JP7449768B2 - セラミックス基板及びその製造方法、静電チャック、基板固定装置、半導体装置用パッケージ - Google Patents

セラミックス基板及びその製造方法、静電チャック、基板固定装置、半導体装置用パッケージ Download PDF

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Description

本発明は、セラミックス基板及びその製造方法、静電チャック、基板固定装置、半導体装置用パッケージに関する。
従来、半導体装置を製造する際に使用される成膜装置やプラズマエッチング装置は、ウェハを真空の処理室内に精度良く保持するためのステージを有する。このようなステージとして、例えば、ベースプレートに搭載された静電チャックによりウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている。
静電チャックは、基体、基体に内蔵された静電電極、静電電極と電気的に接続されるビア等を有するセラミックス基板からなる。静電電極やビアは、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン－マンガン（Ｍｏ－Ｍｎ）合金等の融点の高い金属粉末や樹脂バインダー等を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法等によってセラミックスグリーンシートに形成し、焼成することで作製される（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－２２８７２７号公報
しかしながら、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、静電チャック等のセラミックス基板において、基体を構成するセラミックスとビアとの接合強度が得られない場合がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、基体を構成するセラミックスとビアとの接合強度を向上したセラミックス基板を提供することを課題とする。
本セラミックス基板は、基体と、前記基体に内蔵された導電体パターンと、前記基体に内蔵されて前記導電体パターンと電気的に接続されたビアと、を有し、前記基体は、酸化アルミニウムからなるセラミックスであり、前記ビアは、モリブデンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素を含む焼成体であり、前記モリブデンの成分及び前記酸化ニッケルの成分は前記基体内には存在せずに前記ビア内のみに存在し、前記酸化アルミニウムの成分及び前記二酸化ケイ素の成分は前記基体内と前記ビア内の両方に存在し、前記基体内において、前記二酸化ケイ素の成分は前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内のみに存在し、前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内に、アルミニウムと二酸化ケイ素の複合酸化物層が形成されている。
開示の技術によれば、基体を構成するセラミックスとビアとの接合強度を向上したセラミックス基板を提供できる。
第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。 第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する平面図である。 第１実施形態に係る静電チャックの製造工程について例示する斜視図（その１）である。 第１実施形態に係る静電チャックの製造工程について例示する斜視図（その２）である。 実施例について説明する断面図である。 比較例１及び実施例１のＳＥＭ像である。 比較例１の断面のＥＰＭＡ分析結果である。 実施例１の断面のＥＰＭＡ分析結果である。 実施例２及び比較例２のセラミックスが露出した部分のＸＲＤ分析結果である。 第２実施形態に係る半導体装置用パッケージを例示する断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置用パッケージを例示する平面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１実施形態〉
［基板固定装置の構造］
図１は、第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照すると、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、静電チャック２０とを有している。基板固定装置１は、静電チャック２０により吸着対象物である基板Ｗ（例えば、半導体ウェハ等）を吸着保持する装置である。
ベースプレート１０は、静電チャック２０を搭載するための部材である。ベースプレート１０の厚さは、例えば、２０～４０ｍｍ程度である。ベースプレート１０は、例えば、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から形成され、プラズマを制御するための電極等として利用できる。例えば、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好である等の点から、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）を施したものが好適に使用できる。
例えば、ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等を静電チャック２０上に吸着された基板Ｗに衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。
ベースプレート１０の内部に、静電チャック２０上に吸着された基板Ｗを冷却する不活性ガスを導入するガス供給路が設けられてもよい。基板固定装置１の外部からガス供給路に、例えば、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスが導入され、静電チャック２０上に吸着された基板Ｗの裏面に不活性ガスが供給されると、基板Ｗを冷却できる。
