JP2023069468A - 基板保持部材及び基板保持部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の外周部の変形を抑制できるとともに、基板との接触面積が大きくなることを抑制することができる基板保持部材を提供する。【解決手段】基板保持部材１００は、セラミックス基材１１０を備えている。セラミックス基材１１０の上面１１１には、上面１１１の外周部に配置された環状の環状凸部１５２と、環状凸部１５２の内側に配置された複数の凸部１５６とが設けられている。セラミックス基材１１０の内部には、環状凸部１５２の内側に開口する開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４が形成されている。また、環状凸部１５２は、幅広部分１５４と、第１の幅よりも狭い第２の幅を有する幅狭部分１５３とを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、シリコンウェハ等の基板を保持する基板保持部材及び基板保持部材の製造方法に関する。

特許文献１には、ウェハなどの基板を保持する静電チャックが開示されている。特許文献１に記載の静電チャックは、基板が載置される基体と、基体の上面から突出して基板を支持する複数の凸部（突起）と、基体の外周縁部の上面から環状に突出して基板を支持する環状凸部（シールリング）とを備える。

特開２００９－１１１２４３号公報

特許文献１に記載の静電チャックにおいては、シールリングの内側において分散配置されている複数の突起の高さと、シールリングの高さとが同じである。基板とシールリングとが接触することにより、基板の外周部の変形を抑制することができる。しかしながら、シールリングの幅によっては基板との接触面積が大きくなることがあり、基板とシールリングとの接触面における熱の伝わりが一様でない場合がありうる。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、基板の外周部の変形を抑制できるとともに、基板との接触面積が大きくなることを抑制することができる基板保持部材を提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、上面、前記上面と上下方向において対向する下面を有するセラミックス基材と、
前記セラミックス基材に埋設された、又は、前記セラミックス基材の前記下面に配置された電極と、を備え
前記セラミックス基材は、
前記セラミックス基材の前記上面の外周部に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出する環状の凸部と、
前記セラミックス基材の前記上面の、前記環状の凸部の内側に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出した複数の凸部と、を備え、
上記環状の凸部の上面は、第１の幅を有する幅広部分と、第１の幅よりも狭い第２の幅を有する幅狭部分とを有することを特徴とする基板保持部材が提供される。

上記態様においては、セラミックス基材の外周部に環状凸部が設けられており、基板を保持する際に基板の外周部と当接する。これにより、基板をセラミックス基材の上面に保持したとき、基板の外周部が変形することを抑制することができる。また、環状凸部に幅狭部が形成されているので、基板をセラミックス基材の上面に保持したとき、環状凸部に幅狭部が設けられていない場合と比べて、基板の下面との接触面積を減らすことができる。これにより、基板保持部材から基板に伝わる熱が、環状凸部の上面に当接する円環状の領域に局所的に集中することを抑制することができる。特に、基板保持部材が発熱体としての電極を備える場合には、環状凸部が基板と接触し伝熱することによって基板上に生じる、環状凸部の位置に対応したヒートスポットの発生を抑制することができる。

図１は、基板保持部材１００の斜視図である。 図２は、基板保持部材１００の概略説明図である。 図３は、電極１２０の概略説明図である。 図４（ａ）～（ｅ）は、セラミックス基材１１０の製造方法の流れを示す図である。 図５（ａ）～（ｄ）は、セラミックス基材１１０の別の製造方法の流れを示す図である。 図６は、比較例の基板保持部材１００Ａの図２相当図である。 図７は、実施例２の基板保持部材１００の図２相当図である。 図８は、実施例３の基板保持部材１００の図２相当図である。 図９は、実施例４の基板保持部材１００の概略外観図である。 図１０は、実施例５の基板保持部材１００の図２相当図である。 図１１は、静電吸着用電極１２４の概略説明図である。 図１２は、実施例１～６及び比較例の結果をまとめた表である。 図１３は、基板保持部材１００の製造方法を示すフローチャートである。

＜基板保持部材１００＞
本発明の実施形態に係る基板保持部材１００について、図１、２を参照しつつ説明する。本実施形態に係る基板保持部材１００は、シリコンウェハなどの半導体ウェハ（以下、単にウェハ１０という）の加熱に用いられるセラミックスヒータである。なお、以下の説明においては、基板保持部材１００が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向５が定義される。図１に示されるように、本実施形態に係る基板保持部材１００は、セラミックス基材１１０と、電極１２０と、シャフト１３０と、給電線１４０とを備える。

