TWI528493B - Electrostatic chuck system and electrostatic chuck - Google Patents

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TWI528493B TW101110993A TW101110993A TWI528493B TW I528493 B TWI528493 B TW I528493B TW 101110993 A TW101110993 A TW 101110993A TW 101110993 A TW101110993 A TW 101110993A TW I528493 B TWI528493 B TW I528493B
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Description

靜電夾頭之製法及靜電夾頭
本發明是有關於一種靜電夾頭之製造方法與靜電夾頭。
習知之靜電夾頭之製造方法以2層結構之靜電夾頭製法、與3層結構之靜電夾頭製法為人所熟知。
前者常見的製法，包括：形成氧化鋁燒結體之步驟、於該氧化鋁燒結體上印刷靜電電極用電極漿料之步驟、於該電極漿料上填充氧化鋁粉、並進行模具成型之步驟、以及對模具成型步驟中一體化所形成之成型體進行燒結之步驟(請參照專利文獻1)。此專利文獻1中，亦揭露可利用氧化鋁煅燒體來代替氧化鋁燒結體。
另外，後者常見的作法，包括：於氧化鋁燒結體之上表面上印刷靜電電極用電極漿料的同時，亦於下表面上印刷加熱器電極用電極漿料之步驟、對印刷後之氧化鋁燒結體進行煅燒之步驟、於靜電電極上配置氧化鋁粉的同時，於加熱器電極下方亦配置氧化鋁粉，並於此狀態下進行加壓成型、加壓燒成之步驟(請參照專利文獻2)。
〔習知技術文獻〕
專利文獻
專利文獻1：日本專利公開公報第2005-343733號
專利文獻2：日本專利公開公報第2008-47885號
然而，專利文獻1、2之製法，因包括於靜電電極上配置氧化鋁粉、進行加壓成型後的燒成步驟，不僅使氧化鋁粉之成型體中的密度變異變大，而且因燒結體與成型體同時進行燒成，造成層積之燒成體中的靜電電極之翹曲變大。此翹曲一變大，後續進行表面加工時，將造成晶片置放面與靜電電極間之距離(亦即介電層之厚度)的變異增加，進而造成於吸取晶片時之表面內的吸附力產生不均一的問題。尤其，近幾年來，因介電層之厚度有變薄的趨勢，此問題將會愈趨顯著。
本發明係用以解決上述問題，其主要目的係用以降低介電層厚度的變異。
本發明之第1靜電夾頭之製造方法，包括：(a)藉由於成型模中填入包含陶瓷粉、溶劑、分散劑與膠凝劑之陶瓷漿料，於上述成型模中使上述膠凝劑進行化學反應，使上述陶瓷漿料膠狀化後進行脫膜，以製作第1與第2陶瓷成型體之步驟；(b)藉由將上述第1與第2陶瓷成型體乾燥後進行脫脂，進而進行煅燒，以製作第1與第2陶瓷煅燒體之步驟；(c)假設上述第1陶瓷煅燒體將形成靜電夾頭之介電層的話，於上述第1或第2陶瓷煅燒體之一表面上印刷靜電電極用漿料，以作為靜電電極之步驟；以及(d)藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以夾住上述靜電電極之狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體之步驟。
本發明之第2靜電夾頭之製造方法，包括：(a)藉由於成型模中填入包含陶瓷粉、溶劑、分散劑與膠凝劑之陶瓷漿料，於上述成型模中使上述膠凝劑進行化學反應，使上述陶瓷漿料膠狀化後進行脫膜，以製作第1與第2陶瓷成型體之步驟；(b)假設上述第1陶瓷成型體將形成靜電夾頭之介電層的話，於上述第1或第2陶瓷成型體之一表面上印刷靜電電極用漿料，以作為靜電電極之步驟；(c)藉由將上述第1與第2陶瓷成型體乾燥後進行脫脂，進而進行煅燒，以製作第1與第2陶瓷煅燒體之步驟； 以及(d)藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以夾住上述靜電電極之狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體之步驟。
習知之靜電夾頭之製造方法，其靜電夾頭之靜電電極不僅容易產生翹曲，而且介電層厚度的變異也大。其原因包括：由於陶瓷成型體與陶瓷燒結體堆疊一起進行熱壓燒成，因此陶瓷成型體進行1次燒成，而陶瓷燒結體進行了2次燒成、以及由於所使用之陶瓷成型體，係以黏合劑對陶瓷粉進行造粒所形成之粒徑較大的造粒粉，進行加壓成型所製成，因此難以獲得均一的密度等原因。相對地，以本發明之第1與第2靜電夾頭之製法，由於將陶瓷煅燒體堆疊來進行熱壓燒成，其燒成次數均相同，再加上因所使用之陶瓷成型體，係以對比陶瓷造粒粉粒徑更小的陶瓷粉進行分散、混合所形成之漿料，來進行膠狀化所製作而成，容易獲得均一的密度，因此靜電電極不易發生翹曲，也可降低因靜電電極之翹曲所造成之介電層厚度的變異。
