TWI386383B - 氮化鋁燒結體 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種在電路基板及半導體生產裝置零件中使用之氮化鋁燒結體。具體而言，本發明係關於一種適合用作一用於加熱半導體之晶座及類似物之氮化鋁燒結體。
習知上，由於氮化鋁燒結體的高熱傳導性及熱膨脹係數相對地接近矽之熱傳導性及熱膨脹係數，所以已運用於電路基板及類似物。再者，已建議將氮化鋁運用在用於檢驗半導體晶圓的針測器(prober)以及用於加熱半導體晶圓的加熱器，藉此在半導體晶圓上形成導體膜、絕緣膜及光阻膜，以用於蝕刻半導體晶圓及類似物。在這些領域中，半導體晶圓的溫度分佈顯著影響產品特性。由於需要使半導體晶圓表面上的溫度分佈儘可能均勻，因而使用具有相對高熱傳導性的氮化鋁。
例如，在日本專利特許公開申請案第Hei 11－74064號中，在陶瓷(例如，氮化鋁)上網版印刷一金屬膏劑(例如，鎢或鉬)，藉以當做一電阻加熱體。接著進行燒結，而產生一已嵌入一電阻加熱體的晶圓加熱裝置。
然而，在此類型晶圓加熱裝置中，使用網版印刷法將金屬膏劑塗佈至該陶瓷，但是由於該陶瓷有細孔存在，所以在印刷期間圖案可能被塗污且可能形成針孔。再者，當細孔存在於該陶瓷中時，該電阻加熱體所產生之熱傳輸受阻擾於晶圓黏著表面，因此降低該晶圓的溫度分佈均勻性。
本發明的目的是克服如上文所述之問題，並且提供一種藉由最小化該氮化鋁燒結體中之細孔而具有優異熱均勻性之晶座。
在本發明之氮化鋁燒結體中，錫含量及硫含量受到控制，促使錫含量及硫含量不超過一固定量。在一種具有氮化鋁作為主要組份之氮化鋁燒結體中，該氮化鋁燒結體中之該錫含量不超過50 ppm且該硫含量不超過100 ppm。
較佳方式為，在該氮化鋁燒結體中形成一電阻加熱體，並且較佳方式為，使用該氮化鋁燒結體擬作為一半導體加熱單元。
根據本發明，藉由控制一氮化鋁燒結體中之錫含量及硫含量成為不超過預先決定量，就得以最小化該氮化鋁燒結體中之細孔。一種其中一電阻加熱體係形成在一含很少數細孔之氮化鋁燒結體中的陶瓷加熱器提供優異的熱均勻性。再者，一種具有少數個細孔之氮化鋁燒結體提供優異的耐腐蝕性。藉由使用此類型氮化鋁燒結體作為一半導體製造裝置中的一半導體加熱單元，提供高度熱均勻性及可靠度，並且長期使用成為可能且效能不會惡化。
一般而言，在一氮化鋁(AlN)燒結體中，在某種程度上，細孔係存在於內部及表面上。當藉由網版印刷法將一電阻加熱體電路塗佈至該氮化鋁燒結體上時這些細孔可(例如)導致塗污電路圖案及針孔。再者，甚至在印刷期間不會發生塗污及針孔形成，於該氮化鋁燒結體之燒結期間，存在於表面上的細孔破裂，因而導致電路中的裂縫。再者，即使一電阻加熱體被形成在一成形體(例如，一氮化鋁胚片(green sheet))上，且進行燒結，細孔將存在於該氮化鋁燒結體內部及具有該電阻加熱體的邊界表面上。再者，當一線圈(例如，一鉬線圈)被嵌入於氮化鋁粉劑中且進行燒結以形成一電阻加熱體電路時，細孔將存在於該氮化鋁燒結體中及具有該線圈的表面上。
陶瓷燒結體通常係運用於半導體製造裝置及檢驗裝置中使用的晶座(晶圓支撐體)中，並且通常使用形成為具有電阻加熱體的氮化鋁燒結體，如上文所述。在半導體製造裝置及檢驗裝置中，一晶圓被加熱且施行各種作業及檢驗，而且，由於該晶圓上的溫度分佈影響晶圓特性及良率，所以提供均勻的溫度分佈非常重要。
