JP2022155474A - 電極埋設部材、基板保持部材、セラミックヒーター、および静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な温度分布の均熱化を図るとともに、所定の温度勾配を設けることを可能にした電極埋設部材および基板保持部材を提供する。【解決手段】電極埋設部材１００であって、セラミックス焼結体により円板状に形成された基体１０と、前記基体１０に埋設された電極２０と、前記基体１０の上面１２から上方に突出して形成された複数のピン状凸部３０と、を備え、前記基体１０の前記上面１２は、中心１６に向かって凸状の曲面で形成され、前記複数のピン状凸部３０は、前記上面１２から上端３１ａまでの高さが略同一の第１のピン状凸部３１と、前記上面１２から上端３２ａまでの高さが前記第１のピン状凸部３１の高さより低い第２のピン状凸部３２と、を含むことを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、電極埋設部材、基板保持部材、セラミックヒーター、および静電チャックに関する。

半導体製造装置用部材として、電極（発熱抵抗体）が埋設された電極埋設部材が用いられてきた。電極埋設部材は、載置した基板を加熱することができる。電極埋設部材には、加熱面の均熱性が求められており、様々な提案がなされている。

特許文献１には、基板の載置するセラミックス基体の加熱面が、中央部が最も高く、周辺部に近づく程低くなる凸面形状を有している基板加熱装置が開示されている。これにより、シャフトからの伝熱により熱が逃げやすい中央部において、基板との密着性を向上させることで加熱面の温度分布を均熱化している。

特許文献２には、基板と接触するエンボス部を加熱面に備えるセラミックヒーターが開示されている。また、加熱面の平均温度が目的温度に昇温したときに、加熱面において、表面温度が相対的に高いヒートスポットが生じることが記載されている。特許文献２に記載のセラミックヒーターは、このヒートスポットにおけるエンボス部の単位面積当たりの個数を、ヒートスポット以外の領域よりも少なくすることで、ヒートスポットが基板に与える影響を低減している。

特開２００５－１０９１６９号公報 特開２００２－１２４３６７号公報

ところで、近年では、加熱面の均熱化だけでなく、成膜分布を基板の位置ごとに精密に制御したい場合などに温度勾配をつけたいという要望があり、ホットスポットやヒートスポットなど、基板に悪影響を及ぼす局所的な温度分布を抑制して、温度分布の均熱化が図られる一方で、半径方向に所望の温度勾配をつけることが可能な技術が求められている。

特許文献１は、加熱面の温度分布の均熱化を考慮しているものの、ホットスポット等の局所的な温度分布の抑制や、半径方向に所望の温度勾配をつけることは考慮していない。また、特許文献２は、ヒートスポットが基板に与える影響を低減しているが、半径方向に所望の温度勾配をつけることは考慮していない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、局所的な温度分布の均熱化を図るとともに、所定の温度勾配を設けることを可能にした電極埋設部材、基板保持部材、セラミックヒーター、および静電チャックを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の電極埋設部材は、電極埋設部材であって、セラミックス焼結体により円板状に形成された基体と、前記基体に埋設された電極と、前記基体の上面から上方に突出して形成された複数のピン状凸部と、を備え、前記基体の前記上面は、中心に向かって凸状の曲面で形成され、前記複数のピン状凸部は、前記上面から上端までの高さが略同一の第１のピン状凸部と、前記上面から上端までの高さが前記第１のピン状凸部の高さより低い第２のピン状凸部と、を含み、前記第２のピン状凸部は、前記上面の前記中心を中心とする同心円に囲まれたリング状の領域に形成されることを特徴としている。

このように、第１のピン状凸部の上端により形成される載置面が凸状の曲面であるときに、第１のピン状凸部より低い第２のピン状凸部をリング状の領域に設けることで、基板の局所的な温度分布の均熱化を図ることや、半径方向に所定の温度勾配を設けることができる。

（２）また、本発明の電極埋設部材において、前記第１のピン状凸部の高さと、前記第２のピン状凸部のうち、最も高さが低い前記第２のピン状凸部の高さとの差をΔＧとし、前記基体の前記中心に最も近い前記第１のピン状凸部の上端と前記基体の外縁に最も近い前記第１のピン状凸部の上端との鉛直方向の差をΔＨとしたとき、ΔＨ＞ΔＧ≧０．５×ΔＨを満たすことを特徴としている。

このように、第２のピン状凸部を一定以上低くすることにより、基体に基板を吸着させる電極埋設部材において、吸引力による基板の変形が生じても基板と第２のピン状凸部を接触しにくくすることができる。これにより、第２のピン状凸部と基板との接触の有無を考慮して、第２のピン状凸部上部の基板の温度制御が複雑となる虞を低減できる。

