JP7296351B2 - セラミックヒータ - Google Patents

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Description

本発明は、セラミックヒータに関する。
従来、静電チャック電極とヒータ電極とを埋設したセラミックス製のプレートと、このプレートにアルミニウムなどの金属からなる支持台とを接合した静電チャックヒータが知られている。静電チャックヒータは、ウエハを均一に加熱することが要求される。そのため、静電チャックヒータのうち温度が低くなる箇所（以下温度特異部と称する）については、温度特異部の周辺に配置するヒータ電極の幅や間隔を小さくすることで発熱量を増やすことが提案されている。例えば、特許文献１には、温度特異部周辺のヒータ電極の幅を小さくする静電チャックが記載されている。
特許第６５１０４４０号公報
しかしながら、温度特異部の周辺でヒータ電極の幅を小さくしすぎると断線のおそれがあるし、ヒータ電極の間隔を小さくしすぎるとショートのおそれがある。そのため、ヒータ電極の幅や間隔を小さくするのには限度があり、それほど発熱量を増やすことができなかった。このようにヒータ電極の幅や間隔の小さな部分の数が多くなると、プレート全体の均熱性を向上することが設計上困難にな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、温度特異部周辺の均熱設計を容易に行えるようにすることを主目的とする。
本発明のセラミックヒータは、
セラミックス製のプレートにヒータ電極が埋設されたセラミックヒータであって、
前記ヒータ電極のうち前記プレートの温度が低くなる温度特異部を取り囲む特異部周辺部分は、前記ヒータ電極のうち通常の部分と比べて、厚さが薄いものである。
このセラミックヒータでは、ヒータ電極のうちプレートの温度が低くなる温度特異部を取り囲む特異部周辺部分は、ヒータ電極のうち通常の部分と比べて、厚さが薄い。すなわち、特異部周辺部分では、ヒータ電極のうち通常の部分と比べて断面積が小さく抵抗が大きい。そのため、ヒータ電極へ電流を流したときの発熱量は、特異部周辺部分の方が通常の部分に比べて大きいため、温度特異部の温度が低くなるのを抑制することができる。したがって、プレートの温度特異部周辺の均熱設計を容易に行うことができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、ヒータ電極のうち通常の部分は、前記特異部周辺部分に隣接する部分としてもよい。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記特異部周辺部分のヒータ電極の幅は前記ヒータ電極のうち通常の部分の幅と等しいものとしてもよい。こうすれば、特異部周辺部分のヒータ電極の幅と通常の部分のヒータ電極の幅とが異なるものではないため、比較的容易にヒータ電極の配線を設計することができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記温度特異部は、前記プレートを貫通する貫通孔としてもよく、前記ヒータ電極は、前記貫通孔を取り囲むように配線された複数の抵抗発熱線部を有していてもよく、前記特異部周辺部分は、前記貫通孔を中心とした大きさの異なるｎ個（ｎは２以上の整数）の円状線を引き、前記貫通孔からｋ番目（ｋは１以上ｎ以下の整数）に近い前記抵抗発熱線部のうちｋ番目に小さい前記円状線に含まれる部分をｋ番目の小領域としたときに、１～ｎ番目の小領域を集めた領域としてもよい。こうすれば、局所的に通常の部分よりも大きい発熱量を得ることができる。なお、複数の抵抗発熱線部のそれぞれは、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線された同じ抵抗発熱線の一部であってもよいし、異なる抵抗発熱線の一部であってもよい。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記温度特異部は、前記ヒータ電極のうち互いに向かい合い離れて配置された一対の端子を結んだ中点としてもよく、前記ヒータ電極は、複数の抵抗発熱線部を有し、前記複数の抵抗発熱線部には、前記一対の端子のそれぞれから互いに逆向きに延びる抵抗発熱線部と、前記一対の端子の周辺に設けられた１以上の抵抗発熱線部とが含まれていてもよく、前記特異部周辺部分は、前記中点を中心とした大きさの異なるｎ個（ｎは２以上の整数）の円状線を引き、前記中点からｋ番目（ｋは１以上ｎ以下の整数）に近い前記抵抗発熱線部のうちｋ番目に小さい前記円状線に含まれる部分をｋ番目の小領域としたときに、１～ｎ番目の小領域を集めた領域としてもよい。こうすれば、局所的に通常の部分よりも大きい発熱量を得ることができる。なお、抵抗発熱線部は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線された同じ抵抗発熱線の一部であってもよいし、異なる抵抗発熱線の一部であってもよい。