特許 5666749 冷却板、その製法及び半導体製造装置用部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5666749

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】冷却板、その製法及び半導体製造装置用部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20150122BHJP

   C04B 35/565 20060101ALI20150122BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   C04B35/56 101K

   H01L21/02 Z

【請求項の数】13

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-530025(P2014-530025)

(86)(22)【出願日】2014年3月6日

(86)【国際出願番号】JP2014055813

【審査請求日】2014年6月20日

(31)【優先権主張番号】特願2013-61856(P2013-61856)

(32)【優先日】2013年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神藤 明日美

(72)【発明者】

【氏名】井上 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】勝田 祐司

(72)【発明者】

【氏名】片居木 俊

(72)【発明者】

【氏名】天野 真悟

(72)【発明者】

【氏名】杉本 博哉

【審査官】 青山 純

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−７１８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−７７１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６１８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６７−２１／６８７

Ｃ０４Ｂ ３５／５６−３５／５６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷媒通路が形成され、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板であって、
含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料で作製された第１基板と、
前記緻密質複合材料で作製され、前記冷媒通路と同じ形状となるように打ち抜かれた打ち抜き部を有する第２基板と、
前記緻密質複合材料で作製された第３基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより両基板間に形成された第１金属接合層と、
前記第２基板と前記第３基板との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより両基板間に形成された第２金属接合層と、
を備えた冷却板。

【請求項2】

内部に冷媒通路を有し、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板であって、
含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料で作製された第１基板と、
前記緻密質複合材料で作製され、前記第１基板と向かい合う面に前記冷媒通路となる溝を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板のうち前記溝が設けられた面との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより形成された金属接合層と、
を備えた冷却板。

【請求項3】

前記金属接合層は、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合することにより形成されたものである、
請求項１又は２に記載の冷却板。

【請求項4】

前記緻密質複合材料は、前記チタンシリコンカーバイドを２３〜４０質量％、前記炭化チタンを４〜１２質量％含有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却板。

【請求項5】

前記緻密質複合材料は、前記炭化珪素粒子同士の間隙に、前記チタンシリコンカーバイド及び前記炭化チタンの少なくとも１つが前記炭化珪素粒子表面を覆うように存在している、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却板。

【請求項6】

前記緻密質複合材料は、ＡｌＮとの４０℃〜５７０℃の平均線熱膨張係数の差が０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却板。

【請求項7】

前記緻密質複合材料は、４０℃〜５７０℃の平均線熱膨張係数が５．４〜６．０ｐｐｍ／Ｋである、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却板。

【請求項8】

前記緻密質複合材料は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４点曲げ強度が３００ＭＰａ以上である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却板。

【請求項9】

内部に冷媒通路が形成され、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板を製造する方法であって、
（ａ）含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料を用いて、第１〜第３基板を作製する工程と、
（ｂ）前記第２基板の一方の面から他方の面まで前記冷媒通路と同じ形状となるように打ち抜いて前記第２基板に打ち抜き部を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の一方の面との間および前記第３基板と前記第２基板の他方の面との間にそれぞれ金属接合材を挟んで前記第１〜第３基板を熱圧接合する工程と、
を含む冷却板の製法。

【請求項10】

内部に冷媒通路を有し、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板を製造する方法であって、
（ａ）含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料を用いて、第１基板及び第２基板を作製する工程と、
（ｂ）前記第２基板の一方の面に前記冷媒通路となる溝を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板と前記第２基板のうち前記溝が設けられた面との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合する工程と、
を含む冷却板の製法。

【請求項11】

前記工程（ｃ）では、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合する、
請求項９又は１０に記載の冷却板の製法。

【請求項12】

静電電極及びヒータ電極を内蔵したＡｌＮ製の静電チャックと、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却板と、
前記冷却板の前記第１基板の表面と前記静電チャックとの間に金属接合材を挟んで両者を熱圧接合することにより形成された冷却板−チャック接合層と、
を備えた半導体製造装置用部材。

【請求項13】

前記冷却板−チャック接合層は、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合することにより形成されたものである、
請求項１２に記載の半導体製造装置用部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却板、その製法及び半導体製造装置用部材に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体プロセス中で高温化する静電チャックには、放熱のために冷却板が接合されている。この場合、静電チャックの材料としては窒化アルミニウム、冷却板の材料としてはアルミニウム、接合材としては樹脂が用いられることがある。窒化アルミニウムとアルミニウムは線熱膨張係数差が非常に大きく、例えば、窒化アルミニウムの線熱膨張係数は５．０ｐｐｍ／Ｋ（ＲＴ−８００℃：内田老鶴圃 「セラミックの物理」）、アルミニウムの線熱膨張係数は３１．１ｐｐｍ／Ｋ（ＲＴ−８００℃：日本熱物性学会編、「新編熱物性ハンドブック」）である。このような静電チャックでは、接合材として柔らかい樹脂を用いているため、その線熱膨張係数差によって生じる応力を緩和することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１４３５８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した静電チャックでは、接合材として樹脂が用いられているが、樹脂は有機材料であるため、放熱性が低く、高温で分解しやすい。そのため、高温プロセスでは一般に使いにくい。そこで、樹脂に代わる高放熱な接合材として、金属が有効であることが確認されている。このように金属で接合する方法を金属接合という。金属接合の接合材としては、例えばアルミニウムなどが知られている。

【0005】

しかしながら、金属接合の接合材つまり金属には樹脂のような柔らかさがないため、静電チャックと冷却板との間の大きな線熱膨張係数差によって生じる応力を緩和することができない。こうしたことから、静電チャックとの金属接合に適する冷却板材料、つまり、窒化アルミニウムとの線熱膨張係数差が小さく、しかも冷却板として必要な特性を備えている新材料の開発が望まれていた。冷却板として必要な特性としては、放熱性を維持するため熱伝導率が高いこと、冷却液を通すため緻密性が高いこと、加工等に耐えるため強度が高いことなどが挙げられる。

【0006】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、内部に冷媒通路を有し、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板において、ＡｌＮとの線熱膨張係数差がきわめて小さく、熱伝導率、緻密性及び強度が十分高いものを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の冷却板は、
内部に冷媒通路が形成され、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板であって、
含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料で作製された第１基板と、
前記緻密質複合材料で作製され、前記冷媒通路と同じ形状となるように打ち抜かれた打ち抜き部を有する第２基板と、
前記緻密質複合材料で作製された第３基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより両基板間に形成された第１金属接合層と、
前記第２基板と前記第３基板との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより両基板間に形成された第２金属接合層と、
を備えたものであるか、
又は、
含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料で作製された第１基板と、
前記緻密質複合材料で作製され、前記第１基板と向かい合う面に前記冷媒通路となる溝を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板のうち前記溝が設けられた面との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合することにより形成された金属接合層と、
を備えたものである。

