[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

TW201504192A - 冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用元件 - Google Patents

冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用元件 Download PDF

Info

Publication number
TW201504192A
TW201504192A TW103107836A TW103107836A TW201504192A TW 201504192 A TW201504192 A TW 201504192A TW 103107836 A TW103107836 A TW 103107836A TW 103107836 A TW103107836 A TW 103107836A TW 201504192 A TW201504192 A TW 201504192A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cooling plate
substrate
composite material
titanium
mass
Prior art date
Application number
TW103107836A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI599553B (zh
Inventor
Asumi Jindo
Katsuhiro Inoue
Yuji Katsuda
Takashi Kataigi
Shingo Amano
Hiroya Sugimoto
Original Assignee
Ngk Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ngk Insulators Ltd filed Critical Ngk Insulators Ltd
Publication of TW201504192A publication Critical patent/TW201504192A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI599553B publication Critical patent/TWI599553B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5611—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5611—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides
    • C04B35/5615—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides based on titanium silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/575—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/58085—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicides
    • C04B35/58092—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicides based on refractory metal silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/006—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of metals or metal salts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/086—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from titanium or titanium alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891—Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/67—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L2221/683—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249967—Inorganic matrix in void-containing component
    • Y10T428/249969—Of silicon-containing material [e.g., glass, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

半導體製造裝置用元件10係包括氧化鋁製的靜電夾盤20、冷卻板30、及冷卻板-夾盤接合層40。冷卻板30係包括：第1至第3基板31至33；第1金屬接合層34，形成於第1及第2基板31、32之間；第2金屬接合層35，形成於第2及第3基板32、33之間；及冷煤通路36。第1至第3基板31至33，係由包含Si、SiC及Ti的緻密質複合材料所形成。金屬接合層34、35係藉由在第1及第2基板31、32之間與第2及第3基板32、33之間隔著Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材而將各基板31至33予以熱壓接合而形成者。

