Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Yttriumoxidsinterkörper, der
eine hohe Korrosionsbeständigkeit
und mechanische Festigkeit hat, ein den Yttriumoxidsinterkörper verwendendes
Keramikbauteil und ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper zur
Verfügung
zu stellen.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe enthält
ein Yttriumoxidsinterkörper
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Keramikbauteil
einen Grundkörper, der
zumindest zum Teil einen Yttriumoxidsinterkörper enthält, der 5 bis 40 Volumen-%
Siliziumnitrid enthält, und
ein in dem Grundkörper
eingebettetes Metallbauteil.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren
für einen
Yttriumoxidsinterkörper
die Schritte Ansetzen eines Ausgangspulvers, das Yttriumoxid und
5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält, Formen des Ausgangspulvers,
um einen Presskörper
zu bilden, und Sintern des Presskörpers in einer inaktiven Gasatmosphäre bei Temperaturen
innerhalb von 1500 bis 2000 °C.
Ein
besseres Verständnis
der obigen und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergibt sich aus der folgenden besten Ausführungsform der Erfindung, wenn
diese zusammen mit den Zeichnungen gelesen wird.
1 zeigt
ein Ablaufdiagramm mit Schritten eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
für einen
Yttriumoxidsinterkörper.
2A zeigt
in Draufsicht einen elektrostatischen Halter gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und 2B den Schnitt IIB-IIB von 2A.
3A zeigt
eine Draufsicht auf eine elektrische Heizung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und 3B den Schnitt IIIB-IIIB von 3A.
4 zeigt
einen Schnitt eines Suszeptors gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
5A zeigt
eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter mit einem darin
eingebetteten Verbindungsbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und 5B den Schnitt VB-VB von 5A.
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung
ein Yttriumoxidsinter körper,
ein den Yttriumoxidsinterkörper
verwendendes Keramikbauteil und ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper beschrieben.
Yttriumoxidsinterkörper
Ein
Yttriumoxidsinterkörper
gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
enthält
Yttriumoxid (Y2O3)
und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid (Si3N4). Der Yttriumoxidsinterkörper hat
einen Siliziumnitridanteil im Bereich von 5 bis 40 Volumen-%. In
einem Bereich des Siliziumnitridanteils von weniger als 5 Volumen-%
wird die mechanische Festigkeit nicht erhöht, während sich in einem Bereich
des Siliziumnitridanteils von mehr als 40 Volumen-% die Korrosionsbeständigkeit
deutlich verringert. Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise einen
Siliziumnitridanteil im Bereich von 20 bis 30 Volumen-% haben, um
dadurch für
eine noch größere mechanische
Festigkeit zu sorgen. Der Siliziumnitridanteil innerhalb von 5 bis
40 Volumen-% gestattet somit einen Yttriumoxidsinterkörper mit
einer höheren
mechanischen Festigkeit ohne übermäßigen Verlust
an Korrosionsbeständigkeit.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag neben Yttriumoxid und Siliziumnitrid vorzugsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid
(SiO2), Zirkoniumoxid (ZrO2),
Siliziumkarbid (SiC) usw. als Zähmacher
(engl.: toughening agent) oder Sinteradditiv enthalten, wobei die
Anteile ohne Yttriumoxid und Siliziumnitrid vorzugsweise auf eine
Gesamtmenge von unter 5 Volumen-% gesteuert werden mögen.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,01–5,0 μm haben,
um dadurch für
eine höhere
mechanische Festigkeit zu sorgen, und mag besser noch eine mittlere Korngröße an Siliziumnitrid
darin im Bereich von 0,01–5,0 μm haben,
um dadurch für
eine höhere
Biegefestigkeit zu sorgen.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise eine Biegefestigkeit (im Sinne einer Vier-Punkt-Biegefestigkeit
bei Zimmertemperatur nach JIS R1601) im Bereich von 250 MPa oder
mehr und/oder eine Bruchzähigkeit
(nach JIS R 1607) im Bereich von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr haben und mag vorzugsweise eine
Biegefestigkeit (nach JIS R1601) im Bereich von 300 MPa oder mehr
und/oder eine Bruchzähigkeit
(nach JIS R1607) im Bereich von 2 MPa·m1/2 oder mehr haben.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise für
eine höhere
mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eine relative Dichte
im Bereich von 98% oder mehr und/oder für außerdem einen höheren spezifischen
Durchgangswiderstand eine offene Porosität im Bereich von 1% oder weniger
haben.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise einen spezifischen Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur
(nach JIS C2141) im Bereich von 1 × 1015 Ω·cm oder
mehr und eine Dielektrizitätszahl
(nach JIS B 2141) im Bereich von 10 oder mehr haben, was bei der
Anwendung als dielektrische Schicht eines elektrostatischen Halters
eine höhere
Haltekraft und ein besseres Ablöseverhalten
gestattet. Der Yttriumoxidsinterkörper kann vorzugsweise einem
spezifischen Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur (nach JIS C2142)
im Bereich von 1 × 1016 Ω·cm oder
mehr und eine Dielektrizitätszahl
(nach JIS C2141) im Bereich von 11,5 oder mehr haben.
Der
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise eine Änderungsrate
des spezifischen Durchgangswiderstands zwischen Zimmertemperatur
und 150 °C
innerhalb eines einstelligen Bereichs oder weniger haben. Wenn R1
der spezifische Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur und R2
der bei 150 °C
ist, sollte die Änderungsrate
also, die durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt wird,
weniger als 10 betragen. Änderungsrate
= R1/R2 (1),
Wird über einen
großen
Temperaturbereich ein hoher spezifischer Durchgangswiderstand sichergestellt,
zeigt der Yttriumoxidsinterkörper
eine hervorragende Funktionsweise bei der Anwendung als dielektrische
Schicht eines elektrostatischen Halters.
Ein
Herstellungsverfahren des Yttriumoxidsinterkörpers mag vorzugsweise einen
Sinterschritt enthalten, der ein Heißpressverfahren nutzt, um den
Yttriumoxidsinterkörper
dadurch dichter zu machen, was eine höhere mechanische Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
und einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand gestattet.
Herstellungsverfahren
für Yttriumoxidsinterkörper
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhaltet ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper, wie
in 1 gezeigt ist, die Schritte Ansetzen von Ausgangspulver,
das Yttriumoxid und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält (S1),
Formen des Ausgangspulvers, um einen Presskörper zu bilden (S2), und Sintern
des Presskörpers
in einer inaktiven Gasatmosphäre
bei Temperaturen im Bereich von 1500 bis 2000 °C (S3), um einen Yttriumoxidsinterkörper A zu
erzielen, der Siliziumnitrid im Bereich von 5 bis 40 Volumen-% enthält, was
eine höhere
mechanische Festigkeit ohne übermäßigen Verlust
an Korrosionsbeständigkeit
gestattet.
Im
Schritt S1 des Herstellungsverfahrens für den Yttriumoxidsinterkörper wird
das Ausgangspulver angesetzt, indem eine Menge Yttriumoxidpulver
als Hauptbestandteil und eine Menge Siliziumnitridpulver gemischt
werden, die auf den oben erwähnten
Bereich abgewogen wurden. Die Menge des Siliziumnitridpulvers sollte
vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30 Volumen-% liegen. Das Ausgangspulver
mag vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumkarbid
usw. aufweisen, das als Zähmacher
oder Sinteradditiv hinzugegeben wurde. Diese von Yttriumoxid und
Siliziumnitrid verschiedenen Anteile des Ausgangspulvers mögen vorzugsweise
eine Gesamtkapazität
haben, die auf einen Bereich von 5 Volumen-% beschränkt ist, während das
Yttriumoxidpulver vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von 0,1–3,0 μm haben mag
und das Siliziumnitridpulver vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von 0,01–5,0 μm haben mag.
