WO2017150574A1 - 双極型静電チャックモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

双極型静電チャックモジュールおよびその製造方法 Download PDF

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bipolar electrostatic
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bipolar
chuck module
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滋規 齋藤
健人 河野
陽亮 田尻
邦夫 ▲高▼橋
ラドン デリカ
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Definitions

  • the present invention relates to a bipolar electrostatic chuck module and a manufacturing method thereof.
  • An electrostatic chuck is a device that grips and detaches an object using an electrostatic force acting between the object and the object when a voltage is applied.
  • the electrostatic chuck is a mechanism that applies a potential difference between a dielectric layer and a gripping target and attracts the gripping target by generated electrostatic force.
  • a Coulomb force type that uses an insulating material as a dielectric.
  • Electrostatic chucks are used to hold objects such as silicon wafers that have a flat surface, but the electrostatic force depends on the distance between the electrode and the object, so it is attractive for objects that have a surface shape such as a curved surface. There is a problem that decreases.
  • Non-Patent Document 1 An electrostatic chuck with a flexible attracting surface using an integrated structure of electrostatic induction fibers.
  • the manufacturing process involves precisely arranging the fibers one by one, making it difficult to increase the area and wire the electrodes.
  • the fiber produced by the melt spinning method has irregular tips due to deformation due to residual stress.
  • the electrostatic chucks in these existing studies are of a monopolar type, so there is a difficulty that cannot be applied to dielectrics.
  • An object of the present invention is to provide a bipolar electrostatic chuck that has a fine bristle structure on an adsorption surface and can be applied to a thin film dielectric such as a plastic sheet. Furthermore, in the present invention, a monolithic electrostatic chuck module is formed by integrally forming three layers with an insulator sandwiched between two conductors, and this module is stacked to increase the area of the fine bristle structure that is the adsorption surface. Is possible.
  • the present invention provides the following inventions in order to solve the above problems.
  • the electrostatic chuck adsorption surface for adsorbing the object to be adsorbed has a fine bristle structure, and an insulating layer is disposed between the positive electrode and the negative electrode at the tip of the fine hair on the adsorption surface.
  • a bipolar electrostatic chuck module configured such that an electrostatic force is generated by applying a voltage and an object to be attracted is attracted to an electrostatic chuck attracting surface.
  • a bipolar electrostatic chuck module formed by laminating a plurality of bipolar electrostatic chuck modules according to (1) above.
  • fine etching is performed on the tip portion which is the adsorption surface by etching using a conductor.
  • Bipolar type in which a beam assembly having a bristle structure is manufactured, the obtained beam assembly is insulation-coated, and then the two insulation-coated beam assemblies are bonded together to form an insulating layer between the positive electrode and the negative electrode
  • a bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure can be provided. Furthermore, according to the present invention, a bipolar electrostatic chuck can be modularized by integrally molding using a 3D printer or lithography technology, and the area of the fine bristle structure can be increased by stacking a plurality of modules. A bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure capable of gripping a surface having an arbitrary area can be provided. Therefore, according to the present invention, since each module has fine hairs, it is possible to ensure flexibility on the electrostatic adsorption surface, and conventionally it cannot be handled smoothly (even if it can be adsorbed, it cannot be separated well). Can be freely adsorbed and removed.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a processing process in the first embodiment.
  • 2 is a scanning electron microscope (SEM) observation photograph of the beam assembly manufactured in Example 1.
  • FIG. 1 shows a bipolar electrostatic chuck module manufactured in Example 1.
  • An experimental system for measuring the attractive force of a bipolar electrostatic chuck is shown.
  • a finite element analysis model is shown for evaluating adsorption performance.
  • the force curve of the measured adsorption force and the analysis result by COMSOL are shown.
  • the results of the attractive force analysis and measurement in consideration of the tip shape are shown.
  • the dimension and external appearance of the module manufactured in Example 2 are shown.
  • the lifting test result of the manufactured bipolar electrostatic chuck module is shown.
  • Example 3 An outline of an experimental apparatus for measuring a force curve is shown.
  • the measurement result of a force curve is shown.
  • the fiber tip shape seen by modeling with a 3D printer using an optical modeling method is shown.
  • suction part using the heating flat plate in Example 3 is shown.
  • blunted are shown.
  • the force curve measured about the bipolar electrostatic chuck obtained in Example 3 is shown. It is a schematic diagram which grips, conveys, and peels a thin film such as plastic using the bipolar electrostatic chuck module of the present invention.
  • the electrostatic chuck module of the present invention has a fine bristle structure on the electrostatic chuck adsorption surface for adsorbing an object to be adsorbed, and an insulating layer is disposed between the positive electrode and the negative electrode at the tip of the fine hair on the adsorption surface.
  • the bipolar electrostatic chuck module is configured such that an electrostatic force is generated by applying a voltage between the positive electrode and the negative electrode, and the object to be attracted is attracted to the electrostatic chuck attracting surface. Since the bipolar electrostatic chuck of the present invention has flexibility on the attracting surface due to the fine bristle structure, it can be delicately gripped by a surface that does not give excessive stress to thin soft materials such as plastic film, paper, and cloth.
  • a bipolar electrostatic chuck module laminate formed by laminating a plurality of bipolar electrostatic chuck modules. That is, preferably, a bipolar electrostatic chuck is integrally formed using a 3D printer to form a module, and a plurality of modules are stacked to increase the area of the fine bristle structure. Since the electrostatic chuck module of the present invention is a bipolar type, the dielectric material can be gripped without being energized.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a bipolar electrostatic chuck single-layer module 1 and a bipolar electrostatic chuck (laminated body) 2 having a fine hair structure with a large area realized by stacking single-layer modules. Show.
  • 3 is a positive electrode
  • 4 is a negative electrode
  • 5 is an insulating layer
  • 6 is a contact surface (adsorption surface) having a fine bristle structure.
  • the fine bristle structure of the electrostatic chuck attracting surface for attracting the object to be attracted is formed on the attracting surface which is the tip of the positive and negative electrodes and the beam constituting the insulating layer, Preferably, it is formed of a beam assembly having a tip area of about 5 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m to 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m, a length of about 5 mm to 300 mm, a distance of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m, and an attachment angle of about 30 ° to 60 ° to the adsorption surface.
  • the number of beams is not particularly limited, but is preferably selected from about 20 to 200, for example.
  • the fine bristle structure preferably has a spatula shape at the tip.
  • the electrostatic chuck module of the present invention Since the electrostatic chuck module of the present invention has a fine bristle structure, it has a delicate and sufficient gripping force and an easy detachment mechanism by a surface that does not give stress to a thin soft material.
