JP2018129196A - セラミックヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦ電極等の電極の厚みが大きな場合でも、好適にセラミックヒータを製造することができるセラミックヒータの製造方法を提供すること。【解決手段】セラミックヒータの製造方法では、セラミックグリーンシート５１を積層した第１積層体５９の表面に電極パターン６１を形成する。その第１積層体５９の外周を囲むように型枠６５を配置し、その型枠６５内にセラミックスラリー６３を流し込んで電極パターン６１等の表面を覆う。その後、乾燥した第２積層体を焼成してセラミックヒータを作製することで、厚みの大きなＲＦ電極の周囲に隙間なくセラミックスラリー６３を充填でき、焼成の際にクラック等の破損が生じにくくなる。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、半導体ウェハ等の被加工物を加熱できるセラミックヒータの製造方法に関する。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理的気相成長法）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積法）等によって、加工を行う場合に利用できるセラミックヒータの製造方法に関する。

従来、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対して、ドライエッチング処理（例えばプラズマエッチング）や成膜処理など各種の処理が行われている。

これらの処理を行う場合には、半導体ウェハを保持して加熱するために、内部に発熱体を備えた平板形状のセラミックヒータが用いられている。
この種のセラミックヒータとしては、発熱体に加えて、プラズマを発生するための高周波電極（ＲＦ電極）を備えた例えばＣＶＤヒータが知られている。

このようなセラミックヒータを製造する技術としては、セラミックの粉末材料内に電極を配置してホットプレスする方法（ホットプレス法）、セラミックグリーンシート上に電極を形成し、積層して焼成する方法（シート積層法）などが知られている（特許文献１参照）。

さらに、フィルム上に電極を形成し、その上にスラリーを流し込んでセラミックグリーンシートを作製し、その後、フィルムを剥がして、セラミックグリーンシート同士を積層する技術も開示されている（特許文献２参照）。

特開２００４−２９６２５４号公報 特開２００９−２０８４５９号公報

ところで、例えばＣＶＤヒータを用いて好適に成膜処理等を行うためには、十分にプラズマを発生させることが望ましいので、その方法として、ＲＦ電極に大きな電力を供給することが考えられる。

しかしながら、ＲＦ電極の厚みが従来のように薄い場合には、抵抗が大きいので、大きな電力を印加するとＲＦ電極自体が発熱して、ＣＶＤヒータの平面方向における温度分布が均一でなくなる恐れがある。即ち、平面における均熱性が低下する恐れがある。

この対策として、ＲＦ電極の厚みを大きくすること（即ち厚くすること）が考えられるが、厚みが大きなＲＦ電極を備えたＣＶＤヒータを製造することは容易ではない。
例えば、ホットプレス法でＣＶＤヒータを製造する場合には、粉末材料中にＲＦ電極となる金属箔を配置することが考えられるが、粉末充填の制御が難しく、焼成後にはＲＦ電極の平面度が悪くなることがある。

なお、ＲＦ電極の平面度が悪くなると、ＲＦ電極表面とヒータ表面との距離が場所（即ち平面方向における位置）によってばらつくので、プラズマの発生状態も場所によって不均一になり、その結果、好適な成膜処理等ができない恐れがある。

また、例えば、シート積層法でＣＶＤヒータを製造する場合には、ＲＦ電極の厚みが大きいと、ＲＦ電極を両側から挟むセラミックグリーンシートの間に隙間が生じることがある。そして、隙間が大きい場合には、焼成時にその隙間からクラックが発生して破損等が発生することがある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばＲＦ電極等の電極の厚みを大きくした場合でも、好適にセラミックヒータを製造することができるセラミックヒータの製造方法を提供することにある。

（１）本発明の第１局面は、セラミック基板の内部に、通電により発熱する発熱体と電圧が印加される電極とを備えたセラミックヒータの製造方法に関するものである。
このセラミックヒータの製造方法は、第１工程にて、セラミックグリーンシートに、発熱体となる発熱パターンを形成した後に、他のセラミックグリーンシートを発熱パターンが形成されたセラミックグリーンシートに積層して第１積層体を作製する。

