(57)【要約】水から液体窒素へ熱を伝達させるために熱交換器が使用される。水から液体窒素へ熱が伝達されると、水の温度が低下し且つ液体窒素がガス状窒素へ変換する。冷却された水及びガス状窒素が半導体製造処理における１個又はそれ以上の半導体製造装置によって使用される。従って、半導体製造処理において使用するために液体窒素をガス状窒素へ変換させるために液体窒素によって水を通過させることにより水を冷却させるので、半導体製造処理の全体的な電力消費は低下される。【選択図】図２
2004509309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ガス供給源、
冷却剤供給源、
第一半導体製造装置、
第一熱交換器、
を有するシステムであって、前記第一熱交換器が、
前記冷却剤供給源へ結合されており、前記冷却剤供給源がそれを介して前記第一熱交換器へ冷却剤を供給する第一インレット、
前記第一半導体製造装置へ結合されており、前記第一熱交換器がそれを介して前記第一半導体製造装置へ前記冷却剤を供給する第一アウトレット、
前記液体ガス供給源へ結合されており、前記液体ガス供給源がそれを介して前記第一熱交換器へ液体ガスを供給する第二インレット、
半導体製造プロセスにおいて使用するために前記液体ガスをそのガス状態で供給する第二アウトレット、
を有しているシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記冷却剤が水及びグリコールを有しているシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記液体ガスが液体窒素、液体酸素、液体アルゴンを有しているシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記第二アウトレットが前記第一半導体製造装置へ結合しており、前記第一熱交換器が前記液体ガスをそのガス状態において前記第二アウトレットを介して前記第一半導体製造装置へ供給するシステム。
【請求項５】
請求項１において、更に、第二半導体製造装置を有しており、前記第二アウトレットが前記第二半導体製造装置へ結合しており、前記第一熱交換器が前記液体ガスをそのガス状態で前記第二アウトレットを介して前記第二半導体製造装置へ供給するシステム。
【請求項６】
請求項５において、更に、第二熱交換器を有しており、前記第二熱交換器が、第三インレット及び前記第二半導体製造装置へ結合されている第三アウトレットを有しているシステム。
【請求項７】
請求項６において、更に、前記第二インレットと、前記液体ガス供給源と、前記第三インレットとを結合する第一バルブを有しており、前記第一バルブは前記液体ガス供給源から前記液体ガスが前記第二インレット又は前記第三インレットへ流れることを選択的に許容するシステム。
【請求項８】
請求項６において、更に、前記第二インレットと、前記液体ガス供給源と、前記第三インレットとを結合する第一バルブを有しており、前記第一バルブは前記液体ガスが前記液体窒素供給源から前記第二インレット及び前記第三インレットの両方へ流れることを許容するシステム。
【請求項９】
請求項７において、更に、前記第二アウトレットと、前記第三アウトレットと、前記第二半導体製造装置とを結合する第二バルブを有しており、前記第二バルブは前記液体ガスが前記第二アウトレット又は前記第三アウトレットから前記第二半導体製造装置へ流れることを選択的に許容するシステム。
【請求項１０】
請求項６において、前記第二熱交換器は、更に、前記第三インレットへ結合した第一端部と前記第三アウトレットへ結合した第二端部とを具備している第二パイプを有しており、前記第二パイプは大気条件へ露呈されるシステム。
【請求項１１】
請求項６において、更に、冷却装置を有しており、前記冷却装置は第四インレット及び前記第一半導体製造装置へ結合している第四アウトレットを有しているシステム。
【請求項１２】
請求項１１において、更に、前記冷却剤供給源と、前記第一インレットと、前記第四アウトレットとを結合する第三バルブを有しており、前記第三バルブは前記冷却剤が前記冷却剤供給源から前記第一インレット又は前記第四インレットへ流れることを選択的に許容するシステム。
【請求項１３】
請求項１１において、更に、前記冷却剤供給源と、前記第一インレットと、前記第四インレットとを結合する第三バルブを有しており、前記第三バルブは前記冷却剤が前記冷却剤供給源から前記第一インレット及び前記第四インレットの両方へ流れることを許容するシステム。
【請求項１４】
請求項１１において、更に、前記第一アウトレットと、前記第四アウトレットと、前記第一半導体製造装置とを結合する第四バルブを有しており、前記第四バルブは、前記冷却剤が前記第一アウトレット又は前記第四アウトレットから前記第一半導体製造装置へ流れることを選択することを許容するシステム。
【請求項１５】
請求項１４において、更に、前記第一アウトレット近くに位置されている温度センサーを有しているシステム。
