DE60316746T2

DE60316746T2 - Keramischer Suszeptor

Info

Publication number: DE60316746T2
Application number: DE60316746T
Authority: DE
Inventors: Akira Itami-shi Kuibira; Masuhiro Itami-shi Natsuhara; Hirohiko Itami-shi Nakata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: DE60316746D1; TW200406566A; JP2003317906A; TWI236527B; CA2424507A1; CA2424507C; US6806443B2; EP1363316A3; CN1225342C; US6946625B2; KR20030084683A; CN1453095A; EP1363316B1; US20030201264A1; US20050000956A1; KR100551643B1; EP1363316A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Heizvorrichtungen in Keramiken, und betrifft insbesondere Heizvorrichtungen in keramischen Suszeptoren, die in CVD-Vorrichtungen, Plasma-CVD-Vorrichtungen, Ätzvorrichtungen und Plasmaätzvorrichtungen zur Herstellung von Halbleitern eingesetzt werden, und bei Flüssigkristall-Herstellungseinrichtungen.
Damit die Filmausbildungsraten oder Ätzraten bei CVD (chemischer Dampfablagerung) Plasma-CVD, beim Ätzen oder Plasmaätzen auf einem Halbleiterwafer, der in einer Filmablagerungskammer gehaltert wird, gleichmäßig ablaufen, muss die Waferoberflächentemperatur streng gesteuert werden. Zum Zwecke einer derartigen Temperatursteuerung ist eine Heizvorrichtung in ein Waferhalteteil eingebaut, wird die Oberfläche des Waferhalteteils erwärmt, und wird ein Wafer aus Halbleitermaterial durch Wärmeübertragung erwärmt. Keramiken, welche Wärmefestigkeits-, Korrosionsfestigkeits- und Isoliereigenschaften aufweisen, beispielsweise Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid, wurden bislang als Waferhalteteile dieser Art eingesetzt.
Ein Waferhalteteil, das aus Keramik besteht, in welche die voranstehend erwähnte Heizvorrichtung eingebaut ist, wurde mit einem Verfahren hergestellt, welches umfasst, Aluminiumnitrid zu sintern und eine Molybdänwicklung einzubauen, durch Einarbeiten einer Molybdänwicklung in eine Nut, die beispielsweise in einer scheibenförmigen Aluminiumnitridplatte vorgesehen ist, diese sandwichartig mit einer anderen derartigen Aluminiumnitridplatte zusammenzubringen, und Warmpresssintern der sandwichartigen Anordnung.
Bei einem Waferhalteteil, das aus Keramik besteht, in welche eine Heizvorrichtung eingebaut ist, also bei einem keramischen Suszeptor, werden die Bestandteile des Widerstandsheizelements der Heizvorrichtung als elementare Verunreinigungen angesehen, selbst in Spurenanteilen, in Bezug auf ein Halbleitermaterial für Siliziumwafer oder dergleichen, oder an Flüssigkristallmaterial, und können zur Ursache von Ausfällen bei Halbleiterchips und Flüssigkristallen werden.
Infolge der drohenden Verunreinigung muss entweder ein Widerstandsheizelement vollständig in einen keramischen Suszeptor eingebettet werden, sodass es nicht auf der Oberfläche auftritt, oder muss ein Widerstandsheizelement, das oberflächlich auf einer Keramik vorgesehen ist, mit einer Schutzschicht beschichtet werden, in der Kammer von Halbleiterherstellungseinrichtungen. Daher ist ein Bereich, in welchem das Heizelement nicht vergraben ist, also ein Bereich, in dem nicht erwärmt wird, notwendigerweise an dem Außenumfangsabschnitt des keramischen Suszeptors vorhanden. Die Wärme, die von dem Widerstandsheizelement erzeugt wird, wird über die Keramik übertragen, erreicht die Oberfläche, und strahlt dann von der Oberfläche ab, oder entweicht über Gase infolge von Wärmeübertragung. Dies bedeutet, dass bei scheibenförmigen oder rechteckplattenförmigen keramischen Suszeptoren der Außenumfangsrand daher den Ort darstellt, an welchem Wärme am ehesten entweichen kann.
