JP3894652B2

JP3894652B2 - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP3894652B2
Application number: JP08638698A
Authority: JP
Inventors: 比呂史会田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11284058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等においてウエハを静電的に吸着保持して処理したり、搬送するための静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体製造用装置において、シリコンウエハに対して成膜を行ったり、エッチングを施す場合には、シリコンウエハを平坦に保持することが必要である。このような保持手段としては、機械式、真空吸着式、静電吸着式が提案されている。
【０００３】
これらの保持手段の中で静電的にシリコンウエハを保持することのできる静電チャックは、シリコンウエハの加工を行うに際して要求される加工面の平坦度や平向度を容易に実現することができ、さらにシリコンウエハを真空中で加工処理することができるため、半導体の製造に際して最も多用されている。
【０００４】
従来の静電チャックは、電極板の上にアルミナ、サファイヤ等からなる絶縁層を形成したもの（特開昭６０−２６１３７７号）、絶縁基板の上に電極層を形成しその上に絶縁層を形成したもの（特開平４−３４９５３号）、絶縁基板内部に電極層を組み込んだもの（特開昭６２−９４９５３号）等が提案されている。
【０００５】
近年、半導体素子の集積回路の集積度が向上するに従い、静電チャックの高精度化とともに、耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れたセラミックス製静電チャックが要求されている。特に、窒化アルミニウムは他のセラミックス材料に比べて耐プラズマ性に優れていることから、これを用いた静電吸着面を窒化アルミニウムセラミックスからなる静電チャックが検討されている。
【０００６】
一般に、絶縁体の体積固有抵抗値は温度が上昇するに伴い低下する。例えば窒化アルミニウムの場合には室温では１０¹⁶Ω・ｃｍから３００℃で１０¹¹Ω・ｃｍ以下に減少するため、２５０℃の雰囲気で使用すると残留吸着などの問題が発生して安定した動作を得るのは困難であり、使用温度範囲に制限があった。特に、需要が多い１５０℃以下の使用温度では抵抗が１０¹⁶Ω・ｃｍ以上であるために大きな吸着力が得られないという問題があった。
【０００７】
これに対して、１５０℃以下の温度でも安定して静電チャックを使用するために、特開平２−１６０４４４号には、絶縁層を２層以上積層するとともにそれぞれの層に対応する電極層及び電気回路、スイッチングを設けて、室温から４００℃までの広い温度領域の使用に耐えられるような構造が提案されている。また、特開平４−３００１３７号には、静電チャック内にヒータ、熱電対などの温度検出器を取付け、外部に制御部を設けて温度変化にともなって電源部を制御して吸着力を安定させ、使用温度範囲を広げることも提案されている。さらに、特開平５−３１５４３５号は、誘電体層を複数の抵抗率の異なる材質で形成し、使用温度によって電圧印加の切り替えを行う方法を提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
静電チャックの静電吸着面を形成する誘電性絶縁体として、主として用いられている窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック系誘電性絶縁体では、低温から高温まで安定した吸着力を得るには至っておらず、上述のように静電チャックの構造を変えたり、電気的な制御により使用できる温度範囲を広げようとしてきた。
【０００９】
しかし、前述したような絶縁層を２層以上積層して電極層を増やしたものや複数の抵抗率の異なる材質を誘電体層として用いた場合、電気回路も複雑となり、静電チャック自体の構造が複雑になるために製造工程が煩雑であり、そのために製品の信頼性が低下したり、コストが高くなるといった欠点があった。
【００１０】
また、ヒータを内蔵してその温度を検知し、印加電圧を制御する方法においても静電チャック内に熱電対などの温度検知器を内蔵するために検知器が故障すると使用不可能になるという問題があり、またこの方法においてもセラミック材料の持つ特性は本質的に変化しないことから、その使用範囲には自ずと限界があることには変わりがない。
【００１１】
