JP2014013874A - 基板支持装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い耐電圧と高い耐熱性を有する金属製の基板支持装置を提供すること。
【解決手段】本発明の基板支持装置は、金属で形成されたプレート部と、プレート部に接続し、金属で形成されたシャフト部と、プレート部の内部に配設された発熱体と、シャフト部と対向するプレート部の第１の面にセラミック溶射により形成された絶縁膜と、を備える。プレート部の第１の面と概略直交する第２の面に形成された絶縁膜をさらに備えてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置の製造に用いる基板支持装置に関する。特に発熱体を内蔵した金属製の基板支持装置に関する。
半導体装置の製造において、化学気相成長（ＣＶＤ）、表面改質等の処理工程では、基板支持装置が半導体製造装置内に配設される。また、基板支持装置を発熱させて使用する場合には、発熱体を内蔵した基板支持装置が半導体製造装置内に配設される。このような基板支持装置は、金属やセラミックで形成されたプレートをシャフトで支持する構造を備える。また、プレートの内部にプラズマ電極や発熱体を配設して、シャフト内部に配設された配線を介して、半導体製造装置の外部に設置された制御装置に接続する場合もある。
基板支持装置のプレートとして、窒化アルミニウム（AlN）や酸化アルミニウム（Al2O3）等のバルクセラミックスがよく用いられている。しかし、基板支持装置にプラズマ電極や発熱体を配設するためには、プレートの内部を複雑な形状にする必要があり、バルクセラミックスでは加工が難しい。一方、金属製のプレートは、内部に複雑な構造を形成しやすく、バルクセラミックスに比べて安価に製造することが可能である。金属製のプレートを用いる場合には、基板を搭載する面を絶縁被覆したり、接触による基板への金属のコンタミネーションを低減したりする必要があり、例えば、特許文献１には、アルマイト処理（陽極酸化処理）した金属製のプレートが記載されている。
特開２００７−１８４２８９号公報
しかし、金属製のプレートにアルマイト処理した場合、アルマイトの膜厚は５０〜７５μｍ程度であり、耐電圧は０．８〜１ ｋＶ程度であり、更に高い耐電圧を実現するのは困難である。また、２５ｎｍプロセスの半導体装置のような精密な半導体装置の製造においては、金属のコンタミを防止する被覆ため、高い耐熱性を有する被覆が必要である。
本発明は、上述の問題を解決するものであって、高い耐電圧と高い耐熱性を有する金属製の基板支持装置を提供する。
本発明の一実施形態によると、金属で形成されたプレート部と、前記プレート部に接続し、金属で形成されたシャフト部と、前記プレート部の内部に配設された発熱体と、前記シャフト部と対向する前記プレート部の第１の面にセラミック溶射により形成された絶縁膜と、を備えることを特徴とする基板支持装置が提供される。
前記基板支持装置において、前記プレート部の第１の面と概略直交する第２の面に形成された絶縁膜をさらに備えてもよい。
前記基板支持装置において、前記プレート部の前記第１の面と前記第２の面との角部にＣ面取りまたは曲率を有する、および／または、前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、Ｃ面取りまたは曲率を有してもよい。
前記基板支持装置において、前記プレート部の前記第１の面と前記第２の面との角部に０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有し、および／または、前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有してもよい。
前記基板支持装置において、前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、前記プレート部の板厚に概略等しい値の曲率半径を有してもよい。
前記基板支持装置において、前記第３の面は絶縁膜をさらに備えてもよい。
前記基板支持装置において、前記プレート部の第１の面は凹部を備え、前記第１の面の凹部の角部は、０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有してもよい。
前記絶縁膜が、前記基板支持装置の実使用温度において割れが発生しない残留応力となるワーク温度で前記プレート部に溶射されることにより、形成されてもよい。
