冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用部件的製作方法

2023-05-28 03:27:31

冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用部件的製作方法
【專利摘要】半導體製造裝置用部件(10)具有氧化鋁製靜電卡盤(20)、冷卻板(30)、以及冷卻板-卡盤接合層(40)。冷卻板(30)具有第1～第3基板(31～33)、形成於第1以及第2基板(31、32)之間的第1金屬接合層(34)、形成於第2以及第3基板(32、33)之間的第2金屬接合層(35)、以及製冷劑通路(36)。第1～第3基板(31～33)由緻密質複合材料形成，所述緻密質複合材料中碳化矽的含量最多，並且含有矽化鈦、鈦碳化矽以及碳化鈦。金屬接合層(34、35)通過在第1以及第2基板(31、32)之間，以及在第2以及第3基板(32、33)之間夾持Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材料並將各基板(31～33)進行熱壓接合而形成。
【專利說明】冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用部件

【技術領域】
[0001] 本發明涉及冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用部件。

【背景技術】
[0002]在半導體工藝中高溫化的靜電卡盤上，為了散熱而接合有冷卻板。在此情況下， 有時會使用氧化鋁作為靜電卡盤的材料，使用鋁作為冷卻板的材料，使用樹脂作為接合材 料。氧化鋁與鋁的線性熱膨脹係數差非常大，例如，氧化鋁的線性熱膨脹係數為7. 9ppm/ K(RT-800°C :內田老鶴圃《陶瓷的物理》）、鋁的線性熱膨脹係數為31. lppm/K(RT-800°C :日 本熱物性學會編，《新編熱物性手冊》）。在這樣的靜電卡盤中，由於使用了柔軟的樹脂作為 接合材料，因此可緩和因該線性熱膨脹係數差而產生的應力。然而，由於樹脂是有機材料， 因而具有散熱性低、容易在高溫下分解、容易經時劣化這樣的特性。因此，在高溫工藝中難 以長期使用。鑑於這樣的情況，確認到以金屬接合作為代替樹脂的高散熱的接合材料是有 效的。在金屬接合中，使用例如鋁、焊料、銀焊料等作為接合材料。然而，金屬沒有樹脂那樣 的柔軟度，無法緩和因靜電卡盤與冷卻板之間的線性熱膨脹係數差而產生的應力。
[0003] 在靜電卡盤與冷卻板的接合中採用金屬接合時，作為冷卻板所必需的特性，列舉 有：與靜電卡盤的線性熱膨脹係數差小，為了維持散熱性而熱導率高，為了使冷卻液或冷卻 氣體通過而緻密性高，為了耐受加工、安裝等而強度高等。作為在某種程度上滿足這樣的特 性的材料，列舉有專利文獻1中公開的複合材料。該複合材料是TiC基Ti-Si-C系複合材 料，其具有由1. 〇?20. Ovol%的Ti3SiC2、0. 5?8. Ovol%的SiC、餘量為TiC構成的相。在 此可認為，由於TiC與氧化鋁的線性熱膨脹係數差小，因而專利文獻1的以TiC基為主相的 Ti-Si-C系複合材料與氧化鋁的熱膨脹係數差也小。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本專利第4809092號公報


【發明內容】

[0007] 發明想要解決的課題
[0008] 但是，雖然根據專利文獻1，認定該Tic基Π -Si-C系複合材料可充分活用Tie所 具有的高導熱性，但是原本Tie的熱導率不過為31· 8W/mK (日本熱物性學會編，《新編熱物 性手冊》，養賢堂，2008年3月，ρ· 291-294)，不是稱為高導熱性的水平。因此，不能說是Tic 基Ti-Si-C系複合材料也具有高導熱性。
[0009] 本發明是為了解決這種問題而完成的，其主要目的在於提供一種冷卻板，其為在 內部具有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件的冷卻板，其與氧化鋁的線性熱膨脹係數 差極其小，熱導率、緻密性以及強度足夠高。
[0010] 用於解決問題的方案
[0011] 本發明的冷卻板是內部具有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件的冷卻板，該 冷卻板具有：
[0012]第1基板，其由緻密質複合材料製成，所述緻密質複合材料含有37?6〇質量％的 碳化矽顆粒，並且含有分別少於前述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳 化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0013]第2基板，其由前述緻密質複合材料製成，並具有衝孔成與前述製冷劑通路相同 形狀的衝孔部，
