JP3949763B2

JP3949763B2 - Electrostatic chuck member

Info

Publication number: JP3949763B2
Application number: JP31089296A
Authority: JP
Inventors: 良夫原田; 純一竹内; 良山崎; 陽一伊藤
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10154596A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性部材、半導電性部材、絶縁性部材などを静電吸着力によって固定保持するときに用いられる静電チャック部材, とくにその表面を形造る絶縁膜の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスは、自動化ならびに公害防止の要請もあって従来の湿式法から乾式法、たとえばドライエッチング法、イオン注入法、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）などによる乾式処理法へと変化している。
【０００３】
このような乾式処理法においては、パターニング時、エッチング時、成膜時などの各処理ステ−ジに、回路の高集積化、微細加工化のために、ウエハのような基板材料の固定保持に際して平坦度を確保することが必要である。
このような要請に応えるために従来、乾式処理法において基板固定のために用いられるている真空チャックや機械式チャツクについて、それの代わりに、真空下で使用できしかも構造の簡単な静電チャックが採用されるようになってきた。しかし、この静電チャック利用技術も、なお次のような問題点を抱えていた。
【０００４】
それは、静電チャックによって基板を吸着保持する場合に、印加を止めたあとも基板と静電チャックとの間に電荷が残留し、この両者に吸着力が作用するため、基板の取外しに時間がかかるという問題があった。
ただし、この問題に対しては、静電チャックの表面に被覆した絶縁膜の材質を改良する方法による対策がある。例えば、
▲１▼ 特開平６−８０８９号公報では、絶縁物の窒化アルミ粉末と窒化チタン粉末の混合物の焼結体またはその溶射膜を提案し、
▲２▼ 特開平６−３０２６７７号公報では、高絶縁物に酸化チタンを被覆した後、その上にアルミニウムを被覆し、Si＋SiＣプレートを接着したものを提案し、
▲３▼ 特公平６−３６５８３号公報では、高絶縁体（酸化アルミニウム）を使用することを提案し、
▲４▼ 特開平４−３０４９４２号公報、特開平５−２３５１５２号公報および特開平６−８０８９号公報等では、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、石英、窒化硼素、サイアロンなどを使用することを提案している。
【０００５】
また、さらに大きな静電吸着力を必要とする場合には、高絶縁体に比誘電率の高い酸化チタンを添加して固有抵抗値を低下させて静電吸着力を向上させる方法がある。例えば、特開昭６２−９４９５３号公報、特開平２−２０６１４７公報、特開平３−１４７８４３公報、特開平３−２０４９２４公報、特開平６−２７５７０６公報、特開平６−２７５７０７公報および特公昭６０−５９１０４号公報などにおける提案がそれである。
【０００６】
最近、上述した乾式処理法において用いられる各種の乾式処理装置は、高性能化および高生産性指向が強くなっており、一層の改善が求められている。例えば、プラズマエッチング処理装置の場合、被エッチング材料により処理温度が大きく異なっており、そのために静電チャックの使用温度範囲も当然広くなっている。しかし、従来技術で採用している静電チャックに用いている各種絶縁膜は、固有抵抗値の温度依存性までは考慮しておらず、適用できる温度範囲が狭いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の静電チャック用部材の絶縁膜、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化硼素、サイアロンなどは、その製造プロセス、例えば焼結法、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの処理法の違いに関係なく、固有抵抗値の温度依存性が大きいために、室温で最適な固有抵抗値を示していても高温下では固有抵抗値が低下し、被処理物中に流れるリ−ク電流の増加を招いて被処理物が絶縁破壊されるという問題があった。一方、逆に低温下では固有抵抗値が高くなり、残留吸着力を除去するための時間が長くなるという問題があった。
なお、その対策として、高温下でもまた低温下でも使用が可能な固有抵抗値を有する材料を用いる方法があるが、室温では使用できなくなるので、装置の稼動条件が狭くなり、生産性が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、固有抵抗値の温度依存性を低減すること、そして適用できる温度範囲の広い絶縁膜を被覆してなる静電チャック用部材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電チャック用部材に施工してある絶縁膜の固有抵抗値の温度依存性を低減するため、次に示すような部材を提案する。
(1)金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNi Ｏ：４〜 10wt ％、残部が主として Al ₂ O ₃ であるAl₂O₃−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、からなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
(2)金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に中間層として積層したNi Ｏ：４〜 10wt ％、残部が主として Al ₂ O ₃ であるAl₂O₃−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、さらにその上に最上層として積層した保護用セラミックストップコートとからなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。
