(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁性基板を吸着させるためのグラディエント力を効果的にその基板に発生させることができ、かつ吸着面がパーティクルあるいは異物により損傷を受けることを防止できる静電チャックを提供する。【解決手段】電極３，４のすぐ上に被吸着基板５を設置できるようにすることで、静電チャックの吸着力を高める。更に、電極３，４には耐摩耗性のすぐれたチタン、チタンを含む化合物、酸化チタン、または窒化チタン若しくは炭化チタンなどの導電性のセラミックを用いることで被吸着基板５との接触による耐久性と、パーティクルなどの異物に対しての強固さを維持できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被吸着基板が接触する面が静電チャックの電極であることを特徴とする、双極型の静電チャック。
【請求項２】
前記静電チャックの電極はチタン、二酸化チタン、窒化チタンあるいは炭化チタンから選ばれた一以上の材質で形成されていることを特徴とする、請求項１の双極型静電チャック。
【請求項３】
前記静電チャックの電極に囲まれた領域の真空排気を行うためのガス抜き径路を設けたことを特徴とする、請求項１の双極型静電チャック。
【請求項４】
前記静電チャックの電極は少なくとも二つの電極部分から成り、それぞれくし歯型の形状を有し、たがいのくし歯が空隙をはさんで隣接するように配置されたことを特徴とする、請求項１の双極型静電チャック。
【請求項５】
前記静電チャックの二つの電極部分の間は絶縁層を有しない空隙であることを特徴とする、請求項１の双極型静電チャック。
【請求項６】
前記静電チャックの二つの電極部分の間は絶縁層を有し、電極と前記絶縁層が形成する面が平坦であることを特徴とする、請求項１の双極型静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】      本発明は、テレビ画面あるいはコンピュータ用ディスプレーに使用される液晶ディスプレーパネルの製造工程に使われるガラス基板張り合わせ装置、又、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成のプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、イオンドーピング装置に具備されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハあるいはガラスなどの絶縁性基板を吸着保持させる静電チャック技術に係る。
【背景技術】
【０００２】      ガラス等の絶縁性基板に液晶の圧入にともない同基板を張り合わせるとき、それら基板を装置の保持機構に固定し、プラズマあるいはイオンの照射を行うあるいは互いに圧接するなどの処理が必要になる。このとき、基盤の表面を機械的に保持面に押さえ付けるのではなく、静電的に吸着そして保持させる機構が使われている。基板にかかる機械的な圧力をなくすことで、基板が傷つけられることを防ぎ、パーティクルの発生を減少できるためである。また、静電チャックは基板の全面にわたって均一な力で保持できるため、基板の平坦性も保証できる。【０００３】      近年大型液晶テレビの普及がめざましく、より大型のガラス基板を保持する必要が出てきた。大型のものでは１ｍ×１ｍを超えるものも製造されている。また半導体では直径３００ｍｍのシリコンウエハが主流ではあるが、電気的に絶縁物である二酸化シリコンの上にシリコン層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）とよばれるウエハも使用するようになってきている。いずれの場合も大型化により基板の重量が増しているので、より高い吸着力が必要とされている。【０００４】      ガラスは絶縁物で誘電体である。この種の基板を静電チャックで吸着する場合、その力の主はグラディエント力と呼ばれている。これは電界強度の弱いところから強い部分へ引き込まれるように働くので誘電体吸引力とも呼ばれている。絶縁物には電流は流れないため、吸着力の著しいジョンソン・ラーベック力は原理的に吸着力に寄与しない。【０００５】      ガラスを吸着できる静電チャックは数々報告されている。非特許文献１には１０ｃｍ×１０ｃｍの一層くし型双極電極の静電チャックで、１ｍｍピッチ（電極幅１ｍｍ、電極間隔１ｍｍ）で５０μｍの表面誘電体層を有す場合、印加電圧１５００Ｖで被吸着物がシリコンウエハの時、約３Ｎの吸着力を得ている。これは単位面積あたりの吸着力に換算すると約３ｇｆ／ｃｍ２となる。特開平１０−２２３７４２号では双極電極型の静電チャックで帯状電極の線幅及び帯状電極間の幅を０．３〜３ｍｍにすることが開示されている。電極間の間隔を狭めれば電界強度が増し、結果強い吸着力が期待できるためである。特表２０００−５０２５０９号には電極線幅及び電極線間をさらに細かくして１００μｍ以下とすることが開示されている。