  • the gripping force is generated in a direction perpendicular to the attracting surface, and if the force is applied in the direction of rotating to the attracting surface to give a moment A stress distribution is generated on the surface, and the object to be grasped is detached from a portion where a high stress state is generated.
  • the bipolar electrostatic chuck module having the fine bristle structure of the present invention is a beam assembly having a fine bristle structure at the tip portion that is the attracting surface by etching using a conductor.
  • a bipolar electrostatic chuck module is formed by insulatingly coating the obtained beam assembly and then bonding the two insulating coatings together to form an insulating layer between the positive electrode and the negative electrode. It is manufactured by.
  • a metal such as stainless steel or aluminum, a semiconductor such as a doped Si wafer, or the like is used.
  • a beam assembly having a fine bristle structure at the tip is manufactured by etching, and either wet or dry etching can be used.
  • the wet etching is performed by, for example, forming a predetermined resist mask pattern on a plate-like conductor and then immersing it in an edging solution.
  • the etching solution is selected from chemical solutions such as acid and alkali according to the purpose.
  • Dry etching is performed in a discharge plasma atmosphere in a vacuum vessel, and examples thereof include chemical etching using radicals and gas generated in plasma.
  • the beam aggregate having a fine bristle structure is as described above.
  • the obtained beam assembly is insulation-coated with an insulating agent.
  • an insulating agent a resin system such as paraxylylene polymer, a ceramic system such as silica, or the like is preferably used.
  • the coating can be performed by a vapor deposition method, a dipping method, a spray method, a roll coater method, or the like.
  • the thickness of the coating layer can be appropriately selected according to the insulation properties, resistance, etc. of the resulting layer.
  • two beam assemblies coated with insulation are bonded together to form an insulating layer between the two beam assemblies, that is, the positive electrode and the negative electrode.
  • Lamination can be performed by positioning, pressing and heating.
  • the bipolar electrostatic chuck module having the fine bristle structure of the present invention is formed by a 3D printer using a conductive material as a conductor and an insulating material as an insulator.
  • an insulator is formed between the two conductors, and a bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure on the adsorption surface is formed.
  • the fine hair structure is as described above.
  • the 3D printer is not particularly limited, and a hot melt laminating method in which a molten resin is extruded and laminated, an optical modeling method in which a liquid resin is cured with an ultraviolet laser, an ultraviolet curable resin, etc. are ejected in a fine particle form using an inkjet head.
  • An ink jet method for printing the laminated surface, a powder sintering method in which a resin or metal powder material is irradiated with a laser to be sintered, and the like can be employed.
  • a conductive resin filament is suitable as the conductive material, and ABS (acrylonitrile butadiene styrene) resin mixed with conductive fillers such as graphene, carbon nanofibers, and metals, PLA Examples include filaments of thermoplastic resins such as (polylactic acid) resins. Examples of the insulating material include ABS resin.
  • the hot-melt resin is extruded from the melting head and laminated one by one on the molding table to form a predetermined three-dimensional shape.
  • the bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure is formed, for example, as in the embodiments described later.
  • a photocurable resin that is cured by ultraviolet irradiation is used, an epoxy resin is preferably used as the conductive resin, and various UV insulating inks are used as the insulating resin.
  • the modeling stage is lowered by one layer, and the second and subsequent layers are repeated to obtain a predetermined modeled object.
  • Bipolar electrostatic chucks using two types of materials, conductive resin and insulating resin can be produced using the hot melt lamination method, but when trying to form a high-definition fiber, the shape targeted at the tip of the fiber is changed. It is often difficult to reproduce accurately (FIG. 13). Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, as will be described in detail in Example 3, the heated glass plate smooth surface can be pressed to smooth the adsorbing portion of the device and improve the gripping performance. .
  • Example 1 (Production of bipolar electrostatic chuck by photolithography technology) A beam assembly having a fine bristle structure was manufactured by wet etching using the processing process shown in FIG.
  • the manufactured beam is made of SUS304, the shape is a tip area of 50 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m, the length is 8 mm, the mounting angle is 45 °, and the spring constant is 1.72 N / m.
  • the number of beams is 12 and they are arranged at intervals of 400 ⁇ m.
  • a scanning electron microscope (SEM) observation photograph of the fabricated beam assembly is shown in FIG. (a) shows the whole, and (b) shows the tip. Next, an insulating coating was applied to the manufactured beam assembly.
  • the insulating agent used was 10 g of paraxylylene polymer “Parylene C”, and coating was performed by vacuum deposition.
  • the origin of Parylene C was a dielectric strength of 200 V / mm and a relative dielectric constant of 3.15.
  • Two pieces of the beam assembly subjected to insulation coating were bonded together. At this time, the position was adjusted by hand while observing with a microscope so that the tips were aligned, and the bonding was performed.
  • the produced bipolar electrostatic chuck is shown in FIG. (a) shows the whole, and (b) shows the side.
  • the direction in which the electrostatic chuck is pushed into the object is negative, the object surface is 0 point, and this is hereinafter referred to as displacement Z.
  • the adsorption force is measured by reading the value of the electronic balance, and the interval for reading the value is 5 seconds.
  • the resolution of the electronic balance is 0.1 ⁇ N.
  • the automatic stage and electronic balance are installed in the Faraday cage so that they are not affected by the external electric field.
  • FIG. 5 shows an experimental system.
  • the adsorption force was estimated using the electrostatic field analysis of the finite element method analysis software “COMSOLMultiphysics” (registered trademark).
  • the boundary condition is that the boundary of the beam assembly is ⁇ 200 V, and the boundary sufficiently separated.
  • the object of analysis was glass with a relative dielectric constant of 4.1. The distance between the target surface and the beam tip was changed every 10 ⁇ m from 150 ⁇ m to 10 ⁇ m and every 1 ⁇ m from 10 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the adsorption force is obtained by dividing the Maxwell stress on the target surface into areas.
  • F ⁇ ⁇ nTdS (1)
  • n is a 1 ⁇ 3 unit row vector
  • T is a Maxwell stress tensor (COMSOL AC / DC Module User's Guide, pp. 43-45).
  • FIG. 7 shows the measured force curve and the analysis result by COMSOL.
  • the maximum adsorption force measured was 63.6 ⁇ N, and the maximum adsorption force estimated by analysis was 360 ⁇ N.
  • the fact that the suction force increases as the tip of the electrostatic chuck approaches the target surface is qualitatively consistent with the analysis results.
  • quantitatively the measured maximum adsorption force decreased to about 1/6 of the analytical value.
  • Possible causes of the decrease in the maximum adsorption force below the analytical value are misalignment of the beam tip and tip shape when two beam assemblies are bonded together.
