(57)【要約】【課題】  吸着される被吸着物が、単なる絶縁体、内部若しくは吸着される面の反対側の面に導体を形成した絶縁体又は吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着しても絶縁破壊を起こさない静電チャックを提供する。【解決手段】  片側の面に複数の凹凸形状を形成した誘電体２、誘電体２の凹部底面に形成した電極３ａ、３ｂ及び該電極３ａ、３ｂを覆うように誘電体２の凹部を被覆した絶縁体４からなる静電チャック。該静電チャックは、誘電体２の凹凸形状の反対側面を吸着面とすることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側の面に複数の凹凸形状を形成した誘電体、誘電体の凹部底面に形成した電極及び該電極を覆うように誘電体の凹部を被覆した絶縁体からなる静電チャック。
【請求項２】
誘電体の凹凸形状の反対側面を吸着面とした請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
誘電体が、セラミックス焼結体である請求項１又は２記載の静電チャック。
【請求項４】
セラミックス焼結体が、アルミナセラミックスである請求項３記載の静電チャック。
【請求項５】
電極が、導電性金属及び絶縁体が、エポキシ樹脂である請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項６】
電極を二つの組に分け、それぞれの組の間に電位差を与えて被吸着物を静電吸着するようにした請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造装置、液晶デバイス製造装置等の半導体、液晶分野に用いられる静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、液晶デバイス等を製造する際、特に真空雰囲気においては、シリコンウェーハ、ガラス基板等を保持するために、従来のメカクランプ方式から面吸着が可能な静電チャックが検討されている。
【０００３】
静電チャックの構造は、例えば特許文献１に記載されているように電極を埋設した絶縁体層上にプラスチック誘電体材料を接合したものが知られている。
また、特許文献２、３及び４に記載されているように２枚の絶縁性セラミック板間に電極を設けたものが知られている。
さらに、特許文献５に記載されているように絶縁性セラミックス板上の電極を溶射法により絶縁性セラミックスで被覆したものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−０７７４８９号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】特開昭６３−０９５６４４号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献３】特開平４−２０６５４５号公報（第１−５頁、第１図及び第２図）
【特許文献４】特開平５−０３６８１９号公報（第１−５頁、第１図）
【特許文献５】特開昭５９−１５２６３６号公報（第１−４頁、第３図）
【０００５】
静電チャックは、誘電体、電極、必要に応じて誘電体及び電極を支える支持基体で構成されるが、従来の双極型静電チャックの構造では、隣り合う電極−電極間に、電極と電極とをほぼ最短距離で結ぶ界面が存在する。例えば、特許文献６及び７に記載されているようにグリーンシート法による一体焼成を利用した静電チャックでは、グリーンシートを重ね合わせた際の界面が存在する。一般に、界面部分の絶縁耐圧は単一個体の絶縁耐圧より小さい。
また、一方では、静電チャックでガラスなどの絶縁物を吸着するためには、特許文献８に記載されているように±３ｋＶ〜±１０ｋＶの電圧を印加する必要が生じている。
【０００６】
【特許文献６】特開平５−０１３５５５号公報（第１−３頁）
【特許文献７】特開平５−３０４２０１号公報（第１−４頁）
【特許文献８】特開２０００−３３２０９１号公報（第４−６頁）
【０００７】
しかしながら、上記に示す電圧を印加すると、上記に示す従来の静電チャックでは電極−電極間に存在する上記界面において絶縁破壊を起こし易いという問題点がある。このため、より絶縁耐圧の高い構造の静電チャックが望まれているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、吸着される被吸着物が、単なる絶縁体、内部若しくは吸着される面の反対側の面に導体を形成した絶縁体又は吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着しても絶縁破壊を起こさない静電チャックを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、片側の面に複数の凹凸形状を形成した誘電体、誘電体の凹部底面に形成した電極及び該電極を覆うように誘電体の凹部を被覆した絶縁体からなる静電チャックに関する。
