冷却设备、半导体制造装置和半导体制造方法与流程

本发明涉及冷却设备、半导体制造装置和半导体制造方法。

背景技术：

诸如例如曝光装置、压印装置或电子束光刻装置的图案形成装置或例如cvd装置、刻蚀装置或溅射装置的等离子体处理装置之类的半导体制造装置可以包括驱动机构或诸如通过等离子体加热的构件之类的发热部。为了冷却发热部，半导体制造装置可以包括冷却设备。冷却设备通过从发热部带走热并且移动热来冷却发热部。

日本专利no.5313384公开了包括从组件提取热的蒸发器、冷凝器、泵、累积器、热交换器和温度传感器的冷却系统。电路被构成为使来自泵的流体经由蒸发器和冷凝器返回到泵。累积器将流体传送到电路。热交换器传递来自累积器中的流体的热，并且将热传递到累积器中的流体。基于来自温度传感器的输出控制热量。

在日本专利no.5313384中公开的冷却系统中，电路被构成为使来自泵的流体经由蒸发器和冷凝器返回到泵。为了稳定地循环流体，有必要避免在泵抽吸部处的气蚀(cavitation)。因此，冷却器被添加到冷凝器或者其下游或上游侧以减小在泵抽吸部处的流体温度或者增大压力。由于流体在泵的出口处被加压，因此流体在它趋向于不汽化的状态下被送到发热部。在发热部处，直到流体的温度在发热部的流体压力下上升到沸点，才进行蒸发冷却。直到蒸发冷却，发热部的温度波动被允许，并且发热部周围的构件可能由于热膨胀而变形。为了抑制温度波动，通过对累积器的热量控制来改变流体的汽液平衡并且使用汽液两相流体累积器改变整个系统的压力以使得发热部的下游侧实现预定温度来控制沸腾点。在发热时，热从累积器被回收以使流体冷凝并且减小循环系统的压力。然而，泵抽吸部的压力也下降，并且气蚀的风险升高。如果不生成热，那么热被供应到累积器以使流体汽化并且增大循环系统的压力和沸点。然而，为了使循环系统的热平衡，有必要通过冷凝器或冷却器来执行流体的冷却热量控制、或者单独地提供加热部件并且执行发热量控制。这可能使布置和控制方法复杂化。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供了具有简单布置的冷却设备。

本发明的一个方面涉及一种冷却设备，该冷却设备包括：槽；第一路径，该第一路径被配置成通过泵循环液相制冷剂以便从槽提取液相制冷剂、冷却液相制冷剂，并且将液相制冷剂返回到槽；以及从第一路径分支的第二路径，该第二路径包括：加热器，该加热器被配置成加热从第一路径供应的液相制冷剂；节流阀，该节流阀被配置成减小由加热器加热的制冷剂的压力；以及汽化器，该汽化器被配置成通过来自冷却目标的热使通过节流阀的制冷剂的至少一部分汽化，并且通过节流阀的制冷剂被返回到槽。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的冷却设备的布置的视图；

图2是示出根据本发明的第二实施例的冷却设备的布置的视图；

图3是例示根据本发明的第二实施例的冷却设备中的制冷剂的热循环的曲线图；

图4是示出根据本发明的第三实施例的冷却设备的布置的视图；

图5是示出根据本发明的第四实施例的冷却设备的布置的视图；

图6是示出根据本发明的第五实施例的冷却设备的布置的视图；

图7是示出根据本发明的实施例的半导体制造装置的布置的视图；

图8是示出根据本发明的实施例的半导体制造装置的布置的视图；以及

图9是示出根据本发明的实施例的半导体制造装置的布置的视图。

具体实施方式

现在将参考附图通过本发明的示例性实施例来描述本发明。

图1示出了根据本发明的第一实施例的冷却设备1的布置。冷却设备1的冷却目标不限于特别的目标，并且例如可以是半导体制造装置，尤其是半导体制造装置的发热部。半导体制造装置可以是诸如曝光装置、压印装置或电子束光刻装置之类的图案形成装置，或诸如cvd装置、刻蚀装置或溅射装置之类的等离子体处理装置。图案形成装置包括快速地移动诸如基板和/或原件之类的组件的驱动机构。驱动机构随着物品的驱动而生成热，并且可以变为发热部。在等离子体处理装置中，诸如电极之类的组件被等离子体加热，并且该组件可以变为发热部。

