(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に、前記第１の基板の表面から底部にかけて階段状に深くなる溝状の凹部を形成する工程と、
第２の基板に、前記溝状の凹部に適合した形状の階段状の土手状の凸部を形成する工程と、
前記土手状の凸部を前記溝状の凹部に嵌め込むように前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記溝状の凹部と前記土手状の凸部との間に階段状のチャネルを形成する工程と
を有することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の冷却装置の製造方法において、
前記階段状の側面を有する前記溝状の凹部を形成する工程及び前記階段状の側面を有する前記土手状の凸部を形成する工程は、
前記基板上に、開口幅が段階的に広くなるラインアンドスペースパターンを有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記基板を異方性エッチングし、前記基板に、前記ラインアンドスペースパターンの前記開口幅に応じて異なる深さを有する複数の溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして等方的な成分を含むエッチング条件で前記基板をエッチングし、隣接する前記溝を接続することにより、前記階段状の側面を形成する工程とを有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の冷却装置の製造方法において、
前記基板を異方性エッチングする工程では、パッシベーション膜を形成する第１のステップと異方性エッチングを行う第２のステップとを繰り返して行うエッチングにより、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の冷却装置の製造方法において、
前記基板は、シリコン酸化膜上にシリコン膜が形成されたＳＯＩ基板であり、
前記基板を異方性エッチングする工程では、最も深い前記溝のエッチングを、前記シリコン膜と前記シリコン酸化膜との界面で停止する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却装置の製造方法において、
前記溝状の凹部を形成した前記第１の基板の表面及び前記土手状の凸部を形成した前記第２の基板の表面に被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及びその製造方法に係り、特に、液冷方式の冷却装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＩＣチップやパッケージ、車載用パワー半導体等の電子部品や電子機器等では、動作時に発生する熱を効率的に取り除き、高い信頼性のもとに継続的に動作する機能を搭載することが求められている。例えば、サーバやＰＣには非常に多くの熱を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用されているため、そこから発生する熱を効率よく取り除くとともに、筐体内部や設置場所の温度環境を適正に維持することが求められている。また、装置の小型化・高速化の進展に伴い、電流密度が増加しひいては発熱量も多くなっており、熱を効率的に取り除くことがますます求められている。
【０００３】
発熱体を冷却する手法としては、例えば、ファンを備えたフィン付きヒートシンクを用いた空冷方式、機械式ポンプを用いて流体を流すことによる液冷方式等が挙げられる。現状では、技術の成熟度、ランニングコスト、信頼性等の面から、空冷方式が多く用いられている。一方、液冷方式は、液体の流量を調整することによって必要な冷却性能に制御することができ、また、取り除いた熱をまとめて所望の場所に集約できるため、設置場所の空調等を含めたシステム全体の省電力化に繋げることが可能となる。このため、今後、システムへの実装の容易性、信頼性、生産性等が向上できれば、能動的に必要な冷却性能を提供することが可能で、取り除いた熱を集約しやすい液冷方式が主流になる可能性が高い。
【０００４】
液冷方式の中では、マイクロオーダのディメンジョンをもつマイクロチャネルに液体を導入する冷却方式が注目されている。マイクロスケールの流れは層流であるとともに体積力よりも表面力（流体の粘性効果）の影響が大きくなる効果が現れるため、少ない流量の流体によって熱伝達率を向上することができる。これにより、熱源から発生した熱を効率よく移動させるとともに、必要な冷却性能を得ることができる。さらに、チャネルの幅及び高さはマイクロオーダであるため、冷却装置を小型化できるメリットもある。また、流体の使用量が少ないため、流体の移動エリアや保管エリアに対する設計の自由度が向上するメリットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０１９７３０号公報
