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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023176712
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】セラミックスヒータ
(51)【国際特許分類】
H05B 3/74 20060101AFI20231206BHJP
【ＦＩ】
H05B3/74
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022089144
(22)【出願日】2022-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099793
【弁理士】
【氏名又は名称】川北 喜十郎
(74)【代理人】
【識別番号】100154586
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 正広
(72)【発明者】
【氏名】北林 徹夫
(72)【発明者】
【氏名】下嶋 浩正
【テーマコード（参考）】
3K092
【Ｆターム（参考）】
3K092PP20
3K092QA05
3K092QB02
3K092QB26
3K092QB45
3K092QB74
3K092RF03
3K092RF11
3K092RF19
3K092RF27
3K092VV31
3K092VV34
(57)【要約】
【課題】セラミックス基材の下面と接合用凸部との境界の隅部において、熱応力によりクラックが発生することを抑制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に埋設された電極１２０（ヒータ電極１２２及び静電吸着用電極１２４）とを備えている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下方に突出する接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４には、円筒状のシャフト１３０が接合されている。鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。
【選択図】 図５
【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に埋設された電極１２０（ヒータ電極１２２及び静電吸着用電極１２４）とを備えている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下方に突出する接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４には、円筒状のシャフト１３０が接合されている。鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。
【選択図】 図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面、前記上面と上下方向において対向する下面、及び、前記下面から下方に突出する凸部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発熱体と、
前記セラミックス基材の前記凸部に接合された円筒状のシャフトと、を備え、
前記凸部の側面の中心線平均粗さＲａ１と、前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａ２とがいずれも０．１μｍ以下であることを特徴とするセラミックスヒータ。
前記セラミックス基材に埋設された発熱体と、
前記セラミックス基材の前記凸部に接合された円筒状のシャフトと、を備え、
前記凸部の側面の中心線平均粗さＲａ１と、前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａ２とがいずれも０．１μｍ以下であることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項2】
前記凸部の前記側面には、幅３μｍよりも大きいマイクロクラック及び幅３μｍよりも大きいスクラッチ痕がないことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項3】
前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との前記境界のＲ面取り寸法又はＣ面取り寸法が１ｍｍ未満である請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項4】
前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との前記境界のＲ面取り寸法又はＣ面取り寸法が１ｍｍ未満である請求項２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項5】
前記凸部の下面には、前記凸部の下面から上方に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項１に記載のセラミックスヒータ。
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項6】
前記凸部の下面には、前記凸部の下面から上方に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項２に記載のセラミックスヒータ。
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項7】
前記凸部の下面には、前記凸部の下面から上方に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項３に記載のセラミックスヒータ。
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項３に記載のセラミックスヒータ。
【請求項8】
前記凸部の下面には、前記凸部の下面から上方に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項４に記載のセラミックスヒータ。
前記凹部の中心線平均粗さが２．０μｍ以下である請求項４に記載のセラミックスヒータ。
【請求項9】
前記シャフトは、前記凸部と同径であって、前記凸部と接合される接合部分を有し、
前記凸部の前記側面の前記中心線平均粗さＲａ１と、前記シャフトの前記接合部分の側面の中心線平均粗さＲａ３との比Ｒａ１／Ｒａ３が０．０１以上０．９以下である請求項１～８のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ。
前記凸部の前記側面の前記中心線平均粗さＲａ１と、前記シャフトの前記接合部分の側面の中心線平均粗さＲａ３との比Ｒａ１／Ｒａ３が０．０１以上０．９以下である請求項１～８のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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（板状セラミック体）と、セラミックス基材を支持するシャフト（セラミック筒状支持体）と、セラミックス基材の下面から突出してシャフトと接合される接合用凸部（凸状部）とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－２２４０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のセラミックスヒータにおいては、セラミックス基材に設けられた接合用凸部と、シャフト上部の接合部との外表面の表面粗さ（中心線平均粗さ）を２μｍ以下にすることにより、接合用凸部とシャフト上部の接合部との接合部分の剥離などが生じることを抑制している。しかしながら、本発明者らの知見によれば、セラミックスヒータの加熱冷却を繰り返したり、高い温度での加熱を行ったりした場合に、セラミックス基材の下面と接合用凸部との境界の隅部において、熱応力によりクラックが発生するおそれがあることが分かった。
【0005】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、基体の下面と接合用凸部との境界の隅部において、熱応力によりクラックが発生することを抑制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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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、及び、前記下面から下方に突出する凸部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発熱体と、