従って、本発明は、簡易な構造を有しながらも、０〜１００℃の温度範囲で優れた吸着特性を有する静電チャックを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題点に対して静電チャックの表面を形成するセラミック抵抗体について特に静電チャックを構成する材料の観点から検討を重ねた結果、ＢａＴｉＯ₃結晶を主成分とするセラミックスを使用し、そのセラミックス中にＳｒを所定量含有せしめ、ＢａサイトをＳｒで置換し、半導体化することにより体積固有抵抗の変化を小さく抑えることができ、その結果として０〜１００℃の温度範囲でも安定した吸着力が得られることを見いだし、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明の静電チャックは、静電吸着面が、Ｂａ、ＳｒおよびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶相を主体とするＰＴＣセラミックスからなり、該ＰＴＣセラミックス中におけるＳｒ／（Ｂａ＋Ｓｒ）原子比が０．３〜０．８であり、且つ且つ０〜１００℃の体積固有抵抗が１０^７〜１０^１２Ω・ｃｍであることを特徴とするものであり、さらに、前記ＰＴＣセラミックスが、周期律表第３ａ族元素あるいはＡｌを酸化物換算で１０重量％以下の割合で含有すること、および厚み０．５ｍｍの前記ＰＴＣセラミックスに５００Ｖの電圧を印加して１３８ｇ／ｃｍ ^２以上の吸着力が発生し得ることを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
静電チャックにおける静電吸着面において、優れた静電吸着特性を発揮する上では、静電吸着面の体積固有抵抗が１０⁷〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲にあることが必要である。
【００１５】
従来より、ＢａＴｉＯ₃は誘電体として広く用いられており、室温では約１００Ω・ｃｍの抵抗を有する。これに、Ｓｒを添加してＢａのサイトに置換することによって、ＰＴＣ（正特性サーミスタ）になることが知られている。そして、ＳｒとＢａとの比率を調整することにより、０〜１００℃、特に−５０℃から１５０℃の広い範囲で体積固有抵抗を１０⁷〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲に制御できる。
【００１６】
本発明によれば、上記のような（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃系誘電体材料により静電吸着面を形成することにより、格別に複雑な構造をとる必要がなく、広い温度範囲で優れた吸着特性を発揮することができる。
【００１７】
これにより、静電チャック自体の構造や電気回路が簡単で、低コストで広範囲な温度領域で優れた静電吸着性を発揮し得る、安価で信頼性、長期安定性に優れた静電チャックを提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の静電チャックの一例の概略断面図を示す図１をもとに説明する。図１の静電チャックの静電チャックによれば、室温における体積固有抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上の絶縁体からなる絶縁基体１の表面に、所定の電圧が印加される電極層２が形成され、さらにその電極層２上にセラミック抵抗体からなる誘電体３（以下、誘電体層という。）が形成されている。
【００１９】
誘電体層３は、少なくともシリコンウエハ４を吸着するための静電吸着面５を形成し、場合によっては、半導体製造装置内に露出している絶縁基体１の全表面に形成されている。なお、絶縁基体１内には、適宜、発熱抵抗体６を内蔵させたり、さらには冷却媒体を接触させたり冷却媒体の流路（図示せず）を設けて静電チャックを所定温度に維持するための温度保持手段を設けてもよい。
【００２０】
本発明によれば、上記誘電体層３を、Ｂａ、ＳｒおよびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶相を主体とするセラミックスからなり、セラミックス中におけるＳｒ／（Ｂａ＋Ｓｒ）原子比が０．３〜０．８、特に０．４５〜０．６５のセラミックスによって形成する。
【００２１】
ＢａＴｉＯ₃はペロブスカイト型結晶からなるものであるが、Ｓｒを含有せしめＢａサイトをＳｒによって置換することによりセラミックスの抵抗の温度依存性を小さくすることができる結果、幅広い温度領域で安定した吸着力が得られる。
【００２２】
Ｓｒ／（Ｂａ＋Ｓｒ）原子比を上記範囲に限定したのは、０．３よりもより少ないと体積固有抵抗の温度変化が大きくなり、広い温度範囲で目的の吸着力が得られず、０．８より多いと体積固有抵抗自体が大きくなって吸着力が得られなくなるためである。
【００２３】
本発明によれば、上記の構成によって少なくとも０〜１００℃、好ましくは−５０〜１５０℃の体積固有抵抗が１０⁷〜１０¹²Ω・ｃｍであることが必要である。この体積固有抵抗が１０⁷Ω・ｃｍよりも低いと流れる電流が大きすぎて吸着力が低下するとともに半導体素子を破壊してしまう。逆に１０¹²Ω・ｃｍより高いと応答性が悪くなり、電極層への電圧印加を停止してもウエハが離れず、スループットに影響を及ぼす。
【００２４】
また、本発明によれば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃の電気特性を安定化するため、Ｃｅ，Ｙなどの周期律表第３ａ族元素やＡｌを酸化物換算で１０重量％以下、特に５重量％以下の割合で添加することもできる。なお、上記周期律表第３ａ族元素やＡｌ量が酸化物換算で１０重量％よりも多いと抵抗が大きくなり、０〜１００℃の温度領域での吸着特性が得られない。
【００２５】
