專利名稱：靜電吸盤和處理裝置的制作方法
1、發(fā)明的領域本發(fā)明涉及用在PDP(等離子體顯示器)制造裝置中的絕緣基片的處理裝置、用于DVD(數(shù)字視頻(或通用)盤)的主記錄器制造裝置、用于硬盤制造裝置的基片處理裝置、EB(電子束)曝光裝置中的標線固定裝置和用于制造要形成在SOS(藍寶石-硅)和SOI(絕緣體-硅)晶片上的元件的CVD、刻蝕或濺射裝置。
2、相關技術說明在用于如DVD、PDP等的制造裝置中，要處理的材料是呈現(xiàn)電絕緣特性的玻璃基片。因此，在常規(guī)技術中，由于不能在真空中靜電吸引這些基片，因此它們平坦地放置在制造裝置的工作臺上，或者用機械機構固定它們。
EB曝光裝置的標線是由也呈現(xiàn)電絕緣特性的石英構成的。因此，通常情況下，在真空下用機械機構固定標線。
引起注意的是作為硅晶片的再生替代物的SOS和SOI晶片，關于它們被安裝于工作臺的表面表現(xiàn)為電絕緣特性。因此，通常不可能在用于在這些晶片上形成器件的制造裝置中采用靜電吸盤的固定方法。例如在日本專利申請?zhí)卦S公開NO.平5-63062(1993)中披露了一種靜電吸引硅晶片的裝置和原理，然而，根據(jù)該原理不可能靜電吸引絕緣基片。
而且，已經公知有用于靜電吸引的裝置例如靜電記錄儀的文獻了。
隨著在DVD、PDP、或硬盤用的基片上、或在SOS、SOI上形成的元件等工藝的高度化和集成化，工藝中的溫度控制變得非常重要。關于用于在硅晶片上形成元件的常規(guī)工藝，在工藝中采用靜電吸盤進行溫度控制。
然而，由于常規(guī)技術的靜電吸盤只能吸引導體或半導體，在要處理的材料具有電絕緣特性的情況下，不能靜電吸引這種材料。因此，在工藝中不能高度精確地控制溫度。
因此，希望有一種能靜電吸引絕緣基片的靜電吸盤和采用這種靜電吸盤的絕緣基片處理裝置。
為了在EB曝光裝置中固定標線，還希望有采用靜電吸盤的方法，其結構比機械固定的結構更簡單并具有很少的產生灰塵顆粒的問題。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，為了解決上述問題，提供在真空環(huán)境下能靜電吸引絕緣基片如玻璃基片的靜電吸盤和采用這種靜電吸盤的加熱/冷卻裝置和溫度控制方法。本發(fā)明的靜電吸盤，在位于構成靜電吸盤的介電質一側上的多個電極之間的距離很小，并且介電質的厚度很薄。在電極之間施加電位差以便在介電質的吸引表面形成非均勻電場。在非均勻電場中的待處理介電質部分被極化，并產生在電場強度很強的方向上吸引的梯度力。該梯度力表示為F∝α·grad E2，其中F是梯度力，α是感應極化電荷，E是電場。本發(fā)明利用了這種效果。
為獲得上述效果，根據(jù)在權利要求1-10所述的本發(fā)明，規(guī)定介電質的形狀、特性以及電極的形狀，并揭示在真空環(huán)境下的用于吸引絕緣基片的靜電吸盤。
根據(jù)在權利要求14和15中所述的本發(fā)明，提供加熱/冷卻裝置，包括上述靜電吸盤，形成輸送或擴散工藝中產生的熱量或通過介質要輸送給絕緣基片的熱量的氣流通道的板，用于輸送被封閉在絕緣基片和介電質的吸引表面之間的空間中的氣體以便調整其間的熱傳輸?shù)牡臍怏w輸送管道，其特征在于利用絕緣基片的溫度調整封閉氣體的壓力，由此可將溫度調整到預定值。
根據(jù)在權利要求11、13、18和19中所述的本發(fā)明，提供采用上述靜電吸盤在真空環(huán)境下處理絕緣基片的處理方法。
根據(jù)在權利要求20-23中所述的本發(fā)明，提供采用上述靜電吸盤在真空環(huán)境下靜電吸引絕緣基片的裝置。
附圖的簡要說明

圖1是表示靜電吸盤的例子的平面圖；圖2是沿著圖1中的線A-A截取的截面圖；圖3是利用靜電吸盤吸引絕緣基片的另一實施例的截面圖；圖4是表示設置在介電質上的電極圖形的例子的示意圖；圖5是表示設置在介電質上的電極圖形的例子的示意圖；圖6是表示設置在介電質上的電極圖形的例子的示意圖；圖7是表示加熱/冷卻氣壓和介電質的溫度之間的關系的曲線；