ベースプレート１０の内部に、冷媒流路が設けられてもよい。冷媒流路は、例えば、ベースプレート１０の内部に環状に形成された孔である。基板固定装置１の外部から冷媒流路に、例えば、冷却水やガルデン等の冷媒が導入される。冷媒流路に冷媒を循環させベースプレート１０を冷却することで、静電チャック２０上に吸着された基板Ｗを冷却できる。
静電チャック２０は、吸着対象物である基板Ｗを吸着保持する部分である。静電チャック２０の平面形状は、基板Ｗの形状に応じて形成されるが、例えば、円形である。静電チャック２０の吸着対象物であるウェハの直径は、例えば、８、１２、又は１８インチである。
なお、平面視とは対象物をベースプレート１０の上面１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物をベースプレート１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
静電チャック２０は、接着層を介して、ベースプレート１０の上面１０ａに設けられている。接着層は、例えば、シリコーン系接着剤である。接着層の厚さは、例えば、０．１～２．０ｍｍ程度である。接着層は、ベースプレート１０と静電チャック２０を接着すると共に、セラミックス製の静電チャック２０とアルミニウム製のベースプレート１０との熱膨張率の差から生じるストレスを低減させる効果を有する。なお、ベースプレート１０に対して静電チャック２０をネジにより固定してもよい。
静電チャック２０は、主要な構成要素として、基体２１と、静電電極２２と、ビア２３ａ及び２３ｂと、発熱体２４とを有するセラミックス基板である。基体２１の上面は、吸着対象物が載置される載置面２１ａである。静電チャック２０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック２０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。
基体２１は誘電体であり、具体的には、基体２１は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなるセラミックスである。ここで、「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。基体２１の厚さは、例えば、５～１０ｍｍ程度、基体２１の比誘電率（１ｋＨｚ）は、例えば、９～１０程度である。
基体２１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。又、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。基体２１は、酸化アルミニウムに対する相対密度が９７％以上であることが好ましい。基体２１は、酸化アルミニウムの平均粒径が１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
静電電極２２は、例えば導電体パターンにより形成された薄膜電極であり、基体２１に内蔵されている。本実施形態では、静電電極２２は双極タイプであり、第１静電電極２２ａと第２静電電極２２ｂを有している。なお、静電電極２２として、１つの静電電極からなる単極タイプが使用されてもよい。
第１静電電極２２ａは、ビア２３ａと電気的に接続され、ビア２３ａを介して、基板固定装置１の外部に設けられた電源４０ａの正極側に接続されている。又、第２静電電極２２ｂは、ビア２３ｂと電気的に接続され、ビア２３ｂを介して、基板固定装置１の外部に設けられた電源４０ｂの負極側に接続されている。電源４０ａの負極側と電源４０ｂの正極側が基板固定装置１の外部で接続されており、接続点が接地電位となる。
ビア２３ａ及び２３ｂは、モリブデンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素を含む焼成体である。ビア２３ａ及び２３ｂを前記の成分とすることで、基体２１が焼結助剤を添加することなく形成された酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなるセラミックスを用いる場合でも、基体２１を構成するセラミックスとビア２３ａ及び２３ｂとの接合強度を向上できる。
又、静電電極２２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を使用することが好ましい。この場合、ビア２３ａ及び２３ｂを前記の成分とした場合に、静電電極２２とビア２３ａ及び２３ｂとの密着性を向上できる。
ビア２３ａ及び２３ｂは、モリブデンに対して酸化ニッケルの添加量が０．２～１．０ｗｔ％である導電性ペーストの焼成体であることが好ましい。又、ビア２３ａ及び２３ｂは、モリブデンに対して酸化アルミニウムの添加量が２．０～２０．０ｗｔ％、二酸化ケイ素の添加量が０．２～３．０ｗｔ％である導電性ペーストの焼成体であることが好ましい。又、ビア２３ａ及び２３ｂに含まれるモリブデンの平均粒径が０．５μｍ～３．０μｍ、酸化ニッケルの平均粒径が５．０μｍ～１５．０μｍ、酸化アルミニウムの平均粒径が０．１μｍ～４．０μｍ、二酸化ケイ素の平均粒径が０．１μｍ～１２．０μｍであることが好ましい。平均粒径は、例えば、レーザー回折・散乱光の装置を用いて測定できる。
なお、ビア２３ａの第１静電電極２２ａとは反対側、及びビア２３ｂの第２静電電極２２ｂとは反対側に各々パッドを設け、各々のパッドを電源４０ａ及び４０ｂと接続してもよい。
第１静電電極２２ａにビア２３ａを介して電源４０ａからプラス（＋）の電圧が印加され、第２静電電極２２ｂにビア２３ｂを介して電源４０ｂからマイナス（－）の電圧が印加される。これにより、第１静電電極２２ａにプラス（＋）電荷が帯電し、第２静電電極２２ｂにマイナス（－）電荷が帯電する。これに伴って、第１静電電極２２ａ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２２ｂ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２２とその間に配置される静電チャック２０（基体２１）のセラミックス部２５とをコンデンサとみなした場合、セラミックス部２５が誘電層に相当する。そして、セラミックス部２５を介して静電電極２２と基板Ｗとの間に発生したクーロン力によって基板Ｗが静電チャック２０の上に静電吸着される。吸着保持力は、静電電極２２に印加される電圧が高いほど強くなる。
