JPH06263531A - ムライト−コージライト複合焼結体およびこれを用いた半導体装置用部材 - Google Patents

ムライト−コージライト複合焼結体およびこれを用いた半導体装置用部材

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JPH06263531A
JPH06263531A JP5050841A JP5084193A JPH06263531A JP H06263531 A JPH06263531 A JP H06263531A JP 5050841 A JP5050841 A JP 5050841A JP 5084193 A JP5084193 A JP 5084193A JP H06263531 A JPH06263531 A JP H06263531A
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JP
Japan
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parts
weight
mullite
sintered body
cordierite
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JP5050841A
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English (en)
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Masaki Hayashi
林  正樹
Takashi Maeda
岳志 前田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】ムライト100重量部に対してコ−ジライト2
0〜100重量部添加し、さらにこれら合計100重量
部に対して焼結助剤を5〜30重量部添加して複合焼結
体を得る。 【効果】この複合焼結体は熱膨張係数が30〜45×1
0-7/℃とシリコンに近いことから、ダミーウェハ50
等の各種半導体装置用部材に用いた場合に、シリコンウ
ェハとの熱膨張差による不都合がなく、高精度の加工等
を可能とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種半導体装置や圧力
センサー等に用いるためのムライトとコージライトの複
合焼結体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体装置の製造工程におい
て、シリコンウェハを保持するチャックやアーム、ある
いは各種治具等の半導体製造装置用部品には主にアルミ
ナセラミックスが使用されており、特に不純物を嫌う部
品には例えばAl2 O3 含有量99.9重量%以上の高
純度アルミナセラミックスなどが用いられている。この
アルミナセラミックスは、比較的安価で緻密な焼結体が
得られ、機械強度が強く、また化学的にも安定なことか
ら半導体製造装置の部品として広く使用されている(例
えば実開昭62−72062号公報、特開昭53−96
762号公報等参照)。
【0003】また、半導体装置自体を成すパッケージに
もセラミックスが使用されている。例えば、アルミナセ
ラミックスからなるベースに半導体素子を載置して、ア
ルミナセラミックス製のキャップで封止することで半導
体装置を構成するようになっている。
【0004】さらに、ウェハ上に成膜を行う場合に、予
めダミーウェハを用いて成膜条件等を決定することが行
われているが、このダミーウェハとしてはAl2 O3 の
単結晶体であるサファイアが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記アルミナ
セラミックスは、熱膨張係数が70〜75×10-7/℃
程度であり、シリコンの熱膨張係数(35×10-7/
℃)よりも大きいものであった。そのため、例えば半導
体装置の製造工程において、シリコンウェハを接触支持
するような部品をアルミナセラミックスで形成すると、
温度変化が生じた場合に互いの熱膨張差により、支持す
る位置がずれてしまい、高精度の加工ができないなどの
不都合があった。
【0006】また、半導体パッケージをアルミナセラミ
ックスで形成すると、シリコンからなる半導体素子を接
合、固定した後、温度変化が生じるとシリコンとアルミ
ナセラミックスとの熱膨張差により半導体素子が剥離す
る恐れがあるという問題点があった。
【0007】また、ダミーウエハとして用いられるサフ
ァイアも熱膨張係数が45〜53×10-7/℃とシリコ
ンよりも大きいため、サファイア製のダミーウェハを用
いた場合は、成膜条件等を厳密に決定できないという問
題点があった。
【0008】本発明はこれらの問題を解決するために、
シリコンに近い熱膨張係数をもったムライト−コージラ
イト複合焼結体を使用するようにしたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、主成分
としてムライト100重量部に対してコ−ジライト20
〜100重量部添加し、さらにこれら合計100重量部
に対して焼結助剤を5〜30重量部添加することによっ
て、熱膨張係数が30〜45×10-7/℃の焼結体を得
ることができ、しかも上記ムライトとコージライトの混
合比を変化させることで自由に熱膨張係数を調整するこ
とができる。
【0010】また、本発明は、上記ムライト−コージラ
イト複合焼結体を半導体装置用部材として用いるように
したものであるが、ここで半導体装置用部材とは、半導
