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TWI345285B
TWI345285B TW96136869A TW96136869A TWI345285B TW I345285 B TWI345285 B TW I345285B TW 96136869 A TW96136869 A TW 96136869A TW 96136869 A TW96136869 A TW 96136869A TW I345285 B TWI345285 B TW I345285B
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Kawajiri Tetsuya
Aihara Yasufumi
Fujii Tomoyuki
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Ngk Insulators Ltd
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Description

丄345285 -’ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -本發明’係關於支撐半導體晶圓等基板之基板支撐元 件。 【先前技術】 從以往，在半導體元件之製程中，支撐半導體晶圓等 _ 基板之各種基板支撐元件，有使用例如陶瓷加熱器、靜電 夾頭、附加熱器之靜電夾盤等。 陶瓷加熱器或靜電夾頭等，例如，係根據半導體晶圓 之形狀來在圓盤狀之陶瓷基體中埋設線狀、板狀或是膜狀 的電極。此電極，在陶瓷加熱器中係作為為了將基板溫度 加熱至既疋溫度之發熱體來使用。又，在靜電夾頭，係為 了產生將半導體晶圓吸著固定於基板支撐元件上之庫倫力 或強森·拉維克力來使用。 _ 最近，在半導體元件之製程中，在蝕刻製程，為了更 佳改善钱刻選擇比及蝕刻形狀之長寬比之目的等，有提案 一邊將半導體晶圓冷卻來進行蝕刻，也就是所謂的低溫蝕 刻。除了此蝕刻製程，其他在各種薄膜加工、或是基板的 特性評價中，有必要將載置於基板支撐元件上之半導體晶 圓冷卻之製程逐漸變多。又，在高溫製程被使用之情況中， 也為了在短時間内使基板溫度回到室溫，或是為了在高溫 製程中控制半導體晶圓之内面溫度分布，基板支撐元件被 期望具有冷卻機能。 7066-8925-PF;Ahddub 5 1345285 為了對應如此之需求，有提案將由多孔質陶瓷與充填 金屬之複合材料（複合材）所形成之基礎基體，對於構成基 板支樓元件之基板支撐部之陶瓷基體，使用焊接材來焊 接，而將基礎基體作為散熱片來使用之基板支撐元件（專利 文獻1)。複合材不僅相較於金屬構件可得到較低之熱膨脹 係數，且加工性也良好。 又，有提案將此基礎基體與陶瓷基體壓接之基板支撐 元件之製造方法（專利文獻2)。 【專利文獻1】曰本專利特開平U — iMiOg號公報 【專利文獻2】日本專利特開2〇〇5_1〇11〇8號公報 【發明内容】 【發明所欲解決之課題】 在半導體元件之製程中，基板支撐元件係配設在半導 體元件之製造裝置中可控制氣氛（氣體濃度、氣體壓力 '氣 體溫度等）之處理室内。然後，此載置於基板支撐元件之基 板，在此處理至内在既定之氣氛下，施以餘刻或成膜等處 理。 此基板支樓元件之基礎基體，係如前述，為多孔質陶 究與充填金屬之複合材料，多孔質陶竞之氣孔並非全部被 金屬充填，而僅殘存些微氣孔。因此，為了此㈣或是成 膜等處理而使處理室内為高真空狀態時，即使在基礎基體 之周圍為使其成為氣密而封住’也會有氣體從外部透過殘 存於此基礎基體本身之氣孔來流人處理室内，其結果是處 7066-8925-PF;Ahddub 6 1345285 理室内無法確保充分的密封性。 又’在處理室内基礎基體周圍之封裝，係藉由 封裝手段來進行。由於殘存於基礎基體之氣孔露出於表面 ，部’例如即使氣孔即使沒有與基礎基體内部連通，也有因 ’為〇環等之封裝面的内外連通而使氣體漏出之情況。更 且’由於在基板支撐元件之陶莞基體之熱膨脹係數與基礎 基體之熱膨脹係數之相異，而使基板支揮元件之基礎基體 產生勉曲之情況。此基礎基體之翹曲，會使封裝部之密著 性低下，巾有對藉由上述封裝手段來將基礎基體周圍封裝 有不好的影響之虞。 < 在處理基板時若空氣從外部往處理室内流入，則由於 基板之處理條件變動，而變得難以進行良好的成膜或蝕刻。 因此，本發明係有利於解決上述問題之發明，以提供 可將處理室内保持高真空之基板支撐元件為目的。 【用以解決課題之手段】 φ 本發明之基板支撐元件，其特徵在於包括：一個面為 基板支撐面之板狀陶瓷基體；在與基板支撐面相反的面上 透過接合材來與陶瓷基體接合，在多孔質陶瓷之氣孔内充 填了金屬之氣孔率為超過〇%未滿5%之板狀複合材料基 體；在此複合材料基體之與上述陶瓷基體接合面相反的面 透過接合材來與複合材料基體接合之金屬板。 