(57)【要約】【課題】剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供する。【解決手段】セラミックヒータ１０は、電極１４，１６を内蔵するセラミック製の円板１２と円板１２を支持するセラミック製で円筒状のシャフト２０とを備える。セラミックヒータ１０は、接合界面を有さないものである。円板１２の下面１２ｂは、シャフト内側領域Ａ１とシャフト外側領域Ａ２とを有する。シャフト内側領域Ａ１は、シャフト外側領域Ａ２よりも一段凹んだ形状になっており、電極を露出させる電極露出穴１４ａ，１６ａを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を内蔵するセラミック製の円板と前記円板を支持するセラミック製で円筒状のシャフトとを備えた半導体製造装置用部材であって、
前記半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないものであり、
前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面は、シャフト内側領域とシャフト外側領域とを有し、
前記シャフト内側領域は、前記シャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっており、前記電極を露出させる電極露出穴を有する、
半導体製造装置用部材。
【請求項２】
前記シャフトの内部空間のうち、前記円板のシャフト内側領域を基準とする所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域までの第１空間は、前記所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域に向かって拡径する円錐台形状になっている、
請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項３】
前記シャフトの内部空間のうち、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部までの第２空間は、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部に向かって拡径する円錐台形状になっている、
請求項２に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項４】
前記円板は、前記円板の側面に開口し前記円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有し、前記シャフトは、上下方向に延びて前記ガス通路にガスを供給するガス供給路を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項５】
前記シャフトの外面と前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面との境界部は、Ｒ面又はテーパ面である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材を製造するのに用いられる成形型であって、
前記円板のうちシャフト側の円環層を形成するための空間である円環層成形空間と、
前記円環層成形空間に連通し、前記シャフトを形成するための空間であるシャフト成形空間と、
を備えた成形型。
【請求項７】
前記円環層成形空間は、一対の円環面と該一対の円環面に連なる外周面とで囲まれ、
前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間側の円環面は、前記シャフト成形空間側に窪んだ凹面であり、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間とは反対側の円環面は、前記シャフト成形空間側に膨らんだ凸面である、
請求項６に記載の成形型。
【請求項８】
前記凹面及び前記凸面は、中心位置とその中心位置から半径外向きに１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄが０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下である、
請求項７に記載の成形型。
【請求項９】
前記凹面及び前記凸面の傾斜角度θは、０．２５°≦θ≦１°である、
請求項７又は８に記載の成形型。
【請求項１０】
（ａ）請求項６〜９のいずれか１項に記載の成形型を用いて、前記円環層成形空間によって成形される未焼成円環層と前記シャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、モールドキャスト法により作製する工程と、
（ｂ）前記基礎成形体の前記未焼成円環層の上面に、電極又はその前駆体を備えた円板成形体を積層して最終成形体を得る工程と、
（ｃ）前記最終成形体を仮焼したあと、円板側が下になるように水平支持面に載置した状態で焼成することにより、接合界面を有さない半導体製造装置用部材を得る工程と、
を含む半導体製造装置用部材の製法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ）では、前記円板成形体として、前記円板成形体の側面に開口するガス通路を備えたものを用いる、
請求項１０に記載の半導体製造装置用部材の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置用部材、その製法及び成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極を内蔵するセラミック製の円板と、その円板を支持するセラミック製のシャフトとを備えたセラミックヒータなどの半導体製造装置用部材が知られている。こうした半導体製造装置用部材を製造するにあたっては、例えば特許文献１に記載されているように、円板とシャフトとをそれぞれ別々に焼成して作製したあと、両者を接触させた状態で熱処理を行い接合したものが知られている。しかしながら、一旦焼成した円板やシャフトを接合する熱処理を行うと、熱履歴が２回掛かるため、焼結粒子が成長してしまい、円板やシャフトの強度が弱くなったり、まれに接合界面の剥離が起きたりするという問題があった。一方、特許文献２の半導体製造装置用部材は、円板と中実のシャフトとを一体的に成形したあと焼成している。これによれば、熱履歴が１回であり焼結粒子が成長しにくいことから強度が高くなり、接合界面の剥離も防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３２５７６号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２２５２号公報（段落０００８，図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２の半導体製造装置用部材では、電極へ電力を供給する給電部材を中実のシャフトに配置するのが困難であった。また、仮に中空のシャフトを使用したとしても、給電部材を配置するには円板に比較的深い穴を設ける必要があり、容易に製造し難いという問題があった
【０００５】
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、剥離のおそれがなく、強度が高く、製造するのが比較的容易な半導体製造装置用部材を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体製造装置用部材は、
電極を内蔵するセラミック製の円板と前記円板を支持するセラミック製で円筒状のシャフトとを備えた半導体製造装置用部材であって、
前記半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないものであり、
