JP2023135419A - 基板保持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトを備える基板保持部材において、基板全体での温度分布の不均一さ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、環状の環状凸部１５２と、複数の凸部１５６とが設けられている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、円筒部１３１を有するシャフト１３０が接合されている。また、上面１１１の中央には、セラミックス基材１１０と同心である円形領域Ｓｃが設けられている。円形領域Ｓｃの直径Φｃは、シャフト１３０の円筒部１３１の内径Φ１の０．７倍以上である。円形領域Ｓｃには複数の凸部１５６は配置されていない。【選択図】 図１

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に関する。

特許文献１には、ウェハなどの基板を保持するシャフト付きの基板保持部材が開示されている。特許文献１に記載の基板保持部材は、上面に基板を載置する加熱面を有する、抵抗発熱体（ヒータ電極）を埋設した板状のセラミックス基体と、セラミックス基体の下面の中央に接合され、内部に抵抗発熱体に接続された給電ロッドを備えた管状の部材（シャフト）とを有する。

特開２００５－１０９１６９号公報

特許文献１に記載の基板保持部材においては、シャフトへの伝熱の影響により、シャフトの直上の領域における基板の温度が、シャフトの外側の領域における基板の温度と比較して、高くなるまたは低くなる傾向があり、基板全体での均熱性を得ることが困難であった。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、シャフトを備える基板保持部材において、基板全体での温度分布の不均一さ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、及び、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、
前記セラミックス基材の前記下面に接合された円筒状のシャフトと、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よりも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よりも上方に突出する複数の凸部と、を備え、
前記セラミックス基材の前記上面の中央には、前記セラミックス基材と同心であって、且つ、直径が前記シャフトの内径の０．７倍以上である円形領域が設けられており、
前記円形領域には前記複数の凸部は配置されていない、又は、前記円形領域に配置された前記複数の凸部の前記上面からの高さは、前記円形領域の外側に配置された前記複数の凸部の前記上面からの高さの１／２以下であ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の凸部が設けられているので、基板をセラミックス基材の上面に向かって吸着させたとき、基板の外縁部が変形することを抑制することができる。また、セラミックス基材の上面の円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部が配置されていない、又は、複数の凸部の高さが円形領域の外側にある外側領域に配置された複数の凸部の高さの１／２以下である。そのため、円形領域において、複数の凸部と基板とが接触する恐れがない。また、円形領域の直径は、シャフトの内径の０．７倍以上である。そのため、シャフトの直上において、基板にヒートスポットが発生することを抑制することができ、基板の温度の不均一を抑制することができる。

図１は、基板保持部材１００の概略説明図である。 図２は、静電吸着用電極１２４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は、シャフト１３０を有する基板保持部材１００の概略外観図である。 （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。 （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７は、実施例２の基板保持部材１００の概略説明図である。

＜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（図２、３参照）と、静電吸着用電極１２４（図２参照）と、シャフト１３０と、給電線１４０（図４参照）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。図１に示されるように、セラミックス基材１１０の下面１１３は平坦な面とすることができる。あるいは、図４に示されるように、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。また、図１に示されるように、セラミックス基材１１０の上面１１１は外周部に比べて中央が窪んだ凹状の曲面形状を有している。（但し、図２、４においては図面の簡略化のため、セラミックス基材１１０の上面１１１を平坦な面として図示している。）例えば、本実施形態においては、セラミックス基材１１０の上面１１１の中央部分は外周部（外縁部）に比べて１０μｍ低くなっている。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。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の外周部に配置された略円環状の凸部であり、上面１１１よりも上方に突出している。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。

セラミックス基材１１０の上面１１１の、環状凸部１５２の内側には、同心円状に配置された複数の凸部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。本実施形態においては、セラミックス基材１１０の中央に位置する円形領域Ｓｃには凸部１５６は配置されておらず、円形領域Ｓｃの外側に位置する外側領域Ｓｏｕｔに凸部１５６が配置されている。円形領域Ｓｃの直径Φｃは、後述のシャフト１３０の円筒部１３１の内径Φ１の０．７倍以上にすることができる。また、円形領域Ｓｃの直径Φｃは、シャフト１３０の円筒部１３１の最大外径Φ２の１．５倍以下にすることができる。本実施形態においては、円筒領域Ｓｃの直径Φｃは、シャフト１３０の円筒部１３１の最大外径Φ２とほぼ同じである。