  • the electrostatic chuck produced this time was observed to have a deviation of 10 ⁇ m at the beam tip.
  • FIG. 8 shows analysis results and measurement results in consideration of the tip shape. (a) shows the shift of the tip, (b) shows the shape of the tip, and (c) shows the force curve.
  • E Young's modulus
  • I the moment of inertia of the section
  • l the beam length
  • ⁇ the beam mounting angle.
  • the beam assembly is manufactured by etching, a bipolar electrostatic chuck is manufactured using the beam assembly, and the adsorption performance is evaluated by comparing the adsorption force measurement experiment with the finite element method analysis by COMSOL. Went.
  • the influence of the geometry of the beam tip on the attractive force is also shown.
  • 3 layer integrated structure consisting of electrode layer-insulating layer-electrode layer can be manufactured as a single module by photolithography technology to eliminate the tip slip caused by manual work, and the area can be increased by stacking multiple modules. Can also be expected.
  • it can be expected that the spring constant of the beam can be further reduced by changing the etching method and the beam size.
  • Example 2 (Production of bipolar electrostatic chuck by 3D printer) As a 3D printer, a module was modeled using a MakerBot Replicator 2X of the FDM method (thermal melting lamination method). Specifications were as follows: nozzle diameter: 400 ⁇ m, minimum stacking pitch: 100 ⁇ m, positioning accuracy: XY direction: 11 ⁇ m, Z direction: 2.5 ⁇ m. In order to achieve stable modeling that ensures repeatability, the stacking pitch was 200 ⁇ m. Conductive resin filament (ESUN 3D FILAMENT CONDUCTIVE BLACK) was used as the conductor, and MakerBot's ABS resin was used as the insulator.
  • nozzle diameter 400 ⁇ m
  • minimum stacking pitch 100 ⁇ m
  • positioning accuracy XY direction: 11 ⁇ m
  • Z direction 2.5 ⁇ m.
  • the stacking pitch was 200 ⁇ m.
  • Conductive resin filament (ESUN 3D FILAMENT CONDUCTIVE BLACK) was used as the conductor
  • MakerBot's ABS resin was used as the
  • the thickness of the conductor was 0.4 mm, the thickness of the insulator was 0.8 mm, and a three-layer integrated structure having a thickness of 1.6 mm with the insulator sandwiched between the two conductors.
  • the width of the suction surface was 1.2 mm, and the interval was 3.2 mm.
  • the dimensions and appearance of the manufactured module are shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). (Performance evaluation of bipolar electrostatic chuck module)
  • the applied voltage of positive electrode: 600V and negative electrode: -600V was applied to the electrodes of the manufactured bipolar electrostatic chuck module, and the lifting test of the object was performed by the three steps of contact, lifting and desorption.
  • a polypropylene (PP) film (thickness 50 ⁇ m), tissue paper, and printing paper are cut into a rectangular shape of about 8 mm ⁇ 55 mm in accordance with the adsorption surface of the bipolar electrostatic chuck module and used as test pieces (mass is 5.9 mg each, 10.2 mg and 31.2 mg). All the test pieces were tested five times, and it was confirmed that all the test pieces can be securely grasped and detached (FIG. 10 (a): PP film, (b): tissue paper and (c ) Printing paper).
  • FIG. 10A since it is difficult to recognize the PP film from the original image, processing such as contrast adjustment is performed.
  • test piece was a slide glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd. S1111, size: 76 ⁇ 26 ⁇ 0.91 mm, mass: 4.59 g), and the force curve was measured in an experimental system in which the object was fixed.
  • An outline of the experimental apparatus is shown in FIG. A stepwise displacement was given as a minimum of 0.01 mm every 20 seconds by an automatic linear stage, and the generated force at each position was measured with an analytical balance (Shimadzu AUW220D, resolution: 10 ⁇ gf, response time: 15 seconds).
  • the applied voltage V 0, and the distance between the slide glass and the module is made sufficiently close, the inclination of the upper surface of the horizontally installed slide glass and the suction surface of the module are relatively compared, and the parallelism is visually adjusted.
  • the applied voltages were positive electrode: 600V and negative electrode: -600V.
  • the force curve obtained under the above experimental conditions is shown in FIG.
  • the maximum adsorption force was 0.5495 gf.
  • the maximum attraction force is greater in the separation process than in the approaching process, and hysteresis can be confirmed as a whole. This is thought to be due to compliance in the adsorption direction and electrostatic force due to the fine bristle structure.
  • the abrupt decrease in adsorption force was confirmed as the beam tip of the module moved away from the slide glass. If compliance can be increased and hysteresis can be increased, more stable gripping can be achieved even in situations where disturbances occur during conveyance. In order to increase the compliance, it is conceivable to lengthen the beam, reduce the cross-sectional second moment of the beam, or use a material having a low bending elastic modulus.
  • a bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure is manufactured using a 3D printer, a lifting test on a film and paper, a force curve measurement on a glass plate, and a single-layer module is thin. It was confirmed that it sufficiently functions as a handling device for gripping soft materials. Furthermore, it is possible to grip a material having an arbitrary width by stacking modules. Further, by increasing the definition of the FDM 3D printer, it is possible to form a finer hair structure with a smaller scale, and to provide a bipolar electrostatic chuck module with a higher degree of freedom in terms of compliance.
  • Example 3 Smoothing of the adsorption part using a heated flat plate
  • a bipolar electrostatic chuck module (Fig. 15) made by laminating two single-layer modules with a fine bristle structure, created in the same way as in Example 2, using a 3D printer of the FDM method (heat melting lamination method)
  • the adsorption part was smoothed as follows (FIG. 14).
  • a. A device suction surface that is visually aligned with the glass flat plate fixed on the hot plate is pressed 0.15 mm.
  • the device adsorption part In the air (at 26 ° C atmosphere), the device adsorption part is heated via a glass plate (thickness 0.9 mm) by a hot plate (HHP-411V, maximum rated output 800 W) set at a heating temperature of 200 ° C. The smooth surface of the glass is transferred to the adsorption part softened by heat. c. It cools using a fan until the temperature of the surface of a glass flat plate falls to 70 degreeC, and a device adsorption
  • the object is a polypropylene (PP) film cut into an 8 ⁇ 55 mm rectangle (mass: 59 mg, thickness: 50 ⁇ m) according to the size of the device gripping part.
