(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被保持体に対する一対の吸引電極と反発電極とをそれぞれ備えてなる絶縁基体と、
（ｂ）前記吸引電極上に形成した誘電体からなる突出部材とを備え、
（ｃ）前記吸引電極への電圧の印加による静電吸引力と、前記反発電極への電圧の印加による静電反発力との均衡により浮上力を発生させ、前記突出部材の頂部上に被保持体を支持するようにしたことを特徴とする静電浮上力発生機構。
【請求項２】
被保持体に対する一対の吸引電極と反発電極とをそれぞれ備えてなる絶縁基体と、前記吸引電極上に形成した誘電体からなる突出部材とを備え、前記吸引電極への電圧の印加による静電吸引力と、前記反発電極への電圧の印加による静電反発力との均衡により浮上力を発生させ、前記突出部材の頂部上に被保持体を支持するようにした静電浮上力発生機構を、複数整列させて配置し、被保持体を保持するようにしたことを特徴とする静電チャック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被保持体に作用させる静電吸引力と静電反発力とのバランスをとって浮上力を発生させることにより、被保持体を静電的に支持する静電浮上力発生機構及びこれを用いた静電チャック装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、以下に示すようなものがあった。
図６は従来の静電チャックを示す断面図であり、具体的には被保持体の固定に使用されるものである。
【０００３】
この静電チャックは、円盤状をした絶縁基板４０１の表面に半円状をした２枚の吸引電極４０２，４０３を敷設するとともに、この吸引電極４０２，４０３を覆うように絶縁基板４０１の表面を絶縁皮膜４０４で被覆し、その表面を吸着面４０５としたものであり、この吸着面４０５に被保持体４１０を載置し、吸引電極４０２，４０３間に電圧を印加することによって被保持体４１０を分極させて帯電せしめ、その電荷と吸引電極４０２，４０３との間に作用する静電吸引力で被保持体４１０を吸着面４０５に保持するようになっていた。
【０００４】
そして、吸引電極４０２，４０３間に印加する電圧を上げて、静電吸引力を高めることにより、被保持体４１０と吸着面４０５との間の摩擦力を増大させ、搬送時や外部からの振動に対して位置ズレを生じることなく、所定の位置に被保持体４１０を保持するようになっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６のような静電チャックでは、真空中の固定や搬送において、次のような問題点があった。
固定又は離脱に際して、被保持体４１０の底面を広域な面積を介して接触させ、更に位置合わせのために摺動させなければならないことから、この接触と摺動による摩耗粉によって真空容器中を汚染することが知られている。
【０００６】
一般的な例であるが、被保持体４１０に８インチのシリコンウエハを用いた場合、チャック動作の１アクションで０．０２ｍｇの摩耗粉等の粉体（パーティクル）が平均して飛び散る。そして、この飛び散った粉体は真空容器中に浮遊して被保持体４１０の表面に付着する確率が高く、半導体製造装置における歩留りを大きく低下させているのが現状であった。
【０００７】
この確率は、製造装置の状態（清掃の有無等）で異なるが、真空中での処理に関する不良の原因を挙げると、殆どが真空容器中に浮遊する粉体（パーティクル）汚染であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、被保持体に対する一対の吸引電極と反発電極とを備えてなる絶縁基体と、前記吸引電極上に形成した誘電体からなる突出部材とから静電浮上力発生機構を構成し、前記吸引電極への電圧の印加による静電吸引力と、前記反発電極への電圧の印加による静電反発力との均衡により浮上力を発生させ、被保持体を静電的に支持するようしたものである。
【０００９】
また、本発明は、前記静電浮上力発生機構を複数整列させて配置することにより、静電チャック装置を構成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の静電浮上力発生機構を示す斜視図、図２は図１の静電浮上力発生機構の動作説明図、図３は図１の静電浮上力発生機構の吸引電極及び反発電極にそれぞれ印加するパルス波形を示す図である。
【００１１】
図１及び図２の静電浮上力発生機構は、絶縁基体２００の一表面に被保持体２０１に静電吸引力を作用させるための２つの吸引電極２０２と、被保持体２０１へ静電反発力を作用させるための２つの反発電極２０３を具備してなり、この２つの反発電極２０３は２つの吸引電極２０２間に介在するように形成するとともに、反発電極２０３の面積を吸引電極２０２より大きくしてある（例えば、吸引電極２０２と反発電極２０３の面積比を１対１０とする）。また、上記吸引電極２０２上には誘電体からなる突出部材２０４を設けてあり、被保持体２０１を突出部材２０４の頂部上で支持するようにしている。