上記のような誘電体層は、通常の粉末焼結法で製造することができる。例えば、ＢａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃およびＴｉＯ₂を所定の割合で秤量した粉末を水で混合してボールミルで２０時間混合後、乾燥し、１０００〜１２００℃で仮焼する。その後、仮焼粉末を振動ミルで７２時間粉砕して平均粒径が０．６〜０．８μｍの（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃粉末を得る。得られた粉体を所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出し成形等により任意の形状に成形したり、上記粉末を用いてスラリーを調製し、所定の基体の表面に塗布乾燥した後、大気などの酸化性雰囲気、あるいは窒素、窒素＋水素などの非酸化性雰囲気中で１３００〜１５００℃で常圧焼成することにより作製することができる。
【００２６】
また、緻密化を促進するために、周知のホットプレス法やガス圧焼結法また熱間静水圧焼成法を用いても構わない。例えば、ホットプレスでは２５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１２５０〜１３５０℃の温度で焼結させることが出来る。
【００２７】
また、本発明による（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃の電気特性を安定化するため、該材料に対して酸化物換算で１０重量％以下の割合で、Ｃｅ，Ｙなどの周期律表第３ａ族元素を添加することができる。これらはＣｅＯ₂やＹ₂Ｏ₃として仮焼前の混合粉末に添加混合すればよい。
【００２８】
【実施例】
ＢａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃およびＴｉＯ₂を表１の割合で秤量後、これに水を混合してボールミルで２０時間混合、乾燥後、１１５０℃で３時間仮焼した。また、混合の際にＹ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃等の表１に記載の割合で添加した。
【００２９】
次に、仮焼原料を振動ミルで７２時間粉砕した。得られた粉体を６０ｍｍの円板にプレス成形し、１４００℃で焼成して相対密度９８％以上に緻密化した。なお、試料厚みは０．５ｍｍに統一した。
【００３０】
得られた試料に対して抵抗測定を行った。抵抗測定は試料を真空中１５０℃で１時間熱処理した後、乾燥した空気を導入し、さらに３００℃まで昇温した後に乾燥した空気雰囲気中で測定を行った。また、室温以下は液体窒素で冷却した乾燥した空気を流して試料を冷却して、−５０℃から１５０℃の温度範囲での体積固有抵抗と、０℃から１００℃の温度範囲での体積固有抵抗を測定し、その結果を表１に示した。
【００３１】
また、静電チャックとして、上記の誘電体材料の表面に銀ペーストを電極パターンに印刷塗布し焼き付け処理した。そして、この銀電極を形成した誘電体材料を、電極形成面をＡｌ₂Ｏ₃絶縁基板の表面に樹脂を用いて接着し、直径が６０ｍｍの円板状の静電チャックを作製した。なお、静電チャックの静電吸着面は、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．４〜０．６μｍになるように表面研磨した。そして、作製した静電チャックに対して、電極層に対して５００Ｖの電圧を印加し、その時の静電吸着力を測定した。また、５００ｇ／ｃｍ²の吸着力が発生し得る電圧を印加し、電圧遮断後、５秒後の吸着力を測定してこれを残留吸着力として表１に示した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１の結果から明らかなように、セラミックスの抵抗と吸着力は組成によって変化し、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｂａ）比が０．３より小さい試料Ｎo.１では、抵抗変化が大きく、０．８よりも大きい試料Ｎo.５では、抵抗値が小さかった。
【００３４】
これに対して、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｂａ）比が０．３〜０．８の試料のうち、周期律表第３ａ族元素あるいはＡｌ量が１０重量％よりも多い試料Ｎｏ．１３、１４を除き、いずれも０〜１００℃における体積抵抗が１０^７〜１０^１２Ω・ｃｍの範囲を示し、特にＳｒ／（Ｓｒ＋Ｂａ）比が０．４５〜０．６５であり、且つ周期律表第３ａ族元素あるいはＡｌ量が酸化物換算で５重量％以下の試料Ｎｏ．３、６〜１１、１５では、−５０℃から１５０℃の幅広い温度範囲において、１０^７〜１０^１２Ω・ｃｍの範囲の抵抗を示し、その結果、いずれも１３８ｇ／ｃｍ ^２以上の高い吸着特性と、低い残留吸着性を示した。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、静電チャックの材料として（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃系セラミックスを用いることによって、０〜１００℃において安定した抵抗特性を得ることができる結果、少なくとも０〜１００℃の温度範囲内において静電チャックとして優れた吸着特性を有し、残留吸着力がなく吸着力も大きい静電チャックを提供できる。したがって、静電チャックとして優れた信頼性と長期安定性が得られるとともに、静電チャックの製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１絶縁基体
２電極層
３誘電体層
４シリコンウエハ
５静電吸着面
