JP2019176075A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】載置台に載置された被処理体の冷却を好適に行う技術を提供する。【解決手段】一実施形態に係る冷却システムは、熱交換部と、冷媒を熱交換部に送る供給ラインと、熱交換部から排出される冷媒が送られる排出ラインと、冷媒の気体が送られる気体ラインにおいて直列に接続された第１気液分離部〜第ｎ気液分離部と、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して延びている第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインとを備え、第１冷却ラインの両端は、冷却装置に接続され、第２冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第２気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して、第１液体ライン〜第ｎ−１液体ラインのそれぞれと、熱交換部から冷媒を排出する排出ラインとの間に設けられ、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれには液体ラインが接続され、液体ラインは熱交換部に接続される供給ラインに連通する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、冷却システムに関する。

半導体製造装置においてウエハ等の被処理体に対しに対しプラズマ処理等によって成膜およびエッチング等の加工を行う場合、加工時に被処理体の温度を調節する必要がある。例えば、特許文献１に開示のステージは、プレートと熱交換器とを備える。プレートは、基板が載置される表面側と裏面側とを有する。熱交換器は、プレートの裏面側の複数の領域であり、２次元的に分布し、且つ互いに内包しない該複数の領域に対して個別に熱交換媒体を供給して、供給した熱交換媒体を回収するように構成されている。

特開２０００−１２４２９９号公報

本開示は、載置台に載置された被処理体の冷却を好適に行う技術を提供する。

本開示の一態様による冷却システムは、被処理体が載置される載置台内に設けられ、冷媒による熱交換を行う熱交換部と、冷媒を圧縮する圧縮器と、冷媒に含まれる気体と液体とを分離するｎ個（ｎは２以上の整数）の気液分離部と、熱交換部の入力端に接続された供給ラインと、熱交換部の出力端と圧縮器の入力端との間に設けられた排出ラインと、圧縮器の出力端と排出ラインとの間に設けられた気体ラインと、供給ラインとｎ個の気液分離部のそれぞれとの間に設けられたｎ個の液体ラインと、ｎ個の気液分離部のそれぞれに配置されたｎ個の冷却ラインと、冷媒を膨張させるｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁と、を備え、ｎ個の気液分離部は、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部を備え、気体ラインに設けられ、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部は、圧縮器に近い側から順に配置され、気体ラインにおいて直列に接続され、ｎ個の液体ラインは、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインを含み、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインのそれぞれは、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれに接続され、ｎ個の冷却ラインは、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインを含み、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して延びており、ｎ個の主膨張弁は、第１主膨張弁〜第ｎ主膨張弁を含み、第１主膨張弁〜第ｎ主膨張弁のそれぞれは、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインのそれぞれに設けられ、ｎ個の副膨張弁は、第１副膨張弁〜第ｎ副膨張弁を含み、第１副膨張弁〜第ｎ副膨張弁のそれぞれは、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれに設けられ、第１冷却ラインの両端は、冷却装置に接続され、第２冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第２気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して、第１液体ライン〜第ｎ−１液体ラインのそれぞれと排出ラインとの間に設けられている。

以上説明したように、載置台に載置された被処理体の冷却を好適に行う技術が提供される。

図１は、本開示の一実施形態に係る冷却システムのうち主に凝縮器の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示す凝縮器が二つの気液分離部を備える場合の構成を概略的に示す図である。 図３は、図１に示す凝縮器が二つの気液分離部を備える場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図４は、（ａ）、（ｂ）を含み、（ａ）、（ｂ）には、何れも、本開示の一実施形態に係る冷却システムの冷凍サイクルが表されているＰｈ線図（モリエル線図）を示す図である。 図５は、本開示の一実施形態に係る冷却システムが用いられるプラズマ処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 図６は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの構成（第１実施例）を示す図である。 図７は、図６に示すＸ１‐Ｘ１線に沿った下部電極の断面の一の態様を例示する図である。 図８は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの冷凍サイクルが表されているＰｈ線図（モリエル線図）を示す図である。 図９は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの冷凍サイクルを、図８と共に説明するための図である。 図１０は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの他の構成（第２実施例）を示す図である。 図１１は、図１０に示すＸ２‐Ｘ２線に沿った下部電極の断面の一の態様を例示する図である。 図１２は、図１０に示すＸ２‐Ｘ２線に沿った下部電極の断面の他の態様を例示する図である。 図１３は、図１０に示す冷却システムの動作を例示的に説明するための図である。 図１４は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの他の構成（第３実施例）を示す図である。 図１５は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの他の構成（第４実施例）を示す図である。 図１６は、図１５に示すＸ３‐Ｘ３線に沿った下部電極の断面の一の態様を例示する図である。 図１７は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの他の構成（第５実施例）を示す図である。 図１８は、図６、図１０、図１４、図１５、図１７のそれぞれに示す冷却システムが備える蒸発室の主要な構成を示す図である。

（本開示の実施形態の説明）
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の一態様による冷却システムは、被処理体が載置される載置台内に設けられ、冷媒による熱交換を行う熱交換部と、冷媒を圧縮する圧縮器と、冷媒に含まれる気体と液体とを分離するｎ個（ｎは２以上の整数）の気液分離部と、熱交換部の入力端に接続された供給ラインと、熱交換部の出力端と圧縮器の入力端との間に設けられた排出ラインと、圧縮器の出力端と排出ラインとの間に設けられた気体ラインと、供給ラインとｎ個の気液分離部のそれぞれとの間に設けられたｎ個の液体ラインと、ｎ個の気液分離部のそれぞれに配置されたｎ個の冷却ラインと、冷媒を膨張させるｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁と、を備え、ｎ個の気液分離部は、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部を備え、気体ラインに設けられ、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部は、圧縮器に近い側から順に配置され、気体ラインにおいて直列に接続され、ｎ個の液体ラインは、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインを含み、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインのそれぞれは、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれに接続され、ｎ個の冷却ラインは、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインを含み、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して延びており、ｎ個の主膨張弁は、第１主膨張弁〜第ｎ主膨張弁を含み、第１主膨張弁〜第ｎ主膨張弁のそれぞれは、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインのそれぞれに設けられ、ｎ個の副膨張弁は、第１副膨張弁〜第ｎ副膨張弁を含み、第１副膨張弁〜第ｎ副膨張弁のそれぞれは、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれに設けられ、第１冷却ラインの両端は、冷却装置に接続され、第２冷却ライン〜第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第２気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれを介して、第１液体ライン〜第ｎ−１液体ラインのそれぞれと排出ラインとの間に設けられている。

このように、複数の気液分離部が直列に接続されているので、互いに沸点が異なる複数の冷媒を用いた場合に、複数の冷媒のうち好適な一の冷媒の液体のみを熱交換部に送ることができる。また、複数の気液分離部のそれぞれには前段の気液分離部から分離された冷媒の液体が流れ得るので、各気液分離部における冷却が複数の冷媒の何れかを用いて行われ、冷却用の他の冷媒を別途用いる必要がない。

本開示の一実施形態において、冷媒は、ｎ種類の第１冷媒〜第ｎ冷媒を含み、第１冷媒の沸点〜第ｎ冷媒の沸点は、この順に低くなる。このように、互いに沸点の異なる複数の冷媒を用いて、載置台の温度の調節がきめ細かく行い得る。

本開示の一実施形態では、ｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁のそれぞれの開閉を制御する制御部を更に備え、制御部は、ｎ個の主膨張弁のうち第１主膨張弁のみを開にする場合、ｎ個の副膨張弁を閉とし、ｎ個の主膨張弁のうち第ｉ主膨張弁（ｉは２以上ｎ以下の整数）のみを開にする場合、ｎ個の副膨張弁のうち第１副膨張弁〜第ｉ−１副膨張弁のみを開とする。このように、制御部がｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁のそれぞれの開閉を制御するので、所望とする冷媒を効率良く熱交換部に供給することができる。

本開示の一実施形態において、第１冷却ラインには、冷却装置から第ｎ＋１冷媒が流れ、第１冷却ラインを流れる第ｎ＋１冷媒の温度は、第１気液分離部内において、第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高く、制御部は、第ｊ主膨張弁（ｊは、３以上のｎにおいて２以上ｎ−１以下の整数）のみを開にする場合に、第ｈ冷却ライン（ｈは２以上ｊ以下の整数）を流れる第ｈ−１冷媒の温度を、第ｈ気液分離部内において、第ｈ冷媒の沸点より低く且つ第ｈ＋１冷媒の沸点より高くなるように制御し、第ｎ主膨張弁のみを開にする場合に、第ｎ冷却ラインを流れる第ｎ−１冷媒の温度を、第ｎ気液分離部内において、第ｎ冷媒の沸点より低くなるように制御する。このように、気液分離部では、前段の気液分離部から分離された冷媒の液体によって、冷媒の冷却が可能となる。

本開示の一実施形態において、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部のそれぞれは、第１冷却器〜第ｎ冷却器のそれぞれと、第１分離器〜第ｎ分離器のそれぞれとを備え、第ｋ気液分離部（ｋは１以上ｎ以下の整数）に含まれる第ｋ冷却器と第ｋ分離器とは、気体ラインに設けられ、圧縮器に近い側から順に配置され、気体ラインにおいて直列に接続されており、第ｋ冷却ラインは、第ｋ冷却器を介して延びており、第ｋ液体ラインは、第ｋ分離器に接続されている。

（本開示の実施形態の詳細）
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附す。

図１に示す冷却システムＣＳは、載置台ＰＤ、圧縮器ＣＭ、供給ラインＳＬ、排出ラインＤＬｄ、凝縮器ＣＤ、制御部Ｃｎｔを備える。

載置台ＰＤは、ウエハＷ（被処理体）を載置する台である。載置台ＰＤは、熱交換部ＨＥを備える。熱交換部ＨＥは、載置台ＰＤの内部に設けられている。熱交換部ＨＥは、冷媒による熱交換を行う。圧縮器ＣＭは、冷媒を圧縮する。

供給ラインＳＬは、熱交換部ＨＥの入力端Ｉｎ１に接続されている。排出ラインＤＬｄは、熱交換部ＨＥの出力端Ｏｕｔ１と圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２との間に設けられている。

凝縮器ＣＤは、ｎ個の気液分離部（ｎは２以上の正の整数）、気体ラインＡＮ、ｎ個の液体ライン、ｎ個の冷却ライン、ｎ個の主膨張弁、ｎ個の副膨張弁、冷却装置ＣＬを備える。ｎ個の気液分離部は、第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ‐ｎによって表され得る。ｎ個の気液分離部は、第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉ（ｉは２以上ｎ以下の整数）によって表され得る。気体ラインＡＮは、圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２と排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。

ｎ個の液体ラインは、第１液体ラインＬＮ＿１〜第ｎ液体ラインＬＮ＿ｎを含む。ｎ個の液体ラインは、第ｉ液体ラインＬＮ＿ｉによって表され得る。ｎ個の冷却ラインは、第１冷却ラインＣＬ＿１〜第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎを含む。ｎ個の冷却ラインは、第ｉ冷却ラインＣＬ＿ｉによって表され得る。

