JPWO2013180250A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】 熱交換効率が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】蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部との間に設けられた側壁部とを備え、前記蓋体部と前記側壁部と前記底板部とで内部に流体が流れる流路を構成してなり、前記側壁部の前記流路側の面の一部に、他の部位よりも粗い粗部を有することから、流体の流れを阻害することを抑制するとともに粗部を有することによって流体が乱流し易くなり、流路部材の熱交換効率を高めることができる。【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。
半導体素子の基板部材であるウェハの保持に流路を有する保持台（以下、流路部材と記載する。）が用いられており、製造や検査の過程において、この流路内に、高温もしくは低温の流体を循環させてウェハの加熱や冷却等の熱交換が行なわれている。
例えば、特許文献１には、それぞれのプレートの表面領域にわたって略蛇行した形状が得られるように流路系としての流体流ガイド流路が内部に形成された複数のプレートから成り、前記流体流ガイド流路の側壁は前記流体流の乱流を導く複数の開口部を有する、プレート熱交換器が開示されている。
特表2009−530582号公報
特に近年では、ウェハを効率良く加熱または冷却することができる流路部材が求められており、熱交換効率の向上した流路部材が要求されている。
それゆえ本発明は、熱交換効率が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、第１壁部と、第２壁部と、前記第１壁部と前記第２壁部との間に設けられた第３壁部とを備え、前記第１壁部と前記第２壁部と前記第３壁部とで内部に流体が流れる流路を構成してなり、前記第３壁部の前記流路側の面の一部に、他の部位よりも粗い粗部を有す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、前記流路部材の前記第１壁部および前記第２壁部のうち少なくとも一方の表面または内部に金属部材が設けられてな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、前記流路部材の前記第１壁部および前記第２壁部のうち少なくとも一方の内部に金属部材が設けられてなり、該金属部材がウェハを吸着するための電極であ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３壁部の流路側の面の一部に、他の部位よりも粗い粗部を有することから、流体に乱流が発生し易くなり、熱交換効率を高めることができる。
また、本発明の熱交換器によれば、上記流路部材の第１壁部および第２壁部のうち少なくとも一方の表面または内部に金属部材が設けられてなることから、熱交換効率が高い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、上記流路部材の第１壁部および第２壁部のうち少なくとも一方の内部に金属部材が設けられてなり、該金属部材がウェハを吸着するための電極であることから、寸法精度の高い半導体素子を製造可能な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）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部を部分拡大した部位における横断面図である。 本実施形態の流路部材の他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部を部分拡大した部位における横断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部の部分拡大図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。 本実施形態の流路部材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）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部を部分拡大した部位における横断面図である。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ものとする。
図１（ａ）に示すように、流路部材１は、第１壁部１ａと、第３壁部１ｃと、第２壁部１ｂとを備え、この第１壁部１ａと第３壁部１ｃと第２壁部１ｂとで、内部に、後述するウェハを加熱または冷却するための気体または液体等の流体を流すための流路３が構成されている。
そして第３壁部１ｃの流路３側の面の一部には、図１（ｂ）に示すような粗部２を有している。
なお、粗部２が第３壁部１ｃの流路３側の面全体にあると流体の流れを阻害してしまい、熱交換効率が低下しやすくなる。それゆえ、第３壁部１ｃの流路３側の面の一部に、他の部位13よりも粗い粗部２が設けられていることが重要である。それにより、粗部２が第３壁部１ｃの流路３側の面全体にある場合に比べて、流体の流れを阻害することを抑制することができる。さらには、第３壁部１ｃの流路３側の面の一部に、他の部位13よりも粗い粗部２を有すことにより、流体に乱流が発生し易くなる。それにより、流路部材１の熱交換効率を高くすることができる。
