WO2021201108A1 - 流路部材およびその製造方法 - Google Patents

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ceramic
path member
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宏司 寺本
古川　茂伸
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a flow path member having a flow path through which a fluid flows and a method for manufacturing the same.
  • semiconductor manufacturing equipment and FPD manufacturing equipment have been used to process objects to be processed such as semiconductor wafers and glass substrates.
  • Patent Documents 1 and 2 it has been proposed to cool the object to be processed by using a ceramic flow path member having a flow path formed inside and flowing a cooling fluid through the flow path.
  • the flow path member of the present disclosure is made of a dense ceramic body having an upper surface and a lower surface, the thickness between the upper surface and the lower surface is 50 mm or more, and the area in a plan view is the area of a circle having a diameter of 350 mm or more.
  • a first flow path is provided inside the dense ceramic body, and the depth of the first flow path along the thickness direction is larger than the width of the first flow path.
  • the other flow path member of the present disclosure is a dense ceramic body having an upper surface and a lower surface, the thickness between the upper surface and the lower surface being 50 mm or more, and the area in plan view being the area of a circle having a diameter of 350 mm or more.
  • the dense ceramic body is composed of three or more laminated ceramic substrates, and each of the other ceramic substrates other than the uppermost ceramic substrate has a flow path, and the lower ceramic having the flow path.
  • the depth of the flow path of the upper ceramic substrate laminated on the substrate is larger than the width of the flow path and larger than half the thickness of the ceramic substrate.
  • the method for manufacturing the flow path member of the present disclosure is as follows.
  • the method for manufacturing the other flow path member of the present disclosure is as follows.
  • the process of forming the second groove A step of applying a bonding paste containing ceramic powder to at least one of the upper surface of the first molded body and the lower surface of the third molded body in which the first groove is formed, and A step of applying a bonding paste containing ceramic powder to at least one of the upper surface of the third molded body and the lower surface of the second molded body in which the second groove is formed, and The upper surface of the first molded body and the lower surface of the third molded body are overlapped via the bonding paste, and the upper surface of the third molded body and the lower surface of the second molded body are overlapped via the bonding paste.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the flow path member shown in FIG. 1
  • (b) is an enlarged view of part A of (a)
  • (c) is an enlarged view of part B of (a).
  • It is a top view which shows an example of the 1st flow path used as a suction path for vacuum suction.
  • FIG. 1 ist flow path used as a suction path for vacuum suction.
  • 2nd flow path through which the temperature control fluid flows.
  • FIGS. 1 and (b) are perspective views and cross-sectional views showing the flow path members according to other embodiments of the present disclosure
  • (c) is an enlarged view of part C of (b)
  • (d) is (b). It is an enlarged view of the D part of). It is sectional drawing which shows the flow path member which concerns on still another Embodiment of this disclosure.
  • the present embodiment provides a flow path member and a method for manufacturing the same, which are easily degreased during manufacturing and have improved uniformity of temperature distribution and response of temperature control.
  • the figures used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not always match the actual ones.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a flow path member according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view thereof.
  • the flow path member 1 of the present embodiment is used as a vacuum chuck (adsorption member) for adsorbing and holding the object to be processed 2 in a back grind (bottom grinding) step or a polishing step of the object to be processed 2 such as a semiconductor wafer.
  • the flow path member 1 is housed in a plate-shaped main body 4 having a recess 3 opened in the upper surface 41 and a recess 3 of the main body 4, and is housed in the recess 3 of the main body 4 to be processed. It is provided with a porous body 5 forming an adsorption portion.
  • the main body 4 is made of a dense ceramic body (sintered body). Dense ceramics have a lower porosity than porous ceramics, so that they have high rigidity and are not easily deformed.
  • the porosity of the main body 4 is preferably 5% or less, particularly 3% or less, and more preferably 0.1% or less.
  • the porosity of the main body 4 may be obtained in accordance with JIS R 1634: 1998, and the porosity is substantially the open porosity.
  • an alumina-based sintered body for example, an alumina-based sintered body, a cordierite-based sintered body, a silicon carbide-based sintered body, an aluminum nitride-based sintered body, or the like can be used, and among them, an alumina-based sintered body is used. Is desirable.
  • the alumina-based sintered body in the present embodiment is a sintered body in which the content of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) accounts for 90% by mass or more in a total of 100% by mass of the components constituting the dense ceramic body. say.
  • the alumina-based sintered body may contain at least one of silicon, magnesium and calcium as an oxide other than alumina.
  • Cordierite sintered body except cordierite (2MgO ⁇ 2Al 2 O 3 ⁇ 5SiO 2), alumina (Al 2 O 3), mullite and sapphirine ((Mg 4 Al 4) ( Al 4 Si 2) O 20) May include.
  • the silicon carbide sintered body means a sintered body in which the content of silicon carbide (SiC) accounts for 90% by mass or more in a total of 100% by mass of the components constituting the dense ceramic body.
  • the silicon carbide sintered body may contain boron, silicon, and carbon alone, or may be contained as siliceized products such as SiC 4 and SiC 6.
  • the aluminum nitride material sintered body means a sintered body in which the content of aluminum nitride (AlN) accounts for 90% by mass or more in a total of 100% by mass of the components constituting the dense ceramic body.
  • the aluminum nitride material sintered body may contain at least one of silicon and iron as an oxide other than aluminum nitride (AlN).
  • the components constituting the alumina-based sintered body, the silicon carbide sintered body, and the aluminum nitride-based sintered body are analyzed by fluorescent X-ray after identifying the components using an X-ray diffractometer (XRD) using CuK ⁇ rays.
  • the element content may be determined using an apparatus (XRF) or an ICP emission spectroscopic analyzer (ICP) and converted into the content of the identified component.
  • the carbon contained alone in the silicon carbide sintered body may be obtained by using a carbon analyzer.
  • the components of the corderite sintered body may be identified using an X-ray diffractometer (XRD) using CuK ⁇ rays, and then the content of each component may be determined by using the Rietveld method.
  • the main body 4 of the present embodiment is circular in a plan view, has a thickness of 50 mm or more, and has a diameter of 350 mm or more, and is relatively large. In the examples shown in FIGS. 2 and 6, the diameter is D.
  • the thickness of the main body 4 may be 400 mm or less and the diameter may be 600 mm or less.
  • the main body 4 has an upper surface 41 and a lower surface 42 parallel to each other, and a recess 3 is formed in the upper surface 41.
  • a first flow path 6 parallel to the upper surface 41 and the lower surface 42 is provided, and a second flow path 7 is provided between the first flow path 6 and the upper surface 41.
  • the thickness from the lower surface 42 to the upper end of the first flow path 6 and the thickness from the upper end of the first flow path 6 to the upper end of the second flow path 7 are 20 mm or more and 50 mm or less, particularly preferably 40 mm or less. Is preferable.
  • the first flow path 6 functions as a suction path because the object to be processed 2 is vacuum-adsorbed.
  • the first flow path 6 is provided with a plurality of suction holes 8 for connecting the first flow path 6 and the recess 3 on the upper surface of the main body 4, for example, concentrically.
  • the suction hole 8 functions as a flow path for sucking air from the recess 3 toward the lower surface 42 by a suction device (not shown) such as a pump. The air sucked from the recess 3 is exhausted to the outside through the suction hole 8 and the first flow path 6 connected to the suction hole 8.
  • the second flow path 7 functions as a flow path through which the temperature control fluid flows, and is provided, for example, in a plurality of concentric circles.
  • the temperature control fluid for cooling is cold water, air, helium gas, etc.
  • the temperature control fluid for heating is hot water.
  • the second flow path 7 is independent of the first flow path 6 and is not connected to the first flow path 6.
  • the first flow path 6 has a vertically long cross-sectional shape in which the depth d is larger than the width w.
  • the depth d of the first flow path is preferably twice or more the width w of the first flow path 6. This facilitates degreasing during the manufacture of the main body 4.
  • the degreasing in 4 can be performed quickly.
  • the vertically long first flow path 6 is easier to degreas than the horizontally long flow path as described in Patent Documents 1 and 2.
  • the organic binder volatilized from the inside of the main body 4 is quickly discharged through the first flow path 6.
  • the volume (cross-sectional area) of the first flow path 6 is compared because the first flow path 6 has a vertically long cross-sectional shape. Since the width of the partition wall between the flow paths can be made relatively large with respect to the flow path width while making the target large, it is possible to achieve both ease of degreasing and mechanical properties such as mechanical strength and rigidity.
