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公開番号2024125251
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-18
出願番号2023032484
出願日2023-03-03
発明の名称半導体製造プロセスのための冷却システム、および半導体製造システム
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20240910BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】大きな設置スペースを必要とせず、半導体製造装置に使用される複数の処理チャンバを冷却することができ、かつ冷却システム全体の消費電力を削減することができる冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システム5は、クリーンルーム内に配置された複数の処理チャンバ2A～2Cを冷却するための冷却液を生成し、冷却液を複数の処理チャンバ2A～2Cに供給する少なくとも1つの熱交換ユニット8と、不凍液を冷却するための冷却装置と、熱交換ユニット8と冷却装置10との間を延びる不凍液循環ライン25と、不凍液を循環させるための不凍液ポンプ27を備え、熱交換ユニット8は、冷却液を循環させるための冷却液ポンプ30と、冷却液と不凍液との間で熱交換を行う熱交換器31と、冷却液の循環方向において、熱交換器31の上流側に配置された冷却側バッファタンク33を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体製造プロセスに使用される複数の処理チャンバを冷却するための冷却システムであって、
クリーンルーム内に配置された前記複数の処理チャンバを冷却するための冷却液を生成し、前記冷却液を前記複数の処理チャンバに供給する少なくとも１つの熱交換ユニットと、
不凍液を冷却するための冷却装置と、
前記熱交換ユニットと前記冷却装置との間を延びる不凍液循環ラインと、
前記不凍液を前記不凍液循環ライン内で循環させるための不凍液ポンプを備え、
前記熱交換ユニットは、
前記冷却液を前記複数の処理チャンバを通って循環させるための冷却液ポンプと、
前記冷却液と前記不凍液との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却液の循環方向において、前記熱交換器の上流側に配置された冷却側バッファタンクを備えている、冷却システム。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記冷却装置は、
前記不凍液と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷凍装置と、
前記第１冷媒と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷凍装置と、
前記第１冷凍装置と前記第２冷凍装置との間で中間媒体を循環させるための中間媒体循環ラインを備えている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記冷却装置は、二元冷凍サイクルを備えた冷凍機である、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記熱交換ユニットは、前記クリーンルームの下にあるサブファブエリア内に配置されている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記第１冷凍装置は、前記クリーンルームの下にあるサブファブエリア内に配置され、
前記第２冷凍装置は、前記クリーンルームおよび前記サブファブエリアの外に配置されている、請求項２に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記第１冷凍装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機を備えたターボ冷凍機であり、
前記圧縮機は、
羽根車と、
前記羽根車と一体に回転可能な回転体と、
前記回転体を非接触で回転可能に支持する磁気軸受を備えている、請求項５に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記冷却装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機を備えたターボ冷凍機であり、
前記圧縮機は、
羽根車と、
前記羽根車と一体に回転可能な回転体と、
前記回転体を非接触で回転可能に支持する磁気軸受を備えている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記冷却装置は、前記クリーンルームおよび前記クリーンルームの下にあるサブファブエリアの外に配置されている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記熱交換ユニットは、前記冷却システムから取り外し可能に構成されている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの熱交換ユニットは、前記複数の処理チャンバの数と同じ数の複数の熱交換ユニットである、請求項１に記載の冷却システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置などの半導体製造装置の冷却に使用される冷却システムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の１つであるドライエッチング工程では、クリーンルームに配置されたエッチング装置が使用され、主にクリーンルームの階下にあるサブファブエリアには、エッチング装置の複数の処理チャンバを流れる循環液を冷却するための冷却システムなどが配置される。機械室などの一般的な設備機械が設置される環境とは異なり、クリーンルームおよびサブファブエリアには、高い清浄度が求められる。図１１は、複数の処理チャンバを冷却するための冷却システムを示す模式図である。図１１に示すように、エッチング装置５０１は、複数の処理チャンバ５０２を有しており、各処理チャンバ５０２内でウェーハのエッチングを行うように構成されている。
