(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を冷却する冷却システムであって、
その内部に空間を画成し、前記冷媒が供給される供給口及び前記冷媒が排出される排出口が設けられた気化容器と、
前記冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体を格納する第１流体源と、
前記第１流体源と前記気化容器とを接続し、前記気化容器内への前記第１流体の供給量を制御する第１流量制御系と、
前記第１流体よりも高い蒸気圧の第２流体を格納する第２流体源と、
前記第２流体源と前記気化容器とを接続し、前記気化容器内への前記第２流体の供給量を制御する第２流量制御系と、
前記気化容器に接続され、前記気化容器内の圧力を、前記冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ前記第１流体の蒸気圧以下の範囲に制御する圧力制御系と、
前記気化容器内における前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記気化容器内へ供給する前記冷媒の流量を制御する冷媒流量制御系と、
前記第１流量制御系、前記第２流量制御系、前記圧力制御系、前記温度センサ及び前記冷媒流量制御系に接続された制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記温度センサにより検出された温度における前記冷媒の蒸気圧と前記第１流体の蒸気圧との差が所定値より大きい場合には、前記冷媒の流量及び目標温度に基づいて前記第１流量制御系を動作させ前記第１流体の供給量を制御し、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記気化容器内の圧力が前記冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ前記第１流体の蒸気圧以下となるように前記圧力制御系を動作させ、
前記温度センサにより検出された温度における前記冷媒の蒸気圧と前記第１流体の蒸気圧との差が前記所定値以下である場合には、前記冷媒の流量及び前記目標温度に基づいて前記第２流量制御系を動作させ前記第２流体の流量を制御し、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記気化容器内の圧力が前記冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ前記第２流体の蒸気圧以下となるように前記圧力制御系を動作させる、
冷却システム。
【請求項２】
前記冷媒は、フッ素系熱媒体であり、
前記第１流体は水であり、
前記第２流体は液化二酸化炭素又は液化窒素である請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却システムを備える基板処理装置であって、
真空排気可能に構成され、基板を収容する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、入口及び出口まで延在する冷媒用の流路がその内部に設けられた載置台と、
を備え、
前記気化容器の供給口及び排出口は、前記冷媒用の流路の出口及び入口にそれぞれ接続される基板処理装置。
【請求項４】
冷媒を冷却する冷却方法であって、
その内部に空間を画成した気化容器内に前記冷媒を供給するステップと、
前記気化容器内の前記冷媒の温度における前記冷媒の蒸気圧と前記気化容器で前記冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体の蒸気圧との差が所定値以下であるか否かを判定するステップと、
前記判定するステップにて前記冷媒の蒸気圧と前記第１流体の蒸気圧との差が前記所定値より大きいと判定された場合には、前記冷媒の流量及び目標温度に基づいて前記第１流体の供給量を制御して前記第１流体を前記冷媒に混入し、前記気化容器内における前記冷媒の温度に基づいて、前記気化容器内の圧力を、前記冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ前記第１流体の蒸気圧以下の範囲に制御するステップと、
前記判定するステップにて前記冷媒の蒸気圧と前記第１流体の蒸気圧との差が前記所定値以下であると判定された場合には、前記冷媒の流量及び前記目標温度に基づいて前記第１流体よりも高い蒸気圧の第２流体の流量を制御して前記第２流体を前記冷媒に混入し、前記気化容器内における前記冷媒の温度に基づいて、前記気化容器内の圧力を、前記冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ前記第２流体の蒸気圧以下の範囲に制御するステップと、
