JP2022115112A - 接着用構造体および複合部材 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本開示の一形態によれば、複数の部材間を接着する接着用構造体が提供される。この接着用構造体は、ポリオルガノシロキサン構造における側鎖の一部にフェニル基が導入されたシリコーン樹脂を含み、-100℃から200℃の温度範囲において、熱膨張率のピークが存在しないことを特徴とする。
この形態の接着用構造体によれば、接着用構造体が、ポリオルガノシロキサン構造における側鎖の一部にフェニル基が導入されたシリコーン樹脂を含んでおり、それにより、フェニル基が導入されていない場合には熱膨張率が極めて大きくなる温度条件(例えば、シリコーン樹脂の融点Tmや結晶化温度Tcに対応する比較的低温の温度条件)であっても、温度変化に伴う接着用構造体の熱膨張率の増大が抑えられている。その結果、接着用構造体において熱応力の発生を抑え、熱応力に起因する接着用構造体の損傷等の不都合を抑えることができる。
(2)上記形態の接着用構造体において、-100℃から200℃の温度範囲において、前記接着用構造体の温度を変化させて前記接着用構造体の熱膨張率を測定したときの、温度変化1℃あたりの熱膨張率の変化量が、-5×10-6(K-2)より大きく5×10-6(K-2)より小さいこととしてもよい。このような構成とすれば、-100℃から200℃の温度範囲において、接着用構造体の熱膨張率の変化量を十分に抑えて、接着用構造体における熱応力の発生を抑えることができる。
(3)上記形態の接着用構造体において、さらに、平均粒子径が50nm以下の無機微粒子を含むこととしてもよい。このような構成とすれば、接着用構造体が無機微粒子を含むことにより、接着用構造体の熱膨張率および熱膨張率の変化量を抑えることができる。その結果、接着用構造体において熱応力の発生を抑え、熱応力に起因する接着用構造体の損傷等の不都合を抑える効果を高めることができる。
(4)上記形態の接着用構造体において、前記無機微粒子の含有割合が、0.05質量%以上、2.5質量%以下であることとしてもよい。このような構成とすれば、無機微粒子を添加することに起因する不都合、例えば、接着用構造体が硬くなって、応力緩和性能が低下する等の不都合を抑えつつ、接着用構造体の熱膨張率および熱膨張率の変化量を抑えることができる。
(5)上記形態の接着用構造体において、前記無機微粒子は、酸化ケイ素粒子を含むこととしてもよい。このような構成とすれば、接着用構造体を構成するシリコーン樹脂と無機微粒子との間で、SiO単位が共通して、構造的な類似性が高い組み合わせとなる。そのため、無機微粒子の添加量を抑えつつ、無機微粒子の添加によって接着用構造体の熱膨張率および熱膨張率の変化量を抑える効果を、高めることが可能となる。
(6)本開示の他の一形態によれば、複数の部材を接合して成る複合部材が提供される。この複合部材は、前記複数の部材のうちの隣り合う部材間を接合する接合部として、(1)から(5)までのいずれか一項に記載の接着用構造体を備える。この形態の複合部材によれば、接合部を構成する接着用構造体の温度変化に伴う熱膨張率の増大を抑えることができるため、接合部において熱応力の発生を抑え、熱応力に起因して接合部の剥がれ等の損傷が生じる不都合を抑えることができる。
(7)上記形態の複合部材において、前記複合部材は、対象物を保持する保持装置であり、セラミックを主成分とし、板状に形成されるセラミック部と、金属を含み、板状に形成されたベース部と、を備え、前記接着用構造体は、前記セラミック部と前記ベース部との間に配置され、前記セラミック部と前記ベース部とを接合することとしてもよい。このような構成とすれば、保持装置において、接合部を構成する接着用構造体の温度変化に伴う熱膨張率の増大を抑えることができるため、接合部において熱応力の発生を抑え、熱応力に起因して接合部の剥がれ等の損傷が生じる不都合を抑えることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、接着用構造体の製造方法、保持装置、保持装置を含む半導体製造装置、保持装置の製造方法、複合部材の製造方法などの形態で実現することができる。
(A-1)静電チャックの構造:
図1は、第1実施形態における静電チャック10の外観の概略を表す斜視図である。図2は、静電チャック10の構成を模式的に表す断面図である。図1では、静電チャック10の一部を破断して示している。また、図1および図2には、方向を特定するために、互いに直交するXYZ軸を示している。各図に示されるX軸、Y軸、Z軸は、それぞれ同じ向きを表す。本願明細書においては、Z軸は鉛直方向を示し、X軸およびY軸は水平方向を示している。なお、図1および図2は、各部の配置を模式的に表しており、各部の寸法の比率を正確に表すものではない。
以下では、接合部40の構成について説明する。接合部40は、「接着用構造体」とも呼ぶ。
(R1およびR2は互いに独立に炭素数1~12の非置換または置換の脂肪族炭化水素基であり、R3は炭素数1~12の非置換もしくは置換の脂肪族炭化水素基、または、炭素数6~10の非置換もしくは置換の芳香族炭化水素基であり、R4はフェニル基であり、かつ、上記ポリオルガノシロキサンはケイ素原子(Si原子)に直接結合するアルケニル基を1分子中に少なくとも2個含んでいる。)
次に、本実施形態における静電チャック10の製造方法を説明する。はじめに、チャック電極22およびヒータ電極等の導電性材料層が内部に配置された板状のセラミック部20を作製する。セラミック部20の作製は、例えば、公知のシート積層法やプレス成形法により行うことができる。そして、さらに、ベース部30と、接合部40を形成するための接着シートとを準備する。
第2実施形態の静電チャック10は、接合部40の組成が異なる点を除いて、第1実施形態の静電チャック10と同様の構成を有する。第2実施形態において、第1実施形態の静電チャック10と共通する部分には同じ参照番号を付す。
(C-1)接着用構造体としての特性の評価:
以下では、本開示の接着用構造体について、実施例に基づいて説明する。ここでは、シリコーン樹脂へのフェニル基の導入の有無やフェニル基の含有量、あるいは、無機微粒子の添加の有無や添加量が異なる接着用構造体として、サンプルS1~S3、サンプルS4~S7、サンプルS8~S15を作製し、比較した。
各々のサンプルの組成は、シリコーン樹脂へのフェニル基の導入の有無やシリコーン樹脂におけるフェニル基の含有量、および、無機微粒子の添加の有無や無機微粒子の添加量以外の条件は、すべてのサンプルS1~S15の間で共通とした。すなわち、すべてのサンプルは、構成材料として、シリコーン樹脂、白金触媒、シランカップリング剤、架橋剤(オルガノハイドロジェンシロキサン)、充填材(無機微粒子よりも平均粒径が大きな酸化アルミニウム)を、共通する割合で含んでいる。
熱膨張率は、公知の熱膨張率測定装置(株式会社リガク製のThermo plus EVO2熱機械分析装置 TMAシリーズ)により測定した。具体的には、サンプルS1~S7として硬化後の試験片に圧縮荷重または引張荷重を付与しつつ、予め設定した昇温速度で昇温し、予め設定した時間間隔で、上記試験片の温度と長さの変化を測定して、熱膨張率を算出した。サンプルS1~S3としては、縦5mm、横5mm、高さ15mmの角柱状の試験片を用いた。サンプルS1~S3の熱膨張率の測定条件は、測定長15mm、荷重-10mN(圧縮荷重)、昇温速度10.0℃/min、時間間隔1.0秒とした。サンプルS4~S7としては、幅5mm、長さ20mm、厚さ0.35mmまたは0.15mmのシート状の試験片(測定部長さは中央部の15mmで、両側にチャック部が各2.5mmある)を用いた。サンプルS4~S7の熱膨張率の測定条件は、測定長15mm、荷重50mN(引張荷重)、昇温速度10.0℃/min、時間間隔1.0秒とした。例えば、-100~-90℃の温度範囲における熱膨張率は、以下の(1)式により算出した。
粘度は、公知の粘度測定機(東機産業(株)製コーンプレート型粘度計TVE-22H型)を使用して測定した。具体的には、サンプルS8~S15について、硬化前の接着ペーストを用いて、21℃において、ずり速度1s-1で粘度を測定し、当該粘度の値とした。
図7は、引張弾性率の測定に用いた試験片60の形状を模式的に表す説明図である。引張弾性率は、公知の引張試験機(島津製作所製オートグラフ(AG-IS))を使用し、引張試験(50mm/分で実施)によって測定した。具体的には、サンプルS8~S15について、既述した硬化後の接着シートを切り出した幅10mm、長さ70mm、厚さ0.35mmの試験片60を用いて測定した。当該試験片60の両端から長さ20mmの各部分を治具62で保持し、中間の長さ30mmの部分で引張弾性率を測定した。当該試験片60が破断するまで引っ張りながら、サンプル長および荷重の変化を測定した。図7では、引っ張りの向きを白抜き矢印で示している。当該荷重を試験片60の断面積(幅10mm×厚さ0.35mm)で除すことにより、引張応力を算出した。引張弾性率は、以下の式(2)により算出される歪みを横軸とし、上記引張応力を縦軸とするグラフにおいて、上記引張応力が0.2~0.5MPaとなる範囲の傾きを計算することにより算出した。
