專利名稱：冷卻機構(gòu)、處理室、處理室內(nèi)部件和冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以使被冷卻部件的溫度冷卻并維持在目標溫度的方式進行控制的冷卻機構(gòu)和冷卻方法，以及構(gòu)成該冷卻機構(gòu)的處理室和處理室內(nèi)部件。
背景技術(shù)：
在半導體制造裝置中，經(jīng)常為了對作為被處理體的半導體晶片實施蝕刻等的處理而使用等離子體，但由于該等離子體，有可能半導體晶片和處理室內(nèi)壁面被不必要地加熱 而成為高溫。此外，還使用在處理半導體晶片時需要高溫的半導體制造裝置，但即使是這樣的裝置，也因在處理后的搬送等其他的處理而有進行冷卻的必要。因此，半導體制造裝置具備冷卻半導體晶片、處理室壁面、高溫部件等的冷卻機構(gòu)。冷卻機構(gòu)，例如通過使冷卻用的液體(以下，稱作熱介質(zhì)(heatingmedium))循環(huán)于形成在載置有半導體晶片的載置臺的內(nèi)部的流路的方式進行冷卻(例如，專利文獻1、2)。使熱介質(zhì)循環(huán)的冷卻方式稱作強制對流傳熱方式。然而，在強制對流傳熱方式的冷卻中，由于流路傳熱特性存在一定的限度，因此存在半導體晶片等的均一的冷卻較困難且溫度控制的響應性較差的問題。當然，可以考慮增大熱介質(zhì)與冷卻部之間的熱交換量，在流路內(nèi)設置散熱片等使流路傳熱特性上升，但由于流路傳熱特性與壓力損失呈相反的關(guān)系，因此當流路傳熱特性上升時，流路的壓力損失變大，產(chǎn)生送出熱介質(zhì)的泵的消費能量增大的問題。相反，當為了實現(xiàn)節(jié)約能源而使壓力損失降低時，熱介質(zhì)的輸入側(cè)和輸出側(cè)的溫度差變大，流路傳熱特性下降，半導體晶片的均一的冷卻變得困難。先行技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2001-44176號公報專利文獻2 日本特開平7-235588號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明者設計的冷卻機構(gòu)是通過以將液相的熱介質(zhì)噴至形成在載置臺的減壓室的內(nèi)表面(內(nèi)部側(cè)壁面、內(nèi)部頂面、內(nèi)部底面)中的要進行冷卻的部分，引發(fā)該內(nèi)表面的熱介質(zhì)的相變的方式控制減壓室內(nèi)的壓力，與現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體晶片的均一的冷卻、高傳熱、高響應性、節(jié)能化。像這樣利用熱介質(zhì)的相變的冷卻方式，稱作相變傳熱方式或者真空汽化冷卻方式。然而，在進行實驗時發(fā)現(xiàn)如下問題在單純地向低壓的減壓室的內(nèi)表面噴出熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)中，由于不存在積極地向減壓室的內(nèi)表面引導熱介質(zhì)的機構(gòu)，因此只能任由熱介質(zhì)偶發(fā)地附著于內(nèi)表面，因而液相的熱介質(zhì)很難附著于內(nèi)表面，必須向減壓室內(nèi)供給比理論上需要的熱介質(zhì)的量更多的熱介質(zhì)。
此外，雖然只要增加熱介質(zhì)的量就有可能使液相的熱介質(zhì)附著于減壓室的內(nèi)表面，但在陷入不能夠充分地將供至減壓室內(nèi)的大量的熱介質(zhì)進行抽真空的狀態(tài)下，存在的問題是附著在減壓室的內(nèi)表面的熱介質(zhì)變得難以發(fā)生相變，而不能夠有效地冷卻載置臺。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供通過使用電場將被噴霧在對被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室內(nèi)的熱介質(zhì)引至該減壓室的內(nèi)表面，能夠減少真空汽化冷卻所需要的熱介質(zhì)量，高效地冷卻被冷卻部件的冷卻機構(gòu)和冷卻方法，以及構(gòu)成該冷卻機構(gòu)的處理室和處理室內(nèi)部件用于解決課題的手段本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)，其將被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度，該冷卻機構(gòu)的特征在于，包括減壓室，其與上述被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接；噴霧部，其向該減壓室的內(nèi)表面噴霧上述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)；電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生用于使從該噴霧部噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場；和排氣部，其為了使上述減壓室的內(nèi)壓變?yōu)樯鲜瞿繕藴囟葧r的上述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓以下，而對上述減壓室進行排氣。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述噴霧部，具有用于將上述熱介質(zhì)噴霧到上述減壓室的噴嘴，利用該噴嘴與上述熱介質(zhì)的摩擦來使該熱介質(zhì)帶電。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于具備向上述噴霧部施加電壓的電壓施加部。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述減壓室形成在上述被冷卻部件的內(nèi)部。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述減壓室配置在上述被冷卻部件的外部，且上述減壓室與被冷卻部件接觸。