Im
Schritt S2 werden zu dem auf diese Weise erzielten Ausgangspulver
Bindemittel, Wasser, Dispergiermittel usw. hinzugegeben und vermischt,
wodurch eine Schlämme
angesetzt wird. Die auf diese Weise erzielte Schlämme wird
durch einen Atomisierungs-/Agglomerationsprozess zu granuliertem
Pulver granuliert, das zum Entfetten bei 500 °C in Luft erhitzt wird. Das
granulierte Pulver wird nach dem Entfetten etwa durch Formpressen,
CIP (kaltisostatisches Pressen) oder ein Schlickergussverfahren
zu einem Presskörper
geformt.
Im
Schritt S3 wird der auf diese Weise erzielte Presskörper bei
Temperaturen im Bereich von 1500–2000 °C in einer Inertgasatmosphäre gesintert.
Sintertemperaturen unter 1500 °C
führen
zu einem unzureichend dichten Yttriumoxidsinterkörper mit geringer mechanischer
Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, während Temperaturen über 2000 °C aufgrund
von Kornwachstum zu einer geringen mechanischen Festigkeit führen. Die
Sintertemperatur mag vorzugsweise innerhalb von 1700–1900 °C liegen,
um für
einen Yttriumoxidsinterkörper
mit höherer
mechanischer Festigkeit zu sorgen. Das Inertgas mag gut Stickstoff
oder Argon sein. Das Sinterverfahren unterliegt keinen Beschränkungen,
und mag gut ein Heißpressverfahren
sein, um den Yttriumoxidsinterkörper
dichter zu machen, was eine höhere
mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und einen hohen spezifischen
Durchgangswiderstand gestattet.
Innerhalb
der oben beschriebenen Herstellungsbedingungen lassen sich für eine angemessene
Lenkung (etwa der Zusammensetzung, der relativen Dichte, der offenen
Porosität
und der mittleren Korngröße) des
5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthaltenden Yttriumoxidsinterkörpers bei
Bedarf gut die mittlere Teilchengröße und die Zusammensetzung
des Ausgangspulvers, die Sintertemperatur, die Dauer und das Verfahren
und dergleichen steuern, um dadurch die mechanischen Eigenschaften
(etwa die Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit), die elektrischen
Eigenschaften (etwa den spezifischen Durchgangswiderstand und die
Dielektrizitätszahl)
usw. des sich ergebenden Yttriumoxidsinterkörpers einzustellen.
Keramikbauteil
Ein
Yttriumoxidsinterkörper
gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird für
ein Keramikbauteil verwendet, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit
und mechanische Festigkeit benötigt,
und findet, wie noch beschrieben wird, als elektrostatischer Halter,
als Heizung und als Suszeptor Anwendung.
Ein
Keramikbauteil gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung hat ein Metallbauteil, das in einem Grundkörper von
ihm eingebettet ist, und einen Anschluss, der an einer Stelle angeordnet
ist, die für
eine Verbindung eines Stromversorgungsbauteils (z.B. einer Stromeinspeisung
oder ein Kabel) mit dem Metallbauteil geeignet ist. Der Anschluss
mag zur Verbindung mit dem Metallbauteil mit einem Verbindungsbauteil
versehen sein. Das Verbindungsbauteil mag, um damit verbunden zu
werden, vorzugsweise eine Verbindungsfläche haben, die sich vorzugsweise
in einem Abstand von 1 mm oder mehr zur Verbindungsfläche des
Metallbauteils befindet. Ein solcher Abstand dient zur Verstärkung des
Keramikbauteils, um für
eine höhere
mechanische Festigkeit zu sorgen.
Der
Grundkörper
mag vorzugsweise zum Teil aus einem „Yttriumoxidsinterkörper gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, mit Yttriumoxid als Hauptbestandteil und 5 bis 40
Volumen-% Siliziumnitrid" bestehen
(nachstehend manchmal als „zäh gemachter
Yttriumoxidsinterkörper" bezeichnet), wobei
in dem Grundkörper
ein Metallbauteil eingebettet ist. Oder anders ausgedrückt mag
das Keramikbauteil vorzugsweise vollständig aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
bestehen; oder es mag zum Teil aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper und
ansonsten aus einer anderen Art zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers, einer
anderen Art eines keramischen Sinterkörpers, einem Metall oder einem
Verbundmaterial aus Keramik und Metall bestehen. Und zwar mag der
Grundkörper,
der mit einem Loch zum Einführen
eines Anschlusses auszubilden ist, an einem Teil von ihm in der
Umgebung des Anschlusseinführlochs
vorzugsweise aus einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, wohingegen das Keramikbauteil ansonsten eine geringe Festigkeit
haben kann, sodass der Teil mit einem Verbindungsbauteil verstärkt werden
kann, was eine höhere
mechanische Festigkeit des Keramikbauteils gestattet. Eine solche
Verwendung eines zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörpers
gestattet eine höhere
mechanische Festigkeit des Keramikbauteils ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit.
Es
folgt nun eine Beschreibung von Keramikbauteilen, die gemäß Ausführungsbeispielen
der Erfindung einen Yttriumoxidsinterkörper einsetzen.
Elektrostatischer
Halter
2A zeigt
eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung und 2B den Schnitt IIB-IIB von 2A.
Der elektrostatische Halter 10 ist mit einem Grundkörper 11,
einer auf dem Grundkörper 11 ausgebildeten
elektrostatischen Elektrode 12 zur Erzeugung elektrostatischer
Haltekräfte,
einer auf der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildeten
dielektrischen Schicht 13 und einem Anschluss 14 ausgestaltet.
Der elektrostatische Halter 10 absorbiert und hält dadurch
ein auf eine Substratbefestigungsseite 16 gesetztes oder
ihr überlagertes
Substrat (zum Beispiel ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat).
Der
Grundkörper 11 und/oder
die dielektrische Schicht 13 kann/können aus einem zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
bestehen. Wenn beide daraus bestehen, haben sie ohne Unterschied
gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten,
was eine höhere
Bindungsfestigkeit und einen geringeren Verzug nach dem Sintern
bei einer gleichzeitigen Steigerung der Gleichmäßigkeit der Dicke (der Verteilung über eine
Seite) der dielektrischen Schicht 13 gestattet.
Der
Grundkörper 11 und
die dielektrische Schicht 13 mögen für eine höhere Korrosionsbeständigkeit und
mechanische Festigkeit des elektrostatischen Halters gut aus einem
zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, der eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe mechanische
Festigkeit hat, während
die dielektrische Schicht 13 für ein besseres Ablöseverhalten
des Substrats und eine höhere
Haltekraft in einem coulombschen elektrostatischen Halter, der einem
elektrostatischen Halter entspricht, der als elektrostatische Haltekraft
Coulombkräfte
nutzt, die sich zwischen der elektrostatischen Elektrode 12 und
einem auf die Substratbefestigungsseite 16 der dielektrischen
Schicht 13 gesetzten Substrat entwickeln, gut aus einem
zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
bestehen mag, der einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand
hat.