第1與第2陶瓷成型體也可將陶瓷粉直接進行壓合成型來製作，但如此將使陶瓷粉末間的附著力不足，無法進行操作。另外，第1與第2陶瓷成型體，也可以對使用黏合劑進行陶瓷粉之造粒所形成的造粒粉，進行壓合成型來製作，但此時會因粒徑變得比當初陶瓷粉還大(例如，若造粒前之粒徑大小為0.4~0.6μm，則造粒後之粒徑增為70~130μm)，表面上會產生較為明顯的凹凸情形，無法以 均一的厚度印刷上煅燒後之電極漿料，進而使靜電電極厚度不均勻所造成之介電層厚度的變異增大。相對地，本發明之第1靜電夾頭之製法中，由於第1與第2陶瓷成型體係使用粒徑較小的陶瓷粉進行膠狀化來製作，不僅煅燒後表面平滑，也可以印刷上均勻厚度的電極漿料。因此，可降低因靜電電極厚度不均所造成之介電層厚度的變異。另外，本發明之第2靜電夾頭之製法中，由於第1與第2陶瓷成型體係使用粒徑較小之陶瓷粉進行膠狀化來製作，不僅成型體表面平滑，也可印刷上均勻厚度的電極漿料。因此，可降低因靜電電極厚度不均所造成之介電層厚度的變異。
如上所述，以本發明之第1與第2靜電夾頭之製法，可降低介電層厚度的變異。介電層厚度之變異的主要原因包括靜電電極之翹曲、與靜電電極之厚度不均勻等，本發明之第1與第2靜電夾頭之製法，因可改善上述任何一個原因，故可降低介電層厚度的變異。
另外，本發明之第1與第2靜電夾頭之製法中，步驟(a)即使用所謂的鑄膠法(如日本專利第2001-335371號公開公報)來進行，但因該方法原本是用來製作複雜形狀之成型體，故一般不認為可以對鑄膠法所製造之成型體施加壓力。相對地，本發明之第1與第2靜電夾頭之製法，雖利用該鑄膠法來製作陶瓷成型體，但因藉由進行此陶瓷成型體之煅燒、加壓、燒成，抑制了靜電電極之翹曲，並成功地降低介電層厚度之變異，因此本發明可說是與單純採用 鑄膠法完全不同之技術。
本發明之第1靜電夾頭之製法中，亦可包括：於上述步驟(a)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體之手法，來製作第3陶瓷成型體；於上述步驟(b)中，以同於上述第1與第2陶瓷煅燒體之手法，來製作第3陶瓷煅燒體；於上述步驟(c)中，於上述第2或第3陶瓷煅燒體之一表面上，印刷加熱器電極用漿料，以作為加熱器電極；以及於上述步驟(d)中，藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊以夾住上述靜電電極的狀態、且同時將上述第2與第3陶瓷煅燒體重疊以夾住上述加熱器電極的狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體。如此，此內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭，可降低介電層厚度之變異。
本發明之第2靜電夾頭之製造方法中，亦可包括：於上述步驟(a)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體之手法，來製作第3陶瓷成型體；於上述步驟(b)中，於上述第2或第3陶瓷成型體之一表面上，印刷加熱器電極用漿料，以作為加熱器電極；於上述步驟(c)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體之手法，對第3陶瓷成型體亦進行乾燥、脫脂、煅燒，以製作第3陶瓷煅燒體；以及於上述步驟(d)中，藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊以夾住上述靜電電極的狀態、且同時將上述第2與第3陶瓷煅燒體重疊以夾住上述加熱器電極的狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體。如此，此內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭，可降低介電層厚度之變異。
本發明之第1與第2靜電夾頭之製造方法中，亦可包括：於上述步驟(a)中，上述陶瓷粉使用於氧化鋁中添加作為燒結助劑之MgF2的材料、以及於上述步驟(d)中，將熱壓燒成溫度設定於1120~1300℃範圍。若無添加燒結助劑的話，氧化鋁之燒結必須將熱壓燒成溫度設定於1600~2000℃的高溫下來進行；不過，在此因添加了燒結助劑，即使將熱壓燒成溫度設定於1120~1300℃的低溫，也可進行氧化鋁的燒結。其結果使熱壓燒成後之氧化鋁的平均粒徑變小(例如為0.7~1.2μm)，且粒徑分佈也偏往粒徑小的一方(例如，平均粒徑中之累積頻率於60%以上)。如此，大幅地抑制粒子的產生，增加絕緣破壞耐壓，也降低了介電層厚度的變異。而且，也增加了尺寸的精確度。此外，除MgF2之外，添加劑亦可使用MgO。
本發明之第1或第2靜電夾頭之製造方法中，上述步驟(a)中使用之陶瓷粉之平均粒徑較佳為0.4~0.6μm。如此，因陶瓷成型體與陶瓷煅燒體形成相當平滑的表面，故於該表面上印刷電極漿料時，可使電極漿料之厚度更為精確與均勻。結果可降低因靜電電極厚度不均所造成之介電層厚度的變異。
本發明之靜電夾頭，其介電層厚度之最大值與最小值間的差值為60μm以下。藉由此靜電夾頭，因降低了晶片置放表面與靜電電極間的距離(亦即介電層厚度)之變異，使吸取晶片時表面間的吸附力幾乎是均一的。此靜電夾頭可藉由上述第1或第2靜電夾頭之製法來製作。此外，此 靜電夾頭中，其介電層厚度較佳為250~500μm。再者，此靜電夾頭中，構成介電層之陶瓷粒子的平均粒徑較佳為0.7~1.2μm，相對於全部粒子數之平均粒徑以下的粒子數比例較佳為60%以上。如此，將可大幅地抑制粒子的發生，增加絕緣破壞耐壓，且降低介電層厚度之變異。
以下將對本發明之第1與第2靜電夾頭之製造方法，舉具體實施例來進行詳細地說明。
1.陶瓷成型體之製作
陶瓷成型體之製作，係相當於本發明之第1與第2靜電夾頭之製造方法中的步驟(a)。