第２工程では、第１積層体の表面に、電極となる電極パターンを形成する。
第３工程では、第１積層体の平面方向における外周を囲むように枠体を配置し、枠体内にセラミックスラリーを流し込んで、電極パターンの表面と電極パターンの周囲の第１積層体の表面とをセラミックスラリーで覆う。

第４工程では、セラミックスラリーを乾燥させて被覆層を形成することにより、第１積層体上に電極パターンおよび被覆層が形成された第２積層体を作製する。
第５工程では、第２積層体を焼成して、セラミック基板の内部に発熱体と電極とを備えたセラミックヒータを作製する。

このように、本第１局面では、セラミックグリーンシートを積層した第１積層体の表面に電極パターンを形成し、その第１積層体の外周を囲むように枠体を配置し、その枠体内にセラミックスラリーを流し込んで電極パターン等の表面を覆い、その後乾燥した第２積層体を焼成してセラミックヒータを作製する。

従って、この製造方法では、厚みの大きな電極の周囲に隙間なくセラミックスラリーを充填できるので、焼成の際にクラック等の破損が生じにくいという顕著な効果を奏する。
また、本第１局面は、ホットプレス法のような粉末充填ではなく、スラリー充填を採用しているので、焼成後の電極の平面度が小さい（即ち凹凸が少なく平坦である）という利点がある。

（２）本発明の第２局面では、セラミックスラリーの溶媒は、電極パターンを形成する電極材料の溶媒よりも、電極材料を溶解しにくいものである。
本第２局面では、セラミックスラリーの溶媒として、電極パターンを形成する電極材料の溶媒よりも電極材料を溶解しにくいものを用いるので、電極パターン（従って焼成後の電極）の形状を損ないにくいという利点がある。

なお、セラミックスラリーの溶媒は、電極材料の溶媒に応じて選択できる。例えば電極材料の溶媒がテルピオネールである場合には、それよりも電極材料を溶解しにくい例えばジイソブチルケトン、水を採用できる。

（３）本発明の第３局面では、電極は、高周波の電圧が印加される高周波電極である。
本第３局面は、電極の好適な用途を例示している。
なお、高周波としては、例えば１３．５６ＭＨｚから６０．００ＭＨｚの範囲が挙げられる。

（４）本発明の第４局面では、電極の厚みは、発熱体の厚みより大である。
本第４局面は、電極の好適な厚みを例示している。この構成により、発熱体以外の電極が異常な発熱をせずに均熱性に優れ、焼成時の収縮差により剥離や亀裂が発生することを抑制できるという利点がある。

（５）本発明の第５局面では、電極の厚みは、５０μｍ以上である。
本第５局面は、電極の好適な厚みを例示している。電極が例えば高周波電極である場合には、高周波電極の厚みを大きく（即ち５０μｍ以上と）することにより、低抵抗にできるので、高周波電極の発熱を抑制して、大きな電力を印加することができる。それにより、十分にプラズマを発生させて、好適に成膜処理等を行うことができる。

なお、この厚みとは、電極の厚みのうち最小値を指す。すなわち、電極の厚みの最小値を５０μｍ以上とすることが好ましい。
（６）本発明の第６局面では、電極の平面度は、１００μｍ以下である。

本第６局面は、電極の好適な平面度を例示している。電極の平面度が小さな場合（即ち１００μｍ以下の場合）には、セラミックヒータの表面と電極の表面との距離がほぼ一定である。そのため、例えば高周波電極の場合には、平面方向において、プラズマの発生状態の均一化が可能であるので、プラズマによる加工性（例えば成膜性）が向上する。

ここで、平面度とは、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定されるものである。
＜以下に、本発明の各構成について説明する＞
・セラミック基板に含まれるセラミックとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム等を主成分（セラミック中で５０質量％以上）とする材料が挙げられる。

なお、前記主成分以外に、例えば希土類化合物を添加することもできる。この希土類化合物としては、希土類元素の化合物、例えばイットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、セリウム（Ｃｅ）の化合物（例えばフッ化物、硝酸塩や塩化物）が挙げられる。その他、アルカリ土類金属の化合物、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）の化合物（例えば酸化物、水酸化物、フッ化物、硝酸塩、炭酸塩、炭化物）が挙げられる。