【００１０】
本発明において上記金属基板は、Al, Mo, Ｗ，Si, TaおよびMgのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の合金を用いることが好ましい。
【００１１】
本発明において上記金属アンダーコートは、Ni, Al, Cr, Co, Mo, ＷおよびTaのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金の溶射膜を用いることが好ましい。
【００１２】
本発明において上記トップコートのセラミックスは、Al₂O₃, SiC およびAlN のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の混合物の溶射膜を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明において上記金属基板上に溶射施工されたアンダーコートは、その厚さが30〜150 μｍの範囲内にあり、オーバーコートはその厚さが50〜800 μｍの範囲内にあり、そしてトップコートはその厚さが10〜500 μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
本発明において金属基板上に積層被覆する金属アンダーコート、Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコートおよびセラミックストップコートはいずれも、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法またはこれらの溶射法の組合せによって施工されたものを用いることが好ましい。
【００１６】
本発明において金属アンダーコート上に積層する Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコートは、固有抵抗値が10⁹〜10¹⁰Ω/cm の範囲内のものを用いることが好ましい。なお、この固有抵抗値の上限は、残留吸着力の除電時間短縮の観点から決めた値であり、下限はリ−ク電流による被処理物の絶縁破壊防止の観点から決めた値である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる静電チャック用部材に設けた絶縁膜, とくに基板上に形成した絶縁性積層皮膜の特徴を製造工程順に説明する。
図１および図２において、符号の１および21は金属基板であり、Al、Mo、Ｗなどの金属およびそれらの合金がとくに有利に用いられるが、基板としてはその他に炭素基板なども使用することができる。以下は、主として金属基板の例で説明する。
【００１８】
(1) 金属基板上へのアンダーコートの施工
ａ．金属基板, たとえばAl, Mo, Ｗ，Si, Ta, Mgやそれらの合金の絶縁膜形成面に、Al₂O₃粒子等を吹き付けて、その表面を均一に粗面化するとともに清浄化する。
ｂ．次に、上記のようにして活性化させた基材表面に、Ni, Al, Cr, Co, MoおよびＷなどの金属またはこれらの合金を溶射材料として、アーク溶射法もしくは大気プラズマ溶射法によって、30〜150 μｍの厚さに金属アンダ−コ−ト２、22を施工する。
【００１９】
この金属アンダーコート２, 22は、厚さが30μｍより薄いとアンダーコートとしての機能が弱く、一方、150 μｍ以上厚くても格別の効果が得られないうえ、施工に長時間を要するので得策でない。従って、金属アンダーコート２, 22の厚さは30〜150 μｍとする。この厚さは、好ましくは50〜100 μｍの範囲とする。
【００２０】
この金属アンダーコートの役割は二つある。一つは、基板１との密着力はもとより、その上に積層する Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３、23との密着力を向上させることである。また、もう一つは、静電チャック部材の昇温時または降温時に基板との線膨張係数の差により、Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３、２３あるいはセラミックストップコート４に生じる熱応力を低減して膜割れを防止することにある。
【００２１】
(2) Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコートの施工
ａ．前記金属アンダーコート２, 22の上に、本発明において最も重要な役割を果すAl₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23を、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法によって施工する。
オーバーコートとして用いるAl₂O₃それ自体は、高い絶縁性能を有しているため、単独では使用することができない。しかし、少量のNiＯを添加混合させると、温度変化に対して鈍感な固有抵抗値を示すようになる。そのために、Al₂O₃に対するNiＯの混合率はとくに重要であり、発明者の研究によると、４〜10％の範囲内がよいことがわかった。この範囲に限定される理由は、４％より少ないとNiＯ添加効果が乏しく、一方10％より多いと最適固有抵抗値（10⁹〜10¹⁰Ω/cm)を維持できなくなることによる。
【００２２】
かかる Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23は、その厚さが50〜800 μｍの範囲内に制御することが好ましい。この理由は、50μｍより薄いと抵抗特性の改善効果が乏しく、一方 800μｍより厚くなっても効果の向上が認められないので経済的に得策でない。
【００２３】
また、かかる Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23は、気孔率を１〜８％の範囲内に制御することが好ましい。この理由は、気孔率１％以下の溶射膜は大気中はもとより減圧プラズマ溶射法によっても形成させることが難しく工業的でない。一方、８％以上の気孔率を有する溶射膜は、抵抗値のバラツキが大きく、品質が安定しない原因となる。
なお、気孔率が４〜８％の溶射膜は大気プラズマで溶射法で、１〜３％の溶射膜は減圧プラズマ溶射法を用いるのが好適である。
【００２４】
(3) 保護用セラミックストップコートの施工
上述したAl₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３, 23の上に、Al₂O₃, SiC , AlN のような保護用セラミックストップコート24を減圧プラズマ溶射法によって、10〜500 μｍの厚さに施工する。このセラミックストップコート24は、被処理物であるウエハの裏面にNiＯが付着して、該ウエハが重金属汚染されるのを防止するために設けたものである。これらのセラミックスはいずれも硬度（ビッカース硬さ 900〜1100）が高いため、長時間使用しても摩耗することはない。
また、かかるセラミックストップコート24の気孔率も Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート３と同様に１〜８％の範囲が適当であるが、好ましくは１〜５％の範囲がよい。気孔率が８％より大きい場合は次工程で研磨しても、Ｒａ：0.1 〜2.0 μｍの範囲に仕上がらない原因となる。
【００２５】
(4) 研磨仕上げと封孔処理
セラミックスオーバーコート３もしくは保護用セラミックストップコート24は、表面粗さＲａ：0.1 〜2.0 μｍの範囲に納まるように研磨仕上げを行う。このとき、必要に応じ有機質珪素化合物、もしくは無機質珪素化合物を塗布あるいは噴霧した後 110〜130 ℃で乾燥し、その後、130 〜350 ℃で 0.5〜５時間加熱して封孔処理を行うとともに、封孔剤中の揮発成分を完全に除去する。この処理によって積層絶縁膜の耐電圧を向上させることができる。
【００２６】
図２は、積層絶縁膜を溶射処理によって施工した静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。すなわち、基板１の上に金属アンダーコート22、Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート (中間層) 23、そして最上層として施工された保護用セラミックストップコート24とから構成され、トップコートの表面は必要に応じ珪素質封孔剤により封孔処理されている（図示せず）。
なお、最上層として施工された保護用セラミックストップコート24は、溶射法によって形成される皮膜以外に、その焼結体やSiＣなどのセラミックス焼結体を接着剤を用いて固定し、使用できる。この意味で、最上層は溶射皮膜のみに限定されるものではない。
【００２７】
図１は、セラミックストップコート24の施工を省略して最上層がオーバーコート３である場合の静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。ウエハをはじめとする被処理物への汚染が問題とならない場合にはこのような構造のものでも使用することができる。
【００２８】
【実施例】
本発明にかかる静電チャック部材に用いられている絶縁膜と、従来使用されている静電チャック用絶縁膜との固有抵抗値の温度依存性を比較する実験を行ったので、その結果を以下に説明する。
(1) 本発明にかかる静電チャック用部材に設けた絶縁膜
アルミニウム基板上に、金属アンダーコートとして、Ni−10wt％Al合金を約80μｍの厚さに大気溶射法により施工した。その上に、減圧プラズマ溶射法（100 hap 下で溶射）でAl₂O₃−６wt％NiＯセラミックスオーバーコートを約 300μｍの厚さに施工した。そして、その表面をＲａ：0.5 μｍに仕上げ、さらに無機質珪素化合物により封孔処理し、300 ℃で１時間加熱した。
【００２９】
(2) 従来静電チャック用部材に設けた絶縁膜
アルミニウム基板上に、アンダーコートとして、Ni−10wt％Al合金を約80μｍの厚さに大気溶射法により施工した。その上に、減圧プラズマ溶射法によりAl₂O₃−10wt％TiO₂セラミックスオーバーコートを約 300μｍの厚さに施工したものを準備した。表面の研磨仕上げおよび珪素質封孔処理は、本発明のと同一条件、同一仕様とした。
【００３０】
(3) 固有抵抗値の温度依存性試験結果
固有抵抗値の温度依存性を20〜−50℃の温度範囲について測定した結果を図３に示す。この図に示すように、従来の Al₂O₃−10wt％TiO₂絶縁膜は、固有抵抗値が−50℃において20℃の時の約30倍高くなっており、１種類の絶縁膜で適用できる温度範囲が約45℃と狭いことがわかる。
これに対して、本発明部材に設けた絶縁膜では、固有抵抗値の温度依存性が従来の絶縁膜に比べて約１／３程度であり、１種類の絶縁膜で適用できる温度範囲を約７５℃に広くできることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、静電チャック用部材に施工されている絶縁膜は、固有抵抗値の温度依存性が小さくかつ適用温度範囲が広く、そのために半導体製造装置などの高性能化、高生産性化に大きく寄与する静電チャック用部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二層構造を有する静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。
【図２】本発明の三層構造を有する静電チャック部材の断面を模式的に示したものである。
【図３】本発明部材を用いた絶縁膜と従来部材に用いられている絶縁膜の固有抵抗値の温度依存性の比較図である。
【符号の説明】
１、２１…金属基板、
２、２２…金属アンダーコート、
３、２３…Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコート、
４…保護用セラミックストップコート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck member used when a conductive member, a semiconductive member, an insulating member, and the like are fixed and held by an electrostatic attraction force, and particularly to an improvement of an insulating film that forms the surface thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there is a demand for automation and pollution prevention in semiconductor manufacturing processes, from conventional wet methods to dry methods such as dry etching, ion implantation, chemical vapor deposition (CVD), and physical vapor deposition (PVD). It has changed to the dry processing method by.
[0003]
In such a dry processing method, a substrate material such as a wafer is fixed and held in each processing stage such as patterning, etching, and film formation in order to achieve high integration of circuits and microfabrication. It is necessary to ensure flatness.
In order to meet these requirements, instead of vacuum chucks and mechanical chucks that have been used to fix substrates in dry processing methods, electrostatic chucks that can be used under vacuum and have a simple structure have been used instead. Has been adopted. However, this electrostatic chuck utilization technique still has the following problems.
[0004]
This is because when the substrate is attracted and held by the electrostatic chuck, electric charge remains between the substrate and the electrostatic chuck even after the application is stopped, and the attracting force acts on both of them, so that it takes time to remove the substrate. There was a problem that it took.
However, there is a countermeasure against this problem by improving the material of the insulating film coated on the surface of the electrostatic chuck. For example,
(1) In Japanese Patent Laid-Open No. 6-8089, a sintered body of a mixture of an insulating aluminum nitride powder and a titanium nitride powder or a sprayed film thereof is proposed.
(2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-302677 proposes a high insulator coated with titanium oxide, then coated with aluminum and bonded with a Si + SiC plate.
(3) Japanese Patent Publication No. 6-36583 proposes the use of a high insulator (aluminum oxide),
(4) In JP-A-4-304942, JP-A-5-235152, JP-A-6-8089, etc., the use of aluminum oxide, aluminum nitride, zinc oxide, quartz, boron nitride, sialon, etc. is suggesting.
[0005]
Further, in the case where a larger electrostatic attraction force is required, there is a method for improving the electrostatic attraction force by adding titanium oxide having a high relative dielectric constant to a high insulator to reduce the specific resistance value. For example, JP-A-62-94953, JP-A-2-206147, JP-A-3-147784, JP-A-3-204924, JP-A-6-275706, JP-A-6-275707, and JP-B-60- That is the proposal in the 59104 gazette.
