JP2005085802A - Susceptor-cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハの製造工程（プラズマによるドライエッチング、ビア開孔、クリーニング、ＣＶＤによるビア内面被覆等）、更に、液晶（ＬＣＤ）、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ）、太陽電池などの製造工程における発生熱除去技術に関し、特に、サセプタ上に載置したウェーハ等の被処理体を均一に冷却することができるサセプタ冷却システムに関する。 The present invention is a semiconductor wafer manufacturing process (plasma dry etching, via opening, cleaning, via inner surface coating by CVD, etc.), and further in a manufacturing process of liquid crystal (LCD), Electro-Luminescence (EL), solar cell, etc. More particularly, the present invention relates to a susceptor cooling system that can uniformly cool a target object such as a wafer placed on a susceptor.
半導体ウェーハのエッチング処理（ドライエッチング処理、化学気相成長による皮膜形成、或いは、ウェーハ表面のプラズマクリーニング等）を行う装置において、被処理体であるウェーハを支持するサセプタは、本来の機能として、静電チャック機能と、下部電極としての機能を有している。 In an apparatus for performing an etching process on a semiconductor wafer (dry etching process, film formation by chemical vapor deposition, plasma cleaning of the wafer surface, etc.), the susceptor that supports the wafer that is the object to be processed has a static function as an original function. It has an electric chuck function and a function as a lower electrode.
更に、サセプタは、上記のような機能のほか、冷却機能をも有していることが必要となる。エッチング処理が行われる場合、サセプタの上方に設置されたプラズマ発生源と、サセプタ上面に配置された下部電極との間にプラズマが発生し、サセプタ上に保持されたウェーハ表面にイオン等が激突することによって、ウェーハ表面は加熱されることになるが、製品の歩留まりを向上させるためには、これを適宜冷却しなければならないからである。 Further, the susceptor is required to have a cooling function in addition to the above function. When etching is performed, plasma is generated between a plasma generation source disposed above the susceptor and a lower electrode disposed on the susceptor upper surface, and ions and the like collide with the wafer surface held on the susceptor. This is because the wafer surface is heated, but in order to improve the yield of the product, this must be cooled appropriately.
尚、サセプタにおいて要求される冷却機能は、一般的には、サセプタ内部に形成された冷媒流路と、この流路内へ冷媒を供給し、循環させるための冷媒供給装置（チラー等）とからなる冷却システムによって実現されている。 The cooling function required for the susceptor generally includes a refrigerant flow path formed inside the susceptor and a refrigerant supply device (such as a chiller) for supplying and circulating the refrigerant into the flow path. Is realized by a cooling system.
ところで、従来の冷却システムにおける冷媒流路は、冷媒が流下する際、細い管路内において「蛇行」や「折り返し」が繰り返されるような複雑な構造となっていることが多い。例えば、特開平７−２４５２９７号公報においては、冷媒流路（冷却液管４）が渦巻き状、リング状、波状、或いは、放射状に形成され、冷媒（冷却液）が、中心から周縁部に向かって流れるような構造の冷媒流路を有するウェーハ冷却装置が開示されている。 By the way, the refrigerant flow path in the conventional cooling system often has a complicated structure in which “meandering” and “folding” are repeated in the narrow pipe line when the refrigerant flows down. For example, in JP-A-7-245297, the refrigerant flow path (cooling liquid pipe 4) is formed in a spiral shape, a ring shape, a wave shape, or a radial shape, and the refrigerant (cooling liquid) moves from the center toward the peripheral portion. A wafer cooling apparatus having a refrigerant flow path having a structure that flows in a flowing manner is disclosed.
また、特開２００２−３４３８５４号公報においては、冷媒が、まず中心側の冷媒供給口１３から外周部１５に向かって直線的に流れ、その後、サセプタをほぼ一周する毎に、外周側から次第に中心側へと流れていくように構成された冷媒流路を有する装置が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-343854, the refrigerant first flows linearly from the refrigerant supply port 13 on the central side toward the outer peripheral portion 15, and then gradually goes from the outer peripheral side to the center every time it makes a round of the susceptor. An apparatus having a refrigerant flow path configured to flow to the side is disclosed.