【0008】

この冷却板は、金属接合層によって接合された各基板が上述した緻密質複合材料で作製されている。この緻密質複合材料は、ＡｌＮとの線熱膨張係数差がきわめて小さく、熱伝導率、緻密性及び強度が十分高い。このため、こうした冷却板とＡｌＮセラミック部材とを接合した半導体製造装置用部材は、低温と高温との間で繰り返し使用したとしても冷却板とＡｌＮセラミック部材とが剥がれることがなく、高い放熱性能を維持したまま、耐用期間が長くなる。また、上述した緻密質複合材料で作製された基板同士は、電子ビーム溶接などによる接合が難しく、樹脂接着材で接合すると冷却性能が低下してしまうが、ここでは、金属接合材を用いた熱圧接合（Thermal Compression Bonding，ＴＣＢと略す）により接合しているため、比較的容易に接合でき、しかも良好な冷却性能が得られる。

【0009】

本発明の冷却板において、前記金属接合層は、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合することにより形成されたものであることが好ましい。こうすれば、より良好な冷却性能が得られる。

【0010】

本発明の冷却板において、前記緻密質複合材料は、前記チタンシリコンカーバイドを２３〜４０質量％、前記炭化チタンを４〜１２質量％含有することが好ましい。前記緻密質複合材料は、前記炭化珪素粒子同士の間隙に、前記チタンシリコンカーバイド及び前記炭化チタンの少なくとも１つが前記炭化珪素粒子表面を覆うように存在していることが好ましい。前記緻密質複合材料は、ＡｌＮとの４０℃〜５７０℃の平均線熱膨張係数の差が０．５ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。前記緻密質複合材料は、４０℃〜５７０℃の平均線熱膨張係数が５．４〜６．０ｐｐｍ／Ｋであることが好ましい。前記緻密質複合材料は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４点曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることが好ましい。

【0011】

本発明の冷却板の製法は、
内部に冷媒通路が形成され、ＡｌＮセラミック部材の冷却に用いられる冷却板を製造する方法であって、
（ａ）含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料を用いて、第１〜第３基板を作製する工程と、
（ｂ）前記第２基板の一方の面から他方の面まで前記冷媒通路と同じ形状となるように打ち抜いて前記第２基板に打ち抜き部を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の一方の面との間および前記第３基板と前記第２基板の他方の面との間にそれぞれ金属接合材を挟んで前記第１〜第３基板を熱圧接合する工程と、
を含むものであるか、
又は、
（ａ）含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、前記炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下である緻密質複合材料を用いて、第１基板及び第２基板を作製する工程と、
（ｂ）前記第２基板の一方の面に前記冷媒通路となる溝を形成する工程と、
（ｃ）前記第１基板と前記第２基板のうち前記溝が設けられた面との間に金属接合材を挟んで両基板を熱圧接合する工程と、
を含むものである。

【0012】

この冷却板の製法によれば、上述した冷却板を容易に製造することができる。特に、上述した緻密質複合材料で作製された基板同士は、電子ビーム溶接などによる接合が難しく、樹脂接着材で接合すると冷却性能が低下してしまうが、ここでは、金属接合材を用いた熱圧接合により接合しているため、比較的容易に接合でき、しかも良好な冷却性能が得られる。

【0013】

本発明の冷却板の製法において、前記工程（ｃ）では、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合するのが好ましい。こうすれば、より良好な冷却性能を持つ冷却板が得られる。

【0014】

本発明の半導体製造装置用部材は、
静電電極及びヒータ電極を内蔵したＡｌＮ製の静電チャックと、
上述したいずれかの冷却板と、
前記冷却板の前記第１基板の表面と前記静電チャックとの間に金属接合材を挟んで両者を熱圧接合することにより形成された冷却板−チャック接合層と、
を備えたものである。

【0015】

この半導体製造装置用部材によれば、低温と高温との間で繰り返し使用したとしても冷却板とＡｌＮセラミック部材とが剥がれることがなく、高い放熱性能を維持したまま、耐用期間が長くなる。また、静電チャックの熱を効率よく冷却板へ逃がすことができる。

【0016】

本発明の半導体製造装置用部材において、前記冷却板−チャック接合層は、前記金属接合材としてＭｇを含有するかＳｉ及びＭｇを含有するアルミニウム合金の接合材を採用し、該接合材の固相線温度以下の温度で熱圧接合することにより形成されたものであることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】半導体製造装置用部材１０の平面図。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図。

【図3】半導体製造装置用部材１０の製造工程図。

【図4】半導体製造装置用部材１０の製造工程図。

【図5】第２基板３２の説明図。

【図6】半導体製造装置用部材１１０の断面図。

【図7】半導体製造装置用部材１１０の製造工程図。

【図8】第２基板１３２の説明図。

【図9】実験例５で得られた緻密質複合材料のＳＥＭ像（反射電子像）。

【図10】実験例５で得られた緻密質複合材料のＸＲＤプロファイル。

【図11】実験例１５で得られた緻密質複合材料のＳＥＭ像（反射電子像）。

【図12】実験例１５で得られた緻密質複合材料のＸＲＤプロファイル。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［半導体製造装置用部材−第１実施形態］
以下に、第１実施形態の半導体製造装置用部材１０について説明する。図１は半導体製造装置用部材１０の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

【0019】

半導体製造装置用部材１０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷを吸着可能なＡｌＮ製の静電チャック２０と、線熱膨張係数がＡｌＮと同程度の緻密質複合材料で作製された冷却板３０と、静電チャック２０と冷却板３０とを接合する冷却板−チャック接合層４０と、を備えている。

【0020】

静電チャック２０は、外径がウエハーＷの外径よりも小さい円盤状のＡｌＮプレートであり、静電電極２２とヒータ電極２４とを内蔵している。静電電極２２は、棒状の給電端子２３を介して図示しない外部電源により直流電圧を印加可能な平面状の電極である。この静電電極２２に直流電圧が印加されるとウエハＷはジョンソン・ラーベック力によりウエハ載置面２０ａに吸着固定され、直流電圧の印加を解除するとウエハＷのウエハ載置面２０ａへの吸着固定が解除される。ヒータ電極２４は、静電チャック２０の全面にわたって配線されるように例えば一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハＷを加熱する。ヒータ電極２４には、冷却板３０の裏面からヒータ電極２４の一端及び他端にそれぞれ到達する棒状の給電端子２５によって電圧を印加可能である。

