冷却板、其制法以及半导体制造装置用部件制造方法及图纸

半导体制造装置用部件(10)具有AlN制静电卡盘(20)、冷却板(30)、以及冷却板-卡盘接合层(40)。冷却板(30)具有第1～第3基板(31～33)、形成于第1以及第2基板(31、32)之间的第1金属接合层(34)、形成于第2以及第3基板(32、33)之间的第2金属接合层(35)、以及制冷剂通路(36)。第1～第3基板(31～33)由致密质复合材料形成，所述致密质复合材料从含量多的起依次包含SiC、Ti3SiC2以及TiC。金属接合层(34、35)通过在第1以及第2基板(31、32)之间和第2以及第3基板(32、33)之间夹持Al-Si-Mg系接合材料并将各基板(31～33)进行热压接合而形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷却板、其制法以及半导体制造装置用部件
本专利技术涉及冷却板、其制法以及半导体制造装置用部件。
技术介绍
在半导体工艺中高温化的静电卡盘上，为了散热而接合有冷却板。在此情况下， 有时会使用氮化铝作为静电卡盘的材料，使用铝作为冷却板的材料，使用树脂作为接合材 料。氮化铝与铝的线性热膨胀系数差非常大，例如，氮化铝的线性热膨胀系数为5. Oppm/ K(RT-800°C :内田老鹤圃《陶瓷的物理》）、铝的线性热膨胀系数为31. lppm/K(RT-800°C :日 本热物性学会编，《新编热物性手册》）。在这样的静电卡盘中，由于使用了柔软的树脂作为 接合材料，因此可缓和因该线性热膨胀系数差而产生的应力。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2006-143580号公报
技术实现思路
专利技术想要解决的课题 在上述的静电卡盘中，使用了树脂作为接合材料，但是由于树脂是有机材料，因而 散热性低，容易在高温下分解。因此，在高温工艺中一般难以使用。因此确认到以金属作为 代替树脂的高散热的接合材料是有效的。将这种由金属进行接合的方法称为金属接合。作 为金属接合的接合材料，已知例如铝等。 但是，金属接合的接合材料即金属没有树脂那样的柔软度，因此无法缓和因静电 卡盘与冷却板之间的大的线性热膨胀系数差而产生的应力。鉴于这样的情况，期望开发出 一种适于与静电卡盘进行金属接合的冷却板材料，即，期望开发出一种与氮化铝的线性热 膨胀系数差小，而且具有作为冷却板所必须的特性的新材料。作为冷却板所必须的特性，列 举有：为了维持散热性而热导率高，为了使冷却液通过而致密性高，为了耐受加工等而强度 1?等。 本专利技术是为了解决这种问题而完成的，其主要目的在于提供一种冷却板，其为在 内部具有制冷剂通路且用于冷却A1N陶瓷部件的冷却板，其与A1N的线性热膨胀系数差极 其小，热导率、致密性以及强度足够高。 用于解决问题的方案 本专利技术的冷却板是在内部形成有制冷剂通路且用于冷却A1N陶瓷部件的冷却板， 该冷却板具有： 第1基板，其由致密质复合材料制成，所述致密质复合材料中，含量多的前3位是 碳化娃、钛碳化娃、碳化钛，该排列顺序表不从含量多的到含量少的顺序，含有51?68质 量％的前述碳化硅，不含硅化钛，开口气孔率为1 %以下， 第2基板，其由前述致密质复合材料制成，并具有冲孔成与前述制冷剂通路相同 的形状的冲孔部， 第3基板，其由前述致密质复合材料制成， 第1金属接合层，其通过在前述第1基板与前述第2基板之间夹持金属接合材料 并将两基板进行热压接合从而形成于两基板间，以及 第2金属接合层，其通过在前述第2基板与前述第3基板之间夹持金属接合材料 并将两基板进行热压接合从而形成于两基板间； 或者，该冷却板具有： 第1基板，其由致密质复合材料制成，所述致密质复合材料中，含量多的前3位是 碳化娃、钛碳化娃、碳化钛，该排列顺序表不从含量多的到含量少的顺序，含有51?68质 量％的前述碳化硅，不含硅化钛，开口气孔率为1 %以下， 第2基板，其由前述致密质复合材料制成，在与前述第1基板相面对的面上具有成 为前述制冷剂通路的槽，以及 金属接合层，其通过在前述第1基板与前述第2基板中设置有前述槽的面之间夹 持金属接合材料并将两基板进行热压接合而形成。 