セラミックス基材１１０は、直径１２インチ（約３００ｍｍ）の円形の板状の形状を有する部材であり、セラミックス基材１１０の上には加熱対象であるウェハ１０が載置される。なお、図１では図面を見やすくするためにウェハ１０とセラミックス基材１１０とを離して図示している。図１に示されるように、セラミックス基材１１０の上面１１１には、環状の凸部１５２（以下、単に環状凸部１５２という）と、複数の凸部１５６とが設けられている。なお、図１においては、図面を見やすくするために、図２と比べて複数の凸部１５６の数を減らして図示している。また、図２に示されるように、セラミックス基材１１０の内部には、後述の第１ガス流路１６４が形成されている。セラミックス基材１１０は、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成することができる。

図１、２に示されるように、環状凸部１５２は、セラミックス基材１１０の上面１１１の外周部（外縁部）に配置された円環状の凸部であり、上面１１１から上方に突出している。図２に示されるように、ウェハ１０がセラミックス基材１１０の上に載置されたとき、環状凸部１５２の上面１５２ａはウェハ１０の下面と当接する。つまり、環状凸部１５２は、ウェハ１０がセラミックス基材１１０の上に載置されたときに、上下方向５においてウェハ１０と重なる位置に配置されている。環状凸部１５２には、一部分の幅を他の部分よりも狭くする加工を行うことによって、幅狭部分１５３及び幅広部分１５４が形成されている。セラミックス基材１１０の上面１１１の、環状凸部１５２の内側には、複数の凸部１５６が設けられている。複数の凸部１５６はいずれも円柱形状を有している。複数の凸部１５６のうちの１つは、上面１１１の略中心に配置されている。残りの凸部１５６は、等間隔に並んだ４重の同心円の円周上に並んでいる。また、各同心円の円周上において、凸部１５６は等間隔で並んでいる。なお、凸部１５６が配置される位置及び／又は数は、用途、作用、機能に応じて適宜設定される。

環状凸部１５２の高さ（上面１１１からの上下方向５の長さ）は、５μｍ～２ｍｍの範囲にすることができる。同様に、複数の凸部１５６の高さも、５μｍ～２ｍｍの範囲にすることができる。なお、図２に示されるように、環状凸部１５２の高さを、複数の凸部１５６の高さと同じにすることができる。

環状凸部１５２の幅広部分１５４の幅は、一定の幅であることが望ましく、０．１ｍｍ～１０ｍｍにすることができる。環状凸部１５２の上面１５２ａの表面粗さＲａは１．６μｍ以下にすることができる。複数の凸部１５６の上面１５６ａの表面粗さＲａは１．６μｍ以下にすることができる。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａ、及び、複数の凸部１５６の上面１５６ａの表面粗さＲａは０．４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましく、０．１μｍ以下であることがさらに好ましい。

複数の凸部１５６の上面１５６ａは、直径０．１ｍｍ～５ｍｍの円形であることが好ましい。また、複数の凸部１５６の、各凸部の離間距離は、１．５ｍｍ～３０ｍｍの範囲にすることができる。

上述のように、上面１１１において、複数の凸部１５６は４つの同心円の円周上に並んでいる。図２に示されるように、上面１１１の、複数の凸部１５６が配置された最も内側の同心円と内側から２番目の同心円との間には、第１ガス流路１６４の開口１６４ａが開口している。第１ガス流路１６４は、開口１６４ａを備えるガス流路であり、セラミックス基材１１０の内部に形成されている。第１ガス流路１６４は、開口１６４ａから下方に延びている。後述のように、第１ガス流路１６４の下端は、シャフト１３０の内部に形成された第２ガス流路１６８の上端に接合されている。

第１ガス流路１６４は、セラミックス基材１１０の上面１１１とウェハ１０の下面とによって画定される空間（間隙）にガスを供給するための流路として用いることができる。例えば、ウェハ１０とセラミックス基材１１０との間の伝熱のための伝熱ガスを供給することができる。伝熱ガスとして、例えば、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガスや、窒素ガスなどを用いることができる。伝熱ガスは、第１ガス流路１６４を通じて、１００Ｐａ～４００００Ｐａの範囲内で設定された圧力で供給される。また、環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０の下面との隙間から、環状凸部１５２の内側の間隙にプロセスガスが侵入してくる場合には、第１ガス流路１６４を介して、ガスを排気することができる。この際、排気圧を調整することによって間隙の外側の圧力と、間隙の内側の圧力の差圧を調節することができる。これにより、ウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面に向けて吸着させることができる。

