JP2014082476A

JP2014082476A - 流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置

Info

Publication number: JP2014082476A
Application number: JP2013197025A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fujio; 和彦藤尾; Keiichi Sekiguchi; 敬一関口; Yusaku Ishimine; 裕作石峯
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP6162558B2

Abstract

【課題】熱応力に対する信頼性の向上した流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置を提供する。
【解決手段】被処理物が載置される蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに接続された複数の側壁部とを備え、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流体が流れる方向に直交する断面視において、前記複数の側壁部のうち少なくとも１つが、前記底板部から前記蓋体部にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部とされていることから、蓋体部と側壁部との接続部に生じる熱応力を軽減することができるので、熱応力に対する流路部材の信頼性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置に関する。

内部に流路を有する流路部材は、流路に流体を流すことによって、流路部材と流路部材に接する他の部材とで熱交換を行なうことができ、それにより、流路部材に接する他の部材の温度を調節することができる。

例えば、特許文献１には、ウェハを固定して、ドライエッチングやＣＶＤ処理を行なうために用いられる静電チャックとして、複数のセラミック層からなり、前記複数のセラミック層のうち中間のセラミック層に冷媒流路が形成されており、また前記中間のセラミック層よりも下方のセラミック層に前記冷媒流路に冷媒を送る供給流路及び前記冷媒流路から冷媒を排出する戻し流路が形成されている冷媒流路を備えた静電チャックが開示されている。

特開平３−108737号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構成の静電チャックでは、プラズマや電子ビームの照射によってウェハが急激に温度上昇したとき、ウェハを載置している部位における温度も上昇し、このウェハを載置している部位とその下層との接続部分には熱が籠りやすくなる傾向がある。そして、この籠った熱が高いときには、冷媒流路を流れる冷媒との温度差によって熱応力が生じて接続部分が破壊するという問題があった。そのため、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材が求められている。

それゆえ本発明は、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の流路部材は、被処理物が載置される蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに接続された複数の側壁部とを備え、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流体が流れる方向に直交する断面視において、前記複数の側壁部のうち少なくとも１つが、前記底板部から前記蓋体部にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部とされていることを特徴とするものである。

また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材の蓋体部の表面または内部に金属部材が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体製造装置は、上記構成の流路部材の蓋体部の内部に金属部材が設けられている熱交換器を備えることを特徴とするものである。

本発明の流路部材によれば、第１の側壁部における蓋体部と接する幅が狭いことによって、蓋体部側での熱交換効率を向上でき、熱の籠りを抑制できる。それにより、蓋体部と
側壁部との接続部が破壊されることが抑制できるので、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材とすることができる。

また、本発明の熱交換器によれば、信頼性の向上した熱交換器とすることができる。

また、本発明の半導体製造装置によれば、上記構成の熱交換器を備えることから、熱応力に対する信頼性の向上した半導体製造装置とすることができる。

本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。本実施形態の流路部材の他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、（ａ）は第１の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次短くなっている流路部材であり、（ｂ）は第１の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次長くなっている流路部材である。本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、（ａ）は第１の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次広くなっている流路部材であり、（ｂ）は第１の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次狭くなるっている流路部材である。本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体が流れる方向に対して水平な断面を示す断面図であり、（ａ）は蛇行状の流路、（ｂ）はスパイラル状の流路である。本実施形態の熱交換器を備える半導体製造装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明の流路部材の実施の形態の例を説明する。

図１は、本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。なお、以降の図において同一の構成は、同一の符号を用いて説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の流路部材10は、被処理物が載置される蓋体部１と、底板部３と、蓋体部１と底板部３とに接続された複数の側壁部２とを備え、蓋体部１、底板部３、側壁部２とで囲まれた空間が流路４とされ、内部に流路４を有する流路部材10とされている。また、本実施形態の流路部材10では、流体が流れる方向に直交する断面視において、複数の測壁部２のうち少なくとも１つが、底板部３から蓋体部１にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部２ａとされている。なお、図１（ｂ）においては、流路４
の断面を示す流路口４ａとして示している。また、図１を含め、図２〜図６においては、７本の側壁部２のうち、外壁を除く５本が第１の側壁部２ａとされている例を示している。

ここで、底板部３から蓋体部１にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部２ａとは、図１（ｂ）に示すように、第１の側壁部２ａの底板部３と接する部位の幅を２ｂ、第１の側壁部２ａの蓋体部１と接する部位の幅を２ｃとしたとき、底板部３に接する部位の幅２ｂに対して蓋体部１に接する幅２ｃが狭いものである。このような構成を満たしていることにより、流路４に冷却流体を流すことで、熱が籠りやすい蓋体部１と第１の側壁部２ａとの接続部を効率よく冷却でき、熱応力の発生を抑えることで、蓋体部１と第１の側壁部２ａとの接続部が破壊されることが抑制される。それにより、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材10とすることができる。特に、流路部材10の蓋体部１に接するその他の部材との熱交換効率を高くするために、蓋体部１の厚みを底板部３の厚みよりも薄くした場合には、この効果がより発揮されるため有効である。なお、以下の説明において特に断りのない限り、流路４に冷却流体を流す場合について説明する。

また、被処理物が温度分布を生じるときは、側壁部２間の間隔を適宜調整するほか、第１の側壁部２ａの幅の広がり具合を適宜調整することで、被処理物の均熱化を図ることができる。例えば、被処理物の中央部の温度が高く、外側が低いときには、流路部材10における側壁部２の間隔を調整して中央部の側壁部２の間隔を広くし、外側の間隔を狭くすればよい。

ここで、流路部材10を構成する蓋体部１、側壁部２および底板部３は、金属や樹脂またはセラミックス等で作製することができる。また、蓋体部１、側壁部２および底板部３は、それぞれ同じ材質で作製されてもよく、異なる材質で作製されてもよい。なお、流路４に腐食性の高いガスや液体を流すときには、各部材をセラミックスで作製することが好適である。セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化硼素、コージェライト、ムライトまたはこれらの複合物を用いることができる。

特に、本実施形態の流路部材10は、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体からなることが好ましい。ここで、主成分とは、焼結体を構成する全成分100質量％のうち80質量
％以上の割合で占める成分のことをいう。そして、本実施形態の流路部材10が、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体からなるときには、優れた機械的特性や耐食性に加えて、熱伝導率が高いことから熱交換効率の向上した流路部材10とすることができる。また、炭化珪素質焼結体は、主成分である炭化珪素が、他のセラミックス、例えばアルミナと比べて比重が小さく流路部材10の軽量化が図れるものであることから、大型の流路部材10が必要な場合に有用である。

ここで、本実施形態の流路部材10では、少なくとも底板部３から蓋体部１にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部２ａを有する構成となっていることから、側壁部２を同じ幅の構成とした場合よりも流路４の体積を大きく（流路４を構成する側壁部２の表面積を広く）することができる。それにより、流路４を流れる冷却流体との熱交換効率の向上を図ることができる。

また、本実施形態の流路部材10がセラミックスからなるとき、熱交換効率を高く維持若しくはさらに向上させるには、第１の側壁部２ａを含む側壁部２を構成するセラミックスとして熱伝導率の高いセラミックスを用いることが好適である。これは、蓋体部１に伝搬した熱が、効率よく側壁部２に伝搬し、それにより側壁部２と流体とで効率よく熱交換を行なうことができるからである。

例えば、第１の側壁部２ａを含む側壁部２を、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体とし、蓋体部１および底板部３をアルミナを主成分とするセラミック焼結体とすれば、熱交換効率に優れた流路部材10とすることができるうえに、蓋体部１と底板部３とを炭化珪素よりも原料価格が低いアルミナで作製することで、流路部材10の製造コストを下げることができる。

なお、流路部材10がセラミックスからなるとき、主成分を含め成分の結晶構造は、流路部材10から所定の大きさの試料を切り出してＸ線回折装置（ＸＲＤ）で測定し、同定することによって確認することができる。また、各成分の元素の含有量については、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付設のエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）で測定することによって確認することができる。また、ＩＣＰ発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて各元素の含有量を求め、結晶構造に基づいて、炭化物、酸化物、窒化物等に換算することによって結晶構造に基づいた含有量を確認することもできる。

