冷卻板、其制法以及半導(dǎo)體制造裝置用部件的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體制造裝置用部件(10)具有AlN制靜電卡盤(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)、形成于第1以及第2基板(31、32)之間的第1金屬接合層(34)、形成于第2以及第3基板(32、33)之間的第2金屬接合層(35)、以及制冷劑通路(36)。第1～第3基板(31～33)由致密質(zhì)復(fù)合材料形成，所述致密質(zhì)復(fù)合材料從含量多的起依次包含SiC、Ti3SiC2以及TiC。金屬接合層(34、35)通過在第1以及第2基板(31、32)之間和第2以及第3基板(32、33)之間夾持Al-Si-Mg系接合材料并將各基板(31～33)進(jìn)行熱壓接合而形成。
【專利說明】冷卻板、其制法以及半導(dǎo)體制造裝置用部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冷卻板、其制法以及半導(dǎo)體制造裝置用部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)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(shí)會(huì)使用氮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。氮化鋁與鋁的線性熱膨脹系數(shù)差非常大，例如，氮化鋁的線性熱膨脹系數(shù)為5. Oppm/ K(RT-800°C :內(nèi)田老鶴圃《陶瓷的物理》）、鋁的線性熱膨脹系數(shù)為31. lppm/K(RT-800°C :日 本熱物性學(xué)會(huì)編，《新編熱物性手冊(cè)》）。在這樣的靜電卡盤中，由于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系數(shù)差而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-143580號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明想要解決的課題
[0007] 在上述的靜電卡盤中，使用了樹脂作為接合材料，但是由于樹脂是有機(jī)材料，因而 散熱性低，容易在高溫下分解。因此，在高溫工藝中一般難以使用。因此確認(rèn)到以金屬作為 代替樹脂的高散熱的接合材料是有效的。將這種由金屬進(jìn)行接合的方法稱為金屬接合。作 為金屬接合的接合材料，已知例如鋁等。
[0008] 但是，金屬接合的接合材料即金屬?zèng)]有樹脂那樣的柔軟度，因此無(wú)法緩和因靜電 卡盤與冷卻板之間的大的線性熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑒于這樣的情況，期望開發(fā)出 一種適于與靜電卡盤進(jìn)行金屬接合的冷卻板材料，即，期望開發(fā)出一種與氮化鋁的線性熱 膨脹系數(shù)差小，而且具有作為冷卻板所必須的特性的新材料。作為冷卻板所必須的特性，列 舉有：為了維持散熱性而熱導(dǎo)率高，為了使冷卻液通過而致密性高，為了耐受加工等而強(qiáng)度 1?等。
[0009] 本發(fā)明是為了解決這種問題而完成的，其主要目的在于提供一種冷卻板，其為在 內(nèi)部具有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷卻板，其與A1N的線性熱膨脹系數(shù)差極 其小，熱導(dǎo)率、致密性以及強(qiáng)度足夠高。
[0010] 用于解決問題的方案
[0011] 本發(fā)明的冷卻板是在內(nèi)部形成有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷卻板， 該冷卻板具有：
[0012] 第1基板，其由致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前3位是 碳化娃、鈦碳化娃、碳化鈦，該排列順序表不從含量多的到含量少的順序，含有51?68質(zhì) 量％的前述碳化硅，不含硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0013] 第2基板，其由前述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，并具有沖孔成與前述制冷劑通路相同 的形狀的沖孔部，
[0014] 第3基板，其由前述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，
[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 并將兩基板進(jìn)行熱壓接合從而形成于兩基板間，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 并將兩基板進(jìn)行熱壓接合從而形成于兩基板間；
[0017] 或者，該冷卻板具有：
[0018] 第1基板，其由致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前3位是 碳化娃、鈦碳化娃、碳化鈦，該排列順序表不從含量多的到含量少的順序，含有51?68質(zhì) 量％的前述碳化硅，不含硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0019] 第2基板，其由前述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，在與前述第1基板相面對(duì)的面上具有成 為前述制冷劑通路的槽，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(shè)置有前述槽的面之間夾 持金屬接合材料并將兩基板進(jìn)行熱壓接合而形成。