図１、２に示されるように、セラミックス基材１１０の内部には、電極１２０（本発明の発熱体の一例）が埋設されている。図３に示されるように、電極１２０は帯状に裁断された金属製のメッシュや箔である。電極１２０の外径は２９８ｍｍである。電極１２０はセラミックス基材１１０の側面から露出しない。電極１２０の略中央には、給電線１４０（図１参照）と接続される端子部１２１が設けられている。電極１２０はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔等の耐熱金属（高融点金属）により形成されている。タングステン、モリブデンの純度は９９％以上であることが好ましい。電極１２０の厚さは０．１５ｍｍ以下である。なお、電極１２０の抵抗値を高くして、基板保持部材１００の消費電流を低減させるという観点からは、ワイヤーの線径を０．１ｍｍ以下、電極１２０の厚さを０．１ｍｍ以下にすることが好ましい。また、帯状に裁断された電極１２０の幅は２．５ｍｍ～２０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ～１５ｍｍであることがさらに好ましい。本実施形態においては、電極１２０は、図３に示される形状に裁断されているが電極１２０の形状はこれには限られず、適宜変更しうる。なお、セラミックス基材１１０の内部には電極１２０に加えて、あるいは、電極１２０に代えて、ウェハ１０をクーロン力により上面１１１に引き付けるための静電チャック電極及びセラミックス基材１１０の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方が埋設されていてもよい。

図１、２に示されるように、セラミックス基材１１０の下面１１３には、シャフト１３０が接続されている。シャフト１３０は中空の略円筒形状の円筒部１３１と、円筒部１３１の下方に設けられた大径部１３２（図１参照）を有する。大径部１３２は、円筒部１３１の径よりも大きな径を有している。以下の説明において、円筒部１３１の長手方向をシャフト１３０の長手方向６として定義する。図１に示されるように、基板保持部材１００の使用状態において、シャフト１３０の長手方向６は上下方向５と平行である。

なお、セラミックス基材１１０の下面１１３に、シャフト１３０との接合のための凸部１１４（以下、接合用凸部１１４と呼ぶ）を設けることができる（図９参照）。接合用凸部１１４の形状は、接合されるシャフト１３０の上面の形状と同じであることが好ましく、接合用凸部１１４の直径は１００ｍｍ以下であることが好ましい。接合用凸部１１４の高さ（下面１１３からの高さ）は、２ｍｍ以上であればよく、５ｍｍ以上であることが好ましい。特に高さの上限に制限はないが、製作上の容易さを勘案すると、接合用凸部１１４の高さは２０ｍｍ以下であることが好ましい。また、接合用凸部１１４の下面は、セラミックス基材１００の下面１１３に平行であることが好ましい。接合用凸部１１４の下面の表面粗さＲａは１．６μｍ以下であればよい。なお、接合用凸部１１４の下面の表面粗さＲａは０．４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。

円筒部１３１の上面は、セラミックス基材１１０の下面１１３（接合用凸部１１４が設けられている場合には、接合用凸部１１４の下面）に固定されている。なお、シャフト１３０は、セラミックス基材１１０と同じように、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成されてもよい。あるいは、断熱性を高めるために、セラミックス基材１１０より熱伝導率の低い材料で形成されてもよい。また、円筒部１３１の上面に、円筒部１３１の下方に設けられた大径部１３２と同様な拡径部が設けられてもよい。

図２に示されるように、シャフト１３０は中空の円筒形状を有しており、その内部（内径より内側の領域）には長手方向６に延びる貫通孔が形成されている。シャフト１３０の中空の部分（貫通孔）には、電極１２０に電力を供給するための給電線１４０が配置されている。給電線１４０の上端は、電極１２０の中央に配置された端子部１２１（図３参照）に電気的に接続されている。給電線１４０は、不図示のヒータ用電源に接続される。これにより、給電線１４０を介して電極１２０に電力が供給される。

また、図２に示されるように、シャフト１３０の円筒部１３１には、上下方向５に延びる第２ガス流路１６８が形成されている。上述のように、第２ガス流路１６８の上端は第１ガス流路１６４の下端に接続されている。

次に、基板保持部材１００の製造方法について説明する。以下では、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０が窒化アルミニウムで形成される場合を例に挙げて説明する。

まず、セラミックス基材１１０の製造方法について説明する。図４（ａ）に示されるように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末を主成分とする造粒粉Ｐをカーボン製の有床型５０１に投入し、パンチ５０２で仮プレスする。なお、造粒粉Ｐには、５ｗｔ％以下の焼結助剤（例えば、Ｙ_２Ｏ_３）が含まれることが好ましい。次に、図４（ｂ）に示されるように、仮プレスされた造粒粉Ｐの上に、所定形状に裁断された電極１２０を配置する。なお、電極１２０は、加圧方向に垂直な面（有床型５０１の底面）に平行になるように配置される。このとき、Ｗのペレット又はＭｏのペレットを電極１２０の端子１２１（図３参照）の位置に埋設してもよい。