特開２００１−３０８１６６号には電極間の電界強度を増加させるために、電極の厚みを薄く形成することが開示されている。２μｍ以下の電極となっている。特開２００３−４５９５０号ではこれまでの開示で掲げた平面の電極でなく、電界強度を増加させるために、電極を針状にしたものが開示されている。これらの開示技術では、静電チャックの吸着面は誘電体絶縁層を有しているため、十分にガラスなどの基板にグラディエント力を発生させることができない。又、この誘電体層は、基板が傷ついて発生する微少なパーティクルやその他の異物が、基板と静電チャックの間に挟まった状態で吸着されると、その力により異物が誘電体層を痛めてしまうことがある。その結果、誘電体層の平坦度あるいは電気絶縁性の不良などの諸問題を引き起こす。【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．Ａｓａｎｏ，Ｆ．Ｈａｔａｋｅｙａｍａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｙａｔｓｕｚｕｋａ，「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｃｈｕｃｋ  ｆｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｗａｆｅｒ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ」，ＩＡＳ’９７、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  ｔｈｅ  １９９７  ＩＥＥＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｈｉｒｔｙ−Ｓｅｃｏｎｄ  ＩＡＳ  Ａｎｎｕａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ（Ｃａｔ．Ｎｏ．９７ＣＨ３６０９６），Ｐａｒｔ：ｖｏｌ．３，Ｐａｇｅ：１９９８−２００３。
【特許文献１】特開平１０−２２３７４２号公報
【特許文献２】特表２０００−５０２５０９号公報
【特許文献３】特開２００１−３０８１６６号公報
【特許文献４】特開２００３−４５９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】      本発明の課題は、ＳＯＩあるいはガラスなどの絶縁性基板を吸着させるためのグラディエント力を効果的にその基板に発生させることにある。更に、第二の課題は基板が傷ついてパーティクルを発生し静電チャックの吸着面に付着した場合、あるいはその他の異物が基板に付着して静電チャックの吸着面に運ばれてきた場合などにおいても、それらパーティクルあるいは異物によって静電チャックが損傷を受けない構造とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】      先ず概要を以下に説明する。グラディエント力は静電チャックの電極の近傍で最も強くなる。即ち、電極のすぐ上に被吸着基板を設置できるようにすることで、静電チャックの吸着力を高めることができる。従来の静電チャックでは電極の上部を含めその周囲は誘電体の特性を有す絶縁層で覆われているが、本発明ではこの上部の絶縁層を設けない。したがい、被吸着基板は電極の上部に誘電体を介さずに直接設置する。更に、電極には耐摩耗性のすぐれたチタン、チタンを含む化合物、酸化チタンあるいは窒化チタン若しくは炭化チタンなどの導電性のセラミックを用いることで被吸着基板との接触による耐久性と、パーティクルなどの異物に対しての強固さを維持できるようにする。電極の上部には絶縁層を有しないが、電極の側面、即ち電極と電極の間の絶縁物の有無はその使用形態により選択する。【０００９】      本発明の静電チャックはアルミニウム、アルミニウム合金あるいはＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔ）とよばれるセラミックとアルミニウムなどの金属との複合材料から成る基盤の上部にセラミックで絶縁層を形成する。基盤には静電チャックを装置に取り付けるための機構と冷却媒体を流す経路などを有す。又、この基盤は静電チャック吸着面の平坦性を保証するための基準となるもので、精密に加工する必要がある。絶縁層は酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニアから選ばれた一種あるいはそれ以上のセラミックから形成される。この絶縁層の厚さは５０〜１０００μｍである。絶縁層の生産性の観点から５０〜３００μｍが適当である。電極材料として先ず二酸化チタンが有効である。二酸化チタンの体積抵抗率は１０１０Ω・ｍと半導体であるので、電極材料として使用できる。又、モース硬度は７〜７．５、融点は１８２５℃と共に高い数値をもつので磨耗及び高温に対しても強い材料である。又、チタンの単体あるいはチタンと二酸化チタンの混合体でも電極材料として適している。電気伝導度を高める効果が期待できるためである。