  • the joining area can be increased by having the first flow path 6 having a vertically long cross-sectional shape, so that the joining strength can be increased. ..
  • the depth of the first flow path 6 is particularly preferably at least half the thickness from the lower surface 42 of the main body 4 to the upper end of the first flow path 6.
  • the main body 4 which is a dense ceramic body, is located above the first ceramic substrate 43 including the first flow path 6 and the first ceramic substrate 43, and has a lower portion of the second flow path 7 and the suction hole 8.
  • the two-ceramic bonding layer 17 and the third ceramic bonding layer 18 may be provided between the third ceramic substrate 45 and the second ceramic substrate 44.
  • the linear expansion rates of the first ceramic substrate 43, the second ceramic substrate 44, the third ceramic substrate 45, the second ceramic bonding layer 17 and the third ceramic bonding layer 18 can be made substantially the same, heating and cooling can be performed. Even if it is used in an environment where the above is repeated, it can be used for a long period of time.
  • the thickness of each of the second ceramic bonding layer 17 and the third ceramic bonding layer 18 is, for example, 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the first flow path 6 connects the inner peripheral surface (that is, the side surface) forming the first flow path 6 and the lower surface of the third ceramic substrate 45 (that is, the upper surface of the first flow path 6).
  • the convex portion 20 may be provided. That is, the first convex portion 20 for connecting the upper surface and the side surface of the first flow path 6 may be provided.
  • the first convex portion 20 is, for example, an annular shape extending along the annular first flow path 6.
  • the second flow path 7 may include a second convex portion 21 that connects the inner peripheral surface forming the second flow path 7 and the lower surface of the second ceramic substrate 44. That is, the second convex portion 21 that connects the upper surface and the side surface of the second flow path 7 may be provided.
  • the joint strength between the inner peripheral surface forming the second flow path 7 and the lower surface of the second ceramic substrate 44 is improved, so that the resistance to mechanical disturbance such as vibration is improved. improves.
  • At least one of the first convex portion 20 and the second convex portion 21 is an annular shape and includes an intermittent annular portion.
  • At least one of the first convex portion 20 and the second convex portion 21 is made of a dense ceramic body having a plurality of closed pores, and the average value of the aspect ratios of the closed pores may be 2 or less.
  • the aspect ratio of the closed pores is a value indicating the maximum length of the closed pores as a ratio to the minimum width of the closed pores, and the closer this value is to 1, the closer to a perfect circle.
  • the aspect ratio of the closed pores contained in the first convex portion 20 and the second convex portion 21 may be measured by, for example, cross-sectional observation using a scanning electron microscope.
  • a sample containing a part of the first convex portion 20 and the second convex portion 21 to be measured is cut out and embedded in a polyester-based resin to obtain a columnar sample.
  • the cross section of the sample may be mirror-finished using diamond abrasive grains.
  • the magnification may be set to, for example, 500 times.
  • the observation range in which the cross section of the sample is to be observed may be, for example, set to 256 ⁇ m in the horizontal direction and 192 ⁇ m in the vertical direction.
  • the minimum width and maximum of each closed pore are applied to each observation range as the object of analysis, and the method of particle analysis of the image analysis software "A image-kun (Ver2.52)" (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) is applied.
  • the length may be obtained and the aspect ratio may be calculated.
  • the lightness of the particles, which is the setting condition of the particle analysis is darkened, the binarization method is manual, the threshold value is 70 to 100, the small figure removal area is 0.3 ⁇ m2, and the noise removal filter is provided.
  • the threshold value was set to 70 to 100, but the threshold value may be adjusted according to the brightness of the image in the observation range, and the brightness of the particles may be darkened and binarized.
  • the threshold value may be adjusted so that the marker appearing in the image matches the shape of the closed pores, after setting the small figure removal area to 0.3 ⁇ m2 and having a noise removal filter.
  • the second flow path 7 is also preferably vertically long in depth larger than the width, and in particular, the depth of the second flow path 7 is the second flow path 7. It should be at least twice the width of.
  • the main body 4 which is easily degreased during manufacturing and has high mechanical properties such as mechanical strength and rigidity can be obtained, and the temperature control fluid is introduced into the second flow path 7. Since the volume (cross-sectional area) of the second flow path 7 can be increased as compared with the horizontally long flow path, the uniformity of the temperature distribution and the response of the temperature control are improved.
  • the depth of the second flow path 7 is particularly preferably at least half the thickness from the upper end of the first flow path 6 to the upper end of the second flow path.
  • FIG. 3 is a plan view showing a first flow path 6 used as a suction path for vacuum suction.
  • the first flow path 6 includes a plurality of annular flow paths 61 to 65 arranged concentrically from the center of the main body 4 toward the peripheral edge, and a plurality of annular flow paths 61 to 65 extending in the radial direction from the center of the main body 4.
  • the plurality of flow paths 61 to 65 are communicated with each other by a plurality of connection flow paths 66.
  • An exhaust hole 9 is provided in the center of the main body 4, and the air in the annular flow paths 61 to 65 and the connection flow path 66 is exhausted from the lower surface 42 of the main body 4 through the exhaust hole 9.
  • FIG. 4 is a plan view showing a second flow path 7 through which the temperature control fluid flows.
  • the second flow path 7 is provided with a fluid inflow hole 10a at one end and a fluid outflow hole 10b at the other end so as to connect the fluid inflow hole 10a and the fluid outflow hole 10b.
  • a second flow path 7 is arranged between them.
  • the second flow path 7 should be arranged as densely as possible in a plane parallel to the upper surface 41 and the lower surface 42 of the main body 4.
  • the fluid inflow hole 10a is connected to a connection hole (not shown) provided on the side wall to allow fluid to flow in from the outside.
  • the fluid outflow hole 10b extends to the lower surface 42 of the main body 4 and discharges the fluid from the lower surface 42.
  • the fluid circulates with a heat exchanger (not shown).
  • the fluid inflow hole 10a may be used as the fluid outflow hole flow
  • the fluid outflow hole 10b may be used as the fluid inflow hole. Both the fluid inflow hole 10a and the fluid outflow hole 10b may be connected to the lower surface 42 to supply the fluid, or both may be connected to the side surface to supply the fluid.
  • the porous body 5 supports the object to be processed 2, and the air in the recess 3 is exhausted to the outside by the first flow path 6, thereby adsorbing the object to be processed 2.
  • the porous body 5 is made of, for example, a breathable porous ceramic.
  • the porous ceramics include, for example, a plurality of ceramic particles made of ceramics which are the same material as the ceramic sintered body of the main body 4, and glass for bonding the ceramic particles to each other, and open pores between the ceramic particles. The one in which the gap is formed can be used.
  • the porosity of the porous body 5 is preferably in the range of 25 to 50%.
  • the porosity of the porous body 4 may be determined in accordance with JIS R 1634: 1998.
  • the flow path member 1 may not be provided with the porous body 5, but may have holes (and grooves) for adsorption formed on the upper surface of the main body 4 made of the dense body to adsorb and support the object 2 to be processed.
  • the outer peripheral region having a large area (volume) is likely to be degreased.
  • the communication holes with the outside which are the degreasing holes, are formed not only on the side surface but also on the upper surface 41 and the lower surface 42, the central region far from the side surface is easily degreased.
  • the flow path member 1 described above can adsorb the object 2 to be processed as follows. First, the object to be processed 2 is placed on the upper surface of the flow path member 1. At this time, as shown in FIG. 2, the inner region of the object to be treated 2 is placed on the upper surface of the porous body 5 so as to cover the entire porous body 5, and the region of the outer edge of the object to be processed 2 is the main body 4 It is placed on the upper surface 41 of. Next, air is sucked into the first flow path 6 from the recess 3 through the suction hole 8 of the main body 4, and further, air is exhausted to the outside from the first flow path 6. As a result, by lowering the air pressure in the recess 3, the object 2 to be processed is sucked through the gap of the porous body 5, so that the object 2 to be processed is adsorbed on the upper surface 41 of the flow path member 1.
  • the flow path member 1 can cool or heat the adsorbed object 2 to be processed by flowing a cooling or heating fluid through the second flow path 7.
  • the temperature of the object to be processed 2 can be kept uniform and the processing accuracy of the object to be processed 2 can be improved.
  • magnesium hydroxide is converted into an oxide (MgO) from 0.3% by mass to 0.42% by mass, and silicon oxide is 0.03% by mass.
  • MgO magnesium hydroxide
  • silicon oxide is 0.03% by mass.