図４（ｃ）に示されるように、電極１２０を覆うようにさらに造粒粉Ｐを有床型５０１に投入し、パンチ５０２でプレスして成形する。次に、図４（ｄ）に示されるように、電極１２０が埋設された造粒粉Ｐをプレスした状態で焼成する。焼成の際に加える圧力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、１８００℃以上の温度で焼成することが好ましい。次に、図４（ｅ）に示されるように、端子１２１を形成するために、電極１２０までの止まり穴加工を行う。なお、ペレットを埋設した場合には、ペレットまでの止まり穴加工を行えばよい。さらに、第１ガス流路１６４の一部となる貫通孔を形成する。これにより、内部に第１ガス流路１６４が形成されたセラミックス基材１１０を作製することができる。この場合、電極１２０が第１ガス流路１６４から露出しないように、予め電極１２０に所定の開口部を設けることが好ましい。

なお、セラミックス基材１１０は以下の方法によっても製造することができる。図５（ａ）に示されるように、窒化アルミニウムの造粒粉Ｐにバインダーを加えてＣＩＰ成型し、円板状に加工して、窒化アルミニウムの成形体５１０を作製する。次に、図５（ｂ）に示されるように、成形体５１０の脱脂処理を行い、バインダーを除去する。

図５（ｃ）に示されるように、脱脂された成形体５１０に、電極１２０を埋設するための凹部５１１を形成する。成形体５１０の凹部５１１に電極１２０を配置し、別の成形体５１０を積層する。なお、凹部５１１は予め成形体５１０に形成しておいてもよい。次に、図５（ｄ）に示されるように、電極１２０を挟むように積層された成形体５１０をプレスした状態で焼成し、焼成体を作製する。焼成の際に加える圧力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、１８００℃以上の温度で焼成することが好ましい。焼成体を作製した後の工程は、上述の工程と同様であるので、説明を省略する。

このようにして形成されたセラミックス基材１１０の上面１１１に対して研削を行い、ラップ加工（鏡面研磨加工）を行う。さらに、上面１１１に対してサンドブラスト加工を行うことにより、上面１１１に複数の凸部１５６及び環状凸部１５２を形成する。さらに、環状凸部１５２に対してサンドブラスト加工を行うことにより、環状凸部１５２に幅狭部分１５３を形成する。幅狭部分１５３は後に述べる基板保持部材の温度評価によって設定される。なお、複数の凸部１５６、環状凸部１５２、幅狭部分１５３を形成するための加工方法は、サンドブラスト加工が好適であるが、他の加工方法を用いることもできる。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下面１１３から突出した接合用の凸部１１４が設けられてもよい（図９参照）。

次に、シャフト１３０の製造方法及びシャフト１３０とセラミックス基材１１０との接合方法について説明する。まず、バインダーを数ｗｔ％添加した窒化アルミニウムの造粒粉Ｐを静水圧（１ＭＰａ程度）で成形し、成形体を所定形状に加工する。なお、シャフト１３０の外径は、３０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。シャフト１３０の円筒部１３１の端面には円筒部１３１の外径より大きい径を有するフランジ部１３３が設けられてもよい（図９参照）。円筒部１３１の長さは例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍにすることができる。このとき、成形体に第２ガス流路１６８となる貫通孔を形成する。その後、成形体を窒素雰囲気中で焼成する。例えば、１９００℃の温度で２時間焼成する。そして、焼成後に焼結体を所定形状に加工することによりシャフト１３０が形成される。円筒部１３１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、１６００℃以上、１ＭＰａ以上の一軸圧力下で、拡散接合により固定することができる。この場合には、セラミックス基材１１０の下面１１３の表面粗さＲａは０．４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。また、円筒部１３１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、接合剤を用いて接合することもできる。接合剤として、例えば、１０ｗｔ％のＹ_２Ｏ_３を添加したＡｌＮ接合材ペーストを用いることができる。例えば、円筒部１３１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３との界面に上記のＡｌＮ接合剤ペーストを１５μｍの厚さで塗布し、上面１１１に垂直な方向（シャフト１３０の長手方向６）に５ｋＰａの力を加えつつ、１７００℃の温度で１時間加熱することにより、接合することができる。あるいは、円筒部１３１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、ねじ止め、ろう付け等によって固定することもできる。

以下、本発明について実施例及び比較例を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例及び比較例に限定されない。

［比較例］
比較例の基板保持部材１００Ａ（図６参照）について説明する。比較例においては、５ｗｔ％の焼結助剤（Ｙ_２Ｏ_３）を添加した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を原料として、上述の作製方法により直径３１０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス基材１１０を作製した。なお、電極１２０として、モリブデンメッシュ（線径０．１ｍｍ、メッシュサイズ＃５０、平織り）を図３の形状に裁断したものを作製し、このような電極１２０をセラミックス基材１１０に埋設した。セラミックス基材１１０の上面１１１に、内径２８８ｍｍ、外径２９８ｍｍ、幅５ｍｍ、上面１１１からの高さ５００μｍの環状凸部１５２を形成した。なお、図６に示されるように、比較例の基板保持部材１００Ａにおいて、環状凸部１５２には、幅狭部分１５３は形成されていない。さらに、セラミックス基材１１０の上面１１１に、直径２ｍｍ、上面１１１からの高さ５００μｍの円柱形状の複数の凸部１５６を形成した。上述のように、複数の凸部１５６は同心円状に配置されており、各凸部間の距離は１０～２０ｍｍの範囲とした。このように、比較例の基板保持部材１００Ａは、環状凸部１５２の高さが５００μｍであり、複数の凸部１５６の高さが５００μｍである。つまり、環状凸部１５２の高さと複数の凸部１５６の高さは同じである。言い換えると、環状凸部１５２の上面１５２ａの上下方向５の位置（高さ位置）と、凸部１５６の上面１５６ａの上下方向５の高さ位置とが同じである。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａ及び凸部１５６の上面１５６ａの表面粗さＲａは、いずれも０．４μｍとした。

