JP2017037721A - Heater unit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor manufacturing apparatus which achieves high in-plane uniformity of a temperature.SOLUTION: A heater unit 10 includes: a base material 310 having a cooling passage; a heater part 320 disposed above the base material and having a heating element; and a heat insulating layer 130 disposed between the base material and the heater part. Heat conductivity of the heat insulating layer may be lower than heat conductivity of the base material. Further, the heat insulating layer may be SUS including pores. Furthermore, the heater unit may include an insulator covering a heating element, and heat conductivity of the heat insulating layer may be lower than heat conductivity of the insulator.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はヒータユニットに関する。特に、半導体製造装置に用いるヒータユニットに関する。   The present invention relates to a heater unit. In particular, the present invention relates to a heater unit used in a semiconductor manufacturing apparatus.

半導体装置の製造工程では、半導体基板上に薄膜を成膜及び加工することでトランジスタ素子、配線、抵抗素子、容量素子等の機能素子を形成する。半導体基板上に薄膜を形成する方法としては、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、物理気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法などの方法が用いられる。また、薄膜を加工する方法としてはイオン反応性エッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法などの方法が用いられる。また、半導体装置の製造工程では、薄膜の成膜及び加工の他にもプラズマ処理等の表面処理の工程が行われる。   In the manufacturing process of a semiconductor device, a functional element such as a transistor element, a wiring, a resistance element, or a capacitor element is formed by forming and processing a thin film on a semiconductor substrate. As a method for forming a thin film on a semiconductor substrate, methods such as a chemical vapor deposition (CVD) method and a physical vapor deposition (PVD) method are used. As a method for processing the thin film, a method such as an ion reactive etching (RIE) method is used. In the manufacturing process of the semiconductor device, a surface treatment process such as plasma treatment is performed in addition to the thin film formation and processing.

上記の成膜、加工及び表面処理の工程に用いられる装置には、半導体基板を支持するステージが設けられている。当該ステージは単に半導体基板を支持するだけでなく、各処理工程に応じて半導体基板の温度を調節する機能が備えられている。上記のように温度を調節するために、ステージには加熱機構が設けられている。特に、上記の半導体装置においては加熱機構として金属やセラミックスで構成されたセラミックヒータ(ヒータユニット)が広く用いられている。   An apparatus used for the film forming, processing, and surface treatment steps is provided with a stage that supports a semiconductor substrate. The stage not only simply supports the semiconductor substrate but also has a function of adjusting the temperature of the semiconductor substrate according to each processing step. In order to adjust the temperature as described above, the stage is provided with a heating mechanism. In particular, in the semiconductor device described above, a ceramic heater (heater unit) made of metal or ceramics is widely used as a heating mechanism.

上記の成膜、加工及び表面処理の工程において、基板の温度によって膜質、加工形状及び表面状態が敏感に変化するため、上記のヒータユニットには温度の高い面内均一性が要求される。また、ヒータユニットは、単にステージを加熱するだけではなく、ステージを冷却する機能も要求される。つまり、ヒータユニットには加熱機構及び冷却機構が備えられる。ステージの冷却に冷却水を用いる場合、冷却水の沸騰を避けるために、流路に冷却水を流しながらヒータ加熱を行う必要がある。つまり、冷却水を流した状態の加熱で高い面内均一性を実現する必要がある。   In the film forming, processing, and surface treatment steps, the film quality, processed shape, and surface state are sensitively changed depending on the substrate temperature. Therefore, the heater unit is required to have high temperature in-plane uniformity. Further, the heater unit is required not only to heat the stage but also to have a function of cooling the stage. That is, the heater unit is provided with a heating mechanism and a cooling mechanism. When cooling water is used for cooling the stage, it is necessary to heat the heater while flowing the cooling water through the flow path in order to avoid boiling of the cooling water. That is, it is necessary to achieve high in-plane uniformity by heating in a state where cooling water is flowed.

上記のように、加熱機構及び冷却機構が備えられたヒータユニットとして、例えば特許文献1に示すような構造が開発されている。特許文献1に示すヒータユニットは、半導体基板を支持するウェハ保持体に流路が形成され、流路に流体が流されることによってウェハ保持体を冷却することでウェハの温度を調整する。   As described above, for example, a structure as shown in Patent Document 1 has been developed as a heater unit including a heating mechanism and a cooling mechanism. In the heater unit shown in Patent Document 1, a flow path is formed in a wafer holder that supports a semiconductor substrate, and the temperature of the wafer is adjusted by cooling the wafer holder by flowing a fluid through the flow path.

特開2007−43042号公報JP 2007-43042 A

しかしながら、特許文献1に記載されたヒータユニットでは、急速な冷却を実施可能にするためにウェハ保持体は熱伝導率が高い材料で構成されている。そのため、発熱機構によって発生した熱が冷却機構に奪われてしまう。その結果、冷却水の流路の位置の影響を受けてヒータユニットの面内均一性が悪化してしまうという問題があった。また、同様の理由でステージの加熱温度が制限されてしまうという問題があった。   However, in the heater unit described in Patent Document 1, the wafer holder is made of a material having high thermal conductivity in order to enable rapid cooling. Therefore, the heat generated by the heat generating mechanism is taken away by the cooling mechanism. As a result, there is a problem that the in-plane uniformity of the heater unit deteriorates due to the influence of the position of the flow path of the cooling water. There is also a problem that the heating temperature of the stage is limited for the same reason.

本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、温度の面内均一性が高く、加熱温度の制限が少ない半導体製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that has high in-plane temperature uniformity and low heating temperature.

本発明の一実施形態によるヒータユニットは、冷却流路を有する基材と、基材の上方に配置され、発熱体を有するヒータ部と、基材とヒータ部との間に配置された断熱層と、を有する。   A heater unit according to an embodiment of the present invention includes a base material having a cooling flow path, a heater portion disposed above the base material and having a heating element, and a heat insulating layer disposed between the base material and the heater portion. And having.

また、別の態様において、断熱層の熱伝導率は、基材の熱伝導率よりも低くてもよい。   Moreover, in another aspect, the heat conductivity of a heat insulation layer may be lower than the heat conductivity of a base material.

また、別の態様において、断熱層は、SUSであってもよい。   Moreover, in another aspect, SUS may be sufficient as a heat insulation layer.

また、別の態様において、SUSの厚さは1mm以上10mm以下であってもよい。   In another aspect, the thickness of SUS may be 1 mm or more and 10 mm or less.