  • % To 0.05% by mass, 0.01% to 0.02% by mass of calcium carbonate converted to oxide (CaO), and a mixed powder weighed so that the balance is aluminum oxide, such as water. It is put into a rotary mill together with the above solvent, and pulverized with a ceramic ball made of aluminum oxide having a purity of 99.5% by mass or more and 99.99% by mass or less until a predetermined particle size is obtained.
  • an organic binder such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, or acrylic resin is added and then mixed to obtain a slurry.
  • the amount of the organic binder added is 2 parts by mass or more and 10 parts by mass or less in total with respect to 100 parts by mass of the mixed powder.
  • the slurry is granulated by spray drying.
  • Various molding methods for example, the CIP (Cold Isostatic Pressing) method, are used for the granulated ceramic powder to prepare a molded product with a molding pressure of, for example, 80 MPa or more and 150 MPa or less.
  • a molding pressure for example, 80 MPa or more and 150 MPa or less.
  • the second molded body 12 is formed by forming a recess 3 on the upper surface and making the lower surface a flat surface by cutting. Further, a vertically long first groove 6a is formed on the upper surface and the lower surface is a flat surface, which is referred to as a first molded body 11. A vertically long second groove 7a is formed on the upper surface and the lower surface is a flat surface, which is referred to as a third molded body 13. The first groove 6a and the second groove 7a have a vertically long cross-sectional shape. Further, if the depths of the first groove 6a and the second groove 7a are at least half the thickness of the first molded body 11 and the third molded body 13, respectively, degreasing is likely to occur. It is preferable that the second molded body 12 and the third molded body 13 are formed with through holes 8a to be suction holes 8.
  • a bonding paste containing ceramic powder is applied to at least one of the upper surface of the first molded body 11 and the lower surface of the third molded body 13 in which the first groove 6a is formed. Further, a bonding paste containing ceramic powder is applied to at least one of the upper surface of the third molded body 13 and the lower surface of the second molded body 12 in which the second groove 7a is formed.
  • the upper surface of the first molded body 11 and the lower surface of the third molded body 13 are overlapped with each other via the joining paste, and the upper surface of the third molded body 13 and the second molded body 12 are placed via the joining paste.
  • the lower surface is overlapped to form a laminated body in which the first molded body 11, the third molded body 13, and the second molded body 12 are laminated in this order from the bottom.
  • the laminate is heated to a temperature lower than the firing temperature to degreas it, and then the laminate is fired to obtain the main body 4. That is, the main body 4 made of one dense ceramic body is produced by simultaneously firing the first molded body 11, the third molded body 13, the second molded body 12, and the bonding paste.
  • the firing atmosphere is preferably an atmospheric atmosphere, and the firing temperature is preferably, for example, 1400 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. In this way, it is possible to obtain a flow path member made of a circular dense ceramic body having a thickness of 50 mm or more and a diameter of 350 mm or more.
  • a bonding paste can be obtained by adding 8 parts by mass or more and 20 parts by mass or less of cellulosic polysaccharides to 100 parts by mass, putting them in a storage container in a stirrer, mixing and stirring.
  • the cellulose-based polysaccharide is, for example, at least one of methyl cellulose, ethyl cellulose, ethyl methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl ethyl cellulose and carboxyethyl cellulose.
  • the mixed powder a mixed powder having the same main component as the mixed powder used for the molded product of the main body 4 is used.
  • a main body 4 made of one ceramic sintered body having the same composition as the main component is produced. can do.
  • a bonding paste having another composition may be used.
  • the first convex portion 20 and the second convex portion 21 are, for example, when the first molded body 11, the second molded body 12, and the third molded body 13 shown in FIG. 5 are laminated via a bonding paste. It can be formed by applying a bonding paste between the 1 molded body 11 and the 3rd molded body 13 so as to protrude into the first flow path 6.
  • the dense ceramic body is a silicon carbide sintered body
  • it is a mixed powder obtained by weighing a powder that is a sintering aid such as boron carbide, phenol, rare earth oxide, and aluminum oxide, and a powder consisting of silicon carbide that is the main component. Is put into a rotary mill together with a solvent such as water, and pulverized with a ceramic ball until a predetermined particle size is obtained. Next, after adding the organic binder, a slurry is obtained.
  • the organic binder may be a synthetic resin, and may be a rosin ester, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, butyral resin, phenol resin, polyethylene oxide resin, poly (2-ethyloxazoline) resin, polyvinylpyrrolidone resin, polyacrylic acid.
  • System resins, polymethacrylic acid resins, polyvinyl alcohol resins, acrylic resins, polyvinyl butyral resins, alkyd resins, polybenzyls, polym-divinylbenzene, polystyrene and the like can be used.
  • the bonding paste is applied to the target of joining each molded body. Apply to the surface to be.
  • the bonding paste used is a mixture of the above-mentioned mixed powder, solvent and organic binder.
  • the organic binder is one or more of aromatic resins such as phenol resin, polybenzyl, polym-divinylbenzene, polyvinylpyrrolidone resin, polystyrene and the like, and is larger than the amount of the organic binder added to the slurry. Add the amount.
  • a bonding paste is applied to each surface of the molded body to be joined, the molded bodies are laminated, dried, and then held in nitrogen gas at a predetermined temperature to obtain a degreased body.
  • a flow path member can be obtained by holding the degreased body in an argon gas atmosphere and a firing temperature of 1900 ° C. or higher and 2050 ° C. or lower for 3 to 10 hours.
  • the above-mentioned degreasing is a temperature lower than the firing temperature, and is usually preferably performed at 400 to 800 ° C.
  • the organic binder contained in each molded body is volatilized and discharged from the exhaust hole 9, the fluid inflow hole 10a, and the fluid outflow hole 10b of the flow path member 1, but the discharge is efficiently performed in a short time.
  • one end is connected to the groove 6a of the first molded body 11, and the other end is provided with a hole communicating from the side surface of the first molded body 11 to the outside, that is, a degreasing passage 14. You may.
  • the degreasing passage 14 is closed by inserting an obstruction plug (not shown) made of a dense ceramic body, a metal such as stainless steel, or the like, and joining the obstruction plug with molten glass.
  • the degreasing passage 15 may be provided in the third molded body 13.
  • the degreasing passage 15 is also closed by joining the stopper with molten glass after firing. At least one of the degreasing passage 14 and the degreasing passage 15 may have the surface of the glass used for joining flush with the outer peripheral surface of the main body 4 so that the obstruction plug is not exposed to the outside.
  • the commercial value is improved and the airtightness is maintained.
  • the detachment of metal particles that are likely to occur from the block plug can be suppressed, so that the particles are suspended. Contamination can be prevented.
  • the glass is filled from the outside, melted and cooled, and then a part of the glass exposed to the outside is removed. It may be ground or polished.
  • the degreasing passage 14 and the degreasing passage 15 is provided in a plurality, for example, 4 or more and 8 or less along the radial direction.
  • the organic binder can be volatilized and discharged more efficiently.
  • the degreasing passages 14 (15) may be arranged at equal intervals along the circumferential direction. With such a configuration, the organic binder can be volatilized and discharged without bias.
  • the degreasing passage 14 may have a circular cross section, for example, and the diameter of the inner peripheral surface 14b on the outer side of the first molded body 11 forming the laminate may be larger than the diameter of the inner peripheral surface 14a on the groove 6a side. ..
  • the cross section of the degreasing passage 14 is a cross section perpendicular to the axial direction of the degreasing passage 14.
  • the inner peripheral surface of the degreasing passage 14 may extend so as to incline from the groove 6a side toward the outer side of the first molded body 11, and as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface 14a and the inner peripheral surface may be widened. 14b may be connected by an annular stepped surface 14c.
  • the degreasing passage 15 may have a circular cross section, for example, and the diameter 15b on the outer side of the third molded body 13 forming the laminate may be larger than the diameter 15a on the groove 7a side.
  • the cross section of the degreasing passage 15 is a cross section perpendicular to the axial direction of the degreasing passage 15.
  • the inner peripheral surface of the degreasing passage 15 may extend so as to incline from the groove 7a side toward the outer side of the third molded body 13, and as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface 15a and the inner peripheral surface
  • the 155b may be connected to the annular stepped surface 15c.
  • FIGS. 6 (a) and 6 (b) The same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the flow path member 1'of this embodiment includes a first flow path 6'parallel to the upper surface and the lower surface parallel to each other of the main body 4'.
  • the first flow path 6' is a suction path for vacuum suction of the object to be processed, and has a suction hole 8'opened on the upper surface of the main body 4'.
  • the first flow path 6' is not limited to the suction path for adsorption, and may be a flow path through which the temperature control fluid flows. In this case, the suction hole 8'is not necessary.
  • the depth of the first flow path 6, 6'or the second flow path 7 is set to the inside of the flow path members 1, 1'(in the plan view of the flow path member 1, the inside including the center. (Region) may be large, and may be small on the outside (the region located on the outside and including the outer peripheral surface in the plan view of the flow path member 1). With such a configuration, degreasing of the inner region, which has a long distance from the outer peripheral surface and is difficult to degreas, can be promoted.
  • the depth is partially (for example, a part of the outer region). May have channels less than twice the width.
  • the main body 4 ′ which is a dense ceramic body, includes a first ceramic substrate 43 ′, a second ceramic substrate 44 ′ located above the first ceramic substrate 43 ′, a first ceramic substrate 43 ′, and a second ceramic substrate 44 ′.
  • a first ceramic bonding layer 16 may be provided between the ′ and the ceramic bonding layer 16.
  • the linear expansion coefficients of the first ceramic substrate 43', the second ceramic substrate 44', and the first ceramic bonding layer 16 can be made substantially the same, and in this case, they are used in an environment where heating and cooling are repeated. Even if it is used, the strain accumulated in each of the above members is reduced, so that it can be used for a long period of time.
  • the thickness of the first ceramic bonding layer 16 is, for example, 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the first flow path 6' may include a first convex portion 19 that connects the inner peripheral surface forming the first flow path 6'and the lower surface of the second ceramic substrate 44'. That is, the first convex portion 19 that connects the upper surface and the side surface of the first flow path 6'may be provided.
  • the first convex portion 19 can be formed in the same manner as the first convex portion 20 described above. By providing the first convex portion 19, the joint strength between the inner peripheral surface forming the first flow path 6'and the lower surface of the second ceramic substrate 44' is improved, so that it is resistant to mechanical disturbance such as vibration. Increased resistance.
  • the first convex portion 19 is, for example, an annular shape extending along the annular first flow path 6'.
  • the first convex portion 19 may connect the lower surface and the side surface of the first flow path 6'. Even in that case, the resistance to mechanical disturbance such as vibration is improved.
  • the first convex portion 19 is made of a dense ceramic body having a plurality of closed pores, and the average value of the aspect ratios of the closed pores may be 2 or less.
  • the aspect ratio of the closed pores included in the first convex portion 19 may be measured by the same method as described above.
  • a first convex portion 19 is a first ceramic, for example, similar to laminating the first molded body 11, the second molded body 12, and the third molded body 13 shown in FIG. 5 via a bonding paste. It can be formed by applying a bonding paste between the molded body forming the substrate 43'and the molded body forming the second ceramic substrate 44'so as to protrude into the first flow path 6'. ..
  • the manufacturing method of the flow path member 1'of the present embodiment may be basically the same as the manufacturing method of the flow path member of the above-described embodiment except that two molded bodies are laminated instead of the three molded bodies. That is, the first molded body and the second molded body obtained by molding the ceramic powder are prepared, and a groove serving as a first flow path having a depth larger than the width is formed on the upper surface of the first molded body, and then the groove is formed. , A laminated body in which the first molded body and the second molded body are laminated is formed via a bonding paste containing the ceramic powder, and this is degreased and then fired to form a flow path member made of a dense ceramic body. Can be produced.
  • the flow path member 1 of this embodiment includes a dense ceramic body composed of a plurality of laminated ceramic substrates (three layers in FIG. 7).
  • the dense ceramic body in the present embodiment is composed of a first ceramic substrate 43, a second ceramic substrate 44, and a third ceramic substrate 45.
  • These ceramic substrates 43, 44, 45 can be formed from, for example, the first to third molded bodies 11, 12, 13 described above.
  • the first ceramic substrate 43 and the third ceramic substrate 45 are provided with a first flow path 6 and a second flow path 7, respectively, at the lower part.
  • the depth D of the second flow path 7 of the upper third ceramic substrate 45 laminated on the first ceramic substrate 43 located is larger than the width w of the flow path, and the depth D of the third ceramic substrate 45 is larger than the width w of the flow path. Greater than half the thickness T. As a result, the distance between the upper and lower flow paths 6 and 7 becomes smaller. Therefore, at the time of manufacturing, degreasing can be efficiently performed from the horizontal direction and the vertical direction in the upper and lower flow paths 6 and 7.
  • the first flow path 6 of the first ceramic substrate 43 may also have a depth larger than half the thickness of the first ceramic substrate 43.
  • the flow path member 1 is composed of four or more layers of ceramic substrates, the ceramic substrate whose upper and lower sides are sandwiched between other ceramic substrates has a flow path having a depth larger than half of its thickness. It is good.
  • a first convex portion 20 may be provided on the inner upper portion of the first flow path 6. As a result, the strength can be reinforced by the first convex portion 20 even if the distance between the flow paths 6 and 7 is reduced.
  • the flow path member has a circular planar shape, but the planar shape may be a polygon such as a quadrangle.
  • the flow path member preferably has a thickness of 50 mm or more and an area in a plan view of a circle with a diameter of 350 mm or more.

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Abstract

本開示に係る流路部材は、上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、第１の流路を緻密質セラミック体の内部に備え、第１の流路の深さは、第１の流路の幅よりも大きい。

Description

流路部材およびその製造方法
　本開示は、流体が流れる流路を有する流路部材およびその製造方法に関する。
　従来、半導体ウェハやガラス基板等の被処理物を加工するために半導体製造装置やＦＰＤ製造装置が用いられている。
　例えば、半導体製造装置において、被処理物にバックグラインド加工（下面研削加工）を行う場合、被処理物の加工による熱が発生する。その結果、被処理物が熱膨張して、被処理物の加工精度が低下しやすくなる。被処理物の加工精度が低下すると、被処理物に損傷が生じることがある。
　これに対し、内部に流路が形成されたセラミックスの流路部材を使用し、流路に冷却用流体を流すことによって、被処理物を冷却することが提案されている（特許文献１、２）。
国際公開第２０１３／１７９９３６号 特開２０１７-２１２３２８号公報
　本開示の流路部材は、上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、前記厚みの方向に沿った前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きい。
　本開示の他の流路部材は、上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、緻密質セラミック体は、積層された３層以上のセラミック基板からなり、最上層の前記セラミック基板を除く他の前記セラミック基板はそれぞれ流路を備え、前記流路を有する下部の前記セラミック基板に積層された上部の前記セラミック基板が有する前記流路の深さは、該流路の幅よりも大きく、かつ前記セラミック基板の厚みの半分より大きい。
　本開示の流路部材の製造方法は、
セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備する工程と、
第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成する工程と、
溝を形成した第１成形体の上面および第２成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
ペーストを介して第１成形体と第２成形体とを積層した積層体を形成する工程と、
積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂する工程と、
積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、
を含む。
　本開示の他の流路部材の製造方法は、
セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体と第３成形体を準備する工程と、
第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる第１の溝を形成し、第３成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第２の流路となる第２の溝を形成する工程と、
第１の溝を形成した第１成形体の上面および前記第３成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
第２の溝を形成した第３成形体の上面および第２成形体の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
接合用ペーストを介して第１成形体の上面と第３成形体の下面とを重ね合わせ、かつ接合用ペーストを介して第３成形体の上面と第２成形体の下面とを重ね合わせて、第１成形体と第３成形体と第２成形体とをこの順で積層した積層体を形成する工程と、
積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂する工程と、
積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、
を含む。
本開示の一実施形態に係る流路部材を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示す流路部材の概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。 真空吸着用の吸引路として使用される第１の流路の一例を示す平面図である。 温度調節用流体が流れる第２の流路の一例を示す平面図である。 図１に示す流路部材の製造方法を説明するための概略図である。 （ａ）および（ｂ）は、本開示の他の実施形態に係る流路部材を示す斜視図およびその断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部の拡大図、（ｄ）は（ｂ）のＤ部の拡大図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る流路部材を示す断面図である。
　以下、本開示の一実施形態に係る流路部材について、図１～図７を参照して説明する。本実施形態は、製造時に脱脂しやすく、しかも温度分布の均一性や、温度調節のレスポンスが改善された流路部材およびその製造方法を提供する。
　なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率などは現実のものとは必ずしも一致していない。
　図１は、本開示の一実施形態に係る流路部材を示す斜視図であり、図２はその概略断面図である。本実施形態の流路部材１は、半導体ウェハ等の被処理物２のバックグラインド（下面研削）工程やポリッシング工程において、被処理物２を吸着保持する真空チャック（吸着部材）として用いられる。この流路部材１は、図１および図２に示すように、上面４１に開口した凹部３が形成された板状の本体４と、この本体４の凹部３に収容され、被処理物２の吸着部をなす多孔質体５とを備えている。
　本体４は、緻密質セラミック体（焼結体）からなる。緻密質セラミックスは、多孔質セラミックスに比べて気孔率が小さいので剛性が高く、変形しにくい。本体４の気孔率は、５％以下、特に３％以下、さらに、０．１％以下が好ましい。本体４の気孔率は、ＪＩＳ　Ｒ　１６３４:１９９８に準拠して求めればよく、気孔率は実質的に開気孔率となる。緻密質セラミック体としては、例えば、アルミナ質焼結体、コージェライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等を用いることができ、中でもアルミナ質焼結体を用いることが望ましい。
　本実施形態におけるアルミナ質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。アルミナ質焼結体は、アルミナ以外、珪素、マグネシウムおよびカルシウムの少なくともいずれかを酸化物として含んでいてもよい。コージェライト質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａl２Ｏ３・５ＳｉＯ２）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。コージェライト質焼結体は、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａl２Ｏ３・５ＳｉＯ２）以外、アルミナ（Ａl２Ｏ３）、ムライトおよびサフィリン（（Ｍｇ４Ａｌ４）（Ａｌ４Ｓｉ２）Ｏ２０）を含んでいてもよい。
　炭化珪素質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、炭化珪素（ＳｉＣ）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。炭化珪素質焼結体は、炭化珪素（ＳｉＣ）以外、ホウ素、珪素および炭素を単独で含んでいてもよく、ＳｉＢ４，ＳｉＢ６等の珪化物として含んでいてもよい。
　窒化アルミニウム質焼結体とは、緻密質セラミック体を構成する成分の合計１００質量％のうち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の含有量が９０質量％以上を占める焼結体をいう。窒化アルミニウム質焼結体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外、珪素および鉄の少なくともいずれかを酸化物として含んでいてもよい。
　アルミナ質焼結体、炭化珪素質焼結体および窒化アルミニウム質焼結体を構成する成分は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。なお、炭化珪素質焼結体に単独で含まれる炭素は、炭素分析装置を用いて求めればよい。
　コージェライト質焼結体は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて成分を同定した後、リートベルト法を用いて、各成分の含有量を求めればよい。
　本実施形態の本体４は、平面視で円形であり、厚みが５０ｍｍ以上、直径が３５０ｍｍ以上を有する比較的大型である。図２、６で示す例では、直径はＤである。本体４の厚みは、４００ｍｍ以下、直径は６００ｍｍ以下であってもよい。