酸化チタンと同様の半導体で珪素も電極材料として使用可能である。更に、有効な電極材質として窒化チタンそして炭化チタンがある。窒化チタンは金色の金属光沢を示し、特に磨耗性に優れている。又、この材質は金属伝導体で、融点は３０００℃であるため高温下の電極に適している。窒化チタンは、事実、ＣＶＤあるいはＰＶＤ手法により液晶ディスプレーのガラス基板上に形成するトランジスタのゲート電極形成に使われている。一方、炭化チタンは灰色の金属光沢を示し、前者と同様に金属伝導体で、融点は３４００〜３５００℃である。モース硬度は９以上と高い数値を示す。電極の厚さは１０〜２００μｍが適当で、後述する形成方法により適当な厚さに設定する。異なる極性の電極間の間隔は０．１〜３ｍｍで、電極自身の幅も同様に０．１〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。電極間の間隔は前記範囲より狭いと放電が発生する可能性が増し、広いとグラディエント力が弱まるためである。又、電極自身の幅は前記範囲よりも狭いとその形成が技術的に困難であり、広いと全体の吸着力を高くできない。グラディエント力は電極の側部のみ発生するからである。電極のパターンはくし歯が互いに組み合わされるように形成するが、極性の異なる電極を交互に同心円状に配置することも可能である。【００１０】      本発明の実施には二種の製造方法がある。第一の方法は溶射により電極そして電極と金属性の基盤上を電気的に絶縁する絶縁層を形成す方法。第二の方法はイオンプレーティング法などで電極を形成する方法である。第一の方法は、先ず金属のアルミニウムあるいはＭＭＣの基盤上に絶縁材料である酸化アルミを溶射法により５０〜３００μｍの範囲で一定の厚さに均一に形成する。この後、二酸化チタン粉末を溶射により絶縁層の全面に吹き付け電極層を形成する。このとき、電極パターンを形成するためのマスクを介して吹きつけてもよいし、あるいは全面に二酸化チタンを溶射した後マスクを解して研磨粒子によるブラスト手法により余分な部位を取り除いて電極パターンを形成する。この後、吸着面の平坦化のための研磨を行い完成する。更に必要な場合には溶射面の封抗処理をエポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂で全体に行い、真空雰囲気での真空引きにかかる時間の短縮、更には絶縁層の電気絶縁性の向上を図る。電極と電極の間に絶縁層を有す場合には、前述の製作工程に加え、電極パターンを形成した後再度、酸化アルミを電極の上から全面に前述同様の溶射法により積層し、後に電極の表面が現れるまで酸化アルミを機械加工により除去する作業を付加する。【００１１】      第二の方法はイオンプレーティング、蒸着などの薄膜形成方法により電極を作る方法である。酸化アルミ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニアから一種以上を含むセラミックから絶縁層を形成するセラミック板を製作する。このセラミック板は吸着面の平坦度を決定する基準面になるので、研磨により平坦にする。±１〜５μｍの平坦性が必要である。セラミック板の厚さは５〜２０ｍｍで、薄い場合には更に強固な金属の基盤に接着する場合もある。このセラミック板に窒化チタンあるいは炭化チタンから選ばれた一種以上の導電性セラミックにより電極を形成する。この成膜にはイオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤなどの方法を使う。電極厚さは１〜５０μｍである。電極パターンの形成は、成膜時にマスクにより行っても良いし、全面成膜後にレジスト膜を形成しエッチングによる不要な部位を除去することも可能である。電極パターンは前述の溶射法と同様、くし歯あるいは同心円状にする。電極と電極の間に絶縁層を有す場合には、セラミック板をマスクによるブラスト処理などにより、予め凹部を設け、その部分に電極形成の後、余分な電極材料と共にセラミック板の表面を平坦加工する。【００１２】      取り扱う基板の大きさにより、静電チャックの吸着面は真空排気の構造を考慮する必要がある。被吸着基板が静電チャックに吸着されたときに残留空気あるいはその他のガスが、被吸着基板と静電チャックの吸着面の間に閉じ込められた場合、大きな基板ではその真空排気に時間を要し、装置の処理能力を低下させることが懸念されるためである。基板がガラス等で薄く、その大きさが１ｍ×１ｍ程度以上の物についてはその影響は顕著であると考えられる。特に、電極の側部、すなわち電極と電極の間に絶縁層がない場合には、被吸着基板を本発明の静電チャッ��に吸着したとき、対向する電極間には空隙が形成される。この空隙で形成される径路は排気コンダクタンスが悪く、同状態で真空排気を行うと、この空隙に残留する気体は長い径路を経て真空排気されることになり、所定の圧力まで達するのに相当な時間がかかってしまう。このため、この空隙径路内の真空排気を容易にするため、その径路に一箇所以上のガス抜きの貫通孔を設ける、溝を這わせる、あるいは電極間の空隙を囲まないような電極構造としてその部分のコンダクタンス改善を図る。