JP4101017B2

JP4101017B2 - 吸着装置及び吸着方法

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Publication number: JP4101017B2
Application number: JP2002309646A
Authority: JP
Inventors: 謙前平; 耕不破
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2004146585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電吸着装置に関し、特に、絶縁性の基板上にデバイスパターンが形成された吸着対象物を吸着する吸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９符号１２１はガラス基板等の絶縁基板の吸着に用いられる従来技術の吸着装置を示している。この吸着装置１２１は、支持体１２５と、支持体１２５表面に配置された第一、第二の電極１２６、１２７と、第一、第二の電極１２６、１２７表面を覆う保護層１３０とを有している。
【０００３】
吸着装置１２１の保護層１３０が形成された側の面に絶縁基板を載置し、第一、第二の電極１２６、１２７にそれぞれ正負の電圧を印加すると、第一、第二の電極１２６、１２７間に電界が形成される。
一般に、不均一な電場Ｅ中に分極率αの誘電体を置いたとき、その誘電体には、単位面積当たり次式で表されるグラディエント力が働く。
【０００４】
ｆ＝１／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ²)
第一、第二の電極１２６、１２７はパターニングにより共に櫛状にされ、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されており、互いに隣接する第一、第二の電極１２６、１２７の間の距離が非常に小さくなっている。その結果、絶縁基板がその表面に載置されたときに、上式のｇｒａｄ(Ｅ²)が大きくなっている。
【０００５】
絶縁基板は上述したグラディエント力を受け、基板の裏面全面が吸着装置１２１表面に吸着され、結果として吸着装置１２１に保持される。
ところで、実際の製造工程では絶縁基板上には配線やトランジスタ等の導体が形成されていることが多く、そのような導体と、ガラス基板のような絶縁体とが混在するものを吸着する場合、吸着力の面内分布が不均一になり、吸着の安定性が低いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の要求に応じるために創作されたものであり、その目的は、導体と絶縁体とが混在した吸着対象物を吸着する場合に、吸着力の面内分布が均一になる吸着装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は吸着対象物として、一辺が５０ｃｍの矩形のガラス基板からなり、配線が形成されていない吸着対象物と、ガラス基板の一面に配線が形成された吸着対象物の２種類を用意した。
【０００８】
それらの吸着対象物を、配線が形成されていない面（載置面）を下側に向けた状態で電極１２６、１２７上に配置し、載置面を第一、第二の電極１２６、１２７表面から０〜１．２ｍｍ離した状態で吸着させ、吸着力を測定した。尚、吸着装置１２１の第一、第二の電極１２６、１２７の櫛の歯の幅は３ｍｍであり、その間隔は１ｍｍであった。
【０００９】
図１０は電極１２６、１２７表面から載置面までの距離（離間距離）と、吸着力との関係を示すグラフであり、同図の符号Ｌ₁は配線が形成された吸着対象物の吸着力の変化を示し、符号Ｌ₂は配線が形成されていない場合の吸着対象物の吸着力の変化を示している。
【００１０】
図１０から明らかなように、配線を有する吸着対象物は配線を有しない吸着対象物に比べて吸着力が大きく、また、配線を有する場合と、配線を有しない場合のいずれの場合であっても離間距離が大きくなるほど吸着力が小さくなっている。例えば、吸着力が１ｋＰａとなる離間距離に着目すると、配線を有しない吸着対象物では離間距離が約０．２ｍｍであったのに対し、配線を有する吸着対象物では離間距離が約０．６ｍｍと大きくなっている。
【００１１】
これらのことから、配線のような導体を有する部分の離間距離を、導体を有しない部分よりも大きくすれば、導体を有する部分と導体を有しない部分とで吸着力の差がなくなり、吸着力の面内分布が均一となると考えられる。
【００１２】