Description

冷卻板、其製法以及半導體製造裝置用元件
本發明係關於一種冷卻板、其製法及半導體製造裝置用元件。
在半導體製程中會高溫化的靜電夾盤中，係接合有一種冷卻板，用以進行散熱。此情形下，以靜電夾盤的材料而言，有時使用氧化鋁(alumina)，以冷卻板的材料而言，有時使用鋁，以接合材而言，有時使用樹脂。氧化鋁與鋁的線熱膨脹係數差異極大，例如，氧化鋁的線熱膨脹係數為7.9ppm/K(RT-800℃：內田老鶴圃「陶瓷的物理」)，而鋁的線熱膨脹係數則為31.1ppm/K(RT-800℃：日本熱物性學會編，「新編熱物性手冊」)。在此種靜電夾盤中，由於係使用柔軟的樹脂做為接合材，因此可緩和因為該線熱膨脹係數差異所產生的應力。然而，由於樹脂為有機材料，因此具有散熱性低、在高溫下易於分解、易於經時劣化的特性。為此之故，在高溫製程中，不易長期間使用。從此點觀之，做為取代樹脂的高散熱的接合材，已確認了以金屬接合為有效。在金屬接合中，例如係使用鋁、銲錫、銀合金硬銲等做為接合材。然而，金屬並無樹脂般的柔軟性，因此無法緩和因為靜電夾盤與冷卻板之間之線熱膨脹係數差異所產生的應力。
在採用金屬接合於靜電夾盤與冷卻板的接合時，以冷卻板必要的特性而言，例如有與靜電夾盤之線熱膨脹係數差異較小、為維持散熱性而有高導熱率、為通過冷卻液或冷卻氣體而有高緻密性、為承受加工或裝配等而有高強度等。做為某程度滿足此種特性的材料，例如有專利文獻1所揭示的複合材料。該複合材料係包括由Ti3SiC2：1.0至20.0vol%、SiC：0.5至8.0vol%、其餘為TiC所構成之相的TiC基Ti-Si-C系複合材料。在此，由於TiC與氧化鋁的線熱膨脹係數差異較小，因此專利文獻1之以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異亦小。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第4809092號公報
然而，依據專利文獻1，該TiC基Ti-Si-C系複合材料雖可充分活用TiC所包括的高導熱性，但畢竟TiC的導熱率只有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、p.291-294)，並非可稱為高導熱性的水準。因此，TiC基Ti-Si-C系複合材料也難謂具有高導熱性。
本發明係有鑑於解決此種問題而研創者，其主要目的為提供一種冷卻板，係在內部具有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻者，該冷卻板之與氧化鋁的線熱膨脹係數差異極小，而導熱率、緻密性及強度則非常高。
本發明之冷卻板，係在內部具有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻者，該冷卻板係包括：第1基板，係以含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦(titanium silicon carbide)及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下之緻密質複合材料所製作；第2基板，以前述緻密質複合材料所製作，且具有被衝切成與前述冷煤通路相同形狀的衝切部；第3基板，以前述緻密質複合材料所製作；第1金屬接合層，在前述第1基板與前述第2基板之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合，藉此而形成於兩基板間；及第2金屬接合層，在前述第2基板與前述第3基板之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合，藉此而形成於兩基板間；或者包括：第1基板，係以含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下之緻密質複合材料所製作；第2基板，以前述緻密質複合材料所製作，且在與前述第1基板相向的面具有成為前述冷煤通路的溝；及金屬接合層，藉由在前述第1基板與前述第2基板中設有前述溝的面之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合而形成。
該冷卻板之藉由金屬接合層所接合的各基板係藉由以上所述的緻密質複合材料所製作。該緻密質複合材料與氧 化鋁的線熱膨脹係數差異極小，而導熱率、緻密性及強度則非常高。因此，將此種冷卻板與氧化鋁陶瓷元件予以接合的半導體製造裝置用元件，即使在低溫與高溫之間重複使用，冷卻板與氧化鋁陶瓷元件也不會剝落，而仍維持高散熱性能，耐用期間變長。此外，藉由以上所述的緻密質複合材料而製作的基板彼此，雖難以藉由電子射束熔接等進行接合，而當以樹脂接著材接合時，冷卻性能就會降低，然而在此，由於係藉由使用金屬接合材的熱壓接合(Thermal Compression Bonding，TCB)進行接合，因此相對較容易進行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
在本發明之冷卻板中，前述金屬接合層係以藉由採用含有Mg或含有Si及Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合而形成者為佳。如此一來，可獲得更良好的冷卻性能。
在本發明之冷卻板中，前述緻密質複合材料之碳化鈦的質量%係以較前述矽化鈦的質量%及前述碳矽化鈦的質量%為小為佳。前述緻密質複合材料之前述碳化鈦的質量%係以較前述碳矽化鈦的質量%為大為佳。前述緻密質複合材料係以在前述碳化矽粒子彼此的間隙，存在有前述矽化鈦、前述碳矽化鈦及前述碳化鈦的至少一者，用以覆蓋前述碳化矽粒子表面為佳。前述緻密質複合材料之前述碳化鈦係以分散於前述矽化鈦的內部為佳。前述矽化鈦係TiSi2為佳。前述緻密質複合材料與氧化鋁之40℃至570℃的平均線熱膨脹係數的差異係0.5ppm/K以下為佳。前述緻密質複合材料之40℃至570℃的平均線熱膨脹係數係7.2至8.2ppm/K為佳。前述緻密質複合材 料之導熱率係75W/mK以上為佳。前述緻密質複合材料之4點彎曲強度係200MPa以上為佳。前述緻密質複合材料在將縱90μm×橫120μm的區域放大至1000倍的SEM像(反射電子像)中長徑10μm以上的碳化矽粒子的數量係16個以上為佳。
本發明之冷卻板之製法，該冷卻板係在內部具有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻，該冷卻板之製法係包括以下步驟：(a)係使用含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下的緻密質複合材料，來製作第1至第3基板的步驟；(b)將從前述第2基板之一方的面至另一方的面衝切成與前述冷煤通路相同的形狀，而於前述第2基板形成衝切部的步驟；及(c)在前述第1基板與前述第2基板之一方的面之間及前述第3基板與前述第2基板之另一方的面之間分別隔著金屬接合材而將前述第1至第3基板予以熱壓接合的步驟；或者包括以下步驟：(a)係使用含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下的緻密質複合材料，來製作第1及第2基板的步驟；(b)在前述第2基板之一方的面形成做為前述冷煤通路之溝的步驟；及 (c)在前述第1基板與前述第2基板中設有前述溝的面之間隔著金屬接合材而將兩基板予以熱壓接合的步驟。
依據該冷卻板之製法，即可易於製造以上所述的冷卻板。尤其是，藉由以上所述的緻密質複合材料而製作的基板彼此，雖難以藉由電子射束熔接等進行接合，而當以樹脂接著材接合時，冷卻性能就會降低，然而在此，由於係藉由使用金屬接合材的熱壓接合進行接合，因此相對較容易進行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
在本發明之冷卻板之製法中，在前述步驟(c)中，係以藉由採用含有Mg或含有Si及Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合為佳。如此一來，可獲得具有更良好之冷卻性能的冷卻板。
本發明之半導體製造裝置用元件，係包括：氧化鋁製的靜電夾盤(chuck)，內建有靜電電極及加熱器(heater)電極；以上所述任一者的冷卻板；及冷卻板-夾盤接合層，藉由在前述冷卻板之前述第1基板之表面與前述靜電夾盤之間隔著金屬接合材而將兩者予以熱壓接合而形成。
依據該半導體製造裝置用元件，即使在低溫與高溫之間重複使用，冷卻板與氧化鋁陶瓷元件也不會剝落，而仍維持高散熱性能，耐用期間變長。此外，可使靜電夾盤之熱以良好效率釋放至冷卻板。
在本發明之半導體製造裝置用元件中，前述冷卻 板-夾盤接合層係以藉由採用含有Mg或含有Si及Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合而形成者為佳。
10‧‧‧半導體製造裝置用元件
20‧‧‧靜電夾盤
20a‧‧‧晶圓載置面
22‧‧‧靜電電極
23‧‧‧供電端子
24‧‧‧加熱器電極
25‧‧‧供電端子
28‧‧‧金屬接合材
30‧‧‧冷卻板
31‧‧‧第1基板
32‧‧‧第2基板
32a‧‧‧衝切部
33‧‧‧第3基板
34‧‧‧第1金屬接合層
35‧‧‧第2金屬接合層
36‧‧‧冷煤通路
36a‧‧‧入口
36b‧‧‧出口
40‧‧‧冷卻板-夾盤接合層