[0014]第3基板，其由前述緻密質複合材料製成，
[0015]第1金屬接合層，其通過在前述第1基板與前述第2基板之間夾持金屬接合材料 並將兩基板進行熱壓接合從而形成於兩基板間，以及
[0016]第2金屬接合層，其通過在前述第2基板與前述第3基板之間夾持金屬接合材料 並將兩基板進行熱壓接合從而形成於兩基板間；
[0017] 或者，該冷卻板具有：
[0018]第1基板，其由緻密質複合材料製成，所述緻密質複合材料含有37?60質量％的 碳化矽顆粒，並且含有分別少於前述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳 化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0019]第2基板，其由前述緻密質複合材料製成，在與前述第丨基板相面對的面上具有成 為前述製冷劑通路的槽，以及
[0020]金屬接合層，其通過在前述第1基板與前述第2基板中設置有前述槽的面之間夾 持金屬接合材料並將兩基板進行熱壓接合而形成。
[0021]該冷卻板中，通過金屬接合層進行接合的各基板由上述緻密質複合材料製成。該 緻密質複合材料與氧化鋁的線性熱膨脹係數差極其小，熱導率、緻密性以及強度足夠高。由 此，將這樣的冷卻板與氧化鋁陶瓷部件接合而得的半導體製造裝置用部件，即使在低溫與 高溫之間反覆使用，冷卻板與氧化鋁陶瓷部件也不會發生剝離，在維持高散熱性能的狀態 下，耐用期間變長。另外，由上述緻密質複合材料製成的基板彼此難以通過電子束焊接等進 行接合，由樹脂粘接材料接合時冷卻性能降低，但是此處，由於通過使用了金屬接合材料的 熱壓接合（Thermal Compression Bonding，簡稱為TCB)來進行接合，因而可比較容易地進 行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
[0022] 在本發明的冷卻板中，前述金屬接合層優選採用含有Mg或者含有Si及Mg的鋁合 金接合材料作為前述金屬接合材料，通過在該接合材料的固相線溫度以下的溫度進行熱壓 接合而形成。這樣一來，可獲得更良好的冷卻性能。
[0023] 在本發明的冷卻板中，前述緻密質複合材料優選碳化鈦的質量％小於前述矽化鈦 的質量％以及前述鈦碳化矽的質量％。前述緻密質複合材料優選前述矽化鈦的質量％大於 前述鈦碳化矽的質量％。前述緻密質複合材料優選在前述碳化矽顆粒彼此的間隙中以覆 蓋前述碳化矽顆粒表面的方式存在前述矽化鈦、前述鈦碳化矽以及前述碳化鈦中的至少一 種。前述緻密質複合材料優選前述碳化鈦分散於前述矽化鈦的內部。前述矽化鈦優選為 TiSi2。前述緻密質複合材料與氧化鋁在40°C?570Γ時的平均線性熱膨脹係數之差優選 為0. 5ppm/K以下。前述緻密質複合材料在40°C?570°C時的平均線性熱膨脹係數優選為 7.2?8.2--111/1(。前述緻密質複合材料的熱導率優選為75#/ 1111(以上。前述緻密質複合材 料的4點彎曲強度優選為200MPa以上。前述緻密質複合材料，在將縱9〇 μ mX橫120 μ m 的區域放大1000倍的SEM圖像（反射電子圖像）中，長徑1〇 μ m以上的碳化矽顆粒的數量 優選為16個以上。
[0024]本發0細冷練的繼是繼內雜有製冷継路朋於冷職職陶瓷部 的冷卻板的方法，該方法包含如下工序：
[0025] (a)使用緻密質複合材料製作第i?第3鎌的工序，臓緻密質複合材料含 37?6〇廳％麵碰雜，瓶鮮分別少預碰紐臓離量％隨的娃 鈦碳化矽以及碳化鈦，開口氣孔率為1%以下， 、
[0026] (b)從前述第2基板的一個面到另一個面衝孔成與前述製冷劑通路相同的形狀， 在前述第2基板上形成衝孔部的工序，以及 ' ^〇27] (c)在前述第1基板與前述第2基板的一個面之間，以及在前述第3基板與前述 第2基板的另一個面之間分別夾持金屬接合材料，將前述第丨?第3基板進行熱壓接合的 工序；
[0028] 或者，該方法包含如下工序：
[0029] (a)使用緻密質複合材料製作第1基板以及第2基板的工序，所述緻密質複合材料 含有37?60質量％的碳化矽顆粒，並且含有分別少於前述碳化矽顆粒的質量％的量的矽 化鈦、鈦碳化娃以及碳化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0030] (b)在前述第2基板的一個面上形成成為前述製冷劑通路的槽的工序，以及
[0031] (c)在前述第1基板與前述第2基板中設置有前述槽的面之間夾持金屬接合材料， 將兩基板進行熱壓接合的工序。