陶瓷粉材料可為氧化物類之陶瓷，亦可為非氧化物類之陶瓷。其例如氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、氧化釤、氧化鎂、氟化鎂、氧化鐿等。這些材料可單獨使用1種，亦可使用2種以上的組合。陶瓷粉之平均粒徑只要可調整、製作出均一之陶瓷漿料，並無特別之限制，其較佳為0.4~0.6μm，更佳為0.45~0.55μm。陶瓷粉亦可使用於氧化鋁中添加作為燒結助劑之MgF2之材料。
溶劑只要可溶解分散劑與膠凝劑，並無特別之限制，例如碳氫類溶劑(甲苯、二甲苯、溶劑石腦油等)、醚類溶劑(乙二醇單乙醚、二甘醇一丁醚、二甘醇丁醚醋酸酯等)、醇類溶劑(異丙醇、1-丁醇、乙醇、2-乙基己醇、松油醇、乙二醇、甘油等)、酮類溶劑(丙酮、甲乙酮等)、 酯類溶劑(乙酸丁酯、戊二酸二甲酯、三醋酸甘油酯等)、多元酸類溶劑(戊二酸等)等。其中尤以多元酸酯類溶劑(如戊二酸二甲酯等)、多元醇的酸酯(例如三乙酸甘油酯等)等之具有結合2種以上酯類的溶劑為佳。
分散劑只要可將陶瓷粉均勻地分散於溶劑中，並無特別的限制。例如可為聚羧酸系共聚物、聚羧酸鹽、脂肪酸山梨醇酐酯、聚甘油脂肪酸酯、磷酸酯鹽類共聚物、磺酸鹽類共聚物、具有3級胺之聚胺酯聚酯類共聚物等。其中尤以使用聚羧酸系共聚物、聚羧酸鹽等為佳。藉由添加分散劑，可將成型前之漿料形成具有低黏度、且高流動性的漿料。
膠凝劑可例如為異氰酸酯類、多元醇類、及含有觸媒者。其中，異氰酸酯類只要具有異氰酸鹽官能基，並無特別的限制，可例如為二異氰酸甲苯酯(TDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、或其變化等。此外，亦可為分子中具有異氰酸鹽基以外之反應性官能基者，也可以為如聚異氰酸酯般具有多數反應性官能基者。多元醇類只要為可與異氰酸鹽基反應而得到2個以上羥基者，並無特別之限制，可例如為乙二醇(EG)、聚乙二醇(PEG)、丙二醇(PG)、聚丙二醇(PPG)、聚四氫呋喃(PTMG)、聚己二醇(PHMG)、聚乙二烯醇(PVA)等。觸媒只要為可促進異氰酸酯類與多元醇類之胺脂反應者，並無特別的限制，可例如為三亞乙基二胺、六亞甲基二胺、6-二甲胺基-1-己醇等。
步驟(a)較佳是先於陶瓷粉中以一特定比例添加溶劑 與分散劑，藉由經特定時間的混合後，來製備漿料前驅物。其後，於此漿料前驅物中最好添加膠凝劑，並進行混合、真空消泡，以製備陶瓷漿料。製備漿料前驅物與漿料時的混合方法並無特別的限制，可使用球磨機、自/公轉式攪拌、震動式攪拌、螺旋槳式攪拌等。此外，於漿料前驅物中添加膠凝劑之陶瓷漿料，其會因特定時間的經過而開始進行膠凝劑的化學反應(胺脂反應)，故最好使其迅速地填入成型膜中。填入成型膜之陶瓷漿料，藉由於漿料中所含之膠凝劑的化學反應，來進行膠凝化。所謂膠凝劑之化學反應，係指異氰酸酯類與多元醇類產生胺脂反應，以形成聚胺樹脂(聚胺脂)之反應。藉由膠凝劑之反應，陶瓷漿料將進行膠凝化，而胺脂的功能係作為有機黏合劑。
2.陶瓷煅燒體之製作
陶瓷煅燒體之製作，係相當於本發明之第1靜電夾頭之製法中的步驟(b)，而相當於本發明之第2靜電夾頭之製法中的步驟(c)。陶瓷煅燒體之製作，係於對陶瓷成型體進行乾燥、脫脂之後，進行煅燒。
陶瓷成型體之乾燥步驟，其目的係用以將陶瓷成型體中所含之溶劑蒸發掉。其乾燥溫度與乾燥時間可因應使用的溶劑來作適當地設定。不過，乾燥溫度之設定需注意不使乾燥中的陶瓷成型體產生龜裂。另外，乾燥環境的設定可於空氣中、惰性氣體中、或真空中來進行。
乾燥後之陶瓷成型體的脫脂步驟，其目的係用以將分散劑、觸媒與黏合劑等之有機物分解、去除。脫脂溫度可 因應所含之有機物種類來作適當地設定，例如可設定為400~600℃。此外，脫脂環境的設定可於空氣中、惰性氣體中、或真空中來進行。
脫脂後之陶瓷成型模的煅燒步驟，其目的係用來增加強度，並使其容易操作處理。煅燒溫度並無特別的限制，例如可設定為750~900℃。另外，煅燒環境的設定可於空氣中、惰性氣體中、或真空中來進行。
3.電極之形成
電極的形成係相當於本發明之第1靜電夾頭之製造方法中的步驟(c)，而相當於本發明之第2靜電夾頭之製造方法中的步驟(b)。
靜電電極用漿料與加熱器電極用漿料材料並無特別的限制，可例如為含有導電材料、陶瓷粉、黏合劑、與溶劑者。導電材料可例如為鎢、碳化鎢、白金、銀、鈀、鎳、鉬等。陶瓷粉可例如為由陶瓷煅燒體與同種陶瓷材料所組成之粉體等。黏合劑可例如為乙基纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇縮丁醛等。溶劑可例如為松油醇等。印刷方法可例如使用網版印刷等。此外，靜電電極用漿料與加熱器電極用漿料可使用相同組成之材料，亦可使用不同組成者。
4.熱壓燒成
熱壓燒成係相當於本發明之第1與第2靜電夾頭之製造方法中的步驟(d)。
熱壓燒成之壓合壓力，最好至少於最高溫度(燒成溫度) 下設定為30~300kgf/cm2，且更佳設定為50~250kgf/cm2。最高溫度可依陶瓷粉的種類、粒徑等作適當的設定，較佳設定於1000~2000℃之範圍。此外，其環境可於空氣、惰性氣體、或真空中依照陶瓷粉的種類作適當的選擇。
5.本發明之第1靜電夾頭之製造方法 (1)內建靜電電極之靜電夾頭