前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面は、シャフト内側領域とシャフト外側領域とを有し、
前記シャフト内側領域は、前記シャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっており、前記電極を露出させる電極露出穴を有する、
ものである。
【０００７】
この半導体製造装置用部材は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、こうした半導体製造装置用部材は、円板とシャフトとの一体成形体を１度だけの焼成で（１回の熱履歴で）作製することができるため、円板やシャフトに２回熱履歴が掛かる場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板のうちシャフト内側領域はシャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域の電極露出穴の深さは浅い。そのため、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に電極露出穴を開けることができる。
【０００８】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記シャフトの内部空間のうち、前記円板のシャフト内側領域を基準とする所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域までの第１空間は、前記所定高さの位置から前記円板のシャフト内側領域に向かって拡径する円錐台形状になっていてもよい。半導体製造装置用部材の製法として、半導体製造装置用部材を作製するための２つの成形体（未焼成シャフト及び未焼成円環層が一体化された基礎成形体と、電極を有する円板成形体）を一体化して焼成する方法が考えられる。その方法を採用する場合、基礎成形体は第１空間に対応する空間を備えるが、その空間を成形型の第１芯棒を用いて形成する際に、基礎成形体を成形したあと第１芯棒をスムーズに抜くことができる。ここで、前記シャフトの内部空間のうち、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部までの第２空間は、前記所定高さの位置から前記シャフトの開口部に向かって拡径する円錐台形状になっていてもよい。上述した製法において基礎成形体は第２空間に対応する空間も備えるが、その空間を成形型の第２芯棒を用いて形成する際に、基礎成形体を成形したあと第２芯棒をスムーズに抜くことができる。
【０００９】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記電極は、ヒータ電極、ＲＦ電極及び静電電極の少なくとも１つとしてもよい。こうした電極は、円板の板面と平行になっていることが好ましい。
【００１０】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記円板は、前記円板の側面に開口し前記円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有し、前記シャフトは、上下方向に延びて前記ガス通路にガスを供給するガス供給路を有していてもよい。ガス供給路を介してガス通路の開口から円板の側面にガスを噴出させることにより、円板の下面に堆積物が付着するのを防止することができる。
【００１１】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記シャフトの外面と前記円板のうち前記シャフトが一体化されている面との境界部は、Ｒ面又はテーパ面であってもよい。こうすれば、境界部に加わる応力を緩和することができる。
【００１２】
本発明の成形型は、
上述した半導体製造装置用部材を製造するのに用いられる成形型であって、
前記円板のうちシャフト側の円環層を形成するための空間である円環層成形空間と、
前記円環層成形空間に連通し、前記シャフトを形成するための空間であるシャフト成形空間と、
を備えたものである。
【００１３】
この成形型では、円環層成形空間とシャフト成形空間とが連通している。そのため、セラミック原料粉末とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入すると、セラミックスラリーは円環層成形空間とシャフト成形空間の両方に充填される。その後、成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させると、円環層成形空間によって成形される未焼成円環層とシャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を得ることができる。その基礎成形体の未焼成円環層に、例えば電極（あるいは電極前駆体）を含む円板成形体を積層して積層成形体とし、その積層成形体を焼成すれば、１度の焼成により半導体製造装置用部材が得られる。
【００１４】
本発明の成形型において、円環層成形空間とシャフト成形空間との境界部は、Ｒ面又はテーパ面であってもよい。
【００１５】
本発明の成形型において、前記円環層成形空間は、一対の円環面と該一対の円環面に連なる外周面とで囲まれ、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間側の円環面は、前記シャフト成形空間側に窪んだ凹面であり、前記一対の円環面のうち前記シャフト成形空間とは反対側の円環面は、前記シャフト成形空間側に膨らんだ凸面であってもよい。こうすれば、未焼成円環層と未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、未焼成シャフトが下、未焼成円環層が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。この基礎成形体を焼成する場合、未焼成シャフトが上、未焼成円環層が下を向く姿勢で支持して焼成すれば、焼成後の円環層はほぼフラットな平面になる。前記凹面及び前記凸面は、中心位置とその中心位置から半径外方向に１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄが０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であること、あるいは、前記凹面及び前記凸面の傾斜角度θは０．２５°≦θ≦１°であることが好ましい。こうすれば、焼成後の円環層はよりフラットな平面になる。なお、基礎成形体の未焼成円板下層に更に電極（あるいは電極前駆体）や円板成形体を積層してから焼成する場合もあるが、その場合、焼成後の円板下層、電極及び円板がフラットな平面になる。
【００１６】
本発明の半導体製造装置用部材の製法は、
（ａ）上述した成形型を用いて、前記円環層成形空間によって成形される未焼成円環層と前記シャフト成形空間によって成形される未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を、モールドキャスト法により作製する工程と、
（ｂ）前記未焼成円環層の上面に、電極又はその前駆体を備えた円板成形体を積層して最終成形体を得る工程と、
（ｃ）前記最終成形体を仮焼したあと円板側が下になるように水平支持面に載置した状態で焼成することにより、接合界面を有さない焼成体を得る工程と、
（ｄ）前記焼成体の円板のうちシャフトが一体化されている面のシャフト内側領域に前記電極を露出させる電極露出穴を開けることにより、半導体製造装置用部材を得る工程と、
を含むものである。
【００１７】
