JP4891155B2 - 静電チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体装置において、ウエハ等の導電体、半導体および液晶用ガラス基板等の絶縁体を良好に保持吸着するための静電チャック装置に関する。

近年、静電チャック装置は半導体ウエハのみならず、ガラス基板、フィルム等の絶縁性基板を使用した液晶パネルを製造する際にも使用されるようになっている。
静電チャック装置は吸着用電極となる導電性の支持部材とそれを被覆する誘電性の材料が主要部分となり、ガラス基板等の被吸着体を吸着させるものである。その原理は、静電チャック装置内の吸着用電極に電圧を印加することにより、被吸着体と支持部材の間に電位差を生じさせることによって、誘電層の間に静電気的な吸着力を発生させることによる。これによって、被吸着体は導電性の支持部材に対しほぼ平坦に支持される。

従来の静電チャック装置として、被吸着体を吸着する部位に絶縁性有機フィルムを使用した静電チャック装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、被吸着体を吸着する部位にセラミックスを溶射した静電チャック装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２３５５６３号公報 実公平６−３６５８３号公報

ところで、上記特許文献に記載されている静電チャック装置において、該静電チャック装置が被吸着体を吸着しているか否かの吸着状態は、静電チャック装置と被吸着体間のギャップを目視によって確認することが一般的である。しかし、被吸着体が吸着していても吸着していなくても、静電チャック装置と被吸着体が接触している点においては変わらないため、目視による確認方法は信頼性が低いものであった。
また、被吸着体にガラス等の透明な薄膜体を使用することがある場合、静電チャック装置上に該薄膜体が存在しない時においても、被吸着体が存在しているか否かを目視によって確認せざるを得ないものであった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、静電チャック装置に対する被吸着体の吸着状態、すなわち、静電チャック装置上に被吸着体が存在するか否か、被吸着体が吸着されているか否か、を確認することができる静電チャック装置を提供することを目的とする。
また、被吸着体が絶縁体（ガラス・フィルム等）であっても被吸着体の吸着状態を確認することができる静電チャック装置を提供することも目的とする。

本発明は、基板上に、１以上の接着層と１以上の絶縁層とが交互に、かつ最表面が絶縁層となるように順次積層されてなる静電チャック装置であって、前記絶縁層の面に吸着用電極と計測用電極が同一面上に併設され、前記計測用電極が構成する電極パターンが、吸着用電極が構成する電極パターンの間隙に存在することを特徴とする静電チャック装置である。
基板上に、第１の接着層、第１の絶縁層、第２の接着層および第２の絶縁層が順次積層されてなることが好ましい。
前記吸着用電極を２つ以上有することが好ましい。
前記計測用電極を２つ以上有することが好ましい。

本発明によれば、基板、吸着用電極および計測用電極を具備する静電チャック装置であるため、被吸着体の吸着状態を確認することができる静電チャック装置を提供することができる。

本発明の静電チャック装置によれば、計測用電極を１つ以上設けることができるため、基板と計測用電極間の静電容量を測定することにより、被吸着体が導体、半導体および絶縁体のいずれであっても、これらの吸着状態を確認することができる。

本発明によれば、計測用電極を２つ以上有する静電チャック装置であるため、前記計測用電極間の静電容量を測定することにより、被吸着体が導体、半導体および絶縁体のいずれであっても、これらの吸着状態を確認することができる。

本発明における静電チャック装置を図を用いて説明する。
図１、図２および図３は、本実施形態の静電チャック装置を電極の延存方向に対して垂直方向に切断した時の断面図である。

図１、図２および図３に示すように、本実施形態の静電チャック装置は基板１０の表面に第１の接着層２０、第１の絶縁層３０、吸着用電極４０および計測用電極５０を有する第２の接着層２１、第２の絶縁層３１が順次積層された構成を有する。第２の絶縁層３１の最表面が、被吸着体を吸着する吸着面となる。

