JP7439239B2 - 流路部材およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、流体が流れる流路を有する流路部材およびその製造方法に関する。
従来、半導体ウェハやガラス基板等の被処理物を加工するために半導体製造装置やＦＰＤ製造装置が用いられている。
例えば、半導体製造装置において、被処理物にバックグラインド加工（下面研削加工）を行う場合、被処理物の加工による熱が発生する。その結果、被処理物が熱膨張して、被処理物の加工精度が低下しやすくなる。被処理物の加工精度が低下すると、被処理物に損傷が生じることがある。
これに対し、内部に流路が形成されたセラミックスの流路部材を使用し、流路に冷却用流体を流すことによって、被処理物を冷却することが提案されている（特許文献１、２）。
国際公開第２０１３／１７９９３６号 特開２０１７-２１２３２８号公報
本開示の流路部材は、上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、前記厚みの方向に沿った前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きい。
本開示の他の流路部材は、上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、緻密質セラミック体は、積層された３層以上のセラミック基板からなり、最上層の前記セラミック基板を除く他の前記セラミック基板はそれぞれ流路を備え、前記流路を有する下部の前記セラミック基板に積層された上部の前記セラミック基板が有する前記流路の深さは、該流路の幅よりも大きく、かつ前記セラミック基板の厚みの半分より大きい。
本開示の流路部材の製造方法は、
セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備する工程と、
第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成する工程と、
溝を形成した第１成形体の上面および第２成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
ペーストを介して第１成形体と第２成形体とを積層した積層体を形成する工程と、
積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂する工程と、
積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、
を含む。
本開示の他の流路部材の製造方法は、
セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体と第３成形体を準備する工程と、
第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる第１の溝を形成し、第３成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第２の流路となる第２の溝を形成する工程と、
第１の溝を形成した第１成形体の上面および前記第３成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
第２の溝を形成した第３成形体の上面および第２成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
接合用ペーストを介して第１成形体の上面と第３成形体の下面とを重ね合わせ、かつ接合用ペーストを介して第３成形体の上面と第２成形体の下面とを重ね合わせて、第１成形体と第３成形体と第２成形体とをこの順で積層した積層体を形成する工程と、
積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂する工程と、
積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、
を含む。
本開示の一実施形態に係る流路部材を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示す流路部材の概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。 真空吸着用の吸引路として使用される第１の流路の一例を示す平面図である。 温度調節用流体が流れる第２の流路の一例を示す平面図である。 図１に示す流路部材の製造方法を説明するための概略図である。 （ａ）および（ｂ）は、本開示の他の実施形態に係る流路部材を示す斜視図およびその断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部の拡大図、（ｄ）は（ｂ）のＤ部の拡大図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る流路部材を示す断面図である。
以下、本開示の一実施形態に係る流路部材について、図１～図７を参照して説明する。本実施形態は、製造時に脱脂しやすく、しかも温度分布の均一性や、温度調節のレスポンスが改善された流路部材およびその製造方法を提供する。
なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率などは現実のものとは必ずしも一致していない。
図１は、本開示の一実施形態に係る流路部材を示す斜視図であり、図２はその概略断面図である。本実施形態の流路部材１は、半導体ウェハ等の被処理物２のバックグラインド（下面研削）工程やポリッシング工程において、被処理物２を吸着保持する真空チャック（吸着部材）として用いられる。この流路部材１は、図１および図２に示すように、上面４１に開口した凹部３が形成された板状の本体４と、この本体４の凹部３に収容され、被処理物２の吸着部をなす多孔質体５とを備えている。
