JP7312712B2 - セラミックス基板、静電チャック、静電チャックの製造方法 - Google Patents
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Description
セラミックス基板、静電チャック、静電チャックの製造方法に関する。
従来、半導体ウェハ等の基板を処理する半導体製造装置は、半導体ウェハを保持する静電チャックを有している。半導体製造装置は、たとえばＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等の成膜装置、プラズマエッチング装置などである。静電チャックは、セラミックス基板の載置台と載置台内に配置された導体パターンとを有し、導体パターンを静電電極として載置台上の基板を保持する。導体パターンは、例えばタングステン等の高融点材料を含む導電性ペーストを用い、セラミックス基板と同時に焼成して形成される（例えば、特許文献１，２参照）。なお、半導体装置用のセラミックス基板も同様にして形成される。
ところで、上記の静電チャックは、グリーンシートに導電性ペーストを印刷し、グリーンシートと導電性ペーストとを同時に焼結して形成される。一例として、酸化アルミニウム（アルミナ）を主成分とするセラミックス（アルミナセラミックス）のグリーンシートとタングステンの導電性ペーストを挙げた場合、一般的にアルミナセラミックスには、焼結助剤（例えば、シリカ、マグネシア、カルシア、イットリア、等）が含まれることが多い。このように焼結助剤を含むセラミックスは、使用環境の温度上昇に伴って絶縁抵抗の値が低下し易い。そこで、絶縁抵抗の温度依存性の小さい、焼結助剤を含まないアルミナセラミックスが望まれる。しかし、焼成時に液相となる焼結助剤がないため、導体であるタングステンとの接合強度が得られない場合がある。
本発明の一観点によれば、セラミックス基板は、基板本体と、前記基板本体に内接された導電体層と、を有し、前記基板本体は、酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、前記絶縁体層と前記導電体層との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、を備え、前記複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトが混在する層である。
本発明の一観点によれば、静電チャックは、基板本体と、前記基板本体に内接された静電電極と、を有し、前記基板本体は、酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、前記絶縁体層と前記静電電極との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、を備え、前記複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトが混在する層である。
本発明の一観点によれば、基板本体と、前記基板本体に内接された静電電橋とを有する静電チャックの製造方法であって、焼結助剤を含まない酸化アルミニウムと、有機材料の混合物からなるグリーンシートの上面に、タングステンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加した導電性ペーストにより導電体パターンを形成する工程と、前記グリーンシート及び前記導電体パターンを焼成し、前記基板本体と前記静電電極を形成する工程と、を有し、前記基板本体は、酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、前記絶縁体層と前記静電電極との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、を備える。
本発明の一観点によれば、高純度の酸化アルミニウムからなるセラミックスに形成された導電体層、静電電極を有するセラミックス基板、静電チャック、静電チャックの製造方法を提供できる。
以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。なお、添付図面は、便宜上、特徴を分かりやすくするために特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の部材のハッチングを梨地模様に代えて示し、一部の部材のハッチングを省略している。なお、本明細書において、「平面視」とは、対象物を図１等の鉛直方向（図中上下方向）から視ることを言い、「平面形状」とは、対象物を図１等の鉛直方向から視た形状のことを言う。
（第一実施形態）
以下、図１から図２０に従って第一実施形態を説明する。
図１は、第一実施形態の静電チャックの概略断面を示す。
以下、図１から図２０に従って第一実施形態を説明する。
図１は、第一実施形態の静電チャックの概略断面を示す。
図１に示すように、静電チャック１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０の上に配置された載置台２０とを有している。載置台２０は、たとえばシリコーン樹脂などの接着剤によりベースプレート１０の上面に固定されている。なお、ベースプレート１０に対して載置台２０をネジにより固定してもよい。載置台２０の上面には基板Ｗが載置される。基板Ｗは、たとえば半導体ウェハである。静電チャック１は、載置台２０の上に載置された基板Ｗを吸着保持する。
図２に示すように、ベースプレート１０及び載置台２０は、平面視で円形状に形成されている。つまり、ベースプレート１０及び載置台２０は、円盤状に形成されている。図２に示すように、ベースプレート１０は、載置台２０の周囲において露出している。ベースプレート１０の周縁部には、半導体製造装置のチャンバに取り付けるための取付孔１１が周縁部に沿って配列されている。また、載置台２０及びベースプレート１０は、中央部に複数（図２では３つ）のリフトピン用開口部１２を有している。リフトピン用開口部１２には、図１に示す基板Ｗを上下方向に移動するリフトピンが挿通される。リフトピンで基板を載置台より上昇させることにより、搬送装置による基板Ｗの自動搬送が可能になる。
