DE10234698A1

DE10234698A1 - Wafer-Behandlungselement

Info

Publication number: DE10234698A1
Application number: DE10234698A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Hagihara
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-02-13
Also published as: FR2828008B1; KR20030011634A; JP4183945B2; JP2003115461A; KR100520914B1; FR2828008A1; US20030089458A1

Abstract

Wafer-Behandlungselement, das ein Trägermaterial aus einem Material, das in allen Richtungen in einer Ebene isotrop ist, und einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist, aufweist, wobei das Trägermaterial eine Dicke von nicht mehr als 3 mm hat, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in einem Bereich von 0,6 x 10·-6· bis 1,2 x 10·-6· pro DEG C liegt und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in einer Ebene nicht mehr als 0,05 x 10·-6· pro DEG C beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Element, das beim Halbleiter-Erhitzen verwendet wird, und insbesondere auf ein Wafer-Behandlungselement, das für die Wärmebehandlung eines Halbleiter-Wafers verwendet wird.
Ein Halbleiter-Element, das aus einem Trägermaterial hergestellt und mit einem Keramikfilm beschichtet ist, wurde bisher hauptsächlich bei der Wärmebehandlung, beispielsweise in einer epitaxialen Wachstumsstufe oder in einer Plasma-CVD-Stufe, in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren verwendet.
Als Element, das zum Erhitzen eines Wafers verwendet wird, kann eine Kombination aus mehreren Blöcken verwendet werden. Ein solches Element vom Kombinations-Typ erfordert sowohl eine Kombination von glatten Blöcken als auch extrem geringe Zwischenräume zwischen benachbarten Blöcken.
In einem konventionellen Wafer-Behandlungselement können die Formen der jeweiligen Abschnitte in einem Produkt eingestellt werden, auf die Rundheit und die Kombination wurde bisher jedoch nicht geachtet. Darüber hinaus werden die physikalischen Eigenschaften des Trägermaterials sorgfältig ausgewählt, um dadurch zu verhindern, dass das konventionelle Wafer-Behandlungselement verformt wird.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des konventionellen Trägermaterials variiert in den verschiedenen Richtungen. Daher kann das Wafer-Behandlungselement, in dem ein konventionelles Trägermaterial verwendet wird, beim Gebrauch verformt werden, weil die Dimensionen des Trägermaterials in verschiedenen Richtungen variieren entsprechend der Änderung des Grades der Wärmeausdehnung. Dieses Verformungsproblem ist besonders bemerkenswert in einem Wafer-Behandlungselement, beispielsweise einem Element vom Kombinations-Typ, bei dem gerade eine hohe Dimensionsgenauigkeit erforderlich ist.

Wie in Fig. 7 dargestellt, wird ein konventionelles Wafer-Behandlungselement hergestellt durch Vorsehen einer Vertiefung (Ausnehmung) (23) in nur einer Oberfläche eines Trägermaterials 22 und anschließendes Beschichten der gesamten Oberfläche des Trägermaterials 22 mit einem Keramikfilm 24.

Die Dicke des Keramikfilms nach der Verwendung ist um etwa 5 bis etwa 20 µm erodiert (vermindert) im Vergleich zur Dicke des Keramikfilms vor der Verwendung. Diese Veränderung des Keramikfilms mit dem Ablauf der Zeit führt auch zu einer Verformung des Wafer-Behandlungselements. Außerdem tritt das Problem auf, dass das Wafer-Behandlungselement verformt wird, weil innere Spannungen, die auf den äußeren Umfangsabschnitt einwirken, nicht ausgeglichen werden können.

Es besteht daher eine große Nachfrage nach einem Wafer-Behandlungselement, bei dem eine Verformung als Folge einer Wärmeausdehnung selbst für den Fall verhindert wird, dass das Wafer-Behandlungselement für eine Erwärmungs-Behandlung oder dgl. verwendet wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde entwickelt unter Berücksichtigung der oben genannten Situationen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wafer-Behandlungselement bereitzustellen, das auch dann nicht als Folge einer Wärmeausdehnung verformt wird, wenn das Wafer-Behandlungselement bei einer Erwärmungsbehandlung verwendet wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, betrifft die Erfindung gemäß ihrem ersten Aspekt ein Wafer-Behandlungselement, das aufweist:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in allen Richtungen in einer Ebene isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei das Trägermaterial eine Dicke von nicht mehr als 3 mm aufweist; die
Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt;
und die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in einer Ebene nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Wafer-Behandlungselement, das aufweist:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in allen dreidimensionalen Richtungen isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in den dreidimensionalen Richtungen des Trägermaterials in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt; und
die Änderung (Schwankung) des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in den dreidimensionalen Richtungen nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.

