TW452844B - Conductive feedthrough for a ceramic body and method of fabricating same - Google Patents
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4 52844 A7 __：_______B? 五、發明説明（1 ) — ·~~~ 揭示背景 發明領域 -----：--Γ -- . H ------ - 丁 -5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於半導體晶圓處理裝置，特別係關於由含 大氣壓之容積延伸通過陶瓷體進入真空+腔室之導電饋穿體 〇 背景技術說明 半導體晶圓加工系統通常含有真空腔室，於腔室内安 裝晶圓支撐基座或感受器。基座用於加工期間支撐晶圓於 腔室内。基座含有多種組件其提供晶圓之加熱及/或冷卻 以及失緊（卡夾）晶圓而固持晶围於基座表面上的穩定位置 。此種卡夾係由機械夾具或靜電卡盤提供a於真空腔室内 部’於基座上方空間’晶圓通常於此處加工維持於高度真 空《但基座下方或内侧空間係維持於大氣壓。 供尚溫反應例如南溫物理蒸氣沉積反應，基座係由陶 瓷製成。因此尚無方便或實際的解決之道可提供導電而又 真空密封的連接通過陶瓷基座，使電流可由基座的大氣侧 通至基座的真空侧而未侵害真空完整性。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 因此業界需要一種裝置其可提供貫穿陶瓷體如陶究基 座的導電饋穿體連接及饋穿體製法。 發明概述 前述有關先前技術的缺點可藉本發明之方便電流流過 陶究體之導電馈穿體導體克服。特別陶竞體如陶究支撑基 座通常係經由堆疊多層陶瓷材料（例如鋁-氮化物、銘氧等） 本纸张尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格<210X297公釐） T d 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 4 52844 A7 - _______B7 五、發明説明（2 ) ~ 然後燒結堆疊層而將各層固化為整合一體的實心陶瓷體製 程。根據本發明當各層置於成堆時，‘部分選擇數目之層以 導電材料（鎢合金）網今乂隨後將下一礓置於網印層頂上。 各網印區沿貫穿陶瓷體之垂直軸同軸對正於另一層的導電 區内。然後網印層對燒結形成含多個堆疊導電電極之實心 陶瓷體。 然後於垂直方向於陶瓷體一面上成形導電貫穿孔而交 叉包埋電極。此等貫穿孔可藉鑽孔珠粒喷砂蝕刻或若干其 他用於陶瓷體產生搪孔之方式形成。使用物理蒸氣沉積 (PVD)，化學蒸氣沉積（CVD)或其他金屬沉積手段，貫穿 孔内填補導電材料，故包埋電極由一或多個垂直導電貫穿 孔互連。貫穿孔頂端經由疊置陶瓷體表面暴露。如此電極 及其他導體可濺鍍於陶瓷體表面上及連接至貫穿孔暴露端 〇 由陶瓷體反侧（亦即不含導電貫穿孔該側），一個搪孔 成形入陶竞體表面通過（交叉）一或多層電極β然後電連接 器接腳插入搪孔内使接腳導電連接至電極交叉層。如此介 於陶瓷體一側（例如真空側）上的導電貫穿孔與陶莞體另— 側（例如大氣侧）電連接器間形成導電路徑。此種饋穿體完 全真空密封且可對陶瓷體真空側上的饋穿體作出多種電連 接。 另外二或多個導電電極堆可於陶瓷體内成形於多個橫 向散開位置。此等電極堆通過沉積（網印）於陶究層間之導 本紙張尺度制巾咖家鮮（CNS) Λ4規格（⑽χ 297々# ) Γ—5 ------------¾--：----J1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 4 528 44 A7 I--- -__B7 五、發明説明（3 ) 電路徑彼此於橫向方向互連。 本發明之-種範例應財，本發明饋穿翻於pvD系 統，此處陶竞體為強森-雷貝克靜電卡盤，本發明之饋穿 體導體提供電流至位於卡盤真空側之表面電極。 囷式之簡單說明 經由考慮後文詳細說明連同附圖將容易瞭解本發明之 教示，附圖中： 第1圖為本發明之陶瓷晶圓支撐基座之頂視圏； 第2圖為陶瓷晶圓支撐基座沿第丨圖線2·2所取部分剖 面圖； 第3囷為本發明之另一具體例之陶瓷晶圓支撐基座之 頂視圖；及 第4圖為第3圖之陶瓷晶圓支撐基座沿線4 - 4所取部分 剖面圖。 欲方便瞭解於可能處，使用相同參考备赞來表示各圖 共通的相同元件。 詳細說明 第1圖闡明含本發明之饋穿體之範例陶瓷體之頂視平 面圖。本範例中，陶瓷體為陶瓷晶圓支撐基座例如強森_ 雷貝克靜電卡盤用於半導體晶圓加工系統如物理蒸氣沉積 系統。但業界人士由後文說明瞭解本發明之馈穿體可用於 任一種需要導電饋穿體之陶瓷體應用。 基座100含有周邊安裝凸緣102具有多個安裝搪孔106 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2IOX297公;t ) ---^--A —— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T I 味------ 452844 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ A7 Β7 五、發明説明（4 ) 。