[0021] 該冷卻板中，通過金屬接合層進(jìn)行接合的各基板由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成。該 致密質(zhì)復(fù)合材料與A1N的線性熱膨脹系數(shù)差極其小，熱導(dǎo)率、致密性以及強(qiáng)度足夠高。由 此，將這樣的冷卻板與A1N陶瓷部件進(jìn)行接合而得的半導(dǎo)體制造裝置用部件，即使在低溫 與高溫之間反復(fù)使用，冷卻板與A1N陶瓷部件也不會(huì)發(fā)生剝離，在維持高散熱性能的狀態(tài) 下，耐用期間變長(zhǎng)。另外，由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成的基板彼此難以通過電子束焊接等進(jìn) 行接合，由樹脂粘接材料接合時(shí)冷卻性能降低，但是此處，由于通過使用了金屬接合材料的 熱壓接合（Thermal Compression Bonding,簡(jiǎn)稱為TCB)來(lái)進(jìn)行接合，因而可比較容易地進(jìn) 行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
[0022] 本發(fā)明的冷卻板中，前述金屬接合層優(yōu)選采用含有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(jìn)行熱壓接 合而形成。這樣一來(lái)，可獲得更良好的冷卻性能。
[0023] 本發(fā)明的冷卻板中，前述致密質(zhì)復(fù)合材料優(yōu)選含有23?40質(zhì)量％的前述鈦碳化 硅，4?12質(zhì)量％的前述碳化鈦。前述致密質(zhì)復(fù)合材料中，優(yōu)選在前述碳化硅顆粒彼此的間 隙中以覆蓋前述碳化硅顆粒表面的方式存在前述鈦碳化硅以及前述碳化鈦中的至少一種。 前述致密質(zhì)復(fù)合材料與A1N在40°C?570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)之差優(yōu)選為0. 5ppm/K 以下。前述致密質(zhì)復(fù)合材料在40°C?570°C的平均線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選為5. 4?6. Oppm/ K。前述致密質(zhì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率優(yōu)選為100W/m · K以上，4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度優(yōu)選為300MPa以 上。
[0024] 本發(fā)明的冷卻板的制法是制造內(nèi)部形成有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件 的冷卻板的方法，該方法包含如下工序：
[0025] (a)使用致密質(zhì)復(fù)合材料制作第1?第3基板的工序，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含 量多的前3位是碳化硅、鈦碳化硅、碳化鈦，該排列順序表示從含量多的到含量少的順序， 含有51?68質(zhì)量％的前述碳化娃，不含娃化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0026] (b)從前述第2基板的一個(gè)面到另一個(gè)面沖孔形成與前述制冷劑通路相同的形 狀，在前述第2基板上形成沖孔部的工序，以及
[0027] (c)在前述第1基板與前述第2基板的一個(gè)面之間，以及在前述第3基板與前述 第2基板的另一個(gè)面之間分別夾持金屬接合材料，將前述第1?第3基板進(jìn)行熱壓接合的 工序；
[0028] 或者該方法包含如下工序：
[0029] (a)使用致密質(zhì)復(fù)合材料制作第1基板以及第2基板的工序，所述致密質(zhì)復(fù)合材料 中，含量多的的前3位是碳化硅、鈦碳化硅、碳化鈦，該排列順序表示從含量多的到含量少 的順序，含有51?68質(zhì)量％的前述碳化娃，不含娃化鈦，開口氣孔率為1 %以下，
[0030] (b)在前述第2基板的一個(gè)面上形成成為前述制冷劑通路的槽的工序，
[0031] (c)在前述第1基板與前述第2基板中設(shè)置有前述槽的面之間夾持金屬接合材料， 將兩基板進(jìn)行熱壓接合的工序。
[0032] 根據(jù)該冷卻板的制法，可容易地制造上述冷卻板。特別地，由上述致密質(zhì)復(fù)合材料 制成的基板彼此難以通過電子束焊接等進(jìn)行接合，由樹脂粘接材料進(jìn)行接合時(shí)冷卻性能降 低，但是此處，由于通過使用了金屬接合材料的熱壓接合來(lái)進(jìn)行接合，因而可比較容易地進(jìn) 行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
[0033] 本發(fā)明的冷卻板的制法中，在前述工序（c)中，優(yōu)選采用含有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(jìn)行熱 壓接合。這樣一來(lái)，可獲得具有更良好的冷卻性能的冷卻板。
[0034] 本發(fā)明的半導(dǎo)體制造裝置用部件具有：
[0035] A1N制靜電卡盤，其內(nèi)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并將兩者進(jìn)行熱壓接合而形成。
