WO2017212753A1 - 冷却ユニットおよび冷却ユニットの製造方法 - Google Patents

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WO2017212753A1
WO2017212753A1 PCT/JP2017/013235 JP2017013235W WO2017212753A1 WO 2017212753 A1 WO2017212753 A1 WO 2017212753A1 JP 2017013235 W JP2017013235 W JP 2017013235W WO 2017212753 A1 WO2017212753 A1 WO 2017212753A1
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plate member
cooling unit
lid member
opening
side wall
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PCT/JP2017/013235
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剛 高原
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日本発條株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping

Definitions

  • the present invention relates to a cooling unit and a method for manufacturing the cooling unit.
  • the present invention relates to a cooling unit used in a semiconductor manufacturing apparatus and a method for manufacturing the cooling unit.
  • a functional element such as a transistor element, a wiring, a resistance element, or a capacitor element is formed by forming a thin film on a semiconductor substrate and processing it.
  • Methods for forming a thin film on a semiconductor substrate include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), and the like. The method is used.
  • a method of processing the thin film a method such as an ion reactive etching (RIE) method, a mechanical polishing (MP), a chemical mechanical polishing (CMP), or the like is used.
  • RIE ion reactive etching
  • MP mechanical polishing
  • CMP chemical mechanical polishing
  • surface treatment such as plasma treatment is performed in addition to thin film formation and processing.
  • a stage for supporting a semiconductor substrate is provided in a semiconductor manufacturing apparatus used in the film formation, processing, and surface treatment steps described above.
  • the stage not only simply supports the semiconductor substrate but also has a function of adjusting the temperature of the semiconductor substrate according to each processing step.
  • the stage is provided with a cooling mechanism.
  • a cooling mechanism (cooling unit) that cools the stage by circulating a liquid refrigerant is widely used.
  • the first surface plate member (lid member) and the second surface plate member (plate member) are joined in a region other than the groove serving as the cooling water flow path.
  • the cooling water can be prevented from leaking outside the cooling unit.
  • This invention is made in view of such a subject, and it aims at providing the cooling unit with favorable workability
  • a cooling unit includes a plate member having a flat surface portion, a groove portion recessed from the flat surface portion toward the inside of the plate member, and a protruding portion protruding from the flat surface portion toward the outside of the plate member, A lid member that is bonded to the plate member so as to face the projection and has an opening at a position corresponding to the projection, and a plate member and a lid member provided between the side wall of the projection and the inner wall of the opening. And a mixed layer.
  • the plate member and the lid member may be the same material.
  • the plate member and the lid member may be a metal containing aluminum.
  • the side wall of the protruding portion may be in contact with the inner wall of the opening.
  • the plate member is provided with a through-hole penetrating from the first surface of the protruding portion exposed from the lid member to the second surface of the plate member opposite to the protruding portion at the position where the protruding portion is disposed. It may be.
  • protrusions provided with through holes may be provided, and the protrusions may be arranged so that the center of the plate member is included inside a polygon formed by the plurality of protrusions.
  • a cooling unit manufacturing method includes a plate member having a flat portion, a groove portion recessed from the flat portion toward the inside of the plate member, and a protruding portion protruding from the flat portion toward the outside of the plate member.
  • cooling unit of the present invention it is possible to provide a cooling unit with good workability in the joining process between the plate member and the lid member.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1. It is a top view which shows the structure of the plate member which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 3. It is a top view which shows the structure of the cover member which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a C-C ′ sectional view of FIG. 5. It is the elements on larger scale of sectional drawing of the cooling unit which concerns on one Embodiment of this invention.
  • the cooling unit according to the present invention can be implemented in many different modes, and should not be construed as being limited to the description of the embodiments described below.
  • the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
  • the term “upper” or “lower” is used for explanation, but the upper and lower parts respectively indicate directions when the cooling unit is used (when the apparatus is mounted).
  • the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, and the like of each part as compared to actual aspects, but are merely examples and limit the interpretation of the present invention. It is not a thing.
  • the cooling unit according to the first embodiment of the present invention can be used in a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a polishing apparatus, a measuring apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the cooling unit according to the first embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to cool the substrate.
  • FIG. 1 is a top view showing an overall configuration of a cooling unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
  • the cooling unit 10 according to the first embodiment includes a plate member 100 and a lid member 200.
  • the plate member 100 includes a flat surface portion 105, a groove portion 110, and projecting portions 140 and 150.
  • the flat portion 105 faces the lid member 200.
  • the groove part 110 is recessed from the flat part 105 toward the inside of the plate member 100.
  • the protruding portions 140 and 150 protrude from the flat portion 105 toward the outside of the plate member 100.
  • the lid member 200 is provided with an opening 210 at a position corresponding to the protrusion 140.
  • the plate member 100 and the lid member 200 are joined to each other.
  • the position where the plate member 100 and the lid member 200 are joined is the position where the side wall 142 of the protrusion 140 and the inner wall 212 of the opening 210 are in contact with each other, and the side wall 152 of the protrusion 150 and the outer peripheral side wall 214 of the lid member 200. Is the position where they touch.
  • the lid member 200 is surrounded by a protrusion 150 provided on the outer periphery of the plate member 100.
  • the protrusions 140-1 to 140-5 are not particularly distinguished, they are simply referred to as the protrusions 140.
  • the openings 210-1 to 210-5 are not particularly distinguished, they are simply referred to as the openings 210.
  • the side wall 142 of the protrusion 140 and the inner wall 212 of the opening 210 are joined, and the side wall 152 of the protrusion 150 and the outer peripheral side wall 214 of the lid member 200 are joined.
  • the flat portion 105 and the lower surface of the lid member 200 are in mechanical contact, but are not joined.
  • the present invention is not limited to this structure.
  • the upper surface of the protrusion 140 may protrude above the upper surface of the lid member 200, and conversely, the upper surface of the lid member 200 may protrude above the upper surface of the protrusion 140.
  • Water can be used as the coolant flowing through the flow path formed by the groove 110 and the lid member 200, but other cooling liquids such as liquid nitrogen and liquid helium can also be used.
  • FIG. 2 illustrates a configuration in which the flat portion 105 and the lower surface of the lid member 200 are not joined, but the configuration is not limited thereto.
  • the flat portion 105 and the lower surface of the lid member 200 may be joined or bonded supplementarily.
  • the flat portion 105 and the lower surface of the lid member 200 may not be in contact with each other. That is, the flat portion 105 and the lower surface of the lid member 200 may be separated from each other.