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記特異部周辺部分のｍ番目（ｍは１以上（ｎ－１）以下の整数）の小領域は、（ｍ＋１）番目の小領域よりも薄いものとしてもよい。こうすれば、特異部周辺部分のうち温度特異部から遠い部分の発熱量は、特異部周辺部分のうち温度特異部から近い部分の発熱量よりも小さくなる。そのため、均熱設計をより容易に行うことができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記円状線は、円、楕円、又は長円としてもよい。こうすれば、円状線は比較的簡単な形状であるため、比較的容易に特異部周辺部分を形成することができる。なお、長円とは、四角形の互いに向かい合う２辺にその辺を直径とする半円を結合させた形状をいう。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記ヒータ電極は、複数の抵抗発熱層を積層した構造を有していてもよく、前記特異部周辺部分は、前記通常の部分と比べて前記抵抗発熱層の積層数が少ないものとしてもよい。こうすれば、特異部周辺部分を比較的簡単に作製することができる。
静電チャックヒータ１０の斜視図。 図１のＡ－Ａ断面図。 ヒータ電極１６を平面視したときの説明図。 図３のＢ－Ｂ断面図。 図３のＤ－Ｄ断面図。 プレート１２の製造工程図。 第１～第３抵抗発熱線部８１～８３の配線の変形例を説明する説明図。 第１～第３抵抗発熱線部９１～９３の配線の変形例を説明する説明図。 特異部周辺部分Ｓ２の変形例を示す説明図。 特異部周辺部分Ｓ１の変形例を示す断面図。 特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２の変形例を示す説明図。 特異部周辺部分Ｓ１の変形例を説明する説明図。
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の静電チャックヒータ１０の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ断面図、図３はヒータ電極１６を平面視したときの説明図、図４は図３のＢ－Ｂ断面図、図５は図３のＤ－Ｄ断面図である。
静電チャックヒータ１０は、プレート１２と、冷却板２０と、複数の貫通孔２４とを備えている。
プレート１２は、ウエハＷを上面に載置可能なセラミックス製（例えばアルミナ製や窒化アルミニウム製）の円板であり、静電電極１４とヒータ電極１６とを内蔵している。
静電電極１４は、円形の薄膜形状に形成されている。この静電電極１４には、図示しない棒状端子が電気的に接続されている。棒状端子は、静電電極１４の下面からプレート１２を経たあと電気的に絶縁された状態で冷却板２０を通って下方に延び出している。プレート１２のうち静電電極１４より上側の部分は、誘電体層として機能する。
ヒータ電極１６は、図３に示すように、平面視で帯状のラインである。帯状のラインは、特に限定するものではないが、例えば幅０．１～１０ｍｍ、厚み０．００１～０．１ｍｍ、線間距離０．１～５ｍｍに設定されていてもよい。このヒータ電極１６は、プレート１２のうちの外周部において一端に設けられた端子１６２ａから他端に設けられた端子１６２ｂまで一筆書きの要領で抵抗発熱線が配線された外周ヒータ電極１６２と、プレート１２のうちの中央部において一端に設けられた端子１６４ａから他端に設けられた端子１６４ｂまで一筆書きの要領で抵抗発熱線が配線された中央ヒータ電極１６４とを備えている。外周ヒータ電極１６２は、線幅及び線間間隔が中央ヒータ電極１６４よりも狭くなっている。いずれのヒータ電極１６２，１６４も縦断面をみると複数の抵抗発熱層が積層された構造となっている。端子１６２ａ，１６２ｂは、それぞれ、プレート１２の下面から冷却板２０を通って下方に延び出した図示しない給電棒に接続され、給電棒を介して図示しない外周ヒータ電源に接続されている。端子１６４ａ，１６４ｂは、それぞれ、プレート１２の下面から冷却板２０を通って下方に延び出した図示しない給電棒に接続され、給電棒を介して図示しない中央ヒータ電源に接続されている。また、これらの給電棒は、冷却板２０と電気的に絶縁されている。
冷却板２０は、プレート１２の裏面にシリコーン樹脂からなる接合層１８を介して接合されている。この冷却板２０は、金属製（例えばアルミニウム製）であり、冷媒（例えば水）が通過可能な冷媒通路２２を内蔵している。この冷媒通路２２は、プレート１２の全面にわたって冷媒が通過するように形成されている。なお、冷媒通路２２には、冷媒の供給口と排出口（いずれも図示せず）が設けられている。
複数の貫通孔２４は、プレート１２、接合層１８及び冷却板２０を厚さ方向に貫通している。静電電極１４やヒータ電極１６は、貫通孔２４の内周面に露出しないように設計されている。本実施形態では、貫通孔２４は、図示しないリフトピンを上下動可能に挿入するためのピン孔である。リフトピンは、プレート１２の上面よりも下方へ没入した没入位置と上面よりも上方へ突出した突出位置のいずれかに位置決めされる。リフトピンが没入位置から突出位置へ上昇するとプレート１２の上面に載置されたウエハＷはプレート１２の上面よりも上方へ持ち上げられる。各貫通孔２４のうち冷却板２０を貫通する冷却板貫通部分には、絶縁管２６が挿入されている。絶縁管２６は、例えばアルミナなどの絶縁材が筒状に形成されたものである。