[0038] 根據(jù)該半導(dǎo)體制造裝置用部件，即使在低溫與高溫之間反復(fù)使用，冷卻板與A1N 陶瓷部件的也不會(huì)發(fā)生剝離，在維持高散熱性能的狀態(tài)下，耐用期間變長(zhǎng)。另外，可將靜電 卡盤的熱高效地向冷卻板釋放。
[0039] 在本發(fā)明的半導(dǎo)體制造裝置用部件中，前述冷卻板-卡盤接合層優(yōu)選采用含有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(jìn)行熱壓接合而形成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1為半導(dǎo)體制造裝置用部件10的俯視圖。
[0041] 圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0042] 圖3為半導(dǎo)體制造裝置用部件10的制造工序圖。
[0043] 圖4為半導(dǎo)體制造裝置用部件10的制造工序圖。
[0044] 圖5為第2基板32的說明圖。
[0045] 圖6為半導(dǎo)體制造裝置用部件110的剖視圖。
[0046] 圖7為半導(dǎo)體制造裝置用部件110的制造工序圖。
[0047] 圖8為第2基板132的說明圖。
[0048] 圖9為在實(shí)驗(yàn)例5中獲得的致密質(zhì)復(fù)合材料的SEM圖像（反射電子圖像）。
[0049] 圖10為在實(shí)驗(yàn)例5中獲得的致密質(zhì)復(fù)合材料的XRD譜圖。
[0050] 圖11為在實(shí)驗(yàn)例15中獲得的致密質(zhì)復(fù)合材料的SEM圖像（反射電子圖像）。
[0051] 圖12為在實(shí)驗(yàn)例15中獲得的致密質(zhì)復(fù)合材料的XRD譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0052] [半導(dǎo)體制造裝置用部件-第1實(shí)施方式]
[0053] 以下，對(duì)第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置用部件10進(jìn)行說明。圖1為半導(dǎo)體制造 裝置用部件10的俯視圖，圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0054] 半導(dǎo)體制造裝置用部件10具有A1N制靜電卡盤20、冷卻板30以及冷卻板-卡盤 接合層40,所述A1N制靜電卡盤20可吸附實(shí)施等離子體處理的硅制晶片W，所述冷卻板30 由線性熱膨脹系數(shù)與A1N同程度的致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述冷卻板-卡盤接合層40將靜 電卡盤20與冷卻板30進(jìn)行接合。
[0055] 靜電卡盤20是外徑比晶片W的外徑小的圓盤狀的A1N板內(nèi)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(duì)該靜電電極22施加直流電壓時(shí)，晶片W通過約翰遜-拉別克力而被吸附 固定于晶片載置面20a，解除施加直流電壓時(shí)，晶片W向晶片載置面20a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(jìn)行配線而按照例如一筆畫的要領(lǐng)形成圖形，在 施加電壓時(shí)發(fā)熱而將晶片W加熱?？赏ㄟ^從冷卻板30的背面分別到達(dá)加熱電極24的一端 以及另一端的棒狀的供電端子25對(duì)加熱電極24施加電壓。
[0056] 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33、形成于第1基板31與第2基板32之間的第1金屬接合層34、形成 于第2基板32與第3基板33之間的第2金屬接合層35、以及可流通制冷劑的制冷劑通路 36。第1?第3基板31、32、33由致密質(zhì)復(fù)合材料形成。該致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前 3位是碳化硅、鈦碳化硅、碳化鈦，該排列順序表示從含量多的到含量少的順序，含有51? 68質(zhì)量％的碳化硅，不含硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下，詳細(xì)內(nèi)容后述。另外，在第2基板 32中形成有沖孔部32a。該沖孔部32a是將從第2基板32的一個(gè)面到另一個(gè)面沖孔成與 制冷劑通路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(gè)面之間、以及在第2基板32的另一個(gè)面與第3基板33之間夾持Al-Si-Mg 系的金屬接合材料并將各基板31?33進(jìn)行熱壓接合而形成。在冷卻板30上形成有制冷 劑供給孔46a以及制冷劑排出孔46b，所述制冷劑供給孔46a以及制冷劑排出孔46b從與接 合有靜電卡盤20的面相反側(cè)的面向與晶片載置面20a正交的方向延伸并分別與制冷劑通 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(cè)的面。端子插通孔43是用于插 通靜電電極22的供電端子23的孔，端子插通孔45是用于插通加熱電極24的供電端子25 的孔。
[0057] 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系的金屬接合材料并將兩者進(jìn)行熱壓接合而形成。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(gòu)成。
