JP2007324260A - 静電チャック部材および静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着の面内不均一が生じない静電チャック部材およびそれを用いた静電チャック装置を提供する。
【解決手段】 静電チャック部材は、絶縁性材料よりなる絶縁層１と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の一面に設けた電極パターンを有する第１の電極層２および他面に設けた第２の電極層３と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜４、５とよりなり、そして第１の電極層の電極パターンが網状電極２１よりなり、また、第２の電極層が複数の島状電極３１よりなる電極パターンを有するものであって、前記第１の電極層の網状電極２１と第２の電極層の島状電極３１とが、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されている。この静電チャック部材を、基材上に第２電極層が基材側に位置するように貼着して静電チャック装置を作製する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電チャック部材およびそれを用いた静電チャック装置に関する。

静電チャック装置は、真空中で吸着機能を発揮し、且つ取り扱いが簡便であるために、ＩＣ製造工程において必要不可欠なものとなっている。とりわけ、プラスチックフィルムと銅箔で構成される静電チャック装置用電極シートは、安価に製造できるため、これを用いた静電チャック装置は広く普及している。

ＩＣ製造工程で使用される静電チャック装置は、単極型のものが一般的であり、この静電チャック装置では、半導体ウェハを電極と見做して、誘電体を介して電圧を印加することにより高い吸着力が発現する。

近年、プラスチックあるいはガラス等の絶縁性材料を固定するために静電チャック装置を利用することが試みられている。この場合、単極型静電チャック装置では静電吸着力を発現し難いので、電気的に絶縁された２つ以上の電極面を内蔵する双極型静電チャックを用いることが行われている。その様な双極型静電チャックは、同一面に電気的に絶縁された２つ以上の電極面が配設された構造を有しており、双方の電極間に数千ボルトの電位差を印加することによって絶縁性材料を静電的に吸着させている（例えば、特許文献１および２）。

この種の双極型静電チャックにおいては、電極間の絶縁は、接着剤あるいは粘着剤などの有機材料（以下、接着剤等と記載）を充填することにより確保することがあるが、電極パターン作製時の不具合、接着剤等に存在する異物、接着剤等を充填する工程で混入する異物や気泡が原因となって、短期間で絶縁破壊による故障が発生するという問題があった。

また、静電チャック装置を加熱して使用する際には、接着剤等の絶縁材料の絶縁抵抗値が著しく低下して電極間のリーク電流が増大したり、初期には異常がなくても、電極材に銅や銀を始めとする金属を使用する場合には、電極周辺の電場の作用などの影響でイオン化した電極材が次第に接着剤層等の絶縁材料の内部に溶出し、終には絶縁破壊を生じるといういわゆるエレクトロマイグレーションの問題があった。

これらの点を改善する目的で、絶縁層の一面に第１の電極層を設け、他面に第２の電極層を設けた静電チャック装置用電極シートが提案されている（特許文献３参照)。この特許文献に具体的に開示された電極シートは、第１の電極層が櫛型電極であり、また、第２の電極層は絶縁層の全面に設けられた、電極パターンのない、いわゆるベタ電極よりなるものである。このような櫛型電極を設けた電極シートにおいては、櫛型電極の電源に近い部分（源流部分）と電源から遠い部分（末端部分）との間が細く長い導電性部分となった配線になっている。このような構造の電極においては、電極の源流部分と末端部分との電位差により吸着の面内不均一が生じるという問題がある。この問題は、電極パターンが微細化し、単位面積における隣接電極の総延長が長くなるほど顕著になる。すなわち、電極の源流部分と末端部分の配線が「細く」「長く」なるほど、金属などの導電性物質からなる電極のわずかな内部抵抗による影響が顕著となり、源流部分と末端部分の電位差が生じやすくなる。したがって、このような電極シートを用いた静電チャック装置は、静電吸着表面内における電荷の不均一が起こり、被吸着部材（プラスチック、ガラス等）の均一な力での保持が行えなくなるという問題があり、被吸着部材を歪ませて内部応力を発生させたり、最悪の場合には部分的な吸着不良で吸着部材を落下させたりすることにつながる。
特開平１１−５４６０２号公報 特開２０００−２１９６１号公報 特開２００５−６４１０５号公報