Infolge der voranstehend erwähnten zwei Ursachenfaktoren zusammen ist der Außenumfang eines keramischen Suszeptors jener Abschnitt, an welchem die Temperatur am stärksten absinkt. Um hiermit fertigzuwerden, wurde die Ausschaltung einer Temperaturdifferenz eingesetzt, unter Verwendung eines Materials für die Keramik, dessen Wärmeleitfähigkeit hoch ist, um schnell zum Außenumfang die Wärme abzuführen, die von dem Widerstandsheizelement erzeugt wird. Eine andere Vorgehensweise bestand darin, dass man die Temperaturdifferenz dadurch auszuschalten versuchte, dass die Wicklungsdichte der Wicklung und die Musterdichte des Widerstandsheizelements desto stärker erhöht wurde, je näher sie am Außenumfang des Widerstandsheizelements lagen, um die Erwärmungsdichte entlang dem Außenumfang durch Erwärmung zu kompensieren.
Wenn eine Wicklung, die in eine Nut in einem geformten Keramikkörper eingearbeitet wurde, sandwichartig zwischen geformten Keramikkörper eingeschlossen wird, und in einer Warmpresse bearbeitet wird, wird sie jedoch in eine undefinierte Form zerdrückt, und wird der Außenumfangsrand des Widerstandsheizelements in seinem wesentlichen Bereich zerbrochen. Dies führte dazu, dass trotz der Tatsache, dass ein Widerstandsheizelement isothermisch ausgelegt ist, durch strenge Berechnung, wie viel Wärme es abgibt, und Kompensation von Wärmestreuung zu seinen nicht erwärmten Abschnitten, und von Entweichen von Wärme von seinem Randabschnitt, in der Praxis der wesentliche Wärmeabgabebereich am Randabschnitt zerbrochen wird, wodurch es unmöglich wurde, den gewünschten isothermischen Nominalwert in der gesamten Oberfläche des keramischen Suszeptors zu erhalten.
Inzwischen sind infolge der Vergrößerung der Abmessungen von Halbleiterwafern in den vergangenen Jahren die isothermischen Anforderungen an keramische Suszeptoren zum Erwärmen der Wafer strenger geworden, wobei ein isothermischer Nominalwert in der Waferhalteoberfläche von mindestens innerhalb ± 1,0 % erforderlich ist, vorzugsweise innerhalb von ± 0,5 %.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht unter Berücksichtigung derartiger Umstände in der Bereitstellung eines keramischen Suszeptors, der ein plattenförmiger, gesinterter Keramikkörper ist, in welchen ein wicklungsförmiges Widerstandsheizelement eingebettet ist, dessen Waferhalteoberfläche bessere isothermische Eigenschaften über der gesamten Oberfläche aufweist.
Um das voranstehende Ziel zu erreichen, ist ein keramischer Suszeptor, der durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, der ein in einen plattenförmigen, gesinterten Keramikkörper gebildetes Widerstandsheizelement ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem äußeren Umfangsrand des gesinterten Keramikkörpers und dem Außenumfangsrand des Widerstandsheizelements in seinem wesentlichen Bereich innerhalb von ± 0,8 % liegt. Weiterhin liegt die Schwankung der Rückzugslänge vorzugsweise innerhalb von ± 0,5 %.
Ein keramischer Suszeptor gemäß der voranstehend geschilderten, vorliegenden Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der gesinterte Keramikkörper aus zumindest einem Substanztyp hergestellt ist, der ausgewählt ist aus Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid. Weiterhin kann das Widerstandsheizelement dadurch gekennzeichnet sein, dass es aus zumindest einem Metalltyp hergestellt ist, der ausgewählt ist aus W, Mo, Ag, Pt, Pd, Ni und Cr.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem keramischen Suszeptor, bei welchem ein wicklungsförmiges Widerstandsheizelement in einem plattenförmigen, gesinterten Keramikkörper eingebettet ist, durch Steuern der Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des gesinterten Keramikkörpers und dem Außenumfangsrand des Widerstandsheizelements in seinem wesentlichen Bereich der isothermische Nominalwert über der gesamten Oberfläche der Waferhalteoberfläche die ± 1,0 % oder weniger aufweisen, die gefordert wurden, und kann bevorzugter ein isothermischer Nominalwert erreicht werden, der hervorragende ± 0,5 % oder weniger beträgt.
Aus der folgenden, detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen werden die voranstehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung Fachleuten auf diesem Gebiet deutlich werden.