[0058] 此外，也可以在半導(dǎo)體制造裝置用部件10上，以在與晶片載置面20a正交的方向 上貫通半導(dǎo)體制造裝置用部件10的方式設(shè)置氣體供給孔、起模頂桿插通孔，所述氣體供給 孔用于向晶片W的背面供給He氣，所述起模頂桿插通孔用于插通將晶片W從晶片載置面 20a抬起的起模頂桿。
[0059] 接著，對(duì)半導(dǎo)體制造裝置用部件10的使用例進(jìn)行說明。首先，在未圖示的真空腔 內(nèi)設(shè)置有半導(dǎo)體制造裝置用部件10的狀態(tài)下，將晶片W載置于晶片載置面20a。而后，通 過真空泵將真空腔內(nèi)進(jìn)行減壓，調(diào)整成規(guī)定的真空度，對(duì)靜電電極22施加直流電壓使其產(chǎn) 生約翰遜-拉別克力，將晶片W吸附固定于晶片載置面20a。接著，使真空腔內(nèi)形成規(guī)定壓 力（例如數(shù)十?數(shù)百Pa)的反應(yīng)氣體氣氛，在該狀態(tài)下，使其產(chǎn)生等離子體。而后，通過所 產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行晶片W的表面的蝕刻。未圖示的控制器對(duì)供給加熱電極24的功率進(jìn) 行控制，使得晶片W的溫度成為預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度。
[0060] 接著，對(duì)半導(dǎo)體制造裝置用部件10的制造例進(jìn)行說明。圖3和圖4為半導(dǎo)體制造 裝置用部件10的制造工序圖。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。
[0061] 首先，使用上述致密質(zhì)復(fù)合材料，制作第1?第3基板31?33,它們是圓盤狀薄型 板（參照?qǐng)D3 (a))。接著，從第2基板32的一個(gè)面到另一個(gè)面沖孔成與制冷劑通路36相 同的形狀，在第2基板32上形成沖孔部32a (參照?qǐng)D3 (b)和圖5)。沖孔部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(gè)面之間夾 持金屬接合材料51，并且在第2基板32的另一個(gè)面與第3基板33之間夾持金屬接合材料 52 (參照?qǐng)D3 (c))，將第1?第3基板31?32進(jìn)行熱壓接合（參照?qǐng)D3 (d))。由此，沖孔 部32a成為制冷劑通路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,制成冷卻板30。此時(shí)，作為金屬 接合材料51、52,優(yōu)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(jìn)行，在真空氣氛下，在加熱至固相線溫度以下的狀態(tài)下，將各基板在0.5? 2. Okg/mm2的壓力下加壓1?5小時(shí)。其后，形成從冷卻板30的背面?zhèn)鹊竭_(dá)制冷劑通路36 的入口 36a的制冷劑供給孔46a、從冷卻板30的背面?zhèn)鹊竭_(dá)制冷劑通路36的出口 36b的制 冷劑排出孔46b，并且形成貫通冷卻板30表里的端子插通孔43、45 (參照?qǐng)D3 (e)，雖然在圖 3(e)中，沒有顯示出制冷劑通路36的入口 36a、出口 36b、制冷劑供給孔46a、制冷劑排出孔 46b，但關(guān)于它們參照?qǐng)D1)。
[0062] 另一方面，制作埋設(shè)有靜電電極22以及加熱電極24并安裝有供電端子23、25的 靜電卡盤20 (參照?qǐng)D4 (a))。這樣的靜電卡盤20可按照例如日本特開2006-196864號(hào)公報(bào) 的記載進(jìn)行準(zhǔn)備。而后，在靜電卡盤20的與晶片載置面20a相反側(cè)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、25分別插入端子插通孔43、45， 將靜電卡盤20與冷卻板30進(jìn)行熱壓接合（參照?qǐng)D4 (a))。由此，在靜電卡盤20與冷卻板 30之間形成冷卻板-卡盤接合層40,制成半導(dǎo)體制造裝置用部件10 (參照?qǐng)D4 (b))。作為 金屬接合材料28,優(yōu)選如上述那樣使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材料來(lái)進(jìn)行TCB。
[0063] 根據(jù)以上詳述的第1實(shí)施方式，冷卻板30中，通過第1以及第2金屬接合層34、35 進(jìn)行接合的第1?第3基板31?33由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，該致密質(zhì)復(fù)合材料與A1N 的線性熱膨脹系數(shù)差極其小，熱導(dǎo)率、致密性以及強(qiáng)度足夠高。由此，將這樣的冷卻板30與 A1N陶瓷部件、即靜電卡盤20進(jìn)行接合而得的半導(dǎo)體制造裝置用部件10,即使在低溫與高 溫之間反復(fù)使用，冷卻板30與靜電卡盤20也不會(huì)發(fā)生剝離，在維持高散熱性能的狀態(tài)下， 耐用期間變長(zhǎng)。另外，由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成的第1?第3基板31?33難以通過電子 束焊接等進(jìn)行接合，在用樹脂粘接材料進(jìn)行接合時(shí)冷卻性能降低，但是此處，由于通過使用 金屬接合材料的TCB進(jìn)行接合，因而可比較容易地進(jìn)行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。 [0064] 另外，由于第1?第3基板31?33的致密性足夠高，因而可使冷卻液、冷卻氣體 通過冷卻板30的內(nèi)部，冷卻效率進(jìn)一步提高。進(jìn)而，由于第1?第3基板31?33的強(qiáng)度 足夠高，因而可耐受制造半導(dǎo)體制造裝置用部件10時(shí)的加工、接合，也可充分耐受因使用 時(shí)的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0065][半導(dǎo)體制造裝置用部件-第2實(shí)施方式]