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、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。例えば、本実施形態においては、環状凸部１５２及び複数の凸部１５６の高さはいずれも１５０μｍである。

環状凸部１５２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。例えば、本実施形態においては、環状凸部１５２の幅は３ｍｍであり、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である。

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１５６の離間距離は、１．５ｍｍ～３０ｍｍの範囲にすることができる。例えば、本実施形態においては、複数の凸部１５６の上面１５６ａは、直径２ｍｍの円形であり、各同心円状上に配置された複数の凸部１５６の離間距離は１０ｍｍ～１５ｍｍに設定される。

図１に示されるように、セラミックス基材１１０の内部には第１ガス流路１６４が形成されている。上面１１１の円径領域Ｓｃには、第１ガス流路１６４の４つの開口１６４ａが開口している。円径領域Ｓｃにおいて、４つの開口１６４ａは等間隔（９０°間隔）で円状に配置されている。第１ガス流路１６４は、４つの開口１６４ａからそれぞれ下方に延びた後、水平方向に延びて合流し、さらに下方に向かって延びている。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２に示されるように、セラミックス基材１１０の内部には、静電吸着用電極１２４と、電極１２０（本発明の発熱体の一例）とが埋設されている。図２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（５ｍｍ）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２９４ｍｍである。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４参照）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の内部には静電吸着用電極１２４と電極１２０とが両方とも埋設されていることには限られない。例えば、セラミックス基材１１０の内部には静電吸着用電極１２４と電極１２０とのいずれか一方のみが埋設されていてもよい。あるいは、電極１２０と静電吸着用電極１２４との少なくとも一方に加えて、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が埋設されていてもよい。あるいは、電極１２０と静電吸着用電極１２４とに代えて、プラズマ電極が埋設されていてもよい。

図１、４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。上述のように、セラミックス基材１１０の下面１１３は平坦な面であってもよく（図１参照）、セラミックス基材１１０の下面１１３にシャフト１３０との接合のための接合用凸部１１４が設けられていてもよい（図４参照）。図１に示されるように、シャフト１３０は中空の略円筒形状の円筒部１３１を有する。円筒部１３１の上端には円筒部１３１において最大の外径（Φ２）を有するフランジ部１３３が設けられている（図１参照）。なお、図４に示されるように、シャフト１３０は、円筒部１３１の下方に設けられた大径部１３２を有していてもよい。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、４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に接合用凸部１１４が形成されている場合には、接合用凸部１１４の形状は、接合されるシャフト１３０の円筒部１３１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、０．２ｍｍ以上であればよく、２ｍｍ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。

図１、４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（図４参照）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１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に延びるガス流路１６８が形成されている。上述のように、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。なお、ガス流路１６８は必ずしもシャフト１３０の円筒部１３１に形成されていなくてもよく、円筒部１３１の内径よりも内側の領域に別途ガス配管を設けることもできる。

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５（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５（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５（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５（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５（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、予め所定のニゲを設けておく。

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６（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６（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６（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６（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。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４参照）。

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。上述のように、シャフト１３０の円筒部１３１の端面には円筒部１３１において最大の外径を有するフランジ部１３３が設けられてもよい（図１参照）。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に限定されない。

［実施例１］
実施例１の基板保持部材１００（図１参照）について説明する。実施例１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３００ｍｍ、厚さ２０ｍｍのセラミックス基材１１０を作製した。上記実施形態と同様に、セラミックス基材１１０の上面１１１は外周部に比べて中央が窪んだ凹状の曲面形状を有しており、セラミックス基材１１０の上面１１１の中央部分は外周部（外縁部）に比べて１０μｍ低い。セラミックス基材１１０の下面１１３には、接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４の高さは２ｍｍであり、外径は７５ｍｍである。接合用凸部１１４には、シャフト１３０の円筒部１３１が接合されている。円筒部１３１の最大外径は７５ｍｍである。

図２に示される静電吸着用電極１２４がセラミックス基材１１０の上面１１１より深さ１ｍｍの位置に埋設されている。静電吸着用電極１２４は双極の半円形状の電極１２４ａ、１２４ｂが所定の間隔（５ｍｍ）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は、直径２９４ｍｍ、厚さ３０μｍのモリブデン箔に、中心を通る幅５ｍｍの切り込みを入れることにより形成されている。さらに、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を静電吸着用電極１２４の下方に埋設した。

