形、円形、及び三角形力選ばれた形状である請求項 1又は 2に記載の双極型静電チャック。