・セラミックグリーンシートとは、セラミックを主成分とする材料から形成された未焼成のセラミックシート（セラミック生シート）のことを示している。
・セラミックスラリーとは、セラミックを主成分とする材料から形成された泥漿（スラリー）である。

・セラミックグリーンシートとセラミックスラリーとは、同じセラミックを主成分とするのが好ましい。
・電極は、例えば高周波電極（ＲＦ電極）のように、電源（電力供給源）に接続されて電力が供給される電極（電圧が印加される電極）であり、この電極の構成としては、タングステン、モリブデン等が挙げられる。

・電極の厚みは、５０μｍ以上が高出力における耐久性等の点で好ましいが、５０μｍ〜３００μｍの範囲のものを採用できる。
・電極パターンとは、セラミックグリーンシートに配置された電極の材料（例えばペースト状の材料）からなるパターン（未焼成の層）であり、焼成後に電極となるものである。なお、電極パターンは、例えばペースト状の材料を用いて１回又は複数回の印刷や塗布等によって形成したり、伸縮可能なメッシュ状の金属材料を載置して形成できる。

・発熱体は通電により発熱する部材であり、発熱体の材料としては、タングステン、タングステンカーバイド、モリブデン、モリブデンカーバイド、タンタル、白金等が挙げられる。

・発熱体の厚みとしては、５μｍ〜３０μｍの範囲を採用できる。発熱体が線状である場合には、その平面視（厚み方向から見た場合）での幅（線幅）としては、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲を採用できる。

・発熱パターンとは、セラミックグリーンシートに配置された発熱体の材料（例えばペースト状の材料）からなるパターン（未焼成の層）であり、焼成後に発熱体となるものである。なお、発熱パターンは、例えばペースト状の材料を用いて印刷や塗布等によって形成できる。

・焼成条件としては、焼成温度（例えば１４００℃〜１９００℃）、焼成雰囲気（例えば大気、窒素）が挙げられる。
・平面方向とは、セラミック基板の厚み方向と垂直な方向である。

実施形態のセラミックヒータを示す斜視図である。 実施形態のセラミックヒータを軸線方向に沿って破断した状態を示す断面図である。 （ａ）はＲＦ電極の形状を示す平面図、（ｂ）は第２基板部内の発熱体の形状を示す平面図である。 セラミックヒータの製造方法を示し、（ａ）はシート積層法による第１積層体の作製方法を示す説明図、（ｂ）はスラリー充填による第２積層体の作製方法等を示す説明図である。 セラミックヒータの製造方法を示し、（ａ）は支持部の作製方法を示す説明図、（ｂ）は保持部と支持部との接合方法を示す説明図である。 セラミックヒータが４つの加熱ゾーンを有する場合の各加熱ゾーンや部分発熱体の配置を示す平面図である。 比較例１のセラミックヒータを軸線方向に沿って破断した状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態のセラミックヒータの製造方法を説明する。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
まず、実施形態のセラミックヒータの製造方法によって製造されるセラミックヒータの構成について説明する。

ここでは、セラミックヒータとして、半導体（例えば半導体ウェハ）の製造に用いられる半導体製造用部品、具体的にはプラズマ加工に用いられるプラズマ加工用部品を例に挙げる。詳しくは、ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）を実施する際に使用される加熱装置であるセラミックヒータ（いわゆるＣＶＤヒータ）を例に挙げて説明する。

図１に示す様に、実施形態のセラミックヒータ１は、ＣＶＤによって半導体ウェハ３を加工する際に、半導体ウェハ３を収容したチャンバー（図示せず）内に配置されるものであり、半導体ウェハ３を載置（搭載）して加熱する装置である。なお、セラミックヒータ１の半導体ウェハ３の搭載面（第１主面Ｓ１）の構造等は簡易化してある（以下同様）。