1 ist eine Aufsicht, die ein Beispiel für ein Schaltungsmuster für ein Widerstandsheizelement erläutert.
Die vorliegenden Erfinder stellten als Ergebnis vereinigter Untersuchungen fest, dann, wenn ein Widerstandsheizelement in einem gesinterten Keramikkörper ausgebildet wird, wenn man die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des gesinterten Teils und den Außenumfangsrand des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements im Wesentlichen auf innerhalb von ± 0,8% hält, der isothermische Nominalwert des keramischen Suszeptors über seiner gesamten Oberfläche die Minimalanforderung erfüllt, dass er innerhalb von ± 1,0 % liegt.
Sie stellten weiterhin fest, dass dann, wenn man die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des gesinterten Keramikkörpers und dem Außenumfangsrand des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements im Wesentlichen innerhalb von ± 0,5 % hält, der isothermische Nominalwert des keramischen Suszeptors über seiner gesamten Oberfläche innerhalb jener ± 0,5 % liegt, die am wünschenswertesten sind.
Ein Beispiel für ein Widerstandsheizelement, das in einem gesinterten Keramikkörper eingebettet ist, ist in 1 dargestellt. Das Widerstandsheizelement 2, das in den gesinterten Keramikkörper 1 eingebettet ist, ist zu einem wicklungsförmigen Schaltungsmuster ausgebildet, und die Länge L zwischen dem Außenumfangsrand 1a des gesinterten Keramikkörpers 1 und dem Außenumfangsrand 2a des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements 2 ist die Rückzugslänge. Es wird deutlich, dass über Leitungsdrähte von seinen beiden Schaltungsenden 2b, 2b das Widerstandsheizelement 2, welches die Wicklungsform ausbildet, von außen zugänglich wird, wobei Zufuhr elektrischer Energie von einer Stromversorgungsquelle dazu führt, dass es Wärme erzeugt. Ebenfalls wird darauf hingewiesen, dass das in 1 dargestellte Schaltungsmuster des Widerstandsheizelements 2 ein einzelnes Beispiel darstellt, und nicht bedeutet, dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt ist.
In einer Situation, in welcher das Schaltungsmuster für das Widerstandsheizelement auf einem geformten Keramikkörper oder einer grünen Platte ausgebildet wird, erfolgt das Sintern des Substrats und des Schaltungsmusters so, dass es schrumpft und kompakt ausgebildet wird. In derartigen Fällen ist ein gleichmäßiges Schrumpfen extrem schwierig zu erzielen, infolge einer ungleichförmigen Verflüchtigung von Oxiden als Sinteraktivator, was an Ungleichförmigkeiten des Sinteraktivators und ungleichmäßigen Kohlenstoffresten nach dem Entfetten liegt, und an Schwankungen der Innentemperatur des Ofens und der Atmosphäre beim Sintern, und die Gestaltung des Bereichs, in welchem das Widerstandsheizelement im Wesentlichen vorhanden ist, neigt zur Verwerfung. Aus demselben Grund führt das Warmpresssintern einer Molybdänwicklung, die als eine Heizvorrichtung geformt ist, und eine Molybdänplatte, die auf einen geformten Keramikkörper aufgelegt ist, zur Verformung des Außenumfangsrandes des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements, da bei dem Warmpresssintervorgang die Wicklung und die Platte zertrümmert und zerbrochen werden, oder verbunden, oder verschoben.
Obwohl der Außenumfangsrand des gesinterten Keramikkörpers bearbeitet werden kann, damit er exakt wird, treten dann, wenn sich der wesentliche Bereich des Widerstandselements verformt, Schwankungen der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des gesinterten Keramikkörpers und dem Außenumfangsrand des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements auf. Eine strenge Steuerung dieser Faktoren zur Erzielung von Gleichförmigkeit, und Halten der Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des keramischen Sinterteils und dem Außenumfangsrand des wesentlichen Bereichs des Widerstandsheizelements auf im Wesentlichen innerhalb von ± 0,8 %, vorzugsweise innerhalb von ± 0,5 führt zu den besseren isothermischen Eigenschaften, die voranstehend erwähnt wurden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Rückzugslänge geeignet in Abhängigkeit von dem Wafer oder einem ähnlichen Target festgelegt werden kann.