  • FIG. 2 illustrates the structure in which the side wall 142 and the inner wall 212 are in direct contact with each other, the present invention is not limited to this configuration.
  • FIG. 3 is a top view showing the configuration of the plate member according to the embodiment of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG.
  • FIG. 5 is a top view showing the configuration of the lid member according to the embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG.
  • the groove part 110 is connected to the external connection parts 120 and 130 at both ends thereof.
  • the cooling liquid introduced from one of the external connection parts 120 and 130 passes through the groove 110 and is discharged to the outside from the other of the external connection parts 120 and 130.
  • the external connection portion 120 is provided near the outer periphery of the plate member 100, and the external connection portion 130 is provided near the center of the plate member 100.
  • the groove part 110 is arranged in a spiral shape from the external connection part 120 toward the external connection part 130.
  • the positions of the external connection parts 120 and 130 and the shape of the groove part 110 can take various forms as will be described later.
  • the groove 110 has a rectangular cross-sectional shape and is recessed from the flat surface 105 toward the inside of the plate member 100.
  • the width of the groove 110 is preferably 1 mm or more and 20 mm or less.
  • the depth of the groove part 110 is good in it being 1 mm or more and 30 mm or less.
  • FIG. 4 an example in which the cross-sectional shape of the groove part 110 is rectangular is shown, but the cross-sectional shape is not limited to this.
  • the bottom of the groove 110 may be curved, and the diameter (or width) of the groove 110 gradually increases or decreases from the inside of the plate member 100 toward the lid member 200. May be.
  • the projecting portion 140 is disposed at the center portion (projecting portion 140-1) of the plate member 100 and at a position separated from the center portion in four directions (projecting portions 140-2 to 5-5). .
  • the projecting portions 140-2 to 140-5 are arranged between the adjacent arcs of the spiral groove portion 110.
  • the protruding portion 150 is provided on the outer peripheral portion of the plate member 100. That is, on the upper surface side of the plate member 100, a region excluding the groove 110 and the protruding portions 140 and 150 is the flat portion 105.
  • FIG. 3 although the structure by which the five protrusion parts 140 were arrange
  • the protruding portions 140 and 150 have a rectangular cross-sectional shape and protrude from the flat portion 105 toward the outside of the plate member 100.
  • the width of the protrusion 140 is preferably 1 mm or more and 30 mm or less.
  • the height of the protrusion 140 is preferably 0.5 mm or more and 20 mm or less.
  • the width of the protrusion 150 is preferably 1 mm or more and 30 mm or less.
  • the height of the protrusion 150 is preferably 0.5 mm or more and 30 mm or less.
  • the protrusions 140 and 150 are part of the plate member 100. That is, the plate member 100 and the protrusions 140 and 150 are integrally formed.
  • protrusions 140 and 150 of members different from the plate member 100 may be connected to the upper surface of the flat portion 105 of the plate member 100.
  • FIG. 4 shows an example in which the cross-sectional shape of the protrusions 140 and 150 is a rectangle, the cross-sectional shape is not limited thereto.
  • the taper shape in which the diameters of the protrusions 140 and 150 gradually decrease from the inside of the plate member 100 toward the outside may be used.
  • the cross-sectional shape of the protrusions 140 and 150 is tapered, the cross-sectional shape of the opening 210 and the outer peripheral side wall 214 of the lid member 200 may be tapered corresponding to the cross-sectional shape of the protrusions 140 and 150.
  • the lid member 200 has a disk shape, and openings 210-1 to 210-5 are provided in the lid member 200 at positions corresponding to the protrusions 140-1 to 140-5 in FIG. ing.
  • the outer diameter (outer peripheral side wall 214) of the lid member 200 substantially matches the inner diameter of the protruding portion 150. That is, the lid member 200 overlaps with the planar portion 105 and the groove portion 110 of the plate member 100 in plan view.
  • the lid member 200 is installed on the plate member 100 by fitting the protrusions 140 and 150 with the opening 210 and the outer peripheral side wall 214.
  • three or more protrusions 140 may be provided.
  • the plurality of protrusions 140 can be arranged so that the center of the plate member 100 is included inside the polygon formed by the plurality of protrusions 140.
  • FIG. 4 the structure in which the side wall of the opening 210 is perpendicular to the main surface of the lid member 200 is illustrated.
  • the structure is not limited to this structure, and the shape can be appropriately changed according to the shape of the protrusions 140 and 150. it can.
  • the joining of the side wall 142 of the projecting part 140 and the inner wall 212 of the opening part 210 and the joining of the side wall 152 of the projecting part 150 and the outer peripheral side wall 214 of the lid member 200 are methods such as friction stir welding (FSW).
  • FSW is a method in which a tool provided with a projection (probe) at its tip is pushed into a joint while rotating, and the material softened by frictional heat is agitated (plastic fluidized) and joined.
  • a layer bonded by FSW is a mixed layer.
  • the plate member 100 and the lid member 200 are prepared.
  • the plate member 100 has a flat surface portion 105 facing the lid member 200, a groove portion 110 that is recessed from the flat surface portion 105 toward the inside of the plate member 100, and a flat surface portion 105 that protrudes toward the outside of the plate member 100.
  • the protrusion part 140 is provided (refer FIG. 4).
  • the lid member 200 is provided with an opening 210 (see FIG. 6).
  • the plate member 100 and the lid member 200 are arranged so that the protrusion 140 is fitted into the opening 210.
  • the plate member 100 and the lid member 200 are arranged so that the protruding portion 140 enters the opening 210.
  • the cooling unit is completed by joining the side wall of the protrusion part 140 and the inner wall of the opening part 210 by FSW.
  • the side wall of the protrusion 140 and the inner wall of the opening 210 are joined in the solid phase near the boundary between them, and a mixed layer is formed by the material of the plate member 100 and the material of the lid member 200. Is done. That is, a mixed layer of the plate member 100 and the lid member 200 exists between the side wall of the protrusion 140 and the inner wall of the opening 210.
  • the FSW process is performed from the direction in which the protrusion 140 and the lid member 200 are exposed upward, the region to be joined can be visually recognized.
  • the material of each component of the cooling unit 10 is demonstrated.
  • the plate member 100 a material such as aluminum (Al), titanium (Ti), a metal containing Al as a main component, a metal containing Ti as a main component, or stainless steel (SUS) can be used.
  • the lid member 200 can be made of Al, Ti, a metal mainly containing Al, a metal mainly containing Ti, or a material such as SUS.
  • the plate member 100 and the lid member 200 can use the same material. However, the plate member 100 and the lid member 200 may use different materials.
  • the side wall 142 of the protrusion 140 and the inner wall 212 of the opening 210 are joined, and the side wall 152 of the protrusion 150 and the outer peripheral side wall 214 of the lid member 200 are connected.
  • region of the protrusion part 140 and the cover member 200 can be visually recognized, the workability
  • the joining portion is provided at a position away from the flow path constituted by the groove portion 110 and the lid member 200, for example, when cooling water is flowed, the cooling water can hardly reach the joining portion. As a result, it is possible to suppress problems such as corrosion due to cooling water at the joint. Or even if it is a case where a cooling water reaches
  • the thermal conductivity of the entire cooling unit 10 can be increased, and the cooling efficiency can be improved.
  • the lid member 200 floats from the plate member 100 by arranging the plurality of projections 140 so that the center of the plate member 100 is included inside the polygon formed by the plurality of projections 140. Can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the cooling liquid from leaking out of the cooling unit 10.
  • the cooling unit according to the second embodiment of the present invention can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a polishing apparatus, a measuring apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the cooling unit according to the second embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to cool the substrate.
  • the cooling unit according to the second embodiment is made in view of the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a cooling unit having high corrosion resistance to cooling water in a cooling unit using Al as a member. .
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of a cross-sectional view of a cooling unit according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling unit 10A according to the second embodiment includes a plate member 100A, a lid member 200A, a first water-resistant coating 310A, and a second water-resistant coating 320A.
  • the plate member 100A includes a flat surface portion 105A facing the lid member 200A, a groove portion 110A recessed from the flat surface portion 105A toward the inside of the plate member 100A, and a protruding portion 140A protruding from the flat surface portion 105A toward the outside of the plate member 100A. , 150A.
  • the lid member 200A is provided with an opening 210A at a position corresponding to the protrusion 140A.
  • the first water-resistant coating 310A is disposed on the flat surface portion 105A and the groove portion 110A. Specifically, the first water-resistant coating 310A is disposed over the entire flat portion 105A. In other words, the first water-resistant coating 310A covers the flat portion 105A.
  • the second water-resistant coating 320A is disposed on the surface of the lid member 200A that faces the flat portion 105A and the groove 110A. The second water-resistant coating 320A is disposed over the entire lower surface of the lid member 200A. In other words, the second water-resistant coating 320A covers the lower surface of the lid member 200A.
  • No water-resistant coating is formed on the side wall 142A of the protrusion 140A, the inner wall 212A of the opening 210A, the side wall 152A of the protrusion 150A, and the outer peripheral side wall 214A of the lid member 200A. That is, the side wall 142A and the inner wall 212A are in contact with each other, and the side wall 152A and the outer peripheral side wall 214A are in contact with each other.
  • an Al 2 O 3 film can be used as the first water-resistant coating 310A and the second water-resistant coating 320A.
  • the Al 2 O 3 film can be formed by, for example, an alumite process or a thermal spray process.
  • a film such as an yttria (Y 2 O 3 ) film, a zirconia (ZrO 2 ) film, or a nickel (Ni) film can be used in addition to the Al 2 O 3 film.
  • the plate member 100A and the lid member 200A are joined to each other at the contact portion between the side wall 142A and the inner wall 212A and the contact portion between the side wall 152A and the outer peripheral side wall 214A.
  • the first water-resistant coating 310A disposed on the upper surface of the flat portion 105A and the second water-resistant coating 320A disposed on the lower surface of the lid member 200A are in mechanical contact, but are not joined.
  • the flat portion 105A and the lower surface of the lid member 200A may be joined or bonded supplementarily. The flat portion 105A and the lower surface of the lid member 200A may not be in contact with each other.
  • FIG. 7 illustrates a structure in which the side wall 142A and the inner wall 212A are in direct contact with each other, the present invention is not limited to this configuration.
  • the groove 110A and the lower surface of the lid member 200A in the region where the cooling water flows, and the upper surface of the unjoined flat surface portion 105A and the lower surface of the lid member 200A are provided. Since the first water-resistant coating 310A and the second water-resistant coating 320A are respectively disposed, the cooling water can be prevented from directly contacting the plate member 100A and the lid member 200A. As a result, corrosion of the plate member 100A and the lid member 200A can be suppressed.
  • the plate member 100A and the lid member 200A are joined at the contact portion between the side wall 142A and the inner wall 212A and the contact portion between the side wall 152A and the outer peripheral side wall 214A, that is, at a position away from the cooling water flow path.
  • the heat generated by the joining process is not easily transmitted to the region where the first water-resistant coating 310A and the second water-resistant coating 320A are disposed in the flow path of the cooling water. Become. For this reason, it can suppress that the water-resistant film formed in the area
  • a cooling unit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the cooling unit according to the third embodiment of the present invention can be used in a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a polishing apparatus, a measuring apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the cooling unit according to the third embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to cool the substrate.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a cooling unit according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling unit 10B according to the third embodiment includes a plate member 100B and a lid member 200B, similarly to the cooling unit 10 shown in FIG.
  • the plate member 100B has a flat surface portion 105B, a groove portion 110B, and projecting portions 140B and 150B.
  • the flat portion 105B faces the lid member 200B.
  • the groove portion 110B is recessed from the flat surface portion 105B toward the inside of the plate member 100B.
  • the protruding portions 140B and 150B protrude from the flat surface portion 105B toward the outside of the plate member 100B.
  • the plate member 100B is provided with a through hole 400B at a position where the protrusion 140B is disposed.
  • the through hole 400B penetrates from the first surface 146B (upper surface) of the protrusion 140B exposed from the lid member 200B to the second surface 106B (lower surface) of the plate member 100B opposite to the protrusion 140B.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an application example of the through hole in the cooling unit according to the embodiment of the present invention.
  • lift pins 510B are necessary for lifting the silicon wafer 500B in the movement of the silicon wafer 500B between the robot arm carrying the silicon wafer 500B and the cooling unit 10B. It is.
  • the example shown in FIG. 9 is a mechanism that lifts and lowers the lift pin 510B through the through hole 400B.
  • the diameter of the through hole 400B is larger than the diameter of the lift pin 510B.
  • the first water-resistant coating 310A and the second water-resistant coating 320A shown in FIG. 7 may be applied.
  • the plate member 100B and the projecting portion 140B are continuous, and the through hole 400B penetrates the plate member 100B and the projecting portion 140B, thereby cooling with the through hole 400B.
