JP5430136B2

JP5430136B2 - 部材表面の改質方法。

Info

Publication number: JP5430136B2
Application number: JP2008312721A
Authority: JP
Inventors: 幸雄江田; 敏成伊林; 拓也岡田; 茂雄檜山
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP2010132843A

Description

本発明は、接触熱抵抗を低減した部材に関する。特に、半導体ウェハ等の被処理基板にプラズマ処理を施す際に用いられる部材に関する。

半導体集積回路を製造する際のシリコンウェハをエッチングするための装置として、プラズマエッチング装置が知られており、特許文献１に記載されているようにフォーカスリングおよびフォーカスリングを設置する載置台との間の熱伝導を改善するため、この間に熱伝導シートを介在させ、熱伝導を改善する方法が検討されてきた。

上述のフォーカスリングおよび熱伝導シートの構成では、フォーカスリングおよび熱伝導シート間、熱伝導シートおよび載置台間のそれぞれに少なからず、断熱層である空気層が存在し、必ずしも界面抵抗が低減されことはない。このため、プラズマエッチング処理中のフォーカスリングは、必ずしも適切に放熱されるわけではなく、フォーカスリング自体の劣化が起こりやすかった。
特開２００８−２４４０９６号公報

本発明は、部材が他の部材と接触した際の放熱特性を向上させるために、他の部材との接触熱抵抗を低減させた部材を提供することを目的とする。

（１）表面粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下の部材表面に平均分子量が１００００以上５００００以下のポリオルガノシロキサン４０〜７５体積％、最大粒子径が８０μｍ以下の無機充填材２５〜６０体積％を含有し、粘度が５００〜１００００ｍＰａ・ｓである樹脂組成物を塗布後、硬化させる部材表面の改質方法。
（２）無機充填材がアルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、銀、銅、アルミニウム、カーボン、ダイヤモンド、酸化亜鉛、マグネシア、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムからなる群より選ばれた１種以上である前記（１）に記載の部材表面の改質方法。
（３）無機充填材の平均粒径が１．５μｍ以上４．５μｍ未満で、かつ最大粒子径が２０μｍ以下である前記（１）又は（２）に記載の部材表面の改質方法。
（４）無機充填材の粒度分布が、４．５μｍ以上〜６．５μｍ未満、１．５μｍ以上４．５μｍ未満及び０．３μｍ以上０．８μｍ未満の粒度範囲に少なくとも２つの極大値を有する前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。
（５）部材がフォーカスリングであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。
（６）部材を回転させて、樹脂組成物を塗布することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。

本発明の樹脂組成物を表面に有する部材は、他の部材と接触した際の熱伝導性に優れている。

本発明の部材とは、放熱が必要な部材であり、例えば、半導体部材、ヒートシンク、ヒートスプレッダー、発光部材及びフォーカスリングなどが挙げられる。このなかでも、部材がフォーカスリングであることが好ましい。

本発明のポリオルガノシロキサンとは、平均分子量が１００００以上５００００以下のポリオルガノシロキサンである。ポリオルガノシロキサンの内では熱硬化のものが好ましく、主材のポリオルガノシロキサンポリマーに加えて、硬化剤（架橋性ポリオルガノシロキサン）を用いることが好ましい。
ポリオルガノシロキサンの粘度は、粘度が５００〜１００００ｍＰａ・ｓである。

本発明の無機充填材とは、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、銀、銅、アルミニウム、カーボン、ダイヤモンド、酸化亜鉛、マグネシア、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムである。
無機充填材は球形の構造をもつものが好ましく、伝熱特性として形状に異方性があるものは伝熱特性を最大にするように配向させることが好ましい。
この中で好ましい無機充填材は、この中でも、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、銀、銅、アルミニウム、カーボン、ダイヤモンド、酸化亜鉛である。

無機充填材の平均粒径は１．５μｍ以上４．５μｍ未満であることが好ましい。

無機充填材の最大粒子径は、８０μｍ以下である。最大粒子径は２０μｍ以下であることが好ましい。

無機充填材の粒度分布は、４．５μｍ以上〜６．５μｍ未満、１．５μｍ以上４．５μｍ未満及び０．３μｍ以上０．８μｍ未満の粒度範囲に少なくとも２つの極大値を有することが好ましい。

ポリオルガノシロキサンと無機充填材の配合は、ポリオルガノシロキサン４０〜７５体積％、無機充填材２５〜６０体積％である。

部材の表面粗さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。

樹脂組成物の部材表面への被覆又は塗布方法は、部材を回転させて、部材表面に樹脂組成物を被覆又は塗布することが好ましい。

樹脂組成物の部材表面への被覆又は塗布の厚さは、被覆又は塗布の厚さが１００μｍ以下であることが、放熱特性の面から好ましい。

本発明の樹脂組成物は、上記の材料を万能混合攪拌機、ニーダー、ハイブリッドミキサー等で混練りすることによって製造することができる

本発明の実施態様について、図で説明する。図１には、本発明の樹脂組成物を有するフォーカスリングの一例を、図２に本発明の樹脂組成物を有するフォーカスリングの分割片の一例を示す。フォーカスリングをプラズマエッチング装置に設置する際、載置台と接するフォーカスリングの面１の上に、樹脂組成物２で構成されている。

