雙極型靜電吸盤的制作方法

專利名稱：雙極型靜電吸盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以靜電吸附保持試樣的雙極型靜電吸盤。
背景技術(shù)：
蝕刻裝置、由化學(xué)汽相淀積(CVD)形成薄膜等用的等離子處理裝置、電子曝光裝置、離子描寫裝置、離子注入裝置等、于硅等半導(dǎo)體晶片上形成集成電路時(shí)所需半導(dǎo)體制造過程所用的裝置，以及于玻璃等絕緣性基板上進(jìn)行液晶壓入時(shí)所用的基板粘合裝置、離子摻雜裝置等、電視畫面與計(jì)算機(jī)用顯示器等所用液晶顯示板的制造工藝所用的裝置中，都廣泛地采用由靜電吸附保持晶片與玻璃等試樣的靜電吸盤。這同利用機(jī)械裝置進(jìn)行保持的方法相比，在試樣的損傷問題、因機(jī)械接觸損傷產(chǎn)生碎料粒引起的合格率問題以及對(duì)保持的試樣進(jìn)行平坦性補(bǔ)償?shù)确矫?，靜電吸盤能發(fā)揮其優(yōu)越性能。
近年來(lái)，受到大型液晶電視的普及與平板顯示器的發(fā)展影響，產(chǎn)生了處理超過以往的大型玻璃基板的必要性，其中的大型件也是用超過1m×1m的基板的制品制造的。此外，在半導(dǎo)體制造工藝中，直徑300mm的硅片的處理正成為當(dāng)前的主流。不論是上述哪一種情形都涉及到大型化的進(jìn)展以及玻璃基板與半導(dǎo)體晶片的重量加大，這樣，高的吸附力以及為靜電吸盤所吸附的吸附面上的試樣平坦性也變得更重要。
一般，靜電吸盤上吸附試樣的吸附面的平坦性還關(guān)系到靜電吸盤保持試樣的保持力的大小。這就是說(shuō)，隨著上述的所吸附試樣的大型化，靜電吸盤必須具有充分的保持力。
在此考慮對(duì)兩個(gè)電極施加正負(fù)電壓的雙極型靜電吸盤，它通過下式(1)所示的不均勻電場(chǎng)時(shí)發(fā)生的梯度力F的作用，吸附硅等半導(dǎo)體片與玻璃基板等介電體，此梯度力正比于電場(chǎng)強(qiáng)度E的平方的空間導(dǎo)致即梯度。
F∝(E2) (1)于是，迄今已有過幾個(gè)有關(guān)使相互鄰接的電極間距變窄的雙極型靜電吸盤的報(bào)告。例如已報(bào)導(dǎo)有將相互為帶狀的齒形電極相互交錯(cuò)地組成10cm×10cm的單層梳型雙極電極，同時(shí)將這些電極相互按1mm節(jié)距(各個(gè)電極寬1mm且相互的電極間距為1mm)排列，使表面電介質(zhì)層為50μm厚而形成雙極型靜電吸盤。
(K.Asano，F(xiàn).Hatakeyama and K.Yatsuzuka，“FundamentalStudy of an Electrostatic Chuck for Silicon Wafer Handling”，IAS’97.Conference Record of the 1997 IEEE Industry ApplicationsConference Thirty-Second IAS Annual Meeting(Cat.No.97CH36096)，Partvol.3，Page1998-2003.)。
這種靜電吸盤對(duì)于被吸附物硅片當(dāng)施加電壓1500V可獲得約3N的力。換算成單位面積的吸附力時(shí)成為約3gf/cm2。此外，于絕緣體內(nèi)部是成帶狀電極的雙極型靜電吸盤，已報(bào)導(dǎo)有使此種帶狀電極的線寬與帶狀電極間距分別為0.3～3mm的例子(特開平0-223742號(hào)公報(bào))。還報(bào)導(dǎo)有于電介質(zhì)基底上排列間隔開的電極且使這些電極的電極寬度與電極間隔分別為100μm以下的例子(特表2000-502509號(hào)公報(bào))。
但當(dāng)互鄰的電極間距狹窄時(shí)就有個(gè)放電極限問題，具體地說(shuō)，由于靜電吸盤用的電極材料的蝕刻剖面以及在絕緣體內(nèi)部固定電極的粘合層形成狀態(tài)都難以控制，例如在示明已有雙極型靜電吸盤的剖面28的電極附近剖面模式圖(放大圖)中，在第一電極2與第二電極4的端部因蝕刻不一致而變尖的處所，電場(chǎng)容易集中，此外，用于形成固定絕緣層相互關(guān)系或絕緣層與電極相互關(guān)系的粘合層的粘合劑在固化時(shí)會(huì)生成點(diǎn)狀件，這在相鄰的電極間會(huì)顯著降低絕緣的耐壓性。因此，在上述雙極型的靜電吸盤中，當(dāng)電極與電極之間接近到一定距離后，怕有可能在電極間引起放電。
至于這種放電極限，一般在雙極型靜電吸盤中對(duì)于電極間距為0.5mm時(shí)約為3kV。實(shí)際上，在使用上述這種雙極型靜電吸盤時(shí)，從安全性考慮就必須施加低的電壓。因此在前面所說(shuō)的將原先的電極間距變窄的雙極型靜電吸盤中，實(shí)際能施加的電壓是受到限制的，這對(duì)于直徑尺寸在進(jìn)行大型化的半導(dǎo)體晶片與在進(jìn)行大型化的液晶電視與平板顯示器等所用的玻璃基板，由于單位面積的重量增加就會(huì)有不能發(fā)揮充分的吸附力(梯度力)的問題。
另一方面，當(dāng)由靜電吸盤吸附絕緣性試樣時(shí)，即使切斷了施加給電極的電壓，由于殘留的電荷，便存在不易從靜電吸盤的試樣吸附面上除下試樣的問題，特別是隨著試樣的大型化，這種問題便更加嚴(yán)竣。
但是就雙極型靜電吸盤而論，幾乎都是包括有先前所述的各部分并把電極設(shè)在同一平面內(nèi)的，其中雖也報(bào)導(dǎo)有在絕緣體內(nèi)部疊置多層電極的這類靜電吸盤(特許第2838810號(hào)公報(bào))，但在把極性相異的電極設(shè)置于同一平面內(nèi)這點(diǎn)上則與前述雙極型靜電吸盤相同，一樣地存在有放電極限問題。
特許文獻(xiàn)1特開平10-223742號(hào)公報(bào)特許文獻(xiàn)2特表2000-502509號(hào)公報(bào)特許文獻(xiàn)3特許第2838810號(hào)公報(bào)非特許文獻(xiàn)1K.Asano，F(xiàn).Hatakeyama and K.Yatsuzuka，“Fundamental Study of an Electrostatic Chuck for SiliconWafer Handling”，IAS’97.Conference Record of the 1997 IEEEIndustry Applications Conference Thirty-Second IAS Annual Meeting(Cat.No.97CH36096)，Partvol.3，Page1998-2003.

