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DE102006000068A1 - Yttriumoxidsinterkörper, Yttriumoxidsinterkörper verwendendes Keramikbauteil und Herstellungsverfahren für Yttriumoxidsinterkörper - Google Patents

Yttriumoxidsinterkörper, Yttriumoxidsinterkörper verwendendes Keramikbauteil und Herstellungsverfahren für Yttriumoxidsinterkörper Download PDF

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Abstract

Ein Yttriumoxidsinterkörper enthält Yttriumoxid als Hauptbestandteil und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid, was eine höhere Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit gestattet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Yttriumoxidsinterkörper, ein den Yttriumoxidsinterkörper verwendendes Keramikbauteil und ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper.
  • Herkömmliche Halbleiter- und Flüssigkristallherstellungsanlagen nutzen einen elektrostatischen Halter (engl.: chuck) oder eine elektrische Heizung, der/die mit einem Keramikbauteil ausgestaltet ist, in dem ein aus einer Elektrode oder einem Widerstandsheizelement bestehendes Metallbauteil eingebettet ist. Das Keramikbauteil wird im Allgemeinen mit Hilfe von Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid gebildet, das eine hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat.
  • Wie in der JP 2002-68838 A und der JP 2002-255647 A offenbart ist, hat ein Yttriumoxidsinterkörper eine außerordentlich gute Korrosionsbeständigkeit und wird derzeit für Anwendungen bei korrosionsbeständigen Materialien in Betracht gezogen, die in einer korrosiven Gasumgebung verwendet werden sollen.
  • Elektrostatische Halter und elektrische Heizungen unterliegen in letzter Zeit härteren Korrosionsbeständigkeitskriterien denn je. Zum Beispiel werden Keramikbauteile beim Ätzen, bei dem eine In-Situ-Reinigung Eingang findet, einer Plasmaumgebung aus stark korrosivem Halogengas ausgesetzt, sodass selbst für Keramikbauteile aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid die Korrosionsvermeidung schwierig ist.
  • Wenn bei Keramikbauteilen nun ein hochgradig korrosionsbeständiger Yttriumoxidsinterkörper Anwendung findet, führt dies zu neuen Problemen. Der Yttriumoxidsinterkörper hat geringere mechanische Festigkeiten wie Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit, weswegen Keramikbauteile, die den Yttriumoxidsinterkörper enthalten, bei der Herstellung beschädigt werden können. So kann es z.B. zu Rissen oder zum Absplittern kommen, wenn ein Loch zum Einführen eines Anschlusses gebildet wird, der mit einem aus einer Elektrode oder einem Widerstandsheizelement bestehenden Metallbauteil zu verbinden ist, oder können Wärmespannungen einen Riss hervorrufen, wenn der Anschluss mit einem Metallbauteil verlötet wird.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte, um dieses Problem zu lösen.
    •
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Yttriumoxidsinterkörper, der eine hohe Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit hat, ein den Yttriumoxidsinterkörper verwendendes Keramikbauteil und ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper zur Verfügung zu stellen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe enthält ein Yttriumoxidsinterkörper gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Keramikbauteil einen Grundkörper, der zumindest zum Teil einen Yttriumoxidsinterkörper enthält, der 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält, und ein in dem Grundkörper eingebettetes Metallbauteil.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren für einen Yttriumoxidsinterkörper die Schritte Ansetzen eines Ausgangspulvers, das Yttriumoxid und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält, Formen des Ausgangspulvers, um einen Presskörper zu bilden, und Sintern des Presskörpers in einer inaktiven Gasatmosphäre bei Temperaturen innerhalb von 1500 bis 2000 °C.
  • Ein besseres Verständnis der obigen und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der folgenden besten Ausführungsform der Erfindung, wenn diese zusammen mit den Zeichnungen gelesen wird.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Schritten eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für einen Yttriumoxidsinterkörper.
  • 2A zeigt in Draufsicht einen elektrostatischen Halter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2B den Schnitt IIB-IIB von 2A.
  • 3A zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Heizung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3B den Schnitt IIIB-IIIB von 3A.
  • 4 zeigt einen Schnitt eines Suszeptors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 5A zeigt eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter mit einem darin eingebetteten Verbindungsbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 5B den Schnitt VB-VB von 5A.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ein Yttriumoxidsinter körper, ein den Yttriumoxidsinterkörper verwendendes Keramikbauteil und ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper beschrieben.
  • Yttriumoxidsinterkörper
  • Ein Yttriumoxidsinterkörper gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel enthält Yttriumoxid (Y2O3) und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid (Si3N4). Der Yttriumoxidsinterkörper hat einen Siliziumnitridanteil im Bereich von 5 bis 40 Volumen-%. In einem Bereich des Siliziumnitridanteils von weniger als 5 Volumen-% wird die mechanische Festigkeit nicht erhöht, während sich in einem Bereich des Siliziumnitridanteils von mehr als 40 Volumen-% die Korrosionsbeständigkeit deutlich verringert. Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise einen Siliziumnitridanteil im Bereich von 20 bis 30 Volumen-% haben, um dadurch für eine noch größere mechanische Festigkeit zu sorgen. Der Siliziumnitridanteil innerhalb von 5 bis 40 Volumen-% gestattet somit einen Yttriumoxidsinterkörper mit einer höheren mechanischen Festigkeit ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag neben Yttriumoxid und Siliziumnitrid vorzugsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Zirkoniumoxid (ZrO2), Siliziumkarbid (SiC) usw. als Zähmacher (engl.: toughening agent) oder Sinteradditiv enthalten, wobei die Anteile ohne Yttriumoxid und Siliziumnitrid vorzugsweise auf eine Gesamtmenge von unter 5 Volumen-% gesteuert werden mögen.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,01–5,0 μm haben, um dadurch für eine höhere mechanische Festigkeit zu sorgen, und mag besser noch eine mittlere Korngröße an Siliziumnitrid darin im Bereich von 0,01–5,0 μm haben, um dadurch für eine höhere Biegefestigkeit zu sorgen.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise eine Biegefestigkeit (im Sinne einer Vier-Punkt-Biegefestigkeit bei Zimmertemperatur nach JIS R1601) im Bereich von 250 MPa oder mehr und/oder eine Bruchzähigkeit (nach JIS R 1607) im Bereich von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr haben und mag vorzugsweise eine Biegefestigkeit (nach JIS R1601) im Bereich von 300 MPa oder mehr und/oder eine Bruchzähigkeit (nach JIS R1607) im Bereich von 2 MPa·m1/2 oder mehr haben.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise für eine höhere mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eine relative Dichte im Bereich von 98% oder mehr und/oder für außerdem einen höheren spezifischen Durchgangswiderstand eine offene Porosität im Bereich von 1% oder weniger haben.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise einen spezifischen Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur (nach JIS C2141) im Bereich von 1 × 1015 Ω·cm oder mehr und eine Dielektrizitätszahl (nach JIS B 2141) im Bereich von 10 oder mehr haben, was bei der Anwendung als dielektrische Schicht eines elektrostatischen Halters eine höhere Haltekraft und ein besseres Ablöseverhalten gestattet. Der Yttriumoxidsinterkörper kann vorzugsweise einem spezifischen Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur (nach JIS C2142) im Bereich von 1 × 1016 Ω·cm oder mehr und eine Dielektrizitätszahl (nach JIS C2141) im Bereich von 11,5 oder mehr haben.
  • Der Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise eine Änderungsrate des spezifischen Durchgangswiderstands zwischen Zimmertemperatur und 150 °C innerhalb eines einstelligen Bereichs oder weniger haben. Wenn R1 der spezifische Durchgangswiderstand bei Zimmertemperatur und R2 der bei 150 °C ist, sollte die Änderungsrate also, die durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt wird, weniger als 10 betragen. Änderungsrate = R1/R2 (1),
  • Wird über einen großen Temperaturbereich ein hoher spezifischer Durchgangswiderstand sichergestellt, zeigt der Yttriumoxidsinterkörper eine hervorragende Funktionsweise bei der Anwendung als dielektrische Schicht eines elektrostatischen Halters.
  • Ein Herstellungsverfahren des Yttriumoxidsinterkörpers mag vorzugsweise einen Sinterschritt enthalten, der ein Heißpressverfahren nutzt, um den Yttriumoxidsinterkörper dadurch dichter zu machen, was eine höhere mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand gestattet.
  • Herstellungsverfahren für Yttriumoxidsinterkörper
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet ein Herstellungsverfahren für den Yttriumoxidsinterkörper, wie in 1 gezeigt ist, die Schritte Ansetzen von Ausgangspulver, das Yttriumoxid und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält (S1), Formen des Ausgangspulvers, um einen Presskörper zu bilden (S2), und Sintern des Presskörpers in einer inaktiven Gasatmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 1500 bis 2000 °C (S3), um einen Yttriumoxidsinterkörper A zu erzielen, der Siliziumnitrid im Bereich von 5 bis 40 Volumen-% enthält, was eine höhere mechanische Festigkeit ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit gestattet.
  • Im Schritt S1 des Herstellungsverfahrens für den Yttriumoxidsinterkörper wird das Ausgangspulver angesetzt, indem eine Menge Yttriumoxidpulver als Hauptbestandteil und eine Menge Siliziumnitridpulver gemischt werden, die auf den oben erwähnten Bereich abgewogen wurden. Die Menge des Siliziumnitridpulvers sollte vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30 Volumen-% liegen. Das Ausgangspulver mag vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumkarbid usw. aufweisen, das als Zähmacher oder Sinteradditiv hinzugegeben wurde. Diese von Yttriumoxid und Siliziumnitrid verschiedenen Anteile des Ausgangspulvers mögen vorzugsweise eine Gesamtkapazität haben, die auf einen Bereich von 5 Volumen-% beschränkt ist, während das Yttriumoxidpulver vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,1–3,0 μm haben mag und das Siliziumnitridpulver vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,01–5,0 μm haben mag.