Das Trägermaterial hat vorzugsweise eine Shore-Härte, die so ausgewählt ist, dass sie in dem Bereich von 60 bis 70 (beide Grenzwerte eingeschlossen) liegt.

Vorzugsweise sind auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials Vertiefungen (Ausnehmungen) vorgesehen.

Vorzugsweise haben die Vertiefungen (Ausnehmungen), die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehen sind, die gleiche Gestalt.

Die Vertiefungen (Ausnehmungen), die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehen sind, sind symmetrisch zueinander in bezug auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials.

Das Trägermaterial besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff und der Keramikfilm besteht vorzugsweise aus SiC.

Das Kohlenstoff-Trägermaterial weist vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der so gewählt wird, dass er in dem Bereich von 4,8 × 10^-6 bis 5,3 × 10^-6 pro °C liegt.

Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Wafer-Behandlungselements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines Wafer-Behandlungselements gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Wafer-Behandlungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Wafer-Behandlungselements gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die den Zustand der Verwendung des erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements erläutert;
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Ansicht, die den Zustand erläutert, in dem das erfindungsgemäße Wafer-Behandlungselement in den Beispielen verwendet wird; und
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines konventionellen Wafer-Behandlungselements.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das Wafer-Behandlungselement 1 ein Trägermaterial (Basismaterial) 2, eine auf einer Oberfläche des Trägermaterials 2 vorgesehene Vertiefung (Ausnehmung) 3, eine auf der anderen Oberfläche des Trägermaterials 2 vorgesehene Vertiefung (Ausnehmung) 4 und einen Keramikfilm 5 auf, mit dem das Trägermaterial 2 beschichtet ist.
Das Trägermaterial 2 besteht aus einem Trägermaterial, das in allen Richtungen in der gleichen Ebene isotrop ist. Die Dicke des Trägermaterials 2 beträgt nicht mehr als 3 mm. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm ist gleichförmig und liegt in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C. Die Abweichung (Schwankung) des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in der gleichen Ebene beträgt nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C.
Das Trägermaterial 2 ist isotrop in bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten in allen Richtungen in der gleichen Ebene. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägermaterials 2 variiert in der Dickenrichtung (Tiefenrichtung), die Dicke des Trägermaterials 2 beträgt jedoch nicht mehr als 3 mm. Daher ändert sich die Dimension des resultierenden Wafer-Behandlungselements 1 in Richtung der Dicke (Tiefe) auch für den Fall, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägermaterials 2 in Richtung der Dicke (Tiefe) nicht gleichförmig ist, nur wenig, sodass eine hohe Dimensionsgenauigkeit in den dreidimensionalen Richtungen erzielt wird.
Wenn die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 so gewählt wird, dass sie in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt, können stets Druckspannungen in dem Keramikfilm entstehen, wodurch verhindert wird, dass das Trägermaterial verformt wird oder wodurch verhindert wird, dass der Keramikfilm reißt.
Wenn die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 weniger als 0,6 × 10^-6 pro °C beträgt, kann der Keramikfilm 5 reißen, weil partielle verbleibende Zugspannungen auf den Keramikfilm 5 einwirken aufgrund der Gestalt des Trägermaterials 2. Wenn die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 mehr als 1,2 × 10^-6 pro °C beträgt, kann das Trägermaterial 2 verformt werden oder der Keramikfilm 5 kann reißen als Folge von übermäßig hohen bleibenden (restlichen) Druckspannungen, die in dem Keramikfilm 5 entstehen, weil die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 zu groß ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt, hat die Vertiefung (Ausnehmung) 3 eine kreisförmige Gestalt und eine Tiefe von beispielsweise 1 mm. Die Vertiefung 4 hat die gleiche Gestalt wie die Vertiefung 3 und sie hat eine Tiefe von beispielsweise 0,5 mm. Das heißt, die Vertiefungen 3 und 4 sind nicht Ebenen-symmetrisch zueinander in bezug auf eine zentrale Ebene c. Der Grund dafür, warum die Vertiefung 4 vorgesehen ist, ist der, die auf den äußeren Umfangsabschnitt des Trägermaterials 2 einwirkende Kraft gleichmäßig zu machen, um dadurch zu verhindern, dass das Wafer-Behandlungselement 1 (Trägermaterial 2) verformt wird. Der Grund ist auch der, dass dadurch verhindert wird, dass das Wafer-Behandlungselement 1 (Trägermaterial 2) durch eine Änderung des Keramikfilms verformt wird auch für den Fall, dass der Keramikfilm mit dem Ablauf der Zeit variiert (die Dicke des Keramikfilms nach der Verwendung ist um etwa 5 bis etwa 10 µm vermindert (erodiert)).
Das Verfahren zum Beschichten des Trägermaterials 2 mit dem Keramikfilm 5 wird im allgemeinen bei einer hohen Temperatur von 1000 bis 2000°C durchgeführt. Das Trägermaterial 2 dehnt sich entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, verglichen mit seiner Gestalt bei Normaltemperatur. In diesem Zustand wird das Trägermaterial 2 mit dem Keramikfilm 5 beschichtet. Wenn die Temperatur wieder zu Normaltemperatur zurückkehrt, nachdem das Trägermaterial 2 mit dem Keramikfilm 5 beschichtet worden ist, versucht das Trägermaterial 2 sich zu kontrahieren. Der Grad der Änderung des Trägermaterials 2 innerhalb der Kontraktionszeit ist jedoch geringer als derjenige innerhalb der Expansionszeit, weil das Trägermaterial 2 mit dem Keramikfilm 5 beschichtet ist. Es ist bevorzugt, dass die Dicke des Keramikfilms 5 so gleichmäßig wie möglich ist. Wenn die Dicke des Keramikfilms 5 in einer Ebene ungleichförmig ist, können die in dem Keramikfilm 5 entstehenden bleibenden Druckspannungen so ungleichförmig werden, dass das Wafer-Behandlungselement 1 zu einer bootsförmigen (Schiffchen-förmigen) Gestalt verformt wird.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, können die Vertiefungen 3a und 4a in bezug auf ihre Gestalt in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass die Vertiefungen 3a und 4a in der Ebene symmetrisch zueinander sind, bezogen auf die zentrale Ebene c. Alternativ können, wie in Fig. 4 dargestellt, Vertiefungen 3b und 4b vorgesehen sein, die in bezug auf ihre Gestalt verschieden voneinander sind unter Berücksichtigung der Verwendungs- und Herstellungsbedingungen oder dgl.
