WO2015080266A1 - 流路部材 - Google Patents

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WO2015080266A1
WO2015080266A1 PCT/JP2014/081630 JP2014081630W WO2015080266A1 WO 2015080266 A1 WO2015080266 A1 WO 2015080266A1 JP 2014081630 W JP2014081630 W JP 2014081630W WO 2015080266 A1 WO2015080266 A1 WO 2015080266A1
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ceramic
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智行 井上
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a flow path member used in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus or a flat panel display (FPD) manufacturing apparatus.
  • a flow path member used in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus or a flat panel display (FPD) manufacturing apparatus.
  • Patent Document 1 describes, as an example of a flow path member, a dielectric window (flow path member) for a plasma processing apparatus having a flow path for flowing a refrigerant or a warm medium.
  • the temperature of the dielectric window for the plasma processing apparatus (the temperature of the flow path member itself) is adjusted by flowing a coolant or a heating medium through the flow path.
  • the flow path member of Patent Document 1 includes a first dielectric plate (first substrate), a second dielectric plate (second substrate), and an adhesive (joining member) that joins the first substrate and the second substrate. And the cross section of the flow path along the direction perpendicular
  • an adhesive (bonding member) for bonding the first dielectric plate and the second dielectric plate is slightly protruded into the rectangular flow path to the first dielectric plate ( An example in which a first substrate) and a second dielectric plate (second substrate) are joined is described.
  • the first substrate and the second substrate are relatively bonded to the bonding portion in an attempt to firmly bond the first substrate and the second substrate.
  • the joining member may protrude from between the first substrate and the second substrate due to the pressing force during joining. If the bonding member partially protrudes into the flow channel having a rectangular cross section along the direction perpendicular to the length direction of the flow channel (the direction in which the refrigerant or the heating medium flows), the protruding bonding member partially Since the shape of the flow path changes irregularly, the refrigerant and the heating medium may not flow as designed, and it may be difficult to adjust the temperature state of the flow path member to a desired state.
  • the present invention meets the demand for providing a flow path member having an excellent temperature control function.
  • the first ceramic molded substrate and the second ceramic molded substrate are pressed together to cause the ceramic paste to protrude into the first groove portion.
  • the first ceramic formed substrate is fired by firing with the ceramic paste protruding from the first groove, and the second ceramic
  • a flow path formed between the first substrate and the second substrate is bonded to the second substrate formed by baking the molded substrate via a bonding member formed by baking the ceramic paste.
  • a flow path member manufacturing method is provided in which a protruding portion of the joining member that protrudes toward the inside of the flow path is formed in a region corresponding to the first groove portion provided in the first flow path.
  • the height of the first portion of the flow path in which the protruding portion of the joining member is disposed is larger than the height of the second portion connected to the first portion.
  • the flow path member manufacturing method of one aspect of the present invention since the protruding portion of the joining member is disposed in the first groove portion having a relatively large height when the flow path member is manufactured, the flow path other than the first groove portion is arranged. Intrusion of the protruding portion into the path is suppressed, and the cross-sectional area of the flow path other than the first groove portion can be easily maintained in a desired shape. For this reason, a fluid such as a refrigerant or a heating medium can be stably passed through the flow path other than the first groove portion.
  • FIG. 1 is a perspective view of the flow path member shown in FIG. 1
  • FIG. 2 is a plan view of the flow path member shown in FIG. 2 (a).
  • A) is sectional drawing cut
  • B) is an enlarged view of the R1 portion of FIG. 3 (a), and (c) is an enlarged view of the R2 portion of FIG. 3 (b).
  • (A) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 (a), and (b) is an enlarged view of a portion R2 in FIG. 4 (a).
  • (A) And (b) is sectional drawing along the thickness direction which shows the manufacturing process of the flow-path member shown in FIG.
  • the flow path member 1 of the present embodiment is used as a heat exchange device for cooling or heating a predetermined member in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus or an FPD manufacturing apparatus.
  • a semiconductor manufacturing apparatus manufactures a semiconductor device by performing various processes on a semiconductor wafer.
  • the FPD manufacturing apparatus manufactures an FPD by performing various processes on a glass substrate.
  • a plasma processing apparatus 2 for performing an etching process or a film forming process on a semiconductor wafer or a glass substrate will be described as an example of a semiconductor manufacturing apparatus and an FPD manufacturing apparatus.
  • Examples of the semiconductor manufacturing apparatus and the FPD manufacturing apparatus include, for example, an exposure apparatus in addition to the plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus 2 of the present embodiment includes a chamber 5 in which a reaction chamber 4 that accommodates an object 3 such as a semiconductor wafer or a glass substrate is formed, and an object in the reaction chamber 4. 3, a chuck 6 such as an electrostatic chuck that adsorbs 3, a supply port 7 for supplying a gas to the reaction chamber 4, an exhaust port 8 for exhausting the gas from the reaction chamber 4, and a position located on the chamber 5 and in the reaction chamber 4 Are provided with a coil 9 for applying a high frequency voltage and a power source 10 for applying a high frequency voltage to the coil 9.
  • the coil 9 In the plasma processing apparatus 2, after supplying gas from the supply port 7 into the reaction chamber 4, the coil 9 generates an electric field in the reaction chamber 4 to generate plasma in the reaction chamber 4. Etching or film formation is performed on the object 3 by this plasma.
  • the chamber 5 of the plasma processing apparatus 2 has a flow path member 1 that is located above the object 3 and supports the coil 9.
  • the flow path member 1 functions as a dielectric window member through which a high-frequency voltage generated by the coil 9 passes.
  • the flow path member 1 which is a dielectric window member is induction-heated by this high frequency voltage.
  • the strength of the high-frequency voltage passing through the flow path member 1 is spatially nonuniform according to the shape of the coil 9, and the degree of heating of the flow path member 1 is also dependent on the variation in the strength of the high-frequency voltage. It tends to vary partially.
  • the temperature in each part of the flow path member 1 becomes non-uniform due to partial variations in the degree of heating of the flow path member 1, the plasma intensity in the reaction chamber 4 tends to be spatially non-uniform.
  • the temperature distribution of the flow path member 1 is reduced by using the flow path member 1 having a flow path 16 through which a refrigerant or a heating medium passes as the dielectric window member.