前記セラミックス基材の前記凸部に接合された円筒状のシャフトと、を備え、
前記凸部の側面の中心線平均粗さＲａ１と、前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａ２とがいずれも０．１μｍ以下であることを特徴とするセラミックスヒータが提供される。
前記セラミックス基材に埋設された発熱体と、
前記セラミックス基材の前記凸部に接合された円筒状のシャフトと、を備え、
前記凸部の側面の中心線平均粗さＲａ１と、前記セラミックス基材の前記下面の、前記凸部との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａ２とがいずれも０．１μｍ以下であることを特徴とするセラミックスヒータが提供される。
【発明の効果】
【0007】
凸部の側面の中心線平均粗さＲａ１と、セラミックス基材の下面の、凸部との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａ２とを０．１μｍ以下としている。これにより、鏡面研磨領域（凸部の側面、及び、セラミックス基材の下面の、凸部との境界から５ｍｍ以内の領域）の表面が鏡面状になり、マイクロクラックが低減する。その結果、セラミックスヒータの発熱体に通電して昇温する際に、鏡面研磨領域にかかる熱応力に対して耐性が大きくなる。これにより、鏡面研磨領域におけるクラックの発生、特に、セラミックス基材の下面の、接合用凸部との境界を起点とするクラックの発生を抑制することができる。また、鏡面研磨領域において、表面の凹凸が小さくなるため、表面積を小さくすることができ、鏡面研磨領域からの熱放射を少なくすることができる。その結果、セラミックス基材の上面の、シャフトの直上に対応する部分の温度低下を抑制でき、加熱対象となる基板の均熱化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図6】（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7】（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10】（ａ）は、端子孔１４２が設けられたセラミックスヒータ１００の一部拡大図であり、（ｂ）は、凹部１４５が設けられたセラミックスヒータ１００の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜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。
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。環状凸部１５２の上面１５２ａの中心線平均粗さＲａは１．６μｍ以下にすることができる。なお、中心線平均粗さＲａ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く、０．１μｍ以下であることがさらに好ましい。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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１参照）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。
【0020】
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。
【0021】
本実施形態において、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａを２．０μｍ以下にしている。なお、以下の説明において、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａを中心線平均粗さＲａ３と呼ぶ。なお、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも２．０μｍ以下にすることができる。
【0022】
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、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。
【0023】
本実施形態においては、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。なお、図８に示されるように、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ面取り加工（以下、単にＲ加工と呼ぶ）が施されている場合には、Ｒ加工された領域を含めて、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓとして定義する。同様に、図９に示されるように、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＣ面取り加工（以下、単にＣ加工と呼ぶ）が施されている場合には、Ｃ加工された領域を含めて、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓとして定義する。この場合には、Ｒ加工（又はＣ加工）された領域の径方向外側の端部が、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との境界となる。さらに、本実施形態においては、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１の中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。以下の説明において、接合用凸部１１４の側面ＳＬと、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１とを合わせた領域を、鏡面研磨領域Ｓｍと呼ぶ。
【0024】
本実施形態において、鏡面研磨領域Ｓｍには、幅３μｍより広いスクラッチ痕及び幅３μｍより広いマイクロクラックは存在しない。本実施形態では、後述のように、平均粒径３μｍより細かい砥粒（例えば、８０００番手）を用いて、鏡面研磨領域Ｓｍの研磨加工を行っている。これにより、少なくとも砥粒径（ここでは３μｍ）よりも大きなスクラッチ痕及びマイクロクラックが取り除かれている。なお、平均粒径１μｍより細かい砥粒（例えば、１４０００番手）を用いて研磨加工を行うことにより、鏡面研磨領域Ｓｍのスクラッチ痕及びマイクロクロックの幅を１μｍ以下にすることができる。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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、Ｙ２Ｏ３）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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
さらに、上述の鏡面研磨領域Ｓｍ（接合用の凸部１１４の側面１１４Ｓと、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１）に対して鏡面研磨加工を行った。具体的には、まず、粗加工として１２０番手から２４０番手の砥石を用いて研磨加工を行い、その後、さらに目の細かい砥石（１０００番手以上）を用いて研磨加工を行った。これにより、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にした。なお、１０００番手以上の目の細かい砥石を用いて研磨加工を行うことに代えて、ラップ加工（鏡面研磨加工）を行うこともできる。あるいは、他の加工方法により研磨加工を行ってもよい。例えば、ハンドラップにより仕上げの研磨加工を行ってもよい。また、後述のように、接合用凸部１１４の上面１１４ａに凹部１１５を形成する場合には、凹部１１５の表面にも研磨加工を行って、凹部１１５の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にすることができる。この場合には、例えばマシニングセンターを用いて砥石で研磨加工を行うことができる。
【0035】
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、円筒部１３１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Ｙ２Ｏ３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。
【実施例0036】
以下、本発明について実施例１～７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１１には、実施例１～７及び比較例の結果をまとめた表が示されている。
【0037】