Als Verfahren, um auf diese Weise Schwankungen der Rückzugslänge so zu steuern, dass sie innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, ermöglicht Bedrucken, mit einer Paste, in welche Widerstandsheizelementbestandteile und ein Sinteraktivator gemischt und geknetet wurden, eines gesinterten Keramikkörpers – der sich nicht weiter verformt oder schrumpft, da er bereits gesintert wurde – mit einer Schaltung, und nachfolgendes Brennen der Schaltung, auf einer Oberfläche, die mit ausreichender Genauigkeit bearbeitet wurde, dass die Widerstandsheizelementschaltung gebrannt werden kann, ohne verformt zu werden. Durch nachfolgende Verbindung des gesinterten Keramikkörpers, auf welchen die Widerstandsheizelementschaltung gebrannt wurde, und eines gesinterten Keramikkörpers mit identischen Außendurchmesser, unter Verwendung eines Bindematerials, kann einfach ein keramischer Suszeptor hergestellt werden, in dessen Inneren ein Widerstandsheizelement eingebettet ist. Alternativ kann durch Beschichten des Widerstandsheizelements oberflächlich mit einer Schutzschicht ein keramischer Suszeptor einfach hergestellt werden, der ein Widerstandsheizelement aufweist.
Unter den Gesichtspunkten der Korrosionsfestigkeit, des Wärmeleitvermögens, und dergleichen ist es vorzuziehen, dass die Keramik, aus welcher der gesinterte Keramikkörper besteht, aus einem Substanztyp hergestellt ist, der ausgewählt ist aus Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid.
Entsprechend kann für das Widerstandsheizelement ein Metall eingesetzt werden, welches Korrosionsbeständigkeit und einen geeigneten Widerstandswert zur Erzeugung von Wärme aufweist, vorzugsweise zumindest ein Metalltyp, der ausgewählt ist aus W, Mo, Ag, Pt, Pd, Ni und Cr.
Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Ein körniges Pulver wurde so hergestellt, dass 0,8 Gewichtsprozent Yttriumoxid (Y₂O₃) als Sinteraktivator und Polyvinylalkohol einem Pulver aus Aluminiumnitrid (AlN) hinzugefügt wurden, diese Bestandteile unter Verwendung einer Kugelmühle mit Ethanol als Lösungsmittel dispergiert und gemischt wurden, und dann ein Sprühtrocknen der Mischung erfolgte, um sie zu granulieren.
Nach dem Sintern wurde das erhaltene körnige Pulver mit einer einachsigen Presse zu zwei Platten ausgeformt, deren Abmessungen 355 mm Durchmesser × 5 mm Dicke betrugen. Diese wurden mit einem Stickstoffgasstrom bei einer Temperatur von 800 °C gesintert, und dann bei 850 °C in einem Stickstoffgasstrom gesintert, wodurch gesinterte AlN-Platten hergestellt wurden. Das Wärmeleitvermögen der gesinterten AlN-Platten betrug 180 W/mK. Sowohl die obere als auch untere Oberfläche der erhaltenen, gesinterten AlN-Platten wurde unter Verwendung von Diamantschleifpulver poliert.
Dann wurde ein wicklungsförmiges Muster auf eine der gesinterten AlN-Platten aufgedruckt, unter Verwendung einer Wolfram-Aufschlemmung, die dadurch erhalten wurde, dass Wolframpulver geknetet und gemischt wurde, welchem 1 Gewichtsprozent Yttrium und als Bindemittel Ethylzellulose hinzugefügt waren. Die endgültige Rückzugslänge des Außenumfangsrands des Wolframmusters und des äußeren Umfangsrands der gesinterten AlN-Platte wurde hier auf 1,0 mm eingestellt. Die gesinterte AlN-Platte wurde in einem Stickstoffgasstrom von 90 °C entfettet, und dann zwei Stunden lang bei 1800 °C gebrannt.
Weiterhin wurde Ethylzellulose einem Bindematerial aus Y₂O₃-Al₂O₃ hinzugefügt, damit gemischt und geknetet, und dann wurde diese Mischung als Muster auf die eine weitere, gesinterte AlN-Platte aufgedruckt. Diese Anordnung wurde in einem Stickstoffgasstrom von 900 °C entfettet, und dann wurden die Wolframmusteroberfläche und die Bindematerialoberfläche der beiden gesinterten AlN-Platten aneinander angepasst, und durch Warmpressen bei 50 g/cm² und 1750 °C verbunden. Der Außenumfang des vereinigten Körpers wurde dann bearbeitet, um ihn mit einem runden Umriss mit einem Durchmesser von 350 mm fertigzustellen.