[0006]
Recently, various types of dry processing apparatuses used in the above-described dry processing methods are becoming more sophisticated and more productive, and further improvements are required. For example, in the case of a plasma etching processing apparatus, the processing temperature varies greatly depending on the material to be etched, and accordingly, the operating temperature range of the electrostatic chuck is naturally widened. However, various insulating films used in the electrostatic chuck employed in the prior art do not take into account the temperature dependence of the specific resistance value, and have a problem that the applicable temperature range is narrow.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Insulating films of conventional electrostatic chuck members, such as aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, silicon nitride, boron nitride, sialon, etc., are produced by processes such as sintering, thermal spraying, CVD, Regardless of the processing method such as the PVD method, the temperature dependence of the specific resistance value is large. Therefore, even if the optimal specific resistance value is shown at room temperature, the specific resistance value decreases at a high temperature, and in the workpiece. There is a problem that the leakage current flowing through the substrate increases and the object to be processed breaks down. On the other hand, there is a problem that the specific resistance value becomes high at low temperatures, and the time for removing the residual adsorption force becomes long.
As a countermeasure, there is a method using a material having a specific resistance value that can be used at a high temperature or a low temperature. However, since it cannot be used at room temperature, the operating condition of the apparatus is narrowed and productivity is hindered. There is a problem.
[0008]
An object of the present invention is to reduce the temperature dependence of the specific resistance value and to provide an electrostatic chuck member formed by coating an insulating film having a wide applicable temperature range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention proposes the following members in order to reduce the temperature dependence of the specific resistance value of the insulating film applied to the electrostatic chuck member.
(1) a metal or carbon on a substrate, a metal undercoating, Ni laminated thereon O:. 4 to 10 wt%, the porosity of the balance is predominantly _{_{_{_{Al 2 O 3 Al 2 O 3}}}} -NiO ceramics 1 An electrostatic chuck member comprising: an overcoat comprising -8% sprayed film ; and an insulating film comprising the overcoat.
(2) a metal or carbon on a substrate, a metal undercoating, Ni O was laminated as an intermediate layer thereon: pores made of. 4 to 10 wt%, the balance being mainly _{_{_{_{Al 2 O 3 Al 2 O 3}}}} -NiO Ceramics An electrostatic chuck member comprising: an overcoat made of a sprayed film having a rate of 1 to 8%; and an insulating film made of a protective ceramic topcoat laminated thereon as an uppermost layer.
[0010]
In the present invention, it is preferable to use any one or more alloys selected from Al, Mo, W, Si, Ta and Mg for the metal substrate.
[0011]
In the present invention, the metal undercoat is preferably a sprayed film of any one metal selected from Ni, Al, Cr, Co, Mo, W and Ta, or an alloy thereof.
[0012]
In the present invention, the top coat ceramic is preferably a sprayed film of any one kind or a mixture of two or more kinds selected from Al ₂ O ₃ , SiC and AlN.
[0013]
In the present invention, the undercoat formed by thermal spraying on the metal substrate has a thickness in the range of 30 to 150 μm, the overcoat has a thickness in the range of 50 to 800 μm, and the top coat The thickness is preferably in the range of 10 to 500 μm.
[0014]
In the present invention, the metal undercoat, the Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoat and the ceramic topcoat that are laminated on the metal substrate are all applied by the atmospheric plasma spraying method, the low pressure plasma spraying method, or a combination of these spraying methods. It is preferable to use the same.
[0016]
In the present invention, the Al ₂ O ₃ —NiO ceramic overcoat laminated on the metal undercoat preferably has a specific resistance value in the range of 10 ⁹ to 10 ¹⁰ Ω / cm 2. The upper limit of the specific resistance value is a value determined from the viewpoint of shortening the static elimination time of the residual adsorption force, and the lower limit is a value determined from the viewpoint of preventing dielectric breakdown of the object to be processed by the leak current.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the characteristics of the insulating film provided on the electrostatic chuck member according to the present invention, particularly the insulating laminated film formed on the substrate will be described in the order of the manufacturing process.
