JP2023182302A

JP2023182302A - セラミックスヒータ

Info

Publication number: JP2023182302A
Application number: JP2022095831A
Authority: JP
Inventors: 和也高橋; Kazuya Takahashi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-12-26

Abstract

【課題】アウタークール（インナーホット）、アウターホットなどの均熱でない温度分布を実現できるセラミックスヒータを提供する。【解決手段】セラミックスヒータ１００は、円板状のセラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２２とを備えている。セラミックス基材１１０の外周部には、環状凸部１５２が設けられ、環状凸部１５２の内側には、複数の凸部１５６が設けられている。環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１と、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２とが互いに異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、シリコンウェハ等の基板を保持して加熱するセラミックスヒータに関する。

特許文献１には、ウェハなどの基板を保持して加熱するセラミックスヒータが開示されている。特許文献１に記載のセラミックスヒータは、基板が載置されるセラミックス基材（第１基体）と、セラミックス基材の上面から上方に突出する環状の凸部（環状支持部）と、環状の凸部の内側に設けられた複数の突起とを備える。特許文献１のセラミックスヒータにおいては、載置するウェハの温度分布としてフラットな温度分布を実現することを目的としている。

特開２００９－２５６７８９号公報

近年、半導体製造プロセスにおいて、処理する基板の温度分布は多種多様であり、例えば、アウタークール（インナーホット）、アウターホットなどの均熱でない温度分布を実現できるセラミックスヒータが求められている。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、アウタークール（インナーホット）、アウターホットなどの均熱でない温度分布を実現できるセラミックスヒータ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円板状の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発熱体と、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、
前記環状の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ１と、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２とが互いに異なることを特徴とするセラミックスヒータが提供される。

上記構成によれば、環状の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ１と、複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２とが互いに異なっている。これにより、セラミックスヒータに載置されるウェハ（基板）と環状の凸部との密着性と、ウェハと複数の凸部との密着性とを、互いに異なる状態にすることができる。その結果、ウェハの内側領域と外側領域との間に温度差を設けることができ、いわゆるアウターホットの状態またはインナーホット（アウタークール）の状態を実現することができる。

図１は、セラミックスヒータ１００の斜視図である。図２は、セラミックスヒータ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は、ヒータ電極１２２の概略説明図である。図５は、セラミックスヒータ１００の一部拡大図である。（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８は、実施例１～５の結果をまとめた表である。図９は、実施例６～９及び比較例の結果をまとめた表である。

＜セラミックスヒータ１００＞
本発明の実施形態に係るセラミックスヒータ１００について、図１、２を参照しつつ説明する。本実施形態に係るセラミックスヒータ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、セラミックスヒータ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、本実施形態に係るセラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、電極１２０（図２参照）と、シャフト１３０と、給電線１４０、１４１（図２参照）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。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。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。本実施形態において、環状凸部１５２の高さ及び複数の凸部１５６の高さは同じである。なお、本明細書において、環状凸部１５２の高さ及び複数の凸部１５６の高さは、セラミックス基板１１０の上面１１１からの上下方向の長さとして定義される。なお、セラミックス基板１１０の上面１１１が平坦でなく、例えば段差を有している場合には、セラミックス基板１１０の上面１１１のうち、最も高い位置を基準にして、そこからの上下方向の長さとして定義される。

環状凸部１５２の上面１５２ａ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。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。

環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１は０．００１μｍ以上１．６μｍ以下にすることができる。なお、中心線平均粗さは、表面の凹凸を、その中心線からの偏差の絶対値の平均で表したものである。同様に、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２は０．００１μｍ以上１．６μｍ以下にすることができる。なお、ガスの気密性の観点から、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１は０．４μｍ以下であることが好ましい。また、ウェハ１０にパーティクルが付着することを抑制する観点から、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２は０．４μｍ以下であることが好ましい。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１及び複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２は、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。なお、中心線平均粗さＲａ１及びＲａ２を０．０００１μｍ未満とすることは製造上困難であるため、通常は中心線平均粗さＲａ１及びＲａ２を０．０００１μｍ以上としている。

