CN104903995B - 循环冷却加热装置 - Google Patents

Abstract

一种循环冷却加热装置，将对等离子体蚀刻装置的腔室供给的循环流体冷却加热，其中，具有贮存循环流体的罐(10)、使循环流体在罐(10)及腔室间循环的泵、在循环流体与冷却水之间进行热交换的热交换器(14)、将罐(10)内循环流体加热的加热装置(17)，使热交换器(14)浸渍在罐(10)内的循环流体中。

Description

循环冷却加热装置

技术领域

本发明涉及循环冷却加热装置，特别是，涉及用于等离子体蚀刻装置的循环冷却加热装置。

背景技术

以往，作为等离子体蚀刻装置等的半导体处理装置，已知有在该装置的侧部具有温度控制器的结构(例如参照专利文献1)。温度控制器相对于设于半导体处理装置的腔室循环供给被调节到规定温度的循环流体，以使腔室的温度达到目标温度的方式进行控制。因此，在温度控制器设有用于将循环流体冷却或加热的循环冷却加热装置。

在专利文献1记载的循环冷却加热装置中采用具有外管、配置在外管的内部的内管以及配置在内管的内部的玻璃管的三重管构造。冷却水相对于外管流入流出，循环流体相对于内管流入流出。而且，在玻璃管内收纳有加热灯。

即，流入到内管的循环流体通过与位于外侧的外管内的冷却水进行热交换而被冷却，另外，通过来自内侧的加热灯的照射被加热，调温成规定的温度。被调温的循环流体通过泵从内管向腔室压送，用于腔室的温度控制之后，再次向循环冷却加热装置返回。

专利文献1：(日本)特开平9－280756号公报

但是，在专利文献1所示的三重管构造的循环冷却加热装置中，由于循环流体经由内管的管壁仅被冷却水冷却，故而沿着内管的管壁流动的循环流体被良好地冷却，但在内管的中央侧，循环流体可能不被良好地冷却。因此，不改变循环流体的循环流量，为了在内管的中央侧也将循环流体可靠地冷却，以往，不得不增大外管的直径尺寸，流入大量的冷却水而将循环流体冷却，具有装置整体大型化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能够有效地冷却循环流体，并且可使装置整体小型化的循环冷却加热装置。

本发明第一方面的循环冷却加热装置将对等离子体蚀刻装置的腔室供给的循环流体冷却、加热，其中，具有贮存循环流体的罐、使循环流体在所述罐及所述腔室之间循环的泵、在循环流体与冷却水之间进行热交换的热交换器、将所述罐内的循环流体加热的加热装置，所述热交换器浸渍在所述罐内的循环流体中。

在本发明第二方面的循环冷却加热装置中，所述罐具有有底箱状的罐主体、将罐主体的上部堵塞的盖体，所述热交换器及所述加热装置安装在所述盖体。

在本发明第三方面的循环冷却加热装置中，在所述盖体上安装有具有在所述罐内的循环流体中漂浮的浮子的液面传感器。

在本发明第四方面的循环冷却加热装置中，在所述罐上利用被循环流体充满的部分以外的空间形成空气室，并且设有使所述空气室和所述罐的外部连通的通气装置。

在本发明第五方面的循环冷却加热装置中，在所述热交换器连接有使循环流体流入的流入路径，在所述流入路径设有将在该流入路径流动的循环流体向所述罐内释放的溢流阀。

根据本发明第一方面的循环冷却加热装置，由于具有由冷却水将循环流体冷却用的热交换器，能够以与以往同等的冷却效率将循环流体冷却，而且该热交换器预先浸渍在罐内的循环流体中，故而经由仅散热的热交换器的表面也能够将该热交换器内的循环流体冷却，能够进一步提高冷却效率。并且，这样的热交换器被收纳在罐内，故而无需在罐外确保用于配置热交换器的空间，能够将循环冷却加热装置整体小型化。

根据本发明第二方面的循环冷却加热装置，由于将热交换器及加热装置安装在盖体上，故而在其维修时，仅通过将盖体从罐主体拆下就能够容易地将其取出。另外，由于在拆下的盖体上安装有热交换器及加热装置，故而在组装到循环冷却加热装置的状态下也可以不进行作业，在外部更换作业能够容易地进行作业。

根据本发明第三方面的循环冷却加热装置，通过设置液面传感器，能够检测罐内的循环流体的贮存量，能够可靠地进行循环流体的补给等。另外，由于将液面传感器安装在盖体上，故而与第二方面同样地，能够容易地进行液面传感器的维修。

