專利名稱：一種陶瓷基座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷加熱器，尤其涉及半導(dǎo)體和液晶產(chǎn)品制造中，使用的CVD裝置、等離子體CVD裝置、蝕刻裝置以及等離子體蝕刻裝置中用到的陶瓷基座加熱器。
按照以下方法制成一內(nèi)部設(shè)置有前述的加熱器的由陶瓷制成的固定晶片元件燒結(jié)氮化鋁，安裝一個鉬線圈，通過將鉬線圈鑲嵌進凹槽(比如通過一盤狀的氮化鋁盤)，用另外一個同樣的氮化鋁盤與其形成夾層，并用熱壓機燒結(jié)該夾層。
由陶瓷制成的內(nèi)部帶有加熱器的固定晶片元件，(例如陶瓷基座)，加熱器的組成成分電阻加熱元件相對于制作硅晶片的半導(dǎo)體材料或液晶材料而言被看作是雜質(zhì)，甚至是痕量，其可以成為半導(dǎo)體芯片和液晶的故障來源。
為了免除雜質(zhì)的影響，電阻加熱元件必須完全嵌入陶瓷基座以保證其不會露在表面，或者在半導(dǎo)體加工裝置里，將陶瓷上的電阻加熱元件覆蓋一保護層，從而，有一部分不會被覆蓋，即一非熱面將處于陶瓷基座的外部。陶瓷傳遞電阻加熱元件產(chǎn)生的熱量到達表面，再從表面由氣體通過熱傳遞消散。這意味著在圓盤狀或矩形盤狀的陶瓷基座里，外邊界是熱量最容易消散的地方。
同時考慮前面提到的兩個因素，陶瓷基座的外邊界是溫度最容易下降的部分?；谠搯栴}，對陶瓷利用一種高傳導(dǎo)率的材料，快速向著外邊界擴散由電阻加熱元件產(chǎn)生的熱量，消除溫度差異，這種做法已經(jīng)被采用。類似地，有另外一種方式消除溫度差異，該方法通過提高線圈的繞組密度和電阻加熱元件的模式密度，電阻加熱元件盡可能向外，以提高熱密度，用內(nèi)部的熱量補償外部的熱量。
當鑲嵌進模具陶瓷體凹槽的線圈夾在模具陶瓷體之間和工作在熱壓力下時，它被擠成不確定形狀，電阻加熱元件的外邊界被破壞。盡管電阻加熱元件經(jīng)過等溫設(shè)計，并嚴格計算多少熱量產(chǎn)生并補償熱散失給未加熱部分和邊界熱消失部分，事實上，物質(zhì)熱流域在邊界被破壞，這使得在陶瓷基座表面不可能得到理想的額定等溫。
同時，隨著近年來半導(dǎo)體晶片尺寸的成比例增大，陶瓷基座加熱晶片的等溫要求越來越嚴格，關(guān)于固定晶片面的額定等溫要求至少在±1.0％以內(nèi)，最好是在±0.5％以內(nèi)。
為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種陶瓷基座，包括一盤狀燒結(jié)陶瓷體；一電阻加熱元件，位于所述陶瓷體內(nèi)或表面上，所述的電阻加熱元件形成一個具有外邊界的區(qū)域；其特征在于燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域外邊界之間的拉伸距離(pullback length)的變化范圍為±0.8％。另外，上述的拉伸距離的變化范圍最好為±0.5％。
所述的燒結(jié)陶瓷體至少由以下物質(zhì)之一構(gòu)成氮化鋁，氮化硅，碳化硅和氧化鋁。
所述的電阻加熱元件至少由以下金屬之一構(gòu)成鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻。
根據(jù)本發(fā)明，按照線圈形狀的電阻加熱元件鑲嵌進盤狀燒結(jié)陶瓷體的陶瓷基座，通過控制燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域之間的拉伸距離的變化范圍，固定晶片面的整個表面的額定等溫可以達到要求的±1.0％左右，更進一步，該額定等溫可以達到出色的±0.5％左右。
本發(fā)明在相關(guān)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)，當在燒結(jié)陶瓷體內(nèi)部形成電阻加熱元件，通過實現(xiàn)燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域外邊界之間的拉伸距離的變化范圍為±0.8％，可以滿足固定晶片面的整個表面的額定等溫可以達到要求的±1.0％。