セラミックス基材１１０の上面１１１に、内径２９２ｍｍ、外径２９８ｍｍ、幅３ｍｍ、上面１１１からの高さ１５μｍの環状凸部１５２を形成した。セラミックス基材１１０の上面１１１の環状凸部１５２の内側の領域に、直径２ｍｍ、上面１１１からの高さ１５μｍの円柱形状の複数の凸部１５６を形成した。さらに、セラミックス基材１１０の上面１１１の中央の、直径７０ｍｍの円形領域Ｓｃにある複数の凸部１５６を削除する加工を行った。これにより、セラミックス基材１１０の上面１１１の外側領域Ｓｏｕｔに複数の凸部１５６を形成した。実施例１の基板保持部材１００においては、複数の凸部１５６は円径領域Ｓｃを除く外側領域Ｓｏｕｔに同心円状に配置されている。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。

セラミックス基材１１０の内部に第１ガス流路１６４を形成した。上記実施形態と同様に、上面１１１の円径領域Ｓｃには、第１ガス流路１６４の４つの開口１６４ａが開口している。第１ガス流路１６４の開口１６４ａの直径は３ｍｍである。４つの開口１６４ａは、セラミックス基材１１０の中心から２５ｍｍの位置において等間隔（９０°間隔）で円状に配置されている。

このような形状の基板保持部材１００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窒素ガスを１０Ｐａの圧力で供給した。さらに、第１ガス流路１６４を通じて、ヘリウムガスを１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の圧力に調節した。

そして、以下の手順で基板保持部材１００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、電極１２４ａに＋５００Ｖ、電極１２４ｂに－５００Ｖの電圧を印加し、温度評価用のシリコンウェハを静電吸着した。基板保持部材１００の電極１２０に不図示の外部電源を接続して５０Ｗのヒータ電力を供給した。そして、上記の圧力でプロセスガスとしての窒素ガスと、伝熱ガスとしてのヘリウムガスとの圧力を調節した。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、シャフト１３０と上下方向に重なる位置に、局所的な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。実施例１において、第１ガス流路１６４に流れるヘリウムガスのガス流量は０．７ｓｃｃｍであった。なお、ヘリウム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１．９℃であった。また、温度評価用シリコンウェハに、ヒートスポットは見られなかった。

［実施例２］
実施例２の基板保持部材１００（図７参照）について説明する。実施例１と同様の作製方法により直径３００ｍｍ、厚さ２０ｍｍのセラミックス基材１１０を作製した。実施例２においては、セラミックス基材１１０の上面１１１は外周部に比べて中央が膨らんだ凸状の曲面形状を有しており、セラミックス基材１１０の上面１１１の中央部分は外周部（外縁部）に比べて３０μｍ高い。実施例１と同様に、セラミックス基材１１０の下面１１３には、接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４及びシャフト１３０の形状は実施例１と同様である。

実施例２の基板保持部材１００のセラミックス基材１１０には、静電吸着用電極１２４は埋設されておらず、実施例１と同様の電極１２０だけが埋設されている。

セラミックス基材１１０の上面１１１に、内径２９２ｍｍ、外径２９８ｍｍ、幅３ｍｍ、上面１１１からの高さ１５０μｍの環状凸部１５２を形成した。セラミックス基材１１０の上面１１１の環状凸部１５２の内側の領域に、直径２ｍｍ、上面１１１からの高さ１５０μｍの円柱形状の複数の凸部１５６を形成した。セラミックス基材１１０の上面１１１の中央の、直径７０ｍｍの円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部１５６の高さが７０μｍとなるように複数の凸部１５６を加工した。これにより、セラミックス基材１１０の上面１１１の外側領域Ｓｏｕｔに高さ１５０μｍの複数の凸部１５６を形成し、円形領域Ｓｃに高さ７０μｍの複数の凸部１５６を形成した。実施例２の基板保持部材１００においては、複数の凸部１５６は円径領域Ｓｃ及び外側領域Ｓｏｕｔに同心円状に配置されている。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。

