TWI434817B - Ceramic - metal joint and its preparation method - Google Patents

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Description

陶瓷-金屬接合體及其製法
本發明係有關於一種陶瓷-金屬接合體及其製法。
吸盤係在半導體加工製程的蝕刻步驟中被使用的部件，詳言之，係在真空中透過強森．瑞貝克(Johnsen-Rahbek)力或庫侖(Coulomb)力，吸附矽晶圓，均勻地冷卻蝕刻產生的熱，以在矽晶圓上實施均勻的蝕刻加工的部件。此部件需要的功能係例如(1)真空保持力，(2)矽晶圓的吸附．分離的回應性，(3)使整個吸附的矽晶圓溫度均勻的均熱性，(4)對於蝕刻使用的藥品具有耐腐蝕性等。此種吸盤已知係經由以矽樹脂構成的接合材料接合陶瓷製的平板與以鋁等金屬構成的支撐架(例如專利文獻1)。
先前技術文獻 [專利文獻]
[專利文獻1]特開平4-287344號公報
不過，以前的吸盤在80℃以上的高溫下使用時會有氣體從接合材料產生，而在平板及接合材料之間與支撐架及接合材料之間產生氣泡，此氣泡會減少平板與支撐架之間的接觸面積，並使黏著性產生差異，且會使吸附的晶圓之均熱性變差。又，雖然可將加熱器埋入至平板以控制並使 晶圓的溫度保持固定，由於氣泡的產生造成熱傳達量變化，使得溫度控制變難。此種問題在具有與吸盤相同構造的部件，也就是說在陶瓷-金屬接合體中也會發生。具有與吸盤相同構造的部件例如係噴頭。噴頭係在半導體加工製程的電漿處理裝置中用於將反應性氣體分散供給至腔室容器的部件。
為了解決此種問題，本發明的主要目的係防止陶瓷-金屬接合體的平板及支撐架之間的接觸面積減少與黏著性的差異。
本發明之陶瓷-金屬接合體的製法係透過以樹脂做為主成分的接合片接合陶瓷製的平板及金屬製的支撐架，製造陶瓷-金屬接合體的方法，包括：預烘烤步驟，預先在大氣中、惰性氣體中或真空中加熱前述接合片，以減少前述接合片中的揮發成分；及接合步驟，以前述平板及前述支撐架夾著前述接合片的狀態放入氣密袋，將該氣密袋內減壓，且將上述氣密袋放入壓力鍋並加上壓力，並以比前述預烘烤步驟低的溫度進行加熱接合。
在此製法中，因為係預先加熱接合片以減少接合片中的揮發成分後，以平板及支撐架夾著此接合片的狀態放入氣密袋，且將上述氣密袋內減壓，而將上述氣密袋放入壓力鍋再加壓並接合，即使是在高溫下使用所得到的陶瓷-金屬接合體的情況中，氣體也不會從接合片產生，所以在平板及接合材料之間與支撐架及接合材料之間不會產生氣泡。結果，平板與支撐架之間的接觸面積不會減少，且黏著性不會產生差異。
在此，舉例而言，平板係由碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、鈦酸鈣、鈦酸鋇等的陶瓷所構成者。支撐架除了鋁製及矽製者外，還有例如由將金屬含浸於多孔質陶瓷構成的母材所得到的金屬基複合材料製作者。接合片係例如由壓克力樹脂或矽樹脂製作者。在預烘烤步驟中加熱時的條件可根據接合片的材質適當地設定。具體而言，對於接合片的每種材質事先以實驗調查空氣氣體、真空度、加熱溫度及加熱時間給予平板及支撐架的接合界面的影響，即使對接合界面沒有影響而加熱至高溫，也可設定未從接合片產生氣泡的數值範圍。在預烘烤步驟中的空氣係惰性氣體，再者，在真空中，可得到在更高溫下使用時接合界面也不會剝離且不產生氣泡的陶瓷-金屬接合體。又，接合片的厚度最好是0.1~0.3mm，且最好包含金屬填充料(例如鋁)。在接合步驟中，利用在壓力鍋中加壓加熱處理，可得到足夠的黏著強度。
在本發明之陶瓷-金屬接合體的製法中，在前述預烘烤步驟中，可將前述接合片貼附至前述支撐架，並將貼附前述接合片的支撐架加熱以減少前述接合片中的揮發成分，或者，可將前述接合片貼附至前述平板，並將貼附前述接合片的平板加熱以減少前述接合片中的揮發成分。如此，可不使用新的治具而實施本發明之製法。
在本發明之陶瓷-金屬接合體的製法中，在前述預烘烤步驟中，準備挖出與前述陶瓷-金屬接合體的前述接合片相同形狀的孔之板的框架與成為前述接合片的大尺寸薄片，使前述大尺寸薄片覆蓋前述框架的孔，而將前述大尺寸薄片貼附於前述框架，將貼附前述大尺寸薄片的框架加熱，以減少前述大尺寸薄片的揮發成分。如此，與將接合片貼附至支撐架後加熱且將接合片貼附至平板後加熱以減少揮發成分的情況相比，可縮短預烘烤步驟中的加熱時間。這是因為相對於在前2者中係從接合片的一面揮發掉揮發成分，在後者中係從接合片的兩面揮發掉揮發成分。