ベースプレート１０の材料はたとえば、アルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミックス材との複合材料等である。たとえば、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好であることなどの点から、アルミニウム又はその合金を使用し、その表面にアルマイト処理（絶縁層形成）を施したものが使用される。ベースプレート１０には、たとえば載置台２０の上面に載置される基板Ｗを冷却する冷媒（ガス、冷却水等）の供給路を設けることもできる。
図１に示すように、載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内設された静電電極３１及び発熱体３２とを有している。
静電電極３１は、膜状に形成された導電体層である。本実施形態の静電電極３１は双極タイプのものであり、第１静電電極３１ａと第２静電電極３１ｂを有している。なお、静電電極３１として、１つの静電電極からなる単極タイプのものが使用されてもよい。静電電極３１は、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む焼成体である。静電電極３１の材料としては、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を添加した導電性ペーストが使用される。
静電電極３１は、膜状に形成された導電体層である。本実施形態の静電電極３１は双極タイプのものであり、第１静電電極３１ａと第２静電電極３１ｂを有している。なお、静電電極３１として、１つの静電電極からなる単極タイプのものが使用されてもよい。静電電極３１は、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む焼成体である。静電電極３１の材料としては、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を添加した導電性ペーストが使用される。
発熱体３２は、第１静電電極３１ａ及び第２静電電極３１ｂの下に配置されている。発熱体３２は、膜状に形成された導電体層である。発熱体３２は、基板本体２１を平面的に複数の領域（ヒータゾーン）を独立して加熱制御することが可能な複数のヒータ電極として設けられる。なお、発熱体３２が１つのヒータ電極として設けられてもよい。発熱体３２は、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む焼成体である。発熱体３２の材料としては、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を添加した導電性ペーストが使用される。
図１及び図２に示すように、基板本体２１は、基板Ｗの形状に応じて円盤状に形成されている。
図１，図３に示すように、基板本体２１は、絶縁体層２２と、絶縁体層２２と静電電極３１との間の複合酸化物層２３と、絶縁体層２２と発熱体３２との間の複合酸化物層２４とを備えている。
図１，図３に示すように、基板本体２１は、絶縁体層２２と、絶縁体層２２と静電電極３１との間の複合酸化物層２３と、絶縁体層２２と発熱体３２との間の複合酸化物層２４とを備えている。
絶縁体層２２は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなるセラミックスである。「酸化アルミニウムからなるセラミックス」とは、酸化アルミニウム以外の無機成分を添加していないセラミックスを意味する。セラミックスからなる絶縁体層２２は、酸化アルミニウムの純度が９９．５％以上であることが好ましい。純度が９９．５％以上であることは、焼結助剤を添加することなく形成されることを示す。また、純度が９９．５％以上であることは、製造工程等において意図しない不純物を含む場合もあることを意味している。絶縁体層２２は、相対密度が９８％以上であることが好ましい。絶縁体層２２は、酸化アルミニウムの平均粒子径が１．０μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。
図１に示すように、複合酸化物層２３は、静電電極３１の全体を覆うように形成されている。複合酸化物層２４は、発熱体３２の全体を覆うように形成されている。複合酸化物層２３，２４は、アルミニウム（Ａｌ）とケイ素（Ｓｉ）の複合酸化物層である。複合酸化物層２３，２４は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３））からなる層、シリマナイト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２（Ａｌ２ＳｉＯ５））からなる層、ムライトとシリマナイトとが混在する層である。
図３に示すように、絶縁体層２２は、例えば３つの絶縁層２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより構成される。各絶縁層２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、複合酸化物層２３，２４とにもに、焼結助剤を含まない酸化アルミニウムと有機材料との混合物からなるグリーンシートを焼結して形成される焼結体である。なお、図３に示す破線は、絶縁層２２ａと絶縁層２２ｂとの間、絶縁層２２ｂと絶縁層２２ｃとの間の界面を示している。これらの界面は、図４、図５に示すグリーンシート５１～５３を積層することによって形成されるものであり、積層状態によって位置が異なる場合、断面において界面が直線にならない場合、あるいは界面が明確ではない場合がある。