【特許文献２】特開２００７−０１２７１９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】D. B. Tuckerman and R. F. W. Pease, "High-performance heat sinking for VLSI", IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-2, No. 5, May 1981, pp. 126-129
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液冷方式の冷却装置では、導入する流体の流量を増やすことにより、熱抵抗を減少、すなわち、より冷却することができる。しかしながら、流体の流量を増加することは、一方で、流体を流すためのエネルギー量の増大、流体が流れる配管等の部品への負荷増大による信頼性の低下、流体の保管量への信頼性低下などを引き起こすこともある。
【０００８】
このため、システム全体への負荷を軽減して信頼性を高めるという観点から、より少ない流量で所望の冷却性能を得ることができる冷却装置が望まれている。また、製造コスト、ひいては製品コストの低減の観点から、より簡便なプロセスで製造しうる高効率の冷却装置が望まれている。
【０００９】
本発明の目的は、高効率の冷却装置を簡便なプロセスで製造しうる冷却装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の一観点によれば、第１の基板に、前記第１の基板の表面から底部にかけて階段状に深くなる溝状の凹部を形成する工程と、第２の基板に、前記溝状の凹部に適合した形状の階段状の土手状の凸部を形成する工程と、前記土手状の凸部を前記溝状の凹部に嵌め込むように前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記溝状の凹部と前記土手状の凸部との間に階段状のチャネルを形成する工程とを有する冷却装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の冷却装置の製造方法によれば、２枚の基板を接合するだけの簡単なプロセスにより、冷却効率の高い階段状のチャネルを有する冷却装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態による冷却装置の構造を示す平面図及び断面図である。
【図２】図２は、冷却効果を検証するためのシミュレーションに用いた第１実施形態による冷却装置のモデルを説明する図である。
【図３】図３は、冷却効果を検証するためのシミュレーションに用いた比較例による冷却装置のモデルを説明する図である。
【図４】図４は、冷却効果についてシミュレーションを行った結果を示す図（その１）である。
【図５】図５は、冷却効果についてシミュレーションを行った結果を示す図（その２）である。
【図６】図６は、第１実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図７】図７は、第１実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図８】図８は、第１実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図９】図９は、エッチング深さとフォトレジスト膜の開口幅との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、フォトレジスト膜の開口幅の設定方法を説明するために用いた冷却装置の構造を示す概略断面図（その１）である。
【図１１】図１１は、フォトレジスト膜の開口幅の設定方法を説明するために用いた冷却装置の構造を示す概略断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第２実施形態による冷却装置の構造を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
第１実施形態による冷却装置及びその製造方法について図１乃至図１１を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態による冷却装置の構造を示す平面図及び断面図である。図２及び図３は、冷却効果を検証するためのシミュレーションに用いたモデルを説明する図である。図４及び図５は、冷却効果についてシミュレーションを行った結果を示す図である。図６乃至図８は、本実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図である。図９は、エッチング深さとフォトレジスト膜の開口幅との関係を示すグラフである。図１０及び図１１は、フォトレジスト膜の開口幅の設定方法を説明するために用いた冷却装置の構造を示す概略断面図である。
【００１５】
はじめに、本実施形態による冷却装置の構造について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態による冷却装置の平面図であり、図１（ｂ）は本実施形態による冷却装置の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１６】