【請求項１６】
請求項１５において、更に、前記温度センサー、前記第一バルブ、前記第三バルブ、前記第四バルブ、前記第二バルブのうちの少なくとも１つへ結合されている制御ユニットを有しているシステム。
【請求項１７】
請求項１において、前記第一半導体製造装置がＣＶＤ（化学的蒸着）システム、ＰＶＤ（物理的蒸着）システム、注入器、炉、ＲＴＰ（迅速熱処理）システム、エッチャ−、プラズマＣＶＤシステム、ステッパー、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）、及び空調ユニットを包含しているシステム。
【請求項１８】
請求項１において、更に、前記第一インレット及び前記冷却剤供給源を結合している第五バルブを有しており、前記第五バルブは前記冷却剤が選択した流量で流れることを許容するシステム。
【請求項１９】
請求項１８において、更に、前記第二インレットを前記液体ガス供給源へ結合させる第六バルブを有しており、前記第六バルブは前記液体ガスが選択した流量で前記第二インレットへ流れることを許容するシステム。
【請求項２０】
請求項１９において、更に、前記第一アウトレットに位置されている温度センサーを有しているシステム。
【請求項２１】
請求項２０において、更に、前記温度センサー、前記第五バルブ、前記第六バルブのうちの少なくとも１つへ結合されている制御ユニットを有しているシステム。
【請求項２２】
請求項１において、前記熱交換器が、更に、
空調ユニットへ結合されており、前記空調ユニットがそれを介して前記第一熱交換器へ冷媒を供給する第五インレット、
前記空調ユニットへ前記冷媒を供給する第五アウトレット、
を有しているシステム。
【請求項２３】
請求項１において、更に第三熱交換器を有しており、前記第三熱交換器は、
空調ユニットへ結合されており前記空調ユニットがそれを介して前記第三熱交換器へ冷媒を供給する第五インレット、
前記冷媒を前記空調ユニットへ供給する第五アウトレット、
前記第一アウトレットへ結合されており、前記第一アウトレットがそれを介して前記冷却剤を前記第三熱交換器へ供給する第六インレット、
前記冷却剤が前記第三熱交換器から出ることを許容する第六アウトレット、
を有しているシステム。
【請求項２４】
半導体製造においてエネルギを節約する方法において、
冷却剤供給源から第一熱交換器へ冷却剤を供給し、
液体ガス供給源から液体ガスを熱交換器へ供給してそこで前記液体ガスはそのガス状態へ変化し且つ前記冷却剤が冷却を行い、
冷却された冷却剤を前記第一熱交換器から第一半導体製造装置へ供給し、
前記液体ガスをそのガス状態において半導体製造プロセスにおいて使用するために供給する、
ことを包含している方法。
【請求項２５】
請求項２４において、更に、
前記第一熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給された前記冷却された冷却剤が所定の温度よりも高い場合には、
前記冷却剤を前記冷却剤供給源から冷却装置へ供給し、
冷却剤を前記冷却装置から前記第一半導体製造装置へ供給する、
ことを包含している方法。
【請求項２６】
請求項２４において、前記液体ガスをそのガス状態において供給する場合に、前記液体ガスをそのガス状態において前記第一半導体製造装置へ送給することを包含している方法。
【請求項２７】
請求項２４において、前記液体ガスをその状態において供給する場合に、前記液体ガスをそのガス状態において第二半導体製造装置へ送給することを包含している方法。
【請求項２８】
請求項２７において、更に、前記熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給される冷却剤が所定の温度未満である場合には、
前記液体ガスを前記液体ガス供給源から第二熱交換器へ供給し、
前記液体ガスをそのガス状態において前記第二熱交換器から前記第二半導体製造装置へ供給する、
ことを包含している方法。
【請求項２９】
請求項２４において、前記冷却剤が水及びグリコールを包含している方法。
【請求項３０】
請求項２４において、前記液体ガスが液体窒素、液体酸素、液体アルゴンを包含している方法。
【請求項３１】
請求項２４において、更に、前記第一熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給される前記冷却された冷却剤が所定の温度を超えている場合には、前記冷却剤供給源からの冷却剤を前記第一熱交換器及び冷却装置へ供給することを包含している方法。
【請求項３２】
請求項３１において、更に、前記冷却装置から前記第一半導体製造装置へ冷却剤を供給することを包含している方法。
【請求項３３】
請求項２４において、更に、前記熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給される冷却剤が所定の温度未満である場合には、前記液体ガス供給源から前記第一熱交換器及び第二熱交換器へ液体ガスを供給することを包含している方法。
【請求項３４】
請求項３３において、更に、前記液体ガスをそのガス状態において前記第二熱交換器から第二半導体製造装置へ供給することを包含している方法。
【請求項３５】
請求項２４において、更に、前記第一熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給される冷却された冷却剤が所定の温度を超えている場合には、
前記冷却剤供給源から前記第一熱交換器への冷却剤の流量を減少させ、
前記液体ガス供給源から前記第一熱交換器への液体ガスの流量を増加させ、又は
前記冷却剤供給源から前記第一熱交換器への冷却剤の流量を減少させ且つ前記液体ガス供給源から前記第一熱交換器への液体ガスの流量を増加させる、
ことを包含している方法。
【請求項３６】
請求項２４において、更に、前記熱交換器から前記第一半導体製造装置へ供給される冷却剤が所定の温度未満である場合には、
前記液体ガス供給源から前記第一熱交換器へ供給される液体ガスの流量を減少させ、
前記冷却剤供給源から前記第一熱交換器へ供給される冷却剤の流量を増加させ、又は
前記液体ガス供給源から前記第一熱交換器へ供給される液体ガスの流量を減少させ且つ前記冷却剤供給源から前記第一熱交換器へ供給される冷却剤の流量を増加させる、
ことを包含している方法。
【請求項３７】
請求項２４において、更に、
空調ユニットから冷媒を前記第一熱交換器へ供給しそこで前記冷媒が冷却され、
冷却された冷媒を前記第一熱交換器から前記空調ユニットへ供給する、
ことを包含している方法。
【請求項３８】
請求項２４において、更に、
前記第一熱交換器から第三熱交換器へ冷却された冷却剤を供給し、
空調ユニットから冷媒を前記第三熱交換器へ供給し、そこで前記冷媒が冷却され、
冷却された冷媒を前記第三熱交換器から前記空調ユニットへ供給する、
ことを包含している方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造施設用の冷却剤及びガスを発生する方法及びシステムに関するものであって、更に詳細には、水の温度を低下させ且つ半導体製造処理において使用するために液体窒素をガス状窒素へ変換させるために水から液体窒素へ熱を伝達させる熱交換器の使用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は半導体製造施設（クリーンルーム）の典型的なレイアウトを例示している。このクリーンルームは、膜成長、付着、フォトリソグラフィ、エッチング、イオン注入、及びフォトレジスト剥離用の区域を包含している。このクリーンルームにおける処理装置は、ＣＶＤ（化学的蒸着）システム、ＰＶＤ（物理的蒸着）システム、注入器、炉、ＲＴＰ（迅速熱処理（例えばアニール））システム、エッチャー、プラズマＣＶＤシステム、ステッパー、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を包含している。処理冷却用水を生成するためにチラー即ち冷却装置が使用され、且つそれらは「ＵＬＳＩ技術（ＵＬＳＩ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｃ．Ｙ．　Ｃｈａｎｇ及びＳ．Ｍ．　Ｓｚｅ編著、マクグローヒルカンパニィ出版、１９９６年によれば典型的なクリーンルームの全体的な電力消費の約１８％を構成している。
【０００３】
処理装置は、又、種々の半導体製造処理におけるキャリアガス、反応ガス、ドーパント、パージガス、希釈ガスとしてガス状窒素を使用する。半導体製造装置における流体圧力装置を動作させるためにも窒素を使用することが可能である。典型的に、窒素は空間を節約するためにその液体の状態でタンク内に保存される。液体窒素をガス状窒素へ変換させるためには、液体窒素は大気へ露呈されているフィンを具備するパイプを介して移動し（例えば、熱交換器）、従って液体窒素は大気条件から熱を吸収することが可能である。半導体製造処理において使用されるその他のガスは酸素及びアルゴンを包含している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における１つの問題は、冷却剤を冷却するために別個のチラー即ち冷却装置が設けられていることである。このことは空間を占有し且つ電力を消費し、従ってウエハ製造のコストを増加させる。更に、液化されたガスはガスとなるために加熱されねばならず、この場合にも電力を消費し、従って製造処理に対してコストを付加させる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面によれば、冷却システムが、半導体製造処理において使用される１個又はそれ以上の装置へ冷却剤及びガスを供給する熱交換器を有している。該熱交換器は、冷却剤（例えば、水）供給源及び液体ガス（例えば液体窒素）供給源へ結合されており、冷却剤から液体ガスへ熱を伝達させ、それにより冷却剤を冷却させ且つ液体ガスをガス化させる。該熱交換器は該冷却剤及びガスを搬送体製造装置の１つ又はそれ以上のユニットへ供給すべく結合されている。実施例に依存して、該熱交換器は冷却剤及びガスを同一又は異なる装置へ供給することが可能である。