在本發明之陶瓷-金屬接合體的製法中，前述樹脂係壓克力樹脂，預烘烤步驟中的加熱條件可為在大氣中以120~130℃處理15~30小時。最好係以1個氣壓的氮或氬等的惰性氣體取代大氣。另外，也可為真空氣壓2000 Pa以下(10 Pa以下較佳，最好係1 Pa以下)，以120~130℃處理15~30小時。接合步驟的接合條件可為將被接合體置入耐熱性的樹脂袋中，在將樹脂袋內排氣之後，將樹脂袋密封，在壓力鍋中對每個此種樹脂袋透過加壓加熱處理接合被接合體。加壓加熱處理條件最好係以比預烘烤步驟的溫度低的溫度，例如100℃，在10~20 MPa的壓力下實行。如此，在使用壓克力樹脂製的接合片的情況中，可得到不會在接合界面發生剝離或氣泡的陶瓷-金屬接合體。在此是因為不希望若預烘烤步驟的加熱溫度未達120℃，在高溫下使用得到的接合體時，在接合界面發生氣泡，而若超過130℃，接合片變質，使得黏著性降低。再者是因為不希望若預烘烤步驟的加熱時間未達15小時，在高溫下使用得到的接合體時，會有在接合界面發生氣泡的疑慮，而若超過30小時，雖然得到的接合體的性能沒有問題，但時間過長使得生產率降低。
在本發明之陶瓷-金屬接合體的製法中，前述樹脂係矽樹脂，預烘烤步驟中的加熱條件可為在大氣中以140~170℃處理15~30小時。最好係以1個氣壓的氮或氬等的惰性氣體取代空氣。另外，也可為真空氣壓2000 Pa以下(10 Pa以下較佳，最好係1 Pa以下)，以140~170℃處理15~30小時。接合步驟的接合條件可為將被接合體置入耐熱性的樹脂袋中，在將樹脂袋內排氣之後，將樹脂袋密封，在壓力鍋中對整個此種樹脂袋透過加壓加熱處理接合被接合體。加壓加熱接合條件最好係以比預烘烤步驟的溫度低10~30℃的溫度，例如120~140℃，在10~20 MPa的壓力下實行。如此，在使用矽樹脂製的接合片的情況中，可得到不會在接合界面發生剝離或氣泡的陶瓷-金屬接合體。在此是因為不希望若預烘烤步驟的加熱溫度未達140℃，在高溫下使用得到的接合體時，在接合界面發生氣泡，而若超過170℃，接合片變質，使得黏著性降低。再者是因為不希望若預烘烤步驟的加熱時間未達15小時，在高溫下使用得到的接合體時，會有在接合界面發生氣泡的疑慮，而若超過30小時，雖然得到的接合體的性能沒有問題，但時間過長使得生產率降低。
在本發明之陶瓷-金屬接合體的製法中，前述陶瓷-金屬接合體可為在半導體製程中用於吸附固定晶圓的吸盤，也可為在半導體製程中用於使反應性氣體流入至腔室容器的噴頭。
本發明之陶瓷-金屬接合體係以由樹脂構成的接合片接合陶瓷製的平板及金屬製的支撐架之接合體，在120℃、100 Pa的真空環境下加熱300小時的情況中之前述接合片的重量變化係小於或等於50 μg/cm2 (在此單位係接合面的每平方公分)，且在該情況中，在前述平板與前述接合片的接合界面及前述支撐架與前述接合片的接合界面未發生氣泡。
此陶瓷-金屬接合體可透過本發明之陶瓷-金屬接合體的製法獲得，經由在製造時減低接合片的揮發成分，即使將其暴露在高溫下，接合片的重量也僅發生少許變化。
本發明之陶瓷-金屬接合體可為在半導體製程中用於吸附固定晶圓的吸盤，也可為在半導體製程中用於使反應性氣體流入至腔室容器的噴頭。
其次，使用圖式說明實施本發明之實施例。圖1係繪示包含吸盤20及噴頭60的電漿處理裝置10的概略構成之剖面圖。
如圖1所示，電漿處理裝置10係在可調整內壓的金屬製(例如，鋁合金製)的腔室12的內部設置吸盤20及噴頭60。
腔室12係可從氣體供給路線14將反應性氣體供給至噴頭60，並且透過接續至排氣通路16的真空幫浦將腔室12的內壓減低至預定的真空度。
吸盤20係包括：平板22，可吸附施加電漿處理的矽製的晶圓W；冷卻板28，做為配置於此平板22的內面的支撐架；及接合片32，接合平板22與冷卻板28。
平板22係在外周具有段差的陶瓷製的圓盤部材，晶圓載置面23的外徑係比晶圓W的外徑小。此平板22係內藏靜電電極24及電阻加熱元件26。靜電電極24係可透過未圖示的外部電源施加直流電壓之平面形的電極。當此靜電電極24被施加直流電壓時，晶圓W係透過庫侖力或強森‧瑞貝克力被吸附固定於晶圓載置面23，而當解除施加直流電壓時，晶圓載置面23對晶圓W的吸附固定被解除。電阻加熱元件26係以一筆畫的技巧形成圖案使得配線跨越整個平板22，且當施加電壓時發熱以加熱晶圓W。在電阻加熱元件26上可透過從冷卻板28的內面分別到達電阻加熱元件26的一端及另一端的棒狀端子(未圖示)施加電壓。在以氧化鋁形成此平板22的情況中，因為體積電阻率高，其係做為庫侖型的吸盤，在以氮化鋁形成的情況中，因為體積電阻率比氧化鋁低，其係做為強森‧瑞貝克型的吸盤。
冷卻板28係在外周具有段差的鋁製的圓盤部材，與平板22相對之上表面的外徑係與平板22的下表面的外徑一致。此冷卻板28具有冷媒通路30，其循環在未圖示的外部冷卻裝置中被冷卻的冷媒(例如水)。此冷媒通路30係以跨越整個冷卻板28使冷媒通過的方式例如以一筆畫的技巧被形成。又，冷卻板28係透過未圖示的螺栓被固定在腔室12的底面。因此，整個靜電吸盤20被固定在腔室12內。另外，也可在被設置於冷卻板28的外周之段差上配置未圖示的保護環。保護環係以未與晶圓W接觸的方式被形成，用以在晶圓W進行電漿處理時保護冷卻板28不受電漿損壞，且若必要的話可加以更換。保護環的材質可使用石英、氧化鋁、矽金屬等。