[0032]根據該冷卻板的製法，可容易地製造上述冷卻板。特別地，由上述緻密質複合材料 製成的基板彼此難以通過電子束焊接等進行接合，由樹脂粘接材料進行接合時冷卻性能降 低，但是此處，由於通過使用了金屬接合材料的熱壓接合來進行接合，因而可比較容易地進 行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
[0033]本發明的冷卻板的製法中，在前述工序（c)中，優選採用含有Mg或者含有 Si及Mg 的鋁合金接合材料作為前述金屬接合材料，在該接合材料的固相線溫度以下的溫度進行熱 壓接合。這樣一來，可獲得具有更良好的冷卻性能的冷卻板。
[0034]本發明的半導體製造裝置用部件具有：
[0035]氧化鋁製靜電卡盤，其內置有靜電電極以及加熱電極，
[0036] 上述任一種冷卻板，以及
[0037]冷卻板-卡盤接合層，其通過在前述冷卻板的前述第1基板的表面與前述靜電卡 盤之間夾持金屬接合材料並將兩者進行熱壓接合而形成。
[0038]根據該半導體製造裝置用部件，即使在低溫與高溫之間反覆使用，冷卻板與氧化 鋁陶瓷部件也不會發生剝離，在維持高散熱性能的狀態下，耐用期間變長。另外，可將靜電 卡盤的熱高效地向冷卻板釋放。
[0039]在本發明的半導體製造裝置用部件中，前述冷卻板-卡盤接合層優選採用含有Mg 或者含有Si及Mg的鋁合金接合材料作為前述金屬接合材料，通過在該接合材料的固相線 溫度以下的溫度進行熱壓接合而形成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1為半導體製造裝置用部件10的俯視圖。
[0041] 圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0042]圖3為半導體製造裝置用部件10的製造工序圖。
[0043]圖4為半導體製造裝置用部件1〇的製造工序圖。
[0044] 圖5為第2基板32的說明圖。
[0045] 圖6為半導體製造裝置用部件11〇的剖視圖。
[0046] 圖7為半導體製造裝置用部件11〇的製造工序圖。
[0047] 圖8為第2基板132的說明圖。
[0048] 圖9為Si-Ti的2成分狀態圖。
[0049]圖10為在實驗例2中獲得的緻密質複合材料的SEM圖像（反射電子圖像）。

【具體實施方式】
[0050][半導體製造裝置用部件-第1實施方式]
[0051] 以下，對第1實施方式的半導體製造裝置用部件10進行說明。圖1為半導體製造 裝置用部件10的俯視圖，圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0052]半導體製造裝置用部件10具有氧化鋁製靜電卡盤20、冷卻板30以及冷卻板-卡 盤接合層40,所述氧化鋁製靜電卡盤20可吸附實施等離子體處理的矽制晶片W，所述冷卻 板3〇由線性熱膨脹係數與氧化鋁同程度的緻密質複合材料製成，所述冷卻板-卡盤接合層 40將靜電卡盤20與冷卻板30進行接合。
[0053]靜電卡盤2〇是外徑比晶片W的外徑小的圓盤狀的氧化鋁板，內置有靜電電極22 和加熱電極24。靜電電極22是可介由棒狀的供電端子23通過未圖示的外部電源施加直流 電壓的平面狀電極。對該靜電電極22施加直流電壓時，晶片W通過庫侖力而被吸附固定於 晶片載置面20a，解除施加直流電壓時，晶片W在晶片載置面20a上的吸附固定被解除。加 熱電極24是為了在靜電卡盤20的整面進行配線而按照例如一筆畫的要領形成圖形，在施 加電壓時發熱而將晶片W加熱。可通過從冷卻板30的背面分別到達加熱電極24的一端以 及另一端的棒狀的供電端子25對加熱電極24施加電壓。
[0054]冷卻板30是外徑與靜電卡盤20同等或者稍大的圓盤狀板，其具有第1基板31、第 2基板32、第3基板幻、形成於第1基板31與第2基板32之間的第1金屬接合層34、形成 於第2基板32與第3基板33之間的第2金屬接合層35、以及可流通製冷劑的製冷劑通路 36。第1?第3基板 31、32、33由緻密質複合材料形成。該緻密質複合材料含有37?60 質量％的碳化矽顆粒，並且含有分別少於前述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化 矽以及碳化鈦，開口氣孔率為1 %以下，詳細內容後述。另外，在第2基板32中形成有衝孔 部32a。該衝孔部32a是從第2基板32的一個面到另一個面衝孔成與製冷劑通路36相同 的形狀。第1以及第2金屬接合層34、35是通過在第1基板31與第2基板32的一個面之 間、以及在第2基板 32的另一個面與第3基板33之間夾持Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬 接合材料並將各基板31?33進行熱壓接合而形成。在冷卻板30上形成有製冷劑供給孔 4ea以及製冷劑排出孔46b,所述製冷劑供給孔46a以及製冷劑排出孔46b從與接合有靜電 卡盤 2〇的面相反側的面向與晶片載置面20a正交的方向延伸並分別與製冷劑通路36的入 口 36a以及出口 36b連接。另外，在冷卻板30上形成有端子插通孔43、45,所述端子插通孔 43、45貫通接合有靜電卡盤20的面與其相反側的面。端子插通孔43是用於插通靜電電極 22的供電端子23的孔，端子插通孔45是用於插通加熱電極24的供電端子25的孔。