  • Im Schritt S2 werden zu dem auf diese Weise erzielten Ausgangspulver Bindemittel, Wasser, Dispergiermittel usw. hinzugegeben und vermischt, wodurch eine Schlämme angesetzt wird. Die auf diese Weise erzielte Schlämme wird durch einen Atomisierungs-/Agglomerationsprozess zu granuliertem Pulver granuliert, das zum Entfetten bei 500 °C in Luft erhitzt wird. Das granulierte Pulver wird nach dem Entfetten etwa durch Formpressen, CIP (kaltisostatisches Pressen) oder ein Schlickergussverfahren zu einem Presskörper geformt.
  • Im Schritt S3 wird der auf diese Weise erzielte Presskörper bei Temperaturen im Bereich von 1500–2000 °C in einer Inertgasatmosphäre gesintert. Sintertemperaturen unter 1500 °C führen zu einem unzureichend dichten Yttriumoxidsinterkörper mit geringer mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, während Temperaturen über 2000 °C aufgrund von Kornwachstum zu einer geringen mechanischen Festigkeit führen. Die Sintertemperatur mag vorzugsweise innerhalb von 1700–1900 °C liegen, um für einen Yttriumoxidsinterkörper mit höherer mechanischer Festigkeit zu sorgen. Das Inertgas mag gut Stickstoff oder Argon sein. Das Sinterverfahren unterliegt keinen Beschränkungen, und mag gut ein Heißpressverfahren sein, um den Yttriumoxidsinterkörper dichter zu machen, was eine höhere mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand gestattet.
  • Innerhalb der oben beschriebenen Herstellungsbedingungen lassen sich für eine angemessene Lenkung (etwa der Zusammensetzung, der relativen Dichte, der offenen Porosität und der mittleren Korngröße) des 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthaltenden Yttriumoxidsinterkörpers bei Bedarf gut die mittlere Teilchengröße und die Zusammensetzung des Ausgangspulvers, die Sintertemperatur, die Dauer und das Verfahren und dergleichen steuern, um dadurch die mechanischen Eigenschaften (etwa die Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit), die elektrischen Eigenschaften (etwa den spezifischen Durchgangswiderstand und die Dielektrizitätszahl) usw. des sich ergebenden Yttriumoxidsinterkörpers einzustellen.
  • Keramikbauteil
  • Ein Yttriumoxidsinterkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird für ein Keramikbauteil verwendet, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit benötigt, und findet, wie noch beschrieben wird, als elektrostatischer Halter, als Heizung und als Suszeptor Anwendung.
  • Ein Keramikbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat ein Metallbauteil, das in einem Grundkörper von ihm eingebettet ist, und einen Anschluss, der an einer Stelle angeordnet ist, die für eine Verbindung eines Stromversorgungsbauteils (z.B. einer Stromeinspeisung oder ein Kabel) mit dem Metallbauteil geeignet ist. Der Anschluss mag zur Verbindung mit dem Metallbauteil mit einem Verbindungsbauteil versehen sein. Das Verbindungsbauteil mag, um damit verbunden zu werden, vorzugsweise eine Verbindungsfläche haben, die sich vorzugsweise in einem Abstand von 1 mm oder mehr zur Verbindungsfläche des Metallbauteils befindet. Ein solcher Abstand dient zur Verstärkung des Keramikbauteils, um für eine höhere mechanische Festigkeit zu sorgen.
  • Der Grundkörper mag vorzugsweise zum Teil aus einem „Yttriumoxidsinterkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit Yttriumoxid als Hauptbestandteil und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid" bestehen (nachstehend manchmal als „zäh gemachter Yttriumoxidsinterkörper" bezeichnet), wobei in dem Grundkörper ein Metallbauteil eingebettet ist. Oder anders ausgedrückt mag das Keramikbauteil vorzugsweise vollständig aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehen; oder es mag zum Teil aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper und ansonsten aus einer anderen Art zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers, einer anderen Art eines keramischen Sinterkörpers, einem Metall oder einem Verbundmaterial aus Keramik und Metall bestehen. Und zwar mag der Grundkörper, der mit einem Loch zum Einführen eines Anschlusses auszubilden ist, an einem Teil von ihm in der Umgebung des Anschlusseinführlochs vorzugsweise aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen, wohingegen das Keramikbauteil ansonsten eine geringe Festigkeit haben kann, sodass der Teil mit einem Verbindungsbauteil verstärkt werden kann, was eine höhere mechanische Festigkeit des Keramikbauteils gestattet. Eine solche Verwendung eines zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers gestattet eine höhere mechanische Festigkeit des Keramikbauteils ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit.
  • Es folgt nun eine Beschreibung von Keramikbauteilen, die gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung einen Yttriumoxidsinterkörper einsetzen.
  • Elektrostatischer Halter
  • 2A zeigt eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2B den Schnitt IIB-IIB von 2A. Der elektrostatische Halter 10 ist mit einem Grundkörper 11, einer auf dem Grundkörper 11 ausgebildeten elektrostatischen Elektrode 12 zur Erzeugung elektrostatischer Haltekräfte, einer auf der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildeten dielektrischen Schicht 13 und einem Anschluss 14 ausgestaltet. Der elektrostatische Halter 10 absorbiert und hält dadurch ein auf eine Substratbefestigungsseite 16 gesetztes oder ihr überlagertes Substrat (zum Beispiel ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat).
  • Der Grundkörper 11 und/oder die dielektrische Schicht 13 kann/können aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen. Wenn beide daraus bestehen, haben sie ohne Unterschied gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten, was eine höhere Bindungsfestigkeit und einen geringeren Verzug nach dem Sintern bei einer gleichzeitigen Steigerung der Gleichmäßigkeit der Dicke (der Verteilung über eine Seite) der dielektrischen Schicht 13 gestattet.
  • Der Grundkörper 11 und die dielektrische Schicht 13 mögen für eine höhere Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit des elektrostatischen Halters gut aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehen, der eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit hat, während die dielektrische Schicht 13 für ein besseres Ablöseverhalten des Substrats und eine höhere Haltekraft in einem coulombschen elektrostatischen Halter, der einem elektrostatischen Halter entspricht, der als elektrostatische Haltekraft Coulombkräfte nutzt, die sich zwischen der elektrostatischen Elektrode 12 und einem auf die Substratbefestigungsseite 16 der dielektrischen Schicht 13 gesetzten Substrat entwickeln, gut aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen mag, der einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand hat.
  • Der aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehende Grundkörper 11 sollte vorzugsweise mit einer dielektrischen Schicht 13 kombiniert werden, die aus einem „Yttriumoxidsinterkörper mit einer Reinheit von 99,9 Gewicht-% oder mehr und mit einer Dielektrizitätszahl von 10 oder mehr" besteht (im Folgenden als „hochgradig dielektrischer Yttriumoxidsinterkörper" bezeichnet). Der Grundkörper 11 und die dielektrische Schicht 13, die beide aus einem Yttriumoxidsinterkörper bestehen, können zwischen sich eine höhere Bindungsfestigkeit aufweisen. Der Grundkörper 11, der aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper besteht, gestattet einen elektrostatischen Halter mit einer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit und einer hohen mechanischen Festigkeit. Die dielektrische Schicht 13, die aus einem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper besteht, der eine hohe Reinheit und Dielektrizitätszahl hat, gestattet, dass die dielektrische Schicht 13 eine höhere Korrosionsbeständigkeit hat, was einen coulombschen elektrostatischen Halter mit einer höheren Haltekraft und einem besseren Substratablöseverhalten ermöglicht.
  • Der hochgradig dielektrische Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise eine Dielektrizitätszahl von 11,5 oder mehr, eine relative Dichte von 98% oder mehr und eine offene Porosität von 1% oder weniger haben, was der dielektrischen Schicht 13 gestattet, einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand und eine hohe mechanische Festigkeit zu haben. Der hochgradig dielektrische Yttriumoxidsinterkörper mag als Zähmacher oder Sinteradditiv vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumkarbid usw. enthalten, sofern der Anteil auf unter 0,1 Volumen-% gesteuert wird.
  • Der Grundkörper 11 mag vorzugsweise aus einem Sinterkörper aus einer anderen Keramik als Yttriumoxid, einem Metall, einem Verbund von Keramik und Metall oder dergleichen bestehen, sofern die dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper besteht. Die aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehende dielektrische Schicht 13 gestattet dann eine höhere Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit. Darüber hinaus gestattet eine dielektrische Schicht 13, die aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper mit hohem spezifischen Durchgangswiderstand besteht, einen coulombschen elektrostatischen Halter mit höherer Haltekraft und besserem Substratablöseverhalten.
  • Der Grundkörper 11 sollte in diesem Fall vorzugsweise aus einem Aluminiumoxid enthaltenden Sinterkörper bestehen, wobei der Grundkörper 11 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der ungefähr dem der dielektrischen Schicht 13 entspricht, damit sie eine höhere chemische Vereinbarkeit haben, was eine höhere Bindungsfestigkeit zwischen ihnen gestattet. Darüber hinaus gestattet ein Sinterkörper, der für eine hohe mechanische Festigkeit Aluminiumoxid enthält, eine höhere mechanische Festigkeit des gesamten elektrostatischen Halters. Der Grundkörper 11 mag zum Beispiel aus einem Aluminiumoxidsinterkörper, einem Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid enthaltenden Sinterkörper, einem Aluminiumoxid und Magnesiumoxid (MgO) enthaltenden Sinterkörper oder einem Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthaltenden Sinterkörper bestehen. Der Sinterkörper des Grundkörpers 11 mag vorzugsweise eine relative Dichte von 98% oder mehr haben. Der Grundkörper 11 mag vorzugsweise eine Vier-Punkt-Biegefestigkeit bei Zimmertemperatur im Bereich von 300 MPa oder mehr haben.