ここで、中央ヒータ電極１６４について詳細に説明する。中央ヒータ電極１６４は、図３に示すように、３つの貫通孔２４を取り囲むように配線されている。貫通孔２４の周縁と中央ヒータ電極１６４のうち貫通孔２４に最も近接する箇所との距離は、例えば０．１～５ｍｍに設定されており、プレート１２のうち貫通孔２４が設けられた箇所は、プレート１２の温度が低くなる。そのため、ここでは貫通孔２４を温度特異部Ｔ１とする。温度特異部Ｔ１の周辺には、温度特異部Ｔ１を取り囲むように、通常の部分Ｎよりも発熱量の大きい特異部周辺部分Ｓ１が設けられている。ここで、中央ヒータ電極１６４のうち、温度特異部Ｔ１から１番目に近いものを第１抵抗発熱線部８１、温度特異部Ｔ１から２番目に近いものを第２抵抗発熱線部８２、温度特異部Ｔ１から３番目に近いものを第３抵抗発熱線部８３と称するものとする。特異部周辺部分Ｓ１は、複数の小領域（本実施形態では、第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３の３つの小領域）を集めた領域である。図３に示すように、第１小領域Ｓ１１は、第１の円状線、具体的には貫通孔２４を中心とした第１円Ｃ１を引いた際に、第１抵抗発熱線部８１のうち第１円Ｃ１に含まれる領域である。第２小領域Ｓ１２は、第２の円状線、具体的には貫通孔２４を中心とし第１円Ｃ１よりも大きい第２円Ｃ２を引いた際に、第２抵抗発熱線部８２のうち第２円Ｃ２に含まれる領域である。第３小領域Ｓ１３は第３の円状線、具体的には、貫通孔２４を中心とし第１円Ｃ１及び第２円Ｃ２よりも大きい第３円Ｃ３を引いた際に、第３抵抗発熱線部８３のうち第３円Ｃ３に含まれる領域である。中央ヒータ電極１６４のうち、特異部周辺部分Ｓ１を構成する第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３におけるヒータ電極の幅は、第１～第３抵抗発熱線部８１～８３の通常の部分Ｎの幅と、同じ幅である。
中央ヒータ電極１６４のうち、特異部周辺部分Ｓ１を構成する第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３は、図４に示すように、３つの抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ３で構成されている。一方、中央ヒータ電極１６４のうち通常の部分Ｎは、図５に示すように、４つの抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ４により構成されている。すなわち、特異部周辺部分Ｓ１では、通常の部分Ｎよりも、中央ヒータ電極１６４の厚さが薄い。そのため、特異部周辺部分Ｓ１では、通常の部分Ｎと比べて断面積が小さくなり、通常の部分Ｎと比べて抵抗が大きくなる。そのため、特異部周辺部分Ｓ１では、端子１６４ａと端子１６４ｂとの間に電圧をかけたときの発熱量は、通常部分Ｎの発熱量より大きくなる。
端子１６４ａと端子１６４ｂとが向かい合う部分には、ヒータ電極が配線されないため、プレート１２の温度が低くなる。端子１６４ａと端子１６４ｂとを結んだ線分の中点Ｍは特にプレート１２の温度が低くなるため、ここでは、中点Ｍを温度特異部Ｔ２とする。温度特異部Ｔ２の周辺には、温度特異部Ｔ２を取り囲むように、通常の部分Ｎよりも発熱量の大きい特異部周辺部分Ｓ２が設けられている。ここで、中央ヒータ電極１６４のうち、中点Ｍに１番近く端子１６４ａ，１６４ｂのそれぞれから中点Ｍの反対側に延びだしている部分を第１抵抗発熱線部９１、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２のうち、一対の端子１６４ａ，１６４ｂの周囲に設けられ、中点Ｍから２番目に近いものを第２抵抗発熱線部９２、３番目に近いものを第３抵抗発熱線部９３と称するものとする。特異部周辺部分Ｓ２は、複数の小領域（本実施形態では、第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３の３つの小領域）を集めた領域である。第１小領域Ｓ２１は、図３に示すように、第１の円状線、具体的には中点Ｍを中心とした第１楕円Ｅ１を引いた際に、第１抵抗発熱線部９１のうち第１楕円Ｅ１に含まれる領域である。第２小領域Ｓ２２は、第２の円状線、具体的には中点Ｍを中心とし第１楕円Ｅ１よりも大きい第２楕円Ｅ２を引いた際に、第２抵抗発熱線部９２のうち第２楕円Ｅ２に含まれる領域である。第３小領域Ｓ２３は、第３の円状線、具体的には中点Ｍを中心とし第１楕円Ｅ１及び第２楕円Ｅ２よりも大きい第３楕円Ｅ３を引いた際に、第３抵抗発熱線部９３のうち第３楕円Ｅ３に含まれる領域である。また、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２のうち、特異部周辺部分Ｓ２を構成する第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３におけるヒータ電極の幅は、第１～第３抵抗発熱線部９１～９３の通常の部分Ｎの幅と、同じ幅である。