なお、ここで言う粗部２とは、第３壁部１ｃの流路３側の面を構成する部位の一部が、流路３側の面を構成する他の部位13より粗い（例えば、第３壁部１ｃの流路３側の面の表面性状（JIS B0601 1994に記載される、算術平均粗さ：Ｒａ、最大高さ：Ｒｙ、十点平均粗さ：Ｒｚ等）を見たときに、第３壁部１ｃの流路３側の面を構成する部分の一部が、流路３側の面を構成する他の部位13より粗いこと）部位のことを言う。
また、このような粗部２は、流体の流れを阻害することを抑制しつつも熱交換効率を高くするために、第３壁部１ｃの流路側の全面の５％以上30％以内であることが好ましい。
このような粗部２の確認は、例えば、公知の表面粗さ計や画像解析装置等を用いて確認およびその面積の比率を計算することができる。
ここで、流路部材１は、セラミックスで作製することが好ましい。流路部材１をセラミックスで作製することにより、流路３に流す流体として腐食性の高いガスや液体の使用が可能であり、金属に無い耐久性や耐食性を有し、絶縁性に優れた流路部材１とすることができる。なお、セラミックスの材質としては、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。
また、本実施形態の流路部材１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望ましい。ここで、主成分とは、流路部材１を構成する成分のうち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１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、熱交換の効率が向上する。また、他のセラミックス、例えばアルミナと比べて比重が小さいことから、大型の流路部材１が必要な場合に軽量化を図ることができる。
なお、流路部材１の材質は、流路部材１から所定の大きさの試料を切り出し、Ｘ線回折法によって確認することができる。また、含有量については、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＳ）分析を行なうことによって確認することができる。また、ＩＣＰ発光分光分析法または蛍光Ｘ線分析法によっても含有量を確認することができる。
また、流路部材１の流路３は、その形状を蛇行状やスパイラル状に形成することによって、熱交換器の内部に流体を長く留まらせることができる（流路の長さを長くできる）ので、熱交換を効率的に行なうことができる。
図２は、本実施形態の流路部材の他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部を部分拡大した部位における横断面図である。
図２（ａ）に示す本実施形態の流路部材20は、（ｂ）に示すように、第３壁部１ｃは、流路３側に突出する凸部４を有し、凸部４の先端面に粗部２を有している。
このような構成とすることで、凸部４の先端面の粗部２により乱流が発生するとともに、流体が凸部４に接することにより、乱流が大きくなり熱交換効率をさらに高めることができる。
また、凸部４を有するとともに、凸部４の先端面に粗部２を有することで、乱流の発生部が流路３の中央側へ近づくことになるので、流体の攪拌がされやすく乱流の発生による熱交換効率をさらに高めることができるので、流路部材20の熱交換効率をより高めることができる。
なお、凸部４の高さが高すぎると、流体の流れが大きく阻害されてしまい、熱交換効率が低下してしまうおそれがある。それゆえ流体の流れを阻害しすぎないためにも、その高さは500μｍ以上3000μｍ以下であることが好ましい。
なお、ここで言う凸部４の高さは、図２の（ｂ）に示すＡの部分の寸法ことを言い、その測定方法は、凸部４が入るようにしてカットした断面を公知の測定顕微鏡等を用いて測定することができる。
また、凸部４は、流体が流れる方向に沿って複数設けられていることが好ましい。
このような構成とすることで、流路３を流れる流体に乱流をより発生させやすくすることができる。それにより、流路部材20の熱交換効率を高めることができるとともに、流路３内で乱流を複数個所に発生させることにより、熱交換に偏りが生じることを抑制でき、流路部材20の全体の温度を一定に近づけることができることから、流路部材20の熱応力に対する破壊を抑制することができる。
また、凸部４が第１壁部１ａから第２壁部１ｂへ向かう方向に複数設けられていることが好ましい。
このような構成とすることで、流体が、第１壁部１ａ側または第２壁部１ｂ側に偏ることがなく、流路部材20全体で効率よく熱交換をすることができる。それにより、流路部材20の熱交換効率をさらに高めることができる。
また、流体が流れる方向に隣り合う凸部４が、第１壁部１ａから第２壁部１ｂへ向かう方向にずれて設けられていることが好ましい。
このような構成とすることで、流体が、凸部４の間を縫うよう流れることから攪拌されやすくなる。それにより、流路部材20全体の熱交換効率をさらに上げることができるとともに、流路部材20の全体の温度を一定に近づけることができることから、流路部材20が熱応力により破壊されることを抑制できる。