基座100之支撐面104範例固定於電極108。雖然以單一 位於中央的電極來舉例說明本發明應用，但多個電極可固 定於表面’或絲毫也未使用電極及饋穿體110可定位而供 應電流給真空腔室内的彳貞測設備。所示範例中，本發明之 饋穿體110連接基座真空侧例如支撐晶園側至基座大氣側 第2圖闡明第1圖基座1 〇〇沿線2-2所取部分剖面圊。本 發明之第一具體例為單一垂直饋穿體11〇其導電連接基座 100之真空側50至基座1〇〇之大氣侧52»舉例說明，此種饋 穿體供電給位於基座真空側上的導電電極，亦即固定於表 面104之電極108 »基座之大氣側52位於基座1〇〇表面202下 方。 饋穿體110含有多層導電層206 (例如206,、2062、2063 、2Ο64及2 Ο65)垂直設置於饋穿體内部且藉多個貫穿孔2〇8( 例如2(^、2082、2083及2084)互連。大氣侧52藉搪孔210 及導電接腳214連接至電極206，接腳插入搪孔内故接腳電 連接至電極層206之一或多層。 特別’基座100表示之陶瓷體係由多層陶瓷材料204, 、2042、2043.........2〇4j(堆疊製成。層疊過程中，陶瓷材 料層”如同麵糰，，且容易切割成形為所需形狀β製造過程中 ’當各層陶究材料（例如氣化欽（TiN))設置於下一層頂上 時’電極206網印於選擇層上。當定位各陶瓷層時，網印 區成形於垂直堆。網印區通常沿貫穿陶瓷成堆之垂直軸同 -------i---------ΐτ------i. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度剌巾X別公ϋ ά 5之84 4 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 1、發明説明（5 ) 軸對正。一般而言，電極係由鎢合金製成，當燒結時固化 成鎢電極。一旦網印陶瓷成堆完成，層被脫腊並烘焙去除 任何陶瓷材料之烴類。然後經由於氮氣氛下於約2000艺燒 結陶瓷層而固化層堆。 一呈固化時’ 一或多個導電貫穿孔（例如四個貫穿孔） 垂直成形於陶瓷體100之真空側50。此等貫穿孔208(特別 208|、2082、2Ο83及2084)通常係於陶瓷體搪孔形成，使孔 通過多層陶瓷層204及通過多個電極206。此等搪孔係使用 習知搪孔技術例如珠粒喷砂鑽孔蝕刻等成形於陶瓷β 一旦 形成孔，經由將導電材料（例如鎢合金）沉積於孔内互連電 極206而完成貫穿孔。此種沉積係使用習知技術如物理蒸 氣沉積（PVD) ’化學蒸氣沉積（CVD)或其他沉積金屬手段 達成。沉積導電材料後，重疊陶瓷體100表面104而暴露貫 穿孔頂端。一旦暴露時，導電層108可濺鍍於表面104上β 暴露貫穿孔聯結導電層108。另外導線，電流探針及其他 電路可連接於暴露貫穿孔。 欲完成饋穿體110,於陶瓷體100之大氣側52上將搪孔 210成形入表面202。然後導電接腳218之軸216插入搪孔210 内使接腳導電接觸一或多個電極206。如此導電貫穿孔208 電連接至接腳218及提供通過陶瓷體的導電路徑。 然後貫穿孔208例如連接至固定於基座100表面104上 的電極108。如此電力可施加至陶瓷體大氣側，電力通過 饋穿體至電極108。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X29?公漦） -----：—.—-裝—-----訂------球 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) ， 4528 44 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 雖然本發明之第一具體例闡明接腳連接器於陶瓷體之 大氣側及貫穿孔連接器於陶瓷體真空側，但顯然接腳連接 器可用於真空側及貫穿孔連接器可用於大氣側。此外饋穿 體也可構造成接腳連接器於陶瓷體兩側上，或貫穿孔連接 器於陶瓷體兩側上。 第3圖闡明本發明之替代具體例之頂視平面圖。本具 ，體例含有陶瓷體300(例如陶瓷晶圓支揮基座）附有饋穿體 302電連接陶瓷體3〇〇之真空侧4〇〇至大氣側4〇2。並非由接 腳至電極之直線（垂直）連接，本發明之此具體例為接腳連 接器306於貫穿孔連接器3〇4之位置有橫向偏位。特別固定 於基座100支撐面上位於中央的電極1〇8經由偏位饋穿體 302連接至基座大氣侧402。 第4圖闡明第3圖之替代具體例沿線4_4所取剖面圖β 本具體例令’偏位饋穿體3〇2含有一對部分饋穿體3〇4及3〇6 分饋穿體彼此之橫向方向不同且藉匯流排電極3〇8互 連。以前述方式，多個同軸對正之電極層316ι、316广31心 成形於陶瓷體300内部。同理多個同轴對正電極31〇1、31〇2 及31〇3成形於陶瓷體3〇〇。電極3丨6於橫向方向與電極3iq 偏位"兩組電極藉匯流排308互連。匯流排係經由網印導 電路杻於一層陶瓷層上形成，該陶瓷層形成陶瓷體使路徑 端形成於一組電極之一個電極及路徑另一端形成於另一 組電極之—個電極。