図２は、本実施形態の流路部材の他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。

図２に示す本実施形態の流路部材20は、第１の側壁部２ａの幅が、底板部３から蓋体部１にかけて段階的に狭くなっている。

このような構成とすれば、流路４に流れる冷却流体が乱流を生じやすくなることから、熱交換効率の向上を図ることができる。また、流路４は、底板部３側が蓋体部１側に比べて幅が狭くなっていることから、底板部３側での流速が早くなり、底板部３側にゴミなどが溜まりにくくなり、冷却流体の流れをスムーズにすることができることから、熱交換効率を高くすることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の流路部材20は、流路口４ａの高さ４ｂに対して、第１の側壁部２ａの蓋体部１と接する幅が最も狭い部位における高さ方向の長さ（以下、単に高さという場合がある。）２ｄが、30％以上45％以下であることが好ましい。この範囲であれば、流路部材として必要とされる熱交換効率と機械的強度とを備える信頼性の高い流路部材20とすることができる。

なお、図１（ａ）および図２（ａ）では、７本の側壁部２のうち５本の側壁部を第１の側壁部２ａとして示しており、側壁部２の一部を第１の側壁部２ａとすれば上記のような効果を得られるが、全ての側壁部２が、底板部３から蓋体部１にかけて幅が狭くなった第１の側壁部２ａとされているものであってもよいことはいうまでもない。

図３は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。

図３に示す本実施形態の流路部材30は、断面図において、第１の側壁部２ａが少なくとも蓋体部１側の１段目と、この１段目の底板部３側に接合される２段目とを有し、２段目における１段目側の少なくとも一部が、１段目に向けて突出する凸部２ｆを有している。なお、図３では、１段目と、２段目と、２段目の底板部３側に接合される３段目とを有しており、２段目および３段目のそれぞれの１段目側に凸部２ｆを有する形状となっている。

流路部材30は、第１の側壁部２ａの２段目における１段目側の少なくとも一部に、１段目に向けて突出する凸部２ｆを有していることによって、高い圧力の流体を流したときや蓋体部１が物理的衝撃を受けたとき等に、第１の側壁部２ａの１段目と２段目との接合部において、１段目がずれることによる破壊を抑制でき、信頼性の向上した流路部材30とすることができる。なお、２段目においても同様の効果を得ることができる。さらに、図３（ｂ）に示すように２段目および３段目のそれぞれの１段目側に凸部２ｆを有する形状とすることによって、第１の側壁部２ａの表面積を広くすることができるとともに、流路４を流れる流体が乱流を発生し易くなることから、第１の側壁部２ａと流体との熱交換効率の向上を図ることもできる。

図４は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。

図４に示す本実施形態の流路部材40は、蓋体部１のうち流路４を構成する部位が、流路側に向けて湾曲している例を示している。

このような構成とすれば、流路４の体積（蓋体部１の流路４側の表面積）を大きくすることができる。それにより、熱交換の対象となる部材と流体との熱交換効率の向上を図ることができる。さらに、流路４に高い圧力の流体を流したときや蓋体部１が物理的衝撃を受けたとき等に、蓋体部１と第１の側壁部２ａとの接合部において、第１の側壁部２ａがずれることによる破壊を抑制でき、信頼性の向上した流路部材40とすることができる。

なお、流路４の破損を抑制するとともに、熱交換効率の減少を抑制するためには、蓋体部１のうち流路４を構成する部位における流路側に向けての湾曲度合が0.01ｍｍ以上であって、流路４の高さ４ｂに対して20％以下であることが好ましい。湾曲度合いとは、例えば、図４に示すＡの部分のように、蓋体部１側の流路口４ａのコーナー同士を結んだ線と、最も流路側に湾曲している部分の垂線の距離で表される。

図５は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、（ａ）は第１の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次短くなっている流路部材であり、（ｂ）は第１の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次長くなっている流路部材である。

流路部材50（50ａ・50ｂ）を、第１の側壁部２ａの最も幅の狭い部位における高さ方向の長さを、両端に位置する第１の側壁部２ａから中央部に位置する第１の側壁部２ａの方に向けて漸次異なっている構成とすることで、中央部側または端部側（外側）に向けて温度勾配が傾斜的になり、熱交換の対象となる部材の温度分布を均一に近づけることができる。

例えば、熱交換の対象となる被処理物が端部側で温度が高い場合には、図５（ａ）に示す流路部材50ａのような構成とすることで、端部側に位置する流路４の体積を増やすことができ、端部側での熱交換をより有効にできる。

一方、例えば、熱交換の対象となる被処理物が中央部側で温度が高い場合には、図５（ｂ）に示す流路部材50ｂのような構成とすることで、中央部側に位置する流路４の体積を増やすことができ、中央部側での熱交換をより有効にできる。

このように、熱交換の対象となる被処理物の温度分布にあわせて、図５（ａ）または図
５（ｂ）の形態を適宜用いれば、熱交換の対象となる被処理物の温度分布を均一に近づけることができる。

図６は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、（ａ）は第１の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次広くなっている流路部材であり、（ｂ）は第１の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次狭くなっている流路部材である。

流路部材60（60ａ・60ｂ）を、第１の側壁部２ａの幅の最も幅の狭い部位における幅が、両端に位置する前記第１の側壁部から中央部に位置する第１の側壁部の方に向けて漸次異なっていること構成とすることで、中央部側または端部側（外側）に向けて温度勾配が傾斜的になり、熱交換の対象となる部材の温度分布を均一に近づけることができる。

例えば、熱交換の対象となる被処理物が端部側で温度が高い場合には、図６（ａ）に示す流路部材60ａのような構成とすることで、中央部の流路の体積は小さく、言い換えれば端部側（外側）の流路の体積を中央部に比べて大きくすることができるので、端部側での熱交換をより有効にできる。

一方、例えば、熱交換の対象となる被処理物が中央部側で温度が高いもしくは低い場合には、図６（ｂ）に示す流路部材60ｂのような構成とすることで、中央部の流路の体積を端部側（外側）の流路の体積に比べ大きくすることができるので、中央部側での熱交換をより有効にできる。

このように、熱交換の対象となる被処理物の温度分布に合わせて、図６（ａ）または図６（ｂ）の形態の流路部材60を用いることで、効率よく熱交換の対象となる被処理物の温度分布を均一に近づけることができる。なお、ここまでは、第１の側壁部２ａ最も狭い部分の幅について説明してきたが、図６のように第１の側壁部２ａの幅が３段階に変化した状態の形態の場合、各段ごとに中央部に向けて漸次狭くするものであってもよい。

また、ここまでは、第１の側壁部２ａが階段状である場合で説明してきたが、第１の側壁部２ａの形状はこれに限定されるものでもなく、図１のようにテーパーで形成されていてもよく、必要に応じて第１の側壁部２ａの形状を選定すればよい。

なお、第１の側壁部２ａの形状や蓋体部１の湾曲度合は、各流路部材の切断面を公知の光学顕微鏡やマイクロスコープなどを用いて確認することができる。

図７は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体が流れる方向に対して水平な断面を示す断面図であり、（ａ）は蛇行状の流路、（ｂ）はスパイラル状の流路である。

図７に示す本実施形態の流路部材70は、流路部材中で一本の流路４として形成された構成とされている。

例えば、供給口が１箇所であり複数の流路４に分配されるときには、流体が、流体にかかる圧力が低い流路に流れやすく、熱交換にバラツキが生じる傾向があるが、図７に示すように、流路部材中で一本の流路４として形成すれば、流体を流路４の全体に効率よく流すことができる。それゆえ熱交換の対象となる部材と流体との熱交換効率の向上を図ることができる。また、図７（ａ）に示す蛇行状の流路４を有する流路部材70ａや、図７（ｂ）に示すスパイラル状の流路４を有する流路部材70ｂとすることによって、流路部材の内
部に流体を長く留まらせることができるので、熱交換を効率よく行なうことができる。

また、本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部の表面１ａまたは内部に金属部材を設けることにより、熱交換器とすることができる。

このような熱交換器において、例えば、蓋体部１の表面１ａに金属部材を設け、さらに金属部材の表面に発熱部材を配置したときには、発熱部材により生じた熱が、金属部材に効率良く伝達され、その伝達された熱が蓋体部１を介してさらに各側壁部２に伝達される。それにより、流路を流れる流体と効率よく熱交換することができる。さらに、本実施形態の流路部材10〜70が、信頼性の高いものであることから、熱交換器についても信頼性の高いものとなる。なお、本実施形態の熱交換器においては、発熱部材としてＬＥＤ素子やパワー半導体などの発熱を生じる電子部品を配置する場合に、特に有効である。

図８は、本実施形態の熱交換器を備える半導体製造装置の一例を示す概略図である。

この半導体製造装置80は、ウェハ82のプラズマ処理装置であり、ウェハ82が、本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部１の内部に金属部材11が設けられてなる熱交換器81に載置されている例を示している。そして、流路部材10〜70は、供給口５に供給チューブ７が、排出口６に排出チューブ８が接続され、高温もしくは低温の気体または液体等の流体を、流路部材10〜70の内部に有する流路４に流すことによってウェハ82の加熱または冷却を行なうものである。

また、ウェハ82の上方にはプラズマを発生させるための上部電極12を備えるとともに、熱交換器81を構成する流路部材10〜70の蓋体部１の内部にある金属部材11を、プラズマを発生させるための下部電極として利用し、この下部電極である金属部材11と上部電極12との間に電圧を印加することにより、下部電極である金属部材11と上部電極12と間に生じさせたプラズマをウェハ82に当てることができるようになっている。そして、熱交換器81が本実施形態の流路部材10〜70を備えていることから、プラズマ処理する際に高温となる下部電極としての金属部材11を安定した温度に維持することができる。また、ウェハ82の温度も制御されることから、寸法精度の高い加工ができる。

また、図８では金属部材11をプラズマ発生用の下部電極として用いた例を示したが、金属部材11に電流を流すことによって加熱すれば、流体の温度調整を行なうこともできる。さらに、蓋体部１を誘電体材料により形成し、金属部材11を静電吸着用の電極として用い、金属部材11に電圧を印加すれば、ウェハ82と誘電体層との間に生じるクローン力やジョンソン・ラーベック力などの静電吸着力によってウェハ82を吸着・保持することもできる。

このように、本実施形態の熱交換器81は、信頼性の高い本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部１の内部に金属部材11が設けられていることから、熱交換効率が高く、長期間の使用に耐え得る信頼性の高い熱交換器81とすることができる。

そして、本実施形態の熱交換器81を備える本実施形態の半導体製造装置80は、半導体素子の製造や検査に支障をきたすことの少ない信頼性の高い半導体製造装置とすることができる。また、本実施形態の半導体製造装置80としては、その一例を示す図８のプラズマ処理装置の他にスパッタ装置、レジスト塗布装置、ＣＶＤ装置やエッチング処理装置等があり、これらの装置においても本実施形態の熱交換器81を備えることにより、上述した効果を得ることができる。

以下、本実施形態の流路部材の製造方法の一例について示す。なお、以降の説明におい
ては、図１〜図７に示す形状に特化した場合を除き、以降の流路部材には符号を付さずに説明する。

まず、流路部材の作製にあたって、蓋体部１と、それ以外となる底板部３と側壁部２とが一体に形成された凹部を有する基体（以下、単に基体とも記載する。）との成形体を得た後、接合剤を用いて蓋体部１と基体とを接合することによって流路部材となる成形体を得る工程について説明する。

純度が90％以上であり平均粒径が１μｍ程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒し、１次原料とする。次に、噴霧乾燥して造粒した１次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外し、切削加工を施す。

なお、この切削加工において、基体となる成形体については、外形と流路を構成する凹部を所望の形状に加工するとともに、流体の供給口および排出口を形成する。

次に、流路部材の蓋体部１は、静水圧プレス法やスラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法やスラリーを造粒した後にロールコンパクション成形法によって作製したグリーンシートによって得られた成形体を形成する。

次に、蓋体部１となる成形体と、基体となる成形体とを接合する。接合に用いる接合剤としては、蓋体部１となる成形体および基体となる成形体の作製に用いたセラミック原料、焼結助剤、バインダ、分散剤および溶媒を所定量秤量して混合して作製したスラリーからなる接合剤を用いる。そして、蓋体部１となる成形体および底板部３と側壁部２とを構成する基体となる成形体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布し、底板部３と側壁部２とを構成する基体となる成形体および蓋体部１となる成形体とが一体化した接合成形体を得る。そして、この接合成形体をセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成することにより、本実施形態の流路部材を得ることができる。

また、製造方法の他の例としては、上記と同様の方法で蓋体部１となる成形体および基体となる成形体をセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成して、基体および蓋体部１の焼結体を得る。その後、ガラスからなる接合剤を用いて、基体および蓋体部１の焼結体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布して一体化させ、熱処理することにより本実施形態の流路部材を得ることができる。