本発明によると、高い耐電圧と高い耐熱性を有する金属製の基板支持装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００の図１のＡＡ’における断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板支持装置２００の図１のＡＡ’に相当する位置おける断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板支持装置３００の図１のＡＡ’における断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板支持装置４００の図１のＡＡ’に相当する位置おける断面図である。
以下に一実施形態に係る本発明の基板支持装置について、図を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明の基板支持装置の一例であり、本発明の基板支持装置は以下の実施形態に限定されるわけではない。
アルマイト処理での膜厚では金属製のプレートに十分な耐電圧を付与することが困難であることから、本発明者らは、より高い耐電圧を実現可能な金属製のプレートにセラミックスの膜を形成する方法を検討した。金属製のプレートにセラミックスの絶縁層を形成する方法としてセラミック溶射が挙げられるが、高い耐電圧を実現可能であるものの、高温条件下ではセラミックス層がひび割れて、結果として、プレートの腐食や、プレートと基板との間のアーク放電が生じ、半導体装置の歩留まりを向上させることは困難である。したがって、単純にセラミック溶射を低溶しただけでは、高い耐電圧と高い耐熱性と同時に実現するのは困難である。
これらの問題点について鋭意検討した結果、本発明者らは所望の耐電圧を実現可能な範囲で、可能な限り薄い絶縁層を形成することにより、高温条件下でもひび割れが生じない基板支持装置を実現することが可能であることを見出した。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置１００の斜視図である。また、図２は図１のＡＡ’における断面図である。本実施形態に係る基板支持装置１００は、プレート部１１０及びシャフト部１５０を備え、プレート部１１０の内部に発熱体１２０が配設される。プレート部１１０の上面には基板を支持するための凹部１１３が形成され、凹部１１３とは反対側のプレート部１１０の中央部にシャフト部１５０が接続する。シャフト部１５０は中空構造１７０を有する。シャフト部１５０の中空構造１７０には、発熱体１２０に接続し、外部の制御装置（図示せず）に接続する配線１６０が配設される。
基板支持装置１００において、プレート部１１０の基板を支持する面１１３及びプレート部１１０の側面には絶縁膜１１９が形成される。プレート部１１０において、上面と側面とは概略直交しており、プレート部１１０の上面と側面との角部に凸の曲率を有する。また、プレート部１１０の側面は、裏面のシャフト部１５０との接続部分方向へ向かって外側に凸の曲率を有する。プレート部１１０の凹部１１３の角部は外側に向かって凸の曲率を有するＲ加工が施されている。
本実施形態に係るプレート部１１０及びシャフト部１５０は、金属を用いて形成される。利用可能な金属としては、基板支持装置の製造に用いられる公知の材料から選択可能であり、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、チタン等が挙げられる。また、プレート部１１０は、２つの部材１１０ａ及び１１０ｂで構成され、部材１１０ａまたは１１０ｂに溝を形成して、発熱体１２０を配設する。部材１１０ａと１１０ｂとは、ろう付けや溶接により接合される。
プレート部１１０及びシャフト部１５０に金属を材料として用いることにより、図２に示した冷媒流路１９０をシャフト部１５０に形成することも可能である。冷媒流路１９０は、空気などの気体、あるいはオイル、エチレングリコール水溶液等の液体を還流させて、シャフト部１５０をヒータ温度の調整を助けるための機構である。このような複雑な構造は、セラミックスを材料とした場合は製造が困難であり、金属を材料として用いることにより、シャフト部１５０にろう付けや溶接により形成することができる。この機構によれば、より高度な温度調整の手段が提供される。また、上述したＲ加工も金属を用いた場合には容易に可能である。
本発明において、絶縁膜１１９はセラミック溶射により形成する。セラミック溶射を用いると、アルマイト処理よりも膜厚を厚くすることが可能である。しかし、セラミック溶射により絶縁膜１１９を厚くした場合、高温条件下では絶縁膜１１９はひび割れてしまう。本発明に係る絶縁膜１１９は、所望の耐電圧を実現可能な範囲で、可能な限り薄く形成する。したがって、絶縁膜１１９の膜厚は、要求される耐電圧に応じて任意に設定可能である。プレート部１１０は上述したようなＲ加工を施すことにより、絶縁膜１１９の角部での応力集中を抑制し、高温条件下でも割れにくくすることができる。
