WO2011001978A1 - 静電吸着構造体及びその製造方法 - Google Patents

静電吸着構造体及びその製造方法 Download PDF

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博 藤澤
慈 河合
良昭 辰己
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株式会社クリエイティブ テクノロジー
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic attraction structure that electrically adsorbs an object to be adsorbed, and a method for manufacturing the same, and more particularly, forms a solid integrated structure when used and freely changes the configuration of the structure after use.
  • the present invention relates to an electrostatic adsorption structure that can be performed, and a method for manufacturing the same.
  • the electrostatic adsorption structure that electrically adsorbs and holds objects to be adsorbed is used to adsorb and hold semiconductor substrates and glass substrates, and also used to adsorb and hold sheet materials such as paper and resin. It is used in a wide range of applications. Electrostatic adsorption structure is usually used by adsorbing an object to be adsorbed with the surface of one dielectric as an adsorption surface by sandwiching the electrode from above and below with a dielectric and applying a voltage to the electrode with an adsorption power source. Further, for example, when used in a semiconductor manufacturing process or the like, it is integrally bonded to a metal base provided with a conduit through which a coolant such as a cooling gas flows.
  • the Coulomb force type that uses the electrostatic adsorption force generated between the electrode and the object to be adsorbed, or between the dielectric and the object to be adsorbed placed
  • a non-uniform electric field is formed by generating a potential difference between two comb-shaped electrodes.
  • Gradient force types that use the generated attracting force are known, and there are structures that use these attracting forces individually and structures that use a combination of multiple forces.
  • the electrostatic adsorption structure is formed while selecting the type and characteristics of the dielectric as well as making the electrode monopolar or bipolar.
  • a ceramic material having a predetermined volume resistivity is used as a dielectric, and the electrode is embedded in the dielectric by hot pressing so as to sandwich the electrode.
  • an insulating film is used for the purpose of preventing dust generation.
  • an electrode is sandwiched between polyimide films, and thermocompression bonding is performed via an adhesive film or an adhesive.
  • the adsorption force is expressed regardless of the material to be adsorbed, and therefore, it is used to adsorb things other than the semiconductor substrate.
  • the present inventors have proposed the apparatus suitable for adsorb
  • the gradient force usually, a larger adsorption force can be obtained by narrowing the distance between the electrodes.
  • the discharge between the electrodes becomes a problem when the distance becomes shorter, a high voltage cannot be applied. Therefore, in the apparatus proposed by the present inventors, two electrodes are arranged one above the other, and an electrostatic adsorption structure having an interelectrode insulating layer (dielectric) interposed between them is used. The reliability of insulation is increased.
  • an electrostatic adsorption structure is usually formed by firmly adhering a dielectric and an electrode to form a strong integrated structure for the purpose of uniformly expressing an adsorption force.
  • they are firmly bonded to each other for the purpose of ensuring the thermal conductivity to the object to be adsorbed. Therefore, once formed electrostatic adsorption structure, for example, even if the adsorption surface is scratched or partially consumed, it is difficult to partially remove the adsorption surface and replace it. Then, it is necessary to perform a process such as mechanically scraping all the dielectric on the surface and forming a separate dielectric.
  • the present inventors have made it possible to more easily obtain an electrostatic adsorption structure in which electrodes are arranged one above the other through a dielectric, and the structure of the structure once formed.
  • a plurality of sheet members each having an electrode sandwiched between dielectrics are superposed, and the electrostatic attraction force generated between the electrodes of each sheet member is reduced.
  • the object to be adsorbed can be adsorbed while maintaining a strong integrated structure during use, and between these sheet members can be easily removed by removing the voltage application after use.
  • the present invention has been completed.
  • an object of the present invention is to provide an electrostatic attraction structure that can maintain a strong integrated structure during use and can freely change the structure of the structure after use.
  • Another object of the present invention is to obtain an electrostatic adsorption structure in which electrodes are arranged vertically via a dielectric, and can easily and reliably change the structure after use. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electrostatic adsorption structure that can be made.
  • the present invention is an electrostatic attraction structure that uses an object to be adsorbed by being electrically adsorbed, and includes a plurality of sheet members in which electrodes are sandwiched between two dielectrics, and at least one adsorption power source. And stacking a plurality of sheet members and applying a voltage between the electrodes of the opposing sheet members by an adsorption power source to electrically adsorb and fix between the opposing sheet members, and the surface outermost layer or The sheet member corresponding to the outermost layer on the back surface is used by adsorbing an object to be adsorbed on the dielectric of one or both outermost sheet members, and after use, a plurality of layers are stacked by releasing the application of voltage.
  • An electrostatic attraction structure characterized in that the sheet members can be separated from each other.
  • the present invention is a method for manufacturing the electrostatic adsorption structure, wherein a plurality of sheet members are stacked while being positioned to each other, and a voltage is applied between the electrodes of the opposing sheet members by an adsorption power source,
  • An electrostatic adsorption structure characterized in that a plurality of laminated sheet members can be separated from each other after the application of voltage is released by integrally forming the sheet members opposite to each other and integrally forming them. It is a manufacturing method of a body.
  • the electrostatic adsorption structure of the present invention has a plurality of sheet members and at least one adsorption power source, and applies a voltage from the adsorption power source between the electrodes of the opposing sheet members while laminating the plurality of sheet members.
  • the sheet members are attracted to each other by the electrostatic attraction force generated between the electrodes of the opposing sheet members, and are integrally formed. That is, the sheet member has an electrode sandwiched between two dielectrics, and when a voltage is applied by an adsorption power source, an electrostatic adsorption force can be developed between the electrodes of the opposed sheet members.
  • outermost layer sheet member one or both of the sheet members positioned in the outermost layer on the front side or the back side.
  • the body can be used as an adsorption surface to adsorb the object to be adsorbed.
