DE102006000405B4 - Elektrostatische Haltevorrichtung und Herstellungsverfahren für eine elektrostatische Haltevorrichtunq - Google Patents

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Abstract

Elektrostatische Haltevorrichtung, welche so angepasst ist, dass sie die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt, und welche umfasst: einen Grundkörper; eine auf dem Grundkörper ausgebildete Elektrode; und eine auf der Elektrode ausgebildete dielektrische Schicht bestehend aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% enthält und einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm aufweist.

Description

  • Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 19. August 2006 beim Japanischen Patentamt eingereichten Patentanmeldung JP 2007-051 045 A (Anmeldenummer 2005-239 115 ) deren Inhalt hier durch Bezugnahme darauf eingeschlossen ist.
  • 1. Technisches Gebiet
  • Diese Anmeldung bezieht sich auf eine elektrostatische Haltevorrichtung, welche einen gesinterten Yttriumoxidkörper einsetzt, und auf ein Herstellungsverfahren für eine elektrostatische Haltevorrichtung.
  • 2. Beschreibung des technischen Hintergrunds
  • Herkömmliche Geräte zur Herstellung von Halbleitern, Geräte zur Herstellung von Flüssigkristallen und dergleichen setzen eine elektrostatische Haltevorrichtung (eine elektrostatische Spannvorrichtung) zum Halten bzw. Einspannen eines Halbleitersubstrats, eines Flüssigkristallsubstrats und dergleichen ein, welche zu halten sind. Diese elektrostatische Haltevorrichtung besteht aus Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder dergleichen, welches eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, etc. aufweist.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper weist eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit auf und seine Anwendungen für korrosionsbeständige Materialien, die in einer korrosiven Gasumgebung einzusetzen sind, werden untersucht, wie es in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen JP 2002-68 838 A und JP 2002-255 647 A offenbart ist.
  • DE 693 20 214 T2 offenbart einen gesinterten keramischen Verbundkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung. De gesinterte keramische Verbundkörper enthält Yttriumoxid und Siliziumkarbid.
  • Neuere elektrostatische Haltevorrichtungen unterliegen schwerwiegenderen Kriterien für die Korrosionsbeständigkeit als jemals zuvor. Zum Beispiel sind elektrostatische Haltevorrichtungen einer Plasmaumgebung aus einem schwerwiegenderen korrosiven Halogengas bei ihren Ätzvorgängen ausgesetzt, bei denen eine in-situ Reinigung vorgenommen wird, so dass eine Korrosion selbst bei elektrostatischen Haltevorrichtungen aus Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder dergleichen nicht erfolgreich verhindert werden kann.
  • Daraufhin wurde der Versuch unternommen, einen hochgradig korrosionsbeständigen gesinterten Yttriumoxidkörper für eine elektrostatische Haltevorrichtung einzusetzen, was zu einem neuen Problem führte. Der gesinterte Yttriumoxidkörper ist bezüglich einiger mechanischer Eigenschaften wie etwa der Biegefestigkeit und des Bruchwiderstands unterlegen. Wenn ein gesinterter Yttriumoxidkörper die elektrostatische Haltevorrichtung bildet, kann seine Unterlegenheit bezüglich einiger mechanischer Eigenschaften Schädigungen bei den Herstellungsvorgängen hervorrufen, bei einer verringerten Ausbeute. Zum Beispiel können Risse oder Spänne auftreten, wenn ein Loch gebohrt wird, um ein Endstück einzusetzen, welches mit einer Elektrode zu verbinden ist, oder unter thermischen Spannungen können sich Risse ausbilden, wenn ein Endstück an eine Elektrode gelötet wird.
  • Daneben ist es bei einer elektrostatischen Haltevorrichtung, welche eine große Halte- bzw. Einspannleistung zeigen soll, für ihre dielektrische Schicht notwendig, dass sie einen angemessenen Volumenwiderstand aufweist. Allerdings liegt der Volumenwiderstand herkömmlicher gesinterter Yttriumoxidkörper in einem ungünstigen Bereich, damit die elektrostatische Haltevorrichtung so angepasst werden kann, dass eine Johnsen-Rahbek-Kraft eingesetzt werden kann, so dass sich keine große Einspannleistung ergibt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrostatische Haltevorrichtung mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und mit mechanischer Festigkeit sowie einer großen Einspannleistung bereitzustellen.
  • Ein gesinterter Yttriumoxidkörper enthält Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% und weist bei Raumtemperatur einen Volumenwiderstand im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm auf.
  • Es wird für den gesinterten Yttriumoxidkörper dadurch, dass eine angemessene Menge Siliciumcarbid eingeschlossen ist, möglich, dass er eine verbesserte mechanische Festigkeit und einen in einem festgelegten Bereich eingeregelten Volumenwiderstand aufweist, ohne die große Korrosionsbeständigkeit zu beeinträchtigen. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines gesinterten Yttriumoxidkörpers mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit sowie einem eingeregelten Volumenwiderstand.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper der elektrostatischen Haltevorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Menge an Siliciumcarbid im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% sowie einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm auf. Dies ermöglicht eine noch weiter verbesserte mechanische Festigkeit unter Beibehaltung einer großen Korrosionsbeständigkeit des Yttriumoxids sowie die Bereitstellung eines gesinterten Yttriumoxidkörpers, der zur Anwendung in einer dielektrischen Schicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung vorteilhaft ist, welche so anzupassen ist, dass sie eine Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt.
  • Das Siliciumcarbid der elektrostatischen Haltevorrichtung kann bevorzugt eine Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweisen. Dies ermöglicht eine weiter verbesserte Biegefestigkeit des gesinterten Yttriumoxidkörpers.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper der elektrostatischen Haltevorrichtung kann bevorzugt eine Biegefestigkeit von 250 MPa oder mehr aufweisen. Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt einen Bruchwiderstand von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr aufweisen.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper der elektrostatischen Haltevorrichtung kann bevorzugt eine relative Dichte von 98% oder mehr aufweisen. Dies ermöglicht eine weiter verbesserte mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper der elektrostatischen Haltevorrichtung kann bevorzugt durch ein Heißpressverfahren gesintert sein. Dies ermöglicht es, dass der gesinterte Yttriumoxidkörper weitergehend verdichtet ist, was eine verstärkte Verbesserung der mechanischen Festigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine elektrostatische Haltevorrichtung, welche so angepasst ist, dass sie eine Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt, einen Grundkörper, eine auf dem Grundkörper ausgebildete Elektrode sowie eine auf der Elektrode ausgebildete dielektrische Schicht, welche aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper besteht, welcher Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% enthält und bei Raumtemperatur einen Volumenwiderstand im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm aufweist.
  • Gemäß diesem Aspekt wird es für die elektrostatische Haltevorrichtung durch Einschluss einer angemessenen Menge an Siliciumcarbid in der dielektrischen Schicht möglich, dass sie eine hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit an der dielektrischen Schicht aufweist sowie einen Volumenwiderstand der dielektrischen Schicht hat, der innerhalb eines geeigneten Bereichs eingeregelt ist, so dass die elektrostatische Haltevorrichtung die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzen kann. Dies ermöglicht es, dass die elektrostatische Haltevorrichtung eine hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist und für eine hohe Einspannleistung angepasst ist.
  • Der Grundkörper kann bevorzugt aus einem gesinterten Körper bestehen, der Aluminiumoxid enthält. Dies ermöglicht es, dass der Grundkörper und die dielektrische Schicht thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, welche sich aneinander annähern, und dass sie zudem eine vergrößerte chemische Affinität zueinander haben. Dies ermöglicht eine vergrößerte Bindungsfestigkeit zwischen ihnen sowie eine verbesserte mechanische Festigkeit der gesamten elektrostatischen Haltevorrichtung aufgrund der hervorragenden mechanischen Festigkeit des gesinterten Körpers, welcher Aluminiumoxid enthält.
  • Der Grundkörper kann bevorzugt aus einem gesinterten Yittriumoxidkörper bestehen, welcher Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% enthält. Dies ermöglicht es, dass der Grundkörper und die dielektrische Schicht einen verminderten Unterschied zwischen ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, was eine verbesserte Bindungsfestigkeit zwischen ihnen ermöglicht. Indem zusätzlich das Auftreten einer Wölbung der dielektrischen Schicht aufgrund des Sinterns oder dergleichen erfolgreich verhindert wird, kann die dielektrische Schicht eine gleichmäßige Dicke beibehalten, was eine gleichmäßige Verteilung der Spannkräfte ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination aus einem Grundkörper und einer dielektrischen Schicht, die beide aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper mit hervorragender mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bestehen, die Bereitstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung mit einer sehr großen mechanischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
  • Die elektrostatische Haltevorrichtung kann des Weiteren bevorzugt ein Endstück, welches so ausgebildet ist, dass es die Elektrode mit einem energiezuführenden Element verbindet, und ein in den Grundkörper eingelassenes Verbindungselement umfassen, welches mit der Elektrode und dem Endstück verbunden und so ausgebildet ist, dass es die Elektrode und das Endstück miteinander verbindet. Dies ermöglicht es, dass ein Teil des Grundkörpers, welcher wie etwa durch Vorsehen eines Lochs zum Einführen des Endstücks leicht eine verminderte Festigkeit aufweisen kann, durch das Einbringen bzw. Einlassen des Verbindungselements verstärkt wird, was eine vergrößerte mechanische Festigkeit der elektrostatischen Haltevorrichtung ermöglicht.
  • Das Verbindungselement kann bevorzugt eine Verbindungs(stoß)fläche mit der Elektrode sowie eine Verbindungs(stoß)fläche mit dem Endstück in einem Abstand voneinander von 1 mm oder mehr aufweisen. Dies ermöglicht es, dass die elektrostatische Haltevorrichtung noch angemessener verstärkt wird, was eine noch weiter verbesserte mechanische Festigkeit für dieses ermöglicht.
  • Das Verbindungselement kann bevorzugt wenigstens eines von Platin und Niob enthalten. Dies ermöglicht es, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers und des Verbindungselements aneinander annähern, was ein erfolgreiches Verhindern des Auftretens von Rissen aufgrund des Einbringens des Verbindungselements in den Grundkörper ermöglicht.