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明人等著重于使上述先有的雙極型靜電吸盤的放電極限在電場(chǎng)強(qiáng)度上約為6MV/m。此值比一般經(jīng)驗(yàn)所知道的真空中絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度10MV/m要低，此外由于絕緣體材料的耐壓性例如聚酰亞胺的遠(yuǎn)比160MV/m為低，在絕緣體內(nèi)部鄰接的施加有互異極性的電壓的電極之間，則要考慮相鄰電極端部的形狀以及這些電極間存在的粘合層內(nèi)空隙等對(duì)于降低絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度都會(huì)有很大影響。
對(duì)于在電場(chǎng)強(qiáng)度方面有優(yōu)越性而且即便是大型試樣也能發(fā)揮與其充分對(duì)應(yīng)的強(qiáng)大梯度力的雙極型靜電吸盤，為使之成為現(xiàn)實(shí)進(jìn)行了積極的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將施加相異極性電壓的第一電極與第二電極從試樣吸附面朝深度方向順次排列于絕緣體內(nèi)部，同時(shí)在此兩電極間設(shè)置絕緣耐壓性能優(yōu)越的絕緣層，結(jié)果即使此兩電極的間距變窄、獲得強(qiáng)大的梯度力，仍然可有優(yōu)越的絕緣耐壓性，這樣便完成了本發(fā)明。
于是，本發(fā)明的目的即是提供絕緣耐壓性優(yōu)越且能產(chǎn)生優(yōu)異吸附力的雙極型靜電吸盤。
本發(fā)明的另一目的則在于提供當(dāng)結(jié)束對(duì)電極施加電壓后得以盡可能地消除從試樣吸附面上取下試樣的難度的雙極型靜電吸盤。
具體地說(shuō)，本發(fā)明是在絕緣體內(nèi)部配備了第一電極與第二電極而以此絕緣體表面為試樣吸附面的雙極型靜電吸盤。其特征在于上述絕緣體沿其深度方向按照接近試樣吸附面的順序設(shè)為第一電極、電極間絕緣層與第二電極，而此第二電極沿試樣吸附面的法線方向相對(duì)于第一極具有非重疊區(qū)域。
此外，本發(fā)明還是于上述絕緣體的表面上再形成導(dǎo)電性層而以此導(dǎo)電性層作為試樣吸附面的雙極型靜電吸盤。
本發(fā)明中，絕緣體沿其深度方向按照接近試樣吸附面的順序設(shè)有第一電極、電極間絕緣層與第二電極，第二電極必須具有沿試樣吸附面的法線方向?qū)Φ谝浑姌O具有非重疊區(qū)域。第一電極與第二電極在絕緣體內(nèi)部沿絕緣的深度(厚度)方向相互分離地存在，同時(shí)在此第一電極與第二電極之間需要有電極間絕緣層。
本發(fā)明中，所謂第二電極沿試樣吸附面的法線方向相對(duì)于第一電極具有非重疊區(qū)域一事，是說(shuō)只以絕緣體內(nèi)部存在的第一電極與第二電極為對(duì)象，從試樣的吸附面沿垂直方向觀察時(shí)，第二電極具有不與第一電極重疊的區(qū)域。具體地說(shuō)，沿著試樣吸附面的法線方向。存在有第二電極與第一電極不重疊的情形、第二電極的一部分與第一電極重疊的情形(在此重疊部分以外，第二電極與第一電極不重疊)。這里，有關(guān)第一電極與第二電極沿試樣吸附面的法線方向相互于線上接合的情形以及第一電極與第二電極沿試樣吸附面的法線方向于點(diǎn)上接合的情形，后者的具體例子認(rèn)為包含在第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與第一電極重疊的情形中。
本發(fā)明中第一電極與第二電極各自的形狀以及絕緣體內(nèi)部的兩電極的設(shè)置，如上所述，沿試樣吸附面的法線方向，第二電極相對(duì)于第一電極也可具有非重疊區(qū)域，例如可以舉出以下的情形。
具體地說(shuō)，作為第二電極沿試樣吸附面的法線方向與第一電極不重疊的情形，例如第一電極形成帶狀梳齒形同時(shí)第二電極也形成帶狀梳齒形，這兩種帶狀梳齒相互交錯(cuò)組配，而第二電極沿試樣吸附面的法線方向也可設(shè)置成不與第一電極重疊，在第一電機(jī)有形成半圓形的同時(shí)第二電極形成線對(duì)稱的半圓形，第二電極沿著試樣吸附面的法線方向也可設(shè)置成不與第一電極重疊，在第一電極形成矩形或方形的同時(shí)第二電極則形成與第一電極線對(duì)稱的矩形或方形，第二電極也可沿試樣吸附面的法線方向設(shè)置成不與第一電極重疊。
作為第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與第一電極重疊的情形，例如第一電極形成為帶狀梳齒形而第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板形，此第二電極的一部分可以沿試樣吸附面的法線方向設(shè)置成與第一電極重疊?；蛘?，第一電極形成井字形而第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板形，此第二電極的一部分可以沿試樣吸附面的法線方向設(shè)置成與第一電極重疊。
此外，第一電極在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)形成具有多個(gè)呈圓形、三角形、方形、矩形或四邊形以上多邊形的開口部的網(wǎng)狀，而第二電極則形成具有預(yù)定區(qū)域的平板形，此第二電極的一部分也可沿試樣吸附面的法線方向設(shè)置成與上述第一電極重疊。第一電極中開口部的大小(對(duì)于圓形，指直徑；對(duì)于四邊形以上的多邊形，指最大對(duì)角線的長(zhǎng)度)，最好形成為與相鄰開口部之間的距離大致相同或是形成為相鄰的開口部與開口部之間距離約120％；由于使第一電極形成為具有上述大小開口部的網(wǎng)狀，就能適當(dāng)?shù)丶哟蟮诙姌O的電場(chǎng)泄漏。至于這種開口部的具體大小，從能發(fā)揮充分的梯度力的觀點(diǎn)考慮最好為0.1～3.0mm。此外，從吸附力的均一性觀點(diǎn)考慮，開口部最好是均勻地存在于第一電極的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。
再有，也可使第一電極形成為具有預(yù)定寬度的環(huán)狀而使第二電極形成具有預(yù)定圓形區(qū)域的平板形，此第二電極的一部分則可沿試樣吸附面的法線方向設(shè)置成與上述第一電極重疊。此第一電極以具有預(yù)定的圓形區(qū)域的圓形部為中心，有著從此圓形部出發(fā)隔預(yù)定間距排列成同心圓狀的第一環(huán)形部，形成為具有連接上述圓形部與第一環(huán)狀部的第一連接部，第二電極形成具有比上述第一電極的圓形部與第一環(huán)狀部的間隔小的寬度的環(huán)形，此第二電極從試樣吸附面法線方向看也可配置在上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部之間。此第一電極以具有預(yù)定的圓形區(qū)域的圓形部為中心，有著從此圓形部出發(fā)隔預(yù)定間距排列成同心圓心圓狀的第一環(huán)形部，形成具有連接上述圓形部與第一環(huán)狀部的第一連接部，第二電極形成具有與上述第一電極的圓形部與第一環(huán)狀部的間隔有相同寬度的環(huán)形，此第二電極從試樣吸附面的法線方向看也可設(shè)置于上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部之間。如上所述，在第一電極具有圓形部與第一環(huán)形部以及第一連接部的同時(shí)而第二電極形成環(huán)形時(shí)，第一電極與第二電極也可形成為各個(gè)具有許多同心圓狀的環(huán)形部。另一方面，第二電極也可形成為具有相互隔預(yù)定間距排列成同心圓形的兩個(gè)以上的第二環(huán)狀部且具有連接在第二環(huán)形部之間的第二連接部，而第二電極的各第二環(huán)形部從試樣吸附面的法線方向上看也可設(shè)置在上述第一電極的各第一環(huán)形部之間。
再有，第一電極與第二電極可以各形成為以上所述的任一種形狀，可以將此第一電極與第二電極組合配置，也可以將第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與第一電極重疊配置。
對(duì)于本發(fā)明的第一電極與第二電極，例如施加極性相異的電壓或使其一方的電極接地而讓余剩的電極為正極或負(fù)極，則相互產(chǎn)生電位差。此第一電極可以由1或2個(gè)以上電極形成，而此第二電極也可由1或2個(gè)以上電極形成。
