特許 7565716 冷却装置、半導体製造装置および半導体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】冷却装置、半導体製造装置および半導体製造方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241004BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20241004BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20241004BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20241004BHJP

   F28D 15/06 20060101ALI20241004BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 381H

G03F7/20 521

H01L21/30 541L

H01L21/30 502D

F28D15/02 101K

F28D15/02 L

F28D15/02 102A

F28D15/06 D

F25B1/00 321L

F25B1/00 399Y

H01L21/02 Z

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020110821

(22)【出願日】2020-06-26

(65)【公開番号】P2022020088

(43)【公開日】2022-02-01

【審査請求日】2023-06-14

(73)【特許権者】

【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

【審査官】寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１９６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１３４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０８０６６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０３－２１１３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１２７９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０６８２６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ２８Ｄ １５／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝縮器の中の第１冷媒を、気化器を介して前記凝縮器に戻すように前記第１冷媒を循環させる循環系と、
前記凝縮器の中に配置された熱交換器と前記熱交換器を通して第２冷媒を循環させる第２循環系とを含む冷却系と、
前記凝縮器の中で前記第１冷媒が気体状態で存在する部分の圧力または温度に基づいて前記第２冷媒を制御する制御部と、を備え、
前記熱交換器の少なくとも一部は、前記部分に配置されている、
ことを特徴とする冷却装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記部分の圧力または温度を所定値に維持するように前記第２冷媒を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記凝縮器の中に、前記第１冷媒より沸点が低い気体が封入されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記気体は、前記第１冷媒と化学反応を起こさない、
ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記気体は、空気又は不活性気体である、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記循環系は、前記第１冷媒をポンプ、加熱器、絞り弁、前記気化器を介して前記凝縮器に戻すように前記第１冷媒を循環させる、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項7】

前記部分の圧力または温度を検出するセンサを更に備え、
前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記第２冷媒を制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。

【請求項8】

前記第２循環系は、第２ポンプと、第２加熱器と、流量調整弁と、排熱器と、タンクとを更に含み、
前記タンクから前記第２ポンプおよび前記第２加熱器を介して前記熱交換器に前記第２冷媒が送られ、前記熱交換器から前記排熱器を介して前記タンクに前記第２冷媒が戻される、
ことを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記第２冷媒の温度、流量および圧力の少なくとも１つを制御する、
ことを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記第２ポンプおよび前記流量調整弁の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。

【請求項11】

前記第２循環系は、圧縮機と、第２凝縮器と、膨張弁とを更に含み、
前記圧縮機から前記第２凝縮器および前記膨張弁を介して前記熱交換器に前記第２冷媒が送られ、前記熱交換器から前記圧縮機に前記第２冷媒が戻される、
ことを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。

【請求項12】

前記制御部は、前記熱交換器における前記第２冷媒の気化潜熱を制御する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の冷却装置。

【請求項13】

前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記第２冷媒の温度、流量および圧力の少なくとも１つを制御する、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の冷却装置。

【請求項14】

前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記圧縮機および前記膨張弁の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の冷却装置。

【請求項15】

前記第２循環系は、前記圧縮機から第２凝縮器および前記膨張弁を介して前記熱交換器に至る主経路をバイパスするバイパス経路を更に含み、
前記バイパス経路に調整弁が設けられている、
ことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項16】

前記制御部は、前記センサの出力に基づいて前記圧縮機、前記膨張弁および前記調整弁の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の冷却装置。

【請求項17】

前記加熱器は、第２熱交換器を含み、
前記圧縮機と前記第２凝縮器との間の経路から分岐され、前記第２熱交換器を介して前記圧縮機に戻る第３循環経路が構成され、
前記第３循環経路に第２調整弁が設けられている、
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の冷却装置。

【請求項18】

凝縮器の中の第１冷媒をポンプ、加熱器、絞り弁、気化器を介して前記凝縮器に戻すように前記第１冷媒を循環させる循環系と、
前記凝縮器の中に配置された熱交換器と前記熱交換器を通して第２冷媒を循環させる第２循環系とを含む冷却系と、を備え、
前記凝縮器は、前記第１冷媒が液体状態で存在する第１部分と、前記熱交換器の少なくとも一部が配置され前記第１冷媒が気体状態で存在する第２部分とを有し、
前記第２部分の圧力または温度を検出するセンサと、
前記センサの出力に基づいて前記第２冷媒を制御する制御部と、を更に備える、
ことを特徴とする冷却装置。