中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２のうち、特異部周辺部分Ｓ２を構成する第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３は、３つの抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ３で構成されている。また、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２のうち通常の部分Ｎは、４つの抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ４により構成されている。すなわち、特異部周辺部分Ｓ２では、通常の部分Ｎよりも、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２の厚さが薄い。そのため、特異部周辺部分Ｓ２では、通常の部分Ｎと比べて断面積が小さくなり、通常の部分Ｎと比べて抵抗が大きくなる。そのため、特異部周辺部分Ｓ２では、端子１６４ａと端子１６４ｂとの間及び端子１６２ａと端子１６２ｂとの間に電圧をかけたときの発熱量は、通常の部分Ｎの発熱量より大きくなる。
次に、本実施形態の静電チャックヒータ１０の使用例について説明する。この静電チャックヒータ１０のプレート１２の表面にウエハＷを載置し、静電電極１４とウエハＷとの間に電圧を印加することによりウエハＷを静電気的な力によってプレート１２に吸着する。この状態で、ウエハＷにプラズマＣＶＤ成膜を施したりプラズマエッチングを施したりする。また、ヒータ電極１６に電圧を印加してウエハＷを加熱したり、冷却板２０の冷媒通路２２に冷媒を循環してウエハＷを冷却したりすることにより、ウエハＷの温度を一定に制御する。ヒータ電極１６に電圧を印加する際には、端子１６２ａと端子１６２ｂとの間に電圧を印加すると共に、端子１６４ａと端子１６４ｂとの間に電圧を印加する。すると、外周ヒータ電極１６２及び中央ヒータ電極１６４はそれぞれ発熱してウエハＷを加熱する。外周ヒータ電極１６２は、線幅及び線間間隔が中央ヒータ電極１６４よりも狭くなっている。そのため、外周側の方が中央側よりも発熱量が大きくなる。これは、プレート１２の外周側では側面からも放熱する分、中央側と比べて温度が低くなりやすいことを考慮したためである。また、中央ヒータ電極１６４のうち温度特異部Ｔ１（貫通孔２４）を取り囲む特異部周辺部分Ｓ１は、通常の部分Ｎよりも抵抗が大きい。そのため、中央ヒータ電極１６４の発熱量は、特異部周辺部分Ｓ１の方が通常の部分Ｎに比べて大きくなる。これは、貫通孔２４には中央ヒータ電極１６４を形成することができないため、プレート１２のうち貫通孔２４が設けられた箇所は温度が低くなりやすいことを考慮したためである。更に、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２のうち温度特異部Ｔ２（中点Ｍ）を取り囲む特異部周辺部分Ｓ２は、通常の部分Ｎよりも抵抗が大きい。そのため、中央ヒータ電極１６４及び外周ヒータ電極１６２の発熱量は、特異部周辺部分Ｓ２の方が通常の部分Ｎに比べて大きくなる。そして、ウエハＷの処理が終了したあと、静電電極１４とウエハＷとの間の電圧をゼロにして静電気的な力を消失させ、貫通孔２４に挿入されているリフトピン（図示せず）を突き上げてウエハＷをプレート１２の表面から上方へリフトピンにより持ち上げる。その後、リフトピンに持ち上げられたウエハＷは搬送装置（図示せず）によって別の場所へ搬送される。
次に、静電チャックヒータ１０のプレート１２の製造手順について説明する。図６は、プレート１２の製造工程図である。
（ａ）成形体の作製（図６（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、分子内において、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、反応性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６（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）電極用ペーストの印刷（図６（ｃ）参照）
第１の仮焼体６１の片面にヒータ電極用ペースト７１を印刷し、第３の仮焼体６３の片面に静電電極用ペースト７２をスクリーン印刷する。両ペースト７１，７２は、いずれも、アルミナセラミック粉末とモリブデン粉末とチタン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。
