陶瓷基板及其制造方法、静电吸盘、基板固定装置和用于半导体器件的封装件与流程

1.本发明涉及陶瓷基板、陶瓷基板的制造方法、静电吸盘、基板固定装置以及用于半导体器件的封装件。


背景技术：

2.在现有技术中，在制造半导体器件时使用的成膜装置和等离子体蚀刻装置各自具有用于在真空处理腔中准确保持晶片的台。作为这种台，例如，提出一种基板固定装置，该基板固定装置构造成例如通过安装在底板上的静电吸盘来吸附并且保持晶片。
3.静电吸盘由陶瓷基板构成，该陶瓷基板具有基体和埋入在该基体中的静电电极等。静电电极例如是具有以钨为主要成分并且包括氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体(例如，参照专利文献1)。
4.引文列表
5.专利文献
6.专利文献1：jp2020-43336a


技术实现要素：

7.在上述烧结体中，陶瓷和钨在相同条件下烧结。然而，由于钨具有较高熔点(3300℃以上)，所以难以对钨进行烧结，需要添加适当的烧结助剂。在上述烧结体中，氧化镍、氧化铝和二氧化硅用作烧结助剂。尽管液化温度根据待添加的烧结助剂而变化，但是需要一种与现有技术相比能够使液化温度更加降低的烧结助剂，使得能够在相对较低的温度下进行烧结。
8.鉴于上述情况而作出本发明，并且本发明的目的是能够在低于现有技术的温度下烧结陶瓷基板的电导体图案。
9.根据本公开的一方面，提供了一种陶瓷基板，该陶瓷基板包括基体和埋入在该基体中的电导体图案。基体由陶瓷制成。电导体图案具有作为主要成分的固溶体，该固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。
10.根据所公开的技术，能够在低于现有技术的温度下烧结陶瓷基板的电导体图案。
附图说明
11.图1是简化和例示根据第一实施例的基板固定装置的截面图。
12.图2是简化和例示根据第一实施例的基板固定装置的平面图。
13.图3a、图3b、图3c是例示根据第一实施例的制造静电吸盘的过程的透视图(部分1)。
14.图4a、图4b、图4c是例示根据第一实施例的制造静电吸盘的过程的透视图(部分2)。
15.图5a和图5b示出了液化温度的检测结果(部分1)。
16.图6a和图6b示出了液化温度的检测结果(部分2)。
17.图7a、图7b和图7c示出了液化温度的检测结果(部分3)。
18.图8是例示根据第二实施例的用于半导体器件的封装件的截面图。
19.图9是例示根据第二实施例的用于半导体器件的封装件的平面图。
具体实施方式
20.以下，将参照附图对本发明的实施例进行描述。应注意的是，在各个附图中，相同的附图标记表示具有相同构造的部件，并且可以省略重复的描述。
21.《第一实施例》
22.[基板固定装置的结构]
[0023]
图1是简化和例示根据第一实施例的基板固定装置的截面图。参照图1，基板固定装置1具有作为主要构成元件的底板10和静电吸盘20。基板固定装置1是构造成通过静电吸盘20来吸附和保持作为吸附目标对象的基板w(例如，半导体晶片等)的装置。
[0024]
底板10是用于安装静电吸盘20的构件。底板10的厚度例如为约20mm至40mm。底板10例如由诸如铝和超硬合金等金属材料、金属材料与陶瓷材料的复合材料等形成，并且可以用作控制等离子体的电极等。例如，从易得性、易加工性、良好的导热性等观点来看，使用铝或铝合金，并且可以有利使用表面已经经历防蚀铝处理(绝缘层形成)的材料。
[0025]
例如，通过将预定的高频电力供应至底板10，可以控制使处于产生的等离子体状态的离子等与吸附在静电吸盘20上的基板w碰撞的能量，以有效执行蚀刻处理。
[0026]
底板10可以设置有气体供应路径，该气体供应路径用于引导惰性气体，以用于对吸附在静电吸盘20上的基板w进行冷却。当将诸如he或ar等惰性气体从基板固定装置1的外部引导至气体供应路径中，并且将惰性气体供应至吸附在静电吸盘20上的基板w的背表面时，可以冷却基板w。
[0027]
底板10中可以设置有冷却剂流动路径。冷却液流动路径例如是在底板10中形成为环状的孔。例如，将诸如冷却水和热传导液(galden)等冷却剂从基板固定装置1的外部引导至冷却剂流动路径中。通过在冷却剂流动路径中循环冷却剂以冷却底板10，能够冷却吸附在静电吸盘20上的基板w。
[0028]
静电吸盘20是构造成吸附并且保持作为吸附目标对象的基板w的部件。根据基板w的形状来形成静电吸盘20的平面形状，静电吸盘20的平面形状例如为圆形。作为静电吸盘20的吸附目标对象的晶片的直径例如为8英寸、12英寸或18英寸。
[0029]
应注意的是，描述“从上方观看”表示从底板10的上表面10a的法线方向观看目标对象，并且描述“平面形状”表示从底板10的上表面10a的法线方向观看时目标对象的形状。
[0030]
经由粘合层将静电吸盘20设置在底板10的上表面10a上。粘合层例如是硅基粘合剂。粘合层的厚度例如为约0.1mm至2.0mm。粘合层具有这样的效果：使底板10和静电吸盘20结合，并且减小由于陶瓷静电吸盘20和铝底板10之间的热膨胀系数差异而引起的应力。应注意的是，还可以通过螺钉将静电吸盘20固定至底板10。
[0031]
静电吸盘20是具有基体21、静电电极22和发热元件24作为主要构成元件的陶瓷基板。基体21的上表面是放置吸附目标对象的放置表面21a。静电吸盘20例如是约翰逊
·
拉别
克(johnsen-rahbeck)型静电吸盘。然而，静电吸盘20还可以是库仑力型静电吸盘。
[0032]
基体21是介电体。基体21的厚度例如为约5mm至10mm，并且基体21的相对介电常数(1khz)例如为约9至10。基体21例如是由氧化铝(al2o3)、氮化铝(aln)、钇铝石榴石(yag)等制成的陶瓷。其中，优选使用由氧化铝制成的陶瓷，该氧化铝易于烧结、成本相对较低并且具有高电阻。这里，“由氧化铝制成的陶瓷”是指不添加氧化铝以外的无机成分的陶瓷。
[0033]
基体21的氧化铝的纯度优选为99.5％以上。99.5％以上的纯度表明没有添加烧结助剂。另外，99.5％以上的纯度意味着在制造处理等期间可能包括非预期杂质。基体21相对于氧化铝的相对密度优选为97％以上。基体21的氧化铝的平均粒径优选为1.0μm以上且3.0μm以下。
[0034]
静电电极22是由电导体图案形成的薄膜电极，并且埋入在基体21中。在本实施例中，静电电极22是双电极类型，并且具有第一静电电极22a和第二静电电极22b。应注意的是，作为静电电极22，还可以使用由一个静电电极构成的单电极类型。静电电极22具有作为主要成分的固溶体，该固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。这里，主要成分是指占构成静电电极22的总材料50wt.％(重量百分比，即50重量％)以上的成分。在静电电极22中，铜与钨的比率优选为0.05wt.％以上且10wt.％以下。
[0035]
第一静电电极22a与设置在基板固定装置1外部的电源40a的正极侧连接。另外，第二静电电极22b与设置在基板固定装置1外部的电源40b的负极侧连接。电源40a的负极侧和电源40b的正极侧在基板固定装置1的外部连接，并且连接点成为接地电位。
[0036]
将正(+)电压从电源40a施加至第一静电电极22a，并且将负(-)电压从电源40b施加至第二静电电极22b。结果，在第一静电极22a上充有正(+)电荷，并且在第二静电极22b上充有负(-)电荷。与此同时，在基板w的与第一静电电极22a相对应的部分wa中感应出负(-)电荷，并且在基板w的与第二静电电极22b相对应的部分wb中感应出正(+)电荷。
[0037]
当将基板w、静电电极22和静电吸盘20(基体21)的布置在该基板w和该静电电极22之间的陶瓷部分25看作电容器时，陶瓷部分25与介电层相对应。然后，基板w通过静电电极22和基板w之间经由陶瓷部分25产生的库仑力而被静电吸附在静电吸盘20上。施加至静电电极22的电压越高，吸附保持力越强。
[0038]
发热元件24是埋入在基体21中的加热器，并且构造成在电流流过该发热元件24中时产生热量，从而将基体21的放置表面21a加热至预定温度。发热元件24布置在第一静电电极22a和第二静电电极22b的下侧(底板10侧)。发热元件24是形成为膜状的电导体。发热元件24设置为能够对基体21的平面中的多个区域(加热器区)独立执行加热控制的多个加热器电极。
[0039]
