WO2012026421A1 - 静電チャック装置及びその製造方法 - Google Patents

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electrostatic chuck
workpiece
holding member
plate
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康之 天満
隆仁 藤田
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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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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/15Devices for holding work using magnetic or electric force acting directly on the work
    • B23Q3/152Rotary devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck device and a manufacturing method thereof.
  • Electrostatic chuck devices are used in various situations such as ion implantation processing in the semiconductor manufacturing process and substrate bonding processing in the liquid crystal manufacturing field.
  • an electrostatic chuck device such as a semiconductor substrate or a glass substrate
  • the attracting force of the electrostatic chuck device is increased, or particles on the back surface of these substrates are reduced. Is an important issue.
  • the voltage applied to the adsorption electrode of the electrostatic chuck placed on the substrate is increased, or the distance between the bipolar adsorption electrodes is reduced.
  • the suction target plate-like workpiece such as a semiconductor substrate or a glass substrate and the suction electrode.
  • an adhesive material and an electrostatic chuck are arranged on a holding plate that holds a substrate (plate-like workpiece) by suction, and thereby the substrate suction surface is arranged. It is known to form (see Patent Documents 1 and 2). However, in this apparatus, most of the substrate is held by an adhesive material, and electrostatic chucks are arranged at locations that are located at the four corners of the substrate to supplement the holding of the substrate. Since the electric chuck and the holding plate form the substrate suction surface flush with the holding plate, the following problems can be considered.
  • the adsorption force by the electrostatic chuck uses an electric force, and a large number of charges are generated between the electrostatic chuck and the power supply connected to the adsorption electrode of the electrostatic chuck can be turned off. The charge does not disappear immediately. Therefore, if an attempt is made to remove the substrate from the apparatus in a charged state, the expensive substrate may be damaged.
  • the substrate suction surface made of electrostatic chuck and the substrate suction surface made of adhesive material are not the same material, it will be flat against the back surface of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient in the process of processing the substrate. In some cases, the surface cannot be formed, and the adsorptive power becomes non-uniform, which may cause differences in substrate processing, substrate cooling effect, and the like. Furthermore, there may be a problem that the electrostatic chuck attracts particles in the processing atmosphere and contaminates the back surface of the substrate in contact with the particles.
  • Patent Document 3 a device in which a compressible elastic member is disposed in a surface concave portion of a dielectric provided with electrodes therein is known (see Patent Document 3).
  • this apparatus maintains good thermal conductivity by adhering the substrate and compressing the elastic member while bringing the back surface of the substrate into contact with the surface of the dielectric. Rather, the reaction force of the elastic member is static. The chucking force of the electric chuck is hindered, and it is difficult to suck the entire substrate with a flat suction surface.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2005-351196 paragraph 0021, paragraph 0025, FIG. 2
  • Japanese Patent No. 4117338 paragraph 0013
  • Japanese Patent No. 4046424 paragraphs 0010 and 0025
  • the present inventors can increase the suction force while providing sufficient insulation resistance, and maintain a flat surface with respect to the back surface of the plate-like workpiece to be suctioned.
  • the amount of charge on the plate workpiece can be suppressed, the load applied when removing the substrate is reduced, and the possibility of particles and the like adhering to the back surface of the plate workpiece is eliminated as much as possible.
  • a holding member made of a resin material is projected on the substrate to attract and hold the plate-like workpiece, and the electrostatic chuck is placed on the substrate so as to be lower than the holding member. It was found that all the above problems can be solved at the same time by electrostatically attracting the plate-shaped workpiece in a non-contact state, and the present invention has been completed.
  • an object of the present invention is to develop an excellent adsorption force for a plate-like workpiece, maintain a flat surface with respect to the back surface of the plate-like workpiece, and easily make the plate-like workpiece after processing. It is another object of the present invention to provide an electrostatic chuck device that can be removed as much as possible, and that avoids the possibility of contamination of a plate-like workpiece through the device as much as possible.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the electrostatic chuck device as described above.
  • a holding member made of a resin material protrudes on the base so that the plate-like work can be sucked and held, and is formed between the plate-like work and the base via the holding member.
  • the electrostatic chuck having the suction electrode inside is disposed so as to be lower than the holding member, and the electrostatic chuck is plate-shaped in a non-contact state with respect to the plate-shaped workpiece.
  • An electrostatic chuck device that electrostatically attracts a workpiece.
  • the present invention provides a suction electrode having a predetermined opening on one surface of an insulating sheet member, and at least the opening is filled with an insulating adhesive resin so that the other side is disposed on the suction electrode side.
  • a holding member made of a resin material is projected on a base to suck and hold a plate-like workpiece.
  • the position, shape, number, etc. of the holding members are not particularly limited as long as the workpiece adsorption surface is formed so that the plate-like workpiece can be adsorbed and held, but preferably, holding members having the following forms are exemplified. can do. That is, a plurality of protrusion holding members may be provided on the base to form an embossed work suction surface so that the weight of the plate-like work can be sucked and held substantially uniformly.
  • an outer peripheral ridge holding member may be provided so as to extend along the outer peripheral portion of the plate-shaped workpiece so that the outer peripheral portion of the plate-shaped workpiece is not damaged.
  • a plurality of protrusion holding members may be provided so that the diameter gradually increases from the center of the plate-shaped workpiece toward the outer peripheral portion. Further, the protrusion holding member and the protrusion holding member are combined. Thus, a work suction surface may be formed.
  • the resin material that forms the holding member it is necessary to be able to suck these plate-like workpieces such as a semiconductor substrate typified by a silicon wafer, a glass substrate, and a sapphire substrate. It is necessary to be able to hold the workpiece. From such a viewpoint, it is preferable to form the holding member from a resin material having an elastic modulus of 0.5 MPa to 10 MPa, and it is more preferable to form the holding member from a resin material having an elastic modulus of 2 MPa to 3 MPa. Moreover, although the principle of adsorbing the plate-like workpiece is not clear, it is assumed that intermolecular force is related to one of them.
  • the top surface of the holding member that adsorbs the plate-like workpiece to form the workpiece adsorption surface has a three-dimensional average surface roughness (SRa). It is preferably from 0.01 ⁇ m to 0.55 ⁇ m, and more preferably from 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the resin material include silicone resin, styrene butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber, fluoro rubber, isobutylene isoprene rubber, urethane rubber and the like. Of these, silicone resins having the above elastic modulus and surface shape are preferred.
  • At least the place where the holding member is arranged should have a flat surface with a flatness of 20 ⁇ m or less. Both locations where the electrostatic chuck is disposed should have a flat surface with a flatness of 20 ⁇ m or less, preferably a flatness of 10 ⁇ m or less. At least, if the holding member protrudes on such a flat surface, the top surface of the holding member reflects the flat surface of the base, and it is sucked and held by a work suction surface that ensures flatness with respect to the plate-like workpiece. Can do.
  • the electrostatic chuck device is preferably arranged such that the electrostatic chuck is disposed on the base in at least a part of the space formed between the plate-like workpiece and the base via the holding member.
  • the electrostatic chuck is arranged on the base in all the spaces. Then, the electrostatic chuck is electrostatically attracted while the electrostatic chuck and the plate-shaped workpiece are not in contact with each other so that the surface of the electrostatic chuck is lower than the height of the holding member.
  • the electrostatic chuck includes an adsorption electrode inside, and the adsorption electrode is not exposed on the front and back surfaces and side surfaces of the electrostatic chuck.
  • an electric electrode is provided between the holding member and the adsorption electrode that protrude from the base.
  • the insulating portion is interposed to ensure the electrical insulation of the adsorption electrode.
  • the elastic modulus of the resin material is used so that the electrostatic chuck and the plate-like workpiece can be kept in a non-contact state by attracting and holding the plate-like workpiece.
  • the distance between the height of the holding member and the surface of the electrostatic chuck in the state where the plate-like workpiece is attracted is determined by the electric power such as Coulomb force obtained by the electrostatic chuck.
  • the electrostatic chuck is 1/5 or less of the thickness of the upper dielectric layer provided on the plate workpiece side
  • the lower limit is preferably 5 ⁇ m, more preferably 1/6 or less of the thickness of the upper dielectric layer provided on the plate-like workpiece of the electrostatic chuck, and the lower limit is 7 ⁇ m.
  • a conductive paint is applied or printed on one surface of an insulating sheet member made of resin, ceramic or the like to form an adsorption electrode having a predetermined opening.
  • an electrode surface is formed by metal deposition or sputtering, or a metal foil such as a copper foil is press-bonded using a bonding sheet or the like to form an electrode surface, and an etching process using a mask performs a predetermined process.
  • An adsorption electrode having an opening is formed.
  • suction electrode which has a predetermined opening part from metal foil is formed by the etching process using a mask with respect to the insulating sheet member provided with metal foil.
  • an insulating adhesive resin such as silicone resin or epoxy resin
  • another insulating sheet member is attached to the adsorption electrode side, so that the upper dielectric layer, the adsorption electrode, and An electrostatic chuck with a lower dielectric layer is fabricated.
  • the insulating adhesive resin a liquid adhesive may be applied, a resin bonding sheet or the like is interposed, and a part thereof is filled into the opening by press-bonding. Also good.
  • the electrostatic chuck is attached to the substrate via an adhesive or a bonding sheet, and the holding member is inserted into the through hole so that the holding member made of a resin material protrudes from the electrostatic chuck.
  • the electrostatic chuck device of the present invention can be obtained by projecting to the surface. Then, by connecting the power supply to the chucking electrode of the electrostatic chuck, the holding member is moved to the plate-like workpiece while electrostatically attracting the plate-like workpiece in a non-contact state by the electric force of the electrostatic chuck. Can be adsorbed and held.
  • a method other than the above may be used to obtain the electrostatic chuck device of the present invention.
  • a predetermined holding member is protruded on a base in advance, and a recess formed between the holding members is provided.
  • an insulating material is applied or printed to form a lower dielectric layer, on which a predetermined adsorption electrode is formed using a conductive material, and further, an insulating material is applied or printed thereon to form an upper dielectric layer.
  • the electrostatic chuck may be formed on the substrate so that the upper dielectric layer is lower than the holding member.
  • the upper dielectric layer provided on the plate-like workpiece side and the lower dielectric layer provided on the base side of the electrostatic chuck may be formed of the same material or different from each other, but at least the upper dielectric layer may be used. In consideration of low dust generation and dielectric constant, etc., it is preferably made of a resin film such as a polyimide film, a PET film, or a liquid crystal polymer film. More preferably, both the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are formed from these resin films.