[0055]冷卻板-卡盤接合層40是通過在冷卻板30的第1基板31與靜電卡盤20之間夾 持Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材料並將兩者進行熱壓接合而形成的。此外，各供電 端子23、 25以不與冷卻板30、第1以及第2金屬接合層34、35、冷卻板-卡盤接合層40直 接接觸的方式構成。
[0056] 此外，也可以在半導體製造裝置用部件10上，以在與晶片載置面20a正交的方向 上貫通半導體製造裝置用部件10的方式設置氣體供給孔、起模頂杆插通孔，所述氣體供給 孔用於向晶片W的背面供給He氣，所述起模頂杆插通孔用於插通將晶片W從晶片載置面 20a抬起的起模頂杆。
[0057] 接著，對半導體製造裝置用部件10的使用例進行說明。首先，在未圖示的真空腔 內設置有半導體製造裝置用部件10的狀態下，將晶片W載置於晶片載置面20a。而後，通 過真空慄將真空腔內進行減壓，調整成規定的真空度，對靜電電極22施加直流電壓使其產 生庫侖力，將晶片W吸附固定於晶片載置面20a。接著，使真空腔內形成規定壓力（例如數 十?數百Pa)的反應氣體氣氛，在該狀態下，使其產生等離子體。而後，利用所產生的等離 子體進行晶片W的表面的蝕刻。未圖示的控制器對供給加熱電極24的功率進行控制，使得 晶片W的溫度成為預先設定的目標溫度。
[0058] 接著，對半導體製造裝置用部件10的製造例進行說明。圖3和圖4為半導體製造 裝置用部件10的製造工序圖。圖5為第2基板32的說明圖，（a)為俯視圖，（b)為（a)的 B-B剖視圖。
[0059] 首先，使用上述緻密質複合材料，製作第1?第3基板31?33,它們是圓盤狀薄型 板（參照圖3(a))。接著，從第2基板32的一個面到另一個面衝孔成與製冷劑通路36相 同的形狀，在第2基板32上形成衝孔部32a (參照圖3 (b)和圖5)。衝孔部32a可通過加 工中心、水射流法、放電加工等形成。接著，在第1基板31與第2基板32的一個面之間夾 持金屬接合材料 51，並且在第2基板32的另一個面與第3基板33之間夾持金屬接合材料 52 (參照圖3 (c))，將第1?第3基板31?32進行熱壓接合（參照圖3 (d))。由此，衝孔 部32a成為製冷劑通路：36,在第1基板31與第2基板32之間形成第1金屬接合層34,在 第 2基板32與第3基板33之間形成第2金屬接合層35,製成冷卻板30。此時，作為金屬 接合材料51、 52,優選使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材料。使用這些接合材料的熱壓接 合（TCB)如下進行，在真空氣氛下，在加熱至固相線溫度以下的狀態下，將各基板在〇.5? 2. Okg/mm2的壓力下加壓1?5小時。其後，形成從冷卻板3〇的背面側到達製冷劑通路 36 的入口 36a的製冷劑供給孔4ea、從冷卻板3〇的背面側到達製冷劑通路36的出口 36b的制 冷劑排出孔46b，並且形成貫通冷卻板30的表裡的端子插通孔43、45 (參照圖3 (e)，雖然在 圖3(e)中，沒有顯示出製冷劑通路36的入口 36a、出口 36b、製冷劑供給孔46a、製冷劑排出 孔46b，但關於它們參照圖1)。
[0060]另一方面，製作埋設有靜電電極22以及加熱電極24並安裝有供電端子23、25的 靜電卡盤20 (參照圖4 (a))。這樣的靜電卡盤20可按照例如日本特開2006-196864號公報 的記載進行準備。而後，在靜電卡盤20的與晶片載置面20a相反側的面與冷卻板 30的第1 基板31的表面之間夾持金屬接合材料28,將供電端子23、2δ分別插入端子插通孔 43、45， 將靜電卡盤20與冷卻板30進行熱壓接合（參照圖4(a))。由此，在靜電卡盤2〇與冷卻板 30之間形成冷卻板-卡盤接合層40,製成半導體製造裝置用部件10 (參照圖4(b))。作為 金屬接合材料28,優選如上述那樣使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材料來進行TCB。
[0061] 根據以上詳述的第1實施方式，冷卻板30中，通過第1以及第2金屬接合層34、35 進行接合的第1?第3基板31?33由上述緻密質複合材料製成，該緻密質複合材料與氧 化鋁的線性熱膨脹係數差極其小，熱導率、緻密性以及強度足夠高。由此，將這樣的冷卻板 30與氧化鋁陶瓷部件、即靜電卡盤20進行接合而得的半導體製造裝置用部件1〇,即使在低 溫與高溫之間反覆使用,冷卻板30與靜電卡盤20也不會發生剝離，在維持高散熱性能的狀 態下，耐用期間變長。另外，由上述緻密質複合材料製成的第1?第3基板31?33難以通 過電子束焊接等進行接合，在用樹脂粘接材料進行接合時，冷卻性能降低，但是此處，由於 通過使用金屬接合材料的TCB進行接合，因而可比較容易地進行接合，而且可獲得良好的 冷卻性能。
