KR100634654B1 - Ｅｓｒｆ 챔버 냉각시스템 및 처리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ESRF 플라즈마 공급원을 냉각시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 그 방법 및 시스템은 냉매를 증발시키고 그 증기를 처리관 및 바이어스 차폐물에 분사하는 다수의 리브를 갖는 정전기적 차폐물을 이용한다. 그 증기는 리브의 밑에나 인접한 리브사이에 분사된다. 이러한 설계는 유도코일사이에서 아킹 (arcing)을 발생시키는 기체를 흡착할 수 있는 액체냉매탱크의 사용을 피할 수 있도록 한다.

Description

ＥＳＲＦ 챔버 냉각시스템 및 처리{ESRF CHAMBER COOLING SYSTEM AND PROCESS}
관련출원의 상호참조
본 출원은 "ESRF 챔버 냉각시스템 및 처리"이란 명칭의 1998년 8월 3일 출원된 일련번호 60/095,036 의 미국 임시출원에 관련되고 그에 관한 우선권을 주장한다. 그 출원의 내용은 참조로써 여기에 결합된다.
본 출원은 다음의 계류중인 출원에 관련된 것이다 : "RF 플라즈마 시스템에서 아킹(Arcing)을 검출 및 방지하기 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 일련번호 60/059,173 호 ; "가스 플라즈마 처리를 모니터링하고 조정하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭의 일련번호 60/059,151 호; "전 표면에 전압인가가 가능한 또는 온도조절된 정전기적으로 차폐된 고주파 플라즈마 공곱원"이라는 명칭의 일련번호 60/065,794 등이다. 본 출원은 또한 1998년 8월 3일자 출원된 "ESRF냉매의 가스배출처리"이라는 명칭의 일련번호 60/095,035(대리인 파일번호 2312-0720-6 YA PROV)출원과 발명자 웨인 L 존슨 명의의 본 출원과 동시에 출원된 "ESRF냉매의 가스배출처리"이라는 명칭의 일련번호 09/ , (대리인 파일번호 2312-0812-6 YA WO)출원에 관련된 것이다. 상기 각각의 관련출원은 참조로써 전체적으로 본 출원에 포함된 다.
발명의 배경기술
발명의 기술분야
본 발명은 플라즈마 처리시스템의 냉각을 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 (1) 구멍(orifice)을 통하여 팽창되고 처리관의 외부에 인가되는 가스로 변환되는 냉매와 (2)정전기적 차폐물에서 증발 구멍(orifice)를 사용하여 냉매를 증발시키고 그 냉각된 증기를 처리관에 바로 향하게 함으로써 처리관을 냉각시키는 정전기적 차폐물을 이용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
배경기술의 설명
에칭처리와 증착처리를 이용하여 서브미크론급의 형태로 반도체 웨이퍼를 제조하기 위하여, 현대적 반도체 처리시스템은 반응성 이온에칭(RIE), 플라즈마로 강화된 화학적 기상증착법(PECVD), 스퍼터링(sputtering), 반응성 스퍼터링, 이온이 지원된 증착법(PVD)과 같은 플라즈마가 지원된 기술을 사용한다. 상기 언급한 관련출원에 더하여, 가스 플라즈마 처리시스템의 다른 예가 본 출원의 발명자인 웨인 L 존슨의 미국 특허 제 5.234.529호에 설명되어 있다. 그러한 공지의 시스템에서는, 고주파전력의 인가에 의해 가스 플라즈마가 형성되고 유지되는 처리분위기에 가스를 채용한다. 전형적으로, 고주파전력은 나선코일을 사용하는 플라즈마에 유도적으로 결합된다.