Der
aus einem zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörper
bestehende Grundkörper 11 sollte
vorzugsweise mit einer dielektrischen Schicht 13 kombiniert
werden, die aus einem „Yttriumoxidsinterkörper mit
einer Reinheit von 99,9 Gewicht-% oder mehr und mit einer Dielektrizitätszahl von
10 oder mehr" besteht
(im Folgenden als „hochgradig
dielektrischer Yttriumoxidsinterkörper" bezeichnet). Der Grundkörper 11 und
die dielektrische Schicht 13, die beide aus einem Yttriumoxidsinterkörper bestehen,
können
zwischen sich eine höhere
Bindungsfestigkeit aufweisen. Der Grundkörper 11, der aus einem
zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
besteht, gestattet einen elektrostatischen Halter mit einer sehr
hohen Korrosionsbeständigkeit
und einer hohen mechanischen Festigkeit. Die dielektrische Schicht 13,
die aus einem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper besteht,
der eine hohe Reinheit und Dielektrizitätszahl hat, gestattet, dass
die dielektrische Schicht 13 eine höhere Korrosionsbeständigkeit
hat, was einen coulombschen elektrostatischen Halter mit einer höheren Haltekraft
und einem besseren Substratablöseverhalten
ermöglicht.
Der
hochgradig dielektrische Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise eine
Dielektrizitätszahl
von 11,5 oder mehr, eine relative Dichte von 98% oder mehr und eine
offene Porosität
von 1% oder weniger haben, was der dielektrischen Schicht 13 gestattet,
einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand und eine hohe mechanische
Festigkeit zu haben. Der hochgradig dielektrische Yttriumoxidsinterkörper mag
als Zähmacher oder
Sinteradditiv vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid,
Siliziumkarbid usw. enthalten, sofern der Anteil auf unter 0,1 Volumen-%
gesteuert wird.
Der
Grundkörper 11 mag
vorzugsweise aus einem Sinterkörper
aus einer anderen Keramik als Yttriumoxid, einem Metall, einem Verbund
von Keramik und Metall oder dergleichen bestehen, sofern die dielektrische
Schicht 13 aus einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
besteht. Die aus einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
bestehende dielektrische Schicht 13 gestattet dann eine
höhere
Korrosionsbeständigkeit
und mechanische Festigkeit. Darüber
hinaus gestattet eine dielektrische Schicht 13, die aus
einem zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
mit hohem spezifischen Durchgangswiderstand besteht, einen coulombschen
elektrostatischen Halter mit höherer
Haltekraft und besserem Substratablöseverhalten.
Der
Grundkörper 11 sollte
in diesem Fall vorzugsweise aus einem Aluminiumoxid enthaltenden
Sinterkörper
bestehen, wobei der Grundkörper 11 einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, der ungefähr
dem der dielektrischen Schicht 13 entspricht, damit sie
eine höhere
chemische Vereinbarkeit haben, was eine höhere Bindungsfestigkeit zwischen
ihnen gestattet. Darüber
hinaus gestattet ein Sinterkörper,
der für
eine hohe mechanische Festigkeit Aluminiumoxid enthält, eine
höhere
mechanische Festigkeit des gesamten elektrostatischen Halters. Der
Grundkörper 11 mag
zum Beispiel aus einem Aluminiumoxidsinterkörper, einem Aluminiumoxid und
Zirkoniumoxid enthaltenden Sinterkörper, einem Aluminiumoxid und
Magnesiumoxid (MgO) enthaltenden Sinterkörper oder einem Aluminiumoxid
und Siliziumoxid enthaltenden Sinterkörper bestehen. Der Sinterkörper des
Grundkörpers 11 mag
vorzugsweise eine relative Dichte von 98% oder mehr haben. Der Grundkörper 11 mag
vorzugsweise eine Vier-Punkt-Biegefestigkeit bei Zimmertemperatur
im Bereich von 300 MPa oder mehr haben.
Im
Fall einer Kombination eines Grundkörpers 11 und einer
dielektrischen Schicht 13, die einerseits aus einem zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
und andererseits aus einem anderen geeigneten Material als dem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, mögen
der Grundkörper 11 und
die dielektrische Schicht 13 vorzugsweise voneinander verschiedene
Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) im Bereich von 0,50 × 10–6/°K oder weniger
haben, wenn die Differenz in einem Temperaturbereich zwischen Zimmertemperatur
und 1.200 °C
gemessen wird. Dies sorgt für
eine noch höhere
Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen
Schicht 13. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Grundkörper 11 und
der dielektrischen Schicht 13 mag auf vorzugsweise 0,20 × 10–6/°K oder weniger
begrenzt sein.
Der
Grundkörper 11 und/oder
die dielektrische Schicht 13 kann/können zwar wie beschrieben aus
einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, doch mag vorzugsweise die dielektrische Schicht 13 aus
einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
oder einem anderen Yttriumoxidsinterkörper bestehen. Die dielektrische
Schicht 13, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist,
wird dadurch in die Lage versetzt, eine höhere Korrosionsbeständigkeit
mit daraus folgender Unterdrückung
der Oberflächenkorrosion
zu haben, wodurch gestattet wird, Verschlechterungen der Haltekraft
und der Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung des elektrostatischen Halters zu verhindern,
die andernfalls durch Unregelmäßigkeiten
der Substratbefestigungsseite 16 aufgrund von Oberflächenkorrosion
hervorgerufen würden.
Bei
jeder der beschriebenen Kombinationen mag die dielektrische Schicht 13 bei
Zimmertemperatur vorzugsweise einen spezifischen Durchgangswiderstand
von 1 × 1015 Ω·cm oder
mehr haben, was eine höhere Haltekraft
und ein besseres Ablöseverhalten
ermöglicht.
Die dielektrische Schicht 13 mag bei Zimmertemperatur besser
noch einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 × 1016 Ω·cm oder
mehr haben. Die dielektrische Schicht 13 mag vorzugsweise
eine Dielektrizitätszahl
von 10 oder mehr und besser noch 11,5 oder mehr haben. Die dielektrische
Schicht 13 mag vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,2
bis 0,5 mm haben, wodurch eine höhere
Haltekraft und ein besseres Ablöseverhalten
gestattet werden. Die dielektrische Schicht 13 sollte besser
noch eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm haben.
Die
Substratbefestigungsseite 16 der dielektrische Schicht 13 mag
vorzugsweise auf einen Mittenrauwert (Ra) von 0,6 μm oder weniger
(nach JIS B0601) endbearbeitet sein, was eine ausreichende Haltekraft ermöglicht und
aufgrund einer geringen Reibung zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und
einem Substrat eine Teilchenbildung unterdrückt. Der Mittenrauwert sollte
besser noch 0,4 μm
oder weniger betragen.
In
dem elektrostatischen Halter 10 ist an einer Stelle zwischen
dem Grundkörper 11 und
der dielektrische Schicht 13 die elektrostatische Elektrode 12 eingebettet,
um bei Stromzufuhr elektrische Haltekräfte zu erzeugen. Die elektrostatische
Elektrode 12 mag vorzugsweise aus einem Material mit hohem
Schmelzpunkt (SP) bestehen, zum Beispiel aus einem hochschmelzenden
Material mit einem SM von 1650 °C
oder mehr. Die elektrostatische Elektrode 12 mag vorzugsweise
aus einem Material mit einem um höchstens 5 × 10–6/°K höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der Grundkörper 11 und
die dielektrische Schicht 13 bestehen, wodurch eine höhere Trennfestigkeit
der elektrostatischen Elektrode 12 mit dem Grundkörper 11 und
der dielektrische Schicht 13 gestattet wird.