於步驟(a)中製作第1與第2陶瓷成型體，於步驟(b)中將其形成第1與第2陶瓷煅燒體，於步驟(c)中，於第1或第2陶瓷煅燒體之一表面上形成靜電電極。此時，此電極用漿料之印刷方法如圖1(a)、(b)中所示，有2個實例。圖1(a)的例子係於第1與第2陶瓷煅燒體11、12中之第1陶瓷煅燒體11的一表面上，印刷靜電電極用漿料14；圖1(b)的例子係於第2陶瓷煅燒體12上，印刷上靜電電極用漿料14。之後，於步驟(d)中，將第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以夾住靜電電極的狀態下，進行熱壓燒成。於熱壓燒成後，對表面進行研磨，以將介電層形成設定值之厚度。其後，例如進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製作靜電夾頭。藉由上述之製造方法，可減少介電層厚度之變異。其結果可使夾取晶片時，其表面間的吸著力不易產生差異。此外，此靜電夾頭為具有介電層與下層之2層結構，一般下層比介電層厚。
(2)內建靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭
步驟(a)中製作第1~第3陶瓷成型體，於步驟(b)中將其形成第1~第3陶瓷煅燒體，步驟(c)中於第1或第2 陶瓷煅燒體的一表面上形成靜電電極，於第2或第3陶瓷煅燒體的一表面上形成加熱器電極。此時，此電極用漿料的印刷方法如圖2(a)~(d)中所示，有4個實例。圖2(a)的例子係於第1~第3陶瓷煅燒體21~23中之第1陶瓷煅燒體21的下表面上，印刷靜電電極用漿料24；於第3陶瓷煅燒體23的上表面上，印刷加熱器電極用漿料25。圖2(b)的例子係於第2陶瓷煅燒體22之上下兩表面上，分別印刷靜電電極用漿料24與加熱器電極用漿料25。圖2(c)的例子係於第2陶瓷煅燒體22的上表面上，印刷靜電電極用漿料24，而於第3陶瓷煅燒體23的上表面上，印刷加熱器電極用漿料25。圖2(d)的例子係於第1陶瓷煅燒體21的下表面上，印刷靜電電極用漿料24，而於第2陶瓷煅燒體22的下表面上，印刷加熱器電極用漿料25。然後，於步驟(d)中，以將靜電電極夾住之狀態，將第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以將加熱器電極夾住之狀態，將第2與第3陶瓷煅燒體重疊，其後以此狀態下進行熱壓燒成。於熱壓燒成後，對表面進行研磨，以將介電層形成設定值之厚度。其後，例如進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製作靜電夾頭。藉由上述之製造方法，可降低介電層厚度之變異。其結果可使夾取晶片時，其表面間的吸著力不易產生差異。此外，此靜電夾頭係具有介電層、中間層與下層之3層結構，一般中間層最厚，其次為下層，而介電層則最薄。
6.本發明之第2靜電夾頭之製造方法 (1)靜電電極內建之靜電夾頭
步驟(a)製作第1與第2陶瓷成型體，步驟(b)中於第1或第2陶瓷成型體之一表面上形成靜電電極，於步驟(c)中將其形成於第1與第2陶瓷煅燒體。此電極用漿料的印刷方法與圖1(a)、(b)相同，有2個實例。其後，於步驟(d)中，以夾住靜電電極的狀態，將第1與第2陶瓷煅燒體重疊，並於此狀態下進行熱壓燒成。於熱壓燒成後，對表面進行研磨，以將介電層形成設定值之厚度。其後，例如進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製作靜電夾頭。藉由上述之製造方法，可降低介電層厚度之變異。其結果可使夾取晶片時，其表面間的吸著力不易產生差異。
(2)內建靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭
步驟(a)製作第1~第3陶瓷成型體，於步驟(b)中於第1或第2陶瓷成型體之一表面上形成靜電電極，於第2或第3陶瓷成型體的表面上形成加熱器電極，於步驟(c)中將其形成第1~第3陶瓷煅燒體。此電極用漿料的印刷方法與圖2(a)~(d)相同，有4個實例。其後，於步驟(d)中，以將靜電電極夾住之狀態，將第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以將加熱器電極夾住之狀態，將第2與第3陶瓷煅燒體重疊，其後於此狀態下進行熱壓燒成。於熱壓燒成後，對表面進行研磨，以將介電層形成設定值之厚度。其後，例如進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製作靜電夾頭。藉由上述之製造方法，可減少介電層厚度之變異。其結果可使夾取晶片時，其表面間的吸著力不易產生變異。
本發明之第2靜電夾頭之製造方法中，由於在陶瓷成型體上形成電極後對陶瓷成型體進行煅燒，於煅燒時可能會有電極氧化或碳化的現象發生。相對地，本發明之第1靜電夾頭之製造方法，由於在陶瓷成型體進行煅燒之後才於該陶瓷煅燒體上形成電極，並不會有上述現象的發生。由此觀點來看，第1靜電夾頭之製法比第2靜電夾頭之製法更能獲得所需的電極特性，而且電極特性之變異也小。
本發明並不只限於上述之實施方式，只要於本發明所屬之技術範圍內，均可對實施方式作各種的變化。
〔實施例〕
以下將伴隨具體的實施例，來對本發明作說明。實施例1、2係以氧化鋁作為陶瓷材料的例子，實施例1如圖2(a)、實施例2如圖2(b)所示來製作靜電夾頭。實施例3、4係以氮化鋁作為陶瓷材料的例子，實施例3如圖2(a)、實施例4如圖2(b)所示來製作靜電夾頭。另外，對照例1、2係以氧化鋁作為陶瓷材料的例子，對照例1是以如圖2(a)相似的方法、對照例2是以如圖2(b)相似的方法來製作靜電夾頭。
〔實施例1〕 1.陶瓷成型體之製作
量秤氧化鋁粉(平均粒徑為0.50μm，純度為99.7%)100重量比份、氧化鎂0.04重量比份、作為分散劑之聚羧酸系共聚物3重量比份、與作為溶劑之多元酸酯20重量比份，將這些以球磨機(轉筒篩)進行14小時的混合， 以製作出漿料前驅物。對此漿料前驅物，添加作為膠凝劑之如4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯的異氰酸酯3.3重量比份、如乙二醇之多元醇0.3重量比份、作為觸媒之6-二甲胺基-1-己醇0.1重量比份，以公轉式攪拌機進行12分鐘的混合，以製得陶瓷漿料。將製得之陶瓷漿料，分別填入內部具有直徑為350mm、高為4.0mm之圓盤狀空間的第1成型模、內部具有直徑為350mm、高為6.0mm之圓盤狀空間的第2成型模、以及內部具有直徑為350mm、高為4.0mm之圓盤狀空間的第3成型模中。其後，藉由於22℃下放置2個小時，使各成型模中之膠凝劑產生化學反應，使陶瓷漿料進行膠狀化，其後進行脫模。藉此，由第1~第3成型模分別製得第1~第3成型體。
2.陶瓷煅燒體之製作
藉由於100℃下對第1~第3成型體進行10小時的乾燥後，於最高溫度500℃下進行1小時的脫脂，其後於最高溫度820℃、且大氣壓下進行1小時的煅燒，來製備第1~第3陶瓷煅燒體。
3.電極之形成
藉由於WC粉與氧化鋁粉中，添加作為黏合劑之聚乙烯醇縮丁醛、與作為溶劑之松油醇，使氧化鋁含量為20重量%進行混合，來製備電極用漿料。此電極用漿料可作為靜電電極、與加熱器電極兩者使用。第1陶瓷煅燒體係作為靜電夾頭之介電層，於此第1陶瓷煅燒體之一表面上，以網版印刷方式印上上述電極用漿料，以形成靜電電極。另外， 亦於第3陶瓷煅燒體之一表面上，以網版印刷方式印上電極用漿料，以形成加熱器電極。於第2陶瓷煅燒體上不進行任何印刷。
4.熱壓燒成
以夾住靜電電極之狀態，將第1與第2陶瓷煅燒體重疊，同時也以夾住加熱器電極之狀態，將第2與第3陶瓷煅燒體重疊(請參照圖2(a))。然後，於此狀態下藉由進行熱壓燒成，以製作燒結體。其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。熱壓燒成係於氮氣中、壓合壓力為100kgf/cm2、並於最高溫度為1600℃下維持2個小時來進行。然後，對陶瓷燒結體表面，以鑽石磨輪進行平面研磨加工，以將靜電電極至表面形成350μm的厚度，而將加熱器電極至另一表面形成750μm的厚度。其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。此製得之靜電夾頭之含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異，亦即介電層厚度之最大值與最小值之差異，為60μm。介電層厚度之變異會隨靜電電極之翹曲的變大而變大，而且，也隨靜電電極厚度之變異的增加而增加。圖3為靜電電極的翹曲對介電層厚度之變異所造成之影響之示意圖。由圖可知，介電層變異(=Lmax-Lmin)會隨靜電電極之翹曲的變大而變大。此外，圖3中並未表示出，若靜電電極的厚度不均勻，由於介電層厚度不均，也會對介電層厚度的變異造成影響。
〔實施例2〕
於實施例1之3.中，不對第1與第3陶瓷煅燒體進行網版印刷，而於第2陶瓷煅燒體之單一表面上，以網版印刷的方式印上電極用漿料，以形成靜電電極，同時也於另一表面上，以網版印刷的方式印上電極用漿料，以形成加熱器電極。而且，於實施例1之4.中，如圖2(b)所示，藉由以第1~第3陶瓷煅燒體堆疊的狀態下進行熱壓燒成，以製作燒結體，其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。熱壓燒成係以與實施例1相同之條件來進行。此所製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度的變異為55μm。
〔實施例3〕 1.陶瓷成型體之製作
量秤氮化鋁(平均粒徑為0.5μm，純度為99.7%)100重量比份、氧化銪3重量比份、氧化鋁8.7重量比份、氧化鈦0.4重量比份、用來作為分散劑之聚羧酸系共聚物3重量比份、與用來作為溶劑之多元酸酯25重量比份，將這些以球磨機(轉筒篩)進行14小時的混合，以製作漿料前驅物。對此漿料前驅物，添加作為膠凝劑、亦即異氰酸酯類之4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯7.7重量比份、多元醇類之乙二醇1.4重量比份、及用來作為觸媒之6-二甲胺基-1-己醇0.3重量比份，以螺旋槳式攪拌機進行10分鐘的混合，以製作出陶瓷漿料。將製得之陶瓷漿料，分別填入內 部具有直徑為350mm、高為4.0mm之圓盤狀空間的第1成型模、內部具有直徑為350mm、高為6.0mm之圓盤狀空間的第2成型模、以及內部具有直徑為350mm、高為4.0mm之圓盤狀空間的第3成型模中。其後，於22℃下放置2個小時，使各成型模中之膠凝劑產生化學反應，以使陶瓷漿料進行膠狀化之後，進行脫模。藉此，由第1~第3成型模分別製得第1~第3陶瓷成型體。
2.陶瓷煅燒體之製作
藉由於100℃下對第1~第3陶瓷成型體進行10小時的乾燥後，於真空中、且最高溫度為500℃下進行3小時的脫脂，再於最高溫度820℃、且氮氣中進行1小時的煅燒，來製備第1~第3陶瓷煅燒體。
3.電極之形成
同於實施例1之3.，於第1陶瓷煅燒體之表面上形成靜電電極，而於第3陶瓷煅燒體之表面上形成加熱器電極。
4.熱壓燒成
同於實施例1之4.，如圖2(a)所示，藉由以第1~第3陶瓷煅燒體重疊之狀態下進行熱壓燒成，以製備陶瓷燒結體。熱壓燒成係於氮氣中、壓合壓力為200kgf/cm2、並於最高溫度為1920℃下維持2個小時來進行。其後，對陶瓷燒結體表面，以鑽石磨輪進行平面研磨加工，以將靜電電極至表面形成350μm的厚度，而將加熱器電極至另一表面形成750μm的厚度。其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾 頭。此所得到之靜電夾頭之含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異為60μm。
〔實施例4〕
於實施例3之3.中，不對第1與第3陶瓷煅燒體進行網版印刷，而於第2陶瓷煅燒體之單一表面上，以網版印刷的方式印上電極用漿料，以形成靜電電極，同時也於另一表面上，以網版印刷的方式印上電極用漿料，以形成加熱器電極。而且，於實施例3之4.中，如圖2(b)所示，藉由以第1~第3陶瓷煅燒體重疊的狀態下進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體，其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。熱壓燒成係以與實施例3相同之條件來進行。此所製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度的變異為52μm。
〔對照例1〕
於氧化鋁燒結體之下表面上印刷上靜電電極用漿料之同時，於另一氧化鋁燒結體之上表面上印刷上加熱器電極用漿料，以將靜電電極用漿料之印刷面與加熱器電極用漿料之印刷面重疊，以夾住氧化鋁造粒粉之狀態下，對此加壓以形成成型體後，藉由進行熱壓燒成，以製作靜電夾頭。此與圖2(a)所示之手法相似。
具體來說，根據日本專利第2009-302571號公開公報中之段落0057~0059中所述，製作印刷上靜電電極用漿料之氧化鋁燒結體。此氧化鋁燒結體最後將成為靜電夾頭之 介電層。此外，又根據此專利公開公報，製作印刷上加熱器電極用漿料之氧化鋁燒結體。而且，又根據上述公開公報中之段落0055中所述，製作氧化鋁造粒粉。然後，將印刷上靜電電極用漿料之氧化鋁燒結體，其印刷表面朝上之狀態置於模具中，於其上加入氧化鋁造粒粉，再於其上將印刷上加熱器電極用漿料之氧化鋁燒結體，其印刷表面朝下之狀態置入模具中。之後，於此狀態下，以200kgf/cm2之壓力進行加壓，以形成成型體。接著，對此成型體進行熱壓燒成，其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。熱壓燒成之條件與實施例1相同。此製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異為100μm。
〔對照例2〕
於作為中間層之氧化鋁燒結體上表面上，印刷上靜電電極用漿料，於下表面上，印刷上加熱器電極用漿料，並於靜電電極用漿料之印刷面上配置氧化鋁造粒粉之同時，也於加熱器電極用漿料之印刷面下方，配置氧化鋁造粒粉，以此狀態下對此進行加壓以形成成型體，之後，進行熱壓燒成，其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。此與圖2(b)所示之手法相似。
具體來說，根據日本專利第2009-302571號公開公報中之段落0057中所述，製作氧化鋁燒結體。此氧化鋁燒結 體最後將成為靜電夾頭之中間層。此外，又根據此公報之段落0059，於氧化鋁燒結體之上表面上印刷上靜電電極用漿料，於下表面上印刷上加熱器電極用漿料。而且，又根據此公報中之段落0055，製作氧化鋁造粒粉。然後，於模具中加入氧化鋁造粒粉，再於其上，將氧化鋁燒結體，其靜電電極用漿料之印刷表面朝下之狀態置入模具中，並於加熱器電極用漿料之印刷面上加入氧化鋁造粒粉。之後，於此狀態下，以200kgf/cm2之壓力進行加壓，以形成成型體。接著，對此成型體進行熱壓燒成，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。熱壓燒成之條件與實施例1相同。此製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異為120μm。
上述實施例1~4與對照例1、2之介電層變異整理於表格1中。由表格1中可清楚得知，上述實施例1~4中所得之介電層變異，大幅地小於對照例1、2之值。而且，實施例1~4為適用圖2(a)、(b)之製造方法的例子，圖2(c)、(d)之製造方法也可獲得相同的效果。此外，實施例1~4所示為內建有靜電電極與加熱器電極之3層結構之靜電夾頭，而內建有靜電電極之2層結構的靜電夾頭，若以圖1(a)、(b)之製造方法，也可獲得與實施例1~4相同的效果。
〔實施例5〕 1.陶瓷成型體之製作
量秤氧化鋁粉(平均粒徑為0.5μm，純度為99.99%)100重量比份、氧化鎂0.2重量比份、氟化鎂0.3重量比份、用來作為分散劑之聚羧酸系共聚物3重量比份、與用來作為溶劑之多元酸酯20重量比份，將這些以球磨機(轉筒篩)進行14小時的混合，以製作漿料前驅物。對此漿料前驅物，添加作為膠凝劑之4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯的異氰酸酯3.3重量比份、如乙二醇之多元醇0.3重量比份、及用來作為觸媒之6-二甲胺基-1-己醇0.1重量比份，以自/公轉式攪拌機進行12分鐘的混合，以製得陶瓷漿料。將製得之陶瓷漿料，分別倒入實施例1之1.中所使用的第1~第3成型模中。其後，藉由於22℃下放置2個小時，於各成型模中使膠凝劑產生化學反應，以使陶瓷漿料產生膠狀化，其後進行脫模。藉此，由第1~第3成型模分別製得第1~第3成型體。
2.陶瓷煅燒體之製作
以實施例1之2.相同手法，來製備第1~第3陶瓷煅燒 體。
3.電極之形成
以實施例1之3.相同手法，於第1陶瓷煅燒體之一表面與第3陶瓷煅燒體之一表面上，以網版印刷方式印上電極用漿料。其中，電極用漿料係於Mo粉與氧化鋁粉中添加作為黏合劑之聚乙烯醇縮丁醛、與作為溶劑之松油醇，使氧化鋁含量為10重量%進行混合來製備。
4.熱壓燒成
以實施例1之4.相同手法，如圖2(a)所示，藉由將第1~第3陶瓷煅燒體重疊之狀態下，進行熱壓燒成，以獲得陶瓷燒結體。其中，熱壓燒成係於真空中、壓合壓力為250kgf/cm2、並於最高溫度為1170℃下維持2個小時來進行。此最高溫度之設定可比實施例1(1600℃)低，是因為於漿料前趨物中添加作為燒結助劑之氟化鎂之緣故。然後，對陶瓷燒結體表面，以鑽石磨輪進行平面研磨加工，以將靜電電極至表面形成350μm的厚度，將加熱器電極至另一表面形成750μm的厚度。其後，進行側面加工、鑽孔加工，並連接端子，以製得內建有靜電電極與加熱器電極之靜電夾頭。此製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異為20μm。
〔對照例3〕
於氧化鋁燒結體之下表面上印刷靜電電極用漿料的同時，於另一氧化鋁燒結體之上表面上印刷加熱器電極用漿料，並以將靜電電極用漿料之印刷面與加熱器電極用漿料 之印刷面重疊，以夾住氧化鋁造粒粉之狀態下，對此加壓以形成成型體後，藉由進行熱壓燒成，以製作靜電夾頭。此與圖2(a)所示之手法相似。另外，與對照例1相比較，其氧化鋁燒結體之製作方法、氧化鋁造粒粉之製作方法、電極用漿料之製備方法、以及最後之熱壓燒成步驟不同。以下將對此差異進行說明。
氧化鋁係以如下方法所製作。於純度99.99%之氧化鋁粉中，添加含量為0.2重量%、作為燒結助劑之MgF2、及含量為0.3重量%、作為添加劑之MgO，以製備原料粉。於此原料粉中添加作為黏合劑之聚乙二烯醇(PVA)、水、與分散劑，以轉筒篩進行16小時的混合，以製得漿料。使用噴霧乾燥機，對此漿料進行噴霧乾燥，之後，於500℃下保持5小時以去除黏合劑，以製作平均粒徑約為80μm之造粒顆粒。將此顆粒填入模具中，以200kgf/cm2之壓力進行加壓成型，以形成成型體。接著，將此成型體安裝於碳製的護套中，以熱壓燒成法進行燒成。此燒成係以100kgf/cm2之壓合壓力、並於氮氣加壓環境中(150kPa)中進行，以300℃/h進行昇溫，於1200℃下維持2個小時，以製作氧化鋁燒結體。之後，對此氧化鋁燒結體進行研磨加工，製作直徑為300mm、厚度為6mm之圓盤，以製備相當於介電層之第1氧化鋁燒結體。以同樣手法，製得相當於加熱器電極下層之第2氧化鋁燒結體。
氧化鋁造粒粉係以與上述氧化鋁燒結體製作時之造粒顆粒之相同手法來製作。
電極用漿料係於鉬粉與氧化鋁粉中，添加作為黏合劑之聚乙烯醇縮丁醛、與作為溶劑之松油醇，使氧化鋁含量為20重量%進行混合來製備。然後，於第1氧化鋁燒結體之單一表面與第2氧化鋁燒結體之單一表面上，分別以網版印刷方式印刷上電極漿料。
最後之熱壓燒成步驟，係對印刷面朝上之第2氧化鋁燒結體、與印刷面朝下之第1氧化鋁燒結體重疊、以夾住氧化鋁造粒粉之狀態下的成型體(其製造方法與對照例1同)，於真空中、且壓合壓力為250kgf/cm2、並於最高溫度為1170℃下維持2個小時來進行。此製得之靜電夾頭，其含碳量為0.1重量%以下，相對密度為98%以上，介電層厚度之變異為30μm。
[特性之比較]
在此比較實施例5與對照例1、3之特性，其結果表示於表格2中。各特性之量測方法如下。
．粒徑分佈之測定
以SEM觀察40個以上的粒子，取其長軸與短軸之平均值做為粒徑，並計算出粒徑分佈、平均粒徑(Ave.)、及標準偏差(σ)。
．相對於全粒子數之平均粒徑以下之粒子個數比例的計算
根據粒徑分佈之測定結果，可畫出橫軸為粒徑、縱軸為累積頻率之圖示，於該圖中計算出涵蓋整個測量範圍，相對於全粒子數之平均粒徑以下之個數的比例。
．絕緣破壞強度之測定
根據JIS C2110所述之油中的情況來進行測定。
．粒子之測定
將晶片置於靜電夾頭上，對晶片照射雷射，進行散射孔方向之數據處理，檢測出所產生之粒子數。
．粒子組成之解析
粒子邊界部分以電子微探分析儀(EMPA)與X射線繞射分析儀(XRD)來進行測量。
如表格2所示，實施例5與對照例3中，由於使用了作為燒結助劑之MgF2而可以低溫進行燒成，與未使用此燒結助劑而以高溫進行燒成之對照例1相比較，其平均粒徑較小。結果粒子數減少，絕緣破壞耐壓增高，而且其變異也降低。此外，於實施例5中，因採本發明之鑄膠法，與 未採用此鑄膠法之對照例3相比，介電層厚度變異變小，粒子數更加減少，且絕緣破壞耐壓更加提高。其原因在於平均粒徑變得更小，且粒徑分佈也偏往粒徑小的一邊(相對於全粒子的個數，平均粒徑以下之粒子個數的比例為60%以上)。
11‧‧‧第1陶瓷煅燒體
12‧‧‧第2陶瓷煅燒體
14‧‧‧靜電電極用漿料
21‧‧‧第1陶瓷煅燒體
22‧‧‧第2陶瓷煅燒體
23‧‧‧第3陶瓷煅燒體
24‧‧‧靜電電極用漿料
25‧‧‧加熱器電極用漿料