本発明は、基板上に、（１乃至２以上）個の接着層と（１乃至２以上）個の絶縁層とが交互に、かつ最表面が絶縁層となるように順次積層されてなる静電チャック装置であって、前記絶縁層の面に吸着用電極と計測用電極が設けられていることを特徴とする静電チャック装置であればよいのであって、前記吸着用電極および前記計測用電極の形成部位は図１、図２および図３に示されるものに限定されない。
例えば、図１に示すように前記吸着用電極が第１の絶縁層の面の第２の接着層側に設けられていてもよいし、第１の接着層側に設けられていてもよい。また、図１に示すように前記計測用電極が第１の絶縁層の面の第２の接着層側に設けられていてもよいし、第１の接着層側に設けられていてもよい。加えて、請求項３のように前記吸着用電極が第１および第２の接着層中に設けられていてもよいし、前記計測用電極が第１および第２の接着層中に設けられていてもよい。第１および第２の接着層だけでなく、第３の接着層、第４の接着層を形成して、それらの層中に前記吸着用電極および前記計測用電極を形成させてもよい。同様に、第１および第２の絶縁層だけでなく、第３の絶縁層、第４の絶縁層を形成させることもできる。
また、本発明は、前記吸着用電極と計測用電極が、絶縁層の異なる面上に分設されていてもよい。分設されているとは、絶縁層の片面に前記吸着用電極が形成され、前記絶縁層のもう一方の面に前記計測用電極が形成されるものをいう。

次に本発明を構成する吸着用電極と計測用電極を説明する。前記吸着用電極と前記計測用電極は前記吸着用電極が構成する第１の電極パターンと、前記計測用電極が構成する第２の電極パターンは、厚さ方向において重なってもよいし重ならなくてもよい。
厚さ方向において重なるとは、吸着用電極の延存方向に対して垂直方向に切断した静電チャック装置の断面において、吸着用電極が延存する面の垂直面に、計測用電極の延存面が少なくとも一部分存在することをいう。

図１、図２および図３に示す静電チャック装置において、Ａ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線およびＣ−Ｃ´線に切断した時の断面図が図４、図５および図６である。

吸着用電極および計測用電極はそれぞれ独立してなるものである。
すなわち、前記吸着用電極は電圧の印加を行うことによって被吸着体を吸着するためのものであり、その個数は１つ以上有するものであればよいのであって、図４に示すように１つであっても、図５および図６に示すように複数であってもよく、特に制限されるものではない。図５および図６に示す複数の吸着用電極を有する場合、同一極性の電圧を印加するだけではなく、極性の異なる電圧を印加することもできる。

一方、前記計測用電極は被吸着体を吸着させるために電圧の印加を行うことはなく、図４および図５に示すように１つであってもよく、図６に示すように２つであってもよい。計測用電極の個数については１つ以上であればよいのであって、特に制限されるものではない。
前記計測用電極が１つである場合、その静電容量は計測用電極５０と基板１０間を測定することにより、被吸着体の吸着状態を確認することができる。
前記計測用電極が２つ以上である場合、その静電容量は計測用電極間を測定することにより、被吸着体の吸着状態を確認することができる。
また、吸着用電極と計測用電極が厚さ方向において重なる場合、その静電容量は計測用電極間を測定することが好ましい。

吸着用電極が構成する第１の電極パターンは、被吸着体を吸着できるものであれば特に制限されるものではないが、櫛歯状にすることが好ましい。櫛歯状とは、図４、図５および図６に示す静電チャック装置の断面図であって、櫛歯状とは吸着用電極の凹部に計測用電極の凸部を有する構造パターンと、吸着用電極の凸部に計測用電極の凹部を有する構造パターンが互い違いに存在する状態を意味するものである。
計測用電極が構成する第２の電極パターンは、基板と前記計測用電極間または前記計測用電極間の静電容量を好適に測定することができればよいのであって、その長さは特に制限されるものではないが、前記第２の電極パターンの全長を長くすることによって静電容量の値が大きくなるため、センサとしての感度が増大する。したがって、前記第２の電極パターンは蛇行させて全長を長くすることが好ましい。また、図４、図５および図６に示すように、計測用電極が構成する第２の電極パターンは、吸着用電極が構成する第１の電極パターンの間隙に存在することが好ましく、第２の電極パターンは櫛歯状に存在することが好ましい。