を備える冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、冷却システム、冷却システムを備える基板処理装置及び冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体冷媒を循環させて機器等の温度を調整する冷却システムが知られている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１記載の冷却システムは、冷凍機（チラー）と熱交換器とを備え、循環用の冷媒を熱交換器の一次側コイルに供給するとともに、冷凍機で作り出した低温度の冷媒を熱交換器の二次側コイルに供給し、両者の間で熱交換させて冷却を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２９３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の冷却システムは、要求される冷却温度によっては大型のチラーを備えたり、熱交換させるための管路を長くする必要がある。さらに、熱交換器やチラーから熱交換器までの配管を断熱構造とする必要がある。このように、冷却システムは、要求される冷却温度によって装置規模が大きくなる傾向にある。当技術分野においては、簡易な構成で冷媒温度を制御することができる冷却システム及び冷却方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る冷却システムは、気化容器、第１流体源、第１流量制御系及び圧力制御系を備える。気化容器は、その内部に空間を画成し、冷媒が供給される供給口及び冷媒が排出される排出口が設けられている。第１流体源は、冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体を格納する。第１流量制御系は、第１流体源と気化容器とを接続し、気化容器内への第１流体の供給量を制御する。圧力制御系は、気化容器内の圧力を冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下の範囲に制御する。
【０００６】
この冷却システムでは、第１流量制御系によって、冷媒が供給される気化容器内に、冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体が供給され、冷媒に第１流体が混入される。そして、圧力制御系によって、気化容器内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下の範囲に制御される。このため、気化容器内では冷媒に含まれる第１流体のみが気化し、第１流体の潜熱によって冷媒が冷却される。このように、冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体を用意して冷媒に混入させ圧力を制御するだけで冷媒を冷却することができるため、チラー及び熱交換器を備える必要がなく、要求される冷却温度に係らず管路を一定にすることができ、さらに配管も断熱構造とする必要もなくなる。よって、簡易な構成で冷媒温度を制御することができる。
【０００７】
一実施形態では、気化容器内における冷媒の温度を検出する温度センサと、第１センサ及び圧力制御系に接続され、温度に基づいて、気化容器内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系を動作させる制御部と、をさらに備えてもよい。このように構成することで、制御部によって圧力を制御することで冷媒の温度を調整することができる。
【０００８】
一実施形態では、気化容器内へ供給する冷媒の流量を制御する冷媒流量制御系をさらに備え、制御部は、冷媒流量制御系及び第１流量制御系にさらに接続され、冷媒の流量及び目標温度に基づいて第１流体の供給量を制御してもよい。このように構成することで、目標温度及び冷媒の流量によって冷却に必要な熱量を決定することができるので、第１流体の潜熱に基づいて必要な第１流体の供給量を決定し制御することが可能となる。
【０００９】
一実施形態では、第１流体よりも高い蒸気圧の第２流体を格納する第２流体源と、第２流体源と気化容器とを接続し、気化容器内への第２流体の供給量を制御する第２流量制御系と、をさらに備え、制御部は、第２流量制御系にさらに接続され、温度センサにより検出された温度における冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧との差が所定値以下となった場合には、冷媒の流量及び目標温度に基づいて第２流体の流量を制御し、気化容器内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第２流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系を動作させてもよい。
【００１０】
このように構成することで、冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧との差が所定値より大きい場合には冷媒に第１流体を混入させて気化させる手法を用い、冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧との差が所定値以下の場合には冷媒に第２流体を混入させて気化させる手法を用いることができる。よって、冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧とが近い温度範囲の制御をする場合には第１流体よりも蒸気圧の高い第２流体に切り替えることで、圧力制御に要求される精度が高くなることを回避することが可能となる。
【００１１】
一実施形態では、冷媒は、フッ素系熱媒体であり、第１流体は水であり、第２流体は液化二酸化炭素又は液化窒素であってもよい。
【００１２】
本発明の他の側面に係る基板処理装置は、上述した冷却システムを備える。基板処理装置は、処理チャンバ及び載置台を備える。処理チャンバは、真空排気可能に構成され、基板を収容する。載置台は、処理チャンバ内に配置され、入口及び出口まで延在する冷媒用の流路がその内部に設けられている。気化容器の供給口及び排出口は、冷却水路の出口及び入口にそれぞれ接続される。