  • the thicknesses of the upper dielectric layer and the lower dielectric layer are each preferably 25 ⁇ m or more and 125 ⁇ m or less, and preferably 25 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. If these thicknesses are all within the above range, electrical insulation with respect to the attracting electrode can be ensured, and in particular, on the upper dielectric layer side, an electric force is efficiently exerted on the plate-like workpiece. be able to.
  • the thickness of the electrical insulating portion interposed between the opening of the adsorption electrode and the through-hole is preferably 1 mm or more, preferably 2 mm or more and 3 mm or less in order to ensure electrical insulation more reliably. It is good to be.
  • Insulating properties are easily secured by the increase in the thickness of the electrical insulating portion.
  • the thickness of the electrical insulating portion exceeds 5 mm, not only is the effect saturated, but also the area of the adsorption electrode is reduced, which is not desirable.
  • the adsorption electrode As the adsorption electrode, a so-called monopolar type that applies a voltage to a plate-like workpiece may be adopted, or a so-called bipolar type that provides a potential difference between the electrodes may be adopted. Also good.
  • the electrodes In the case of a bipolar adsorption electrode, the electrodes may be arranged on the same plane, or the electrodes may be arranged vertically via an inter-electrode insulating layer. The selection of the monopolar type or the bipolar type can be appropriately selected according to the type of the plate-shaped workpiece, the conditions under which the plate-shaped workpiece is processed, and the like.
  • the shape of the attracting electrode can be appropriately selected according to the type and size of the plate-like workpiece, such as a plate shape, a semicircular shape, a comb shape, or a pattern shape such as a mesh.
  • the thickness of the adsorption electrode is not particularly limited, it is desirable that it is practically about 0.1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less in consideration of design and the like.
  • the material of the substrate is not particularly limited, and examples thereof include aluminum or an aluminum alloy, quartz glass, ceramics, a resin such as polyimide, and stainless steel. Also, before providing the electrostatic chuck or the holding member, it is preferable to planarize the surface of the substrate so as to have a predetermined flatness by machining or etching. Note that the height relationship between the electrostatic chuck and the holding member may be adjusted by providing irregularities on the surface of the substrate. It is desirable to perform a flattening process so as to have a predetermined flatness. Further, as in the case of a known electrostatic chuck device, the substrate may be provided with a flow path for flowing a cooling medium, a push-up pin that pushes up the back side of the plate-like workpiece, and the like. is there.
  • the holding member made of a resin material protruding on the base can hold the plate-shaped workpiece by suction, and in a non-contact state with respect to the plate-shaped workpiece, Since the electric chuck electrostatically attracts the plate-like workpiece, it is possible to increase the suction force of the electrostatic chuck device while ensuring sufficient electrical insulation. In addition, since the flat surface is maintained by suction with respect to the back surface of the plate workpiece, the cooling effect of the plate workpiece and the processing of the plate workpiece can be performed uniformly.
  • FIG. 1 is a perspective explanatory view showing an electrostatic chuck device of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the electrostatic chuck device of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing a procedure for forming an electrostatic chuck.
  • FIG. 4 is an explanatory plan view showing the state of the attracting electrode in the electrostatic chuck.
  • FIG. 5 is an explanatory perspective view showing a state in which the holding member and the electrostatic chuck are attached to the substrate.
  • FIG. 1 and 2 show an electrostatic chuck device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective explanatory view
  • FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view (a part) showing an AA cross section in FIG.
  • a holding member 2 made of a resin material is projected on a base 1 so that a 12-inch silicon wafer (plate-like workpiece) w can be sucked and held.
  • the electrostatic chuck 3 provided with an adsorption electrode is disposed so as to be lower than the holding member 2, and the electrostatic chuck 3 and the silicon wafer are arranged.
  • the electrostatic chuck 3 can electrostatically attract the silicon wafer w in a non-contact state with w.
  • the base 1 is made of an aluminum alloy having a diameter of 294 mm and a height of 17.5 mm, and the mounting surface 1 a on which the holding member 2 and the electrostatic chuck 3 are arranged is flattened to a flatness of 15 ⁇ m by polishing. ing.
  • a refrigerant flow path (not shown) through which cooling gas or the like flows is formed in the base 1.
  • the holding member 2 arranged on the mounting surface 1a of the substrate 1 includes a total of 106 protrusion holding members 2a protruding in an embossed manner and an outer peripheral protrusion protruding along the outer peripheral portion of the silicon wafer w.
  • Each of the holding members 2b has a height of 140 ⁇ m, the diameter of the top surface of the columnar projection holding member 2a is 2 mm, and the width of the top surface of the outer peripheral ridge holding member 2b is 2 mm.
  • These holding members 2 are formed using a silicone resin having a modulus of elasticity of 2.7 MPa (manufactured by Fuso Rubber Sangyo Co., Ltd., trade name: Sirius), and holds the silicon wafer w to form a workpiece suction surface.
  • the top surfaces of the members 2 have a three-dimensional average surface roughness (SRa) of 0.46 ⁇ m.
  • SRa three-dimensional average surface roughness
  • a polyimide film (insulating sheet member) having a thickness of 50 ⁇ m and serving as a lower dielectric layer is disposed on the adsorption electrode 5 side through a bonding sheet 6 made of epoxy resin having a thickness of 15 ⁇ m. 7 was stacked and pressed to fill the opening 5c of the adsorption electrode 5 with a part of the bonding sheet 6 to obtain a laminate.