同樣地，發(fā)現(xiàn)通過實現(xiàn)燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域之間的拉伸距離的變化范圍為±0.5％，可以滿足固定晶片面的整個表面的額定等溫可以達到要求的±0.5％。


圖1所示為本發(fā)明的一個實施例的電路示意圖，該電阻加熱元件鑲嵌在燒結(jié)陶瓷體中。鑲嵌在燒結(jié)陶瓷體1中的電阻加熱元件2形成線圈形狀的電路模式，距離L為燒結(jié)陶瓷體1的外邊界1a和電阻加熱元件2形成的電阻加熱元件物質(zhì)區(qū)域外邊界2a之間的距離，是拉伸距離。從它的兩個電路終端2b穿過導(dǎo)線是可行的，電阻加熱元件2形成線圈形狀得到實施，由電源提供電能使其產(chǎn)生熱量。由此可知，圖1所示的電路模式只是電阻加熱元件2的一個簡單示例，本發(fā)明并不受限于此。
如果電阻加熱元件的電路模型形成于模具陶瓷體或印刷電路基板上，燒結(jié)其基座，持續(xù)到電路模型皺縮并且變得緊密。在這種情況下，達到均勻的緊縮相當困難，由于作為燒結(jié)助聚劑的氧化物的非一致?lián)]發(fā)，以及燒結(jié)助聚劑的非一致性和沉積后的碳渣的非一致性和以及燃燒室內(nèi)部的溫度和空氣溫度變化，電阻加熱元件構(gòu)成的區(qū)域容易彎曲。類似的，熱壓力燒結(jié)鉬線圈，將其定型為加熱器，同時將一個鉬基板放置于模具陶瓷體上，將電阻加熱元件區(qū)域的外邊界變形，因為在熱壓力燒結(jié)過程中，線圈和極板漸漸被擠壓，粉碎、彎曲和變形。
盡管燒結(jié)陶瓷體的外邊界可以經(jīng)過處理以確保其精度，但如果電阻加熱元件區(qū)域變形，燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域之間的拉伸距離范圍將終止變化。嚴格控制這些因素使其達到一致，實現(xiàn)燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域之間的拉伸距離變化范圍在±0.8％以內(nèi)，更進一步，可以在±0.5％以內(nèi)，以形成上面提到的良好的等溫性能?？梢缘弥炀嚯x可以按照晶片或相似地目標被定義。
作為控制拉伸距離在一定范圍內(nèi)變化的一個方法，用含有電阻加熱元件成分和燒結(jié)助聚劑的混合物混合、壓制，并用一個燒結(jié)時不會再變形的燒結(jié)陶瓷體，隨后將其打印在保證精度的表面使得電阻加熱元件電路不變形的前提下烘干電路。進而燒結(jié)陶瓷體，烘干電阻加熱元件電路，并且等外徑的燒結(jié)陶瓷體，應(yīng)用綁定材料，里面帶有電阻加熱元件的陶瓷基座就制成了。另一種辦法，用保護層覆蓋電阻加熱元件，包括電阻加熱元件的陶瓷基座也是容易制作的。
從耐腐蝕屬性，熱傳導(dǎo)等等方面考慮，形成燒結(jié)陶瓷體的陶瓷材料推薦下列物質(zhì)之一氮化鋁，氮化硅，碳化硅和氧化鋁。
類似地，具有生熱的耐腐蝕和內(nèi)在抗值的金屬，推薦下列物質(zhì)之一鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻，用于電阻加熱元件。
實施例1按比例向氧化鋁粉末里加0.8％的作為燒結(jié)助聚劑的氧化釔，作為粘合劑的聚乙烯醇，并用乙醛作為溶劑，將這些成份用球磨機攪拌使其分散均勻，然后噴射烘干該混合物使之成顆粒狀。
將得到的顆粒狀粉末燒結(jié)后，用單軸將其壓進兩個盤子里進行模制加工，所述的兩個盤子的直徑355mm，厚度5mm。將該加工后的所得物放進800℃的氮氣流中進行脫脂處理，然后再放至1850℃的溫度下進行燒結(jié)，由此燒結(jié)成氮化鋁盤。其熱傳導(dǎo)是180W/mK，再用金剛砂對它的上下表面磨光處理。