【００１３】
また、本発明のさらに別の側面に係る冷却方法は、冷媒供給ステップ、冷媒供給ステップ及び気化ステップを備える。冷媒供給ステップでは、その内部に空間を画成した気化容器内に冷媒を供給する。冷媒供給ステップでは、気化容器で冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体を冷媒に混入する。気化ステップでは、気化容器内の圧力を冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下の範囲に制御する。
【００１４】
上述した基板処理装置及び冷却方法によれば、上述した冷却システムと同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、簡易な構成で冷媒温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置の構成の概要図である。
【図２】図１の冷却システムの概要図である。
【図３】冷媒と水の蒸気圧曲線である。
【図４】図２の冷却システムの冷却動作を説明するフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る冷却システムの概要図である。
【図６】図５の冷却システムの冷却動作を説明するフローチャートである。
【図７】従来の冷却システムの構成を説明する概要図である。
【図８】従来の冷却システムの必要な管路長を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置（基板処理装置）を概略的に示す図である。図１では、一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面が示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００１９】
プラズマ処理装置１０は、処理チャンバ１２を備えている。処理チャンバ１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間として処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０は、処理チャンバ１２内に、略円板形状のベース１４を備えている。ベース１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。ベース１４は、例えばアルミニウム製であり、第２の電極を構成している。
【００２０】
ベース１４の内部には、冷媒用流路１５が形成されており、冷媒用流路１５には、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続される。そして、冷媒用流路１５の中に適宜の冷媒、例えば、水又はフッ素系熱媒体（フロリナート（登録商標）やガルデン（登録商標））等を冷却システム９０によって循環させることによって、ベース１４及び静電チャック５０を所定の温度に制御可能な構成とされている。
【００２１】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部１６及び筒状支持部１７を更に備えている。筒状保持部１６は、ベース１４の側面及び底面の縁部に接して、ベース１４を保持している。筒状支持部１７は、処理チャンバ１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部１６を介してベース１４を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部１６の上面に載置されるフォーカスリング１８を更に備えている。フォーカスリング１８は、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
【００２２】
一実施形態においては、処理チャンバ１２の側壁と筒状支持部１７との間には、排気路２０が形成されている。排気路２０の入口又はその途中には、バッフル板２２が取り付けられている。また、排気路２０の底部には、排気口２４が設けられている。排気口２４は、処理チャンバ１２の底部に嵌め込まれた排気管２８によって画成されている。この排気管２８には、排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、真空ポンプを有しており、処理チャンバ１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。処理チャンバ１２の側壁には、被処理基体Ｗの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
【００２３】
ベース１４には、プラズマ生成用の高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、所定の高周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を第２の電極、即ち、ベース１４に印加する。
【００２４】
プラズマ処理装置１０は、更に、処理チャンバ１２内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
