知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2024-174805放熱材料、放熱部品、静電チャック及び放熱材料の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024174805
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】放熱材料、放熱部品、静電チャック及び放熱材料の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 27/04 20060101AFI20241210BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20241210BHJP
C22C 1/04 20230101ALI20241210BHJP
B22F 7/02 20060101ALI20241210BHJP
B22F 3/14 20060101ALI20241210BHJP
H01L 21/3065 20060101ALN20241210BHJP
【ＦＩ】
C22C27/04 102
H01L21/68 R
C22C1/04 D
B22F7/02
B22F3/14 R
H01L21/302 101G
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024059528
(22)【出願日】2024-04-02
(31)【優先権主張番号】P 2023092511
(32)【優先日】2023-06-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮村 剛夫
(72)【発明者】
【氏名】井元 雅弘
【テーマコード（参考）】
4K018
5F004
5F131
【Ｆターム（参考）】
4K018AA21
4K018BA03
4K018BA09
4K018EA01
4K018EA11
4K018EA21
4K018KA32
4K018KA63
5F004BB22
5F004BB25
5F004BB29
5F004BD03
5F004CA04
5F131AA02
5F131BA19
5F131EA03
5F131EB18
5F131EB79
5F131EB82
(57)【要約】
【課題】大きい入熱が与えられる処理工程において好適に使用される放熱部品用の放熱材料、放熱部品、該放熱部品を含む静電チャック、及び該放熱材料の製造方法を提供する。
【解決手段】放熱材料は、Ｍｏ相１とＴｉ相２とが共存しており、Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、残部がＭｏである。また、放熱材料の製造方法は、Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、この混合物を焼結する焼結工程と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】放熱材料は、Ｍｏ相１とＴｉ相２とが共存しており、Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、残部がＭｏである。また、放熱材料の製造方法は、Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、この混合物を焼結する焼結工程と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｍｏ相とＴｉ相とが共存しており、
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであることを特徴とする、放熱材料。
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであることを特徴とする、放熱材料。
【請求項2】
Ｘ線回折法により測定される、放熱材料中の前記Ｍｏ相の割合を原子％で［Ｍｏ相］とし、放熱材料中に含有される全ての前記Ｍｏの濃度を原子％で［全Ｍｏ］とする場合に、下記式（１）により表される合金化率Ａが１５％以上８０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱材料。
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
【請求項3】
ベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有する静電チャックに使用される放熱材料であって、
前記ベースプレートの材料として使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放熱材料。
前記ベースプレートの材料として使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放熱材料。
【請求項4】
請求項１又は２の放熱材料を含むことを特徴とする、放熱部品。
【請求項5】
請求項４に記載の放熱部品からなるベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有することを特徴とする、静電チャック。
【請求項6】
請求項１又は２に記載の放熱材料を製造する方法であって、
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に入熱が大きい処理工程に好適に使用することができる放熱材料、該放熱材料を含む放熱部品、静電チャック、及び該放熱材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、半導体デバイスの製造時においては、シリコンウェハへの薄膜形成工程とエッチング工程とが繰り返し行われ、これにより、微細な配線や半導体素子が形成される。エッチング工程中にウェハを固定する方法としては、静電チャックが用いられる。具体的には、セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３等）により形成されたセラミック層の上にウェハを載せ、静電気の力によって、ウェハを固定する。エッチング工程中はプラズマ等の影響でウェハが加熱される。そのため、セラミック層の下には放熱材料となるベースプレートが接合され、エッチング工程中のウェハを冷却する。
【0003】
特許文献１には、ベースプレートの材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用した静電チャックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１０３３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、近時、半導体の高集積化が進み、エッチング時の入熱が大きくなりつつある。
【0006】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、大きい入熱が与えられる処理工程において好適に使用される放熱材料、放熱部品、該放熱部品を含む静電チャック、及び該放熱材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の上記目的は、放熱材料に係る下記［１］の構成により達成される。
【0008】
［１］ Ｍｏ相とＴｉ相とが共存しており、
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであることを特徴とする、放熱材料。
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであることを特徴とする、放熱材料。
【0009】
また、放熱材料に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］及び［３］に関する。
【0010】
［２］ Ｘ線回折法により測定される、放熱材料中の前記Ｍｏ相の割合を原子％で［Ｍｏ相］とし、放熱材料中に含有される全ての前記Ｍｏの濃度を原子％で［全Ｍｏ］とする場合に、下記式（１）により表される合金化率Ａが１５％以上８０％以下であることを特徴とする、［１］に記載の放熱材料。
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
【0011】
［３］ ベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有する静電チャックに使用される放熱材料であって、前記ベースプレートの材料として使用されることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の放熱材料。
【0012】
本発明の上記目的は、放熱部品に係る下記［４］の構成により達成される。
【0013】
［４］ ［１］又は［２］に記載の放熱材料を含むことを特徴とする、放熱部品。
【0014】
本発明の上記目的は、静電チャックに係る下記［５］の構成により達成される。
【0015】
［５］ ［４］に記載の放熱部品からなるベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有することを特徴とする、静電チャック。
【0016】
本発明の上記目的は、放熱材料の製造方法に係る下記［６］の構成により達成される。
【0017】
［６］ ［１］～［３］のいずれか１つに記載の放熱材料を製造する方法であって、
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、大きい入熱が与えられる処理工程において好適に使用される放熱材料、放熱部品、該放熱部品を含む静電チャック、及び該放熱材料の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明者らは、特に入熱の大きな処理工程において適用することができる放熱部品用の材料について、鋭意検討を行った。
【0021】
上述のとおり、近時の半導体の高集積化によってエッチング時の入熱が大きくなっている。しかし、従来よりベースプレートの材料として使用されていたアルミニウム合金は、耐熱性に乏しく、アルミニウム合金の製造段階における熱処理（時効処理）が概ね２００℃までの温度で実施される。このため、エッチング工程においてベースプレートの温度が２００℃を超えると、アルミニウム合金の材料特性を維持することができない。
【0022】
また、放熱部品を入熱の大きな処理工程に適用すると、放熱部品の熱膨張の影響が大きくなり、放熱部品と周囲の素材とのサイズ変化率が大きく異なることがある。その結果、放熱部品と周囲の素材との間でひずみが生じ、このひずみが、周囲の素材の剥離や割れの原因になる。
【0023】
さらに、入熱の大きな処理工程に放熱部品を適用するためには、高い放熱性を発揮させる必要がある。
【0024】
すなわち、放熱部品を入熱の大きな処理工程に適用するためには、放熱部品は高い耐熱性、適切な熱膨張係数及び高い熱伝導率を有するものであることが重要である。そして、本発明者らは、放熱部品として、Ｍｏ相とＴｉ相とを共存させるとともに、Ｔｉ含有量を適切に制御した材料を使用することにより、所望の特性を有する放熱部品を得ることができることを見出した。さらにまた、本発明者らは、ＭｏとＴｉとの合金化率を適切な範囲に制御することによって、良好な相対密度を得ることができ、信頼性の高い放熱材料を製造することができることを見出した。本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
【0025】
以下、高い耐熱性、適切な線膨張係数及び高い熱伝導率を実現するための放熱材料の実施形態について、詳細に説明する。
【0026】
［放熱材料］
アルミニウム合金のうち、耐熱性が高いと言われる２０００系アルミ合金の引張耐力は、２００℃の温度において２００ＭＰａまで低下する（小山克己，“高強度・耐熱性アルミニウム合金”，Ｆｕｒｕｋａｗａ－Ｓｋｙ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．６，２０１０，ｐ．１３，図７）。
一方、Ｍｏは融点が２６２３℃の高融点金属であり、２００℃程度の温度において極めて優れた耐熱性を有する。具体的に、Ｍｏの引張強さは、２００℃において５５０ＭＰａ以上の値を有する（村上孝士ら，“モリブデン及びモリブデン合金”，溶接学会誌，第５７巻（１９８８），第４号，ｐ．２９３，図２）。
アルミニウム合金のうち、耐熱性が高いと言われる２０００系アルミ合金の引張耐力は、２００℃の温度において２００ＭＰａまで低下する（小山克己，“高強度・耐熱性アルミニウム合金”，Ｆｕｒｕｋａｗａ－Ｓｋｙ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．６，２０１０，ｐ．１３，図７）。
一方、Ｍｏは融点が２６２３℃の高融点金属であり、２００℃程度の温度において極めて優れた耐熱性を有する。具体的に、Ｍｏの引張強さは、２００℃において５５０ＭＰａ以上の値を有する（村上孝士ら，“モリブデン及びモリブデン合金”，溶接学会誌，第５７巻（１９８８），第４号，ｐ．２９３，図２）。
【0027】
本実施形態に係る放熱材料は、Ｍｏを主成分としているため、耐熱性を著しく向上させることができる。また、Ｍｏは熱伝導率の高い純金属の１つであり、鉄の２倍以上、チタンの８倍以上の熱伝導率を有する。したがって、放熱材料がＭｏを主成分とすることにより、高い放熱性を発揮することが可能となる。
【0028】
また、本発明者らは、特に所望の線膨張係数を有する放熱材料を得るためには、ＴｉをＭｏに完全に固溶させるのではなく、Ｍｏ相とＴｉ相とを共存させることが効果的であること、より詳細には、ＴｉはＭｏよりも線膨張係数が大きく、得られる合金の線膨張係数をセラミック層の材料に近づけることができることを見出した。ただし、Ｔｉ相が分散していないと、Ｔｉを添加する効果が弱まり、放熱材料の線膨張係数がＭｏの線膨張係数に近づいてしまう。
【0029】
後に詳述するが、本実施形態に係る放熱材料は、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末とを混合して焼結することにより得られる焼結体であり、より詳細には、Ｍｏ相（体心立方構造）とＴｉ相（六方最密構造又は体心立方構造）が共存する組織形態を有する焼結複合体である。この焼結複合体は、気孔が含まれる等の特徴を有するため、組織を観察することにより焼結体であることを確認することができる。
【0030】
図１は、後述する発明例Ｎｏ．３に係る放熱材料の組織を走査型電子顕微鏡で撮影した図面代用写真である。図１に示すように、本実施形態に係る放熱材料は、主成分となるＭｏ相１の中に、黒色のＴｉ相２が分散している。このように、本実施形態においては、金属／金属系の複合材料を形成していることが示される。また、このＴｉ相２は、線膨張係数を増加させる作用を有しているため、Ｔｉの含有量を調整することにより、大きい入熱が与えられる処理工程において好適に使用される、放熱部品用の放熱材料を得ることができる。
【0031】
本実施形態における放熱材料に含まれる成分の含有量について、以下に説明する。
【0032】
（Ｔｉ：３原子％以上５０原子％以下）
放熱材料中のＴｉ含有量が３原子％未満であると、放熱材料の線膨張係数を増加させる作用を十分に得ることができず、ベースプレートからのセラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）の剥離や、セラミック層の割れが発生する虞がある。したがって、放熱材料中のＴｉ含有量は、３原子％以上とし、４原子％以上とすることが好ましく、８原子％以上とすることがより好ましい。
一方、放熱材料中のＴｉ含有量が５０原子％を超えると、熱伝導率が低下し、放熱材料として要求される特性を得ることができない。したがって、放熱材料中のＴｉ含有量は、５０原子％以下とし、４５原子％以下とすることが好ましく、３５原子％以下とすることがより好ましい。
このように、放熱材料中のＴｉ含有量を適切に調整することにより、セラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）と同程度まで線膨張係数を合わせることができ、ベースプレートからセラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）が剥離することを抑制することができるとともに、優れた放熱性を得ることができる。
放熱材料中のＴｉ含有量が３原子％未満であると、放熱材料の線膨張係数を増加させる作用を十分に得ることができず、ベースプレートからのセラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）の剥離や、セラミック層の割れが発生する虞がある。したがって、放熱材料中のＴｉ含有量は、３原子％以上とし、４原子％以上とすることが好ましく、８原子％以上とすることがより好ましい。
一方、放熱材料中のＴｉ含有量が５０原子％を超えると、熱伝導率が低下し、放熱材料として要求される特性を得ることができない。したがって、放熱材料中のＴｉ含有量は、５０原子％以下とし、４５原子％以下とすることが好ましく、３５原子％以下とすることがより好ましい。
このように、放熱材料中のＴｉ含有量を適切に調整することにより、セラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）と同程度まで線膨張係数を合わせることができ、ベースプレートからセラミック層（Ａｌ２Ｏ３層又はＹ２Ｏ３層等）が剥離することを抑制することができるとともに、優れた放熱性を得ることができる。
【0033】
なお、本願明細書における放熱材料中のＴｉ及びＭｏの割合を原子％で表す場合に、放熱材料中におけるＴｉ原子とＭｏ原子との合計を１００原子％とした場合のＴｉ原子及びＭｏ原子の割合を原子％で表すものとする。
【0034】
（残部：Ｍｏ）
本実施形態に係る放熱材料は、上記範囲でＴｉを含有し、残部がＭｏからなるものである。したがって、優れた耐熱性が得られるとともに、大きな熱伝導率と適切な線膨張係数を兼ね備えた特性を得ることができる。
本実施形態に係る放熱材料は、上記範囲でＴｉを含有し、残部がＭｏからなるものである。したがって、優れた耐熱性が得られるとともに、大きな熱伝導率と適切な線膨張係数を兼ね備えた特性を得ることができる。
【0035】
なお、本実施形態に係る放熱材料は、Ｃｕを含有しない。エッチング工程においてチャンバ内にＣｕが存在すると、チャンバ内がＣｕで汚染されて、配線構造に影響を与えるという問題点がある。したがって、本実施形態に係るＣｕを含有しない放熱材料は、エッチング工程において特に好適に使用することができる。
【0036】
本実施形態に係る放熱材料は、本発明の効果を阻害しない範囲で各種不純物が含まれ得る。不純物としては、例えば、粉末原料に由来した酸素、窒素、炭素等が考えられる。他にも、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｌ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｎｂ等も含まれていてもよい。これらの不純物においては、酸素は３質量％以下、その他の元素はそれぞれ０．３質量％以下に抑制することが経験的に好ましいと考えられる。
なお、上記不純物の含有量は、本実施形態に係る放熱材料におけるＭｏ含有量とＴｉ含有量との合計量を１００質量％とした場合の、不純物含有量を質量％で表したものとする。
また、これらの元素は、上記数値範囲内であれば、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加された場合であっても、本実施形態の効果を妨げない。
なお、上記不純物の含有量は、本実施形態に係る放熱材料におけるＭｏ含有量とＴｉ含有量との合計量を１００質量％とした場合の、不純物含有量を質量％で表したものとする。
また、これらの元素は、上記数値範囲内であれば、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加された場合であっても、本実施形態の効果を妨げない。
【0037】
本発明者らは、ＭｏとＴｉとの合金化率を適切な範囲に制御することによって、優れた熱伝導率と線膨張係数に加えて、良好な相対密度を得ることができることを見出した。以下、ＭｏとＴｉとの合金化率について、より詳細に説明する。
【0038】
＜合金化率Ａ：１５％以上８０％以下＞
純Ｍｏ粉末と純Ｔｉ粉末を混合した混合粉は、焼結段階で原子拡散が生じ、ＭｏとＴｉとの間に合金化した領域が形成される。本発明者らは、この合金化した領域は、純Ｍｏ単体に比べて熱間における変形抵抗が小さく、合金化率が増加するほど焼結が促進され、相対密度が向上することを見出した。すなわち、相対密度が低い放熱材料を含む放熱部品をベースプレートに使用した場合に、ベースプレートを冷却するための冷媒が漏れたり、ベースプレートの繰り返しの使用に伴う熱応力や機械的な応力などによって、亀裂や破壊が助長される懸念がある。
したがって、良好な相対密度を有する放熱材料を得ることは、信頼性の高いベースプレートを製造することに繋がる。本明細書中において、合金化率とは、放熱材料に含まれる全てのＭｏのうち、合金化によって消費されたＭｏの割合を定義したものである。
純Ｍｏ粉末と純Ｔｉ粉末を混合した混合粉は、焼結段階で原子拡散が生じ、ＭｏとＴｉとの間に合金化した領域が形成される。本発明者らは、この合金化した領域は、純Ｍｏ単体に比べて熱間における変形抵抗が小さく、合金化率が増加するほど焼結が促進され、相対密度が向上することを見出した。すなわち、相対密度が低い放熱材料を含む放熱部品をベースプレートに使用した場合に、ベースプレートを冷却するための冷媒が漏れたり、ベースプレートの繰り返しの使用に伴う熱応力や機械的な応力などによって、亀裂や破壊が助長される懸念がある。
したがって、良好な相対密度を有する放熱材料を得ることは、信頼性の高いベースプレートを製造することに繋がる。本明細書中において、合金化率とは、放熱材料に含まれる全てのＭｏのうち、合金化によって消費されたＭｏの割合を定義したものである。
【0039】
合金化率の測定方法について、以下に説明する。まず、焼結後の放熱材料を、Ｘ線回折法（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）により測定する。次に、ＸＲＤにより得られたスペクトルを、全パターンフィッティング法（ＷＰＰＦ：Ｗｈｏｌｅ Ｐｏｗｄｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｆｉｔｔｉｎｇ）で解析し、Ｍｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、Ｔｉ相について、原子分率（原子％）を求める。そして、これらの値を用いて、後述する式（１）により合金化率を測定することができる。
【0040】
本実施形態においては、下記式（１）により表される合金化率Ａを規定することにより、良好な相対密度を有する放熱材料を得ることができる。ただし、下記式（１）において、［Ｍｏ相］とは、Ｘ線回折法により特定される、放熱材料中のＭｏ相の割合を原子％で表した値であり、［全Ｍｏ］とは、放熱材料中に含有される全てのＭｏの濃度を原子％で表した値である。
【0041】
なお、放熱材料中のＭｏの濃度とは、放熱材料中におけるＴｉ原子とＭｏ原子との合計を１００原子％とした場合の、Ｍｏ原子の割合を原子％で表したものである。また、放熱材料中のＭｏ相の割合とは、放熱材料中のＭｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、及びＴｉ相を構成するすべての原子を１００原子％とした場合の、Ｍｏ相を構成するＭｏ原子の割合を原子％で表したものである。
より詳細には、［Ｍｏ相］は、上記全パターンフィッティング法で求められたＭｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相及びＴｉ相の質量分率（合計で１００質量％）のうちのＭｏ相の質量分率から、下記式（２）によって求めることができる。ただし、下記式（１）において、原子％を用いて算出される合金化率Ａは、原子％の代わりに質量％を用いて算出される合金化率と同じ値となる。
より詳細には、［Ｍｏ相］は、上記全パターンフィッティング法で求められたＭｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相及びＴｉ相の質量分率（合計で１００質量％）のうちのＭｏ相の質量分率から、下記式（２）によって求めることができる。ただし、下記式（１）において、原子％を用いて算出される合金化率Ａは、原子％の代わりに質量％を用いて算出される合金化率と同じ値となる。
【0042】
また、詳細は後述するが、放熱材料は、Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を作成し、この混合物を焼結することにより、製造することができる。このため、一般的にＴｉ粉末及びＭｏ粉末を混合するときの混合時の濃度は、そのまま、焼結後の放熱材料中のＴｉの濃度及びＭｏの濃度となることが多い。したがって、混合時の濃度と焼結後の放熱材料中の濃度との間で、誤差程度の相違しかないことが確認できていれば、放熱材料中のＭｏの濃度（［全Ｍｏ］）として、粉末混合時のＭｏの濃度を使用することができる。
【0043】
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
式（２）：［Ｍｏ相］＝（｛Ｍｏ相｝／Ｍｏの原子量）／（［Ｍｏ含有量］／Ｍｏの原子量＋［Ｔｉ含有量］／Ｔｉの原子量）
ただし、上記式（２）において、［Ｍｏ相］とは、Ｘ線回折法により特定される、放熱材料中のＭｏ相の割合を原子％で表した値である。
｛Ｍｏ相｝とは、ＸＲＤで得られるＭｏ相の質量分率であり、Ｍｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、及びＴｉ相の合計を１００質量％とした場合のＭｏ相の割合を質量％で表した値である。
［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有される全てのＭｏの含有量を質量％で表した値である。
［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有される全てのＴｉの含有量を質量％で表した値である。
式（２）：［Ｍｏ相］＝（｛Ｍｏ相｝／Ｍｏの原子量）／（［Ｍｏ含有量］／Ｍｏの原子量＋［Ｔｉ含有量］／Ｔｉの原子量）
ただし、上記式（２）において、［Ｍｏ相］とは、Ｘ線回折法により特定される、放熱材料中のＭｏ相の割合を原子％で表した値である。
｛Ｍｏ相｝とは、ＸＲＤで得られるＭｏ相の質量分率であり、Ｍｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、及びＴｉ相の合計を１００質量％とした場合のＭｏ相の割合を質量％で表した値である。
［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有される全てのＭｏの含有量を質量％で表した値である。
［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有される全てのＴｉの含有量を質量％で表した値である。
【0044】
上記式（１）により算出される合金化率Ａが１５％以上であると、より一層高い相対密度を得ることができ、熱応力や機械的応力の負荷による亀裂や破壊等の発生を抑制することができる。したがって、上記式（１）により算出される合金化率Ａは、１５％以上であることが好ましく、３０％以上とすることがより好ましく、４０％以上とすることがさらに好ましい。
また、上記式（１）により算出される合金化率Ａが８０％以下であると、焼結に要する温度が高くなりすぎることや、時間が長くなりすぎることを防止でき、焼結型の損耗を抑制し、良好な生産性を維持することができる。したがって、上記式（１）により算出される合金化率Ａは、８０％以下とすることが好ましく、７０％以下とすることがより好ましく、６０％以下とすることがさらに好ましい。このような合金化率に制御することによって、良好な熱伝導率・線膨張係数に加えて、高い相対密度を有する放熱材料が得られる。そして、このような放熱材料を含む放熱部品をベースプレートに使用した場合に、ベースプレートとしての性能及び信頼性を向上させることができる。
また、上記式（１）により算出される合金化率Ａが８０％以下であると、焼結に要する温度が高くなりすぎることや、時間が長くなりすぎることを防止でき、焼結型の損耗を抑制し、良好な生産性を維持することができる。したがって、上記式（１）により算出される合金化率Ａは、８０％以下とすることが好ましく、７０％以下とすることがより好ましく、６０％以下とすることがさらに好ましい。このような合金化率に制御することによって、良好な熱伝導率・線膨張係数に加えて、高い相対密度を有する放熱材料が得られる。そして、このような放熱材料を含む放熱部品をベースプレートに使用した場合に、ベースプレートとしての性能及び信頼性を向上させることができる。
【0045】
ここで、上記のような範囲の合金化率を有する放熱材料の製造条件例について説明する。合金化率は、ＭｏとＴｉとの原子拡散によるものであり、合金化率を制御するためには、焼結工程や必要に応じて行われる接合など、熱負荷がかかる後工程において、処理に要する温度や時間を変更することで制御できる。例えば、焼結及び接合の熱負荷としては、８００℃～１４００℃において、保持時間は５分～１６時間、圧力は２ＭＰａ～５０ＭＰａを目安として、設備や粉末の特性に応じた条件で実施することができる。
【0046】
さらに、相対密度について以下に説明する。本実施形態においては、合金化率Ａを適切な範囲に制御することにより、良好な相対密度を得ることができ、その結果、信頼性が高い放熱材料を得ることができる。相対密度Ｄは水中置換法（アルキメデス法）などで得られた密度ｄｍの値を、理論密度ｄｔで除算して、１００分率で表すことによって求めることができる。すなわち、相対密度Ｄは、下記式（３）により表すことができる。
【0047】
式（３）：Ｄ＝（ｄｍ／ｄｔ）×１００
【0048】
なお、理論密度ｄｔは、下記式（４）によって算出することができる。
【0049】
式（４）：ｄｔ＝１００／（［Ｔｉ含有量］／［Ｔｉ比重］＋［Ｍｏ含有量］／［Ｍｏ比重］）
ただし、上記式（４）において、［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＴｉの含有量を質量％で表した値であり、［Ｔｉ比重］とは、純Ｔｉの比重を表した値である。また、［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＭｏの含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ比重］とは、純Ｍｏの比重を表した値である。
ただし、上記式（４）において、［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＴｉの含有量を質量％で表した値であり、［Ｔｉ比重］とは、純Ｔｉの比重を表した値である。また、［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＭｏの含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ比重］とは、純Ｍｏの比重を表した値である。
【0050】
相対密度Ｄは、９８％以上であることが好ましく、９８．５％以上であることがより好ましく、９９％以上であることがさらに好ましく、９９．５％以上であることがさらにより好ましい。さらに、相対密度Ｄは、１００．０％以上であることが好ましく、１００．５％以上であることがより好ましく、１０１．０％以上であることがさらに好ましい。
【0051】
［放熱部品］
本実施形態に係る放熱部品は、上記本実施形態に係る放熱材料（焼結複合体）を機械加工して得られるものであり、優れた耐熱性を有するとともに、大きな熱伝導率と適切な線膨張係数を兼ね備えた特性を有する。したがって、この放熱部品を使用すると、入熱の大きな処理工程において十分に放熱することができる。また、この放熱部品は適切な線膨張係数を有するため、入熱が大きい工程において熱膨張の影響が大きくなる場合であっても、周囲の素材のサイズ変化率と放熱部品のサイズ変化率とが近い値となる。したがって、放熱部品と周囲の素材との間でひずみが生じることを抑制することができ、周囲の素材に剥離や割れが発生することを防止することができる。
本実施形態に係る放熱部品は、上記本実施形態に係る放熱材料（焼結複合体）を機械加工して得られるものであり、優れた耐熱性を有するとともに、大きな熱伝導率と適切な線膨張係数を兼ね備えた特性を有する。したがって、この放熱部品を使用すると、入熱の大きな処理工程において十分に放熱することができる。また、この放熱部品は適切な線膨張係数を有するため、入熱が大きい工程において熱膨張の影響が大きくなる場合であっても、周囲の素材のサイズ変化率と放熱部品のサイズ変化率とが近い値となる。したがって、放熱部品と周囲の素材との間でひずみが生じることを抑制することができ、周囲の素材に剥離や割れが発生することを防止することができる。
【0052】
［静電チャック］
図２は、本発明の実施形態に係る静電チャックの一例を示す模式的断面図である。図２に示すように、静電チャック１０は、上記放熱部品からなるベースプレート１１と、このベースプレート１１の上に設けられたセラミック層１２と、セラミック層１２の表面１２ａに静電気を発生させる電極１４と、を有する。ベースプレート１１の内部には、冷媒流路１３が設けられている。なお、静電チャックとは、静電気の力を利用して部材を把持するものであり、静電チャックは、半導体製造装置や、静電気ロボットハンド等に適用することが可能である。
図２は、本発明の実施形態に係る静電チャックの一例を示す模式的断面図である。図２に示すように、静電チャック１０は、上記放熱部品からなるベースプレート１１と、このベースプレート１１の上に設けられたセラミック層１２と、セラミック層１２の表面１２ａに静電気を発生させる電極１４と、を有する。ベースプレート１１の内部には、冷媒流路１３が設けられている。なお、静電チャックとは、静電気の力を利用して部材を把持するものであり、静電チャックは、半導体製造装置や、静電気ロボットハンド等に適用することが可能である。
【0053】
半導体製造装置としては、研磨装置、現像装置、露光装置、エッチング装置等、種々の種類が挙げられる。例えば、エッチング装置は、上記本実施形態に係る静電チャック１０と、この静電チャック１０が配置されたプラズマ生成・処理室と、を有する。本実施形態に係る静電チャック１０をエッチング装置に使用する場合には、プラズマ生成・処理室内に配置された静電チャック１０の上に、不図示のシリコンウェハを載置し、電極１４に電圧を印加してセラミック層１２の表面に静電気を発生させることにより、シリコンウェハを固定する。そして、真空雰囲気下において、プラズマ生成・処理室内でプラズマを用いることによってウェハ表面をエッチングする。プラズマは高温であり、エッチング処理をすると温度が上昇するため、ベースプレート１１に形成された冷媒流路１３に冷媒を流すことによりウェハが冷却される。
【0054】
上記のとおり、近時の半導体の高集積化により、エッチング時の入熱が大きくなっているため、ベースプレートには高い耐熱性能が要求される。本実施形態に係る放熱材料及び放熱部材は、大きい入熱が与えられる処理工程において好適に使用されるものである。すなわち、本実施形態に係る静電チャックを使用すると、半導体デバイスの微細化及び高集積化に対応した高温のエッチング工程においても、シリコンウェハを効果的に冷却することができる。また、放熱部品が適切な線膨張係数を有するため、上記のようなエッチング工程においても、セラミック層とベースプレートとの間でひずみが生じることを抑制することができ、セラミック層に剥離や割れが発生することを防止することができる。さらに、ベースプレートを構成する放熱部品中にＣｕが含有されていないため、エッチング工程において使用しても、エッチングチャンバ内が汚染されることを防止することができる。したがって、本実施形態に係る静電チャックは、特にエッチング装置に使用されることが好ましい。
【0055】
［放熱材料の製造方法］
本実施形態に係る放熱材料の製造方法は、上記放熱材料を製造する方法であり、Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、混合物を焼結する焼結工程と、を備える。
本実施形態に係る放熱材料の製造方法は、上記放熱材料を製造する方法であり、Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、混合物を焼結する焼結工程と、を備える。
【0056】
焼結工程における焼結方法は特に限定されず、例えば、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Ｓｐａｒｋ Ｐｌａｓｍａ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）法、ホットプレス法、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ：Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法等を使用することができる。また、焼結工程における焼結条件についても特に限定されないが、例えば、焼結温度は８００℃～１６００℃程度、焼結の保持時間は５分～３時間、圧力は１０ＭＰａ～５０ＭＰａを目安として、設備の特性や粉末の特性に応じた条件で実施することができる。
【0057】
なお、本願明細書において、放熱材料の材料として使用されるＭｏを含む粉末及びＴｉを含む粉末とは、粉末原料に由来した酸素、窒素、炭素等を不純物として含有する場合を含む。例えば、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、放熱材料の材料として合金粉末を使用してもよい。
【0058】
また、上記ＳＰＳ法若しくはホットプレス法により焼結した材料、又は上記ＨＩＰ法により焼結した後に鍛造を実施した材料に対して、外形加工及び溝加工を行うことにより、例えばベースプレートのような放熱部品を製造することができる。さらに、得られた放熱部品の上面に、拡散接合によりセラミック層を形成した後に、切削による仕上げ加工を実施することにより、ベースプレートとセラミック層とが接合された静電チャックを製造することができる。なお、ベースプレートとセラミックスを接合する方法としては、上記拡散接合のほかに、ロウ付け、接着剤による接着、ねじによる固定等が挙げられる。
【0059】
本発明に係る放熱材料、放熱部品、静電チャック及び放熱材料の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
上述した実施形態では、放熱部品を、半導体製造装置のエッチング時に用いられる静電チャックのベースプレートとして使用した態様を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の放熱材料及び放熱部品は、任意の放熱材料、放熱部品として使用できる。本発明の放熱材料は、上述した特徴を有しているので、特に大きい入熱が与えられる処理工程に用いられる放熱部品の材料として好適に使用される。
上述した実施形態では、放熱部品を、半導体製造装置のエッチング時に用いられる静電チャックのベースプレートとして使用した態様を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の放熱材料及び放熱部品は、任意の放熱材料、放熱部品として使用できる。本発明の放熱材料は、上述した特徴を有しているので、特に大きい入熱が与えられる処理工程に用いられる放熱部品の材料として好適に使用される。
【実施例0060】
以下、本発明に係る放熱材料について、発明例及び比較例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。また、以下に説明する放熱材料及びその製造条件は一例であり、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【0061】
［第１実施例］
（放熱材料の製造）
まず、種々の組成でＭｏ－Ｔｉ焼結複合体が形成されるように、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末とを混合して混合物を得た。その後、得られた混合物に対して、ホットプレス法又はＳＰＳ法を用いた粉末焼結法により焼結を行い、発明例Ｎｏ．１～発明例Ｎｏ．４の焼結体を製造した。また、Ｍｏ粉末のみを焼結して焼結体を製造し、比較例Ｎｏ．１とした。比較例Ｎｏ．２、比較例Ｎｏ．３及び比較例Ｎｏ．４は、それぞれ、公知のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、純アルミニウム及び２０００系アルミニウム合金であってジュラルミンとして知られる２０２４－Ｔ６合金とした。
なお、発明例Ｎｏ．１、発明例Ｎｏ．２、及び比較例Ｎｏ．１は、ホットプレス法により焼結を行い、発明例Ｎｏ．３及び発明例Ｎｏ．４は、ＳＰＳ法により焼結を行った。
（放熱材料の製造）
まず、種々の組成でＭｏ－Ｔｉ焼結複合体が形成されるように、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末とを混合して混合物を得た。その後、得られた混合物に対して、ホットプレス法又はＳＰＳ法を用いた粉末焼結法により焼結を行い、発明例Ｎｏ．１～発明例Ｎｏ．４の焼結体を製造した。また、Ｍｏ粉末のみを焼結して焼結体を製造し、比較例Ｎｏ．１とした。比較例Ｎｏ．２、比較例Ｎｏ．３及び比較例Ｎｏ．４は、それぞれ、公知のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、純アルミニウム及び２０００系アルミニウム合金であってジュラルミンとして知られる２０２４－Ｔ６合金とした。
なお、発明例Ｎｏ．１、発明例Ｎｏ．２、及び比較例Ｎｏ．１は、ホットプレス法により焼結を行い、発明例Ｎｏ．３及び発明例Ｎｏ．４は、ＳＰＳ法により焼結を行った。
【0062】
（成分の分析）
発明例Ｎｏ．１～発明例Ｎｏ．４について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法により成分を分析した。発明例における放熱材料の成分の分析結果、及び比較例の焼結体の材料を下記表１及び表２に示す。なお、表１に示す組成は、Ｔｉ原子とＭｏ原子との合計を１００原子％とした場合のＴｉ原子の割合及びＭｏ原子の割合を原子％で表したものである。
発明例Ｎｏ．１～発明例Ｎｏ．４について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法により成分を分析した。発明例における放熱材料の成分の分析結果、及び比較例の焼結体の材料を下記表１及び表２に示す。なお、表１に示す組成は、Ｔｉ原子とＭｏ原子との合計を１００原子％とした場合のＴｉ原子の割合及びＭｏ原子の割合を原子％で表したものである。
【0063】
（熱伝導率の測定）
得られた焼結体について、示差走査熱量計（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）により、室温での比熱を測定するとともに、フラッシュ法により熱拡散率を測定し、これらの値から熱伝導率を算出した。
得られた焼結体について、示差走査熱量計（ＤＳＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）により、室温での比熱を測定するとともに、フラッシュ法により熱拡散率を測定し、これらの値から熱伝導率を算出した。
【0064】
（線膨張係数の測定）
得られた焼結体について、熱機械分析法（ＴＭＡ法：Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、４０℃～４００℃の線膨張係数を測定した。
得られた焼結体について、熱機械分析法（ＴＭＡ法：Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、４０℃～４００℃の線膨張係数を測定した。
【0065】
（材料組織の観察）
得られた焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡を用いた反射電子像を撮影することにより材料組織を観察した。
得られた焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡を用いた反射電子像を撮影することにより材料組織を観察した。
【0066】
熱伝導率及び線膨張係数の測定結果を下記表１及び表２に併せて示す。なお、比較例Ｎｏ．２のＡｌ２Ｏ３の熱伝導率及び線膨張係数については、ＫＹＯＣＥＲＡ Ｊａｐａｎのホームページ（“アルミナ Ａｌ２Ｏ３”，［２０２２年１２月１３日検索］，インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｃｅｒａ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｄｃｔ／ｆｃ／ｍａｔｅｒｉａｌ－ｐｒｏｐｅｒｔｙ／ｍａｔｅｒｉａｌ／ａｌｕｍｉｎａ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞）に記載の材質記号「ＡＯ４７６Ｏ」の値を引用した。また、比較例Ｎｏ．３の純Ａｌの熱伝導率及び線膨張係数については、「金属データブック」（日本金属学会編，丸善，２００４，）に記載の値を引用した。さらに、比較例Ｎｏ．４のＡｌ合金（２０２４－Ｔ６）の熱伝導率及び線膨張係数については、「アルミニウムハンドブック」，日本アルミニウム協会，２００７）に記載の値を引用した。
【0067】
また、下記表２に示す純Ａｌの熱伝導率は２００℃における測定値を示し、線膨張係数は２０～４００℃における測定値を示している。下記表２に示すＡｌ合金の線膨張係数は２０～３００℃における測定値を示している。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
（発明例及び比較例の評価）
図３は、縦軸を熱伝導率とし、横軸を線膨張係数とした場合の、発明例及び比較例の測定結果を示すグラフ図である。なお、図中の点線はアルミナの線膨張係数を示している。また、図１は、発明例Ｎｏ．３の組織を撮影した顕微鏡写真である。発明例Ｎｏ．１～４について材料組織の観察を行った結果、図１に示す顕微鏡写真と同様に、全ての発明例においてＭｏ相とＴｉ相とが共存していることを確認することができた。また、上記表１及び表２に示すように、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体の線膨張係数は、比較例Ｎｏ．１のＴｉが含有されていない焼結体と比較して、線膨張係数が大きい値となり、静電チャックの材料として使用されるＡｌ２Ｏ３の線膨張係数に近づく値となった。特に、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体の線膨張係数は、比較例Ｎｏ．３及び４の従来材と比較して、比較例Ｎｏ．２であるアルミナの線膨張係数に極めて近い値となった。さらに、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体を比較すると、焼結体中のＴｉの濃度の増加にともなって線膨張係数が増加し、Ａｌ２Ｏ３の線膨張係数に近づいていることが確認できた。
図３は、縦軸を熱伝導率とし、横軸を線膨張係数とした場合の、発明例及び比較例の測定結果を示すグラフ図である。なお、図中の点線はアルミナの線膨張係数を示している。また、図１は、発明例Ｎｏ．３の組織を撮影した顕微鏡写真である。発明例Ｎｏ．１～４について材料組織の観察を行った結果、図１に示す顕微鏡写真と同様に、全ての発明例においてＭｏ相とＴｉ相とが共存していることを確認することができた。また、上記表１及び表２に示すように、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体の線膨張係数は、比較例Ｎｏ．１のＴｉが含有されていない焼結体と比較して、線膨張係数が大きい値となり、静電チャックの材料として使用されるＡｌ２Ｏ３の線膨張係数に近づく値となった。特に、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体の線膨張係数は、比較例Ｎｏ．３及び４の従来材と比較して、比較例Ｎｏ．２であるアルミナの線膨張係数に極めて近い値となった。さらに、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体を比較すると、焼結体中のＴｉの濃度の増加にともなって線膨張係数が増加し、Ａｌ２Ｏ３の線膨張係数に近づいていることが確認できた。
【0071】
上記の結果から、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体を用いて放熱部品を作製した場合に、得られた放熱部品は、優れた放熱性を有することが示された。また、放熱部品に接合されるアルミナからなるセラミック層と線膨張係数が近い値となるため、セラミック層の割れや剥離等の発生を防止することができることが示された。さらに、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体は、主成分がＭｏであり、所定量のＴｉを含有するものであって、いずれも耐熱性が高い成分であるため、高い耐熱性を有するものとなった。さらにまた、発明例Ｎｏ．１～４の焼結体には、Ｃｕが含有されていないため、半導体製造装置のエッチング工程に、これらの焼結体からなる放熱部品を使用した場合に、チャンバ内の汚染を抑制することができる。
【0072】
［第２実施例］
（放熱材料の製造）
純Ｍｏ粉末と純Ｔｉ粉末を混合して、ホットプレスとＳＰＳを用いた粉末プロセスで焼結することにより、Ｍｏ－Ｔｉ焼結体（放熱材料）を製造した。
（放熱材料の製造）
純Ｍｏ粉末と純Ｔｉ粉末を混合して、ホットプレスとＳＰＳを用いた粉末プロセスで焼結することにより、Ｍｏ－Ｔｉ焼結体（放熱材料）を製造した。
【0073】
（混合時のＴｉ粉末の濃度と、焼結後の放熱材料中のＴｉの濃度の測定）
上記放熱材料の製造とは別に、種々の比率でＭｏ粉末とＴｉ粉末とを混合し、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末との混合時におけるＴｉ粉末の濃度を算出した。また、混合した混合物に対して、ホットプレスとＳＰＳを用いた粉末プロセスで焼結することにより、焼結体の試験片を製造した。その後、各試験片について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法によりＴｉの濃度を分析し、上記Ｔｉ粉末の濃度と比較した。混合時における濃度の算出結果と、焼結後のＴｉの濃度の分析結果を下記表３に示す。
上記放熱材料の製造とは別に、種々の比率でＭｏ粉末とＴｉ粉末とを混合し、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末との混合時におけるＴｉ粉末の濃度を算出した。また、混合した混合物に対して、ホットプレスとＳＰＳを用いた粉末プロセスで焼結することにより、焼結体の試験片を製造した。その後、各試験片について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法によりＴｉの濃度を分析し、上記Ｔｉ粉末の濃度と比較した。混合時における濃度の算出結果と、焼結後のＴｉの濃度の分析結果を下記表３に示す。
【0074】
【表3】
【0075】
上記表３に示すように、Ｍｏ粉末とＴｉ粉末との混合時におけるＴｉ粉末の濃度と、焼結後の放熱材料中のＴｉの濃度の分析値を比較した結果、誤差程度のわずかな相違しかみられなかった。したがって、本実施例では、混合時のＴｉ粉末及びＭｏ粉末の濃度を、焼結後の放熱材料中のＴｉの濃度及びＭｏの濃度とみなすものとした。
【0076】
（相対密度Ｄ及び合金化率Ａの算出）
得られたＭｏ－Ｔｉ焼結体（放熱材料）について、相対密度Ｄ及び合金化率Ａを算出した。相対密度Ｄは、下記式（３）により算出することができる。
得られたＭｏ－Ｔｉ焼結体（放熱材料）について、相対密度Ｄ及び合金化率Ａを算出した。相対密度Ｄは、下記式（３）により算出することができる。
【0077】
式（３）：Ｄ＝（ｄｍ／ｄｔ）×１００
ただし、ｄｍは、水中置換法により測定された焼結体の密度であり、ｄｔは、下記式（４）により算出される理論密度ｄｔである。
ただし、ｄｍは、水中置換法により測定された焼結体の密度であり、ｄｔは、下記式（４）により算出される理論密度ｄｔである。
【0078】
式（４）：ｄｔ＝１００／（［Ｔｉ含有量］／［Ｔｉ比重］＋［Ｍｏ含有量］／［Ｍｏ比重］）
ただし、上記式（４）において、［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＴｉの含有量であり、ここでは、原料粉末中のＴｉ粉末の含有量を質量％で表した値を用いた。［Ｔｉ比重］とは、純Ｔｉの比重を表した値である。また、［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＭｏの含有量であり、ここでは、原料粉末中のＭｏ粉末の含有量を質量％で表した値を用いた。［Ｍｏ比重］とは、純Ｍｏの比重を表した値である。なお、純Ｔｉの比重は、４．５０８とし、純Ｍｏの比重は、１０．２２２とした。
ただし、上記式（４）において、［Ｔｉ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＴｉの含有量であり、ここでは、原料粉末中のＴｉ粉末の含有量を質量％で表した値を用いた。［Ｔｉ比重］とは、純Ｔｉの比重を表した値である。また、［Ｍｏ含有量］とは、放熱材料中に含有されるＭｏの含有量であり、ここでは、原料粉末中のＭｏ粉末の含有量を質量％で表した値を用いた。［Ｍｏ比重］とは、純Ｍｏの比重を表した値である。なお、純Ｔｉの比重は、４．５０８とし、純Ｍｏの比重は、１０．２２２とした。
【0079】
また、合金化率Ａを算出するために、焼結体に対してＸ線回折法（ＸＲＤ）による測定を実施し、２θ角が２０～１４０°までのスペクトルを使用して、ＷＰＰＦ法によって解析することにより、Ｍｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、及びＴｉ相の濃度を測定した。ＷＰＰＦ法による解析に使用されたプログラム等の条件、及びＸＲＤによる測定条件を以下に示す。
【0080】
・ＷＰＰＦ法による解析条件
解析プログラム：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．（ＭＤＩ）社製 ＪＡＤＥ ＰＲＯ（バージョン８）
データベース：ＩＣＤＤ ＰＤＦ－４＋
・ＸＲＤによる測定条件
微小部Ｘ線回折装置：株式会社リガク製 ＲＩＮＴ－ＲＡＰＩＤＩＩ
コリメーター径：３００μｍ
ω角：２０～２５°（２°／ｓｅｃ）
φ角：回転（１°／ｓｅｃ）
解析プログラム：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄａｔａ Ｉｎｃ．（ＭＤＩ）社製 ＪＡＤＥ ＰＲＯ（バージョン８）
データベース：ＩＣＤＤ ＰＤＦ－４＋
・ＸＲＤによる測定条件
微小部Ｘ線回折装置：株式会社リガク製 ＲＩＮＴ－ＲＡＰＩＤＩＩ
コリメーター径：３００μｍ
ω角：２０～２５°（２°／ｓｅｃ）
φ角：回転（１°／ｓｅｃ）
【0081】
上記ＸＲＤの分析により得られた、焼結体中のＭｏ相の含有量と、焼結体中に含有される全てのＭｏの濃度（［全Ｍｏ］（原子％））から、下記式（１）を用いて合金化率Ａを算出した。なお、下記式（１）及び式（２）において、［Ｍｏ相］とは、Ｘ線回折法により特定される、焼結体中のＭｏ相を構成するＭｏ原子の割合を原子％で表した値であり、［全Ｍｏ］とは、焼結体中に含有される全てのＭｏの濃度を原子％で表した値である。また、｛Ｍｏ相｝とは、ＸＲＤで得られるＭｏ相の質量分率であり、Ｍｏ相、ＭｏｘＴｉｙ相、及びＴｉ相の合計を１００質量％とした場合のＭｏ相の割合を質量％で表した値である。［Ｍｏ含有量］とは、焼結体中に含有される全てのＭｏの含有量を質量％で表した値である。［Ｔｉ含有量］とは、焼結体中に含有される全てのＴｉの含有量を質量％で表した値である。上述のとおり、焼結体中のＭｏの濃度としては、原料粉末中のＭｏ粉末の濃度を使用することができる。
【0082】
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
式（２）：［Ｍｏ相］＝（｛Ｍｏ相｝／Ｍｏの原子量）／（［Ｍｏ含有量］／Ｍｏの原子量＋［Ｔｉ含有量］／Ｔｉの原子量）
式（２）：［Ｍｏ相］＝（｛Ｍｏ相｝／Ｍｏの原子量）／（［Ｍｏ含有量］／Ｍｏの原子量＋［Ｔｉ含有量］／Ｔｉの原子量）
【0083】
（熱伝導率及び線膨張係数の測定）
熱伝導率及び線膨張係数は、上記第１実施例と同様の方法で測定した。発明例Ｎｏ．２１～２９について、種々の測定結果及び算出結果を下記表４に示す。なお、下記表４において、発明例Ｎｏ．２１は、上記第１実施例における発明例Ｎｏ．４であり、発明例Ｎｏ．２９は、上記第１実施例における発明例Ｎｏ．３である。
熱伝導率及び線膨張係数は、上記第１実施例と同様の方法で測定した。発明例Ｎｏ．２１～２９について、種々の測定結果及び算出結果を下記表４に示す。なお、下記表４において、発明例Ｎｏ．２１は、上記第１実施例における発明例Ｎｏ．４であり、発明例Ｎｏ．２９は、上記第１実施例における発明例Ｎｏ．３である。
【0084】
【表4】
【0085】
（発明例の評価）
図４は、縦軸を相対密度とし、横軸を合金化率とした場合の、相対密度と合金化率との関係を示すグラフ図である。図４に示すように、合金化率が増加すると、相対密度の値も大きくなり、１００％に近づいていることが分かる。また、図４中に矢印の範囲で示す、合金化率が１５～８０％である発明例においては、特に良好な相対密度を示した。さらに、合金化率が３０％以上の範囲では、相対密度はより一層高くなり、１００％に近い値又はそれ以上の値を得ることができた。
図４は、縦軸を相対密度とし、横軸を合金化率とした場合の、相対密度と合金化率との関係を示すグラフ図である。図４に示すように、合金化率が増加すると、相対密度の値も大きくなり、１００％に近づいていることが分かる。また、図４中に矢印の範囲で示す、合金化率が１５～８０％である発明例においては、特に良好な相対密度を示した。さらに、合金化率が３０％以上の範囲では、相対密度はより一層高くなり、１００％に近い値又はそれ以上の値を得ることができた。
【0086】
上記第１実施例及び第２実施例に示すように、Ｍｏ相とＴｉ相とが共存した放熱材料であって、Ｔｉの含有量を所定の範囲に制御したうえで、さらに、合金化率を適切な範囲に制御することにより、熱伝導率と線膨張係数が優れるだけでなく、相対密度が高い健全な放熱材料とすることができる。そして、このようにして得られた放熱材料を使用したベースプレートは、冷媒が漏れる懸念もなく、熱的又は機械的に応力が負荷された場合などに生じる亀裂や破壊の発生を抑制することができ、ベースプレートの寿命を高めることができるとともに、信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【0087】
１ Ｍｏ相
２ Ｔｉ相
１０ 静電チャック
１１ ベースプレート
１３ 冷媒流路
１２ セラミック層
１４ 電極
２ Ｔｉ相
１０ 静電チャック
１１ ベースプレート
１３ 冷媒流路
１２ セラミック層
１４ 電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2024-09-27
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｍｏ相とＴｉ相とが共存しており、
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであり、
ベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有する静電チャックに使用される放熱材料であって、
前記ベースプレートの材料として使用されることを特徴とする、放熱材料。
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏであり、
ベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有する静電チャックに使用される放熱材料であって、
前記ベースプレートの材料として使用されることを特徴とする、放熱材料。
【請求項2】
Ｘ線回折法により測定される、放熱材料中の前記Ｍｏ相の割合を原子％で［Ｍｏ相］とし、放熱材料中に含有される全ての前記Ｍｏの濃度を原子％で［全Ｍｏ］とする場合に、下記式（１）により表される合金化率Ａが１５％以上８０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱材料。
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
【請求項3】
Ｍｏ相とＴｉ相とが共存しており、
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏである放熱材料を含むことを特徴とする、放熱部品。
Ｔｉを３原子％以上５０原子％以下含有し、
残部がＭｏである放熱材料を含むことを特徴とする、放熱部品。
【請求項4】
前記放熱材料において、
Ｘ線回折法により測定される、放熱材料中の前記Ｍｏ相の割合を原子％で［Ｍｏ相］とし、放熱材料中に含有される全ての前記Ｍｏの濃度を原子％で［全Ｍｏ］とする場合に、下記式（１）により表される合金化率Ａが１５％以上８０％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の放熱部品。
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
Ｘ線回折法により測定される、放熱材料中の前記Ｍｏ相の割合を原子％で［Ｍｏ相］とし、放熱材料中に含有される全ての前記Ｍｏの濃度を原子％で［全Ｍｏ］とする場合に、下記式（１）により表される合金化率Ａが１５％以上８０％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の放熱部品。
式（１）：Ａ＝（１－［Ｍｏ相］／［全Ｍｏ］）×１００
【請求項5】
請求項３又は４に記載の放熱部品からなるベースプレートと、前記ベースプレートの上に設けられたセラミック層と、前記セラミック層の表面に静電気を発生させる電極と、を有することを特徴とする、静電チャック。
【請求項6】
請求項１又は２に記載の放熱材料を製造する方法であって、
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。
Ｍｏを含む粉末と、Ｔｉを含む粉末とを混合して、混合物を得る混合工程と、
前記混合物を焼結する焼結工程と、を備えることを特徴とする、放熱材料の製造方法。