また、流体の流れを阻害しないように抑制しながら流体の乱流を起こして流路部材20の熱交換効率を上げるためには、凸部４の先端面の面積を広く設けることが好ましいが、その構成として、凸部４の先端面の中央部が、第３壁部１ｃ側に向けて湾曲していることが好ましい。
このような構成とすることで、凸部４の表面積を広くすることができるとともに、乱流が第３壁部１ｃ側に向けて回り込んだ際に、さらに粗部２に接触することにより、より多くの乱流が発生するので、流路部材20の熱交換効率をさらに高めることができる。
図３は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）の矢印で示した第３壁部の部分拡大図である。
図３(ｂ)および（ｃ）に示すように、本実施形態の流路部材30は、粗部２が、第１壁部１ａ側から第２壁部１ｂ側に延びる溝５を有している。
このような構成とすることで、溝５によって流路３を流れる流体に乱流をより発生させやすくすることができる。それにより、流路部材30の熱交換効率を高めることができるとともに、流路３内で乱流を複数個所に発生させることにより、熱交換に偏りが生じることを抑制でき、流路部材30の全体の温度を一定に近づけることができることから、流路部材30の熱応力に対する破壊を抑制することができる。
ここで、溝５の幅は50μｍ以上1000μｍ以下、深さは20μｍ以上500μｍ以下であれば良く、この範囲であれば、流体の流れが淀むことなく、乱流をより発生させやすくすることができる。なお、ここで言う溝２の幅は、図３の（ｃ）に示すＢの部分の寸法のことを言い、深さは、Ｃの部分の寸法のことを言う。
図４は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。なお、第３壁部にある溝の断面図は図３と同様となるため割愛しており、また流路部材の第１壁部上に発熱部材が配置されている。
図４に示す流路部材40は、第１壁部１ａが蓋体であり、第２壁部１ｂが底板であり、第３壁部１ｃが側壁とされている。なお流路部材40の蓋体である第１壁部１ａには図示しない発熱部材搭載領域を有しており、該発熱部材搭載領域に発熱部材６が配置されている例を示している。なお発熱部材搭載領域は、対象とする発熱部材６に合わせて適宜設定することができ、例えば第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの表面の全面とすることもできる
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の流路部材40は、第１壁部１ａ（蓋体）の表面に発熱部材６が配置されているとともに、溝５は、流体が発熱部材搭載領域（言い換えれば発熱部材６）に向けて流れるように傾斜している。なお、第２壁部１ｂ（底板）に発熱部材６が配置される場合もある。
このような構成とすることで、流体の一部が、第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの発熱部材搭載領域に向けて流れやすくなる。それにより、流体と第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂとの熱交換、言い換えれば流体と発熱部材搭載領域との熱交換が容易となり、より効率的に熱交換をすることができる。
特に第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの表面に発熱部材６が配置されている場合において、流路３を流れる流体と発熱部材６との熱交換効率を高くするためには、第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの厚みを、強度に問題がない程度でできるだけ薄くすればよい。
なお、発熱部材６とは、後述するウェハだけでなく、ＬＥＤ素子やパワー半導体などの発熱を有する電子部品のことを言う。
図５は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。なお、第３壁部１ｃにある溝５の断面図は図３と同様となるため割愛してある。
図５に示す流路部材50においても、第１壁部１ａが蓋体であり、第２壁部１ｂが底板であり、第３壁部１ｃが側壁とされている。なお流路部材50の蓋体である第１壁部１ａには図示しない発熱部材搭載領域を有しており、該発熱部材搭載領域に発熱部材６が配置されている。
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の流路部材50は、溝５が、発熱部材搭載側領域側に向けて、傾斜角度が大きくなるように、多段に傾斜している。
このような構成とすることで、流体の一部が、第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの発熱部材搭載領域側（言い換えれば発熱部材６）に向けてスムーズに流れやすくなる。それにより、流体と第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂとの熱交換、言い換えれば流体と発熱部材搭載領域との熱交換が容易となり、より効率的に熱交換をすることができる。