一方、基板が比較的小さい場合、例えば半導体のシリコン製で直径３００ｍｍのものでは、前述の真空排気の問題は比較的少なくなると考えられる。この場合には、被吸着基板全域での均一冷却あるいは均一保持力の維持などが静電チャックの仕様の項目として重要となる場合があるため、対向する電極と電極の間に絶縁層を有し、吸着面としては平坦であるものが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】      本発明により、静電チャックの電極に直接、被吸着基板を設置することができるので、電極端部に発生するグラディエント力を効果的に被吸着基板内に発生することが可能になる。結果、この静電チャックは強い吸着力により被吸着基板を保持できる。更に、パーティクルなどの異物により絶縁層が破壊されることがなくなるため、超寿命で信頼性の高い静電チャックを供給することができる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１４】      以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。電極間が空隙で絶縁層等を有しないものについて図１〜図４により説明し、電極間に絶縁層等を有し、吸着面が平坦であるものについては図５および図６により説明する。尚。本発明にかかわる双極型静電チャックは以下の例に限定されない。
【実施例１】
【００１５】      図１に構成例を示す。ここで図１（ａ）は上面図を示し、同（ｂ）はＡ−Ａ′の断面を示す。基盤１はアルミニウム製で厚さは２０ｍｍ。この基盤１の上面に絶縁層２を溶射により形成している。絶縁層２の材質は酸化アルミのセラミックで厚さは１００μｍである。絶縁層２の上部には第一電極３と第二電極４がくし歯状に形成される。これら電極は二酸化チタンを溶射によりマスクを解して吹きつけることで形成する。第一電極３と第二電極４の膜厚は１００μｍである。後、シリコン材により全域に封抗処理をおこなう。第一電極３と第二電極４ともに電極の幅は１ｍｍで、電極間の隙間距離も１ｍｍである。くし歯の長さＸは任意で被吸着基板５の大きさ、あるいはその他条件で１０００ｍｍ程度まで大きくすることができる。電極には電源６が接続される。図１では第一電極３にマイナス、そして第二電極４にプラスの電位を供給し、その中間電位は大地に接続されているようすを示している。電位の極性はこの逆でも、吸着力に変化はない。第一電極３と第二電極４の上には被吸着基板５が設置されている。第一電極３と第二電極４に困れた部分には真空排気孔７が設けられている。第一電極３と第二電極４に囲まれた領域の真空排気を促進するためである。この真空排気孔７の断面のようすを図２に示す。第一電極３と第二電極４の間に挟まれた領域の気体は真空排気孔７を通って真空排気孔の真空容器側ガス出口７ａに排気される。孔を設ける代わりに同じ目的のために溝を設けることが考えられる。Ｃ−Ｃ′の断面のようすを図３に示す。ここではあらかじめ絶縁層２に溝を加工し、その上に第二電極４を前記とおなじく溶射により吹き付け、真空排気溝８を形成する。尚、この溝の形成は基盤１に行っても良い。これら真空排気孔７または真空排気溝８は図中では一箇所であるが、その数に制限はなく、より早い真空排気を行うために複数設置する。
【実施例２】
【００１６】      図４は実施例２の構造である。図４（ａ）は上面図、同（ｂ）はＤ−Ｄ′の断面図を示す。ここで、基盤１はアルミニウム製で凸状の断面を有する。この基盤１で図示した部位に溶射により酸化アルミのセラミックの絶縁層２形成する。後に、電極を形成するために二酸化チタンをマスクを介して溶射により吹きつける。以下の工程、電源６の接続方法、くし歯の長さＸなどは実施例１と同様である。この実施例２では被吸着基板５を電極上に乗せたとき構造上電極間の領域が実施例１のように封じられることがない。また、本実施例２の別の製造方法として、前記の電極材質を溶射した後、砥石により不要な部位の電極を削り落として電極パターンを形成しても良い。この場合、その削り深さを調整することで電極間の径路の真空引きコンダクタンスを調整することができる。電極の幅は、電極間の隙間距離、電極そして絶縁層２の膜厚などの各寸法の値は実施例１と同じである。
【実施例３】
【００１７】      実施例３は基板１を酸化アルミのセラミックあるいは金属の上面に同セラミックを張り合わせたものを用い、第一電極３と第二電極４をこのセラミック板上にイオンプレーティング手法を用いて形成する。実施例１の絶縁層２が省略され、基盤１をセラミック板に置き換えたもので、基本的構成は同実施例と同じである。基盤１となるセラミック板は吸着面の平坦度を決定する基準面になるので、研磨により±１〜５μｍの平坦性を有す。セラミック板の厚さは１０ｍｍである。このセラミック板に窒化チタンの導電性セラミックにより電極を形成する。この成膜にはイオンプレーティングを使い、電極厚さは２０μｍである。電極パターンの形成は、マスクにより全面成膜時に行う。第一電極３と第二電極４のパターンは実施例１と同様、くし歯状である。真空排気に係る工夫は実施例１と同様である。