このセラミックヒータ１は、円盤形状（板状）の保持部（即ち保持体であるセラミック基板）５と円筒形状の支持部（即ち支持体であるシャフト）７とを備えており、支持部７は、保持部５の後端側（図１の下側である第２主面Ｓ２側）にて、保持部５と同軸に接合されている。この保持部５と支持部７とは、主として、窒化アルミニウムを主成分とし、例えばイットリア等の希土類化合物を含む窒化アルミニウム焼結体から形成されている。

以下、各構成について説明する。なお、以下では、図１の上方をセラミックヒータ１の先端側と称し、図１の下方を後端側と称する。
＜保持部５＞
図２に示すように、保持部５は、先端側に半導体ウェハ３を搭載する搭載面である第１主面Ｓ１を有するとともに、後端側に第２主面Ｓ２を有しており、第１主面Ｓ１の外周と第２主面Ｓ２との外周をつなぐように円筒状の側面１３を有している。

この保持部５は、先端側の円盤形状の第１基板部１５と後端側の円盤形状の第２基板部１７とが、重ね合わせられたような一体の構成を有している。
保持部５の内部、即ち第１基板部１５の第２基板部１７側（即ち図２の下方）には、高周波電極であるＲＦ電極１９（図３（ａ）の斜線部分参照）が配置されている。詳しくは、第１基板部１５には、第１基板部１５の厚み方向（図２の上下方向）と垂直の平面方向に広がるように、厚み方向から見た平面視で、例えば円盤形状のＲＦ電極１９が、第１基板部１５と同軸に配置されている。

このＲＦ電極１９は、例えばタングステン又はモリブデンからなり、その厚みは５０μｍ以上である。具体的には、５０μｍ〜２００μｍの範囲内の例えば１００μｍである。なお、この厚みは、最小値が５０μｍ以上である。また、ＲＦ電極１９の平面度は１００μｍ以下である。

一方、第２基板部１７の内部には、平面方向に広がるように、平面視で、３つに分離された線状の部分発熱体Ｈからなる発熱体２１が配置されている。
詳しくは、図３（ｂ）に示すように、第２基板部１７（従って保持部５）は、平面視で同心円状に３つに区分された加熱ゾーンＫＺ（ＫＺ１、ＫＺ２、ＫＺ３）を備えている。各加熱ゾーンＫＺには、各加熱ゾーンＫＺの形状に合わせて形成された各部分発熱体Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）が配置されている。

この発熱体２１は、例えばタングステンからなり、その厚みは例えば２０μｍ、線幅は例えば１ｍｍである。この発熱体２１の厚みは、ＲＦ電極１９の厚みより小である（即ちＲＦ電極１９より薄い）。

また、前記図２に示すように、第２基板部１７の内部には、発熱体２１の各部分発熱体Ｈとそれぞれ電気的に接続されたビア２３や配線層２５が設けられている、このビア２３や配線層２５は、第２基板部１７の第２主面Ｓ２に形成された受電電極（電極パッド）２７に電気的に接続されている。

保持部５の第２主面Ｓ２側には、第２主面Ｓ２からＲＦ電極１９に到る第１孔部３１と第２主面Ｓ２から保持部５の内部に到る第２孔部３３が設けられている。第１孔部３１には、ＲＦ電極１９に電力を供給するＲＦ端子（電極端子）３５が配置され、第２孔部３３には、温度を検出する熱電対３７が配置されている。

さらに、保持部５の第２主面Ｓ２に設けられた電極パッド２７には、発熱体２１に電力を供給するヒータ端子３９が接続されている。
なお、保持部５の内部には、表面等に開口するガス流路４１（図１参照）が形成されている。このガス流路４１は、例えばパージガス（即ち半導体ウェハ３の加工中に半導体ウェハ３が第１主面Ｓ１に接合しないように供給されるガス）等のガスが流される流路である。

＜支持部７＞
図２に示すように、支持部７は、例えば窒化アルミニウムを主成分とする材料からなる窒化アルミニウム焼結体であり、上述したように、保持部５の後端側（即ち第２主面Ｓ２）に同軸に接合されている円筒形状の部材である。