冷却设备1可以被配置成冷却诸如发热部之类的冷却目标80。冷却设备1可以包括槽10、第一路径20和第二路径30，液相制冷剂12由泵22循环通过第一路径20以使得液相制冷剂12被从槽10提取、被热交换器26冷却、并且被返回到槽10，第二路径30从第一路径20分支。

第二路径30从第一路径20的分支点p1可以布置在泵22和热交换器26之间。第一路径20可以包括布置在热交换器26和槽10之间的第一节流阀24。第一节流阀24可以减小液相制冷剂12的压力。第一节流阀24可以布置在热交换器26与从第一路径20分支的第二路径30的分支点p1之间。

制冷剂12可以以液相循环通过第一路径20。因此，不需要如液相和汽相共存的系统中那样考虑由于气蚀对泵的损害。根据第一实施例，用于使汽相制冷剂12变为液相制冷剂的冷凝器不需要设置在第一路径20上，并且可以实现具有简单布置的冷却设备1。在第一路径20的设计中，可以决定泵22等的规格以防止液相制冷剂12的传递中的气蚀的生成。例如，在气蚀最容易发生的泵22的抽吸部处，泵22的选择以及循环路径的流速和压力损失被决定以使得制冷剂12的压力变得比制冷剂12在抽吸部的温度处的饱和蒸汽压与泵22特有的npsh(净正抽吸头(netpositivesuctionhead))之和高。

第二路径30例如可以包括加热器32、节流阀(第二节流阀)34和汽化器36，并且可以被配置成使通过汽化器36的制冷剂返回到槽10。加热器32将从第一路径20供应的液相制冷剂12加热到预定温度。节流阀32将通过加热器32加热到预定温度的制冷剂12的压力减小到几乎预定温度处的饱和蒸汽压，以使得制冷剂12容易沸腾。汽化器36通过来自冷却目标80的热使通过节流阀34的制冷剂12的至少一部分沸腾并且汽化。通过汽化器36的处于汽液两相混合状态的制冷剂12可以被返回到槽10、通过混合通过第一路径20冷却的液相制冷剂12被冷却，并且从汽相变为液相(即，可以被冷凝)。冷却设备1还可以包括检测通过节流阀34的制冷剂12的温度的温度检测器42和基于来自温度检测器42的输出控制加热器32的温度控制器44。被设定为目标温度的制冷剂12可以被供应到汽化器36。

根据第一实施例，冷却设备1限制两个部分，即，汽化器36和槽10处的制冷剂12的相变，并且通过混合不同的温度的制冷剂12来使液相制冷剂12冷凝。仅热交换器26就足以作为用于将通过冷却设备1回收的热排出到系统外部的部件。可以实现具有简单布置的冷却设备1。

图2示出根据第二实施例的冷却设备1的布置。根据第二实施例的冷却设备1是根据第一实施例的冷却设备1的改进，并且第一实施例可以应用于在第二实施例中将没有被提及的内容。根据第二实施例的冷却设备1另外可以包括检测器52和控制器54，检测器52检测槽10中的汽化的制冷剂12的量，控制器54基于来自检测器52的输出控制热交换器26(中的热交换)。槽10中的汽化的制冷剂12的量取决于槽10的内部压力。检测器52可以通过检测槽10的内部压力来检测槽10中的汽化的制冷剂12的量。槽10中的汽化的制冷剂12的量(换句话说，槽10的内部压力)还取决于槽10中的液相制冷剂12的温度。控制器54基于来自检测器52的输出控制热交换器26(中的热交换)。结果，循环通过第一路径20的液相制冷剂12的温度可以被控制，并且汽化的制冷剂12的冷凝量可以被进一步控制。

为了控制制冷剂12的冷凝量，汽相制冷剂12需要总是存在于槽10中。为了实现这一点，在槽10的温度处不冷凝的气体72可以被密封在槽10中。气体72是不与制冷剂12反应的气体。

图3是冷却设备1中的制冷剂12的相图。图3例示了饱和蒸汽压线和热循环。制冷剂12在饱和蒸汽压线上方处于液相并且在饱和蒸汽压线下方处于汽相。在第一路径20上，液相制冷剂12被泵22从槽10抽吸、被加压到状态s2、被热交换器26冷却到状态s5、被节流阀24减压到状态s6并且被返回到槽10。

