特開 2024-174677 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174677

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241210BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20241210BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20241210BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20241210BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L23/12 C

H01L23/14 C

H01L23/12 D

H02N13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092635

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】堀 凌輔

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131AA03

5F131AA32

5F131BA01

5F131BA19

5F131CA68

5F131EB12

5F131EB15

5F131EB16

5F131EB18

5F131EB22

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】タングステンを含む導電体パターンを従来とは異なる焼結助剤を用いて焼結したセラミックス基板の提供。
【解決手段】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、を有し、前記基体は、セラミックスであり、前記導電体パターンは、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、又はニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
前記基体に内蔵された導電体パターンと、を有し、
前記基体は、セラミックスであり、
前記導電体パターンは、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、又はニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする、セラミックス基板。

【請求項2】

前記導電体パターンは、ニッケルとマンガンと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とし、
前記所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである、請求項１に記載のセラミックス基板。

【請求項3】

前記導電体パターンは、ニッケルとニオブと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とし、
前記所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、モリブデン、インジウム、又はバリウムである、請求項１に記載のセラミックス基板。

【請求項4】

前記導電体パターンは、ニッケルとインジウムと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とし、
前記所定の元素は、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである、請求項１に記載のセラミックス基板。

【請求項5】

前記基体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット相を含有する酸化アルミニウムセラミックスである、請求項１乃至４の何れか一項に記載のセラミックス基板。

【請求項6】

前記基体は、酸化アルミニウムの純度が９９重量パーセント以上の酸化アルミニウムセラミックスである、請求項１乃至４の何れか一項に記載のセラミックス基板。

【請求項7】

請求項１乃至４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。

【請求項8】

請求項１乃至４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。

【請求項9】

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８に記載の静電チャックと、を有する基板固定装置。

【請求項10】

基体と、前記基体に内蔵された導電体パターンと、を有するセラミックス基板の製造方法であって、
グリーンシートの上面に、酸化ニッケルと酸化マンガンをタングステンに添加した導電性ペースト、酸化ニッケルと酸化ニオブをタングステンに添加した導電性ペースト、又は酸化ニッケルと酸化インジウムをタングステンに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て、前記基体及び前記導電体パターンを形成する工程と、を有するセラミックス基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

静電チャックは、基体、基体に内蔵された静電電極等を有するセラミックス基板からなる。静電電極は、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、及び二酸化ケイ素を含む焼結体である。

【0004】

上記の焼結体では、セラミックスとタングステンを同一条件で焼結させるが、タングステンは高融点（３３００℃以上）のため焼結するのが難しく、適切な焼結助剤の添加が必要である。上記の焼結体では、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素が焼結助剤として機能する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－４３３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、タングステンを焼結するための焼結助剤として機能する材料の中には、比較的入手が困難な材料もある。そのため、焼結助剤として機能する材料の選択肢は多い方が好ましく、タングステンを焼結するための新たな焼結助剤が求められている。

【0007】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、タングステンを含む導電体パターンを従来とは異なる焼結助剤を用いて焼結したセラミックス基板の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、を有し、前記基体は、セラミックスであり、前記導電体パターンは、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、又はニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする。

【発明の効果】

【0009】

開示の技術によれば、タングステンを含む導電体パターンを従来とは異なる焼結助剤を用いて焼結したセラミックス基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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2】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3】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。

【図4】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。

【図5】実施例１の液相化温度の検討結果である。

【図6】実施例２の液相化温度の検討結果である。

【図7】実施例３の液相化温度の検討結果である。

【図8】実施例４の液相化温度の検討結果である。

【図9】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10】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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

〈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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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、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。

【0021】

基体２１は、誘電体である。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、３００℃における絶縁抵抗率が１０^１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。

【0022】

基体２１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を主成分とするセラミックスである。

【0023】

基体２１は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット相（ＹＡＧ相）を１０モルパーセント以上８０モルパーセント以下含有する酸化アルミニウムセラミックスであることが好ましい。これにより、３００℃における基体２１の絶縁抵抗率を１０^１４Ωｃｍ以上とすることができる。

【0024】

基体２１は、酸化アルミニウムの純度が９９重量パーセント以上の酸化アルミニウムセラミックスであってもよい。これにより、３００℃における基体２１の絶縁抵抗率を１０^１４Ωｃｍ以上とすることができる。なお、純度が９９％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％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において、酸化アルミニウムの平均粒径は、１．０μｍ以下であることが、焼結性を高めるうえで好ましい。

【0025】

静電電極２２は、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。

【0026】

静電電極２２は、例えば、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする。静電電極２２は、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分としてもよい。静電電極２２は、ニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分としてもよい。

【0027】

静電電極２２は、ニッケルとマンガンと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分としてもよい。この場合の所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである。