また、支持部７の中心孔４３には、上述したＲＦ端子３５、熱電対３７、ヒータ端子３９の後端側が配置されている。
なお、保持部５と支持部７とは、例えば拡散接合によって接合されるが、それ以外に、例えばろう付け等の方法によって接合されていてもよい。

［１−２．製造方法］
次に、セラミックヒータ１の製造方法について説明する。
＜シート積層法による第１積層体の作製工程＞
最初に、図４（ａ）に示すように、シート積層法による第１積層体５９等の作製方法（第１工程）について説明する。

まず、窒化アルミニウム粉末１００重量部に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末１重量部とアクリル系バインダ２０重量部と、分散剤及び可塑剤を適量加えた混合物に、溶媒としてトルエン等の有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合し、グリーンシート用スラリーを作製した。

このスラリーを用いて、キャスティング装置で、スラリーをシート状に成形し、乾燥させてセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートと記す）５１を作製した。
また、タングステンやモリブデン等の粉末と、窒化アルミニウム粉末と、アクリル系バインダと、溶媒としてテルピネオール等の有機溶剤を混合したメタライズペースト（金属ペースト）５３を作製した。

そして、このメタライズペースト５３を用いて、所定の（発熱体２１を設ける）グリーンシート５１上に、メタライズ層である発熱体２１となる発熱パターン５５を印刷した。同様に、所定の（配線層２５を設ける）グリーンシート５１には、メタライズ層である配線層２５となる配線パターン（図示せず）を印刷した。

また、所定の（ビア２３を設ける）グリーンシート５１には、ビア２３となる貫通孔（図示せず）を設け、その貫通孔にメタライズペースト５３を充填した。さらに、所定の（第１孔部３１や第２孔部３３を設ける）グリーンシート５１には、第１孔部３１や第２孔部３３となる貫通孔５７を形成した。

なお、ガス流路４１となる部分（図示せず）については、グリーンシート５１の対応する箇所に、溝や空間や貫通孔等を形成しておけばよい。
次に、これらのグリーンシート５１を、複数枚（例えば２０枚）圧着した。そして、必要に応じて外周を切断して、厚み約８ｍｍの（第２基板部１７となる）グリーンシート積層体（即ち第１積層体）５９を作製した。

次に、第１積層体５９の表面に、ＲＦ電極１９となる円形の電極パターン６１を形成した（第２工程）。詳しくは、上述したメタライズペーストを用いて、１回又は複数回（例えば２回又は３回）同じ個所に印刷を行い、電極パターン６１を形成した。

なお、電極パターン６１の厚みは、焼成後にＲＦ電極１９の厚みが例えば５０μｍ〜２００μｍ程度の厚みとなるように、例えば７５μｍ〜４００μｍの厚みとなるようにすればよい。なお、１回の印刷の厚みとしては、例えば５０μｍ以上が好ましい。

次に、マシニングによって、第１積層体５９の周囲を切削加工して、円盤形状の成形体６０を作製した。
＜スラリー充填工程＞
ここでは、まず、セラミックスラリー（充填用スラリー）６３（図４（ｂ）参照）を作製する。

具体的には、窒化アルミニウム粉末１００重量部に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末１重量部と、水性のウレタンエマルジョン２０重量部と、分散剤、ＰＨ調整剤を適量加えた混合物に、溶媒として純水を加え、ボールミルにてガス抜きのため間欠的に一晩混合して、セラミックスラリー６３を作製した。

なお、このセラミックスラリー６３の溶媒（ここでは水）は、電極パターン６１を形成する電極材料（メタライズペースト）の溶媒（テルピネオール等の有機溶剤）よりも、電極材料を溶解しにくいものである。

次に、図４（ｂ）に示すように、円盤形状の成形体６０を、成形体６０よりやや大きい内径を持つ型枠６５内に設置し、その型枠６５中にセラミックスラリー６３を高さ５ｍｍ程度になるように注入した（第３工程）。すなわち、セラミックスラリー６３によって、電極パターン６１の表面と電極パターン６１の周囲の第１積層体５９の表面とを覆った。