環状凸部１５２の中心線平均粗さＲａ１の測定は、触針式または光学式の表面粗さ計を使用する。測定個所は、環状凸部１５２の上面１５２ａの周方向に９０度ごとに等配される位置（４ヶ所）とした。そして周方向に走査したときの中心線平均粗さの平均値をＲａ１とした。複数の凸部１５６の中心線平均粗さＲａ２の測定は、同様の表面粗さ計を使用する。測定個所として、セラミックス基材の外径または環状凸部の外径に対して半径の１／２に近接し、かつ、周方向に９０度ごとに等配される位置に近接する凸部１５６を４ヶ所選択した。そして該当する凸部１５６の上面１５６ａを任意の方向に走査したときの中心線平均粗さの平均値をＲａ２とした。なお、凸部１５６の径が極小である場合は、凸部１５６を形成する前の上記４ヶ所に対応するセラミック基材１１０の上面１１１の中心線平均粗さで代用した。

研削砥石、研磨粒子の番手や加工条件、ブラスト加工の条件を適宜変更することにより、所望の中心線平均粗さに調整することができる。また、所望の中心線粗さに調整する工程は、凸部を形成するブラスト加工の前であってもよいしブラスト加工後であってもよい。

本実施形態においては、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１は０．２μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２は０．１μｍである。複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は２である。

上述のように、セラミックス基板１１０の上面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が埋設されている。電極１２０は、ヒータ電極１２２と、静電吸着用電極１２４とを含んでいる。静電吸着用電極１２４はヒータ電極１２２の上方に埋設されている。

図３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。本実施形態において、静電吸着用電極１２４の外径は２９２ｍｍである。電極１２４ａ及び電極１２４ｂにそれぞれ所定の電圧（例えば、±５００Ｖ）を印加することにより、ウェハ１０を静電吸着することができる。

図４に示されるように、ヒータ電極１２２は帯状に裁断された金属製のメッシュや箔である。ヒータ電極１２２の外径は２９８ｍｍである。ヒータ電極１２０はセラミックス基材１１０の側面から露出しない。ヒータ電極１２０の略中央には、給電線１４０（図２参照）と接続される端子部１２１が設けられている。ヒータ電極１２２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。ヒータ電極１２２の厚さは０．１５ｍｍ以下である。なお、ヒータ電極１２２の抵抗値を高くして、セラミックスヒータ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、ヒータ電極１２２の厚さを０．１ｍｍ以下にすることが好ましい。また、帯状に裁断されたヒータ電極１２２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、ヒータ電極１２２は、図４に示される形状に裁断されているがヒータ電極１２２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の内部にはヒータ電極１２２に加えて、あるいは、ヒータ電極１２２に代えて、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。

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、２つの大径部１３２、１３３とを有する。大径部１３２は円筒部１３１の上方に設けられており（図２参照）、大径部１３３は円筒部１３１の下方に設けられている（図１参照）。大径部１３２、１３３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、セラミックスヒータ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。

図２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。本発明の凸部に対応する。）が設けられている。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、０．２ｍｍ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１１４Ｂ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１１４Ｂの中心線平均粗さＲａは１．６μｍ以下であればよい。なお、接合用凸部１１４の下面１１４Ｂの中心線平均粗さ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の接合用凸部１１４の下面１１４Ｂ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（図１参照）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、ヒータ電極１２２に電力を供給するための給電線１４０と、静電吸着用電極１２４に電力を供給するための給電線１４１とが配置されている。なお、図２においては、給電線１４０、１４１はそれぞれ１つずつしか図示されていないが、実際には複数の給電線１４０及び複数の給電線１４１が配置されている。給電線１４０の上端は、ヒータ電極１２２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を介してヒータ電極１２２に電力が供給される。同様に、給電線１４１を介して、静電吸着用電極１２４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、セラミックスヒータ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。なお、説明を簡略化するために、セラミックス基材１１０の内部には、電極１２０としてヒータ電極１２２のみが埋設されているものとする。図６（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６（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ヒータ電極１２２を配置する。なお、ヒータ電極１２２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のペレットをヒータ電極１２２の端子１２１（図４参照）の位置に埋設してもよい。