应注意的是，发热元件24可以设置为一个加热器电极。发热元件24具有作为主要成分的固溶体，该固溶体例如具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。
[0040]
当将电流从设置在基板固定装置1外部的电源供应至发热元件24时，发热元件24产生热量，因此，静电吸盘20被加热。通过静电吸盘20的温度将基板w控制在预定温度。静电吸盘20的加热温度设定在50℃至200℃的范围内，例如，设定为150℃。
[0041]
图2是简化和例示根据第一实施例的基板固定装置的平面图。参照图2，在基板固定装置1中，静电吸盘20布置在盘形底板10上，并且底板10的周缘部在静电吸盘20周围露出。用于将基板固定装置附接至半导体制造装置的腔室的附接孔11形成在底板10的周缘部
中，以沿周缘部对准。
[0042]
另外，静电吸盘20和底板10中的每一个在中央部具有多个(图2中为三个)用于升降销的开口部12。使基板w沿上下方向移动的升降销被插入至用于升降销的开口部12。当通过升降销使基板w从放置表面21a向上移动时，可以通过传送设备来自动传送基板w。
[0043]
[静电吸盘的制造方法]
[0044]
接下来，将对静电吸盘20的制造方法进行描述。图3a、图3b、图3c和图4是例示根据第一实施例的制造静电吸盘的过程的透视图。
[0045]
首先，如图3a所示，制备由陶瓷材料和有机材料制成的生片51。例如，生片51形成为矩形板的形状。生片51的陶瓷材料由氧化铝组成，并且不包括烧结助剂。从生片51移除有机成分，并且烧结陶瓷材料并且使陶瓷材料致密化，使得生片51成为基体21的安装有图1所示的基板w的部分。
[0046]
接下来，如图3b所示，制备由与生片51具有相似材料制成并且具有与生片51相似形状的生片52，通过例如印刷法(丝网印刷)将导电膏印刷在该生片52的上表面，从而形成电导体图案55。在后述处理中将电导体图案55烧制成图1所示的静电电极22。应注意的是，电导体图案55还可以形成在生片51的下表面上。
[0047]
用于形成电导体图案55的导电膏例如具有作为主要成分的钨并且包括氧化铜。用于形成电导体图案55的导电膏还可以包含有机材料等。例如，相对于100g钨，氧化铜的添加量优选为0.1g以上且10g以下。即，在导电膏中，氧化铜与钨的比率优选为0.1wt.％以上且10wt.％以下。当氧化铜与钨的比率为0.1wt.％以上时，导电膏的液化温度可以设定为约1100℃。
[0048]
即使当氧化铜与钨的比率大于10wt.％时，导电膏的液化温度仍然为约1100℃。然而，当氧化铜与钨的比率超过10wt.％时，难以确保通过烧结导电膏而产生的钨和铜的固溶体中的钨的电特性。因此，氧化铜与钨的比率优选为10wt.％以下。应注意的是，在对导电膏与生片进行共烧时，钨的平均粒径优选为0.5μm以上且3.0μm以下。
[0049]
接下来，如图3c所示，制备由与生片51具有相似材料制成并且具有与生片51相似形状的生片53，通过例如印刷法(丝网印刷)将导电膏印刷在该生片53的上表面，从而形成电导体图案57。对于用于形成电导体图案57的导电膏，可以使用由与上述用于形成电导体图案55的导电膏相同的材料组成的导电膏。生片53通过烧制形成图1所示的发热元件24，并且成为基体21的与底板10结合的部分。在后述处理中将电导体图案57烧制成发热元件24。应注意的是，电导体图案57还可以形成在生片52的下表面上。
[0050]
接下来，如图4a所示，将生片51至53的每一个层叠以形成结构71a。通过在加热生片51至53的同时对这些生片进行加压，使生片51至53彼此结合。接下来，如图4b所示，对结构71a的周边进行切割以形成盘形结构71b。
[0051]
接下来，烧制图4b所示的结构体71b以得到图4c所示的陶瓷基板72a。烧制时的温度例如为1600℃。在该过程中，通过烧结电导体图案55来获得静电电极22，并且通过烧结电导体图案57来获得发热元件24。由于其中氧化铜被添加至钨中的导电膏的液化温度为约1100℃，因此导电膏易于在烧制陶瓷基板72a的温度(例如1600℃)下烧结。这形成了静电电极22和发热元件24，该静电电极22和发热元件24中的每一个都具有作为主要成分的固溶体，该固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。