【發明效果】 根據本發明之基板支撐元件，可控制透過基板支撐元 件之氣體漏出’藉由使處理室保持高真空，而可對基板施 7066-8925-PF;Ahddub 7 1345285 以良好的處理。 【實施方式】 以下’使用圖式來具體說明與本實施形態有關之基板 • 支撐元件。 第1圖係表示與本實施形態有關之基板支携·元件之剖 面圖。第1圖所示之基板支撐元件1，係作為靜電夾頭之 機能之一例。基板支撐元件1，係包括陶瓷基體11。此陶 籲 瓷基體U係大約為圓盤狀，一邊的平面成為載置藉由基板 支撙元件1來吸著固定之基板之基板支撐面llae在此基 板支樓面11a之内部之基板支稽面iia附近，埋設著使靜 電吸著力產生之電極12。在此電極上，為了從電源引導電 力之端子13(無圖示）連接著電極12。 陶瓷基體11係例如由氮化鋁、碳化矽、氧化鋁、氮化 矽以及氮氧化矽鋁（SiAlON)選出至少1種的陶瓷，或者， _ 以這些陶瓷為主成分，而含有適當的副成分之陶瓷來形成 為佳。 在陶瓷基體11上之與上述基板支撐面lla之反對側， 為了使陶瓷基體11容易裝配在圖示上沒有之處理室内，或 疋，為了將陶究基體11從背面冷卻，控制載置於基板支撐 面lla之基板的溫度或面内溫度分布等，而配設了複合材 料基體2卜此複合材料基體2卜係由多孔質陶瓷與充填在 b夕孔質陶究之氣孔中之金屬材料之複合材料而形成，陶 瓷基體11係透過接合材22來接合。在此複合材料基體21 7066^8925-PF；Ahddub 8 1345285 中：別在中央部形成可插入端子13之貫通孔2u :周圍部形成可將複合材料基體21鎖，附固定在圖式上沒 有之處理室之螺孔21b。 適用於複合材料基體21之材料，不僅具有良好㈣傳 並且㈣於作為與_基體膨脹係數㈣之 二：’在多孔質陶究之氣孔内充填了金屬之複合材料基體 21全體之氣孔率未滿5%之複合材料。此氣孔率，雖然命小 愈好，但由於複合材料係在多孔質陶究之氣孔中壓入溶融 金屬來製造’因此難以使氣孔率為零，但適用5%未滿之物。 在氣孔率在5%以上之複合材料’有氣體通過此氣孔大量流 動之虞。 複合材料基體21之多孔質陶究與充填金屬之材料，從 上述之熱傳導率良好且熱膨脹係數接近於陶瓷基體u之 觀點來組合，例如，可使用與陶瓷基體u同種或異種之氧 化鋁、氮化鋁、碳化矽、氮化矽、氮氧化矽鋁（SiA1〇N)等 # 來做為多孔質陶瓷。又，作為充填金屬，耐腐蝕性高、充 填性佳之例如A1或是A1與Si的合金為佳。又，陶竞基體 11若以氮化鋁為主成分之情況或是以氧化鋁為主成分之情 况’作為複合材料基體21’藉由使用碳化石夕與紹之複合材， 陶瓷基體與冷卻構件之熱膨脹係數可良好配合而較佳。複 合材料基體21由於可使熱膨脹係數接近陶瓷基體11，因 此在與陶竟基體11接合後不容易產生翹曲或是在接合部 的剝落。又，由於加工性也良好，因此加工負擔少。更且， 由於充填了金屬，因此顯示較陶瓷單體還高的熱傳導度， 7066-8925-PF;Ahddub 9 < S ) 而可有效率地冷卻陶瓷基體11。 人複合材料基體21與陶瓷基體U係藉由接合材22來接 •合i此接合材22,雖可為以鋁為主成分之焊材，而以包含 .鋁合金且厚度為50〜200//m程度之接合材22來將陶瓷基體 /、複σ材料基體21壓接為佳。藉由壓接，可使伴隨著 藉由溶融固化接合之情況時會發生的毛孔消失，而可得到 良好的接著強度。又，藉由此壓接，可確保在焊接時無法 g 得到之鋁合金層厚度。 藉由使接合材22之厚度，亦即鋁合金層之厚度以在 50 y m以上200 y m以下，可有效減低接合部之殘留於陶瓷 基體11之殘留應力，又，可緩合複合材料基體21之特性 差異。因此，可抑制由於殘留應力所造成之基板支撐面ιι& 之翹曲’改善基板與基板支撐面11a之密著性，而可提高 基板之均熱性。為了使殘留應力有效減低，上述鋁合金層 之厚度以在lOO^m以上15〇7ζιη以下之範圍為佳。 _ 又’在接合材22具有50/zm以上之厚度的情況，即使 複合材料基體21之面内方向存在著熱傳導率的差異，由於 此接合材22在面内方向具有高熱傳導率，因此可抑制由於 複合材料基體21之差異所造成的影響。又，在接合材22 具有50 ym以上厚度之情況，藉由接合材22之鋁合金的塑 性變形能’也可減低接合材22之強度差異。 又’接合材22為改善對於陶瓷基體11之濡濕性，除 了鋁合金以外’以含有鎂、鈦、锆及铪之至少1種金屬為 佳。又，由於這些添加金屬若含有太多則接合材22之耐蝕 7066-8925-PF;Ahddub 10 1345285 -· 性惡化，因此以〇. 3wt%以上5. Owt%以下之含有量為佳。 