專利名稱：含碳的氮化鋁燒結(jié)體，用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的基材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鋁燒結(jié)體，這種燒結(jié)體可用作構(gòu)成熱板、靜電夾具(electric static chuck)、晶片探測(cè)器、感受器等主要在半導(dǎo)體工業(yè)中裝置的材料；還具體涉及含碳的氮化鋁燒結(jié)體，這種燒結(jié)體具有優(yōu)良的覆蓋電極線路等的能力、高溫體積電阻率和用熱觀察器測(cè)溫時(shí)的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明還涉及一種陶瓷基材，它是使用由上述氮化鋁燒結(jié)體等構(gòu)成的陶瓷，這種陶瓷基材可用作半導(dǎo)體制造和檢測(cè)設(shè)備如熱板、靜電夾具或晶片探測(cè)器；具體涉及一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，這種陶瓷基材具有優(yōu)良的覆蓋電極線路等的能力、高溫體積電阻率和用熱觀察器測(cè)溫時(shí)的準(zhǔn)確度。
背景技術(shù)：
迄今，使用金屬基材材料如不銹鋼或鋁合金的加熱器、晶片探測(cè)器等一直用于半導(dǎo)體制造或檢測(cè)設(shè)備，包括蝕刻設(shè)備、化學(xué)氣相沉積設(shè)備等。
然而，金屬制成的加熱器存在的問題是其溫控性較差，其厚度會(huì)變得更厚，使加熱器沉重和龐大。這種加熱器還存在的問題是對(duì)腐蝕性氣體的抗蝕性差。
為解決這些問題，JP Kokai平11-40330提出一種使用陶瓷如氮化鋁代替金屬的加熱器。
然而，構(gòu)成這種加熱器基材材料的氮化鋁，其本身一般為白色或淡灰色；因此，一般不宜用于加熱器或感受器。而黑色具有較大輻射熱量的能力，因此適合于這類用途。對(duì)晶片探測(cè)器或靜電夾具，黑色尤其適用，因?yàn)楹谏哂懈叩母采w電極線路能力。而且，用熱觀察器(表面溫度計(jì))測(cè)定加熱器表面溫度時(shí)，若其基板是黑色或淺灰時(shí)，其輻射熱量不穩(wěn)定，因此一直不能準(zhǔn)確測(cè)定溫度。
在JP Kokai平9-48668等揭示的現(xiàn)有技術(shù)為滿足這一要求進(jìn)行的發(fā)明中，建議在一種陶瓷基材料中加入結(jié)晶碳，在X射線衍射圖中在44°-45°檢測(cè)到這種結(jié)晶碳的峰。
發(fā)明概述然而，現(xiàn)有技術(shù)中加入種結(jié)晶碳(石墨)的陶瓷基材材料所存在的問題，是其高溫如500℃的體積電阻率下降到1×108Ω·cm(參見

圖1)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題；提供一種氮化鋁燒結(jié)體其高溫尤其是500℃體積電阻率至少保持在1×108Ω·cm或更高；并確保覆蓋能力、大的輻射熱量能力和用熱觀察器測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，可用于熱板、靜電夾具和晶片探測(cè)器或感受器，由于其體積電阻率尤其是200℃或更高溫度下體積電阻率很高，不會(huì)產(chǎn)生泄漏電流和短路；可確保覆蓋能力，大的輻射熱量和用熱觀察器測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明第一方面，研制的出氮化鋁燒結(jié)體滿足上述要求，它是含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在由氮化鋁構(gòu)成基體中包含碳，這種碳在其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限。
在氮化鋁燒結(jié)體中，要求其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳和在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳中至少的一種。要求碳含量為200-5000ppm。
本發(fā)明第二方面，氮化鋁燒結(jié)體是含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在由氮化鋁構(gòu)成的基體中包含碳，這種碳為在其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳以及在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳。
在氮化鋁燒結(jié)體中，要求其X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳和在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳中至少一種，而能在X射線衍射圖中檢測(cè)到其峰的碳要求是結(jié)晶碳。尤其需要包括無定形碳和結(jié)晶碳的方案。
需要碳的總含量為200-5000ppm。
本發(fā)明的第一和第二方面的氮化鋁燒結(jié)體中，要求基體中含有包括堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物和稀土金屬氧化物中至少一種的燒結(jié)助劑。
對(duì)氮化鋁燒結(jié)體，要求按JIS Z 8721定義的亮度為N4或更小。
本發(fā)明第三方面，研制出用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材滿足上述要求，它是一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其中為包含其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳的陶瓷基材同時(shí)提供一種導(dǎo)體。
在用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中，要求其X射線衍射圖中檢測(cè)不其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳和在陶瓷結(jié)晶相中形成固溶液的碳中至少一種。這種碳的含量要求為200-50000ppm。
本發(fā)明第四方面，用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材是可用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，該陶瓷基材包含在其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳和在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳，同時(shí)對(duì)這種陶瓷基材提供一種導(dǎo)體。
在用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中，要求在其X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳和在氮化鋁結(jié)晶相形成固溶液的碳中至少一種。其峰可被檢測(cè)的碳要求是結(jié)晶碳。碳含量要求為200-5000ppm。
本發(fā)明第三和第四方面，要求用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材含有包括堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物和稀土氧化物中至少一種的燒結(jié)助劑。
對(duì)用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，要求其按JIS Z 8721定義的亮度為N4或更小。
本發(fā)明第三和第四方面，要求用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中，要求導(dǎo)體是靜電電極，陶瓷基材的作用是作為靜電夾具；或者導(dǎo)體是電阻加熱元件，陶瓷基材作用是作為熱板。
還要求在陶瓷基材表面和陶瓷基材內(nèi)部形成導(dǎo)體。
內(nèi)部導(dǎo)體是防護(hù)電極和接地電極中的至少一種，陶瓷基材作用是作為晶片探測(cè)器。
附圖簡述圖1是實(shí)施例1-3和比較例1-2中氮化鋁燒結(jié)體體積電阻率和溫度的關(guān)系圖。
圖2是實(shí)施例1的氮化鋁燒結(jié)體的X射線衍射圖。
圖3是比較例2的氮化鋁燒結(jié)體的X射線衍射圖。
圖4(a)是說明靜電夾具的垂直剖面圖，圖4(b)是沿圖4(a)所示的靜電夾具A-A線的剖面圖。
圖5是說明嵌埋在靜電夾具中的靜電電極另一個(gè)例子的水平剖面圖。
圖6是說明嵌埋在靜電夾具中的靜電電極又一個(gè)例子的水平剖面圖。
圖7是說明制造包括氮化鋁燒結(jié)體的晶片探測(cè)器方法的示意圖。
圖8是說明制造包括氮化鋁燒結(jié)體的晶片探測(cè)器方法的示意圖。
圖9是實(shí)施例1和3中氮化鋁燒結(jié)體彎曲強(qiáng)度與溫度關(guān)系圖。
圖10是實(shí)施例4-6中氮化鋁燒結(jié)體體積電阻率與溫度的關(guān)系圖。
圖11是實(shí)施例1和4中氮化鋁燒結(jié)體熱導(dǎo)率和溫度的關(guān)系圖。
圖12是實(shí)施例4氮化鋁燒結(jié)體的X射線衍射圖。
圖13是實(shí)施例4和6中氮化鋁燒結(jié)體的彎曲強(qiáng)度與溫度的關(guān)系圖。
圖14是說明本發(fā)明用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材的一個(gè)例子的陶瓷加熱器底表面圖。
圖15是圖14所示陶瓷基材的局部放大圖。
圖16是說明本發(fā)明用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材的一個(gè)例子的晶片探測(cè)器的垂直剖面圖。
圖17是圖16所示晶片探測(cè)器的正視圖。
圖18是沿圖16所示晶片探測(cè)器A-A線的剖面圖。
符號(hào)說明

發(fā)明的詳細(xì)描述首先，描述本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體。
本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體是一種含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在氮化鋁構(gòu)成的基體中包含其X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳。