  • Im Fall einer Kombination eines Grundkörpers 11 und einer dielektrischen Schicht 13, die einerseits aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper und andererseits aus einem anderen geeigneten Material als dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehen, mögen der Grundkörper 11 und die dielektrische Schicht 13 vorzugsweise voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) im Bereich von 0,50 × 10–6/°K oder weniger haben, wenn die Differenz in einem Temperaturbereich zwischen Zimmertemperatur und 1.200 °C gemessen wird. Dies sorgt für eine noch höhere Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrischen Schicht 13 mag auf vorzugsweise 0,20 × 10–6/°K oder weniger begrenzt sein.
  • Der Grundkörper 11 und/oder die dielektrische Schicht 13 kann/können zwar wie beschrieben aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen, doch mag vorzugsweise die dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper oder einem anderen Yttriumoxidsinterkörper bestehen. Die dielektrische Schicht 13, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, wird dadurch in die Lage versetzt, eine höhere Korrosionsbeständigkeit mit daraus folgender Unterdrückung der Oberflächenkorrosion zu haben, wodurch gestattet wird, Verschlechterungen der Haltekraft und der Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung des elektrostatischen Halters zu verhindern, die andernfalls durch Unregelmäßigkeiten der Substratbefestigungsseite 16 aufgrund von Oberflächenkorrosion hervorgerufen würden.
  • Bei jeder der beschriebenen Kombinationen mag die dielektrische Schicht 13 bei Zimmertemperatur vorzugsweise einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 × 1015 Ω·cm oder mehr haben, was eine höhere Haltekraft und ein besseres Ablöseverhalten ermöglicht. Die dielektrische Schicht 13 mag bei Zimmertemperatur besser noch einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 × 1016 Ω·cm oder mehr haben. Die dielektrische Schicht 13 mag vorzugsweise eine Dielektrizitätszahl von 10 oder mehr und besser noch 11,5 oder mehr haben. Die dielektrische Schicht 13 mag vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm haben, wodurch eine höhere Haltekraft und ein besseres Ablöseverhalten gestattet werden. Die dielektrische Schicht 13 sollte besser noch eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm haben.
  • Die Substratbefestigungsseite 16 der dielektrische Schicht 13 mag vorzugsweise auf einen Mittenrauwert (Ra) von 0,6 μm oder weniger (nach JIS B0601) endbearbeitet sein, was eine ausreichende Haltekraft ermöglicht und aufgrund einer geringen Reibung zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und einem Substrat eine Teilchenbildung unterdrückt. Der Mittenrauwert sollte besser noch 0,4 μm oder weniger betragen.
  • In dem elektrostatischen Halter 10 ist an einer Stelle zwischen dem Grundkörper 11 und der dielektrische Schicht 13 die elektrostatische Elektrode 12 eingebettet, um bei Stromzufuhr elektrische Haltekräfte zu erzeugen. Die elektrostatische Elektrode 12 mag vorzugsweise aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt (SP) bestehen, zum Beispiel aus einem hochschmelzenden Material mit einem SM von 1650 °C oder mehr. Die elektrostatische Elektrode 12 mag vorzugsweise aus einem Material mit einem um höchstens 5 × 10–6/°K höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Grundkörper 11 und die dielektrische Schicht 13 bestehen, wodurch eine höhere Trennfestigkeit der elektrostatischen Elektrode 12 mit dem Grundkörper 11 und der dielektrische Schicht 13 gestattet wird.
  • Und zwar mag die elektrostatische Elektrode 12 für sich gut ein hochschmelzendes Material einsetzen, das Molybdän (Mo), Wolfram (W), Molybdänkarbid (MoC), Wolframkarbid (WC), eine Wolfram-Molybdän-Legierung, Hafnium (Hf), Titan (Ti), Tantal (Ta), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Platin (Pt) und/oder Niob (Nb) enthält.
  • Die elektrostatische Elektrode 12 mag eine beliebige Ausgestaltung haben, z.B. eine Ausgestaltung, die hochschmelzendes Materialpulver und eine darauf aufgedruckte Druckpaste beinhaltet oder die eine CVD- oder PVD-Schicht (CVD: Chemische Gasphasenabscheidung; PVD: Abscheidung aus der Dampfphase) oder ein hochschmelzendes Massivmaterial einsetzt. Die elektrostatische Elektrode 12 mag eine beliebige Form haben, z.B. eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Gitterform (Metallnetzform), eine Kammform oder eine poröse Form (Stanzmetallform). Die elektrostatische Elektrode 12 kann einpolig, doppelpolig oder mehrpolig mit einer größeren Anzahl an Polen als zwei sein.
  • Der Grundkörper 11 hat ein in seiner Bodenseite 17 (der Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 16) ausgebildetes Anschlusseinführloch 15 zum Einführen des Anschlusses 14. Das Loch 15 verläuft von der Bodenseite 17 zur elektrostatische Elektrode 12 hin, um dort zum Teil frei zu liegen. Der Anschluss 14 wird mit der elektrostatischen Elektrode 12 durch Hartlöten oder Schweißen verbunden.
  • Der Grundkörper 11, die elektrostatische Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 mögen vorzugsweise als ein zusammengesinterter Körper gefertigt sein, damit sie alle fest verbunden sind, was dem elektrostatischen Halter 10 gestattet, bei sich ergebender Verhinderung von elektrischen Störungen wie einer Lichtbogenbildung eine höhere Festigkeit zu haben. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein Heißpressverfahren folgen. Der elektrostatische Halter 10 mag vorzugsweise eine Dicke (im Sinne des Abstands zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und der Bodenseite 17) im Bereich von 1 bis 3 mm haben, was einen geringeren Wärmewiderstand gestattet, der zu hervorragendem Wärmeeigenschaften des elektrostatischen Halters beiträgt.
  • Elektrische Heizung
  • 3A zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Heizung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3B einen Schnitt IIIB-IIIB von 3A. Die elektrische Heizung 20 ist mit einem Grundkörper 21, einem in dem Grundkörper 21 eingebetteten Widerstandsheizelement 22 und zwei Anschlüssen 24 ausgestaltet und dazu ausgelegt, ein die Substratheizseite 26 überlagerndes Substrat (z.B. ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat) zu erhitzen.
  • Der Grundkörper 21 mag vorzugsweise vollständig oder zumindest zum Teil aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehen. Der Grundkörper 21 mag vorzugsweise aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehen, von dem ein Abschnitt die Substratheizseite 26 oder eine obere Schicht 21a oberhalb des Widerstandsheizelements 22 bildet. Die Substratheizseite 26, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, wird dadurch in die Lage versetzt, bei sich ergebender Unterdrückung von Oberflächenkorrosion eine höhere Korrosionsbeständigkeit zu haben, was es ermöglicht, eine Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung in der elektrostatische Heizung 20 zu verhindern, die andernfalls durch Unregelmäßigkeiten des Substratheizseite 26 aufgrund von Oberflächenkorrosion verursacht würde.
  • Der Grundkörper 21 mag vorzugsweise an der oberen Schicht 21a aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper und an seiner unteren Schicht 21b aus einem anderen geeigneten Material oder genauer aus einem Sinterkörper aus einer anderen Keramik als Yttriumoxid, einem Metall oder einem Verbund aus Keramik und Metall bestehen. Die untere Schicht 21b mag insbesondere aus einem Aluminiumoxid enthaltenden Sinterkörper bestehen, wodurch gestattet wird, dass die obere und untere Schicht 21a und 21b bei sich erhöhender Bindungsfestigkeit dazwischen eine minimierte Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, wodurch der Aluminiumoxid enthaltende Sinterkörper eine höhere mechanische Festigkeit hat, die auch eine höhere mechanische Festigkeit der gesamten Heizung 20 gestattet. Der Aluminiumoxid enthaltene Sinterköroper mag gut aus einem entsprechenden, in dem Grundkörper 11 des elektrostatischen Halters 10 eingesetzten Material bestehen. Die obere und untere Schicht 21a und 21b mögen vorzugsweise voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, die im Bereich von 0,50 × 10–6/°K oder weniger und besser noch im Bereich von 0,20 × 10–6/°K oder weniger liegen.
  • Die Substratheizseite 26 des Grundkörpers 21 mag vorzugsweise auf einen Mittenrauwert (Ra) von 1,6 μm oder weniger (nach JIS B0601) endbearbeitet sein, was auf der Substratheizseite 26 einen hinreichenden Kontakt eines Substrats gestattet, der eine gute Temperaturgleichmäßigkeit ergibt, und eine Teilchenbildung aufgrund einer Reibung des Substrats mit der Substratheizseite 26 unterdrückt.
  • Das Widerstandsheizelement 22 ist dazu ausgelegt, bei Stromzufuhr ein Substrat auf der Substratheizseite 26 zu erhitzen, und mag gut aus dem gleichen hochschmelzenden Material wie die elektrostatische Elektrode 12 bestehen. Das Widerstandsheizelement 22 mag vorzugsweise aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich vom Grundkörper 21 um 5 × 10–6/°K oder weniger unterscheidet, was eine höhere Trennfestigkeit zwischen dem Grundkörper 21 und dem Heizelement 22 gestattet.
  • Das Widerstandsheizelement 22 mag eine beliebige Ausgestaltung haben, z.B. die gleiche Form wie die elektrostatische Elektrode von 2A, eine Spiralform wie in 3A oder eine andere Form wie eine Gitterform, eine perforierte Form (Stanzmetall), eine Kammform oder dergleichen. Das Widerstandsheizelement 22 mag sich aus einem Einzelmuster oder einer Kombination mehrerer unterteilter Muster zusammensetzen, z.B. aus einem Paar in zwei getrennten Bereichen, und zwar in einem Zentralbereich und einem Randbereich der Substratheizseite 26 befindlicher Muster.