【００２５】
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、第１の電極を構成している。電極板４０には、プラズマ生成用の高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、所定の高周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を電極板４０に印加する。高周波電源３２及び高周波電源３５によってベース１４及び電極板４０に高周波電力がそれぞれ与えられると、ベース１４と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成される。
【００２６】
電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給部４４は、例えば、ＣＦ系のエッチングガス等を供給し得る。電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。
【００２７】
一実施形態においては、処理チャンバ１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
【００２８】
一実施形態においては、ベース１４の上面に静電チャック５０が設けられている。静電チャック５０は、電極５２、並びに、一対の絶縁膜５４ａ及び５４ｂを含んでいる。絶縁膜５４ａ及び５４ｂは、セラミック等の絶縁体により形成される膜である。電極５２は、導電膜であり、絶縁膜５４ａと絶縁膜５４ｂの間に設けられている。この電極５２には、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から電極５２に直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Ｗが静電チャック５０上に吸着保持される。ベース１４及び静電チャック５０は、載置台７０を構成している。
【００２９】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。
【００３０】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４に接続されている。制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４のそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２６による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が制御される。
【００３１】
このプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに処理ガスが供給される。また、電極板４０とベース１４との間、即ち処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生し、処理ガスに含まれる元素のラジカル等（例えば、酸素ラジカル）により、被処理基体Ｗのエッチングが行われる。
【００３２】
図２は、冷却システム９０の構成を示す概要図である。図２に示すように、冷却システム９０は、気化容器８０、第１流体源９２、第１流量制御系９１及び圧力制御系９９を備える。
【００３３】
気化容器８０は、その内部に空間Ｖを画成する。気化容器８０には、冷媒が供給される供給口８０ａが設けられており、供給口８０ａは配管８２によって図１に示す冷媒用流路１５の出口１５ａに接続されている。また、気化容器８０には、冷媒が排出される排出口８０ｂが設けられており、排出口８０ｂは配管８４，８５によって図１に示す冷媒用流路１５の入口１５ｂに接続されている。このように、冷媒用流路１５内の冷媒が配管８２を通って気化容器８０に供給され、処理後に気化容器８０から排出され、配管８４，８５を通って冷媒用流路１５へ戻されるという循環流路が形成されている。なお、排出口８０ｂと冷媒用流路１５の入口１５ｂとの間には、循環流路において冷媒を搬送する流量を制御する冷媒流量制御系９３が配置されている。冷媒流量制御系９３は、例えば電磁バルブ及びポンプからなる。冷媒流量制御系９３によって冷媒が循環することからも理解できるように、冷媒流量制御系９３は、気化容器８０からの排出量だけでなく、気化容器８０への冷媒の供給量も調整する。
【００３４】
気化容器８０には、第１流量制御系９１を介して第１流体源９２が接続されている。第１流体源９２は、冷媒よりも高い蒸気圧の第１流体を格納する。例えば、冷媒が水であれば、第１流体として液化二酸化炭素や液化窒素等が用いられ、冷媒がフッ素系熱媒体であれば、第１流体として水、液化二酸化炭素又は液化窒素等が用いられる。
【００３５】
第１流体源９２と気化容器８０との間には第１流量制御系９１が配置される。第１流量制御系９１は、第１流体源９２と気化容器８０とを接続し、気化容器８０内への第１流体の供給量を制御する。第１流量制御系９１は、例えば、電磁バルブ及び流量制御器を備える。
【００３６】
気化容器８０には、気化容器内の圧力を制御する圧力制御系９９が接続されている。圧力制御系９９は、例えば減圧可能な真空ポンプが用いられる。圧力制御系９９は、気化容器８０内の圧力を接続する圧力センサ７９の検出値に基づいて圧力制御を行ってもよい。また、気化容器８０には、気化容器８０内における冷媒の温度を検出する温度センサ９５が設けられている。