伸び率は、公知の引張試験機(例えば、島津製作所製オートグラフ(AG-IS))を使用し、引張試験(50mm/分で実施)によって測定した。具体的には、サンプルS8~S15について、引張弾性率の測定と同様の図7に示した形状の試験片60を用いて測定した。伸び率は、当該試験片60が破断するまで引っ張り、破断したときのサンプル長(mm)から元のサンプル長(上記サンプルでは中間の長さ30mm)を引いた後、元のサンプル長(mm)で除すことにより算出した。伸び率を求める式を、以下に(3)式として示す。
せん断接着歪み(歪み量)は、公知の引張試験機(島津製作所製オートグラフ(AG-IS))を使用し、引張試験によって測定した。
次に、上記したサンプルS1~S15と同じ組成の接着用構造体を接合部40として用いて、セラミック部20とベース部30とを接合し、得られた積層体について剥離試験および割れ試験を行った結果について説明する。以下では、サンプルS1~S15と同じ組成の接着用構造体を接合部40として作製した積層体についても、それぞれ、備える接着用構造体と同様に、サンプルS1~S15と呼ぶ。なお、既述したように、サンプルS4はサンプルS3と同じ組成であり、サンプルS8はサンプルS6と同じ組成である。上記した積層体としてのサンプルS1~S15は、市販の超低温フリーザに入れて-150℃にて少なくとも100時間放置し、その後室温に戻し、セラミック部20およびベース部30との間における接合部40の剥離の有無、ならびにセラミック部20の割れの有無を評価した。
本開示の接着用構造体は、静電引力を利用してウェハWを保持する静電チャック以外の保持装置に適用してもよい。すなわち、セラミック部と、ベース部と、セラミックス部とベース部とを接合する接合部と、を備え、セラミック部の表面上に対象物を保持する他の保持装置、例えば、CVD、PVD、PLD等の真空装置用ヒータ装置や、真空チャック等にも同様に適用可能である。
20…セラミック部
22…チャック電極
24…載置面
30…ベース部
32…冷媒流路
40,140,240,342,344…接合部
50…ガス供給路
52…ガス吐出口
60…試験片
62…治具
70…試験片
72…アルミニウム板
110,210,310…複合部材
180,280…ヒートシンク
182,282,382…半導体デバイス
186,286,386…半導体デバイス用パッケージ
Claims (7)
- 複数の部材間を接着する接着用構造体であって、
ポリオルガノシロキサン構造における側鎖の一部にフェニル基が導入されたシリコーン樹脂を含み、
-100℃から200℃の温度範囲において、熱膨張率のピークが存在しないことを特徴とする
接着用構造体。 - 請求項1に記載の接着用構造体であって、
-100℃から200℃の温度範囲において、前記接着用構造体の温度を変化させて前記接着用構造体の熱膨張率を測定したときの、温度変化1℃あたりの熱膨張率の変化量が、-5×10-6(K-2)より大きく5×10-6(K-2)より小さいことを特徴とする
接着用構造体。 - 請求項1または2に記載の接着用構造体であって、さらに、
平均粒子径が50nm以下の無機微粒子を含むことを特徴とする
接着用構造体。 - 請求項3に記載の接着用構造体であって、
前記無機微粒子の含有割合が、0.05質量%以上、2.5質量%以下であることを特徴とする
接着用構造体。 - 請求項3または4に記載の接着用構造体であって、
前記無機微粒子は、酸化ケイ素粒子を含むことを特徴とする
接着用構造体。 - 複数の部材を接合して成る複合部材であって、
前記複数の部材のうちの隣り合う部材間を接合する接合部として、請求項1から5までのいずれか一項に記載の接着用構造体を備えることを特徴とする
複合部材。 - 請求項6に記載の複合部材であって、
前記複合部材は、対象物を保持する保持装置であり、
セラミックを主成分とし、板状に形成されるセラミック部と、
金属を含み、板状に形成されたベース部と、
を備え、
前記接着用構造体は、前記セラミック部と前記ベース部との間に配置され、前記セラミック部と前記ベース部とを接合することを特徴とする
複合部材。
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