本發(fā)明人的研究證實(shí)對(duì)在碳的X射線衍射圖中，在衍射角2θ為10-90°，尤其是2θ為44-45°位置檢測(cè)到碳的峰的含碳的氮化鋁燒結(jié)體陶瓷基材，，這種陶瓷基材的高溫(500℃)體積電阻率降低至0.5×107Ω·cm，從而在加熱陶瓷基材時(shí)會(huì)引起加熱元件線路之間或電極線路之間的短路。
可以認(rèn)為引起上述現(xiàn)象的原因如下氮化鋁燒結(jié)體的體積電阻率在高溫時(shí)下降；而結(jié)晶碳具有類似于金屬結(jié)晶的晶體結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)具有高的電導(dǎo)率，這兩種性質(zhì)協(xié)同作用，導(dǎo)致上述的短路。
本發(fā)明人進(jìn)一步深入研究了這一事實(shí)。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)為降低碳在高溫時(shí)的電導(dǎo)率，使用的碳應(yīng)是其結(jié)晶度降低至在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的程度；或者是在結(jié)晶相中形成固溶液的碳，在X射線衍射圖中也檢測(cè)不到峰。
“在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰的碳”的表述，是指在在衍射角2θ為10-90°，尤其是2θ為44-45°位置沒有檢測(cè)到碳峰。用此表述的原因如下由于碳有各種結(jié)晶體系，如JP Kokai平9-48668所述，不僅必須考慮在衍射角2θ為44-45°處出現(xiàn)的峰，還必須考慮在衍射角2θ為10-90°處出現(xiàn)的峰(參見圖2和3)。
在X射線衍射圖不僅不應(yīng)出現(xiàn)峰，而且不應(yīng)出現(xiàn)暈圈。無定形體的碳在2θ為15-40°的附近常有個(gè)平緩的斜坡，稱為暈圈。出現(xiàn)這種暈圈意味著無定形碳已侵入氮化鋁結(jié)晶相。結(jié)果，氮化鋁的結(jié)晶度下降，影響可燒結(jié)性，因此使亮度變高。而且，高溫的強(qiáng)度也下降。
制備在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的碳的方法，具體例子包括(1)形成碳在氮化鋁結(jié)晶相中固溶液的方法，這就不會(huì)產(chǎn)生由于碳結(jié)晶出現(xiàn)導(dǎo)致的X射線衍射圖中的峰；和(2)使用無定形碳的方法。
這些方法中，較好的是使用無定形碳的方法(2)。原因如下如果形成在氮化鋁中的固溶液，在結(jié)晶中就產(chǎn)生了缺陷，會(huì)使高溫強(qiáng)度下降。
JP Kokai平9-48668描述了一種現(xiàn)象，當(dāng)在1850℃加熱時(shí)，結(jié)晶碳會(huì)形成在氮化鋁中的固溶液，使X射線衍射峰消失。然而，盡管在JP Kokai平9-48668揭示的發(fā)明中，將在44-45°存在X射線衍射峰的產(chǎn)物作為發(fā)明，但其公開內(nèi)容中既未描述也未提出其高溫的體積電阻率。
本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體具備新穎的物理性質(zhì)含碳燒結(jié)體在X射線衍射圖中，在衍射角2θ為10-90°位置沒有峰出現(xiàn)，同時(shí)，在25-500℃范圍其體積電阻率為108Ω·cm或更高。所以，本發(fā)明第一方面的新穎性和創(chuàng)造性不會(huì)受到JP Kokai平9-48668的影響。
本發(fā)明第一方面，要求其在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的碳或其峰低于檢測(cè)下限的碳的含量為200-5000ppm。如果該量小于200ppm，氮化鋁燒結(jié)體不是黑色，亮度超過N4。如果該量超過5000ppm，氮化鋁的可燒結(jié)性下降。該含量具體為200-5000ppm。
本發(fā)明第一方面，要求構(gòu)成基體的氮化鋁燒結(jié)體包含燒結(jié)助劑。可以使用堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物或稀土元素氧化物作為燒結(jié)助劑。特別優(yōu)選CaO、Y2O3、Na2O、Li2O和Rb2O。要求其含量為0.1-10％(重量)。
本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體中，要求其按JIS Z 8721定義的亮度為N4或更小。這是因?yàn)榫哂羞@樣亮度的燒結(jié)體在輻射熱量能力和覆蓋能力方面性能優(yōu)良。
亮度N的定義如下理想黑色的亮度定為0；理想白色的亮度定為10；將各種顏色的亮度分成10份，務(wù)使在黑色和白色亮度之間以相等光強(qiáng)的間隔依次規(guī)定各種顏色的亮度；將這各等級(jí)的亮度分別以N0-N10表示。
與N0-N10的色片進(jìn)行比較來測(cè)量實(shí)際亮度。這種情況下，十進(jìn)制的第一位小數(shù)定為0或5。
下面描述本發(fā)明第一方面制備氮化鋁燒結(jié)體方法的一個(gè)例子。
(1)首先，制備無定形碳。例如，僅由C、H和O構(gòu)成的烴，較好是糖類(蔗糖或纖維素)在300-500℃，于空氣中焙燒，制得純的無定形碳。
(2)接下來，將上述碳與基體組分的氮化鋁粉末混合。關(guān)于混合粉末的粒度，平均粒徑較好約為0.1-5微米。這是因?yàn)榛旌戏勰┝６仍叫【驮侥芨纳破淇蔁Y(jié)性。決定碳的加入量時(shí)要考慮焙燒時(shí)的損耗量。
在上述混合物中可加入燒結(jié)助劑如上述的氧化釔(Y2O3)。
代替上述步驟(1)和(2)，可以采用下列步驟氮化鋁粉末、粘合劑、糖類和溶劑一起混合制得生坯片；將這些生坯片疊加；生坯片的疊加物在300-500℃下預(yù)焙燒，使糖類變成無定形碳。這種情況下，可以加入糖類和無定形碳這兩者?？梢允褂忙?萜品醇、二元醇等作為溶劑。
(3)將制得的粉末狀混合物放入一模具中，制成成形體，將此成形體或上述生坯片疊加物在1700-1900℃和80-200kgf/cm2壓力下，在惰性氣氛如氬氣或氦氣中加熱和加壓，進(jìn)行燒結(jié)。
制造本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體時(shí)，將粉末混合物放入模具中時(shí)，在該混合物中插入用作電阻加熱元件的金屬片、金屬線等；或者在疊加的生坯片的一個(gè)生坯片上形成含導(dǎo)體(為電阻加熱元件)的糊料層，就可以制造以氮化鋁燒結(jié)體為基材的陶瓷加熱器。
可以在制得燒結(jié)體之后，在其表面(底表面)上形成含導(dǎo)體的糊料層，焙燒該產(chǎn)品，可以在底表面上形成加熱元件。
而且，在制造這種陶瓷加熱器時(shí)，金屬片(箔)等以及加熱元件可以嵌埋在上述成形體中；或在生坯片上形成含導(dǎo)體的糊料層，使具有電極如靜電夾具的形狀。以這種方式，可以制造熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器、感受器等。
對(duì)制備各種電極用或加熱元件的含導(dǎo)體糊料沒有特別的限制，較好的糊料不僅包含為保持電導(dǎo)率的金屬顆?；?qū)щ娞沾桑€包含樹脂、溶劑、增稠劑等。
金屬顆粒較好是由例如貴金屬(金、銀、鉑和鈀)、鉛、鎢、鉬、鎳等構(gòu)成。這些金屬顆?？梢詥为?dú)使用，或兩種或多種組合使用。這些金屬是相對(duì)不易氧化的并具有高的電導(dǎo)率。它們具有足夠的電阻值，以便產(chǎn)生熱量。
導(dǎo)電陶瓷的例子包括鎢和鉬等的碳化物。這些化合物可以單獨(dú)使用，或者兩種或多種組合使用。
這些金屬顆?；?qū)щ娞沾傻牧捷^好為0.1-100微米。如果粒徑小于0.1微米，它們很容易被氧化。另一方面，如果粒徑大于100微米，這些顆粒不易燒結(jié)，結(jié)果電阻值變大。
金屬顆粒的形狀可為球形或片形。當(dāng)使用金屬顆粒時(shí)，它們可以是球形顆粒和片形顆粒的混合物。
金屬顆粒為片形或是球形顆粒和片形顆?；旌衔锏那闆r，在金屬顆粒之間容易保留金屬氧化物，加熱元件和氮化物陶瓷等之間的結(jié)合力能夠確保。而且，可以使電阻值較大。因此，這種情況是有利的。
用于含導(dǎo)體糊料的樹脂例子包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。溶劑的例子有異丙醇等。增稠劑例子有纖維素等。
在燒結(jié)體表面形成用于熱元件的含導(dǎo)體糊料時(shí)，要求在含導(dǎo)體糊料中除加入金屬顆粒外還加入金屬氧化物，并對(duì)金屬顆粒和金屬氧化物燒結(jié)之。按照這種方式燒結(jié)金屬氧化物和金屬顆粒，氮化鋁的燒結(jié)體能緊密結(jié)合在金屬顆粒上。
通過混合金屬氧化物提高了氮化鋁燒結(jié)體的結(jié)合力，其原因還不清楚，但可以認(rèn)為其根據(jù)如下。金屬顆粒表面和氮化鋁燒結(jié)體表面輕微氧化，在其上面形成了氧化物薄膜。這些氧化物薄膜通過金屬氧化物相互燒結(jié)成為整體，使金屬顆粒和氮化物陶瓷彼此緊密結(jié)合在一起。
這種金屬氧化物的一個(gè)較好例子是至少一種選自氧化鉛、氧化鋅、二氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化鋁、氧化釔和二氧化鈦的氧化物。
這些氧化物能提高金屬顆粒和氮化物陶瓷之間的結(jié)合力，而不增加加熱元件的電阻值。
當(dāng)金屬氧化物總量設(shè)定為100重量份時(shí)，氧化鉛、氧化鋅、二氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化鋁、氧化釔和二氧化鈦的重量比例分別為氧化鉛1-10，二氧化硅1-30，氧化硼5-50，氧化鋅20-70，氧化鋁1-10，氧化釔1-50，二氧化鈦1-50。這個(gè)比例宜調(diào)整在使它們的總量不超過100重量份的范圍。
將這些氧化物量調(diào)整在上述范圍，尤其能提高對(duì)氮化鋁燒結(jié)體的結(jié)合力。
金屬顆粒中加入的金屬氧化物量較好為大于等于0.1％(重量)至10％(重量)。當(dāng)使用含這種組合物的含導(dǎo)體糊料形成加熱元件時(shí)，面積電阻較好為1-45mΩ/□。
如果面積電阻超過45mΩ/□，對(duì)應(yīng)于施加電壓的發(fā)熱量(carolific)變得太大，在其表面固定了加熱元件的氮化鋁基材中，不易控制其發(fā)熱量。如果金屬氧化物加入量為10％(重量)或更大，以致面積電阻超過50mΩ/□，使發(fā)熱量太大。因此，溫度的控制變得很困難，而且溫度分布的均勻性也會(huì)變差。
在氮化鋁基材表面形成加熱元件的情況，宜在加熱元件表面形成一金屬覆蓋層。金屬覆蓋層能防止金屬燒結(jié)體內(nèi)部的電阻值隨其氧化而變化。形成的金屬覆蓋層厚度較好為0.1-10微米。
只要該金屬是不易氧化金屬，對(duì)形成金屬覆蓋層所使用的金屬?zèng)]有特別的限制。具體例子包括金、銀、鈀、鉑、鎳等?？梢允褂眠@些金屬中一種或多種組合。這些金屬中，較好是鎳。
在陶瓷基材內(nèi)部形成加熱元件的情況下，由于加熱元件表面不會(huì)被氧化，所以不需要覆蓋層。
下面，將描述本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體。
本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體是含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在其氮化鋁基體中包含的碳是在其X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳和在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳。
在包含能在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳的氮化鋁燒結(jié)體中，結(jié)晶碳具有類似于金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)和高溫下高的電導(dǎo)率，結(jié)果其高溫(500℃)體積電阻率降低至0.5×107Ω·cm。因此，在加熱時(shí)，會(huì)在加熱元件線路之間或電極線路之間產(chǎn)生短路，降低了碳在高溫的電導(dǎo)率。為解決這一問題，必須使用其結(jié)晶度下降至在X射線衍射圖上檢測(cè)不到其峰的程度的碳，或在結(jié)晶相中形成固溶液的碳，如上面所述，這也是在X射線衍射圖上檢測(cè)不到其峰的碳。
然而，如果在氮化鋁基體中加入其結(jié)晶度下降至在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰程度的碳，會(huì)引起高溫?zé)釋?dǎo)率下降的問題。這是因?yàn)樵诰Я５慕缑嫔喜迦肓藷o定形碳，成為阻礙熱傳遞的屏障。
因此，本發(fā)明人又進(jìn)行了深入研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使具有類似于金屬結(jié)晶并具有高溫下不易降低的熱導(dǎo)率的結(jié)晶碳與無定形碳共存，可以抑制熱導(dǎo)率在高溫時(shí)的下降。
發(fā)現(xiàn)，如果以這種方式包含兩種碳，可以使高溫體積電阻率至少為108Ω·cm或更大，高溫?zé)釋?dǎo)率為60W/m·k或更大，從而解決了僅加入無定形碳時(shí)出現(xiàn)的熱導(dǎo)率下降問題。
本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體中，制備在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰的碳或其峰小于檢測(cè)下限的碳的具體方法，例如可以是和本發(fā)明第一方面所述相同的方法。
包含在基體中的結(jié)晶碳，可以使用普通石墨或炭黑。
如果可能，在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰的碳或其峰低于檢測(cè)下限的碳與在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳(結(jié)晶碳)的混合比例較好調(diào)節(jié)在1/200至200/1的范圍，更好為1/100至100/1(重量比)。
通過激光喇曼光譜測(cè)定兩種碳的比值。在激光喇曼光譜中，結(jié)晶碳的峰(喇曼位移1580cm-1)和無定形碳峰(喇曼位移1355cm-1)分別出現(xiàn)。因此，由這兩個(gè)峰的高度比值可以了解其混合比值。
要求兩種碳的加入總量設(shè)定為200-5000ppm。如果總量小于200ppm，不能認(rèn)為制得的氮化鋁燒結(jié)體為黑色，燒結(jié)體的亮度大于N4。另一方面，如果加入量超過5000ppm，氮化鋁的可燒結(jié)性變差。具體要求將兩種碳的加入總量設(shè)定為200-5000ppm。
本發(fā)明第二方面中，要求構(gòu)成基體的氮化鋁燒結(jié)體包含燒結(jié)助劑?？梢允褂煤捅景l(fā)明第一方面相同的燒結(jié)助劑等作為燒結(jié)助劑。和本發(fā)明第一方面一樣，要求燒結(jié)助劑含量為0.1-10％(重量)。
由于和本發(fā)明第一方面同樣的原因，要求本發(fā)明第二方面的含碳的氮化鋁燒結(jié)體亮度(按JIS Z 8721定義)為N4或更小。
可以采用例如下面的方法制造本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體。即在制備本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體方法中，在混合碳與氮化鋁粉末時(shí)[所述制備本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體方法的步驟(2)]，連同無定形碳加入結(jié)晶碳如石墨或炭黑。按照和本發(fā)明第一方面相同的方式進(jìn)行其它步驟。
制備本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體的過程中，在將粉末混合物放入模具時(shí)，在粉末混合物中嵌埋作為電阻加熱元件的金屬片、金屬絲等；或者在疊加的生坯片的一個(gè)生坯片上形成將是電阻加熱元件的含導(dǎo)體糊料，就可以制造具有氮化鋁燒結(jié)體作為基材的涂層加熱器。
也可以在制備燒結(jié)體之后，在其表面(底表面上)形成含導(dǎo)體糊料，焙燒該產(chǎn)物，在底表面上形成加熱元件。
在制造這種陶瓷加熱器時(shí)，金屬片(箔)等以及加熱元件可以嵌埋在所述成形體中；或在生坯片上形成含導(dǎo)體糊料，使具有電極如靜電夾具的形狀。以這種方式，可以制造熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器、感受器等。
用于制造各種電極或加熱元件的含導(dǎo)體糊料和本發(fā)明第一方面中所述相同。
下面，描述本發(fā)明的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材。
本發(fā)明第三方面的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材(后面僅稱作用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材)是包含在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰的碳或其峰低于檢測(cè)下限的碳的陶瓷基材；例如，為使用本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體的陶瓷基材提供一種導(dǎo)體。
本發(fā)明人的研究證實(shí)對(duì)在碳的X射線衍射圖中，在衍射角2θ為10-90°，尤其是2θ為44-45°位置檢測(cè)到碳峰的含碳的氮化鋁燒結(jié)體陶瓷基材，這種陶瓷基材在200℃或更高溫度下體積電阻率大大降低，因此在加熱陶瓷基材時(shí)，會(huì)引起加熱元件線路之間或電極線路之間的泄漏電流和短路。
可以認(rèn)為引起上述現(xiàn)象的原因如下陶瓷基材的體積電阻率在高溫時(shí)下降很大；而結(jié)晶碳具有類似于金屬結(jié)晶的晶體結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)具有高的電導(dǎo)率，這兩種性質(zhì)協(xié)同作用，導(dǎo)致上述的短路。
本發(fā)明人繼續(xù)作了進(jìn)一步的研究，為的是防止這樣的短路現(xiàn)象和提高陶瓷基材的電阻。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)為提高含碳陶瓷基材在高溫時(shí)的電阻，使用的碳是其結(jié)晶度應(yīng)降低至在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的程度；或在結(jié)晶相中形成固溶液的碳，這也是在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的碳。
“在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰的碳”的表述是指按照和本發(fā)明含碳的氮化鋁燒結(jié)體相同的方式，在衍射角2θ為10-90°，尤其是2θ為44-45°位置沒有檢測(cè)到碳峰。
在X射線衍射圖上不僅不應(yīng)出現(xiàn)峰，而且不應(yīng)出現(xiàn)暈圈。無定形體的碳在靠近2θ為15-40°處通常具有平緩的斜坡，稱之為暈圈，但是，出現(xiàn)這種暈意味著無定形碳已侵入構(gòu)成陶瓷基材的氮化物、氧化物等的結(jié)晶相。因此，氮化物等的結(jié)晶度下降，影響其可燒結(jié)性，因此使亮度變高。而且，高溫的強(qiáng)度也下降。
制備在X射線衍射圖上檢測(cè)不到其峰的碳的方法，具體例子包括(1)在構(gòu)成陶瓷的化合物結(jié)晶相中形成碳的固溶液方法，這就不會(huì)產(chǎn)生由于碳結(jié)晶出現(xiàn)而導(dǎo)致的X射線衍射圖峰；和(2)使用無定形碳的方法。
這些方法中，較好的是使用無定形碳的方法(2)。原因如下如果碳形成在燒結(jié)體中的固溶液，容易在結(jié)晶中產(chǎn)生缺陷，會(huì)使高溫強(qiáng)度下降。
本發(fā)明第三方面，在X射線衍射圖上檢測(cè)不到其峰的碳或其峰小于檢測(cè)下限的碳的含量宜設(shè)定為200-5000ppm。如果該含量小于200ppm，氮化鋁燒結(jié)體不是黑色，亮度超過N4。如果該含量超過5000ppm，陶瓷基材的可燒結(jié)性下降。
對(duì)構(gòu)成本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材的陶瓷材料沒有特別的限制。這些陶瓷的例子包括氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和氧化物陶瓷等。
氮化物陶瓷的例子包括金屬氮化物陶瓷如氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等。
碳化物陶瓷例子包括金屬碳化物陶瓷如碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等。
氧化物陶瓷例子包括金屬氧化物陶瓷如氧化鋁、氧化鋯、多鋁紅柱石等。
可以使用這些陶瓷中的一種，或者兩種或多種組合。
這些陶瓷中，氮化物陶瓷和碳化物陶瓷好于氧化物陶瓷。這是因?yàn)樗鼈兙哂懈叩臒釋?dǎo)率。
在氮化物陶瓷中，最好的是氮化鋁，因?yàn)榈X的熱導(dǎo)率最高，為180W/m·k。
本發(fā)明第三方面的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中，要求構(gòu)成基體的燒結(jié)體包含燒結(jié)助劑。可以使用堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物或稀土元素氧化物作為燒結(jié)助劑。其中，最好是CaO、Y2O3、Na2O、Li2O和Rb2O。燒結(jié)助劑含量要求為0.1-10％(重量)。
本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中，要求其按JIS Z8721定義的亮度為N4或更小。這是因?yàn)榫哂羞@樣亮度的燒結(jié)體的輻射熱量能力和覆蓋能力方面性能優(yōu)良。
本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材是一種在制造半導(dǎo)體的設(shè)備或檢測(cè)半導(dǎo)體的設(shè)備中使用的陶瓷基材。這些設(shè)備的具體例子包括靜電夾具、晶片探測(cè)器、熱板和感受器等。
本發(fā)明第三方面的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材上，排列著導(dǎo)電性金屬或?qū)щ娦蕴沾傻膶?dǎo)體。當(dāng)這種導(dǎo)體是靜電電極時(shí)，陶瓷基材的作用是作為靜電夾具等。
金屬例子包括貴金屬(金、銀、鉑和鈀)、鉛、鎢、鋁、鎳等。導(dǎo)電性陶瓷例子包括鎢、鉬等的碳化物。這些可以單獨(dú)使用，或兩種或多種組合使用。
圖4(a)是說明靜電夾具的垂直剖面圖。圖4(b)是圖4(a)所示的靜電夾具沿A-A線的剖面圖。
在這種靜電夾具20中，夾具的一些正負(fù)電極層22，23嵌埋在陶瓷基材21中。在這些電極上形成陶瓷介電薄膜40。在陶瓷基材21內(nèi)部放置電阻加熱元件，使得硅晶片可以加熱。如果需要，在陶瓷基材21中可以嵌埋一些RF電極。
如圖(b)所示，從上面朝下看，靜電夾具20一般呈圓形。該夾具的正靜電層22由半圓形部分22a和梳齒形部分22b組成，而夾具的負(fù)靜電層23由半圓形部分23a和梳齒形部分23b組成，正負(fù)靜電層在陶瓷基材內(nèi)彼此相對(duì)排列，使梳齒形部分22b和23b彼此穿過。
使用這樣的靜電夾具時(shí)，DC電源的正極和負(fù)極分別連接到該夾具的正靜電層22和夾具的負(fù)靜電層23。以這種方式，放在靜電夾具上的硅晶片就被靜電吸住。因此，如果在靜電夾具內(nèi)有了電阻加熱元件，可對(duì)硅晶片在被吸住狀態(tài)下進(jìn)行加熱等。
圖5和圖6是水平剖面圖，它們各自說明在不同靜電夾具中的靜電電極。在圖5所示的靜電夾具70中，在陶瓷基材71內(nèi)形成各自為半圓形的夾具正靜電層72和夾具負(fù)靜電層73。圖6所示的夾具80中，在陶瓷基材71內(nèi)形成夾具正靜電層82a，82b和夾具負(fù)靜電層83a，83b，各自呈1/4圓形。形成的兩個(gè)夾具正靜電層82a，82b和兩個(gè)夾具負(fù)靜電層83a，83b穿通。
在形成的電極為劃分圓等得到的形狀時(shí)，對(duì)劃分成的份數(shù)沒有特別的限制，可以是5或更多。其形狀也不限于扇形。
對(duì)嵌埋在本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材中的導(dǎo)體是電阻加熱元件的情況，陶瓷基材的作用是作為熱板。
圖14是說明本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材一個(gè)實(shí)施方案的熱板(可稱作陶瓷加熱器)的底表面圖。圖15是該陶瓷加熱器局部放大剖面圖。
陶瓷基材91呈盤形。按照同心圓的形式在陶瓷基材91的底表面上形成電阻加熱元件92，這樣進(jìn)行的加熱就可使陶瓷基材91放置晶片的整個(gè)表面溫度均勻。在電阻加熱元件的表面上則形成金屬覆蓋層92a。
電阻加熱元件92，是兩個(gè)彼此靠近的同心圓作為一對(duì)，連接成一根線，用作輸入/輸出端銷子的末端銷子連接到兩個(gè)同心圓的兩端。在靠近中心區(qū)形成一些通孔95，在通孔95中插入支撐銷子96。還有可插入測(cè)溫元件的底部孔94。如圖15所示，其上放置硅晶片99的支撐銷子96可以上下移動(dòng)。以這種方式，可將硅晶片送到圖中未示的載送機(jī)上面，或者由載送機(jī)送到支撐銷子96上面。
圖14所示的電阻加熱元件排列在陶瓷基材91的底表面上，但是也可以在陶瓷基材91內(nèi)的中心位置或從中心位置偏向放置晶片表面的位置，形成電阻加熱元件92。
具有這樣結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器中，放置上硅晶片之后，可以在加熱和冷卻硅晶片等的條件下對(duì)其進(jìn)行各種操作。
在本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材表面上并在同一陶瓷基材內(nèi)部形成導(dǎo)體的情況，上述陶瓷基材的作用是作為晶片探測(cè)器，而內(nèi)部導(dǎo)體是防護(hù)電極和接地電極的至少一種。
圖16是說明晶片探測(cè)器一個(gè)實(shí)施方案的剖面圖，這種探測(cè)器是本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材的一個(gè)例子。圖17是圖16所示晶片探測(cè)器沿A-A線的剖面圖。
在此晶片探測(cè)器101中，從上面看陶瓷基材3呈圓形，在其表面上形成同心圓形式的槽7。還在槽7的一些部分中形成一些用于吸住硅晶片的吸孔8。在包括槽7的陶瓷基材3的更大部分中，形成圓形的夾具頂導(dǎo)體層2，連接到硅晶片的電極上。
另一方面，如圖16所示，從上面看為同心圓形狀的加熱元件41放置在陶瓷基材3的底表面上，用以控制硅晶片的溫度。外端銷子191(參見圖8)連接并固定在加熱元件41的兩端。陶瓷基材3內(nèi)，形成如圖11所示的格子形的防護(hù)電極5和接地電極6，用以除去寄生電容或噪音。
將其上形成了整體線路的硅晶片放在具有這樣結(jié)構(gòu)的晶片探測(cè)器上之后，將有試驗(yàn)探針的探測(cè)卡壓在該硅晶片上。然后，在其上施加電壓，同時(shí)加熱或冷卻硅晶片，可以進(jìn)行連續(xù)的試驗(yàn)。
下面將描述制造本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材的方法的例子。
(1)首先，制備無定形碳。例如，僅由C、H和O構(gòu)成的烴，較好是糖類(蔗糖或纖維素)在300-500℃，于空氣中焙燒，制得純的無定形碳。
(2)接下來，將上述碳與基體組分的氮化鋁粉末混合。關(guān)于混合粉末的粒度，平均粒徑較好約為0.1-5微米。這是因?yàn)榛旌戏勰┝６仍叫?，就越能改善其可燒結(jié)性。決定碳的加入量時(shí)要考慮焙燒時(shí)的損耗量。
在制造氮化鋁基材等情況，可以在上述混合物中加入燒結(jié)助劑如上述氧化釔(Y2O3)。
代替上述步驟(1)和(2)，可以采用下列步驟陶瓷粉末、粘合劑、糖類和溶劑一起混合制得生坯片；將這些生坯片疊加；生坯片的疊加物在300-500℃下預(yù)焙燒，使糖類變成無定形碳。這種情況下，可以加入糖類和無定形碳這兩者?？梢允褂忙?萜品醇、二元醇等作為溶劑。
(3)將制得的粉末狀混合物放入一模具中，制成成形體，將此成形體或?qū)⑸鲜錾髌?各自經(jīng)過預(yù)焙燒)疊加物在1700-1900℃和80-200kgf/cm2壓力下，在惰性氣氛如氬氣或氦氣中加熱和加壓，進(jìn)行燒結(jié)。
通過燒結(jié)陶瓷粉末混合物的成形體或生坯片疊加物，可以制造本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材。將陶瓷粉末放入模具時(shí)在粉末混合物中嵌埋作為加熱元件的金屬片(箔)、金屬絲等；或在疊加的生坯片中的一個(gè)生坯片上形成作為加熱元件的含導(dǎo)體糊料層，可以制造其中有加熱元件的陶瓷基材。
也可以在制得燒結(jié)體之后，在燒結(jié)體表面(底表面)形成含導(dǎo)體糊料層，在底表面上形成加熱元件。
而且，在制造陶瓷基材時(shí)，在成形體嵌埋金屬片(箔)等；或在生坯片上形成含導(dǎo)體糊料層，使其具有加熱元件或電極如靜電夾具的形狀，可以制造熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器和感受器等。
制造各種電極或加熱元件用的含導(dǎo)體糊料沒有特別的限制，但是，可以采用和本發(fā)明第一方面所用相同的含導(dǎo)體糊料。
本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材可以在200℃或更高溫度下使用。
下面描述本發(fā)明第四方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材。
本發(fā)明第四方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材是一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，該陶瓷基材包含兩種碳，在X射線衍射圖檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳以及能在X射線衍射圖中檢測(cè)到其峰的碳；例如，還包括為使用本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體等的陶瓷基材所提供的導(dǎo)體。
對(duì)在碳的X射線衍射圖中，在衍射角2θ為10-90°，尤其是2θ為44-45°位置檢測(cè)到碳峰的含碳的陶瓷基材，這種陶瓷基材在200℃或更高溫度下體積電阻率大大降低，因此在加熱陶瓷基材時(shí)，會(huì)引起加熱元件線路之間或電極線路之間的泄漏電流和短路。為防止這樣的短路現(xiàn)象和提高陶瓷基材的電阻，應(yīng)使用的碳是其結(jié)晶度降低至在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的程度；或在結(jié)晶相形成固溶液的碳，即在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰的碳。
然而，如果在陶瓷基材中加入其結(jié)晶度降低至在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰程度的碳，會(huì)引起陶瓷基材高溫時(shí)的熱導(dǎo)率下降的問題。這是因?yàn)闊o定形碳嵌入顆粒界面之間，會(huì)成為阻礙熱傳遞的屏障。
因此，如上所述，在加入無定形碳情況，本發(fā)明人使無定形碳與結(jié)晶結(jié)構(gòu)類似于金屬結(jié)晶并具有高溫下不易下降的熱導(dǎo)率的結(jié)晶碳共存。
如果使兩種碳以這種方式共存，可以使高溫體積電阻至少為108Ω·cm或更大，高溫?zé)釋?dǎo)率為60W/m·K或更大，從而解決僅加入無定形碳時(shí)出現(xiàn)的熱導(dǎo)率下降問題。
在本發(fā)明的第四方面中，獲得在X射線衍射圖中檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳(這種碳包含在陶瓷基材中)的具體方法和本發(fā)明第三方面所述方法相同。
結(jié)晶碳可以使用普通石墨或炭黑。
如果可能，在X射線衍射圖檢測(cè)不到其峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳與在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳(結(jié)晶碳)的比值宜調(diào)節(jié)在1/200至200/1的范圍，更好為1/100至100/1的范圍(重量比)。
可通過激光喇曼光譜測(cè)定兩種碳的比值。在激光喇曼光譜中，結(jié)晶碳的峰(喇曼位移1580cm-1)和無定形碳峰(喇曼位移1355cm-1)分別出現(xiàn)。因此，由這兩個(gè)峰的高度比值可以定出其混合比值。
另一種方法，是在陶瓷中加入已知濃度的結(jié)晶碳，進(jìn)行X射線衍射分析。將獲得的峰高度(更精確的是其面積)與碳的各濃度關(guān)系作為校正曲線。另一方面，通過測(cè)定在500-800℃焙燒樣品中所有碳產(chǎn)生的COx氣體如CO和CO2的濃度，計(jì)算兩種碳的總量。也可以使測(cè)定樣品經(jīng)X射線衍射分析，由獲得峰高度(更精確為面積)具體計(jì)算通過X射線衍射分析檢測(cè)到的碳量。因此，碳的總量和由X射線衍射分析檢測(cè)到的碳量之差可以定義為不能被X射線衍射分析檢測(cè)到的碳。
一起加入的兩種碳的總量為200-5000ppm，更好為200-2000ppm。如果總量小于200ppm，氮化鋁燒結(jié)體不是黑色，燒結(jié)體亮度超過N4。另一方面，如果該量超過5000ppm，陶瓷的可燒結(jié)性下降。
構(gòu)成本發(fā)明第四方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材的陶瓷材料可以和本發(fā)明第三方面使用的材料相同。
在本發(fā)明第四方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材中，要求構(gòu)成基體的燒結(jié)體包括燒結(jié)助劑。燒結(jié)助劑可以是和本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材使用的相同。要求燒結(jié)助劑的含量為0.1-10％(重量)。
對(duì)本發(fā)明第四方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材，按照和本發(fā)明第三方面的半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材同樣方式，按JIS Z 8721定義的亮度為N4或更低。
和本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材類似，本發(fā)明第四方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材是一種用于制造或檢測(cè)半導(dǎo)體的設(shè)備的陶瓷基材。這些設(shè)備的具體例子有靜電夾具、晶片探測(cè)器、熱板和感受器等。
和本發(fā)明第三方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材類似，本發(fā)明第四方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材通過提供了導(dǎo)電性金屬或?qū)щ娦蕴沾傻膶?dǎo)體，就可用作靜電夾具、陶瓷加熱器、晶片探測(cè)器等。
本發(fā)明第四方面的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材可通過如下列方法制造。即，在制造本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材的方法中，在混合碳和陶瓷粉末時(shí)[在制造本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材方法的上述例子中步驟(2)]，一起加入結(jié)晶碳如石墨或炭黑和無定形碳，其它步驟按照和制造本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材相同的方式進(jìn)行。結(jié)果，制得陶瓷基材。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式實(shí)施例1 AlN+Y2O3+無定形碳(1)在氧化性氣流(空氣)中，于500℃加熱蔗糖，使其熱分解。以這種方式，獲得無定形碳。
(2)混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(Y2O3氧化釔，平均粒徑0.4微米)和0.09重量份步驟(1)獲得的無定形碳，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。
粉碎該燒結(jié)體，然后在800℃加熱粉碎產(chǎn)物，收集產(chǎn)生的CO2氣體，來測(cè)定燒結(jié)體中的碳量。這種測(cè)定方法的結(jié)果證實(shí)氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為800ppm。其亮度N為3.5。
實(shí)施例2 AlN+無定形碳(1)在空氣中，于500℃加熱蔗糖，使其熱分解。以這種方式，獲得無定形碳。
(2)混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)和0.09重量份步驟(1)獲得的無定形碳，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。制得的氮化鋁燒結(jié)體包含的碳量為805ppm。其亮度N為3.5。
實(shí)施例3形成碳的固溶液混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(Y2O3氧化釔，平均粒徑0.4微米)和0.09重量份石墨(GR-1200，由Toyo Tanso Co.，Ltd.制造)，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)。該燒結(jié)體還在氮?dú)夥罩杏?850℃和常壓下加熱3小時(shí)，形成石墨在氮化鋁相的固溶液。氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為810ppm。其亮度N為4.0?？梢哉J(rèn)為，在熱壓期間并沒有產(chǎn)生形成碳固溶液的現(xiàn)象。
比較例1 AlN+Y2O3混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)和4重量份氧化釔(Y2O3氧化釔，平均粒徑0.4微米)，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為100ppm或更低。其亮度N為7.0。
比較例2 AlN+無定形碳混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)和5重量份酚醛樹脂粉末，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為810ppm。其亮度N為4.0。
圖1繪出實(shí)施例1-3和比較例1和2的樣品從室溫至500℃的體積電阻率變化。
由圖1可知，在僅包含結(jié)晶碳的燒結(jié)體的例子，如比較例2，其500℃時(shí)的體積電阻率約為其它例子的體積電阻率的1/10。
上述測(cè)定中，按照下面所述測(cè)定體積電阻率和熱導(dǎo)率。
(1)體積電阻率將燒結(jié)體切割成直徑為10毫米，厚度為3毫米的片材。在其上面形成3個(gè)終端(主電極、反電極和防護(hù)電極)，然后，在其上施加DC電壓1分鐘對(duì)燒結(jié)體充電。之后，讀出流過數(shù)字靜電計(jì)的電流(I)，獲得該樣品的電阻(R)。按照下面計(jì)算公式(1)，根據(jù)電阻(R)和樣品尺寸計(jì)算體積電阻率(ρ)。
ρ＝ε/t×R＝S/t×V/l(1)其中，t是樣品的厚度，S由下面計(jì)算公式(2)和(3)給出。
D0＝2r0＝(D1+D2)/2＝1.525cm (2)S＝πD02/4＝1.83cm2(3)計(jì)算公式(2)和(3)中，r1是主電極的半徑，r2是防護(hù)電極內(nèi)徑(半徑)，r3是防護(hù)電極的外徑(半徑)，D1是主電極直徑，D2是防護(hù)電極內(nèi)徑(直徑)，D3是防護(hù)電極的外徑(直徑)。本發(fā)明的實(shí)施例中，2r1＝D1＝1.45cm，2r2＝D2＝1.60cm，2r3＝D3＝2.00cm。
圖2和圖3所示為燒結(jié)體的X射線衍射圖，給出實(shí)施例1的衍射圖(參見圖2)和比較例2的衍射圖(參見圖3)。如這些衍射圖所示，在實(shí)施例1中，在衍射角2θ為10-90°的位置未能檢測(cè)到峰，在2θ為15-40°的位置沒有暈圈出現(xiàn)。然而，在比較例2中，在2θ為44-45°的位置觀察到一個(gè)峰。
圖9給出了實(shí)施例1和實(shí)施例3的燒結(jié)體的強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果。如圖9所示，在氮化鋁燒結(jié)體中碳形成固溶液(實(shí)施例3)，其強(qiáng)度下降。
使用Instron universal testing machine(4507型，負(fù)荷室500kgf)，在下列條件下，在25-1000℃大氣中測(cè)定強(qiáng)度十字頭速度＝0.5mm/min，跨度距離L＝30mm，試片厚度＝3.06mm，試片寬度＝4.03mm。使用下面計(jì)算公式(4)，計(jì)算三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度σ(kgf/mm2)σ＝3PL/2wt2(4)計(jì)算公式(4)中，P是試片碎裂時(shí)的最大負(fù)荷(kgf)，L是下面支點(diǎn)間的距離(30mm)，t是試片厚度(mm)，w是試片寬度(mm)。
實(shí)施例1-3和比較例1和2的燒結(jié)體在一熱板上加熱至500℃，根據(jù)JIS C1602(1980)，用熱觀察器(由Japan Datum Inc.制造，IR162012-0012)和根據(jù)JIC1602(1980)的K型熱電偶分別測(cè)定其表面溫度，檢查兩個(gè)測(cè)定值的溫度差?？梢哉f，當(dāng)熱電偶測(cè)定的溫度和熱觀察器測(cè)定的溫度之間的差距越大，熱觀察器的溫度誤差越大。
測(cè)定結(jié)果如下實(shí)施例1中溫差為0.8℃；實(shí)施例2中溫差為0.9℃；實(shí)施例3中溫差為1.0℃；比較例1中溫差為8℃；比較例2中溫差為0.8℃。
實(shí)施例4 AlN+Y2O3+無定形碳+石墨(1)在氧化性氣流(空氣)中，于500℃加熱蔗糖，使其熱分解。以這種方式，獲得無定形碳。
(2)混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(Y2O3氧化釔，平均粒徑0.4微米)、0.04重量份步驟(1)獲得的無定形碳和0.05重量份結(jié)晶石墨粉末(GR-1200，由Toyo Tanso Co.，Ltd制造)，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。
制得的氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為800ppm。其亮度N為3.5。
實(shí)施例5 AlN+無定形+石墨(1)在空氣中，于500℃加熱蔗糖，使其熱分解。以這種方式，獲得無定形碳。
(2)混合100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、0.06重量份步驟(1)獲得的無定形碳和0.63重量份結(jié)晶石墨粉末(GR-1200，由Toyo Tanso Co.，Ltd制造)，將該混合物放入一模具中，在氮?dú)夥罩?，?890℃和150kg/cm2壓力下熱壓3小時(shí)，獲得氮化鋁燒結(jié)體。制得的氮化鋁燒結(jié)體中包含的碳量為810ppm。其亮度N為3.5。
實(shí)施例6形成碳的固溶液實(shí)施例4的燒結(jié)體在氮?dú)夥罩杏?850℃和常壓下加熱1小時(shí)，使部分碳形成在氮化鋁相中的固溶液。
認(rèn)為碳在熱壓期間并不形成固溶液。
圖13所示為實(shí)施例4和6的燒結(jié)體的強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果。如圖13所示，其中部分碳形成在結(jié)晶相中固溶液的氮化鋁燒結(jié)體(實(shí)施例6)，其強(qiáng)度下降。因此，可以認(rèn)為使用無定形碳比使用固溶液更有利。
圖10給出實(shí)施例3-6中，在室溫至500℃，氮化鋁燒結(jié)體體積電阻率的變化。如圖10所示，在實(shí)施例4-6的燒結(jié)體內(nèi)，即使在高溫(500℃)仍保持大于108Ω·cm的體積電阻率。
圖11所示為燒結(jié)體的熱導(dǎo)率隨溫度的變化。在實(shí)施例1的氮化鋁燒結(jié)體中，僅包含無定形碳，其熱導(dǎo)率下降程度較大。另一方面，實(shí)施例4的燒結(jié)體中，包含無定形碳和結(jié)晶碳，甚至在高溫(500℃)仍保持高的熱導(dǎo)率。
圖12是實(shí)施例1燒結(jié)體的X射線衍射圖。由于實(shí)施例4采用了結(jié)晶碳(參見圖12)，可觀察到來自結(jié)晶碳的峰。
上述測(cè)定中，按照下面所述測(cè)定熱導(dǎo)率。
(2)熱導(dǎo)率a.使用的設(shè)備Rigaku激光閃光法的恒溫測(cè)定設(shè)備LF/TCM-FA8510Bb.試驗(yàn)條件溫度室溫、200℃、400℃、500℃和700℃氣氛真空c.測(cè)定方法用銀膏在樣品背面上固定一副熱電偶，用于檢測(cè)在比熱測(cè)定中的溫度用硅脂將光感受片(玻璃化碳)固定在樣品的上表面，用此測(cè)定室溫下的比熱。由下面計(jì)算公式(5)獲得樣品的比熱(Cp)Cp＝{Δ○/ΔT-CpG.C×WG.C-CpS.G×WS.G}(1/W)(5)計(jì)算公式(5)中，Δ○是輸入能量，ΔT是樣品升溫的飽和值，CpG.C是玻璃化碳的比熱，WG.C是玻璃化碳的重量，CpS.G是硅脂的比熱，WS.G是硅脂的重量，W是樣品的重量。
實(shí)施例4-6的燒結(jié)體在熱板上加熱至500℃。用熱觀察器(由Japan Datum Inc.制造，IR162012-0012)和JISC1602(1980)的K型熱電偶測(cè)定其表面溫度，檢查兩個(gè)測(cè)定值的溫度差。測(cè)定結(jié)果如下實(shí)施例4中溫差為0.8℃；實(shí)施例5中溫差為0.9℃，實(shí)施例6中溫差為1.0℃。
實(shí)施例7陶瓷加熱器(AlN+Y2O3+無定形碳)(1)按照和實(shí)施例1相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體。
(2)通過絲網(wǎng)印刷，在步驟(1)獲得的燒結(jié)體底表面上印上含導(dǎo)體糊料。制得具有圖14所示同心圓圖形的印刷線路圖。
使用的含導(dǎo)體糊料是Tokuriki Kagaku Kenkyu-zyo制造的Solvest PS603D，用于在印刷線路板上形成電鍍通孔。
這種含導(dǎo)體糊料是銀—鉛糊料，每100重量份銀包含7.5重量份的含氧化鉛(5％(重量))、氧化鋅(55％(重量))、二氧化硅(10％(重量))、氧化硼(25％(重量))和氧化鋁(5％(重量))的金屬氧化物。銀顆粒的平均粒徑為4.5微米，為片狀。
(3)然后，其上印刷了含導(dǎo)體糊料的燒結(jié)體在780℃加熱和焙燒，燒結(jié)含導(dǎo)體糊料中的銀和鉛，并將它們燒結(jié)在燒結(jié)體上。因此，形成了加熱元件92。銀—鉛加熱元件92的厚度為5微米，寬度為2.4毫米，面積電阻率為7.7mΩ/□。
(4)將步驟(3)制得的燒結(jié)體浸入無電鎳鍍?cè)≈?，在銀—鉛加熱元件92表面上沉淀出厚度為1微米的金屬覆蓋層(鎳層)92a，該鍍?cè)∈呛?0g/L硫酸鎳、24g/L次磷酸鈉、12g/L乙酸鈉、8g/L硼酸和6g/L氯化銨的水溶液。
(5)通過絲網(wǎng)印刷，在固定用于連接到電源的外端銷子部分上印刷銀—鉛糊料(Tanaka Kikinzoku Kogyo Co.制造)，形成焊劑層。
之后，在該焊劑層上放置柯伐合金(koval)制成的末端銷子93，將焊劑層在420℃加熱并使其回流，將末端銷子固定在加熱元件92的表面上。
(6)將測(cè)量溫度的熱電偶插入底孔中。在孔中填入聚酰亞胺樹脂，于190℃固化2小時(shí)，獲得陶瓷加熱器10(參見圖15)。
實(shí)施例8陶瓷加熱器(AlN+無定形碳)按照和實(shí)施例2相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體，隨后，按照和實(shí)施例7中步驟(2)-(6)相同的方式，將電阻加熱元件92裝設(shè)在燒結(jié)體的底表面上，獲得陶瓷加熱器10(參見圖15)。
實(shí)施例9陶瓷加熱器(形成碳的固溶液)按照和實(shí)施例3相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體。隨后，按照和實(shí)施例7中步驟(2)-(6)相同的方式，將電阻加熱元件92裝設(shè)在燒結(jié)體的底表面上，獲得陶瓷加熱器10(參見圖15)。
比較例3陶瓷加熱器(AlN+Y2O3)按照和比較例1相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體。隨后，按照和實(shí)施例7中步驟(2)-(6)相同的方式，將電阻加熱元件92裝設(shè)在燒結(jié)體的底表面上，獲得陶瓷加熱器10(參見圖15)。
比較例4陶瓷加熱器(AlN+無定形碳)按照和比較例2相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體。隨后，按照和實(shí)施例7中步驟(2)-(6)相同的方式，將電阻加熱元件92裝設(shè)在燒結(jié)體的底表面上，以獲得陶瓷加熱器10(參見圖15)。
實(shí)施例7-9獲得的陶瓷加熱器顯示的亮度N為4或更小，能給出較大的輻射熱量。這種陶瓷加熱器在高溫范圍還具有足夠大的體積電阻率。所以，既不會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，也不會(huì)發(fā)生短路。
另一方面，比較例4的陶瓷加熱器僅包含結(jié)晶碳，在高溫范圍的體積電阻較小。在約500℃，電阻加熱元件中產(chǎn)生10mA的泄漏電流。因此，這種陶瓷加熱器實(shí)際上不能使用。
在實(shí)施例7-9和比較例3和4的用于半導(dǎo)體設(shè)備(陶瓷加熱器)的陶瓷基材上施加電流，將它們加熱至500℃，用熱觀察器(由Japan Datum Inc.制造，IR162012-0012)和K型熱電偶測(cè)定其表面溫度，得出兩個(gè)測(cè)定值的溫差。測(cè)定結(jié)果如下實(shí)施例7中溫差為0.8℃；實(shí)施例8中溫差為0.9℃，實(shí)施例9中溫差為1.0℃，比較例3中溫差為8℃，比較例4中溫差為0.8℃。
實(shí)施例10晶片探測(cè)器(參見圖7和圖8)(1)使用混合下列組分獲得的組合物，通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片30100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.2重量份蔗糖和53％(重量)的包括1-丁醇和乙醇的醇類。
(2)將該生坯片在80℃下干燥5小時(shí)，沖孔形成用于電鍍通孔的通孔，該通孔用于連接加熱元件和外端銷子。
(3)混合100重量份平均粒徑為1微米的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑和0.3重量份分散劑制得含導(dǎo)糊料A。混合100重量份平均粒徑為3微米的碳化鎢顆粒、1.9重量份丙烯酸粘合劑、3.7重量份α-萜品醇溶劑和0.2重量份分散劑制得含導(dǎo)體糊料B。
(4)通過絲網(wǎng)印刷，將含導(dǎo)體糊料A印刷在生坯片30的表面，形成格子形式的印刷層50和60分別用作防護(hù)電極和接地電極。
將含導(dǎo)體糊料B填入用作電鍍通孔的通孔中，形成用于電鍍通孔的填充層160、170，以便連接到外端銷子。
將其上印刷了含導(dǎo)體糊料的生坯片30和其上未印刷含導(dǎo)體糊料的生坯片30’層疊起來，其編號(hào)為50，然后，這些片材在130℃和80kgf/cm2進(jìn)行疊壓(參見圖7(a))。
(5)由疊壓制得的層疊物在600℃脫脂5小時(shí)，然后，在1890℃和150kgf/cm2壓力條件下熱壓3小時(shí)，獲得厚度為3mm的氮化鋁板。將該板切割成直徑為230mm的盤，制備氮化鋁基材3(參見圖7(b))。電鍍通孔16和17的尺寸，其直徑為0.2mm，深度為0.2mm。防護(hù)電極5和接地電極6的厚度為10微米。形成防護(hù)電極5的位置沿?zé)Y(jié)體厚度方向距離加熱元件1mm。形成接地電極6的位置沿?zé)Y(jié)體厚度方向距離夾具面1.2mm。
(6)用金剛石磨石研磨步驟(5)獲得的氮化鋁基材3。隨后，在其上放置一掩膜，通過用玻璃珠的噴砂處理，形成用于熱電偶的凹陷(圖中未示)和用于吸住晶片的槽7(寬度0.5mm，深度0.5mm)(參見圖7(c))。
(7)還在形成了槽7的夾具面的背面印刷上含導(dǎo)體糊料，形成作為加熱元件的糊料層。使用的含導(dǎo)體糊料是Tokuriki Kagaku Kenkyu-zyo制造的SolvestPS603D，它是用于在印刷線路板上形成電鍍通孔的。這種糊料是銀/鉛糊料，還包含銀重量7.5％的金屬氧化物，包括氧化鉛、氧化鋅、二氧化硅、氧化硼和氧化鋁(重量比值為5/55/10/25/5)。
所用含導(dǎo)體糊料中的銀為平均粒徑為4.5微米的片狀顆粒。
(8)氮化鋁基材(加熱板)3，在其背面印刷了含導(dǎo)體糊料用以形成加熱元件41后，在780℃加熱和焙燒，燒結(jié)含導(dǎo)體糊料中的銀和鉛，并將它們燒結(jié)在氮化鋁基材3上，由此形成加熱元件41(參見圖7(d))。之后，該氮化鋁基材3浸入無電鎳鍍?cè)≈?，在由上述含?dǎo)體糊料構(gòu)成的加熱元件41表面上沉淀出厚度為1微米硼含量為1％(重量)或更低的鎳層410，該鍍?cè)∈呛?0g/L硫酸鎳、30g/L硼酸、30g/L氯化銨和60g/L羅謝爾(rochelle)鹽的水溶液。因此，就使加熱元件41的厚度增大。之后，該氮化鋁基材在120℃退火3小時(shí)。
因此獲得的含鎳層元件41的厚度為5微米，寬度為2.4mm，面積電阻為7.7mΩ/□。
(9)通過濺射，在已構(gòu)成槽7的夾具面1a上相繼形成Ti層、Mo層和Ni層。用于濺射的設(shè)備是ULVAC Japan，Ltd制造的SV-4540。濺射條件為空氣壓力0.6Pa，溫度100℃，電功率為200W，處理時(shí)間為30秒至1分鐘?？筛鶕?jù)濺射的各金屬調(diào)整濺射時(shí)間。
濺射制成的薄膜，熒光X射線分析儀的圖象證實(shí)Ti的厚度為0.3微米。Mo厚度為2微米，Ni厚度為1微米。
(10)將步驟(9)中制得的該氮化鋁基材3浸入無電鎳鍍?cè)≈?，在夾具面1a上形成的槽7表面上沉淀出厚度為7微米硼含量為1％(重量)或更低的鎳層，該鍍?cè)∈呛?0g/L硫酸鎳、30g/L硼酸、30g/L氯化銨和60g/L羅謝爾鹽的水溶液。之后，該氮化鋁基材在120℃退火3小時(shí)。
將該氮化鋁基材浸入93℃無電金鍍?cè)≈?，在氮化鋁基材3的夾具面的鎳鍍層上形成1微米厚的金層，該鍍?cè)“?g/L氰化鉀金、75g/L氯化銨、50g/L檸檬酸鈉和10g/L次磷酸鈉。由此，形成夾具頂部導(dǎo)體層2(參見圖8(e))。
(11)通過鉆孔，形成從槽7到達(dá)背面的空氣吸孔8，然后，形成用于露出電鍍通孔16、17的盲孔180(參見圖8(f))。在970℃加熱和回流由Ni-Au(Au81.5％(重量)、Ni18.4％(重量)，雜質(zhì)0.1％(重量))構(gòu)成的金釬焊料，將柯伐合金構(gòu)成的外端銷子19、190連接到盲孔180上(參見圖8(g))?？路ズ辖饦?gòu)成的外端銷子191還通過焊劑合金(錫9/鉛1)固定在加熱元件41上。
(12)在凹陷中埋入測(cè)量溫度用的熱電偶，獲得具有晶片探測(cè)器的加熱器。
(13)之后，將此具有晶片探測(cè)器的加熱器一般通過包含陶瓷纖維的隔熱器固定在不銹鋼制成的支撐箱體(由Ibiden Co.，Ltd.制造，商品名Ibwool)上。在支撐箱體上裝有一個(gè)噴射冷卻氣體的噴嘴，用來調(diào)節(jié)晶片探測(cè)器的溫度。
從空氣吸孔8抽吸空氣，可將晶片吸住固定在此具有晶片探測(cè)器的加熱器上面。
制得的具有晶片探測(cè)器的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部防護(hù)電極5和內(nèi)部接地電極6。
實(shí)施例11晶片探測(cè)器(參見圖7和圖8)(1)使用下面的組合物，并通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片30；該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.09重量份實(shí)施例1中獲得的無定形碳和53％(重量)的包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料(2)之后，按照和實(shí)施例10步驟(2)-(12)相同的方式，使用該生坯片30制造具有晶片探測(cè)器的加熱器。還按照和實(shí)施例10的步驟(13)相同的方式，將具有晶片探測(cè)器的加熱器固定在不銹鋼構(gòu)成的支撐箱體上。
制得的具有晶片探測(cè)器的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部防護(hù)電極5和內(nèi)部接地電極6。
實(shí)施例12有加熱元件和用于靜電夾具的靜電電極的陶瓷加熱器(參見圖4)(1)使用下面的組合物，并通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片，該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.09重量份實(shí)施例1中獲得的無定形碳、0.5重量份分散劑和53重量份包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料。
(2)之后，將生坯片在80℃干燥5小時(shí)，隨后，沖出下列的孔直徑為1.8mm、3.0mm和5.0mm的通孔，通過這些通孔能夠插入半導(dǎo)體晶片支撐用的銷子；以及用于連接外端銷子的電鍍通孔。
(3)混合下列組分制備含導(dǎo)體糊料A100重量份平均粒徑為1微米的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸類粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑和0.3重量份分散劑。
混合下列組分制備含導(dǎo)體糊料B100重量份平均粒徑為3微米的碳化鎢顆粒、1.9重量份丙烯酸類粘合劑、3.7重量份α-萜品醇溶劑和0.2重量份分散劑。
通過絲網(wǎng)印刷，將含導(dǎo)體糊料A印刷在生坯片上，形成含導(dǎo)體糊料層。使印刷的線路為同心圓形式。還在其它生坯片上印刷靜電電極線路的含導(dǎo)體糊料層。
將含導(dǎo)體糊料B填入用于電鍍通孔的通孔中，供連接到外端之用。
在130℃和80kg/cm2壓力下，將37片未印刷鎢糊料的生坯片疊加在已經(jīng)過上述處理的生坯片上面(加熱表面)，同時(shí)，將同樣的13片生坯片疊加在該生坯片的下面。
(4)之后，將制得的層疊物在600℃和氮?dú)夥罩忻撝?小時(shí)，并在1890℃和150kgf/cm2壓力條件下熱壓3小時(shí)，獲得厚度為3mm的氮化鋁板。將該板切割成直徑為230mm的盤，制備其中有加熱元件和厚度為6微米寬度為10mm的靜電電極的陶瓷板。采用和實(shí)施例1相同方式測(cè)定該燒結(jié)體中的碳量。結(jié)果，碳量為810ppm。
(5)用金剛石磨石研磨步驟(4)獲得的板。隨后，在其上放置一掩膜，通過用SiC等的噴砂處理，在表面形成熱電偶用的底孔(直徑1.2mm，深度2.0mm)(參見圖7(c))。
(6)還將部分用于電鍍通孔的通孔挖空，成為孔洞。在700℃加熱和回流由Ni-Au構(gòu)成的金釬焊料，將柯伐合金構(gòu)成的外端銷子連接到孔洞上。
對(duì)外端的連接，要求其中在三點(diǎn)支撐的鎢支撐結(jié)構(gòu)。
(7)之后，將測(cè)量溫度用的熱電偶埋在底孔中，完成制造有靜電夾具的陶瓷加熱器。
制得的有靜電夾具的加熱器亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部防護(hù)電極和內(nèi)部接地電極。
實(shí)施例13陶瓷加熱器(AlN+Y2O3+無定形碳+石墨)按照和實(shí)施例4相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體，隨后，按照和實(shí)施例7步驟(2)-(6)相同的方式，在燒結(jié)體底表面裝設(shè)電阻加熱元件92，獲得陶瓷加熱器(參見圖15)。
實(shí)施例14陶瓷加熱器(AlN+無定形碳+石墨)按照和實(shí)施例5相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體，隨后，按照和實(shí)施例7步驟(2)-(6)相同的方式，在燒結(jié)體底表面裝設(shè)電阻加熱元件92，獲得陶瓷加熱器(參見圖15)。
實(shí)施例15陶瓷加熱器(形成碳的固溶液)按照和實(shí)施例6相同的方式獲得氮化鋁燒結(jié)體，隨后，按照和實(shí)施例7步驟(2)-(6)相同的方式，在燒結(jié)體底表面裝設(shè)電阻加熱元件92，獲得陶瓷加熱器(參見圖15)。
實(shí)施例13-15獲得的陶瓷加熱器顯示的亮度N為4.0或更小，能給出較大的輻射熱量。這種陶瓷加熱器在高溫范圍還具有足夠大的體積電阻。所以，既不會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，也不會(huì)發(fā)生短路。
測(cè)定了實(shí)施例7僅含無定形碳的陶瓷加熱器和實(shí)施例13包含無定形碳和結(jié)晶碳的陶瓷加熱器的熱導(dǎo)率隨溫度的關(guān)系。結(jié)果，實(shí)施例7的陶瓷加熱器的熱導(dǎo)率在高溫范圍下降。另一方面，實(shí)施例13的陶瓷加熱器即使在高溫范圍仍保持高的熱導(dǎo)率。
在實(shí)施例13-15的用于半導(dǎo)體設(shè)備的陶瓷基材(陶瓷加熱器)上施加電流，將陶瓷基材加熱至500℃。用熱觀察器(由Japan Datum Inc.制造，IR162012-0012)和K型熱電偶測(cè)定其表面溫度，得出兩個(gè)測(cè)定值的溫差。測(cè)定結(jié)果如下實(shí)施例1中溫差為0.8℃；實(shí)施例2中溫差為0.9℃，實(shí)施例3中溫差為1.0℃。
實(shí)施例16晶片探測(cè)器(參見圖7和圖8)(1)使用下面的組合物，通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片30；該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.2重量份蔗糖、0.05重量份石墨和53重量份包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料。
(2)之后，按照和實(shí)施例10步驟(2)-(12)相同的方式，使用該生坯片30制造具有晶片探測(cè)器的加熱器。還按照和實(shí)施例10的步驟(13)相同的方式，將此具有晶片探測(cè)器的加熱器固定在不銹鋼構(gòu)成的支撐箱體上。
制得的具有晶片探測(cè)器的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部防護(hù)電極5和內(nèi)部接地電極6。
實(shí)施例17晶片探測(cè)器(參見圖7和圖8)(1)使用下面的組合物，通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片30，該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.5重量份實(shí)施例4制得的無定形碳、0.05重量份石墨粉末和53重量份包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料。
(2)之后，按照和實(shí)施例10步驟(2)-(12)相同的方式，使用該生坯片30制造具有晶片探測(cè)器的加熱器。還按照和實(shí)施例10的步驟(13)相同的方式，將此具有晶片探測(cè)器的加熱器固定在不銹鋼構(gòu)成的支撐箱體上。
制得的具有晶片探測(cè)器的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部防護(hù)電極5和內(nèi)部接地電極6。
實(shí)施例18有加熱元件和用于靜電夾具的靜電電極的陶瓷加熱器(參見圖4)(1)使用下面的組合物，通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片，該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.04重量份實(shí)施例4中獲得的無定形碳、0.05重量份結(jié)晶石墨粉末、0.5重量份分散劑、0.2重量份蔗糖、0.05重量份石墨和53重量份包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料。
(2)之后，按照和實(shí)施例12步驟(2)-(7)相同的方式，使用該生坯片30制造具有靜電夾具的加熱器。
按照和實(shí)施例1相同的方式測(cè)定該實(shí)施例獲得的氮化鋁燒結(jié)體中的碳量。結(jié)果，碳量為810ppm。
制得的具有靜電夾具的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部電阻加熱元件和內(nèi)部靜電電極。
實(shí)施例19有加熱元件和用于靜電夾具的靜電電極的陶瓷加熱器(參見圖4)(1)使用下面的組合物，通過刮刀法成形，獲得厚度為0.47mm的生坯片，該組合物是將100重量份氮化鋁粉末(由Tokuyama Corp.制造，平均粒徑1.1微米)、4重量份氧化釔(平均粒徑0.4微米)、0.05重量份實(shí)施例1中獲得的無定形碳、0.05重量份結(jié)晶石墨粉末、0.5重量份分散劑和53重量份包括1-丁醇和乙醇的醇類混合獲得的糊料。
(2)之后，按照和實(shí)施例12步驟(2)-(7)相同的方式，使用該生坯片30制造具有靜電夾具的加熱器。
按照和實(shí)施例1相同的方式測(cè)定該實(shí)施例獲得的氮化鋁燒結(jié)體中的碳量。結(jié)果，碳量為850ppm。
制得的具有靜電夾具的加熱器的亮度N為3.5，能給出大的輻射熱量。這種加熱器還有的優(yōu)點(diǎn)是能夠覆蓋內(nèi)部電阻加熱元件和內(nèi)部靜電電極。
實(shí)施例20-21在這些實(shí)施例中，按照和實(shí)施例13相同的方式獲得陶瓷加熱器，不同之處是按照下表改變無定形碳和結(jié)晶碳的比例。測(cè)定400℃的體積電阻率(Ω·cm)和熱導(dǎo)率(W/m·k)，并測(cè)定碳量。
表1

由表1可知，本發(fā)明的陶瓷加熱器具有優(yōu)良的體積電阻率和熱導(dǎo)率。
工業(yè)應(yīng)用如上面所述，本發(fā)明第一方面的氮化鋁燒結(jié)體包含無定形碳，因此，氮化鋁燒結(jié)體在高溫具有高的體積電阻率，并具有低的亮度；可以用溫度顯示器精確測(cè)定氮化鋁燒結(jié)體的溫度；這種氮化鋁燒結(jié)體對(duì)用作熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器等的基材有用。
本發(fā)明第二方面的氮化鋁燒結(jié)體包含兩種彼此起補(bǔ)充作用的碳，因此，氮化鋁燒結(jié)體在覆蓋電極線路的能力和用溫度顯示器測(cè)定溫度的精確度方面性能優(yōu)良；而且其高溫體積電阻率和熱導(dǎo)率性能優(yōu)良，具有低的亮度；對(duì)用作熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器等的基材有用。
本發(fā)明第三方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材包含無定形碳，因此，此陶瓷基材在高溫具有高的體積電阻率，并具有低的亮度；可以用溫度顯示器精確測(cè)定其溫度；對(duì)用作熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器等的基材有用。
本發(fā)明第四方面用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材包含兩種彼此起補(bǔ)充作用的碳，因此，此陶瓷基材在覆蓋電極線路的能力和用溫度顯示器測(cè)定溫度的精確度方面性能優(yōu)良；而且其高溫體積電阻率和熱導(dǎo)率性能優(yōu)良，具有低的亮度；對(duì)用作熱板、靜電夾具、晶片探測(cè)器等的基材有用。
權(quán)利要求
1.一種含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在其氮化鋁構(gòu)成的基體中包含在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳。
2.如權(quán)利要求1所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于所述碳是無定形碳或在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳。
3.如權(quán)利要求1所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于所述碳的含量為200-5000ppm。
4.一種含碳的氮化鋁燒結(jié)體，在其氮化鋁構(gòu)成的基體中包含在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳以及在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳。
5.如權(quán)利要求4所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于所述在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳或在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳；所述在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳是結(jié)晶碳。
6.如權(quán)利要求4所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于它包括結(jié)晶碳和無定形碳。
7.如權(quán)利要求4所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于它包括總量為200-5000ppm的所述碳。
8.如權(quán)利要求1或4所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于所述基體中含有燒結(jié)助劑，所述燒結(jié)助劑包含堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物和稀土元素氧化物中的至少一種。
9.如權(quán)利要求1或4所述的含碳的氮化鋁燒結(jié)體，其特征在于所述氮化鋁燒結(jié)體按照J(rèn)IS Z 8721定義的亮度為N4或更小。
10.一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，所述陶瓷基材包含在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳，該陶瓷基材中提供有導(dǎo)體。
11.如權(quán)利要求10所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳或在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳。
12.如權(quán)利要求10所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述碳含量為200-5000ppm。
13.一種用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，所述陶瓷基材包含在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳以及在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳，該陶瓷基材中提供有導(dǎo)體。
14.如權(quán)利要求13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述在X射線衍射圖中檢測(cè)不到峰或其峰低于檢測(cè)下限的碳是無定形碳或在氮化鋁結(jié)晶相中形成固溶液的碳；所述在X射線衍射圖中可檢測(cè)到其峰的碳是結(jié)晶碳。
15.如權(quán)利要求13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述碳含量為200-5000ppm。
16.如權(quán)利要求10或13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述陶瓷基材中含有燒結(jié)助劑，所述燒結(jié)助劑包含堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物和稀土元素氧化物中的至少一種。
17.如權(quán)利要求10或13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于其按照J(rèn)IS Z 8721定義的亮度為N4或更小。
18.如權(quán)利要求10或13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述導(dǎo)體是靜電電極；所述陶瓷基材的作用是作為靜電夾具。
19.如權(quán)利要求10或13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于所述導(dǎo)體是電阻加熱元件；所述陶瓷基材的作用是作為熱板。
20.如權(quán)利要求10或13所述的用于半導(dǎo)體制造/檢測(cè)設(shè)備的陶瓷基材，其特征在于在所述陶瓷基材表面和內(nèi)部形成所述導(dǎo)體；所述內(nèi)部導(dǎo)體是防護(hù)電極和接地電極中的至少一種；所述陶瓷基材的作用是作為晶片探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明目的是提供一種能保持10
文檔編號(hào)H01L21/00GK1550477SQ20041006332
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月6日
發(fā)明者伊藤康隆, 平松靖二, 二 申請(qǐng)人:Ibiden股份有限公司