KR101336487B1 - 냉각 기구, 처리실, 처리실 내 부품 및 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구에 있어서, 상기 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실과, 상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와, 상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부와, 상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압 이하가 되도록 상기 감압실을 배기하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 기구가 제공된다.

Description

냉각 기구, 처리실, 처리실 내 부품 및 냉각 방법{COOLING UNIT, PROCESSING CHAMBER, PART IN THE PROCESSING CHAMBER, AND COOLING METHOD}
본 발명은 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하고 유지하도록 제어하는 냉각 기구 및 냉각 방법과 해당 냉각 기구를 구성하는 처리실 및 처리실 내 부품에 관한 것이다．
반도체 제조 장치에는 종종 피처리체로서의 반도체 웨이퍼에 에칭 등의 처리를 실시하기 위해 플라즈마를 이용하지만, 이 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼나 처리실 내 벽면이 불필요하게 가열되고 고온으로 되는 경우가 있다. 또한, 반도체 웨이퍼를 처리할 때에 고온 하에서 처리하는 것이 필요한 반도체 제조 장치도 있지만, 이러한 장치에서도 처리 후에는 반송 등 다른 처리를 위해 냉각이 필요할 때가 있다. 그 때문에, 반도체 제조 장치는 반도체 웨이퍼, 처리실 벽면, 고온 부재 등을 냉각하는 냉각 기구를 구비한다. 냉각 기구는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼가 탑재되는 탑재대의 내부에 형성된 유로에 냉각용의 액체(이하, 열매체라 함)를 순환시키는 것에 의해서 냉각을 실행하고 있다(예를 들면, 하기 특허문헌). 열매체를 순환시키는 냉각 방식을 강제 대류 열전달 방식이라 한다.
그런데, 강제 대류 열전달 방식의 냉각에서는 유로의 열전달 특성에 일정한 한계가 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 등의 균일한 냉각이 곤란하고, 온도 제어의 응답성도 나쁘다고 하는 문제가 있었다. 물론, 열매체와 냉각부의 사이의 열 교환량을 크게 하기 위해, 유로 내에 핀(fin) 등을 마련하여 유로의 열전달 특성을 향상시키는 것도 고려되지만, 유로의 열전달 특성과 압력 손실은 상반된 관계에 있기 때문에, 유로의 열전달 특성을 상승시키면, 유로의 압력 손실이 커지고, 열매체를 송출하는 펌프의 소비 에너지가 증대한다고 하는 문제가 발생한다. 반대로, 에너지 절약을 도모하기 위해, 압력 손실을 저감시키면, 열매체의 들어가는 측 및 나오는 측의 온도차가 커지고, 유로의 열전달 특성이 저하하여, 반도체 웨이퍼의 균일한 냉각이 곤란하게 된다.
일본 특허 공개 공보 제2001-44176호 일본 특허 공개 공보 평성7-235588호
상술한 문제를 해결하기 위해, 본원 발명자는 탑재대에 형성된 감압실의 내면(내부 측벽면, 내부 상면, 내부 저면) 중, 냉각을 실행하고자 하는 부분에 액상의 열매체를 분사하고, 해당 내면에 있어서 열매체의 상변화가 유도되도록 감압실 내의 압력을 제어하는 것에 의해, 종래의 냉각 방법에 비해, 반도체 웨이퍼의 균일한 냉각, 고열전달, 고응답성, 에너지 절약화를 실현할 수 있는 냉각 기구를 고안하고 있다. 이러한 열매체의 상변화를 이용한 냉각 방식을 상변화 열전달 방식 또는 진공기화 냉각 방식이라 한다.
그런데, 실험을 시도한 결과, 단순히 저압의 감압실의 내면에 열매체를 뿜어대는 구성에서는, 적극적으로 열매체를 감압실의 내면으로 유도하는 기구가 존재하지 않기 때문에, 열매체가 우연히 내면에 부착되는 것에 의존할 수 밖에 없어, 액상의 열매체가 내면에 부착되기 어렵고, 이론상 요구되는 열매체의 양보다 다량의 열매체를 감압실 내에 공급할 필요가 있다고 하는 새로운 문제에 직면하였다.
또한, 열매체의 양을 증가시키면, 감압실의 내면에 액상의 열매체를 부착시키는 것은 가능하지만, 감압실 내에 공급된 다량의 열매체를 충분히 진공 배기할 수 없는 상태에 빠진 경우, 감압실의 내면에 부착된 열매체가 상변화를 일으키기 어려워져, 효과적으로 탑재대를 냉각할 수 없게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실 내에 분무된 열매체를, 전계에 의해서 해당 감압실의 내면에 인입하는 것에 의해서, 진공기화 냉각에 필요한 열매체량을 삭감하고, 고효율로 피냉각 부재를 냉각할 수 있는 냉각 기구 및 냉각 방법과 해당 냉각 기구를 구성하는 처리실 및 처리실 내 부재를 제공한다.
본 발명에 따른 냉각 기구는 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구에 있어서, 상기 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실과, 상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와, 상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부와, 상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압 이하가 되도록 상기 감압실을 배기하는 배기부를 구비한다.
상기 분무부는 상기 열매체를 상기 감압실에 분무하기 위한 노즐을 갖고, 상기 노즐과 상기 열매체와의 마찰에 의해서 상기 열매체를 대전시키는 것이 바람직하다.
상기 분무부에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 감압실은 상기 피냉각 부재의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 감압실은 상기 피냉각 부재의 외부에 배치되어 있고, 상기 감압실 및 피냉각 부재는 접촉하고 있는 것이 바람직하다.
상기 피냉각 부재는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실인 것이 바람직하다.
상기 피냉각 부재는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실 내에 배치되어 있는 처리실 내의 부품인 것이 바람직하다.
상기 처리실내 부품은 상기 처리실 내에 기판을 탑재하기 위한 탑재대인 것이 바람직하다.
피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구에 있어서, 상기 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실과, 해당 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와, 해당 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부와, 상기 피냉각 부재의 온도를 검출하는 피냉각 부재 온도 검출부와, 해당 피냉각 부재 온도 검출부에서 검출된 온도가 목표 온도가 되도록 상기 감압실을 배기하는 배기부를 구비한다.