【００３７】
冷却システム９０は、制御部９４をさらに備えている。制御部９４は、電子制御するコンピュータであり、ＣＰＵ、記憶媒体及び入出力インターフェイスなどを備えて構成されている。この制御部９４は、冷媒流量制御系９３、第１流量制御系９１、温度センサ９５及び圧力制御系９９に接続されている。制御部９４は、冷媒流量制御系９３、第１流量制御系９１及び圧力制御系９９のそれぞれに制御信号を送出する。制御部９４からの制御信号により、冷媒流量制御系９３による冷媒の搬送、第１流量制御系９１による第１流体の供給、圧力制御系９９による気化容器８０内部の圧力が制御される。なお、制御部９４は、上述した制御部６６が兼用してもよい。
【００３８】
制御部９４は、記憶媒体に格納された冷媒の物性情報（蒸気圧特性等）、第１流体の物性情報（蒸気圧特性、潜熱等）を参照可能に構成されている。また、制御部９４は、記憶媒体に格納された設定温度（目標温度）又は入出力インターフェイスから入力した設定温度（目標温度）を参照可能に構成されている。さらに、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度に基づいて、気化容器８０内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系を動作させる。具体的には、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度及び記憶媒体に格納された蒸気圧特性に基づいて、該温度における冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧を特定し、気化容器８０内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第１流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系９９を動作させる。図３は、第１流体である水、及び水よりも蒸気圧の小さい冷媒の蒸気圧曲線であり、横軸が温度、縦軸が圧力である。図３に示すように、例えば温度センサ９５により検知された温度が８０℃の場合には、冷媒は気化容器８０内の圧力を約２０ｋｐａ以下にすれば気化し、水は気化容器８０内の圧力を約４５ｋｐａ以下にすれば気化することがわかる。すなわち冷媒と第１流体との所定温度における圧力差ΔＰの範囲に気化容器８０内の圧力を制御することで、冷媒を気化させることなく第１流体のみを気化させることができる。すなわち、第１流体の潜熱を利用して冷媒を冷却させることができる。
【００３９】
また、制御部９４は、冷媒の流量及び目標温度に基づいて第１流体の供給量を制御してもよい。例えば、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度及び冷媒流量制御系９３の搬送量（冷媒の流量）流量から、目標温度までどの程度の熱量が必要か（あるいはどの程度の熱量を奪う必要があるのか）を算出し、記憶媒体に格納された第１流体の潜熱に基づいて、算出された熱量を達成するために必要な第１流体の流量を算出し、算出した流量で制御するように第１流量制御系９１へ信号を出力する。
【表１】
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【００４０】
表１は、第１流体の物性情報（潜熱［ＫＪ／ｋｇ］）の一例である。表１の潜熱を用いることで必要な第１流体の流量［ｌｐｍ］を算出することができる。表１では、例えば、冷媒温度を８０℃から３０℃にする場合の必要流量が記載されている。
【００４１】
次に、冷却システム９０の動作（冷却方法）について説明する。図４は、冷却システム９０の動作を説明するフローチャートである。図４に示す動作は制御部９４が実行する。まず、冷媒及び第１流体の情報を入力する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理では、制御部９４が、例えば記憶媒体に格納された冷媒の物性情報（蒸気圧特性等）、第１流体の物性情報（蒸気圧特性、潜熱等）を参照して入力する。次に、制御部９４が設定プロファイル（冷媒の設定温度）を入力する（Ｓ１２）。制御部９４は、例えば、記憶媒体に格納された設定温度（目標温度）を入力する。
【００４２】
次に、制御部９４が第１流量制御処理及び圧力制御処理を行う（Ｓ１４）。制御部９４は、温度センサ９５の検出温度、記憶媒体に格納された設定温度及び第１流体の潜熱に基づいて、設定温度に到達するために必要な第１流量を算出し、第１流量制御系９１に信号へ出力する。さらに、制御部９４は、温度センサ９５の検出温度、記憶媒体に格納された設定温度、冷媒の蒸気圧特性及び第１流体の蒸気圧特性に基づいて、第１流体のみが気化する圧力差（圧力範囲）ΔＰを算出し、圧力制御系９９に信号へ出力する。これにより第１流体の気化が進行し、冷媒の熱を奪い冷却が行われる。
【００４３】
次に、制御部９４は、Ｓ１４の処理における気化の進行と、要求される冷媒用流路１５への供給量とを調整し、冷媒流量制御系９３に信号へ出力する（Ｓ１６）。Ｓ１６の処理が終了すると図４に示す制御処理が終了する。
【００４４】
