JP2003179128A

JP2003179128A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2003179128A
Application number: JP2001377170A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi Morita; 直年森田; Shigehito Sakai; 茂仁坂井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高い吸着力で確実に被吸着物を吸着固定でき
る静電チャックを提供すること。【解決手段】静電チャック（１）の内部には、一対の
内部電極（９）、（１１）が埋設されている。また、静
電チャック１の他方の面は、例えばガラス板やセラミッ
ク板の様な絶縁性を有する被吸着物１３を吸着固定する
吸着面（チャック面）１５とされている。内部電極
（９）、（１１）は、左右対称な電極であり、互いに多
くのくし歯（１７）、（１９）が入り込んでいるくし歯
状電極である。この内部電極９、（１１）のくし歯（１
７）、（１９）は５組（５対）あり、向かい合う内部電
極（９）、（１１）の境界部分（２１）の長さは、静電
チャック（１）のチャック面１５の面積１００ｃｍ²に
対して３０ｃｍ以上とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶製造装
置において、ガラス基板等を吸着して保持することがで
きる静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、静電チャックは、例えば半導
体製造装置において、被吸着物である半導体ウエハー
（例えばシリコンウエハー）を固定してエッチング等の
加工を行ったり、半導体ウエハーを吸着固定して反りを
矯正したり、半導体ウエハーを吸着して搬送するなどの
目的で使用されている。

【０００３】前記静電チャックとしては、例えば円盤状
の絶縁体の表面にチャック面（吸着面）を備え、絶縁体
の内部に一対の電極（分割電極）を対向させて埋設した
ものが知られている。この静電チャックによって、例え
ば半導体ウエハーを固定する場合には、一対の電極間に
直流の高電圧を印加し、クーロン力又はジョンソンラー
ベック力を発生させ、この力を利用して半導体ウエハー
を吸着して固定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の静電チャックでは、半導体ウエハー以外の部材
を吸着しようとする場合、例えばガラス基板やセラミッ
ク基板などの絶縁物を吸着して固定しようとする場合に
は、それらは絶縁物であるため、大きなクーロン力又は
ジョンソンラーベック力が得られず、結果としては、十
分な吸着力（チャック力）を得ることができないという
問題があった。

【０００５】例えば液晶を製造する工程で、液晶を形成
するガラス基板を静電チェックで吸着固定しようとする
場合には、ガラス基板を十分な吸着力で固定する必要が
あるが、従来の静電チャックでは、十分な吸着力を得る
ことができないという問題があった。

【０００６】そのため、液晶製造の際の各種処理工程中
に、ガラス基板が動いてしまい、精度のよい加工や処理
ができないという不具合があった。本発明は、前記課題
を解決するためになされたものであり、高い吸着力で確
実に被吸着物を吸着固定できる静電チャックを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】（１）請
求項１の発明は、（例えばセラミック製の）絶縁体の内
部に一対の電極を備えた静電チャックにおいて、一対の
電極が相対する境界部分の長さが、静電チャックのチャ
ック面の面積１００ｃｍ²に対して３０ｃｍ以上である
ことを特徴とする静電チャックを要旨とする。

【０００８】本発明では、向かい合う一対の電極の境界
部分の長さが、静電チャックのチャック面の面積１００
ｃｍ²に対して３０ｃｍ以上と長いので、その電極間に
（直流又は交流の）電圧を印加した場合に、被吸着物を
吸着するのに十分な吸着力、例えば１０００Ｐａ以上の
吸着力が得られる。

【０００９】これにより、ガラスやセラミック等の絶縁
性を有する被吸着物であっても、十分な吸着力で確実に
吸着して固定することができる。尚、相対する電極の間
隔（境界部分の幅）は、０．５〜２．０ｍｍであると、
十分な吸着力を発揮できるだけでなく、電極間のショー
トを防止でき、その製造も容易であるので、好適であ
る。

【００１０】（２）請求項２の発明は、電極の形状が、
くし歯状、リング状、渦巻き状、及びメッシュ状のいず
れかであることを特徴とする請求項１に記載の静電チャ
ックを要旨とする。本発明は、電極形状を例示したもの
であり、この様な形状とすることにより十分に境界部分
の長さを確保することができる。

【００１１】例えば互いのくし歯が入り組んでいるくし
歯状の場合には、６インチサイズで５組以上、８インチ
サイズで１０組以上、１２インチサイズで１５組以上の
くし歯が形成されていると、大きな吸着力が得られるの
で、好適である。（３）請求項３の発明は、電極間に高電圧の交流を印加
することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャ
ックを要旨とする。