＜第２積層体の作製工程＞
そして、その状態にて室温で一晩放置後に、型枠６５ごと恒温槽にて１２０℃まで１℃／ｍｉｎ以下で昇温し、２４時間以上保持して乾燥した。

これによって、セラミックスラリー６３が乾燥して被覆層６７となる。つまり、成形体６０上に被覆層６７が積層された第２積層体６９が得られる（第４工程）。
＜焼成工程＞
次に、第２積層体６９を型枠６５から取り出し、窒素中５５０℃で１２時間脱脂し、脱脂体（図示せず）を得た。

そして、この脱脂体を、カーボン炉７１の窒化アルミニウムさや内に入れ、窒素中常圧にて、例えば１９００℃で４時間焼成し、焼成体（焼結体）７３を作製した（第５工程）。

次に、焼成体７３の表面を加工（研磨）して、目的とする寸法（直径３３０ｍｍ×厚み５ｍｍ）の部材（即ち保持部５）を作製した。
なお、保持部５のうち第１主面Ｓ１は、ラッピング加工を行い、表面粗さはＲａで０．２μｍ以下とし、平面度は５μｍ以下とした。

＜支持部の作製方法＞
次に、図５（ａ）に示すように、支持部７の作製方法について説明する。
まず、窒化アルミニウム粉末１００重量部に、酸化イットリウム粉末１重量部と、バインダとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）３重量部と、分散剤と可塑剤を適量加えた混合物に、メタノール等の有機溶剤を加え、ボールミルにて１５時間混合して、スラリーを作製した。

次に、前記スラリーを用いてスプレードライヤーで作製した顆粒粉（原料粉末）８１を、円柱形状の中子８３を配置したカップ形状のゴム型８５内に充填し蓋８７を閉めた。そして、２００ＭＰａの圧力で、冷間静水圧プレスして成形体（図示せず）を得た。

なお、成形体の軸中心の円柱状の空隙（中心孔４３に対応する空隙）は、中子８３により形成するが、成形後のマシニングによる加工で形成しても良い。また焼成後のマシニング加工で形成しても良い。

次に、前記成形体を垂直に立てて、空気中にて５５０℃で脱脂し、その後、脱脂体８９を窒素ガス雰囲気の焼成炉９１内に吊り下げて、１８５０℃で５時間焼成して、例えば外径６０ｍｍ×内径４０ｍｍ×長さ２００ｍｍの焼成体である支持部７を得た。

なお、その後、支持部７の研磨仕上げを行った。
＜保持部と支持部との接合方法＞
次に、図５（ｂ）に示すように、保持部５と支持部７との接合方法について説明する。

まず、円盤形状の保持部５の接合面（即ち第２主面Ｓ２）にラッピング加工を行い、表面粗さＲａを１μｍ以下とし、接合箇所の平面度を５μｍ以下となるようにした。一方、支持部７の接合面（軸方向の一端面）も同様にラッピング加工を行った。

次に、保持部５の第２主面Ｓ２と支持部７の一端面とを軸中心を一致させて重ね合わせ、加熱炉９３内にて、上下方向（図２における上下方向）に荷重をかけて加熱することにより拡散接合した。

詳しくは、真空中、または減圧した窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で、温度１４００℃〜１８５０℃、圧力０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａの条件で、例えば１４５０℃、１ＭＰａの条件で拡散接合した。

その後、電極パッド２７に、棒状のヒータ端子３９を銀ろう等によってろう付けした。同様に、第１孔部３１内にてＲＦ電極１９にＲＦ端子３５をろう付けした。また、第２孔部３３に熱電対３７を配置した。

これにより、セラミックヒータ１を得た。
［１−３、効果］
次に、本実施形態の効果について説明する。

（１）本実施形態では、セラミックグリーンシート５１を積層した第１積層体５９の表面に電極パターン６１を形成し、その第１積層体５９の外周を囲むように型枠６５を配置し、その型枠６５内にセラミックスラリー６３を流し込んで電極パターン６１等の表面を覆い、その後乾燥した第２積層体６９を焼成してセラミックヒータ１を作製する。

従って、この製造方法では、厚みの大きなＲＦ電極１９の周囲に隙間なくセラミックスラリー６３を充填できるので、焼成の際にクラック等の破損が生じにくいという顕著な効果を奏する。