如此匯流排308互連兩組電極316及31〇 。一旦组裝妥陶瓷層及導電路徑/區，陶瓷體經烘焙及燒 本紙張尺度適用中1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝一------訂 452844 經濟部中央標準局員工消費合作枉印製 A? B7 五、發明説明（7 ) 結而將陶瓷固化成單一陶曼體。 一旦固化，多個導電貫穿孔312,、3122、3123及3124 垂直成形陶瓷體而互連電極310。同理，電極316藉貫穿孔 3141、3142、3143及3144互連。陶瓷體1〇〇表面318及320重 疊而暴露貫穿孔314及312。隨後電極1〇8及322使用習知金 屬化技術沉積於陶瓷體100表面上。然後電接觸接腳324插 入或焊接於導電墊322。如此當電流施加於接腳324時，電 流通過偏位饋穿體302流至電極1〇8。 當然替代表面黏貼接腳324，第2圖之導電接腳214可 替代表面安裝接腳324。此外接腳無論是否屬於表面黏貼 皆可用於陶瓷體真空側。 經由如前述製造及使用本發明，可維持陶瓷體一侧上 的真空完整性，但可通過陶瓷體供應電流^此種形成延伸 通過陶瓷體之饋穿體技術可應用於任一種陶瓷體，但特別 重要地係用於陶瓷晶圓支撐基座，包括含靜電卡盤及/或 陶瓷加熱器者》 如此已顯示及敘述提供貫穿陶瓷體之饋穿體連接之新 穎裝置。但本發明之多種變化 '修改、改變及其他用途及 應用於業界人士考慮本說明書及揭示其具體例之附圖後释 顯然易明。全部此等未悖離本發明之精髓及範圍之變化、 修改、改變及其他用途及應用皆視為涵蓋於本發明之範圍 ’本發明之範圍僅受隨附之申請專利範圍所限。 . HI n I— i— I ί--银 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 準 標 家 _國 .國 f中 用 適 度 尺 紙 I本 公 452844 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 元件標號對照 100 基座 102 安裝凸緣 104 支撐面 106 安裝搪孔 108 電極 110 ，302 饋穿體 50 真空側 52， 402 大氣側 202 表面 204 陶瓷材料 206 電極 208 貫穿孔 210 搪孔 214 • 218 導電接腳 216 轴 300 陶瓷體 400 真空側 304 貫穿孔連接器 306 接腳連接器 308 匯流排電極 310 ，316 電極 312 導電貫穿孔 314 貫穿孔 318 ，320 表面 322 導電墊 324 電接觸接腳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家椋準（CNS ) ,Μ規格（210X 297公釐） tt
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 a* k Ji 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 452844 六、申請專利範圍 第87104486號專利申請案申請專利範園修正本 修正日期:89年5月 1· 一種陶瓷體(100、300)之導電饋穿體(110、302),該陶瓷體具有 第一側(50、400)及第二側(52、402) ’該導電饋穿體包含： 一個電極(206、310、308、316)，其包埋於陶瓷體(1〇〇、300) 内部； 一個第一導體(208、312) ’其延伸入陶瓷體(100、300)之第 一侧(50、400)且交叉該電極(206、310、308);及 一個第二導體(214、314)’其由陶瓷體(1〇〇、3〇〇)之第二側(52、 402)延伸且交又該電極(2〇6、308、316)。 2.如申請專利範圍第！項之導電饋穿體(11〇、3〇2)，其中該電極(2〇6、 310、308、316)包含多個平行隔開電極(206ι、2〇62、2〇63、2〇04 ' 2065、310,、3102、3103、308、3% ' 3162、3163)，此處該第一 導體(208 ' 312)交叉多個電極，且該第二導體(214、314)交叉多 個電極中之至少一個電極。 3，如申請專利範圍第1項之導電饋穿體(n〇、3〇2)，其中該第一導 體(208、312)為導電貫穿孔(208ι、2的2、3丨2ι、3122)。 4·如申請專利範圍第2項之導電饋穿體(11〇、3〇2)，其中該第二導 體(214、314)包含： 一個搪孔(210)貫穿至少一個電極(206);及 一個導電接聊(214)，其具有延伸部(2_)其位於塘孔(210)内 及導電式固定於搪孔(210)貫穿的至少一個電極(2〇6)。 I III II I I ---^--I--- - ijll — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 4 4 8 2 5 AKCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申清專利範圍 5. 