專利名稱：陶瓷－金屬接合體及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷-金屬接合體及其制法。
背景技術(shù)：
靜電卡盤是在半導(dǎo)體加工工藝之一的蝕刻步驟中所用的部件，具體來說是，靜電卡盤是在真空中利用強(qiáng)生-拉貝克(7 3 > ” - ’一 y ” )力或庫侖力，來吸附硅晶片，并利用均勻地冷卻蝕刻所產(chǎn)生的熱，來對硅晶片實(shí)施均勻的蝕刻加工的部件。該部件的必要的功能例如有(1)真空保持力；(2)對硅晶片的吸附 脫卸的應(yīng)對性；(3)將被吸附的硅晶片整體變?yōu)榫鶆虻臏囟鹊木鶡嵝裕?4)對蝕刻中所采用的藥品的耐腐蝕性等。這樣的靜電卡盤是通過硅樹脂構(gòu)成的接合部件將陶瓷制的板和鋁等金屬構(gòu)成的支承座接合而形成的(例如專利文獻(xiàn)1)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開平4487344號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，以往的靜電卡盤，在80°C以上的高溫使用時會從接合部件產(chǎn)生氣體，并在板和接合部件之間或支承座和接合部件之間生成氣泡，該氣泡有時會導(dǎo)致板和支承座之間的接觸面積下降、粘結(jié)不均，有時會導(dǎo)致吸附的晶片的均熱性的惡化。又，雖然在板中埋入加熱器用以控制晶片的溫度使其維持恒定，但是由于氣泡的產(chǎn)生導(dǎo)致熱傳遞量的變化，使得溫度控制變得困難。這樣的問題也發(fā)生在和靜電卡盤具有相同構(gòu)造的產(chǎn)品中，即陶瓷-金屬接合體中。與靜電卡盤類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品還有例如噴淋頭等。噴淋頭是一種在半導(dǎo)體加工工藝的一個步驟的等離子處理裝置中，用于將反應(yīng)氣體分散提供到腔室容器內(nèi)的部件。本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其主要目的是，防止陶瓷-金屬接合體的板與支承座之間接觸面積下降和粘結(jié)不均。本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法，其通過以樹脂為主成分的接合片接合陶瓷制的板和金屬制的支承座以制作陶瓷-金屬接合體，包括預(yù)焙步驟，將所述接合片預(yù)先在大氣中、非活性氣體中或真空中進(jìn)行加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分；接合步驟，將所述板和所述支承座和所述接合片放入減壓后的氣密封包袋中，所述接合片設(shè)置在所述板和所述支承座之間并在壓熱器中被施加壓力，并以比所述預(yù)焙步驟中低的溫度進(jìn)行加熱接合。該制法中，預(yù)先對接合片進(jìn)行加熱將接合片中的揮發(fā)成分減少之后，再將板和支承座和接合片放入氣密封包袋中，接合片設(shè)置在板和支承座之間并在壓熱器中加壓接合， 獲得的陶瓷-金屬接合體即使在高溫下使用，也不會從接合片產(chǎn)生氣體，板和接合部件之間以及支持臺和接合部件之間不產(chǎn)生氣泡。這樣，可減少板和支承座之間接觸面積降低、粘結(jié)不均勻的問題。這里，板可以由例如，碳化硅、氮化鋁、氧化鋁、鈦酸鈣、鈦酸鋇等陶瓷構(gòu)成。支持臺，除了鋁制或硅制的，還可以是在多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成的母材中浸漬金屬而得到的金屬基復(fù)合材質(zhì)。接合片可以是例如丙烯樹脂制或硅樹脂制的。預(yù)焙步驟中加熱時的條件可根據(jù)接合片的材質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。具體來說，只要根據(jù)接合片的材質(zhì)預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)對環(huán)境氣體、 真空度、加熱溫度和加熱時間時間對板和支承座的接合界面的影響進(jìn)行研究，將數(shù)值范圍設(shè)定為對接合界面不產(chǎn)生影響即使在高溫下加熱也不從接合片產(chǎn)生氣泡。在預(yù)焙步驟中作為氣氛，比大氣更加理想的是采用非活性氣體，更理想的是在真空中，這樣能夠得到即使在高溫下使用時接合界面也不會產(chǎn)生剝落也不會產(chǎn)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，最好含有金屬填料(例如鋁)。在接合步驟中，可通過壓熱器進(jìn)行加壓加熱處理獲得充分的粘結(jié)強(qiáng)度。在本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法中，可以將所述接合片貼付于所述支承座， 將貼付有所述接合片的支承座加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分，或者可以將接合片貼付于所述板，對貼付有所述接合片的板進(jìn)行加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分。