（３）また、本発明の電極埋設部材において、前記基体の前記中心を通る鉛直方向の直線を中心軸として、前記第１のピン状凸部の上端により構成される載置曲面を、前記中心軸を通る直交する２つの断面で切断した２つの断面曲線は、それぞれの前記断面曲線を２次曲線近似したときの近似式に対する決定係数Ｒ^２が、いずれも０．９９以上であることを特徴としている。

これにより、中心対称性の高い凸状の載置曲面を構成でき、基板の円周方向の均熱性を高めると共に、基板の局所的な温度分布の均熱化や所定の温度勾配を設ける制御が、より容易にできるようになる。

（４）また、本発明の基板保持部材は、上記（１）から上記（３）のいずれかに記載の電極埋設部材と、前記基体の前記上面に対向する下面に接合され、前記電極埋設部材を支持する支持部材と、を備えることを特徴としている。

これにより、リング状の領域を支持部材の大きさ、位置、熱伝導率等に応じて調整することができ、基板保持部材においても基板の局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。

（５）また、本発明のセラミックヒーターは、セラミックヒーターであって、上記（４）に記載の基板保持部材を備え、前記電極は、ヒーター用電極であることを特徴としている。

これにより、リング状の領域を支持部材の大きさ、位置、熱伝導率等に応じて調整することができ、セラミックヒーターにおいても基板の局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。

（６）また、本発明の静電チャックは、静電チャックであって、上記（４）に記載の基板保持部材を備え、前記電極は、ヒーター用電極であり、前記基板保持部材は、さらに静電吸着用電極を備えることを特徴としている。

これにより、リング状の領域を支持部材の大きさ、位置、熱伝導率等に応じて調整することができ、静電チャックにおいても基板の局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。

本発明の電極埋設部材、基板保持部材、セラミックヒーター、および静電チャックによれば、局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。

本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式的な断面図である。 実施形態に係る電極埋設部材に埋設される電極の上面の一例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の上面の一例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の変形例の一例を示した模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の変形例の一例を示した模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の変形例の上面の一例を示した模式的な部分断面図である。 本発明の実施形態に係る基板保持部材の一例を示した模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る電極埋設部材の製造工程の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るセラミックヒーターの一例を示した模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る静電チャックの一例を示した模式的な断面図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。

［実施形態］
（電極埋設部材の構成）
本発明の実施形態に係る電極埋設部材について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式的な断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る電極の上面の一例を示した模式図である。図３は、本発明の実施形態に係る電極埋設部材の上面の一例を示した模式図と一部拡大図である。図４は、本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式的な部分断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る電極埋設部材の一例を示した模式的な部分拡大断面図である。部分断面図には、端子５０および端子穴５２を省略している。本実施形態に係る電極埋設部材１００は、基体１０、電極２０、および、第１のピン状凸部３１と第２のピン状凸部３２とを含むピン状凸部３０を備えている。

基体１０は、セラミックス焼結体により形成されており、基体１０の上面１２が中心１６に向かって凸状の曲面で形成されている略円板状である。基体１０は、自然に基体１０の中心１６が定まる形状である。

電極２０は、基体１０に埋設されている。電極２０は、基板Ｗ（ウエハ）を加熱するためのヒーター用電極として用いられる。端子５０は、電極２０の両端の位置に接続される。これ以外の用途に用いられる電極、例えば、静電吸着用電極や高周波電極がさらに埋設されていてもよい。

電極２０の形状はどのようなものであってもよいが、図２に示すような複数の円周状のパターンを含む形状であってもよい。基体１０の加熱面の温度分布や局所的なホットスポットは、電極２０の形状に依存して生じる場合がある。電極２０の形状が、例えば、図２のような複数の円周状のパターン間を接続した形状である場合、加熱面の温度分布は円周方向における温度差が生じにくい一方、半径方向において生じやすい。しかし、本発明の電極埋設部材１００は、これを低減したり制御したりすることができる。

ピン状凸部３０は、図１に示すように、基体１０の上面１２から上方に突出して複数形成される。ピン状凸部３０の形状は、円柱状、角柱状等の柱状、円錐状、角錐状等の錐状、円錐台状、角錐台状等の錐状の上部を切断した形状等から適宜選択される。

ピン状凸部３０の配置は特に限定されない。既知の形態またはそれに類似する形態であればよく、例えば、同心円状、正方格子状、または三角格子状など規則的な配置のほか、局部的に疎密が生じているような不規則的な配置であってもよいが、図８に示すように同心円状に配置されることがより好ましい。同心円状に配置されることによって、半径方向における温度分布の制御が容易となる。

ピン状凸部３０は、上述した通り、第１のピン状凸部３１と第２のピン状凸部３２とを有する。第１のピン状凸部３１は、図１に示すように、第１のピン状凸部３１は、基体１０の上面１２から上端３１ａまでの高さが略同一となるように形成される。第２のピン状凸部３２は、図１および図３に示すような、リング状の領域ＲＡに配置されている。第２のピン状凸部３２は、上面１２から上端３２ａまでの高さが第１のピン状凸部３１の高さよりも低い。

図４に示すように、第１のピン状凸部の上端３１ａは、全体として基板Ｗを載置する所定の形状の曲面（載置曲面）を形成する。これによって、第１のピン状凸部３１は、基板Ｗを支持する。すなわち、第１のピン状凸部の上端３１ａにより形成される載置曲面が決定される。これにより、第１のピン状凸部の上端３１ａと基板Ｗとが当接し、基板Ｗが支持される。なお、図４では、第１のピン状凸部の上端３１ａの全面が基板Ｗと当接しているが、第１のピン状凸部の上端３１ａの一部のみが基板Ｗと当接していてもよい。

第２のピン状凸部の上端３２ａは、基板Ｗと接触してもよいし、接触しなくてもよい。接触する場合であっても、接触圧が第１のピン状凸部３１より小さくなるので、第１のピン状凸部３１が形成された領域より基板Ｗへの伝熱は小さくなる。一方、接触しない場合であっても、第２のピン状凸部の上端３２ａは上面１２よりも基板Ｗに近いので、ピン状凸部がない場合よりも基板Ｗへの伝熱は大きくなる。

リング状の領域ＲＡは、中心１６を中心とする同心円に囲まれた領域である。リング状の領域ＲＡは、基体１０のうち、他の領域よりも電極２０からの伝熱性を低くしたい領域であり、例えば、ホットスポットやヒートスポットなどの局所的な温度分布を示す領域や、所望の温度勾配をつけるために伝熱性を低くする必要がある領域等である。リング状の領域ＲＡに配置されたピン状凸部３０を、第１のピン状凸部３１よりも低い第２のピン状凸部３２とすることで、局所的な温度分布の均熱化、特に半径方向において生じる局所的な温度分布の均熱化を図ることや、半径方向における所定の温度勾配を設けることを可能とする。なお、リング状の領域ＲＡ以外に第２のピン状凸部３２が配置されていてもよい。

なお、リング状の領域ＲＡは、１つの基体１０に対して１つだけでなく、複数設けられてもよい。また、図３に示すように、半径方向において、リング状の領域ＲＡに含まれる第２のピン状凸部３２が２つ以上（例えば、凸部が同心円状に形成される場合、２重以上）であってもよいし、１つであってもよい。半径方向において、リング状の領域ＲＡに含まれる第２のピン状凸部３２が２つ以上であることは、局所的な温度分布を均熱化させることが容易となる。また、半径方向において、リング状の領域ＲＡに含まれる第２のピン状凸部３２が１つであることは、細かい温度分布の制御を容易とする。

また、第１のピン状凸部３１は、基体１０の上面１２から第１のピン状凸部の上端３１ａまでの高さが略同一であるから、第１のピン状凸部の上端３１ａにより形成される載置曲面は、基体１０の上面１２の曲面と略同一の曲面で形成される。すなわち、載置曲面は、第１のピン状凸部３１の高さの分だけ、基体１０の上面１２が形成する曲面を垂直方向に移動させた曲面と略同一である。これにより、電極埋設部材１００を、基板Ｗを吸着するタイプの部材として使用する場合、吸着力の均一化を図ることができる。

第１のピン状凸部３１の上端３１ａにより構成される載置曲面を基体１０の中心軸（基体１０の中心１６を通り、基体１０の基準面に垂直な直線）をＺ軸としてＺ軸を通る断面で切断した断面曲線４２は、所定の基準面と断面との交線をＸ軸としたときに、図５に示されるような中心軸の近傍でＺの値の最大値をとり基体１０の外縁１８に向かって単調減少する曲線である。

なお、所定の基準面は、基体１０の上面１２のうち、水平面に最も近い位置にある点を通る水平面とする。また、これらの水平面を上方または下方に平行移動した面を基準面としてもよい。なお、中心軸の近傍とは、中心軸から２５ｍｍ以内の範囲をいう。

このように、載置曲面の断面曲線４２が中心軸の近傍でＺの値の最大値をとり基体１０の外縁１８に向かって単調減少する曲線であることで、載置曲面の平坦度を高くして平面に近くするよりも第１のピン状凸部３１に対する基板Ｗの追従性がよくなり、局所的なホットスポットの発生を低減できる。また、基板Ｗが第１のピン状凸部３１で支えられることから、パーティクルのかみ込みを抑制でき、必要に応じて基板Ｗ下の空間をガスの流路とすることができる。

載置曲面は３次元測定器で第１のピン状凸部の上端３１ａを測定することで推定することができる。しかし、電極埋設部材１００に基板Ｗを載置または吸着したときの基板Ｗが載置曲面に追従し、基板Ｗの載置曲面と反対側の面（基板Ｗの表面）の形状が理想的な曲面になっていることが重要である。そのため、厚み０．７７５ｍｍのシリコンウエハを載置または吸着したときの載置曲面と反対側の面をレーザー干渉計で測定した曲面のうち、リング状領域ＲＡを除いた領域の曲面を、載置曲面と推定することもできる。断面曲線４２も同様である。なお、載置曲面は、基体１０の外縁１８から５ｍｍ～１０ｍｍ内側の範囲で測定することとしてもよい。外縁１８に近い位置は、測定誤差が大きくなる場合があるためである。

また、載置曲面の平坦度は、５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、基板Ｗにしわが寄ることなく基板Ｗを載置できる。載置曲面の平坦度とは、載置曲面の全ての点についてのＺの値の最大値から最小値を引いた差である。なお、平坦度の下限は、基体１０の径や目標とする載置曲面の形状によって異なるが、例えば、５μｍ以上であることが好ましい。

また、載置曲面をＸ軸に垂直でＺ軸を含む第２の断面で切断した曲線を第２の断面曲線、所定の基準面と第２の断面との交線をＹ軸としたときに、断面曲線を２次曲線近似したときの第１の近似式に対する決定係数Ｒ^２、および第２の断面曲線を２次曲線近似したときの第２の近似式に対する決定係数Ｒ^２がいずれも０．９９以上であることが好ましい。これにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の断面曲線を２次曲線形状とすることができ、断面曲線の高さ方向の局所的で変則的な変化を抑制することができるため、局所的なホットスポットの発生をさらに低減することができる。なお、決定係数Ｒ^２を求めるには、回帰平方和を全平方和で割ればよい。回帰平方和は目的変数の予測値の偏差平方和であり、全平方和は目的変数の観測値の偏差平方和である。断面曲線の近似は、基体１０の外縁１８の５ｍｍ～１０ｍｍ内側の範囲に限定してもよい。

また、Ｚの単位をμｍ、Ｘ、Ｙの単位をｍｍとしたときの第１の近似式の２次係数をａ（Ｘ）、第２の近似式の２次係数をａ（Ｙ）としたとき、２（ａ（Ｘ）－ａ（Ｙ））／（ａ（Ｘ）＋ａ（Ｙ））≦０．１を満たすことが好ましい。これにより、Ｚ軸に対して対称性のよい曲面が形成され、全面にわたり断面曲線の高さ方向の局所的で変則的な変化を抑制することができるため、ホットスポットの発生を抑制できる。なお、ａ（Ｘ）およびａ（Ｙ）の正負は同一である。

第１のピン状凸部３１の高さは、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。なお、第１のピン状凸部３１の高さとは、基体１０の上面１２からピン状凸部の上端３１ａまでの距離をいう。ピン状凸部３１の上端３１ａは、所定の大きさの平面になっていることが好ましい。その場合、第１のピン状凸部３１の上端３１ａの平面の最大径は、５０μｍ以上５０００μｍ以下であることが好ましい。第１のピン状凸部３１の上端３１ａの平面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。

第２のピン状凸部３２の高さは、第１のピン状凸部３１よりも低ければよく、第２のピン状凸部３２のなかに複数の高さを有するピン状凸部３０が含まれていてもよい。すなわち、第２のピン状凸部３２の高さは、必ずしも等しい高さでなくてよい。なお、第２のピン状凸部３２の高さは、第２のピン状凸部３２の上端３２ａにおいて、基体１０の外縁１８に最も近い位置における高さのことを指す。

また、図５に示すように、第１のピン状凸部３１の高さと、第２のピン状凸部３２のうち、最も高さが低い前記第２のピン状凸部の差をΔＧとし、基体１０の中心１６に最も近い第１のピン状凸部３１の上端３１ａと基体１０の外縁１８に最も近い第１のピン状凸部３１の上端３１ａとの鉛直方向の差をΔＨとしたとき、ΔＨ＞ΔＧ≧０．５×ΔＨを満たすことが好ましい。このように、第２のピン状凸部３２を一定以上低くすることにより、吸引力による基板Ｗの変形が生じても基板Ｗと第２のピン状凸部３２を接触しにくくすることができる。これにより、第２のピン状凸部３２と基板Ｗとの接触の有無を考慮して、第２のピン状凸部３２上部の基板Ｗの温度制御が複雑となる虞を低減できる。