本発明は、従来提案されている２層電極構造の静電チャック用電極シートにおける上記のような問題点を解決することを目的としてなされたものである。したがって、本発明の目的は、吸着の面内不均一が生じない静電チャック部材、およびそれを用いた静電チャック装置を提供することにある。

すなわち、本発明の静電チャック部材は、絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の一面に設けた電極パターンを有する第１の電極層および他面に設けた第２の電極層と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜とよりなり、前記第１の電極層側の絶縁性薄膜が吸着面となるものであって、前記第１の電極層の電極パターンが網状電極よりなることを特徴とする。

本発明の静電チャック部材において、第２の電極層が複数の島状電極よりなる電極パターンを有し、そして、前記第１の電極層の網状電極と第２の電極層の複数の島状電極とが、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されているのが好ましい。その場合、第２の電極層の複数の島状電極の面積は、第１の電極層の網状電極が存在しない部分（非パターン部分）の面積と同一であっても、又は小さくてもよい。

本発明の静電チャック装置は、上記の静電チャック部材を、基材上に第２電極層が基材側に位置するように貼着してなることを特徴とする。また、本発明の他の態様の静電チャック装置は、上記の静電チャック部材における第２の電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜を、絶縁性材料よりなる基材としたものである。

本発明の静電チャック部材は、第１の電極層が網状電極よりなる電極パターンを有するので、電源から遠い末端部分が存在しなくなるだけでなく、細く長い配線がなくなる。したがって、第１の電極層と第２の電極層の両電極間に電位差が生じるように電圧が印加された場合、電極面内の電位が均一になり、静電チャック吸着面内の電荷分布が均一になるという効果を生じる。すなわち、電極末端の電圧降下が防止されて面内電界分布が均一になり、被吸着部材（プラスチック、ガラス等）を均一な力で保持することができるようになる。更に、電荷移動が末端部ほど遅延することによる電極末端部の静電吸着応答性の遅延が防止される。したがって、被吸着部材の内部応力発生を防止し、部分的な吸着不良による吸着部材の落下を防止することができる。また、両電極間には、高絶縁性の絶縁層が介在するため、万一網状電極に異状があったり、異物や気泡が混入しても、その影響を受けることがない。

また、本発明において、第２の電極層が複数の島状電極よりなる電極パターンを有するものであって、第１の電極層の網状電極と第２の電極層の複数の島状電極とが、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されている場合には、両電極間に電位差が生じるように電圧が印加された場合、第１の電極層の網状電極の陰となる部分において、電界が殆ど形成されなくなり、被吸着体側に発生させるべき静電吸着力が強くなって静電吸着力を効果的に発現させることができるという効果も生じる。

したがって、本発明の静電チャック部材を用いて作製された静電チャック装置は、絶縁性材料に対して高い吸着力を発現し、且つ絶縁破壊に対する耐久性が高く、さらには高温環境での使用も可能である。特に、ガラスあるいはプラスチック等の絶縁性材料よりなる被吸着体を吸着する用途に関して利用価値が極めて高いものである。