このように、従来のサセプタにおいて冷媒流路が複雑な構造となっているのは、サセプタ上面における温度差を解消して、ウェーハの均一な冷却を図るためである。この点についてより詳細に説明すると、ウェーハのエッチング工程においては、エッチングの線幅はウェーハの表面温度に大きく依存しており、ウェーハの表面温度が異なれば、線幅が変わってしまう。つまり、ウェーハの表面において温度差が生じていると、同じ基板上で、線幅の異なるエッチングが行なわれてしまう可能性があり、歩留まりの低下を起こす要因となる。従って、製品の歩留まりを向上させるためには、同一基板上で線幅が一定となるように、ウェーハを均一に冷却することが必要となる。 As described above, the reason why the refrigerant flow path has a complicated structure in the conventional susceptor is to eliminate the temperature difference on the upper surface of the susceptor and to uniformly cool the wafer. This point will be described in more detail. In the wafer etching process, the line width of etching largely depends on the surface temperature of the wafer. If the surface temperature of the wafer is different, the line width changes. That is, if a temperature difference occurs on the surface of the wafer, etching with different line widths may be performed on the same substrate, which causes a decrease in yield. Therefore, in order to improve the yield of products, it is necessary to cool the wafer uniformly so that the line width is constant on the same substrate.
このため、上記特許文献において開示されているように、従来より、冷媒流路の構造を工夫することによって、サセプタ上面における温度差を解消し、ウェーハ表面を均一に冷却しようとする試みがなされている。 For this reason, as disclosed in the above-mentioned patent document, conventionally, attempts have been made to eliminate the temperature difference on the upper surface of the susceptor and to cool the wafer surface uniformly by devising the structure of the refrigerant flow path. Yes.
また、従来のサセプタは、殆どのものが「二段冷却方式」の冷媒供給装置を採用している。二段冷却方式の冷媒供給装置は、基本的には、二種類の冷媒（一次冷媒と二次冷媒）、蒸気圧縮型冷凍機、及び、冷凍機の構成要素である熱交換器（蒸発器）等によって構成され、一次冷媒を、冷凍機によって冷却しつつ閉鎖管路内にて循環させ、熱交換器（蒸発器）において一次冷媒と二次冷媒とを熱交換させて二次冷媒を冷却し、この二次冷媒によって対象物を冷却するようになっている。 Moreover, most conventional susceptors employ a “two-stage cooling type” refrigerant supply device. The two-stage cooling type refrigerant supply device basically includes two types of refrigerants (primary refrigerant and secondary refrigerant), a vapor compression refrigerator, and a heat exchanger (evaporator) that is a component of the refrigerator. The primary refrigerant is circulated in the closed pipe line while being cooled by the refrigerator, and the secondary refrigerant is cooled by exchanging heat between the primary refrigerant and the secondary refrigerant in the heat exchanger (evaporator). The object is cooled by the secondary refrigerant.
つまり、従来のサセプタにおいては、二次冷媒が冷媒流路に供給され、二次冷媒によってウェーハが冷却されるようになっている。尚、二段冷却方式の冷媒供給装置において使用される二次冷媒は、通常は液状であり、フッ素系不活性液体などの液状の冷媒（例えば、スリーエム社の「フロリナート」（商品名）等）が一般的である。一方、冷凍機内の一次冷媒としては、気液混相の冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等のＨＦＣ系の冷凍機冷媒、ブタンなどの炭化水素冷凍機冷媒、二酸化炭素、或いは、アンモニア等）が、一般的に使用されている。 That is, in the conventional susceptor, the secondary refrigerant is supplied to the refrigerant flow path, and the wafer is cooled by the secondary refrigerant. The secondary refrigerant used in the two-stage cooling type refrigerant supply apparatus is usually in a liquid state, and is a liquid refrigerant such as a fluorine-based inert liquid (for example, “Fluorinert” (trade name) of 3M). Is common. On the other hand, as the primary refrigerant in the refrigerator, a gas-liquid mixed phase refrigerant (for example, HFC type refrigerator refrigerants such as R410A and R407C, hydrocarbon refrigerant refrigerants such as butane, carbon dioxide, or ammonia) is generally used. Has been used.