第１ガス流路１６４の開口１６４ａの直径は３ｍｍである。開口１６４ａの中心は、セラミックス基材１１０の中心から３０ｍｍの位置にある。

このような形状の基板保持部材１００Ａをプロセスチャンバに設置した。プロセスチャンバ内に、プロセスガスとしてアルゴンガスを２６６００Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した。さらに、第１ガス流路１６４を通じて、アルゴンガスを６６５０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）の圧力に調節した。

そして、以下の手順で基板保持部材１００Ａの温度評価を行った。まず、セラミックス基材１１０の上に温度評価用のシリコンウェハを載せ、基板保持部材１００の電極１２０に不図示の外部電源を接続した。そして、定常状態でシリコンウェハの上面の温度が約４００℃となるように外部電源の出力電力を調整した。そして、上記の圧力でプロセスガスと伝熱ガスとしてのアルゴンガスの圧力を調節した。その後、温度評価用のシリコンウェハの、外縁から１ｍｍの領域を除く直径２９８ｍｍの領域の温度分布を赤外線カメラで計測した。温度評価用のシリコンウェハの、直径２９８ｍｍの領域における、最高温度と最低温度の差を温度差Δとした。また、温度評価用のシリコンウェハの、環状凸部１５２と上下方向に重なる位置に、局所的な高温部（ヒートスポット）が発生するかどうかを評価した。なお、温度評価用のシリコンウェハの平均温度に対して、３．０℃以上高温になる領域があった場合に、ヒートスポットが発生したと判断した。温度評価用のシリコンウェハは、直径３００ｍｍのシリコンウェハの上面に厚さ３０μｍの黒体膜をコーティングしたものである。黒体膜とは、放射率（輻射率）が９０％以上である膜であり、例えば、カーボンナノチューブを主原料とする黒体塗料をコーティングすることにより成膜することができる。比較例において、第１ガス流路１６４に流れるアルゴンガスのガス流量は０．７ｓｃｃｍであった。なお、アルゴンガスのガス流量はマスフローメータで調節した。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは５．０℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域の一部に、ヒートスポットが発生した。

［実施例１］
図３に示されるように、実施例１の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の一部に幅狭部１５２が形成されていることを除いて、比較例の基板保持部材１００Ａと同じ形状を有する。幅狭部１５２は、比較例においてヒートスポットが発生した部分をカバーするように設けられている。具体的には、幅狭部１５２はセラミックス基材１１０の中心からの角度９０°の円弧状の領域に設けられている。つまり、環状凸部１５２のうち、幅狭部分１５３が占める割合は２５％である。環状凸部１５２の上面１５２ａの、外径１９４ｍｍ、内径２８８ｍｍの領域を６０μｍ低くする除去加工を行うことにより、幅狭部分１５３を形成した。幅広部分１５４（環状凸部１５２の、幅狭部分１５３が形成されていない領域）の幅が５ｍｍであるのに対して、幅狭部分１５３の幅は２ｍｍである。

実施例１において、比較例と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例１において、第１ガス流路１６４に流れるアルゴンガスのガス流量は０．８ｓｃｃｍであり、圧力制御に問題の無い流量であった。なお、アルゴンガスのガス流量はマスフローメータで調節した。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは２．５℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。

［実施例２］
実施例２の基板保持部材１００は、幅狭部の形状が異なる点を除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。図７に示されるように、実施例２の基板保持部材１００の環状凸部１５２には、円弧状に等間隔に並んだ５つの幅狭部分１５３ａ～１５３ｅが形成されている。これらの５つの幅狭部分１５３ａ～１５３ｅは、実施例１と同様に、セラミックス基材１１０の中心からの角度９０°の円弧状の領域に設けられている。実施例２において、５つの幅狭部分１５３ａ～１５３ｅの、周方向の長さ（弧の長さ）はいずれも同じである。環状凸部１５２のうち、幅狭部分１５３ａから１５３ｅが占める割合は１４％である。幅広部分１５４の幅は５ｍｍであり、幅狭部分１５３ａ～１５３ｅの幅は２ｍｍである。また、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例２において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は０．９ｓｃｃｍであった。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは２．０℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。