【００１２】本発明では、電極間に（例えば±３ｋＶ以
上の）高電圧の交流を印加するので、直流を印加する場
合と比べて、吸着力が大きいという利点がある。尚、交
流の印加に代えて、直流を印加することも可能である。（４）請求項５の発明は、電極間に印加する交流の周波
数が、１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする前記請
求項３に記載の静電チャックを要旨とする。

【００１３】本発明は、印加する交流の周波数を例示し
たものであり、この周波数は、余り高いと、例えば高周
波高電によりエッチング等の処理を行う際に影響を及ぼ
すので、ここでは、１０００Ｈｚ以下を採用する。尚、
通常は、商用周波数である５０Ｈｚや６０Ｈｚを使用す
ることができる。

【００１４】（５）請求項５の発明は、絶縁体の体積固
有抵抗が、１×１０¹²Ωｍ以上であることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャックを要旨と
する。境界部分の長さは、前記請求項１に記載されてい
る様に従来より長いので、電極間の幅は従来より狭くな
っている。そのため、ジョンソン・ラーベック効果を得
るために、比較的低めの体積固体抵抗の絶縁体を使用す
ると、両電極間に電流が流れることがあるので、電源へ
の負担が増加したり、静電チャックが発熱する。

【００１５】そこで、本発明では、絶縁体の体積固有抵
抗を、１×１０¹²Ωｍ以上とすることにより、両電極間
に電圧を印加した場合でも、両電極間に電流が流れるこ
とを防止でき、これにより、電源の負担の増加や静電チ
ャックの発熱を防止することができる。

【００１６】尚、絶縁体の体積固体抵抗は、チャック面
に接触させた導体と内部電極との間に電圧を印加し、そ
の間の抵抗（体積固体抵抗）を測定することにより求め
ることができる。（６）請求項６の発明は、静電チャックは、絶縁性を有
する被吸着物を吸着して保持するものであることを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャックを
要旨とする。

【００１７】本発明の静電チャックは、絶縁性を有する
被吸着物に対して、大きな吸着力を有するので、その様
な被吸着物を確実に吸着して保持することができる。（７）請求項７の発明は、絶縁性を有する被吸着物は、
セラミック又はガラスからなることを特徴とする請求項
６に記載の静電チャックを要旨とする。

【００１８】本発明は、絶縁性を有する被吸着物を例示
したものであり、上述した各発明の構成を備えた静電チ
ャックは、セラミック又はガラスのような絶縁部材であ
っても、大きな吸着力で固定することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の静電チャックの
実施の形態の例（実施例）について説明する。（実施例１）ここでは、ガラス基板等の絶縁性の基板を
吸着保持できるセラミック製の静電チャックを例に挙げ
る。

【００２０】ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造
について説明する。尚、図１は静電チャックを図２のＡ
−Ａに対応する箇所にて破断して示す斜視図、図２は静
電チャックの電極面を示す説明図である。図１に示す様
に、本実施例の静電チャック１は、例えば直径３００ｍ
ｍ×厚み３ｍｍの円盤状のセラミック体を基体２として
おり、静電チャック１の一方の面（同図下方の裏面）に
は、例えばインジウムからなる接合層３を介して、例え
ば直径３５０ｍｍ×厚み２０ｍｍの金属製の円盤状のベ
ース板５が接合されている。尚、静電チャック１にベー
ス板５が接合されたものを静電チャック装置７と称す
る。

【００２１】前記静電チャック１を構成する基材２は、
例えばアルミナ質の焼結体からなるセラミック製の絶縁
体であり、その体積固有抵抗は、１×１０¹²Ωｍ以上で
ある。また、静電チャック１の内部（従って基体２の内
部）には、一対の内部電極９、１１が埋設されており、
静電チャック１の他方の面（同図上方の表面）は、例え
ばガラス板やセラミック板の様な絶縁性を有する被吸着
物１３を吸着固定する吸着面（チャック面）１５とされ
ている。

【００２２】前記内部電極９、１１は、図２に示す様
に、左右に対称な電極であり、互いに多くのくし歯１
７、１９が入り込むくし歯状電極である。この内部電極
９、１１のくし歯１７、１９は５組（５対）あり、向か
い合う内部電極９、１１の境界部分（離れて絶縁されて
いる部分）２１の長さは、静電チャック１のチャック面
１５の面積１００ｃｍ²（単位面積）に対して３０ｃｍ
以上とされている。また、境界部分２１の幅は、０．５
〜２．０ｍｍの範囲内に設定されている。

