JP7316181B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、静電チャックに関する。

半導体デバイス、液晶デバイスなどを製造する装置において、ガラス基板などの絶縁性基板を保持する際、半導体基板を吸着する場合のような通常の静電吸着を行うことはできない。

そこで、絶縁性基板用の静電チャックには、誘電体からなる基体に一対の静電吸着用電極が埋設されており、静電チャックと絶縁性基板によって構成される静電容量に応じたクーロン力（ジョンセンラーベック力を含む）と、静電吸着用電極間に形成される不平等電界中の誘電体に作用するグレーディエント（Gradient）力（電界勾配力）とが合わさった静電吸着力が作用する。

例えば、特許文献１には、複数の電極を交互に隣接するように入り組んで設け、電極間の距離が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、誘電体からなる基体の厚さが０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下、且つ、電極の幅が０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定することによって、絶縁性基板を吸着可能とした静電チャックが開示されている。

特許第３８０５１３４号公報

しかしながら、絶縁性基板用の静電チャックは、半導体基板用の静電チャックと比較して、電極間に大きな電圧を継続して印加する必要があるので、電極間の電界強度が高くなり、電極間に生じるリーク電流が無視できない大きさになり得る。リーク電流が大きくなり過ぎると、電源の負荷増大により所望の電圧が電極間に印加されないことによる吸着力低下、さらには、電極間に絶縁破壊が生じるおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、電極間のリーク電流の抑制を図ることが可能な静電チャックを提供することを目的とする。

本発明は、絶縁性基板が上方に載置される主面を有する板状の基体と、前記主面に平行な同一平面上にて、前記基体に内蔵される一対の静電吸着用電極とを備える静電チャックであって、前記主面に平行な同一平面上にて隣り合う前記一対の静電吸着用電極の間を通る線分であって、前記一対の静電吸着用電極それぞれとの距離が等しい中心線の合計長さをＬ［ｍ］、隣り合う前記一対の静電吸着用電極同士の最短距離をｄ［ｍ］、前記一対の静電吸着用電極の厚さを２ａ［ｍ］としたとき、ｌｎ（ｄ／ａ）≧０．０８×Ｌの関係式を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、後述する実施例及び比較例から分かるように、電極間のリーク電流の抑制を図ることが可能となる。

本発明において、ｌｎ（ｄ／ａ）≧５の関係式を満たすことが好ましい。

この場合、後述する実施例及び比較例から分かるように、電極間のリーク電流の抑制をさらに図ることが可能となる。

また、本発明において、前記一対の静電吸着用電極を前記基体の厚み方向に前記主面に投影したときの前記一対の静電吸着用電極を全て含む最小の円の面積をＳ［ｍ^２］、前記一対の静電吸着用電極を前記基体の厚み方向に前記主面に投影したときの総面積をＳ１［ｍ^２］としたとき、Ｓ１／Ｓ≦０．４の関係式を満たすことが好ましい。

この場合、後述する実施例及び比較例から分かるように、残留吸着力の抑制を図ることが可能となる。

また、本発明において、Ｓ１／Ｓ≦０．３の関係式を満たすことが好ましい。

この場合、後述する実施例及び比較例から分かるように、残留吸着力の抑制をさらに図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る静電チャックの模式断面図。 図１のII―II線における模式断面図。 電極合計長さＬとｌｎ（ｄ／ａ）との関係を示すグラフ。

本発明の実施形態に係る静電チャック１０について図１及び図２を参照して説明する。なお、図面は、静電チャック１０及びその構成要素などを明確化するためにデフォルメされており、実際の比率を表すものではない。また、上下などの方向は静電チャック１０単体における方向であり、静電チャック１０の取付方向などに応じて変化し得る。

静電チャック１０は、ガラス基板などの絶縁性基板Ｗが上方に載置される主面１ａを有する板状の基体１と、主面１ａに平行な同一平面上にて、基体１に内蔵される一対の電極２，３とを備える。

基体１は、円板状、矩形板状などの厚さが略同じである板状部材である。ここでは、基体１は、絶縁性基板Ｗが載置される基板載置面１ａを主面として上面に有している。基板載置面１ａは、広い平面状の面であっても、複数の凸部の面一な先端面の群からなるものであってもよい。複数の凸部の面一な先端面の群は、例えば、多数のピン（凸部）の面一な先端面の群、又は、環状などの複数のリブ（凸部）の先端面であってもよい。

ただし、本発明における主面は、絶縁性基板Ｗが載置される基板載置面１ａに限定されず、例えば、基板載置面が複数の細い凸部の面一な先端面の群からなる場合、基板載置面１ａ側に凸部が形成されている基体１の表面（上面）であってもよい。