  • the front and back surfaces of the laminate are penetrated by a Thomson-type press so as to be concentric with the opening 5c of the adsorption electrode, and as shown in FIG.
  • (Diameter) d 2 Through the through-hole 8 having a diameter of 3 mm, at the same time, the outer sides of the semicircular first adsorption electrode 5a and the second adsorption electrode 5b are uniformly surrounded by a circle and punched into a circular sheet having a diameter of 294 mm. An electric chuck 3 was obtained. At this time, a part of the bonding sheet 6 that fills the opening 5c of the suction electrode and a part of the bonding sheet 6 that wraps around the outer periphery of the first suction electrode 5a and the second suction electrode 5b are respectively held by holding members. An electrically insulating portion 6a is formed between 2a, 2b and the adsorption electrode 5.
  • the electrostatic chuck 3 obtained as described above is attached to the mounting surface 1 a of the substrate 1, and is further inserted into the through hole 8 of the electrostatic chuck 3.
  • the protrusion holding member 2a is inserted and affixed to the mounting surface 1a of the base 1, and the protrusion holding member 2a protrudes from the surface of the electrostatic chuck 3 by 7 ⁇ m and is along the outer peripheral side surface of the electrostatic chuck 3.
  • the outer peripheral ridge holding member 2b is affixed to the mounting surface 1a of the base 1, and the outer peripheral ridge holding member 2b protrudes 7 ⁇ m from the surface of the electrostatic chuck 3 to complete the electrostatic chuck device according to this embodiment. It was.
  • the silicon wafer w is sucked and held on the workpiece suction surface w ′ composed of the protrusion holding member 2a and the outer peripheral ridge holding member 2b, and the first chucking electrode 5a of the electrostatic chuck 3
  • the silicon wafer w is electrostatically attracted by applying a voltage of 1000 V to the second attracting electrode 5b, the silicon wafer w is firmly attracted and held, and the height of the holding members 2a and 2b and the electrostatic chuck 3
  • the distance between the surface and the surface was 7 ⁇ m.
  • Base 1a Placement surface 2: Holding member 2a: Projection holding member 2b: Outer rim holding member 3: Electrostatic chuck 4: Polyimide film (insulating sheet member) 5: Adsorption electrode (copper foil) 5a: First adsorption electrode 5b: Second adsorption electrode 5c: Opening 6: Bonding sheet 6a: Electrical insulating part 7: Polyimide film (insulating sheet member) 8: Through hole 9: Bonding sheet w: Silicon wafer (plate-like workpiece) w ': Workpiece suction surface

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Abstract

 板状ワークに対して優れた吸着力を発現すると共に処理後に板状ワークを容易に取り外すことができ、更には、板状ワークの汚染を可及的に回避できる静電チャック装置、及びその製造方法を提供する。 基盤上に樹脂材料からなる保持部材が突設されて、板状ワークを吸着保持できると共に、保持部材を介して板状ワークと基盤との間に形成される空間の少なくとも一部に、吸着電極を内部に有した静電チャックが保持部材よりも低くなるようにして配設されて、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引する静電チャック装置であり、また、静電チャックの表裏面間を貫通する貫通孔を設けてこれを基盤に貼り付けると共に、樹脂材料からなる保持部材が静電チャックから突出するように、貫通孔に対応させて保持部材を基盤上に突設させる静電チャック装置の製造方法である。

Description

静電チャック装置及びその製造方法
 この発明は、静電チャック装置及びその製造方法に関する。
 半導体製造プロセスにおけるイオン注入処理や、液晶製造分野での基板貼り合わせ処理など、様々な場面で静電チャック装置が使用されている。近年、半導体基板やガラス基板等のように、静電チャック装置で吸着する対象物が大型化するのに伴い、静電チャック装置の吸着力を高めることや、これら基板の裏面のパーティクルを少なくすることが重要な課題となっている。
 このうち、静電チャック装置の吸着力を増大させるためには、基盤上に載置された静電チャックについて、その吸着電極に印加する電圧を高めたり、双極型の吸着電極間の距離を狭めたりするほか、半導体基板やガラス基板等のような吸着対象の板状ワークと吸着電極との距離を近づけることなどが考えられる。しかしながら、これらはいずれも電気的な耐絶縁性の問題と関係するため、大幅に吸着力を増大させことは容易に望めない。
 そこで、液晶ディスプレー等のフラットパネルディスプレーの製造で使用する真空貼り合わせ装置において、基板(板状ワーク)を吸着保持する保持板に粘着材料と静電チャックとを配置し、これらによって基板吸着面を形成することが知られている(特許文献1、2参照)。ところが、この装置では、基板の大部分が粘着材料で保持され、基板の四隅に位置するような箇所に静電チャックを配設して、基板の保持を補完しているが、粘着材料と静電チャックとが保持板において面一状に基板吸着面を形成することから、次のような問題が考えられる。
 すなわち、静電チャックによる吸着力は電気的な力を用いるものであって、基板との間に多数の電荷が発生することから、静電チャックの吸着電極に接続された電源を切ったとしても電荷は直ちには消滅しない。そのため、基板が帯電した状態で装置から取り外そうとすると、高価な基板を損傷させてしまうおそれがある。また、静電チャックからなる基板吸着面と粘着材料からなる基板吸着面とが同一の素材の材料でないと、基板を処理する過程での熱膨張率等の違いから、基板裏面に対して平坦な面を形成できないことがあり、吸着力が不均一になって、基板の処理や基板の冷却効果等に差が出てしまうおそれがある。更には、処理雰囲気中のパーティクルを静電チャックが引き寄せてしまい、それに接触する基板の裏面を汚染してしまう問題も考えられる。
 なお、熱伝導性の高い基板載置装置として、内部に電極を備えた誘電体の表面凹部に圧縮可能な弾性部材を配設したものが知られている(特許文献3参照)。ところが、この装置では、基板を吸着して弾性部材を圧縮させながら、基板裏面を誘電体の表面に接触させることで、良好な熱伝導性を維持するとしており、むしろ弾性部材の反力が静電チャックの吸着力を妨げてしまい、また、基板全体を平坦な吸着面で吸着するのも困難である。
特開2005-351961号公報(段落0021、段落0025、図2) 特許第4117338号公報(段落0013) 特許第4046424号公報(段落0010、0025)
 このような状況のもと、本発明者等は、耐絶縁性を十分に備えながら吸着力を高めることができると共に、吸着対象の板状ワークの裏面に対して平坦な面を維持して吸着保持することができ、しかも、板状ワークの帯電量を抑えて、基板を取り外す際に掛かる負荷を低減し、更には、板状ワークの裏面にパーティクル等が付着するおそれを可及的に排除した静電チャック装置について鋭意検討した結果、基盤上に樹脂材料からなる保持部材を突設して、板状ワークを吸着保持すると共に、保持部材よりも低くなるようにして基盤上に静電チャックを配設して、板状ワークに対して非接触の状態で静電吸引することで、上記のような課題を全て同時に解決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、板状ワークに対して優れた吸着力を発現すると共に、板状ワークの裏面に対して平坦な面を維持することができ、しかも、処理後に板状ワークを容易に取り外すことができて、更には、装置を介して板状ワークが汚染するおそれを可及的に回避することができる静電チャック装置を提供することにある。
 また、本発明の別の目的は、上記のような静電チャック装置を製造する方法を提供することにある。
 すなわち、本発明は、基盤上に樹脂材料からなる保持部材が突設されて、板状ワークを吸着保持することができると共に、保持部材を介して板状ワークと基盤との間に形成される空間の少なくとも一部に、吸着電極を内部に有した静電チャックが保持部材よりも低くなるようにして配設されて、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引することを特徴とする静電チャック装置である。
 また、本発明は、絶縁シート部材の一方の面に、所定の開口部を有した吸着電極を形成し、少なくとも開口部が絶縁性の接着樹脂で充填されるようにして、吸着電極側に他の絶縁シート部材を貼り付けて静電チャックを作製し、次いで、吸着電極の開口部を通って静電チャックの表裏面間を貫通するように、開口部よりひとまわり小さい貫通孔を形成した後、該静電チャックを基盤に貼り付けると共に、樹脂材料からなる保持部材が静電チャックから突出するように、貫通孔に対応させて保持部材を基盤上に突設させることで、保持部材が板状ワークを吸着保持することができると共に、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引できるようにすることを特徴とする静電チャック装置の製造方法である。