なお、基体１０の形状を、図６のように基体１０の下面１４を載置曲面と略同一の曲面で形成してもよい。これにより、基体１０の厚みを均一にすることができる。

また、電極埋設部材１００は、端子５０および端子穴５２、図示しないリフトピン孔、真空チャックとして使用する場合、そのための通気孔や、図７、８に示すような環状凸部３５等を備えていてもよい。

（基板保持部材の構成）
次に、本発明の実施形態に係る基板保持部材の構成を説明する。図９は、本発明の実施形態に係る基板保持部材の一例を示した模式的な断面図である。本実施形態に係る基板保持部材１５０は、電極埋設部材１００と、支持部材１１０と、を備える。電極埋設部材１００の基本的構成は、上記のとおりである。

支持部材１１０は、セラミックス焼結体からなり、電極埋設部材１００を支持する。これにより、基板保持部材１５０は、シャフト付ヒーター、シャフト付静電チャック等に適用される。支持部材１１０は、電極埋設部材１００の上面１２に対向する下面１４の所定の位置に接合面１１２を介して接合されている。接合は、固相接合であってもよいし、接合材を用いた接合であってもよい。支持部材１１０は、電極埋設部材１００の基体１０と同一の主成分を有するセラミックス焼結体で形成されていることが好ましい。

支持部材１１０の形状は、電極埋設部材１００を支持できる形状であれば、どのようなものであってもよいが、円筒形状であることが好ましい。基板保持部材１５０は、電極埋設部材１００と支持部材１１０との伝熱により、基体１０の加熱面の温度分布局や所的なホットスポットが、支持部材１１０の形状に依存して生じる場合がある。支持部材１１０の形状が、例えば、円筒形状である場合、加熱面の温度分布は半径方向において生じやすい。しかし、本発明の基板保持部材１５０は、これを低減したり制御したりすることができるからである。なお、円筒形状とは、フランジ等が設けられている形状を含む。

（セラミックヒーターの構成）
次に、本発明の実施形態に係るセラミックヒーターの構成を図１１を参照して説明する。本実施形態に係るセラミックヒーター１６０は、基板保持部材１５０を備え、電極２０は、ヒーター用電極である。基板保持部材１５０の基本的構成は、上記のとおりである。これにより、リング状の領域を支持部材１１０の大きさ、位置、熱伝導率等に応じて調整することができ、セラミックヒーター１６０においても基板Ｗの局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。

（静電チャックの構成）
次に、本発明の実施形態に係る静電チャックの構成を説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る静電チャックの一例を示した模式的な断面図である。本実施形態に係る静電チャック１７０は、基板保持部材１５０を備え、電極２０は、ヒーター用電極であり、基板保持部材１５０は、さらに静電吸着用電極１７５を備える。基板保持部材１５０の基本的構成は、上記のとおりである。これにより、リング状の領域を支持部材１１０の大きさ、位置、熱伝導率等に応じて調整することができ、静電チャック１７０においても基板Ｗの局所的な温度分布の均熱化を図ることや、所定の温度勾配を設けることができる。なお、図１２では、静電吸着用電極１７５に接続される端子等を省略している。

［電極埋設部材の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る電極埋設部材の製造方法を説明する。本発明の実施形態に係る電極埋設部材は、例えば、粉末ホットプレス法によって作製される。粉末ホットプレス法は、セラミックス原料粉と所定の電極を交互に重ねることにより電極をセラミックスの内部に埋設し、それを１軸ホットプレス焼成する方法である。粉末ホットプレス法を採用することで短期間に作製することができる。なお、製法は本方法に限られず、例えば、特許６１４８８４５号で開示されている成形体ホットプレス法や、従前のグリーンシート積層法等であってもよい。

例えば、セラミックス粉末に焼結助剤、バインダー、可塑剤、分散剤などの添加剤を適宜添加して混合して、セラミックス原料粉（スラリー）を作製し、スプレードライ法等により造粒粉を造粒する。混合方法は、湿式、乾式の何れであってもよく、例えば、ボールミル、振動ミルなどの混合器を用いることができる。原料となるセラミックス粉末としては、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などが用いられる。

セラミックス粉末は、高純度であることが好ましく、その純度は、好ましくは９６％以上、より好ましくは９８％以上である。また、セラミックス粉末の平均粒径は、原料とするセラミックス粉末の種類によっても異なるが、例えば、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましい。

セラミックス焼結体に埋設される電極の材質は、ＭｏまたはＷを用いることが好ましい。

焼結は、一軸ホットプレス焼成や常圧焼成を用いることができる。一軸ホットプレス焼成は、有底のカーボン型に基体を形成する造粒粉を充填し、一軸プレス後に所定形状に裁断された電極を成形体上に配置する。その上に同じ造粒粉を充填しカーボン型のパンチを載せ成形後、１７００℃以上２０００℃以下の温度条件、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の圧力条件で、０．１時間以上２０時間以下、ホットプレス焼成することが好ましい。

焼成後は、基体の第１のピン状凸部の上端となる面の加工、複数のピン状凸部の形成、裏面の加工、端子穴の形成のほか、所定の形状に研削や研磨加工を行なう。ピン状凸部を形成するためには、まず基体の第１のピン状凸部の上端となる面の加工を行ない、次に第１のピン状凸部を形成した後に、第２のピン状凸部を形成する。

基体の第１のピン状凸部の上端となる面は、中心軸を通る断面で切断した断面曲線が中心軸に対して略線対称であり、中心軸の近傍でＺの値の最大値をとり、基体の外縁に向かって単調減少する凸状の曲面となるように加工される。このとき、ΔＨが５μｍ以上５０μｍを満たすように形成されることが好ましく、１０μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。基体の上面の形成方法としては、例えば、表面に研削加工をした後にラップ加工によって曲面を形成する方法が挙げられるが、ＭＣ加工によって形成することも可能である。

次に、基体の第１のピン状凸部の上端となる面の曲面形状を３次元測定器で測定する。測定の結果、曲面形状が中心軸に略対称な所定の凸形状となっていた場合は、基体の上面の形成を終了する。測定の結果、曲面形状が中心軸に略対称な所定の凸形状となるように基体の上面を研磨または研削加工する。そして、研磨または研削加工後の基体の第１のピン状凸部の上端となる面の曲面形状が前記所定の凸形状となっていることを確かめる。これらの工程を繰り返すことで、曲面形状を所望の形状に加工する。曲面形状が中心軸に略対称な所定の凸形状であるとは、測定した曲面形状の任意の断面曲線が、中心軸の近傍でＺの値の最大値をとり基体の外縁に向かって単調減少する曲線であることをいう。

第１のピン状凸部は、基体の上面から上端までの距離が略同一となるように、凹部の形成により形成される。このとき、第２のピン状凸部３２も第１のピン状凸部３１と同様の方法で加工され、第１のピン状凸部の形成を終えた段階は、図１０のように、すべてのピン状凸部の高さが略同一となっている。すなわち、第１のピン状凸部の上端となる面から同一の深さ掘り込むことにより、複数のピン状凸部が形成される。掘り込んで形成された底面が基体の上面となる。第１のピン状凸部の形成方法としては、ブラスト加工、ミリング加工、レーザー加工等によって形成することが可能である。加工深さＧＢは、５μｍ以上３００μｍが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。加工された第１のピン状凸部からなる曲面形状は、第１のピン状凸部の上に載置した基板を吸着させ、その吸着面と反対面をレーザー干渉計により測定することで、所定の曲面形状であることを確認できる。所定の曲面形状からずれている場合は、修正加工を行なうことにより所定の曲面形状を得る。

次に、リング状の領域ＲＡに位置するピン状凸部３０を第２のピン状凸部３２として、第１のピン状凸部よりも高さが低くなるように加工する。リング状の領域ＲＡは、温度分布の計測結果やシミュレーション等によって定められる。第２のピン状凸部の形成方法としては、ＭＣ加工等によって形成することが可能である。このとき、第１のピン状凸部３１の高さと、第２のピン状凸部のうち高さが最も低いものの高さとの差をΔＧとし、基体１０の中心１６に最も近い第１のピン状凸部の上端と基体１０の外縁１８に最も近い第１のピン状凸部３１の上端との鉛直方向の差をΔＨとしたとき、ΔＨ＞ΔＧ≧０．５×ΔＨを満たすように形成されることが好ましい。

なお、必要に応じて、通気孔、環状凸部等を形成してもよい。これにより、内部に電極が埋設され一方の主面に複数のピン状凸部が形成されたセラミック基体を準備することができる。

最後に、端子穴にロウ材等で端子を接続する。端子は、Ｎｉ等を用いることができる。また、ロウ材はＡｕロウ等を用いることができる。

このようにすることで、本発明の実施形態に係る電極埋設部材を製造することができる。

［基板保持部材の製造方法］
セラミックス粉末を造粒した造粒粉から、焼成後支持部材となるセラミックス成形体を形成する。セラミックス粉末は、電極埋設部材で使用したセラミックス粉末と主成分が同一であることが好ましい。

次に、セラミックス成形体を所定の温度以上、所定の時間以上脱脂処理してセラミックス脱脂体を作製する。例えば、４００℃以上８００℃以下の温度で熱処理され、セラミックス脱脂体となる。脱脂時間は、１時間以上１２０時間以下であることが好ましい。脱脂には、大気炉または窒素雰囲気炉を用いることができるが、大気炉の方が好ましい。