  • Ein Herstellungsverfahren für einen Yttriumoxidkörper umfasst das Zubereiten eines Rohmaterialpulvers, welches Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% und Yttriumoxid enthält, das Ausbilden eines Formlings unter Verwendung des Rohmaterialpulvers und das Sintern des Formlings in einer Inertgasatmosphäre im Temperaturbereich von 1500 bis 2000°C. Durch das Herstellungsverfahren durch Einschluss von Siliciumcarbid im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% wird es möglich, einen gesinterten Yttriumoxidkörper mit hervorragender mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen, während er einen eingeregelten Volumenwiderstand aufweist.
  • Das Sintern kann bevorzugt ein Sintern des Formlings durch ein Heißpressverfahren umfassen. Dies ermöglicht einen stärker verdichteten gesinterten Yttriumoxidkörper mit einer verbesserten mechanischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung vollständiger hervortreten, wenn diese im Zusammenhang mit den Zeichnungen gelesen wird, in denen:
  • 1 ein Graph ist, welcher die Beziehung zwischen dem Volumenwiderstand bei Raumtemperatur und dem Gehalt an Siliciumcarbid eines gesinterten Yttriumoxidkörpers zeigt;
  • 2A ein Schnitt entlang der Linie IIA-IIA in der 2B ist, welche eine Draufsicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 3 ein Schnitt einer elektrostatischen Haltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
  • 4A ein Schnitt entlang der Linie IVA-IVA in der 4B ist, welche eine Draufsicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
  • 5 ist eine Tabelle, welche die Bewertungsergebnisse für Beispiele des gesinterten Yttriumoxidkörpers aufführt.
  • Es werden vielfältige elektrostatische Haltevorrichtungen, welche den gesinterten Yttriumoxidkörper einsetzen, als Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben. Zusätzlich wird ein gesinterter Yttriumoxidkörper und ein Herstellungsverfahren für den gesinterten Yttriumoxidkörper beschrieben.
  • (Gesinterter Yttriumoxidkörper)
  • Ein gesinterter Yttriumoxidkörper schließt einen hauptsächlichen Gehalt an Yttriumoxid (Y2O3) als einen Hauptinhaltsstoff sowie einen Gehalt an Siliciumcarbid (SiC) im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% ein. Der gesinterte Yttriumoxidkörper weist einerseits eine verbesserte mechanische Festigkeit, welche nicht erzielt werden kann, wenn der Gehalt des Siliciumcarbids in einem Bereich unterhalb von 5 Vol.-% liegt, und andererseits eine signifikante Korrosionsbeständigkeit auf, welche in einem Bereich des Gehalts an Siliciumcarbid oberhalb von 40 Vol.-% stark verringert wird. Der gesinterte Yttriumoxidkörper ist durch den Bereich des Gehalts an Siliciumcarbid von 5 bis 40 Vol.-% so angepasst, dass er mit einem Volumenwiderstand des gesinterten Yttriumoxidkörpers bei Raumtemperatur (gemäß JIS C2141) hergestellt wird, der innerhalb eines Bereichs von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm eingeregelt ist, wie es aus 1 ersichtlich wird, die ein Graph ist, der die Beziehung des Volumenwiderstands bei Raumtemperatur zu dem Gehalt an Siliciumcarbid des gesinterten Yttriumoxidkörpers zeigt. Im Graph der 1 bezeichnet die Ordinatenachse den Volumenwiderstand (in Ω·cm) bei Raumtemperatur, und die Abszissenachse bezeichnet den Gehalt an Siliciumcarbid (in Vol.-%) des gesinterten Yttriumoxidkörpers.
  • Durch Einschluss einer angemessenen Menge an Siliciumcarbid, spezieller durch einen Gehalt an Siliciumcarbid innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs, wird es für den gesinterten Yttriumoxidkörper möglich, dass er drastisch verbesserte mechanische Festigkeit mit einem innerhalb eines festgelegten Bereichs eingeregelten Volumenwiderstand aufweist, ohne die grolle Korrosionsbeständigkeit zu verlieren. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines gesinterten Yttriumoxidkörpers mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, großer mechanischer Festigkeit und einem eingeregelten Volumenwiderstand.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt einen Gehalt an Siliciumcarbid im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% einschließen. Dies ermöglicht eine weiter verbesserte mechanische Festigkeit unter Beibehaltung der großen Korrosionsbeständigkeit des Yttriumoxids. Des Weiteren kann der Volumenwiderstand des gesinterten Yttriumoxidkörpers bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm eingestellt sein, wie es in 1 durch dicke Linien definiert ist, was die Bereitstellung eines gesinterten Yttriumoxidkörpers ermöglicht, der für eine dielektrische Schicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung geeignet ist, welche die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann, neben Yttriumoxid und Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumoxid (SiO2), Zirkoniumoxid (ZrO2), Siliciumnitrid (Si3N4) und dergleichen als Verstärkungsmittel oder als Sinterzusatzstoff enthalten, wobei ihre Gehalte ausschließlich Yttriumoxid und Siliciumcarbid bevorzugt zu einer Gesamtmenge unterhalb von 5 Vol.-% eingeregelt sind.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine durchschnittliche Korngröße im Bereich von 0,5 bis 5,0 μm aufweisen. Durch Beschränkung der durchschnittlichen Korngröße des gesinterten Yttriumoxidkörpers auf diesen Bereich wird es für den gesinterten Yttriumoxidkörper möglich, dass er eine weiter verbesserte mechanische Festigkeit aufweist. Insbesondere kann das in dem gesinterten Yttriumoxidkörper enthaltene Siliciumcarbid bevorzugt eine durchschnittliche Korngröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweisen. Durch Beschränkung der durchschnittlichen Korngröße des Siliciumcarbids auf diesen Bereich wird es für den gesinterten Yttriumoxidkörper möglich, dass er eine weiter verbesserte Biegefestigkeit aufweist.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine Biegefestigkeit (ausgedrückt als 4-Punkt-Biegefestigkeit bei Raumtemperatur gemäß JIS R1601) im Bereich von 250 MPa oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann der gesinterte Yttriumoxidkörper bevorzugt einen Bruchwiderstand (gemäß JIS R1607) im Bereich von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr aufweisen. Mehr bevorzugt sollte der gesinterte Yttriumoxidkörper eine Biegefestigkeit von 300 MPa oder mehr und/oder einen Bruchwiderstand von 2 MPa·m1/2 oder mehr aufweisen.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine relative Dichte im Bereich von 98% oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann der gesinterte Yttriumoxidkörper bevorzugt eine offene Porosität im Bereich von 1% oder weniger aufweisen. Dies ermöglicht es, dass der gesinterte Yttriumoxidkörper durch vergrößerte mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert wird.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine spezifische induktive Kapazität (gemäß JIS C2141) im Bereich von 10 oder mehr aufweisen. Spezieller sollte die spezifische induktive Kapazität 11,5 oder mehr betragen.
  • Der gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt ein Verhältnis der Veränderung des Volumenwiderstands zwischen Raumtemperatur und 150°C im Bereich von einer Dezimalstelle oder weniger aufweisen. Wenn R1 der Volumenwiderstand bei Raumtemperatur und R2 jener bei 150°C ist, ist das Änderungsverhältnis spezieller durch die Gleichung (1) bestimmt, so dass das Änderungsverhältnis = R1/R2 (1), welches bevorzugt unterhalb von 10 liegt. Dies ermöglicht es, dass der gesinterte Yttriumoxidkörper über große Temperaturbereiche von Raumtemperatur bis hin zu 150°C einen im Wesentlichen konstanten Volumenwiderstand aufweist und beim Einsatz als dielektrische Schicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung eine hervorragende Wirkung zeigt.
  • Die vorhergehenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften des gesinterten Yttriumoxidkörpers können durch ein später beschriebenes Herstellungsverfahren erzielt werden.
  • Bevorzugt sollte das Herstellungsverfahren für den gesinterten Yttriumoxidkörper einen Sintervorgang aufweisen, welcher ein Heißpressverfahren einsetzt, welches den gesinterten Yttriumoxidkörper stärker verdichtet, was eine zusätzliche Verbesserung der mechanischen Festigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.
  • (Herstellungsverfahren für den gesinterten Yttriumoxidkörper)
  • Solch ein gesinterter Yttriumoxidkörper wird durch ein Herstellungsverfahren hergestellt, welches aufweist: einen Vorgang als einen Schritt des Zubereitens eines Rohpulvers einschließlich einer angemessenen Menge an Yttriumoxid und 5 bis 40 Vol.-% Siliciumcarbid, einen weiteren Vorgang als einen Schritt zur Ausbildung eines Formlings unter Einsatz des Rohpulvers und noch einen weiteren Vorgang als einen Schritt des Sinterns des Formlings in einer Inertgasatmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 1500 bis 2000°C.
  • Zum Beispiel kann das Rohpulver zubereitet werden, indem eine Menge an Yttriumoxidpulver als Hauptinhaltsstoff und eine Menge an Siliciumcarbidpulver vermengt werden, wobei sie so ausgewogen sind, dass die Mischung einen Gehalt an Siliciumcarbid im vorstehend angegebenen Bereich einschließt. Bevorzugt sollte der Gehalt an Siliciumcarbid im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% liegen. Zu dem Rohmaterialpulver können Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Zirkoniumoxid, Siliciumnitrid, etc. als Verstärkungsmittel oder als Sinterhilfsstoff zugegeben werden, wobei ihre Gehalte ausschließlich Yttriumoxid und Siliciumcarbid bevorzugt zu einer Gesamtmenge unterhalb von 5 Vol.-% eingeregelt sind. Das Siliciumcarbidpulver kann bevorzugt eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweisen, und das Yttriumoxidpulver kann bevorzugt eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 3,0 μm aufweisen.
  • Dann werden zu dem so zubereiteten Rohpulver ein Bindemittel, Wasser, ein Dispergiermittel, etc. zugegeben, und sie werden vermengt, wodurch eine Aufschlämmung hergestellt wird. Diese Aufschlämmung wird durch ein Zerstäubungsgranulierverfahren oder dergleichen granuliert, um ein granuliertes Pulver herzustellen. Das granulierte Pulver kann bei 500°C in der Luftatmosphäre erhitzt werden, um entkohlt zu werden. Dieses granulierte Pulver wird zu einem Formling geformt, wie etwa durch Pressformen, ein CIP (cold isostatic pressing, kaltes isostatisches Pressen) oder ein Schlickergießverfahren.