Und
zwar mag die elektrostatische Elektrode 12 für sich gut
ein hochschmelzendes Material einsetzen, das Molybdän (Mo),
Wolfram (W), Molybdänkarbid
(MoC), Wolframkarbid (WC), eine Wolfram-Molybdän-Legierung, Hafnium (Hf),
Titan (Ti), Tantal (Ta), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Platin (Pt)
und/oder Niob (Nb) enthält.
Die
elektrostatische Elektrode 12 mag eine beliebige Ausgestaltung
haben, z.B. eine Ausgestaltung, die hochschmelzendes Materialpulver
und eine darauf aufgedruckte Druckpaste beinhaltet oder die eine
CVD- oder PVD-Schicht (CVD: Chemische Gasphasenabscheidung; PVD:
Abscheidung aus der Dampfphase) oder ein hochschmelzendes Massivmaterial
einsetzt. Die elektrostatische Elektrode 12 mag eine beliebige
Form haben, z.B. eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Gitterform
(Metallnetzform), eine Kammform oder eine poröse Form (Stanzmetallform).
Die elektrostatische Elektrode 12 kann einpolig, doppelpolig
oder mehrpolig mit einer größeren Anzahl
an Polen als zwei sein.
Der
Grundkörper 11 hat
ein in seiner Bodenseite 17 (der Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 16) ausgebildetes
Anschlusseinführloch 15 zum
Einführen
des Anschlusses 14. Das Loch 15 verläuft von
der Bodenseite 17 zur elektrostatische Elektrode 12 hin,
um dort zum Teil frei zu liegen. Der Anschluss 14 wird
mit der elektrostatischen Elektrode 12 durch Hartlöten oder
Schweißen
verbunden.
Der
Grundkörper 11,
die elektrostatische Elektrode 12 und die dielektrische
Schicht 13 mögen
vorzugsweise als ein zusammengesinterter Körper gefertigt sein, damit
sie alle fest verbunden sind, was dem elektrostatischen Halter 10 gestattet,
bei sich ergebender Verhinderung von elektrischen Störungen wie
einer Lichtbogenbildung eine höhere
Festigkeit zu haben. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch
ein Heißpressverfahren
folgen. Der elektrostatische Halter 10 mag vorzugsweise
eine Dicke (im Sinne des Abstands zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und
der Bodenseite 17) im Bereich von 1 bis 3 mm haben, was
einen geringeren Wärmewiderstand
gestattet, der zu hervorragendem Wärmeeigenschaften des elektrostatischen
Halters beiträgt.
Elektrische
Heizung
3A zeigt
eine Draufsicht auf eine elektrische Heizung 20 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung und 3B einen Schnitt IIIB-IIIB von 3A.
Die elektrische Heizung 20 ist mit einem Grundkörper 21,
einem in dem Grundkörper 21 eingebetteten
Widerstandsheizelement 22 und zwei Anschlüssen 24 ausgestaltet
und dazu ausgelegt, ein die Substratheizseite 26 überlagerndes
Substrat (z.B. ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat) zu erhitzen.
Der
Grundkörper 21 mag
vorzugsweise vollständig
oder zumindest zum Teil aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen.
Der Grundkörper 21 mag
vorzugsweise aus einem zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, von dem ein Abschnitt die Substratheizseite 26 oder
eine obere Schicht 21a oberhalb des Widerstandsheizelements 22 bildet.
Die Substratheizseite 26, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt
ist, wird dadurch in die Lage versetzt, bei sich ergebender Unterdrückung von
Oberflächenkorrosion
eine höhere
Korrosionsbeständigkeit
zu haben, was es ermöglicht,
eine Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung
in der elektrostatische Heizung 20 zu verhindern, die andernfalls
durch Unregelmäßigkeiten
des Substratheizseite 26 aufgrund von Oberflächenkorrosion
verursacht würde.
Der
Grundkörper 21 mag
vorzugsweise an der oberen Schicht 21a aus einem zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
und an seiner unteren Schicht 21b aus einem anderen geeigneten
Material oder genauer aus einem Sinterkörper aus einer anderen Keramik
als Yttriumoxid, einem Metall oder einem Verbund aus Keramik und
Metall bestehen. Die untere Schicht 21b mag insbesondere
aus einem Aluminiumoxid enthaltenden Sinterkörper bestehen, wodurch gestattet
wird, dass die obere und untere Schicht 21a und 21b bei
sich erhöhender
Bindungsfestigkeit dazwischen eine minimierte Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, wodurch der Aluminiumoxid enthaltende Sinterkörper eine
höhere
mechanische Festigkeit hat, die auch eine höhere mechanische Festigkeit
der gesamten Heizung 20 gestattet. Der Aluminiumoxid enthaltene
Sinterköroper
mag gut aus einem entsprechenden, in dem Grundkörper 11 des elektrostatischen
Halters 10 eingesetzten Material bestehen. Die obere und
untere Schicht 21a und 21b mögen vorzugsweise voneinander
verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben,
die im Bereich von 0,50 × 10–6/°K oder weniger
und besser noch im Bereich von 0,20 × 10–6/°K oder weniger
liegen.
Die
Substratheizseite 26 des Grundkörpers 21 mag vorzugsweise
auf einen Mittenrauwert (Ra) von 1,6 μm oder weniger (nach JIS B0601)
endbearbeitet sein, was auf der Substratheizseite 26 einen
hinreichenden Kontakt eines Substrats gestattet, der eine gute Temperaturgleichmäßigkeit
ergibt, und eine Teilchenbildung aufgrund einer Reibung des Substrats
mit der Substratheizseite 26 unterdrückt.
Das
Widerstandsheizelement 22 ist dazu ausgelegt, bei Stromzufuhr
ein Substrat auf der Substratheizseite 26 zu erhitzen,
und mag gut aus dem gleichen hochschmelzenden Material wie die elektrostatische
Elektrode 12 bestehen. Das Widerstandsheizelement 22 mag
vorzugsweise aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
sich vom Grundkörper 21 um
5 × 10–6/°K oder weniger
unterscheidet, was eine höhere
Trennfestigkeit zwischen dem Grundkörper 21 und dem Heizelement 22 gestattet.
Das
Widerstandsheizelement 22 mag eine beliebige Ausgestaltung
haben, z.B. die gleiche Form wie die elektrostatische Elektrode
von 2A, eine Spiralform wie in 3A oder
eine andere Form wie eine Gitterform, eine perforierte Form (Stanzmetall),
eine Kammform oder dergleichen. Das Widerstandsheizelement 22 mag
sich aus einem Einzelmuster oder einer Kombination mehrerer unterteilter
Muster zusammensetzen, z.B. aus einem Paar in zwei getrennten Bereichen,
und zwar in einem Zentralbereich und einem Randbereich der Substratheizseite 26 befindlicher
Muster.
Der
Grundkörper 21 ist
in seiner Bodenseite 27 (Gegenseite zur Substratheizseite 26)
mit zwei Anschlusseinführlöcher 25 zum
Einführen
der Anschlüsse 24 ausgebildet.
Jedes Loch 25 hat die gleiche Ausgestaltung wie das Anschlusseinführloch 15 des
in 2B gezeigten elektrostatischen Halters 10 und öffnet sich auf
die gleiche Weise.