  • Der Grundkörper 21 ist in seiner Bodenseite 27 (Gegenseite zur Substratheizseite 26) mit zwei Anschlusseinführlöcher 25 zum Einführen der Anschlüsse 24 ausgebildet. Jedes Loch 25 hat die gleiche Ausgestaltung wie das Anschlusseinführloch 15 des in 2B gezeigten elektrostatischen Halters 10 und öffnet sich auf die gleiche Weise.
  • Der Grundkörper 21 und das Widerstandsheizelement 22 mögen vorzugsweise als ein zusammengesinterter Körper gefertigt sein. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein Heißpressverfahren erfolgen.
  • Suszeptor
  • 4 zeigt einen Schnitt durch einen Suszeptor 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Suszeptor 30 hat, wie in 4 dargestellt ist, eine in einem Grundkörper 31 eingebettete HF (Hochfrequenz-) Elektrode 32 und einen mit der HF-Elektrode 32 verbunden Anschluss 34. Er hat außerdem ein Widerstandsheizelement 22, das in dem Grundkörper 31 eingebettet ist und an beiden Enden mit Anschlüssen 24 verbunden ist, um wie die elektrische Heizung 20 in 3A und 3B das erforderliche Erhitzen umzusetzen.
  • Der Suszeptor 30 ist mit einer Substratheizseite 36 als Substratbefestigungsseite für ein Substrat (z.B. ein Halbleiter- oder Flüssigkristallsubstrat) ausgestaltet, das diese in einer Atmosphäre aus reaktiven Halogengasen (z.B. ein korrosives Gas oder ein Isolierfilmbildungsgas) überlagert und daran gehalten wird, die durch die HF-Elektrode 32 zum Ätzen oder für Plasma-CVD angeregt wird.
  • Der Grundkörper 31 mag vorzugsweise vollständig oder zumindest zum Teil aus einem zäh gemachtem Yttriumoxid sinterkörper bestehen. Der Grundkörper 31 mag vorzugsweise aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehen, von dem ein Teil die Substratheizseite 36 oder eine obere Schicht 31a oberhalb der HF-Elektrode 32 bildet. Die Substratheizseite 36, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, wird dadurch in die Lage versetzt, bei sich ergebener Unterdrückung von Oberflächenkorrosion eine höhere Korrosionsbeständigkeit zu haben, was es ermöglicht, eine Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung eines Substrats zu verhindern, die andernfalls durch Unregelmäßigkeiten der Substratheizseite 36 aufgrund von Oberflächenkorrosion verursacht würden. Der Grundkörper 31 mag eine Kombination aus der aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehenden oberen Schicht 31a und einer unteren Schicht 31b sein, die aus einem anderen geeigneten Material bestehet, wofür das gleiche Verfahren wie bei der elektrischen Heizung 20 eingesetzt werden kann.
  • Die HF-Elektrode 32 ist dazu ausgelegt, bei Stromzufuhr reaktive Gase anzuregen und mag gut aus dem gleichen Material wie die elektrostatische Elektrode 12 des elektrostatischen Halters 10 bestehen.
  • Für den mit der HF-Elektrode 32 zu verbindenden Anschluss 34 ist der Grundkörper 31 in seiner Bodenseite 37 (Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 36) mit einem Loch 35 zum Einführen des Anschlusses 34 ausgebildet. Der Anschluss 34 wird mit der HF-Elektrode 32 durch ein geeignetes Verfahren verbunden, z.B. durch Hartlöten oder Schweißen.
  • Der Grundkörper 31, die HF-Elektrode 33 und das Widerstandsheizelement 22 mögen vorzugsweise als ein zusammengesinterter Körper gefertigt sein. Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein Heißpressverfahren erfolgen.
  • Der Suszeptor 30 hat, solange nichts anderes beschrieben ist, den gleichen Aufbau wie die elektrostatische Heizung 20 von 3A und 3B.
  • Es ist zu beachten, dass der Suszeptor 30, in dem wie in 4 gezeigt das Widerstandsheizelement 22 eingebettet ist, das zum Erhitzen ausgelegt ist, zu einem Suszeptor abgewandelt werden kann, der kein Widerstandsheizelement hat.
  • Es ist ebenfalls zu beachten, dass in dem in 2 gezeigten elektrostatischen Halter 10 gut ein Widerstandsheizelement eingebettet werden kann, das zum Erhitzen ausgelegt ist.
  • Des Weiteren mögen der elektrostatische Halter, die Heizung und der Suszeptor, die in 2 bis 4 gezeigt sind, wie unten dargestellt ein Verbindungsbauteil zur Verbindung des Anschlusses 14, 24 oder 34 mit einem Metallbauteil (d.h. der elektrostatische Elektrode 12, dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32) haben.
  • 5A zeigt eine Draufsicht auf einen elektrostatischen Halter 40 mit einem darin eingebetteten Verbindungsbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 5B den Schnitt VB-VB von 5A.
  • In einem Grundkörper 11 ist ein Verbindungsbauteil 18 eingebettet. Das Verbindungsbauteil 18 ist an seinem oberen und unteren Ende mit einer elektrostatischen Elektrode 12 bzw. einem Anschluss 14 verbunden, um für eine elektrische Verbindung zwischen der elektrostatische Elektrode 12 und dem Anschluss 14 zu sorgen. Das Verbindungsbauteil 18 mag aus dem gleichen hochschmelzenden Material wie die elektrostatische Elektrode 12 bestehen. Bei einem aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper oder aus einem Aluminiumoxid enthaltenen Yttriumoxidsinterkörper bestehenden Grundkörper 11 mag das Verbindungsbauteil 18 insbesondere aus einem niobhaltigen Material bestehen (z.B. aus Niob selbst oder einer Legierung aus Niob und einem beliebigen geeigneten Metall). Das Verbindungsbauteil 18 mag gut einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der eine geringe Differenz zu dem des Grundkörpers 11 hat, was es auch bei in dem Grundkörper 11 eingebettetem Verbindungsbauteil 18 gestattet, bei sich ergebender Verhinderung einer Verformung des Verbindungsbauteils 18 das Auftreten von Rissen zu unterdrücken, selbst wenn im Herstellungsschritt (z.B. beim Sintern) eine Erhitzung erfolgt. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten sollte zur wirksamen Verhinderung des Auftretens von Rissen vorzugsweise auf 5 × 10–6/°K oder weniger minimiert werden.
  • Das Verbindungsbauteil 18, das in 5 zylinderförmig ist, mag eine beliebige Form haben, z.B. eine Prismen-, Rohr-, Kreis- oder Kugelform. Das Verbindungsbauteil 18 mag bezüglich eines Abstands zwischen der Verbindungsfläche mit der elektrostatische Elektrode und der Verbindungsfläche mit dem Anschluss 14 ein Länge L von 1 mm oder mehr und vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 mm haben, um dadurch den elektrostatische Halter 40 zu verstärken, was zur Steigerung der mechanischen Festigkeit nötig ist. Das Verbindungsbauteil 18 mag gut einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 mm haben, wenn es röhrenförmig, kreisförmig oder kugelförmig ausgebildet ist, oder eine Breite im Bereich von 1 bis 4 mm, wenn es prismenförmig ist. Das Verbindungsbauteil 18 mag zum Beispiel mit der elektrostatischen Elektrode 12 in einem erhitzten Zustand unter Druck durch ein Heißpressverfahren verbunden werden. Es mag dann ein Klebstoff zwischen dem Verbindungsbauteil 18 und der elektrostatischen Elektrode 12 eingebracht werden.
  • Dieser mag eine Druckpaste zur Bildung der elektrostatischen Elektrode 12 oder ein geeigneter organischer Klebstoff sein.
  • Der Grundkörper 11 ist in seiner Bodenseite 17 (Gegenseite zur Substratbefestigungsseite 36) mit einem Loch 45 zum Einführen des Anschlusses 14 ausgebildet. Das Loch 45 verläuft von der Bodenseite 17 zum Verbindungsbauteil 18, um dort zum Teil frei zu liegen. Der Anschluss 14 wird in das Loch 45 eingeführt und durch ein geeignetes Verfahren wie z.B. Hartlöten oder Schweißen mit dem frei liegendem Teil des Verbindungsbauteils 18 verbunden. Der Hartlötfüllstoff kann eine Legierung oder ein Verbund aus Metall und Keramik sein, zum Beispiel ein Legierungsfüllstoff, der Indium (In), Gold (Au), Silber (Ag), Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Titan (Ti) oder Aluminium und einen Aluminiumoxidverbund enthält.
  • Das Verbindungsbauteil 18 kann mit einer Vertiefung zum Einführen des Anschlusses 14 ausgebildet sein. Das Loch 45 des elektrostatischen Halters ist zum Einführen des Anschlusses 14 geöffnet, wobei die Festigkeit um das Loch 45 herum tendenziell geringer ist. Der Einsatz des mit der Vertiefung ausgebildeten Verbindungsbauteils 18 kann jedoch zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des elektrostatischen Halters 40 beitragen. Des Weiteren ermöglicht das Vorhandensein des Verbindungsbauteils 18, dass der Abstand zwischen dem Loch und der Substratbefestigungsseite 16 das gleiche Ausmaß wie die Länge L des Verbindungsbauteils 18 hat. Dadurch entfallen auch bei einem coulombschen elektrostatischen Halter mit einer dünnen dielektrischen Schicht 13 die Bedenken bezüglich einer tendenziell geringeren Festigkeit aufgrund der Ausbildung des Loches 45.
  • Das Verbindungsbauteil 18 mag auch bei der elektrischen Heizung 20 oder dem Suszeptor 30 Anwendung finden. Bei einer Anwendung bei der in den 3A und 3B gezeigten Heizung 20 mag das Verbindungsbauteil in dem Grundkörper 21 eingebettet und mit sowohl dem Widerstandsheizelement 22 als auch dem Anschluss 24 verbunden werden, um zwischen diesen für eine Verbindung zu sorgen. Bei einer Anwendung bei dem in 4 gezeigten Suszeptor 30 mag das Verbindungsbauteil in dem Grundmaterial 31 eingebettet und mit sowohl der HF-Elektrode 32 als auch dem Anschluss 34 verbunden werden, um zwischen diesen für eine Verbindung zu sorgen. Der elektrostatische Halter, die elektrische Heizung und der Suszeptor mögen jeweils als ein zusammengesinterter Körper gefertigt sein (nachstehend manchmal als „Sinterkörpereinheit" bezeichnet). Das Zusammensintern sollte vorzugsweise durch ein Heizpressverfahren erfolgen.
  • Und zwar mögen bei dem elektrostatischen Halter der Grundkörper 11, die elektrostatische Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 mit einem geeigneten Verbindungsbauteil zu einer Sinterkörpereinheit zusammengefügt werden. Bei der elektrischen Heizung mögen der Grundkörper 21 und das Widerstandsheizelement 22 zusammen mit geeigneten Verbindungsbauteilen zu einer Sinterkörpereinheit zusammengefügt werden. Eine solche Integration ermöglicht eine starke Verbindung zwischen dem Grundkörper 11, 21 oder 31, dem/den Metallbauteil(en) (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 und/oder HF-Elektrode 33) und dem/den Verbindungsbauteil(en).
  • Herstellungsverfahren für Keramikbauteil
  • Es folgt nun die Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für ein Keramikbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der elektrostatische Halter 10 als Beispiel für das Keramikbauteil genommen wird. Es ist zu beachten, dass der elektrostatische Halter 10 am Grundkörper 11 und an der dielektrischen Schicht 13 aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper besteht.
  • Zunächst wird entsprechend dem beschriebenen Herstellungsverfahren für einen Yttriumoxidsinterkörper ein Körper aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper angefertigt, der als Grundkörper 11 zu nehmen ist. Dann wird auf dem Grundkörper 11 durch ein Siebdruckverfahren eine erforderliche Menge einer Druckpaste aufgedruckt, um eine elektrostatische Elektrode 12 zu bilden. Die Druckpaste sollte vorzugsweise ein Gemisch aus einem Pulver eines hochschmelzenden Materials und einem Pulver der gleichen Keramik wie die in dem Grundkörper 11 oder der dielektrischen Schicht 13 enthaltenen Keramik oder ungefähr einer Keramik mit etwa dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie diese gleiche Keramik bestehen, wodurch der elektrostatischen Elektrode 12 gestattet wird, einen Wärmeausbildungskoeffizienten zu haben, der gegenüber denen des Grundkörpers 11 und der dielektrischen Schicht 13 eine geringe oder minimale Differenz ergibt, was zwischen diesen eine höhere Bindungsfestigkeit ermöglicht. Die Druckpaste mag das Keramikpulver vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gewicht-% enthalten. Der Grundkörper 11 mag ein auf seine Oberfläche gesetztes massives hochschmelzendes Material oder einen darauf durch CVD oder PVD ausgebildeten Dünnfilm aus hochschmelzendem Material haben, um dadurch die elektrostatische Elektrode 12 zu bilden.
  • Als nächstes wird auf der elektrostatischen Elektrode 12 ein Presskörper ausgebildet, um dadurch für die dielektrische Schicht 13 zu sorgen. Und zwar wird zum Ausbilden des die dielektrische Schicht 13 bildenden Presskörpers in eine Form, in die der mit der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildete Formkörper 11 gesetzt wurde, über der Elektrode 12 eine notwendige Menge Körnchen eingefüllt, die auf die gleiche Weise wie der Grundkörper 11 angesetzt wurden und granuliert wurden. Auf den Grundkörper 11 mag etwa durch Formpressen, CIP oder ein Schlickergussverfahren ein unter Verwendung von Granulatkörnchen gebildeter Presskörper gesetzt werden, der zur Bildung des die dielektrische Schicht 13 bildenden Festkörper gepresst wird.
  • Schließlich wird zum Ausbilden einer Sinterkörpereinheit die Gesamtkombination aus dem Grundkörper 11, der elektrostatischen Elektrode 12 darauf und dem Presskörper darüber durch etwa ein Heißpressverfahren zusammengesintert, wodurch die aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehende dielektrische Schicht 13 gebildet wird. Und zwar werden unter einachsigem Druck die zugehörigen Sinterbedingungen (Sinteratmosphäre und Sintertemperatur) so gesteuert, wie es zur Anfertigung des zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers nötig ist. Der Druck mag vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300 kgf/cm2 und besser noch im Bereich von 100 bis 200 kgf/m2 liegen, um einen dichten, zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper zu erzielen.
  • Es ist ersichtlich, dass der Grundkörper 11, die elektrostatische Elektrode 12 und die dielektrische Schicht 13 in beliebiger Reihenfolge ausgebildet werden können. Es mag zunächst eine dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper gebildet werden, wonach die Bildung einer elektrostatischen Elektrode 12 auf der dielektrischen Schicht 13 und die Bildung eines Presskörpers folgt, um auf der elektrostatischen Elektrode 12 auf der elektrostatischen Schicht 13 einen Grundkörper 11 zu bilden, bevor das endgültige Zusammensintern zum Bilden des aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehenden Grundkörpers 11 erfolgt. Alternativ dazu mag auf die Bildung des aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper bestehenden Grundkörpers 11 oder der dielektrischen Schicht 13 die Bildung der elektrostatischen Elektrode 12 auf dem Sinterkörper erfolgen, wodurch eine Verformung oder Lageabweichung der elektrostatischen Elektrode 12 aufgrund einer Sinterschrumpfung unterdrückt wird, was die Elektrode 12 bei einer sich ergebenden Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Haltekraft oder der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung des elektrostatischen Halters 10 flach macht. Der Grundkörper 11 oder die dielektrische Schicht 13 mag, um eine ähnliche Wirkung zu erzielen, als ein zäh gemachter Yttriumoxidkalzinierungskörper ausgebildet werden, bevor das Ausbilden der elektrostatischen Elektrode 12 auf dem Kalzinierungskörper erfolgt. Zum Ausbilden des zäh gemachtem Yttriumoxidkalzinierungskörper mag das Kalzinieren vorzugsweise innerhalb eines niedrigeren Temperaturbereichs als der des zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers, z.B. in einem Kalzinierungstemperaturbereich von 1300 bis 1600 °C, und für eine kürzere Sinterdauer als beim zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörpers erfolgen. Auf das Ausbilden einer Aufschichtung aus einem Presskörper für den Grundkörper 11, der elektrostatischen Elektrode 12 und einem Presskörper für die dielektrische Schicht 13 mag natürlich ein Zusammensintern der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren folgen.
  • Die Sinterkörpereinheit wird dann geschliffen, geläppt und/oder poliert, um die Dicke der dielektrischen Schicht 13, den Mittenrauwert (Ra) der Substratbefestigungsseite 16 und die Gesamtdicke des elektrostatischen Halters 10 wie spezifiziert einzustellen. In den Grundkörper 11 wird ein Loch 15 zum Anschlusseinführen gebohrt und der Anschluss 14 in das Loch 15 eingeführt und mit der elektrostatischen Elektrode 12 verlötet oder verschweißt.
  • Zum Ausbilden des Grundkörpers 11 aus einem Aluminiumoxid enthaltenen Sinterkörper wird zum Ansetzen einer Schlämme ein entsprechendes Ausgangsmaterialpulver (z.B. einfach ein Aluminiumoxidpulver, ein Gemisch aus Aluminiumoxidpulver und Zirkoniumoxidpulver, ein Gemisch aus Aluminiumoxidpulver und Magnesiumoxidpulver oder ein Gemisch aus Aluminiumoxidpulver und Siliziumoxidpulver) vorbereitet. Der Presskörper wird dann durch ein Heißpressverfahren oder ein Normaldrucksinterverfahren innerhalb eins Temperaturbereichs von 1500 bis 1700 °C in einer Inertgasatmosphäre (z.B. Stickstoffgas oder Argongas) gesintert. Bei dem elektrostatischen Halter 10 erfolgt die Herstellung, wenn nicht anders beschrieben, wie in dem Fall, in dem der Grundkörper 11 aus zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper eingesetzt wird.
  • Zum Ausbilden der dielektrischen Schicht 13 aus einem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper wird zum Ansetzen einer Schlämme ein entsprechendes Ausgangsmaterialpulver (z.B. einfach ein Yttriumoxidpulver, ein Gemisch aus Yttriumoxidpulver und Aluminiumoxidpulver, Siliziumpulver, Zirkoniumoxidpulver oder Siliziumkarbidpulver, das als Zähmacher oder Sinteradditiv zugegeben wird) vorbereitet. Der Presskörper wird dann innerhalb eines Temperaturbereichs von 1500 bis 1800 °C in einer Inertgasatmosphäre (z.B. Stickstoffgas oder Argongas) gesintert. Der hochgradig dielektrische Yttriumoxidsinterkörper mag vorzugsweise seine Reinheit auf 99,9 Gewicht-% oder mehr eingestellt haben, indem die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials geändert wird, und/oder seine spezifische Dielektrizitätszahl auf 10 oder mehr eingestellt haben, indem die Sinterbedingungen geändert werden. Bei dem elektrostatischen Halter 10 erfolgt die Herstellung, solange nichts anderes beschrieben ist, wie in dem Fall, der die dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper einsetzt.