接合片32係接合平板22及冷卻板28的層，外徑係與平板22的下面的外徑及冷卻板28的上面的外徑一致。此接合片32係在施加後述的預烘烤處理之後，以平板22及冷卻板28夾著的狀態被放進氣密袋中，並將袋內減壓而成為真空包裝，將整個氣密袋放入壓力鍋，且以加壓加熱條件加以處理。接合片32最好係以壓克力樹脂製作或以矽樹脂製作者。又，接合片32的厚度最好係100~300 μm。
噴頭60係包括：陶瓷製的圓盤形的平板62，被用以將反應性氣體分散供給至腔室12；圓錐形的金屬電極板64，做為用以產生電漿的上部電極；及接合片66，接合平板62與金屬電極板64。此噴頭60係包括平板62、接合片66、及以上下方向貫通金屬電極板64的許多小孔60a。金屬電極板64內藏封裝加熱器65。此封裝加熱器65係跨越整個金屬電極板64而以一筆畫的技巧形成。接合片66係在施加後述的預烘烤處理之後，以平板62及金屬電極板64夾著的狀態被真空包裝，放入壓力鍋，且以加壓加熱條件加以處理。接合片66最好係以壓克力樹脂製作或以矽樹脂製作者。此種噴頭60係以使金屬電極板64的上面接觸被安裝於腔室12的冷卻板68的方式被配置並固定。此冷卻板68具有冷媒通路72，其用以循環以未圖示的外部冷卻裝置加以冷卻的冷媒(例如水)。又，冷卻板68係被構成以將從接續至腔室12的氣體供給路線14經由氣體儲存部76被供給的反應性氣體透過分配通路74供給至噴頭60的小孔60a。
接著，說明如此構成的電漿處理裝置10的使用例。首先，在冷媒通路30、72上循環以未圖示的外部冷卻裝置冷卻至預定溫度(例如25℃)的冷媒。然後，將晶圓W設置於平板22的晶圓設置面23。接著，透過真空幫浦將腔室12內減壓並調整成預定的真空度，在靜電電極24加上直流電壓以產生庫侖力或強森‧瑞貝克力，而將晶圓W吸附固定於晶圓載置面23。其次，使腔室12內為預定壓力(例如數十~數百Pa)的反應性氣體空氣，在此狀態下，在腔室12內的噴頭60的金屬電極板64與吸盤20的靜電電極24之間施加高頻電壓，以產生電漿。另外，雖然在靜電電極24上施加用以產生靜電力的直流電壓及高頻電壓兩者，高頻電壓也可不施加於靜電電極24而施加於冷卻板28。然後，透過產生的電漿將晶圓W的表面蝕刻。此時，透過調節供給至電阻加熱元件26的電力量，並且調節在冷卻板28的冷媒通路30上循環的冷媒的流量，控制晶圓W的溫度以使之固定。又，透過調節供給至封裝加熱器65的電力量，並且調節在冷卻板68的冷媒通路72上循環的冷媒的流量，控制噴頭60的溫度以使之固定。
其次，說明吸盤20的製造步驟。圖2係繪示吸盤20的第1製造步驟的說明圖，圖3係繪示吸盤20的第2製造步驟的說明圖，圖4及圖5係繪示吸盤20的第3製造步驟的說明圖。
根據圖2的說明圖說明第1製造步驟。首先，準備平板22、冷卻板28、及以樹脂製之兩面具黏著性的接合片32(參閱圖2(a))。接合片32係準備與平板22的下面及冷卻板28的上面的形狀相同者。接著，將接合片32貼附至冷卻板28的上面(參閱圖2(b))。然後，將貼附接合片32的冷卻板28設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10 Pa以下較佳，最好係1 Pa以下)，在該狀態下，實行預烘烤處理(參閱圖2(c))。在預烘烤處理中，當接合片32係壓克力樹脂製時係以120~130℃處理15~30小時，其後在乾燥機真空中自然冷卻。此時之溫度履歷的一例繪示於圖6。另一方面，當接合片32係矽樹脂製時係以140~170℃處理15~30小時，其後在乾燥機真空中自然冷卻。此時之溫度履歷的一例繪示於圖7。透過此種預烘烤處理，減低接合片32中的揮發成分。在預烘烤處理後，以使得平板22的下面跟貼附於冷卻板28的接合片32的上面一致的方式層壓(參閱圖2(d))，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，再放到壓力鍋中，透過以比預烘烤處理的溫度低10~30℃的溫度，在10~20MPa的加壓加熱下處理3~6小時，平板22係夾著接合片32與冷卻板28黏緊而接合，以得到吸盤20(參閱圖2(e))。