この半導体製造装置用部材の製法によれば、円板とシャフトとが接合界面のない状態で一体化された半導体製造装置用部材を得ることができる。こうした半導体製造装置用部材は、最終成形体を１度だけ焼成して（１回の熱履歴で）作製することができるため、円板やシャフトを２度焼成する場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板のうちシャフト内側領域はシャフト外側領域よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域の電極露出穴の深さは浅い。そのため、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に電極露出穴を開けることができる。
【００１８】
ここで、「モールドキャスト法」とは、セラミック原料粉末とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入し、その成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させることにより成形体を得る方法をいう。モールド化剤としては、例えば、イソシアネート及びポリオールを含み、ウレタン反応によりモールド化するものとしてもよい。「電極の前駆体」とは、焼成することにより電極となるものをいい、例えば電極ペーストを電極の形状に塗布又は印刷した層などをいう。
【００１９】
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、成形型として、円環層成形空間をなす一対の円環面が上述した凹面と凸面のものを用いた場合、未焼成円環層と未焼成シャフトとがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体を未焼成シャフトが下、未焼成円環層が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。焼成工程で、最終成形体を未焼成シャフトが上になるように支持して焼成すれば、焼成後の円板はほぼフラットな平面になる。また、モールドキャスト法では、成形型内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは凹面に沿って外部へ排出されやすい。そのため、基礎成形体に気泡はほとんど残らない。特に、凹面及び凸面のそれぞれの高低差ｄを０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下にした場合、あるいは、傾斜角度θを０．２５°≦θ≦１°にした場合、焼成後の円板はよりフラットな平面になるため好ましい。
【００２０】
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程（ｂ）では、前記円板成形体として、前記円板成形体の側面に開口するガス通路を備えたものを用いてもよい。こうすれば、円板の側面に開口し円板の板面方向に沿って設けられたガス通路を有する半導体製造装置用部材を得ることができる。
【００２１】
本発明の半導体製造装置用部材の製法において、前記工程（ｃ）では、仮焼したあとの前記最終成形体の前記未焼成円板に錘を載せた状態で焼成してもよい。こうすれば、焼成後に得られるセラミックヒータの円板はよりフラットになると共に変形がより抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】セラミックヒータ１０の斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図（縦断面図）。
【図３】基礎成形体３０の縦断面図。
【図４】成形型４０の縦断面図。
【図５】最終成形体７０を作製するまでの成形工程図。
【図６】仮焼体７４を焼成してセラミックヒータ８０を得る焼成工程図。
【図７】セラミックヒータ１１０の斜視図。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図。
【図９】セラミックヒータ１８０の製造工程図。
【図１０】セラミックヒータ１０の変形例の縦断面図。
【図１１】セラミックヒータ１０の変形例の縦断面図。
【図１２】セラミックヒータ１０の変形例の縦断面図。
【図１３】セラミックヒータ１０の変形例の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はセラミックヒータ１０の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、本実施形態の説明において「上」「下」を用いるが、これは絶対的な位置関係ではなく相対的な位置関係を示すものであり、物品の向きが変われば「上」「下」が「左」「右」になったり「前」「後」になったり「下」「上」になったりする。
【００２４】
セラミックヒータ１０は、図１に示すように、半導体製造装置用部材の一種であり、セラミック製の円板１２と、同じくセラミック製の円筒状のシャフト２０とを備えている。セラミックヒータ１０は、接合界面を有していない。すなわち、円板１２にもシャフト２０にも円板１２とシャフト２０との境界にも、接合界面を有していない。
【００２５】
円板１２は、図２に示すように、ヒータ電極１４及びＲＦ電極１６を内蔵している。円板１２の上面には、ウエハ載置面１２ａが設けられている。ウエハ載置面１２ａには、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷが載置される。円板１２の下面１２ｂには、シャフト２０が接合界面のない状態で一体化されている。円板１２の下面１２ｂは、シャフト内側領域Ａ１とシャフト外側領域Ａ２とを有し、シャフト内側領域Ａ１は、シャフト外側領域Ａ２よりも一段凹んだ形状になっている。ヒータ電極１４及びＲＦ電極１６は、ウエハ載置面１２ａとほぼ平行になっている。ヒータ電極１４は、例えば導電性のコイルを円板１２の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものである。このヒータ電極１４の両端のそれぞれは、シャフト内側領域Ａ１に設けられた電極露出穴１４ａによってシャフト２０の内部空間に露出している。ヒータ電極１４の両端のそれぞれは、電極露出穴１４ａを介して給電棒（図示せず）が接続されている。ヒータ電極１４は、給電棒を介してヒータ電極１４の両端に電圧が印加されることにより発熱する。ＲＦ電極１６は、円板１２よりもやや小径の円形の薄層電極であり、例えば細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュで形成されている。このＲＦ電極１６は、円板１２のうちヒータ電極１４とウエハ載置面１２ａとの間に埋設されている。ＲＦ電極１６は、シャフト内側領域Ａ１に設けられた電極露出穴１６ａによってシャフト２０の内部空間に露出している。ＲＦ電極１６は、電極露出穴１６ａを介して給電棒（図示せず）が接続されており、その給電棒を介して交流高周波電圧が印加されるようになっている。なお、ヒータ電極１４やＲＦ電極１６の材質は、製造時に円板１２にクラックが発生するのを防止することを考慮すると、円板１２に用いるセラミック材料と熱膨張係数が近いものが好ましい。
【００２６】
シャフト２０は、円板１２の下面１２ｂに接合界面のない状態で一体化されており、円板１２を支持している。シャフト２０の内部空間Ｓのうち、円板１２のシャフト内側領域Ａ１を基準とする所定高さの位置２０ｐから円板１２のシャフト内側領域Ａ１までの第１空間Ｓ１は、所定高さの位置２０ｐからシャフト内側領域Ａ１に向かって徐々に拡径する円錐台形状になっている。また、シャフト２０の内部空間Ｓのうち、所定高さの位置２０ｐからシャフト２０の開口部２０ｂまでの第２空間Ｓ２は、所定高さの位置２０ｐから開口部２０ｂに向かって徐々に拡径する円錐台形状になっている。セラミックヒータ１０のうち第１空間Ｓ１を取り囲む周壁の壁面１０ａは、テーパ面になっており、シャフト２０の外面と円板１２の下面１２ｂとの境界面１０ｂも、テーパ面になっており、２つのテーパ面は略平行になっている。