  • Der so gebildete Formling wird bei Temperaturen im Bereich von 1500 bis 2000°C in einer Inertgasatmosphäre gesintert. Sintern bei Temperaturen unterhalb von 1500°C führt zu einer unzureichenden Verdichtung, was nicht nur eine fehlende Verstärkung der mechanischen Festigkeit, sondern zudem eine verringerte Korrosionsbeständigkeit hervorruft. Sintern bei Temperaturen über 2000°C führt aufgrund von Kornwachstum zu einer verringerten mechanischen Festigkeit. Ein Sintern im Temperaturbereich von 1500 bis 2000°C ermöglicht es, den Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm einzuregeln. Die Sintertemperatur kann bevorzugt auf den Bereich von 1700 bis 1900°C beschränkt sein, um einen gesinterten Yttriumoxidkörper mit einer weiter verbesserten mechanischen Festigkeit bereitzustellen.
  • Die Inertgasatmosphäre kann eine Stickstoffgasatmosphäre, eine Argongasatmosphäre oder dergleichen sein. Das Sintern kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren vorgenommen werden und kann sehr gut ein Heißpressverfahren einsetzen, welches den gesinterten Yttriumoxidkörper stärker verdichtet, was eine weiter verstärkte Verbesserung der mechanischen Festigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.
  • Wie beschrieben kann durch ein Herstellungsverfahren einschließlich der Zubereitung eines Rohpulvers, welches Yttriumoxid als Hauptkomponente und 5 bis 40 Vol.-% Siliciumcarbid enthält, und eines Sinterns im Temperaturbereich von 1500 bis 2000°C ein gesinterter Yttriumoxidkörper erhalten werden, welcher 5 bis 40 Vol.-% Siliciumcarbid enthält und eine hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, während sein Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm eingeregelt ist.
  • Solange die beschriebenen Herstellungsbedingungen eingehalten werden, kann das Herstellungsverfahren sehr gut zum Einstellen der Teilchengröße des Rohpulvers (im Durchschnitt) und der Zusammensetzung sowie bezüglich der Bedingungen des Sinterns wie etwa der Sintertemperatur, der Sinterdauer und des Sinterverfahrens modifiziert werden, um eine angemessene Einregelung der Produktzustände wie etwa der Zusammensetzung, der relativen Dichte, der offenen Porosität und der durchschnittlichen Korngröße eines mit einem Gehalt an Siliciumcarbid im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% zu erhaltenden gesinterten Yttriumoxidkörpers durchzuführen. Der gesinterte Yttriumoxidkörper ist somit so angepasst, dass seine mechanischen Eigenschaften wie etwa die Biegefestigkeit und der Bruchwiderstand sowie die elektrischen Eigenschaften wie etwa der Volumenwiderstand und die spezifische induktive Kapazität eingeregelt sind. Wie aus 1 ersichtlich ist, kann insbesondere der Gehalt an Siliciumcarbid in dem gesinterten Yttriumoxidkörper im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% eingestellt werden, um dadurch den Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm einzuregeln.
  • Ein resultierender gesinterter Yttriumoxidkörper kann für verschiedene keramische Elemente eingesetzt werden, welche sowohl mechanische Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit sowie einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm erfordern. Insbesondere ist solch ein gesinterter Yttriumoxidkörper, welcher 10 bis 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthält und einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur aufweist, der im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm eingeregelt ist, so angepasst, dass er eine hervorragende Wirkung zeigt, oder spezieller, dass er eine hohe Haltekraft bei Einsatz für eine dielektrische Schicht einer elektrostatischen Haltevorrichtung zeigt, welche die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt, welches eine elektrostatische Anziehungskraft ist, die zwischen einer Oberfläche der dielektrischen Schicht und einem auf die Oberfläche gelegten Substrat wirkt.
  • (Elektrostatische Haltevorrichtungen)
  • Elektrostatische Haltevorrichtungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezugnahme auf die damit im Zusammenhang stehenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Elemente oder Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Die 2A und 2B zeigen eine elektrostatische Haltevorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die 2B ist eine Draufsicht, und die 2A ist ein Schnitt entlang der Linie IIA-IIA in der 2B.
  • Die elektrostatische Haltevorrichtung 10 ist ausgestaltet mit: einem Grundkörper 11, einer auf dem Grundkörper 11 ausgebildeten elektrostatischen Elektrode 12 zur Erzeugung elektrostatischer Haltekräfte, einer auf der Elektrode 12 ausgebildeten dielektrischen Schicht 13 und einem mit der Elektrode 12 verbundenen Endstück bzw. Anschluss 14. Die elektrische Schicht 13 ist an den Grundkörper 11 gebunden, so dass sie, wie in 2A gezeigt, zusammen einen einzelnen gesinterten Körper bilden. Der Grundkörper 11 weist darin ausgebildet ein Loch 15 auf, damit das Endstück 14 dort hindurch eingeführt werden kann. Dieses Loch 15 ist an einer Seite 17 gegenüber der Seite 16 des einzelnen gesinterten Körpers, auf welcher das Substrat aufzubringen ist, geöffnet und erstreckt sich von der Seite 17 zu der Elektrode 12.
  • Die elektrostatische Haltevorrichtung 10 ist so angepasst, dass sie ein Substrat (nicht gezeigt) wie etwa ein Halbleitersubstrat oder ein Flüssigkristallsubstrat, welches auf die Seite 16 zum Aufbringen des Substrats aufgebracht ist, durch zwischen diesen wirkenden Johnsen-Rhabek-Kräften als anziehenden Haltekräften einfasst (d. h. hält).
  • In dieser Ausführungsform ist die dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper gebildet, welcher, 10 bis 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthält und der einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur. im Bereich von 1 × 10° bis 1 × 1013 Ω·cm aufweist. Mehr bevorzugt sollte der die dielektrische Schicht 13 ausbildende gesinterte Yttriumoxidkörper 15 bis 25 Vol.-% Siliciumcarbid enthalten. Mehr bevorzugt sollte der Volumenwiderstand bei Raumtemperatur der dielektrischen Schicht 13 im Bereich von 1 × 109 bis 1 × 1011 Ω·cm liegen.
  • Der die dielektrische Schicht 13 ausbildende gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine durchschnittliche Korngröße im Bereich von 0,5 bis 5,0 μm aufweisen. Insbesondere kann das in dem die dielektrische Schicht 13 ausbildenden gesinterten Yttriumoxidkörper enthaltene Siliciumcarbid bevorzugt eine durschnittliche Korngröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweisen.
  • Die dielektrische Schicht 13 kann bevorzugt eine Biegefestigkeit (ausgedrückt als 4-Punkt-Biegefestigkeit bei Raumtemperatur gemäß JIS R1601) im Bereich von 250 MPa oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann die dielektrische Schicht 13 bevorzugt einen Bruchwiderstand (gemäß JIS R1607) im Bereich von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr aufweisen. Mehr bevorzugt sollte die dielektrische Schicht 13 eine Biegefestigkeit von 300 MPa oder mehr und/oder einen Bruchwiderstand von 2 MPa·m1/2 oder mehr aufweisen.
  • Der die dielektrische Schicht 13 ausbildende gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine relative Dichte im Bereich von 98% oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann der die dielektrische Schicht 13 ausbildende gesinterte Yttriumoxidkörper bevorzugt eine offene Porosität im Bereich von 1% oder weniger aufweisen. Für den die dielektrische Schicht 13 ausbildenden gesinterten Yttriumoxidkörper kann das Sintern bevorzugt durch ein Heißpressverfahren vorgenommen werden.
  • Der die dielektrische Schicht 13 ausbildende gesinterte Yttriumoxidkörper kann bevorzugt eine spezifische induktive Kapazität (gemäß JIS C2141) im Bereich von 10 oder mehr aufweisen. Dies ermöglicht eine verstärkte Haltekraft. Mehr bevorzugt sollte die spezifische induktive Kapazität der dielelektrischen Schicht 13 11,5 oder mehr betragen.
  • Die dielektrische Schicht 13 kann bevorzugt ein Änderungsverhältnis des Volumenwiderstands zwischen Raumtemperatur und 150°C im Bereich einer Dezimalstelle oder weniger aufweisen. Spezieller kann das Änderungsverhältnis, wie es durch den Ausdruck (1) bestimmt ist, bevorzugt unterhalb von 10 liegen.
  • Die dielektrische Schicht 13 kann bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 0,5 μm aufweisen. Dieser Bereich der Dicke ermöglicht eine verstärkte Haltekraft. Mehr bevorzugt sollte die dielektrische Schicht 13 eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 0,4 mm aufweisen.
  • Die Seite 16 der dielektrischen Schicht 13, auf welche das Substrat aufzubringen ist, kann bevorzugt zu einer durchschnittlichen Mittellinienrauheit (Ra) (gemäß JIS B0601) der Oberfläche von 0,6 μm oder weniger endbearbeitet sein. Dies ermöglicht eine ausreichende Haltekraft, während die Erzeugung von Teilchen aufgrund einer Reibung zwischen der Seite 16, auf welche das Substrat aufzubringen ist, und einem Substrat unterdrückt wird. Mehr bevorzugt sollte die durchschnittliche Mittellinienrauheit der Oberfläche 0,4 μm oder weniger betragen.
  • Der Grundkörper 11 kann bevorzugt durch entweder einen gesinterten Körper, welcher Aluminiumoxid enthält, oder einen gesinterten Yttriumoxidkörper gebildet werden, welcher zu 10 bis 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthält.
  • Dadurch, dass der Grundkörper 11 durch einen gesinterten Körper gebildet wird, welcher Aluminiumoxid enthält, wird es möglich, dass der Grundkörper 11 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe demjenigen der dielektrischen Schicht 13 aufweist, was eine gleichzeitige Verstärkung der chemischen Affinität zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13 ermöglicht. Daher können sie zwischen sich eine verbesserte Bindungsfestigkeit aufweisen. Des Weiteren ermöglicht der Aluminiumoxid enthaltende gesinterte Körper, welcher eine hervorragende mechanische Festigkeit aufweist, dass die elektrostatische Haltevorrichtung 10 insgesamt eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist. In dem Fall, dass der Grundkörper 11 durch einen Aluminiumoxid enthaltenden gesinterten Körper gebildet wird, kann er durch einen gesinterten Aluminiumoxidkörper, einen gesinterten Körper, welcher Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid enthält, einen gesinterten Körper, welcher Aluminiumoxid und Magnesiumoxid (MgO) enthält, einen gesinterten Körper, welcher Aluminiumoxid und Siliciumoxid enthält, oder dergleichen gebildet werden. Der gesinterte Körper, welcher den Grundkörper 11 bildet, kann bevorzugt eine relative Dichte im Bereich von 98% oder mehr aufweisen. Des Weiteren kann der Grundkörper 11 bevorzugt eine 4-Punkt-Biegefestigkeit bei Raumtemperatur im Bereich von 300 MPa oder mehr aufweisen.