また、別の態様において、断熱層は気孔を有し、断熱層における気孔の含有率は1%以上20%以下であってもよい。   In another embodiment, the heat insulating layer has pores, and the pore content in the heat insulating layer may be 1% or more and 20% or less.

また、別の態様において、発熱体を覆う絶縁体をさらに有し、断熱層の熱伝導率は、絶縁体の熱伝導率よりも低くてもよい。   Moreover, in another aspect, it may further have an insulator that covers the heating element, and the thermal conductivity of the heat insulating layer may be lower than the thermal conductivity of the insulator.

また、別の態様において、ヒータ部の上方に熱伝導率が熱拡散層をさらに有し、発熱体は、導電体及び導電体を覆う絶縁体を有し、熱拡散層の熱伝導率は、絶縁体の熱伝導率よりも高くてもよい。   In another aspect, the thermal conductivity further has a thermal diffusion layer above the heater portion, the heating element has an electrical conductor and an insulator covering the electrical conductor, and the thermal conductivity of the thermal diffusion layer is It may be higher than the thermal conductivity of the insulator.

また、別の態様において、基材の熱伝導率は、100W/mK以上であってもよい。   In another aspect, the substrate may have a thermal conductivity of 100 W / mK or more.

また、別の態様において、基材は、ガス流路を有してもよい。   In another aspect, the substrate may have a gas flow path.

本発明に係るヒータユニットによれば、温度の面内均一性が高い半導体製造装置を提供することができる。   The heater unit according to the present invention can provide a semiconductor manufacturing apparatus with high in-plane temperature uniformity.

本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。It is a top view which shows the whole structure of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。It is sectional drawing of the heater unit which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の厚さとステージ表面の到達温度どの関係を示す図である。It is a figure which shows what relationship the thickness of the heat insulation layer in the heater unit which concerns on one Example of this invention, and the ultimate temperature of a stage surface. 本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の熱伝導率とステージ表面の到達温度どの関係を示す図である。It is a figure which shows which thermal temperature of the heat insulation layer in the heater unit which concerns on one Example of this invention, and the ultimate temperature of a stage surface. 本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の電子顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the electron microscope image of the heat insulation layer in the heater unit which concerns on one Example of this invention.

以下、図面を参照して本発明に係るヒータユニットについて説明する。但し、本発明のヒータユニットは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上方又は下方はそれぞれヒータユニットの使用時(装置装着時)における向きを示す。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。   Hereinafter, a heater unit according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the heater unit of the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments described below. Note that in the drawings referred to in this embodiment, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted. Further, for convenience of explanation, the description will be made using the terms “upper” or “lower”, and the upper and lower parts respectively indicate directions when the heater unit is used (when the apparatus is mounted). In addition, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, and the like of each part in comparison with actual aspects for the sake of clarity of explanation, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is not limited. It is not limited.

〈第1実施形態〉
図1及び図2を用いて、本発明の第1実施形態に係るヒータユニットの全体構成について説明する。本発明の第1実施形態に係るヒータユニットは、加熱機構及び冷却機構を有する。また、第1実施形態に係るヒータユニットは、CVD装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第1実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱及び冷却する必要がある装置に対して使用することができる。
<First Embodiment>
The overall configuration of the heater unit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The heater unit according to the first embodiment of the present invention has a heating mechanism and a cooling mechanism. The heater unit according to the first embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like. However, the heater unit according to the first embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat and cool the substrate.

[ヒータユニット10の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの全体構成を示す上面図である。図2は、図1のA−A’断面図である。図1及び図2に示すように、第1実施形態に係るヒータユニット10は、プレート部100及びシャフト200を有する。
[Configuration of Heater Unit 10]
FIG. 1 is a top view showing an overall configuration of a heater unit according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the heater unit 10 according to the first embodiment includes a plate portion 100 and a shaft 200.

図2を参照すると、プレート部100は、第1基材110、第2基材120、断熱層130、発熱体140、第1絶縁層150及び第2絶縁層160を有する。第1基材110にはソース連結孔117及びドレイン連結孔119が設けられている。第2基材120は第1基材110上に配置され、第1基材110との間に第1流路115が設けられている。ここで、第1基材110及び第2基材120を基材310として換言すると、第1流路115は基材310に設けられている、ということができる。図2では、上面が平坦な第1基材110と下面に凹部が設けられた第2基材120とを接合することで第1流路115が形成されている。断熱層130は第2基材120の上方に配置されている。ここで、第1流路115はソース連結孔117に接続されたソース111及びドレイン連結孔119に接続されたドレイン113を含む。また、第1流路115には冷却用の流体が供給される。冷却用の流体としては、冷却水、冷却オイル、ゲル状の流体などを使用することができる。   Referring to FIG. 2, the plate unit 100 includes a first base material 110, a second base material 120, a heat insulating layer 130, a heating element 140, a first insulating layer 150, and a second insulating layer 160. The first base 110 is provided with a source connection hole 117 and a drain connection hole 119. The second substrate 120 is disposed on the first substrate 110, and the first flow path 115 is provided between the second substrate 120 and the first substrate 110. Here, in other words, the first base material 110 and the second base material 120 are referred to as the base material 310, and it can be said that the first flow path 115 is provided in the base material 310. In FIG. 2, the 1st flow path 115 is formed by joining the 1st base material 110 with a flat upper surface, and the 2nd base material 120 by which the recessed part was provided in the lower surface. The heat insulating layer 130 is disposed above the second base material 120. Here, the first flow path 115 includes a source 111 connected to the source connection hole 117 and a drain 113 connected to the drain connection hole 119. In addition, a cooling fluid is supplied to the first flow path 115. As the cooling fluid, cooling water, cooling oil, gel fluid, or the like can be used.

第1絶縁層150は断熱層130の上方に配置されており、第2絶縁層160は第1絶縁層150の上方に配置されており、発熱体140は第1絶縁層150と第2絶縁層160との間に配置されている。ここで、発熱体140、第1絶縁層150、及び第2絶縁層160をヒータ部320として換言すると、発熱体140は絶縁体320(第1絶縁層150及び第2絶縁層160)に覆われている、ということができる。図2では、上面が平坦な第1絶縁層150と下面に凹部が設けられた第2絶縁層160とによって発熱体140が覆われている。   The first insulating layer 150 is disposed above the heat insulating layer 130, the second insulating layer 160 is disposed above the first insulating layer 150, and the heating element 140 includes the first insulating layer 150 and the second insulating layer. 160. Here, in other words, the heating element 140, the first insulating layer 150, and the second insulating layer 160 are referred to as the heater part 320. The heating element 140 is covered with the insulator 320 (the first insulating layer 150 and the second insulating layer 160). It can be said that. In FIG. 2, the heating element 140 is covered with a first insulating layer 150 having a flat upper surface and a second insulating layer 160 having a recess on the lower surface.

