JP6049510B2

JP6049510B2 - セラミックヒータ及びその製法

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Publication number: JP6049510B2
Application number: JP2013058388A
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Inventors: 和宏 ▲のぼり▼; 拓二木村; 日出海中川
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Description

本発明は、セラミックヒータ及びその製法に関する。

半導体ウエハの加熱に使用されるセラミックヒータとしては、ヒータ電極を埋設した円盤状のアルミナ焼結体が知られている。例えば、特許文献１には、アルミナとフッ化マグネシウムとの混合粉末を所定形状に成形した成形体を２つ用意し、一方の成形体の上にヒータ電極となるペーストを配置したあと、他方の成形体を積層し、１１２０〜１３００℃という低い焼成温度で焼成することにより、セラミックヒータを得る方法が開示されている。セラミックヒータの製造工程において、１７００℃の高温焼成を行う場合には、ペーストとしてＷＣを用いるとＷＣが十分焼結してヒータ電極として適切な電気特性が得られるが、１１２０〜１３００℃という低温焼成を行う場合には、ペーストとしてＷＣを用いると脱粒が激しく電気抵抗の測定ができず、ペーストとしてＷＣとアルミナの混合粉末を用いると電極の緻密化が不足していて十分な電気特性が得られないという問題があった（特許文献１の比較例２１，２２）。こうしたことから、特許文献１では、ペーストとして、ＷＣとＮｉとアルミナの混合粉末などを用いている。

特開２０１１−１６８４７２号公報

上述したように、セラミックヒータを低温焼成で製造する場合には、ヒータ電極となるペーストとして、特許文献１のようにＷＣとＮｉとアルミナの混合粉末を用いることも考えられるが、ＷＣに固執せず、ＷＣに代わる材料の開発も望まれている。本発明者らは、ＷＣに代わる材料として、プラズマの制御性に悪影響を及ぼさず、電気抵抗率がＷＣと同等のものを探索した。こうした材料として、モリブデンを一つの候補として考えたが、モリブデンペーストを使用した場合には、設定温度とセラミックヒータの中心からの距離と電気抵抗率との関係において好ましくない問題があった。すなわち、２０℃において電気抵抗率が小から大になるように電気抵抗率の測定位置における中心からの距離を並べたときの並び順と、６０℃において電気抵抗率が小から大になるようにその距離を並べたときの並び順とが異なってしまうという問題があった。この問題を抵抗率温度依存性の逆転現象と称する。こうした逆転現象が起きると、セラミックヒータの温度を制御することが非常に煩雑となるため好ましくない。

この問題を解決するために、ヒータ電極の材料を種々検討したところ、チタン成分を含有するモリブデンを用いた場合に、抵抗率温度依存性の逆転現象が改善されることを見いだした。その理由は定かではないが、チタン成分がないとヒータ電極内で炭化モリブデンが不均一に分布して生成し、その炭化モリブデンの影響で逆転現象が起きると考えられるのに対し、チタン成分があると炭化モリブデンの生成が抑制され、その結果逆転現象が抑制されると考えられる。なお、炭素源は、焼結時に用いる炭素材料製の金型やヒータ電極に含まれる有機成分（バインダ等）だと考えられる。

しかしながら、ヒータ電極の材料としてチタン成分を含有するモリブデンを用いた場合、抵抗率温度依存性の逆転現象が改善されるものの、電気抵抗率の面内バラツキを十分抑制することができず、プラズマエッチング時のウエハ面の均熱性が低下するという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、セラミック基材にヒータ電極を埋設したセラミックヒータにおいて、抵抗率温度依存性の逆転現象を改善しつつ、更に電気抵抗率の面内バラツキを抑制することを主目的とする。

本発明のセラミックヒータは、セラミック基材にヒータ電極が埋設されたセラミックヒータであって、前記ヒータ電極は、ＴｉＳｉ₂ を主成分とするものである。

このセラミックヒータでは、ヒータ電極の主成分はＴｉＳｉ₂であるため、抵抗率温度依存性の逆転現象が改善される。Ｍｏを主成分としＴｉを含んでいないヒータ電極を採用した場合には、炭化モリブデンが不均一に分布して生成し、その炭化モリブデンの影響で逆転現象が起きると考えられる。これに対して、本発明のようにＴｉＳｉ₂を主成分とするヒータ電極を採用した場合には、炭化がほとんど起こらず、その結果逆転現象が抑制されると考えられる。また、電気抵抗率の面内バラツキが十分抑制される。Ｍｏを主成分としＴｉを含むヒータ電極の場合には、本発明と同様、逆転現象が抑制されるが、炭化モリブデンが少ないながらも生成するため、電気抵抗率の面内バラツキがある程度生じる。これに対して、本発明のようにＴｉＳｉ₂を主成分とするヒータ電極を採用した場合には、炭化がほとんど起こらないため、電気抵抗率の面内バラツキも十分に抑制される。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記ヒータ電極は、前記セラミック基材と同じ材料を含んでいることが好ましい。こうすれば、ヒータ電極とセラミック基材との熱膨張係数差を小さくすることができるため、製造時にクラックなどが発生しにくい。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記セラミック基材は、アルミナであることが好ましい。アルミナの焼結温度は一般に窒化アルミに比べて低いため製造しやすい。

本発明のセラミックヒータの製法は、
（ａ）第１及び第２のセラミック成形体を、それぞれ、成形型にアルミナ粉末、焼結助剤としてのフッ化マグネシウム、溶媒、分散剤及びゲル化剤を含むスラリーを投入し、前記成形型内で前記ゲル化剤を化学反応させて前記スラリーをゲル化させたあと離型することにより作製する工程と、
（ｂ）前記第１及び第２のセラミック成形体を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１及び第２のセラミック仮焼体を得る工程と、
（ｃ）前記第１及び第２のセラミック仮焼体のいずれか一方の表面に、ＴｉＳｉ₂粉末にアルミナ粉末を添加したペーストを印刷する工程と、
（ｄ）前記印刷されたペーストを挟み込むようにして前記第１及び第２のセラミック仮焼体を重ね合わせた状態で１１２０〜１３００℃でホットプレス焼成する工程と、
を含むものであるか、
あるいは、
（ａ）第１及び第２のセラミック成形体を、それぞれ、成形型にアルミナ粉末、焼結助剤としてのフッ化マグネシウム、溶媒、分散剤及びゲル化剤を含むスラリーを投入し、前記成形型内で前記ゲル化剤を化学反応させて前記スラリーをゲル化させたあと離型することにより作製する工程と、
（ｂ）前記第１及び第２のセラミック成形体のいずれか一方の表面に、ＴｉＳｉ₂粉末にアルミナ粉末を添加したペーストを印刷する工程と、
（ｃ）前記第１及び第２のセラミック成形体を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１及び第２のセラミック仮焼体を得る工程と、
（ｄ）前記ペーストが印刷されていた部分を挟み込むようにして前記第１及び第２のセラミック仮焼体を重ね合わせた状態で１１２０〜１３００℃でホットプレス焼成する工程と、
を含むものである。

このセラミックヒータの製法によれば、上述した本発明のセラミックヒータを容易に製造することができる。また、セラミック仮焼体同士を積層してホットプレス焼成しているため焼成回数はどちらも同じであることから、密度が一様になりやすく、ヒータ電極に反りが発生しにくい。更に、工程（ａ）では、いわゆるゲルキャスト法を採用し、アルミナ造粒粉に比べて粒径が小さいアルミナ粉末を分散・混合したスラリーをゲル化したセラミック成形体を用いるため、密度が一様になりやすく、ヒータ電極に反りが発生しにくい。

本発明のセラミックヒータの製法において、前記ペーストは有機物を含有しており、前記ホットプレス焼成時の金型は炭素材料製であってもよい。ペーストに含まれる有機物（例えばバインダや分散剤）やホットプレス焼成の金型に含まれる炭素材料は、炭素源になり得るものである。しかし、この製法では、ペーストの主成分がＴｉＳｉ₂であるため、ホットプレス焼成時にＴｉＳｉ₂がこれらの炭素源によって炭化されることはほとんどない。