[0062] 另外，由於第1?第3基板31?33的緻密性足夠高，因而可使冷卻液、冷卻氣體 通過冷卻板3〇的內部，冷卻效率進一步提高。進而，由於第1?第3基板31?33的強度 足夠高，因而可耐受製造半導體製造裝置用部件10時的加工、接合，也可充分耐受因使用 時的溫度變化而產生的應力。
[0063][半導體製造裝置用部件-第2實施方式]
[0064]以下，對第2實施方式的半導體製造裝置用部件110進行說明。圖6為半導體制 造裝置用部件110的剖視圖。
[0065] 半導體製造裝置用部件110具有氧化鋁製靜電卡盤20、冷卻板130以及冷卻 板-卡盤接合層40,所述氧化鋁製靜電卡盤20可吸附實施等離子體處理的矽制晶片W，所 述冷卻板13〇由線性熱膨脹係數與氧化鋁同程度的緻密質複合材料製成，所述冷卻板-卡 盤接合層40將冷卻板130與靜電卡盤20進行接合。
[0066] 由於靜電卡盤20與第1實施方式相同，因而標記與第1實施方式相同的符號，並 省略說明。冷卻板130是外徑與靜電卡盤20同等或者稍大的圓盤狀的板，其具有第1基板 131、第2基板132、形成於第1基板 131與第2基板132之間的金屬接合層134、以及可流 通製冷劑的製冷劑通路I36。第1以及第2基板131U32由與第1實施方式中使用的緻密 質複合材料相同的材料形成。第2基板132中，在與第1基板131相面對的面上具有成為 製冷劑通路136的槽。金屬接合層134是通過在第1基板131與第2基板132中設置有槽 132a的面之間夾持Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材料並將兩基板131、132進行熱壓 接合而形成的。在冷卻板130中，與第1實施方式同樣形成有分別與製冷劑通路136的入口 以及出口連接的製冷劑供給孔以及製冷劑排出孔，但省略它們的圖示。另外，在冷卻板130 中，與第1實施方式同樣形成有端子插通孔43、45。由於冷卻板-卡盤接合層40與第1實 施方式相同，因而省略說明。
[0067]由於半導體製造裝置用部件110的使用例與第1實施方式相同，因而省略說明。 [0068]接著，對半導體製造裝置用部件110的製造例進行說明。圖7為半導體製造裝置 用部件110的製造工序圖，圖8為第2基板132的說明圖，（a)為俯視圖，（b)為C-C剖視 圖。首先，使用上述緻密質複合材料，製作第1以及第2基板131、132,它們是圓盤狀薄型 板（參照圖7(a))。接著，在第2基板132中與第1基板131相面對的面上形成成為製冷 劑通路36的槽132a(參照圖7(b)和圖8)。槽132a可通過加工中心、水射流法、放電加工 等形成。接著，在第1基板131與第2基板132的形成有槽132a的面之間夾持金屬接合材 料61 (參照圖7 (c))，將第1以及第2基板131、132進行熱壓接合（參照圖7 (d))。由此， 槽132a成為製冷劑通路136,在第1基板131與第2基板132之間形成金屬接合層134,制 成冷卻板130。此時，作為金屬接合材料61，優選如上述那樣使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系 接合材料來進行TCB。由於此後的工序即靜電卡盤20與冷卻板130的接合工序與第1實施 方式相同，因而省略其說明。
[0069] 根據以上詳述的第2實施方式，冷卻板130中，通過金屬接合層134進行接合的第 1以及第2基板131、132由上述緻密質複合材料製成，該緻密質複合材料與氧化鋁的線性熱 膨脹係數差極其小，熱導率、緻密性以及強度足夠高。由此，將這樣的冷卻板130與氧化鋁 陶瓷部件、即靜電卡盤20進行接合而得的半導體製造裝置用部件110,即使在低溫與高溫 之間反覆使用，冷卻板130與靜電卡盤20也不會發生剝離，在維持高散熱性能的狀態下，耐 用期間變長。另外，由上述緻密質複合材料製成的第1以及第2基板131、132難以通過電 子束焊接等進行接合，在用樹脂粘接材料進行接合時，冷卻性能降低，但是此處，由於通過 使用金屬接合材料的TCB進行接合，因而可比較容易地進行接合，而且可獲得良好的冷卻 性能。
[0070] 另外，由於第1以及第2基板131、132的緻密性足夠高，因而可使冷卻液、冷卻氣 體通過冷卻板130的內部，冷卻效率進一步提高。進而，由於第1以及第2基板13U132的 強度足夠高，因而可耐受製造半導體製造裝置用部件110時的加工、接合，也可充分耐受因 使用時的溫度變化而產生的應力。