本実施形態に係る絶縁膜１１９は、所望の耐電圧を満たし、セラミック溶射可能な材料であれば公知の材料を用いることができ、例えば、アルカリ土類金属、希土類金属、Ａｌ、ＴａおよびＳｉの１種類以上の酸化物を選択することができる。具体的には、酸化アルミニウム（Al2O3）、酸化マグネシウム（MgO）、酸化イットリウム（Y2O3）等が挙げられる。本発明においては、上述した金属と絶縁膜との熱膨張係数の差異が小さい材料の組み合わせを用いる。プレート部１１０と絶縁膜１１９との熱膨張係数の差が大きいと、高温条件下では絶縁膜１１９が割れ易くなる。熱膨張係数の差異が小さな材料の組み合わせとしては、例えば、アルミニウム（Al）と酸化アルミニウムの組み合わせが挙げられる。アルミニウムをプレート部１１０に用い、酸化アルミニウムを絶縁膜１１９に用いることで、絶縁膜１１９は割れにくくなる。一般にセラミックスは引張応力に弱い物性を有し、熱膨張するアルミニウムをプレート部１１０に用いることにより、高温条件下では絶縁膜１１９に追従してプレート部１１０が膨張することにより絶縁膜１１９が割れにくくなるものと考えられる。
また、本実施形態に係る絶縁膜１１９においては、セラミック溶射により形成されるセラミックス被膜の組成が化学量論組成またはそれに近い組成であることが好ましい。化学量論組成またはそれに近い組成で形成された絶縁膜１１９は、高温条件下でも割れにくくなる。セラミックス被膜の酸素量が化学量論組成より有意に低いと、絶縁膜１１９は割れ易くなり、十分な耐電圧を発揮できない。一方、セラミックス被膜の酸素量が化学量論組成より有意に高いと、プレート部１１０への絶縁膜１１９の密着性が低下して好ましくない。
また、本実施形態に係る絶縁膜１１９のセラミック溶射は、プラズマ作動ガスが、酸素ガスまたは酸素を含むガスを用いる。プラズマ作動ガスとして、酸素ガスまたは酸素を含むガスを用いることにより、セラミック溶射により形成される絶縁膜１１９の組成を従来の溶射膜の組成に比してより化学量論組成に近づけることができ、優れた電気絶縁性と耐食性とを同時に実現することができる。
本実施形態に係る絶縁膜１１９の形成においては、所定の耐電圧を実現可能な膜厚よりも厚い溶射膜をセラミック溶射により形成する。その後、表面研磨加工を施すことにより、所望の膜厚とすることができる。また、本実施形態において、セラミック溶射は、プレート部１１０の上面方向と、側面方向の少なくとも二方向に対して行うことが好ましい。プレート部１１０表面の絶縁性を確保し、金属のコンタミネーションを防ぐためには、上面方向と、側面方向の少なくとも二方向に絶縁膜１１９を形成する。また、上述したように、本実施形態においては、プレート部１１０の側面は、裏面のシャフト部１５０との接続部分方向へ向かって外側に凸の曲率を有する。このため、プレート部１１０の側面では、裏面のシャフト部１５０との接続部分方向へ向かって絶縁膜１１９が徐々に薄く形成され、プレート部１１０から絶縁膜１１９が剥がれにくくなる。
本実施形態においては、応力集中を低減する目的から、プレート部１１０の上面と側面との角部に０．５ｍｍ以上の曲率半径（Ｒ１）を有することが好ましい。また、プレート部１１０の凹部１１３の角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上の曲率半径（Ｒ３）を有することが好ましい。一方、プレート部１１０の側面に形成する、シャフト部１５０との接続部分方向へ向かう外側に凸の曲率（１／Ｒ値）を有し、その曲率半径（Ｒ２）は大きくすることが望ましい。本実施形態においては、この曲率半径（Ｒ値）は、プレート部１１０の板厚に概略等しい値とすることによって、プレート部１１０の側方からの溶射によって、プレート部１１０の側面から裏面のシャフト部１５０との接続方向に向かって絶縁膜１１９を徐々に薄く形成することができる。
本実施形態においては、プレート部１１０の上面と側面との角部に凸の曲率を有することにより、基板支持装置１００は、使用時の加熱や冷却による応力集中を緩和して、絶縁膜１１９にひび割れが発生するのを防止することができる。また、プレート部１１０の側面から裏面のシャフト部１５０との接続方向に向かって絶縁膜１１９を徐々に薄く形成することにより、プレート部１１０から絶縁膜１１９が剥がれるのを防止することができる。