【０００６】
本発明の別の側面によれば、冷却剤（例えば水）の温度を低下させる方法が、冷却剤供給源から冷却剤を熱交換器へ供給し、液体ガス供給源から液体ガス（例えば液体窒素）を該熱交換器へ供給し、且つ該冷却剤を該熱交換器から半導体製造装置へ供給することを包含している。本方法は、更に、液体ガスをそのガス状態において該熱交換器から同一の半導体製造装置又は異なる半導体製造装置へ供給することを包含することが可能である。
【０００７】
本発明は半導体製造のコストにおける実質的な節約を提供している。半導体製造処理において使用される冷却剤は殆ど又は全くチラー即ち冷却装置を使用すること無しに冷却される。その代わりに、冷却剤は半導体製造処理において使用するためにそのガス状態へ変換されねばならない液体ガスを使用して冷却される。従って、冷却装置によるエネルギ消費は最小とされ且つ半導体製造コストが減少される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の１つの側面に基づく冷却システム１００を例示している。バルブ１０２が液体ガス供給源１０４を熱交換器１０８のインレット１０６又は熱交換器１１２のインレット１１０へ選択的に結合させる。バルブ１０２は、例えば、コネクチカット州スタンフォードのオメガエンジニアリング、インコーポレイテッドから入手可能な従来のバルブである。１つの例として、液体ガス供給源１０４は液体窒素を格納し且つ液体ガスを保持する従来のタンクである。
【０００９】
インレット１０６はパイプ１１４へ結合されており、該パイプは熱交換器１０８によって画定されるチャンバ１１３を介して延在している。パイプ１１４は熱交換器１０８のアウトレット１１８へ結合している。バルブ１２０は熱交換器１０８のアウトレット１１８又は熱交換器１１２のアウトレット１２２を選択的にガス供給パイプ１２４へ結合させる。バルブ１２０はバルブ１０２と同一のタイプのバルブである。パイプ１２４はガス状窒素を供給するために従来の半導体製造装置１２６Ａへ結合している。装置１２６ＡはＣＶＤ（化学的蒸着）システム、ＰＶＤ（物理的蒸着）システム、注入器、炉、ＲＴＰ（迅速熱処理（例えばアニール））システム、エッチャー、プラズマＣＶＤシステム、ステッパー、ＳＥＭ（走査顕微鏡）、空調ユニットのうちのいずれか１つとすることが可能である。
【００１０】
熱交換器１１２はパイプ１２８を有しており、その外側表面はフィン１３０が取付けられている。熱交換器１１２は開放大気に露呈されており、大気中の空気から熱交換器１１２を介して移動する液体窒素へ熱を伝達させる。
【００１１】
バルブ１３２は冷却剤供給源１３４を熱交換器１０８のインレット１３６又は従来のチラー即ち冷却装置１３０のインレット１３８へ選択的に結合させる。バルブ１３２はバルブ１０２と同一のタイプのバルブである。冷却剤供給源１３４内に格納されている冷却剤は、例えば、都市水道線から直接供給される水であるか、又はある場合には、脱イオン化水供給源からの脱イオン化水である。冷却剤供給源１３４は、又、熱を伝達させる水の能力に悪影響を与えるか又は冷却中の装置における冷却剤通路の内側を腐食させるか又はその上に付着物を形成させる水の中に存在する汚染物を除去する水濾過装置を有することが可能である。
【００１２】
図２のシステム１００に関連して液体窒素及び水について説明するが、システム１００は半導体製造処理において必要とされるその他の液体ガス及び／又は冷却剤を加熱又は冷却するために使用することが可能である。例えば、その他の適切な液体ガスとしては、液体酸素及び液体アルゴン等があり、且つその他の適宜の冷却剤としてはグリコール等がある。
【００１３】
インレット１３６は熱交換器１０８へ結合しており、従って水が熱交換器１０８によって画定されているチャンバ１１３内に流れる。チャンバ１１３内において、水はパイプ１１４と接触し且つパイプ１１４内を流れる窒素に対して熱を失う。液体窒素によって冷却される水はアウトレット１４２を介して熱交換器１０８から出る。
【００１４】
チラー即ち冷却装置１４０は水の温度を低下させるために使用される従来の冷却装置である。水はインレット１３８から冷却装置１４０内へ流れ且つアウトレット１４６を介して出る。バルブ１４４は熱交換器１０８のアウトレット１４２又は冷却装置１４０のアウトレット１４６を選択的に冷却剤供給パイプ１４８へ結合させる。パイプ１４８は冷却剤水を供給するために装置１２６Ａへ結合している。１実施例においては、装置１２６Ａは、更に、半導体製造施設のために冷却された空気を発生するために冷却剤水（又は別の適宜の空調用冷却剤）を使用する空調ユニットを構成することが可能である。パイプ１２４及び１４８は夫々同一の装置１２６Ａに対してガス状窒素及び冷却された水を供給するものとして例示されているが、パイプ１２４及び１４８は、夫々、同一又は異なる半導体製造装置（例えば装置１２６Ｂ及び１２６Ｃ）の１つ又はそれ以上へガス状窒素及び冷却された水を供給することが可能である。
【００１５】
制御ユニット１５０はバルブ１０２，１２０，１３２，１４４を制御する。制御ユニット１５０は、例えば、オメガエンジニアリング、インコーポレイテッドから入手可能な従来の温度制御ユニットである。通常動作においては、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして供給源１０４をインレット１０６へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１１８をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして供給源１３４をインレット１３６へ結合させ、（４）バルブ１４４をしてアウトレット１４２をパイプ１４８へ結合させる。熱交換器１０８のチャンバ１１３内において、水がパイプ１１４と接触し且つ熱が水からパイプ１１４へ及びパイプ１１４から窒素へ伝達される。窒素はアウトレット１１８を介して熱交換器１０８から出る前に液体からガスへ変化する。水は、パイプ１１４に対して熱を喪失して低温となり且つアウトレット１４２を介して熱交換器１０８から出る前に所望の温度に到達する。ガス状窒素及び冷却された水は半導体製造処理において使用するために装置１２６Ａによって受取られる。
【００１６】
熱交換器１０８から出る水が温度が高過ぎる場合には、制御ユニット１５０が熱交換器１０８をバイパスし且つ冷却装置１４０を使用することが可能である。熱交換器１０８から出る水が冷た過ぎる場合には、熱交換器１０８から出る水が所望の温度に復帰するまで、制御ユニット１５０は液体窒素を熱交換器１０８から熱交換器１１２へ逸らすことが可能である。これらの動作については後に図４を参照して説明する。
【００１７】
図３Ａ及び３Ｂは熱交換器１０８の概略平面図、側面図、正面図を示している。図３Ａに示したように、チャンバ１０３は幅Ｗ、長さＬ、高さＨを有している。当業者によって理解されるように、Ｗ，Ｌ，Ｈの実際の寸法はクリーンルームの冷却された水及び／又はガス状窒素に対する要求に依存する。
【００１８】
パイプ１１４は連結部１５４−ｉ、真っ直ぐなパイプ１５６−ｊ、連結部１５８−ｋ、真っ直ぐなパイプ１６０−ｌ、Ｕ形状パイプ１６２−ｍの組合わせを有している。注意すべきことであるが、ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍはパイプ１５４，１５６，１５８，１６０，１６２の数を表わす整数であり、且つそれらの値はパイプ１１４のレベル数に従って変化する。平面図（図３Ａの上側）を参照すると、パイプ１１４はインレット１０６をパイプ１５６−１へ結合する連結部１５４−１で開始している。次に、連結部１５８−１はパイプ１５６−１をパイプ１６０−１と結合している。次いで、別の連結部１５８−２がパイプ１６０−１をパイプ１６２−１と結合している。パイプ１６２−１は前に説明したパイプが位置されている面（第一面）上においてパイプ１１４の１８０度の回転を行わせるために使用される。
【００１９】
次に、連結部１５８−３がパイプ１６２−１を真っ直ぐなパイプ１６０−２と結合させる。次いで、連結部１５８−４が真っ直ぐなパイプ１６０−２をパイプ１６２−２と結合させる。パイプ１６２−２は第一面に対して垂直な面内においてパイプ１１４の１８０度の回転を行わせ且つパイプ１６０−２と整合させるために使用される。側面図（図３Ａの底部）を参照すると、前に説明したパイプの組合わせがパイプ１１４の付加的なレベルに対して繰返される。最後のレベルにおいて、連結部１５４−２がパイプ１５６−２（パイプ１１４の端部）をアウトレット１１８へ結合させる。
【００２０】
当業者によって理解されるように、パイプ１１４は、別法として、その他のパイプの組合わせ又は図３Ａに示した構造を形成すべく屈曲された単一のパイプから構成することが可能である。注意すべきことであるが、単一のパイプを使用することは熱交換器１０８内部における周期的な加熱及び冷却条件の下での時間にわたってのリークを減少させる。
【００２１】
正面図（図３Ｂ）を参照すると、パイプ１１４の外側表面にフィン１６４が取付けられており、チャンバ１０３を充填する水とパイプ１１４内の窒素との間の伝熱を増加させている。例えば、パイプ１１４の外側表面の周りに８個のフィン１６４が等間隔に設けられている。この正面図は、又、同一のレベル上の隣接するパイプ１６０−１がそれらの中心から距離Ｓだけ離隔されていることを示している。隣接するレベル上の隣接するパイプ１６０−１も距離Ｓだけそれらの中心から離隔されている。当業者によって理解されるように、Ｓ、パイプのサイズ及び長さの実際の寸法はクリーンルームの冷却される水及び／又はガス状窒素に対する要求に依存する。更に、パイプ１６０−１が距離Ｓだけ等間隔に離隔して示されているが、パイプ１６０−１は異なる距離だけ離隔させることが可能である。