在第二路径30上，处于状态s2的制冷剂12被加热器32加热到状态s3、被节流阀34减压到状态s4并且通过汽化器36被返回到槽10。预定量的气体72被密封在槽10中，以便施加局部压力(“气体局部压力”)，该局部压力等同于返回到槽10的制冷剂12的蒸汽压和槽10中的(温度控制的)液相制冷剂12的蒸汽压之间的差。通过第二路径30返回到槽10的制冷剂12可以作为与状态s1下的温度处的饱和蒸汽压相对应的气体存在。如果没有气体72的局部压力，那么制冷剂12呈现在饱和蒸汽压线上方的状态，即，状态s1下的液相状态。将气体72的局部压力设定为等于或高于泵22的npsh等同于防止气蚀的生成。气体72的局部压力可以等于或高于泵22的npsh。

如果冷却目标80生成热，那么制冷剂12被第二路径30上的汽化器36汽化、吸收热作为潜热并且返回到槽10，从而增大槽10的内部压力。检测器52检测到增大，并且控制器54控制第一路径20上的制冷剂12的温度减小以使得槽10的压力总是变为预定压力，即，制冷剂12在状态s4下的温度处的饱和蒸汽压。相反，如果冷却目标80的发热停止，那么制冷剂12不被第二路径30上的汽化器36汽化，并且槽10的内部压力下降。检测器52检测到增大，并且控制器54控制第一路径20上的制冷剂12的温度增大以使得槽10的压力总是变为预定压力，即，制冷剂12在状态s4下的温度处的饱和蒸汽压。

根据冷却目标80的发热状态，热可以通过制冷剂12在状态s4下的预定温度处的汽化的潜热被从冷却目标80回收，并且可以通过热交换器26被排出到系统外部。汽化器26与槽10之间的第二路径上的制冷剂12通过其变为汽液两相流动的管的直径优选地被增大以使压力损失最小化并且减小汽化器26与槽10之间的压差。这可以抑制由冷却目标80的发热量的变化引起的温度波动。

图4示出了根据第三实施例的冷却设备1的布置。根据第三实施例的冷却设备1是根据第二实施例的冷却设备1的改进，并且第一实施例和第二实施例可以应用于在第三实施例中将没有被提及的内容。在根据第三实施例的冷却设备1中，槽10包括构件14，该构件14具有比槽10中的水平截面积大的截面积。构件14可以被布置为接触槽10中的液相制冷剂12和从第二路径30返回的制冷剂12。构件14例如可以是具有不均匀的表面的构件、网格构件、具有多个孔的构件或多孔构件。从第一路径20返回到槽10的液相制冷剂12可以被返回到槽10以便从构件14落下。可替代地，从第一路径20返回到槽10的液相制冷剂12可以从槽10的上方作为淋浴或薄雾落下或喷射。

因此，被第一路径20上的热交换器26冷却的低温液相制冷剂12与从第二路径30返回的高温制冷剂12之间的接触面积增大。使从第二路径30返回的高温制冷剂12冷凝的效率可以被改善。

图5示出了根据第四实施例的冷却设备1的布置。根据第四实施例的冷却设备1是根据第一实施例至第三实施例中的每个的冷却设备1的改进，并且第一实施例至第三实施例可以应用于在第四实施例中将没有被提及的内容。

根据第四实施例的冷却设备1还可以包括热泵92，该热泵92将从设置在第一路径20上的热交换器26排出的热量移动到设置在第二路径30上的加热器32。加热器32可以被配置成通过使用从热泵92提供的热来对供应到从第一路径20分支的第二路径30的液相制冷剂12进行加热。可以例如基于来自温度检测器42的输出来控制热泵92。可替代地，可以基于来自温度检测器42的输出和来自检测器52的输出来控制热泵92。

根据第四实施例，可以通过使用由第一路径20上的热交换器26排出的热量通过第二路径30上的加热器32加热制冷剂12来减小能量消耗。

图6示出了根据第五实施例的冷却设备1的布置。根据第五实施例的冷却设备1是根据第一实施例至第四实施例中的每个的冷却设备1的改进，并且第一实施例至第四实施例可以应用于在第五实施例中将没有被提及的内容。根据第五实施例的冷却设备1还包括第二热交换器96，该第二热交换器96执行被加热器32加热的制冷剂12与第二冷却目标82之间的热交换。通过第二热交换器96的制冷剂12可以被返回到槽10。节流阀98可以被布置在第二热交换器96和槽10之间的路径上。优选的是不将节流阀布置在加热器32与第二冷却目标82之间。这是因为通过将高压制冷剂12供应到第二冷却目标82，热可以在制冷剂12没有相变的情况下被从第二冷却目标82回收。因此，在制冷剂12的相变时生成的微振难以被传递到第二冷却目标82。