该冷却板中，通过金属接合层进行接合的各基板由上述致密质复合材料制成。该 致密质复合材料与A1N的线性热膨胀系数差极其小，热导率、致密性以及强度足够高。由 此，将这样的冷却板与A1N陶瓷部件进行接合而得的半导体制造装置用部件，即使在低温 与高温之间反复使用，冷却板与A1N陶瓷部件也不会发生剥离，在维持高散热性能的状态 下，耐用期间变长。另外，由上述致密质复合材料制成的基板彼此难以通过电子束焊接等进 行接合，由树脂粘接材料接合时冷却性能降低，但是此处，由于通过使用了金属接合材料的 热压接合（Thermal Compression Bonding,简称为TCB)来进行接合，因而可比较容易地进 行接合，而且可获得良好的冷却性能。 本专利技术的冷却板中，前述金属接合层优选采用含有Mg或者含有Si及Mg的铝合金 接合材料作为前述金属接合材料，通过在该接合材料的固相线温度以下的温度进行热压接 合而形成。这样一来，可获得更良好的冷却性能。 本专利技术的冷却板中，前述致密质复合材料优选含有23?40质量％的前述钛碳化 硅，4?12质量％的前述碳化钛。前述致密质复合材料中，优选在前述碳化硅颗粒彼此的间 隙中以覆盖前述碳化硅颗粒表面的方式存在前述钛碳化硅以及前述碳化钛中的至少一种。 前述致密质复合材料与A1N在40°C?570°C时的平均线性热膨胀系数之差优选为0. 5ppm/K 以下。前述致密质复合材料在40°C?570°C的平均线性热膨胀系数优选为5. 4?6. Oppm/ K。前述致密质复合材料的热导率优选为100W/m · K以上，4点弯曲强度优选为300MPa以 上。 本专利技术的冷却板的制法是制造内部形成有制冷剂通路且用于冷却A1N陶瓷部件 的冷却板的方法，该方法包含如下工序： (a)使用致密质复合材料制作第1?第3基板的工序，所述致密质复合材料中，含 量多的前3位是碳化硅、钛碳化硅、碳化钛，该排列顺序表示从含量多的到含量少的顺序， 含有51?68质量％的前述碳化娃，不含娃化钛，开口气孔率为1 %以下， (b)从前述第2基板的一个面到另一个面冲孔形成与前述制冷剂通路相同的形 状，在前述第2基板上形成冲孔部的工序，以及 (c)在前述第1基板与前述第2基板的一个面之间，以及在前述第3基板与前述 第2基板的另一个面之间分别夹持金属接合材料，将前述第1?第3基板进行热压接合的 工序； 或者该方法包含如下工序： (a)使用致密质复合材料制作第1基板以及第2基板的工序，所述致密质复合材料 中，含量多的的前3位是碳化硅、钛碳化硅、碳化钛，该排列顺序表示从含量多的到含量少 的顺序，含有51?68质量％的前述碳化娃，不含娃化钛，开口气孔率为1 %以下， (b)在前述第2基板的一个面上形成成为前述制冷剂通路的槽的工序， (c)在前述第1基板与前述第2基板中设置有前述槽的面之间夹持金属接合材料， 将两基板进行热压接合的工序。 根据该冷却板的制法，可容易地制造上述冷却板。特别地，由上述致密质复合材料 制成的基板彼此难以通过电子束焊接等进行接合，由树脂粘接材料进行接合时冷却性能降 低，但是此处，由于通过使用了金属接合材料的热压接合来进行接合，因而可比较容易地进 行接合，而且可获得良好的冷却性能。 本专利技术的冷却板的制法中，在前述工序（c)中，优选采用含有Mg或者含有Si及Mg 的铝合金接合材料作为前述金属接合材料，在该接合材料的固相线温度以下的温度进行热 压接合。这样一来，可获得具有更良好的冷却性能的冷却板。 