【0021】

冷却板３０は、外径が静電チャック２０と同等かやや大きい円盤状のプレートであり、第１基板３１と、第２基板３２と、第３基板３３と、第１基板３１と第２基板３２との間に形成された第１金属接合層３４と、第２基板３２と第３基板３３との間に形成された第２金属接合層３５と、冷媒が流通可能な冷媒通路３６と、を備えている。第１〜第３基板３１，３２，３３は、緻密質複合材料で形成されている。この緻密質複合材料は、含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下であるが、詳しくは後述する。また、第２基板３２には、打ち抜き部３２ａが形成されている。この打ち抜き部３２ａは、第２基板３２の一方の面から他方の面までを冷媒通路３６と同じ形状となるように打ち抜いたものである。第１及び第２金属接合層３４，３５は、第１基板３１と第２基板３２の一方の面との間と、第２基板３２の他方の面と第３基板３３との間に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の金属接合材を挟んで各基板３１〜３３を熱圧接合することにより形成されたものである。冷却板３０には、静電チャック２０が接合された面とは反対側の面からウエハ載置面２０ａと直交する方向に延びて冷媒通路３６の入口３６ａ及び出口３６ｂにそれぞれ繋がる冷媒供給孔４６ａ及び冷媒排出孔４６ｂが形成されている。また、冷却板３０には、静電チャック２０が接合された面とその反対側の面とを貫通する端子挿通孔４３，４５が形成されている。端子挿通孔４３は、静電電極２２の給電端子２３を挿通するための孔であり、端子挿通孔４５は、ヒータ電極２４の給電端子２５を挿通するための孔である。

【0022】

冷却板−チャック接合層４０は、冷却板３０の第１基板３１と静電チャック２０との間にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ系の金属接合材を挟んで両者を熱圧接合することにより形成されたものである。なお、各給電端子２３，２５は、冷却板３０や第１及び第２金属接合層３４，３５、冷却板−チャック接合層４０と直接接触しないように構成されている。

【0023】

なお、半導体製造装置用部材１０には、ウエハＷの裏面にＨｅガスを供給するためのガス供給孔やウエハＷをウエハ載置面２０ａから持ち上げるリフトピンを挿通するためのリフトピン挿通孔を、ウエハ載置面２０ａと直交する方向に半導体製造装置用部材１０を貫通するように設けてもよい。

【0024】

次に、半導体製造装置用部材１０の使用例について説明する。まず、図示しない真空チャンバ内に半導体製造装置用部材１０を設置した状態で、ウエハＷをウエハ載置面２０ａに載置する。そして、真空チャンバ内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、静電電極２２に直流電圧をかけてジョンソン−ラーベック力を発生させ、ウエハＷをウエハ載置面２０ａに吸着固定する。次に、真空チャンバ内を所定圧力（例えば数１０〜数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とし、この状態で、プラズマを発生させる。そして、発生したプラズマによってウエハＷの表面のエッチングを行う。図示しないコントローラは、ウエハＷの温度が予め設定された目標温度となるように、ヒータ電極２４へ供給する電力を制御する。

【0025】

次に、半導体製造装置用部材１０の製造例について説明する。図３及び図４は半導体製造装置用部材１０の製造工程図である。図５は第２基板３２の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【0026】

まず、上述した緻密質複合材料を用いて、円盤状の薄型プレートである第１〜第３基板３１〜３３を作製する（図３（ａ）参照）。次に、第２基板３２の一方の面から他方の面まで冷媒通路３６と同じ形状となるように打ち抜いて、第２基板３２に打ち抜き部３２ａを形成する（図３（ｂ）及び図５参照）。打ち抜き部３２ａは、マシニングセンタ、ウォータジェット、放電加工などにより形成することができる。次に、第１基板３１と第２基板３２の一方の面との間に金属接合材５１を挟むと共に、第２基板３２の他方の面と第３基板３３との間に金属接合材５２を挟み（図３（ｃ）参照）、第１〜第３基板３１〜３２を熱圧接合する（図３（ｄ）参照）。これにより、打ち抜き部３２ａが冷媒通路３６になり、第１基板３１と第２基板３２との間に第１金属接合層３４が形成され、第２基板３２と第３基板３３との間に第２金属接合層３５が形成され、冷却板３０が完成する。このとき、金属接合材５１，５２としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ系接合材を使用するのが好ましい。これらの接合材を用いた熱圧接合（ＴＣＢ）は、真空雰囲気下、固相線温度以下に加熱した状態で各基板を０．５〜２．０ｋｇ／ｍｍ² の圧力で１〜５時間かけて加圧することにより行う。その後、冷却板３０の裏面側から冷媒通路３６の入口３６ａに至る冷媒供給孔４６ａと、冷却板３０の裏面側から冷媒通路３６の出口３６ｂに至る冷媒排出孔４６ｂとを形成すると共に、冷却板３０の表裏を貫通する端子挿通孔４３，４５を形成する（図３（ｅ）参照、図３（ｅ）には、冷媒通路３６の入口３６ａや出口３６ｂ、冷媒供給孔４６ａ、冷媒排出孔４６ｂは現れていないが、これらについては図１を参照）。

【0027】

一方、静電電極２２及びヒータ電極２４が埋設され、給電端子２３，２５が取り付けられた静電チャック２０を作製する（図４（ａ）参照）。こうした静電チャック２０は、例えば特開２００６−１９６８６４号公報の記載にしたがって用意することができる。そして、静電チャック２０のウエハ載置面２０ａとは反対側の面と冷却板３０の第１基板３１の表面との間に金属接合材２８を挟み、給電端子２３，２５をそれぞれ端子挿通孔４３，４５に挿通し、静電チャック２０と冷却板３０とを熱圧接合する（図４（ａ）参照）。これにより、静電チャック２０と冷却板３０との間には冷却板−チャック接合層４０が形成され、半導体製造装置用部材１０が完成する（図４（ｂ）参照）。金属接合材２８としては、上述したようにＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ系接合材を使用してＴＣＢを行うのが好ましい。