 本発明の静電チャック装置は、基盤上に樹脂材料からなる保持部材が突設されて、板状ワークを吸着保持する。保持部材の配置位置や形状、数等について、板状ワークを吸着保持できるようにワーク吸着面を形成するものであれば、特に制限されないが、好ましくは、次のような形態の保持部材を例示することができる。すなわち、複数の突起保持部材を基盤上に突設させて、エンボス状のワーク吸着面を形成して、板状ワークの自重を略均一に吸着保持できるようにしても良い。また、板状ワークの外周部に沿うように外周突条保持部材を突設させて、板状ワークの外周部が捲れないようにしても良い。更には、板状ワークの中心から外周部に向かって順次増径するように、突条保持部材を複数突設させるようにしても良く、更にまた、突起保持部材と突条保持部材とを組み合わせて、ワーク吸着面を形成しても良い。
 保持部材を形成する樹脂材料については、シリコンウエハに代表される半導体基板や、ガラス基板、サファイア基板など、これらの板状ワークを吸着できることが必要であると共に、ワーク吸着面を形成しながら板状ワークを保持できることが必要である。このような観点から、弾性率が0.5MPa以上10MPa以下の樹脂材料から保持部材を形成するのが好ましく、弾性率が2MPa以上3MPa以下の樹脂材料から保持部材を形成するのがより好ましい。また、板状ワークを吸着する原理は定かではないが、そのひとつに分子間力が関係しているものと推測される。そのため、板状ワークとの間で分子間力を発現させ易くする観点から、板状ワークを吸着してワーク吸着面を形成する保持部材の頂面は、三次元平均表面粗さ(SRa)が0.01μm以上0.55μm以下であるのが好ましく、0.4μm以上0.5μm以下であるのがより好ましい。樹脂材料の具体例としては、シリコーン樹脂、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、イソブチレンイソプレンゴム、ウレタンゴム等を挙げることができ、なかでも、上記のような弾性率や表面形状を有したシリコーン樹脂が好適である。
 保持部材が突設される基盤については、少なくとも保持部材が配設される箇所が平面度20μm以下の平坦面を有するようにするのが良く、詳しくは、保持部材が配設される箇所、及び静電チャックが配設される箇所共に、平面度20μm以下、好ましくは平面度10μm以下の平坦面を有するようにするのが良い。少なくとも、このような平坦面に保持部材を突設すれば、保持部材の頂面が基盤の平坦面を反映し、板状ワークに対して平坦性が担保されたワーク吸着面で吸着保持することができる。
 また、本発明における静電チャック装置は、保持部材を介して板状ワークと基盤との間に形成される空間の少なくとも一部において、基盤上に静電チャックが配置されるようにし、好ましくは、上記空間のすべてにおいて、基盤上に静電チャックが配置されるようにする。その上で、静電チャックの表面が、いずれも保持部材の高さよりも低くなるようにして、静電チャックと板状ワークとが非接触の状態で、板状ワークを静電吸引する。この静電チャックは、吸着電極を内部に備えて、静電チャックの表裏面及び側面において吸着電極は露出せず、好ましくは、基盤上に突設される保持部材と吸着電極との間に電気絶縁部が介在するようにして、吸着電極の電気的な絶縁性を確実に担保する。
 静電チャックが保持部材よりも低くなるようにする際には、板状ワークを吸着保持して、静電チャックと板状ワークとが非接触の状態を維持できるように、樹脂材料の弾性率等を考慮して適宜設定すればよいが、板状ワークを吸着した状態での保持部材の高さと静電チャックの表面との高低間距離については、静電チャックにより得られるクーロン力等の電気的な力が板状ワークを引き付ける働きを低減させないように考慮することも必要であり、好ましくは、静電チャックが板状ワーク側に備える上部誘電層の厚みの1/5以下であって、下限値が5μmであるのが良く、より好ましくは、静電チャックが板状ワーク側に備える上部誘電層の厚みの1/6以下であって、下限値が7μmであるのが良い。
 本発明の静電チャック装置を製造する方法として、好適には、以下のような方法を例示すことができる。先ず、樹脂、セラミック等からなる絶縁シート部材の一方の面に、導電性塗料を塗布又は印刷して所定の開口部を有した吸着電極を形成する。または、金属の蒸着やスパッタにより電極面を形成したり、ボンディングシート等を用いて銅箔等の金属箔をプレス圧着するなどして電極面を形成して、マスクを用いたエッチング処理により所定の開口部を有した吸着電極を形成する。或いは、金属箔を備えた絶縁シート部材に対して、マスクを用いたエッチング処理により、金属箔から所定の開口部を有した吸着電極を形成する。次いで、少なくとも、開口部がシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の絶縁性の接着樹脂で充填されるようにして、吸着電極側に別の絶縁シート部材を貼り付けることで、上部誘電層、吸着電極、及び下部誘電層を備えた静電チャックを作製する。ここで、絶縁性の接着樹脂としては、液状の接着剤を塗布するようにしてもよく、樹脂製のボンディングシート等を介在させ、プレス圧着によりその一部が開口部に充填されるようにしてもよい。
 そして、吸着電極の開口部を通って静電チャックの表裏面間を貫通するように、開口部よりひとまわり小さい貫通孔を形成すれば、吸着電極の開口部と貫通孔との間には、絶縁性接着樹脂からなる電気絶縁部が介在されることになる。なお、吸着電極の開口部と静電チャックに形成する貫通孔とは、いずれも基盤上に突設させる保持部材の数や形状等に合わせて、適宜設計すればよい。
 次いで、接着剤やボンディングシート等を介して、この静電チャックを基盤に貼り付けると共に、樹脂材料からなる保持部材が静電チャックから突出するように、貫通孔に保持部材を挿入して基盤上に突設させることで、本発明の静電チャック装置を得ることができる。そして、静電チャックの吸着電極に対して電源を接続することで、静電チャックの電気的な力によって板状ワークに対して非接触の状態で静電吸引しながら、保持部材が板状ワークを吸着保持することが可能になる。
 本発明の静電チャック装置を得るには、勿論上記以外の方法であってもよく、例えば、予め基盤上に所定の保持部材を突設させておき、保持部材の間に形成された窪みに対して絶縁性材料を塗布又は印刷して下部誘電層を形成し、その上に導電性材料を用いて所定の吸着電極を形成し、更にその上から絶縁性材料を塗布又は印刷して上部誘電層を形成し、保持部材よりも上部誘電層が低くなるようにして静電チャックを基盤上に形成するような方法が挙げられる。
 静電チャックが板状ワーク側に備える上部誘電層、及び、基盤側に備える下部誘電層について、両者は同じ材質から形成されてもよく、互いに異なるものを用いてもよいが、少なくとも上部誘電層は、低発塵性であることや誘電率等を考慮して、好ましくは、ポリイミドフィルム、PETフィルム、液晶ポリマーフィルム等の樹脂フィルムからなるのが良い。より好ましくは、上部誘電層及び下部誘電層共に、これらの樹脂フィルムから形成されるのが良い。
 また、上部誘電層、及び下部誘電層の厚みについては、それぞれ25μm以上125μm以下であるのが良く、好ましくは25μm以上50μm以下であるのが良い。これらの厚みがいずれも上記範囲内であれば、吸着電極に対する電気的絶縁性を確保することができ、なかでも上部誘電層側では、板状ワークに対して効率良く電気的な力を発現させることができる。また、吸着電極の開口部と貫通孔との間に介在される電気絶縁部の厚みは、より確実に電気的絶縁性を確保するために1mm以上であるのが良く、好ましくは2mm以上3mm以下であるのが良い。電気絶縁部の厚みが増す分だけ絶縁性をより確保し易いが、電気絶縁部の厚みが5mmを超えると効果が飽和するばかりか、吸着電極の面積が減るため望ましくない。
 また、吸着電極については、板状ワークとの間で電圧を印加する、いわゆる単極型のものを採用してもよく、或いは、電極間に電位差を設ける、いわゆる双極型のものを採用してもよい。双極型の吸着電極の場合には、同一平面状に電極を並べるようにしてもよく、電極間絶縁層を介して、上下に電極を並べるようにしてもよい。単極型又は双極型の選択は、板状ワークの種類や、板状ワークが処理される条件等に応じて適宜選定できる。また、吸着電極の形状についても、例えば、平板状、半円状、櫛歯状やメッシュのようなパターン形状など、板状ワークの種類やサイズ等に応じて適宜選定することができる。更に、吸着電極の厚みは特に制限されないが、設計等を考慮すれば、実用上0.1μm以上30μm以下程度であるのが望ましい。
 基盤について、その材質は特に制限はなく、アルミニウム又はアルミニウム合金、石英ガラス、セラミックス、ポリイミド等の樹脂、ステンレスなどを挙げることができる。また、静電チャックや保持部材を設ける前に、予め、機械加工やエッチング処理等によって、所定の平面度を有するように基盤の表面を平坦化処理するのが好ましい。なお、基盤の表面に凹凸を設けて静電チャックと保持部材との高さ関係を調節できるようにしてもよいが、その場合には、保持部材や静電チャックが配設される箇所を個別に所定の平面度を有するように平坦化処理しておくのが望ましい。また、基盤には、公知の静電チャック装置の場合と同様、冷却媒体を流すための流路や、板状ワークの裏面側を突き上げる突上げピン等を備えるようにしてもよいことは勿論である。
 本発明の静電チャック装置によれば、基盤上に突設された樹脂材料からなる保持部材が板状ワークを吸着保持することができると共に、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引することから、電気的絶縁性を十分に確保しながら、静電チャック装置の吸着力を高めることができる。また、板状ワークの裏面に対して平坦な面を維持して吸着保持することから、板状ワークの冷却効果や板状ワークの処理を均一に行うことができる。更には、静電チャック装置の厚み方向に対して保持部材の下側に静電チャックは存在せず、しかも、板状ワークと静電チャックとは非接触の状態で吸着保持することから、電源を切った後の板状ワークの帯電量が抑えられて、板状ワークを取り外す際の負荷が低減でき、板状ワークの裏面に対してパーティクル等が付着するおそれも可及的に排除できる。
図1は、本発明の静電チャック装置を示す斜視説明図である。 図2は、図1の静電チャック装置の断面説明図である。 図3は、静電チャックを形成する手順を示す断面説明図である。 図4は、静電チャックにおける吸着電極の様子を示す平面説明図である。 図5は、保持部材と静電チャックが基盤上に貼り付けられる様子を示す斜視説明図である。
 以下、添付した図面に基づきながら、本発明をより具体的に説明する。
 図1及び図2には、本発明の実施例に係る静電チャック装置が示されている。図1は斜視説明図であり、図2は、図1におけるA-A断面を示す断面説明図(一部)である。この静電チャック装置は、基盤1上に樹脂材料からなる保持部材2が突設されて、12インチのシリコンウエハ(板状ワーク)wを吸着保持することができると共に、保持部材2を介してシリコンウエハwと基盤1との間に形成される空間内に、吸着電極を内部に備えた静電チャック3が保持部材2よりも低くなるようにして配設され、静電チャック3とシリコンウエハwとが非接触の状態で、静電チャック3がシリコンウエハwを静電吸引することができる。
 このうち基盤1は、直径294mm×高さ17.5mmのアルミ合金製であり、保持部材2と静電チャック3が配置される載置面1aは、研磨加工によって平面度15μmに平坦化処理されている。また、この基盤1の内部には、冷却ガス等を流す冷媒流路(図示外)が形成されている。
 基盤1の載置面1aに配置される保持部材2は、エンボス状に突設された合計106個の突起保持部材2aと、シリコンウエハwの外周部に沿うように突設された外周突条保持部材2bとからなり、いずれも高さは140μmであって、円柱状の突起保持部材2aの頂面の直径は2mmであり、外周突条保持部材2bの頂面の幅は2mmである。これらの保持部材2は、弾性率2.7MPaのシリコーン樹脂(扶桑ゴム産業社製、商品名:シリウス)を用いて形成したものであり、シリコンウエハwを吸着してワーク吸着面を形成する保持部材2(突起保持部材2a及び外周突条保持部材2b)の頂面は、三次元平均表面粗さ(SRa)が0.46μmである。なお、添付図面では、突起保持部材2aの一部、後述する吸着電極の開口部5cの一部、及び静電チャックの貫通孔8について、紙面の都合上省略している。
 一方、静電チャック3は、次のようにして形成されたものである。先ず、図3(a)に示すように、厚さ50μmであって上部誘電層となるポリイミドフィルム(絶縁シート部材)4の片面側に、スクリーン印刷により導電性インクを塗布して、図4に示すように、半円状の第一吸着電極5a及び第二吸着電極5b(ともに直径288mm、厚さ5μm)を形成すると共に、図3(b)に示すように、基盤1に配置される突起保持部材2aの位置及び形状に対応させて、開口径(直径)d=5mmの開口部5cを形成して、双極型の吸着電極5とした。なお、得られた第一吸着電極5aと第二吸着電極5bには、直流電源(図示外)に接続できるように、図示外の接続端子を取り付けた。
 次いで、図3(c)に示すように、厚さ15μmのエポキシ樹脂製ボンディングシート6を介して、吸着電極5側に、厚さ50μmであって下部誘電層となるポリイミドフィルム(絶縁シート部材)7を重ねてプレス加工し、吸着電極5の開口部5cにボンディングシート6の一部が充填されるようにして、積層物を得た。次いで、吸着電極の開口部5cと同心円となるように、トムソン型プレス機によって積層物の表裏面間を貫通させて、図3(d)に示すように、開口部5cよりひとまわり小さい開口径(直径)d=3mmの貫通孔8を形成すると同時に、半円状の第一吸着電極5a及び第二吸着電極5bの外側を円で均一に囲むようにして直径294mmの円形シート状に打ち抜き、静電チャック3を得た。この際、吸着電極の開口部5cを満たしたボンディングシート6の一部と、第一吸着電極5a及び第二吸着電極5bの外周に沿ってまわり込んだボンディングシート6の一部は、それぞれ保持部材2a,2bと吸着電極5との間に介在する電気絶縁部6aを形成する。
 そして、図5に示すように、別のボンディングシート9を用いて、上記で得られた静電チャック3を基盤1の載置面1aに貼り付け、更に、静電チャック3の貫通孔8に突起保持部材2aを挿入して基盤1の載置面1aに貼り付けて、突起保持部材2aを静電チャック3の表面から7μm突出させると共に、静電チャック3の外周側面に沿うようにして、外周突条保持部材2bを基盤1の載置面1aに貼り付けて、外周突条保持部材2bを静電チャック3の表面から7μm突出させて、本実施例に係る静電チャック装置を完成させた。得られた静電チャック装置について、突起保持部材2aと外周突条保持部材2bとからなるワーク吸着面w’にシリコンウエハwを吸着保持させ、かつ、静電チャック3の第一吸着電極5aと第二吸着電極5bとの間に電位差1000Vの電圧を印加させてシリコンウエハwを静電吸引したところ、シリコンウエハwは強固に吸着保持され、保持部材2a,2bの高さと静電チャック3の表面との高低間距離(図2に示したh)は7μmであった。
1 :基盤
1a :載置面
2 :保持部材
2a :突起保持部材
2b :外周突条保持部材
3 :静電チャック
4 :ポリイミドフィルム(絶縁シート部材)
5 :吸着電極(銅箔)
5a :第一吸着電極
5b :第二吸着電極
5c :開口部
6 :ボンディングシート
6a :電気絶縁部
7 :ポリイミドフィルム(絶縁シート部材)
8 :貫通孔
9 :ボンディングシート
w :シリコンウエハ(板状ワーク)
w’:ワーク吸着面

Claims (9)

  1.  基盤上に樹脂材料からなる保持部材が突設されて、板状ワークを吸着保持することができると共に、保持部材を介して板状ワークと基盤との間に形成される空間の少なくとも一部に、吸着電極を内部に有した静電チャックが保持部材よりも低くなるようにして配設されて、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引することを特徴とする静電チャック装置。
  2.  基盤上に突設された複数の突起保持部材を備える請求項1に記載の静電チャック装置。
  3.  板状ワークの外周部に沿うように、基盤上に突設された外周突条保持部材を備える請求項1又は2に記載の静電チャック装置。
  4.  樹脂材料の弾性率が0.5MPa以上10MPa以下である請求項1~3のいずれかに記載の静電チャック装置。
  5.  板状ワークを吸着してワーク吸着面を形成する保持部材の頂面は、三次元平均表面粗さ(SRa)が0.01μm以上0.55μm以下である請求項1~4のいずれかに記載の静電チャック装置。
  6.  板状ワークを吸着した状態での保持部材の高さと静電チャックの表面との高低間距離は、静電チャックが板状ワーク側に備える上部誘電層の厚みの1/5以下であり、かつ、下限値が5μmである請求項1~5のいずれかに記載の静電チャック装置。
  7.  保持部材が突設される基盤は、少なくとも保持部材が突設される部分が平面度20μm以下の平坦面を有する請求項1~6のいずれかに記載の静電チャック装置。
  8.  保持部材と静電チャックの吸着電極との間に、電気絶縁部が介在する請求項1~7のいずれかに記載の静電チャック装置。
  9.  絶縁シート部材の一方の面に、所定の開口部を有した吸着電極を形成し、少なくとも開口部が絶縁性の接着樹脂で充填されるようにして、吸着電極側に他の絶縁シート部材を貼り付けて静電チャックを作製し、
     次いで、吸着電極の開口部を通って静電チャックの表裏面間を貫通するように、開口部よりひとまわり小さい貫通孔を形成した後、
     該静電チャックを基盤に貼り付けると共に、樹脂材料からなる保持部材が静電チャックから突出するように、貫通孔に対応させて保持部材を基盤上に突設させることで、保持部材が板状ワークを吸着保持することができると共に、板状ワークに対して非接触の状態で、静電チャックが板状ワークを静電吸引できるようにすることを特徴とする静電チャック装置の製造方法。
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