【００１２】
なお、図２において、２０５は吸引電極２０２に通電するための吸引電源、２０６は反発電極２０３に通電するための反発電源、２０７は吸引電極２０２側に作用する吸引電気力線、２０８は反発電極２０３側に作用する反発電気力線、３０１は吸引電極２０２へ印加される正のパルス波形、３０２は反発電極２０３へ印加される負のパルス波形である。
【００１３】
次に、図２及び図３を用い、動作原理をモデルに従って説明する。ただし、図２は図１の左半分のみを示したものであり、右側の１点鎖線は電界の中性線を表す。
まず、吸引電源２０５により吸引電極２０２間に図３（ａ）のような正のパルス波形３０１を持った電圧を印加し、反発電源２０６により反発電極２０３間に図３（ｂ）のような負のパルス波形３０２を持った電圧を印加する。この時、吸引電極２０２と反発電極２０３に印加する電圧は共に同じ周波数を持ったものとし、その時間比（デューティ比）を例えば吸引電極２０２と反発電極２０３の面積比と同じ１対１０に設定すると、吸引電極２０２による静電吸引力と反発電極２０３による静電反発力とが同じ程度となり、被保持体２０１に浮上力を作用させた状態で支持することができる。
【００１４】
すなわち、吸引電源２０５より供給した電圧により、吸引電極２０２側には吸引電気力線２０７が発生し、この吸引電気力線２０７は突出部材２０４にて誘導され、被保持体２０１の内部を通過することになる。
そのため、電界が被保持体２０１に集中し、被保持体２０１の物性が導体に近いものであれば内部を通過する吸引電気力線２０７は密となり、被保持体２０１を速やかに分極せしめて帯電させ、静電吸引力が発生する。
【００１５】
一方、反発電源２０６より供給した電圧により、反発電極２０３側には反発電気力線２０８が発生するが、この時、誘導するものが無いために被保持体２０１を通過する反発電気力線２０８は少なく、図２の曲線のような分布となる。
そのため、図３（ａ）に示すような正のパルス波形３０１を吸引電極２０２間へ、図３（ｂ）に示すような負のパルス波形３０２を反発電極２０３間へ供給すると、図３（ａ）に示す正のパルス波形３０１に対応して被保持体２０１に作用していた静電吸引力が短時間に無くなり、図３（ｂ）に示す負のパルス波形３０２に対応して静電反発力が長い時間にわたって発生することになるため、静電吸引力と静電反発力との合力である浮上力を発生させ、被保持体２０１を突出部材２０４の頂部上で支持することができる。
【００１６】
なお、この浮上力の程度は、材質の帯電即応性と電荷を保持する能力にもよるが、各電源２０５，２０６より印加する電圧のパルス波形３０１，３０２の繰り返し周期を制御することで、調整することができ、好ましくは、吸引力の８０％が浮上力となるようにすることが良い。
次に、本発明の静電浮上力発生機構を用いた静電チャック装置を図４及び図５を用いて説明する。
【００１７】
図４の静電チャック装置は、図１の静電浮上力発生機構を１セルとし、このセルを絶縁基体１００上に整列させて配置したものであり、例えば、縦横１５個ずつ、合計で２２５個の静電浮上力発生機構（セル）を配列させる。
具体的には、図５に図４のＡ部を拡大した側面図を示すように、被保持体１０１の下部には、正の吸引電極１１１，１２１，１３１と負の吸引電極１１２，１２２を間隔を設けて交互に配置し、これらの間に吸引電極１１１，１２１，１３１、１１２，１２２より大きい面積を持った正の反発電極１１４，１２４，１３４，１４４と負の反発電極１１５，１２５，１３５，１４５を配置してある。
【００１８】
また、上記各吸引電極１１１，１２１，１３１，１１２，１２２上には誘電体からなる突出部材１１３，１２３，１３３，１４３，１５３をそれぞれ形成している。なお、図５において、１０２，１０３，１０４，１０５はそれぞれセルを示している。
このように構成すれば、正の吸引電極１１１，１２１，１３１と負の吸引電極１１２、１２２間に図３（ａ）に示すような正のパルス波形３０１をもった電圧を印加し、正の反発電極１１４，１２４，１３４，１４４と、負の反発電極１１５，１２５，１３５，１４５間に図３（ｂ）に示すような負のパルス波形３０２をもった電圧を印加することで、各静電浮上力発生機構（セル）の２箇所に浮上力（図中の矢印で示す）が発生し、被保持体１０１を支持することができる。
【００１９】
そのため、この静電チャック装置により被保持体１０１を保持する場合、浮上力を発生させて突出部材１１３，１２３，１３３，１４３，１５３の頂部上に支持した状態で被保持体１０１の位置決めを行い、位置決め完了時には、その静電反発力を解除し、本来の静電吸着力による静電チャック機能に移行させることで所定の位置に被保持体１０１を保持することができる。
【００２０】