上述の通り、従来のサセプタに装備されている冷却システムは、殆どのものが二段冷却方式を採用しており、液状の冷媒が、サセプタ内の冷媒流路へ供給されるようになっているが、二段冷却方式の冷却システムにおいては、冷却対象となるウェーハが、二次冷媒を介して間接的に冷却されることになるため、必ずしも冷却効率が良いとは言えない。 As described above, most of the cooling systems equipped in the conventional susceptor adopt a two-stage cooling system, and liquid refrigerant is supplied to the refrigerant flow path in the susceptor. However, in a two-stage cooling system cooling system, the wafer to be cooled is indirectly cooled via a secondary refrigerant, and thus the cooling efficiency is not necessarily good.
そこで、本発明の発明者らは、サセプタの冷却システムとして、他の方式（例えば、直接冷却方式）を適用することによって、ウェーハの冷却効率を向上させることができるか否かについて研究を行った。 Therefore, the inventors of the present invention have studied whether or not the cooling efficiency of a wafer can be improved by applying another method (for example, a direct cooling method) as a susceptor cooling system. .
直接冷却方式は、冷凍機冷媒（二段冷却方式における一次冷媒）によって冷却対象物を直接冷却する方式である。サセプタの冷却システムにおいてこの方式を採用した場合、気液混相の冷凍機冷媒が、サセプタの冷媒流路へ直接供給されることになる。 The direct cooling method is a method in which an object to be cooled is directly cooled by a refrigerator refrigerant (primary refrigerant in a two-stage cooling method). When this method is employed in the susceptor cooling system, the gas-liquid mixed phase refrigerator refrigerant is directly supplied to the refrigerant flow path of the susceptor.
この方法による場合、冷凍機冷媒を冷媒流路内にて沸騰させることによって、サセプタと冷媒との間の伝熱抵抗を小さくすることが可能となり（沸騰伝熱利用の効果）、これにより冷却効率を向上させることができる。また、二次冷媒、ポンプ、及び、熱交換器等が不用となるため、二段冷却方式の従来装置と比較して装置構成をシンプルにすることができる。 In the case of this method, it is possible to reduce the heat transfer resistance between the susceptor and the refrigerant by boiling the refrigerator refrigerant in the refrigerant flow path (effect of using the boiling heat transfer), thereby cooling efficiency. Can be improved. Further, since a secondary refrigerant, a pump, a heat exchanger, and the like are not required, the apparatus configuration can be simplified as compared with a conventional apparatus of a two-stage cooling system.
このように、サセプタの冷却システムとして、直接冷却方式のものを適用した場合、「冷却効率の向上」をはじめとして、様々な効果を期待することができる。しかしながら、「直接冷却方式の冷却システムを備えたサセプタ」は、未だ実用化されるには至っていない。その理由は、サセプタの冷媒流路内に導入しようとする冷凍機冷媒が、「液状」ではなく、「気液混相」であるために、様々な問題（気液混相流特有の問題）が生じ、それらが障害となっているからである。 Thus, when a direct cooling system is applied as the susceptor cooling system, various effects such as “improvement of cooling efficiency” can be expected. However, the “susceptor including a direct cooling system” has not yet been put into practical use. The reason is that the refrigerator refrigerant to be introduced into the refrigerant flow path of the susceptor is not “liquid” but “gas-liquid mixed phase”, so various problems (problems specific to gas-liquid mixed phase flow) arise. Because they are an obstacle.
この点について具体的に説明すると、従来のサセプタの冷媒流路は、前述の通り、冷媒が流下する際、細い管路内において「蛇行」や「折り返し」が繰り返されるような複雑な構造となっているが、あまりにも複雑な冷媒流路に気液混相の冷媒を導入すると、液相中に大きなガスの塊を含んだ状態で冷媒が流下するという現象（このような流動形態を「スラグ流」或いは「チャーン流」と言う。）が生じる可能性がある。冷媒がこのような状態で複雑な流路内を流下すると、気相と液相との流速の差から、液相の冷媒が流路壁に衝突することによって、振動が生じる可能性がある。 Specifically, as described above, the refrigerant flow path of the conventional susceptor has a complicated structure in which “meandering” and “folding” are repeated in the narrow pipe as the refrigerant flows down as described above. However, when a gas-liquid mixed phase refrigerant is introduced into an excessively complicated refrigerant flow path, the refrigerant flows down in a state of containing a large mass of gas in the liquid phase (this type of flow is referred to as “slag flow”). Or “Chern style”). When the refrigerant flows down in the complicated flow path in such a state, vibration may occur due to collision of the liquid-phase refrigerant against the flow path wall due to the difference in flow velocity between the gas phase and the liquid phase.
