(57)【要約】  【課題】  スパイラル状のコンパクトな流路部材において耐食性に優れ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装置および半導体製造装置を提供する。  【解決手段】  本発明の流路部材100〜107は、内部23に流体が流れるスパイラル状の流路９を備え、前記流路９が、蓋体部１と、底板部３と、前記蓋体部１と前記底板部２とに繋がる隔壁部２とで形成されているとともに、前記隔壁部２がセラミックスからなる積層体であることから、この流路部材100〜106の流路９間が狭い隔壁部２であっても、耐食性に富むものであることから、圧力の高い流体23を流しても流路９が破壊するおそれが少なく、この流路部材100〜107を用いた熱交換器200および半導体装置300ならびに半導体製造装置400は流体23との熱交換効率を向上できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であることを特徴とする流路部材。
【請求項２】
前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の幅が、前記流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなっていることを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
【請求項３】
前記流路の幅が底板部から蓋体部に向けて広くなっ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。
【請求項４】
前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の高さ方向の中央部における幅が、蓋体部側および底板部側における幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
【請求項５】
前記流路は、供給口と、排出口と、前記供給口と前記排出口との間に折り返し部とを有し、前記供給口から前記折り返し部の間における流路と、前記折り返し部から前記排出口における流路とが隣接していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流路部材。
【請求項６】
前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有することを特徴とする請求項１乃至５に記載の流路部材。
【請求項７】
前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、外周部に位置する前記流路を構成する前記隔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請求項６に記載の流路部材。
【請求項８】
前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の最外周に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、前記最外周以外に位置する前記流路を構成する前記隔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請求項６に記載の流路部材。
【請求項９】
前記蓋体部と前記隔壁部との間と、前記隔壁部と前記底板部との間との少なくとも一方に、前記流路に繋がる隙間を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１０】
前記積層体が複数の板状体を積層してなるとともに、該複数の板状体の間に前記流路につながる隙間を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１１】
前記流路に前記流体の流れを変えるための障壁部を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１２】
前記障壁部は、前記流体が流れる方向に沿って、かつ前記流路の高さ方向に沿って順次ずれて配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の流路部材。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の流路部材の前記蓋体部の上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熱交換器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱交換器であって、前記金属部材が前記蓋体部の上に設けられており、かつ前記金属部材の上に半導体素子が実装されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の熱交換器を備えた半導体製造装置であって、前記金属部材が半導体ウエハを吸着するための電極であることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路部材、これを用いた熱交換器および半導体装置ならびに半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の小型化傾向に伴い、実装される半導体素子の高集積化・高速化が進んでいる。それに伴い、半導体素子からの発熱量が増大しており電子部品が高温の環境下で使用されるようになってきている。それゆえ、電子部品を冷却する必要性が高くなってきている。【０００３】
そして、電子部品の冷却手段として、特許文献１には、高温となる電力用半導体素子に組み込まれた、銅またはアルミニウムからなるスパイラル状の流路が形成されている例が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−268127号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の流路部材では、銅やアルミニウムで流路を構成しているため、流体として、金属腐食性の高い臭化リチウムなどを用いると、流路の壁面が腐食し、高い圧力の流体を流したときに、流路間が破壊してしまうという問題があった。【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、流路の隔壁の腐食を抑え流路間の破壊を抑制できる流路部材、これを用いた熱交換器および半導体装置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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流路部材は、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であることを特徴とするものである。【０００８】
また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材の前記蓋体部の上または内部に金属部材が備えられていることを特徴とするものである。【０００９】
また、本発明の半導体装置は、上記構成の熱交換器の金属部材が蓋体部の上に設けられており、かつ金属部材の上に半導体素子が実装されていることを特徴とするものである。【００１０】
また、本発明の半導体製造装置は、上記構成の熱交換器の金属部材が半導体ウェハを吸着するための電極であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の流路部材によれば、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、前記流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とを繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であることから、流路の隔壁の腐食を抑え流路間が破壊することを抑制できる。【００１２】
また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材の前記蓋体部の上に金属部材が備えられていることから、蓋体部と金属部材との熱交換を効率的に行なうことができ、熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。【００１３】
また、本発明の半導体装置は、上記構成の熱交換器の前記金属部材の上に半導体素子が実装されていることから、シンプルな構造で半導体素子の発熱による温度上昇を抑制する半導体装置とすることができる。【００１４】
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、前記金属部材が半導体ウエハを吸着するための電極としたことから、半導体ウエハの載置用テーブルおよび加工用電極として併用でき、シンプルな構造で電極の発熱を抑制しウエハの温度上昇を防ぐことにより寸法精度の高い半導体素子を製造するための半導体製造装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流路部材の斜視図であり、（ｂ）は流路部材を構成する隔壁部の平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。