本發(fā)明中，從試樣吸附面對(duì)保持試樣的吸附力均一性觀點(diǎn)考慮，此第一電極與第二電極各自外周形狀所占的區(qū)域最好都能占有從試樣吸附面的中央部到邊緣部的區(qū)域。這就是說(shuō)，第一電極的外周形狀與第二電極的外周形狀最好相對(duì)于試樣吸附面的法線方向相互大致重疊，而更好是，第一電極的外周形狀與第二電極的外周形狀以及保持于試樣吸附面上的試樣外周形狀相對(duì)于試樣吸附面的法線方向相互大致重疊。
對(duì)于第二電極沿試樣吸附面的法線方向上相對(duì)于第一電極具有非重疊區(qū)域的情形，從吸附力的均一性觀點(diǎn)考慮，最好是均勻地存在于從試樣吸附區(qū)的中央部到周緣部的區(qū)域中，而更為最好的是上述非重疊區(qū)域所存在的區(qū)域均勻地處在吸附于試樣吸附面上的試樣所占有的區(qū)域中。
另一方面，從能減小靜電吸盤的靜電電容的觀點(diǎn)考慮，上述第一電極與第二電極相對(duì)于試樣吸附面的法線方向上相互重疊區(qū)域愈小愈好，而更好是第二電極在沿試樣吸附面的法線方向上不與第一電極重合。如果能減小靜電吸盤的靜電電容，則能在結(jié)束兩電極施加電壓后，得以盡可能地消除從試樣吸附面上取下試樣的困難程度。
本發(fā)明中，絕緣體內(nèi)部的第一電極與第二電極的間距最好是1～1000μm而尤為最好是50～500μm。當(dāng)?shù)谝浑姌O與第二電極的電極間距小于1μm，例如利用市售的疊層體形成第一電極、電極間絕緣層與第二電極時(shí)，亦即采用于絕緣膜的表面與背面都具有金屬箔的疊層體時(shí)，形成電極間絕緣層的絕緣膜中較1μm薄的便于從市上購(gòu)到，相反，當(dāng)上述電極間距離大于1000μm時(shí)，制得的雙極型靜電吸盤從熱傳導(dǎo)性觀點(diǎn)看會(huì)產(chǎn)生問題。此外，當(dāng)上述電極間距離在50μm以上時(shí)，則用市售的聚酰亞胺等絕緣片由粘合劑墊層來(lái)形成電極間絕緣層時(shí)，容易形成所需的電極間距離，而對(duì)于500μm以下，將厚度設(shè)定為可從市上購(gòu)到的絕緣片一片的厚度時(shí)，則在形成電極間絕緣層能容易形成必要的電極間距離時(shí)，可以看到由此制得的靜電吸盤在約數(shù)kv的低電壓工作下能產(chǎn)生必要的吸附力。此外，上述電極間距離是指以直線連接第一電極與第二電極時(shí)的最短距離。
對(duì)于在本發(fā)明中將第一電極形成為帶狀梳齒形時(shí)，當(dāng)此帶狀梳齒形的帶形部分寬度(下面有時(shí)也稱為“帶形電極寬度”)與相鄰帶形部分的間隔(下面有時(shí)也稱為“電極間間隙”)相等時(shí)(帶形電極寬度＝電極間間隙＝Z)，則此Z最好為0.15～0.5mm而尤為最好是0.2～0.4mm，使帶狀電極寬度與電極間間隙相等且設(shè)它們?cè)谏鲜龇秶鷥?nèi)時(shí)，就能發(fā)揮優(yōu)越的吸附力。
本發(fā)明中的第一電極與第二電極可以由例如銅、鎢、鋁、鎳、鉻、銀、鉑、錫、鉬、鎂、鈀等形成，但從電導(dǎo)性或生產(chǎn)性觀點(diǎn)看最好是銅、鋁。此外，第一電極與第二電極既可以由相同的材料也可以由不同的材料形成。
此第一電極與第二電極也能利用在絕緣性膜的表里兩面上有上述這類金屬組成的箔的市售疊層體?；蛘?，例如在電極間絕緣層的上表面或下表面或是后述的上部絕緣層或下部絕緣層中各自的一個(gè)表面上用通常的濺涂法形成由上述金屬組成的電極面，然后再用通常的蝕刻法將如此形成的電極面各自制成預(yù)定的形狀，此外也可從銅、鎢、鋁、鎳、鉻、銀、鉑、錫、鉬、鎂與鈀中選取一種以上金屬，制成糊狀而用印刷處理、電鍍處理、用離子電鍍蒸涂法的處理、用鉬、鎢、鉭等高融點(diǎn)金屬噴涂方法等，形成于電極間絕緣層或后述的上部絕緣層與下部絕緣層的表面上。
至于第一電極與第二電極各自的厚度問題，當(dāng)利用絕緣性膜的表里兩面有金屬箔的疊層體時(shí)，兩電極的各自厚度都為0.2～30μm而最好為1～30μm。電極的厚度比0.2μm小時(shí)，易出現(xiàn)針孔，給制作技術(shù)帶來(lái)困難，相反，比30μm大時(shí)，在絕緣體內(nèi)部的電極附近會(huì)形成空洞等所致間隙，有可能給絕緣體的強(qiáng)度帶來(lái)問題。此外，當(dāng)電極的厚度在1μm以上，特別是在形成大型的靜電吸盤時(shí)，就有可能在整個(gè)范圍內(nèi)形成有可靠性的電極。
在以鉬、鎢、鉭等預(yù)定金屬進(jìn)行噴射成形時(shí)，電極的厚度對(duì)第一電極為20～100μm而最好是20～30μm，對(duì)第二電極為20～100μm而最好是20～30μm。當(dāng)兩個(gè)電極的膜厚都比20μm小時(shí)會(huì)產(chǎn)生空隙，影響到作為導(dǎo)電膜的功能。
在以上述其他方法形成第一與第二電極時(shí)，其厚度例如可以約為1～30μm。
本發(fā)明的第一電極的一部或全部在沿試樣吸附面的法線方向切開時(shí)的剖面形狀并無(wú)特別限制，例如可從矩形、方形、圓形、三角形、四邊形或以上的多邊形中選取。再有，本發(fā)明的第二電極的一部分或全部沿試樣吸附面的法線方向切斷時(shí)的剖面形狀也可作與上述第一電極情形相同的考慮，而此第一電極與第二電極的一部分或全部的剖面形狀可以一致或相異。
本發(fā)明的電極間絕緣層可以在絕緣體內(nèi)部與第一電極和第二電極相互不接觸地分離開，同時(shí)可以與此第一電極與第二電極是電絕緣的。作為這種電極間絕緣層例如可以由聚酰亞胺、聚酰胺亞胺、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹脂以及丙烯酸酯中選取的一或兩種以上樹脂組成的樹脂層形成，也可以由氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鋯與二氧化鈦中選取的一種或兩種以上組成的陶瓷層形成，或也可由硅與二氧化硅中選取一種或兩種組成的層形成。其中從工業(yè)生產(chǎn)觀點(diǎn)考慮，最好是從聚酰亞胺、聚酰胺亞胺、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯與環(huán)氧樹脂中選取的一種或兩種以上的樹脂組成的樹脂層形成，而從絕緣穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)考慮以聚酰亞胺最好。
上述樹脂層最好是由一或兩種以上樹脂膜組成。作為這種樹脂膜具體地例如有カプトン(Kapton)(東V·デユポン社制商品名)、ユ一ピVツフスADシ一ト(Upilex AD sheet)(宇部興座社制商品名)、アピカル(Apical)(鐘淵化學(xué)工業(yè)社制商品名)等，而最好是聚酰亞胺組成的カプトン(Kaption)。通過將樹脂膜用于形成電極間絕緣層的樹脂層中，就得以盡可能地消除在第一電極與第二電極間存在空隙的顧慮，能夠或可靠的電極間絕緣層，可制成有良好絕緣穩(wěn)定性的靜電吸盤。例如カプトン(Kapton)(東V·デユポン社制商品名)的絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為160MV/m，將這種カプトン(Kapton)用作電極間絕緣層的本發(fā)明的靜電吸盤能夠具備更優(yōu)越的絕緣穩(wěn)定性。
上述樹脂層的厚度因選用的材料而異，例如用到聚酰亞胺膜時(shí)1～1000μm，最好為50～500μm。電極間絕緣層厚比1μm小時(shí)，例如利用市售的疊層體形成第一電極，電極間絕緣層與第二電極的情形，也即利用于絕緣膜的表里兩面有金屬箔的疊層體的情形，然而市場(chǎng)上難以購(gòu)到比1μm薄的用于形成電極間絕緣層的絕緣性膜，反之當(dāng)電極間絕緣層的厚度大于1000μm時(shí)，這樣制得的雙極型靜電吸盤從熱導(dǎo)性方面考慮怕會(huì)帶來(lái)問題。電極間絕緣層當(dāng)其厚度在50μm以上時(shí)，則能用市售的聚酰亞胺絕緣片經(jīng)粘合劑粘合疊層而成，而當(dāng)其厚度在500μm以下，通過將此厚度設(shè)定為市售品一片絕緣件的厚度便可制成，制得的靜電吸盤在約數(shù)kv的低電壓操作下已發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生所需的吸附力。
當(dāng)由陶瓷層形成電極間絕緣層時(shí)，則可將氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化釔、氧化鎂與二氧化鈦等的單體或它們的復(fù)合體，通過大氣或等離子體的噴鍍形成，此外也可用燒結(jié)的陶瓷薄板形成。
在由噴鍍成形時(shí)，電極間絕緣層的膜厚在一般的噴鍍技術(shù)下可形成約30～500μm，必要時(shí)也可形成最大達(dá)約3mm的厚度。這種膜厚小于30μm時(shí)難形成均勻的膜層，相反在大于500μm時(shí)會(huì)使梯度力變小。為了盡可能地減少用在半導(dǎo)體裝置過程中因侵蝕對(duì)試樣或裝置造成污染的影響，從優(yōu)化絕緣穩(wěn)定性觀點(diǎn)出發(fā)，最好是采用99.99％以上高純度材料來(lái)形成陶瓷層，而從能高效地冷卻試樣吸附面上保持的試樣的角度來(lái)看，則最好使用氮化鋁等熱導(dǎo)率高的材料。
