JP7729764B2

JP7729764B2 - 基板保持部材

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Publication number: JP7729764B2
Application number: JP2021164633A
Authority: JP
Inventors: 浩正下嶋; 徹夫北林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2025-08-26
Anticipated expiration: 2041-10-06
Also published as: JP2023055342A

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静電チャックが開示されている。特許文献１に記載の静電チャックは、基板が載置される基体と、基体の上面から突出して基板を支持する複数の凸部（突起）と、基体の外周縁部の上面から環状に突出して基板を支持する環状凸部（シールリング）とを備える。

特開２００９－１１１２４３号公報

特許文献１に記載の静電チャックにおいては、シールリングの内側において分散配置されている複数の突起の高さと、シールリングの高さとが同じである。基板とシールリングとが接触することにより、基板の外周部の変形を抑制することができる。しかしながら、シールリングの幅によっては基板との接触面積が大きくなることがあり、基板とシールリングとの接触に伴って基板にパーティクルが付着する恐れがある。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、基板の外周部の変形を抑制できるとともに、基板との接触面積が大きくなること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、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から上方に突出した環状の凸部と、
前記環状の凸部の上面に配置され、且つ、前記環状の凸部の前記上面から上方に突出した複数の第１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から上方に突出した複数の第２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た開口を有する第１のガス流路と、
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、
前記環状の凸部の、前記セラミックス基材の前記上面からの前記上下方向の長さは１３５μｍ以上２ｍｍ以下であり、
前記複数の第１凸部の、前記環状の凸部の前記上面からの前記上下方向の長さは１μｍより大きい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、基板保持部材は、環状凸部の内側に開口する開口を有する第１ガス流路を備えている。これにより、第１ガス流路を流れるガスの流量及び／又は圧力を調整することができる。例えば、基板保持部材の上面と、環状凸部と、基板とに囲まれた空隙の圧力を、空隙の外側の圧力よりも低く設定することができる。これにより、差圧によって基板をセラミックス基材の上面に向かって吸着させて基板を保持することができる。また、セラミックス基材の外周部に環状凸部及び第１凸部が設けられており、基板を保持する際に基板の外周部と当接する。これにより、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、基板の外周部が変形することを抑制することができる。また、環状凸部の上面に複数の第１凸部が形成されているので、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、環状凸部の上面に第１凸部が設けられていない場合と比べて、基板の下面との接触面積を減らすことができる。また、第１凸部の高さが１μｍよりも大きいので、仮に基板の外周部が変形したとしても、基板が環状凸部の上面に当接する恐れがない。これにより、基板と環状凸部の上面との接触に起因して発生するパーティクルが基板に付着することを抑制することができる。同時に、基板保持部材が発熱体としての電極を備える場合には、環状凸部が基板と接触し伝熱することによって基板上に生じる環状凸部の位置に対応したヒートスポットを抑制することができる。

図１は、基板保持部材１００の斜視図である。図２は、基板保持部材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、第１凸部１５４の高さ位置が、第２凸部１５６の高さ位置よりも高い基板保持部材１００の概略説明図である。図５（ａ）～（ｄ）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６（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、比較例１の基板保持部材１００Ａの図２相当図である。図８は、実施例１～４及び比較例１、２の結果をまとめた表である。

＜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、２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と、シャフト１３０と、給電線１４０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、複数の第２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と比べて複数の第２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、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。環状凸部１５２の上面１５２ａには、複数の第１凸部１５４が設けられている。複数の第１凸部１５４はいずれも円柱形状を有している。複数の第１凸部１５４は、環状凸部１５２の上面１５２ａにおいて、円周状に等間隔で並んでいる。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａにおいて第１凸部１５４が配置される位置及び／又は数は、用途、作用、機能等に応じて適宜設定される。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、第１凸部１５４の上面１５４ａはウェハ１０の下面と当接する。つまり、環状凸部１５２及び第１凸部１５４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、複数の第２凸部１５６が設けられている。複数の第２凸部１５６はいずれも円柱形状を有している。複数の第２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。残りの第２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、第２凸部１５６は等間隔で並んでいる。なお、第２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Ｌ１（上面１１１からの上下方向５の長さ）と第１凸部１５４の高さＬ２（環状凸部１５２の上面１５２ａからの上下方向５の長さ）の和（Ｌ１＋Ｌ２）は、５μｍ～２ｍｍの範囲にすることができる。同様に、複数の第２凸部１５６の高さＬ３も、５μｍ～２ｍｍの範囲にすることができる。なお、図２に示されるように、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２の和（Ｌ１＋Ｌ２）を、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じにすることができる。また、図４に示されるように、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２の和（Ｌ１＋Ｌ２）を、複数の第２凸部１５６の高さＬ３よりも高くすることができる。