次に、セラミックス脱脂体を焼成して電極埋設部材を支持する支持部材を焼成する。支持部材の焼成は、常圧焼成であることが好ましい。また、焼成温度は、１５００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。焼成時間は、１時間以上１２時間以下であることが好ましい。焼成雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。

そして、電極埋設部材の下面の所定の位置に支持部材を配置し、接合面に垂直方向に加圧しつつ加熱することで電極埋設部材と支持部材とを接合する。加圧する力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、加熱温度は、１５００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。加熱時間は、０．５時間以上５時間以下であることが好ましい。加熱雰囲気は、例えば、窒素や不活性ガス雰囲気であるが、真空などの雰囲気であってもよい。これにより、基板保持部材本体と支持部材とが固相接合される。なお、接合手段は固相接合に限られず、無機系の接合材を介在させた手段であってもよい。

なお、電極埋設部材の基体の上面の加工や、ピン状凸部の形成、ピン状凸部の研磨、研削、端子のロウ付け等は、電極埋設部材と支持部材との接合後に行なうことが好ましい。

このようにすることで、電極埋設部材と支持部材とが接合された本発明の実施形態に係る基板保持部材を製造することができる。

［実施例および比較例］
（実施例１）
実施例１は、図１に示されるような、凸状の載置曲面を有する基板保持部材である。基体および支持部材の材質は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする焼結体からなる。電極の形状は、図２のような複数の円周状のパターンを含む形状とした。このような、径φ３２０ｍｍ、厚さｔ２０ｍｍの略円板状の電極が埋設された基体（電極埋設部材）および支持部材を準備し、支持部材と接合後、基体の上面を研磨加工することで凸状の曲面に加工した。基体の外縁部から順に遊離砥粒によるラップ研磨を行い、中心軸を通る断面で切断した断面曲線が中心軸に対して略線対称であり、基体の外縁に向かって単調減少する曲面となるように、基体の上面を加工した。また、基体の上面は、ΔＨが２０μｍとなるように形成された。

次に、ブラスト加工により研削することで、第１のピン状凸部が形成された。第１のピン状凸部は、基体の中心からφ３００ｍｍ以内となる領域に同心円状にφ１ｍｍ、基体の上面からの高さ１５０μｍとなるように形成された。このとき、第１のピン状凸部の表面粗さＲａが０．４μｍとなるようにした。

すなわち、実施例１の基板保持部材は、第１のピン状凸部の上端により構成される載置曲面を基体の中心軸をＺ軸としてＺ軸を通る断面で切断した断面曲線は、所定の基準面と断面との交線をＸ軸としたときに、中心軸の近傍でＺの値の最大値をとり基体の外縁に向かって単調減少する曲線となるように加工した基板保持部材である。

次に、リング状領域ＲＡに配置された複数のピン状凸部にＭＣ加工をすることで、第２のピン状凸部を形成した。このとき、ΔＧが１２μｍであり、第２のピン状凸部の表面粗さＲａが１．０となるように加工した。また、リング状の領域ＲＡは、基体の中心から半径３３ｍｍ以上５２ｍｍ以下の領域とした。

（実施例２）
ΔＨを１５μｍとし、ΔＧを５μｍとしたことを除き、実施例１と同様の条件で基板保持部材を作製した。

（実施例３）
ΔＨを５０μｍとし、ΔＧを２５μｍとしたことを除き、実施例１と同様の条件で基板保持部材を作製した。

（実施例４）
ΔＨを５μｍとし、ΔＧを３μｍとしたことを除き、実施例１と同様の条件で基板保持部材を作製した。

（実施例５）
ΔＨを３μｍとし、ΔＧを１μｍとしたことを除き、実施例１と同様の条件で基板保持部材を作製した。

（比較例１）
第２のピン状凸部を形成しなかったことを除き、実施例１と同様の条件で基板保持部材を作製した。

（載置曲面の測定方法）
各実施例および比較例により得られた基板保持部材にφ３００ｍｍ、厚み０．７７５ｍｍ、表面に黒体（輻射率９２％である市販のスプレー）を３０μｍコーティングした基板（シリコンウエハ）を載置したときの載置曲面と反対側の面（基板の表面）をレーザー干渉計で測定した。このとき、リング状の領域以外における変曲点の有無について確認した。

次に、レーザー干渉計で測定された値を用いて、実施例１および比較例１のＺの単位をμｍ、Ｘ、Ｙの単位をｍｍとしたときの断面曲線を２次曲線近似したときの近似式を算出た。そして、近似２次曲線の２次係数と、決定係数Ｒ^２を算出した。