在通過噴鍍形成陶瓷層時(shí)，最好對(duì)噴鍍后的表面通過機(jī)械加工等平坦化。此時(shí)的平坦度從絕緣體內(nèi)電極的位置關(guān)系來(lái)看至關(guān)重要，基于能均勻地形成電場(chǎng)使梯度力形成的吸附力在試樣吸附面上均一化，表面糙度最好為約5～50μm而尤為最好是在10μm以下。
另一方面，在用燒結(jié)成的陶瓷薄板形成電極間絕緣層時(shí)，其膜厚雖可任意設(shè)計(jì)，但最好為30～500μm。膜厚小于30μm時(shí)難以形成均勻的膜層，相反大于500μm時(shí)則使梯度力變小。至于所用的材料則與噴鍍時(shí)相同。
在從硅與二氧化硅中選擇一種或兩種組成的層來(lái)形成電極間絕緣層時(shí)，例如可由CVD或?yàn)R涂法形成膜厚1～50μm的電極間絕緣層。
本發(fā)明的絕緣體雖有必要沿其深度方向按照離試樣吸附面近的順序設(shè)置第一電極、電極間絕緣層以及第二電極，但最好是沿絕緣體的深度方向按照離試樣吸附面近的順序具有上部絕緣層、第一電極、電極間絕緣層、第二電極以及下部絕緣層。這里說(shuō)明上部絕緣層與下部絕緣層的上下方向是以絕緣體的表面試樣吸附面?zhèn)葹樯?，距試樣吸附面近的一方為上部而遠(yuǎn)的一方為下部。
此上部絕緣層例如在其下表面上可以是具有熱塑性聚酰亞胺的聚酰亞胺、聚酰胺、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯與環(huán)氧樹脂中選取的一種或兩種以上的樹脂組成的樹脂層，氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化釔與二氧化鈦中選取的一種或兩種以上組成的陶瓷層，而從生產(chǎn)率與絕緣性觀點(diǎn)上看，下表面上最好是具有熱塑性聚酰亞胺的聚酰亞胺。
對(duì)于下部絕緣層，上表面上除具有熱塑性聚酰亞胺的聚酰亞胺外與上述上部絕緣層的情形相同，但從生產(chǎn)率與絕緣性觀點(diǎn)考慮，其上表面上最好是具有熱塑性聚酰亞胺的聚酰亞胺。
在由樹脂層形成上部絕緣層時(shí)，其膜厚為10～200μm而最好為50～100μm。若此膜厚小于50μm，有可能影響膜的耐用性，相反大于100μm時(shí)，將減小梯度力。至于由樹脂層形成下部絕緣層時(shí)的膜厚，宜為10μm以上而最好是50μm以上。上部絕緣層的膜厚小于50μm時(shí)，需考慮耐電壓性問題與靜電容增大的問題，相反大于200μm時(shí)，從被吸附物就有可能不能將熱充分地傳導(dǎo)給基盤，也即可能不能充分冷卻被吸持物。
在由陶瓷層形成上部絕緣層和/或下部絕緣層時(shí)，與電極間絕緣層的情形相同，可以將氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化釔、氧化鎂與二氧化鈦的單體或它們的復(fù)合體，通過大氣或等離子體的噴鍍形成，此外也可用燒結(jié)成的陶瓷薄板形成。
在用噴涂法成形時(shí)，這種膜厚在上部絕緣層中根據(jù)由樹脂層形成的情形中的相同理由最好為10μm～200μm，而在下部絕緣層中仍然基于相同的理由也最好為10μm～200μm。至于所用的材料與平坦化方面則與電極間絕緣層的情形相同。
用燒結(jié)好的陶瓷薄板形成上部絕緣層和/或下部絕緣層時(shí)，膜厚可以任意設(shè)計(jì)，根據(jù)由上述樹脂層或噴鍍法成形時(shí)的相同理由，最好在10μm～200μm。至于所用材料，則與噴鍍情形相同。
在以陶瓷薄板形成上部絕緣層、下部絕緣層或電極間絕緣層中的一個(gè)以上時(shí)，需有粘合工藝，例如可以用環(huán)氧樹脂粘合劑、釬焊等接合方法，也可以將陶瓷薄板保持于高溫狀態(tài)下于真空爐中壓焊接合。
本發(fā)明中還于絕緣體的表面上形成導(dǎo)電性層，也可以以這種導(dǎo)電性層的表面作為試樣吸附面，通過于絕緣體表面另形成導(dǎo)電性層而以此導(dǎo)電性層表面作為試樣吸附面，就能減小靜電吸盤的時(shí)間常數(shù)，在中止對(duì)雙極型電極的兩個(gè)電極施加電壓后，得以盡可是能地消除從試樣吸附面上取下試樣的難度。這種導(dǎo)電性層例如可以于絕緣體的表面上疊層導(dǎo)電性聚酰亞胺或?qū)щ娦苑鷺渲蚴菫槭菇^緣體自身具有導(dǎo)電性而對(duì)其混合的碳等充填材料而成。
作為制備本發(fā)明的雙極型靜電吸盤的方法，例如也可以首先于電極間絕緣層的上下兩表面上分別由上述方法形成第一電極與第二電極，然后于下表面上將具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜重疊到具有第一電極與第二電極的電極間絕緣層上，于處理溫度100～250℃，壓力0.1～5MPa的條件下經(jīng)低溫?zé)釅撼尚味纬缮喜拷^緣層，再于上表面的具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜上重疊以成為整體的上部絕緣層、第一電極、電極間絕緣層與第二電極，再與上述相同由低溫?zé)釅撼尚涡纬山^緣體。此外，作為上部絕緣層，于下表面上形成具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜，于上下兩表面上形成第一電極與第二電極的電極間絕緣層；作為下部絕緣層，于上表面上順次重疊上具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜，也可以在處理溫度100～250℃和壓力0.1～5MPa的條件下，通過一次低溫?zé)釅撼尚涡纬山^緣體。然后將上述熱絕緣體通過熱塑性聚酰亞胺膜與環(huán)氧樹脂壓接片，載承于鋁、鋁合金、MMC(金屬基體復(fù)合材料)、不銹鋼、不銹鋼合金的金屬基盤或氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料等組成的陶瓷基盤上，于處理溫度100～250℃，壓力0.1～5MPa的條件下，經(jīng)低溫?zé)釅航佣瓿伸o電吸盤。
或也可用聚酰亞胺銅膜疊層板的市售的ユピセルN(Upicel N)(宇部興產(chǎn)株式會(huì)社制商品名)或ネオフVツクス(NEDFLEX)(三井化學(xué)株式會(huì)社制商品名)等具有銅表面層以及在絕緣膜的表里兩面具有金屬箔的疊層體，將這種金屬箔蝕刻成預(yù)定的電極圖案等形成第一電極、電極間絕緣層與第二電極，在其上與上述相同貼附上部絕緣層與下部絕緣層，再與上述相同貼附到金屬基盤上即完成靜電吸盤。此外，對(duì)于這類靜電吸盤也可通過前面說(shuō)明的方法形成導(dǎo)電性層。
發(fā)明效果本發(fā)明的雙極型靜電吸盤由于采用了沿絕緣體深度方向按照離試樣吸附面近的順序設(shè)有第一電極、電極間絕緣層以及第二電極的結(jié)構(gòu)，故具有優(yōu)越的絕緣穩(wěn)定性、能盡可能地縮小第一電極與第二電極的電極間距離而發(fā)揮良好的吸附力。結(jié)果，本發(fā)明的雙極型靜電吸盤在優(yōu)化保持試樣的平坦性同時(shí)，即使對(duì)于相應(yīng)于近年來(lái)大型化的超過1m×1m的玻璃基板以及直徑≥300mm的硅片等，也能發(fā)揮充分的吸附性能，此外由于能顯示出優(yōu)異的吸附力，就能以低電壓驅(qū)動(dòng)，經(jīng)濟(jì)上有利同時(shí)可最大限度消除放電的顧慮，可靠性也高。
本發(fā)明的雙極型靜電吸盤由于最大限度地減小了第一電極與第二電極相對(duì)于試樣吸附面法線方向的相互重疊區(qū)域，就能減小靜電吸盤的靜電電容和解除了在中止對(duì)兩電極施加電壓后從試樣吸附面上取下試樣的困難。此外，在絕緣體表面另形成導(dǎo)電性層而以此導(dǎo)電性層的表面作為試樣吸附面的情形下，即使是相對(duì)于試樣吸附面的法線方向的第一電極與第二電極有重疊的區(qū)域，也能減小靜電吸盤的時(shí)間常數(shù)，同時(shí)可解除在中止對(duì)雙極型電極的兩電極施加電壓后從試樣吸附面上取下試樣的困難。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖。
圖2是實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X的剖面說(shuō)明圖(圖1中A-A剖面的一部分)。
圖3是實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X的第一電極與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤的剖面說(shuō)明圖。
圖5是實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤X的第一電極與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖。