일반적으로 가스 플라즈마의 생성 역시 처리의 특정온도로 처리시스템을 유지하기 위해 제거되어야 할 상당한 양의 열을 생산한다. 이러한 열의 제거는 이제까지 비효율적이었으며 불편한 설계에 기인한 것이었다. 유전체의 역할도 하는 플루오이너트(FLUORINERT)같은 액체냉매조를 사용하여 공지의 ESRF 플라즈마 공급원을 냉각하여 왔다. 고주파에서 좋은 유전체는 유체가 강한 전기장에 노출되었을 때 단위 부피당 적은 전력손실을 가져야 하는 것으로 규정된다. 그러나, 이러한 특이한 유체들은 공기와 같은 기체를 다량으로 흡착하는 단점이 있다. 흡착된 기체의 4가지 주요공급원은 (1) 적재이전에 이미 액체내에 포획된 기체(즉, 플라즈마 처리시스템 사용자에 의해 수령되기 이전에 흡착된 기체), (2) 액체가 공기에 노출된 때, 예를 들면 액체를 사용하기 전에 용기에 쏟아부을 때, 액체속에 흡착된 기체, (3) 초기 충진 사이클동안 챔버내의 공기가 유체로 대체될 때 흡착된 기체, (4) 유체가 펌프될 때 시스템의 임의의 부분에 있는 기체등이다. 그에 더하여, 기체는 냉매펌프가 멈춘 후에도 냉매로 흡착될 수 있다. 펌프가 멈출 때, 시스템의 높은 부분에 있는 냉매가 낮은 부분으로 흐른다면 흘러나간 냉매를 공기가 대체한다. 펌프가 재가동될 때, 그 공기는 공기방울로 들어가서 흡착될 수 있는 기체의 또 다른 공급원이 될 것이다.
고 자기장영역에서, 강한 발산은 높은 국부적 가열을 일으켜서 냉각액의 국부적 온도상승을 야기할 수 있다. 그 과정에서 가스방출율은 더 증가되어 더 많은 기체가 용액 밖으로 나오게 되어 유전성-플루오레틱(dielectro-fluoretic) 흡착력에 의해 코일 표면상에 흡착하는 공기방울을 형성한다. 흡착된 공기방울은 코일 표면에서 불균일한 전기장, 국부적 가열, 아킹(arcing)을 유도하는 유전적 차이를 발생시킨다. 이러한 아킹은 공진기의 캐비티(cavity)내에서 사용되기 전에 기체가 냉각액으로부터 방출되지 않는다면 유체의 측정된 유전적 강도보다 훨씬 낮은 전압에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 플루오이너트(FLUOINERT)는 그 자체의 액체부피와 같은 양의 가스양을 흡착하며, 포획된 가스를 제거하기 위한 처리가 반드시 필요하다.
흡착된 기체의 신속한 방출에 기인한 아킹을 피하기 위하여, 공지의 시스템은 ESRF 플라즈마 챔버를 통하여 계속해서 냉매를 불어넣는 동안 플라즈마 공급원에 점차 전력을 증가시킨다. 고주파 전력의 점차적 증가는 냉매로부터 흡착된 기체를 방출하기에 충분한 한 주기 이상의 시간동안 발생한다. 비록 냉매를 이러한 방식으로 운용하는 것이 포획된 기체를 방출한다 하더라도, 상당한 시간이 요구된다. 종종 이러한 처리는 수 시간이 걸릴 것이고, 따라서 웨이퍼처리단계에 있어서 플라즈마 시스템의 사용을 지연시킬 수 있다.
흡착된 기체를 방출하기 위해 공지의 시스템에 요구되는 긴 시간주기에 더하여 플라즈마 공급원에 결합된 냉각시스템은 큰 웨이퍼(즉, 300mm)처리 시스템에 사용되는 커다란 냉각라인 때문에 거추장스럽다. 결과적으로, 냉각라인이 부착된 채로 처리챔버가 개방될 때 일반적으로 상당한 양의 공기가 흡착된다. 냉매라인들은 수백 파운드의 냉매를 보유할 수 있기 때문에 전형적으로 부착된 채로 있게 된다. 결과적으로 챔버를 개방하기 위해 부착된 라인들을 들어올리는 것은 불가능하지는 않지만 어려운 것이다.
이전에는, 대체 냉각 메커니즘으로 큰 라인들을 대체하는 방법이 알려지지 않았다. 처리관로부터 열을 제거하기 위해 필요한 많은 양의 냉매교환(예를 들어, 대략 분당 50 - 70 갤런)을 위하여 큰 냉각라인들이 요구된다. 또한 요구되는 냉매의 무게와 압력 때문에 유연한 라인을 사용하는 것이 어렵다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 ESRF 공급원을 냉각하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 ESRF 공급원을 냉각시키기 위해 액체냉매조 대신에 증기 냉매를 사용하는 개선된 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도조절 유체에 담겨지는 성분을 사용하여 동조하는 대신에, 대기조건에서 동조될 수 있는 ESRF 캐비티를 제공함에 있다.
본 발명의 이러한 목적들은 RF전력에 의한 플라즈마 공급원에서 발생한 열을 제거하기 위해 차폐물을 통과할 때(처리관의 외부에 적용되기 전에) 증발되는 냉매를 이용하는 방법 및 시스템에 의해 달성된다. 저압의 냉매를 처리관에 인가하기 위해 일련의 노즐들을 사용하여, 본 발명은 액체 냉매를 증발시키고 그 증기를 배출함으로써 열을 제거한다. 이러한 방법은 액체냉매조를 사용하는 시스템에서 발생하는 아킹(arcing)을 피한다. 이에 부가하여, 코일 주위 물질의 유전상수는 공기와 유전적 유체사이에 거의 동일하게 유지되므로, ESRF 캐비티는 공기와 동조될 수 있고 광범위한 온도의 변화에도 동조된 채로 남게 된다(즉, 그렇지 않다면 온도에 근거한 유전상수의 변화를 발생시켰을 동조의 이동을 감소시키는 것이 가능하다).
보다 상세하게는, 본 발명의 이러한 그리고 또 다른 목적들은 처리관을 둘러싸는 차폐물을 이용하여 냉각되는 처리관을 이용하는 방법 및 시스템에 의해 달성된다. 냉매의 증기압보다 낮은 압력으로 일련의 확장 구멍(orifice)(예를 들어, 차폐물의 리브를 따라 배치된)을 통하여 냉매를 확장시킴으로써 냉매는 구멍(orifice)를 빠져나갈 때 증발된다. 그 증기는 차례물과 처리관로부터 열을 제거하기 위하여 처리관에 닿게 된다. 열은 하나이상의 (1)처리관의 표면위의 차가운 증기의 강제 대류와 (2)전도에 의해 제거된다.
도면의 간단한 설명
본 발명에 대한 보다 완전한 이해와 그에 관한 많은 이점들은 후술할 상세한 설명을 참조하고 특히 첨부도면과 함께 고려될 때 쉽게 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 흐름의 개략적인 도시이다.
도 2는 다수의 스프레이 노즐 냉각 차폐물의 예시도이다.
도 3A는 도 2 의 차폐물용 리브 및 매니폴드사이의 인터페이스를 나타내는 확대도이다.
도 3B는 도 2에 나타낸 냉각 차폐물의 다수의 스프레이 노즐에서의 개구부(구멍(orifice)이나 가스홀)의 확대도이다.
도 4는 냉각 리브 차폐물의 다수의 구멍(orifice)의 예시도이다.
도 5는 도 4에 예시된 냉각 리브 차폐물의 다수의 구멍(orifice)에서 구멍의 확대도이다.
도 6은 바이어스 차폐물에 냉각된 증기를 적용시키는 도 4에 예시된 냉각 리브 차폐물의 다수의 구멍(orifice)내의 구멍의 (orifice)확대도이다.
도 7A와 도 7B는 상업적으로 이용가능한 다양한 냉매의 냉각 특성을 나타내는 챠트이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명에서, ESRF 시스템은 처리되지 않은 액체 냉매, 즉 나선코일주위의 아킹(arcing)의 사용과 관련된 종래의 문제들에 봉착하지 않고 냉각된다. 본 발명의 한 실시예는 액체냉매의 뜨거운 표면에 침수되지 않고 증발되어 뜨거운 표면에 적용되는 유전성 액체를 사용한다.
일부 도면을 통하여 동일 또는 해당 부분을 참조번호와 같이 명시한 도면에 의하면, 도 1은 액체냉매조의 대체물로서 증발된 냉매를 사용하는 냉각된 ESRF 처리 시스템의 개략적인 예시도이다. 예시된 실시예에 따르면, ESRF 플라즈마 공급원(100)은 가열된 표면으로부터 열을 제거하기 위하여 증기를 사용하는 공급원 냉각 챔버(105)에 의해 냉각된다. 냉매는 긴 배관(117) 및 계속되는 밸브(120a)를 통하여 고압펌프(115)에 의해 대형 유체 저장챔버(110)로부터 퍼내어진다. 냉매의 압력은 고압 압력계(125a)로 측정된다. 냉매는 냉매의 유량을 조절할 수 있는 원격조정 가능한 밸브(130)를 통과한다.