本実施形態による冷却装置は、例えば図１に示すような平板状の基体１０を有している。基体１０内には、基体１０の表面に対して平行な方向に伸びる複数のチャネル（流路）１２が形成されている。チャネル１２は、マイクロオーダのディメンジョンを有する、いわゆるマイクロチャネルである。基体１０の表面は、冷却対象の熱源に対する接触面となる。
【００１７】
チャネル１２は、図１（ｂ）に示すように、基体１０表面の法線方向に対して傾いた細長い断面形状を有し側壁部分が階段形状である階段状のチャネルである。なお、図１には、７つのチャネル１２を有する冷却装置を示しているが、チャネル１２の数は、これに限定されるものではない。また、チャネル１２の基体１０表面からの深さは必ずしも一定である必要はなく、異なる深さにチャネル１２を設けるようにしてもよい。
【００１８】
チャネル１２は、その内部に冷却用の液体を流すためのものである。例えば図１（ａ）に矢印で示すように、チャネル１２の下側の開口部から液体を流入し、上側の開口部から流出させる。図１に示す冷却装置の前段には、複数のチャネル１２に液体を流入する入口部（図示せず）と、複数のチャネル１２から流出した液体を排出する出口部（図示せず）とが設けられる。
【００１９】
冷却用の液体（例えば水）を入口部から導入し、複数のチャネル１２を通過させる。チャネル１２内を液体が通過すると、冷却装置に接触して設けられた発熱体と液体との間で熱交換が行われ、導入した液体は導入時の温度よりも高い温度となってチャネル１２から流出する。複数のチャネル１２から流出した液体は、出口部から流出する。これにより、発熱体の温度上昇を抑制し、冷却することができる。
【００２０】
上述のように、本実施形態による冷却装置では、チャネル１２を、基体１０表面の法線方向に対して傾いた細長い断面形状とし、側壁部分を階段形状としている。これは、次のような理由による。
【００２１】
チャネル１２が発熱体の冷却に実質的に作用する幅は、基体１０の表面から投影的にみたチャネル１２の幅であり、例えば図１の冷却装置では、幅Ｗとなる。したがって、チャネル１２を基体１０表面の法線方向に対して傾いた断面形状とすることにより、基体１０表面の法線方向に平行な断面形状とした場合と比較して、チャネル１２が発熱体の冷却に実質的に作用する幅を広げることができる。また、チャネル１２の断面積を大幅に増加することなく発熱体の冷却に実質的に作用する幅を広げることができるので、発熱体を、より少ない流量の液体で効率的に冷却することが可能となる。また、側壁部分を階段形状とすることにより、チャネル１２の表面積を増加することができ、冷却効率を更に高めることができる。
【００２２】
次に、本実施形態による冷却装置の効果を検証した結果について図２乃至図５を用いて説明する。
【００２３】
冷却装置の効果を検証するためのシミュレーションにあたり、図２及び図３に示すように、幅０．４９ｍｍ、厚さ０．８２ｍｍ、長さ１０ｍｍの基体１０に、幅７０μｍ、高さ０．３６ｍｍのチャネル１２を形成したモデルを想定した。図２に示す冷却装置は、本実施形態の冷却装置に相当するモデルであり、チャネル１２の側面を、縦１８μｍ、横１２μｍの階段形状とした。図３に示す冷却装置は、比較例の冷却装置に相当するモデルであり、チャネル１２の断面形状は、基体１０の厚さ方向に長い矩形形状とした。図２の冷却装置のチャネル１２の断面積と図３の冷却装置のチャネル１２の断面積は同じである。
【００２４】
上記モデルを用いて冷却装置の熱抵抗をシミュレーションしたところ、図３に示す比較例の冷却装置では、チャネル１２内に３．４ｍｌ／ｍｉｍの流量で水を流したときの熱抵抗は、５．４℃／Ｗであった。これに対し、図２に示す本実施形態の冷却装置では、チャネル１２内に２．５ｍｌ／ｍｉｍの流量で水を流したときの熱抵抗は、４．９℃／Ｗであった。以上の結果から、本実施形態の冷却装置では、比較例の冷却装置と比較して、流量を約３０％の減らしたにもかかわらず、熱抵抗を１０％程度向上できることが判った。
【００２５】
次に、同様の冷却装置のモデルに１００Ｗ／ｃｍ２を印加したときの温度分布をシミュレーションした結果について図４及び図５を用いて説明する。
【００２６】
図４及び図５は、チャネル１２の左側の開口部から右側の開口部に向けて水を流したときの、冷却装置の温度分布を示したものである。図４は、冷却装置の下面側、すなわち、１００Ｗ／ｃｍ２の印加面側から見た図であり、図５は、冷却装置の上面側、すなわち、１００Ｗ／ｃｍ２の印加面とは反対の面側から見た図である。
【００２７】
図４及び図５に示すように、本実施形態の冷却装置は、比較例の冷却装置と比較して、冷却装置の温度を全体的に低くできることが判る。例えば、比較例と本実施形態の冷却装置での左側の端部の温度はそれぞれ２８．９℃と２７．２℃、右側の端部では５８．２℃と５６．２℃、下面では４９．７℃と４７．４℃、上面では４７．５℃と４４．５℃、横面では４８．１℃と４５．６℃であった。以上の結果から、本実施形態の冷却装置では、比較例の冷却装置と比較して、構造体の各面の温度上昇を約５％程度抑制できることが判った。