【0028】

以上詳述した第１実施形態によれば、冷却板３０は、第１及び第２金属接合層３４，３５によって接合された第１〜第３基板３１〜３３が上述した緻密質複合材料で作製されており、この緻密質複合材料は、ＡｌＮとの線熱膨張係数差がきわめて小さく、熱伝導率、緻密性及び強度が十分高い。このため、こうした冷却板３０とＡｌＮセラミック部材である静電チャック２０とを接合した半導体製造装置用部材１０は、低温と高温との間で繰り返し使用したとしても冷却板３０と静電チャック２０とが剥がれることがなく、高い放熱性能を維持したまま、耐用期間が長くなる。また、上述した緻密質複合材料で作製された第１〜第３基板３１〜３３は、電子ビーム溶接などによる接合が難しく、樹脂接着材で接合すると冷却性能が低下してしまうが、ここでは、金属接合材を用いたＴＣＢにより接合しているため、比較的容易に接合でき、しかも良好な冷却性能が得られる。

【0029】

また、第１〜第３基板３１〜３３は緻密性が十分高いため、冷却板３０の内部に冷却液や冷却ガスを通過させることができ、冷却効率が一層向上する。更に、第１〜第３基板３１〜３３は、強度が十分高いため、半導体製造装置用部材１０を製造する際の加工や接合に耐えることができるし、使用時の温度変化によって生じる応力にも十分耐えることができる。

【0030】

［半導体製造装置用部材−第２実施形態］
以下に、第２実施形態の半導体製造装置用部材１１０について説明する。図６は半導体製造装置用部材１１０の断面図である。

【0031】

半導体製造装置用部材１１０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷを吸着可能なＡｌＮ製の静電チャック２０と、線熱膨張係数がＡｌＮと同程度の緻密質複合材料で作製された冷却板１３０と、冷却板１３０と静電チャック２０とを接合する冷却板−チャック接合層４０と、を備えている。

【0032】

静電チャック２０は、第１実施形態と同じであるため、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。冷却板１３０は、外径が静電チャック２０と同等かやや大きい円盤状のプレートであり、第１基板１３１と、第２基板１３２と、第１基板１３１と第２基板１３２との間に形成された金属接合層１３４と、冷媒が流通可能な冷媒通路１３６と、を備えている。第１及び第２基板１３１，１３２は、第１実施形態で用いた緻密質複合材料と同じ材料で形成されている。第２基板１３２は、第１基板１３１と向かい合う面に冷媒通路１３６となる溝を有している。金属接合層１３４は、第１基板１３１と第２基板１３２のうち溝１３２ａが設けられた面との間に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ系の金属接合材を挟んで両基板１３１，１３２を熱圧接合することにより形成されたものである。冷却板１３０には、第１実施形態と同様、冷媒通路１３６の入口及び出口にそれぞれ繋がる冷媒供給孔及び冷媒排出孔が形成されているが、これらの図示は省略する。また、冷却板１３０には、第１実施形態と同様、端子挿通孔４３，４５が形成されている。冷却板−チャック接合層４０は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

【0033】

半導体製造装置用部材１１０の使用例は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

【0034】

次に、半導体製造装置用部材１１０の製造例について説明する。図７は半導体製造装置用部材１１０の製造工程図、図８は第２基板１３２の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。まず、上述した緻密質複合材料を用いて、円盤状の薄型プレートである第１及び第２基板１３１，１３２を作製する（図７（ａ）参照）。次に、第２基板１３２のうち第１基板１３１と向かい合う面に冷媒通路１３６となる溝１３２ａを形成する（図７（ｂ）及び図８参照）。溝１３２ａは、マシニングセンタ、ウォータジェット、放電加工などにより形成することができる。次に、第１基板１３１と第２基板１３２の溝１３２ａが形成された面との間に金属接合材６１を挟み（図７（ｃ）参照）、第１及び第２基板１３１，１３２を熱圧接合する（図７（ｄ）参照）。これにより、溝１３２ａが冷媒通路３６になり、第１基板１３１と第２基板１３２との間に金属接合層１３４が形成され、冷却板１３０が完成する。このとき、金属接合材６１としては、上述したようにＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ系接合材を使用してＴＣＢを行うのが好ましい。この後の工程すなわち静電チャック２０と冷却板１３０との接合工程は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0035】

以上詳述した第２実施形態によれば、冷却板１３０は、金属接合層１３４によって接合された第１及び第２基板１３１，１３２が上述した緻密質複合材料で作製されており、この緻密質複合材料は、ＡｌＮとの線熱膨張係数差がきわめて小さく、熱伝導率、緻密性及び強度が十分高い。このため、こうした冷却板１３０とＡｌＮセラミック部材である静電チャック２０とを接合した半導体製造装置用部材１１０は、低温と高温との間で繰り返し使用したとしても冷却板１３０と静電チャック２０とが剥がれることがなく、高い放熱性能を維持したまま、耐用期間が長くなる。また、上述した緻密質複合材料で作製された第１及び第２基板１３１，１３２は、電子ビーム溶接などによる接合が難しく、樹脂接着材で接合すると冷却性能が低下してしまうが、ここでは、金属接合材を用いたＴＣＢにより接合しているため、比較的容易に接合でき、しかも良好な冷却性能が得られる。

【0036】

また、第１及び第２基板１３１，１３２は緻密性が十分高いため、冷却板１３０の内部に冷却液や冷却ガスを通過させることができ、冷却効率が一層向上する。更に、第１及び第２基板１３１，１３２は、強度が十分高いため、半導体製造装置用部材１１０を製造する際の加工や接合に耐えることができるし、使用時の温度変化によって生じる応力にも十分耐えることができる。

【0037】

［緻密質複合材料］
上述した実施形態で使用する緻密質複合材料は、含有量の多いものの上位３つが炭化珪素、チタンシリコンカーバイド、炭化チタンであり、この並び順が含有量の多いものから少ないものの順序を示しており、炭化珪素を５１〜６８質量％含有し、珪化チタンを含有せず、開気孔率が１％以下のものである。ここでは、含有量は、Ｘ線回折のピークに基づいて求めた値とする。また、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。

【0038】

炭化珪素は、５１〜６８質量％含有されている。５１質量％未満しか含有されていない場合には、窒化アルミニウムとの熱膨張係数差が大きくなるため、好ましくない。また、６８質量％を超えると、開気孔率が大きくなったり強度が十分高くならなかったりするため、好ましくない。

【0039】

チタンシリコンカーバイドは、炭化珪素より少量含有されており、炭化チタンは、チタンシリコンカーバイドより少量含有されている。チタンシリコンカーバイドとしては、Ｔｉ₃ＳｉＣ₂（ＴＳＣ）が好ましく、炭化チタンとしては、ＴｉＣが好ましい。例えば、チタンシリコンカーバイドを２７〜４０質量％含有し、炭化チタンを４〜１２質量％含有していることが好ましい。