  • the uniformity of the plasma intensity in the reaction chamber 4 is made relatively high.
  • the flow path member 1 includes a first substrate 12 having a first main surface 11, a second substrate 14 having a second main surface 13 bonded to the first main surface 11, and a first main surface.
  • the flow path along the direction parallel to the 1st main surface 11 and the 2nd main surface 13 is located between the joining member 15 which joined 11 and the 2nd main surface 13, and the 1st board
  • the flow path 16 is a space surrounded by the first substrate 12, the second substrate 14, and the bonding member 15.
  • the joining member 15 has a protruding portion 20 that protrudes from between the first main surface 11 and the second main surface 13 toward the inside of the flow channel 16, and the protruding portion 20 is disposed inside the flow channel 16.
  • the first portion 21 includes a first portion 21 and a second portion 22 connected to the first portion 21 adjacent to the side opposite to the side where the protruding portion 20 of the first portion 21 is disposed.
  • H1 is larger than the height H2 of the second portion 22.
  • the height H2 of the first portion 21H1 and the second portion 22 is a height along the thickness direction (z direction in the drawing) of the first substrate 12 and the second substrate 14.
  • the flow path 16 includes a second portion 22 and two first portions 21 arranged with the second portion 22 interposed therebetween.
  • the flow path member 1 also includes a through hole 17 that penetrates at least one of the first substrate 12 and the second substrate 14 in the thickness direction (z direction).
  • the through-hole 17 is connected to the flow path 16 and functions as a fluid supply hole to the flow path 16 or a fluid discharge hole from the flow path 16.
  • the opening of the through hole 17 is connected to fluid supply means (not shown) for supplying and discharging fluid.
  • the through hole 17 may penetrate only one of the first substrate 12 and the second substrate 14, or may penetrate both the first substrate 12 and the second substrate 14 in the thickness direction. .
  • the first substrate 12 is made of, for example, a ceramic sintered body such as an alumina sintered body, a yttria sintered body, a YAG sintered body, or a spinel sintered body.
  • the first substrate 12 is preferably made of an alumina sintered body.
  • the first substrate 12 of the present embodiment has, for example, a disk shape in plan view.
  • the thickness of the first substrate 12 is, for example, 2 mm or more and 50 mm or less.
  • the width (diameter) of the first substrate 12 is, for example, 100 mm or more and 1000 mm or less.
  • the second substrate 14 is made of a ceramic sintered body having the same main component as the first substrate 12.
  • the material of the second substrate 14 and the first substrate 12 is not particularly limited, and the main components of the second substrate 14 and the first substrate 12 may not be the same, but the second substrate 14 is the main substrate and the first substrate 12.
  • the ceramic sintered body having the same component is used, the linear expansion coefficients of the first substrate 12 and the second substrate 14 are close to each other, and even if heating and cooling are repeated, the first substrate 12 and the second substrate 14 Since the thermal stress acting between the first substrate 12 and the second substrate 14 can be reduced.
  • the joining member 15 is made of, for example, a ceramic sintered body such as an alumina sintered body, a yttria sintered body, a YAG sintered body, or a spinel sintered body, or glass.
  • the joining member 15 is preferably made of a ceramic sintered body having the same main component as the first substrate 12 and the second substrate 14. In this case, the linear expansion coefficients of the first substrate 12, the second substrate 14, and the bonding member 15 are close to each other, and peeling between the first substrate 12 and the second substrate 14 can be reduced.
  • the bonding member 15 can be confirmed as follows, for example.
  • the flow path member 1 is parallel to the thickness direction (z direction in the drawing) of the first substrate 12 and the second substrate 14 and perpendicular to the length direction of the flow path 16 (the direction in which the refrigerant and the heating medium flow).
  • the cross section (cross section corresponding to FIG. 3) is mirror-polished.
  • this cross section is observed using, for example, a digital microscope manufactured by Keyence Corporation. In this observation, the range in which the first substrate 12, the bonding member 15, and the second substrate 14 enter the field of view is observed.
  • a region with many pores 31) can be observed.
  • the region having a relatively large number of voids (closed pores 31) is a region corresponding to the joining member 15.
  • the fluid (refrigerant and warm medium) for adjusting the temperature of the flow path member 1 flows through the flow path 16.
  • the fluid exchanges heat with the peripheral portion of the flow path 16, so that the temperature of the flow path member 1 is adjusted.
  • a coolant such as water or oil can be used.
  • the joining member 15 has the protruding portion 20 that protrudes from between the first main surface 11 and the second main surface 13 toward the inside of the flow path 16, and the flow path 16 is The first portion 21 in which the protruding portion 20 is disposed inside, and the second portion 22 connected to the first portion 21 adjacent to the side opposite to the side on which the protruding portion 20 is disposed of the first portion 21. And the height H1 of the first portion 21 is greater than the height H2 of the second portion 22.
  • the height H 1 of the first portion 21 where the protruding portion 20 of the joining member 15 is arranged is compared with the height H 2 of the second portion 22 connected to the first portion 21.
  • the cross-sectional area of the flow path 16 around the protruding portion 20 that tends to be reduced by the protruding portion 20 becomes relatively large, and the protruding portion 20
  • the flow velocity of the fluid is prevented from becoming too high in the vicinity of the portion 20.
  • the degree of turbulence caused by the protrusion 20 is suppressed to a low level.
  • the influence of the turbulent flow generated in the first portion 21 is hardly transmitted to the second portion 22.
  • the flow speed of the fluid in the second portion 22 can be relatively high, and the turbulent flow in the second portion 22 can be reduced.
  • the fluid refrigerant or heating medium
  • the second portion 22 is mainly provided with a function as a flow path, and therefore the flow path member 1 can easily adjust the temperature of the flow path member 1 itself to a desired state.
  • the first portion 21 of the flow path 16 includes a first groove portion 18 provided on the second main surface 13 of the second substrate 14.
  • the second portion 22 of the flow path 16 is adjacent to the first groove portion 18 along the first groove portion 18 and is connected to the first groove portion 18, and is shallower than the first groove portion 18.
  • 2 grooves 19 In the flow path member 1, a region sandwiched between the bottom surface 32 of the second groove portion 19 of the second substrate 14 and the first main surface 11 of the first substrate 12 corresponds to the second portion 22 of the flow path 16, and the second A region sandwiched between the inner surface of the first groove portion 18 of the substrate 14 and the first main surface 11 of the first substrate 12 corresponds to the first portion 21.