[0066] 以下，對(duì)第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造裝置用部件110進(jìn)行說明。圖6為半導(dǎo)體制 造裝置用部件110的剖視圖。
[0067] 半導(dǎo)體制造裝置用部件110具有A1N制靜電卡盤20、冷卻板130以及冷卻板-卡 盤接合層40,所述A1N制靜電卡盤20可吸附實(shí)施等離子體處理的硅制的晶片W，所述冷卻 板130由線性熱膨脹系數(shù)與A1N同程度的致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述冷卻板-卡盤接合層 40將冷卻板130與靜電卡盤20進(jìn)行接合。
[0068] 由于靜電卡盤20與第1實(shí)施方式相同，因而標(biāo)記與第1實(shí)施方式相同的符號(hào)，并 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板，其具有第1基板 131、第2基板132、形成于第1基板131與第2基板132之間的金屬接合層134、以及可流 通制冷劑的制冷劑通路136。第1以及第2基板131U32由與第1實(shí)施方式中使用的致密 質(zhì)復(fù)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(duì)的面上具有成為 制冷劑通路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(shè)置有槽 132a的面之間夾持Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材料并將兩基板131、132進(jìn)行熱壓 接合而形成。在冷卻板130中，與第1實(shí)施方式同樣形成有分別與制冷劑通路136的入口 以及出口連接的制冷劑供給孔以及制冷劑排出孔，但省略它們的圖示。另外，在冷卻板130 中，與第1實(shí)施方式同樣形成有端子插通孔43、45。由于冷卻板-卡盤接合層40與第1實(shí) 施方式相同，因而省略說明。
[0069] 由于半導(dǎo)體制造裝置用部件110的使用例與第1實(shí)施方式相同，因而省略說明。
[0070] 接著，對(duì)半導(dǎo)體制造裝置用部件110的制造例進(jìn)行說明。圖7為半導(dǎo)體制造裝置 用部件110的制造工序圖，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，使用上述致密質(zhì)復(fù)合材料，制作第1以及第2基板131、132,它們是圓盤狀薄型 板（參照?qǐng)D7(a))。接著，在第2基板132中與第1基板131相面對(duì)的面上形成成為制冷劑 通路136的槽132a(參照?qǐng)D7(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?qǐng)D7 (c))，將第1以及第2基板131、132進(jìn)行熱壓接合（參照?qǐng)D7 (d))。由此， 槽132a成為制冷劑通路36,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(shí)，作為金屬接合材料61，優(yōu)選如上述那樣使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系 接合材料來(lái)進(jìn)行TCB。由于此后的工序即靜電卡盤20與冷卻板130的接合工序與第1實(shí)施 方式相同，因而省略其說明。
[0071] 根據(jù)以上詳述的第2實(shí)施方式，冷卻板130中，通過金屬接合層134進(jìn)行接合的第 1以及第2基板131、132由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，該致密質(zhì)復(fù)合材料與A1N的線性熱膨 脹系數(shù)差極其小，熱導(dǎo)率、致密性以及強(qiáng)度足夠高。由此，將這樣的冷卻板130與A1N陶瓷 部件、即靜電卡盤20進(jìn)行接合而得的半導(dǎo)體制造裝置用部件110,即使在低溫與高溫之間 反復(fù)使用，冷卻板130與靜電卡盤20也不會(huì)發(fā)生剝離，在維持高散熱性能的狀態(tài)下，耐用期 間變長(zhǎng)。另外，由上述致密質(zhì)復(fù)合材料制成的第1以及第2基板131U32難以通過電子束 焊接等進(jìn)行接合，在用樹脂粘接材料進(jìn)行接合時(shí)冷卻性能降低，但是此處，由于通過使用金 屬接合材料的TCB進(jìn)行接合，因而可比較容易地進(jìn)行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
[0072] 另外，由于第1以及第2基板131、132的致密性足夠高，因而可使冷卻液、冷卻氣 體通過冷卻板130的內(nèi)部，冷卻效率進(jìn)一步提高。進(jìn)而，由于第1以及第2基板131U32的 強(qiáng)度足夠高，因而可耐受制造半導(dǎo)體制造裝置用部件110時(shí)的加工、接合，也可充分耐受因 使用時(shí)的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0073][致密質(zhì)復(fù)合材料]