上記の構造を換言すると、ヒータユニット10は、第1流路115を有する基材310と、基材310の上方に配置され、発熱体140を有するヒータ部320と、基材310とヒータ部320との間に配置された断熱層130と、を有する、ということもできる。   In other words, the heater unit 10 includes the base material 310 having the first flow path 115, the heater unit 320 disposed above the base material 310 and having the heating element 140, and the base material 310 and the heater unit 320. It can also be said that the heat insulating layer 130 is disposed between the two.

シャフト200にはソース管211及びドレイン管213が設けられている。ソース管211はソース連結孔117を介してソース111に接続され、ドレイン管213はドレイン連結孔119を介してドレイン113に接続される。   The shaft 200 is provided with a source tube 211 and a drain tube 213. The source tube 211 is connected to the source 111 through the source connection hole 117, and the drain tube 213 is connected to the drain 113 through the drain connection hole 119.

図1を参照すると、第1流路115が折り返し部115−1、115−2において角を有する形状で折り返しされているが、この形状に限定されない。例えば、第1流路115が折り返し部115−1、115−2において湾曲する形状(R形状)で折り返しされてもよい。なお、第1流路115の上面視における形状は、図1に示す形状に限定されず、他の形状を有していればよい。例えば、第1流路115は渦巻き状であってもよい。第1流路115が渦巻き状の場合、ソース111がプレート部100の中央付近に設けられ、ドレイン113がプレート部100の外周付近に設けられてもよい。   Referring to FIG. 1, the first flow path 115 is folded in a shape having corners in the folded portions 115-1 and 115-2, but is not limited to this shape. For example, the first flow path 115 may be folded back in a curved shape (R shape) at the folded portions 115-1 and 115-2. Note that the shape of the first channel 115 in a top view is not limited to the shape illustrated in FIG. 1, and may have another shape. For example, the first flow path 115 may be spiral. When the first flow path 115 is spiral, the source 111 may be provided near the center of the plate unit 100, and the drain 113 may be provided near the outer periphery of the plate unit 100.

図2では、第1基材110の平坦な上面と第2基材120の下面の凹部とによって第1流路115が形成された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第1基材110の上面に凹部が設けられ、第2基材120の下面が平坦であってもよい。又は、第1基材110の上面及び第2基材120の下面の両方に凹部が設けられていてもよい。又は第2基材120の内部に第1流路115が設けられていてもよい。第2基材120の内部に流路が設けられている場合は、第1基材110を省略することができる。   Although FIG. 2 illustrates the structure in which the first flow path 115 is formed by the flat upper surface of the first base material 110 and the recesses on the lower surface of the second base material 120, the structure is not limited to this. For example, a recess may be provided on the upper surface of the first base material 110, and the lower surface of the second base material 120 may be flat. Or the recessed part may be provided in both the upper surface of the 1st base material 110, and the lower surface of the 2nd base material 120. FIG. Alternatively, the first flow path 115 may be provided inside the second base material 120. When the flow path is provided inside the second base material 120, the first base material 110 can be omitted.

また、図2では、第1絶縁層150及び第2絶縁層160によって発熱体140が挟持された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第1絶縁層150の内部に発熱体140が埋め込まれていてもよい。   2 illustrates a structure in which the heating element 140 is sandwiched between the first insulating layer 150 and the second insulating layer 160, the present invention is not limited to this structure. For example, the heating element 140 may be embedded in the first insulating layer 150.

また、図2では、第2基材120と断熱層130とが接している構造を例示したが、第2基材120と断熱層130との間に他の層が配置されていてもよい。この場合、他の層にはパターンが形成されていてもよく、パターンが形成されていなくてもよい。同様に、図2では、断熱層130と第1絶縁層150とが接している構造を例示したが、断熱層130と第1絶縁層150との間に他の層が配置されていてもよい。   2 illustrates the structure in which the second base 120 and the heat insulation layer 130 are in contact with each other, other layers may be disposed between the second base 120 and the heat insulation layer 130. In this case, the pattern may be formed in the other layer, and the pattern may not be formed. Similarly, in FIG. 2, the structure in which the heat insulating layer 130 and the first insulating layer 150 are in contact with each other is illustrated, but another layer may be disposed between the heat insulating layer 130 and the first insulating layer 150. .

[ヒータユニット10の各構成部品の材料]
第1基材110及び第2基材120としては、金属基材又は半導体基材を用いることができる。金属基材としては、アルミニウム(Al)基材、チタン(Ti)基材などを用いることができる。半導体基材としては、シリコン(Si)基材、シリコンカーバイト(SiC)基材、ガリウムナイトライド(GaN)基材などを用いることができる。ここで、上記の基材の熱伝導率は、Alが約236W/mK、Tiが約21.9W/mK、Siが約168W/mK、SiCが約100W/mK、GaNが約168W/mKである。第1基材110及び第2基材120は、同じ材料であってもよく異なる材料であってもよい。第1基材110及び第2基材120の熱伝導率は、好ましくは100W/mK以上であるとよい。本実施形態では、第1基材110及び第2基材120としてAlを用いている。
[Material of each component of heater unit 10]
As the first substrate 110 and the second substrate 120, a metal substrate or a semiconductor substrate can be used. As the metal substrate, an aluminum (Al) substrate, a titanium (Ti) substrate, or the like can be used. As the semiconductor substrate, a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, or the like can be used. Here, the thermal conductivity of the substrate is about 236 W / mK for Al, about 21.9 W / mK for Ti, about 168 W / mK for Si, about 100 W / mK for SiC, and about 168 W / mK for GaN. is there. The first base material 110 and the second base material 120 may be the same material or different materials. The thermal conductivity of the first base material 110 and the second base material 120 is preferably 100 W / mK or more. In the present embodiment, Al is used as the first base material 110 and the second base material 120.