본 발명에 따른 처리실은 기판에 소정의 처리를 실행하기 위한 처리실에 있어서, 벽 내에 형성된 감압실과, 해당 감압실의 내면에 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와, 해당 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 처리실 내 부품은 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실 내에 배치될 처리실 내 부품에 있어서, 내부에 형성된 감압실과, 해당 감압실의 내면에 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와, 해당 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각 방법은 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실을 이용하여, 해당 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 방법에 있어서, 상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 스텝과, 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 스텝과, 상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압 이하가 되도록, 상기 감압실을 배기하는 스텝을 갖는다.
본 발명에 따른 냉각 방법은 상기 감압실을 배기하는 스텝에 있어서, 상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압과 동등하게 되도록 상기 감압실을 배기하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 냉각 방법은 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실을 이용하여, 해당 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 방법에 있어서, 상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 스텝과, 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 스텝과, 상기 피냉각 부재의 온도를 검출하는 스텝과, 검출된 온도가 목표 온도가 되도록 상기 감압실을 배기하는 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는 피냉각 부재에 대해 냉각용의 감압실이 열적으로 접속되어 있다. 감압실의 내면, 즉 피냉각면에는 목표 온도 이하의 액상의 열매체가 분무된다. 분무된 열매체는 전계 발생부에서 발생한 전계에 의해서 감압실의 내면에 끌어당겨지고, 부착된다. 배기부는 감압실의 내압이 목표 온도에 있어서의 열매체의 포화 증기압 이하 또는 해당 포화 증기압과 동등하게 되도록 감압실을 배기한다. 이 때문에, 감압실의 내면에 부착되기 전의 열매체는 액상이며, 내면에 부착된 열매체는 목표 온도 초과로 상승하기 때문에, 기상으로 상변화한다.
따라서, 피냉각 부재를, 열매체의 잠열에 의해서 냉각하는 것이 가능하게 된다. 또한, 쿨롱력에 의해서, 열매체를 효과적으로 감압실의 내면에 부착시키는 것이 가능하다. 따라서, 단지 열매체를 뿜어대는 구성에 비해, 진공기화 냉각에 필요한 열매체를 삭감하는 것이 가능하다. 또한, 단지 열매체를 뿜어대는 구성에 비해, 여분의 열매체를 분무할 필요가 없기 때문에, 감압실을 충분히 감압할 수 있고, 효과적으로 피냉각 부재를 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 열매체의 송출량을 삭감할 수 있기 때문에, 열매체를 송출하는 펌프의 소비에너지도 삭감하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 냉각 방법은 액상의 열매체를 분무하는 스텝과, 전계를 발생시키는 스텝과, 감압실을 배기하는 스텝으로 구성되지만, 각 스텝은 임의의 수순으로 실행하면 좋고, 대략 동시적으로 실행해도 좋다.
본 발명에 있어서는 분무부의 노즐과, 열매체와의 마찰에 의해서, 열매체를 대전시킨다. 분무되고, 대전한 열매체의 입자는 쿨롱력에 의해서 서로 반발하기 때문에, 미세한 입자형상인 채 감압실의 내면에 끌어당겨지고, 부착된다. 즉, 분무된 열매체가 대전하고 있지 않은 경우, 열매체의 입자가 표면장력에 의해서 집합해 버려, 감압실의 내면에 도달하기 어려워지지만, 열매체가 대전하고 있으면, 열매체 입자의 집합을 방지할 수 있다. 따라서, 효과적으로 열매체를 감압실의 내면에 부착시키는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는 전압 인가부에 의해서, 분무부에 전압을 인가하는 것에 의해, 열매체를 대전시키는 것이 가능하다. 열매체를 대전시키는 것에 의해서 얻어지는 작용은 상술한 바와 같다.
본 발명에 있어서는 감압실은 피냉각 부재의 내부에 형성되어 있다. 따라서, 피냉각 부재를 효과적으로 냉각하는 것이 가능하다. 또한, 냉각 기구를 소형화하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는 감압실은 피냉각 부재의 외부에 배치되어 있고, 감압실과 피냉각 부재가 접촉하는 것에 의해서, 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 감압실을 내부에 형성하는 것이 곤란한 피냉각 부재를 냉각하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실을 냉각한다.
본 발명에 있어서는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실 내에 배치된 처리실 내 부품을 냉각한다.
본 발명에 있어서는 기판 처리 장치의 처리실 내에 기판을 탑재하는 탑재대를 냉각한다.
본 발명에 있어서는 피냉각 부재의 온도를 피냉각 부재 온도 검출부에서 검출하고, 배기부는 검출된 온도가 목표 온도 이하가 되도록 감압실을 배기한다.
또한, 본 발명에 따른 냉각 방법은 액상의 열매체를 분무하는 스텝과, 전계를 발생시키는 스텝과, 온도를 검출하는 스텝과, 감압실을 배기하는 스텝으로 구성되지만, 각 스텝은 임의의 수순으로 실행하면 좋고, 대략 동시적으로 실행해도 좋다.
본 발명에 따르면, 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실 내에 분무된 열매체를, 전계에 의해서 해당 감압실의 내면에 인입하는 것에 의해서, 진공기화 냉각에 필요한 열매체를 삭감하고, 고효율로 피냉각 부재를 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 일 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 배기부 및 냉수 제조기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 냉각에 따른 제어부의 처리수순을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 진공기화 냉각 조건을 개념적으로 나타내는 상태도이다.
도 5는 변형예 1에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 6은 변형예 2에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 7은 변형예 3에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 8은 변형예 4에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 냉각 기구(6)를 갖는 반도체 제조 장치의 한 구성을 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에 따른 반도체 제조 장치는, 예를 들면, 평행 평판형의 플라즈마 에칭 장치이다. 또한, 평행 평판형의 플라즈마 에칭 장치는 플라즈마 처리 장치의 일예이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 반도체 제조 장치는 중공 원통형의 처리실(1)을 구비한다. 처리실(1)은, 예를 들면, 알루미늄으로 구성되며, 접지되어 있다.
처리실(1)의 저면 대략 중앙부에는 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하고, 하부 전극으로서 기능하는 원반형상의 탑재대(2)가 원반형상 절연체(21)를 거쳐서 마련되어 있다. 탑재대(2)는, 예를 들면, 알루미늄으로 구성되고, 감압실(60)을 내부에 갖는다. 감압실(60)은 피냉각 부재인 탑재대(2)를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구(6)의 각 구성부에 접속되어 있고, 냉각 기구(6)의 일부를 구성하고 있다. 냉각 기구(6)에 의해서 탑재대(2)를 냉각하는 것에 의해, 탑재대(2) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼(W)가 프로세스 온도로 냉각된다. 또한, 탑재대(2)에는 바이어스 전압을 발생시키기 위한 고주파를 인가하는 고주파 전원(4)이 접속되어 있다. 여기서, 목표 온도는 피냉각 부재인 탑재대(2)의 제어 목표가 되는 온도이며, 이상적으로는 반도체 웨이퍼(W)에 대해 제어될 프로세스 온도와 일치하지만, 탑재대(2)와 반도체 웨이퍼(W)의 열 저항 등을 고려한 경우, 프로세스 온도보다도 낮게 설정해도 좋다.