また、被保持体１０１の離脱時においては、吸引電極１１１，１２１，１３１，１１２，１２２間への通電を止めても被保持体１０１の帯電が一定時間保持されるため、直ぐに離脱させることができないのであるが、本発明の静電チャック装置では静電反発力を作用させて浮上力を発生させることにより、静電吸引力の残留を無くし、被保持体１０１を低トルクにて直ちに離脱することができる。
【００２１】
さらに、本発明の静電チャック装置では、突出部材１１３，１２３，１３３，１４３，１５３の頂部のみが被保持体１０１と当接することから接触面積が小さく、また、位置決め時には被保持体１０１との摺動接触する圧力を飛躍的に小さくできるため、摺動摩擦で発生する粉体（パーティクル）の総量を激減させることができる。
【００２２】
例えば、絶縁基体１００上に静電浮上力発生機構（セル）を図４のように１５×１５個の合計２２５個配置し、パターン面積が２００×２６０ｍｍとなるようにするとともに、吸引電極１１１，１２１，１３１，１１２，１２２と反発電極１１４，１２４，１３４，１４４，１１５，１２５，１３５，１４５の面積比を１対１０、突出部材１１３，１２３，１３３，１４３，１５３を比誘電率が２０００のチタン酸バリウムで形成し、その厚みを１３０μｍとした静電チャック装置を試作し、ピーク電圧１５００Ｖ、周波数６８Ｈｚの正のパルス波形をもった電圧を正の吸引電極１１１、１２１、１３１と負の吸引電極１１２、１２２間に印加し、ピーク電圧１５００Ｖ、周波数６８Ｈｚの負のパルス波形をもった電圧を、正の反発電極１１４，１２４，１３４，１４４と負の反発電極１１５，１２５，１３５，１４５間に印加すると、厚さ０．７ｍｍの８インチのシリコンウエハに０．１５ｇ／ｃｍ2 の浮上力を発生させることができ、シリコンウエハの自重（０．１６ｇ／ｃｍ2 ）に対してわずかに小さく、完全な浮上には至らないものの、突出部材１１３，１２３，１３３，１４３，１５３との接触圧を１／１６に減少させることができる。そのため、実際発生した粉体（パーティクル）の総量を測定したところ、１００回の動作アクションでも０．００６ｍｇと、従来の静電チャックにおける１回の動作アクションでの０．０２ｍｇに比べて大きく改善することができた。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態のもののみに限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、例えば、静電浮上スピンドル、静電浮上アクチュエータ等々の一般機械装置にも広く応用できることは言うまでもなく、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、静電浮上力発生機構を、被保持体に対する一対の吸引電極と反発電極とを備えてなる絶縁基体と、前記吸引電極上に形成した誘電体からなる突出部材とから構成したことにより、前記吸引電極への電圧の印加による静電吸引力と、前記反発電極への電圧の印加による静電反発力との均衡により浮上力を発生させ、被保持体を静電的に支持することができる。
【００２５】
また、本発明は上記静電浮上力発生機構を複数整列させて配置して静電チャック装置を構成したことにより、粉体（パーティクル）汚染を激減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例である静電浮上力発生機構を示す斜視図である。
【図２】図１の静電浮上力発生機構の動作説明図である。
【図３】図１の静電浮上力発生機構の静電力発生電極に印加するパルス波形を示す図である。
【図４】図１の静電浮上力発生機構を用いた本発明に係る静電チャック装置を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ部を拡大した断面図である。
【図６】従来の静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
１００，２００    絶縁基体
１０１，２０１    被保持体
１０２，１０３，１０４，１０５    セル
１１１，１２１，１３１    正の吸引電極
１１２，１２２    負の吸引電極
１１３，１２３，１３３，１４３，１５３，２０４    突出部材
１１４，１２４，１３４，１４４    正の反発電極
１１５，１２５，１３５，１４５    負の反発電極
２０２    吸引電極
２０３    反発電極
２０５    吸引電源
２０６    反発電源
２０７    吸引電気力線
２０８    反発電気力線
３０１    吸引電極側へ印加される正のパルス波形
３０２    反発電極側へ印加される負のパルス波形
【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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