Der
Grundkörper 21 und
das Widerstandsheizelement 22 mögen vorzugsweise als ein zusammengesinterter
Körper
gefertigt sein. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein
Heißpressverfahren
erfolgen.
Suszeptor
4 zeigt
einen Schnitt durch einen Suszeptor 30 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Suszeptor 30 hat, wie in 4 dargestellt
ist, eine in einem Grundkörper 31 eingebettete
HF (Hochfrequenz-) Elektrode 32 und einen mit der HF-Elektrode 32 verbunden
Anschluss 34. Er hat außerdem ein Widerstandsheizelement 22,
das in dem Grundkörper 31 eingebettet
ist und an beiden Enden mit Anschlüssen 24 verbunden
ist, um wie die elektrische Heizung 20 in 3A und 3B das
erforderliche Erhitzen umzusetzen.
Der
Suszeptor 30 ist mit einer Substratheizseite 36 als
Substratbefestigungsseite für
ein Substrat (z.B. ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat) ausgestaltet,
das diese in einer Atmosphäre
aus reaktiven Halogengasen (z.B. ein korrosives Gas oder ein Isolierfilmbildungsgas) überlagert
und daran gehalten wird, die durch die HF-Elektrode 32 zum Ätzen oder
für Plasma-CVD
angeregt wird.
Der
Grundkörper 31 mag
vorzugsweise vollständig
oder zumindest zum Teil aus einem zäh gemachtem Yttriumoxid sinterkörper bestehen.
Der Grundkörper 31 mag
vorzugsweise aus einem zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörper
bestehen, von dem ein Teil die Substratheizseite 36 oder
eine obere Schicht 31a oberhalb der HF-Elektrode 32 bildet.
Die Substratheizseite 36, die einer korrosiven Umgebung
ausgesetzt ist, wird dadurch in die Lage versetzt, bei sich ergebener
Unterdrückung
von Oberflächenkorrosion
eine höhere
Korrosionsbeständigkeit
zu haben, was es ermöglicht,
eine Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung
eines Substrats zu verhindern, die andernfalls durch Unregelmäßigkeiten
der Substratheizseite 36 aufgrund von Oberflächenkorrosion
verursacht würden.
Der Grundkörper 31 mag
eine Kombination aus der aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehenden
oberen Schicht 31a und einer unteren Schicht 31b sein,
die aus einem anderen geeigneten Material bestehet, wofür das gleiche
Verfahren wie bei der elektrischen Heizung 20 eingesetzt
werden kann.
Die
HF-Elektrode 32 ist dazu ausgelegt, bei Stromzufuhr reaktive
Gase anzuregen und mag gut aus dem gleichen Material wie die elektrostatische
Elektrode 12 des elektrostatischen Halters 10 bestehen.
Für den mit
der HF-Elektrode 32 zu verbindenden Anschluss 34 ist
der Grundkörper 31 in
seiner Bodenseite 37 (Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 36)
mit einem Loch 35 zum Einführen des Anschlusses 34 ausgebildet.
Der Anschluss 34 wird mit der HF-Elektrode 32 durch
ein geeignetes Verfahren verbunden, z.B. durch Hartlöten oder
Schweißen.
Der
Grundkörper 31,
die HF-Elektrode 33 und das Widerstandsheizelement 22 mögen vorzugsweise als
ein zusammengesinterter Körper
gefertigt sein. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein
Heißpressverfahren
erfolgen.
Der
Suszeptor 30 hat, solange nichts anderes beschrieben ist,
den gleichen Aufbau wie die elektrostatische Heizung 20 von 3A und 3B.
Es
ist zu beachten, dass der Suszeptor 30, in dem wie in 4 gezeigt
das Widerstandsheizelement 22 eingebettet ist, das zum
Erhitzen ausgelegt ist, zu einem Suszeptor abgewandelt werden kann,
der kein Widerstandsheizelement hat.
Es
ist ebenfalls zu beachten, dass in dem in 2 gezeigten
elektrostatischen Halter 10 gut ein Widerstandsheizelement
eingebettet werden kann, das zum Erhitzen ausgelegt ist.
Des
Weiteren mögen
der elektrostatische Halter, die Heizung und der Suszeptor, die
in 2 bis 4 gezeigt
sind, wie unten dargestellt ein Verbindungsbauteil zur Verbindung
des Anschlusses 14, 24 oder 34 mit einem
Metallbauteil (d.h. der elektrostatische Elektrode 12,
dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32)
haben.
5A zeigt
eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter 40 mit
einem darin eingebetteten Verbindungsbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und 5B den Schnitt VB-VB von 5A.
In
einem Grundkörper 11 ist
ein Verbindungsbauteil 18 eingebettet. Das Verbindungsbauteil 18 ist
an seinem oberen und unteren Ende mit einer elektrostatischen Elektrode 12 bzw.
einem Anschluss 14 verbunden, um für eine elektrische Verbindung
zwischen der elektrostatische Elektrode 12 und dem Anschluss 14 zu sorgen.
Das Verbindungsbauteil 18 mag aus dem gleichen hochschmelzenden
Material wie die elektrostatische Elektrode 12 bestehen.
Bei einem aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
oder aus einem Aluminiumoxid enthaltenen Yttriumoxidsinterkörper bestehenden
Grundkörper 11 mag
das Verbindungsbauteil 18 insbesondere aus einem niobhaltigen
Material bestehen (z.B. aus Niob selbst oder einer Legierung aus Niob
und einem beliebigen geeigneten Metall). Das Verbindungsbauteil 18 mag
gut einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, der eine geringe Differenz zu dem des Grundkörpers 11 hat,
was es auch bei in dem Grundkörper 11 eingebettetem
Verbindungsbauteil 18 gestattet, bei sich ergebender Verhinderung
einer Verformung des Verbindungsbauteils 18 das Auftreten
von Rissen zu unterdrücken,
selbst wenn im Herstellungsschritt (z.B. beim Sintern) eine Erhitzung
erfolgt. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten
sollte zur wirksamen Verhinderung des Auftretens von Rissen vorzugsweise
auf 5 × 10–6/°K oder weniger
minimiert werden.
Das
Verbindungsbauteil 18, das in 5 zylinderförmig ist,
mag eine beliebige Form haben, z.B. eine Prismen-, Rohr-, Kreis-
oder Kugelform. Das Verbindungsbauteil 18 mag bezüglich eines
Abstands zwischen der Verbindungsfläche mit der elektrostatische
Elektrode und der Verbindungsfläche
mit dem Anschluss 14 ein Länge L von 1 mm oder mehr und
vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 mm haben, um dadurch den elektrostatische
Halter 40 zu verstärken,
was zur Steigerung der mechanischen Festigkeit nötig ist. Das Verbindungsbauteil 18 mag
gut einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm haben, wenn es röhrenförmig, kreisförmig oder
kugelförmig
ausgebildet ist, oder eine Breite im Bereich von 1 bis 4 mm, wenn
es prismenförmig
ist. Das Verbindungsbauteil 18 mag zum Beispiel mit der
elektrostatischen Elektrode 12 in einem erhitzten Zustand
unter Druck durch ein Heißpressverfahren
verbunden werden. Es mag dann ein Klebstoff zwischen dem Verbindungsbauteil 18 und
der elektrostatischen Elektrode 12 eingebracht werden.