【実施例４】
【００１８】      図５は実施例４の構造である。図４（ａ）は上面図、同（ｂ）はＥ−Ｅ′の断面図を示す。実施例１と本実施例の相違は第一電極３と第二電極４との間にも絶縁層２を有することである。基盤１はアルミニウム製で厚さは２０ｍｍ。この基盤１の上面に絶縁層２を溶射により形成している。絶縁層２の材質は酸化アルミのセラミックで最大厚さは２００μｍである。絶縁層２の上部には第一電極３と第二電極４がくし歯状に形成される。これら電極は二酸化チタンを溶射によりマスクを解して吹きつけることで形成する。第一電極３と第二電極４の膜厚は１００μｍである。第一電極３と第二電極４の間にも絶縁層２を形成する。これは、絶縁層２を先ず１００μｍ溶射により堆積させた後、その上に第一電極３と第二電極４を前記の最終膜厚より少し多い目に形成し、この後再度酸化アルミを同様の方法で全面に１００μｍ＋１０μｍ程度形成する。この後、電極の表面が現れるまで全面を平坦研磨し、最終的な絶縁層２の厚さ２００μｍにすることで形成される。後、シリコン材により全域に封抗処理をおこなう。第一電極３と第二電極４ともに電極の幅は１ｍｍで、電極間の隙間距離も１ｍｍである。くし歯の長さＸは任意で被吸着基板５の大きさ、あるいはその他条件で１０００ｍｍ程度まで大きくすることができる。電極には電源６が接続される。図５では第一電極３にマイナス、そして第二電極４にプラスの電位を供給し、その中間電位は大地に接続されているようすを示している。電位の極性はこの逆でも、吸着力に変化はない。第一電極３と第二電極４の上には被吸着基板５が設置されている。
【実施例５】
【００１９】      図６は実施例５の構造である。図６（ａ）は上面図、同（ｂ）はＦ−Ｆ′の断面図、同（ｃ）はＧ−Ｇ′の断面図を示す。実施例２と本実施例の相違は、電極と電極の間にも絶縁層２を有すことである。基盤１で図示した部位に溶射により酸化アルミのセラミックの絶縁層２形成する。後に、電極を形成するために二酸化チタンをマスクを介して溶射により吹きつける。この後全面に再び酸化アルミを溶射し、研磨により電極の表面が見えるまで加工する。このあたりの手法は実施例４と同様である。以下の工程、電源６の接続方法、絶縁層２の厚さ、それぞれの電極の厚さ、電極の幅、電極間の隙間距離、くし歯の長さＸなどは実施例２と同様である。【００２０】      ［試験例］図７に実施例１で示した構成によるシミュレーションによる電位等高線とグラディエント力の発生箇所を示している。ガラス基板の中でグラディエント力は各電極の上部の角で発生していることがわかる。同様の構成で電極の上部に５０μｍの絶縁層がある従来例とグラディエント力を比較すると、本発明の場合その力は約７倍に増加していることがわかっていて、単位面積当たりの吸着力は±１．５ｋＶで２１ｇｆ／ｃｍ２である。二酸化チタンは比誘電率が１００程度と高いが、この事実を含めたシミュレーションではその影響が電位分布あるいはグラディエント力に大きく影響することは認められなかった。また、電極と電極の間の誘電体の有無についても吸着力への影響は無視できる範囲であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】      本発明の双極型静電チャックは半導体ウエハ製造工場、半導体素子製造工場、ガラス基板製造工場、液晶やプラズマを使ったテレビなどに使われる薄型ディスプレー装置の製造工場、また有機材料を使った薄型ディスプレー装置の製造工場などで、それら製造にかかわる基板の吸着・保持装置として提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の静電チャックの実施例１の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ａ−Ａ′断面図。
【図２】実施例１のＢ−Ｂ′断面図。真空排気孔を示す。
【図３】実施例１のＣ−Ｃ′断面図。真空排気溝を示す。
【図４】本発明の実施例２の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｄ−Ｄ′断面図。
【図５】本発明の実施例４の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｅ−Ｅ′断面図。
【図６】本発明の実施例５の構造図。（ａ）上面図；（ｂ）Ｆ−Ｆ′断面図；（ｃ）Ｇ−Ｇ′断面図。
【図７】電位等高線とグラディエント力発生箇所を示すシミュレーションの結果。
【符号の説明】
【００２３】１    基盤
２    絶縁層
３    第一電極
４    第二電極
５    被吸着基板
６    電源
７    真空排気孔
７ａ  真空排気孔の真空容器側ガス出口
８    真空排気溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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