專利名稱：陶瓷襯底和制造陶瓷襯底的處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要在半導(dǎo)體工業(yè)中使用的陶瓷襯底，尤其，涉及適合用于加熱板、靜電夾具(electrostatic chuck)、晶片檢測器等的陶瓷襯底，并且在耐熱沖擊性、熱均勻性、夾具力等方面占有優(yōu)勢。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體是各種工業(yè)中都必需的極其重要的制品。例如，通過把單晶硅切片成預(yù)定厚度來制造硅晶片，然后在這個硅晶片上形成多個集成電路等元件來制造半導(dǎo)體芯片。
在制造這個半導(dǎo)體芯片的處理中，放在靜電夾具上的硅晶片經(jīng)受諸如蝕刻和CVD之類的各種處理，以形成導(dǎo)體電路、元件等。此時，要使用諸如用于沉積的氣體或用于蝕刻的氣體之類的腐蝕性氣體；因此，要保護靜電電極層不被這些氣體腐蝕。由于還需要誘發(fā)吸附能力，所以通常使靜電電極層噴鍍陶瓷介質(zhì)薄膜等。
作為這種陶瓷襯底，日本專利公報第279850號和日本專利公報第2513995號、JP Kokai Hei 11-74064等描述帶有加熱器的靜電夾具，加熱器通過堆疊印刷電路基板(green sheet)的處理來制造，在所述靜電夾具上印制諸如鎢(W)之類的金屬膏。
然而，在通過這種處理制造的陶瓷襯底中，發(fā)生如下的問題當(dāng)給予襯底熱沖擊時，在它們的導(dǎo)體層(諸如電阻加熱元件)的邊緣處開始產(chǎn)生裂縫或沿電阻加熱元件產(chǎn)生高溫區(qū)。
此外，在夾持力中產(chǎn)生分散，以致不可能得到足夠的吸附能力。
對于內(nèi)部電極或電阻加熱元件，在高溫處，電極之間或電阻加熱元件之間的漏電流成為問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人熱衷于進行研究以解決上述問題。結(jié)果，發(fā)明人新近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使構(gòu)成靜電電極、RF電極和電阻加熱元件的導(dǎo)體層的橫截面邊緣成為尖峰形狀可以解決這些問題。因此，已經(jīng)制造了本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種陶瓷襯底，所述陶瓷襯底包括形成在其中的導(dǎo)體層；其特征在于，導(dǎo)體層的邊緣截面是尖峰形狀的。
在本發(fā)明的陶瓷襯底中的上述導(dǎo)體層是電阻加熱元件的情況中，本發(fā)明起加熱板的作用。在上述導(dǎo)體層是靜電電極的情況中，本發(fā)明起靜電夾具的作用。
在陶瓷襯底中，希望導(dǎo)體層具有尖峰形狀部分，該部分的寬度在0.1到200μm。
用于制造本發(fā)明的陶瓷襯底的處理的特征是在陶瓷印刷電路基板上印制導(dǎo)體層，在加熱和加壓力下，使印刷電路基板與另一印刷電路基板集成，然后燒結(jié)陶瓷粉末。
附圖簡述

圖1是平面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的陶瓷加熱器的一個例子。
圖2是圖1中示出的陶瓷加熱器的部分放大截面圖。
圖3是截面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的靜電夾具的一個例子。
圖4是沿圖3中示出的陶瓷加熱器的A-A線取得的截面圖。
圖5是截面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的靜電夾具的一個例子。
圖6是截面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的靜電夾具的一個例子。
圖7是截面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的靜電夾具的一個例子。
圖8(a)到(d)是截面圖，示意地示出用于制造在圖5中示出的靜電夾具的一部分處理。
圖9是水平截面圖，示意地示出構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明靜電夾具的靜電電極的形狀。
圖10是水平截面圖，示意地示出構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明靜電夾具的靜電電極的形狀。
圖11是截面圖，示意地示出把根據(jù)本發(fā)明的靜電夾具配合到支撐外殼上的狀態(tài)。
圖12是截面圖，示意地示出使用本發(fā)明的陶瓷襯底的晶片檢測器。
圖13是截面圖，示意地示出在圖12中示出的晶片檢測器的保護電極。
圖14是SEM照片，示出構(gòu)成根據(jù)例子1的靜電夾具的陶瓷襯底的毀壞部分。
符號的說明1、11、63陶瓷襯底2、22、32a、32b夾具正電極靜電層3、23、33a、33b夾具負(fù)電極靜電層2a、3a半圓部分2b、3b梳子齒形部分4陶瓷電介質(zhì)薄膜5、12、25、61電阻加熱元件6、13、18外接端子7金屬線8 Peltier裝置9硅晶片10陶瓷加熱器14底部孔15通孔16、17、18經(jīng)噴鍍的通孔20、30、101、201、301、401靜電夾具25a金屬覆蓋層35、36閉孔41支撐外殼42冷卻劑出口43吸入管44冷卻劑入口45隔熱器62夾具頂部導(dǎo)體層65保護電極66接地電極66a非-電極形成區(qū)域
67槽68吸入孔501晶片檢測器具體實施方式
本發(fā)明是一種陶瓷襯底，所述陶瓷襯底包括在其中形成的導(dǎo)體層，其特征在于，導(dǎo)體層的邊緣部分是尖峰形狀的。
在上述陶瓷襯底中的導(dǎo)體層是電阻加熱元件的情況中，本發(fā)明起加熱板的作用。在導(dǎo)體層是靜電電極的情況中，本發(fā)明起靜電夾具的作用。
希望在150℃或更高處使用本發(fā)明的陶瓷襯底，最希望在200℃或更高處使用。
在陶瓷襯底中，希望導(dǎo)體層具有尖峰形狀的部分，該部分具有0.1到200μm的寬度，更希望具有寬度為5到100μm的尖峰部分。
在用于制造上述陶瓷襯底的處理中，最好采用下述處理在陶瓷印刷電路基板上印制導(dǎo)體層的處理，在加熱和加壓力下，使印刷電路基板與另外的印刷電路基板集成，然后燒結(jié)陶瓷粉末。
嵌入在本發(fā)明使用的陶瓷襯底中的導(dǎo)體層是用于誘導(dǎo)靜電夾具的夾具力的電極(即，靜電電極)情況中，電極的邊緣是尖峰形狀的，以致電場沿邊緣集中。因此，可認(rèn)為誘導(dǎo)出較大的夾具力。
分析熱沖擊為什么會產(chǎn)生裂縫的原因。傳統(tǒng)印制處理等產(chǎn)生的導(dǎo)體層具有基本上矩形的截面，因此，具有垂直于晶片處理表面(用于加熱、支撐或吸附半導(dǎo)體晶片的表面)的面。此外，導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)與構(gòu)成陶瓷襯底的陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同。因此，如果使陶瓷襯底加熱或冷卻，就產(chǎn)生了使垂直于導(dǎo)體層的晶片處理表面的面與圍繞該面的陶瓷分離的力。這個力很容易地引起裂縫的產(chǎn)生。
然而，在本發(fā)明的陶瓷襯底中，它的導(dǎo)體層沒有垂直于晶片處理表面的面。結(jié)果，不容易產(chǎn)生裂縫。
沿電阻加熱元件產(chǎn)生高溫區(qū)域的原因是在電阻加熱元件內(nèi)部的下述部分中容易積累熱量在垂直于晶片處理表面的面和水平于晶片處理表面的面之間的線交叉部分。為什么會引起這種熱-積累現(xiàn)象的原因還不清楚。然而，可以假定，熱是從垂直于晶片處理表面的面和水平于晶片處理表面的面兩者發(fā)射和傳播，以致這些熱在線交叉部分中相互交錯。
然而，本發(fā)明的陶瓷襯底沒有垂直于晶片處理表面的面。因此，不會引起這種熱積累現(xiàn)象，以致晶片處理表面的熱均勻性更具優(yōu)勢。