　また、図２に示すように、本体４は、互いに平行な上面４１および下面４２を備え、上面４１に凹部３が形成されている。本体４の内部には、上面４１および下面４２に平行な第１の流路６を備え、さらに第１の流路６と上面４１との間には第２の流路７を備える。下面４２から第１の流路６の上端までの厚みおよび第１の流路６の上端から第２の流路７の上端までの厚みは、それぞれ２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に好ましくは４０ｍｍ以下であることが好ましい。
　本実施形態では、第１の流路６は、被処理物２を真空吸着するため吸引路として機能する。第１の流路６には、第１の流路６と本体４の上面にある凹部３とを接続する複数の吸引孔８が例えば同心円状に設けられている。吸引孔８は、凹部３から下面４２に向かって、ポンプ等の吸引装置（図示しない）によって空気を吸引する流路として機能する。凹部３から吸引された空気は、吸引孔８を介し、吸引孔８に接続する第１の流路６を通って外部に排気される。
　一方、第２の流路７は、温度調節用流体が流れる流路として機能し、例えば同心円状に複数設けられている。温度調節用流体には、冷却用と加熱用の２種類がある。例えば、冷却用の温度調節用流体は冷水、空気、ヘリウムガス等であり、加熱用の温度調節用流体は熱水である。なお、第２の流路７は、第１の流路６と独立の流路となっており、第１の流路６とはつながっていない。
　第１の流路６は、深さｄが幅ｗよりも大きい縦長の断面形状を有する。第１の流路の深さｄは、第１の流路６の幅ｗの２倍以上であるのがよい。これにより、本体４の製造時に脱脂しやすくなる。一般に、比較的大型の緻密質セラミック体では、内部の脱脂が困難になる場合があるが、本実施形態の流路部材１は、比較的大型の緻密質セラミック体であるにもかかわらず、本体４内の脱脂を速やかに行うことができる。特に、特許文献１，２に記載のような横長の流路に比して、縦長の第１の流路６は、脱脂が容易である。すなわち、縦長の第１の流路６は、厚み方向に深い深さを有しているので、本体４の内部から揮散した有機バインダーが第１の流路６を経て速やかに排出されるのに対して、横長の流路の場合は、本体４の深い部分（例えば、中心部）で揮散した有機バインダーの排出に時間を要する。本体４の体積（断面積）に対する、第１の流路６の体積（断面積）の比率が大きい方が脱脂はし易いが、本体４の機械的強度や剛性が低下する。本実施形態の本体４のように、比較的厚みが大きい流路部材では、第１の流路６が縦長の断面形状を有することで、第１の流路６の体積（断面積）を比較的大きくしつつ、流路間の隔壁の幅を流路幅に対して比較的大きく取れるので、脱脂しやすさと機械的強度、剛性等の機械的特性を両立することができる。特に、流路部材１を複数のセラミック基板を接合して形成する場合、第１の流路６が縦長の断面形状を有することで、接合面積を大きくすることができるので、接合強度を大きくできる。第１の流路６の深さは、本体４の下面４２から第１の流路６の上端までの厚みの半分以上であると特に良い。
　緻密質セラミック体である本体４は、第１の流路６を含む第１セラミック基板４３と、第１セラミック基板４３の上側に位置して、第２の流路７および吸引孔８の下部を含む第３セラミック基板４５と、第３セラミック基板４５の上側に位置して、吸引孔８の上部を含む第２セラミック基板４４と、第１セラミック基板４３と第３セラミック基板４５との間に第２セラミック接合層１７と、第３セラミック基板４５と第２セラミック基板４４との間に第３セラミック接合層１８とを有していてもよい。
　第１セラミック基板４３、第２セラミック基板４４、第３セラミック基板４５、第２セラミック接合層１７および第３セラミック接合層１８のそれぞれの線膨張率をほぼ同等にすることができるので、加熱および冷却が繰り返される環境で用いられても、長期間に亘って用いることができる。
　第２セラミック接合層１７および第３セラミック接合層１８のそれぞれの厚みは、例えば、４０μｍ以上６０μｍ以下である。
　第１の流路６は、第１の流路６を形成する内周面（すなわち側面）と、第３セラミック基板４５の下面（すなわち第１の流路６の上面）とを接続する第１凸部２０を備えていてもよい。すなわち、第１の流路６の上面と側面とを接続する第１凸部２０を備えていてもよい。
　第１凸部２０を備えることで、第１の流路６を形成する内周面と、第３セラミック基板４５の下面との接合強度が向上すると共に、第２流路６内の気密性も確保することができ、さらに振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。第１凸部２０は、例えば、環状の第１の流路６に沿って延びる環状である。
　第２の流路７は、第２の流路７を形成する内周面と、第２セラミック基板４４の下面とを接続する第２凸部２１を備えていてもよい。すなわち、第２の流路７の上面と側面とを接続する第２凸部２１を備えていてもよい。
　第２凸部２１を備えることで、第２の流路７を形成する内周面と、第２セラミック基板４４の下面との接合強度が向上するので、振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。
　第１凸部２０および第２凸部２１の少なくともいずれかは、環状であり、間欠的な環状も含む。
　第１凸部２０および第２凸部２１の少なくともいずれかは、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であってもよい。
　閉気孔のアスペクト比とは、閉気孔の最小幅に対する閉気孔の最大長を比で示した値であり、この値が１に近いほど、真円に近くなる。
　閉気孔を複数有することで、応力が緩和され、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であると、真球に近い閉気孔が多くなるため、閉気孔の周辺に生じる応力が低減し、この周辺を起点とするクラックが生じにくくなる。
　第１凸部２０および第２凸部２１にそれぞれ含まれる閉気孔のアスペクト比の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いた断面観察で行ってもよい。測定対象とする第１凸部２０および第２凸部２１の一部を含む試料を切り出して、ポリエステル系の樹脂に埋め込んで円柱状の試料とする。ここで、試料の断面は、ダイヤモンド砥粒を用いて鏡面加工してもよい。倍率は、例えば、５００倍に設定してもよい。試料の断面を観察の対象とする観察範囲は、例えば、横方向の長さを２５６μｍ、縦方向の長さを１９２μｍに設定してもよい。
　観察範囲をそれぞれ解析の対象とし、画像解析ソフト「Ａ像くん(Ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）の粒子解析という手法を適用して各閉気孔の最小幅および最大長を求め、アスペクト比を算出してもよい。
　解析に際し、粒子解析の設定条件である粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、しきい値を７０～１００、小図形除去面積を０．３μｍ２および雑音除去フィルタを有とする。
　なお、上述の測定に際し、しきい値は７０～１００としたが、観察範囲である画像の明るさに応じて、しきい値を調整すればよく、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を０．３μｍ２および雑音除去フィルタを有とした上で、画像に現れるマーカーが閉気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。
　第２の流路７も、第１の流路６と同様に、深さが幅よりも大きい縦長であるのがよく、特に第２の流路７の深さが、第２の流路７の幅の２倍以上であるのがよい。これにより、第１の流路６と同様に、製造時に脱脂しやすく機械的強度、剛性等の機械的特性が高い本体４が得られると共に、第２の流路７内に温度調節用流体を流した際に、横長の流路に比して、第２の流路７の体積（断面積）を大きくできるため、温度分布の均一性や、温度調節のレスポンスが改善される。第２の流路７の深さは、第１の流路６の上端から第２の流路の上端までの厚みの半分以上であると特に良い。
　図３は、真空吸着用の吸引路として使用される第１の流路６を示す平面図である。同図に示すように、第１の流路６は、本体４の中心から周縁に向かって同心円状に配置された複数の環状流路６１～６５と、本体４の中心から径方向に延びる複数の接続流路６６とを備え、複数の流路６１～６５は複数の接続流路６６によって連通している。本体４の中心には排気孔９が設けられており、環状流路６１～６５および接続流路６６内の空気は、排気孔９を通って本体４の下面４２から排気される。
　図４は、温度調節用流体が流れる第２の流路７を示す平面図である。同図に示すように、第２の流路７は、一端に流体流入孔１０ａが、他端に流体流出孔１０ｂがそれぞれ設けられており、流体流入孔１０ａと流体流出孔１０ｂとをつなぐように、それらの間に第２の流路７が配置されている。温度調節機能の効率を高めるために、第２の流路７は、本体４の上面４１や下面４２と平行な面内に出来るだけ高密度に配置するのがよい。流体流入孔１０ａは、側壁に設けられた、図示しない接続孔に接続され、外部から流体を流入させる。流体流出孔１０ｂは、本体４の下面４２まで延び、下面４２から流体を排出する。好ましくは、流体は、図示しない熱交換器との間を循環しているのがよい。
　なお、上記と逆に、流体流入孔１０ａを流体流出孔流とし、流体流出孔１０ｂを流体流入孔として用いてもよい。流体流入孔１０ａと流体流出孔１０ｂの両方を下面４２と接続させて流体を供給してもよいし、両方を側面に接続させて流体を供給してもよい。
　多孔質体５は、被処理物２を支持するとともに、第１の流路６によって凹部３内の空気が外部へ排気されることによって、被処理物２を吸着する。この多孔質体５は、例えば、通気性のある多孔質セラミックスからなる。この多孔質セラミックスとしては、例えば、本体４のセラミック焼結体と同質材料であるセラミックスからなる複数のセラミック粒子と、このセラミック粒子同士を結合するガラスとからなり、セラミック粒子同士の間に開気孔の間隙が形成されたものを用いることができる。多孔質体５の気孔率は２５～５０％の範囲内であることが好ましい。多孔質体４の気孔率は、ＪＩＳ　Ｒ　１６３４:１９９８に準拠して求めればよい。流路部材１が多孔質体５を備えず、緻密質体からなる本体４の上面に吸着用の孔（および溝）を形成して、被処理物２を吸着・支持してもよい。
　第１の流路６および第２の流路７は、平面視で中心領域から外周領域にかけて断面積が大きくまたはピッチが狭くなっていると、面積（体積）の大きい外周領域を脱脂しやすい。また、脱脂孔となる外部との連通孔が側面だけでなく、上面４１、下面４２にも形成されていると、側面から遠い中心領域を脱脂しやすい。
　上述した流路部材１は、以下のようにして、被処理物２を吸着することができる。まず、流路部材１の上面に被処理物２を載せる。この際、図２に示すように、被処理物２の内側の領域を、多孔質体５全体を覆うように多孔質体５の上面に載せて、被処理物２の外縁の領域を本体４の上面４１に載せる。次に、本体４の吸引孔８を介して凹部３から第１の流路６内に空気を吸引し、さらに第１の流路６から空気を外部へ排気する。その結果、凹部３内の気圧を低下させることによって、多孔質体５の間隙を介して被処理物２が吸引されるため、流路部材１の上面４１に被処理物２が吸着される。
　さらに、流路部材１は、第２の流路７に冷却用または加熱用の流体を流すことによって、吸着した被処理物２を冷却または加熱することができる。その結果、被処理物２を加工する際に、被処理物２の温度を均一に保ち、被処理物２の加工精度を高めることができる。
　次に、上述した流路部材１の製造方法を図５に基づいて説明する。