  • the water channel can be separated. Therefore, it is possible to prevent the cooling water from leaking outside the cooling unit 10B through the through hole 400B.
  • the cooling unit according to the fourth embodiment of the present invention can be used in a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a polishing apparatus, a measuring apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like.
  • the cooling unit according to the fourth embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to cool the substrate.
  • the structure of the cooling unit shown in the first to third embodiments can be used.
  • the cooling unit according to the fourth embodiment is different from the cooling units according to the first to third embodiments in the planar shape of the plate member and the lid member. Therefore, in the fourth embodiment, only the planar shape will be described. .
  • FIG. 10 is a top view showing an overall configuration of a cooling unit according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling unit 10C shown in FIG. 10 is compared with the cooling unit 10 shown in FIG. 1, the cooling unit 10C has a protruding portion 140C and an opening 210C (hereinafter referred to as a joint portion) disposed at the central position 230C of the plate member 100C.
  • the joining portion does not necessarily have to be arranged at the center position 230C of the plate member 100C.
  • FIG. 11 is a top view showing an overall configuration of a cooling unit according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • the cooling unit 10D shown in FIG. 11 and the cooling unit 10 shown in FIG. 1 are compared, the cooling unit 10D is different from the cooling unit 10 in that the planar shape of the groove 110D is different.
  • both the external connection portions 120D and 130D are provided near the outer periphery of the plate member 100D.
  • the groove portion 110D is spirally arranged from the external connection portion 120D toward the folded portion 160D near the center of the plate member 100D, is folded back by the folded portion 160D, and is spirally arranged from the folded portion 160D toward the external connection portion 130D. Has been.
  • Cooling water is introduced into the flow path from the inlet, flows on the plane of the plate member, and is discharged at the outlet. It will be high. However, according to the shape of the groove 110D shown in FIG. 11, both the inlet and the outlet of the cooling water are arranged near the outer periphery of the plate member 100D, and the groove 110D is folded back near the center of the plate member 100D. Variations in cooling efficiency due to the difference in temperature of the cooling water between the vicinity and the outlet can be suppressed.
  • Cooling unit 100 Plate member 105: Flat surface portion 106: Second surface 110: Groove portion 120, 130: External connection portion 140, 150: Protruding portion 142, 152: Side wall 146: First surface 160: Folded portion 200: Cover Member 210: Opening 212: Inner wall 214: Outer peripheral wall 230: Center position 310: First water-resistant coating 320: Second water-resistant coating 400: Through hole 500: Silicon wafer 510: Lift pin

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Abstract

プレート部材とフタ部材との接合処理における作業性が良好な冷却ユニットが提供される。冷却ユニットは、平面部、平面部からプレート部材の内部に向かって凹んだ溝部、及び平面部からプレート部材の外側に向かって突出した突出部を有するプレート部材と、平面部に対向してプレート部材に接合され、突出部に対応する位置に開口部が設けられたフタ部材と、突出部の側壁と開口部の内壁との間に設けられたプレート部材及びフタ部材の混合層と、を有する。

Description

冷却ユニットおよび冷却ユニットの製造方法
　本発明は冷却ユニットおよび冷却ユニットの製造方法に関する。特に、本発明は半導体製造装置に用いる冷却ユニットおよび冷却ユニットの製造方法に関する。