此外，在陶瓷襯底中具有諸如電極(晶片檢測器的保護電極和接地電極、靜電夾具的電極、RF電極等)或電阻加熱元件之類的導(dǎo)體層的情況中，如果存在垂直于導(dǎo)體層的晶片處理表面的面，則這些面相互面對。因此，在高溫處容易產(chǎn)生漏電流。在本發(fā)明中，導(dǎo)體的一部分邊緣是尖峰形狀的。沒有相互面對著的面。因此，在高溫處不容易產(chǎn)生漏電流。
在150℃或更高的范圍中，最好在200℃或更高的范圍中，使用本發(fā)明的陶瓷襯底。
本發(fā)明的導(dǎo)體層可以是靜電電極、電阻加熱元件、RF電極，并且也可以是在晶片檢測器中使用的保護電極或接地電極。
希望導(dǎo)體層具有尖峰形狀部分，該部分寬度為0.1到200μm的。如果尖峰形狀部分的寬度超過200μm，則使它的歐姆電阻值分散。另一方面，如果寬度小于0.1μm，則不會起到防止裂縫的作用。尖峰形狀部分的最佳寬度是從5到100μm。尖峰形狀部分的最佳曲率半徑是從0.5到500μm。
在本發(fā)明的的陶瓷襯底中，希望最大細(xì)孔的孔直徑是50μm或更小。希望它的孔隙率是5％或更小。還希望不存在細(xì)孔，或如果存在的話，則最大細(xì)孔的孔直徑是50μm或更小。
如果不存在細(xì)孔，則在高溫處的擊穿電壓特別高。相反，如果出現(xiàn)細(xì)孔，則斷裂韌度變得高。因此，要根據(jù)所要求的特性來進行設(shè)計。
斷裂韌度在存在細(xì)孔的基礎(chǔ)上變高的原因不清楚，但是，假定該原因是基于細(xì)孔停止了裂縫的擴展。
在本發(fā)明中希望最大細(xì)孔的孔直徑是50μm或更小的原因是如果孔直徑超過50μm，則在高溫處很難保持擊穿電壓特性，特別在200℃或更高處。
希望最大細(xì)孔的孔直徑是10μm或更小。這是因為在200℃或更高處，彎曲(warp)量變得較小。
在燒結(jié)時，通過控制加壓時間、壓力和溫度來調(diào)節(jié)最大細(xì)孔的孔隙率和孔直徑，或通過諸如SiC和BN之類的添加劑來調(diào)節(jié)。因為SiC或BN能阻礙燒結(jié)，所以可以產(chǎn)生細(xì)孔。
當(dāng)測量出最大細(xì)孔的孔直徑時，制備5個樣品。把它們的表面拋光成鏡平面。用電子顯微鏡，用2000到5000的放大倍數(shù)對表面上的10個點照相。從照相得到的照片選擇最大細(xì)孔直徑，而定義50次拍攝的平均值作為最大細(xì)孔的孔直徑。
通過Archimedes方法來測量孔隙率。這是一種這樣的方法，把經(jīng)燒結(jié)的產(chǎn)品壓碎成塊，把這些塊放在有機溶液或汞中，以測量它們的體積，從它們的重量和體積得到這些塊的真實精確的比重，并從該真實精確的比重和表觀比重中計算孔隙率。
希望本發(fā)明的陶瓷襯底的直徑為200mm或更大。特別希望直徑為12英寸(300mm)或更大。這是因為具有這種直徑的半導(dǎo)體晶片將成為下一代半導(dǎo)體晶片的主流。
希望本發(fā)明的陶瓷襯底的厚度是50mm或更小，特別希望是25mm或更小。
如果陶瓷襯底的厚度超過25mm，則陶瓷襯底的熱容量太大了。特別當(dāng)設(shè)置溫度控制裝置對襯底進行加熱或冷卻時，溫度跟隨特性因為大熱容量而可能變成較差。
最佳的陶瓷襯底厚度是5mm或更小。偶然希望陶瓷襯底的厚度為1mm或更大。
不特別限定構(gòu)成本發(fā)明的陶瓷襯底的陶瓷材料。這些材料的例子包括氮化物陶瓷、碳化物陶瓷以及氧化物陶瓷。
氮化物陶瓷的例子包括金屬碳化物陶瓷，諸如氮化鋁、氮化硅和氮化硼。
碳化物陶瓷的例子包括金屬碳化物陶瓷，諸如碳化硅、碳化鋯、碳化鉭以及碳化鎢。
氧化物陶瓷的例子包括金屬氧化物陶瓷，諸如礬土、氧化鋯、堇青石以及富鋁紅柱石。
可以單獨使用這些陶瓷，或把它們的兩個或多個組合來使用。
在這些陶瓷中間，較佳的是氮化物陶瓷和氧化物陶瓷。
在氮化物陶瓷中間，最佳的是氮化鋁因為它的熱傳導(dǎo)性最高，即，180W/m·K。
最好陶瓷襯底包括重量在0.1到5％的氧。在這種情況下，例如，就容易進行氮化物陶瓷的燒結(jié)。因此，即使氮化物陶瓷包括細(xì)孔，由于這些細(xì)孔是彼此獨立的，以致改進了擊穿電壓。
如果含量在0.1％重量以下，則不能夠保持擊穿電壓。相反，如果含量超過5％重量，則氧在高溫處的擊穿電壓特性變得較差，以致?lián)舸╇妷阂步档?。如果氧含量超過5％重量，則熱傳導(dǎo)性降低，以致溫度上升和溫度下降特性變差。
例如，為了把氧結(jié)合到氮化物陶瓷中，一般在氧化氛中燒制氮化物陶瓷粉末，或把金屬氧化物與氮化物陶瓷的配料粉末混合，然后燒結(jié)混合物。在氧化物陶瓷的情況下，用另外的氧化物和它混合，以制造復(fù)合氧化物。
金屬氧化物的例子包括氧化釔(Y2O3)、礬土(Al2O3)、氧化銣(Rb2O)、氧化鋰(Li2O)以及氧化鈣(CaCO3)。
這些金屬氧化物的百分比含量最好是從重量的0.1到20％。
在本發(fā)明中，陶瓷襯底最好包含5到5000ppm的碳。
通過結(jié)合碳可以使陶瓷襯底黑化。因此，當(dāng)使用襯底作為加熱器時，可以充分利用輻射熱。
碳可以是無定形的或結(jié)晶的。當(dāng)使用無定形碳時，可以防止在高溫處的體積電阻率的降低。當(dāng)使用結(jié)晶碳時，可以防止在高溫處的熱傳導(dǎo)率的降低。因此，根據(jù)應(yīng)用，結(jié)晶碳和無定形碳可以一起使用。碳含量最好是從50到2000ppm。
當(dāng)把碳結(jié)合到陶瓷襯底中時，最好以如此的方式結(jié)合碳，即，它的光亮度將在根據(jù)JIS Z 8721的規(guī)則的一個值N4之下。具有這種亮度的陶瓷在輻射熱容量和遮蔽(covering)特性方面是占優(yōu)勢的。
如下定義光亮度N理想黑色的亮度為0；理想白色的亮度為10；在黑色的亮度和白色的亮度之間逐步識別相應(yīng)顏色的亮度的方式中，把相應(yīng)的顏色分成10部分；分別通過符號N0到N10來表示各所產(chǎn)生的部分。
通過與相應(yīng)于N0到N10的顏色信號進行比較來測量實際亮度。在這種情況中使小數(shù)第一位為0或5。
本發(fā)明的陶瓷襯底是在制造半導(dǎo)體或檢驗半導(dǎo)體的裝置中使用的陶瓷襯底。特定裝置的例子包括靜電夾具、加熱板(陶瓷加熱器)以及晶片檢測器。
在形成在陶瓷襯底內(nèi)部的導(dǎo)體是電阻加熱元件的情況中，可以使用陶瓷襯底作為陶瓷加熱器(加熱板)。
圖1是平面圖，示意地示出陶瓷加熱器的一個例子，所述陶瓷加熱器是本發(fā)明的陶瓷襯底的一個實施例。圖2是部分地放大的截面圖，示出在圖1中示出的陶瓷加熱器的一部分。
把陶瓷襯底11制造成盤形形式。在陶瓷襯底11內(nèi)部，以同心圓的圖案形成作為溫度控制裝置的電阻加熱元件12。在這些電阻加熱元件12的周圍，連接相互接近的兩個同心圓，以制造作為電路的一根線，通過噴鍍的通孔19把成為輸入/輸出端子銷的外接端子13連接到電路的兩端。如在圖2中所示，電阻加熱元件12的兩個邊緣部分是尖峰形狀的。因此，在陶瓷襯底11上不容易產(chǎn)生基于熱沖擊等原因的裂縫，并且在電阻加熱元件12的邊緣中也不會產(chǎn)生熱-積累現(xiàn)象。此外，不產(chǎn)生在晶片處理表面中的溫度分布，以致面的溫度是均勻的。
如在圖2中所示，在陶瓷襯底11上制造通孔15，并把支撐銷26插入通孔15以支撐硅晶片9。通過支撐銷26上下移動，有可能接收從傳送機來的硅晶片9，把硅晶片9放在陶瓷襯底11的晶片處理表面11a上，并對硅晶片9加熱；或在硅晶片9處于離開晶片處理表面11a約50到2000μm距離的狀態(tài)下，支撐硅晶片9，然后對硅晶片9加熱。在陶瓷襯底11的底部表面11a中制造安裝諸如熱電偶之類溫度測量元件用的底部孔14。當(dāng)使電流通過電阻加熱元件12時，陶瓷襯底11得到加熱，以致可以對諸如硅晶片之類的待加熱產(chǎn)品均勻地加熱。
在陶瓷加熱器的情況中，把邊緣具有尖峰形狀部分的電阻加熱元件放置在陶瓷襯底內(nèi)部。如此，電阻加熱元件具有本發(fā)明的優(yōu)點。在將在以后描述的靜電夾具或晶片檢測器的情況中，可以把電阻加熱元件放置在陶瓷襯底的底部表面上。在這種情況，把靜電電極、保護電極、接地電極等的邊緣部分制造成尖峰形狀。如此，這些電極具有本發(fā)明的上述有利的效果。
在把電阻加熱元件放置在陶瓷襯底內(nèi)部的情況中，可以在安裝陶瓷襯底的支撐外殼中制造冷卻劑(例如空氣)出口，作為冷卻裝置。在把電阻加熱元件放置在陶瓷襯底內(nèi)部的情況中，可以用多個層來制造每個電阻加熱元件。在這種情況，可以形成各個層的圖案，使它們互補。當(dāng)從加熱表面觀看時，在任何一個層上都希望形成圖案。例如，希望具有交錯排列的一種結(jié)構(gòu)。
希望用諸如貴金屬(金、銀、鉑和鈀)、鉛、鎢、鉬、鎳之類的金屬；以及諸如碳化鎢和碳化鉬之類的導(dǎo)電陶瓷來制造電阻加熱元件。它們可以使歐姆電阻值高，使其本身的厚度大，以防止元件-斷開等，而且不容易被氧化。還不容易使熱傳導(dǎo)性降低。可以單獨使用它們，或以兩個或多個的組合使用。
由于必須使整個陶瓷襯底的溫度均勻，所以電阻加熱元件最好具有如圖1中所示的同心圓的圖案，或具有同心圓圖案和彎曲線圖案的組合。電阻加熱元件的厚度最好是從1到50μm，并且它的寬度最好是從5到20mm。電阻加熱元件最好具有寬度為0.1到200μm的尖峰形狀部分。
通過改變電阻加熱元件的厚度或?qū)挾?，可以改變它的歐姆電阻值；然而，最實用的是上述范圍。當(dāng)電阻加熱元件變成更薄或更窄時，電阻加熱元件的歐姆電阻值變得更大。
如果把電阻加熱元件放置在內(nèi)部，則加熱表面和電阻加熱元件之間的距離變得接近，以致表面的溫度均勻性變差。因此，必須使電阻加熱元件本身的寬度增寬。由于把電阻加熱元件放置在陶瓷襯底的內(nèi)部，所以不需要考慮這個元件對于陶瓷襯底的粘合性。
電阻加熱元件的截面可以是矩形的、橢圓形的、紡錘形的或半圓柱形的。希望該截面是扁平的。希望電阻加熱元件的邊緣部分是尖峰形狀的。這是因為，如果該部分是扁平的，則容易把熱輻射到加熱表面，以致可以使輻射到加熱表面的熱量較大。因此，不容易在加熱表面中形成溫度分布。電阻加熱元件的形狀可以是螺旋形的。
當(dāng)在陶瓷襯底內(nèi)部形成電阻加熱元件時，希望在從襯底的底部向上延伸到襯底厚度的60％的區(qū)域內(nèi)形成電阻加熱元件。這是因為除去了加熱表面中的溫度分布以致可以對半導(dǎo)體晶片均勻地加熱。
可以直接把諸如半導(dǎo)體晶片之類待加熱的物體放置在加熱表面上，然后加熱。可以保持產(chǎn)品離開加熱表面約50到200μm，然后加熱。
為了在用于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的陶瓷襯底的底部表面上，或陶瓷襯底內(nèi)部形成電阻加熱元件，最好使用包含膏的導(dǎo)體，所述膏包括金屬或?qū)щ娞沾伞?br> 即，在陶瓷襯底的底部表面上形成電阻加熱元件的情況中，通常執(zhí)行燒結(jié)以產(chǎn)生陶瓷襯底，然后在陶瓷襯底的表面上形成一層包含膏的導(dǎo)體，并燒結(jié)而產(chǎn)生電阻加熱元件。
另一方面，如在圖1和2中所示，在陶瓷襯底12的內(nèi)部形成電阻加熱元件12的情況中，在印刷電路基板上形成包括膏的一層導(dǎo)體，然后在加熱和壓力下，使印刷電路基板與其它印刷電路基板集成，以產(chǎn)生印刷電路基板的疊層。此時，通過對疊層加熱直到一定溫度，在該溫度中干燥之后包含膏的導(dǎo)體易于在某種程度上變形，可以形成具有尖峰形狀的包含膏的導(dǎo)體層。此后，燒結(jié)疊層以制造在陶瓷襯底內(nèi)部的電阻加熱元件，所述電阻加熱元件的邊緣具有尖峰形狀部分。
不限制包含膏的導(dǎo)體。最好，包含膏的導(dǎo)體包括樹脂、溶劑、增稠劑等，以及金屬粒子或?qū)щ娞沾闪Ｗ樱员ＷC導(dǎo)電性。
金屬粒子或?qū)щ娞沾闪Ｗ拥牟牧峡梢允巧厦嫠龅哪切＝饘倭Ｗ踊驅(qū)щ娞沾闪Ｗ拥牧Ｗ又睆阶詈檬菑?.1到100μm。如果直徑太小，即在0.1μm以下，則這些粒子容易被氧化。另一方面，如果直徑超過100μm，則不容易燒結(jié)這些粒子，以致歐姆電阻值變成較大。
金屬粒子的形狀可以是球形的或鱗狀的。在使用這些金屬粒子的情況中，可以使用球形粒子和鱗狀粒子的混合物。
上述金屬粒子是鱗狀的，或是球形的和鱗狀的粒子的混合物的情況是有利的，因為在金屬粒子之間容易保持金屬氧化物，以便確保電阻加熱元件和陶瓷襯底之間的粘合，而且歐姆電阻值可以做得較大。
在包含膏的導(dǎo)體中使用的樹脂的例子包括丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂以及酚醛樹脂。溶劑的例子是異丙醇等。增稠劑的例子是纖維素等。
當(dāng)在陶瓷襯底的表面上形成用于電阻加熱元件的包含膏的導(dǎo)體時，最好不但把金屬粒子添加到包含膏的導(dǎo)體中，還要添加金屬氧化物，并燒結(jié)金屬粒子和金屬氧化物。通過把金屬氧化物和金屬粒子一起燒結(jié)，如上所述，可以得到更粘合于金屬粒子的陶瓷襯底。
通過金屬氧化物的混合而能提高金屬粒子對陶瓷襯底的粘合性的原因不清楚，但是可能是如下使包括非-氧化物的金屬粒子的表面或陶瓷襯底的表面略微氧化，以形成氧化薄膜；并燒結(jié)氧化薄膜，并且通過金屬氧化物相互集成，以致使金屬粒子緊密地粘合到陶瓷中。在構(gòu)成陶瓷襯底的陶瓷是氧化物的情況中，陶瓷襯底的表面自然地由氧化物構(gòu)成。因此，形成粘合性優(yōu)越的導(dǎo)體層。
上述氧化物的較佳例子可以是從包括氧化鉛、氧化鋅、硅石、氧化硼(B2O3)、氧化鋁、氧化釔和二氧化鈦的組中選擇的至少一個。
這些氧化物可以提高金屬粒子和陶瓷襯底之間的粘合性而不增加電阻加熱元件的歐姆電阻值。
當(dāng)使金屬氧化物的總量按重量計算為100份時，氧化鉛、氧化鋅、硅石、氧化硼(B2O3)、氧化鋁、氧化釔、和二氧化鈦的重量比如下氧化鉛1到10份，氧化硅1到30份，氧化硼5到50份，氧化鋅20到70份，氧化鋁1到10份，氧化釔1到50份，和二氧化鈦1到50份，而且最好把比值調(diào)節(jié)在其總量不超過按重量計算100份的范圍。
通過把這些氧化物的量調(diào)節(jié)在這些范圍內(nèi)，可以特別提高對于陶瓷襯底的粘合性。
添加到金屬粒子的金屬氧化物的添加量最好從按重量計算0.1％(包括0.1％)到按重量計算10％(不包括10％)。當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)的包含膏的導(dǎo)體用來形成電阻加熱元件時，面積(area)電阻率最好從1到45mΩ/□。
如果面積電阻率超過45mΩ/□，則對于所施加電壓的熱值變得太大，以致在用于半導(dǎo)體裝置的陶瓷襯底中(其中，把電阻加熱元件放置在它的表面上)，就不容易對它的熱值進行控制。如果金屬氧化物的添加量是按重量計算10％或更多，則面積電阻率超過50mΩ/□，以致熱值變得太大。因此，不容易執(zhí)行溫度控制，以致溫度分布的均勻性變得較差。
在把電阻加熱元件形成在陶瓷襯底的表面上的情況中，最好在電阻加熱元件的表面上形成金屬覆蓋層。金屬覆蓋層防止由內(nèi)部金屬燒結(jié)產(chǎn)物氧化引起的歐姆電阻值的變化。所形成的金屬覆蓋層的厚度最好是從0.1到10μm。
不特別限制形成金屬覆蓋層所使用的金屬，只要該金屬是難以氧化的一種金屬。所述金屬的特別例子包括金、銀、鈀、鉑以及鎳?？梢詥为毷褂眠@些金屬，或以兩個或多個金屬的組合使用。在這些金屬中間，鎳是較佳的。
在把電阻加熱元件形成在陶瓷襯底內(nèi)部的情況中，不需要覆蓋，因為電阻加熱元件的表面不會氧化。
在形成在陶瓷襯底內(nèi)部的導(dǎo)體是靜電電極層的情況中，可以使用陶瓷襯底作為靜電夾具。在這種情況，可以形成RF電極和電阻加熱元件，作為在靜電電極下面和陶瓷襯底內(nèi)部的導(dǎo)體。
圖3是垂直截面圖，它示意地示出根據(jù)本發(fā)明的靜電夾具的一個實施例。圖4是在圖3中示出的靜電夾具的A-A線上取得的截面圖。
在這個靜電夾具101中，把由夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3的靜電電極層埋在盤形陶瓷襯底1中。在靜電電極層上構(gòu)成薄陶瓷層4(此后稱之為陶瓷電介質(zhì)薄膜)。在靜電夾具101上放置硅晶片9，并且把它接地。
如在圖4中所示，夾具正靜電層2包括半圓部分2a和梳子齒形部分2b。夾具負(fù)靜電層3也包括半圓部分3a和梳子齒形部分3b。配置這些夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3使之彼此面對，以致梳子齒形部分2b和3b相互交錯。分別把直流電源的正端和負(fù)端連接到夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3。因此，對它們施加直流電流V2。
如在圖3中所示，電阻加熱元件5的邊緣部分，以及分別構(gòu)成夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3的半圓部分2a和3a以及梳子齒形部分2b和3b的邊緣部分都是尖峰形狀的。
為了控制硅晶片9的溫度，如在圖1中所示，把從上面觀看為同心圓形式的電阻加熱元件5放置在陶瓷襯底1的內(nèi)部。把外接端子連接并固定到電阻加熱元件5的兩端，并在其上施加電壓V1。在陶瓷襯底1上制造用于插入溫度測量元件的底部孔和通孔，支撐硅晶片9和使它上下移動的支撐銷(未示出)穿過所述通孔，如在圖1和2中所示，但是在圖3和4中未示出?？梢栽谔沾梢r底的底部表面上形成電阻加熱元件。
當(dāng)使這個靜電夾具101工作時，把直流電壓V2施加到夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3。如此，通過這些電極的靜電作用穿過陶瓷電介質(zhì)薄膜4把硅晶片9吸附和固定在夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3上。如此把硅晶片9固定到靜電夾具101上，接著，使硅晶片9經(jīng)受諸如CVD之類的各種處理。
在根據(jù)本發(fā)明的靜電夾具101中，夾具正和負(fù)靜電層2和3的邊緣部分是尖峰形狀的，因此，電場沿邊緣集中，以致產(chǎn)生大的夾持力。由于夾具正和負(fù)靜電層2和3以及電阻加熱元件5的邊緣部分是尖峰形狀，所以不容易產(chǎn)生裂縫，而且在電阻加熱元件5的邊緣中不發(fā)生熱-積累現(xiàn)象。
在靜電夾具101中，用包括氧的氮化物陶瓷構(gòu)成陶瓷電介質(zhì)薄膜4，并希望具有5％或更小的孔隙率，以及50μm或更小的最大細(xì)孔直徑。希望在這種陶瓷電介質(zhì)薄膜4中的細(xì)孔由相互獨立的細(xì)孔組成。
在具有這種結(jié)構(gòu)的陶瓷電介質(zhì)薄膜4中，不會發(fā)生會降低擊穿電壓的氣體等穿過陶瓷電介質(zhì)薄膜以腐蝕靜電電極的情況。此外，即使在高溫處，陶瓷電介質(zhì)薄膜的擊穿電壓也不降低。
除了電阻加熱元件12之外，還提到Peltier裝置(見圖7)作為溫度控制裝置。
在使用Peltier裝置作為溫度控制元件的情況中，通過改變電流通過的方向可以實現(xiàn)加熱和冷卻。因此，這種情況是有利的。
如在圖7中所示，通過串聯(lián)連接p型和n型熱電元件81，然后把產(chǎn)生物連接到陶瓷板82等來形成Peltier裝置8。
Peltier裝置的例子包括硅/鍺、鉍/銻、以及鉛/碲材料等。
例如，本發(fā)明的靜電夾具具有在圖3和4中所示的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)描述陶瓷襯底等的原材料。下面將詳細(xì)和依次地描述構(gòu)成靜電夾具的其它各個部件，以及本發(fā)明的靜電夾具的其它實施例。
不特別限定構(gòu)成本發(fā)明的靜電夾具的陶瓷電介質(zhì)薄膜的材料。它們的例子包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷以及氧化物陶瓷等。在這些中間，較佳的是氮化物陶瓷。
當(dāng)為這種氮化物陶瓷時，可以列出與上述陶瓷襯底相同的材料。希望氮化物陶瓷含有氧。在這種情況，可較容易地進行氮化物陶瓷的燒結(jié)。在氮化物陶瓷襯底包括細(xì)孔的情況中，形成相互獨立的細(xì)孔，以致改進了擊穿電壓。
為了把氧結(jié)合到氮化物陶瓷中，通常使金屬氧化物與氮化物陶瓷的成分粉末混合，然后燒結(jié)該混合物。
金屬氧化物可以是氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等。
這種金屬氧化物的添加量最好是氮化物陶瓷的按重量計算每100份中有從按重量計算的0.1到10份。
通過設(shè)置陶瓷電介質(zhì)薄膜的厚度為50到5000μm，可以保持足夠的擊穿電壓而不降低夾持力。
如果陶瓷電介質(zhì)薄膜的厚度小于50μm，則該厚度太薄以致不能得到足夠的擊穿電壓。因此，當(dāng)放置硅晶片并吸附在其上時，陶瓷電介質(zhì)薄膜可能經(jīng)受介質(zhì)擊穿。另一方面，如果陶瓷電介質(zhì)薄膜的厚度超過5000μm，則硅晶片和靜電電極之間的距離太長，以致降低了吸附硅晶片的能力。陶瓷電介質(zhì)薄膜的厚度最好是從100到1500μm。
最好，陶瓷電介質(zhì)薄膜的孔隙率是5％或更小，并且最大細(xì)孔的細(xì)孔直徑是50μm或更小。
如果孔隙率超過5％，則細(xì)孔數(shù)目增加，而且細(xì)孔的直徑變得太大，以致細(xì)孔容易相互連接。在具有這種結(jié)構(gòu)的陶瓷電介質(zhì)薄膜中，它們的擊穿電壓下降。
當(dāng)最大細(xì)孔的細(xì)孔直徑超過50μm時，即使在粒子之間的邊界處存在氧化物，也不能在高溫處保持擊穿電壓?？紫堵首詈檬菑?.01到3％。最大細(xì)孔的直徑最好是從0.1到10μm。
陶瓷電介質(zhì)薄膜最好包括50到5000ppm的碳。這是因為碳可以遮掩配置在靜電夾具中的電極圖案，并給出高輻射熱。因為體積電阻率較低，因此，硅晶片的吸附力在低溫處變得較高。
在本發(fā)明中的陶瓷電介質(zhì)薄膜中，在某種程度上可以存在細(xì)孔的原因是可以把斷裂韌度做得較高。如此，可以改進耐熱沖擊性。
例如，靜電電極可以是由金屬或?qū)щ娞沾苫蚪饘俨瓨?gòu)成的經(jīng)燒結(jié)的產(chǎn)物。作為經(jīng)燒結(jié)的金屬產(chǎn)物，最好是由從鎢和鉬中選擇出的至少一個制造的產(chǎn)物。最好，金屬箔也用與經(jīng)燒結(jié)金屬產(chǎn)品的原材料相同的材料制造。這是因為這些金屬相對來說不容易被氧化，并且對于電極有足夠的導(dǎo)電性。在這種情況，對金屬箔的邊緣加熱和加壓，或通過化學(xué)或物理蝕刻，制成尖峰形狀。化學(xué)蝕刻的例子包括用酸性或堿性溶液進行蝕刻。而物理蝕刻的例子包括用離子束蝕刻以及等離子體蝕刻。作為導(dǎo)電陶瓷，可以使用從鎢和鉬的碳化物中選擇出的至少一個。
圖9和10是水平方向截面圖，它們的每一個都示意地示出在另一個靜電夾具中的靜電電極。在圖9中示出的靜電夾具20中，在陶瓷襯底1的內(nèi)部形成半圓形的夾具正靜電層22和夾具負(fù)靜電層23。在圖10中示出的靜電夾具中，在陶瓷襯底1的內(nèi)部形成夾具正靜電層32a和32b以及夾具負(fù)靜電層33a和33b，它們中的每一個都具有通過將一個圓分成4部分而得到的形狀。形成相交錯的兩個夾具正靜電層22a和22b以及兩個夾具負(fù)靜電層33a和33b。
這些靜電電極的邊緣部分也是尖峰形狀的。因此，電場沿靜電電極的邊緣集中，致使誘發(fā)大的夾持力。在陶瓷襯底中不容易產(chǎn)生裂縫。
在形成具有把成圓形等形狀的電極進行分割的形狀的電極情況中，不特別限定分割的部分?jǐn)?shù)，可以是5部分或更多。它的形狀不限于扇形。
在本發(fā)明中的靜電夾具的例子包括靜電夾具101，它具有的結(jié)構(gòu)是把夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3安排在陶瓷襯底1和陶瓷電介質(zhì)薄膜4之間，并把電阻加熱元件5放置在陶瓷襯底1的內(nèi)部，如在圖3中所示；靜電夾具201，它具有的結(jié)構(gòu)是把夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3安排在陶瓷襯底1和陶瓷電介質(zhì)薄膜4之間，并把電阻加熱元件25放置在陶瓷襯底1的底部表面上，如在圖5中所示；靜電夾具301，它具有的結(jié)構(gòu)是把夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3安排在陶瓷襯底1和陶瓷電介質(zhì)薄膜4和金屬線7之間，金屬線7是電阻加熱元件，把它埋在陶瓷襯底1中，如在圖6中所示；以及靜電夾具401，它具有的結(jié)構(gòu)是把夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3安排在陶瓷襯底1和陶瓷電介質(zhì)薄膜4和Peltier裝置8之間，在陶瓷襯底1的底部表面上形成包括熱電元件81和陶瓷板82的Peltier裝置8，如在圖7中所示。
在這些靜電夾具中的靜電電極的邊緣部分是尖峰形狀的。因此，誘發(fā)大的夾持力。在陶瓷襯底中不容易產(chǎn)生裂縫。
如在圖3-7中所示，在本發(fā)明中，把夾具正靜電層2和夾具負(fù)靜電層3安排在陶瓷襯底1和陶瓷電介質(zhì)薄膜4之間，并在陶瓷襯底1的內(nèi)部形成電阻加熱元件5或金屬線7。因此，為了把這些單元連接到外接端子，需要連接單元(經(jīng)噴鍍的通孔)16、17。用諸如鎢膏或鉬膏之類的高熔點金屬，或諸如碳化鎢或碳化鉬之類的導(dǎo)電陶瓷填充而構(gòu)成經(jīng)噴鍍的通孔16、17。
連接單元(經(jīng)噴鍍的通孔)16、17希望是從0.1到10mm。這是因為可以防止斷開和進一步防止斷裂或形變。
使用經(jīng)噴鍍的通孔作為連接外接端子6、18(見圖8(d))的連接焊點。
用焊料或釬焊填充物實施它們的連接。使用釬焊銀、釬焊鈀、釬焊鋁或釬焊金作為釬焊填充物。希望釬焊金是金-鎳(Au-Ni)合金。金-鎳合金對于鎢的粘合性是優(yōu)良的。
希望金/鎳的比例是[81.5到82.5(按重量計算％)]/[18.5到17.5(按重量計算％)]。
希望金-鎳層的厚度從0.1到50μm。這是因為這個范圍是足以保持連接的范圍。如果在500到1000℃高溫和10-6到10-5Pa高真空處使用金-銅合金，則金-銅合金的品質(zhì)降低。然而，金-鎳合金不導(dǎo)致這種品質(zhì)降低，這是有利的。當(dāng)考慮金-鎳合金的總量為按重量計算100份時，希望其中的雜質(zhì)的量在按重量計算1份之下。
如果需要，在本發(fā)明中可以把一個熱電偶埋在陶瓷襯底中的底部孔中。這是因為熱電偶使之有可能測量電阻加熱元件的溫度，并根據(jù)所產(chǎn)生數(shù)據(jù)改變電壓或電流，以便可以控制溫度。
熱電偶的金屬線的連接部分的尺寸與相應(yīng)的金屬線的束直徑相同或更大，最好是0.5mm或更小。這種結(jié)構(gòu)使連接部分的熱容量較小，導(dǎo)致溫度正確，并加速轉(zhuǎn)換成電流值。由于這個原因，改進了溫度控制能力，因此，晶片加熱表面的溫度分布變得較小。
熱電偶的例子包括K、R、B、S、E、J和T型熱電偶，在JIS-C-1602(1980)中描述。
圖11是截面圖，示意地示出支撐外殼41，把具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電夾具安裝在所述支撐外殼中。
通過隔熱器45把靜電夾具101安裝到支撐外殼41中。在支撐外殼11中制造冷卻劑出口42，從冷卻劑入口44吹入冷卻劑，并通過冷卻劑出口42傳送到外部的吸入管43。這種冷卻作用可以使靜電夾具101冷卻。
根據(jù)在圖8(a)到(d)中示出的各部分，下面將描述制造靜電夾具的處理的一個例子，作為本發(fā)明的陶瓷襯底的一個例子。
(1)首先，把氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等的陶瓷粉末與粘合劑和溶劑混合，以得到印刷電路基板50。
例如，可以使用含氧的氮化鋁粉末作為陶瓷粉末。如果需要，可以添加諸如氧化鋁或硫之類的燒結(jié)輔助物。
在印刷電路基板(在所述印刷電路基板上形成將在下面描述的靜電電極層印制單元51)上層疊的一片或數(shù)片印刷電路基板50’是將成為陶瓷電介質(zhì)薄膜4的層；因此，如果需要，薄片50’可以具有與陶瓷襯底不同的成分。
通常，希望陶瓷電介質(zhì)薄膜4的原材料和陶瓷襯底1的原材料是相同的。這是因為在相同的條件下對它們進行燒結(jié)，且在許多情況下，由于它們是一起燒結(jié)的。在原材料不同的情況中，允許先制造陶瓷襯底，在其上形成靜電電極層，然后再在其上形成陶瓷電介質(zhì)薄膜。
希望從聚丙烯粘合劑、乙基纖維素、丁基溶纖劑和聚乙烯醇中選擇至少一種作為粘合劑。
希望從α-萜品醇和乙二醇中選擇至少一種作為溶劑。
把這些混合得到的膏，通過刮刀處理，形成薄片形式。因此，得到印刷電路基板50。
如果需要，在印刷電路基板50上可以制造插入硅晶片的支撐銷的通孔以及埋入熱電偶的凹入部分，并且可以在要形成經(jīng)噴鍍通孔等的部分中進一步制造通孔?？梢酝ㄟ^沖孔等制造該通孔。
印刷電路基板的厚度最好是從約0.1到5mm。
接著，把包含膏的導(dǎo)體填充到印刷電路基板50中的通孔中，以得到經(jīng)噴鍍的通孔印制單元53、54。接著，在印刷電路基板50上印制將成為靜電電極層和電阻加熱元件的包含膏的導(dǎo)體。
考慮印刷電路基板50的收縮比，執(zhí)行印制以得到所要求的寬高比。如此，得到靜電電極層印制單元51和電阻加熱元件印制單元52。
通過印制含有膏(包括導(dǎo)電陶瓷或金屬粒子等)的導(dǎo)體而形成印制單元。
作為包括在包含膏的導(dǎo)體中的導(dǎo)電陶瓷粒子，最佳的是鎢或鉬的碳化物。這是因為它們不容易被氧化，并且不容易降低它們的熱傳導(dǎo)性。
可以使用鎢、鉬、鉑、鎳等作為金屬粒子。
導(dǎo)電陶瓷粒子和金屬粒子的平均粒子直徑最好是從0.1到5μm。這是因為在這些粒子太大或太小的任何一種情況中，不容易印制包含膏的導(dǎo)體。
象這樣的膏，下列包含膏的導(dǎo)體是最佳的通過把按重量計算85到97份的金屬粒子或?qū)щ娞沾闪Ｗ樱话粗亓坑嬎?.5到10份從聚丙烯粘合劑、乙基纖維、丁基溶纖劑和聚乙烯醇中選擇的至少一種粘合劑；按重量計算1.5到10份從α-萜品醇、乙二醇、乙醇和丁醇中選擇的至少一種溶劑混合來制備包含膏的導(dǎo)體。
接著，如在圖8(a)中所示，把具有印制單元51、52、53和54的印刷電路基板50和沒有印制單元的印刷電路基板50’制造成疊層。印刷電路基板50’在形成電阻加熱元件側(cè)不放置印制單元的原因是為了防止下述現(xiàn)象在燒結(jié)形成電阻加熱元件時，暴露經(jīng)噴鍍的通孔的端面并且使端面氧化。如果在暴露經(jīng)噴鍍的通孔的端面的狀態(tài)下執(zhí)行形成電阻加熱元件的燒結(jié)，則需要噴射一種不容易氧化的金屬，諸如鎳。更好的是，可以用金-鎳的釬焊金來覆蓋端面。
(2)接著，如在圖8(b)中所示，使疊層加熱，并壓制成印刷電路基板的疊層。此時，壓制包含膏的導(dǎo)體層。因此，在所形成的包含膏的導(dǎo)體層包括合適的粘合劑的情況中，其邊緣部分轉(zhuǎn)向尖峰形狀。疊層的加熱溫度最好是從50到300℃，而且壓制時的壓力最好是從20到200kg/cm2。
此后，燒結(jié)印刷電路基板和包含膏的導(dǎo)體。
燒結(jié)時的溫度最好是從1000到2000℃，而且燒結(jié)時的壓力最好是從100到200kgf/cm2。在惰性氣體的氣氛中執(zhí)行加熱和加壓力。可以使用氬氣、氮氣等作為惰性氣體。在這個燒結(jié)步驟中，可以使經(jīng)噴鍍的通孔16和17、夾具正靜電層2、夾具負(fù)靜電層3、電阻加熱元件5(邊緣成尖峰形狀)等形成。
(3)接著，如在圖8(c)中所示，制造連接外接端子的盲孔35、36。
希望使盲孔35、36的至少一部分內(nèi)壁導(dǎo)電，并且把內(nèi)壁的導(dǎo)電部分連接到夾具正靜電層2、夾具負(fù)靜電層3、電阻加熱元件5等。
(4)最后，如在圖8(d)中所示，通過釬焊金把外接端子6和18符合底部孔35、36。如果需要，可以制造底部孔，以便可以在其中埋入熱電偶。
可以使用諸如銀-鉛、鉛-錫或鉍-錫之類的合金作為焊料。焊料層的厚度最好是從0.1到50μm。這是因為這個范圍是根據(jù)焊料足以保持連接的范圍。
在上述描述中，給出靜電夾具101(見圖3)作為例子。在制造靜電夾具201(見圖5)的情況中，建議首先制造具有靜電電極層的陶瓷板，在這個陶瓷板的底部表面上印制包含膏的導(dǎo)體，燒結(jié)所產(chǎn)生的產(chǎn)物，形成電阻加熱元件25，然后通過無電鍍等形成金屬覆蓋層25a。在制造靜電夾具301(見圖6)的情況中，建議把金屬箔或金屬線埋入陶瓷粉末中作為靜電電極或電阻加熱元件，然后燒結(jié)所產(chǎn)生的產(chǎn)物。
在制造靜電夾具401(見圖7)的情況中，建議制造具有靜電電極層的陶瓷板，然后通過金屬化的金屬層把Peltier裝置連接到陶瓷板。
在下列情況中，上述陶瓷襯底的功能是作為晶片檢測器在本發(fā)明的陶瓷襯底的表面上和陶瓷襯底內(nèi)部安排導(dǎo)體；在表面上的導(dǎo)體層是夾具頂部導(dǎo)體層；而內(nèi)部導(dǎo)體是保護電極或接地電極。
圖12是截面圖，示意地示出本發(fā)明的晶片檢測器的一個實施例。圖13是沿在圖12中示出的晶片檢測器中的A-A線取得的截面圖。
在這個晶片檢測器501中，在盤形陶瓷襯底63的表面中制造從上面觀看是同心圓形式的槽67。此外，在槽67的一部分中制造用于吸附硅晶片的吸附孔68。在包括槽67的大部分陶瓷板63中，以圓形形式形成連接硅晶片電極的夾具頂部導(dǎo)體層62。
另一方面，把從上面觀看是同心圓形式的，如在圖1中所示的電阻加熱元件61，放置在陶瓷襯底63的底部表面，以控制硅晶片的溫度。把外接端子(未說明)連接并固定到電阻加熱元件61的兩端。在陶瓷襯底63內(nèi)部，放置從上面觀看是網(wǎng)格形式的保護電極65和接地電極66(見圖13)。由于保護電極65和接地電極66的邊緣部分是尖峰形狀，所以不容易產(chǎn)生裂縫。
在靜電夾具中，可以把電阻加熱元件61放置在陶瓷襯底63的內(nèi)部。在這種情況，如果把電阻加熱元件61的邊緣部分制造成尖峰形狀，則不容易產(chǎn)生裂縫，而且不容易產(chǎn)生熱-積累現(xiàn)象。
保護電極65和接地電極66的原材料可以與靜電電極的原材料相同。
希望夾具頂部導(dǎo)體層62的厚度是從1到20μm。如果厚度在1μm以下，則它的電阻值太大，以致不能起到電極的作用。另一方面，如果厚度超過20μm，則導(dǎo)體具有的應(yīng)力容易使層剝落。
例如，可以使用從諸如銅、鈦、鉻、鎳、貴金屬(金、銀、鉑等)之類的高熔點金屬中選擇至少一種金屬作為夾具頂部導(dǎo)體層62。
根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的晶片檢測器，通過放置硅晶片(在所述硅晶片上形成集成電路)，將具有測試器引腳的探測卡推壓到硅晶片，以及在加熱和冷卻硅晶片時，施加電壓給晶片，這樣，就可以執(zhí)行連續(xù)測試。例如，在制造晶片檢測器的情況中，首先以與在靜電夾具的情況中的相同方式制造其中嵌入電阻加熱元件的陶瓷襯底。此后，在陶瓷襯底的表面上制造槽，接著，使制造槽的表面經(jīng)受噴涂、電鍍等，以形成金屬層。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式此后將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
(例子1)靜電夾具的制造(見圖3)(1)通過刮刀方法，使用下列膏以實施構(gòu)造來獲得厚度為0.47μm的印刷電路基板通過把按重量計算100份的氮化鋁粉末(Tokuyama有限公司制造，平均粒子直徑1.1μm)，按重量計算4份的氧化釔(平均粒子直徑0.4μm)，按重量計算11.5份的聚丙烯粘合劑，按重量計算0.5份的分散劑以及按重量計算53份的1-丁醇和乙醇的混合酒精混合而得到膏。
(2)接著，在80℃處干燥這種印刷電路基板達(dá)5小時，隨后，通過沖孔來制造下列孔將成為通孔的孔，通過這些孔插入直徑為1.8mm、3.0mm和5.0mm的半導(dǎo)體晶片支撐銷；以及將成為經(jīng)噴鍍的通孔的孔，用于連接外接端子。
(3)混合下列材料以制備包含膏A的導(dǎo)體按重量計算100份的碳化鎢粒子，具有1μm的平均粒子直徑；按重量計算3.0份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.5份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.3份的分散劑。
混合下列材料以制備包含膏B的導(dǎo)體按重量計算100份的鎢粒子，具有3μm的平均粒子直徑；按重量計算1.9份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.7份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.2份的分散劑。
通過絲網(wǎng)印刷把包含膏A的導(dǎo)體印制在印刷電路基板上，以形成包含膏的導(dǎo)體層。使印制的圖案構(gòu)成同心圓圖案。此外，在其它印刷電路基板上形成具有在圖4中示出的靜電電極圖案的包含膏的導(dǎo)體層。
此外，把包含膏B的導(dǎo)體填充到通孔中，所述通孔是用于連接外接端子的經(jīng)噴鍍的通孔。
在已經(jīng)經(jīng)受上述處理的印刷電路基板50的上側(cè)面(加熱表面)上堆疊34片沒有印制鎢膏的印刷電路基板50’，并把相同的13片印刷電路基板50’堆疊在印刷電路基板50的下側(cè)面上。把上面印制具有靜電電極圖案的包含膏的導(dǎo)體層的印刷電路基板50堆疊在其上。此外，在其上堆疊兩片沒有印制鎢膏的印刷電路基板50’。在130℃和80kg/cm2的壓力處對所產(chǎn)生產(chǎn)物加壓，以形成疊層(圖8(a))。
(4)接著，在氮氣氣氛中在600℃處使所產(chǎn)生疊層脫脂達(dá)5小時，并在1890℃和150kg/cm2的壓力處熱壓達(dá)3小時，以得到厚度3mm的氮化鋁板。把這個切割成直徑為230mm的盤，以制備由氮化鋁構(gòu)成的板，并且在所述板中具有厚度6μm和寬度10mm的電阻加熱元件5，具有厚度10μm的夾具正靜電層2以及具有厚度10μm的夾具負(fù)靜電層3(圖8(b))。
(5)接著，用金剛砂輪對在(4)中得到板進行拋光。接著，在其上放置掩模，在表面上通過用SiC等的鼓風(fēng)處理來制造用于熱電偶的底部孔(直徑1.2mm，以及深度2.0mm)。
(6)此外，挖空相應(yīng)于制造經(jīng)噴鍍的通孔的那些部分以制造盲孔35、36(圖8(c))。對用鎳-金制成的釬焊金加熱，并允許在700℃處重熔，以把用Koval(科瓦爾鋁合金)構(gòu)成的外接端子6、18連接到盲孔35、36(見圖8(d))。
關(guān)于連接外接端子，希望有一種結(jié)構(gòu)，在其中，鎢支撐在三個點處進行支撐。這是因為可以保持連接的可靠性。
(7)接著，把控制溫度的熱電偶埋在底部孔中以完成具有電阻加熱元件的靜電夾具的制造。
以切割面包括靜電電極層的方式切割構(gòu)成靜電夾具的所產(chǎn)生陶瓷襯底。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該部分。在圖14中示出觀察結(jié)果。從圖14清楚地看到，靜電電極層的邊緣部分是尖峰形狀的。
(對比例子1)以與例子1中相同的方法形成待層疊的印刷電路基板，除了是在不加熱和在25℃的溫度處處理外。用掃描電子顯微鏡(500倍放大倍數(shù))對它的觀察說明靜電電極和電阻加熱元件兩者的部分邊緣具有垂直于晶片-處理表面的一個面。
(例子2)晶片檢測器201的制造(見圖12)(1)通過刮刀方法，使用下列膏以實施構(gòu)造來得到厚度0.47μm的印刷電路基板通過把按重量計算1000份的氮化鋁粉末(Tokuyama有限公司制造，平均粒子直徑1.1μm)；按重量計算40份的氧化釔(平均粒子直徑0.4μm)；以及按重量計算530份的1-丁醇和乙醇的混合酒精混合而得到膏。
(2)接著，在80℃處烘烤這種印刷電路基板達(dá)5小時，接著，通過沖孔來制造用于把外接端子連接到電阻加熱元件的經(jīng)噴鍍的通孔的通孔。
(3)混合下列材料以制備包含膏A的導(dǎo)體按重量計算100份的碳化鎢粒子，具有1μm的平均粒子直徑；按重量計算3.0份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.5份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.3份的分散劑。
混合下列材料以制備包含膏B的導(dǎo)體按重量計算100份的鎢粒子，具有3μm的平均粒子直徑；按重量計算1.9份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.7份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.2份的分散劑。
接著，使用這個包含膏A的導(dǎo)體，通過絲網(wǎng)印刷把作為保護電極的印制單元和作為接地電極的印制單元以網(wǎng)格的形式印制在印刷電路基板上。
此外，把包含膏B的導(dǎo)體填充到通孔中，所述通孔是用于連接外接端子的經(jīng)噴鍍的通孔。
堆疊已經(jīng)在其上印制膏的以及無膏的50片印刷電路基板。在130℃和80kg/cm2的壓力處對所產(chǎn)生的產(chǎn)物加壓，以形成疊層。
(4)接著，在氮氣氣氛中在600℃處使這個疊層脫脂達(dá)5小時，在1890℃和150kg/cm2的壓力處熱壓達(dá)3小時，以得到厚度3mm的氮化鋁板。把所得到的板切割成直徑300mm的盤，以制備陶瓷板。關(guān)于經(jīng)噴鍍的通孔17的大小，它們的直徑是0.2mm，而它們的深度是0.2mm。
保護電極65和接地電極66的厚度是10μm。形成保護電極65處的位置離開晶片-放置表面1mm。形成接地電極66處的位置離開晶片-放置表面1.2mm。保護電極65和接地電極66的邊緣部分是尖峰形狀的。在保護電極65和接地電極66中每個非-導(dǎo)體形成區(qū)域66a的一側(cè)的長度是0.5mm。
(5)接著，用金剛砂輪對在(4)中得到板進行拋光。接著，在其上放置掩模，在表面上通過用SiC等的鼓風(fēng)處理來制造用于熱電偶的凹入部分，以及用于吸附晶片的槽67(寬度0.5mm，以及深度0.5mm)。
(6)此外，在與晶片-放置表面相對的表面上印制用于形成電阻加熱元件61的一個層。將包含膏的導(dǎo)體用于印制。所使用的包含膏的導(dǎo)體是Tokuriki KagakuKenkyu-zyo制造的Solvest PS603D，使用它在印制電路板上形成經(jīng)噴鍍的通孔。這個包含膏的導(dǎo)體是一種銀/鉛膏，并包括按重量計算7.5份的金屬氧化物，所述金屬氧化物由按重量計算每100份的銀的氧化鉛、氧化鋅、氧化硅、氧化硼以及氧化鋁(它們的重量比是5/55/10/25/5)構(gòu)成。
銀的形狀是鱗狀的，并具有4.5μm的平均粒子直徑。
(7)在780℃處對印制有包含膏的導(dǎo)體的陶瓷襯底63進行加熱和燒制，以燒結(jié)和烘烤在陶瓷襯底63上包含膏的導(dǎo)體中的銀和鉛。把加熱器板浸入包括含水溶液(所述含水溶液包括30g/L的硫化鎳、30g/L的硼酸、30g/L的氯化銨以及60g/L的羅謝爾鹽)的鍍液中，進行無電鍍的鎳噴鍍，以在經(jīng)燒結(jié)的銀構(gòu)成的電阻加熱元件61的表面上析出鎳層(未說明)，所述鎳層具有1μm的厚度，按重量計算1％或更少的硼含量。此后，在120℃處使加熱器板退火達(dá)3小時。
由經(jīng)燒結(jié)的銀構(gòu)成的電阻加熱元件具有5μm的厚度、2.4mm的寬度以及7.7mΩ/□的面積電阻率。
(8)通過噴涂，在形成槽67的表面上相繼形成鈦層、鉬層和鎳層。噴涂所使用的設(shè)備是ULVAC日本有限公司制造的SV-4540。關(guān)于噴涂的條件，空氣壓力是0.6Pa、溫度是100℃以及電功率是200W。噴涂時間在30秒到1分鐘的范圍內(nèi)，并且可以根據(jù)各種金屬進行調(diào)節(jié)。
關(guān)于所產(chǎn)生薄膜的厚度，從熒光X射線分析儀得到的圖象示出鈦層的厚度是0.3μm、鉬層的厚度是2μm，以及鎳層的厚度是1μm。
(9)把在上述(8)中得到的陶瓷襯底63浸入包括含水溶液(所述含水溶液包括30g/L的硫化鎳、30g/L的硼酸、30g/L的氯化銨以及60g/L的羅謝爾鹽)的鍍液中，進行無電鍍的鎳噴鍍，以便在通過噴鍍制造的金屬層的表面上析出鎳層，所述鎳層具有7μm的厚度，按重量計算1％或更少的硼含量。此后，在120℃處使所得到的陶瓷襯底退火達(dá)3小時。
不允許沒有電流通過電阻加熱元件的表面，而且表面上沒有覆蓋任何電鍍鎳。
在93℃處把陶瓷襯底浸入無電鍍金噴鍍?nèi)芤哼_(dá)1分鐘，以在鎳鍍層上形成厚度1μm的金鍍層，該無電鍍金噴鍍?nèi)芤喊?g/L的氰化亞金鉀、75g/L的氯化銨、50g/L的檸檬酸鈉、以及10g/L的次磷酸鈉。
(10)通過鉆孔制造從槽67的背面穿孔的吸氣孔68，然后制造用于暴露經(jīng)噴鍍的通孔的盲孔(未示出)。對由鎳-金(金按重量計算81.5％、鎳按重量計算18.4％以及雜質(zhì)按重量計算的0.1％)構(gòu)成的釬焊金進行加熱，并且允許在970℃處重熔，以把由科瓦爾鋁合金構(gòu)成的外接端子連接到盲孔。還通過焊料(錫按重量計算90％、以及鉛按重量計算10％)把由科瓦爾鋁合金構(gòu)成的外接端子附加到電阻加熱元件上。
(11)接著，把控制溫度的熱電偶埋入凹入部分，以得到晶片檢測器加熱器201。
在陶瓷襯底中，它的最大細(xì)孔的孔直徑是2μm，而它的孔隙率是1％。使陶瓷襯底的溫度升高到200℃。即使把200V施加在其上也不會導(dǎo)致電介質(zhì)擊穿。它的彎曲量是1μm或更小，取這個量較好。
(對比例子2)以例子2中相同的方法形成待層疊的印刷電路基板，除了這里是在不加熱和在25℃的溫度處進行的。用掃描電子顯微鏡(500倍放大倍數(shù))對它的觀察說明保護電極和接地電極兩者的邊緣部分具有垂直于晶片-處理表面的一個面。
(例子3)礬土熱板(見圖1和2)(1)通過刮刀方法，使用下列膏，以實施構(gòu)成來得到厚度0.47μm的印刷電路基板通過混合下述各物而得到的膏礬土按重量計算93份、SiO2按重量計算5份、CaO按重量計算0.5份、MgO按重量計算0.5份、TiO2按重量計算0.5份、聚丙烯粘合劑按重量計算11.5份、按重量計算0.5份的分散劑以及按重量計算53份的1-丁醇和乙醇的混合酒精。
(2)接著，在80℃處干燥這些印刷電路基板達(dá)5小時，接著，通過沖孔在印刷電路基板中制造下列必需的孔將為通孔的孔，具有直徑為1.8mm、3.0mm和5.0mm的半導(dǎo)體晶片的支撐銷通過這些孔插入；以及將為經(jīng)噴鍍的通孔的孔，用于連接到外接端子。
(3)混合下列各材料以制備包含膏B的導(dǎo)體按重量計算100份的鎢粒子，具有3μm的平均粒子直徑；按重量計算1.9份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.7份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.2份的分散劑。
通過絲網(wǎng)印刷把這個包含膏B的導(dǎo)體印制在印刷電路基板上，以形成包含膏的導(dǎo)體層。使印制的圖案構(gòu)成同心圓的圖案。
(4)此外，把包含膏B的導(dǎo)體填充到通孔中，所述通孔是用于連接外接端子的經(jīng)噴鍍的通孔。
此外，把在其上沒有印制鎢膏的34到60片堆疊在形成電阻加熱元件的圖案的印刷電路基板的上表面上(加熱表面)，以及把相同的13到30片印刷電路基板堆疊在該印刷電路基板的下側(cè)。在130℃和80kg/cm2的壓力處對它加壓，以形成疊層。
(5)接著，在空氣氣氛中在600℃處使所產(chǎn)生疊層脫脂達(dá)5小時，并在1600℃和150kg/cm2的壓力處熱壓達(dá)2小時，以得到厚度3mm的氮化鋁板。通過改變工作條件和拋光條件，把這個制成直徑280mm和厚度19mm的襯底。
制備一種板，所述板由礬土構(gòu)成，并且板中有厚度為6μm和寬度為10mm的電阻加熱元件5。電阻加熱元件5的邊緣部分是尖峰形狀的。
(6)接著，用金剛砂輪對在(3)中得到的板進行拋光。接著，在其上放置掩模，在表面中通過用SiC等的鼓風(fēng)處理來制造用于熱電偶的底部孔(直徑1.2mm，以及深度2.0mm)。
(7)此外，挖空相應(yīng)于制造經(jīng)噴鍍的通孔的那些部分以制造盲孔。對用鎳-金制成的釬焊金加熱，并允許在700℃處重熔，以把用科瓦爾鋁合金構(gòu)成的外接端子連接到盲孔。
關(guān)于外接端子的連接，需要一種結(jié)構(gòu)，其中，鎢支撐在三個點處進行支撐。這是因為可以保持連接的可靠性。
(8)接著，把控制溫度的熱電偶埋入底部孔，以完成具有電阻加熱元件的熱板的制造。
(對比例子3)以與例子3中相同的方法形成待層疊的印刷電路基板，除了這里是在不加熱和在25℃的溫度處進行的。用掃描電子顯微鏡(500倍放大倍數(shù))對它的觀察說明電阻加熱元件的邊緣部分具有垂直于晶片-處理表面的一個面。
(例子4)氮化鋁構(gòu)成的熱板(見圖1和2)(1)通過刮刀方法，使用下列膏，以實施構(gòu)成來得到厚度0.47μm的印刷電路基板通過把按重量計算100份的氮化鋁粉末(Tokuyama有限公司制造，平均粒子直徑1.1μm)；按重量計算4份的氧化釔(平均粒子直徑0.4μm)；按重量計算11.5份的聚丙烯粘合劑；按重量計算0.5份的分散劑；按重量計算8份的聚丙烯樹脂粘合劑(Kyoeisyha化學(xué)有限公司制造，商號KC-600，且酸值17KOHmg/g)；以及按重量計算53份的1-丁醇和乙醇的混合酒精混合而得到膏。
(2)接著，在80℃處干燥這種印刷電路基板達(dá)5小時，接著，通過沖孔來制造下列孔將為通孔的孔，通過這些孔插入直徑為1.8mm、3.0mm和5.0mm的半導(dǎo)體晶片支撐銷；以及將為經(jīng)噴鍍的通孔的孔，用于連接外接端子。
(3)混合下列各材料以制備包含膏A的導(dǎo)體按重量計算100份的碳化鎢粒子，具有1μm的平均粒子直徑；按重量計算3.0份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.5份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.3份的分散劑。
混合下列各材料以制備包含膏B的導(dǎo)體按重量計算100份的鎢粒子，具有3μm的平均粒子直徑；按重量計算1.9份的聚丙烯粘合劑；按重量計算3.7份的α-萜品醇溶劑；以及按重量計算0.2份的分散劑。
通過絲網(wǎng)印刷把包含膏A的導(dǎo)體印制在印刷電路基板上，以形成包含膏的導(dǎo)體層。使印制的圖案構(gòu)成同心圖案。此外，在其它印刷電路基板上形成具有在圖10中示出的靜電電極圖案的包含膏的導(dǎo)體層。
此外，把包含膏B的導(dǎo)體填充到通孔中，所述通孔是用于連接外接端子的經(jīng)噴鍍的通孔。
在130℃和80kg/cm2的壓力處，把沒有印制鎢膏的37片印刷電路基板堆疊在已經(jīng)經(jīng)受上述處理的印刷電路基板的上側(cè)面(加熱表面)上，同時把相同的13片印刷電路基板堆疊在該印刷電路基板的下側(cè)面上。
(4)接著，在氮氣氣氛中在600℃處使所產(chǎn)生疊層清除油脂達(dá)1小時，并在1890℃和150kg/cm2的壓力處熱壓達(dá)3小時，以得到厚度3mm的氮化鋁板，它包括810ppm的碳。把這個切割成直徑230mm的盤，以制備一種板，在該板中具有厚度6μm和寬度10mm的電阻加熱元件，以及靜電電極。靜電電極的邊緣部分是尖峰形狀的。
(5)接著，用金剛砂輪對在(4)中得到板進行拋光。接著，在其上放置掩模，在表面上通過用SiC等的鼓風(fēng)處理來制造用于熱電偶的底部孔(直徑1.2mm，以及深度2.0mm)。
(6)此外，挖空對應(yīng)于制造經(jīng)噴鍍的通孔的那些部分以制造凹入部分。對用鎳-金制成的釬焊金加熱，并允許在700℃處重熔，以把用科瓦爾鋁合金構(gòu)成的外接端子連接到凹入部分。
關(guān)于外接端子的連接，需要一種結(jié)構(gòu)，其中，鎢支撐在三個點處進行支撐。這是因為可以保持連接的可靠性。
(7)接著，把控制溫度的熱電偶埋在底部孔中以完成陶瓷加熱器(熱板)的制造。
(對比例子4)以例子4中相同的方法形成待層疊的印刷電路基板，除了這里是在不加熱和在25℃的溫度處進行的。用掃描電子顯微鏡(500倍放大倍數(shù))對它的觀察示出電阻加熱元件的邊緣部分具有垂直于晶片-處理表面的一個面。
估計方法(1)熱均勻性使用熱電觀察器(日本Datum公司制造的IR-162012-0012)來測量陶瓷襯底的晶片-放置表面上各個點的溫度，以得到最高溫度和最低溫度之間的溫度差。
(2)吸附能力使陶瓷襯底的溫度上升到450℃，用測力傳感器(load cell)(Shimadzu公司制造的Autograph AGS-50)來測量它的吸附能力。
(3)耐熱沖擊性使陶瓷襯底的溫度上升到200℃，然后把陶瓷襯底丟入水中，并檢查是否產(chǎn)生裂縫。在表1中，0表示沒有產(chǎn)生裂縫，該陶瓷襯底具有耐熱沖擊性，而×表示產(chǎn)生裂縫，該陶瓷襯底不具有耐熱沖擊性。
(4)漏電流把1kV的電壓施加在陶瓷襯底中假定絕緣的導(dǎo)體之間，然后使用擊穿電壓測試儀(Kikusui電子產(chǎn)品公司制造的TOS-5051)以及超高電阻器(Advantest公司制造的R8340)測量300℃處的漏電流。
表1

如從表1清楚地看到，根據(jù)例子1到4的陶瓷襯底在熱均勻性和耐熱沖擊性兩方面都是優(yōu)越的。從例子1和對比例子1還可以清楚地看到，根據(jù)例子1的靜電夾具具有大的夾持力。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明的陶瓷襯底在熱均勻性和耐熱沖擊性兩方面都是優(yōu)越的。在使用陶瓷襯底作為靜電夾具的情況中，它的夾持力是大的。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷襯底，包括形成在其中的導(dǎo)體層，其特征在于，所述導(dǎo)體層的邊緣截面是尖峰形狀的。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷襯底，其特征在于，所述導(dǎo)體層是電阻加熱元件，并且起到加熱板的作用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷襯底，其特征在于，所述導(dǎo)體層是靜電電極，并且起到靜電夾具的作用。
4.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷襯底，其特征在于，所述導(dǎo)體層具有寬度為0.1到200μm的尖峰形狀部分。
5.如權(quán)利要求3所述的陶瓷襯底，其特征在于，所述導(dǎo)體層具有寬度為0.1到200μm的尖峰形狀部分。
6.制造陶瓷襯底的一種處理，其特征在于，在陶瓷印刷電路基板上印制導(dǎo)體層，在加熱和壓力下把所述印刷電路基板與另一印刷電路基板集成，然后燒結(jié)該陶瓷粉末。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供熱均勻性和耐熱沖擊性方面優(yōu)越的一種陶瓷襯底，而且在把陶瓷襯底制造成靜電夾具的情況中，具有大的夾持力。本發(fā)明的陶瓷襯底是一種陶瓷襯底，它包括形成在其中的導(dǎo)體層，其特征在于，導(dǎo)體層的邊緣部分是尖峰形狀的。
文檔編號H05B3/20GK1592502SQ200410077200
公開日2005年3月9日 申請日期2000年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者平松靖二, 伊藤康隆 申請人:Ibiden股份有限公司