  • the second groove portion 19 is not necessarily required.
  • the height H2 of the second portion 22 is the distance between the main surface of the second substrate 14 and the main surface of the first substrate 12, and the thickness of the bonding member 15 It becomes equivalent. Since the thickness of the joining member 15 is preferably thin from the viewpoint of the strength of the flow path member 1, the cross-sectional area of the flow path 16 (the second portion 22 of the flow path 16) is increased in order to increase the flow rate of the fluid flowing through the flow path 16. In order to increase the size, it is preferable to provide the second groove portion 19.
  • the protrusion 20 can be arranged extending along the depth direction (z direction) of the first groove 18. Therefore, the distance between the surface of the protrusion 20 and the second portion 22 of the flow path 16 can be relatively far away.
  • the same first groove portion may be provided only on the first substrate 12 instead of the second substrate 14, and the same first groove portion may be provided on both the second substrate 14 and the first substrate 12. .
  • the first groove 18 has a bottom surface 26, a side surface 27 connected to the bottom surface 26, and an inclined surface 28 disposed between the bottom surface 26 and the side surface 27.
  • the corners of the rectangle are cut off (corner cut).
  • a region corresponding to the first groove portion 18 in the flow path 16 has a relatively large cross-sectional area, and the flow of fluid tends to be slow.
  • the first groove 18 does not have the inclined surface 28 and the cross section shown in FIG. 3 is a rectangular shape having a corner, the flow velocity of the fluid is remarkably slowed at the corner and the portion corresponding to the corner. Heat exchange may not be sufficient.
  • the flow path member 1 has an inclined surface 28 between the bottom surface 26 and the side surface 27, and the decrease in the flow velocity at such corners is suppressed.
  • the inclined surface 28 is curved, but the inclined surface 28 may be flat.
  • the thickness Tp of the protruding portion 20 along the thickness direction of the first substrate 12 and the second substrate 14 is larger than the height H ⁇ b> 2 of the second portion 22.
  • the width W2 of the second portion 22 is larger than the width W1 of the first portion 21.
  • the width W1 of the first portion 21 and the width W2 of the second portion 22 of the flow channel 16 are orthogonal to the thickness direction of the first substrate 12 and the second substrate 14 and the length direction of the flow channel 16 (in FIG. 3). x direction).
  • the width W2 of the second portion 22 that substantially functions as a flow path can be increased, and the degree of heat exchange in the second portion 22 can be increased.
  • the temperature of the flow path member 1 can be stably adjusted by the fluid that flows stably in the second portion 22.
  • the protruding portion 20 has a convex portion 29 that is convex toward the flow path 16 (second portion 22) and a concave portion 30 that is concave on the surface portion facing the second portion 22. And has concave and convex regions 41 in which concave portions 30 and convex portions 29 are alternately arranged along the length direction of the flow path 16.
  • the flow path member 1 has a plurality of annular flow paths 16 arranged concentrically, and the uneven region 41 of the flow path 16 is continuous in an annular shape. It is arranged on the entire surface portion of the flow channel 16 on the side facing the second portion 22.
  • the height H1 of the first portion 21 of the flow path member 1 is, for example, not less than 2 mm and not more than 30 mm.
  • the height H2 of the second portion 22 is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 2 mm.
  • the width W1 of the first portion 21 is, for example, not less than 1 mm and not more than 10 mm.
  • the width W2 of the second portion 22 is, for example, not less than 5 mm and not more than 100 mm.
  • the thickness Tp of the protrusion 20 is, for example, about 0.1 mm to 11 mm.
  • the width Wp of the protruding portion 20 is smaller than the width W1 of the first portion 21 and is, for example, about 0.5 mm to 10 mm.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a flow path member. In the following description and FIG. 5, even if the flow path member 1 is in a production process state, a part of the configuration is described with reference numerals corresponding to the completed flow path member 1. Yes.
  • the manufacturing method of the flow path member 1 includes, for example, a second ceramic molding substrate 33 having a first main surface 11, a second main surface 13, and a first groove portion 18 provided on the second main surface 13.
  • the step of preparing the ceramic molded substrate 34, and the first main surface 11 and the second main surface 13 are brought into contact with each other via a ceramic paste (not shown) to form the first ceramic molded substrate 33 and the second ceramic formed. It has the process of forming the composite 50 of the board
  • the first ceramic molded substrate 32 and the second ceramic molded substrate 34 are pressed together to cause the ceramic paste to protrude from the first groove 18.
  • the step of firing the composite the first groove 18 is formed.
  • the first substrate 12 formed by firing the first ceramic molded substrate 33 and the second substrate 14 formed by firing the second ceramic molded substrate 34 are combined with the ceramic paste.
  • the protruding portion 20 of the bonding member 15 that protrudes toward the inside of the flow channel 16 is disposed in a region corresponding to the first groove portion 18 of the flow channel 16 while being bonded via the fired bonded body 15.
  • a flow path 16 is formed.
  • a second ceramic molded substrate 34 having a groove 18 is prepared.
  • the first ceramic molded substrate 33 and the second ceramic molded substrate 34 may be manufactured by the following procedure. After adding pure water and an organic binder to the ceramic powder, it is wet-mixed by a ball mill to produce a slurry. Next, the slurry is granulated by spray drying. Next, the granulated ceramic powder is molded using various molding methods to produce the first ceramic molded body 33.
  • the second ceramic molded body 34 is connected to the second groove portion 19 and the second groove portion 19 having a bottom surface 32 parallel to the second main surface 13 in a ceramic molded body produced in the same manner as the first ceramic molded body 33.
  • a first groove 18 is formed.
  • the second groove portion 19 and the first groove portion 18 can be formed by, for example, cutting the second ceramic molded body 34.
  • the first ceramic molded body 33 and the second ceramic molded body 34 are both ceramic molded bodies having the same main component.
  • first main surface 11 and the second main surface 13 are brought into contact with each other via a ceramic paste (not shown), and the first ceramic molded substrate 33, the second ceramic molded substrate 34 and the ceramic paste are combined.
  • a body 50 is formed.
  • the first ceramic molded substrate 32 and the second ceramic molded substrate 34 are pressed together so that the ceramic paste protrudes from the first groove 18.
  • the ceramic paste may be a mixture of ceramic powder and pure water. It is preferable to use the ceramic powder having the same main component as the first molded body 33 and the second molded body 34.
  • the moisture content of the ceramic paste (ratio of pure water in the entire ceramic paste) may be, for example, 40% by mass to 80% by mass.
  • the viscosity of the ceramic paste may be adjusted with a thickener such as an organic substance.
  • This ceramic paste is selectively applied to the second main surface 13 of the second molded body 34 so that the thickness after application is 0.1 mm or more and 2 mm or less.
  • the ceramic paste is applied uniformly through the mesh, thereby uniformly applying the ceramic paste and adjusting the thickness of the ceramic paste.
  • coating by making humidity into 50% RH or more, drying of a ceramic paste is suppressed and the moisture content of a ceramic paste is maintained.
  • the first main surface 11 of the first molded body 33 is brought into contact with the second main surface 13 of the second molded body 34 coated with the ceramic paste.
  • the bonded body is pressed in the thickness direction at a pressure of 4.9 kPa or more and 98.1 kPa or less for 0.5 hour or more, so that the first main surface 11 and the second main surface 13 are pressed.
  • a part of the ceramic paste protrudes into the first groove 18 (that is, protrudes).
  • the first main surface 11 of the first molded body 33 is brought into contact with the second main surface 13 of the second molded body 34 within a relatively short time before joining. It is possible to suppress the drying of the ceramic paste and maintain the moisture content of the ceramic paste. In this way, the composite 50 is produced.
  • this composite 50 is fired.
  • the first ceramic molded substrate 33 is fired by firing at, for example, 1400 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower in a state where the ceramic paste protrudes (projects) in the first groove portion 18.
  • the first substrate 12 and the second substrate 14 formed by firing the second ceramic molded substrate 34 are joined via the joined body 15 formed by firing the ceramic paste, and the first groove portion of the flow path 16 is provided.
  • the flow path member 1 having the flow path 16 in which the protrusions 20 are arranged in the region corresponding to 18 can be formed.
  • the second ceramic molded body 34 includes the first groove portion 18, when the first ceramic molded body 32 and the second ceramic molded body 34 are joined to each other via the ceramic paste, the first ceramic molded body 34 has a sufficient force. Even if the body 32 and the second ceramic molded body 34 are pressed, the ceramic paste that protrudes with this pressing force is likely to be within the range of the relatively large first groove 18, and the cross section of the second portion 22 of the flow path member 16. The shape is suppressed from being partially changed by the protruding ceramic paste (protrusion 20). In addition, since such a protruding portion is arranged in the first groove portion 18, the protruding portion 20 can be arranged in the first portion 21 of the flow channel 16 of the manufactured flow channel member 1. The various functions and effects described above can be realized.

