KR20190114869A - 냉각 시스템 - Google Patents

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타케히코 아리타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

배치대에 배치된 피처리체의 냉각을 적합하게 행하는 기술을 제공한다. 일실시 형태에 따른 냉각 시스템은, 열 교환부와, 냉매를 열 교환부에 보내는 공급 라인과, 열 교환부로부터 배출되는 냉매가 보내지는 배출 라인과, 냉매의 기체가 보내지는 기체 라인에 있어서 직렬로 접속된 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부와, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여 연장되어 있는 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인을 구비하고, 제 1 냉각 라인의 양단은 냉각 장치에 접속되고, 제 2 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각은 제 2 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여, 제 1 액체 라인 ~ 제 n-1 액체 라인의 각각과, 열 교환부로부터 냉매를 배출하는 배출 라인과의 사이에 마련되고, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각은 액체 라인이 접속되고, 액체 라인은 열 교환부에 접속되는 공급 라인에 연통한다.

Description

냉각 시스템 {COOLING SYSTEM}
본 발명의 실시 형태는 냉각 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에 있어서 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 플라즈마 처리 등에 의해 성막 및 에칭 등의 가공을 행하는 경우, 가공 시에 피처리체의 온도를 조절할 필요가 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 스테이지는, 플레이트와 열 교환기를 구비한다. 플레이트는 기판이 배치되는 표면측과 이면측을 가진다. 열 교환기는 플레이트의 이면측의 복수의 영역이며, 2 차원적으로 분포하고, 또한 서로 내포하지 않은 해당 복수의 영역에 대하여 개별로 열 교환 매체를 공급하고, 공급한 열 교환 매체를 회수하도록 구성되어 있다.
일본특허공개공보 2000-124299호
본 개시는 배치대에 배치된 피처리체의 냉각을 적합하게 행하는 기술을 제공한다.
본 개시된 일태양에 따른 냉각 시스템은, 피처리체가 배치되는 배치대 내에 마련되고, 냉매에 의한 열 교환을 행하는 열 교환부와, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매에 포함되는 기체와 액체를 분리하는 n 개(n은 2 이상의 정수)의 기액 분리부와, 열 교환부의 입력단에 접속된 공급 라인과, 열 교환부의 출력단과 압축기의 입력단과의 사이에 마련된 배출 라인과, 압축기의 출력단과 배출 라인과의 사이에 마련된 기체 라인과, 공급 라인과 n 개의 기액 분리부의 각각과의 사이에 마련된 n 개의 액체 라인과, n 개의 기액 분리부의 각각에 배치된 n 개의 냉각 라인과, 냉매를 팽창시키는 n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브를 구비하고, n 개의 기액 분리부는 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부를 구비하며, 기체 라인에 마련되고, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부는 압축기에 가까운 측으로부터 차례로 배치되고, 기체 라인에 있어서 직렬로 접속되고, n 개의 액체 라인은 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인을 포함하고, 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인의 각각은 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각에 접속되고, n 개의 냉각 라인은 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인을 포함하고, 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각은, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여 연장되어 있고, n 개의 주팽창 밸브는 제 1 주팽창 밸브 ~ 제 n 주팽창 밸브를 포함하고, 제 1 주팽창 밸브 ~ 제 n 주팽창 밸브의 각각은 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인의 각각에 마련되고, n 개의 부팽창 밸브는 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 n 부팽창 밸브를 포함하고, 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 n 부팽창 밸브의 각각은 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각에 마련되고, 제 1 냉각 라인의 양단은 냉각 장치에 접속되고, 제 2 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각은 제 2 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여, 제 1 액체 라인 ~ 제 n-1 액체 라인의 각각과 배출 라인과의 사이에 마련되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 배치대에 배치된 피처리체의 냉각을 적합하게 행하는 기술이 제공된다.
도 1은 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템 중 주로 응축기의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 응축기가 두 개의 기액 분리부를 구비하는 경우의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 응축기가 두 개의 기액 분리부를 구비하는 경우의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 4는 (a), (b)를 포함하고, (a), (b)는 모두, 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 냉동 사이클이 나타나 있는 Ph 선도(몰리에르 선도)를 나타내는 도이다.
도 5는 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템이 이용되는 플라즈마 처리 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 6은 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 구성(제 1 실시예)을 나타내는 도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 X1­X1선을 따른 하부 전극의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다.
도 8은 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 냉동 사이클이 나타나 있는 Ph 선도(몰리에르 선도)를 나타내는 도이다.
도 9는 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 냉동 사이클을, 도 8과 함께 설명하기 위한 도이다.
도 10은 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 다른 구성(제 2 실시예)을 나타내는 도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 X2­X2선을 따른 하부 전극의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다.
도 12는 도 10에 나타내는 X2­X2선을 따른 하부 전극의 단면의 다른 태양을 예시하는 도이다.
도 13은 도 10에 나타내는 냉각 시스템의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도이다.
도 14는 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 다른 구성(제 3 실시예)을 나타내는 도이다.
도 15는 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 다른 구성(제 4 실시예)을 나타내는 도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 X3­X3선을 따른 하부 전극의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다.
도 17은 본 개시된 일실시 형태에 따른 냉각 시스템의 다른 구성(제 5 실시예)을 나타내는 도이다.
도 18은 도 6, 도 10, 도 14, 도 15, 도 17의 각각에 나타내는 냉각 시스템이 구비하는 증발실의 주요한 구성을 나타내는 도이다.
(본 개시된 실시 형태의 설명)
먼저 본 개시된 실시 형태를 나열 기술하여 설명한다. 본 개시된 일태양에 따른 냉각 시스템은, 피처리체가 배치되는 배치대 내에 마련되고, 냉매에 의한 열 교환을 행하는 열 교환부와, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매에 포함되는 기체와 액체를 분리하는 n 개(n은 2 이상의 정수)의 기액 분리부와, 열 교환부의 입력단에 접속된 공급 라인과, 열 교환부의 출력단과 압축기의 입력단과의 사이에 마련된 배출 라인과, 압축기의 출력단과 배출 라인과의 사이에 마련된 기체 라인과, 공급 라인과 n 개의 기액 분리부의 각각과의 사이에 마련된 n 개의 액체 라인과, n 개의 기액 분리부의 각각에 배치된 n 개의 냉각 라인과, 냉매를 팽창시키는 n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브를 구비하고, n 개의 기액 분리부는 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부를 구비하며, 기체 라인에 마련되고, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부는 압축기에 가까운 측으로부터 차례로 배치되고, 기체 라인에 있어서 직렬로 접속되고, n 개의 액체 라인은 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인을 포함하고, 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인의 각각은 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각에 접속되고, n 개의 냉각 라인은 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인을 포함하고, 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각은 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여 연장되어 있고, n 개의 주팽창 밸브는 제 1 주팽창 밸브 ~ 제 n 주팽창 밸브를 포함하고, 제 1 주팽창 밸브 ~ 제 n 주팽창 밸브의 각각은 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인의 각각에 마련되고, n 개의 부팽창 밸브는 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 n 부팽창 밸브를 포함하고, 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 n 부팽창 밸브의 각각은 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각에 마련되고, 제 1 냉각 라인의 양단은 냉각 장치에 접속되고, 제 2 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인의 각각은 제 2 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여, 제 1 액체 라인 ~ 제 n-1 액체 라인의 각각과 배출 라인과의 사이에 마련되어 있다.
이와 같이, 복수의 기액 분리부가 직렬로 접속되어 있으므로, 서로 비점이 상이한 복수의 냉매를 이용한 경우에, 복수의 냉매 중 적합한 하나의 냉매의 액체만을 열 교환부로 보낼 수 있다. 또한, 복수의 기액 분리부의 각각에는 전단의 기액 분리부로부터 분리된 냉매의 액체가 흐를 수 있으므로, 각 기액 분리부에 있어서의 냉각이 복수의 냉매 중 어느 하나를 이용하여 행해지며, 냉각용의 다른 냉매를 별도 이용할 필요가 없다.
본 개시된 일실시 형태에 있어서, 냉매는 n 종류의 제 1 냉매 ~ 제 n 냉매를 포함하고, 제 1 냉매의 비점 ~ 제 n 냉매의 비점은 이 순으로 낮아진다. 이와 같이, 서로 비점이 상이한 복수의 냉매를 이용하여, 배치대의 온도의 조절을 세밀하게 행할 수 있다.
본 개시된 일실시 형태에서는, n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브의 각각의 개폐를 제어하는 제어부를 더 구비하고, 제어부는, n 개의 주팽창 밸브 중 제 1 주팽창 밸브만을 개방으로 하는 경우, n 개의 부팽창 밸브를 폐쇄로 하고, n 개의 주팽창 밸브 중 제 i 주팽창 밸브(i는 2 이상 n 이하의 정수)만을 개방으로 하는 경우, n 개의 부팽창 밸브 중 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 i-1 부팽창 밸브만을 개방으로 한다. 이와 같이, 제어부가 n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브의 각각의 개폐를 제어하므로, 원하는 냉매를 효율 좋게 열 교환부로 공급할 수 있다.
본 개시된 일실시 형태에 있어서, 제 1 냉각 라인에는, 냉각 장치로부터 제 n+1 냉매가 흐르고, 제 1 냉각 라인을 흐르는 제 n+1 냉매의 온도는, 제 1 기액 분리부 내에 있어서, 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높으며, 제어부는, 제 j 주팽창 밸브(j는 3 이상의 n에 있어서 2 이상 n-1 이하의 정수)만을 개방으로 하는 경우에, 제 h 냉각 라인(h는 2 이상 j 이하의 정수)을 흐르는 제 h-1 냉매의 온도를, 제 h 기액 분리부 내에 있어서, 제 h 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 h+1 냉매의 비점보다 높아지도록 제어하고, 제 n 주팽창 밸브만을 개방으로 하는 경우에, 제 n 냉각 라인을 흐르는 제 n-1 냉매의 온도를, 제 n 기액 분리부 내에 있어서, 제 n 냉매의 비점보다 낮아지도록 제어한다. 이와 같이, 기액 분리부에서는, 전단의 기액 분리부로부터 분리된 냉매의 액체에 의해, 냉매의 냉각이 가능해진다.
본 개시된 일실시 형태에 있어서, 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부의 각각은, 제 1 냉각기 ~ 제 n 냉각기의 각각과, 제 1 분리기 ~ 제 n 분리기의 각각을 구비하고, 제 k 기액 분리부(k는 1 이상 n 이하의 정수)에 포함되는 제 k 냉각기와 제 k 분리기는 기체 라인에 마련되고, 압축기에 가까운 측으로부터 차례로 배치되며, 기체 라인에 있어서 직렬로 접속되어 있고, 제 k 냉각 라인은 제 k 냉각기를 개재하여 연장되어 있으며, 제 k 액체 라인은 제 k 분리기에 접속되어 있다.
(본 개시된 실시 형태의 상세)
이하, 도면을 참조하여 각종 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1에 나타내는 냉각 시스템(CS)은 배치대(PD), 압축기(CM), 공급 라인(SL), 배출 라인(DLd), 응축기(CD), 제어부(Cnt)를 구비한다.
배치대(PD)는 웨이퍼(W)(피처리체)를 배치하는 대이다. 배치대(PD)는 열 교환부(HE)를 구비한다. 열 교환부(HE)는 배치대(PD)의 내부에 마련되어 있다. 열 교환부(HE)는 냉매에 의한 열 교환을 행한다. 압축기(CM)는 냉매를 압축한다.
공급 라인(SL)은 열 교환부(HE)의 입력단(In1)에 접속되어 있다. 배출 라인(DLd)은 열 교환부(HE)의 출력단(Out1)과 압축기(CM)의 입력단(In2)과의 사이에 마련되어 있다.
응축기(CD)는 n 개의 기액 분리부(n은 2 이상의 양의 정수), 기체 라인(AN), n 개의 액체 라인, n 개의 냉각 라인, n 개의 주팽창 밸브, n 개의 부팽창 밸브, 냉각 장치(CL)를 구비한다. n 개의 기액 분리부는 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL­n)에 의해 나타내질 수 있다. n 개의 기액 분리부는 제 i 기액 분리부(AL_i)(i는 2 이상 n 이하의 정수)에 의해 나타내질 수 있다. 기체 라인(AN)은 압축기(CM)의 출력단(Out2)과 배출 라인(DLd)과의 사이에 마련되어 있다.
n 개의 액체 라인은 제 1 액체 라인(LN_1) ~ 제 n 액체 라인(LN_n)을 포함한다. n 개의 액체 라인은 제 i 액체 라인(LN_i)에 의해 나타내질 수 있다. n 개의 냉각 라인은 제 1 냉각 라인(CL_1) ~ 제 n 냉각 라인(CL_n)을 포함한다. n 개의 냉각 라인은 제 i 냉각 라인(CL_i)에 의해 나타내질 수 있다.
n 개의 주팽창 밸브는 제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n)를 포함한다. n 개의 주팽창 밸브는 제 i 주팽창 밸브(PV_i)에 의해 나타내질 수 있다. n 개의 부팽창 밸브는 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n)를 포함한다. n 개의 부팽창 밸브는 제 i 부팽창 밸브(SV_i)에 의해 나타내질 수 있다.
제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각은 냉매에 포함되는 기체와 액체를 분리한다. 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각은 기체 라인(AN)에 마련되어 있다. 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각은 압축기(CM)에 가까운 측으로부터 차례로 배치되고, 기체 라인(AN)에 있어서 직렬로 접속되어 있다.
제 1 액체 라인(LN_1) ~ 제 n 액체 라인(LN_n)의 각각은 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각과 공급 라인(SL)과의 사이에 마련되어 있다. 제 1 액체 라인(LN_1) ~ 제 n 액체 라인(LN_n)의 각각은 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각에 접속되어 있다.
제 1 냉각 라인(CL_1) ~ 제 n 냉각 라인(CL_n)의 각각은 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각에 배치되어 있다. 제 1 냉각 라인(CL_1) ~ 제 n 냉각 라인(CL_n)의 각각은 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각을 개재하여 연장되어 있다.
제 1 냉각 라인(CL_1)의 양단은 냉각 장치(CL)에 접속되어 있다. 제 2 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인(CL_n)의 각각은 제 2 기액 분리부(AL_2) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각을 개재하여, 제 1 액체 라인(LN_1) ~ 제 n-1 액체 라인(LN_n-1)의 각각과 배출 라인(DLd)과의 사이에 마련되어 있다. 이 경우, 제 2 냉각 라인은 i = 2인 경우의 제 i 냉각 라인(CL_i)이다. 제 2 기액 분리부는 i = 2인 경우의 제 i 기액 분리부(AL_i)이다. 제 n-1 액체 라인은 i = n-1인 경우의 제 i 액체 라인(LN_i)이다.
제 i 냉각 라인(CL_i)은 제 i 기액 분리부(AL_i)를 개재하여, 제 i-1 냉각 라인(CL_i-1)과 배출 라인(DLd)과의 사이에 마련되어 있다. 제 n 냉각 라인(CL_n)은 제 n 기액 분리부(AL_n)를 개재하여, 제 n-1 냉각 라인(CL_n-1)과 배출 라인(DLd)과의 사이에 마련되어 있다.
제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n)의 각각은 제 1 액체 라인(LN_1) ~ 제 n 액체 라인(LN_n)의 각각에 마련되어 있다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n)의 각각은 냉매를 팽창시킨다.
제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n)의 각각은 제 1 냉각 라인(CL_1) ~ 제 n 냉각 라인(CL_n)의 각각에 마련되어 있다. 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n)의 각각은 냉매를 팽창시킨다.
제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각은 제 1 냉각기(CLD_1) ~ 제 n 냉각기(CLD_n)의 각각을 구비한다. 제 1 기액 분리부(AL_1) ~ 제 n 기액 분리부(AL_n)의 각각은 제 1 분리기(DV_1) ~ 제 n 분리기(DV_n)의 각각을 구비한다. 제 i 기액 분리부(AL_i)는 제 i 냉각기(CLD_i)와 제 i 분리기(DV_i)를 구비한다.
제 k 기액 분리부(k는 1 이상 n 이하의 정수)에 포함되는 제 k 냉각기와 제 k 분리기는 기체 라인(AN)에 마련되어 있다. 제 k 냉각기와 제 k 분리기는 압축기(CM)에 가까운 측으로부터 차례로 배치되고, 기체 라인(AN)에 있어서 직렬로 접속되어 있다. 이 경우, 제 k 기액 분리부는 k = 1인 경우의 제 1 기액 분리부(AL_1) 또는 k = i인 경우의 제 i 기액 분리부(AL_i)이다. 제 k 냉각기는 k = 1인 경우의 제 1 냉각기(CLD_1) 또는 k = i인 경우의 제 i 냉각기(CLD_i)이다. 제 k 분리기는 k = 1인 경우의 제 1 분리기(DV_1) 또는 k = i인 경우의 제 i 분리기(DV_i)이다.
제 k 냉각 라인은 제 k 냉각기를 개재하여 연장되어 있다. 이 경우, 제 k 냉각 라인은 k = 1인 경우의 제 1 냉각 라인(CL_1) 또는 k = i인 경우의 제 i 냉각 라인(CL_i)이다.
제 k 액체 라인은 제 k 분리기에 접속되어 있다. 이 경우, 제 k 액체 라인은 k = 1인 경우의 제 1 액체 라인(LN_1) 또는 k = i인 경우의 제 i 액체 라인(LN_i)이다.
제어부(Cnt)는 CPU, ROM, RAM 등을 구비하고, ROM, RAM 등의 기록 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 CPU에 의해 실행시킨다. 이 컴퓨터 프로그램은 냉각 시스템(CS)의 각종 구성을 제어하는 기능을, 당해 CPU에 실행시키기 위한 프로그램을 포함한다. 제어부(Cnt)는 제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n) 및 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n)의 각각의 개폐를 제어한다.
제어부(Cnt)는 제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n) 중 제 1 주팽창 밸브(PV_1)만을 개방으로 하는 경우, 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n)를 폐쇄로 한다. 제어부(Cnt)는 제 1 주팽창 밸브(PV_1) ~ 제 n 주팽창 밸브(PV_n) 중 제 i 주팽창 밸브(PV_i)만을 개방으로 하는 경우, 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 n 부팽창 밸브(SV_n) 중 제 1 부팽창 밸브(SV_1) ~ 제 i-1 부팽창 밸브(SV_i-1)만을 개방으로 한다.
공급 라인(SL)으로부터 열 교환부(HE)로 공급되고 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환이 행해질 수 있는 냉매(이하, 냉매(R)라고 하는 경우가 있음)는 n 종류의 제 1 냉매 ~ 제 n 냉매를 포함한다. 제 1 냉매의 비점 ~ 제 n 냉매의 비점은 이 순으로 낮아지고 있다. 가장 비점의 높은 냉매는 제 1 냉매이며, 가장 비점이 낮은 냉매는 제 n 냉매이다.
냉각 시스템(CS)에서는 또한 제 n+1 냉매가 이용된다. 제 n+1 냉매는 냉각 장치(CL)로부터 제 1 냉각 라인(CL_1)으로 공급된다. 제 1 냉각 라인(CL_1)에는 제 n+1 냉매가 흐른다.
제 n+1 냉매는 제 1 냉각 라인(CL_1)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)(특히, 제 1 냉각기(CLD_1))를 관통하고, 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 냉각기(CLD_1)를 통과하는 냉매를 냉각한다. 제 1 냉각 라인(CL_1)을 흐르는 제 n+1 냉매의 온도는, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내에 있어서, 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높다. 제 n+1 냉매는 예를 들면 물일 수 있다. 이에 의해, 제어부(Cnt)가 제 1 주팽창 밸브(PV_1)만을 개방으로 하는 경우에, 제 1 냉매의 액체만이 공급 라인(SL)을 거쳐 열 교환부(HE)로 공급될 수 있다.
제어부(Cnt)는, 제 j 주팽창 밸브(j는 3 이상의 n에 있어서 2 이상 n-1 이하의 정수)만을 개방으로 하는 경우에, 제 h 냉각 라인(h는 2 이상 j 이하의 정수)을 흐르는 제 h-1 냉매의 온도를 다음과 같이 제어한다. 즉, 제어부(Cnt)는, 제 h 냉각 라인을 흐르는 제 h-1 냉매의 온도를, 제 h 기액 분리부의 제 h 냉각기 내에 있어서, 제 h 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 h+1 냉매의 비점보다 높아지도록 제어한다. 이 경우, 제 j 주팽창 밸브는 i = j인 경우의 제 i 주팽창 밸브(PV_i)이다. 제 h 냉각 라인은 i가 2 이상 j 이하인 경우의 제 i 냉각 라인(CL_i)이다. 제 h 기액 분리부는 i가 2 이상 j 이하인 경우의 제 i 기액 분리부(AL_i)이다. 제 h 냉각기는 i가 2 이상 j 이하인 경우의 제 i 냉각기(CLD_i)이다. 이에 의해, 제 h 냉매의 액체만이 공급 라인(SL)을 거쳐 열 교환부(HE)로 공급될 수 있다.
제어부(Cnt)는 제 n 주팽창 밸브만을 개방으로 하는 경우에, 제 n 냉각 라인을 흐르는 제 n-1 냉매의 온도를 다음과 같이 제어한다. 즉, 제어부(Cnt)는, 제 n 냉각 라인을 흐르는 제 n-1 냉매의 온도를, 제 n 기액 분리부(AL_n)의 제 n 냉각기(CLD_n) 내에 있어서, 제 n 냉매의 비점보다 낮아지도록 제어한다. 이에 의해, 제 n 냉매의 액체만이 공급 라인(SL)을 거쳐 열 교환부(HE)로 공급될 수 있다.
냉각 시스템(CS)은 보조 밸브(UV) 및 보조 라인(UL)을 더 구비한다. 보조 라인(UL)은 제 1 액체 라인(LN_1)과 배출 라인(DLd)과의 사이에 마련되어 있다. 보조 라인(UL)과 제 1 액체 라인(LN_1)과의 접속 개소는, 제 1 액체 라인(LN_1)과 제 2 냉각 라인과의 접속 개소와, 제 1 분리기(DV_1)와의 사이에 마련되어 있다. 보조 밸브(UV)는 보조 라인(UL)에 마련되어 있다. 제어부(Cnt)는 보조 밸브(UV)의 개폐를 제어한다. 제어부(Cnt)는 냉각 시스템(CS)의 냉각 운전의 정지 시에 있어서만, 보조 밸브(UV)를 개방으로 한다.
냉각 시스템(CS)은 귀환 라인(BL) 및 귀환 밸브(BV)를 더 구비한다. 귀환 라인(BL)의 일단은 압축기(CM)의 입력단(In2)에 연통하고, 귀환 라인(BL)의 다른 일단은 압축기(CM)의 출력단(Out2)에 연통한다. 귀환 밸브(BV)는 귀환 라인(BL)에 마련되어 있다.
(n = 2인 경우)
도 2 ~ 도 4를 참조하여, 냉각 시스템(CS)의 응축기(CD)가 두 개의 기액 분리부를 가지는 경우(n = 2인 경우)를 설명한다. 공급 라인(SL)으로부터 공급되고 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환될 수 있는 냉매(R)는, 2 종류의 제 1 냉매, 제 2 냉매를 포함한다. 제 1 냉매의 비점은 제 2 냉매의 비점과 비교하여 높다. 또한, 제 1 냉각 라인(CL_1)에 흐르는 제 3 냉매는 물이다. 제 1 냉각 라인(CL_1)을 흐르는 제 3 냉매인 물의 온도는, 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높다.
이하, n = 2인 경우를 설명하므로, 도 1에 있어서, i 번째의 구성(예를 들면 제 i 기액 분리부(AL_i) 등)은 없다. 이 경우, 도 1에는 n = 2에 대응하는 구성, 즉 제 2 기액 분리부(AL_2), 제 2 냉각기(CLD_2), 제 2 분리기(DV_2), 제 2 냉각 라인(CL_2), 제 2 액체 라인(LN_2), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 2 부팽창 밸브(SV_2)가 나타나 있게 된다. 제 2 냉각 라인(CL_2)은 제 1 액체 라인(LN_1)과 배출 라인(DLd)의 사이에 마련되어 있다. 이러한 n = 2인 경우의 냉각 시스템(CS)의 구성은 도 2에 나타난다.
도 3의 타이밍 차트(CT1)는, 도 2에 나타내는 n = 2인 경우의 냉각 시스템(CS)에 있어서, 공급 라인(SL)으로부터 공급되고 열 교환부(HE)에서 열 교환되는 냉매를 제 1 냉매로 하는 경우(제 1 냉매에 의한 냉각 운전)에 대응한다. 도 3의 타이밍 차트(CT2)는, 도 2에 나타내는 n = 2인 경우의 냉각 시스템(CS)에 있어서, 공급 라인(SL)으로부터 공급되고 열 교환부(HE)에서 열 교환되는 냉매를 제 2 냉매로 하는 경우(제 2 냉매에 의한 냉각 운전)에 대응한다.