また、本発明は、誘電体の凹凸形状の反対側面を吸着面とした静電チャックに関する。
また、本発明は、誘電体が、セラミックス焼結体である静電チャックに関する。
【００１０】
また、本発明は、セラミックス焼結体が、アルミナセラミックスである静電チャックに関する。
また、本発明は、電極が、導電性金属及び絶縁体が、エポキシ樹脂である静電チャックに関する。
また、本発明は、電極を二つの組に分け、それぞれの組の間に電位差を与えて被吸着物を静電吸着するようにした静電チャックに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明における静電チャックは、吸着される被吸着物が、単なる絶縁体、内部若しくは吸着される面の反対側の面に導体を形成した絶縁体又は吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着しても絶縁破壊を起こさず、その信頼性も従来の静電チャックと比較して著しく向上させることができるため、半導体デバイス製造装置、液晶デバイス製造装置等の半導体、液晶分野に用いられる静電チャックとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明になる静電チャックの原理について、具体的に説明する。
一般的に、絶縁体は、その内部に電場によって移動できる自由電子を持たないため電気的に絶縁性を示すが、電場によって電気的双極子が誘起されるので誘電体とも呼ばれている。
誘電体は、無数の微小な誘電体粒子で構成されている場合が多い。このうちの一つの誘電体粒子について考えた場合、誘電体粒子内には、正負の電荷がそれぞれ同数含まれており、電気的には中性が保たれている。
【００１３】
この誘電体粒子が電界中に置かれると、電界の強さに応じた誘電分極を起こし、このときの分極電荷量は正負共に等しい。誘電体粒子の置かれている電場が平等電界の場合、正負の分極電荷に働く力は打ち消し合い、誘電体粒子には力が働かないことになる。
これに対し、誘電体粒子の置かれている電場が不平等電界の場合、正負の分極電荷に働く力は打ち消し合わず、誘電体粒子には電界の強い方へ向かう力が働く。この力の方向は常に電界の強い方向へ向かう力であり、一般に電界勾配力と呼ばれている。
誘電体粒子の集合体である誘電体や、誘電体結晶においても不平等電界中に置かれると、上記の電界勾配力により電界の強い方向へ向かう力が働く。
【００１４】
静電チャックによって絶縁体を吸着する際には、上記に説明した電界勾配力を利用する
。大きな吸着力を得るためには、電界勾配力を大きくする、即ち被吸着物内に形成される電界勾配を大きくすることが必要となる。その手段として、隣り合わせの電極−電極間距離を小さくする、電極−電極間に与える電位差を大きくする、電極−吸着面間距離（電極−被吸着物間距離）を小さくすることなどが挙げられる。
【００１５】
しかし、電極−電極間距離を小さくすることと電位差を大きくすることに対しては、電極−電極間の絶縁破壊を起こすおそれがある。本発明になる静電チャックは、隣り合う電極−電極間を最短距離で結ぶ付近は複数の凹凸形状を形成した単一個体の誘電体から構成されているため、電極−電極間において絶縁破壊が起こることを防止している。また、複数の凹凸形状を形成した誘電体と、凹部を被覆する絶縁体との間に界面は存在するが、電極−電極間を最短距離で結ぶ付近に界面が存在することはない。従って、本発明によって得られる静電チャックは絶縁耐圧が大きく、電極−電極間において絶縁破壊が起こることを防止している。
【００１６】
このため、本発明になる静電チャックは、吸着時に電極−電極間に与える電位差が同等であれば、絶縁破壊に対する信頼性は飛躍的に向上する。また、隣り合わせの電極−電極間に従来構造の静電チャックより大きな電位差を与えることができるため、従来構造の静電チャックより大きな吸着力を得ることができる。
【００１７】
本発明になる静電チャックにより、吸着される面に導電性を有している被吸着物を吸着する際には、クーロン力を利用する。クーロン力は、電荷間に働く力として一般に知られており、二つの電荷の符号が異符号の場合は引き付け合う力（吸引力）、同符号の場合は退け合う力（反発力、斥力）となる。また、クーロン力の大きさは、両電荷量の積に比例し、両電荷間の距離の二乗に反比例する。
【００１８】