また、本実施形態に係る基板支持装置１００において、プレート部１１０と絶縁膜１１９との間に耐圧の差を緩衝するバッファー層を形成してもよい。本実施形態に係るバッファー層には、例えば、酸化マグネシウム（MgO）を用いることができる。
プレート部１１０の熱膨張率をαｓ、絶縁膜１１９の熱膨張率をαｆ、溶射中のワーク温度をＴ０、室温をＴ１、ヒータ使用温度をＴ２、絶縁膜１１９のヤング率をＥとするとき、絶縁膜１１９に生じる熱応力σは、プレート部１１０の厚さが絶縁膜１１９の膜厚よりはるかに大きい場合には次式で表される。
冷間時：σ＝（αｓ−αｆ）・Ｅ・（Ｔ０−Ｔ１）
熱間時：σ＝（αｓ−αｆ）・Ｅ・（Ｔ０−Ｔ２）
冷間時（Ｔ０−Ｔ１）は正であり、αｓ＞αｆのためσは正で圧縮応力を受けている。しかし、溶射中のプレート部１１０の温度を超える温度で基板支持装置１００を加熱使用すれば、σは負となり絶縁膜１１９には引張応力がかかってクラックが発生する要因になる。
そこで、本実施形態においては、絶縁膜１１９が、基板支持装置１００の実使用温度において割れが発生しない残留応力となるワーク温度でプレート部１１０に溶射されることにより、形成されことが好ましい。本実施形態に係るワーク温度は、基板支持装置１００の実使用温度、プレート部１１０の材料と絶縁膜１１９の材料のそれぞれの熱膨張係数、プレート部１１０の大きさ（径）、及び絶縁膜１１９の厚み等を考慮して決定することができる。本実施形態においては、例えば、溶射中のワーク温度を１５０℃以上２５０℃以下とすることで、その温度帯近傍での引張応力の発生を抑えることができる。
以上説明したように、本発明に係る基板支持装置は、プレート部及びシャフト部に金属を用いることで、複雑な加工が可能な上、セラミック溶射によりプレート部に薄い絶縁膜を形成することにより、高温条件下でも割れにくく、高い耐電圧を実現することができる。
（実施形態２）
図３は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置２００の図１のＡＡ’に相当する位置における断面図である。本実施形態に係る基板支持装置２００は、プレート部１１０に代えて、３つの部材２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃで構成されるプレート部２１０を備える。発熱体１２０は、部材２１０ａまたは２１０ｂに溝を形成して配設する。また、部材２１０ｂまたは２１０ｃに溝を形成して、冷媒流路２９０を配設している。プレート部２１０の上面には基板を支持するための凹部２１３が形成され、凹部２１３とは反対側のプレート部２１０の中央部にシャフト部１５０が接続する。シャフト部１５０は実施形態１に説明したものと同様であるため、詳細な説明は省略する。
基板支持装置２００において、プレート部２１０の基板を支持する面２１３、プレート部２１０の側面及び、シャフト部１５０に接続するプレート部２１０の背面には絶縁膜２１９が形成される。プレート部２１０において、上面と側面、側面と背面とは概略直交しており、上面と側面との角部、側面と背面との角部は、外側に凸の曲率を有するＲ加工が施されている。また、プレート部２１０の凹部２１３の角部は、外側に向かって凸の曲率を有するＲ加工が施されている。
本実施形態においては、応力集中を低減する目的から、プレート部２１０の上面と側面との角部に０．５ｍｍ以上の曲率半径（Ｒ１）を有することが好ましい。プレート部２１０の凹部２１３の角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上の曲率半径（Ｒ３）を有することが好ましい。本実施形態においては、側面と背面との角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上の曲率半径（Ｒ２）を有することが好ましい。したがって、本実施形態においては、Ｒ１とＲ２とは、等しくてもよく、異なっていてもよい。
本実施形態に係るプレート部２１０及びシャフト部１５０は、金属を用いて形成される。利用可能な金属は、実施形態１において説明したため、詳細な説明は省略する。金属を用いることにより、部材２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃの接合と、プレート部２１０とシャフト部１５０との接合は、ろう付けや溶接により行うことができる。
冷媒流路２９０はヒータ温度の調整を助けるための機構であり、プレート部２１０においては、ヒータ温度の調整を効率よく行えれば、発熱体１２０と同様の配置でもよく、渦巻き状の配置でもよい。このような複雑の構造は、セラミックスを材料とした場合は製造が困難であり、金属を材料として用いることにより実現することができる。この機構によれば、より高度な温度調整の手段が提供される。また、上述したＲ加工も金属を用いた場合には容易に可能である。