圖7是實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的剖面說(shuō)明圖(圖6中A-A剖面的一部分)。
圖8是實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的第一與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖。
圖10是實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X的第一電極與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例5的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖。
圖12是實(shí)施例5的雙極型靜電吸盤X的第一電極與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖13是本發(fā)明的實(shí)施例6的雙極型靜電吸盤X的第一電極與第二電極沿試樣吸附面法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
圖14是本發(fā)明實(shí)施例7的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖。
圖15是本發(fā)明實(shí)施例8的雙極型靜電吸盤X的第一電極的局部平面說(shuō)明圖。
圖16是本發(fā)明實(shí)施例9的雙極型靜電吸盤X的第一電極的局部平面說(shuō)明圖。
圖17是本發(fā)明實(shí)施例10的雙極型靜電吸盤X的一部分剖面說(shuō)明圖。
圖18是本發(fā)明實(shí)施例11的雙極型靜電吸盤X的電極間絕緣層以及第一電極的局部剖面說(shuō)明圖。
圖19是參考例1的第一電極與第二電極的平面說(shuō)明圖。
圖20是參考例1的雙極型靜電吸盤的梯度力分布按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖21是參考例1的雙極型靜電吸盤的電位等高線分布圖按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖22是本發(fā)明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤的梯度力分布按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖23是本發(fā)明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤的電位等高線分布按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖24是本發(fā)明實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤的梯度力分布按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖25是本發(fā)明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤的電位等高線分布按二維電場(chǎng)計(jì)算求得的結(jié)果。
圖26示明以參考例1的雙極型靜電吸盤為模型，使上部絕緣層的體積電阻率變化時(shí)時(shí)間常數(shù)的曲線圖。
圖27示明相對(duì)于吸附力的帶狀電極寬度(電極間間隙)最優(yōu)化的曲線圖。
圖28是示明先有例的雙極型靜電吸盤的剖面說(shuō)明圖。
圖中各標(biāo)號(hào)的意義如下X，雙極型靜電吸盤；1、11，上部絕緣層；2、12、22、32、42、52、62，第一電極；2a，帶狀部分；2b，根部；12a，間隙部分；22a，圓形部分；22b，環(huán)狀部分；22c，連接部分；32a、42a，開口部；3、13、23，電極間絕緣層；4、14、24、34、44、54、64，第二電極；4a、14a，帶狀部分；4b、14b，根部；34a、44a，中央環(huán)部；34b、44b，環(huán)狀部分；34c、44c，連接部分；5、15，下部絕緣層；6，金屬基盤；7，試樣吸附面；8，玻璃基板；9，絕緣體；10，直流電源。
具體實(shí)施例方式
下面基于附圖所示的實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施形式。又，本發(fā)明的雙極型靜電吸盤并不局限于以下各實(shí)施例的情形。
實(shí)施例1圖1示明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤的分解斜視說(shuō)明圖，此雙極型靜電吸盤X包括長(zhǎng)100mm×寬100mm，膜厚50μm而電阻率ε＝3.5，在下表面上具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜組成的上部絕緣層1；膜厚3μm的銅組成的第一電極2；長(zhǎng)100mm×寬100mm、膜厚50μm而電阻率ε＝3.5的聚酰亞胺膜組成的電極間絕緣層3；膜厚3μm的銅組成的第二電極4；長(zhǎng)100mm×寬100mm、膜厚50μm而電阻率ε＝3.5，在上表面上有熱塑性聚酰亞胺的聚酰亞胺膜組成的下部絕緣層5；長(zhǎng)100mm×寬100mm×厚10mm的鋁組成金屬基盤6。此外，在此雙極型靜電吸盤X中，由上部絕緣層1的上表面組成的試樣吸附面7吸附保持著長(zhǎng)100mm×寬100mm×厚0.2mm而電阻率ε＝5.5的玻璃基板8。
此實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X按下述步驟形成。首先利用上下兩面(表里兩面)有銅表面層的聚銑亞胺鍍銅疊層片的ネオフVツクス(三井化學(xué)株式會(huì)社制商品名)，于其上下兩面經(jīng)絲網(wǎng)印刷形成預(yù)定電極的抗蝕劑圖案，然后用氯化鐵組成的侵蝕劑進(jìn)行蝕刻。由此形成具有長(zhǎng)80mm×寬80mm區(qū)域的帶狀梳齒的第一電極2、電極間絕緣層3(聚酰亞胺膜)以及具有長(zhǎng)80mm×寬80mm區(qū)域的帶狀梳齒的第二電極4。
然后于形成上部絕緣層1的下表面上順次疊置具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜、第一電極2、聚酰亞胺膜(電極間絕緣層3)、第二電極4以及在形成下部絕緣層5的上表面上具有熱塑性聚酰亞胺膜的聚酰亞胺膜，在處理溫度150℃，壓力2MPa的條件下進(jìn)行低溫?zé)釅航映尚?，形成絕緣體9，再將此絕緣體9通過中介的未圖示的熱塑性聚酰亞胺膜，在同于上述的條件下進(jìn)行低溫?zé)釅航犹幚恚潭ǖ浇饘倩P6上，完成雙極型靜電吸盤X。
對(duì)于此雙極型靜電吸盤X，使第一電極2側(cè)為負(fù)極而使第二電極4側(cè)為正極，與直流電源10連接，此外，金屬基盤6成為接地電極。至于對(duì)電極施加的電壓，即使以第一電極2側(cè)為正極、第二電極4側(cè)為負(fù)極，也能產(chǎn)生與上述相同的吸附效果。也可以使第一電極2或第二電極4兩者之一為0V(接地)，而以余剩的電極為正極或負(fù)極，以在相互的電極間產(chǎn)生電位差。
圖2示明實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X的剖面說(shuō)明圖(圖1中A-A剖面的一部分)，圖3是實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X的第一電極2與第二電極4沿試樣吸附面7的法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。此外，圖2中的“2”表示下述試驗(yàn)例5中說(shuō)明的帶狀電極寬度與電極間間隙。
如上所述，第一電極2與第2電極4都形成為帶狀梳齒，這兩個(gè)電極的帶狀梳齒相互交錯(cuò)組合，使此第一電極2與第二電極4設(shè)置成沿試樣吸附面7的法線方向相互線連重疊。形成帶狀梳齒的第一電極2的帶狀部分2a具有電極寬度1mm和厚度3μm，此帶狀部分2a按間隔1mm的節(jié)距排列，與電極寬度3mm和厚度3μm的根部2b成為一體形成帶狀梳齒。同樣，第二電極4的帶狀部分4a有電極寬度1mm，厚3μm，此帶狀部分4a按間隔1mm節(jié)距排列，與電極寬度3mm，厚度3μm的根部4b成為一體，形成帶狀梳齒。第一電極2與第二電極4之間的電極間距離y相當(dāng)于上述電極間絕緣層3的膜厚值50μm。
形成電極間絕緣層3的上述聚酰亞胺膜的絕緣耐壓性達(dá)160MV/m，因而實(shí)施例1的雙極型靜電吸盤X可有8kv的絕緣耐壓特性。