根据第五实施例的冷却设备1例如对于冷却发热量相对大并且振动留量相对高的冷却目标(第一冷却目标)80和发热量相对小并且振动留量相对低的第二冷却目标82是有用的。具有第一冷却目标80和第二冷却目标82的装置例如是包括粗略驱动机构和精细驱动机构的定位装置(台装置)。粗略驱动机构粗略地驱动精细驱动机构，并且精细驱动机构精细地驱动定位目标(例如，基板或基板台)。粗略驱动机构的致动器可以是第一冷却目标80。精细驱动机构的致动器可以是第二冷却目标82。

将参考图7、图8和图9来示例性地说明应用冷却设备1的半导体制造装置。图7示意性地示出了作为半导体制造装置-更具体地图案形成装置的示例的曝光装置100的布置。曝光装置100可以被配置成通过投影光学系统140将原件101的图案转印到具有感光层的基板102的感光层。曝光装置100可以包括照亮原件101的照明光学系统150、投影光学系统140和基板定位机构spm。曝光装置100还可以包括定位原件101的原件定位机构(未示出)。基板定位机构spm可以包括具有保持基板102的基板卡盘的基板台110、驱动基板台110的驱动机构120和支撑驱动机构120的基底构件130。驱动机构120可以包括致动器，该致动器包括与基板台110一起移动的移动器122和被固定到基底构件130的定子124。定子124可以包括作为冷却目标80的线圈线。冷却设备1可以被配置成冷却用作冷却目标80的线圈线。

图8示意性地示出了作为半导体制造装置-更具体地图案形成装置的示例的压印装置200的布置。压印装置200可以被配置成将原件101的图案转印到基板102上的压印材料。压印装置200可以包括驱动原件101的原件驱动机构160、驱动基板102的基板定位机构spm和使基板102上的压印材料固化的固化单元170。

原件驱动机构160和基板定位机构spm中的至少一个可以对准基板102的压射区域与原件101的图案区域。原件驱动机构160和基板定位机构spm中的至少一个可以使基板102上的压印材料和原件101的图案区域彼此接触，并且分离压印材料和图案区域。在基板102上的压印材料和原件101的图案区域彼此接触时，固化单元170使压印材料固化。此后，固化的压印材料和原件101的图案区域被分离。结果，由固化的压印材料制成的图案形成在基板102上。即，原件101的图案区域被转印到基板102上的压印材料。

基板定位机构spm可以包括具有保持基板102的基板卡盘的基板台110、驱动基板台110的驱动机构120和支撑驱动机构120的基底构件130。驱动机构120可以包括制动器，该致动器包括与基板台110一起移动的移动器122和被固定到基底构件130的定子124。定子124可以包括作为冷却目标80的线圈线。冷却设备1可以被配置成冷却用作冷却目标80的线圈线。

图9示意性地示出了作为半导体制造装置的示例的等离子体处理装置300的布置。等离子体处理装置300例如可以是cvd装置、刻蚀装置或溅射装置。等离子体处理装置300可以包括腔330以及用作布置在腔330中的一个或多个冷却目标80a和80b的电极结构。在图9的示例中，基板302可以由冷却目标80a支撑。用于生成等离子体的气体可以被供应到腔330中。当等离子体处理装置300被构成为cvd装置时，沉积气体可以被供应到腔330中。当等离子体处理装置300被构成为刻蚀装置时，刻蚀气体可以被供应到腔330中。当等离子体处理装置300被构成为溅射装置时，用于生成等离子体的气体可以被供应到腔330中。目标可以被附接到用作冷却目标80b的电极结构。冷却设备1可以被配置成对冷却目标80a和80b进行冷却。

作为本发明的一个方面的半导体制造方法可以包括通过由上述的曝光装置100、压印装置200和等离子体处理装置300代表的半导体制造装置对基板进行处理的步骤以及对在该步骤中处理的基板进行处置的步骤。由半导体制造装置处理基板的步骤例如可以是在基板上形成图案的步骤、在基板上形成膜的步骤，或者刻蚀基板或其上形成的膜的步骤。处置基板的步骤例如可以是在基板上形成图案的步骤、在基板上形成膜的步骤，或者刻蚀基板或其上形成的膜的步骤。可替代地，处置基板的步骤可以是分割(切割)基板的步骤或密封基板的步骤。

本发明不限于上述实施例，并且在本发明的精神和范围内，可以进行各种改变和修改。因此，为了告知公众本发明的范围，提出所附权利要求。

本申请要求2017年12月26日提交的日本专利申请no.2017-250107的优先权，该日本专利申请通过引用整体地并入本文。