結果，為了達成熱均勻性至至少一固定程度，使用模擬及類似作業來謹慎設計上文所述之電阻加熱體電路，並且在應用網版印刷和類似作業以及嵌入金屬線圈和類似物中，高度控制該電阻加熱體的厚度及校直。然而，如上文所述，當細孔被形成時，在施行網版印刷或類似作業時，該電阻加熱體電路的圖案寬度及膜厚度可能會局部變化，造成電阻加熱體電路之電阻方面的局部變化，導致熱產生偏離設計值。當產生的熱偏離設計值時，該晶座之晶圓黏著表面上的溫度分佈較不均勻。再者，當使用一線圈時，存在於具有該線圈之邊界表面的細孔阻擾熱傳輸，造成該晶圓黏著表面上不均勻的溫度分佈。
在任一情況中，該燒結體中的細孔都會阻擾從該熱產生體至該晶圓黏著表面的熱傳輸，導致該晶圓黏著表面上不均勻的溫度分佈。例如，當細孔存在於該晶圓黏著表面上時，如果將該晶圓直接裝載在該晶圓黏著表面上時，或將該晶圓裝載在遠離該晶圓黏著表面約或0.2毫米之距離處，則會阻擾熱傳輸至緊接在該細孔上方的區域，因此易於降低緊接在該細孔上方的溫度。
再者，如果細孔被形成在一未在其中形成一電阻加熱體之晶座的表面上，使用腐蝕性氣體會侵蝕性該細孔區域，易於導致形成鬆散的微粒。
基於氮化鋁燒結體中形成之細孔的詳細分析，本發明人判定該等細孔中存在少量之錫及硫。研究錫和硫含量以及其對該燒結體中之細孔數量的關係，並且發現到：如果該錫含量不超過50 ppm且該硫含量不超過100 ppm，則該氮化鋁燒結體中之細孔數量可被減少至一實質上可忽略的程度。
雖然藉由減少錫含量或硫含量可以獲得某程度之優點，但是藉由減少兩者的含量，可以獲得一種具有優異熱均勻性的氮化鋁燒結體。從氮化鋁燒結體徹底排除錫和硫有所困難，但是可使用含低錫和硫含量的原料來作為粉劑，藉以形成氮化鋁、燒結促進劑(sintering aid)及類似物，以便獲得在上文所述之範圍內的錫含量及硫含量。即使原粉劑中的錫和硫含量分別超過50 ppm或100 ppm，還是會在燒結期間揮發，所以該燒結體中的該等內容分別不超過50 ppm及100 ppm。
使錫和硫含量與氮化鋁燒結體中存存之細孔相關所依據的機制不明確，但是本發明人推測可能是如下機制。在藉由氣體體積膨脹形成具有細孔之氮化鋁燒結體的生產製程期間，存在於原氮化鋁粉劑中或在處理期間混合的微量錫和硫含化合形成氣體(例如，SnS、SnS2
氣體)。再者，當該氮化鋁燒結體之表面被磨蝕且在此已磨蝕之表面上形成電阻加熱體電路時，存在於細孔開口的錫和硫造成一種情況，其中當塗佈及烘烤用於形成該電阻加熱體的金屬膏劑時，金屬與錫和硫發生反應，尤其當金屬是鎢或鉬時，導致該電阻加熱體電路局部變色或類似狀況。
對於原AlN粉劑，則比表面為2.0－5.0 m2
/g的粉劑係為較佳粉劑。如果比表面小於2.0 m2
/g，則降低氮化鋁的燒結品質。再者，如果比表面超過5.0 m2
/g，則粉劑之結塊作用特別顯著，造成難以處置.另外，較佳方式為，原粉劑中所含的氧含量不超過2重量百分比。如果氧含量超過2重量百分比，則會降低燒結體的熱傳導性。再者，較佳方式為，原粉劑中所含的非鋁金屬雜質含量不超過2000 ppm。如果金屬雜質含量超過此範圍，則會降低燒結體的熱傳導性。具體而言，由於第IV族元素(如Si)及含鐵元素(如Fe)有降低燒結體之熱傳導性的作用，所以較佳方式為，該含量為至少500 ppm。
AlN是難以燒結的材料，所以較佳方式為，將一燒結促進劑添加至該原AlN粉劑。較佳方式為，該燒結促進劑是一稀土元素化合物。稀土元素化合物於燒結期間對存在於該氮化鋁粉劑之表面上的氧化鋁及氮氧化鋁發生反應，因此促進氮化鋁之緻密性且有移除氧之作用，而氧是降低氮化鋁燒結體熱傳導性的一項因素。結果，得以改良該氮化鋁燒結體的熱傳導性。