［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（Ｙ２Ｏ３）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、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。
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（Ｙ２Ｏ３）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、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。
【0038】
セラミックス基材１１０の上面１１１に、内径２８８ｍｍ、外径２９８ｍｍ、幅５ｍｍの環状凸部１５２を形成した。さらに、セラミックス基材１１０の上面１１１に、直径１ｍｍ、上面１１１からの高さ３０μｍ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１０ｍｍ～２０ｍｍの範囲とした。
【0039】
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。
【0040】
以下の説明において、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１と、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１の中心線平均粗さＲａ２とを総称して、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａと呼ぶ。実施例１では、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．０８μｍとし、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を１．６μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも１．６μｍとした。このとき、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１と、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３との比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０５である。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ加工が施されている。実施例１におけるＲ面取り寸法は０．８ｍｍである。なお、以下の説明において、Ｒ面取り寸法が０．８ｍｍであることを、単に、Ｒ０．８ｍｍのように記載する。Ｃ面取り寸法を記載する場合も同様である。
【0041】
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の圧力が１０００Ｐａとなるようにアルゴンガスを流した。定常状態でシリコンウェハの上面の温度が約６５０℃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、セラミックス基板１１０とシャフト１３０との接合部分及びその外縁の鏡面研磨領域Ｓｍの直上にあたる領域Ａ（図５参照）と、領域Ａの外側に隣接した幅２０ｍｍの円環状の領域Ｂ（図５参照）の温度分布を赤外線カメラで計測し、領域Ａの平均温度と領域Ｂ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。
【0042】
その後、シリコンウェハの上面の温度が約２００℃になるまで降温した後、再び６５０℃まで昇温し、さらに２００℃まで降温した。このような２００℃－６５０℃－２００℃の温度サイクルを１サイクルとした。
【0043】
実施例１においては、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは１．８℃であった。
【0044】
［実施例２］
実施例２のセラミックスヒータ１００は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａと、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．０３μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０１９であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ０．３ｍｍでＲ加工を施した。
実施例２のセラミックスヒータ１００は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａと、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．０３μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０１９であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ０．３ｍｍでＲ加工を施した。
【0045】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは２．２℃であった。
【0046】
［実施例３］
実施例３のセラミックスヒータ１００は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａと、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、実施例２と同様に、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．０３μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０１９であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＣ０．３ｍｍでＣ加工を施した。
実施例３のセラミックスヒータ１００は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａと、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、実施例２と同様に、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．０３μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０１９であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＣ０．３ｍｍでＣ加工を施した。
【0047】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは２．４℃であった。
【0048】
［実施例４］
実施例４のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．１５μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．１５μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．５３であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
実施例４のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．１５μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．１５μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．５３であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
【0049】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは２．８℃であった。
【0050】
［実施例５］
実施例５のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．８０μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．８０μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．１であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