  • PP polypropylene
  • the object is a slide glass (Matsunami Glass Kogyo Co., Ltd., S1111, size: 76 ⁇ 26 ⁇ 0.91 mm, mass: 4.59 g), and the force curve is shown in FIG. 11 in an experiment system in which the object is fixed. Measurement was performed using an apparatus. A stepwise displacement was given by 0.01 mm every 5 g by an automatic linear stage, and the generated force at each position was measured by an electronic balance (sartorius TE153S, reading limit: 0.001 g, response time: 2.5 seconds).
  • the applied voltage V was set to 0, the parallelism was visually adjusted, the sample was moved closer to the slide glass at intervals of 5 ⁇ m, and the position when the value indicated by the electronic balance increased was used as the origin of the displacement Z.
  • the applied voltage was positive electrode: 600V, negative electrode: -600V (electrode wiring:-, +, +,-(FIG. 15) from one side).
  • Example 4 (Production of bipolar electrostatic chuck by photolithography technology)
  • SOI Silicon on Insulator
  • a bipolar electrostatic chuck module having a three-layer structure of conductor / dielectric / conductor was fabricated.
  • Two Si layers become bipolar and SiO 2 insulates between the two .
  • the area of the adsorption surface formed by the beam tip could be increased.
  • the electrode portions of the modules that are in contact with each other were arranged to have the same pole.
  • the SOI wafer was composed of three layers, an active layer (Si), an insulating layer (SiO 2 ), and a support layer (Si), and the thickness of each layer was 60 ⁇ m, 3 ⁇ m, and 435 ⁇ m, respectively.
  • the shape of the beam having a fine bristle structure has a tip area of 200 ⁇ m ⁇ 498 ⁇ m, a length of 8 mm, and an attachment angle of 45 °.
  • the number of beams is 12 and they are arranged at intervals of 300 ⁇ m.
  • the manufacturing process of a bipolar electrostatic chuck having a beam assembly using dry etching is as follows.
  • the entire wafer surface was coated with a Cr thin film.
  • a photoresist (PR) negative type SU-8
  • PR was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds to obtain a PR mask with a thickness of 38 ⁇ m.
  • an exposure operation was performed to form a PR pattern on the wafer.
  • the Cr thin film was etched according to the PR pattern.
  • the active layer Si was shaved by a DRIE (Deep Reactive Ion Etching) method.
  • Table 2 shows the cycle conditions of the etching gas SF 6 and the protective film gas C 4 F 8 used .
  • FIG. 17 shows a schematic diagram when a bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure of the present invention is used to grip, transport and peel a thin film having an arbitrary area such as a plastic film.
  • a bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure can be provided. Furthermore, according to the present invention, a bipolar electrostatic chuck can be modularized by integrally molding using a 3D printer or lithography technology, and the area of the fine bristle structure can be increased by stacking a plurality of modules. A bipolar electrostatic chuck module having a fine bristle structure capable of gripping a surface having an arbitrary area can be provided.

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本発明は、吸着面に微細毛構造を有し、プラスチックシートなどの薄膜誘電体に対応し得る双極型静電チャックを提供することを目的とする。吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有し、吸着面の微細毛の先端部分には正極および負極間に絶縁層が配置され、正極と負極間に電圧を印加することにより静電力が生じ、静電チャック吸着面に吸着対象物が吸着されるように構成してなる双極型静電チャックモジュール。

Description

双極型静電チャックモジュールおよびその製造方法
　本発明は、双極型静電チャックモジュールおよびその製造方法に関する。
　静電チャックは電圧印加時に対象物との間に働く静電力を利用し物体を把持，脱離するデバイスである。静電チャックは、誘電層と把持対象物の間に電位差を与え、発生した静電力により、把持対象物を吸着する機構であり、たとえば誘電体として絶縁材料を使用するクーロン力型がある。静電チャックはシリコンウェハーなど表面が平坦な物体の把持などに用いられているが、静電力は電極と対象物の間の距離に依存するため曲面など表面形状を有する物体に対しては吸着力が減少するという問題がある。
　Radonらは、静電誘導ファイバーの集積構造によって吸着面に柔軟性を持つ静電チャックを開発した（非特許文献１）。しかし、その製作工程は，ファイバー1本1本を精密に配列する作業となるため，大面積化や電極の配線が困難であった．また、溶融紡糸法により製作されたファイバーは残留応力による変形のため先端が不揃いになる．またハンドリングが困難なことから集積が難しいという問題があった．そこで猿渡らは半導体製造に用いられるフォトリソグラフィ技術を用いて微細な導電性梁を配列し曲面対応デバイスを開発することを提案した（非特許文献２）。 しかしながら、これらの既存研究における静電チャックは単極型であることから誘電体へ対応できない難点がある。
R.Dhelikaet al., Smart Mater Struct., Vol.22pp.095010(1-9)2013 猿渡ら, 2015年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集, pp.805-8062015
　本発明は、吸着面に微細毛構造を有し、プラスチックシートなどの薄膜誘電体に対応し得る双極型静電チャックを提供することを目的とする。さらに本発明は、2つの導電体間に絶縁体を挟む３層一体成形したものを1つの双極型静電チャックモジュールとし、このモジュールを積層することで吸着面である微細毛構造の大面積化を可能にするものである。
　本発明は上記の問題を解決するために、以下の発明を提供するものである。
（１）吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有し、吸着面の微細毛の先端部分には正極および負極間に絶縁層が配置され、正極と負極間に電圧を印加することにより静電力が生じ、静電チャック吸着面に吸着対象物が吸着されるように構成してなる双極型静電チャックモジュール。
（２）上記（１）に記載の複数の双極型静電チャックモジュールを積層してなる双極型静電チャックモジュール。
（３）静電チャック吸着面に吸着させる吸着対象物が布地、フィルムまたは紙である上記（１）または（２）に記載の双極型静電チャックモジュール。
（４）吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを製造するに際して、導電体を用いてエッチング加工により、吸着面である先端部分に微細毛構造を有する梁集合体を製造し、得られた梁集合体に絶縁コーティングし、ついで絶縁コーティングされた２つの梁集合体を張り合わせて、正極および負極間に絶縁層を形成してなる双極型静電チャックモジュールを形成させることを特徴とする双極型静電チャックモジュールの製造方法。
（５）吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを製造するに際して、導電体として導電性材料、絶縁体として絶縁性材料を用いて、３Ｄプリンターにより造形して２つの導電体である正極および負極間に絶縁体を形成し、吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを形成させることを特徴とする双極型静電チャックモジュールの製造方法。
（６）３Ｄプリンターが熱溶解積層法である上記（５）に記載の双極型静電チャックモジュールの製造方法。
（７）導電性材料が導電性樹脂フィラメントである上記（５）または（６）に記載の双極型静電チャックモジュールの製造方法。
　本発明によれば、微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを提供し得る。さらに、本発明によれば、３Ｄプリンターやリソグラフィー技術を用いて双極型静電チャックを一体造形することでモジュール化し，複数のモジュールを積層することによって微細毛構造の大面積化を行うことができ、任意の面積を有する面を把持可能な微細毛構造を持つ双極型静電チャックモジュールを提供し得る。したがって、本発明によれば、各モジュールが微細毛を有しているため，静電吸着面に柔軟性を確保することが可能であり、従来円滑にハンドリングできない（吸着できてもうまく離脱できなかったり，吸着時に対象に損傷を与えたりする）ものを自由自在に吸着・離脱可能にすることができる。
本発明の微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールの概念図。 実施例１における加工プロセスを示す図。 実施例１で製作した梁集合体の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察写真。 実施例１で製作した双極型静電チャックモジュールを示す。 双極型静電チャックの吸着力測定実験の実験系を示す。 吸着性能の評価のため有限要素法解析モデルを示す。 測定した吸着力のフォースカーブとCOMSOLによる解析結果を示す。 先端形状を考慮した吸着力解析結果と測定結果を示す。 実施例２で製作したモジュールの寸法および外観を示す。 製作した双極型静電チャックモジュールの持上げ試験結果を示す。 フォースカーブを測定するための実験装置の概要を示す。 フォースカーブの測定結果を示す。 光造形法を用いる３Ｄプリンターによる造形でみられる、ファイバー先端形状を示す。 実施例３における加熱平板を用いた吸着部の平滑化法を示す。 実施例３で用いた原型モジュールおよび吸着部先端が平滑化されたモジュールを示す。 実施例３で得られた双極型静電チャックについて測定されたフォースカーブを示す。 本発明の双極型静電チャックモジュールを用いて、プラスチック等の薄膜の把持、搬送および引き剥がしを行う模式図である。
　本発明の静電チャックモジュールは、吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有し、吸着面の微細毛の先端部分には正極および負極間に絶縁層が配置され、正極と負極間に電圧を印加することにより静電力が生じ、静電チャック吸着面に吸着対象物が吸着されるように構成してなる双極型静電チャックモジュールである。本発明の双極型静電チャックは、微細毛構造により吸着面に柔軟性を持つため、プラスチックフィルムや紙，布といった薄い軟材料に対して過剰なストレスを与えることのない面による繊細な把持・搬送・貼り付け（剥離動作）を可能にし，年々複雑化するウェアラブルデバイスにおける製造工程の自動化やフレキシブルエレクトロニクスといった柔軟媒体に対するハンドリング技術への適用に好適である。さらに本発明によれば、複数の双極型静電チャックモジュールを積層してなる双極型静電チャックモジュール積層体を提供し得る。すなわち、好適には３Ｄプリンターを用いて双極型静電チャックを一体造形することでモジュール化し，複数のモジュールを積層することによって微細毛構造の大面積化を行うことができる。本発明の静電チャックモジュールは、双極型であるために、通電しなくても誘電体材料を把持し得る。
　図１に、双極型静電チャック単層モジュール１、および単層モジュールを積層することによって実現される大面積化された微細毛構造を有する双極型静電チャック（積層体）２の概念図を示す。図１において、３は正極、４は負極、５は絶縁層、６は微細毛構造を有する接触面（吸着面）を示す。