  • Auch bei der elektrischen Heizung 20 oder dem Suszeptor 30 kann die Herstellung gut wie bei dem elektrostatischen Halter 10 erfolgen. Zunächst wird wie beim Grundkörper 11 eine untere Schicht 21b oder 31b aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper gebildet. Für die untere Schicht 31b mag zum Beispiel ein Presskörper mit einem darin eingebettetem Widerstandsheizelement 22 ausgebildet und dann gesintert werden. Auf der unteren Schicht 21b oder 31b wird jeweils wie die elektrostatische Elektrode 12 ein Widerstandsheizelement 22 oder eine HF-Elektrode 32 ausgebildet. Als nächstes wird über dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 auf der unteren Schicht 21b oder 31b wie die dielektrische Schicht 13 ein Presskörper ausgebildet, um eine obere Schicht 21a bzw. 31a zu bilden. Dann wird zum Ausbilden einer Sinterkörpereinheit die Gesamtkombination aus der unteren Schicht 21b oder 31b und dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 darauf etwa durch ein Heißpressverfahren zusammengesintert, wodurch die obere Schicht 21a oder 31a aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper und dadurch der Grundkörper 21 bzw. 31 entsteht.
  • Es ist ersichtlich, dass die untere Schicht 21b oder 31b, das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32 und die obere Schicht 21a oder 31a jeweils wie im Fall des elektrostatischen Halters 10 in einer beliebigen Reihenfolge ausgebildet werden können. Es mag zunächst eine obere Schicht 21a oder 31a aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper gebildet werden, woraufhin das Ausbilden des Widerstandsheizelements 22 oder der HF-Elektrode 32 auf der oberen Schicht 21a bzw. 31a folgt. Auf die Bildung der oberen Schicht 21a oder 31a oder der unteren Schicht 21b oder 31b aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper mag also die Bildung des Widerstandsheizelements 22 oder der HF-Elektrode 32 auf dem Sinterkörper folgen, wodurch eine Verformung oder Lageabweichung des Widerstandsheizelements 22 oder der HF-Elektrode 32 aufgrund einer Sinterschrumpfung unterdrückt wird, was das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32 bei einer sich ergebenden Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung der elektrischen Heizung 20 bzw. der Homogenität des Plasmas des Suszeptors 30 flach macht.
  • Es ist zu beachten, dass die obere Schicht 21a oder 31a oder die untere Schicht 21b oder 31b, um eine vergleichbare Wirkung zu erzielen, wie im Fall des elektrostatischen Halters 10 aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidkalzinierungskörper gebildet werden mag, bevor das Ausbilden des Widerstandsheizelements 22 oder der HF-Elektrode 32 auf dem Kalzinierungskörper folgt. Auf das Ausbilden einer Aufschichtung aus einem Presskörper für die obere Schicht 21a oder 31a, dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 und einem Presskörper für die untere Schicht 21b oder 31b kann natürlich ein Zusammensintern der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren folgen, um den Grundkörper 21 bzw. 31 zu erzeugen. Zum Ausbilden des Grundkörpers 11 aus einem Aluminiumoxid enthaltenen Sinterkörper kann die Herstellung wie im Fall des elektrostatischen Halters 10 erfolgen.
  • Die Sinterkörpereinheit wird dann geschliffen, geläppt und/oder poliert, um den Mittenrauwert (Ra) der Substratheizseite 26 oder der Substratbefestigungsseite 36 und die Gesamtdicke der elektrischen Heizung 20 oder des Suszeptors 30 wie spezifiziert einzustellen. In den Grundkörper 21 oder 31 wird ein Loch 25 oder 35 zum Anschlusseinführen gebohrt und der Anschluss 24 oder 34 in das Loch 25 oder 35 eingeführt und mit dem Widerstandsheizelement 22 oder der HF-Elektrode 32 verlötet oder verschweißt.
  • Zur Herstellung des in 5 dargestellten elektrostatischen Halters 40 mit dem Verbindungsbauteil 18 oder einer elektrischen Heizung oder eines Suszeptors mit einem solchen Verbindungsbauteil wird ein Metallbauteil (z.B. die elektrostatische Elektrode 12, das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32), das auf einem Sinter- oder Kalzinierungskörper für die dielektrische Schicht 13 oder auf der oberen Schicht 21a oder 31a ausgebildet wurde, mit dem Verbindungsbauteil in Kontakt gebracht und wird dann über dem Metallbauteil mit dem Verbindungsbauteil auf dem Sinter- oder Kalzinierungskörper ein den Grundkörper 11 oder die untere Schicht 21b oder 31b bildender Presskörper ausgebildet, um durch ein Heißpressverfahren zusammengesintert zu werden und den Grundkörper 11, 21 oder 31 zu bilden, wobei das Verbindungsbauteil mit dem Metallbauteil verbunden und in dem Grundbauteil eingebettet wird. Bei dieser Herstellung mag zwischen dem Verbindungsbauteil und dem Metallbauteil (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder Hf-Elektrode 32) ein Klebstoff aufgebracht werden. In diesem Fall kann auf das Ausbilden der elektrostatischen Elektrode 12 durch ein Siebdruckverfahren auf der dielektrischen Schicht 13 die Verwendung einer Positionierungshalterung folgen, um die Stelle für das Ausbilden des Verbindungsbauteils 18 festzulegen. Mit der Ausbildungsstelle auf der elektrostatischen Elektrode 12 wird das Verbindungsbauteil 18 durch eine Druckpaste als Klebstoff verklebt. Als nächstes wird in ein Form, in die die mit der elektrostatischen Elektrode 12 und dem Verbindungsbauteil 18 ausgebildete dielektrische Schicht 13 gesetzt wurde, eine notwendige Menge Granulatkörnchen für den Grundkörper 11 eingefüllt, um zu einem Presskörper verpresst zu werden, wonach durch ein Heißpressverfahren ein Zusammensintern erfolgt, um ein Keramikbauteil zu erzeugen. Auf das Ausbilden einer Aufschichtung aus einem Presskörper für die dielektrische Schicht 13 oder die obere Schicht 21a oder 31a, einem Metallbauteil (d.h. die elektrostatische Elektrode 12, das Widerstandsheizelement 22 oder die HF-Elektrode 32) mit dem damit in Kontakt befindlichen Verbindungsbauteil und eines Presskörpers für einen Grundkörperabschnitt oder die untere Schicht 21b oder 31b mag ein Zusammensintern der Aufschichtung durch ein Heißpressverfahren folgen, um den Grundkörper 11, 21 oder 31 zu erzeugen, bei dem das Verbindungsbauteil mit dem Metallbauteil verbunden und in dem Grundkörper eingebettet wird.
  • Dann wird in dem Grundkörper 11, 21 oder 31 mit der erforderlichen Tiefe zum Freilegen des Verbindungsbauteils ein Loch zum Anschlusseinführen gebohrt und der Anschluss 14, 24 oder 34 in das Loch 25 oder 35 eingeführt und mit dem Verbindungsbauteil verlötet oder verschweißt. Das Herstellungsverfahren ist ansonsten das gleiche wie das für den elektrostatischen Halter 10, die elektrische Heizung 20 oder den Suszeptor 30 ohne das Verbindungsbauteil.
  • Zum Ausbilden des Grundkörpers 11 oder der unteren Schicht 21b oder 31b aus einem anderen Material als der beschriebenen Keramik mag zwischen dem Grundkörper 11 oder der unteren Schicht 21b oder 31b (aus Metall oder einem Verbund aus Metall und Keramik), einem Metallbauteil (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder Hf-Elektrode 32) und einer aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper bestehenden dielektrischen Schicht 13 oder unteren Schicht 21a oder 31a ein Klebstoff aufgebracht werden.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen enthält der Yttriumoxidsinterkörper 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid, was eine höhere mechanische Festigkeit ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit gestattet. Daher hat ein mit dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper gebildetes Keramikbauteil (elektrostatischer Halter 10, 40, elektrische Heizung 20 oder Suszeptor 30) eine höhere Korrosionsbeständigkeit nicht nur gegenüber korrosiven Halogengasen (etwa Stickstofffluorid (NF3)), sondern auch gegenüber korrosiven Plasmagasen. Darüber hinaus hat das Keramikbauteil sogar gegenüber einer In-Situ-Reinigung in einem Ätzprozess ausreichende Korrosionsbeständigkeit und einen großen Anwendungsbereich als elektrostatischer Halter, elektrische Heizung und Suszeptor sowie bei der industriellen Fertigung von Halbleitern und Flüssigkristallen.
  • Des Weiteren hat das Keramikbauteil eine hohe mechanische Festigkeit, sodass das Auftreten von Rissen oder Absplitterungen bei der Bearbeitung verhindert werden kann. Außerdem können in dem Keramikbauteil auch dann Risse aufgrund von Wärmespannungen verhindert werden, wenn das Verbinden des Anschlusses 14, 24 oder 34 an dem Metallbauteil (elektrostatische Elektrode 12, Widerstandsheizelement 22 oder HF-Elektrode 32) durch Hartlöten oder Schweißen erfolgt.
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  • Es werden nun konkrete Beispiele für die Ausführungsbeispiele erläutert, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.