図６（ｃ）に示されるように、ヒータ電極１２２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６（ｄ）に示されるように、ヒータ電極１２２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６（ｅ）に示されるように、端子１２１を形成するために、ヒータ電極１２２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、ヒータ電極１２２が第１ガス流路１６４から露出しないように、予めヒータ電極１２２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７（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７（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７（ｃ）に示されるように、脱脂された成形体５１０に、ヒータ電極１２２を埋設するための凹部５１１を形成する。成形体５１０の凹部５１１にヒータ電極１２２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７（ｄ）に示されるように、ヒータ電極１２２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。このとき、複数の凸部１５６の高さは同じになるように加工される。また、環状凸部１５２の上面１５２ａも所定の形状に加工される。なお、複数の凸部１５６、環状凸部１５２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。さらに、セラミックス基材１１０の下面１１３に円筒加工を行い、下面１１３から突出した接合用の凸部１１４を形成する。

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。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。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の端面にはフランジ部１３３がなくてもよい（図５参照）。円筒部１３１の長さは例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍにすることができる。成形体を所定形状に加工した後、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の接合用凸部１１４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の接合用凸部１１４の下面１１４Ｂの中心線平均粗さ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、フランジ部１３３の上面と接合用凸部１１４の下面１１４Ｂ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、フランジ部１３３の上面と接合用凸部１１４の下面１１４Ｂ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の上面と接合用凸部１１４の下面１１４Ｂ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１～９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。なお、図８、９には、実施例１～９及び比較例の結果をまとめた表が示されている。

［実施例１］
実施例１のセラミックスヒータ１００（図２参照）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２５ｍｍのセラミックス基材１１０を作製した。なお、ヒータ電極１２２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４の形状に裁断したものを作製し、このようなヒータ電極１２２をセラミックス基材１１０に埋設した。同様に、図３に示される形状の静電吸着用電極１２４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２９２ｍｍ、外径２９８ｍｍ、幅３ｍｍの環状凸部１５２を形成した。環状凸部１５２の上面１５２ａとセラミックス基材１１０の上面１１１との間の、上下方向５の長さ（環状凸部１５２の高さ）は１５０μｍである。さらに、セラミックス基材１１０の上面１１１に、直径２ｍｍの円柱形状の複数の凸部１５６を形成した。複数の凸部１５６の上面１５６ａと、セラミックス基材１１０の上面１１１との間の、上下方向５の長さ（複数の凸部１５６の高さ）は１５０μｍである。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１０ｍｍ～２０ｍｍの範囲とした。

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。

実施例１では、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１を０．２μｍとし、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２を０．１μｍとした。このとき、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は２である。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、以下の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。セラミックスヒータ１００に直径３００ｍｍの温度評価用のシリコンウェハを載置し、セラミックスヒータ１００のヒータ電極１２２に不図示の外部電源を接続した。プロセスチャンバ内の圧力を１Ｐａ以下に減圧した後、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。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１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に調節した。実施例１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０．１ｓｃｃｍ未満であった。そして、定常状態でシリコンウェハの上面の温度が５００℃となるように外部電源の出力電力を調整した。その後、温度評価用のシリコンウェハの温度分布を赤外線カメラで計測し、内側領域（径２５０ｍｍ以内の領域）の平均温度と外側領域（径２５０ｍｍ～３００ｍｍの領域）の平均温度との温度差Δを評価した。なお、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においては、内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は４９８．５℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは１．５℃であった。実施例１においては、内側領域の平均温度が外側領域の平均温度よりも高いインナーホットの状態を実現できた。

［実施例２］
実施例２のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が１．６μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が０．４μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例２では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は４であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例２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１．０ｓｃｃｍであった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は４９７．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは３．０℃であった。実施例２においては、内側領域の平均温度が外側領域の平均温度よりも高いインナーホットの状態を実現できた。