43‧‧‧端子插通孔
45‧‧‧端子插通孔
46a‧‧‧冷煤供給孔
46b‧‧‧冷煤排出孔
51‧‧‧金屬接合材
52‧‧‧金屬接合材
61‧‧‧金屬接合材
110‧‧‧半導體製造裝置用元件
130‧‧‧冷卻板
131‧‧‧第1基板
132‧‧‧第2基板
132a‧‧‧溝
134‧‧‧金屬接合層
136‧‧‧冷煤通路
W‧‧‧晶圓
第1圖係半導體製造裝置用元件10之俯視圖。
第2圖係第1圖之A-A剖面圖。
第3圖係半導體製造裝置用元件10之製造步驟圖。
第4圖係半導體製造裝置用元件10之製造步驟圖。
第5圖係第2基板32之說明圖。
第6圖係半導體製造裝置用元件110之剖面圖。
第7圖係半導體製造裝置用元件110之製造步驟圖。
第8圖係第2基板132之說明圖。
第9圖係Si-Ti之2成分狀態圖。
第10圖係在實驗例2中所獲得之緻密質複合材料的SEM像(反射電子像)。
[半導體製造裝置用元件-第1實施形態]
以下說明第1實施形態之半導體製造裝置用元件10。第1圖係半導體製造裝置用元件10之俯視圖，第2圖係第1圖之A-A剖面圖。
半導體製造裝置用元件10係包括：氧化鋁製的靜電夾盤20，可吸附施行電漿處理之矽製的晶圓(wafer)W；冷卻板30，藉由線熱膨脹係數與氧化鋁相同程度的緻密質複合 材料所製作；及冷卻板-夾盤接合層40，用以接合靜電夾盤20與冷卻板30。
靜電夾盤20係外徑較晶圓W之外徑小的圓盤狀氧化鋁板(plate)，且內建有靜電電極22與加熱器電極24。靜電電極22係透過棒狀供電端子23並藉由未圖示的外部電源而可施加直流電壓的平面狀電極。當直流電壓施加於該靜電電極22時，晶圓W即藉由庫侖力(coulomb force)而吸附固定於晶圓載置面20a，當解除直流電壓的施加時，即解除晶圓W對於晶圓載置面20a的吸付固定。加熱器電極24係以涵蓋靜電夾盤20之整面配線之方式例如以一筆劃的要領形成圖案，當施加電壓時即發熱而將晶圓W加熱。對於加熱器電極24，係可藉由從冷卻板30之背面分別到達加熱器電極24之一端及另一端的棒狀供電端子25而施加電壓。
冷卻板30係外徑與靜電夾盤20同等或稍大的圓盤狀板，且包括：第1基板31；第2基板32；第3基板33；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；及可供冷煤流通的冷煤通路36。第1至第3基板31、32、33係藉由緻密質複合材料而形成。該緻密質複合材料係含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下，詳細內容將於後說明。此外，在第2基板32中，係形成有衝切部32a。該衝切部32a係將第2基板32之一方的面至另一方的面，衝切成與冷煤通路36相同形狀者。第1及第2 金屬接合層34、35係在第1基板31與第2基板32之一方的面之間、及第2基板32之另一方的面與第3基板33之間，隔著Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材而將各基板31至33予以熱壓接合而形成者。在冷卻板30中，係形成有從與接合有靜電夾盤20之面相反側的面，朝與晶圓載置面20a正交之方向延伸而分別連接於冷煤通路36之入口36a及出口36b的冷煤供給孔46a及冷煤排出孔46b。此外，在冷卻板30中，係形成有將接合有靜電夾盤20的面及其相反側的面予以貫通的端子插通孔43、45。端子插通孔43係用以插通靜電電極22之供電端子23的孔，而端子插通孔45係用以插通加熱器電極24之供電端子25的孔。
冷卻板-夾盤接合層40係在冷卻板30之第1基板31與靜電夾盤20之間隔著Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材而將兩者予以熱壓接合而形成者。另外，各供電端子23、25係構成為不與冷卻板30或第1及第2金屬接合層34、35、冷卻板-夾盤接合層40直接接觸。
另外，在半導體製造裝置用元件10中，亦可以在與晶圓載置面20a正交之方向貫通半導體製造裝置用元件10之方式設置氣體供給孔或頂料銷插通孔，該氣體供給孔係用以將He氣體供給至晶圓W的背面，而該頂料銷插通孔係用以插通從晶圓載置面20a推升晶圓W的頂料銷。
接著說明半導體製造裝置用元件10的使用例。首先，在半導體製造裝置用元件10設置於未圖示之真空腔室(chamber)內的狀態下，將晶圓W載置於晶圓載置面20a。 然後，藉由真空泵將真空腔室內減壓而調整成預定的真空度，且施加直流電壓於靜電電極22而產生庫侖力，而將晶圓W吸附固定於晶圓載置面20a。接著，將真空腔室內設為預定壓力(例如數10至數100Pa)的反應氣體氛圍，且在此狀態下產生電漿。再者，藉由所產生的電漿來進行晶圓W之表面的蝕刻。未圖示的控制器(controller)係以使晶圓W之溫度成為預先設定之目標溫度之方式，控制供給至加熱器電極24的電力。
接著說明半導體製造裝置用元件10的製造例。第3圖及第4圖係半導體製造裝置用元件10的製造步驟圖。第5圖係第2基板32的說明圖，(a)係俯視圖，(b)係(a)之B-B剖面圖。
首先，使用以上所述的緻密質複合材料來製作圓盤狀薄型板的第1至第3基板31至33(參照第3圖(a))。接著，將從第2基板32之一方的面至另一方的面衝切成與冷煤通路36相同形狀，並在第2基板32形成衝切部32a(參照第3圖(b)及第5圖)。衝切部32a係可藉由綜合加工機(machining center)、噴水器(water jet)、放電加工等而形成。接著，在第1基板31與第2基板32之一方的面之間隔著金屬接合材51，並且在第2基板32之另一方的面與第3基板33之間隔著金屬接合材52(參照第3圖(c))，將第1至第3基板31至32予以熱壓接合(參照第3圖(d))。藉此，衝切部32a即成為冷煤通路36，且在第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，而完成冷卻板30。此時，以金 屬接合材51、52而言，係以使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材為佳。使用該等接合材的熱壓接合(TCB)，係在真空氛圍下，於加熱至固相線溫度以下的狀態下將各基板以0.5至2.0kg/mm2的壓力施加1至5小時進行加壓之方式來進行。之後，形成從冷卻板30之背面側至冷煤通路36之入口36a的冷煤供給孔46a、及從冷卻板30之背面側至冷煤通路36之出口36b的冷煤排出孔46b，並且形成貫通冷卻板30之表背的端子插通孔43、45(參照第3圖(e)。在第3圖(e)中，雖未出現冷煤通路36之入口36a或出口36b、冷煤供給孔46a、冷煤排出孔46b，但該各者請參照第1圖)。
另一方面，製作埋設有靜電電極22及加熱器電極24，且安裝有供電端子23、25的靜電夾盤20(參照第4圖(a))。此種靜電夾盤20，係例如可依照日本特開2006-196864號公報的記載來準備。再者，在靜電夾盤20之與晶圓載置面20a相反側的面與冷卻板30之第1基板31的表面之間隔著金屬接合材28，將供電端子23、25分別插通於端子插通孔43、45，且將靜電夾盤20與冷卻板30予以熱壓接合(參照第4圖(a))。藉此，在靜電夾盤20與冷卻板30之間形成冷卻板-夾盤接合層40，而完成半導體製造裝置用元件10(參照第4圖(b))。以金屬接合材28而言，如上所述，係以使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材來進行TCB為佳。
依據以上詳述的第1實施形態，冷卻板30之藉由第1及第2金屬接合層34、35所接合的第1至第3基板31至33為藉由以上所述的緻密質複合材料所製作，而該緻密質複合 材料與氧化鋁的線熱膨脹係數差異極小，而導熱率、緻密性及強度則非常高。因此，將此種冷卻板30與屬於氧化鋁陶瓷元件的靜電夾盤20接合的半導體製造裝置用元件10，即使在低溫與高溫之間重複使用，冷卻板30與靜電夾盤20也不會剝落，而仍維持高散熱性能，耐用期間變長。此外，藉由以上所述的緻密質複合材料而製作的第1至第3基板31至33，雖難以藉由電子射束熔接等進行接合，而當以樹脂接著材接合時，冷卻性能就會降低，然而在此，由於係藉由使用金屬接合材的TCB進行接合，因此相對較容易進行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
此外，由於第1至第3基板31至33的緻密性非常高，因此可使冷卻液或冷卻氣體通過冷卻板30的內部，而使冷卻效率更進一步提升。再者，由於第1至第3基板31至33的強度非常高，因此可承受製造半導體製造裝置用元件10時的加工或接合，而且亦可充分承受因為使用時之溫度變化所產生的應力。
[半導體製造裝置用元件-第2實施形態]
以下說明第2實施形態之半導體製造裝置用元件110。第6圖係半導體製造裝置用元件110的剖面圖。
半導體製造裝置用元件110係包括：氧化鋁製的靜電夾盤20，可吸附施行電漿處理之矽製的晶圓W；冷卻板130，藉由線熱膨脹係數與氧化鋁相同程度的緻密質複合材料所製作；及冷卻板-夾盤接合層40，用以接合冷卻板130與靜電夾盤20。