載置台２０を作製する方法としては、図４、図５に示すグリーンシート５１～５３で静電電極３１用の導電体パターン及び発熱体３２用の導電体パターンをそれぞれ挟み、その積層体を焼結することにより、基板本体２１に静電電極３１及び発熱体３２が内設されるとともに、基板本体２１と静電電極３１及び発熱体３２との間の複合酸化物層２３，２４を有する載置台２０を得ることができる。
図１に示すように、本実施形態の静電チャック１では、載置台２０の上に基板Ｗが載置される。そして、第１静電電極３１ａにプラス（＋）の電圧が印加され、第２静電電極３１ｂにマイナス（－）の電圧が印加される。これにより、第１静電電極３１ａにプラス（＋）電荷が帯電し、第２静電電極３１ｂにマイナス（－）電荷が帯電する。これに伴って、第１静電電極３１ａに対応する基板Ｗの部分Ｗａにマイナス（－）電荷が誘起され、第２静電電極３１ｂに対応する基板Ｗの部分Ｗｂにプラス（＋）電荷が誘起される。
基板Ｗと、静電電極３１と、静電電極３１よりも上に位置する絶縁体層２２のセラミックス部２２ｄとをコンデンサとみなした場合、セラミックス部２２ｄが誘電層に相当する。そして、セラミックス部２２ｄを介して静電電極３１と基板Ｗとの間に発生したクーロン力によって基板Ｗが載置台２０の上に静電吸着される。そして、発熱体３２に所定の電圧が印加されて載置台２０が加熱される。載置台２０の温度により、基板Ｗが所定の温度に制御される。静電チャック１の加熱温度は、５０℃～２００℃、例えば１５０℃に設定される。
［製造方法］
次に、上記の載置台２０の製造方法を説明する。
先ず、図４に示すように、セラミックス材料と有機材料からなるグリーンシート５１～５３を準備する。各グリーンシート５１～５３は、矩形板状に形成されている。各グリーンシート５１～５３のセラミックス材料は酸化アルミニウムからなり、焼結助剤を含まない。
次に、上記の載置台２０の製造方法を説明する。
先ず、図４に示すように、セラミックス材料と有機材料からなるグリーンシート５１～５３を準備する。各グリーンシート５１～５３は、矩形板状に形成されている。各グリーンシート５１～５３のセラミックス材料は酸化アルミニウムからなり、焼結助剤を含まない。
グリーンシート５１は、有機成分が除去されセラミックス材料が焼結し、緻密化することにより、図１に示す基板Ｗが搭載される部分の絶縁体層２２（絶縁層２２ａ）となるものである。グリーンシート５２は、焼成されることにより、静電電極３１と発熱体３２の間の部分の絶縁体層２２（絶縁層２２ｂ）となるものである。グリーンシート５３は、焼成されることにより、図１に示すベースプレート１０に接着される部分の絶縁体層２２（絶縁層２２ｃ）となるものである。
次いで、グリーンシート５２の上面に、例えば印刷法（スクリーン印刷）により、導電ペーストを塗布して導電体パターン５４を形成する。この導電体パターン５４は、後述する工程において焼成されることにより、図１に示す静電電極３１となるものである。なお、導電体パターン５４は、上述のグリーンシート５１の下面に形成されてもよい。
導電体パターン５４の形成に用いられる導電性ペーストは、タングステンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素と有機材料とを混合したものである。酸化ニッケルの添加量は、タングステンに対して、０．２ｗｔ％以上、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。酸化ニッケルは、タングステンの焼結性を向上させるため、０．２ｗｔ％以上添加することが好ましい。一方、５ｗｔ％以上添加すると、タングステンの結晶が大きくなりすぎ、基板本体２１との十分な密着が得られない。導電性ペーストとグリーンシートとを同時焼成する上で、タングステンの平均粒径は、０．５μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。同様に、酸化ニッケルの平均粒径は、５．０μｍ以上、１５．０μｍ以下であることが好ましい。
酸化アルミニウムの添加量は、タングステンに対して、０．２ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下であることが好ましい。酸化アルミニウムは、静電電極３１と酸化アルミニウムからなるセラミックスの基板本体２１との密着性を向上させるため、０．２ｗｔ％以上添加することが好ましい。一方、３．０ｗｔ％より多く添加すると、焼結性が低下する。また、抵抗率が増加する。導電性ペーストとグリーンシートとを同時焼成する上で、酸化アルミニウムの平均粒径は、１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であることが好ましい。
二酸化ケイ素の添加量は、タングステンに対して、０．２ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下であることが好ましい。二酸化ケイ素は、焼成時に液相となり、タングステンの焼結性、及び基板本体２１との密着性を向上させるため、０．２ｗｔ％以上添加することが好ましい。一方、３．０ｗｔ％より多く添加すると、焼結性、密着性が低下する。また、抵抗率が増加する。導電性ペーストとグリーンシートとを同時焼成する上で、二酸化ケイ素の平均粒径は、０．１μｍ以上、１２．０μｍ以下であることが好ましい。
次いで、グリーンシート５３の上面に、例えば印刷法（スクリーン印刷）により、導電性ペーストを用いて導電体パターン５５を形成する。導電体パターン５５を形成する導電性ペーストは、上述の導電体パターン５４を形成する導電性ペーストと同じ材料の導電性ペーストを用いることができる。この導電体パターン５５は、後述する工程において焼成されることにより、発熱体３２となるものである。なお、導電体パターン５５は、上述のグリーンシート５２の下面に形成されてもよい。
次いで、図５に示すように、各グリーンシート５１～５３が積層されて構造体７１が形成される。各グリーンシート５１～５３は、加熱しながら加圧することにより、互いに接着される。
次いで、図６に示すように、構造体７１の周囲を切断して円盤状の構造体７２が形成される。