【００２７】
次に、セラミックヒータ１０の使用例について説明する。図示しないチャンバ内にセラミックヒータ１０を配置し、ウエハ載置面１２ａにウエハＷを載置する。そして、ＲＦ電極１６に交流高周波電圧を印加することにより、チャンバ内の上方に設置された図示しない対向水平電極と円板１２に埋設されたＲＦ電極１６とからなる平行平板電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。また、図示しない熱電対の検出信号に基づいてウエハの温度を求め、その温度が設定温度（例えば５５０℃とか６５０℃）になるようにヒータ電極１４へ印加する電圧を制御する。
【００２８】
次に、セラミックヒータ１０の製造例について説明する。図３は基礎成形体３０の縦断面図、図４は成形型４０の縦断面図、図５は最終成形体７０を作製するまでの成形工程図、図６は仮焼体７４を焼成してセラミックヒータ８０を得る焼成工程図である。
【００２９】
１．成形工程
まず、セラミックヒータ１０を製造するのに用いられる基礎成形体３０を作製する。基礎成形体３０は、図３に示すように、未焼成円環層３２と未焼成シャフト３４とがつなぎ目のない状態で一体に成形されたものである。未焼成円環層３２は、円板１２のうち下面１２ｂのシャフト内側領域Ａ１を含む面よりもシャフト側の円環層１２ｃ（図２参照）に対応する成形体であり、未焼成シャフト３４は、シャフト２０に対応する成形体である。未焼成円環層３２は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になっている。具体的には、未焼成円環層３２の表面３２ａ（上面）は未焼成シャフト３４に向かって円錐台状に窪んだ凹面となっており、表面３２ｂ（下面）は未焼成シャフト３４に向かって膨出した凸面となっている。２つの表面３２ａ，３２ｂは、平行になっている。未焼成円環層３２の表面３２ａ，３２ｂのそれぞれにおいて、中心位置とその中心位置から半径外方向に１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄが０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であること、あるいは、中心部と外周縁とを結んだ線分が水平面となす傾斜角度θが０．２５°以上１°以下の範囲内の所定角度となっていることが好ましい。未焼成円環層３２の表面３２ａには、後述する未焼成の円板成形体５０が有機系接着剤により接着される。
【００３０】
基礎成形体３０は、中心軸に沿って上下方向に貫通する貫通孔３６を有する。貫通孔３６は、セラミックヒータ１０の内部空間Ｓに対応するものである。貫通孔３６のうち中途位置３６ｃから未焼成円環層側の開口部３６ａまでの部分は、中途位置３６ｃから開口部３６ａに向かって徐々に拡径する第１テーパ孔３６１であり、中途位置３６ｃから未焼成シャフト側の開口部３６ｂまでの部分は、中途位置３６ｃから開口部３６ｂに向かって徐々に拡径する第２テーパ孔３６２である。基礎成形体３０の第１及び第２テーパ孔３６１，３６２は、それぞれセラミックヒータ１０の第１及び第２空間Ｓ１，Ｓ２に対応する。また、中途位置３６ｃは、セラミックヒータ１０の位置２０ｐに対応する。基礎成形体３０のうち第１テーパ孔３６１を取り囲む周壁の壁面３０ａは、テーパ面になっており、未焼成シャフト３４の外面と未焼成円環層３２の表面３２ｂとの境界面３０ｂも、テーパ面になっており、２つのテーパ面は略平行になっている。壁面３０ａはセラミックヒータ１０の壁面１０ａに対応し、境界面３０ｂはセラミックヒータ１０の境界面１０ｂに対応する。
【００３１】
基礎成形体３０を作製するには、基礎成形体３０を成形するための成形型４０を用意する。成形型４０は、図４に示すように、大円板部４１と、本体部４２と、小円板部４３と、第１芯棒４４と、第２芯棒４５とで構成されている。成形型４０の内部空間４６は、基礎成形体３０と同形状の空間であり、円環層成形空間４７とシャフト成形空間４８とで構成されている。大円板部４１と本体部４２と小円板部４３とは、基礎成形体３０の外表面を形取る。大円板部４１は、未焼成円環層３２の表面３２ａを形取る部分であり、中央に貫通孔４１ａを有する。本体部４２は、主として基礎成形体３０の外周面、表面３２ｂや未焼成シャフト３４の側面を形取る部分であり、左右１対の分割体４２１，４２２に分割可能である。小円板部４３は、基礎成形体３０の未焼成シャフト３４の端面を形取る部分である。第１芯棒４４は、大円板部４１の貫通孔４１ａに挿入される円柱部材であり、成形型４０の内部に配置される端面４４ａの外周縁はテーパ面４４ｂになるように面取りされている。テーパ面４４ｂは、基礎成形体３０の壁面３０ａを形成する。第２芯棒４５は、本体部４２の内部空間に本体部４２の中心軸に沿って挿入される円柱部材であり、一方の端面４５ａは第１芯棒４４の端面４４ａに当接し、他方の端面４５ｂは小円板部４３に当接する。第２芯棒４５の側面は、一方の端面４５ａから他方の端面４５ｂに向かって徐々に拡径するテーパ面４５ｃとなっている。テーパ面４５ｃは、基礎成形体３０の第２テーパ孔３６２を取り囲む壁面を形成する。また、第１芯棒４４と第２芯棒４５との当接面の位置は、基礎成形体３０の中途位置３６ｃに対応する。
【００３２】
また、円環層成形空間４７は、未焼成円環層３２を成形するための空間である。この円環層成形空間４７は、一対の円環面４７ａ，４７ｂと該一対の円環面４７ａ，４７ｂに連なる外周面４７ｃと第１芯棒４４のテーパ面４４ｂとで囲まれた空間である。一対の円環面４７ａ，４７ｂのうち、シャフト成形空間４８と反対側の円環面４７ａは、シャフト成形空間側に膨らんだ凸面であり、シャフト成形空間側の円環面４７ｂは、シャフト成形空間側に窪んだ凹面である。円環面４７ａ，４７ｂはそれぞれ基礎成形体３０の表面３２ａ，３２ｂを形成する。円環面４７ａ，４７ｂは、その中心位置とその中心位置から半径外方向に１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄが０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であることが好ましい。また、円環面４７ａ，４７ｂの傾斜角度θは０．２５°≦θ≦１°であることが好ましい。以下の表１に傾斜角度θと高低差ｄとの関係の一例を示す。成形型４０において、スラリーの注入口４０ａは円環層成形空間４７の外周面に設けられ、排出口４０ｂは小円板４３に設けられている。
【００３３】
【表１】
2020161589.tif 000003
【００３４】
この成形型４０を、図５（ａ）に示すように、セラミックスラリーを成形型４０の注入口４０ａから注入して排出口４０ｂから空気を排出しつつ内部空間４６の全体に充填し、そのスラリーを硬化させることにより基礎成形体３０を得る。具体的な手順は以下の通りである。
【００３５】
セラミック粉体に、分散媒及び分散剤を加えて混合して、セラミックスラリー前駆体を作製する。セラミック粉体として使用されるセラミック材料は、酸化物系セラミックでもよいし、非酸化物系セラミックでもよい。例えば、アルミナ、イットリア、チッ化アルミ、チッ化ケイ素、炭化ケイ素、サマリア、マグネシア、フッ化マグネシウム、酸化イッテルビウム等が使用され得る。これらの材料は、１種類単独で、或いは２種以上を組み合わせて使用され得る。また、スラリーを調整・作製可能な限りにおいて、セラミック材料の粒子径は特に限定されない。分散媒としては、分散剤、イソシアネート、ポリオール及び触媒を溶解するものであれば、特に限定されない。例えば、炭化水素分散媒（トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等）、エーテル分散媒（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）、アルコール分散媒（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）、ケトン分散媒（アセトン、メチルエチルケトン等）、エステル（酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン等）、多塩基酸分散媒（グルタル酸等）を例示することができる。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剤を使用することが好ましい。分散剤としては、例えば、セラミック粉体を分散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を例示することができる。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。このように、セラミック粉体に、分散媒、及び分散剤が所定の割合で添加され、所定時間に亘ってこれらを混合・解砕して、セラミックスラリー前駆体が作製される。
【００３６】
続いて、セラミックスラリー前駆体に、モールド化剤（イソシアネート及びポリオール）と、触媒とが添加され、これらを混合・真空脱泡して、セラミックスラリーを作製する。イソシアネートとしては、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、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、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）、或いは、これらの変性体等が使用され得る。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、反応官能基が多数含有されていてもよい。ポリオールとしては、イソシアネート基と反応し得る官能基、例えば、水酸基、アミノ基等を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）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が使用され得る。触媒としては、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、１，５−ジアザシクロ（４．３．０）ノネンー５、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセン、（ジメチルベンジルアミン）、ヘキサメチルテトラエチレンテトラミン等が使用され得る。セラミックスラリーを成形型４０の注入口４０ａから流し込んで円環層成形空間４７とシャフト成形空間４８に充填する。その後、イソシアネート及びポリオールによる化学反応（ウレタン反応）により有機バインダとしてのウレタン樹脂を生成させ、さらに隣接するウレタン樹脂の分子間において、同分子中にそれぞれ生成されているウレタン基（−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−）同士を連結するように架橋させることにより、セラミックスラリーを硬化させる。ウレタン樹脂は有機バインダとして機能する。これにより、成形型４０の内部に基礎成形体３０が作製される。
【００３７】
なお、セラミックスラリー前駆体やセラミックスラリーを作製する際の混合方法は、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、スタティックミキサー等を例示できる。基礎成形体３０の大きさは、セラミックヒータ１０の大きさと焼成時の収縮率とを考慮して決定する。また、成形型４０内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは傾斜角度θの円環面４７ａ，４７ｂ（図４参照）に沿って外部へ排出されやすい。そのため、基礎成形体３０に気泡は残らない。
【００３８】
続いて、成形型４０の小円板部４３を取り外し、本体部４２の左右１対の分割体４２１，４２２を取り外し、基礎成形体３０を露出させる（図５（ｂ）参照）。更に、第１芯棒４４を大円板部４１の貫通孔４１ａ及び基礎成形体３０の第１テーパ孔３６１から下方へ引き抜き、第２芯棒４５を基礎成形体３０の第２テーパ孔３６２から上方へ引き抜く。このとき、第１芯棒４４はテーパ面４４ｂを備えているため、基礎成形体３０の第１テーパ孔３６１から容易に引き抜くことができる。また、第２芯棒４５もテーパ面４５ｃを備えているため、基礎成形体３０の第２テーパ孔３６２から容易に引き抜くことができる。このようにして、基礎成形体３０を成形型４０から取り出す（図５（ｃ）参照）。
【００３９】
一方、別途、円板成形体５０を成形するための成形型６０を用意する。円板成形体５０は、図５（ｉ）に示すように、ヒータ電極１４及びＲＦ電極１６を内蔵し、繋ぎ目のない状態で一体に成形されたものである。円板成形体５０の全体形状は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になっている。円板成形体５０の表面５０ａ（上面）と表面５０ｂ（下面）は、基礎成形体３０の表面３２ａと平行になっている。
【００４０】
成形型６０は、図５（ｄ）に示すように、第１上型６１と下型６４とで構成されている。両型６１，６４の間には、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状の未焼成円板下層５１を形成するための空間が設けられている。下型６４はコップ形状の型であり、底面は、中心が窪んだ凹面である。この凹面は、円板成形体５０の表面５０ｂの形状と一致している。第１上型６１の下面は、ヒータ電極１４を嵌め込むためのヒータ電極用溝５１ａを未焼成円板下層５１に形成可能な形状となっている。両型６１，６４の間の空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板下層５１を成形する。
【００４１】
続いて、第１上型６１を取り外し、未焼成円板下層５１の上面を露出させ、ヒータ電極用溝５１ａにコイル状のヒータ電極１４を嵌め込む（図５（ｅ）参照）。続いて、下型６４に第２上型６２を取り付け、未焼成円板下層５１の上方に空間を形成し、この空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板中層５２を成形する（図５（ｆ）参照）。未焼成円板中層５２の上面には、円形のＲＦ電極用溝５２ａが形成される。続いて、第２上型６２を取り外し、未焼成円板中層５２の上面を露出させ、ＲＦ電極用溝５２ａにメッシュ状のＲＦ電極１６を嵌め込む（図５（ｇ）参照）。続いて、下型６４に第３上型６３を取り付け、未焼成円板中層５２の上方に空間を形成し、この空間に先ほどと同様のセラミックスラリーを充填し、化学反応により硬化させることにより未焼成円板上層５３を成形する（図５（ｈ）参照）。これにより、円板成形体５０が成形される。続いて、第３上型６３を取り外し、下型６４から円板成形体５０を取り出す（図５（ｉ）参照）。そして、基礎成形体３０の表面３２ａに有機系接着剤７２を塗布し、その上に円板成形体５０の表面５０ｂが当接するように円板成形体５０を載せて、基礎成形体３０と円板成形体５０とを一体化する。こうすることにより、最終成形体７０を得る（図５（ｊ）参照）。最終成形体７０のうち、円板成形体５０と基礎成形体３０の未焼成円環層３２とを未焼成円板５４と称する。未焼成円板５４は、セラミックヒータ１０の円板１２に対応する部材である。最終成形体７０は、未焼成円板５４と未焼成シャフト３４とが一体化されたものである。最終成形体７０の未焼成円板５４は、中心部に比べて外周縁が反り上がった形状であり、その中心位置とその中心位置から半径外方向に１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄは０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であることが好ましい。また、傾斜角度θは０．２５°以上１°以下であることが好ましい。