そして、このような振動（不安定脈動）が生じると、正確なエッチング処理に悪影響を及ぼしかねず、製品の歩留まりが低下してしまうという問題がある。 When such vibration (unstable pulsation) occurs, there is a problem in that the yield of products may be reduced because it may adversely affect the accurate etching process.
本発明は、これらの問題を解決すべくなされたものであって、振動（不安定脈動）が生じにくい（例えば、振動を０．０２ｍ／ｓ２以下に抑えることができる）直接冷却方式のサセプタの冷却システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and vibration (unstable pulsation) is unlikely to occur (for example, vibration can be suppressed to 0.02 m / s 2 or less). An object of the present invention is to provide a cooling system.
本発明の請求項１に係るサセプタ冷却システムは、サセプタ内の冷媒流路に、気液混相の冷凍機冷媒が直接供給されるように構成され、当該サセプタが、冷凍機冷媒の蒸発器として機能するように構成され、冷凍機冷媒が、ホットガスバイパスを介して送出された冷媒ホットガス（圧縮機によって圧縮された高温・高圧ガス）が混入されたうえで、サセプタの冷媒流路に供給されるように構成されていることを特徴としており、気液混相の冷凍機冷媒を冷媒流路に直接供給することによって、従来の二段冷却方式の冷却システムと比べ、被処理体を効率良く冷却することができる。 The susceptor cooling system according to claim 1 of the present invention is configured such that a gas-liquid mixed phase refrigerator refrigerant is directly supplied to a refrigerant flow path in the susceptor, and the susceptor functions as an evaporator of the refrigerator refrigerant. The refrigerant refrigerant is supplied to the refrigerant flow path of the susceptor after the refrigerant hot gas (high-temperature / high-pressure gas compressed by the compressor) sent via the hot gas bypass is mixed. It is characterized by being configured to cool the object to be processed more efficiently than the conventional two-stage cooling system by directly supplying the gas-liquid mixed phase refrigerator refrigerant to the refrigerant flow path. can do.
また、このように構成することによって、冷媒を「環状流」という流動形態で流下するような気液混相状態に調整することができ、冷媒流路に振動を生じさせるような流動形態にて冷媒が流下することを好適に回避することができる。 Further, by configuring in this way, the refrigerant can be adjusted to a gas-liquid mixed phase state in which the refrigerant flows down in a flow form of “annular flow”, and the refrigerant in a flow form that causes vibration in the refrigerant flow path. Can be suitably avoided.
尚、冷媒ホットガスを混入することにより、乾き度が０．５〜０．７となるように調節された上で、冷凍機冷媒が冷媒流路に供給されるように構成されていることが好ましい。 The refrigerant hot gas is mixed so that the dryness is adjusted to be 0.5 to 0.7, and the refrigerator refrigerant is supplied to the refrigerant flow path. preferable.
上述の通り、本発明による場合、従来の二段冷却方式に代えて、直接冷却方式を採用し、気液混相の冷凍機冷媒をサセプタの冷媒流路内に直接供給し、被処理体を直接冷却することができるので、従来方式による場合と比べ、冷却効率を飛躍的に向上させることができる。 As described above, in the case of the present invention, instead of the conventional two-stage cooling method, a direct cooling method is adopted, gas-liquid mixed phase refrigerator refrigerant is directly supplied into the refrigerant flow path of the susceptor, and the object to be processed is directly Since it can cool, compared with the case by a conventional system, cooling efficiency can be improved dramatically.
また、気液混相状態の冷媒をサセプタ内の冷媒流路に導入した場合、冷媒が、スラグ流やチャーン流といった流動形態で流下するという現象が生じ、これにより、製品の歩留まりを低下させてしまうような振動が生じてしまう可能性があるが、本発明においては、冷媒流路への導入前において、気液混相冷媒に、冷媒ホットガスを所要量混入させることにより、そのような振動の発生を好適に回避することができる。 In addition, when a refrigerant in a gas-liquid mixed phase state is introduced into the refrigerant flow path in the susceptor, a phenomenon occurs in which the refrigerant flows down in a flow form such as a slag flow or a churn flow, thereby reducing the product yield. However, in the present invention, such a vibration is generated by mixing a required amount of refrigerant hot gas into the gas-liquid mixed phase refrigerant before introduction into the refrigerant flow path. Can be suitably avoided.
