CN102646614A - 冷却机构、处理室、处理室内部件和冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷却机构和冷却方法，其能够减少真空汽化冷却所必要的热介质，并高效地冷却被冷却部件。该冷却机构，是将被冷却部件的温度冷却到目标温度的冷却机构(6)，其包括：与上述被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室(60)；向减压室(60)的内表面喷雾上述目标温度以下的液相的热介质的喷雾部(64)；产生用于使从喷雾部(64)喷雾的热介质附着于减压室(60)的内表面的电场的电场产生部(68)；和为了使减压室(60)的内压成为在上述目标温度时的上述热介质的饱和蒸气压以下，而对减压室(60)进行排气的排气部。
Description
技术领域
本发明涉及以使被冷却部件的温度冷却并维持在目标温度的方式进行控制的冷却机构和冷却方法，以及构成该冷却机构的处理室和处理室内部件。
背景技术
在半导体制造装置中，经常为了对作为被处理体的半导体晶片实施蚀刻等的处理而使用等离子体，但由于该等离子体，有可能半导体晶片和处理室内壁面被不必要地加热而成为高温。此外，还使用在处理半导体晶片时需要高温的半导体制造装置，但即使是这样的装置，也因在处理后的搬送等其他的处理而有进行冷却的必要。因此，半导体制造装置具备冷却半导体晶片、处理室壁面、高温部件等的冷却机构。冷却机构，例如通过使冷却用的液体(以下，称作热介质(heatingmedium))循环于形成在载置有半导体晶片的载置台的内部的流路的方式进行冷却(例如，专利文献1、2)。使热介质循环的冷却方式称作强制对流传热方式。
然而，在强制对流传热方式的冷却中，由于流路传热特性存在一定的限度，因此存在半导体晶片等的均一的冷却较困难且温度控制的响应性较差的问题。当然，可以考虑增大热介质与冷却部之间的热交换量，在流路内设置散热片等使流路传热特性上升，但由于流路传热特性与压力损失呈相反的关系，因此当流路传热特性上升时，流路的压力损失变大，产生送出热介质的泵的消费能量增大的问题。相反，当为了实现节约能源而使压力损失降低时，热介质的输入侧和输出侧的温度差变大，流路传热特性下降，半导体晶片的均一的冷却变得困难。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-44176号公报
专利文献2：日本特开平7-235588号公报
发明内容
发明要解决的课题
为了解决上述问题，本发明的发明者设计的冷却机构是：通过以将液相的热介质喷至形成在载置台的减压室的内表面(内部侧壁面、内部顶面、内部底面)中的要进行冷却的部分，引发该内表面的热介质的相变的方式控制减压室内的压力，与现有技术中的冷却方法相比，能够实现半导体晶片的均一的冷却、高传热、高响应性、节能化。像这样利用热介质的相变的冷却方式，称作相变传热方式或者真空汽化冷却方式。
然而，在进行实验时发现如下问题：在单纯地向低压的减压室的内表面喷出热介质的结构中，由于不存在积极地向减压室的内表面引导热介质的机构，因此只能任由热介质偶发地附着于内表面，因而液相的热介质很难附着于内表面，必须向减压室内供给比理论上需要的热介质的量更多的热介质。
此外，虽然只要增加热介质的量就有可能使液相的热介质附着于减压室的内表面，但在陷入不能够充分地将供至减压室内的大量的热介质进行抽真空的状态下，存在的问题是：附着在减压室的内表面的热介质变得难以发生相变，而不能够有效地冷却载置台。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于：提供通过使用电场将被喷雾在对被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室内的热介质引至该减压室的内表面，能够减少真空汽化冷却所需要的热介质量，高效地冷却被冷却部件的冷却机构和冷却方法，以及构成该冷却机构的处理室和处理室内部件。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的冷却机构，其将被冷却部件的温度冷却到目标温度，该冷却机构的特征在于，包括：减压室，其与上述被冷却部件以能够传热的方式连接；喷雾部，其向该减压室的内表面喷雾上述目标温度以下的液相的热介质；电场产生部，其产生用于使从该喷雾部喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场；和排气部，其为了使上述减压室的内压变为上述目标温度时的上述热介质的饱和蒸气压以下，而对上述减压室进行排气。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述喷雾部，具有用于将上述热介质喷雾到上述减压室的喷嘴，利用该喷嘴与上述热介质的摩擦来使该热介质带电。