６発熱抵抗体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck for processing and transporting a wafer by electrostatic suction holding in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus, when a silicon wafer is formed or etched, it is necessary to hold the silicon wafer flat. As such a holding means, a mechanical type, a vacuum adsorption type, and an electrostatic adsorption type have been proposed.
[0003]
An electrostatic chuck capable of electrostatically holding a silicon wafer among these holding means can easily realize the flatness and flatness of the processing surface required when processing the silicon wafer. In addition, since silicon wafers can be processed in a vacuum, they are most frequently used in the manufacture of semiconductors.
[0004]
In the conventional electrostatic chuck, an insulating layer made of alumina, sapphire or the like is formed on an electrode plate (Japanese Patent Laid-Open No. 60-261377), an electrode layer is formed on an insulating substrate, and an insulating layer is formed thereon. Proposed ones (Japanese Patent Laid-Open No. 4-34953), those in which an electrode layer is incorporated in an insulating substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 62-94953), and the like have been proposed.
[0005]
In recent years, as the degree of integration of integrated circuits of semiconductor elements has improved, there has been a demand for ceramic electrostatic chucks that are excellent in corrosion resistance, wear resistance, and thermal shock resistance as well as higher accuracy in electrostatic chucks. In particular, since aluminum nitride is superior in plasma resistance compared to other ceramic materials, an electrostatic chuck made of aluminum nitride ceramics using an electrostatic attraction surface using the same has been studied.
[0006]
In general, the volume resistivity value of an insulator decreases as the temperature increases. For example, in the case of aluminum nitride, it decreases from 10 ¹⁶ Ω · cm at room temperature to 10 ¹¹ Ω · cm or less at 300 ° C. Therefore, when used in an atmosphere at 250 ° C., problems such as residual adsorption occur and stable operation is obtained. Is difficult, and the temperature range of use is limited. In particular, at a use temperature of 150 ° C. or less where demand is high, there is a problem that a large adsorption force cannot be obtained because the resistance is 10 ¹⁶ Ω · cm or more.