発熱体２４は、基体２１に内蔵されており、電流が流れると発熱して基体２１の載置面２１ａが所定の温度となるように加熱するヒータである。発熱体２４は、第１静電電極２２ａ及び第２静電電極２２ｂの下側（ベースプレート１０側）に配置されている。発熱体２４は、膜状に形成された導電体である。発熱体２４は、基体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２４が１つのヒータ電極として設けられてもよい。発熱体２４の材料としては、例えば、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が挙げられる。
基板固定装置１の外部に設けられた電源から発熱体２４に電流が供給されると、発熱体２４が発熱して静電チャック２０が加熱される。静電チャック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２０の加熱温度は、５０℃～２００℃の範囲内で、例えば１５０℃に設定される。
図２は、第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する平面図である。図２を参照すると、基板固定装置１では、円盤状のベースプレート１０の上に静電チャック２０が配置され、静電チャック２０の周囲においてベースプレート１０の周縁部が露出している。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。
又、静電チャック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、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Ｗを載置面２１ａ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。
［静電チャックの製造方法］
次に、静電チャック２０の製造方法について説明する。図３及び図４は、第１実施形態に係る静電チャックの製造工程について例示する斜視図である。
まず、図３（ａ）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を準備する。グリーンシート５１は、例えば、矩形板状に形成されている。グリーンシート５１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基体２１となるものである。
次に、図３（ｂ）に示すように、グリーンシート５１と同様の材料及び同様の形状からなるグリーンシート５２を準備し、グリーンシート５２を貫通するビア導体５４を形成する。グリーンシート５２は、焼成されることにより、図１に示す静電電極２２並びにビア２３ａ及び２３ｂを形成するためのものであり、静電電極２２と発熱体２４の間の部分の基体２１となるものである。
又、ビア導体５４は、後述する工程において焼成されることにより、図１に示すビア２３ａ及び２３ｂの一部となるものである。ビア導体５４を形成するには、グリーンシート５２の所定位置に貫通孔を形成し、例えば印刷法（スクリーン印刷）により、導電性ペーストを貫通孔に充填する。
ビア導体５４の形成に用いられる導電性ペーストは、モリブデンを主成分とし、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、モリブデンに対して、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、モリブデ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、モリブデンの結晶が大きくなりすぎ、基体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、モリブデンの平均粒径は、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、モリブデンに対して、２．０ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下であることが好ましい。さらに、焼成によるビアの収縮率及び抵抗率の観点から、７．０ｗｔ％以上１５．０ｗｔ％以下であることがより好ましい。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、酸化アルミニウムの平均粒径は、０．１μｍ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、モリブデンに対して、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、モリブデンの焼結性、及び基体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。又、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。
次に、図３（ｃ）に示すように、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）により導電性ペーストを印刷して導電体パターン５５を形成する。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、図１に示す静電電極２２となるものである。
導電体パターン５５の形成に用いられる導電性ペーストは、例えば、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２２と酸化アルミニウムからなるセラミックスの基体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。又、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。又、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、１．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましい。