セラミックス基材１１０の内部に第２ガス流路１６５を形成した。実施例２においては、上面１１１の外側領域Ｓｏｕｔに、第２ガス流路１６５の８つの開口１６５ａが開口している。第２ガス流路１６５の開口１６５ａの直径は３ｍｍである。８つの開口１６５ａは、セラミックス基材１１０の中心から１２５ｍｍの位置において等間隔（４５°間隔）で円状に配置されている。

このような形状の基板保持部材１００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とヘリウムガスの混合ガスを２６６００Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した。また、第１ガス流路１６４を不図示の排気装置に接続した。このとき、第２ガス流路１６５を通じて、アルゴンガスを６６５０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）の圧力に調節した。

電極１２０に不図示の外部電源を接続して６５０Ｗのヒータ電力を供給し、実施例１と同様にして基板保持部材１００の温度評価を行った。実施例２において、第２ガス流路１６５を流れるアルゴンガスのガス流量は１．０ｓｃｃｍ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２．６℃であった。また、温度評価用シリコンウェハに、ヒートスポットは見られなかった。

＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１、２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よりも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よりも上方に突出した複数の凸部１５６とが設けられている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、円筒部１３１を有するシャフト１３０が接合されている。また、上面１１１の中央には、セラミックス基材１１０と同心である円形領域Ｓｃが設けられている。円形領域Ｓｃの直径Φｃは７０ｍｍであり、シャフト１３０の円筒部１３１の内径Φ１（４５ｍｍ）の０．７倍以上である。実施例１においては、円形領域Ｓｃには複数の凸部１５６は配置されていない。また、実施例２においては、円形領域Ｓｃにも複数の凸部１５６が配置されているが、円形領域Ｓｃに配置された複数の凸部１５６の高さ（７０μｍ）は、円形領域Ｓｃの外側にある外側領域Ｓｏｕｔに配置された複数の凸部１５６の高さ（１５０μｍ）の１／２以下である。

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の外縁部が変形することを抑制することができる。また、セラミックス基材１１０の上面１１１の円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部１５６が配置されていない、又は、複数の凸部１５６の高さが円形領域Ｓｃの外側にある外側領域Ｓｏｕｔに配置された複数の凸部１５６の高さ（１５０μｍ）の１／２以下である。そのため、円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部１５６とウェハ１０とが接触することがない。そのため、円形領域Ｓｃにおいては、伝熱ガスによる伝熱が行われ、さらに円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部１５６の上面１５６ａから一定の輻射による熱伝達も起こりうる。しかしながら、ウェハ１０とセラミックス基材１１０との接触による伝熱は行われない。さらに、上述のように、円形領域Ｓｃの直径Φｃは７０ｍｍであり、シャフト１３０の円筒部１３１の内径Φ１（４５ｍｍ）の０．７倍以上である。そのため、シャフト１３０の直上において、ウェハ１０にヒートスポットが発生することを抑制することができ、ウェハ１０の温度分布の不均一を抑制することができる。

上記実施形態及び上記実施例１、２において、円筒部１３１は、接合用凸部１１４と接合される上端部分の外形が最大となっており、円筒部１３１の最大外径Φ２は７５ｍｍである。これに対して、円形領域Ｓｃの直径Φｃは７０ｍｍであるので、シャフト１３０の円筒部１３１の最大外径Φ２の１．５倍以下である。そのため、円形領域Ｓｃがシャフト１３０の円筒部１３１に対して大きくなりすぎることがない。これにより、シャフト１３０の直上において、ウェハ１０にヒートスポットが発生することを抑制することができ、ウェハ１０の温度分布の不均一を抑制することができる。

上記実施形態及び上記実施例１、２においては、上述のように、円形領域Ｓｃにおいて複数の凸部１５６とウェハ１０とが接触しない。そのため、円形領域Ｓｃにおいては伝熱ガスによる伝熱が行われる。また、一定の輻射による熱伝達も行われる。円形領域Ｓｃにおいてウェハ１０の下面と接触して支持する部材がないため、ウェハ１０が下方に撓んで、ウェハ１０の下面が複数の凸部１５６又はセラミックス基材１１０の上面１１１に不安定に接触することがある。このような場合には、特にシャフト１３０の直上において、ウェハ１０の温度分布が不均一になる恐れがある。