[0052]
接下来，对陶瓷基板72a执行各种处理，以完成静电吸盘20。例如，对陶瓷基板72a的上表面和下表面进行抛光，以形成放置表面和粘合表面。此外，在陶瓷基板72a中形成图1所示的用于升降销的开口部12。
[0053]
以下，将参照示例和比较例对基板固定装置等进行更详细描述，但是本发明完全不局限于这些示例。
[0054]
[液化温度的检测]
[0055]
首先，作为比较例，当将1g氧化镍、1g氧化铝和1g二氧化硅添加至100g钨中，然后在氮气和氢气的气氛中烧制时，通过fact sage(可以从research center of computational mechanics获得)来计算液化温度。应注意的是，fact sage是定量预测多组分体系的热力学平衡状态的软件。
[0056]
比较例的计算结果如图5a和图5b所示。应注意的是，图5b是图5a中由虚线围绕的部分的放大图。如图5a和图5b所示，通过计算可以确认的是，通过烧结根据比较例的材料，形成了具有镍固溶于钨中的体心立方晶格结构的固溶体。另外，在比较例中，液化温度为约1330℃。
[0057]
接下来，作为示例，当将1g氧化镍添加至100g钨中，然后在氮气和氢气的气氛中烧制时，通过fact sage来计算液化温度。
[0058]
图6a和图6b示出了示例的计算结果。应注意的是，图6b是图6a中由虚线围绕的部分的放大图。如图6a和图6b所示，通过计算可以确认的是，通过烧结根据示例的材料，形成了具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构的固溶体。在示例中，液化温度为约1100℃。
[0059]
接下来，通过fact sage来计算液化温度是否根据添加至钨中的氧化铜的量而变化。图7a至图7c分别示出了将0.1g、2g和10g氧化铜添加至100g钨中的情况下的计算结果。如图7a至图7c所示，即使当将0.1g氧化铜添加至100g钨中时，该钨同样会变得液化，并且液化温度为约1100℃。此外，发现即使当添加至100g钨中的氧化铜的量增加时，液相的量同样会增加，并且液化温度恒定在约1100℃。即，通过计算可以确认的是，当在钨中添加氧化铜并且进行烧制时，液化温度不取决于氧化铜的添加量。
[0060]
通过此种方式，在钨中添加氧化铜并且进行烧制时，液化温度可以设定为约1100℃。因此，能够在比现有技术(比较例)的温度低约150℃的温度下烧结电导体图案，因此，能够改善钨的可烧结性。
[0061]
应注意的是，当氧化铝用于基体时，烧结温度为约1500℃至1600℃。因此，电导体图案的液化温度可以低于烧结温度。然而，液化温度越低，则越容易处理液化温度，并且还能够使用在较低温度下烧结的除氧化铝以外的材料。另外，由于基体的烧制处理的限制，电导体图案的液化温度优选为800℃以上。
[0062]
《第二实施例》
[0063]
在第二实施例中，示出了具有第一实施例中描述的陶瓷基板的用于半导体器件的封装件的示例。图8是例示根据第二实施例的用于半导体器件的封装件的截面图。图9是例示根据第二实施例的用于半导体器件的封装件的平面图。
[0064]
如图8所示，用于半导体器件的封装件100包括陶瓷基板110、散热板150和外部连接端子160，并且散热板150焊接至陶瓷基板110。
[0065]
陶瓷基板110包括多个(在本实施例中为四个)层叠的陶瓷基材111、112、113和
114，作为电导体图案的示例的布线图案121、122、123和124，以及穿透陶瓷基材112、113和114的导通部132、133和134。导通部132将布线图案121和122彼此连接，导通部133将布线图案122和123彼此连接，并且导通部134将布线图案123和124彼此连接。在陶瓷基板110中，陶瓷基材111至114构成基体。
[0066]
如图8和图9所示，陶瓷基板110具有腔170，该腔170穿透陶瓷基材112、113和114的中心部分并且用于安装半导体元件200。布线图案121布置在陶瓷基材112的上表面上，以便围绕腔170。使布线图案121露出的开口部111x形成在陶瓷基材111中。
[0067]