1 and 2, reference numerals 1 and 21 are metal substrates, and metals such as Al, Mo, and W and alloys thereof are particularly advantageously used. However, a carbon substrate or the like is also used as the substrate. Can do. The following description will be mainly given with an example of a metal substrate.
[0018]
(1) Construction of undercoat on metal substrate a. Al ₂ O ₃ particles or the like are sprayed onto a metal substrate, for example, an insulating film forming surface of Al, Mo, W, Si, Ta, Mg or an alloy thereof to uniformly roughen and clean the surface.
b. Next, on the surface of the substrate activated as described above, a metal such as Ni, Al, Cr, Co, Mo and W or an alloy thereof as a thermal spray material, an arc spraying method or an atmospheric plasma spraying method, Metal undercoats 2 and 22 are constructed to a thickness of 30 to 150 μm.
[0019]
If the metal undercoats 2 and 22 are thinner than 30 μm, the function as an undercoat is weak. On the other hand, even if they are thicker than 150 μm, special effects cannot be obtained, and it takes a long time for construction. . Therefore, the thickness of the metal undercoats 2 and 22 is 30 to 150 μm. This thickness is preferably in the range of 50-100 μm.
[0020]
This metal undercoat has two roles. One is to improve the adhesion with the Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoats ₃ and 23 laminated on the substrate 1 as well as the adhesion with the substrate 1. The other is that the thermal stress generated in the Al ₂ O ₃ —NiO ceramic overcoat ₃ or 23 or the ceramic topcoat 4 due to the difference in linear expansion coefficient with the substrate when the electrostatic chuck member is heated or cooled. The purpose is to prevent film cracking.
[0021]
(2) Construction of Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoat a. On the metal undercoats 2 and 22, the Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoats 3 and 23 that play the most important role in the present invention are applied by the atmospheric plasma spraying method or the low pressure plasma spraying method.
Al ₂ O ₃ itself used as an overcoat has a high insulating performance and cannot be used alone. However, when a small amount of NiO is added and mixed, a specific resistance value that is insensitive to temperature changes is exhibited. Therefore, the mixing ratio of NiO with respect to Al ₂ O ₃ is particularly important, and according to the inventor's research, it was found that the range of 4 to 10% is good. The reason for being limited to this range is that if it is less than 4%, the effect of adding NiO is poor, while if it exceeds 10%, the optimum specific resistance (10 ⁹ to 10 ¹⁰ Ω / cm) cannot be maintained.
[0022]
The Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoats 3 and 23 are preferably controlled to have a thickness in the range of 50 to 800 μm. The reason for this is that if the thickness is less than 50 μm, the effect of improving the resistance characteristics is poor.
[0023]
The Al ₂ O ₃ —NiO ceramic overcoats 3 and 23 preferably have a porosity controlled within a range of 1 to 8%. This is because it is difficult and difficult to form a sprayed film having a porosity of 1% or less not only in the air but also by a low pressure plasma spraying method. On the other hand, a sprayed film having a porosity of 8% or more has a large variation in resistance value, which causes unstable quality.
In addition, it is preferable to use a spraying method with a porosity of 4 to 8% by atmospheric plasma and a spraying method with a low pressure plasma spraying method of 1 to 3%.
[0024]
(3) on the protective Al ₂ O were construction described above the ceramic top coat ₃ -NiO ceramic overcoat _{_{3, 23, Al 2 O 3}} , SiC, vacuum plasma spraying the protective ceramic top coat 24 such as AlN With a thickness of 10-500 μm. The ceramic top coat 24 is provided to prevent NiO from adhering to the back surface of the wafer, which is the object to be processed, and contaminating the wafer with heavy metals. All of these ceramics have high hardness (Vickers hardness: 900 to 1100), so they do not wear even when used for a long time.
Further, the porosity of the ceramic top coat 24 is suitably in the range of 1 to 8% as in the case of the Al ₂ O ₃ —NiO ceramic overcoat 3, but is preferably in the range of 1 to 5%. When the porosity is larger than 8%, even if polishing is performed in the next step, Ra is not finished in the range of 0.1 to 2.0 μm.