　ＬＳＩやメモリなどの半導体装置の製造工程では、半導体基板上に薄膜を成膜し、加工することでトランジスタ素子、配線、抵抗素子、容量素子等の機能素子を形成する。半導体基板上に薄膜を形成する方法としては、化学気相成長（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、物理気相成長（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積法（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法が用いられる。薄膜を加工する方法としてはイオン反応性エッチング（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、機械研磨（ＭＰ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、化学機械研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの方法が用いられる。半導体装置の製造工程では、薄膜の成膜及び加工の他にもプラズマ処理等の表面処理が行われる。
　上記の成膜、加工及び表面処理の工程で用いられる半導体製造装置には、半導体基板を支持するステージが設けられている。当該ステージは単に半導体基板を支持するだけでなく、各処理工程に応じて半導体基板の温度を調節する機能が備えられている。例えば、上記のように温度を調節するために、ステージには冷却機構が設けられている。特に、上記の半導体製造装置において、液体の冷媒を循環させることでステージを冷却する冷却機構（冷却ユニット）が広く用いられている。
　例えば特許文献１のように、冷却水の流路となる溝部以外の領域において、第１定盤部材（フタ部材）と第２定盤部材（プレート部材）とが接合される。この構成によって、冷却水が冷却ユニットの外部に漏れ出すことを抑制することができる。
特開２００７－２２２９６５号公報
　特許文献１に示す冷却ユニットでは、溝部以外の領域に沿って第１定盤部材（フタ部材）と第２定盤部材（プレート部材）との接合処理を第１定盤部材（フタ部材）の上方から行う必要がある。しかし、第１定盤部材（フタ部材）の上方からでは溝部の位置が分からない。したがって、正確に溝部以外の領域の接合処理を行うことが困難だった。又は、特許文献１において、正確に溝部以外の領域の接合処理を行うためには、接合処理を行う箇所に事前にマーカなどを付与するなどの手間がかかっていた。
　本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、プレート部材とフタ部材との接合処理における作業性が良好な冷却ユニットを提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態による冷却ユニットは、平面部、平面部からプレート部材の内部に向かって凹んだ溝部、及び平面部からプレート部材の外側に向かって突出した突出部を有するプレート部材と、平面部に対向してプレート部材に接合され、突出部に対応する位置に開口部が設けられたフタ部材と、突出部の側壁と開口部の内壁との間に設けられたプレート部材及びフタ部材の混合層と、を有する。
　また、平面部及び溝部に配置された第１耐水性被膜と、フタ部材において、平面部及び溝部に対向する面に配置された第２耐水性被膜と、をさらに有してもよい。
　また、プレート部材及びフタ部材は同一材料であってもよい。
　また、プレート部材及びフタ部材はアルミニウムを含む金属であってもよい。
　また、突出部の側壁と開口部の内壁とが接していてもよい。
　また、プレート部材には、突出部が配置された位置において、フタ部材から露出された突出部の第１表面から突出部とは反対側のプレート部材の第２表面まで貫通した貫通孔が設けられていてもよい。
　また、貫通孔が設けられた突出部は３つ以上設けられ、複数の突出部によって形成される多角形の内側にプレート部材の中心が含まれるように突出部が配置されてもよい。
　本発明の一実施形態による冷却ユニットの製造方法は、平面部、平面部からプレート部材の内部に向かって凹んだ溝部、及び平面部からプレート部材の外側に向かって突出した突出部を有するプレート部材を準備し、平面部に対向し、開口部が設けられたフタ部材を準備し、開口部の内部に突出部が嵌合されるようにプレート部材とフタ部材とを配置し、突出部の側壁と開口部の内壁とを摩擦撹拌接合によって接合する。
　本発明に係る冷却ユニットによれば、プレート部材とフタ部材との接合処理における作業性が良好な冷却ユニットを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。 図１のＡ－Ａ’断面図である。 本発明の一実施形態に係るプレート部材の構成を示す上面図である。 図３のＢ－Ｂ’断面図である。 本発明の一実施形態に係るフタ部材の構成を示す上面図である。 図５のＣ－Ｃ’断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの断面図の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ユニットにおける貫通孔の適用例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る冷却ユニットについて説明する。但し、本発明の冷却ユニットは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上方又は下方はそれぞれ冷却ユニットの使用時（装置装着時）における向きを示す。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
〈第１実施形態〉
　図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る冷却ユニットの全体構成について説明する。本発明の第１実施形態に係る冷却ユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、研磨装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第１実施形態に係る冷却ユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を冷却する必要がある装置に対して使用することができる。
［冷却ユニット１０の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。図２は、図１のＡ－Ａ’断面図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る冷却ユニット１０は、プレート部材１００及びフタ部材２００を有する。プレート部材１００は、平面部１０５、溝部１１０、及び突出部１４０、１５０を有する。平面部１０５はフタ部材２００に対向する。溝部１１０は平面部１０５からプレート部材１００の内部に向かって凹んでいる。突出部１４０、１５０は平面部１０５からプレート部材１００の外側に向かって突出している。フタ部材２００には突出部１４０に対応する位置に開口部２１０が設けられている。プレート部材１００とフタ部材２００とは、互いに接合されている。プレート部材１００及びフタ部材２００が接合されている位置は、突出部１４０の側壁１４２と開口部２１０の内壁２１２とが接触する位置、及び突出部１５０の側壁１５２とフタ部材２００の外周側壁２１４とが接触する位置である。フタ部材２００はプレート部材１００の外周部に設けられた突出部１５０に囲まれている。ここで、突出部１４０－１～１４０－５を特に区別しない場合は単に突出部１４０という。同様に、開口部２１０－１～２１０－５を特に区別しない場合は単に開口部２１０という。
　図２では、突出部１４０の側壁１４２と開口部２１０の内壁２１２とが接合されており、突出部１５０の側壁１５２とフタ部材２００の外周側壁２１４とが接合されている。一方で、平面部１０５とフタ部材２００の下面とは機械的に接触しているが、接合はされていない。
　突出部１４０の上面とフタ部材２００の上面とが揃っている、つまり、両者が同じ平面を共有する構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、突出部１４０の上面がフタ部材２００の上面よりも上方に突出していてもよく、逆にフタ部材２００の上面が突出部１４０の上面よりも上方に突出していてもよい。溝部１１０及びフタ部材２００によって構成された流路に流す冷媒として、水を用いることもできるが、例えば液体窒素や液体ヘリウムなどのその他の冷却用液体を用いることもできる。