次いで、構造体７２を大気圧焼成して、図７に示すセラミックス基板７３が得られる。焼成する際の温度は、例えば、１６００℃である。このセラミックス基板７３は、図１に示す絶縁体層２２と、図４に示す導電体パターン５４，５５を焼結して得られた静電電極３１及び発熱体３２（図１参照）と複合酸化物層２３，２４を内蔵する。このようなセラミックス基板７３に対して各種の加工が施される。
次いで、構造体７２を大気圧焼成して、図７に示すセラミックス基板７３が得られる。焼成する際の温度は、例えば、１６００℃である。このセラミックス基板７３は、図１に示す絶縁体層２２と、図４に示す導電体パターン５４，５５を焼結して得られた静電電極３１及び発熱体３２（図１参照）と複合酸化物層２３，２４を内蔵する。このようなセラミックス基板７３に対して各種の加工が施される。
例えば、セラミックス基板７３は、上下両面が研磨されて載置面と接着面とが形成される。また、セラミックス基板７３は、図１に示すリフトピン用開口部12が形成される。
以上の工程により、載置台２０が得られる。
以上の工程により、載置台２０が得られる。
（作用）
［サンプルの形状］
図８（ａ）は、サンプルの形状を示す。このサンプル８０は、セラミックス基板８１と、セラミックス基板８１の上面の導電体パターン８２を有している。このサンプル８０は、グリーンシート上に導電性ペーストを印刷し、一体を同時に焼成して形成される。剥離試験に際し、図８（ｂ）に示すように、サンプル８０の導電体パターン８２の上面に、銅を含む銀ロウを介してコバール製のリング９０を加熱接合する。引張試験装置により、セラミックス基板８１を固定してリング９０の一端を上方に引き上げ、導電体パターン８２がセラミックス基板８１から剥離した際の試験力を記録する。
［サンプルの形状］
図８（ａ）は、サンプルの形状を示す。このサンプル８０は、セラミックス基板８１と、セラミックス基板８１の上面の導電体パターン８２を有している。このサンプル８０は、グリーンシート上に導電性ペーストを印刷し、一体を同時に焼成して形成される。剥離試験に際し、図８（ｂ）に示すように、サンプル８０の導電体パターン８２の上面に、銅を含む銀ロウを介してコバール製のリング９０を加熱接合する。引張試験装置により、セラミックス基板８１を固定してリング９０の一端を上方に引き上げ、導電体パターン８２がセラミックス基板８１から剥離した際の試験力を記録する。
［サンプルの作成］
（サンプル１）
焼結助剤を含まない酸化アルミニウムのグリーンシートに対して、タングステンの粉末量に対して酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末を２．０ｗｔ％、シリカ粉末を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを印刷し、一体を同時に大気圧焼成してサンプル１を作成した。
（サンプル１）
焼結助剤を含まない酸化アルミニウムのグリーンシートに対して、タングステンの粉末量に対して酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末を２．０ｗｔ％、シリカ粉末を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを印刷し、一体を同時に大気圧焼成してサンプル１を作成した。
このサンプル１について、ＥＰＭＡ（electron probe microanalyzer）により分析した。
図９は、サンプル１のＳＥ像（二次電子像）を示す。
図９は、サンプル１のＳＥ像（二次電子像）を示す。
図１０は、サンプル１におけるアルミニウムの分析結果を示す。アルミニウムは、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の両方に存在している。このため、導電体パターン８２とセラミックス基板８１との密着強度が向上していると考えられる。
図１１は、サンプル１におけるケイ素の分析結果を示す。ケイ素は、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の両方に存在している。特にセラミックス基板８１において、ケイ素は、導電体パターン８２とセラミックス基板８１との界面から２０μｍ以内の範囲にのみ存在し、それ以遠には存在していないことが確認された。図１０及び図１１に示すように、セラミックス基板８１において、アルミニウムとケイ素とが存在する領域は上述の複合酸化物層８３であり、ケイ素が存在しない領域は絶縁体層８４である。このように、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の境界近傍にアルミニウムとケイ素の複合酸化物層８３が形成されることで、ケイ素がセラミックス基板８１の全体に亘って拡散しないため、セラミックス基板８１の電気特性を劣化させることなく導電体パターン８２とセラミックス基板８１との密着強度が向上していると考えられる。
図１２は、サンプル１におけるタングステンの分析結果を示す。タングステンは、導電体パターン８２に局在し、セラミックス基板８１に拡散していない。導電体パターン８２の良好な焼結性及びセラミックス基板８１の良好な電気特性を得るために、タングステンは導電体パターン８２にのみ存在することが好ましい。
図１３は、サンプル１を分析したＸＲＤ（Ｘ線回折）チャートである。図１３の（ａ）は、サンプル１の導電体パターン８２を削り、セラミックス基板８１が露出した部分のＸＲＤチャートを示している。図１３において、（ｂ）はタングステン、（ｃ）は酸化アルミニウム、（ｄ）はシリマナイト、（ｅ）はムライトの各ＸＲＤチャートを示している。図１３の結果から、サンプル１のセラミックス基板８１は、ムライト、シリマナイト、又はムライトとシリマナイトとが混在する結晶相が形成されていることが確認された。なお、図示しないが、アルミニウムとケイ素の複合酸化物のうち、ムライト、シリマナイト以外の複合酸化物のＸＲＤチャートのピークは、図１３の（ａ）に示すサンプル１のＸＲＤチャートのピークと一致しないことが確認されている。
導電性ペーストに添加した酸化ケイ素のケイ素成分は、焼成後に導電体パターン８２に留まるものとセラミックス基板８１に拡散するものに分かれる。導電体パターン８２からセラミックス基板８１に拡散したケイ素成分は、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の境界近傍においてアルミニウムとケイ素の複合酸化物層を形成し、セラミック層の内部へは拡散していない。アルミニウムとケイ素の複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトと混在した層である。そして、ケイ素成分は、導電性ペーストに添加する酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の添加量に応じて、セラミックス基板８１に拡散する。したがって、ケイ素成分の拡散する範囲、つまり酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の添加量により複合酸化物層の厚さを制御できる。
（サンプル２）
焼結助剤を含む酸化アルミニウムのグリーンシートに対して、タングステンの粉末量に対して酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末を２．０ｗｔ％、シリカ粉末を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを印刷し、一体を同時に大気圧焼成してサンプル２を作成した。
焼結助剤を含む酸化アルミニウムのグリーンシートに対して、タングステンの粉末量に対して酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末を２．０ｗｔ％、シリカ粉末を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを印刷し、一体を同時に大気圧焼成してサンプル２を作成した。
このサンプル２について、ＥＰＭＡ（electron probe microanalyzer）により分析した。
図１４は、サンプル２のＳＥ像（二次電子像）を示す。
図１４は、サンプル２のＳＥ像（二次電子像）を示す。
図１５は、サンプル２におけるアルミニウムの分析結果を示す。アルミニウムは、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の両方に存在している。
図１６は、サンプル２におけるケイ素の分析結果を示す。ケイ素は、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の両方に存在している。サンプル２では、ケイ素成分がセラミックス基板８１において広く分散していることを確認した。
図１６は、サンプル２におけるケイ素の分析結果を示す。ケイ素は、導電体パターン８２とセラミックス基板８１の両方に存在している。サンプル２では、ケイ素成分がセラミックス基板８１において広く分散していることを確認した。
図１７は、サンプル２におけるタングステンの分析結果を示す。タングステンは、導電体パターン８２に局在し、セラミックス基板８１に拡散していない。
図１８は、サンプル２を分析したＸＲＤ（Ｘ線回折）チャートである。図１８の（ａ）は、サンプル２の導電体パターン８２を削り、セラミックス基板８１が露出した部分のＸＲＤチャートを示している。図１８において、（ｂ）はタングステン、（ｃ）は酸化アルミニウム、（ｄ）はマグネシウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｍｇ・Ａｌ２Ｏ４）の各ＸＲＤチャートを示している。図１８の結果から、サンプル２のセラミックス基板８１は、ムライト、シリマナイトの結晶相が形成されていないことが確認された。
図１８は、サンプル２を分析したＸＲＤ（Ｘ線回折）チャートである。図１８の（ａ）は、サンプル２の導電体パターン８２を削り、セラミックス基板８１が露出した部分のＸＲＤチャートを示している。図１８において、（ｂ）はタングステン、（ｃ）は酸化アルミニウム、（ｄ）はマグネシウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｍｇ・Ａｌ２Ｏ４）の各ＸＲＤチャートを示している。図１８の結果から、サンプル２のセラミックス基板８１は、ムライト、シリマナイトの結晶相が形成されていないことが確認された。
［試験結果］
図１９は、引張試験による密着強度の測定結果を示す。図１９において、バーＢ１は、上述したサンプル１、つまり酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末（酸化アルミニウム粉末）を２．０ｗｔ％、シリカ粉末（二酸化ケイ素粉末）を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを用いて形成した導電体パターンについて、剥離試験により密着強度を確認したときの試験力［Ｎ］の範囲を示す。バーＢ２は、タングステンよりなり、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加しない、つまり無添加の導電性材料を用いて形成した導電体パターン８２を含む比較例における試験力［Ｎ］の範囲を示す。酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加することにより、導電体パターンの密着強度を向上できる。さらに、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素の含有量を多くすることにより、導電体パターンの密着強度をより向上できる。