根据本发明第四方面的循环冷却加热装置，由于在罐内形成空气室，故而在循环流体的循环流路的中途设置或不设置用于确保规定容量的空间的部件或促动器等，都能够可靠地应对循环流体的热膨胀，在该方面也能够促进装置的小型化。

根据本发明第五方面的循环冷却加热装置，由于在与热交换器连接的循环流体的流入路径设置溢流阀，故而即使在热交换器内产生阻碍循环流体的流入的情况，也能够使循环流体溢流而向罐内释放，能够抑制热交换器或用于循环的配管的损伤，或者向泵的影响。另外，由于将溢流阀配置在罐内，故而能够将溢流的循环流体立即向罐内释放，无需较长地形成用于释放的流路，能够将构造简单化。

附图说明

图1是表示采用本发明一实施方式的循环冷却加热装置的等离子体蚀刻装置的立体图；

图2是表示设于等离子体蚀刻装置的腔室及温度控制装置的示意图；

图3是表示温度控制装置的整体立体图；

图4是表示设于温度控制装置的循环冷却加热装置的概略构成及流体回路的图；

图5是表示温度控制装置的内部的平面图；

图6是表示循环冷却加热装置的液体罐的分解立体图。

标记说明

1：等离子体蚀刻装置

2：腔室

5：作为循环冷却加热装置的循环冷却加热部

10：罐

10A：空气室

11：流入路径

13：通气装置

14：热交换器

17：加热装置

18：溢流阀

20：泵

61：罐主体

62：盖体

67：液面传感器

67A：浮子

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的等离子体蚀刻装置1的立体图。图2是表示设于等离子体蚀刻装置1的腔室2及温度控制装置3的示意图。

[等离子体蚀刻装置整体的概略说明]

在图1、图2中，等离子体蚀刻装置1为通过使用了等离子体的干式工艺对半导体晶片W进行蚀刻处理的装置，在内部具有多个腔室2(在图2中仅表示一个)。这些腔室2通过从温度控制装置3供给的被调温的循环流体被控制成规定的目标温度。本实施方式的温度控制装置3对多个腔室2的每一个设置，被收纳在设于等离子体蚀刻装置1的侧方的操作用的台阶4内。

在蚀刻处理时，腔室2内被吸真空，维持在规定的低压。在该状态下，向腔室2内导入蚀刻气体(工艺气体)。将导入的蚀刻气体等离子体化，并对半导体晶片W进行蚀刻处理。在进行这样的处理时，通过来自温度控制装置3的循环流体将腔室2的温度控制成目标温度。

在此，作为本实施方式的腔室2，具有载置半导体晶片W的下部电极2A和在其上方配置的上部电极2B，并且使循环流体在这些电极2A、2B的内部流路流通，进行温度控制。在这样的腔室2中，使用施加在电极2A、2B之间的RF(Radio Frequency)电场生成容量耦合型等离子体。其中，作为腔室的构造，除了生成容量耦合型等离子体之外，也可以生成电子循环加速共鸣等离子体、螺旋波激励等离子体、感应耦合型等离子体、或者微波激励表面波等离子体等。

[温度控制装置的说明]

在图3中表示有从后方侧看到的温度控制装置3整体的内部的立体图。在图4中表示有设于温度控制装置3的循环冷却加热部5的概略构成及流体回路。

在图3、图4中，温度控制装置3具有将循环流体冷却、加热，并且使循环流体在与腔室2之间循环的作为循环冷却加热装置的循环冷却加热部5、基于从循环冷却加热部5输出的各种参数调节循环流体的温度，并且将腔室2的温度控制成目标温度的控制部6、收纳循环冷却加热部5及控制部6的框体7。

在温度控制装置3中，对循环冷却加热部5及控制部6的详细进行后述，但其在同一平面上以前后的位置关系配置。因此，在进行循环冷却加热部5或控制部6的维修时，将温度控制装置3的框体7的一部分向上方侧卸下，能够使其在大范围露出，能够从上方容易地进行对循环冷却加热部5及控制部6的维修。另外，在进行维修时，无需将温度控制装置3从台阶4的收纳部位向更大的区域拉出而进行作业，故而无需确保也考虑了这样的区域的较大配置空间。

另外，在本实施方式的温度控制装置3中，冷机8与循环冷却加热部5连接。冷机8使一定温度的冷却水相对于循环冷却加热部5供给、循环。冷却水用于在循环冷却加热部5将循环流体冷却。作为循环流体，使用ガルデン(アウジモンド公司的注册商标)或フロリナート(3M公司的注册商标)等的氟类制冷剂。

[循环冷却加热部的说明]

循环冷却加热部5设于占据温度控制装置3的后方侧的区域。通过使循环冷却加热部5位于后方侧，循环流体用的配管或冷却水用的配管从循环冷却加热部5向后方侧延伸，通过等离子体蚀刻装置1主体的下方而与腔室2或冷机8连接。因此，这些配管不在等离子体蚀刻装置1的外部露出，无需在等离子体蚀刻装置1的配置空间之外另外设置配管专用的空间。

另外，由于循环冷却加热部5和腔室2等处于接近的位置关系，故而配管的长度可以短，循环流体的使用量较少即可。因此，能够减小贮存循环流体的后述的罐10或热交换器14的容量即大小，能够将循环冷却加热部5、进而温度控制装置3格外地小型化，能够将温度控制装置3可靠地收纳在台阶4这样的狭小的配置空间。

具体地，循环冷却加热部5具有贮存循环流体的罐10。在罐10连接有具有循环流体的流入部11A的流入路径11、具有流出部12A的流出路径12。在罐10内贮存循环流体，但在循环流体的上方产生未被循环流体充满的间隙空间，如图3中将罐10局部剖切所示，通过该间隙空间形成有空气室10A。

在将循环流体冷却、加热而收缩、膨胀的情况下，能够通过该空气室10A的容积变化进行应对。另外，由于防止基于空气室10A的容积变化的过度的压力变动，故而在罐10的侧面设有通气装置13。通气装置13根据空气室10A的压力在空气室10A与外部之间进行空气的出入，将空气室10A的压力维持在规定的范围内。

在罐10内，以总是浸渍在循环流体中的状态收纳有热交换器14。循环流体的流入路径11的前端在罐10内与热交换器14连接。在热交换器14设有使循环流体向罐10内流出的出口部14A。热交换器14在循环流体与冷却水之间进行热交换，将循环流体冷却。因此，在热交换器14连接有具有冷却水的流入部15A的流入路径15、具有流出部16A的流出路径16。

通过使热交换器14浸渍在循环流体中，流入到热交换器14的循环流体也被冷却后的循环流体从热交换器14的外部冷却。另外，通过在罐10内收纳热交换器14，罐10的尺寸稍增大，但无需在罐10外确保热交换器14的配置空间，故而即使考虑罐10自身的大小稍增大的量，作为循环冷却加热部5整体，也能够可靠地进行小型化。

另外，在罐10内收纳有由三个护套加热器构成的加热装置17。各加热器的端子17A在罐10上部露出，经由这些端子17A供给电力，加热器发热。通过发热的加热器将循环流体加热。

在此，在罐10内，在循环流体的流入路径11设有溢流阀18。在由于某种理由而限制循环流体向热交换器14内流入的情况时，在热交换器14内的循环流体的压力超过规定压力的时刻，将溢流阀18打开，使循环流体向罐10内释放。

在罐10外，在循环流体的流出路径12设有利用电动机19驱动的泵20，在其下游设有温度传感器21及压力计22。通过驱动泵20，循环流体在循环冷却加热部5与腔室2之间循环。另外，流出路径12的基端侧考虑热交换器14或加热装置17的实际配置等，在罐10内的适当位置开口。

同样地在罐10外，在冷却水的流入路径15，在流入部15A附近设有压力计23、在其下游设有比例阀24。在流出路径16，在流出部16A附近设有压力计25，在其上游设有定流量阀26。另外，流入路径15的比例阀24的上游侧和流出路径16的定流量阀26的上游侧在旁通路27连通。在旁通路27设有比例阀28。通过变更各比例阀24、28的节流机构的开度，调节在热交换器14流通的冷却水的流量，能够调节在热交换器的冷却性能。冷却水的循环通过冷机8(图2)侧的未图示的泵进行。

循环流体用的泵20配置在前方的控制部6与后方的罐10之间。循环流体用的压力计22配置在罐10的上方。比例阀24、28、定流量阀26及冷却水用的压力计23、25在罐10的侧方汇集配置。

[控制部的说明]

控制部6基于温度传感器21的检测温度、其他各种参数控制泵20的驱动、比例阀24，28的开度变更及加热装置17的接通断开的切换等。这样的控制部6，如图3所示地设置在占据温度控制装置3的前方侧的区域。

控制部6具有作为切换加热装置17的接通断开的切换装置的SSR(Solid StateRelay)30(图5)、设有泵20用的驱动电路的变换器31。除此之外，在控制部6还设有电源连接器32、各种接口缆线连接用的连接器、电源开关盒33、电源基板34、将变换器31冷却的冷却风扇35、CPU(Central Processing Unit)基板36及操作面板37等。