半導体製造装置用部材１の断面図。静電チャック１０の第１の製造手順を示す工程図。静電チャック１０の第２の製造手順を示す工程図。テストピースのヒータ電極の形状を示す説明図。距離Ｄと設定温度と電気抵抗率との関係を示す、実施例１のグラフ。距離Ｄと設定温度と電気抵抗率との関係を示す、比較例１のグラフ。２０℃での距離Ｄと電気抵抗率との関係を示す、実施例１のグラフ。２０℃での距離Ｄと電気抵抗率との関係を示す、比較例１のグラフ。

本発明の好適な実施形態を図面を参照して以下に説明する。図１は、半導体製造装置用部材１の断面図である。

半導体製造装置用部材１は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハーＷを吸着可能な静電チャック１０と、この静電チャック１０の裏面に配置された支持台としての冷却板１８とを備えている。

静電チャック１０は、円盤状のアルミナセラミック基材１２と、このアルミナセラミック基材１２に埋設されたヒータ電極１４及び静電電極１６とを備えている。アルミナセラミック基材１２の上面は、ウエハ載置面１２ａとなっている。ヒータ電極１４は、アルミナセラミック基材１２の全面にわたって配線されるように例えば一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハＷを加熱する。このヒータ電極１４は、ＴｉＳｉ₂を主成分とするものである。ヒータ電極１４には、冷却板１８の裏面からヒータ電極１４の一端及び他端にそれぞれ到達する棒状端子（図示せず）によって電圧を印加可能である。静電電極１６は、図示しない外部電源により直流電圧を印加可能な平面状の電極である。この静電電極１６に直流電圧が印加されると、ウエハＷはクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によりウエハ載置面１２ａに吸着固定され、直流電圧の印加を解除すると、ウエハＷのウエハ載置面１２ａへの吸着固定が解除される。

冷却板１８は、金属製（例えばアルミニウム製）の円盤部材であり、静電チャック１０のウエハ載置面１２ａとは反対側の面と図示しない接合層を介して接合されている。この冷却板１８は、図示しない外部冷却装置で冷却された冷媒（例えば水）が循環する冷媒通路２０を有している。この冷媒通路２０は、冷却板１８の全面にわたって冷媒が通過するように例えば一筆書きの要領で形成されている。

次に、こうして構成された半導体製造装置用部材１の使用例について説明する。半導体製造装置用部材１は、図示しないチャンバ内に配置され、このチャンバ内で発生させたプラズマによってウエハＷの表面をエッチングするのに用いられる。このとき、ヒータ電極１４に供給する電力量を調節したり、冷却板１８の冷媒通路２０に循環させる冷媒の流量を調節したりすることにより、ウエハＷの温度が一定になるように制御する。

次に、半導体製造装置用部材１を構成する静電チャック１０の製造手順について説明する。ここでは、第１の製造手順と第２の製造手順の２通りについて説明する。図２は、第１の製造手順を示す説明図、図３は第２の製造手順を示す説明図である。

１．第１の製造手順（図２参照）
（ａ）成形体の作製（図２（ａ）参照）
第１〜第３の成形体５１〜５３を作製する。各成形体５１〜５３は、まず、成形型にアルミナ粉体、焼結助剤としてのフッ化マグネシウム、溶媒、分散剤及びゲル化剤を含むスラリーを投入し、成形型内でゲル化剤を化学反応させてスラリーをゲル化させたあと離型することにより、作製する。

溶媒としては、分散剤及びゲル化剤を溶解するものであれば、特に限定されないが、例えば、炭化水素系溶媒（トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等）、エーテル系溶媒（エチレングリコールモノエチルエーテル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等）、アルコール系溶媒（イソプロパノール、１−ブタノール、エタノール、２−エチルヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン等）、ケトン系溶媒（アセトン、メチルエチルケトン等）、エステル系溶媒（酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン等）、多塩基酸系溶媒（グルタル酸等）が挙げられる。特に、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン等）等の、２以上のエステル結合を有する溶媒を使用することが好ましい。