環状凸部１５２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の表面粗さＲａは１．６μｍ以下にすることができる。複数の第１凸部１５４の上面１５４ａ、及び、複数の第２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、第１凸部１５４の上面１５４ａ、及び、複数の第２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い。

複数の第１凸部１５４の上面１５４ａは、直径０．１ｍｍ～５ｍｍの円形であることが好ましい。また、複数の第１凸部１５４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。同様に、複数の第２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、複数の第２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。

上述のように、上面１１１において、複数の第２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、複数の第２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１、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（本発明の発熱体の一例）が埋設されている。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り、左右対称な形状を有している。電極１２０の外径は２９８ｍｍであり、電極１２０がセラミックス基材１１０の側面より露出しないようにした。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。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の内部には電極１２０に加えて、あるいは、電極１２０に替えて、ウェハ１０をクーロン力により上面１１１に引き付けるための静電チャック電極及びセラミックス基材１１０の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方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、円筒部１３１の下方に設けられた大径部１３２（図１参照）を有する。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。

円筒部１３１の上面は、セラミックス基材１１０の下面１１３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、アルミナ、窒化アルミニウム、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。また、円筒部１３１の上面に、円筒部１３１の下方に設けられた大径部１３２と同様な拡径部が設けられてもよい。

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、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、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。

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に複数の第２凸部１５６及び環状凸部１５２を形成し、環状凸部１５２の上面１５２ａに複数の第１凸部１５４を形成する。なお、複数の第２凸部１５６、環状凸部１５２、複数の第１凸部１５４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。

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及び比較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及び比較例に限定されない。

［実施例１］
図２には示されていないが、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た。そして、このような電極１２０を埋設した直径３１０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス基材１１０を作製した。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１４７μｍの環状凸部１５２を形成した。環状凸部１５２の上面１５２ａに、直径２ｍｍ、環状凸部１５２の上面１５２ａからの高さ３μｍの円柱形状の複数の第１凸部１５４を形成した。さらに、セラミックス基材１１０の上面１１１に、直径２ｍｍ、上面１１１からの高さ１５０μｍの円柱形状の複数の第２凸部１５６を形成した。このように、実施例１の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さＬ１が１４７μｍであり、第１凸部１５４の高さＬ２が３μｍであり、複数の第２凸部１５６の高さＬ３が１５０μｍである。つまり、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。言い換えると、第１凸部１５４の上面１５４ａの上下方向５の位置（高さ位置）と、第２凸部１５６の上面１５６ａの上下方向５の高さ位置とが同じである。なお、環状凸部１５２の上面１５２ａ、第１凸部１５４の上面１５４ａ、第２凸部１５６の上面１５６ａの表面粗さＲａは、いずれも０．４μｍ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。

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を２６６００Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した。さらに、第１ガス流路１６４を通じて、アルゴンガスを６６５０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）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、基板保持部材１００に不図示の外部電源から６５０Ｗ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伝熱ガスとしてのアルゴンガスの圧力を調節した。その後、温度評価用のシリコンウェハの、直径２９８ｍｍの領域の温度分布を赤外線カメラで計測した。第１ガス流路１６４にアルゴンガスの圧力調節を開始したとき（１回目）と、その１０分後（２回目）に、温度分布の測定を行った。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、第１ガス流路１６４に流れるアルゴンガスのガス流量は３６ｓｃｃｍであった。１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７７．１℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３７８．１℃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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域は発生していなかった。

［実施例２］
実施例２の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さＬ１が１４５μｍであり、第１凸部１５４の高さＬ２が５μｍであることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。実施例２の基板保持部材１００においても、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。また、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例２において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は９７ｓｃｃｍであった。１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７７．０℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３７８．７℃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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域は発生していなかった。

［実施例３］
実施例３の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さＬ１が１４０μｍであり、第１凸部１５４の高さＬ２が１０μｍであることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。実施例３の基板保持部材１００においても、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。また、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例３において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は３６１ｓｃｃｍであった。１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７７．１℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３７８．９℃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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域は発生していなかった。

［実施例４］
実施例４の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さＬ１が１４８．５μｍであり、第１凸部１５４の高さＬ２が１．５μｍであることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。実施例４の基板保持部材１００においても、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。また、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例４において、第１ガス流路１６４へ流れるアルゴンガスのガス流量は９ｓｃｃｍであった。１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７７．１℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３７８．０℃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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域は発生していなかった。

［実施例５］
実施例５の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の高さＬ１が１３５μｍであり、第１凸部１５４の高さＬ２が１５μｍであることを除いて、実施例１の基板保持部材１００と同様である。実施例４の基板保持部材１００においても、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。また、実施例１と同じ圧力でアルゴンガスを調節した。実施例５において、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は７９０ｓｃｃｍであった。１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７７．０℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３７８．９℃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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域は発生していなかった。

［比較例１］
図８に示されるように、比較例１の基板保持部材１００Ａは、実施例１の基板保持部材１００と比べて、環状凸部１５２の高さＬ１が１５０μｍであることと、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられていないこととが異なる。比較例１の基板保持部材１００Ａにおいて、環状凸部１５２の高さＬ１は、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。比較例１において、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を２６６００Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した。さらに、第１ガス流路１６４を通じて、アルゴンガスを６６５０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）の圧力に調節した。比較例１において、１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７６．５℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３８１．５℃であった。また、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は０．８ｓｃｃｍ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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生していた。

［比較例２］
比較例２の基板保持部材１００Ａは、実施例１の基板保持部材１００と比べて、環状凸部１５２の高さＬ１が１４９μｍであることと、環状凸部１５２の上面１５２ａに設けられた第１凸部１５４の高さＬ２が１μｍであることが異なる。比較例２の基板保持部材１００Ａにおいて、環状凸部１５２の高さＬ１と第１凸部１５４の高さＬ２との和（Ｌ１＋Ｌ２）が、複数の第２凸部１５６の高さＬ３と同じである。比較例２において、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を２６６００Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の圧力で調節した。さらに、第１ガス流路１６４を通じて、アルゴンガスを６６５０Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）の圧力に調節した。比較例２において、１回目の温度測定における温度分布の平均値は３７６．０℃であり、２回目の温度測定における温度分布の平均値は３８１．４℃であった。また、第１ガス流路１６４を流れるアルゴンガスのガス流量は４．３ｓｃｃｍ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、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生していた。

＜実施例及び比較例のまとめ＞
図８は、上述の実施例１～５及び比較例１、２の結果をまとめた表を示している。

図２、４に示されているように、実施例１～５の基板保持部材１００は、環状凸部１５２の内側に開口する開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４を備えている。これにより、第１ガス流路１６４を流れるガスの流量及び／又は圧力を調整することができる。例えば、実施例１～５のように、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の圧力（実施例１～５では６６５０Ｐａ）を、プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力（実施例１～５では２６６００Ｐａ）よりも低く設定することができる。基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の圧力を、プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力よりも低くすることができるので、これらの差圧によりウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させてウェハ１０を保持することができる。

実施例１～５の基板保持部材１００において、環状凸部１５２の上面１５２ａに複数の第１凸部１５４が形成されている。上述のようにウェハ１０を基板保持部材１００の上面１１１に向かって吸着させたとき、環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面に当接するのではなく、第１凸部１５４の上面１５４ａがウェハ１０の下面と接触する。そのため、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられていない場合と比べて、ウェハ１０の下面との接触面積を減らすことができる。これにより、ウェハ１０に、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生することを抑制することができる。

これに対して、図７に示されるように、比較例１の基板保持部材１００Ａにおいては、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられていない。そのため、上述のようにウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させた場合には、環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面と当接する。なお、ウェハ１０の下面は、複数の第２凸部１５６の上面１５６ａとも当接するが、複数の第２凸部１５６の上面１５６ａは互いに距離を隔てて分散している。そのため、複数の第２凸部１５６の上面１５６ａからウェハ１０に伝わる熱が局所的に集中することはない。これに対して、環状凸部１５２の上面１５２ａは円環状の連続した面である。そのため、環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面と当接する場合には、環状凸部１５２の上面１５２ａからウェハ１０に伝わる熱が、環状凸部１５２の上面１５２ａに当接する円環状の領域に局所的に集中することがある。そのため、比較例１においては、温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価したときに、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生したと考えられる。また、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられている場合であっても、比較例２のように第１凸部１５４の高さが１μｍ以下である場合には、環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０との距離が１μｍ以下なる。このような場合にも、温度評価用シリコンウェハの温度分布を評価したときに、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生することが分かった。

実施例１～５を比較すると、第１凸部１５４を高くするにつれて、第１ガス流路１６４に流れるガスの流量が大きくなることがわかった。これは、第１凸部１５４を高くするにつれて、環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０との間の間隙が大きくなるからである。環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０との間の間隙が大きくなるにつれて、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の内側と外側との間で、ガスの移動が大きくなるため、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙内の圧力を保つためにガスの流量が大きくなる。ガスの流量の抑制という観点からは、実施例１～４のように、第１凸部１５４の高さを１０μｍ以下とすることが好ましいことが分かった。さらに、ガスの流量を抑制するために、第１凸部１５４の高さを５μｍ以下とすることが好ましいことが分かった。

＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１～５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から上方に突出した環状の環状凸部１５２と、環状凸部１５２の上面１５２ａに配置され、且つ、上面１５２ａから上方に突出した複数の第１凸部１５４と、環状凸部１５２の内側に配置され、且つ、上面１１１から上方に突出した複数の第２凸部１５６とが設けられている。さらに、セラミックス基材１１０の内部には、環状凸部１５２の内側に開口する開口１６４ａを有する第１ガス流路１６４が形成されている。また、第１凸部１５４の、環状凸部１５２の上面１５２ａからの高さ（上下方向５の長さ）は１μｍよりも大きい。

第１ガス流路１６４を流れるガスの流量及び／又は圧力を個別に調整することにより、例えば、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の圧力を、環状凸部１５２の外側の（外部環境の）圧力よりも低く設定することができる。このとき、これらの差圧によりウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させてウェハ１０を保持することができる。セラミックス基材１１０の外周部に環状凸部１５２及び第１凸部１５４が設けられており、ウェハ１０を保持する際にウェハ１０の外周部と当接する。これにより、ウェハ１０をセラミックス基材１１０の上面１１１に向かって吸着させたとき、ウェハ１０の外周部が変形することを抑制することができる。また、環状凸部１５２の上面１５２ａに複数の第１凸部１５４が形成されているので、ウェハ１０を基板保持部材１００の上面１１１に向かって吸着させたとき、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられていない場合と比べて、ウェハ１０の下面との接触面積を減らすことができる。また、第１凸部１５４の高さが１μｍよりも大きいので、仮にウェハ１０の外周部が変形したとしても、ウェハ１０が環状凸部１５２の上面１５２ａに当接する恐れがない。これにより、ウェハ１０と環状凸部１５２の上面１５２ａとの接触に起因して発生するパーティクルがウェハ１０に付着することを抑制することができる。なお、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、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙に、環状凸部１５２の外側からガスが進入することを抑制することができる。