由於靜電夾盤20係與第1實施形態相同，因此賦予與第1實施形態相同的符號，說明則予省略。冷卻板130係外徑與靜電夾盤20同等或稍大的圓盤狀板，且包括：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；及可供冷煤流通的冷煤通路136。第1及第2基板131、132係藉由與在第1實施形態中所使用之緻密質複合材料相同的材料而形成。第2基板132係在與第1基板131相向的面具有成為冷煤通路136的溝。金屬接合層134係在第1基板131與第2基板132之中設有溝132a的面之間，隔著Al-Si-Mg系或Al-Mg系的金屬接合材而將兩基板131、132予以熱壓接合而形成者。在冷卻板130中，雖與第1實施形態同樣地形成有分別與冷煤通路136的入口及出口連接的冷煤供給孔及冷煤排出孔，但該等圖示係予以省略。此外，在冷卻板130中，係與第1實施形態同樣地形成有端子插通孔43、45。由於冷卻板-夾盤接合層40係與第1實施形態相同，故說明從略。
由於半導體製造裝置用元件110的使用例係與第1實施形態相同，故說明從略。
接著說明半導體製造裝置用元件110的製造例。第7圖係半導體製造裝置用元件110的製造步驟圖，第8圖係第2基板132的說明圖，(a)係俯視圖，(b)係C-C剖面圖。首先，使用以上所述的緻密質複合材料，來製作屬於圓盤狀薄型板的第1及第2基板131、132(參照第7圖(a))。接著，在第2基板132中與第1基板131相向的面形成成為冷煤通路136的溝132a(參照第7圖(b)及第8圖)。溝132a係可藉 由綜合加工機、噴水器、放電加工等而形成。接著，在第1基板131與第2基板132之形成有溝132a的面之間隔著金屬接合材61(參照第7圖(c))，將第1及第2基板131、132予以熱壓接合(參照第7圖(d))。藉此，溝132a即成為冷煤通路136，且於第1基板131與第2基板132之間形成金屬接合層134，而完成冷卻板130。此時，以金屬接合材61而言，如上所述，係以使用Al-Si-Mg系或Al-Mg系接合材來進行TCB為佳。之後的步驟，亦即靜電夾盤20與冷卻板130的接合步驟，係與第1實施形態相同，故省略其說明。
依據以上詳述的第2實施形態，冷卻板130之藉由金屬接合層134所接合的第1及第2基板131、132係藉由以上所述的緻密質複合材料所製作，而該緻密質複合材料與氧化鋁的線熱膨脹係數差異極小，而導熱率、緻密性及強度則非常高。因此，將此種冷卻板130與屬於氧化鋁陶瓷元件的靜電夾盤20予以接合的半導體製造裝置用元件110，即使在低溫與高溫之間重複使用，冷卻板130與靜電夾盤20也不會剝落，而仍維持高散熱性能，耐用期間變長。此外，藉由以上所述的緻密質複合材料而製作的第1及第2基板131、132，雖難以藉由電子射束熔接等進行接合，而當以樹脂接著材接合時，冷卻性能就會降低，然而在此，由於係藉由使用金屬接合材的TCB進行接合，因此相對較容易進行接合，而且可獲得良好的冷卻性能。
此外，由於第1及第2基板131、132的緻密性非常高，因此可使冷卻液或冷卻氣體通過冷卻板130的內部，而使冷卻效率更進一步提升。再者，由於第1及第2基板131、 132的強度非常高，因此可承受製造半導體製造裝置用元件110時的加工或接合，而且亦可充分承受因為使用時之溫度變化所產生的應力。
[緻密質複合材料]
在以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料，係含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下者。開口氣孔率係設為藉由以純水為媒介的阿基米德(Archimedes)法所測量的值。
碳化矽粒子係含有37至60質量%。在此，含量係藉由取得複合材料的X線繞射圖案，且使用資料解析用軟體的簡易定量而求得。在碳化矽粒子只含有未達37質量%之情形下，無法充分提高導熱率，故不佳。此外，當超過60質量%時，由於開口氣孔率變大或強度不夠高，故不佳。碳化矽粒子在將緻密質複合材料之縱90μm×橫120μm之區域放大至1000倍的SEM像(反射電子像)中，長徑10μm以上的碳化矽粒子係以存在16個以上為佳。此情形下，係複合材料的燒結充分，充分緻密化之故。
矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦係含有較碳化矽粒子的質量%更少量。以矽化鈦而言，係例如有TiSi2、Ti-Si、Ti5Si4、Ti5Si3等，其中以TiSi2為佳。此外，以碳矽化鈦而言，係以Ti3SiC2(TSC)為佳，以碳化鈦而言，係以TiC為佳。碳化鈦的質量%係以較矽化鈦的質量%及碳矽化鈦的質量%為小為佳。矽化鈦的質量%係以較碳矽化鈦的質量%為大為佳。換言 之，質量係以碳化矽為最大，且依矽化鈦、碳矽化鈦、碳化鈦的順序變小為佳。例如，亦可將碳化矽設為37至60質量%，矽化鈦設為31至41質量%，碳矽化鈦設為5至25質量%，碳化鈦設為1至4質量%。
在碳化矽粒子彼此的間隙中，係以存在有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦之至少一者，用以覆蓋碳化矽粒子表面為佳。碳化矽粒子高頻率地分散時，在碳化矽粒子間就易於殘存氣孔，但如上所述當碳化矽粒子表面被其他粒子覆蓋時，該氣孔就易於被填埋，而容易成為緻密且高強度的材料，故較佳。此外，碳化鈦除覆蓋碳化矽粒子的表面以外，係以分散於矽化鈦相之內部之方式存在為佳。在之後的第10圖之SEM像所示之複合材料的組織中，可確認在大的矽化鈦相(domain)內部分散有碳化鈦的情形。矽化鈦相較大之情形下，相本身會成為破壞源而使複合材料的強度有降低之虞，但由於碳化鈦分散於矽化鈦內部，因此發揮填補矽化鈦相之強度的效果，而維持高強度做為複合材料。
在以上所述的實施形態中所使用的緻密質複合材料，其線熱膨脹係數與氧化鋁相同程度。因此，在將藉由本發明之緻密質複合材料所製作的元件與藉由氧化鋁所製作的元件予以接合(例如金屬接合)時，即使在低溫與高溫之間重複使用也不易剝離。具體而言，本發明之緻密質複合材料與氧化鋁之40至570℃的平均線熱膨脹係數的差異係以0.5ppm/K以下為佳。更具體而言，本發明之緻密質複合材料之40至570℃之平均線熱膨脹係數係以7.2至8.2ppm/K為佳。另外，以 與本發明之緻密質複合材料相同的條件，測量將純度99.99%以上之氧化率原料予以熱壓(hot press)燒成的緻密質氧化鋁燒結體之40至570℃之平均線熱膨脹係數，結果為7.7ppm/K。
在以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料，雖具有優異的導熱性，但具體而言，導熱率係以75W/mK以上為佳。如此一來，將藉由該緻密質複合材料所製作的元件與藉由氧化鋁所製作的元件予以金屬接合時，即可使氧化鋁所具有的熱以良好效率釋放。
在以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料，雖具有優異的強度，但具體而言，係以4點彎曲強度為200MPa以上為佳。如此一來，即可易於將藉由該緻密質複合材料所製作的元件應用於冷卻板等。
在以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料的製法亦可包括以下步驟：(a)製作含有39至51質量%之平均粒徑為10μm以上25μm以下的碳化矽原料粒子，並且含有選擇包含Ti及Si之1種以上的原料，而源自於除碳化矽以外之原料的Si及Ti，其Si/(Si+Ti)的質量比為0.26至0.54的粉體混合物的步驟；及(b)在惰性氛圍下將前述粉體混合物以熱壓方式在1370至1460℃下使之燒結的步驟。
在步驟(a)中，SiC原料的平均粒徑未達10μm之情形下，SiC粒子的表面積變過大而成為緻密化不足，而有無法使開口氣孔率為1%以下之虞，故不佳。此外，SiC原料的平均粒徑變大時，由於SiC粒子的表面積變小，因此緻密性提升，但過大時，強度又有不足之虞。在之後之第10圖之SEM 像所示的SiC粒子的粒徑，最大也只有25μm左右，不需特意使用超過平均粒徑為25μm的原料粒子。此外，粉體混合物中之碳化矽原料粒子未達39質量%之情形下，會有無法充分提高所獲得之複合材料的導熱率之虞，故不佳。此外，超過51質量%之情形下，由於所獲得的複合材料成為緻密化不足，而有開口氣孔率超過1%之虞，故不佳。此外，以選擇含有Ti及Si之1種以上的原料而言，例如有金屬Ti與金屬Si的組合、金屬Ti與金屬Si與二矽化鈦的組合、單獨的二矽化鈦等。此外，Si/(Si+Ti)的質量比未達0.26時，因為Ti及Si成分而在1330℃下產生的液相成分量變過多而急遽大量地液相化，因此難以藉由熱壓燒成而獲得良好的緻密體，故不佳。亦即，燒成溫度較低時，會成為緻密化不足，而較高時，大量產生的液相成分的滲出變多，而難以獲得開口氣孔率1%以下的緻密質複合材料。Si/(Si+Ti)的質量比超過0.54時，液相成分量也會變多，因此會產生同樣的問題，故不佳。該Si/(Si+Ti)的質量比係以0.29至0.47為更佳。
在步驟(b)中，以惰性氛圍而言，例如有真空氛圍、氬氣氛圍或氦氣氛圍、氮氣氛圍等。熱壓燒成時的衝壓壓力，並未特別限定，但以在50至300kgf/cm2內設定為佳。熱壓燒成時的溫度係在1370至1460℃下燒成。在未達1370℃的溫度下燒成之情形下，所獲得的複合材料會變得緻密化不足，而有開口氣孔率超過1%之虞，故不佳。在超過1460℃的溫度下燒成之情形下，液相成分的滲出變多，而難以獲得開口氣孔率1%以下的緻密質複合材料，故不佳。另外，燒成時間只要依據燒 成條件適當設定即可，例如在1至10小時之間適當設定即可。
[實施例] [半導體製造裝置用元件]