ｎ個の主膨張弁は、第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎを含む。ｎ個の主膨張弁は、第ｉ主膨張弁ＰＶ＿ｉによって表され得る。ｎ個の副膨張弁は、第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎを含む。ｎ個の副膨張弁は、第ｉ副膨張弁ＳＶ＿ｉによって表され得る。

第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれは、冷媒に含まれる気体と液体とを分離する。第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれは、気体ラインＡＮに設けられている。第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれは、圧縮器ＣＭに近い側から順に配置され、気体ラインＡＮにおいて直列に接続されている。

第１液体ラインＬＮ＿１〜第ｎ液体ラインＬＮ＿ｎのそれぞれは、第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれと供給ラインＳＬとの間に設けられている。第１液体ラインＬＮ＿１〜第ｎ液体ラインＬＮ＿ｎのそれぞれは、第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれに接続されている。

第１冷却ラインＣＬ＿１〜第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎのそれぞれは、第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれに配置されている。第１冷却ラインＣＬ＿１〜第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎのそれぞれは、第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれを介して延びている。

第１冷却ラインＣＬ＿１の両端は、冷却装置ＣＬに接続されている。第２冷却ライン〜第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎのそれぞれは、第２気液分離部〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれを介して、第１液体ラインＬＮ＿１〜第ｎ−１液体ラインのそれぞれと排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。この場合、第２冷却ラインは、ｉ＝２の場合の第ｉ冷却ラインＣＬ＿ｉである。第２気液分離部は、ｉ＝２の場合の第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉである。第ｎ−１液体ラインは、ｉ＝ｎ−１の場合の第ｉ液体ラインＬＮ＿ｉである。

第ｉ冷却ラインＣＬ＿ｉは、第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉを介して、第ｉ−１冷却ラインＣＬ＿ｉ−１と排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎは、第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎを介して、第ｎ−１冷却ラインＣＬ＿ｎ−１と排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。

第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎのそれぞれは、第１液体ラインＬＮ＿１〜第ｎ液体ラインＬＮ＿ｎのそれぞれに設けられている。第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎのそれぞれは、冷媒を膨張させる。

第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎのそれぞれは、第１冷却ラインＣＬ＿１〜第ｎ冷却ラインＣＬ＿ｎのそれぞれに設けられている。第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎのそれぞれは、冷媒を膨張させる。

第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれは、第１冷却器ＣＬＤ＿１〜第ｎ冷却器ＣＬＤ＿ｎのそれぞれを備える。第１気液分離部ＡＬ＿１〜第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎのそれぞれは、第１分離器ＤＶ＿１〜第ｎ分離器ＤＶ＿ｎのそれぞれを備える。第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉは、第ｉ冷却器ＣＬＤ＿ｉと第ｉ分離器ＤＶ＿ｉとを備える。

第ｋ気液分離部（ｋは１以上ｎ以下の整数）に含まれる第ｋ冷却器と第ｋ分離器とは、気体ラインＡＮに設けられている。第ｋ冷却器と第ｋ分離器とは、圧縮器ＣＭに近い側から順に配置され、気体ラインＡＮにおいて直列に接続されている。この場合、第ｋ気液分離部は、ｋ＝１の場合の第１気液分離部ＡＬ＿１またはｋ＝ｉの場合の第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉである。第ｋ冷却器は、ｋ＝１の場合の第１冷却器ＣＬＤ＿１またはｋ＝ｉの場合の第ｉ冷却器ＣＬＤ＿ｉである。第ｋ分離器は、ｋ＝１の場合の第１分離器ＤＶ＿１またはｋ＝ｉの場合の第ｉ分離器ＤＶ＿ｉである。

第ｋ冷却ラインは、第ｋ冷却器を介して延びている。この場合、第ｋ冷却ラインは、ｋ＝１の場合の第１冷却ラインＣＬ＿１またはｋ＝ｉの場合の第ｉ冷却ラインＣＬ＿ｉである。

第ｋ液体ラインは、第ｋ分離器に接続されている。この場合、第ｋ液体ラインは、ｋ＝１の場合の第１液体ラインＬＮ＿１またはｋ＝ｉの場合の第ｉ液体ラインＬＮ＿ｉである。

制御部Ｃｎｔは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録装置に記録されたコンピュータプログラムをＣＰＵによって実行させる。このコンピュータプログラムは、冷却システムＣＳの各種構成を制御する機能を、当該ＣＰＵに実行させるためのプログラムを含む。制御部Ｃｎｔは、第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎおよび第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎのそれぞれの開閉を制御する。

制御部Ｃｎｔは、第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎのうち第１主膨張弁ＰＶ＿１のみを開にする場合、第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎを閉とする。制御部Ｃｎｔは、第１主膨張弁ＰＶ＿１〜第ｎ主膨張弁ＰＶ＿ｎのうち第ｉ主膨張弁ＰＶ＿ｉのみを開にする場合、第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｎ副膨張弁ＳＶ＿ｎのうち第１副膨張弁ＳＶ＿１〜第ｉ−１副膨張弁のみを開とする。

供給ラインＳＬから熱交換部ＨＥに供給され熱交換部ＨＥにおいて熱交換が行われ得る冷媒（以下、冷媒Ｒという場合がある）は、ｎ種類の第１冷媒〜第ｎ冷媒を含む。第１冷媒の沸点〜第ｎ冷媒の沸点は、この順に低くなっている。最も沸点の高い冷媒は第１冷媒であり、最も沸点の低い冷媒は第ｎ冷媒である。

冷却システムＣＳでは、更に、第ｎ＋１冷媒が用いられる。第ｎ＋１冷媒は、冷却装置ＣＬから第１冷却ラインＣＬ＿１に供給される。第１冷却ラインＣＬ＿１には、第ｎ＋１冷媒が流れる。

第ｎ＋１冷媒は、第１冷却ラインＣＬ＿１を介して第１気液分離部ＡＬ＿１（特に、第１冷却器ＣＬＤ＿１）を貫通し、気体ラインＡＮを介して第１冷却器ＣＬＤ＿１を通過する冷媒を冷却する。第１冷却ラインＣＬ＿１を流れる第ｎ＋１冷媒の温度は、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内において、第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高い。第ｎ＋１冷媒は、例えば水であり得る。これによって、制御部Ｃｎｔが第１主膨張弁ＰＶ＿１のみを開とする場合に、第１冷媒の液体のみが供給ラインＳＬを介して熱交換部ＨＥに供給され得る。

制御部Ｃｎｔは、第ｊ主膨張弁（ｊは、３以上のｎにおいて２以上ｎ−１以下の整数）のみを開にする場合に、第ｈ冷却ライン（ｈは２以上ｊ以下の整数）を流れる第ｈ−１冷媒の温度を次のように制御する。すなわち、制御部Ｃｎｔは、第ｈ冷却ラインを流れる第ｈ−１冷媒の温度を、第ｈ気液分離部の第ｈ冷却器内において、第ｈ冷媒の沸点より低く且つ第ｈ＋１冷媒の沸点より高くなるように制御する。この場合、第ｊ主膨張弁は、ｉ＝ｊの場合の第ｉ主膨張弁ＰＶ＿ｉである。第ｈ冷却ラインは、ｉが２以上ｊ以下の場合の第ｉ冷却ラインＣＬ＿ｉである。第ｈ気液分離部は、ｉが２以上ｊ以下の場合の第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉである。第ｈ冷却器は、ｉが２以上ｊ以下の場合の第ｉ冷却器ＣＬＤ＿ｉである。これによって、第ｈ冷媒の液体のみが供給ラインＳＬを介して熱交換部ＨＥに供給され得る。

制御部Ｃｎｔは、第ｎ主膨張弁のみを開にする場合に、第ｎ冷却ラインを流れる第ｎ−１冷媒の温度を次のように制御する。すなわち、制御部Ｃｎｔは、第ｎ冷却ラインを流れる第ｎ−１冷媒の温度を、第ｎ気液分離部ＡＬ＿ｎの第ｎ冷却器ＣＬＤ＿ｎ内において、第ｎ冷媒の沸点より低くなるように制御する。これによって、第ｎ冷媒の液体のみが供給ラインＳＬを介して熱交換部ＨＥに供給され得る。

冷却システムＣＳは、補助バルブＵＶおよび補助ラインＵＬを更に備える。補助ラインＵＬは、第１液体ラインＬＮ＿１と排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。補助ラインＵＬと第１液体ラインＬＮ＿１との接続箇所は、第１液体ラインＬＮ＿１と第２冷却ラインとの接続箇所と、第１分離器ＤＶ＿１との間に設けられている。補助バルブＵＶは、補助ラインＵＬに設けられている。制御部Ｃｎｔは、補助バルブＵＶの開閉を制御する。制御部Ｃｎｔは、冷却システムＣＳの冷却運転の停止時においてのみ、補助バルブＵＶを開とする。

冷却システムＣＳは、帰還ラインＢＬおよび帰還弁ＢＶを更に備える。帰還ラインＢＬの一端は、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に連通し、帰還ラインＢＬの他の一端は圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２に連通する。帰還弁ＢＶは、帰還ラインＢＬに設けられている。

（ｎ＝２の場合）
図２〜図４を参照して、冷却システムＣＳの凝縮器ＣＤが二つの気液分離部を有する場合（ｎ＝２の場合）を説明する。供給ラインＳＬから供給され熱交換部ＨＥにおいて熱交換され得る冷媒Ｒは、二種類の第１冷媒、第２冷媒を含む。第１冷媒の沸点は、第２冷媒の沸点に比較して高い。また、第１冷却ラインＣＬ＿１に流れる第３冷媒は、水である。第１冷却ラインＣＬ＿１を流れる第３冷媒の水の温度は、第１冷媒の沸点よりも低く且つ第２冷媒の沸点よりも高い。

以下、ｎ＝２の場合を説明するので、図１において、ｉ番目の構成（例えば第ｉ気液分離部ＡＬ＿ｉ等）は無い。この場合、図１には、ｎ＝２に対応する構成、すなわち、第２気液分離部ＡＬ＿２、第２冷却器ＣＬＤ＿２、第２分離器ＤＶ＿２、第２冷却ラインＣＬ＿２、第２液体ラインＬＮ＿２、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第２副膨張弁ＳＶ＿２が示されていることになる。第２冷却ラインＣＬ＿２は、第１液体ラインＬＮ＿１と排出ラインＤＬｄとの間に設けられている。このようなｎ＝２の場合の冷却システムＣＳの構成は、図２に示される。

図３のタイミングチャートＣＴ１は、図２に示すｎ＝２の場合の冷却システムＣＳにおいて、供給ラインＳＬから供給され熱交換部ＨＥで熱交換される冷媒を第１冷媒とする場合（第１冷媒による冷却運転）に対応する。図３のタイミングチャートＣＴ２は、図２に示すｎ＝２の場合の冷却システムＣＳにおいて、供給ラインＳＬから供給され熱交換部ＨＥで熱交換される冷媒を第２冷媒とする場合（第２冷媒による冷却運転）に対応する。