圖1(a)、(b)係說明製作2層結構之靜電夾頭時電極用漿料之印刷方法示意圖。
圖2(a)~(d)係說明製作3層結構之靜電夾頭時電極用漿料之印刷方法示意圖。
圖3係說明靜電電極翹曲對介電層厚度之變異所造成影響之示意圖。
11‧‧‧第1陶瓷煅燒體
12‧‧‧第2陶瓷煅燒體
14‧‧‧靜電電極用漿料

Claims (12)

  1. 一種靜電夾頭之製造方法，包括：(a)藉由於成型模中填入包含陶瓷粉、溶劑、分散劑與膠凝劑之陶瓷漿料，於上述成型模中使上述膠凝劑進行化學反應，使上述陶瓷漿料膠狀化後進行脫模，以製作第1與第2陶瓷成型體之步驟；(b)藉由將上述第1與第2陶瓷成型體乾燥後進行脫脂，進而進行煅燒，以製作第1與第2陶瓷煅燒體之步驟；(c)假設上述第1陶瓷煅燒體將形成靜電夾頭之介電層的話，於上述第1或第2陶瓷煅燒體之一表面上印刷靜電電極用漿料，以作為靜電電極之步驟；以及(d)藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以夾住上述靜電電極之狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之靜電夾頭之製造方法，其中更包括：於上述步驟(a)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體之手法，來製作第3陶瓷成型體；於上述步驟(b)中，以同於上述第1與第2陶瓷煅燒體之手法，來製作第3陶瓷煅燒體；於上述步驟(c)中，於上述第2或第3陶瓷成型體之一表面上，印刷加熱器電極用漿料，以作為加熱器電極；以及於上述步驟(d)中，藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體 重疊以夾住上述靜電電極的狀態、且同時也將上述第2與第3陶瓷煅燒體重疊以夾住上述加熱器電極的狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體。
  3. 一種靜電夾頭之製造方法，包括：(a)藉由於成型模中填入包含陶瓷粉、溶劑、分散劑與膠凝劑之陶瓷漿料，於上述成型模中使上述膠凝劑進行化學反應，使上述陶瓷漿料膠狀化後進行脫模，以製作第1與第2陶瓷成型體之步驟；(b)假設上述第1陶瓷成型體將形成靜電夾頭之介電層的話，於上述第1或第2陶瓷成型體之一表面上印刷靜電電極用漿料，以作為靜電電極之步驟；(c)藉由將上述第1與第2陶瓷成型體乾燥後進行脫脂，進而進行煅燒，以製作第1與第2陶瓷煅燒體之步驟；以及(d)藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊，以夾住上述靜電電極之狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體之步驟。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之靜電夾頭之製造方法，其中更包括：於上述步驟(a)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體之手法，來製作第3陶瓷成型體；於上述步驟(b)中，於上述第2或第3陶瓷成型體之一表面上，印刷加熱器電極用漿料，以作為加熱器電極；於上述步驟(c)中，以同於上述第1與第2陶瓷成型體 之手法，對第3陶瓷成型體進行乾燥、脫脂、煅燒，以製作第3陶瓷煅燒體；以及於上述步驟(d)中，藉由將上述第1與第2陶瓷煅燒體重疊以夾住上述靜電電極的狀態、且同時將上述第2與第3陶瓷煅燒體重疊以夾住上述加熱器電極的狀態下，進行熱壓燒成，以製作陶瓷燒結體。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電夾頭之製造方法，其中於上述步驟(a)中，上述陶瓷粉使用於氧化鋁中至少添加作為燒結助劑之MgF2之材料，於上述步驟(d)中，將熱壓燒成溫度設定於1120~1300℃之範圍。
  6. 如申請專利範圍第3或4項所述之靜電夾頭之製造方法，其中於上述步驟(a)中，上述陶瓷粉使用於氧化鋁中至少添加作為燒結助劑之MgF2之材料，於上述步驟(d)中，將熱壓燒成溫度設定於1120~1300℃之範圍。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之靜電夾頭之製造方法，其中上述步驟(a)中所使用之陶瓷粉之平均粒徑為0.4~0.6μm。
  8. 如申請專利範圍第3或4項所述之靜電夾頭之製造方法，其中上述步驟(a)中所使用之陶瓷粉之平均粒徑為0.4~0.6μm。
  9. 一種靜電夾頭，其介電層厚度之最大值與最小值間的差值為60μm以下，其中構成上述介電層之陶瓷粒子之平均粒徑為0.7~1.2μm，相對於全部粒子數之平均粒徑以下之粒子數比例為60%以上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之靜電夾頭，其中上述介電層係以熱壓作成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之靜電夾頭，其中上述介電層為氧化鋁燒結體。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之靜電夾頭，其中上述介電層含有Mg。
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