  • Dadurch, dass der Grundkörper 11 durch einen gesinterten Yttriumoxidkörper gebildet wird, welcher so wie die dielektrische Schicht 13 10 bis 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthält, wird es möglich, dass der Grundkörper 11 und die dielektrische Schicht 13 identische thermische Ausdehnungskoeffizienten ohne einen Unterschied dazwischen aufweisen, was eine sehr hohe Bindungsfestigkeit zwischen ihnen ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht das möglich werdende Verhindern des Auftretens einer Wölbung in der dielektrischen Schicht 13 wie etwa aufgrund von Sintern, dass die dielektrische Schicht 13 eine gleichmäßige Dicke beibehält, was eine gleichmäßige Verteilung der Haltekräfte ermöglicht. Weitergehend ermöglicht die Kombination aus dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13, die jeweils aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper gebildet sind, welcher eine hervorragende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, die Bereitstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung 10 mit einer sehr großen mechanischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
  • Der Grundkörper 11 kann sehr gut aus anderen gesinterten keramischen Körpern, aus Metall, aus Verbundmaterial aus gesinterten keramischen Körpern und Metall oder dergleichen gebildet sein. Für eine Kombination aus einem Grundkörper 11 und einer dielektrischen Schicht 13, welche aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers 11 und der dielektrischen Schicht 13 bevorzugt in einem Bereich für den Unterschied von 0,50 × 10–6/K oder weniger eingestellt, welche innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis 1200°C gemessen werden. Dies liefert eine weiter verstärkte Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13. Der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13 kann bevorzugt auf 0,20 × 10–6/K oder weniger beschränkt sein.
  • Bei der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 ist die elektrostatische Elektrode 12 an einer Position zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13 eingelassen, um mit einer von einer nicht gezeigten, mit dem Anschluss 14 verbundenen Energiequelle zugeführten elektrischen Energie Johnsen-Rhabek-Kräfte als elektrostatische Haltekräfte zu erzeugen. Diese Elektrode 12 kann bevorzugt aus einem Material bestehen, das einen hohen Smp. (Schmelzpunkt) aufweist, zum Beispiel ein Material mit hohem Schmelzpunkt mit einem Schmelzpunkt von 1650°C oder mehr. Des Weiteren kann die Elektrode 12 bevorzugt aus einem Material bestehen, das einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bezogen auf den Grundkörper 11 sowie auf die dielektrische Schicht 13, von 3 × 10–6/K oder weniger aufweist. Dies ermöglicht eine verstärkte Haftung der Elektrode 12 an dem Grundkörper 11 sowie an der dielektrischen Schicht 13.
  • Spezieller kann für die Elektrode 12 sehr gut ein Material mit hohem Schmelzpunkt eingesetzt werden, welches wenigstens eines von Molybdän (Mo), Wolfram (W), Molybdäncarbid (MoC), Wolframcarbid (WC), einer Wolframmolybdänlegierung, Hafnium (Hf), Titan (Ti), Tantal (Ta), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Platin (Pt) und Niob (Nb) enthält.
  • Die Elektrode 12 kann einen beliebigen Aufbau haben, zum Beispiel solch einen, dass sie eine Druckpaste ist, welche beim Aufdrucken ein pulverförmiges Material mit hohem Schmelzpunkt enthält, oder solch einen, dass ein(e) durch CVD (Chemical Vapor Deposition) oder PVD (Physical Vapor Deposition) abgeschiedener Film oder Masse eines Material mit hohem Schmelzpunkt eingesetzt wird. Die Elektrode 12 kann in der Ebene eine beliebige Gestalt haben, zum Beispiel eine kreisförmige Gestalt, eine halbkreisförmige Gestalt, eine gitterförmige Gestalt (metallisches Netz), die Gestalt von Kammzacken oder eine poröse Form (gestanztes Metall). Die Elektrode 12 kann vom monopolaren Typ, welcher einen einzelnen Pol aufweist, vom bipolaren Typ, welcher zwei unterteilte Pole aufweist, oder vom multipolaren Typ sein, der eine größere Anzahl an getrennten Polen als zwei aufweist.
  • Mit der Elektrode 12 ist ein Anschluss 14 verbunden, für eine Verbindung mit einem Energie zuführenden Element, wie etwa einem Energie zuführenden Kabel, welches zum Zuführen von elektrischer Energie zu der Elektrode 12 eingesetzt wird. Der Anschluss 14 ist in das an der Bodenseite 17 des Grundkörpers 11 (d. h. der Seite, welche der Seite 16, auf die das Substrat aufzubringen ist, gegenüberliegt) ausgebildete Loch 15 eingeführt. Das Loch 15 ist von der Bodenseite 17 bis zur Elektrode 12 ausgebildet, so dass diese Elektrode 12 teilweise an einem oberen Ende oder der oberen Grundseite des Lochs 15 freiliegt. Die Elektrode 12 und der Anschluss 14 sind miteinander zum Beispiel durch Löten oder Schweißen verbunden.
  • Der Grundkörper 11, die Elektrode 12 und die dielelektrische Schicht 13 können bevorzugt als ein einziger gesinterter Körper hergestellt sein, damit sie alle robuster gebunden sind, was eine verstärkte Festigkeit der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 ermöglicht, mit dem Ergebnis, dass elektrische Fehler wie etwa eine Bogenbildung verhindert werden. Bevorzugt sollte das einstückige Sintern ein Heißpressverfahren einsetzen. Die elektrostatische Haltevorrichtung 10 kann bevorzugt eine Dicke (ausgedrückt als Abstand zwischen der Seite 16, auf welche das Substrat aufzusetzen ist, und der Bodenseite 17) im Bereich von 1 bis 5 mm aufweisen, was einen verringerten thermischen Widerstand ermöglicht, was zu den hervorragenden thermischen Eigenschaften der Haltevorrichtung 10 beiträgt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektrostatische Haltevorrichtung ein in seinen Grundkörper eingelassenes Widerstandsheizelement auf, wodurch die Haltevorrichtung für einen Heizvorgang angepasst ist. Wie es in 3 gezeigt ist, welche ein Schnitt solch einer elektrostatischen Haltevorrichtung 20 ist, ist die Haltevorrichtung 20 spezieller mit einem Grundkörper 21, einer Elektrode 12, einer dielektrischen Schicht 13, einem Anschluss 14, einem Widerstandsheizelement 22, welches in den Grundkörper 21 eingelassen ist, und Anschlüssen 24 zum Anschluss des Widerstandsheizelements 22 ausgestaltet. In 3 sind der Grundkörper 21 und die dielektrische Schicht 13 zusammen als ein einzelner gesinterter Körper gebunden. Es ist anzumerken, dass die im Wesentlichen identischen Teile zu der in den 2A und 2B gezeigten elektrostatischen Haltevorrichtung 10 mit identischen Bezugszeichen versehen sind, um Redundanzen zu beseitigen. Insbesondere kann der Grundkörper 21 der Haltevorrichtung 20 wie der Grundkörper 11 der Haltevorrichtung 10, welche in den 2A und 2B gezeigt ist, ausgebildet sein, und eine redundante Beschreibung des Grundkörpers 21 wird weggelassen.
  • Das Widerstandsheizelement 22 ist so angepasst, dass es mit einer von einer nicht gezeigten Energiequelle zugeführten elektrischen Energie ein Substrat auf der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats aufheizt. Das Widerstandsheizelement 22 kann, wie die elektrostatische Elektrode 12, sehr gut aus einem Material mit hohem Smp. (Schmelzpunkt) ausgebildet sein. Das Widerstandsheizelement 22 kann bevorzugt aus einem Material bestehen, welches einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber dem Grundkörper 21 von 3 × 10–6/K oder weniger aufweist, was eine verstärkte Haftung zwischen den Grundkörper 21 und dem Heizelement 22 ermöglicht.
  • Das Widerstandsheizelement 22 kann einen beliebigen Aufbau aufweisen, zum Beispiel solch einen, dass es eine Druckpaste ist, welche beim Aufdrucken ein pulverförmiges Material mit hohem Schmelzpunkt enthält, oder solch einen, dass ein CVD- oder PVD-Film oder eine lineare, spulenartige oder bandartige Masse aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt eingesetzt wird. Das Widerstandsheizelement 22 kann in der Ebene eine beliebige Gestalt aufweisen, zum Beispiel eine Spiralform, eine gitterförmige Form, eine perforierte Form oder eine Form, welche gefaltete Abschnitte aufweist. Das Widerstandsheizelement 22 kann aus einer einzelnen Struktur oder aus einer Kombination einer Vielzahl unterschiedlicher Strukturen bestehen, zum Beispiel aus einem Paar von Strukturen, die in zwei getrennten Bereichen angeordnet sind, welche der mittlere Bereich und ein peripherer Bereich der Seite 16 zum Erhitzen des Substrats sind.
  • Das Widerstandsheizelement 22 ist mit den Anschlüssen 24 verbunden, für Anschlüsse an ein Energie zuführendes Element, das mit einer Energiezufuhr verbunden ist. Die Anschlüsse 24 sind in Löcher 25 eingesetzt, welche in der Bodenseite 17 des Grundkörpers 11 ausgebildet sind. Die Löcher 25 sind von der Bodenseite 17 des Widerstandheizelements 22 ausgebildet, so dass dieses Element teilweise an den oberen Enden der Löcher 25 freiliegt. Das Widerstandsheizelement 22 und die Anschlüsse 24 sind miteinander zum Beispiel durch Löten oder Schweißen verbunden.