Wenn das erfindungsgemäße Wafer-Behandlungselement in einer epitaxialen Wachstumsstufe verwendet wird, wird eine variable Temperaturkontrolle durchgeführt. Das Wafer-Behandlungselement 1 ist jedoch so konfiguriert, dass der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 in allen Richtungen in einer Ebene einheitlich ist, sodass er in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und dass die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in einer Ebene nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt. Es tritt daher keine Verformungsdifferenz in allen Richtungen in einer Ebene auf. Darüber hinaus beträgt die Dicke des Trägermaterials 2 nicht mehr als 3 mm. Daher ist selbst für den Fall, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägermaterials 2 in Richtung der Dicke (Tiefe) nicht gleichförmig ist, die Differenz in der Dimensionsänderung in allen dreidimensionalen Richtungen gering. Daher wird das Wafer-Behandlungselement 1 (Trägermaterial 2) nicht verformt. Selbst dann, wenn der Keramikfilm mit dem Ablauf der Zeit sich verändert, wird das Wafer-Behandlungselement 1 (das Trägermaterial 2) durch die Veränderung des Keramikfilms nicht verformt.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform beträgt die Dicke des Trägermaterials 2 nicht mehr als 3 mm, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 ist einheitlich, sodass sie in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt, und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials 2 in allen Richtungen in einer Ebene beträgt nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C. Andererseits ist bei der zweiten Ausführungsform das Wafer-Behandlungselement so konfiguriert, dass die Dicke des Trägermaterials 2 keiner Beschränkung unterliegt, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 in den dreidimensionalen Richtungen ist einheitlich, sodass sie in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt, und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials 2 in den dreidimensionalen Richtungen beträgt nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C.
Das erfindungsgemäße Trägermaterial gemäß der zweiten Ausführungsform wird so hergestellt, dass die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial 2 und dem Keramikfilm 5 in den dreidimensionalen Richtungen, d. h. in allen Richtungen in einer Ebene und in der Richtung der Dicke (Tiefe) einheitlich ist, sodass sie in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials 2 in den dreidimensionalen Richtungen nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.
Das Trägermaterial 2 ist isotrop in bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten in den dreidimensionalen Richtungen. Daher tritt selbst für den Fall, dass die Dicke des Trägermaterials 2 nicht mehr als 3 mm beträgt, keine Verformungs-Differenz in allen Richtungen in einer Ebene und in Richtung der Dicke (Tiefe) auf. Selbst für den Fall, dass das Wafer-Behandlungselement 1 (Trägermaterial 2) für eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur verwendet wird, wird das Wafer-Behandlungselement 1 (Trägermaterial 2) nicht verformt. Außerdem wird selbst für den Fall, dass sich der Keramikfilm mit dem Ablauf der Zeit ändert, das Wafer-Behandlungselement (Trägermaterial) als Folge der Veränderung des Keramikfilms nicht verformt.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements beschrieben.
Das Wafer-Behandlungselement gemäß der dritten Ausführungsform ist in der gleichen Weise konfiguriert wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform, jedoch mit der Ausnahme, dass ein Trägermaterial mit einer Shore-Härte von 60 bis 70 (beide Grenzwerte sind eingeschlossen) in dem Wafer-Behandlungselement verwendet wird und das beispielsweise Kohlenstoff als Trägermaterial und SiC als Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist, verwendet werden.
Wenn die Shore-Härte des Trägermaterials 2 so gewählt wird, dass sie in dem Bereich von 60 bis 70 (beide Grenzwerte eingeschlossen) liegt, wird das Trägermaterial 2 selbst nach einer großen Anzahl von Wärmecyclen nicht verformt, sodass die Häufigkeit, mit der das Trägermaterial 2 verwendet werden kann, erhöht werden kann. Wenn die Shore-Härte weniger als 60 beträgt, ist das Trägermaterial so weich, dass es bei einer hohen Temperatur verformt wird. Wenn die Shore-Härte mehr als 70 beträgt, ist das Trägermaterial so hart, dass es zerbricht.
Der Grund dafür, warum Kohlenstoff vorzugsweise als Trägermaterial verwendet wird, ist der, dass Kohlenstoff eine ausgezeichnete Hochtemperatur- Wärmebeständigkeit und eine hohe Reinheit aufweist. Der Grund dafür, warum SiC vorzugsweise als Keramikfilm verwendet wird, ist der, dass die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Kohlenstoff und SiC vermindert werden kann.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann ein Wafer-Behandlungselement erhalten werden, das gegen Verformung beständig auch für den Fall, dass ein Wärmecyclus, bei dem Normaltemperatur und eine hohe Temperatur von 800°C oder höher angewendet werden, wie in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren, wiederholt wird.