【００２３】尚、境界部分２１の長さは、境界部分２１
の幅の中央の位置における長さであり、以下では、前記
１００ｃｍ²当たりの長さを、面積当たり長さと称す
る。図１に戻り、前記内部電極９、１１には、内部電極
９、１１に電圧を印加できるように、静電チャック１の
基体２及びベース板５を貫いて、リード部（図示せず）
が形成されている。

【００２４】また、静電チャック１内には、内部電極
９、１１よりベース板５側に、加熱処理が必要な工程に
対応するために、ヒータ電極２１（図３参照）が配置さ
れており、このヒータ電極２１からも、ヒータ電極２１
に（直流の）電圧を印加するために、静電チャック１の
基体２及びベース板５を貫いて、リード部（図示せず）
が形成されている。

【００２５】更に、前記ベース板５は、例えばアルミニ
ウムからなる金属製であり、静電チャック１の全体を載
置するように、静電チャック１より大径とされている。
尚、静電チャック１及びベース板５を図１の上下方向に
貫いて、貫通孔（図示せず）を設け、この貫通孔を介し
て、チャック面１５側に冷却用のＨｅガスを供給しても
よい。また、この貫通孔を、チャック面１５に吸着され
た被吸着物１３を押して離脱させるロッド（図示せず）
の挿通孔として利用することもできる。

【００２６】上述した構成の静電チャック１を使用する
場合には、両内部電極９、１１間に、１０００Ｈｚ以下
（例えば５０Ｈｚ）の１００Ｖの交流電圧を印加し、こ
れにより、被吸着物１３を吸着する静電引力（吸着力）
を発生させ、この吸着力を用いて被吸着物１３を吸着し
て固定する。

【００２７】尚、交流電圧ではなく、例えば±３０００
Ｖ程度の直流の電圧を印加することも可能である。ｂ）
次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、
図３に基づいて説明する。

【００２８】(1)原料としては、主成分であるアルミナ
粉末：９２重量％に、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重
量％、ＳｉＯ₂：６重量％を混合して、ボールミルで、
５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。 (2)次に、この粉末に（粉末に対する割合として）、メ
タクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエス
テル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオク
チルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤とし
て、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、
ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。

【００２９】(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平
板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、厚さ０．
８ｍｍの第３アルミナグリーンシート２７を形成する。 (4)また、タングステン粉末にセラミック成分を混ぜ
て、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタラ
イズインクとする。

【００３０】(5)そして、前記第３アルミナグリーンシ
ート２７上に、前記メタライズインクを用いて、通常の
スクリーン印刷法により、ヒータ電極２１のパターン２
２を印刷する。 (6)次に、ヒータ電極２１のパターン２２を印刷した前
記第３アルミナグリーンシート２７の表面に、第３アル
ミナグリーンシート２７と同様にして製造した第２アル
ミナグリーンシート２５を載置する。

【００３１】(7)次に、第２アルミナグリーンシート２
５上に、タングステン単体からなるメタライズインク、
又はタングステンとモリブデンを混合したメタライズイ
ンクを用い、スクリーン印刷法により、静電チャックパ
ターン、即ち内部電極９、１１のパターン１０、１２を
印刷する。

【００３２】(8)次に、静電チャックパターン１０、１
２を印刷した第２アルミナグリーンシート２５上と、第
３アルミナグリーンシート２７の下面側に、それぞれ同
様な第１アルミナグリーンシート２３と第４アルミナグ
リーンシート２９を重ねて熱圧着し、全体の厚みを約５
ｍｍとする。

【００３３】尚、各電極９、１１、２１は、（リード部
を構成する）スルーホールにより、最下層の第４アルミ
ナグリーンシート２９裏面の引き出して、各電極９、１
１、２１に電圧を印加するための端子（図示せず）を設
ける。 (9)次に、熱圧着したシートを、所定の円板形状（例え
ば８インチサイズの円板形状）にカットする。

【００３４】(10)次に、カットしたシートを、還元雰囲
気にて、１４００〜１６００℃にて焼成する。この焼成
より、寸法が約２０％小さくなるため、焼成後のセラミ
ック体の厚みは、約４ｍｍとなる。 (11)そして、焼成後に、研磨によって、セラミック体の
全厚みを３ｍｍとするとともに、チャック面１５の平面
度が３０μｍ以下となるような加工を行う。

【００３５】(12)次に、端子部にニッケルメッキを施
し、更にこのニッケル端子をロー付け又は半田付けし
て、本実施例の静電チャック１を完成する。尚、この静
電チャック１は、その後、ベース板５上に例えばインジ
ウムを用いて接合され、静電チャック装置７となる。