[0007]
On the other hand, in order to use an electrostatic chuck stably even at a temperature of 150 ° C. or lower, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-160444 includes two or more insulating layers and electrode layers corresponding to the respective layers. A structure that can withstand the use in a wide temperature range from room temperature to 400 ° C. by providing an electric circuit and switching has been proposed. In JP-A-4-300137, a temperature detector such as a heater or a thermocouple is mounted in an electrostatic chuck, and a control unit is provided outside to control the power supply unit according to temperature changes, thereby stabilizing the suction force. It has also been proposed to extend the operating temperature range. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-315435 proposes a method in which a dielectric layer is formed of a plurality of materials having different resistivities, and voltage application is switched depending on the operating temperature.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Ceramic dielectric insulators such as aluminum nitride and alumina that are mainly used as the dielectric insulator for forming the electrostatic chucking surface of an electrostatic chuck have not been able to achieve a stable suction force from low to high temperatures. However, as described above, the structure of the electrostatic chuck has been changed or an attempt has been made to expand the usable temperature range by electrical control.
[0009]
However, when two or more insulating layers as described above are stacked to increase the electrode layer or a plurality of materials having different resistivity are used as the dielectric layer, the electric circuit becomes complicated and the structure of the electrostatic chuck itself This complicates the manufacturing process and thus has the disadvantages of reduced product reliability and increased cost.
[0010]
Also, in the method of detecting the temperature by incorporating a heater and controlling the applied voltage, a temperature detector such as a thermocouple is built in the electrostatic chuck, so that it becomes impossible to use if the detector fails. In this method, the characteristics of the ceramic material are not essentially changed. Therefore, the range of use is naturally limited.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrostatic chuck having a simple structure but having excellent adsorption characteristics in a temperature range of 0 to 100 ° C.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have studied the ceramic resistor that forms the surface of the electrostatic chuck with respect to the above-mentioned problems, in particular, from the viewpoint of the material constituting the electrostatic chuck. As a result, the ceramics mainly composed of BaTiO ₃ crystals. By changing the specific volume of Sr into the ceramic, substituting the Ba site with Sr, and making it semiconductive, the change in volume resistivity can be kept small. As a result, the temperature range of 0 to 100 ° C. However, it has been found that a stable adsorption force can be obtained, and the present invention has been achieved.
[0013]
In other words, the electrostatic chuck of the present invention is made of PTC ceramics mainly composed of a perovskite type crystal phase containing Ba, Sr and Ti, and the Sr / (Ba + Sr) atomic ratio in the PTC ceramics. 0.3 to 0.8, and the volume resistivity at 0 to 100 ° C. is 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm. Further, the PTC ceramic is a periodic table. the a group 3a element or Al be contained at a ratio of 10 wt% or less in terms of oxide, and a voltage of 500V is applied to the PTC ceramic having a thickness of 0.5 mm 138 g / cm ² or more suction force is generated It is characterized by obtaining .
[0014]
[Action]
In order to exhibit excellent electrostatic adsorption characteristics on the electrostatic adsorption surface of the electrostatic chuck, the volume specific resistance of the electrostatic adsorption surface needs to be in the range of 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm.
[0015]
Conventionally, BaTiO ₃ has been widely used as a dielectric, and has a resistance of about 100 Ω · cm at room temperature. It is known that a PTC (positive temperature coefficient thermistor) is obtained by adding Sr to the Ba site. And by adjusting the ratio of Sr and Ba, the volume resistivity can be controlled in the range of 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm in a wide range of 0 to 100 ° C., in particular, −50 ° C. to 150 ° C.
[0016]
According to the present invention, by forming the electrostatic adsorption surface with the (Ba, Sr) TiO ₃ dielectric material as described above, it is not necessary to take a particularly complicated structure, and excellent adsorption in a wide temperature range. The characteristic can be exhibited.
[0017]
As a result, the electrostatic chuck itself has a simple structure and electrical circuit, can be used at low cost, and can exhibit excellent electrostatic attraction in a wide range of temperatures. Can be provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, description will be given based on FIG. 1 showing a schematic sectional view of an example of the electrostatic chuck of the present invention. According to the electrostatic chuck of FIG. 1, the electrode layer 2 to which a predetermined voltage is applied is formed on the surface of the insulating substrate 1 made of an insulator having a volume resistivity of 10 ¹⁴ Ω · cm or more at room temperature. Furthermore, a dielectric 3 (hereinafter referred to as a dielectric layer) made of a ceramic resistor is formed on the electrode layer 2.