  • a plurality of sheet members are preferably used in order to generate an adsorption force that reaches the adsorption surface side between the sheet member and the electrode of the opposite sheet member. It is preferable that an electrode having an opening is provided so that the lines of electric force generated between the electrodes of the opposing sheet member can reach the suction surface side. In order to obtain a larger adsorbing force, it is preferable that the sheet member laminated opposite to the outermost layer sheet member having an electrode having an opening corresponds to at least the electrode opening of the outermost layer sheet member. The electrode should be present at the position.
  • the opposing sheet member has an electrode at the projected position.
  • both the outermost layer sheet members have electrodes having openings, it is needless to say that they can be used as a double-sided adsorption structure that adsorbs an object to be adsorbed on both sides.
  • the electrode having a plurality of openings examples include a mesh electrode having a plurality of openings having a predetermined shape such as a circle, a grid electrode, and a pattern electrode such as a comb-like electrode, The present invention is not limited to these, and the number, size, shape, and the like of the openings can be appropriately designed according to the type and size of the object to be adsorbed.
  • the electrode of the sheet member that does not adsorb the object to be adsorbed may be an electrode having a plurality of openings, or may be provided with a planar electrode having no openings.
  • the suction power source for applying a voltage between the electrodes of the opposed sheet members the same power source as that used in a general electrostatic suction structure can be used, and light energy is converted into electrical energy.
  • one suction power source may be used for each facing sheet member, and one suction power source may be used between all the facing sheet member electrodes. A voltage may be applied.
  • a voltage is applied between the electrodes of the opposing sheet members by the adsorption power source so that the opposing sheet members are adsorbed and an adsorption force for the object to be adsorbed is also generated on the adsorption surface side.
  • the sheet member may be provided with a bipolar electrode, and a voltage is applied between the electrodes in the sheet member to develop an adsorption force between the opposing sheet members. You may make it express the adsorption power with respect to a to-be-adsorbed object.
  • Ceramics are formed by thermal spraying ceramic films such as alumina (Al 2 O 3 ) powder, aluminum nitride (AlN) powder, zirconia (ZrO 2 ) powder, in addition to insulating films such as polyimide and ceramic plates.
  • Thermal spray film etc. can be mentioned, but it should be used for exhibition equipment used indoors and outdoors or dust collection equipment that adsorbs dust and dirt in the atmosphere by adsorbing exhibits made of paper or resin sheet.
  • plastic films such as polyethylene terephthalate (PET), polyester, acrylic resin, epoxy resin, polyethylene, celluloid, and polyvinyl chloride.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the dielectric may be formed by printing insulating ink.
  • the thickness of the dielectric varies depending on the materials used and the purpose of use of the structure. For example, when used for an exhibition apparatus or a dust collector used indoors or outdoors, a PET film or an insulating ink is used. It is preferable to form a structure including a dielectric having a thickness of about 20 to 70 ⁇ m.
  • the two dielectrics sandwiching the electrode may be made of different materials, or each dielectric may be formed of a plurality of layers of two or more layers.
  • the electrode forming the sheet member is not particularly limited in terms of its material, manufacturing method, etc.
  • the metal film formed by metal foil, sputtering method, ion plating method or the like may be obtained by etching into a predetermined shape.
  • a predetermined shape may be obtained by spraying a metal material or printing a conductive ink.
  • the thickness of the electrode varies depending on the purpose of use of the structure, but is generally about 5 to 20 ⁇ m.
  • the laminated sheet members are electrically adsorbed and fixed to each other by applying a voltage between the electrodes of the respective sheet members by an adsorption power source.
  • it may be fixed in advance by a fixing means.
  • a fixing means it is possible to maintain a positioned state until a voltage is applied to each electrode of the laminated sheet member, and the application of the voltage is released. Later, it should be easy to separate between the sheet members, so-called temporary fastening means, for example, a double-sided adhesive tape with adhesive applied on both sides. It can be used suitably.
  • the electrostatic attraction structure of the present invention can adsorb an object to be adsorbed while maintaining a strong integrated structure at the time of use, and after use, by canceling the application of voltage, a plurality of stacked sheets Since the members can be separated from each other, for example, a part of the laminated sheet member is turned over so that the other dielectric is used as a new attracting surface, the lamination order of the sheet members is changed, or some sheets are It is possible to easily replace only the member with a new one, and furthermore, the number of sheet members to be stacked can be easily increased or decreased. The adsorptive power to be developed can be changed accordingly.
  • the electrostatic adsorption structure of the present invention in use, a strong integrated structure in which electrodes are arranged on both sides of the dielectric is maintained, and the object to be adsorbed is adsorbed using the dielectric of the outermost sheet member as the adsorption surface. Since the sheet members can be easily separated after use, the configuration of the structure itself can be freely changed.
  • an electrostatic attraction structure having electrodes arranged vertically through a dielectric can be obtained easily and reliably, and the configuration of the structure itself can be changed. Can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view for explaining an electrostatic attraction structure adopted as an attraction / holding means in the electrostatic chuck device of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory plan view (A) and (B) of an electrode employed in the electrostatic attraction structure according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view for explaining an exhibition / posting apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory plan view (A) and (B) of an electrode employed in an electrostatic attraction structure according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an electrostatic attraction structure according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view for explaining an electrostatic attraction structure according to Embodiment 3 of the present invention.
  • Example 1 there is an electrostatic chuck device that uses the electrostatic adsorption structure X according to the first embodiment of the present invention as means for adsorbing and holding a semiconductor substrate such as a silicon wafer in a semiconductor manufacturing process such as plasma etching. It is shown.
  • the electrostatic chucking structure X as the semiconductor substrate chucking / holding unit includes sheet members 5 and 15 and a chucking power source 4 and is not shown in the figure.
  • An electrostatic chuck device is formed integrally with an aluminum base 7 provided with a pipe and the like, and a semiconductor substrate 8 such as a silicon wafer is formed using the dielectric 2 of the sheet member 5 in the electroadsorption structure X as an adsorption surface. Can be adsorbed and held.
  • the sheet member 5 is etched so that copper is vapor-deposited on the surface of the dielectric 1 made of a polyimide film having a size of 320 mm long ⁇ 320 mm wide ⁇ 50 ⁇ m thick, and then formed into a predetermined shape.
  • An electrode 3 having a length of 300 mm ⁇ width of 300 mm ⁇ thickness of 3 ⁇ m is formed, and a polyimide film is laminated via a bonding sheet (not shown) so as to cover the electrode 3, and the length of 320 mm ⁇ width of 320 mm ⁇ thickness of 50 ⁇ m.
  • the dielectric 2 is formed.
  • the electrode 3 as a plan view in FIG.
  • the other sheet member 15 is formed by depositing copper to form a planar electrode 13 having a length of 300 mm, a width of 300 mm, and a thickness of 3 ⁇ m without an opening.
  • the dielectric member 11 is made of a polyimide film and has a thickness of 50 ⁇ m
  • the dielectric member 12 is also made of a polyimide film and has a thickness of 50 ⁇ m.
  • a double-sided adhesive tape 6 is affixed to the edge of the body 11, and the dielectric 1 side is overlapped and fixed while positioning the remaining sheet member 5.
  • a DC power source (adsorption power source) 4 is connected between the electrode 3 of the sheet member 5 and the electrode 13 of the sheet member 15 via a connection terminal and a switch (both not shown). Is +1 kV, and a voltage of ⁇ 1 kV can be applied to the electrode 13.
  • the switch of the suction power source 4 constituting the electroadsorption structure X is turned on, and the electrodes 3 and 13 are connected.
  • an electrostatic attracting force is generated between the sheet member 5 and the sheet member 15 to be attracted and fixed to each other.
  • the dielectric 2 of the sheet member 5 is passed through the opening 3a. Since the lines of electric force generated between the electrode 3 and the electrode 13 reach and an adsorption force is developed, the semiconductor substrate 8 can be adsorbed.
  • the semiconductor substrate 8 is made dielectric by opening the switch of the adsorption power source 4 and releasing the application of voltage. While being able to remove from the body 2, since the electrostatic attraction force which generate
  • Example 2] 3 to 5 show an exhibition / posting apparatus that uses the electrostatic adsorption structure X according to the second embodiment of the present invention as display means for display / posting.
  • the electrostatic adsorption structure X as the display means includes sheet members 25 and 35 and an adsorption power source 14, and the dielectric member 32 side of the sheet member 35 is, for example, the wall surface 10.
  • the posting 9 made of a sheet of paper or resin can be adsorbed on the dielectric 22 side of the sheet member 25.
  • the sheet member 25 is obtained by screen-printing carbon ink (JELCON model CH-10 manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.) on a PET film (dielectric) 21 having a size of 400 mm long ⁇ 600 mm wide ⁇ 50 ⁇ m thick.
  • An electrode 23 having a length of 350 mm, a width of 550 mm, and a thickness of 10 ⁇ m is formed, and an insulating ink (JELCON model AC-3G manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.) is screen-printed so as to cover the electrode 23, and the length is 400 mm ⁇ width 600 mm ⁇ thickness. It is obtained by forming a dielectric 22 having a thickness of 50 ⁇ m.
  • the electrodes 23 as plan view in FIG.
  • electrode width d 1 is 3 mm
  • the opening width d 2 is formed with a plurality of openings 23a of 1 mm.
  • the other sheet member 35, as a plan view in FIG. 4 (B) are shown, electrode width d 1 of the electrode 33 is 3 mm, while allowing the opening width d 2 has a plurality of openings 33a of 1 mm, the opening It is formed in the same manner as the sheet member 25 except that the position of the portion 33a is different from the pattern of the electrode 23.
  • the adsorption power source 14 includes a solar cell 14a and a booster circuit 14b that boosts the power generated by the solar cell 14a, and stores the power generated by the solar cell 14a.
  • a large-capacitance capacitor 14c having an energy capacity of 200 mWh is provided so that a voltage can be applied to the electrode 23 and the electrode 33 even when the power generation capacity of the solar cell 14a is temporarily stopped or decreased.
  • the booster circuit 14b is provided with a power switch 14d for turning on and off the application of voltage to the electrodes 23 and 33.
  • the sheet members 25 and 35 constituting the electrostatic adsorption structure X and the adsorption power source 14 are integrally formed. It is only necessary to connect the electrodes 23 and 33 so that a voltage is applied, and these are connected by a relatively long connection cable, and the adsorption power source 14 is installed in a place convenient for power generation by the solar cell 14a. You may make it do.
  • the PET film 21 of the sheet member 25 and the PET film 31 of the sheet member 35 are overlapped and positioned while being fixed with, for example, a double-sided adhesive tape (not shown).
  • the sheet member 35 is positioned so that the electrode exists at a position corresponding to the opening 23 a of the electrode 23 that forms the sheet member 25, and the sheet member 25 is positioned on the electrode 33 that forms the sheet member 35.
  • Positioning is performed so that the electrode exists at a position corresponding to the opening 33a. That is, as shown in FIG.
  • the electrodes 23 and 33 both have a gap of 1 mm in width, and the PET of the opposing sheet member
  • the other electrode is formed so as to block the portion corresponding to the gap between the one electrode through the films 21 and 31, and the opening 23a in the electrode 23 of the sheet member 25 is formed as shown by an arrow i in FIG.
  • the electrode 33 of the sheet member 35 exists, and as indicated by the arrow ii, the opening 33a of the electrode 33 of the sheet member 35 is projected at the position projected in the thickness direction.
  • the member 25 is positioned so that the electrode 23 exists. As indicated by an arrow iii, the overlapping portion in the thickness direction of the electrode 23 and the electrode 33 is 1 mm at both ends.
  • the dielectric member 32 side of the overlapped sheet member 25 and sheet member 35 is positioned on the predetermined wall surface 10 with the power switch 14d turned off.