本体４は、緻密質セラミック体（焼結体）からなる。緻密質セラミックスは、多孔質セラミックスに比べて気孔率が小さいので剛性が高く、変形しにくい。本体４の気孔率は、５％以下、特に３％以下、さらに、０．１％以下が好ましい。本体４の気孔率は、ＪＩＳ Ｒ １６３４:１９９８に準拠して求めればよく、気孔率は実質的に開気孔率となる。緻密質セラミック体としては、例えば、アルミナ質焼結体、コージェライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等を用いることができ、中でもアルミナ質焼結体を用いることが望ましい。
本実施形態におけるアルミナ質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。アルミナ質焼結体は、アルミナ以外、珪素、マグネシウムおよびカルシウムの少なくともいずれかを酸化物として含んでいてもよい。コージェライト質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａl２Ｏ３・５ＳｉＯ２）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。コージェライト質焼結体は、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａl２Ｏ３・５ＳｉＯ２）以外、アルミナ（Ａl２Ｏ３）、ムライトおよびサフィリン（（Ｍｇ４Ａｌ４）（Ａｌ４Ｓｉ２）Ｏ２０）を含んでいてもよい。
炭化珪素質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。炭化珪素質焼結体は、炭化珪素（ＳｉＣ）以外、ホウ素、珪素および炭素を単独で含んでいてもよく、ＳｉＢ４，ＳｉＢ６等の珪化物として含んでいてもよい。
窒化アルミニウム質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。窒化アルミニウム質焼結体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外、珪素および鉄の少なくともいずれかを酸化物として含んでいてもよい。
アルミナ質焼結体、炭化珪素質焼結体および窒化アルミニウム質焼結体を構成する成分は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。なお、炭化珪素質焼結体に単独で含まれる炭素は、炭素分析装置を用いて求めればよい。
コージェライト質焼結体は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて成分を同定した後、リートベルト法を用いて、各成分の含有量を求めればよい。
本実施形態の本体４は、平面視で円形であり、厚みが５０ｍｍ以上、直径が３５０ｍｍ以上を有する比較的大型である。図２、６で示す例では、直径はＤである。本体４の厚みは、４００ｍｍ以下、直径は６００ｍｍ以下であってもよい。
また、図２に示すように、本体４は、互いに平行な上面４１および下面４２を備え、上面４１に凹部３が形成されている。本体４の内部には、上面４１および下面４２に平行な第１の流路６を備え、さらに第１の流路６と上面４１との間には第２の流路７を備える。下面４２から第１の流路６の上端までの厚みおよび第１の流路６の上端から第２の流路７の上端までの厚みは、それぞれ２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に好ましくは４０ｍｍ以下であることが好ましい。
本実施形態では、第１の流路６は、被処理物２を真空吸着するため吸引路として機能する。第１の流路６には、第１の流路６と本体４の上面にある凹部３とを接続する複数の吸引孔８が例えば同心円状に設けられている。吸引孔８は、凹部３から下面４２に向かって、ポンプ等の吸引装置（図示しない）によって空気を吸引する流路として機能する。凹部３から吸引された空気は、吸引孔８を介し、吸引孔８に接続する第１の流路６を通って外部に排気される。
一方、第２の流路７は、温度調節用流体が流れる流路として機能し、例えば同心円状に複数設けられている。温度調節用流体には、冷却用と加熱用の２種類がある。例えば、冷却用の温度調節用流体は冷水、空気、ヘリウムガス等であり、加熱用の温度調節用流体は熱水である。なお、第２の流路７は、第１の流路６と独立の流路となっており、第１の流路６とはつながっていない。
第１の流路６は、深さｄが幅ｗよりも大きい縦長の断面形状を有する。第１の流路の深さｄは、第１の流路６の幅ｗの２倍以上であるのがよい。これにより、本体４の製造時に脱脂しやすくなる。一般に、比較的大型の緻密質セラミック体では、内部の脱脂が困難になる場合があるが、本実施形態の流路部材１は、比較的大型の緻密質セラミック体であるにもかかわらず、本体４内の脱脂を速やかに行うことができる。特に、特許文献１，２に記載のような横長の流路に比して、縦長の第１の流路６は、脱脂が容易である。すなわち、縦長の第１の流路６は、厚み方向に深い深さを有しているので、本体４の内部から揮散した有機バインダーが第１の流路６を経て速やかに排出されるのに対して、横長の流路の場合は、本体４の深い部分（例えば、中心部）で揮散した有機バインダーの排出に時間を要する。本体４の体積（断面積）に対する、第１の流路６の体積（断面積）の比率が大きい方が脱脂はし易いが、本体４の機械的強度や剛性が低下する。本実施形態の本体４のように、比較的厚みが大きい流路部材では、第１の流路６が縦長の断面形状を有することで、第１の流路６の体積（断面積）を比較的大きくしつつ、流路間の隔壁の幅を流路幅に対して比較的大きく取れるので、脱脂しやすさと機械的強度、剛性等の機械的特性を両立することができる。特に、流路部材１を複数のセラミック基板を接合して形成する場合、第１の流路６が縦長の断面形状を有することで、接合面積を大きくすることができるので、接合強度を大きくできる。第１の流路６の深さは、本体４の下面４２から第１の流路６の上端までの厚みの半分以上であると特に良い。