基体１は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等からなるセラミックス焼結体などの誘電体からなる。基体１は、上記の材料からなる原料粉末にバインダ、可塑剤や溶剤を加えて粘度を調整したスラリーをドクターブレードによってグリーンシートに成形し、これを必要な形状に裁断し、一対の電極２，３となる電極(導体)ペーストを所定のグリーンシートに印刷後、適宜グリーンシートを積層してから外形を整えた成形体を焼成することによって作製される。緻密化させるため、常圧焼成のほか、例えばホットプレス焼成等によって板状に作製してもよい。基体１は、金属又は基体１と同じ又は類似する材料からなる基台４に支持されてもよい。

一対の電極２，３は、クーロン力（又はジョンセン－ラーベック力）及びグレーディエント力により主面１ａに絶縁性基板Ｗを静電吸着するための静電吸着用電極である。電極２，３は、主面１ａの下部に主面１ａと平行に略均等に平面状のパターンとして配置されている。

電極２，３は、例えば、電極ペーストの印刷後に焼成されたモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等の耐熱金属などからなり、櫛状に入り組んだ形態をしている。ただし、電極２，３は、耐熱金属などからなる膜、板、箔などによって構成されていてもよい。電極２，３は、図示しないが、給電端子を介して、外部電源に接続されている。

電極２，３は、主面１ａに沿った方向において並置され、互いに電気的に絶縁された第１の電極２と及び第２の電極３とから構成されている。例えば、基体１が円板状である場合、静電チャック電極２，３は全体として外周領域が円状となるように、小さな間隔ｄを介して、櫛状に交互に位置するように、略均一に配置されている。例えば、電極２，３の幅ｗは０．２ｍｍ以上４．０ｍｍ以下、電極２，３の厚さ２ａは３μｍ以上１５０μｍ以下、電極２，３間の間隔ｄは０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。

電極２，３のパターンの一例を図２を参照して説明する。ただし、電極２，３のパターンはこれに限定されない。

第１の電極２は、図示しないが、外部電極に接続された端子が下面に接続され、少し大きな円状に形成され、基体１の外周端部に位置する第１の要素２Ａを有している。そして、第１の要素２Ａには、基体１の中央部近傍まで直線状に一定の幅ｗを有して延びる第２の要素２Ｂが接続されている。さらに、第２の要素２Ｂには、端部に開口を有する略円環状で一定の幅ｗを有する複数の第３の要素２Ｃが、一定の間隔を隔てて接続されている。これにより、基体１の外周側から中央側に向けて、半径が徐々に小さくなる第３の要素２Ｃが間隔を開けて設けられている。

第２の電極３も、第１の電極２と同様に、第１の要素３Ａ、第２の要素３Ｂ及び複数の第３の要素３Ｃを有している。

ここで、第１の電極２と第２の電極３のそれぞれの第１の要素２Ａ，３Ａは、基体１の中心に対して対称な位置に存在している。そして、第１の電極２の直線状の第２の要素２Ｂが、第２の電極３の複数の第３の要素３Ｃの開口となる位置に存在している。同様に、第２の電極３の直線状の第２の要素３Ｂが、第１の電極２の複数の第３の要素２Ｃの開口となる位置に存在している。さらに、第１の電極２の複数の第３の要素２Ｃと第２の電極３の複数の第３の要素３Ｃとは、互いに一定の間隔ｄを隔てて交互になるように配置されている。

なお、各要素２Ａ～２Ｃ，３Ａ～３Ｃの幅ｗは同じ又は略同じであり、第１の電極２の各要素２Ａ～２Ｃと隣接する第２の電極３の要素３Ａ～３Ｃの間隔ｗも同じ又は略同じである。

以上のように、電極２，３は、基体１の絶縁性基板Ｗを吸着するための領域に略均一に配置されている。ただし、例えば、絶縁性基板Ｗを押し出するためのピンなどを挿通する穴が基体１に挿通して形成されている部分などにおいては、電極２，３が略均一に配置されていない部分、すなわち、電極２，３間の間隔ｄが相違する部分があってもよい。

以上のように構成された静電チャック１０において、発明者は、電極２．３により規定される長さＬ、電極２，３の間隔ｄ及び電極２，３の厚さ２ａと電極２，３間のリーク電流の発生との間に関係があることを見い出した。