又，在鋁合金中’也可更添加矽或硼，藉由此，可使液相 線溫度降低。矽或硼之添加量，為了防止耐蝕性惡化，以 在20wt%以下為佳，而以在卜12wt%更佳。 % 然後，在本實施形態之基板支撐元件丨，與前述複合 材料基體21之與上述陶兗基體合相反的面側，配設 金屬板31 ’此金屬板31與複合材料基體21係透過接合材 _ 32來接合。在此金屬板31上，形成著與複合材料基體η 之貫通孔21a相連之孔31a，可插入端子13。此金屬板31 之另外一面，係與處理室之封裝構件接觸，維持基板支撐 元件1附近的處理室之氣密。 第2圖係表示本實施形態之基板支撐元件丨被裝配在 處理室内之剖面圖。又’在第2圖，關於與第】圖同、樣的 構件，係賦予同一符號，在以下說明對於這些構件省略重 複的說明。 • 第2圖所示處理室40,係具有收容基板支撐元件 下部領域41與包覆基板支撐元件1之上部領域42，在此 下部領域41與上部領域42之接觸部分，配設著封裝構件 43,藉由此封裝構件43使接合部為氣.密。又，在下部領域 41之底面中央附近，為使基板支撐元件1之端子a與外 部電源導通而形成了開口 41a。為使基板支撑元件i端子 13與此開口 41 a對向，基板支樓元件i係配設於下部領域 41之底面上，藉由在複合材料基體21之螺孔21b中裝入 螺絲23 ’來與下部領域41鎖附固定。為防止外部氣體（空 7066-8925-Pp；Ahddub 11 丄 n p叩》- wa之周圍之 在下部領域41之底面盘υ & ς 低囬〇鱼屬板31之内面之間，配設 装構件4 3，藉由jf封_棋从> ' ^ 藉由此封裝構件43而使開口 41a附近 密。此封裝構件43，係例如 ,. ^ τ㈧斯马0環。在處理室4〇，枣配 無圖：之氣體供給源及氣體抽引泵浦，而可使處理… 之氣氛（氣體濃度、真空度等）成為既定值。
關於在開口 41a附近使處理室4〇為氣密，以往之基板 支禮元件，不包括與本發明有關之基板支撑元# ι之金屬 板3卜因此’在以往之基板支禮元件，係藉由封裝構件43 來封裝相當於複合材料基體21之部分與處理室4〇之下部 領域41之底面。然而’相當於此複合材料基體21之部分 由於氣孔不可避免的殘存著，即使藉由封裝構# 43來封 裝，仍有外部空氣通過此氣孔流入處理室4〇内。
氣）從此開口 41a流入處理室4〇内，在 又，複合材料基體21與陶瓷基體n，雖然使其熱膨 脹係數相近，但由於熱膨脹係數並非相同，因此在以往之 基板支撐元件，有發生起因於熱膨脹係數差之複合材料基 體21之翹曲。此複合材料基體21之翹曲，有對處理室 之開口 41a附近之封裝有造成不好的影響之虞。 相對於此’與本發明有關之基板支撐元件1，由於不 含有氣孔之塊狀金屬板31透過接合材32而與複合材料基 體21接合，因此在封裝構件43之周圍氣孔完全被封住。 因此，可防止空氣通過此氣孔流入空氣處理室4〇,而可確 保處理室40之充分的密封性。 而且，對於此金屬板31，藉由使用熱膨脹係數與陶究 7066-8925-PF;Ahddub 12 基體11相同或是近似的 _ 材枓，而可抑制複合材料基體21 之翹曲。廷點可更進一步 的祆咼處理室40之開口 41a附近 之抢封性。 由以上，為製造丰邕 牛導體元件而使用基板支撐元件1 時’可在安定且良好 * 的乳巩來對載置於基板支撐元件1之 基板施以成膜或蝕刻等處理。 金屬板31，從塞住複合 他口何抖基體21之氣孔的觀點來 看，，、要疋塊體的板狀即可， J 再材料並沒有限制，但從抑 制複。材料基體21之翹曲的觀點來看，由與陶瓷基體u t熱膨脹係數相同或熱膨脹係數的差小之金屬材料來形成 較佳。 二體11由適合做為靜電夾頭或陶瓷加熱器或晶 圓承載器之材料之以氮化紹為主成分之陶究來形成之情況 時：金屬板31為具有與此氮化鋁之熱膨脹係數相近之熱膨 脹係數的ϋ絲為佳。χ，除了㈣m卜，與氮化銘熱 膨脹係數相近之錯或鱗也可適用於金屬板3卜 、 陶瓷基體11，由適合做為靜電夾頭或陶瓷加熱器 或晶圓承載器之材料之以氧化鋁為主成分之陶瓷來形成之 清況時金屬板31為具有與此氧化鋁之熱膨脹係數相近之 熱膨脹係數的鈦或鈮或其合金為佳。又，除了鈦或鈮以外， 與氧化鋁熱膨脹係數相近之鉑或鈀也可適用於金屬板Μ。 陶究基體11若為藉由氮化鋁或氧化鋁以外的成分為 主成分之陶瓷來形成之情況，則以使用具有與該陶瓷之熱 膨脹係數相近之熱膨脹係數之金屬材料為佳。 7066-8925-PF;Ahddub 13 1345285