吸着用電極および計測用電極の形成位置は、適宜設計できるものであって、特に制限されるものではないが、例えば、図１に示すように第１の絶縁層３０に接触してもよいし、第２の絶縁層３１に接触してもよく、第１の絶縁層３０および第２の絶縁層３１に接触せずに第２の接着層２１の内部に形成してもよい。また、吸着用電極４０が第１の絶縁層３０に接触し計測用電極５０が第２の絶縁層３１に接触してもよく、吸着用電極４０が第２の絶縁層３１に接触し計測用電極５０が第１の絶縁層３０に接触してもよい。

本発明においては、吸着用電極および計測用電極よりも接着層が厚く形成されていれば、吸着用電極および計測用電極の厚さは特に限定されるものではないが、１〜２０μｍ以下が好ましい。吸着用電極および計測用電極の厚さが２０μｍ超では吸着面上に凹凸が形成されやすくなり吸着力が保てなくなる恐れがある。吸着用電極および計測用電極の厚さが１μｍ未満では電極の接合時にその強度が不十分になる恐れがある。
吸着用電極に異なる電圧が印加される場合、隣接する吸着用電極および／または計測用電極の間隔は２ｍｍ以下であることが好ましい。電極間隔が２ｍｍ超では、電極間に十分な静電力が発生せず、吸着力が不十分となる恐れがある。
なお、吸着用電極および計測用電極を同一の接着層に設ける場合において、計測用電極の幅を広げると、吸着用電極が構成する第１の電極パターンの相対的な面積が小さくなることから、被吸着体に対する吸着力が減少するため、計測用電極の幅は吸着用電極よりも狭くすることが好ましい。

吸着用電極および計測用電極は特に制限されるものではないが、吸着用電極および計測用電極を同一の接着層に設ける場合、エッチングによればこれらの電極を同時に、且つ、同一の厚さで形成させることができるため好ましい。

以下、本発明を構成する各層の材料について説明する。
＜電極＞
吸着用電極および計測用電極としては、具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、ニッケル、タングステン等やこれらの金属から選択される２種以上の金属からなる薄膜が好ましい。このような金属の薄膜は、蒸着、メッキ、スパッタリング等により成膜されたものや、導電性ペーストを塗布乾燥して成膜されたもの、具体的には、銅箔等の金属箔が挙げられる。

＜基板＞
基板は特に限定されないが、アルミニウムやステンレス等の金属基板、セラミックス、プラスチック等を使用することができる。

＜接着層＞
本発明を構成する接着層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、スチレン系ブロック共重合体、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アミン化合物、ビスマレイミド化合物等から選択される１種または２種以上の樹脂を主成分とする。
接着層を２以上設ける場合、当該接着層は同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。

エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、トリヒドロキシフェニルメタン型、テトラグリシジルフェノールアルカン型、ナフタレン型、ジグリシジルジフェニルメタン型、ジグリシジルビフェニル型等の２官能基または多官能エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が特に好ましい。また、エポキシ樹脂を主成分とする場合、必要に応じて、イミダゾール類、第３アミン類、フェノール類、ジシアンジアミド類、芳香族ジアミン類、有機過酸化物等のエポキシ樹脂用の硬化剤や硬化促進剤を配合することもできる。

フェノール樹脂としては、アルキルフェノール樹脂、ｐ−フェニルフェノール樹脂、ビスフェノールＡ型フェノール樹脂等のノボラックフェノール樹脂、レゾールフェノール樹脂、ポリフェニルパラフェノール樹脂等が具体的に挙げられる。

スチレン系ブロック共重合体としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）等が具体的に挙げられる。

本発明の接着層は、接着層を構成する組成物を有機溶媒に溶解させた後、その塗液を有機フィルム上に塗布し、乾燥させて接着層を形成させることができる。接着層は半硬化状態とすることが好ましい。
半硬化状態にすることにより、特に加工使用条件、例えば硬化時間の短縮、導体パターンの埋め込み等でフロー性や発泡をおさえることができる。半硬化状態のコントロール方法は限定しないが、エージング等でコントロールすることが好ましい。
乾燥後の接着層の厚さは、３〜４００μｍ、好ましくは５〜１００μｍである。
接着層を形成させたフィルムの保管時には、必要に応じて剥離性フィルムを貼着し、使用時には剥がして用いる。また、接着層を単層で使用する場合は支持体を剥離性フィルムとすることが望ましく、支持体側も剥がして用いる。