［実施例３］
実施例３のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が１．６μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が０．０５μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例３では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は３２であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例３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１．０ｓｃｃｍであった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は４９５．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは５．０℃であった。実施例３においては、内側領域の平均温度が外側領域の平均温度よりも高いインナーホットの状態を実現できた。

［実施例４］
実施例４のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が１．６μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が１．２μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例４では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は１．３であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例３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１．０ｓｃｃｍであった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は４９９．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは１．０℃であった。実施例４においては、内側領域の平均温度が外側領域の平均温度よりも高いインナーホットの状態を実現できた。

［実施例５］
実施例５のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が２．４μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が０．４μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例５では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は６であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例５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２．１ｓｃｃｍであった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は４９６．５℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは３．５℃であった。実施例５においては、内側領域の平均温度が外側領域の平均温度よりも高いインナーホットの状態を実現できた。

［実施例６］
実施例６のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が０．１μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が０．２μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例６では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は０．５であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。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０．１ｓｃｃｍ未満であった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は５０２．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは２．０℃であった。実施例６においては、外側領域の平均温度が内側領域の平均温度よりも高いアウターホットの状態を実現できた。

［実施例７］
実施例７のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が０．４μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が１．６μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例７では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は０．２５であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例７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０．１ｓｃｃｍ未満であった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は５０３．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは３．０℃であった。実施例７においては、外側領域の平均温度が内側領域の平均温度よりも高いアウターホットの状態を実現できた。

［実施例８］
実施例８のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が０．０５μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が１．６μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例８では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は０．０３であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例８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０．１ｓｃｃｍ未満であった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は５０５．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは５．０℃であった。実施例８においては、外側領域の平均温度が内側領域の平均温度よりも高いアウターホットの状態を実現できた。

［実施例９］
実施例９のセラミックスヒータ１００は、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が１．２μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が１．６μｍである点を除いて、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。実施例９では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は０．７５であった。

このような形状のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、セラミックスヒータ１００に実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例９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０．６ｓｃｃｍであった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は５０１．０℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは１．０℃であった。実施例９においては、外側領域の平均温度が内側領域の平均温度よりも高いアウターホットの状態を実現できた。

［比較例］
比較例のセラミックスヒータは、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が０．４μｍであり、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２が０．４μｍである。このように、比較例においては、実施例１～９と異なり、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１と、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２とが同じである。比較例では、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２は１である。

このような形状のセラミックスヒータをプロセスチャンバに設置し、比較例のセラミックスヒータに実施例１と同様の温度評価用シリコンウェハを載置した。そして、実施例１と同様の手順で比較例のセラミックスヒータの温度評価を行った。比較例において、第１ガス流路１６４を流れるヘリウムガスのガス流量は０．１ｓｃｃｍ未満であった。内側領域の平均温度は５００℃であり、外側領域の平均温度は５００℃であった。内側領域の平均温度と外側領域の平均温度との温度差Δは０℃であった。比較例においては、内側領域の平均温度と外側領域の平均温度とが同じであり、インナーホットまたはアウターホットの状態を実現することはできなかった。

＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１～９において、セラミックスヒータ１００は、円板状のセラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２２とを備えている。セラミックス基材１１０の外周部には、セラミックス基材１１０の上面１１１よりも上方に突出する環状凸部１５２が設けられ、セラミックス基材１１０の、環状凸部１５２の内側には、セラミックス基材１１０の上面１１１よりも上方に突出する複数の凸部１５６が設けられている。比較例においては、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１と、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２とが同じであった。そのため、ウェハ１０と環状凸部１５２との密着性と、ウェハ１０と複数の凸部１５６との密着性とに差は無かったと考えられる。その結果、比較例においては、ウェハ１０の内側領域と外側領域との間に温度差がなく、いわゆるアウターホットの状態またはインナーホットの状態を実現することができなかった。これに対して、上記実施形態及び実施例１～９においては、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１と、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２とが互いに異なっている。これにより、ウェハ１０と環状凸部１５２との密着性と、ウェハ１０と複数の凸部１５６との密着性とが異なる状態になっていたと考えられる。その結果、ウェハ１０の内側領域と外側領域との間に温度差を設けることができ、いわゆるアウターホットの状態またはインナーホットの状態を実現することができた。