金屬板31與陶瓷基體11之熱膨脹係數差，具體而言， 以在1. 0x10 6/K以下為佳°藉由此熱膨脹係數之差在1. 〇χ 10-VK以下’而可充分抑制輕曲。特別是，藉由熱膨脹係 數差在0.5x10 /Κ以下’雖然與複合材料基體21之尺寸或 材質也有關，但可更進一步地將翹曲抑制在1〇〇以m以下。 如此之l.OxlO-VK以下之熱膨脹係數差，在前述之陶瓷基 體U係'由以I化銘為主成分之陶€來形成之情況，金屬板 31藉由以鉬或鈷為主成分，並調整其他成分之含有量而可 實現。 金屬板31之厚度，為得到塞住複合材料基體21之氣 孔’抑制翹曲的效果’以在〇.2mm以上為佳。金屬板^之 厚度上限，由上述效果來看並沒有特別限定，但加厚至3删 以上其效果也不會改變。考量合属 5里金屬板之加工性或製造成本 4 ’以在10mm以下為佳，3mm以下更佳。 金屬板31之大小及平面型肤主 ^ ^ 丨塞住複合材料基
=之氣孔的效果，至少在封裝構件43之附近領域配置 金屬板31即足夠，從此觀點來看也可為與做為封 43之0環接觸之圓環狀1而，從_以 之翹曲的觀點來看’對於複合材： 内面全體接人 著金屬板31為佳，因此金屬板31，係以與複合材料義二 21幾乎同樣的大小、形狀為佳。 / 土 接觸之面的表面粗度為中 ，可更進—步提高密封性 金屬板31，與封裝構件43 心線平均粗度Ra為0.8#m以下 而為佳。 7066-8925-PF；Ahddub 14 1345285 - 冑金屬板31與複合材料基體接合之接合材3 使用與前述將㈣基體u與複合材料基體21接合之接合 材同樣的材料…亦即’此接合材32也可為以鋁為主成分： =材’但以包含紹合金之厚W㈣程度之接合材32來 接複合材料基體21與金屬板31者為佳。藉由壓接，可 使伴隨著藉由溶融固化來接合之情況時會發生的毛孔消 失’而可得到良好的接著強度…·藉由此壓接，可確保 _ 在焊接時無法得到之鋁合金層厚度。 第1圖所示之實施形態之基板支撐元件1，係表示靜 電夾頭之例。因此，埋設於陶瓷基體u之電極Μ，係為 了使靜電吸著力產生之電極。作為電極12，例如可使用鉬 或鎢等高溶點金屬，其形態並沒有特別限定，除了由金網 (網格）等之塊體金屬所形成之電極以外，也可使用藉由將 ;狀之金屬印刷、乾燥、燒成而形成之膜狀電極。又，使 金屬塊體電極做為埋設電極之情況時，由於也可將電極 • 12作為發高頻電漿產生用電極來使用，因此作為電漿蝕刻 或尚頻濺鍍以及電漿CVD等時所使用的基板支撐元件，特 別為佳。又，電極之平面形狀，並不限定於單極型之電極， 也可為雙極電極等分割為複數之物。 本發明之基板支撐元件，並不限定於第1圖所示之靜 電央頭之例。例如’也可為附加熱器之靜電夾頭或是陶瓷 加熱器、晶圓承载器的例。在這些例的情況’電極1 2係分 別為對應各別用途之電極。 接著’對於與本實施形態有關之基板支撐元件1之製 7066-8925-PF;Ahddub 15 1345285 造方法之一例來說明❶首先，分別製作準備陶瓷基體i工、 複合材料基體21以及金屬板31。 為製作陶瓷基體11，將氮化鋁等陶瓷原料粉，與氧化 紀（Y2〇3)、二氧化矽（Si〇2)、氧化鋁（A12〇3)等助燒結劑的原 料粉，以既定配合比調合，用罐磨或球磨等來混合。混人 為濕式或乾式皆可，若使用濕式之情況，混合後進行乾燥， 而得到原料混合粉。在此之後，使用原料混合粉直接或是 添加黏結劑來造粒之物來進行成形，例如得到圓盤狀的成 形體。成形方法並沒有限定，可使用各種方法。例如，可 使用模具成形法、CIp(冷均壓）法、鑄漿成形法等方法。更 且，將所得到之成形體，使用熱壓法或是常壓燒結法等， 氮化銘之情況為在@ 1700°C'約1_°C、氧化紹的情況為 在，力1600 C、氮氧化矽鋁之情況為在約17〇(Γ(：〜約丨別〇 c、氮化矽之情況為在約2〇〇〇<t〜22〇(rc燒成，製作燒社 體。 m 人’隹製作靜電夾頭或是 ”、、«V/+、仰^ 兀件1之情況’在成形製程中，埋設既定的電極。例如 電夾頭的情況，為由金屬塊體所形成之開孔之面狀的 極’更佳的情況是’將網(金網)狀電極埋設於原料粉中 ^，製作加熱器之情況，同於靜電夾頭，埋設線圈狀、 ，狀等加工為既定形狀之金屬塊體。任―種電極皆以使j 例如鉬或鎢等高溶點金屬為佳。 又’作為靜電夾頭之電極，也可使用將糊狀之金屬辜 尸刷、乾燥、燒成來形成之膜狀電極。在此情況，在择 16 7066-8925-PF;Ahddub 1345285 究之成形體之成形製程中，例如，製作成為成形體之一部 刀之2張圓盤狀之生胚薄片，在其一方表面上印刷糊料狀 之金屬電極，夹著此電極，將另一方之生胚薄片層積，來 製作生胚薄片層積體（亦即，成形體），將此生胚薄片層積 體燒成也可。如靜電夾頭或是加熱器，有在陶瓷基體11内 部埋設電極之情況，燒成後，施以從燒結體之埋設電極之 電極拉出端子13用之孔加工。 複合材料基體21，係使用熱膨脹係數與陶瓷基體相近 之金屬與陶瓷之複合體。特別是A卜Si燒結合金、Ai_SiC 複&體A1-Si-SiC複合材等為佳。這些也可購入市售品， 若是製作的情況，首先製作多孔質陶瓷體。將陶瓷粉末成 形後，藉由在較通常還稍低之燒成溫度燒成來製作例如氣 孔率為10%〜70%之多孔質陶瓷。對於此多孔質陶瓷，流入 溶融A1，在多孔質陶瓷中使溶融M含浸。藉由此，氣孔 率成為未滿5%。為改善溶融A1之濡濕性，也可含有Si或