這樣，不采用新的治具也可適用本發(fā)明的制法。在本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法中，所述預(yù)焙步驟中，準(zhǔn)備框和由所述接合片構(gòu)成的大尺寸片，所述框是挖去了與所述陶瓷-金屬接合體的所述接合片相同形狀的孔的板，所述大尺寸片貼付于所述框以塞住所述框的孔，對貼付有所述大尺寸片的框進(jìn)行加熱以減少所述大尺寸片的揮發(fā)成分。這樣，相比將接合片貼付到支承座之后再進(jìn)行加熱或?qū)⒔雍掀N付到板之后再進(jìn)行加熱以減少揮發(fā)成分的情況，可減少預(yù)焙步驟中的加熱時間。這是因?yàn)橄啾惹皟煞N情況中從片的單面揮發(fā)揮發(fā)成分，后種情況是從片的兩面揮發(fā)揮發(fā)成分。在本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法中，所述樹脂為丙烯樹脂，預(yù)焙步驟的加熱條件可以是在大氣中，以120 130°C處理15 30小時。除了大氣，還可以采用1氣壓的氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w氣氛。進(jìn)一步的，也可采用真空氣氛2000 以下(最好是10 以下，更好的是IPa以下)，以120 130°C加熱15 30小時。作為接合步驟的接合條件，也可將被接合體放入耐熱性的樹脂包袋，將樹脂包袋內(nèi)脫氣后的樹脂包袋密封，將接合體連同該包袋一起放入到壓熱器中通過加壓加熱處理進(jìn)行接合。加壓加熱接合條件為比預(yù)焙步驟的溫度更低的溫度，例如以100°C下10 20Mpa的壓力進(jìn)行。這樣，在使用丙烯樹脂制的接合片的情況下，可獲得接合界面不產(chǎn)生氣泡的陶瓷-金屬接合體。此處，在預(yù)焙步驟中加熱溫度不到120°C的話，則獲得的接合體在高溫條件下使用時接合界面會產(chǎn)生氣泡，因此不理想。如果超過130°C，則接合片變質(zhì)粘結(jié)性降低，也不理想。又，預(yù)焙步驟中加熱時間不到 15小時的話，得到的接合體在高溫下使用時接合界面可能產(chǎn)生氣泡，因此不理想，如果超過 30小時，獲得的接合體的性能沒有問題，但是需要比必要更長的時間，生產(chǎn)性下降了，并不
王困相本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法中，所述樹脂為硅樹脂，預(yù)焙步驟中的加熱條件可以是大氣中以140 170°C加熱15 30小時。除了大氣還可采用1氣壓的氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w氣氛。進(jìn)一步的，也可采用真空2000 以下(最好是10 以下，更好的是 IPa以下)、以140 170°C進(jìn)行15 30小時的處理。作為接合步驟的接合條件，被接合體放入到耐熱性的樹脂包袋中，并對脫氣后的樹脂包袋進(jìn)行密封，將整個包袋連同接接合體放入到壓熱器中通過加壓加熱處理接合。加壓加熱接合條件為比預(yù)焙步驟的溫度低10 30°C的溫度，最好是在例如在120 140°C下以10 20MPa的壓力進(jìn)行。這樣，在采用硅樹脂的接合片的情況下，能夠得到接合界面不會產(chǎn)生剝落或氣泡的陶瓷-金屬接合體。此處，如果預(yù)焙步驟中的加熱溫度不到140°C，則得到的接合體在高溫下使用時接合界面產(chǎn)生氣泡，并不理想，如果超過170°C的話，則接合片變質(zhì)粘結(jié)性下降，也不理想。又，在預(yù)焙步驟中如果加熱時間不到15小時，則獲得的接合體在高溫下使用時接合界面可能產(chǎn)生氣泡，因此不理想，如果超過30小時，獲得的接合體的性能沒有問題，但是需要比必要更長的時間， 生產(chǎn)性下降了，并不理想。在本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法中，所述陶瓷-金屬接合體可以是，在半導(dǎo)體工藝中對晶片進(jìn)行吸附固定用的靜電卡盤，也可以是半導(dǎo)體工藝中使反應(yīng)氣體流入到腔室容器內(nèi)的噴淋頭。本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體，其為通過樹脂構(gòu)成的接合片對陶瓷制的板和金屬制的支承座進(jìn)行接合的接合體，在120°C、100 的真空環(huán)境下加熱300小時的情況下，所述接合片的重量變化為50 μ g/cm2，此處的單位為接合面每平方厘米。此時，所述板與所述接合片的接合界面和所述支承座與所述接合片的接合界面不產(chǎn)生氣泡。該陶瓷-金屬接合體可以通過本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體的制法獲得，通過在制造時降低接合片的揮發(fā)成分，使得即使暴露在高溫下，接合片也只產(chǎn)生微小的重量變化。本發(fā)明的陶瓷-金屬接合體為半導(dǎo)體工藝中用于吸附固定晶片的靜電卡盤，也可以是半導(dǎo)體工藝中使得反應(yīng)氣體流入腔室容器內(nèi)的噴淋頭。


圖1是概略顯示包括靜電卡盤20的等離子處理裝置10的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是顯示靜電卡盤20的第一制造順序的說明圖。圖3是顯示靜電卡盤20的第二制造順序的說明圖。圖4是顯示靜電卡盤20的第三制造順序前半部分的說明圖。圖5是顯示靜電卡盤20的第三制造順序后半部分的說明圖。圖6是顯示預(yù)焙處理的溫度歷史記錄的一例的圖表。圖7是顯示預(yù)焙處理的溫度歷史記錄的一例的圖表。圖8是顯示氣體成分的GC-MS的分析結(jié)果的圖表。圖9是顯示從控制開始經(jīng)過的時間和電力的偏離量之間關(guān)系的圖。圖10是顯示從控制開始經(jīng)過的時間和電力的偏離量之間關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式下面，通過附圖對實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1是概略顯示包括靜電卡盤 20和噴淋頭60的等離子處理裝置10的結(jié)構(gòu)的截面圖。等離子處理裝置10如圖1所示，在能夠調(diào)整內(nèi)壓的金屬制(例如鋁合金制)的腔室12的內(nèi)部設(shè)置靜電卡盤20和噴淋頭60。腔室12能夠從氣體供給通路14將反應(yīng)氣體提供給噴淋頭60，并且能夠通過連接于排氣通路16的真空泵將腔室12的內(nèi)壓降低到規(guī)定的真空度。靜電卡盤20包括能夠吸附進(jìn)行等離子處理的硅制晶片W的板22，設(shè)置于該板22的背面的作為支承座的冷卻板觀，將板22和冷卻板觀進(jìn)行接合的接合片32。板22為外周具有臺階的陶瓷制的圓盤部件，晶片載置面23的外徑比晶片W的外徑小。該板22內(nèi)置有靜電電極M和電阻加熱元件沈。靜電電極M為能夠通過圖未示的外部電源施加直流電壓的平面狀的電極。該靜電電極M被施加直流電壓之后，晶片W通過庫侖力或強(qiáng)生-拉貝克力被吸附固定于晶片載置面23，一旦解除直流電壓的施加，則晶片 W朝向晶片載置面23的吸附固定也被解除。電阻加熱元件沈例如以一筆布置的方式來形成圖案，以在板22的整體范圍布線，一旦施加電壓即發(fā)熱以對晶片W進(jìn)行加熱。電阻加熱元件沈可通過從冷卻板觀的背面分別到達(dá)電阻加熱元件沈的一端和另一端的棒狀端子 (圖未示)施加電壓。該板22由氧化鋁形成時，由于其體積電阻率高，因此用作為庫侖型靜電卡盤，當(dāng)由氮化鋁形成時，由于其體積電阻率比氧化鋁的情況低，因此用作為強(qiáng)生-拉貝克型靜電卡盤。冷卻板觀為外周具有臺階的鋁制的圓盤部件，與板22相對的上表面的外徑與板 22的下表面的外徑一致。該冷卻板觀具有制冷劑通路30，由圖未示的外部冷卻裝置冷卻的制冷劑(例如水)在制冷劑通路30中循環(huán)。該制冷劑通路30構(gòu)成為例如一筆布置的方式來形成，以在整個冷卻板觀流通制冷劑。又，冷卻板觀通過圖未示的螺栓固定于腔室12 的底面。這樣，整個靜電卡盤20即被固定于腔室12內(nèi)。又，也可在設(shè)于冷卻板觀外周的臺階上配置圖未示的保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)不與晶片W接觸，是在晶片W進(jìn)行等離子處理時保護(hù)冷卻板觀不與等離子接觸的，根據(jù)需要可進(jìn)行更換。保護(hù)環(huán)的材質(zhì)可以采用石英、氧化鋁、 金屬硅等。接合片32是將板22和冷卻板28接合的層，接合片32的外徑與板22的下表面的外徑以及冷卻板觀的上表面的外徑一致。該接合片32在實(shí)施后述的預(yù)焙處理之后，又經(jīng)過了如下的處理，即，以由板22和冷卻板觀夾持的狀態(tài)裝入氣密封包袋中，并對包袋內(nèi)減壓為真空包袋，再連同氣密封包袋一起放入壓熱器中，以加壓加熱條件進(jìn)行處理。接合片32 最好是丙烯樹脂的或是硅樹脂的。又，接合片32的厚度最好為100 300 μ m。噴淋頭60包括用于將反應(yīng)氣體分散提供給腔室12的陶瓷制的圓盤狀的板62 ； 用作為產(chǎn)生等離子的上部電極的圓錐臺形的金屬電極板64 ；將板62和金屬電極板64進(jìn)行接合的接合片66。該噴淋頭60具有在上下方向貫通板62、接合片66和金屬電極板64的多個小孔60a。金屬電極板64內(nèi)置有護(hù)套加熱器65。該護(hù)套加熱器65在金屬電極板64 整體以一筆布置的方式形成。接合片66在實(shí)施后述的預(yù)焙處理之后，以由板62和金屬電極板64夾持的狀態(tài)封入真空包袋，再放入壓熱器以加壓加熱條件進(jìn)行處理。接合片66最好是丙烯樹脂或硅樹脂制成。這樣的噴淋頭60設(shè)置并固定為，金屬電極板64的上表面與安裝于腔室12的冷卻板68接觸。該冷卻板68具有制冷劑通路72，由圖未示的外部冷卻裝置冷卻的制冷劑(例如水)在冷劑通路72中循環(huán)。又，冷卻板68將來自于連接于腔室12 的氣體供給通路14并通過氣體存儲箱76提供的反應(yīng)氣體經(jīng)由分配通路74提供到噴淋頭 60的小孔60a。接著，對這樣構(gòu)成的等離子處理裝置10的使用例進(jìn)行說明。首先，使制冷劑通路 30,72中循環(huán)有通過圖未示的外部冷卻裝置冷卻到規(guī)定溫度(例如25°C )的制冷劑。接著， 將晶片W載置到板22的晶片載置面23。然后，通過真空泵將腔室12內(nèi)減壓至規(guī)定的真空度，對靜電電極M施加直流電壓以產(chǎn)生庫侖力或強(qiáng)生-拉貝克力，從而將晶片W吸附固定于晶片載置面23。接著，使腔室12內(nèi)具有規(guī)定壓力(例如數(shù)十 數(shù)百Pa)的反應(yīng)氣體氣氛，在該狀態(tài)下，對腔室12內(nèi)的噴淋頭60的金屬電極板64和靜電卡盤20的靜電電極M 間施加高頻電壓，產(chǎn)生等離子。又，對靜電電極M施加產(chǎn)生靜電力的直流電壓和高頻電壓， 高頻電壓也可不是施加于靜電電極M而施加于冷卻板觀。通過產(chǎn)生的等離子對晶片W的表面進(jìn)行蝕刻。此時，通過調(diào)節(jié)供給到電阻加熱元件沈的電量，或通過調(diào)節(jié)循環(huán)于冷卻板 28的制冷劑通路30的制冷劑的流量，將晶片W的溫度控制為恒定。又，通過調(diào)節(jié)提供至護(hù)套加熱器65的電量，或調(diào)節(jié)在冷卻板68的制冷劑通路72中循環(huán)的制冷劑的流量，將噴淋頭60的溫度控制為恒定。接著對靜電卡盤20的制造順序進(jìn)行說明。圖2為顯示靜電卡盤20的第一制造順序的說明圖，圖3為顯示靜電卡盤20的第二制造順序的說明圖，圖4和圖5是顯示靜電卡盤20的第三制造順序的說明圖。首先，根據(jù)圖2的說明圖對第一制造順序進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備板22、冷卻板觀， 和樹脂制的兩面粘著性的接合片32 (參考圖2 (a))。接合片32，為與板22的下表面或冷卻面觀的上表面相同的形狀。接著，在冷卻板觀的上表面貼付接合片32(參照圖2(b))。接著，將貼付有接合片32的冷卻板觀設(shè)置于干燥機(jī)內(nèi)，在大氣氛圍中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)壓力降低為2000 以下(最好是10 以下，更好的情況是IPa以下)，以這樣的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)焙處理(參考圖2 (c))。在預(yù)焙處理中， 當(dāng)接合片32為丙烯樹脂制的情況下，以120 130°C進(jìn)行15 30小時的處理，之后在干燥機(jī)中自然冷卻。此時的溫度歷史記錄的一例在圖6中示出。另一方面，接合片32為硅樹脂制時，以140 170°C進(jìn)行15 30小時的處理，之后在干燥機(jī)真空中自然冷卻。圖7示出此時的溫度歷史記錄的一例。通過這樣的預(yù)焙處理，可降低接合片32中的揮發(fā)成分。預(yù)焙處理之后，板22的下表面與貼付于冷卻板觀的接合片32的上表面一致地進(jìn)行層疊(參考圖2(d))，將其放入耐熱樹脂包袋中之后放入到壓熱器，以比預(yù)焙處理的溫度低10 30°C 的溫度，在10 20MPa的加壓加熱下進(jìn)行3 6小時的處理，由此將板22和冷卻板28以夾持接合片32的方式緊密接合，得到靜電卡盤20 (參考圖2(e))。接著，參照圖3的說明圖對第二制造順序進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備板22，冷卻板觀， 和樹脂制的兩面粘著性的接合片32(參考圖3(a))。接合片32與第一制造順序中的相同。 接著，在板22的下表面貼付接合片32 (參考圖3(b))。接著，將貼付有接合片32的板22設(shè)置于干燥機(jī)內(nèi)，在大氣氣氛中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)壓力降低至2000 以下(最好為l(Pa以下，更好的情況是IPa以下)，并以該狀態(tài)進(jìn)行預(yù)焙處理(參考圖3(c))。預(yù)焙處理，在與第一制造順序相同的條件下進(jìn)行。這樣， 降低接合片32中的揮發(fā)成分。預(yù)焙處理之后，以冷卻板觀的上表面與貼付于板22的接合片32的下表面一致的方式進(jìn)行層疊(參照圖3(d))，并將其放入耐熱樹脂包袋中之后放入壓熱器，在加壓加熱條件下進(jìn)行數(shù)小時的處理，獲得靜電卡盤20 (參照圖3(e))。接著，根據(jù)圖4和圖5的說明圖對第三制造順序進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備作為挖去與接合片32相同形狀的孔70a的板的框70，和樹脂制的兩面粘著性的大尺寸片31 (參照圖 4(a))。大尺寸片31形狀相比板22的下表面或冷卻板觀的上表面大。接著，大尺寸片31 貼付于框70以塞住框70的孔70a(參照圖4(b))。接著，將貼付有大尺寸片31的框70設(shè)置于干燥機(jī)內(nèi)，在大氣氣氛中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)壓力降低為2000 以下(最好是10 以下，更好情況是IPa以下)，并在該狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)焙處理(參照圖4(c))。預(yù)焙處理在與第一制造順序相同的條件下進(jìn)行。但是，大尺寸片31從兩表面揮發(fā)揮發(fā)成分，因此相比第一和第二制造順序，其處理時間可以更短。 這樣，大尺寸片31中的揮發(fā)成分降低。接著，準(zhǔn)備板22和冷卻板觀(參照圖5 (a))，大尺寸片31中塞住框70的孔70a的部分由板22和冷卻板觀夾住(參照圖5(b))。接著，通過沿著冷卻板觀的外緣切斷大尺寸片31，來將大尺寸片31作為接合片32(參照圖5(c))，將其放入耐熱樹脂包袋中之后放入壓熱器，在加壓加熱條件下進(jìn)行數(shù)小時處理，獲得靜電卡盤 20(參照圖5(d))。對在第一 第三制造順序中獲得的靜電卡盤20在120°C UOOI3a的真空環(huán)境下加熱300小時后，接合片1每平方厘米的重量變化為25μ g/cm2(此處單位為接合面每平方厘米)以下，板22和接合片32的接合界面或冷卻板觀和接合片32的接合界面沒有發(fā)生氣泡。接著，對噴淋頭60的制造順序進(jìn)行說明。噴淋頭60可根據(jù)靜電卡盤20的第一 第三制造順序進(jìn)行制造。首先，對根據(jù)靜電卡盤20的第一制造順序(參照圖2、制造噴淋頭60的情況進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備陶瓷制的板62、金屬電極板64和樹脂制的兩面粘著性的接合片66。接合片66為與接合片32相同的部件。在板62、金屬電極板64和接合片66上，對應(yīng)于小孔 60a的位置預(yù)先開孔。接著，金屬電極板64上貼付接合片66以使孔的位置一致。接著，將貼付有接合片66的金屬電極板64放置于干燥機(jī)內(nèi)，大氣氣氛中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣被置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)壓力降低為2000 以下(最好為10 以下， 0. IPa以下)，以該狀態(tài)進(jìn)行上述的預(yù)焙處理。通過預(yù)焙處理，降低接合片66中的揮發(fā)成分。 預(yù)焙處理后，在貼付于金屬電極板64的接合片66上使得孔一致地層疊板62，并將其放入耐熱樹脂包袋后，使樹脂包袋內(nèi)壓力減低，并對包袋進(jìn)行氣密密封，將被接合體連同包袋一起放入壓熱器，在比預(yù)焙溫度低10 30°C的溫度下，以10 20MPa的加壓加熱進(jìn)行3 6 小時的處理，獲得噴淋頭60。接著，對基于靜電卡盤20的第二制造順序(參照圖幻制造噴淋頭60的情況進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備板62，金屬電極板64，樹脂制兩面粘著性的接合片66。接合片66和接合片32—樣。在板62、金屬電極板64和接合片66上對應(yīng)于小孔60a的位置預(yù)先開孔。接著，接合片66貼付于板62以使孔的位置一致。接著，將貼付有接合片66的板62設(shè)置于干燥機(jī)內(nèi)，在大氣氣氛中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)壓力降低為2000 以下(最好是10 以下，更好的是0. IPa以下)，并以該狀態(tài)進(jìn)行上述預(yù)焙處理。通過預(yù)焙處理，降低接合片66中的揮發(fā)成分。預(yù)焙處理之后，以孔一致的方式，在貼付于板62的接合片66上層疊金屬電極板64，并將其放入耐熱樹脂包袋之后放入壓熱器，通過在加壓加熱條件下處理數(shù)小時后，獲得噴淋頭60。照)。接著，對根據(jù)靜電卡盤20的第三制造順序(參照圖4和圖幻制造噴淋頭60的情況進(jìn)行說明。首先準(zhǔn)備作為挖去與接合片66相同形狀的孔的板的框、和樹脂制的兩面粘著性的大尺寸片(比接合片66形狀更大的片)。在大尺寸片上相當(dāng)于小孔60a位置處開有孔。接著，將大尺寸片貼付于框以使大尺寸片塞住框的孔。然后，將貼付有大尺寸片的框放置于干燥機(jī)內(nèi)，大氣氣氛中、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的大氣置換為氮?dú)饣驓鍤獾确腔钚詺怏w、或?qū)⒏稍餀C(jī)內(nèi)的壓力降低為2000 以下(最好是10 以下，更好的情況是IPa以下)，以這樣的狀態(tài)進(jìn)行上述預(yù)焙處理。但是，處理時間相比第一和第二制造順序可以更短。這樣，大尺寸片中的揮發(fā)成分降低。接著，準(zhǔn)備板62和金屬電極板64，大尺寸片中塞住框的空的部分由板62和金屬電極板64夾持。此時，使各自設(shè)置的孔的位置一致。然后，沿著金屬電極板64 的外周切斷大尺寸片以將大尺寸片66作為接合片66，將其放入耐熱樹脂包袋之后放入壓熱器，在加壓加熱條件下進(jìn)行數(shù)小時的處理，獲得噴淋頭60。根據(jù)以上詳述的本實(shí)施方式的靜電卡盤20和噴淋頭60的制造方法，可減少板22 與冷卻板觀的接觸面積或板62與金屬電極板64的接觸面積下降，以及接觸面的粘結(jié)強(qiáng)度不均等問題。具體來說，對于靜電卡盤20來說，由于預(yù)先在真空中加熱接合片32減少接合片32的揮發(fā)成分、再通過加壓加熱處理接合板22和冷取板觀，這樣獲得的靜電卡盤20即使在高溫下使用，也不會從接合片32產(chǎn)生氣體，板22和接合片32之間或冷卻板觀和接合片32之間也不會產(chǎn)生氣泡。這樣，板22和冷卻板觀之間的接觸面積下降或粘結(jié)性不均等問題也得到解決，這樣吸附的晶片W的均熱性變好。又，對于將晶片W的溫度控制為恒定的， 由于提供給電阻加熱元件26的電力穩(wěn)定，因此容易進(jìn)行溫度控制。這樣的效果對于噴淋頭 60的情況也是一樣的。又，對于靜電卡盤20的情況下，由于產(chǎn)生的氣體不付著在板22的表面，因此能夠良好地保持晶片W的吸附·脫卸的反應(yīng)性。又，相對于在靜電卡盤20的第一和第二制造順序中，預(yù)焙處理中從接合片32的單面揮發(fā)揮發(fā)成分的情況，在第三順序中，大尺寸片31從兩表面揮發(fā)揮發(fā)成分，因此可以短時間內(nèi)結(jié)束預(yù)焙處理。這一點(diǎn)對于噴淋頭60來說也是一樣的。又，本發(fā)明不對上述實(shí)施方式進(jìn)行任何限定，可在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)實(shí)施各種形式的實(shí)施方式。例如，在上述的實(shí)施方式中，雖然采用了將電阻加熱元件沈埋入板22作為靜電卡盤20的方式，但是也可省略該電阻加熱元件26。又，雖然采用將護(hù)套加熱器65埋入金屬電極板64作為噴淋頭60的方式，但是也可省略該護(hù)套加熱器65。在上述實(shí)施方式中，例示了丙烯樹脂制的或硅樹脂制的接合片32、66，并對其預(yù)焙處理的條件進(jìn)行了詳細(xì)說明。但是也可采用其他樹脂進(jìn)行制作。此時，預(yù)焙處理的條件(處理溫度和處理時間等)可通過預(yù)先的實(shí)驗(yàn)來確定。具體來說，如同實(shí)施例的圖表所說明的， 可先對處理溫度和處理時間和接合界面的狀態(tài)(是否有脫落情況的發(fā)生)之間的關(guān)系進(jìn)行研究之后來確定。實(shí)施例[參考例]丙烯樹脂制的接合片所產(chǎn)生的氣體成分由動態(tài)頂空-氣譜-質(zhì)量分析 (DHS-GC-MS)進(jìn)行分析。具體來說，將丙烯樹脂制的接合片放置于腔室內(nèi)，將該腔室內(nèi)處理為高真空狀態(tài)。接著，將腔室內(nèi)加熱為規(guī)定溫度(60°c、80°c、i0(rc、i2(rc )，在這樣的狀態(tài)下以500mL/min的流量流入載流氣體，將產(chǎn)生的氣體收集到吸附劑并濃縮之后，通過氣譜-質(zhì)量分析(GC-MQ分析氣體成分。又，質(zhì)量分析裝置的離子化方式采用電子沖擊法(EI 法；70eV)。分析結(jié)果如圖8所示。根據(jù)圖8可以得知從接合片產(chǎn)生的氣體成分主要是碳?xì)浠衔?。[實(shí)施例1]
作為靜電卡盤20的一例，制造出由Φ297πιπι、厚度3mm的氧化鋁制的板22、 Φ四7讓、厚度18mm的AL制的冷卻板觀、厚度0. 15mm的丙烯樹脂制的接合片32接合的靜電卡盤20。該靜電卡盤20基于上述的第一制造順序進(jìn)行制造。具體來說，在Al制的冷卻板觀貼付接合片66之后進(jìn)行預(yù)焙處理。預(yù)焙處理，在減壓到10 的專用爐中，以32°C / hr的速度升溫，當(dāng)升至120°C時維持溫度恒定，保持20小時。之后以4°C /hr的速度進(jìn)行降溫。之后，將貼付有接合片66的冷卻板觀和板22接合。具體來說，對準(zhǔn)位置對其進(jìn)行預(yù)接合之后，將兩者放入到耐熱性的樹脂包袋中，將樹脂包袋內(nèi)脫氣至1000 以下之后將樹脂包袋密封。接著，將連同包袋的預(yù)接合體在壓熱器中通過加壓加熱處理進(jìn)行接合。加壓加熱接合條件為以100°C的溫度在14MPa的氣壓下進(jìn)行4小時。[比較例1]將實(shí)施例1的靜電卡盤20通過以往的方法制作。具體來說，除了沒有實(shí)施實(shí)施例 1的預(yù)焙處理之外，采用與實(shí)施例1 一樣的順序進(jìn)行制作。[實(shí)施例1，比較例1的效果確認(rèn)]實(shí)施例1和比較例1的靜電卡盤20分別如圖1所示設(shè)置于腔室12內(nèi)，進(jìn)行效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)。通過在靜電卡盤20的冷卻板28的制冷劑通路30流過一定量的45°C的冷卻水、 并對埋設(shè)于板22的電阻加熱元件沈供給電力，以對提供給電阻加熱元件沈的電力進(jìn)行控制，將板22的表面溫度保持為規(guī)定溫度(實(shí)施例1為90°C，比較例1為80°C )。