實(shí)施例2圖4是實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤X的剖面說(shuō)明圖，圖5是實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤X的第一電極1與第二電極14沿試樣吸附面7的法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。
實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤X中，第二電極14的帶狀部分14a的電極寬度形成0.6mm，此第二電極14的帶狀部分14a設(shè)在位于由第一電極2的帶狀部分2a形成的間隙(1mm)的中央，第一電極2的帶狀梳齒與第二電極14的帶狀梳齒相互交錯(cuò)組合，沿著試樣吸附面7的法線方向?qū)⒌谝浑姌O2與第二電極14設(shè)置成使其各個(gè)帶狀部分2a、14a的前端與其各個(gè)根部2b、14b成為線連重疊(沿試樣吸附面7的法線方向，第一電極2的帶狀部分2a與第二電極14a的距離為0.2mm)。用上述以外的條件與實(shí)施例1相同的條件，由此完成了實(shí)施例2的雙極型靜電吸盤X。
實(shí)施例3圖6是實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖，圖7是實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的剖面(圖6中A-A剖面一部分)說(shuō)明圖，圖8是實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X的第一電極2與第二電極24沿試樣吸附面7的法線方向觀察時(shí)的局部平面圖。圖8中有點(diǎn)的區(qū)域部分表示第二電極24沿試樣吸附面7的法線方向上與第一電極2重疊的部分。
實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X除第二電極24形成為具有長(zhǎng)80mm×寬80mm的平面區(qū)域的平板狀外，用與實(shí)施例1相同的條件完成了雙極型靜電吸盤。
實(shí)施例4圖9是實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X的分解斜視圖。圖10是實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X的第一電極12與第二電極24沿試樣吸附面7的法線方向觀察時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。圖10中有點(diǎn)的區(qū)域部分表示第二電極24在試樣吸附面7的法線方向上與第一電極12重疊的部分。
此實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X中，第一電極12形成井字形，具有將長(zhǎng)100mm×寬100mm的區(qū)域按長(zhǎng)3mm×寬3mm的間隙部分12a的長(zhǎng)度3mm的節(jié)距(形成井字形的電極寬度3mm)。除上述之外的條件，其余取與實(shí)施例3相同的條件而完成此實(shí)施例4的雙極型靜電吸盤X。此外，在如以上所述將第一電極12形成井字形時(shí)，即使因外部的撞擊切斷了電極的一部分時(shí)也仍可供給電壓。
實(shí)施例5圖11是實(shí)施例5的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖，圖12是實(shí)施例5的雙極型靜電吸盤X的沿試樣吸附面的法線方向觀察第一電極22與第二電極34時(shí)中心附近的局部平面說(shuō)明圖。圖12中濃著色(涂抹了的)部分表示第二電極34沿試樣吸附面7的法線方向與第一電22重疊的部分。
實(shí)施例5的第一電極22具有以半徑2mm的圓形部分22a為中心，電極寬度3mm，相互電極間的間隔5mm而形成同心圓狀的環(huán)形部分22b，同時(shí)具有連接此圓形部分22a與環(huán)形部分22b的電極寬度1mm的連接部分22c，整體形成為半徑100mm的同心圓電極。另一方面，第二電極34具有以內(nèi)徑3mm與外徑6mm的中央環(huán)34a為中心，電極寬度3mm，相互電極間間隔5mm的形成同心圓狀的環(huán)形部分34b，同時(shí)具有連接此中央環(huán)34a與環(huán)形部分34b的電極寬度1mm的連接部分34c，整體形成為半徑100mm的同心圓電極，上述條件以外與實(shí)施例1相同，由此完成了實(shí)施例5的雙極型靜電吸盤X。
對(duì)實(shí)施例5的第一電極22與第二電極34沿試樣吸附面7的法線方向觀察時(shí)，環(huán)形部分22b、34b相互的距離d＝1mm，同時(shí)此第二電極34的連接部分34c設(shè)置成沿試樣吸附面7的法線方向可與上述第一電極22的連接部分22c重疊。
實(shí)施例6圖13是實(shí)施例6的雙極型靜電吸盤X的從試樣吸附面7沿法線方向觀察第一電極22與第二電極44時(shí)的局部平面說(shuō)明圖。圖13中濃著色(涂抹了的)部分表示第二電極44沿試樣吸附面7的法線方向與第一電極22重疊的部分。
此實(shí)施例6的第二電極44具有以內(nèi)徑2mm與外徑7mm的中央環(huán)44a為中心，電極寬度5mm，相互電極間的間隔3mm，形成為同心圓狀的環(huán)形部分44b，同時(shí)具有連接此中央環(huán)44a與環(huán)形部分44b的連接部分44c，整體形成為半徑100mm的同心圓電極，上述條件以外與實(shí)施例5相同，由此完成了實(shí)施例6的雙極型靜電吸盤X。
當(dāng)沿試樣吸附面7的法線方向觀察實(shí)施例6的第一電極22與第二電極44時(shí)，環(huán)形部分22b、44b相互線連重疊，而第二電極44的連接部分44c設(shè)置成在試樣吸附面7的法線方向上與第一電極22的連接部分22c重疊。
實(shí)施例7圖14是實(shí)施例7的雙極型靜電吸盤X的分解斜視說(shuō)明圖，此實(shí)施例7的第二電極54形成為具有半徑100mm的圓形區(qū)域。上述條件以外與實(shí)施例5的相同，由此完成實(shí)施例7的雙極型靜電吸盤X。
實(shí)施例8圖15是實(shí)施例8的雙極型靜電吸盤X的第一電極32的局部平面說(shuō)明圖。第一電極32具有厚度3μm，直徑300mm的圓形區(qū)域，此圓形區(qū)域中均勻地分布著半徑0.6mm的圓形開口部32a。圖15是示明這種圓形區(qū)域中心部附近形態(tài)的局部平面說(shuō)明圖，注意此第一電極32中一開口部32a，在其周圍存在6個(gè)開口部32a，這6個(gè)開口部32a設(shè)置成使其各自的中心位于正六邊形的頂點(diǎn)。中央開口部32a的中心與正六邊形頂點(diǎn)處開口部32a的中心距R為1.5mm，中央開口部32a與相鄰開口部32a的間隔r為0.3mm。
上述條件以外與實(shí)施例3的相同，由此完成了實(shí)施例8的雙極型靜電吸盤X。有了這樣的取圓形的開口部32a。開口部的角隅處理就較容易，可以形成均勻的梯度力。
實(shí)施例9圖16是實(shí)施例9的雙極型靜電吸盤X的第一電極42的局部平面說(shuō)明圖。第一電極42具有厚3μm，直徑300mm的圓形區(qū)域，在此圓形區(qū)域中均勻地分布有每邊為0.6mm的正六邊形開口部。圖16是示明此圓形區(qū)域中心附近形態(tài)的平面說(shuō)明圖。注意此第一電極42中一開口部42a，在其周圍設(shè)有六個(gè)以其對(duì)應(yīng)邊相互平行的開口部42a。中央開口部42a的中心與相鄰開口部42a的中心距離R為1.5mm，相鄰開口部42a相互的間隔r為0.3mm。
上述條件以外與實(shí)施例3的相同，由此完成了實(shí)施例9的雙極型靜電吸盤X。在這種具有正六邊形開口部42a的第一電極42中，由于電極的線寬可均一地形成，就能實(shí)現(xiàn)更均勻的吸附力。
實(shí)施例10圖17是實(shí)施例10的雙極型靜電吸盤X的局部剖面說(shuō)明圖。此雙極型靜電吸盤X是于長(zhǎng)100mm×寬100mm×厚10mm的鋁組成的金屬基盤6的表面上，用氧化鋁由等離子噴涂形成長(zhǎng)100mm×寬100mm×膜厚0.2mm的陶瓷層組成的下部絕緣層15，然后對(duì)噴鍍形成的此陶瓷層的上表面進(jìn)行機(jī)加工，平面化為表面糙度Ra為10μm。
再對(duì)以上形成的下部絕緣層15的表面上噴鍍以鉬，形成長(zhǎng)100mm×寬100mm×膜厚50μm的第二電極64。此時(shí)所用的金屬為了抑制熱應(yīng)力需使其熱膨脹系數(shù)與上述噴涂形成的下部絕緣層15的陶瓷材料基本相同，于是如上所述采用了鉬。