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Abstract

 第1主面を有する第1基板と、第2主面を有する第2基板と、前記第1主面および前記第2主面を接合した接合部材と、前記第1基板および前記第2基板の間に位置するとともに前記第1主面および前記第2主面に平行な方向に沿った流路とを備え、前記接合部材は、前記第1主面および前記第2主面の間から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、前記流路は、前記突出部が内部に配された第1部分と、前記第1部分の前記突出部が配された側と反対側に隣接して前記第1部分と繋がっている第2部分とを有し、前記第1基板の高さは、前記厚さ方向に沿った前記第2部分の高さよりも大きい。

Description

流路部材
 本発明は、例えば半導体製造装置またはフラットパネルディスプレイ(FPD)製造装置に用いられる流路部材に関する。
 従来から、半導体製造装置やFPD製造装置には、流路を有する流路部材が用いられている。例えば特許文献1には、流路部材の一例として、冷媒や温媒を流すための流路を有するプラズマ処理装置用誘電体窓(流路部材)が記載されている。特許文献1に記載のプラズマ処理装置用誘電窓では、この流路に冷媒や温媒を流すことでプラズマ処理装置用誘電窓の温度(流路部材自体の温度)を調整している。
 特許文献1の流路部材は、第1誘電板(第1基板)と、第2誘電板(第2基板)と、第1基板および第2基板を接合した接着剤(接合部材)とを有し、流路の長さ方向(冷媒や温媒が流れる方向)に垂直な方向に沿った流路の断面は矩形状となっている。特許文献1の流路部材では、第1誘電板と第2誘電板とを接合するための接着剤(接合部材)を、この矩形状の流路の内部まで若干はみ出させて第1誘電板(第1基板)と第2誘電板(第2基板)とを接合する例が記載されている。
特開2003-309109号公報
 特許文献1にも記載されているように、第1基板と第2基板とを接合して流路を構成する場合、第1基板と第2基板とを強固に結合しようとして接合部分に比較的多くの接合部材を配置すると、接合の際の押圧力によって第1基板と第2基板との間から接合部材がはみ出す場合がある。流路の長さ方向(冷媒や温媒が流れる方向)に垂直な方向に沿った断面が矩形状の流路内に接合部材が部分的にはみ出していると、はみ出した接合部材によって部分的に流路の形状が不規則に変化するので、冷媒や温媒が設計どおりの流れ方とならずに、流路部材の温度状態が所望の状態に調整し難くなる場合があった。本発明は、温度調節機能に優れた流路部材を提供する要求に応える。
 第1主面を有する第1基板と、第2主面を有する第2基板と、前記第1主面および前記第2主面を接合した接合部材と、前記第1基板および前記第2基板の間に位置するとともに前記第1主面および前記第2主面に平行な方向に沿った流路とを備え、前記接合部材は、前記第1主面および前記第2主面の間から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、前記流路は、前記突出部が内部に配された第1部分と、前記第1部分の前記突出部が配された側と反対側に隣接して前記第1部分と繋がっている第2部分とを有し、前記第1部分の高さは、前記第2部分の高さよりも大きい流路部材を提供する。
 また、第1主面を有する第1セラミック成形基板と、第2主面と該第2主面に設けられた第1溝部とを備える第2セラミック成形基板とを準備する工程と、前記第1主面と前記第2主面とをセラミックペーストを介して当接させて、前記第1セラミック成形基板と前記第2セラミック成形基板と前記セラミックペーストとの複合体を形成する工程と、前記複合体を焼成する工程とを有し、前記複合体を形成する工程では、前記第1セラミック成形基板と前記第2セラミック成形基板とを押し合わせて前記第1溝部に前記セラミックペーストをはみ出させ、前記複合体を焼成する工程では、前記第1溝部に前記セラミックペーストがはみ出た状態で焼成することで、前記第1セラミック成形基板が焼成されてなる第1基板と、前記第2セラミック成形基板が焼成されてなる第2基板とが、前記セラミックペーストが焼成されてなる接合部材を介して接合されるとともに、前記第1基板と前記第2基板との間に形成される流路に設けられた前記第1溝部に対応する領域に、前記流路の内部に向かって突出した前記接合部材の突出部を形成する流路部材の製造方法を提供する。
 本発明の一形態における流路部材によれば、接合部材の突出部が配置される流路の第1部分の高さを、この第1部分に繋がった第2部分の高さに比べて大きくすることで、突出部の周辺での流体の流れの速度を比較的小さくするとともに、突出部で生じた乱流を第1部分の範囲内に留まり易くしており、これにより、第2部分での流体の流れを安定して速く、かつ第2部分における乱流を少なくすることができる。
 本発明の一形態における流路部材の製造方法によれば、流路部材の製造時に、比較的高さが大きい第1溝部に接合部材の突出部が配置されるので、第1溝部以外の流路への突出部の入り込みが抑制されるとともに、第1溝部以外の流路の断面積を所望の形状を保ち易い。そのため、第1溝部以外の流路に例えば冷媒や温媒等の流体を安定して流すことができる。
本発明の一実施形態における流路部材を用いたプラズマ処理装置の厚み方向に沿った断面図である。 (a)は、図1に示した流路部材の斜視図であり、(b)は、図2(a)に示した流路部材の平面図である。 (a)は、図2(b)に示した流路部材の厚み方向に沿って、かつ流路の長さ方向(冷媒や温媒が流れる方向)に垂直な方向に沿って切断した断面図であり、(b)は、図3(a)のR1部分の拡大図であり、(c)は、図3(b)のR2部分の拡大図である。 (a)は、図3(a)のA-A線における断面図であり、(b)は、図4(a)のR2部分の拡大図である。 (a)および(b)は、図1に示した流路部材の製造工程を示す、厚み方向に沿った断面図である。
 以下に、本発明の一実施形態に係る流路部材を、図1ないし図4を参照しつつ詳細に説明する。
 本実施形態の流路部材1は、例えば半導体製造装置やFPD製造装置等における、所定部材の冷却または加熱のための熱交換装置として用いられる。半導体製造装置は、半導体ウエハに各種の処理を行なうことによって、半導体デバイスを製造する。FPD製造装置は、ガラス基板に各種の処理を行なうことによって、FPDを製造する。本実施形態においては、半導体製造装置およびFPD製造装置として、半導体ウエハやガラス基板にエッチング処理や成膜処理を施すためのプラズマ処理装置2を例として説明する。なお、半導体製造装置およびFPD製造装置の例としては、プラズマ処理装置の他に、例えば露光装置などがある。
 本実施形態のプラズマ処理装置2は、図1に示すように、半導体ウェハまたはガラス基板などの対象物3を収容する反応室4が内部に形成されたチャンバ5と、反応室4内で対象物3を吸着する静電チャックなどのチャック6と、反応室4にガスを供給する供給口7と、反応室4からガスを排気する排気口8と、チャンバ5上に位置するとともに反応室4内に高周波の電圧を印加するコイル9と、コイル9に高周波の電圧を印加する電源10とを備えている。
 このプラズマ処理装置2は、反応室4内に供給口7からガスを供給した後、コイル9が反応室4内に電界を生じさせることによって、反応室4内にプラズマを発生させる。このプラズマによって、対象物3にエッチングまたは成膜などを行なう。