緻密質セラミック体である本体４は、第１の流路６を含む第１セラミック基板４３と、第１セラミック基板４３の上側に位置して、第２の流路７および吸引孔８の下部を含む第３セラミック基板４５と、第３セラミック基板４５の上側に位置して、吸引孔８の上部を含む第２セラミック基板４４と、第１セラミック基板４３と第３セラミック基板４５との間に第２セラミック接合層１７と、第３セラミック基板４５と第２セラミック基板４４との間に第３セラミック接合層１８とを有していてもよい。
第１セラミック基板４３、第２セラミック基板４４、第３セラミック基板４５、第２セラミック接合層１７および第３セラミック接合層１８のそれぞれの線膨張率をほぼ同等にすることができるので、加熱および冷却が繰り返される環境で用いられても、長期間に亘って用いることができる。
第２セラミック接合層１７および第３セラミック接合層１８のそれぞれの厚みは、例えば、４０μｍ以上６０μｍ以下である。
第１の流路６は、第１の流路６を形成する内周面（すなわち側面）と、第３セラミック基板４５の下面（すなわち第１の流路６の上面）とを接続する第１凸部２０を備えていてもよい。すなわち、第１の流路６の上面と側面とを接続する第１凸部２０を備えていてもよい。
第１凸部２０を備えることで、第１の流路６を形成する内周面と、第３セラミック基板４５の下面との接合強度が向上すると共に、第１流路６内の気密性も確保することができ、さらに振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。第１凸部２０は、例えば、環状の第１の流路６に沿って延びる環状である。
第２の流路７は、第２の流路７を形成する内周面と、第２セラミック基板４４の下面とを接続する第２凸部２１を備えていてもよい。すなわち、第２の流路７の上面と側面とを接続する第２凸部２１を備えていてもよい。
第２凸部２１を備えることで、第２の流路７を形成する内周面と、第２セラミック基板４４の下面との接合強度が向上するので、振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。
第１凸部２０および第２凸部２１の少なくともいずれかは、環状であり、間欠的な環状も含む。
第１凸部２０および第２凸部２１の少なくともいずれかは、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であってもよい。
閉気孔のアスペクト比とは、閉気孔の最小幅に対する閉気孔の最大長を比で示した値であり、この値が１に近いほど、真円に近くなる。
閉気孔を複数有することで、応力が緩和され、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であると、真球に近い閉気孔が多くなるため、閉気孔の周辺に生じる応力が低減し、この周辺を起点とするクラックが生じにくくなる。
第１凸部２０および第２凸部２１にそれぞれ含まれる閉気孔のアスペクト比の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いた断面観察で行ってもよい。測定対象とする第１凸部２０および第２凸部２１の一部を含む試料を切り出して、ポリエステル系の樹脂に埋め込んで円柱状の試料とする。ここで、試料の断面は、ダイヤモンド砥粒を用いて鏡面加工してもよい。倍率は、例えば、５００倍に設定してもよい。試料の断面を観察の対象とする観察範囲は、例えば、横方向の長さを２５６μｍ、縦方向の長さを１９２μｍに設定してもよい。
観察範囲をそれぞれ解析の対象とし、画像解析ソフト「Ａ像くん(Ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用して各閉気孔の最小幅および最大長を求め、アスペクト比を算出してもよい。
解析に際し、粒子解析の設定条件である粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、しきい値を７０～１００、小図形除去面積を０．３μｍ２および雑音除去フィルタを有とする。
なお、上述の測定に際し、しきい値は７０～１００としたが、観察範囲である画像の明るさに応じて、しきい値を調整すればよく、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を０．３μｍ２および雑音除去フィルタを有とした上で、画像に現れるマーカーが閉気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。
第２の流路７も、第１の流路６と同様に、深さが幅よりも大きい縦長であるのがよく、特に第２の流路７の深さが、第２の流路７の幅の２倍以上であるのがよい。これにより、第１の流路６と同様に、製造時に脱脂しやすく機械的強度、剛性等の機械的特性が高い本体４が得られると共に、第２の流路７内に温度調節用流体を流した際に、横長の流路に比して、第２の流路７の体積（断面積）を大きくできるため、温度分布の均一性や、温度調節のレスポンスが改善される。第２の流路７の深さは、第１の流路６の上端から第２の流路の上端までの厚みの半分以上であると特に良い。
図３は、真空吸着用の吸引路として使用される第１の流路６を示す平面図である。同図に示すように、第１の流路６は、本体４の中心から周縁に向かって同心円状に配置された複数の環状流路６１～６５と、本体４の中心から径方向に延びる複数の接続流路６６とを備え、複数の流路６１～６５は複数の接続流路６６によって連通している。本体４の中心には排気孔９が設けられており、環状流路６１～６５および接続流路６６内の空気は、排気孔９を通って本体４の下面４２から排気される。
図４は、温度調節用流体が流れる第２の流路７を示す平面図である。同図に示すように、第２の流路７は、一端に流体流入孔１０ａが、他端に流体流出孔１０ｂがそれぞれ設けられており、流体流入孔１０ａと流体流出孔１０ｂとをつなぐように、それらの間に第２の流路７が配置されている。温度調節機能の効率を高めるために、第２の流路７は、本体４の上面４１や下面４２と平行な面内に出来るだけ高密度に配置するのがよい。流体流入孔１０ａは、側壁に設けられた、図示しない接続孔に接続され、外部から流体を流入させる。流体流出孔１０ｂは、本体４の下面４２まで延び、下面４２から流体を排出する。好ましくは、流体は、図示しない熱交換器との間を循環しているのがよい。
なお、上記と逆に、流体流入孔１０ａを流体流出孔とし、流体流出孔１０ｂを流体流入孔として用いてもよい。流体流入孔１０ａと流体流出孔１０ｂの両方を下面４２と接続させて流体を供給してもよいし、両方を側面に接続させて流体を供給してもよい。
多孔質体５は、被処理物２を支持するとともに、第１の流路６によって凹部３内の空気が外部へ排気されることによって、被処理物２を吸着する。この多孔質体５は、例えば、通気性のある多孔質セラミックスからなる。この多孔質セラミックスとしては、例えば、本体４のセラミック焼結体と同質材料であるセラミックスからなる複数のセラミック粒子と、このセラミック粒子同士を結合するガラスとからなり、セラミック粒子同士の間に開気孔の間隙が形成されたものを用いることができる。多孔質体５の気孔率は２５～５０％の範囲内であることが好ましい。多孔質体５の気孔率は、ＪＩＳ Ｒ １６３４:１９９８に準拠して求めればよい。流路部材１が多孔質体５を備えず、緻密質体からなる本体４の上面に吸着用の孔（および溝）を形成して、被処理物２を吸着・支持してもよい。
第１の流路６および第２の流路７は、平面視で中心領域から外周領域にかけて断面積が大きくまたはピッチが狭くなっていると、面積（体積）の大きい外周領域を脱脂しやすい。また、脱脂孔となる外部との連通孔が側面だけでなく、上面４１、下面４２にも形成されていると、側面から遠い中心領域を脱脂しやすい。
上述した流路部材１は、以下のようにして、被処理物２を吸着することができる。まず、流路部材１の上面に被処理物２を載せる。この際、図２に示すように、被処理物２の内側の領域を、多孔質体５全体を覆うように多孔質体５の上面に載せて、被処理物２の外縁の領域を本体４の上面４１に載せる。次に、本体４の吸引孔８を介して凹部３から第１の流路６内に空気を吸引し、さらに第１の流路６から空気を外部へ排気する。その結果、凹部３内の気圧を低下させることによって、多孔質体５の間隙を介して被処理物２が吸引されるため、流路部材１の上面４１に被処理物２が吸着される。
さらに、流路部材１は、第２の流路７に冷却用または加熱用の流体を流すことによって、吸着した被処理物２を冷却または加熱することができる。その結果、被処理物２を加工する際に、被処理物２の温度を均一に保ち、被処理物２の加工精度を高めることができる。
次に、上述した流路部材１の製造方法を図５に基づいて説明する。
まず、緻密質セラミック体がアルミナ質焼結体である場合、まず、水酸化マグネシウムを酸化物（ＭｇＯ）に換算して０．３質量％～０．４２質量％、酸化珪素を０．０３質量％～０．０５質量％、炭酸カルシウムを酸化物（ＣａＯ）に換算して０．０１質量％～０．０２質量％、残部が酸化アルミニウムからなる粉末となるように秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、純度が９９．５質量％以上９９．９９質量％以下の酸化アルミニウムからなるセラミックスボールで所定の粒径となるまで粉砕する。
次に、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂等の有機バインダーを添加した後、混合してスラリーを得る。ここで、有機バインダーの添加量は混合粉末１００質量部に対して合計２質量部以上１０質量部以下とする。
次に、スラリーをスプレードライにて造粒する。造粒したセラミック粉末を種々の成形方法、例えば、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法を用い、成形圧を、例えば、８０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下として成形体を作製する。この際に、後述する第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を、緻密質セラミック体における主成分が互いに同じ組成となるように作製するのがよい。
次に、切削加工によって、上面に凹部３を形成するとともに下面を平坦面としたものを第２成形体１２とする。また、上面に縦長の第１の溝６ａを形成するとともに下面を平坦面としたものを第１成形体１１とする。上面に縦長の第２の溝７ａを形成するとともに下面を平坦面としたものを第３成形体１３とする。第１の溝６ａ、第２の溝７ａは、縦長の断面形状を有する。また、第１の溝６ａ、第２の溝７ａの深さは、それぞれ第１成形体１１、第３成形体１３の厚みの半分以上であると、脱脂しやすい。