【0028】

静電電極２２は、ニッケルとニオブと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分としてもよい。この場合の所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、モリブデン、インジウム、又はバリウムである。

【0029】

静電電極２２は、ニッケルとインジウムと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分としてもよい。この場合の所定の元素は、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである。

【0030】

ここで主成分とは、静電電極２２を構成する全物質の５０ｗｔ％以上を占める成分のことを意味する。静電電極２２において、タングステンに対するニッケルとマンガンの割合が０．０５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。ニッケルとニオブ、又はニッケルとインジウムの場合も同様であり、タングステンに対する各々の割合が０．０５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。また、上記の所定の元素についても、タングステンに対する割合が０．０５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0031】

第１静電電極２２ａは、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、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。

【0032】

第１静電電極２２ａに電源４０ａからプラス（＋）の電圧が印加され、第２静電電極２２ｂに電源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。

【0033】

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。

【0034】

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は、例えば、静電電極２２と同様の材料から形成することができる。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

［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。

【0039】

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。

【0040】

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。なお、導電体パターン５５は、グリーンシート５１の下面に形成されてもよい。

【0041】

導電体パターン５５の形成には、酸化ニッケルと酸化マンガンをタングステンに添加した導電性ペースト、酸化ニッケルと酸化ニオブをタングステンに添加した導電性ペースト、又は酸化ニッケルと酸化インジウムをタングステンに添加した導電性ペーストを用いる。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、さらに上記の所定の元素を含んでもよい。また、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、さらに有機材料等を含んでもよい。

【0042】

酸化ニッケルと酸化マンガンの添加量は、例えば、タングステン１００ｇに対して、０．１ｇ以上１０ｇ以下であることが好ましい。すなわち、導電性ぺーストにおいて、タングステンに対する酸化ニッケルと酸化マンガンの割合が０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。タングステンに対する酸化ニッケルと酸化マンガンの割合が０．１ｗｔ％以上であると、導電性ペーストの液相化温度を１４５０℃以下とすることができる。酸化ニッケルと酸化ニオブ、及び酸化ニッケルと酸化インジウムの場合も同様であり、タングステンに対する各々の割合が０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0043】

タングステンに対する酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、又は酸化ニッケルと酸化インジウムの割合が１０ｗｔ％より多くても、導電性ペーストの液相化温度が１４５０℃以下となることに変わりはない。しかし、タングステンに対する酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、又は酸化ニッケルと酸化インジウムの割合が１０ｗｔ％より多くなると、導電性ペーストを焼結して作製されるタングステンを含む固溶体において、タングステンの電気的特徴が出にくくなる。そのため、タングステンに対する酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、又は酸化ニッケルと酸化インジウムの割合が１０ｗｔ％以下であることが好ましい。なお、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。

【0044】

次に、図３（ｃ）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。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。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。

【0045】

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。

【0046】

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。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、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。酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、又は酸化ニッケルと酸化インジウムをタングステンに添加した導電性ペーストの液相化温度は１４５０℃以下であるため、セラミックス基板７２ａを焼成する際の温度（例えば、１６００℃）で容易に焼結する。これにより、ニッケルとマンガン、ニッケルとニオブ、又はニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする静電電極２２及び発熱体２４が形成される。

【0047】

なお、タングステンは、導電性ペーストの液相化温度からセラミックス基板７２ａを焼成する際の温度（例えば、１６００℃）までの間で焼結するが、この温度範囲が狭いとタングステンが十分に焼結することができない。そこで、液相化温度は１４５０℃以下であると好ましい。液相化温度が１４５０℃以下であれば、タングステンが十分に焼結することができる。

【0048】

一方、導電性ペーストの液相化温度は低すぎてもよくない。液相化温度からセラミックス基板７２ａを焼成する際の温度（例えば、１６００℃）までの温度範囲が広くなると、タングステンが焼けすぎて過焼結となるおそれが高くなる。タングステンが過焼結となるとセラミックスとの密着性が低下する。そこで、液相化温度は１３９０℃以上であると好ましい。液相化温度が１３９０℃以上であれば、タングステンが過焼結となるおそれを低減することができる。

【0049】

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。

【0050】

以下、実施例を挙げて本発明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。

【0051】

［液相化温度の検討］
実施例１として、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化マンガン１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅ（株式会社計算力学研究センター製）により計算した。なお、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅは、多成分系の熱力学的平衡状態を定量的に予測するソフトウェアである。

【0052】

実施例１の計算結果を図５に示す。図５に示すように、実施例１に係る材料を焼結することで、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体が形成されることが計算により確認された。また、実施例１において、液相化温度は、約１４４０℃であった。

【0053】

次に、実施例２として、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化ニオブ１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算した。