  • the power switch 14d is turned on, and a voltage is applied between the electrodes 23 and 33 to electrically adsorb and fix the sheet member 25 and the sheet member 35.
  • the body X is adsorbed and fixed, and the posting material 9 is attached to the surface of the dielectric 22 of the sheet member 25 for posting.
  • the power switch 14d is turned off and the posting 9 is once removed.
  • the electrostatic adsorption structure X is removed from the wall surface 10, for example, the electrostatic adsorption structure X is turned over, and the dielectric member 22 side of the sheet member 25 faces the wall surface 10, and is posted on the dielectric 32 of the sheet member 35. 9 may be used by pasting.
  • the electrostatic adsorbing structure X is formed by making the dielectric 22 of the sheet member 25 and the PET film 31 of the sheet member 35 face each other so that only the sheet member 25 is turned over and the PET film 21 side becomes the adsorption surface of the posting. You may make it form.
  • the electrostatic chuck structure X according to the third embodiment uses two sheet members 25 on which the electrostatic chuck structure X according to the second embodiment is formed, and further includes a sheet member 45 interposed therebetween. Thus, three sheet members are laminated. Among these, the sheet member 45 is the same as the sheet member 25 except that the opening 43 is not provided and the electrode 43 having a length of 350 mm ⁇ width of 550 mm ⁇ thickness of 10 ⁇ m is provided so that the entire surface becomes an electrode. Is formed. Further, in the electrostatic chucking structure X according to the third embodiment, the same as in the second embodiment except that two suction power sources 14 are used and a voltage is applied between the electrodes of the facing sheet members. It is formed.
  • the suction force generated between the facing sheet members can be increased as compared with the second embodiment.
  • the electrostatic chuck structure The body X itself can be made larger to adsorb larger postings, etc., or can be used in various ways by changing the purpose of use or the purpose of use.
  • the electrostatic adsorption structure X of the present invention described in the first to third embodiments can be used for applications other than the apparatuses described in the respective embodiments. In addition to other applications in the field, etc., it can be used as an air cleaning device that collects dust and dust in the air, sterilizes and sterilizes viruses and pathogenic bacteria, etc.
  • the present invention can also be used for a device that collects metal in liquid by using it in water or liquid, or a chip removal device that removes cutting waste generated at various work sites.

Abstract

　被吸着物を電気的に吸着して使用する静電吸着構造体であり、使用時には強固な一体構造が維持され、使用後には構造体の構成変更を自由に行うことができる静電吸着構造体、及びその製造方法を提供する。　２つの誘電体の間に電極が挟み込まれた複数のシート部材と、少なくとも１つの吸着電源とを有し、複数のシート部材を積層して、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加することで、対向するシート部材間を電気的に吸着固定させると共に、表面最外層又は裏面最外層にあたるシート部材のうち、いずれか一方又は両方の最外層シート部材の誘電体に被吸着物を吸着させて使用し、使用後には、電圧の印加を解除すれば、積層したシート部材を互いに分離可能にでき、また、固定手段によって複数のシート部材を互いに位置決めしながら積層することで、確実かつ簡便にこのような静電吸着構造体が得られる。