次に、押出し成形法によって流路部材10〜60を作製する方法について説明する。

所望の形状になるような金型を準備し、公知の押出し成形法によって成形体を得た後、開放部を密閉するための成形体をスラリーからなる接合剤を用いて接合し、焼成することによって、流路部材10〜60とすることができる。なお、押出し成型法によって得られた蓋体部１となる成形体および側壁部２と底板部３とが一体に形成されて基体となる成形体とは、金型内において坏土が接合されてなるものであり、本実施形態の流路部材の製造方法に該当する。

さらに、複数の流路が流路部材の中で連結されて、一本の流路として形成するためには、例えば、押出し成形法で得られた成形体の側壁部２を切削によって加工した後、開放部を密閉するための成形体をスラリーからなる接合剤を用いて接合し、焼成することによって得ることができる。

また、他の例として、スラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法やスラリーを造粒した後にロールコンパクション成形法によってグリーンシートを形成し、レーザー加工や金型により所望形状に加工した成形体を用いて積層するものであってもよい。

グリーンシートを得るためのスラリーの作製方法の一例としては、まず平均粒径が0.5
μｍ以上２μｍ以下である炭化珪素粉末と、焼結助剤として、炭化硼素およびカルボン酸塩の粉末とを準備する。そして、焼結助剤を、例えば、炭化珪素粉末100質量％に対して
、炭化硼素に粉末を0.12質量％以上1.4質量％以下、カルボン酸塩の粉末を１質量％以上3.4質量％以下となるように秤量して混合する。

次に、この混合粉末とともに、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂またはブチラール樹脂等のバインダと、水と、分散剤とを、ボールミル、回転ミル、振動ミルまたはビーズミル等に入れて混合する。ここで、バインダの添加量としては、成形体の強度や可撓性が良好で、また、焼成時に成形用バインダの脱脂が不十分とならないようにすればよい。このようにして作製さしたスラリーを用いてグリーンシートを作製すればよい。

次に、このようにして作製した複数のグリーンシートを所望の流路４となるように積層するが、流路部材の第１の側壁部２ａを形成するようにして積層するのがよく必要に応じて、各グリーンシートの厚みを変更したり、積層するグリーンシートの枚数を変更してもよい。

また、流路４を形成するための側壁部２を１枚のグリーンシートのみで形成するならば、テーパー形状をした金型を用いてグリーンシートをプレス加工したり、レーザーの出力や焦点を調整したりすることによってグリーンシートの照射部にテーパー形状を施すように加工するレーザー加工をすることによって、第１の側壁部２ａを作るための成形体を得ることができる。

なお、流路部材30を得る場合には、積層する前のグリーンシートの状態で、第１の側壁部２ａとなるグリーンシートに研削加工やレーザー加工を施して、第１の側壁部２ａに凸部２ｆとなるように加工したものを用いればよい。

また、流路部材40を得る場合には、積層する前のグリーンシートの状態で、蓋体部１の流路となる部分のグリーンシートを湾曲させておくほか、研削加工やレーザー加工を施すことによって、蓋体部１のうち流路を構成する部位が流路側に向けて湾曲したものとなるように加工したものを用いればよい。

また、それぞれのグリーンシートの接合面には、グリーンシートを作製するときに用いたものと同様のスラリーを接合剤として塗布し、グリーンシートを積層したあとに、平板状の加圧具を介して約0.5ＭＰａ程度の加圧を加え、そのあとに、約50〜70℃の室温で約10〜15時間乾燥させる。

次に、流路部材となる積層したグリーンシートを、例えば公知のプッシャー方式やローラー方式の連続トンネル炉で焼成する。それぞれの材質により焼成温度は異なるが、例えば、炭化珪素が主成分の材料であれば、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中、1800〜2200℃の温度範囲で10分〜10時間保持した後、2200〜2350℃の温度範囲で10分〜20時間にて焼成すればよい。

次に、流路部材において、側壁部２（第１の側壁部２ａを含む）を構成するセラミック
スを、蓋体部１および底板部３よりも熱伝導率の高いセラミックスにて作製する場合の製造方法について説明する。なお、ここでの説明においては、蓋体部１と底板部３とをセラミックスにて作製する場合について説明する。