［実施例３］
実施例３の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の断面形状（縦断面形状）が異なることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。図８に示されるように、実施例３の基板保持部材１００の環状凸部１５２の内周面１５２Ｓ（内側の側面１５２Ｓ）は、内側にいくにつれて徐々にセラミックス基材１１０の上面１１１に近づくように傾斜している。言い換えると、環状凸部１５２の上面１５２ａと、側面１５２Ｓとのなす角度は、９０°よりも大きくなっている。実施例１と同様に、セラミックス基材１１０の中心からの角度９０°の円弧状の領域に幅狭部分１５３が設けられている。なお、幅狭部分１５３が形成される前は、環状凸部１５２の上面１５２ａと、側面１５２Ｓとのなす角度は全周にわたって同じであった。これに対して、側面１５２Ｓが外側に向かってより傾くように、側面１５２Ｓの一部を加工することにより、幅狭部分１５３が形成されている。これにより、幅狭部分１５３においては、環状凸部１５２の上面１５２ａと側面１５２Ｓとのなす角度が、幅広部分１５４における環状凸部１５２の上面１５２ａと側面１５２Ｓとのなす角度よりも大きくなっている。実施例３において、幅広部分１５４の幅は５ｍｍであるのに対して、幅狭部分１５３の幅は２ｍｍである。

実施例３においても、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例３において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は０．９ｓｃｃｍであった。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは１．８℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。

［実施例４］
図９に示されるように、実施例５の基板保持部材１００は、セラミックス基材１１０の下面１１３の中央に、直径８０ｍｍ、高さ３ｍｍの接合用凸部１１４が設けられていることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。シャフト１３０の円筒部１３１の外径は７０ｍｍ、内径５０ｍｍ、円筒部１３１の長手方向の長さ１７０ｍｍ、円筒部１３１の端面に直径８０ｍｍ、厚み１５ｍｍのフランジ部１３３を設けた。そして接合用凸部１１４とフランジ部１３３を拡散接合した。実施例４においても、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。

実施例４において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は０．８ｓｃｃｍであった。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは２．８℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向５において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。さらに、ヘリウムリークディテクターを用いたリークチェックを行った。リークチェックにおいては、シャフト１３０の下方の開口部をヘリウムリークディテクターに接続した後、シャフト１３０の外側からヘリウムガスを吹き付け、接合用凸部１１４とシャフト１３０との接合部などからのヘリウムリークの有無を評価した。１０^－８Ｐａ・ｍ^３／ｓ以上のリークが認められた場合に、リーク発生ありと判断した。本実施例においては、１０回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。

［実施例５］
図１０に示されるように、実施例５の基板保持部材１００は、複数の凸部１５６のうち、環状凸部１５２の幅狭部分１５３に最も近い凸部１５６の上面を６０μｍ低くする除去加工を行ったことを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。実施例６において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は０．８ｓｃｃｍであった。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは２．１℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。

［実施例６］
実施例６の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さが３０μｍであることと、図３に示される電極１２０に代えて、図１１に示される静電吸着用電極１２４をセラミックス基材１１０に埋設したことと、環状凸部１５２の上面１５２ａから１０μｍ低くする除去加工を行うことにより、幅狭部分１５３を形成したこととを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。図９に示されるように、静電吸着用電極１２４は２つの半円形状の電極１２４ａ、１２４ｂが所定の間隔を隔てて向かい合うように配置されており、全体として略円形の形状を有している。静電吸着用電極１２４の外径は２９２ｍｍである。実施例４においては、電極１２４ａに＋５００Ｖ、電極１２４ｂに－５００Ｖの電圧を印加し、ウェハ１０を静電吸着した。実施例６の基板保持部材１００においては、不図示の高周波電源により基板保持部材１００の上空に形成されるプラズマから約５００Ｗの熱量が供給され、基板保持部材１００の裏面１１３に設置した冷却盤に吸熱された。また、実施例６において、プロセスチャンバ内の圧力を１Ｐａ以下に排気し、第１ガス流路１６４にヘリウムガスを流した。第１ガス流路１６４を流れるヘリウムガスの圧力を１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に調節した。実施例６において、第１ガス流路１６４を流れるヘリウムガスのガス流量は０．２ｓｃｃｍであった。温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価すると、温度差Δは１．２℃であった。また、温度評価用シリコンウェハの、上下方向において環状凸部１５２と重なる環状の領域に、ヒートスポットの発生は認められなかった。