如申請專利範圍帛丄項之導電饋穿體(3〇2>，其中該第一導體叩) 於橫向方向與第二導體pl4)偏位。 6. 如申請專利範圍帛i項之導電饋穿體(11〇)，其中該第一導體⑽) 係沿共通轴對正第二導體(2〗4)。 7. 如申請專利範圍第【項之導電饋穿體(11〇、3〇2)，其中該陶竞體 (100'300)為陶瓷晶圓支撐基座。 8· 一種陶瓷體(100、300)之導電饋穿體(110、3〇2) ’其中該陶瓷體 具有第一侧(50、400)及第二侧(52、402)，該導電饋穿體包含： 第一多數平行隔開電極(206,、2062、2063、2064、2065、31(^、 31〇2、31〇3)包埋於陶瓷體(100、3〇〇)内部； 第一導體(208、312)延伸入陶瓷體(1〇〇、3〇〇)之第一側(5〇、400) 及互連多個電極(206,、2062、2063、2064、2065、310!、3102、3103); 第二多數平行隔開電極(316!、3162、3163)包埋於陶瓷體(1〇〇、 300)内部； 第二導體(2U、3M)由陶瓷體(1〇〇、300)之第二側(52、402) 延伸且交叉第二多數電極中之至少一個電極：及 一條導電路徑(308)包埋於陶瓷體(100、300)内部，其具有第 一端交叉第一導體(208、312)及第二端交叉第二導體(214、314)。 9. 如申請專利範圍第8項之導電饋穿體(110、302)，其中該第一導 體(208、312)為導電貫穿孔(208,、2082、312〗、3122)。 10. 申請專利範圍第8項之導電饋穿體(110、302)，其中該第二導體 (214、314)包含： 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210 X 297公复） — — — — — — —-----------II 訂--------- {請先閱讀-f面之注意事項再填寫本頁) 13 AS B8 C8 D8 452844 六、申請專利範圍 一個搪孔(210)貫穿電極(206!、…2065、316丨、3162、3163)中 之至少一個電極；及 一個導電接腳(214)，其具有延伸部(216)其位於搪孔(210)内 及導電固定於搪孔(210)貫穿之該至少一個電極》 U.申請專利範圍第8項之導電饋穿體(302)，其中該第一導體(312) 係與第二導體(314)沿橫向方向偏位及導電路徑(308)分別交叉第 一及第二導體(312及314)。 12.申請專利範圍第8項之導電饋穿體(11〇、3〇2)，其中該陶瓷體(1〇〇、 300)為陶瓷晶圓支撐基座。 13· —種對含多層陶瓷材料(2〇4,、2042、…2048)之陶瓷體(1〇〇、300) 製造陶瓷饋穿體(110、302)之方法，該包含下列步驟： 提供多層陶瓷材料(2〇七、2〇42、...204s)，此處於選定數目之 該等層頂上網印沉積一個電極(206、308、310、316); 燒结多層(204,、2042、…204s)而固化陶瓷材料及形成陶瓷體 (100、300); 將第一導體(208、3U)成形入陶瓷體(100、300)之第一側(50、 400) ’此處第一導體(2〇8、312)交叉電極(206、310、308);及 將第二導體(214、314)成形入陶瓷體(100、300)至第二侧(52、 402) ’ 此處第二導體(214、314)交叉電極(206、308、316)。 14.如申請專利範圍第13項之方法，其中該形成第一導體(208、312) 之步驟又包含下列步騾： 搪孔入陶瓷體(100、300)之第一側(50'400)而交叉電極(206、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2K) X 297公釐） -------------^ -------訂---I----- (請先閱讀啃面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 452844 A888C8S 六、申請專利範圍 310、308>; 沉積導電材料入孔内而形成介於全部電極間之電連接。 15. 如申請專利範圍第14項之方法’其又包含重叠陶瓷體(ί00、300) 之第一侧(50、400)表面(104)而暴露出孔内導電材料之步驟。 16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該形成第二導體(214、314) 之步驟又包含下列步驟： 搪孔入陶瓷體(100、300)之第二側(52、402)，該孔交又電極 (206、308、316)及將導電接腳(214、324)插入孔内。 Π.如申請專利範圍第13項之方法，其中該第一導體(312)與第二導 體(314)呈橫向偏位。 (請先閱讀-f面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張足度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g ) 15
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