圖8是表示施加于靜電吸盤的電壓和絕緣基片的溫度之間的關系的曲線；圖9是表示靜電吸盤的固體接觸部分的面積比和絕緣基片的溫度之間的關系的曲線。
優(yōu)選實施例的詳細說明以下將參照附圖詳細介紹本發(fā)明的實施例。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤的例子的平面圖，圖2是其截面圖。
在圖3所示的實施例中，介電質基片1a和絕緣支撐基板1b是用相同材料制成，并一體形成有層疊結構，并表示利用靜電吸盤1吸引絕緣基片10的條件的截面圖。通過用于施加電壓的導體12給電極7施加電壓，在絕緣基片10和靜電吸盤1之間產生吸力，由此在突起2和外周密封環(huán)3(以下統(tǒng)稱為固體接觸部分)上吸引絕緣基片10。而且，靜電吸盤1通過連接器部分11連接到金屬板6上，通過設置在金屬板6內的介質流通道8輸送介質，對靜電吸盤1加熱/冷卻。
圖4-6表示形成在介電質的一個表面上的電極7的圖形的各個例子。采用多對電極7，在用于SOS、SOI晶片的等離子體處理中使用的射頻電流可散布到每個電極中，由此減少每個導電端子等的負載。
通過氣體輸送管道13從氣體輸送口5輸送氣體并封閉在氣體封閉部分9中。為了快速和均勻地封閉氣體，在靜電吸盤1的表面上形成凹槽4。通過氣體封閉部分9和固體接觸部分，在絕緣基片10和靜電吸盤1之間進行熱傳輸。
通過在氣體輸送管道附近設置氣壓計16，輸出在0-10V氣壓范圍內的信號電壓。
在氣體管道中，設置壓力控制閥17，并通過比較氣壓計16的信號電壓和預定值打開和關閉閥門17，由此將氣體壓力調整到預定值。
在改變介電質的特性的情況下的靜電吸力的測量結果示于表1中。
表1
表1(續(xù))
表1(續(xù))
在測量靜電吸力時，制備面積為5cm2的待吸引材料，給靜電吸盤施加在3-10KV范圍內的DC電壓。當通過給待吸引材料在水平方向施加力使待吸引材料開始相對于靜電吸力移動時，利用彈簧秤測量移動力。因為彈簧秤的最大負載是300g，所以不可能測量比這大的力。然而，如果絕緣材料和待吸引材料之間的靜態(tài)摩擦系數(shù)為0.2，則靜電吸力將對應測量值的五(5)倍大的作用力。因此，在測量值為300g/5cm2的情況下，靜電吸力將對應300g/cm2的張力強度。這個值對應約30kPa，這足以在真空室內吸引待吸引材料。為了使絕緣材料形狀均勻，電極寬度設定為1mm，電極間的距離設定為1mm，絕緣材料的厚度為0.5mm。
1A-1D和2表示在改變絕緣基片的電阻率的情況下的靜電吸力。電阻率對靜電力沒有大的影響；然而，優(yōu)選電阻率小于或等于1013Ωcm，其產生較大的靜電吸力。
1F和1G表示在改變絕緣基片的表面粗糙度的情況下的靜電吸力。與1B相比，優(yōu)選表面粗糙度小于或等于Ra0.25μm。
在本例中，除了1P中的多晶氧化鋁基片之外，待吸引材料的表面粗糙度小于或等于Ra0.1μm。
1B和2-6表示在改變絕緣材料的情況下的靜電吸力。作為絕緣材料的性質，電阻率而不是相對介電常數(shù)具有對靜電吸力較大的關系。關于絕緣材料，利用通過向氧化鋁中加氧化鉻和/或氧化鈦獲得的陶瓷燒結體和通過添加燒結輔助材料得到的材料可實現(xiàn)最穩(wěn)定和大的吸力。
1B和1H-1N表示在改變待吸引材料種類的情況下的靜電吸力。結果表明可吸引不同的絕緣材料，并且待吸引的材料的相對介電常數(shù)越大，吸力越大。
在10和1P中，多晶氧化鋁基片用做待吸引材料，改變其表面粗糙度，然后測量靜電吸力。結果表明，如果待吸引材料的表面粗糙度在Ra 0.4μm左右，則可獲得足夠的力。因此，當待吸引材料的相對介電常數(shù)變大時，待吸引材料的表面粗糙度減小。
2-7表示在改變絕緣材料的情況下的靜電吸力。結果表明，如果使用通過想氧化鋁中添加氧化鉻和/或氧化鈦獲得的陶瓷燒結體以外的材料，可獲得足夠的吸力。在用于PDP的玻璃用做待吸引材料的情況下，從可見度方面考慮，優(yōu)選使用難以以破壞玻璃的橡膠族材料是有效的。在本實施例中，使用硅橡膠；然而，也可使用天然橡膠、氯丁二烯橡膠、丁基橡膠、腈橡膠、碳氟橡膠、或樹脂如聚氨基甲酸酯、PTFE等。在這種情況下，優(yōu)選其體電阻率小于或等于1013Ωcm。