【請求項19】

発熱部を有する半導体製造装置であって、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の冷却装置を備え、
前記冷却装置は、前記発熱部からの熱によって前記気化器の中の前記第１冷媒を気化させることによって前記発熱部を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20】

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１９に記載の半導体製造装置。

【請求項21】

請求項１９又は２０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、
を含む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、半導体製造装置およ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、電子線描画装置等のパターン形成装置、または、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置等のプラズマ処理装置等のような半導体製造装置は、駆動機構、あるいはプラズマによって加熱される部材等の発熱部を有する。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る。冷却装置は、発熱部から熱を奪い、その熱を装置外に排熱させることによって発熱部を冷却する。

【0003】

特許文献１には、部品から熱を抽出する蒸発器、凝縮器、ポンプ、アキュムレータ、熱交換器および温度センサを備える冷却システムが記載されている。ここで、ポンプから出た流体が蒸発器、凝縮器を介してポンプに戻る回路が構成され、アキュムレータは回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からの熱の伝達およびアキュムレータ内の流体への熱の伝達を行う。この量は、温度センサの出力に基づいて制御される。

【0004】

特許文献１に記載された冷却システムでは、ポンプから出た流体が蒸発器、凝縮器を介してポンプに戻る回路において流体を安定して循環させるためには、ポンプ吸い込み部でキャビテーションを回避する必要がある。このために、凝縮器、又はその下流もしくは上流に冷却系を追加し、ポンプの吸い込み部の流体温度を下げるか圧力を上げなければならない。ポンプの出口では、流体が加圧されるため、流体は気化しにくい状態で発熱部に送られる。発熱部では、流体が発熱部の流体圧力下の沸点まで温度上昇するまでは気化冷却は行われないため、この間で発熱部の温度変動を許すことになり、発熱部周辺の部材が熱膨張により変形しうる。そこで、温度変動を抑えるために、流体の気液２相のアキュムレータを用いて発熱部の下流が所定温度になる様にアキュムレータへの熱量制御で流体の気液バランスを変化させ、系全体の圧力を変えることで沸点が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５３１３３８４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された構成では、発熱部の発熱時は、アキュムレータから熱を回収し凝縮させ循環系の圧力を降下させるが、ポンプ吸い込み部の圧力も下がるので、キャビテーションの発生のリスクがある。逆に発熱部が発熱しない時は、アキュムレータに熱を供給して気化させ循環系を昇圧させる。しかし、循環系の熱収支を合わせるためには凝縮器あるいは冷却系による流体の冷却熱量制御、あるいは加熱手段を別途設けて発熱量を制御する必要が生じ、構成および制御方法が複雑化しうる。

【0007】

更に、凝縮制御系は温度センサによる１つの入力に対し、凝縮器とアキュムレータの２つの出力が制御系に存在するため、操作量と制御量との間に相互干渉が生じ制御が不安定となりうる。これを避けるためには、干渉を打ち消す機能を追加する必要があり、これが更なる複雑化と制御遅れとを生じさせうる。これにより、発熱部の発熱状態の変動に対して素早く追従できなくなり、圧力が変動し、結果として沸点が変動することで温度安定性が悪化しうる。

【0008】

本発明は、単純な構成で安定した制御に有利な冷却装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの側面は、冷却装置に係り、前記冷却装置は、凝縮器の中の第１冷媒をポンプ、加熱器、絞り弁、気化器を介して前記凝縮器に戻すように前記第１冷媒を循環させる循環系と、前記凝縮器の中に配置された熱交換器と前記熱交換器を通して第２冷媒を循環させる第２循環系とを含む冷却系と、前記凝縮器の中で前記第１冷媒が気体状態で存在する部分の圧力または温度に基づいて前記第２冷媒を制御する制御部と、を備え、前記凝縮器は、前記冷媒が液体状態で存在する第１部分と、前記冷媒が気体状態で存在する第２部分とを有し、前記熱交換器の少なくとも一部は、前記第２部分に配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、単純な構成で安定した制御に有利な冷却装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態の冷却装置の構成を示す図。

【図2】第２実施形態の冷却装置の構成を示す図。

【図3】第３実施形態の冷却装置の構成を示す図。

【図4】第４実施形態の冷却装置の構成を示す図。

【図5】理想冷凍サイクルのモリエル線図。

【図6】半導体製造装置の構成例を示す図。

【図7】半導体製造装置の構成例を示す図。

【図8】半導体製造装置の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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。さらに、添付図面においては、同一若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。

【0013】

図１には、第１実施形態の冷却装置の構成が示されている。冷却装置ＣＡによる冷却対象は、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、荷電粒子線描画装置等のパターン形成装置、あるいは、ＣＶＤ装置、エッチング装置、スパッタリング装置等のプラズマ処理装置である。パターン形成装置は、基板および／または原版等の部品を高速で移動させる駆動機構を有し、該駆動機構は物品の駆動に伴って発熱し、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等の部品が加熱され、該部品が発熱部となる。

【0014】

冷却装置ＣＡは、凝縮器２の中の第１冷媒１０をポンプ３、加熱器４、絞り弁６、気化器７を介して凝縮器２に戻すように第１冷媒１０を循環させる第１循環系１と、凝縮器２の中に配置された熱交換器８を含む冷却系ＣＤとを備えうる。凝縮器２は、第１冷媒１０が液体状態で存在する第１部分２０１と、第１冷媒１０が気体状態で存在する第２部分２０２とを有し、熱交換器８の少なくとも一部（好ましくは、熱交換器８の全体）は、第２部分２０２に配置されうる。発熱部等の冷却対象物８０は、気化器７によって冷却されうる。

【0015】

第１循環系１は、第１冷媒１０の相変化を利用して冷却対象物８０を冷却するように構成されうる。第１循環系１は、ポンプ３、加熱器４、絞り弁６および気化器７の他に、例えば、温度センサ５を含んでもよい。図１において温度センサ５は加熱器４と絞り弁６との間に配置されているが、絞り弁６と気化器７の間に配置されてもよい。第１循環系１は、密閉循環系でありうる。凝縮器２の第１部分２０１に貯留された液相（液体状態）の第１冷媒１０は、ポンプ３で加熱器４に送られうる。加熱器４は、その下流側に配置された温度センサ５で検出される第１冷媒１０の温度が所定温度になるように第１冷媒１０を加熱あるいは温調しうる。加熱器４は、例えば、電熱ヒーターまたは熱交換器を含みうるが、これに限定されるものではない。

【0016】

所定温度に加熱あるいは温調された第１冷媒１０は、絞り弁６で所定温度の第１冷媒１０の飽和蒸気圧近傍まで減圧され気化器７に送られうる。気化器７は、冷却対象物８０と熱接触するか、あるいは、冷却対象物８０を内蔵し、冷却対象物８０が発熱すると、気化器７内の第１冷媒１０が沸騰した気化潜熱によって冷却対象物８０を冷却しうる。気化器７を通過した第１冷媒１０は、冷却対象物８０の発熱状態に応じて液相状態または気液混相状態（液体と気体とを含む状態）で凝縮器２に戻されうる。

【0017】

凝縮器２の内部の第２部分２０２に少なくとも一部が配置された熱交換器８は、第１冷媒１０を冷却し、これにより気相状態の第１冷媒１０が凝縮され液相状態の第１冷媒１０となる。熱交換器８を含む冷却系ＣＤは、例えば、熱交換器８を通して第２冷媒１８を循環させる第２循環系１１によって構成されうる。第２循環系１１は、第１循環系１における第１冷媒１０の循環とは独立して、第２冷媒１８を循環させる。冷却装置ＣＡは、凝縮器２の内部（第２部分２０２）の圧力または温度を検出するセンサ９を備えうる。凝縮器２の内部には、所定量の気体５０が封入されうる。気体５０は、第１冷媒１０よりも沸点が低く、第１冷媒１０と化学反応を起こさない気体でありうる。気体５０は、例えば、空気であってもよいし、窒素等の不活性気体であってもよい。