実施例５のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．８０μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．８０μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．１であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
【0051】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは３．０℃であった。
【0052】
［実施例６］
実施例６のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を３．２μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも３．２μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０２５であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
実施例６のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部の形状が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を３．２μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも３．２μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．０２５であった。また、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との間の隅部にＲ３ｍｍでＲ加工を施した。
【0053】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは４．４℃であった。
【0054】
［実施例７］
実施例７のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．０８μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．０８μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は１．０であった。
実施例７のセラミックスヒータ１００は、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３が異なる点を除いて、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、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３を０．０８μｍとした。同様に、シャフト１３０の外表面の他の領域（円筒部１３１の側面、大径部１３３の側面など）の中心線平均粗さＲａも０．０８μｍとした。このとき、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は１．０であった。
【0055】
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、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックの発生は認められなかった。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは２．８℃であった。
【0056】
［比較例］
比較例の基板保持部材は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａが０．５μｍ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。比較例において、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．３１であった。
比較例の基板保持部材は、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａが０．５μｍ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。比較例において、中心線平均粗さＲａ１と中心線平均粗さＲａ３の比Ｒａ１／Ｒａ３は０．３１であった。
【0057】
このような形状の基板保持部材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。比較例においては、上記の温度サイクルを２００回繰り返す前に、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックが発生したことが認められた。温度評価用シリコンウェハを用いて測定した、上記の領域Ａの平均温度と領域Ｂの平均温度との温度差Δは３．５℃であった。
【0058】
＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１～７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に埋設された電極１２０（ヒータ電極１２２及び静電吸着用電極１２４）とを備えている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下方に突出する接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４には、円筒状のシャフト１３０が接合されている。鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。言い換えると、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１は０．１μｍ以下であり、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１の中心線平均粗さＲａ２は０．１μｍ以下である。
上記実施形態及び実施例１～７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に埋設された電極１２０（ヒータ電極１２２及び静電吸着用電極１２４）とを備えている。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下方に突出する接合用凸部１１４が設けられている。接合用凸部１１４には、円筒状のシャフト１３０が接合されている。鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。言い換えると、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１は０．１μｍ以下であり、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５ｍｍ以内の領域Ｓ１の中心線平均粗さＲａ２は０．１μｍ以下である。
【0059】
実施例１～７と比較例とを比較すると、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とすることにより、上記の温度サイクルを１００回以上繰り返した後にも、セラミックス基材１１０及びシャフト１３０にクラックが発生しないセラミックスヒータを作製することができた。発明者らの知見によれば、その理由は以下の通りであると考えられる。実施例１～７のように、鏡面研磨領域Ｓｍの中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とすると、鏡面研磨領域Ｓｍの表面が鏡面状になり、マイクロクラックが低減する。その結果、セラミックスヒータ１００のヒータ電極１２２に通電して昇温する際に、鏡面研磨領域Ｓｍにかかる熱応力に対して耐性が大きくなる。これにより、鏡面研磨領域Ｓｍにおけるクラックの発生、特に、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界を起点とするクラックの発生を抑制することができる。また、鏡面研磨領域Ｓｍにおいて、表面の凹凸が小さくなるため、表面積を小さくすることができ、鏡面研磨領域Ｓｍからの熱放射を少なくすることができる。その結果、セラミックス基材１００の上面１１１の、シャフト１３０の直上に対応する部分の温度低下を抑制でき、加熱対象となるウェハ１０の均熱化に寄与することができる。
【0060】
なお、一般に、セラミックスを研削、研磨加工した場合には、セラミックスの表面にスクラッチ痕が残り、スクラッチ痕を起点としたマイクロクラックが発生することが知られている。また、マイクロクラックに熱応力が働くと、マイクロクラックを起点としてさらに大きなクラックへと進展する場合がある。本実施形態においては、上述のように、鏡面研磨領域Ｓｍには、幅３μｍより広いスクラッチ痕及び幅３μｍより広いマイクロクロックは存在しない。そのため、スクラッチ痕を起点としてマイクロクラックが発生することや、マイクロクラックがさらに大きなクラックへと進展することを抑制することができる。