但是，目前，在腔室的各电极内设加热器，通过温度控制装置来控制这些加热器的接通断开。以往，由于在自循环冷却加热装置的较长的配管途中夺取循环流体的温度等理由，需要在电极内设加热器而进一步加热循环流体。但是，在这样的构成中，作为循环流体向高温侧的温度调节，90℃左右为界限。另外，在现有的温度控制装置中，内设于电极的加热器成为干扰源，需要干扰对策用的昂贵的过滤器。

对此，在本实施方式中，如前所述地，循环用的配管短，循环流体的使用量也少，故而由小型的加热装置17也能够将循环流体温度调节到150℃左右。由此，无需在腔室2的各电极2A，2B内设加热器，能够可靠地削减温度控制装置3的成本。

[框体的说明]

在图3中，框体7具有搭载循环冷却加热部5及控制部6的底部面板41、将其上方及侧方覆盖的上部罩42(在图3中由双点划线所示)、固定在底部面板41及上部罩42上将前方侧覆盖的前部罩43、同样地将后方侧覆盖的后部罩44(图3中由双点划线所示)、将温度控制装置3内前后分隔的分隔面板45。分隔面板45的后方侧成为设置循环冷却加热部5的循环室46，前方侧成为设置控制部6的控制室47。即，各室46、47存在于同一平面上。

在底部面板41沿对应于循环室46的部分的周围而设有立起部41A。立起部41A的高度H1比沿控制室47的外周设置的立起部41B的高度H2高。即，底部面板41具有循环室46底侧的周围被立起部41A包围的底座48。在底座48的底面设有检测循环流体的漏液传感器49。

循环流体及冷却水在循环室46流入流出，故而万一循环流体或冷却水在循环室46内漏出，也被底座48接收。因此，循环流体及冷却水向控制室47流出而对电子零件等产生影响，能够防止循环流体及冷却水向外部漏出。另外，向底座48漏出的循环流体或冷却水由漏液传感器49检测，该状况在操作面板37或者设于等离子体蚀刻装置1的显示装置等显示。

上部罩42为具有上面部51及左右的侧面部52、52的形状，在将底部面板41、前部罩43及后部罩44的固定解除之后，能够利用左右的把手向上方卸下。在上部罩42的上面部51，在控制室47安装有上述的操作面板37。虽然省略了图示，但在上部罩42的上面部51及侧面部52，在与循环冷却加热部5的压力计22、25对应的位置设置开口，在安装有上部罩42的状态下也能够读取这些压力计22、25。

在前部罩43，经由板38安装有电源连接器32、信号发送接收用的连接器、电源开关盒33等。在前部罩43设有用于将来自构成控制部6的电气零件、电子零件的热量释放掉的多个狭缝39…。这样的狭缝39也设置在上部罩42的侧面部52及后部罩44上。

在后部罩44上设有用于避免与循环流体的流入部11A、流出部12A、冷却水的流入部15A、流出部16A的干涉的多个开口、及用于识别流入路15上的压力计23的开口。

分隔面板45具有第一面状部45A及第二面状部45B，因而俯视看形成为曲柄状。控制室47内的SSR30、变换器31、电源开关盒33、电源基板34、冷却风扇35及操作面板37等配置在控制室47中、由第一面状部45A划分的较大的配置空间。另一方面，在由第二面状部45B划分的控制室47的狭小配置空间侧配置CPU基板36等。

另外，控制室47的较大的配置空间的后方侧在循环室46中也为被第一面状部45A划分的狭小的配置空间，在该配置空间配置有比例阀24、28、定流量阀26及冷却水用的压力计23、25等。相反地，控制室47的狭小的配置空间的后方侧在循环室46成为由第二面状部45B划分的较大的配置空间，在该配置空间配置有罐10、泵20、温度传感器21及压力计22等。

在分隔面板45的左右两端侧一体地设有相对于第一、第二面状部45A、45B弯折的四边形的安装片53、54。在循环室46的狭小的配置空间配置有安装于安装片53的吸入风扇55。在循环室46的较大的配置空间配置有安装于安装片54的排出风扇56。在上部罩42的各侧面部52，在与这些风扇55、56对应的位置设置冷却空气流入流出的开口。

[循环室内的冷却风的流动的说明]

在图5中表示温度控制装置3的内部的平面图。在该图5中，利用阴影线标记表示在循环室46内流动的冷却空气的情况。

在图5中，通过右侧的吸入风扇55从温度控制装置3的外部吸引的冷却空气首先沿着构成分隔面板45的第一面状部45A的背面向左侧流动。在第一面状部45A的前面安装有SSR30或变换器31等发热部件，第一面状部45A的背面成为发热部件发出的热量的散热面。因此，冷却空气沿着这样的背面流动，由此能够使通过第一面状部45A而散热的热量立即向框体7外释放，能够抑制热量蓄积在循环室46内。

之后，冷却空气向循环室46的较大的配置空间移动，向第二面状部45B与罐10之间流入。其结果，冷却空气将电动机19及由其驱动的泵20冷却。冷却空气之后通过左侧的排出风扇56向温度控制装置3的外部排出。

[罐的详细说明]

在图6表示罐10的分解立体图。基于图6对罐10进行更详细地说明。

在图6中，罐10具有有底箱状的罐主体61、将罐主体61的上部堵塞的板状的盖体62。在罐主体61的上部设有沿着外周缘的内凸缘61A。盖体62利用螺钉等适当的联接装置相对于内凸缘61A固定。此时，在内凸缘61A与盖体62的背面之间适当地安装密封材料。

在罐主体61的侧面，除了上述的通气装置13之外，还设有用于确认在内部贮存的循环流体的量的校平器63、及将循环流体排出的排放管64。在罐主体61的背面设有用于补充循环流体的补给口65。在罐主体61的前面内侧设有构成流出路12的基端侧的吸出管66。罐10内的循环流体通过泵20从吸出管66吸入。

对此，在盖体62上，以从盖体的背面垂下的状态安装有上述的热交换器14及加热装置17。在盖体62上同样地安装有一对液面传感器67、67。各液面传感器67具有在循环流体中飘浮的浮子67A。通过从液面传感器67输出的浮子67A的位置，可检测循环流体的液面(贮存量)是否达到了下限水平及上限水平。在循环流体的贮存量超过了各界限水平的情况下，在操作面板37等表示其状况。

在这样的罐10中，热交换器14及加热装置17设置在盖体62上，故而在其维修时，将盖体62从罐主体61拆下，将流入路径11、15及流出路12、16从接头部分分割，从而对各个盖体62进行取出而在外部更换作业容易地进行。另外，通过将盖体62拆下，热交换器14及加热装置17也拆下，故而能够将罐主体61的上方大大开放，也能够简单地进行罐主体61内的维修。

另外，本发明不限于上述的实施方式，在可实现本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。

例如，在上述实施方式中，在罐10内设有用于将循环流体向罐10释放的溢流阀18，但这样的溢流阀18在罐10外例如设置在泵20的正下游侧，也可以使溢流的循环流体通过释放流路而返回罐10内。

在上述实施方式中，在罐10内设置空气室10A，并且在罐10设有通气装置13，但也可以代替设置空气室10A或通气装置13，在循环流路设置储能器等。但是，储能器需要规定大小的配置空间，故而不利于装置的小型化，在该意味下，如上述实施方式那样地在罐10设置空气室10A及通气装置13为好。

在上述实施方式中，热交换器14、加热装置17及液面传感器67安装在盖体62上，但在安装于罐主体61的情况也包含在本发明中。但是，通过将其安装在盖体62，可得到容易地进行维修的效果，故而如上述实施方式那样地为好。

在上述实施方式中，对与控制部6一同组装在温度控制装置3的框体7上的循环冷却加热部5进行了说明，但作为本发明的循环冷却加热装置，也可以作为具有与控制部6不同的框体的装置而构成。

产业上的可利用性

本发明作为等离子体蚀刻装置用的循环冷却加热装置能够很好地利用。

Claims (4)

1.一种循环冷却加热装置，其将对等离子体蚀刻装置的腔室供给的循环流体冷却、加热，其特征在于，具有：

罐，其贮存循环流体；

泵，其使循环流体在所述罐及所述腔室之间循环；

热交换器，其在循环流体和冷却水之间进行热交换；

加热装置，其将所述罐内的循环流体加热，

所述热交换器浸渍在所述罐内的循环流体中，

在所述热交换器连接有使循环流体流入的流入路径和使循环流体流出的流出路径，

释放流路，其使从所述流入路径或所述流出路径溢流的循环流体返回到所述罐内。

2.如权利要求1所述的循环冷却加热装置，其特征在于，

所述罐具有有底箱状的罐主体、将罐主体的上部堵塞的盖体，

所述热交换器及所述加热装置安装在所述盖体上。

3.如权利要求2所述的循环冷却加热装置，其特征在于，

在所述盖体上安装液面传感器，该液面传感器具有在所述罐内的循环流体中飘浮的浮子。

4.如权利要求1～3中任一项所述的循环冷却加热装置，其特征在于，

在所述罐通过被循环流体充满的部分以外的空间形成空气室，并且设有使所述空气室和所述罐的外部连通的通气装置。