Description

静電吸着構造体及びその製造方法
　この発明は、被吸着物を電気的に吸着する静電吸着構造体、及びその製造方法に関し、詳しくは、使用時には強固な一体構造を形成すると共に、使用後には構造体の構成変更を自由に行うことができるようにした静電吸着構造体、及びその製造方法に関する。
　被吸着物を電気的に吸着・保持する静電吸着構造体は、半導体基板やガラス基板を吸着・保持するのに使用され、また、紙や樹脂等のシート物を吸着・保持するのに使用されるなど、広範な用途で用いられている。静電吸着構造体は、通常、電極を上下方向からそれぞれ誘電体で挟み込み、吸着電源によって電極に電圧を印加することで、一方の誘電体の表面を吸着面として被吸着物を吸着し、用途に応じて更に、例えば半導体製造プロセス等で使用する場合には、冷却ガス等の冷媒を流す管路を備えた金属製のベースと一体に接着される。
　静電吸着構造体の吸着原理については、電極と被吸着物との間で発生した静電吸着力を利用するクーロン力型や、被吸着物を載置した誘電体と被吸着物との間に発生した静電吸着力を利用するジョンソン・ラーベック力型のほか、例えば櫛歯状をした２つの電極間に電位差を生じさせて不均一な電界を形成し、この不均一電界に起因して生じる吸着力を利用するグラディエント力型が知られており、これらの吸着力を個別に利用する構造体や、複数の力を組み合わせて利用する構造体もある。そして、この吸着原理の違いや構造体の使用目的に応じて、電極を単極型にしたり双極型にするほか、誘電体の種類や特性を選択しながら静電吸着構造体が形成される。例えば、ジョンソン・ラーベック力を利用する静電吸着構造体の場合、所定の体積抵抗率を有したセラミック材料を誘電体として用いて、電極を挟むようにしてホットプレスすることで、誘電体内に電極を埋設したり、また、発塵を防ぐ目的から絶縁性のフィルムが用いられ、例えばポリイミドフィルムで電極を挟むようにして、接着フィルムや接着剤を介して熱圧着される。
　更には、グラディエント力を利用する静電吸着構造体では、吸着対象の材質によらずに吸着力が発現するため、半導体基板以外のものを吸着するのに利用されている。そして、本発明者らは、これまでに、大型のガラス基板を吸着するのに適した装置を提案している（特許文献１参照）。グラディエント力は、通常、電極間の距離を狭めることで、より大きな吸着力が得られるが、その距離が近くなると電極間での放電が問題となることから、高い電圧を印加することができない。そこで、本発明者らが提案した装置では、２つの電極を上下に配置し、これらの間に電極間絶縁層（誘電体）を介装した静電吸着構造体を利用することで、電気的絶縁の信頼性を高めるようにしている。
　ところが、このような静電吸着構造体では、電極間絶縁層の両面に所定の電極を形成するために、例えば導電性のインクを用いて所定の形状の電極を印刷する場合や、導電性のセラミック材料を溶射して所定の形状の電極を得る場合には、いずれも電極間絶縁層の表裏面を２度処理する必要があることから、総じて作業が繁雑になり、コストアップの原因にもなる。
　一方で、静電吸着構造体は、吸着力を均一に発現させるなどの理由から、誘電体と電極とを積層しながら固着させて強固な一体構造を形成するのが通常であり、更に、金属製ベースに接着させる場合には、被吸着物への熱伝導性を担保するなどの目的から、互いに強固に接着させる。そのため、一旦形成された静電吸着構造体は、例えば、吸着面に傷が生じたり、一部で消耗が進んでも、部分的に吸着面を取り外して交換するのは難しく、再生する場合には、表面の誘電体を全て機械的に削り取り、別途誘電体を形成するなどの処理を行わなければならない。
ＷＯ２００５／０９１３５６号パンフレット
　このような状況において、本発明者等は、誘電体を介して電極を上下に並べたような静電吸着構造体をより簡便に得ることができるようにすると共に、一旦形成した構造体の構成変更を自由に行うことができるようにする手段について鋭意検討した結果、誘電体の間に電極が挟み込まれたシート部材を複数重ね合わせ、それぞれのシート部材の電極間で発生する静電吸着力を利用してこれらを一体に形成することで、使用時には強固な一体構造を維持しながら被吸着物を吸着させることができると共に、使用後に電圧の印加を解除すれば、これらのシート部材間を容易に分離可能にすることができることを見出し、本発明を完成した。
　したがって、本発明の目的は、使用時には強固な一体構造が維持され、使用後には構造体の構成変更を自由に行うことができる静電吸着構造体を提供することにある。
　また、本発明の別の目的は、誘電体を介して電極が上下に並んだ静電吸着構造体を簡便かつ確実に得ることができ、使用後には構造体の構成変更を自由に行うことができるようにした静電吸着構造体の製造方法を提供することにある。
　すなわち、本発明は、被吸着物を電気的に吸着して使用する静電吸着構造体であって、２つの誘電体の間に電極が挟み込まれた複数のシート部材と、少なくとも１つの吸着電源とを有し、複数のシート部材を積層して、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加することで、対向するシート部材間を電気的に吸着固定させると共に、表面最外層又は裏面最外層にあたるシート部材のうち、いずれか一方又は両方の最外層シート部材の誘電体に被吸着物を吸着させて使用し、使用後には、電圧の印加を解除することで、積層された複数のシート部材間が互いに分離可能になるようにしたことを特徴とする静電吸着構造体である。
　また、本発明は、上記静電吸着構造体を製造する方法であって、複数のシート部材を互いに位置決めしながら積層し、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加することで、対向するシート部材間を電気的に吸着固定させて一体に形成し、電圧の印加を解除した後には、積層した複数のシート部材間を互いに分離できるようにすることを特徴とする静電吸着構造体の製造方法である。
　本発明の静電吸着構造体は、複数のシート部材と少なくとも１つの吸着電源とを有し、複数のシート部材を積層しながら、対向するシート部材の電極間に吸着電源から電圧を印加することで、対向するシート部材の電極間で生じた静電吸着力によりシート部材同士を互いに吸着し、一体に形成される。すなわち、シート部材は、２つの誘電体の間に電極が挟み込まれたものであって、吸着電源によって電圧が印加された際に、対向したシート部材の電極間で静電吸着力を発現できるようにすると共に、積層された複数のシート部材のうち、表面側又は裏面側のそれぞれ最外層に位置するシート部材（以下、これらを「最外層シート部材」という）のいずれか一方又は両方で、誘電体を吸着面として被吸着物を吸着できるようにする。