【００２８】
次に、本実施形態による冷却装置の製造方法について図６乃至図８を用いて説明する。
【００２９】
まず、基体１０の材料となる２枚の基板２０，３０を用意する。基板２０，３０は、熱伝導性のよい材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコン基板を適用することができる。
【００３０】
次いで、基板２０，３０上に、フォトリソグラフィにより、形成しようとするチャネル１２の形状に応じたライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンを有するフォトレジスト膜２２，３２を形成する（図６（ａ）、図７（ａ））。
【００３１】
フォトレジスト膜２２，３２のＬ／Ｓパターンは、形成しようとするチャネル１２の延在する方向に沿ったパターンであり、基本的には、深い溝を形成しようとする領域ほど開口幅の広いスペースパターンを有するＬ／Ｓパターンである。なお、フォトレジスト膜２２に形成するＬ／Ｓパターンの設計方法については、後述する。
【００３２】
次いで、フォトレジスト膜２２をマスクとして基板２０を異方性エッチングし、基板２０に、複数の溝２４を形成する。同様に、フォトレジスト膜３２をマスクとして基板３０を異方性エッチングし、基板３０に、複数の溝３４を形成する（図６（ｂ）、図７（ｂ））。基板２０，３０のエッチングの際に、フォトレジスト膜２２，３２の開口幅によってエッチングレートの異なるエッチング条件を用いることにより、フォトレジスト膜２２，３２の開口幅の幅に応じた深さの異なる溝２４，３４を形成することができる。
【００３３】
基板２０，３０のエッチングには、例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を適用することができる。ＤＲＩＥ法は、パッシベーション膜を形成する第１のステップと異方性エッチングを行う第２のステップとを繰り返して行うエッチング法であり、アスペクト比の高い溝を形成することができる。第１のステップとしては、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを例えば１３０ｓｃｃｍの流量で導入する６．３秒間の処理を適用することができる。第２のステップとしては、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入する７．５秒間の処理を適用することができる。
【００３４】
次いで、フォトレジスト膜２２をマスクとして、基板２０を、等方的なエッチング成分を含むエッチング条件でエッチングすることにより、溝２４を横方向に広げ、隣接する溝２４同士を接続する。同様に、フォトレジスト膜３２をマスクとして、基板３０を、等方的なエッチング成分を含むエッチング条件でエッチングすることにより、溝３４の幅を横方向に広げ、隣接する溝３４同士を接続する（図６（ｃ）、図７（ｃ））。
【００３５】
基板２０，３０のエッチングには、例えば、上記と同様のＤＲＩＥ法を適用することができる。第１のステップは、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入する６．３秒間の処理を適用することができる。第２のステップとしては、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で導入する８秒間の処理を適用することができる。図６（ｂ）、図７（ｂ）のエッチング工程よりもＳＦ６ガスの導入時間を増加することにより、エッチングの進行方向を微量に変化させることができる。
【００３６】
次いで、アッシング等によりフォトレジスト膜２０，３０を除去する。
【００３７】
こうして、基板２０の表面に、図６（ｄ）に示すような、一方の側面が垂直であり、他方の側面が階段状に高くなる土手状の凸部２６を形成する。また、基板３０の表面に、図７（ｄ）に示すような、一方の側面が垂直であり、他方の側面が階段状に深くなる溝状の凹部３６を形成する。凸部２６及び凹部３６の側面とは、凸部２６及び凹部３６の延在方向と交差する方向の面である。
【００３８】
なお、基板２０に形成する土手状の凸部２６と基板３０に形成する溝状の凹部３６とは、互いに適合する形状とする。具体的には、凸部２６の高さと凹部３６の深さを等しくし、階段状の段差の一段あたりの幅と高さとを等しくする。また、土手状の凸部２６の幅は、溝状の凹部３６の幅よりも、形成しようとするチャネル１２の幅分だけ狭くする。
【００３９】
次いで、基板２０の凸部２６と基板３０の凹部３６とが嵌合するように基板２０，３０を対向させ基板２０の凸部２６の垂直面と基板３０の凹部３６の垂直面とが接触するように基板２０，３０をスライドさせる（図８（ａ））。
【００４０】