Beispiele

Ein Wafer-Behandlungselement, das ein Trägermaterial aus Kohlenstoff und einen Keramikfilm aus SiC aufwies, wurde als generelles Wafer-Behandlungselement verwendet.

Test 1

Kohlenstoff-Trägermaterialien (Beispiele 1 bis 4) innerhalb des Bereiches des erfindungsgemäßen Wafer-Behandlungselements (d. h. bei denen die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in dem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C lag) und Kohlenstoff-Trägermaterialien (Vergleichsbeispiele 1 bis 4) außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches wurden wie in den Tabellen 1 und 2 angegeben hergestellt. Jedes der Kohlenstoff-Trägermaterialien wurde so bearbeitet, dass es einen Durchmesser von 350 mm hatte. Eine Vertiefung mit einem Durchmesser von 300 mm wurde in dem Mittelabschnitt des Trägermaterials erzeugt. Dann wurde jedes der Kohlenstoff-Trägermaterialien mit einem 60 µm dicken SiC-Film beschichtet. Es wurden die Dimensionen in den Richtungen A und B, wie in Fig. 6 angegeben, gemessen.
Die Ergebnisse der Messung sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 1

Tabelle 2
Es wurde gefunden, dass das in jedem der Beispiele 1 und 2 erhaltene Wafer-Behandlungselement geringfügig verformt war und dass keine Rissbildung auftrat. Andererseits wurde gefunden, dass das in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2 erhaltene Wafer-Behandlungselement verformt war oder eine Rissbildung aufwies, sodass ein Problem in bezug auf eine Kontamination, ein Slipping oder dgl. in dem behandelten Wafer auftrat.
Es wurde gefunden, dass die Dimensions-Differenz in jedem der Beispiele 3 und 4 sehr gering war. Andererseits wurde gefunden, dass die Dimensions- Differenz in jedem der Vergleichsbeispiele 3 und 4 sehr groß war und etwa 30 mal so groß war wie diejenige in Beispiel 4.