【００３６】ｃ）次に、本実施例の効果について説明す
る。本実施例では、静電チャック１に埋設された一対の
内部電極９、１１が、くし歯状であり、その面積当たり
長さが３０ｃｍ以上と長いので、内部電極９、１１間に
電圧を印加した場合に、被吸着物１３を吸着するのに十
分な吸着力が得られる。これにより、ガラスやセラミッ
ク等の絶縁性を有する被吸着物１３であっても、十分な
吸着力で確実に吸着して固定することができる。

【００３７】また、本実施例では、内部電極９、１１間
に、高電圧の交流を印加するので、直流を印加する場合
と比べて、吸着力が大きいという利点がある。更に、本
実施例では、内部電極９、１１間に印加する交流の周波
数が、１０００Ｈｚ以下であるので、例えば被吸着物１
３にエッチング等の処理を行う際に、例えばＲＦ電極へ
ノイズを与える様な悪影響が発生することがない。

【００３８】その上に、実施例では、静電チャック１を
構成する基体２の体積固有抵抗が、１×１０¹²Ωｍ以上
であるので、電源の負担の増加や静電チャック１の発熱
を防止することができる。（実験例）次に、本実施例の効果を確認するために行っ
た実験例について説明する。

【００３９】ここでは、前記実施例１と同様な構成で、
６インチサイズ（直径）とするとともに、その面積（１
００ｃｍ²）当たり長さが５０ｃｍ、隣合う電極間の距
離が１ｍｍの静電チャックを製造した。そして、この静
電チャックの内部電極に対して、周波数を代えて交流電
流を加えた場合の吸着力を調べた。具体的には、静電チ
ャックに、被吸着物として、６インチの液晶ガラスの板
材を吸着させた状態で、被吸着物の中央に接合した棒材
に対して、被吸着物を剥がす様な力を加え、その力を吸
着力として測定した。その結果を下記表１に記す。

【００４０】尚、吸着力の単位は［Ｐａ］である。

【００４１】

【表１】この表１から明らかな様に、面積当たり長さが３０ｃｍ
以上の場合には、３０ｃｍ未満の場合と比べて、高い吸
着力が得られることが分かる。

【００４２】特に、面積当たり長さが５０ｃｍ以上で、
且つ周波数が５０Ｈｚ以上の場合には、吸着力が１００
０Ｐａ以上を確保できることが分かる。（実施例２）次に、実施例２について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略する。

【００４３】本実施例の静電チャックは、前記実施例１
とは、内部電極のパターンが異なるので、そのパターン
について説明する。図４に電極面を示す様に、本実施例
の静電チャック３１は、例えば直径３００ｍｍの円盤状
であり、その内部には、一対の内部電極３３、３５が埋
設されている。

【００４４】つまり、一方の内部電極３３は、３種の径
の異なるリング電極３７、３９，４１を備えており、そ
れらは、スルーホール等を介して接続されている。同様
に、他方の内部電極３５も、３種の径の異なるリング電
極４３、４５，４７を備えており、それらは、スルーホ
ール等を介して接続されている。

【００４５】そして、各リング電極３７〜４７（即ち３
対のリング電極３７〜４７）は、隣り合う内部電極３
３、３５が異なる様に、順番に配置されている。本実施
例の静電チャック３１は、前記実施例１と内部電極３
３、３５の形状が異なるものの、面積当たりの長さが３
０ｃｍ以上とされているので、前記実施例１と同様な効
果を奏する。（実施例３）次に、実施例３について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略する。

【００４６】本実施例の静電チャックは、前記実施例１
とは、内部電極のパターンが異なるので、そのパターン
について説明する。図５に電極面を示す様に、本実施例
の静電チャック５１は、例えば直径３００ｍｍの円盤状
であり、その内部には、一対の内部電極５３、５５が埋
設されている。

【００４７】つまり、両方の内部電極５３、５５は、ら
せん状であり、長い距離に亘って互いに隣り合うように
配置されている。本実施例の静電チャック５１は、前記
実施例１と内部電極５３、５５の形状が異なるものの、
面積当たりの長さが３０ｃｍ以上とされているので、前
記実施例１と同様な効果を奏する。

【００４８】尚、本実施例では、静電チャック５１に３
箇所の貫通孔５７を設けているので、この貫通孔５７を
利用して、チャック面に冷却用のＨｅガスを供給した
り、被吸着物を分離するロッド等を通すようにしてもよ
い。（実施例４）次に、実施例４について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略する。