ヒータ電極用ペースト７１を印刷する場合、まず、ヒータ電極１６の配線パターンと同形状のパターンに打ち抜かれたマスクを用意し、第１の仮焼体６１の片面にこのマスクを被せてヒータ電極用ペースト７１を印刷する。この作業を繰り返し行うことにより、抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ３になるヒータ用電極ペースト７１の印刷が終了する。次に、ヒータ電極１６の配線パターンと同じ形状のパターンに打ち抜かれているものの、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２が打ち抜かれていないマスクに交換して、ヒータ電極用ペースト７１を印刷する。これにより、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２では、抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ３となるヒータ電極用ペースト７１が印刷されるものの、抵抗発熱層Ｌ４となるヒータ電極用ペースト７１は印刷されない。一方、通常の部分Ｎでは抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ４になるヒータ電極用ペースト７１が印刷される。
（ｄ）ホットプレス焼成（図６（ｄ）参照）
印刷されたヒータ電極用ペースト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用ペースト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、その状態でホットプレス焼成する。これにより、ヒータ電極用ペースト７１が焼成されてヒータ電極１６となり、静電電極用ペースト７２が焼成されて静電電極１４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体となる。その後、このアルミナセラミックス基体に研削加工又はブラスト加工を施すことにより所望の形状、厚みに調整し、機械加工を施すことにより貫通孔２４を形成し、プレート１２を得る。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。
以上詳述した本実施形態の静電チャックヒータ１０によれば、ヒータ電極１６のうちプレート１２の温度が低くなる温度特異部Ｔ１，Ｔ２を取り囲む特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２は、ヒータ電極１６のうち通常の部分Ｎと比べて、厚さが薄い。すなわち、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２では、ヒータ電極のうち通常の部分Ｎと比べて断面積が小さく抵抗が大きい。そのため、ヒータ電極１６の端子間に電圧をかけたときの発熱量は、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２の方が通常の部分Ｎに比べて大きいため、温度特異部Ｔ１，Ｔ２の温度が低くなるのを抑制することができる。したがって、プレート１２の温度特異部Ｔ１，Ｔ２の均熱設計を容易に行うことができる。
また、静電チャックヒータ１０では、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２のヒータ電極１６の幅はヒータ電極１６のうち通常の部分Ｎの幅と等しい。そのため、比較的容易にヒータ電極１６の配線を設計することができる。
更に、静電チャックヒータ１０では、温度特異部Ｔ１は、プレート１２を貫通する貫通孔２４であり、中央ヒータ電極１６４は、貫通孔２４を取り囲むように配線された第１～第３抵抗発熱線部８１～８３を有している。特異部周辺部分Ｓ１は、貫通孔２４を中心とした大きさの異なる３個の円状線を引き、貫通孔２４からｋ番目（ｋは１以上３以下の整数）に近い第１～第３抵抗発熱線部８１～８３のうちｋ番目に小さい円状線に含まれる部分をｋ番目の小領域としたときに、第１～３第小領域Ｓ１１～Ｓ１３を集めた領域である。そのため、特異部周辺部分Ｓ１は局所的に通常の部分Ｎよりも大きい発熱量を得ることができる。
そして、静電チャックヒータ１０では、温度特異部Ｔ２は、ヒータ電極１６のうち互いに向かい合い離れて配置された一対の端子を結んだ中点Ｍであり、ヒータ電極１６は、複数の抵抗発熱線部９１～９３を有する。第１抵抗発熱線部９１は、一対の端子のそれぞれから互いに逆向きに延びている。第２及び第３抵抗発熱線部９２，９３は、一対の端子の周辺に設けられている。特異部周辺部分Ｓ２は、中点Ｍを中心とした大きさの異なる３個の円状線を引き、中点からｋ番目（ｋは１以上３以下の整数）に近い第１～第３抵抗発熱線部９１～９３のうちｋ番目に小さい円状線に含まれる部分をｋ番目の小領域としたときに、第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３を集めた領域である。そのため、特異部周辺部分Ｓ２は局所的に通常の部分Ｎよりも大きい発熱量を得ることができる。