分散剤としては、アルミナ粉体を溶媒中に均一に分散するものであれば、特に限定されない。例えば、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、リン酸エステル塩系共重合体、スルホン酸塩系共重合体、３級アミンを有するポリウレタンポリエステル系共重合体等が挙げられる。特に、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等を使用することが好ましい。この分散剤を添加することで、成形前のスラリーを、低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。

ゲル化剤としては、例えば、イソシアネート類、ポリオール類及び触媒を含むものとしてもよい。このうち、イソシアネート類としては、イソシアネート基を官能基として有する物質であれば特に限定されないが、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）又はこれらの変性体等が挙げられる。なお、分子内おいて、イソシアネート基以外の反応性官能基が含有されていてもよく、更には、ポリイソシアネートのように、反応官能基が多数含有されていてもよい。ポリオール類としては、イソシアネート基と反応し得る水酸基を２以上有する物質であれば特に限定されないが、例えば、エチレングリコール（ＥＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、プロピレングリコール（ＰＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、ポリヘキサメチレングリコール（ＰＨＭＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。触媒としては、イソシアネート類とポリオール類とのウレタン反応を促進させる物質であれば特に限定されないが、例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール等が挙げられる。

この工程（ａ）では、まず、アルミナ粉体とフッ化マグネシウム粉体に溶媒及び分散剤を所定の割合で添加し、所定時間に亘ってこれらを混合することによりスラリー前駆体を調製し、その後、このスラリー前駆体に、ゲル化剤を添加して混合・真空脱泡してスラリーとするのが好ましい。スラリー前駆体やスラリーを調製するときの混合方法は、特に限定されるものではなく、例えばボールミル、自公転式撹拌、振動式撹拌、プロペラ式撹拌等を使用可能である。なお、スラリー前駆体にゲル化剤を添加したスラリーは、時間経過に伴いゲル化剤の化学反応（ウレタン反応）が進行し始めるため、速やかに成形型内に流し込むのが好ましい。成形型に流し込まれたスラリーは、スラリーに含まれるゲル化剤が化学反応することによりゲル化する。ゲル化剤の化学反応とは、イソシアネート類とポリオール類とがウレタン反応を起こしてウレタン樹脂（ポリウレタン）になる反応である。ゲル化剤の反応によりスラリーがゲル化し、ウレタン樹脂は有機バインダとして機能する。

（ｂ）仮焼体の作製（図２（ｂ）参照）
第１〜第３の成形体５１〜５３を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１〜第３の仮焼体６１〜６３を得る。成形体５１〜５３の乾燥は、成形体５１〜５３に含まれる溶媒を蒸発させるために行う。乾燥温度や乾燥時間は、使用する溶媒に応じて適宜設定すればよい。但し、乾燥温度は、乾燥中の成形体５１〜５３にクラックが入らないように注意して設定する。また、雰囲気は大気雰囲気、不活性雰囲気、真空雰囲気のいずれであってもよい。乾燥後の成形体５１〜５３の脱脂は、分散剤や触媒やバインダなどの有機物を分解・除去するために行う。脱脂温度は、含まれる有機物の種類に応じて適宜設定すればよいが、例えば４００〜６００℃に設定してもよい。また、雰囲気は大気雰囲気、不活性雰囲気、真空雰囲気のいずれであってもよい。脱脂後の成形体５１〜５３の仮焼は、強度を高くしハンドリングしやすくするために行う。仮焼温度は、特に限定するものではないが、例えば７５０〜９００℃に設定してもよい。また、雰囲気は大気雰囲気、不活性雰囲気、真空雰囲気のいずれであってもよい。

（ｃ）電極ペーストの印刷（図２（ｃ）参照）
第１の仮焼体６１の片面にヒータ電極ペースト７１を印刷し、第３の仮焼体６３の片面に静電電極ペースト７２を印刷する。両ペースト７１，７２は、いずれも、ＴｉＳｉ₂粉末とアルミナセラミック粉末とバインダと溶媒とを含むものである。バインダとしては、例えば、セルロース系バインダ（エチルセルロースなど）やアクリル系バインダ（ポリメタクリル酸メチルなど）やビニル系バインダ（ポリビニルブチラールなど）が挙げられる。溶媒としては、例えば、テルピネオールなどが挙げられる。印刷方法は、例えば、スクリーン印刷法などが挙げられる。