　まず、緻密質セラミック体がアルミナ質焼結体である場合、まず、水酸化マグネシウムを酸化物（ＭｇＯ）に換算して０．３質量％～０．４２質量％、酸化珪素を０．０３質量％～０．０５質量％、炭酸カルシウムを酸化物（ＣａＯ）に換算して０．０１質量％～０．０２質量％、残部が酸化アルミニウムからなる粉末となるように秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、純度が９９．５質量％以上９９．９９質量％以下の酸化アルミニウムからなるセラミックスボールで所定の粒径となるまで粉砕する。
　次に、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂等の有機バインダーを添加した後、混合してスラリーを得る。ここで、有機バインダーの添加量は混合粉末１００質量部に対して合計２質量部以上１０質量部以下とする。
　次に、スラリーをスプレードライにて造粒する。造粒したセラミック粉末を種々の成形方法、例えば、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法を用い、成形圧を、例えば、８０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下として成形体を作製する。この際に、後述する第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を、緻密質セラミック体における主成分が互いに同じ組成となるように作製するのがよい。
　次に、切削加工によって、上面に凹部３を形成するとともに下面を平坦面としたものを第２成形体１２とする。また、上面に縦長の第１の溝６ａを形成するとともに下面を平坦面としたものを第１成形体１１とする。上面に縦長の第２の溝７ａを形成するとともに下面を平坦面としたものを第３成形体１３とする。第１の溝６ａ、第２の溝７ａは、縦長の断面形状を有する。また、第１の溝６ａ、第２の溝７ａの深さは、それぞれ第１成形体１１、第３成形体１３の厚みの半分以上であると、脱脂しやすい。
　第２成形体１２および第３成形体１３には、吸引孔８となる貫通孔８ａを形成しておくのがよい。
　次に、第１の溝６ａを形成した第１成形体１１の上面および第３成形体１３の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する。また、第２の溝７ａを形成した第３成形体１３の上面および第２成形体１２の下面の少なくとも一方にセラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する。
　次に、接合用ペーストを介して第１成形体１１の上面と第３成形体１３の下面とを重ね合わせ、かつ接合用ペーストを介して第３成形体１３の上面と第２成形体１２の下面とを重ね合わせて、第１成形体１１と第３成形体１３と第２成形体１２とを下からこの順で積層した積層体を形成する。
　積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して脱脂し、次に積層体を焼成して、本体４を得る。すなわち、第１成形体１１と第３成形体１３と第２成形体１２および接合用ペーストを同時焼成することによって、１つの緻密質セラミック体からなる本体４を作製する。焼成雰囲気は大気雰囲気、焼成温度は、例えば１４００℃以上１８００℃以下であるのがよい。
　このようにして、厚みが５０ｍｍ以上、直径が３５０ｍｍ以上の円形の緻密質セラミック体からなる流路部材を得ることができる。
　上述した接合用ペーストは、上記混合粉末、溶媒およびセルロース系多糖類を混合させたものが使用される。具体的には、混合粉末に対して、純水、エタノール等の溶媒を、体積比で、混合粉末：溶媒＝５５～６０：４０～４５となるように加え、この溶媒と混合粉末との合計を１００質量部とする。この１００質量部に対し、８質量部以上２０質量部以下のセルロース系多糖類を加え、これらを撹拌装置内の収納容器に入れ、混合・撹拌することで、接合用ペーストを得ることができる。
　ここで、セルロース系多糖類は、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロースおよびカルボキシエチルセルロースの少なくともいずれかである。
　上記混合粉末は、本体４の成形体に用いる混合粉末と同じ主成分の混合粉末が用いられる。その結果、接合用ペーストを第２成形体１２と第３成形体１３と第１成形体１１と同時焼成することによって、主成分が同じ組成である１つのセラミック焼結体からなる本体４を作製することができる。
　なお、第２成形体１２と第３成形体１３と第１成形体１１とを一体化できる限りは、他の組成の接合用ペーストを用いてもよい。また、第１凸部２０および第２凸部２１は、例えば、図５に示す第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を接合用ペーストを介して積層する際、第１成形体１１と第３成形体１３との間に接合用ペーストを第１の流路６内にはみ出すように塗布することにより形成することができる。
　緻密質セラミック体が炭化珪素質焼結体である場合、炭化硼素、フェノール、希土類酸化物、酸化アルミニウム等の焼結助剤となる粉末および主成分である炭化珪素からなる粉末を秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、セラミックスボールで所定の粒径となるまで粉砕する。
　次に、有機バインダーを添加した後、スラリーを得る。有機バインダーとしては、合成樹脂であればよく、ロジンエステル、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、ポリ（２－エチルオキサゾリン）系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリアクリル酸系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アルキッド樹脂、ポリベンジル、ポリｍ－ジビニルベンゼン、ポリスチレン等を用いることができる。
　次に、上述した方法で順次、造粒、成形、切削して第１成形体１１、第２成形体１２および第３成形体１３を得た後、接合用ペーストを各成形体の接合の対象となる面に塗布する。
　ここで、用いる接合用ペーストは、上記混合粉末、溶媒および有機バインダーを混合させたものが使用される。
　有機バインダーは、芳香族系の樹脂、例えばフェノール樹脂、ポリベンジル、ポリｍ－ジビニルベンゼン、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリスチレン等のいずれか１種以上であり、スラリーに添加した有機バインダーの量よりも多くの量を添加する。
　そして、成形体の接合の対象となる成形体の各面に接合用ペーストを塗布し、成形体同士を積層し、乾燥させた後、窒素ガス中、所定温度で保持し脱脂体を得る。この脱脂体を焼成雰囲気をアルゴンガス雰囲気、焼成温度を１９００℃以上２０５０℃以下として、３～１０時間保持することで、流路部材を得ることができる。
　前記した脱脂は、焼成温度よりも低い温度であり、通常４００～８００℃で行うのがよい。その際、各成形体内に含有された有機バインダーは、揮散して、流路部材１の排気孔９や流体流入孔１０ａ、流体流出孔１０ｂとなる孔から排出するが、排出を効率よく短時間で行うために、図５に示すように、第１成形体１１の溝６ａに一端が接続され、他端が第１成形体１１の側面から外部に連通する孔、すなわち脱脂用通路１４を設けてもよい。脱脂用通路１４は、焼成後、緻密質セラミックス体、ステンレス鋼等の金属からなる閉塞栓（図示しない）等を挿入し、閉塞栓を溶融したガラスで接合することによって塞がれる。
　同様に、第３成形体１３にも脱脂用通路１５を設けてもよい。
　脱脂用通路１５も、焼成後、上記閉塞栓を溶融したガラスで接合することによって塞がれる。
　脱脂用通路１４および脱脂用通路１５の少なくともいずれかは、閉塞栓が外部に露出しないように、接合に用いるガラスの表面が本体４の外周面と面一になるようにするとよい。商品的価値が向上するとともに、気密性が保たれ、特に、金属からなる閉塞栓によって塞がれた場合、閉塞栓から生じやすい金属粒子の脱離を抑制することができるので、粒子の浮遊による汚染を防ぐことができる。ガラスの表面が本体４の外周面と面一になるようにするには、閉塞栓等を挿入した後、外部からガラスを充填し、溶融、冷却した後、外部に露出するガラスの一部を研削または研磨すればよい。
　脱脂用通路１４および脱脂用通路１５の少なくともいずれかは、それぞれ径方向に沿って、複数、例えば、４個以上８個以下設けられているとよい。このような構成であると、有機バインダーをより効率よく、揮散、排出することができる。
　この場合、脱脂用通路１４（１５）は、円周方向に沿って等間隔に配置されているとよい。このような構成であると、有機バインダーを偏りなく、揮散、排出することができる。
　脱脂用通路１４は、例えば断面円形であって、溝６ａ側の内周面１４ａの直径よりも積層体を形成する第１成形体１１の外部側の内周面１４ｂの直径が大きくてもよい。このような構成であると、脱脂用通路１４が外部に開く開口部付近で、有機バインダーが滞留するおそれが低くなり、効率よく排出することができる。脱脂用通路１４の断面とは、脱脂用通路１４の軸方向に垂直な断面である。
　脱脂用通路１４の内周面は、溝６ａ側から第１成形体１１の外部側に向かって傾斜するように広がっていてもよく、図５に示すように、内周面１４ａと内周面１４ｂとが、環状の段差面１４ｃによって接続されていてもよい。
　脱脂用通路１５は、例えば断面円形であって、溝７ａ側の直径１５ａよりも積層体を形成する第３成形体１３の外部側の直径１５ｂが大きくてもよい。このような構成であると、脱脂用通路１５が外部に開く開口部付近で、有機バインダーが滞留するおそれが低くなり、効率よく排出することができる。脱脂用通路１５の断面とは、脱脂用通路１５の軸方向に垂直な断面である。
　脱脂用通路１５の内周面は、溝７ａ側から第３成形体１３の外部側に向かって傾斜するように広がっていてもよく、図５に示すように、内周面１５ａと内周面１５５ｂとが、環状の段差面１５ｃによって接続されていてもよい。
　次に、本開示の他の実施形態を図６(ａ)、（ｂ）に基づいて説明する。なお、前述の実施形態と同じ構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の流路部材１´は、図６(ａ)、（ｂ）に示すように、本体４´の互いに平行な上面および下面に平行な第１の流路６´を内部に備える。この第１の流路６´は、被処理物を真空吸着するための吸着用の吸引路であり、本体４´の上面に開口した吸引孔８´を有する。
　第１の流路６´は、吸着用の吸引路に限定されるものではなく、温度調節用流体が流れる流路であってもよい。この場合は、上記吸引孔８´は必要がない。
　図２、図６の構成において、第１流路６、６´または第２流路７の深さを流路部材１、１´の内側（流路部材１の平面視において、中心を含む内側の領域）で大きく、外側（流路部材１の平面視において、外側に位置して外周面を含む領域）で小さくしてもよい。このような構成によって、外周面からの距離が長く脱脂しにくい内側領域の脱脂を促進することができる。このように複数ある第１流路６、６´または第２流路７の深さを調整することにより本開示の効果を発現する場合、一部（例えば外側の領域の一部）に深さが幅の２倍未満の流路があってもよい。
　緻密質セラミック体である本体４´は、第１セラミック基板４３´と、第１セラミック基板４３´の上側に位置する第２セラミック基板４４´と、第１セラミック基板４３´と第２セラミック基板４４´との間に第１セラミック接合層１６とを有していてもよい。
　第１セラミック基板４３´、第２セラミック基板４４´および第１セラミック接合層１６のそれぞれの線膨張率をほぼ同等にすることができ、このようにした場合、加熱および冷却が繰り返される環境で用いられても、上記各部材に蓄積するひずみが低減されるので、長期間に亘って用いることができる。