本発明において、絶縁膜２１９はセラミック溶射により形成する。本発明に係る絶縁膜２１９は、所望の耐電圧を実現可能な範囲で、可能な限り薄く形成する。したがって、絶縁膜２１９の膜厚は、要求される耐電圧に応じて任意に設定可能である。プレート部２１０は上述したようなＲ加工を施すことにより、絶縁膜２１９の角部での応力集中を抑制し、高温条件下でも割れにくくすることができる。
本実施形態に係る絶縁膜２１９は、所望の耐電圧を満たし、セラミック溶射可能な材料であればよく、実施形態１において詳細に説明したため、ここでは省略する。また、上述したように、本実施形態に係る絶縁膜２１９においては、セラミック溶射により形成されるセラミックス被膜の組成が化学量論組成またはそれに近い組成であることが好ましい。化学量論組成またはそれに近い組成で形成された絶縁膜２１９は、高温条件下でも割れにくくなる。
また、本実施形態に係る絶縁膜２１９のセラミック溶射は、プラズマ作動ガスが、酸素ガスまたは酸素を含むガスを用いる。プラズマ作動ガスとして、酸素ガスまたは酸素を含むガスを用いることにより、セラミック溶射により形成される絶縁膜２１９の組成を従来の溶射膜の組成に比してより化学量論組成に近づけることができ、優れた電気絶縁性と耐食性とを同時に実現することができる。
本実施形態に係る絶縁膜２１９の形成においては、所定の耐電圧を実現可能な膜厚よりも厚い溶射膜をセラミック溶射により形成する。その後、表面研磨加工を施すことにより、所望の膜厚とすることができる。また、本実施形態において、セラミック溶射は、プレート部２１０の上面方向、側面方向及び背面方向の三方向に対して行う。また、本実施形態に係るプレート部２１０の角部の形状は、実施形態１で説明したような、プレート部２１０の側面が裏面のシャフト部１５０との接続部分方向へ向かって外側に凸の曲率を有するように加工してもよく、この場合、プレート部２１０の背面に対する絶縁膜２１９の形成を省略して、製造工程を簡略化してもよい。
また、本実施形態に係る基板支持装置２００において、プレート部２１０と絶縁膜２１９との間に耐圧の差を緩衝するバッファー層を形成してもよい。本実施形態に係るバッファー層には、例えば、酸化マグネシウム（MgO）を用いることができる。実施形態１において説明したように、本実施形態においては、絶縁膜２１９が、基板支持装置２００の実使用温度において割れが発生しない残留応力となるワーク温度でプレート部２１０に溶射されることにより、形成されことが好ましい。
以上説明したように、本発明に係る基板支持装置は、プレート部及びシャフト部に金属を用いることで、複雑な加工が可能な上、セラミック溶射によりプレート部に薄い絶縁膜を形成することにより、高温条件下でも割れにくく、高い耐電圧を実現することができる。
（実施形態３）
図４は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置３００の図１のＡＡ’に相当する位置における断面図である。本実施形態に係る基板支持装置３００は、プレート部１１０に代えて、角部をＣ面取りしたプレート部３１０を備える。発熱体１２０は、部材３１０ａまたは３１０ｂに溝を形成して配設する。プレート部３１０の上面には基板を支持するための凹部３１３が形成され、凹部３１３とは反対側のプレート部３１０の中央部にシャフト部１５０が接続する。シャフト部１５０は実施形態１に説明したものと同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、実施形態２で説明したように、部材３１０ｂまたは３１０ｃに溝を形成して、冷媒流路を配設してもよい。
基板支持装置３００において、プレート部３１０の基板を支持する面３１３及びプレート部３１０の側面には絶縁膜３１９が形成される。プレート部３１０において、上面と側面とは概略直交しており、プレート部３１０の上面と側面との角部はＣ面取りされる。また、プレート部３１０の側面は、実施形態１と同様に、裏面のシャフト部１５０との接続部分方向へ向かって外側に凸の曲率を有する。プレート部３１０の凹部３１３の角部はＣ面取りされる。