  • Der Grundkörper 21, das Widerstandsheizelement 22, die Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 können bevorzugt als ein einzelner gesinterter Körper hergestellt sein. Bevorzugt sollte das einstückige Sintern ein Heißpressverfahren einsetzen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine elektrostatische Haltevorrichtung ein Verbindungselement als Zwischenverbindung zur Verbindung zwischen einer Elektrode und einem Anschluss auf, welche beide damit zu verbinden sind. Die 4A und 4B zeigen solch eine elektrostatische Haltevorrichtung 30. Die 4B ist eine Draufsicht der elektrostatischen Haltevorrichtung 30, und die 4A ist ein Schnitt entlang der Linie IVA-IVA in der 2B. Die Haltevorrichtung 30 ist mit einem Grundkörper 31, einer Elektrode 12, einer dielektrischen Schicht 13, einem Anschluss 34 für eine Verbindung zu einem Energie zuführenden Element (nicht gezeigt), das mit einer Energiezufuhr zu verbinden ist, einem Loch 35, in welches der Anschluss 34 einzusetzen ist, und einem zwischen einem oberen Ende oder einem oberen Boden des Lochs 35 und der Elektrode 12 eingelassenen Verbindungselement 38 ausgestaltet. In der 4A sind der Grundkörper 31 und die dielektrische Schicht 13 miteinander als ein einzelner gesinterter Körper verbunden. Es ist zu beachten, dass die im Wesentlichen identischen Teile zu der in den 2A und 2B gezeigten elektrostatischen Haltevorrichtung 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, um Redundanzen zu beseitigen. Insbesondere kann der Grundkörper 31 der Haltevorrichtung 30 wie der Grundkörper 11 der in den 2A und 2B gezeigten Haltevorrichtung 10 ausgestaltet sein, und eine redundante Beschreibung des Grundkörpers 31 wird weggelassen.
  • Das Verbindungselement 38 ist in den Grundkörper 31 eingelassen. Spezieller ist das Verbindungselement 38 in eine Schicht niedriger als die Elektrode 12 eingelassen und ist mit der Elektrode 12 verbunden. Das so mit der Elektrode 12 verbundene Verbindungselement 38 ist mit dem Anschluss 34 verbunden, um eine Verbindung zwischen der Elektrode 12 und dem Anschluss 34 zu schaffen.
  • Das Verbindungselement 38 kann wie die Elektrode 12 aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt bestehen. Insbesondere kann bei dem Grundkörper 31, welcher aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid enthält, oder aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper besteht, der Aluminiumoxid enthält, das Verbindungselement 38 bevorzugt aus einem Material bestehen, welches Platin oder Niob enthält (von den Materialien mit hohem Schmelzpunkt). Spezieller kann das Verbindungselement 38 bevorzugt aus Platin oder Niob, einer Legierung von Platin oder Niob mit einer Vielzahl von Metallen oder dergleichen bestehen. Dies ermöglicht es, dass sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements 38 jenem des Grundkörpers 31 annähert, so dass das Auftreten von Rissen aufgrund des Einlassens des Verbindungselements 38 in den Grundkörper 31 verhindert wird.
  • Bevorzugt sollte der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Verbindungselement 38 und dem Grundkörper 31 3 × 10–6/K oder weniger betragen, was ein weiter verbessertes Verhindern des Auftretens von Rissen zwischen ihnen ermöglicht.
  • Das Verbindungselement 38 kann eine beliebige dreidimensionale Form haben, zum Beispiel eine prismatische Form, eine röhrenförmige Form, eine scheibenartige Form oder eine kugelförmige Form, neben einer zylindrischen Form wie sie in den 4A und 4B gezeigt ist. Das Verbindungselement 38 kann hinsichtlich eines Abstands zwischen der Bindungsfläche mit der Elektrode 12 und der Bindungsfläche mit dem Anschluss 34 sehr gut eine Länge L von 1 mm oder mehr aufweisen, damit die elektrostatische Haltevorrichtung 30 in angemessener Weise verstärkt wird, um so die mechanische Festigkeit weiter zu verbessern. Bevorzugt sollte die Länge L in einem Bereich von 1 bis 3 mm liegen. Das Verbindungselement 38 kann sehr gut einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm aufweisen, wenn es zylindrisch, röhrenförmig, scheibenartig oder kugelförmig ausgebildet ist, oder eine Breite im Bereich von 1 bis 4 mm, wenn es prismatisch oder dergleichen geformt ist.
  • Der Grundkörper 31 weist an seiner Bodenseite 17 das Loch 35 zum Einführen des Anschlusses 34 auf. Das Loch 35 erstreckt sich von der Bodenseite 17 bis zu dem Verbindungselement 38, so dass dieses Element 38 teilweise freiliegt. Der Anschluss 34 ist in das Loch 35 eingeführt und mit dem freiliegenden Teil des Verbindungselements 38 durch z. B. Löten oder Schweißen verbunden.
  • Das Lötmaterial kann ein Lötmetall, ein Lötverbundmaterial wie etwa ein Verbund aus Metall und Keramiken oder dergleichen sein. Z. B. kann der einzusetzende Lötfüllstoff Indium (In), Gold (Au), Silber (Ag), Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder ein Aluminium-Aluminiumoxid-Verbund oder eine Legierung, welche zwei oder mehr Metalle ausgewählt aus Indium, Gold, Silber, Aluminium, Nickel und Titan enthält, z. B. eine Gold-Nickel-Legierung, oder dergleichen sein. Zum Löten kann ein zweckmäßiges Material zwischen den Anschluss 34 und das Verbindungselement 38 eingefüllt und in einem Temperaturbereich von 130 bis 1100°C erhitzt werden.
  • Das Verbindungselement 38 kann eine Vertiefung aufweisen, welche das Einführen des Anschlusses 34 ermöglicht. Dazu kann ein Endabschnitt des Anschlusses 14 in die Vertiefung des Verbindungselements 38 eingeführt werden, um darin eingepasst und damit verbunden zu werden.
  • Die Verwendung solch eines Verbindungselements 38 ermöglicht es, dass ein Abschnitt des Grundkörpers 31 der elektrostatischen Haltevorrichtung 30, dessen Festigkeit z. B. durch das Vorsehen des Loches 35 zum Einführen des Anschlusses 34 verringert wurde, durch das darin eingelassene Verbindungselement 38 verstärkt wird, mit dem Ergebnis, dass die mechanische Festigkeit der elektrostatischen Haltevorrichtung 30 vergrößert wird. Des Weiteren kann bei dieser Haltevorrichtung 30 der Abstand, welcher die Seite 16 zum Aufsetzen des Substrats zu dem oberen Ende des in dem Grundkörper 31 ausgebildeten Lochs 35 aufweist, zusammen mit der Länge des Verbindungselements 38 vergrößert werden. Selbst wenn die dielektrische Schicht 13 dünn ist, kann eine Verringerung der Festigkeit der Haltevorrichtung 30 aufgrund der Ausbildung des Loches 35 verhindert werden.
  • Solch ein Verbindungselement 38 kann zudem für die elektrostatische Haltevorrichtung 20 der 3 eingesetzt werden, welche für einen Heizvorgang angepasst ist. Spezieller kann der Grundkörper 21 darin eingelassen bzw. eingesetzt ein Verbindungselement aufweisen, welches für eine Verbindung zwischen diesen beiden mit sowohl dem Widerstandsheizelement 22 als auch dem Anschluss 24 verbunden ist.
  • Bei der in den 4A und 4B gezeigten elektrostatischen Haltevorrichtung 30 können der Grundkörper 31, die Elektrode 12, die dielektrische Schicht 13 und das Verbindungselement 38 bevorzugt als ein einziger gesinterter Körper ausgebildet sein, damit sie mit größerer Festigkeit verbunden sind. Ebenso können bei Verwendung eines Verbindungselements bei der elektrostatischen Haltevorrichtung 20 der 3 der Grundkörper 21, die Elektrode 12, die dielektrische Schicht 13, das Widerstandsheizelement 22 und das Verbindungselement bevorzugt als ein einziger gesinterter Körper ausgebildet sein. Bevorzugt sollte ein Heißpressverfahren zur Ausbildung solch eines einzelnen gesinterten Körpers eingesetzt werden.
  • Nun wird ein Herstellungsverfahren für eine elektrostatische Haltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei die elektrostatische Haltevorrichtung 10 als Beispiel genommen wird, bei der sowohl der Grundkörper 11 als auch die dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper bestehen, welcher Siliciumcarbid enthält.
  • Zuerst wird durch das Herstellungsverfahren für den gesinterten Yttriumoxidkörper, welcher Siliciumcarbid enthält, ein gesinterter Yttriumoxidkörper als Grundkörper 11 ausgebildet. Dann wird auf diesem Grundkörper 11 eine Elektrode 12 ausgebildet. Z. B. kann die Elektrode 12 durch Bedrucken einer Oberfläche des Grundkörpers 11 mit einer Druckpaste durch ein Siebdruckverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bevorzugt sollte die zu verwendende Druckpaste eine Mischung aus Pulver eines Materials mit hohem Schmelzpunkt und eines Pulvers aus einer zu den in dem Grundkörper 11 oder der dielektrischen Schicht 13 zu enthaltenden Keramiken identischen Keramik oder einer ähnlichen Keramik, welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der identischen Keramik aufweist, sein. Die Verwendung einer Druckpaste, in welcher ein Pulver eines Materials mit hohem Schmelzpunkt und ein Pulver solch einer Keramik vermengt sind, ermöglicht es, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Elektrode 12 sich jenem des Grundkörpers 11 oder der dielektrischen Schicht 13 annähert, was eine verstärkte Bindungsfestigkeit zwischen diesen ermöglicht. Die Druckpaste kann bevorzugt keramisches Pulver im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% enthalten. Das zur Ausbildung der Elektrode 12 einzusetzende Verfahren ist nicht auf das vorstehend angegebene Drucken beschränkt. Z. B. kann der Grundkörper eine Masse aus einem auf die Oberfläche aufgegebenen Material mit hohem Schmelzpunkt oder einen auf der Oberfläche durch CVD oder durch PVD ausgebildeten dünnen Film aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt aufweisen, um dadurch die Elektrode 12 auszubilden.
  • Als Nächstes wird auf dem Grundkörper 11 und der Elektrode 12 ein Formling ausgebildet, welcher eine dielektrische Schicht 13 bilden wird. Z. B. kann in einer Modellform oder dergleichen, in welche der mit der Elektrode 12 ausgebildete Grundkörper 11 eingesetzt ist, eine Menge granulierter Körner, die auf ähnliche Weise zu dem Grundkörper 11 hergestellt sind, über dem Grundkörper 11 und der Elektrode 12 eingefüllt werden, um dadurch einen Formling auszubilden, welcher die dielektrische Schicht 13 bilden soll. Oder durch die Verwendung von granulierten Körnern kann ein Formling ausgebildet werden, wie etwa durch ein Pressformen, CIP oder ein Schlickergießverfahren, und kann auf den Grundkörper 11 gesetzt werden, um gepresst zu werden, um dadurch einen Press- bzw. Formling auszubilden, welcher die dielektrische Schicht 13 bilden soll.
