JP6162558B2 - Channel member, heat exchanger using the same, and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a flow path member, a heat exchanger using the same, and a semiconductor manufacturing apparatus.
内部に流路を有する流路部材は、流路に流体を流すことによって、流路部材と流路部材に接する他の部材とで熱交換を行なうことができ、それにより、流路部材に接する他の部材の温度を調節することができる。 The flow path member having the flow path inside allows heat exchange between the flow path member and another member in contact with the flow path member by flowing a fluid through the flow path, thereby contacting the flow path member. The temperature of other members can be adjusted.
例えば、特許文献1には、ウェハを固定して、ドライエッチングやCVD処理を行なうために用いられる静電チャックとして、複数のセラミック層からなり、前記複数のセラミック層のうち中間のセラミック層に冷媒流路が形成されており、また前記中間のセラミック層よりも下方のセラミック層に前記冷媒流路に冷媒を送る供給流路及び前記冷媒流路から冷媒を排出する戻し流路が形成されている冷媒流路を備えた静電チャックが開示されている。
For example,
しかしながら、特許文献1に記載された構成の静電チャックでは、プラズマや電子ビームの照射によってウェハが急激に温度上昇したとき、ウェハを載置している部位における温度も上昇し、このウェハを載置している部位とその下層との接続部分には熱が籠りやすくなる傾向がある。そして、この籠った熱が高いときには、冷媒流路を流れる冷媒との温度差によって熱応力が生じて接続部分が破壊するという問題があった。そのため、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材が求められている。
However, in the electrostatic chuck having the configuration described in
それゆえ本発明は、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a flow path member with improved reliability against thermal stress, a heat exchanger using the same, and a semiconductor manufacturing apparatus.
本発明の流路部材は、被処理物が載置される蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに接続された複数の側壁部とを備え、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流体が流れる方向に直交する断面視において、前記複数の側壁部のうち少なくとも1つが、前記底板部から前記蓋体部にかけて幅が段階的に狭くなっている第1の側壁部とされていることを特徴とするものである。 The flow path member of the present invention includes a lid body portion on which an object to be processed is placed, a bottom plate portion, and a plurality of side wall portions connected to the lid body portion and the bottom plate portion. A flow channel member having a flow channel, wherein at least one of the plurality of side wall portions narrows in a stepwise manner from the bottom plate portion to the lid body portion in a cross-sectional view orthogonal to the direction in which the fluid flows. It is the 1st side wall part which has become, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材の蓋体部の表面または内部に金属部材が設けられていることを特徴とするものである。 The heat exchanger according to the present invention is characterized in that a metal member is provided on the surface or inside of the lid portion of the flow path member having the above-described configuration.
また、本発明の半導体製造装置は、上記構成の流路部材の蓋体部の内部に金属部材が設けられている熱交換器を備えることを特徴とするものである。 Moreover, the semiconductor manufacturing apparatus of this invention is equipped with the heat exchanger by which the metal member is provided in the inside of the cover body part of the flow-path member of the said structure, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の流路部材によれば、第1の側壁部における蓋体部と接する幅が狭いことによって、蓋体部側での熱交換効率を向上でき、熱の籠りを抑制できる。それにより、蓋体部と
側壁部との接続部が破壊されることが抑制できるので、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材とすることができる。
According to the flow path member of the present invention, since the width of the first side wall portion in contact with the lid body portion is narrow, the heat exchange efficiency on the lid body side can be improved, and the heat generation can be suppressed. Thereby, since it can suppress that the connection part of a cover body part and a side wall part is destroyed, it can be set as the flow-path member which improved the reliability with respect to a thermal stress.
また、本発明の熱交換器によれば、信頼性の向上した熱交換器とすることができる。 Moreover, according to the heat exchanger of this invention, it can be set as the heat exchanger with improved reliability.
また、本発明の半導体製造装置によれば、上記構成の熱交換器を備えることから、熱応力に対する信頼性の向上した半導体製造装置とすることができる。 Moreover, according to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, since the heat exchanger having the above configuration is provided, a semiconductor manufacturing apparatus with improved reliability against thermal stress can be obtained.
以下、本発明の流路部材の実施の形態の例を説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the flow path member of the present invention will be described.
図1は、本実施形態の流路部材の一例を示す、(a)は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、(b)は(a)において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。なお、以降の図において同一の構成は、同一の符号を用いて説明する。 1A and 1B show an example of a flow path member of the present embodiment, in which FIG. 1A is an external perspective view in a state of being cut in a direction orthogonal to a fluid flow direction, and FIG. 1B is a broken line in FIG. It is sectional drawing to which the part enclosed by is expanded. In the following drawings, the same components are described using the same reference numerals.