上記知見に基づいてなされた請求項１記載の発明は、装置本体を有し、前記装置本体は支持体と、前記支持体上に配置された第一の電極と、前記第一の電極に隣接して配置された第二の電極とを有し、前記装置本体の載置面上に絶縁基板を配置して前記第一の電極と前記第二の電極に正電圧と負電圧を印加すると、前記絶縁基板が吸着されるように構成された吸着装置であって、前記装置本体は、前記第一、第二の電極の上端が第一の平面に位置する凸部と、前記第一、第二の電極の上端が第二の平面に位置する凹部とを有し、前記第一の平面と前記載置面との距離は、前記第二の平面と前記載置面との距離よりも小さくされ、前記凸部は格子状に配置され、前記凹部は前記凸部の間に行列状に配置された吸着装置である。
請求項２記載の発明は、装置本体を有し、前記装置本体は支持体と、前記支持体上に配置された第一の電極と、前記第一の電極に隣接して配置された第二の電極とを有し、前記装置本体の載置面上に絶縁基板を配置して前記第一の電極と前記第二の電極に正電圧と負電圧を印加すると、前記絶縁基板が吸着されるように構成された吸着装置であって、前記装置本体は、前記第一、第二の電極の上端が第一の平面に位置する凸部と、前記第一、第二の電極の上端が第二の平面に位置する凹部とを有し、前記第一の平面と前記載置面との距離は、前記第二の平面と前記載置面との距離よりも小さくされた吸着装置によって、絶縁物領域と、前記絶縁物領域よりも導体が密集配置されたデバイス領域と、を有する前記絶縁基板を吸着する吸着方法であって、前記凹部は吸着対象の前記絶縁基板が有するデバイス領域の直下に配置し、前記凸部は吸着対象の前記絶縁基板が有する絶縁物領域の直下に配置しておく吸着方法である。
【００１３】
本発明は上記のように構成されており、装置本体の凹部は、装置本体の基準となる位置からの平面的な距離が、絶縁基板の基準となる位置からデバイス領域までの平面的な距離とが等しくなる位置に形成されているので、基準となる位置同士が互いに対向するように吸着装置と絶縁基板の位置合わせを行い、絶縁基板を吸着装置に載置すると、デバイス領域が凹部上に載置されるようになっている。
【００１４】
デバイス領域が位置する部分では載置面から導電膜表面までの距離が凹部の深さ分離れているので、第一、第二の電極に電圧を印加したときに発生する吸着力が小さくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１と、符号１０は本発明の一実施形態の真空処理装置であるスパッタリング装置と、吸着装置をそれぞれ示している。
【００１６】
図２、図３の符号２０はこの吸着装置１０で吸着される吸着対象物を示している。吸着対象物２０は高純度石英ガラスからなる絶縁基板２１を有しており、その片面には、パターニングされたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）薄膜等の導電膜が配置されている。
【００１７】
導電膜は絶縁基板２１の表面の所定領域に密集して形成されている。図２、３の符号２５は導電膜が密集した領域であるデバイス領域を示しており、同図の符号２６はデバイス領域の間に位置する領域であって、デバイス領域以外の領域である絶縁物領域を示しており、デバイス領域２５は複数個互いに離間して位置している。
【００１８】
ここでは、デバイス領域２５は２個乃至複数個が等間隔に横一列に並べられ、横一列に並べられたデバイス領域２５の一群が互いに平行に、かつ等間隔で並べれられている。即ち、絶縁基板２１上のデバイス領域２５は行列状に配置されている。デバイス領域２５の間の格子状の部分は絶縁物領域２６であり、該絶縁物領域２６には導電膜が配置されていないか、あるいは、配置されていてもその密度が極少なく配置されている。
【００１９】
図４はこのような２０を吸着する吸着装置１０の平面図を示し、図５は図４のＡ−Ａ切断線断面図を、図６は図４のＢ−Ｂ切断線断面図をそれぞれ示している。
図４〜６を参照し、吸着装置１０は装置本体１４と保護層１３とを有している。尚、図４では保護層１３が省略されている。装置本体１４は支持体１１と、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂと、凹部１２とを有している。
【００２０】
支持体１１はセラミックのような絶縁材料の板で構成されている。第一、第二の電極１５ａ、１５ｂはタングステン（Ｗ）のような導電材料の薄膜（導電膜）で構成されており、その導電膜は支持体１１の片面に密着配置されている。
【００２１】
凹部１２は、支持体１１の導電膜が配置された面に形成された孔と、後述するように、その孔の底面上に配置された第一、第二の電極１５ａ、１５ｂとで構成されている。
【００２２】
凹部１２の支持体１１上の平面的な位置は、上述したデバイス領域２５の絶縁基板２１上の平面的な位置と対応する位置に配置されており、上述したように、デバイス領域２５は行列状に配置されているので、凹部１２も行列状に配置されている。
【００２３】
凹部１２の周囲、又は凹部１２間の部分を凸部１６とすると、この凸部１６は絶縁物領域２６に対応して格子状になっており、凹部１２の底面と凸部１６の先端には第一、第二の電極１５ａ、１５ｂを構成する導電膜が配置されている。
【００２４】
第一、第二の電極１５ａ、１５ｂは上述した導電膜のパターニングによってそれぞれ櫛状のパターンに形成されている。第一、第二の電極１５ａ、１５ｂの櫛の歯はそれぞれ複数個が設けられ、各櫛の歯は、直線状になっている。第一の電極１５ａの櫛状のパターンと、第二の電極１５ｂの櫛状のパターンは互いに分離されており、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂは互いに絶縁されている。
【００２５】
第一、第二の電極１５ａ、１５ｂの櫛の歯は、凹部１２が並んだ横一列の方向又は縦の一方向のいずれか一方の方向に平行に延びている。第一の電極１５ａの櫛の歯と第二の電極１５ｂの櫛の歯は、凸部１６上にのみ延びているものと、凸部１６上と凹部１２上の両方にまたがって延びているものそれぞれ両方が含まれる。
【００２６】
第一の電極１５ａの櫛の歯部分と、第二の電極１５ｂの櫛の歯部分は互いに噛み合うように配置されており、従って、第一の電極１５ａの歯と第二の電極１５ｂの歯が交互に並んでいる。
【００２７】
凸部１６上のどの位置でも第一の電極１５ａの櫛の歯と、第二の電極１５ｂの櫛の歯が隣接して配置されており、かつ、それらの櫛の歯の幅と間隔は一定になっている。即ち、凸部１６上では、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂの互いに隣接する部分が均一に分布されているので、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂに正負の電圧が印加されると、凸部１６を構成する支持体１１上の第一、第二の電極１５ａ、１５ｂの表面近傍位置には均一な電界が形成されるようになっている。
【００２８】
また、ここでは各凹部１２内にも第一、第二の電極１５ａ、１５ｂが凸部１６にある第一、第二の電極１５ａ、１５ｂと同じ間隔を空けて配置されており、凹部１２を構成する支持体１１上の第一、第二の電極１５ａ、１５ｂ間の表面近傍位置には均一な電界が形成されるが、凹部１２の電界は凸部１６と同じ高さでは凸部１６の電界よりも小さくなる。
【００２９】
保護層１３は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）のような絶縁材料の薄膜で構成されている。第一、第二の電極１５ａ、１５ｂの表面はこの保護層１３で覆われており、上述した吸着対象物２０は保護層１３に接触するので、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂは保護されるようになっている。
【００３０】
図１に示すスパッタリング装置１は真空槽２を有しており、上述した吸着装置１０は保護層１３が形成された面を天井側に向けられた状態で真空槽２内の底壁側に配置されている。
【００３１】
上述したスパッタリング装置１を用いて吸着対象物２０を処理するには、先ず、真空槽２に接続された真空排気系８を起動し、真空槽２内に所定圧力の真空雰囲気を形成した後、その真空雰囲気を維持したまま、吸着対象物２０を真空槽２内に搬入する。
【００３２】
吸着対象物２０のデバイス領域２５が形成された面を上側に向けた状態で、吸着対象物２０と吸着装置１０とを相対的に位置合わせし、絶縁基板２１のデバイス領域２５が形成された側とは反対側の面である載置面２９を、凸部１６上の保護層１３表面に接触させ、吸着対象物２０を吸着装置１０上に載置すると、図７に示すように、デバイス領域２５直下に凹部１２が配置され、絶縁物領域２６直下に凸部１６が配置される。
【００３３】
凸部１６は支持体１１の平坦な面と、膜厚一定な導電膜とで構成されるため、各凸部１６の先端の導電膜表面は同じ第一の平面１８に位置する。また、凹部１２を構成する孔はそれぞれ深さが均一であり、凹部１２はその孔と、膜厚一定な導電膜とで構成されるため、各凹部１２の底面の導電膜表面はそれぞれ同じ第二の平面１９に位置する。
【００３４】
保護層１３の膜厚は一定になっており、載置面２９は凸部１６上の保護層１３表面に接触するため、載置面２９は第一、第二の平面１８、１９に対して並行であり、また、接触面２９から第一の平面１９までの離間距離Ｗ₁は接触面２９から第二の平面１９までの離間距離Ｗ₂に比べて凹部１２の深さ分だけ小さくなっている。