接下來，將一個線圈形狀的模型印在一個燒結(jié)的氮化鋁盤上，用鎢粉及其1％重量的釔混合成鎢漿，將乙烷基纖維素作為粘合劑加入到其中。得到的鎢模型的外邊界和燒結(jié)氮化鋁盤的外邊界的拉伸距離為1.0mm，將燒結(jié)氮化鋁盤在90℃的氮氣流里進行脫脂處理，再在1800℃的溫度下烘焙2小時。
然后，將乙烷基纖維素與氧化釔-氧化鋁混合，其中該氧化釔-氧化鋁在這里作為粘合劑使用，將上述混合物印在進一步燒結(jié)的氮化鋁盤上。將其在900℃的氮氣流中進行脫脂處理。作為粘合材料，鎢材料的外部和兩個燒結(jié)氮化鋁盤的綁定材料外部結(jié)合在一起，在1750℃，50g/cm2的條件下將其進行熱壓力綁定。其后，結(jié)合體的外圍形成了一個直徑350mm的圓形輪廓。
通過電路的外部可接入導(dǎo)線端給陶瓷基座供電，加熱鎢電阻加熱元件，固定晶片外部的額定等溫值的測量結(jié)果較為滿意，其值是500±0.40％。在這種情況下，陶瓷基座沿徑向突破，鎢電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和燒結(jié)陶瓷體的外邊界的拉伸距離(設(shè)定距離1.0mm)通過測量，其變化范圍為±0.2％。
實施例2一種陶瓷基座，除了通過改變鎢電阻加熱元件的模型，使得其外邊界變形外，與實施例1的制造方法相同，電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和燒結(jié)陶瓷體的外邊界的拉伸距離變化范圍同實施例1中的測量方法，相關(guān)的陶瓷基座有三種，并且固定晶片外部的額定等溫也被測量。
結(jié)果表明，當拉伸距離變化范圍為±0.5％時，固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.5％。同樣地，當拉伸距離變化范圍為±0.75％，固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.7％，更進一步，當拉伸距離變化范圍為±0.8％，固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.95％。
實施例3按比例加0.8％重的炭化硼作為燒結(jié)助聚劑，聚乙烯醇作為粘合劑，將兩者放進碳化硅粉末里，用乙醛作為溶劑，將這些成份用球磨機攪拌使分散均勻，然后噴射烘干混合物使之成粒狀。
將得到的粒狀粉末燒結(jié)后，用單軸壓進兩個盤子里做成模具，盤子的直徑355mm，厚度5mm。900℃的條件下在氮氣流中進行脫脂處理，然后放在1950℃的條件下燒結(jié)5小時，由此燒結(jié)成碳化硅盤子。其熱傳導(dǎo)是180W/mK，用金剛砂對它的上下表面進行磨光處理。
鎢電阻加熱元件電路的形成和兩個燒結(jié)盤的綁定用實施例1中的方法實施；對陶瓷基座進行與實施例1同樣的估計，此時拉伸距離變化范圍為±0.3％，而固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.46％。
實施例4向氮化硅粉末里加2％重的釔和1％重的鋁組成的燒結(jié)助聚劑，聚乙烯醇作為粘合劑，用乙醛作為溶劑，將這些成份用球磨機攪拌使分散均勻，然后噴射烘干混合物使之成粒狀。
將得到的粒狀粉末燒結(jié)后，用單軸壓進兩個盤子里做成模具，盤子的直徑為355mm，厚度5mm。900℃條件下在氮氣流中進行脫脂處理，然后放進1600℃條件下進行燒結(jié)4小時，由此燒結(jié)成氮化硅盤子。它的熱傳導(dǎo)是22W/mK，用金剛砂對它的上下表面磨光處理。
進一步將乙烷基纖維素與低熔點的玻璃綁定材料混合，將上述混合物印在一個進一步燒結(jié)的氮化硅盤上。在700℃的氣流中進行脫脂處理，作為粘合材料，鎢材料的外部和兩個燒結(jié)氮化鋁盤的綁定材料外部結(jié)合在一起，在800℃，10g/cm2的條件下進行熱壓力綁定。其后，結(jié)合體的外圍形成了一個直徑350mm的圓形輪廓。
對燒結(jié)的陶瓷基座實施同實施例1中同樣的估計，結(jié)果表明拉伸距離變化范圍為±0.3％，此時的額定等溫為500℃±0.45％。
實施例5往氮化鋁粉末里加其1％重的氧化鎂燒結(jié)助聚劑，聚乙烯醇作為粘合劑，然后烘干混合物，將得到的粒狀粉末燒結(jié)后，用單軸壓進兩個盤子里做成模具，盤子的直徑355mm，厚度5mm。
在700℃的空氣流中進行脫脂處理，然后在1600℃條件下燒結(jié)3小時，由此燒結(jié)成氮化硅盤子。其熱傳導(dǎo)是20W/MK，用金剛砂對其上下表面進行磨光處理。
鎢電阻加熱元件電路的形成和兩個燒結(jié)盤的綁定方式同實施例4，電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和燒結(jié)陶瓷體的外邊界的拉伸距離變化范圍同實施例1中的方法測量，結(jié)果表明，當拉伸距離變化范圍為±0.3％時，固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.46％。
實施例6除了粘接形成電阻加熱元件電路外，加1％的釔和鉬粉混合，聚乙烯醇作為粘合劑，與實施例1中方法相同，從燒結(jié)的氮化鋁盤里制成結(jié)合體，進而以同樣的方式制成陶瓷基座。
同實施例1的方式測量陶瓷基座，此時鉬電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和氮化鋁磁體的外邊界的拉伸距離變化范圍±0.3％，這時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.46％。
實施例7同實施例1的方法制成兩個燒結(jié)氮化鋁盤，加燒結(jié)助聚劑和聚乙烯醇粘合劑，并與銀和鈀粉混合，在一個盤上形成電路，在900℃條件下烘焙，再用實施例4的方法與一個進一步燒結(jié)的氮化鋁盤結(jié)合在一起。
用實施例1的方法測量陶瓷基座。結(jié)果表明，銀鈀電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和氮化鋁磁體的外邊界的拉伸距離變化范圍為±0.3％，這時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.45％。
實施例8同實施例1的方法制成兩個燒結(jié)氮化鋁盤，加燒結(jié)助聚劑和聚乙烯醇粘合劑，并與鎳鉻粉混合，在一個盤上形成電路，在700℃時烘焙，再用實施例4的方法與一個進一步燒結(jié)的氮化鋁盤結(jié)合在一起。
用實施例1的方法測量陶瓷基座。結(jié)果表明，鎳鉻電阻加熱元件區(qū)域的外邊界和氮化鋁磁體的外邊界的拉伸距離變化范圍為±0.3％，這時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.46％，。
實施例9烘焙鎢電阻加熱元件的粘合對象同實施例1的方法制成，在這個電阻加熱元件上攤開100μm的粘合劑，其中加入氧化釔和乙烷基纖維素，然后將這些成份與氧化鋁粉末混合。再在900℃的氮氣流中脫脂，在1800℃條件下下烘干2小時。
用實施例1的方法測量陶瓷基座。結(jié)果表明，鎳鉻加熱元件區(qū)域的外邊界和氮化鋁磁體的外邊界的拉伸距離變化范圍為±0.3％，這時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±0.40％，。
對比實例1同實施例1制成兩個氮化鋁盤，一個盤同實施例1中的鎢膠展開，而另一盤同實施例1用同樣的綁定材料。兩個盤結(jié)合在鎢膠外部。施加50kfg/cm2壓力在1850℃下烘焙。
用實施例1的方法測量陶瓷基座。結(jié)果表明，這時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±1.30％。更進一步，陶瓷基座沿徑向突破，鎳鉻加熱元件區(qū)域的外邊界和氮化鋁磁體的外邊界的拉伸距離變化范圍為±1.2％，對比實例2同實施例1的方法制成兩個氮化鋁盤。兩個盤里各有一個寬4.5mm，深2.5mm的凹槽，鉬線圈鑲嵌進凹槽里，將兩個模制的盤子堆疊在一起，能夠伸進鉬線圈里，然后在1850℃，100kfg/cm2的氮氣里燒結(jié)2小時。