体装置の製造工程中でシリコンウェハを接触支持するよ
うな部材、または半導体素子を収納するパッケージや成
膜条件等を決定するためのダミーウェハなどを意味す
る。
【0011】さらに、本発明のムライト−コージライト
複合焼結体の製造方法は、ムライト粉末100重量部に
対し、コージライト粉末20〜100重量部を添加し、
さらに焼結助剤としての粘土鉱物を5〜30重量部添加
した混合粉末を平均粒子径1〜2μmまで粉砕した後、
所望の形状に成形し、得られた成形体を1450℃以下
の温度で焼結させることによって、熱膨張係数が30〜
45×10-7/℃の焼結体を任意に得ることができる。
【0012】なお、上記コージライトの割合がムライト
に対して20重量部未満であると熱膨張係数が45×1
0-7/℃以上となり、逆に100重量部より多いと熱膨
張係数が30×10-7/℃以下となり、いずれの場合も
シリコンの熱膨張係数と大きく異なるため目的を達する
ことができない。したがって、コージライトの割合はム
ライトに対して20〜100重量部の範囲が良い。
【0013】また、本発明において焼結助剤としては、
粘土鉱物や長石、あるいはシリカ(SiO2 )、カルシ
ア(CaO)、マグネシア(MgO)の混合物などが好
適に用いることができる。この焼結助剤の割合はムライ
トとコージライトの混合粉末に対して5〜30重量部で
あることが望ましい。これは、焼結助剤の量が5重量部
未満であると1450℃以上の焼成温度が必要となり、
目的の熱膨張係数をもった磁器を得ることができず、逆
に焼結助剤の量が30重量部を超えると機械強度の低下
や、焼成時の台板との反応などが生じ、好ましくないた
めである。
【0014】さらに、好ましくは焼結助剤の量は10〜
20重量部としたものが良く、この範囲内とすること
で、焼結体表面のボイド占有率を2%以下とすることが
でき、しかも焼結体の抗折強度を20kg/mm2 以上
とすることができる。
【0015】また、本発明の複合焼結体は、1450℃
以下の温度で焼結させる必要がある。これは、1450
℃より高い温度であるとコージライトがガラス化し、非
晶質になったりムライト化するため目的の熱膨張係数を
もった焼結体が得られないためである。一方、焼成温度
が低いと充分な強度をもった焼結体が得られないため、
一般には1300℃以上とすることが望ましい。
【0016】さらに、本発明で用いるムライト粉、コ−
ジライト粉は予め合成されたものを使用するが、その粒
子径はできるだけ細かいものが望ましく、平均粒子径で
2μm以下が特に良い。これは、粒子径の大きい粉末を
用いた場合、反応性が低下するため焼成温度を高くする
必要があるが、上記のように焼成温度が1450℃を超
えるとコ−ジライトがガラス化したりムライト化が進む
ことから目的の熱膨張係数の磁器が得られないためであ
る。
【0017】また、所定の形状に成形するためには、上
記混合原料粉末に例えばポリビニルアルコ−ルやアクリ
ル酸のような結合剤やポリエチレングリコ−ルのような
可塑剤を添加したのち、例えばスプレ−ドライヤ−で噴
霧乾燥した粉末を、プレス成形や押出成形等の公知の方
法によって所望の形状に成形すれば良い。
【0018】
【実施例】実施例1 150メッシュパスのムライト粉末、8メッシュパスの
コ−ジライト粉末、および焼結助剤を表1に示す種々の
割合で混合し、これをボ−ルミルで粉砕を行なった後、
結合剤としてポリビニルアルコ−ルとパラフィンワック
スを添加してスプレ−ドライヤ−にて乾燥造粒した。な
お、焼結助剤としては長石と陶石を6対4に混合したも
のを用い、ムライトとコージライトの合計100重量部
に対する割合で表した。こうして得られた粉末を成形し
て得られたテストピ−スを焼結して、その焼結体の特性
を確認した。この結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1中、No.1はコージライトの量を2
0重量部よりも少なくしたものであり、逆にNo.8は
100重量部よりも多くしたものであるが、いずれも熱
膨張係数が求める範囲(30〜45×10-7/℃)を外
れている。また、焼成温度を1450℃より高くした場
合(No.11、13)も熱膨張係数は求める範囲を外
れている。さらに、焼結助剤を含まない場合(No.1
2、13)は、見掛比重が低く充分な焼結体が得られな
かった。
【0021】これらに対し、本発明実施例である、N
o.2〜7、9、10、14、15では、熱膨張係数
(50〜400℃の間、および50〜720℃の間)が
30〜45×10-7/℃の範囲内となることがわかる。
【0022】実施例2 次に、上記表1中No.6の試料を用いて、焼結助剤の
量を変化させた時の、焼結体表面の平均ボイド径、ボイ
ド占有率、抗折強度を測定した。なお、表面のボイドに
ついては画像解析(ルーゼックス)により、測定面積9
×105 μm2、10視野で測定した。結果は表2に示
す通りである。
【0023】
【表2】
【0024】表2の結果より、ムライト−コージライト
混合物100重量部に対する焼結助剤の量を10〜20
重量部の範囲内とすれば、焼結体のボイド占有率を2%
以下とし、かつ抗折強度を20kg/mm2 以上とで
き、より優れた特性となることがわかる。これは、焼結
助剤の量が10重量部よりも少ないと完全に焼結せずに
細かいボイドが増加し、抗折強度が低下するためであっ
て、一方焼結助剤の量が20重量部よりも多いと大きな
ボイドが増加して抗折強度が低下するためである。この
ようにボイド占有率が2%以下の焼結体は、ゴミなどの
不純物がボイド中に付着しにくいため、ウェハに対する