Energie wurde durch von außen zugängliche Leitungsdrähte von den Schaltungsenden dem erhalten keramischen Suszeptor zugeführt, wodurch das Wolframwiderstandsheizelement erwärmt wurde, und Ergebnisse der Messung des isothermischen Nominalwerts in der Waferhalteoberfläche ergaben einen zufriedenstellenden isothermischen Nennwert von 500 °C ± 0,40 %. In diesem Fall wurde der keramische Suszeptor entlang der radialen Richtung gebrochen, und wurde die Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Bereichs des Wolframwiderstandsheizelements und dem Außenumfangsbereich des gesinterten AlN-Körpers (Einstellwert: 1,0 mm) gemessen, wobei die Schwankung ± 0,2 % betrug.
Ausführungsform 2
Es wurde ein keramischer Suszeptor hergestellt, der ebenso ausgebildet war wie bei der Ausführungsform 1, mit Ausnahme der Tatsache, dass er mit einem Muster bedruckt war, bei welchem der Außenumfangsrand des Bereichs des Widerstandsheizelements verzerrt war, durch Änderung nur des Musters des Wolframwiderstandsheizelements. Schwankungen der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Bereichs des Widerstandsheizelements und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers wurden auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 gemessen, in Bezug auf erhaltene keramische Suszeptoren dreier Arten; und es wurde auch der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche gemessen.
Die Ergebnisse waren so, dass dann, wenn die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,5 % betrug, der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,50 % betrug. Weiterhin betrug, wenn die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,75 % betrug, der isothermische Nominalwert 500 °C ± 0,70 %. Schließlich betrug, wenn die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,8 % betrug, der isothermische Nominalwert 500 °C ± 0,95 %.
Ausführungsform 3
Ein körniges Pulver wurde dadurch hergestellt, dass 0,8 Gewichtsprozent Borcarbid (B₄C) als Sinteraktivator und Polyvinylalkohol als Bindemittel Siliziumcarbidpulver (SiC) hinzugefügt wurden, diese Bestandteile unter Einsatz einer Kugelmühle mit Ethanol als Lösungsmittel dispergiert und gemischt wurden, und dann ein Sprühtrocknen der Mischung erfolgte, um sie zu granulieren.
Nach dem Sintern wurde das erhaltene körnige Pulver mit einer einachsigen Presse zu 2 Platten ausgeformt, deren Abmessungen 355 mm Durchmesser × 5 mm Dicke betrugen. Diese wurden mit einem Stickstoffgasstrom bei einer Temperatur von 900 °C entfettet, und dann 5 Stunden lang bei 1950 °C gesintert, wodurch gesinterte SiC-Platten hergestellt wurden. Das Wärmeleitvermögen der gesinterten SiC-Platten betrug 180 W/mK. Sowohl die obere als auch untere Oberfläche der erhaltenen, gesinterten SiC-Platten wurde unter Verwendung von Diamantschleifpulver poliert.
Die Ausbildung einer Wolfram-Widerstandsheizelementschaltung und das Verbinden der beiden gesinterten Platten wurde mit denselben Vorgehensweisen wie bei der Ausführungsform 1 durchgeführt; und es wurde dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 mit dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,46 % betrug.
Ausführungsform 4
Es wurde ein körniges Pulver erzeugt, durch Hinzufügen von 2 Gewichtsprozent Yttriumoxid und einem Gewichtsprozent Aluminiumoxid als Sinteraktivatoren und Polyvinylalkohol als Bindemittel zu einem Pulver aus Siliziumnitrid (Si₃N₄), Dispergieren und Mischen dieser Bestandteile unter Verwendung einer Kugelmühle mit Ethanol als Lösungsmittel, und nachfolgendes Sprühtrocknen der Mischung, um sie zu granulieren.
Nach dem Sintern wurde das erhaltene körnige Pulver mit einer einachsigen Presse zu 2 Platten ausgeformt, deren Abmessungen 355 mm Durchmesser × 5 mm Dicke betrugen. Diese wurden in einem Stickstoffgasstrom bei einer Temperatur von 900 °C entfettet, und dann 4 Stunden lang bei 1600 °C gesintert, wodurch gesinterte Si₃N₄-Platten hergestellt wurden. Das Wärmeleitvermögen der gesinterten Si₃N₄-Platten betrug 22 W/mK. Sowohl die obere als auch untere Oberfläche der erhaltenen, gesinterten Si₃N₄-Platten wurden unter Verwendung von Diamantschleifpulver poliert.
Weiterhin wurde Ethylzellulose einem Glasbindematerial mit niedrigem Schmelzpunkt hinzugefügt, hiermit gemischt und geknetet, und diese Mischung wurde als Muster auf die eine weitere gesinterte Si₃N₄-Platte aufgedruckt. Diese Anordnung wurde in einem Atmosphärenluftstrom mit 700 °C entfettet, und dann wurden die Wolframmusteroberfläche und die Bindematerialoberfläche der beiden gesinterten Si₃N₄-Platten zusammengepasst und durch Warmpressen bei 10 g/cm² bei 800 °C verbunden. Der Außenumfang des vereinigten Körpers wurde danach bearbeitet, um ihn mit runder Form mit einem Durchmesser von 350 mm fertigzustellen.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,45 % betrug.
Ausführungsform 5
Ein Pulver, das dadurch hergestellt wurde, dass einem Pulver aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) ein Gewichtsprozent Magnesiumoxid (MgO) als Sinteraktivator und Polyvinylalkohol als ein Bindemittel hinzugefügt wurde, und diese Bestandteile dispergiert und gemischt wurden, und die Mischung getrocknet wurde, wurde mit einer einachsigen Presse zu 2 Platten ausgeformt, deren Abmessungen nach dem Sintern 355 mm Durchmesser × 5 mm Dicke betrugen.
Diese wurden in einem Atmosphärenluftstrom bei einer Temperatur von 700 °C entfettet, und dann 3 Stunden lang bei 1600 °C gesintert, wodurch gesinterte Platten hergestellt wurden. Das Wärmeleitvermögen der Al₂O₃-Platten betrug 20 W/mK. Sowohl die obere als auch die untere Oberfläche der erhaltenen gesinterten Al₂O₃-Platten wurden unter Verwendung von Diamantschleifpulver poliert.
Die Ausbildung einer Wolfram-Widerstandsheizelementschaltung und die Verbindung der beiden gesinterten Platten wurde mit denselben Vorgehensweisen wie bei der Ausführungsform 4 durchgeführt; und es wurde dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,46 % betrug.
Ausführungsform 6
Durch eine Vorgehensweise, die mit Ausnahme der Tatsache, dass eine Paste zur Ausbildung der Widerstandsheizelementschaltung dadurch erzeugt wurde, dass 1 Gewichtsprozent Yttriumoxid zu Molybdänpulver hinzugefügt wurde, und hiermit gemischt und geknetet unter Verwendung von Ethylzellulose als Bindemittel wurde, ebenso war wie jene der Ausführungsform 1, wurde ein vereinigter Körper aus gesinterten AlN-Platten hergestellt, und wurde auf die gleiche Art und Weise danach ein keramischer Suszeptor hergestellt.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor vorgenommen, wobei die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Molybdän-Widerstandsheizelement-Bereichs und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,46 % betrug.
Ausführungsform 7
Zwei gesinterte Aluminiumnitridplatten wurden mit demselben Verfahren wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. Unter Einsatz einer Paste, bei welcher ein Sinteraktivator und Ethylzellulose als Bindemittel einem Pulver aus Ag-Pd hinzugefügt, und hiermit durch Kneten gemischt wurden, wurde eine Schaltung auf einer der Platten ausgebildet, die in Luft bei 900 °C gebrannt wurde. Dasselbe Verfahren wie bei der Ausführungsform 4 wurde als Art und Weise der Verbindung dieser Platte mit einer weiteren gesinterten Aluminiumnitridplatte eingesetzt.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde mit dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Ag-Pd-Widerstandheizelementbereichs und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,45 betrug.
Ausführungsform 8
Zwei gesinterte Aluminiumnitridplatten wurden durch dasselbe Verfahren wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. Unter Verwendung einer Paste, bei welcher einem Pulver aus Ni-Cr ein Sinteraktivator und Ethylzellulose als Bindemittel zugefügt wurden, und diese Mischung geknetet und gemischt wurde, wurde eine Schaltung auf einer der Platten ausgebildet, die in Luft bei 700 °C gebrannt wurde. Dasselbe Verfahren wie bei der Ausführungsform 4 wurde als Art und Weise der Verbindung dieser Platte mit einer weiteren gesinterten Aluminiumnitridplatte eingesetzt.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Ni-Cr-Widerstandsheizelementbereichs und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers ± 0,3 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,46 betrug.
Ausführungsform 9
Ein Substrat, auf welches ein Wolfram-Widerstandsheizelement aufgebrannt wurde, wurde durch dasselbe Verfahren wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. Auf diesem Widerstandsheizelement wurden 100 μm einer Paste ausgebreitet, bei welcher Aluminiumnitridpulver Y₂O₃ und Ethylzellulosebindemittel hinzugefügt und durch Kneten gemischt wurden. Diese Anordnung wurde mit Stickstoff bei 900 °C entfettet, und 2 Stunden lang bei 1800 °C gebrannt.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Wolfram-Widerstandsheizelementbereichs und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers ± 0,2 % betrug, während der isothermische Nominalwert der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 0,40 betrug.
Vergleichsbeispiel 1
Zwei geformte Aluminiumnitridplatten wurden durch dasselbe Verfahren wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. Auf einer Platte wurde dieselbe Wolframpaste wie bei der Ausführungsform 1 ausgebreitet, während auf der anderen Platte dieselbe Bindematerialpaste wie bei der Ausführungsform 1 ausgebreitet wurde. Die beiden Platten wurden aufeinandergestapelt, wobei die Wolframpastenoberfläche mit der Bindematerialpastenoberfläche zusammengepasst wurde, und wurden, unter Einwirkung eines Drucks von 50 kgf/cm² gleichzeitig bei 1850 °C gebrannt.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei der isothermische Nominalwert in der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 1,30 % betrug. Weiterhin wurde der keramische Suszeptor entlang der Radialrichtung gebrochen, und wurde die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Wolfram-Widerstandsheizelementbereichs und dem Außenumfang des gesinterten AlN-Körpers gemessen, welche ± 1,2 % betrug.
Vergleichsbeispiel 2
Zwei geformte Aluminiumnitridplatten wurden mit demselben Verfahren wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. In jeder wurde eine Nut mit einer Breite von 4,5 mm und einer Tiefe von 2,5 mm ausgebildet. Eine Molybdänwicklung wurde in die Nut eingearbeitet, und die beiden geformten Platten wurden aufeinandergestapelt, um die Molybdänwicklung einzubauen, und wurden warmpressgesintert in Stickstoff 2 Stunden lang bei 100 kgf/cm² und 1850 °C.
Dieselbe Bewertung wie bei der Ausführungsform 1 wurde bei dem erhaltenen keramischen Suszeptor durchgeführt, wobei der isothermische Nominalwert in der Waferhalteoberfläche 500 °C ± 1,70 % betrug. Weiterhin wurde der keramische Suszeptor entlang der Radialrichtung gebrochen, und wurde die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem Außenumfangsrand des Wolfram-Widerstandsheizelementbereichs und dem Außenumfangsrand des gesinterten AlN-Körpers gemessen, und betrug ± 1,5.

Claims

Keramischer Suszeptor, der ein in oder auf einem plattenförmigen gesinterten Keramikkörper gebildetes Widerstandsheizelement ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankung der Rückzugslänge zwischen dem äußeren Umfangsrand des gesinterten Keramikkörpers und dem äußeren Umfangsrand des Widerstandsheizelements in seinem wesentlichen Bereich innerhalb von ± 0,8 % liegt.
Keramischer Suszeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankung der Rückzugslänge innerhalb von ± 0,5 % liegt.
Keramischer Suszeptor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesinterte Keramikkörper aus mindestens einem Substanztyp, ausgewählt aus Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid, hergestellt ist.
Keramischer Suszeptor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsheizelement aus einem Metalltyp, ausgewählt aus W, Mo, Ag, Pt, Pd, Ni und Cr, hergestellt ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern, die einen keramischen Suszeptor, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, einsetzt.