また、本発明になる静電チャックにより、吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着する際には、被吸着物の吸着面における導電体のうち電気的に導通のある部分に対し、異極の電位を与えられた電極によって吸着することができれば、隣り合う電極に異極の電位を与えなければならないという制約はない。
【００１９】
このとき、吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着する電極は、それぞれの極性の電極面積の比が、ほぼ等しくなることが望ましい。なぜなら、前記電極のうち極性１の電極の面積をａ、極性２の電極の面積をｂとしたとき、ｂ＝１−ａとし、吸着力はａとｂの積に比例するからである。即ち、他の条件が一定であれば、極性１と極性２の電極の面積が等しいときに、吸着力は最大となるからである。
【００２０】
吸着される面が導電性を有する被吸着物の導電部が、静電チャックとは別の電荷供給源（アース等）と電気的に導通がある場合にはこの限りではない。つまり、極性１と極性２の電極面積の比によらない。さらに電極に与えられる電荷がすべて同極であっても、吸着することができる。
【００２１】
一般に、静電チャックへの印加電圧が同じ場合、吸着される面が導電性を有する被吸着物に対する吸着力は絶縁体及び内部若しくは吸着される面の反対の面に導体が形成されている絶縁体に対する吸着力より大きい。従って、同程度の吸着力を得るために必要な電位差は、被吸着物が絶縁体及び内部若しくは吸着される面の反対の面に導体が形成されている絶縁体である場合より、被吸着物が吸着される面が導電性を有する被吸着物である場合の方が小さくできる。このため、吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着する際に静電チャックが絶縁破壊を起こす可能性は小さいので、本発明になる静電チャックによって吸着される面が導電性を有する被吸着物を吸着することについては何ら問題ない。
【００２２】
本発明になる静電チャックにより、内部若しくは吸着される面の反対の面に導体が形成されている絶縁体を吸着する際には、上記の電界勾配力とクーロン力の両方により吸着力を得ることができる。即ち、絶縁体部分に対しては電界勾配力、導体部分に対してはクーロン力で吸着する。ただし、電界勾配力とクーロン力の働く割合、つまりどちらが支配的であるかは被吸着物の物性や構造、静電チャックの電極−電極間距離、電極−吸着面間距離により変化する。
【００２３】
以下、本発明になる静電チャックに用いられる材料及び構成について説明する。
片側の面に複数の凹凸形状を形成する誘電体の材料としては、例えばアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ガラス等のセラミックス材料が用いられるが、これらのうち価格、加工性等の点からアルミナセラミックスを用いることが好ましい。
【００２４】
誘電体に形成する凹凸形状は、平板に対して研削機による溝加工、ＧＭＣ加工、ブラスト加工等の機械加工で形成することができる。また鋳型成形、射出成形、加圧成形等により形成することもできる。さらに誘電体にセラミックスを用いる場合には、成形体の段階で凹凸形状を形成し、その成形体を焼成することにより複数の凹凸形状を形したセラミックス誘電体を得ることもできる。焼成前のセラミックス成形板に対しては、研削機による溝加工、ＧＭＣ加工、ブラスト加工等の機械加工で凹凸形状を形成して、前記セラミックス成形体を得ても差し支えない。
【００２５】
誘電体の凹部底面に形成する電極は、例えばアルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属板又は箔を密着させて形成する。また銀、金等の金属とガラスからなるペーストを焼き付けて形成してもよい。
【００２６】
誘電体の凹部底面に形成した電極の表面を覆い、かつ誘電体の凹部を被覆する絶縁体としては、絶縁性能に優れ、かつ複数の凹凸形状を形成した誘電体との密着性に優れていることが望ましい。例えばエポキシ樹脂を充填することが好ましい。また別の絶縁体、例えば絶縁性セラミックス焼結体を嵌合するか又は絶縁性接着剤などで固定することにより被覆することもできる。
【００２７】
誘電体の凹部底面に形成した電極は、導体板、導体線、切断スイッチ、制御回路等を介して電圧発生器に接続される。それぞれの電極に与えられる電位は、配線方法や印加電圧の制御により変更しても差し支えない。
【００２８】