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：具备向上述喷雾部施加电压的电压施加部。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述减压室形成在上述被冷却部件的内部。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述减压室配置在上述被冷却部件的外部，且上述减压室与被冷却部件接触。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述被冷却部件是对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述被冷却部件是配置在对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室内的处理室内部件。
本发明所涉及的冷却机构的特征在于：上述处理室内部件是用于在上述处理室内载置基板的载置台。
本发明所涉及的冷却机构，其将被冷却部件的温度冷却到目标温度，该冷却机构的特征在于，具备：减压室，其与上述被冷却部件以能够传热的方式连接；喷雾部，其向该减压室的内表面喷雾上述目标温度以下的液相的热介质；电场产生部，其产生用于使从该喷雾部喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场；检测上述被冷却部件的温度的被冷却部件温度检测部；和排气部，其为了使利用该被冷却温度检测部检测的温度变为目标温度，而对上述减压室进行排气。
本发明所涉及的处理室，其用于对基板进行规定的处理，该处理室的特征在于，包括：在壁内形成的减压室；喷雾部，其向该减压室的内表面喷雾目标温度以下的液相的热介质；和电场产生部，其产生用于使从该喷雾部喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场。
本发明所涉及的处理室内部件，其应配置于对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室内，该处理室内部件的特征在于，包括：形成在内部的减压室；喷雾部，其向该减压室的内表面喷雾目标温度以下的液相的热介质；和电场产生部，其产生用于使从该喷雾部喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场。
本发明所涉及的冷却方法，其使用与被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室，将该被冷却部件的温度冷却到目标温度，该冷却方法的特征在于，包括：向上述减压室的内表面喷雾上述目标温度以下的液相的热介质的步骤；产生用于使被喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场发生的步骤；和为了使上述减压室的内压成为在上述目标温度时的上述热介质的饱和蒸气压以下，而对上述减压室进行排气的步骤。
本发明所涉及的冷却方法的特征在于：在对上述减压室进行排气的步骤中，为了使上述减压室的内压与上述目标温度时的上述热介质的饱和蒸气压相等，而对上述减压室进行排气。
本发明所涉及的冷却方法，其使用与被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室，将该被冷却部件的温度冷却到目标温度，该冷却方法的特征在于，具有：向上述减压室的内表面喷雾上述目标温度以下的液相的热介质的步骤；产生用于使被喷雾的热介质附着于上述减压室的内表面的电场发生的步骤；检测上述被冷却部件的温度的步骤；和为了使被检测的温度成为目标温度而对上述减压室进行排气的步骤。
在本发明中，冷却用的减压室与被冷却部件以能够传热的方式连接。在减压室的内表面即被冷却面喷雾目标温度以下的液相的热介质。使用电场产生部发生的电场，使被喷雾的热介质吸引并附着到减压室的内表面。排气部，为了使减压室的内压变为目标温度下的热介质的饱和蒸气压以下或者与该饱和蒸气压相等，而对所述减压室进行排气。因此，附着于减压室的内表面之前的热介质是液相，由于附着于内表面的热介质上升到超过目标温度，因此相变为气相。
因此，通过热介质的潜热能够冷却被冷却部件。此外，通过库仑力，能够使热介质有效地附着于减压室的内表面。因此，与仅喷出热介质的结构相比较，能够减少真空汽化冷却所需要的热介质。并且，与仅喷出热介质的结构相比较，由于没有必要喷雾多余的热介质，因此能够对减压室充分地进行减压，而能够有效地冷却被冷却部件。并且，由于能够减少热介质的输出量，因此也能够减少输出热介质的泵的消费能量。
另外，本发明所涉及的冷却方法，包括喷雾液相的热介质的步骤、发生电场的步骤和对减压室进行排气的步骤，各步骤可以按照任意的步骤实行，也可以大致同时地实行。
在本发明中，利用喷雾部的喷嘴与热介质的摩擦，使热介质带电。被喷雾并带电的热介质的粒子，通过库仑力相互排斥，因此以微小的粒子状的原样吸引并附着到减压室的内表面。即，在被喷雾的热介质不带电的情况下，热介质的粒子通过表面张力而聚合，变得难以到达减压室的内表面，但当热介质带电时，能够防止热介质粒子的聚合。因此，能够有效地使热介质附着于减压室的内表面。
在本发明中，通过电压施加部，在喷雾部施加电压，因此能够使热介质带电。通过使热介质带电而得到的作用如上所述。
在本发明中，减压室形成在被冷却部件的内部。因此，能够有效地冷却被冷却部件。此外，能够使冷却机构小型化。
在本发明中，减压室配置在被冷却部件的外部，减压室与被冷却部件通过接触，而以能够传热的方式连接。因此，能够冷却难以在内部形成减压室的被冷却部件。
在本发明中，冷却在基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室。
在本发明中，冷却配置在对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室内的处理室内部件。
在本发明中，冷却在基板处理装置的处理室内载置基板的载置台。
在本发明中，通过被冷却部件温度检测部，检测被冷却部件的温度，排气部为了使被检测的温度成为目标温度以下而对减压室进行排气。
另外，本发明所涉及的冷却方法，包括喷雾液相的热介质的步骤、发生电场的步骤、检测温度的步骤和对减压室进行排气的步骤，各步骤可以按照任意的步骤实行，也可以大致同时地实行。
发明的效果
根据本发明，使用电场将对被冷却部件以能够传热的方式连接的被喷雾在减压室内的热介质引入到该减压室的内表面，能够减少真空汽化冷却所需要的热介质量，而高效地冷却被冷却部件。
附图说明
图1是表示具有涉及本发明的实施方式的冷却机构的半导体制造装置的一个结构的示意图。
图2是表示排气部及冷水制造器的构成的示意图。
图3是表示涉及冷却的控制部的处理步骤的工序图。
图4是概念地表示真空汽化冷却条件的状态图。
图5是表示具有涉及变形例1的冷却机构的半导体制造装置的一个结构例的示意图。
图6是表示具有涉及变形例2的冷却机构的半导体制造装置的一个结构例的示意图。
图7是表示具有涉及变形例3的冷却机构的半导体制造装置的一个结构例的示意图。
图8是表示具有涉及变形例4的冷却机构的半导体制造装置的一个结构例的示意图。
符号说明
1处理室
2载置台
3上部电极
4、5高频电源
6冷却机构
60、260减压室
360第一减压室
370第二减压室
61控制部
62温度控制器
64喷雾部
64a薄雾喷嘴
364第一喷雾部
371第二喷雾部
65排气部
68电场发生用电源(电场产生部)
68a导电性部件(电场产生部)
368a第一导电性部件
368c第二导电性部件
164b电压施加部
69a被冷却部件温度检测部
69b压力检测部
69c流量检测部
W半导体晶片
具体实施方式
以下，对本发明，基于表示其实施方式的附图进行详细叙述。
图1是表示具有涉及本发明的实施方式的冷却机构6的半导体制造装置的一个结构的示意图。涉及本实施方式的半导体制造装置例如是平行平板型的等离子体蚀刻法装置。另外，平行平板型的等离子体蚀刻法装置，是等离子体处理装置的一个例子，并不限定于此。半导体制造装置具备空心圆筒状的处理室1。处理室1是例如铝制并接地。
在处理室1的底面大致中央部，隔着圆盘状绝缘体21设置有载置半导体晶片W并且作为下部电极起作用的圆盘状的载置台2。载置台2为例如铝制并在内部具有减压室60。减压室60与将作为被冷却部件的载置台2冷却到目标温度的冷却机构6的各构成部连接，并构成为冷却机构6的一部分。通过使用冷却机构6冷却载置台2，载置在载置台2上的半导体晶片W被冷却到处理温度。此外，载置台2与施加用于发生偏压电压的高频的高频电源4连接。在此处，所谓目标温度，是成为被冷却部件的载置台2的控制的目标的温度，理想的是与半导体晶片W要被控制的处理温度一致，但在考虑载置台2和半导体晶片W的热阻等的情况下，可以设定为比处理温度低。
此外，在处理室1的顶面大致中央部，以与载置台2对置的方式设置有上部电极3。环状绝缘体14介设在处理室1与上部电极3之间。在上部电极3连接有等离子体发生用的高频电源5。此外，上部电极3形成为空心状，且构成在与载置台2对置面具备未图示的多个处理气体供给孔的气体喷头。在上部电极3的上表面中央，设置有将处理气体供给到上部电极3的处理气体供给管31，上部电极3通过具有作为气体喷头的功能而向处理室1内供给处理气体。
并且，作为排气机构，例如在处理室1的靠底面侧面部分连接有排气管12，构成为利用设置在排气管12的下流的未图示的真空泵对处理室1内进行真空排气。另外，排气机构也可以是从处理室1的底部进行排气的构造。
并且，在处理室1的侧面形成有半导体晶片W的搬送口11，搬送口11构成为能够通过闸阀13进行开闭。
形成于载置台2的减压室60是具有圆形底面部、圆周面部和圆形顶面部的圆柱状。在底面部的适宜的地方，形成有排出减压室60内部的气体和水的排出口。
冷却机构6具备控制各构成部的动作的控制部61。控制部61是例如具备CPU的微型计算机，CPU连接有：控制部61的动作所需要的计算机程序；存储半导体制造处理所需要的处理温度等的各种信息的存储部；和用于输入输出各种信息和控制信号的输入输出部等。
此外，冷却机构6具备作为被冷却部件的载置台2的冷却所需要的温度控制器62、喷雾部64、排气部65、冷水制造器651、供水泵66、流量控制阀67和电场发生用电源68。作为排气部65，主要对使用以下的实施方式的喷射真空泵的例子进行说明，但也可如后所述将分离水的分离器与旋转泵组合，只要具有同等的功能也可以是其他的排气装置。
温度控制器62，根据来自控制部61的控制信号，将从后述的冷水制造器651供给来的冷水的温度控制为喷雾温度，被控制温度的水通过配管63a供给到喷雾部64。此处，喷雾温度，必须比被喷雾而成为薄雾状的水冻结的温度高，并且比到达减压室的内表面为止蒸发的温度低。因为成为薄雾状的水蒸发的下限温度即是上述的目标温度，换言之，需要将喷雾温度设为比冻结温度高并在目标温度以下。另外，作为被冷却部件的载置台的内壁因薄雾汽化时的汽化热而冷却，因此冷却的效果不依存于薄雾本身的温度。
喷雾部64设置在减压室60的圆周面部，通过配管63a与温度控制器62连接。喷雾部64具有用于将从温度控制器62供给来的喷雾温度的液相的水(热介质)，喷雾至减压室60的内表面，例如顶面部的薄雾喷嘴(喷嘴)64a，通过薄雾喷嘴64a与水的摩擦使得该热介质带电。例如，能够通过使用不锈钢或树脂等形成薄雾喷嘴64a，使被喷雾的水带电。带电的电荷的大小和极性，取决于形成薄雾喷嘴64a的材质和水在摩擦电序中是怎样的位置关系，在摩擦电序的位置越偏离越带有大的电荷量，此外，如果水比薄雾喷嘴的材质更位于摩擦电序上负侧则带负电，如果位于正侧则带正电。此外，由于薄雾喷嘴与水的摩擦，不仅水，薄雾喷嘴也产生电荷，因此为了防止薄雾喷嘴持续带电，而使喷雾部64接地。
电场发生用电源(电场产生部)68是发生电场的直流电源，该电场用于使从喷雾部64喷雾出的水附着于减压室60的内表面例如顶面部。例如，在减压室60的顶侧，设置有作为非接地状态的线状或片状的导电性部件(电场产生部)68a，通过向该导电性部件68a施加电压，能够发生从减压室60的内部朝向顶面部的电场或者从减压室60的顶面部朝向内部的电场。作为导电性部件68a的设置的方法，也可以是：在减压室60的顶侧设置导电性部件68a，将此作为减压室60的顶棚部，顶棚部与其他的部分绝缘，向减压室60的顶棚部施加电压。此时，为了不使导电性部件68a与载置台2导通直流电流，设置有导电性部件68a的减压室60的顶侧的内表面需要通过绝缘覆膜等的绝缘部件68b进行直流绝缘。此外，在要避免导电性部件68a暴露于被喷雾的水的情况下，将朝向导电性部件68a的减压室60的面使用由电介体构成的覆膜等覆盖，并且可以在减压室60的内部的底侧等设置与此成对的接地电极而发生电场。在该情况下，可以将接地电极设为用介电材料夹着的构造，不暴露于被喷雾的水也保持与载置台2直流绝缘。
以从喷雾部64喷雾出的水被吸引到减压室60的顶面部的方式发生电场。在水带正电的情况下，以使减压室60的内部的静电电位比顶面部的静电电位更高的方式发生电场，在水带负电的情况下，可以以使减压室60的内部的静电电位比顶面部的静电电位更低的方式发生电场。
图2是表示排气部65和冷水制造器651的结构的示意图。排气部65，一般来说使液体汽化而成为蒸气，通过在高速地喷出蒸气时产生的吸引力，吸引存在于要进行内部排气的容器内的气体，并进行排气，因此在本发明的喷射真空泵的情况下使用水作为液体。作为喷射真空泵的排气部65与以下部件连接：通过配管63d将供给的水进行蓄积的蓄水槽65d；通过配管65g、65i将蓄水槽65d的水压送的压送泵65h；由被压送的水生成水蒸气的真空容器65j；从真空容器65j经由配管65k将供给的水蒸气喷出的喷射嘴65b；配置有喷射嘴65b的吸入室65a；和扩散室65c，配管63b与吸入室65a连通。特别在蓄水槽65d，设置用于将从载置台2的减压室60排出的水蒸气凝结的凝结器65e。此外，在蓄水槽65d的适宜的地方设置溢流管65f。
如此构成的排气部65，将蓄水槽65d的水通过压送泵65h供给到喷射嘴65b，并经由扩散室65c和蓄水槽65d而循环，由此在吸入室65a得到抽真空力。排气部65，通过该抽真空力，从减压室60排出该减压室60内的气体和残留在减压室60内的液体的温度调整介质即水。更加详细地说，排气部65，在进行载置台2的冷却的情况下，从减压室60内不仅排出汽化了的水蒸气，还排出未汽化的液体即水。此外，排气部65，在进行载置台2的加热的情况下，从减压室60内不仅排出水蒸气，还排出凝结的液体即水。
冷水制造器651具备：与吸入室65a连通的冷水储蓄槽651a；用于从蓄水槽65d向冷水储蓄槽651a供给水的配管651f；设置于配管651f的浮阀651g；通过配管651b将冷水储蓄槽651a的水压送的冷水制造用压送泵651c；将被压送的水冷却的冷冻室651d；和配置在冷水储蓄槽651a内的蒸发器651e。从蒸发器651e喷射的水的一部分作为水蒸气蒸发，在蒸发时，从剩余的水夺去该蒸发所需要的潜热，而使得该水冷却。
冷水储蓄槽651a构成为：与配管63c连通，通过配管63c，从冷水储蓄槽651a向温度控制器62送出冷水。
供水泵66介设于配管63c间。供水泵66，例如是膜片式的泵(diaphragm pump)，按照来自控制部61的控制信号进行驱动，向温度控制器62送出由冷水制造器651冷却的水。
流量控制阀67，介设于比供水泵66更在温度控制器62一侧的配管63c间。流量控制阀67，根据来自控制部61的控制信号，控制从供水泵66送出的水的流量，将被流量控制的水送出到温度控制器62。
冷却机构6进一步包括：被冷却部件温度检测部69a、压力检测部69b、流量检测部69c和水温检测部69d。被冷却部件温度检测部69a，例如是在作为被冷却部件的载置台2的适宜的地方埋设的热电偶温度计，检测载置台2的温度，并将检测出的温度的信息输出到控制部61。压力检测部69b，与配管63b连接，检测减压室60内部的压力，并将检测出的压力的信息输出到控制部61。流量检测部69c，检测流过配管63c的水的流量，并将检测出的流量的信息输出到控制部61。水温度检测部69d，检测流过配管63c由温度控制器62控制温度并从喷嘴喷出的水的温度，并将检测到的水温的信息输出到控制部61。控制部61，经由输入输出部读取载置台温度、压力、流量、水温的信息，并基于读取的信息实行与冷却有关的处理，向各部输出控制排气部65、供水泵66和流量控制阀67的动作的控制信号。另外，半导体晶片W传热效率较好地载置于载置台2上，并经由载置台2进行温度控制。
图3是表示涉及冷却的控制部61的处理步骤的工序图。在此处，作为理想的情况，设定目标温度与处理温度相等。控制部61驱动排气部65和供水泵66等。此外，通过电场发生用电源68预先在减压室60内发生薄雾吸入用的电场(步骤S11)。而且，控制部61，从未图示的存储部，读取作为温度控制的目的的半导体制造工序所需要的处理温度(步骤S12)。接着，控制部61通过被冷却部件温度检测部69a，检测载置台2的温度(步骤S13)。
而且，控制部61，将处理温度作为目标温度，对通过在冷却部件温度检测部69a检测的载置台2的温度是否超过处理温度进行判定(步骤S14)。以下，将在被冷却部件温度检测部69a检测的载置台2(被冷却部件)的温度称为检测温度。在检测温度为处理温度以下的情况(步骤S14：NO(否))下，即目标温度以下的情况的下，因为没必要再继续冷却载置台2，所以控制部61将流量控制阀67控制为关闭状态(步骤S15)。
在判定检测温度超过处理温度(步骤S14：YES(是))的情况下，控制部61，决定要向顶面部喷射的水的设定水温和设定流量(步骤S16)，且决定减压室60内的设定压力(步骤S17)。在此处，对设定水温、设定流量和设定压力进行说明。
图4是概念地表示真空汽化冷却条件的状态图。横轴是温度，纵轴是压力。图表中的曲线表示水的饱和蒸气压Psv(T)。Psv(T)是温度T的函数。在检测温度超过处理温度T1的情况下，有必要降低载置台2的温度，因此控制部61，在比处理温度T1更低的温度区域的用影线表示的温度压力范围内，决定与在处理温度T1(＝目标温度)以下设定的设定温度对应的设定压力。设定温度可以设定为与处理温度T1相等，但为了使载置台尽早地达到目标温度(＝处理温度T1)，也可以设定为比处理温度T1稍微低。从喷嘴喷出的水的设定水温被控制为上述的喷雾温度。此时，为了不使喷出的水在途中完全蒸发，设定水温(＝喷雾温度)，必须低于当上述的设定压力设为饱和蒸气压时的水的温度即设定水温。但，由于过低时会导致结冰，因此需要设为不冻结的温度。从喷嘴喷出的水，在到达作为目的地的减压室60内的顶面部后，因顶面部而温度上升，由于比设定水温高，因此发生汽化。在汽化时，作为汽化热从顶面部夺取热量，而使顶面部的温度下降。这样至顶面部冷却到处理温度T1为止，从喷雾到汽化的一连串的流程被重复进行。另外，由于只要载置台2达到目标温度就没必要进行进一步冷却，因此在理想中没必要将减压室60内的压力设定得比处理温度的饱和蒸气压低，但在现实中，考虑有在半导体晶片W与被控制温度的载置台2之间的传热中存在热阻且发生温度梯度，因此可以将目标温度设定得比处理温度低，将设定压力设定为比处理温度的饱和蒸气压低且与目标温度的饱和蒸气压相等的压力。此外，在使用反馈的温度控制中，有可能一边在作为目标的温度附近振动一边达到目标温度，因此设定压力可以比目标温度的饱和蒸气压低。关于水的流量，由于喷射到顶面部的水的汽化，减压室60内的压力只要决定为不偏离上述温度压力范围即可。即，只要将设定流量决定为能够喷射比使用真空泵排气的水蒸气的量少的水即可。
具体来说，控制部61，只要预先存储有与处理温度(＝设定温度)、设定水温、设定流量、设定压力建立相关的表，并基于在步骤S12读取的处理温度和上述表，决定设定水温、设定流量和设定压力即可。
完成步骤S17的处理的控制部61，根据设定流量，控制流量控制阀67的打开程度，控制流量为设定流量(步骤S18)。
接着，控制部61，为了使水的温度与该设定水温(＝喷雾温度)一致，基于设定水温，一边通过水温检测部69d检测水温一边对温度控制器62的动作进行反馈控制，控制水温为设定水温(步骤S19)。而且，控制部61，为了使减压室60内的压力与设定压力一致，根据设定压力，一边通过压力检测部69b检测压力一边对排气部65的动作进行反馈控制，控制压力为设定压力(步骤S20)。通过步骤S18的控制、步骤S19和步骤S20的反馈控制到达设定流量、设定水温、设定压力后，因该设定流量、设定水温、设定压力而使载置台2冷却到处理温度，根据需要将冷却处理设为稳定状态(steady state)，在对半导体晶片W实施半导体制造工序的期间，持续维持处理处理温度。随着冷却的进行，载置台2的温度将要下降到目标温度以下时，在设定压力下目标温度以下的水不会蒸发，因此不会继续进行冷却不会发生过冷却。
在规定的工序条件下的对半导体晶片W的半导体制造工序，例如蚀刻工序等的等离子体处理结束，且伴随于此完成涉及冷却的步骤S20或步骤S15的处理的情况下，控制部61判定是否移至在其他的处理温度下进行半导体制造工序的下一个工序(步骤S21)。当判定移至下一个工序(步骤S21：YES(是))的情况下，控制部61将处理返回步骤S12，取得新的处理温度并重复进行上述的冷却处理。
在判定不移至下一个工序的情况下(步骤S21：NO(否))，控制部61判定是否结束等离子体处理(步骤S22)。在同一工序条件下继续进行其他新的半导体晶片W的处理的情况等，判定等离子体处理未结束的情况下(步骤S22：NO(否))，控制部61将处理返回步骤S13。在判定结束等离子体处理的情况下(步骤S22：YES(是))，控制部61结束涉及冷却的处理。另外，在上述中将处理返回步骤S13时，很明显载置台2的温度未发生变化而不需要重新决定设定水温、设定流量、设定压力时，可以将处理不用返回步骤S13而返回到步骤S18。
在实施方式所涉及的冷却机构6和冷却方法，以及构成冷却机构6的载置台2中，使喷到减压室60的顶面部的水以低温蒸发，通过蒸发潜热冷却载置台2，因此与现有技术中的冷却方法相比，能够实现半导体晶片W的均一的冷却和高响应性。
此外，能够通过电场有效地将喷雾到减压室60内的水引入顶面部，而能够减少真空汽化冷却所需要的水，高效地冷却载置台2。通过减少真空汽化冷却所需要的水量，能够实现节能化。
并且，与不使用电场而单单喷出热介质的结构相比，不需要喷雾多余的水，因此能够充分地对减压室60进行减压，有效地冷却载置台2。
并且此外，从喷雾部64喷雾的水，由于通过与薄雾喷嘴64a的摩擦而带电，因此雾状的水粒子因库仑力而相互排斥。因此，被喷雾的水，仍旧为微小的粒子状地被吸引并附着到减压室60的顶面部。因此，能够有效地使水附着到减压室60的内表面，冷却载置台2。
并且此外，由于在载置台2的内部构成有减压室60，因此能够有效地冷却载置台2，此外还能够实现冷却机构6的省空间化。
另外，在实施方式中，说明了在载置台2的内部设置减压室60的例子，但也可以在必须配置在处理室1内部的其他的处理室内部件设置减压室，构成本实施方式所涉及的冷却机构。在处理室的壁内设置减压室的例子在以下进行说明。
(变形例1)
图5是表示具有变形例1所述涉及的冷却机构106的半导体制造装置的一个结构例的示意图。变形例1所涉及的半导体制造装置和冷却机构106，是与实施方式同样的结构，并且具备在喷雾部64施加电压的电压施加部164b。电压施加部164b是用于使从喷雾部64喷雾的水带电的直流电源。在通过电场发生用电源68产生从减压室60的内部朝向顶面部的电场的情况下，在喷雾部64施加正电位，在发生从减压室60的顶面朝向内部的电场的情况下，在喷雾部64施加负电位。
在变形例1中，通过在喷雾部64施加电压，能够使从喷雾部64喷雾的水有效地带电，并使水引入并附着到减压室60的顶面部。