實施例的半導體製造裝置用元件10係使用氧化鋁製的庫侖型，直徑為297mm、厚度5為mm、電介質膜厚(從靜電電極22至晶圓載置面20a的厚度)為0.35mm、加熱器電極24為Nb線圈者做為靜電夾盤20。此外，使用Al-Si-Mg系接合材(含有88.5重量%的Al、10重量%的Si、1.5重量%的Mg，且固相線溫度為約560℃)且藉由TCB將後述之實驗例10之藉由緻密質材料所製作的第1至第3基板31至33予以接合做為冷卻板30。TCB係在真空氛圍下，於加熱至540至560℃的狀態下將各基板以1.5kg/mm2的壓力施加5小時進行加壓來進行。所獲得的冷卻板30之直徑為340mm，而厚度為32mm。靜電夾盤20與冷卻板30的接合，亦使用相同的接合材且藉由TCB進行。冷卻板-夾盤接合層40的厚度係0.12mm。另一方面，比較例的半導體製造裝置用元件，除了使用藉由丙烯(acrylic)樹脂(導熱率為0.2W/mK)將鋁製的第1至第3基板予以接合的冷卻板以外，均以與以上所述之實施例相同之方式進行製作。
再者，使溫度25℃的純水(冷煤)以流量13L/min流通於實施例之半導體製造裝置用元件10之冷卻板30的冷煤通路36，且藉由表面溫度計將對於加熱器電極24接入預定的電力而使加熱器電極24發熱時之晶圓載置面20a的溫度進行監控。針對比較例的半導體製造裝置用元件，亦以同樣方式進 行監控。結果如第1表所示。從第1表可明瞭，不論接入電力如何，都以實施例的冷卻性能更優於比較例。
[緻密質複合材料]
以下說明在以上所述之實施形態中所使用之緻密質複合材料的較佳適用例。SiC原料係使用純度為97%以上、平均粒徑為15.5μm或6.9μm的市售品。平均粒徑為10.1μm之SiC原料(實驗例28)，係藉由將平均粒徑為15.5μm與6.9μm之SiC原料以1：1混合進行調整。金屬Si原料係使用純度為97%以上、平均粒徑為31.1μm的市售品。二矽化鈦係使用純度為99%以上、平均粒徑為6.9μm的市售品。
1、製造順序
‧調配
將SiC原料、金屬Si原料、金屬Ti原料及二矽化鈦原料進行秤量成第2表、第3表所示的質量%，且以異丙醇(Isopropyl Alcohol)做為溶劑，使用尼龍製的瓶(pot)，直徑為10mm的加入有鐵芯的尼龍球(nylon ball)進行4小時濕式混合。混合後將漿料(slurry)取出，於氮氣氣流中在110℃下進行乾燥。之後，通過30網孔(mesh)的篩，作成調配粉末。另外，已確認將經秤量的原料約500g投入於高速流動混合機(粉體投入部的容量為1.8L)，以攪拌扇葉的旋轉數1500rpm混合時， 也可獲得與濕式混合相同的材料特性。
‧成形
將調配粉末以200kgf/cm2的壓力進行單軸加壓成形，製作直徑為50mm、厚度為17mm左右的圓盤狀成形體，且收納於燒成用石墨模。
‧燒成
藉由將圓盤狀成形體進行熱壓燒成而獲得緻密質燒結材料。在熱壓燒成中，係設衝壓壓力為200kgf/cm2，且在第2、3表所示的燒成溫度(最高溫度)下進行燒成，且至燒成結束以前都設為真空氛圍。燒成溫度下的保持時間係設為4小時。
2、各實驗例
在第2、3表中，係顯示了a：各實驗例的原材料組成(質量%)；b：原料中，源自於除SiC以外之Si、Ti、TiSi2之Si相對於Si、Ti之總量的質量比(Si/(Si+Ti))；c：原料SiC的平均粒徑、d：熱壓燒成溫度；e：燒成時之液相是否滲出；f：將緻密質複合材料之縱90μm×橫120μm之區域放大至1000倍之SEM像(反射電子像)中之長徑為10μm以上的SiC粒子數量；g：從XRD測量結果所求出之複合材料的構成相及其量比(簡易定量結果)；h：複合材料的基本特性(開口氣孔率、體積密度、4點彎曲強度、線熱膨脹係數、導熱率)。另外，實驗例1至44中，實驗例2至5、7、9至12、14、16至19、22至25、27、28、31至34、43係適合於以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料，其餘則為不適合的材料。
3、構成相的簡易定量
將複合材料以研鉢予以粉碎，且藉由X線繞射裝置鑑定結晶相。測量條件係設為CuKa、40kV、40mA、2θ=5至70℃，且使用封入管式X線繞射裝置(Bruker AXS(布魯克生命科學)製D8 ADVANCE)。此外，進行了構成相的簡易定量。該簡易定量係根據X線繞射的峰值來求出複合材料中所含之結晶相的含量。在此，係區分為SiC、TiSi2、TSC(Ti3SiC2)、TiC及Si來進行簡易定量而求出含量。在簡易定量中，係利用Bruker AXS公司的粉末繞射資料解析用軟體「EVA」的簡易分布圖適配(profile fitting)功能(FPM Eval.)。本功能係使用定性的結晶相的ICDD PDF卡的I/Icor(相對於剛石(corundum)之繞射強度的強度比)來算出構成相的量比者。各結晶相的PDF卡編號係使用SiC：00-049-1428、TiSi2：01-071-0187、TSC：01-070-6397、TiC：01-070-9258(TiC0.62)、Si：00-027-1402。
4、基本特性的測量
(1)平均粒徑
使用日機裝股份有限公司製、Microtrac MT3300EX，以純水為分散煤進行測量。
(2)開口氣孔率及體積密度
藉由以純水為媒介的阿基米德法進行測量。
(3)4點彎曲強度
依照JIS-R1601求出。
(4)線熱膨脹係數(40至570℃之平均線熱膨脹係數)
使用Bruker AXS(股份有限公司)製TD5020S(橫型示差膨脹測量方式)，在氬氣氛圍中，以升溫速度20℃/分的條件進行2次升溫至650℃，且從第2次的測量資料算出40至570℃的平均線熱膨脹計數。在標準試料中係使用裝置附屬的氧化鋁標準試料(純度為99.7%、體積密度為3.9g/cm3、長度為20mm)。另準備1個該氧化鋁標準試料，在相同條件下進行測量線熱膨脹係數的值為7.7ppm/K。
(5)導熱率
藉由雷射閃光(laser flash)法進行測量。
(6)SEM觀察
進行緻密質複合材料的SEM觀察。在SEM觀察中，係藉由電子顯微鏡(SEM，Philips公司製XL30)以反射電子像觀察緻密質複合材料的剖面。反射電子像的觀察，係以加速電壓20kV、像點尺寸(spot size)4的條件進行。
5、結果
(1)實驗例1至7
在實驗例1至7中，係在第2表所示之溫度下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.298的粉體混合物進行熱壓燒成。SiC原料係使用平均粒徑為15.5μm者。結果，燒成溫度設為1370至1460℃的情形下，獲得了開口氣孔率為1%以下，而4點彎曲強度及導熱率非常高，與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料(實驗例2至5、7)。然而，燒成溫度設為1480℃之情形下，於熱壓燒成時產生滲出，所獲得的複合材料，係開口氣孔率超過1%，欠缺緻密性 者(實驗例1)。此外，燒成溫度設為1350℃之情形下，獲得了開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料(實驗例6)。另外，所謂滲出係指在高溫下產生的液相或氣相成分在從燒成治具之間隙滲出的狀態下燒結。滲出的產生，除了會成為已燒成之材料的組成偏差或緻密化不足的原因，還會導致燒成治具的腐蝕、磨損，故不佳。
(2)實驗例8至14
在實驗例8至14中，係在第2表所示之溫度下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.342的粉體混合物進行熱壓燒成。SiC原料係使用平均粒徑為15.5μm者。結果，燒成溫度設為1370至1460℃的情形下，獲得了開口氣孔率為1%以下，而4點彎曲強度及導熱率非常高，與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料(實驗例9至12、14)。然而，燒成溫度設為1480℃之情形下，於熱壓燒成時產生滲出，所獲得的複合材料，係開口氣孔率超過1%，欠缺緻密性者(實驗例8)。此外，燒成溫度設為1350℃之情形下，也獲得了開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料(實驗例13)。
(3)實驗例15至27
在實驗例15至27中，係在第2表所示之溫度下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.396的粉體混合物進行熱壓燒成。SiC原料係使用平均粒徑為15.5μm者。另外，在實驗例15至26中，雖使用SiC、金屬Si及金屬Ti做為原料，但在實驗例27中，則係使用SiC、金屬Ti及TiSi2做為原料。結果，燒成溫度設為1370至1460℃的情形下，獲得了開口氣孔率為 1%以下，而4點彎曲強度及導熱率非常高，與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料(實驗例16至19、22至25、27)。然而，燒成溫度設為1480℃之情形下，於熱壓燒成時產生滲出，所獲得的複合材料，係開口氣孔率超過1%，欠缺緻密性者(實驗例15、21)。此外，燒成溫度設為1350℃之情形下，也獲得了開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料(實驗例20、26)。另外，在實驗例27中，雖使用了不同的原料，但獲得了與實驗例22至25同等良好的緻密質複合材料。
