マイクロ構造による表面の柔軟性を持つ静電チャック

マイクロ構造による表面の
柔軟性を持つ静電チャック
東京工業大学大学院理工学研究科
機械宇宙システム専攻准教授齋藤滋規
想定される用途
プロトタイプ性能評価
・フォースカーブ計測（理論上）
• 本技術の特徴を生かすためには、微小電子
機械（MEMS）製造に適用することで、設計自
由度の向上のメリットが大きいと考えられる。
• 加えて，大面積化により、フレキシブルエレク
トロニクスの実装に適用可能と考えられる。
• また、金属箔やプラスティックフィルムの把持・
離脱によって，装飾品の製造や修復といった
分野や用途に展開することも可能と思われる。
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本技術のコンセプト
実用化に向けた課題
プロトタイプ性能評価
繊維状の集合体が表面に柔軟に接触し、静
電力を効果的に発揮することができる把持・離
脱デバイス。
Attractive pressure (kPa)
・フォースカーブ計測（実測評価）
• 現在、微小金属片について把持・離脱が可能
なところまで開発済み。しかし、大面積化の点
が未解決である。
• 現在，多層化プロトタイプにて実験データを取
得し、金属箔およびプラスティックフィルムに
適用していく場合の条件設定を行っていく。
• 繊維集合体の積層精度を向上する技術や先
端改質技術を確立する必要もあり。
0.5
0
wave amplitude h = 50m
contact
-0.5
-1
-1088Pa
-1.5
detach
-200
-100
0
100
Displacement of the device base -Z (m)
Arranged fibers’ force curve (surface amplitude = 50µm)
(cf. R. Dhelika, S. Saito et al 2013)
Theoretical

14
Shape of force curve corresponds
with theoretical curve
5
15
10
本技術のコンセプト
プロトタイプ性能評価
企業への期待
• 表面振幅に対する最大の発生静電力
繊維状の集合体が表面に柔軟に接触し、静
電力を効果的に発揮することができる把持・離
脱デバイス。
下図は，マイクロレンズアレイの表面を繊維状
の集合体で静電力によって把持，移動，離脱
を行う様子
• 未解決の問題については、既存の製造技術
の応用により克服できると考えている。
• リソグラフィー、薄膜成膜などの微細加工の技
術に強い企業との共同研究を希望。
• また、金属箔、プラスティックフィルムの貼り付
け自動化技術などを開発中の企業、微小部
品組立分野への展開を考えている企業には、
本技術の導入が有効と思われる。
amplitude = 0µm
50µm
100µm
200µm



Fibers contacting each surface
Close to theoretical value (k=0.4N/m)
Larger than theoretical force of no compliance ESC
Smaller than expected for the flat surface
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従来技術とその問題点
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技術的課題
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本技術に関する知的財産権
• プロトタイプ制作における加工精度等の問題
既に実用化されている技術に、半導体ウエハの
ための静電チャック等があるが、表面粗さに起因
する静電力の効果低下のため、把持対象が「平
らな」ものに限定される。加えて，残留電荷による
離脱困難等の問題がある。
• 発明の名称：静電誘導吸着具及び静電誘
導吸着方法
• 特許登録
• 出願人
• 発明者
：特許第4961554号
：東京工業大学
：齋藤滋規、鞠谷雄士、他4名
Electrostatic chuck (TOTO inc.)
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プロトタイプ性能評価
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新技術の特徴・従来技術との比較
・プロトタイプ概要および静電力計測法

Sine-waved surface sample
Arranged fibers and system properties



Duralumin , PP film coat (50µm)
Wave length: 4mm
Amplitude: 50, 100, 200µm, 0
• 従来技術の問題点であった、表面粗さへの適
応性を改良することに成功した。
• 従来は発生静電力の低下防止の観点でシリ
コンウエハや平面ガラスなどに限られていた
対象を広げることが可能となった。
（対象例：金属箔、プラスティックフィルム）



Diameter: 250µm  Insulator: 50µm
 Dielectric const.: 2.8
Length: 14mm
Conductive area:  Voltage: 600V
16.0×10-9 m2
 Stage speed: 1µm/sec
Number: 10 fibers
Fibers’ gap: 1mm
Spring constant k: 0.4N/m
8
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