断熱層130は、少なくとも第2基材120よりも熱伝導率が低くてもよい。さらに、断熱層130は第1基材110より熱伝導率が低くてもよい。また、断熱層130は少なくとも第1絶縁層150よりも熱伝導率が低くてもよい。さらに、断熱層130は第2絶縁層160よりも熱伝導率が低くてもよい。断熱層130の熱伝導率は、ヒータユニット10の上面(第2絶縁層160表面)の温度が100℃に達するように設計される。例えば、断熱層130の熱伝導率は21W/mK以下とすることができる。   The heat insulating layer 130 may have a thermal conductivity lower than at least the second base material 120. Further, the heat insulating layer 130 may have a lower thermal conductivity than the first base material 110. The heat insulating layer 130 may have a lower thermal conductivity than at least the first insulating layer 150. Further, the heat insulating layer 130 may have a lower thermal conductivity than the second insulating layer 160. The thermal conductivity of the heat insulating layer 130 is designed so that the temperature of the upper surface (the surface of the second insulating layer 160) of the heater unit 10 reaches 100 ° C. For example, the heat conductivity of the heat insulation layer 130 can be 21 W / mK or less.

断熱層130としては、SUS、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)などを用いることができる。断熱層130は第2基材120よりも熱伝導率が低い材料であればよく、第2基材120に用いられる材料の熱伝導率に応じて適宜選択することができる。ここで、上記の材料の熱伝導率は、SUSが約16.7W/mK、SiO2が約1.4W/mK、SiNが約20.0W/mKである。また、断熱層130は第1絶縁層150よりも熱伝導率が低い材料であればよく、第1絶縁層150に用いられる材料の熱伝導率に応じて適宜選択することができる。本実施形態では、断熱層130としてSUSを用いている。 As the heat insulating layer 130, SUS, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), or the like can be used. The heat insulation layer 130 should just be a material whose heat conductivity is lower than the 2nd base material 120, and can be suitably selected according to the heat conductivity of the material used for the 2nd base material 120. Here, the thermal conductivity of the above materials is about 16.7 W / mK for SUS, about 1.4 W / mK for SiO 2 , and about 20.0 W / mK for SiN. Moreover, the heat insulation layer 130 should just be a material whose heat conductivity is lower than the 1st insulating layer 150, and can be suitably selected according to the heat conductivity of the material used for the 1st insulating layer 150. In the present embodiment, SUS is used as the heat insulating layer 130.

断熱層130としてSUSを用いた場合、SUSの厚さは1mm以上10mm以下とすることができる。また、熱伝導率が低い断熱層130を実現するために、断熱層130が気孔を有していてもよい。換言すると、断熱層130は多孔質(ポーラス)な材料であってもよい。断熱層130としてポーラスな材料を用いる場合、気孔の含有率が1%以上20%以下の断熱層130を用いることができる。好ましくは断熱層130の気孔の含有率は10%以上20%以下であるとよい。ここで、例えば断熱層130としてポーラスなSUSを用いた場合、SUSの熱伝導率は上記の値(SUSのバルク特性値)よりも小さくなる。具体的には、ポーラスなSUSの熱伝導率は2W/mK以上17W/mK以下である。なお、上記の熱伝導率はレーザフラッシュ法によって測定された25℃のときの値である。   When SUS is used as the heat insulating layer 130, the thickness of the SUS can be 1 mm or more and 10 mm or less. Moreover, in order to implement | achieve the heat insulation layer 130 with low heat conductivity, the heat insulation layer 130 may have a pore. In other words, the heat insulating layer 130 may be a porous material. When a porous material is used as the heat insulating layer 130, the heat insulating layer 130 having a pore content of 1% to 20% can be used. Preferably, the pore content of the heat insulating layer 130 is 10% or more and 20% or less. Here, for example, when porous SUS is used as the heat insulating layer 130, the thermal conductivity of SUS becomes smaller than the above value (SUS bulk characteristic value). Specifically, the thermal conductivity of porous SUS is 2 W / mK or more and 17 W / mK or less. In addition, said heat conductivity is a value in the case of 25 degreeC measured by the laser flash method.

断熱層130として、上記の熱伝導率以外にも、密着性が要求される。具体的には、室温と150℃とを交互に繰り返すサイクル試験において剥離しない程度の密着性が要求される。また、断熱層130には、発熱体140、第1絶縁層150、及び第2絶縁層160の形成工程に対する耐性が要求される。   The heat insulating layer 130 is required to have adhesiveness in addition to the above thermal conductivity. Specifically, the adhesiveness that does not peel is required in a cycle test in which room temperature and 150 ° C. are alternately repeated. Further, the heat insulating layer 130 is required to have resistance to the process of forming the heating element 140, the first insulating layer 150, and the second insulating layer 160.

ポーラスなSUSは、例えばコールドスプレー法で形成することができる。コールドスプレー法とは、材料を溶融またはガス化させることなく、不活性ガスと共に超音速流で固相状態のまま基材に衝突させて皮膜を形成する方法である。本実施形態では、SUSの厚さを調節するために、SUSをコールドスプレー法で形成した後に研削することで所望の厚さまで薄膜化した。SUSをコールドスプレー法で形成することで、上記に示すようなポーラスなSUSの層を実現することができる。コールドスプレー法の形成条件を調整することで、ポーラスなSUSの層に対する気孔の含有率を調整することができる。また、SUSはコールドスプレー法以外の方法で形成してもよい。   Porous SUS can be formed by, for example, a cold spray method. The cold spray method is a method of forming a film by colliding with a base material in a solid state in supersonic flow with an inert gas without melting or gasifying the material. In this embodiment, in order to adjust the thickness of SUS, after forming SUS by the cold spray method, it was thinned to a desired thickness by grinding. By forming SUS by a cold spray method, a porous SUS layer as described above can be realized. By adjusting the formation conditions of the cold spray method, the content of pores in the porous SUS layer can be adjusted. SUS may be formed by a method other than the cold spray method.

SUSの熱膨張係数と第2基材120の熱膨張係数との差が大きいと、第2基材120上にSUSを形成することが難しいが、コールドスプレー法で形成することによってその困難性を解消することができる。また、コールドスプレー法によって形成されたSUSは密着強度が高く、例えばアルミニウム基材よりも高い密着強度を得ることができる。また、コールドスプレー法によって容易にSUSを厚膜化することができる。   If the difference between the thermal expansion coefficient of SUS and the thermal expansion coefficient of the second base material 120 is large, it is difficult to form SUS on the second base material 120, but this difficulty is caused by forming by the cold spray method. Can be resolved. Further, SUS formed by the cold spray method has high adhesion strength, and for example, adhesion strength higher than that of an aluminum substrate can be obtained. Further, SUS can be easily thickened by a cold spray method.