[0074] 上述實(shí)施方式中使用的致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前3位是碳化硅、鈦碳化硅、 碳化鈦，該排列順序表不從含量多的到含量少的順序，含有51?68質(zhì)量％的碳化娃，不含 硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下。此處，含量設(shè)為基于X射線衍射的峰而求出的值。另外，開 口氣孔率設(shè)為通過將純水作為介質(zhì)的阿基米德法測(cè)定的值。
[0075] 含有51?68質(zhì)量％的碳化娃。在僅含有不足51質(zhì)量％時(shí)，與氮化錯(cuò)的熱膨脹系 數(shù)差變大，因而不優(yōu)選。另外，超過68質(zhì)量％時(shí)，開口氣孔率變大或者強(qiáng)度無(wú)法充分提高， 因而不優(yōu)選。
[0076] 含有少于碳化娃的量的鈦碳化娃，含有少于鈦碳化娃的量的碳化鈦。作為鈦碳化 硅，優(yōu)選為Ti3SiC2 (TSC)，作為碳化鈦，優(yōu)選為TiC。例如，優(yōu)選含有27?40質(zhì)量％的鈦碳 化娃，優(yōu)選含有4?12質(zhì)量％的碳化鈦。
[0077] 優(yōu)選在碳化硅顆粒彼此的間隙中以覆蓋碳化硅顆粒表面的方式存在鈦碳化硅以 及碳化鈦中的至少一種。在碳化硅顆粒高頻分散時(shí)，氣孔容易殘存于碳化硅顆粒間，但是如 上述那樣用其他顆粒覆蓋碳化硅顆粒表面時(shí)，該氣孔容易填埋，容易形成致密且高強(qiáng)度的 材料，因而優(yōu)選。
[0078] 上述實(shí)施方式中使用的致密質(zhì)復(fù)合材料的線性熱膨脹系數(shù)與氮化鋁程度相同。因 此，將用該致密質(zhì)復(fù)合材料制成的部件與用氮化鋁制成的部件進(jìn)行接合（例如金屬接合） 時(shí)，即使在低溫與高溫之間反復(fù)使用也難以剝離。具體而言，該致密質(zhì)復(fù)合材料與氮化鋁在 40?570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)之差優(yōu)選為0. 5ppm/K以下。另外，該致密質(zhì)復(fù)合材料 在40?570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)更優(yōu)選為5. 4?6. Oppm/K。此外，在與該致密質(zhì)復(fù) 合材料相同的條件下，測(cè)定向氮化鋁中添加5重量％的Y203作為燒結(jié)助劑而得的氮化鋁燒 結(jié)體在40?570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)，結(jié)果為5. 7ppm/K，測(cè)定不含燒結(jié)助劑的氮化 鋁燒結(jié)體的平均線性熱膨脹系數(shù)，結(jié)果為5. 2ppm/K。因此，在本發(fā)明中，將兩者之間的值的 線性熱膨脹系數(shù)5. 5ppm/K (40?570°C )設(shè)為中心值，其目的是提供一種平均線性熱膨脹系 數(shù)之差為〇· 5ppm/K以下的氮化鋁燒結(jié)體。
[0079] 上述實(shí)施方式中使用的致密質(zhì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性優(yōu)異，具體而言熱導(dǎo)率優(yōu)選為 100W/m*K以上。這樣一來(lái)，將用該致密質(zhì)復(fù)合材料制成的部件與用氮化鋁制成的部件進(jìn)行 金屬接合時(shí)，可高效地釋放氮化鋁所具有的熱。
[0080] 上述實(shí)施方式中使用的致密質(zhì)復(fù)合材料的強(qiáng)度優(yōu)異，具體而言4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度優(yōu)選 為300MPa以上。這樣一來(lái)，容易將用該致密質(zhì)復(fù)合材料制成的部件適用于冷卻板等。
[0081] 上述實(shí)施方式中使用的致密質(zhì)復(fù)合材料的制法也可以例如包含如下工序：(a)制 作含有43?52質(zhì)量％的碳化硅，含有33?45質(zhì)量％的碳化鈦，剩余部分含有18質(zhì)量％ 以下的硅化鈦、和/或、13質(zhì)量％以下的硅的粉體混合物的工序，（b)將前述粉體混合物在 非活性氣氛下通過熱壓進(jìn)行燒結(jié)，從而獲得上述致密質(zhì)復(fù)合材料的工序。
[0082] 在工序（a)中，碳化硅的原料粉末的粒徑?jīng)]有特別限制，但是平均粒徑優(yōu)選為2? 35 μ m。另外，也可僅使用粗粒（例如平均粒徑15?35 μ m)，也可僅使用細(xì)粒（例如平均 粒徑2?10 μ m)，也可將粗粒和細(xì)?；旌鲜褂谩iC的平均粒徑小于2 μ m時(shí)，在原料中的 SiC比多的組成中SiC顆粒的表面積增加，因而燒結(jié)性降低，難以獲得致密的燒結(jié)體。另一 方面，SiC的平均粒徑大于35 μ m時(shí)，燒結(jié)性沒有問題，但是存在有強(qiáng)度降低的可能。另外， 在工序（a)中，如上述那樣，作為原料粉末，可以使用碳化硅、碳化鈦、硅化鈦，但是也可以 從碳化硅、碳化鈦、硅化鈦、鈦、硅之中進(jìn)行適當(dāng)選擇使用。
[0083] 在工序（b)中，所謂非活性氣氛，列舉出例如真空氣氛、氮?dú)鈿夥铡鍤鈿夥盏?。?夕卜，熱壓條件可以設(shè)定成可獲得上述致密質(zhì)復(fù)合材料。例如，熱壓時(shí)的壓力優(yōu)選為100? 400kgf/cm2,更優(yōu)選為200?300kgf/cm 2。熱壓時(shí)的溫度優(yōu)選為1550?1800°C，更優(yōu)選為 1600?1750°C。壓力與溫度的關(guān)系可以根據(jù)粉體混合物的組成、原料粉的粒徑等，在該范 圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。例如，在粉體混合物中的碳化硅的含有率低時(shí)，粉體混合物容易燒結(jié)， 因而在比較寬松的熱壓條件下進(jìn)行致密化。另一方面，在粉體混合物中的碳化硅的含有率 高時(shí)，由于粉體混合物難以燒結(jié)，因而在比較嚴(yán)格的熱壓條件下進(jìn)行致密化。另外，在碳化 硅僅使用粗粒時(shí)，在比較嚴(yán)格的熱壓條件下進(jìn)行致密化，但是在將粗粒和細(xì)?；旌鲜褂脮r(shí)， 在比較寬松的熱壓條件下進(jìn)行致密化。此外，燒成時(shí)間可以根據(jù)熱壓條件進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定，可 以在例如1?10小時(shí)之間進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。并且，與僅使用粗粒時(shí)相比，將粗粒和細(xì)?；旌?使用時(shí)存在在寬松的熱壓條件下進(jìn)行致密化的傾向，因而優(yōu)選。
[0084] 關(guān)于工序（b)的熱壓條件，例如，在粉體混合物中的碳化硅為43質(zhì)量％以上不足 47質(zhì)量％時(shí)，不管碳化硅是粗粒還是細(xì)粒，均優(yōu)選為1600?1800°C、200?400kgf/cm 2這 樣的條件。另外，在粉體混合物中的碳化硅為47質(zhì)量％以上52質(zhì)量％以下時(shí)，不管碳化 硅是粗粒還是細(xì)粒，均優(yōu)選為1650?1800°C、300?400kgf/cm 2這樣的條件，或者1750? 1800°C、250?400kgf/cm2這樣的條件，但如果碳化硅是粗粒和細(xì)粒的混合粒，那么優(yōu)選為 1650 ?1800°C、300 ?400kgf/cm2 這樣的條件，或者 1700 ?1800°C、250 ?400kgf/cm2 這 樣的條件。
[0085] 實(shí)施例
[0086] [半導(dǎo)體制造裝置用部件]
[0087] 實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置用部件10中，作為靜電卡盤20,使用A1N制的約翰 遜-拉別克型靜電卡盤，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A1、10重量％的Si、1. 5重量％的Mg，固相線溫 度為約560°C )，通過TCB將用后述的實(shí)驗(yàn)例15的致密質(zhì)材料制成的第1?第3基板31? 33進(jìn)行接合。TCB如下進(jìn)行，在真空氣氛下，在加熱至540?560°C的狀態(tài)下，將各基板在 1.5kg/mm2的壓力下加壓5小時(shí)。所獲得的冷卻板30的直徑為340mm，厚度為32mm。靜電 卡盤20與冷卻板30的接合也使用相同的接合材料通過TCB進(jìn)行。冷卻板-卡盤接合層40 的厚度為〇. 12_。另一方面，比較例的半導(dǎo)體制造裝置用部件，使用通過丙烯酸樹脂（熱導(dǎo) 率0. 2W/mK)將鋁制的第1?第3基板進(jìn)行接合而成的冷卻板，除此以外，與上述的實(shí)施例 同樣制成。
[0088] 而后，以流量13L/min使溫度25°C的純水（制冷劑）流動(dòng)于實(shí)施例的半導(dǎo)體制造 裝置用部件10的冷卻板30的制冷劑通路36中，對(duì)加熱電極24施加規(guī)定的功率，使加熱電 極24發(fā)熱，對(duì)發(fā)熱時(shí)的晶片載置面20a的溫度通過表面溫度計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)比較例的半導(dǎo) 體制造裝置用部件也同樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將其結(jié)果示于表1中。根據(jù)表1可知，不管施加怎樣 的功率，實(shí)施例的冷卻性能都比比較例優(yōu)異。
[0089] 表 1
[0090]

【權(quán)利要求】
1. 一種冷卻板，其為在內(nèi)部形成有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷卻板，該 冷卻板具有： 第1基板，其由致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前3位是碳化 娃、鈦碳化娃、碳化鈦，該排列順序表不從含量多的到含量少的順序，含有51?68質(zhì)量％的 所述碳化硅，不含硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下， 第2基板，其由所述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，并具有沖孔成與所述制冷劑通路相同形狀 的沖孔部， 第3基板，其由所述致密質(zhì)復(fù)合材料制成， 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并將 兩基板進(jìn)行熱壓接合從而形成于兩基板間，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并將 兩基板進(jìn)行熱壓接合從而形成于兩基板間。