（ｄ）ホットプレス焼成（図２（ｄ）参照）
印刷されたヒータ電極ペースト７１を挟むようにして第１の仮焼体６１と第２の仮焼体６２とを重ね合わせると共に、印刷された静電電極ペースト７２を挟むようにして第２の仮焼体６２と第３の仮焼体６３とを重ね合わせ、その状態で黒鉛製の金型を用いてホットプレス焼成する。これにより、ヒータ電極ペースト７１が焼成されてヒータ電極１４となり、静電電極ペースト７２が焼成されて静電電極１６となり、各仮焼体６１〜６３が焼結し一体化してアルミナセラミック基材１２となり、静電チャック１０が得られる。ホットプレス焼成では、少なくとも最高温度（焼成温度）において、プレス圧力を３０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましく、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ²とすることがより好ましい。また、最高温度は、アルミナ粉体にフッ化マグネシウムが添加されているため、フッ化マグネシウムが添加されていない場合に比べて低温（１１２０〜１３００℃）に設定すればよい。雰囲気は、大気雰囲気、不活性雰囲気、真空雰囲気の中から、適宜選択すればよい。

２．第２の製造手順（図３参照）
（ａ）成形体の作製（図３（ａ）参照）
第１〜第３の成形体５１〜５３を作製する。この工程は、「１．第１の製造手順」の「（ａ）成形体の作製」と同じである。

（ｂ）電極ペーストの印刷（図３（ｂ）参照）
第１の成形体５１の片面にヒータ電極ペースト７１を印刷し、第３の成形体５３の片面に静電電極ペースト７２を印刷する。両ペースト７１，７２は、「１．第１の製造手順」の「（ｃ）電極ペーストの印刷」で用いたペーストと同じである。

（ｃ）仮焼体の作製（図３（ｃ）参照）
第１〜第３の成形体５１〜５３（第１及び第３の成形体５１，５３は印刷が施されたもの）を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１〜第３の仮焼体６１〜６３を得る。このとき、印刷されていたペースト７１，７２は、仮焼ペースト８１，８２となる。この工程は、「１．第１の製造手順」の「（ｂ）仮焼体の作製」と同じである。

（ｄ）ホットプレス焼成（図３（ｄ）参照）
仮焼ペースト８１を挟むようにして第１の仮焼体６１と第２の仮焼体６２とを重ね合わせると共に、仮焼ペースト８２を挟むようにして第２の仮焼体６２と第３の仮焼体６３とを重ね合わせ、その状態でホットプレス焼成する。これにより、仮焼ペースト８１が焼成されてヒータ電極１４となり、仮焼ペースト８２が焼成されて静電電極１６となり、各仮焼体６１〜６３が焼結し一体化してアルミナセラミック基材１２となり、静電チャック１０が得られる。ホットプレス焼成の条件は、「１．第１の製造手順」の「（ｄ）ホットプレス焼成」で述べたとおりである。

ところで、第２の製造手順では、成形体に電極ペーストを印刷したあとその成形体を仮焼するため、仮焼時に電極ペーストが酸化されるおそれがある。これに対して、第１の製造手順では、成形体を仮焼したあとその仮焼体に電極を形成するため、そのようなおそれがない。この点で、第１の製造手順の方が、第２の製造手順に比べて目的の電極特性を得ることができる。

以上詳述した本実施形態の静電チャック１０によれば、主成分がＴｉＳｉ₂であるヒータ電極１４を用いているため、抵抗率温度依存性の逆転現象を改善することができ、しかも電気抵抗率の面内バラツキを十分抑制することができる。この点は、後述する実施例において実証済みである。

特に、アルミナセラミック基材１２は、アルミナ粒子に焼結助剤としてフッ化マグネシウムを添加して焼成したものであるため、焼成温度が低温（１１２０〜１３００℃）でもアルミナは十分焼結する。また、そのような低温焼成において、ヒータ電極１４は主成分がＴｉＳｉ₂であるため、炭化がほとんど起きず、上述した効果をより確実に得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、セラミックヒータとして、ヒータ電極１４と静電電極１６をアルミナセラミック基材１２に埋設した静電チャック１０を例示したが、ヒータ電極１４のみをアルミナセラミック基材１２に埋設したものであってもよい。