  • Yttriumoxidsinterkörper
  • Beispiele 1–9 und Vergleichsbeispiele 1–3
  • Für den Pulveransatz aus Yttriumoxid und Siliziumnitrid wurden Yttriumoxidpulver und Siliziumnitridpulver abgewogen und mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungsanteilen gemischt, um für ein Ausgangsmaterialpulver zu sorgen. Die Teilchengröße des Yttriumoxidpulvers betrug im Mittel 1 μm und die des Siliziumnitridpulvers im Mittel 0,5 μm. Zu dem Ausgangsmaterialpulver wurde Wasser, ein Dispersionsmittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel zugegeben und durch eine Trommel vermischt, um für eine Schlämme zu sorgen. Die Schlämme wurde durch einen Sprühtrockner atomisiert und getrocknet und zu Körnchen granuliert, die durch ein Erhitzen bei 500 °C in Luft entfettet wurden. Die entfetteten Körnchen wurden in eine Form eingefüllt, in der sie einachsig verpresst wurden, um einen Presskörper zu bilden. Der Presskörper wurde in einer Kohlenstoffform untergebracht und bei der in Tabelle 1 angegebenen Sintertemperatur durch ein Heißpressverfahren gesintert, um für einen Yttriumoxidsinterkörper mit einer Größe von 350 mm im Durchmesser und 6 mm in der Dicke zu sorgen.
  • An dem auf diese Weise erzielten Yttriumoxidsinterkörper wurden die folgenden sieben Untersuchungen (1) bis (7) vorgenommen. Untersuchung (1): Die mittlere Korngröße des im Yttriumoxidsinterkörper enthaltenen Siliziumnitrids wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) gemessen. Und zwar wurde unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops ein Foto bei einer Vergrößerung aufgenommen, die die Messung der Siliziumnitridkörnergröße erlaubte (z.B. innerhalb eines Vergrößerungsfaktorbereichs von 2000 bis 100000), anhand dessen-die kurzen Durchmesser von 100 Siliziumnitridkörnern gemessen wurden, um die mittlere Korngröße zu bestimmen. Untersuchung (2): Unter Verwendung von reinem Wasser als Medium wurde die relative Dichte mit Hilfe eines Archimedes-Verfahrens gemessen. Untersuchung (3): Bei Zimmertemperatur wurde (nach JIS R1601) die Vier-Punkt-Biegefestigkeit gemessen. Untersuchung (4): Es wurde die Bruchzähigkeit (nach JIS R1607) gemessen. Untersuchung (5): Der Yttriumoxidsinterkörper wurde zum Teil maskiert und fünf Stunden lang einem Korrosionsbeständigkeitsversuch in einem Gasgemisch aus NF3 und Sauerstoff unter einem Druck von 0,1 Torr bei einer Plasmaquellenleistung von 800 W und einer Grundleistung von 300 W unterzogen. An dem Yttriumoxidsinterkörper wurde nach dem Korrosionsbeständigkeitsversuch eine zwischen dem maskiertem Teil und einem unmaskiertem Teil definierte Stufe ausgemessen und als Korrosionsverlustsmenge zur Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit herangezogen. Untersuchung (6): Bei Zimmertemperatur und 150 °C wurde (nach JIS C 2141) der spezifische Durchgangswiderstand gemessen. Die angelegte Spannung betrug 2000 V/mm. Untersuchung (7): Es wurde (nach JIS C2141) die Dielektrizitätszahl gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Figure 00360001
  • Der Siliziumnitridanteil betrug in den Beispielen 1 bis 4 und 6 bis 9 5 bis 40 Volumen-% und die Sintertemperatur 1700 bis 1900 °C, wobei der sich ergebende Yttriumoxidsinterkörper eine sehr hohe relative Dichte von 98% oder mehr hatte und somit sehr dicht war.
  • Die Sintertemperatur betrug in Beispiel 5 etwas niedrige 1600 °C, wobei der sich ergebende Yttriumoxidsinterkörper jedoch eine hohe relative Dichte von 97% hatte und somit dicht war. In den Beispielen 1 bis 9 hatten die Yttriumoxidsinterkörper Vier-Punkt-Biegefestigkeiten von 170 MPa oder mehr und Bruchzähigkeiten von 1,4 MPa·m1/2 oder mehr, sodass ihre mechanische Festigkeit gegenüber den Vergleichsbeispielen 1 und 2 höher war, bei denen die Yttriumoxidsinterkörper Vier-Punkt-Biegefestigkeiten von etwa 120 MPa und Bruchzähigkeiten von etwa 1 MPa·m1/2 hatten. So hatten die Yttriumoxidsinterkörper insbesondere in den Beispielen 3–4, 6–7 und 9 (bei denen die Sintertemperatur innerhalb von 1700 bis 1900 °C lag, der Siliziumnitridanteil 20 Volumen-% oder mehr betrug und die mittlere Korngröße des Siliziumnitrids im Bereich von 0,01 bis 5,0 μm lag) Vier-Punkt-Biegefestigkeiten von 250 MPa oder mehr und Bruchzähigkeiten von etwa 2 MPa·m1/2, sodass ihre mechanische Festigkeit deutlich höher war.
  • Darüber hinaus wiesen die Yttriumoxidsinterkörper in den Beispielen 1 bis 9 nach ihren Korrosionsbeständigkeitsversuchen nur eine geringen Korrosionsverlustmenge und wenig Oberflächenkorrosion auf, sodass die Korrosionsbeständigkeit hoch blieb. Insbesondere in den Beispielen 1 bis 8, in denen der Siliziumnitridanteil 30 Volumen-% oder weniger betrug, wurde die Korrosionsverlustmenge stark unterdrückt, was eine sehr Korrosionsbeständigkeit gestattete.
  • Des Weiteren hatten die Yttriumoxidsinterkörper in den Beispielen 1 bis 9 bei Zimmertemperatur hohe spezifische Durchgangswiderstände von 1 × 1015 Ω·cm. So hatten auch insbesondere die Yttriumoxidsinterkörper in den Beispielen 1–4 und 6–9 bei 150 °C hohe spezifische Durchgangswiderstände von 1 × 1015 Ω·cm oder mehr, sodass der spezifische Durchgangswiderstand über einen großen Temperaturbereich hoch blieb. Die Yttriumoxidsinterkörper der Beispiele 1–4 und 6–9 hatten außerdem hohe Werte von 10 oder mehr für die Dielektrizitätszahl. Im Gegensatz dazu hatten die Yttriumoxidsinterkörper in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ohne Siliziumnitrid eine sehr viel schlechtere mechanische Festigkeit. In dem 50 Volumen-% Siliziumnitrid enthaltenden Vergleichsbeispiel 3 zeigte der Yttriumoxidsinterkörper verglichen mit den 40 Volumen-% Siliziumnitrid oder weniger enthaltenden Beispielen 1 bis 9 eine sehr hohe Korrosionsverlustmenge.
  • Keramikbauteil
  • Beispiel 10
  • Es wurde wie in den 2A und 2B dargestellt ein elektrostatischer Halter 10 hergestellt. Zunächst wurden Yttriumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm und Siliziumnitridpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm mit Zusammensetzungsanteilen von 70 Volumen-% Yttriumoxid und 30 Volumen-% Siliziumnitrid gemischt, um für ein Ausgangsmaterialpulver zu sorgen. Zu dem Ausgangsmaterialpulver wurden Wasser, ein Dispersionsmittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel hinzugegeben und durch eine Trommel vermischt, um für eine Schlämme zu sorgen. Die Schlämme wurde durch einen Sprühtrockner atomisiert und getrocknet und zu Körnchen granuliert.
  • Die Körnchen wurden in eine Form gefüllt, wo sie einachsig verpresst wurden, um einen Presskörper zu bilden. Der Presskörper wurde in einer Kohlenstoffform untergebracht und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1900 °C gesintert, um für einen Grundkörper 11 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper zu sorgen.
  • Als nächstes wurde ein Pulvergemisch aus 80 Gewicht-% Wolframkarbid und 20 Gewicht-% Aluminiumoxidpulver gemischt und als Bindemittel Ethylzellulose zugegeben, um dadurch für eine Druckpaste zu sorgen. Auf dem Grundkörper 11 aus dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper wurde durch ein Druckverfahren eine elektrostatische Elektrode 12 mit einer Größe von 290 mm im Durchmesser und 20 μm in der Dicke ausgebildet und getrocknet.
  • Als nächstes wurde der mit der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildete Grundkörper 11 aus dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper in eine Form gesetzt und wurden darauf ähnlich wie bei der Herstellung des Grundkörpers granulierte Körnchen aufgefüllt und unter einem Druck von 200 kgf/cm2 verpresst, um einen Presskörper für eine dielektrische Schicht 13 zu bilden.
  • Der Grundkörper 11 aus dem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper mit der elektrostatischen Elektrode 12 und dem Presskörper wurden in einer Kohlenstoffform untergebracht und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1900 °C gesintert, um die dielektrische Schicht 13 aus einem zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörper zu erzeugen.
  • Die auf diese Weise erzielte Sinterkörpereinheit wurde bearbeitet, um für einen Mittenrauwert (Ra) der Substratbefestigungsseite 16 von 0,4 μm, eine Dicke der dielektrischen Schicht 13 (d.h. einem Abstand zwischen der elektrostatischen Elektrode 12 und der Substratbefestigungsseite 16) von 0,4 mm und eine Dicke des fertigen elektrostatischen Halters (d.h. einen Abstand zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und seiner Bodenseite 17) von 3 mm zu sorgen. In den Grundköper 11 wurde ein Loch 15 für die Anbringung eines mit der elektrostatischen Elektrode 12 zu verlötenden Anschlusses 14 gebohrt, um einen coulombschen elektrostatischen Halter 10 herzustellen.
  • Der Grundkörper 11 aus dem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper litt trotz des Bohrens an keinem Auftreten von Rissen oder Absplitterungen. Ebenso war das Verlöten zwischen der elektrostatischen Elektrode 12 von dem Anschluss 14 frei von Rissen des Grundkörpers 11 aufgrund von Wärmespannungen.
  • Beispiel 11
  • Es wurde wie in den 5A und 5B dargestellt ein elektrostatischer Halter 40 hergestellt. Zu einem Ausgangsmaterialpulver mit einer Reinheit von 99,9 Gewicht-% und einer mittleren Teilchengröße von 1 μm wurden Wasser, ein Dispergiermittel und Polyvinylalkohol (PVA) als Bindemittel zugegeben und durch eine Trommel vermischt, um für eine Schlämme zu sorgen. Die Schlämme wurde durch einen Sprühtrockner atomisiert und getrocknet und zu Körnchen granuliert.