次に、図３（ｄ）に示すように、グリーンシート５１と同様の材料及び同様の形状からなるグリーンシート５３を準備し、グリーンシート５３を貫通するビア導体５６を形成する。グリーンシート５３は、焼成されることにより、図１に示す発熱体２４を形成するためのものであり、ベースプレート１０に接着される部分の基体２１となるものである。
又、ビア導体５６は、後述する工程において焼成されることにより、図１に示すビア２３ａ及び２３ｂの残部となるものである。ビア導体５６は、例えば、ビア導体５４と同様の方法により形成できる。なお、ビア導体５４とビア導体５６は、グリーンシート５２とグリーンシート５３を積層したときに、電気的に接続される位置に形成される。
次に、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、導電性ペーストを印刷して導電体パターン５７を形成する。導電体パターン５７を形成する導電性ペーストは、上述の導電体パターン５５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。導電体パターン５７は、後述する工程において焼成されることにより、発熱体２４となるものである。なお、導電体パターン５７は、上述のグリーンシート５２の下面に形成されてもよい。
次に、図４（ａ）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７１ａ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。次に、図４（ｂ）に示すように、構造体７１ａの周囲を切断して円盤状の構造体７１ｂが形成される。
次に、図４（ｂ）に示す構造体７１ｂを焼成して、図４（ｃ）に示すセラミックス基板７２ａが得られる。焼成する際の温度は、例えば、１６００℃である。例えば、ビア２３ａ及び２３ｂとなるビア導体５４及び５６をモリブデンのみから構成すると、加圧下で焼成しないとセラミックスとの密着性が十分に得られない。一方、ビア２３ａ及び２３ｂとなるビア導体５４及び５６をモリブデンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素を含む構成とすることで、大気圧下で焼成してもセラミックスとの密着性が十分に得られる。大気圧下で焼成することで、加圧下での焼成に比べてランニングコストを低減できる。
この工程では、導電体パターン５５を焼結することで静電電極２２が得られ、ビア導体５４及び５６を焼結することでビア２３ａ及び２３ｂが得られ、導電体パターン５７を焼結することで発熱体２４が得られる。静電電極２２とビア２３ａ及び２３ｂとは電気的に接続される。つまり、図４（ｃ）に示すセラミックス基板７２ａは、静電電極２２、ビア２３ａ及び２３ｂ、並びに発熱体２４を内蔵する。
次に、セラミックス基板７２ａに対して各種の加工が施され、静電チャック２０が完成する。例えば、セラミックス基板７２ａの上下両面が研磨されて載置面と接着面とが形成される。又、セラミックス基板７２ａに、図１に示すリフトピン用開口部１２が形成される。
以下、実施例及び比較例を挙げて基板固定装置等について更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
［実施例１、比較例１］
まず、図５（ａ）に示すように、セラミックス材料が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３００を２枚準備した。そして、各々のグリーンシート３００の所定位置に貫通孔３０１を形成し、印刷法（スクリーン印刷）により、モリブデン粉末量に対してアルミナ粉末を１１．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを貫通孔３０１に充填し、ビア３０２を形成した。次に、各々のグリーンシート３００の両面に、印刷法（スクリーン印刷）により導電性ペーストを塗布し、ビア３０２と電気的に接続するパッド３０３及び３０４を形成した。
次に、図５（ｂ）に示すように、各々のグリーンシート３００をパッド同士が導通するように積層し、グリーンシート３００、ビア３０２、並びにパッド３０３及び３０４を大気圧下で同時に焼成した。次に、図５（ｃ）に示すように、グリーンシート３００の積層体の上面及び下面に形成されたパッドを研磨して除去し、比較例１に係るサンプル３００Ａを作製した。
次に、モリブデン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１１．０ｗｔ％、シリカ粉末を２．０ｗｔ％添加した導電性ペーストを充填した以外は図５（ａ）～図５（ｃ）と同様の方法により、実施例１に係るサンプル３００Ｂを作製した。
図６（ａ）はサンプル３００ＡのＳＥＭ像、図６（ｂ）はサンプル３００ＢのＳＥＭ像である。サンプル３００Ａにおいては、ビア３０２内の導電体の上部（破線で囲んだＡ部内）が欠けていることから、モリブデンの焼結が不十分であり、ビア３０２内の導電体とセラミックスとの密着性が低いため研磨時に欠けが生じたと推測できる。これに対して、サンプル３００Ｂにおいては、ビア３０２内の導電体の欠け等は発生していないことから、モリブデンの焼結が十分であり、ビア３０２内の導電体とセラミックスとの密着性が高いことが推測できる。
図７は、サンプル３００Ａの断面のＥＰＭＡ分析結果である。図８は、サンプル３００Ｂの断面のＥＰＭＡ分析結果である。図７より、サンプル３００Ａにおいては、導電性ペーストにシリカが含まれていないため、当然にＳｉ成分は存在しない。一方、図８より、サンプル３００Ｂにおいては、Ｓｉ成分がビア３０２内の導電体とセラミックス（焼成後のグリーンシート３００）の両者に存在し、特にセラミックスにおいては境界近傍（境界Ｂを含んでセラミックス側に２０μｍ以内の範囲）にのみ存在することを確認した。
このように、Ｓｉ成分は境界Ｂを含んでセラミックス側に２０μｍ以内の範囲にのみ存在し、それ以遠に拡散しないため、セラミックスの特性を劣化させるおそれを低減できる。
［実施例２、比較例２］
セラミックス材料が酸化アルミニウムからなり、焼結助剤を含まない、グリーンシートを準備した。そして、このグリーンシートの表面に、モリブデン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用いてパッドを形成した。そして、大気圧下で同時に焼成後、研磨でパッドを除去してセラミックスを露出させ、実施例２に係るサンプル３００Ｃを作製した。