これに対して、上記実施形態及び上記実施例１においては、セラミックス基材１１０の内部には第１ガス流路１６４が形成され、第１ガス流路１６４の開口１６４ａは円形領域Ｓｃに開口している。これにより、第１ガス流路１６４を介して円形領域Ｓｃとウェハ１０とに囲まれた領域に対してガスを供給することができ、ガスの圧力によりウェハ１０が下方に撓むことを抑制することができる。これにより、特にシャフト１３０の直上において、ウェハ１０の温度分布が不均一になることを抑制することができる。

また、上記実施例２においては、セラミックス基材１１０の内部には第２ガス流路１６５が形成され、第２ガス流路１６５の開口１６５ａは円形領域Ｓｃの外側に位置する外側領域Ｓｏｕｔに開口している。これにより、第２ガス流路１６５を介して外側領域Ｓｏｕｔとウェハ１０とに囲まれた領域からガスを排気することができる。これにより、ウェハ１０の外周領域において複数の凸部１５６によりウェハ１０が安定に支持されるとともに、ガスの進入による伝熱の経時変化及びガスによるセラミックス基材１１０の上面１１１の腐食を抑制することができる。そのためウェハ１０の形態が安定し円形領域Ｓｃにおけるウェハ１０の撓みが抑制される。これにより、シャフト１３０の直上において、ウェハ１０の温度分布が不均一になることを抑制することができる。

＜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。また、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。

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。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。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。

上記実施形態及び実施例１、２においては、セラミックス基板１１０の上面１１１は、凸状の曲面又は凹状の曲面であったが、本発明はそのような態様には限られない。例えば、セラミックス基板１１０の上面１１１が平坦な面であってもよい。また、セラミックス基板１１０の上面１１１の形状にかかわらず、セラミックス基材１１０の上面１１１の円形領域Ｓｃにおいて、複数の凸部１５６を削除するように加工してもよく、複数の凸部１５６の高さが円形領域Ｓｃの外側にある外側領域Ｓｏｕｔに配置された複数の凸部１５６の高さの１／２以下となるように加工してもよい。なお、外側領域Ｓｏｕｔに配置された複数の凸部１５６の高さが一様でない場合には、円形領域Ｓｃの外縁に隣接して形成されている凸部１５６の高さを複数の凸部１５６の高さとしてもよい。

上記実施形態及び実施例１、２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、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。

上記実施形態及び実施例１、２において、セラミックス基材１１０の内部には、円形領域Ｓｃに４つの開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４又は外側領域Ｓｏｕｔに８つの開口１６５ａを有する第２ガス流路１６５が形成されていた。本発明はこのような態様に限定されず、適宜変更しうる。例えば、開口１６４ａ、１６５ａの数、配置等は任意に変更することができる。また、セラミックス基材１１０の内部に、円形領域Ｓｃに開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４と、外側領域Ｓｏｕｔに開口１６５ａを有する第２ガス流路１６５とが形成されていてもよい。この場合において、第１ガス流路１６４と第２ガス流路１６５とが独立に設けられていてもよく、互いに連通していてもよい。

また、シャフト１３０の円筒部１３１に、上下方向５に延びるガス流路１６８が形成されていなくてもよい。例えば、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
１５６ 複数の凸部
Ｓｃ 円形領域
Ｓｏｕｔ 外側領域

Claims (4)

1. 上面、及び、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、
   前記セラミックス基材の前記下面に接合された円筒状のシャフトと、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よりも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よりも上方に突出する複数の凸部と、を備え、
   前記セラミックス基材の前記上面の中央には、前記セラミックス基材と同心であって、且つ、直径が前記シャフトの内径の０．７倍以上である円形領域が設けられており、
   前記円形領域には前記複数の凸部は配置されていない、又は、前記円形領域に配置された前記複数の凸部の前記上面からの高さは、前記円形領域の外側に配置された前記複数の凸部の前記上面からの高さの１／２以下であることを特徴とする、基板保持部材。
2. 前記円径領域の前記直径は、前記円筒部の最大の外径の１．５倍以下である請求項１に記載の基板保持部材。
3. 前記セラミックス基材は、前記セラミックス基材の内部に配置され、且つ、前記円径領域に開口を有する第１のガス流路を備えている請求項１又は２に記載の基板保持部材。
4. 前記セラミックス基材は、前記セラミックス基材の内部に配置され、且つ、前記円径領域の外側に開口を有する第２のガス流路を備えている請求項１～３のいずれか一項に記載の基板保持部材。
   

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