JP6006029B2 - 流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置に関する。

半導体シリコンウエハは、プラズマまたは電子ビームの照射により高温となり加工精度が低下するため強制的に冷却する必要がある。

特許文献１には、半導体製造装置等に用いられる静電チャックであって、導電体とそれを被覆する絶縁膜とから構成され、載置される試料と導電体との間に直流電圧が印可されて絶縁膜上に試料が吸着される静電チャックにおいて、前記導電体の内部に冷媒が流れるための流路が複数形成されている。そして、この静電チャックを用いる半導体製造装置の一例として、プラズマ装置の静電チヤックの角部が直接プラズマに曝されないように、静電チャックの外周よりシリコンウエハがはみ出すようにシリコンウエハのサイズに対してやや小さめの静電チャックを用いることが記載されている。

特開平8-330403号公報

しかしながら、この様な静電チャックは、シリコンウエハのサイズに対してやや小さいため、プラズマを用いて加工した時に発生する熱が外周側にこもりやすく、依然として加工精度が低下しやすいという問題があった。

本発明の流路部材は、流路部材の外周側において、流体との熱交換効率を向上させることにより、加工精度の低下を抑制した流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の流路部材は、蓋体部と側壁部と底板部と備え、前記蓋体部と前記側壁部と前記底板部とで構成された内部を流体が流れる流路が、前記流体が流れる方向に直交する断面視において列状に設けられており、前記側壁部は、セラミックスからなるとともに、複数
の板状体が積層された積層体からなり、前記流路は、個々の前記板状体の貫通孔の重なりによる凹凸を有し、前記断面視において外周側に位置する前記流路を構成する前記側壁部における凹凸の最大差が、前記外周側以外に位置する前記流路を構成する前記側壁部における凹凸の最大差よりも大きいことを特徴とするものである。

また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材を用いたことを特徴とするものである。

また、本発明の半導体製造装置は、上記構成の熱交換器を備えたことを特徴とするものである。

本発明の流路部材によれば、蓋体部と側壁部と底板部と備え、蓋体部と側壁部と底板部とで構成された内部を流体が流れる流路が、流体が流れる方向に直交する断面視において列状に設けられており、側壁部は、セラミックスからなるとともに、複数の板状体が積層された積層体からなり、流路は、個々の板状体の貫通孔の重なりによる凹凸を有することから、側壁部の凹凸により流体の乱流が発生し、流路部材と流体との熱交換効率が向上できる。さらに、流路部材の断面視において外周側に位置する流路を構成する側壁部における凹凸の最大差が、外周側以外に位置する流路を構成する側壁部における凹凸の最大差よりも大きくしたことから、流路部材の外周側における熱交換効率を高くすることができる。

また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材を用いたことから、流路部材の外周側での熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。

また、本発明の半導体製造装置は、上記構成の熱交換器を備えてなることから、半導体製造装置のワークの外周側における温度上昇を抑制し、半導体シリコンウエハの加工精度の低下を抑制した半導体製造装置とすることができる。

本実施形態の流路部材の一例を示し、（ａ）は流路部材の斜視図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｃ）は流体が流れる方向に対して直交する断面である（ａ）に示すＡ−Ａ’線の断面図である。 本実施形態の流路部材の流体が流れる方向に対して直交する断面形状の他の一例を示し、（ａ）および（ｃ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ｃで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図であり、（ｂ）および（ｄ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ａ，Ｂで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ａ）は多角形（八角形状）のスパイラル状流路、（ｂ）は複数の円形状流路が形成された複環状流路、（ｃ）は蛇行状流路、さらに、（ｄ）は蛇行状流路が外周部から中央部に向かって四方向から形成された蛇行放射状流路である。 本実施形態の流路部材の側壁部の製造方法の一例を示す、（ａ）はセラミックグリーンシートに金型で貫通孔を加工するときの模式図であり、（ｂ）はセラミックグリーンシートにレーザで貫通孔を加工するときの模式図であり、（ｃ）は貫通孔を有する成形体の平面図である。 本実施形態の流路部材を用いた熱交換器の一例を示し、（ａ）は流路部材の蓋体部の上方に金属部材を備えた断面図であり、（ｂ）は流路部材の蓋体部の上方に金属部材と金属部材を覆う被覆部材を備えた断面図であり、（ｃ）は流路部材の蓋体部の中に金属部材を収容した断面図である。 本実施形態の熱交換器を用いた半導体製造装置の全体的なシステム構成の一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の流路部材の実施の形態の一例を、図１および図２を用いて説明する。

図１は、本実施形態の流路部材の一例を示し、（ａ）は流路部材の斜視図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｃ）は流体が流れる方向に対して直交する断面である（ａ）に示すＡ−Ａ’線の断面図である。

また、図２は、本実施形態の流路部材の流体が流れる方向に対して直交する断面形状の一例を示し、（ａ）および（ｃ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ｃで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図であり、（ｂ）および（ｄ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ａ，Ｂで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の流路部材101は、蓋体部１と側壁部２
と底板部３と備え、蓋体部１と側壁部２と底板部３とで構成された内部を流体11が流れる流路10を備えている。なお、図１に示す流路部材101は、図１（ｃ）において、流体11が
流れる方向に直交する断面視において流路10が列状に設けられており、流体の流れる方向に沿った断面視において、図１（ｂ）に示すようにスパイラル状に構成されている。

なお図１において、流路部材101の側壁部２が複層の場合を示しているが、側壁部２を
単層として作製することもできる。

そして、図２（ａ）および（ｃ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ｃで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図であり、（ｂ）および（ｄ）は、図１（ｃ）の断面図の破線Ａ，Ｂで囲んだ部分における１つの流路を拡大した断面図を示している。なお、図２（ａ）および（ｂ）は側壁部２を単層にて形成した場合を示しており、図２（ｃ）および（ｄ）は側壁部２を複層にて形成した場合を示している。そして、本実施形態においては、側壁部２は流路10側に凹凸５を有するとともに、外周側に位置する流路10ｃを構成する側壁部２における凹凸５の最大差５ａが、外周側に位置する流路10ｃ以外の流路10ａ，10ｂを構成する側壁部２における凹凸５の最大差５ａよりも大きいことが重要である（なお、以下、側壁部２の流路10側を、流路10の内側壁４と呼ぶ場合もある。）。

本実施形態の流路部材101は、流路10の内側壁４に凹凸５があり、内側壁４の凹凸５に
おける最大差５ａが、流路部材101の外周側に位置する流路10ｃが、外周側以外に位置す
る流路10ａ，10ｂよりも大きく形成されている。それにより、流路部材101の流路10全体
の内側壁４の凹凸５により生じる流体11の乱流を、流路部材101の外周側に位置する流路10ｃにおいて特に大きくすることができ、特に外周側に位置する流路10ｃが形成された付
近の流路部材101の外周側において熱交換効率を高くすることができる。

それゆえ、本実施形態の流路部材101は、特に外周側の発熱が大きい熱交換対象物を熱
交換するための流路部材として用いると、熱交換対象物における温度の均一化を図ることができる。

また、流路10の内側壁４の凹凸５の最大差５ａを、外周側に位置する流路10ｃを他の流路10ａ，10ｂよりも大きくすることから、流路の全体の内側壁４の凹凸５の最大差５ａを大きく形成する場合に比べ、圧力損失が高まることを抑制できる。それにより、流体11がスムースに流れ、流路部材101全体で熱交換効率を高くすることができるとともに、熱が
こもりやすい流路部材101の外周側の熱交換効率を高くすることができる。

なお、流路10において、流体11が流れる方向に直交する断面視において外周側に位置する流路10ｃとは、少なくとも最も外周側に位置する流路10を含むものであり、その数は流路部材101の大きさや、熱交換対象物の大きさ等に基づいて適宜設定することができる。
例えば、流体11が流れる方向に直交する断面視において、列状に配置された流路10の数に対して、50％以下の数となる範囲で適宜設定することができる。

また、図１では流体11の供給口６と排出口７とは流路部材101の底板部３に設けた構造
としているが、必ずしも、これに限定されるものではない。

ちなみに、本実施形態の流路部材101においては、特に流路部材101の外周側における熱交換効率を向上させるにあたり、流路10を構成する側壁部２における凹凸の最大差が、最も外周側に位置する流路10ｃの側壁部２において最も大きくすることができる。この場合においては、特に熱がこもりやすい流路部材101の外周側の熱交換効率をさらに高くする
ことができる。

それゆえ、本実施形態の流路部材101は、特に外周側の発熱が大きい熱交換対象物を熱
交換するための流路部材として用いると、熱交換対象物における温度の均一化をさらに図ることができる。

ところで、流路部材101において、長時間使用していると外周側にこもった熱が流路部
材の中央側に熱が伝播して流路部材の中央側にも熱がこもりやすくなる場合があるほか、例えばスパイラル状の流路10においては、外周側で熱交換した流体11が中央側に流れることから、中央側の温度が上昇する場合がある。

それゆえ、流路部材101においては、流路10の内側壁４の凹凸５の最大差５ａを、流路
部材101の外周側に位置する流路10ｃが、外周側以外に位置する流路10ａ，ｂよりも大き
く形成されている上で、流路部材101の中央側における流路10ａの内側壁４の凹凸５の最
大差５ａを、外周側および中央側以外の流路（中間の流路）10ｂの内側壁４の凹凸５の最大差５ａよりも大きくすることができる。すなわち、各流路10を構成する内側壁４の凹凸５の最大差５ａが、中間の流路10ｂ＜中央側の流路10ａ＜外周側の流路10ｃの関係を満たすことができる。

このように、各流路10を構成する内側壁４の凹凸５の最大差５ａを、中間の流路10ｂ＜中央側の流路10ａ＜外周側の流路10ｃを満たすことで、流路部材101の外周側および中央
側における流体11との熱交換効率をより高めることができる。それにより、外周側と中央側に熱がこもりやすい熱交換対象物の冷却流路として利用すると外周側から中央側にかけて温度度勾配が緩やかになり、温度をより均一化することができる。

なお、流路10において、流体11が流れる方向に直交する断面視において中央側に位置する流路10ａとは、流路部材101において最も中央に位置する流路10を含むものであり、そ
の数は流路部材101の大きさや、熱交換対象物の大きさ等に基づいて適宜設定することが
できる。例えば、流体11が流れる方向に直交する断面視において、列状に配置された流路10の数に対して、50％以下の数となる範囲で適宜設定することができる。なお、中間の流路10ｂも同様に、その数は流路部材101の大きさや、熱交換対象物の大きさ等に基づいて
適宜設定することができ、列状に配置された流路10の数に対して、50％以下の数となる範囲で適宜設定することができる。

さらに、最も外周側に位置する流路10ｃと中間の流路10ｂと最も中央に位置する流路10ａの流路10の内側壁４の凹凸５の最大差５ａは、連続的に変化する場合や、段階的に変化することのいずれの場合であってもよい。なお、この場合において、上記中間の流路10ｂ＜中央側の流路10ａ＜外周側の流路10ｃの関係は、各流路10を構成する内側壁４の凹凸５の最大差５ａにおいて、中間の流路10ｂの最大値＜中央側の流路10ａの最小値、中央側の流路10ａの最大値＜外周側の流路10ｃの最小値を満たしていればよい。

また、本実施形態の流路部材は、流路10が流体を供給する供給口６と、流体を排出する排出口７とを有し、供給口６と排出口７とが、１つの流路11で接続されている構成とすることもできる。

例えば、流路部材に形成された流路が、複数本の流路に分かれている場合には、それぞれの流路の内側壁の凹凸の最大差を同等にすることは容易ではなく、各流路における流路抵抗のバラツキの発生は避けられない。この場合に、流体が流路の抵抗が小さい流路に流れやすくなり、各流路において流体の流れる量が異なる偏流が生じ、効率よく熱交換を行なうことが困難となる場合がある。

これに対し、本実施形態の流路部材101は、流体11の供給口６と排出口７とが１つの流
路10にて接続されていることから、中央側の流路10ａ、中間の流路10ｂ、外周側の流路10ｃのそれぞれの内側壁４の凹凸５の最大差５ａを変化させたとしても、偏流の問題が生じることがなく、効率良く熱交換を行なうことができる。

図３は、本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図である。

本実施形態の流路部材は、スパイラル状であって、流体の供給口と排出口とを流路部材の外周側に有するとともに、流路部材の中央部に流路の折り返し部を有することが好ましい。

ここで、図３に示す流路部材104は、外周側に流路10の供給口６と排出口７とを備え、
中央部に流路の折り返し部８を有するスパイラル状の流路10を有している。すなわち、供給口６と排出口７とが１つの流路で接続されている。

このような構成とすれば、流路部材104の流路10の供給口６から入った流体11は、流路10の内側壁４の凹凸５により乱流が発生し、流路部材104との熱交換を行ないながら中央部へ流れ、さらに、折り返し部８を経て外周側に設けられた排出口７に流れることとなる。

そして、内側壁４の凹凸５における最大差５ａが最も大きい外周側に位置する供給口６および排出口７に繋がる流路が形成されている部分で、流体11と流路部材104との熱交換
効率が最も高くなることから、外周側における熱交換効率を向上することができる。

また、流路10をこのような形状とすることにより、流路部材104の流体11の供給口６と
排出口７とを近接して配置したことから、供給口６と排出口７とに繋ぐ配管を一箇所にまとめることができる。それにより装置の構造の簡略化ができメンテナンスも容易になる。

また、本実施形態の流路部材は、側壁部はセラミックスからなり、複数の板状体が積層された積層体からなることが好ましい。

例えば、図１（ｃ）に示す流路部材101は、側壁部２が３層の積層体からなっていて、
流路10の内側壁４には凹凸５を有することから、側壁部２となる個々の板状体に予め流路10となる貫通孔を作製し、その後、複数の板状体を積層した積層体に蓋体部１および底板部３を接合することにより、凹凸５の最大差５ａを容易に変更することができる。

そして、流路部材の側壁部２がセラミックスからなるときは、例えば、流体11として、金属腐食性の高い臭化リチウムなどを冷媒として用いたとしても側壁部２の腐食を抑えることができる。それにより流路10間の隔壁を構成する側壁部２が劣化することを抑制できる。

また、蓋体部１と底板部３とは、セラミックスや金属、または、樹脂などの材料で作製してもよいが、耐熱性および耐食性に富むほか、蓋体部１は熱伝導性が高く、電極などの配線層を直付けができる絶縁性部材であることが望ましい。

ここで、側壁部２、蓋体部１および底板部３の材料の一種であるセラミックスとしては、アルミナ，窒化珪素，窒化アルミ，炭化珪素，ムライトおよびジルコニアのいずれか、もしくは、これらの複合材料を用いることができ、未焼成のセラミックグリーンシートに流路10となる貫通孔を加工すればよい。

また、セラミックス以外の材料で側壁部２を作製するときには、銅，ステンレス，アルミニウムまたはこれらの合金からなる板状体を用い、プレス成型により、流路10となる貫通孔を形成し、積層する個々の板状体の貫通孔の大きさを変化させることにより、本実施形態の流路10の内側壁４に凹凸５を形成できる。

図４は本実施形態の流路部材の、さらに他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ａ）は多角形（八角形状）のスパイラル状流路、（ｂ）は複数の円形流路が形成された複環状流路、（ｃ）は蛇行状流路、さらに、（ｄ）は蛇行状流路が外周部から中央部に向かって四方向から形成された蛇行放射状流路である。

図４（ａ）に示す流路部材105は、流路10が多角形（八角形状）のスパイラル状であり
、上述のスパイラル状の流路10の曲率が徐々に変化する円形の流路部材101および104に比べ作製が容易となる。

このような形状であれば、たとえば、ＮＣ制御によるパンチングマシンを用いてスパイラル状の流路10となる貫通孔を形成するとき、多角形のスパイラル状の流路10である流路部材105の側壁部２に、直線状の貫通孔を形成するポンチの種類がひとつでよく、このポ
ンチで加工した貫通孔を繋ぎ合わせることにより四角形などの多角形のスパイラル状の流路10となる貫通孔を形成でき、流路部材101および104の流路10のような曲率の異なる多数の円弧状のポンチを数種類揃える必要がない。

また、図４（ｂ）に示す流路部材106は、多重の半円形の流路10を対照的に配置し、流
体の供給口６と排出口７とを外周側に近接して備え、それぞれ対照的な方向に半円状に延伸し半円の折り返しを繰り返し、中央部で左右の流路10がつながり折り返し部８となるものである。

このような形状であれば、例えば、セラミックグリーンシートに流路10となる貫通孔を形成するとき、側壁部２となるセラミックグリーンシートの流路10と隣接する流路10間のセラミックグリーンシートの端は固定されずフリーな状態となるものの、約半周分が側壁部２で固定されて繋がっているため、製造工程上でのセラミックグリーンシートの取り扱いが容易となる。つまり、図１に示すスパイラル状の流路部材101の側壁部２をセラミッ
クグリーンシートで作製すると、中央部から端までは一つの螺旋になり中央部が固定されていないため取り扱い時に垂れ下がるという問題があるが、上記の流路部材106となる側
壁部２では、半円に細分化されている分、取り扱い上の問題の発生を軽減できる。

また、図４（ｃ）に示す流路部材107は、流路10が一方の外周側から中央部を経由して
他方の外周側まで蛇行を繰り返す蛇行状である。

このような形状であれば、ＮＣ制御によるパンチングマシンで側壁部２となるセラミックグリーンシートに、直線流路と曲線流路とを形成するためのポンチを準備することにより、容易に所望の貫通孔を形成でき、曲率の異なる多数の円弧状のポンチを揃える必要もない。また流路全体の長さを長くすることもできる。

さらに、図４（ｄ）に示す流路部材108は、流路10が外周側から中央側に向かって蛇行
を繰り返すが、外周側の四方向が対照的に配置された放射状で、それぞれの蛇行流路は一つの流路で構成され、折り返し部８が中央部にあり、供給口６と排出口７とが外周側に近接して配置されている。

このような形状であれば、セラミックグリーンシートに流路10となる貫通孔を形成した
ときに、セラミックグリーンシートの中央部は、四方向の外周部と繋がって固定されているため、製造工程での取り扱いにおける中央部が垂れ下がるという問題の発生を低減できる。

次に、本実施形態の流路部材101の側壁部２の製造方法の一例を説明する。なお、その
他の本実施形態である流路部材104〜108については、以下の製造方法に準じるため、説明は割愛する。

まず、材料としては、銅やアルミウムまたはそれらの合金や、セラミックスを用いて、側壁部２となるシート状の板状体を作製する。なお、材料としては上記外のほか、高熱伝導性や耐熱性、高強度、耐食性に富むものであればよい。

そして、銅やアルミニウムであれば、プレス成型やパンチングマシンなどにより流路10となる貫通孔を形成するためのポンチを取り付けて側壁部２を作製する、或いは、レーザ加工による加工でもよく、それらの板状体を積層し、金属ロウなどを用いて接合することにより流路部材101が得られる。

次に、セラミックスからなる側壁部２を備える流路部材101を作製する製造方法につい
て説明する。

セラミックスからなる側壁部２を備える流路部材101を作製する製造方法としては、次
の３つの方法が考えられる。
（１）セラミック焼結体からなる板状体に、流路10となる貫通孔を形成し側壁部２を作製し、次にこの板状体、蓋体部１、底板部３を重ね合わせる方法。
（２）側壁部２となるセラミックグリーンシートからなる板状体を複数積層後、流路10となる貫通孔を形成し、蓋体部１、底板部３を重ね合わせて焼成する方法。
（３）セラミックグリーンシートの板状体に、流路10となる貫通孔を形成し側壁部２を作製し、この板状体、蓋体部１、底板部３を重ね合わせて焼成する方法。

先ず上記（１）の製造方法として、セラミック焼結体の板状体に、流路10となる貫通孔を形成する方法としては、レーザ加工や、湿式ビーズブラスト加工や超音波ドリル加工があり、セラミックの生成形体への加工ではないことから、寸法精度の高いものを作製できる。

また、上記（２）による製造方法はとしては、積層した側壁部２となるセラミックグリーンシートの板状体の厚みに応じて、プレス成型，パンチングマシン，レーザ加工，乾式または湿式のブラスト加工によればよく、特に、砥粒の残留の問題を考えれば、ドライアイス，アイスまたは水などのブラスト加工が適している。

上記（３）による製造方法は、未焼成のセラミックグリーンシートに流路10となる貫通孔を形成し、側壁部２が複層であれば、その後積層するため、最も製造コストを抑えられ、かつ、複雑な形状にも対応して形成することが可能である。

以下、（３）の製造方法について、一例としてセラミックがアルミナの場合について説明する。

まず、酸化アルミニウム（アルミナ）質の側壁部２を作製する場合には、アルミナやシリカ，マグネシア，カルシアなどの原料粉末にアクリル樹脂系やブチラール樹脂系などの有機バインダーおよび溶剤を適宜混合して作製したスラリーを公知のドクターブレード法や、或いは、ロールコンパクション法などで、シート状のセラミックグリーンシートを成
形する。

次に、セラミックグリーンシートへの流路10となる貫通孔の加工方法は、所望のポンチを用いるプレス成型や、パンチングマシンによる方法，レーザ加工，ドライアイスなどによる乾式ブラスト，ガラスビーズブラスト，サンドブラストおよび水ブラストなどによる加工方法があり、それぞれの方法を適宜用いればよい。

図５は本実施形態の流路部材の側壁部の製造方法の一例を示す、（ａ）はセラミックグリーンシートに金型で貫通孔を加工するときの模式図であり、（ｂ）はセラミックグリーンシートにレーザで貫通孔を加工するときの模式図であり、（ｃ）は貫通孔を有する成形体の平面図である。

例えば、図１で示すようなスパイラル状の流路部材101の側壁部２の厚みは、0.3〜２ｍｍほどの厚みの単層もしくは、それらを複数枚積層したもので作製され、製造コストを抑え量産するにはプレス加工やレーザ加工が適している。

図５（ａ）に示すプレス成型装置18による製造方法であれば、金型に取り付けるポンチ18ａとして、図２（ａ）（ｂ）に示す流路10に対応する段差をつけたものを使用し、セラミックグリーンシート16を打ち抜くことにより、図２（ａ）（ｂ）に示す単層の側壁部２に、矩形状の凹凸となる貫通孔17ａを形成できる。

また、図５（ｂ）に示すレーザ加工装置19による製造方法であれば、レーザビームの焦点をセラミックグリーンシート16の一方の主面側から厚み方向の中程まで加工し、さらに、セラミックグリーンシート16の裏面側に主面側とずれた位置に同様に加工することにより矩形状の凹凸の貫通孔17ａを有する成形体17を形成できる。なお、レーザ加工装置19のレーザ発振方式はＣＯ_２やＹＡＧレーザでよい。

さらに、図１や図２（ｃ）（ｄ）に示す、側壁部２が積層の場合の製造方法は、プレス成型、レーザ加工や、上述したその他の加工のいずれでも可能である。

次に、蓋体部１および底板部３をセラミックグリーンシート16を用いて、プレス成型やレーザ加工などにより作製する。なお、ここでは、蓋体部１および底板部３がセラミックスからなる場合について説明する。

次に、側壁部２が複層であるときは、セラミックグリーンシート16を成型した成形体17の表面に、セラミックグリーンシート16を作製するときと同じバインダーを糊剤として用い、成形体17の表面に塗布し、次にこれらの成形体17を積層し、さらにこの積層体を挟むように、蓋体部１および底板部３となる成形体と同様に糊剤を塗布した後重ね合わせる。なお、糊剤の塗布は、公知のスクリーン印刷などにより行なえばよい。

次に、これらの積層体を、トンネルキルンにて最高温度が1100〜1600℃の範囲で焼成することにより本実施形態の流路部材流路部材101を作製できる。

図６は、本実施形態の流路部材を用いた熱交換器の一例を示し、（ａ）は流路部材の蓋体部の上方に金属部材を備えた断面図であり、（ｂ）は流路部材の蓋体部の上方に金属部材とこの金属部材を覆う被覆部材を備えた断面図であり、（ｃ）は流路部材の蓋体部の中に金属部材を収容した断面図である。

図６（ａ）に示す本実施形態の熱交換器201は、本実施形態の流路部材101,104〜108の
いずれかを用いてなり、蓋体部１の上方に、金属部材25を備えている。ここで、金属層25
は、銅やアルミニウムまたはこれらの合金からなる金属板を金属ロウでロウ付けしたものや、銅や銀またはこれらの合金を印刷などにより形成した配線層などであってもよい。なお、金属部材25が配線層であるときは、（不図示）一続きの金属層ではなく任意に分断されたものとなる。

図６（ｂ）に示す本実施形態の熱交換器202は、本実施形態の流路部材101,104〜108の
いずれかを用いてなり、蓋体部１の上方に、電気的に独立した複数の金属部材25とこれらを被覆層26で被覆してなる。一例として、金属層25は、タングステンまたはこれらの合金からなる金属からなり、被覆層26は絶縁性が高く、熱伝導性も良好なセラミックスや樹脂などであればよい。

図６（ｃ）に示す本実施形態の熱交換器203は、前述した本実施形態の流路部材101,104〜108の変形例である流路部材109を用いてなり、蓋体部１の中に電気的に独立したタングステンまたはタングステン合金からなる金属部材25を収容したものであり、蓋体部１となるセラミック生成形体の内部に金属層25を印刷などにより形成、積層し、側壁部２および底板部３をさらに積層し、同時焼成することによって流路部材109からなる熱交換器203を作製できる。

以上の熱交換器201〜203の流路10はスパイラル状で、かつ、流路部材101,104〜108または流路部材109の底板部３の下方に流体の供給口６および排出口７が備えられているが特
にこれに限定するものではない。