 プラズマ処理装置2のチャンバ5は、対象物3の上方に位置するとともにコイル9を支持する流路部材1を有する。この流路部材1は、コイル9が発生させた高周波の電圧が通過する誘電体窓部材として機能する。
 プラズマ処理装置2がプラズマを発生させる際、コイル9には高周波の電圧が印加される。誘電体窓部材である流路部材1は、この高周波電圧によって誘導加熱される。流路部材1を通過する高周波電圧の強度は、コイル9の形状に応じて空間的に不均一となっており、流路部材1の加熱の程度も、この高周波電圧の強度のばらつきに応じて部分的にばらつき易い。流路部材1の加熱の程度の部分的なばらつきによって、流路部材1の各部分における温度が不均一になった場合、反応室4内のプラズマ強度も空間的に不均一となりやすい。本実施形態では、誘電体窓部材として、冷媒や温媒が通る流路16を内部に備えた流路部材1を用いることで、流路部材1(誘電体窓部材)の温度分布を低減して、反応室4内におけるプラズマ強度の均一性を比較的高くしている。
 流路部材1は図3に示すように、第1主面11を有する第1基板12と、第1主面11に接合した第2主面13を有する第2基板14と、第1主面11および第2主面13を接合した接合部材15と、第1基板12および第2基板14の間に位置するとともに第1主面11および第2主面13に平行な方向に沿った流路16とを備えている。流路16は、第1基板12と第2基板と14と接合部材15とで囲まれた空間である。接合部材15は、第1主面11および第2主面13の間から流路16の内部に向かって突出した突出部20を有し、流路16は、突出部20が内部に配された第1部分21と、第1部分21の突出部20が配された側と反対側に隣接して第1部分21と繋がっている第2部分22とを有し、第1部分21の高さH1は第2部分22の高さH2よりも大きい。第1部分21H1および第2部分22の高さH2は、第1基板12および第2基板14の厚さ方向(図中のz方向)に沿った高さである。なお、図3に示す例において、流路16は、第2部分22と第2部分22を挟んで配された2つの第1部分21とを有している。
 流路部材1はまた、図2に示すように、第1基板12および第2基板14の少なくともいずれかを厚み方向(z方向)に貫通した貫通孔17とを備えている。貫通孔17は、流路16につながっており、流路16への流体の供給孔、または流路16からの流体の排出孔として機能する。この貫通孔17の開口は、流体を供給および排出する流体供給手段(図示せず)に接続される。なお、貫通孔17は、第1基板12および第2基板14の一方のみを貫通していても構わないし、第1基板12および第2基板14の双方を厚み方向に貫通していても構わない。
 第1基板12は、例えば、アルミナ質焼結体、イットリア質焼結体、YAG質焼結体またはスピネル質焼結体などのセラミック質焼結体からなる。なかでも、第1基板12は、アルミナ質焼結体からなることが望ましい。本実施形態の第1基板12は、図2に示すように、平面視で例えば円板状である。この第1基板12の厚みは、例えば2mm以上50mm以下である。第1基板12の幅(直径)は、例えば100mm以上1000mm以下である。第2基板14は、第1基板12と主成分が同じであるセラミック質焼結体からなる。第2基板14および第1基板12の材質について特に限定はなく、第2基板14と第1基板12の主成分は同じでなくても構わないが、第2基板14を第1基板12と主成分が同じであるセラミック質焼結体とすると、第1基板12および第2基板14のそれぞれの線膨張係数が近くなり、加熱および冷却が繰り返されても第1基板12と第2基板14との間で作用する熱応力が抑制されるので、第1基板12と第2基板14との剥離を低減することができる。
 接合部材15は、例えば、アルミナ質焼結体、イットリア質焼結体、YAG質焼結体もしくはスピネル質焼結体などのセラミック質焼結体またはガラスなどからなる。接合部材15は、第1基板12および第2基板14と主成分が同じであるセラミック質焼結体からなることが望ましい。この場合、第1基板12、第2基板14、および接合部材15それぞれの線膨張係数が近くなり、第1基板12と第2基板14との剥離を低減することができる。
 接合部材15の主成分が第1基板12および第2基板14の主成分と同じであるセラミック質焼結体からなる場合、接合部材15は例えば以下のようにして確認できる。まず、流路部材1を第1基板12および第2基板14の厚さ方向(図中のz方向)に平行で、かつ流路16の長さ方向(冷媒や温媒が流れる方向)に垂直な方向に沿って切断し、この断面(図3に対応する断面)を鏡面研磨する。次に、例えばキーエンス社製デジタルマイクロスコープを用いて、この断面を観察する。この観察では、第1基板12と接合部材15と第2基板14とが視野入る範囲を観察する。この観察によって、第1基板12および第2基板14に対応する相対的にボイドが少ない領域と、これら第1基板12および第2基板14に対応する領域に挟まれた、相対的にボイド(閉気孔31)が多い領域とを観察することができる。この相対的にボイド(閉気孔31)が多い領域が接合部材15に対応する領域である。
 流路16には、流路部材1の温度を調整するための流体(冷媒や温媒)が流れる。この流体が流路16の周辺部分と熱交換することで、流路部材1の温度が調整される。流体としては、水またはオイルなどの冷媒を用いることができる。
 上述のように流路部材1では、接合部材15は、第1主面11および第2主面13の間から流路16の内部に向かって突出した突出部20を有し、流路16は、突出部20が内部に配された第1部分21と、第1部分21の突出部20が配された側と反対側に隣接して第1部分21と繋がっている第2部分22とを有し、第1部分21の高さH1は第2部分22の高さH2よりも大きい。流路16内に突出部20が配置されるまで接合部材15をはみ出させるように設けることで、流路16以外の領域の全域にわたって接合するようにして、接合強度を高めるとともに、第1基板12と第2基板14との間への流体の侵入をこの接合部材15によって抑制して、第1基板12と第2基板14との剥離を抑制することができる。
 また流路部材1ではこのように、接合部材15の突出部20が配置される第1部分21の高さH1を、この第1部分21に繋がった第2部分22の高さH2に比べて大きくすることで、突出部20の周辺での流体の流れの速度を比較的小さくするとともに、突出部20に起因した乱流が第1部分21の範囲内に留まり易くなっている。すなわち、突出部20が配される第1部分21の高さH1を比較的大きくすることで、突出部20によって小さくなり易い突出部20周辺の流路16の断面積を比較的大きくし、突出部20近傍で流体の流速が高くなり過ぎないようにしている。これにより突出部20に起因して起こる乱流の程度を小さく抑制している。加えて、突出部20近傍の流路16の断面積を大きくすることで、この第1部分21で生じた乱流の影響が、第2部分22まで伝わり難くしている。このため流路部材1では、第2部分22における流体の流れの速度を比較的大きく、かつ第2部分22における乱流を少なくすることができる。これにより、流路16の第2部分22に、比較的速くかつ比較的安定した状態で、流体(冷媒や温媒)を流すことができる。すなわち、主として第2部分22に流路としての機能を持たせており、このため流路部材1は、流路部材1自身の温度を所望の状態に調整し易い。