この状態で基板２０，３０を接合することにより、内部に階段状のチャネル１２を有し、基板２０，３０により基体１０が形成された冷却装置を製造することができる（図８（ｂ））。基板２０，３０としてシリコン基板を用いた場合には、例えば１０００℃程度の温度で熱処理を行うことにより、基板２０，３０同士を容易に接合することができる。
【００４１】
次に、フォトレジスト膜２２のＬ／Ｓパターンの設計方法について図９乃至１１を用いて説明する。
【００４２】
図９は、基板に形成される溝の深さとフォトレジスト膜の開口幅（スペース）との関係の一例を示すグラフである。図９のグラフは、シリコン基板を下記条件のＤＲＩＥ法によりエッチングを行った場合の結果を示したものである。
【００４３】
レシピＡでは、パッシベーション膜を形成する第１のステップにおいて、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で７秒間導入した。また、異方性エッチングを行う第２のステップにおいて、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを１３．５６ＭＨｚで２０Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で８秒間導入した。
【００４４】
また、レシピＢでは、パッシベーション膜を形成する第１のステップにおいて、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒとした状態下にて、Ｃ４Ｆ８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で６．３秒間導入した。また、異方性エッチングを行う第２のステップにおいて、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５ｍＴｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態下にて、ＳＦ６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量で７．５秒間導入した。
【００４５】
図９に示すように、フォトレジスト膜の開口幅とエッチング深さとの関係はエッチング条件によって異なるが、形成される溝の深さは、フォトレジスト膜の開口幅が大きくなるにつれて徐々に深くなる傾向にある。したがって、形成しようとする溝２４，３４の深さに応じてフォトレジスト膜２２，３２の開口幅を規定することにより、基板２０に階段状の凸部２６を、基板３０に階段状の凹部を、形成することができる。
【００４６】
ここで一例として、図１０に示すような、深さが５０μｍで幅が１００μｍの開口部を階段状に７段積み重ねたチャネル１２を有する冷却装置を形成する場合を仮定する。この場合、基板２０に形成する凸部２６、基板３０に形成する凹部３６は、それぞれ、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すような形状となる。
【００４７】
基板２０，３０を加工するにあたり、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｅ、領域Ｆ、領域Ｇのエッチング量は、それぞれ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍとなる。これらエッチング量に対応するフォトレジスト膜の開口幅は、図９のレシピＢのエッチング条件を用いた場合、それぞれ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４．５μｍ、６μｍ、８．５μｍ、１４．５μｍとなる。
【００４８】
したがって、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｅ、領域Ｆ、領域Ｇに、それぞれ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４．５μｍ、６μｍ、８．５μｍ、１４．５μｍの開口幅を有するＬ／Ｓパターンを形成することにより、所望のエッチング量を実現することができる。
【００４９】
Ｌ／Ｓパターンのラインパターン幅は、等方的なエッチング成分を含むエッチング（図６（ｃ）、図７（ｃ）の工程）によって隣接する溝２４，３４同士を互いに接続できる間隔とする。上述のエッチング条件を用いた場合、特に限定されるものではないが、例えば、１〜２μｍ程度に設定することができる。
【００５０】
ラインパターン幅が狭すぎると、第１段階目のステップにおいて隣接する溝が接続され、所望の深さの溝を形成できなくなる虞がある。かかる観点から、ラインパターン幅は、１μｍ程度以上、より好ましくは２μｍ程度以上に設定することが望ましい。一方、ラインパターン幅を広くしすぎると、等方的なエッチング成分を含むエッチングのエッチング量が増加し、第１段階目のステップで形成した溝の形状を損なう虞がある。かかる観点から、ラインパターン幅は、５μｍ程度以下に設定することが望ましい。ただし、最適なラインパターン幅はエッチング条件によって異なるため、ラインパターン幅は、使用するエッチング条件に応じて適宜設定することが望ましい。