得到陶瓷基座后，用實施例1中的方法測定，結(jié)果表明此時的固定晶片外部的額定等溫為500℃±1.70％，進一步，陶瓷基座沿徑向裂開，測量鎢電阻加熱元件的區(qū)域的外邊界和燒結(jié)氮化鋁陶瓷體的外邊界的拉伸距離的變化范圍為±1.5％。
以上列舉的實施例僅為了說明本發(fā)明，事實上，對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，從前述對本發(fā)明的描述，可以明顯地看出，可以做各種改動和變化而不會脫離權(quán)利要求定義的本發(fā)明的保護范圍。更進一步，前面實施例中對本發(fā)明的描述僅為了解釋本發(fā)明，并不能限制權(quán)利要求定義的本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷基座，包括一盤狀燒結(jié)陶瓷體；一電阻加熱元件，位于所述陶瓷體內(nèi)或表面上，所述的電阻加熱元件形成一個具有外邊界的區(qū)域；其特征在于燒結(jié)陶瓷體外邊界和電阻加熱區(qū)域外邊界之間的拉伸距離的變化范圍為±0.8％。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的拉伸距離的變化范圍為±0.5％。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的燒結(jié)陶瓷體至少由以下物質(zhì)之一構(gòu)成氮化鋁，氮化硅，碳化硅和氧化鋁。
4.如權(quán)利要求2所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的燒結(jié)陶瓷體至少由以下物質(zhì)之一構(gòu)成氮化鋁，氮化硅，碳化硅和氧化鋁。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的電阻加熱元件至少由以下金屬之一構(gòu)成鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻。
6.如權(quán)利要求2所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的電阻加熱元件至少由以下金屬之一構(gòu)成鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻。
7.如權(quán)利要求3所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的電阻加熱元件至少由以下金屬之一構(gòu)成鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻。
8.如權(quán)利要求4所述的陶瓷基座，其特征在于，所述的電阻加熱元件至少由以下金屬之一構(gòu)成鎢，鉬，銀，鉑，鈀，鎳和鉻。
全文摘要
一種陶瓷基座，其固定晶片面具有很好的等溫性，適用于半導(dǎo)體裝置和液晶裝置。在盤狀燒結(jié)體1中，設(shè)置電阻加熱元件2。燒結(jié)陶瓷體外邊界1a和電阻加熱區(qū)域外邊界2a之間的拉伸距離L的變化范圍為±0.8％，固定晶片面的整個表面的額定等溫線變化范圍在±1.0％左右，并且當所述的L控制在±0.5％時，額定等溫線控制在±0.5％。
文檔編號H05B3/68GK1453095SQ0312297
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月24日
發(fā)明者柊平啟, 夏原益宏, 仲田博彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社