以下、添付図面を参照しながら、本発明「サセプタ冷却システム」を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the “susceptor cooling system” of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図１は、半導体ウェーハのエッチング装置に適用した本発明「サセプタ冷却システム１」の第１の実施形態の概略図である。このサセプタ冷却システム１は、基本的には、サセプタ２と、このサセプタ２内に形成された冷媒流路３と、この冷媒流路３に冷媒を供給する冷媒供給装置４とによって構成されている。尚、本発明のサセプタ冷却システム１は、直接冷却方式を採用しており、冷凍機冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等のＨＦＣ系の冷凍機冷媒、ブタンなどの炭化水素冷凍機冷媒、二酸化炭素、或いは、アンモニアなど）が、冷媒供給装置４から冷媒流路３へ直接供給されるようになっている。 FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a “susceptor cooling system 1” of the present invention applied to a semiconductor wafer etching apparatus. The susceptor cooling system 1 basically includes a susceptor 2, a refrigerant flow path 3 formed in the susceptor 2, and a refrigerant supply device 4 that supplies a refrigerant to the refrigerant flow path 3. . The susceptor cooling system 1 of the present invention adopts a direct cooling method, and is a refrigerator refrigerant (HFC-based refrigerator refrigerant such as R410A and R407C, hydrocarbon refrigerator refrigerant such as butane, carbon dioxide, or Ammonia or the like) is directly supplied from the refrigerant supply device 4 to the refrigerant flow path 3.
サセプタ２の冷媒流路３は、冷媒供給管９、及び、冷媒排出管１０を介して冷媒供給装置４と接続されており、冷媒供給装置４から供給される冷媒は、冷媒供給管９を通って冷媒流路３内に流入し、冷媒流路３内を流下しながら、沸騰伝熱（蒸発熱伝達）によってウェーハ１１の熱を吸収（冷却）し、その後、冷媒流路３から排出されて、冷媒排出管１０を通って再び冷媒供給装置４へと戻り、循環するようになっている。 The refrigerant flow path 3 of the susceptor 2 is connected to the refrigerant supply device 4 via the refrigerant supply pipe 9 and the refrigerant discharge pipe 10, and the refrigerant supplied from the refrigerant supply device 4 passes through the refrigerant supply pipe 9. Then, while flowing into the refrigerant flow path 3 and flowing down in the refrigerant flow path 3, the heat of the wafer 11 is absorbed (cooled) by boiling heat transfer (evaporation heat transfer), and then discharged from the refrigerant flow path 3. Then, the refrigerant returns to the refrigerant supply device 4 through the refrigerant discharge pipe 10 and circulates.
冷媒供給装置４は、冷凍サイクルを成す基本的要素である圧縮機５、凝縮器６、膨張弁７、及び、ホットガスバイパス８によって構成されている。尚、冷凍サイクルを構成するには、これらの要素のほかに蒸発器が必要となるが、このサセプタ冷却システム１においては、蒸発器は冷媒供給装置４内には設けられておらず、サセプタ２が蒸発器として機能するようになっている。 The refrigerant supply device 4 includes a compressor 5, a condenser 6, an expansion valve 7, and a hot gas bypass 8 that are basic elements constituting a refrigeration cycle. In order to construct a refrigeration cycle, an evaporator is required in addition to these elements. In this susceptor cooling system 1, the evaporator is not provided in the refrigerant supply device 4, and the susceptor 2 is not provided. Is designed to function as an evaporator.
この点について、より詳細に説明すると、サセプタ２内に導入された冷媒は、冷媒流路３内を流下していく際、ウェーハ１１表面の入熱が、伝熱面（サセプタ２の天井面、及び、サセプタ２の床面等）から冷媒に伝わっていくことになるが、このとき、気液混相状態の冷媒のうち、液相の冷媒は、伝熱量に応じて沸騰、蒸発することになり、ウェーハ１１から伝導された熱を潜熱として吸収することになる。そして、当初は気液混相状態にて冷媒流路３内に導入された冷媒は、冷媒流路３内を流下する間に液相冷媒がすべて蒸発し、最終的には、気相状態にて冷媒排出口から排出される。 This point will be described in more detail. When the refrigerant introduced into the susceptor 2 flows down through the refrigerant flow path 3, the heat input on the surface of the wafer 11 becomes a heat transfer surface (the ceiling surface of the susceptor 2, In this case, among the gas-liquid mixed phase refrigerant, the liquid phase refrigerant boils and evaporates according to the amount of heat transfer. The heat conducted from the wafer 11 is absorbed as latent heat. The refrigerant introduced into the refrigerant flow path 3 in the gas-liquid mixed phase initially evaporates all of the liquid phase refrigerant while flowing down in the refrigerant flow path 3. It is discharged from the refrigerant outlet.