  • Dann wird die Kombination aus dem Grundkörper 11, der Elektrode 12 und dem Formling einstückig zur Ausbildung eines einzelnen gesinterten Körpers gesintert, wie etwa durch ein Heißpressverfahren, um dadurch eine dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper auszubilden, der Siliciumcarbid enthält. Spezieller wird unter Ausüben eines Drucks in der Richtung einer Achse unter erforderlichen Bedingungen (Sinteratmosphäre und Sintertemperatur) gesintert, um einen gesinterten Yttriumoxidkörper zu erhalten, der Siliciumcarbid enthält. Bevorzugt sollte der auszuübende Druck im Bereich von 50 bis 300 kgf/cm2 liegen, um einen dichten gesinterten Yttriumoxidkörper zu erhalten. Spezieller sollte er im Bereich von 100 bis 200 kgf/cm2 liegen.
  • Der Grundkörper 11, die Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 können in einer beliebigen Reihenfolge ausgebildet werden. Z. B. kann die dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid enthält, vorausgehend ausgebildet werden, und die Elektrode 12 kann auf der dielektrischen Schicht 13 ausgebildet werden. Dann kann ein Formling, welcher den Grundkörper 11 ausbilden soll, auf der dielektrischen Schicht 13 ausgebildet werden, vor einem einzigen Sintern des Gesamten, um den Grundkörper 11 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper auszubilden, der Siliciumcarbid enthält.
  • Ähnlich dazu wird nach dem Ausbilden eines Grundkörpers 11 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, welcher Siliciumcarbid enthält, oder einer dielektrischen Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, welcher Siliciumcarbid enthält, auf dem gesinterten Körper eine Elektrode 12 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper ausgebildet, der Siliciumcarbid enthält, wodurch eine Verformung oder Positionsverschiebung der Elektrode 12 aufgrund eines Zusammenschrumpfens beim Sintern unterdrückt werden kann, was eine verbesserte Flachheit der Elektrode 12 ermöglicht. Für die resultierende elektrostatische Haltevorrichtung 10 ist es dadurch möglich, dass sie, als ein Vorteil, eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Hitzeverteilung oder der Haltekraft aufweist. Es ist zu beachten, dass nach der Ausbildung eines Grundkörpers 11 oder einer dielektrischen Schicht 13 aus einem kalzinierten Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid enthält, eine Elektrode 12 auf dem kalzinierten Körper ausgebildet werden kann, wodurch ebenfalls eine ähnliche Wirkung erzielt werden kann. Der kalzinierte Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid enthält, kann ausgebildet werden, indem die Kalzinierungstemperatur unterhalb der Sintertemperatur zur Ausbildung eines entsprechenden gesinterten Yttriumoxidkörpers eingestellt wird, sowie durch Einstellen der Kalzinierungsdauer auf kürzer als die Sinterdauer zur Ausbildung eines entsprechenden gesinterten Yttriumoxidkörpers. Z. B. kann die Kalzinierungstemperatur gut innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 1600°C eingestellt werden. Eine Laminierung kann durch einen Formling, welcher einen Grundkörper 11 und eine Elektrode 12 ausbilden wird, und einen Formling, welcher die dielektrische Schicht 13 bilden wird, gebildet werden, bevor die Laminierung einstückig gesintert wird, wie etwa durch ein Heißpressverfahren.
  • Dann wird der so erhaltene einzelne gesinterte Körper mechanisch bearbeitet. Spezieller wird geschliffen oder poliert, um die Dicke der dielektrischen Schicht 13, die durchschnittliche Mittellinienrauheit (Ra) der Oberfläche der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats und die Gesamtdicke der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 so einzustellen, wie es spezifiziert ist. Der Grundkörper 11 wird gebohrt, um darin zum Einführen eines Anschlusses ein Loch 15 auszubilden. Dann wird ein Anschluss 14 in das Loch 15 eingeführt und durch Löten oder Schweißen mit der Elektrode 12 verbunden.
  • Für eine elektrostatische Haltevorrichtung 10, bei welcher der Grundkörper 11 aus einem Aluminiumoxid enthaltenden gesinterten Körper besteht, kann das Herstellungsverfahren dem Verfahren folgen, welches in dem Fall eingesetzt wird, bei dem der Grundkörper 11 ein gesinterter Yttriumoxidkörper ist, der Siliciumcarbid enthält, mit Ausnahme der folgenden Punkte. Ein Punkt ist, dass zur Herstellung einer Aufschlämmung das Rohmaterialpulver aus einem einfachen Aluminiumoxidpulver, einer Mischung aus Aluminiumoxidpulver und Zirkoniumoxidpulver, einer Mischung aus Aluminiumoxidpulver und Magnesiumoxidpulver, einer Mischung aus Aluminiumoxidpulver und Siliciumoxidpulver etc. hergestellt werden kann. Ein weiterer Punkt ist, dass der Formling durch ein Heißpressverfahren oder ein Sinterverfahren bei Normaldruck in einer Inertgasatmosphäre wie etwa in Stickstoffgas oder Argongas oder in einer oxidierenden Atmosphäre in einem Temperaturbereich von 1500 bis 1700°C zu sintern ist.
  • In dem Herstellungsverfahren für eine elektrostatische Haltevorrichtung 20, welche mit dem in 3 gezeigten Widerstandsheizelement 22 versehen ist, kann die Grundlage 21 wie die Grundlage 11 ausgebildet werden, mit der Ausnahme, dass z. B. der Formling mit dem darin eingeschlossenen Widerstandsheizelement 22 auszubilden ist.
  • Zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung 30, welche mit dem in den 4A und 4B gezeigten Verbindungselement 38 versehen ist, kann das Verbindungselement 38 in Kontakt mit der Elektrode 12 angeordnet werden, wenn diese auf einem gesinterten Körper oder einem kalzinierten Körper ausgebildet wird, welcher eine dielektrische Schicht 13 ausbilden wird. Dann kann ein Formling, der einen Grundkörper 31 ausbilden wird, auf dem gesinterten Körper oder dem kalzinierten Körper, der Elektrode 12 und dem Verbindungselement 38 ausgebildet werden, um einstückig durch ein Heißpressverfahren oder dergleichen gesintert zu werden, wodurch das Verbindungselement 38 mit der Elektrode 12 verbunden wird, wodurch der Grundkörper 31 mit dem darin eingelassen Verbindungselement 38 erhalten wird.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren kann zwischen dem Verbindungselement 38 und der Elektrode 12 ein Klebstoff eingesetzt werden. Z. B. kann nach der Ausbildung der Elektrode 12 auf der dielektrischen Schicht 13 durch ein Siebdruckverfahren oder dergleichen eine perforierte Positionierungsschablone oder dergleichen eingesetzt werden, um auf der Elektrode 12 einen Ort zur Ausbildung des Verbindungselements 38 zu bestimmen. Dann kann an dem so auf der Elektrode 12 bestimmten Ort zur Erzeugung das Verbindungselement 18 angehaftet werden, wobei eine aufgebrachte Druckpaste zwischen diesen als Klebstoff vorliegt. Als Nächstes kann die mit der Elektrode 12 und dem Verbindungselement 38 ausgebildete dielektrische Schicht 13 in eine Modellform oder dergleichen eingesetzt werden, in welche eine Menge an granulierten Körnern für die Grundlage 31 eingefüllt und zusammengepresst werden kann, um einen Pressling auszubilden, der durch ein Heißpressverfahren oder dergleichen einstückig gesintert werden kann, wodurch eine elektrostatische Haltevorrichtung 30 ausgebildet wird.
  • Oder alternativ kann eine Laminierung aus einem Formling, welcher eine dielektrische Schicht 13, eine Elektrode 12 und ein in Kontakt mit der Elektrode 12 angeordnetes Verbindungselement 38 ausbilden wird, und einem Formling, der einen Grundkörper 31 ausbilden wird, ausgebildet werden, die einstückig durch ein Heißpressverfahren oder dergleichen gesintert werden kann, wodurch ebenfalls das Verbindungselement 38 mit der Elektrode 12 verbunden werden kann, was es ermöglicht, einen Grundkörper 31 zusammen mit dem darin eingelassenen Verbindungselement 38 zu erhalten.
  • Dann kann zum Einführen eines Anschlusses 34 von der Bodenseite 17 des Grundkörpers 31 bis zu einer zum Freilegen des Verbindungselements 38 erforderlichen Tiefe ein Loch 35 ausgebildet werden, und der Anschluss 34 kann mit dem Verbindungselement 38 wie etwa durch Löten oder Schweißen verbunden werden. Abgesehen von diesen Punkten kann das Herstellungsverfahren auf die gleiche Weise wie bei der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 vorgenommen werden, welche keine Verbindungselemente aufweist.
  • Jeder der Grundkörper 11, 21 oder 31 kann aus einem geeigneten, von einer Keramik verschiedenen Material bestehen, z. B. aus einem Metall oder einem Verbundmaterial aus Metall und Keramik. In diesem Fall können der Grundkörper 11, 21 oder 31 aus solch einem Metall oder solch einem Verbundmaterial aus Metall und Keramik, die Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 miteinander durch einen Klebstoff oder dergleichen verbunden werden.
  • Indem für die elektrostatischen Haltevorrichtungen 10, 20 und 30 jeweils ein gesinterter Yttriumoxidkörper verwendet wird, der 10 bis 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthält, können diese eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen, während sie eine dielektrische Schicht 13 haben, die mit einem in einem geeigneten Bereich eingeregelten Volumenwiderstand ausgebildet ist, so dass die elektrostatische Haltevorrichtung die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzen kann, wie es beschrieben wurde. Für jede der elektrostatischen Haltevorrichtungen 10, 20 oder 30 ist es somit möglich, dass eine große Haltekraft sowie eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit realisiert werden.
  • Da die elektrostatische Haltevorrichtung 10, 20 oder 30 durch einen gesinterten Yttriumoxidkörper gebildet wird, der eine festgelegte Menge an Siliciumcarbid enthält, kann sie spezieller eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit nicht nur einfach gegenüber korrosiven Halogengasen wie etwa Stickstofffluorid (NF3) aufweisen, sondern zudem eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosiven Plasmagasen. Darüber hinaus ist es möglich, dass die elektrostatische Haltevorrichtung 10, 20 oder 30 selbst bei einer in-situ Reinigung in einem Ätzvorgang eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweist. Für die elektrostatischen Haltevorrichtungen 10, 20 und 30 gibt es daher vorteilhafte Anwendungen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen sowie von Flüssigkristallvorrichtungen.
  • Darüber hinaus ist es für ihre dielektrischen Schichten 13, welche korrosiven Umgebungen ausgesetzt sein werden, jeweils möglich, durch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit die Oberflächenkorrosion zu unterdrücken. Daher kann jede der elektrostatischen Haltevorrichtungen 10, 20 oder 30 erfolgreich Verschlechterungen wie etwa der Gleichmäßigkeit der thermischen Verteilung oder der Haltekraft aufgrund von Veränderungen des Zustands der Seite 16 für das Aufbringen des Substrats, welche die Oberflächenkorrosion begleiten, erfolgreich verhindern.
  • Weitergehend kann bei der elektrostatischen Haltevorrichtung 10, 20 oder 30 die dielektrische Schicht 13, welche zudem eine hervorragende mechanische Festigkeit aufweist, das Auftreten von Spänen, Rissen, etc. erfolgreich verhindert werden, wenn sie bearbeitet wird. Wenn des Weiteren der Anschluss 14 durch Löten, Schweißen oder dergleichen mit der Elektrode 12 verbunden wird, kann zudem erfolgreich verhindert werden, dass die dielektrische Schicht 13 durch thermische Spannungen beschädigt wird.
  • Diese Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt, so dass eine Vielzahl von Modifizierungen möglich ist.
  • (Beispiele)
  • Es werden detaillierte Beispiele der Ausführungsformen beschrieben, worauf die Erfindung aber nicht beschränkt ist.
  • [Beispiele für einen gesinterten Yttriumoxidkörper)
  • Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 Die Beispiele 1 bis 4 und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 werden nun zusammen beschrieben.
  • Die Beispiele 1 und 2 sowie das Vergleichsbeispiel 2 sind Beispiele für einen gesinterten Yttriumoxidkörper, der aus Yttriumoxid und Siliciumcarbid besteht, wobei Yttriumoxidpulver und Siliciumcarbidpulver zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers so abgewogen und vermengt wurden, dass das Yttriumoxid und das Siliciumcarbid ihre in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungsanteile hatten.
  • Die Beispiele 3 und 4 sind Beispiele für einen gesinterten Yttriumoxidkörper, der, neben Yttriumoxid und Siliciumcarbid, Aluminiumoxid enthält, wobei Yttriumoxidpulver, Siliciumcarbidpulver und Aluminiumoxidpulver zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers so abgewogen und vermengt wurden, dass das Yttriumoxid, das Siliciumcarbid und das Aluminiumoxid ihre in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungsanteile hatten.
  • Das Vergleichsbeispiel 1 ist ein Beispiel für einen gesinterten Yttriumoxidkörper, der kein Siliciumcarbid enthält, wobei einfach Yttriumoxidpulver zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers abgewogen wurde.
  • Die Teilchengröße des Yttriumoxidpulvers betrug im Durchschnitt 1 μm, jene des Siliciumcarbidpulvers im Durchschnitt 0,5 μm und jene des Aluminiumoxids im Durchschnitt 0,4 μm.
  • In jedem Beispiel wurden Wasser, ein Dispergiermittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel zu dem Rohmaterialpulver zugegeben und damit mittels einer Trommel zur Herstellung einer Aufschlämmung vermengt. Diese Aufschlämmung wurde mittels eines Sprühtrockners zerstäubt und getrocknet, um granulierte Körner herzustellen, welche durch Erhitzen bei 500°C in Luftatmosphäre entkohlt wurden. Die entkohlten granulierten Körner wurden in eine Modellform gefüllt, wo sie in der Richtung einer einzelnen Achse gepresst wurden, um einen Pressling auszubilden. Der Pressling wurde in eine Kohlenstoffhülse gepackt und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei den in Tabelle 1 gezeigten Sintertemperaturen gesintert, um einen gesinterten Yttriumoxidkörper mit einer Größe von 350 mm im Durchmesser und 6 mm Dicke herzustellen.
  • An diesem gesinterten Yttriumoxidkörper wurden die folgenden fünf Bewertungen (1) bis (5) vorgenommen.
  • Bewertung (1): Die relative Dichte wurde durch das Archimedes-Verfahren unter Verwendung von reinem Wasser als Medium gemessen.
  • Bewertung (2): Die 4-Punkt-Biegefestigkeit bei Raumtemperatur wurde gemessen (gemäß JIS R1601).
  • Bewertung (3): Der Bruchwiderstand wurde gemessen (gemäß JIS R1607).
  • Bewertung (4): Der gesinterte Yttriumoxidkörper wurde teilweise maskiert und dann für fünf Stunden in einer Gasmischung aus NF3 und Sauerstoff unter einem Druck von 0,1 Torr mit einer Plasmaenergiequelle von 800 W und einer Vorspannungsenergie von 300 W einem Test auf Korrosionsbeständigkeit unterzogen. An dem gesinterten Yttriumoxidkörper wurde nach dem Test auf Korrosionsbeständigkeit die Abstufung zwischen dem maskierten Teil und dem nichtmaskierten Teil gemessen, für die angenommen wurde, dass sie der Verlustmenge aufgrund von Korrosion entsprach (hiernach als „Korrosionsverlust” bezeichnet), um die Korrosionsbeständigkeit zu bewerten.
  • Bewertung (5): Der Volumenwiderstand wurde bei Raumtemperatur und 150°C gemessen (gemäß JIS C2141). Die angelegte Spannung betrug 2000 V/mm.
  • Die entsprechenden Ergebnisse sind in der in 5 gezeigten Tabelle aufgeführt.
  • In den Beispielen 1 bis 4 wiesen die gesinterten Yttriumoxidkörper, welche Siliciumcarbid im Bereich von 5 bis 40 Vol.-% enthielten, jeweils eine sehr hohe relative Dichte von 98% oder mehr auf, so dass sie sehr dichte gesinterte Yttriumoxidkörper waren.
  • Die gesinterten Yttriumoxidkörper der Beispiele 1 bis 4 wiesen jeweils eine 4-Punkt-Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr und einen Bruchwiderstand von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr auf. Im Vergleichsbeispiel 1 wies der gesinterte Yttriumoxidkörper eine 4-Punkt-Biegefestigkeit von etwa 120 MPa und einen Bruchwiderstand von etwa 1 MPa·m1/2 auf. Verglichen mit dem gesinterten Yttriumoxidkörper des Vergleichsbeispiels 1 wiesen die gesinterten Yttriumoxidkörper der Beispiele 1 bis 4 verbesserte mechanische Festigkeiten auf. Insbesondere wiesen. in den Beispielen 2 bis 4, bei denen die Sintertemperatur im Bereich von 1700 bis 1900°C lag, die gesinterten Yttriumoxidkörper, welche 30 Vol.-% Siliciumcarbid enthielten, jeweils eine 4-Punkt-Biegefestigkeit von 300 MPa oder mehr und einen Bruchwiderstand von ungefähr 2 MPa·m1/2 oder mehr auf, so dass sie deutlich verbesserte mechanische Festigkeiten hatten. In den Beispielen 3 und 4 wiesen die gesinterten Yttriumoxidkörper, welche zusätzlich zu Siliciumcarbid Aluminiumoxid enthielten, sehr hohe 4-Punkt-Biegefestigkeiten und Bruchwiderstände auf.
  • Zusätzlich wiesen die gesinterten Yttriumoxidkörper der Beispiele 1 bis 4 nach dem Test auf Korrosionsbeständigkeit jeweils einen geringen Korrosionsverlust und eine unwesentliche Oberflächenkorrosion auf, so dass eine große Korrosionsbeständigkeit erfolgreich beibehalten wurde.
  • Darüber hinaus waren bei den gesinterten Yttriumoxidkörpern der Beispiele 1 bis 4 deren Volumenwiderstände bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm eingestellt. Des Weiteren zeigten die gesinterten Yttriumoxidkörper der Beispiele 3 und 4 für ihre Änderungsverhältnisse zwischen dem Volumenwiderstand bei Raumtemperatur und dem Volumenwiderstand bei 150°C Werte von 10 oder weniger, so dass im Wesentlichen konstante Volumenwiderstände erfolgreich über einen breiten Temperaturbereich beibehalten wurden.
  • Im Gegensatz dazu war im Vergleichsbeispiel 1 der gesinterte Yttriumoxidkörper, welcher kein Siliciumcarbid enthielt, bezüglich der mechanischen Festigkeit sehr viel schlechter. Im Vergleichsbeispiel 2 wies der gesinterte Yttriumoxidkörper, welcher 50 Vol.-% Siliciumcarbid enthielt, einen sehr großen Korrosionsverlust auf, was verglichen mit den gesinterten Yttriumoxidkörpern der Beispiele 1 bis 4, welche jeweils einen Gehalt an Siliciumcarbid im Bereich von 40 Vol.-% oder weniger einschließen, eine starke Verringerung der Korrosionsbeständigkeit anzeigte.
  • [Beispiele für eine elektrostatische Haltevorrichtung]
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Es wurde eine elektrostatische Haltevorrichtung 10 der 2A und 2B mit einem Grundkörper 11 hergestellt, der aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper bestand.
  • Zuerst wurden Yttriumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 μm und Siliciumcarbidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,5 μm bei einem Zusammensetzungsanteil von 70 Vol.-% Yttriumoxid und 30 Vol.-% Siliciumcarbid vermengt, um ein Rohmaterialpulver herzustellen. Zu dem Rohmaterialpulver wurden Wasser, ein Dispergiermittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel zugegeben und miteinander mit einer Trommel vermengt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Diese Aufschlämmung wurde durch einen Sprühtrockner zerstäubt und getrocknet, um granulierte Körner herzustellen.
  • Die granulierten Körner wurden in eine Modellform gefüllt, wo sie in der Richtung einer einzelnen Achse gepresst wurden, um einen Pressling zu bilden. Der Pressling wurde in eine Kohlenstoffhülse gepackt und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1900°C gesintert, um einen Grundkörper 11 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper auszubilden.
  • Als Nächstes wurde durch Hinzumengen von Ethylcellulose als Bindemittel zu einer Pulvermischung von 80 Gew.-% Wolframcarbid und 20 Gew.-% Aluminiumoxidpulver eine Druckpaste zubereitet. Unter Verwendung dieser Paste wurde auf dem Grundkörper 11 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper durch ein Heißpressverfahren eine Elektrode 12 mit einer Größe von 290 mm im Durchmesser und 20 μm Dicke ausgebildet, die getrocknet wurde.