[0025]
(4) Polishing and sealing treatment The ceramic overcoat 3 or the protective ceramic topcoat 24 is polished so that the surface roughness Ra is within the range of 0.1 to 2.0 μm. At this time, if necessary, an organic silicon compound or an inorganic silicon compound is applied or sprayed, and then dried at 110 to 130 ° C., and then heated at 130 to 350 ° C. for 0.5 to 5 hours to perform a sealing treatment. Volatile components in the pore are completely removed. By this treatment, the withstand voltage of the laminated insulating film can be improved.
[0026]
FIG. 2 schematically shows a cross section of an electrostatic chuck member in which a laminated insulating film is applied by a thermal spraying process. That is, it is composed of a metal undercoat 22, an Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoat (intermediate layer) 23 on the substrate 1, and a protective ceramic topcoat 24 applied as the uppermost layer. Sealing treatment is performed with a silicon sealing agent as required (not shown).
The protective ceramic topcoat 24 applied as the uppermost layer can be used by fixing the sintered body or a ceramic sintered body such as SiC with an adhesive in addition to a film formed by a thermal spraying method. In this sense, the uppermost layer is not limited to the sprayed coating.
[0027]
FIG. 1 schematically shows a cross-section of the electrostatic chuck member when the ceramic top coat 24 is omitted and the uppermost layer is the overcoat 3. In the case where the contamination of the processing object such as a wafer does not become a problem, the structure can be used.
[0028]
【Example】
An experiment was conducted to compare the temperature dependence of the specific resistance value of the insulating film used in the electrostatic chuck member according to the present invention and the conventionally used electrostatic chuck insulating film. Explained.
(1) On an insulating film aluminum substrate provided on an electrostatic chuck member according to the present invention, a Ni-10 wt% Al alloy was applied to a thickness of about 80 μm by an atmospheric spraying method as a metal undercoat. On top of that, an Al ₂ O ₃ -6 wt% NiO ceramic overcoat was applied to a thickness of about 300 μm by a low pressure plasma spraying method (spraying under 100 hap). The surface was finished to Ra: 0.5 μm, sealed with an inorganic silicon compound, and heated at 300 ° C. for 1 hour.
[0029]
(2) A Ni-10 wt% Al alloy was applied as an undercoat on an insulating film aluminum substrate provided on a conventional electrostatic chuck member to a thickness of about 80 μm by atmospheric spraying. On top of that, an Al ₂ O ₃ -10 wt% TiO ₂ ceramic overcoat with a thickness of about 300 μm was prepared by a low pressure plasma spraying method. The surface polishing finish and the silicon sealing treatment were performed under the same conditions and specifications as in the present invention.
[0030]
(3) Temperature dependence test result of specific resistance value The results of measuring the temperature dependence of the specific resistance value in the temperature range of 20 to -50 ° C are shown in FIG. As shown in this figure, the conventional Al ₂ O ₃ -10wt% TiO ₂ insulating film has a specific resistance value of about 30 times higher at 20 ° C at -50 ° C, and it can be applied to one type of insulating film. It can be seen that the temperature range is as narrow as about 45 ° C.
On the other hand, in the insulating film provided in the member of the present invention, the temperature dependence of the specific resistance value is about 1/3 of the conventional insulating film, and the temperature range applicable to one type of insulating film is about It was confirmed that the temperature could be increased to 75 ° C.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the insulating film applied to the electrostatic chuck member has a small temperature dependency of the specific resistance value and a wide application temperature range. It can be set as the member for electrostatic chucks which contributes greatly to improvement in productivity and productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows a cross section of an electrostatic chuck member having a two-layer structure of the present invention.
FIG. 2 schematically shows a cross section of an electrostatic chuck member having a three-layer structure according to the present invention.
FIG. 3 is a comparison diagram of temperature dependence of specific resistance values of an insulating film using a member of the present invention and an insulating film used in a conventional member.