【0040】

炭化珪素粒子同士の間隙には、チタンシリコンカーバイド及び炭化チタンの少なくとも１つが炭化珪素粒子表面を覆うように存在していることが好ましい。炭化珪素粒子が高頻度に分散している場合、炭化珪素粒子間に気孔が残存しやすくなるが、上述したように炭化珪素粒子表面が他の粒子で覆われていると、その気孔が埋まりやすくなり、緻密且つ高強度な材料となりやすいため、好ましい。

【0041】

上述した実施形態で使用する緻密質複合材料は、線熱膨張係数が窒化アルミニウムと同程度である。そのため、この緻密質複合材料で作製された部材と窒化アルミニウムで作製された部材とを接合（例えば金属接合）した場合、低温と高温との間で繰り返し使用したとしても剥離しにくい。具体的には、この緻密質複合材料は、窒化アルミニウムとの４０〜５７０℃の平均線熱膨張係数の差が０．５ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。また、この緻密質複合材料の４０〜５７０℃の平均線熱膨張係数は５．４〜６．０ｐｐｍ／Ｋであることがより好ましい。なお、この緻密質複合材料と同じ条件で、窒化アルミニウムに焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を５重量％添加した窒化アルミニウム焼結体の４０〜５７０℃の平均線熱膨張係数を測定したところ、５．７ｐｐｍ／Ｋであり、焼結助剤なしの窒化アルミニウム焼結体の平均線熱膨張係数を測定したところ、５．２ｐｐｍ／Ｋであった。よって、本発明では両者の間の値である、線熱膨張係数５.５ｐｐｍ／Ｋ（４０〜５７０℃）を中心値とし、平均線熱膨張係数の差が０．５ｐｐｍ／Ｋ以下である窒化アルミニウム焼結体の提供を目的とした。

【0042】

上述した実施形態で使用する緻密質複合材料は、熱伝導性に優れているが、具体的には熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。こうすれば、この緻密質複合材料で作製された部材と窒化アルミニウムで作製された部材とを金属接合した場合、窒化アルミニウムが持つ熱を効率よく逃がすことができる。

【0043】

上述した実施形態で使用する緻密質複合材料は、強度に優れているが、具体的には４点曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることが好ましい。こうすれば、この緻密質複合材料で作製された部材を冷却板等に適用しやすくなる。

【0044】

上述した実施形態で使用する緻密質複合材料の製法は、例えば、（ａ）炭化珪素を４３〜５２質量％、炭化チタンを３３〜４５質量％含有し、残部が、珪化チタンを１８質量％以下、及び／又は、シリコンを１３質量％以下含有する粉体混合物を作製する工程と、（ｂ）前記粉体混合物を不活性雰囲気下ホットプレスで焼結させることにより、上述した緻密質複合材料を得る工程と、を含むものとしてもよい。

【0045】

工程（ａ）では、炭化珪素の原料粉末の粒径は特に限定されないが、平均粒径が２〜３５μｍであることが好ましい。また、粗粒（例えば平均粒径１５〜３５μｍ）のみを用いてもよいし、細粒（例えば平均粒径２〜１０μｍ）のみを用いてもよいし、粗粒と細粒とを混合して用いてもよい。ＳｉＣの平均粒径が２μｍよりも小さい場合、原料中のＳｉＣ比が多い組成ではＳｉＣ粒子の表面積が増加する為に焼結性が低下し、緻密な焼結体が得られにくい。一方、ＳｉＣの平均粒径が３５μｍよりも大きい場合は、焼結性には問題無いが、強度が低下することが懸念される。また、工程（ａ）では、上述したように、原料粉末として炭化珪素、炭化チタン、珪化チタンを用いてもよいが、炭化珪素、炭化チタン、珪化チタン、チタン、シリコンの中から適宜選択して用いてもよい。

【0046】

工程（ｂ）では、不活性雰囲気とは、例えば真空雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。また、ホットプレス条件は、上述した緻密質複合材料が得られるように設定すればよい。例えば、ホットプレス時の圧力は１００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²が好ましく、２００〜３００ｋｇｆ／ｃｍ²がより好ましい。ホットプレス時の温度は１５５０〜１８００℃が好ましく、１６００〜１７５０℃がより好ましい。圧力と温度との関係は、粉体混合物の組成や原料粉の粒径などにより、この範囲内で適宜設定すればよい。例えば、粉体混合物中の炭化珪素の含有率が低い場合には、粉体混合物は焼結しやすいため、比較的穏やかなホットプレス条件で緻密化する。一方、粉体混合物中の炭化珪素の含有率が高い場合には、粉体混合物は焼結しにくいため、比較的厳しいホットプレス条件で緻密化する。また、炭化珪素が粗粒のみを用いる場合には、比較的厳しいホットプレス条件で緻密化するが、粗粒と細粒を混合して用いる場合には、比較的穏やかなホットプレス条件で緻密化する。なお、焼成時間は、ホットプレス条件に応じて適宜設定すればよいが、例えば１〜１０時間の間で適宜設定すればよい。但し、粗粒のみを用いる場合に比べて、粗粒と細粒とを混合して用いた場合の方が、穏やかなホットプレス条件で緻密化する傾向があるため、好ましい。

【0047】

工程（ｂ）のホットプレス条件は、例えば、粉体混合物中の炭化珪素が４３質量％以上４７質量％未満の場合、炭化珪素が粗粒か細粒かにかかわらず、１６００〜１８００℃で２００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²という条件が好ましい。また、粉体混合物中の炭化珪素が４７質量％以上５２質量％以下の場合、炭化珪素が粗粒か細粒かにかかわらず、１６５０〜１８００℃で３００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²という条件か、１７５０〜１８００℃で２５０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²という条件が好ましいが、炭化珪素が粗粒と細粒の混合粒であれば、１６５０〜１８００℃で３００〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²という条件か、１７００〜１８００℃で２５０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²という条件が好ましい。