上述した実施形態では、アルミナセラミック基材１２を採用したが、アルミナ以外のセラミック（例えば窒化アルミニウムなど）を採用してもよい。

上述した実施形態では、静電チャック１０の製法として第１又は第２の製造手順を示したが、特にこれに限定されるものではなく、静電チャック１０を製造可能な方法であればどのような方法を採用しても構わない。例えば、工程（ａ）ではゲルキャスト法を採用したが、ゲルキャスト法を採用することなく成形体を作製してもよい。また、２つのアルミナ焼結体を用意し、各アルミナ焼結体の片面に電極ペーストを印刷し、一方のアルミナ焼結体を印刷面が上になるように成形型に配置し、その上にアルミナ粉末とフッ化マグネシウムとを含む原料粉を載せ、その上に印刷面が下になるようにもう一方のアルミナ焼結体を載せ、ホットプレス焼成してもよい。

［実施例１］
上述した第１の製造手順により静電チャック１０を作製した（図２参照）。
（ａ）成形体の作製
アルミナ粉末（平均粒径０．５μｍ，純度９９．９９％）１００重量部、マグネシア０．２重量部、フッ化マグネシウム０．３重量部、分散剤としてポリカルボン酸系共重合体３重量部、溶媒として多塩基酸エステル２０重量部を秤量し、これらをボールミル（トロンメル）で１４時間混合し、スラリー前駆体とした。このスラリー前駆体に対して、ゲル化剤、すなわちイソシアネート類として４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート３．３重量部、ポリオール類としてエチレングリコール０．３重量部、触媒として６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール０．１重量部を加え、自公転式撹拌機で１２分間混合し、スラリーを得た。得られたスラリーを、実施例１の１．で用いた第１〜第３成形型にそれぞれ流し込んだ。その後、２２℃で２時間放置することにより、各成形型内でゲル化剤を化学反応させてスラリーをゲル化させたあと離型した。これにより、第１〜第３成形型からそれぞれ第１〜第３の成形体５１〜５３（図２（ａ）参照）を得た。

（ｂ）仮焼体の作製
第１〜第３の成形体５１〜５３を１００℃で１０時間乾燥した後、最高温度５００℃で１時間脱脂し、更に最高温度８２０℃、大気雰囲気で１時間仮焼することにより、第１〜第３の仮焼体６１〜６３（図２（ｂ）参照）を得た。

（ｃ）電極ペーストの印刷
ＴｉＳｉ₂粉末とアルミナ粉末とを、アルミナ含有量が５重量％となるようにし、バインダとしてポリメタクリル酸メチルと溶媒としてテルピネオールを加えて混合することにより電極ペーストを調製した。この電極ペーストは、静電電極用、ヒータ電極用の両方に用いることとした。そして、第１の仮焼体６１の片面にヒータ電極ペースト７１をスクリーン印刷し、第３の仮焼体６３の片面に静電電極ペースト７２をスクリーン印刷した（図２（ｃ）参照）。

（ｄ）ホットプレス焼成
ヒータ電極ペースト７１を挟むようにして第１及び第２の仮焼体６１，６２を重ね合わせると共に、静電電極ペースト７２を挟むようにして第２及び第３の仮焼体６２，６３を重ね合わせた。そして、その状態で黒鉛製の金型を用いてホットプレス焼成を行った。これにより、ヒータ電極ペースト７１が焼成されてヒータ電極１４となり、静電電極ペースト７２が焼成されて静電電極１６となり、各仮焼体６１〜６３が焼結し一体化してアルミナセラミックス基材１２となった（図２（ｄ）参照）。ホットプレス焼成は、真空雰囲気下、圧力２５０ｋｇｆ／ｃｍ²、最高温度１１７０℃で２時間保持することにより行った。