図１９は、引張試験による密着強度の測定結果を示す。図１９において、バーＢ１は、上述したサンプル１、つまり酸化ニッケル粉末を０．５ｗｔ％、アルミナ粉末（酸化アルミニウム粉末）を２．０ｗｔ％、シリカ粉末（二酸化ケイ素粉末）を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを用いて形成した導電体パターンについて、剥離試験により密着強度を確認したときの試験力［Ｎ］の範囲を示す。バーＢ２は、タングステンよりなり、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加しない、つまり無添加の導電性材料を用いて形成した導電体パターン８２を含む比較例における試験力［Ｎ］の範囲を示す。酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加することにより、導電体パターンの密着強度を向上できる。さらに、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素の含有量を多くすることにより、導電体パターンの密着強度をより向上できる。
［温度と抵抗値の特性］
図２０において、実線は、焼結助剤を含まない酸化アルミニウムのグリーンシートを焼成したセラミックス（以下、無添加セラミックス）の温度と抵抗値の関係を示し、一点鎖線は、焼結助剤を含む組成のグリーンシートを焼成したセラミックス（以下、添加セラミックス）の温度と抵抗値の関係を示す。無添加セラミックスでは、温度に対する抵抗値の変化が少なく、添加セラミックスでは、無添加セラミックスと比較し、温度に対する抵抗の変化が大きい。つまり、無添加セラミックスは、絶縁抵抗の温度依存性が低い。静電チャック用のセラミックスに求められる特性としては、使用環境の温度が上昇しても、絶縁抵抗の低下が少ないことが求められる。このような特性の無添加セラミックスは、静電電極３１を含む基板本体２１として有効である。
図２０において、実線は、焼結助剤を含まない酸化アルミニウムのグリーンシートを焼成したセラミックス（以下、無添加セラミックス）の温度と抵抗値の関係を示し、一点鎖線は、焼結助剤を含む組成のグリーンシートを焼成したセラミックス（以下、添加セラミックス）の温度と抵抗値の関係を示す。無添加セラミックスでは、温度に対する抵抗値の変化が少なく、添加セラミックスでは、無添加セラミックスと比較し、温度に対する抵抗の変化が大きい。つまり、無添加セラミックスは、絶縁抵抗の温度依存性が低い。静電チャック用のセラミックスに求められる特性としては、使用環境の温度が上昇しても、絶縁抵抗の低下が少ないことが求められる。このような特性の無添加セラミックスは、静電電極３１を含む基板本体２１として有効である。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１－１）静電チャック１の載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内接された静電電極３１を含む。基板本体２１は、酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層２２と、絶縁体層２２と静電電極３１との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層２３とを備えている。複合酸化物層２３により、ケイ素成分がセラミックスからなる絶縁体層２２に拡散しないため、基板本体２１のセラミックスの特性を低下させることなく、静電電極３１を含む載置台２０を得ることができる。
（１－１）静電チャック１の載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内接された静電電極３１を含む。基板本体２１は、酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層２２と、絶縁体層２２と静電電極３１との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層２３とを備えている。複合酸化物層２３により、ケイ素成分がセラミックスからなる絶縁体層２２に拡散しないため、基板本体２１のセラミックスの特性を低下させることなく、静電電極３１を含む載置台２０を得ることができる。
（１－２）載置台は、基板本体２１に内接された発熱体３２を含む。基板本体２１は、絶縁体層２２と発熱体３２との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層２４とを備えている。複合酸化物層２４により、ケイ素成分がセラミックスからなる絶縁体層２２に拡散しないため、基板本体２１のセラミックスの特性を低下させることなく、発熱体３２を含む載置台２０を得ることができる。
（１－３）静電電極３１は、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む焼成体である。このような構成の静電電極３１とすることにより、基板本体２１のセラミックスの特性を低下させることなく、静電電極３１を含む載置台２０を得ることができる。
（１－４）発熱体３２は、タングステン（Ｗ）を主成分とし、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む焼成体である。このような構成の発熱体３２とすることにより、基板本体２１のセラミックスの特性を低下させることなく、発熱体３２を含む載置台２０を得ることができる。
（１－５）酸化ニッケルにより、タングステンの焼結性が向上する。酸化アルミニウムと二酸化ケイ素により、セラミックスとタングステンとの密着性が向上する。従って、焼結助剤を用いる必要がないため、セラミックスの特性を低下させることなく、静電電極３１を含む載置台２０を得ることができる。
（１－６）基板本体２１のセラミックスは、酸化アルミニウムの純度が９９．５％以上である。このような基板本体２１は、絶縁抵抗の温度依存性が少なく、温度上昇に対する絶縁抵抗の低下を抑制できる。
（１－７）基板本体２１のセラミックスは、相対密度が９８％以上である。このような基板本体２１は、表面及び内部の気孔が少ない。気孔は、基板本体２１の吸着に影響する。従って、高い相対密度の基板本体２１は、静電チャック１として特性上好ましいものとなる。