具体的には、主面１ａに平行な同一平面上にて隣り合う一対の電極２，３の間を通る線分であって、一対の電極２，３それぞれとの距離が等しい中心線ＣＬの合計長さ（電極合計長さともいう）をＬ［ｍ］、隣り合う一対の電極２，３同士の最短距離（間隔）をｄ［ｍ］、一対の電極２，３の厚さを２ａ［ｍ］としたとき、電極２，３間に生じるリーク電流は（ｌｎ（ｄ／ａ））／Ｌに略比例することを見い出した。なお、最短距離ｄは、電極２，３の端から端までの最短距離を意味する。

これより、以下の式（１）の関係式を満たす場合、後述する実施例、比較例から分かるように、高電圧印加時のリーク電流の抑制を図ることが可能となる。
ｌｎ（ｄ／ａ）≧０．０８×Ｌ ・・・ （１）

さらに、以下の式（２）の関係を満たすことが好ましい。
ｌｎ（ｄ／ａ）≧５ ・・・ （２）

これは、静電チャック１０によって絶縁性基板Ｗを吸着する場合、クーロン力（ジョンセンラーベック力を含む）とグレーディエント力とによって吸着力が作用すると考えられるところ、上記式（１）、（２）を満たすことにより、不平等電界の電界強度の傾きが大きくなるので、グレーディエント力による効果が相対的に大きくなるからであると考えられる。

ここで、クーロン力は、絶縁性基板Ｗの面積に対する電極２，３の面積の比が大きいほど大きくなるので、残留吸着力を抑制するには、この比を抑制する必要がある。

そこで、一対の電極２，３を基体１の厚み方向に主面１ａに投影したときの一対の電極２，３を全て含む最小の円の面積をＳ［ｍ^２］、一対の電極２，３を基体１の厚み方向に主面１ａに投影したときの総面積をＳ１［ｍ^２］としたとき、面積比Ｓ１／Ｓが以下の式（３）の関係式を満たすことが好ましい。
Ｓ１／Ｓ≦０．４ ・・・ （３）

さらに、以下の式（４）の関係式を満たすことが好ましい。
Ｓ１／Ｓ≦０．３ ・・・ （４）

面積比Ｓ１／Ｓが大きいとクーロン力による吸着力は大きくなるが、上記（３）、（４）を満たすことにより、クーロン力による効果が大きくなり過ぎず、残留吸着力が抑制されて、絶縁性基板Ｗの離脱性の悪化が抑制される。そのため、式（１）又は式（２）の関係を満たすことと合わせて、吸着力の確保と離脱良好性の両立を図ることが可能となる。

実施例１～１０及び比較例１～５において、以下のようにして、静電チャック１０を作製した。

純度９９．５％のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末からなる原料粉末に有機バインダなどのバインダや可塑剤を用いて混合して得られるスラリーをドクターブレード法を用いて薄板状に成形することでグリーンシートを複数枚作製した。グリーンシートの厚さは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である。複数枚のグリーンシートの厚さは互いに相違していてもよい。複数枚のグリーンシートのうち特定のグリーンシートの表面にタングステン（Ｗ）を含む電極ペーストをスクリーン印刷することにより電極２，３となる未焼成電極を形成した。未焼成電極が２枚のグリーンシート間に挟まれるように複数枚のグリーンシートを積層し、所定の厚みの積層体を作製した。

次に、積層体のバインダ成分を脱脂した後、還元雰囲気（窒素雰囲気）で最高温度１６００℃を３時間保持する条件で積層体を焼成することによりセラミックス焼成体からなるセラミックス基体を得た。

セラミックス基体に埋設される電極２，３の幅ｗ、厚さ２ａ、電極合計長さＬ、間隔ｄ及び電極面積Ｓ１（＝ｗ×Ｌ）を表１から表３に示した。ただし、表１から表３に示したこれらの数値を満たすように、電極２，３の第３の要素２Ｃ，３Ｃの本数は実施例１～１０及び比較例１～５に応じて相違する。なお、面積Ｓは全て共通である。また、表１から表３において、例えば「×Ｅ－０３」は「×１０^－３」を意味する。

そして、得られたセラミックス基体の上下面を研削し、上面１ａと電極２，３との距離である基体１（誘電体）の厚みＤを表１から表３に示すようになるようにした。十分な吸着力を確保する観点から誘電体の厚みＤは０．３ｍｍ以下が好ましく、０．１ｍｍ以下がさらに好ましい。その後、給電パッドが露出するように穿設し、ろう材を用いて給電端子を給電パッド上に配置してろう付けを行うことによって、基体１を得た。そして、この基体１をアルミニウム合金製の基台４の上に取り付けることによって、静電チャック１０を完成させた。