このように、冷媒流路３内においては、冷凍サイクルの蒸発過程である「液相冷媒の蒸発」が行われる。つまり、本発明のサセプタ冷却システム１においては、サセプタ２は、蒸発器として機能することになる。従って、沸騰伝熱を利用してサセプタ２乃至はウェーハ１１を直接冷却することができるので、二段冷却方式による従来のサセプタ冷却システムと比べ、冷却効率を飛躍的に向上させることができる。 Thus, in the refrigerant flow path 3, “liquid phase refrigerant evaporation”, which is the evaporation process of the refrigeration cycle, is performed. That is, in the susceptor cooling system 1 of the present invention, the susceptor 2 functions as an evaporator. Accordingly, since the susceptor 2 or the wafer 11 can be directly cooled using boiling heat transfer, the cooling efficiency can be dramatically improved as compared with the conventional susceptor cooling system based on the two-stage cooling method.
また、冷媒供給装置４から供給される際、冷媒は、膨張弁７を通過することによって、減圧処理（絞り膨張）され、乾き度が０．２〜０．３程度の気液混相状態となる。尚、ここに言う「乾き度」とは、重量基準の気相流量分率（気相冷媒の流量／冷媒全体の流量）を意味する。 Further, when being supplied from the refrigerant supply device 4, the refrigerant passes through the expansion valve 7 and is decompressed (squeezed and expanded) to be in a gas-liquid mixed phase state with a dryness of about 0.2 to 0.3. . The “dryness” mentioned here means a weight-based gas phase flow rate fraction (the flow rate of the gas phase refrigerant / the flow rate of the entire refrigerant).
乾き度が０．２〜０．３程度の気液混相状態の冷媒をそのまま冷媒流路３内に導入すると、冷媒が、スラグ流或いはチャーン流という流動形態にて流下する現象が生じやすく（特に、冷媒全体の流量が大きいほど、このような現象が生じる可能性が大きくなる。）、このような現象が生じると、気相冷媒と液相冷媒の流速の差から、振動（不安定脈動）が生じ、精密さが要求されるエッチング処理に悪影響を及ぼしかねない。 When a gas-liquid mixed phase refrigerant having a dryness of about 0.2 to 0.3 is introduced into the refrigerant flow path 3 as it is, a phenomenon in which the refrigerant flows down in a flow form such as a slag flow or a churn flow is likely to occur (particularly, The higher the overall flow rate of the refrigerant, the greater the possibility that such a phenomenon will occur.) When such a phenomenon occurs, vibration (unstable pulsation) occurs due to the difference in the flow velocity between the gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant. And may adversely affect the etching process that requires precision.
そこで、本実施形態においては、膨張弁７通過後の冷媒（乾き度０．２〜０．３程度の気液混相状態）に、冷媒ホットガス（圧縮機５によって圧縮された高温・高圧ガス）が混入されるようになっており、これにより、冷媒を、環状流という流動形態で流下するような気液混相状態に調整することができるようになっている。 Therefore, in the present embodiment, refrigerant hot gas (high-temperature / high-pressure gas compressed by the compressor 5) is used as the refrigerant after passing through the expansion valve 7 (gas-liquid mixed phase state with a dryness of about 0.2 to 0.3). Thus, the refrigerant can be adjusted to a gas-liquid mixed phase state in which the refrigerant flows down in a flow form called an annular flow.