【０００３】
複数の処理チャンバ５０２は、同じ数の複数のチラー５０５にそれぞれ連結されている。これらチラー５０５は独立に稼働しており、複数の処理チャンバ５０２を冷却するための循環液を複数の処理チャンバ５０２にそれぞれ供給する。各チラー５０５は、蒸発器５０６、圧縮機５０７、および凝縮器５０８を有する冷凍サイクルを備えており、冷凍サイクル内で冷媒が循環する。各チラー５０５の冷凍サイクルでは、凝縮器５０８内で、冷媒と大型冷凍機５１０により生成される冷却液との間で熱交換が行われ、蒸発器５０６内で、冷媒と複数の処理チャンバ５０２を冷却するための循環液との間で熱交換が行われる。冷媒との熱交換により冷却された循環液は、複数の処理チャンバ５０２内を通過しながら、複数の処理チャンバ５０２を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－８１１４５号公報
特開２０２１－７７０８５号公報
特開２０２２－１７４８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のチラー５０５は、サブファブエリア内に配置されており、大型冷凍機５１０は、クリーンルームおよびサブファブエリアの外にある機械室などに配置されている。近年では、エッチング装置の処理チャンバの数は増加する傾向にあり、これら処理チャンバに対応して設けられるチラーの数も増加する傾向にある。しかしながら、サブファブエリアはクリーンルームの直下に設ける必要があるため、サブファブエリアの大きさには限度がある。結果として、増加する数のチラーを置くスペースがサブファブエリア内に確保できないという問題があった。また、チラーの数の増加に伴い、冷却システム全体の消費電力の増加が課題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、大きな設置スペースを必要とせず、半導体製造装置に使用される複数の処理チャンバを冷却することができ、かつ冷却システム全体の消費電力を削減することができる冷却システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、半導体製造プロセスに使用される複数の処理チャンバを冷却するための冷却システムであって、クリーンルーム内に配置された前記複数の処理チャンバを冷却するための冷却液を生成し、前記冷却液を前記複数の処理チャンバに供給する少なくとも１つの熱交換ユニットと、不凍液を冷却するための冷却装置と、前記熱交換ユニットと前記冷却装置との間を延びる不凍液循環ラインと、前記不凍液を前記不凍液循環ライン内で循環させるための不凍液ポンプを備え、前記熱交換ユニットは、前記冷却液を前記複数の処理チャンバを通って循環させるための冷却液ポンプと、前記冷却液と前記不凍液との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却液の循環方向において、前記熱交換器の上流側に配置された冷却側バッファタンクを備えている、冷却システムが提供される。
【０００８】
本発明によれば、熱交換ユニットは、従来の複数のチラーの冷凍サイクルとは異なり、蒸発器、圧縮機、凝縮器などの構成要素を有していないので、サブファブエリア内に大きな設置スペースを必要とせず、半導体製造装置に使用される複数の処理チャンバを冷却することができる。
さらに、本発明によれば、複数の処理チャンバに供給する冷却液を生成するための、十分に低い温度の不凍液を冷却装置で包括的に生成することにより、高い冷却効率を達成できる。結果として、冷却装置の消費電力は、従来の複数のチラーの総消費電力よりも小さく、省エネ運転が達成できる。
【０００９】
一態様では、前記冷却装置は、前記不凍液と熱交換を行う第１冷媒が循環する第１冷凍装置と、前記第１冷媒と熱交換を行う第２冷媒が循環する第２冷凍装置と、前記第１冷凍装置と前記第２冷凍装置との間で中間媒体を循環させるための中間媒体循環ラインを備えている。
本発明によれば、第１冷凍装置と第２冷凍装置を備えた冷却装置は、複数の処理チャンバを包括的に冷却し、第１冷凍装置と第２冷凍装置が直列に接続されることにより二元冷凍サイクルの冷却装置と同等の作用があり、必要な十分に低い温度にまで不凍液を冷却することができる。また、第１冷凍装置および第２冷凍装置は、別個の装置として構成されているため、異なる場所に設置することができる。
【００１０】
一態様では、前記冷却装置は、二元冷凍サイクルを備えた冷凍機である。
本発明によれば、二元冷凍サイクルを持つ冷却装置は、単独で複数の処理チャンバを包括的に冷却するのに必要な十分に低い温度にまで不凍液を冷却することができる。
一態様では、前記熱交換ユニットは、前記クリーンルームの下にあるサブファブエリア内に配置されている。
本発明によれば、熱交換ユニットはクリーンルームの下のサブファブエリア内に設置することにより、クリーンルーム内の設置面積を減らすことができる。
一態様では、前記第１冷凍装置は、前記クリーンルームの下にあるサブファブエリア内に配置され、前記第２冷凍装置は、前記クリーンルームおよび前記サブファブエリアの外に配置されている。
本発明によれば、第１冷凍装置をサブファブエリア内に配置することにより、熱交換ユニットまでの配管を短くすることができ、熱損失を減らすことができる。
また、第２冷凍装置をクリーンルームおよびサブファブエリアの外に配置することにより、クリーンルームとサブファブエリア内に必要な設置スペースを小さくすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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