図３に示す二つの横軸は何れも時間（タイミング）を表している。図３に示す二つの縦軸は、何れも、圧縮器ＣＭの動作状態（オンまたはオフ）と、第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第２副膨張弁ＳＶ＿２の動作状態（開または閉）とを表している。図３に示す二つの縦軸は、何れも、載置台の温度と、第１冷媒および第２冷媒のそれぞれの状態（気体または液体）とを更に表している。圧縮器ＣＭ、第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第２副膨張弁ＳＶ＿２の動作は、制御部Ｃｎｔによって制御される。

図４の（ａ）は、図２に示すｎ＝２の場合の冷却システムＣＳにおいて、第１冷媒のＰｈ線図であり、図４の（ｂ）は、図２に示すｎ＝２の場合の冷却システムＣＳにおいて、第２冷媒のＰｈ線図である。図４の（ａ）および図４の（ｂ）のそれぞれの横軸は、比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］を表し、縦軸は圧力［ＭＰａ］を表している。図４の（ａ）および図４の（ｂ）には、飽和液線ＬＳＬ、飽和蒸気線ＬＳＶ、過熱蒸気領域ＺＮ１、湿り蒸気域ＺＮ２、過冷却領域ＺＮ３が示されている。

（第１冷媒による冷却運転）
まず、第１冷媒が熱交換部ＨＥにおいて熱交換される場合について説明する。第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第１副膨張弁ＳＶ＿１、第２副膨張弁ＳＶ＿２、排気バルブＥＶ、補助バルブＵＶ、帰還弁ＢＶは、制御部Ｃｎｔによる制御が開始されるまで、閉となっている。第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第１副膨張弁ＳＶ＿１、第２副膨張弁ＳＶ＿２、排気バルブＥＶ、補助バルブＵＶ、帰還弁ＢＶに対する制御部Ｃｎｔの制御（以下、単に、制御部Ｃｎｔの制御という）は、冷却システムＣＳの電源がオンとなった後に開始される。より具体的に、制御部Ｃｎｔの制御は、冷却システムＣＳの電源がオンとなり圧縮器ＣＭが起動を開始するタイミングＴＭａ１の後であって圧縮器ＣＭがオンとなるタイミングＴＭａ２の後に開始される。圧縮器ＣＭは、起動開始のタイミングＴＭａ１の後のタイミングＴＭａ２において、オンとなる。

冷却システムＣＳの電源がオンになると、冷却装置ＣＬがオンとなり第１副膨張弁ＳＶ＿１、帰還弁ＢＶが開となる。冷却装置ＣＬは、気体ラインＡＮを介して第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を流れる冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）に対する冷却を開始する。冷却装置ＣＬからは、第３冷媒の水が第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して第１冷却ラインＣＬ＿１を循環し、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過する。圧縮器ＣＭからは、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）が気体ラインＡＮを介して第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内に供給される。

冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒（水）は、第１冷却ラインＣＬ＿１および第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して、第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過し、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）を冷却する。冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒の温度をＴＣ１［℃］とする。ＴＣ１［℃］は、第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高い。このため、タイミングＴＭａ１では、第１冷却器ＣＬＤ＿１において、第１冷媒はＴＣ１［℃］の温度となり液化するが、ＴＣ１［℃］の温度の第２冷媒は気体の状態に維持される。このように、第１冷却器ＣＬＤ＿１は、第１冷媒を凝縮液化する（状態ＳＴａ１）。

第１冷媒の液体および第２冷媒の気体は、共に第１冷却器ＣＬＤ＿１から第１分離器ＤＶ＿１に送られ、第１分離器ＤＶ＿１において、第１冷媒の液体と第２冷媒の気体とが分離される（状態ＳＴａ１、状態ＳＴｂ１）。第１分離器ＤＶ＿１は、第１冷媒の液体を第１液体ラインＬＮ＿１に送る。第１分離器ＤＶ＿１は、気体ラインＡＮを介して第２冷媒の気体を第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２に送る。

タイミングＴＭａ２に引き続くタイミングＴＭａ３〜タイミングＴＭａ４の間に、第１主膨張弁ＰＶ＿１が開となる。この場合、排気バルブＥＶも開となるが、第１副膨張弁ＳＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、補助バルブＵＶは閉のままである。

第１冷媒の液体は、タイミングＴＭａ４〜タイミングＴＭａ６の間に、第１主膨張弁ＰＶ＿１を介して供給ラインＳＬに送られ、供給ラインＳＬから熱交換部ＨＥに送られる。第１冷媒の液体は、第１主膨張弁ＰＶ＿１において膨張減圧され、ＴＣ１［℃］よりも更に低い温度となり（状態ＳＴａ２）、熱交換部ＨＥの入力端Ｉｎ１を介して熱交換部ＨＥに送られる。

第１冷媒の液体は、熱交換部ＨＥにおいて、熱交換され、気体となる（状態ＳＴａ３）。この熱交換によって、載置台ＰＤの温度は、タイミングＴＭａ４〜タイミングＴＭａ５の間に、Ｔ１［℃］からＴ２［℃］になる。Ｔ２［℃］は、Ｔ１［℃］より低い。

載置台ＰＤの温度は、第１主膨張弁ＰＶ＿１が閉となるタイミングＴＭａ７に至るまで、Ｔ２［℃］である。第１主膨張弁ＰＶ＿１は、タイミングＴＭａ６〜タイミングＴＭａ７の間に、閉となる。
載置台ＰＤの温度は、タイミングＴＭａ７〜タイミングＴＭａ８の間に、Ｔ２［℃］からＴ１［℃］となる。

第１冷媒の気体は、熱交換部ＨＥの出力端Ｏｕｔ１から排出ラインＤＬｄを介して圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる（状態ＳＴａ４）。圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２には、更に、第２冷媒の気体が、第２気液分離部ＡＬ＿２から排気バルブＥＶを経由し（状態ＳＴｂ２）、排出ラインＤＬｄを介して、送られる（状態ＳＴｂ３）。

圧縮器ＣＭは、第１冷媒の気体および第２冷媒の気体を圧縮する。圧縮器ＣＭによって圧縮された第１冷媒の気体および第２冷媒の気体は、圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる（状態ＳＴａ５、状態ＳＴｂ４）。

圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる第１冷媒の気体および第２冷媒の気体は、主に、気体ラインＡＮを介して、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１に送られる。

圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる第２冷媒の気体は、部分的に、帰還ラインＢＬおよび帰還弁ＢＶを介して圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られ、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。帰還ラインＢＬを流れる第２冷媒の気体は、帰還弁ＢＶによって膨張減圧され、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる（状態ＳＴｂ５）。圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から排出される第１冷媒の気体も、第２冷媒の気体と同様に、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。

（第２冷媒による冷却運転）
次に、第２冷媒が熱交換部ＨＥにおいて熱交換される場合について説明する。第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第１副膨張弁ＳＶ＿１、第２副膨張弁ＳＶ＿２、排気バルブＥＶ、補助バルブＵＶ、帰還弁ＢＶは、制御部Ｃｎｔによる制御が開始されるまで、閉となっている。制御部Ｃｎｔの制御は、冷却システムＣＳの電源がオンとなった後に開始される。より具体的に、制御部Ｃｎｔの制御は、冷却システムＣＳの電源がオンとなり圧縮器ＣＭが起動を開始するタイミングＴＭｂ１の後であって圧縮器ＣＭがオンとなるタイミングＴＭｂ２の後に開始される。圧縮器ＣＭは、起動開始のタイミングＴＭｂ１の後のタイミングＴＭｂ２において、オンとなる。

冷却システムＣＳの電源がオンになると、冷却装置ＣＬがオンとなり第１副膨張弁ＳＶ＿１、帰還弁ＢＶが開となる。冷却装置ＣＬは、気体ラインＡＮを介して、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を流れる冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）に対する冷却を開始する。冷却装置ＣＬからは、第３冷媒の水が第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して第１冷却ラインＣＬ＿１を循環し、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過する。圧縮器ＣＭからは、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）が気体ラインＡＮを介して第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内に供給される。

冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒（水）は、第１冷却ラインＣＬ＿１および第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して、第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過し、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）を冷却する。冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒の温度はＴＣ１［℃］である。ＴＣ１［℃］は、第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高い。このため、タイミングＴＭｂ１では、第１冷却器ＣＬＤ＿１において、第１冷媒はＴＣ１［℃］の温度となり液化するが、ＴＣ１［℃］の温度の第２冷媒は気体の状態に維持される。このように、第１冷却器ＣＬＤ＿１は、第１冷媒を凝縮液化する。

第１冷媒の液体および第２冷媒の気体は、共に第１冷却器ＣＬＤ＿１から第１分離器ＤＶ＿１に送られ、第１分離器ＤＶ＿１において、第１冷媒の液体と第２冷媒の気体とが分離される（状態ＳＴａ１、状態ＳＴｂ１）。第１分離器ＤＶ＿１は、第１冷媒の液体を第１液体ラインＬＮ＿１に送る。第１分離器ＤＶ＿１は、気体ラインＡＮを介して第２冷媒の気体を第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２に送る。

タイミングＴＭｂ２に引き続くタイミングＴＭｂ３〜タイミングＴＭｂ４の間に、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第２副膨張弁ＳＶ＿２が開となる。この場合、排気バルブＥＶは開となるが、第１主膨張弁ＰＶ＿１、補助バルブＵＶは閉のままである。

第１冷媒の液体は、第２副膨張弁ＳＶ＿２を介して第２冷却ラインＣＬ＿２を流れ、第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２内を通過した後に、排出ラインＤＬｄを介して圧縮器ＣＭに送られる。第２冷媒の気体は、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１分離器ＤＶ＿１から第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２に供給され、第２冷却器ＣＬＤ＿２内を通過する。

第１冷媒の液体は、第２副膨張弁ＳＶ＿２によって膨張減圧され、ＴＣ１［℃］より低いＴＣ２［℃］の温度となる（状態ＳＴａ２）。ＴＣ２［℃］は、第２冷媒の沸点より低い。ＴＣ２［℃］の温度の第１冷媒は、第２冷却器ＣＬＤ＿２内を通過する（状態ＳＴａ３）。このため、タイミングＴＭｂ４〜タイミングＴＭｂ５の間に、第２冷却器ＣＬＤ＿２において、第２冷媒はＴＣ２［℃］の温度となり液化する。
このように、第２冷却器ＣＬＤ＿２は、第２冷媒を凝縮液化する（状態ＳＴｂ６）。

第２冷媒の液体は、第２冷却器ＣＬＤ＿２から第２分離器ＤＶ＿２に送られ、第２分離器ＤＶ＿２において、第２冷媒の液体が気体（第２冷却器ＣＬＤ＿２および第２分離器ＤＶ＿２に含まれる気体成分）から分離される（状態ＳＴｂ６）。第２分離器ＤＶ＿２は、第２冷媒の液体を第２液体ラインＬＮ＿２に送る。第２分離器ＤＶ＿２は、分離した気体を、気体ラインＡＮから排気バルブＥＶを介して排出ラインＤＬｄに送る。

第２冷媒の液体は、タイミングＴＭｂ５〜タイミングＴＭｂ７の間に、第２主膨張弁ＰＶ＿２を介して供給ラインＳＬに送られ、供給ラインＳＬから熱交換部ＨＥに送られる。第２冷媒の液体は、第２主膨張弁ＰＶ＿２において膨張減圧され、ＴＣ２［℃］よりも更に低い温度となり（状態ＳＴｂ７）、熱交換部ＨＥの入力端Ｉｎ１を介して熱交換部ＨＥに送られる。