【図２】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、図１（ｃ）の断面図の破線で囲んだ部分を拡大した断面図で（ａ）（ｂ）は流路の幅が、流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなる状態を示し、（ｃ）は流路の幅が流路の高さ方向の中央部から端部に向かって広くなっている状態を示している。
【図３】本実施形態の流路部材の隔壁部の作製過程の一例を示す、（ａ）はセラミックグリーンシートに貫通孔を設けたときの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の貫通孔に捨て代部を嵌入したときの平面図である。
【図４】本実施形態の流路部材を構成する隔壁部の他の一例を示す平面図である。
【図５】本実施形態の流路部材の他の一例を示し、（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す破線部Ｂの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す破線部Ｃの拡大図である。
【図６】本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す破線部Ｃの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す破線部Ｂの拡大図である。
【図７】本実施形態の流路部材における  蓋体部、隔壁部、底板部のそれぞれの間に、流路につながる隙間を有することを部分拡大して示す断面図である。
【図８】本実施形態の他の一例を示し（ａ）は隙間が矩形状であり、（ｂ）は隙間が流路側に向かって広がった形状を示す断面図である。
【図９】本実施形態の流路部材の隔壁部を構成するためのセラミックグリーンシートに流路となる貫通孔を加工するための方法の例を示す、（ａ）は金型を用いたときの断面模式図であり、（ｂ）はレーザ光を用いたときの断面模式図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれの加工法を用いたときのセラミックグリーンシートの切断面に垂直な面の部分断面図である。
【図１０】本実施形態の流路部材の障壁部を説明するための一例であり、（ａ）は図１（ｂ）の隔壁部の破線Ｇで囲んだ部分の流路と障壁部の関係を示し、三層の板状体からなる隔壁部を分解した部分平面図であり、（ｂ）は円弧状の流路を直線状に延ばしたときの断面の概念図である。
【図１１】本実施形態の熱交換器に半導体素子が実装された半導体装置の一例を示す断面図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明の流路部材の実施の形態の一例を、図１を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流路部材の斜視図であり、（ｂ）は流路部材を構成する隔壁部の平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す流路を平面視したときに流路の略中心を通るＡ−Ａ線の断面図である。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の流路部材100は、蓋体部１と隔壁部２と底板部３とにより構成され、その内部には、気体や液体などの流体23を流すためのスパイラル状の流路９を備えている。
【００２０】
そして、本実施形態の流路部材100は、内部に流体23が流れるスパイラル状の流路９を備え、流路９が、蓋体部１と、底板部３と、蓋体部１と底板部３とに繋がる隔壁部２とで形成されているとともに、隔壁部２がセラミックスからなる積層体であることが重要である。
【００２１】
本実施形態の流路部材100によれば、内部に流体23の流れる流路９をスパイラル状としたことから、コンパクトな構造であっても流体23と流路部材100との接触面積を増加することができ、熱交換効率の高い流路部材100とすることができる。また、蓋体部１と底板部３とに繋がる隔壁部２で流路９を構成していることから、隔壁部２のみで予め流路９となる孔を作製し、その後、隔壁部２に蓋体部１および底板部３を当接することにより、複雑な構造の流路９を容易に形成することができる。
【００２２】
そして、隔壁部２がセラミックスからなることから、流体23として、金属腐食性の高い臭化リチウムなどを用いたとしても隔壁部２の腐食を抑えることができ、流路間の隔壁部２が破壊することを抑制できるとともに、隔壁部２が積層体であることから流路９の断面積を増やすことが容易にできる。言い換えれば、隔壁部２と流体23との接触する面積を広くすることができる。これにより、流路部材101と流体との熱交換効率をより高めることができる。なお、隔壁部２を積層体とすることで流路９の断面積を増やすことが容易にできる理由については後述する。
【００２３】
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、耐食性に富む材料で作製することが好ましく、さらに蓋体部１は熱伝導性が高く、電極などの配線層を直付けできる絶縁性の材料より作製することが望ましい。
【００２４】
ここで、隔壁部２と蓋体部１および底板部３と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、これらの複合体を用いることができる。
【００２５】
また、蓋体部１と隔壁部２および底板部３との接合は、それぞれがセラミックスであるときには、生のセラミックグリーンシートで成型体を作製した後に接合し焼成すればよい。また、蓋体部１と底板部３とが金属材料や樹脂材料のときには、先にセラミックスの隔壁部２を焼成した焼結体と蓋体部１と底板部３とを当接し、ねじ止めする方法や、金属からなる枠体（不図示）で囲み、かしめによる方法や、ロウ付けによる方法などを用いればよい。
【００２６】
また、図１では流体23の供給口10と排出口11とは流路部材100の底板部３の下側にあり、かつ、流体23がスパイラル状の流路９の外側から供給され、内側から排出される構造としているが、これに限定されるものではなく、蓋体部１または隔壁部２より流体23が供給または排出される構造でもよい。例えば、流路部材100の設置場所やメンテナンスの面から考慮して、供給口10と排出口11とを最適な位置に設けるようにすればよい。また、ここでは、円形状でスパイラル状になった流路９を用いて説明したが、スパイラル状の流路とは、円形状だけではなく三角形状、矩形状などスパイラル状の形状であればよい。
【００２７】
この様な流路部材の一例として、流体23の供給口10、排出口11を蓋体部１側に設けているときは、例えば、自動車のボンネット内に流路部材を配置したときのメンテナンスが容易になる。また、電力用半導体装置や半導体の製造工程で用いられる半導体製造装置においては、隔壁部２の同一側面に供給口10、排出口11を設ければ、流体23の供給、排出用の配管をシンプルにすることができる。
【００２８】
図２は、本実施形態の流路部材100の流路９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、図１（ｃ）の断面図の破線で囲んだ部分Ｂを拡大した断面図で、（ａ）（ｂ）は流路の幅が、流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなり、（ｃ）は流路９の幅が流路の高さ方向の中央部から端部に向かって広くなりる状態を示している。なお、図２（ａ）は流路９の幅が、蓋体部１側が狭く底板部３側が広くなるように、（ｂ）は流路９の幅が、蓋体部１側が広く底板部３側が狭くなるように形成している例を示している。
【００２９】
本実施形態の流路部材は、流路の流体が流れる方向に対して直交する断面視において、流路の幅が、流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなっていることが好ましい。
【００３０】
例えば、図２（ａ）に示すように、流体23の供給口10および排出口11が、蓋体部１または隔壁部２の蓋体部１に近い位置にあるときは、蓋体部１から底板部３に向けて流路９の幅を広くすることで、流路９に供給された流体23がスパイラル状の流路９を旋回しつつ、流路９の上（蓋体部１側）から流路９の下方（底板部３側）にも流れやすくなる。また、流路９の上への流体23の流れは、流路９の幅が狭くなるにつれ流速が増し、例えば、蓋体部１側に半導体素子等の熱交換対象物を載置しているときには、熱交換対象物の影響を受けやすい蓋体部１に対して、流体23が蓋体部１側を早く流れるとともに、流体23が蓋体部１に接触する様な流れとなり、蓋体部１と流体23との熱交換が高まり、熱交換対象物を効率よく冷却できる。
【００３１】