【００５１】
すなわち、領域Ａ〜領域Ｇにそれぞれ、１μｍ／１μｍ（２５周期）、１μｍ／２μｍ（１７周期）、１μｍ／３μｍ（１３周期）、１μｍ／４．５μｍ（９周期）、１μｍ／６μｍ（７周期）、１μｍ／８．５μｍ（５周期）、１μｍ／１４．５μｍ（１３周期（基体３０の凹部））のＬ／Ｓパターンを形成することにより、図１１に示す形状を実現することができる。
【００５２】
なお、フォトレジスト膜２２の開口幅とエッチング深さとの関係は、例えば図９に示すように、エッチング条件によって異なるものである。異なる基板を用いた場合も同様である。フォトレジスト膜２２に形成するＬ／Ｓパターンの開口幅は、使用するエッチング条件や形成しようとする溝の深さ等に応じて適宜設定することが望ましい。Ｌ／Ｓパターンのラインパターン幅についても、等方的なエッチング成分を含むエッチングのエッチング条件に応じて適宜設定することが望ましい。
【００５３】
異なる深さの溝を同時に形成することが困難な場合、例えば、一番浅い溝と一番深い溝をフォトレジスト膜の開口幅の制御だけでは一度のエッチングで形成できないような場合には、複数回のエッチングによって溝を形成するようにしてもよい。例えば、深さの異なる複数の溝を、比較的浅い溝を含む第１のグループと、比較的深い溝を含む第２のグループとに分け、グループ毎にフォトレジスト膜の形成とエッチングを行うようにしてもよい。複数の溝を、３つ以上のグループに分けるようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、基体１０の表面の法線方向に対して傾いた断面形状のチャネルを有する冷却装置を形成するので、発熱体を、より少ない流量の液体で効率的に冷却することができる。また、チャネルの断面形状を階段状とすることにより、チャネルの表面積を増加することができ、冷却効率を更に高めることができる。
【００５５】
また、階段状の側面を有する溝状の凹部を有する基板と、階段状の側面を有する土手状の凸部を有する基板とを接合することにより、階段状のチャネルを有する冷却装置を容易に製造することができる。また、階段状の側面を有する溝状の凹部や土手状の凸部は、マスクパターンの開口幅に応じてエッチング深さが異なるというエッチングの特性を利用することにより、一度に形成することができる。これにより、製造方法を複雑にすることなく、階段状のチャネルを有する冷却装置を容易に製造することができる。
【００５６】
［第２実施形態］
第２実施形態による冷却装置及びその製造方法について図１２及び図１３を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第１実施形態による冷却装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【００５７】
図１２は、本実施形態による冷却装置の構造を示す概略断面図である。図１３は、本実施形態による冷却装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００５８】
はじめに、本実施形態による冷却装置の構造について図１２を用いて説明する。
【００５９】
図１２に示すように、本実施形態による冷却装置は、基本的な構造は、図１に示す第１実施形態による冷却装置と同様である。本実施形態による冷却装置では、表面に被膜２８が形成された基板２０と、表面に被膜３８が形成された基板３０とを接合することにより、基体１０が形成されている。この結果、基板２０と基板３０とは、被膜２８，３８を介して接合されている。また、チャネル１２の内壁は、被膜２８，３８により覆われている。
【００６０】
基板２０，３０の表面に被膜２８，３８を形成する利点としては、例えば、基板２０，３０の接合を容易にすることができる点、チャネル１２の内壁を覆う材料の性質（例えば、疎水性等）を変化して液体を流れ易くすることができる点、等が挙げられる。
【００６１】
基板２０，３０の接合を容易にしうる材料としては、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁材料や、Ａｕ膜等の金属材料が挙げられる。これらの膜の下層に下地膜を更に形成するようにしてもよい。例えば、被膜２８，３８としてＡｕ膜を用いる場合、Ｃｒ膜などの下地膜を形成するようにしてもよい。
【００６２】
次に、本実施形態による冷却装置の製造方法について図１３を用いて説明する。
【００６３】
まず、第１実施形態による冷却装置の製造方法と同様にして、凸部２６が形成された基板２０と、凹部３６が形成された基板３０を形成する。
【００６４】
次いで、凸部２６が形成された基板２０の表面に、被膜２８を形成する（図１３（ａ））。
【００６５】
また、凸部３６が形成された基板３０の表面に、被膜３８を形成する（図１３（ｂ））。
【００６６】