(4)實驗例28、29
在實驗例28中，如第3表所示，係將平均粒徑為15.5μm與6.9μm的SiC原料以1：1混合，且使用平均粒徑為10.1μm的SiC原料，在1430℃下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.396的粉體混合物進行熱壓燒成。結果，獲得了開口氣孔率為1%以下，而4點彎曲強度及導熱率非常高，與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料。另一方面，在實驗例29中，如第3表所示，係使用平均粒徑為6.9μm的SiC，在1430℃下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.396的粉體混合物進行熱壓燒成。結果，獲得了開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料。從此點觀之，可明瞭若要獲得緻密質複合材料，應將SiC原料的平均粒徑設為10μm以上。
(5)實驗例30至35
在實驗例30至35中，係在第3表所示之溫度下將經原料 混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.468的粉體混合物進行熱壓燒成。SiC原料係使用平均粒徑為15.5μm者。結果，燒成溫度設為1370至1460℃的情形下，獲得了開口氣孔率為1%以下，而4點彎曲強度及導熱率非常高，與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料(實驗例31至34)。然而，燒成溫度設為1480℃之情形下，於熱壓燒成時產生滲出，所獲得的複合材料，係開口氣孔率超過1%，欠缺緻密性者(實驗例30)。此外，燒成溫度設為1350℃之情形下，所獲得的複合材料也為開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料者(實驗例35)。
(6)實驗例36至41
在實驗例36至41中，如第3表所示，係分別在不同的溫度下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值超過0.54的粉體混合物進行熱壓燒成。SiC原料係使用平均粒徑為15.5μm者。結果，在1350℃以上進行熱壓燒成之情形下，於燒成時產生滲出。此外，除實驗例38以外，均獲得了開口氣孔率超過1%的非緻密性的複合材料。該等複合材料，並不含有TiC做為構成相，取而代之係含有Si者。再者，4點彎曲強度亦一概較低。此外，比較實驗例37與上述實驗例35，雖均為高氣孔率，但以含有TiC做為構成相之實驗例35的彎曲強度較高。此係由於TiC分散於矽化鈦內部而成為高強度化者。
(8)實驗例42至44、17、23
在實驗例42至44及實驗例17、23中，如第3表所示，係在1430℃下將經原料混合成Si/(Si+Ti)的值成為0.396 的粉體混合物進行熱壓燒成。然而，使做為原料使用的SiC、金屬Si及金屬Ti的質量%分別成為不同的值。結果，SiC原料超過59質量%之情形下，雖獲得了複合材料中的SiC粒子超過60質量%，而4點彎曲強度及導熱率非常高的複合材料，但成為開口氣孔率超過1%的非緻密性的材料，且與氧化鋁的線熱膨脹係數差異超過了0.5ppm/K(實驗例42)。另一方面，SiC原料未達30質量%之情形下，複合材料中的SiC粒子未達37質量%，而導熱率未成為極高的值(實驗例44)。相對於此，SiC原料之質量%為適當的範圍的情形下，則獲得了開口氣孔率為1%以下，4點彎曲強度及導熱率非常高，且與氧化鋁之線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內的緻密質複合材料(實驗例43、17、23)。
(9)結語
在實驗例2至5、7、9至12、14、16至19、22至25、27、28、31至34、43中所獲得的緻密質複合材料，與氧化鋁的線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以內，且導熱率、緻密性及強度非常高。因此，將此種由緻密質複合材料所構成的第1材、及由氧化鋁所構成的第2材予以金屬接合的半導體製造裝置用元件，即使在低溫與高溫之間重複使用，第1材與第2材也不會剝落，因此耐用期間變長。另外，觀察這些實驗例可明瞭，為了獲得緻密質複合材料之原料組成的SiC係落在39至51質量%的範圍，而緻密質複合材料中的SiC粒子係落在37至60質量%的範圍。
6、考察
(1)關於SiC原料的平均粒徑
在獲得緻密質複合材料方面，已明瞭係以SiC原料的平均粒徑為10μm以上5μm以下為佳。SiC原料的平均粒徑未達10μm之情形下，由於粒徑小的SiC粒子的比率提高，因此SiC粒子的表面積變過大而成為緻密化不足，而有無法將開口氣孔率設為1%以下之虞(實驗例29)。另外，SiC係骨材，在SiC的表面會與其他成分反應，因此燒成後的SiC粒子的平均粒徑將較SiC原料的平均粒徑稍小。SiC原料的平均粒徑變大之情形下，由於SiC粒子的表面積變小，因此緻密性提升，但當變得過大之情形下，則有強度不足之虞。在之後之第10圖之SEM像所示之SiC粒子的粒徑，最大也只不過25μm左右，因此不需特意使用超過平均粒徑25μm的原料粒子。
(2)關於構成相
在獲得緻密質複合材料方面，必須含有37至60質量%的SiC粒子做為構成相，並且分別含有較SiC之質量%更少量的TiSi2、TSC及TiC。SiC粒子超過60質量%之情形下，即成為開口氣孔率超過1%的非緻密性的材料，而獲得與氧化鋁之線熱膨脹係數差異為0.5ppm/K以上的複合材料(實驗例42)。此外，SiC粒子未達37質量%之情形下，導熱率未成為極高的值(實驗例44)。
(3)關於Si/(Si+Ti)
關於第2、3表所示之b的質量，亦即Si/(Si+Ti)，係於第9圖顯示Si-Ti的2成分狀態圖。Si/(Si+Ti)係與狀態圖的上側的橫軸一致。Si/(Si+Ti)的值係以落在適當範圍 0.26至0.54(在第9圖之上側的橫軸為26wt%至54wt%)為佳。落入此適當範圍之情形下，於燒成中會以任意的比率產生由TiSi2、Ti-Si、Ti5Si4、Ti5Si3之化學式所表示的矽化鈦。因此，該等矽化鈦與SiC粒子的表面即反應，而產生二矽化鈦、碳矽化鈦、碳化鈦(TiCx)。
Si/(Si+Ti)的值超出上述適當範圍之情形下，亦即超過0.54或未達0.26之情形下，從2成分狀態圖可明瞭，在1330℃下產生的液相成分量會因為Ti及Si成分而變過多，或急遽大量地液相化，因此不易藉由熱壓燒成而獲得良好的緻密體，故不佳，亦即，燒成溫度較低之情形下，成為緻密化不足，而較高之情形下，大量產生之液相成分的滲出變多，不易獲得開口氣孔率1%以下的緻密質複合材料。再者，在該領域中，假設量產之情形下，由於無法確保必要之可燒結的溫度範圍(例如30℃以上)，因此不佳。具體而言，如實驗例36至41所示，Si/(Si+Ti)超過適當範圍的上限之情形下，燒成時不會產生TiC，而見到滲出的情形較多。此外，所獲得的複合材料，開口氣孔率也超過1%，或4點彎曲強度未達200MPa。Si/(Si+Ti)落入上述適當範圍之情形下，只要燒成溫度為1370℃至1460℃的範圍，則於熱壓燒成時並未產生滲出。
(4)關於燒成溫度
燒成溫度超過1460℃之情形下，即使原料組成適當，開口氣孔率也會超過1%，而不會緻密化(實驗例1、8、15、21、30)。此係由於熱壓燒成時未產生滲出之故。另一方面，燒成溫度未達1370℃之情形下，即使原料組成適當，開口氣孔率也 仍會超過1%，而不會緻密化(實驗例6、13、20、26、35)。因此，可明瞭燒成溫度係以1370至1460℃為較佳。
(5)關於SEM像(反射電子像)
第10圖係實驗例2之反射電子像的相片。該相片係緻密質複合材料的剖面研磨後，將縱90μm×橫120μm之區域放大至1000倍之SEM像(反射電子像)。在第10圖中，濃灰色的粒子為SiC粒子、SiC粒子間之灰色的組織為TiSi2、SiC粒子間之亮灰色的組織為TSC、分散於TiSi2中的柱狀組織為TiC(明亮度與TSC相同水準)。從第10圖可明瞭，SiC粒子的表面係被TSC、TiSi2、TiC的至少一者所覆蓋。從第10圖，就整個形狀納入視野範圍內的各SiC粒子求出長徑(粒子的最大徑)。經由如此之結果，長徑10μm以上之SiC粒子的數量為34個。在其他實驗例中，亦就適用於以上所述之實施形態中所使用的緻密質複合材料進行反射電子像相片的攝影，而求出長徑為10μm以上之SiC粒子的數量，結果如第2表及第3表所示為16個以上。
本申請案係以2013年3月15日所申請之日本專利申請第2013-052866號做為優先權主張的基礎，其所有內容均引用包含在本說明書中。
[產業上之可利用性]
本發明之冷卻板係例如使用在金屬接合於氧化鋁製的靜電夾盤或基座(susceptor)等的冷卻板。
10‧‧‧半導體製造裝置用元件
20‧‧‧靜電夾盤
20a‧‧‧晶圓載置面
22‧‧‧靜電電極
23、25‧‧‧供電端子
24‧‧‧加熱器電極
30‧‧‧冷卻板
31‧‧‧第1基板
32‧‧‧第2基板
32a‧‧‧衝切部
33‧‧‧第3基板
34‧‧‧第1金屬接合層
35‧‧‧第2金屬接合層
36‧‧‧冷煤通路
40‧‧‧冷卻板-夾盤接合層
43、45‧‧‧端子插通孔
W‧‧‧晶圓