【００４２】
２．乾燥・脱脂・仮焼工程
（１）乾燥
最終成形体７０に含まれる分散媒を蒸発させる。使用する分散媒種により乾燥温度や乾燥時間は適宜設定すればよい。ただし、乾燥温度が高すぎるとクラックの原因となるため好ましくない。また、雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよい。
（２）脱脂
分散媒を蒸発させたあとの最終成形体７０に含まれる有機系接着剤、バインダ、分散剤及び触媒を分解させる。分解温度としては、例えば４００〜６００℃、雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよいが、電極を埋設する場合や非酸化物系セラミックを使用する場合は不活性雰囲気か真空のいずれかとする。
（３）仮焼
脱脂したあとの最終成形体７０を７５０〜１３００℃で熱処理（仮焼）を行うことにより仮焼体７４（図６（ａ）参照）を得る。仮焼するのは、強度を高くしてハンドリングしやすくするためである。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよいが、電極を埋設する場合や非酸化物系セラミックを使用する場合は不活性雰囲気か真空のいずれかとする。仮焼体７４は、最終成形体７０と同様の形状である。なお、乾燥後、脱脂と仮焼を一度に行ってもよい。
【００４３】
３．焼成工程
仮焼体７４を円板が下、シャフトが上になるように配置した状態で、仮焼体７４を焼成してセラミックヒータ８０を得る。焼成時の最高温度は粉末の種類、粉末の粒子径により適宜設定するが、１０００〜２０００℃の範囲に設定することが好ましい。仮焼体７４のうち中心部に比べて外周縁が反り上がった形状の円板部分は焼成によってほぼフラットになる。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空のいずれでもよい。また、焼成時の変形をより抑制し円板部分をよりフラットにするため、図６（ａ）のように、フラットな水平支持板７６（例えばＢＮ材からなる板）に、仮焼体７４の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘７８を円板部分に載せて荷重を加えた状態で常圧焼成するのが好ましい。こうすることにより、接合界面をもたないセラミックヒータ８０が得られる（図６（ｂ）参照）。錘７８の重さが重すぎると、加重されている円板部分とフリーのシャフト部分との間に収縮差が生じて割れるおそれがある。そのため、５〜１０ｋｇの範囲で適宜設定するのが好ましい。錘７８は、装着や脱着を考慮すると、直径に沿って２つ以上に分割可能な形状になっていることが好ましい。
【００４４】
４．穴開け工程
セラミックヒータ８０のシャフト内側領域の所定位置にドリルなどを用いて電極露出穴１４ａ，１６ａを設ける。また、シャフト２０の開口部２０ｂの周囲に設けられたフランジの形状を研削して整える。これにより、セラミックヒータ１０が完成する。
【００４５】
以上詳述した本実施形態のセラミックヒータ１０は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、セラミックヒータ１０は、円板とシャフトとが一体になった最終成形体７０を１度だけの焼成で（１回の熱履歴で）作製することができるため、２回熱履歴が掛かる場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板１２の下面１２ｂのうちシャフト内側領域Ａ１はシャフト外側領域Ａ２よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域Ａ１の電極露出穴１４ａ，１６ａの深さは浅い。そのため、電極露出穴は１４ａ，１６ａは、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に開けることができる。
【００４６】
また、シャフト２０の内部空間Ｓのうち第１空間Ｓ１は、円板１２のシャフト内側領域Ａ１を基準とする所定高さの位置２０ｐから円板１２のシャフト内側領域Ａ１に向かって拡径する円錐台形状になっている。こうすれば、上述した製法によってセラミックヒータ１０を製造するにあたり、基礎成形体３０は開口部３６ａに向かって拡径している第１テーパ孔３６１を有することになる。そのため、成形型４０で基礎成形体３０を成形したあと、第１テーパ孔３６１からスムーズに第１芯棒４４を抜くことができる。
【００４７】
更に、シャフト２０の内部空間Ｓのうち第２空間Ｓ２は、所定高さの位置２０ｐからシャフト２０の開口部２０ｂに向かって拡径する円錐台形状になっている。こうすれば、上述した製法によってセラミックヒータ１０を製造するにあたり、基礎成形体３０は開口部３６ｂに向かって拡径している第２テーパ孔３６２を有することになる。そのため、成形型４０で基礎成形体３０を成形したあと、第２テーパ孔３６２からスムーズに第２芯棒４５を抜くことができる。
【００４８】
更にまた、シャフト２０の外面と円板１２の下面１２ｂとの境界面１０ｂは、テーパ面であるため、境界面１０ｂに加わる応力を緩和することができる。
【００４９】
そしてまた、成形型４０は、円環層成形空間４７とシャフト成形空間４８とが連通している。そのため、セラミックスラリーを成形型４０内に注入し、成形型４０内でモールド化剤を化学反応させてスラリーをモールド化させることにより、未焼成円環層３２と未焼成シャフト３４とがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体３０を得ることができる。この基礎成形体３０の未焼成円環層３２に円板成形体５０を積層して最終成形体７０としてから仮焼、焼成するため、１度の焼成によりセラミックヒータ１０が得られる。
【００５０】
そして更に、上述したセラミックヒータ１０の製法によれば、接合界面を有さないセラミックヒータ１０を容易に得ることができる。特に、成形型４０として、円環層成形空間４７をなす一対の円環面４７ａ，４７ｂが上述したように凹面と凸面である。そのため、未焼成円環層３２と未焼成シャフト３４とがつなぎ目のない状態で一体化された基礎成形体３０を未焼成シャフト３４が下、未焼成円環層３２が上を向く姿勢で支持したとき、未焼成円環層３２は中心部に比べて外周縁が反り上がった形状になる。焼成工程で、仮焼体７４をシャフト部分が上になるように支持して焼成すれば、焼成後の円板１２はほぼフラットな平面になる。また、モールドキャスト法では、成形型４０内でモールド化剤が化学反応したときにガスが発生することがあるが、そのガスは凹面に沿って外部へ排出されやすい。そのため、最終成形体７０に気泡はほとんど残らない。特に、凹面及び凸面のそれぞれの高低差ｄを０．７ｍｍ以上２．６ｍｍ以下にした場合、あるいは、傾斜角度θを０．２５°≦θ≦１°にした場合、焼成後の円板下層はよりフラットな平面になる。
【００５１】