なお、ＤＲＩＥ法によるシリコンのエッチング条件によってはＤＲＩＥ特有の細かな段差（一般にスキャロップと呼ばれている）が側壁に形成されるため、被膜を形成する前に、短時間のシリコンのウェットエッチングを実施してもよい。例えば、ＨＮＯ３（７０％）：Ｈ２Ｏ：ＮＨ４Ｆ（４０％）＝１２６：６０：５の混合比で作製したエッチング液を用いた３０秒間のエッチングを適用することができる。
【００６７】
被膜２８，３８の膜厚は、チャネルのサイズの変化量を考慮し、かつ接合を容易にする膜厚が望ましく、例えば、１００ｎｍ〜２μｍ程度とするのが好ましい。
【００６８】
被膜２８，３８の形成方法は、特に限定されるものではなく、被膜２８，３８の材料等に応じて適宜選択することができる。例えば、また、被膜２８，３８としてシリコン酸化膜を用いる場合には、熱酸化法を適用することができる。また、被膜２８，３８としてＡｕ膜（下地膜としてのＣｒ膜）を用いる場合には、スパッタリング法等を適用することができる。
【００６９】
次いで、第１実施形態の場合と同様に、基板２０，３０を接合し、本実施形態の冷却装置を完成する（図１３（ｃ））。
【００７０】
この際、被膜２８，３８としてシリコン酸化膜を用いた場合には、１０００℃程度の温度で加熱することにより、被膜２８，３８間の水素結合によって生じたＯＨ基の脱水によるシロキサン結合によって接合することができる。このため接合部分におけるボイドの発生を抑制しつつ、安定した接合強度を保つ接合を実現することができる。
【００７１】
また、被膜２８，３８としてＡｕ膜を用いた場合には、圧力をかけながら４００℃程度の温度で加熱することにより接合することができる。この場合、シリコン酸化膜を用いた場合の接合よりも低温化することができ、基板の昇温や冷却に要する時間を短縮することができる。
【００７２】
これにより、基板２０，３０の接合を容易にすることができる。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、階段状の側面を有する溝状の凹部を有する基板と階段状の側面を有する土手状の凸部を有する基板とを接合する前に、これら基板の表面に被膜を形成するので、基板同士の接合を容易にすることができる。
【００７４】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、凸部２６及び凹部３６の一方の側面のみを階段状にしたが、凸部２６及び凹部３６の両方の側面を階段状にしてもよい。この場合、一対の凸部２６と凹部３６との間に、逆方向に傾いた２つのチャネルを形成することができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、基板２０に形成する凸部２６の階段状の側面と、基板３０に形成する凹部３６の階段状の側面とを、互いに噛み合う形状としたが、凸部２６の階段状の側面と凹部３６の階段状の側面とは、必ずしも互いに噛み合う形状である必要はない。凸部２６と凹部３６の形状は、凹部３６内に凸部２６が嵌め込まれる形状であり、凸部２６と凹部３６との間に、基体１０の法線方向に対して傾いた断面形状のチャネル１２が形成できるものであればよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、フォトレジスト膜をマスクとして基板をエッチングしたが、必ずしもフォトレジスト膜をマスクに用いる必要はない。例えば、基板上に予めハードマスクとなる膜を形成しておき、フォトレジスト膜のパターンをハードマスクに転写した後、このハードマスクをマスクとして基板をエッチングするようにしてもよい。ハードマスクは、基板に対してエッチング選択性のある材料であれば、特に限定されるものではない。例えば、基板としてシリコン基板を用いる場合、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のハードマスクを適用することができる。
【００７８】
また、上記実施形態では、基体となる基板としてシリコン基板を用いたが、基板は、熱伝導性のよい材料であれば特に限定されるものではない。シリコン基板は、ボロンなどのｐ型不純物やリンやアンチモンなどのｎ型不純物をドープして導電性を付与したシリコン基板であってもよい。
【００７９】
また、基板として、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いるようにしてもよい。この場合、最も深い溝の深さとＳＯＩ層の厚さとが同じになるように設計しておけば、最も深い溝の底部に埋め込み酸化膜層が露出した段階でエッチングを制御性よく停止することができる。また、溝の底部の平坦性を向上することができ、基板を貼り合わせる際の密着性を向上することができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、エッチング深さのマスク膜の開口幅依存性を利用して、階段状の側面を有する土手状の凸部及び溝状の凹部を形成したが、必ずしも上記方法により基板を加工する必要はない。機械加工技術、例えば、バイトを用いた切削加工、レーザ加工、マイクロブラスト加工等により、基板上に、階段状の側面を有する土手状の凸部及び溝状の凹部を形成するようにしてもよい。