[0019]
The dielectric layer 3 forms at least an electrostatic attraction surface 5 for adsorbing the silicon wafer 4, and in some cases, is formed on the entire surface of the insulating substrate 1 exposed in the semiconductor manufacturing apparatus. The insulating base 1 is appropriately provided with a heating resistor 6 and further provided with a cooling medium or a cooling medium flow path (not shown) to maintain the electrostatic chuck at a predetermined temperature. A temperature holding means may be provided.
[0020]
According to the present invention, the dielectric layer 3 is made of a ceramic mainly composed of a perovskite crystal phase containing Ba, Sr and Ti, and the Sr / (Ba + Sr) atomic ratio in the ceramic is 0.3 to 0.00. 8, especially 0.45 to 0.65 ceramics.
[0021]
BaTiO ₃ is composed of a perovskite crystal. However, the temperature dependence of the resistance of the ceramic can be reduced by containing Sr and replacing the Ba site with Sr. As a result, stable adsorption force can be obtained in a wide temperature range. can get.
[0022]
The reason why the Sr / (Ba + Sr) atomic ratio is limited to the above range is that if it is less than 0.3, the temperature change of the volume resistivity increases, and the desired adsorption force cannot be obtained in a wide temperature range. This is because if the amount is larger, the volume resistivity itself becomes larger and the adsorption force cannot be obtained.
[0023]
According to the present invention, it is necessary that the volume specific resistance of at least 0 to 100 ° C., preferably −50 to 150 ° C. is 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm. If this volume resistivity is lower than 10 ⁷ Ω · cm, the flowing current is too large, the attractive force is reduced, and the semiconductor element is destroyed. Conversely 10 ¹² Ω · cm high and responsiveness is worse than, the wafer without leaving even stops the voltage application to the electrode layers, it affects the throughput.
[0024]
In addition, according to the present invention, in order to stabilize the electrical characteristics of (Ba, Sr) TiO ₃ , Periodic Table Group 3a elements such as Ce and Y and Al are 10 wt% or less, particularly 5% in terms of oxides. It can also be added in a proportion of not more than wt%. Note that if the amount of Group 3a element or Al in the periodic table is more than 10% by weight in terms of oxide, the resistance increases, and adsorption characteristics in the temperature range of 0 to 100 ° C. cannot be obtained.
[0025]
The dielectric layer as described above can be manufactured by an ordinary powder sintering method. For example, a powder obtained by weighing BaCO ₃ , SrCO ₃ and TiO ₂ at a predetermined ratio is mixed with water, mixed for 20 hours in a ball mill, dried, and calcined at 1000 to 1200 ° C. Thereafter, the calcined powder is pulverized by a vibration mill for 72 hours to obtain (Ba, Sr) TiO ₃ powder having an average particle diameter of 0.6 to 0.8 μm. The obtained powder is molded into a desired shape by a desired molding means such as a die press, cold isostatic pressing, extrusion molding, etc., or a slurry is prepared using the above powder, and the surface of a predetermined substrate After being coated and dried, it can be produced by firing at normal pressure at 1300 to 1500 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air or a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or nitrogen + hydrogen.
[0026]
In order to promote densification, a known hot press method, gas pressure sintering method, or hot isostatic pressing method may be used. For example, in a hot press, sintering can be performed at a temperature of 1250 to 1350 ° C. at a pressure of 250 kg / cm ² .
[0027]
Further, in order to stabilize the electrical characteristics of (Ba, Sr) TiO ₃ according to the present invention, the elements of Group 3a of the periodic table such as Ce, Y, etc. at a ratio of 10% by weight or less in terms of oxide with respect to the material. Can be added. These may be added and mixed in the mixed powder before calcination as CeO ₂ or Y ₂ O ₃ .
[0028]
【Example】
BaCO ₃ , SrCO ₃ and TiO ₂ were weighed in the proportions shown in Table 1, mixed with water, mixed for 20 hours in a ball mill, dried, and calcined at 1150 ° C. for 3 hours. Further, during mixing, Y ₂ O ₃ , CeO ₂ , Sm ₂ O ₃ , La ₂ O ₃ , Er ₂ O _{3 and the} like were added in the proportions shown in Table 1.