較佳方式為，該稀土元素化合物是一釔化合物，其在移除氧方面特別有效。較佳方式為，添加量為0.01－5重量百分比。如果該量小於0.01重量百分比，則難以獲得一緻密的燒結體，並且降低燒結體的熱傳導性。再者，如果該量超過5重量百分比，則存在於該氮化鋁燒結體之晶界的燒結促進劑，則當使用腐蝕性氣體時，會導致蝕刻位於晶界的該燒結促進劑，該燒結促進劑的鬆散微粒及結晶存在於該等晶界處。另外，較佳方式為，擬添加之燒結促進劑量不超過1重量百分比。如果該量不超過1重量百分比，則甚至在晶界的三相點(triple point)沒有該燒結促進劑量存在，因此改良耐腐蝕性。
較佳方式為，對於該稀土元素化合物，使用氧化物、氮化物、氟化物、硬脂酸化合物及類似物。在這些化合物中，因為氧化物價錢低且容易獲得，所以較佳使用氧化物。再者，硬脂酸化合物具有高有機溶劑親合性，所以當將該原氮化鋁粉劑和一燒結促進劑與有機溶劑混合時，將獲得優異的混合屬性。
接著，當需要時，預先決定量之溶劑、黏結劑(binder)、以及反團聚劑(deflocculant)和分散劑被混合至該原氮化鋁粉劑和該燒結促進劑中。例如，可使用球磨機、超音波或類似物執行混合。由於此項混合，獲得原研磨漿。
藉由塑形及燒結該研磨漿，獲得一氮化鋁燒結體。這項目的可藉由共燒方法或後置金屬化方法來達成。
首先，將說明後置金屬化方法。使用一噴霧乾燥機或類似物來從該研磨漿形成細粒。將該等細粒插入至一預先決定晶粒中，並且施行壓製成形。較佳方式為，衝床壓力為至少9.8 MPa。使用小於9.8 MPa之壓力，通常無法獲得充分強度的成形體，所以在處置期間易於發生破裂。
該成形體的密度會按照黏結劑含量及所添加之燒結促進劑量而有所不同，但較佳方式為，密度為至少1.5 g/cm3
。如果密度小於1.5 g/cm3
，則原粉劑微粒之間的距離變成相對大，造成難以燒結。再者，較佳方式為，該燒結體的密度不超過2.5 g/cm3
。如果密度超過2.5 g/cm3
，則在後續脫脂(degreasing)作業中，變成難以適當去除該成形體中的黏結劑。這造成難以獲得如上文所述之緻密的燒結體。
接著，在非氧化態大氣中將該成形體加熱，並且施行脫脂。如果在氧化態大氣中(如在開放大氣中)且施行脫脂，則AlN粉劑的表面易於氧化，降低該燒結體的熱傳導性。較佳方式為，非氧化態大氣氣體為氮或氬。較佳方式為，脫脂作業的加熱溫度為至少500度C且不超過1000度C。在低於500度C的溫度，無法適當去除黏結劑，促使脫脂後過量的碳殘留在該分層體中，阻擾在後續燒結作業中施行燒結。再者，在超過1000度C的溫度，殘留的碳量變成太低，降低去除AlN粉表面上存在之氧化物膜中的氧之能力，因此降低該燒結體的熱傳導性。
再者，較佳方式為，脫脂後在該成形體中殘留的碳量不超過1.0重量百分比。如果殘留超過1.0重量百分比的碳，則阻擾燒結，且無法獲得一緻密的燒結體。
接著，施行燒結。在非氧化態大氣(如氮或氬)中以1700－2000度C之溫度施行燒結。對於此作業，較佳方式為，大氣氣體(如氮)中的水分含量不超過－30度C露點(Dew Point)。如果有較高的水含量，則在燒結期間，AlN與大氣氣體中的水分發生反應，形成氮氧化合物，而導致降低熱傳導性。再者，較佳方式為，大氣氣體中的氧量不超過0.001體積百分比。如果氧含量高，則AlN表面氧化，而導致降低熱傳導性。
另外，較佳方式為，在燒結期間使用氮化硼(BN)成形體作為工具。此BN成形體抗燒結溫度的充分耐熱性，並且被形成為其表面上含固體潤滑劑。由於此允許在壓縮分層體期間減少分層體與工具之間的摩擦力，所以可獲得最小變形之燒結體。
按需要處理該獲得之燒結體。如果在下一作業中擬網版印刷一導電膏劑，則較佳方式為，該燒結體的表面粗糙度具有不超過5微米之Ra。如果Ra超過5微米，當藉由網版印刷來形成電路時，則如圖案塗污及針孔等缺陷易於發生。更佳方式為，表面粗糙度具有不超過1微米之Ra。