また、本実施形態は、ホットプレス法のような粉末充填を行わないので、焼成後のＲＦ電極１９の平面度が小さい（即ち凹凸が少なく平坦である）という利点がある。
（２）本実施形態では、セラミックスラリー６３の溶媒として、電極パターン６１を形成する電極材料の溶媒よりも電極材料を溶解しにくいものを用いるので、電極パターン６１（従って焼成後のＲＦ電極１９）の形状を損ないにくいという利点がある。

（３）本実施形態では、ＲＦ電極１９の厚みは、５０μｍ以上であるので、それより厚みが小さい場合に比べて、ＲＦ電極１９を低抵抗にできる。そのため、ＲＦ電極１９に大きな電力を供給しても発熱が少ないので、ＲＦ電極１９に大きな電力を印加することができる。それにより、十分にプラズマを発生させて、好適に成膜処理等を行うことができる。

（４）本実施形態では、ＲＦ電極１９の平面度は、１００μｍ以下であるので、セラミックヒータ１の表面（第１主面Ｓ１）とＲＦ電極１９の表面との距離のバラツキが少ない。そのため、ＲＦ電極１９に電力を印加した場合には、平面方向において、プラズマの発生状態を均一化することができるので、プラズマによる加工性（例えば成膜性）が向上する。

（５）本実施形態では、フィルム上に電極を形成しないので、電極パターン６１（従って焼成後のＦＲ電極１９）の形状を損ないにくいという利点がある。フィルムの剥離が必要な場合には、フィルム上に剥離剤を塗布した後に電極パターン６１を形成する場合があるが、剥離剤上には電極パターン６１は形成し難い。フィルム上に剥離剤を塗布しない場合には、フィルムは剥離しにくくなるので好ましくない。

（６）本実施形態では、セラミックグリーンシート５１に、発熱体２１となる発熱パターン５５を形成している。そのため、保持部（セラミック基板）５が平面視で複数の加熱ゾーンＫＺに区分され、各加熱ゾーンＫＺに各加熱ゾーンＫＺを独立して加熱することができる発熱体２１が配置されたセラミックヒータ１を得ることができる。

［１−４、文言の対応関係］
本実施形態の、セラミック基板（保持部）５、発熱体２１、ＲＦ電極１９、セラミックヒータ１、セラミックグリーンシート５１、発熱パターン５５、第１積層体５９、電極パターン６１、型枠６５、セラミックスラリー６３、被覆層６７、第２積層体６９は、それぞれ、本発明の、セラミック基板、発熱体、電極、セラミックヒータ、セラミックグリーンシート、発熱パターン、第１積層体、電極パターン、枠体、セラミックスラリー、被覆層、第２積層体の一例に相当する。

［２．実験例］
次に、上述したセラミックヒータに関する効果を確認した実験例について説明する。
本実験例では、下記表１に示す条件で、セラミックヒータの試料として、第１実施形態の保持部の試料（本発明の実施例１〜３）と、本発明の範囲外の試料（比較例１、２）とを作製した。

なお、試料の作製方法に関しては、表１に記載以外の内容は、第１実施形態と同様である。なお、実施例１、２、３、比較例１では、電極の印刷を、それぞれ１回、３回、２回、１回行った。

そして、各試料に対して、下記のようにして、電極の厚み（電極厚み）、電極の平面度（電極平面度）、層間の剥離や亀裂（層間隙間）、保持部材の温度分布（即ち最高温度と最低温度との差：最高最低の温度差）を調べた。

・「電極の厚み」は、焼成後の保持体を切断解体し、光学顕微鏡による観察で厚みの測定を行った。
・「電極の平面度」は、平坦に加工した保持体の表面から渦電流式または超音波式膜厚計により、広範囲（９点以上）の層状の電極の直上のセラミックの厚みのバラツキを非破壊で測定し、この厚みバラツキの最大値と最小値の差を電極の平面度とした。