更にまた、静電チャックヒータ１０では、円状線は、円又は楕円である。円状線は比較的簡単な形状であるため、比較的容易に特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２を形成することができる。
そしてまた、静電チャックヒータ１０では、ヒータ電極１６は、複数の抵抗発熱層を積層した構造を有しており、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２は、通常の部分Ｎと比べて抵抗発熱層の積層数が少ない。そのため、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２を比較的簡単に作製することができる。
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、第１抵抗発熱線部８１は、貫通孔２４の外側に迂回する形状であったが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、第１抵抗発熱線部８１は貫通孔２４の内側と外側の両側に迂回した後、一体化する形状としてもよい。なお、図７では、図３と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
上述した実施形態では、第１抵抗発熱線部９１は、端子１６４ａ，１６４ｂのそれぞれから中点Ｍとは反対側に延び出していたが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、端子１６４ａ，１６４ｂのそれぞれから中点Ｍに向かう方向に延び出し、二手に分裂し、分裂した第１抵抗発熱線部９１のそれぞれが半周ずつ端子１６４ａ，１６４ｂを取り囲んだあと、中点Ｍとは反対側で一体化する形状としてもよい。この場合、第２及び第３抵抗発熱線部９２，９３は、図８に示すように、端子１６４ａ，１６４ｂを迂回する形状としてもよい。なお、図８では、図３と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
上述した実施形態では、特異部周辺部分Ｓ２を構成する第２小領域Ｓ２２は、第２抵抗発熱線部９２のうち、１つの第２楕円Ｅ２に含まれる領域としたが、これに限定されない。例えば、図９に示すように、第２小領域Ｓ２２は、第２抵抗発熱線部９２のうち、第２楕円Ｅ２及び中点Ｍを通り端子を結ぶ線分の垂線Ｌ上に中心を有し、第２楕円Ｅ２と同じ大きさの第４楕円Ｅ４に含まれる領域としてもよい。なお、図９では、図３と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
上述した実施形態では、特異部周辺部分Ｓ１の第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３においてヒータ電極１６の厚さは等しいものとしたが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、特異部周辺部分Ｓ１の第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３において、第３小領域Ｓ１３よりも第２小領域Ｓ１２の厚さが薄く、第２小領域Ｓ１２よりも第１小領域Ｓ１１の厚さを薄くしてもよい。こうすれば、特異部周辺部分Ｓ１のうち温度特異部Ｔ１から遠い部分の発熱量は、特異部周辺部分Ｓ１のうち温度特異部Ｔ１から近い部分の発熱量よりも小さくなる。そのため、均熱設計をより容易に行うことができる。また、特異部周辺部分Ｓ２の第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３において、第３小領域Ｓ２３よりも第２小領域Ｓ２２の厚さが薄く、第２小領域Ｓ２２よりも第１小領域Ｓ２１の厚さを薄くしてもよい。なお、図１０では、図４と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
上述した実施形態では、特異部周辺部分Ｓ１は、貫通孔２４を中心とした第１～第３円Ｃ１～Ｃ３を引き、それらに基づいて設定された第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３の集合とした。また、上述した実施形態では、特異部周辺部分Ｓ２は、中点Ｍを中心とした第１～第３楕円Ｅ１～Ｅ３を引き、それらに基づいて設定された第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３の集合とした。しかし、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２は、これに限定されない。例えば、特異部周辺部分Ｓ１は、貫通孔２４を中心とした長円又は楕円を複数引き、それらに基づいて設定された第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３の集合としてもよいし、特異部周辺部分Ｓ２は、中点Ｍを中心とした円又は長円を複数引き、それらに基づいて設定された第１～第３小領域Ｓ２１～Ｓ２３の集合としてもよい。