［比較例１］
上述した実施例１において電極ペーストを変更した以外は、実施例１と同様にして静電チャック１０を作製した。電極ペーストは、次のようにして調製した。すなわち、モリブデン粉末とチタン粉末とアルミナ粉末を、チタン含有量が５重量％、アルミナ含有量が２０重量％となるようにし、バインダとしてポリメタクリル酸メチルと溶媒としてテルピネオールを加えて混合することにより電極ペーストを調製した。

［比較例２］
上述した実施例１において電極ペーストを変更した以外は、実施例１と同様にして静電チャック１０を作製した。電極ペーストは、次のようにして調製した。すなわち、モリブデン粉末とアルミナ粉末をアルミナ含有量が２０重量％となるようにし、バインダとしてポリメタクリル酸メチルと溶媒としてテルピネオールを加えて混合することにより電極ペーストを調製した。

［評価］
・電気抵抗率の温度依存特性
電気抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）の測定は、実施例１及び比較例１，２に対応するテストピースを用いて測定した。テストピースのヒータ電極は、図４に示す形状に形成した。具体的には、円盤状のアルミナセラミック基材を４つの扇形領域（中心角９０°）に分割し、扇形領域ごとに７つのヒータ線ａ〜ｇと２つのダミー線とを形成した。各ヒータ線ａ〜ｇは、円弧に沿ってジグザグになるように形成し、両端には端子を設けた。各ヒータ線ａ〜ｇの端子は、アルミナセラミック基材１２を焼成する前に予め埋めておき、焼成後にセラミックを削って露出させた。ダミー線は、それぞれ所定半径の円弧に沿うように形成し、端子は設けなかった。基体中心からヒータ線ａ〜ｇの中央までの距離Ｄ、電極幅ｗ（ｍｍ）、電極長さＬ（ｍｍ）を表１に示す。各ヒータ線ａ〜ｇの電極厚みｔ（ｍｍ）は、表１に示さなかったが、焼成後のアルミナセラミック基材１２を切断した断面を用いて測定した。

各テストピースを恒温槽にセットした。そして、テストピースの温度が予め定めた設定温度になるようにした。設定温度は２０℃，４０℃，６０℃とした。また、設定温度ごとに、各ヒータ線ａ〜ｇの電気抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）を求めた。各ヒータ線ａ〜ｇの電気抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）は、焼成後、両端に設けた端子にプローブを当てて抵抗値Ｒ（Ω）を測定し、下記式により求めた。右辺で係数１０を乗じたのは、単位をΩ・ｍｍからΩ・ｃｍに換算したためである。実施例１及び比較例１について、基材中心からヒータ線中央までの距離Ｄと設定温度と電気抵抗率との関係を図５及び図６のグラフに示す。凡例の数値は距離Ｄ（ｍｍ）を表す。グラフの縦軸に用いた電気抵抗率ρは、４つの扇形領域の電気抵抗率ρの平均値を用いた。

ρ＝１０×（Ｒ×ｗ×ｔ）／Ｌ

実施例１及び比較例１では、それぞれ図５及び図６に示すように、各設定温度において電気抵抗率が小から大になるように距離Ｄを並べると、その順序は設定温度にかかわらず同じになった。したがって、ウエハＷの温度を制御しやすいといえる。一方、比較例２では、図示しないが、各設定温度において電気抵抗率が小から大になるように距離Ｄを並べると、その順序は設定温度によって変わってしまった（抵抗率温度依存性の逆転現象）。このような逆転現象が起きると、ウエハＷの温度を制御することが非常に煩雑となるため、好ましくない。

また、実施例１では各温度となるように制御したときの距離Ｄの抵抗率はバラツキが少なかったが、比較例１ではそのバラツキが大きかった。ここで、設定温度が２０℃のときの距離Ｄと抵抗との関係を示すグラフを図７及び図８に示す。図７は実施例１のグラフ、図８は比較例１のグラフである。これらのグラフからわかるように、実施例１では、２０℃での抵抗率は距離Ｄに関わらずほぼ一定であった（σ／Ａｖｅ．＝１．３×１０^-2）が、比較例１では、２０℃での抵抗率は距離Ｄによってばらついていた（σ／Ａｖｅ．＝３．４×１０^-2）。なお、σは全測定ポイントの標準誤差で、Ａｖｅは平均値である。