（第二実施形態）
以下、図２１、図２２に従って第二実施形態を説明する。
図２１は、第二実施形態の半導体装置用パッケージの概略断面、図２２は、半導体用パッケージの概略平面を示す。
以下、図２１、図２２に従って第二実施形態を説明する。
図２１は、第二実施形態の半導体装置用パッケージの概略断面、図２２は、半導体用パッケージの概略平面を示す。
図２１に示すように、半導体装置用パッケージ１００は、セラミックス基板１１０と、放熱板１５０と、外部接続端子１６０とを有し、放熱板１５０はセラミックス基板１１０にろう付けされている。
セラミックス基板１１０は、積層された複数（本実施形態では４つ）のセラミックス基材１１１，１１２，１１３，１１４と、タングステンからなる配線パターン１２１，１２２，１２３、１２４と、セラミックス基材１１２，１１３，１１４を貫通するビア１３２，１３３，１３４を有している。ビア１３２は、配線パターン１２１，１２２を互いに接続し、ビア１３３は、配線パターン１２２，１２３を互いに接続し、ビア１３４は配線パターン１２３，１２４を互いに接続する。このセラミックス基板１１０は、セラミックス基材１１１～１１４から構成される基板本体と、タングステンからなる配線パターン１２１～１２４とを有している。
図２１及び図２２に示すように、セラミックス基板１１０には、セラミックス基材１１２，１１３，１１４の中央部を貫通して半導体素子２００を搭載するキャビティ１７０が設けられている。配線パターン１２１は、キャビティ１７０を囲むように、セラミックス基材１１２の上面に配設されている。セラミックス基材１１１には、配線パターン１２１を露出する開口部１１１Ｘが形成されている。
セラミックス基材１１１～１１４は、酸化アルミニウムからなるセラミックスであり、配線パターン１２１～１２４及びビア１３２～１３４は、タングステンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を含む焼成体である。そして、このセラミックス基板１１０は、第一実施形態の載置台２０と同様の製造方法により製造することができる。
半導体装置用パッケージ１００において、半導体素子２００は放熱板１５０に搭載される。半導体素子２００のパッドは、ボンディングワイヤ等によってセラミックス基板１１０の配線パターン１２１と電気的に接続される。これにより、半導体素子２００は、配線パターン１２１～１２４とビア１３２～１３４とを介して外部接続端子１６０に接続される。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（２－１）このような半導体装置用パッケージ１００では、第一実施形態と同様に、基板本体となるセラミックス基材１１１～１１４の特性を低下させることなく、配線パターン１２１～１２４を含むセラミックス基板１１０を得ることができる。
（２－１）このような半導体装置用パッケージ１００では、第一実施形態と同様に、基板本体となるセラミックス基材１１１～１１４の特性を低下させることなく、配線パターン１２１～１２４を含むセラミックス基板１１０を得ることができる。
（２－２）このセラミックス基板１１０において、セラミックス基材１１１～１１４と配線パターン１２１～１２４との密着性を向上できる。
（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記第一実施形態に対し、静電チャックに含まれる部材や配置を適宜変更してもよい。
・上記第一実施形態に対し、静電電極３１のみを含む載置台とし、発熱体３２を載置台とベースプレート１０との間に配設してもよい。また、発熱体３２は、ベースプレート１０に内設されてもよい。また、発熱体３２は、静電チャックの下に外付けされてもよい。
・上記第一実施形態に対し、静電電極３１のみを含む載置台とし、発熱体３２を載置台とベースプレート１０との間に配設してもよい。また、発熱体３２は、ベースプレート１０に内設されてもよい。また、発熱体３２は、静電チャックの下に外付けされてもよい。
・上記第一実施形態及び変更例の静電チャックは、半導体製造装置、たとえばドライエッチング装置（たとえば平行平板型の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）装置）に適用される。
１ 静電チャック
１０ ベースプレート
１１ 取付孔
１２ リフトピン用開口部
２０ 載置台
２１ 基板本体
２２ 絶縁体層
２２ａ～２２ｃ 絶縁層
２２ｄ セラミックス部
２３，２４ 複合酸化物層
３１ 静電電極（導電体層）
３１ａ 第１静電電極
３１ｂ 第２静電電極
３２ 発熱体
５１～５３ グリーンシート
５４，５５ 導電体パターン
７１，７２ 構造体
７３ セラミックス基板
８０ サンプル
８１ セラミックス基板
８２ 導電体パターン
８３ 複合酸化物層
８４ 絶縁体層
９０ リング
１００ 半導体装置用パッケージ
１１０ セラミックス基板
１１１～１１４ セラミックス基材
１１１Ｘ 開口部
１２１～１２４ 配線パターン（導電体層）
１３２～１３４ ビア
１５０ 放熱板
１６０ 外部接続端子
１７０ キャビティ
２００ 半導体素子
Ｂ１，Ｂ２ バー
Ｗ 基板
Ｗａ，Ｗｂ 部分
１０ ベースプレート
１１ 取付孔
１２ リフトピン用開口部
２０ 載置台
２１ 基板本体
２２ 絶縁体層
２２ａ～２２ｃ 絶縁層
２２ｄ セラミックス部
２３，２４ 複合酸化物層
３１ 静電電極（導電体層）
３１ａ 第１静電電極
３１ｂ 第２静電電極
３２ 発熱体
５１～５３ グリーンシート
５４，５５ 導電体パターン
７１，７２ 構造体
７３ セラミックス基板
８０ サンプル
８１ セラミックス基板
８２ 導電体パターン
８３ 複合酸化物層
８４ 絶縁体層
９０ リング
１００ 半導体装置用パッケージ
１１０ セラミックス基板
１１１～１１４ セラミックス基材
１１１Ｘ 開口部
１２１～１２４ 配線パターン（導電体層）
１３２～１３４ ビア
１５０ 放熱板