部材の表面に熱伝導性の優れた樹脂組成物を被覆又は塗布することにより、部材が他の部材と接触した際の接触熱抵抗を低減させることができ、部材からの放熱特性を向上することができる。なお、ここでいう、フォーカスリングの表面とは、フォーカスリングを例えばプラズマエッチング装置に設置する際、載置台と接する面のことをいい、接触熱抵抗とは、一般に、２種の異なる物質を接するように配置したとき、２種の異なる物質の境界には微視的にみて空気層が存在する。この空気層が伝熱時に抵抗となり、熱伝導を悪化させる。この空隙による熱伝導悪化の影響を言う。

表１及び表２の配合の樹脂組成物をハイブリッドミキサー（シンキー製ＡＲ−２５０）で合計６０秒間、混練した。できた樹脂組成物をフォーカスリングの表面に塗布し、硬化させたもの。また、本発明の樹脂組成物をシート化して、フォーカスリングの上部表面に積載したものについて、それぞれ、ポリオルガノシロキサンの物性および無機充填材を配合した場合の熱特性を評価した。その結果を表１及ぶ表２に示す。シート化して、フォーカスリングの上部表面に積載したものに比較して、本発明により構成されるフォーカスリングは表面温度が低くなり、放熱特性が優れていた。本発明の樹脂組成物を被覆したフォーカスリングは、従来のフォーカスリングおよび放熱シートを上部表面に積載したフォーカスリングと比較して、接触熱抵抗が低減していることを意味しており、放熱特性に優れた、部材を提供することができた。但し、被覆又は塗布厚さが２００μｍでは放熱効果が低下する結果となった。

（１）サンプルの作製方法
測定に用いたシートのサンプルは離型フィルム上にバーコーターを用い所定の厚さに塗布し、硬化させることで、シートを作成し、フォーカスリングの部材上面に積載した。一方、直接フォーカスリング部材を回転させつつ、樹脂組成物を滴下することにより、円形状に塗布し硬化させ、本発明のサンプルとした。両方法によるフォーカスリングの評価を行った。
（２）粘度
粘度はブルックフィールド社製回転粘度計ＲＶＤＶ１にてＪＩＳＺ８８０３に基づいて測定した。
（３）塗布厚さ
塗布厚さの測定は、大塚電子製ＭＣＰＤ−２８Ｃを用い、センサーは測定したいフォーカスリングよび樹脂組成物に対し、垂直に入射するようにセンサーを設置し、部材表面および樹脂組成物表面における反射派の位相差から厚みを計測した。
（４）熱伝導率
熱伝導率はフォーカスリング表面および樹脂組成物表面に温度計測用の熱電対（二宮電機製テフロン被覆熱電対：線径０．１μｍおよびキーエンス製データロガーＮＲ−６００）を設置し、これら温度をより計測し、厚さ勘案して算出した。
（５）表面粗さ
フォーカスリングの表面粗さは、３次元レーザー顕微鏡（キーエンス製ＶＫ−９７００）によりフォーカスリングの部材表面を連続的にスキャンすることにより測定した。

使用材料
ポリオルガノシロキサン
（１）ＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ａ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
（２）ＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ｂ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
（３）ＸＥ１４−Ｂ１０５７（Ａ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
（４）ＸＥ１４−Ｂ１０５７（Ｂ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
（５）ＴＳＥ３４５０（Ａ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
（６）ＴＳＥ３４５０（Ｂ）：モメンティブパフォーマンスマテリアルズ合同会社
ポリオルガノシロキサン（硬化剤）
（７）ＲＤ−１：東レ・ダウコーニングシリコーン
アルミナ
（８）ＤＡＭ７０：電気化学工業
（９）ＤＡＭ４５：電気化学工業
（１０）ＤＡＭ５：電気化学工業
（１１）Ａｌ（＃６００）：ミナルコ
（１２）ＡＸ３：マイクロン
窒化アルミニウム
（１３）ＡｌＮ（Ｈグレード）：トクヤマ
酸化亜鉛
（１４）ＺｎＯ（一種）：堺化学

フォーカスリングと樹脂組成物の一例を示す概略図。フォーカスリングと樹脂組成物の一例を示す概略図（分割片）。

符号の説明

（図１）
１フォーカスリング
２樹脂硬化物

（図２）
１フォーカスリング
２樹脂硬化物

Claims

表面粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下の部材表面に平均分子量が１００００以上５００００以下のポリオルガノシロキサン４０〜７５体積％、最大粒子径が８０μｍ以下の無機充填材２５〜６０体積％を含有し、粘度が５００〜１００００ｍＰａ・ｓである樹脂組成物を塗布後、硬化させる部材表面の改質方法。
無機充填材がアルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、銀、銅、アルミニウム、カーボン、ダイヤモンド、酸化亜鉛、マグネシア、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムからなる群より選ばれた１種以上である請求項１に記載の部材表面の改質方法。
無機充填材の平均粒径が１．５μｍ以上４．５μｍ未満で、かつ最大粒子径が２０μｍ以下である請求項１又は２に記載の部材表面の改質方法。
無機充填材の粒度分布が、４．５μｍ以上〜６．５μｍ未満、１．５μｍ以上４．５μｍ未満及び０．３μｍ以上０．８μｍ未満の粒度範囲に少なくとも２つの極大値を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。
部材がフォーカスリングであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。
部材を回転させて、樹脂組成物を塗布することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の部材表面の改質方法。