　本発明の静電チャックモジュールにおいて、吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面の微細毛構造は、正極と負極、および絶縁層を構成する梁の先端部である吸着面に形成され、好適には、先端面積５μｍ×１０μｍ～１００μｍ×１００μｍ程度、長さ５ｍｍ～３００ｍｍ程度、間隔５μｍ～１００μｍ、吸着面に対する取り付け角度３０°～６０°程度を有する梁集合体により形成されるが、これらに限定されるものではなく、吸着対象物の種類等により形状、寸法等が選択され得る。梁の本数も特に制限されないが、好適には、たとえば２０～２００本程度から選択される。微細毛構造は、好適には先端の形状がヘラ状である。
　本発明の静電チャックモジュールは、微細毛構造を有するため、薄い軟材料に対してストレスを与えることのない面による繊細で、十分な把持力と容易な脱離機構を備える。すなわち、梁の先端が把持対象物に吸着（凝着）するので、把持力が吸着面に対して垂直方向に発生し、吸着面に対して回転してモーメントを与える方向に力を与えると吸着面に応力分布が発生し、高い応力状態が発生する部分から、把持対象物が脱離することになる。
　本発明の好適な１実施態様において、本発明の微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールは、導電体を用いてエッチング加工により、吸着面である先端部分に微細毛構造を有する梁集合体を製造し、得られた梁集合体に絶縁コーティングし、ついで絶縁コーティングされた２つの梁集合体を張り合わせて、正極および負極間に絶縁層を形成してなる双極型静電チャックモジュールを形成させることにより製造される。
　吸着面に微細毛構造を有する梁集合体を得るためにエッチング加工する導電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、等の金属、ドープされたＳｉウエハ等の半導体、等が用いられる。
　エッチング加工により先端部に微細毛構造を有する梁集合体が製造されるが、エッチングは、ウェットおよびドライのいずれも使用され得る。ウェットエッチングは、たとえば板状の導電体に所定のレジストマスクパターンを形成した後に、エッジング溶液に浸漬して行われる。エッチング溶液は、目的に応じて酸、アルカリ等の化学溶液から選定される。ドライエッチングは、真空容器内の放電プラズマ雰囲気下で行われ、たとえばプラズマ中で生成されたラジカル、ガスによる化学的エッチングが挙げられる。
　微細毛構造を有る梁集合体は、前記のとおりである。
　ついで、得られた梁集合体は、絶縁剤により絶縁コーティングされる。絶縁剤としては、パラキシリレンポリマー等の樹脂系、シリカ等のセラミックス系等が好適に使用される。コーティングは、蒸着法、浸漬法、スプレー法、ロールコーター法等によることができる。コーティング層の厚さは、得られる層の絶縁性、耐性等に応じて、適宜選定され得る。
　ついで、絶縁コーティングされた２つの梁集合体を張り合わせて、２つの梁集合体、すなわち正極および負極間に絶縁層を形成させる。張り合わせは、位置合わせを行い、加圧、加熱して行い得る。
　さらに、本発明の好適な１実施態様において、本発明の微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールは、導電体として導電性材料、絶縁体として絶縁性材料を用いて、３Ｄプリンターにより造形して２つの導電体間に絶縁体を形成し、吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを形成させることにより製造される。微細毛構造は、前記のとおりである。
　３Ｄプリンターは、特に制限されず、溶融樹脂を押し出して積層する熱溶解積層法、液体樹脂を紫外線レーザーで硬化する光造形法、紫外線硬化性樹脂等をインクジェットヘッドを用いて微粒子状で噴射して積層面を印刷するインクジェット方式、樹脂または金属粉末材料にレーザーを照射し焼結させる粉末焼結法、等が採用され得る。
　熱溶解積層法を用いる場合、導電性材料としては、導電性樹脂フィラメントが好適であり、グラフェン、カーボンナノファイバー、金属等の導電性フィラーが配合されたＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、ＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂等の熱可塑性樹脂のフィラメントが挙げられる。絶縁性材料としては、ＡＢＳ樹脂、等が挙げられる。熱溶融樹脂を溶解ヘッドから押し出して、成形テーブル上で１層ずつ積層して所定の立体形状が造形される。微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールの造形は、たとえば後述の実施例のように行われる。
　光造形法を用いる場合、紫外線照射により硬化する光硬化性樹脂が用いられ、導電性樹脂としては、好適にはエポキシ樹脂が用いられ、絶縁性樹脂としては、各種のＵＶ絶縁性インキ、等が挙げられる。造形ステージ上において１層目を形成後に、造形ステージは一層分下がり、２層目以降を繰り返して所定の造形物を得る。
　熱溶解積層法を用いて導電性樹脂と絶縁性樹脂の２種の材料を用いた双極型静電チャックを作製し得るが、高精細なファイバーを造形しようとすると、ファイバー先端において狙った形状を正確に再現することが困難であることが多い（図１３）。そこで、本発明の好適な１実施態様において、実施例３デ詳細に説明するように、加熱されたガラス板平滑面を押し当てることにより、デバイスの吸着部を平滑化し、把持性能を向上し得る。
　以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
（フォトリソグラフィ技術による双極型静電チャックの作製）
　図２に示す加工プロセスを用いて、ウェットエッチング加工により微細毛構造を持つ梁集合体を製作した。製作した梁の材質はSUS304，形状は先端面積５０μｍ×１００μｍ，長さ８ｍｍ、取り付け角が45°、ばね定数は１．７２Ｎ/ｍである。梁本数は１２本で４００μｍの間隔で配列されている。製作した梁集合体の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察写真を図３に示す。(a)は全体、(ｂ)は先端を示す。
 次に、製作した梁集合体に絶縁コーティングを行った。使用した絶縁剤はパラキシリレン系ポリマー「パリレンＣ」１０ｇであり、真空蒸着でコーティングを行った。パリレンＣの緒元は，絶縁耐力２００Ｖ/ｍｍ，比誘電率３．１５であった。絶縁コーティングを行った梁集合体を２枚張り合わせた。この時、先端が揃うよう顕微鏡で観察を行いながら手で位置を調整し張り合わせを行った。製作した双極型静電チャックを図４に示す。(a)は全体、(ｂ)は側面を示す。
（吸着力測定実験）
　製作した双極型静電チャックの吸着力測定実験を行った。測定対象は厚さ1mmの表面が平坦なスライドガラスを使用し、室温、大気中で測定した。
　静電チャックを対象に押し込む方向を負とし対象表面を０点とし，以降これを変位Ｚと呼ぶ。静電チャックに±２００Ｖの電圧を印加した状態でステージをＺ＝１５０μｍの位置から５秒ごとに１μｍずつ引き下げていき、Ｚ=＝－５０μｍ押し込む。また、そこから同様の速度でＺ＝１５０μｍまで引き上げる。吸着力は電子天秤の値を読み取ることにより測定を行い、値を読み取る間隔は５秒である。電子天秤の分解能は０．１μＮである。自動ステージ，電子天秤はファラデーケージ内に設置されており、外部電場の影響を受けないようにしている。図５に実験系を示す。
（吸着力の有限要素法解析）