　図２では、平面部１０５とフタ部材２００の下面とが接合されない構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、平面部１０５とフタ部材２００の下面とが補助的に接合又は接着されていてもよい。平面部１０５とフタ部材２００の下面とは接触していなくてもよい。つまり、平面部１０５とフタ部材２００の下面とが離隔されていてもよい。図２では、側壁１４２と内壁２１２とが直接接している構造を例示したが、この構成に限定されない。
　図３～図６を用いて、プレート部材１００及びフタ部材２００の各々の構造について詳しく説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るプレート部材の構成を示す上面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ’断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係るフタ部材の構成を示す上面図である。図６は、図５のＣ－Ｃ’断面図である。
　図３に示すように、溝部１１０は、その両端部において外部接続部１２０、１３０に接続されている。外部接続部１２０、１３０の一方から導入された冷却用液体は、溝部１１０を通過して外部接続部１２０、１３０の他方から外部に排出される。外部接続部１２０はプレート部材１００の外周付近に設けられており、外部接続部１３０はプレート部材１００の中央付近に設けられている。溝部１１０は外部接続部１２０から外部接続部１３０に向かって渦巻き状に配置されている。外部接続部１２０、１３０の位置、及び溝部１１０の形状については、後述するように多様な形態をとり得る。
　図４に示すように、溝部１１０は、断面形状が矩形であり、平面部１０５からプレート部材１００の内部方向に凹んでいる。溝部１１０の幅は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるとよい。溝部１１０の深さは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるとよい。図４では、溝部１１０の断面形状が矩形である例を示したが、この断面形状に限定されない。例えば、溝部１１０の底部が湾曲した形状であってもよく、プレート部材１００の内部からフタ部材２００に向かって溝部１１０の径（または、幅）が徐々に広がる又は徐々に狭くなるテーパ形状であってもよい。
　図３に示すように、突出部１４０は、プレート部材１００の中央部（突出部１４０－１）と、中央部から４方向に離隔した位置に配置されている（突出部１４０－２～５）。突出部１４０－２～５は、渦巻き状の溝部１１０の隣接する円弧の間に配置されている。突出部１５０はプレート部材１００の外周部に設けられている。つまり、プレート部材１００の上面側において、溝部１１０及び突出部１４０、１５０を除いた領域が平面部１０５である。なお、図３では、突出部１４０が５つ配置された構成を例示したが、この構成に限定されず、５つよりも少なくてもよく、５つよりも多くてもよい。後述するように、プレート部材１００の中央部に突出部１４０が配置されていなくてもよい。
　図４に示すように、突出部１４０、１５０は、断面形状が矩形であり、平面部１０５からプレート部材１００の外部方向に突出している。突出部１４０の幅は１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるとよい。突出部１４０の高さは０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるとよい。同様に、突出部１５０の幅は１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるとよい。突出部１５０の高さは０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるとよい。突出部１４０、１５０はプレート部材１００の一部である。つまり、プレート部材１００と突出部１４０、１５０とが一体形成されている。ただし、プレート部材１００の平面部１０５の上面に、プレート部材１００とは異なる部材の突出部１４０、１５０が接続されていてもよい。図４では、突出部１４０、１５０の断面形状が矩形である例を示したが、この断面形状に限定されない。例えば、プレート部材１００の内部から外部に向かって突出部１４０、１５０の径が徐々に小さくなるテーパ形状であってもよい。突出部１４０、１５０の断面形状がテーパ形状の場合、開口部２１０及びフタ部材２００の外周側壁２１４の断面形状も突出部１４０、１５０の断面形状に対応するテーパ形状にするとよい。
　図５に示すように、フタ部材２００は円盤型の形状であり、フタ部材２００の内部には図３の突出部１４０－１～５に相当する位置に開口部２１０－１～５が設けられている。フタ部材２００の外径（外周側壁２１４）は突出部１５０の内径と概略一致している。つまり、フタ部材２００は、平面視においてプレート部材１００の平面部１０５及び溝部１１０と重畳している。突出部１４０、１５０と開口部２１０及び外周側壁２１４とが嵌合することで、フタ部材２００がプレート部材１００に設置される。ここで、フタ部材２００がプレート部材１００から浮いてしまうことを抑制するために、例えば、突出部１４０を３つ以上設けてもよい。これによって、複数の突出部１４０によって形成される多角形の内側にプレート部材１００の中心が含まれるように当該複数の突出部１４０を配置することができる。
　図４では開口部２１０の側壁がフタ部材２００の主面に対して垂直である構造を例示したが、この構造に限定されず、突出部１４０、１５０の形状に合わせて適宜形状を変えることができる。
［プレート部材１００とフタ部材２００との接合方法］
　突出部１４０の側壁１４２と開口部２１０の内壁２１２との接合、及び突出部１５０の側壁１５２とフタ部材２００の外周側壁２１４との接合は、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ；Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）などの方法を用いることができる。ＦＳＷとは、先端に突起物（プローブ）が設けられたツールを回転させながら接合部に押し込み、摩擦熱によって軟化した材料を攪拌（塑性流動化）して接合する方法である。ここで、ＦＳＷによって接合された層を混合層とする。
　上記のように、まずプレート部材１００及びフタ部材２００を準備する。ここで、プレート部材１００にはフタ部材２００に対向する平面部１０５、平面部１０５からプレート部材１００の内部に向かって凹んだ溝部１１０、及び平面部１０５からプレート部材１００の外側に向かって突出した突出部１４０が設けられている（図４参照）。フタ部材２００には開口部２１０が設けられている（図６参照）。次に、開口部２１０の内部に突出部１４０が嵌合されるようにプレート部材１００とフタ部材２００とを配置する。換言すると、開口部２１０の内部に突出部１４０が入り込むようにプレート部材１００とフタ部材２００とを配置する。そして、突出部１４０の側壁と開口部２１０の内壁とをＦＳＷによって接合することで、冷却ユニットが完成する。
　ＦＳＷを用いて接合させることで、突出部１４０の側壁及び開口部２１０の内壁が、それらの境界付近において固相のまま接合し、プレート部材１００の材料及びフタ部材２００の材料による混合層が形成される。つまり、突出部１４０の側壁と開口部２１０の内壁との間には、プレート部材１００及びフタ部材２００の混合層が存在している。ここで、ＦＳＷ処理は突出部１４０及びフタ部材２００が上方に露出した方向から行われるため、接合すべき領域を視認することができる。
［冷却ユニット１０の各構成部品の材料］