其次，根據圖3的說明圖說明第2製造步驟。首先，準備平板22、冷卻板28、及以樹脂製之兩面具黏著性的接合片32(參閱圖3(a))。接合片32係準備與第1製造步驟相同者。接著，將接合片32貼附至平板22的下面(參閱圖3(b))。然後，將貼附接合片32的平板22設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10Pa以下較佳，最好係1Pa以下)，在該狀態下，實行預烘烤處理(參閱圖3(c))。預烘烤處理係以與第1製造步驟相同的條件實行。從而，減低接合片32中的揮發成分。在預烘烤處理後，以使得冷卻板28的上面跟貼附於平板22的接合片32的下面一致的方式層壓(參閱圖3(d))，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，再放到壓力鍋中，透過在加壓加熱之下處理數小時，以得到吸盤20(參閱圖3(e))。
接著，根據圖4及圖5的說明圖說明第3製造步驟。首先，準備挖出與接合片32相同形狀的孔70a之板的框架70與以樹脂製之兩面具黏著性的大尺寸薄片31(參閱圖4(a))。大尺寸薄片31係準備比平板22的下面及冷卻板28的上面大的形狀者。其次，以使大尺寸薄片31覆蓋框架70的孔70a的方式將大尺寸薄片31貼附於框架70(參閱圖4(b))。然後，將貼附大尺寸薄片31的框架70設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮 或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10Pa以下較佳，最好係1Pa以下)，在該狀態下，實行預烘烤處理(參閱圖4(c))。預烘烤處理係以與第1製造步驟相同的條件實行。不過，因為大尺寸薄片31係從兩面將揮發成分揮發，與第1及第2製造步驟相比，可縮短處理時間。因此，減低大尺寸薄片31中的揮發成分。接著，準備平板22及冷卻板28(參閱圖5(a))，以平板22及冷卻板28夾住大尺寸薄片31中覆蓋框架70的孔70a的部分(參閱圖5(b))。然後，沿著冷卻板28的外緣切斷大尺寸薄片31以使得大尺寸薄片31成為接合片32(參閱圖5(c))，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，再放到壓力鍋中，透過在加壓加熱之下處理數小時，以得到吸盤20(參閱圖5(d))。
將經由第1~第3製造步驟得到的吸盤20於120℃、100Pa的真空環境下加熱300小時時，接合片1平方公分的重量變化係25μg/cm2 (在此單位係接合面的每平方公分)以下，且在平板22與接合片32的接合界面及冷卻板28與接合片32的接合界面上未產生氣泡。
其次，說明噴頭60的製造步驟。噴頭60可準用吸盤20的第1~第3製造步驟加以製造。
先開始說明準用吸盤20的第1製造步驟製造噴頭60的情況。首先，準備陶瓷製的平板62、金屬電極板64、及以樹脂製之兩面具黏著性的接合片66。接合片66係與接合片32相同的東西。在平板62、金屬電極板64、及接合片66上預先在對應於小孔60a的位置上開孔。其次，以使 得孔的位置一致的方式將接合片66貼附至金屬電極板64。然後，將貼附接合片66的金屬電極板64設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10Pa以下較佳，最好係0.1Pa以下)，在該狀態下，實行上述預烘烤處理。透過預烘烤處理，減低接合片66中的揮發成分。在預烘烤處理後，以使得孔的位置一致的方式將平板62層壓至貼附於金屬電極板64的接合片66，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，將樹脂袋內減壓並且氣密地封裝袋子，再將接合體連同袋子整個一起放到壓力鍋中，透過以比預烘烤步驟的溫度低10~30℃的溫度，在10~20MPa的加壓加熱下處理3~6小時，以得到噴頭60。
其次，說明準用吸盤20的第2製造步驟製造噴頭60的情況。首先，準備平板62、金屬電極板64、及以樹脂製之兩面具黏著性的接合片66。接合片66係與接合片32相同的東西。在平板62、金屬電極板64、及接合片66上預先在對應於小孔60a的位置上開孔。其次，以使得孔的位置一致的方式將接合片66貼附至平板62。然後，將貼附接合片66的平板62設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10Pa以下較佳，最好係0.1Pa以下)，在該狀態下，實行上述預烘烤處理。透過預烘烤處理，減低接合片66中的揮發成分。在預烘烤處理後，以使得孔的位置一致的方式將金屬電極板64層壓至貼 附於平板62的接合片66，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，再放到壓力鍋中，在加熱加壓下處理數小時，以得到噴頭60。
