[发明专利]致密复合材料、其制造方法、接合体及半导体制造装置用部件

说明书

技术领域

本发明涉及致密复合材料、其制造方法、接合体以及半导体制造装置用部件。

背景技术

在半导体工艺中，高温的静电卡盘（Electrostatic Chuck）为了放热而与冷却板接合。在该情况中，有时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，以及使用树脂作为接合材料。氮化铝与铝之间的线性热膨胀系数差很大，例如，氮化铝的线性热膨胀系数为5.0ppm/K（RT-800℃：内田老鹤圃（陶瓷物理）），铝的线性热膨胀系数为31.1ppm/K（RT-800℃：日本热物性学会编制，（新编热物性手册））。在这样的静电卡盘中，通过使用柔软的树脂作为接合材料，可缓和由于该线性热膨胀系数差所产生的应力。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2006-143580号公报。

发明内容

本发明所要解决的问题

在使用树脂作为接合材料的上述静电卡盘中，由于树脂为有机材料，故其放热性较低以及在高温下易于分解。因此，通常难以使用高温工艺。因此，作为替代树脂的高放热性接合材料，已经确认金属是有效的。于是，将通过金属接合的方法称为金属接合。例如，作为金属接合的接合材料，已知可使用铝等。

然而，由于金属接合的接合材料即金属没有如树脂那样的柔软性，故不能缓和静电卡盘与冷却板之间较大的线性热膨胀系数差所产生的应力。因此，希望开发新材料作为适于与静电卡盘进行金属接合的冷却板材料，即其与氮化铝之间的线性热膨胀系数差较小，同时其具有作为冷却板所需的性能。作为冷却板所需的性能，可包括例如较高的导热系数用以维持放热性，较高的致密性用以通过冷却液，较高的强度用以承受加工等。

本发明的主要目的在于解决上述问题并提供具有极小的与氮化铝之间的线性热膨胀系数差、且具有足够高的导热系数、致密性和强度的材料。

用于解决技术问题的方案

本发明人通过将SiC基质与TiC和TiSi₂或者TiC和Si的混合粉末在成形后进行热压煅烧，获得了各种复合材料，通过研究这些复合材料的基本性能，结果发现，该复合材料与氮化铝之间的线性热膨胀系数差很小，并且其具有足够高的导热系数、致密性和强度，由此完成了本发明。

也就是说，本发明的致密复合材料中，含量最多的前三位是碳化硅、钛碳化硅和碳化钛，这三种物质按照含量从多到少的顺序排列，该复合材料是含有51-68质量%的碳化硅、不含有硅化钛以及具有1%以下的开口孔隙率的复合材料。

本发明的接合体是通过接合由该致密复合材料构成的第一板材与由氮化铝构成的第二板材所形成的接合体，以及本发明的半导体制造装置用部件是使用该接合体形成的部件。

发明效果

本发明的致密复合材料具有很小的与氮化铝之间的线性热膨胀系数差，以及足够高的导热系数、致密性和强度。因此，通过接合由该致密复合材料构成的第一板材与由氮化铝构成的第二板材所形成的接合体可用作半导体制造装置用部件，即使在低温与高温之间反复使用，其第一板材与第二板材之间也不会剥离，从而具有延长的使用寿命。

附图说明

图1所示为实验例5中获得的致密复合材料的SEM图像（背散射电子图像）。

图2所示为实验例5中获得的致密复合材料的XRD谱图。

图3所示为实验例15中获得的致密复合材料的SEM图像（背散射电子图像）。

图4所示为实验例15中获得的致密复合材料的XRD谱图。

具体实施方式

本发明的致密复合材料中，含量最多的前三位是碳化硅、钛碳化硅和碳化钛，这三种物质按照含量从多到少的顺序排列，该复合材料是含有51-68质量%的碳化硅、不含有硅化钛以及具有1%以下的开口孔隙率的复合材料。此处，含量是基于X射线衍射的峰值获得的值。此外，开口孔隙率是使用纯水作为介质通过阿基米德法测定的值。

碳化硅的含量为51-68质量%。在其含量低于51质量%的情况下，由于与氮化铝之间的热膨胀系数差变大，从而是不优选的。此外，如果其含量超过68质量%，那么开口孔隙率变大，并且强度变得不够高，从而是不优选的。

钛碳化硅的含量低于碳化硅的含量，以及碳化钛的含量低于钛碳化硅的含量。作为钛碳化硅，优选Ti₃SiC₂（TSC），作为碳化钛，优选TiC。例如，优选含有27-40质量%的钛碳化硅，以及4-12质量%的碳化钛。