Claims (18)

  1. 一種冷卻板，在內部形成有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻者，該冷卻板係包括：第1基板，係以含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦(titanium silicon carbide)及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下之緻密質複合材料所製作；第2基板，以前述緻密質複合材料所製作，且具有被衝切成與前述冷煤通路相同形狀的衝切部；第3基板，以前述緻密質複合材料所製作；第1金屬接合層，在前述第1基板與前述第2基板之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合，藉此而形成於兩基板間；及第2金屬接合層，在前述第2基板與前述第3基板之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合，藉此而形成於兩基板間。
  2. 一種冷卻板，在內部具有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻者，該冷卻板係包括：第1基板，係以含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下之緻密質複合材料所製作；第2基板，以前述緻密質複合材料所製作，且在與前述第1基板相向的面具有成為前述冷煤通路的溝；及金屬接合層，藉由在前述第1基板與前述第2基板中設有 前述溝的面之間隔著金屬接合材將兩基板熱壓接合而形成。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之冷卻板，其中前述金屬接合層係藉由採用含有Mg或含有Si及Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合而形成者。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之碳化鈦的質量%係較前述矽化鈦的質量%及前述碳矽化鈦的質量%為小。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之前述碳化鈦的質量%係較前述碳矽化鈦的質量%為大。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料係在前述碳化矽粒子彼此的間隙，存在有前述矽化鈦、前述碳矽化鈦及前述碳化鈦的至少一者，用以覆蓋前述碳化矽粒子表面。
  7. 根據申請專利範圍第1至6項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之前述碳化鈦係分散於前述矽化鈦的內部。
  8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項之冷卻板，其中前述矽化鈦係TiSi2。
  9. 根據申請專利範圍第1至8項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料與氧化鋁之40℃至570℃的平均線熱膨脹係數的差異為0.5ppm/K以下。
  10. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之40℃至570℃的平均線熱膨脹係數為7.2至8.2ppm/K。
  11. 根據申請專利範圍第1至10項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之導熱率為75W/mK以上。
  12. 根據申請專利範圍第1至11項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料之4點彎曲強度為200MPa以上。
  13. 根據申請專利範圍第1至12項中任一項之冷卻板，其中前述緻密質複合材料在將縱90μm×橫120μm的區域放大至1000倍的SEM像(反射電子像)中長徑10μm以上的碳化矽粒子的數量為16個以上。
  14. 一種冷卻板之製法，該冷卻板係在內部形成有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻，該冷卻板之製法係包括以下步驟：(a)係使用含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下的緻密質複合材料，來製作第1至第3基板的步驟；(b)將從前述第2基板之一方的面至另一方的面衝切成與前述冷煤通路相同的形狀，而於前述第2基板形成衝切部的步驟；及(c)在前述第1基板與前述第2基板之一方的面之間及前述第3基板與前述第2基板之另一方的面之間分別隔著金屬接合材而將前述第1至第3基板予以熱壓接合的步驟。
  15. 一種冷卻板之製法，該冷卻板係在內部具有冷煤通路，且用在氧化鋁陶瓷元件的冷卻，該冷卻板之製法係包括以下步驟：(a)係使用含有37至60質量%的碳化矽粒子，並且分別含有矽化鈦、碳矽化鈦及碳化鈦較前述碳化矽粒子的質量%更少量，且開口氣孔率為1%以下的緻密質複合材料，來製作第1及第2基板的步驟；(b)在前述第2基板之一方的面形成做為前述冷煤通路之溝的步驟；及(c)在前述第1基板與前述第2基板中設有前述溝的面之間隔著金屬接合材而將兩基板予以熱壓接合的步驟。
  16. 根據申請專利範圍第14或15項之冷卻板之製法，其中在前述步驟(c)中，係藉由採用含有Mg或含有Si及Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合。
  17. 一種半導體製造裝置用元件，係包括：氧化鋁製的靜電夾盤(chuck)，內建有靜電電極及加熱器(heater)電極；申請專利範圍第1至13項中任一項之冷卻板；及冷卻板-夾盤接合層，藉由在前述冷卻板之前述第1基板之表面與前述靜電夾盤之間隔著金屬接合材而將兩者予以熱壓接合而形成。
  18. 根據申請專利範圍第17項之半導體製造裝置用元件，其中前述冷卻板-夾盤接合層係藉由採用含有Mg或含有Si及 Mg的鋁合金的接合材做為前述金屬接合材，且在該接合材之固相線溫度以下的溫度下進行熱壓接合而形成者。
TW103107836A 2013-03-15 2014-03-07 Cooling plate, method of manufacturing the same, and device for semiconductor manufacturing apparatus TWI599553B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013052866 2013-03-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201504192A true TW201504192A (zh) 2015-02-01
TWI599553B TWI599553B (zh) 2017-09-21