本专利技术的半导体制造装置用部件具有： A1N制静电卡盘，其内置有静电电极以及加热电极， 上述任一种冷却板，以及 冷却板-卡盘接合层，其通过在前述冷却板的前述第1基板的表面与前述静电卡 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却板，其为在内部形成有制冷剂通路且用于冷却AlN陶瓷部件的冷却板，该冷却板具有：第1基板，其由致密质复合材料制成，所述致密质复合材料中，含量多的前3位是碳化硅、钛碳化硅、碳化钛，该排列顺序表示从含量多的到含量少的顺序，含有51～68质量％的所述碳化硅，不含硅化钛，开口气孔率为1％以下，第2基板，其由所述致密质复合材料制成，并具有冲孔成与所述制冷剂通路相同形状的冲孔部，第3基板，其由所述致密质复合材料制成，第1金属接合层，其通过在所述第1基板与所述第2基板之间夹持金属接合材料并将两基板进行热压接合从而形成于两基板间，以及第2金属接合层，其通过在所述第2基板与所述第3基板之间夹持金属接合材料并将两基板进行热压接合从而形成于两基板间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.25 JP 2013-0618561. 一种冷却板，其为在内部形成有制冷剂通路且用于冷却A1N陶瓷部件的冷却板，该 冷却板具有： 第1基板，其由致密质复合材料制成，所述致密质复合材料中，含量多的前3位是碳化 娃、钛碳化娃、碳化钛，该排列顺序表不从含量多的到含量少的顺序，含有51?68质量％的 所述碳化硅，不含硅化钛，开口气孔率为1 %以下， 第2基板，其由所述致密质复合材料制成，并具有冲孔成与所述制冷剂通路相同形状 的冲孔部， 第3基板，其由所述致密质复合材料制成， 第1金属接合层，其通过在所述第1基板与所述第2基板之间夹持金属接合材料并将 两基板进行热压接合从而形成于两基板间，以及 第2金属接合层，其通过在所述第2基板与所述第3基板之间夹持金属接合材料并将 两基板进行热压接合从而形成于两基板间。2. -种冷却板，其为在内部具有制冷剂通路且用于冷却A1N陶瓷部件的冷却板，该冷 却板具有： 第1基板，其由致密质复合材料制成，所述致密质复合材料中，含量多的前3位是碳化 娃、钛碳化娃、碳化钛，该排列顺序表不从含量多的到含量少的顺序，含有51?68质量％的 所述碳化硅，不含硅化钛，开口气孔率为1 %以下， 第2基板，其由所述致密质复合材料制成，在与所述第1基板相面对的面上具有成为所 述制冷剂通路的槽，以及 金属接合层，其通过在所述第1基板与所述第2基板中设置有所述槽的面之间夹持金 属接合材料并将两基板进行热压接合而形成。3. 根据权利要求1或2所述的冷却板，其中，所述金属接合层采用含有Mg或者含有Si 及Mg的铝合金接合材料作为所述金属接合材料，通过在该接合材料的固相线温度以下的 温度进行热压接合而形成。4. 根据权利要求1?3中任一项所述的冷却板，其中，所述致密质复合材料含有23? 40质量％的所述钛碳化娃，含有4?12质量％的所述碳化钛。5. 根据权利要求1?4中任一项所述的冷却板，其中，所述致密质复合材料中，在所述 碳化硅颗粒彼此的间隙中，以覆盖所述碳化硅颗粒表面的方式存在所述钛碳化硅以及所述 碳化钛中的至少一种。6. 根据权利要求1?5中任一项所述的冷却板，其中，所述致密质复合材料与A1N在 40°C?570°C时的平均线性热膨胀系数之差为0. 5ppm/K以下。7. 根据权利要求1?6中任一项所述的冷却板，其中，所述致密质复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：神藤明日美，井上胜弘，胜田佑司，片居木俊，天野真悟，杉本博哉，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP