(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023181860
(43)【公開日】2023-12-25
(54)【発明の名称】冷却装置、半導体製造装置及び半導体製造方法
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20231218BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20231218BHJP
F25B 5/04 20060101ALI20231218BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20231218BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 L
F28D15/02 101D
F28D15/02 104B
F25B1/00 311B
F25B5/04 Z
F25B1/00 396Z
G03F7/20 521
H05K7/20 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022095225
(22)【出願日】2022-06-13
(71)【出願人】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野元 誠
【テーマコード（参考）】
2H197
5E322
【Ｆターム（参考）】
2H197CA16
2H197DB17
2H197HA03
5E322AB10
5E322DB06
5E322DB07
5E322EA11
(57)【要約】
【課題】冷却対象物を冷却するのに有利な冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却対象物を冷却する冷却装置であって、前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、ことを特徴とする冷却装置を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】冷却対象物を冷却する冷却装置であって、前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、ことを特徴とする冷却装置を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却対象物を冷却する冷却装置であって、
前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、
前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、
前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、
前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、
ことを特徴とする冷却装置。
前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、
前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、
前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、
前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項2】
前記第１冷媒は、前記領域において、前記冷却対象物を沸騰冷却して気相状態となり、前記第２冷媒は、前記領域において、液相状態で前記冷却対象物を対流冷却するとともに気相状態の前記第１冷媒を圧縮するような混合比で前記第１冷媒と前記第２冷媒とが混合されている、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記混合冷媒は、非共沸混合冷媒である、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項4】
前記循環系には、気相状態の混合冷媒を圧縮して送出する圧縮機と、前記圧縮機から送出された気相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を、気相状態の冷媒と、液相状態の冷媒とに分離する気液分離部と、が設けられ、
前記循環系は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第１経路と、前記気液分離部で分離された気相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第２経路と、を含み、
前記第１経路は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を気化させて気相状態の冷媒にする第１気化部を介して、前記圧縮機に接続され、
前記第２経路は、前記圧縮機に直接接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記循環系は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第１経路と、前記気液分離部で分離された気相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第２経路と、を含み、
前記第１経路は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を気化させて気相状態の冷媒にする第１気化部を介して、前記圧縮機に接続され、
前記第２経路は、前記圧縮機に直接接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項5】
前記第１気化部は、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒の一部を、絞り弁を介して、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒に合流させることで、当該液相状態の冷媒を気化させる、ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項6】
前記容器と前記気液分離部との間に設けられ、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を気化させるための第２気化部を更に有する、ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項7】
前記第２気化部は、前記凝縮器の内部に設けられ、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
【請求項8】
前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項9】
前記循環系には、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を送出するポンプと、前記ポンプから送出された液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項10】
前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項11】
前記第１冷媒は、Ｒ－１２３４ｚｅＥ又はＲ－１２３４ｙｆである、ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項12】
発熱部を有する半導体製造装置であって、
請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記発熱部を冷却対象物として冷却するように構成されている、
ことを特徴とする半導体製造装置。
請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記発熱部を冷却対象物として冷却するように構成されている、
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項13】
パターンを形成するパターン形成装置として構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項14】
請求項１２に記載の半導体製造装置によって基板を処理する工程と、
前記工程で処理された基板を加工する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
前記工程で処理された基板を加工する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却装置、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
露光装置、インプリント装置、電子線描画装置などのパターン形成装置、又は、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置などのプラズマ処理装置などのような半導体製造装置は、駆動機構、或いは、プラズマによって加熱される部材などの発熱部を有する。このような発熱部を冷却するために、半導体製造装置には、冷却装置が備えられている。冷却装置は、発熱部から熱を奪い、かかる熱を装置外に発熱することで発熱部を冷却する。
【0003】
特許文献１には、部品から熱を抽出する蒸発器と、凝縮器と、ポンプと、アキュムレータと、熱交換器と、温度センサと、を有する冷却システムが開示されている。かかる冷却システムでは、ポンプから出た流体冷媒が、蒸発器及び凝縮器を介してポンプに戻る循環路が構成され、アキュムレータは、循環路と流体連通している。熱交換器は、アキュムレータ内の流体冷媒からの熱の伝達、及び、アキュムレータ内の流体冷媒への熱の伝達を行う。この際、熱の伝達量は、温度センサの出力に基づいて制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５３１３３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
液体冷媒をポンプで循環させる冷却システムでは、一般的に、液化手段が不要な大気圧沸点が常温以上の冷媒（例えば、ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｅ）、Ｎｏｖｅｃ７０００、ＨＦＯ－１２３３ｚｄ（Ｚ））が採用されることが多い。かかる冷媒を用いて大気圧沸点よりも沸騰温度を低く設定したい場合には、蒸気圧が大気圧よりも低くなる。
【0006】
このような冷却システムの冷却対象として、コイルを密閉容器内に配置し、その内部空間を流体冷媒で満たしてコイルを冷却するジャケット構造を有するリニアモータを考えると、沸騰した気化冷媒は、密度差によりジャケットの内部空間上部を流れる。コイルの発熱が大きくなると、気化冷媒の量も増加し、圧力も低いため、気化冷媒がジャケットの内部空間を占有することなり、発熱部であるコイルの上部が気化冷媒に覆われて沸騰冷却が行えない状態、所謂、ドライアウトが生じる。ドライアウトが生じると、コイルの温度が急上昇し、コイルが焼き切れてしまう。
【0007】
ここで、ジャケットの内部空間で発熱するコイルを沸騰冷却するのに十分な量（流量）の冷媒を供給することが考えられるが、内圧が低いと、気化冷媒が膨張してジャケットの内部空間上部を占有することになり、ドライアウトを防ぐことができない。なお、冷媒の流量を更に増加し、気化媒体を押し流すことで、ドライアウトを防ぐことは可能である。但し、この場合、対流冷却と等価となるため、低流量で大熱量を回収することができるという沸騰冷却の利点を享受することができず、冷媒の大流量化による耐圧問題、装置の大型化及びエネルギー消費量の増加を招いてしまう。
【0008】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、冷却対象物を冷却するのに有利な冷却装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての冷却装置は、冷却対象物を冷却する冷却装置であって、前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、ことを特徴とする。
【0010】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、例えば、冷却対象物を冷却するのに有利な冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第１実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図2】冷媒の飽和蒸気圧曲線の一例を示す図である。
【図3】低沸点冷媒の飽和蒸気圧曲線、及び、混合冷媒の飽和蒸気圧曲線を示す図である。
【図4】本発明の第２実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図5】本発明の第３実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図6A】本発明の第４実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図6B】本発明の第４実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図6C】本発明の第４実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。
【図7】露光装置の構成を示す概略図である。
【図8】インプリント装置の構成を示す概略図である。
【図9】プラズマ処理装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【0014】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における冷却装置ＣＡ１の構成を示す概略図である。冷却装置ＣＡ１の冷却対象は、特別な対象に限定されるものではないが、例えば、半導体製造装置、特に、半導体製造装置の発熱部である。半導体製造装置は、例えば、露光装置、インプリント装置、電子線描画装置などのパターン形成装置、或いは、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置などのプラズマ処理装置などを含む。パターン形成装置は、基板及び／又は原版などの部品を高速で駆動する駆動機構を有し、かかる駆動機構は、部品の駆動に伴って発熱するため、発熱部となる。プラズマ処理装置では、プラズマによって電極などの部品が加熱されるため、かかる部品が発熱部となる。
図１は、本発明の第１実施形態における冷却装置ＣＡ１の構成を示す概略図である。冷却装置ＣＡ１の冷却対象は、特別な対象に限定されるものではないが、例えば、半導体製造装置、特に、半導体製造装置の発熱部である。半導体製造装置は、例えば、露光装置、インプリント装置、電子線描画装置などのパターン形成装置、或いは、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置などのプラズマ処理装置などを含む。パターン形成装置は、基板及び／又は原版などの部品を高速で駆動する駆動機構を有し、かかる駆動機構は、部品の駆動に伴って発熱するため、発熱部となる。プラズマ処理装置では、プラズマによって電極などの部品が加熱されるため、かかる部品が発熱部となる。
【0015】
冷却装置ＣＡ１は、発熱部などの冷却対象物８０を冷却するように構成されている。冷却装置ＣＡ１は、図１に示すように、凝縮器２と、ポンプ３と、加熱器４と、温度センサ５と、絞り弁６と、熱交換容器７と、が設けられた冷媒循環系１を有する。冷媒循環系１（冷却装置ＣＡ１）は、発熱部である冷却対象物８０が熱交換容器７（の内部）に収容された密閉循環系を構成している。本実施形態では、冷却対象物８０の全体が熱交換容器７に収容されているが、これに限定されるものではなく、冷却対象物８０の少なくとも一部が熱交換容器７に収容されていてもよい。ここで、冷媒循環系１を循環する冷媒１０は、低沸点冷媒１１（第１沸点の第１冷媒）と、高沸点冷媒１２（第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒）とを混合した混合冷媒、詳細には、非共沸混合冷媒である。
【0016】
凝縮器２（の内部）に収容された液相状態の冷媒１０（以下、「液体冷媒１４」と称する）は、ポンプ３によって加熱器４に送出される。このように、ポンプ３は、凝縮器２からの液体冷媒１４（混合冷媒）を送出する機能を有する。加熱器４は、加熱器４の下流に設けられた温度センサ５で検出される冷媒温度が所定の管理温度になるように、ポンプ３から送出された液体冷媒１４を加熱する。加熱器４は、例えば、液体冷媒１４を加熱（温調）するための電熱ヒータ又は熱交換器を含むが、これに限定されるものではない。
【0017】
管理温度に温調された液体冷媒１４は、絞り弁６において、低沸点冷媒１１が管理温度で飽和蒸気圧となる近傍まで減圧され、熱交換容器７に送られる。このように、絞り弁６は、ポンプ３から送出された液体冷媒１４を減圧して熱交換容器７に供給する減圧器として機能する。
【0018】
熱交換容器７は、冷却対象物８０と熱交換を行う熱交換領域７２を含み、熱交換領域７２に冷却対象物８０を内蔵する。熱交換容器７に内蔵された冷却対象物８０が発熱すると、熱交換容器７に供給された液体冷媒１４（混合冷媒）のうち、低沸点冷媒１１が沸騰して気化潜熱で冷却対象物８０を冷却し、高沸点冷媒１２が冷却対象物８０を対流冷却する。このように、低沸点冷媒１１は、熱交換容器内の熱交換領域７２において、冷却対象物８０を沸騰冷却して気相状態となり、高沸点冷媒１２は、熱交換容器内の熱交換領域７２において、液相状態で冷却対象物８０を対流冷却する。熱交換容器内の熱交換領域７２を通過して熱交換容器７から排出される低沸点冷媒１１は、冷却対象物８０の発熱状態に応じて、液相状態、或いは、気液混相（二相）状態で凝縮器２に戻される。一方、熱交換容器内の熱交換領域７２を通過して熱交換容器７から排出される高沸点冷媒１２は、冷却対象物８０の発熱状態にかかわらず、常に液相状態で凝縮器２に戻される。
【0019】
凝縮器２は、本実施形態では、熱交換容器７から排出される気液混相状態の冷媒１０（混合冷媒）を凝縮して液体冷媒１４にする。凝縮器２には、熱交換器８と、圧力センサ９とが設けられている。凝縮器２では、圧力センサ９で検出される圧力が常に所定の圧力になるように、熱交換器８を介して、冷媒循環系１の外部への発熱制御を行う。
【0020】
ここで、熱交換容器７の内部の低沸点冷媒１１の圧力が管理温度の飽和蒸気圧となるように制御することで、熱交換容器７の内部の沸点が決まる。沸騰冷却の場合、気化潜熱で熱を回収するため、少ない冷媒流量、且つ、一定温度で大きな熱回収を行うことができる。
【0021】
低沸点冷媒１１は、沸騰して気化すると、気相状態の冷媒（以下、「気体冷媒１３」と称する）となり、高沸点冷媒１２との密度差で浮上し、熱交換容器７の上部空間を占有する。但し、本実施形態では、所定量の高沸点冷媒１２（液体冷媒１４）が常に熱交換容器内に存在し、高沸点冷媒１２が液相状態を維持したまま冷却対象物８０を通過する。換言すれば、本実施形態では、液相状態の高沸点冷媒１２が冷却対象物８０の上流側から下流側まで存在する。これにより、冷却対象物８０の気体冷媒１３への暴露時間が低減され、冷却対象物８０（の上部）が気体冷媒１３に覆われて沸騰冷却が行えない状態、所謂、ドライアウトの発生を抑制することができる。
【0022】
更に、冷却対象物８０がリニアモータのコイル（コイル列）である場合、その表面に線材間の溝部が存在するため、毛細管現象によって、液相状態の高沸点冷媒１２がコイル表面の溝部に侵入し、液相状態の低沸点冷媒１１もコイル表面の溝部に誘導される。これにより、冷却対象物８０に対する沸騰冷却が促進され、ドライアウトの発生を抑制することができる。
【0023】
但し、冷却対象物８０の発熱量が大きく、管理温度下で蒸気圧が低い冷媒を低沸点冷媒１１に採用すると、冷却対象物８０の上部が気体冷媒１３に暴露し、高沸点冷媒１２による冷却効果だけでは、ドライアウトの発生を抑制することができない。
【0024】
ドライアウトの発生を抑制するためには、管理温度下で蒸気圧が高い冷媒を低沸点冷媒１１に採用して、冷却能力を失った気体冷媒１３を圧力で圧縮し、気体冷媒１３の占有体積を低減させ、冷却対象物８０を液体冷媒１４にさらされやすくすればよい。
【0025】
なお、冷却対象物８０がジャケット構造を有するリニアモータである場合、推力を上げるために、ジャケット内部のコイルとジャケット外部の磁石とを近づけてコイルと磁石との間の距離を短くする必要がある。ジャケットは、磁力を通すような薄肉構造を有するため、その耐圧は、１００ｋＰａオーダーである。一般的な冷凍サイクルで採用されるＲ３２などの冷媒は、その蒸気圧がＭＰａオーダーとなるため、冷却対象物８０がジャケット構造を有するリニアモータである場合には採用することができない。また、冷媒の蒸気圧は、耐圧範囲内で極力上げたいが、このような冷媒を選定することは非常に難しい。
【0026】
そこで、本実施形態では、低沸点冷媒１１と高沸点冷媒１２とを混合した非共沸混合冷媒を、冷却対象物８０を冷却するための冷媒として採用し、低沸点冷媒１１の沸点を上昇させる物理現象を利用している。
【0027】
図２は、冷媒の飽和蒸気圧曲線の一例を示す図である。図２において、横軸は、温度Ｔ［Ｋ］を示し、縦軸は、蒸気圧Ｐ［Ｐａ］を示す。冷媒の飽和蒸気圧曲線は、冷媒の物性値で決まり、以下のクラウジウス・クラペイロン（Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ）の式で示され、図２に示すように、右肩上がりの曲線となる。
ｄＰ／ｄＴ＝Ｌ／（Ｖｖ－Ｖｌ）／Ｔｓ
なお、ｄＰ：圧力変化、ｄＴ：温度変化、Ｌ：潜熱、Ｖｖ：蒸気比体積、Ｖｌ：液比体積、Ｔｓ：飽和温度、とする。
ｄＰ／ｄＴ＝Ｌ／（Ｖｖ－Ｖｌ）／Ｔｓ
なお、ｄＰ：圧力変化、ｄＴ：温度変化、Ｌ：潜熱、Ｖｖ：蒸気比体積、Ｖｌ：液比体積、Ｔｓ：飽和温度、とする。
【0028】
低沸点冷媒１１に高沸点冷媒１２を混合すると、沸点上昇（ΔＴ）は、簡易的に高沸点冷媒１２が不揮発であると仮定すると、以下の式で示すことができる。
ΔＴ≒ｘｓ・Ｒ（Ｔ＊）２／Ｌｍ
なお、ΔＴ：沸点上昇、Ｒ：気体定数、Ｔ＊：低沸点純冷媒沸点、ｘｓ：高沸点冷媒モル分率、Ｌｍ：低沸点冷媒蒸発ｍｏｌ蒸発潜熱、とする。
ΔＴ≒ｘｓ・Ｒ（Ｔ＊）２／Ｌｍ
なお、ΔＴ：沸点上昇、Ｒ：気体定数、Ｔ＊：低沸点純冷媒沸点、ｘｓ：高沸点冷媒モル分率、Ｌｍ：低沸点冷媒蒸発ｍｏｌ蒸発潜熱、とする。
【0029】
図２を参照するに、低沸点冷媒１１を沸点上昇させることは、飽和蒸気圧曲線を高温側（右方向）に平行移動させることと等価であり、管理温度下では、低沸点冷媒１１の蒸気圧を下げることになる。従って、低沸点冷媒１１と、高沸点冷媒１２との混合比を調整することで、蒸気圧を調整することができる。
【0030】
例えば、管理温度が２３度、熱交換容器７の耐圧が４００ｋＰａ－ａｂｓである場合を考える。また、低沸点冷媒１１として、管理温度下で蒸気圧が熱交換容器７の耐圧よりも僅かに高いＲ－１２３４ｚｅＥ（２３度での蒸気圧：４５０ｋＰａ）を採用する。なお、低沸点冷媒１１には、Ｒ－１２３４ｙｆを採用することも可能である。
【0031】
図３は、低沸点冷媒１１としてのＲ－１２３４ｚｅＥの飽和蒸気圧曲線、及び、管理温度下で蒸気圧が耐圧（４００ｋＰａ）となる混合冷媒の飽和蒸気圧曲線を示す図である。図３において、横軸は、温度［℃］を示し、縦軸は、蒸気圧［ｋＰａ］を示す。
図３を参照するに、沸点を約４度上昇させる必要がある。４度の沸点上昇をさせるためには、Ｒ－１２３４ｚｅＥの物性値を、上述した沸点上昇（ΔＴ）の式に代入すると、高沸点冷媒１２をモル分率が約０．２となるように混合すればよいことがわかる。ここで、高沸点冷媒１２は、低沸点冷媒１１と親和性を有し、管理温度下で飽和蒸気圧が十分に低いことが好ましい。
図３を参照するに、沸点を約４度上昇させる必要がある。４度の沸点上昇をさせるためには、Ｒ－１２３４ｚｅＥの物性値を、上述した沸点上昇（ΔＴ）の式に代入すると、高沸点冷媒１２をモル分率が約０．２となるように混合すればよいことがわかる。ここで、高沸点冷媒１２は、低沸点冷媒１１と親和性を有し、管理温度下で飽和蒸気圧が十分に低いことが好ましい。
【0032】
また、低沸点冷媒１１の蒸気圧を高めると、沸騰冷却で生じる気体冷媒１３の気泡径を小さくすることができる。気泡内圧をＰｖ、液体圧力をＰｌ、気泡径をｒ、表面張力をσとすると、気泡の力のつり合いから、以下の式が成り立つ。
Ｐｖ＝Ｐｌ＋２σ／ｒ
この式から、気泡内圧は、周囲の液体よりもΔＰ＝２σ／ｒの圧力だけ高くなる。
Ｐｖ＝Ｐｌ＋２σ／ｒ
この式から、気泡内圧は、周囲の液体よりもΔＰ＝２σ／ｒの圧力だけ高くなる。
【0033】
また、気泡の界面では、液体は、飽和温度よりも高い過熱状態となり、過熱液温をＴｌ、過熱液温での飽和蒸気圧をＰｓ、液体圧力Ｐｌでの飽和温度をＴｓとして、気泡と液体との間でクラウジウス・クラペイロンの式を適用すると、以下の式が成り立つ。
（Ｐｖ－Ｐｌ）／（Ｔｌ－Ｔｓ）＝Ｌ／（Ｖｖ－Ｖｌ）／Ｔｓ
ここで、Ｖｖ＞＞Ｖｌ、Ｐｖ≒Ｐｓとして近似すると、以下の式が成り立つ。
ΔＰ＝Ｐｖ－Ｐｌ≒Ｌ（Ｔｌ－Ｔｓ）／Ｖｖ／Ｔｓ
Ｖｖは、ボイルの法則でＰｌに反比例し、Ｒ－１２３４ＺｅＥの物性と数度の過熱度を許容すれば、約１００ｋＰａ程度の差圧を生じさせることができ、蒸気圧の上昇とあわせて、大気圧比で気泡を約１／５に圧縮することができる。
（Ｐｖ－Ｐｌ）／（Ｔｌ－Ｔｓ）＝Ｌ／（Ｖｖ－Ｖｌ）／Ｔｓ
ここで、Ｖｖ＞＞Ｖｌ、Ｐｖ≒Ｐｓとして近似すると、以下の式が成り立つ。
ΔＰ＝Ｐｖ－Ｐｌ≒Ｌ（Ｔｌ－Ｔｓ）／Ｖｖ／Ｔｓ
Ｖｖは、ボイルの法則でＰｌに反比例し、Ｒ－１２３４ＺｅＥの物性と数度の過熱度を許容すれば、約１００ｋＰａ程度の差圧を生じさせることができ、蒸気圧の上昇とあわせて、大気圧比で気泡を約１／５に圧縮することができる。
【0034】
低沸点冷媒１１として、蒸発潜熱が大きい冷媒を採用すれば、更に、蒸気体積が低減され、気体冷媒１３の量を低減することができる。Ｒ－１２３４ＺｅＥは、その潜熱が１９５．４Ｊ／ｇである。このように、Ｒ－１２３４ＺｅＥは、潜熱が比較的高い冷媒であるため、ドライアウト対策に好適な冷媒であり、環境面でも地球温暖化係数（ＧＷＰ）６で優れている。
【0035】
このように、本実施形態では、冷媒循環系１において、熱交換容器７の熱交換領域７２の全域が低沸点冷媒１１と高沸点冷媒１２とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、熱交換容器７から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、混合冷媒が循環される。これを実現するために、混合冷媒は、熱交換容器内で、低沸点冷媒１１が冷却対象物８０を沸騰冷却して気相状態となり、高沸点冷媒１２が液相状態で冷却対象物８０を対流冷却するとともに気相状態の低沸点冷媒１１を圧縮するような混合比で混合されている。
【0036】
具体的には、混合冷媒として、非共沸混合冷媒を採用し、低沸点冷媒１１と高沸点冷媒１２との混合比を調整することで、低沸点冷媒１１の蒸気圧を熱交換容器７の耐圧近くまで高圧にする。これにより、沸騰冷却で発生した気相状態の低沸点冷媒を圧縮することができる。また、かかる気相状態の低沸点冷媒の気泡径が小さくなり、気泡内圧は、周囲の液体よりも気泡の曲率比だけ上昇する。これにより、沸騰冷却で発生した気相状態の低沸点冷媒を更に圧縮することができる。このような圧縮効果によって、冷却能力を失った液相状態の低沸点冷媒の熱交換容器内での占有体積比率が低減されるため、ドライアウトの発生を抑制することができる。
【0037】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態における冷却装置ＣＡ２の構成を示す概略図である。本実施形態における冷却装置ＣＡ２は、第１実施形態における冷却装置ＣＡ１（ポンプによる液体冷媒の循環）を、圧縮機（コンプレッサ）により気体冷媒を循環させる一般的な冷凍サイクルに適用させたものである。なお、本実施形態で言及していない事項については、第１実施形態と同様である。
図４は、本発明の第２実施形態における冷却装置ＣＡ２の構成を示す概略図である。本実施形態における冷却装置ＣＡ２は、第１実施形態における冷却装置ＣＡ１（ポンプによる液体冷媒の循環）を、圧縮機（コンプレッサ）により気体冷媒を循環させる一般的な冷凍サイクルに適用させたものである。なお、本実施形態で言及していない事項については、第１実施形態と同様である。
【0038】
冷却装置ＣＡ２は、発熱部などの冷却対象物８０を冷却するように構成されている。冷却装置ＣＡ２は、図４に示すように、圧縮機２２と、凝縮器２３と、膨張弁２４と、熱交換容器２５と、が設けられた冷媒循環系２１を有する。冷媒循環系２１（冷却装置ＣＡ２）は、発熱部である冷却対象物８０が熱交換容器２５（の内部）に収容された密閉循環系を構成している。本実施形態では、冷却対象物８０の全体が熱交換容器２５に収容されているが、これに限定されるものではなく、冷却対象物８０の少なくとも一部が熱交換容器２５に収容されていてもよい。ここで、冷媒循環系２１を循環する冷媒１０は、第１実施形態と同様に、低沸点冷媒１１（第１沸点の第１冷媒）と、高沸点冷媒１２（第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒）とを混合した混合冷媒、詳細には、非共沸混合冷媒である。但し、高沸点冷媒１２は、第１実施形態と異なり、圧縮機２２に送り込まれる際には、気相状態となる。
【0039】
圧縮機２２は、気相状態の冷媒（気体冷媒１３）を圧縮して凝縮器２３に送出する。凝縮器２３は、圧縮機２２から送出された気体冷媒１３に対して、冷却水などの冷却媒体（不図示）を用いて排熱を行うことで、気体冷媒１３を凝縮して液相状態の冷媒（液体冷媒１４）にする。凝縮器２３からの液体冷媒１４は、膨張弁２４において、飽和蒸気圧の近傍まで減圧され、熱交換容器２５に送られる。このように、膨張弁２４は、凝縮器２３からの液体冷媒１４を減圧して熱交換容器２５に供給する減圧器として機能する。
【0040】
熱交換容器２５は、冷却対象物８０と熱交換を行う熱交換領域２５２を含み、熱交換領域２５２に冷却対象物８０を内蔵する。熱交換容器２５に内蔵された冷却対象物８０が発熱すると、熱交換容器２５に供給された液体冷媒１４（混合冷媒）のうち、低沸点冷媒１１が沸騰して気化潜熱で冷却対象物８０を冷却し、高沸点冷媒１２が冷却対象物８０を対流冷却する。このように、低沸点冷媒１１は、熱交換容器内の熱交換領域２５２において、冷却対象物８０を沸騰冷却して気相状態となり、高沸点冷媒１２は、熱交換容器内の熱交換領域２５２において、液相状態で冷却対象物８０を対流冷却する。熱交換容器内の熱交換領域２５２を通過して熱交換容器２５から排出される低沸点冷媒１１は、冷却対象物８０の発熱状態に応じて、液相状態、或いは、気液混相（二相）状態となる。一方、熱交換容器内の熱交換領域２５２を通過して熱交換容器２５から排出される高沸点冷媒１２は、冷却対象物８０の発熱状態にかかわらず、常に液相状態を維持する。なお、膨張弁２４の下流には、圧力センサ２６が設けられ、熱交換容器２５の圧力（圧力センサ２６で検出される圧力）が常に低沸点冷媒１１の蒸気圧の近傍になるように、膨張弁２４の開度を制御する。
【0041】
熱交換容器２５から排出される冷媒には、液体冷媒１４が必ず含まれている。従って、熱交換容器２５から排出される冷媒を、そのまま圧縮機２２に戻すと、圧縮機２２は、液相状態の冷媒を圧縮することができないため、圧縮機２２が破損してしまう。
【0042】
そこで、本実施形態では、熱交換容器２５と圧縮機２２との間に、熱交換容器２５から排出される気液混相状態の冷媒（混合冷媒）を、気体冷媒１３（気相状態の冷媒）と、液体冷媒１４（液相状態の冷媒）とに分離する気液分離部２７を設けている。また、冷媒循環系２１は、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４を圧縮機２２に戻すための第１経路２１１と、気液分離部２７で分離された気体冷媒１３を圧縮機２２に戻すための第２経路２１２と、を含む。第１経路２１１は、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４を気化させて気相状態の冷媒にする第１気化部２８を介して、圧縮機２２に接続されている。一方、第２経路２１２は、圧縮機２２に直接接続されている。
【0043】
このように、本実施形態では、気液分離部２７で分離された気体冷媒１３は、第２経路２１２を介して、圧縮機２２に直接戻され、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４は、圧縮機２２に戻される前に、第１気化部２８に送られる。第１気化部２８は、圧縮機２２の下流の高温の気体冷媒１５を、凝縮器２３に戻す前に分岐し、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４と合流させ、液体冷媒１４を高温の気体冷媒１５で蒸発させて圧縮機２２に戻す。
【0044】
また、第１気化部２８は、液体冷媒１４の流量を検出する流量センサ２９と、高温の気体冷媒１５の流量を調整するための絞り弁３０と、流量制御部３１と、を含む。流量制御部３１は、流量センサ２９で検出される液体冷媒１４の流量に基づいて、液体冷媒１４に合流させる高温の気体冷媒１５の流量が液体冷媒１４を蒸発（気化）させるのに必要な流量となるように、絞り弁３０を制御する。このように、第１気化部２８は、圧縮機２２から送出される気体冷媒１５（気相状態の混合冷媒）の一部を、絞り弁３０を介して、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４に合流させることで、かかる液体冷媒１４を気化させる。なお、流量センサ２９としては、超音波センサが好適であるが、これに限定されるものではない。
【0045】
ここで、熱交換容器２５から排出される冷媒に含まれる液体冷媒１４の流量が増加することは、熱交換容器２５に内蔵されている冷却対象物８０の発熱量が減少していることになるため、熱交換容器２５に供給する液体冷媒１４の流量を減らすことができる。そこで、流量制御部３１は、膨張弁２４の開度を制御する（絞る）とともに、絞り弁３０の開度を制御して、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４と圧縮機２２からの高温の気体冷媒１５との流量バランスを適正に制御する。更に、流量制御部３１は、インバータ３２を介して、圧縮機２２の圧縮能力（冷媒の総流量）を制御してもよい。これにより、液体冷媒１４が圧縮機２２に戻ることを防止し、熱負荷変動に追従して冷凍サイクルを維持することができる。
【0046】
このように、本実施形態によれば、一般的な冷凍サイクルに適用させた冷却装置ＣＡ２を実現することができる。第１実施形態における冷却装置ＣＡ１では、熱交換容器７で大きな熱量を回収して凝縮器２で排熱する場合、別の冷凍サイクルを介する２つの循環系が必要となる。一方、本実施形態における冷却装置ＣＡ２では、１つの循環系で排熱することができる。従って、省スペース及び省エネルギーに寄与する冷却装置ＣＡ２を提供することができる。
【0047】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態における冷却装置ＣＡ３の構成を示す図である。本実施形態における冷却装置ＣＡ３は、第２実施形態における冷却装置ＣＡ２を改良したものである。なお、本実施形態で言及していない事項については、第２実施形態と同様である。
図５は、本発明の第３実施形態における冷却装置ＣＡ３の構成を示す図である。本実施形態における冷却装置ＣＡ３は、第２実施形態における冷却装置ＣＡ２を改良したものである。なお、本実施形態で言及していない事項については、第２実施形態と同様である。
【0048】
本実施形態では、熱交換容器２５と気液分離部２７との間に、熱交換容器２５から排出される気液混相状態の冷媒（混合冷媒）を気化させるための第２気化部３３を新たに設けている。第２気化部３３は、例えば、凝縮器２３の内部に設けられ、圧縮機２２から送出される高温の気体冷媒１５（気相状態の混合冷媒）と、熱交換容器２５から排出される気液混合状態の冷媒（混合冷媒）との間で熱交換を行う熱交換器として具現化される。熱交換容器２５から排出される冷媒に含まれる液体冷媒１４は、第２気化部３３において、高温の気体冷媒１５で加熱されて一部が蒸発する。一方、高温の気体冷媒１５は、液体冷媒１４が蒸発した潜熱で冷却されて一部が凝縮する。
【0049】
本実施形態によれば、凝縮器２３において、圧縮機２２から送出される高温の気体冷媒１５の一部を、熱交換容器２５から排出される液体冷媒１４で凝縮しているため、系外への排熱量を低減することができる。また、第１気化部２８及び第２気化部３３の２つの気化部を設けることで、液体冷媒１４の混入による圧縮機２２の破損リスクを更に低減することができる。
【0050】
＜第４実施形態＞
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の第４実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。第１実施形態から第３実施形態までは、熱交換容器７又は２５に内蔵された冷却対象物８０の冷却に限定しているが、露光装置のような大規模なシステムでは、冷却対象物８０に加えて、多くの冷却対象物（発熱体）が存在する。また、熱交換容器７又は２５で蒸発しなかった冷媒や気液分離部２７で分離された液体冷媒１４は、液相状態であるため、冷却対象物を沸騰冷却する能力を有している。そこで、本実施形態では、熱交換容器７又は２５に内蔵されていない別の冷却対象物（冷却対象物８０とは異なる冷却対象物）を冷却する新たな経路を構成する。
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の第４実施形態における冷却装置の構成を示す概略図である。第１実施形態から第３実施形態までは、熱交換容器７又は２５に内蔵された冷却対象物８０の冷却に限定しているが、露光装置のような大規模なシステムでは、冷却対象物８０に加えて、多くの冷却対象物（発熱体）が存在する。また、熱交換容器７又は２５で蒸発しなかった冷媒や気液分離部２７で分離された液体冷媒１４は、液相状態であるため、冷却対象物を沸騰冷却する能力を有している。そこで、本実施形態では、熱交換容器７又は２５に内蔵されていない別の冷却対象物（冷却対象物８０とは異なる冷却対象物）を冷却する新たな経路を構成する。
【0051】
図６Ａは、第１実施形態における冷却装置ＣＡ１に冷却対象物８０とは異なる冷却対象物８１を冷却するための経路を構成した場合を示している。冷却装置ＣＡ１は、熱交換容器７の下流に、熱交換器３４を有する。熱交換器３４は、冷却対象物８１と熱接触し、熱交換容器７から排出される気液混相状態の冷媒（混合冷媒）と冷却対象物８１との間で熱交換を行うことで、冷却対象物８１を冷却する。熱交換器３４において、熱交換容器７で蒸発していない液体冷媒１４は、冷却対象物８１から熱を奪って沸騰することで、冷却対象物８１を沸騰冷却する。なお、熱交換器３４を通過した冷媒は、気液混相状態で凝縮器２に戻され、凝縮器２で冷却されて相変化し、液体冷媒１４となって再循環される。
【0052】
図６Ｂは、第２実施形態における冷却装置ＣＡ２に冷却対象物８０とは異なる冷却対象物８１を冷却するための経路を構成した場合を示している。冷却装置ＣＡ２は、熱交換容器２５の下流の気液分離部２７で分離された液体冷媒１４が流れる第１経路２１１に、熱交換器３４を有する。熱交換器３４は、冷却対象物８１と熱接触し、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４と冷却対象物８１との間で熱交換を行うことで、冷却対象物８１を冷却する。熱交換器３４において、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４は、冷却対象物８１から熱を奪って沸騰することで、冷却対象物８１を沸騰冷却する。なお、熱交換器３４を通過した冷媒は、気相状態、或いは、気液混相状態で第１気化部２８に送られ、第１気化部２８で完全に気化し、気体冷媒１３として圧縮機２２に戻されて再循環される。
【0053】
図６Ｃは、第３実施形態における冷却装置ＣＡ３に冷却対象物８０とは異なる冷却対象物８１を冷却するための経路を構成した場合を示している。冷却装置ＣＡ３では、気液分離部２７で分離された液体冷媒１４が流れる第１経路２１１を、第３経路２１３と第４経路２１４とに分岐する。第３経路２１３は、膨張弁３５及び熱交換器３４を介して、第２気化部３３に至る経路であり、第４経路２１４は、絞り弁３６を介して、第２気化部３３に至る経路である。このような系では、膨張弁３５を介して、液体冷媒１４の圧力が所定の蒸気圧になるように調整される。これは、液体冷媒１４の沸点を調整することと等価であるため、所定の温度で冷却対象物８１を冷却することが可能となる。従って、冷却対象物８１が温度管理を必要とする場合に特に好適である。なお、同様な構成を第１実施形態における冷却装置ＣＡ１や第２実施形態における冷却装置ＣＡ２に適用することも可能である。
【0054】
本実施形態によれば、熱交換容器７又は２５に内蔵された冷却対象物８０とは異なる冷却対象物８１を高沸点冷媒１２で沸騰冷却することができる。従って、本実施形態における冷却装置は、一般の冷凍サイクルと等しく、露光装置などのような大きなシステムの全体を１つの冷媒循環系で効率よく冷却することができる。
【0055】
【0056】
図７は、半導体製造装置、詳細には、パターン形成装置の一例としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、原版１０１のパターンを、基板１０２に供給（塗布）された感光材層に対して、投影光学系１４０を介して転写するように構成されている。露光装置１００は、原版１０１を照明する照明光学系１５０と、投影光学系１４０と、基板１０２を位置決めする基板位置決め機構ＳＰＭと、原版１０１を位置決めする原版位置決め機構（不図示）と、を有する。
【0057】
基板位置決め機構ＳＰＭは、基板１０２を保持する基板チャックを支持する基板ステージ１１０と、基板ステージ１１０を駆動する駆動機構１２０と、駆動機構１２０を支持するベース部材１３０と、を含む。駆動機構１２０は、基板ステージ１１０とともに移動する可動子１２２と、ベース部材１３０に固定された固定子１２４とで構成されるアクチュエータを含む。固定子１２４は、冷却装置ＣＡ１の冷却対象物８０としてのコイル（コイル列）を含む。冷却装置ＣＡ１は、冷却対象物８０としての固定子１２４のコイルを冷却するように構成されている。
【0058】
図８は、半導体製造装置、詳細には、パターン形成装置の一例としてのインプリント装置２００の構成を示す概略図である。インプリント装置２００は、基板１０２に配置（供給）されたインプリント材に原版１０１（型）のパターンを転写するように構成されている。インプリント装置２００は、原版１０１を駆動する原版駆動機構１６０と、基板１０２を位置決めする基板位置決め機構ＳＰＭと、基板１０２に配置されたインプリント材を硬化させる硬化部１７０と、を有する。
【0059】
原版駆動機構１６０及び基板位置決め機構ＳＰＭの少なくとも一方によって、原版１０１のパターン領域と基板１０２のショット領域とのアライメントを行うことができる。また、原版駆動機構１６０及び基板位置決め機構ＳＰＭの少なくとも一方によって、原版１０１のパターン領域と基板１０２に配置されたインプリント材との接触及び原版１０１のパターン領域と基板１０２に配置されたインプリント材との分離を行うことができる。
【0060】
インプリント装置２００では、基板１０２に配置されたインプリント材と原版１０１のパターン領域とを接触させた状態で、硬化部１７０によってインプリント材を硬化させ、硬化したインプリント材と原版１０１とを分離する。これにより、基板１０２の上にインプリント材の硬化物からなるパターンが形成される。換言すれば、基板１０２に配置されたインプリント材には、原版１０１のパターンが転写される。
【0061】
基板位置決め機構ＳＰＭは、上述したように、基板１０２を保持する基板チャックを支持する基板ステージ１１０と、基板ステージ１１０を駆動する駆動機構１２０と、駆動機構１２０を支持するベース部材１３０と、を含む。駆動機構１２０は、基板ステージ１１０とともに移動する可動子１２２と、ベース部材１３０に固定された固定子１２４とで構成されるアクチュエータを含む。固定子１２４は、冷却装置ＣＡ１の冷却対象物８０としてのコイル（コイル列）を含む。冷却装置ＣＡ１は、冷却対象物８０としての固定子１２４のコイルを冷却するように構成されている。
【0062】
図９は、半導体製造装置の一例としてのプラズマ処理装置３００の構成を示す概略図である。プラズマ処理装置３００は、例えば、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置などを含む。プラズマ処理装置３００は、チャンバ３３０と、チャンバ３３０の内部に配置された１つ又は複数の冷却対象物８０ａ及び８０ｂとしての電極構造と、を有する。
【0063】
本実施形態では、基板３０２は、冷却対象物８０ａによって支持される。チャンバ３３０の内部には、プラズマを発生させるためのガスが供給される。プラズマ処理装置３００がＣＶＤ装置として構成される場合、チャンバ３３０の内部には、成膜用のガスが供給される。プラズマ処理装置３００がエッチング装置として構成される場合、チャンバ３３０の内部には、エッチング用のガスが供給される。プラズマ処理装置３００がスパッタリング装置として構成される場合、チャンバ３３０の内部には、プラズマを発生させるためのガスが供給され、冷却対象物８０ｂとしての電極構造には、ターゲットが取り付けられる。冷却装置ＣＡ１は、冷却対象物８０ａ及び８０ｂを冷却するように構成されている。
【0064】
＜第６実施形態＞
本発明の一側面としての半導体製造方法は、上述した露光装置１００、インプリント装置２００及びプラズマ処理装置３００に代表される半導体製造装置によって基板を処理する工程と、かかる工程によって処理された基板を加工する工程と、を有する。半導体製造装置によって基板を処理する工程は、例えば、基板にパターンを形成する工程、基板に膜を形成する工程、基板又は基板上に形成された膜をエッチングする工程などを含む。基板を加工する工程は、例えば、基板を分割（ダイシング）する工程、基板を封止する工程などを含む。本実施形態における半導体製造方法は、従来に比べて、半導体の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
本発明の一側面としての半導体製造方法は、上述した露光装置１００、インプリント装置２００及びプラズマ処理装置３００に代表される半導体製造装置によって基板を処理する工程と、かかる工程によって処理された基板を加工する工程と、を有する。半導体製造装置によって基板を処理する工程は、例えば、基板にパターンを形成する工程、基板に膜を形成する工程、基板又は基板上に形成された膜をエッチングする工程などを含む。基板を加工する工程は、例えば、基板を分割（ダイシング）する工程、基板を封止する工程などを含む。本実施形態における半導体製造方法は、従来に比べて、半導体の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【0065】
本明細書の開示は、以下の冷却装置、半導体製造装置及び半導体製造方法を含む。
【0066】
（項目１）
冷却対象物を冷却する冷却装置であって、
前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、
前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、
前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、
前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、
ことを特徴とする冷却装置。
冷却対象物を冷却する冷却装置であって、
前記冷却対象物を冷却するための冷媒を循環させる循環系を有し、
前記循環系には、前記冷却対象物の少なくとも一部と前記冷媒との間で熱交換を行う領域を含む容器が設けられ、
前記冷媒は、第１沸点の第１冷媒と、前記第１沸点よりも高い第２沸点の第２冷媒とを混合した混合冷媒であり、
前記循環系は、前記領域の全域が前記第１冷媒と前記第２冷媒とがともに液相状態の混合冷媒にさらされ、前記容器から気液混相状態の混合冷媒が排出されるように、前記混合冷媒を循環させる、
ことを特徴とする冷却装置。
【0067】
（項目２）
前記第１冷媒は、前記領域において、前記冷却対象物を沸騰冷却して気相状態となり、前記第２冷媒は、前記領域において、液相状態で前記冷却対象物を対流冷却するとともに気相状態の前記第１冷媒を圧縮するような混合比で前記第１冷媒と前記第２冷媒とが混合されている、ことを特徴とする項目１に記載の冷却装置。
前記第１冷媒は、前記領域において、前記冷却対象物を沸騰冷却して気相状態となり、前記第２冷媒は、前記領域において、液相状態で前記冷却対象物を対流冷却するとともに気相状態の前記第１冷媒を圧縮するような混合比で前記第１冷媒と前記第２冷媒とが混合されている、ことを特徴とする項目１に記載の冷却装置。
【0068】
（項目３）
前記混合冷媒は、非共沸混合冷媒である、ことを特徴とする項目１又は２に記載の冷却装置。
前記混合冷媒は、非共沸混合冷媒である、ことを特徴とする項目１又は２に記載の冷却装置。
【0069】
（項目４）
前記循環系には、気相状態の混合冷媒を圧縮して送出する圧縮機と、前記圧縮機から送出された気相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を、気相状態の冷媒と、液相状態の冷媒とに分離する気液分離部と、が設けられ、
前記循環系は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第１経路と、前記気液分離部で分離された気相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第２経路と、を含み、
前記第１経路は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を気化させて気相状態の冷媒にする第１気化部を介して、前記圧縮機に接続され、
前記第２経路は、前記圧縮機に直接接続されている、
ことを特徴とする項目１乃至３のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