第２成形体１２および第３成形体１３には、吸引孔８となる貫通孔８ａを形成しておくのがよい。
次に、第１の溝６ａを形成した第１成形体１１の上面および第３成形体１３の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する。また、第２の溝７ａを形成した第３成形体１３の上面および第２成形体１２の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する。
次に、接合用ペーストを介して第１成形体１１の上面と第３成形体１３の下面とを重ね合わせ、かつ接合用ペーストを介して第３成形体１３の上面と第２成形体１２の下面とを重ね合わせて、第１成形体１１と第３成形体１３と第２成形体１２とを下からこの順で積層した積層体を形成する。
積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂し、次に積層体を焼成して、本体４を得る。すなわち、第１成形体１１と第３成形体１３と第２成形体１２および接合用ペーストを同時焼成することによって、１つの緻密質セラミック体からなる本体４を作製する。焼成雰囲気は大気雰囲気、焼成温度は、例えば１４００℃以上１８００℃以下であるのがよい。
このようにして、厚みが５０ｍｍ以上、直径が３５０ｍｍ以上の円形の緻密質セラミック体からなる流路部材を得ることができる。
上述した接合用ペーストは、上記混合粉末、溶媒およびセルロース系多糖類を混合させたものが使用される。具体的には、混合粉末に対して、純水、エタノール等の溶媒を、体積比で、混合粉末：溶媒＝５５～６０：４０～４５となるように加え、この溶媒と混合粉末との合計を１００質量部とする。この１００質量部に対し、８質量部以上２０質量部以下のセルロース系多糖類を加え、これらを撹拌装置内の収納容器に入れ、混合・撹拌することで、接合用ペーストを得ることができる。
ここで、セルロース系多糖類は、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロースおよびカルボキシエチルセルロースの少なくともいずれかである。
上記混合粉末は、本体４の成形体に用いる混合粉末と同じ主成分の混合粉末が用いられる。その結果、接合用ペーストを第２成形体１２と第３成形体１３と第１成形体１１と同時焼成することによって、主成分が同じ組成である１つのセラミック焼結体からなる本体４を作製することができる。
なお、第２成形体１２と第３成形体１３と第１成形体１１とを一体化できる限りは、他の組成の接合用ペーストを用いてもよい。また、第１凸部２０および第２凸部２１は、例えば、図５に示す第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を接合用ペーストを介して積層する際、第１成形体１１と第３成形体１３との間に接合用ペーストを第１の流路６内にはみ出すように塗布することにより形成することができる。
緻密質セラミック体が炭化珪素質焼結体である場合、炭化硼素、フェノール、希土類酸化物、酸化アルミニウム等の焼結助剤となる粉末および主成分である炭化珪素からなる粉末を秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、セラミックスボールで所定の粒径となるまで粉砕する。
次に、有機バインダーを添加した後、スラリーを得る。有機バインダーとしては、合成樹脂であればよく、ロジンエステル、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、ポリ（２－エチルオキサゾリン）系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アルキッド樹脂、ポリベンジル、ポリｍ－ジビニルベンゼン、ポリスチレン等を用いることができる。
次に、上述した方法で順次、造粒、成形、切削して第１成形体１１、第２成形体１２および第３成形体１３を得た後、接合用ペーストを各成形体の接合の対象となる面に塗布する。
ここで、用いる接合用ペーストは、上記混合粉末、溶媒および有機バインダーを混合させたものが使用される。
有機バインダーは、芳香族系の樹脂、例えばフェノール樹脂、ポリベンジル、ポリｍ－ジビニルベンゼン、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリスチレン等のいずれか１種以上であり、スラリーに添加した有機バインダーの量よりも多くの量を添加する。
そして、成形体の接合の対象となる成形体の各面に接合用ペーストを塗布し、成形体同士を積層し、乾燥させた後、窒素ガス中、所定温度で保持し脱脂体を得る。この脱脂体を焼成雰囲気をアルゴンガス雰囲気、焼成温度を１９００℃以上２０５０℃以下として、３～１０時間保持することで、流路部材を得ることができる。
前記した脱脂は、焼成温度よりも低い温度であり、通常４００～８００℃で行うのがよい。その際、各成形体内に含有された有機バインダーは、揮散して、流路部材１の排気孔９や流体流入孔１０ａ、流体流出孔１０ｂとなる孔から排出するが、排出を効率よく短時間で行うために、図５に示すように、第１成形体１１の溝６ａに一端が接続され、他端が第１成形体１１の側面から外部に連通する孔、すなわち脱脂用通路１４を設けてもよい。脱脂用通路１４は、焼成後、緻密質セラミックス体、ステンレス鋼等の金属からなる閉塞栓（図示しない）等を挿入し、閉塞栓を溶融したガラスで接合することによって塞がれる。
同様に、第３成形体１３にも脱脂用通路１５を設けてもよい。
脱脂用通路１５も、焼成後、上記閉塞栓を溶融したガラスで接合することによって塞がれる。
脱脂用通路１４および脱脂用通路１５の少なくともいずれかは、閉塞栓が外部に露出しないように、接合に用いるガラスの表面が本体４の外周面と面一になるようにするとよい。商品的価値が向上するとともに、気密性が保たれ、特に、金属からなる閉塞栓によって塞がれた場合、閉塞栓から生じやすい金属粒子の脱離を抑制することができるので、粒子の浮遊による汚染を防ぐことができる。ガラスの表面が本体４の外周面と面一になるようにするには、閉塞栓等を挿入した後、外部からガラスを充填し、溶融、冷却した後、外部に露出するガラスの一部を研削または研磨すればよい。
脱脂用通路１４および脱脂用通路１５の少なくともいずれかは、それぞれ径方向に沿って、複数、例えば、４個以上８個以下設けられているとよい。このような構成であると、有機バインダーをより効率よく、揮散、排出することができる。
この場合、脱脂用通路１４（１５）は、円周方向に沿って等間隔に配置されているとよい。このような構成であると、有機バインダーを偏りなく、揮散、排出することができる。
脱脂用通路１４は、例えば断面円形であって、溝６ａ側の内周面１４ａの直径よりも積層体を形成する第１成形体１１の外部側の内周面１４ｂの直径が大きくてもよい。このような構成であると、脱脂用通路１４が外部に開く開口部付近で、有機バインダーが滞留するおそれが低くなり、効率よく排出することができる。脱脂用通路１４の断面とは、脱脂用通路１４の軸方向に垂直な断面である。
脱脂用通路１４の内周面は、溝６ａ側から第１成形体１１の外部側に向かって傾斜するように広がっていてもよく、図５に示すように、内周面１４ａと内周面１４ｂとが、環状の段差面１４ｃによって接続されていてもよい。
脱脂用通路１５は、例えば断面円形であって、溝７ａ側の内周面１５ａの直径よりも積層体を形成する第３成形体１３の外部側の内周面１５ｂの直径が大きくてもよい。このような構成であると、脱脂用通路１５が外部に開く開口部付近で、有機バインダーが滞留するおそれが低くなり、効率よく排出することができる。脱脂用通路１５の断面とは、脱脂用通路１５の軸方向に垂直な断面である。
脱脂用通路１５の内周面は、溝７ａ側から第３成形体１３の外部側に向かって傾斜するように広がっていてもよく、図５に示すように、内周面１５ａと内周面１５ｂとが、環状の段差面１５ｃによって接続されていてもよい。

次に、本開示の他の実施形態を図６(ａ)、（ｂ）に基づいて説明する。なお、前述の実施形態と同じ構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態の流路部材１´は、図６(ａ)、（ｂ）に示すように、本体４´の互いに平行な上面および下面に平行な第１の流路６´を内部に備える。この第１の流路６´は、被処理物を真空吸着するための吸着用の吸引路であり、本体４´の上面に開口した吸引孔８´を有する。
第１の流路６´は、吸着用の吸引路に限定されるものではなく、温度調節用流体が流れる流路であってもよい。この場合は、上記吸引孔８´は必要がない。
図２、図６の構成において、第１流路６、６´または第２流路７の深さを流路部材１、１´の内側（流路部材１の平面視において、中心を含む内側の領域）で大きく、外側（流路部材１の平面視において、外側に位置して外周面を含む領域）で小さくしてもよい。このような構成によって、外周面からの距離が長く脱脂しにくい内側領域の脱脂を促進することができる。このように複数ある第１流路６、６´または第２流路７の深さを調整することにより本開示の効果を発現する場合、一部（例えば外側の領域の一部）に深さが幅の２倍未満の流路があってもよい。
緻密質セラミック体である本体４´は、第１セラミック基板４３´と、第１セラミック基板４３´の上側に位置する第２セラミック基板４４´と、第１セラミック基板４３´と第２セラミック基板４４´との間に第１セラミック接合層１６とを有していてもよい。
第１セラミック基板４３´、第２セラミック基板４４´および第１セラミック接合層１６のそれぞれの線膨張率をほぼ同等にすることができ、このようにした場合、加熱および冷却が繰り返される環境で用いられても、上記各部材に蓄積するひずみが低減されるので、長期間に亘って用いることができる。
第１セラミック接合層１６の厚みは、例えば、４０μｍ以上６０μｍ以下である。
第１の流路６´は、第１の流路６´を形成する内周面と、第２セラミック基板４４´の下面とを接続する第１凸部１９を備えていてもよい。すなわち、第１の流路６´の上面と側面とを接続する第１凸部１９を備えていてもよい。第１凸部１９は、前記した第１凸部２０と同様にして形成することができる。
第１凸部１９を備えることで、第１の流路６´を形成する内周面と、第２セラミック基板４４´の下面との接合強度が向上するので、振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。第１凸部１９は、例えば、環状の第１の流路６´に沿って延びる環状である。なお、第１凸部１９は、第１の流路６´の下面と側面とを接続してもよい。その場合も振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。
第１凸部１９は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であってもよい。
閉気孔を複数有することで、応力が緩和され、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であると、真球に近い閉気孔が多くなるため、閉気孔の周辺に生じる応力が低減し、この周辺を起点とするクラックが生じにくくなる。第１凸部１９に含まれる閉気孔のアスペクト比の測定は、上述した方法と同じ方法を用いればよい。
このような第１凸部１９は、例えば、図５に示す第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を接合用ペーストを介して積層するのと同様に、第１セラミック基板４３´を形成する成形体と、第２セラミック基板４４´を形成する成形体との間に接合用ペーストを第１の流路６´内にはみ出すように塗布することにより形成することができる。
本実施形態の流路部材１´の製造方法は、３つの成形体に代えて２つの成形体を積層する以外は、基本的に前記した実施形態の流路部材の製造方法と同じでよい。すなわち、セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備し、第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成し、次に、上記セラミック粉末を含む接合用ペーストを介して第１成形体と前記第２成形体とを積層した積層体を形成し、これを脱脂後、焼成して、緻密質セラミック体からなる流路部材を作製することができる。
本開示のさらに他の実施形態に係る流路部材を図７に基づいて説明する。図１～図５における部材と同じ部材には同一符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、この実施形態の流路部材１は、積層された複数段（図７では３層）のセラミック基板からなる緻密質セラミック体を備える。具体的には、本実施形態における緻密質セラミック体は、第１セラミック基板４３、第２セラミック基板４４および第３セラミック基板４５から構成される。これらのセラミック基板４３、４４，４５は、例えば、前記した第１乃至第３成形体１１、１２，１３から形成することができる。
最上層の第２セラミック基板４４を除く他の前記セラミック基板（第１セラミック基板４３、第３セラミック基板４５はそれぞれ第１の流路６および第２の流路７を備える。その際、下部に位置する第１セラミック基板４３上に積層された上部の第３セラミック基板４５が有する第２の流路７の深さＤは、該流路の幅ｗよりも大きく、かつ第３セラミック基板４５の厚みＴの半分より大きい。
これにより、上下の流路６、７間の距離が小さくなる。そのため、製造時に、上下の流路６、７で、横方向および縦方向から効率よく脱脂を行うことができる。
なお、第１セラミック基板４３の第１流路６も、第１セラミック基板４３の厚みの半分より大きい深さを有していてもよい。流路部材１が、４層以上のセラミック基板からなる場合も同様に、上下を他のセラミック基板に挟まれたセラミック基板が、その厚みの半分よりも大きい深さの流路を有しているとよい。
また、図７に示すように、第１の流路６の内側上部に第１凸部２０を設けてもよい。これにより、流路６，７間の距離を小さくしても第１凸部２０によって強度を補強できる。
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改善が可能である。例えば、前記した実施形態では、流路部材を平面形状が円形のものを使用したが、平面形状は四角形等の多角形であってもよい。その際、流路部材は、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上であるのがよい。
１、１´、１５ 流路部材
２ 被処理物
３ 凹部
４、４´ 本体
４１ 上面
４２ 下面
４３、４３´ 第１セラミック基板
４４、４４´ 第２セラミック基板
４５ 第３セラミック基板
５ 多孔質体
６ 第１の流路
７ 第２の流路
８ 吸引孔
９ 排気孔
１０ａ 流体流入孔
１０ｂ 流体流出孔
１１ 第１成形体
１２ 第２成形体
１３ 第３成形体
１４ 脱脂用通路
１４ａ、１５ａ 内周面
１４ｂ、１５ｂ 内周面
１４ｃ、１５ｃ 段差面
１６ 第１セラミック接合層
１７ 第２セラミック接合層
１８ 第３セラミック接合層
１９、２０ 第１凸部
２１ 第２凸部

Claims (17)

  1. 上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きい流路部材であり、
    前記流路部材の内側に位置する前記第１の流路の深さが、前記流路部材の外側に位置する前記第１の流路の深さよりも大きい、流路部材。
  2. 前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅の２倍以上である、請求項１に記載の流路部材。
  3. 前記上面および前記下面が互いに平行であり、前記第１の流路が前記上面および前記下面に平行である請求項１または２に記載の流路部材。
  4. 前記第１の流路は、該第１の流路の上面と側面とを接続する第１凸部を備えてなる、請求項１～３のいずれかに記載の流路部材。
  5. 上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きく、
    前記第１の流路は、該第１の流路の上面と側面とを接続する第１凸部を備えてなり、
    前記第１凸部は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、前記閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下である、流路部材。
  6. 前記第１の流路と前記上面との間に、第２の流路を有し、前記厚みの方向に沿った前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅よりも大きい、請求項１～５のいずれかに記載の流路部材。
  7. 前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅の２倍以上である、請求項６に記載の流路部材。
  8. 上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きい流路部材であり、
    前記第１の流路と前記上面との間に、第２の流路を有し、前記厚みの方向に沿った前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅よりも大きく、
    前記流路部材の内側に位置する前記第２の流路の深さが、前記流路部材の外側に位置する前記第２の流路の深さよりも大きい、流路部材。
  9. 上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きく、
    前記第１の流路と前記上面との間に、第２の流路を有し、前記厚みの方向に沿った前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅よりも大きく、
    前記緻密質セラミック体は、前記第１の流路と前記上面とを接続して、被処理物を吸着するための複数の吸引孔を有し、
    前記第２の流路が、温度調節用流体が流れる流路である、流路部材。
  10. 前記第２の流路は、該第２の流路の上面と側面とを接続する第２凸部を備えてなる、請求項６～９のいずれかに記載の流路部材。
  11. 上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きく、
    前記第１の流路と前記上面との間に、第２の流路を有し、前記厚みの方向に沿った前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅よりも大きく、
    前記第２の流路は、該第２の流路の上面と側面とを接続する第２凸部を備えてなり、
    前記第２凸部は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、前記閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下である、流路部材。
  12. セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備する工程と、
    前記第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成する工程と、
    前記溝を形成した前記第１成形体の上面および前記第２成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    前記接合用ペーストを介して前記第１成形体と前記第２成形体とを積層した積層体を形成する工程と、
    前記積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して、脱脂する工程と、
    前記積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、を含む、流路部材の製造方法。
  13. 前記溝は、前記第１成形体と前記第２成形体とを積層した状態で、前記積層体の外部に連通する孔を有する、請求項１２に記載の流路部材の製造方法。
  14. 前記孔は、断面円形であって、前記溝側の直径よりも前記積層体の外部側の直径が大きい、請求項１３に記載の流路部材の製造方法。
  15. 前記第１成形体、前記第２成形体および前記接合用ペーストは、主成分が同じセラミック粉末を用いて作製される、請求項１２～１４のいずれかに記載の流路部材の製造方法。
  16. セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体と第３成形体を準備する工程と、
    前記第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる第１の溝を形成し、前記第３成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第２の流路となる第２の溝を形成する工程と、
    前記第１の溝を形成した第１成形体の上面および前記第３成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    前記第２の溝を形成した前記第３成形体の上面および前記第２成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    前記接合用ペーストを介して前記第１成形体の上面と前記第３成形体の下面とを重ね合わせ、かつ前記接合用ペーストを介して前記第３成形体の上面と前記第２成形体の下面とを重ね合わせて、前記第１成形体と前記第３成形体と前記第２成形体とをこの順で積層した積層体を形成する工程と、
    前記積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して、脱脂する工程と、
    前記積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、を含む、流路部材の製造方法。
  17. 前記第１の溝および前記第２の溝は、それぞれ前記第１成形体と前記第３成形体と前記第２成形体とをこの順で積層した状態で、前記積層体の外部に連通する孔を有する、請求項１６に記載の流路部材の製造方法。
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