以下、本発明を図面を参照して説明する。図１は、本発明の静電チャック部材の一例の模式的断面図である。また、図２は、絶縁層の表面に設けられた第１の電極層の電極パターンを説明するための図であり、図３は、絶縁層の裏面に設けられた第２の電極層の電極パターンを説明するための図である。図１において、絶縁性材料よりなる絶縁層１の一面に、図２に示す網状電極２１よりなる電極パターンを有する第１の電極層２が設けられ、他面に図３に示す複数の島状電極３１よりなる電極パターンを有する第２の電極層３が設けられており、それら電極層の表面が、絶縁性薄膜４および５によって被覆されている。この静電チャック部材１０において、第１の電極層の網状電極２１と第２の電極層の複数の島状電極３１とは、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されている。すなわち、第２の電極層の島状電極は、第１パターン電極層の網状電極が存在しない部分（非パターン部分）の下方に位置するように配置されている。なお、第２の電極層の複数の島状電極は、細線部分３２によって互いに電気的に接続されている。したがって、第１の電極層２と第２の電極層３との間には、絶縁層１を介して電位差が生じることになる。

本発明の静電チャック部材において、第２の電極層は、絶縁層の縁部を除いて導電性部分が全面を覆う全域導電部よりなるものであってもよい。

図４は、本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面図である。この静電チャック装置は、上記図１に示す構造の静電チャック部材１０が、基材７の上に接着剤層６によって、第２の電極層３が基材側に位置するように貼着されて構成されており、そして第１の電極層２側の絶縁性薄膜４が吸着面を形成している。

図５は、本発明の静電チャック装置の他の態様の一例の模式的断面図である。この静電チャック装置は、上記図１に示す構造の静電チャック部材１０における絶縁性薄膜５の代わりに、絶縁性材料よりなる基材７１によって第２の電極層の表面が覆われた構造になっており、第１の電極層２側に存在する絶縁性薄膜４が吸着面を形成している。

次に、本発明の静電チャック部材及び静電チャック装置を構成する各層について説明するが、静電チャック部材を構成する絶縁性薄膜、第１の電極層、第２の電極層および絶縁層の積層は、各種材料を接着剤を用いて貼り合わせる方法、各種材料を接着剤を用いないで貼り合わせる方法、蒸着、スパッタリング、めっき、溶射、エアロゾルデポジションなどにより直接各層を形成する方法など、適宜の方法によって実施すればよく、何ら限定されるものではない。

第１の電極層と第２の電極層との間に介在させる絶縁層を構成する絶縁性材料としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料、ポリイミドなどの有機高分子材料、シリコーン化合物などの無機高分子材料等、材質は何ら限定されるものではない。該絶縁性材料としてプラスチックフィルムを使用する場合は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アラミド、ポリオレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド等のフィルムが好ましい。特に、高耐熱性であるポリイミドフィルムは、高温時においてもリーク電流が増大せず、エレクトロマイグレーション発生の危険性が極めて小さいので、好ましく使用することができる。また、絶縁層は、上記材質が２層以上積層されたものであってもよい。

絶縁層の厚さは何等限定されるものではないが、１〜３００μｍの範囲が好ましく、入手のし易さ、取り扱いの簡便さを考慮すると厚さ１２．５〜３００μｍの範囲が好適である。絶縁層の厚さが１μｍより薄いと、絶縁性が不足し、数千ボルトの電位差の電圧で絶縁破壊が生じるため、好ましくない。また、厚さが３００μｍより厚い場合には吸着力が低下するので、好ましくない。絶縁層は、例えば前記絶縁性材料を溶剤に溶解して直接第２の電極層上に塗布して形成してもよいし、その他の方法で直接第２の電極層上に形成してもよい。また、絶縁層は、前記絶縁性材料からなるフィルムを第２の電極層上に積層して形成してもよい。また、フィルムの場合は、２つ以上積層して形成してもよい。

上記絶縁層の吸着面側の一面には電極パターンを有する第１の電極層が設けられるが、電極パターンは網状電極よりなることが必要である。網状電極の網目の形状、電極の幅、および網目のサイズは、適宜設定することができる。図６は、網目が円形の網状電極の平面図、図７は、網目が六角形の網状電極の平面図である。

また、第２の電極層は、全域が導電部であるベタ電極よりなっていてもよいが、島状電極よりなる電極パターンを有することが好ましい。島状電極の形状およびサイズは適宜決定すればよく、例えば、図３に示すような四角形、図８に示すような円形、図９に示すような六角形など、任意の形状のものが例示される。第２の電極層が島状電極よりなる電極パターンを有する場合、第１の電極層の網状電極と第２の電極層の島状電極とが、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されているのが望ましい。その場合、第２の電極層の島状電極の面積が、第１の電極層の網状電極が存在しない部分の面積と同一であってもよく、あるいは小さくてもよい。また、島状電極の各電極は、適宜の手段によって互いに電気的に接続されている。

第１の電極層および第２の電極層は、各種金属箔、導電性フィルム、導電性ペースト等を用い、蒸着、貼着、塗布、エッチング等によって形成することができる。材質および厚さは何ら制限されるものではないが、膜厚は、長期に亘って導電性が確保できる範囲内であれば薄い方が好ましく、厚さ１５０μｍ以下、とりわけ３５μｍ以下の金属箔、例えば銅箔が好適である。厚さが１５０μｍより厚くなると、パターンの作製が困難であるため好ましくない。

被吸着物および基材に対する絶縁性を確保するために、第１の電極層および第２の電極層はそれぞれ絶縁性薄膜で被覆する。また、放電が起こるのを防止するために、第１の電極層および第２の電極層の端縁は外部に露出しないように絶縁性薄膜で封入された状態になっていることが必要である。

絶縁性薄膜の好適な材料としては、前述の第１の電極層−第２の電極層間の絶縁に使用される絶縁性材料と同様のものが使用され、また、絶縁性アルミナを始めとする各種無機材料、エポキシ樹脂組成物を始めとする高分子材料等もあげることができる。

第１の電極層上に設ける絶縁性薄膜の膜厚は、１〜３００μｍの範囲に設定される。被吸着物から電極層までの距離が１μｍより小さいと機械的強度が不足するため耐久性がなく、３００μｍより大きいと吸着力が低下する。２５〜１５０μｍの範囲に設定することがさらに望ましいが、実使用に際しては、静電チャック装置として所望する機能と使用する材料の特性によって適宜決定すればよい。また、第２の電極層上に設ける絶縁性薄膜の膜厚は、基材との間で絶縁性が確保できればよいので、適宜設定すればよい。

なお、絶縁性薄膜は、単一層構成、複数材料の積層構造の何れも使用できる。積層構造の場合、絶縁性が確保された状態となっていれば、導電性材料が内包されていても構わない。

本発明の静電チャック装置は、基材上に上記の静電チャック部材を貼着して形成される。その場合、静電チャック部材の第２の電極層が基材側に位置するように貼着して、第１の電極層を被覆する絶縁性薄膜が吸着面を形成するようにする。基材としては、特に限定されるものではなく、例えばアルミニウム基材等の金属基材を使用することができる。また、本発明の他の静電チャック装置は、上記の静電チャック部材における第２の電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜を絶縁性材料よりなる基材としたものである。この場合も、第１の電極層を被覆する絶縁性薄膜が吸着面となる。絶縁性材料よりなる基材としては、特に限定されるものではなく、前記絶縁性薄膜について説明した絶縁性材料からなるものを使用することができる。

本発明において、上記の静電チャック部材や、上記の静電チャック装置の基材には、必要に応じてガス噴射、冷媒等による温度調節、リフターピン装置、検出器設置などのために穴加工や溝加工を施してもよく、温度調節用のヒーターなど、付属機器を内蔵させてもよい。

本発明の静電チャック部材を構成する各層の積層は、上記のように適宜の方法によって実施すればよいが、それら各層の積層および静電チャック部材と基材の貼着に接着剤を用いる場合、接着剤としては、非導電性の接着剤が好ましい。高い絶縁信頼性を確保するためには、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂等で構成される接着剤が好適である。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに柔軟性を付与するためにＮＢＲを始めとする各種エラストマーを配合してもよく、熱伝導性を向上させるために金属粉やアルミナを始めとする各種無機フィラーを分散させてもよい。接着特性を向上させるためにカップリング剤を添加することも有効である。また、接着剤は液状、固体の何れの性状でもよい。なお、電極層に接する部分以外であれば、高い絶縁性を必要としないため、接着剤等を選定するに当って何ら制限は無く、場合によっては導電性の接着剤等を使用しても構わない。

上記の接着剤を用いる場合、形成される接着剤層の厚さは、層間接着力が確保できる範囲内であれば薄い方が好ましい。具体的には１００μｍ以下、より好ましくは１〜５０μｍである。

接着剤による積層方法に関しても何ら制限は無いが、取り扱い性の簡便さ、および積層後の厚さ精度を確保するためには、常温において固体の接着剤が剥離性フィルムに所定の厚さで塗布された、いわゆるドライフィルムを用いて転写して使用することが望ましい。また、予め常温固体の接着剤が片面もしくは両面に塗布された接着剤付きプラスチックフィルムを使用してもよい。さらにまた、例えばポリイミドフィルムの片面もしくは両面に、銅箔が直接積層された構造のものを使用して、ポリイミドフィルム上に接着剤等を介さずに電極層を設けてもよい。

本発明の静電チャック部材を用いた静電チャック装置の第１の電極層−第２の電極層間に電位差が生じるように電圧を印加すると、第１の電極層側の絶縁性薄膜上に被吸着体が吸着されるようになる。電圧印加方式は、第１の電極層と第２の電極層の間に電位差を生じさせることができるものであれば何れの方式も適用できる。すなわち、吸着面側に配置した第１の電極層と基材側に配置した第２の電極層の間に異なる極性の電圧を印加する方法、第１の電極層を接地して（アース極）、第２の電極層に＋または−の電圧を印加する方法、第２の電極層を接地して、第１の電極層に＋または−の電圧を印加する方法のいずれを用いてもよい。しかしながら、第１の電極層を接地して、第２の電極層に直流電圧を印加する方法が最も好ましい。これらの方式を採れば、使用中に被吸着体と吸着面の間に異物が存在したり、あるいは吸着面に瑕疵が生じた場合にも、絶縁破壊の発生を防ぐことが可能である。

以下、より詳細な具体例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。

（例１）（静電チャック装置の製作）
ポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製、商標名：カプトン２００Ｈ、厚さ５０μｍ）の両面に、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介して、厚さ１２μｍの銅箔（三井金属鉱業社製、商標名：ＴＱ−ＶＬＰ）を積層する。続いてエッチングによって一方の銅箔面に、幅０．８ｍｍの網部分（導電性部分）と１．５ｍｍ×１．５ｍｍの網目部分（絶縁性部分）を有する網状電極（図２に示す形状）よりなる網状パターンを有する、第１の電極層を形成する。また、他方の銅箔面に、同様にして１．５ｍｍ×１．５ｍｍの島状電極（図３に示す形状）よりなる電極パターンを有する、エリアが９０×９０ｍｍの第２の電極層を形成する。その場合、ポリイミドフィルムに対して垂直方向から見て、第２の電極層の島状電極が、第１の電極層の網状電極（導電性部分）と重ならないようにエッチングを施す。すなわち、第１の電極層の導電性部分が第２の電極層の絶縁性部分に位置するように島状電極を形成する。なお、エッチングに際して、島状電極の個々の電極間に、幅１００μｍの細線部分を形成し、各島状電極が相互に電気的に接続するようにする。その後、さらに両方の電極層上にそれぞれ厚さ２０μｍの接着剤フィルムを介してポリイミドフィルム（カプトン２００Ｈ）を積層し、シート状静電チャック部材を得る。

このシート状静電チャック部材を所定の寸法に裁断した後、第２の電極層側を、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを用いて５×１００×１００ｍｍのアルミニウム基材に貼着し、静電チャック装置を製作する。