上記では、ポーラスなSUSを形成するためにコールドスプレー法を用いてSUSを形成したが、コールドスプレー法以外にも、プラズマ溶射、フレーム溶射、アーク溶射、高速フレーム溶射(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel、又はHVAF:High Velocity Air Fuel)、ウォームスプレー等の方法で形成することができる。一方、気孔を有さない又は気孔の含有率が1%以下のSUSを形成する場合はスパッタリング法、ろう付け、及び拡散接合等の方法を用いることができる。   In the above, SUS was formed using a cold spray method in order to form a porous SUS. However, in addition to the cold spray method, plasma spraying, flame spraying, arc spraying, high-speed flame spraying (HVOF: High Velocity Oxygen Fuel, Alternatively, it can be formed by a method such as HVAF: High Velocity Air Fuel) or warm spray. On the other hand, when forming SUS having no pores or having a pore content of 1% or less, methods such as sputtering, brazing, and diffusion bonding can be used.

発熱体140は、電流によってジュール熱を発生する導電体を用いることができる。発熱体140としては、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)などの高融点金属を用いることができる。ただし、発熱体140は上記の高融点金属以外にも、鉄(Fe)、クロム(Cr)、及びAlを含む合金や、ニッケル(Ni)及びCrを含む合金や、SiC、モリブデンシリサイド、及びカーボン(C)などの非金属体を用いることができる。本実施形態では、発熱体140としてWを用いている。   As the heating element 140, a conductor that generates Joule heat by an electric current can be used. As the heating element 140, a refractory metal such as tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), or platinum (Pt) can be used. However, in addition to the above refractory metals, the heating element 140 may be an alloy containing iron (Fe), chromium (Cr), and Al, an alloy containing nickel (Ni) and Cr, SiC, molybdenum silicide, and carbon. A non-metallic body such as (C) can be used. In the present embodiment, W is used as the heating element 140.

第1絶縁層150及び第2絶縁層160は、発熱体140が他の部材と電気的に接続されることを抑制するために配置される。つまり、発熱体140を他の部材から十分に絶縁性させる材料を用いることができる。第1絶縁層150及び第2絶縁層160としては、Al23、窒化アルミニウム(AlN)、SiO2、SiNなどを用いることができる。ここで、Al23の熱伝導率は約30.0W/mK、AlNの熱伝導率は約285W/mKである。第1絶縁層150及び第2絶縁層160は、同じ材料であってもよく異なる材料であってもよい。本実施形態では、第1絶縁層150及び第2絶縁層160としてAl23を用いている。 The 1st insulating layer 150 and the 2nd insulating layer 160 are arrange | positioned in order to suppress that the heat generating body 140 is electrically connected with another member. That is, a material that sufficiently insulates the heating element 140 from other members can be used. As the first insulating layer 150 and the second insulating layer 160, Al 2 O 3 , aluminum nitride (AlN), SiO 2 , SiN, or the like can be used. Here, the thermal conductivity of Al 2 O 3 is about 30.0 W / mK, and the thermal conductivity of AlN is about 285 W / mK. The first insulating layer 150 and the second insulating layer 160 may be made of the same material or different materials. In the present embodiment, Al 2 O 3 is used as the first insulating layer 150 and the second insulating layer 160.

以上のように、第1実施形態のヒータユニット10によると、発熱体140と第2基材120との間に第2基材120よりも熱伝導率が低い断熱層130が配置されている。したがって、第1流路115に冷却水を流しながら発熱体140による加熱を行った場合に、冷却水によって発熱体140で発生した熱の一部が奪われることを抑制することができる。その結果、第1流路115の位置の影響を受けてヒータユニット10の加熱温度の面内均一性が悪化することを抑制することができる。また、ヒータユニット10の加熱による到達温度を従来よりも高くすることができる。   As described above, according to the heater unit 10 of the first embodiment, the heat insulating layer 130 having a lower thermal conductivity than the second base material 120 is disposed between the heating element 140 and the second base material 120. Therefore, when heating by the heating element 140 is performed while flowing the cooling water through the first flow path 115, it is possible to prevent a part of the heat generated in the heating element 140 from being taken away by the cooling water. As a result, it is possible to prevent the in-plane uniformity of the heating temperature of the heater unit 10 from being affected by the position of the first flow path 115. In addition, the ultimate temperature due to heating of the heater unit 10 can be made higher than in the prior art.

また、断熱層130にSUSを用いることで簡易的な方法で安価に熱伝導率が低い断熱層130を実現することができる。また、SUSの厚さを1mm以上10mm以下とすることで、断熱層130の断熱性をより向上させることができる。また、断熱層130が1%以上20%以下の気孔を有していることで、断熱層130に用いられる材料元来の熱伝導率よりもさらに低い熱伝導率を実現することができる。   In addition, by using SUS for the heat insulating layer 130, the heat insulating layer 130 having a low thermal conductivity can be realized at a low cost by a simple method. Moreover, the heat insulation of the heat insulation layer 130 can be improved more because the thickness of SUS shall be 1 mm or more and 10 mm or less. Further, since the heat insulating layer 130 has pores of 1% or more and 20% or less, it is possible to realize a thermal conductivity that is lower than the original heat conductivity of the material used for the heat insulating layer 130.

また、断熱層130の熱伝導率が第1絶縁層150の熱伝導率よりも低いことで、冷却水によって発熱体140で発生した熱の一部が奪われることをさらに抑制することができる。また、第2基材120の熱伝導率が100W/mK以上であることで、ヒータユニット10の加熱温度の面内均一性及び到達温度と冷却機能を両立させることができる。   In addition, since the thermal conductivity of the heat insulating layer 130 is lower than the thermal conductivity of the first insulating layer 150, it is possible to further suppress the removal of a part of the heat generated in the heating element 140 by the cooling water. Moreover, the thermal conductivity of the 2nd base material 120 is 100 W / mK or more, and it can make the in-plane uniformity and ultimate temperature of the heating temperature of the heater unit 10, and a cooling function compatible.