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述被冷卻部件是對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述被冷卻部件是配置在對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室內(nèi)的處理室內(nèi)部件。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)的特征在于上述處理室內(nèi)部件是用于在上述處理室內(nèi)載置基板的載置臺。本發(fā)明所涉及的冷卻機構(gòu)，其將被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度，該冷卻機構(gòu)的特征在于，具備減壓室，其與上述被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接；噴霧部，其向該減壓室的內(nèi)表面噴霧上述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)；電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生用于使從該噴霧部噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場；檢測上述被冷卻部件的溫度的被冷卻部件溫度檢測部；和排氣部，其為了使利用該被冷卻溫度檢測部檢測的溫度變?yōu)槟繕藴囟?，而對上述減壓室進行排氣。本發(fā)明所涉及的處理室，其用于對基板進行規(guī)定的處理，該處理室的特征在于，包括在壁內(nèi)形成的減壓室；噴霧部，其向該減壓室的內(nèi)表面噴霧目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)；和電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生用于使從該噴霧部噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場。本發(fā)明所涉及的處理室內(nèi)部件，其應配置于對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室內(nèi)，該處理室內(nèi)部件的特征在于，包括形成在內(nèi)部的減壓室；噴霧部，其向該減壓室的內(nèi)表面噴霧目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)；和電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生用于使從該噴霧部噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場。本發(fā)明所涉及的冷卻方法，其使用與被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室，將該被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度，該冷卻方法的特征在于，包括向上述減壓室的內(nèi)表面噴霧上述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)的步驟；產(chǎn)生用于使被噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場發(fā)生的步驟；和為了使上述減壓室的內(nèi)壓成為在上述目標溫度時的上述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓以下，而對上述減壓室進行排氣的步驟。本發(fā)明所涉及的冷卻方法的特征在于在對上述減壓室進行排氣的步驟中，為了使上述減壓室的內(nèi)壓與上述目標溫度時的上述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓相等，而對上述減壓室進行排氣。本發(fā)明所涉及的冷卻方法，其使用與被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室，將該被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度，該冷卻方法的特征在于，具有向上述減壓室的內(nèi)表面噴霧上述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)的步驟；產(chǎn)生用于使被噴霧的熱介質(zhì)附著于上述減壓室的內(nèi)表面的電場發(fā)生的步驟；檢測上述被冷卻部件的溫度的步驟；和為了使被檢測的溫度成為目標溫度而對上述減壓室進行排氣的步驟。在本發(fā)明中，冷卻用的減壓室與被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接。在減壓室的內(nèi)表面即被冷卻面噴霧目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)。使用電場產(chǎn)生部發(fā)生的電場，使被噴霧的熱介質(zhì)吸引并附著到減壓室的內(nèi)表面。排氣部，為了使減壓室的內(nèi)壓變?yōu)槟繕藴囟认碌臒峤橘|(zhì)的飽和蒸氣壓以下或者與該飽和蒸氣壓相等，而對所述減壓室進行排氣。因此，附著于減壓室的內(nèi)表面之前的熱介質(zhì)是液相，由于附著于內(nèi)表面的熱介質(zhì)上升到超過目標溫度，因此相變?yōu)闅庀?。因此，通過熱介質(zhì)的潛熱能夠冷卻被冷卻部件。此外,通過庫侖力，能夠使熱介質(zhì)有效地附著于減壓室的內(nèi)表面。因此，與僅噴出熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)相比較，能夠減少真空汽化冷卻所需要的熱介質(zhì)。