使得熱電偶接觸板22的中心與熱電偶接觸以測定板22的表面溫度。其結(jié)果為，從控制開始起經(jīng)過 100小時之后，與比較例1中電力下降20%的情況相比，在實(shí)施例1中即使比規(guī)定溫度高， 電力也僅下降左右。此時的狀況如圖9所示。這樣的電力變化，意味著接合界面產(chǎn)生氣泡，板22和冷卻板觀之間發(fā)生熱傳遞變小的變化。即，在對腔室中提供同樣電力的情況下，接合界面產(chǎn)生氣泡的部分處發(fā)生板22的表面溫度增大的變化。進(jìn)一步的，氣泡在面內(nèi)不均勻地產(chǎn)生，板22的表面溫度分布變化。板22的表面溫度或溫度分布變化的話，等離子中的活性粒子變化很大，例如，造成蝕刻步驟中晶片面內(nèi)的蝕刻速度的不均，裝置的成品率變差。為了確認(rèn)以上事項(xiàng)，控制對電阻加熱元件沈提供的電力，以使得實(shí)施例1和比較例1的靜電卡盤20的表面溫度變?yōu)?5°C，并測定各靜電卡盤表面的溫度分布。實(shí)施例1中最高溫度為66. 2°C、最低溫度為62. 5°C、平均溫度為64. 6°C、溫度范圍為(=最高溫度-最低溫度)3. 70C ；比較例1中最高溫度為66. 3°C、最低溫度為62. 7°C、平均溫度為64. 8V、 溫度范圍為(=最高溫度-最低溫度)3.6°C，即實(shí)施例1和比較例1幾乎沒有差異。之后，在控制開始經(jīng)過300小時之后再對板22的表面溫度分布進(jìn)行測定，結(jié)果實(shí)施例1中最高溫度為66. 4°C、最低溫度62. 5°C、平均溫度64. 8°C、溫度范圍為(=最高溫度-最低溫度)3. 9°C，相對的，比較例1中最高溫度為67. 7°C、最低溫度62. 3°C、平均溫度65. 1°C、溫度范圍為5. 4°C。根據(jù)該結(jié)果，可知，相比比較例1，實(shí)施例1中板22的均熱性更加穩(wěn)定。[實(shí)施例2]作為噴淋頭60的一例，其由Φ430ι πι、厚度4mm的SiC制的板62、和一面為Φ430ι πι 另一面為Φ 450mm的外周錐形厚度為20mm的AL制的金屬電極板64構(gòu)成，上述兩塊板通過厚度0. 25mm的硅樹脂的接合片66粘結(jié)。小孔60a為Φ0. 1mm，相鄰的間隔為4mm。該噴淋頭60根據(jù)上述第二制作順序制造。具體來說，將接合片66貼付于SiC制的板62之后進(jìn)行預(yù)焙處理。預(yù)焙處理為，在減壓到10 以下的專用爐中，對板62以10°C /hr的速度進(jìn)行升溫，并在到達(dá)150°C時保持溫度為恒定的，保持20小時。之后以5°C /hr的速度進(jìn)行降溫。之后，將貼付有接合片66的板62和金屬電極板64接合。具體來說，在進(jìn)行位置對準(zhǔn)并預(yù)接合之后，將兩者放入耐熱性樹脂包袋，將樹脂包袋內(nèi)脫氣至1000 以下并密封樹脂包袋。接著將預(yù)接合體連同包袋一起放入壓熱器中通過加壓加熱處理接合。加壓加熱接合條件為100°C下Hatm氣壓下進(jìn)行5小時。[比較例2]實(shí)施例2的噴淋頭60通過以往的方法進(jìn)行制作。具體來說，除了沒有實(shí)施實(shí)施例 2的預(yù)焙處理這一點(diǎn)，采用和實(shí)施例2相同的順序制作噴淋頭60。[實(shí)施例2，比較例2的效果的確認(rèn)]將實(shí)施例2和比較例2的噴淋頭60分別放入圖1所示的腔室12，進(jìn)行效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)。噴淋頭60設(shè)置并固定為使得金屬電極板64的上表面接觸安裝于腔室12的冷卻板 68。接著，通過在冷卻板68的制冷劑通路72中流入一定量的60°C的冷卻水、并對埋設(shè)與金屬電極板64的護(hù)套加熱器65提供電力，以對提供給護(hù)套加熱器65的電力進(jìn)行控制，使得噴淋頭60的板的表面溫度變?yōu)?0°C。又，板的表面溫度通過以陶瓷固定件固定于板表面的熱電偶進(jìn)行測定并進(jìn)行溫度控制。在控制開始經(jīng)過70小時之后，比較例2中電力下降 8%，與之相對的，實(shí)施例2中電力僅下降了 3%左右。此時的狀況如圖10所示。這樣的電力的變化意味著噴淋頭60的板62的表面的溫度變化較大。即，板62的表面溫度變化的話等離子中的活性粒子變化也較大，例如，蝕刻步驟中晶面面內(nèi)的蝕刻速度產(chǎn)生不均，裝置的成品率變差。實(shí)際上，在比較例2中蝕刻步驟的成品率(相對于生產(chǎn)總數(shù)的合格品數(shù)量的百分比)為88%，而實(shí)施例2中成品率為99%以上。[丙烯樹脂制片的預(yù)焙條件的探討]在模擬靜電卡盤的板的透明玻璃貼付丙烯樹脂制的兩面粘著性的接合片的一面。 將接合片的另一面暴露地設(shè)置于真空干燥機(jī)內(nèi)，并將干燥機(jī)內(nèi)壓力減壓至10 以下(7 8Pa)。接著，進(jìn)行預(yù)焙處理。即，保持該壓力，以如下表1所示的處理溫度、處理時間加熱。 預(yù)焙處理結(jié)束后，在貼付在透明玻璃的接合片上載置模擬冷卻板的透明玻璃，并進(jìn)行預(yù)粘結(jié)之后放入耐熱樹脂包袋中。然后將耐熱樹脂包袋中的空氣脫氣到1000 以下，將該包袋密封并在氣密封之后放入壓熱器爐中，以100°C、Hatm加熱5小時，獲得由接合片接合一對透明玻璃的玻璃-玻璃接合體。此處，對玻璃和接合片的接合界面的粘結(jié)性進(jìn)行觀察。其結(jié)果如表1所示，預(yù)焙處理時的溫度在110 130°C時粘結(jié)良好，在140°C產(chǎn)生剝離等，其粘結(jié)性不良。表 權(quán)利要求