本実施形態の流路部材101,104〜109を用いた熱交換器201〜203は、外周側での熱交換効率が高く、かつ、流路部材101,104〜109の蓋体部１の上方または内部に金属部材25を備えたことから、配線層や、または、電極兼試料載置台として用いることもでき、熱交換器の小型化が可能である。

図７は、本実施形態の熱交換器を用いた半導体製造装置の全体的なシステム構成の一例を示す概略図である。

図７に示す本実施形態の半導体製造装置301は、本実施形態の流路部材101,104〜108の
蓋体部１の上方に金属部材25を接合した熱交換器201を用いてなる半導体製造装置301であり、流路部材101,104〜108の流体の供給口６および排出口７にはパイプ22により外部のポンプ（不図示）に接続され流体11が循環するようになっている。

例えば、半導体製造装置301の一例であるプラズマ処理装置であれば、熱交換器201を半導体シリコンウエハ29を把持するための静電チャック23として用いることもできる。このとき、金属部材25は下部電極となるともに、半導体シリコンウエハ29の載置台であり、プラズマ雰囲気28の中の上部にアンテナ電極（不図示）を設け、これらの電極間のクーロン力により半導体シリコンウエハ29が吸着される。

そして、プラズマに直接曝され損傷を受けないようにするため半導体シリコンウエハ29は静電チャック23よりはみ出すように載置されているが、静電チャック23に備えられた熱交換器201は、外周側での熱交換効率を高くしているため、半導体シリコンウエハ29の外
周側が異常に温度上昇することを抑制でき、半導体シリコンウエハ29の外周側と中央側の温度の均一化が図れ、エッチングスピードの均一化となり加工精度を向上できる。

また、さらに、静電チャック23の中央部付近は熱がこもりやすいという問題があるが、熱交換器201の中央側での熱交換効率も高くしているため、半導体シリコンウエハ29の中
央側が異常に温度上昇することを抑制でき、加工精度を向上できる。

このように、本実施形態の半導体製造装置301は、本実施形態の熱交換器201に金属部材25を接合し、下部電極を兼ねると共に、半導体シリコンウエハ29の載置台ともなることから、シンプルな構造で、かつ、熱交換効率の高い半導体製造装置301とすることができる
。

本実施形態の半導体製造装置301は、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装置等やエッチング処理装置として用いることができる。

また、（以下図示せず）本実施形態の流路部材101〜109およびこれを用いた熱交換器201〜203は、蓋体部１の上方に半導体素子を実装した半導体装置として用いることもできる。

101,104〜109：流路部材
１：蓋体部
２：側壁部
３：底板部
４：内側壁
５：凹凸、５ａ：最大差
６：供給口
７：排出口
８：折り返し部
10：流路、10ａ：中央側に位置する流路、10ｂ：中間の流路、10ｃ：外周側に位置する流路
100ａ：中央側、100ｃ：外周側
11：流体
16：セラミックグリーンシート
17：成形体、17ａ：貫通孔
18：プレス成型装置
19：レーザ加工装置
201、202、203：熱交換器
301：半導体製造装置

Claims (6)

1. 蓋体部と側壁部と底板部と備え、前記蓋体部と前記側壁部と前記底板部とで構成された内部を流体が流れる流路が、前記流体が流れる方向に直交する断面視において列状に設けられており、前記側壁部は、セラミックスからなるとともに、複数の板状体が積層された積層体からなり、前記流路は、個々の前記板状体の貫通孔の重なりによる凹凸を有し、前記断面視において外周側に位置する前記流路を構成する前記側壁部における凹凸の最大差が、前記外周側以外に位置する前記流路を構成する前記側壁部における凹凸の最大差よりも大きいことを特徴とする流路部材。
2. 前記流路を構成する前記側壁部における凹凸の最大差が、最も外周側に位置する前記流路の前記側壁部において最も大きいことを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
3. 前記流体を供給する供給口と前記流体を排出する排出口とを有し、前記供給口と前記排出口とが前記流路が１つの流路で接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路部材。
4. 前記流路がスパイラル状であって、前記供給口と前記排出口とを前記流路部材の前記外周側に有するとともに、前記流路部材の中央部に前記流路の折り返し部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流路部材。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流路部材を用いてなることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項５に記載の熱交換器を備えることを特徴とする半導体製造装置。

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