Mg等。為了將如此所得到之複合材料作為複合材料基體 來使用’機械加工成既定形狀。 金屬板31 ’可使用既定之成分組成、厚度之市售品。 接著’同時進行陶瓷基體11與複合材料21之接合， 以及複合材料基體21與金屬板31之接合。在此接合製程， 係將約50从m〜200 #m厚之A1合金薄片分別插入陶瓷基體 11與複合材料基體21之間，以及，複合材料基體21與金 屬板31之間。之後，在13 3Pa(01T〇rr)以下的真空將 A1合金板片在鋁合金之固相線溫度Ts〇c以下，較低3〇 17 7066-8925-PF；Ahddub 1345285 C的溫度（Ts-30)以上的加熱條件來加熱。藉由將接合時的 溫度條件設定在上述範圍内，不僅A1合金薄片溶融，且可 在幾乎維持初期的厚度的狀態下’進行主要藉由機械的屢 接之接合。例如，作為接合材22、32，使用包含1〇紂％以， 1.5wt%Mg之鋁合金之情況，由於幻合金的固相線溫度κ 為56(TC，因此接合時之加熱條件為5〇〇t>56(rc，而以設 定在530°C ~56(TC更佳。
在加熱溫度幾乎安定時，在接合面進行略垂直之一轴 方2向的加壓。加壓荷重為4, 9MPa〜19· 6Mpa(5〇〜2〇〇kg" cm )。固液狀態之A1合金，係藉由施加上述加壓荷重，來 將陶究基體η與複合材料基體2卜或是複合材料基體21 與金屬板31來強固接合。 在此接合製程中，由於A1合金薄片不會成為溶融狀 態’因此沒有在溶融後之固化所產生之巢狀（毛孔），實質 上之接合面積相較焊接之情況可更廣泛。因此，可改盖 合層之接著強度。又，在上述接合方法令，由於M合：薄 片之厚度在接合後也幾乎可維持’因此可形成5。“以上 …也可在接合前在成為接合面之陶竟基體 上預先形成金屬薄膜等。 【實施例】 、下對於本發明之實施例及比較例來說明。 首先’製作具有由氮化紹形成之靜電夹頭機能之 基體。亦即’在藉由還原氮化法來得到之氮化飽粉 添加丙稀系樹脂黏結劑，藉由喷霧造粒法來製作顆* 18 7〇66-8925*PF;Ahddub 1345285 - 用模具將此顆粒進行一軸加壓成形。又，在此成形時’在 成形體中埋設板狀之網狀電極之Mo塊體電極。將此成形體 熱壓燒成’製作一體燒結品。又，熱壓時之壓力為 200kgf/cm2，燒成時，以HTc/h之升溫速度使溫度上升至 最高溫度之1900°C ’以此最高溫度條件保持1小時。如此， 製作30 0mm ’厚10mm之圓盤狀氮化鋁陶瓷基體。又，在 燒成後之陶竟基體上’在從中心轴之半徑9 Ojjjjjj之圓弧_上3 處形成外徑φ 5mm之貫通孔。 ® 複合材料基體，係將粒徑為50/zm〜lOO/zm之碳化石夕 (Si C)粒子使用一軸壓著來成形後，將此成形體在氮氣氣氛 中’以1900C~2200C之溫度條件來進行燒成。如此，得 到氣孔率約30%之多孔質SiC燒結體。在此siC燒結體中， 使溶融之紹（矽）合金含浸’藉由對該含浸條件做各種變 更’而仔到各種全體氣孔率相異之複數的複合材料。將此 複合材料分別加工為外徑φ 350mm，厚15mm之圓盤狀，更 •且， 藉由開孔加工’在與陶瓷基體相同位置上設置沪5mm 之貫通孔。 又，作為金屬板，準備由鉬或鈷所形成之外徑炉為 300mm之由各種厚度所形成之複數的金屬板。金屬板之與 封裝構件接觸的面之表面粗度為，中心線平均粗度Ra在 0. 8 m 以下。 又’作為接合材，準備包含10wt%Si與1.5wt%Mg之 A1合金所形成之厚度為l2〇em之A1合金薄片二片，—片 配合陶瓷基體之接合面及形狀，在切割加工成為外經切 7066-8925-PF;Ahddub 19 '3〇〇mm之同時，也同樣切出貫通孔部分。另-片係配合金 屬板之接合面及形狀，在切割加工成為外徑p3〇〇mm之同 時’也同樣切出貫通孔部分。將切出加工後之A1合金薄 片，分別各插入陶兗基體與複合材料基體之間，以及複合 材料基體與金屬板之間，在氣氛氣壓lxl(r4T〇rr(i 33>< l〇'2Pa)，一軸加壓壓力100kgf/cm2(9 8xl〇6pa)之條件進行 壓接。此時之溫度條件為，A1合金之固相線溫度（Ts)56〇 °c以下’固相線溫度（Ts)_3(rc以 對於如此所得到之基板支撐元件，對於複合材料基體 之氣孔率、金屬板之種類及厚度、裝配在處理室内時之密 封性之關係作了調查。此密封性調查之要領，係使用第3 圖來說明。第3圖係密封性之調查方法之說明圖，第3圖 中與第1圖及第2圖相同之構件係賦與相同的符號。 如第3圖所示，基板支撐元件j係裝配於處理室4〇 内。