実施例１～５と実施例６～９とを比較すると、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１を、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２よりも大きくすることにより、ウェハ１０の内側領域の平均温度を、ウェハ１０の外側領域の平均温度よりも高くすることができ、いわゆるインナーホットの状態を実現することができる。また、環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１を、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２よりも小さくすることにより、ウェハ１０の外側領域の平均温度を、ウェハ１０の内側領域の平均温度よりも高くすることができ、いわゆるアウターホットの状態を実現することができる。

実施例１～５に示されるように、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２を、１．３≦Ｒａ１／Ｒａ２≦３２にすることができる。この場合には、ウェハ１０の内側領域の平均温度を５００．０℃にしたときに、外側領域の平均温度を４９５．０℃～４９９．０℃にすることができ、確実にインナーホットの状態を実現することができる。

実施例６～９に示されるように、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１の比Ｒａ１／Ｒａ２を、０．０３≦Ｒａ１／Ｒａ２≦０．８にすることができる。この場合には、ウェハ１０の内側領域の平均温度を５００．０℃にしたときに、外側領域の平均温度を５０１．０℃～５０５．０℃にすることができ、確実にアウターホットの状態を実現することができる。

上記実施形態及び実施例１～９において、セラミックス基板１１０の下面１１３には、シャフト１３０が接合されている。これにより、セラミックスヒータ１００の断熱性を向上させることができる。

本発明の別の効果として、静電吸着されたウェハ１０の、静電吸着後のウェハ１０の残留吸着の抑制があげられる。一般に環状凸部１５２の上面１５２ａの面積は、複数の凸部１５６の上面１５６ａの面積より相対的に大きく、環状凸部１５２で残留吸着が発生する。環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さを大きくすることによって、残留吸着を抑制することができる。上記実施例１～５において、複数の凸部１５６の上面１５６ａの中心線平均粗さＲａ２に対する環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａ１が大きい。そのため、温度分布の調節効果と同時に基板の残留吸着力抑制効果を発揮させることができる。

＜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、環状凸部１５２の上面１５２ａの断面形状は適宜変更しうる。

複数の凸部１５６の高さ、上面１５６ａの形状は適宜変更しうる。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。例えば、複数の凸部１５６が、正三角形、正四角形の各頂点の位置に分布するように、格子状に連続的に配列されてもよく、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、ヒータ電極１２２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１２２を含んでいた。しかしながら、電極１２０は必ずしも発熱体としてのヒータ電極１２２を含む必要は無く、例えば、発熱体として高周波電極を含んでいてもよい。

上記実施形態においては、セラミックスヒータ１００はセラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２２を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、ヒータ電極１２２はセラミックスヒータ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、ヒータ電極１２２又は高周波電極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、シャフト１３０は大径部１３２、１３３を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、必ずしもシャフト１３０は大径部１３２、１３３を備えていなくてもよい。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
１５６複数の凸部

Claims

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円板状の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発熱体と、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、
前記環状の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ１と、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２とが互いに異なることを特徴とするセラミックスヒータ。
前記環状の凸部の前記上面の前記中心線平均粗さＲａ１が、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２よりも大きい請求項１に記載のセラミックスヒータ。
前記環状の凸部の前記上面の前記中心線平均粗さＲａ１と、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が、
１．３≦Ｒａ１／Ｒａ２≦３２
を満たす請求項２に記載のセラミックスヒータ。
前記環状の凸部の前記上面の前記中心線平均粗さＲａ１が、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２よりも小さい請求項１に記載のセラミックスヒータ。
前記環状の凸部の前記上面の前記中心線平均粗さＲａ１と、前記複数の凸部の上面の中心線平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が、
０．０３≦Ｒａ１／Ｒａ２≦０．８
を満たす請求項４に記載のセラミックスヒータ。
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る請求項１～５のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ。