特開 2024-22214 温度調整部材及び温度調整部材の製造方法

(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】P2024022214

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】温度調整部材及び温度調整部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240208BHJP

   H05B 3/74 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H05B3/74

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125635

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 渓太

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 駿

【テーマコード（参考）】

3K092

5F131

【Ｆターム（参考）】

3K092PP20

3K092QA03

3K092QA05

3K092QB02

3K092QB43

3K092RF03

3K092RF11

3K092RF19

3K092RF27

3K092VV21

5F131AA02

5F131BB03

5F131CA03

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA04

5F131EB11

5F131EB14

5F131EB15

5F131EB16

5F131EB17

5F131EB18

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】温度調整の対象物が取り付けられる面の温度分布の安定性を向上することができる温度調整部材及び温度調整部材の製造方法を提供する。
【解決手段】温度調整部材は、基体と、発熱体を内蔵し、前記発熱体の一部が露出する開口部が形成された絶縁体基板と、前記開口部を通じて前記発熱体に接続された電線と、前記基体と前記絶縁体基板とを接着する接着層と、を有し、前記基体には、前記開口部につながり、前記電線が通る貫通穴が形成されており、前記接着層は、前記基体と前記絶縁体基板との間の第１部分と、前記貫通穴を充填する第２部分と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
発熱体を内蔵し、前記発熱体の一部が露出する開口部が形成された絶縁体基板と、
前記開口部を通じて前記発熱体に接続された電線と、
前記基体と前記絶縁体基板とを接着する接着層と、
を有し、
前記基体には、前記開口部につながり、前記電線が通る貫通穴が形成されており、
前記接着層は、
前記基体と前記絶縁体基板との間の第１部分と、
前記貫通穴を充填する第２部分と、
を有することを特徴とする温度調整部材。

【請求項2】

前記絶縁体基板は、セラミック焼結体を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。

【請求項3】

前記第１部分と前記絶縁体基板との間に位置する第１接着補助層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調整部材。

【請求項4】

前記第１部分と前記基体との間に位置する第２接着補助層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調整部材。

【請求項5】

前記基体は、冷媒が流れる流路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調整部材。

【請求項6】

発熱体を内蔵し、前記発熱体の一部が露出する開口部が形成された絶縁体基板を準備する工程と、
前記開口部を通じて前記発熱体に電線を接続する工程と、
前記開口部につながり、前記電線が通る貫通穴が形成された基体を準備する工程と、
第１接着剤により、前記基体と前記絶縁体基板とを接着する工程と、
第２接着剤を前記貫通穴に充填する工程と、
前記第１接着剤及び前記第２接着剤を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする温度調整部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、温度調整部材及び温度調整部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェハ等の基板の温度を調整する温度調整部材では、絶縁体基板と基体とが接着剤を用いて貼り合わされている。絶縁体基板は、基板を加熱するための発熱体を内蔵し、絶縁体基板には、発熱体につながる開口部が形成されている。そして、発熱体に接続された電線が開口部内に設けられている。また、基体には、発熱体の開口部につながる貫通穴が形成されており、電線は貫通穴を通っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－１３３４０１号公報

【特許文献2】特開２０１９－１５６６４８号公報

【特許文献3】特許第３９９３４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の温度調整部材では、複数の温度調整部材の間で、温度調整の対象物が取り付けられる面（以下、「取付面」ということがある）の使用時の温度分布に相違が生じることがある。また、取付面の使用時の温度分布が、予め定められた範囲から外れることもある。

【0005】

本開示は、温度調整の対象物が取り付けられる面の温度分布の安定性を向上することができる温度調整部材及び温度調整部材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】

【0006】

本開示の一形態によれば、基体と、発熱体を内蔵し、前記発熱体の一部が露出する開口部が形成された絶縁体基板と、前記開口部を通じて前記発熱体に接続された電線と、前記基体と前記絶縁体基板とを接着する接着層と、を有し、前記基体には、前記開口部につながり、前記電線が通る貫通穴が形成されており、前記接着層は、前記基体と前記絶縁体基板との間の第１部分と、前記貫通穴を充填する第２部分と、を有する温度調整部材が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、温度調整の対象物が取り付けられる面の温度分布の安定性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る温度調整部材を例示する断面図である。

【図2】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示するフローチャートである。

【図3】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その１）である。

【図4】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その２）である。

【図5】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その３）である。

【図6】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その４）である。

【図7】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その５）である。

【図8】実施形態に係る温度調整部材の製造方法を例示する断面図（その６）である。

【図9】シミュレーションの結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本願発明者らは、従来の温度調整部材において、使用時の取付面の温度分布に相違が生じる原因を究明すべく鋭意検討を行った。この結果、絶縁体基板と基体との接着の際に接着剤が基体の貫通穴に流れ込むが、その量にばらつきがあることが明らかになった。例えば、複数の温度調整部材の間で、貫通穴に流れ込んだ接着剤の量が相違することがある。また、一つの温度調整部材に複数の貫通穴が設けられている場合には、これら複数の貫通穴の間で、流れ込んだ接着剤の量が相違することがある。例えば、基体の厚さが約４０ｍｍであり、同一の条件で温度調整部材を製造する場合であっても、基体の絶縁体基板とは反対側の面（下面）から５ｍｍ程度の位置まで接着剤が流れ込むこともあり、３０ｍｍ程度の位置まで接着剤が流れ込むこともある。そして、このような接着剤の流れ込み量の相違は、熱伝導率の相違につながり、使用時の取付面の温度分布に相違が生じるのである。

【0010】

貫通穴に流れ込んだ接着剤を除去するとしても、基体と絶縁体基板との間に接着剤を残しながら貫通穴の接着剤を完全に除去することは困難であり、貫通穴内に不可避的に接着剤が残存する。そして、不可避的に残存する接着剤の量を安定させることは困難であり、熱伝導率の相違が生じてしまう。

【0011】

本開示は、このような知見に基づきなされたものであって、接着剤の流れ込み量の相違があっても、取付面の温度分布の安定性を向上する。

【0012】

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0013】

本実施形態は温度調整部材に関する。図１は、実施形態に係る温度調整部材を例示する断面図である。

【0014】

図１に示すように、実施形態に係る温度調整部材１は、主要な構成要素として、基体１０と、第２接着補助層５２と、接着層２０と、第１接着補助層５１と、絶縁体基板３０と、電線４０とを有する。

【0015】

なお、本実施形態では、便宜上、基体１０から視て絶縁体基板３０が位置する側を上側又は一方の側、絶縁体基板３０から視て基体１０が位置する側を下側又は他方の側とする。また、各部位の絶縁体基板３０側の面を上面又は一方の面、基体１０側の面を下面又は他方の面とする。

【0016】

絶縁体基板３０は、例えば円板状の形状を有する。絶縁体基板３０の上面３０Ａに、温度を調整する対象物が取り付けられる。絶縁体基板３０はセラミック焼結体又はガラス等の絶縁体を含む。セラミック焼結体の材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられる。例えば、絶縁体基板３０の厚さは１ｍｍ～１０ｍｍ程度であり、絶縁体基板３０の比誘電率は１ｋＨｚの周波数で９～１０程度である。絶縁体基板３０は発熱体として機能する導電性パターン３１を内蔵する。導電性パターン３１は金属粒子の焼結体又は金属箔を含む。導電性パターン３１に電流を流すと、導電性パターン３１が発熱する。導電性パターン３１が発熱することで、絶縁体基板３０の上面３０Ａに取り付けられた基板等の対象物を加熱することができる。導電性パターン３１の絶縁体基板３０内の位置は特に限定されない。絶縁体基板３０は１つ以上の導電性パターン３１を内蔵することができる。絶縁体基板３０が、物体を静電吸着するための静電電極として機能する静電吸着パターンを含んでもよく、高周波電圧を印加してプラズマを引き寄せるパターンを含んでもよい。絶縁体基板３０が他の種々のパターンを含んでもよい。絶縁体基板３０が静電吸着パターンを含む場合、温度調整部材１は静電チャックとして使用することができる。

【0017】

絶縁体基板３０には、導電性パターン３１の一部が露出する開口部３２が形成されている。電線４０は、導体４１と、絶縁性の被覆４２とを有する。導体４１は、金属等の電気抵抗率が低い材料からなる。導体４１は、例えば単線又は撚線を有する。導体４１の外周面が被覆４２により覆われている。導体４１の一方の端部が導電性接合材４３により導電性パターン３１に接続されている。導電性接合材４３は、例えば、金属ろう、はんだ又は導電性接着剤である。導体４１と導電性パターン３１との間に、導電性接合材４３に加えて電極部材が含まれてもよい。

【0018】

基体１０は、例えば円板状の形状を有する。基体１０はアルミニウム等の金属又はセラミック焼結体を含む。基体１０の厚さは、例えば、２０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。基体１０には冷却媒が流れる流路１１が形成されている。冷却媒用の流路１１の基体１０内の位置は特に限定されない。基体１０には１つ以上の流路１１が形成されていてよい。流路１１に冷却媒を循環させ基体１０を冷却することで、絶縁体基板３０の上面３０Ａに取り付けられた基板等の対象物を冷却することができる。基体１０には、開口部３２につながり、電線４０が通る貫通穴１２が形成されている。