【実施例】

【0048】

［半導体製造装置用部材］
実施例の半導体製造装置用部材１０は、静電チャック２０として、ＡｌＮ製のジョンソン−ラーベックタイプで、直径が２９７ｍｍ、厚み５がｍｍ、誘電体膜厚（静電電極２２からウエハ載置面２０ａまでの厚み）が０．３５ｍｍ、ヒータ電極２４がＮｂコイルのものを用いた。また、冷却板３０として、後述する実験例１５の緻密質材料で作製した第１〜第３基板３１〜３３を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系接合材（８８．５重量％のＡｌ、１０重量％のＳｉ、１．５重量％のＭｇを含有し、固相線温度が約５６０℃）を用いてＴＣＢにより接合した。ＴＣＢは、真空雰囲気下、５４０〜５６０℃に加熱した状態で各基板を１．５ｋｇ／ｍｍ² の圧力で５時間かけて加圧することにより行った。得られた冷却板３０は、直径が３４０ｍｍ、厚みが３２ｍｍであった。静電チャック２０と冷却板３０との接合も、同じ接合材を用いてＴＣＢにより行った。冷却板−チャック接合層４０の厚みは０．１２ｍｍであった。一方、比較例の半導体製造装置用部材は、アルミニウム製の第１〜第３基板をアクリル樹脂（熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫ）により接合した冷却板を用いた以外は、上述した実施例と同様にして作製した。

【0049】

そして、実施例の半導体製造装置用部材１０の冷却板３０の冷媒通路３６に温度２５℃の純水（冷媒）を流量１３Ｌ／ｍｉｎを流し、ヒータ電極２４に所定の電力を投入してヒータ電極２４を発熱させたときのウエハ載置面２０ａの温度を表面温度計でモニターした。比較例の半導体製造装置用部材についても、同様にしてモニターした。その結果を表１に示す。表１から、投入電力にかかわらず、実施例の方が比較例よりも冷却性能が優れていることがわかる。

【0050】

【表1】

【0051】

［緻密質複合材料］
以下に、上述した実施形態で使用する緻密質複合材料の好適な適用例について説明する。ＳｉＣ原料は、純度９６．０％以上、平均粒径３２．３μｍ或いは、１６．４μｍ或いは、２．９μｍの市販品を使用した。ＴｉＣ原料は、純度９４．５％以上、平均粒径４.３μｍの市販品を使用した。ＴｉＳｉ₂原料は、純度９６．０％以上、平均粒径６.９μｍの市販品を使用した。Ｓｉ原料は、純度９７．０％以上、平均粒径２．１μｍの市販品を使用した。

【0052】

１．製造手順
・調合
ＳｉＣ原料、ＴｉＣ原料及びＴｉＳｉ₂原料、あるいは、ＳｉＣ原料、ＴｉＣ原料及びＳｉ原料を、表２，３に示す質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径１０ｍｍの鉄芯入りナイロンボールを用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、調合粉末とした。尚、秤量した原料約３００ｇを高速流動混合機（粉体投入部の容量１．８Ｌ）に投入し、攪拌羽根の回転数１５００ｒｐｍで混合した場合にも湿式混合と同様の材料特性が得られることを確認した。
・成形
調合粉末を、２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で一軸加圧成形し、直径５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。
・焼成
円盤状成形体をホットプレス焼成することにより緻密質焼結材料を得た。ホットプレス焼成では、表２，３に示す焼成温度（最高温度）及びプレス圧力で焼成し、焼成終了まで真空雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。なお、以下では、ホットプレスをＨＰと略す。

【0053】

２．各実験例
表２，３には、各実験例の出発原料組成（質量％）、ＳｉＣ原料の粒径とその割合、ＨＰ焼成条件、ＸＲＤ測定結果から求めた焼結体の構成相とその量比（簡易定量結果）、焼結体の基本特性（開気孔率、嵩密度、４点曲げ強度、線熱膨張係数、熱伝導率）を示した。なお、実験例１〜３６のうち、実験例３〜７，１０，１２，１３，１５，１６，１８〜２１，２３，２４、２６，３３〜３６が上述した実施形態で使用するのに適した緻密質複合材料であり、残りは適さない材料である。

【0054】

【表2】

【0055】

【表3】

【0056】

３．構成相の簡易定量
複合材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５〜７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製 Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。また、構成相の簡易定量を行った。この簡易定量は、複合材料に含まれる結晶相の含有量をＸ線回折のピークに基づいて求めた。ここでは、ＳｉＣ、ＴＳＣ（Ｔｉ₃ＳｉＣ₂）、ＴｉＣ及びＴｉＳｉ₂に分けて簡易定量を行い含有量を求めた。簡易定量には、ブルカー・エイエックスエス社の粉末回折データ解析用ソフトウェア「ＥＶＡ」の簡易プロファイルフィッティング機能（ＦＰＭ Ｅｖａｌ．）を利用した。本機能は定性した結晶相のＩＣＤＤ ＰＤＦカードのＩ／Ｉcor（コランダムの回折強度に 対する強度比）を用いて構成相の量比を算出するものである。各結晶相のＰＤＦカード番号は、ＳｉＣ：００−０４９−１４２８、ＴＳＣ：０１−０７０−６３９７、ＴｉＣ：０１−０７０−９２５８（ＴｉＣ０．６２）、ＴｉＳｉ₂：０１−０７１−０１８７を用いた。なお、表２，３中、「−」はＸＲＤプロファイルにて検出されなかったことを示す。

【0057】

４．基本特性の測定
（１）開気孔率及び嵩密度
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
（２）４点曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に従って求めた。
（３）線熱膨張係数（４０〜５７０℃の平均線熱膨張係数）
ブルカーエイエックスエス（株）製、ＴＤ５０２０Ｓ（横型示差膨張測定方式）を使用し、アルゴン雰囲気中、昇温速度２０℃／分の条件で６５０℃まで２回昇温し、２回目の測定データから４０〜５７０℃の平均線熱膨張計数を算出した。標準試料には装置付属のアルミナ標準試料（純度９９．７％、嵩密度３．９ｇ／ｃｍ³、長さ２０ｍｍ）を使用した。このアルミナ標準試料をもう１本用意し、同一条件で線熱膨張係数を測定した値は７．７ｐｐｍ／Ｋであった。尚、本条件で、窒化アルミニウムに焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を５重量％添加した窒化アルミニウム焼結体の４０〜５７０℃の平均線熱膨張係数を測定したところ、５．７ｐｐｍ／Ｋであり、焼結助剤なしの窒化アルミニウム焼結体の平均線熱膨張係数を測定したところ、５．２ｐｐｍ／Ｋであった。
（４）熱伝導率
レーザーフラッシュ法により測定した。