そして更にまた、焼成工程では、仮焼体７４の円板部分に錘７８を載せた状態で常圧焼成するため、円板１２はよりフラットになると共に変形がより抑制される。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、上述した実施形態のセラミックヒータ１０のヒータ電極１４の下に、図７及び図８に示すようにガス通路１８を設けてもよい。ガス通路１８を有するセラミックヒータ１０をセラミックヒータ１１０と称する。図７はセラミックヒータ１１０の斜視図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図である。図８では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。ガス通路１８は、円板１２のウエハ載置面１２ａと平行に板面方向に設けられた通路であり、セラミックヒータ１１０の側面に開口している。シャフト２０の周壁には、上下方向に延びてガス通路１８にガスを供給するガス供給路１９が設けられている。このガス供給路１９は、シャフト２０の下端面２０ｃからガス通路１８まで直線状に延びている。そのため、シャフト２０の周壁の厚さ、壁面１０ａ及び境界面１０ｂのテーパ角度、壁面１０ａと境界面１０ｂとの間隔等は、ガス供給路１９がシャフト２０の下端面２０ｃから直線的にガス通路１８に到達できるように設計されている。このセラミックヒータ１１０によれば、ウエハ載置面１２ａに載置したウエハＷにプラズマを利用してＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする際、ガス供給路１９を介してガスをガス通路１８の開口から円板１２の側面に噴出させることにより、円板１２の下面に堆積物が付着するのを防止することができる。
【００５４】
セラミックヒータ１１０を製造するには、まず、図９（ａ）に示す基礎成形体１３０と円板成形体１５０を作製する。基礎成形体１３０は、ガス供給路１９の一部をなす空洞１９ａを設けたこと以外は、基礎成形体３０と同様の構成である。この基礎成形体１３０を作製するための成形型は、空洞１９ａを形成するための芯棒部材を加えたこと以外は、成形型４０と同様である。なお、基礎成形体３０を作製したあと空洞１９ａを穿設して基礎成形体１３０としてもよい。円板成形体１５０は、ヒータ電極１４とＲＦ電極１６とガス通路１８とを埋設したものであり、図５（ｄ）〜図５（ｉ）に準じて作製することができる。ガス通路１８の下方には、ガス供給路１９の一部をなす空洞１９ｂを設ける。空洞１９ｂは成形型を利用して設けてもよいし、成形後に穿設してもよい。そして、図９（ｂ）に示すように、基礎成形体１３０の上面に有機系接着剤を印刷し、その上に円板成形体１５０を接着する。これにより、最終成形体１７０が得られる。最終成形体１７０を、上述した実施形態と同様にして、乾燥、脱脂、仮焼して仮焼体１７４としたあとこの仮焼体１７４を焼成することにより、セラミックヒータ１８０（電極露出穴のないもの）を得る。例えば、図９（ｃ）に示すように、フラットな水平支持板７６（例えばＢＮ材からなる板）に、仮焼体１７４の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘７８を円板に載せて荷重を加えた状態で常圧焼成してセラミックヒータ１８０としてもよい。最後に、電極露出穴１４ａ，１６ａをドリルなどで設けると共に、シャフトの開口部の周囲に設けられたフランジの形状を研削して整えることにより、セラミックヒータ１１０を得る。このセラミックヒータ１１０は、接合界面を有さないため、接合界面の剥離が起きることはない。また、セラミックヒータ１１０は、仮焼体１７４を１度だけ焼成して（１回の熱履歴で）作製することができるため、円板１２やシャフト２０を２回熱履歴を掛ける場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。更に、円板１２のうちシャフト内側領域Ａ１はシャフト外側領域Ａ２よりも一段凹んだ形状になっているため、シャフト内側領域Ａ１の電極露出穴１４ａ，１６ａの深さは浅い。そのため、電極露出穴は１４ａ、１６ａは、深さの深い電極露出穴に比べて、容易に開けることができる。
【００５５】
上述した実施形態では、ヒータ電極１４及びＲＦ電極１６の両方を円板１２に内蔵した例を示したが、いずれか一方のみを円板１２に内蔵してもよい。また、これらの電極１４，１６に代えて又は加えて、ウエハＷをウエハ載置面１２ａに静電力によって吸着保持するための静電電極を円板１２に内蔵してもよい。この点はセラミックヒータ１１０も同様である。
【００５６】
上述した実施形態では、成形型４０の円環面４７ａを円錐台状に膨らんだ凸面とし、円環面４７ｂを円錐台状に窪んだ凹面としたが、円環面４７ａをカーブ形状の凸面とし、円環面４７ｂをカーブ形状の凹面としてもよい。
【００５７】
上述した実施形態では、ヒータ電極用溝５１ａにコイル状のヒータ電極１４を嵌め込み、ＲＦ電極用溝５２ａにメッシュ状のＲＦ電極１６を嵌め込んだが、このような溝５１ａ，５２ａを設けず、電極ペーストを用いてスクリーン印刷等により電極パターンを形成してもよい。電極パターンは、成形体の表面に形成してもよいし、成形体を作製する前の成形型の内面に予め設けておき成形体を作製する際にその成形体に付着させてもよい。電極ペーストは、例えば、導電材料とセラミック材料とバインダーと分散媒と分散剤を含むように調製する。導電材料としては、タングステン、タングステンカーバイト、白金、銀、パラジウム、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、アルミニウム及びこれらの物質の化合物等を例示することができる。バインダーとしては、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）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、アクリル樹脂等を使用できる。また、分散媒や分散剤はモールド化剤と同様のものを使用できる。
【００５８】
上述した実施形態では、基礎成形体３０の未焼成円環層３２の上下両面の傾斜角度θを０．２５°以上１°以下としたが、傾斜角度θがこの範囲外の角度（例えば０°とか２°）であってもよい。その場合、得られるセラミックヒータ１０のウエハ載置面１２ａは上述した実施形態ほどフラットにならないものの、円板１２とシャフト２０とは接合界面のない状態で一体化されているため、接合界面の剥離が起きることはない。また、その場合も、仮焼体を１回の熱履歴で作製することができるため、円板１２やシャフト２０を２回熱履歴を掛ける場合に比べて焼結粒子の成長を抑えることができ、ひいては強度を高くすることができる。この点はセラミックヒータ１１０も同様である。
【００５９】
上述した実施形態では、セラミックヒータ１０のシャフト２０の外面と円板１２の下面１２ｂとの境界面１０ｂをテーパ面としたが、境界面１０ｂはテーパ面に限定されない。例えば、図１０に示すように境界面１０ｂを所定の曲率半径をもつＲ面としてもよいし、図１１に示すように境界面１０ｂを段差面（外観上、シャフト２０のフランジのように見える）としてもよいし、図１２に示すようにシャフト２０の外面と円板１２の下面１２ｂとを略直交するようにしてもよい。これらは、上述した実施形態におけるテーパ面の境界面１０ｂを研削することにより得られる。図１０〜図１２では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。
【００６０】
上述した実施形態では、セラミックヒータ１０の内部空間Ｓが円錐台状の第１及び第２空間Ｓ１，Ｓ２を有するものとしたが、図１３に示すように内部空間Ｓをストレート形状の円柱空間としてもよい。図１３では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。なお、図１３の境界面１０ｂを図１０〜図１２のように変更してもよい。
【実施例】
【００６１】
以下に説明する実験例１〜３のうち、実験例１，２が本発明の実施例、実験例３が比較例に相当する。実験例１，２ではセラミックヒータ１０を作製した。なお、以下の実験例は本発明を何ら限定するものではない。
【００６２】
［実験例１］
１．成形工程