Dieser
mag eine Druckpaste zur Bildung der elektrostatischen Elektrode 12 oder
ein geeigneter organischer Klebstoff sein.
Der
Grundkörper 11 ist
in seiner Bodenseite 17 (Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 36)
mit einem Loch 45 zum Einführen des Anschlusses 14 ausgebildet.
Das Loch 45 verläuft
von der Bodenseite 17 zum Verbindungsbauteil 18,
um dort zum Teil frei zu liegen. Der Anschluss 14 wird
in das Loch 45 eingeführt
und durch ein geeignetes Verfahren wie z.B. Hartlöten oder
Schweißen
mit dem frei liegendem Teil des Verbindungsbauteils 18 verbunden.
Der Hartlötfüllstoff
kann eine Legierung oder ein Verbund aus Metall und Keramik sein,
zum Beispiel ein Legierungsfüllstoff,
der Indium (In), Gold (Au), Silber (Ag), Aluminium (Al), Nickel
(Ni) und Titan (Ti) oder Aluminium und einen Aluminiumoxidverbund
enthält.
Das
Verbindungsbauteil 18 kann mit einer Vertiefung zum Einführen des
Anschlusses 14 ausgebildet sein. Das Loch 45 des
elektrostatischen Halters ist zum Einführen des Anschlusses 14 geöffnet, wobei
die Festigkeit um das Loch 45 herum tendenziell geringer
ist. Der Einsatz des mit der Vertiefung ausgebildeten Verbindungsbauteils 18 kann
jedoch zur Erhöhung
der mechanischen Festigkeit des elektrostatischen Halters 40 beitragen.
Des Weiteren ermöglicht
das Vorhandensein des Verbindungsbauteils 18, dass der
Abstand zwischen dem Loch und der Substratbefestigungsseite 16 das
gleiche Ausmaß wie
die Länge
L des Verbindungsbauteils 18 hat. Dadurch entfallen auch
bei einem coulombschen elektrostatischen Halter mit einer dünnen dielektrischen
Schicht 13 die Bedenken bezüglich einer tendenziell geringeren
Festigkeit aufgrund der Ausbildung des Loches 45.
Das
Verbindungsbauteil 18 mag auch bei der elektrischen Heizung 20 oder
dem Suszeptor 30 Anwendung finden. Bei einer Anwendung
bei der in den 3A und 3B gezeigten
Heizung 20 mag das Verbindungsbauteil in dem Grundkörper 21 eingebettet
und mit sowohl dem Widerstandsheizelement 22 als auch dem
Anschluss 24 verbunden werden, um zwischen diesen für eine Verbindung
zu sorgen. Bei einer Anwendung bei dem in 4 gezeigten
Suszeptor 30 mag das Verbindungsbauteil in dem Grundmaterial 31 eingebettet
und mit sowohl der HF-Elektrode 32 als auch dem Anschluss 34 verbunden
werden, um zwischen diesen für
eine Verbindung zu sorgen. Der elektrostatische Halter, die elektrische
Heizung und der Suszeptor mögen jeweils
als ein zusammengesinterter Körper
gefertigt sein (nachstehend manchmal als „Sinterkörpereinheit" bezeichnet). Das Zusammensintern sollte
vorzugsweise durch ein Heizpressverfahren erfolgen.
Und
zwar mögen
bei dem elektrostatischen Halter der Grundkörper 11, die elektrostatische
Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 mit
einem geeigneten Verbindungsbauteil zu einer Sinterkörpereinheit
zusammengefügt
werden. Bei der elektrischen Heizung mögen der Grundkörper 21 und
das Widerstandsheizelement 22 zusammen mit geeigneten Verbindungsbauteilen
zu einer Sinterkörpereinheit
zusammengefügt werden.
Eine solche Integration ermöglicht
eine starke Verbindung zwischen dem Grundkörper 11, 21 oder 31, dem/den
Metallbauteil(en) (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 und/oder
HF-Elektrode 33) und dem/den Verbindungsbauteil(en).
Herstellungsverfahren
für Keramikbauteil
Es
folgt nun die Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für ein Keramikbauteil
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei der elektrostatische Halter 10 als Beispiel
für das
Keramikbauteil genommen wird. Es ist zu beachten, dass der elektrostatische
Halter 10 am Grundkörper 11 und
an der dielektrischen Schicht 13 aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
besteht.
Zunächst wird
entsprechend dem beschriebenen Herstellungsverfahren für einen
Yttriumoxidsinterkörper
ein Körper
aus einem zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörper
angefertigt, der als Grundkörper 11 zu nehmen
ist. Dann wird auf dem Grundkörper 11 durch
ein Siebdruckverfahren eine erforderliche Menge einer Druckpaste
aufgedruckt, um eine elektrostatische Elektrode 12 zu bilden.
Die Druckpaste sollte vorzugsweise ein Gemisch aus einem Pulver
eines hochschmelzenden Materials und einem Pulver der gleichen Keramik
wie die in dem Grundkörper 11 oder
der dielektrischen Schicht 13 enthaltenen Keramik oder
ungefähr
einer Keramik mit etwa dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie diese gleiche Keramik bestehen, wodurch der elektrostatischen
Elektrode 12 gestattet wird, einen Wärmeausbildungskoeffizienten
zu haben, der gegenüber
denen des Grundkörpers 11 und
der dielektrischen Schicht 13 eine geringe oder minimale
Differenz ergibt, was zwischen diesen eine höhere Bindungsfestigkeit ermöglicht.
Die Druckpaste mag das Keramikpulver vorzugsweise im Bereich von
5 bis 30 Gewicht-% enthalten. Der Grundkörper 11 mag ein auf
seine Oberfläche gesetztes
massives hochschmelzendes Material oder einen darauf durch CVD oder
PVD ausgebildeten Dünnfilm
aus hochschmelzendem Material haben, um dadurch die elektrostatische
Elektrode 12 zu bilden.
Als
nächstes
wird auf der elektrostatischen Elektrode 12 ein Presskörper ausgebildet,
um dadurch für die
dielektrische Schicht 13 zu sorgen. Und zwar wird zum Ausbilden
des die dielektrische Schicht 13 bildenden Presskörpers in
eine Form, in die der mit der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildete
Formkörper 11 gesetzt
wurde, über
der Elektrode 12 eine notwendige Menge Körnchen eingefüllt, die
auf die gleiche Weise wie der Grundkörper 11 angesetzt
wurden und granuliert wurden. Auf den Grundkörper 11 mag etwa durch Formpressen,
CIP oder ein Schlickergussverfahren ein unter Verwendung von Granulatkörnchen gebildeter Presskörper gesetzt
werden, der zur Bildung des die dielektrische Schicht 13 bildenden
Festkörper
gepresst wird.
Schließlich wird
zum Ausbilden einer Sinterkörpereinheit
die Gesamtkombination aus dem Grundkörper 11, der elektrostatischen
Elektrode 12 darauf und dem Presskörper darüber durch etwa ein Heißpressverfahren
zusammengesintert, wodurch die aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehende
dielektrische Schicht 13 gebildet wird. Und zwar werden
unter einachsigem Druck die zugehörigen Sinterbedingungen (Sinteratmosphäre und Sintertemperatur)
so gesteuert, wie es zur Anfertigung des zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers nötig ist.
Der Druck mag vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300 kgf/cm2 und besser noch im Bereich von 100 bis
200 kgf/m2 liegen, um einen dichten, zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
zu erzielen.