在此處理室40之下部領域41之開口 41a附近，配設 • 著收容氦氣之氦氣容器51，以及與此氦氣容器51連接、 對於上述開口 41a放出氦氣氣體之喷搶52。又，在處理室 40之下部領域41之側壁上，裝配氦漏出檢測器53，成為 可測定處理室40内之氦量。 將處理室40内藉由無圖示之泵浦排氣而成為高真空 之狀態下’在開口 41a附近’從連接於氦氣容器51之喷搶 52吹出氦氣體之同時’藉由氦漏出檢測器53來檢測處理 室40内之氦氣體量’調查氣體是否從此開口 “a流入處理 室40内（氣體是否漏出 20 7〇66-8925-PF；Ahddub 1345285 調查結果示於表1。 表1 複合材料基體 φ350x15mm 金屬板（P 300mm) 特性結果 氣孔率 (%) 種類一厚度 (mm) 密封性 (Pa · m3/sec) 實施例1 4.8 Mo—0. 5mm 未滿lxl (Γ9 實施例2 4.8 Kovar—0. 5mm 未滿lxl 0_9 實施例3 3 Mo—0. 5mm 未滿1x1 (Γ9 實施例4 1 Mo—0. 5mra 未滿1χ10_9 實施例5 0.01 Mo—0. 5mm 未滿1χ10_9 比較例1 10 無 無法測定 比較例2 5 無 無法測定 比較例3 4.8 無 無法測定 比較例4 3 無 無法測定 比較例5 1 • 無 無法測定 比較例6 0.01 無 無法測定 比較例7 10 Mo—0. 5mm 無法測定 比較例8 5 Mo—0. 5mm 無法測定 比較例9 5 Kovar—0. 5ram 無法測定 如表1可知，複合材料基體之氣孔率未滿5百分比， 且，設置了金屬板之實施例1〜5，對於處理室内之氦氣氣 體之漏出量為未滿1 xl (T9Pa · m3/sec，得到良好之密封性。 相對於此，不包括金屬板之基板支撐元件之比較例1 ~6， 不管複合材料基體之氣孔率是多少，在密封部皆有間隙， 漏出以高精度之氦氣漏出檢測器無法測定之程度的大量氦 氣。又，複合材料基體之氣孔率在5%以上之比較例7 ~9， 即使在基板支撐元件設置了金屬板，也由於有氣孔互相連 通之部分，而通過此氣孔大量漏出氦氣體。 接著，對於各基板支撐元件，調查使用氣孔率為1%而 在40°C ~55 0°C之熱膨脹係數為各種值之複合材料基體之情 7066-8925-PF;Ahddub 21 1345285
況之’與由氮化鋁所形成之陶瓷基體（熱膨脹係數為5〇χ 10_6/Κ)之熱膨脹係數的差、金屬板之種類及厚度、裝配於 處理室内時之密封性、與複合材料基體之翹曲量之關係。 又’複合材料基體之熱膨脹係數之調整，係藉由將複合材 料之Al-Si-SiC複合體之Α1量與SiC量之比率做各種變更 來進行。調查之結果示於表2。 表2 複合材料機體 金屬板 (ψ 300mm) 特性結果 φ350χ15πυη :氣孔率 1% 40~550°C 之 熱膨脹係數 (1/K) 與陶瓷基體之 熱膨脹差 (xlO'VK) 種類一厚度 密封性 麵曲量 (mm) (Pa · ra3/sec) C^ra) 比較例10 3.5χ1(Γ6 1.5 無 無法測定 570 實施例6 6. 5x10'6 1.5 Mo—0. 5mm 9x10'9 340 貫施例7 4.5x106 0.5 Mo—0.1mm 6x10'9 300 實施例8 Γ Θ.ΟχΙΟ'6 1.0 Mo—0. 5mm 未滿1χ10_9 220 實施例9 4. Oxl 0'6 1.0 Mo—0. 5mm 未滿lxl0_g 200 實施例10 4. 5x10'6 0.5 Mo- 0, 2mm 未滿1x10—9 100 實施例11 5. 5x10"6 0.5 Mo—0. 5mm 未滿1x1 (Γ9 60 實施例12 4. 5x10-6 0.5 Mo—0. 5mm 未滿1x1 (Γ9 50 實施例13 4. 5x10'6 0.5 Mo—3. 0mm 未滿1x1 (Γ9 30 實施例14 5. Oxl0'6 0 Mo—0. 5mm 未滿1χ10_9 10 由表2可知，基板支撐元件不包括金屬板，且熱膨脹 係數差為較1. 0x10 VK大之比較例1〇，在複合材料基體上 會產生大的翹曲而在密封部產生微觀的間隙或是密著不 良，而漏出咼精度氦氣漏出檢測器無法測定的程度之大量 氛氣°從實施例6可知’特別是在金屬板厚度為0.5mm以 上，即使熱膨脹係數差為5χ1〇_6/κ，也可保持良好之密 封性。 7066-8925-PF;Ahddub 22 1345285