【0058】

５．結果
（１）実験例１，２
実験例１では、平均粒径が１６．４μｍのＳｉＣ原料を使用し、実験例２では、平均粒径が２．９μｍのＳｉＣ原料を使用した以外は、同じ原料組成、同じＨＰ焼成条件で焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は４１．２質量％とした。その結果、実験例１，２では、開気孔率０％の緻密質複合材料が得られたものの、窒化アルミニウムとの熱膨張係数差が０．５ｐｐｍ／Ｋを超えてしまった。実験例１，２では、使用したＳｉＣ原料が少なすぎたため、得られた緻密質複合材料中のＳｉＣが４７〜４９質量％と低くなりすぎ、熱膨張係数が十分低くならなかったと考えられる。

【0059】

（２）実験例３〜６
実験例３〜５では、異なるＨＰ焼成条件で焼成した以外は、平均粒径が１６．４μｍのＳｉＣ原料を使用し、同じ原料組成の調合粉末を焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は４３．１質量％とした。その結果、実験例３〜５では、ＳｉＣ含有率５１〜５３質量％、開気孔率０％、熱膨張係数６．０ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。また、実験例６では、平均粒径が２．９μｍのＳｉＣ原料を使用した以外は、実験例５と同じ原料組成、同じＨＰ焼成条件で焼成した。その結果、実験例６では、実験例５と同等の性能を持つ緻密質複合材料が得られた。ここで、代表例として実験例５で得られた緻密質複合材料のＳＥＭ像（反射電子像）とＸＲＤプロファイルを図９及び図１０にそれぞれ示す。図９から、ＳｉＣ粒子の表面はＴＳＣ及びＴｉＣの少なくとも１つによって覆われていることがわかる。なお、他の実験例についても同様のＳＥＭ像及びＸＲＤプロファイルが得られた。

【0060】

（３）実験例７〜１２
実験例７〜１２では、異なるＨＰ焼成条件で焼成した以外は、平均粒径が１６．４μｍのＳｉＣ原料を使用し、同じ原料組成の調合粉末を焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は４９．２質量％とした。その結果、実験例７，１０，１２では、ＳｉＣ含有率５９〜６４質量％、開気孔率０．２〜０．９％、熱膨張係数５．８ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。一方、実験例８，９，１１では、熱膨張係数５．８ｐｐｍ／Ｋの複合材料が得られたが、開気孔率が１％を超えていた。実験例８，９では、ＨＰ焼成条件として温度１７００℃、実験例１１では、ＨＰ焼成条件として温度１７５０℃を採用したが、いずれもプレス圧力が不足していたため開気孔率が大きくなったと思われる。なお、実験例７，１０，１２についても図９及び図１０と同様のＳＥＭ像及びＸＲＤプロファイルが得られた。

【0061】

（４）実験例１３〜１８
実験例１３〜１８では、異なるＨＰ焼成条件で焼成した以外は、平均粒径１６．４μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを６５：３５（質量比）で混合したＳｉＣを使用し、同じ原料組成の調合粉末を焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は４９．２質量％とした。その結果、実験例１３，１５，１６，１８では、ＳｉＣ含有率６０〜６３質量％、開気孔率０〜０．９％、熱膨張係数５．７〜５．８ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。一方、実験例１４，１７では、熱膨張係数５．７〜５．８ｐｐｍ／Ｋの複合材料が得られたが、開気孔率が１％を超えていた。実験例１４では、ＨＰ焼成条件として温度１７００℃、実験例１７では、ＨＰ焼成条件として温度１７２５℃を採用したが、いずれもプレス圧力が不足していたため開気孔率が大きくなったと考えられる。ここで、代表例として実験例１５で得られた緻密質複合材料のＳＥＭ像（反射電子像）とＸＲＤプロファイルを図１１及び図１２にそれぞれ示す。図１１から、ＳｉＣ粒子の表面はＴＳＣ及びＴｉＣの少なくとも１つによって覆われていることがわかる。なお、実験例１３，１６，１８についても図１１及び図１２と同様のＳＥＭ像及びＸＲＤプロファイルが得られた。

【0062】

ここで、実験例１５と実験例９とを対比すると、実験例１５では粗粒と細粒とが入り交じったＳｉＣ原料を用いたのに対して、実験例９では粗粒のみのＳｉＣ原料を用いたことが異なるが、それ以外は、同じ原料組成、同じＨＰ焼成条件で調合粉末を焼成した。その結果、実験例９の焼結体は十分緻密化しなかった（開気孔率１．９％）が、実験例１５の焼結体は十分緻密化した（開気孔率が０．４％）。この結果から、粗粒と細粒とが入り交じったＳｉＣ原料を使用した方が、粗粒のみのＳｉＣ原料を使用した場合に比べて緻密化しやすい傾向があるといえる。

【0063】

（５）実験例１９，２０
実験例１９，２０では、異なるＳｉＣ原料を用いた以外は、同じ原料組成の調合粉末を、同じＨＰ焼成条件で焼成した。実験例１９では、平均粒径３２．３μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを６５：３５（質量比）で混合したＳｉＣを使用し、実験例２０では、平均粒径３２．３μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを５５：４５（質量比）で混合したＳｉＣを使用した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は４９．２質量％とした。その結果、ＳｉＣ含有率６４〜６６質量％、開気孔率０．５〜０．８％、熱膨張係数５．７〜５．８ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。なお、実験例１９，２０についても図１１及び図１２と同様のＳＥＭ像及びＸＲＤプロファイルが得られた。

【0064】

ここで、実験例１７と実験例１９とを対比すると、実験例１７では平均粒径が１６．４μｍのＳｉＣ原料を用いたのに対して、実験例１９では平均粒径が３２．３μｍのＳｉＣ原料を用いたことが異なるが、それ以外は、同じ原料組成、同じＨＰ焼成条件で調合粉末を焼成した。その結果、実験例１７の焼結体は十分緻密化しなかった（開気孔率１．７％）が、実験例１９の焼結体は十分緻密化した（開気孔率０．８％）。この結果から、平均粒径の大きな粗粒のＳｉＣ原料を使用した方が、平均粒径の小さな粗粒のＳｉＣ原料を使用した場合に比べて緻密化しやすい傾向があるといえる。特にＳｉＣ原料の量が多い場合において、粗粒のＳｉＣ量の割合を多くすることが緻密化に有効となる。