Test 2

Es wurden die gleichen Wafer-Behandlungselemente, wie sie in den Beispielen im Test 1 verwendet wurden, eingesetzt. Die Shore-Härte des als Trägermaterial verwendeten Kohlenstoffs in jedem der Wafer-Behandlungselemente wurde geändert wie in der Tabelle 3 angegeben. Es wurde ein Wärmebeständigkeitstest durchgeführt durch Wiederholung eines Wärmecyclus, bei dem jedes Wafer-Behandlungselement 10 min lang in einen Ofen von 1100°C eingeführt wurde und dann 20 min lang darin belassen wurde, danach wurde das Wafer- Behandlungselement aus dem Ofen herausgenommen. Der Zustand jedes Elements nach 10 Wärmecyclen wurde geprüft.
Die Ergebnisse der Prüfung sind in der Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
Es wurde gefunden, dass das in jedem der Beispiele 5 bis 7 erhaltene Wafer-Behandlungselement, bei dem die Shore-Härte des Kohlenstoff-Trägermaterials in einem Bereich von 60 bis 70 lag (beide Grenzwerte eingeschlossen), nicht verformt war. Andererseits wurde gefunden, dass sowohl das Wafer-Behandlungselement, das eine Shore-Härte von 50 aufwies, wie es im Vergleichsbeispiel 5 erhalten worden war, als auch das Wafer-Behandlungselement, das eine Shore-Härte von 57 aufwies, wie es im Vergleichsbeispiel 6 erhalten worden war, verformt waren. Es wurde gefunden, dass das Wafer-Behandlungselement, das eine Shore-Härte von 71 aufwies, wie es im Vergleichsbeispiel 7 erhalten worden war, zerbrochen war.
Erfindungsgemäß kann ein Wafer-Behandlungselement zur Verfügung gestellt werden, das durch thermische Expansion thermisch nicht verformt wird, selbst wenn das Wafer-Behandlungselement in einer Wärmebehandlung verwendet wird.
Das heißt, erfindungsgemäß wird ein Wafer-Behandlungselement zur Verfügung gestellt, das aufweist:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in allen Richtungen in einer Ebene isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei das Trägermaterial eine Dicke von nicht mehr als 3 mm hat, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in allen Richtungen in einer Ebene in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und die Änderung (Schwankung) des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in einer Ebene nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt. Daher wird das Trägermaterial in allen Richtungen in einer Ebene nicht verformt, weil keine Variations- Differenz in allen Richtungen in einer Ebene auftritt. Darüber hinaus ist die Variations-Differenz in allen Richtungen in einer Ebene auch dann gering, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägermaterials in der Richtung der Dicke (Tiefe) nicht gleichförmig ist. Das Wafer-Behandlungselement (Trägermaterial) wird daher nicht verformt.
Außerdem wird erfindungsgemäß ein Wafer-Behandlungselement bereitgestellt, das aufweist:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in den dreidimensionalen Richtungen isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in den dreidimensionalen Richtungen des Trägermaterials in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und die Änderung (Schwankung) des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in den dreidimensionalen Richtungen nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.
Selbst für den Fall, dass die Dicke des Trägermaterials nicht weniger als 3 mm beträgt, tritt keine Verformungs-Differenz in allen Richtungen in einer Ebene und in Richtung der Dicke (Tiefe) auf. Daher wird das Wafer-Behandlungselement nicht verformt.
Ferner weist das Trägermaterial eine Shore-Härte auf, die so gewählt ist, dass sie in einem Bereich von 60 bis 70 (beide Grenzwerte eingeschlossen) liegt. Das Trägermaterial wird daher auch dann nicht verformt, wenn ein Wärmecyclus, bei dem Normaltemperatur und eine hohe Temperatur von 800°C oder höher angewendet werden, wie in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren, wiederholt wird.
Vertiefungen werden auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials erzeugt. Die auf den äußeren Umfangs-Abschnitt des Trägermaterials ausgeübte Kraft wird dadurch einheitlich gemacht, sodass wirksamer verhindert wird, dass das Trägermaterial verformt wird. Darüber hinaus wird für den Fall, dass der Keramikfilm mit dem Ablauf der Zeit sich ändert, das Wafer-Behandlungselement durch die Änderung des Keramikfilms nicht verformt.
Die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials gebildeten Vertiefungen haben die gleiche Form. Dadurch wird die auf den äußeren Umfangs-Abschnitt des Trägermaterials einwirkende Kraft wirksamer einheitlich gemacht, sodass wirksam verhindert werden kann, dass das Wafer-Behandlungselement verformt wird.
Die Vertiefungen, die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials gebildet werden, sind symmetrisch zueinander in bezug auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials. Dadurch wird auf wirksame Weise verhindert, dass das Wafer-Behandlungselement verformt wird.