以上、図４に示す制御処理を実行することにより、冷媒に混入された流体が気化容器８０で気化され、冷媒の熱が奪われて、冷媒が設定温度まで冷却される。ところで、従来の冷却システムにあっては、冷却のためのチラーを備える必要がある。図７は従来の冷却システムの概要図である。図７に示す従来の冷却システムは、チラー１００及び熱交換部１０３を備えている。チラー１００は、冷却用配管１０１に接続されており、冷却用配管１０１内の冷媒を冷却する。熱交換部１０３には、冷却対象である冷媒用配管１０４と、冷却用配管１０１とが収容される。このように、従来の冷却システムでは要求される冷却温度以下の低温を維持するために大型のチラー１００を備える必要がある。また、熱交換部１０３及びチラー１００から熱交換部１０３に至るまでの配管を断熱材１０２で覆う必要がある。さらに、熱交換部１０３の内部において、熱交換のための管路長を長く設定する必要がある。例えば、図７に示す熱交換構造において、８０℃の冷媒を３０℃に冷却する場合に必要な管路長を算出すると、図８に示すグラフとなる。図８では、横軸が熱交換部１０３の温度であり、縦軸が熱交換管路長である。なお、図８では、熱交換部１０３の壁熱伝達率を５０００［Ｗ／ｍ２・Ｋ］、熱交換部１０３の冷却用配管１０１の内径を０．０２［ｍ］、冷媒流量を２０［ｌｐｍ］、冷媒の比熱を１０５３［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、冷媒の比熱を１８１７［ｋｇ／ｍ３］として算出した。さらに、熱交換部１０３の壁の熱伝達率は管路長内で一定とし、熱交換部１０３の外壁の温度は常に一定とし（すなわち別途必要十分な冷凍機４０ｋＷ相当が外装されており、完全断熱構造で構成されているとし）、管路長に関わらず流量は一定とした（すなわち、十分な流量を確保できるポンプが外装されており、熱交換部１０３は液圧によって破損しない強度を有しているとした）。図８に示すように、例えば熱交換部１０３の壁の温度が−１０℃であったとしても約１．５ｍ必要であり、熱交換部１０３の壁の温度が２０℃であった場合には約３．０ｍ必要となる。このように、冷却システムは大規模化するおそれがある。
【００４５】
さらに、従来の冷却システムでは、冷媒自体の熱容量が大きく温度変化を高速に行うことが困難である。そして、従来の冷却システムでは、熱交換部と冷媒との接触により熱を伝達しているため、熱交換部１０３にて高流速の流れが必要となる。したがって、水路内の圧力が上昇する傾向にある。特に、冷却側に温度調整することが加熱側に温度調整する場合に比べて効率良く行うことができない。
【００４６】
これに対して、第１実施形態に係る冷却システム９０によれば、大型のチラーや断熱構造は不要となる。さらに、気化容器８０の長さに温度による制限はなく、いかようにも変形することができる。このため、小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
さらに、第１実施形態に係る冷却システム９０によれば、接触による熱交換が無いため、流速を上げる必要が無く、結果として流路内圧が高圧となることが無くなる。また、気化によって熱を奪うため、冷却側に温度調整することが容易である。さらに気化速度は、気化容器内の冷媒表面積や圧力差によって制御できることから、目標温度を高速で実現することができる。また、気化すれば必ず潜熱によって冷却されるため、第１流体の正確な流量調整によって冷媒の正確な温度調整が可能となる。高速な応答性、目標温度への追従性、冷却側への適切な温度調整等の作用効果を奏する冷却システム９０は、特に基板処理装置の載置台の冷却に好適に採用することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る冷却システム９０は、第１実施形態に係る冷却システム９０とほぼ同様であり、第１流体だけでなく第２流体を用意し、冷媒へ混入する流体を切り替える点が相違する。以下では、第１実施形態と重複する部分については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００４９】
図５は、本実施形態に係る冷却システム９０の構成を示す概要図である。図５に示すように、冷却システム９０は、第１実施形態に係る冷却システム９０とほぼ同様に構成され、第２流体源９７及び第２流量制御系９６を備える点のみが相違する。
【００５０】
気化容器８０には、第２流量制御系９６及び配管９８を介して第２流体源９７が接続されている。第２流体源９７は、第１流体よりも高い蒸気圧の第２流体を格納する。例えば、冷媒がフッ素系熱媒体であり、第１流体が水であれば、第２流体として液化二酸化炭素や液化窒素等が用いられる。
【００５１】
第２流体源９７と気化容器８０との間には第２流量制御系９６が配置される。第２流量制御系９６は、第２流体源９７と気化容器８０とを接続し、気化容器８０内への第２流体の供給量を制御する。第２流量制御系９６は、例えば、電磁バルブ及び流量制御器を備える。
【００５２】
制御部９４は、第２流量制御系９６に接続されている。また、制御部９４は、第２流体の物性情報（蒸気圧特性、潜熱等）を参照可能に構成されている。また、制御部９４は、さらに、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度に基づいて、気化容器８０内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第２流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系を動作させる。具体的には、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度及び記憶媒体に格納された蒸気圧特性に基づいて、該温度における冷媒の蒸気圧及び第２流体の蒸気圧を特定し、気化容器８０内の圧力が冷媒の蒸気圧よりも高く、かつ第２流体の蒸気圧以下となるように圧力制御系９９を動作させる。
【００５３】
また、制御部９４は、冷媒の流量及び目標温度に基づいて第２流体の供給量を制御してもよい。例えば、制御部９４は、温度センサ９５により検知された温度及び冷媒流量制御系９３の搬送量（冷媒の流量）流量から、目標温度までどの程度の熱量が必要か（あるいはどの程度の熱量を奪う必要があるのか）を算出し、記憶媒体に格納された第１流体の潜熱に基づいて、算出された熱量を達成するために必要な第２流体の流量を算出し、算出した流量で制御するように第２流量制御系９６へ信号を出力する。その他の構成については第１実施形態と同様である。
【００５４】
次に、冷却システム９０の動作（冷却方法）について説明する。図６は、冷却システム９０の動作を説明するフローチャートである。図６に示す動作は制御部９４が実行する。まず、冷媒、第１流体及び第２流体の情報を入力する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理では、制御部９４が、例えば記憶媒体に格納された冷媒の物性情報（蒸気圧特性等）、第１流体及び第２流体の物性情報（蒸気圧特性、潜熱等）を参照して入力する。次に、制御部９４が設定プロファイル（冷媒の設定温度）を入力する（Ｓ１２）。制御部９４は、例えば、記憶媒体に格納された設定温度（目標温度）を入力する。
【００５５】
次に、制御部９４が温度センサ９５の検出温度、記憶媒体に格納された設定温度、冷媒の蒸気圧特性及び第１流体の蒸気圧特性に基づいて、第１流体のみが気化する圧力差（圧力範囲）ΔＰを算出する。そして、ΔＰが所定値Ｘより大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。この所定値Ｘは、例えば圧力制御系９９の圧力調整精度に基づいて決定すればよい。例えば、圧力制御系９９の圧力調整精度が±１［ｋＰ］である場合には、圧力調整精度よりも大きい値（例えば３［ｋＰ］）を所定値Ｘとしてもよい。所定値Ｘは０以上であればよい。
【００５６】
Ｓ１３の処理において、ΔＰが所定値Ｘより大きいと判定した場合には、第１流量制御処理及び圧力制御処理を行う（Ｓ１４）。この処理は、図４のＳ１４の処理と同様である。Ｓ１４の処理が終了すると、温度判定処理を行う（Ｓ１５１）。Ｓ１５１の処理では、温度センサ９５の検出温度Ｔが目標温度Ｙと等しいか否かを判定する。Ｓ１５１の処理において、検出温度Ｔが目標温度Ｙと等しくないと判定した場合には、Ｓ１３の処理へ再度移行する。このように、検出温度Ｔが目標温度Ｙに到達するまで、Ｓ１３及びＳ１４もしくは後述するＳ１５の処理が繰り返し実行される。
【００５７】
一方、Ｓ１３の処理において、ΔＰが所定値Ｘより大きくない（すなわち所定値Ｘ以下）と判定した場合には、第２流量制御処理及び圧力制御処理を行う（Ｓ１５）。制御部９４は、温度センサ９５の検出温度、記憶媒体に格納された設定温度及び第２流体の潜熱に基づいて、設定温度に到達するために必要な第２流量を算出し、第２流量制御系９６に信号へ出力する。さらに、制御部９４は、温度センサ９５の検出温度、記憶媒体に格納された設定温度、冷媒の蒸気圧特性及び第２流体の蒸気圧特性に基づいて、第２流体のみが気化する圧力差（圧力範囲）ΔＰを算出し、圧力制御系９９に信号へ出力する。これにより第２流体の気化が進行し、冷媒の熱を奪い冷却が行われる。Ｓ１５の処理が終了すると、温度判定処理を行う（Ｓ１５１）。
【００５８】
一方、Ｓ１５１の処理において、検出温度Ｔが目標温度Ｙと等しいと判定した場合には、冷媒流量制御処理へ移行する（Ｓ１６）。この処理は、図４のＳ１６の処理と同様である。Ｓ１６の処理が終了すると図６に示す制御処理が終了する。
【００５９】
以上、図６に示す制御処理を実行することにより、冷媒に混入された第１流体が気化容器８０で気化され、冷媒の熱が奪われて、冷媒が設定温度まで冷却される。また、冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧との圧力差ΔＰが所定値Ｘより大きい場合には冷媒に第１流体を混入させて気化させる手法を用い、圧力差ΔＰが所定値Ｘ以下の場合には冷媒に第２流体を混入させて気化させる手法を用いることができる。冷媒の蒸気圧と第１流体の蒸気圧とが近い温度範囲で圧力制御をする場合にはその圧力制御を可能な精度が要求される。一方、冷媒に混入させる流体を第１流体よりも蒸気圧の高い第２流体に切り替えることで、圧力制御に要求される精度が高くなることを回避することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４及び図６に示すＳ１０及びＳ１２の実行順序は逆でもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理チャンバ、７０…載置台、８０…気化容器、９０…冷却システム、９１…第１流量制御系、９２…第１流体源、９３…冷媒流量制御系、９４…制御部、９５…温度センサ、９６…第２流量制御系、９７…第２流体源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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