  • Die Körnchen wurden in eine Form gefüllt, wo sie einachsig verpresst wurden, um einen Presskörper zu bilden. Der Presskörper wurde in einer Kohlenstoffform untergebracht und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1600 °C gesintert, um für eine dielektrische Schicht 13 aus einem hochgrad dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 11,7 und einer Reinheit von 99,9 Gewicht-% oder mehr zu sorgen.
  • Als nächstes wurde wie im Fall des Beispiels 10 eine Druckpaste angesetzt und wurde durch ein Siebdruckverfahren auf der dielektrischen Schicht 13 des hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörpers eine elektrostatische Elektrode 12 mit einer Größe von 290 mm im Durchmesser und 20 μm in der Dicke ausgebildet und getrocknet. Dann wurde eine Positionierungshalterung oder dergleichen verwendet, um eine Stelle zum Ausbilden eines Verbindungsbauteils 18 festzulegen. Dann wurde unter Verwendung der Druckpaste als Klebstoff mit der Ausbildungsstelle auf der elektrostatischen Elektrode 12 ein zylinderförmiges Verbindungsbauteil 18 aus Niob mit einer Größe von 2 mm im Durchmesser und 1 mm in der Länge verklebt.
  • Als nächstes wurde die mit dem Verbindungsbauteil 18 und der elektrostatischen Elektrode 12 ausgebildete dielektrische Schicht 13 aus dem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper in eine Form gesetzt, woraufhin ähnlich wie in Beispiel 10 granulierte Körnchen (mit Ausnahme eines Zusammensetzungsanteils von 90 Volumen-% Yttriumoxid und 10 Volumen-% Siliziumnitrid) aufgefüllt und unter einem Druck von 200 kgf/m2 verpresst wurden, um einen Presskörper für einen Grundkörper 11 zu bilden.
  • Als nächstes wurde die dielektrische Schicht 13 aus dem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper mit der elektrostatischen Elektrode 12 und dem Verbindungsbauteil 18 und der Presskörper in einer Kohlenstoffform unter gebracht und durch ein Heißpressverfahren in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur von 1900 °C gesintert, um den Grundkörper 11 aus einem zäh gemachtem Yttriumoxidsinterkörper zu erzeugen.
  • Die auf diese Weise erzielte Sinterkörpereinheit wurde bearbeitet, um einen Mittenrauwert (Ra) der Substratbefestigungsseite 16 von 0,4 μm, eine Dicke der dielektrischen Schicht 13 (d.h. einen Abstand zwischen der elektrostatischen Elektrode 12 und der Substratbefestigungsseite 16) von 0,4 mm und eine Dicke des fertigen elektrostatischen Halters (d.h. einen Abstand zwischen der Substratbefestigungsseite 16 und einer Bodenseite 17) von 3 mm zu erzielen. In den Grundkörper 11 wurde ein Loch 45 zur Anbringung eines mit dem Verbindungsbauteil 18 zu verlötenden Anschlusses 14 gebohrt, um einen coulombschen elektrostatischen Halter 40 herzustellen.
  • Der Grundkörper 11 des zäh gemachten Yttriumoxidsinterkörpers litt trotz des Bohrens unter keinem Auftreten von Rissen oder Absplitterungen. Außerdem war das Verlöten zwischen dem Verbindungsbauteil 18 an dem Anschluss 14 frei von Rissen der dielektrischen Schicht 13 oder des Grundkörpers 11 aufgrund von Wärmespannungen.
  • Beurteilung der Haltekraft und des Ablöseverhaltens
  • Bei den Beispielen 5 und 6 wurde die Haltekraft und das Ablöseverhalten des elektrostatischen Halters wie folgt beurteilt. Mit einer aus Silizium bestehenden Sonde, die sich im Vakuum mit der Substratbefestigungsseite des elektrostatischen Halters in Kontakt befand, wurde zwischen der elektrostatischen Elektrode und der Sonde eine Spannung angelegt, sodass diese Sonde durch Absorption an dem elektrostatischen Halter fixiert wurde. Die Sonde wurde dann mit der dafür erforderlichen Kraft, die dann als Haltekraft gemessen wurde, in der Richtung hochgezogen, in der sie sich von der Substratbefestigungsseite des elektrostatischen Halters entfernte. Des Weiteren wurde die Sonde von dem elektrostatischen Halter unter Abbrechen der Spannungsbeaufschlagung entfernt und die Zeitspanne dafür ermittelt, die der als Ablöseansprechzeit gemessenen Ablösedauer entsprach. Die Sonde hatte eine Kontaktfläche von 3 cm2, und die angelegte Spannung betrug 2.000 V/mm, wobei die Messung bei Zimmertemperatur erfolgte. Für die Beispiele 5 und 6 betrugen die Haltekräfte etwa 50 Torr, wobei ihre Ablöseansprechzeiten jeweils im Bereich von 1 s oder weniger lagen, was ein günstiges Ablöseverhalten zeigt.
  • Die beschriebenen Ausführungsbeispiele gestatten einen Yttriumoxidsinterkörper mit höherer Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit, ein Keramikbauteil mit höherer mechanischer Festigkeit ohne übermäßigen Verlust an Korrosionsbeständigkeit und ein Herstellungsverfahren für einen Yttriumoxidsinterkörper, das leichter einen Yttriumoxidsinterkörper mit höherer Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit ergibt.
  • Es wurden zwar unter Verwendung bestimmter Bestimmungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch dient die Beschreibung nur Veranschaulichungszwecken und versteht es sich, dass Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.
  • Ein Yttriumoxidsinterkörper enthält Yttriumoxid als Hauptbestandteil und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid, was eine höhere Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit gestattet.

Claims (18)

  1. Yttriumoxidsinterkörper mit 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid.
  2. Yttriumoxidsinterkörper nach Anspruch 1, bei dem das Siliziumnitrid eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,01 bis 5,0 μm hat.
  3. Yttriumoxidsinterkörper nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Biegefestigkeit von 250 MPa oder mehr.
  4. Yttriumoxidsinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Bruchzähigkeit von 1,5 MPa·m1/2 oder mehr.
  5. Yttriumoxidsinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer relativen Dichte von 98% oder mehr.
  6. Yttriumoxidsinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von 1 × 1015 Ω·cm oder mehr bei Zimmertemperatur.
  7. Yttriumoxidsinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Dielektrizitätszahl von 10 oder mehr.
  8. Yttriumoxidsinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gesintert durch ein Heißpressverfahren.
  9. Keramikbauteil mit: einem Grundkörper, der zumindest zum Teil einen Yttriumoxidsinterkörper mit 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält; und einem in dem Grundkörper eingebetteten Metallbauteil.
  10. Keramikbauteil nach Anspruch 9, mit: einem Anschluss, der dazu ausgelegt ist, das Metallbauteil mit einem Stromversorgungsbauteil zu verbinden; und einem Verbindungsbauteil, das in dem Keramikbauteil eingebettet ist und dazu ausgelegt ist, mit dem Metallbauteil und dem Anschluss für eine Verbindung dazwischen verbunden zu werden.
  11. Keramikbauteil nach Anspruch 10, bei dem das Verbindungsbauteil zwischen seiner Verbindungsseite mit dem Metallbauteil und seiner Verbindungsseite mit dem Anschluss einen Abstand von 1 mm oder mehr hat.
  12. Keramikbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Metallbauteil eine elektrostatische Elektrode umfasst und das Keramikbauteil einen elektrostatischen Halter mit einem Grundkörper, der auf dem Grundkörper ausgebildeten elektrostatischen Elektrode und einer auf der elektrostatischen Elektrode ausgebildeten dielektrischen Schicht umfasst, wobei der Grundkörper und/oder die dielektrische Schicht aus dem Yttriumoxidsinterkörper gebildet ist/sind.
  13. Keramikbauteil nach Anspruch 12, bei dem der Grundkörper aus dem Yttriumoxidsinterkörper besteht und die dielektrische Schicht bei einer Reinheit von 99,9 Gewicht-% oder mehr aus einem hochgradig dielektrischen Yttriumoxidsinterkörper mit einer spezifischen Dielektrizitätszahl von 10 oder mehr besteht.
  14. Keramikbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Metallbauteil ein Widerstandsheizelement umfasst und das Keramikbauteil eine elektrische Heizung mit einem Grundkörper und dem in dem Grundkörper eingebetteten Widerstandsheizelement umfasst, wobei zumindest ein Teil des Grundkörpers aus dem Yttriumoxidsinterkörper besteht.
  15. Keramikbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei das Metallbauteil eine HF-Elektrode umfasst und das Keramikbauteil einen Suszeptor mit einem Grundkörper und der in dem Grundkörper eingebetteten HF-Elektrode umfasst, wobei zumindest ein Teil des Grundkörpers aus dem Yttriumoxidsinterkörper besteht.
  16. Keramikbauteil zur Halbleiterherstellung, das zumindest an einem Teil von ihm, der einem korrosiven Gas ausgesetzt wird, aus einem Yttriumoxidsinterkörper mit 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid besteht.
  17. Herstellungsverfahren für einen Yttriumoxidsinterkörper, mit den Schritten: Ansetzen eines Ausgangspulvers, das Yttriumoxid und 5 bis 40 Volumen-% Siliziumnitrid enthält; Formen des Ausgangspulvers, um einen Presskörper zu bilden; und Sintern des Presskörpers in einer inaktiven Gasatmosphäre bei Temperaturen innerhalb von 1500 bis 2000 °C.
  18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Sinterns des Presskörpers ein Heißpressverfahren umfasst.
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