まず、窒化アルミニウム粉末（純度９９．７％）１００質量部と、酸化イットリウム５質量部と、分散剤（ポリカルボン酸系共重合体）２質量部と、分散媒（多塩基酸エステル）３０質量部とを、ボールミル（トロンメル）を用いて１４時間混合することにより、セラミックスラリー前駆体を得た。このセラミックスラリー前駆体に対して、イソシアネート（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート）４．５質量部、水０．１質量部、触媒（６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール）０．４質量部を加えて混合することにより、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーを用いて、図５に示した手順にしたがって最終成形体７０を作製した。成形型４０の傾斜角度θは０．５°とした。成形型４０の円形面の中心位置とその中心位置から半径外方向に１５０ｍｍ離れた位置との高低差ｄは１．３ｍｍであった。また、ヒータ電極１４はＭｏコイルを使用し、ＲＦ電極１６はＭｏメッシュを使用した。
【００６３】
２．乾燥・脱脂・仮焼工程
得られた最終成形体７０を１００℃で１０時間乾燥し、続いて最高温度５００℃で脱脂し、更に最高温度８２０℃、窒素雰囲気で仮焼することにより、仮焼体７４を得た。
【００６４】
３．焼成工程
図６に示すように、ＢＮ製のフラットな水平支持板７６に、仮焼体７４の円板部分を下、シャフト部分を上にして載せ、ドーナツ状の錘７８（１０ｋｇ）を円板部分に載せて荷重を加えた状態で、窒素ガス中で常圧焼成により１８６０℃で６時間焼成した。これにより、セラミックヒータ８０（円板１２の直径は３００ｍｍ）を得た。セラミックヒータ８０に電極露出穴１４ａ，１６ａを開けることにより、セラミックヒータ１０を得た。
【００６５】
実験例１のセラミックヒータ１０は、強度３２０ＭＰａ、平均粒子径４．１μｍ、焼成後の反り０．０４ｍｍであった。また、最終成形体７０に気泡は見られなかった。なお、強度測定はＪＩＳ：１６０１に準じており、円板１２とシャフト２０との連結部を含むように試験片を切り出した。試験片は、幅Ｗが４．０ｍｍ、厚さｔが３．０ｍｍ、長さが４０ｍｍの直方体とした。この試験片を、一定距離に配置された２支点上に連結部が支点間の中央になるように置き、支点間の中央から左右に等しい距離にある２点に分けて荷重を加えて折れたときの最大曲げ応力を測定した。平均粒子径は、ＳＥＭにて観察した粒子の長軸と短軸の平均を粒子径とし、観察した粒子４０個の粒子径の平均を平均粒子径とした。反りは、ウエハ載置面１２ａにおける高さの最大値と最小値との差とした。気泡の有無は、最終成形体７０の断面を目視により観察して判断した。
【００６６】
［実験例２］
１．成形工程
実験例１と同様にしてセラミックスラリー前駆体を調製した。このセラミックスラリー前駆体に対して、イソシアネート（ヘキサメチレンジイソシアネート）４．５質量部、水０．１質量部、触媒（６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール）０．４質量部を加えて混合することにより、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーを用いて、図５に示した手順にしたがって最終成形体７０を作製した。成形型４０の傾斜角度θは０．５°、高低差ｄは１．３ｍｍとした。ヒータ電極１４及びＲＦ電極１６はＭｏペースト（窒化アルミニウム粉末（純度９９．７％）を含む）をスクリーン印刷して形成した。そのため、ヒータ電極用溝５１ａやＲＦ電極用溝５２ａは省略した。
【００６７】
２．乾燥・脱脂・仮焼工程
得られた最終成形体７０を１００℃で１０時間乾燥し、続いて最高温度１３００℃、水素雰囲気で脱脂・仮焼することにより、仮焼体７４を得た。
【００６８】
３．焼成工程
実験例１と同様にして焼成したあと電極露出穴１４ａ，１６ａを開けることにより、実験例２のセラミックヒータ１０を得た。実験例２のセラミックヒータ１０は、強度３３５ＭＰａ、平均粒子径４．３μｍ、焼成後の反り０．０４ｍｍであった。また、最終成形体７０に気泡は見られなかった。なお、このセラミックヒータ１０も実験例１と同様、接合界面が見られなかった。
【００６９】
［実験例３］
１．成形工程
窒化アルミニウム粉末９５重量％に、焼結助剤として酸化イットリウム５重量％を加え、ボールミルを用いて混合した。得られた混合粉末に、バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒した。得られた造粒粉を脱脂し、金型成形及びＣＩＰにより円板状成形体と管状成形体とを成形した。円板状成形体の内部にはＲＦ電極としてＭｏメッシュ、ヒータ電極としてＭｏコイルを埋設した。
【００７０】
２．焼成工程
円板状成形体を窒素ガス中でホットプレス法により１８６０℃で６時間焼成することにより、円板状焼成体とした。また、管状成形体を窒素ガス中で常圧焼成により１８６０℃で６時間焼成することにより、管状焼成体とした。
【００７１】
３．接合工程
円板状焼成体の接合面と管状焼成体の接合面を平面研削盤及び高速ラップ盤で加工し、接合面の中心線平均粗さ及び平面度を０．１μｍとした。各接合面にイットリウム濃度が２．６１×１０-4ｍｏｌ／ｃｃの硝酸イットリウム溶液を塗布し、両接合面を重ね合わせて１８６０℃で１時間熱処理することにより、実験例３のセラミックヒータを得た。熱処理の際には、両焼成体の位置が大幅にずれることがないように、治具によって各焼成体を保持し、固定した。接合時には、両焼成体に対して圧力を加えず、焼成体の自重のみを負荷した。熱処理時の雰囲気は窒素ガスとした。実験例３のセラミックヒータは、強度２９０ＭＰａ、平均粒子径４．９μｍ、焼成後の反り０．１５ｍｍであった。得られたセラミックヒータは、円板状焼成体と管状焼成体との接合界面がＳＥＭで判別できる状態で一体化されていた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、半導体製造装置に用いられる部材、例えばセラミックヒータ、静電チャックヒータ、静電チャックなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  セラミックヒータ、１０ａ  壁面、１０ｂ  境界面、１２  円板、１２ａ  ウエハ載置面、１２ｂ  下面、１２ｃ  円環層、１４  ヒータ電極、１４ａ  電極露出穴、１６  ＲＦ電極、１６ａ  電極露出穴、１８  ガス通路、１９  ガス供給路、１９ａ  空洞、１９ｂ  空洞、２０  シャフト、２０ｂ  開口部、２０ｃ  下端面、２０ｐ  位置、３０  基礎成形体、３０ａ  壁面、３０ｂ  境界面、３２  未焼成円環層、３２ａ，３２ｂ  表面、３４  未焼成シャフト、３６  貫通孔、３６ａ，３６ｂ  開口部、３６ｃ  中途位置、４０  成形型、４０ａ  注入口、４０ｂ  排出口、４１  大円板部、４１ａ  貫通孔、４２  本体部、４２１，４２２  分割体、４３  小円板部、４４  第１芯棒、４４ａ  端面、４４ｂ  テーパ面、４５  第２芯棒、４５ａ，４５ｂ  端面、４５ｃ  テーパ面、４６  内部空間、４７  円環層成形空間、４７ａ，４７ｂ  円環面、４７ｃ  外周面、４８  シャフト成形空間、５０  円板成形体、５０ａ，５０ｂ  表面、５１  未焼成円板下層、５１ａ  ヒータ電極用溝、５２  未焼成円板中層、５２ａ  ＲＦ電極用溝、５３  未焼成円板上層、６０  成形型、６１  第１上型、６２  第２上型、６３  第３上型、６４  下型、７０  最終成形体、７２  有機系接着剤、７４  仮焼体、７６  水平支持板、７８  錘、８０  セラミックヒータ、１１０  セラミックヒータ、１３０  基礎成形体、１５０  円板成形体、１７０  最終成形体、１７４  仮焼体、１８０  セラミックヒータ、３６１  第１テーパ孔、３６２  第２テーパ孔、Ａ１  シャフト内側領域、Ａ２  シャフト外側領域、Ｓ  内部空間、Ｓ１  第１空間、Ｓ２  第２空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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