還在上述形成的第二電極64的表面上，用于對(duì)下部絕緣層15采用過的方法，形成長(zhǎng)100mm×寬100mm×膜厚0.1mm的電極間絕緣層13。在使此電極間絕緣層13的表面與下部絕緣層15的情形相同地平坦化后，對(duì)電極間絕緣層13的表面進(jìn)行預(yù)定的掩模處理，使之成為與實(shí)施例1中第一電極2相同形狀的帶狀梳齒，噴涂膜至膜厚50μm，形成第一電極52。在形成此第一電極52時(shí)，與第二電極64的情形一樣，為能與電極間絕緣層13的熱膨脹系數(shù)基本相同而用到了鉬。然后采用形成下部絕緣層15與電極間絕緣層13的相同方法，對(duì)第一電極52的表面上噴鍍氧化鋁，形成長(zhǎng)100mm×寬100mm×膜厚0.1mm的上部絕緣層11。此上部絕緣層11在對(duì)其表面研磨后，用環(huán)氧樹脂或硅酮作真空浸漬以對(duì)噴鍍層的整個(gè)表面進(jìn)行封閉空隙，而為了使整個(gè)表面特別是成為試樣吸附面7這部分的平坦度是在表面糙度Ra 5～20μm范圍下制造工藝要求的基準(zhǔn)值與偏差之內(nèi)，進(jìn)行了機(jī)械加工。然后于有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲波凈化處理，完成靜電吸盤X。此實(shí)施例10的第一電極52與第二電極54的電極間距離y為0.1mm。
如上所述，由噴鍍第一電極、第二電極、電極間絕緣層、上部絕緣層與下部絕緣層兩疊層得到的陶瓷體形成的絕緣體所構(gòu)成的靜電吸盤，由于陶瓷體耐磨耗，即使用于多發(fā)生粒子的嚴(yán)酷的環(huán)境下，也能發(fā)揮其耐用性能。還由于能廉價(jià)的制作而適于工業(yè)化生產(chǎn)。
實(shí)施例11圖18是實(shí)施例11的雙極型靜電吸盤X中電極間絕緣層23以及第一電極62的局部剖面說(shuō)明圖。與實(shí)施例10相同，在金屬基盤6上形成了下部絕緣層15與第二電極64。然后以長(zhǎng)100mm×寬100mm×厚0.1mm的氧化鋁組成的陶瓷薄板作為電極間絕緣層23，并于其上表面(試樣吸附面?zhèn)?與實(shí)施例10相同地形成第一電極62。
然后于形成一體的金屬基盤6。下部絕緣層15與第二電極64之上(第二電極64的上表面上)疊置上述電極間絕緣層23，經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合劑固定。再與實(shí)施例10相同于第一電極62的表面上形成上部絕緣層11。上部絕緣層11的表面研磨、封閉空隙處理、平坦化的機(jī)加工以及超聲波的凈化處理都按同于實(shí)施例10的方式進(jìn)行，完成靜電吸盤X。
按照此實(shí)施例的靜電吸盤X，將對(duì)于絕緣穩(wěn)定性有極高要求的電極間絕緣層由陶瓷薄板形成，于是提高了電極間的絕緣可靠性，能發(fā)揮與本發(fā)明的在電極間設(shè)置聚酰亞胺的情形同等的絕緣穩(wěn)定性。
對(duì)于上述實(shí)施例1與實(shí)施例3的雙極型靜電吸盤X，根據(jù)二維電場(chǎng)計(jì)算制成計(jì)算模型，利用將單位面積上的吸附力(梯度力)變換為能量的方法算出。作為計(jì)算條件，將所施加的電壓都設(shè)為±1500V。結(jié)果如表1所示。
此外，作為參考例1，如圖19所示，將形成為帶狀梳齒的第一電極2與第二電極4相互交錯(cuò)組合，為此作為配置于同一平面中的雙極型靜電吸盤的計(jì)算模型。在此參考例1中。使第一電極2與第二電極4按電極間節(jié)距1mm(兩電極的帶狀部分的電極寬度1mm)設(shè)于同一平面內(nèi)。同時(shí)將此第一電極2與第二電極4夾設(shè)于聚酰亞胺組成的上部絕緣層和聚酰胺組成的下部絕緣層之間，給此相鄰的電極以極性相反的電位而成為雙極型靜電吸盤。結(jié)果示明于表1。
表1

從表1可知，實(shí)施例1與實(shí)施例3的結(jié)果與參考例1的相比較都約為其4倍。此外，參考例1的結(jié)果經(jīng)計(jì)算與前面說(shuō)明的非特許文獻(xiàn)1所公開的結(jié)果近似，因此盡管存在著試樣的不同(本發(fā)明的參考例1中為玻璃基板，而在非特許文獻(xiàn)1中則為硅片)，但在試驗(yàn)例1的計(jì)算結(jié)果在其他各方面應(yīng)該是可信的。
通過與上述試驗(yàn)例1相同的計(jì)算，算出實(shí)施例3與參考例1的雙極型靜電吸盤X的靜電電容?？梢哉J(rèn)為，此靜電電容與殘留吸附力(停止施加電壓從試樣吸附面7上取下玻璃基板8時(shí)，由于有殘留電荷導(dǎo)致不易脫下)成正比。結(jié)果示明于表1，根據(jù)此結(jié)果可知，在靜電電容方面以使第一電極與第二電極沿試樣吸附面的法線方向不重疊為有利。
根據(jù)二維電場(chǎng)計(jì)算制成計(jì)算模型，算出了上述實(shí)施例1、實(shí)施例3與參考例1的梯度力與電位等高線的分布圖，其結(jié)果示明于圖20～25中(圖20與21示明參考例1，圖22與23示明實(shí)施例1，圖24與25示明實(shí)施例3)。此外，各圖之中對(duì)各模型的電極部分作了放大表示。這里的梯度力Fy相對(duì)于試樣吸附面7的法線方向可以由下式表示Fy＝(Ey2)/y(2)圖22與圖24同圖20相比較，可以看到在圖中以虛線包圍的范圍中廣泛地存在著色澤濃的部分(梯度力強(qiáng)的部分)，由此得知實(shí)施例1與實(shí)施例3的靜電吸盤同參考例1的情形相比都有著優(yōu)異的梯度力。此外，從圖23與圖25可知，此梯度力存在于等電位等高線從狹窄處到廣處的部分內(nèi)。
以參考例1的雙極型靜電吸盤作為模型，使上部絕緣層的體積電阻率變化，將相對(duì)于此設(shè)定為導(dǎo)電性層時(shí)的時(shí)間常數(shù)的變化標(biāo)繪成曲線圖，結(jié)果示明于圖26中，使體積電阻率從聚酰亞胺所具有的1E14Ω·m進(jìn)一步減小時(shí)，時(shí)間常數(shù)變小。在大致1E10Ω·m位置處，時(shí)間常數(shù)下降3倍，這會(huì)有助于使剝離容易。這是由于玻璃基板上蓄積的電荷通過導(dǎo)電性層流向電極，最后于電源內(nèi)部自然地或由安裝于外部的放電部等消除。
具有同于實(shí)施例1的帶狀梳齒形的第一電極2與第二電極4，且將上部絕緣層1，電極間絕緣層3與下部絕緣層5各與實(shí)施例1相同都由厚50μm的聚酰亞胺膜形成，將這樣構(gòu)成的雙極型靜電吸盤作為模型，此時(shí)使第一電極2中帶狀部分2a的寬度Z(帶狀電極寬度Z)與相鄰的帶狀部分2a的間隔(電極間間隙Z)相等，同時(shí)使第二電極4的帶狀部分4a的寬度Z(帶狀電極寬度Z)與相鄰的帶狀部分4a的間隔Z(電極間間隙Z)相等，使此Z(＝帶狀電極寬度＝電極間間隙)變化，通過計(jì)算求得試樣吸附面中單位面積上的吸附力(gf/cm2)。結(jié)果示明于圖27中。圖27中的曲線圖表明以Z＝1mm時(shí)吸附力的比的相對(duì)比(曲線圖左側(cè)的軸)、供給±1.5kv的電位時(shí)的吸附力(曲線圖左側(cè)的軸)，以及供給±1.5kv的電位時(shí)作用于形成第一電極2的帶狀梳齒的1根齒(帶狀部分2a)上的單位長(zhǎng)度上的吸附力(曲線圖右側(cè)的軸)等各個(gè)值的變化。根據(jù)此曲線圖，Z在0.15～0.5mm間的相對(duì)比和供給±1.5kv電位時(shí)的吸附力(gf/cm2)有最大點(diǎn)，大致在0.3mm處相當(dāng)此最大點(diǎn)。從此結(jié)果可知，供給±1.5kv的電位時(shí)可獲得最大30gf/cm2的吸附力。這一值超過上述試驗(yàn)例1中參考例1的吸附力的10倍。
再就將形成電極間絕緣層3的聚酰亞胺膜厚為25μm以及為75μm的情形，在其他條件與上述相同而使Z(＝帶狀電極寬度＝電極間間隙)變化，通過計(jì)算來(lái)求試樣吸附面上單位面積的吸附力(gf/cm2)。此結(jié)果與前面的結(jié)果相同，在上述任一種膜厚的情形下，在0.15～0.5mm之間的吸附力最大，大致在0.3mm處達(dá)到其最大的?？梢钥吹?，當(dāng)電極間絕緣層的膜厚為25μm時(shí)，當(dāng)供給的電位為±1.5kv，最大吸附力為46gf/cm2，而且電極間絕緣層的膜厚愈薄，吸附力也愈增大。