Es
ist ersichtlich, dass der Grundkörper 11,
die elektrostatische Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 in
beliebiger Reihenfolge ausgebildet werden können. Es mag zunächst eine
dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper gebildet
werden, wonach die Bildung einer elektrostatischen Elektrode 12 auf
der dielektrischen Schicht 13 und die Bildung eines Presskörpers folgt,
um auf der elektrostatischen Elektrode 12 auf der elektrostatischen
Schicht 13 einen Grundkörper 11 zu
bilden, bevor das endgültige
Zusammensintern zum Bilden des aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehenden Grundkörpers 11 erfolgt.
Alternativ dazu mag auf die Bildung des aus einem zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörper
bestehenden Grundkörpers 11 oder
der dielektrischen Schicht 13 die Bildung der elektrostatischen Elektrode 12 auf
dem Sinterkörper
erfolgen, wodurch eine Verformung oder Lageabweichung der elektrostatischen
Elektrode 12 aufgrund einer Sinterschrumpfung unterdrückt wird,
was die Elektrode 12 bei einer sich ergebenden Erhöhung der
Gleichmäßigkeit
der Haltekraft oder der Gleichmäßigkeit
der Wärmeverteilung
des elektrostatischen Halters 10 flach macht. Der Grundkörper 11 oder
die dielektrische Schicht 13 mag, um eine ähnliche
Wirkung zu erzielen, als ein zäh
gemachter Yttriumoxidkalzinierungskörper ausgebildet werden, bevor
das Ausbilden der elektrostatischen Elektrode 12 auf dem
Kalzinierungskörper
erfolgt. Zum Ausbilden des zäh
gemachtem Yttriumoxidkalzinierungskörper mag das Kalzinieren vorzugsweise
innerhalb eines niedrigeren Temperaturbereichs als der des zäh gemachten
Yttriumoxidsinterkörpers,
z.B. in einem Kalzinierungstemperaturbereich von 1300 bis 1600 °C, und für eine kürzere Sinterdauer
als beim zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörpers
erfolgen. Auf das Ausbilden einer Aufschichtung aus einem Presskörper für den Grundkörper 11,
der elektrostatischen Elektrode 12 und einem Presskörper für die dielektrische
Schicht 13 mag natürlich ein
Zusammensintern der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren folgen.
Die
Sinterkörpereinheit
wird dann geschliffen, geläppt
und/oder poliert, um die Dicke der dielektrischen Schicht 13,
den Mittenrauwert (Ra) der Substratbefestigungsseite 16 und
die Gesamtdicke des elektrostatischen Halters 10 wie spezifiziert
einzustellen. In den Grundkörper 11 wird
ein Loch 15 zum Anschlusseinführen gebohrt und der Anschluss 14 in
das Loch 15 eingeführt
und mit der elektrostatischen Elektrode 12 verlötet oder
verschweißt.
Zum
Ausbilden des Grundkörpers 11 aus
einem Aluminiumoxid enthaltenen Sinterkörper wird zum Ansetzen einer
Schlämme
ein entsprechendes Ausgangsmaterialpulver (z.B. einfach ein Aluminiumoxidpulver, ein
Gemisch aus Aluminiumoxidpulver und Zirkoniumoxidpulver, ein Gemisch
aus Aluminiumoxidpulver und Magnesiumoxidpulver oder ein Gemisch
aus Aluminiumoxidpulver und Siliziumoxidpulver) vorbereitet. Der Presskörper wird
dann durch ein Heißpressverfahren
oder ein Normaldrucksinterverfahren innerhalb eins Temperaturbereichs
von 1500 bis 1700 °C
in einer Inertgasatmosphäre
(z.B. Stickstoffgas oder Argongas) gesintert. Bei dem elektrostatischen
Halter 10 erfolgt die Herstellung, wenn nicht anders beschrieben,
wie in dem Fall, in dem der Grundkörper 11 aus zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
eingesetzt wird.
Zum
Ausbilden der dielektrischen Schicht 13 aus einem hochgradig
dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper wird zum Ansetzen einer
Schlämme
ein entsprechendes Ausgangsmaterialpulver (z.B. einfach ein Yttriumoxidpulver,
ein Gemisch aus Yttriumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, Siliziumpulver,
Zirkoniumoxidpulver oder Siliziumkarbidpulver, das als Zähmacher
oder Sinteradditiv zugegeben wird) vorbereitet. Der Presskörper wird
dann innerhalb eines Temperaturbereichs von 1500 bis 1800 °C in einer
Inertgasatmosphäre (z.B.
Stickstoffgas oder Argongas) gesintert. Der hochgradig dielektrische
Yttriumoxidsinterkörper
mag vorzugsweise seine Reinheit auf 99,9 Gewicht-% oder mehr eingestellt
haben, indem die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials geändert wird,
und/oder seine spezifische Dielektrizitätszahl auf 10 oder mehr eingestellt haben,
indem die Sinterbedingungen geändert
werden. Bei dem elektrostatischen Halter 10 erfolgt die
Herstellung, solange nichts anderes beschrieben ist, wie in dem
Fall, der die dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
einsetzt.
Auch
bei der elektrischen Heizung 20 oder dem Suszeptor 30 kann
die Herstellung gut wie bei dem elektrostatischen Halter 10 erfolgen.
Zunächst
wird wie beim Grundkörper 11 eine
untere Schicht 21b oder 31b aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
gebildet. Für
die untere Schicht 31b mag zum Beispiel ein Presskörper mit
einem darin eingebettetem Widerstandsheizelement 22 ausgebildet
und dann gesintert werden. Auf der unteren Schicht 21b oder 31b wird
jeweils wie die elektrostatische Elektrode 12 ein Widerstandsheizelement 22 oder
eine HF-Elektrode 32 ausgebildet. Als nächstes wird über dem
Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 auf
der unteren Schicht 21b oder 31b wie die dielektrische
Schicht 13 ein Presskörper
ausgebildet, um eine obere Schicht 21a bzw. 31a zu
bilden. Dann wird zum Ausbilden einer Sinterkörpereinheit die Gesamtkombination
aus der unteren Schicht 21b oder 31b und dem Widerstandsheizelement 22 oder
der HF-Elektrode 32 darauf etwa durch ein Heißpressverfahren
zusammengesintert, wodurch die obere Schicht 21a oder 31a aus
einem zäh
gemachten Yttriumoxidsinterkörper
und dadurch der Grundkörper 21 bzw. 31 entsteht.
Es
ist ersichtlich, dass die untere Schicht 21b oder 31b,
das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32 und
die obere Schicht 21a oder 31a jeweils wie im
Fall des elektrostatischen Halters 10 in einer beliebigen
Reihenfolge ausgebildet werden können.
Es mag zunächst
eine obere Schicht 21a oder 31a aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
gebildet werden, woraufhin das Ausbilden des Widerstandsheizelements 22 oder
der HF-Elektrode 32 auf der oberen Schicht 21a bzw. 31a folgt.
Auf die Bildung der oberen Schicht 21a oder 31a oder
der unteren Schicht 21b oder 31b aus einem zäh gemachtem
Yttriumoxidsinterkörper
mag also die Bildung des Widerstandsheizelements 22 oder
der HF-Elektrode 32 auf dem Sinterkörper folgen, wodurch eine Verformung
oder Lageabweichung des Widerstandsheizelements 22 oder
der HF-Elektrode 32 aufgrund einer Sinterschrumpfung unterdrückt wird,
was das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32 bei
einer sich ergebenden Erhöhung
der Gleichmäßigkeit
der Temperaturverteilung der elektrischen Heizung 20 bzw.
der Homogenität
des Plasmas des Suszeptors 30 flach macht.