　このうち、対向したシート部材の電極間で静電吸着力を発現させるようにするためには、例えばこれらの電極間に互いに極性の異なる電圧を印加して、対向した誘電体の表面に正と負の電荷を生じさせるようにすればよく、電極の形状等については特に制限されない。
　また、吸着面を形成する誘電体を備えた最外層シート部材については、これと対向するシート部材の電極との間で、吸着面側に達する吸着力を発生させるために、好適には、複数の開口部を有した電極を備えるようにして、対向するシート部材の電極との間で生じた電気力線が吸着面側に到達できるようにするのがよい。より大きな吸着力を得るために、好ましくは、開口部を有した電極を備えた最外層シート部材に対向して積層されるシート部材については、少なくとも最外層シート部材の電極の開口部に対応する位置に電極が存在するようにするのがよい。すなわち、開口部を厚み方向に投影した場合、対向するシート部材には、投影した位置に電極が存在するようにするのがよい。なお、最外層シート部材の両方が開口部を有した電極を持つ場合には、表裏両面で被吸着物を吸着する両面吸着構造体として使用することができることは勿論である。
　複数の開口部を有した電極として、例えば円形等の所定の形状をした開口部を複数有したメッシュ状の電極、格子状電極、櫛歯状電極等のパターン電極を例示することができるが、これらに制限されるものではなく、また、開口部の数や大きさ、形状等については、被吸着物の種類やサイズ等に応じて適宜設計することができる。一方、被吸着物を吸着させないシート部材の電極については、複数の開口部を有した電極であってもよく、開口部を有さないような平面状電極を備えるようにしてもよい。
　対向したシート部材の電極間に電圧を印加する吸着電源については、一般的な静電吸着構造体で使用されるものと同様なものを用いることができ、また、光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する太陽電池とこの太陽電池で発電された電力を必要な電圧まで昇圧する昇圧回路とを備えるようにしてもよい。対向したシート部材の電極間に電圧を印加する際には、対向したシート部材毎にひとつずつ吸着電源を使用するようにしてもよく、ひとつの吸着電源で全ての対向したシート部材の電極間に電圧を印加するようにしてもよい。なお、本発明では、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加して、対向するシート部材間を吸着させると共に、被吸着物に対する吸着力を吸着面側にも発生させるようにするが、例えばシート部材が双極型の電極を備えるようにしてもよく、これらシート部材内の電極間に電圧を印加して、対向するシート部材間に吸着力を発現させると共に、吸着面側には被吸着物に対する吸着力を発現させるようにしてもよい。
　シート部材を形成する誘電体については、その材質、製法等について特に制限されず、被吸着物の種類や静電吸着構造体の使用目的等に応じて適宜設計することができる。代表的には、ポリイミド等の絶縁性フィルムやセラミックス板のほか、アルミナ（Al2O3）粉末、窒化アルミニウム（AlN）粉末、ジルコニア（ZrO2)粉末等のセラミックス粉末を溶射して形成したセラミック溶射膜等が挙げられるが、紙や樹脂製のシート物からなる展示物等を吸着させて、屋内外で使用する展示装置や大気中のごみや塵を吸着する集塵装置等に利用するような場合には、半導体製造プロセスにおけるプラズマ照射の影響等を考慮する必要がないことから、例えばポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリエステル、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、セルロイド、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルムや、絶縁性インクを印刷して誘電体を形成するようにしてもよい。また、誘電体の厚みについては、使用する材料や構造体の使用目的等によっても異なるが、例えば屋内外で使用する展示装置や集塵装置等に利用する場合には、ＰＥＴフィルムや絶縁性インクを用いて、それぞれ厚さ２０～７０μｍ程度の誘電体を備えた構造体にするのが好適である。なお、電極を挟み込む２つの誘電体はそれぞれ異なる材料であってもよく、また、それぞれの誘電体を２層以上の複数層から形成するようにしてもよい。
　また、シート部材を形成する電極については、その材質、製法等について特に制限されず、例えば、金属箔やスパッタ法、イオンプレーティング法等により成膜した金属を所定の形状にエッチングして得るようにしてもよく、金属材料を溶射したり、導電性インクを印刷して所定の形状を得るようにしてもよい。電極の厚みは、構造体の使用目的等によっても異なるが、一般には、５～２０μｍ程度であるのがよい。
　本発明において、積層されたシート部材は、吸着電源によってそれぞれのシート部材の電極間に電圧が印加されて互いに電気的に吸着固定されるが、積層する際に、シート部材を互いに位置決めした状態で、予め固定手段によって固定するようにしてもよい。このような固定手段としては、積層されたシート部材の各電極に電圧が印加されるまでの間、位置決めされた状態を維持することができるものであって、尚且つ、電圧の印加を解除した後には、シート部材間の分離を容易に行うことができるようなものであるのがよく、いわゆる仮留め手段であって、例えば、粘着剤が両面に塗布された両面粘着テープのようなものを好適に用いることができる。
　本発明の静電吸着構造体は、使用時には、強固な一体構造を維持しながら被吸着物を吸着させることができると共に、使用後には、電圧の印加を解除することで、積層した複数のシート部材間が互いに分離可能であることから、例えば、積層したシート部材の一部を裏返して他方の誘電体を新たな吸着面として使用したり、シート部材の積層順序を変えたり、一部のシート部材のみを新しいものと交換するようなことも簡単に行うことができ、更には、積層するシート部材の数の増減を容易に行うことができるため、例えば、被吸着物の種類やサイズ等に応じて発現させる吸着力を変えることもできる。
　本発明の静電吸着構造体によれば、使用時には、誘電体の両面に電極が配置された強固な一体構造が維持されて、最外層シート部材の誘電体を吸着面として被吸着物を吸着させることができ、使用後には、シート部材間を容易に分離できることから、構造体自体の構成の変更を自由に行うことができる。また、本発明の静電吸着構造体の製造方法によれば、誘電体を介して電極が上下に並んだ静電吸着構造体を簡便かつ確実に得ることができると共に、構造体自体の構成変更が自由に行える静電吸着構造体を得ることができる。