図６は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図および流体が流れる方向に対して垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は流体が流れる方向に沿った断面を一部抜粋して示す断面図である。なお、第３壁部１ｃにある溝５の断面図は図３と同様となるため割愛してある。
図６に示す流路部材60においても、第１壁部１ａが蓋体であり、第２壁部１ｂが底板であり、第３壁部１ｃが側壁とされている。なお流路部材60の蓋体である第１壁部１ａには図示しない発熱部材搭載領域を有しており、該発熱部材搭載領域に発熱部材６が配置されている。
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の流路部材60は、第１壁部１ａに発熱部材６が配置されるとともに、溝２の幅Ｂが、発熱部搭載側領域側に向けて広くなっている。
このような構成とすることで、多くの量の流体が、第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂの発熱部材搭載領域側（言い換えれば発熱部材６）に向けてスムーズに流れやすくなる。それにより、流体と第１壁部１ａまたは第２壁部１ｂとの熱交換、言い換えれば流体と発熱部材搭載領域との熱交換が容易となり、より効率的に熱交換をすることができる。
そして図示していないが、本実施形態の熱交換器は、本実施形態の流路部材１，20，30，40，50，60の第１壁部１ａおよび第２壁部１ｂのうち少なくとも一方の表面または内部に金属部材が設けられている。
このような熱交換器の第１壁部１ａおよび第２壁部１ｂのうち少なくとも一方に発熱部材を配置することにより、発熱部材により生じた熱は、金属部材に効率よく伝熱され、その伝熱された熱がさらに各壁部に伝熱されることで、流路３を流れる流体と効率よく熱交換することができる。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有する電子部品を配置する場合に、特に有効である。
図７は、本実施形態の流路部材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200は、ウェハＷのプラズマ処理装置であり、ウェハＷは、本実施形態の流路部材１，20，30，40，50，60の第１壁部１ａの内部に金属部材11が設けられてなる熱交換器100に載置されている。流路部材１，20，30，40，50，60は、流入口７に供給チューブ９、流出口８に排出チューブ10が接続され、高温もしくは低温の流体を流路部材１，20，30，40，50，60の内部に有する流路を循環させることによってウェハＷの加熱や冷却を行なうものである。
また、ウェハＷ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、流路部材１，20，30，40，50，60の第１壁部１ａ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たもので、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で、電極11、12間にプラズマを発生させることができ、第１壁部１ａ上に載置したウェハＷに対してプラズマを当てることができるようになっている。また、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を冷却し、安定した温度に維持できる。このことにより、ウェハＷ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、半導体製造装置200の金属部材11を複数に分割し、一方の電極と他方の電極からなる双極型の電極としても構わない。
また、図７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し、流体の温度を調整するのに用いることができる。
さらに、第１壁部１ａを誘電体材料により形成するとともに、金属部材11を静電吸着用の電極として用い、金属部材11に電圧を印加して、ウェハＷと誘電体層との間にクーロン力やジョンソン・ラーベック力などの静電吸着力を発生させることで、ウェハＷを吸着・保持できるようにすることもできる。
このように、本実施形態の熱交換器100は、本実施形態の流路部材１，20，30，40，50，60の第１壁部１ａおよび第２壁部１ｂのうち少なくとも一方の内部に金属部材11を設けるようにしてあることから、熱交換効率が高く、長期間の使用に耐え得る熱交換器100とすることができる。
そして、本実施形態の流路部材１，20，30，40，50，60は、上述したように、耐久性や耐食性に優れ、熱交換効率の高いものであることから、これを備える本実施形態の半導体製造装置200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好適な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200としては、その一例を示す図７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流路部材１，20，30，40，50，60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１，20，30，40，50、60の製造方法の一例について示す。