　以下に、冷却ユニット１０の各構成部品の材料について説明する。プレート部材１００としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、Ａｌを主成分とする金属、Ｔｉを主成分とする金属、又はステンレス（ＳＵＳ）などの材料を用いることができる。同様に、フタ部材２００として、プレート部材１００と同様に、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌを主成分とする金属、Ｔｉを主成分とする金属、又はＳＵＳなどの材料を用いることができる。プレート部材１００及びフタ部材２００は同一材料を用いることができる。ただし、プレート部材１００及びフタ部材２００は異なる材料を用いてもよい。
　以上のように、第１実施形態の冷却ユニット１０によると、突出部１４０の側壁１４２と開口部２１０の内壁２１２とが接合され、突出部１５０の側壁１５２とフタ部材２００の外周側壁２１４とが接合されることで、突出部１４０及びフタ部材２００の接合領域を視認することができるため、プレート部材１００とフタ部材２００との接合処理における作業性を向上させることができる。接合部が溝部１１０及びフタ部材２００によって構成された流路から離れた位置に設けられているため、例えば冷却水を流した際に冷却水が接合部に到達しにくくすることができる。その結果、接合部の冷却水による腐食等の不具合を抑制することができる。又は、冷却水が接合部に到達した場合であっても、接合部付近では冷却水が滞留するため、接合部の冷却水による腐食等の進行を抑制することができる。
　プレート部材１００及びフタ部材２００を同一材料にすることで、より強度の高い接合部を得ることができ、水素イオン濃度の差に起因した電食（金属材料の腐食）の発生を抑制することができる。プレート部材１００及びフタ部材２００としてＡｌを含む金属を用いることで、冷却ユニット１０全体の熱伝導率を高めることができ、冷却効率を向上させることができる。複数の突出部１４０によって形成される多角形の内側にプレート部材１００の中心が含まれるように当該複数の突出部１４０が配置されることで、フタ部材２００がプレート部材１００から浮いてしまうことを抑制することができる。その結果、冷却用液体が冷却ユニット１０の外部に漏れ出すことを抑制することができる。
〈第２実施形態〉
　図７を用いて、本発明の第２実施形態に係る冷却ユニットについて説明する。本発明の第２実施形態に係る冷却ユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、研磨装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第２実施形態に係る冷却ユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を冷却する必要がある装置に対して使用することができる。
　まず、第２実施形態に係る冷却ユニットの発明に至る経緯について説明する。近年、冷却ユニットにおいて、より安価な冷却ユニットを実現するために、冷却ユニットの材質としてＡｌを主成分とする金属を用いること、及び冷媒として安価な水を用いることが要求されている。Ａｌは化学的に活性な金属であるため、水に曝されると腐食（錆び）が進行してしまう。したがって、冷却ユニットの材質にＡｌを用いる場合はＡｌの表面に対してアルマイト処理を施して酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）被膜を形成し、冷却水に接する領域にＡｌが露出しないようにする構造が採用されている。
　例えば、特許文献１示すような構造で第１定盤部材（フタ部材）と第２定盤部材（プレート部材）との接合処理を行うと、接合処理によって発生する熱が冷却水の流路の内面（溝部及び溝部に対応する第１定盤部材（フタ部材）の下面）に相当する領域に伝わるため、流路の内面に形成されたＡｌ2Ｏ3被膜が剥がれてしまう。流路の内面のＡｌ2Ｏ3被膜が剥がれてしまうと、その領域の耐腐食性が低下してしまうため、流路の内面が腐食する（錆びる）という問題が生じてしまう。
　第２実施形態に係る冷却ユニットは、上記の問題に鑑みてなされたものであり、部材としてＡｌを用いた冷却ユニットにおいて、冷却水に対する耐腐食性が高い冷却ユニットを提供することを目的とする。
　図７は、本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの断面図の部分拡大図である。図７に示すように、第２実施形態に係る冷却ユニット１０Ａは、プレート部材１００Ａ、フタ部材２００Ａ、第１耐水性被膜３１０Ａ、及び第２耐水性被膜３２０Ａを有する。プレート部材１００Ａは、フタ部材２００Ａに対向する平面部１０５Ａ、平面部１０５Ａからプレート部材１００Ａの内部に向かって凹んだ溝部１１０Ａ、及び平面部１０５Ａからプレート部材１００Ａの外側に向かって突出した突出部１４０Ａ、１５０Ａを有する。フタ部材２００Ａには突出部１４０Ａに対応する位置に開口部２１０Ａが設けられている。
　第１耐水性被膜３１０Ａは平面部１０５Ａ及び溝部１１０Ａに配置されている。具体的には、第１耐水性被膜３１０Ａは平面部１０５Ａの全域に配置されている。換言すると、第１耐水性被膜３１０Ａは平面部１０５Ａを覆っている。第２耐水性被膜３２０Ａはフタ部材２００Ａにおいて、平面部１０５Ａ及び溝部１１０Ａに対向する面に配置されている。第２耐水性被膜３２０Ａはフタ部材２００Ａの下面全域に配置されている。換言すると、第２耐水性被膜３２０Ａはフタ部材２００Ａの下面を覆っている。突出部１４０Ａの側壁１４２Ａ及び開口部２１０Ａの内壁２１２Ａ、並びに突出部１５０Ａの側壁１５２Ａ及びフタ部材２００Ａの外周側壁２１４Ａには耐水性被膜は形成されていない。つまり、側壁１４２Ａと内壁２１２Ａとが接しており、側壁１５２Ａと外周側壁２１４Ａとが接している。
　第１耐水性被膜３１０Ａ及び第２耐水性被膜３２０Ａとしては、例えばＡｌ2Ｏ3膜を用いることができる。Ａｌ2Ｏ3膜は例えばアルマイト処理や溶射処理によって形成することができる。上記の耐水性被膜として、Ａｌ2Ｏ3膜以外にイットリア（Ｙ2Ｏ3）膜、ジルコニア（ＺｒＯ2）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜などの被膜を用いることができる。
　図７では、プレート部材１００Ａとフタ部材２００Ａとは、側壁１４２Ａと内壁２１２Ａとの接触部、及び側壁１５２Ａと外周側壁２１４Ａとの接触部において互いに接合されている。一方で、平面部１０５Ａの上面に配置された第１耐水性被膜３１０Ａとフタ部材２００Ａの下面に配置された第２耐水性被膜３２０Ａとは機械的に接触しているが、接合はされていない。ただし、平面部１０５Ａとフタ部材２００Ａの下面とが補助的に接合又は接着されていてもよい。平面部１０５Ａとフタ部材２００Ａの下面とは接触していなくてもよい。つまり、平面部１０５Ａとフタ部材２００Ａの下面とが離隔されていてもよい。図７では、側壁１４２Ａと内壁２１２Ａとが直接接している構造を例示したが、この構成に限定されない。
　以上のように、第２実施形態の冷却ユニット１０Ａによると、冷却水が流れる領域の溝部１１０Ａ及びフタ部材２００Ａの下面、並びに接合されていない平面部１０５Ａの上面とフタ部材２００Ａの下面との間には、それぞれ第１耐水性被膜３１０Ａ及び第２耐水性被膜３２０Ａが配置されているため、冷却水がプレート部材１００Ａ及びフタ部材２００Ａに直接接触することを抑制することができる。その結果、プレート部材１００Ａ及びフタ部材２００Ａの腐食を抑制することができる。プレート部材１００Ａとフタ部材２００Ａとが、側壁１４２Ａと内壁２１２Ａとの接触部、及び側壁１５２Ａと外周側壁２１４Ａとの接触部において接合されている、つまり、冷却水の流路から離れた位置においてプレート部材１００Ａとフタ部材２００Ａとが接合されていることで、接合処理によって発生する熱が冷却水の流路内の第１耐水性被膜３１０Ａ及び第２耐水性被膜３２０Ａが配置された領域に伝わりにくくなる。このため、接合処理の熱によって冷却水が流れる領域に形成された耐水性被膜が剥がれてしまうことを抑制することができる。
〈第３実施形態〉
　図８及び図９を用いて、本発明の第３実施形態に係る冷却ユニットについて説明する。本発明の第３実施形態に係る冷却ユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、研磨装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第３実施形態に係る冷却ユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を冷却する必要がある装置に対して使用することができる。