あるいは、図１１に示すように、特異部周辺部分Ｓ１は、第１～第３抵抗発熱線部８１～８３のうち、プレート１２の温度が均一になるように貫通孔２４を取り囲んだ任意の第１及び第２小領域Ｓ３１，Ｓ３２の集合としてもよいし、特異部周辺部分Ｓ２は、第１～第３抵抗発熱線部９１～９３のうち、プレート１２の温度が均一になるように中点Ｍを取り囲んだ任意の第１及び第２小領域Ｓ４１，Ｓ４２の集合としてもよい。なお、図１１では、図３と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
上述した実施形態では、第１～第３抵抗発熱線部８１～８３は、等間隔で配線されていたが、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、第１抵抗発熱線部８１に隣合うように、第１抵抗発熱線部８１からの異なる距離に２つの抵抗発熱線部が設けられていてもよい。上述した実施形態と同様に、温度特異部Ｔ１から２番目に近い抵抗発熱線部（２つの抵抗発熱線部のうち、第１抵抗発熱線部からの距離が近い方）が第２抵抗発熱線部８２であり、温度特異部Ｔ１から３番目に近い抵抗発熱線部（２つの抵抗発熱線部のうち、第１抵抗発熱線部からの距離が遠い方）が第３抵抗発熱線部８３である。この場合、特異部周辺部分Ｓ１は、第１～第３小領域Ｓ５１～Ｓ５３の３つの小領域を集めた領域である。第１小領域Ｓ５１は、貫通孔２４を中心とした第１円Ｃ１を引いた際に、第１抵抗発熱線部８１のうち、第１円Ｃ１に含まれる部分であり、第２小領域Ｓ５２は、貫通孔２４を中心とした第２円Ｃ２を引いた際に、第２抵抗発熱線部８２のうち、第２円Ｃ２に含まれる部分であり、第３小領域Ｓ５３は、貫通孔２４を中心とした第３円Ｃ３を引いた際に、第３抵抗発熱線部８３のうち、第３円Ｃ３に含まれる部分である。なお、図１２では、図３と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、上述した実施形態では、プレート１２を外周ゾーンと中央ゾーンの２つに分けてヒータ電極１６をゾーンごとに設けた（つまり外周ヒータ電極１６２と中央ヒータ電極１６４を設けた）が、２つのゾーンに分けることなくプレート１２全体にヒータ電極１６を設けてもよいし、３つ以上のゾーンに分けてヒータ電極１６をゾーンごとに設けてもよい。
上述した実施形態では、貫通孔２４としてリフトピンを挿通するピン孔を例示したが、特にピン孔に限定されるものではない。例えば、貫通孔２４は、プレート１２の上面に載置されたウエハＷの裏面に冷却ガスを供給してウエハＷを冷却するためのガス供給孔であってもよい。
上述した実施形態では、ヒータ電極用ペースト７１や静電電極用ペースト７２をスクリーン印刷したが、特にこれに限定されない。例えば、スクリーン印刷の代わりにＰＶＤやＣＶＤ、メッキ等を用いてもよい。
上述した実施形態では、図６に示した製法によりプレート１２を作製したが、特にこれに限定されない。例えば、上述した実施形態ではスラリーをゲル化することで第１～第３の成形体５１～５３を作製したが、グリーンシートを積層することで第１～第３の成形体５１～５３を作製してもよい。あるいは、第１～第３の成形体５１～５３を仮焼する工程を省略し、第１の成形体５１にヒータ電極用ペースト７１を印刷すると共に第３の成形体５３に静電電極用ペースト７２を印刷し、その後、第１～第３の成形体５１～５３をホットプレス焼成してもよい。あるいは、第１の仮焼体６１を焼成した第１の焼成体にヒータ電極用ペースト７１を印刷したものを印刷面が上になるように金型に入れ、その上にセラミックス造粒顆粒を所定の厚さになるように敷き詰め、その上に第３の仮焼体６３を焼成した第３の焼成体に静電電極用ペースト７２を印刷したものを印刷面が下になるように載せ、金型の上下から加圧してホットプレス焼成を行うことでプレート１２を作製してもよい。
上述した実施形態では、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２を第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３，Ｓ２１～Ｓ２３の集合としたが、これに限定されない。例えば、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２を、２つの小領域の集合としてもよいし、４つ以上の小領域の集合としてもよい。
上述した実施形態では、中点Ｍを温度特異部Ｔ２としたが、中点Ｍに加えて又は代えて、端子１６２ａと端子１６２ｂとを結ぶ線分の中点を温度特異部とし、特異部周辺部分Ｓ１又はＳ２と同様にして特異部周辺部分を形成してもよい。
上述した実施形態では、第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３，Ｓ２１～Ｓ２３の幅は、通常の部分Ｎと同じ幅であったが、これに限定されない。例えば、第１～第３小領域Ｓ１１～Ｓ１３，Ｓ２１～Ｓ２３の幅は、通常の部分Ｎの幅よりも小さくしてもよいし、通常の部分Ｎの幅よりも大きくしてもよい。