第２冷媒の液体は、熱交換部ＨＥにおいて、熱交換され、気体となる（状態ＳＴｂ８）。この熱交換によって、載置台ＰＤの温度は、タイミングＴＭｂ５〜タイミングＴＭｂ６の間に、Ｔ１［℃］からＴ３［℃］になる。Ｔ３［℃］は、Ｔ１［℃］およびＴ２［℃］より低い。

載置台ＰＤの温度は、第２主膨張弁ＰＶ＿２および第２副膨張弁ＳＶ＿２が閉となるタイミングＴＭｂ８に至るまで、Ｔ３［℃］である。第２主膨張弁ＰＶ＿２および第２副膨張弁ＳＶ＿２は、タイミングＴＭｂ７〜タイミングＴＭｂ８の間に、閉となる。載置台ＰＤの温度は、タイミングＴＭｂ８〜タイミングＴＭｂ９の間に、Ｔ３［℃］からＴ１［℃］となる。

第２冷媒の気体は、熱交換部ＨＥの出力端Ｏｕｔ１から排出ラインＤＬｄを介して圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる（状態ＳＴｂ３）。圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２には、更に、第１冷媒の液体が、第２冷却ラインＣＬ＿２から第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２を経由し（状態ＳＴａ３）、排出ラインＤＬｄを介して、送られる（状態ＳＴａ４）。

圧縮器ＣＭは、第１冷媒の気体および第２冷媒の気体を圧縮する。圧縮器ＣＭによって圧縮された第１冷媒の気体および第２冷媒の気体は、圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる（状態ＳＴａ５、状態ＳＴｂ４）。

圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる第１冷媒の気体および第２冷媒の気体は、主に、気体ラインＡＮを介して、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１に送られる。

圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる第２冷媒の気体は、部分的に、帰還ラインＢＬおよび帰還弁ＢＶを介して圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られ、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。帰還ラインＢＬを流れる第２冷媒の気体は、帰還弁ＢＶによって膨張減圧され、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる（状態ＳＴｂ５）。圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から排出される第１冷媒の気体も、第２冷媒の気体と同様に、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。

なお、第１冷媒による冷却運転の後に第２冷媒による冷却運転を連続して行うことによって、載置台ＰＤの温度をより速やかに低下させることができる。第１冷媒による冷却運転によって載置台ＰＤの温度を十分に低下させた状態で、引き続き第２冷媒による冷却運転によって載置台ＰＤの温度を更に低くすることができる。この場合、タイミングチャートＣＴ１のタイミングＴＭａ７とタイミングチャートＣＴ２のタイミングＴＭｂ３とを同一のタイミングとして、タイミングチャートＣＴ１およびタイミングチャートＣＴ２のそれぞれに示す動作が連続して実行される。

（冷却運転の停止時）
次に、冷却運転が停止している場合について説明する。この場合、第１冷媒の液体および第２冷媒の液体の何れもが熱交換部ＨＥに供給されず、熱交換部ＨＥにおいて熱交換は行われない。このような冷却運転の停止時においても、圧縮器ＣＭ等の機能維持のために、冷媒Ｒの循環が維持される。

第１副膨張弁ＳＶ＿１、排気バルブＥＶ、補助バルブＵＶ、帰還弁ＢＶは、開となっている。第１主膨張弁ＰＶ＿１、第２主膨張弁ＰＶ＿２、第２副膨張弁ＳＶ＿２は、閉となっている。

冷却装置ＣＬは、気体ラインＡＮを介して、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を流れる冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）に対する冷却を行う。冷却装置ＣＬからは、第３冷媒の水が第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して第１冷却ラインＣＬ＿１を循環し、第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過する。圧縮器ＣＭからは、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）が気体ラインＡＮを介して第１気液分離部ＡＬ＿１の第１冷却器ＣＬＤ＿１内に供給される。

冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒（水）は、第１冷却ラインＣＬ＿１および第１副膨張弁ＳＶ＿１を介して、第１冷却器ＣＬＤ＿１内を通過し、冷媒Ｒ（第１冷媒の気体および第２冷媒の気体）を冷却する。冷却装置ＣＬから供給される第３冷媒の温度はＴＣ１［℃］である。ＴＣ１［℃］は、第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高い。このため、タイミングＴＭａ１では、第１冷却器ＣＬＤ＿１において、第１冷媒はＴＣ１［℃］の温度となり液化するが、ＴＣ１［℃］の温度の第２冷媒は気体の状態に維持される。このように、第１冷却器ＣＬＤ＿１は、第１冷媒を凝縮液化する。

第１冷媒の液体および第２冷媒の気体は、共に第１冷却器ＣＬＤ＿１から第１分離器ＤＶ＿１に送られ、第１分離器ＤＶ＿１において、第１冷媒の液体と第２冷媒の気体とが分離される。第１分離器ＤＶ＿１は、第１冷媒の液体を第１液体ラインＬＮ＿１に送る。第１分離器ＤＶ＿１は、気体ラインＡＮを介して第２冷媒の気体を第２気液分離部ＡＬ＿２の第２冷却器ＣＬＤ＿２に送る。

第１冷媒の液体は、補助ラインＵＬ、補助バルブＵＶを介して排出ラインＤＬｄに送られ、更に、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる。第２冷媒の気体は、気体ラインＡＮを介して、第２気液分離部ＡＬ＿２、排気バルブＥＶを経由して、排出ラインＤＬｄに送られ、更に、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる。

圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から気体ラインＡＮに送られる第２冷媒の気体は、部分的に、帰還ラインＢＬおよび帰還弁ＢＶを介して圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られ、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。帰還ラインＢＬを流れる第２冷媒の気体は、帰還弁ＢＶによって膨張減圧され、圧縮器ＣＭの入力端Ｉｎ２に送られる。圧縮器ＣＭの出力端Ｏｕｔ２から排出される第１冷媒の気体も、第２冷媒の気体と同様に、圧縮器ＣＭにおいて、再度、圧縮される。

上記した冷却システムＣＳによれば、複数の気液分離部が直列に接続されているので、互いに沸点が異なる複数の冷媒を用いた場合に、複数の冷媒のうち好適な一の冷媒の液体のみを熱交換部ＨＥに送ることができる。また、複数の気液分離部のそれぞれには前段の気液分離部から分離された冷媒の液体が流れ得るので、各気液分離部における冷却が複数の冷媒の何れかを用いて行われ、冷却用の他の冷媒を別途用いる必要がない。また、互いに沸点の異なる複数の冷媒を用いて、載置台ＰＤの温度の調節がきめ細かく行い得る。また、制御部Ｃｎｔがｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁のそれぞれの開閉を制御するので、所望とする冷媒を効率良く熱交換部ＨＥに供給することができる。また、気液分離部では、前段の気液分離部から分離された冷媒の液体によって、冷媒の冷却が可能となる。

図１に示す冷却システムＣＳは、図５に示すプラズマ処理装置１０に適用され得る。図１に示す冷却システムＣＳの凝縮器ＣＤは、図６、図９、図１０、図１４、図１５のそれぞれに示す凝縮器ＣＤ、および、図１７に示す凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎに適用され得る。

以下では、図１に示す凝縮器ＣＤが適用可能な第１実施例〜第５実施例のそれぞれに係る冷却システムＣＳが説明される。第１実施例〜第５実施例のそれぞれに係る冷却システムＣＳは、図５に示すプラズマ処理装置１０において用いられ得る。まず、図５を参照して、第１実施例〜第５実施例のそれぞれに係る冷却システムＣＳが用いられ得るプラズマ処理装置１０の構成を説明する。

図５に示すプラズマ処理装置１０は、平行平板の電極を備えるプラズマエッチング装置であり、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば略円筒形状を有している。処理容器１２は、例えば、アルミニウムの材料を有しており、処理容器１２の内壁面には陽極酸化処理が施されている。処理容器１２は、保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば絶縁材料を有している。支持部１４を構成する絶縁材料は、石英のように酸素を含み得る。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に（上部電極３０に向けて）延在している。

処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。載置台ＰＤは、載置台ＰＤの上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥおよび静電チャックＥＳＣを有している。

下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属材料を有しており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。

静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を、一対の絶縁層の間または一対の絶縁シートの間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じるクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジおよび静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料を有しており、例えば石英を有し得る。

第２プレート１８ｂの内部には、図６、図１４に示す蒸発室ＶＰ（または、図１０、図１５、図１７に示す分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）が設けられている。蒸発室ＶＰは、蒸発室ＶＰの伝熱壁ＳＦにおいて冷媒を蒸発させることによって蒸発室ＶＰの伝熱壁ＳＦ上にある静電チャックＥＳＣの温度を下げ、静電チャックＥＳＣに載置されるウエハＷを冷却し得る。第１プレート１８ａの内部には、図６、図１４に示す貯留室ＲＴ（または、図１０、図１５、図１７に示す分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎ）が設けられている。貯留室ＲＴは、蒸発室ＶＰに供給する冷媒を貯留する。

なお、本明細書において、固体からでも液体からでも気体に相変化する現象を「気化」といい、固体や液体の表面だけで気化が生じることを「蒸発」という。更に液体の内部から気化が生じることを「沸騰」という。冷媒が噴出して伝熱壁に接触した際に、冷媒が液体から気体に蒸発し、その際、伝熱壁から潜熱または気化熱と呼ばれる熱量が冷媒に移動する。

プラズマ処理装置１０は、図６、図１０、図１４、図１５に示すチラーユニットＣＨ（または、図１７に示すチラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎ）を備える。チラーユニットＣＨ等は、供給ラインＳＬ等、貯留室ＲＴ等、蒸発室ＶＰ等、排出ラインＤＬｄ等を介して、冷媒を循環させて、静電チャックＥＳＣの温度を下げ、静電チャックＥＳＣに載置されるウエハＷを冷却する。

冷媒は、供給ラインＳＬ（または、図１０、図１５、図１７に示す枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎ）を介して、チラーユニットＣＨ等から貯留室ＲＴ等に供給される。冷媒は、排出ラインＤＬｄ（または、図１０、図１５、図１７に示す枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎ、図１４、図１５に示す排出ラインＤＬｕ）を介して、蒸発室ＶＰ等からチラーユニットＣＨ等に排出される。

プラズマ処理装置１０は、上記した蒸発室ＶＰ等、貯留室ＲＴ等、チラーユニットＣＨ等を有する冷却システムＣＳを備える。冷却システムＣＳの具体的な構成については、後述される。

プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

プラズマ処理装置１０には、加熱素子であるヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。

ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることによって、載置台ＰＤの温度が調整され、載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整されるようになっている。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵されていてもよい。

プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。絶縁性遮蔽部材３２は、絶縁材料を有しており、例えば、石英のように酸素を含み得る。上部電極３０は、電極板３４および電極支持体３６を含み得る。

電極板３４は処理空間Ｓに面しており、当該電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。電極板３４は、一実施形態では、シリコンを含有する。別の実施形態では、電極板３４は、酸化シリコンを含有し得る。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料を有し得る。電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。

ガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に（載置台ＰＤに向けて）延びている。電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２および流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを有している。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースのそれぞれは、バルブ群４２の対応のバルブおよび流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

したがって、プラズマ処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一または複数のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、処理容器１２内に供給することが可能である。

プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスが被覆された構成を有し得る。デポシールドは、Ｙ_２Ｏ_３の他に、例えば、石英のように酸素を含む材料を有し得る。

処理容器１２の底部側（支持部１４が設置されている側）、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスが被覆された構成を有し得る。排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。

排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００［ＭＨｚ］の周波数、一例においては６０［ＭＨｚ］の高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、すなわち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００［ｋＨｚ］〜４０．６８［ＭＨｚ］の範囲内の周波数、一例においては１３．５６［ＭＨｚ］の周波数の高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。

プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、処理空間Ｓに存在する正イオンが電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子および／またはシリコンが放出される。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図１に示す制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、バルブ群４２、流量制御器群４４、排気装置５０、第１の高周波電源６２、整合器６６、第２の高周波電源６４、整合器６８、電源７０、ヒータ電源ＨＰ、および、チラーユニットＣＨ（またはチラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎ）、等に接続されている。

制御部Ｃｎｔは、制御信号を用いて、ガスソース群４０から供給されるガスの選択および流量、排気装置５０の排気、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４からの電力供給、電源７０からの電圧印加、ヒータ電源ＨＰの電力供給、チラーユニットＣＨ（またはチラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎ）から蒸発室ＶＰ等に供給される冷媒の流量、等を制御することができる。

制御部Ｃｎｔは、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録装置に記録されたコンピュータプログラムをＣＰＵによって実行させる。このコンピュータプログラムは、プラズマ処理装置１０の動作を統括的に制御する機能を、当該ＣＰＵに実行させるためのプログラムを含む。このコンピュータプログラムは、特に、プラズマ処理装置１０で行われるプラズマ処理に係るレシピを、制御部ＣｎｔのＣＰＵに実行させるためのプログラムを含む。

（第１実施例）
図６は、第１実施例に係る冷却システムＣＳの構成を示す図である。冷却システムＣＳは、チラーユニットＣＨ、供給ラインＳＬ、排出ラインＤＬｄ（第１排出ライン）、熱交換部ＨＥを備える。

熱交換部ＨＥは、蒸発室ＶＰ、貯留室ＲＴ、複数の管ＰＰを備える。管ＰＰは、噴射口ＪＯを備える。熱交換部ＨＥは、載置台ＰＤ内に設けられ、載置台ＰＤの載置面ＦＡを介して冷媒による熱交換を行う。

貯留室ＲＴは、供給ラインＳＬを介してチラーユニットＣＨから供給される冷媒を貯留する。貯留室ＲＴは、供給ラインＳＬを介してチラーユニットＣＨに接続され、複数の管ＰＰを介して蒸発室ＶＰに連通する。

蒸発室ＶＰは、貯留室ＲＴに貯留された冷媒を蒸発させる。蒸発室ＶＰは、排出ラインＤＬｄを介してチラーユニットＣＨに接続され、載置台ＰＤの載置面ＦＡに亘って延在し、複数の噴射口ＪＯを含む。噴射口ＪＯは、管ＰＰの一端に設けられ、蒸発室ＶＰの内壁のうち載置面ＦＡの側にある伝熱壁ＳＦに向けて管ＰＰから冷媒が噴射されるように配置されている。

図７は、図６に示すＸ１‐Ｘ１線に沿った下部電極ＬＥの断面の一の態様を例示する図である。図７に示す断面において、載置面ＦＡ上からみて、複数の管ＰＰ（すなわち、複数の噴射口ＪＯ）は、第１プレート１８ａの円形状の断面の円周方向および径方向に、ほぼ等間隔に配置されている。図７に示すように、載置面ＦＡ上から見て、複数の管ＰＰ（すなわち、複数の噴射口ＪＯ）は、載置面ＦＡ内に亘って分散して配置されている。

図６に戻って説明する。チラーユニットＣＨは、冷媒の供給ラインＳＬおよび冷媒の排出ラインＤＬｄを介して、熱交換部ＨＥに接続される。チラーユニットＣＨは、供給ラインＳＬを介して冷媒を熱交換部ＨＥに供給し、排出ラインＤＬｄを介して冷媒を熱交換部ＨＥから排出する。

チラーユニットＣＨは、圧力計ＰＲＬｄ、逆止弁ＣＶＬｄ、膨張弁ＥＶＬｄ、調整弁ＡＶ、圧縮器ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶＣ、圧力計ＰＲＣを備える。蒸発室ＶＰは第２プレート１８ｂに設けられ、貯留室ＲＴは第１プレート１８ａに設けられる。

供給ラインＳＬは、より具体的に、凝縮器ＣＤと貯留室ＲＴとを接続する。排出ラインＤＬｄは、より具体的に、凝縮器ＣＤと蒸発室ＶＰとを接続する。

チラーユニットＣＨにおいて、膨張弁ＥＶＣ、圧力計ＰＲＣは、凝縮器ＣＤの側から順に直列的に、供給ラインＳＬに設けられている。チラーユニットＣＨにおいて、圧縮器ＣＭ、調整弁ＡＶ、膨張弁ＥＶＬｄ、逆止弁ＣＶＬｄ、圧力計ＰＲＬｄは、凝縮器ＣＤの側から順に直列的に、排出ラインＤＬｄに設けられている。

凝縮器ＣＤの出口は膨張弁ＥＶＣの入口に接続され、膨張弁ＥＶＣの出口は圧力計ＰＲＣの入口に接続される。圧力計ＰＲＣの出口は、貯留室ＲＴに接続される。

凝縮器ＣＤの入口は圧縮器ＣＭの出口に接続され、圧縮器ＣＭの入口は調整弁ＡＶの出口に接続される。調整弁ＡＶの入口は膨張弁ＥＶＬｄの出口に接続され、膨張弁ＥＶＬｄの入口は逆止弁ＣＶＬｄの出口に接続される。

逆止弁ＣＶＬｄの入口は圧力計ＰＲＬｄの出口に接続され、圧力計ＰＲＬｄの入口は排出ラインＤＬｄに接続される。排出ラインＤＬｄは、蒸発室ＶＰにおいて噴射口ＪＯの下方に延在する液溜まり領域ＶＰＬに接続される。液溜まり領域ＶＰＬは、蒸発室ＶＰ内において露出されている底壁ＳＦａの表面から噴射口ＪＯに至る蒸発室ＶＰ内の領域であり、噴射口ＪＯから噴射された冷媒のうち液相状態の冷媒（液体としての冷媒）が溜まり得る空間領域である（以下、本明細書の記載において同様。）。なお、蒸発室ＶＰ内のうち、液溜まり領域ＶＰＬを除く領域は気体拡散領域ＶＰＡを含む。気体拡散領域ＶＰＡは、蒸発室ＶＰにおいて噴射口ＪＯの上方に延在しており、噴射口ＪＯから噴射された冷媒のうち気相状態の冷媒（気体としての冷媒）が拡散し得る空間領域である（以下、本明細書の記載において同様。）。

膨張弁ＥＶＣ、調整弁ＡＶ、膨張弁ＥＶＬｄ、逆止弁ＣＶＬｄは、制御部Ｃｎｔによって、それぞれの開度［％］が制御される。

図８、図９を参照して、冷却システムＣＳの冷凍サイクルについて説明する。図８は、冷却システムＣＳの冷凍サイクルが表されているＰｈ線図（モリエル線図）を示す図である。図９は、冷却システムＣＳの冷凍サイクルを、図８と共に説明するための図である。

まず、熱交換部ＨＥの蒸発室ＶＰ（または、図１０、図１５、図１７に示す分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）から排出された冷媒は、圧縮器ＣＭ（または、図１４に示す圧縮器ＣＭｄ、図１０、図１５、図１７に示す圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎ、図１５に示す圧縮器ＣＭｕ）の入口に至り、状態ＳＴ１となる。状態ＳＴ１は、過熱蒸気領域ＺＮ１にある。冷媒は、圧縮器ＣＭによって一定の比エントロピー（specific entropy）線に沿って圧縮されつつ圧縮器ＣＭの出口に至り、状態ＳＴ２となる。状態ＳＴ２は、過熱蒸気領域ＺＮ１にある。

圧縮器ＣＭから排出された冷媒は、凝縮器ＣＤ（または、図１７に示す凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎ）によって、等圧線に沿って凝縮されつつ飽和蒸気線ＬＳＶおよび飽和液線ＬＳＬを横切り、凝縮器ＣＤの出口に至り、状態ＳＴ３となる。状態ＳＴ３は、過冷却領域ＺＮ３にある。凝縮器ＣＤから排出された冷媒は、膨張弁ＥＶＣによって、一定の比エンタルピー（specific enthalpy）線に沿って膨張されつつ飽和液線ＬＳＬを横切り膨張弁ＥＶＣの出口に至り、状態ＳＴ４となる。状態ＳＴ４は、湿り蒸気領域ＺＮ２にある。

図８に示すＰｈ線図では、過冷却領域ＺＮ３、湿り蒸気領域ＺＮ２、過熱蒸気領域ＺＮ１に亘って通常１０℃間隔で等温線が引かれている。図８に記載の等温線ＬＳＴは、比エンタルピーの増加に伴って、過冷却領域ＺＮ３においては垂直に近い右下がりの曲線として伸びており、飽和液線ＬＳＬの交点で折れ曲がり、湿り蒸気領域ＺＮ２において水平に直線として（圧力一定の線として）伸びており、飽和蒸気線ＬＳＶの交点で再び折れ曲がり、過熱蒸気領域ＺＮ１において右下がりの曲線として伸びている。図８に記載の等温線ＬＳＴは、このような等温線の一例である。湿り蒸気領域ＺＮ２における冷媒では、蒸発または凝縮過程の中間状態になっており、飽和液と飽和蒸気が共存している。理論冷凍サイクルにおいて、蒸発または凝縮過程では圧力と温度とは一定となる。

膨張弁ＥＶＣから排出された低圧・低温の湿り蒸気状態の冷媒（状態ＳＴ４）は、蒸発室ＶＰによって、伝熱壁ＳＦから熱を奪い等圧線に沿って蒸発されつつ、飽和蒸気線ＬＳＶを横切り蒸発室ＶＰの出口に至る。理論冷凍サイクルにおいて、飽和状態では、冷媒の圧力を指定すれば飽和温度が定まり、温度を指定すれば飽和圧力が定まる。したがって、冷媒の蒸発温度は圧力によって制御可能である。

蒸発室ＶＰでは等温変化（ＳＴ４からＳＴ１）の間に、冷媒の比エンタルピーはｈ４からｈ１まで増加する。冷媒１［ｋｇ］が周囲の比冷却体（伝熱壁）から奪う熱量Ｗｒ［ｋｇ］を冷凍効果と呼び、冷媒［１ｋｇ］が比冷却体から受け取る熱量に等しく、蒸発室ＶＰ入口から出口までの冷媒の比エンタルピー増加量：ｈ１−ｈ４［ｋＪ／ｋｇ］に等しくなる。よって、Ｗｒ＝ｈ１−ｈ４の関係が成り立つ。