當磨蝕以達成上述之表面粗糙度時，則不僅在擬網版印刷該燒結體兩個表面時應對兩個表面施行磨蝕，而且還應在印刷時僅對一表面施行磨蝕。如果僅對擬網版印刷的表面施行磨蝕，則在網版印刷未研磨的表面期間應支撐該燒結體。由於凸出物及污染物可能存在於未磨蝕的表面上，所以該燒結體的牢固可能不穩固，而導致運用網版印刷適當呈現電路圖案方面的問題。
再者，較佳方式為，兩個經處理表面的平行度不超過0.5毫米。如果平行度超過0.5毫米，則當網版印刷時，導電膏劑厚度可能不一致。更佳方式為，平行度不超過0.1毫米。另外，較佳方式為，擬網版印刷之表面的平坦度不超過0.5毫米。如果平坦度超過0.5毫米，則導電膏劑厚度可有顯著變化。特佳方式為，平坦度不超過0.1毫米。
藉由網版印刷將導電膏劑塗佈至該磨蝕之燒結體，藉以形成一電路。藉由按需要混合一金屬粉劑、一溶劑、一黏結劑、以及氧化物粉劑，就可以獲得該導電膏劑。為了使熱膨脹係數匹配陶瓷，較佳方式為，該金屬粉劑為鎢、鉬或鉭。
再者，為了改良與AlN之間的黏著強度，也可能添加氧化物粉劑。較佳方式為，該氧化物粉劑為第II－A族元素的氧化物或第III－A族元素的氧化物、Al2
O3
、SiO2
或類似物。具體而言，較佳方式為，使用氧化釔，原因在於氧化釔相對於AlN的極佳可濕性。較佳方式為，添加的氧化物量為0.1－30重量百分比。如果該量小於0.1重量百分比，則會降低AlN與該金屬層(即，所形成的電路)之間的黏著力。再者，如果該量超過30重量百分比，則該金屬層(即，該電路)的電阻增加。
較佳方式為，乾燥後，該導電膏劑的厚度為至少5微米且不超過100微米。如果厚度小於5微米，則電阻變成太高且黏著強度變弱。再者，如果厚度超過100微米，則黏著強度減小。
再者，如果該形成之電路圖案是一加熱器電路(熱產生體電路)，則較佳方式為，圖案間距不超過0.1毫米。如果間距小於0.1毫米，則當電流流動穿過該熱產生體電路時，電流洩漏視溫度及所施加之電壓而發生，導致短路。具體而言，較佳方式為，如果擬使用至少500度C之溫度，則該圖案間距為至少1毫米，並且更佳方式為，該間距為3毫米。
接著，在脫脂該導電膏劑之後，施行燒結。該脫脂係在非氧化態大氣氣體(例如，為氮或氬)中予以施行。較佳方式為，脫脂溫度為至少500度C。在低於500度C的溫度，無法適當去除該導電膏劑中的黏結劑，導致碳殘留在該金屬層中。這導致於燒結期間形成碳化金屬，進而導致該金屬層中電阻增加。
較佳方式為，在非氧化態大氣(如氮或氬)中以至少1500度C之溫度施行焙燒。在低於1500度C的溫度，該導電膏劑中金屬粉劑之微粒生長進展受到阻滯，導致在焙燒後該金屬層的電阻過高。再者，較佳方式為，該焙燒溫度不超過陶瓷的燒結溫度。如果以超過陶瓷燒結溫度之溫度焙燒該導電膏劑，則該陶瓷中所含之該燒結促進劑開始揮發，並且使該導電膏劑中金屬粉劑之微粒生長進展加速，減小該陶瓷與該金屬層之間的黏著強度。
接者，可在該金屬層上形成一絕緣塗層，以使該形成之金屬層維持絕緣。關於用於該絕緣塗層的材料沒有任何特殊限制，只要材料對電路的化學反應作用低且對AlN之熱膨脹係數差不超過5.0x106
/K。例如，可使用結晶化玻璃、AlN或類似物。這些實例可(例如)被形成為一網版印刷的預先決定厚度之膏劑，並且若有需要，在脫脂後以預先決定溫度施行燒結。
較佳方式為，擬添加之燒結促進劑量為至少0.01重量百分比。如果該量小於0.01重量百分比，則該絕緣塗層不緻密，而造成難以使該金屬層維持絕緣。再者，較佳方式為，該燒結促進劑量不超過20重量百分比。如果該量超過20重量百分比，則過量該燒結促進劑量會滲入該金屬層，並且變更該金屬層的電阻。關於塗佈厚度沒有任何特殊限制，但是較佳方式為，厚度為至少5微米。如果厚度為小於5微米，則變成難以使該金屬層維持絕緣。