表2表示在使用通過向氧化鋁中添加氧化鉻和/或氧化鈦獲得的陶瓷燒結體并改變根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤中的電極圖形的情況下，相對于玻璃基片的靜電吸力和施加電壓之間的關系。
表2
表2(續(xù))
表2(續(xù))
在具有相同電極寬度和電極間的相同距離的圖形的情況下，當絕緣材料的厚度為0.3mm時，可獲得最大靜電吸力，并且有其厚度越薄，靜電吸力越大的趨勢。
如果寬度和距離等于或大于0.5mm，則可獲得靜電吸力。然而，如果電極間的距離小于0.5mm，則不能獲得電極之間的足夠的絕緣性。結果是，有不能獲得靜電吸力的情況。
在對比具有相同厚度的絕緣材料的情況下，電極的寬度越小，靜電吸力越大。
在電極間的距離大于2mm的情況下，幾乎不能獲得靜電吸力。在本實施例中，施加電壓升高到10kV。希望即使電極間的距離為2mm，也能通過大于該值的施加電壓來獲得足夠的吸力。
在對比具有相同厚度和相同電極寬度的絕緣材料的情況下，當電極間的距離大于絕緣材料的厚度時，有靜電吸力變小的趨勢。
前面表明在絕緣材料的厚度薄、電極的寬度小和電極間的距離幾乎等于電極寬度的情況下，可獲得大的靜電吸力。
在靜電吸引玻璃基片作為待吸引材料的情況下，通過設定絕緣材料的厚度在0.3-2.0mm范圍內，電極間的距離在0.5-1.0mm范圍內，電極寬度在0.5-4.0mm范圍內和絕緣材料的電阻率小于或等于1013Ωcm，投入實際使用。更優(yōu)選絕緣材料的厚度在0.3-1.0mm范圍內，電極間的距離在0.5-1.0mm范圍內，電極的寬度在0.5-1.0mm范圍內，和絕緣材料的電阻率小于或等于1013Ωcm。
以下將介紹基片加熱/冷卻裝置的實施例。
圖7-9是表示在絕緣基片上的熱吸引實驗和冷卻實驗的數(shù)據(jù)的曲線。玻璃基片(即低堿玻璃)用做絕緣基片10。
圖7是表示絕緣基片的溫度和用于加熱/冷卻的要輸送到絕緣基片和絕緣材料的吸引表面之間的間隔的氣體的壓力之間的關系的曲線，其中絕緣基片設置在基片加熱/冷卻裝置中，而基片加熱/冷卻裝置設置在真空室中。通過在X軸表示上述氣體的壓力和在y軸表示絕緣基片10的表面溫度，示出在從絕緣基片10的上表面輸送2W/cm2的熱流情況下的熱特性。這個曲線表明，可以通過改變封閉在氣體封閉部分9中的氣壓來控制絕緣基片10的溫度。在本實施例中主要使用He氣體；然而，利用Ar或N2可獲得相同的加熱/冷卻效果。
為了通過輸送更高的壓力來提高加熱/冷卻的效率，需要使絕緣材料19的吸引表面上的突起2的高度變低并由此使氣體壓力處于分子流的區(qū)域。例如，為了使在0-13329Pa(0-100Torr)范圍內的上述氣體處于分子流的區(qū)域內，突起2的高度可設定為小于或等于5μm。在這種情況下，為了快速和均勻地封閉上述氣體，凹槽4的形成與突起2一樣重要。
在靜電吸盤表面上只形成突起的情況下，要花費時間使空間內的氣體變均勻，這取決于突起的高度。因此，通過從氣體輸送口形成凹槽，減少了使空間內的壓力變均勻為的時間。關于凹槽的形狀和圖形，當它們從氣體輸送口形成為徑向圖形，并且它們的寬度等于或大于1.0mm，深度等于或大于50μm時，可獲得該效果。優(yōu)選，寬度等于或大于1.5mm，深度等于或大于250μm，并由此直到形狀內的壓力分布變得均勻為止的時間小于或等于5秒。如果以同心圖形和徑向圖形形成凹槽，則可進一步提高該效果。
如圖8所示，通過改變施加電壓，可以改變絕緣基片10的溫度。在這種情況下，通過改變靜電吸盤的表面粗糙度，可調節(jié)絕緣基片10的溫度。