陶瓷基材111至114是由氧化铝制成的陶瓷，并且布线图案121至124各自具有作为主要成分的固溶体，该固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。另外，导通部132至134各自是具有以钼作为主要成分并且包括例如氧化镍、氧化铝和二氧化硅的烧结体。此外，可以通过与第一实施例的静电吸盘20的制造方法相似的制造方法来制造陶瓷基板110。
[0068]
在用于半导体器件的封装件100中，半导体元件200安装在散热板150上。半导体元件200的焊盘通过结合线等与陶瓷基板110的布线图案121电连接。通过此种方式，半导体元件200经由布线图案121至124和导通部132至134与外部连接端子160连接。
[0069]
在用于半导体器件的封装件100中，可以通过对具有钨作为主要成分并且添加了氧化铜的导电膏进行烧结来形成布线图案121至124。由此，与第一实施例相似，能够在比现有技术的温度低约230℃的温度下烧结电导体图案，因此，能够改善钨的可烧结性。
[0070]
尽管已经对优选实施例等进行详细描述，但是本发明不局限于上述实施例等，并且在不脱离权利要求所限定的范围的情况下，可以对上述实施例等进行各种改变和替换。
[0071]
例如，在第一实施例中，可以适当改变包括在基板固定装置或该基板固定装置的布局中的构件。
[0072]
另外，在第一实施例中，发热元件24可以布置在静电吸盘20和底板10之间。另外，发热元件24可以设置在底板10中。此外，发热元件24可以外部安装在静电吸盘下方。
[0073]
此外，根据第一实施例的基板固定装置应用于半导体制造装置，诸如干蚀刻装置(例如，平行平板型反应离子蚀刻(rie)装置)。
[0074]
此外，作为第一实施例的基板固定装置的吸附目标对象，除半导体晶片(诸如硅晶片)之外，还可以例示在液晶面板等的制造处理中使用的玻璃基板等。

技术特征：
1.一种陶瓷基板，包括：基体；以及电导体图案，其埋入在所述基体中，其中，所述基体由陶瓷制成，并且所述电导体图案具有作为主要成分的固溶体，所述固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。2.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，所述基体的主要成分是氧化铝。3.根据权利要求2所述的陶瓷基板，其中，所述基体的所述氧化铝的纯度为99.5％以上。4.根据权利要求2所述的陶瓷基板，其中，所述基体相对于氧化铝的相对密度为97％以上。5.根据权利要求2所述的陶瓷基板，其中，所述基体的所述氧化铝的平均粒径为1.0μm以上且3.0μm以下。6.一种用于半导体器件的封装件，包括根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷基板。7.一种静电吸盘，所述静电吸盘包括静电电极，其中，所述静电电极是根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷基板的所述电导体图案。8.一种基板固定装置，包括：底板；以及根据权利要求7所述的静电吸盘，其安装在所述底板的一个表面上。9.一种陶瓷基板的制造方法，所述陶瓷基板具有基体和埋入在所述基体中的电导体图案，所述方法包括：通过其中氧化铜被添加至钨中的导电膏而在生片的上表面上形成电导体图案；以及烧制所述生片和所述电导体图案以形成所述基体和所述电导体图案。10.根据权利要求9所述的陶瓷基板的制造方法，其中，所述导电膏中的所述氧化铜与所述钨的比率为0.1wt.％以上且10wt.％以下。

技术总结
本发明涉及陶瓷基板、陶瓷基板的制造方法、静电吸盘、基板固定装置以及用于半导体器件的封装件。该陶瓷基板包括基体和埋入在基体中的电导体图案。基体由陶瓷制成。电导体图案具有作为主要成分的固溶体，该固溶体具有铜固溶于钨中的体心立方晶格结构。溶于钨中的体心立方晶格结构。溶于钨中的体心立方晶格结构。


技术研发人员：后藤明
受保护的技术使用者：新光电气工业株式会社
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/9/26