Claims

1. Wafer-Behandlungselement, das umfasst:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in allen Richtungen in einer Ebene isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei das Trägermaterial eine Dicke von nicht mehr als 3 mm aufweist, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in allen Richtungen in einer Ebene nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.

2. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 1, bei dem das Trägermaterial eine Shore-Härte aufweist, die so ausgewählt ist, dass sie in einem Bereich von 60 bis 70 (beide Grenzwerte eingeschlossen) liegt.

3. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 1, bei dem auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials Vertiefungen vorgesehen sind.

4. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 3, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen die gleiche Form haben.

5. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 4, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen symmetrisch zueinander sind in bezug auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials.

6. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 1, bei dem das Trägermaterial aus Kohlenstoff und der Keramikfilm aus SiC hergestellt sind.

7. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 6, bei dem das Kohlenstoff- Trägermaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gewählt ist, dass er in einem Bereich von 4,8 × 10^-6 bis 5,3 × 10^-6 pro °C liegt.

8. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 2, bei dem auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials Vertiefungen vorgesehen sind.

9. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 8, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen die gleiche Form haben.

10. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 9, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen symmetrisch zueinander sind, bezogen auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials.

11. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 2, bei dem das Trägermaterial aus Kohlenstoff und der Keramikfilm aus SiC hergestellt sind.

12. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 11, bei dem das Kohlenstoff-Trägermaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gewählt ist, dass er in dem Bereich von 4,8 × 10^-6 bis 5,3 × 10^-6 pro °C liegt.

13. Wafer-Behandlungselement, das umfasst:
ein Trägermaterial aus einem Material, das in den dreidimensionalen Richtungen isotrop ist; und
einen Keramikfilm, mit dem das Trägermaterial beschichtet ist;
wobei die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem Keramikfilm in den dreidimensionalen Richtungen des Trägermaterials in einem Bereich von 0,6 × 10^-6 bis 1,2 × 10^-6 pro °C liegt und die Schwankung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials in den dreidimensionalen Richtungen nicht mehr als 0,05 × 10^-6 pro °C beträgt.

14. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 13, worin das Trägermaterial eine Shore-Härte aufweist, die so gewählt ist, dass sie in einem Bereich von 60 bis 70 (beide Grenzwerte eingeschlossen) liegt.

15. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 13, bei dem auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials Vertiefungen vorgesehen sind.

16. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 15, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen vorgesehenen Vertiefungen des Trägermaterials die gleiche Form haben.

17. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 16, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen symmetrisch zueinander sind, bezogen auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials.

18. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 13, bei dem das Trägermaterial aus Kohlenstoff und der Keramikfilm aus SiC hergestellt sind.

19. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 18, bei dem das Kohlenstoff-Trägermaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gewählt ist, dass er in einem Bereich von 4,8 × 10^-6 bis 5,3 × 10^-6 pro °C liegt.

20. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 14, bei dem auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials Vertiefungen vorgesehen sind.

21. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 20, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen die gleiche Form haben.

22. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 21, bei dem die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trägermaterials vorgesehenen Vertiefungen symmetrisch zueinander sind, bezogen auf eine zentrale Ebene des Trägermaterials.

23. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 14, bei dem das Trägermaterial aus Kohlenstoff und der Keramikfilm aus SiC hergestellt sind.

24. Wafer-Behandlungselement nach Anspruch 23, bei dem das Kohlenstoff-Trägermaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der so gewählt ist, dass er in einem Bereich von 4,8 × 10^-6 bis 5,3 × 10^-6 pro °C liegt.