また、図２（ｂ）に示すように、流体23の供給口10および排出口11が底板部３にあるときは、底板部３から蓋体部１に向けての流路９の幅を広くすることで、流路９に供給された流体23がスパイラル状の流路９を旋回しつつ、流路９の下方（底板部３側）から流路９の上（蓋体部１側）にも流れやすくなる。そして、例えば、蓋体部１側に半導体素子等の熱交換対象物を載置したときに、蓋体部１と流体23の接触する面積が広いことから蓋体部１と流体23の熱交換が高まり、熱交換対象物を効率よく冷却できる。なお、図２（ｂ）の場合には、流体の供給口および排出口の場所による影響を受けにくいことから特に好ましく用いることができる。
【００３２】
なお、図２（ａ）（ｂ）では、隔壁部２は三層の板状体４からなり、流路９の高さ方向の幅は矩形状に一端から他端に向かって階段状に広くなっているが、この流路９の幅は一端から他端に向けて斜面状または曲面状に変化するものであってもよい。また、供給口10および排出口11を設ける場所は、流路部材を使用する用途に合わせて適宜設ければよい。
【００３３】
図２（ｃ）に示す本実施形態の流路部材100は、流路９の流体が流れる方向に対して直交する断面視において、流路９の高さ方向の中央部における流路９の幅が、蓋体部１側および底板部３側における流路９の幅よりも狭く形成してある。
【００３４】
このように、流路９の中央部の幅が狭くなっているときには、例えば、図１（ｃ）で示すように、流体23の供給口10および排出口11が底板部３にあるときは、流路９に供給された流体23がスパイラル状の流路９を旋回しつつ、流路９の下方（底板部３側）から流路９の上（蓋体部１側）にも流れ、この際に、流路９の高さ方向の中央部の幅が狭くなっているところで、隔壁部２と熱交換された流体23と、隔壁部２と離れた位置を流れる流体23とが混合されると共に、流速を速め蓋体部１側および底板部１側にさらに拡散放射されやすくなりやすことから、流路部材100と流体23との熱交換効率をより高めることができる。
【００３５】
なお、図２（ｃ）では、隔壁部２は三層の板状体４からなり、流路９の幅は、中央部が狭く階段状に中央部から蓋体部１側および底板部３側の方に広くなっているが、斜面状や曲面状であってもよい。
【００３６】
図３は本実施形態の流路部材の隔壁部２の作製過程の一例を示す、（ａ）はセラミックグリーンシートに貫通孔を設けたときの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の貫通孔に捨て代部を嵌入したときの平面図である。
【００３７】
図１で示すようなスパイラル状の流路部材100の隔壁部２をセラミックスで作製するときには、セラミック焼結体にレーザ加工等で貫通孔５を加工する場合は、隔壁部２の厚みが厚いと量産性が悪くコストも高くなる。そこで、生のセラミックグリーンシート16にプレス成型やレーザ加工によって、スパイラル状の貫通孔５を形成すれば厚みの厚いものでも容易に加工できる。
【００３８】
しかしながら、貫通孔５を形成したセラミックグリーンシート16は柔らかいために、製造工程での取り扱いにおいては、セラミックグリーンシート16の中央付近が垂れてしまうという問題がある。そのため隔壁部２が複数のセラミックグリーンシート16からなるときは、個々のセラミックグリーンシート16の特に中央付近の貫通孔５の寸法位置ずれが起こるほか、貫通孔５の幅が狭くなる変形が生じるという問題がある。
【００３９】
この様な問題点を改善する方法の一例として、生のセラミックグリーンシート16をプレス成型やレーザ加工によって、スパイラル状の貫通孔５を一旦形成したあと、貫通孔５を成型したときに発生した捨て代部18を再度、貫通孔５に戻し、その状態で蓋体部１と底板部３との積層前まで取り扱い、その後、捨て代部18を貫通孔５から取り出し、隔壁部２となるセラミックグリーンシート16に蓋体部１と底板部３とを接合する。これによって、セラミックグリーンシート16の、貫通孔５の位置ずれや、取り扱いの途上で発生しやすい貫通孔５の幅が狭くなる変形等を少なくすることができる。
【００４０】
また、ここで、図３（ｂ）に示す捨て代部18は、貫通孔５の外側から内側まで一体である場合を図示しているが、捨て代部18を分割して全ての貫通孔18に嵌入することもできるが、後述する障壁部を設ける場合は、貫通孔18をある程度のスペースを空けて部分的に嵌入してもよい。このように、捨て代部18を細かく分割または部分的に嵌入すれば、貫通孔５への嵌入迄の間での捨て代部18の変形や折損といった問題の発生を抑制でき、さらに、捨て代部18を貫通孔５から取り出す作業も容易にできる。
【００４１】
また、この様な貫通孔５の幅Ｅに対して捨て代部18の幅Ｆはある程度小さい方が、貫通孔５へ捨て代部18を嵌入する場合や、取り出す場合の、いずれの作業性も向上し、かつ、セラミックグリーンシート16の貫通孔５を傷つけるおそれも少なくなる。
【００４２】
例えば、この貫通孔５の幅Ｅに対して捨て代部18の幅Ｆは、セラミックグリーンシート16の厚みによっても異なるが、例えば、焼結後の厚みの寸法値が0.6〜1.5ｍｍであれば、貫通孔５の幅Ｅと捨て代部18の幅Ｆの差は0.2〜0.6ｍｍ（片側のクリアランスで0.1〜0.3ｍｍ）とすることが好ましい。
【００４３】
特に、積層体からなる隔壁部２を作製するにあたり、複数のセラミックグリーンシート16にバインダを塗布して積層した後加圧して接合することから、捨て代部18を貫通孔５に嵌入している状態であれば加圧が満遍なく行き渡り、加圧の不具合による接合の不具合が生じにくく成りやすい。これにより、焼成後の流路部材100における流路９のデラミネーション（層間剥離）の発生も抑制できる。
【００４４】
また、図２（ｃ）に示す様な流路９を有する流路部材の製造方法としては、隔壁部２となるセラミックグリーンシート16を積層し、加圧接合した後に、セラミックグリーンシート16の上下方向の双方から捨て代部18を抜き取ることにより、貫通孔５を形成すればよい。この様な作り方で作製した貫通孔５は、貫通孔５の位置のずれが少なく、また、貫通孔５の幅が狭く変形するなどの問題の発生を少なくすることができる。
【００４５】
なお、図２（ａ）（ｂ）に示す様な流路９を有する流路部材の製造方法としては、流路の幅が高さ方向に於ける一端から他端に向けて広くなるようにセラミックグリーンシート16の貫通孔５を形成したものを使用すればよい。
【００４６】
そして、複数のセラミックグリーンシート16を積層してスパイラル状の貫通孔５を得るときに、流路９となる貫通孔５の幅を、蓋体部１側を広く底板部３側を狭くしたときには、隔壁部２となるセラミックグリーンシート16を積層し、加圧接合した後に、底板部３側から蓋体部１側の方に捨て代部18を抜き取ればよい。また、流路９となる貫通孔５の幅を、蓋体部１側を狭く底板部３側を広くしたときには、隔壁部２となるセラミックグリーンシート16を積層し、加圧接合した後に、蓋体部１側から底板部３側の方に捨て代部18を抜き取ればよい。それにより、貫通孔５の位置ずれが少なく、かつ、貫通孔５の幅の変形の少ない積層体を得ることができる。
【００４７】
図４は、本実施形態の流路部材を構成する隔壁部の他の一例を示す平面図である。
【００４８】
図４に示す流路部材104は、流体の供給口10と排出口11とをスパイラル状の流路９の外周側で、かつ、同じような位置に配置し、スパイラル状の流路９の中央部付近に流路９の折り返し部９ｂを有し、供給口10から折り返し部９ｂの間における流路９（以下、往路と言う。）と、折り返し部９ｂから排出口11の間における流路９（以下、復路と言う。）とを隣接して設けている。すなわち、流体が外周側より中央部側に流れたのち外周側に流れるように形成している。
【００４９】
このように、スパイラル状の流路９の折り返し部９ｂを設けた流路部材104は、例えば、隔壁部２と接合される蓋体部１の上に熱交換対象物を実装したときに、隣り合う往路と復路の間で熱交換がされることから、蓋体部１の中央部付近と外周部との温度のばらつきを抑えることができる。さらに、流体23の供給口10と排出口11とを近くに設けることができるため、この流路部材104を熱交換器（以下、不図示）として用い、この熱交換器を半導体装置または、半導体製造装置として用いる場合には、流体23の供給口10と排出口11とを接続する流体供給パイプと排出パイプを近接して配置できるから、装置の構造の簡略化ができメンテナンスも容易になる。
【００５０】
なお、図４に示す流路部材104では、流体23の供給口10と排出口11とを、スパイラル状の流路９の外周側に設けたが、流路９の外周側に折り返し部９ｂを設け、中央部付近に供給口10と排出口11とを設ける形態であっても構わない。このような構造であれば、発熱体が載置される蓋体部１の中央部付近に冷媒となる流体23を供給し、また、最も温度上昇した流体23を中央部付近で即座に排出できる。
【００５１】
そして、この様なスパイラル状の流路９の隔壁部２となる板状体４を未焼成のセラミックグリーンシート16に貫通孔５を形成して作製するときは、流体の往路と復路とが接近することから、取り扱い上の変形や、加圧接合するときの加圧力の各層への伝搬を確実に行なうためには、図３に示すように、セラミッククリーンシート16に一旦貫通孔５を形成した後、捨て代部18を貫通孔５に嵌入して取り扱う方法が有効である。