　図８は、本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。図８に示すように、第３実施形態に係る冷却ユニット１０Ｂは、図２に示す冷却ユニット１０と同様にプレート部材１００Ｂ及びフタ部材２００Ｂを有する。プレート部材１００Ｂは、平面部１０５Ｂ、溝部１１０Ｂ、及び突出部１４０Ｂ、１５０Ｂを有する。平面部１０５Ｂはフタ部材２００Ｂに対向する。溝部１１０Ｂは平面部１０５Ｂからプレート部材１００Ｂの内部に向かって凹んでいる。突出部１４０Ｂ、１５０Ｂは平面部１０５Ｂからプレート部材１００Ｂの外側に向かって突出している。プレート部材１００Ｂには、突出部１４０Ｂが配置された位置に貫通孔４００Ｂが設けられている。貫通孔４００Ｂは、フタ部材２００Ｂから露出された突出部１４０Ｂの第１表面１４６Ｂ（上面）から、突出部１４０Ｂとは反対側のプレート部材１００Ｂの第２表面１０６Ｂ（下面）まで貫通している。
　図９は、本発明の一実施形態に係る冷却ユニットにおける貫通孔の適用例を示す断面図である。例えば、トランジスタなどをシリコンウェハ５００Ｂ上に形成する場合、シリコンウェハ５００Ｂを搬送するロボットアームと冷却ユニット１０Ｂとの間のシリコンウェハ５００Ｂの移動において、シリコンウェハ５００Ｂをリフトアップするためにリフトピン５１０Ｂが必要である。図９に示す例は、リフトピン５１０Ｂを貫通孔４００Ｂを介して昇降させる機構である。貫通孔４００Ｂの径はリフトピン５１０Ｂの径よりも大きい。
　なお、図８及び図９の構成において、図７に示す第１耐水性被膜３１０Ａ及び第２耐水性被膜３２０Ａを適用してもよい。
　以上のように、第３実施形態の冷却ユニット１０Ｂによると、プレート部材１００Ｂと突出部１４０Ｂとが連続し、貫通孔４００Ｂがプレート部材１００Ｂ及び突出部１４０Ｂを貫通することで、貫通孔４００Ｂと冷却水の流路とを離隔することができる。したがって、冷却水が貫通孔４００Ｂを介して冷却ユニット１０Ｂの外部に漏れ出すことを抑制することができる。
〈第４実施形態〉
　図１０及び図１１を用いて、本発明の第４実施形態に係る冷却ユニットとその変形例について説明する。本発明の第４実施形態に係る冷却ユニットは、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、研磨装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第４実施形態に係る冷却ユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を冷却する必要がある装置に対して使用することができる。第４実施形態に係る冷却ユニットとして、第１実施形態～第３実施形態に示す冷却ユニットの構造を用いることができる。第４実施形態に係る冷却ユニットは第１実施形態～第３実施形態に係る冷却ユニットと比較してプレート部材及びフタ部材の平面形状が異なるため、第４実施形態ではその平面形状についてのみ説明する。
　図１０は、本発明の一実施形態に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。図１０に示す冷却ユニット１０Ｃと図１に示す冷却ユニット１０とを比較すると、冷却ユニット１０Ｃはプレート部材１００Ｃの中心位置２３０Ｃには突出部１４０Ｃ及び開口部２１０Ｃ（以下、接合部という）が配置されていない点において、冷却ユニット１０と相違する。図１０に示すように、必ずしもプレート部材１００Ｃの中心位置２３０Ｃに接合部が配置されていなくてもよい。ただし、中心位置２３０Ｃに接合部が配置されない場合、接合部は３つ以上設けることが好ましい。つまり、複数の接合部によって形成される多角形の内側に中心位置２３０Ｃが含まれるように各々の接合部を配置することが好ましい。このようにすることで、フタ部材２００Ｃがプレート部材１００Ｃから浮いてしまうことを抑制することができる。
　図１１は、本発明の一実施形態の変形例に係る冷却ユニットの全体構成を示す上面図である。図１１に示す冷却ユニット１０Ｄと図１に示す冷却ユニット１０とを比較すると、溝部１１０Ｄの平面形状が異なる点において、冷却ユニット１０Ｄは冷却ユニット１０と相違する。図１１に示すように、外部接続部１２０Ｄ、１３０Ｄの両方がプレート部材１００Ｄの外周付近に設けられている。溝部１１０Ｄは、外部接続部１２０Ｄからプレート部材１００Ｄの中央付近の折り返し部１６０Ｄに向かって渦巻き状に配置され、折り返し部１６０Ｄで折り返され、折り返し部１６０Ｄから外部接続部１３０Ｄに向かって渦巻き状に配置されている。
　冷却水は入口から流路に導入されてプレート部材の平面上を流れて出口で排出されるが、周囲との熱交換により入口付近の冷却水の温度に比べて出口付近の冷却水の温度が高くなってしまう。しかし、図１１に示す溝部１１０Ｄの形状によれば、冷却水の入口及び出口がともにプレート部材１００Ｄの外周付近に配置され、溝部１１０Ｄがプレート部材１００Ｄの中央付近で折り返されていることで、入口付近と出口付近の冷却水の温度差に起因する冷却効率のばらつきを抑制することができる。
　なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１０：冷却ユニット
１００：プレート部材
１０５：平面部
１０６：第２表面
１１０：溝部
１２０、１３０：外部接続部
１４０、１５０：突出部
１４２、１５２：側壁
１４６：第１表面
１６０：折り返し部
２００：フタ部材
２１０：開口部
２１２：内壁
２１４：外周側壁
２３０：中心位置
３１０：第１耐水性被膜
３２０：第２耐水性被膜
４００：貫通孔
５００：シリコンウェハ
５１０：リフトピン

Claims (8)

  1. 　平面部、前記平面部から前記プレート部材の内部に向かって凹んだ溝部、及び前記平面部から前記プレート部材の外側に向かって突出した突出部を有するプレート部材と、
    　前記平面部に対向して前記プレート部材に接合され、前記突出部に対応する位置に開口部が設けられたフタ部材と、
    　前記突出部の側壁と前記開口部の内壁との間に設けられた前記プレート部材及び前記フタ部材の混合層と、を有することを特徴とする冷却ユニット。
  2. 　前記平面部及び前記溝部に配置された第１耐水性被膜と、
    　前記フタ部材において、前記平面部及び前記溝部に対向する面に配置された第２耐水性被膜と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
  3. 　前記プレート部材及び前記フタ部材は同一材料であることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
  4. 　前記プレート部材及び前記フタ部材はアルミニウムを含む金属であることを特徴とする請求項３に記載の冷却ユニット。
  5. 　前記突出部の側壁と前記開口部の内壁とが接していることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
  6. 　前記プレート部材には、前記突出部が配置された位置において、前記フタ部材から露出された前記突出部の第１表面から前記突出部とは反対側の前記プレート部材の第２表面まで貫通した貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
  7. 　前記貫通孔が設けられた前記突出部は３つ以上設けられ、
    　複数の前記突出部によって形成される多角形の内側に前記プレート部材の中心が含まれるように前記突出部が配置されることを特徴とする請求項６に記載の冷却ユニット。
  8. 平面部、前記平面部から前記プレート部材の内部に向かって凹んだ溝部、及び前記平面部から前記プレート部材の外側に向かって突出した突出部を有する前記プレート部材を準備し、
    　前記平面部に対向し、開口部が設けられたフタ部材を準備し、
    　前記開口部の内部に前記突出部が嵌合されるように前記プレート部材と前記フタ部材とを配置し、
    　前記突出部の側壁と前記開口部の内壁とを摩擦撹拌接合によって接合することを特徴とする冷却ユニットの製造方法。
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