まず、流路部材１，20，30の作製にあたって、第１壁部１ａとなる成形体と、第２壁部１ｂと第３壁部１ｃとが一体となって凹部を有する基体の成形体を得た後、接合剤を用いて第１壁部１ａと基体とを接合することによって流路部材１，20，30の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、２次原料とする。次に、噴霧乾燥して造粒した２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、第２壁部１ｂと第３壁部１ｃとが一体となった基体となる成形体については、所望の外形を形成するとともに、流路部材１，20，30の第２壁部１ｂとなる場所に流入口７および流出口８を形成する。また、基体となる成形体については、所望の外形を形成するとともに、凹部を形成する。そして、凹部の第３壁部１ｃにおいて、粗部２を形成する。
ここで、粗部２を形成する方法としては、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって、焼成後に粗部２となるように第３壁部１ｃに形成すればよい。
また、凸部４を形成する方法としては、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって、焼成後に凸部４の高さＡが500μｍ以上3000μｍ以下となるように第３壁部１ｃに形成すればよい。また凸部４の先端面に粗部２を形成する場合には、凸部４の先端面を公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工すればよい。
さらに、溝５を形成する方法としては、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって、焼成後に溝２の幅Ｂが50μｍ以上1000μｍ以下、深さＣが20μｍ以上500μｍ以下となるように第３壁部１ｃに形成すればよい。なお凸部４の先端面に溝５を形成する場合には、上記に示した方法により凸部４を形成して、その先端面に、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって溝５を形成すればよい。
また、別の方法として、公知のプレス法、押出法、射出成形法で作製したセラミック成形体を、焼成後に先端面に粗部２または溝５を有するように形成した凸部を、接合剤を用いてその成形体を接合して一体化させて第３壁部１ｃとしてもよい。
ここで、接合に用いる接合剤としては、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たスラリーからなる接合剤を用いる。
次に、第１壁部１ａとなる成形体および基体となる成形体を接合する工程について説明する。接合に用いる接合剤としては、第１壁部１ａ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たスラリーからなる接合剤を用いる。そして、第１壁部１ａとなる成形体および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、第１壁部１ａとなる成形体と基体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１，20，30を得ることができる。
また、製造方法の他の例としては、第１壁部１ａ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、第１壁部１ａおよび基体の焼結体を得る。
そして、基体の第３壁部１ｃに対し、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって、目的とする粗部２を形成すればよい。
その後、ガラスからなる接合剤を用いて、第１壁部１ａおよび基体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１，20，30を得ることができる。
また、成形体を得る工程の他の例としては、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ロールコンパクション法によりグリーンシートを形成し、金型により所望形状に打ち抜いた成形体を用いて積層するものであってもよい。
例えばその一例として、スラリーの作製方法としては、まず平均粒径が0.5μｍ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、各粉末を、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く、このようにして作製されたスラリーを用いればよい。
そして、粗部２を形成する方法としては、粗部２の形が形成された金型によって所望形状に打ち抜くか、流路３の形状に打ち抜いた後に、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工，ブラスト加工またはレーザ加工などによって、粗部２を形成すればよい。
その後、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３となるように積層するが、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１，20，30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。
ここで、例えば第１壁部１ａに金属部材11を形成するためには、アルミニウムや銅を公知の印刷法で形成するか、蒸着法で形成するか、アルミニウム板や銅板を活性金属法やロウ付け法を用いて接合するか、第１壁部１ａに孔を形成して該孔部にアルミニウムや銅を充填すればよい。このように形成することによって、熱交換器100を得ることができる。
以上のようにして得られる本実施形態の流路部材１，20，30は、第３壁部１ｃの流路３側の面の一部に、他の部位13よりも粗い粗部２を有することにより、流体に乱流が発生し易くなり、熱交換効率が向上した流路部材１，20，30とすることができる。また、特に、半導体製造装置200が本実施形態の流路部材１，20，30を有する熱交換器100を備えることにより、支障をきたすことなく半導体素子の製造や検査を行なうことができる。
なお、図４または図５に示す様な形状の溝５を形成した流路部材40または50を得るためには、例えば、第３壁部１ｃの流路３側からマシニング加工の場合ではマイクロドリルを保持したヘッドを、ブラスト加工の場合では噴射口を保持したヘッドを、またレーザ加工の場合では発射口を保持したヘッドを傾斜、もしくは旋回することによって、図４または図５に示した形状の溝５を有する流路部材40または50を得ることができる。
また、図６に示す様な形状の溝５を形成した流路部材60を得るためには、例えば、第３壁部１ｃの流路３側を蓋体部側１ａ側からマシニング加工の場合では先端面の直径を小さくしたマイクロドリルを使用することによって、ブラスト加工およびレーザ加工の場合では噴射の速度やレーザの出力を調整することによって、図６に示した形状の溝５を有する流路部材60を得ることができる。
１，20，30，40，50，60：流路部材
１ａ：蓋体部
１ｂ：底板部
１ｃ：側壁部
２：粗部
３：流路
４：凸部
５：溝
６：発熱部材
７：流入口
８：流出口
９：供給チューブ
10：排出チューブ
11：金属部材
13：他の部位
100：熱交換器
200：半導体製造装置
Ｗ：ウェハ

Claims (12)

  1. 第１壁部と、第２壁部と、前記第１壁部と前記第２壁部との間に設けられた第３壁部とを備え、前記第１壁部と前記第２壁部と前記第３壁部とで内部に流体が流れる流路を構成してなり、前記第３壁部の前記流路側の面の一部に、他の部位よりも粗い粗部を有することを特徴とする流路部材。
  2. 前記第３壁部は、前記流路に突出する凸部を有し、該凸部の先端面に前記粗部を有することを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
  3. 前記凸部が、流体が流れる方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流路部材。
  4. 前記凸部が、前記第１壁部から前記第２壁部へ向かう方向に複数設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の流路部材。
  5. 流体が流れる方向に隣り合う前記凸部が、前記第３壁部の前記第１壁部から前記第２壁部へ向かう方向にずれて設けられていることを特徴とする請求項４に記載の流路部材。
  6. 前記凸部の先端の中央部が、前記第３壁部側に向けて湾曲していることをと特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の流路部材。
  7. 前記粗部が、前記第１壁部側から前記第２壁部側に延びる溝を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の流路部材。
  8. 前記第１壁部が蓋体であり、前記第２壁部が底板であり、前記第３壁部が側壁であり、前記第１壁部または前記第２壁部に発熱部材搭載領域を有するとともに、前記溝は、前記発熱部材搭載領域に向けて傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の流路部材。
  9. 前記溝が、前記発熱部材搭載領域側に向けて傾斜角度が大きくなるように多段に傾斜していることを特徴とする請求項８に記載の流路部材。
  10. 前記溝の幅が、前記発熱部材搭載領域側に向けて広くなっていることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の流路部材。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の流路部材の前記第１壁部および前記第２壁部のうち少なくとも一方の表面または内部に金属部材が設けられてなることを特徴とする熱交換器。
  12. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の流路部材の前記第１壁部および前記第２壁部のうち少なくとも一方の内部に金属部材が設けられてなる熱交換器を備えるとともに、該金属部材がウェハを吸着するための電極であることを特徴とする半導体製造装置。
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