＜絶縁層＞
本発明を構成する絶縁層は、絶縁性を有する材料であればいかなるものでもよいのであって、絶縁性有機フィルムでもセラミックス層であってもよい。
絶縁層を２以上設ける場合、当該絶縁層は同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。

絶縁性有機フィルムは特に限定されるものではないが、具体的には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリエチレン等のポリオレフィン類、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、トリアセチルセルロース、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン等が使用できる。これらの中でも、絶縁性に優れることから、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリイミド、シリコーンゴム、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン等を使用するのが好ましく、より好ましくはポリイミドである。

絶縁性有機フィルムの厚さは特に限定されるわけではないが、１０〜１５０μｍが好ましく、２５〜７５μｍがより好ましい。絶縁性有機フィルムの厚さが１０μｍ未満では表面の傷によって絶縁性が低下する恐れがあり、１５０μｍを超えると十分な静電吸着力が得られない恐れがある。

さらに絶縁性有機フィルム内に無機フィラー等を練り込み凹凸処理されたものを絶縁性有機フィルムとして使用しても良い。

セラミックスとしては、例えば、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化インジウム、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス、硼珪酸ガラス等を使用することができる。これらは単独で使用してもよいが、二種類以上を混合して使用することもできる。

セラミックスの厚さは２５〜２５０μｍの範囲内に設定するのが好ましく、５０〜２００μｍにするのがより好ましい。２５μｍ未満では局所的にセラミックス層が薄くクラックを発生する恐れがあり、２５０μｍ超では吸着力が低下する恐れがある。

セラミックスを第２の絶縁層として使用する場合、吸着力を向上させるために吸着面を研磨することが好ましい。
以下、本発明を実施例により説明する。

第１の絶縁層３０として、膜厚５０μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製 商品名カプトン）の片面に銅を５μｍの厚さでメッキし、その銅箔表面にフォトレジストを塗布した後、パターン露光後に現像処理を行い、エッチングにより不要な銅箔を除去した。その後、ポリイミドフィルム上の銅箔を洗浄することにより、フォトレジストを除去し、吸着用電極４０、計測用電極５０を形成させた。これらの吸着用電極４０、計測用電極５０上に、第２の接着層２１として乾燥および加熱により半硬化させた絶縁性接着シートを積層した後、さらに、第２の絶縁層３１として膜厚５０μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製 商品名カプトン）を貼着し、熱処理により接着させ本発明の静電チャック装置を得た。なお、乾燥後の第２の絶縁性接着剤シートの厚さは２０μｍであった。
さらに、第１の絶縁層３０であるポリイミドフィルム上に、第１の接着層２０として乾燥および加熱により半硬化させた絶縁性接着シートを積層し、アルミ製の基板１０を貼着させ、熱処理により接着させた。なお、乾燥後の第１の接着層２０の絶縁性接着剤シートの厚さは２０μｍであった。
また、第１の接着層２０および第２の接着層２１には下記組成からなる接着層を混合溶解させたものを、有機フィルム上に塗布し、乾燥および加熱することで得た。
・アクリロニトリル−ブタジエンゴム（日本ゼオン社製 商品名：ニッポール１００１） １００重量部
・高純度エポキシ樹脂（油化シェル社製 商品名：エピコートＹＬ９７９） ５０重量部
・クレゾール型フェノール樹脂（昭和高分子社製 商品名：ＣＫＭ２４００） ５０重量部
・２−エチルメチルイミダゾール（和光純薬工業社製） ５重量部
上記の方法によって、図１および図４に示す静電チャック装置を作成した。