＜実施例及び比較例のまとめ＞
図１２は、上述の実施例１～６及び比較例の結果をまとめた表を示している。

図２、６、７、８、９に示されているように、実施例１～６の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の内側に開口する開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４を備えている。これにより、第１ガス流路１６４を流れるガスの流量及び／又は圧力を調整することができる。例えば、実施例１～５のように、セラミックス基材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の圧力（実施例１～５では６６５０Ｐａ）を、プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力（実施例１～５では２６６００Ｐａ）よりも低く設定することができる。基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の圧力を、プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力よりも低くすることができるので、これらの差圧によりウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させてウェハ１０を保持することができる。あるいは、実施例６のように、基板保持部材１００が静電吸着用電極１２４を備えている場合には、静電気力によりウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させてウェハ１０を保持することができる。

ここで、比較例のように、環状凸部１５２に幅狭部分１５３が形成されておらず、環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面に当接する場合を考える。環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面と当接する場合には、環状凸部１５２の上面１５２ａからウェハ１０に伝わる熱が、環状凸部１５２の上面１５２ａに当接する円環状の領域に局所的に集中することがある。そのため、比較例においては、温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価したときに、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生したと考えられる。これに対して、実施例１～６においては、環状凸部１５２の、ヒートスポットが発生した領域に対応する部分に、幅狭部分１５３を形成している。これにより、環状凸部１５２の、ヒートスポットが発生した領域に対応する部分の面積を小さくしている。これにより、環状凸部１５２からウェハ１０に伝わる熱を抑制することができ、ヒートスポットの発生を抑えることができることがわかった。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａからウェハ１０に伝わる熱が、環状凸部１５２の上面１５２ａに当接する円環状の領域に局所的に集中する理由としては、電極１２０のパターンの影響や、基板保持部材が載置される減圧容器の環境、排気口の位置等による影響があげられる。

＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１～６において、基板保持部材１００は、セラミックス基材１１０を備えている。セラミックス基材１１０の上面１１１には、上面１１１の外周部に配置され、且つ、上面１１１から上方に突出した環状の環状凸部１５２と、環状凸部１５２の内側に配置され、且つ、上面１１１から上方に突出した複数の凸部１５６とが設けられている。さらに、セラミックス基材１１０の内部には、環状凸部１５２の内側に開口する開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４が形成されている。

セラミックス基材１１０の外周部に環状凸部１５２が設けられているので、ウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面に向かって吸着させたとき、ウェハ１０の外周部が変形することを抑制することができる。さらに、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙に、環状凸部１５２の外側からガスが進入することを抑制することができる。あるいは、環状凸部１５２の内側から外側にガスが流出することを抑制することができる。このように、環状凸部１５２がガスの流出、流入を抑制するためのバリアとして機能する場合においては、環状凸部１５２の上面１５２ａと、ウェハ１０の下面との接触面積が大きい方が有効である。しかしながら、環状凸部１５２の上面１５２ａと、ウェハ１０の下面との接触面積が大きくなると、上述のように、基板保持部材１００からウェハ１０に伝わる熱が、環状凸部１５２の上面１５２ａに当接する円環状の領域に局所的に集中することがある。そこで、上記実施形態及び実施例１～６の基板保持部材１００においては、環状凸部１５２の一部の幅を狭くする加工を行うことによって、環状凸部１５２の一部に幅狭部分１５３を形成している。これにより、ウェハ１０に過度に熱が伝わることを抑制することができ、ヒートスポットの発生を抑えることができる。これにより、ウェハ１０の温度分布を一様にすることができる。

なお、図１３に示すように、基板保持部材１００を製造する際に、環状凸部１５２のどの位置に幅狭部分１５３を形成すればよいかについては、以下のようにして決定することができる。

上述の比較例のように、まず幅狭部分１５３を備えていない基板保持部材１００Ａを用意して（Ｓ１０）、基板保持部材１００Ａに温度評価用のシリコンウェハを保持した状態で温度評価用のシリコンウェハの温度分布を測定する（図１３：Ｓ２０）。測定された温度分布に基づいて、環状凸部１５２のどの位置でヒートスポットが発生しているかを特定する（Ｓ３０）。そして、例えば、実施例１のように、環状凸部１５２の、ヒートスポットが発生している位置に対応する領域に幅狭部分１５３を形成する（Ｓ４０）。その際、実施例５のように、幅狭部分１５３に隣接する凸部１５６の上面を低くするように加工することにより、凸部１５６から熱が伝わることも抑制することができる。これにより、ヒートスポットの発生を更に抑制することができ、ウェハの温度分布を一様にすることができる。

＜変更形態＞
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、セラミックス基材１１０、シャフト１３０の形状、寸法は上記実施形態のものには限られず、適宜変更しうる。環状凸部１５２の高さ、幅等の寸法、形状、上面の表面粗さＲａの大きさは適宜変更しうる。また、複数の凸部１５６の高さ、上面１５６ａの形状、上面１５６ａの表面粗さＲａの大きさは適宜変更しうる。さらに、環状凸部１５２の幅狭部分１５３の位置、数、形状（縦断面形状、周方向の長さなど）、表面粗さＲａなども適宜変更しうる。また、環状凸部１５２における幅狭部分１５３の長さと幅広部分１５４の長さの比も適宜変更しうる。