 流路16の第1部分21は、第2基板14の第2主面13に設けられた第1溝部18を含む。また、図3に示す例においては、流路16の第2部分22は、第1溝部18に沿って隣接して第1溝部18と繋がっているとともに、第1溝部18より深さの浅い第2溝部19とを含む。流路部材1では、第2基板14の第2溝部19の底面32と第1基板12の第1主面11とで挟まれた領域が流路16の第2部分22に対応し、第2基板14の第1溝部18の内面と第1基板12の第1主面11とに挟まれた領域が第1部分21に対応している。第2溝部19は必ずしも必要ではなく、その場合は第2部分22の高さH2は、第2基板14の主面と第1基板12の主面との間隔であり、接合部材15の厚みと同等となる。流路部材1の強度の観点から接合部材15の厚みは薄い方が好ましいので、流路16を流れる流体の流量を多くするために流路16(流路16の第2部分22)断面積を大きくするには、第2溝部19を設けるのが好ましい。
 このように第1溝部18を設け、この第1溝部18に突出部20を配置することで、突出部20を第1溝部18の深さ方向(z方向)に沿って延ばして配置することができるので、突出部20の表面と流路16の第2部分22との距離を、比較的遠ざけて配置しておくことができる。なお、第2基板14ではなくて第1基板12のみに同様の第1溝部を設けてもよく、また、第2基板14と第1基板12の双方に同様の第1溝部を設けてもよい。これは、第2溝部19についても同様である。
 第1溝部18は、底面26と、底面26に接続した側面27と、底面26および側面27の間に配置された傾斜面28とを有する。言い換えれば、例えば、断面視における第1溝部18の形状が矩形状である場合に、矩形の角部が隅切り(コーナーカット)されている。流路16において第1溝部18に対応する領域は断面積が比較的大きく、流体の流れが遅くなり易い。例えば第1溝部18が傾斜面28を有さず、図3に示す断面が角部を有する矩形状である場合など、この角部で流体の流速が著しく遅くなって角部に対応する部分での熱交換が充分にできない場合がある。流路部材1では、底面26と側面27との間に傾斜面28を有しており、このような角部での流速の低下が抑制されている。図3(b)に示す例における流路部材1では傾斜面28は曲面状であるが、傾斜面28は平面状であってもよい。
 流路部材1では、突出部20の第1基板12および第2基板14の厚さ方向に沿った厚みTpが、第2部分22の高さH2よりも大きい方が好ましい。このように、第2部分22の高さH2に比べても比較的広い範囲に突出部20を設けておくことで、第2部分22を比較的速い流速で流れる流体が、第1基板12と第2基板14との境界部分に直接当接することを防止し、第1基板12と第2基板14との剥離をより確実に抑制している。
 流路16は、第1部分21の幅W1より第2部分22の幅W2の方が大きい。流路16の第1部分21の幅W1および第2部分22の幅W2は、第1基板12、第2基板14の厚さ方向および流路16の長さ方向に直交する方向(図3におけるx方向)の長さである。これにより、実質的に流路として機能する第2部分22の幅W2を大きくして、第2部分22における熱交換の程度を大きくすることができる。これにより、第2部分22内を安定して流れる流体によって、流路部材1の温度を安定して調整することができる。
 図4に示すように、突出部20は、第2部分22と対向する側の表面部分に、流路16(第2部分22)に向かって凸である凸部29と凹である凹部30とを有しており、流路16の長さ方向に沿って凹部30と凸部29とが交互に配置された凹凸領域41を有する。図4に示す例においては、流路部材1は、同心円状に配置された複数の円環状の流路16を有しており、流路16の凹凸領域41は円環状に連続して、各流路16の第2部分22と対向する側の表面部分の全体に配置されている。このような凹凸領域14が配置されていることで、流路16の全体で、突出部20が配された第1部分21において安定した乱流を発生させることができる。これにより、局所的な乱流の発生に起因する熱交換の程度の局所的な乱れにともなう流路部材1の温度分布や、局所的な乱流に起因した、第1基板12と第2基板14との局所的な剥離等が抑制されている。
 流路部材1の第1部分21の高さH1は、例えば2mm以上30mm以下である。第2部分22の高さH2は、例えば0.1mm以上2mm以下ある。第1部分21の幅W1は、例えば1mm以上10mm以下である。第2部分22の幅W2は、例えば5mm以上100mm以下である。突出部20の厚みTpは、例えば0.1mm以上11mm以下程度である。突出部20の幅Wpは第1部分21の幅W1より小さく、例えば約0.5mm以上10mm以下程度である。凹凸領域41がある場合は、突出部20の幅Wpが例えば約0.5mm以上10mm以下の範囲で部分的に異なっており、例えば約0.5mm以上10mm以下の範囲の幅Wpをもつ凸部29と凹部30とが交互に複数配置されている。次に、第1基板12、第2基板14および接合部材15が同じ主成分のセラミック焼結体からなる場合を例に、前述した流路部材1の製造方法を説明する。図5は流路部材の製造方法の一例について説明する断面図である。なお、以下の説明および図5では、流路部材1の作製過程の状態のものであっても、一部の構成については、完成後の流路部材1に対応する符号をつけて説明している。
 流路部材1の製造方法は、例えば、第1主面11を有する第1セラミック成形基板33と、第2主面13と第2主面13に設けられた第1溝部18とを備える第2セラミック成形基板34とを準備する工程と、第1主面11と第2主面13とをセラミックペースト(図示せず)を介して当接させて、第1セラミック成形基板33と第2セラミック成形基板34とセラミックペーストとの複合体50を形成する工程と、複合体50を焼成する工程とを有する。複合体を形成する工程では、第1セラミック成形基板32と第2セラミック成形基板34とを押し合わせて第1溝部18にセラミックペーストをはみ出させ、複合体を焼成する工程では、第1溝部18にセラミックペーストがはみ出た状態で焼成することで、第1セラミック成形基板33が焼成されてなる第1基板12と、第2セラミック成形基板34が焼成されてなる第2基板14とが、セラミックペーストが焼成されてなる接合体15を介して接合されるとともに、流路16の第1溝部18に対応する領域に、流路16の内部に向かって突出した接合部材15の突出部20が配置された流路16を形成する。
 より具体的には、まず、図5(a)に示すように、第1主面11を有する第1セラミック成形基板33と、第2主面13と第2主面13に設けられた第1溝部18とを備える第2セラミック成形基板34とを準備する。具体的には、例えば、以下のような手順で第1セラミック成形基板33と第2セラミック成形基板34とを製作すればよい。セラミック粉末に純水と有機バインダーとを加えた後、ボールミルで湿式混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをスプレードライにて造粒する。次に、造粒したセラミック粉末を種々の成形方法を用いて成形して、第1セラミック成形体33を作製する。第2セラミック成形体34は、第1セラミック成形体33と全く同様に作製したセラミック成形体に、第2主面13に平行な底面32を有する第2溝部19と、第2溝部19と繋がった第1溝部18を形成する。第2溝部19と第1溝部18は第2セラミック成形体34を例えば切削加工することによって形成することができる。上述のように、第1セラミック成形体33および第2セラミック成形体34は、いずれも主成分が同じセラミック成形体である。
 次に、第1主面11と第2主面13とをセラミックペースト(図示せず)を介して当接させて、第1セラミック成形基板33と第2セラミック成形基板34とセラミックペーストとの複合体50を形成する。この際、第1セラミック成形基板32と第2セラミック成形基板34とを押し合わせて第1溝部18にセラミックペーストをはみ出させる。