接著，說明準用吸盤20的第3製造步驟製造噴頭60的情況。首先，準備挖出與接合片66相同形狀的孔之板的框架與以樹脂製之兩面具黏著性的大尺寸薄片(形狀比接合片66大的薄片)。在大尺寸薄片上於對應小孔60a的位置開孔。其次，以使大尺寸薄片覆蓋框架的孔的方式將大尺寸薄片貼附於框架。然後，將貼附大尺寸薄片的框架設置於乾燥機內，在大氣中，或是將乾燥機內的大氣置換成氮或氬等的惰性氣體，或是將乾燥機內的壓力減壓至2000Pa以下(10Pa以下較佳，最好係1Pa以下)，在該狀態下，實行上述預烘烤處理。不過，處理時間可比第1及第2製造步驟短。因此，減低大尺寸薄片中的揮發成分。接著，準備平板62及金屬電極板64，以平板62及金屬電極板64夾住大尺寸薄片中之覆蓋框架的孔的部分。此時，使得分別被設置的孔的位置一致。然後，沿著金屬電極板64的外緣切斷大尺寸薄片以使得大尺寸薄片成為接合片66，在將其放入耐熱樹脂袋中之後，再放到壓力鍋中，透過在加壓加熱之下處理數小時，以得到噴頭60。
根據前面詳述的本實施例的吸盤20及噴頭60的製法，平板22及冷卻板28的接觸面積與平板62及金屬電極板64的接觸面積降低，且接觸面的黏著強度不會產生差 異。具體而言，若說到吸盤20，因為預先在真空中加熱接合片32，減少接合片32中的揮發成分，然後透過加壓加熱處理接合平板22及冷卻板28，在平板22及接合片32之間與冷卻板28及接合片32之間未產生氣泡。因此，平板22及冷卻板28之間的接觸面積減少，且黏著性不會產生差異，黏著的晶圓W的均熱性變好。又，因為固定地控制晶圓W的溫度，使得供給至電阻加熱元件26的電力穩定，溫度控制變得容易。這些效果在噴頭60中也可同樣得到。另外，在吸盤20的情況中，進一步地，因為產生的氣體未附著在平板22的表面，可使得晶圓W之吸附．分離的回應性保持良好。
又，相對於在吸盤20的第1及第2製造步驟中，於預烘烤處理時揮發成分係從接合片32的一面揮發，在第3製造步驟中，因為揮發成分係從大尺寸薄片31的兩面揮發，故可在短時間內結束預烘烤處理。此點在噴頭60中也一樣。
另外，本發明係不限定於上述實施例，當然只要屬於本發明之技術範圍，即可以各種態樣實施。
例如，在上述實施例中，雖然使用將電阻加熱元件26埋入至平板22者做為吸盤20，也可省略此電阻加熱元件26。雖然使用將封裝加熱器65埋設至金屬電極板64者做為噴頭60，也可省略此封裝加熱器65。
在上述實施例中雖然係例示以壓克力樹脂製做者或矽 樹脂製做者做為接合片32、66，並且詳細說明這些預烘烤處理的條件，也可使用以其他樹脂製做者。在該情況中，也可事先透過實驗決定適合該樹脂的預烘烤處理的條件(處理溫度及處理時間等)。具體而言，如在實施例的欄位中說明，可調查處理溫度及處理時間與接合界面的外觀(有無剝離等)的關係再加以決定。
[實施例] [參考例]
透過動態頂空氣相層析質譜分析(DHS-GC-MS)分析由壓克力樹脂製做的接合片產生的氣體成分。具體而言，將壓克力樹脂製做的接合片設置於腔室，且使該腔室成為高真空狀態。接著，將腔室內加熱至預定溫度(60℃、80℃、100℃、120℃)，在該狀態下，使載流氣體以500mL/min的流量流動，在將產生的氣體收集並濃縮於吸收劑之後，以氣相層析質譜分析(GC-MS)分析氣體成分。再者，質譜分析裝置的離子化方式係採用電子撞擊法(EI法；70eV)。繪示分析結果的圖表係顯示於圖8。從圖8，可知由此接合片產生的氣體成分主要係碳氫化合物。
[實施例1]
做為吸盤20之一例係製造經由厚0.15mm的壓克力樹脂製做的接合片32黏著Φ297mm、厚3mm的氧化鋁製做的平板22及Φ297mm、厚18mm的Al製做的冷卻板28者。準用上述第1製造步驟製造此吸盤20。具體而言係在將接合片66貼附至Al製做的冷卻板28後，實行預烘烤處理。預烘烤處理係在被減壓至10Pa以下的專用爐中以32℃/hr的速度升溫，在成為120℃時使溫度固定並保持20小時。然後以4℃/hr的速度降溫。然後，接合貼附有接合片66的冷卻板28及平板22。具體而言，使位置對齊並將這些板暫時接合之後，將兩者放入耐熱的樹脂袋，且在將樹脂袋內排氣至1000Pa以下之後，將樹脂袋密封。其次，在壓力鍋中透過加壓加熱處理將連同袋子的暫時接合體接合。加壓加熱接合條件係在100℃於14MPa的氣壓下進行4小時。
[比較例1]
透過以前的方法製做實施例1的吸盤20。具體而言，除了未實施實施例1的預烘烤處理之外，其透過與實施例1相同的步驟製做吸盤20。
[實施例1、比較例1的效果確認]
如圖1所示，分別將實施例1及比較例1的吸盤20設置於腔室12內，進行效果確認的試驗。在吸盤20的冷卻板28的冷媒通路30上流動固定量的45℃的冷卻水，並將電力供給至被埋設於平板22的電阻加熱元件26，控制供給至電阻加熱元件26的電力，使得平板22的表面溫度變成為預定溫度(實施例1係90℃，比較例係80℃)。平板22的表面溫度係使熱電偶接觸平板22的中心測定出來的。結果，從控制開始起經過100小時後，相對於在比較例1中電力下降近20%，在實施例1中，即使預定溫度高也沒有關係，電力僅下降約1%。那時的外觀係繪示於圖9。此種電力的變化表示在接合界面產生氣泡，且係變化以使得平板22及冷卻板28之間的熱傳達變小。亦即，在腔室中供給相同的電力時，在接合界面產生氣泡的部分，隨著平板22的表面溫度增加而變化。進而，氣泡在面內發生不一致，且平板22的表面溫度分布改變。當平板22的表面的溫度或溫度分布改變時，電漿中的活性物大幅地改變，例如，在蝕刻步驟中晶圓面內的蝕刻速度產生差異，使得裝置的良率變差。