冷凍能力Φ０［ｋＪ／ｓ］（または［ｋＷ］）は、次式のように、冷凍効果である熱量Ｗｒ［ｋＪ／ｋｇ］と冷媒循環量Ｑｍｒ［ｋｇ／ｓ］との積として求められる。
Φ０＝Ｑｍｒ×Ｗｒ＝Ｑｍｒ×（ｈ１−ｈ４）。
ただし、Ｗｒ，ｈ１，ｈ４のそれぞれは以下のように定義される。
Ｗｒ：冷凍効果［ｋＪ／ｋｇ］。
ｈ１：蒸発室ＶＰ出口の冷媒（過熱蒸気）の比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］。
ｈ４：蒸発室ＶＰ入口の冷媒（湿り蒸気）の比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］。
また、冷却システムＣＳによって被冷却体を冷却できる能力のことを冷凍能力と呼ぶ。したがって、冷凍能力は冷媒の冷凍効果、冷媒の循環量と比例関係にある。また、蒸発室ＶＰが分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ−ｎに分割される場合にも、冷媒循環量が調整されることによって、分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ−ｎのそれぞれの冷凍能力が制御され得る。

冷却システムＣＳは、図８、図９に示す上記のような冷凍サイクルにおける冷媒の循環によって、蒸発室ＶＰにおいて熱交換を行う。図８、図９に示す冷凍サイクルは、第１実施例だけではなく、以下で説明する第２実施例〜第５実施例においても、同様に実現される。

（第２実施例）
図１０は、一実施形態に係る冷却システムＣＳの他の構成（第２実施例）を示す図である。第２実施例に係る冷却システムＣＳでは、第１実施例の蒸発室ＶＰおよび貯留室ＲＴが変更されている。

第２実施例に係る冷却システムＣＳの蒸発室ＶＰは、複数の第１分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）を備える。分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎは、載置台ＰＤの第２プレート１８ｂ内において互いに離隔されている。第１分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）は、噴射口ＪＯを含み、載置面ＦＡ上から見て載置面ＦＡ内に亘って分散して配置される。

第２実施例に係る冷却システムＣＳの貯留室ＲＴは、複数の第２分室（分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎ）を備える。分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎは、載置台ＰＤの第１プレート１８ａ内において互いに離隔されている。第２分室（分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎ）は、管ＰＰを介して第１分室に連通する。

排出ラインＤＬｄは、複数の第１枝ライン（枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎ）を備える。枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれは、蒸発室ＶＰの分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれに接続される。

供給ラインＳＬは、複数の第２枝ライン（枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎ）を備える。供給ラインＳＬの一端は、第２実施例に係るチラーユニットＣＨの凝縮器ＣＤに接続されている。供給ラインＳＬの別の一端は、枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎが設けられている。すなわち、第２実施例に係るチラーユニットＣＨから延びる供給ラインＳＬは、枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎに分岐されている。枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれは、貯留室ＲＴの分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれに接続される。

第２実施例に係るチラーユニットＣＨは、圧力計ＰＲＣ、膨張弁ＥＶＣを備える。圧力計ＰＲＣ、膨張弁ＥＶＣは、供給ラインＳＬ上に設けられている。膨張弁ＥＶＣは、供給ラインＳＬ上において、凝縮器ＣＤと圧力計ＰＲＣとの間に配置されている。

第２実施例に係るチラーユニットＣＨは、複数の圧力計ＰＲＬｄ（圧力計ＰＲＬｄ‐１〜圧力計ＰＲＬｄ‐ｎ）、複数の逆止弁ＣＶＬｄ（逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎ）、複数の膨張弁ＥＶＬｄ（膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎ）、複数の調整弁ＡＶ（調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎ）、複数の圧縮器ＣＭ（圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎ）を備える。

圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれに設けられている。調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれに設けられている。

膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれに設けられている。逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれに設けられている。圧力計ＰＲＬｄ‐１〜圧力計ＰＲＬｄ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれに設けられている。

第２実施例に係る凝縮器ＣＤは、圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎのそれぞれに接続される。圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎのそれぞれは、調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎのそれぞれに接続される。調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎのそれぞれは、膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎのそれぞれに接続される。

膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎのそれぞれは、逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎのそれぞれに接続される。逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎのそれぞれは、圧力計ＰＲＬｄ‐１〜圧力計ＰＲＬｄ‐ｎのそれぞれに接続される。圧力計ＰＲＬｄ‐１〜圧力計ＰＲＬｄ‐ｎのそれぞれは、分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれに接続される。

供給ラインＳＬ上において、第２実施例に係るチラーユニットＣＨの圧力計ＰＲＣは、流量調整バルブＦＣＶに接続されている。流量調整バルブＦＣＶは、第２実施例に係るチラーユニットＣＨと、枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎとに接続される。流量調整バルブＦＣＶは、供給ラインＳＬ上において、チラーユニットＣＨと枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎとの間に配置されている。

枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれには、流量調整バルブ（流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれ）と、圧力計（圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれ）とが設けられている。例えば、枝ラインＳＬ‐１上には、流量調整バルブＦＣＶ‐１、圧力計ＰＲＣ‐１が設けられており、枝ラインＳＬ‐ｎ上には、流量調整バルブＦＣＶ‐ｎ、圧力計ＰＲＣ‐ｎが設けられている。

流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれは、流量調整バルブＦＣＶに接続されている。圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれは、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれに接続されている。分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれは、圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれに接続されている。

流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれは、流量調整バルブＦＣＶと、圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれとの間に配置されている。圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれは、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれと、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれとの間に配置されている。

第２実施例では、チラーユニットＣＨから蒸発室ＶＰ（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれ）に供給ラインＳＬを介して出力される冷媒は、まず流量調整バルブＦＣＶの開度［％］を調整することによって流量が一括して調整された後に、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれの開度［％］を調整することによって枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれにおける流量（分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれに供給する冷媒の流量）が個別に調整され得る。

流量調整バルブＦＣＶ、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎ、調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎ、膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎ、逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎのそれぞれは、制御部Ｃｎｔによって、それぞれの開度［％］が制御される。

図１１は、図１０に示すＸ２‐Ｘ２線に沿った下部電極ＬＥの断面の一の態様を例示する図である。図１２は、図１０に示すＸ２‐Ｘ２線に沿った下部電極ＬＥの断面の他の態様を例示する図である。

図１１に示すように、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎは、互いに離隔している。図１１に示す断面において、載置面ＦＡ上から見て、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎは、第１プレート１８ａの円形状の断面の中心から外周に向けて径方向に順に配置されている。図１１に示す断面において、載置面ＦＡ上から見て、分室ＲＴ‐１は円形状の断面を有し、分室ＲＴ‐１の外側にある分室（例えば分室ＲＴ‐ｎ）は帯状の断面を有する。

図１１に示すように、載置面ＦＡ上から見て、複数の管ＰＰ（すなわち、複数の噴射口ＪＯ）は、載置面ＦＡ内に亘って分散して配置されている、図１１に示すように、複数の管ＰＰのそれぞれの近傍には、管ＰＰに連通する分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）に接続された排出ラインＤＬｄ（枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎ）が配置されている。

なお、分室ＲＴ‐１の外側にある分室（例えば、分室ＲＴ‐ｉ、分室ＲＴ‐ｎであり、ｉは１＜ｉ＜Ｎの範囲にある整数である。）、図１１に示す帯状の断面を有する場合に限らず、図１２に示すように、当該帯状の断面が円周方向に更に複数に分割され離隔された断面を有し得る。

図１３は、図１０に示す冷却システムＣＳの動作を例示的に説明するための図である。図１３に示す動作（動作ＰＴ１〜動作ＰＴ２）は、後述の図１５および図１７のそれぞれに示す冷却システムＣＳ（第４実施例および第５実施例）においても適用され得る。

図１３に示す動作は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。図１３に示す動作は、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれの動作であり、期間Ｔ１、期間Ｔ２等の期間の経過に応じて、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれの開度［％］を変更させる動作である。例えば期間Ｔ２は、期間Ｔ１に引き続く期間である。期間Ｔ１等の各期間において、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎそれぞれの開度［％］の合計は１００［％］となる。

動作ＰＴ１は、期間Ｔ１、期間Ｔ２等の期間の経過に応じて、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎの開度［％］を、好適に変更させる動作である。動作ＰＴ１では、例えば、期間Ｔ１において、流量調整バルブＦＣＶ‐１の開度［％］が３０［％］に設定され、流量調整バルブＦＣＶ‐ｎの開度［％］が１０［％］に設定された状態から、期間Ｔ１に引き続く期間Ｔ２において、流量調整バルブＦＣＶ‐１の開度［％］が２０［％］に変更され、流量調整バルブＦＣＶ‐ｎの開度［％］が５［％］に変更される。

動作ＰＴ２は、全ての期間（期間Ｔ１等）において、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれの開度［％］を固定する動作である。動作ＰＴ２では、例えば、全ての期間（期間Ｔ１等）において、流量調整バルブＦＣＶ‐１の開度［％］が５０［％］に固定され、流量調整バルブＦＣＶ‐ｎの開度［％］が２０［％］に固定される。このように、各流量調整バルブの開度を固定し、冷媒の循環量を調整することで、プラズマ処理中の入熱が不均一であった場合でも、各分室の冷凍能力を任意に制御することができる。動作ＰＴ２は、動作ＰＴ１の具体例である。

動作ＰＴ３は、期間Ｔ１、期間Ｔ２等の期間ごとに、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのうち何れか一の流量調整バルブのみ１００［％］の開度とする動作である。動作ＰＴ３では、例えば、期間Ｔ１において、流量調整バルブＦＣＶ‐１の開度［％］が１００［％］に設定され、期間Ｔ１に引き続く期間Ｔ２において、流量調整バルブＦＣＶ‐ｎの開度［％］が１００［％］に設定される。このように、温調したい分室に対して、冷媒の供給時間を調整することで、プラズマ処理中の入熱が不均一であった場合でも、各分室の冷凍能力を任意に制御することができる。動作ＰＴ３は、動作ＰＴ１の具体例である。

（第３実施例）
図１４は、一実施形態に係る冷却システムＣＳの他の構成（第３実施例）を示す図である。第３実施例に係る冷却システムＣＳは、第１実施例に対して排出ラインＤＬｕ（第２排出ライン）が加えられた構成を有する。

排出ラインＤＬｕは、蒸発室ＶＰとチラーユニットＣＨとを接続する。より具体的に、排出ラインＤＬｕは、蒸発室ＶＰとチラーユニットＣＨの凝縮器ＣＤとを接続し、蒸発室ＶＰにおいて噴射口ＪＯの上方に延在する気体拡散領域ＶＰＡに接続されている。

第３実施例に係るチラーユニットＣＨは、圧力計ＰＲＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、調整弁ＡＶｕ、圧縮器ＣＭｕを更に備える。圧縮器ＣＭｕ、調整弁ＡＶｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕ、圧力計ＰＲＬｕは、排出ラインＤＬｕに設けられている。

第３実施例に係る凝縮器ＣＤは、圧縮器ＣＭｕに接続される。圧縮器ＣＭｕは、調整弁ＡＶｕに接続される。調整弁ＡＶｕは、膨張弁ＥＶＬｕに接続される。膨張弁ＥＶＬｕは、逆止弁ＣＶＬｕに接続される。逆止弁ＣＶＬｕは、圧力計ＰＲＬｕに接続される。圧力計ＰＲＬｕは、蒸発室ＶＰに接続される。

圧力計ＰＲＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、調整弁ＡＶｕ、圧縮器ＣＭｕのそれぞれの機能は、圧力計ＰＲＬｄ、逆止弁ＣＶＬｄ、膨張弁ＥＶＬｄ、調整弁ＡＶｄ、圧縮器ＣＭｄのそれぞれの機能と同様である。

調整弁ＡＶｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕのそれぞれは、制御部Ｃｎｔによって、それぞれの開度［％］が制御される。

（第４実施例）
図１５は、一実施形態に係る冷却システムＣＳの他の構成（第４実施例）を示す図である。第４実施例に係る冷却システムＣＳは、第２実施例に対して、排出ラインＤＬｕが加えられた構成を有する。第４実施例に係る排出ラインＤＬｕは、枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎを備える。

枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎのそれぞれは、分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれに接続される。枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎのそれぞれには、逆止弁ＣＶＬｕ‐１〜逆止弁ＣＶＬｕ‐ｎが設けられている。

逆止弁ＣＶＬｕ‐１〜逆止弁ＣＶＬｕ‐ｎは、第１プレート１８ａの内部に設けられていてもよいし、下部電極ＬＥの外部に設けられてもよい。逆止弁ＣＶＬｕ‐１〜逆止弁ＣＶＬｕ‐ｎのそれぞれは、制御部Ｃｎｔによって、それぞれの開度［％］が制御される。

分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎのそれぞれを介して、第１プレート１８ａに設けられた貯留室ＲＫに接続され、貯留室ＲＫは、排出ラインＤＬｕを介してチラーユニットＣＨに接続される。排出ラインＤＬｕ（枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎを含む）は、貯留室ＲＫを介して、分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれと、第４実施例に係るチラーユニットＣＨとを接続する。

分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれから排出された冷媒は、枝ラインＤＬｕ‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎのそれぞれを介して貯留室ＲＫに貯留され、貯留室ＲＫに貯留された冷媒は、貯留室ＲＫから、貯留室ＲＫに接続された排出ラインＤＬｕを介してチラーユニットＣＨに送られる。

第４実施例に係るチラーユニットＣＨは、第３実施例と同様に、排出ラインＤＬｕに接続された圧力計ＰＲＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、調整弁ＡＶｕ、圧縮器ＣＭｕを更に備える。第４実施例に係る圧力計ＰＲＬｕ、逆止弁ＣＶＬｕ、膨張弁ＥＶＬｕ、調整弁ＡＶｕ、圧縮器ＣＭｕは、第３実施例の場合と同様である。

図１６は、図１５に示すＸ３‐Ｘ３線に沿った下部電極ＬＥの断面の一の態様を例示する図である。図１６に示すように、第４実施例において、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎの形状および配置、管ＰＰの配置、枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎの配置は、図１１に示す第２実施例の場合と同様である。

図１６に示すように、第４実施例において、複数の管ＰＰのそれぞれの近傍には、更に、管ＰＰに連通する分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）に接続された排出ラインＤＬｕ（枝ラインＤＬｕ‐１‐１〜枝ラインＤＬｕ‐ｎ）が配置されている。

（第５実施例）
図１７は、一実施形態に係る冷却システムＣＳの他の構成（第５実施例）を示す図である。第５実施例に係る冷却システムＣＳは、複数のチラーユニット（チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎ）を有する。チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれは、第２実施例のチラーユニットＣＨと同様の機能を有する。特に、チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれ（例えばチラーユニットＣＨ‐１）は、互いに連通する一組の第２分室と第１分室とに対して（例えばチラーユニットＣＨ‐１に接続する分室ＲＴ‐１と分室ＶＰ‐１とに対して）、冷媒の供給および排出を行う。

チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれは、凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎのそれぞれを備える。第５実施例に係る凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎのそれぞれは、第１実施例〜第４実施例のそれぞれに係る凝縮器ＣＤと同様の機能を有する。

枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれは、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれと接続され、凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎのそれぞれとを接続する。例えば、枝ラインＳＬ‐１は、分室ＲＴ‐１とチラーユニットＣＨ‐１の凝縮器ＣＤ‐１とを接続する。

枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎのそれぞれは、分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれと接続され、凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎのそれぞれと接続される。例えば、枝ラインＤＬｄ‐１は、分室ＶＰ‐１とチラーユニットＣＨ‐１の凝縮器ＣＤ‐１とを接続する。

チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれは、膨張弁ＥＶＣ、圧力計ＰＲＣを備える。

チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれは、圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎのそれぞれを備え、調整弁ＡＶｄ‐１〜調整弁ＡＶｄ‐ｎのそれぞれを備える。

チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれは、膨張弁ＥＶＬｄ‐１〜膨張弁ＥＶＬｄ‐ｎのそれぞれを備え、逆止弁ＣＶＬｄ‐１〜逆止弁ＣＶＬｄ‐ｎのそれぞれを備え、圧力計ＰＲＬｄ‐１〜圧力計ＰＲＬｄ‐ｎのそれぞれを備える。

凝縮器ＣＤ‐１〜凝縮器ＣＤ‐ｎのそれぞれは、膨張弁ＥＶＣに接続され、圧縮器ＣＭｄ‐１〜圧縮器ＣＭｄ‐ｎのそれぞれに接続される。

第５実施例に係る冷却システムＣＳは、第２実施例と同様に、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎ、圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎを備える。流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれに設けられている。圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれは、枝ラインＳＬ‐１〜枝ラインＳＬ‐ｎのそれぞれに設けられている。流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれは、チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれと圧力計ＰＲＣ‐１のそれぞれとの間に設けられる。圧力計ＰＲＣ‐１〜圧力計ＰＲＣ‐ｎのそれぞれは、流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれと分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれとの間に設けられる。流量調整バルブＦＣＶ‐１〜流量調整バルブＦＣＶ‐ｎのそれぞれの開度［％］を調整することによって、チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれから分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれに供給される冷媒の流量を調整し得る。

図１８は、図６、図１０、図１４、図１５、図１７のそれぞれに示す冷却システムＣＳが備える蒸発室ＶＰ（更に分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ）の主要な構成を示す図である。蒸発室ＶＰの伝熱壁ＳＦには複数の突部ＢＭが設けられている。分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎのそれぞれの伝熱壁ＳＦには、突部ＢＭが設けられている。突部ＢＭは、伝熱壁ＳＦと一体に設けられ、伝熱壁ＳＦと同様に比較的に高い熱伝導性を有する。

突部ＢＭには、管ＰＰの噴射口ＪＯが突部ＢＭに対向するように配置されている。噴射口ＪＯからは、冷媒が噴射方向ＤＲに噴射され、冷媒が突部ＢＭに吹きかけられる。突部ＢＭに吹きかけられた冷媒は、突部ＢＭおよび伝熱壁ＳＦから熱を受け得る。突部ＢＭに吹きかけられた冷媒によって、突部ＢＭおよび伝熱壁ＳＦの熱が当該冷媒に移動するので、載置面ＦＡが当該冷媒によって抜熱され得る。

なお、伝熱壁ＳＦに突部ＢＭが設けられる場合だけではなく、突部ＢＭを用いた場合と同様の効果を有するものとして、伝熱壁ＳＦに柱状フィン（１．０〜５．０［ｍｍ］の径および１．０〜５．０［ｍｍ］の高さを有する柱状フィン）が設けられる場合、伝熱壁ＳＦにディンプル（１．０〜５．０［ｍｍ］の径および１．０〜５．０［ｍｍ］の深さを有するディンプル）が設けられる場合、伝熱壁ＳＦの表面粗さを増加させる場合（６．３［μｍ］のＲａおよび２５［μｍ］のＲｚを有する表面粗さ）、伝熱壁ＳＦの表面に対し容射等によってポーラス状の表面加工が加えられる場合、等が利用され得る。

伝熱壁ＳＦに柱状フィンが設けられる場合、および、伝熱壁ＳＦにディンプルが設けられる場合には、特に、冷媒が吹きかけられる部分が突部ＢＭの場合に比較して更に絞られる（更に詳細となる）ので空間分解能が向上される。伝熱壁ＳＦの表面粗さを増加させる場合、伝熱壁ＳＦの表面に対し容射等によってポーラス状の表面加工が加えられる場合には、特に、冷媒が吹きかけられる部分の表面積が突部ＢＭの場合に比較して増加するので熱伝導率が向上される。

第１実施例〜第５実施例のそれぞれに係る冷却システムＣＳの構成によれば、熱交換部ＨＥの伝熱壁ＳＦに冷媒を噴射する複数の噴射口ＪＯが載置面ＦＡ上から見て載置面ＦＡ内に亘って分散して配置されているので、載置面ＦＡ上からみて冷媒が伝熱壁ＳＦに対し場所によらず均等に噴射され得る。このため、載置面ＦＡに載置されたウエハＷに対する抜熱において場所ごとのバラつきが低減され得る。

排出ラインＤＬｄ（枝ラインＤＬｄ‐１〜枝ラインＤＬｄ‐ｎを含む）が、蒸発室ＶＰ（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎを含む）において噴射口ＪＯの下方に延在する液溜まり領域ＶＰＬに接続されているので、底壁ＳＦａ上に溜まった冷媒が効率よく回収され得る。

また、気化した冷媒は熱伝達率が低下しており熱交換に殆ど寄与しないので、滞留したままの状態では逆に熱交換の阻害要因となる。従って気化した冷媒は速やかに排出するのが望ましい。従って、排出ラインＤＬｕが蒸発室ＶＰ（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎを含む）において噴射口ＪＯの上方に延在する気体拡散領域ＶＰＡに設けられるので、伝熱壁ＳＦの周囲に存在する冷媒の蒸気が速やかに回収され得る。

また、第２実施例、第４実施例、第５実施例のように、蒸発室ＶＰおよび貯留室ＲＴがそれぞれ互いに離隔された複数の分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎ）に分割されている場合には、複数の分室が載置面ＦＡ上から見て載置面ＦＡ内に亘って分散して配置されるので、載置面ＦＡに載置されたウエハＷに対する抜熱において場所ごとのバラつきがより低減され得る。

また、第２実施例、第４実施例、第５実施例のように、貯留室ＲＴが互いに離隔された複数の分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎに分割されている場合には、各分室に供給する冷媒の流量が調整可能となるので、ウエハＷに対する抜熱が場所ごとにきめ細かく制御され、よって、ウエハＷに対する抜熱において場所ごとのバラつきがより一層低減され得る。