 セラミックペーストは、セラミック粉末と純水とを混合させたものを用いればよい。このセラミック粉末は、第1成形体33および第2成形体34と主成分が同じものを用いることが好ましい。セラミックペーストの含水率(セラミックペースト全体における純水の占める割合)は例えば40質量%以上80質量%以下のものを用いればよい。なお、セラミックペーストは、有機物などの増粘材によって粘度が調整されていても構わない。
 このセラミックペーストを、塗布後の厚みが0.1mm以上2mm以下となるように、第2成形体34の第2主面13に選択的に塗布する。この際、第2成形体34の第2主面13にメッシュを配置した後、メッシュを介してセラミックペーストを塗布することによって、セラミックペーストを均一に塗布するとともに、セラミックペーストの厚みを調節する。また、塗布する際に、湿度を50%RH以上にすることによって、セラミックペーストの乾燥を抑制し、セラミックペーストの含水率を保つ。
 次に、セラミックペーストが塗布された第2成形体34の第2主面13に第1成形体33の第1主面11を当接させる。このように当接させた後、厚み方向に4.9kPa以上98.1kPa以下の圧力で0.5時間以上、接合体を加圧することによって、第1主面11および第2主面13の間からセラミックペーストの一部を第1溝部18内に向かってはみ出させる(すなわち突出させる)。この際、セラミックペーストを塗布した後、比較的短時間のうちに、第2成形体34の第2主面13に第1成形体33の第1主面11を当接させることによって、接合前におけるセラミックペーストの乾燥を抑制し、セラミックペーストの含水率を保つことができる。このようにして複合体50を作製する。
 次に、この複合体50を焼成する。この複合体50を焼成する工程では、第1溝部18にセラミックペーストがはみ出た(突出した)状態で、例えば1400℃以上1800℃以下で焼成することで、第1セラミック成形基板33が焼成されてなる第1基板12と、第2セラミック成形基板34が焼成されてなる第2基板14とが、セラミックペーストが焼成されてなる接合体15を介して接合されるとともに、流路16の第1溝部18に対応する領域に突出部20が配置された流路16を有する流路部材1を形成することができる。
 第2セラミック成形体34は第1溝部18を備えているので、第1セラミック成形体32と第2セラミック成形体34とをセラミックペーストを介して接合する際に、充分な力で第1セラミック成形体32と第2セラミック成形体34とを押圧しても、この押圧力ではみ出したセラミックペーストが、比較的大きな第1溝部18の範囲に収まり易く、流路部材16の第2部分22の断面形状が、はみ出したセラミックペースト(突出部20)によって部分的に変化することが抑制されている。また、第1溝部18にこのようなはみ出し部が配置されることで、製造した流路部材1の流路16の第1部分21に突出部20を配置することができ、流路部材1において、上述した種々の作用効果を実現できる。
 本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
 1      流路部材
 2      プラズマ処理装置
 3      対象物
 4      反応室
 5      チャンバ
 6      チャック
 7      供給口
 8      排気口
 9      コイル
 10     電源
 11     第1主面
 12     第1基板
 13     第2主面
 14     第2基板
 15     接合部材
 16     流路
 17     貫通孔
 18     第1溝部
 19     第2溝部
 20     突出部
 21     第1部分
 22     第2部分
 26     第1底面
 27     側面
 28     傾斜面
 29     凸部
 30     凹部
 31     空隙
 32     第2底面
 33     第1成形体
 34     第2成形体

Claims (10)

  1.  第1主面を有する第1基板と、第2主面を有する第2基板と、前記第1主面および前記第2主面を接合した接合部材と、前記第1基板および前記第2基板の間に位置するとともに前記第1主面および前記第2主面に沿って延びる流路とを備え、
    前記接合部材は、前記第1主面および前記第2主面の間から前記流路の内部に向かって突出した突出部を有し、
    前記流路は、前記突出部が内部に配された第1部分と、前記第1部分の前記突出部が配された側と反対側に隣接して前記第1部分と繋がっている第2部分とを有し、
    前記第1部分の高さは、前記第2部分の高さよりも大きいことを特徴とする特徴とする流路部材。
  2.  前記流路の前記第1部分は、前記第2基板の前記第2主面に設けられた第1溝部を含むことを特徴とする請求項1に記載の流路部材。
  3.  前記第1溝部は、底面と、該底面に接続した側面と、前記底面および前記側面の間に配置された傾斜面とを有することを特徴とする請求項2に記載の流路部材。
  4.  前記流路の前記第2部分は、前記第1溝部に沿って隣接して前記第1溝部と繋がっているとともに、前記第1溝部より深さの浅い第2溝部とを含むことを特徴とする請求項2または請求項3記載の流路部材。
  5.  前記突出部の厚みが、前記第2部分の高さよりも大きいことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の流路部材。
  6.  前記流路は、前記第1部分の幅より前記第2部分の幅の方が大きいことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の流路部材。
  7.  前記突出部は、前記第2部分に向かって凸部と凹部とを有しており、前記流路の長さ方向に沿って凹部と凸部とが交互に配置された凹凸領域を有することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の流路部材。
  8.  前記流路は、前記第2部分と、前記第2部分を挟んで配された2つの前記第1部分とを有していることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の流路部材。
  9.  前記第1基板、前記第2基板および前記接合部材は、いずれも主成分が同じセラミック焼結体からなることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の流路部材。
  10.  第1主面を有する第1セラミック成形基板と、第2主面と該第2主面に設けられた第1溝部とを備える第2セラミック成形基板とを準備する工程と、
    前記第1主面と前記第2主面とをセラミックペーストを介して当接させて、前記第1セラミック成形基板と前記第2セラミック成形基板と前記セラミックペーストとの複合体を形成する工程と、
    前記複合体を焼成する工程とを有し、
    前記複合体を形成する工程では、前記第1セラミック成形基板と前記第2セラミック成形基板とを押し合わせて前記第1溝部に前記セラミックペーストをはみ出させ、
    前記複合体を焼成する工程では、前記第1溝部に前記セラミックペーストがはみ出た状態で焼成することで、前記第1セラミック成形基板が焼成されてなる第1基板と、前記第2セラミック成形基板が焼成されてなる第2基板とが、前記セラミックペーストが焼成されてなる接合部材を介して接合されるとともに、前記第1基板と前記第2基板との間に形成される流路に設けられた前記第1溝部に対応する領域に、前記流路の内部に向かって突出した前記接合部材の突出部を形成することを特徴とする流路部材の製造方法。
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