원격제어밸브(130)를 빠져나가는 즉시, 냉매는 차폐물(300)의 리브(rib:303)(역자주: 기계용어상으로는 판재등의 보강재등을 의미하나, 본 명세서에서는 "차폐물(300)의 외부에 형성된 돌출부로서 냉매의 통로"로서 정의함)에 냉매를 분배시키는 매니폴드(305)(차폐물의 꼭대기에 있다; 도 2에 나타냄)로 들어간다. 상술한 바와 같이, 냉매는 (1)공급원 냉각 챔버(105)내에 유지된 압력보다는 크고 (2)냉매의 증기압보다는 작은 압력에서 리브로 들어간다. 차폐물의 리브로 들어간 냉매와 공급원 냉각 챔버(105)의 증기분위기 사이의 압력차로 인해 냉매가 팽창구멍(orifice)으로부터 나올 때 그것은 팽창하여 냉매의 증기압이하로 압력을 감소시킨다. 이 시점에서 냉매는 액체에서 기체로 상태가 변한다. 기체가 계속 팽창하여 공급원 냉각 챔버(105)내의 주위 압력으로 되면, 냉매는 더욱 냉각된다(열에너지를 운동에너지로 전환시킨다). 그러므로, 열은 두 가지 메커니즘에 의해 처리관으로부터 송출된다. 즉, (1) 냉매(액체상태)와 처리관사이의 전도-대류에 의한 열 전달과, (2) 처리관과 그 표면에 닿는 냉각증기 사이의 전도-대류에 의한 열 전달이 그것이다. 차폐물 리브는 연달아 초기 두 가지 메커니즘에 의해 냉각된다. 열은 냉매가 팽창구멍(135)을 통과하기 전에 매니폴드와 차폐물의 리브를 통해 흐를 때 냉매(액체상태에 있다)로 이송된다. 열 전달율은 (1) 냉매관(분배 매니폴드와 차폐물 리브내에 있다)의 표면적과 (2) 처리관(리브에 느슨하게 열적으로 결합되어 있다)와 차폐물 리브사이의 온도차, (3) 열전달계수에 비례한다.
게다가, 열전달계수는 1차적으로 냉매 유동율과 냉매의 열적 특성(즉, 열 전도성, 점성, 일정 압력에서의 특정한 열, 밀도 등)에 좌우된다. 2차적으로, 냉매의 증발열(냉매가 액체상태에서 기체상태로 변화하기 위해 필요하다)은 냉매의 처리관으로의 접촉과 뜨거운 차폐물의 리브 양자 모두에 의해 공급되므로 열은 차폐물 리브로부터 방출된다. 액체의 증발에 관한 한, 열전달율은 증발열과 냉매의 유량에 비례한다.
마지막으로, 세 번째 메커니즘은 냉각 증기가 처리관의 표면에 닿을 때 냉각 증기와 처리관사이의 직접적인 열 전달을 나타낸다. 이와 유사하게, 열전달율은 처리관의 표면적과, 처리관과 그에 닿는 기체 사이의 온도차 및, 열전달계수에 비례한다. 충돌제트의 배열에 관하여, 열전달계수는 팽창구멍의 전 면적과, 구멍과 처리관사이의 거리, 기체의 속도, 그리고 몇몇의 기체특성(열 전도성, 점도, 일정 기압에서의 특정 열, 밀도 등을 포함한다)에 좌우된다.
미리 냉각된 기체는 공급원 냉각 챔버(105)내의 열을 흡수하여 최종적으로는 응축기(140)로 들어가기 전에 다른 긴 배관과 밸브(120b)를 통하여 펌핑된다. 응축기(140)내에서, 증기는 역상(逆相)변화가 되어 다시 액체로 변환된다. 변환되는 동안, 열은 증기가 액체로 될 때 증기로부터 제거된다. 그리고 나서 액체는 고압펌프(115)에 의해 다시 펌핑된다. 그러나, 펌프(115)에서 액체를 가압하는 처리는 전형적으로 액체에 열에너지를 증가시키기 때문에, 액체는 다른 사이클을 위해 유체 질량저장 챔버(110)으로 돌아가기 전에 그 안에서 열이 발산될 수 있는 열교환기(145)를 통과하게 된다
냉각 사이클을 조절하기 위하여, 고압 압력계(125a)와 두 번째 압력계(125b )는 냉각 사이클내의 두 위치에서 즉 팽창 전에 하나와 팽창 후에 하나에서 압력을 측정한다. 두 압력으로부터, 액체와 증기의 유량이 결정된다. 유량을 이용하여, 공급원 냉각 챔버(105)내에서 냉매가 부족하지 않게 충분한 양의 냉매를 공급하는 유량을 유지하도록 유량조절밸브(130)를 조절함으로써 냉각 사이클은 조절될 수 있다.
시스템은 또한 팽창구멍(135)의 증기측에 연결된 진공펌프(160)를 포함한다. 이 펌프는 작동이 시작되기 전에 시스템의 공기를 퍼내는 데에 사용된다. 진공펌프 (160)에 의해 발생한 진공의 양은 ① 밸브(120c) 및(120d)에 의해 조절되고 ② 진공 압력계(155)에 의해 측정된다. 진공펌프(160)는 마찬가지로 압력계(155)의 눈금에 따라 더 많게 혹은 더 적게 펌프질하도록 조절될 수 있다. 시스템을 진공시킨 후에, 누출량에 대해 검사하고 그리고 나서 예정된 양의 냉매로 다시 채워진다.
통상의 유체 유동중에 사용된 유출입에 더하여, 유체질량 저장챔버(110)는 또한 잔류 오물 해제밸브를 포함한다. 이 밸브는 유체질량 저장 챔버의 맨 윗부분으로 올라오는 기체의 오물을 빼내는 데 사용될 수 있다. 그 해제밸브는 압력으로 작동되거나 수동으로 조절될 수 있다.
상기 방법은 바람직하게는 도 2에 나타낸 차폐물(300)(도 3B에서 상세히 나타냄)을 냉각시키는 다수의 스프레이 노즐이나 도 4에 나타낸 리브 차폐물(360)를 냉각시키는 다수의 구멍과 함께 사용된다. 코일의 표면에 미세한 기포를 발생시키지 않고도 국부적인 열부하를 제거하기에 충분한 양만큼의 증발되는 유체를 제공하기 때문에 이러한 차폐물 양자 모두 장점이 있다. 차폐물(300)과 차폐물(360)의 선택적인 실시예에 있어서, 그 차폐물은 단순히 냉각 차폐물이 아니라 정전기적 차폐물이다. 증발된 냉매는 상이 변화되기전의 그에 해당하는 액체보다 더 큰 용적을 대체하기 때문에 증기가 챔버로부터 펌프되는 비율은 액체 냉매가 펌프되는 비율보다 크다. (그러나, 본 발명의 유량은 종래 시스템의 유량보다 작다. 공지의 액체 냉매 시스템에서는 유체의 온도를 섭씨 10도 변화시키는데 그램유량당 7.6주울을 갖지만, 본 발명은 같은 양에 대해 100주울의 픽업을 갖는다.) 그러나, 일반적으 로 그 시스템은 액체 냉매가 그 처리(또는 아래에 상술하는 바와 같이 비스듬한 차폐물)에 적용되기 전에 실질적으로 완전히 증발되는 것을 확보하기 위하여 액체 냉매의 유량을 조절한다. 비록 완벽한 증발을 확보하는 것은 가능하지 않지만, 실질적으로 완벽한 증발에 의해 증기는 냉매에서 아킹(arcing)을 일으키지 않고 적용될 수 있다.
도 2에 보인 바와 같이, 차폐물(300)의 다수의 리브(303)들은 차폐물의 내부에 짧은 거리(0.125 -0.375 인치)로 수용된 처리관(400)의 외부를 균일하게 냉각시키도록 배열된다. 도 3A에 보인 바와 같이, 냉매는 매니폴드(305)를 통하여 (도 2에 나타낸 냉매 입구구멍을 경유하여) 차폐물(300)로 펌프되고, 드릴홀(308)(매니폴드의 바닥과 리브의 맨 윗부분에 위치한다)에 주입된다. 도 3B에 보인 바와 같이, 일단 냉매가 매니폴드(305)의 바닥을 통하여 리브로 들어가면, 냉매는 개구부 (310)을 통해 배출된다. 차폐물의 첫 실시예에서, 개구부(310)는 팽창구멍 (135)으로서 작용하고 냉매를 차폐물의 내부 즉 처리관(400)의 외피로 향하게 한다. 차폐물의 대체 실시예에 있어서, 드릴홀(308)은 해당 리브(303)에 대해 팽창구멍(135)으로 작용한다. 그 실시예에 있어서, 개구부는 처리관(400)를 냉각시키기에 충분한 양만큼으로 증발된 냉매가 그곳을 통과할 수 있도록 하기에 충분히 큰 단순한 구멍이다. 또 다른 대체 실시예에 있어서, 냉매 입구구멍(320)(도 2에 나타냄)은 전체 냉각 시스템에 대하여 단 하나의 입구로서 작용한다. 따라서, 매니폴드 (305)은 증발된 냉매로 가득찬다. 증발된 냉매의 유동을 조정하기 위하여, 드릴홀(308)과 개구부(310)는 액체를 운반할 때 그리고/또는 입구(135)로서 작용할 때에 상응하여 확대된다.
도 4에 보인 바와 같이, 다수의 구멍을 가진 냉각리브 차폐물(360)은 각각 다수의 구멍(340)을 갖는 다수의 개개의 리브(330)를 포함한다. 각각의 구멍(340)은 하나의 리브(330)와 그 리브에 인접한 차폐물의 해당부분을 냉각시키도록 설계된다. (상기 언급한 바와 같이, 차폐물(360)는 단순한 냉각 차폐물이거나 정전기적 차폐물 일수 있다.) 그 실시예는 첫 실시예와 비교할 때 부가적인 열전달 --즉 차폐물 리브가 냉매의 증발열에 의해 냉각될 때 차폐물리브와 처리관사이의 전도에 의한 열수송 메커니즘을 제공한다. 구멍(340)의 조밀도는 원뿔형 차폐물의 바닥면적이 증가함에 따라 증가한다. 이러한 배열은 차폐물(360)의 바닥에서 더 많은 열제거의 필요에 따른 것이다. 리브(330)의 확대 단면도는 3개의 구멍을 가진 채로 도5에 나타낸다. 본 발명의 한 실시예에 있어서, 구멍들은 리브에 약 45°로 기체의 흐름을 부딪히게 하고 그 흐름들이 충돌하여 처리관(400)의 벽을 향해 분산되도록 모양을 이루고 위치된다. 두 번째 실시예에서는, 구멍들은 처리관(400)의 벽위에 기체의 흐름을 바로 부딪게 하도록 모양을 이루고 위치된다. 두 번째 실시예에서는, 그 흐름들은 인접한 리브사이의 해당 처리관 부분의 반을 냉각시키도록 향해진다. 상기 상술한 바와 같이, 냉매가 드릴홀(308)을 통해 리브(330)로 들어가는 즉시 또는 그전에 이미 증발되었을 때 구멍(340)은 보다 큰 개구부로 대체될 수 있다.
이에 더하여, 차폐물(360)는 열을 좀 더 균일하게 제거하기 위하여 열적으로 매우 전도성 있는 물질로 만들어진다. 차폐물(360)가 정전기적인 차폐물인 실시예 에 있어서, 리브(330)는 인접한 리브 사이의 정전결합을 최소화하도록 하기 위하여 서로 마주하는 좁은 단면을 갖도록 더욱 설계된다. 정전기적 차폐물에서 그 간격을 가로지르는 정전결합은 정전기적 차폐물의 삽입손실을 증가시킨다.
도 5에 나타낸 실시예와 유사하게, 도 6은 홈이 패인 바이어스 차폐물(410)가 처리관(400)와 정전기적 차폐물(360)사이에 끼워 넣어진 다른 실시예를 보여준다. 이 실시예에서는, 처리관을 직접 냉각시키기 보다는 바이어스 차폐물(410)가 처리관(400)로부터 열을 받아서 증기에 의해 냉각된다. 바이어스 차폐물(410)와 정전기적 차폐물(330)사이의 직접적인 전기적 접촉을 피하기 위하여, 전기절연체가 그 사이에 자리한다. 비록 도6에 도시된 절연체가 단순히 공극이지만, 다른 전기절연체도 가능하다.
도 7A와 도 7B에 보인 바와 같이, 9개의 상이한 냉매가 끓는 점에서 어떻게 변하고 다른 특성들이 증발과정에서 열제거에 어떻게 영향을 미치는지를 결정하기 위하여 시험되었다. 비록 끓는 점은 섭씨 30도에서 섭씨 215도까지 변동하지만, 최대 열을 제거하기 위해 필요한 유량은 단지 분당 1.15리터에서 1.11리터로 변한다. 따라서, 광범위한 냉매가 냉매의 증발을 통해 열을 제거하기 위한 본 발명에 사용될 수 있다.
분명히, 상기 설명에 비추어 본 발명의 많은 변형과 변경이 가능하다. 그러므로 본 발명은 특허청구범위내에서 상기 상세한 설명과 다르게 실시될 수도 있다고 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 플라즈마발생 처리관과,
    액체냉매로부터 증발된 냉매를 사용하여 상기 플라즈마발생 처리관을 냉각시키기 위하여 그 플라즈마발생 처리관을 둘러싸는 차폐물과,
    상기 액체냉매가 효율적으로 증발되도록 시스템 내의 상기 액체냉매의 유량을 제어하기 위한 유량제어기를 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차폐물은 액체냉매를 증발시키고 그 증기를 다수의 리브 밑에 있는 처리관의 외부에 가하도록 하기 위하여 다수의 스프레이 노즐이 마련된 다수의 리브를 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차폐물은 증발된 냉매를 다수의 리브에 인접한 처리관의 외부에 가함으로써 그 처리관을 냉각시키는 다수의 구멍(orifice)이 마련된 다수의 리브를 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 그 시스템에 다시 가할 수 있도록 증기를 냉각된 냉매로 변환시키기 위한 열 교환기를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 액체 냉매를 증발시키기 전에 액체 냉매를 수용하기 위하여 저장고를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 차폐물은 정전기적 차폐물인 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 처리관과 정전기적 차폐물 사이에 끼워 놓이는 바이어스 차폐물을 더욱 포함하여 구성되며,
    상기 정전기적 차폐물은 액체냉매를 증발시키고 그 증기를 다수의 리브 밑에 있는 바이어스 차폐물의 외부에 분사하기 위한 다수의 스프레이 노즐이 마련된 다수의 리브를 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 처리관과 정전기적 차폐물 사이에 끼워 놓이는 바이어스 차폐물을 더욱 포함하여 구성되며,
    상기 정전기적 차폐물은 증발된 냉매를 다수의 리브에 인접한 바이어스 차폐물의 외부에 가함으로써 처리관을 냉각시키는 다수의 구멍이(orifice) 마련된 다수의 리브를 포함하여 구성되는 플라즈마처리 시스템용 냉각시스템.
  9. 다수의 리브(rib)를 갖는 차폐물로 플라즈마발생 처리관을 둘러싸는 단계와,
    액체냉매로부터 증발된 냉매를 사용하여 상기 플라즈마발생 처리관을 냉각시키는 단계 및,
    상기 액체냉매가 효율적으로 증발될 수 있도록 시스템내의 액체냉매의 유량을 조절하는 단계를 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 액체냉매를 증발시키고, 그 증발된 냉매를 다수의 리브에 인접한 차폐물의 외부에 가하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 냉각시키는 단계는 액체냉매를 증발시키고, 그 증발된 냉매를 다수의 리브에 인접한 차폐물의 외부에 가하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 열교환기에서 증발된 냉매를 다시 냉각시키는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 누출을 확인하기 위하여 처리관의 챔버를 진공상태로 하고, 퍼지하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 차폐물은 정전기적 차폐물이고, 바이어스 차폐물이 정전기적 차폐물과 처리관의 사이에 끼워 넣어지며,
    상기 냉각시키는 단계는 액체냉매를 증발시키고, 그 증기를 다수의 리브 밑에 있는 바이어스 차폐물의 외부에 가하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 차폐물은 정전기적 차폐물이고, 바이어스 차폐물이 정전기적 차폐물과 처리관의 사이에 끼워 넣어지며,
    상기 냉각시키는 단계는 액체냉매를 증발시키고, 그 증기를 다수의 리브에 인접한 바이어스 차폐물의 외부에 분사하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 처리관에 마주한 다수의 리브 각각에 있는 다수의 구멍(orifice)에서 액체냉매를 증발시키는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  17. 제 9 항에 있어서, 차폐물의 매니폴드와 다수의 리브 각각의 교점에 있는 구멍(orifice)에서 액체 냉매를 증발시키는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
  18. 제 9 항에 있어서, 차폐물의 매니폴드내의 냉매 입구구멍을 형성하는 구멍(orifice)에서 액체 냉매를 증발시키는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 플라즈마 처리시스템의 냉각방법.
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