Family

ID=51498796

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103106689A TWI600613B (zh) 2013-03-15 2014-02-27 緻密質複合材料、其製法及半導體製造裝置用構件
TW103107836A TWI599553B (zh) 2013-03-15 2014-03-07 Cooling plate, method of manufacturing the same, and device for semiconductor manufacturing apparatus

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103106689A TWI600613B (zh) 2013-03-15 2014-02-27 緻密質複合材料、其製法及半導體製造裝置用構件

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9188397B2 (zh)
JP (2) JP6182082B2 (zh)
KR (2) KR102084033B1 (zh)
CN (2) CN104285290B (zh)
TW (2) TWI600613B (zh)
WO (1) WO2014141974A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI616976B (zh) * 2015-06-05 2018-03-01 瓦特洛威電子製造公司 高熱傳導晶圓支撐臺座裝置
TWI814572B (zh) * 2021-11-10 2023-09-01 日商日本碍子股份有限公司 晶圓載置台
TWI819949B (zh) * 2022-05-24 2023-10-21 日商日本碍子股份有限公司 冷卻板及半導體製造裝置用構件
TWI846057B (zh) * 2022-01-27 2024-06-21 日商日本碍子股份有限公司 晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013095637A (ja) * 2011-11-01 2013-05-20 Shinano Denki Seiren Kk 球状α型炭化ケイ素、その製造方法、及び、該炭化ケイ素を原料としてなる焼結体又は有機樹脂複合体
TWI490956B (zh) * 2013-03-12 2015-07-01 Shinkawa Kk 覆晶接合器以及覆晶接合方法
DE102014114095B4 (de) 2014-09-29 2017-03-23 Danfoss Silicon Power Gmbh Sintervorrichtung
DE102014114093B4 (de) 2014-09-29 2017-03-23 Danfoss Silicon Power Gmbh Verfahren zum Niedertemperatur-Drucksintern
DE102014114096A1 (de) * 2014-09-29 2016-03-31 Danfoss Silicon Power Gmbh Sinterwerkzeug für den Unterstempel einer Sintervorrichtung
DE102014114097B4 (de) 2014-09-29 2017-06-01 Danfoss Silicon Power Gmbh Sinterwerkzeug und Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe
US10008404B2 (en) 2014-10-17 2018-06-26 Applied Materials, Inc. Electrostatic chuck assembly for high temperature processes
CN104458798B (zh) * 2014-11-04 2017-01-18 大连理工大学 一种高压低温导热系数、传热系数的原位测试方法
JP6247630B2 (ja) * 2014-12-11 2017-12-13 Ckd株式会社 コイルの冷却構造
US9520295B2 (en) * 2015-02-03 2016-12-13 Lam Research Corporation Metal doping of amorphous carbon and silicon films used as hardmasks in substrate processing systems
US10008399B2 (en) * 2015-05-19 2018-06-26 Applied Materials, Inc. Electrostatic puck assembly with metal bonded backing plate for high temperature processes
WO2017044712A1 (en) 2015-09-11 2017-03-16 Laird Technologies, Inc. Devices for absorbing energy from electronic components
CN105195846B (zh) * 2015-10-26 2017-04-12 哈尔滨工业大学 一种多尺度联合提高导电陶瓷基材料钎焊接头强度的方法
CN105195847B (zh) * 2015-10-27 2017-04-12 哈尔滨工业大学 一种多尺度联合提高高硬脆陶瓷基材料钎焊连接强度的方法
CN105819860B (zh) * 2016-03-03 2019-04-30 株洲华驰新材料有限公司 一种碳化钛-碳化硅-硅化钛复合陶瓷材料及其制备方法
US10249526B2 (en) 2016-03-04 2019-04-02 Applied Materials, Inc. Substrate support assembly for high temperature processes
JP6741548B2 (ja) * 2016-10-14 2020-08-19 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材及びその製法
FR3060109B1 (fr) * 2016-12-09 2019-05-17 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur avec une plaque collectrice en alliage d'aluminium et de carbure metallique
US10957572B2 (en) 2018-05-02 2021-03-23 Applied Materials, Inc. Multi-zone gasket for substrate support assembly
JP7068921B2 (ja) 2018-05-15 2022-05-17 東京エレクトロン株式会社 部品の形成方法及びプラズマ処理装置
JP7430489B2 (ja) * 2019-01-16 2024-02-13 セメス株式会社 静電チャック、静電チャック装置
US11056372B2 (en) * 2019-04-30 2021-07-06 Applied Materials, Inc. Low temperature biasable substrate support
JP7056637B2 (ja) * 2019-11-26 2022-04-19 株式会社豊田中央研究所 耐熱部材
JP6798000B1 (ja) * 2019-12-23 2020-12-09 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ ＳｉＣとＳｉによる混合部材の製造方法
JP7319205B2 (ja) 2020-01-29 2023-08-01 日本碍子株式会社 緻密質複合材料、その製法、接合体及び半導体製造装置用部材
DE102020210660A1 (de) * 2020-08-21 2022-02-24 Mahle International Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Verbunds aus Kühlplatte und Strukturbauteil
CN115956064A (zh) * 2020-09-07 2023-04-11 日本碍子株式会社 耐火材料
JP7414751B2 (ja) 2021-02-04 2024-01-16 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材及びその製法
US11881423B2 (en) * 2021-02-09 2024-01-23 Applied Materials, Inc. Electrostatic chuck with metal bond
US11410869B1 (en) * 2021-02-22 2022-08-09 Applied Materials, Inc. Electrostatic chuck with differentiated ceramics
JP2022175500A (ja) * 2021-05-13 2022-11-25 新光電気工業株式会社 静電チャック及び静電チャックの製造方法
JP2023028187A (ja) * 2021-08-19 2023-03-03 新光電気工業株式会社 ベースプレート、基板固定装置
CN117897804A (zh) 2021-09-09 2024-04-16 日本碍子株式会社 晶片载放台
CN115954252A (zh) 2021-10-08 2023-04-11 日本碍子株式会社 晶片载放台
CN115966449A (zh) 2021-10-08 2023-04-14 日本碍子株式会社 晶片载放台
JP7526349B2 (ja) 2021-10-12 2024-07-31 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
JP7514811B2 (ja) 2021-10-14 2024-07-11 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
JP7554171B2 (ja) 2021-10-19 2024-09-19 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
JP7496343B2 (ja) 2021-11-08 2024-06-06 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
CN116110765A (zh) 2021-11-10 2023-05-12 日本碍子株式会社 晶片载放台
JP7572936B2 (ja) 2021-11-29 2024-10-24 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
JP2023161888A (ja) * 2022-04-26 2023-11-08 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
CN114620729B (zh) * 2022-05-12 2022-08-09 北京建筑大学 钛碳化铝MAXene纳米粉体、纳米流体及其制备方法
KR20240003436A (ko) 2022-06-28 2024-01-09 엔지케이 인슐레이터 엘티디 웨이퍼 적재대
WO2024195792A1 (ja) * 2023-03-22 2024-09-26 住友大阪セメント株式会社 静電チャック装置
JP2024145464A (ja) 2023-03-31 2024-10-15 日本碍子株式会社 複合材料焼結体、接合体、半導体製造装置用部材、および、複合材料焼結体の製造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS489092Y1 (zh) 1970-09-28 1973-03-09
EP0188129B1 (en) * 1985-01-11 1991-03-20 Hitachi, Ltd. High toughness ceramics and process for the preparation thereof
JPS62260774A (ja) * 1986-05-01 1987-11-13 新日本製鐵株式会社 炭化珪素系複合セラミックス焼結体
US5057163A (en) * 1988-05-04 1991-10-15 Astropower, Inc. Deposited-silicon film solar cell
US5500394A (en) * 1994-12-22 1996-03-19 Composite Materials, Inc. Fire-resistant and thermal shock-resistant composite ceramic material and method of making same
US5942455A (en) * 1995-11-14 1999-08-24 Drexel University Synthesis of 312 phases and composites thereof
DE69808114T2 (de) * 1997-01-10 2003-08-07 Drexel University, Philadelphia Oberflächenbehandlung eines 312 ternären keramikmaterials und daraus hergestelltes produkt
CN1120816C (zh) * 1998-08-19 2003-09-10 中国科学院金属研究所 一种钛碳化硅粉末的制备方法
JP2000306824A (ja) * 1999-02-17 2000-11-02 Komatsu Ltd 温度制御装置の製造方法および温度制御装置
FR2806405B1 (fr) * 2000-03-14 2002-10-11 Commissariat Energie Atomique Procede d'assemblage de pieces en materiaux a base de sic par brasage refractaire non reactif, composition de brasure, et joint et assemblage refractaires obtenus par ce procede
JP2003245792A (ja) * 2002-02-21 2003-09-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 接続構造
JP2005281084A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Tungaloy Corp 焼結体およびその製造方法
JP4542485B2 (ja) 2004-12-14 2010-09-15 日本碍子株式会社 アルミナ部材及びその製造方法
JP4809092B2 (ja) * 2006-03-27 2011-11-02 秋田県 ＴｉＣ基Ｔｉ−Ｓｉ−Ｃ系複合セラミックス及びその製造方法
FR2905754B1 (fr) * 2006-09-12 2008-10-31 Boostec Sa Sa Procede de fabrication d'un dispositif de type echangeur de chaleur en carbure de silicium et dispositif en carbure de silicium realise par le procede
JP5037883B2 (ja) * 2006-09-13 2012-10-03 電気化学工業株式会社 放熱部品及びその製造方法
JP4836263B2 (ja) * 2007-01-04 2011-12-14 独立行政法人産業技術総合研究所 高強度チタンシリコンカーバイド基複合材料及びその製造方法
JP5189832B2 (ja) * 2007-12-13 2013-04-24 日本碍子株式会社 炭化珪素質多孔体
CN101269966A (zh) * 2008-04-29 2008-09-24 北京交通大学 原位置换反应热压制备SiC/Ti3SiC2材料的方法
WO2012102348A1 (ja) * 2011-01-26 2012-08-02 日本碍子株式会社 Ｔｉ３ＳｉＣ２質材料、電極、スパークプラグ、及びその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI616976B (zh) * 2015-06-05 2018-03-01 瓦特洛威電子製造公司 高熱傳導晶圓支撐臺座裝置
TWI814572B (zh) * 2021-11-10 2023-09-01 日商日本碍子股份有限公司 晶圓載置台
TWI846057B (zh) * 2022-01-27 2024-06-21 日商日本碍子股份有限公司 晶圓載置台及使用該晶圓載置台之半導體製造裝置用構件
TWI819949B (zh) * 2022-05-24 2023-10-21 日商日本碍子股份有限公司 冷卻板及半導體製造裝置用構件

Also Published As

Publication number Publication date
KR101499409B1 (ko) 2015-03-05
JP2014198662A (ja) 2014-10-23
JP6182082B2 (ja) 2017-08-16
US20150077895A1 (en) 2015-03-19
WO2014141974A1 (ja) 2014-09-18
JP5666748B1 (ja) 2015-02-12
KR20140140112A (ko) 2014-12-08
TWI600613B (zh) 2017-10-01
CN104045347A (zh) 2014-09-17
CN104285290B (zh) 2016-03-23
KR20140113364A (ko) 2014-09-24
CN104045347B (zh) 2017-09-05
CN104285290A (zh) 2015-01-14
TWI599553B (zh) 2017-09-21
JPWO2014141974A1 (ja) 2017-02-16
TW201446647A (zh) 2014-12-16
KR102084033B1 (ko) 2020-03-03
US9255747B2 (en) 2016-02-09
US20140272378A1 (en) 2014-09-18
US9188397B2 (en) 2015-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI599553B (zh) Cooling plate, method of manufacturing the same, and device for semiconductor manufacturing apparatus
TWI599554B (zh) Cooling plate, method of manufacturing the same, and device for semiconductor manufacturing apparatus
TWI445682B (zh) Alumina sintered body, and its manufacturing method and semiconductor manufacturing device parts
JP4997431B2 (ja) 高熱伝導窒化ケイ素基板の製造方法
JP2010077012A (ja) 酸化アルミニウム焼結体及びその製法
JP5406565B2 (ja) 酸化アルミニウム焼結体、その製法及び半導体製造装置部材
WO2019188148A1 (ja) 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法
WO2019163710A1 (ja) 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法
KR102660216B1 (ko) 치밀질 복합 재료, 그 제법, 접합체 및 반도체 제조 장치용 부재
JP5073135B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及び用途
JP7350215B1 (ja) 冷却板及び半導体製造装置用部材
JP2003026478A (ja) セラミックス複合材料