為了確認以上所述，控制供給至電阻加熱元件26的電力，使得實施例1及比較例1的吸盤20之表面溫度變成65℃，並測量各別的吸盤表面的溫度分布。實施例1中，最高溫度為66.2℃、最低溫度為62.5℃、平均溫度為64.6℃、溫度範圍(=最高溫度-最低溫度)為3.7℃。比較例1中，最高溫度為66.3℃、最低溫度為62.7℃、平均溫度為64.8℃、溫度範圍(=最高溫度-最低溫度)為3.6℃。在實施例1與比較例1中並無差異。然後，在檢查從開始控制起經過300小時以後的平板22的表面溫度分布時，相對於實施例1中之最高溫度為66.4℃、最低溫度為62.5℃、平均溫度為64.8℃、溫度範圍(=最高溫度-最低溫度)為3.9℃，比較例1中之最高溫度為67.7℃、最低溫度為62.3℃、平均溫度為65.1℃、溫度範圍為5.4℃。由此結果，可知相較於比較例1，實施例1的方式使平板22的均熱性穩定。
[實施例2]
做為噴頭60之一例，其係由Φ430mm、厚4mm的SiC製做的平板62與一面係Φ430mm、另一面係Φ450mm的外周圓錐形狀而厚度為20mm之Al製做的金屬電極板64構成，且透過厚0.25mm的矽樹脂製做的接合片66黏著這些板者。小孔60a係Φ0.1mm，且鄰接的間隔為4mm。準用上述第2製造步驟製造此噴頭60。具體而言，在將接合片66貼附於SiC製做的平板62之後，實行預烘烤處理。預烘烤處理係在被減壓至10Pa以下的專用爐中以10℃/hr的速度使平板62升溫，在成為150℃時使溫度固定並保持20小時。然後以5℃/hr的速度降溫。然後，接合貼附有接合片66的平板62及金屬電極板64。具體而言，使位置對齊並將這些板暫時接合之後，將兩者放入耐熱的樹脂袋，且在將樹脂袋內排氣至1000Pa以下之後，將樹脂袋密封。其次，在壓力鍋中透過加壓加熱處理將連同袋子的暫時接合體接合。加壓加熱接合條件係在100℃於14atm的氣壓下進行5小時。
[比較例2]
透過以前的方法製做實施例2的噴頭60。具體而言，除了未實施實施例2的預烘烤處理之外，其透過與實施例2相同的步驟製做噴頭60。
[實施例2、比較例2的效果確認]
如圖1所示，分別將實施例2及比較例2的噴頭60設置於腔室12內，進行效果確認的試驗。噴頭60係以使金屬電極板64的上面接觸被安裝於腔室12的冷卻板68的方式配置並固定。其次，在冷卻板68的冷媒通路72上流動固定量的60℃的冷卻水，並將電力供給至被埋設於金屬電極板64的封裝加熱器65，控制供給至封裝加熱器65的電力，使得噴頭60的平板的表面溫度變成為90℃。以陶瓷結合劑將熱電偶固定於平板表面，以測量平板的表面溫度並用於溫度控制。結果，從控制開始起經過70小時後，相對於在比較例2中電力下降8%，在實施例2中，電力僅下降約3%。那時的外觀係繪示於圖10。此種電力的變化表示噴頭60的平板62的表面之溫度大幅地改變。亦即，當來自電漿的熱輸入量改變平板62的表面的溫度時，電漿中的活性物大幅地改變，例如，在蝕刻步驟中晶圓面內的蝕刻速度產生差異，使得裝置的良率變差。事實上，相對於在比較例2中之蝕刻步驟的良率(相對於生產總數之合格數目的百分比)係88%，在實施例2中的良率係99%以上。
[壓克力樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]
將以壓克力樹脂製做之兩面具黏著性的接合片的一面貼附至模擬吸盤的平板之透明玻璃。使接合片的另一面維持曝露，並設置於真空乾燥機內，且將乾燥機內的壓力減壓至10Pa以下(7~8 Pa)。接著，進行預烘烤處理。亦即，保持此壓力，並以下面表1所示的處理溫度、處理時間加熱。在預烘烤處理結束之後，將模擬冷卻板的透明玻璃載置於被貼附在透明玻璃的接合片上，暫時黏著並放入至耐熱樹脂袋中。然後，將耐熱樹脂袋中的空氣排氣至1000Pa以下，在將該樹脂袋密封成為氣密之後再放入真空鍋爐，以100℃、14 atm加熱5小時，得到了以接合片接合一對透明玻璃的玻璃-玻璃接合體。在此，觀察玻璃與接合片的接合界面之黏著性。將其結果表示於表1。如表1所示，在預烘烤處理時，溫度為110~130℃為良好地黏著，在140℃時則發生剝離等而使得黏著性不好。
其次，將上面得到的玻璃-玻璃接合體以120℃、100Pa加熱300小時，檢查在玻璃與接合片的接合界面有無缺陷(有無氣泡)(評估測試)。將其結果表示於下面的表2。又，使用Al板取代透明玻璃，準用玻璃-玻璃接合體的製法製作Al板-Al板接合體，並檢查熱傳導率的變化。將其結果表示於下面的表3。再者，熱傳導率係透過熱流計法(根據JIS-A1412、ASTM-C518、ISO8301)加以測量。又，表3的數值(%)係以製造Al板-Al板接合體之後的值做為基準，得出上述評估測試後的值之變化的比率。由表2及表3的結果，可說使用壓克力樹脂製做的接合片時的預烘烤條件係以在表4中由○表示的處理溫度、處理時間為適當。再者，雖然採用處理溫度110~130℃、處理時間40小時做為預烘烤條件時也得到良好的結果，但最好不要因為時間變得比需要長而降低了生產率。
[矽樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]
將以矽樹脂製做之兩面具黏著性的接合片的一面貼附至模擬吸盤的平板之透明玻璃。使接合片的另一面維持曝露，並設置於真空乾燥機內，且將乾燥機內的壓力減壓至10Pa以下(7~8 Pa)。接著，進行預烘烤處理。亦即，保持此壓力，並以下面表5所示的處理溫度、處理時間加熱。在預烘烤處理結束之後，將模擬冷卻板的透明玻璃載置於被貼附在透明玻璃的接合片上，暫時黏著並放入至耐熱樹脂袋中。然後，將耐熱樹脂袋中的空氣排氣，在將該樹脂袋密封成為氣密之後再放入真空鍋爐，以100℃、14 atm加熱5小時，得到了以接合片接合一對透明玻璃的玻璃-玻璃接合體。在此，觀察玻璃與接合片的接合界面之黏著性。將其結果表示於表5。如表5所示，在預烘烤處理時，溫度為120~170℃為良好地黏著，在180℃時則發生剝離等而使得黏著性不好。
其次，將上面得到的玻璃-玻璃接合體以120℃、100Pa加熱300小時，檢查在玻璃與接合片的接合界面有無缺陷(有無氣泡)(評估測試)。將其結果表示於下面的表6。又，使用Al板取代透明玻璃，準用玻璃-玻璃接合體的製法製作Al板-Al板接合體，並檢查熱傳導率的變化。將其結果表示於下面的表7。再者，熱傳導率的測量法與表7的數值(%)係已在上面說明。由表6及表7的結果，可說使用矽樹脂製做的接合片時的預烘烤條件係以在表8中由○表示的處理溫度、處理時間為適當。再者，雖然採用處理溫度140~170℃、處理時間40小時做為預烘烤條件時也得到良好的結果，但最好不要因為時間變得比需要長而降低了生產率。
其次，在使用矽樹脂製做的接合片的情況中，製造玻璃-玻璃接合體時，除了將預烘烤處理時的乾燥機內的壓力設定於0.01 Pa，保持此壓力，並以下面表9所示的處理溫度、處理時間加熱之外，透過與上述製造步驟相同的步驟製造玻璃-玻璃接合體。將此玻璃-玻璃接合體以160℃、100Pa加熱300小時，檢查在玻璃與接合片的接合界面有無缺陷(有無氣泡)(評估測試)。將其結果表示於下面的表9。很清楚地由表9，在0.01 Pa之高真空的條件下、以表8所示的適當的處理溫度、處理時間實施預烘烤處理的玻璃-玻璃接合體，即使評估測試的溫度係160℃的高溫，在接合界面也未產生氣泡。
[矽樹脂製做的薄片之預烘烤處理的空氣的檢討]
在上述[矽樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]中，使預烘烤處理時的乾燥機的空氣為大氣，在1個氣壓的空氣壓力下，以170℃加熱處理30小時。此外係以與上述[矽樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]完全相同的條件完成玻璃接合體及Al接合體，並透過上述評估測試進行評估。結果，在玻璃接合體的接合界面上沒有氣泡，且Al接合體的熱傳導率的變化為3%。
又，在上述[矽樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]中，使預烘烤處理時的乾燥機為氮氣，在1個氣壓的氮氣下，以170℃加熱處理15小時。此外係以與上述[矽樹脂製做的薄片之預烘烤條件的檢討]完全相同的條件完成玻璃接合體及Al接合體，並透過上述評估測試進行評估。結果，在玻璃接合體的接合界面上沒有氣泡，且Al接合體的熱傳導率的變化為3%。再者，即使在使用氬取代氮的情況中，也得到與氮時完全相同的結果。
由上所述，做為預烘烤處理的空氣可為1個氣壓的大氣、氮、或氬，但為了更減少熱傳導率的變化，最好是在真空中進行預烘烤處理。
本申請案係以2009年2月20日申請之美國專利申請案第61/154000號做為主張優先權的基礎，經由引用，其內容全部包含於本說明書。
[產業上利用性]
本發明可利用做為例如靜電吸盤。
10．．．電漿處理裝置
12．．．腔室
14．．．氣體供給路線
16．．．排氣通路
20．．．吸盤
22．．．平板
23．．．晶圓載置面
24．．．靜電電極
26．．．電阻加熱元件
28．．．冷卻板
30．．．冷媒通路
31．．．大尺寸薄片
32．．．接合片
60．．．噴頭
60a．．．小孔
62．．．平板
64．．．金屬電極板
65．．．封裝加熱器
66．．．接合片
68．．．冷卻板
70．．．框架
70a．．．孔
72．．．冷媒通路
74．．．分配通路
76．．．氣體儲存部
W．．．晶圓
圖1係繪示包含吸盤20的電漿處理裝置10的概略構成之剖面圖。
圖2(a)~(e)係繪示吸盤20的第1製造步驟的說明圖。
圖3(a)~(e)係繪示吸盤20的第2製造步驟的說明圖。
圖4(a)~(c)係繪示吸盤20的第3製造步驟之前半的說明圖。
圖5(a)~(d)係繪示吸盤20的第3製造步驟之後半的說明圖。
圖6係繪示預烘烤處理的溫度履歷之一例的圖式。
圖7係繪示預烘烤處理的溫度履歷之一例的圖式。
圖8係繪示氣體成分的GC-MS的分析結果之圖表。
圖9係繪示從開始控制起之經過時間與電力的變動量間的關係之圖式。
圖10係繪示從開始控制起之經過時間與電力的變動量間的關係之圖式。
10．．．電漿處理裝置
12．．．腔室
14．．．氣體供給路線
16．．．排氣通路
20．．．吸盤
22．．．平板
23．．．晶圓載置面
24．．．靜電電極
26．．．電阻加熱元件
28．．．冷卻板
30．．．冷媒通路
32．．．接合片
60．．．噴頭
60a．．．小孔
62．．．平板
64．．．金屬電極板
65．．．封裝加熱器
66．．．接合片
68．．．冷卻板
72．．．冷媒通路
74．．．分配通路
76．．．氣體儲存部
W．．．晶圓

Claims (10)

  1. 一種陶瓷-金屬接合體的製法，透過以樹脂做為主成分的接合片接合陶瓷製的平板及金屬製的支撐架，製造陶瓷-金屬接合體，包括：預烘烤步驟，預先在大氣中、惰性氣體中或真空中加熱前述接合片，以減少前述接合片中的揮發成分，其中該預烘烤步驟之加熱溫度介於120~170℃；及接合步驟，以前述平板及前述支撐架夾著前述接合片的狀態放入氣密袋，將該氣密袋內減壓，且將上述氣密袋放入壓力鍋並加上壓力，並以比前述預烘烤步驟低的溫度進行加熱接合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，在前述預烘烤步驟中，將前述接合片貼附至前述支撐架，且將貼附有前述接合片的支撐架加熱，以減少前述接合片中的揮發成分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，在前述預烘烤步驟中，將前述接合片貼附至前述平板，且將貼附有前述接合片的平板加熱，以減少前述接合片中的揮發成分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，在前述預烘烤步驟中，準備挖出與前述陶瓷-金屬接合體的前述接合片相同形狀的孔之平板的框架與成為前述接合片的大尺寸薄片，使前述大尺寸薄片覆蓋前述框架的 孔，而將前述大尺寸薄片貼附於前述框架，將貼附前述大尺寸薄片的框架加熱，以減少前述大尺寸薄片的揮發成分。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，前述樹脂係壓克力樹脂，在前述預烘烤步驟中的加熱條件係2000Pa以下，以120~130℃烘烤15~30小時。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，前述樹脂係矽樹脂，在前述預烘烤步驟中的加熱條件係2000Pa以下，以140~170℃烘烤15~30小時。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的陶瓷-金屬接合體的製法，前述陶瓷-金屬接合體係在半導體製程中用於吸附固定晶圓的吸盤，或是在半導體製程中用於將反應性氣體分散供給至腔室容器的噴頭。
  8. 一種陶瓷-金屬接合體，係以由樹脂構成的接合片接合陶瓷製的平板及金屬製的支撐架之接合體，且在120℃、100Pa的真空環境下加熱300小時的情況中之前述接合片的重量變化係小於或等於50μg/cm2 (在此單位係接合面的每平方公分)。
  9. 一種陶瓷-金屬接合體，係以由樹脂構成的接合片接合陶瓷製的平板及金屬製的支撐架之接合體，且在120℃、100Pa的真空環境下加熱300小時的情況中，在前述平板與前述接合片的接合界面及前述支撐架與前述接合片的接合界面未發生氣泡。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述的陶瓷-金屬接合體，前述陶瓷-金屬接合體係在半導體製程中用於吸附固定晶圓的吸盤，或是在半導體製程中用於將反應性氣體分散供給至腔室容器的噴頭。
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