吸着性能の評価のため有限要素法解析ソフト「COMSOLMultiphysics」（登録商標）の静電場解析を用いて、吸着力の見積もりを行った。解析モデルは、梁が４００μｍの間隔で12本配列された梁集合体を２つ作成し，梁集合体間に誘電体を挟むものである（図６）。境界条件は梁集合体境界に±２００Ｖ、十分離れた境界を接地している。解析対象は比誘電率４．１のガラスを使用した。また、対象表面と梁先端間の距離を１５０μｍから１０μｍまでは１０μｍごとに，１０μｍから１μｍまでは１μｍごとに変化させた。吸着力は対象表面のマクスウェル応力を面積分することにより求める。
　　F=∫∂ΩnTdS（１）
この時、ｎは１×３の単位行ベクトル、Ｔはマクスウェル応力テンソルである（COMSOL AC/DC Module User’s Guide, pp.43-45）。
（結果）
　測定したフォースカーブとCOMSOLによる解析結果を図７を示す。測定した最大吸着力は６３．６μＮ、解析による最大吸着力の見積もりは３６０μＮであった。静電チャック先端が対象表面に近づくと吸着力が大きくなるというところは定性的に解析結果と一致している。しかし定量的には測定した最大吸着力が解析値の1/6程度に低下した。最大吸着力が解析値よりも低下した原因として２枚の梁集合体を張り合わせた際の梁先端のミスアライメントと先端形状が考えられる。今回製作した静電チャックは梁先端に１０μｍのズレが観察された。また、梁1本の先端形状を観察すると平面が出ておらず、尖った形状をしていることが図８から分かる。図８に先端形状を考慮した解析結果と測定結果を示す。(a)は先端のシフト、(ｂ)は先端の形状、(ｃ)はフォースカーブを示す。
　先端の形状を考慮すると吸着力が低下する傾向がみられた。先端のズレは２枚の梁集合体を張り合わせる際に生じたものである。また梁先端に平面が出ていないのはエッチング加工の際に生じたと考えられる。しかし、静電チャック先端の形状を考慮しても最大吸着力が解析値の方が測定値よりも大きい。これは梁２４本すべてが同時に測定対象表面に接触するのではなく、押し込み開始直後は対象を押込んでいる梁と静電力を発生させている梁があるため、測定対象に働く力が押込む力と静電力の和になる。この時、梁のばね定数が大きいと押込み力が静電力よりも大きくなってしまい測定対象に働く吸着力が低下してしまう。梁のばね定数は線形梁理論より求められる剛性
　k＝３EI/l3cosθ   （２）
により決まる。この時、Eはヤング率，Iは断面二次モーメント，lは梁長さ，θは梁の取付け角である。これより、例えば梁長さを2倍にすることでばね定数は1/8まで小さくすることができ，吸着力の向上が期待できる。
　上記のように、ここではエッチング加工により梁集合体を製作し，それを用いて双極型静電チャックを作製し，吸着力測定実験とCOMSOLによる有限要素法解析を比較することにより吸着性能の評価を行った。また梁先端の幾何形状が吸着力に与える影響を示した。電極層－絶縁層－電極層からなる３層一体構造をフォトリソグラフィ技術により1モジュールとして製作することで手作業により生じた先端のすれなどを解消でき，また複数モジュールを積層することにより大面積化も期待できる。またエッチング方法や梁寸法を変えることにより梁のばね定数を今よりもさらに小さくすることが期待できる。
実施例２
（３Ｄプリンターによる双極型静電チャックの製作）
３Ｄプリンターとして，FDM方式（熱溶解積層法）のMakerBot Replicator ２Ｘを使用してモジュールの造形を行った。諸元はノズル径：４００μｍ、最小積層ピッチ：１００μｍ、位置決め精度はＸＹ方向：１１μｍ、Ｚ方向：２．５μｍであった。繰り返し性の確保される安定した造形を行うために，積層ピッチは２００μｍとした。導電体に導電性樹脂フィラメント（ESUN 3D FILAMENT CONDUCTIVE BLACK）、絶縁体にMakerBot純正のABS樹脂を使用した。導電体の厚さ０．４ｍｍ、絶縁体の厚さ０．８ｍｍとし、２つの導電体間に絶縁体を挟む厚さ１．６ｍｍ の３層一体構造とした。吸着面の幅１．２ｍｍ、間隔３．２ｍｍとした。製作したモジュールの寸法および外観を図９(a)および（ｂ）に示す。
（双極型静電チャックモジュールの性能評価）
　製作した双極型静電チャックモジュールの電極に，正極：６００Ｖ、負極：－６００Ｖの印加電圧を与え，接触・持上げ・脱離の３行程による対象物の持上げ試験を行った。ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム（厚さ５０μｍ），ティッシュペーパーおよび印刷用紙を双極型静電チャックモジュールの吸着面に合わせて約８ｍｍ×５５ｍｍの長方形に切り取り試験片とした （質量は、それぞれ５．９ｍｇ、１０．２ｍｇおよび３１．２ｍｇ）。全ての試験片において５回ずつ試験を行い，どの試験片も確実な把持・脱離が可能であることが確認された（図１０(a)：ＰＰフィルム、（ｂ）：ティッシュペーパーおよび（ｃ）印刷用紙）。図１０(a)については，元画像からＰＰフィルムを認識することが困難なため，コントラスト調整などの加工を施した。
　続いて，試験片をスライドグラス（松浪硝子工業株式会社Ｓ１１１１，サイズ：７６× ２６× ０．９１ｍｍ、質量：４．５９ｇ）とし、対象物を固定した実験系でフォースカーブを測定した。実験装置の概要を図１１に示す。自動直動ステージによりステップ状の変位を２０秒毎に最小０．０１ｍｍとして与え，各位置での発生力を分析天秤（島津製作所ＡＵＷ２２０Ｄ、分解能：１０μｇｆ，応答時間：１５秒）により測定した。まず初めに印加電圧Ｖ＝０として，スライドグラスとモジュールの間隔を十分に近づけ，水平に設置されたスライドグラスの上面とモジュールの吸着面の傾きを相対的に比較し目視で平行を調整した後，５μｍ間隔でスライドグラスに近づけ，分析天秤の示す値が増加したときの位置を変位Ｚの原点とした。変位Ｚは，モジュールからスライドグラスに向かう方向を正と定義し，開始点Ｚ＝－０．５ｍｍ から折り返し点Ｚ＝０．４ｍｍの範囲で往復させて測定した。持ち上げ試験と同様に，印加電圧は正極：６００Ｖ、負極：－６００Ｖとした。
　以上の実験条件により得られたフォースカーブを図１２に示す。最大吸着力は０．５４９５ｇｆであった。近づける過程に比べ引き離す過程の方が最大吸着力は大きくなり，全体としてもヒステリシスが確認できる。これは，微細毛構造による吸着方向のコンプライアンスと静電力が起因していると考えられる。図１２のｉ、iiに示すように，モジュールの梁先端がスライドグラスから離れるとともに吸着力の急激な減少が確認できた。コンプライアンスを大きくし，ヒステリシスを大きくできれば、搬送時に外乱が生じるといった状況に対してもより安定した把持が可能になる。コンプライアンスを大きくするには，梁を長くする、梁の断面二次モーメントを小さくする、または曲げ弾性率の小さい材料を使用すること等が考えられる。
　ここでは，上記のように、微細毛構造を持った双極型静電チャックモジュールを３Ｄプリンター用いて製作し、フィルムおよび紙に対する持上げ試験、ガラス板に対するフォースカーブの測定を行い、単層モジュールは薄い軟材料を把持するハンドリングデバイスとして十分機能することを確認した。さらに、モジュールの積層によって，任意の広さを持つ材料に対しても把持が行えるようにし得る。また，FDM方式３Ｄプリンターの高精細化によって，さらに小さなスケールの微細毛構造を造形することができ、コンプライアンスの点でより自由度の高い双極型静電チャックモジュールを提供し得る。
実施例３
（加熱平板を用いた吸着部の平滑化）
FDM方式（熱溶解積層法）の３Ｄプリンターを用いて実施例２と同様に作成された、微細毛構造を持った単層モジュールを２枚積層した双極型静電チャックモジュール（図１５）を使用して、次のようにして吸着部の平滑化を行った（図１４）。
ａ．ホットプレート上に固定されたガラス平板に、目視で平行を合わせたデバイス吸着面を０．１５ｍｍ押し当てる。
ｂ．大気中（２６℃雰囲気）において、加熱温度２００℃に設定されたホットプレート（ＨＨＰ－４１１Ｖ、最大定格出力８００Ｗ）により、ガラス平板（厚さ０．９ｍｍ）を介してデバイス吸着部を加熱し、熱により軟化した吸着部にガラスの平滑面を転写する。
ｃ．ガラス平板表面の温度が７０℃に低下するまでファンを用いて冷却し、デバイス吸着部を固化させる。
ｄ．デバイスを上昇させ、ガラス平板に固着しているデバイス吸着部を引き剥がす。
以上により平滑化されたデバイス吸着部の様子を図１５に示す。
（把持性能改善の評価）
　平滑化前後の双極型静電チャックの電極に、電圧を印加し、接触・持ち上げによる把持実験を行った。対象物は、デバイス把持部の大きさに合わせて８×５５ｍｍの長方形（質量：５９ｍｇ、厚さ：５０μｍ）に切り取られたポリプロピレン（ＰＰ）フィルムとする。
　各印加電圧において５回の実験を行い、把持の成功率を得た（表１）。平滑化後の方が平滑化前に比べて、低い印加電圧でも把持可能であることから、平滑化によってデバイスの把持性能が高められていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　続いて、対象物をスライドグラス（松浪硝子興業株式会社　Ｓ１１１１、サイズ：７６×２６×０．９１ｍｍ、質量４．５９ｇ）とし、対象物が固定された実験系でフォースカーブを図１１に示す実験装置を用いて測定した。自動直動ステージによりステップ状の変位を５ｇ毎に０．０１ｍｍを与え，各位置での発生力を電子天秤（sartorius TE153S,読取限度：0.001g,応答時間：2.5秒）により測定した。初めに印加電圧Ｖ＝０として，目視で平行を調整した後，５μｍ間隔でスライドグラスに近づけ，電子天秤の示す値が増加したときの位置を変位Ｚの原点とした。変位Ｚは，モジュールからスライドグラスに向かう方向を正と定義し，開始点Ｚ＝－１．５ｍｍ から折り返し点Ｚ＝０．４ｍｍの範囲で往復させて測定した。印加電圧は正極：６００Ｖ、負極：－６００Ｖ（電極配線：片側から－、＋、＋、－（図１５））とした。
　以上により得られたフォースカーブ（図１６（ａ）：±６００Ｖ）から接近と引き離しの間にヒステリシスが確認され、引き離し時に発生する最大吸着力が、平滑化前０．５６２ｇｆから平滑化後２．４４６ｇｆと、約４．３５倍向上していることがわかる。一方、印加電圧０Ｖの条件におけるフォースカーブ（図１６（ｂ）：０Ｖ）から、吸着力やヒステリシスがほとんど見られないため、吸着力の向上において固体間凝着力（分子間力）の影響は十分無視してよいといえる。以上のことから、本デバイスは、平滑化によりファイバー先端の吸着部と対象物の間で近接する面が増大し、吸着減少において支配的となる静電力がより効果的に働くように改善されていると考えられる。
実施例４
（フォトリソグラフィ技術による双極型静電チャックの作製）
　２つのＳｉ層の間に、ＳｉＯ２が挟まれたＳＯＩ(Silicon on Insulator)ウェハーを用いることにより、導体/誘電体/導体の３層一体構造の双極型静電チャックモジュールを製作した。２つのＳｉ層が双極になり、ＳｉＯ２が両極の間を絶縁する。製作したモジュールを積層することで、梁先端が形成する吸着面の大面積化を図ることができた。互いに接するモジュールの電極部は同じ極となるように配置した。
　ＳＯＩウェハーは活性層（Ｓｉ）、絶縁層（ＳｉＯ２）および支持層（Ｓｉ）の３層で構成し、各層の厚さはそれぞれ、６０μｍ、３μｍ、４３５μｍとした。微細毛構造を持つ梁の形状は、先端面積２００μｍ×４９８μｍ、長さ８ｍｍ、取り付け角が45°である。梁本数は１２本で３００μｍの間隔で配列されている。ドライエッチングを用いた梁集合体を有する双極型静電チャックの製作プロセスは下記のとおりである。
　まず、ウェハー全面をＣｒ薄膜でコートした。ついで、フォトレジスト（ＰＲ）（ネガティブ型ＳＵ－８）を塗布し、パターン通りに現像した。ＰＲを３０００ｒｐｍで３０秒間、スピンコートし、厚さ３８μｍのＰＲマスクを得た。次に、露光作業を行い、ウェハー上にＰＲによるパターンを形成した。そして、Ｃｒ薄膜をＰＲパターン通りにエッチングした。以上のように、ＳＯＩウェハー表面の一部をＣｒ薄膜とＰＲでマスキングしたことにより、マスクされていない領域のウェハーをエッチング作業で除去し得た。
　Ｃｒ薄膜とＰＲによるエッチングマスクを製作した後に、活性層のＳｉをＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法で削った。用いたエッチングガスＳＦ６と保護膜ガスＣ４Ｆ８のサイクル条件は、表２の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　この条件において、平均１．８μｍ/分のエッチレートが得られ、活性層６０μｍ厚さのＳｉを４０分間、エッチングするとＳｉＯ２がウェハー全表面に現れた。ついで、このＳｉＯ２絶縁層をエッチング溶液としてフッ酸を用いて、ウェットエッチングした。ついで、残りの支持層ＳｉをＤＲＩＥ法でエッチングすることにより、梁集合体を有する双極型静電チャックを製作した。
　図１７に、本発明の微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを用いて、プラスチックフィルム等の任意の面積を有する薄膜の把持、搬送および引き剥がしを行う場合の模式図を示す。
　本発明によれば、微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを提供し得る。さらに、本発明によれば、３Ｄプリンターやリソグラフィー技術を用いて双極型静電チャックを一体造形することでモジュール化し，複数のモジュールを積層することによって微細毛構造の大面積化を行うことができ、任意の面積を有する面を把持可能な微細毛構造を持つ双極型静電チャックモジュールを提供し得る。

Claims (7)

  1. 　吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有し、吸着面の微細毛の先端部分には正極および負極間に絶縁層が配置され、正極と負極間に電圧を印加することにより静電力が生じ、静電チャック吸着面に吸着対象物が吸着されるように構成してなる双極型静電チャックモジュール。
  2. 　請求項１に記載の複数の双極型静電チャックモジュールを積層してなる双極型静電チャックモジュール。
  3. 　静電チャック吸着面に吸着させる吸着対象物が布地、フィルムまたは紙である請求項１または２に記載の双極型静電チャックモジュール。
  4. 　吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを製造するに際して、導電体を用いてエッチング加工により、吸着面である先端部分に微細毛構造を有する梁集合体を製造し、得られた梁集合体に絶縁コーティングし、ついで絶縁コーティングされた２つの梁集合体を張り合わせて、正極および負極間に絶縁層を形成してなる双極型静電チャックモジュールを形成させることを特徴とする双極型静電チャックモジュールの製造方法。
  5. 　吸着対象物を吸着するための静電チャック吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを製造するに際して、導電体として導電性材料、絶縁体として絶縁性材料を用いて、３Ｄプリンターにより造形して２つの導電体である正極および負極間に絶縁体を形成し、吸着面に微細毛構造を有する双極型静電チャックモジュールを形成させることを特徴とする双極型静電チャックモジュールの製造方法。
  6. 　３Ｄプリンターが熱溶解積層法である請求項５に記載の双極型静電チャックモジュールの製造方法。
  7. 　導電性材料が導電性樹脂フィラメントである請求項５または６に記載の双極型静電チャックモジュールの製造方法。
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