【００２２】
図４は、システム１００がＴ１とＴ２との温度範囲内に熱交換器１０８から出る水の温度を維持する方法２００を示しており、尚Ｔ１はＴ２よりも一層高い。方法２００はアクション２０２において開始する。アクション２０２において、オペレータが制御ユニット１５０を所望の温度Ｔ１及びＴ２で初期化する。アクション２０４において、制御ユニット１５０はチャンバ１１３を水で充填させ始め且つ液体窒素がパイプ１１４を介して流れることを許容する。従って、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして窒素供給源１０４をインレット１０６へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１１８をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして水供給源１３４をインレット１３６へ結合させ、（４）バルブ１４４をして水がアウトレット１４２を介してチャンバ１１３から出ることを許容することのない閉じた位置に止まらせる。
【００２３】
アクション２０６において（チャンバ１１３が水で充填された場合）、制御ユニット１５０は温度センサー１５２を使用してアウトレット１４２近くの水の温度が温度Ｔ１よりも高いか否か、即ちその水の温度が高過ぎるか否かを判別する。アウトレット１４２近くの水の温度が高過ぎる場合には、アクション２０６の後にアクション２０８が続く。そうでない場合には、アクション２０６の後にアクション２１０が続く。
【００２４】
注意すべきことであるが、アウトレット１４２近くの水の温度はチャンバ１１３内において水がパイプ１１４と形成する接触の量に依存して時間と共に変化する場合がある。当業者によって理解されるように、アウトレット１４２近くの一貫性のある水の温度を確保するためには、チャンバ１１３内の水は均一に分布されており、従って水がアウトレット１４２に向かってチャンバ１１３の下方へ移動する場合にパイプ１１４と一様に接触するものでなければならない。当業者によって理解されるように、典型的な半導体製造処理は冷却剤水温度（例えば３０℃）に対して高いトリランス（例えば、±１０乃至２０℃）を有しており、且つ水は良好な熱伝導体であって、従って水の温度は通常均一に分布されている。一方、チャンバ１１３全体にわたっての一様な水の温度を確保するために、チャンバ１１３内の水を撹拌するために機械的な撹拌器を使用することが可能である。
【００２５】
アクション２０８において、制御ユニット１５０は熱交換器１０８をバイパスし且つ冷却装置１４０を使用して水を所望の温度へ冷却させる。従って、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして窒素供給源１０４をインレット１０６へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１１８をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして水供給源１３４をインレット１３８へ結合させ、（４）バルブ１４４をしてアウトレット１４６を装置１２６Ａへ結合させる。注意すべきことであるが、熱交換器１０８は装置１２６Ａへガス状窒素を供給するために未だに使用することが可能である。アクション２０８の後にアクション２０６が続き且つアウトレット１４２近くの水の温度が温度Ｔ１未満となるまで方法２００が繰返す。
【００２６】
アクション２１０において、制御ユニット１５０は熱交換器１０８を使用して冷却された水及び／又はガス状窒素を装置１２６Ａへ供給する。従って、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして窒素供給源１０４をインレット１０６へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１１８をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして水供給源１３４をインレット１３６へ結合させ、（４）バルブ１４４をしてアウトレット１４２を装置１２６Ａへ結合させる。アクション２０８の後にアクション２１０が続く。
【００２７】
アクション２１２において、制御ユニット１５０は温度センサー１５２を使用して、アウトレット１４２近くの水の温度が温度Ｔ２未満であるか否か、即ちその水の温度が低過ぎる（例えば、水が凍結し始める）か否かを判別する。熱交換器１０８を出る水の温度が低過ぎる場合には、アクション２１２の後にアクション２１４が続く。そうでない場合には、アクション２１２の後にアクション２１６が続く。
【００２８】