【００８１】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８２】
（付記１）  第１の基板に、前記第１の基板の表面から底部にかけて階段状に深くなる溝状の凹部を形成する工程と、
第２の基板に、前記溝状の凹部に適合した形状の階段状の土手状の凸部を形成する工程と、
前記土手状の凸部を前記溝状の凹部に嵌め込むように前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記溝状の凹部と前記土手状の凸部との間に階段状のチャネルを形成する工程と
を有することを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８３】
（付記２）  付記１記載の冷却装置の製造方法において、
前記階段状の側面を有する前記溝状の凹部を形成する工程及び前記階段状の側面を有する前記土手状の凸部を形成する工程は、
前記基板上に、開口幅が段階的に広くなるラインアンドスペースパターンを有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記基板を異方性エッチングし、前記基板に、前記ラインアンドスペースパターンの前記開口幅に応じて異なる深さを有する複数の溝を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして等方的な成分を含むエッチング条件で前記基板をエッチングし、隣接する前記溝を接続することにより、前記階段状の側面を形成する工程とを有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８４】
（付記３）  付記２記載の冷却装置の製造方法において、
前記基板を異方性エッチングする工程では、パッシベーション膜を形成する第１のステップと異方性エッチングを行う第２のステップとを繰り返して行うエッチングにより、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８５】
（付記４）  付記３記載の冷却装置の製造方法において、
前記等方的な成分を含むエッチング条件で前記基板をエッチングする工程では、パッシベーション膜を形成する第１のステップと、前記基板を異方性エッチングする工程の前記第２のステップよりもエッチングが進行する条件で異方性エッチングを行う第２のステップとを繰り返して行うエッチングにより、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８６】
（付記５）  付記２乃至４のいずれか１項に記載の冷却装置の製造方法において、
前記基板は、シリコン酸化膜上にシリコン膜が形成されたＳＯＩ基板であり、
前記基板を異方性エッチングする工程では、最も深い前記溝のエッチングを、前記シリコン膜と前記シリコン酸化膜との界面で停止する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８７】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置の製造方法において、
前記溝状の凹部を形成した前記第１の基板の表面及び前記土手状の凸部を形成した前記第２の基板の表面に被膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８８】
（付記７）  付記６記載の冷却装置の製造方法において、
前記被膜は、Ａｕ膜である
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００８９】
（付記８）  付記６記載の冷却装置の製造方法において、
前記第１の基板及び前記第２の基板は、シリコン基板であり、
前記被膜は、シリコン酸化膜である
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【００９０】
（付記９）  基体と、
前記基体に形成され、第１の方向に延在するチャネルであって、前記第１の方向と交差する方向の断面形状が階段状であるチャネルと
を有することを特徴とする冷却装置。
【符号の説明】
【００９１】
１０…冷却装置
１２…チャネル
２０，３０…基板
２２，３２…フォトレジスト膜
２４，３４…溝
２６…凸部
２８，３８…被膜
３６…凹部
【図１】
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【図２】
0005434682.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005434682.tif 000006
【図６】
0005434682.tif 000007
【図７】
0005434682.tif 000008
【図８】
0005434682.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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