前記循環系には、気相状態の混合冷媒を圧縮して送出する圧縮機と、前記圧縮機から送出された気相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を、気相状態の冷媒と、液相状態の冷媒とに分離する気液分離部と、が設けられ、
前記循環系は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第１経路と、前記気液分離部で分離された気相状態の冷媒を前記圧縮機に戻すための第２経路と、を含み、
前記第１経路は、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒を気化させて気相状態の冷媒にする第１気化部を介して、前記圧縮機に接続され、
前記第２経路は、前記圧縮機に直接接続されている、
ことを特徴とする項目１乃至３のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
【0070】
（項目５）
前記第１気化部は、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒の一部を、絞り弁を介して、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒に合流させることで、当該液相状態の冷媒を気化させる、ことを特徴とする項目４に記載の冷却装置。
前記第１気化部は、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒の一部を、絞り弁を介して、前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒に合流させることで、当該液相状態の冷媒を気化させる、ことを特徴とする項目４に記載の冷却装置。
【0071】
（項目６）
前記容器と前記気液分離部との間に設けられ、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を気化させるための第２気化部を更に有する、ことを特徴とする項目４又は５に記載の冷却装置。
前記容器と前記気液分離部との間に設けられ、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を気化させるための第２気化部を更に有する、ことを特徴とする項目４又は５に記載の冷却装置。
【0072】
（項目７）
前記第２気化部は、前記凝縮器の内部に設けられ、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を含む、ことを特徴とする項目６に記載の冷却装置。
前記第２気化部は、前記凝縮器の内部に設けられ、前記圧縮機から送出される気相状態の混合冷媒と、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を含む、ことを特徴とする項目６に記載の冷却装置。
【0073】
（項目８）
前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする項目４乃至７のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
前記気液分離部で分離された液相状態の冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする項目４乃至７のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
【0074】
（項目９）
前記循環系には、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を送出するポンプと、前記ポンプから送出された液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、が設けられている、ことを特徴とする項目１乃至３のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
前記循環系には、前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒を凝縮して液相状態の混合冷媒にする凝縮器と、前記凝縮器からの液相状態の混合冷媒を送出するポンプと、前記ポンプから送出された液相状態の混合冷媒を減圧して前記容器に供給する減圧器と、が設けられている、ことを特徴とする項目１乃至３のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
【0075】
（項目１０）
前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする項目９に記載の冷却装置。
前記容器から排出される気液混相状態の混合冷媒と、前記冷却対象物とは異なる冷却対象物との間で熱交換を行うことで、前記異なる冷却対象物を冷却する熱交換器を更に有する、ことを特徴とする項目９に記載の冷却装置。
【0076】
（項目１１）
前記第１冷媒は、Ｒ－１２３４ｚｅＥ又はＲ－１２３４ｙｆである、ことを特徴とする項目１乃至１０のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
前記第１冷媒は、Ｒ－１２３４ｚｅＥ又はＲ－１２３４ｙｆである、ことを特徴とする項目１乃至１０のうちいずれか１項目に記載の冷却装置。
【0077】
（項目１２）
発熱部を有する半導体製造装置であって、
項目１乃至１１のうちいずれか１項目に記載の冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記発熱部を冷却対象物として冷却するように構成されている、
ことを特徴とする半導体製造装置。
発熱部を有する半導体製造装置であって、
項目１乃至１１のうちいずれか１項目に記載の冷却装置を有し、
前記冷却装置は、前記発熱部を冷却対象物として冷却するように構成されている、
ことを特徴とする半導体製造装置。
【0078】
（項目１３）
パターンを形成するパターン形成装置として構成されている、
ことを特徴とする項目１２に記載の半導体製造装置。
パターンを形成するパターン形成装置として構成されている、
ことを特徴とする項目１２に記載の半導体製造装置。
【0079】
（項目１４）
項目１２又は１３に記載の半導体製造装置によって基板を処理する工程と、
前記工程で処理された基板を加工する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
項目１２又は１３に記載の半導体製造装置によって基板を処理する工程と、
前記工程で処理された基板を加工する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【0080】
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
【符号の説明】
【0081】
ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３：冷却装置 １：冷媒循環系 ７：熱交換容器 １０：冷媒 １１：低沸点冷媒 １２：高沸点冷媒 １３：気体冷媒 １４：液体冷媒 ８０：冷却対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】