吸着用電極４０、４１および計測用電極５０を形成させた以外は実施例１と同様にして、図２および図５に示す静電チャック装置を作製した。

吸着用電極４０、４１および計測用電極５０、５１を形成させた以外は実施例１と同様にして、図３および図６に示す静電チャック装置を作製した。

（評価方法）
実施例１〜３で得られた静電チャック装置、被吸着体として厚さ０．７ｍｍのガラス（コーニング社製 商品名：Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７）を用いて、静電容量を測定した。静電容量の測定には、デジタルＬＣＲメータ（ＡＭＲＥＬ社製 製品名：ＡＲ−４７０Ｄ）を使用した。
実施例１は、吸着用電極４０に＋３ｋＶを印加し、計測用電極５０と基板１０との間の静電容量の変化を測定した。
実施例２は、吸着用電極４０に＋３ｋＶを印加し、吸着用電極４１に−３ｋＶを印加した後、吸着用電極４１と基板１０間の静電容量の変化を測定した。
実施例３は、吸着用電極４０に＋３ｋＶを印加し、吸着用電極４１に−３ｋＶを印加した後、計測用電極５０および計測用電極５１間の静電容量の変化を測定した。
なお、静電容量の変化は以下の５つの時点において測定した。
１．初期状態：静電チャック装置にガラスを載せず、電圧を印加していない状態
２．電圧印加：静電チャック装置に何も載せないで電圧を印加した状態
３．被吸着体接触：電圧を印加していない状態で静電チャックの上にガラスが載っている状態
４．被吸着体吸着：静電チャック装置にガラスが載っている状態で電圧を印加した状態（ガラスが吸着している状態）
５．被吸着体脱離：印加電圧を解除してガラスを除いた状態

表１に示すように、実施例１〜３は初期状態時および電圧印加時に静電容量の変化はなく、被吸着体接触時に静電容量の上昇が認められた。被吸着体を吸着させることによってさらに静電容量が増大した。増大した静電容量は印加を止め、被吸着体脱離時には、初期状態時と同様の静電容量値を示した。
表１より、初期状態および被吸着体接触時の静電容量を比べると、被吸着体接触時において静電容量が相対的に上昇しているため、静電チャック装置に被吸着体が存在しているか否かを確認することができる。
また、被吸着体接触時と被吸着体吸着時の静電容量を比べると、被吸着体吸着時において静電容量が相対的に上昇しているため、静電チャック装置に被吸着体が吸着されているか否かを確認することができる。

上記のように、本発明によれば、基板、吸着用電極および計測用電極を具備する静電チャック装置であるため、被吸着体の吸着状態を確認することができる。
また、実施例１および実施例２に示すように、計測用電極を１つ以上有する静電チャック装置であるため、基板と計測用電極間の静電容量を測定することができ、被吸着体が導体、半導体および絶縁体のいずれであっても、これらの吸着状態を確認することができる。
加えて、実施例３に示すように、計測用電極を２つ以上有する静電チャック装置であるため、前記計測用電極間の静電容量を測定することにより、被吸着体が導体、半導体および絶縁体のいずれであっても、これらの吸着状態を確認することができる。

計測用電極は吸着用電極と独立してなるものであって、静電チャック装置の内部に形成されているものであるから、吸着の有無によらずに、前記計測用電極に静電容量測定器を接続することによって、計測用電極間あるいは計測用電極と基板間の静電容量を測定することができる。
本発明の静電チャック装置によれば静電容量の測定を連続的に行うことができるため、静電チャック装置と被吸着体間の吸着状態をモニタリングすることができる。

図１は、本発明に係る実施形態の静電チャック装置の構造を示す断面図である。 図２は、本発明に係る実施形態の他の静電チャック装置の構造を示す断面図である。 図３は、本発明に係る実施形態の他の静電チャック装置の構造を示す断面図である。 図４は、図１に示す静電チャック装置をＡ−Ａ´線に切断した断面図である。 図５は、図２に示す静電チャック装置をＢ−Ｂ´線に切断した断面図である。 図６は、図３に示す静電チャック装置をＣ−Ｃ´線に切断した断面図である。

符号の説明

１０ 基板
２０ 第１の接着層
２１ 第２の接着層
３０ 第１の絶縁層
３１ 第２の絶縁層
４０、４１ 吸着用電極
５０、５１ 計測用電極

Claims (4)

1. 基板上に、１以上の接着層と１以上の絶縁層とが交互に、かつ最表面が絶縁層となるように順次積層されてなる静電チャック装置であって、前記絶縁層の面に吸着用電極と計測用電極が同一面上に併設され、前記計測用電極が構成する電極パターンが、吸着用電極が構成する電極パターンの間隙に存在することを特徴とする静電チャック装置。
2. 基板上に、第１の接着層、第１の絶縁層、第２の接着層および第２の絶縁層が順次積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
3. 前記吸着用電極を２つ以上有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
4. 前記計測用電極を２つ以上有することを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。

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