【0065】

（６）実験例２１〜２６
実験例２１〜２６では、異なるＨＰ焼成条件で焼成した以外は、平均粒径１６．４μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを６５：３５（質量比）で混合したＳｉＣを使用し、同じ原料組成の調合粉末を焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は５１．４質量％とした。その結果、実験例２１，２３，２４，２６では、ＳｉＣ含有率６６〜６８質量％、開気孔率０．２〜０．９％、熱膨張係数５．４〜５．５ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。一方、実験例２２，２５では、熱膨張係数５．５ｐｐｍ／Ｋの複合材料が得られたが、開気孔率が１％を超えていた。実験例２２では、ＨＰ焼成条件として温度１７００℃、実験例２５では、ＨＰ焼成条件として温度１７５０℃を採用したが、いずれもプレス圧力が不足していたため開気孔率が大きくなったと考えられる。なお、実験例２１，２３，２４，２６についても図１１及び図１２と同様のＳＥＭ像及びＸＲＤプロファイルが得られた。

【0066】

（７）実験例２７〜３２
実験例２７〜３２では、異なるＨＰ焼成条件で焼成した以外は、平均粒径１６．４μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを６５：３５（質量比）で混合したＳｉＣを使用し、同じ原料組成の調合粉末を焼成した。調合粉末中のＳｉＣ含有率は５３．８質量％とした。その結果、実験例２７〜３２では、ＳｉＣ含有率６８〜７２質量％、熱膨張係数５．２〜５．３ｐｐｍ／Ｋの複合材料が得られたが、開気孔率は１％を超えていた。実験例２７〜３２では、使用したＳｉＣ原料が多すぎたため、ＨＰ焼成でも十分に焼結せず、開気孔率が高くなってしまったと思われる。

【0067】

（８）実験例３３〜３６
実験例３３〜３６では、原料にＴｉＳｉ₂を使用せず、ＴｉＣとＳｉを用い、平均粒径１６．４μｍのＳｉＣ原料と平均粒径２．９μｍのＳｉＣ原料とを６５：３５（質量比）で混合したＳｉＣを使用し、ＳｉＣ：ＴｉＣ：Ｓｉ＝４３．２：４４．２：１２．６（質量比）の原料組成の調合粉末を異なるＨＰ焼成条件で焼成した。その結果、ＳｉＣ含有率６１〜６３質量％、開気孔率０．１〜０．９％、熱膨張係数５．８〜５．９ｐｐｍ／Ｋの緻密質複合材料が得られた。これらの４点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であり、熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。

【0068】

ここで、実験例１４、１７と実験例３３，３４とを対比すると、原料の種類と組成が異なるが、それ以外は、同じＨＰ焼成条件で調合粉末を焼成した。その結果、実験例１４、１７の焼結体は十分緻密化しなかったが、実験例３３，３４の焼結体は十分緻密化した。実験例３３，３４と実験例１４、１７の焼結体のＳｉＣ含有量は同等であることから、原料のＳｉＣ、ＴｉＳｉ₂を減量し、代わりにＴｉＳｉ₂よりも平均粒径の小さなＴｉＣ、Ｓｉ原料を用いてＳｉ、Ｔｉ、Ｃ成分量を調整することによって、より緻密化しやすくなる傾向があることが分かった。

【0069】

（９）まとめ
実験例３〜７，１０，１２，１３，１５，１６，１８〜２１，２３，２４、２６，３３〜３６で得られた緻密質複合材料は、開気孔率が１％以下で、線熱膨張係数が窒化アルミニウムとほとんど同じ（４０〜５７０℃で５．４〜６．０ｐｐｍ／Ｋ）であり、熱伝導率、緻密性及び強度が十分高かった。このため、こうした緻密質複合材料からなる第１板材と、窒化アルミニウムからなる第２板材とを金属接合した半導体製造装置用部材は、低温と高温との間で繰り返し使用されたとしても、第１部材と第２部材とが剥がれることがないため、耐用期間が長くなる。これらの実験例をみると、緻密質複合材料を得るための調合粉末については、ＳｉＣは４３〜５２質量％、ＴｉＣは３３〜４５質量％、ＴｉＳｉ₂は１４〜１８質量％の範囲に入り、緻密質複合材料については、ＳｉＣは５１〜６８質量％、ＴＳＣは２７〜４０質量％、ＴｉＣは４〜１２質量％の範囲に入ることがわかる。また、実験例３３〜３６の結果から、ＳｉＣ、ＴｉＳｉ₂原料の一部或いは全量をＴｉＣ、Ｓｉのような原料で代替することによっても、同等の特性を有する緻密質複合材が発現できることがわかる。この場合、調合粉末については、ＳｉＣは４３〜５２質量％、炭化チタンは３３〜４５質量％の範囲に入り、残部は、珪化チタンが１８質量％以下、及び／又は、Ｓｉが１３質量％以下の範囲に入る。

【0070】

本出願は、２０１３年３月２５日に出願された日本国特許出願第２０１３−０６１８５６号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明の冷却板は、例えば、窒化アルミニウム製の静電チャックやサセプターなどに金属接合される冷却板に用いられる。

【符号の説明】

【0072】

１０ 半導体製造装置用部材、２０ 静電チャック、２０ａ ウエハ載置面、２２ 静電電極、２３ 給電端子、２４ ヒータ電極、２５ 給電端子、２８ 金属接合材、３０ 冷却板、３１ 第１基板、３２ 第２基板、３２ａ 打ち抜き部、３３ 第３基板、３４ 第１金属接合層、３５ 第２金属接合層、３６ 冷媒通路、３６ａ 入口、３６ｂ 出口、４０ 冷却板−チャック接合層、４３ 端子挿通孔、４５ 端子挿通孔、４６ａ 冷媒供給孔、４６ｂ 冷媒排出孔、５１ 金属接合材、５２ 金属接合材、６１ 金属接合材、１１０ 半導体製造装置用部材、１３０ 冷却板、１３２ 第２基板、１３２ａ 溝、１３４ 金属接合層、１３６ 冷媒通路。

【要約】

半導体製造装置用部材（１０）は、ＡｌＮ製の静電チャック（２０）と、冷却板（３０）と、冷却板−チャック接合層（４０）とを備えている。冷却板（３０）は、第１〜第３基板（３１〜３３）と、第１及び第２基板（３１，３２）の間に形成された第１金属接合層（３４）と、第２及び第３基板（３２，３３）の間に形成された第２金属接合層（３５）と、冷媒通路（３６）とを備えている。第１〜第３基板（３１〜３３）は、含有量の多いものからＳｉＣ，Ｔｉ_３ＳｉＣ_２及びＴｉＣをこの順に含む緻密質複合材料で形成されている。金属接合層（３４，３５）は、第１及び第２基板（３１，３２）の間と第２及び第３基板（３２，３３）の間にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系接合材を挟んで各基板（３１〜３３）を熱圧接合することにより形成されたものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】