１６０ 外部接続端子
１７０ キャビティ
２００ 半導体素子
Ｂ１，Ｂ２ バー
Ｗ 基板
Ｗａ，Ｗｂ 部分
Claims (19)
- 基板本体と、
前記基板本体に内接された導電体層と、
を有し、
前記基板本体は、
酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、
前記絶縁体層と前記導電体層との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、
を備え、
前記複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトが混在する層である、セラミックス基板。 - ケイ素は、前記複合酸化物層に局在している、請求項１に記載のセラミックス基板。
- 前記セラミックス基板は、半導体装置用パッケージに用いられる、請求項１又は請求項２に記載のセラミックス基板。
- 基板本体と、
前記基板本体に内接された静電電極と、
を有し、
前記基板本体は、
酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、
前記絶縁体層と前記静電電極との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、
を備え、
前記複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトが混在する層である、静電チャック。 - ケイ素は、前記複合酸化物層に局在している、請求項４に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層は、前記酸化アルミニウムの純度が９９．５％以上である、請求項４又は請求項５に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層は、相対密度が９８％以上である、請求項４から請求項６の何れか一項に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層は、前記酸化アルミニウムの平均粒子径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下である、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記絶縁体層と前記静電電極は同時焼成によってなる焼成体である、請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電電極は、タングステンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を含む焼成体である、請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電電極は、タングステンの平均粒子径が０．５μｍ以上３．０μｍ以下である導電性ペーストを焼成した焼成体であり、タングステン成分は前記静電電極に局在する、請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電電極は、酸化ニッケルの平均粒子径が５．０μｍ以上１５．０μｍ以下である導電性ペーストを焼成した焼成体であり、ニッケルは、前記静電電極に局在する、請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電電極は、酸化アルミニウムの平均粒子径が０．１μｍ以上４．０μｍ以下である導電性ペーストを焼成した焼成体であり、アルミニウムは、前記絶縁体層と前記静電電極と前記複合酸化物層とに存在する、請求項４から請求項１２のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記静電電極は、二酸化ケイ素の平均粒子径が０．１μｍ以上１２．０μｍ以下である導電性ペーストを焼成した焼成体であり、ケイ素は、前記静電電極と前記複合酸化物層とに局在する、請求項４から請求項１３のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 前記複合酸化物層は、前記静電電極を形成する導電性ペーストに添加された酸化アルミニウムと二酸化ケイ素との添加量に応じた厚さである、請求項４から請求項１４のいずれか一項に記載の静電チャック。
- 基板本体と、前記基板本体に内接された静電電極とを有する静電チャックの製造方法であって、
焼結助剤を含まない酸化アルミニウムと、有機材料の混合物からなるグリーンシートの上面に、タングステンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を添加した導電性ペーストにより導電体パターンを形成する工程と、
前記グリーンシート及び前記導電体パターンを焼成し、前記基板本体と前記静電電極を形成する工程と、
を有し、
前記基板本体は、
酸化アルミニウムからなるセラミックスである絶縁体層と、
前記絶縁体層と前記静電電極との間に形成されたアルミニウムとケイ素の複合酸化物層と、
を備えた静電チャックの製造方法。 - 前記複合酸化物層は、ムライトからなる層、シリマナイトからなる層、又はムライトとシリマナイトが混在する層である、
請求項１６に記載の静電チャックの製造方法。 - 前記グリーンシート及び前記導電体パターンを焼成する工程において、前記グリーンシート及び前記導電体パターンを大気圧焼成する、請求項１６又は請求項１７に記載の静電チャックの製造方法。
- 前記複合酸化物層は、前記導電性ペーストに添加される酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の添加量に応じた範囲に形成される、請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の静電チャックの製造方法。
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