上記実施形態及び実施例１～５において、基板保持部材１００は発熱体としての電極１２０を備えたセラミックスヒータである。また、上述のように、環状凸部１５２の上面１５２ａには、複数の第１凸部１５４が形成されている。そのため、ウェハ１０を基板保持部材１００の上面１１１に向かって吸着させたとき、環状凸部１５２の上面１５２ａ全体がウェハ１０の下面に当接するのではなく、第１凸部１５４の上面１５４ａがウェハ１０の下面と接触する。さらに、第１凸部１５４の高さが１μｍよりも大きいため、環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０の下面との間に１μｍよりも大きな間隙を設けることができる。これにより、環状凸部１５２の上面１５２ａからウェハ１０に対して直接熱が伝わることが抑制される。これにより、環状凸部１５２の上面１５２ａに第１凸部１５４が設けられていない場合と比べて、あるいは、環状凸部１５２の上面１５２ａに高さ１μｍ以下の第１凸部１５４が設けられている場合と比べて、ウェハ１０に、環状凸部１５２に沿ったヒートスポット領域が発生することを抑制することができる。

上記実施形態及び実施例１～５において、複数の第１凸部１５４の上面１５４ａの、上下方向５の高さ位置と、複数の第２凸部１５６の上面１５６ａの、上下方向５の高さ位置とは同じである。この場合には、ウェハ１０を基板保持部材１００の上面１１１に向かって吸着させて保持する際に、複数の第１凸部１５４の上面１５４ａと、複数の第２凸部１５６の上面１５６ａとがウェハ１０の下面に当接する。これにより、ウェハ１０が変形することを抑制し、安定にウェハ１０を保持することができる。

上記実施形態及び実施例１～４において、複数の第１凸部１５４の、環状凸部１５２の上面１５２ａからの上下方向５の長さＬ２（高さＬ２）は１０μｍ以下である。第１凸部１５４の高さＬ２を高くするにつれて、環状凸部１５２の上面１５２ａとウェハ１０との間の間隙が大きくなる。それに伴って、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙の内側と外側との間で、ガスの移動が大きくなるため、基板保持部材１１０の上面１１１と、環状凸部１５２と、ウェハ１０とに囲まれた空隙内の圧力を保つためにガスの流量が大きくなる。これに対して、第１凸部１５４の高さを１０μｍ以下とすることにより、ガスの流量を抑制することができる。さらに、第１凸部１５４の高さを５μｍ以下とすることにより、ガスの流量をさらに抑制することができる。

上記実施形態及び実施例において、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を形成することができる。なお、第２ガス流路１６８の上端は第１ガス流路１６４の下端に接続される。シャフト１３０の円筒部１３１に第１ガス流路１６４に接続された第２ガス流路１６８が形成されているので、これを通じて容易に第１ガス流路１６４にガス（例えば伝熱ガス）を供給することや排気することができる。

＜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。環状凸部１５２及び第１凸部１５４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、複数の第２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、複数の第１凸部１５４の上面１５４ａ及び複数の第２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、複数の第２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、複数の第２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、複数の第２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、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、静電吸着用電極又は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。

上記実施形態においては、基板保持部材１００はシャフト１３０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は必ずしもシャフト１３０を備えていなくてもよい。また、基板保持部材１００がシャフト１３０を備えている場合であっても、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
１５４第１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セラミックス基材を備え、
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から上方に突出した環状の凸部と、
前記環状の凸部の上面に配置され、且つ、前記環状の凸部の前記上面から上方に突出した複数の第１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から上方に突出した複数の第２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た開口を有する第１のガス流路と、
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、
前記環状の凸部の、前記セラミックス基材の前記上面からの前記上下方向の長さは１３５μｍ以上２ｍｍ以下であり、
前記複数の第１凸部の、前記環状の凸部の前記上面からの前記上下方向の長さは１μｍより大きいことを特徴とする基板保持部材。
前記複数の第１凸部の上面の、前記上下方向の高さ位置と、前記複数の第２凸部の上面の、前記上下方向の高さ位置とは同じである請求項１に記載の基板保持部材。
前記複数の第１凸部の、前記環状の凸部の前記上面からの前記上下方向の長さは１０μｍ以下である請求項１または２に記載の基板保持部材。
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、
前記シャフトは、前記シャフトの内面と前記シャフトの外面との間に配置され、且つ、前記第１のガス流路と接続された第２のガス流路を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板保持部材。