本実施形態においては、応力集中を低減する目的から、プレート部３１０の上面と側面との角部に０．５ｍｍ以上のＣ面取り（Ｃ１）を施すことが好ましい。プレート部３１０の凹部３１３の角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上のＣ面取り（Ｃ３）を施すことが好ましい。一方、本実施形態においては、実施形態１で説明したように、プレート部３１０の側面に形成する、シャフト部１５０との接続部分方向へ向かう外側に凸の曲率（１／Ｒ値）を有し、その曲率半径（Ｒ２）は大きくすることが望ましい。本実施形態においては、この曲率半径（Ｒ値）は、プレート部３１０の板厚に概略等しい値とすることによって、プレート部３１０の側方からの溶射によって、プレート部３１０の側面から裏面のシャフト部１５０との接続方向に向かって絶縁膜３１９を徐々に薄く形成することができる。
本実施形態においては、プレート部３１０の上面と側面との角部にＣ面取りを施すことにより、基板支持装置３００は、使用時の加熱や冷却による応力集中を緩和して、絶縁膜３１９にひび割れが発生するのを防止することができる。また、プレート部３１０の側面から裏面のシャフト部１５０との接続方向に向かって絶縁膜３１９を徐々に薄く形成することにより、プレート部３１０から絶縁膜３１９が剥がれるのを防止することができる。
なお、本実施形態に係るプレート部３１０及びシャフト部１５０の材料及び製造方法は、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、本発明に係る基板支持装置は、プレート部及びシャフト部に金属を用いることで、複雑な加工が可能な上、セラミック溶射によりプレート部に薄い絶縁膜を形成することにより、高温条件下でも割れにくく、高い耐電圧を実現することができる。
（実施形態４）
図５は、本発明の一実施形態に係る基板支持装置４００の図１のＡＡ’に相当する位置における断面図である。本実施形態に係る基板支持装置４００は、プレート部２１０と同様に、３つの部材４１０ａ、４１０ｂ及び４１０ｃで構成されるプレート部４１０を備える。発熱体１２０は、部材４１０ａまたは４１０ｂに溝を形成して配設する。また、部材４１０ｂまたは４１０ｃに溝を形成して、冷媒流路２９０を配設している。プレート部４１０の上面には基板を支持するための凹部４１３が形成され、凹部４１３とは反対側のプレート部４１０の中央部にシャフト部１５０が接続する。シャフト部１５０は実施形態１に説明したものと同様であるため、詳細な説明は省略する。
基板支持装置４００において、プレート部４１０の基板を支持する面４１３、プレート部４１０の側面及び、シャフト部１５０に接続するプレート部４１０の背面には絶縁膜４１９が形成される。プレート部４１０において、上面と側面、側面と背面とは概略直交しており、上面と側面との角部、側面と背面との角部はＣ面取りされる。また、プレート部４１０の凹部４１３の角部はＣ面取りされる。
本実施形態においては、応力集中を低減する目的から、プレート部４１０の上面と側面との角部に０．５ｍｍ以上のＣ面取り（Ｃ１）を施すことが好ましい。プレート部４１０の凹部４１３の角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上のＣ面取り（Ｃ３）を施すことが好ましい。本実施形態においては、側面と背面との角部も、同様の理由から、０．５ｍｍ以上のＣ面取り（Ｃ２）を施すことが好ましい。したがって、本実施形態においては、Ｃ１とＣ２とは、等しくてもよく、異なっていてもよい。
なお、本実施形態に係るプレート部４１０及びシャフト部１５０の材料及び製造方法は、実施形態２と同様であるため、詳細な説明は省略する。
以上説明したように、本発明に係る基板支持装置は、プレート部及びシャフト部に金属を用いることで、複雑な加工が可能な上、セラミック溶射によりプレート部に薄い絶縁膜を形成することにより、高温条件下でも割れにくく、高い耐電圧を実現することができる。
上述した本発明に係る基板支持装置１００について、以下に実施例を示し、詳細に説明する。
実施例として、プレート部１１０にアルミニウムを用い、絶縁膜１１９に酸化アルミニウムを用いた。絶縁膜１１９は、セラミック溶射により２５０μｍ〜３００μｍの溶射膜を形成し、研磨加工により１００μｍ〜１５０μｍの膜厚とした。
製造した基板支持装置１００を１２０℃、１５０℃、２００℃及び２５０℃で５時間、オーブンで加熱し、絶縁膜１１９にクラックが生じるかを検証した。いずれの場合にもクラックは生じなかった。表１に検証結果をまとめる。
Figure 2014013874
一方、研磨加工後の絶縁膜１１９の膜厚を３００μｍ以上とした場合は、クラックが生じた。また、２ｋＶの直流電圧（ＤＣ）を印加した絶縁耐圧試験においては、９０μｍ未満の膜厚では絶縁膜１１９が破壊された。この結果から、１００μｍ以上２００μｍ以下が好ましいことが明らかとなった。