또한, 처리실(1)의 상부 대략 중앙에는 탑재대(2)와 대향하도록 상부 전극(3)이 마련되어 있다. 처리실(1)과 상부 전극(3)의 사이에는 환상의 절연체(14)가 배치되어 있다. 상부 전극(3)에는 플라즈마 발생용의 고주파 전원(5)이 접속되어 있다. 또한, 상부 전극(3)은 중공형상으로 형성되어 있고, 탑재대(2)에 대향하는 면에 도시하지 않은 복수의 프로세스 가스 공급 구멍을 구비한 가스 샤워헤드를 구성하고 있다. 상부 전극(3)의 상면 중앙에는 상부 전극(3)에 프로세스 가스를 공급하는 프로세스 가스 공급관(31)이 마련되어 있고, 상부 전극(3)은 가스 샤워헤드로서의 기능에 의해 처리실(1) 내에 프로세스 가스를 공급한다.
또한, 배기 기구로서, 예를 들면, 처리실(1)의 저면 부근 측면 부분에는 배기관(12)이 접속되어 있고, 배기관(12)의 하류에 마련된 도시하지 않은 진공 펌프에 의해서, 처리실(1) 내를 진공 배기하도록 구성되어 있다. 또한, 배기 기구는 처리실(1)의 바닥부로부터 배기하는 구조로 해도 좋다.
또한, 처리실(1)의 측면에는 반도체 웨이퍼(W)의 반송구(11)가 형성되어 있고, 반송구(11)는 게이트밸브(13)에 의해서 개폐 가능하게 구성되어 있다.
탑재대(2)에 형성된 감압실(60)은 원형의 저면부, 둘레면부 및 원형의 상면부를 갖는 원주형상이다. 저면부는 감압실(60) 내부의 기체 및 물을 배출하는 배출구를 적절한 곳에 형성하고 있다.
냉각 기구(6)는 각 구성부의 동작을 제어하는 제어부(61)를 구비한다. 제어부(61)는, 예를 들면, CPU를 구비한 마이크로 컴퓨터이며, CPU에는 제어부(61)의 동작에 필요한 컴퓨터 프로그램이나, 반도체 제조 프로세스에 필요한 프로세스 온도 등의 각종 정보를 기억한 기억부, 각종 정보 및 제어 신호를 입출력하기 위한 입출력부 등이 접속되어 있다.
또한, 냉각 기구(6)는 피냉각 부재인 탑재대(2)의 냉각에 필요한, 온도 제어기(62), 분무부(64), 배기부(65), 냉수 제조기(651), 물 공급 펌프(66), 유량 제어 밸브(67) 및 전계 발생용 전원(68)을 구비한다. 배기부(65)로서는 이하의 실시형태에 있어서는 이젝터 진공 펌프를 사용한 예에 대해 주로 설명하겠지만, 후술하는 바와 같이 물을 분리하는 세퍼레이터와 로터리 펌프를 조합해도 좋고, 또한 동등한 기능을 갖는 것이면 다른 배기 장치라도 좋다.
온도 제어기(62)는 후술하는 냉수 제조기(651)로부터 공급된 냉수의 온도를, 제어부(61)로부터의 제어 신호에 따라 분무 온도로 제어하고, 온도 제어된 물을 배관(63a)을 통해 분무부(64)에 공급한다. 여기서, 분무 온도는 분무되고 미스트형상으로 된 물이 동결하는 온도보다는 높고, 또한 감압실의 내면에 도달할 때까지 증발하는 온도보다는 낮게 되지 않으면 안 된다. 미스트형상으로 된 물이 증발하는 하한 온도는, 즉, 상기의 목표 온도이므로, 환언하면, 분무 온도는 동결 온도보다는 높고, 목표 온도 이하로 할 필요가 있다. 또한, 피냉각 부재인 탑재대의 내벽은 미스트가 기화할 때의 기화열에 의해 냉각되므로, 냉각의 효과는 미스트 자신의 온도에는 의존하지 않는다.
분무부(64)는 감압실(60)의 둘레면부에 마련되어 있고, 배관(63a)을 통해 온도 제어기(62)에 접속되어 있다. 분무부(64)는 온도 제어기(62)로부터 공급된 분무 온도의 물(열매체)을 감압실(60)의 내면, 예를 들면, 상면부에 분무하기 위한 미스트 노즐(노즐)(64a)을 갖고, 미스트 노즐(64a)과 물의 마찰에 의해서 해당 열매체를 대전시키도록 하고 있다. 예를 들면, 미스트 노즐(64a)을 스테인리스 또는 수지 등으로 형성하는 것에 의해서, 분무되는 물을 대전시키는 것이 가능하다. 대전된 전하의 크기 및 극성은 미스트 노즐(64a)을 형성하는 재질과 물이 대전열(帶電列)에서 서로 어떤 위치 관계에 있는지에 의존하며, 대전열에서 위치가 떨어져 있을수록 큰 전하량으로 대전하고, 또한, 물이 미스트 노즐의 재질보다도 대전열에서 부(negative)측에 위치하면 부로 대전하고, 정(positive)측에 위치하면 정으로 대전한다. 또한, 미스트 노즐과 물의 마찰에 의해 물 뿐만 아니라 미스트 노즐에도 전하가 발생하므로, 미스트 노즐이 계속해서 대전하는 것을 막기 위해, 분무부(64)는 접지되어 있다.
전계 발생용 전원(전계 발생부)(68)은 분무부(64)로부터 분무된 물을 감압실(60)의 내면, 예를 들면, 상면부에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 직류 전원이다. 예를 들면, 감압실(60)의 천장측에는 비접지 상태에 있는 선형상 또는 시트형상의 도전성 부재(전계 발생부)(68a)가 마련되어 있고, 해당 도전성 부재(68a)에 전압을 인가하는 것에 의해서, 감압실(60)의 내부에서 상면부를 향하는 전계, 또는 감압실(60)의 상면부에서 내부를 향하는 전계를 발생시킬 수 있다. 도전성 부재(68a)의 설치의 방법으로서는 감압실(60)의 천장측에 도전성 부재(68a)를 설치하여 이것을 감압실(60)의 천장부로 하고, 이 천장부와 그 밖의 부분을 절연하고, 감압실(60)의 천장부에 전압을 인가하도록 구성해도 좋다. 그 때, 도전성 부재(68a)와 탑재대(2) 사이에 직류 전류가 통하지 않도록, 도전성 부재(68a)가 설치되는 감압실(60)의 천장측의 내면은 절연 피막 등의 절연 부재(68b)로 직류적으로 절연시켜 둘 필요가 있다. 또한, 도전성 부재(68a)가 분무된 물에 대해 노출되는 것을 피하고자 하는 경우에는 도전성 부재(68a)의 감압실(60)을 향한 면을 유전체로 이루어지는 피막 등으로 덮고, 또한 감압실(60)의 내부의 바닥측 등에 이와 쌍으로 되는 접지 전극을 마련하도록 해서 전계를 발생시키도록 해도 좋다. 이 경우, 접지 전극을 유전 재료 사이에 둔 구조로 하고, 분무된 물에도 노출시키지 않고 탑재대(2)와도 직류적으로 절연을 유지할 수 있도록 하는 것이 좋다.
전계는 분무부(64)로부터 분무된 물이 감압실(60)의 상면부에 바싹 끌리도록 발생시킨다. 물이 정으로 대전하고 있는 경우, 감압실(60)의 내부의 정전 포텐셜이 상면부의 정전 포텐셜보다도 높아지도록 전계를 발생시키고, 물이 부로 대전하고 있는 경우, 감압실(60)의 내부의 정전 포텐셜이 상면부의 정전 포텐셜보다도 낮아지도록 전계를 발생시키면 좋다.
도 2는 배기부(65) 및 냉수 제조기(651)의 구성을 나타내는 모식도이다. 배기부(65)는 일반적으로 액체를 기화시켜 증기로 만들고, 증기를 고속으로 분출할 때에 생기는 흡인력에 의해서 내부를 배기할 용기 내에 존재하는 기체를 흡인하고 배기하는 것으로써, 본원에 있어서의 이젝터 진공 펌프의 경우에 있어서는 액체로서 물을 이용한다. 이젝터 진공 펌프로서의 배기부(65)는 배관(63d)을 통해 공급된 물을 저장하는 저수조(65d)와, 배관(65g, 65i)을 통해 저수조(65d)의 물을 압송하는 압송 펌프(65h)와, 압송된 물로부터 수증기를 생성하는 진공용기(65j)와, 진공용기(65j)로부터 배관(65k)을 통해 공급된 수증기를 분사하는 이젝터 노즐(65b)과, 이젝터 노즐(65b)이 배치된 흡입실(65a)과, 디퓨저(diffuser)(65c)를 접속해서 구성되고, 흡입실(65a)은 배관(63b)과 연통되어 있다. 특히, 저수조(65d)에는 탑재대(2)의 감압실(60)로부터 배출된 수증기를 응축하기 위한 응축기(65e)가 마련되어 있다. 또한, 저수조(65d)의 적절한 개소에는 오버플로우관(65f)이 마련되어 있다.
이와 같이 구성된 배기부(65)는 저수조(65d)의 물을 압송 펌프(65h)로 이젝터 노즐(65b)에 공급하고, 디퓨저(65c) 및 저수조(65d)를 경유해서 순환시키는 것에 의해서, 흡입실(65a)에서 진공 흡인력을 얻는다. 배기부(65)는 해당 진공 흡인력에 의해서, 감압실(60)로부터, 해당 감압실(60) 내의 기체 및 액체 상태의 온도 조절 매체, 즉, 물을 배출시킨다. 더욱 상세하게는 배기부(65)는 탑재대(2)의 냉각을 실행하는 경우, 기화한 수증기뿐만 아니라, 기화하지 않은 액체인 물도 감압실(60)로부터 배출시킨다. 또한, 배기부(65)는 탑재대(2)의 가열을 실행하는 경우, 수증기뿐만 아니라, 응축한 액체 상태의 물도 감압실(60)로부터 배출시킨다.
냉수 제조기(651)는 흡입실(65a)과 연통한 냉수 저장조(651a)와, 저수조(65d)로부터 냉수 저장조(651a)에 물을 공급하기 위한 배관(651f)과, 배관(651f)에 마련된 플로트밸브(651g)와, 배관(651b)을 통해 냉수 저장조(651a)의 물을 압송하는 냉수제조용 압송 펌프(651c)와, 압송된 물을 냉각하는 냉동실(651d)과, 냉수 저장조(651a) 내에 배치된 증발기(651e)를 구비한다. 증발기(651e)로부터 분사된 물의 일부는 수증기로서 증발하고, 증발시, 해당 증발에 필요한 잠열을 남아있는 물로부터 빼앗는 것에 의해서, 해당 물을 냉각한다.
냉수 저장조(651a)는 배관(63c)과 연통되어 있으며, 배관(63c)을 통해, 냉수 저장조(651a)로부터 온도 제어기(62)에 냉수가 송출되도록 구성되어 있다.
물 공급 펌프(66)는 배관(63c)에 마련되어 있다. 물 공급 펌프(66)는, 예를 들면, 다이어프램식의 펌프이며, 제어부(61)로부터의 제어 신호에 따라 구동하고, 냉수 제조기(651)에서 냉각된 물을 온도 제어기(62)로 송출한다.
유량 제어 밸브(67)는 물 공급 펌프(66)와 온도 제어기(62) 사이의 배관(63c)에 마련되어 있다. 유량 제어 밸브(67)는 제어부(61)로부터의 제어 신호에 따라, 물 공급 펌프(66)로부터 송출된 물의 유량을 제어하고, 유량 제어된 물을 온도 제어기(62)에 송출한다.
냉각 기구(6)는 또한 피냉각 부재 온도 검출부(69a), 압력 검출부(69b), 및 유량 검출부(69c), 수온 검출부(69d)를 구비한다. 피냉각 부재 온도 검출부(69a)는, 예를 들면, 피냉각 부재인 탑재대(2)의 적절한 곳에 매몰된 열전쌍 온도계이며, 탑재대(2)의 온도를 검출하고, 검출한 온도의 정보를 제어부(61)에 출력한다. 압력 검출부(69b)는 배관(63b)에 접속되어 있고, 감압실(60) 내부의 압력을 검출하고, 검출한 압력의 정보를 제어부(61)에 출력한다. 유량 검출부(69c)는 배관(63c)을 흐르는 물의 유량을 검출하고, 검출한 유량의 정보를 제어부(61)에 출력한다. 수온 검출부(69d)는 배관(63c)을 따라 흐르는 물이 온도 제어기(62)에 의해서 온도 제어된 후 노즐에 의해 분출되기 전의 온도를 검출하고, 검출한 수온의 정보를 제어부(61)에 출력한다. 제어부(61)는 입출력부를 거쳐서 탑재대 온도, 압력, 유량, 수온의 정보를 수집하고, 수집한 정보에 따라 냉각에 따른 처리를 실행하고, 배기부(65), 물 공급 펌프(66) 및 유량 제어 밸브(67)의 동작을 제어하는 제어 신호를 해당 장치에 출력한다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)는 탑재대(2) 상에 탑재대(2)와 열전달 효율이 좋도록 탑재되고, 탑재대(2)를 거쳐서 온도 제어가 실행되게 된다.
도 3은 냉각에 따른 제어부(61)의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다. 여기서는 이상적인 경우로서, 목표 온도가 프로세스 온도와 동등하다고 여긴다. 제어부(61)는 배기부(65) 및 물 공급 펌프(66) 등을 구동시킨다. 또한, 전계 발생용 전원(68)에 의해서 감압실(60) 내에 미스트 인입용의 전계를 발생시킨다(스텝 S11). 그리고, 제어부(61)는 도시하지 않은 기억부로부터, 온도 제어의 목적인 반도체 제조 프로세스에 필요한 프로세스 온도를 읽는다(스텝 S12). 이어서, 제어부(61)는 피냉각 부재 온도 검출부(69a)에 의해 탑재대(2)의 온도를 검출한다(스텝 S13).
그리고, 제어부(61)는 프로세스 온도를 목표 온도로 설정하고, 피냉각 부재 온도 검출부(69a)에서 검출한 탑재대(2)의 온도가 프로세스 온도 초과인지 아닌지를 판정한다(스텝 S14). 이하, 피냉각 부재 온도 검출부(69a)에서 검출한 탑재대(2)(피냉각 부재)의 온도를 검출 온도로 한다. 검출 온도가 프로세스 온도 이하인 경우(스텝 S14: NO), 즉, 목표 온도 이하인 경우에는 탑재대(2)를 더 이상 냉각할 필요가 없으므로, 제어부(61)는 유량 제어 밸브(67)를 닫힘 상태로 제어한다(스텝 S15).
검출 온도가 프로세스 온도 초과라고 판정한 경우(스텝 S14: YES), 제어부(61)는 상면부에 분사될 물의 설정 수온 및 설정 유량을 결정하고(스텝 S16), 감압실(60) 내의 설정 압력을 결정한다(스텝 S17). 여기서, 설정 수온, 설정 유량 및 설정 압력에 대해 설명한다.
도 4는 진공기화 냉각 조건을 개념적으로 나타내는 상태도이다. 횡축은 온도, 종축은 압력이다. 그래프 중의 곡선은 물의 포화 증기압인 Psv(T)를 나타내고 있다. Psv(T)는 온도 T의 함수이다. 검출 온도가 프로세스 온도인 T1초과인 경우, 탑재대(2)의 온도를 내릴 필요가 있기 때문에, 제어부(61)는 프로세스 온도 T1보다도 낮은 온도 영역에 있는 빗금으로 나타낸 온도 압력 범위 내에서, 프로세스 온도 T1(=목표 온도) 이하에서 설정되는 설정 온도에 대응한 설정 압력을 결정한다. 설정 온도는 프로세스 온도 T1과 동일하게 설정해도 좋지만, 탑재대가 목표 온도(=프로세스 온도 T1)에 도달하는 것을 빠르게 하기 위해 프로세스 온도 T1보다도 약간 낮게 설정해도 좋다. 노즐로부터 분출되는 물의 설정 수온은 전술한 분무 온도로 제어되어 있다. 이 때, 설정 수온(=분무 온도)은 분출된 물이 도중에 완전히 증발해 버리지 않도록, 상기의 설정 압력을 포화 증기압으로 했을 때의 물의 온도, 즉 설정 수온보다도 낮게 하지 않으면 안 된다. 단, 설정 수온은, 너무 낮게 하면 분출된 물이 얼어버리기 때문에, 분출된 물이 동결하지 않는 온도로 설정할 필요가 있다. 노즐로부터 분출된 물은 목적으로 하는 감압실(60) 내의 상면부에 도달한 후, 상면부에 의해 온도가 상승하고, 설정 수온보다도 높기 때문에 기화한다. 기화 시, 기화열로 상면부로부터 열을 빼앗고, 상면부의 온도를 내린다. 이렇게 해서 상면부가 프로세스 온도 T1까지 냉각될 때까지, 분무로부터 기화의 일련의 흐름이 반복된다. 또한, 탑재대(2)가 목표 온도에 도달하면 그보다 낮게 탑재대를 냉각할 필요는 없기 때문에, 이상적으로는 감압실(60) 내의 압력을 프로세스 온도에 대응하는 포화 증기압보다도 낮게 설정할 필요는 없지만, 현실적으로는 반도체 웨이퍼(W)와 온도 제어되는 탑재대(2)의 사이의 열 전달에 있어서 열 저항이 존재하여 온도 구배가 발생하는 경우도 고려되기 때문에, 목표 온도를 프로세스 온도보다도 낮게 설정하고, 설정 압력을 프로세스 온도에 대응하는 포화 증기압보다도 낮은, 목표 온도에 대응하는 포화 증기압과 같은 압력으로 설정하여도 좋다. 또한, 피드백을 이용한 온도 제어에 있어서는 목표로 하는 온도의 부근을 진동하면서 목표 온도에 다다르는 경우도 있기 때문에, 설정 압력이 목표 온도에 있어서의 포화 증기압보다도 낮아지는 경우가 있어도 좋다. 물의 유량에 대해서는 상면부에 분사된 물의 기화에 의해서, 감압실(60) 내의 압력이 상기 온도 압력 범위로부터 벗어나지 않도록 결정하면 좋다. 즉, 진공 펌프에서 배기 가능한 수증기량보다 적은 물이 분사되도록 설정 유량을 결정하면 좋다.
구체적으로는 제어부(61)는 프로세스 온도(=설정 온도)와, 설정 수온과, 설정 유량과, 설정 압력을 대응지은 테이블을 미리 기억시켜 두고, 스텝 S12에서 읽어낸 프로세스 온도와, 상기 테이블에 따라, 설정 수온, 설정 유량 및 설정 압력을 결정하면 좋다.
스텝 S17의 처리를 종료한 제어부(61)는 설정 유량에 따라, 유량 제어 밸브(67)의 개방도를 제어하고, 유량을 설정 유량이 되도록 제어한다(스텝 S18).
다음에, 제어부(61)는 물의 온도를 해당 설정 수온(=분무 온도)에 일치시키기 위해, 설정 수온에 따라, 수온 검출부(69d)에 의해 수온을 검출하면서 온도 제어기(62)의 동작을 피드백 제어하고, 수온을 설정 수온이 되도록 제어한다(스텝 S19). 그리고, 제어부(61)는 감압실(60) 내의 압력을 설정 압력에 일치시키기 위해, 설정 압력에 따라, 압력 검출부(69b)에 의해 압력을 검출하면서 배기부(65)의 동작을 피드백 제어하고, 압력이 설정 압력이 되도록 제어한다(스텝 S20). 스텝 S18의 제어, 스텝 S19 및 스텝 S20의 피드백 제어에 의해서 설정 유량, 설정 수온, 설정 압력에 도달한 후에는 이 설정 유량, 설정 수온, 설정 압력에 의해 탑재대(2)를 프로세스 온도까지 냉각하고, 필요에 따라 냉각 처리를 정상 상태(steady state)로 하여, 반도체 웨이퍼(W)에 반도체 제조 프로세스를 실시하고 있는 동안, 프로세스 온도를 계속해서 유지한다. 냉각이 진행하고, 탑재대(2)의 온도가 목표 온도보다도 내려가려고 했을 때는 설정 압력에 있어서는 목표 온도 이하의 물은 증발하지 않기 때문에, 그 이상 냉각이 진행하지 않고 과냉각으로 되는 일은 없다.
소정의 프로세스 조건에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)에의 반도체 제조 프로세스, 예를 들면, 에칭 프로세스 등의 플라즈마 처리가 종료하고, 이에 수반하여 냉각에 따른 스텝 S20 또는 스텝 S15의 처리를 종료한 경우, 제어부(61)는 다른 프로세스 온도에 의해 반도체 제조 프로세스를 실행하는 다음의 프로세스로 이행할지 아닐지를 판정한다(스텝 S21). 다음의 프로세스로 이행한다고 판정한 경우(스텝 S21: YES), 제어부(61)는 처리를 스텝 S12로 되돌리고, 새로운 프로세스 온도를 취득하여 상기의 냉각 처리를 반복한다.
다음의 프로세스로 이행하지 않는다고 판정한 경우(스텝 S21: NO), 제어부(61)는 플라즈마 처리를 종료할지 종료하지 않을지를 판정한다(스텝 S22). 동일한 프로세스 조건에 의해 다른 새로운 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 계속하는 경우 등, 플라즈마 처리를 종료하지 않는다고 판정한 경우(스텝 S22: NO), 제어부(61)는 처리를 스텝 S13으로 되돌린다. 플라즈마 처리를 종료한다고 판정한 경우(스텝 S22: YES), 제어부(61)는 냉각에 따른 처리를 종료한다. 또한, 상기에 있어서 처리를 스텝 S13으로 되돌릴 때, 탑재대(2)의 온도가 변화하고 있지 않은 것이 명확하여 재차 설정 수온, 설정 유량, 설정 압력을 정할 필요가 없을 때에는 스텝 S13이 아닌 스텝 S18로 처리를 되돌려도 좋다.
실시형태에 따른 냉각 기구(6) 및 냉각 방법과 냉각 기구(6)를 구성하는 탑재대(2)에 있어서는 감압실(60)의 상면부에 뿜어댄 물을 저온에서 증발시키고 증발 잠열로 탑재대(2)를 냉각하므로, 종래의 냉각 방법에 비해, 반도체 웨이퍼(W)의 균일한 냉각 및 고응답성을 실현할 수 있다.
또한, 감압실(60) 내에 분무된 물을 전계에 의해서 효율적으로 상면부에 인입할 수 있고, 진공기화 냉각에 필요한 물의 양을 줄이고, 고효율로 탑재대(2)를 냉각할 수 있다. 진공기화 냉각에 필요한 물의 양을 삭감하는 것에 의해서, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 전계를 이용하지 않고 단지 열매체를 뿜어대는 구성에 비해, 추가로 물을 분무할 필요가 없기 때문에, 감압실(60)을 충분히 감압할 수 있고, 효과적으로 탑재대(2)를 냉각하는 것이 가능하다.
또한, 분무부(64)로부터 분무되는 물은 미스트 노즐(64a)과의 마찰에 의해서 대전하기 때문에, 안개 형상의 물 입자는 쿨롱력에 의해서 서로 반발한다. 이 때문에, 분무된 물은 미세한 입자 형상인 채로 감압실(60)의 상면부에 끌어당겨지고, 부착된다. 따라서, 효과적으로 물을 감압실(60)의 내면에 부착시키고, 탑재대(2)를 냉각할 수 있다.
또한, 탑재대(2)의 내부에 감압실(60)을 구성하고 있기 때문에, 탑재대(2)를 효율적으로 냉각할 수 있고, 또한 냉각 기구(6)의 공간절약화를 도모할 수 있다.
또한, 실시형태에서는 탑재대(2)의 내부에 감압실(60)을 마련하는 예를 설명했지만, 처리실(1)의 내부에 배치될 다른 처리실 내 부품에 감압실을 마련하고, 본 실시형태에 따른 냉각 기구를 구성해도 좋다. 처리실의 벽 내에 감압실을 마련하는 예는 후술한다.
(변형예 1)
도 5는 변형예 1에 따른 냉각 기구(106)를 갖는 반도체 제조 장치의 1구성예를 나타내는 모식도이다. 변형예 1에 따른 반도체 제조 장치 및 냉각 기구(106)는 실시형태와 마찬가지의 구성이며, 추가로, 분무부(64)에 전압을 인가하는 전압 인가부(164b)를 구비한다. 전압 인가부(164b)는 분무부(64)로부터 분무되는 물을 대전시키기 위한 직류 전원이다. 전계 발생용 전원(68)에 의해서, 감압실(60)의 내부로부터 상면부를 향하는 전계가 발생하고 있는 경우, 분무부(64)에 정 전위를 인가하고, 감압실(60)의 상면으로부터 내부를 향하는 전계가 발생하고 있는 경우, 분무부(64)에 부 전위를 인가한다.
변형예 1에 있어서는 분무부(64)에 전압을 인가하는 것에 의해서, 분무부(64)로부터 분무되는 물을 효과적으로 대전시키고, 물을 감압실(60)의 상면부에 인입하고, 부착시킬 수 있다.
(변형예 2)
도 6은 변형예 2에 따른 냉각 기구(206)를 갖는 반도체 제조 장치의 한 구성예를 나타내는 모식도이다. 변형예 2에 따른 반도체 제조 장치 및 냉각 기구(206)는 실시형태와 마찬가지의 구성이며, 처리실(피냉각 부재)(201)의 벽 내부에도 감압실(260) 및 분무부(264)를 마련하고, 해당 처리실(201)의 내벽의 원하는 장소를 냉각하도록 구성하고 있는 점이 실시형태와 다르다. 냉각하는 처리실(201)의 내벽의 원하는 장소는 내벽의 일부이어도 좋고, 전부이어도 좋다. 이하에서는 주로 상기 차이점에 대해 설명한다.
변형예 2에 따른 반도체 제조 장치의 처리실(201)은 해당 처리실(201)을 냉각하기 위한 감압실(260)을 벽 내부에 갖는다. 또한, 도면작성의 편의상, 처리실(201)의 일부에 감압실(260)이 형성되어 있지만, 어디까지나 일예이며, 처리실(201)의 전체 둘레에 걸쳐 감압실(260)을 마련해도 좋고, 천장측의 일부, 그 밖의 부분에 감압실(260)을 마련해도 좋다. 즉, 처리실(201)의 내벽 중 냉각이 필요하게 되는 곳에 대응하는 부분에 감압실(260)을 마련하면 좋다. 또한, 감압실(260)은 반드시 처리실(201)의 벽의 내부에 수납될 필요는 없고, 외부를 향해 돌출된 구조로 되어 있어도 좋다. 감압실(260)의 바닥부에는 감압실(260) 내부의 기체 및 물을 배출하는 배출구를 적절한 개소에 형성하고 있고, 해당 배출구는 배관(263b)을 통해 배기부(65)에 접속되어 있다.
분무부(264)는 감압실(260)의 외주측에 마련되어 있고, 배관(63a)을 통해 온도 제어기(62)에 접속되어 있다. 분무부(264)는 미스트 노즐(264a)을 갖고 있으며, 구체적인 구성은 실시형태와 마찬가지이다.
전계 발생용 전원(268)은 분무부(264)로부터 분무된 물을 감압실(260)의 내면, 예를 들면, 내주측의 면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 직류 전원이다. 감압실(260)의 내주측의 벽 내에는 비접지 상태에 있는 선형상 또는 시트형상의 도전성 부재(268c)가 마련되어 있고, 해당 도전성 부재(268c)에 전압을 인가하는 것에 의해서, 높은 전위에서 낮은 전위를 향하는 방향을 전계의 방향으로 하여, 감압실(260)의 외주측에서 내주측을 향하는 전계, 또는 감압실(260)의 내주측에서 외주측을 향하는 전계를 발생시킬 수 있다. 도전성 부재(268c)와 탑재대(2)가 직류 전류가 도통하지 않도록, 도전성 부재(268c)가 설치되는 감압실(260)의 벽 내에는 절연 피막 등의 절연 부재(268d)가 마련되어 있다.
또한, 전계 발생용 전원(268)은 실시형태와 마찬가지로, 도전성 부재(268a) 및 절연성 부재(268b)를 구비하고, 감압실(60)의 상면부에 열매체인 물을 끌어당기는 전계를 발생시킨다.
변형예 2에 있어서는 처리실(201)의 내벽의 냉각이 필요한 곳을 냉각할 수 있고, 플라즈마 처리에 의해 처리실 벽이 고온이 되는 것을 막을 수 있는 것 이외에, 고온에 의해 성막을 실행하는 CVD용의 가스의 사용 시이면 저온으로 설정하는 것에 의해, 처리실 내면에 퇴적물이 성장하는 것을 막을 수 있고, 또한, 반응 생성물이 저온의 부위에 퇴적하기 쉬운 에칭 프로세스에 있어서는 내벽에 또한 내벽과의 열 전달이 좋게 분리 가능한 보호벽을 마련하는 것에 의해 반응 생성물을 적극적으로 보호벽에 퇴적시켜 다른 곳으로의 퇴적을 억제할 수 있다.
변형예 2에 있어서는 냉각하는 내벽부가 천판이어도 좋다. 일반적으로, 서셉터나 측벽 등을 냉각하는 경우에는 목적으로 하는 장소 이외가 불필요하게 냉각되고 냉각 효율이 내려가는 것을 막기 위해, 가능한 최대한으로, 미스트가 감압실 바닥부에 액체로 되어 고이는 것을 막지 않으면 안 된다. 그러나, 천판을 냉각하는 경우에는 냉각의 목적으로 하는 장소가 바로 감압실의 바닥부이기 때문에, 미스트를 바닥부를 향해 뿜어대도 좋고, 중력에 의해 미스트가 낙하하는 것에 맡겨도 좋다.
(변형예 3)
도 7은 변형예 3에 따른 냉각 기구(306)를 갖는 반도체 제조 장치의 한 구성예를 나타내는 모식도이다. 변형예 3에 따른 냉각 기구(306)는 피냉각 부재로서의 탑재대(2) 및 처리실(피냉각 부재)(301)을 냉각하기 위한 제 1 및 제 2 감압실(360, 370)을 각각 갖고, 제 1 및 제 2 감압실(360, 370)은 각각 탑재대(2) 및 처리실(301) 외부에 마련된다.
제 1 감압실(360)은 중공 원주형상을 이루고, 처리실(301)의 저면 대략 중앙부에 고정되며, 천장측에는 원반형상 절연체(21)를 거쳐서 탑재대(2)가 고정되어 있다. 제 1 감압실(360)은 실시형태에서 설명한 감압실(60)과 마찬가지의 구성이며, 제 1 감압실(360)의 둘레면부에 제 1 분무부(364)가 마련되어 있다. 또한, 제 1 감압실(360)의 천장측에는 제 1 절연 부재(368b)로 절연되고, 비접지 상태에 있는 제 1 도전성 부재(368a)가 마련되어 있고, 제 1 도전성 부재(368a)에는 전계 발생용 전원(368)에 의해서 전압이 인가되어 있다. 또한, 제 1 감압실(360)의 저면부에는 제 1 감압실(360) 내부의 기체 및 물을 배출하는 배출구가 형성되어 있고, 해당 배출구로부터 배출된 기체 및 물은 배관(363b)을 통해 배기부(65)에 공급된다.
제 2 감압실(370)은 변형예 2에 따른 감압실(260)을 처리실(301)의 외주측에 마련한 바와 같은 구성이며, 제 2 분무부(371)가 마련되어 있다. 또한, 제 2 감압실(370)의 내주측의 벽 내에는 제 2 절연 부재(368d)로 절연되고, 비접촉 상태에 있는 제 2 도전성 부재(368c)가 마련되어 있으며, 제 2 도전성 부재(368c)에는 전계 발생용 전원(368)에 의해서 전압이 인가되어 있다. 또한, 제 2 감압실(370)의 저면부에는 제 2 감압실(370) 내부의 기체 및 물을 배출하는 배출구가 형성되어 있고, 해당 배출구로부터 배출된 기체 및 물은 배관(363b)을 통해 배기부(65)에 공급된다.
변형예 3에 있어서는 실시형태와 마찬가지의 효과를 나타낸다.
(변형예 4)
도 8은 변형예 4에 따른 냉각 기구를 갖는 반도체 제조 장치의 한 구성예를 나타내는 모식도이다. 상기의 실시형태에 있어서는 배기부로서 이젝터 펌프를 이용한 경우를 설명했지만, 이젝터 펌프 대신에, 도 8에 나타내는 바와 같이 로터리 펌프(465)를 사용해도 좋다. 이 경우, 로터리 펌프(465)의 상류측에, 액체인 물을 분리하는 세퍼레이터(465a)를 설치한다. 세퍼레이터(465a)에 의해 분리된 물은 일단 드레인 탱크(465b)에 저장한 후, 물 공급 펌프(66)를 통해 재차 분무 노즐에 순환시켜도 좋고, 그대로 배출해도 좋다. 또는 드레인 탱크(465b)를 이용하지 않고 직접 배출해도 좋다. 물 공급 펌프(66)를 통해 재순환시키는 경우에도, 유량 조정의 필요가 없는 것 같으면 드레인 탱크(465b)를 경유하지 않고 직접 순환시켜도 좋지만, 드레인 탱크(465b)를 이용하면 필요 이상의 물을 배출할 수 있다고 하는 장점이 있다. 또한, 물 공급 펌프(66)에는 상기 세퍼레이터(465a)로부터의 물과는 별도로, 배관(63d)을 통해 부족분의 물을 공급해도 좋다. 또는 세퍼레이터(465a)로부터의 물의 순환만으로 충분히 대처할 수 있을 때에는 정상적으로는 배관(63d)을 통해 물을 공급하지 않아도 좋다. 세퍼레이터(465a)의 하류측에 이용하는 펌프는 로터리 펌프에 한정되지 않고, 대기압에서부터 저진공도의 압력까지 사용할 수 있는 펌프이면 좋다.
상술한 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아닌 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 의미는 아니며, 특허청구의 범위에 의해서 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 처리실 2 탑재대
3 상부 전극 4, 5 고주파 전원
6 냉각 기구 60, 260 감압실
360 제 1 감압실 370 제 2 감압실
61 제어부 62 온도 제어기
64 분무부 64a 미스트 노즐
364 제 1 분무부 371 제 2 분무부
65 배기부 68 전계 발생용 전원(전계 발생부)
68a 도전성 부재(전계 발생부) 368a 제 1 도전성 부재
368c 제 2 도전성 부재 164b 전압 인가부
69a 피냉각 부재 온도 검출부 69b 압력 검출부
69c 유량 검출부 W 반도체 웨이퍼

Claims (14)

  1. 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구에 있어서,
    상기 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실과,
    상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와,
    상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부와,
    상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압 이하가 되도록 상기 감압실을 배기하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분무부는 상기 열매체를 상기 감압실에 분무하기 위한 노즐을 갖고, 상기 노즐과 상기 열매체의 마찰에 의해서 상기 열매체를 대전시키는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분무부에 전압을 인가하는 전압 인가부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감압실은 상기 피냉각 부재의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감압실은 상기 피냉각 부재의 외부에 배치되어 있고, 상기 감압실 및 피냉각 부재는 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피냉각 부재는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실인 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피냉각 부재는 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실 내에 배치되어 있는 처리실 내의 부품인 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리실 내의 부품은 상기 처리실 내에 기판을 탑재하기 위한 탑재대인 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  9. 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 기구에 있어서,
    상기 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실과,
    상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와,
    상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부와,
    상기 피냉각 부재의 온도를 검출하는 피냉각 부재 온도 검출부와,
    상기 피냉각 부재 온도 검출부에서 검출된 온도가 목표 온도가 되도록 상기 감압실을 배기하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각 기구.
  10. 기판에 소정의 처리를 실행하기 위한 처리실에 있어서,
    상기 처리실의 벽 내부에 형성된 감압실과,
    상기 감압실의 내면에 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와,
    상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    처리실.
  11. 기판에 소정의 처리를 실행하는 기판 처리 장치의 처리실 내에 배치될 처리실 내의 부품에 있어서,
    상기 부품 내부에 형성된 감압실과,
    상기 감압실의 내면에 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 분무부와,
    상기 분무부로부터 분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    처리실 내의 부품.
  12. 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실을 이용하여, 상기 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 방법에 있어서,
    상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 스텝과,
    분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 스텝과,
    상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압 이하가 되도록, 상기 감압실을 배기하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 감압실을 배기하는 스텝에 있어서, 상기 감압실의 내압이 상기 목표 온도에 있어서의 상기 열매체의 포화 증기압과 같아지도록 상기 감압실을 배기하는 것을 특징으로 하는
    냉각 방법.
  14. 피냉각 부재에 대해 열적으로 접속된 감압실을 이용하여, 상기 피냉각 부재의 온도를 목표 온도로 냉각하는 냉각 방법에 있어서,
    상기 감압실의 내면에 상기 목표 온도 이하의 액상의 열매체를 분무하는 스텝과,
    분무된 열매체를 상기 감압실의 내면에 부착시키기 위한 전계를 발생시키는 스텝과,
    상기 피냉각 부재의 온도를 검출하는 스텝과,
    검출된 온도가 목표 온도가 되도록 상기 감압실을 배기하는 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉각 방법.
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