[0029]
Next, the calcined raw material was pulverized with a vibration mill for 72 hours. The obtained powder was press-molded into a 60 mm disk and fired at 1400 ° C. to be densified to a relative density of 98% or more. The sample thickness was unified to 0.5 mm.
[0030]
Resistance measurement was performed on the obtained sample. The resistance measurement was performed in a dry air atmosphere after heat-treating the sample at 150 ° C. in a vacuum for 1 hour, introducing dry air, and further raising the temperature to 300 ° C. For room temperature and below, the sample is cooled by flowing dry air cooled with liquid nitrogen, and the volume resistivity in the temperature range of −50 ° C. to 150 ° C. and the volume resistivity in the temperature range of 0 ° C. to 100 ° C. Resistance was measured and the results are shown in Table 1.
[0031]
Further, as an electrostatic chuck, a silver paste was printed and applied to the electrode pattern on the surface of the dielectric material and baked. The dielectric material on which the silver electrode was formed was bonded to the surface of the Al ₂ O ₃ insulating substrate using a resin to produce a disk-shaped electrostatic chuck having a diameter of 60 mm. The electrostatic chucking surface of the electrostatic chuck was subjected to surface polishing so that the surface roughness (Rmax) was 0.4 to 0.6 μm. And with respect to the produced electrostatic chuck, the voltage of 500V was applied with respect to the electrode layer, and the electrostatic attraction force at that time was measured. Further, a voltage capable of generating an adsorption force of 500 g / cm ² was applied, the adsorption force was measured 5 seconds after the voltage was cut off, and this is shown in Table 1 as the residual adsorption force.
[0032]
[Table 1]

[0033]
As is clear from the results in Table 1, the resistance and adsorption force of the ceramics change depending on the composition. In the sample No. 1 in which the Sr / (Sr + Ba) ratio is less than 0.3, the resistance change is large and is less than 0.8. In the large sample No. 5, the resistance value was small.
[0034]
On the other hand, among samples having an Sr / (Sr + Ba) ratio of 0.3 to 0.8, sample No. 3 in the periodic table group 3a element or Al is more than 10% by weight. Except 13 and 14, the volume resistance at 0 to 100 ° C. is in the range of 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm, particularly the Sr / (Sr + Ba) ratio is 0.45 to 0.65, and the periodic rule In Table No. 3a, the sample No. 3a element or Al content was 5 wt% or less in terms of oxide. 3, 6-11, and 15 show resistance in the range of 10 ⁷ to 10 ¹² Ω · cm in a wide temperature range from −50 ° C. to 150 ° C., and as a result, all have high adsorption characteristics of 138 g / cm ² or more. And low residual adsorptivity.
[0035]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by using (Ba, Sr) TiO ₃ ceramics as the material of the electrostatic chuck, stable resistance characteristics can be obtained at 0 to 100 ° C. An electrostatic chuck having excellent adsorption characteristics as an electrostatic chuck within a temperature range of ˜100 ° C., having no residual adsorption force and large adsorption force can be provided. Therefore, excellent reliability and long-term stability as an electrostatic chuck can be obtained, and the manufacturing cost of the electrostatic chuck can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an electrostatic chuck of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation base | substrate 2 Electrode layer 3 Dielectric layer 4 Silicon wafer 5 Electrostatic adsorption surface 6 Heating resistor

Claims

The electrostatic adsorption surface is made of a PTC ceramic mainly composed of a perovskite crystal phase containing Ba, Sr and Ti, and the Sr / (Ba + Sr) atomic ratio in the PTC ceramic is 0.3 to 0.8. and an electrostatic chuck, wherein a volume specific resistance of 0 to 100 ° C. is ^¹⁰ 7 ^~10 ¹² ^Ω · cm.

2. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the PTC ceramic contains a Group 3a element or Al in the periodic table in an amount of 10% by weight or less in terms of oxide.

3. The electrostatic chuck according to claim 1, wherein an adsorption force of 138 g / cm ² or more can be generated by applying a voltage of 500 V to the PTC ceramic having a thickness of 0.5 mm .