又、セラミックス材料が酸化アルミニウムからなり、焼結助剤を含む、グリーンシートを準備した。そして、このグリーンシートの表面に、モリブデン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用いてパッドを形成した。そして、大気圧下で同時に焼成後、研磨でパッドを除去してセラミックスを露出させ、比較例２に係るサンプル３００Ｄを作製した。
図９（ａ）は、サンプル３００Ｃにおいて、研磨でセラミックスが露出した部分のＸＲＤ分析結果である。図９（ａ）より、実施例２に係るサンプル３００Ｃのセラミックスが露出した部分に、ムライト、シリマナイト、又はその両者が混在する結晶相が形成されていることを確認した。
導電性ペーストに添加したシリカのＳｉ成分は、焼成後に導電体に留まるものとセラミックス側に拡散するものに分かれる。導電体からセラミックス側に拡散したＳｉ成分は、導電体とセラミックスとの境界近傍のＡｌとＳｉの複合酸化物層の形成に消費されるため、セラミックスの内部へは拡散していかない。導電体とセラミックスとの境界近傍に形成されるＡｌとＳｉの複合酸化物層は、導電体とセラミックスとの密着性の向上に大きく寄与していると考えられる。
又、ムライトの化学式は３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）、シリマナイトの化学式はＡｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２（Ａｌ２ＳｉＯ５）であり、上記ＡｌとＳｉの複合酸化物層の範囲は、導電性ペーストに添加するアルミナとシリカの添加量によって、ある程度のコントロールが可能である。
図９（ｂ）は、サンプル３００Ｄにおいて、研磨でセラミックスが露出した部分のＸＲＤ分析結果である。図９（ｂ）より、比較例２に係るサンプル３００Ｄでは、ムライト及びシリマナイトの結晶相が形成されていないことを確認した。
このように、基板固定装置１の静電チャック２０において、基体２１は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなるセラミックスである。又、ビア２３ａ及び２３ｂは、モリブデン（Ｍｏ）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。
ビア２３ａ及び２３ｂとなる導電性ペーストに酸化ニッケルを添加することにより、ビア２３ａ及び２３ｂを構成する導電体におけるモリブデンの焼結性が向上する。又、ビア２３ａ及び２３ｂとなる導電性ペーストに酸化アルミニウムと二酸化ケイ素を添加することにより、基体２１を構成するセラミックスとモリブデ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、基体２１を構成するセラミックスの特性を劣化させるおそれを低減できる。
又、モリブデンの成分及び酸化ニッケルの成分は基体２１を構成するセラミックス内には存在せずにビア内のみに存在し、酸化アルミニウムの成分及び二酸化ケイ素の成分は基体２１を構成するセラミックス内とビア内の両方に存在する。具体的には、基体２１を構成するセラミックス内において、二酸化ケイ素の成分は基体２１を構成するセラミックスとビアとの境界から２０μｍの範囲内のみに存在し、その範囲内にアルミニウムと二酸化ケイ素の複合酸化物層（ムライト層、シリマイト層、又はムライト層とシリマイト層とが混在した層）が形成される。そのため、Ｓｉ成分が複合酸化物層より以遠に拡散しないため、基体２１を構成するセラミックスの特性を劣化させるおそれを低減できる。なお、複合酸化物層の範囲は、導電性ペーストに添加するアルミナとシリカの添加量によって可変可能である。
更に、静電電極２２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とが好ましい。
静電電極２２となる導電性ペーストに酸化ニッケルを添加することにより、静電電極２２を構成する導電体におけるタングステンの焼結性が向上する。又、静電電極２２となる導電性ペーストに酸化アルミニウムと二酸化ケイ素を添加することにより、基体２１を構成する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、基体２１を構成するセラミックスの特性を劣化させるおそれを低減できる。
又、基体２１を構成するセラミックスは、酸化アルミニウムの純度が９９．５％以上であることが好ましい。これにより、基体２１において、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。
又、基体２１を構成するセラミックスは、酸化アルミニウムに対する相対密度が９７％以上であることが好ましい。このような基体２１は、表面及び内部の気孔が少ない。気孔は、基体２１の吸着に影響する。従って、高い相対密度の基体２１は、基板固定装置１として特性上好ましいものとなる。
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、第１実施形態で説明したセラミックス基板を有する半導体装置用パッケージの例を示す。図１０は、第２実施形態に係る半導体装置用パッケージを例示する断面図である。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置用パッケージを例示する平面図である。
図１０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、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とを有している。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。セラミックス基板１１０において、セラミックス基材１１１～１１４は基体を構成している。