【0054】

実施例２の計算結果を図６に示す。図６に示すように、実施例２に係る材料を焼結することで、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体が形成されることが計算により確認された。また、実施例２において、液相化温度は、約１４５０℃であった。

【0055】

次に、実施例３として、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化インジウム１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算した。

【0056】

実施例３の計算結果を図７に示す。図７に示すように、実施例３に係る材料を焼結することで、ニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体が形成されることが計算により確認された。また、実施例３において、液相化温度は、約１４３０℃であった。

【0057】

このように、酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、又は酸化ニッケルと酸化インジウムをタングステンに添加して焼成すると、液相化温度を約１４３０℃～１４５０℃にできる。この温度は、タングステンの融点（３３００℃以上）よりも十分に低く、基体の焼結温度（例えば、１５００℃～１６００℃程度）よりも低いため、タングステンを容易に焼結することができる。

【0058】

すなわち、酸化ニッケルと酸化マンガン、酸化ニッケルと酸化ニオブ、及び酸化ニッケルと酸化インジウムは、セラミックス基板において、タングステンを含む導電体パターンを焼結する際に用いる従来とは異なる焼結助剤として有用である。

【0059】

次に、実施例４として、実施例１～３において、さらに所定の元素を添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算した。

【0060】

例えば、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化マンガン１ｇと酸化ホウ素１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算したところ、液相化温度は、約１４１０℃であった。

【0061】

また、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化ニオブ１ｇと酸化鉄１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算したところ、液相化温度は、約１４２０℃であった。

【0062】

また、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化インジウム１ｇと酸化ガリウム１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算したところ、液相化温度は、約１４１０℃であった。

【0063】

また、タングステン１００ｇに、酸化ニッケル１ｇと酸化ニオブ１ｇと酸化インジウム１ｇを添加し、窒素及び水素の雰囲気中で調整を行った場合の液相化温度について、Ｆａｃｔ Ｓａｇｅにより計算したところ、液相化温度は、約１３９０℃であった。

【0064】

これらの結果を含め、発明者らがＦａｃｔ Ｓａｇｅにより計算した液相化温度を図８にまとめた。図８では、縦方向及び横方向に示した元素の酸化物を酸化ニッケルと共にタングステンに添加した場合の液相化温度を示している。図８より、例えば、酸化ニッケルと酸化マンガンと酸化ホウ素をタングステンに添加することにより、液相化温度を約１４１０℃にできることが読み取れる。

【0065】

図８の粗い破線で囲んだ領域に示すように、酸化ニッケルと酸化マンガンと所定の元素をタングステンに添加することにより、液相化温度を約１４１０℃～１４５０℃の範囲で調整できる。そして、焼成により、ニッケルとマンガンと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする導電体パターンの形成が可能である。この場合の所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである。

【0066】

また、図８の実線で囲んだ領域に示すように、酸化ニッケルと酸化ニオブと所定の元素をタングステンに添加することにより、液相化温度を約１３９０℃～１４５０℃の範囲で調整できる。そして、焼成により、ニッケルとニオブと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする導電体パターンの形成が可能である。この場合の所定の元素は、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、モリブデン、インジウム、又はバリウムである。

【0067】

また、図８の細かい破線で囲んだ領域に示すように、酸化ニッケルと酸化インジウムと所定の元素をタングステンに添加することにより、液相化温度を約１３９０℃～１４５０℃の範囲で調整できる。そして、焼成により、ニッケルとインジウムと所定の元素がタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする導電体パターンの形成が可能である。この場合の所定の元素は、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、又はバリウムである。

【0068】

特に、酸化ニッケルと酸化ニオブと酸化インジウムをタングステンに添加する場合、液相化温度を約１３９０℃にできるため、液相化温度を下げたい場合に有効である。

【0069】

〈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９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平面図である。

【0070】

図９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。

【0071】

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、導電体パターンの一例である配線パターン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。

【0072】

図８及び図９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。

【0073】

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、ニッケルとマンガンがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、ニッケルとニオブがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体、又はニッケルとインジウムがタングステンに固溶した体心立方格子構造の固溶体を主成分とする。配線パターン１２１～１２４は、さらに上記の所定の元素を含んでもよい。又、ビア１３２～１３４は、例えば、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結体である。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。

【0074】

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。

【0075】

半導体装置用パッケージ１００において、配線パターン１２１～１２４は、酸化ニッケルと酸化マンガンをタングステンに添加した導電性ペースト、酸化ニッケルと酸化ニオブをタングステンに添加した導電性ペースト、又は酸化ニッケルと酸化インジウムをタングステンに添加した導電性ペーストを焼結して形成することができる。導電性ペーストは、さらに上記の所定の元素を含んでもよい。これにより、第１実施形態と同様に、タングステンを容易に焼結することができる。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【符号の説明】

【0081】

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
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
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】