【0019】

接着層２０は基体１０と絶縁体基板３０とを接着している。接着層２０は、例えば高分子化合物を含む。接着層２０が高分子化合物から構成されてもよい。接着層２０の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂及びポリイミド樹脂が挙げられる。これらの複合材料が、接着層２０に用いられてもよい。また、接着層２０にフィラーが含まれていてもよい。フィラーの材料としては、例えば、シリカ、アルミナ及び窒化アルミニウムが挙げられる。

【0020】

接着層２０は、基体１０と絶縁体基板３０との間の第１部分２１と、貫通穴１２を充填する第２部分２２とを有する。例えば、基体１０の下面１０Ａと、第２部分２２の下面２２Ａとは面一である。なお、本開示において、第２部分２２が貫通穴１２を充填した状態は、第２部分２２が貫通穴１２の全体を過不足なく充填した状態のみを意味するのではない。貫通穴１２内の第２部分２２の体積が、貫通穴１２内の電線４０の体積を除いた貫通穴１２の容積（以下、「貫通穴１２の実質容積」ということがある）の９０％以上１００％未満である状態も、第２部分２２が貫通穴１２を充填した状態に含まれる。また、第２部分２２の体積が貫通穴１２の実質容積の１００％超１１０％以下となる範囲で第２部分２２の一部が貫通穴１２からはみ出た状態も、第２部分２２が貫通穴１２を充填した状態に含まれる。好ましくは、第２部分２２の体積は貫通穴１２の実質容積の９５％以上１０５％以下である。

【0021】

第１接着補助層５１は、接着層２０の第１部分２１と絶縁体基板３０との間に位置する。第１接着補助層５１は、例えば表面改質剤又はカップリング剤を含む。表面改質剤は、絶縁体基板３０の表面を、接着層２０を構成する接着剤と相互作用しやすくする。第１接着補助層５１が樹脂を含んでいてもよい。第１接着補助層５１は絶縁体基板３０と基体１０との間の接着強度を強くする。

【0022】

第２接着補助層５２は、接着層２０の第１部分２１と基体１０との間に位置する。第２接着補助層５２は、例えば表面改質剤又はカップリング剤を含む。表面改質剤は、基体１０の表面を、接着層２０を構成する接着剤と相互作用しやすくする。第２接着補助層５２が樹脂を含んでいてもよい。第２接着補助層５２は絶縁体基板３０と基体１０との間の接着強度を強くする。

【0023】

温度調整部材１は、このような構成を備えている。

【0024】

次に、実施形態に係る温度調整部材１の製造方法について説明する。図２は、実施形態に係る温度調整部材１の製造方法を例示するフローチャートである。図３～図８は、実施形態に係る温度調整部材１の製造方法を例示する断面図である。

【0025】

まず、図３に示すように、発熱体として機能する導電性パターン３１を内蔵し、導電性パターン３１の一部が露出する開口部３２が形成された絶縁体基板３０を準備する（ステップＳ１）。次いで、第１接着補助層５１を絶縁体基板３０の開口部３２が形成されている面に形成する（ステップＳ２）。次いで、開口部３２を通じて導電性パターン３１に電線４０を接続する（ステップＳ３）。電線４０は、例えば導電性接合材４３を用いて導電性パターン３１に接続する。なお、電線４０を導電性パターン３１に接続した後に第１接着補助層５１を形成してもよい。

【0026】

また、別途、図４に示すように、開口部３２につながり、電線４０が通る貫通穴１２が形成された基体１０を準備する（ステップＳ４）。次いで、基体１０の絶縁体基板３０に接着する面に第２接着補助層５２を形成する（ステップＳ５）。次いで、第２接着補助層５２上に液状の第１接着剤６１を設ける（ステップＳ６）。第１接着剤６１の量は、基体１０と絶縁体基板３０との間の距離が予め定められた距離である場合の基体１０と絶縁体基板３０との間の空間の容積よりも大きくする。

【0027】

その後、図５に示すように、第１接着剤６１を間に挟み、電線４０が貫通穴１２を通るようにして基体１０と絶縁体基板３０とを貼り合わせる（ステップＳ７）。

【0028】

次いで、図６に示すように、基体１０を絶縁体基板３０に押し付けることで、基体１０と絶縁体基板３０との間の距離を予め定められた距離にする。つまり、基体１０と絶縁体基板３０との間の距離を調整する（ステップＳ８）。この時、第１接着剤６１の一部は基体１０と絶縁体基板３０との間に留まり、他の一部は貫通穴１２に流れ出す。なお、基体１０を絶縁体基板３０に押し付ける際には、例えば、絶縁体基板３０の上面となる面が鉛直下方を向くようにして基体１０及び絶縁体基板３０を含む積層体を定盤等の支持部材２の上に載置し、基体１０を鉛直上方から絶縁体基板３０に向けて加圧する。