〈第2実施形態〉
図3を用いて、本発明の第2実施形態に係るヒータユニットの全体構成について説明する。本発明の第2実施形態に係るヒータユニットは、第1実施形態と同様に加熱機構及び冷却機構を有する。また、第2実施形態に係るヒータユニットは、CVD装置、スパッタ装置、蒸着装置、エッチング装置、プラズマ処理装置、測定装置、検査装置、及び顕微鏡等に使用することができる。ただし、第1実施形態に係るヒータユニットは上記の装置に使用するものに限定されず、基板を加熱又は冷却する必要がある装置に対して使用することができる。
Second Embodiment
The overall configuration of the heater unit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The heater unit according to the second embodiment of the present invention has a heating mechanism and a cooling mechanism as in the first embodiment. The heater unit according to the second embodiment can be used for a CVD apparatus, a sputtering apparatus, a vapor deposition apparatus, an etching apparatus, a plasma processing apparatus, a measurement apparatus, an inspection apparatus, a microscope, and the like. However, the heater unit according to the first embodiment is not limited to the one used in the above apparatus, and can be used for an apparatus that needs to heat or cool the substrate.

[ヒータユニット20の構成]
第2実施形態のヒータユニット20の上面図は第1実施形態のヒータユニット10と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、ヒータユニット20の断面図はヒータユニット10の断面図と類似しているため、ヒータユニット20の説明において、ヒータユニット10と同様の構造に関しては説明を省略し、主に相違点について説明する。
[Configuration of Heater Unit 20]
Since the top view of the heater unit 20 of the second embodiment is the same as that of the heater unit 10 of the first embodiment, the description thereof is omitted here. Further, since the sectional view of the heater unit 20 is similar to the sectional view of the heater unit 10, in the description of the heater unit 20, the description of the same structure as the heater unit 10 will be omitted, and the difference will be mainly described. .

図3は、本発明の一実施形態に係るヒータユニットの断面図である。図3に示すように、ヒータユニット20は、第3基材410、第4基材420、及び熱拡散層430を有する点において、ヒータユニット10とは相違する。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a heater unit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the heater unit 20 is different from the heater unit 10 in that it includes a third base material 410, a fourth base material 420, and a thermal diffusion layer 430.

第3基材410及び第4基材420は、第2基材120と断熱層130との間に配置され、第3基材410と第4基材420との間には冷却ガス又はプロセスガスの流路となる第2流路415が設けられている。図3では、上面が平坦な第3基材410と下面に凹部が設けられた第4基材420とを接合することで第2流路415が形成されている。熱拡散層430は第2絶縁層160の上方に配置されている。ここで、図示されていないが、第2流路415の一部は第3基材410、第2基材120、及び第1基材110に設けられた連結孔を介してシャフト200に設けられたガス配管に接続されている。   The third base material 410 and the fourth base material 420 are disposed between the second base material 120 and the heat insulating layer 130, and a cooling gas or a process gas is interposed between the third base material 410 and the fourth base material 420. A second flow path 415 serving as a flow path is provided. In FIG. 3, the 2nd flow path 415 is formed by joining the 3rd base material 410 with which the upper surface is flat, and the 4th base material 420 with which the lower surface was provided with the recessed part. The thermal diffusion layer 430 is disposed above the second insulating layer 160. Here, although not shown, a part of the second flow path 415 is provided in the shaft 200 via a connection hole provided in the third base material 410, the second base material 120, and the first base material 110. Connected to the gas pipe.

図3では、第3基材410の平坦な上面と第4基材420の下面の凹部とによって第2流路415が形成された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第3基材410の上面に凹部が設けられ、第4基材420の下面が平坦であってもよい。又は、第3基材410の上面及び第4基材420の下面の両方に凹部が設けられていてもよい。又は第4基材420の内部に第2流路415が設けられていてもよい。第4基材420の内部に流路が設けられている場合は、第3基材410を省略することができる。   Although FIG. 3 illustrates the structure in which the second flow path 415 is formed by the flat upper surface of the third base material 410 and the recesses on the lower surface of the fourth base material 420, the structure is not limited to this. For example, a recess may be provided on the upper surface of the third base material 410, and the lower surface of the fourth base material 420 may be flat. Or the recessed part may be provided in both the upper surface of the 3rd base material 410, and the lower surface of the 4th base material 420. FIG. Alternatively, the second flow path 415 may be provided inside the fourth base material 420. When the flow path is provided inside the fourth base material 420, the third base material 410 can be omitted.

[ヒータユニット20の各構成部品の材料]
第3基材410及び第4基材420としては、金属基材又は半導体基材を用いることができる。金属基材としては、Al基材、Ti基材などを用いることができる。半導体基材としては、Si基材、SiC基材、GaN基材などを用いることができる。第3基材410及び第4基材420は、同じ材料であってもよく異なる材料であってもよい。また、第3基材410及び第4基材420は第1基材110及び第2基材120と同じ材料であってもよく異なる材料であってもよい。本実施形態では、第3基材410及び第4基材420としてAl基材を用いている。
[Material of each component of heater unit 20]
As the third base material 410 and the fourth base material 420, a metal base material or a semiconductor base material can be used. As the metal substrate, an Al substrate, a Ti substrate, or the like can be used. As the semiconductor substrate, a Si substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, or the like can be used. The third base material 410 and the fourth base material 420 may be the same material or different materials. The third base material 410 and the fourth base material 420 may be the same material as the first base material 110 and the second base material 120 or may be different materials. In the present embodiment, Al base materials are used as the third base material 410 and the fourth base material 420.

熱拡散層430は、少なくとも第2絶縁層160よりも熱伝導率が高くてもよい。さらに、熱拡散層430は第1絶縁層150よりも熱伝導率が高くてもよい。熱拡散層430としては、Al、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの熱伝導率が高い材料を用いることができる。   The thermal diffusion layer 430 may have a higher thermal conductivity than at least the second insulating layer 160. Further, the thermal diffusion layer 430 may have a higher thermal conductivity than the first insulating layer 150. As the thermal diffusion layer 430, a material having high thermal conductivity such as Al, copper (Cu), silver (Ag), or gold (Au) can be used.

以上のように、第1実施形態のヒータユニット10によると、発熱体140の上方に熱拡散層430が設けられていることで、発熱体140で発生した熱は熱拡散層430の面方向に拡散される。その結果、ヒータユニット20の加熱温度の面内均一性が向上する。また、ヒータユニット20の加熱による到達温度を従来よりも高くすることができる。   As described above, according to the heater unit 10 of the first embodiment, the heat diffusion layer 430 is provided above the heating element 140, so that the heat generated by the heating element 140 is in the surface direction of the heat diffusion layer 430. Diffused. As a result, the in-plane uniformity of the heating temperature of the heater unit 20 is improved. Moreover, the ultimate temperature by heating of the heater unit 20 can be made higher than before.