この点について具体的に説明すると、本実施形態のサセプタ冷却システム１においては、図１に示されているように、膨張弁７の下流側にホットガスバイパス８が接続されており、このホットガスバイパス８を介して送出された冷媒ホットガスが、膨張弁７通過後の冷媒に混入されるようになっている。気液混相状態の冷媒に冷媒ホットガスが混入されると、混入された分だけ気相冷媒の流量が増加するほか、冷媒ホットガスの熱エネルギーを受けて液相冷媒の気化が促されることによって、気相冷媒の流量が増大する。 Specifically, in the susceptor cooling system 1 of this embodiment, as shown in FIG. 1, a hot gas bypass 8 is connected to the downstream side of the expansion valve 7, and this hot gas is The refrigerant hot gas sent through the bypass 8 is mixed into the refrigerant after passing through the expansion valve 7. When refrigerant hot gas is mixed into the refrigerant in the gas-liquid mixed phase state, the flow rate of the gas-phase refrigerant increases by the amount mixed, and the vaporization of the liquid phase refrigerant is promoted by receiving the thermal energy of the refrigerant hot gas. The flow rate of the gas phase refrigerant increases.
尚、気相冷媒の増加量は、冷媒ホットガスの混入量に比例し、本実施形態においては、混入後における乾き度が０．５〜０．７となるように、冷媒ホットガスの混入量が調節される。そして、発明者らが行った各種の実験により、乾き度が０．５〜０．７の気液混相状態の冷媒を冷媒流路３内に導入した場合、流動形態は環状流或いは準環状流（環状流と波状流の中間）となり、スラグ流やチャーン流という流動形態によって冷媒が流下する現象を好適に回避できる、ということが判っている。 Note that the increase amount of the gas phase refrigerant is proportional to the amount of refrigerant hot gas mixed, and in this embodiment, the amount of refrigerant hot gas mixed so that the dryness after mixing is 0.5 to 0.7. Is adjusted. Then, according to various experiments conducted by the inventors, when a gas-liquid mixed phase refrigerant having a dryness of 0.5 to 0.7 is introduced into the refrigerant flow path 3, the flow form is an annular flow or a quasi-annular flow. It is known that the phenomenon that the refrigerant flows down by the flow form such as the slag flow or the churn flow can be suitably avoided.
このように、本実施形態のサセプタ冷却システム１においては、膨張弁７を通過することによって乾き度が０．２〜０．３程度の気液混相状態となった冷媒に、冷媒ホットガスを所要量混入して気相流量分率を増大させ、乾き度が０．５〜０．７となるように調節されたうえで、冷媒が冷媒流路３内に導入されるようになっており、その結果、冷媒の流動形態を環状流或いは準環状流とし、振動を生じさせるような、好ましくない流動形態にて冷媒が流下することを好適に回避することができる。 Thus, in the susceptor cooling system 1 of the present embodiment, refrigerant hot gas is required for the refrigerant that has become a gas-liquid mixed phase with a dryness of about 0.2 to 0.3 by passing through the expansion valve 7. The refrigerant is introduced into the refrigerant flow path 3 after the amount is mixed to increase the gas phase flow rate fraction and the dryness is adjusted to be 0.5 to 0.7. As a result, it is possible to favorably avoid the refrigerant flowing down in an unfavorable flow form that causes the vibration to form an annular flow or a quasi-annular flow.
１：サセプタ冷却システム、
２：サセプタ、
３：冷媒流路、
４：冷媒供給装置、
５：圧縮機、
６：凝縮器、
７：膨張弁、
８：ホットガスバイパス、
９：冷媒供給管、
１０：冷媒排出管、
１１：ウェーハ、
１２：エッチング装置の処理室、
1: Susceptor cooling system,
2: Susceptor,
3: Refrigerant flow path,
4: Refrigerant supply device,
5: Compressor,
6: Condenser,
7: expansion valve,
8: Hot gas bypass,
9: Refrigerant supply pipe,
10: refrigerant discharge pipe,
11: Wafer,
12: Processing chamber of the etching apparatus,
Claims (2)
前記サセプタが、冷凍機冷媒の蒸発器として機能するように構成され、
前記冷凍機冷媒が、ホットガスバイパスを介して送出された冷媒ホットガスが混入されたうえで、前記サセプタの冷媒流路に供給されるように構成されていることを特徴とするサセプタ冷却システム。 The refrigerant flow path in the susceptor is configured to be directly supplied with a gas-liquid mixed phase refrigerator refrigerant,
The susceptor is configured to function as an evaporator of a refrigerator refrigerant;
The susceptor cooling system, wherein the refrigerator refrigerant is configured to be supplied to a refrigerant flow path of the susceptor after the refrigerant hot gas sent through a hot gas bypass is mixed.
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| JP2003312794A JP2005085802A (en) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Susceptor-cooling system |
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-09-04 JP JP2003312794A patent/JP2005085802A/en active Pending
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