Es
ist zu beachten, dass die obere Schicht 21a oder 31a oder
die untere Schicht 21b oder 31b, um eine vergleichbare
Wirkung zu erzielen, wie im Fall des elektrostatischen Halters 10 aus
einem zäh
gemachtem Yttriumoxidkalzinierungskörper gebildet werden mag, bevor
das Ausbilden des Widerstandsheizelements 22 oder der HF-Elektrode 32 auf
dem Kalzinierungskörper
folgt. Auf das Ausbilden einer Aufschichtung aus einem Presskörper für die obere
Schicht 21a oder 31a, dem Widerstandsheizelement 22 oder
der HF-Elektrode 32 und einem Presskörper für die untere Schicht 21b oder 31b kann
natürlich
ein Zusammensintern der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren
folgen, um den Grundkörper 21 bzw. 31 zu
erzeugen. Zum Ausbilden des Grundkörpers 11 aus einem
Aluminiumoxid enthaltenen Sinterkörper kann die Herstellung wie
im Fall des elektrostatischen Halters 10 erfolgen.
Die
Sinterkörpereinheit
wird dann geschliffen, geläppt
und/oder poliert, um den Mittenrauwert (Ra) der Substratheizseite 26 oder
der Substratbefestigungsseite 36 und die Gesamtdicke der
elektrischen Heizung 20 oder des Suszeptors 30 wie
spezifiziert einzustellen. In den Grundkörper 21 oder 31 wird
ein Loch 25 oder 35 zum Anschlusseinführen gebohrt
und der Anschluss 24 oder 34 in das Loch 25 oder 35 eingeführt und
mit dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 verlötet oder
verschweißt.
Zur
Herstellung des in 5 dargestellten
elektrostatischen Halters 40 mit dem Verbindungsbauteil 18 oder
einer elektrischen Heizung oder eines Suszeptors mit einem solchen
Verbindungsbauteil wird ein Metallbauteil (z.B. die elektrostatische
Elektrode 12, das Widerstandsheizelement 22 oder
die HF-Elektrode 32), das auf einem Sinter- oder Kalzinierungskörper für die dielektrische
Schicht 13 oder auf der oberen Schicht 21a oder 31a ausgebildet
wurde, mit dem Verbindungsbauteil in Kontakt gebracht und wird dann über dem
Metallbauteil mit dem Verbindungsbauteil auf dem Sinter- oder Kalzinierungskörper ein
den Grundkörper 11 oder
die untere Schicht 21b oder 31b bildender Presskörper ausgebildet,
um durch ein Heißpressverfahren
zusammengesintert zu werden und den Grundkörper 11, 21 oder 31 zu
bilden, wobei das Verbindungsbauteil mit dem Metallbauteil verbunden
und in dem Grundbauteil eingebettet wird. Bei dieser Herstellung
mag zwischen dem Verbindungsbauteil und dem Metallbauteil (elektrostatische
Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder Hf-Elektrode 32)
ein Klebstoff aufgebracht werden. In diesem Fall kann auf das Ausbilden
der elektrostatischen Elektrode 12 durch ein Siebdruckverfahren
auf der dielektrischen Schicht 13 die Verwendung einer
Positionierungshalterung folgen, um die Stelle für das Ausbilden des Verbindungsbauteils 18 festzulegen.
Mit der Ausbildungsstelle auf der elektrostatischen Elektrode 12 wird
das Verbindungsbauteil 18 durch eine Druckpaste als Klebstoff
verklebt. Als nächstes
wird in ein Form, in die die mit der elektrostatischen Elektrode 12 und
dem Verbindungsbauteil 18 ausgebildete dielektrische Schicht 13 gesetzt
wurde, eine notwendige Menge Granulatkörnchen für den Grundkörper 11 eingefüllt, um
zu einem Presskörper
verpresst zu werden, wonach durch ein Heißpressverfahren ein Zusammensintern
erfolgt, um ein Keramikbauteil zu erzeugen. Auf das Ausbilden einer
Aufschichtung aus einem Presskörper
für die
dielektrische Schicht 13 oder die obere Schicht 21a oder 31a,
einem Metallbauteil (d.h. die elektrostatische Elektrode 12,
das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32)
mit dem damit in Kontakt befindlichen Verbindungsbauteil und eines
Presskörpers
für einen Grundkörperabschnitt
oder die untere Schicht 21b oder 31b mag ein Zusammensintern
der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren
folgen, um den Grundkörper 11, 21 oder 31 zu
erzeugen, bei dem das Verbindungsbauteil mit dem Metallbauteil verbunden
und in dem Grundkörper
eingebettet wird.
Dann
wird in dem Grundkörper 11, 21 oder 31 mit
der erforderlichen Tiefe zum Freilegen des Verbindungsbauteils ein
Loch zum Anschlusseinführen
gebohrt und der Anschluss 14, 24 oder 34 in
das Loch 25 oder 35 eingeführt und mit dem Verbindungsbauteil
verlötet
oder verschweißt.
Das Herstellungsverfahren ist ansonsten das gleiche wie das für den elektrostatischen
Halter 10, die elektrische Heizung 20 oder den
Suszeptor 30 ohne das Verbindungsbauteil.
Zum
Ausbilden des Grundkörpers 11 oder
der unteren Schicht 21b oder 31b aus einem anderen
Material als der beschriebenen Keramik mag zwischen dem Grundkörper 11 oder
der unteren Schicht 21b oder 31b (aus Metall oder
einem Verbund aus Metall und Keramik), einem Metallbauteil (elektrostatische
Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder Hf-Elektrode 32)
und einer aus einem zäh
gemachtem Yttriumoxidsinterkörper
bestehenden dielektrischen Schicht 13 oder unteren Schicht 21a oder 31a ein
Klebstoff aufgebracht werden.
Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
enthält
der Yttriumoxidsinterkörper
5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid, was eine höhere mechanische Festigkeit
ohne übermäßigen Verlust
an Korrosionsbeständigkeit
gestattet. Daher hat ein mit dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper gebildetes
Keramikbauteil (elektrostatischer Halter 10, 40,
elektrische Heizung 20 oder Suszeptor 30) eine
höhere
Korrosionsbeständigkeit
nicht nur gegenüber
korrosiven Halogengasen (etwa Stickstofffluorid (NF3)),
sondern auch gegenüber
korrosiven Plasmagasen. Darüber
hinaus hat das Keramikbauteil sogar gegenüber einer In-Situ-Reinigung
in einem Ätzprozess
ausreichende Korrosionsbeständigkeit
und einen großen
Anwendungsbereich als elektrostatischer Halter, elektrische Heizung
und Suszeptor sowie bei der industriellen Fertigung von Halbleitern
und Flüssigkristallen.
Des
Weiteren hat das Keramikbauteil eine hohe mechanische Festigkeit,
sodass das Auftreten von Rissen oder Absplitterungen bei der Bearbeitung
verhindert werden kann. Außerdem
können
in dem Keramikbauteil auch dann Risse aufgrund von Wärmespannungen
verhindert werden, wenn das Verbinden des Anschlusses 14, 24 oder 34 an
dem Metallbauteil (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder
HF-Elektrode 32) durch Hartlöten oder Schweißen erfolgt.