また、第1流路115と断熱層130との間に第2流路415が設けられていることで、例えば、ヒータユニット20の加熱時には第2流路415に加熱ガスを流すことで、第1流路115に流れる冷却水によって発熱体140で発生した熱の一部が奪われることを抑制することができ、上記と同様の効果(面内均一性の向上及び到達温度の高温化)を得ることができる。一方、ヒータユニット20の冷却時には第2流路415に冷却ガスを流すことで、冷却効率を向上させることができる。   Further, since the second flow path 415 is provided between the first flow path 115 and the heat insulating layer 130, for example, when the heater unit 20 is heated, a heating gas is allowed to flow through the second flow path 415, thereby A portion of the heat generated in the heating element 140 can be prevented from being taken away by the cooling water flowing in the one flow path 115, and the same effect (improving in-plane uniformity and increasing the ultimate temperature) can be achieved. Can be obtained. On the other hand, when the heater unit 20 is cooled, the cooling efficiency can be improved by flowing the cooling gas through the second flow path 415.

以下、本発明の実施例1について図4及び図5を用いて具体的に説明する。実施例1では、断熱層130の厚さ又は熱伝導率に対するヒータユニット表面の到達温度の関係について調査した結果を説明する。ただし、本発明はこれらの実施例1のみに限定されるものではない。図4は、本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の厚さとステージ表面の到達温度どの関係を示す図である。図5は、本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の熱伝導率とステージ表面の到達温度との関係を示す図である。   Hereinafter, Example 1 of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 4 and 5. In Example 1, the result of investigating the relationship between the thickness of the heat insulating layer 130 or the ultimate temperature of the heater unit surface with respect to the thermal conductivity will be described. However, the present invention is not limited to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the heat insulating layer and the temperature reached on the stage surface in the heater unit according to one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thermal conductivity of the heat insulating layer and the ultimate temperature of the stage surface in the heater unit according to one embodiment of the present invention.

図4及び図5に示す結果は、計算によって得られたシミュレーション結果である。計算に用いられた解析モデルについて、以下に説明する。解析モデル構造は図2に示す構造を想定して設計されており、冷却流路、Al層、断熱層、発熱体、及びAl23層が下から順に積み上げられた構造である。ここでは、上記の構造体をヒータユニットという。 The results shown in FIGS. 4 and 5 are simulation results obtained by calculation. The analysis model used for the calculation will be described below. The analysis model structure is designed assuming the structure shown in FIG. 2, and is a structure in which a cooling channel, an Al layer, a heat insulating layer, a heating element, and an Al 2 O 3 layer are stacked in order from the bottom. Here, the above structure is referred to as a heater unit.

上記の構造体において、各層の界面は完全結合されている。最上層のAl23層は20℃に設定された大気と接しており、表面の輻射率を0.5に設定した。発熱体にはW(特性値:20℃)を採用し、熱流速を900mW/mm2に固定した。また、冷却流路とAl層との境界条件を20℃に設定した。なお、Al層、Al23層については、バルク特性値を採用した。上記の解析モデルを用いて、Al23層表面における到達温度を計算によって求めた。 In the above structure, the interface of each layer is completely bonded. The uppermost Al 2 O 3 layer was in contact with the atmosphere set at 20 ° C., and the surface emissivity was set to 0.5. W (characteristic value: 20 ° C.) was adopted as the heating element, and the heat flow rate was fixed at 900 mW / mm 2 . The boundary condition between the cooling flow path and the Al layer was set to 20 ° C. Incidentally, Al layer, for the Al 2 O 3 layer, was adopted bulk property value. Using the above analysis model, the temperature reached on the surface of the Al 2 O 3 layer was obtained by calculation.

図4に示すシミュレーション結果の解析モデルでは、断熱層の熱伝導率を17W/mKに固定して断熱層の厚さを変化させた。また、図5に示すシミュレーション結果の解析モデルでは、断熱層の厚さを1mmに固定して断熱層の熱伝導率を変化させた。   In the simulation model of the simulation result shown in FIG. 4, the thermal conductivity of the heat insulation layer was fixed at 17 W / mK, and the thickness of the heat insulation layer was changed. In the analysis model of the simulation result shown in FIG. 5, the heat conductivity of the heat insulating layer was changed by fixing the thickness of the heat insulating layer to 1 mm.

図4に示すように、ヒータユニットの到達温度は断熱層の厚さの増加に伴い高温になる傾向が確認された。到達温度の断熱層の厚さに対する変化は線形な変化であることが確認される。図5に示すように、ヒータユニットの到達温度は断熱層の熱伝導率の増加に伴い低温になる傾向が確認された。到達温度の断熱層の熱伝導率に対する変化は指数関数的な変化であることが確認される。   As shown in FIG. 4, it was confirmed that the ultimate temperature of the heater unit tends to become high as the thickness of the heat insulating layer increases. It is confirmed that the change of the reached temperature with respect to the thickness of the heat insulating layer is a linear change. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the temperature reached by the heater unit tended to become low as the thermal conductivity of the heat insulating layer increased. It is confirmed that the change of the ultimate temperature with respect to the thermal conductivity of the heat insulating layer is an exponential change.

ここで、ヒータユニットに要求される到達温度として、基板の表面に付着した水分を蒸発させるために100℃以上であることが要求される。このような場合、図4の結果からは、断熱層の厚さは少なくとも1.57mm以上にする必要があることが判る(断熱層の熱伝導率が17W/mKの場合)。また、図5の結果からは、断熱層の熱伝導率は少なくとも25W/mK以下にする必要があることが判る(断熱層の厚さが1mmの場合)。   Here, the ultimate temperature required for the heater unit is required to be 100 ° C. or higher in order to evaporate water adhering to the surface of the substrate. In such a case, the result of FIG. 4 shows that the thickness of the heat insulation layer needs to be at least 1.57 mm or more (when the heat conductivity of the heat insulation layer is 17 W / mK). Moreover, it turns out from the result of FIG. 5 that the heat conductivity of a heat insulation layer needs to be at least 25 W / mK or less (when the thickness of a heat insulation layer is 1 mm).

以上のように、実施例1によれば、例えばヒータユニットの到達温度を100℃以上にするためには、断熱層の熱伝導率が17W/mKの場合は1.57mm以上の厚さが必要であることが判明した。また、上記の到達温度を達成するためには、断熱層の厚さが1mmの場合は、熱伝導率を25W/mK以下にする必要があることが判明した。   As described above, according to Example 1, for example, in order to make the ultimate temperature of the heater unit 100 ° C. or higher, a thickness of 1.57 mm or more is necessary when the thermal conductivity of the heat insulating layer is 17 W / mK. It turned out to be. Moreover, in order to achieve said ultimate temperature, when the thickness of the heat insulation layer was 1 mm, it became clear that it was necessary to make heat conductivity 25 W / mK or less.