なお、上記の貼着に使用した接着剤フィルムは、次の通りのものである。レゾールフェノール樹脂（昭和高分子社製、商標名：ショウノールＣＫＭ−９０８Ａ）とＮＢＲ（日本ゼオン社製、商標名：Ｎｉｐｏｌ １００１）との重量比１：１の組成物を接着剤として用いる。この組成物をメチルエチルケトンに溶解して固形分が３０重量％の接着剤塗料を調製し、離型性ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）の片面に塗布した後、１５０℃で３分間加熱乾燥して、厚さ２０μｍの接着剤フィルムを作製する。

また、ポリイミドフィルム上あるいは銅箔上への接着剤フィルムの積層、および接着剤フィルム上への銅箔あるいはポリイミドフィルムの積層は、全て１５０℃の高温連続ラミネーションで実施する。

シート状静電チャック部材とアルミニウム基材の貼り合わせは、１５０℃／３０分間の真空プレスで行い、真空プレス作業後に接着剤の熱硬化を完了させるために通風オーブン内で１５０℃／１２時間の熱処理を施す。

（例２）
吸着面に使用するポリイミドフィルムを、カプトン２００Ｈに代えてユーピレックス７５Ｓ（宇部興産社製、厚さ７５μｍ）とする以外は、例１と同様の材料および作業条件によって、静電チャック装置を製作する。

本発明の静電チャック部材の一例の模式的断面図である。 第１の電極層の一例の平面図である。 第２の電極層の一例の平面図である。 本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面図である。 本発明の静電チャック装置の他の態様の一例の模式的断面図である。 第１の電極層の他の一例の平面図である。 第１の電極層の更に他の一例の平面図である。 第２の電極層の他の一例の平面図である。 第２の電極層の更に他の一例の平面図である。

符号の説明

１…絶縁層、２…第１の電極層、３…第２の電極層、４…絶縁性薄膜、５…絶縁性薄膜、６…接着剤層、７…基材、１０…静電チャック部材、２１…網状電極、３１…島状電極、３２…細線部分、７１…基材。

Claims (8)

1. 絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の一面に設けた電極パターンを有する第１の電極層および他面に設けた第２の電極層と、これら２つの電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜とよりなり、前記第１の電極層側の絶縁性薄膜が吸着面である静電チャック部材であって、前記第１の電極層の電極パターンが網状電極よりなることを特徴とする静電チャック部材。
2. 第２の電極層が複数の島状電極よりなる電極パターンを有するものであって、前記第１の電極層の網状電極と第２の電極層の島状電極とが、電極層面に対して垂直方向から見て、互いに重なり合わないように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック部材。
3. 第２の電極層の複数の島状電極の面積が、第１の電極層の網状電極が存在しない部分の面積と同一であるか、又は小さいことを特徴とする請求項２に記載の静電チャック部材。
4. 第１の電極層の網状電極および第２の電極層の電極が厚さ１５０μｍ以下の金属箔よりなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック部材。
5. 絶縁性材料よりなる絶縁層が厚さ１〜３００μｍのポリイミドフィルム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部材。
6. 第１の電極層および第２の電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜が厚さ１〜３００μｍのポリイミドフィルムよりなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック部材。
7. 請求項１に記載の静電チャック部材を、基材上に第２の電極層が基材側に位置するように貼着してなることを特徴とする静電チャック装置。
8. 絶縁性材料よりなる絶縁層と、該絶縁層を介して電位差を生じさせるための該絶縁層の一面に設けた電極パターンを有する第１の電極層および他面に設けた第２の電極層と、前記第１の電極層の表面を被覆する絶縁性薄膜と、前記第２の電極層の表面を被覆する絶縁性材料よりなる基材とよりなり、前記絶縁性薄膜が吸着面である静電チャック部材であって、前記第１の電極層の電極パターンが網状電極よりなることを特徴とする静電チャック装置。

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