2. -種冷卻板，其為在內(nèi)部具有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷卻板，該冷 卻板具有： 第1基板，其由致密質(zhì)復(fù)合材料制成，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多的前3位是碳化 娃、鈦碳化娃、碳化鈦，該排列順序表不從含量多的到含量少的順序，含有51?68質(zhì)量％的 所述碳化硅，不含硅化鈦，開口氣孔率為1 %以下， 第2基板，其由所述致密質(zhì)復(fù)合材料制成，在與所述第1基板相面對(duì)的面上具有成為所 述制冷劑通路的槽，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(shè)置有所述槽的面之間夾持金 屬接合材料并將兩基板進(jìn)行熱壓接合而形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻板，其中，所述金屬接合層采用含有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(jìn)行熱壓接合而形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的冷卻板，其中，所述致密質(zhì)復(fù)合材料含有23? 40質(zhì)量％的所述鈦碳化娃，含有4?12質(zhì)量％的所述碳化鈦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的冷卻板，其中，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，在所述 碳化硅顆粒彼此的間隙中，以覆蓋所述碳化硅顆粒表面的方式存在所述鈦碳化硅以及所述 碳化鈦中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的冷卻板，其中，所述致密質(zhì)復(fù)合材料與A1N在 40°C?570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)之差為0. 5ppm/K以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的冷卻板，其中，所述致密質(zhì)復(fù)合材料在40°C? 570°C時(shí)的平均線性熱膨脹系數(shù)為5. 4?6. Oppm/K。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的冷卻板，其中，所述致密質(zhì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為 100W/m · K以上，4點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為300MPa以上。
9. 一種冷卻板的制法，其為制造內(nèi)部形成有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷 卻板的方法，該方法包含如下工序： (a)使用致密質(zhì)復(fù)合材料制作第1?第3基板的工序，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中，含量多 的前3位是碳化硅、鈦碳化硅、碳化鈦，該排列順序表示從含量多的到含量少的順序，含有 51?68質(zhì)量％的所述碳化娃，不含娃化鈦，開口氣孔率為1%以下， (b) 從所述第2基板的一個(gè)面到另一個(gè)面沖孔成與所述制冷劑通路相同的形狀，在所 述第2基板上形成沖孔部的工序， (c) 在所述第1基板與所述第2基板的一個(gè)面之間，以及在所述第3基板與所述第2基 板的另一個(gè)面之間分別夾持金屬接合材料，將所述第1?第3基板進(jìn)行熱壓接合的工序。
10. -種冷卻板的制法，其為制造內(nèi)部具有制冷劑通路且用于冷卻A1N陶瓷部件的冷 卻板的方法，該方法包含如下工序： (a) 使用致密質(zhì)復(fù)合材料制作第1基板以及第2基板的工序，所述致密質(zhì)復(fù)合材料中， 含量多的前3位是碳化硅、鈦碳化硅、碳化鈦，該排列順序表示從含量多的到含量少的順 序，含有51?68質(zhì)量％的所述碳化娃，不含娃化鈦，開口氣孔率為1 %以下， (b) 在所述第2基板的一個(gè)面上形成成為所述制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(shè)置有所述槽的面之間夾持金屬接合材料，將兩 基板進(jìn)行熱壓接合的工序。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的冷卻板的制法，其中，在所述工序（c)中，采用含有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(jìn)行熱壓接合。
12. -種半導(dǎo)體制造裝置用部件，其具有： A1N制靜電卡盤，其內(nèi)置有靜電電極以及加熱電極， 權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)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并將兩者進(jìn)行熱壓接合而形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體制造裝置用部件，其中，所述冷卻板-卡盤接合層采 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(jìn)行熱壓接合而形成。
【文檔編號(hào)】H01L21/683GK104254913SQ201480001099
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)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(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社