對於該導電膏劑，可能使用銀，或使用鈀、鉑或類似物之混合物或合金。藉由以銀含量為基礎來添加鈀或鉑，使導體之體積電阻率增加，促使可依據該電路圖案來調整所添加的量。再者，這些添加劑有助於防止電路圖案間遷移，所以較佳方式為，為每100銀重量份添加至少0.1重量份。
為了維持與AlN之間的黏著度，較佳方式為，添加一氧化金屬至彼等金屬粉劑中。例如，可以添加氧化鋁、氧化矽、氧化銅、氧化硼、氧化鋅、氧化鉛、氧化稀土金屬、氧化過渡金屬、氧化鹼土金屬及類似物。較佳方式為，添加量為至少0.1重量百分比且不超過50重量百分比。如果該含量小於此範圍，則不是較佳做法，因為與氮化鋁之間的黏著度降低。如果該含量大於此範圍，則不是較佳做法，因為阻擾如銀等金屬組份之燒結。
混合彼等金屬粉劑及無機粉劑，並且添加一有機溶劑及一黏結劑，形成該膏劑，並且可使用網版印刷法形成該電路，如上文所述。在此情況下，在惰性氣體(如氮)或開放大氣中，以700度C至1000度C範圍之溫度燒結該形成之電路圖案。
為了維持電路間的絕緣，可塗佈且燒結或固化結晶化玻璃、上過釉的玻璃、有機樹脂或類似物，以便形成一絕緣層。可使用的玻璃類型包括該鈍化層可包括硼矽酸鹽玻璃、氧化鉛、氧化鋅、氧化鋁、氧化矽或類似物。一無機溶劑及黏結劑被添加至彼等粉劑中，形成一膏劑，並且使用網版印刷法塗佈該膏劑。關於塗佈厚度沒有任何特殊限制，但是較佳方式為，厚度為至少5微米。使用小於5微米之厚度，變成難以維持絕緣屬性。再者，較佳方式為，該燒結溫度係低於形成該電路所使用之溫度的溫度。如果以高於用於燒結該電路之溫度來施行燒結，則電路圖案之電阻大幅變更。
接著，當需要時也可能層疊多個陶瓷基板。可使用黏合劑(bonding agent)來進行層疊。對於黏合劑，一第II－A族元素化合物或一III－A族元素化合物以及一黏結劑和溶劑被添加至氧化鋁粉劑或氮化鋁粉劑，並且形成一膏劑，接著使用網版印刷法或類似方法塗佈該膏劑至該黏合表面。關於該黏合劑之塗佈厚度沒有任何特殊限制，但是較佳方式為，厚度為至少5微米。運用5微米之厚度，如針孔等黏合缺陷及不均勻黏合會發生於該黏合層中。
在非氧化態大氣中，以至少500度C之溫度，對已塗佈該黏合層的陶瓷基板進行脫脂。接著，堆疊擬疊層的陶瓷基板，施加一預先決定負載，在非氧化態大氣中施行加熱，並且使陶瓷基板互相黏合。較佳方式為，該負載為至少5 KPa。運用小於5 KPa之負載，無法獲得適當的黏合強度，或發生如上文所述之黏合缺陷。
關於用於黏合的加熱溫度沒有任何特殊限制，只要該溫度足以使彼等陶瓷基板經由該等黏合層而互相黏合。但是，較佳方式為，該溫度為至少1500度C。如果該溫度小於1500度C，則難以獲得適當的黏合強度，並且黏合缺陷易於發生。對於脫脂及黏合中使用的非氧化態大氣，較佳方式為，使用氮、氬或類似物。
可形成一種如上文所述之疊層式陶瓷燒結體，以作為一晶圓支撐體中的加熱器。對於該電路，若不使用一導電膏劑，則可使用一鉬或鎢網，例如，如果該電路是一加熱器電路及一鉬線(線圈)，則使用靜電引力電極或RF電極或類似物。
在此情況下，可將一鉬線圈或鉬網置放在原AlN粉劑中，並且可施行熱壓法。用於熱壓作業的溫度及大氣可能相同於如上文所述之燒結AlN中使用的燒結溫度及大氣，但是較佳方式為，熱壓壓力為至少1.0 MPa。運用小於1.0 MPa之壓力，間隙可形成在鉬線圈或鉬網與AlN之間，阻擾作為加熱器的效能。
接著，將說明共燒方法。使用刮刀(doctor blade)，將上文所述之純研磨漿形成為一薄片。關於該薄片之外形沒有任何特殊限制，但是較佳方式為，乾燥後，該薄片的厚度為不超過3毫米。如果該薄片超過3毫米，則該研磨漿乾燥收縮增加，而增加裂縫將形成在該薄片中的可能性。
藉由網版印刷或類似方法來塗佈導電膏劑，在該薄片上形成一金屬層，該金屬層將形成為一預先決定形狀的電路。該導電膏劑可能相同於對於後置金屬化方法所說明的導電膏劑。但是，在共燒方法中，添加氧化物粉劑至該導電膏劑無任何問題。
接著，電路形成於其上之該薄片與一電路未形成於其上之薄片予以疊層。疊層係藉由將每個薄片設置在一預先決定位置且堆疊來完成。按需要，可在彼等薄片之間塗佈一溶劑。按需要，在堆疊狀態中施用加熱。如果擬加熱，較佳方式為，加熱溫度不超過150度C。如果在超過此值之溫度下施行加熱，則該等疊層薄片將顯著變形。然後，對該等疊層薄片施加壓力，藉以整合該堆疊。較佳方式為，施加的壓力在1－100 MPa範圍內。運用小於1 MPa的壓力，將無法適當整合該等薄片，而可導致在後續階段剝落。再者，如果施加超過100 MPa之壓力，則該等薄片變成過度變形。
如同上文所述之後置金屬化方法，對此疊層體施行脫脂及燒結。燒結溫度、碳含量及類似項係相同於對於後置金屬化方法所說明的燒結溫度、碳含量及類似項。如果該導電膏劑擬被印刷在該薄上，則藉由將加熱器電路、靜電引力電極或類似物印刷在多重薄片上，且接著疊層彼等薄片，就可能很容易生產具有多重電路的電加熱器。
當如加熱電路等電路被形成在該陶瓷疊層體的最外層上時，可在該電路上形成一絕緣塗層，如同上文所述之後置金屬化方法，藉以保護該電路且維持絕緣屬性。
按需要處理該獲得之陶瓷疊層燒結體。一般而言，在燒結狀態中，不提供半導體製造裝置所需的精確度。較佳方式為，例如，黏著表面具有不超過0.5毫米的平坦度，並且更佳方式為，平坦度不超過0.1毫米。如果平坦度超過0.5毫米，則間隙易於形成於所處理之物體與該晶圓支撐體之間。這妨礙該晶圓支撐體之熱度均分地傳送至所處理之物體，導致溫度不一致形成於所處理之物體中的傾向。
再者，較佳方式為，該晶圓支撐體之表面粗糙度具有不超過5微米之Ra。如果Ra超過0.5毫米，則介於該晶圓與該晶圓支撐體之間的摩擦力可增加AlN的鬆散結晶數量。當發生此狀況時，鬆散微粒變成結晶且可不利地影響晶圓處理，例如，膜形成及蝕刻。另外，較佳方式為，表面粗糙度具有不超過1微米之Ra。
如上文所述，可製成用於一晶圓支撐體的加熱器。接著，將一支撐段附接至該加熱器。關於用於該支撐段的材料沒有任何特殊限制，只要材料的熱膨脹係數不顯著不同於該加熱器之陶瓷的熱膨脹係數，但是，較佳方式為，對該加熱器的熱膨脹係數差不超過5x10－ 6
/K。
如果彼等熱膨脹係數之間的差值超過5x10－ 6
/K，則在附接期間，破裂和類似物可形成在介於該加熱器與該支撐段之間的一接面周圍，並且即使在附接期間未形成破裂，來自於重複使用之接面處的熱循環可導致裂痕及破裂。例如，如果該加熱器係從AlN所形成，則AlN係該支撐段的最佳材料，但是也可能使用氮化矽、碳化矽、莫來石或類似物。
藉由一黏合層來施行該附著。較佳方式為，該黏合層之組份係從AlN及Al2
O3
及氧化稀土金屬所形成。彼等組份具有與用於該支撐段之陶瓷(例如，AlN)之間的良好可濕性。因此，達成一相對高的黏合強度，並且可相對容易地達成一密封之黏合表面。