上述した実施形態では、抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ３となるヒータ電極用ペースト７１を印刷した後に、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２が打ち抜かれていないマスクを用いて、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２に抵抗発熱層Ｌ４となるヒータ電極用ペースト７１を印刷しないことで特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２におけるヒータ電極１６の厚さを薄くしたが、これに限定されない。例えば、ヒータ電極１６の配線パターンと同形状のパターンに打ち抜かれたマスクを用いて、抵抗発熱層Ｌ１～Ｌ４となる電極用ペースト７１を印刷した後、レーザートリミングにより、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２におけるヒータ電極１６の厚さを薄くしてもよい。
上述した実施形態では、ヒータ電極１６の縦断面は複数の抵抗発熱層を積層した構造としたが、単層の抵抗発熱層としてもよい。この場合も、特異部周辺部分Ｓ１，Ｓ２では、通常の部分Ｎよりもヒータ電極１６の厚さを薄くする。単層の抵抗発熱層は、単層の抵抗発熱原料層を焼成して作製してもよいし、複数の抵抗発熱原料層を積層したものを焼成して各抵抗発熱原料層が渾然一体（つまり単層）になるように作製してもよい。
１０ 静電チャックヒータ、１２ プレート、１４ 静電電極、１６ ヒータ電極、１８ 接合層、２０ 冷却板、２２ 冷媒通路、２４ 貫通孔、２６ 絶縁管、５１～５３ 第１～第３の成形体、６１～６３ 第１～第３の仮焼体、７１ ヒータ電極用ペースト、７２ 静電電極用ペースト、８１，９１ 第１抵抗発熱線部、８２，９２ 第２抵抗発熱線部、８３，９３ 第３抵抗発熱線部、１６２ 外周ヒータ電極、１６４ 中央ヒータ電極、１６２ａ，１６２ｂ，１６４ａ，１６４ｂ 端子、Ｃ１ 第１円、Ｃ２ 第２円、Ｃ３ 第３円、Ｅ１ 第１楕円、Ｅ２ 第２楕円、Ｅ３ 第３楕円、Ｅ４ 第４楕円、Ｓ１，Ｓ２ 特異部周辺部分、Ｌ 垂線、Ｌ１～Ｌ４ 抵抗発熱層、Ｍ 中点、Ｎ 通常の部分、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１，Ｓ５１ 第１小領域、Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２，Ｓ５２ 第２小領域、Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ５３ 第３小領域、Ｔ１，Ｔ２ 温度特異部。

Claims (5)

  1. セラミックス製のプレートにヒータ電極が埋設されたセラミックヒータであって、
    前記ヒータ電極のうち互いに向かい合い離れて配置された一対の端子を結んだ中点である温度特異部を取り囲む特異部周辺部分は、前記ヒータ電極のうち通常の部分と比べて、厚さが薄く、
    前記ヒータ電極は、複数の抵抗発熱線部を有し、前記複数の抵抗発熱線部には、前記一対の端子のそれぞれから互いに逆向きに延びる抵抗発熱線部と、前記一対の端子の周辺に設けられた１以上の抵抗発熱線部とが含まれ、
    前記特異部周辺部分は、前記中点を中心とした大きさの異なるｎ個（ｎは２以上の整数）の円状線を引き、前記中点からｋ番目（ｋは１以上ｎ以下の整数）に近い前記抵抗発熱線部のうちｋ番目に小さい前記円状線に含まれる部分をｋ番目の小領域としたときに、１～ｎ番目の小領域を集めた領域であり、
    前記特異部周辺部分のｍ番目（ｍは１以上（ｎ－１）以下の整数）の小領域は、（ｍ＋１）番目の小領域よりも薄い、
    セラミックヒータ。
  2. 前記ヒータ電極のうち通常の部分は、前記特異部周辺部分に隣接する部分である、
    請求項１に記載のセラミックヒータ。
  3. 前記ヒータ電極のうち前記特異部周辺部分の幅は、前記ヒータ電極のうち通常の部分の幅と等しい、
    請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
  4. 前記円状線は、円、楕円、又は長円である、
    請求項１～３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  5. 前記ヒータ電極は、複数の抵抗発熱層を積層した構造を有し、
    前記特異部周辺部分は、前記通常の部分と比べて前記抵抗発熱層の積層数が少ない、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
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