【0061】
実施例１～３、７において、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との境界におけるＲ面取り寸法又はＣ面取り寸法は、いずれも１ｍｍ未満である。この場合には、従来のような、接合用凸部１１４とセラミックス基材１００の下面１１３との境界の隅部のＲ面取り寸法（又はＣ面取り寸法）が５ｍｍ程度である場合と比較して、セラミックス基体１１０とシャフト１３０との接合部分近傍での伝熱が抑制される。これにより、特に、セラミックス基材１００の上面１１１の、シャフト１３０の大径部１３２の外縁部分の直上に対応する部分の均熱化に寄与することができる。
【0062】
上記実施形態及び実施例１～７において、シャフト１３０は、接合用凸部１１４と同径であって、接合用凸部１１４に接合される大径部１３２を備えている。ここで、実施例１～５に示されるように、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１とシャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３との比Ｒａ１／Ｒａ３を０．０１以上０．９以下にすることができる。
【0063】
なお、シャフト１３０の下端には、チャンバとの気密のために用いられるＯリングなどの比較的熱に弱い部材が用いられている。そのため、シャフト１３０の下端まで伝わる熱量が大きくなると、Ｏリングなどが破損するおそれがある。実施例１－５のように、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３が、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓの中心線平均粗さＲａ１よりも大きい場合には、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓでの熱放射を高めることができる。シャフト１３０の大径部１３２は、シャフト１３０の上端に位置しているので、この部分での熱放射を高めることにより、熱がシャフト１３０の下端に向かって伝わることを抑制することができる。これにより、シャフト１３０の下端に設けられているＯリングなどの熱に弱い部材の破損を抑制し、寿命を延ばすことに寄与することができる。なお、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３は２．０μｍ以下であることが好ましい。そのため、上述の比Ｒａ１／Ｒａ３を０．０１未満にしようとすると、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓの中心線平均粗さＲａ１を０．０２μｍ以下にしなければならず、加工が困難となる。また、上述の比Ｒａ１／Ｒａ３を０．９より大きくした場合には、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓの中心線平均粗さＲａ１が、シャフト１３０の大径部１３２の側面１３２Ｓの中心線平均粗さＲａ３と比べて同程度以上に大きくなる。そのため、特に、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓにおける熱放射が大きくなるため、セラミックス基材１００の上面１１１の、接合用凸部１１４の側面１１４Ｓの直上に対応する部分の温度分布の均熱性が悪くなってしまう。
【0064】
＜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、上面１５２ａの中心線平均粗さＲａの大きさは適宜変更しうる。
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、上面１５２ａの中心線平均粗さＲａの大きさは適宜変更しうる。
【0065】
複数の凸部１５６の高さ、上面１５６ａの形状、上面１５６ａの中心線平均粗さ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。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。
【0066】
上記実施形態及び上記実施例１～７において、接合用凸部１１４の側面ＳＬの中心線平均粗さＲａ１と、セラミックス基材１００の下面１１３の、接合用凸部１１４との境界から５μｍ以内の領域Ｓ１の中心線平均粗さＲａ２はとは、同じであった。しかしながら本発明はそのような態様には限られない。中心線平均粗さＲａ１が０．１μｍ以下であり、中心線平均粗さＲａ２が０．１μｍ以下である限りにおいて、中心線平均粗さＲａ１及び中心線平均粗さＲａ２をそれぞれ適宜の値に調整しうる。
【0067】
図１０（ａ）に示されるように、接合用凸部１１４の下面１１４Ｂの、シャフト１３０の大径部１３２の内側の領域には、ヒータ電極１２２に給電するための給電線１４０や静電吸着用電極１２４に給電するための給電線１４１を配置するための端子孔１４２が設けられる。この端子孔１４２においてもクラックが発生するおそれがある。そこで、端子孔１４２の内壁の表面の中心線平均粗さを０．１μｍ以下にすることにより、端子孔１４２においてクラックが発生することを抑制することができる。また、端子孔１４２の内壁の表面の中心線平均粗さを０．１μｍ以下にすることにより、端子孔１４２においてクラックが発生することをさらに抑制することができる。なお、端子孔１４２の内壁の、側壁と底壁との隅部において、クラックが発生するおそれが高いと考えられる。そこで、端子孔１４２の側壁の中心線平均粗さＲａと、底壁の、側壁と底壁との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａとを２．０μｍ以下にすることにより、端子孔１４２の内壁の、側壁と底壁との隅部にクラックが発生することを抑制することができる。なお、端子孔１４２の側壁の中心線平均粗さＲａと、底壁の、側壁と底壁との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａとを０．１μｍ以下にすることにより、端子孔１４２の内壁の、側壁と底壁との隅部にクラックが発生することをさらに抑制することができる。
【0068】
図１０（ｂ）に示されるように、接合用凸部１１４の下面１１４Ｂの、シャフト１３０の大径部１３２の内側の領域に、凹部１４５を設けることができる。凹部１４５を設けることにより、接合用凸部１１４の下面１１４Ｂの、シャフト１３０の大径部１３２の上面と接合される円環状の部分を、他の部分よりも下方に突出させることができる。これにより、接合用凸部１１４の接合面である下面１１４Ｂに対して行われる鏡面研磨加工の面積を抑制して、生産性を向上させることができる。しかしながら、凹部１４５においてもクラックが発生するおそれがある。そこで、凹部１４５の内壁の表面の中心線平均粗さを２．０μｍ以下にすることにより、凹部１４５においてクラックが発生することを抑制することができる。また、凹部１４５の内壁の表面の中心線平均粗さを０．１μｍ以下にすることにより、凹部１４５においてクラックが発生することをさらに抑制することができる。なお、凹部１４５の内壁の、側壁と底壁との隅部において、クラックが発生するおそれが高いと考えられる。そこで、凹部１４５の側壁の中心線平均粗さＲａと、底壁の、側壁と底壁との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａとを２．０μｍ以下にすることにより、凹部１４５の内壁の、側壁と底壁との隅部にクラックが発生することを抑制することができる。なお、凹部１４５の側壁の中心線平均粗さＲａと、底壁の、側壁と底壁との境界から５ｍｍ以内の領域の中心線平均粗さＲａとを０．１μｍ以下にすることにより、凹部１４５の内壁の、側壁と底壁との隅部にクラックが発生することをさらに抑制することができる。
【0069】
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。
【0070】
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に埋設された電極１２０（ヒータ電極１２２及び静電吸着用電極１２４）を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、電極１２０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、電極１２０としてのヒータ電極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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【符号の説明】
【0074】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】