吸着面は、誘電体の凹凸形状の反対側面を吸着面とすることが好ましく、吸着面は平面研削等で平面に加工して用いることが好ましい。なお、被吸着物を大気圧（高圧力）状態で吸着し、被吸着物を吸着したまま雰囲気が真空（低圧力）状態まで連続的に変化する際又は被吸着物を真空（低圧力）状態で吸着し、被吸着物を吸着したまま雰囲気が大気圧（高圧力）状態に連続的に変化する際には、吸着面と被吸着物の間に存在する気体が容易に移動できる目的で、吸着面に溝加工を施すことが好ましい。
【００２９】
以下、図面を引用して本発明の静電チャック構造の一例を説明する。
図１は、本発明の実施例になる静電チャックの断面と該静電チャックに電荷を供給するための給電回路部分を示す概略図である。
図１に示す静電チャック１は、片側の面に複数の凹凸形状を形成した誘電体２、誘電体２の凹部底面に形成した電極３ａ及び３ｂ並びに該電極３ａ及び３ｂを覆うように誘電体２の凹部を絶縁体４で被覆したものから構成されており、誘電体２の凹凸形状の反対側面を吸着面５としたものである。なお、図１において９は、静電チャック１に強度を持たせるために絶縁性接着剤１０を用いて固着した絶縁性の基材である。
さらに、上記の静電チャック１に形成した電極３ａ及び３ｂには電圧発生器７から切断スイッチ８ａ及び配線部８ｂ並びに給電配線６ａ及び６ｂを介して、隣り合わせの電極３ａ及び３ｂが異極となるように電荷を供給する給電部１１を接続している。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
実施例１
図１に示すように、誘電体２として体積固有抵抗が１０１４Ωｍで、寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍ×厚さ４ｍｍのアルミナセラミックス（日立化成工業(株)製、商標名ハロックス）を準備し、このアルミナセラミックスの片側の面に平面研削機での溝加工により幅が１ｍｍ及び深さが２ｍｍの凹部を１ｍｍ間隔で形成し、次いで凹部底面にアルミニウム板を貼り付けて電極３ａ及び３ｂを形成した。
【００３１】
次に、電極３ａ及び３ｂに極性が交互になるように給電配線６ａ及び６ｂを接続し、その後、前記凹部に絶縁体４として絶縁性エポキシ樹脂（日立化成工業(株)製、商品名ＷＺ−９０４３）を注入し電極３ａ及び３ｂを覆うと共に凹部全面を被覆した後、該絶縁性エポキシ樹脂を硬化させ、次いで強度を持たせるために硬化後の絶縁性エポキシ樹脂の表面に上記で用いた絶縁性エポキシ樹脂１０を用いて基材９としてアルミナセラミックスを固着し、吸着面５を平面研削により研削仕上げを行って静電チャックを得た。
【００３２】
比較例１
図２に示すように、誘電体２に凹凸形状を形成せずに、電極３ａ及び３ｂの露出面と誘電体２の下部露出面に実施例１と同様の絶縁性エポキシ樹脂を塗布し、硬化後この表面に実施例１と同様の絶縁性接着剤を用いて基材９を固着した以外は、実施例１と同様の工程を経て静電チャックを得た。
【００３３】
次に、実施例１及び比較例１で得た静電チャックに、給電配線６ａ及び６ｂ、切断スイッチ８ａ並びに配線部８ｂを介して電極３ａ及び３ｂに電圧発生器７から電位差を与えて電極３ａ及び３ｂの間での絶縁破壊電位差を測定した。その結果を表１に示す。なお、本測定は、大気中及び真空中（１Ｐａ）で行い、与える電位差は最大２０ｋＶとした。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示されるように、本発明になる静電チャックは、２０ｋＶの電位差を与えても絶縁破壊を起こさなかったのに対して、比較例の静電チャックは誘電体２と絶縁体４との界面において大気中では１２ｋＶ、真空中（１Ｐａ）では１１ｋＶで絶縁破壊を起こした。このことから、本発明になる静電チャックは、比較例の静電チャックより絶縁破壊を引き起こす絶縁破壊電位差が高い、即ち絶縁耐圧が高いことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例になる静電チャックの断面と該静電チャックに電荷を供給するための給電回路部分を示す概略図である。
【図２】比較例の静電チャックの断面と該静電チャックに電荷を供給するための給電回路部分を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 静電チャック
２  誘電体
３ａ、３ｂ  電極
４  絶縁体
５  吸着面
６ａ、６ｂ  給電配線
７  電圧発生器
８ａ  切断スイッチ
８ｂ  配線部
９  基材
１０  絶縁性接着剤
１１  給電部
【図１】
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【図２】
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