【0018】

第２循環系１１は、凝縮器２の内部（第２部分２０２）の圧力または温度が所定圧力または所定温度になるようにセンサ９の出力に基づいて制御されうる。ここで、気化器７における第１冷媒１０の圧力が所定温度の飽和蒸気圧となるように制御すれば、第１冷媒１０の沸点が制御されることになる。熱伝達流体冷却の場合には、回収熱量に応じて、流体の熱容量で回収熱量を除した値の分だけ冷媒の温度が上昇するが、沸騰冷却の場合には、気化潜熱で熱を回収するため、沸点の一定温度で熱を回収できる。

【0019】

第１循環系１が密閉系であると、第１冷媒１０が沸騰（気化）すると、気化器７および凝縮器２の内部の圧力が上昇する。これは、第１冷媒１０の飽和蒸気圧が上昇することを意味し、以下のＣｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎの式で示されるｄＴ分の沸点の変化をもたらす。

【0020】

ｄＴ＝ＴΔＶ・ｄＰ／Ｌ
ここで、ｄＴは温度変化、Ｔは状態温度、ΔＶは蒸発に伴う体積変化、ｄＰは圧力変化、Ｌは潜熱を示す。

【0021】

凝縮器２への気体５０の封入は、気化器７の内部の第１冷媒１０を所定温度かつ所定飽和蒸気圧に維持するためになされる。凝縮器２への気体５０の封入量は、気化器７の第１冷媒１０の飽和蒸気圧と凝縮器２の第１冷媒１０の飽和蒸気圧との差圧が気体５０の分圧と等しくなる量である。気化器７と凝縮器２との間に高低差がある場合は、第１冷媒１０の密度をρ、重力加速度をｇ、凝縮器２を基準とする気化器７の高さをｈとすると、高さ水頭ρｇｈ分だけ減圧される（ｈが負の場合は増圧）。

【0022】

第２循環系１１における制御について説明する。第２循環系１１で使用される第２冷媒１８は、例えば水等の流体でありうる。第２循環系１１は、第２ポンプ１２、第２加熱器１３、第２温度センサ１４、流量調整弁１５、熱交換器８、排熱器１６およびタンク１７を含みうる。タンク１７の中の第２冷媒１８は、第２ポンプ１２で第２加熱器１３へ送られうる。第２加熱器１３は、第２加熱器１３の下流に配置された第２温度センサ１４で検出される第２冷媒１８の温度が所定温度になるように第２冷媒１８を加熱あるいは温調しうる。所定温度に加熱あるいは温調された第２冷媒１８は、流量調整弁１５で所定の流量に調整されて熱交換器８に送られ第１冷媒１０と熱交換する。第２冷媒１８との熱交換によって、第１冷媒１０は冷却され凝縮される。第１冷媒１０の凝縮潜熱で加熱された第２冷媒１８の熱は、排熱器１６で系外へ排熱出され、タンク１７に戻されうる。

【0023】

冷却装置ＣＡは、制御部９０を備えうる。制御部９０は、第１循環系１の凝縮器２の内部(第２部分２０２)の圧力または温度が一定になるように制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を発生し、制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３により第２冷媒１８を制御しうる。制御部９０による第２冷媒１８の制御は、熱交換器８に供給される第２冷媒１８の温度、流量および圧力の少なくとも１つの制御を含みうる。制御部９０による第２冷媒１８の制御は、熱交換器８における第１冷媒１０の凝縮量の制御として理解されてもよい。制御部９０による第２冷媒１８の制御は、例えば、センサ９の出力に応じた制御信号Ｃ１を第２加熱器１３に与え、第２加熱器１３よる第２冷媒１８の加熱量を制御することを含みうる。制御部９０による第２冷媒１８の制御は、センサ９の出力に応じた制御信号Ｃ２を第２ポンプ１２に与え、第２ポンプ１２の出力を制御することによって第２冷媒１８の流量および／または圧力を制御することを含みうる。制御部９０による第２冷媒１８の制御は、センサ９の出力に応じた制御信号Ｃ３を流量調整弁１５に与え、流量調整弁１５の開度を制御することによって第２冷媒１８の流量および／または圧力を制御することを含みうる。即ち、制御部９０は、センサ９の出力に基づいて第２ポンプ１２および流量調整弁１５の少なくとも一方を制御しうる。

【0024】

第１実施形態によれば、第１循環系１の凝縮器２の内部の圧力または温度を単一の入力とし、凝縮器２を単一の出力とする単純な制御系が実現され、安定した制御が提供される。また、第１実施形態では、冷却対象物８０の発熱状態に追従しながら凝縮器２の内部の圧力または温度が所定値になるように第２循環系１１による第１冷媒１０の冷却が制御される。これより、気化器７における第１冷媒１０の沸点が固定され一定の温度で冷却対象物８０から熱を回収することができる。また、第１実施形態によれば、圧力制御と排熱制御が同時に凝縮器２で行われるので、制御遅れが低減し温度制御の安定性が向上する。

【0025】

図２には、第２実施形態の冷却装置ＣＡの構成が示されている。第２実施形態の冷却装置ＣＡは、冷却系ＣＤの構成が第１実施形態の冷却系ＣＤと異なる。第２実施形態で言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態における冷却系ＣＤは、第２循環系２１で構成されうる。第２循環系２１は、第１循環系１における第１冷媒１０の循環とは独立して、第２冷媒１８を循環させる。第２循環系２１は、例えば、圧縮機２２、第２凝縮器２３、膨張弁２４、熱交換器（気化器）８を含む密閉循環系でありうる。

【0026】

気相状態の第２冷媒２０は、圧縮機２２で圧縮され第２凝縮器２３に送られ、第２凝縮器２３で排熱され凝縮し液相状態になる。液相の第２冷媒２０は、膨張弁２４で飽和蒸気圧近傍まで減圧され熱交換器８に送られる。熱交換器８は、気化器として構成される。熱交換器８は、第１冷媒１０と熱交換し、第２冷媒２０が蒸発した気化潜熱で第１冷媒１０を凝縮させる。熱交換器８において気相状態となった第２冷媒２０は、圧縮機２２に戻される。

【0027】

ここで、気化器７における第１冷媒１０の蒸発量と凝縮器２における第１冷媒１０の凝縮量を釣り合わせれば、第１冷媒１０の圧力が維持され沸点が一定になる。したがって、制御部９０は、第１循環系１のセンサ９の出力に基づいて、凝縮器２の内部（第２部分２０２）の圧力または温度が所定値になるように第２循環系２１よる第１冷媒１０の冷却を制御する。そのために、制御部９０は、第１循環系１のセンサ９の出力に基づいて、第１循環系１の凝縮器２の内部(第２部分２０２)の圧力または温度が一定になるように制御信号Ｃ１、Ｃ２を発生し、制御信号Ｃ１、Ｃ２により第２冷媒２０を制御しうる。制御部９０による第２冷媒２０の制御は、熱交換器８に供給される第２冷媒２０の温度、流量および圧力の少なくとも１つの制御を含みうる。制御部９０による第２冷媒２０の制御は、熱交換器８における第２冷媒２０の気化潜熱の制御として理解されてもよい。

【0028】

制御部９０による第２冷媒２０の制御は、センサ９の出力に応じた制御信号Ｃ１を膨張弁２４に与え、膨張弁２４の開度を制御することを含みうる。これに代えて、又は、これに加えて、制御部９０による第２冷媒２０の制御は、センサ９の出力に応じた制御信号Ｃ２を圧縮機２２に与え、圧縮機２２による第２冷媒２０の圧縮を制御することを含みうる。即ち、制御部９０は、センサ９の出力に基づいて圧縮機２２および膨張弁２４の少なくとも一方を制御しうる。

【0029】

第２実施形態では、第１冷媒１０の凝縮器２の内部で第１冷媒１０の凝縮と第２冷媒２０の気化とが同時に行われる。これにより、第２循環系２１では、少ない流量で大きな熱量を移動させることができる。また、第２実施形態によれば、伝熱効率が良い沸騰および凝縮熱伝達で熱を移動させるので、制御遅れが改善される。

【0030】

図３には、第３実施形態の冷却装置ＣＡの構成が示されている。第３実施形態の冷却装置ＣＡは、第２実施形態の冷却装置ＣＡを改良したものであり、冷却系ＣＤの構成が第２実施形態の冷却系ＣＤと異なる。第３実施形態で言及しない事項は、第２実施形態に従いうる。

【0031】

第３実施形態では、第２循環系２１に対して、ホットバイパス経路（バイパス経路）２７が追加されている。ホットバイパス経路２７は、圧縮機２２から第２凝縮器２３および膨張弁２４を介して熱交換器８に至る主経路をバイパスするように設けられている。ホットバイパス経路２７は、圧縮機２２と第２凝縮器２３との間の流路から分岐し、膨張弁２４と熱交換器８との間の流路に合流する。ホットバイパス経路２７には、調整弁２８が設けられうる。

【0032】

ホットガスバイパス経路２７を通過する第２冷媒２０は、第２凝縮器２３を通らないので凝縮（液化）されず、そのため気化潜熱による冷却能力を持たない。制御部９０は、第１循環系１のセンサ９の出力に基づいて、熱交換器８の内部の第１冷媒１０の圧力または温度を所定値に制御するように、膨張弁２４、圧縮機２２、調整弁２８をそれぞれ制御する制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を発生しうる。ここで、制御部９０は、制御信号Ｃ１、Ｃ３により冷却能力を有する液相の第２冷媒２０と冷却能力を有しない高温気相の第２冷媒２０との混合量を制御しうる。

【0033】

第３実施形態によれば、第２冷媒２０による冷却能力を液相の第２冷媒２０と気相の第２冷媒２０との混合比で調整することで、第２循環系２１の冷却能力レンジを拡大することができる。したがって、第３実施形態の冷却装置ＣＡは、例えば半導体製造装置のような大きな排熱量を有する装置における大きな熱変動にも追従することができ、高い温度安定性を提供することができる。

【0034】

図４には、第４実施形態の冷却装置ＣＡの構成が示されている。第４実施形態の冷却装置ＣＡは、第３実施形態の冷却装置ＣＡを改良したものであり、冷却系ＣＤの構成が第３実施形態の冷却系ＣＤと異なる。第４実施形態で言及しない事項は、第３実施形態に従いうる。

【0035】

第４実施形態では、加熱器４が熱交換器（第２熱交換器）で構成され、冷却装置ＣＡは、圧縮機２２と第２凝縮器２３との間の流路から分岐され、加熱器４（第２熱交換器）を介して圧縮機２２に戻る第３循環経路３１が構成されている。第３循環経路３１に第２調整弁３０が設けられうる。

【0036】

制御部９０は、第１循環系１のセンサ９の出力に基づいて、熱交換器８の内部の第１冷媒１０の圧力または温度を所定値に制御するように、膨張弁２４、圧縮機Ｃ２、調整弁２８をそれぞれ制御する制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を発生しうる。また、制御部９０は、温度センサ５の出力に基づいて、温度センサ５で検出される第１冷媒１０の温度が所定温度になるように第２調整弁３０を制御する制御信号Ｃ４を発生しうる。

【0037】

図５には、理想冷凍サイクルのモリエル線図が示されている。図５において、横軸はエンタルピーＨ、縦軸は圧力Ｐを示す。飽和蒸気線３２より右側は気相であり、飽和液線３３より左側は液相であり、飽和蒸気線３２と飽和液線３３で囲まれた部分は、気液２相の湿り状態である。第２冷媒２０は、圧縮機２２で等エントロピー線３４に沿って圧縮され、第２凝縮器２３で等高圧線３５に沿って冷却され凝縮され、膨張弁２４で等エンタルピー３６線に沿って減圧され、熱交換器８で等低圧線３７に沿って気化膨張するサイクルを行う。

【0038】

冷凍サイクルにおける冷媒の最大加熱量は、等高圧線３５両端点のエンタルピー差であり、これが加熱器４（熱交換器）での第２冷媒２０による単位質量当たりの加熱量である。また、等エントロピー線３４の両端点のエンタルピー差が圧縮機２２の動力であり、通常は、最大加熱量の１/４～１/５ぐらいになる。したがって、第１冷媒１０の加熱にかかる電力は、加熱器４が電熱ヒーターで構成される場合と比較して、第４実施形態では、例えば、約１/４に低減することができる。よって、第４実施形態によれば、第１冷媒１０の加熱に必要なエネルギーを低減できるため、エネルギー消費を低減できる。

【0039】

以下、図６、図７および図８を参照しながら上記の冷却装置ＣＡが適用された半導体製造装置について例示的に説明する。図６には、半導体製造装置、より詳しくはパターン形成装置の一例としての露光装置１００の構成が模式的に示されている。露光装置１００は、原版１０１のパターンを、感光材層を有する基板１０２の該感光材層に対して投影光学系１４０によって転写するように構成されうる。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、基板位置決め機構ＳＰＭとを備えうる。また、露光装置１００は、原版１０１を位置決めする原版位置決め機構（不図示）を備えうる。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有する基板ステージ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とを含みうる。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とを含むアクチュエータを有しうる。固定子１２４は、冷却対象物８０としてのコイル列を含みうる。冷却装置ＣＡは、冷却対象物８０としてのコイル列を冷却するように構成されうる。

【0040】

図７には、半導体製造装置、より詳しく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の構成が模式的に示されている。インプリント装置２００は、基板１０２の上のインプリント材に原版１０１のパターンを転写するように構成されうる。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を駆動する基板駆動機構ＳＰＭと、基板１０２の上に配置されたインプリント材を硬化させる硬化部１７０とを備えうる。

【0041】

原版駆動機構１６０および基板駆動機構ＳＰＭの少なくとも一方によって基板１０２のショット領域と原版１０１のパターン領域とのアライメントを行うことができる。原版駆動機構１６０および基板駆動機構ＳＰＭの少なくとも一方によって、基板１０２の上に配置されたインプリント材と原版１０１のパターン領域との接触、および、インプリント材とパターン領域との分離を行うことができる。基板１０２の上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が硬化される。その後、硬化したインプリント材と原版１０１のパターン領域とが分離される。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。つまり、基板１０２の上のインプリント材には、原版１０１のパターン領域が転写される。

【0042】

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有する基板ステージ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とを含みうる。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とを含むアクチュエータを有しうる。固定子１２４は、冷却対象物８０としてのコイル列を含みうる。冷却装置ＣＡは、冷却対象物８０としてのコイル列を冷却するように構成されうる。

【0043】

図８には、半導体製造装置の一例としてのプラズマ処理装置３００の構成が模式的に示されている。プラズマ処理装置３００は、例えば、ＣＶＤ装置、エッチング装置またはスパッタリング装置でありうる。プラズマ処理装置３００は、チャンバ３３０と、チャンバ３３０の中に配置された１または複数の冷却対象物８０ａ、８０ｂとしての電極構造を備えうる。図８の例では、基板３０２は、冷却対象物８０ａによって支持されうる。チャンバ３３０の中には、プラズマを発生させるためのガスが供給されうる。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の中には、成膜用のガスが供給されうる。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の中には、エッチング用のガスが供給されうる。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の中には、プラズマを発生させるためのガスが供給され、また、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うる。冷却装置ＣＡは、冷却対象物８０ａ、８０ｂを冷却するように構成されうる。

【0044】

本発明の１つの側面としての半導体製造方法は、上記の露光装置１００、インプリント装置２００およ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、該工程によって処理された基板を加工する工程と、を含みうる。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、または、基板またはその上に形成された膜をエッチングする工程でありうる。基板を加工する工程は、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、または、基板またはその上に形成された膜をエッチングする工程でありうる。あるいは、基板を加工する工程は、基板を分割（ダイシング）する工程、または、基板を封止する工程でありうる。

【0045】

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】

【0046】

ＣＡ：冷却装置、１：第１循環系（循環系）、２：凝縮器、２０１：第１部分、２０２：第２部分、３：ポンプ、４：加熱器、５：温度センサ、６：絞り弁、７：気化器、８：熱交換器、９：センサ、１０：冷媒（第１冷媒）、１１：第２循環系、１２：第２ポンプ、１３：第２加熱器、１４：第２温度センサ、１５：流量調整弁、１６：排熱器、１７：タンク、１８：第２冷媒、２０：第２冷媒、２２：圧縮機、２３：第２凝縮器、２４：膨張弁、２７：ホットガスバイパス経路、２８：調整弁、３０：第２調整弁、３１：第３循環経路、８０：冷却対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】