并且，與僅噴出熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)相比較，由于沒有必要噴霧多余的熱介質(zhì)，因此能夠?qū)p壓室充分地進行減壓，而能夠有效地冷卻被冷卻部件。并且，由于能夠減少熱介質(zhì)的輸出量，因此也能夠減少輸出熱介質(zhì)的泵的消費能量。另外，本發(fā)明所涉及的冷卻方法，包括噴霧液相的熱介質(zhì)的步驟、發(fā)生電場的步驟和對減壓室進行排氣的步驟，各步驟可以按照任意的步驟實行，也可以大致同時地實行。在本發(fā)明中，利用噴霧部的噴嘴與熱介質(zhì)的摩擦，使熱介質(zhì)帶電。被噴霧并帶電的熱介質(zhì)的粒子，通過庫侖力相互排斥，因此以微小的粒子狀的原樣吸引并附著到減壓室的內(nèi)表面。即，在被噴霧的熱介質(zhì)不帶電的情況下，熱介質(zhì)的粒子通過表面張力而聚合，變得難以到達減壓室的內(nèi)表面，但當熱介質(zhì)帶電時，能夠防止熱介質(zhì)粒子的聚合。因此，能夠有效地使熱介質(zhì)附著于減壓室的內(nèi)表面。在本發(fā)明中，通過電壓施加部，在噴霧部施加電壓，因此能夠使熱介質(zhì)帶電。通過使熱介質(zhì)帶電而得到的作用如上所述。在本發(fā)明中，減壓室形成在被冷卻部件的內(nèi)部。因此，能夠有效地冷卻被冷卻部件。此外，能夠使冷卻機構(gòu)小型化。 在本發(fā)明中，減壓室配置在被冷卻部件的外部，減壓室與被冷卻部件通過接觸，而以能夠傳熱的方式連接。因此，能夠冷卻難以在內(nèi)部形成減壓室的被冷卻部件。
在本發(fā)明中，冷卻在基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室。在本發(fā)明中，冷卻配置在對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室內(nèi)的處理室內(nèi)部件。在本發(fā)明中，冷卻在基板處理裝置的處理室內(nèi)載置基板的載置臺。在本發(fā)明中，通過被冷卻部件溫度檢測部，檢測被冷卻部件的溫度，排氣部為了使被檢測的溫度成為目標溫度以下而對減壓室進行排氣。另外，本發(fā)明所涉及的冷卻方法，包括噴霧液相的熱介質(zhì)的步驟、發(fā)生電場的步驟、檢測溫度的步驟和對減壓室進行排氣的步驟，各步驟可以按照任意的步驟實行，也可以 大致同時地實行。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，使用電場將對被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的被噴霧在減壓室內(nèi)的熱介質(zhì)引入到該減壓室的內(nèi)表面，能夠減少真空汽化冷卻所需要的熱介質(zhì)量，而高效地冷卻被冷卻部件。


圖I是表示具有涉及本發(fā)明的實施方式的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示排氣部及冷水制造器的構(gòu)成的示意圖。圖3是表示涉及冷卻的控制部的處理步驟的工序圖。圖4是概念地表示真空汽化冷卻條件的狀態(tài)圖。圖5是表示具有涉及變形例I的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。圖6是表示具有涉及變形例2的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。圖7是表示具有涉及變形例3的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。圖8是表示具有涉及變形例4的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。符號說明I處理室2載置臺3上部電極4、5高頻電源6冷卻機構(gòu)60、260 減壓室360第一減壓室370第二減壓室61控制部62溫度控制器
64噴霧部64a薄霧噴 嘴364第一噴霧部371第二噴霧部65排氣部68電場發(fā)生用電源(電場產(chǎn)生部)68a導電性部件(電場產(chǎn)生部)368a第一導電性部件368c第二導電性部件164b電壓施加部69a被冷卻部件溫度檢測部69b壓力檢測部69c流量檢測部W半導體晶片
具體實施例方式以下，對本發(fā)明，基于表示其實施方式的附圖進行詳細敘述。圖I是表示具有涉及本發(fā)明的實施方式的冷卻機構(gòu)6的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)的示意圖。涉及本實施方式的半導體制造裝置例如是平行平板型的等離子體蝕刻法裝置。另外，平行平板型的等離子體蝕刻法裝置，是等離子體處理裝置的一個例子，并不限定于此。半導體制造裝置具備空心圓筒狀的處理室I。處理室I是例如鋁制并接地。在處理室I的底面大致中央部，隔著圓盤狀絕緣體21設置有載置半導體晶片W并且作為下部電極起作用的圓盤狀的載置臺2。載置臺2為例如鋁制并在內(nèi)部具有減壓室60。減壓室60與將作為被冷卻部件的載置臺2冷卻到目標溫度的冷卻機構(gòu)6的各構(gòu)成部連接，并構(gòu)成為冷卻機構(gòu)6的一部分。通過使用冷卻機構(gòu)6冷卻載置臺2，載置在載置臺2上的半導體晶片W被冷卻到處理溫度。此外，載置臺2與施加用于發(fā)生偏壓電壓的高頻的高頻電源4連接。在此處，所謂目標溫度，是成為被冷卻部件的載置臺2的控制的目標的溫度，理想的是與半導體晶片W要被控制的處理溫度一致，但在考慮載置臺2和半導體晶片W的熱阻等的情況下，可以設定為比處理溫度低。此外，在處理室I的頂面大致中央部，以與載置臺2對置的方式設置有上部電極3。環(huán)狀絕緣體14介設在處理室I與上部電極3之間。在上部電極3連接有等離子體發(fā)生用的高頻電源5。此外，上部電極3形成為空心狀，且構(gòu)成在與載置臺2對置面具備未圖示的多個處理氣體供給孔的氣體噴頭。在上部電極3的上表面中央，設置有將處理氣體供給到上部電極3的處理氣體供給管31，上部電極3通過具有作為氣體噴頭的功能而向處理室I內(nèi)供給處理氣體。并且，作為排氣機構(gòu)，例如在處理室I的靠底面?zhèn)让娌糠诌B接有排氣管12，構(gòu)成為利用設置在排氣管12的下流的未圖示的真空泵對處理室I內(nèi)進行真空排氣。另外，排氣機構(gòu)也可以是從處理室I的底部進行排氣的構(gòu)造。并且，在處理室I的側(cè)面形成有半導體晶片W的搬送口 11，搬送口 11構(gòu)成為能夠通過閘閥13進行開閉。形成于載置臺2的減壓室60是具有圓形底面部、圓周面部和圓形頂面部的圓柱狀。在底面部的適宜的地方，形成有排出減壓室60內(nèi)部的氣體和水的排出口。冷卻機構(gòu)6具備控制各構(gòu)成部的動作的控制部61?？刂撇?1是例如具備CPU的微型計算機，CPU連接有控制部61的動作所需要的計算機程序；存儲半導體制造處理所需要的處理溫度等的各種信息的存儲部；和用于輸入輸出各種信息和控制信號的輸入輸出部
等ο此外，冷卻機構(gòu)6具備作為被冷卻部件的載置臺2的冷卻所需要的溫度控制器62、噴霧部64、排氣部65、冷水制造器651、供水泵66、流量控制閥67和電場發(fā)生用電源68。作為排氣部65，主要對使用以下的實施方式的噴射真空泵的例子進行說明，但也可如后所述將分離水的分離器與旋轉(zhuǎn)泵組合，只要具有同等的功能也可以是其他的排氣裝置。溫度控制器62，根據(jù)來自控制部61的控制信號，將從后述的冷水制造器651供給來的冷水的溫度控制為噴霧溫度，被控制溫度的水通過配管63a供給到噴霧部64。此處，噴霧溫度，必須比被噴霧而成為薄霧狀的水凍結(jié)的溫度高，并且比到達減壓室的內(nèi)表面為止蒸發(fā)的溫度低。因為成為薄霧狀的水蒸發(fā)的下限溫度即是上述的目標溫度，換言之，需要將噴霧溫度設為比凍結(jié)溫度高并在目標溫度以下。另外，作為被冷卻部件的載置臺的內(nèi)壁因薄霧汽化時的汽化熱而冷卻，因此冷卻的效果不依存于薄霧本身的溫度。噴霧部64設置在減壓室60的圓周面部,通過配管63a與溫度控制器62連接。噴霧部64具有用于將從溫度控制器62供給來的噴霧溫度的液相的水(熱介質(zhì))，噴霧至減壓室60的內(nèi)表面，例如頂面部的薄霧噴嘴(噴嘴)64a，通過薄霧噴嘴64a與水的摩擦使得該熱介質(zhì)帶電。例如，能夠通過使用不銹鋼或樹脂等形成薄霧噴嘴64a，使被噴霧的水帶電。帶電的電荷的大小和極性，取決于形成薄霧噴嘴64a的材質(zhì)和水在摩擦電序中是怎樣的位置關(guān)系，在摩擦電序的位置越偏離越帶有大的電荷量，此外，如果水比薄霧噴嘴的材質(zhì)更位于摩擦電序上負側(cè)則帶負電，如果位于正側(cè)則帶正電。此外，由于薄霧噴嘴與水的摩擦，不僅水，薄霧噴嘴也產(chǎn)生電荷，因此為了防止薄霧噴嘴持續(xù)帶電，而使噴霧部64接地。電場發(fā)生用電源(電場產(chǎn)生部)68是發(fā)生電場的直流電源，該電場用于使從噴霧部64噴霧出的水附著于減壓室60的內(nèi)表面例如頂面部。例如，在減壓室60的頂側(cè)，設置有作為非接地狀態(tài)的線狀或片狀的導電性部件(電場產(chǎn)生部)68a，通過向該導電性部件68a施加電壓，能夠發(fā)生從減壓室60的內(nèi)部朝向頂面部的電場或者從減壓室60的頂面部朝向內(nèi)部的電場。作為導電性部件68a的設置的方法，也可以是在減壓室60的頂側(cè)設置導電性部件68a，將此作為減壓室60的頂棚部，頂棚部與其他的部分絕緣，向減壓室60的頂棚部施加電壓。此時，為了不使導電性部件68a與載置臺2導通直流電流，設置有導電性部件68a的減壓室60的頂側(cè)的內(nèi)表面需要通過絕緣覆膜等的絕緣部件68b進行直流絕緣。此外，在要避免導電性部件68a暴露于被噴霧的水的情況下，將朝向?qū)щ娦圆考?8a的減壓室60的面使用由電介體構(gòu)成的覆膜等覆蓋，并且可以在減壓室60的內(nèi)部的底側(cè)等設置與此成對的接地電極而發(fā)生電場。在該情況下，可以將接地電極設為用介電材料夾著的構(gòu)造，不暴露于被噴霧的水也保持與載置臺2直流絕緣。
以從噴霧部64噴霧出的水被吸引到減壓室60的頂面部的方式發(fā)生電場。在水帶正電的情況下，以使減壓室60的內(nèi)部的靜電電位比頂面部的靜電電位更高的方式發(fā)生電場，在水帶負電的情況下，可以以使減壓室60的內(nèi)部的靜電電位比頂面部的靜電電位更低的方式發(fā)生電場。圖2是表不排氣部65和冷水制造器651的結(jié)構(gòu)的不意圖。排氣部65, —般來說使液體汽化而成為蒸氣，通過在高速地噴出蒸氣時產(chǎn)生的吸引力，吸引存在于要進行內(nèi)部排氣的容器內(nèi)的氣體，并進行排氣，因此在本發(fā)明的噴射真空泵的情況下使用水作為液體。作為噴射真空泵的排氣部65與以下部件連接通過配管63d將供給的水進行蓄積的蓄水槽65d ;通過配管65g、65i將蓄水槽65d的水壓送的壓送泵65h ;由被壓送的水生成水蒸氣的真空容器65 j ;從真空容器65 j經(jīng)由配管65k將供給的水蒸氣噴出的噴射嘴65b ;配置有噴射嘴65b的吸入室65a ;和擴散室65c，配管63b與吸入室65a連通。特別在蓄水槽65d，設置用于將從載置臺2的減壓室60排出的水蒸氣凝結(jié)的凝結(jié)器65e。此外，在蓄水槽65d的適宜的地方設置溢流管65f。
如此構(gòu)成的排氣部65，將蓄水槽65d的水通過壓送泵65h供給到噴射嘴65b，并經(jīng)由擴散室65c和蓄水槽65d而循環(huán)，由此在吸入室65a得到抽真空力。排氣部65，通過該抽真空力，從減壓室60排出該減壓室60內(nèi)的氣體和殘留在減壓室60內(nèi)的液體的溫度調(diào)整介質(zhì)即水。更加詳細地說，排氣部65，在進行載置臺2的冷卻的情況下，從減壓室60內(nèi)不僅排出汽化了的水蒸氣，還排出未汽化的液體即水。此外，排氣部65，在進行載置臺2的加熱的情況下，從減壓室60內(nèi)不僅排出水蒸氣，還排出凝結(jié)的液體即水。冷水制造器651具備與吸入室65a連通的冷水儲蓄槽651a ;用于從蓄水槽65d向冷水儲蓄槽651a供給水的配管651f ;設置于配管651f的浮閥651g ;通過配管651b將冷水儲蓄槽651a的水壓送的冷水制造用壓送泵651c ;將被壓送的水冷卻的冷凍室651d ;和配置在冷水儲蓄槽651a內(nèi)的蒸發(fā)器651e。從蒸發(fā)器651e噴射的水的一部分作為水蒸氣蒸發(fā)，在蒸發(fā)時，從剩余的水奪去該蒸發(fā)所需要的潛熱，而使得該水冷卻。冷水儲蓄槽651a構(gòu)成為與配管63c連通,通過配管63c,從冷水儲蓄槽651a向溫度控制器62送出冷水。供水泵66介設于配管63c間。供水泵66,例如是膜片式的泵(diaphragm pump),按照來自控制部61的控制信號進行驅(qū)動，向溫度控制器62送出由冷水制造器651冷卻的水。流量控制閥67，介設于比供水泵66更在溫度控制器62 —側(cè)的配管63c間。流量控制閥67，根據(jù)來自控制部61的控制信號，控制從供水泵66送出的水的流量，將被流量控制的水送出到溫度控制器62。冷卻機構(gòu)6進一步包括被冷卻部件溫度檢測部69a、壓力檢測部69b、流量檢測部69c和水溫檢測部69d。被冷卻部件溫度檢測部69a，例如是在作為被冷卻部件的載置臺2的適宜的地方埋設的熱電偶溫度計，檢測載置臺2的溫度，并將檢測出的溫度的信息輸出到控制部61。壓力檢測部69b，與配管63b連接，檢測減壓室60內(nèi)部的壓力，并將檢測出的壓力的信息輸出到控制部61。流量檢測部69c，檢測流過配管63c的水的流量，并將檢測出的流量的信息輸出到控制部61。水溫度檢測部69d，檢測流過配管63c由溫度控制器62控制溫度并從噴嘴噴出的水的溫度，并將檢測到的水溫的信息輸出到控制部61?？刂撇?1，經(jīng)由輸入輸出部讀取載置臺溫度、壓力、流量、水溫的信息，并基于讀取的信息實行與冷卻有關(guān)的處理，向各部輸出控制排氣部65、供水泵66和流量控制閥67的動作的控制信號。另夕卜，半導體晶片W傳熱效率較好地載置于載置臺2上，并經(jīng)由載置臺2進行溫度控制。圖3是表示涉及冷卻的控制部61的處理步驟的工序圖。在此處，作為理想的情況，設定目標溫度與處理溫度相等。控制部61驅(qū)動排氣部65和供水泵66等。此外，通過電場發(fā)生用電源68預先在減壓室60內(nèi)發(fā)生薄霧吸入用的電場(步驟Sll)。而且，控制部61，從未圖示的存儲部，讀取作為溫度控制的目的的半導體制造工序所需要的處理溫度(步驟S12)。接著，控制部61通過被冷卻部件溫度檢測部69a，檢測載置臺2的溫度(步驟S13)。而且，控制部61，將處理溫度作為目標溫度，對通過在冷卻部件溫度檢測部69a檢測的載置臺2的溫度是否超過處理溫度進行判定(步驟S14)。以下，將在被冷卻部件溫度檢測部69a檢測的載置臺2 (被冷卻部件)的溫度稱為檢測溫度。在檢測溫度為處理溫度以下的情況(步驟S14 :N0(否))下，即目標溫度以下的情況的下，因為沒必要再繼續(xù)冷卻載置臺2，所以控制部61將流量控制閥67控制為關(guān)閉狀態(tài)(步驟S15)。在判定檢測溫度超過處理溫度(步驟S14 :YES(是))的情況下，控制部61，決定要向頂面部噴射的水的設定水溫和設定流量(步驟S16)，且決定減壓室60內(nèi)的設定壓力(步驟S17)。在此處，對設定水溫、設定流量和設定壓力進行說明。圖4是概念地表示真空汽化冷卻條件的狀態(tài)圖。橫軸是溫度，縱軸是壓力。圖表中的曲線表示水的飽和蒸氣壓Psv(T)。Psv(T)是溫度T的函數(shù)。在檢測溫度超過處理溫度Tl的情況下，有必要降低載置臺2的溫度，因此控制部61，在比處理溫度Tl更低的溫度區(qū)域的用影線表示的溫度壓力范圍內(nèi)，決定與在處理溫度Τ1( =目標溫度)以下設定的設定溫度對應的設定壓力。設定溫度可以設定為與處理溫度Tl相等，但為了使載置臺盡早地達到目標溫度(=處理溫度Tl)，也可以設定為比處理溫度Tl稍微低。從噴嘴噴出的水的設定水溫被控制為上述的噴霧溫度。此時，為了不使噴出的水在途中完全蒸發(fā)，設定水溫(=噴霧溫度)，必須低于當上述的設定壓力設為飽和蒸氣壓時的水的溫度即設定水溫。但，由于過低時會導致結(jié)冰，因此需要設為不凍結(jié)的溫度。從噴嘴噴出的水，在到達作為目的地的減壓室60內(nèi)的頂面部后，因頂面部而溫度上升，由于比設定水溫高，因此發(fā)生汽化。在汽化時，作為汽化熱從頂面部奪取熱量，而使頂面部的溫度下降。這樣至頂面部冷卻到處理溫度Tl為止，從噴霧到汽化的一連串的流程被重復進行。另外，由于只要載置臺2達到目標溫度就沒必要進行進一步冷卻，因此在理想中沒必要將減壓室60內(nèi)的壓力設定得比處理溫度的飽和蒸氣壓低，但在現(xiàn)實中，考慮有在半導體晶片W與被控制溫度的載置臺2之間的傳熱中存在熱阻且發(fā)生溫度梯度，因此可以將目標溫度設定得比處理溫度低，將設定壓力設定為比處理溫度的飽和蒸氣壓低且與目標溫度的飽和蒸氣壓相等的壓力。此外，在使用反饋的溫度控制中，有可能一邊在作為目標的溫度附近振動一邊達到目標溫度，因此設定壓力可以比目標溫度的飽和蒸氣壓低。關(guān)于水的流量，由于噴射到頂面部的水的汽化，減壓室60內(nèi)的壓力只要決定為不偏離上述溫度壓力范圍即可。即，只要將設定流量決定為能夠噴射比使用真空泵排氣的水蒸氣的量少的水即可。具體來說，控制部61，只要預先存儲有與處理溫度(=設定溫度)、設定水溫、設定流量、設定壓力建立相關(guān)的表，并基于在步驟S12讀取的處理溫度和上述表，決定設定水溫、設定流量和設定壓力即可。
完成步驟S17的處理的控制部61，根據(jù)設定流量，控制流量控制閥67的打開程度，控制流量為設定流量(步驟S18)。