　第１セラミック接合層１６の厚みは、例えば、４０μｍ以上６０μｍ以下である。
　第１の流路６´は、第１の流路６´を形成する内周面と、第２セラミック基板４４´の下面とを接続する第１凸部１９を備えていてもよい。すなわち、第１の流路６´の上面と側面とを接続する第１凸部１９を備えていてもよい。第１凸部１９は、前記した第１凸部２０と同様にして形成することができる。
　第１凸部１９を備えることで、第１の流路６´を形成する内周面と、第２セラミック基板４４´の下面との接合強度が向上するので、振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。第１凸部１９は、例えば、環状の第１の流路６´に沿って延びる環状である。なお、第１凸部１９は、第１の流路６´の下面と側面とを接続してもよい。その場合も振動等の機械的な外乱に対する耐性が向上する。
　第１凸部１９は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であってもよい。
　閉気孔を複数有することで、応力が緩和され、閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下であると、真球に近い閉気孔が多くなるため、閉気孔の周辺に生じる応力が低減し、この周辺を起点とするクラックが生じにくくなる。第１凸部１９に含まれる閉気孔のアスペクト比の測定は、上述した方法と同じ方法を用いればよい。
　このような第１凸部１９は、例えば、図５に示す第１成形体１１と第２成形体１２と第３成形体１３を接合用ペーストを介して積層するのと同様に、第１セラミック基板４３´を形成する成形体と、第２セラミック基板４４´を形成する成形体との間に接合用ペーストを第１の流路６´内にはみ出すように塗布することにより形成することができる。
　本実施形態の流路部材１´の製造方法は、３つの成形体に代えて２つの成形体を積層する以外は、基本的に前記した実施形態の流路部材の製造方法と同じでよい。すなわち、セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備し、第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成し、次に、上記セラミック粉末を含む接合用ペーストを介して第１成形体と前記第２成形体とを積層した積層体を形成し、これを脱脂後、焼成して、緻密質セラミック体からなる流路部材を作製することができる。
　本開示のさらに他の実施形態に係る流路部材を図７に基づいて説明する。図１～図５における部材と同じ部材には同一符号を付して説明を省略する。
　図７に示すように、この実施形態の流路部材１は、積層された複数段（図７では３層）のセラミック基板からなる緻密質セラミック体を備える。具体的には、本実施形態における緻密質セラミック体は、第１セラミック基板４３、第２セラミック基板４４および第３セラミック基板４５から構成される。これらのセラミック基板４３、４４，４５は、例えば、前記した第１乃至第３成形体１１、１２，１３から形成することができる。
　最上層の第２セラミック基板４４を除く他の前記セラミック基板（第１セラミック基板４３、第３セラミック基板４５はそれぞれ第１の流路６および第２の流路７を備える。その際、下部に位置する第１セラミック基板４３上に積層された上部の第３セラミック基板４５が有する第２の流路７の深さＤは、該流路の幅ｗよりも大きく、かつ第３セラミック基板４５の厚みＴの半分より大きい。
　これにより、上下の流路６、７間の距離が小さくなる。そのため、製造時に、上下の流路６、７で、横方向および縦方向から効率よく脱脂を行うことができる。
　なお、第１セラミック基板４３の第１流路６も、第１セラミック基板４３の厚みの半分より大きい深さを有していてもよい。流路部材１が、４層以上のセラミック基板からなる場合も同様に、上下を他のセラミック基板に挟まれたセラミック基板が、その厚みの半分よりも大きい深さの流路を有しているとよい。
　また、図７に示すように、第１の流路６の内側上部に第１凸部２０を設けてもよい。これにより、流路６，７間の距離を小さくしても第１凸部２０によって強度を補強できる。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改善が可能である。例えば、前記した実施形態では、流路部材を平面形状が円形のものを使用したが、平面形状は四角形等の多角形であってもよい。その際、流路部材は、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上であるのがよい。
　１、１´、１５　　流路部材
　２　　被処理物
　３　　凹部
　４、４´　　本体
　　４１　上面
　　４２　下面
　　４３、４３´　第１セラミック基板
　　４４、４４´　第２セラミック基板
　　４５　　　　　第３セラミック基板
　５　　多孔質体
　６　　第１の流路
　７　　第２の流路
　８　　吸引孔
　９　　排気孔
１０ａ　　流体流入孔
１０ｂ　　流体流出孔
１１　　第１成形体
１２　　第２成形体
１３　　第３成形体
１４　　脱脂用通路
１４ａ、１５ａ　内周面　
１４ｂ、１５ｂ　内周面
１４ｃ、１５ｃ　段差面
１６　　第１セラミック接合層
１７　　第２セラミック接合層
１８　　第３セラミック接合層
１９、２０　　第１凸部
２１　　第２凸部
 

Claims (19)

  1. 　上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    　前記緻密質セラミック体の内部に第１の流路を備え、
    　前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅よりも大きい、流路部材。
  2. 　前記第１の流路の深さは、前記第１の流路の幅の２倍以上である、請求項１に記載の流路部材。
  3. 　前記流路部材の内側に位置する前記第１の流路の深さが、前記流路部材の外側に位置する前記第１の流路の深さよりも大きい、請求項１または２に記載の流路部材。
  4. 　前記上面および前記下面が互いに平行であり、前記第１の流路が前記上面および前記下面に平行である請求項１～３のいずれかに記載の流路部材。 
  5. 　前記第１の流路は、該第１の流路の上面と側面とを接続する第１凸部を備えてなる、請求項１～４のいずれかに記載の流路部材。
  6. 　前記第１凸部は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、前記閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下である、請求項５に記載の流路部材。
  7. 　前記第１の流路と前記上面との間に、第２の流路を有し、前記厚みの方向に沿った前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅よりも大きい、請求項１～６のいずれかに記載の流路部材。
  8. 　前記第２の流路の深さは、前記第２の流路の幅の２倍以上である、請求項７に記載の流路部材。
  9. 　前記流路部材の内側に位置する前記第２の流路の深さが、前記流路部材の外側に位置する前記第２の流路の深さよりも大きい、請求項７または８に記載の流路部材。
  10. 　前記緻密質セラミック体は、前記第１の流路と前記上面とを接続して、被処理物を吸着するための複数の吸引孔を有し、
    　前記第２の流路が、温度調節用流体が流れる流路である、請求項７～９のいずれかに記載の流路部材。
  11. 　前記第２の流路は、該第２の流路の上面と側面とを接続する第２凸部を備えてなる、請求項７～１０のいずれかに記載の流路部材。
  12. 　前記第２凸部は、閉気孔を複数有する緻密質セラミックス体からなり、前記閉気孔のアスペクト比の平均値が２以下である、請求項１１に記載の流路部材。
  13. 　上面と下面とを有し、該上面と下面との間の厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなり、
    　前記緻密質セラミック体は、積層された３層以上のセラミック基板からなり、
    　最上層の前記セラミック基板を除く他の前記セラミック基板はそれぞれ流路を備え、
    　前記流路を有する下部の前記セラミック基板に積層された上部の前記セラミック基板が有する前記流路の深さは、該流路の幅よりも大きく、かつ前記セラミック基板の厚みの半分より大きい、流路部材。
  14. 　セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体とを準備する工程と、
    　前記第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる溝を形成する工程と、
    　前記溝を形成した前記第１成形体の上面および前記第２成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    　前記接合用ペーストを介して前記第１成形体と前記第２成形体とを積層した積層体を形成する工程と、
    　前記積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して、脱脂する工程と、
    　前記積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、を含む、流路部材の製造方法。
  15. 　前記溝は、前記第１成形体と前記第２成形体とを積層した状態で、前記積層体の外部に連通する孔を有する、請求項１４に記載の流路部材の製造方法。
  16. 　前記孔は、断面円形であって、前記溝側の直径よりも前記積層体の外部側の直径が大きい、請求項１５に記載の流路部材の製造方法。
  17. 　前記第１成形体、前記第２成形体および前記接合用ペーストは、主成分が同じセラミック粉末を用いて作製される、請求項１４～１６のいずれかに記載の流路部材の製造方法。
  18. 　セラミック粉末を成形した第１成形体と第２成形体と第３成形体を準備する工程と、
    　前記第１成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第１の流路となる第１の溝を形成し、前記第３成形体の上面に、深さが幅よりも大きい第２の流路となる第２の溝を形成する工程と、
    　前記第１の溝を形成した第１成形体の上面および前記第３成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    　前記第２の溝を形成した前記第３成形体の上面および前記第２成形体の下面の少なくとも一方に前記セラミック粉末を含む接合用ペーストを塗布する工程と、
    　前記接合用ペーストを介して前記第１成形体の上面と前記第３成形体の下面とを重ね合わせ、かつ前記接合用ペーストを介して前記第３成形体の上面と前記第２成形体の下面とを重ね合わせて、前記第１成形体と前記第３成形体と前記第２成形体とをこの順で積層した積層体を形成する工程と、
    　前記積層体を焼成温度よりも低い温度に加熱して、脱脂する工程と、
    　前記積層体を焼成して、厚みが５０ｍｍ以上で、平面視の面積が直径３５０ｍｍの円の面積以上である緻密質セラミック体からなる流路部材を作製する工程と、を含む、流路部材の製造方法。
  19. 　前記第１の溝および前記第２の溝は、それぞれ前記第１成形体と前記第３成形体と前記第２成形体とをこの順で積層した状態で、前記積層体の外部に連通する孔を有する、請求項１８に記載の流路部材の製造方法。
     
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