(57)【要約】  【課題】  被処理物以外との熱交換が抑制される構造であり、被処理物を効率良く冷却または加熱することができることができるセラミック流路部材を提供する。  【解決手段】  本開示のセラミック流路部材は、被処理物が載置される第１面と、該第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面および前記第２面の間に位置する、流体が流れる流路とを備え、該流路および前記第２面の間に空隙部を有する。このような構成であることで、本開示のセラミック流路部材は、被処理物を効率良く冷却または加熱することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物が載置される第１面と、
該第１面の反対に位置する第２面と、
前記第１面および前記第２面の間に位置する、流体が流れる流路とを備え、
該流路および前記第２面の間に空隙部を有するセラミック流路部材。
【請求項２】
前記流体が流れる方向に対して直交する断面において、前記流路の幅Ａと、該幅Ａの各端部の垂線と重なる前記空隙部の幅Ｂとの比Ｂ／Ａが０．５以上である請求項１に記載のセラミック流路部材。
【請求項３】
前記断面において、前記流路の中央に相当する位置に前記空隙部が位置しているとともに、前記流路の前記第２面側の面が、前記第１面側に向かう凸曲面である請求項１または請求項２に記載のセラミック流路部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、セラミック流路部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種製造装置における冷却または加熱システム等には、内部に流体を流す流路が設けられた流路部材が用いられている。そして、流路部材の流路に低温または高温の流体を流すことにより、流路部材へ載置される被処理物と流路に流す流体とで熱交換が行なわれ、被処理物を冷却または加熱することができる。例えば、被処理物がウェハである場合には、流路に低温の液体を流すことにより、ウェハと低温の液体とで熱交換が行なわれることでウェハを冷却することができる。
【０００３】
そして、この流路部材の材質としては、腐食性の高いガス環境下での使用や、流路に流す流体として腐食性の高いガスまたは液体の使用が可能という観点から、高い耐腐食性を有するとともに、耐久性や絶縁性に優れたセラミックスが用いられている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有する載置台を備える基板処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６０７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような冷却または加熱の対象である被処理物は、流路部材の一面のみに載置される場合が多い。しかしながら、流路を流れる流体は被処理物とだけ熱交換を行なうのではなく、流路部材において被処理物が載置されていない面と接触する外気や流路部材が載置される部材等（以下、被処理物以外と記載する。）とも熱交換が行なわれている。このように、流路を流れる流体の熱量は、被処理物以外との熱交換によっても使用されるものであるため、被処理物を効率良く冷却または加熱することができるように、被処理物以外との熱交換が抑制される構造の流路部材が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のセラミック流路部材は、被処理物が載置される第１面と、該第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面および前記第２面の間に位置する、流体が流れる流路とを備え、該流路および前記第２面の間に空隙部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のセラミック流路部材は、被処理物以外との熱交換が抑制される構造であることから、被処理物を効率良く冷却または加熱することができることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示のセラミック流路部材の一例を示す断面図である。
【図２】本開示のセラミック流路部材の他の例を示す断面図である。
【図３】本開示のセラミック流路部材のさらに他の例を示す断面図である。
【図４】本開示のセラミック流路部材の別の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示のセラミック流路部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図に示すセラミック流路部材においては、識別のために数字およびアルファベット（例えば、１０ａ、１０ｂ等）により符号を付しているが、各図に示すセラミック流路部材のみに関する記載を除き、以下の説明では、数字のみを付して説明する。
【００１１】
本開示のセラミック流路部材１０は、被処理物が載置される第１面１と、第１面１の反対に位置する第２面２と、第１面１および第２面２の間に位置する流路３とを備え、流路３および第２面２の間に空隙部４を有する。なお、図１〜図４は、本開示のセラミック流路部材１０の流体が流れる方向に対して、直交する断面を示すものである。そして、本開示のセラミック流路部材１０は、流体の出入口となる流入口および流出口を図示していないが、それぞれ少なくとも一つずつ有するものである。
【００１２】
ここで、本開示のセラミック流路部材１０はセラミックスからなり、セラミックスの熱伝導率は一般的に４Ｗ／ｍ・Ｋ〜１６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。これに対し、空隙部４は、空気、アルゴン、窒素等の気体が内部に存在するか真空状態であることから、空隙部４の熱伝導率は０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度以下と非常に低い。本開示のセラミック流路部材１０は、セラミックスよりも熱伝導率が低い空隙部４が、流路３および第２面２の間に位置している。よって、被処理物以外との熱交換よりも、第１面１に載置される被処理物と流路３を流れる流体との熱交換の方が活発に行なわれることから、本開示のセラミック流路部材１０は、被処理物を効率良く冷却または加熱することができる。言い換えれば、本開示のセラミック流路部材１０は、被処理物以外との熱交換が抑制される構造である。
【００１３】
そして、セラミックスとしては、例えば、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等を用いることができる。ここで、炭化珪素質セラミックスとは、炭化珪素を主成分としたセラミックスであり、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち炭化珪素を７０質量％以上含有するものである。そして、本開示のセラミック流路部材１０の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することにより、炭化珪素の存在を確認する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、珪素（Ｓi）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰで測
定した珪素の含有量から炭化珪素（ＳｉＣ）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、炭化珪素質セラミックスである。なお、他のセラミックスについても同様である。
【００１４】
また、本開示のセラミック流路部材１０は、流体が流れる方向に対して直交する断面において、流路３の幅Ａと、幅Ａの各端部の垂線と重なる空隙部４の幅Ｂとの比Ｂ／Ａが０．５以上であってもよい。ここで、幅Ａは、図２に示す断面において、第１面１と平行な方向における線分の最大長さのことである。また、幅Ｂとは、図２に示すように、幅Ａの各端部からの垂線の間に位置する空隙部４の幅のことである。言い換えれば、幅Ｂとは、幅Aと平行な方向における重複長さのことである。
【００１５】
このような構成を満足することで、被処理物以外との熱交換が効果的に抑制されることから、被処理物以外との熱交換よりも第１面１に載置される被処理物と流路３を流れる流体との熱交換の方が活発に行なわれ、本開示のセラミック流路部材１０は、被処理物を効率良く冷却または加熱することができる。
【００１６】
なお、図３に示すように、流路３の幅Ａと、幅Ａの各端部の垂線と重なる空隙部４の幅Ｂとの比Ｂ／Ａが１であれば、被処理物をより効率良く冷却または加熱することができる。
【００１７】
また、本開示のセラミック流路部材１０は、流体が流れる方向に対して直交する断面において、流路３の中央に相当する位置に空隙部４が位置しているとともに、流路３の第２面２側の面が、第１面１側に向かう凸曲面であってもよい。ここで、流路３と空隙部４との位置関係は、図４に示すように、流路３が上に位置し、空隙部４が下に位置しているものである。また、流路３の中央に相当する位置に空隙部４が位置しているとは、図４に示すように、流路３の中心からの垂線（図４の点線）と空隙部４の外縁とが交わるように空隙部４が位置していることをいう。このような構成を満足するならば、流路３の第２面２側に空隙部４が位置していることによる熱交換効率の向上に加えて、流路３の中央に空隙部４が位置していることによって、流路３の第２面２側の面近傍を流れる流体の流速が、流路３の中央において最も早くなるため、被処理物をさらに効率良く冷却または加熱することができる。
【００１８】
また、空隙部４の断面形状は、円形状、矩形状等どのような形状であっても構わないが、第１面１と平行となる方向が長径である紡錘形状であることが好ましい。ここで、紡錘形状とは、図１〜図４に示すような空隙部４の形状のことであり、中央側が太く、端部側に向かって細くなっている形状のことである。また、長径とは、図１〜図４に示す断面における線分の最大長さのことである。このような形状であることで、少ない体積の空隙部４であっても、第２面２に接触する外気やセラミック流路部材１０が載置される部材等と流路３を流れる流体との熱交換を効果的に抑制することができる。
【００１９】
そして、空隙部４は、どのようなサイズであっても構わないが、空隙部４の形状が紡錘形状であるならば、空隙部４の短径が５〜２００μｍであることで、セラミック流路部材１０の機械的強度の低下を抑制しつつ、第２面２に接触する外気やセラミック流路部材１０が載置される部材等と流路３を流れる流体との熱交換をより効果的に抑制することができる。なお、短径とは、図１〜図４に示す断面において、長径の線分の中央で、長径の線分に直交するように直線を引いた際に、この直線と空隙部４の外縁とが交わる２箇所間の線分の長さのことである。
【００２０】
また、本開示のセラミック流路部材１０は、流路３の経路が一つ（一本道）で形成されていれば、被処理物との熱交換においてムラを生じるおそれが少ないため、温度ばらつきが少ないことが求められる用途において好ましく用いることができる。
【００２１】
また、本開示のセラミック流路部材１０における流路３の断面形状は、円形状、矩形状等どのような形状であっても構わないが、第２面２から第１面１に向かって流路３の幅が大きくなる形状であってもよい。このような形状であるならば、流路３において、第２面２側よりも第１面１側に多くの流体が流れることから、被処理物を効率良く冷却または加熱することができる。
【００２２】
以下、本開示のセラミック流路部材１０の製造方法の一例について示す。
【００２３】
まず、主成分原料（炭化珪素、アルミナ等）の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を適宜添加し混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法により複数のセラミックグリーンシートを形成する。
【００２４】
なお、セラミックグリーンシートを形成する他の方法としては、スラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒することによって顆粒を作製し、得ら
れた顆粒をロールコンパクションにより成形する方法がある。また、顆粒を用いて、メカプレス法や冷間静水圧加圧成形（ＣＩＰ）法、または、スラリーの代わりに坏土を作製して、押出成形法によってセラミックグリーンシートを得てもよい。
【００２５】
次に、得られた複数のセラミックグリーンシートをそれぞれ所望の形状となるように金型もしくはレーザ光を用いて加工する。なお、金型もしくはレーザ光を用いた加工において、流路３、流入口、流出口となる部分をセラミックグリーンシートに形成すればよい。その後、それぞれのセラミックグリーンシートに上記スラリーを塗布して積層し、加圧することで成形体とする。ここで、この成形体を作製する際に、セラミックグリーンシートの一部箇所にスラリーを塗布せずに積層すれば、このスラリーを塗布していない箇所が焼成後に空隙部４となる。または、上記金型もしくはレーザ光を用いた加工において、セラミックグリーンシートに空隙部４となる孔を空けることで、空隙部４を形成してもよい。
【００２６】
そして、成形体を乾燥、脱脂することで脱脂体を作製した後、主成分原料に合わせた焼成温度および焼成雰囲気で焼成することで、本開示のセラミック流路部材１０を得る。なお、焼成雰囲気を大気雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気または真空雰囲気として脱脂体を焼成すれば、空隙部４の内部はそれぞれ、空気、アルゴン、窒素の気体が存在するものになるか、または真空状態となる。
【００２７】
なお、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：セラミック流路部材
１：第１面
２：第２面
３：流路
４：空隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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