도 3에 나타내는 두 개의 횡축은 모두 시간(타이밍)을 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 두 개의 종축은 모두, 압축기(CM)의 동작 상태(온 또는 오프)와, 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 2 부팽창 밸브(SV_2)의 동작 상태(개방 또는 폐쇄)를 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 두 개의 종축은 모두, 배치대의 온도와, 제 1 냉매 및 제 2 냉매의 각각의 상태(기체 또는 액체)를 더 나타내고 있다. 압축기(CM), 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 2 부팽창 밸브(SV_2)의 동작은 제어부(Cnt)에 의해 제어된다.
도 4의 (a)는, 도 2에 나타내는 n = 2인 경우의 냉각 시스템(CS)에 있어서, 제 1 냉매의 Ph 선도이며, 도 4의 (b)는, 도 2에 나타내는 n = 2인 경우의 냉각 시스템(CS)에 있어서, 제 2 냉매의 Ph 선도이다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)의 각각의 횡축은 비엔탈피[kJ/kg]를 나타내고, 종축은 압력[MPa]을 나타내고 있다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에는 포화 액선(LSL), 포화 증기선(LSV), 과열 증기 영역(ZN1), 습증기 영역(ZN2), 과냉각 영역(ZN3)이 나타나 있다.
(제 1 냉매에 의한 냉각 운전)
먼저, 제 1 냉매가 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환되는 경우에 대하여 설명한다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 제 2 부팽창 밸브(SV_2), 배기 밸브(EV), 보조 밸브(UV), 귀환 밸브(BV)는 제어부(Cnt)에 의한 제어가 개시될 때까지 폐쇄로 되어 있다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 제 2 부팽창 밸브(SV_2), 배기 밸브(EV), 보조 밸브(UV), 귀환 밸브(BV)에 대한 제어부(Cnt)의 제어(이하, 단순히 제어부(Cnt)의 제어라고 함)는 냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 된 후에 개시된다. 보다 구체적으로, 제어부(Cnt)의 제어는, 냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 되어 압축기(CM)가 기동을 개시하는 타이밍(TMa1)의 후로서 압축기(CM)가 온이 되는 타이밍(TMa2)의 후에 개시된다. 압축기(CM)는 기동 개시의 타이밍(TMa1)의 후의 타이밍(TMa2)에서 온이 된다.
냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 되면, 냉각 장치(CL)가 온이 되어 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 귀환 밸브(BV)가 개방으로 된다. 냉각 장치(CL)는, 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 흐르는 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)에 대한 냉각을 개시한다. 냉각 장치(CL)로부터는, 제 3 냉매인 물이 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐 제 1 냉각 라인(CL_1)을 순환하고, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과한다. 압축기(CM)로부터는, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)가 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내로 공급된다.
냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매(물)는, 제 1 냉각 라인(CL_1) 및 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐, 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과하고, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)를 냉각한다. 냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매의 온도를 TC1[℃]으로 한다. TC1[℃]은 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높다. 이 때문에, 타이밍(TMa1)에서는, 제 1 냉각기(CLD_1)에 있어서, 제 1 냉매는 TC1[℃]의 온도가 되어 액화하지만, TC1[℃]의 온도의 제 2 냉매는 기체의 상태로 유지된다. 이와 같이, 제 1 냉각기(CLD_1)는 제 1 냉매를 응축 액화한다(상태(STa1)).
제 1 냉매의 액체 및 제 2 냉매의 기체는, 모두 제 1 냉각기(CLD_1)로부터 제 1 분리기(DV_1)로 보내지고, 제 1 분리기(DV_1)에 있어서, 제 1 냉매의 액체와 제 2 냉매의 기체가 분리된다(상태(STa1), 상태(STb1)). 제 1 분리기(DV_1)는 제 1 냉매의 액체를 제 1 액체 라인(LN_1)으로 보낸다. 제 1 분리기(DV_1)는, 기체 라인(AN)을 개재하여 제 2 냉매의 기체를 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2)로 보낸다.
타이밍(TMa2)에 이어지는 타이밍(TMa3) ~ 타이밍(TMa4)의 사이에, 제 1 주팽창 밸브(PV_1)가 개방으로 된다. 이 경우, 배기 밸브(EV)도 개방으로 되지만, 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 보조 밸브(UV)는 폐쇄인 채이다.
제 1 냉매의 액체는 타이밍(TMa4) ~ 타이밍(TMa6)의 사이에, 제 1 주팽창 밸브(PV_1)를 거쳐 공급 라인(SL)으로 보내지고, 공급 라인(SL)으로부터 열 교환부(HE)로 보내진다. 제 1 냉매의 액체는, 제 1 주팽창 밸브(PV_1)에 있어서 팽창 감압되고, TC1[℃]보다 더 낮은 온도가 되어(상태(STa2)), 열 교환부(HE)의 입력단(In1)을 거쳐 열 교환부(HE)로 보내진다.
제 1 냉매의 액체는, 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환되고, 기체가 된다(상태(STa3)). 이 열 교환에 의해, 배치대(PD)의 온도는 타이밍(TMa4) ~ 타이밍(TMa5)의 사이에 T1[℃]에서 T2[℃]가 된다. T2[℃]는 T1[℃]보다 낮다.
배치대(PD)의 온도는, 제 1 주팽창 밸브(PV_1)가 폐쇄가 되는 타이밍(TMa7)에 이를 때까지 T2[℃]이다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1)는 타이밍(TMa6) ~ 타이밍(TMa7)의 사이에 폐쇄가 된다.
배치대(PD)의 온도는 타이밍(TMa7) ~ 타이밍(TMa8)의 사이에 T2[℃]에서 T1[℃]이 된다.
제 1 냉매의 기체는, 열 교환부(HE)의 출력단(Out1)으로부터 배출 라인(DLd)을 거쳐 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다(상태(STa4)). 압축기(CM)의 입력단(In2)에는 또한, 제 2 냉매의 기체가, 제 2 기액 분리부(AL_2)로부터 배기 밸브(EV)를 경유하고(상태(STb2)), 배출 라인(DLd)을 거쳐 보내진다(상태(STb3)).
압축기(CM)는 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체를 압축한다. 압축기(CM)에 의해 압축된 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체는, 압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내진다(상태(STa5), 상태(STb4)).
압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내지는 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체는 주로, 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1)로 보내진다.
압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내지는 제 2 냉매의 기체는 부분적으로, 귀환 라인(BL) 및 귀환 밸브(BV)를 거쳐 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내지고, 압축기(CM)에 있어서 재차 압축된다. 귀환 라인(BL)을 흐르는 제 2 냉매의 기체는, 귀환 밸브(BV)에 의해 팽창 감압되고, 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다(상태(STb5)). 압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 배출되는 제 1 냉매의 기체도, 제 2 냉매의 기체와 마찬가지로, 압축기(CM)에 있어서 재차 압축된다.
(제 2 냉매에 의한 냉각 운전)
이어서, 제 2 냉매가 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환되는 경우에 대하여 설명한다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 제 2 부팽창 밸브(SV_2), 배기 밸브(EV), 보조 밸브(UV), 귀환 밸브(BV)는, 제어부(Cnt)에 의한 제어가 개시될 때까지 폐쇄로 되어 있다. 제어부(Cnt)의 제어는, 냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 된 후에 개시된다. 보다 구체적으로, 제어부(Cnt)의 제어는, 냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 되어 압축기(CM)가 기동을 개시하는 타이밍(TMb1)의 후로서 압축기(CM)가 온이 되는 타이밍(TMb2)의 후에 개시된다. 압축기(CM)는 기동 개시의 타이밍(TMb1)의 후의 타이밍(TMb2)에서 온이 된다.
냉각 시스템(CS)의 전원이 온이 되면, 냉각 장치(CL)가 온이 되어 제 1 부팽창 밸브(SV_1), 귀환 밸브(BV)가 개방으로 된다. 냉각 장치(CL)는 기체 라인(AN)을 거쳐, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 흐르는 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)에 대한 냉각을 개시한다. 냉각 장치(CL)로부터는, 제 3 냉매인 물이 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐 제 1 냉각 라인(CL_1)을 순환하고, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과한다. 압축기(CM)로부터는, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)가 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내로 공급된다.
냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매(수물)는, 제 1 냉각 라인(CL_1) 및 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐, 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과하고, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)를 냉각한다. 냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매의 온도는 TC1[℃]이다. TC1[℃]은 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높다. 이 때문에, 타이밍(TMb1)에서는, 제 1 냉각기(CLD_1)에 있어서, 제 1 냉매는 TC1[℃]의 온도가 되어 액화하지만, TC1[℃]의 온도의 제 2 냉매는 기체 상태로 유지된다. 이와 같이, 제 1 냉각기(CLD_1)는 제 1 냉매를 응축 액화한다.
제 1 냉매의 액체 및 제 2 냉매의 기체는 모두 제 1 냉각기(CLD_1)로부터 제 1 분리기(DV_1)로 보내지고, 제 1 분리기(DV_1)에 있어서, 제 1 냉매의 액체와 제 2 냉매의 기체가 분리된다(상태(STa1), 상태(STb1)). 제 1 분리기(DV_1)는 제 1 냉매의 액체를 제 1 액체 라인(LN_1)으로 보낸다. 제 1 분리기(DV_1)는, 기체 라인(AN)을 거쳐 제 2 냉매의 기체를 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2)로 보낸다.
타이밍(TMb2)에 이어지는 타이밍(TMb3) ~ 타이밍(TMb4)의 사이에, 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 2 부팽창 밸브(SV_2)가 개방으로 된다. 이 경우, 배기 밸브(EV)는 개방으로 되지만, 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 보조 밸브(UV)는 폐쇄인 채이다.
제 1 냉매의 액체는, 제 2 부팽창 밸브(SV_2)를 거쳐 제 2 냉각 라인(CL_2)을 흐르고, 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2) 내를 통과한 후에, 배출 라인(DLd)을 거쳐 압축기(CM)로 보내진다. 제 2 냉매의 기체는, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 분리기(DV_1)로부터 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2)로 공급되고, 제 2 냉각기(CLD_2) 내를 통과한다.
제 1 냉매의 액체는, 제 2 부팽창 밸브(SV_2)에 의해 팽창 감압되고, TC1[℃]보다 낮은 TC2[℃]의 온도가 된다(상태(STa2)). TC2[℃]는 제 2 냉매의 비점보다 낮다. TC2[℃]의 온도의 제 1 냉매는 제 2 냉각기(CLD_2) 내를 통과한다(상태(STa3)). 이 때문에, 타이밍(TMb4) ~ 타이밍(TMb5)의 사이에, 제 2 냉각기(CLD_2)에 있어서, 제 2 냉매는 TC2[℃]의 온도가 되어 액화한다. 이와 같이, 제 2 냉각기(CLD_2)는 제 2 냉매를 응축 액화한다(상태(STb6)).
제 2 냉매의 액체는 제 2 냉각기(CLD_2)로부터 제 2 분리기(DV_2)로 보내지고, 제 2 분리기(DV_2)에 있어서, 제 2 냉매의 액체가 기체(제 2 냉각기(CLD_2) 및 제 2 분리기(DV_2)에 포함되는 기체 성분)로부터 분리된다(상태(STb6)). 제 2 분리기(DV_2)는 제 2 냉매의 액체를 제 2 액체 라인(LN_2)으로 보낸다. 제 2 분리기(DV_2)는 분리한 기체를, 기체 라인(AN)으로부터 배기 밸브(EV)를 거쳐 배출 라인(DLd)으로 보낸다.
제 2 냉매의 액체는, 타이밍(TMb5) ~ 타이밍(TMb7)의 사이에, 제 2 주팽창 밸브(PV_2)를 거쳐 공급 라인(SL)으로 보내지고, 공급 라인(SL)으로부터 열 교환부(HE)로 보내진다. 제 2 냉매의 액체는, 제 2 주팽창 밸브(PV_2)에 있어서 팽창 감압되고, TC2[℃]보다 더 낮은 온도가 되어(상태(STb7)), 열 교환부(HE)의 입력단(In1)을 거쳐 열 교환부(HE)로 보내진다.
제 2 냉매의 액체는, 열 교환부(HE)에 있어서 열 교환되고, 기체가 된다(상태(STb8)). 이 열 교환에 의해, 배치대(PD)의 온도는, 타이밍(TMb5) ~ 타이밍(TMb6)의 사이에 T1[℃]에서 T3[℃]가 된다. T3[℃]는 T1[℃] 및 T2[℃]보다 낮다.
배치대(PD)의 온도는, 제 2 주팽창 밸브(PV_2) 및 제 2 부팽창 밸브(SV_2)가 폐쇄가 되는 타이밍(TMb8)에 이를 때까지, T3[℃]이다. 제 2 주팽창 밸브(PV_2) 및 제 2 부팽창 밸브(SV_2)는 타이밍(TMb7) ~ 타이밍(TMb8)의 사이에 폐쇄가 된다. 배치대(PD)의 온도는 타이밍(TMb8) ~ 타이밍(TMb9)의 사이에 T3[℃]에서 T1[℃]이 된다.
제 2 냉매의 기체는 열 교환부(HE)의 출력단(Out1)으로부터 배출 라인(DLd)을 거쳐 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다(상태(STb3)). 압축기(CM)의 입력단(In2)에는 또한, 제 1 냉매의 액체가, 제 2 냉각 라인(CL_2)으로부터 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2)를 경유하고(상태(STa3)), 배출 라인(DLd)을 거쳐 보내진다(상태(STa4)).
압축기(CM)는 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체를 압축한다. 압축기(CM)에 의해 압축된 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체는, 압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내진다(상태(STa5), 상태(STb4)).
압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내지는 제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체는 주로, 기체 라인(AN)을 거쳐 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1)로 보내진다.
압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내지는 제 2 냉매의 기체는 부분적으로, 귀환 라인(BL) 및 귀환 밸브(BV)를 거쳐 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내지고, 압축기(CM)에 있어서 재차 압축된다. 귀환 라인(BL)을 흐르는 제 2 냉매의 기체는, 귀환 밸브(BV)에 의해 팽창 감압되고, 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다(상태(STb5)). 압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 배출되는 제 1 냉매의 기체도, 제 2 냉매의 기체와 마찬가지로, 압축기(CM)에 있어서 재차 압축된다.
또한, 제 1 냉매에 의한 냉각 운전 후에 제 2 냉매에 의한 냉각 운전을 연속하여 행함으로써, 배치대(PD)의 온도를 보다 신속하게 저하시킬 수 있다. 제 1 냉매에 의한 냉각 운전에 의해 배치대(PD)의 온도를 충분히 저하시킨 상태에서, 이어서 제 2 냉매에 의한 냉각 운전에 의해 배치대(PD)의 온도를 더 낮게 할 수 있다. 이 경우, 타이밍 차트(CT1)의 타이밍(TMa7)과 타이밍 차트(CT2)의 타이밍(TMb3)을 동일한 타이밍으로서, 타이밍 차트(CT1) 및 타이밍 차트(CT2)의 각각에 나타내는 동작이 연속하여 실행된다.
(냉각 운전의 정지 시)
이어서, 냉각 운전이 정지하고 있는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우, 제 1 냉매의 액체 및 제 2 냉매의 액체 모두 열 교환부(HE)로 공급되지 않으며, 열 교환부(HE)에서 열 교환은 행해지지 않는다. 이러한 냉각 운전의 정지 시에 있어서도, 압축기(CM) 등의 기능 유지를 위하여, 냉매(R)의 순환이 유지된다.
제 1 부팽창 밸브(SV_1), 배기 밸브(EV), 보조 밸브(UV), 귀환 밸브(BV)는 개방으로 되어 있다. 제 1 주팽창 밸브(PV_1), 제 2 주팽창 밸브(PV_2), 제 2 부팽창 밸브(SV_2)는 폐쇄로 되어 있다.
냉각 장치(CL)는, 기체 라인(AN)을 개재하여 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 흐르는 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)에 대한 냉각을 행한다. 냉각 장치(CL)로부터는, 제 3 냉매인 물이 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐 제 1 냉각 라인(CL_1)을 순환하고, 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과한다. 압축기(CM)로부터는, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)가 기체 라인(AN)을 개재하여 제 1 기액 분리부(AL_1)의 제 1 냉각기(CLD_1) 내로 공급된다.
냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매(물)는, 제 1 냉각 라인(CL_1) 및 제 1 부팽창 밸브(SV_1)를 거쳐, 제 1 냉각기(CLD_1) 내를 통과하고, 냉매(R)(제 1 냉매의 기체 및 제 2 냉매의 기체)를 냉각한다. 냉각 장치(CL)로부터 공급되는 제 3 냉매의 온도는 TC1[℃]이다. TC1[℃]은 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높다. 이 때문에, 타이밍(TMa1)에서는, 제 1 냉각기(CLD_1)에 있어서, 제 1 냉매는 TC1[℃]의 온도가 되어 액화하지만, TC1[℃]의 온도의 제 2 냉매는 기체 상태로 유지된다. 이와 같이, 제 1 냉각기(CLD_1)는 제 1 냉매를 응축 액화한다.
제 1 냉매의 액체 및 제 2 냉매의 기체는 모두 제 1 냉각기(CLD_1)로부터 제 1 분리기(DV_1)로 보내지고, 제 1 분리기(DV_1)에 있어서, 제 1 냉매의 액체와 제 2 냉매의 기체가 분리된다. 제 1 분리기(DV_1)는 제 1 냉매의 액체를 제 1 액체 라인(LN_1)으로 보낸다. 제 1 분리기(DV_1)는 기체 라인(AN)을 거쳐 제 2 냉매의 기체를 제 2 기액 분리부(AL_2)의 제 2 냉각기(CLD_2)로 보낸다.
제 1 냉매의 액체는 보조 라인(UL), 보조 밸브(UV)를 거쳐 배출 라인(DLd)으로 보내지고, 또한 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다. 제 2 냉매의 기체는 기체 라인(AN)을 거쳐, 제 2 기액 분리부(AL_2), 배기 밸브(EV)를 경유하여, 배출 라인(DLd)으로 보내지고, 또한 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다.
압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 기체 라인(AN)으로 보내지는 제 2 냉매의 기체는 부분적으로, 귀환 라인(BL) 및 귀환 밸브(BV)를 거쳐 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내지고, 압축기(CM)에서 재차 압축된다. 귀환 라인(BL)을 흐르는 제 2 냉매의 기체는 귀환 밸브(BV)에 의해 팽창 감압되고, 압축기(CM)의 입력단(In2)으로 보내진다. 압축기(CM)의 출력단(Out2)으로부터 배출되는 제 1 냉매의 기체도, 제 2 냉매의 기체와 마찬가지로, 압축기(CM)에 있어서 재차 압축된다.
상기한 냉각 시스템(CS)에 의하면, 복수의 기액 분리부가 직렬로 접속되어 있으므로, 서로 비점이 상이한 복수의 냉매를 이용한 경우에, 복수의 냉매 중 적합한 하나의 냉매의 액체만을 열 교환부(HE)로 보낼 수 있다. 또한, 복수의 기액 분리부의 각각에는 전단의 기액 분리부로부터 분리된 냉매의 액체가 흐를 수 있으므로, 각 기액 분리부에 있어서의 냉각이 복수의 냉매 중 어느 하나를 이용하여 행해져, 냉각용의 다른 냉매를 별도 이용할 필요가 없다. 또한, 서로 비점이 상이한 복수의 냉매를 이용하여, 배치대(PD)의 온도의 조절을 세밀하게 행할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)가 n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브의 각각의 개폐를 제어하므로, 원하는 냉매를 효율 좋게 열 교환부(HE)로 공급할 수 있다. 또한 기액 분리부에서는, 전단의 기액 분리부로부터 분리된 냉매의 액체에 의해, 냉매의 냉각이 가능해진다.
도 1에 나타내는 냉각 시스템(CS)은 도 5에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 적용될 수 있다. 도 1에 나타내는 냉각 시스템(CS)의 응축기(CD)는 도 6, 도 9, 도 10, 도 14, 도 15의 각각에 나타내는 응축기(CD) 및 도 17에 나타내는 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)에 적용될 수 있다.
이하에서는, 도 1에 나타내는 응축기(CD)가 적용 가능한 제 1 실시예 ~ 제 5 실시예의 각각에 따른 냉각 시스템(CS)이 설명된다. 제 1 실시예 ~ 제 5 실시예의 각각에 따른 냉각 시스템(CS)은, 도 5에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에서 이용될 수 있다. 먼저, 도 5를 참조하여, 제 1 실시예 ~ 제 5 실시예의 각각에 따른 냉각 시스템(CS)이 이용될 수 있는 플라즈마 처리 장치(10)의 구성을 설명한다.
도 5에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 평행 평판의 전극을 구비하는 플라즈마 에칭 장치이며, 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 예를 들면 대략 원통 형상을 가지고 있다. 처리 용기(12)는 예를 들면 알루미늄의 재료를 가지고 있으며, 처리 용기(12)의 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 처리 용기(12)는 보안 접지되어 있다.
처리 용기(12)의 저부 상에는 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는 예를 들면 절연 재료를 가지고 있다. 지지부(14)를 구성하는 절연 재료는 석영과 같이 산소를 포함할 수 있다. 지지부(14)는 처리 용기(12) 내에서 처리 용기(12)의 저부로부터 연직 방향으로(상부 전극(30)을 향해) 연장되어 있다.
처리 용기(12) 내에는 배치대(PD)가 마련되어 있다. 배치대(PD)는 지지부(14)에 의해 지지되어 있다. 배치대(PD)는 배치대(PD)의 상면에서 웨이퍼(W)를 유지한다. 배치대(PD)는 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 가지고 있다.
하부 전극(LE)은 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)는 예를 들면 알루미늄과 같은 금속 재료를 가지고 있으며, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제 2 플레이트(18b)는 제 1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있으며, 제 1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 플레이트(18b) 상에는 정전 척(ESC)이 마련되어 있다.
정전 척(ESC)은, 도전막인 전극을, 한 쌍의 절연층의 사이 또는 한 쌍의 절연 시트의 사이에 배치한 구조를 가지고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는 직류 전원(22)이 스위치(23)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이에 의해, 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 주연부 상에는, 웨이퍼(W)의 엣지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭 대상의 막의 재료에 의해 적절히 선택되는 재료를 가지고 있으며, 예를 들면 석영을 가질 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 내부에는, 도 6, 도 14에 나타내는 증발실(VP)(또는, 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))이 마련되어 있다. 증발실(VP)은 증발실(VP)의 전열벽(SF)에서 냉매를 증발시킴으로써 증발실(VP)의 전열벽(SF) 상에 있는 정전 척(ESC)의 온도를 낮춰, 정전 척(ESC)에 배치되는 웨이퍼(W)를 냉각 할 수 있다. 제 1 플레이트(18a)의 내부에는, 도 6, 도 14에 나타내는 저류실(RT)(또는, 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n))이 마련되어 있다. 저류실(RT)은 증발실(VP)에 공급하는 냉매를 저류한다.
또한 본 명세서에 있어서, 고체로부터라도 액체로부터라도 기체로 상변화하는 현상을 '기화'라고 하며, 고체 또는 액체의 표면에서만 기화가 발생하는 것을 '증발'이라고 한다. 또한 액체의 내부로부터 기화가 발생하는 것을 '비등'이라고 한다. 냉매가 분출하여 전열벽에 접촉했을 시, 냉매가 액체로부터 기체로 증발되고, 이 때, 전열벽으로부터 잠열 또는 기화열이라 불리는 열량이 냉매로 이동한다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 도 6, 도 10, 도 14, 도 15에 나타내는 칠러 유닛(CH)(또는, 도 17에 나타내는 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n))을 구비한다. 칠러 유닛(CH) 등은 공급 라인(SL) 등, 저류실(RT) 등, 증발실(VP) 등, 배출 라인(DLd) 등을 개재하여 냉매를 순환시키고, 정전 척(ESC)의 온도를 낮춰, 정전 척(ESC)에 배치되는 웨이퍼(W)를 냉각한다.
냉매는 공급 라인(SL)(또는, 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n))을 거쳐, 칠러 유닛(CH) 등으로부터 저류실(RT) 등으로 공급된다. 냉매는 배출 라인(DLd)(또는, 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n), 도 14, 도 15에 나타내는 배출 라인(DLu))을 거쳐, 증발실(VP) 등으로부터 칠러 유닛(CH) 등으로 배출된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상기한 증발실(VP) 등, 저류실(RT) 등, 칠러 유닛(CH)등을 가지는 냉각 시스템(CS)을 구비한다. 냉각 시스템(CS)의 구체적인 구성에 대해서는 후술된다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 가열 소자인 히터(HT)가 마련되어 있다. 히터(HT)는, 예를 들면 제 2 플레이트(18b) 내에 매립되어 있다. 히터(HT)에는 히터 전원(HP)이 접속되어 있다.
히터 전원(HP)으로부터 히터(HT)로 전력이 공급됨으로써, 배치대(PD)의 온도가 조정되고, 배치대(PD) 상에 배치되는 웨이퍼(W)의 온도가 조정되도록 되어 있다. 또한 히터(HT)는, 정전 척(ESC)에 내장되어 있어도 된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 배치대(PD)의 상방에 있어서, 배치대(PD)와 대향 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이에는 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)이 제공되어 있다.
상부 전극(30)은 절연성 차폐 부재(32)를 개재하여, 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 절연성 차폐 부재(32)는 절연 재료를 가지고 있으며, 예를 들면 석영과 같이 산소를 포함할 수 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다.
전극판(34)은 처리 공간(S)에 면하고 있으며, 당해 전극판(34)에는 복수의 가스 토출홀(34a)이 마련되어 있다. 전극판(34)은, 일실시 형태에서는, 실리콘을 함유한다. 다른 실시 형태에서는, 전극판(34)은 산화 실리콘을 함유할 수 있다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다.
가스 확산실(36a)로부터는, 가스 토출홀(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류홀(36b)이 하방으로(배치대(PD)를 향해) 연장되어 있다. 전극 지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있으며, 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 개재하여 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 복수의 가스 소스를 가지고 있다.
밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 매스 플로우 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 밸브군(42)의 대응의 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 개재하여 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 1 또는 복수의 가스 소스로부터의 가스를, 개별로 조정된 유량으로, 처리 용기(12) 내로 공급하는 것이 가능하다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라 퇴적물 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 처리 용기(12)에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착하는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스가 피복된 구성을 가질 수 있다. 퇴적물 실드는 Y2O3 외에, 예를 들면 석영과 같이 산소를 포함하는 재료를 가질 수 있다.
처리 용기(12)의 저부측(지지부(14)가 설치되어 있는 측), 또한 지지부(14)와 처리 용기(12)의 측벽과의 사이에는 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예를 들면 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스가 피복된 구성을 가질 수 있다. 배기 플레이트(48)의 하방, 또한 처리 용기(12)에는 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 개재하여 배기 장치(50)가 접속되어 있다.
배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있으며, 처리 용기(12) 내의 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입반출구(12g)가 마련되어 있으며, 반입반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 발생하는 전원이며, 27 ~ 100[MHz]의 주파수, 일례에 있어서는 60[MHz]의 고주파 전력을 발생한다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 개재하여 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 정합기(66)는 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 또한 제 1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있어도 된다.
제 2 고주파 전원(64)은 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력을 발생하는 전원이며, 400[kHz] ~ 40.68[MHz]의 범위 내의 주파수, 일례에 있어서는 13.56[MHz]의 주파수의 고주파 바이어스 전력을 발생한다. 제 2 고주파 전원(64)은 정합기(68)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(68)는 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 전원(70)을 더 구비하고 있다. 전원(70)은 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 전원(70)은 처리 공간(S) 내에 존재하는 양이온을 전극판(34)으로 인입하기 위한 전압을, 상부 전극(30)에 인가한다. 일례에 있어서는, 전원(70)은 음의 직류 전압을 발생하는 직류 전원이다. 이러한 전압이 전원(70)으로부터 상부 전극(30)에 인가되면, 처리 공간(S)에 존재하는 양이온이 전극판(34)에 충돌한다. 이에 의해, 전극판(34)으로부터 2차 전자 및 실리콘 중 적어도 하나가 방출된다.
일실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 도 1에 나타내는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 밸브군(42), 유량 제어기군(44), 배기 장치(50), 제 1 고주파 전원(62), 정합기(66), 제 2 고주파 전원(64), 정합기(68), 전원(70), 히터 전원(HP) 및 칠러 유닛(CH)(또는 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)) 등에 접속되어 있다.
제어부(Cnt)는, 제어 신호를 이용하여, 가스 소스군(40)으로부터 공급되는 가스의 선택 및 유량, 배기 장치(50)의 배기, 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)으로부터의 전력 공급, 전원(70)으로부터의 전압 인가, 히터 전원(HP)의 전력 공급, 칠러 유닛(CH)(또는 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n))으로부터 증발실(VP) 등에 공급되는 냉매의 유량 등을 제어할 수 있다.
제어부(Cnt)는 ROM, RAM 등의 기록 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램을 CPU에 의해 실행시킨다. 이 컴퓨터 프로그램은 플라즈마 처리 장치(10)의 동작을 통괄적으로 제어하는 기능을, 당해 CPU에 실행시키기 위한 프로그램을 포함한다. 이 컴퓨터 프로그램은, 특히 플라즈마 처리 장치(10)에서 행해지는 플라즈마 처리에 따른 레시피를, 제어부(Cnt)의 CPU에 실행시키기 위한 프로그램을 포함한다.
(제 1 실시예)
도 6은 제 1 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)의 구성을 나타내는 도이다. 냉각 시스템(CS)은 칠러 유닛(CH), 공급 라인(SL), 배출 라인(DLd)(제 1 배출 라인), 열 교환부(HE)를 구비한다.
열 교환부(HE)는 증발실(VP), 저류실(RT), 복수의 관(PP)을 구비한다. 관(PP)은 분사구(JO)를 구비한다. 열 교환부(HE)는 배치대(PD) 내에 마련되고, 배치대(PD)의 배치면(FA)을 개재하여 냉매에 의한 열 교환을 행한다.
저류실(RT)은 공급 라인(SL)을 거쳐 칠러 유닛(CH)으로부터 공급되는 냉매를 저류한다. 저류실(RT)은 공급 라인(SL)을 개재하여 칠러 유닛(CH)에 접속되고, 복수의 관(PP)을 개재하여 증발실(VP)에 연통한다.
증발실(VP)은 저류실(RT)에 저류된 냉매를 증발시킨다. 증발실(VP)은 배출 라인(DLd)을 개재하여 칠러 유닛(CH)에 접속되고, 배치대(PD)의 배치면(FA)에 걸쳐 연장되며, 복수의 분사구(JO)를 포함한다. 분사구(JO)는 관(PP)의 일단에 마련되고, 증발실(VP)의 내벽 중 배치면(FA)측에 있는 전열벽(SF)을 향해 관(PP)으로부터 냉매가 분사되도록 배치되어 있다.
도 7은 도 6에 나타내는 X1­X1선을 따른 하부 전극(LE)의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다. 도 7에 나타내는 단면에 있어서, 배치면(FA) 상에서 봤을 때, 복수의 관(PP)(즉, 복수의 분사구(JO))은, 제 1 플레이트(18a)의 원형 형상의 단면의 원주 방향 및 직경 방향에, 대략 등간격으로 배치되어 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 배치면(FA) 상에서 봤을 때, 복수의 관(PP)(즉, 복수의 분사구(JO))은 배치면(FA) 내에 걸쳐 분산되어 배치되어 있다.
도 6으로 돌아와 설명한다. 칠러 유닛(CH)은 냉매의 공급 라인(SL) 및 냉매의 배출 라인(DLd)을 개재하여 열 교환부(HE)에 접속된다. 칠러 유닛(CH)은 공급 라인(SL)을 거쳐 냉매를 열 교환부(HE)로 공급하고, 배출 라인(DLd)을 거쳐 냉매를 열 교환부(HE)로부터 배출한다.
칠러 유닛(CH)은 압력계(PRLd), 역지 밸브(CVLd), 팽창 밸브(EVLd), 조정 밸브(AV), 압축기(CM), 응축기(CD), 팽창 밸브(EVC), 압력계(PRC)를 구비한다. 증발실(VP)은 제 2 플레이트(18b)에 마련되고, 저류실(RT)은 제 1 플레이트(18a)에 마련된다.
공급 라인(SL)은, 보다 구체적으로, 응축기(CD)와 저류실(RT)을 접속한다. 배출 라인(DLd)은, 보다 구체적으로 응축기(CD)와 증발실(VP)을 접속한다.
칠러 유닛(CH)에 있어서, 팽창 밸브(EVC), 압력계(PRC)는 응축기(CD)측으로부터 차례로 직렬적으로, 공급 라인(SL)에 마련되어 있다. 칠러 유닛(CH)에 있어서, 압축기(CM), 조정 밸브(AV), 팽창 밸브(EVLd), 역지 밸브(CVLd), 압력계(PRLd)는 응축기(CD)측으로부터 차례로 직렬적으로, 배출 라인(DLd)에 마련되어 있다.
응축기(CD)의 출구는 팽창 밸브(EVC)의 입구에 접속되고, 팽창 밸브(EVC)의 출구는 압력계(PRC)의 입구에 접속된다. 압력계(PRC)의 출구는, 저류실(RT)에 접속된다.
응축기(CD)의 입구는 압축기(CM)의 출구에 접속되고, 압축기(CM)의 입구는 조정 밸브(AV)의 출구에 접속된다. 조정 밸브(AV)의 입구는 팽창 밸브(EVLd)의 출구에 접속되고, 팽창 밸브(EVLd)의 입구는 역지 밸브(CVLd)의 출구에 접속된다.
역지 밸브(CVLd)의 입구는 압력계(PRLd)의 출구에 접속되고, 압력계(PRLd)의 입구는 배출 라인(DLd)에 접속된다. 배출 라인(DLd)은, 증발실(VP)에 있어서 분사구(JO)의 하방으로 연장되는 액 축적 영역(VPL)에 접속된다. 액 축적 영역(VPL)은, 증발실(VP) 내에서 노출되어 있는 저벽(SFa)의 표면으로부터 분사구(JO)에 이르는 증발실(VP) 내의 영역이며, 분사구(JO)로부터 분사된 냉매 중 액상 상태의 냉매(액체로서의 냉매)가 축적될 수 있는 공간 영역이다(이하, 본 명세서의 기재에서 동일함). 또한 증발실(VP) 내 중, 액 축적 영역(VPL)을 제외한 영역은 기체 확산 영역(VPA)을 포함한다. 기체 확산 영역(VPA)은 증발실(VP)에서 분사구(JO)의 상방으로 연장되어 있고, 분사구(JO)로부터 분사된 냉매 중 기상 상태의 냉매(기체로서의 냉매)가 확산될 수 있는 공간 영역이다(이하, 본 명세서의 기재에서 동일함).
팽창 밸브(EVC), 조정 밸브(AV), 팽창 밸브(EVLd), 역지 밸브(CVLd)는 제어부(Cnt)에 의해 각각의 개방도[%]가 제어된다.
도 8, 도 9를 참조하여, 냉각 시스템(CS)의 냉동 사이클에 대하여 설명한다. 도 8은 냉각 시스템(CS)의 냉동 사이클이 나타나 있는 Ph 선도(몰리에르 선도)를 나타내는 도이다. 도 9는 냉각 시스템(CS)의 냉동 사이클을, 도 8과 함께 설명하기 위한 도이다.
먼저, 열 교환부(HE)의 증발실(VP)(또는, 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))로부터 배출된 냉매는, 압축기(CM)(또는, 도 14에 나타내는 압축기(CMd), 도 10, 도 15, 도 17에 나타내는 압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n), 도 15에 나타내는 압축기(CMu))의 입구에 이르러, 상태(ST1)가 된다. 상태(ST1)는 과열 증기 영역(ZN1)에 있다. 냉매는 압축기(CM)에 의해 일정한 비엔트로피(specific entropy)선을 따라 압축되면서 압축기(CM)의 출구에 이르러, 상태(ST2)가 된다. 상태(ST2)는 과열 증기 영역(ZN1)에 있다.
압축기(CM)로부터 배출된 냉매는, 응축기(CD)(또는, 도 17에 나타내는 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n))에 의해, 등압선을 따라 응축되면서 포화 증기선(LSV) 및 포화 액선(LSL)을 횡단하고, 응축기(CD)의 출구에 이르러, 상태(ST3)가 된다. 상태(ST3)는 과냉각 영역(ZN3)에 있다. 응축기(CD)로부터 배출된 냉매는, 팽창 밸브(EVC)에 의해, 일정한 비엔탈피(specific enthalpy)선을 따라 팽창되면서 포화 액선(LSL)을 횡단하여 팽창 밸브(EVC)의 출구에 이르러, 상태(ST4)가 된다. 상태(ST4)는 습증기 영역(ZN2)에 있다.
도 8에 나타내는 Ph 선도에서는, 과냉각 영역(ZN3), 습증기 영역(ZN2), 과열 증기 영역(ZN1)에 거쳐 통상 10 ℃ 간격으로 등온선이 그려져 있다. 도 8에 기재된 등온선(LST)은, 비엔탈피의 증가에 수반하여, 과냉각 영역(ZN3)에서는 수직에 가까운 우하향의 곡선으로서 연장되어 있고, 포화 액선(LSL)의 교점에서 꺽여, 습증기 영역(ZN2)에서 수평의 직선으로서(압력 일정한 선으로서) 연장되어 있고, 포화 증기선(LSV)의 교점에서 다시 꺽여, 과열 증기 영역(ZN1)에서 우하향의 곡선으로서 연장되어 있다. 도 8에 기재된 등온선(LST)은, 이러한 등온선의 일례이다. 습증기 영역(ZN2)에 있어서의 냉매에서는, 증발 또는 응축 과정의 중간 상태가 되어 있고, 포화액과 포화 증기가 공존하고 있다. 이론 냉동 사이클에 있어서, 증발 또는 응축 과정에서는 압력과 온도는 일정하게 된다.
팽창 밸브(EVC)로부터 배출된 저압·저온의 습증기 상태의 냉매(상태(ST4))는, 증발실(VP)에 의해, 전열벽(SF)으로부터 열을 빼앗아 등압선을 따라 증발되면서, 포화 증기선(LSV)을 횡단하여 증발실(VP)의 출구에 이른다. 이론 냉동 사이클에 있어서, 포화 상태에서는, 냉매의 압력을 지정하면 포화 온도가 정해지고, 온도를 지정하면 포화 압력이 정해진다. 따라서, 냉매의 증발 온도는 압력에 의해 제어 가능하다.
증발실(VP)에서는 등온 변화(ST4에서 ST1) 동안에, 냉매의 비엔탈피는 h4에서 h1까지 증가한다. 냉매[1 kg]가 주위의 피냉각체(전열벽)로부터 빼앗은 열량(Wr)[kJ/kg]을 냉동 효과라 부르고, 냉매[1 kg]가 피냉각체로부터 수취하는 열량과 동일하며, 증발실(VP) 입구에서 출구까지의 냉매의 비엔탈피 증가량 : h1 - h4[kJ/kg]과 동일해진다. 따라서, Wr = h1 - h4의 관계가 성립된다.
냉동 능력(Φ0)[kJ/s](또는[kW])은 다음 식과 같이, 냉동 효과인 열량(Wr)[kJ/kg]과 냉매 순환량(Qmr)[kg/s]과의 곱으로서 구해진다.
Φ0 = Qmr × Wr = Qmr × (h1 - h4).
단, Wr, h1, h4의 각각은 이하와 같이 정의된다.
Wr：냉동 효과[kJ/kg]
h1：증발실(VP) 출구의 냉매(과열 증기)의 비엔탈피[kJ/kg]
h4：증발실(VP) 입구의 냉매(습증기)의 비엔탈피[kJ/kg]
또한, 냉각 시스템(CS)에 의해 피냉각체를 냉각할 수 있는 능력을 냉동 능력이라고 부른다. 따라서, 냉동 능력은 냉매의 냉동 효과, 냉매의 순환량과 비례 관계에 있다. 또한, 증발실(VP)이 분실(VP­1) ~ 분실(VP-n)로 분할되는 경우에도, 냉매 순환량이 조정됨으로써, 분실(VP­1) ~ 분실(VP-n)의 각각의 냉동 능력이 제어될 수 있다.
냉각 시스템(CS)은, 도 8, 도 9에 나타내는 상기와 같은 냉동 사이클에 있어서의 냉매의 순환에 의해, 증발실(VP)에 있어서 열 교환을 행한다. 도 8, 도 9에 나타내는 냉동 사이클은, 제 1 실시예뿐 아니라, 이하에서 설명하는 제 2 실시예 ~ 제 5 실시예에 있어서도 동일하게 실현된다.
(제 2 실시예)
도 10은 일실시 형태에 따른 냉각 시스템(CS)의 다른 구성(제 2 실시예)을 나타내는 도이다. 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)에서는, 제 1 실시예의 증발실(VP) 및 저류실(RT)이 변경되어 있다.
제 2 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)의 증발실(VP)은, 복수의 제 1 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))을 구비한다. 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)은, 배치대(PD)의 제 2 플레이트(18b) 내에 있어서 서로 이격되어 있다. 제 1 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))은 분사구(JO)를 포함하고, 배치면(FA) 상에서 봤을 때 배치면(FA) 내에 걸쳐 분산되어 배치된다.
제 2 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)의 저류실(RT)은 복수의 제 2 분실(분실(RT­1) ~ 분실(RT­n))을 구비한다. 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)은 배치대(PD)의 제 1 플레이트(18a) 내에 있어서 서로 이격되어 있다. 제 2 분실(분실(RT­1) ~ 분실(RT­n))은 관(PP)을 개재하여 제 1 분실에 연통한다.
배출 라인(DLd)은 복수의 제 1 분기 라인(분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n))을 구비한다. 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각은 증발실(VP)의 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각에 접속된다.
공급 라인(SL)은 복수의 제 2 분기 라인(분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n))을 구비한다. 공급 라인(SL)의 일단은 제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)의 응축기(CD)에 접속되어 있다. 공급 라인(SL)의 다른 일단은 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)이 마련되어 있다. 즉, 제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)으로부터 연장되는 공급 라인(SL)은, 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)으로 분기되어 있다. 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각은 저류실(RT)의 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각에 접속된다.
제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)은 압력계(PRC), 팽창 밸브(EVC)를 구비한다. 압력계(PRC), 팽창 밸브(EVC)는 공급 라인(SL) 상에 마련되어 있다. 팽창 밸브(EVC)는 공급 라인(SL) 상에 있어, 응축기(CD)와 압력계(PRC)와의 사이에 배치되어 있다.
제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)은, 복수의 압력계(PRLd)(압력계(PRLd­1) ~ 압력계(PRLd­n)), 복수의 역지 밸브(CVLd)(역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)), 복수의 팽창 밸브(EVLd)(팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n)), 복수의 조정 밸브(AV)(조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n)), 복수의 압축기(CM)(압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n))를 구비한다.
압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n)의 각각은 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각에 마련되어 있다. 조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n)의 각각은 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각에 마련되어 있다.
팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n)의 각각은 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각에 마련되어 있다. 역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)의 각각은 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각에 마련되어 있다. 압력계(PRLd­1) ~ 압력계(PRLd­n)의 각각은 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각에 마련되어 있다.
제 2 실시예에 따른 응축기(CD)는 압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n)의 각각에 접속된다. 압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n)의 각각은 조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n)의 각각에 접속된다. 조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n)의 각각은 팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n)의 각각에 접속된다.
팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n)의 각각은 역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)의 각각에 접속된다. 역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)의 각각은 압력계(PRLd­1) ~ 압력계(PRLd­n)의 각각에 접속된다. 압력계(PRLd­1) ~ 압력계(PRLd­n)의 각각은 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각에 접속된다.
공급 라인(SL) 상에 있어서, 제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)의 압력계(PRC)는 유량 조정 밸브(FCV)에 접속되어 있다. 유량 조정 밸브(FCV)는 제 2 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)과 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)에 접속된다.
유량 조정 밸브(FCV)는 공급 라인(SL) 상에 있어, 칠러 유닛(CH)과 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)과의 사이에 배치되어 있다.
분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각은 유량 조정 밸브(유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각)와, 압력계(압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각)가 마련되어 있다. 예를 들면, 분기 라인(SL­1) 상에는 유량 조정 밸브(FCV­1), 압력계(PRC­1)가 마련되어 있고, 분기 라인(SL­n) 상에는 유량 조정 밸브(FCV­n), 압력계(PRC­n)가 마련되어 있다.
유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각은 유량 조정 밸브(FCV)에 접속되어 있다. 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각은 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각에 접속되어 있다. 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각은 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각에 접속되어 있다.
유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각은 유량 조정 밸브(FCV)와, 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각과의 사이에 배치되어 있다. 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각은 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각과, 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각과의 사이에 배치되어 있다.
제 2 실시예에서는, 칠러 유닛(CH)으로부터 증발실(VP)(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각)에 공급 라인(SL)을 거쳐 출력되는 냉매는, 먼저 유량 조정 밸브(FCV)의 개방도[%]를 조정함으로써 유량이 일괄하여 조정된 후에, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각의 개방도[%]를 조정함으로써 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각에 있어서의 유량(분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각에 공급하는 냉매의 유량)이 개별로 조정될 수 있다.
유량 조정 밸브(FCV), 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n), 조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n), 팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n), 역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)의 각각은, 제어부(Cnt)에 의해, 각각의 개방도[%]가 제어된다.
도 11은 도 10에 나타내는 X2­X2선을 따른 하부 전극(LE)의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다. 도 12는 도 10에 나타내는 X2­X2선을 따른 하부 전극(LE)의 단면의 다른 태양을 예시하는 도이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)은 서로 이격되어 있다. 도 11에 나타내는 단면에 있어서, 배치면(FA) 상에서 봤을 때, 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)은, 제 1 플레이트(18a)의 원형 형상의 단면의 중심으로부터 외주를 향해 직경 방향에 차례로 배치되어 있다. 도 11에 나타내는 단면에 있어서, 배치면(FA) 상에서 봤을 때, 분실(RT­1)은 원형 형상의 단면을 가지고, 분실(RT­1)의 외측에 있는 분실(예를 들면 분실(RT­n))은 띠 형상의 단면을 가진다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 배치면(FA) 상에서 봤을 때, 복수의 관(PP)(즉, 복수의 분사구(JO))은, 배치면(FA) 내에 걸쳐 분산되어 배치되어 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 복수의 관(PP)의 각각의 근방에는, 관(PP)에 연통하는 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))에 접속된 배출 라인(DLd)(분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n))이 배치되어 있다.
또한 분실(RT­1)의 외측에 있는 분실(예를 들면, 분실(RT­i), 분실(RT­n)이며, i는 1 < i < n의 범위에 있는 정수임)은, 도 11에 나타내는 띠 형상의 단면을 가지는 경우에 한정되지 않고, 도 12에 나타내는 바와 같이, 당해 띠 형상의 단면이 원주 방향으로 복수로 더 분할되고 이격된 단면을 가질 수 있다.
도 13은 도 10에 나타내는 냉각 시스템(CS)의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도이다. 도 13에 나타내는 동작(동작(PT1) ~ 동작(PT3))은, 후술하는 도 15 및 도 17의 각각에 나타내는 냉각 시스템(CS)(제 4 실시예 및 제 5 실시예)에 있어서도 적용될 수 있다.
도 13에 나타내는 동작은 제어부(Cnt)에 의해 제어될 수 있다. 도 13에 나타내는 동작은 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각의 동작이며, 기간(T1), 기간(T2) 등의 기간의 경과에 따라, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각의 개방도[%]를 변경시키는 동작이다. 예를 들면 기간(T2)은, 기간(T1)에 이어지는 기간이다. 기간(T1) 등의 각 기간에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n) 각각의 개방도[%]의 합계는 100[%]가 된다.
동작(PT1)은 기간(T1), 기간(T2) 등의 기간의 경과에 따라, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 개방도[%]를 적합하게 변경시키는 동작이다. 동작(PT1)에서는, 예를 들면 기간(T1)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1)의 개방도[%]가 30[%]로 설정되고, 유량 조정 밸브(FCV­n)의 개방도[%]가 10[%]로 설정된 상태에서, 기간(T1)에 이어지는 기간(T2)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1)의 개방도[%]가 20[%]로 변경되고, 유량 조정 밸브(FCV­n)의 개방도[%]가 5[%]로 변경된다.
동작(PT2)은, 모든 기간(기간(T1) 등)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각의 개방도[%]를 고정하는 동작이다. 동작(PT2)에서는, 예를 들면, 모든 기간(기간(T1) 등)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1)의 개방도[%]가 50[%]로 고정되고, 유량 조정 밸브(FCV­n)의 개방도[%]가 20[%]로 고정된다. 이와 같이, 각 유량 조정 밸브의 개방도를 고정하고, 냉매의 순환량을 조정함으로써, 플라즈마 처리 중의 입열이 불균일했던 경우라도, 각 분실의 냉동 능력을 임의로 제어할 수 있다. 동작(PT2)은 동작(PT1)의 구체예이다.
동작(PT3)은 기간(T1), 기간(T2) 등의 기간마다, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n) 중 어느 하나의 유량 조정 밸브만 100[%]의 개방도로 하는 동작이다. 동작(PT3)에서는, 예를 들면 기간(T1)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­1)의 개방도[%]가 100[%]로 설정되고, 기간(T1)에 이어지는 기간(T2)에 있어서, 유량 조정 밸브(FCV­n)의 개방도[%]가 100[%]로 설정된다. 이와 같이, 온도 조절하고자 하는 분실에 대하여, 냉매의 공급 시간을 조정함으로써, 플라즈마 처리 중의 입열이 불균일했던 경우라도, 각 분실의 냉동 능력을 임의로 제어할 수 있다. 동작(PT3)은 동작(PT1)의 구체예이다.
(제 3 실시예)
도 14는 일실시 형태에 따른 냉각 시스템(CS)의 다른 구성(제 3 실시예)을 나타내는 도이다. 제 3 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)은 제 1 실시예에 대하여 배출 라인(DLu)(제 2 배출 라인)이 더해진 구성을 가진다.
배출 라인(DLu)은 증발실(VP)과 칠러 유닛(CH)을 접속한다. 보다 구체적으로, 배출 라인(DLu)은 증발실(VP)과 칠러 유닛(CH)의 응축기(CD)를 접속하고, 증발실(VP)에 있어서 분사구(JO)의 상방으로 연장되는 기체 확산 영역(VPA)에 접속되어 있다.
제 3 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)은 압력계(PRLu), 역지 밸브(CVLu), 팽창 밸브(EVLu), 조정 밸브(AVu), 압축기(CMu)를 더 구비한다. 압축기(CMu), 조정 밸브(AVu), 팽창 밸브(EVLu), 역지 밸브(CVLu), 압력계(PRLu)는 배출 라인(DLu)에 마련되어 있다.
제 3 실시예에 따른 응축기(CD)는 압축기(CMu)에 접속된다. 압축기(CMu)는 조정 밸브(AVu)에 접속된다. 조정 밸브(AVu)는 팽창 밸브(EVLu)에 접속된다. 팽창 밸브(EVLu)는 역지 밸브(CVLu)에 접속된다. 역지 밸브(CVLu)는 압력계(PRLu)에 접속된다. 압력계(PRLu)는 증발실(VP)에 접속된다.
압력계(PRLu), 역지 밸브(CVLu), 팽창 밸브(EVLu), 조정 밸브(AVu), 압축기(CMu)의 각각의 기능은 압력계(PRLd), 역지 밸브(CVLd), 팽창 밸브(EVLd), 조정 밸브(AVd), 압축기(CMd)의 각각의 기능과 동일하다.
조정 밸브(AVu), 팽창 밸브(EVLu), 역지 밸브(CVLu)의 각각은, 제어부(Cnt)에 의해, 각각의 개방도[%]가 제어된다.
(제 4 실시예)
도 15는 일실시 형태에 따른 냉각 시스템(CS)의 다른 구성(제 4 실시예)을 나타내는 도이다. 제 4 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)은, 제 2 실시예에 대하여, 배출 라인(DLu)이 더해진 구성을 가진다. 제 4 실시예에 따른 배출 라인(DLu)은 분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)을 구비한다.
분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)의 각각은 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각에 접속된다. 분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)의 각각에는 역지 밸브(CVLu­1) ~ 역지 밸브(CVLu­n)가 마련되어 있다.
역지 밸브(CVLu­1) ~ 역지 밸브(CVLu­n)는 제 1 플레이트(18a)의 내부에 마련되어 있어도 되고, 하부 전극(LE)의 외부에 마련되어도 된다. 역지 밸브(CVLu­1) ~ 역지 밸브(CVLu­n)의 각각은, 제어부(Cnt)에 의해 각각의 개방도[%]가 제어된다.
분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각은 분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)의 각각을 개재하여, 제 1 플레이트(18a)에 마련된 저류실(RK)에 접속되고, 저류실(RK)은 배출 라인(DLu)을 개재하여 칠러 유닛(CH)에 접속된다. 배출 라인(DLu)(분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)을 포함함)은 저류실(RK)을 개재하여, 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각과, 제 4 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)을 접속한다.
분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각으로부터 배출된 냉매는 분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n)의 각각을 개재하여 저류실(RK)에 저류되고, 저류실(RK)에 저류된 냉매는, 저류실(RK)로부터, 저류실(RK)에 접속된 배출 라인(DLu)을 거쳐 칠러 유닛(CH)으로 보내진다.
제 4 실시예에 따른 칠러 유닛(CH)은, 제 3 실시예와 마찬가지로, 배출 라인(DLu)에 접속된 압력계(PRLu), 역지 밸브(CVLu), 팽창 밸브(EVLu), 조정 밸브(AVu), 압축기(CMu)를 더 구비한다. 제 4 실시예에 따른 압력계(PRLu), 역지 밸브(CVLu), 팽창 밸브(EVLu), 조정 밸브(AVu), 압축기(CMu)는 제 3 실시예의 경우와 동일하다.
도 16은 도 15에 나타내는 X3­X3선을 따른 하부 전극(LE)의 단면의 하나의 태양을 예시하는 도이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 제 4 실시예에 있어서, 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 형상 및 배치, 관(PP)의 배치, 분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 배치는, 도 11에 나타내는 제 2 실시예의 경우와 동일하다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제 4 실시예에 있어서, 복수의 관(PP)의 각각의 근방에는, 또한 관(PP)에 연통하는 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))에 접속된 배출 라인(DLu)(분기 라인(DLu­1) ~ 분기 라인(DLu­n))이 배치되어 있다.
(제 5 실시예)
도 17은 일실시 형태에 따른 냉각 시스템(CS)의 다른 구성(제 5 실시예)을 나타내는 도이다. 제 5 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)은 복수의 칠러 유닛(칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n))을 가진다. 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각은 제 2 실시예의 칠러 유닛(CH)과 동일한 기능을 가진다. 특히, 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각(예를 들면 칠러 유닛(CH­1))은, 서로 연통하는 1 조의 제 2 분실과 제 1 분실에 대하여(예를 들면 칠러 유닛(CH­1)에 접속하는 분실(RT­1)과 분실(VP­1)에 대하여), 냉매의 공급 및 배출을 행한다.
칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각은 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)의 각각을 구비한다. 제 5 실시예에 따른 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)의 각각은 제 1 실시예 ~ 제 4 실시예의 각각에 따른 응축기(CD)와 동일한 기능을 가진다.
분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각은 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각과 접속되고, 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)의 각각을 접속한다. 예를 들면, 분기 라인(SL­1)은 분실(RT­1)과 칠러 유닛(CH­1)의 응축기(CD­1)를 접속한다.
분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)의 각각은 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각과 접속되고, 응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)의 각각과 접속된다. 예를 들면, 분기 라인(DLd­1)은 분실(VP­1)과 칠러 유닛(CH­1)의 응축기(CD­1)를 접속한다.
칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각은 팽창 밸브(EVC), 압력계(PRC)를 구비한다.
칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각은 압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n)의 각각을 구비하고, 조정 밸브(AVd­1) ~ 조정 밸브(AVd­n)의 각각을 구비한다.
칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각은 팽창 밸브(EVLd­1) ~ 팽창 밸브(EVLd­n)의 각각을 구비하고, 역지 밸브(CVLd­1) ~ 역지 밸브(CVLd­n)의 각각을 구비하고, 압력계(PRLd­1) ~ 압력계(PRLd­n)의 각각을 구비한다.
응축기(CD­1) ~ 응축기(CD­n)의 각각은 팽창 밸브(EVC)에 접속되고, 압축기(CMd­1) ~ 압축기(CMd­n)의 각각에 접속된다.
제 5 실시예에 따른 냉각 시스템(CS)은, 제 2 실시예와 마찬가지로, 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n), 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)를 구비한다. 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각은 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각에 마련되어 있다. 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각은 분기 라인(SL­1) ~ 분기 라인(SL­n)의 각각에 마련되어 있다. 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각은 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각과 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC-n)의 각각과의 사이에 마련된다. 압력계(PRC­1) ~ 압력계(PRC­n)의 각각은 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각과 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각과의 사이에 마련된다. 유량 조정 밸브(FCV­1) ~ 유량 조정 밸브(FCV­n)의 각각의 개방도[%]를 조정함으로써, 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각으로부터 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각에 공급되는 냉매의 유량을 조정할 수 있다.
도 18은 도 6, 도 10, 도 14, 도 15, 도 17의 각각에 나타내는 냉각 시스템(CS)이 구비하는 증발실(VP)(또한 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n))의 주요한 구성을 나타내는 도이다. 증발실(VP)의 전열벽(SF)에는 복수의 돌출부(BM)가 마련되어 있다. 분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)의 각각의 전열벽(SF)에는 돌출부(BM)가 마련되어 있다. 돌출부(BM)는 전열벽(SF)과 일체로 마련되고, 전열벽(SF)과 마찬가지로 비교적 높은 열전도성을 가진다.
돌출부(BM)에는 관(PP)의 분사구(JO)가 돌출부(BM)에 대향하도록 배치되어 있다. 분사구(JO)로부터는, 냉매가 분사 방향(DR)으로 분사되고, 냉매가 돌출부(BM)에 분출된다. 돌출부(BM)에 분출된 냉매는, 돌출부(BM) 및 전열벽(SF)으로부터 열을 받을 수 있다. 돌출부(BM)에 분출된 냉매에 의해, 돌출부(BM) 및 전열벽(SF)의 열이 당해 냉매로 이동하므로, 배치면(FA)이 당해 냉매에 의해 방열될 수 있다.
또한, 전열벽(SF)에 돌출부(BM)가 마련되는 경우뿐 아니라, 돌출부(BM)를 이용한 경우와 동일한 효과를 가지는 것으로서, 전열벽(SF)에 기둥 형상 핀(1.0 ~ 5.0[mm]의 직경 및 1.0 ~ 5.0[mm]의 높이를 가지는 기둥 형상 핀)이 마련되는 경우, 전열벽(SF)에 딤플(1.0 ~ 5.0[mm]의 직경 및 1.0 ~ 5.0[mm]의 깊이를 가지는 딤플)이 마련되는 경우, 전열벽(SF)의 표면 거칠기를 증가시키는 경우(6.3[μm]의 Ra 및 25[μm]의 Rz를 가지는 표면 거칠기), 전열벽(SF)의 표면에 대하여 용사 등에 의해 포러스 형상의 표면 가공이 더해지는 경우 등이 이용될 수 있다.
전열벽(SF)에 기둥 형상 핀이 마련되는 경우, 및, 전열벽(SF)에 딤플이 마련되는 경우에는, 특히 냉매가 분출되는 부분이 돌출부(BM)의 경우와 비교하여 더 좁혀지므로(더 상세해지므로) 공간 분해능이 향상된다. 전열벽(SF)의 표면 거칠기를 증가시킬 경우, 전열벽(SF)의 표면에 대하여 용사 등에 의해 포러스 형상의 표면 가공이 더해지는 경우에는, 특히, 냉매가 분출되는 부분의 표면적이 돌출부(BM)의 경우와 비교하여 증가하므로 열전도율이 향상된다.
제 1 실시예 ~ 제 5 실시예의 각각에 따른 냉각 시스템(CS)의 구성에 의하면, 열 교환부(HE)의 전열벽(SF)에 냉매를 분사하는 복수의 분사구(JO)가 배치면(FA) 상에서 봤을 때 배치면(FA) 내에 걸쳐 분산되어 배치되어 있으므로, 배치면(FA) 상에서 봤을 때 냉매가 전열벽(SF)에 대하여 장소에 관계없이 균등하게 분사될 수 있다. 이 때문에, 배치면(FA)에 배치된 웨이퍼(W)에 대한 방열에 있어서 장소별 불균일이 저감될 수 있다.
배출 라인(DLd)(분기 라인(DLd­1) ~ 분기 라인(DLd­n)을 포함함)이, 증발실(VP)(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)을 포함함)에 있어서 분사구(JO)의 하방으로 연장되는 액 축적 영역(VPL)에 접속되어 있으므로, 저벽(SFa) 상에 축적된 냉매가 효율적으로 회수될 수 있다.
또한, 기화한 냉매는 열전달율이 저하되어 있으며, 열 교환에 대부분 기여하지 않으므로, 체류한 채의 상태로는 반대로 열 교환의 저해 요인이 된다. 따라서 기화한 냉매는 신속하게 배출하는 것이 바람직하다. 따라서, 배출 라인(DLu)이 증발실(VP)(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n)을 포함함)에 있어서 분사구(JO)의 상방으로 연장되는 기체 확산 영역(VPA)에 마련되므로, 전열벽(SF)의 주위에 존재하는 냉매의 증기가 신속하게 회수될 수 있다.
또한 제 2 실시예, 제 4 실시예, 제 5 실시예와 같이, 증발실(VP) 및 저류실(RT)이 각각 서로 이격된 복수의 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n), 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n))로 분할되어 있는 경우에는, 복수의 분실이 배치면(FA) 상에서 봤을 때 배치면(FA) 내에 걸쳐 분산되어 배치되므로, 배치면(FA)에 배치된 웨이퍼(W)에 대한 방열에 있어서 장소별 불균일이 보다 저감될 수 있다.
또한 제 2 실시예, 제 4 실시예, 제 5 실시예와 같이, 저류실(RT)이 서로 이격된 복수의 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)로 분할되어 있는 경우에는, 각 분실로 공급하는 냉매의 유량이 조정 가능해지므로, 웨이퍼(W)에 대한 방열이 장소별로 세밀하게 제어되고, 따라서 웨이퍼(W)에 대한 방열에 있어서 장소별 불균일이 보다 한층 저감될 수 있다.
또한 제 2 실시예, 제 4 실시예, 제 5 실시예와 같이, 증발실(VP) 및 저류실(RT)이 서로 이격된 복수의 분실(분실(VP­1) ~ 분실(VP­n), 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n))로 분할되어 있는 경우에는, 저류실(RT)의 분실(RT­1) ~ 분실(RT­n)의 각각에 대하여, 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각이 개별로 마련되고, 냉매의 순환이 개별의 칠러 유닛(CH­1) ~ 칠러 유닛(CH­n)의 각각에 의해 상호 독립하여 행해질 수 있으므로, 웨이퍼(W)에 대한 방열이 장소별로 더 세밀하게 제어될 수 있다.
이상, 적합한 실시의 형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하고 설명했지만, 본 발명은, 그러한 원리로부터 일탈하지 않고 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은, 당업자에 의해 인식된다. 본 발명은, 본 실시의 형태에 개시된 특정의 구성에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 특허 청구의 범위 및 그 정신의 범위로부터 오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
12e : 배기구
12g : 반입반출구
14 : 지지부
18a : 제 1 플레이트
18b : 제 2 플레이트
22 : 직류 전원
23 : 스위치
28 : 가스 공급 라인
30 : 상부 전극
32 : 절연성 차폐 부재
34 : 전극판
34a : 가스 토출홀
36 : 전극 지지체
36a : 가스 확산실
36b : 가스 통류홀
36c : 가스 도입구
38 : 가스 공급관
40 : 가스 소스군
42 : 밸브군
44 : 유량 제어기군
46 : 퇴적물 실드
48 : 배기 플레이트
50 : 배기 장치
52 : 배기관
54 : 게이트 밸브
62 : 제 1 고주파 전원
64 : 제 2 고주파 전원
66 : 정합기
68 : 정합기
70 : 전원
AL_1 : 제 1 기액 분리부
AL_2 : 제 2 기액 분리부
AL_i : 제 i 기액 분리부
AL_n : 제 n 기액 분리부
AN : 기체 라인
AV : 조정 밸브
AVd : 조정 밸브
AVd­1 : 조정 밸브
AVd­n : 조정 밸브
AVu : 조정 밸브
BL : 귀환 라인
BM : 돌출부
BV : 귀환 밸브
CD : 응축기
CD­1 : 응축기
CD­n : 응축기
CH : 칠러 유닛
CH­1 : 칠러 유닛
CH­n : 칠러 유닛
CL : 냉각 장치
CL_1 : 제 1 냉각 라인
CL_2 : 제 2 냉각 라인
CLD_1 : 제 1 냉각기
CLD_2 : 제 2 냉각기
CLD_i : 제 i 냉각기
CLD_n : 제 n 냉각기
CL_i : 제 i 냉각 라인
CL_n : 제 n 냉각 라인
CM : 압축기
CMd : 압축기
CMd­1 : 압축기
CMd­n : 압축기
CMu : 압축기
Cnt : 제어부
CS : 냉각 시스템
CT1 : 타이밍 차트
CT2 : 타이밍 차트
CVLd : 역지 밸브
CVLd­1 : 역지 밸브
CVLd­n : 역지 밸브
CVLu : 역지 밸브
CVLu­1 : 역지 밸브
CVLu­n : 역지 밸브
DLd : 배출 라인
DLd­1 : 분기 라인
DLd­n : 분기 라인
DLu : 배출 라인
DLu­1 : 분기 라인
DLu­n : 분기 라인
DR : 분사 방향
DV_1 : 제 1 분리기
DV_2 : 제 2 분리기
DV_i : 제 i 분리기
DV_n : 제 n 분리기
ESC : 정전 척
EV : 배기 밸브
EVC : 팽창 밸브
EVLd : 팽창 밸브
EVLd­1 : 팽창 밸브
EVLd­n : 팽창 밸브
EVLu : 팽창 밸브
FA : 배치면
FCV : 유량 조정 밸브
FCV­1 : 유량 조정 밸브
FCV­n : 유량 조정 밸브
FR : 포커스 링
HE : 열 교환부
HP : 히터 전원
HT : 히터
In1 : 입력단
In2 : 입력단
JO : 분사구
LE : 하부 전극
LN_1 : 제 1 액체 라인
LN_2 : 제 2 액체 라인
LN_i : 제 i 액체 라인
LN_n : 제 n 액체 라인
LSL : 포화액선
LST : 등온선
LSV : 포화 증기선
Out1 : 출력단
Out2 : 출력단
PD : 배치대
PP : 관
PRC : 압력계
PRC­1 : 압력계
PRC­n : 압력계
PRLd : 압력계
PRLd­1 : 압력계
PRLd­n : 압력계
PRLu : 압력계
PT1 : 동작
PT2 : 동작
PT3 : 동작
PV_1 : 제 1 주팽창 밸브
PV_2 : 제 2 주팽창 밸브
PV_i : 제 i 주팽창 밸브
PV_n : 제 n 주팽창 밸브
RK : 저류실
RT : 저류실
RT­1 : 분실
RT­n : 분실
S : 처리 공간
SF : 전열벽
SFa : 저벽
SL : 공급 라인
SL­1 : 분기 라인
SL­n : 분기 라인
SV_1 : 제 1 부팽창 밸브
SV_2 : 제 2 부팽창 밸브
SV_i : 제 i 부팽창 밸브
SV_n : 제 n 부팽창 밸브
UL : 보조 라인
UV : 보조 밸브
VP : 증발실
VP­1 : 분실
VP­n : 분실
VPA : 기체 확산 영역
VPL : 액 축적 영역
W : 웨이퍼
ZN1 : 과열 증기 영역
ZN2 : 습증기 영역
ZN3 : 과냉각 영역

Claims (5)

  1. 피처리체가 배치되는 배치대 내에 마련되고, 냉매에 의한 열 교환을 행하는 열 교환부와,
    상기 냉매를 압축하는 압축기와,
    상기 냉매에 포함되는 기체와 액체를 분리하는 n 개(n은 2 이상의 정수)의 기액 분리부와,
    상기 열 교환부의 입력단에 접속된 공급 라인과,
    상기 열 교환부의 출력단과 상기 압축기의 입력단과의 사이에 마련된 배출 라인과,
    상기 압축기의 출력단과 상기 배출 라인과의 사이에 마련된 기체 라인과,
    상기 공급 라인과 n 개의 상기 기액 분리부의 각각과의 사이에 마련된 n 개의 액체 라인과,
    n 개의 상기 기액 분리부의 각각에 배치된 n 개의 냉각 라인과,
    상기 냉매를 팽창시키는 n 개의 주팽창 밸브 및 n 개의 부팽창 밸브
    를 구비하고,
    n 개의 상기 기액 분리부는 제 1 기액 분리부 ~ 제 n 기액 분리부를 구비하며, 상기 기체 라인에 마련되고,
    상기 제 1 기액 분리부 ~ 상기 제 n 기액 분리부는 상기 압축기에 가까운 측으로부터 차례로 배치되어, 상기 기체 라인에 있어서 직렬로 접속되고,
    n 개의 상기 액체 라인은 제 1 액체 라인 ~ 제 n 액체 라인을 포함하고,
    상기 제 1 액체 라인 ~ 상기 제 n 액체 라인의 각각은 상기 제 1 기액 분리부 ~ 상기 제 n 기액 분리부의 각각에 접속되고,
    n 개의 상기 냉각 라인은 제 1 냉각 라인 ~ 제 n 냉각 라인을 포함하고,
    상기 제 1 냉각 라인 ~ 상기 제 n 냉각 라인의 각각은 상기 제 1 기액 분리부 ~ 상기 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여 연장되어 있고,
    n 개의 상기 주팽창 밸브는 제 1 주팽창 밸브 ~ 제 n 주팽창 밸브를 포함하고,
    상기 제 1 주팽창 밸브 ~ 상기 제 n 주팽창 밸브의 각각은 상기 제 1 액체 라인 ~ 상기 제 n 액체 라인의 각각에 마련되고,
    n 개의 상기 부팽창 밸브는 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 n 부팽창 밸브를 포함하고,
    상기 제 1 부팽창 밸브 ~ 상기 제 n 부팽창 밸브의 각각은 상기 제 1 냉각 라인 ~ 상기 제 n 냉각 라인의 각각에 마련되고,
    상기 제 1 냉각 라인의 양단은 냉각 장치에 접속되고,
    제 2 냉각 라인 ~ 상기 제 n 냉각 라인의 각각은 제 2 기액 분리부 ~ 상기 제 n 기액 분리부의 각각을 개재하여, 상기 제 1 액체 라인 ~ 제 n-1 액체 라인의 각각과 상기 배출 라인과의 사이에 마련되어 있는,
    냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매는 n 종류의 제 1 냉매 ~ 제 n 냉매를 포함하고,
    상기 제 1 냉매의 비점 ~ 상기 제 n 냉매의 비점은 이 순으로 낮아지는,
    냉각 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    n 개의 상기 주팽창 밸브 및 n 개의 상기 부팽창 밸브의 각각의 개폐를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    n 개의 상기 주팽창 밸브 중 상기 제 1 주팽창 밸브만을 개방으로 하는 경우, n 개의 상기 부팽창 밸브를 폐쇄로 하고,
    n 개의 상기 주팽창 밸브 중 제 i 주팽창 밸브(i는 2 이상 n 이하의 정수)만을 개방으로 하는 경우, n 개의 상기 부팽창 밸브 중 상기 제 1 부팽창 밸브 ~ 제 i-1 부팽창 밸브만을 개방으로 하는,
    냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각 라인에는, 상기 냉각 장치로부터 제 n+1 냉매가 흐르고,
    상기 제 1 냉각 라인을 흐르는 상기 제 n+1 냉매의 온도는, 상기 제 1 기액 분리부 내에 있어서, 상기 제 1 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 2 냉매의 비점보다 높고,
    상기 제어부는,
    제 j 주팽창 밸브(j는, 3 이상의 n에 있어서 2 이상 n-1 이하의 정수)만을 개방으로 하는 경우에, 제 h 냉각 라인(h는 2 이상 j 이하의 정수)을 흐르는 제 h-1 냉매의 온도를 제 h 기액 분리부 내에 있어서 제 h 냉매의 비점보다 낮고 또한 제 h+1 냉매의 비점보다 높아지도록 제어하고,
    상기 제 n 주팽창 밸브만을 개방으로 하는 경우에, 상기 제 n 냉각 라인을 흐르는 제 n-1 냉매의 온도를 상기 제 n 기액 분리부 내에 있어서 상기 제 n 냉매의 비점보다 낮아지도록 제어하는,
    냉각 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기액 분리부 ~ 상기 제 n 기액 분리부의 각각은, 제 1 냉각기 ~ 제 n 냉각기의 각각과, 제 1 분리기 ~ 제 n 분리기의 각각을 구비하고,
    제 k 기액 분리부(k는 1 이상 n 이하의 정수)에 포함되는 제 k 냉각기와 제 k 분리기는 상기 기체 라인에 마련되고, 상기 압축기에 가까운 측으로부터 차례로 배치되며, 상기 기체 라인에 있어서 직렬로 접속되어 있고,
    제 k 냉각 라인은 상기 제 k 냉각기를 개재하여 연장되어 있고,
    제 k 액체 라인은 상기 제 k 분리기에 접속되어 있는,
    냉각 시스템.
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