接合剤及び半導体支持装置
【課題】半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて汚染源となることがない、耐熱性の高い接合剤を提供する。
【解決手段】接合剤４は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有する。
【解決手段】接合剤４は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック又はヒータ付静電チャック等の半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤及びこの接合剤により接合された半導体製造装置用サセプターと冷却板を備える半導体支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置用サセプターと、半導体製造装置用サセプター上に保持されるＳｉウェハ基板の温度を制御する冷却板とは、液状シリコーンゴム，インジウム（Ｉｎ）を含む金属層，又はアクリル系やエポキシ系の有機性接着剤により接合されていた（特許文献１，２，３参照）。
【特許文献１】特開平４−２８７３４４号公報
【特許文献２】特開平３−３２４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３１７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液状シリコーンゴムを用いて半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合した場合、液状シリコーンゴムの硬化時の体積収縮により接合後にそりが発生し、半導体製造装置用サセプターの平面度が低下することがある。また、Ｉｎを含む金属層を用いた場合には、Ｉｎが製造プロセスにおいて汚染源となることがある。また、有機性接着剤を用いた場合には、有機性接着剤の耐熱温度が１００［℃］程度と低いために、耐熱性の面で問題がある。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて汚染源となることがない、耐熱性の高い接合剤を提供することにある。また、本発明の他の目的は、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて半導体製造装置用サセプターと冷却板の接合層が汚染源となることがない、耐熱性の高い半導体支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体支持装置は、半導体製造装置用サセプターと、冷却板と、半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤とを備える。接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする。
【０００６】
Ｍ／Ｑ比が０．６未満である場合、耐熱性は向上するが粘着性が低下しやすくなり、またＭ／Ｑ比が１．６を超えた場合も粘着性が低下しやすくなる。また熱伝導性フィラーの含有率が全系に対し２０［ｖｏｌ％］未満である場合、熱伝導率が不十分となり、逆に５０［ｖｏｌ％］を超えた場合には、粘着性が低下する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて汚染源となることがない、耐熱性の高い接合剤を提供することができる。また、本発明によれば、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて半導体製造装置用サセプターと冷却板の接合層が汚染源となることがない、耐熱性の高い半導体支持装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有する。
【０００９】
付加反応硬化型シリコーン粘着剤組成物は、好ましくは、
（Ａ）１分子中に２個以上のビニル基を有するジオルガノポリシロキサン、
（Ｂ）Ｒ３ＳｉＯ１／２単位（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）及びＳｉＯ４／２単位を含有し、Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６〜１．６であるオルガノポリシロキサンレジン、
（Ｃ）ＳｉＨ基を１分子中に３個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）白金系触媒、及び
（Ｅ）熱伝導性フィラー
とを含有する組成物よりなるものである。
【００１０】
（Ａ）成分中のビニル基含有量は、好ましくは０．０２〜０．４０［モル％］、より好ましくは０．０４〜０．２５［モル％］である。０．０２［モル％］以下では粘着力、保持力が低下し、０．４０［モル％］以上では粘着力、タックが低下する。
【００１１】
（Ａ）成分は、分子鎖末端及び／又は側鎖にビニル基を含有する鎖状のオルガノポリシロキサンが好ましく、オイル状または生ゴム状であればよく、その粘度は、２５［℃］において１０００［ｍＰａ・ｓ］以上、特に１００００［ｍＰａ・ｓ］以上が好ましい。なお上限としては、特に限定されないが、重合度が２０，０００以下となるように選定することが好ましい。（Ａ）成分は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１２】
（Ｂ）成分はＲ３ＳｉＯ１／２単位（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基である）及びＳｉＯ４／２単位を含有し、Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６〜１．６、好ましくは０．８〜１．５、さらに好ましくは１．０〜１．５であるオルガノポリシロキサンである。Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６未満では粘着力やタックが低下することがあり、１．６を越えると粘着力や保持力が低下することがある。（Ｂ）成分は、ＳｉＯＨ基を含有していてもよく、ＯＨ基含有量は０〜４．０［重量％］であればよい。また、（Ｂ）成分は２種以上を併用してもよい。なおＲとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基、フェニル基等が挙げられ、メチル基が好ましい。
【００１３】
（Ａ）成分と（Ｂ）成分との質量比は８０／２０〜２０／８０、好ましくは６０／４０〜３０／７０である。（Ａ）成分の配合割合が少な過ぎると、タック力の低下という不都合があり、逆に（Ａ）成分の配合割合が多過ぎると、粘着力の低下という不都合があるので好ましくない。
【００１４】
粘着性及び剥離性の点から、特に（Ｂ）成分のＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が１．０〜１．５であり、且つ、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との質量比が５０／５０〜４０／６０であるのがより好ましい。
【００１５】
（Ｃ）成分は架橋剤であり、１分子中にＳｉＨ基を少なくとも３個、好ましくは４個有するオルガノヒドロポリシロキサンで、直鎖状、分岐状、環状のもの等を使用することができる。
【００１６】
（Ｃ）成分の使用量は、（Ａ）成分中のビニル基に対する（Ｃ）成分中のＳｉＨ基のモル比が１〜２５、特に５〜２０の範囲となるように配合することが好ましい。１未満では架橋密度が低くなり、これにともない保持力が低くなることがあり、２５を越えると粘着力及びタックが低下したり、粘着シートの作製において、塗工の際の粘着剤組成物の使用可能時間が短くなる場合がある。
【００１７】
（Ｄ）成分は白金系触媒であり、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とアルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン化合物との反応物、塩化白金酸とビニル基含有シロキサンとの反応物等が挙げられる。中でも塩化白金酸とビニル基含有シロキサンとの反応物が好ましく、商品名ＣＡＴ−ＰＬ−５０Ｔ（信越化学工業製）として市販されている。
【００１８】
（Ｄ）成分の添加量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して白金分が５〜５００［ｐｐｍ］、特に１０〜２００［ｐｐｍ］である量が好ましい。５［ｐｐｍ］未満では硬化性が低下し、架橋密度が低くなり、保持力が低下することがあり、５００［ｐｐｍ］を越えると塗工の際の粘着剤組成物の使用可能時間が短くなる場合がある。
【００１９】
（Ｅ）成分の熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びシリコンカーバイト（ＳｉＣ）のうちのいずれかにより形成されていることが望ましい。
【００２０】
熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることが望ましい。これにより、微細粒子が粗粒子の間に充填され、熱伝導性が安定化する。また最密充填化が図れることにより、接合剤の低弾性を維持しつつ半導体製造装置用サセプター及び冷却板との密着性を向上させることができる。なお、熱伝導性フィラーの平均粒径が３０［μｍ］以上になると接合剤表面の平滑性が低下することによって粘着性が低下しやすくなる。
【００２１】
接合剤と半導体製造装置用サセプター及び冷却板の接合面には予めシランカップリング系プライマーを塗布しておくことが望ましい。また半導体製造装置用サセプターは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素（ＢＮ）、イットリアのうちのいずれかにより形成され、冷却板は、アルミニウム合金、真鍮のうちのいずれかにより形成されていることが望ましい。
【００２２】
必要に応じて（Ｆ）成分として付加反応制御剤を添加することができる。（Ｆ）成分はシリコーン粘着剤組成物を調製乃至塗工する際、加熱硬化の以前に粘着剤組成物が増粘やゲル化をおこさないようにするために添加されるものである。
【００２３】
（Ｆ）成分の具体例としては、３−メチル−１−ブチン−３−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、１−エチニルシクロヘキサノール、３−メチル−３−トリメチルシロキシ−１−ブチン、３−メチル−３−トリメチルシロキシ−１−ペンチン、３，５−ジメチル−３−トリメチルシロキシ−１−ヘキシン、１−エチニル−１−トリメチルシロキシシクロヘキサン、ビス（２，２−ジメチル−３−ブチノキシ）ジメチルシラン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジビニルジシロキサン等が挙げられる。
【００２４】
（Ｆ）成分の配合量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０〜８．０質量部の範囲であることが好ましく、特に０．０５〜２．０質量部が好ましい。８．０質量部を越えると硬化性が低下することがある。
【００２５】
本発明に係るシリコーン粘着剤組成物には、上記各成分以外に任意成分を添加することができる。例えば、ジメチルポリシロキサン、ジメチルジフェニルポリシロキサンなどの非反応性のオルガノポリシロキサン、塗工の際の粘度を下げるためのトルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、ヘキサン、オクタン、イソパラフィン等の脂肪族系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶剤、ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン等のエーテル系溶剤、又はこれらの混合溶剤、酸化防止剤、染料、顔料等が挙げられる。なお、通常、組成物の粘度を下げ、塗工を容易にするために溶剤が使用される。
【００２６】
シリコーン粘着剤組成物の塗工量は、硬化した後の粘着層の厚みが５０〜３００［μｍ］、好ましくは１００〜２００［μｍ］であるように選択することができる。
【００２７】
硬化条件としては、付加反応硬化型のものは９０〜１２０［℃］で５〜２０［分］とすることができるが、この限りではない。
【００２８】
本発明に係る接合剤は、例えば図１に示すような、半導体ウェハ１を支持する半導体製造装置用サセプター２と、冷却媒体供給路３ａに供給された冷却媒体によって半導体製造装置用サセプター２を冷却することにより半導体ウェハ１の温度を制御する冷却板３とを備える半導体支持装置における、半導体製造装置用サセプター２と冷却板３を接合するための接合剤４に適用することができる。なお、図１に示す半導体支持装置では、半導体製造装置用サセプター２，冷却板３，及び接合剤４には、半導体ウェハ１と半導体製造装置用サセプター２の間にガスを供給するためのガスチャンネル５と、リフトピンを挿入して半導体製造装置用サセプター２から半導体ウェハ１を取り外すためのリフトピン穴６が形成されている。
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
〔実施例１〕
実施例１では、始めに、分子鎖両末端にビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを１００質量部、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が１．１になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンを１８０質量部、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンをビニル基を含有するオルガノポリシロキサンのビニル基に対する成分中のＳｉＨ基のモル比が１５となる量、白金触媒、及び２０［ｖｏｌ％］の含有率を有し、平均粒径０．７［μｍ］の酸化アルミニウム（微細粒子）と平均粒径２０［μｍ］の酸化アルミニウム（粗粒子）とを重量比１０：９０の割合で混合した熱伝導性フィラーからなる混合物をトルエンに溶解させた付加硬化型シリコーン粘着剤をＰＥＴ離型フィルムに塗工し、１００［℃］の熱風循環式乾燥機内にて１０分間硬化後、硬化物をＰＥＴ離型フィルムから剥離することにより厚さ１２０［μｍ］の実施例１の接合剤を得た。次に、本接合剤を種々の形状のアルミニウム（Ａｌ）角板と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）角板に１００［℃］，１．４［ＭＰａ］で１０分間加熱加圧接合することにより実施例１の接合体を得た。
【００３１】
〔実施例２〕
実施例２では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例２の接合体を得た。
【００３２】
〔実施例３〕
実施例３では、微細粒子と粗粒子の重量比を３０：７０とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例３の接合体を得た。
【００３３】
〔実施例４〕
実施例４では、微細粒子と粗粒子の重量比を２０：８０とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例４の接合体を得た。
【００３４】
〔実施例５〕
実施例５では、熱伝導性フィラーの含有率を３３［ｖｏｌ％］とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例５の接合体を得た。
【００３５】
〔実施例６〕
実施例６では、微細粒子と粗粒子の重量比を２０：８０とした以外は実施例５と同じ条件で製造することにより、実施例６の接合体を得た。
【００３６】
〔実施例７〕
実施例７では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、実施例７の接合体を得た。
【００３７】
〔実施例８〕
実施例８では、Ｍ／Ｑ比を１．５とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、実施例８の接合体を得た。
【００３８】
〔実施例９〕
実施例９では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例８と同じ条件で製造することにより、実施例９の接合体を得た。
【００３９】
〔実施例１０〕
実施例１０では、Ｍ／Ｑ比を０．６とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１０の接合体を得た。
【００４０】
〔実施例１１〕
実施例１１では、粗粒子の平均粒径を１０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１１の接合体を得た。
【００４１】
〔実施例１２〕
実施例１２では、粗粒子の平均粒径を３０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１２の接合体を得た。
【００４２】
〔実施例１３〕
実施例１３では、熱伝導性フィラーの含有率を５０［ｖｏｌ％］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１３の接合体を得た。
【００４３】
〔実施例１４〕
実施例１４では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１４の接合体を得た。
【００４４】
〔実施例１５〕
実施例１５では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１５の接合体を得た。
【００４５】
〔比較例１〕
比較例１では、平均粒径１０［μｍ］の熱伝導性フィラーを３０［ｖｏｌ％］含有するアクリル樹脂を用意し、このアクリル樹脂によってＡｌ及びＡｌＮと接合することにより比較例１の接合体を得た。
【００４６】
〔比較例２〕
比較例２では、Ｍ／Ｑ比を０．４とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例２の接合体を得た。
【００４７】
〔比較例３〕
比較例３では、Ｍ／Ｑ比を１．７とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例３の接合体を得た。
【００４８】
〔比較例４〕
比較例４では、熱伝導性フィラーの含有率を６０［ｖｏｌ％］とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例４の接合体を得た。
【００４９】
〔比較例５〕
比較例５では、微細粒子と粗粒子の重量比を５：９５とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例５の接合体を得た。
【００５０】
〔比較例６〕
比較例６では、粗粒子の平均粒径を４０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例６の接合体を得た。
【００５１】
〔比較例７〕
比較例７では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は比較例４と同じ条件で製造することにより、比較例７の接合体を得た。
【００５２】
〔比較例８〕
比較例８では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は比較例４と同じ条件で製造することにより、比較例８の接合体を得た。
【００５３】
〔比較例９〕
比較例９では、熱伝導性フィラーの含有率を１５［ｖｏｌ％］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例９の接合体を得た。
【００５４】
〔比較例１０〕
比較例１０では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は比較例９と同じ条件で製造することにより、比較例１０の接合体を得た。
【００５５】
〔比較例１１〕
比較例１１では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は比較例９と同じ条件で製造することにより、比較例１１の接合体を得た。
【００５６】
［せん断剥離試験］
幅２５［ｍｍ］×長さ３５［ｍｍ］×厚さ１０［ｍｍ］のＡｌＮ製角板１１とＡｌ製角板１２の間に、上記実施例１〜１５及び比較例１〜８の各接合剤を２５×２５［ｍｍ］の大きさに切り出したものを挟み、１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧して接合体を作製した。そして図２に示すようなせん断剥離試験装置を用いて、室温及び１５０［℃］における各接合体のせん断剥離強度とせん断伸びを測定した。測定結果を以下の表１に示す。なお、φ３００ｍｍサイズの実体接合体においては、接合界面の気密性を保持するために、せん断剥離強度が室温で０．５［ＭＰａ］以上、１５０［℃］で０．２［ＭＰａ］以上、またせん断伸びについては室温，１５０［℃］共に０．０４以上を目標値とすることが経験的にわかっている。
【００５７】
表１から明らかなように、実施例１〜１５の接合体は、比較例１〜８の接合体と比較してせん断剥離強度及びせん断伸びが優れていた。一方、比較例１の接合体は、接合剤が耐熱性の低いアクリル樹脂により形成されているために、昇温に伴うせん断剥離強度の劣化が激しかった。比較例２の接合体は、接合剤のＭ／Ｑ比が低く粘着性が弱いために、せん断剥離強度が低かった。比較例３の接合体は、接合剤のＭ／Ｑ比が高く粘着性が強いが軟らかすぎるために、せん断剥離強度が低かった。比較例４の接合体は、接合剤の熱伝導性フィラーの含有率が多すぎるために粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例５の接合体は、熱伝導性フィラーの微細粒子が少なすぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例の接合体は、熱伝導性フィラーの粗粒子の平均粒径が大きすぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例７及び比較例８の接合体では、熱伝導性フィラーの含有量が多すぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。
【表１】
【００５８】
［熱伝導率の熱劣化試験］
φ１０×ｔ１［ｍｍ］のＡｌＮ製円板とφ１０×ｔ２［ｍｍ］のＡｌ製円板の間に実施例１，５〜９及び比較例１，４，７〜１１の各接合剤を２５×２５［ｍｍ］の大きさに切り出したものを挟み、１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧して接合体を作製した。そして、１５０［℃］の状態に５００時間保持する耐久試験を行った後の各接合体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定し、熱伝導率の熱劣化を測定した。そして、測定された接合体全体の熱伝導率から既知であるＡｌＮ（９０［Ｗ／ｍＫ］）及びＡｌ（１６０［Ｗ／ｍＫ］）の熱伝導率を除くことにより接合剤単体及び接合界面の熱抵抗を加味した接合層の熱伝導率を算出した。測定結果を以下の表２に示す。熱伝導率の目標値は０．３０［Ｗ／ｍＫ］以下である。
【００５９】
比較例１，４，７〜１１の接合体では、接合剤の熱伝導率が耐久試験後に低下するのに対して、実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では、耐久試験前後で接合剤の熱伝導率の低下は認められなかった。実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では耐久試験前後で接合剤の熱伝導率の低下が認められなかった理由としては、実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では、接合剤が基本的に耐熱性を有するシリコーン樹脂であり、またＭ／Ｑ比及び熱伝導性フィラーの含有量が適当であるので、接合剤の粘着性が十分に発現したためであると考えられる。一方、比較例１，４，７〜１１の接合体では接合剤の熱伝導率が耐久試験後に低下した理由としては、比較例１の接合体では接合剤が耐熱性の低いアクリル樹脂であるため、比較例２の接合体では接合剤のＭ／Ｑ比が低く粘着性が弱いため、比較例３の接合体では接合剤のＭ／Ｑ比が高く、粘着性が弱いため、比較例４，７，８の接合体では熱伝導性フィラーの含有率が多いために接合剤の粘着性が弱いため、比較例９〜１１の接合体では熱伝導性フィラーの含有量が少なすぎるためと考えられる。
【表２】
【００６０】
［熱サイクル試験］
ＡｌＮ製の半導体製造装置用サセプターとＡｌ製の冷却板とをせん断剥離試験から抽出した代表例である実施例１，５〜９，１３〜１５及び比較例１〜４の接合剤を挟んで１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧接合し、接合後及び耐久試験（３０［℃］から１５０［℃］に昇温した後に再び３０［℃］に降温する処理を３０サイクル実施）後の平面度と接合界面におけるガスリークを評価した。なお、半導体製造装置用サセプターと冷却板の寸法はそれぞれφ３００×ｔ１０［ｍｍ］，φ３００×ｔ３０［ｍｍ］とした。また、ガスリークの評価は、半導体製造装置用サセプターのガスチャネルを塞ぎ、冷却板にあるガスチャネルからＨｅリークディテクタで排気しながら接合部にＨｅを吹きつけ、Ｈｅリーク量を測定することにより行った。この結果を以下の表３に示す。実施例１，５〜９，１３〜１５の接合剤により半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合した場合、接合後及び耐久試験後にもガスリークが認められなかったのに対して、比較例１〜４の接合剤により接合した場合には、３０サイクルの耐久試験後にガスリークが認められた。平面度は、実施例１，５〜９，１３〜１５及び比較例１〜４共に３０［ｕｍ］以下であり、実使用
上問題がないレベルであった。
【表３】
【００６１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態となる半導体支持装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態となるせん断剥離試験装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：半導体ウェハ
２：半導体製造装置用サセプター
３：冷却板
３ａ：冷却媒体供給路
４：接合剤
５：ガスチャンネル
６：リフトピン穴
１１：ＡｌＮ製角板
１２：Ａｌ製角板
１３ａ，１３ｂ：せん断試験治具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック又はヒータ付静電チャック等の半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤及びこの接合剤により接合された半導体製造装置用サセプターと冷却板を備える半導体支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置用サセプターと、半導体製造装置用サセプター上に保持されるＳｉウェハ基板の温度を制御する冷却板とは、液状シリコーンゴム，インジウム（Ｉｎ）を含む金属層，又はアクリル系やエポキシ系の有機性接着剤により接合されていた（特許文献１，２，３参照）。
【特許文献１】特開平４−２８７３４４号公報
【特許文献２】特開平３−３２４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３１７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液状シリコーンゴムを用いて半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合した場合、液状シリコーンゴムの硬化時の体積収縮により接合後にそりが発生し、半導体製造装置用サセプターの平面度が低下することがある。また、Ｉｎを含む金属層を用いた場合には、Ｉｎが製造プロセスにおいて汚染源となることがある。また、有機性接着剤を用いた場合には、有機性接着剤の耐熱温度が１００［℃］程度と低いために、耐熱性の面で問題がある。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて汚染源となることがない、耐熱性の高い接合剤を提供することにある。また、本発明の他の目的は、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて半導体製造装置用サセプターと冷却板の接合層が汚染源となることがない、耐熱性の高い半導体支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体支持装置は、半導体製造装置用サセプターと、冷却板と、半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤とを備える。接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする。
【０００６】
Ｍ／Ｑ比が０．６未満である場合、耐熱性は向上するが粘着性が低下しやすくなり、またＭ／Ｑ比が１．６を超えた場合も粘着性が低下しやすくなる。また熱伝導性フィラーの含有率が全系に対し２０［ｖｏｌ％］未満である場合、熱伝導率が不十分となり、逆に５０［ｖｏｌ％］を超えた場合には、粘着性が低下する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて汚染源となることがない、耐熱性の高い接合剤を提供することができる。また、本発明によれば、半導体製造装置用サセプターの平面度を高く保つと共に製造プロセスにおいて半導体製造装置用サセプターと冷却板の接合層が汚染源となることがない、耐熱性の高い半導体支持装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有する。
【０００９】
付加反応硬化型シリコーン粘着剤組成物は、好ましくは、
（Ａ）１分子中に２個以上のビニル基を有するジオルガノポリシロキサン、
（Ｂ）Ｒ３ＳｉＯ１／２単位（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）及びＳｉＯ４／２単位を含有し、Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６〜１．６であるオルガノポリシロキサンレジン、
（Ｃ）ＳｉＨ基を１分子中に３個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）白金系触媒、及び
（Ｅ）熱伝導性フィラー
とを含有する組成物よりなるものである。
【００１０】
（Ａ）成分中のビニル基含有量は、好ましくは０．０２〜０．４０［モル％］、より好ましくは０．０４〜０．２５［モル％］である。０．０２［モル％］以下では粘着力、保持力が低下し、０．４０［モル％］以上では粘着力、タックが低下する。
【００１１】
（Ａ）成分は、分子鎖末端及び／又は側鎖にビニル基を含有する鎖状のオルガノポリシロキサンが好ましく、オイル状または生ゴム状であればよく、その粘度は、２５［℃］において１０００［ｍＰａ・ｓ］以上、特に１００００［ｍＰａ・ｓ］以上が好ましい。なお上限としては、特に限定されないが、重合度が２０，０００以下となるように選定することが好ましい。（Ａ）成分は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１２】
（Ｂ）成分はＲ３ＳｉＯ１／２単位（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基である）及びＳｉＯ４／２単位を含有し、Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６〜１．６、好ましくは０．８〜１．５、さらに好ましくは１．０〜１．５であるオルガノポリシロキサンである。Ｒ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が０．６未満では粘着力やタックが低下することがあり、１．６を越えると粘着力や保持力が低下することがある。（Ｂ）成分は、ＳｉＯＨ基を含有していてもよく、ＯＨ基含有量は０〜４．０［重量％］であればよい。また、（Ｂ）成分は２種以上を併用してもよい。なおＲとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基、フェニル基等が挙げられ、メチル基が好ましい。
【００１３】
（Ａ）成分と（Ｂ）成分との質量比は８０／２０〜２０／８０、好ましくは６０／４０〜３０／７０である。（Ａ）成分の配合割合が少な過ぎると、タック力の低下という不都合があり、逆に（Ａ）成分の配合割合が多過ぎると、粘着力の低下という不都合があるので好ましくない。
【００１４】
粘着性及び剥離性の点から、特に（Ｂ）成分のＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比が１．０〜１．５であり、且つ、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との質量比が５０／５０〜４０／６０であるのがより好ましい。
【００１５】
（Ｃ）成分は架橋剤であり、１分子中にＳｉＨ基を少なくとも３個、好ましくは４個有するオルガノヒドロポリシロキサンで、直鎖状、分岐状、環状のもの等を使用することができる。
【００１６】
（Ｃ）成分の使用量は、（Ａ）成分中のビニル基に対する（Ｃ）成分中のＳｉＨ基のモル比が１〜２５、特に５〜２０の範囲となるように配合することが好ましい。１未満では架橋密度が低くなり、これにともない保持力が低くなることがあり、２５を越えると粘着力及びタックが低下したり、粘着シートの作製において、塗工の際の粘着剤組成物の使用可能時間が短くなる場合がある。
【００１７】
（Ｄ）成分は白金系触媒であり、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、塩化白金酸とアルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン化合物との反応物、塩化白金酸とビニル基含有シロキサンとの反応物等が挙げられる。中でも塩化白金酸とビニル基含有シロキサンとの反応物が好ましく、商品名ＣＡＴ−ＰＬ−５０Ｔ（信越化学工業製）として市販されている。
【００１８】
（Ｄ）成分の添加量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して白金分が５〜５００［ｐｐｍ］、特に１０〜２００［ｐｐｍ］である量が好ましい。５［ｐｐｍ］未満では硬化性が低下し、架橋密度が低くなり、保持力が低下することがあり、５００［ｐｐｍ］を越えると塗工の際の粘着剤組成物の使用可能時間が短くなる場合がある。
【００１９】
（Ｅ）成分の熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びシリコンカーバイト（ＳｉＣ）のうちのいずれかにより形成されていることが望ましい。
【００２０】
熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることが望ましい。これにより、微細粒子が粗粒子の間に充填され、熱伝導性が安定化する。また最密充填化が図れることにより、接合剤の低弾性を維持しつつ半導体製造装置用サセプター及び冷却板との密着性を向上させることができる。なお、熱伝導性フィラーの平均粒径が３０［μｍ］以上になると接合剤表面の平滑性が低下することによって粘着性が低下しやすくなる。
【００２１】
接合剤と半導体製造装置用サセプター及び冷却板の接合面には予めシランカップリング系プライマーを塗布しておくことが望ましい。また半導体製造装置用サセプターは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素（ＢＮ）、イットリアのうちのいずれかにより形成され、冷却板は、アルミニウム合金、真鍮のうちのいずれかにより形成されていることが望ましい。
【００２２】
必要に応じて（Ｆ）成分として付加反応制御剤を添加することができる。（Ｆ）成分はシリコーン粘着剤組成物を調製乃至塗工する際、加熱硬化の以前に粘着剤組成物が増粘やゲル化をおこさないようにするために添加されるものである。
【００２３】
（Ｆ）成分の具体例としては、３−メチル−１−ブチン−３−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、１−エチニルシクロヘキサノール、３−メチル−３−トリメチルシロキシ−１−ブチン、３−メチル−３−トリメチルシロキシ−１−ペンチン、３，５−ジメチル−３−トリメチルシロキシ−１−ヘキシン、１−エチニル−１−トリメチルシロキシシクロヘキサン、ビス（２，２−ジメチル−３−ブチノキシ）ジメチルシラン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジビニルジシロキサン等が挙げられる。
【００２４】
（Ｆ）成分の配合量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０〜８．０質量部の範囲であることが好ましく、特に０．０５〜２．０質量部が好ましい。８．０質量部を越えると硬化性が低下することがある。
【００２５】
本発明に係るシリコーン粘着剤組成物には、上記各成分以外に任意成分を添加することができる。例えば、ジメチルポリシロキサン、ジメチルジフェニルポリシロキサンなどの非反応性のオルガノポリシロキサン、塗工の際の粘度を下げるためのトルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、ヘキサン、オクタン、イソパラフィン等の脂肪族系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶剤、ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン等のエーテル系溶剤、又はこれらの混合溶剤、酸化防止剤、染料、顔料等が挙げられる。なお、通常、組成物の粘度を下げ、塗工を容易にするために溶剤が使用される。
【００２６】
シリコーン粘着剤組成物の塗工量は、硬化した後の粘着層の厚みが５０〜３００［μｍ］、好ましくは１００〜２００［μｍ］であるように選択することができる。
【００２７】
硬化条件としては、付加反応硬化型のものは９０〜１２０［℃］で５〜２０［分］とすることができるが、この限りではない。
【００２８】
本発明に係る接合剤は、例えば図１に示すような、半導体ウェハ１を支持する半導体製造装置用サセプター２と、冷却媒体供給路３ａに供給された冷却媒体によって半導体製造装置用サセプター２を冷却することにより半導体ウェハ１の温度を制御する冷却板３とを備える半導体支持装置における、半導体製造装置用サセプター２と冷却板３を接合するための接合剤４に適用することができる。なお、図１に示す半導体支持装置では、半導体製造装置用サセプター２，冷却板３，及び接合剤４には、半導体ウェハ１と半導体製造装置用サセプター２の間にガスを供給するためのガスチャンネル５と、リフトピンを挿入して半導体製造装置用サセプター２から半導体ウェハ１を取り外すためのリフトピン穴６が形成されている。
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
〔実施例１〕
実施例１では、始めに、分子鎖両末端にビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを１００質量部、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が１．１になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンを１８０質量部、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンをビニル基を含有するオルガノポリシロキサンのビニル基に対する成分中のＳｉＨ基のモル比が１５となる量、白金触媒、及び２０［ｖｏｌ％］の含有率を有し、平均粒径０．７［μｍ］の酸化アルミニウム（微細粒子）と平均粒径２０［μｍ］の酸化アルミニウム（粗粒子）とを重量比１０：９０の割合で混合した熱伝導性フィラーからなる混合物をトルエンに溶解させた付加硬化型シリコーン粘着剤をＰＥＴ離型フィルムに塗工し、１００［℃］の熱風循環式乾燥機内にて１０分間硬化後、硬化物をＰＥＴ離型フィルムから剥離することにより厚さ１２０［μｍ］の実施例１の接合剤を得た。次に、本接合剤を種々の形状のアルミニウム（Ａｌ）角板と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）角板に１００［℃］，１．４［ＭＰａ］で１０分間加熱加圧接合することにより実施例１の接合体を得た。
【００３１】
〔実施例２〕
実施例２では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例２の接合体を得た。
【００３２】
〔実施例３〕
実施例３では、微細粒子と粗粒子の重量比を３０：７０とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例３の接合体を得た。
【００３３】
〔実施例４〕
実施例４では、微細粒子と粗粒子の重量比を２０：８０とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例４の接合体を得た。
【００３４】
〔実施例５〕
実施例５では、熱伝導性フィラーの含有率を３３［ｖｏｌ％］とした以外は実施例１と同じ条件で製造することにより、実施例５の接合体を得た。
【００３５】
〔実施例６〕
実施例６では、微細粒子と粗粒子の重量比を２０：８０とした以外は実施例５と同じ条件で製造することにより、実施例６の接合体を得た。
【００３６】
〔実施例７〕
実施例７では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、実施例７の接合体を得た。
【００３７】
〔実施例８〕
実施例８では、Ｍ／Ｑ比を１．５とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、実施例８の接合体を得た。
【００３８】
〔実施例９〕
実施例９では、ＡｌとＡｌＮの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例８と同じ条件で製造することにより、実施例９の接合体を得た。
【００３９】
〔実施例１０〕
実施例１０では、Ｍ／Ｑ比を０．６とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１０の接合体を得た。
【００４０】
〔実施例１１〕
実施例１１では、粗粒子の平均粒径を１０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１１の接合体を得た。
【００４１】
〔実施例１２〕
実施例１２では、粗粒子の平均粒径を３０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１２の接合体を得た。
【００４２】
〔実施例１３〕
実施例１３では、熱伝導性フィラーの含有率を５０［ｖｏｌ％］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１３の接合体を得た。
【００４３】
〔実施例１４〕
実施例１４では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１４の接合体を得た。
【００４４】
〔実施例１５〕
実施例１５では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、実施例１５の接合体を得た。
【００４５】
〔比較例１〕
比較例１では、平均粒径１０［μｍ］の熱伝導性フィラーを３０［ｖｏｌ％］含有するアクリル樹脂を用意し、このアクリル樹脂によってＡｌ及びＡｌＮと接合することにより比較例１の接合体を得た。
【００４６】
〔比較例２〕
比較例２では、Ｍ／Ｑ比を０．４とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例２の接合体を得た。
【００４７】
〔比較例３〕
比較例３では、Ｍ／Ｑ比を１．７とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例３の接合体を得た。
【００４８】
〔比較例４〕
比較例４では、熱伝導性フィラーの含有率を６０［ｖｏｌ％］とした以外は実施例６と同じ条件で製造することにより、比較例４の接合体を得た。
【００４９】
〔比較例５〕
比較例５では、微細粒子と粗粒子の重量比を５：９５とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例５の接合体を得た。
【００５０】
〔比較例６〕
比較例６では、粗粒子の平均粒径を４０［μｍ］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例６の接合体を得た。
【００５１】
〔比較例７〕
比較例７では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は比較例４と同じ条件で製造することにより、比較例７の接合体を得た。
【００５２】
〔比較例８〕
比較例８では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は比較例４と同じ条件で製造することにより、比較例８の接合体を得た。
【００５３】
〔比較例９〕
比較例９では、熱伝導性フィラーの含有率を１５［ｖｏｌ％］とした以外は実施例７と同じ条件で製造することにより、比較例９の接合体を得た。
【００５４】
〔比較例１０〕
比較例１０では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした以外は比較例９と同じ条件で製造することにより、比較例１０の接合体を得た。
【００５５】
〔比較例１１〕
比較例１１では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素（ＳｉＣ）とした以外は比較例９と同じ条件で製造することにより、比較例１１の接合体を得た。
【００５６】
［せん断剥離試験］
幅２５［ｍｍ］×長さ３５［ｍｍ］×厚さ１０［ｍｍ］のＡｌＮ製角板１１とＡｌ製角板１２の間に、上記実施例１〜１５及び比較例１〜８の各接合剤を２５×２５［ｍｍ］の大きさに切り出したものを挟み、１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧して接合体を作製した。そして図２に示すようなせん断剥離試験装置を用いて、室温及び１５０［℃］における各接合体のせん断剥離強度とせん断伸びを測定した。測定結果を以下の表１に示す。なお、φ３００ｍｍサイズの実体接合体においては、接合界面の気密性を保持するために、せん断剥離強度が室温で０．５［ＭＰａ］以上、１５０［℃］で０．２［ＭＰａ］以上、またせん断伸びについては室温，１５０［℃］共に０．０４以上を目標値とすることが経験的にわかっている。
【００５７】
表１から明らかなように、実施例１〜１５の接合体は、比較例１〜８の接合体と比較してせん断剥離強度及びせん断伸びが優れていた。一方、比較例１の接合体は、接合剤が耐熱性の低いアクリル樹脂により形成されているために、昇温に伴うせん断剥離強度の劣化が激しかった。比較例２の接合体は、接合剤のＭ／Ｑ比が低く粘着性が弱いために、せん断剥離強度が低かった。比較例３の接合体は、接合剤のＭ／Ｑ比が高く粘着性が強いが軟らかすぎるために、せん断剥離強度が低かった。比較例４の接合体は、接合剤の熱伝導性フィラーの含有率が多すぎるために粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例５の接合体は、熱伝導性フィラーの微細粒子が少なすぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例の接合体は、熱伝導性フィラーの粗粒子の平均粒径が大きすぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。比較例７及び比較例８の接合体では、熱伝導性フィラーの含有量が多すぎるために、粘着性が弱く、せん断剥離強度が低かった。
【表１】
【００５８】
［熱伝導率の熱劣化試験］
φ１０×ｔ１［ｍｍ］のＡｌＮ製円板とφ１０×ｔ２［ｍｍ］のＡｌ製円板の間に実施例１，５〜９及び比較例１，４，７〜１１の各接合剤を２５×２５［ｍｍ］の大きさに切り出したものを挟み、１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧して接合体を作製した。そして、１５０［℃］の状態に５００時間保持する耐久試験を行った後の各接合体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定し、熱伝導率の熱劣化を測定した。そして、測定された接合体全体の熱伝導率から既知であるＡｌＮ（９０［Ｗ／ｍＫ］）及びＡｌ（１６０［Ｗ／ｍＫ］）の熱伝導率を除くことにより接合剤単体及び接合界面の熱抵抗を加味した接合層の熱伝導率を算出した。測定結果を以下の表２に示す。熱伝導率の目標値は０．３０［Ｗ／ｍＫ］以下である。
【００５９】
比較例１，４，７〜１１の接合体では、接合剤の熱伝導率が耐久試験後に低下するのに対して、実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では、耐久試験前後で接合剤の熱伝導率の低下は認められなかった。実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では耐久試験前後で接合剤の熱伝導率の低下が認められなかった理由としては、実施例１，５〜９，１１〜１５の接合体では、接合剤が基本的に耐熱性を有するシリコーン樹脂であり、またＭ／Ｑ比及び熱伝導性フィラーの含有量が適当であるので、接合剤の粘着性が十分に発現したためであると考えられる。一方、比較例１，４，７〜１１の接合体では接合剤の熱伝導率が耐久試験後に低下した理由としては、比較例１の接合体では接合剤が耐熱性の低いアクリル樹脂であるため、比較例２の接合体では接合剤のＭ／Ｑ比が低く粘着性が弱いため、比較例３の接合体では接合剤のＭ／Ｑ比が高く、粘着性が弱いため、比較例４，７，８の接合体では熱伝導性フィラーの含有率が多いために接合剤の粘着性が弱いため、比較例９〜１１の接合体では熱伝導性フィラーの含有量が少なすぎるためと考えられる。