[0071] [緻密質複合材料]
[0072] 上述實施方式中使用的緻密質複合材料含有37?60質量％的碳化矽顆粒，並且 含有分別少於前述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳化鈦，開口氣孔率 為1%以下。此處，開口氣孔率設為通過將純水作為介質的阿基米德法測定的值。
[0073] 含有37?60質量％的碳化矽顆粒。此處，含量是通過如下的簡易定量求得的，即， 獲取複合材料的X射線衍射圖形，並使用數據解析用軟體進行簡易定量。在碳化矽顆粒僅 含有不足37質量％時，由於無法充分提高熱導率，因而不優選。另外，超過60質量％時，開 口氣孔率變大或者強度無法充分提高，因而不優選。關於碳化矽顆粒，在將緻密質複合材料 的縱90 μ mX橫120 μ m的區域放大1000倍的SEM圖像（反射電子圖像）中，優選存在16 個以上的長徑10 μ m以上的碳化矽顆粒。這是因為，此時，複合材料的燒結充分，使其充分 地緻密化。
[0074] 含有少於碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳化鈦。作為矽化 鈦，列舉出TiSi2、TiSi、Ti5Si4、Ti5Si 3等，其中優選為TiSi2。另外，作為鈦碳化矽，優選為 Ti3SiC2 (TSC)，作為碳化鈦，優選為Tie。碳化鈦的質量％優選小於矽化鈦的質量％以及鈦碳 化矽的質量％。矽化鈦的質量％優選大於鈦碳化矽的質量％。即，關於質量％，優選的是碳 化矽最大，矽化鈦、鈦碳化矽、碳化鈦依次變小。例如，可以將碳化矽設為37?60質量％，將 矽化鈦設為31?41質量％，將鈦碳化矽設為5?25質量％，將碳化鈦設為1?4質量％。 [00 75] 在碳化娃顆粒彼此的間隙中，優選以覆蓋碳化娃顆粒表面的方式存在桂化鈦、鈦 碳化娃以及碳化鈦中的至少一種。在碳化娃顆粒高頻分散時，氣孔容易殘存於碳化桂顆粒 間，但是如上述那樣用其他顆粒覆蓋碳化矽顆粒表面時，該氣孔容易填埋，容易形成緻密且 高強度的材料，因而優選。另外，關於碳化鈦，除了覆蓋碳化矽顆粒的表面以外，優選以分散 於矽化鈦相的內部的方式存在。在後示圖10的SEM圖像所示的複合材料的組織中，可確認 碳化鈦分散於大的矽化鈦晶疇內部的情況。可認為，在矽化鈦晶疇大的情況下，晶疇自身成 為破壞源且擔心複合材料的強度降低，但是通過將碳化鈦分散於矽化鈦內部，從而發揮填 補矽化鈦相的強度的效果，維持作為複合材料的高強度。
[0076]上述實施方式中使用的緻密質複合材料的線性熱膨脹係數與氧化鋁程度相同。因 此，將用本發明的緻密質複合材料製成的部件與用氧化鋁製成的部件進行接合（例如金屬 接合）時，即使在低溫與高溫之間反覆使用也難以剝離。具體而言，本發明的緻密質複合 材料與氧化鋁在40?5 7〇°C時的平均線性熱膨脹係數之差優選為〇. 5ppm/K以下。更具 體而言，本發明的緻密質複合材料在40?57〇1時的平均線性熱膨脹係數優選為 7. 2? 8.2ppm/K。此外，在與本發明的緻密質複合材料相同的條件下，測定將純度99· 99%以上的 氧化鋁原料進行熱壓燒成而得的緻密質氧化鋁燒結體在40?570?時的平均線性熱膨脹 係數，結果為7. 7ppm/K。
[0077]上述實施方式中使用的緻密質複合材料的導熱性優異，具體而言熱導率優選為 75W/mK以上。這樣一來，將用該緻密質複合材料製成的部件與用氧化鋁製成的部件進行金 屬接合時，可高效地釋放氧化鋁所具有的熱。
[0078]上述實施方式中使用的緻密質複合材料的強度優異，具體而言4點彎曲強度優選 為200MPa以上。這樣一來，容易將用該緻密質複合材料製成的部件適用於冷卻板等。
[0079]上述實施方式中使用的緻密質複合材料的製法包含如下工序：(a)製作粉體混合 物的工序，該粉體混合物含有39?51質量％的平均粒徑為10 μ m以上25 μ m以下的碳化 矽原料顆粒，並且含有為了包含Ti以及Si而選擇出的1種以上的原料，對於來自除了碳化 矽以外的原料中的Si以及Ti，SV(Si+Ti)的質量比為0· 26?0. 54, (b)在非活性氣氛下 通過熱壓使前述粉體混合物在1370?1460°C進行燒結的工序。
[0080] 在工序（a)中，SiC原料的平均粒徑不足10 μ m時，有Sic顆粒的表面積變得過大 而使得緻密化不足，無法使開口氣孔率為1 %以下的可能，因此不優選。另外，在SiC原料 的平均粒徑變大時，由於SiC顆粒的表面積變小因而緻密性提高，但是在過於變大時強度 可能不足。後不圖10的SEM圖像所不的SiC顆粒的粒徑，即使最大也為25 μ m左右，因而 未必需要使用平均粒徑超過25 μ m的原料顆粒。另外,在將粉體混合物中的碳化桂原料顆 粒設為不足39質量％時，可能無法充分提高所獲得的複合材料的熱導率，因此不優選。另 夕卜，在超過51質量％時，可能使得所獲得的複合材料緻密化不足且開口氣孔率超過1%，因 此不優選。另外，作為為了包含Ti以及Si而選擇出的1種以上的原料，列舉出例如金屬Ti 與金屬Si的組合、金屬Ti與金屬Si與二矽化鈦的組合、金屬Ti與二矽化鈦的組合、僅二 矽化鈦等。另外，SV(Si+Ti)的質量比不足0_26時，利用Ti以及Si成分在1330?生成的 液相成分量變得過多或者急劇地大量液相化，因而難以通過熱壓燒成獲得良好的緻密體， 不優選。即，在燒成溫度低時，使得緻密化不足，在燒成溫度高時，大量生成的液相成分的滲 出變多，難以獲得開口氣孔率1%以下的緻密質複合材料。SV(Si+Ti)的質量比超過0.54 時，液相成分量也變多，因而容易產生同樣的問題，因而不優選。該SV(Si+Ti)的質量比更 優選為〇· 29?0· 47。
[0081] 在工序（b)中，作為非活性氣氛，列舉出真空氣氛、氬氣氣氛、氦氣氣氛、氮氣氣氛 等。熱壓燒成時的衝壓壓力沒有特別限定，優選以50?300kgf/cm 2進行設定。關於熱壓 燒成時的溫度，在1370?1460°C進行燒成。在不足1370°C的溫度進行燒成時，有可能使得 所獲得的複合材料緻密化不足且開口氣孔率超過1%，因此不優選。在超過1460°C的溫度 進行燒成時，液相成分的滲出變多，並且難以獲得開口氣孔率1 %以下的緻密質複合材料， 因而不優選。此外，燒成時間可以根據燒成條件進行適當設定，可以在例如1?10小時之 間進行適當設定。 實施例
[0082] [半導體製造裝置用部件]
[0083] 實施例的半導體製造裝置用部件10中，作為靜電卡盤20使用氧化鋁製的庫侖型 靜電卡盤，其直徑為297mm，厚度為5mm，電介體膜厚（從靜電電極22直到晶片載置面20a 的厚度）為0.35mm，加熱電極24為Nb線圈。另外，作為冷卻板30,使用Al-Si-Mg系接合 材料（含有88. 5重量％的眾1、10重量％的Si、l. 5重量％的1\%，固相線溫度為約560°C ), 通過TCB將用後述實驗例10的緻密質材料製成的第1?第3基板31?33進行接合。TCB 如下進行，在真空氣氛下，在加熱至540?560°C的狀態下，將各基板在1. 5kg/mm2的壓力下 加壓5小時。所獲得的冷卻板30的直徑為340mm，厚度為32mm。靜電卡盤 2〇與冷卻板30 的接合也使用相同的接合材料通過TCB進行。冷卻板-卡盤接合層40的厚度為0. 12mm。 另一方面，比較例的半導體製造裝置用部件，使用通過丙烯酸樹脂（熱導率〇. 2W/mK)將鋁 制的第1?第3基板進行接合而成的冷卻板，除此以外，與上述實施例同樣地製成。
[0084] 而且，以流量13L/min使溫度25°C的純水（製冷劑）流動於實施例的半導體製造 裝置用部件10的冷卻板30的製冷劑通路36中，對加熱電極24施加規定的功率，使加熱電 極24發熱，對發熱時的晶片載置面20a的溫度用表面溫度計進行監測。對比較例的半導體 製造裝置用部件也同樣進行監測。將其結果示於表1中。根據表1可知，不管施加怎樣的 功率，實施例的冷卻性能都比比較例優異。
[0085] 表 1
[0086]

【權利要求】
1. 一種冷卻板，其為在內部形成有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件的冷卻板， 該冷卻板具有： 第1基板，其由緻密質複合材料製成，所述緻密質複合材料含有37?60質量％的碳化 矽顆粒，並且含有分別少於所述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳化鈦， 開口氣孔率為1%以下， 第2基板，其由所述緻密質複合材料製成，並具有衝孔成與所述製冷劑通路相同形狀 的衝孔部， 第3基板，其由所述緻密質複合材料製成， 第1金屬接合層，其通過在所述第1基板與所述第2基板之間夾持金屬接合材料並將 兩基板進行熱壓接合從而形成於兩基板間，以及 第2金屬接合層，其通過在所述第2基板與所述第3基板之間夾持金屬接合材料並將 兩基板進行熱壓接合從而形成於兩基板間。
2. -種冷卻板，其為在內部具有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件的冷卻板，該 冷卻板具有： 第1基板，其由緻密質複合材料製成，所述緻密質複合材料含有37?60質量％的碳化 矽顆粒，並且含有分別少於所述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳化矽以及碳化鈦， 開口氣孔率為1%以下， 第2基板，由所述緻密質複合材料製成，在與所述第1基板相面對的面上具有成為所述 製冷劑通路的槽，以及 金屬接合層，其通過在所述第1基板與所述第2基板中設置有所述槽的面之間夾持金 屬接合材料並將兩基板進行熱壓接合而形成。