較佳方式為，該支撐段及該加熱器的黏合表面具有不超過0.5毫米之平坦度。如果平坦度超過此值，則間隙易於形成於該黏合表面之處，造成難以獲得適當密封的黏合。更佳方式為，平坦度不超過0.1毫米。最佳方式為，該加熱器之黏合表面的平坦度不超過0.02毫米。再者，較佳方式為，該黏合表面之表面粗糙度具有不超過5微米之Ra。如果表面粗糙度超過此值，則間隙易於形成於該黏合表面之處。更佳方式為，表面粗糙度不超過1微米。
接著，將一電極附接至該加熱器。可使用熟知的方法來施行附接。例如，可從面對於該加熱器段之該晶圓支撐表面的表面至該電路施行銑靶。可對該電路施行金屬化，或可直接使用銅焊金屬，而不需要金屬化，並且可連接一電極，例如，鉬或鎢。接著，按需要對該電極施行電鍍，改良抗氧化性。
最後，用機器在介於該加熱器與該支撐段之間的該接面的區域及從該接面向外製作一環形槽紋。這完成用於一半導體製造裝置之晶圓支撐體之形成。可在燒結之前，在該成形體上形成該環形槽紋，並且也可在黏合該支撐段之前形成該環形槽紋。
再者，本發明之晶圓支撐體可被安裝在一用於處理一半導體晶圓的半導體裝置中。本發明之晶圓支撐體提供在介於該加熱器與該支撐段之間的該接面處的高度可靠度，允許長期以穩定方式來處理半導體晶圓。
備製六種類型之含錫和硫的原氮化鋁粉劑。原氮化鋁粉劑具有0.6之平均微粒直徑及3.4 m2
/g的比表面。彼等氮化鋁(AlN)粉劑被添加0.7重量百分比之氧化釔、一丙烯酸黏結劑及一有機溶劑，並且使用球磨機予以混合長達24小時，藉以產生一研磨漿。噴霧乾燥該研磨漿來形成粉劑細粒。該粉劑被模壓，在氮大氣中以700度C予以脫脂，並且在氮大氣中以1850度C予以燒結達5小時，產生一AlN燒結體。表格1列出彼等AlN燒結體中之錫(Sn)含量及硫(S)含量的化學分析。
用機器將所獲得之AlN燒結體製成為直徑330毫米及厚度15毫米。接著，對於電阻加熱體，將1重量百分比之Y2
O3
添加至W粉劑(其具有2.0微米之平均微粒)。接著，添加一黏結劑及一溶劑，藉以形成一W膏劑。使用滾動式研磨機(pot mill)及三輥磨機(three－roll)施行混合。此W膏劑被網版印刷，藉以在該等AlN燒結體上形成一加熱器電路圖案。
在氮大氣中以800度C對具有已印刷之加熱器電路的該等AlN燒結體該粉劑施行脫脂，並且在氮大氣中以1830度C焙燒該等加熱器電路。為了保護彼等加熱器電路，一有機溶劑及黏結劑被添加至ZnO－B2
O3
－SiO2
粉劑，並且形成一膏劑。在形成有該加熱器電路之整個表面上以200微米之厚度網版印刷該膏劑。接著，在開放大氣中以350度C施行脫脂，並且在氮大氣中以700度C施行焙燒，藉以形成一保護層。
接著，面對於其上形成有該加熱器電路之表面的表面(晶圓支撐表面)被磨蝕且拋光至14毫米之厚度及50微米之平坦度。可從面對於該加熱器電路之該晶圓支撐表面的表面至該電路施行銑靶，並且曝露該加熱器電路之一區段。用螺釘將一Mo電極固定到該曝露之加熱器電路段。
一具有17個直徑為300毫米之量測點的溫度測量晶圓被裝載在該晶圓支撐體的該晶圓支撐表面上。粉劑被供應至該等加熱器電路且施熱，促使該熱度測量晶圓的中心溫度到達180度C。該等17個溫度的最大值與最小值之間的差值被記錄為溫度分佈。另外，在測量後，使該晶圓支撐體斷裂並且在SEM下研究橫斷面表面，藉以判定存在於內部的細孔最大直徑及細孔數量。這是藉由以100倍放大率觀察20個隨機點來完成。表格1列出結果。
如表格1所示，如果該氮化鋁燒結體中的錫含量不超過50 ppm且硫含量100 ppm，則細孔數量低，最大細孔直徑小且提供優異的溫度分佈。
使用第一工作實例中使用的六種類型原氮化鋁粉劑，以相同於第一工作實例之方式來形成一研磨漿，惟添加1重量百分比之氧化釔除外。