【表２】
【００６０】
［熱サイクル試験］
ＡｌＮ製の半導体製造装置用サセプターとＡｌ製の冷却板とをせん断剥離試験から抽出した代表例である実施例１，５〜９，１３〜１５及び比較例１〜４の接合剤を挟んで１００［℃］，１４［ａｔｍ］で加熱加圧接合し、接合後及び耐久試験（３０［℃］から１５０［℃］に昇温した後に再び３０［℃］に降温する処理を３０サイクル実施）後の平面度と接合界面におけるガスリークを評価した。なお、半導体製造装置用サセプターと冷却板の寸法はそれぞれφ３００×ｔ１０［ｍｍ］，φ３００×ｔ３０［ｍｍ］とした。また、ガスリークの評価は、半導体製造装置用サセプターのガスチャネルを塞ぎ、冷却板にあるガスチャネルからＨｅリークディテクタで排気しながら接合部にＨｅを吹きつけ、Ｈｅリーク量を測定することにより行った。この結果を以下の表３に示す。実施例１，５〜９，１３〜１５の接合剤により半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合した場合、接合後及び耐久試験後にもガスリークが認められなかったのに対して、比較例１〜４の接合剤により接合した場合には、３０サイクルの耐久試験後にガスリークが認められた。平面度は、実施例１，５〜９，１３〜１５及び比較例１〜４共に３０［ｕｍ］以下であり、実使用
上問題がないレベルであった。
【表３】
【００６１】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態となる半導体支持装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態となるせん断剥離試験装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：半導体ウェハ
２：半導体製造装置用サセプター
３：冷却板
３ａ：冷却媒体供給路
４：接合剤
５：ガスチャンネル
６：リフトピン穴
１１：ＡｌＮ製角板
１２：Ａｌ製角板
１３ａ，１３ｂ：せん断試験治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤であって、
付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする接合剤。
【請求項２】
請求項１に記載の接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする接合剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする接合剤。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする接合剤。
【請求項５】
半導体製造装置用サセプターと、
冷却板と、
前記半導体製造装置用サセプターと前記冷却板を接合する接合剤とを備え、
前記接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする半導体支持装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体支持装置であって、前記接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする半導体支持装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の半導体支持装置であって、前記半導体製造装置用サセプターは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、イットリアのうちのいずれかにより形成され、前記冷却板は、アルミニウム合金、真鍮のうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【請求項１】
半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤であって、
付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏｌ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする接合剤。
【請求項２】
請求項１に記載の接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする接合剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする接合剤。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする接合剤。
【請求項５】
半導体製造装置用サセプターと、
冷却板と、
前記半導体製造装置用サセプターと前記冷却板を接合する接合剤とを備え、
前記接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、１分子に２個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、Ｒ３ＳｉＯ１／２（Ｒは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数１〜６の１価炭化水素基）で表される単位（以下Ｍと表記）とＳｉＯ４／２で表される単位（以下Ｑと表記）とをＲ３ＳｉＯ１／２単位／ＳｉＯ４／２単位のモル比（Ｍ／Ｑ比）が０．６以上１．６以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、２０［ｖｏ％］以上５０［ｖｏｌ％］以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする半導体支持装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体支持装置であって、前記接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする半導体支持装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が１［μｍ］以下の微細粒子と平均粒径が１０［μｍ］以上３０［μｍ］以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が３：７以上１：９以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の半導体支持装置であって、前記半導体製造装置用サセプターは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、イットリアのうちのいずれかにより形成され、前記冷却板は、アルミニウム合金、真鍮のうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２１８９９２（Ｐ２００８−２１８９９２Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４０５０（Ｐ２００８−２４０５０）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
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