【００３５】
上述したように、デバイス領域２５のように導体密度が大きい場合の吸着力は、絶縁物領域２６にように導体密度が小さい場合の吸着力よりも大きくなるが、導体密度が大きい場合であっても離間距離が大きくなれば吸着力が小さくなる。
【００３６】
予め、絶縁基板２１の膜厚と材質は分かっており、載置面２９から第二の平面１９までの離間距離Ｗ₂がデバイス領域２５にかかる吸着力と、絶縁物領域２６にかかる吸着力が略等しくなるように、凹部１２の深さが深くなっている。
【００３７】
従って、静電チャック電源７を起動し、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂに正負の電圧を印加すると、デバイス領域２５と絶縁物領域２６は同じ大きさの吸着力で吸着され、吸着対象物２０は吸着装置１０に安定して保持される。
【００３８】
吸着装置１０には不図示の加熱手段が設けられており、吸着対象物２０が吸着装置１０に密着した状態で吸着装置１０を加熱すると、吸着対象物２０が所定温度に加熱される。
【００３９】
次いで、真空槽２内にアルゴン（Ａｒ）ガスのようなスパッタガスを導入しながら、真空槽２内に所定圧力の真空雰囲気を維持し、スパッタ電源６を起動し、ターゲット５に電圧を印加すると、ターゲット５がスパッタリングされ、吸着対象物２０に薄膜が成長する。
【００４０】
薄膜が所定膜厚まで成長したところでスパッタリングを停止し、次いで、第一、第二の電極１５ａ、１５ｂへの電圧印加を停止すると、吸着力が解除され、成膜処理後の吸着対象物２０を吸着装置１０から持ち上げることができる。
【００４１】
以上は、支持体１１の孔と、膜厚が一定な導電膜とで凹部１２が構成された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図８の符号５０は本発明他の例の吸着装置を示している。この吸着装置５０は、装置本体５４と、保護層５３とを有している。
【００４２】
装置本体５４は、その表面と裏面が平坦な支持体５１と、支持体５１の平坦な表面に形成された第一、第二の電極５５ａ、５５ｂとを有しており、第一、第二の電極５５ａ、５５ｂを構成する導電膜の膜厚は一定ではない。
【００４３】
上述した吸着装置１０では、支持体１１の孔と、膜厚一定な導電膜とで凹部１２が構成されていたが、この吸着装置５０では、導電膜の膜厚が薄い部分５２と、導電膜の膜厚が厚い部分５６があり、膜厚の薄い部分５２は上述したような吸着対象物２０のデバイス領域２５に対応する位置に配置され、膜厚の厚い部分５６は絶縁物領域２６に対応する位置に配置されているので、吸着対象物２０と吸着装置５０とを相対的に位置合わせした後、第一、第二の電極５５ａ、５５ｂ表面に形成された保護層５３の表面に、載置面２９を接触させ、吸着対象物２０を載置すれば、膜厚の薄い部分５２上にデバイス領域２５が配置され、膜厚の厚い部分５６上に絶縁物領域２６が配置される。
【００４４】
保護層５３は膜厚の薄い部分５２と厚い部分５６を覆うように形成されている。保護層５３の表面は平坦になっており、支持体５１の平坦な表面から保護層５３の平坦な表面までの距離は均一になっている。従って、保護層５３の平坦な表面に載置面２９を密着させたとき、載置面２９から膜厚の厚い部分５６までの距離は、載置面２９から膜厚の薄い部分５２までの距離よりも小さくなる。
【００４５】
即ち、この吸着装置５０の膜厚の薄い部分５２と、膜厚の厚い部分５６は、図４〜５に示した吸着装置１０の凹部１２と凸部１６に相当する。この吸着装置５０においても、膜厚の厚い部分５６の先端が位置する第一の平面５８から載置面２９までの距離は、膜厚の薄い部分５２の底面が位置する第二の平面５９から載置面２９までの距離が、図１０に示すような、一定電圧で吸着力が等しくなる離間距離で形成できれば、吸着対象物２０にかかる吸着力は面内分布が均一になる。
【００４６】
図８の符号Ｌ₁は保護層５３の平坦な表面から、膜厚の厚い部分５６の電極５５ａ、５５ｂ表面までの距離を示し、符号Ｌ₂は保護層５３の平坦な表面から膜厚の薄い部分５２の電極５５ａ、５５ｂ表面までの距離を示している。例えば、図１０において全面の吸着力を１ｋＰａで均一にするためには、距離Ｌ₁を０．７ｍｍ、距離Ｌ₂を０．３ｍｍにすればよい。
【００４７】
以上は、吸着対象物２０の絶縁基板２１が、高純度石英ガラスで構成された場合について説明したが、例えば、耐熱ガラス（ここではパイレックスガラス（登録商標）、室温抵抗率１０¹⁴Ω・ｃｍ）や、無アルカリガラス等他の種類のガラスや、ポリイミド樹脂やポリカーボネート樹脂等の樹脂で構成されたものを用いることができる。