[Explanation of symbols]
1, 21 ... Metal substrate,
2, 22 ... Metal undercoat,
_3, 23 ... Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoat,
4… Protective ceramic top coat

Claims

金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNi Ｏ：４〜 10wt ％、残部が主として Al ₂ O ₃ であるAl₂O₃−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、からなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。On a metal or carbon substrate, a metal undercoating, Ni laminated thereon O:. 4 to 10 wt%, the porosity of the balance is predominantly _{_{_{_{Al 2 O 3 Al 2 O 3}}}} -NiO ceramics 1-8% An electrostatic chuck member comprising: an overcoat made of a thermal sprayed film ; and an insulating film made of the same.

金属もしくは炭素基板上に、金属アンダーコートと、その上に積層したNi Ｏ：４〜 10wt ％、残部が主として Al ₂ O ₃ であるAl₂O₃−NiＯセラミックスからなる気孔率が１〜８％の溶射膜からなるオーバーコートと、さらにその上に積層した保護用セラミックストップコートとからなる絶縁膜を有することを特徴とする静電チャック部材。On a metal or carbon substrate, a metal undercoating, Ni laminated thereon O:. 4 to 10 wt%, the porosity of the balance is predominantly _{_{_{_{Al 2 O 3 Al 2 O 3}}}} -NiO ceramics 1-8% An electrostatic chuck member having an insulating film comprising an overcoat made of a thermal sprayed film and a protective ceramic topcoat laminated thereon.

上記金属基板が、Al,Mo,Ｗ，Si,TaおよびMgのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金である請求項１または２に記載の部材。The member according to claim 1 or 2, wherein the metal substrate is any one metal selected from Al, Mo, W, Si, Ta, and Mg, or an alloy thereof.

上記金属アンダーコートが、Ni,Al,Cr,Co,Mo,ＷおよびTaのうちから選ばれるいずれか１種の金属またはこれらの合金の溶射膜である請求項１または２に記載の部材。The member according to claim 1 or 2, wherein the metal undercoat is a sprayed film of any one metal selected from Ni, Al, Cr, Co, Mo, W and Ta, or an alloy thereof.

上記トップコートのセラミックスが、Al₂O₃,SiCおよびAlNのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上の混合物からなる汚染防止用皮膜である請求項２に記載の部材。The member according to claim 2, wherein the ceramic of the top coat is a contamination-preventing film made of any one kind or a mixture of two or more kinds selected from Al ₂ O ₃ , SiC and AlN.

金属もしくは炭素基板上に溶射施工されたアンダーコートは、その厚さが30〜150μｍの範囲内にあり、その上に溶射施工されたオーバーコートはその厚さが50〜800μｍの範囲内にあり、さらにその上に溶射施工されるトップコートはその厚さが10〜500μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載の部材。The undercoat applied on the metal or carbon substrate has a thickness in the range of 30 to 150 μm, and the overcoat applied on the substrate has a thickness in the range of 50 to 800 μm. The member according to claim 1 or 2, wherein the top coat to be sprayed thereon has a thickness in the range of 10 to 500 µm.

金属もしくは炭素基板上に積層被覆する金属アンダーコート、Al₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコートおよびセラミックストップコートのいずれもが、大気プラズマ溶射法もしくは減圧プラズマ溶射法またはこれらの溶射法の組合せによって施工されたものである請求項１または２に記載の部材。Metal or metal undercoat laminated coated on the carbon substrate, none of the Al ₂ O ₃ -NiO ceramic overcoat and ceramic topcoat is applied by atmospheric plasma spraying or vacuum plasma spraying process or a combination of these thermal spraying The member according to claim 1 or 2, wherein

金属アンダーコート上に積層するAl₂O₃−NiＯセラミックスオーバーコートは、固有抵抗値が10⁹〜10¹⁰Ω/cmの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の部材。 _3. The member according to claim 1, wherein the Al ₂ O ₃ —NiO ceramics overcoat laminated on the metal undercoat has a specific resistance value in a range of 10 ⁹ to 10 ¹⁰ Ω / cm.