以下、本発明の実施例2について図6を用いて具体的に説明する。実施例2では、断熱層としてコールドスプレー法によって形成されたポーラスなSUSの構造を観察した結果を説明する。図6は、本発明の一実施例に係るヒータユニットにおける断熱層の電子顕微鏡像を示す図である。図6には、条件の異なるコールドスプレー法によって形成された3種類のSUSの電子顕微鏡像を示した。   Hereinafter, Example 2 of the present invention will be specifically described with reference to FIG. In Example 2, the result of observing the structure of porous SUS formed by a cold spray method as a heat insulating layer will be described. FIG. 6 is a diagram showing an electron microscope image of the heat insulating layer in the heater unit according to one embodiment of the present invention. FIG. 6 shows electron microscope images of three types of SUS formed by the cold spray method under different conditions.

図6に示す電子顕微鏡像において、明るく見える場所(明部610)はSUSであり、暗く見える場所(暗部620)は気孔である。図6に示すように、コールドスプレー法によって形成されたSUSには数10μmから数100μmサイズの気孔が形成されていることが確認された。ここで、図6の電子顕微鏡像に対する気孔の存在比率は、(a)のSUSで約16.3%、(b)のSUSで約11.8%、(c)のSUSで約12.6%である。コールドスプレー法の条件を変えて形成したSUSで評価した結果、断熱層における気孔の含有率が1%以上20%以下の場合に、良好な断熱効果が得られることが確認されている。特に、断熱層が10%以上20%以下の気孔を含有していると、さらに良好な断熱効果を得ることができる。   In the electron microscope image shown in FIG. 6, a bright place (bright part 610) is SUS, and a dark place (dark part 620) is a pore. As shown in FIG. 6, it was confirmed that pores having a size of several tens of μm to several hundreds of μm were formed in SUS formed by the cold spray method. Here, the abundance ratio of the pores with respect to the electron microscope image of FIG. 6 is about 16.3% for SUS of (a), about 11.8% for SUS of (b), and about 12.6 for SUS of (c). %. As a result of evaluation by SUS formed by changing the conditions of the cold spray method, it has been confirmed that a good heat insulating effect can be obtained when the pore content in the heat insulating layer is 1% or more and 20% or less. In particular, when the heat insulating layer contains pores of 10% or more and 20% or less, a further better heat insulating effect can be obtained.

以上のように、実施例2によれば、SUSが気孔を有していることで、SUSのバルク特性に比べて低い熱伝導率を得ることができることが判明した。また、SUSが気孔を有していることで、第2基材120と断熱層130との間の界面応力、又は断熱層130と第1絶縁層150との間の界面応力を緩和することができる。   As described above, according to Example 2, it has been found that SUS has pores, so that it is possible to obtain a lower thermal conductivity than the bulk properties of SUS. In addition, since SUS has pores, the interface stress between the second base material 120 and the heat insulating layer 130 or the interface stress between the heat insulating layer 130 and the first insulating layer 150 can be relieved. it can.

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

10、20:ヒータユニット
100:プレート部
110:第1基材
111:ソース
113:ドレイン
115:第1流路
115−1、115−2:折り返し部
117:ソース連結孔
119:ドレイン連結孔
120:第2基材
130:断熱層
140:発熱体
150:第1絶縁層
160:第2絶縁層
200:シャフト部
211:ソース管
213:ドレイン管
310:基材
320:ヒータ部
410:第3基材
415:第2流路
420:第4基材
430:熱拡散層
10, 20: heater unit 100: plate portion 110: first base material 111: source 113: drain 115: first flow path 115-1, 115-2: folded portion 117: source connection hole 119: drain connection hole 120: 2nd base material 130: heat insulation layer 140: heating element 150: 1st insulating layer 160: 2nd insulating layer 200: shaft part 211: source pipe 213: drain pipe 310: base material 320: heater part 410: 3rd base material 415: 2nd flow path 420: 4th base material 430: Thermal diffusion layer

Claims (9)

冷却流路を有する基材と、
前記基材の上方に配置され、発熱体を有するヒータ部と、
前記基材と前記ヒータ部との間に配置された断熱層と、
を有することを特徴とするヒータユニット。
A substrate having a cooling channel;
A heater part disposed above the substrate and having a heating element;
A heat insulating layer disposed between the substrate and the heater portion;
A heater unit comprising:
前記断熱層の熱伝導率は、前記基材の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。   The heater unit according to claim 1, wherein the heat conductivity of the heat insulation layer is lower than the heat conductivity of the base material. 前記断熱層は、SUSであることを特徴とする請求項2に記載のヒータユニット。   The heater unit according to claim 2, wherein the heat insulating layer is SUS. 前記SUSの厚さは1mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項3に記載のヒータユニット。   The heater unit according to claim 3, wherein the thickness of the SUS is 1 mm or more and 10 mm or less. 前記断熱層は気孔を有し、
前記断熱層における前記気孔の含有率は1%以上20%以下であることを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。
The thermal insulation layer has pores;
2. The heater unit according to claim 1, wherein a content ratio of the pores in the heat insulating layer is 1% or more and 20% or less.
前記発熱体を覆う絶縁体をさらに有し、
前記断熱層の熱伝導率は、前記絶縁体の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。
Further comprising an insulator covering the heating element;
The heater unit according to claim 1, wherein the heat conductivity of the heat insulation layer is lower than the heat conductivity of the insulator.
前記ヒータ部の上方に熱伝導率が熱拡散層をさらに有し、
前記発熱体は、導電体及び前記導電体を覆う絶縁体を有し、
前記熱拡散層の熱伝導率は、前記絶縁体の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。
The thermal conductivity further has a thermal diffusion layer above the heater part,
The heating element has a conductor and an insulator covering the conductor,
2. The heater unit according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the thermal diffusion layer is higher than a thermal conductivity of the insulator.
前記基材の熱伝導率は、100W/mK以上であることを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。   The heater unit according to claim 1, wherein the base material has a thermal conductivity of 100 W / mK or more. 前記基材は、ガス流路を有することを特徴とする請求項1に記載のヒータユニット。   The heater unit according to claim 1, wherein the substrate has a gas flow path.
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