(变形例2)
图6是表示具有变形例2所涉及的冷却机构206的半导体制造装置的一个结构例的示意图。变形例2所涉及的半导体制造装置和冷却机构206，是与实施方式同样的结构，与实施方式不同的点在于：在处理室(被冷却部件)201的壁内部还设置有减压室260和喷雾部264，构成为对该处理室201的内壁的所希望的地方进行冷却。进行冷却的处理室201的内壁的所希望的地方，可以是内壁的一部分，也可以是全部。以下，主要对上述不同点进行说明。
变形例2所涉及的半导体制造装置的处理室201，在其壁内部具有用于冷却该处理室201的减压室260。另外，为了作图方便，在处理室201的一部分形成减压室260，但这只不过是一个例子，可以遍及处理室201的全周地设置减压室260，也可以在顶侧的一部分和其他的部分设置减压室260。即，只要在与处理室201的内壁之中的有必要进行冷却的地方相对应的部分设置减压室260即可。此外，减压室260没必要一定容纳于处理室201的壁的内部，也可以成为向外部突出的构造。在减压室260的底部的适宜的地方，形成排出减压室260内部的气体和水的排出口，该排出口通过配管263b与排气部65连接。
喷雾部264，设置在减压室260的外周侧，通过配管63a与温度控制器62连接。喷雾部264，具有薄雾喷嘴264a，具体的结构与实施方式同样。
电场发生用电源268是用于发生使从喷雾部264喷雾的水附着于减压室260的内表面例如内周侧的面的电场的直流电源。在减压室260的内周侧的壁内，设置有作为非接地状态的线状或片状的导电性部件268c，通过在该导电性部件268c施加电压，能够发生将从高的电位到低的电位的方向设为电场的朝向的、从减压室260的外周侧朝向内周侧的电场，或者从减压室260的内周侧朝向外周侧的电场。以导电性部件268c与载置台2不导通直流电流的方式，在设置导电性部件268c的减压室260的壁内设置绝缘覆膜等的绝缘部件268d。
此外，电场发生用电源268，与实施方式同样地具备导电性部件268a和绝缘性部件268b，产生向减压室60的顶面部引入作为热介质的水的电场。
在变形例2中，能够对处理室201的内壁的需要冷却的地方进行冷却，除能够防止因等离子体处理而使处理室壁成为高温之外，还能够防止因在使用通过高温进行成膜的CVD用的气体时降低温度而使得在处理室内表面堆积物增长，此外，在反应生成物容易堆积在低温的部位的蚀刻工序中，通过在内壁进一步设置与内壁传热良好且能够拆卸的保护壁，能够使反应生成物积极地堆积向保护壁并抑制向其他的地方的堆积。
在变形例2中，进行冷却的内壁部可以是顶板。一般来说，在冷却基座和侧壁等的情况下，为了防止目的以外地方被无用地冷却而使冷却效率下降，必须极力地防止薄雾在减压室底部成为液体并积存。但是，在冷却顶板的情况下，由于作为冷却的目的的地方正好在减压室的底部，因此可以向底部喷出雾，并可以任由薄雾因重力而落下。
(变形例3)
图7是表示具有变形例3所涉及的冷却机构306的半导体制造装置的一个结构例的示意图。变形例3所涉及的冷却机构306，在其外部具有用于冷却作为被冷却部件的载置台2和处理室(被冷却部件)301的第一和第二减压室360、370。
第一减压室360，呈空心圆柱状，固定在处理室301的底面大约中央部，在顶侧隔着圆盘状绝缘体21固定有载置台2。第一减压室360，是与在实施方式中说明的减压室60同样的结构，在第一减压室360的圆周面部设置有第一喷雾部364。此外，在第一减压室360的顶侧，采用第一绝缘部件368b绝缘，设置有作为非接地状态的第一导电性部件368a，在第一导电性部件368a通过电场发生用电源368施加电压。并且，在第一减压室360的底面部，形成排出第一减压室360内部的气体和水的排出口，从该排出口排出的气体和水通过配管363b供给到排气部65。
第二减压室370，是在处理室301的外周侧设置变形例2所涉及的减压室260那样的结构，并设置有第二喷雾部371。此外，在第二减压室370的内周侧的壁内，采用第二绝缘部件368d绝缘，设置作为非接触状态的第二导电性部件368c，在第二导电性部件368c通过电场发生用电源368施加电压。并且，在第二减压室370的底面部，形成排出第二减压室370内部的气体和水的排出口，从该排出口排出的气体和水通过配管363b供给到排气部65。
在变形例3中，起到与实施方式同样的效果。
(变形例4)
图8是表示具有变形例4所涉及的冷却机构的半导体制造装置的一个结构例的示意图。在上述的实施方式中说明了作为排气部使用喷射泵的情况，代替喷射泵，也可以使用如图8所示的旋转泵465。在该情况下，在旋转泵465的上流侧，设置分离成为液体的水的分离器465a。用分离器465a分离的水，一旦通过排水槽465b蓄水后，可以通过供水泵66再次循环到喷雾嘴，也可以照原样排出。或者，也可以不使用排水槽465b地直接排出。在通过供水泵66再循环的情况下，具有的优点是：如果不需要进行流量调整则可以不经由排水槽465b地直接循环，如果使用排水槽465b则能够排出需要以上的水。此外，除来自上述分离器465a的水之外，还可以通过配管63d供给不足部分的水到供水泵66。或者，在只通过来自分离器465a的水的循环不能够充分供给时，可以不用固定地通过配管63d供给水。在分离器465a的下流侧使用的泵，不仅限于旋转泵，只要是在从大气到低真空度的压力中能够使用的泵即可。
上述实施方式的全部均为示例，并非限制。本发明的范围是权利要求书所表示的范围，并包括在与权利要求书均等的意思和范围内的全部的变更。
Claims (14)
1.一种冷却机构，其将被冷却部件的温度冷却到目标温度，该冷却机构的特征在于，包括：
减压室，其与所述被冷却部件以能够传热的方式连接；
喷雾部，其将所述目标温度以下的液相的热介质向该减压室的内表面进行喷雾；
电场产生部，其产生电场，该电场使得从该喷雾部喷出的热介质附着于所述减压室的内表面；和
排气部，其对所述减压室进行排气，使得所述减压室的内压成为在所述目标温度时的所述热介质的饱和蒸气压以下。
2.如权利要求1所述的冷却机构，其特征在于：
所述喷雾部具有将所述热介质向所述减压室进行喷雾的喷嘴，并通过该喷嘴与所述热介质的摩擦来使该热介质带电。
3.如权利要求1或2所述的冷却机构，其特征在于：
具有向所述喷雾部施加电压的电压施加部。
4.如权利要求1或2所述的冷却机构，其特征在于：
所述减压室形成在所述被冷却部件的内部。
5.如权利要求1或2所述的冷却机构，其特征在于：
所述减压室配置在所述被冷却部件的外部，并且所述减压室与被冷却部件接触。
6.如权利要求1或2所述的冷却机构，其特征在于：
所述被冷却部件是对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室。
7.如权利要求1或2所述的冷却机构，其特征在于：
所述被冷却部件是配置在对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室内的处理室内部件。
8.如权利要求7所述的冷却机构，其特征在于：
所述处理室内部件是在所述处理室内载置基板的载置台。
9.一种冷却机构，其将被冷却部件的温度冷却至目标温度，该冷却机构的特征在于，包括：
减压室，其与所述被冷却部件以能够传热的方式连接；
喷雾部，其将所述目标温度以下的液相的热介质向该减压室的内表面进行喷雾；
电场产生部，其产生电场，该电场使得从该喷雾部喷出的热介质附着于所述减压室的内表面；
被冷却部件温度检测部，其对所述被冷却部件的温度进行检测；和
排气部，其对所述减压室进行排气，使得由该被冷却温度检测部检测出的温度成为目标温度。
10.一种处理室，其用于对基板进行规定的处理，该处理室的特征在于，包括：
形成于壁内的减压室；
喷雾部，其将目标温度以下的液相的热介质向该减压室的内表面进行喷雾；和
电场产生部，其产生电场，该电场使得从该喷雾部喷出的热介质附着于所述减压室的内表面。
11.一种处理室内部件，其配置于对基板进行规定的处理的基板处理装置的处理室内，该处理室内部件的特征在于，包括：
形成于内部的减压室；
喷雾部，其将目标温度以下的液相的热介质向该减压室的内表面进行喷雾；和
电场产生部，其产生电场，该电场使得从该喷雾部喷出的热介质附着于所述减压室的内表面。
12.一种冷却方法，其使用与被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室，将该被冷却部件的温度冷却至目标温度，该冷却方法的特征在于，包括：
将所述目标温度以下的液相的热介质向所述减压室的内表面进行喷雾的步骤；
产生用于使被喷出的热介质附着于所述减压室的内表面的电场的步骤；和
对所述减压室进行排气，使得所述减压室的内压成为在所述目标温度时的所述热介质的饱和蒸气压以下的步骤。
13.如权利要求12所述的冷却方法，其特征在于：
在对所述减压室进行排气的步骤中，
对所述减压室进行排气，使得所述减压室的内压与在所述目标温度时的所述热介质的饱和蒸气压相等。
14.一种冷却方法，其使用与被冷却部件以能够传热的方式连接的减压室，将该被冷却部件的温度冷却至目标温度，该冷却方法的特征在于，包括：
将所述目标温度以下的液相的热介质向所述减压室的内表面进行喷雾的步骤；
产生用于使被喷出的热介质附着于所述减压室的内表面的电场的步骤；
对所述被冷却部件的温度进行检测的步骤；和
对所述减压室进行排气，使得被检测的温度成为目标温度的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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