使用刮刀方法，將此研磨漿形成為一薄片。接著，乙烯纖維素被當作黏結劑添加至W粉劑(其具有2.0微米之平均微粒直徑)，添加一有機溶劑，並且搗碎產物以形成W膏劑。在該等AlN薄片上網版印刷此W膏劑，藉以形成加熱器電路圖案。藉由疊層多重薄片來形成疊層體，使用燒結後之厚度為15毫米。彼等疊層體係在氮大氣中以800度C予以脫脂，並且在氮大氣中以1880度C予以燒結達10小時，藉以形成AlN燒結體。如同第一工作實例，彼等AlN燒結體被拋光成為具有平坦度50微米及厚度14毫米之晶圓支撐表面的晶圓支撐體，並且如同第一工作實例來執行評估。表格2列出結果。
如表格2所示，也運用共燒方法，如果錫含量不超過50 ppm且硫含量100 ppm，則細孔數量低，最大細孔直徑小且提供優異的溫度分佈。再者，由於燒結溫度相對高於第一工作實例之燒結溫度，所以錫和硫元素的量低於第一工作實例之錫和硫元素的量。
使用第一工作實例中使用的六種類型原氮化鋁粉劑，以相同於第一工作實例之方式來形成一研磨漿，惟添加3重量百分比之氧化釔除外，而導致細粒。接著，該等細粒被壓製，並且在該成形體上形成槽紋。直徑4毫米之Mo線圈被嵌入於彼等槽紋中，藉以形成加熱器電路。接著，位於嵌入有該等Mo線圈之該等槽紋上方的空間被填入AlN細粒，並且施行壓製成形，促使燒結後之厚度為15毫米。在氮大氣中以1880度C，在10 MPa負載下，使用熱壓方法燒結該成形體達5小時，產生一AlN燒結體。如同第一工作實例，彼等AlN燒結體被拋光成為具有平坦度50微米及厚度14毫米之晶圓支撐表面的晶圓支撐體，並且如同第一工作實例來執行評估。表格3列出結果。
如表格3所示，當使用Mo線圈作為熱產生體時，如果錫含量不超過50 ppm且硫含量100 ppm，同樣在此情況下，細孔數量低，最大細孔直徑小且提供優異的溫度分佈。
使用第一工作實例中使用的六種類型原氮化鋁粉劑，如同第一工作實例來形成一研磨漿，惟添加1.5重量百分比之氧化釔除外，而導致細粒。接著，該等細粒被壓製並且在氮大氣中以800度C予以脫脂，並且接著在氮大氣中以1840度C予以燒結達7小時，藉以形成AlN燒結體。彼等AlN燒結體被切割成10毫米立方體，並且使用金剛石磨具(diamond abrasive)鏡面拋光10毫米x 10毫米表面。然後，量測表面粗糙度(Ra)。
接著，在CF4
中以500度C之溫度對AlN燒結體施行100小時腐蝕測試。在該腐蝕測試之後，再次量測表面粗糙度。對於表面粗糙度，測量10個點且計算平均值。表格4列出結果。
如表格4所示，如果錫含量不超過50 ppm且該硫含量不超過100 ppm，則可提供優異的耐腐蝕性。
根據本發明，藉由使一氮化鋁燒結體中之錫含量及硫含量維持在預先決定量或以下，就得以最小化該氮化鋁燒結體中之細孔。在一種藉由一含很少數細孔之氮化鋁燒結體中之一電阻加熱體所形成之陶瓷加熱器中，可以提供優異的熱均勻性。再者，一種具有少數個細孔之氮化鋁燒結體提供優異的耐腐蝕性。當此類型氮化鋁燒結體被使用在一半導體製造裝置中的一半導體加熱單元中時，提供高度熱均勻性及可靠度，並且效能在一段長時間不會降低。
Claims (4)
- 一種氮化鋁燒結體，其包含氮化鋁作為主要組份，其中該氮化鋁燒結體中之錫含量不超過50 ppm且硫含量不超過100 ppm；且該氮化鋁燒結體中之細孔數量係被降低。
- 如請求項1項之氮化鋁燒結體，其中一電阻加熱體被形成在該氮化鋁燒結體中。
- 如請求項1項之氮化鋁燒結體，其中該氮化鋁燒結體係作為一半導體加熱單元使用。
- 如請求項2項之氮化鋁燒結體，其中該氮化鋁燒結體係作為一半導體加熱單元使用。
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