図１０及び図１１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。又、ビア１３２～１３４は、モリブデンを主成分とし、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、セラミックス基板１１０は、第１実施形態の静電チャック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。
このような半導体装置用パッケージ１００では、第１実施形態と同様に、基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及びビア１３２～１３４を含むセラミックス基板１１０を得ることができる。そして、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、セラミックス基材１１１～１１４とビア１３２～１３４、及び配線パターン１２１～１２４とビア１３２～１３４との密着性を向上できる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、第１実施形態において、基板固定装置に含まれる部材や配置を適宜変更してもよい。
又、第１実施形態において、発熱体２４は、静電チャック２０とベースプレート１０との間に配設されてもよい。又、発熱体２４は、ベースプレート１０に内設されてもよい。又、発熱体２４は、静電チャックの下に外付けされてもよい。
又、第１実施形態に係る基板固定装置は、半導体製造装置、例えばドライエッチング装置（例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。
又、第１実施形態に係る基板固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウエハ等）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示できる。
１ 基板固定装置
１０ ベースプレート
１１ 取付孔
１２ リフトピン用開口部
２０ 静電チャック
２１ 基体
２２ 静電電極
２２ａ 第１静電電極
２２ｂ 第２静電電極
２３ａ、２３ｂ ビア
２４ 発熱体
２５ セラミックス部
４０ａ、４０ｂ 電源
５１、５２、５３ グリーンシート
５４、５６ ビア導体
５５、５７ 導電体パターン
７１ａ、７１ｂ 構造体
７２ａ セラミックス基板
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
１２１～１２４ 配線パターン
１３２～１３４ ビア

Claims (13)

  1. 基体と、
    前記基体に内蔵された導電体パターンと、
    前記基体に内蔵されて前記導電体パターンと電気的に接続されたビアと、を有し、
    前記基体は、酸化アルミニウムからなるセラミックスであり、
    前記ビアは、モリブデンを主成分とし、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素を含む焼成体であり、
    前記モリブデンの成分及び前記酸化ニッケルの成分は前記基体内には存在せずに前記ビア内のみに存在し、前記酸化アルミニウムの成分及び前記二酸化ケイ素の成分は前記基体内と前記ビア内の両方に存在し、
    前記基体内において、前記二酸化ケイ素の成分は前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内のみに存在し、
    前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内に、アルミニウムと二酸化ケイ素の複合酸化物層が形成されているセラミックス基板。
  2. 前記ビアは、前記モリブデンに対して酸化ニッケルの添加量が０．２～１．０ｗｔ％である導電性ペーストの焼成体である請求項１に記載のセラミックス基板。
  3. 前記ビアは、前記モリブデンに対して酸化アルミニウムの添加量が２．０～２０．０ｗｔ％、二酸化ケイ素の添加量が０．２～３．０ｗｔ％である導電性ペーストの焼成体である請求項１又は２に記載のセラミックス基板。
  4. 前記ビアに含まれるモリブデンの平均粒径が０．５μｍ～３．０μｍ、酸化ニッケルの平均粒径が５．０μｍ～１５．０μｍ、酸化アルミニウムの平均粒径が０．１μｍ～４．０μｍ、二酸化ケイ素の平均粒径が０．１μｍ～１２．０μｍである請求項１乃至３の何れか一項記載のセラミックス基板。
  5. 前記複合酸化物層は、ムライト層、シリマイト層、又はムライト層とシリマイト層とが混在した層である請求項１乃至４の何れか一項記載のセラミックス基板。
  6. 前記基体は、前記酸化アルミニウムの純度が９９．５％以上である請求項１乃至５の何れか一項記載のセラミックス基板。
  7. 前記基体は、酸化アルミニウムに対する相対密度が９７％以上であること請求項１乃至６の何れか一項記載のセラミックス基板。
  8. 前記基体は、酸化アルミニウムの平均粒径が１．０μｍ～３．０μｍである請求項１乃至７の何れか一項記載のセラミックス基板。
  9. 前記導電体パターンは、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１乃至８の何れか一項記載のセラミックス基板。
  10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載のセラミックス基板を有する半導体装置用パッケージ。
  11. 請求項１乃至９の何れか一項に記載のセラミックス基板において、前記導電体パターンが静電電極である静電チャック。
  12. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの一方の面に搭載された請求項１１に記載の静電チャックと、を有する基板固定装置。
  13. 基体と、前記基体に内蔵された導電体パターンと、前記基体に内蔵されて前記導電体パターンと電気的に接続されたビアと、を有するセラミックス基板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所定面に、所定パターンの第１導電性ペーストを形成する工程と、
    前記グリーンシートに形成した貫通孔に、モリブデンを主成分とし、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第２導電性ペーストを充填する工程と、