【００５２】
また、本実施形態の流路部材は、隔壁部が流路側に凹凸を有することが好ましい。
【００５３】
例えば、図２（ａ）は隔壁部２の中央部に対して、上側は凸、下側は凹、（ｂ）は（ａ）の上側と下側とが反対になった形状であり、（ｃ）は、隔壁部２の中央部が凸、上下の部分が凹となっている。
【００５４】
そして、本実施形態の流路部材100によれば、隔壁部２の流路９側に凹凸33を有することから、流路９を構成する隔壁部２の表面積を増やせるとともに、流体を流すための流路９の体積を大きくすることができる。また、この凹凸33の部分によって、流路部材100の内部を流れる気体や液体等の流体に乱流が発生して、隔壁部２と流体との熱交換効率を高くすることができる。
【００５５】
図５は、本実施形態の流路部材の他の一例を示し、（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す破線部Ｂの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す破線部Ｃの拡大図である。
【００５６】
図５に示す流路部材102においては、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部34aに位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸33の最大差33aが、外周部34bに位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸33の最大差よりも大きくなっている（なお、以下、隔壁部２の流路９側を、流路９の内側壁35と呼ぶ場合がある。）。
【００５７】
ここで、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、流路９の内側壁35に凹凸33を有することで、流路９を流れる流体23に乱流が発生し、流路部材102と流体23との熱交換効率が向上できる。
【００５８】
さらに、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部34aに位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸33の最大差33aが、外周部34bに位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸33の最大差よりも大きくなっていることで、中央部34ａでの流体23の乱流を大きくすることができ、流路部材102の中央部34ａにおける熱交換効率を高くすることができる。
【００５９】
それゆえ、図５に示す流路部材102は、特に、中央部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。
【００６０】
なお、流路部材102の中央部34ａおよび外周部34ｂとは、スパイラル状の流路部材102においては、中央部34ａとは、流路が形成された部分の最大部分を円相当径として、その円相当径の中心を通る様に線を引き、その中点から円相当径の25％の範囲の円を描きその範囲の部分のことを言い、外周部34ｂとは、中央部34ｂより外側の範囲部分のことを言う。
【００６１】
そして、本実施形態において、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、流路９の中央部34aおよび外周部34bにおける内側壁35の凹凸33の最大の差33ａとは、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれの内側壁35の凹凸33の段差の差が最大の値のことを意味する。ここで、流体23が流れる方向に直交するように流路９を断面視したとき、流路９の内径寸法が同等であっても、中央部34ａの内側壁35の凹凸33の最大の差33ａが、外周部34ｂの内側壁35の凹凸33の最大の差33ａより大きいと、乱流の発生が大きいばかりでなく、流体23と接触する内側壁35の表面積が広いことにもなり、流路部材102の中央部34ａでの熱交換効率を高くすることができる。
【００６２】
また、流路９の内側壁35の凹凸33の最大の差33ａを、外周部34ｂより中央部34ａを大きく形成することで、流路の全体を凹凸33の最大の差33ａで形成する場合に比べ、流路９の全体としての圧力損失が高まることを抑制できる。
【００６３】
なお、流路９の内側壁35の凹凸33の最大の差が流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、外周部から中央部に向かって順次大きくすることもできる。それにより、流路９の内側壁35の凹凸33により発生する流体23の乱流が、外周部34ｂから中央部34ａに向かって大きくなるため、流路部材102の熱交換効率は中央部34ａが最も高く、外周部34ｂに向かって低くなる。流路部材を用いて熱交換する熱交換対象物は、中央部における発熱が多く、そのような熱交換対象物を本実施形態の流路部材102の中央部に配置することで、特に高温となる中央部の温度を下げることができることから、中央部と外周部との温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。
【００６４】
また、本実施形態の流路部材は、外周側に位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸の最大差が、外周側以外に位置する流路９を構成する隔壁部２における凹凸の最大差よりも大きくすることができる。
【００６５】
図６は、本実施形態の流路部材の他の一例を示し、（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す破線部Ｃの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す破線部Ｂの拡大図である。
【００６６】
そして、本実施形態においては、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、隔壁部２は流路９側に凹凸33を有するとともに、最外周に位置する流路９ｅを構成する隔壁部２における凹凸33の最大差33ａが、最外周に位置する流路９ｅ以外の流路９ｃ，９ｄを構成する隔壁部２における凹凸33の最大差33ａよりも大きいことが重要である（なお、以下、隔壁部２の流路９側を、流路９の内側壁35と呼ぶ場合もある。）。
【００６７】
本実施形態の流路部103は、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、流路９の内側壁35に凹凸33があり、流路部材103の最外周に位置する流路９ｅを構成する内側壁35の凹凸33における最大差33ａが、最外周以外に位置する流路９ｃ，９ｄよりも大きく形成されている。それにより、流路部材103の外周側に位置する流路９ｅにおいて、内側壁35の凹凸33により生じる流体23の乱流を特に大きくすることができ、特に流路部材103の外周側において熱交換効率を高くすることができる。
【００６８】
それゆえ、本実施形態の流路部材103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。
【００６９】
また、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、最外周に位置する流路９ｅを構成する内側壁35の凹凸33における最大差33ａを、他の流路９ｃ，９ｄを構成する内側壁35の凹凸33における最大差33ａよりも大きくすることから、流路の全体の内側壁35の凹凸33の最大差33ａ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23がスムースに流れ、流路部材103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103の外周側の熱交換効率を高くすることができる。
【００７０】
なお、流路９において、流体23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９ｅとは、少なくとも最外周に位置する流路９ｅ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23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９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。
【００７１】
なお、本実施形態の流路部材103においては、特に流路部材103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９を構成する内側壁35における凹凸33の最大差33ａを、最外周に位置する流路９ｅの内側壁35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103の外周側の熱交換効率をさらに高くすることができる。