アクション２１４において、制御ユニット１５０は熱交換器１０８をバイパスさせ且つ熱交換器１１２を使用して液体窒素をガス状窒素へ変換させ、それにより熱交換器１０８内の水がＴ２より高い温度へ上昇することを許容する。従って、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして窒素供給源１０４をインレット１１０へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１２２をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして水供給源１３４をインレット１３６へ結合させ、（４）バルブ１４４をしてアウトレット１４２を装置１２６Ａへ結合させる。注意すべきことであるが、熱交換器１０８は、装置１２６Ａへ冷却した水を供給するために未だに使用することが可能である。アクション２１４の後にアクション２１２が続き、且つアウトレット１４２近くの水の温度が温度Ｔ２より高くなるまで方法２００は繰返す。
【００２９】
アクション２１６において、制御ユニット１５０は冷却した水及び／又はガス状窒素を装置１２６Ａへ供給するために熱交換器１０８を使用する。従って、制御ユニット１５０は（１）バルブ１０２をして窒素供給源１０４をインレット１０６へ結合させ、（２）バルブ１２０をしてアウトレット１１８をパイプ１２４へ結合させ、（３）バルブ１３２をして水供給源１３４をインレット１３６へ結合させ、（４）バルブ１４４をしてアウトレット１４２を装置１２６Ａへ結合させる。アクション２１６の後にアクション２０６が続き、且つ前述したステップが繰返されて熱交換器１０８から出る水の温度を維持する。
【００３０】
図５は、システム１００が熱交換器１０８から出る水の温度をＴ１とＴ２との間の温度範囲に維持する方法５００を例示しており、尚Ｔ１はＴ２よりも高い。方法５００は、アクション５０８がアクション２０８を置換しており且つアクション５１４がアクション２１４を置換している点を除いて方法２００と同じである。
【００３１】
アクション５０８は、制御ユニット１５０がバルブ１３２を熱交換器１０８と冷却装置１４０の両方へ水を供給する位置に設定する点を除いてアクション２０８と同じである。１実施例においては、バルブ１３２は水を２つの宛先へ同時的に供給するセッティングを有している。アクション５０８において、熱交換器１０８は、熱交換器１０８から出る水の温度が高過ぎるものとなる場合に冷却装置１４０と関連して使用される。熱交換器１０８から幾らかの水を逸らせることは、より少ない量の水が液体窒素に対して熱を失うことを可能とさせ、それにより熱交換器１０８から出る水の温度を減少させる。
【００３２】
アクション５１４は、制御ユニット１５０が熱交換器１０８及び１１２の両方へ液体窒素を供給する位置にバルブ１０２を設定する点を除いてアクション２１４と同じである。１実施例においては、バルブ１０２は２つの宛先へ水を同時的に供給するセッティングを有している。アクション５１４において、熱交換器１０８は、熱交換器１０８から出る水の温度が低過ぎるものとなる場合に熱交換器１１２と関連して使用される。熱交換器１０８から幾らかの液体窒素を逸らさせることは、より小さな量の液体窒素がチャンバ１１３内の水から熱を吸収することを可能とさせ、それにより熱交換器１０８から出る水の温度を増加させる。
【００３３】
図６は本発明の別の側面に基づく冷却システム６００を示している。システム６００は、バルブ１３２の下流側で且つインレット１３６から上流側にバルブ６０２が付加されており、且つバルブ１０２の下流側で且つインレット１０６から上流側にバルブ６０４が付加されている点を除いてシステム１００と同じである。制御ユニット１５０は熱交換器１０８から出る水の温度を制御するための手段の１つとして熱交換器１０８内への夫々の水及び窒素の流量を制御するためにバルブ６０２及び６０４を使用する（方法７００に関連して説明する）。冷却装置１４０、熱交換器１１２及びそれらと関連するパイプ及びバルブはシステム６００の１実施例においてオプションであり、尚バルブ６０２及び６０４は、それによって制御ユニット１５０が熱交換器１０８から出る水の温度を制御する唯一の手段である。
【００３４】
図７は、システム６００が熱交換器１０８から出る水の温度をＴ１乃至Ｔ２の温度範囲の間に維持する方法７００を示している。方法７００は、アクション７０８がアクション２０８を置換しており、アクション７１４がアクション２１４を置換しており、且つ制御ユニット１５０が熱交換器１０８の通常動作期間中（アクション２１０及び２１６）バルブ６０２及び６０４を第一位置（例えば開放の５０％）へ開放させる点を除いて方法２００と同じである。
【００３５】
