JP2012019164A - 流路付きプレートの製造方法、流路付きプレート、温度調節プレート、コールドプレート、及びシャワープレート - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも加工時間を短縮でき、且つ流路のリークや汚染を抑制することができる流路付きプレート等を提供する。
【解決手段】流路付きプレートは、流体を流通させる流路がプレートの内部に形成された流路付きプレートであって、金属又は合金によって形成され、流路となる溝が設けられた本体プレートと、上記溝を覆う蓋プレートと、金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、本体プレート及び蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより形成され、蓋プレートを覆う堆積層とを備える。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、半導体や液晶表示装置や光ディスク等の製造プロセスにおいて、基板の温度やガス供給等に用いられる流路付きプレートの製造方法、流路付きプレート、温度調節プレート、コールドプレート、及びシャワープレートに関するものである。

半導体や液晶表示装置や光ディスク等の製造における種々の基板プロセスにおいては、基板の温度を調節する温度調節プレート（コールドプレート等）や、基板に所定の成分を有するガスを供給するシャワープレートが用いられている。これらの温度調節プレートやシャワープレートは、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属プレートの内部に熱媒体やガスを流通させる流路を設けた構造を有している（例えば、特許文献１〜３参照）。

このような流路付きプレートは、従来、金属プレート本体に掘削加工等によって流路を形成し、この流路を封止する別の金属プレート（例えば、押え板）を上記金属プレート本体の流路側に重ね、溶接加工やロウ付或いは接着剤により両者を接合又は接着することにより製造されていた。

実開昭６２−１７２９７７号公報 特開２００６−３２９４３９号公報 特開２００６−２９９２９４号公報

しかしながら、このような従来の製造方法によれば、ロウ材のセットやロウ付時間、或いは溶接のためのフィラーのセットに時間がかかるため、多くの製造工数を要してしまう。また、溶接においては、高温の熱が母材に加わるため、熱歪みに起因する目違いやアンダーカットや母材の反り等により、流路にリークが生じるおそれがある。一方、ロウ付や接着剤を用いる場合には、ロウ材等の母材以外の成分が流路に流れ込み、流路の汚染を招くおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりも製造工程に要する時間を短縮でき、且つ流路のリークや汚染を抑制することができる流路付きプレートの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような製造方法によって製造された流路付きプレート、温度調節プレート、コールドプレート、及びシャワープレートを提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る流路付きプレートの製造方法は、流体を流通させる流路がプレートの内部に形成された流路付きプレートの製造方法において、金属又は合金によって形成された本体プレートに、前記流路となる溝を形成する流路形成工程と、前記溝を覆う蓋プレートを、前記溝の上部に配置する蓋配置工程と、金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記本体プレート及び前記蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより、前記蓋プレートを覆う堆積層を形成する堆積層形成工程とを含むことを特徴とする。

上記流路付きプレートの製造方法において、前記堆積層形成工程は、コールドスプレー法により行われることを特徴とする。

上記流路付きプレートの製造方法において、前記蓋プレートの前記溝を覆う面は、前記溝の開口と略等しい形状を有すると共に、前記開口より面積が大きいことを特徴とする。

上記流路付きプレートの製造方法は、前記本体プレート、又は、前記蓋プレート及び前記堆積層に、前記流路に連通する孔を形成する孔形成工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る流路付きプレートは、流体を流通させる流路がプレートの内部に形成された流路付きプレートにおいて、金属又は合金によって形成され、流路となる溝が設けられた本体プレートと、前記溝を覆う蓋プレートと、金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記本体プレート及び前記蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより形成され、前記蓋プレートを覆う堆積層とを備えることを特徴とする。

上記流路付きプレートにおいて、前記堆積層は、コールドスプレー法により形成されていることを特徴とする。

上記流路付きプレートにおいて、前記本体プレート及び前記蓋プレート及び前記堆積層は、各々、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム系合金、チタン（Ｔｉ）、チタン系合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、銅系合金の内のいずれかによって形成されていることを特徴とする。

上記流路付プレートにおいて、前記本体プレートと前記蓋プレートと前記堆積層との内の少なくとも１つは、前記本体プレートと前記蓋プレートと前記堆積層との内の他の１つ又は２つとは異なる金属又は合金によって形成されていることを特徴とする。

上記流路付きプレートにおいて、前記溝は、前記本体プレートの第１の主面及び該第１の主面とは反対側の第２の主面に形成されていることを特徴とする。

上記流路付きプレートは、前記堆積層に、第２の流路となる第２の溝が形成されており、前記第２の溝を覆う第２の蓋プレートと、金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記堆積層及び前記第２の蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより形成され、前記第２の蓋プレートを覆う第２の堆積層とをさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る温度調節プレートは、前記流路付きプレートを備え、前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流路に連通して該流路から熱媒体を導出する熱媒体導出路とが設けられていることを特徴とする。

本発明に係るコールドプレートは、前記流路付きプレートを備え、前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に冷却媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流路に連通して該流路から冷却媒体を導出する熱媒体導出路とが設けられていることを特徴とする。

本発明に係るシャワープレートは、前記流路付きプレートを備え、前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に所定の成分を有するガスを導入するガス導入路と、前記流路に連通して該流路から前記ガスを導出するガス導出孔とが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、本体プレートに形成された溝を蓋プレート及びコールドスプレー法により形成された堆積層によって覆うことにより、プレート内部の流路を形成するので、バルク材同士を接合又は接着する従来の製造方法に比較して、製造工程に要する時間を短縮することができる。また、高温の熱や母材以外の材料（ロウ材等）を使用することなく上記流路を形成することができるので、流路のリークや汚染を抑制することが可能となる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る流路付きプレートの構造を示す上面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。 図２は、コールドスプレー法による成膜装置の構成を示す模式図である。 図３Ａは、図１に示す流路付きプレートの製造方法における本体プレートの形成工程を説明する図である。 図３Ｂは、図１に示す流路付きプレートの製造方法における溝の形成工程を説明する図である。 図３Ｃは、図１に示す流路付きプレートの製造方法における蓋プレートの配置工程を説明する図である。 図３Ｄは、図１に示す流路付きプレートの製造方法における堆積層の形成工程を説明する図である。 図４は、流路付きプレートの変形例１を示す断面図である。 図５は、流路付きプレートの変形例２を示す断面図である。 図６は、流路付きプレートの変形例３を示す断面図である。 図７は、流路付きプレートの変形例４を示す断面図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態２に係る流路付きプレートの適用例である温度調節プレートの構造を示す上面図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す温度調節プレートの一部断面側面図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態３に係る流路付きプレートの適用例であるシャワープレートの構造を示す上面図である。 図９Ｂは、図９ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図１０Ａは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における本体プレートの形成工程を説明する図である。 図１０Ｂは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第１流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｃは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第１流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｄは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第１流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｅは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第２流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｆは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第２流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｇは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法における第２流路の形成工程を説明する図である。 図１０Ｈは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法におけるガス導入路等の形成工程を説明する図である。 図１０Ｉは、図９Ｂに示すシャワープレートの製造方法におけるシャフト等の接合工程を説明する図である。 図１１は、本発明の実施の形態４に係る流路付きプレートの適用例であるシャワープレートの構造を示す断面図である。 図１２Ａは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における本体プレートの形成工程を説明する図である。 図１２Ｂは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における溝の形成工程を説明する図である。 図１２Ｃは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における第１流路の形成工程を説明する図である。 図１２Ｄは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における第１流路の形成工程を説明する図である。 図１２Ｅは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における第２流路の形成工程を説明する図である。 図１２Ｆは、図１１に示すシャワープレートの製造方法における第２流路の形成工程を説明する図である。 図１２Ｇは、図１１に示すシャワープレートの製造方法におけるガス導入路等の形成工程を説明する図である。 図１２Ｈは、図１１に示すシャワープレートの製造方法におけるシャフト等の接合工程を説明する図である。

以下に、本発明に係る流路付きプレートの製造方法、流路付きプレート、温度調節プレート、コールドプレート、及びシャワープレートの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。さらに、以下の説明における「上」「下」等の方向を示す用語は、図面の記載に対応するものであることに留意する必要がある。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る流路付きプレートの構造を示す上面図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。
流路付きプレート１００は、流体（ガス又は液体)を流通させる流路１０２が設けられた本体プレート１０１と、流路１０２を覆う蓋プレート１０３と、該蓋プレート１０３を覆う堆積層１０４とを備えている。本体プレート１０１には、蓋プレート１０３を流路１０２の上方に支持する支持部１０７が設けられている。また、流路１０２の端部は、流路１０２に流体を導入する流体導入口１０５、及び、流路１０２から流体を導出する流体導出口１０６となっている。

このような流路付きプレート１００は、例えば、流路１０２に冷却用又は加熱用の熱媒体を流通させることにより、温度調節プレートとして用いられる。なお、この場合、本体プレート１０１側の主面と堆積層１０４側の主面とのいずれを温度調節対象である物体（例えば、基板等）の載置面としても良い。

本体プレート１０１及び蓋プレート１０３は、バルク材の金属又は合金によって形成されている。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム系合金、チタン（Ｔｉ）、チタン系合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、銅系合金等の金属又は合金が用いられる。本体プレート１０１及び蓋プレート１０３の材料は、例えば流路１０２に流通させる流体の種類や用途に応じて選択される。具体的には、流路付きプレートを温度調節プレートに適用し、熱媒体として水や海水を流通させる場合には、本体プレート１０１の腐食を避けるために、チタン、チタン合金、ステンレス鋼等を用いると良い。また、有機溶剤等の非腐食性の流体を流通させる場合には、熱伝導性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金を用いると良い。さらに、本体プレート１０１及び蓋プレート１０３は、同じ種類の金属又は合金によって形成されても良いし、互いに異なる金属又は合金によって形成されても良い。例えば、本体プレート１０１を熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成し、蓋プレート１０３を、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも高い強度を有するチタン又はチタン合金によって形成するといった組み合わせを用いても良い。

堆積層１０４は、金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、成膜対象に向けて固相状態のままで吹き付けるコールドスプレー法により、蓋プレート１０３及び本体プレート１０１の蓋プレート配置面１０８上に形成されている。堆積層１０４の材料としては、上記本体プレート１０１及び蓋プレート１０３と同様に、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム系合金、チタン（Ｔｉ）、チタン系合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、銅系合金等の金属又は合金が用いられる。また、堆積層１０４の材料として、本体プレート１０１や蓋プレート１０３と同じ種類の金属又は合金を用いても良いし、異なる種類の金属又は合金を用いても良い。例えば、流路１０２を流通させる熱媒体による腐食を防止するため、本体プレート１０１及び蓋プレート１０３をステンレス鋼によって形成し、堆積層１０４側の熱伝導性を改善するため、堆積層１０４をアルミニウム合金によって形成するといった材料の選択も可能である。

図２は、コールドスプレー法による成膜装置の構成を示す模式図である。成膜装置１０は、ガス供給源からヘリウム（Ｈｅ）や窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスや空気等のガス（作動ガス）を導入するガス導入管１１と、原料であるアルミニウム系金属の粉体１を供給する粉体供給部１２と、ガス導入管１１から導入されたガスを所望の温度まで加熱するヒータ１３と、粉体１とガスとを混合して噴射するチャンバ１４と、粉体１を噴射するノズル１５と、成膜対象である基板２等を保持するホルダ１６とを備えている。

粉体供給部１２には、金属又は合金の微小な（例えば、粒径が１０μｍ〜１００μｍ程度）の粉体１が配置されている。この粉体１は、ガス導入管１１に設けられたバルブ１１ａを操作して所望の流量のガスを粉体供給部１２に導入することにより、ガスと共に粉体供給管１２ａを通ってチャンバ１４内に供給される。

ヒータ１３は、導入されたガスを、例えば、５０℃〜７００℃程度まで加熱する。この加熱温度の上限は、粉体１を固相状態のままで基板２に吹き付けるため、原料の融点未満とする。より好ましくは、上限温度を、摂氏で融点の約６０％以下に留める。これは、加熱温度が高くなるほど、粉体１が酸化する可能性が高くなるからである。従って、例えば、アルミニウム（融点：約６６０℃）の膜を形成する場合には、加熱温度を約６６０℃未満とすれば良く、約３９６℃以下とすればより好ましい。

ヒータ１３において加熱されたガスは、ガス用配管１３ａを介してチャンバ１４に導入される。なお、チャンバ１４に導入されるガスの流量は、ガス導入管１１に設けられているバルブ１１ｂを操作することにより調節される。

チャンバ１４の内部には、ガス用配管１３ａから導入されたガスにより、ノズル１５から基板２に向けたガスの流れが形成されている。このチャンバ１４に粉体供給部１２から粉体１を供給すると、粉体１は、ガスの流れに乗って加速されると共に加熱され、ノズル１５から基板２に向けて吹き付けられる。このときの衝撃により粉体１が基板２の表面に食い込み、粉体１が有している運動エネルギー及び熱エネルギーによって粉体１が塑性変形して基板２の表面に付着し、金属又は合金の堆積層３が形成される。

粉体１を加速する速さ、即ち、ノズル１５から噴射される際のガスの流速は、超音速（約３４０ｍ／ｓ以上）であり、例えば、約４００ｍ／ｓ以上とすることが好ましい。この速さは、バルブ１１ｂを操作してチャンバ１４に導入されるガスの流量を調節することにより制御することができる。また、成膜装置１０のように、基端から先端に向けて口径がテーパ状に広がっていくノズル１５を使用することにより、チャンバ１４内で形成されたガスの流れをノズル１５の導入路で一旦絞って加速することができる。

図２に示すように、ノズル１５の口径に対して成膜範囲（基板２の面積）が広い場合には、ノズル１５をＸ−Ｙ方向に移動させながら成膜を行う。或いは、ノズル１５の位置を固定し、ホルダ１６側を移動させても良い。

次に、流路付きプレート１００の製造方法について説明する。図３は、流路付きプレート１００の製造方法を説明する図である。本実施の形態１においては、ステンレス鋼とアルミニウムとによって形成された流路付きプレートを製造する。

まず、図３Ａに示すように、ステンレス鋼を所望の形状に成形して、本体プレート１０１を作製する。
次いで、図３Ｂに示すように、本体プレート１０１の一方の主面（蓋プレート配置面１０８）に、切削加工等により流路１０２となる溝１０９を形成すると共に、該溝１０９の開口縁部を切り欠くことにより支持部１０７を形成する。この支持部１０７の幅Ｗは、蓋プレート１０３を支持できる程度、即ち、溝１０９の幅Ｗ_ＧＲより若干広い程度であれば良い。また、支持部１０７の深さＤは、蓋プレート１０３と同程度であれば良い。なお、流路１０２の断面形状は長方形に限定されず、任意の形状（例えば、角が丸い長方形や、台形や、三角形や、半円形や、半楕円形等）に形成しても良い。

次いで、図３Ｃに示すように、予めステンレス鋼によって所定の形状に成形された蓋プレート１０３を支持部１０７に配置する。蓋プレート１０３の溝１０９を覆う面は、溝１０９の開口と略等しい形状（例えば、相似形）を有し、溝１０９の開口よりも大きな面積となるように成形されている。即ち、蓋プレートの幅Ｗ_{ＰＬＡＴＥ}は、Ｗ_ＧＲ＜Ｗ_{ＰＬＡＴＥ}≦Ｗであれば良い。また、蓋プレート１０３の厚さＤ_{ＰＬＡＴＥ}は、次の工程で粉体を吹き付けられることを考慮して、材料の硬度や断面形状に応じた厚さとすることが好ましい。

その後、これらの本体プレート１０１及び蓋プレート１０３を、成膜装置１０のホルダ１６にセットすると共に、アルミニウムの粉体を粉体供給部１２に投入し、蓋プレート１０３を覆うように成膜を行う。それにより、図３のＤに示す堆積層１０４を形成する。それにより、流路付きプレート１００が完成する。なお、この後で、堆積層１０４の上面や側面に対して研磨や切削加工等を施すことにより、表面を平滑化すると共に、堆積層１０４の厚さ調整や不要な部分に付着した膜等の除去をさらに行っても良い。

以上説明した実施の形態１によれば、蓋プレート１０３を覆って流路１０２を密閉する堆積層１０４をコールドスプレー法により形成するので、溶接やロウ付によりバルク材を接合する従来の方法に比較して、製造時間を短縮することができる。また、溶接と異なり、母材（本体プレート、蓋プレート、堆積層）に高温の熱が加わることはないので、母材の熱歪みに起因する流路のリークを抑制することができる。さらに、母材以外の第３の部材（ロウ材や接着剤等）を使用しないので、それらの部材の流れ込みに起因する流路の汚染を抑制することができる。

また、実施の形態１においては、コールドスプレー法により堆積層１０４を形成するので、本体プレート１０１又は蓋プレート１０３と堆積層１０４との間や、本体プレート１０１と蓋プレート１０３との間において、高い密閉性を維持することができる。これは、本体プレート１０１及び蓋プレート１０３と堆積層１０４とを同種金属によって形成する場合は勿論、互いに異種の金属によって形成する場合にも言える。その理由は、コールドスプレー法においては、金属の粉体１が下層（本体プレート１０１や蓋プレート１０３の上面や、それまでに堆積した堆積層１０４）の表面に高速に衝突して食い込み、自身を変形させて下層に強く密着するからである。このことは、本体プレート１０１や蓋プレート１０３と堆積層１０４との界面において、堆積層１０４が相手側に食い込む現象（アンカー効果と呼ばれる）が観察されることからもわかる。また、本体プレート１０１と蓋プレート１０３との間にガタが生じていても、コールドスプレー法により隙間に粉体１が充填されるので、やはり密閉性が確保される。

流路付きプレート１００においては、上述したように堆積層１０４が下層に密着しているので、堆積層１０４と本体プレート１０１や蓋プレート１０３との界面における伝熱性が低下することはほとんどない。また、堆積層１０４自体も非常に緻密な層となっているため（例えば、密度はバルク材に比較して９５％以上）、堆積層１０４の内部においても、バルク材の９０％以上という良好な伝熱性が維持されている。従って、流路付きプレート１００を、例えば温度調節プレートとして用いる場合には、流路付きプレート１００上に載置される物体（基板等）を効率良く、且つ均一に温度調節することができる。さらに、流路１０２からの流体のリークが防止されるため、流体の温度制御（即ち、載置面の温度制御）の確実性を維持することができる。

なお、実施の形態１においては、流体導入口１０５及び流体導出口１０６を、本体プレート１０１の側面に設けたが、これらを本体プレート１０１の下面又は堆積層１０４の上面に設けても良い。この場合には、流路１０２となる溝１０９を形成する際に、溝１０９を本体プレート１０１の側面よりも内側に形成して、本体プレート１０１の側面に開口させないようにする。そして、本体プレート１０１の下面側又は堆積層１０４の上面側から流路１０２に連通する孔を形成すれば良い。

次に、実施の形態１に係る流路付きプレート１００の変形例１〜４について説明する。
図４は、変形例１を示す断面図である。図４に示す流路付きプレート１１０においては、蓋プレート１０３を支持する支持部１２の深さＤ_１を、蓋プレート１０３の厚さよりも大きくしている。この場合には、流路１１１を本体プレート１０１のより深部に設けることができる。

図５は、変形例２を示す断面図である。図５に示す流路付きプレート１２０においては、蓋プレート１０３を支持する支持部２２の深さＤ_２を、蓋プレート１０３の厚さよりも小さくしている。この場合には、流路１２１及び支持部１２２を形成する切削工程の時間を短縮しつつ、堆積層１０４の形成工程において、蓋プレート１０３の位置ずれを防止することができる。

図６は、変形例３を示す断面図である。図６に示す流路付きプレート１３０においては、本体プレート１０１の上面に蓋プレート１０３を載置している。この場合には、蓋プレート１０３を支持する支持部を形成する切削工程を削減することができる。また、蓋プレート１０３を支持部の内側に収める必要がなくなるため、蓋プレート１０３の形状に対する制約を緩和することができる。

図７は、変形例４を示す断面図である。図７に示す流路付きプレート１４０においては、隣接する流路１３１の間で連続するように形成された蓋プレート１４１を、本体プレート１０１の上面に配置している。この場合は、蓋プレート１０３を、少なくとも流路１３１を覆うことができる形状に成形すれば良いため、蓋プレート１０３の形成工程を簡素化することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る流路付きプレートについて説明する。本実施の形態２においては、流路付きプレートを、ＣＶＤ法（化学気相成長法）による成膜装置等において、成膜チャンバ内に備えられて基板を冷却するコールドプレートとして用いる。図８Ａは、実施の形態２に係る流路付きプレートであるコールドプレートを示す上面図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示すコールドプレートを示す一部断面側面図である。

コールドプレート２００は、流路２０２及び支持部２０７が設けられた本体プレート２０１と、支持部２０７に保持され、流路２０２を覆う蓋プレート２０３と、蓋プレート２０３を覆う堆積層２０４とを備えている。本体プレート２０１及び蓋プレート２０３は、実施の形態１と同様に、例えばアルミニウムのバルク材によって形成されている。一方、堆積層２０４は、例えばアルミニウム粉体を用いたコールドスプレー法によって形成されている。この堆積層２０４の上面が、冷却対象である基板を載置する載置面となっている。

流路２０２は、中心から外周に向けて広がってから再度中心に戻る渦巻き状をなしており、流路２０２の両端は中心付近に位置している。本体プレート２０１の中心付近には、流路２０２内に冷却媒体を導入する熱媒体導入路２０５と、流路２０２内から冷却媒体を導出する熱媒体導出路２０６とが設けられている。

このようなコールドプレート２００は、シャフト２１１に支持されて用いられる。シャフト２１１の内側には、熱媒体導入路２０５に接続される冷却媒体供給管２１２と、熱媒体導出路２０６に接続される冷却媒体排出管２１３とが収納されている。

コールドプレート２００の製造方法は、次のとおりである。即ち、図３を参照しながら実施の形態１において説明したものと同様に、まず、本体プレート２０１の一方の主面（蓋プレート配置面２０８）に流路２０２となる溝２０９を形成すると共に、該溝２０９の開口縁部を切り欠くことにより支持部２０７を形成する。そして、溝２０９の開口と略等しい形状（例えば、相似形）を有し、該開口より大きい面積を有する蓋プレート２０３を、支持部２０７に配置する。続いて、図２に示す成膜装置１０により、蓋プレート２０３を覆う堆積層２０４を形成する。さらに、本体プレート２０１の下面側から、熱媒体導入路２０５及び熱媒体導出路２０６を形成する。

実施の形態２によれば、図８Ａに示すような複雑な流路パターンを有し、且つ良好な伝熱性と流路の密閉性とを有する温度調節装置を容易に作製することが可能である。
なお、本実施の形態２においては、堆積層２０４側の表面を基板の載置面とするため、熱媒体導入路２０５及び熱媒体導出路２０６を本体プレート２０１側に設けたが、反対に、本体プレート２０１側の表面を基板の載置面とし、熱媒体導入路２０５及び熱媒体導出路２０６を堆積層２０４側に設けても良い。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る流路付きプレートについて説明する。本実施の形態３においては、流路付きプレートを、ＣＶＤ法による成膜装置等において、成膜チャンバ内に備えられて２種類の成膜ガスを基板に供給するシャワープレートに適用する。図９Ａは、実施の形態３に係る流路付きプレートであるシャワープレートを示す上面図である。また、図９Ｂは、図９ＡのＢ−Ｂ断面図である。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、シャワープレート３００は、第１の成膜ガスを流通させる第１流路３０２が形成された本体プレート３０１と、第１流路３０２を覆う蓋プレート３０３と、該蓋プレート３０３を覆うと共に、第２の成膜ガスを流通させる第２流路３１２が形成された堆積層３１１と、第２流路３１２を覆う蓋プレート３１３と、該蓋プレート３１３を覆う堆積層３２１とを備えている。このようなシャワープレート３００は、シャフト３３１によって支持されて用いられる。シャフト３３１の内側には、第１の成膜ガスを供給する第１ガス供給管３３２と、第２の成膜ガスを供給する第２ガス供給管３３３とが収納されている。

シャワープレート３００には、第１ガス供給菅３３２に接続されて第１の成膜ガスを第１流路３０２に導入する第１ガス導入路３０４と、第２ガス供給菅３３３に接続されて第２の成膜ガスを第２流路３１２に導入する第２ガス導入路３１４とが設けられている。また、シャワープレート３００には、第１流路３０２を流通する第１の成膜ガスを導出する複数の第１ガス導出孔３０５と、第２流路３１２を流通する第２の成膜ガスを導出する複数の第２ガス導出孔３１５とが設けられている。

また、第１流路３０２と第２流路３１２とは、第１ガス導出孔３０５が第２流路３１２に接触したり、第２ガス導入路３１４が第１流路３０２に接触したりしないように、互いに位置をずらして配置されている。

シャワープレート３００を使用する際には、第１ガス供給管３３２から供給された第１の成膜ガスが、第１流路３０２を介して第１ガス導出孔３０５から放出され、第２ガス供給管３３３から供給された第２の成膜ガスが、第２流路３１２を介して第２ガス導出孔３１５から放出される。これらの第１及び第２の成膜ガスは、シャワープレート３００から放出された後で混合され、成膜に寄与することになる。

次に、シャワープレート３００の製造方法について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｉは、シャワープレート３００の製造方法を説明する図である。実施の形態３においては、シャワープレート３００の材料としてアルミニウム合金を用いる。

まず、図１０Ａに示すように、バルクのアルミニウム合金を所望の形状に成形して、本体プレート３０１を作製する。
次いで、図１０Ｂに示すように、切削加工等により、本体プレート３０１の一方の主面に第１流路３０２となる溝３０６を形成すると共に、該溝３０６の開口縁部を切り欠くことにより支持部３０７を形成する。そして、図１０Ｃに示すように、溝３０６の開口と略等しい形状（例えば、相似形）であり、該開口より大きな面積を有するアルミニウム合金の蓋プレート３０３を、支持部３０７に配置する。

これらの本体プレート３０１及び蓋プレート３０３を、図２に示す成膜装置１０のホルダ１６にセットすると共に、アルミニウム合金の粉体を粉体供給部１２に投入して、コールドスプレー法により本体プレート３０１及び蓋プレート３０３を覆うように成膜を行う。それにより、図１０Ｄに示す堆積層３１１が形成される。堆積層３１１の厚さは、この後の工程で第２流路３１２を形成できる程度に十分な厚さとし、好ましくは、本体プレート３０１と同程度にすると良い。また、成膜後、研磨等により堆積層３１１の表面を平滑にすると共に、不要な部分に付着した膜を除去しておく。

次いで、図１０Ｅに示すように、切削加工等により、堆積層３１１に第２流路３１２となる溝３１６を形成すると共に、該溝３１６の開口縁部を切り欠くことにより支持部３１７を形成する。そして、図１０Ｆに示すように、溝３１６の開口と略等しい形状（例えば、相似形）であり、該開口より大きな面積を有するアルミニウム合金の蓋プレート３１３を、支持部３１７に配置する。これを成膜装置１０にセットし、アルミニウム合金の粉体を用いて、コールドスプレー法により堆積層３１１及び蓋プレート３１３を覆うように成膜を行う。それにより、図１０Ｇに示す堆積層３２１が形成される。さらに、研磨等により堆積層３２１の表面を平滑にし、不要な部分に付着した膜を除去しておく。

続いて、図１０Ｈに示すように、本体プレート３０１の表面側から、本体プレート３０１を貫通して第１流路３０２に連通する第１ガス導入路３０４を設ける。同様に、本体プレート３０１及び堆積層３１１を貫通して第２流路３１２に連通する第２ガス導入路３１４を形成する。また、堆積層３２１の表面側から、堆積層３２１、堆積層３１１、及び蓋プレート３０３を貫通して第１流路３０２に連通する複数の第１ガス導出孔３０５を形成する。同様に、堆積層３２１及び蓋プレート３１３を貫通して第２流路３１２に連通する複数の第２ガス導出孔３１５を形成する。そして、図１０Ｉに示すように、第１ガス供給管３３２を第１ガス導入路３０４に接続し、第２ガス供給管３３３を第２ガス導入路３１４に接続する。さらに、シャフト３３１を本体プレート３０１に電子ビーム溶接等により接合することにより、図９Ａ及び図９Ｂに示すシャワープレート３００が完成する。

以上説明した実施の形態３によれば、第１流路３０２及び第２流路３１２上にそれぞれ配置された蓋プレート３０３及び３１３の周囲を、コールドスプレー法によって形成された堆積層３１１及び３２１によってそれぞれ覆うので、第１流路３０２及び第２流路３１２の各々の密閉性を確保することができる。従って、第１ガス供給管３３２及び第２ガス供給管３３３の２系統からそれぞれ供給される２種類の成膜ガスがシャワープレート内で混合したり、シャワープレート外にリークするといった事態を防ぐことができる。

なお、実施の形態３においては、本体プレート３０１側に第１ガス導入路３０４及び第２ガス導入路３１４を設け、堆積層３２１側に第１ガス導出孔３０５及び第２ガス導出孔３１５を設けたが、反対に、堆積層３２１側に第１ガス導入路３０４及び第２ガス導入路３１４を設け、本体プレート３０１側に第１ガス導出孔３０５及び第２ガス導出孔３１５を設けることとしても良い。

また、実施の形態３においては、支持部３０７、３１７の深さを、蓋プレート３０３、３１３の厚さとそれぞれ同程度としている。しかしながら、実施の形態１の変形例１や変形例２（図４及び図５参照）と同様に、支持部３０７、３１７の深さを、蓋プレート３０３、３１３の厚さよりも大きくしても良いし、小さくしても良い。或いは、変形例３と同様に（図６参照）、支持部３０７、３１７を設けずに、流路３０２、３１２より若干大きく成形された蓋プレート３０３、３１３を本体プレート３０１上又は堆積層３１１上にそれぞれ載置して、第１流路３０２や第２流路３１２を覆うようにしても良い。

さらに、実施の形態３においては、２つの流路（第１及び第２流路）を有するシャワープレートを作製したが、図１０Ｅ〜図１０Ｇに示す工程を繰り返すことにより、流路の数を３つ以上としても良いし、これらの工程を省略することにより、流路の数１つのみとしても良い。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る流路付きプレートについて説明する。本実施の形態４においては、流路付きプレートを、実施の形態３と同様に、２種類のガスを成膜チャンバ内の基板に供給するシャワープレートに適用する。図１１は、実施の形態４に係る流路付きプレートであるシャワープレートを示す断面図である。なお、該シャワープレートの上面図は、図９Ａに示すものと同様である。

図１１に示すように、シャワープレート４００は、第１の成膜ガスを流通させる第１流路４０２と、第２の成膜ガスを流通させる第２流路４１２とが形成された本体プレート４０１と、第１流路４０２を覆う蓋プレート４０３と、該蓋プレート４０３を覆う堆積層４０４と、第２流路４１２を覆う蓋プレート４１３と、該蓋プレート４１３を覆う堆積層４１４とを備えている。このようなシャワープレート４００は、シャフト４２１によって支持されて用いられる。シャフト４２１の内側には、第１の成膜ガスを供給する第１ガス供給管４２２と、第２の成膜ガスを供給する第２ガス供給管４２３とが収納されている。

シャワープレート４００には、第１ガス供給菅４２２に接続されて第１の成膜ガスを第１流路４０２に導入する第１ガス導入路４０５と、第２ガス導入管４２３に接続されて第２の成膜ガスを第２流路４１２に導入する第２ガス導入路４１５とが設けられている。また、シャワープレート４００には、第１流路４０２を流通する第１の成膜ガスを導出する複数の第１ガス導出孔４０６と、第２流路４１２を流通する第２の成膜ガスを導出する複数の第２ガス導出孔４１６とが設けられている。

次に、シャワープレート４００の製造方法について説明する。図１２Ａ〜図１２Ｈは、シャワープレート４００の製造方法を説明する図である。実施の形態４においては、シャワープレート４００の材料としてアルミニウム合金を用いる。

まず、図１２Ａに示すように、バルクのアルミニウム合金を所望の形状に成形して、本体プレート４０１を作製する。
次いで、図１２Ｂに示すように、本体プレート４０１の一方の主面に、第１流路４０２となる溝４０７を形成すると共に、該溝４０７の開口縁部を切り欠くことにより支持部４０８を形成する。また、本体プレート４０１の他方の主面に、第２流路４１２となる溝４１７を形成すると共に、該溝４１７の開口縁部を切り欠くことにより支持部４１８を形成する。

図１２Ｃに示すように、溝４０７の開口と略等しい形状（例えば、相似形）であり、該開口より大きい面積を有するアルミニウム合金の蓋プレート４０３を支持部４０８に配置する。これを成膜装置１０のホルダ１６にセットすると共に、アルミニウム合金の粉体を粉体供給部１２に投入して、コールドスプレー法により本体プレート４０１及び蓋プレート４０３を覆うように成膜を行う。それにより、図１２Ｄに示す堆積層４０４が形成される。

次いで、図１２Ｅに示すように、本体プレート４０１の天地を逆転し、溝４１７と略等しい形状（例えば、相似形）であり、該開口より大きい面積を有するアルミニウム合金の蓋プレート４１３を支持部４１８に配置する。これを成膜装置１０のホルダ１６にセットし、コールドスプレー法により本体プレート４０１及び蓋プレート４１３を覆うように成膜を行う。それにより、図１２Ｆに示す堆積層４１４が形成される。

続いて、図１２Ｇに示すように、堆積層４０４の表面側から、堆積層４０４及び蓋プレート４０３を貫通して第１流路４０２に連通する第１ガス導入路４０５を形成する。同様に、堆積層４０４及び本体プレート４０１を貫通して第２流路４１２に連通する第２ガス導入路４１５を形成する。また、堆積層４１４の表面側から、堆積層４１４及び本体プレート４０１を貫通して第１流路４０２に連通する複数の第１ガス導出孔４０６を形成する。同様に、堆積層４１４及び蓋プレート４１３を貫通して第２流路４１２に連通する複数の第２ガス導出孔４１６を形成する。そして、図１２Ｈに示すように、第１ガス供給管４２２を第１ガス導入路４０５に接続し、第２ガス供給管４２３を第２ガス導入路４１５に接続する。さらに、シャフト４２１を堆積層４０４に電子ビーム溶接等により接合する。それにより、図１１に示すシャワープレート４００が完成する。

以上説明した実施の形態４によれば、第１流路４０２及び第２流路４１２の密閉性が確保されたシャワープレートを、容易に製造することができる。従って、このようなシャワープレート４００を成膜チャンバ内で用いることにより、シャワープレート４００内における２種類の成膜ガスの混合や、これらの成膜ガスのシャワープレート外へのリークを防止することができる。

なお、実施の形態４においては、第１ガス導入路４０５及び第２ガス導入路４１５を堆積層４０４側に設け、第１ガス導出孔４０６及び第２ガス導出孔４１６を堆積層４１４側に設けたが、その逆であっても構わない。また、支持部４０８及び４１８の深さについても、蓋プレート４０３及び４１３の厚さより大きくしても良いし、小さくしても良いし、或いは支持部４０８及び４１８を設けないこととしても良い。

本発明は、流路付きプレート及びその製造方法において利用可能であり、より具体的には、半導体や液晶表示装置や光ディスク等の製造プロセスにおいて、基板等の温度調整に用いられる温度調節プレート又はコールドプレートや、成膜ガス等の供給に用いられるシャワープレートにおいて利用可能である。

１ 粉体
２ 基板
３ 堆積層
１０ 成膜装置
１１ ガス導入管
１１ａ、１１ｂ バルブ
１２ａ 粉体供給管
１２ 粉体供給部
１３ａ ガス用配管
１３ ヒータ
１４ チャンバ
１５ ノズル
１６ ホルダ
１００ プレート
１０２、１１１、１２１、１３１、２０２ 流路
１０３、１４１、２０３、３０３、３１３、４０３、４１３ 蓋プレート
１０４、２０４、３１１、３２１、４０４、４１４ 堆積層
１０５ 流体導入口
１０６ 流体導出口
１０８、２０８ 蓋プレート配置面
１０９、３０６、３１６、４０７、４１７ 溝
２００ コールドプレート
２０１、３０１、４０１ 本体プレート
２０５ 熱媒体導入路
２０６ 熱媒体導出路
１０７、２０７、３０７、３１７、４０８、４１８ 支持部
２１１、３３１、４２１ シャフト
２１３ 冷却媒体排出管
２１２ 冷却媒体供給管
３００、４００ シャワープレート
３０２、４０２ 第１流路
３０４、４０５ 第１ガス導入路
３０５、４０６ 第１ガス導出孔
３１２、４１２ 第２流路
３１４、４１５ 第２ガス導入路
３１５、４１６ 第２ガス導出孔
３３２、４２２ 第１ガス供給管
３３３、４２３ 第２ガス供給管

Claims (13)

1. 流体を流通させる流路がプレートの内部に形成された流路付きプレートの製造方法において、
   金属又は合金によって形成された本体プレートに、前記流路となる溝を形成する流路形成工程と、
   前記溝を覆う蓋プレートを、前記溝の上部に配置する蓋配置工程と、
   金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記本体プレート及び前記蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより、前記蓋プレートを覆う堆積層を形成する堆積層形成工程と、
   を含むことを特徴とする流路付きプレートの製造方法。
2. 前記堆積層形成工程は、コールドスプレー法により行われることを特徴とする請求項１に記載の流路付きプレートの製造方法。
3. 前記蓋プレートの前記溝を覆う面は、前記溝の開口と略等しい形状を有すると共に、前記開口より面積が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の流路付きプレートの製造方法。
4. 前記本体プレート、又は、前記蓋プレート及び前記堆積層に、前記流路に連通する孔を形成する孔形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路付きプレートの製造方法。
5. 流体を流通させる流路がプレートの内部に形成された流路付きプレートにおいて、
   金属又は合金によって形成され、流路となる溝が設けられた本体プレートと、
   前記溝を覆う蓋プレートと、
   金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記本体プレート及び前記蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより形成され、前記蓋プレートを覆う堆積層と、
   を備えることを特徴とする流路付きプレート。
6. 前記堆積層は、コールドスプレー法により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の流路付きプレート。
7. 前記本体プレート及び前記蓋プレート及び前記堆積層は、各々、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム系合金、チタン（Ｔｉ）、チタン系合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、銅系合金の内のいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の流路付きプレート。
8. 前記本体プレートと前記蓋プレートと前記堆積層との内の少なくとも１つは、前記本体プレートと前記蓋プレートと前記堆積層との内の他の１つ又は２つとは異なる金属又は合金によって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の流路付きプレート。
9. 前記溝は、前記本体プレートの第１の主面及び該第１の主面とは反対側の第２の主面に形成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の流路付きプレート。
10. 前記堆積層に、第２の流路となる第２の溝が形成されており、
    前記第２の溝を覆う第２の蓋プレートと、
    金属又は合金の粉体をガスと共に加速し、前記堆積層及び前記第２の蓋プレートに向けて固相状態のままで吹き付けることにより形成され、前記第２の蓋プレートを覆う第２の堆積層と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の流路付きプレート。
11. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の流路付きプレートを備え、
    前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流路に連通して該流路から熱媒体を導出する熱媒体導出路とが設けられていることを特徴とする温度調節プレート。
12. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の流路付きプレートを備え、
    前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に冷却媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流路に連通して該流路から冷却媒体を導出する熱媒体導出路とが設けられていることを特徴とするコールドプレート。
13. 請求項５〜１０のいずれか１項に記載の流路付きプレートを備え、
    前記流路付きプレートに、前記流路に連通して該流路に所定の成分を有するガスを導入するガス導入路と、前記流路に連通して該流路から前記ガスを導出するガス導出孔とが設けられていることを特徴とするシャワープレート。

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