図１は、本発明の実施例１の静電チャック装置に吸着・保持手段として採用された静電吸着構造体を説明するための断面説明図である。 図２は、本発明の実施例１に係る静電吸着構造体に採用した電極の平面説明図（Ａ）及び（Ｂ）である。 図３は、本発明の実施例２に係る展示・掲示装置を説明するための断面説明図である。 図４は、本発明の実施例２に係る静電吸着構造体に採用した電極の平面説明図（Ａ）及び（Ｂ）である。 図５は、本発明の実施例２に係る静電吸着構造体を説明するための説明図である。 図６は、本発明の実施例３に係る静電吸着構造体を説明するための断面説明図である。
　以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の静電吸着構造体及びその製造方法の好適な実施の形態を具体的に説明する。
［実施例１］
　図１及び図２において、本発明の実施例１に係る静電吸着構造体Ｘをプラズマエッチング等の半導体製造プロセスでシリコンウエハ等の半導体基板を吸着・保持する手段として利用する静電チャック装置が示されている。
　この実施例１の静電チャック装置において、上記半導体基板の吸着・保持手段としての静電吸着構造体Ｘは、シート部材５及び１５と吸着電源４とを有し、冷却媒体を流す図示外の管路等を備えたアルミ製ベース７と一体に形成されて静電チャック装置を構成し、電吸着構造体Ｘにおけるシート部材５の誘電体２を吸着面として、シリコンウエハ等の半導体基板８を吸着・保持することができる。
　ここで、シート部材５は、縦３２０ｍｍ×横３２０ｍｍ×厚さ５０μｍの大きさを有したポリイミドフィルムからなる誘電体１の表面に、銅を蒸着してその後に所定の形状になるようにエッチングして縦３００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ３μｍの電極３を形成し、更にこの電極３を覆うように、図示外のボンディングシートを介してポリイミドフィルムを積層して、縦３２０ｍｍ×横３２０ｍｍ×厚さ５０μｍの誘電体２を形成して得られる。このうち電極３は、図２（Ａ）において平面図が示されるように、開口部3aを複数有して、電極幅ｄ１が３ｍｍ、開口幅ｄ２が１ｍｍの櫛歯状に形成されている。他方のシート部材１５は、図２（Ｂ）に平面図が示されるように、銅を蒸着して開口部を有さない縦３００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ３μｍの平面電極１３を形成した以外は、シート部材５と同じであり、ポリイミドフィルムからなる厚さ５０μｍの誘電体１１と、同じくポリイミドフィルムからなる厚さ５０μｍの誘電体１２とを有する。
　そして、静電チャック装置を形成するために、図１（Ａ）に示されるように、シート部材１５の誘電体１２側を図示外の接着シートを介してアルミ製ベース７に接着した後、誘電体１１の縁に両面粘着テープ６を貼り付け、残りのシート部材５を位置決めしながら誘電体１側を重ね合わせて固定する。また、シート部材５の電極３とシート部材１５の電極１３との間には、接続端子及びスイッチ（いずれも図示外）を介して直流電源（吸着電源）４が接続されており、電極３には＋１ｋＶ、電極１３には－１ｋＶの電圧が印加できるようになっている。
　従って、この実施例１の静電チャック装置によれば、図１（Ｂ）に示されるように、電吸着構造体Ｘを構成する吸着電源４のスイッチを入れて、電極３と電極１３とに上記電圧を印加することで、シート部材５とシート部材１５との間には静電吸着力が発生して互いに吸着固定され、同時に、シート部材５の誘電体２には、開口部3aを通じて、電極３と電極１３との間で発生する電気力線が到達して吸着力が発現するため、半導体基板８を吸着することができる。
　そして、静電吸着構造体Ｘに吸着させた半導体基板８をプラズマエッチングするなど所定の処理を行った後、吸着電源４のスイッチを開放して電圧の印加を解除すれば、半導体基板８を誘電体２から取り外すことができると共に、シート部材５及び１５の間に発生していた静電吸着力が消失するため、シート部材５を取り外すことも可能になる。そのため、例えば誘電体２の消耗が進んだ場合に、シート部材５のみを別のシート部材と交換すれば、静電吸着構造体Ｘを再び新品と同等に利用することができる。
［実施例２］
　図３～図５において、本発明の実施例２に係る静電吸着構造体Ｘを展示・掲示用の表示手段として利用する展示・掲示装置が示されている。
　この実施例２の展示・掲示装置において、上記表示手段としての静電吸着構造体Ｘは、シート部材２５及び３５と吸着電源１４とを有し、シート部材３５の誘電体３２側を例えば壁面１０に吸着させ、シート部材２５の誘電体２２側に紙や樹脂製のシートからなる掲示物９を吸着させることができる。
　ここで、シート部材２５は、縦４００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚さ５０μｍの大きさを有したＰＥＴフィルム（誘電体）２１に、カーボンインク（十条ケミカル社製 JELCON型式CH-10）をスクリーン印刷して縦３５０ｍｍ×横５５０ｍｍ×厚さ１０μｍの電極２３を形成し、更にこの電極２３を覆うように、絶縁インク（十条ケミカル社製 JELCON型式AC-3G）をスクリーン印刷して縦４００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚さ５０μｍの誘電体２２を形成して得られる。このうち電極２３は、図４（Ａ）において平面図が示されるように、電極幅ｄ１が３ｍｍであり、開口幅ｄ２が１ｍｍの複数の開口部23aを有して形成されている。他方のシート部材３５は、図４（Ｂ）に平面図が示されるように、電極３３の電極幅ｄ１が３ｍｍ、開口幅ｄ２が１ｍｍの複数の開口部33aを有するようにしながら、開口部33aの位置が電極２３のパターンとは異なるようにした以外は、シート部材２５と同様にして形成されている。
　また、この実施例２の展示・掲示装置においては、静電吸着構造体Ｘを形成する吸着電源１４として太陽電池を利用している。図５に示されるように、この吸着電源１４は、太陽電池14aとこの太陽電池14aで発電された電力を昇圧する昇圧回路14bとを備え、また、太陽電池14aで発電された電力を蓄えてこの太陽電池14aの発電能力が一時的に停止し、あるいは、低下した際にも上記電極２３及び電極３３に電圧を印加することができるように、エネルギー容量２００ｍＷｈの大容量コンデンサー14cが設けられており、更に、その昇圧回路14bに、電極２３及び３３への電圧の印加をオン・オフする電源スイッチ14dが設けられている。
　なお、この実施例２の展示・掲示装置においては、静電吸着構造体Ｘを構成するシート部材２５及び３５と吸着電源１４とが一体的に形成されるようにしているが、各シート部材の電極２３及び電極３３に対して電圧が印加されるように結線されていればよく、これらを比較的長い接続ケーブルで接続し、吸着電源１４については太陽電池14aによる発電に都合のよい場所に設置するようにしてもよい。