此外，如圖9所示，實驗結果表明，通過改變接觸面積的比可改變絕緣基片10的溫度。為了改變接觸面積比，需要改變突起的數(shù)量和直徑。本例中突起的直徑為5mm，密封環(huán)的寬度為4mm。突起的數(shù)量由接觸面積比換算。突起以基本上互相相等的位置分布在靜電吸盤的表面上。
本實施例表明，通過在氣體封閉部分9中封閉6664Pa(50Torr)的高氣壓，可獲得絕緣基片10的大加熱/冷卻效果。然而，為了封閉這種高氣壓，需要靜電吸盤產生大的吸力。例如，在接觸面積比為20％的情況下，為了封閉1333Pa(10Torr)的氣壓，理論上，需要至少13g/cm2的吸力。因此，需要具有很大吸力的靜電吸盤。作為用于靜電吸盤的絕緣層的材料，使用主要由氧化鋁和適量添加到氧化鋁中的氧化鉻(Cr2O3)、氧化鈦(TiO2)和燒結輔助材料構成的陶瓷燒結體。這種材料中的吸力在施加10KV時為約300g/5cm2，這與上述1A-1C的相同，垂直方向的張力強度假設為300g/cm2。即使接觸面積比為20％，也可確保吸力等于或大于60g/cm2。因此，可以充分地吸引絕緣基片。
低堿玻璃用做本例中的絕緣基片10；然而，根據(jù)本發(fā)明的靜電吸盤一般還可以應用于其它電絕緣基片和/或膜。
通過在用于絕緣基片的加熱/冷卻裝置的絕緣支撐基板中提供加熱器，和光學溫度計、熱電偶、或其它非接觸溫度計作為用于測量待吸引材料上的溫度的裝置，從測量裝置輸出的信號與預定值比較，由此可以很容易地控制待吸引材料的溫度。在不能直接測量絕緣基片的溫度的情況下，可以在其中預先將氣壓、施加電壓、固體接觸面積的比、輸送的熱能、介質的流速、介質的溫度等編輯和連接在一起的數(shù)據(jù)庫基礎上維持絕緣基片的溫度。
通過在反應室內提供根據(jù)本發(fā)明的用于絕緣基片的加熱/冷卻裝置，在半導體制造工藝中，特別是，在用于SOS或SOI的等離子體CVD、等離子體刻蝕、濺射等中，可以很容易地控制的溫度。
前面已經全面地解釋了本發(fā)明，但是根據(jù)本發(fā)明，由于即使是絕緣材料，也能利用靜電吸盤吸引待處理的材料，因此利用其中安裝了靜電吸盤的加熱/冷卻裝置可以很容易地加熱/冷卻絕緣基片，并由此可以將絕緣基片的溫度控制在預定值。
權利要求
1.一種用于吸引絕緣基片的靜電吸盤，其包括絕緣層，所述絕緣層具有吸引絕緣基片的第一表面，和其上配置了多個電極的第二表面；其中，彼此相鄰的所述電極之間的距離等于或大于0.5mm，小于或等于2mm，且其中調節(jié)彼此相鄰的所述電極之間的距離和所述絕緣層的厚度，使得當在所述電極之間產生電位差時，形成通過梯度力吸引所述絕緣基片的不均勻電場。
2.根據(jù)權利要求1的靜電吸盤，其特征在于，所述絕緣層的厚度小于或等于2mm。
3.根據(jù)權利要求1或2的靜電吸盤，其特征在于，所述電極的寬度等于或大于0.5mm，且小于或等于4mm。
4.根據(jù)權利要求1的靜電吸盤，其特征在于，所述絕緣層的電阻率在室溫下小于或等于1013Ωcm。
5.根據(jù)權利要求1或2的靜電吸盤，其特征在于，所述絕緣層包括燒結陶瓷。
6.根據(jù)權利要求1或2的靜電吸盤，其特征在于，所述絕緣層的第一表面包括凹槽、突起和外周密封環(huán)。
7.根據(jù)權利要求1或2的靜電吸盤，其特征在于，所述絕緣基片包括玻璃。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于靜電吸引絕緣基片的靜電吸盤、使用靜電吸盤加熱/冷卻絕緣基片的裝置、和控制絕緣基片溫度的方法。公開了形成靜電吸盤的絕緣材料的形狀和特性、和電極的形狀。還公開了包括板、氣體輸送管道和溫度控制系統(tǒng)的用于加熱/冷卻絕緣基片的裝置、和其中安裝了用于加熱/冷卻絕緣基片的裝置的用于處理絕緣基片的裝置。
文檔編號B23Q3/15GK1595632SQ20041008556
公開日2005年3月16日 申請日期2000年5月25日 優(yōu)先權日1999年5月25日
發(fā)明者北林徹夫, 堀裕明, 內村健志, 建野范昭, 不破耕, 前平謙 申請人:東陶機器株式會社, 株式會社愛發(fā)科