更且，若熱膨脹係數差為10xl(rVK，金屬板厚度為 〇. 5mm之實施例8及實施例9較實施例6、7 又 結果，可得到更良好之密封性。亦即，即使熱=數: 大至1. Oxl〇-6/K，在包括根據本發明之金屬板之情況時， 可抑制翹曲而得到良好之密封性。更且，藉由使金屬板之 厚度為0. 2mm以上，而可得到更良好之密封性。 熱膨脹係數差為0.5xl〇_6〜0/κ，金屬板之厚度為〇 5咖 之實施例10~14，相較於實施例8、9，翹曲更小，而可得 到更良好之密封性。特別是，熱膨脹係數差為〇/κ之實施 例14’與實施例10〜13相比翹曲更小，尺寸精度特別良好。 接著，製作由氧化鋁所形成之陶瓷基體取代具有靜電 夾頭機能之陶兗基體材料，進行同於上述使用由氮化鋁所 形成之陶瓷基體之基板支撐元件之實施例之調查。 由氧化鋁所形成之陶瓷基體之製作，係從前述由氮化 鋁所形成之陶竞基體之製作法以氧化鋁來取代而同樣進 行。亦即，在氧化鋁粉末中，添加丙烯系樹脂黏結劑，藉 由喷霧造粒法來製作顆粒。使用模具將此顆粒進行一軸加 壓成形。將此成形體熱壓燒成，製作一體燒結品。又，熱 壓時之壓力為200kgf/cm2 ’燒成時，以i〇°c /h之升溫速产 使溫度上升至最高溫度之1 700t，以此最高溫度條件保^ 1小時。如此，製作p 300min，厚10mm之圓盤狀氧化鋁陶 瓷燒結體。在此氧化鋁燒結體之主面上以網版印刷法形成 電極。電極係由具有20%之氧化鋁粉末之Wc粉來形成。接 著，將氧化鋁圓盤設置於模具中，在形成電極的面上鋪上 7〇66-8925-PF;Ahddub 23 1345285 氧化鋁顆粒，加壓成形。將此成形體與燒結體之組合體以 熱壓法燒成而作成氧化鋁陶瓷基體。又，在燒成後之陶瓷 基體上，在從中心轴之半徑90匪之圓弧上3處形成外徑妒 5 mm之貫通孔。 複合材料基體係使用同於先前所述之實施例之物。 作為金屬板，準備由鈦或鈮所形成之外徑屮為300關 之由各種厚度所形成之複數的金屬板。金屬板之與封裝構 件接觸的面之表面粗度為，中心線平均粗度Ra在0. 8 a m 以下。 接合材係使用與先前所述實施例相同之A1合金薄片。 對於如此所得到之基板支撐元件，對於複合材料基體 之氣孔率、金屬板之種類及厚度、裝配在處理室内時之密 封性之關係作了同於先前所述實施例之調查。此調查結果 示於表3。 表3 複合材料基體 ^350x15rara 金屬板（P 300mm) 特性結果 氣孔率 (%) 種類一厚度 (mm) 密封性 (Pa · m3/sec) 實施例15 4.8 Ti —0. 5mm 未滿lxl(T9 實施例16 4.8 Nb—0. 5mm 未滿1χ10_9 實施例17 3 Ti —0. 5mm 未滿lxl(Tg 實施例18 1 Ti —0. 5mm 未滿lxl(T9 實施例19 0.01 Ti —0. 5mm 未滿lxl(T9 比較例11 10 無 無法測定 比較例12 5 無 無法測定 比較例13 4.8 無 無法測定 比較例14 3 無 無法測定 比較例15 1 無 無法測定 7066-8925-PF;Ahddub 24 1345285 比較例16 0.01 無 無法測走~~ 比較例17 10 Ti —0. 5ram 無法測定 比較例18 5 Ti —0. 5mm 無法測定 比較例19 5 Nb—0. 5mm 無法測定 如表3可知，複合材料基體之氣孔率未滿5百分比， 且’設置了金屬板之實施例15〜19，對於處理室内之氦氣 氣體之漏出量為未滿lxlO-9Pa . m3/sec，得到良好之密封 性°相對於此，不包括金屬板之基板支撐元件之比較例 11〜16’不管複合材料基體之氣孔率是多少，在密封部皆有 間隙’漏出以高精度之氦氣漏出檢測器無法測定程度的大 量氦氣。又’複合材料基體之氣孔率在5%以上之比較例 17 19’即使在基板支樓元件設置了金屬板，也由於有氣孔 互相連通之部分，而通過此氣孔大量漏出氦氣體。 接著’對於包括由氧化鋁所形成之陶瓷基體之各基板 支撐兀件，調查使用氣孔率為1%而在4〇<>c〜55(rc之熱膨脹 係數為各種值之複合材料基體之情況之，與由氮化鋁所形 成之陶瓷基體（熱膨脹係數為7. 2><1〇-6/1〇之熱膨脹係數的 差、金屬板之種類及厚度、裝配於處理室内時之密封性、 與複合材料基體之翹曲量之關係。又，複合材料基體之熱 膨脹係數之調整，係藉由將複合材料之M_Si_SiC複合體 之A1呈與SiC里之比率做各種變更來進行。調查之結果示 於表4。 7066-8925-PF;Ahddub 25 1345285 表4 複合材料機體 金屬板 (ψ 300mm) 特性結果 </)350xl5ram :氣孔率 1% 40 〜550°C 之 熱膨脹係數 (1/K) 與陶瓷基體之 熱膨脹差 (xlO'VK) 種類一厚度 密封性 輕曲量 (mm) (Pa · m3/sec) (μπι) 比較例20 5.7xl〇-6 1.5 益 無法測定 570 實施例20 8.7xl0'6 1.5 Ti — 0. 5ram 9x10'9 340 實施例21 6.7x10'6 0.5 Ti —0. lram 6x10'9 300 實施例22 8.2x10'6 1.0 Ti — 0. 