・均熱性
比較例１の試験体を真空チャンバ内に設置し、予め定めた基準点が６０℃になったときのセラミックスヒータ表面の温度分布をチャンバ外部から赤外線放射温度計（ＩＲカメラ）で測定した。得られた温度分布から温度の最大値と最小値との差△Ｔを均熱性の指標とした。その結果、均熱性（△Ｔ）は３．０℃であった。実験例１の均熱性（△Ｔ）は、比較例１の均熱性（△Ｔ）の値と図５，６のグラフから計算により求めたところ、２．０℃であった。このことから、実施例１の方が比較例１に比べて均熱性の点でも優れているといえる。

・色調
Ｌａｂ表色系の明度Ｌ＊を測定したところ、実施例１は７９．０、比較例１は７０．１であった。このことから、実施例１の方が比較例１に比べて白く明るいため、見栄えがよい。

なお、上述した第２の製造手順（図３参照）によって、実施例１に準じて静電チャックを作製したところ、実施例１と同等の性能を有する静電チャックが得られた。

本発明は、半導体製造装置用部材として利用可能である。

１半導体製造装置用部材、１０静電チャック、１２アルミナセラミック基材、１２ａウエハ載置面、１４ヒータ電極、１６静電電極、１８冷却板、２０冷媒通路、５１〜５３第１〜第３の成形体、６１〜６３第１〜第３の仮焼体、７１ヒータ電極ペースト、７２静電電極ペースト、８１仮焼ペースト、８２仮焼ペースト、Ｗウエハ。

Claims

セラミック基材にヒータ電極が埋設されたセラミックヒータであって、
前記ヒータ電極は、ＴｉＳｉ₂ を主成分とし、前記セラミック基材と同じ材料を含んでいる（但し、珪化ニッケルを含むものを除く）、
セラミックヒータ。
前記セラミック基材は、フッ化マグネシウムが入ったアルミナである、
請求項１に記載のセラミックヒータ。
（ａ）第１及び第２のセラミック成形体を、それぞれ、成形型にアルミナ粉末、焼結助剤としてのフッ化マグネシウム、溶媒、分散剤及びゲル化剤を含むスラリーを投入し、前記成形型内で前記ゲル化剤を化学反応させて前記スラリーをゲル化させたあと離型することにより作製する工程と、
（ｂ）前記第１及び第２のセラミック成形体を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１及び第２のセラミック仮焼体を得る工程と、
（ｃ）前記第１及び第２のセラミック仮焼体のいずれか一方の表面に、ＴｉＳｉ₂粉末にアルミナ粉末を添加したペーストを印刷する工程と、
（ｄ）前記印刷されたペーストを挟み込むようにして前記第１及び第２のセラミック仮焼体を重ね合わせた状態で１１２０〜１３００℃でホットプレス焼成する工程と、
を含むセラミックヒータの製法。
（ａ）第１及び第２のセラミック成形体を、それぞれ、成形型にアルミナ粉末、焼結助剤としてのフッ化マグネシウム、溶媒、分散剤及びゲル化剤を含むスラリーを投入し、前記成形型内で前記ゲル化剤を化学反応させて前記スラリーをゲル化させたあと離型することにより作製する工程と、
（ｂ）前記第１及び第２のセラミック成形体のいずれか一方の表面に、ＴｉＳｉ₂粉末にアルミナ粉末を添加したペーストを印刷する工程と、
（ｃ）前記第１及び第２のセラミック成形体を乾燥したあと脱脂し、更に仮焼することにより、第１及び第２のセラミック仮焼体を得る工程と、
（ｄ）前記ペーストが印刷されていた部分を挟み込むようにして前記第１及び第２のセラミック仮焼体を重ね合わせた状態で１１２０〜１３００℃でホットプレス焼成する工程と、
を含むセラミックヒータの製法。
前記ペーストは有機物を含有しており、前記ホットプレス焼成時の金型は炭素材料製である、
請求項３又は４に記載のセラミックヒータの製法。