【００４９】本実施例の静電チャックは、前記実施例１
とは、内部電極のパターンが異なるので、そのパターン
について説明する。図６に電極面を示す様に、本実施例
の静電チャック６１は、例えば直径３００ｍｍの円盤状
であり、その内部には、一対の内部電極６３、６５が埋
設されている。

【００５０】つまり、内部電極６３は、複数の（正方形
等）の略角形電極６７、６９等（一方の斜線で示す）を
備えており、それらは、スルーホール等を介して接続さ
れている。同様に、他方の内部電極６５も、複数の（正
方形等）の略角形電極７１、７３等（他方の斜線で示
す）を備えており、それらは、スルーホール等を介して
接続されている。

【００５１】そして、各略角形電極６７〜７３等（即ち
複数対の略角形電極６７〜７３等）は、隣り合う内部電
極６５、６５が異なる様に配置されている。本実施例の
静電チャック６１は、前記実施例１と内部電極６３、６
５の形状が異なるものの、面積当たりの長さが３０ｃｍ
以上とされているので、前記実施例１と同様な効果を奏
する。（実施例５）次に、実施例５について説明するが、前記
実施例１と同様な箇所の説明は省略する。

【００５２】図７に静電チャック装置を破断して示す様
に、本実施例の静電チャック７１は、例えば直径３００
ｍｍの円盤状であり、その内部には、一対の内部電極７
３、７５が埋設されている。この内部電極７３、７５
は、前記実施例２と同様に、複数のリング電極７７〜８
３を備えているが、本実施例では、２組のリング電極７
７〜８３が対になっている。

【００５３】特に、本実施例では、静電チャック７１内
に、冷却用のＨｅガスが流入するガス流路８５が設けら
れており、このガス流路８５は、チャック面８７に形成
されたリング状の溝８９に開口するとともに、ベース板
９１を貫通して、ベース板９１の裏側（同図下方）に開
口している。

【００５４】従って、このガス流路８５に、熱伝導が良
好なＨｅガスを導入してチャック面８７側から放出し、
チャック面８７とガラス基板等の被吸着物の裏面との間
にＨｅガスを充填することにより、被吸着物を効率よく
冷却することができる。そのため、被吸着物の温度が上
昇する様な例えばエッチング処理を行う場合でも、被吸
着物の温度が過度に上昇することを防止することができ
る。

【００５５】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。例え
ば静電チャックの材料としては、アルミナ質材料以外
に、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、マ
グネシアなどを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の静電チャック装置を一部破断して
示す斜視図である。

【図２】実施例１の静電チャックの電極面を示す説明
図である。

【図３】実施例１の静電チャックを分解して示す説明
図である。

【図４】実施例２の静電チャックの電極面を示す説明
図である。

【図５】実施例３の静電チャックの電極面を示す説明
図である。

【図６】実施例４の静電チャックの電極面を示す説明
図である。

【図７】実施例５の静電チャック装置を一部破断して
示す斜視図である。

【符号の説明】

１、３１、５１、６１、７１…静電チャック２…基体５、９１…ベース板７…静電チャック装置９、１１、３３、３５、５３、５５、６３、６５、７
３、７５…内部電極１３…被吸着物１５、８７…チャック面（吸着面）

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１２月１２日（２００１．１２．
１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】本発明では、電極間に（例えば±３ｋＶ以
上の）高電圧の交流を印加するので、直流を印加する場
合と比べて、吸着力が大きいという利点がある。尚、交
流の印加に代えて、直流を印加することも可能である。
（４）請求項４の発明は、電極間に印加する交流の周波
数が、１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする前記請
求項３に記載の静電チャックを要旨とする。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体の内部に一対の電極を備えた静電
チャックにおいて、前記一対の電極が相対する境界部分の長さが、前記静電
チャックのチャック面の面積１００ｃｍ²に対して３０
ｃｍ以上であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】前記電極の形状が、くし歯状、リング
状、渦巻き状、及びメッシュ状のいずれかであることを
特徴とする前記請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】前記電極間に高電圧の交流を印加するこ
とを特徴とする前記請求項１又は２に記載の静電チャッ
ク。
【請求項４】前記電極間に印加する交流の周波数が、
１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする前記請求項４
に記載の静電チャック。
【請求項５】前記絶縁体の体積固有抵抗が、１×１０
¹²Ωｍ以上であることを特徴とする前記請求項１〜４の
いずれかに記載の静電チャック。
【請求項６】前記静電チャックは、絶縁性を有する被
吸着物を吸着して保持するものであることを特徴とする
前記請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項７】前記絶縁性を有する被吸着物は、セラミ
ック又はガラスからなることを特徴とする前記請求項６
に記載の静電チャック。