汚染を防止することができる。
【0025】実施例3 次に、上記表1中No.6の試料を用いて、さまざまな
製品を試作した。たとえば、図1に示すハンドリングア
ーム10は、板状体の内部に連通孔11を有しており、
後端の吸入孔12より真空吸引することで、先端側の吸
着面13にシリコンウェハWを吸着し、搬送するように
したものである。このハンドリングアーム10の全体ま
たは少なくとも吸着面13を本発明のムライト−コージ
ライト複合焼結体で形成すれば、温度変化が生じた場合
でも吸着面13とシリコンウェハWとの間のずれを防止
できる。
【0026】また、図2に示す真空チャック20は、複
数の貫通個21aを有する吸着板21を基体22に取り
付けたものであり、基体22の吸引孔22aより真空吸
引することで、吸着板21上にシリコンウェハWを吸着
し、様々な加工を行うことができる。そして、上記吸着
板21を本発明のムライト−コージライト複合焼結体で
形成すれば、温度変化が生じた場合でも吸着板21とシ
リコンウェハWとの間のずれを防止できる。
【0027】さらに、図3に示す静電チャック30は、
板状体31に内部電極32を埋設し、この内部電極32
とシリコンウェハW間に電源33より直流電圧を印加す
れば、板状体30の吸着面31aにシリコンウェハWを
吸着することができ、様々な加工を行うことができる。
そして、上記板状体31の全体または少なくとも吸着面
31aを本発明のムライト−コージライト複合焼結体で
形成すれば、温度変化が生じた場合でも吸着板21とシ
リコンウェハWとの間のずれを防止できる。
【0028】また、図4に示す半導体素子収納用パッケ
ージ40は、本発明のムライト−コージライト複合焼結
体からなるベース41とキャップ42からなり、このベ
ース41に半導体素子43を接合固定して外部リード
(不図示)とワイヤボンディングした後、キャップ42
で封止することで半導体装置を構成するようになってい
る。そして、ベース41とシリコン製の半導体素子43
との熱膨張差が極めて小さいため、温度変化が生じた場
合でも半導体素子43が剥離する恐れはない。
【0029】また、図5に示すダミーウェハ50は、通
常のシリコンウェハと同じ形状、大きさの板状体を本発
明のムライト−コージライト複合焼結体で形成したもの
である。そして、シリコンウェハに成膜等を行う際に、
予めこのダミーウェハ50を用いて成膜条件等の初期設
定を行ったところ、シリコンウェハとの熱膨張差がない
ため、極めて高精度の設定を行うことができ、しかも従
来のサファイア製のものに比べてはるかに低コストであ
った。
【0030】以上のように、本発明のムライト−コージ
ライト複合焼結体は、半導体製造装置用の各種部品に好
適に用いることができるが、この他にもシリコンを接合
するような用途に用いることができ、例えばダイアフラ
ムを用いた圧力センサー用部品として用いることができ
る。
【0031】
【発明の効果】このように、本発明によれば、ムライト
100重量部に対してコ−ジライト20〜100重量部
添加し、さらにこれら合計100重量部に対して焼結助
剤を5〜30重量部添加してムライト−コージライト複
合焼結体を得たことにより、この複合焼結体は熱膨張係
数が30〜45×10-7/℃とシリコンに近いことか
ら、各種半導体装置用部材に用いた場合に、シリコンと
接触した状態で温度変化が生じても、熱膨張差による不
都合がなく、高精度の加工等を可能とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のムライト−コージライト複合焼結体を
用いたハンドリングアームを示す斜視図である。
【図2】本発明のムライト−コージライト複合焼結体を
用いた真空チャックを示す縦断面図である。
【図3】本発明のムライト−コージライト複合焼結体を
用いた静電チャックを示す縦断面図である。
【図4】本発明のムライト−コージライト複合焼結体を
用いた半導体素子収納用パッケージを示す断面図であ
る。
【図5】本発明のムライト−コージライト複合焼結体を
用いたダミーウェハを示す斜視図である。
【符号の説明】
10:ハンドリングアーム 11:連通孔 12:吸入孔 13:吸着面 20:真空チャック 21:吸着板 22:基体 30:静電チャック 31:板状体 32:内部電極 33:電源 40:半導体素子収納用パッケージ 41:ベース 42:キャップ 43:半導体素子 50:ダミーウェハ W:シリコンウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/08 D // H01L 29/84 Z 9278−4M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ムライト100重量部に対してコ−ジライ
    ト20〜100重量部と、これら合計100重量部に対
    して焼結助剤を5〜30重量部添加混合した原料を焼成
    してなるムライト−コージライト複合焼結体。
  2. 【請求項2】ムライト100重量部に対してコ−ジライ
    ト20〜100重量部と、これら合計100重量部に対
    して焼結助剤を5〜30重量部添加混合した原料を焼成
    してなるムライト−コージライト複合焼結体により形成
    したことを特徴とする半導体装置用部材。
JP5050841A 1993-03-11 1993-03-11 ムライト−コージライト複合焼結体およびこれを用いた半導体装置用部材 Pending JPH06263531A (ja)

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