図1(a)に示すように、本実施形態の流路部材10は、被処理物が載置される蓋体部1と、底板部3と、蓋体部1と底板部3とに接続された複数の側壁部2とを備え、蓋体部1、底板部3、側壁部2とで囲まれた空間が流路4とされ、内部に流路4を有する流路部材10とされている。また、本実施形態の流路部材10では、流体が流れる方向に直交する断面視において、複数の測壁部2のうち少なくとも1つが、底板部3から蓋体部1にかけて幅が狭くなっている第1の側壁部2aとされている。なお、図1(b)においては、流路4
の断面を示す流路口4aとして示している。また、図1を含め、図2〜図6においては、7本の側壁部2のうち、外壁を除く5本が第1の側壁部2aとされている例を示している。
As shown in FIG. 1 (a), the
It is shown as a
ここで、底板部3から蓋体部1にかけて幅が狭くなっている第1の側壁部2aとは、図1(b)に示すように、第1の側壁部2aの底板部3と接する部位の幅を2b、第1の側壁部2aの蓋体部1と接する部位の幅を2cとしたとき、底板部3に接する部位の幅2bに対して蓋体部1に接する幅2cが狭いものである。このような構成を満たしていることにより、流路4に冷却流体を流すことで、熱が籠りやすい蓋体部1と第1の側壁部2aとの接続部を効率よく冷却でき、熱応力の発生を抑えることで、蓋体部1と第1の側壁部2aとの接続部が破壊されることが抑制される。それにより、熱応力に対する信頼性の向上した流路部材10とすることができる。特に、流路部材10の蓋体部1に接するその他の部材との熱交換効率を高くするために、蓋体部1の厚みを底板部3の厚みよりも薄くした場合には、この効果がより発揮されるため有効である。なお、以下の説明において特に断りのない限り、流路4に冷却流体を流す場合について説明する。
Here, as shown in FIG. 1 (b), the first
また、被処理物が温度分布を生じるときは、側壁部2間の間隔を適宜調整するほか、第1の側壁部2aの幅の広がり具合を適宜調整することで、被処理物の均熱化を図ることができる。例えば、被処理物の中央部の温度が高く、外側が低いときには、流路部材10における側壁部2の間隔を調整して中央部の側壁部2の間隔を広くし、外側の間隔を狭くすればよい。
Further, when the object to be processed has a temperature distribution, the interval between the
ここで、流路部材10を構成する蓋体部1、側壁部2および底板部3は、金属や樹脂またはセラミックス等で作製することができる。また、蓋体部1、側壁部2および底板部3は、それぞれ同じ材質で作製されてもよく、異なる材質で作製されてもよい。なお、流路4に腐食性の高いガスや液体を流すときには、各部材をセラミックスで作製することが好適である。セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化硼素、コージェライト、ムライトまたはこれらの複合物を用いることができる。
Here, the
特に、本実施形態の流路部材10は、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体からなることが好ましい。ここで、主成分とは、焼結体を構成する全成分100質量%のうち80質量
%以上の割合で占める成分のことをいう。そして、本実施形態の流路部材10が、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体からなるときには、優れた機械的特性や耐食性に加えて、熱伝導率が高いことから熱交換効率の向上した流路部材10とすることができる。また、炭化珪素質焼結体は、主成分である炭化珪素が、他のセラミックス、例えばアルミナと比べて比重が小さく流路部材10の軽量化が図れるものであることから、大型の流路部材10が必要な場合に有用である。
In particular, the
ここで、本実施形態の流路部材10では、少なくとも底板部3から蓋体部1にかけて幅が狭くなっている第1の側壁部2aを有する構成となっていることから、側壁部2を同じ幅の構成とした場合よりも流路4の体積を大きく(流路4を構成する側壁部2の表面積を広く)することができる。それにより、流路4を流れる冷却流体との熱交換効率の向上を図ることができる。
Here, in the
また、本実施形態の流路部材10がセラミックスからなるとき、熱交換効率を高く維持若しくはさらに向上させるには、第1の側壁部2aを含む側壁部2を構成するセラミックスとして熱伝導率の高いセラミックスを用いることが好適である。これは、蓋体部1に伝搬した熱が、効率よく側壁部2に伝搬し、それにより側壁部2と流体とで効率よく熱交換を行なうことができるからである。
Further, when the
例えば、第1の側壁部2aを含む側壁部2を、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結体とし、蓋体部1および底板部3をアルミナを主成分とするセラミック焼結体とすれば、熱交換効率に優れた流路部材10とすることができるうえに、蓋体部1と底板部3とを炭化珪素よりも原料価格が低いアルミナで作製することで、流路部材10の製造コストを下げることができる。
For example, the
なお、流路部材10がセラミックスからなるとき、主成分を含め成分の結晶構造は、流路部材10から所定の大きさの試料を切り出してX線回折装置(XRD)で測定し、同定することによって確認することができる。また、各成分の元素の含有量については、走査型電子顕微鏡(SEM)に付設のエネルギー分散型X線(EDS)で測定することによって確認することができる。また、ICP発光分光分析装置または蛍光X線分析装置を用いて各元素の含有量を求め、結晶構造に基づいて、炭化物、酸化物、窒化物等に換算することによって結晶構造に基づいた含有量を確認することもできる。
When the
図2は、本実施形態の流路部材の他の例を示す、(a)は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、(b)は(a)において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。 2A and 2B show another example of the flow path member of the present embodiment, in which FIG. 2A is an external perspective view in a state cut in a direction perpendicular to the direction of fluid flow, and FIG. It is sectional drawing to which the part enclosed with the broken line in FIG.
図2に示す本実施形態の流路部材20は、第1の側壁部2aの幅が、底板部3から蓋体部1にかけて段階的に狭くなっている。
In the
このような構成とすれば、流路4に流れる冷却流体が乱流を生じやすくなることから、熱交換効率の向上を図ることができる。また、流路4は、底板部3側が蓋体部1側に比べて幅が狭くなっていることから、底板部3側での流速が早くなり、底板部3側にゴミなどが溜まりにくくなり、冷却流体の流れをスムーズにすることができることから、熱交換効率を高くすることができる。
With such a configuration, the cooling fluid flowing in the
また、図2(b)に示すように、本実施形態の流路部材20は、流路口4aの高さ4bに対して、第1の側壁部2aの蓋体部1と接する幅が最も狭い部位における高さ方向の長さ(以下、単に高さという場合がある。)2dが、30%以上45%以下であることが好ましい。この範囲であれば、流路部材として必要とされる熱交換効率と機械的強度とを備える信頼性の高い流路部材20とすることができる。
Further, as shown in FIG. 2B, the
なお、図1(a)および図2(a)では、7本の側壁部2のうち5本の側壁部を第1の側壁部2aとして示しており、側壁部2の一部を第1の側壁部2aとすれば上記のような効果を得られるが、全ての側壁部2が、底板部3から蓋体部1にかけて幅が狭くなった第1の側壁部2aとされているものであってもよいことはいうまでもない。
In FIG. 1A and FIG. 2A, five of the seven
図3は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、(a)は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、(b)は(a)において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。 FIG. 3 shows still another example of the flow path member of the present embodiment, in which (a) is an external perspective view in a state cut in a direction orthogonal to the fluid flow direction, and (b) is (a) ) Is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line.
図3に示す本実施形態の流路部材30は、断面図において、第1の側壁部2aが少なくとも蓋体部1側の1段目と、この1段目の底板部3側に接合される2段目とを有し、2段目における1段目側の少なくとも一部が、1段目に向けて突出する凸部2fを有している。なお、図3では、1段目と、2段目と、2段目の底板部3側に接合される3段目とを有しており、2段目および3段目のそれぞれの1段目側に凸部2fを有する形状となっている。
In the cross-sectional view of the
流路部材30は、第1の側壁部2aの2段目における1段目側の少なくとも一部に、1段目に向けて突出する凸部2fを有していることによって、高い圧力の流体を流したときや蓋体部1が物理的衝撃を受けたとき等に、第1の側壁部2aの1段目と2段目との接合部において、1段目がずれることによる破壊を抑制でき、信頼性の向上した流路部材30とすることができる。なお、2段目においても同様の効果を得ることができる。さらに、図3(b)に示すように2段目および3段目のそれぞれの1段目側に凸部2fを有する形状とすることによって、第1の側壁部2aの表面積を広くすることができるとともに、流路4を流れる流体が乱流を発生し易くなることから、第1の側壁部2aと流体との熱交換効率の向上を図ることもできる。
The
図4は、本実施形態の流路部材のさらに他の例を示す、(a)は流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態の外観斜視図であり、(b)は(a)において破線で囲んだ部分を拡大した断面図である。 FIG. 4 shows still another example of the flow path member of the present embodiment, in which (a) is an external perspective view in a state cut in a direction orthogonal to the fluid flow direction, and (b) is (a). ) Is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line.
図4に示す本実施形態の流路部材40は、蓋体部1のうち流路4を構成する部位が、流路側に向けて湾曲している例を示している。
The
このような構成とすれば、流路4の体積(蓋体部1の流路4側の表面積)を大きくすることができる。それにより、熱交換の対象となる部材と流体との熱交換効率の向上を図ることができる。さらに、流路4に高い圧力の流体を流したときや蓋体部1が物理的衝撃を受けたとき等に、蓋体部1と第1の側壁部2aとの接合部において、第1の側壁部2aがずれることによる破壊を抑制でき、信頼性の向上した流路部材40とすることができる。
With such a configuration, the volume of the flow path 4 (surface area on the
なお、流路4の破損を抑制するとともに、熱交換効率の減少を抑制するためには、蓋体部1のうち流路4を構成する部位における流路側に向けての湾曲度合が0.01mm以上であって、流路4の高さ4bに対して20%以下であることが好ましい。湾曲度合いとは、例えば、図4に示すAの部分のように、蓋体部1側の流路口4aのコーナー同士を結んだ線と、最も流路側に湾曲している部分の垂線の距離で表される。
In addition, in order to suppress the breakage of the
図5は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、(a)は第1の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次短くなっている流路部材であり、(b)は第1の側壁部の幅の最も狭い部位における高さ方向の長さが、中央部側に向けて漸次長くなっている流路部材である。 FIG. 5 is an external perspective view showing a state cut in a direction orthogonal to the fluid flow direction as still another example of the flow path member of the present embodiment, and FIG. The length in the height direction at the narrowest portion is a flow path member that gradually becomes shorter toward the center, and (b) is the height direction at the narrowest portion of the first side wall. Is a flow path member whose length gradually increases toward the center side.
流路部材50(50a・50b)を、第1の側壁部2aの最も幅の狭い部位における高さ方向の長さを、両端に位置する第1の側壁部2aから中央部に位置する第1の側壁部2aの方に向けて漸次異なっている構成とすることで、中央部側または端部側(外側)に向けて温度勾配が傾斜的になり、熱交換の対象となる部材の温度分布を均一に近づけることができる。
The flow path member 50 (50a, 50b) has a length in the height direction at the narrowest part of the
例えば、熱交換の対象となる被処理物が端部側で温度が高い場合には、図5(a)に示す流路部材50aのような構成とすることで、端部側に位置する流路4の体積を増やすことができ、端部側での熱交換をより有効にできる。
For example, when the object to be heat exchanged has a high temperature on the end side, a
一方、例えば、熱交換の対象となる被処理物が中央部側で温度が高い場合には、図5(b)に示す流路部材50bのような構成とすることで、中央部側に位置する流路4の体積を増やすことができ、中央部側での熱交換をより有効にできる。
On the other hand, for example, when the object to be heat-exchanged has a high temperature on the center side, a configuration like the
このように、熱交換の対象となる被処理物の温度分布にあわせて、図5(a)または図
5(b)の形態を適宜用いれば、熱交換の対象となる被処理物の温度分布を均一に近づけることができる。
Thus, if the form of FIG. 5 (a) or FIG. 5 (b) is appropriately used in accordance with the temperature distribution of the object to be heat exchanged, the temperature distribution of the object to be heat exchanged is used. Can be made uniform.
図6は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体の流れる方向に対して直交する方向に切断した状態を示す外観斜視図であり、(a)は第1の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次広くなっている流路部材であり、(b)は第1の側壁部の幅の最も幅の狭い部位における幅が流路部材の中央部側に向けて漸次狭くなっている流路部材である。 FIG. 6 is an external perspective view showing a state cut in a direction orthogonal to the fluid flow direction as still another example of the flow path member of the present embodiment, and FIG. The width of the narrowest width portion of the flow path member is gradually increased toward the central portion of the flow path member, and (b) is the width of the first side wall portion of the narrowest width portion. Is a channel member that gradually becomes narrower toward the center of the channel member.
流路部材60(60a・60b)を、第1の側壁部2aの幅の最も幅の狭い部位における幅が、両端に位置する前記第1の側壁部から中央部に位置する第1の側壁部の方に向けて漸次異なっていること構成とすることで、中央部側または端部側(外側)に向けて温度勾配が傾斜的になり、熱交換の対象となる部材の温度分布を均一に近づけることができる。
The first side wall portion in which the width of the channel member 60 (60a, 60b) in the narrowest part of the width of the first
例えば、熱交換の対象となる被処理物が端部側で温度が高い場合には、図6(a)に示す流路部材60aのような構成とすることで、中央部の流路の体積は小さく、言い換えれば端部側(外側)の流路の体積を中央部に比べて大きくすることができるので、端部側での熱交換をより有効にできる。
For example, when the object to be heat exchanged has a high temperature on the end side, the volume of the flow path at the center can be obtained by adopting a configuration like the
一方、例えば、熱交換の対象となる被処理物が中央部側で温度が高いもしくは低い場合には、図6(b)に示す流路部材60bのような構成とすることで、中央部の流路の体積を端部側(外側)の流路の体積に比べ大きくすることができるので、中央部側での熱交換をより有効にできる。
On the other hand, for example, when the temperature of the object to be heat exchanged is high or low on the central side, a configuration like the
このように、熱交換の対象となる被処理物の温度分布に合わせて、図6(a)または図6(b)の形態の流路部材60を用いることで、効率よく熱交換の対象となる被処理物の温度分布を均一に近づけることができる。なお、ここまでは、第1の側壁部2a最も狭い部分の幅について説明してきたが、図6のように第1の側壁部2aの幅が3段階に変化した状態の形態の場合、各段ごとに中央部に向けて漸次狭くするものであってもよい。
Thus, by using the
また、ここまでは、第1の側壁部2aが階段状である場合で説明してきたが、第1の側壁部2aの形状はこれに限定されるものでもなく、図1のようにテーパーで形成されていてもよく、必要に応じて第1の側壁部2aの形状を選定すればよい。
In the above description, the
なお、第1の側壁部2aの形状や蓋体部1の湾曲度合は、各流路部材の切断面を公知の光学顕微鏡やマイクロスコープなどを用いて確認することができる。
In addition, the shape of the 1st
図7は、本実施形態の流路部材のさらに他の例として、流体が流れる方向に対して水平な断面を示す断面図であり、(a)は蛇行状の流路、(b)はスパイラル状の流路である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a horizontal cross section with respect to the direction in which the fluid flows as still another example of the flow path member of the present embodiment, where (a) is a meandering flow path and (b) is a spiral. It is a channel.
図7に示す本実施形態の流路部材70は、流路部材中で一本の流路4として形成された構成とされている。
The
例えば、供給口が1箇所であり複数の流路4に分配されるときには、流体が、流体にかかる圧力が低い流路に流れやすく、熱交換にバラツキが生じる傾向があるが、図7に示すように、流路部材中で一本の流路4として形成すれば、流体を流路4の全体に効率よく流すことができる。それゆえ熱交換の対象となる部材と流体との熱交換効率の向上を図ることができる。また、図7(a)に示す蛇行状の流路4を有する流路部材70aや、図7(b)に示すスパイラル状の流路4を有する流路部材70bとすることによって、流路部材の内
部に流体を長く留まらせることができるので、熱交換を効率よく行なうことができる。
For example, when the supply port is provided at a single location and distributed to the plurality of
また、本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部の表面1aまたは内部に金属部材を設けることにより、熱交換器とすることができる。
Moreover, it can be set as a heat exchanger by providing a metal member in the
このような熱交換器において、例えば、蓋体部1の表面1aに金属部材を設け、さらに金属部材の表面に発熱部材を配置したときには、発熱部材により生じた熱が、金属部材に効率良く伝達され、その伝達された熱が蓋体部1を介してさらに各側壁部2に伝達される。それにより、流路を流れる流体と効率よく熱交換することができる。さらに、本実施形態の流路部材10〜70が、信頼性の高いものであることから、熱交換器についても信頼性の高いものとなる。なお、本実施形態の熱交換器においては、発熱部材としてLED素子やパワー半導体などの発熱を生じる電子部品を配置する場合に、特に有効である。
In such a heat exchanger, for example, when a metal member is provided on the
図8は、本実施形態の熱交換器を備える半導体製造装置の一例を示す概略図である。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a semiconductor manufacturing apparatus including the heat exchanger according to the present embodiment.
この半導体製造装置80は、ウェハ82のプラズマ処理装置であり、ウェハ82が、本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部1の内部に金属部材11が設けられてなる熱交換器81に載置されている例を示している。そして、流路部材10〜70は、供給口5に供給チューブ7が、排出口6に排出チューブ8が接続され、高温もしくは低温の気体または液体等の流体を、流路部材10〜70の内部に有する流路4に流すことによってウェハ82の加熱または冷却を行なうものである。
The
また、ウェハ82の上方にはプラズマを発生させるための上部電極12を備えるとともに、熱交換器81を構成する流路部材10〜70の蓋体部1の内部にある金属部材11を、プラズマを発生させるための下部電極として利用し、この下部電極である金属部材11と上部電極12との間に電圧を印加することにより、下部電極である金属部材11と上部電極12と間に生じさせたプラズマをウェハ82に当てることができるようになっている。そして、熱交換器81が本実施形態の流路部材10〜70を備えていることから、プラズマ処理する際に高温となる下部電極としての金属部材11を安定した温度に維持することができる。また、ウェハ82の温度も制御されることから、寸法精度の高い加工ができる。
Further, an
また、図8では金属部材11をプラズマ発生用の下部電極として用いた例を示したが、金属部材11に電流を流すことによって加熱すれば、流体の温度調整を行なうこともできる。さらに、蓋体部1を誘電体材料により形成し、金属部材11を静電吸着用の電極として用い、金属部材11に電圧を印加すれば、ウェハ82と誘電体層との間に生じるクローン力やジョンソン・ラーベック力などの静電吸着力によってウェハ82を吸着・保持することもできる。
Although FIG. 8 shows an example in which the
このように、本実施形態の熱交換器81は、信頼性の高い本実施形態の流路部材10〜70の蓋体部1の内部に金属部材11が設けられていることから、熱交換効率が高く、長期間の使用に耐え得る信頼性の高い熱交換器81とすることができる。
Thus, since the
そして、本実施形態の熱交換器81を備える本実施形態の半導体製造装置80は、半導体素子の製造や検査に支障をきたすことの少ない信頼性の高い半導体製造装置とすることができる。また、本実施形態の半導体製造装置80としては、その一例を示す図8のプラズマ処理装置の他にスパッタ装置、レジスト塗布装置、CVD装置やエッチング処理装置等があり、これらの装置においても本実施形態の熱交換器81を備えることにより、上述した効果を得ることができる。
The
以下、本実施形態の流路部材の製造方法の一例について示す。なお、以降の説明におい
ては、図1〜図7に示す形状に特化した場合を除き、以降の流路部材には符号を付さずに説明する。
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the flow path member of this embodiment is shown. In the following description, except for the case specialized in the shape shown in FIGS. 1 to 7, the following flow path members will be described without reference numerals.
まず、流路部材の作製にあたって、蓋体部1と、それ以外となる底板部3と側壁部2とが一体に形成された凹部を有する基体(以下、単に基体とも記載する。)との成形体を得た後、接合剤を用いて蓋体部1と基体とを接合することによって流路部材となる成形体を得る工程について説明する。
First, in the production of the flow path member, the
純度が90%以上であり平均粒径が1μm程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧造粒法(スプレードライ法)により噴霧乾燥して造粒し、1次原料とする。次に、噴霧乾燥して造粒した1次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法(ラバープレス法)により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外し、切削加工を施す。 Prepare a ceramic raw material with a purity of 90% or more and an average particle diameter of about 1 μm, and add a predetermined amount of sintering aid, binder, solvent, dispersant, etc. to this and mix the slurry, then spray granulation method (spray Spray-dried by a dry method) and granulated to be a primary raw material. Next, the spray-dried and granulated primary raw material is put into a rubber mold of a predetermined shape and molded by an isostatic press molding method (rubber press method), and then the molded body is removed from the rubber mold and cut. Apply.
なお、この切削加工において、基体となる成形体については、外形と流路を構成する凹部を所望の形状に加工するとともに、流体の供給口および排出口を形成する。 In this cutting process, with respect to the molded body serving as the base, the recesses forming the outer shape and the flow path are processed into desired shapes, and a fluid supply port and a discharge port are formed.
次に、流路部材の蓋体部1は、静水圧プレス法やスラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法やスラリーを造粒した後にロールコンパクション成形法によって作製したグリーンシートによって得られた成形体を形成する。
Next, the
次に、蓋体部1となる成形体と、基体となる成形体とを接合する。接合に用いる接合剤としては、蓋体部1となる成形体および基体となる成形体の作製に用いたセラミック原料、焼結助剤、バインダ、分散剤および溶媒を所定量秤量して混合して作製したスラリーからなる接合剤を用いる。そして、蓋体部1となる成形体および底板部3と側壁部2とを構成する基体となる成形体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布し、底板部3と側壁部2とを構成する基体となる成形体および蓋体部1となる成形体とが一体化した接合成形体を得る。そして、この接合成形体をセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成することにより、本実施形態の流路部材を得ることができる。
Next, the molded body to be the
また、製造方法の他の例としては、上記と同様の方法で蓋体部1となる成形体および基体となる成形体をセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成して、基体および蓋体部1の焼結体を得る。その後、ガラスからなる接合剤を用いて、基体および蓋体部1の焼結体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布して一体化させ、熱処理することにより本実施形態の流路部材を得ることができる。
As another example of the manufacturing method, the molded body to be the
次に、押出し成形法によって流路部材10〜60を作製する方法について説明する。
Next, a method for producing the
所望の形状になるような金型を準備し、公知の押出し成形法によって成形体を得た後、開放部を密閉するための成形体をスラリーからなる接合剤を用いて接合し、焼成することによって、流路部材10〜60とすることができる。なお、押出し成型法によって得られた蓋体部1となる成形体および側壁部2と底板部3とが一体に形成されて基体となる成形体とは、金型内において坏土が接合されてなるものであり、本実施形態の流路部材の製造方法に該当する。
After preparing a mold that has a desired shape and obtaining a molded body by a known extrusion molding method, the molded body for sealing the open part is bonded using a bonding agent made of slurry and fired. Thus, the
さらに、複数の流路が流路部材の中で連結されて、一本の流路として形成するためには、例えば、押出し成形法で得られた成形体の側壁部2を切削によって加工した後、開放部を密閉するための成形体をスラリーからなる接合剤を用いて接合し、焼成することによって得ることができる。
Further, in order to form a single flow path by connecting a plurality of flow paths in the flow path member, for example, after processing the
また、他の例として、スラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法やスラリーを造粒した後にロールコンパクション成形法によってグリーンシートを形成し、レーザー加工や金型により所望形状に加工した成形体を用いて積層するものであってもよい。 As another example, a doctor blade method, which is a general ceramic molding method using slurry, or a slurry after granulating the slurry, a green sheet is formed by roll compaction molding, and the desired shape is obtained by laser processing or mold. Lamination may be performed using the processed molded body.
グリーンシートを得るためのスラリーの作製方法の一例としては、まず平均粒径が0.5
μm以上2μm以下である炭化珪素粉末と、焼結助剤として、炭化硼素およびカルボン酸塩の粉末とを準備する。そして、焼結助剤を、例えば、炭化珪素粉末100質量%に対して
、炭化硼素に粉末を0.12質量%以上1.4質量%以下、カルボン酸塩の粉末を1質量%以上3.4質量%以下となるように秤量して混合する。
As an example of a method for preparing a slurry for obtaining a green sheet, first, the average particle size is 0.5.
A silicon carbide powder having a particle size of not less than μm and not more than 2 μm, and boron carbide and carboxylate powder as a sintering aid are prepared. The sintering aid is, for example, 0.12% by mass to 1.4% by mass of boron carbide powder and 1% by mass to 3.4% by mass of carboxylate powder with respect to 100% by mass of silicon carbide powder. Weigh and mix as above.
次に、この混合粉末とともに、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂またはブチラール樹脂等のバインダと、水と、分散剤とを、ボールミル、回転ミル、振動ミルまたはビーズミル等に入れて混合する。ここで、バインダの添加量としては、成形体の強度や可撓性が良好で、また、焼成時に成形用バインダの脱脂が不十分とならないようにすればよい。このようにして作製さしたスラリーを用いてグリーンシートを作製すればよい。 Next, together with this mixed powder, a binder such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, acrylic resin or butyral resin, water, and a dispersing agent are mixed in a ball mill, a rotating mill, a vibration mill or a bead mill. Here, the added amount of the binder may be such that the strength and flexibility of the molded body are good and that the debinding of the molding binder is not insufficient during firing. What is necessary is just to produce a green sheet using the slurry produced in this way.
次に、このようにして作製した複数のグリーンシートを所望の流路4となるように積層するが、流路部材の第1の側壁部2aを形成するようにして積層するのがよく必要に応じて、各グリーンシートの厚みを変更したり、積層するグリーンシートの枚数を変更してもよい。
Next, a plurality of green sheets produced in this manner are stacked so as to form a desired
また、流路4を形成するための側壁部2を1枚のグリーンシートのみで形成するならば、テーパー形状をした金型を用いてグリーンシートをプレス加工したり、レーザーの出力や焦点を調整したりすることによってグリーンシートの照射部にテーパー形状を施すように加工するレーザー加工をすることによって、第1の側壁部2aを作るための成形体を得ることができる。
If the
なお、流路部材30を得る場合には、積層する前のグリーンシートの状態で、第1の側壁部2aとなるグリーンシートに研削加工やレーザー加工を施して、第1の側壁部2aに凸部2fとなるように加工したものを用いればよい。
When the
また、流路部材40を得る場合には、積層する前のグリーンシートの状態で、蓋体部1の流路となる部分のグリーンシートを湾曲させておくほか、研削加工やレーザー加工を施すことによって、蓋体部1のうち流路を構成する部位が流路側に向けて湾曲したものとなるように加工したものを用いればよい。
When the
また、それぞれのグリーンシートの接合面には、グリーンシートを作製するときに用いたものと同様のスラリーを接合剤として塗布し、グリーンシートを積層したあとに、平板状の加圧具を介して約0.5MPa程度の加圧を加え、そのあとに、約50〜70℃の室温で約10〜15時間乾燥させる。 In addition, a slurry similar to that used for producing the green sheet is applied as a bonding agent to the bonding surface of each green sheet, and after the green sheets are laminated, a flat plate-like pressurizing tool is used. A pressure of about 0.5 MPa is applied, followed by drying at room temperature of about 50 to 70 ° C. for about 10 to 15 hours.