蓋体部１、第１の側壁部２ａ、第１の側壁部２ａを除く側壁部２、底板部３を構成する部位を、公知のプレス法やグリーンシートを必要に応じて切削加工やレーザー加工を施した後に積層することによって成形体を作製し、それぞれのセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成することによってセラミック焼結体を作製する。なお、流路となる部分は、公知の切削加工や金型を用いた打ち抜きまたはレーザーにより加工すればよい。例えば、側壁部２（第１の側壁部２ａを含む）を炭化珪素を主成分とする原料を用いて成形体を作製後に、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中で焼成し、また、蓋体部１および底板部３はアルミナを主成分とする原料を用いて成形体を作製後に大気雰囲気中で焼成することによって焼結体を得ることができる。その後、ガラスからなる接合剤を用いて、蓋体部１、第１の側壁部２ａ、第１の側壁部２ａを除く側壁部２、底板部３のそれぞれの焼結体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布して一体化させ、熱処理することにより本実施形態の流路部材を得ることができる。

なお、本実施形態の流路部材の蓋体部の表面１ａに金属部材を形成するためには、タングステン、モリブデン、銀、銅やアルミニウムを公知の印刷法で形成するか、活性金属法やロウ付け法を用いて接合すればよい。さらに、蓋体部１の内部に金属部材11を設けるには、蓋体部１の内部に孔等を形成し、形成された孔等に、タングステン、モリブデン、銀、銅やアルミニウムを充填すればよい。このように形成することによって熱交換器81を得ることができる。

以上のようにして得られた本実施形態の流路部材は、複数の側壁部２のうち少なくとも１つが、底板部３から蓋体部１にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部２ａとされていることにより、第１の側壁部２ａにおける蓋体部１と接する幅が狭いことによって、蓋体部側での熱交換効率を向上でき、熱の籠りを抑制できる。それにより、蓋体部１と側壁部との接続部に生じる熱応力を軽減でき、信頼性の向上した流路部材とすることができる。また本実施形態の熱交換器81が本実施形態の流路部材の蓋体部１の表面または内部に金属部材が設けられていることにより、信頼性の向上した熱交換器81とすることができる。また本実施形態の半導体製造装置80が、流路部材の蓋体部１の内部に金属部材が設けられている本実施形態の熱交換器81を備えることにより、信頼性の高い半導体素子の製造や検査を行なうことができる。

10，20，30，40，50（50ａ，50ｂ），60（60ａ，60ｂ），70：流路部材
１：蓋体部
２：側壁部
２ａ：第１の側壁部
３：底板部
４：流路
４ａ：流路口
５：供給口
６：排出口
７：供給チューブ
８：排出チューブ
11：金属部材
80：半導体製造装置
81：熱交換器
82：ウェハ

Claims

被処理物が載置される蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに接続された複数の側壁部とを備え、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流体が流れる方向に直交する断面視において、
前記複数の側壁部のうち少なくとも１つが、前記底板部から前記蓋体部にかけて幅が狭くなっている第１の側壁部とされていることを特徴とする流路部材。
前記第１の側壁部の幅が、前記底板部から前記蓋体部にかけて段階的に狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
前記断面視において、前記第１の側壁部が、少なくとも前記蓋体部側の１段目と、該１段目の前記底板部側に接合される２段目とを有し、該２段目における前記１段目側の少なくとも一部が、前記１段目に向けて突出する凸部を有していることを特徴とする請求項２に記載の流路部材。
前記蓋体部のうち前記流路を構成する部位が、流路側に向けて湾曲していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流路部材。
前記断面視において、前記第１の側壁部が３つ以上設けられ、前記第１の側壁部の最も幅の狭い部位における高さ方向の長さが、両端に位置する前記第１の側壁部から中央部に位置する前記第１の側壁部の方に向けて漸次異なっていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の流路部材。
前記断面視において、前記第１の側壁部が３つ以上設けられ、前記第１の側壁部の前記底板部から前記蓋体部にかけての最も幅の狭い部位における幅が、両端に位置する前記第１の側壁部から中央部に位置する前記第１の側壁部の方に向けて漸次異なっていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の流路部材。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の流路部材の前記蓋体部の表面または内部に金属部材が設けられていることを特徴とする熱交換器。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の流路部材の前記蓋体部の内部に金属部材が設けられている熱交換器を備えることを特徴とする半導体製造装置。