3. 根據權利要求1或2所述的冷卻板，其中，所述金屬接合層採用含有Mg或者含有Si 及Mg的鋁合金接合材料作為所述金屬接合材料，通過在該接合材料的固相線溫度以下的 溫度進行熱壓接合而形成。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料中，碳化鈦 的質量％小於所述娃化鈦的質量％以及所述鈦碳化娃的質量％。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料中，所述矽 化鈦的質量％大於所述鈦碳化矽的質量％。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料中，在所述 碳化矽顆粒彼此的間隙中，以覆蓋所述碳化矽顆粒表面的方式存在所述矽化鈦、所述鈦碳 化矽以及所述碳化鈦中的至少一種。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料中，所述碳 化鈦分散於所述矽化鈦的內部。
8. 根據權利要求1?7中任一項所述的冷卻板，其中，所述矽化鈦為TiSi2。
9. 根據權利要求1?8中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料與氧化鋁在 40°C?570°C時的平均線性熱膨脹係數之差為0. 5ppm/K以下。
10. 根據權利要求1?9中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料在40°C? 570°C時的平均線性熱膨脹係數為7. 2?8. 2ppm/K。
11. 根據權利要求1?10中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料的熱導率 為75W/mK以上。
12. 根據權利要求1?11中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料的4點彎 曲強度為200MPa以上。
13. 根據權利要求1?12中任一項所述的冷卻板，其中，所述緻密質複合材料中，在將 縱90 μ mX橫120 μ m的區域放大1000倍的SEM圖像即反射電子圖像中，長徑10 μ m以上 的碳化矽顆粒的數量為16個以上。
14. 一種冷卻板的製法，其為製造內部形成有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件 的冷卻板的方法，該方法包含如下工序： (a) 使用緻密質複合材料製作第1?第3基板的工序，所述緻密質複合材料含有37? 60質量％的碳化矽顆粒，並且含有分別少於所述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、鈦碳 化矽以及碳化鈦，開口氣孔率為1 %以下， (b) 從所述第2基板的一個面到另一個面衝孔成與所述製冷劑通路相同的形狀，在所 述第2基板上形成衝孔部的工序， (c) 在所述第1基板與所述第2基板的一個面之間，以及在所述第3基板與所述第2基 板的另一個面之間分別夾持金屬接合材料，將所述第1?第3基板進行熱壓接合的工序。
15. -種冷卻板的製法，其為製造內部具有製冷劑通路且用於冷卻氧化鋁陶瓷部件的 冷卻板的方法，該方法包含如下工序： (a) 使用緻密質複合材料製作第1基板以及第2基板的工序，所述緻密質複合材料含有 37?60質量％的碳化矽顆粒，並且含有分別少於所述碳化矽顆粒的質量％的量的矽化鈦、 鈦碳化矽以及碳化鈦，開口氣孔率為1%以下， (b) 在所述第2基板的一個面上形成成為所述製冷劑通路的槽的工序， (c) 在所述第1基板與所述第2基板中設置有所述槽的面之間夾持金屬接合材料，將兩 基板進行熱壓接合的工序。
16. 根據權利要求14或15所述的冷卻板的製法，其中，在所述工序（c)中，採用含有 Mg或者含有Si及Mg的鋁合金接合材料作為所述金屬接合材料，在該接合材料的固相線溫 度以下的溫度進行熱壓接合。
17. -種半導體製造裝置用部件，其具有： 氧化鋁製靜電卡盤，其內置有靜電電極以及加熱電極， 權利要求1?13中任一項所述的冷卻板，以及 冷卻板-卡盤接合層，其通過在所述冷卻板的所述第1基板的表面與所述靜電卡盤之 間夾持金屬接合材料並將兩者進行熱壓接合而形成。
18. 根據權利要求17所述的半導體製造裝置用部件，其中，所述冷卻板-卡盤接合層採 用含有Mg或者含有Si及Mg的鋁合金接合材料作為所述金屬接合材料，通過在該接合材料 的固相線溫度以下的溫度進行熱壓接合而形成。
【文檔編號】H01L21/683GK104285290SQ201480001113
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】神藤明日美, 井上勝弘, 勝田佑司, 片居木俊, 天野真悟, 杉本博哉 申請人:日本礙子株式會社