【００４８】
支持体１１に孔を形成する場合、その形成方法は特に限定されず、ブラスト処理、ウェットエッチング等の種々の方法を用いることができる。
第一、第二の電極１５ａ、１５ｂを構成する導電膜はタングステンからなるものに限定されず、銅、アルミニウム、熱分解グラファイト（Ｐ−Ｇ）等種々の導電性物質からなるものを用いることができ、また、導電膜の成膜方法もＣＶＤ法、ＰＶＤ法等種々の成膜方法を用いることができる。
【００４９】
保護層１３を構成する絶縁材料は二酸化ケイ素に限定されるものではなく、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、熱分解窒化ホウ素（Ｐ−ＢＮ）等種々の絶縁材料で保護層１３を構成することができる。また、保護層１３、５３を形成せずに、第一、第二の電極表面を露出させ、載置面２９を第一、第二の電極の表面に直接接触させてもよい。
【００５０】
また、以上は本発明の真空処理装置の一例として、スパッタリング装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の吸着装置１０を有するものであれば、真空蒸着装置等の種々の成膜装置や、エッチング装置、イオン注入装置等の真空処理装置がある。また、本発明の吸着装置１０に搬送機構を設ければ、吸着対象物２０を吸着しながら真空処理装置間を搬送する、いわゆる搬送装置として用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の吸着装置に吸着対象物を載置したときに、配線のような導体が密集するデバイス領域は凹部上に配置され、配線が密集しない絶縁物領域は凸部上に配置される。従って、デバイス領域では、載置面から電極表面までの距離が絶縁物領域よりも大きく、その距離はデバイス領域の吸着力が絶縁物領域と略等しくなるようになっているので、吸着力の面内分布が均一になり、吸着対象物が安定して保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる成膜装置の一例を説明する図
【図２】吸着対象物の一例を示す平面図
【図３】図２のＺ−Ｚ切断線断面図
【図４】本発明の一例の吸着装置の第一、第二の電極を説明するための平面図
【図５】図４のＡ−Ａ切断線断面図に相当する図
【図６】図４のＢ−Ｂ切断線断面図に相当する図
【図７】吸着対象物を吸着装置に載置した状態を示す断面図
【図８】本発明の他の例の吸着装置を説明するための断面図
【図９】従来技術の吸着装置を説明するための断面図
【図１０】離間距離と吸着力との関係を示すグラフ
【符号の説明】
２０……吸着対象物１０、５０……吸着装置１１、５１……支持体１２、５２……凹部１４、５４……装置本体１５ａ、１５ｂ、５５ａ、５５ｂ……第一、第二の電極１８、５８……第一の平面１９、５９……第二の平面２９……載置面

Claims

装置本体を有し、
前記装置本体は支持体と、前記支持体上に配置された第一の電極と、前記第一の電極に隣接して配置された第二の電極とを有し、
前記装置本体の載置面上に絶縁基板を配置して前記第一の電極と前記第二の電極に正電圧と負電圧を印加すると、前記絶縁基板が吸着されるように構成された吸着装置であって、
前記装置本体は、前記第一、第二の電極の上端が第一の平面に位置する凸部と、前記第一、第二の電極の上端が第二の平面に位置する凹部とを有し、
前記第一の平面と前記載置面との距離は、前記第二の平面と前記載置面との距離よりも小さくされ、
前記凸部は格子状に配置され、前記凹部は前記凸部の間に行列状に配置された吸着装置。
装置本体を有し、
前記装置本体は支持体と、前記支持体上に配置された第一の電極と、前記第一の電極に隣接して配置された第二の電極とを有し、
前記装置本体の載置面上に絶縁基板を配置して前記第一の電極と前記第二の電極に正電圧と負電圧を印加すると、前記絶縁基板が吸着されるように構成された吸着装置であって、
前記装置本体は、前記第一、第二の電極の上端が第一の平面に位置する凸部と、前記第一、第二の電極の上端が第二の平面に位置する凹部とを有し、
前記第一の平面と前記載置面との距離は、前記第二の平面と前記載置面との距離よりも小さくされた吸着装置によって、絶縁物領域と、前記絶縁物領域よりも導体が密集配置されたデバイス領域と、を有する前記絶縁基板を吸着する吸着方法であって、
前記凹部は吸着対象の前記絶縁基板が有するデバイス領域の直下に配置し、
前記凸部は吸着対象の前記絶縁基板が有する絶縁物領域の直下に配置しておく吸着方法。