  • Als Nächstes wurde der Grundkörper 11 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper, auf dem die Elektrode 12 ausgebildet worden war, in eine Modellform eingesetzt. Über dem Grundkörper 11 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper und der Elektrode 12 wurden Körner, die ähnlich zu jenen bei der Herstellung des Grundkörpers granuliert worden waren, eingefüllt und unter einem Druck von 200 kgf/cm2 verpresst, um einen Pressling auszubilden, der eine dielektrische Schicht 13 bildet.
  • Dann wurde der Grundkörper 11 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper mit der ausgebildeten Elektrode 12 und dem Pressling in eine Kohlenstoffhülse eingesetzt und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1900°C gesintert, um die dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper auszubilden.
  • Der so erhaltene einzelne gesinterte Körper wurde bearbeitet, um eine durchschnittliche Mittellinienrauheit (Ra) der Oberfläche der Seite 16 zum Aufbringen eines Substrats auf 0,2 μm, die Dicke der dielektrischen Schicht 13 (d. h. den Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats) auf 0,3 mm und die Dicke der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 (d. h. den Abstand zwischen der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats und der Bodenseite 17) auf 3 mm einzustellen. Dann wurde der Grundkörper 11 gebohrt, um zum Anbringen eines Anschlusses 14 ein Loch 15 auszubilden, und der Anschluss 14 wurde mit der Elektrode 12 verlötet. Durch den beschriebenen Vorgang wurde eine elektrostatische Haltevorrichtung 10 erhalten, welche so angepasst war, dass sie die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt.
  • Der Grundkörper 11 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper wurde von einem Auftreten von Rissen oder Spänen aufgrund des Bohrens freigehalten. Zudem konnte das Verlöten zwischen der Elektrode 12 und dem Anschluss 14 ohne Beschädigungen an dem Grundkörper 11 aufgrund thermischer Spannungen durchgeführt werden.
  • Ausführungsbeispiel 6
  • Es wurde ein elektrostatische Haltevorrichtung 30 der 4A und 4B mit einem Grundkörper 31 aus einem gesinterten Aluminiumoxidkörper hergestellt.
  • Gleich zum Ausführungsbeispiel 5 hergestellte granulierte Körner wurden in eine Modellform eingefüllt, wo sie in der Richtung einer einzelnen Achse verpresst wurden, um einen Pressling auszubilden. Dieser Pressling wurde in eine Kohlenstoffhülse gepackt und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1600°C gesintert, um eine dielektrische Schicht 13 aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper auszubilden, welcher Siliciumcarbid enthielt.
  • Als Nächstes wurde gleich zum Ausführungsbeispiel 5 eine Druckpaste zubereitet, und eine Elektrode 12 mit einer Größe von 290 mm im Durchmesser und 20 μm Dicke wurde durch ein Siebdruckverfahren auf der dielektrischen Schicht 13 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper ausgebildet und getrocknet. Dann wurde eine perforierte Positionierungsschablone oder dergleichen verwendet, um eine Position zur Ausbildung eines Verbindungselements 38 festzulegen. Dann wurde an die festgelegte Position zur Ausbildung der Elektrode 12 unter Verwendung der Druckpaste als Klebstoff das aus Platin (Pt) bestehende Verbindungselement 38 mit einer zylindrischen Form mit einer Größe von 2 mm im Durchmesser und einer Länge von 1 m angehaftet.
  • Als Nächstes wurden Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von 99,9 Gew.-% und einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,5 μm, Wasser, ein Dispergiermittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel zugegeben und durch eine Trommel zur Herstellung einer Aufschlämmung vermengt. Diese Aufschlämmung wurde durch einen Sprühtrockner zerstäubt und getrocknet, um granulierte Körner aus Aluminiumoxid herzustellen. Dann wurde die dielektrische Schicht 13 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper mit der ausgebildeten Elektrode 12 und dem Verbindungselement 38 in eine Modellform eingesetzt, und granulierte Körner aus Aluminiumoxid wurden über die dielektrische Schicht 13 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper, die Elektrode 12 und das Verbindungselement 38 eingefüllt und durch Ausüben eines Drucks von 200 kgf/cm2 darauf verpresst, um einen Pressling auszubilden, welcher einen Grundkörper 31 bildet.
  • Als Nächstes wurden die dielektrische Schicht 13 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper, die Elektrode 12, das Verbindungselement 38 und der Pressling aus Aluminiumoxid in eine Kohlenstoffhülse gesetzt und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1600°C gesintert, um den Grundkörper 31 aus einem gesinterten Aluminiumoxidkörper herzustellen.
  • Der so erhaltene einzelne gesinterte Körper wurde bearbeitet, um eine durchschnittliche Mittellinienrauheit (Ra) der Oberfläche der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats auf 0,2 μm, die Dicke der dielektrischen Schicht 13 (d. h. den Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats) auf 0,3 mm und die Dicke der elektrostatischen Haltevorrichtung 30 (d. h. den Abstand zwischen der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats und der Bodenseite 17) auf 3 mm einzustellen. Dann wurde der Grundkörper 31 gebohrt, um zum Anbringen eines Anschlusses 34 ein Loch 35 auszubilden, und der Anschluss 34 wurde mit dem Verbindungselement 38 verlötet. Durch den beschriebenen Vorgang wurde eine elektrostatische Haltevorrichtung 30 erhalten, welche so angepasst war, dass sie die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt.
  • Die dielektrische Schicht 13 aus dem gesinterten Yttriumoxidkörper wurde von einem Auftreten von Rissen oder Spänen aufgrund der Bearbeitung freigehalten. Zudem konnte das Verlöten zwischen dem Verbindungselement 38 und dem Anschluss 34 ohne Beschädigungen des Grundkörpers 31 oder der dielektrischen Schicht 13 aufgrund thermischer Spannungen vorgenommen werden.
  • [Bewertung der Haltekraft und der Ansprechempfindlichkeit des Loslassens]
  • Für die elektrostatischen Haltevorrichtungen 10 und 30 der Ausführungsbeispiele 5 und 6 wurden ihre Haltekräfte und Ansprechempfindlichkeiten des Loslassens wie folgt bewertet. Während eine Siliciumsonde die Seite 16 zum Aufbringen des Substrats von entweder der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 oder 30 im Vakuum berührte, wurde zwischen der Elektrode 12 und der Sonde eine Spannung angelegt, so dass diese Sonde durch Haltekräfte an der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 oder 30 fixiert wurde. Die Sonde wurde dann in der Richtung, in der sie von der Seite 16 zum Aufbringen des Substrats der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 oder 30 entfernt wird, durch eine hierfür erforderliche Kraft weggezogen, welche als Haltekraft gemessen wurde. Des Weiteren ließ man nach der Beendigung des Anlegens der Spannung die Siliciumsonde sich von der elektrostatischen Haltevorrichtung 10 oder 30 im zeitlichen Verlauf lösen, was als Ansprechzeit des Loslassens gemessen wurde. Die Siliciumsonde wies einen Kontaktpunktbereich von 3 cm2 auf, und die angelegte Spannung betrug 2000 V/mm, während die Messung bei Raumtemperatur durchgeführt wurde.
  • Für die elektrostatischen Haltevorrichtungen 10 und 30 der Ausführungsbeispiele 5 und 6 betrugen ihre Haltekräfte beide 50 Torr oder mehr, so dass sie eine hohe Einspannleistung zeigten, und ihre Ansprechzeiten des Loslassens betrugen beide 1 Sekunde oder weniger, so dass sie eine vorteilhafte Ansprechempfindlichkeit des Loslassens zeigten.
  • Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezieller Begriffe beschrieben wurden, dient die Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken, und es ist so zu verstehen, dass Veränderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept oder dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.
  • Ein gesinterter Yttriumoxidkörper enthält Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 5 bis 40 Vol.-%, weist einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 101 bis 1 × 1017 Ω·cm auf und ist dazu angepasst, für eine elektrostatische Haltevorrichtung eingesetzt zu werden.

Claims (13)

  1. Elektrostatische Haltevorrichtung, welche so angepasst ist, dass sie die Johnsen-Rahbek-Kraft einsetzt, und welche umfasst: einen Grundkörper; eine auf dem Grundkörper ausgebildete Elektrode; und eine auf der Elektrode ausgebildete dielektrische Schicht bestehend aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper, der Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% enthält und einen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur im Bereich von 1 × 108 bis 1 × 1013 Ω·cm aufweist.
  2. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Siliciumcarbid eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweist.
  3. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Yttriumoxidkörper eine Biegefestigkeit von 250 MPa oder mehr aufweist.
  4. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Yttriumoxidkörper einen Bruchwiderstand von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr aufweist.
  5. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Yttriumoxidkörper eine relative Dichte von 98% oder mehr aufweist.
  6. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Yttriumoxidkörper durch ein Heißpressverfahren gesintert ist.
  7. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper aus einem gesinterten Körper besteht, der Aluminiumoxid enthält.
  8. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper aus einem gesinterten Yttriumoxidkörper besteht, welcher gleich zu jenem der dielektrischen Schicht ist.
  9. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, welche des Weiteren umfasst: einen Anschluss, der dazu ausgestaltet ist, die Elektrode mit einem Energie zuführenden Element zu verbinden; und einem in den Grundkörper eingelassenen Verbindungselement, welches mit der Elektrode und dem Anschluss verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass es die Elektrode und den Anschluss miteinander verbindet.
  10. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Verbindungselement eine Verbindungsfläche mit der Elektrode und eine Verbindungsfläche mit dem Anschluss aufweist, welche voneinander einen Abstand von 1 mm oder mehr haben.
  11. Elektrostatische Haltevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verbindungselement wenigstens eines von Platin und Niob enthält.
  12. Herstellungsverfahren für eine elektrostatische Haltevorrichtung, die einen gesinterten Yttriumoxidkörper umfasst, umfassend: Ausbilden eines Grundkörper; Ausbilden einer Elektrode auf dem Grundkörper; Zubereiten eines Rohmaterialpulvers, welches Siliciumcarbid in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Vol.-% sowie Yttriumoxid enthält; Ausbilden eines Formlings unter Verwendung des Rohmaterialpulvers; und Sintern des Formlings in einer Inertgasatmosphäre im Temperaturbereich von 1500 bis 2000°C; und Ausbilden einer aus dem Formling gemachten dielektrische Schicht auf der Elektrode.
  13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Sintern ein Sintern des Formlings durch ein Heißpressverfahren umfasst.
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