　そして、展示・掲示装置を形成するために、例えば両面粘着テープ（図示外）で固定しながら、シート部材２５のＰＥＴフィルム２１とシート部材３５のＰＥＴフィルム３１とを重ね合わせて位置決めする。この際、シート部材３５は、シート部材２５を形成する電極２３の開口部23aに対応する位置に電極が存在するように位置決めされると共に、シート部材２５は、シート部材３５を形成する電極３３の開口部33aに対応する位置に電極が存在するように位置決めする。すなわち、図３に示されるように、それぞれの電極の開口部を含むような断面で見た場合に、電極２３及び３３は、いずれも幅１ｍｍの隙間を有して、対向するシート部材のＰＥＴフィルム２１及び３１を介して、一方の電極の隙間に対応する部分を他方の電極が塞ぐように形成され、図３中に矢印ｉで表すように、シート部材２５の電極２３における開口部23aを厚み方向に投影した位置には、シート部材３５の電極３３が存在し、かつ、同じく矢印iiで表すように、シート部材３５の電極３３における開口部33aを厚み方向に投影した位置には、シート部材２５の電極２３が存在するように位置決めされている。なお、矢印iiiで示したように、電極２３と電極３３の厚み方向の重なり部分は両端とも１ｍｍとなるようにしている。
　従って、この実施例２の展示・掲示装置によれば、先ず、電源スイッチ14dがオフの状態で、重ね合わせたシート部材２５とシート部材３５の誘電体３２側を所定の壁面１０に位置決めして配置し、この状態で電源スイッチ14dをオンして、電極２３及び３３の間に電圧を印加してシート部材２５とシート部材３５とを電気的に吸着固定させると共に、壁面１０に静電吸着構造体Ｘを吸着固定させ、更に、シート部材２５の誘電体２２の表面に掲示物９を貼り付けて掲示する。
　そして、例えば所定の期間に亘って屋外で掲示物９を掲示し、シート部材２５の誘電体２２の表面が汚れたりした場合には、電源スイッチ14dをオフして、一旦、掲示物９を取り外すと共に壁面１０から静電吸着構造体Ｘを取り外して、例えば、静電吸着構造体Ｘを裏返して、シート部材２５の誘電体２２側を壁面１０に向け、シート部材３５の誘電体３２に掲示物９を貼り付けて使用するようにしてもよい。或いは、シート部材２５のみを裏返してＰＥＴフィルム２１側が掲示物の吸着面となるように、シート部材２５の誘電体２２とシート部材３５のＰＥＴフィルム３１とを対向させて静電吸着構造体Ｘを形成するようにしてもよい。
［実施例３］
　図６において、上記実施例２で利用した静電吸着構造体Ｘの変形例が示されている。この実施例３に係る静電吸着構造体Ｘは、実施例２における静電吸着構造体Ｘを形成したシート部材２５を２枚利用し、更にこれらの間に、シート部材４５を介装するようにして、３枚のシート部材を積層して形成される。このうちシート部材４５は、開口部を形成せずに、全面が電極となるようにした縦３５０ｍｍ×横５５０ｍｍ×厚さ１０μｍの電極４３を備えるようにした以外は、シート部材２５と同様にして形成されている。また、この実施例３に係る静電吸着構造体Ｘでは、吸着電源１４を２つ使用して、対向したシート部材の電極間に電圧を印加するようにした以外は実施例２と同様にして形成される。
　そして、この実施例３に係る静電吸着構造体Ｘでは、実施例２の場合と比べて、それぞれ対向するシート部材間で発生する吸着力をより大きくすることができることから、例えば静電吸着構造体Ｘ自体を大きくしてより大きな掲示物等を吸着させたり、用途や使用目的等を変えてより多彩に利用することができる。
　なお、上記実施例１～３で説明した本発明の静電吸着構造体Ｘは、それぞれにおいて説明した装置以外の用途に利用できることは勿論であり、基板搬送装置のような半導体製造プロセスや液晶製造分野等における更なる別の用途のほか、例えば空気中の塵やほこりを集塵したり、ウイルスや病原性バクテリアなどを滅菌、除菌したりする空気清浄装置として利用することができ、また、水や液体中で使用して液中の金属等を回収する装置や、各種作業現場で発生した切削屑などを取り除く切子除去装置などにも利用することができる。
１，２，１１，１２：誘電体
３，１３，２３，３３，４３：電極
3a，23a，33a：開口部
４，１４：吸着電源
14a：太陽電池
14b：昇圧回路
14c：大容量コンデンサー
14d：電源スイッチ
５，１５，２５，３５，４５：シート部材
６：両面粘着テープ
７：金属製ベース
８：半導体基板
９：掲示物
１０：壁面
Ｘ：静電吸着構造体

Claims (7)

  1. 　被吸着物を電気的に吸着して使用する静電吸着構造体であって、
    　２つの誘電体の間に電極が挟み込まれた複数のシート部材と、少なくとも１つの吸着電源とを有し、複数のシート部材を積層して、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加することで、対向するシート部材間を電気的に吸着固定させると共に、表面最外層又は裏面最外層にあたるシート部材のうち、いずれか一方又は両方の最外層シート部材の誘電体に被吸着物を吸着させて使用し、使用後には、電圧の印加を解除することで、積層された複数のシート部材間が互いに分離可能になるようにしたことを特徴とする静電吸着構造体。
  2. 　最外層シート部材のいずれか一方又は両方が、複数の開口部を有した電極を備えており、開口部を有した電極を持つ最外層シート部材に対向して積層されるシート部材は、少なくとも開口部に対応する位置に電極が存在するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静電吸着構造体。
  3. 　複数のシート部材が互いに位置決めされた状態で、固定手段によって固定されている請求項１又は２に記載の静電吸着構造体。
  4. 　絶縁性フィルムに導電性インクを印刷して所定の電極を形成し、この電極を覆うように絶縁性インクを印刷することによって得られたシート部材を複数積層してなる請求項１又は２に記載の静電吸着構造体。
  5. 　絶縁性フィルムからなる誘電体に導電性インクを印刷して複数の開口部を有した電極を形成し、この電極を覆うように絶縁性インクを印刷して誘電体を形成した２枚のシート部材を重ね合わせ、表裏面両方の誘電体に被吸着物を吸着させて使用することができる請求項４に記載の静電吸着構造体。
  6. 　絶縁性フィルムからなる誘電体の厚さが２０～７０μｍであり、絶縁性インクからなる誘電体の膜厚が２０～７０μｍであり、導電性インクからなる電極の膜厚が５～２０μｍである請求項５に記載の静電吸着構造体。
  7. 　請求項１～６のいずれかに記載の静電吸着構造体を製造する方法であって、
    　複数のシート部材を互いに位置決めしながら積層し、吸着電源によって対向するシート部材の電極間に電圧を印加することで、対向するシート部材間を電気的に吸着固定させて一体に形成し、電圧の印加を解除した後には、積層した複数のシート部材間を互いに分離できるようにすることを特徴とする静電吸着構造体の製造方法。
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