アクション７０８は、制御ユニット１５０が冷却装置１４０で熱交換器１０８をバイパスする代わりに熱交換器１０８の水の流量を減少させ及び／又は窒素の流量を増加させる点を除いてアクション２１０と同じである。水の流量を減少させることはより小さな量の水が液体窒素に対して熱を喪失することを許容し、それにより水の温度を減少させる。窒素の流量を増加させることはより大きな量の液体窒素がチャンバ１１３内の水から熱を吸収することを許容し、それにより水の温度を減少させる。水の流量を減少させるために、制御ユニット１５０はバルブ６０２を第二位置（例えば、開放の２５％）へ閉じる。窒素の流量を増加させるために、制御ユニット１５０はバルブ６０４を第三位置（例えば、開放の７５％）へ開かせる。
【００３６】
アクション７１４は、熱交換器１０８を熱交換器１１２でバイパスさせる代わりに、制御ユニット１５０が熱交換器１０８の水の流量を増加させ及び／又は窒素の流量を減少させる点を除いてアクション２１６と同じである。水の流量を増加させることはより大きな量の水が液体窒素へ熱を喪失することを許容し、それにより水の温度を増加させる。窒素の流量を減少させることは、より小さな量の液体窒素がチャンバ１１３内の水から熱を吸収することを許容し、それにより熱交換器から出る水の温度を増加させる。水の流量を増加させるためには、制御ユニット１５０がバルブ６０２を第三位置（例えば、開放の７５％）へ開放させる。窒素の流量を減少させるためには、制御ユニット１５０はバルブ６０４を第二位置（例えば、開放の２５％）へ閉じさせる。
【００３７】
熱交換器１０８から出る冷却された水の使用のうちの１つは、例えば、半導体製造施設内に位置されている多くの半導体製造装置のトリランス内に温度を維持するために使用される空調ユニットの冷媒（冷却剤）を冷却するためである。図８はシステム１００及び６００と関連して使用される空調システム８００の１実施例を示している。空調システム８００は空調ユニット８５０の冷媒を冷却するために使用される熱交換器（冷却剤槽）８０８を有している。該冷媒は空調ユニットから出てインレットパイプ８０６を介して冷却剤槽８０８のチャンバ８１３へ入る。インレットパイプ８０６がチャンバ８１３内を延在するパイプ８１４の一端に結合されている。パイプ８１４の別の端部は空調ユニット８５０へ冷媒を帰還させるアウトレットパイプ８１８へ結合している。冷却剤槽８０８及びパイプ８１４は、例えば、熱交換器１０８及びパイプ１１４と夫々類似した構成である。熱交換器１０８からの冷却された水はパイプ１４８（それは熱交換器１０８へのインレットとして作用する）を介してチャンバ８１３へ入り、且つアウトレットパイプ８４２を介してチャンバ８１３から出る。チャンバ８１３内において、冷却された水はパイプ８１４と接触し且つその中の冷媒を冷却する。
【００３８】
別の実施例においては、熱交換器１０８は冷却剤槽としても作用する。図９に示したように、冷媒がパイプ８０６を介して熱交換器１０８のチャンバ１１３に入る。パイプ８０６がチャンバ１１３内を延在するパイプ８１４の一端部に結合されている。パイプ８１４の別の端部は空調ユニット８５０へ冷媒を帰還させるパイプ８１８へ結合している。
【００３９】
本発明を特定の実施例を参照して説明したが、その説明は本発明の適用例の１つの例に過ぎず且つ限定として解釈すべきではない。例えば、実際の適用例に依存して、熱交換器１０８の代わりにその他のタイプの熱交換器を使用することが可能である。又、熱交換器１０８の能力が不充分である場合には、熱交換器１０８を熱交換器１１２及び冷却装置１４０と同時的に使用して必要な量の冷却された水及び／又はガス状窒素を生成することが可能である。更に、液体窒素又は水の流れが減少する上の動作のうちのいずれかにおいて、半導体製造装置の需要を満足するためにシステム１００及び６００と関連して従来の装置を使用することが可能である。ここに開示した実施例の特徴の種々のその他の適合及び結合は特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のクリーンルームレイアウトを示した概略図。
【図２】本発明の１つの側面に基づく冷却システムのブロック図。
【図３Ａ】本発明の１実施例に基づく図２及び６の熱交換器を示した平面図及び側面図。
【図３Ｂ】本発明の１実施例に基づく図２及び６の熱交換器を示した正面図。
【図４】図２及び６の冷却システムの動作方法を示したフローチャート。
【図５】図２及び６の冷却システムの動作方法を示したフローチャート。
【図６】本発明の１つの側面に基づく冷却システムのブロック図。
【図７】図２及び６の冷却システムの動作方法を示したフローチャート。
【図８】図２及び６の冷却システムと共に使用することが可能な空調ユニットのブロック図。
【図９】図２及び６の冷却システムと共に使用することが可能な空調ユニットのブロック図。
【符号の説明】
１００　冷却システム
１０２　バルブ
１０４　液体ガス供給源
１０６　インレット
１０８　熱交換器
１１０　インレット
１１２　熱交換器
１１３　チャンバ
１１４　パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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