この静電チャック１０を用いて、無アルカリガラス製であって直径３００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの絶縁性基板Ｗを、電極２，３に±２５００Ｗの電界を１分間印加して静電吸着させた。そして、吸着されている絶縁性基板Ｗの側面をプッシュプルゲージで押し、このときの荷重を吸着力として測定した。測定結果を表１から表３に示した。

上記１分間の電界印加を行った後、電界を印加していた電源をオフして５秒後に、絶縁性基板Ｗの側面をプッシュプルゲージで押し、このときの荷重を残留吸着力として測定した。測定結果による評価を表１から表３に示した。残留吸着力が２００ｇｆ（＝１．９６Ｎ）以下である場合、二重丸とし、残留吸着力が２００ｇｆを超え４００ｇｆ（＝３．９２Ｎ）以下である場合、一重丸とし、残留吸着力が４００ｇｆを超え８００ｇｆ（＝７．８４Ｎ）以下である場合、三角形とし、残留吸着力が８００ｇｆを超える場合、クロスとした。

実施例１～１０においては、端子間電流（リーク電流）が０．６８μＡ以下と十分に小さく、電源の電圧制御性が良好に維持されたことが分かった。そのため、十分な吸着力が得られるように電極間電界の強度を大きくするために、基体１が絶縁破壊するほどの電位差を端子間に印加する必要はないと考えられる。実施例１～１０においては、上記式（１）を満たしていた。また、実施例１、２、５、７は、誘電体厚みＤが０．１ｍｍと薄く、３０００ｇｆ（＝２９．４Ｎ）を超える非常に強い吸着力を示した。

一方、比較例１～５においては、端子間電流が１．４６μＡ以上と大きく、電源の電圧制御性が良好に維持されていないことが分かった。そして、吸着力も１８００ｇｆ（＝１７．６２Ｎ）以下と不十分であった。そのため、十分な吸着力を得るように電極間電界の強度を大きくするためには、基体１が絶縁破壊するほどの電位差を端子間に印加する必要があり得ると考えられる。比較例１～５においては、上記式（１）を満たしていなかった。実施例１～１０及び比較例１～５における、上記式（１）、（２）における関係を図３のグラフに示した。なお、このグラフにおいては、残留吸着力の測定結果による評価を示す印でプロットしている。

さらに、実施例５～７においては、残留吸着力が２００ｇｆ以下と非常に小さく、上記式（１）から式（４）を全て満たしていた。

実施例１～４においては、残留吸着力が２００ｇｆを超え４００ｇｆ以下と小さく、上記式（１）から式（３）を満たしていたが、式（４）は満たしていなかった。

実施例８～１０においては、残留吸着力が４００ｇｆを超え８００ｇｆ以下とそれほど大きくなく、上記式（１）及び式（２）を満たしていたが、式（３）及び（４）は満たしていなかった。

比較例１～５においては、残留吸着力が８００ｇｆを超えており非常に大きく、上記式（１）から式（４）を全て満たしていなかった。

１…基体、 １ａ…主面、基板載置面、 ２…第１の電極（静電吸着用電極）、 ２Ａ…第１の要素、 ２Ｂ…第２の要素、 ２Ｃ…第３の要素、 ３…第２の電極（静電吸着用電極）、 ３Ａ…第１の要素、 ３Ｂ…第２の要素、 ３Ｃ…第３の要素、 ４…基台、 １０…静電チャック、 Ｗ…絶縁性基板。

Claims (4)

1. 絶縁性基板が上方に載置される主面を有する板状の基体と、
   前記主面に平行な同一平面上にて、前記基体に内蔵される一対の静電吸着用電極とを備える静電チャックであって、
   前記主面に平行な同一平面上にて隣り合う前記一対の静電吸着用電極の間を通る線分であって、前記一対の静電吸着用電極それぞれとの距離が等しい中心線の合計長さをＬ［ｍ］、隣り合う前記一対の静電吸着用電極同士の最短距離をｄ［ｍ］、前記一対の静電吸着用電極の厚さを２ａ［ｍ］としたとき、
   ｌｎ（ｄ／ａ）≧０．０８×Ｌ
   の関係式を満たすことを特徴とする静電チャック。
2. ｌｎ（ｄ／ａ）≧５の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記一対の静電吸着用電極を前記基体の厚み方向に前記主面に投影したときの前記一対の静電吸着用電極を全て含む最小の円の面積をＳ［ｍ^２］、前記一対の静電吸着用電極を前記基体の厚み方向に前記主面に投影したときの総面積をＳ１［ｍ^２］としたとき、
   Ｓ１／Ｓ≦０．４の関係式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. Ｓ１／Ｓ≦０．３の関係式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。

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