（熱サイクル試験）
半導体装置の製造において、基板支持装置は、熱サイクルをかけて使用されることがある。したがって、熱サイクルをかけたときに、絶縁膜１１９にクラックが生じないようにする必要がある。本実施例においては、常温（４０℃）から２５０℃に昇温し、２５０℃から４０℃に降温する１サイクルを１時間で行い、合計６０サイクルの熱サイクル試験により、絶縁膜１１９を評価した。評価には、溶射中のワーク温度を８０℃、１５０℃及び２５０℃でプレート部１１０に形成した絶縁膜１１９を用いた。絶縁膜１１９は、セラミック溶射により２５０μｍ〜３００μｍの溶射膜を形成し、研磨加工により１００μｍ〜１５０μｍの膜厚とした。
表２は、溶射中のワーク温度を８０℃で形成した絶縁膜１１９の試験結果を示し、表３は１５０℃での結果を示し、表４は２５０℃での結果を示す。
Figure 2014013874
Figure 2014013874
Figure 2014013874
８０℃で溶射した基材は、２５０℃のサイクル試験下では、熱応力の影響でプレート部１１０の角部を起点としたクラックが発生した。一方、１５０℃で溶射したプレート部１１０では、２５０℃に昇温した時に熱応力が生じると推測されるが、クラックの発生には至っていない。２５０℃で溶射したプレート部１１０では、１５０℃で溶射したプレート部１１０と同様に、クラックは発生しなかった。プレート部１１０の角部のＲ値は大きい方が応力緩和となるので、Ｒ＞０．５ｍｍの場合にもクラックは発生しないと推察される。よって、３００ｍｍウエハ基材（φ３３０ｍｍ程度）のプレート部１１０では、プレート部１１０のＲ値が０．５ｍｍ以上、溶射時のプレート部１１０のワーク温度が１５０℃以上で施工すれば、２５０〜４０℃ × ６０サイクルの範囲ではクラックは発生しない。
１００ 基板支持装置、１１０ プレート部、１１３ 凹部、１１９ 絶縁膜、１２０ 発熱体、１５０ シャフト部、１７０ 中空構造、１９０ 冷媒流路、２００ 基板支持装置、２１０ プレート部、２１３ 凹部、２１９ 絶縁膜、２９０ 冷媒流路、３００ 基板支持装置、３１０ プレート部、３１３ 凹部、３１９ 絶縁膜、４００ 基板支持装置、４１０ プレート部、４１３ 凹部、４１９ 絶縁膜

Claims (8)

  1. 金属で形成されたプレート部と、
    前記プレート部に接続し、金属で形成されたシャフト部と、
    前記プレート部の内部に配設された発熱体と、
    前記シャフト部と対向する前記プレート部の第１の面にセラミック溶射により形成された絶縁膜と、を備えることを特徴とする基板支持装置。
  2. 前記プレート部の第１の面と概略直交する第２の面に形成された絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
  3. 前記プレート部の前記第１の面と前記第２の面との角部にＣ面取りまたは曲率を有する、および／または、前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、Ｃ面取りまたは曲率を有することを特徴とする請求項２に記載の基板支持装置。
  4. 前記プレート部の前記第１の面と前記第２の面との角部に０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有し、および／または、前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有することを特徴とする請求項３に記載の基板支持装置。
  5. 前記プレート部の第２の面から、前記シャフト部と接続する前記プレート部の第３の面に向かって、前記プレート部の板厚に概略等しい値の曲率半径を有することを特徴とする請求項３に記載の基板支持装置。
  6. 前記第３の面は絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一に記載の基板支持装置。
  7. 前記プレート部の第１の面は凹部を備え、
    前記第１の面の凹部の角部は、０．５ｍｍ以上のＣ面取りまたは曲率半径を有することを特徴とする請求項２乃至６の何れか一に記載の基板支持装置。
  8. 前記絶縁膜が、前記基板支持装置の実使用温度において割れが発生しない残留応力となるワーク温度で前記プレート部に溶射されることにより、形成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の基板支持装置。
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