JP7066438B2 - 冷却システム - Google Patents

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。特許文献１～特許文献５のそれぞれには、被処理体の温度を調節する技術が開示されている。例えば、半導体製造装置には、減圧可能な処理容器内において被処理体を支持する載置台を有している。このような載置台は、例えば冷媒等を用いて被処理体の温度を調節する機能を有している。

特開２０１５‐１４４２４２号公報 特表２０１５‐５２０９４３号公報 特開２０１３‐０７７８５９号公報 特開２０１２‐２８８１１号公報 特開２００８‐１８６８５６号公報

載置台に設けられた冷媒の流路は、載置台の内部において例えば長く曲がった形状を有する場合がある。このような載置台内における流路の形状に起因して冷媒の供給口と排出口との間において圧力差が生じ、当該圧力差によって、載置台の表面において場所ごとに冷媒を用いた抜熱にバラつきが生じ、よって、載置台に載置された被処理体内の温度の調節を効果的に行えない場合が生じ得る。したがって、載置台の表面に載置された被処理体に対する抜熱において場所ごとのバラつきを低減する技術が望まれる。

一態様においては、被処理体が載置される載置台の載置面下に冷媒を循環させる冷却システムが提供される。この冷却システムは、載置台内に設けられ、載置台の載置面を介して冷媒による熱交換を行う熱交換部と、熱交換部に接続される供給ラインおよび第１排出ラインと、供給ラインおよび第１排出ラインを介して熱交換部に接続されたチラーユニットと、を備える。熱交換部は、供給ラインを介してチラーユニットから供給される冷媒を貯留する貯留室と、貯留室に貯留された冷媒を蒸発させる蒸発室と、を備える。貯留室は、供給ラインを介してチラーユニットに接続され、複数の管を介して蒸発室に連通する。蒸発室は、第１排出ラインを介してチラーユニットに接続され、載置面に亘って延在し、複数の噴射口を含む。噴射口は、管の一端に設けられ、蒸発室の内壁のうち載置面の側にある伝熱壁に向けて管から冷媒が噴射されるように配置される。複数の噴射口は、載置面上から見て載置面内に亘って分散して配置されている。

従って、熱交換部の伝熱壁に冷媒を噴射する複数の噴射口が載置面上から見て載置面内に亘って分散して配置されているので、載置面上からみて冷媒が伝熱壁に対し場所によらず均等に噴射され得る。このため、載置面に載置された被処理体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。

一実施形態では、第１排出ラインは、蒸発室において噴射口の下方に延在する液溜まり領域に接続されている。このように第１排出ラインが蒸発室の底壁の側に接続されているので、底壁上に溜まった冷媒が効率よく回収され得る。

一実施形態では、蒸発室は、載置台内において互いに離隔された複数の第１分室を備える。貯留室は、載置台内において互いに離隔された複数の第２分室を備え、第１分室は、噴射口を含み、載置面上から見て該載置面内に亘って分散して配置される。第２分室は、前記管を介して前記第１分室に連通する。第１排出ラインは、複数の第１枝ラインを備える。複数の第１枝ラインのそれぞれは、複数の第１分室のそれぞれに接続される。供給ラインは、複数の第２枝ラインを備える。複数の第２枝ラインのそれぞれは、複数の第２分室のそれぞれに接続されている。このように蒸発室および貯留室がそれぞれ互いに離隔された複数の分室に分割されており、複数の分室が載置面上から見て載置面内に亘って分散して配置されるので、載置面に載置された被処理体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。

一実施形態では、複数の第２枝ラインのそれぞれに設けられた複数のバルブと、複数のバルブのそれぞれの開度を調整することによって複数の第２分室のそれぞれに供給する冷媒の流量を調整する制御部と、を更に備える。このように、貯留室の各分室に供給する冷媒の流量が調整可能となるので、被処理体に対する抜熱が場所ごとにきめ細かく制御され、よって、被処理体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。

一実施形態では、第２排出ラインを更に備え、第２排出ラインは、蒸発室とチラーユニットとを接続し、蒸発室において噴射口の上方に延在する気体拡散領域に接続されている。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、第２排出ラインが蒸発室において伝熱壁の側に設けられるので、伝熱壁の周囲に存在する冷媒の蒸気が速やかに回収され得る。

一実施形態では、複数のチラーユニットを備え、複数のチラーユニットのそれぞれは、互いに連通する一組の第２分室と第１分室とに対して冷媒の供給および排出を行う。このように蒸発室および貯留室のそれぞれの分室に対して、個別のチラーユニットが設けられ、冷媒の循環が個別のチラーユニットによって相互に独立して行い得るので、被処理体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。

以上説明したように、載置台の表面に載置された被処理体に対する抜熱において場所ごとのバラつきが低減される技術が提供される。

図１は、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２は、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３は、図２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４は、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、一実施形態に係る冷却システムの冷凍サイクルを、図４と共に説明するための図である。 図６は、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７は、図６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８は、図６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９は、図６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１０は、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１１は、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１２は、図１１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１３は、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１４は、図２、図１０、図６、図１１、図１３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。

以下、図面を参照して種々の実施形態に係る冷却システム（以下、冷却システムＣＳという）について詳細に説明する。冷却システムＣＳは、被処理体（ウエハＷという）が載置される載置台（載置台ＰＤという）の載置面（載置面ＦＡという）下に冷媒を循環させる冷却システムである。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こととする。

以下では、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１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１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１は、一実施形態に係る冷却システムＣＳが用いられるプラズマ処理装置１０の構成の一例を概略的に示す図である。

図１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２、図１０に示す蒸発室ＶＰ（または、図６、図１１、図１３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２、図１０に示す貯留室ＲＴ（または、図６、図１１、図１３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２、図１０、図６、図１１に示すチラーユニットＣＨ（または、図１３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６、図１１、図１３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６、図１１、図１３に示す枝ラインＤＬｄ‐１～枝ラインＤＬｄ‐ｎ、図１０、図１１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シリコンのうち少なくとも一つが放出される。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、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、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、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２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３は、図２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３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３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２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４、図５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４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５は、冷却システムＣＳの冷凍サイクルを、図４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６、図１１、図１３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１０に示す圧縮器ＣＭｄ、図６、図１１、図１３に示す圧縮器ＣＭｄ‐１～圧縮器ＣＭｄ‐ｎ、図１１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１３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４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４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４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［ｋＪ／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４、図５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４、図５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６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（ｎは２以上の整数であり、以下同様。）。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７は、図６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８は、図６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７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７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７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７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７に示す帯状の断面を有する場合に限らず、図８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９は、図６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９に示す動作（動作ＰＴ１～動作ＰＴ３）は、後述の図１１および図１３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９に示す動作は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。図９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１０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１１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１２は、図１１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１２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７に示す第２実施例の場合と同様である。

図１２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～枝ラインＤＬｕ‐ｎ）が配置されている。

（第５実施例）
図１３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～圧力計ＰＲＣ－ｎ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１４は、図２、図１０、図６、図１１、図１３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、ＡＶ…調整弁、ＡＶｄ…調整弁、ＡＶｄ‐１…調整弁、ＡＶｄ‐ｎ…調整弁、ＡＶｕ…調整弁、ＢＭ…突部、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、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、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、ＥＳＣ…静電チャック、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、ＪＯ…噴射口、ＬＥ…下部電極、ＬＳＬ…飽和液線、ＬＳＴ…等温線、ＬＳＶ…飽和蒸気線、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、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、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の載置面下に冷媒を循環させる冷却システムであって、
   前記載置台内に設けられ、該載置台の前記載置面を介して冷媒による熱交換を行う熱交換部と、
   前記熱交換部に接続される供給ラインおよび第１排出ラインと、
   前記供給ラインおよび前記第１排出ラインを介して前記熱交換部に接続されたチラーユニットと、
   第２排出ラインと、
   を備え、
   前記熱交換部は、
   前記供給ラインを介して前記チラーユニットから供給される冷媒を貯留する貯留室と、
   前記貯留室に貯留された冷媒を蒸発させる蒸発室と、
   を備え、
   前記貯留室は、前記供給ラインを介して前記チラーユニットに接続され、複数の管を介して前記蒸発室に連通し、
   前記蒸発室は、前記第１排出ラインを介して前記チラーユニットに接続され、前記載置面に亘って延在し、複数の噴射口を含み、
   前記噴射口は、前記管の一端に設けられ、前記蒸発室の内壁のうち前記載置面の側にある伝熱壁に向けて前記管から冷媒が噴射されるように配置され、
   複数の前記噴射口は、前記載置面上から見て該載置面内に亘って分散して配置され、
   前記第２排出ラインは、
   前記蒸発室と前記チラーユニットとを接続し、該蒸発室において前記噴射口の上方に延在する気体拡散領域に接続されている、
   冷却システム。
2. 前記第１排出ラインは、前記蒸発室において前記噴射口の下方に延在する液溜まり領域に接続されている、
   請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記蒸発室は、前記載置台内において互いに離隔された複数の第１分室を備え、
   前記貯留室は、前記載置台内において互いに離隔された複数の第２分室を備え、
   前記第１分室は、前記噴射口を含み、前記載置面上から見て該載置面内に亘って分散して配置され、
   前記第２分室は、前記管を介して前記第１分室に連通し、
   前記第１排出ラインは、複数の第１枝ラインを備え、
   複数の前記第１枝ラインのそれぞれは、複数の前記第１分室のそれぞれに接続され、
   前記供給ラインは、複数の第２枝ラインを備え、
   複数の前記第２枝ラインのそれぞれは、複数の前記第２分室のそれぞれに接続されている、
   請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
4. 複数の前記第２枝ラインのそれぞれに設けられた複数のバルブと、
   複数の前記バルブのそれぞれの開度を調整することによって、複数の前記第２分室のそれぞれに供給する冷媒の流量を調整する制御部と、
   を更に備える、
   請求項３に記載の冷却システム。
5. 複数の前記チラーユニットを備え、
   複数の前記チラーユニットのそれぞれは、互いに連通する一組の前記第２分室と前記第１分室とに対して冷媒の供給および排出を行う、
   請求項３に記載の冷却システム。

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