例えば、複数の凸部１５６の上面１５６ａの形状は必ずしも円形でなくてもよく、任意の形状にすることができる。なお、その場合においても、直径０．１ｍｍ～５ｍｍの円と同程度の面積を有することが好ましい。また、上記説明において、複数の凸部１５６は同心円状に分布するように配置されていたが、本発明はそのような態様には限られない。例えば、複数の凸部１５６がランダムな位置に分布するように配置されていてもよい。その場合であっても、複数の凸部１５６の、各凸部の離間距離は、１．５ｍｍ～３０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

上記実施形態においては、電極１２０として、モリブデン、タングステン、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金を用いていたが、本発明はそのような態様には限られない。例えば、モリブデン、タングステン以外の金属又は合金を用いることもできる。また、電極１２０は発熱体としてのヒータ電極であったが、電極１２０は必ずしも発熱体としてのヒータ電極である必要は無く、例えば、静電吸着用電極又は高周波電極であってもよい。

上記実施形態においては、基板保持部材１００は電極１２０を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、基板保持部材１００は必ずしも電極１２０を備えていなくてもよい。また、基板保持部材１００が電極１２０を備えている場合であっても、電極１２０は基板保持部材１００のセラミックス基材１１０に埋設されていなくてもよい。例えば、電極１２０がセラミックス基材１１０の裏面１１３に貼付されていてもよい。

上記実施形態においては、基板保持部材１００はシャフト１３０を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、基板保持部材１００は必ずしもシャフト１３０を備えていなくてもよい。また、基板保持部材１００がシャフト１３０を備えている場合であっても、シャフト１３０の円筒部１３１に、上下方向５に延びる第２ガス流路１６８が形成されていなくてもよい。例えば、第２ガス流路１６８に代えて、円筒部１３１の中空の領域（給電線１４０が設けられている領域）に、別途ガスの配管を設けることもできる。

以上、発明の実施形態及びその変更形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが請求の範囲の記載からも明らかである。

明細書、及び図面中において示した製造方法における各処理の実行順序は、特段に順序が明記されておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるので無い限り、任意の順序で実行しうる。便宜上、「まず、」「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。

１００ 基板保持部材
１１０ セラミックス基材
１２０ 電極
１３０ シャフト
１４０ 給電線
１５２ 環状凸部
１５３ 幅狭部
１５４ 幅広部
１５６ 複数の凸部

Claims (5)

1. 上面、前記上面と上下方向において対向する下面を有するセラミックス基材と、
   前記セラミックス基材に埋設された、又は、前記セラミックス基材の前記下面に配置された電極と、を備え
   前記セラミックス基材は、
   前記セラミックス基材の前記上面の外周部に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出する環状の凸部と、
   前記セラミックス基材の前記上面の、前記環状の凸部の内側に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出した複数の凸部と、を備え、
   上記環状の凸部の上面は、第１の幅を有する幅広部分と、第１の幅よりも狭い第２の幅を有する幅狭部分とを有することを特徴とする基板保持部材。
2. 上記環状の凸部の内周側の側面は、前記上下方向の下側ほど内側に位置するように、内側に向かって傾斜している請求項１に記載の基板保持部材。
3. さらに、前記セラミックス基材の前記下面に接合された筒状のシャフトを備え、
   前記セラミックス基材に埋設された、又は、前記セラミックス基材の前記下面に配置された前記電極は発熱体である、請求項１又は２に記載の基板保持部材。
4. 基板保持部材の製造方法であって、
   基板保持部材であって、
   上面、前記上面と上下方向において対向する下面を有するセラミックス基材と、
   前記セラミックス基材に埋設された、又は、前記セラミックス基材の前記下面に配置された電極と、を備え
   前記セラミックス基材は、
   前記セラミックス基材の前記上面の外周部に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出する環状の凸部と、
   前記セラミックス基材の前記上面の、前記環状の凸部の内側に配置され、且つ、前記セラミックス基材の前記上面から上方に突出した複数の凸部と、を備える基板保持部材を用意することと、
   前記基板保持部材に基板を保持して、前記基板の温度分布を測定することと、
   前記温度分布に応じて、前記環状の凸部の上面の一部の幅が、残りの部分の幅よりも狭くなるように、前記環状の凸部の上面の前記一部を除去することと、
   を備える基板保持部材の製造方法。
5. さらに、前記温度分布に応じて、前記複数の凸部のうち、一部の凸部の前記上下方向の長さが短くなるように、前記一部の凸部の上面を除去することを備える請求項４に記載の基板保持部材の製造方法。

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