【００７２】
ところで、流路部材103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９においては、外周側で熱交換した流体23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。
【００７３】
それゆえ、流路部材103においては、流路９の流体23が流れる方向に対して直交する断面視において、流路部材103の外周側に位置する流路９ｅを構成する内側壁35の凹凸33における最大差33ａを、外周側以外に位置する流路９ｃ，９ｄを構成する内側壁35の凹凸33における最大差33ａよりも大きく形成している上で、流路部材103の中央側34ａにおける流路９の内側壁35の凹凸33の最大差33ａを、外周側34ｂおよび中央側34ａ以外の流路（中間の流路）９の内側壁35の凹凸33の最大差33ａよりも大きくすることができる。すなわち、各流路９を構成する内側壁35の凹凸33の最大差33ａ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。
【００７４】
このように、各流路９を構成する内側壁35の凹凸33の最大差33ａが、中間の流路10ｂ＜中央側の流路10ａ＜外周側の流路10ｃを満たすように形成することで、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。
【００７５】
なお、この様な図５および図６に示す様な流路部材102，103は、図３にて説明した内容に基づいて製作すれば良いが、隔壁部２の形状が図５および図６に示す形状となる様にそれぞれのセラミックグリーンシートに貫通孔５の位置をずらして加工すれば良い。
【００７６】
図７は、本実施形態の流路部材104が、蓋体部１と隔壁部２との間と、隔壁部２と底板部３との間に、流路９に繋がる隙間７を有していることを示す部分拡大した断面図である。
【００７７】
図７に示す本実施形態の流路部材104において、蓋体部１と隔壁部２との間と、隔壁部２と底板部３との間との少なくとも一方（図７においては両方にある場合を示している）に、流路９に繋がる隙間７を有していると、隙間７を有さないときに比べ流路９と流体との接触する面積を広くすることができる。これにより、流路部材104と流体との熱交換効率をより高めることができる。
【００７８】
また、本実施形態の流路部材104の製造工程において、隔壁部２となる板状体４を個別に作製するときに、板状体４に予め流路９となる貫通孔を形成する必要があるが、貫通孔を作製する際に、この貫通孔の端面に少なからずバリ２ｃが発生しやすくなる。ここで、本実施形態の流路部材104においては、蓋体部１または底板部３と隔壁部２との間の少なくとも一方に、流路９に繋がる隙間７があるから、蓋体部１と隔壁部２と底板部３とを積層したときに、バリ２ｃを、蓋体部１または底板部３と隔壁部２となる板状体４の接合部６に挟み込むおそれを少なくできる。これにより、流路部材104に高い圧力で流体23を流しても、流路９の接合部６から流路９が破壊することを抑制できる。
【００７９】
図８は、本実施形態の流路部材の隙間の一例を示す断面図であり、（ａ）は隙間が矩形状であり、（ｂ）は隙間が流路側に向かって広がった形状（以下、単に三角形状とする。）を示す図である。
【００８０】
図８（ａ）および（ｂ）に示す流路部材105,106は、流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、蓋体部１と隔壁部２との接合部６に、流路９と繋がる接合部６の奥行き方向の距離７ａ（以下、単に奥行き７ａとする。），上下に開口する方向の最大高さ７ｂ（以下、単に最大高さ７ｂとする。）となるそれぞれ矩形状または三角形状の隙間７を有している。なお、底板部３と隔壁部２との接合部６の隙間７については図示省略したが蓋体部１を底板部３に置き換えて参照するとよい。また、隙間７の形状は上記に限られるものではない。
このように、隙間７の形状がそれぞれ矩形状または三角形状であるときには、流路９を構成するための貫通孔５の作製工程において、セラミックグリーンシート16に流路９となる貫通孔５を形成したとき、貫通孔５の端面２ａにバリ２ｃが発生しても、流路９に繋がる一定の奥行き７ａ・最大高さ７ｂを有する矩形状または三角形状の隙間７を有するため、バリ２ｃが、この隙間７の中に収まり接合部６に挟み込むことを少なくできる。したがって、蓋体部１と隔壁部２との接合部または、底板部３と隔壁部２との接合部の不具合を少なくでき、その結果、流路９の破壊の発生を抑制できる。
【００８１】
なお、図７に示す本実施形態の流路部材104においては、隔壁部２が複数の板状体４を積層した積層体からなるとともに、この積層体を構成する板状体４の間に、流路９に繋がる隙間７を有している例を示している。それにより、上記と同様に、板状体４の間に、流路９に繋がる隙間７を有することで、隔壁部２の端面２ａと流体との接触する面積を広くすることができ、流路部材104と流体との熱交換効率をより高めることができる。また、あわせて、隔壁部２となる板状体４の接合部６の流路９に繋がる部位に隙間７があることから、製造工程において、板状体４となる未焼成のセラミックグリーンシート16を複数積層したときに、バリ２ｃを接合部６に挟み込むおそれを少なくできる。なお、隙間７の形状は、矩形状または三角形状、台形状のいずれでもよい。
【００８２】
ここで、蓋体部１と隔壁部２との間、または、隔壁部２と底板部３との間、または、隔壁部２が複数の板状体４からなるとき板状体４同士の間との、流路９に繋がる隙間７を矩形状や三角形状に形成する製造方法の一例を説明する。
【００８３】
図９は、本実施形態の流路部材の隔壁部を構成するためのセラミックグリーンシートに流路７となる貫通孔を加工するための方法の例を示す、（ａ）は金型を用いたときの断面模式図であり、（ｂ）はレーザ光を用いたときの断面模式図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれの加工法を用いたときのセラミックグリーンシートの切断面に垂直な面の部分断面図である。
【００８４】
図９（ａ）は、セラミックグリーンシート16に貫通孔５をプレス成型装置14で加工する方法を示し、例えは、パンチ14ａとダイ14ｂとで矩形状の面取りを行なうための面取り部14ｃを設けたもので成型することにより、図９（ｃ）に示すようなセラミックグリーンシート16の貫通孔５の端面16ａを、矩形状の面取り16ｂとすることができる。
【００８５】
また、図９（ｂ）は、セラミックグリーンシート16に貫通孔５をレーザ加工装置15で加工する方法を示し、例えは、レーザ光15ａをレンズ15ｂを通し、セラミックグリーンシート16の厚み方向の中央付近にレーザビーム15ｃの焦点をおくよう照射すると、図９（ｄ）に示すような、セラミックグリーンシート16の貫通孔５の端面16ａを、三角形状の面取り16ｂとすることができる。
【００８６】
そして、これらの、貫通孔５を有するセラミックグリーンシート16と蓋体部１または、底板部３とを接合すると、貫通孔５で流路９が形成され、かつ、蓋体部１または底板部３とセラミックグリーンシート16で形成された板状体４からなる隔壁部２との間に、さらには、複数の板状体４同士の間に、流路９に繋がる矩形状や三角形状などの隙間７を形成できる。
【００８７】
そして、プレス成型装置による方法で、面取り16ｂを作製すると、面取りする部分の体積量が面取りした直近の箇所に押し込まれセラミックグリーンシートの密度が高まり、その一部が金型のパンチとダイとの間のクリアランスに入り込み貫通孔５の端面16ａにバリ２ｃとして表れやすいものの、蓋体部１または底板部３と隔壁部２との間、または、隔壁部２を構成する板状体４同士の間とに、隙間７があることから、このバリ２ｃが接合部６の間に挟み込まれることを少なくすることができる。なお、隙間７の三角形状とは、楔状や鈎状といった形状を含む略三角形状であってもよい。
【００８８】
ところで、流路９を構成するための貫通孔５の作製工程において、セラミックグリーンシート16の貫通孔５の端面16ａを面取りするときに、隙間７の最大高さ７ｂを高くすると端面に発生するバリ２ｃの高さが大きくなる傾向にある。例えば、プレス成型装置14でセラミックグリーンシートに貫通孔５を打ち抜くことにより隙間７の高さを高く形成すると、面取りする部分の体積分の高い密度がセラミックグリーンシートの端面付近に集中しやすく、金型のパンチとダイとのクリアランスにセラミックグリーンシートの一部が噛み込み、発生するバリの高さも高くなる。
【００８９】
したがって、本実施形態の流路部材104、105、106は、流体７が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、隙間７は、流路９側に延びる方向の奥行き７ａをａとし、上下に開口する方向の最大高さ７ｂをｂとしたとき、ａ＞ｂの関係を満たすことが好ましい。
【００９０】
それにより、バリ２ｃが発生しても、この隙間７の中に収まり、接合部６に挟み込むことを少なくし、接合の不具合を少なくでき、デラミネーション（層間剥離）の発生を抑制できる。従って、流路９の破壊の発生を抑制できる。さらに、隙間７の最大高さ７ｂよりも奥行き７ａが長いことから、隙間７に入り込んだ流体23は、隙間７の間で渦流が起こり易く、これにより、流体と流路部材104、105、106との熱交換効率の向上が図れる。
【００９１】
なお、本実施形態の流路部材101、102、103は、隙間７の奥行き７ａが0.03ｍｍ以上0.08ｍｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
上記流路部材104、105、106の隙間７の奥行き７ａが0.03ｍｍ以上であるときには、流路９を構成するための貫通孔５の作製工程において生じる端面２ａのバリ２ｃが、接合部６まで到達して入り込むおそれをさらに少なくでき、接合部６の不具合の発生をさらに低減できる。さらに、奥行き７ａを長くすることで、流路９の表面積を増大させることができ、流体と流路部材104、105、106との熱交換効率の向上が図れる。また、隙間７の奥行き７ａが0.08ｍ以下であると、流路９を構成するための貫通孔５の作製工程において、流路９となる貫通孔５を形成した複数のセラミックグリーンシート16を積層し加圧したときに、接合部６に加圧力が十分に伝搬するために、接合部６の接合の不具合の発生を抑制できる。そして、焼成して得られた流路部材104、105、106に高い圧力で流体を供給したとしても隙間７が起点となってクラックが入り流路９の破壊が発生することも抑制できる。
【００９３】
図10は、本実施形態の流路部材の障壁部を説明するための一例であり、（ａ）は図１（ｂ）の隔壁部の破線Ｇで囲んだ部分の流路と障壁部の関係を示し、三層の板状体からなる隔壁部を分解した部分平面図であり、（ｂ）は流路部材の円弧状の流路を直線状に延ばしたときの断面の概念図である。
【００９４】
本実施形態の流路部材107は、図10（ａ）に示すように、スパイラル状の流路９に、流体23の流れを変えるための障壁部８を備えているときには、図８（ｂ）の概念図で示すように、流体23は障壁部８で流れが変わることから、障壁部８を避けて流れる流体23は拡散と混合を繰り返すこととなる。それにより、流路９は温度バラツキの少ない流体23と接触することになり、流路部材105と流体23との熱交換効率をより高めることができる。なお、ここでは隔壁部２が３層の板状体４を積層してなり、各層に位置をずらして障壁部８を配置しているが、流体23の流れを塞がない範囲であれば、障壁部８は任意に備えてもよい。
【００９５】
また、上記の説明において、隔壁部２にスパイラル状の流路９を未焼成のセラミックグリーンシート17に貫通孔５を形成して作製する方法として、セラミックグリーンシート17に流路９となる貫通孔５を形成した後に、捨て代部18を嵌入して取り扱うことにより、セラミックグリーンシート17の変形等を防ぐことを説明したが、流路９となる貫通孔５に障壁部８があるときには、必ずしも、捨て代部18を貫通孔５に再び嵌入しなくても、セラミックグリーンシート17の貫通孔５の幅の変形や、また、スパイラル状の中央付近が垂れ下がるといった問題の発生を少なくすることができる。
【００９６】
そして、本実施形態の流路部材107は、図10（ａ）（ｂ）に示すように、障壁部８が、流体23が流れる方向沿って、かつ流路９の高さ方向に沿って順次ずれて配置されている。
【００９７】
このように、障壁部８が、流体23の流れる方向に沿って、かつ流路９の高さ方向に沿って順次ずれて配置されているときには、例えば、流体23の供給口が底板部３側にあるときには、図10（ｂ）の流体23の流れの概念図に示すように、障壁部８の間を通り抜ける際に、蓋体部１側へ向けて放射状に拡散される。これにより、蓋体部１側に熱交換対象物を実装したときには、特に蓋体部１側にて効率よく流体23との熱交換が行なわれる。
【００９８】
ここで、図10（ｂ）に示した障壁部８は、四角形の断面図としているが、円形や四角形以外の多角形や、また、角部を面取りした方形であってもよい。
【００９９】
なお、障壁部８は、流体23の流れる方向に沿って、かつ流路９の高さ方向に沿って順次ずれて配置されていればよく、例えば、流路９の高さ方向について見た場合に、蓋体部１に向けて順に配置された後、底板部３に向けて順に配置されているほか、ランダムに配置することもできる。
【０１００】
そして、上述した本実施形態の流路部材100〜107は、熱交換効率が高いため、半導体装置や半導体製造装置の冷却用流路部材として、また、加熱と加温を繰り返すような半導体製造装置の熱交換用流路部材として、さらには、薬液の熱交換器や、高熱を発するようなプリンターの熱交換器等の流路部材として用いることができる。
【０１０１】
また、本実施形態の熱交換器は、本実施形態の流路部材の蓋体部の上に金属部材が備えられている。
【０１０２】
本実施形態の熱交換器は、内部に流体が流れる流路を有する本実施形態の流路部材100〜107の蓋体部１の上に金属部材を備えていることから、金属部材の上に熱交換対象物を搭載することにより、流体との熱交換を効率よく行なうことができる。さらには、上記金属部材が配線層であるときには、配線層上に直接、半導体素子等を実装できることからコスト面においても安価に作製できる。なお、蓋体部１が金属等の導電性を有してなる場合には、蓋体部１の上面に絶縁性の材料を配置し、その上に金属部材を設けることもできる。
【０１０３】
図11は、本実施形態の熱交換器に半導体素子を実装した半導体装置の一例を示す断面図である。
【０１０４】
図11に示す本実施形態の半導体装置300は、本実施形態の流路部材100の蓋体部１の上に金属部材22を接合した熱交換器200を用いて、熱交換器200の金属部材22の上に半導体素子21が実装されている。また、流路部材100には、底板部３側に流体23の供給口10と排出口11が、それぞれ、流体23の供給パイプ31と排出パイプ32と接続されていることから、流路部材100の流路９に冷媒となる流体23を流すことにより、半導体素子21を効果的に冷却することができ、流路破壊の発生が少なく、かつ、熱交換効率が高い半導体装置300を提供できる。
【０１０５】
また、流路部材100の蓋体部１がセラミックスからなるときは、蓋体部１の上に厚膜印刷等によって配線層22を直接形成して焼成した後に、この配線層22に半導体素子21を載置し電気的に接続することにより半導体装置300を作製でき、流路部材100と配線層22との間に電気的な絶縁物を介する必要がないことから部品点数も削減でき、かつ、半導体素子21の冷却効率も向上できる。
【０１０６】
そして、この半導体装置300は、車載用のＬＥＤヘッドライトや、また、ＰＣＵなどの半導体モジュールや直流高電圧電源装置およびスイッチング装置など作動時に高熱を発する装置として有用である。
【０１０７】
図12に示す本実施形態の半導体製造装置400は、本実施形態の流路部材100の蓋体部１の上に金属部材22を接合した熱交換器200を用いてなる半導体製造装置400であって、金属部材22が半導体ウエハ29を吸着するための電極22となっている。なお、図示していないが、電極22と半導体ウエハとの間には絶縁材料からなる誘電体層を設けてあり、電極22に電圧を印加すると、半導体ウエハ29と誘電体層との間にクーロン力やジョンソン・ラーベック力などの静電吸着力を発生させて、半導体ウエハ29を吸着・保持できるようになっている。
【０１０８】
そして、、この半導体製造装置400を図12に示すプラズマ処理装置24として用いた場合には、熱交換器200の金属部材22をプラズマを発生させるための下部電極22としても利用でき、処理室28の中の上部に設けられたアンテナ電極25との間に電圧を印加することで、電極22、25間にプラズマを発生させることができ、誘電体層上に吸着・保持した半導体ウエハ29に対してプラズマを当てることができるようになっている。そして、流路部材100に流体23を供給口10に供給パイプ31から流し、また、排出口11および排出パイプ32から排出することにより、プラズマ処理する際に高温となる下部電極22を冷却し、安定した温度に維持できる。このことにより、ウエハ29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。また、図12では、半導体製造装置400の金属部材22を複数に分割し、一方の電極と他方の電極からなる双極型の電極22としても構わない。さらに、金属部材22は流路部材100の蓋体部１の内部に設けてあっても構わない。
【０１０９】
また、本実施形態の半導体製造装置400は、プラズマ処理装置24の他に、スパッタ装置、レジスト塗布装置、ＣＶＤ装置等としても用いることができ、上述したプラズマ処理装置24と同様に熱交換器200の金属部材22を電極として、また、半導体ウエハ29の載置用のテーブルとして利用することにより半導体ウエハ29の過度な温度上昇を抑制できる。やエッチング処理装置として用いることができる。
【０１１０】
以下、本発明の流路部材の実施例を具体的に説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１１１】
図１（ａ）〜（ｃ）に示す本実施形態の流路部材100の蓋体部１と隔壁部２および底板部３とをアルミナセラミックスで作製し、蓋体部１と隔壁部２との接合部６と、また、底板部３と隔壁部２との接合部６と、さらには、隔壁部２が複数の板状体４を積層してなるときに板状体４同士の接合部６とのそれぞれに流路９に繋がる隙間７を有する場合と、有しない場合とで、流路９に流体23を流したときの、冷却性能との関係を調査した。【０１１２】
流路部材100は、全長Ｌが100ｍｍ，幅Ｄが100ｍｍ，高さＨが50ｍｍであって、蓋体部１の厚みｔ１は0.5ｍｍ、隔壁部２を構成する板状体４は厚みｔ２が、単層の場合は３ｍｍ、積層の場合は厚みｔ２が１ｍｍのものを三層積層したものであり、底板部３の厚みｔ３は2.5ｍｍである。そして、流路９を平面視したときに、その形状はスパイラル状であり、流路９の幅Ｄ１は４ｍｍ、流路９間の幅Ｄ２は４〜６ｍｍである。【０１１３】
また、流体23の供給口10は底板部３側にあり、かつ、スパイラル状の流路９の外周側から入り中央部付近が流路９の終端となり底板部３の排出口11から排出される構造である。【０１１４】
まず、流路部材100の成形体となるセラミックグリーンシートを次の方法により作製した。【０１１５】
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）として平均粒径が1.6μｍ程度の粉末と、シリカ（ＳｉＯ２）と、カルシア（ＣａＯ）およびマグネシア（ＭｇＯ）の粉末とを準備した。【０１１６】
そして、各粉末の混合割合が、アルミナ96.4質量％，シリカ2.3質量％，カルシア0.3質量％およびマグネシア1.0質量％となるように秤量し混合した混合粉末を、混合粉末100質量％に対して６質量％のポリエチレングリコールからなるバインダとともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールで混合した。【０１１７】
次に、これにアクリル樹脂からなるバインダを混合粉末100質量％に対して４質量％添加し、混合してスラリーを得た。【０１１８】
次に、得られたスラリーを公知のドクターブレード法でシート状のセラミックグリーンシートを作製し、さらに、このセラミックグリーンシートを積層したときに製品形状となるように、金型を用いたプレス成型装置で個々のセラミックグリーンシートを作製した。【０１１９】
また、ここでは、隔壁部２を構成する板状体４は、流路９に接する部分も含み外周側までを一体成形している。【０１２０】
そして、隔壁部２が単層の場合と、積層の場合との試料で、図７に示すように、隙間７の奥行き７ａが無いもの（実質的には奥行き７ａが0.0１ｍｍ未満を無いものと見なす。）と有るもの、および、最大高さ７ｂが無いもの（実質的には最大高さ７ｂが0.01ｍｍ未満を無いものと見なす。）と有るものを各試料につき、それぞれ300個を作製した。これを試料Ｎｏ．１〜９とする。なお、表１の隙間７の各寸法値は焼成後の値である。【０１２１】
また、隙間７の形状は、流路９側に開口する三角形状とし、隔壁部２となる板状体４は、図９に示すように、セラミックグリーンシート16に貫通孔５を形成する際に、プレス成型装置14で貫通孔５の端面16ａに面取り16ｂを適宜形成した。【０１２２】
次に作製した蓋体部１と隔壁部２および底板部３となる各々のセラミックグリーンシート16を積層した。なお、図３に示すように、セラミックグリーンシート16に貫通孔５を形成する際に発生する捨て代部18を、一旦、貫通孔５に嵌入する方法を用いた。【０１２３】
次に、セラミックグリーンシート16を積層した後加圧して接合するが、まず、接合部６に糊となる密着液を塗布した。密着液は、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を用い、積層する個々のセラミックグリーンシート16の全面に塗布した。【０１２４】
そして、これらの密着液が塗布されたセラミックグリーンシート16を積層し、積層したセラミックグリーンシート16の上下を平板で挟み約0.5ＭＰａで加圧して接合した。【０１２５】
次に、この製品形状の積層した成形体を、プッシャー式トンネルキルンにて最高温度が1600℃で焼成して、表１に示す試料の流路部材100を得た。【０１２６】
次に得られた試料を切断して破断面の隙間７の奥行き（ａ）と最大高さ（ｂ）を工場顕微鏡を用いて測定した。また、隙間７の奥行き（ａ）と最大高さ（ｂ）の値は、スパイラル状の流路９の、外周側に近い箇所と中央側に近い箇所とその中間付近のいずれも２点で計６点の隙間７における奥行き（ａ）と最大高さ（ｂ）の平均値である。【０１２７】
次に、流路部材100の蓋体部１と隔壁部２ｃとの接合部６、および、底板部３と隔壁部２の接合部６、および、隔壁部２を構成する三層の板状体４の接合部６の、流路９に繋がる隙間７があることによって、蓋体部１の上に熱交換対象物を載置し発熱させたときの各試料の冷却性能比を確認した。【０１２８】
試験方法としては、上記各試料の蓋体部１の外面にヒータと熱電対を取り付けて、所定の温度になるように加熱した。【０１２９】
次に、所定の温度の流体23を用い、所定の圧力で流路部材100に供給した。【０１３０】
こうして、30分経過後に蓋体部１の外面の表面温度を測定し、各試料において平均の温度変化量を確認した。【０１３１】
なお、試料Ｎｏ．１は、隔壁部２が単層であって、かつ、蓋体部１および底板部３と隔壁部２との接合部６には、流路９側に開口する隙間７が無いものであるから、この試料の温度変化量を基準値とし、他の試料は基準値との比で示し、これを冷却性能比とした。【０１３２】
得られた結果を表１に示す。【０１３３】
【表１】
2013062131.tif 000003
【０１３４】
表１に示す結果から分かるように、隔壁部２が単層であって、蓋体部１と隔壁部２との間および底板部３と隔壁部２との間に流路９に繋がる隙間７が実質的に無い試料Ｎｏ．１に比べ、それぞれの接合部６のいずれかに隙間７がある試料Ｎｏ．２〜９は、冷却性能比が1.14〜1.22と高い値であった。【０１３５】
以上の結果から、蓋体部１と隔壁部２との間，隔壁部２と底板部３との間および隔壁部２の各接合部の間の少なくとも１箇所に隙間７が有れば、流体23と流路部材100の流路９との接触面積が増えるから伝熱面積も広くなり、熱交換効率の高い流路部材とすることができることが分かる。
【実施例２】
【０１３６】
次に、図10（ａ）（ｂ）に示す流路部材107において、流体23の流れを変える障壁部８を備えている場合と備えていない場合について、冷却性能比について調査した。【０１３７】
セラミックグリーンシートの作製方法や成形体の作製、積層、加圧接合や焼成および冷却性能比の確認はいずれも実施例１と同じとしたが、但し、流路部材107のそれぞれの接合部６には、流路９に繋がる隙間７は実質的に存在しない0.01ｍｍ未満の範囲とし、この実施例２では、障壁部８を形成している点で実施例１とは異なる。【０１３８】
なお、障壁部８の作製方法は、プレス成型装置14により貫通孔５を形成するパンチ14ａを分割することにより必要とする大きさ、数の障壁部８を形成できる。【０１３９】
障壁部８の幅Ｄ３は、焼成後で３ｍｍとし、障壁部８の配置は表２に示すとおりとした試料Ｎｏ．10〜14を作製し、各調査を行なった。【０１４０】
得られた結果を表２に示す。【０１４１】
【表２】
2013062131.tif 000004
【０１４２】
表２の結果から分かるように、冷却性能比は試料Ｎｏ．10を基準としたとき、障壁部８を各板状体４に備え、かつ、積層順にずらして配置した試料Ｎｏ．14がもっとも高く、次に、隔壁部２の中間に位置する板状体４にのみ障壁部８を備えた試料Ｎｏ．12が高く、障壁部８を底板部３側の板状体４に備えた試料Ｎｏ．13、次に、蓋体部１側の板状体４に障壁部８を備えた試料Ｎｏ．11の順であった。【０１４３】
以上の結果から、流路９には、流体23の流れを変える障壁部８があれば、流路部材107に流体23を流し熱交換器として用いたときの冷却性能比を高められることが分かった。【０１４４】
また、障壁部８は、流体23が流れる方向に順次ずれて配置されているときには、流路９を流れる流体23が放射状に拡散する流れをつくり、蓋体部１側に当たることから、蓋体部１の上に熱交換対象物を実装したときには、熱交換効率をさらに高めることができることが分かった。
【符号の説明】
【０１４５】
100〜107：流路部材
200：熱交換器
300：半導体装置
400：半導体製造装置
１：蓋体部
２：隔壁部、２ａ：端面、２ｂ：面取り、２ｃ：バリ
３：底板部
４：板状体
５：貫通孔
６：接合部
７：隙間、７ａ：奥行き、７ｂ：最大高さ
８：障壁部
９：流路、９ａ：幅、９ｂ：折り返し部、９ｃ：中央側流路、９ｄ：中間の流路、９ｅ：外周側の流路
10：流体の供給口
11：流体の排出口
14：プレス成型装置
15：レーザ加工装置
16、17：セラミックグリーンシート
18：捨て代部
21：半導体素子
22：金属部材（配線層、下部電極、テーブル）
23：流体
24：プラズマ処理装置
31：流体供給パイプ
32：流体排出パイプ
33：凹凸、33ａ：最大の差
34ａ：中央部、34ｂ：外周部
35：内側壁
【図１】
2013062131.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013062131.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月9日(2015.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の幅が、前記流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなっていることを特徴とする流路部材。
【請求項２】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の幅が底板部から蓋体部に向けて広くなっていることを特徴とする流路部材。
【請求項３】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の高さ方向の中央部における幅が、蓋体部側および底板部側における幅よりも狭いことを特徴とする流路部材。
【請求項４】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、外周部に位置する前記流路を構成する前記隔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。
【請求項５】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の最外周に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、前記最外周以外に位置する前記流路を構成する前記隔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。
【請求項６】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記蓋体部と前記隔壁部との間と、前記隔壁部と前記底板部との間との少なくとも一方に、前記流路に繋がる隙間を有することを特徴とする流路部材。
【請求項７】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記積層体が複数の板状体を積層してなるとともに、該複数の板状体の間に前記流路につながる隙間を有することを特徴とする流路部材。
【請求項８】
内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路に前記流体の流れを変えるための障壁部を備え、該障壁部は、前記流体が流れる方向に沿って、かつ前記流路の高さ方向に沿って順次ずれて配置されていることを特徴とする流路部材。
【請求項９】
前記流路の幅が底板部から蓋体部に向けて広くなっていることを特徴とする請求項１および４〜８のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１０】
前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の高さ方向の中央部における幅が、蓋体部側および底板部側における幅よりも狭いことを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１１】
前記流路は、供給口と、排出口と、前記供給口と前記排出口との間に折り返し部とを有し、前記供給口から前記折り返し部の間における流路と、前記折り返し部から前記排出口における流路とが隣接していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１２】
前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、外周部に位置する前記流路を構成する前記隔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請求項１〜３および６〜１１のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１３】
前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の最外周に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、前記最外周以外に位置する前記流路を構成する前記隔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請求項１〜３および６〜１１のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１４】
前記蓋体部と前記隔壁部との間と、前記隔壁部と前記底板部との間との少なくとも一方に、前記流路に繋がる隙間を有することを特徴とする請求項１〜５および７〜１３のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１５】
前記積層体が複数の板状体を積層してなるとともに、該複数の板状体の間に前記流路につながる隙間を有することを特徴とする請求項１〜６および８〜１４のいずれかに記載の流路部材。
【請求項１６】
前記流路に前記流体の流れを変えるための障壁部を備え、前記障壁部は、前記流体が流れる方向に沿って、かつ前記流路の高さ方向に沿って順次ずれて配置されていることを特徴とする請求項１〜７および９〜１５に記載の流路部材。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の流路部材の前記蓋体部の上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熱交換器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の熱交換器であって、前記金属部材が前記蓋体部の上に設けられており、かつ前記金属部材の上に半導体素子が実装されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の熱交換器を備えた半導体製造装置であって、前記金属部材が半導体ウエハを吸着するための電極であることを特徴とする半導体製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】  本発明の流路部材は、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の幅が、前記流路の高さ方向における一端から他端に向けて広くなっていることを特徴とするものである。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の幅が底板部から蓋体部に向けて広くなっていることを特徴とする。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の高さ方向の中央部における幅が、蓋体部側および底板部側における幅よりも狭いことを特徴とする。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、中央部に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、外周部に位置する前記流路を構成する前記隔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。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記隔壁部は前記流路側に凹凸を有し、前記流路の前記流体が流れる方向に対して直交する断面視において、前記流路の最外周に位置する前記流路を構成する前記隔壁部における凹凸の最大差が、前記最外周以外に位置する前記流路を構成する前記隔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。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記蓋体部と前記隔壁部との間と、前記隔壁部と前記底板部との間との少なくとも一方に、前記流路に繋がる隙間を有することを特徴とする。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体であり、前記積層体が複数の板状体を積層してなるとともに、該複数の板状体の間に前記流路につながる隙間を有することを特徴とする。  また、内部に流体が流れるスパイラル状の流路を備え、該流路が、蓋体部と、底板部と、前記蓋体部と前記底板部とに繋がる隔壁部とで形成されているとともに、該隔壁部がセラミックスからなる積層体��あり、前記流路に前記流体の流れを変えるための障壁部を備え、該障壁部は、前記流体が流れる方向に沿って、かつ前記流路の高さ方向に沿って順次ずれて配置されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】  本発明の流路部材によれば、流路の隔壁の腐食を抑え流路間が破壊することを抑制できる。
【国際調査報告】
2013062131.tif 000017
2013062131.tif 000018
2013062131.tif 000019
2013062131.tif 000020