接著，控制部61，為了使水的溫度與該設定水溫(=噴霧溫度)一致，基于設定水溫，一邊通過水溫檢測部69d檢測水溫一邊對溫度控制器62的動作進行反饋控制，控制水溫為設定水溫(步驟S19)。而且，控制部61，為了使減壓室60內(nèi)的壓力與設定壓力一致，根據(jù)設定壓力，一邊通過壓力檢測部69b檢測壓力一邊對排氣部65的動作進行反饋控制，控制壓力為設定壓力(步驟S20)。通過步驟S18的控制、步驟S19和步驟S20的反饋控制到達設定流量、設定水溫、設定壓力后，因該設定流量、設定水溫、設定壓力而使載置臺2冷卻到處理溫度，根據(jù)需要將冷卻處理設為穩(wěn)定狀態(tài)(steady state)，在對半導體晶片W實施半導體制造工序的期間，持續(xù)維持處理處理溫度。隨著冷卻的進行，載置臺2的溫度將要下降到目標溫 度以下時，在設定壓力下目標溫度以下的水不會蒸發(fā)，因此不會繼續(xù)進行冷卻不會發(fā)生過冷卻。在規(guī)定的工序條件下的對半導體晶片W的半導體制造工序，例如蝕刻工序等的等離子體處理結(jié)束，且伴隨于此完成涉及冷卻的步驟S20或步驟S15的處理的情況下，控制部61判定是否移至在其他的處理溫度下進行半導體制造工序的下一個工序(步驟S21)。當判定移至下一個工序(步驟S21 :YES(是))的情況下，控制部61將處理返回步驟S12，取得新的處理溫度并重復進行上述的冷卻處理。在判定不移至下一個工序的情況下(步驟S21 :N0(否))，控制部61判定是否結(jié)束等離子體處理(步驟S22)。在同一工序條件下繼續(xù)進行其他新的半導體晶片W的處理的情況等，判定等離子體處理未結(jié)束的情況下(步驟S22 :N0(否))，控制部61將處理返回步驟S13。在判定結(jié)束等離子體處理的情況下(步驟S22 :YES(是))，控制部61結(jié)束涉及冷卻的處理。另外，在上述中將處理返回步驟S13時，很明顯載置臺2的溫度未發(fā)生變化而不需要重新決定設定水溫、設定流量、設定壓力時，可以將處理不用返回步驟S13而返回到步驟 S18。在實施方式所涉及的冷卻機構(gòu)6和冷卻方法，以及構(gòu)成冷卻機構(gòu)6的載置臺2中，使噴到減壓室60的頂面部的水以低溫蒸發(fā)，通過蒸發(fā)潛熱冷卻載置臺2，因此與現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體晶片W的均一的冷卻和高響應性。此外，能夠通過電場有效地將噴霧到減壓室60內(nèi)的水引入頂面部，而能夠減少真空汽化冷卻所需要的水，高效地冷卻載置臺2。通過減少真空汽化冷卻所需要的水量，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能化。并且，與不使用電場而單單噴出熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)相比，不需要噴霧多余的水，因此能夠充分地對減壓室60進行減壓，有效地冷卻載置臺2。并且此外，從噴霧部64噴霧的水，由于通過與薄霧噴嘴64a的摩擦而帶電，因此霧狀的水粒子因庫侖力而相互排斥。因此，被噴霧的水，仍舊為微小的粒子狀地被吸引并附著到減壓室60的頂面部。因此，能夠有效地使水附著到減壓室60的內(nèi)表面，冷卻載置臺2。并且此外，由于在載置臺2的內(nèi)部構(gòu)成有減壓室60，因此能夠有效地冷卻載置臺2，此外還能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻機構(gòu)6的省空間化。另外，在實施方式中，說明了在載置臺2的內(nèi)部設置減壓室60的例子，但也可以在必須配置在處理室I內(nèi)部的其他的處理室內(nèi)部件設置減壓室，構(gòu)成本實施方式所涉及的冷卻機構(gòu)。在處理室的壁內(nèi)設置減壓室的例子在以下進行說明。(變形例I)
圖5是表示具有變形例I所述涉及的冷卻機構(gòu)106的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。變形例I所涉及的半導體制造裝置和冷卻機構(gòu)106，是與實施方式同樣的結(jié)構(gòu)，并且具備在噴霧部64施加電壓的電壓施加部164b。電壓施加部164b是用于使從噴霧部64噴霧的水帶電的直流電源。在通過電場發(fā)生用電源68產(chǎn)生從減壓室60的內(nèi)部朝向頂面部的電場的情況下，在噴霧部64施加正電位，在發(fā)生從減壓室60的頂面朝向內(nèi)部的電場的情況下，在噴霧部64施加負電位。在變形例I中，通過在噴霧部64施加電壓，能夠使從噴霧部64噴霧的水有效地帶電，并使水引入并附著到減壓室60的頂面部。(變形例2)圖6是表示具有變形例2所涉及的冷卻機構(gòu)206的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。變形例2所涉及的半導體制造裝置和冷卻機構(gòu)206，是與實施方式同樣的結(jié)構(gòu)， 與實施方式不同的點在于在處理室(被冷卻部件)201的壁內(nèi)部還設置有減壓室260和噴霧部264，構(gòu)成為對該處理室201的內(nèi)壁的所希望的地方進行冷卻。進行冷卻的處理室201的內(nèi)壁的所希望的地方，可以是內(nèi)壁的一部分，也可以是全部。以下，主要對上述不同點進行說明。變形例2所涉及的半導體制造裝置的處理室201，在其壁內(nèi)部具有用于冷卻該處理室201的減壓室260。另外，為了作圖方便，在處理室201的一部分形成減壓室260，但這只不過是一個例子，可以遍及處理室201的全周地設置減壓室260，也可以在頂側(cè)的一部分和其他的部分設置減壓室260。即，只要在與處理室201的內(nèi)壁之中的有必要進行冷卻的地方相對應的部分設置減壓室260即可。此外，減壓室260沒必要一定容納于處理室201的壁的內(nèi)部，也可以成為向外部突出的構(gòu)造。在減壓室260的底部的適宜的地方，形成排出減壓室260內(nèi)部的氣體和水的排出口，該排出口通過配管263b與排氣部65連接。噴霧部264，設置在減壓室260的外周側(cè)，通過配管63a與溫度控制器62連接。噴霧部264，具有薄霧噴嘴264a，具體的結(jié)構(gòu)與實施方式同樣。電場發(fā)生用電源268是用于發(fā)生使從噴霧部264噴霧的水附著于減壓室260的內(nèi)表面例如內(nèi)周側(cè)的面的電場的直流電源。在減壓室260的內(nèi)周側(cè)的壁內(nèi)，設置有作為非接地狀態(tài)的線狀或片狀的導電性部件268c，通過在該導電性部件268c施加電壓，能夠發(fā)生將從高的電位到低的電位的方向設為電場的朝向的、從減壓室260的外周側(cè)朝向內(nèi)周側(cè)的電場，或者從減壓室260的內(nèi)周側(cè)朝向外周側(cè)的電場。以導電性部件268c與載置臺2不導通直流電流的方式，在設置導電性部件268c的減壓室260的壁內(nèi)設置絕緣覆膜等的絕緣部件268d。此外，電場發(fā)生用電源268，與實施方式同樣地具備導電性部件268a和絕緣性部件268b，產(chǎn)生向減壓室60的頂面部引入作為熱介質(zhì)的水的電場。在變形例2中，能夠?qū)μ幚硎?01的內(nèi)壁的需要冷卻的地方進行冷卻，除能夠防止因等離子體處理而使處理室壁成為高溫之外，還能夠防止因在使用通過高溫進行成膜的CVD用的氣體時降低溫度而使得在處理室內(nèi)表面堆積物增長，此外，在反應生成物容易堆積在低溫的部位的蝕刻工序中，通過在內(nèi)壁進一步設置與內(nèi)壁傳熱良好且能夠拆卸的保護壁，能夠使反應生成物積極地堆積向保護壁并抑制向其他的地方的堆積。在變形例2中，進行冷卻的內(nèi)壁部可以是頂板。一般來說，在冷卻基座和側(cè)壁等的情況下，為了防止目的以外地方被無用地冷卻而使冷卻效率下降，必須極力地防止薄霧在減壓室底部成為液體并積存。但是，在冷卻頂板的情況下，由于作為冷卻的目的的地方正好在減壓室的底部，因此可以向底部噴出霧，并可以任由薄霧因重力而落下。(變形例3) 圖7是表示具有變形例3所涉及的冷卻機構(gòu)306的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。變形例3所涉及的冷卻機構(gòu)306，在其外部具有用于冷卻作為被冷卻部件的載置臺2和處理室(被冷卻部件)301的第一和第二減壓室360、370。第一減壓室360，呈空心圓柱狀，固定在處理室301的底面大約中央部，在頂側(cè)隔著圓盤狀絕緣體21固定有載置臺2。第一減壓室360，是與在實施方式中說明的減壓室60同樣的結(jié)構(gòu)，在第一減壓室360的圓周面部設置有第一噴霧部364。此外,在第一減壓室360的頂側(cè)，采用第一絕緣部件368b絕緣，設置有作為非接地狀態(tài)的第一導電性部件368a，在第一導電性部件368a通過電場發(fā)生用電源368施加電壓。并且,在第一減壓室360的底面部，形成排出第一減壓室360內(nèi)部的氣體和水的排出口，從該排出口排出的氣體和水通過配管363b供給到排氣部65。第二減壓室370，是在處理室301的外周側(cè)設置變形例2所涉及的減壓室260那樣的結(jié)構(gòu)，并設置有第二噴霧部371。此外，在第二減壓室370的內(nèi)周側(cè)的壁內(nèi)，采用第二絕緣部件368d絕緣，設置作為非接觸狀態(tài)的第二導電性部件368c，在第二導電性部件368c通過電場發(fā)生用電源368施加電壓。并且，在第二減壓室370的底面部，形成排出第二減壓室370內(nèi)部的氣體和水的排出口，從該排出口排出的氣體和水通過配管363b供給到排氣部65。在變形例3中，起到與實施方式同樣的效果。(變形例4)圖8是表示具有變形例4所涉及的冷卻機構(gòu)的半導體制造裝置的一個結(jié)構(gòu)例的示意圖。在上述的實施方式中說明了作為排氣部使用噴射泵的情況，代替噴射泵，也可以使用如圖8所示的旋轉(zhuǎn)泵465。在該情況下，在旋轉(zhuǎn)泵465的上流側(cè)，設置分離成為液體的水的分離器465a。用分離器465a分離的水,一旦通過排水槽465b蓄水后，可以通過供水泵66再次循環(huán)到噴霧嘴，也可以照原樣排出?；蛘?，也可以不使用排水槽465b地直接排出。在通過供水泵66再循環(huán)的情況下，具有的優(yōu)點是如果不需要進行流量調(diào)整則可以不經(jīng)由排水槽465b地直接循環(huán)，如果使用排水槽465b則能夠排出需要以上的水。此外，除來自上述分離器465a的水之外，還可以通過配管63d供給不足部分的水到供水泵66?；蛘?，在只通過來自分離器465a的水的循環(huán)不能夠充分供給時，可以不用固定地通過配管63d供給水。在分離器465a的下流側(cè)使用的泵，不僅限于旋轉(zhuǎn)泵，只要是在從大氣到低真空度的壓力中能夠使用的泵即可。上述實施方式的全部均為示例，并非限制。本發(fā)明的范圍是權(quán)利要求書所表示的范圍，并包括在與權(quán)利要求書均等的意思和范圍內(nèi)的全部的變更。
權(quán)利要求
1.一種冷卻機構(gòu)，其將被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度，該冷卻機構(gòu)的特征在于，包括 減壓室，其與所述被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接； 噴霧部，其將所述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向該減壓室的內(nèi)表面進行噴霧； 電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生電場，該電場使得從該噴霧部噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面；和 排氣部，其對所述減壓室進行排氣，使得所述減壓室的內(nèi)壓成為在所述目標溫度時的所述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓以下。
2.如權(quán)利要求I所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述噴霧部具有將所述熱介質(zhì)向所述減壓室進行噴霧的噴嘴，并通過該噴嘴與所述熱介質(zhì)的摩擦來使該熱介質(zhì)帶電。
3.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 具有向所述噴霧部施加電壓的電壓施加部。
4.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述減壓室形成在所述被冷卻部件的內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述減壓室配置在所述被冷卻部件的外部，并且所述減壓室與被冷卻部件接觸。
6.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述被冷卻部件是對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室。
7.如權(quán)利要求I或2所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述被冷卻部件是配置在對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室內(nèi)的處理室內(nèi)部件。
8.如權(quán)利要求7所述的冷卻機構(gòu)，其特征在于 所述處理室內(nèi)部件是在所述處理室內(nèi)載置基板的載置臺。
9.一種冷卻機構(gòu)，其將被冷卻部件的溫度冷卻至目標溫度，該冷卻機構(gòu)的特征在于，包括 減壓室，其與所述被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接； 噴霧部，其將所述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向該減壓室的內(nèi)表面進行噴霧； 電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生電場，該電場使得從該噴霧部噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面； 被冷卻部件溫度檢測部，其對所述被冷卻部件的溫度進行檢測；和排氣部，其對所述減壓室進行排氣，使得由該被冷卻溫度檢測部檢測出的溫度成為目標溫度。
10.一種處理室，其用于對基板進行規(guī)定的處理，該處理室的特征在于，包括 形成于壁內(nèi)的減壓室； 噴霧部，其將目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向該減壓室的內(nèi)表面進行噴霧；和電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生電場，該電場使得從該噴霧部噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面。
11.一種處理室內(nèi)部件，其配置于對基板進行規(guī)定的處理的基板處理裝置的處理室內(nèi)，該處理室內(nèi)部件的特征在于，包括 形成于內(nèi)部的減壓室； 噴霧部，其將目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向該減壓室的內(nèi)表面進行噴霧；和電場產(chǎn)生部，其產(chǎn)生電場，該電場使得從該噴霧部噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面。
12.—種冷卻方法，其使用與被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室，將該被冷卻部件的溫度冷卻至目標溫度，該冷卻方法的特征在于，包括 將所述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向所述減壓室的內(nèi)表面進行噴霧的步驟； 產(chǎn)生用于使被噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面的電場的步驟；和對所述減壓室進行排氣，使得所述減壓室的內(nèi)壓成為在所述目標溫度時的所述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓以下的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的冷卻方法，其特征在于 在對所述減壓室進行排氣的步驟中， 對所述減壓室進行排氣，使得所述減壓室的內(nèi)壓與在所述目標溫度時的所述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓相等。
14.一種冷卻方法，其使用與被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室，將該被冷卻部件的溫度冷卻至目標溫度，該冷卻方法的特征在于，包括 將所述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)向所述減壓室的內(nèi)表面進行噴霧的步驟； 產(chǎn)生用于使被噴出的熱介質(zhì)附著于所述減壓室的內(nèi)表面的電場的步驟； 對所述被冷卻部件的溫度進行檢測的步驟；和 對所述減壓室進行排氣，使得被檢測的溫度成為目標溫度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種冷卻機構(gòu)和冷卻方法，其能夠減少真空汽化冷卻所必要的熱介質(zhì)，并高效地冷卻被冷卻部件。該冷卻機構(gòu)，是將被冷卻部件的溫度冷卻到目標溫度的冷卻機構(gòu)(6)，其包括與上述被冷卻部件以能夠傳熱的方式連接的減壓室(60)；向減壓室(60)的內(nèi)表面噴霧上述目標溫度以下的液相的熱介質(zhì)的噴霧部(64)；產(chǎn)生用于使從噴霧部(64)噴霧的熱介質(zhì)附著于減壓室(60)的內(nèi)表面的電場的電場產(chǎn)生部(68)；和為了使減壓室(60)的內(nèi)壓成為在上述目標溫度時的上述熱介質(zhì)的飽和蒸氣壓以下，而對減壓室(60)進行排氣的排氣部。
文檔編號H01L21/67GK102646614SQ20121003562
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者及川純史, 松崎和愛, 永關(guān)澄江 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社