1.一種陶瓷-金屬接合體的制法，其通過以樹脂為主成分的接合片接合陶瓷制的板和金屬制的支承座來制作陶瓷-金屬接合體，其特征在于，包括預(yù)焙步驟，將所述接合片預(yù)先在大氣中、非活性氣體中或真空中進(jìn)行加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分；接合步驟，將所述板和所述支承座和所述接合片放入減壓后的氣密封包袋中，所述接合片設(shè)置在所述板和所述支承座之間并在壓熱器中被施加壓力，并以比所述預(yù)焙步驟中低的溫度進(jìn)行加熱接合。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷-金屬接合體的制法，其特征在于，在所述預(yù)焙步驟中，將所述接合片貼付于所述支承座，并對貼付有所述接合片的支承座進(jìn)行加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷-金屬接合體的制法，其特征在于，在所述預(yù)焙步驟中，將所述接合片貼付于所述板，并對貼付有所述接合片的所述板進(jìn)行加熱以減少所述接合片中的揮發(fā)成分。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷-金屬接合體的制法，其特征在于，所述預(yù)焙步驟中，準(zhǔn)備挖去了孔的板即框和成為所述接合片的大尺寸片，所述孔與所述陶瓷-金屬接合體的所述接合片形狀相同，將所述大尺寸片貼付于所述框并塞住所述框的孔，對貼付有所述大尺寸片的框進(jìn)行加熱以減少所述大尺寸片的揮發(fā)成分。
5.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的陶瓷-金屬接合體的制法，其特征在于，所述樹脂為丙烯樹脂，所述預(yù)焙步驟中的加熱條件為在2000 以下、以120 130°C加熱15 30小時。
6.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的陶瓷-金屬接合體的制法，其特征在于，所述樹脂為硅樹脂，所述預(yù)焙步驟中的加熱條件為在2000 以下、以140 170°C加熱15 30小時。
7.如權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的陶瓷-金屬接合體的方法，其特征在于，所述陶瓷-金屬接合體為在半導(dǎo)體工藝中用于吸附固定晶片的靜電卡盤，或是半導(dǎo)體工藝中將反應(yīng)氣體分散提供給腔室容器的噴淋頭。
8.—種陶瓷-金屬接合體，其為用樹脂構(gòu)成的接合片將陶瓷制的板和金屬制的支承座接合而成的接合體，其特征在于，在120°C、100I^的真空環(huán)境下加熱300小時的情況下，所述接合片的重量變化為 50μ g/cm2以下，此處的單位為接合面每平方厘米。
9.一種陶瓷-金屬接合體，其為用樹脂構(gòu)成的接合片將陶瓷制的板和金屬制的支承座接合而成的接合體，其特征在于，在120°C、100I^的真空環(huán)境下加熱300小時的情況下，所述板和所述接合片的接合界面以及所述支承座和所述接合片的接合界面沒有產(chǎn)生氣泡。
10.如權(quán)利要求8或9所述的陶瓷-金屬接合體，其特征在于，所述陶瓷-金屬接合體為在半導(dǎo)體工藝中用于吸附固定晶片的靜電卡盤，或是半導(dǎo)體工藝中將反應(yīng)氣體分散提供給腔室容器的噴淋頭。
全文摘要
首先，準(zhǔn)備板(22)、冷卻板(28)和丙烯樹脂制的兩面粘著性的接合片(32)。接著，將接合片(32)貼付到冷卻板(28)的上表面。接著，將貼付有接合片(32)的冷卻板(28)放置于真空干燥機(jī)內(nèi)，將干燥機(jī)內(nèi)壓力減壓至2000Pa以下，以此狀態(tài)進(jìn)行預(yù)焙處理。預(yù)焙處理在120～130℃下進(jìn)行15～40小時，之后在真空中進(jìn)行自然冷卻。預(yù)焙處理之后，進(jìn)行層疊使得貼付于冷卻板(28)的接合片(32)的上表面與板(22)的下表面一致，并在放入耐熱樹脂包袋中，之后放入壓熱器，在加壓加熱條件下進(jìn)行數(shù)小時的處理，獲得靜電卡盤(20)。
文檔編號C04B37/02GK102325739SQ20108000854
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者和氣隼也, 大場教磨, 杉本博哉, 田中俊介, 相原靖文 申請人:日本礙子株式會社