次に、流路部材となる積層したグリーンシートを、例えば公知のプッシャー方式やローラー方式の連続トンネル炉で焼成する。それぞれの材質により焼成温度は異なるが、例えば、炭化珪素が主成分の材料であれば、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中、1800〜2200℃の温度範囲で10分〜10時間保持した後、2200〜2350℃の温度範囲で10分〜20時間にて焼成すればよい。 Next, the laminated green sheets to be the flow path members are baked in, for example, a known pusher type or roller type continuous tunnel furnace. Although the firing temperature differs depending on the material, for example, if silicon carbide is the main component, after holding in an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere at a temperature range of 1800-2200 ° C. for 10 minutes to 10 hours And firing in a temperature range of 2200 to 2350 ° C. for 10 minutes to 20 hours.
次に、流路部材において、側壁部2(第1の側壁部2aを含む)を構成するセラミック
スを、蓋体部1および底板部3よりも熱伝導率の高いセラミックスにて作製する場合の製造方法について説明する。なお、ここでの説明においては、蓋体部1と底板部3とをセラミックスにて作製する場合について説明する。
Next, in the flow path member, the ceramics constituting the side wall part 2 (including the first
蓋体部1、第1の側壁部2a、第1の側壁部2aを除く側壁部2、底板部3を構成する部位を、公知のプレス法やグリーンシートを必要に応じて切削加工やレーザー加工を施した後に積層することによって成形体を作製し、それぞれのセラミック原料に応じた雰囲気中において焼成することによってセラミック焼結体を作製する。なお、流路となる部分は、公知の切削加工や金型を用いた打ち抜きまたはレーザーにより加工すればよい。例えば、側壁部2(第1の側壁部2aを含む)を炭化珪素を主成分とする原料を用いて成形体を作製後に、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中で焼成し、また、蓋体部1および底板部3はアルミナを主成分とする原料を用いて成形体を作製後に大気雰囲気中で焼成することによって焼結体を得ることができる。その後、ガラスからなる接合剤を用いて、蓋体部1、第1の側壁部2a、第1の側壁部2aを除く側壁部2、底板部3のそれぞれの焼結体の少なくとも一方の接合部にこの接合剤を塗布して一体化させ、熱処理することにより本実施形態の流路部材を得ることができる。
The part which comprises the
なお、本実施形態の流路部材の蓋体部の表面1aに金属部材を形成するためには、タングステン、モリブデン、銀、銅やアルミニウムを公知の印刷法で形成するか、活性金属法やロウ付け法を用いて接合すればよい。さらに、蓋体部1の内部に金属部材11を設けるには、蓋体部1の内部に孔等を形成し、形成された孔等に、タングステン、モリブデン、銀、銅やアルミニウムを充填すればよい。このように形成することによって熱交換器81を得ることができる。
In addition, in order to form a metal member on the
以上のようにして得られた本実施形態の流路部材は、複数の側壁部2のうち少なくとも1つが、底板部3から蓋体部1にかけて幅が狭くなっている第1の側壁部2aとされていることにより、第1の側壁部2aにおける蓋体部1と接する幅が狭いことによって、蓋体部側での熱交換効率を向上でき、熱の籠りを抑制できる。それにより、蓋体部1と側壁部との接続部に生じる熱応力を軽減でき、信頼性の向上した流路部材とすることができる。また本実施形態の熱交換器81が本実施形態の流路部材の蓋体部1の表面または内部に金属部材が設けられていることにより、信頼性の向上した熱交換器81とすることができる。また本実施形態の半導体製造装置80が、流路部材の蓋体部1の内部に金属部材が設けられている本実施形態の熱交換器81を備えることにより、信頼性の高い半導体素子の製造や検査を行なうことができる。
The flow path member of the present embodiment obtained as described above includes a first
10,20,30,40,50(50a,50b),60(60a,60b),70:流路部材
1:蓋体部
2:側壁部
2a:第1の側壁部
3:底板部
4:流路
4a:流路口
5:供給口
6:排出口
7:供給チューブ
8:排出チューブ
11:金属部材
80:半導体製造装置
81:熱交換器
82:ウェハ
10, 20, 30, 40, 50 (50a, 50b), 60 (60a, 60b), 70: flow path member 1: lid part 2:
11: Metal parts
80: Semiconductor manufacturing equipment
81: Heat exchanger
82: Wafer
Claims (7)
前記複数の側壁部のうち少なくとも1つが、前記底板部から前記蓋体部にかけて幅が段階的に狭くなっている第1の側壁部とされていることを特徴とする流路部材。 A flow path member having a flow path through which a fluid flows, including a lid body portion on which a workpiece is placed, a bottom plate portion, and a plurality of side wall portions connected to the lid body portion and the bottom plate portion. And in a cross-sectional view perpendicular to the direction in which the fluid flows,
The flow path member, wherein at least one of the plurality of side wall portions is a first side wall portion whose width gradually decreases from the bottom plate portion to the lid body portion.
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