・「層間の剥離や亀裂」は、超音波探傷法（パルス反射法）にて、探査し層間剥離や亀裂の有無を判断した。
・温度分布は、真空中でセラミックヒータ（即ち保持部）の発熱体に直流電圧を印加し、半導体ウェハの載置面（即ち保持部の第１主面）を設定温度で４５０℃に発熱させ、載置面の温度を赤外線サーモグラフィ装置にて測定した。そして、最も温度が高い箇所と低い箇所の温度差を温度分布とした。

その結果を同表１に記す。
なお、表１の加熱ゾーンの数が４とは、例えば図６のように区分したものである（各加熱ゾーンは破線部分で区分されている）。

また、比較例２とは、図７に示すように、セラミックヒータ（ＣＶＤヒータ）１０１の保持部１０３の第１基板部１０５と第２基板部１０７とをホットプレス法で作製して、後に一体化したものである。

ここで、第１基板部１０５は、厚み方向の異なる位置（３箇所）に発熱体１０９を形成するために、各位置に金属箔を配置してホットプレスしたものである。また、第２基板部１０７は、ＲＦ電極１１１を形成するために、金属箔を配置してホットプレスしたものである。なお、図７では、ＣＶＤヒータ１０１の全体を示してあるが、実験では保持部１０３のみを用いた。

この表１から明らかなように、実施例１〜３では、電極の厚みが５１μｍ〜１５８μｍと十分に厚く、電極の平面度が６３μｍ〜９７μｍと十分に小さく、層間に剥離等が発生しておらず、温度分布も十分に小さいので、好適である。

それに対して、比較例１では、従来のようにシート積層法のみで保持部を形成するので、層間に剥離が発生し、好ましくない。詳しくは、比較例１では、焼成時にＲＦ電極を形成した面に剥離が発生した。

また、比較例２では、従来のホットプレス法で保持部を形成するので、電極の平面度が大きく、また、温度分布が大きく好ましくない。
［２．他の実施形態］
尚、本発明は前記実施形態や実験例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば、本発明は、第１実施形態のようなＣＶＤヒータ以外に、ＰＶＤに用いるヒータ（ＰＶＤヒータ）、ＡＬＤに用いるヒータ（ＡＬＤヒータ）等、各種のセラミックヒータに適用することができる。

（２）また、前記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、前記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、前記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１…セラミックヒータ
５…保持部（セラミック基板）
７…支持部
１９…ＲＦ電極
２１…発熱体
５１…セラミックグリーンシート
５５…発熱パターン
５９…第１積層体
６３…セラミックスラリー
６５…型枠
６７…被覆層
６９…第２積層体

Claims (6)

1. セラミック基板の内部に、通電により発熱する発熱体と電圧が印加される電極とを備えたセラミックヒータの製造方法において、
   セラミックグリーンシートに、前記発熱体となる発熱パターンを形成した後に、他のセラミックグリーンシートを前記発熱パターンが形成された前記セラミックグリーンシートに積層して第１積層体を作製する第１工程と、
   前記第１積層体の表面に、前記電極となる電極パターンを形成する第２工程と、
   前記第１積層体の平面方向における外周を囲むように枠体を配置し、該枠体内にセラミックスラリーを流し込んで、前記電極パターンの表面と該電極パターンの周囲の前記第１積層体の表面とを前記セラミックスラリーで覆う第３工程と、
   前記セラミックスラリーを乾燥させて被覆層を形成することにより、前記第１積層体上に前記電極パターンおよび前記被覆層が形成された第２積層体を作製する第４工程と、
   前記第２積層体を焼成して、前記セラミック基板の内部に前記発熱体と前記電極とを備えた前記セラミックヒータを作製する第５工程と、
   を備えたことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
2. 前記セラミックスラリーの溶媒は、前記電極パターンを形成する電極材料の溶媒よりも、前記電極材料を溶解しにくいものであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータの製造方法。
3. 前記電極は、高周波の電圧が印加される高周波電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒータの製造方法。
4. 前記電極の厚みは、前記発熱体の厚みより大であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックヒータの製造方法。
5. 前記電極の厚みは、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックヒータの製造方法。
6. 前記電極の平面度は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックヒータの製造方法。