    前記グリーンシート、前記第１導電性ペースト、及び前記第２導電性ペーストを焼成して、前記基体、前記導電体パターン、及び前記ビアを形成する工程と、を有し、
    前記モリブデンの成分及び前記酸化ニッケルの成分は前記基体内には存在せずに前記ビア内のみに存在し、前記酸化アルミニウムの成分及び前記二酸化ケイ素の成分は前記基体内と前記ビア内の両方に存在し、
    前記基体内において、前記二酸化ケイ素の成分は前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内のみに存在し、
    前記基体と前記ビアとの境界から２０μｍの範囲内に、アルミニウムと二酸化ケイ素の複合酸化物層が形成されるセラミックス基板の製造方法。
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TW110114024A TW202209504A (zh) 2020-04-23 2021-04-20 陶瓷基板、其製造方法、靜電夾盤、基板固定裝置及半導體元件封裝
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KR1020210052158A KR20210131246A (ko) 2020-04-23 2021-04-22 세라믹스 기판, 그 제조 방법, 정전 척, 기판 고정 장치 및 반도체 장치 패키지

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019182104A1 (ja) * 2018-03-23 2019-09-26 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置および静電チャック装置の製造方法
JP2022148714A (ja) * 2021-03-24 2022-10-06 新光電気工業株式会社 静電チャック、基板固定装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000286522A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Kyocera Corp セラミック配線基板とその製造方法
JP2005332939A (ja) 2004-05-19 2005-12-02 Kyocera Corp 複合シート及び積層部品並びにその製造方法
JP2020043336A (ja) 2018-09-05 2020-03-19 新光電気工業株式会社 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

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3575068B2 (ja) * 1994-08-02 2004-10-06 住友電気工業株式会社 平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法
US6045714A (en) * 1998-04-01 2000-04-04 International Business Machines Corporation Method for forming flat surface vias in integrated circuit substrates
JP2011228727A (ja) 2011-06-10 2011-11-10 Kyocera Corp 配線基板、並びにその配線基板を備えた電子装置およびプローブカード
US20130042912A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-21 Hitachi Chemical Company, Ltd. Solder bonded body, method of producing solder bonded body, element, photovoltaic cell, method of producing element and method of producing photovoltaic cell
US10985098B2 (en) * 2016-04-25 2021-04-20 Kyocera Corporation Electronic component mounting substrate, electronic device, and electronic module
JP6791719B2 (ja) * 2016-10-26 2020-11-25 京セラ株式会社 電子部品搭載用基板、電子装置および電子モジュール
WO2018094177A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Samtec Inc. Filling materials and methods of filling through holes of a substrate
US11145587B2 (en) * 2017-05-26 2021-10-12 Kyocera Corporation Electronic component mounting substrate, electronic device, and electronic module

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000286522A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Kyocera Corp セラミック配線基板とその製造方法
JP2005332939A (ja) 2004-05-19 2005-12-02 Kyocera Corp 複合シート及び積層部品並びにその製造方法
JP2020043336A (ja) 2018-09-05 2020-03-19 新光電気工業株式会社 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

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