【0029】

次いで、図７に示すように、貫通穴１２に第２接着剤６２を充填する（ステップＳ９）。例えば、第２接着剤６２は第１接着剤６１と同種の接着剤である。第２接着剤６２の充填では、例えば、第２接着剤６２をシリンジに詰め、ニードルを通じて貫通穴１２内に第２接着剤６２を注入する。なお、貫通穴１２が第１接着剤６１により充填されている場合には、第２接着剤６２の充填は省略してよい。

【0030】

次いで、図８に示すように、第１接着剤６１及び第２接着剤６２を硬化させる（ステップＳ１０）。第１接着剤６１及び第２接着剤６２は、例えば加熱炉等を使用して硬化させる。この結果、第１部分２１及び第２部分２２を備えた接着層２０が形成される。貫通穴１２から第２部分２２が過剰にはみ出している場合には、第２部分２２の下面２２Ａが基体１０の下面１０Ａと面一になるようにはみ出している部分を除去する。ただし、下面２２Ａが下面１０Ａと完全に面一になる必要はなく、第２部分２２の体積が貫通穴１２の実質容積の９０％以上１１０％以下となればよい。

【0031】

このようにして、実施形態に係る温度調整部材１を製造することができる。

【0032】

温度調整部材１においては、接着層２０の第２部分２２が基体１０の貫通穴１２を充填する。このため、貫通穴１２内の接着層２０の量が安定し、貫通穴１２内の熱伝導率が安定する。従って、対象物が取り付けられる面である絶縁体基板３０の上面３０Ａの温度分布の安定性を向上することができる。

【0033】

また、貫通穴１２内の熱伝導率が安定するため、導電性パターン３１や流路１１の設計を変更する場合に、設計変更後の温度分布をシミュレーションしやすい。

【0034】

なお、温度調整部材１が第１接着補助層５１及び第２接着補助層５２の一方又は両方を含まなくてもよい。

【0035】

基体１０、第２接着補助層５２、接着層２０、第１接着補助層５１及び絶縁体基板３０に、対象物に吹き付けるガス、例えば不活性ガスが流れる流路が形成されていてもよい。

【0036】

ここで、本願発明者らが行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、実施形態に係る温度調整部材１から、貫通穴１２内の接着層２０の量を変化させた場合の、絶縁体基板３０の上面３０Ａの温度分布の変化を計算した。具体的には、基体１０の厚さが約４０ｍｍ、絶縁体基板３０の厚さが約７．０ｍｍ、接着層２０の第１部分２１の厚さが約０．２ｍｍであるとした。貫通穴１２内の接着層２０の量は５条件で変化させ、第２部分２２の下面２２Ａと基体１０の下面１０Ａとの間の距離で表すこととした。また、流路１１に流す冷媒の温度が２０℃とした。

【0037】

そして、貫通穴１２内の接着層２０の量の条件毎に、絶縁体基板３０の上面３０Ａの平均温度が６０℃となるように導電性パターン３１に流す電流を調整した場合の、上面３０Ａ内で貫通穴１２に直近の位置における温度を計算した。この結果を図９に示す。図９は、シミュレーションの結果を示す図である。図９の横軸は、下面２２Ａと下面１０Ａとの間の距離を示す。図９の縦軸は、貫通穴１２内に接着層２０が存在しない条件での温度を基準としたときに、他の条件での温度がどれだけ低いか（温度差）を示す。

【0038】

図９に示すように、貫通穴１２内の接着層２０の量に応じて、上面３０Ａ内で貫通穴１２に直近の位置における温度が相違する。また、貫通穴１２内の接着層２０の量が少ない場合ほど、貫通穴１２内の接着層２０の量の変化に対する温度差の変化が大きい。そして、例えば下面２２Ａと下面１０Ａとの間の距離が１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲で変化した場合には、０．０４℃もの温度差が生じるのに対し、距離が０ｍｍ～１０ｍｍの範囲で変化した場合の温度差は０．０１℃ですむ。

【0039】

このことは、第２部分２２により貫通穴１２が充填されていることで、上面３０Ａ内で貫通穴１２に直近の位置における温度のばらつきが抑制され、上面３０Ａの温度分布の安定性を向上できることを示している。また、第２部分２２の体積が貫通穴１２の実質容積の９０％以上１１０％以下であれば、下面２２Ａと下面１０Ａとが完全に面一でなくても、安定した温度分布を得られるといえる。

【0040】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 温度調整部材
１０ 基体
１０Ａ 下面
１２ 貫通穴
２０ 接着層
２１ 第１部分
２２ 第２部分
２２Ａ 下面
３０ 絶縁体基板
３０Ａ 上面
３１ 導電性パターン
３２ 開口部
４０ 電線
５１ 第１接着補助層
５２ 第２接着補助層
６１ 第１接着剤
６２ 第２接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】