5mm 未滿1χ1(Γ9 240 實施例23 6.2x10'6 1.0 Ti — 0. 5mm 未滿1χ1(Γ9 190 實施例24 6.7χ10'6 0.5 Ti —0. 2刪 未滿1χ1(Γ9 120 實施例25 7.7x10-6 0.5 Ti — 0. 5mm 未滿1χ1(Γ9 70 實施例26 6.7x10'6 0.5 Ti —0. 5ram 未滿1χ1(Γ9 55 實施例27 6. 7x1 Ο·6 0.5 Ti — 3· Omm 未滿1χ1(Γ9 32 實施例28 7. 2x10'6 0 Ti — 0. 5mm 未滿1χ10_9 15 由表4可知，基板支撐元件不包括金屬板，且熱膨脹 係數差為較1. Oxl (Γ6/Κ大之比較例20，在複合材料基體上 會產生大的翹曲而在密封部產生微觀的間隙或是密著不 良，而漏出高精度氦氣漏出檢測器無法測定的程度之大量 氦氣。從實施例20可知，特別是在金屬板厚度為0. 5ππη以 上，即使熱膨脹係數差為1. 5x1 0_6/K，也可保持良好之密 封性。 更且，若熱膨脹係數差為1. 0x1 0·6/Κ，金屬板厚度為 0. 5mm之實施例22及實施例23較實施例20、21之翹曲小， 其結果，可得到更良好之密封性。亦即，即使熱膨脹係數 差大至1 · 0X1 (Γ6/Κ，在包括根據本發明之金屬板之情況 時，可抑制翹曲而得到良好之密封性。更且，藉由使金屬 板之厚度為0 · 2mm以上，而可得到更良好之密封性。 7066-8925-PF；Ahddub 26 1345285 - 熱膨脹係數差為〇·5χΐ〇-、〇/κ，金屬板之厚度為〇.5mm 之實施例24~28，相較於實施例22、23，翹曲更小，而可 得到更良好之密封性。特別是，熱膨脹係數差為〇/κ之實 施例28，與實施例24〜27相比翹曲更小，尺寸精度特別良 好》 一般而言，使在多孔質陶瓷之氣孔内充填金屬之複合 材料之熱膨脹係數完全安定而製造是不簡單的，又，使氣 孔率為0%也更是困難，在製造上的良率很低。即使在此情 _ 況，若根據本發明，可對於基板支撐元件賦予安定的密封 性，對於產業上有甚大的貢獻。 在2006年10月6日對美國專利商標局申請之申請號 碼60/828409號之全部内容，在此適用。 以上，根據實施形態及實施例來說明本發明之基板支 撐兀件以及其製造方法，但本發明並非限定於這些實施形 態及實施例之記載。該業者可知道可做各種改良以及變 φ 更。上述實施形態及實施例為例示，只要是與本發明之申 請專利範圍所記載之技術思想實質上具有相同的構成，達 到同樣的作用效果者，不論為何，皆包含在本發明之技術 範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖係表示與本實施形態有關之基板支撐元件之剖 面圖。 第2圖係表示本實施形態之基板支撐元件裝配在處理 27 7066-8925-PF;Ahddub 1345285 室内之剖面圖。 第3圖係漏出性之調查方法之說明圖。 【主要元件符號說明】 1〜基板支樓元件， 11〜陶瓷基體； 11a〜基板支樓面； 21~複合材料基體； 2la〜貫通孔； 21b~螺孔； 22〜接合材； 2 3〜螺絲； 31〜金屬板； 32〜接合材； 41 ~下部領域； 41a~開口； 42~上部領域； 43~封裝構件； 51〜氦氣容器； 52〜喷搶； 5 3 ~氦漏出檢測器。 7066-8925-PF;Ahddub 28

Claims (1)

1345285 ‘ 第 096136869號 • 十、申請專利範圍： 个年 «-- 日修正替換K 100年5月9曰修正替換頁 1. 一種基板支樓元件，包括： 板狀陶曼基體，一個面為基板支擇面； 板狀複合材料基體’在與基板支撐面相反的面上透過包含鋁 合金且厚度為50〜200 # m程度之接合材來與該陶瓷基體接合，該 板狀複合材料基體包含多孔質陶瓷，該多孔質陶瓷之氣孔内充填 了金屬，且該複合材料基體之氣孔率大於〇%但未滿5% ;以及 金屬板，在該複合材料基體之與該陶瓷基體接合面相反 的面透過含鋁合金且厚度為50〜200 #m程度之接合材來與該 複合材料基體接合； 其中（1)該陶瓷基體係以氮化鋁為主成分之陶瓷形 成，且該金屬板係從鉬或K0VAR之至少一種的金屬材料來 、 形成，或者 (2)該陶瓷基體係以氧化鋁為主成分之陶竞形成，且 該金屬板係從鈦或鈮或其合金之至少一種的金屬材料來形 成； / 其中該金屬板與該陶瓷基體之熱膨脹係數差在 1(Γ6/Κ 以下； .乂 其中該複合材料基體之該多孔質陶瓷之組成材料 化銘、碳化石夕或氮氧化石夕; 其中該金屬板之厚度介於0.2關與3mra之間。 7066-8925-PFl;Ahddub 29
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