また、第２実施例、第４実施例、第５実施例のように、蒸発室ＶＰおよび貯留室ＲＴがそれぞれ互いに離隔された複数の分室（分室ＶＰ‐１〜分室ＶＰ‐ｎ、分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎ）に分割されている場合には、貯留室ＲＴの分室ＲＴ‐１〜分室ＲＴ‐ｎのそれぞれに対して、チラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれが個別に設けられ、冷媒の循環が個別のチラーユニットＣＨ‐１〜チラーユニットＣＨ‐ｎのそれぞれによって相互に独立して行い得るので、ウエハＷに対する抜熱が場所ごとに更にきめ細かく制御され得る。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１２ｅ…排気口、１２ｇ…搬入出口、１４…支持部、１８ａ…第１プレート、１８ｂ…第２プレート、２２…直流電源、２３…スイッチ、２８…ガス供給ライン、３０…上部電極、３２…絶縁性遮蔽部材、３４…電極板、３４ａ…ガス吐出孔、３６…電極支持体、３６ａ…ガス拡散室、３６ｂ…ガス通流孔、３６ｃ…ガス導入口、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４４…流量制御器群、４６…デポシールド、４８…排気プレート、５０…排気装置、５２…排気管、５４…ゲートバルブ、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、６６…整合器、６８…整合器、７０…電源、ＡＬ＿１…第１気液分離部、ＡＬ＿２…第２気液分離部、ＡＬ＿ｉ…第ｉ気液分離部、ＡＬ＿ｎ…第ｎ気液分離部、ＡＮ…気体ライン、ＡＶ…調整弁、ＡＶｄ…調整弁、ＡＶｄ‐１…調整弁、ＡＶｄ‐ｎ…調整弁、ＡＶｕ…調整弁、ＢＬ…帰還ライン、ＢＭ…突部、ＢＶ…帰還弁、ＣＤ…凝縮器、ＣＤ‐１…凝縮器、ＣＤ‐ｎ…凝縮器、ＣＨ…チラーユニット、ＣＨ‐１…チラーユニット、ＣＨ‐ｎ…チラーユニット、ＣＬ…冷却装置、ＣＬ＿１…第１冷却ライン、ＣＬ＿２…第２冷却ライン、ＣＬＤ＿１…第１冷却器ＣＬＤ＿２…第２冷却器ＣＬＤ＿ｉ…第ｉ冷却器ＣＬＤ＿ｎ…第ｎ冷却器、ＣＬ＿ｉ…第ｉ冷却ライン、ＣＬ＿ｎ…第ｎ冷却ライン、ＣＭ…圧縮器、ＣＭｄ…圧縮器、ＣＭｄ‐１…圧縮器、ＣＭｄ‐ｎ…圧縮器、ＣＭｕ…圧縮器、Ｃｎｔ…制御部、ＣＳ…冷却システム、ＣＴ１…タイミングチャート、ＣＴ２…タイミングチャート、ＣＶＬｄ…逆止弁、ＣＶＬｄ‐１…逆止弁、ＣＶＬｄ‐ｎ…逆止弁、ＣＶＬｕ…逆止弁、ＣＶＬｕ‐１…逆止弁、ＣＶＬｕ‐ｎ…逆止弁、ＤＬｄ…排出ライン、ＤＬｄ‐１…枝ライン、ＤＬｄ‐ｎ…枝ライン、ＤＬｕ…排出ライン、ＤＬｕ‐１…枝ライン、ＤＬｕ‐ｎ…枝ライン、ＤＲ…噴射方向、ＤＶ＿１…第１分離器、ＤＶ＿２…第２分離器、ＤＶ＿ｉ…第ｉ分離器、ＤＶ＿ｎ…第ｎ分離器、ＥＳＣ…静電チャック、ＥＶ…排気バルブ、ＥＶＣ…膨張弁、ＥＶＬｄ…膨張弁、ＥＶＬｄ‐１…膨張弁、ＥＶＬｄ‐ｎ…膨張弁、ＥＶＬｕ…膨張弁、ＦＡ…載置面、ＦＣＶ…流量調整バルブ、ＦＣＶ‐１…流量調整バルブ、ＦＣＶ‐ｎ…流量調整バルブ、ＦＲ…フォーカスリング、ＨＥ…熱交換部、ＨＰ…ヒータ電源、ＨＴ…ヒータ、Ｉｎ１…入力端、Ｉｎ２…入力端、ＪＯ…噴射口、ＬＥ…下部電極、ＬＮ＿１…第１液体ライン、ＬＮ＿２…第２液体ライン、ＬＮ＿ｉ…第ｉ液体ライン、ＬＮ＿ｎ…第ｎ液体ライン、ＬＳＬ…飽和液線、ＬＳＴ…等温線、ＬＳＶ…飽和蒸気線、Ｏｕｔ１…出力端、Ｏｕｔ２…出力端、ＰＤ…載置台、ＰＰ…管、ＰＲＣ…圧力計、ＰＲＣ‐１…圧力計、ＰＲＣ‐ｎ…圧力計、ＰＲＬｄ…圧力計、ＰＲＬｄ‐１…圧力計、ＰＲＬｄ‐ｎ…圧力計、ＰＲＬｕ…圧力計、ＰＴ１…動作、ＰＴ２…動作、ＰＴ３…動作、ＰＶ＿１…第１主膨張弁、ＰＶ＿２…第２主膨張弁、ＰＶ＿ｉ…第ｉ主膨張弁、ＰＶ＿ｎ…第ｎ主膨張弁、ＲＫ…貯留室、ＲＴ…貯留室、ＲＴ‐１…分室、ＲＴ‐ｎ…分室、Ｓ…処理空間、ＳＦ…伝熱壁、ＳＦａ…底壁、ＳＬ…供給ライン、ＳＬ‐１…枝ライン、ＳＬ‐ｎ…枝ライン、ＳＶ＿１…第１副膨張弁、ＳＶ＿２…第２副膨張弁、ＳＶ＿ｉ…第ｉ副膨張弁、ＳＶ＿ｎ…第ｎ副膨張弁、ＵＬ…補助ライン、ＵＶ…補助バルブ、ＶＰ…蒸発室、ＶＰ‐１…分室、ＶＰ‐ｎ…分室、ＶＰＡ…気体拡散領域、ＶＰＬ…液溜まり領域、Ｗ…ウエハ、ＺＮ１…過熱蒸気領域、ＺＮ２…湿り蒸気領域、ＺＮ３…過冷却領域。

Claims (5)

1. 被処理体が載置される載置台内に設けられ、冷媒による熱交換を行う熱交換部と、
   前記冷媒を圧縮する圧縮器と、
   前記冷媒に含まれる気体と液体とを分離するｎ個（ｎは２以上の整数）の気液分離部と、
   前記熱交換部の入力端に接続された供給ラインと、
   前記熱交換部の出力端と前記圧縮器の入力端との間に設けられた排出ラインと、
   前記圧縮器の出力端と前記排出ラインとの間に設けられた気体ラインと、
   前記供給ラインとｎ個の前記気液分離部のそれぞれとの間に設けられたｎ個の液体ラインと、
   ｎ個の前記気液分離部のそれぞれに配置されたｎ個の冷却ラインと、
   前記冷媒を膨張させるｎ個の主膨張弁およびｎ個の副膨張弁と、
   を備え、
   ｎ個の前記気液分離部は、第１気液分離部〜第ｎ気液分離部を備え、前記気体ラインに設けられ、
   前記第１気液分離部〜前記第ｎ気液分離部は、前記圧縮器に近い側から順に配置され、前記気体ラインにおいて直列に接続され、
   ｎ個の前記液体ラインは、第１液体ライン〜第ｎ液体ラインを含み、
   前記第１液体ライン〜前記第ｎ液体ラインのそれぞれは、前記第１気液分離部〜前記第ｎ気液分離部のそれぞれに接続され、
   ｎ個の前記冷却ラインは、第１冷却ライン〜第ｎ冷却ラインを含み、
   前記第１冷却ライン〜前記第ｎ冷却ラインのそれぞれは、前記第１気液分離部〜前記第ｎ気液分離部のそれぞれを介して延びており、
   ｎ個の前記主膨張弁は、第１主膨張弁〜第ｎ主膨張弁を含み、
   前記第１主膨張弁〜前記第ｎ主膨張弁のそれぞれは、前記第１液体ライン〜前記第ｎ液体ラインのそれぞれに設けられ、
   ｎ個の前記副膨張弁は、第１副膨張弁〜第ｎ副膨張弁を含み、
   前記第１副膨張弁〜前記第ｎ副膨張弁のそれぞれは、前記第１冷却ライン〜前記第ｎ冷却ラインのそれぞれに設けられ、
   前記第１冷却ラインの両端は、冷却装置に接続され、
   第２冷却ライン〜前記第ｎ冷却ラインのそれぞれは、第２気液分離部〜前記第ｎ気液分離部のそれぞれを介して、前記第１液体ライン〜第ｎ−１液体ラインのそれぞれと前記排出ラインとの間に設けられている、
   冷却システム。
2. 前記冷媒は、ｎ種類の第１冷媒〜第ｎ冷媒を含み、
   前記第１冷媒の沸点〜前記第ｎ冷媒の沸点は、この順に低くなる、
   請求項１に記載の冷却システム。
3. ｎ個の前記主膨張弁およびｎ個の前記副膨張弁のそれぞれの開閉を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、
   ｎ個の前記主膨張弁のうち前記第１主膨張弁のみを開にする場合、ｎ個の前記副膨張弁を閉とし、
   ｎ個の前記主膨張弁のうち第ｉ主膨張弁（ｉは２以上ｎ以下の整数）のみを開にする場合、ｎ個の前記副膨張弁のうち前記第１副膨張弁〜第ｉ−１副膨張弁のみを開とする、
   請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記第１冷却ラインには、前記冷却装置から第ｎ＋１冷媒が流れ、
   前記第１冷却ラインを流れる前記第ｎ＋１冷媒の温度は、前記第１気液分離部内において、前記第１冷媒の沸点より低く且つ第２冷媒の沸点より高く、
   前記制御部は、
   第ｊ主膨張弁（ｊは、３以上のｎにおいて２以上ｎ−１以下の整数）のみを開にする場合に、第ｈ冷却ライン（ｈは２以上ｊ以下の整数）を流れる第ｈ−１冷媒の温度を、第ｈ気液分離部内において、第ｈ冷媒の沸点より低く且つ第ｈ＋１冷媒の沸点より高くなるように制御し、
   前記第ｎ主膨張弁のみを開にする場合に、前記第ｎ冷却ラインを流れる第ｎ−１冷媒の温度を、前記第ｎ気液分離部内において、前記第ｎ冷媒の沸点より低くなるように制御する、
   請求項３に記載の冷却システム。
5. 前記第１気液分離部〜前記第ｎ気液分離部のそれぞれは、第１冷却器〜第ｎ冷却器のそれぞれと、第１分離器〜第ｎ分離器のそれぞれとを備え、
   第ｋ気液分離部（ｋは１以上ｎ以下の整数）に含まれる第ｋ冷却器と第ｋ分離器とは、前記気体ラインに設けられ、前記圧縮器に近い側から順に配置され、該気体ラインにおいて直列に接続されており、
   第ｋ冷却ラインは、前記第ｋ冷却器を介して延びており、
   第ｋ液体ラインは、前記第ｋ分離器に接続されている、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の冷却システム。

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