對(duì)于試驗(yàn)例5的內(nèi)容，即使第二電極形成為具有預(yù)定的平面區(qū)域的平板狀時(shí)，也顯示出相同的結(jié)果，這就是說(shuō)，如實(shí)施例3所示，在包括有帶狀梳齒的第一電極2和具有預(yù)定平面區(qū)域的平板狀的第二電極24的雙極型靜電吸盤的模型中，即使是按上述試驗(yàn)例5的條件進(jìn)行計(jì)算的情形，可知能獲得與圖27的曲線所示結(jié)果相同的結(jié)果。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的雙極型靜電吸盤有優(yōu)越的電場(chǎng)強(qiáng)度能發(fā)揮強(qiáng)大的梯度力，因而可以用作吸附與保持試樣平坦性的優(yōu)越裝置，同時(shí)即使是對(duì)于大型的試樣，也能發(fā)揮充分的保持力。特別是對(duì)于現(xiàn)時(shí)所謂第四代的液晶顯示器所用玻璃基板大到900mm×1100mm，為了實(shí)現(xiàn)吸附這種玻璃基板的靜電吸盤，例如已制成了300mm×400mm本發(fā)明的靜電吸盤，能將9塊這樣的玻璃板均一地設(shè)置于安裝臺(tái)上。
本發(fā)明的雙極型靜電吸盤不僅具有由梯度力組成的吸附力，在梯度力之外還能發(fā)揮具有例如約100gf/cm2的吸附力的庫(kù)倉(cāng)力。因而能用于硅片等半導(dǎo)體基片的吸附保持。即當(dāng)采用此雙極型靜電吸盤時(shí)?？捎上嗤难b置處理上述玻璃基板等絕緣性基板與硅片等半導(dǎo)體基板，且不論在哪種情形下都能以施加盡可能低的電壓下的最優(yōu)條件可靠地吸持這類基板。
本發(fā)明的雙極型靜電吸盤還能在中止對(duì)電極施加電壓后盡可能地消除從這樣吸附面上取下試樣的困難，因此它特別有利于用在當(dāng)前大型化的液晶板與半導(dǎo)體制造領(lǐng)域以及各種平板顯示器的制造領(lǐng)域。硅、無(wú)定形硅、磷化鎵、砷化鎵、硅絕緣體等半導(dǎo)體基片或鈉鈣玻璃、低堿玻璃、無(wú)堿玻璃等玻璃基板，尤其是不久將來(lái)可實(shí)現(xiàn)的軟顯示器用的樹脂性膜基板等制造工藝領(lǐng)域中。
權(quán)利要求
1.一種雙極型靜電吸盤，它在絕緣體內(nèi)部具有第一電極與第二電極且將此絕緣體的表面作為試樣吸附面，其特征在于上述絕緣體沿其深度方向按照離試樣吸附面近的順序具有第一電極，電極間絕緣層以及第二電極，而此第二電極沿試樣吸附面的法線方向相對(duì)于第一電極具有非重疊區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型靜電吸盤，其中該絕緣體沿其深度方向按照離試樣吸附面近的順序具有上部絕緣層、第一電極、電極間絕緣層、第二電極以及下部絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第二電極沿試樣吸附面法線方向不與第一電極重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成帶狀梳齒同時(shí)第二電極形成帶狀梳齒，這兩個(gè)帶狀梳齒相互交錯(cuò)組合，而第二電極沿試樣吸附面法線方向不與第一電極重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與第一電極重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成帶狀梳齒，同時(shí)第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板狀，此第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與上述第一電極重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成井字形，同時(shí)第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板狀，此第二電極的一部分沿試樣法線方向與上述第一電極重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成于預(yù)定區(qū)域內(nèi)具有多個(gè)從圓形、三角形、方形、矩形、四邊形以上的多邊形選擇1個(gè)以上形狀的開口部的網(wǎng)狀，而第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板狀，此第二電極的一部分沿試樣吸附面的法線方向與上述第一電極重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成具有預(yù)定寬度的環(huán)形，同時(shí)而第二電極形成具有預(yù)定區(qū)域的平板狀，此第二電極的一部分沿試樣吸附面法線方向與上述第一電極重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極具有以有著預(yù)定圓形區(qū)域的圓形部為中心從此圓心部起隔預(yù)定間隔排列成同心圓狀的第一環(huán)形部，還包括連接上述圓形部與第一環(huán)狀部的第一連接部；而上述第二電極形成為具有比上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部的間隔小的寬度的環(huán)形，此第二電極沿試樣吸附面的法線方向觀察時(shí)設(shè)在上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極具有以有著預(yù)定圓形區(qū)域的圓形部為中心從此圓心部起隔預(yù)定間隔排列成同心圓狀的第一環(huán)形部，還包括連接上述圓形部與第一環(huán)狀部的第一連接部；而上述第二電極形成為具有與上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部的間隔相等的寬度的環(huán)形，此第二電極沿試樣吸附面的法線方向觀察時(shí)設(shè)在上述第一電極的圓形部與第一環(huán)形部之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極具有相互隔預(yù)定間隔排列成同心圓狀的兩個(gè)以上的第一環(huán)形部，而第二電極具有相互隔預(yù)定間隔排列成同心圓狀的兩個(gè)以上的第二環(huán)形部，還具有連接在各第二環(huán)形部分之間的第二連接部。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極與第二電極間的距離在1μm以上與1000μm以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極形成帶狀梳齒，當(dāng)此第一電極的帶狀電極寬度Z與電極間間隙Z相等時(shí)，此Z在0.15～0.5mm范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中電極間絕緣層是由選自聚酰亞胺、聚酰胺亞胺、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹脂以及丙烯酸酯中選取1種或2種以上的樹脂組成的樹脂層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的雙極型靜電吸盤，其中樹脂層是1種或2種以上的樹脂膜組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中電極間絕緣層是由氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋯以及二氧化鈦中選擇的1種或2種以上組成的陶瓷層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中電極間絕緣層是從硅與二氧化硅中選取的1種或2種組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中絕緣體表面上還形成有導(dǎo)電性層并以此導(dǎo)電性層表面作為試樣吸附面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第一電極的一部或全部沿試樣吸附面法線方向切斷時(shí)的剖面形狀是從矩形、方形、圓形與三角形之中選取的形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極型靜電吸盤，其中第二電極的一部或全部沿試樣吸附面法線方向切斷時(shí)的剖面形狀是從矩形、方形、圓形與三角形之中選取的形狀。
全文摘要
提供了絕緣穩(wěn)定性優(yōu)越且能產(chǎn)生優(yōu)異的吸附力的雙極型靜電吸盤，在對(duì)其電極中止施加電壓后，能最大限度地消除從試樣吸附面上取下試樣的困難。在此絕緣體內(nèi)部沿其深度方向按照離試樣吸附面近的順序設(shè)有第一電極、電極間絕緣層與第二電極，并以此絕緣體的表面作為試樣吸附面。此第二電極沿試樣吸附面的法線方向相對(duì)于第一電極具有非重疊區(qū)域。
文檔編號(hào)H02N13/00GK1934693SQ20058000881
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者藤澤博, 宮下欣也 申請(qǐng)人:創(chuàng)意科技股份有限公司