（評価方法）
実施例１および比較例１の基板保持部材に上記基板を載置し、内部電極に電圧を印加することで、基板の中央部の温度を４００℃に設定し温度制御した。このとき、基板の上空に設置した赤外線カメラを使用して、基板の温度分布を測定した。基板の外縁から５ｍｍを除いたφ２９０ｍｍの領域における最高温度から最低温度を減算した値を温度差ΔＴとした。温度差ΔＴが５．０℃以下であることを良好（〇）であるとし、５．０℃を超えて７．０℃以下であることを良（△）であるとして合格と評価した。それよりも温度差ΔＴが大きいものは不良（×）として不合格と評価した。

（評価結果）
表１は、各実施例および比較例における各種測定結果である。「評価」とは、上述した評価基準で温度差ΔＴを評価した結果を表している。

実施例１～５では、温度差ΔＴが７．０℃以下であり、概ね均一な温度分布を示すことが認められた。また、リング状領域ＲＡの半径方向の温度差を十分に低くすることができた。これにより、ピン状凸部等の設計に応じて半径方向に所定の温度勾配を設けることも可能であると考えられる。

また、ΔＨとΔＧとがΔＨ＞ΔＧ≧０．５×ΔＨという条件を満たさない実施例５では、温度差ΔＴが５．０℃以下という条件を満たさなかったが、５．０℃を超えて７．０℃以下という条件を満たしたことから、ある程度均一な温度分布を示すことが認められた。また、実施例５では、ΔＨの値が小さすぎたために、断面曲線における変曲点が生じないように加工することが困難であった。

一方、第２のピン状凸部が形成されなかった比較例１では、温度差ΔＴが５．０℃以下という条件を満たさなかった。これは、リング状の領域に第２のピン状凸部が形成されなかったことから、ヒーターパターンの影響が基板に現れたことによるものだと考えられる。

以上により、本発明の電極埋設部材および基板保持部材は、基板の半径方向の局所的な温度分布の均熱化を図ることができることが確かめられた。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。また、各図面に示された構成要素の構造、形状、数、位置、大きさ等は説明の便宜上のものであり、適宜変更しうる。

１０ 基体
１２ 上面
１４ 下面
１６ 基体の中心
１８ 外縁
２０ 電極
３０ ピン状凸部
３１ 第１のピン状凸部
３１ａ 第１のピン状凸部の上端
３２ 第２のピン状凸部
３２ａ 第２のピン状凸部の上端
３５ 環状凸部
４２ 断面曲線
５０ 端子
５２ 端子穴
１００ 電極埋設部材
１１０ 支持部材
１１２ 接合面
１５０ 基板保持部材
１６０ セラミックヒーター
１７０ 静電チャック
１７５ 静電吸着用電極
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 電極埋設部材であって、
   セラミックス焼結体により円板状に形成された基体と、
   前記基体に埋設された電極と、
   前記基体の上面から上方に突出して形成された複数のピン状凸部と、を備え、
   前記基体の前記上面は、中心に向かって凸状の曲面で形成され、
   前記複数のピン状凸部は、前記上面から上端までの高さが略同一の第１のピン状凸部と、前記上面から上端までの高さが前記第１のピン状凸部の高さより低い第２のピン状凸部と、を含み、
   前記第２のピン状凸部は、前記上面の前記中心を中心とする同心円に囲まれたリング状の領域に形成されることを特徴とする電極埋設部材。
2. 前記第１のピン状凸部の高さと、前記第２のピン状凸部のうち、最も高さが低い前記第２のピン状凸部の高さとの差をΔＧとし、
   前記基体の前記中心に最も近い前記第１のピン状凸部の上端と前記基体の外縁に最も近い前記第１のピン状凸部の上端との鉛直方向の差をΔＨとしたとき、
   ΔＨ＞ΔＧ≧０．５×ΔＨ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電極埋設部材。
3. 前記基体の前記中心を通る鉛直方向の直線を中心軸として、前記第１のピン状凸部の上端により構成される載置曲面を、前記中心軸を通る直交する２つの断面で切断した２つの断面曲線は、それぞれの前記断面曲線を２次曲線近似したときの近似式に対する決定係数Ｒ^２が、いずれも０．９９以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極埋設部材。
4. 基材保持部材であって、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の電極埋設部材と、
   前記基体の前記上面に対向する下面に接合され、前記電極埋設部材を支持する支持部材と、を備えることを特徴とする基板保持部材。
5. セラミックヒーターであって、
   請求項４に記載の基板保持部材を備え、
   前記電極は、ヒーター用電極であることを特徴とするセラミックヒーター。
6. 静電チャックであって、
   請求項４に記載の基板保持部材を備え、
   前記電極は、ヒーター用電極であり、
   前記基板保持部材は、さらに静電吸着用電極を備えることを特徴とする静電チャック。
   

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