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公開番号2025137996
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024036595
出願日2024-03-11
発明の名称ウエハステージ冷却システム
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類H01L 21/3065 20060101AFI20250917BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡易な構成でもってウエハステージを効率的に冷却できるウエハステージ冷却システムを提供する。
【解決手段】ウエハステージ冷却システムは、プラズマエッチングの対象となる半導体ウエハを支持するウエハステージを冷却するためのウエハステージ冷却システムであって、第1冷媒が循環するように構成された第1冷却装置と、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換が行わるように構成された熱交換器と、熱交換器とウエハステージとの間を循環する第2冷媒が封入されたヒートパイプラインとを備え、ヒートパイプラインは、第1冷媒との熱交換によって第2冷媒が気相状態から液相状態に凝縮するための凝縮部と、液相状態の第2冷媒がウエハステージの冷却を通じて蒸発するための蒸発部と、凝縮部と蒸発部との間で第2冷媒を循環させる少なくとも1つの循環ラインとを含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
プラズマエッチングの対象となる半導体ウエハを支持するウエハステージを冷却するためのウエハステージ冷却システムであって、
第１冷媒が循環するように構成された第１冷却装置と、
前記第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換が行わるように構成された熱交換器と、
前記熱交換器と前記ウエハステージとの間を循環する前記第２冷媒が封入されたヒートパイプラインと
を備え、
前記ヒートパイプラインは、
前記第１冷媒との熱交換によって前記第２冷媒が気相状態から液相状態に凝縮するための凝縮部と、
前記液相状態の前記第２冷媒が前記ウエハステージの冷却を通じて蒸発するための蒸発部と、
前記凝縮部と前記蒸発部との間で前記第２冷媒を循環させる少なくとも１つの循環ラインと、
を含む
ウエハステージ冷却システム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記凝縮部が前記蒸発部よりも鉛直方向の上側に位置し、
前記ヒートパイプラインは、前記液相状態の前記第２冷媒が自重によって前記凝縮部から前記蒸発部まで移動するサーモサイフォン型のヒートパイプである
請求項１に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの循環ラインの各々は、
前記凝縮部と前記蒸発部とに接続する単一の配管ラインを含み、
前記単一の配管ラインは、前記凝縮部から前記蒸発部までの前記第２冷媒の液相流路を規定すると共に、前記蒸発部から前記凝縮部までの前記第２冷媒の気相流路を規定する
請求項１または２に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項４】
前記蒸発部は、前記ウエハステージの内部に形成される内部流路である
請求項１または２に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項５】
前記内部流路は、平面視にて渦巻き状に形成され、
前記少なくとも１つの循環ラインは、複数の前記配管ラインを含み、
前記複数の配管ラインは、平面視において互いに異なる位置にて前記内部流路に接続されている
請求項４に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項６】
前記ウエハステージは、
前記半導体ウエハが載置される載置部と、
前記載置部を支持すると共に、前記載置部よりも高い放熱性を有するヒートシンク部と、
を含み、
前記内部流路は、前記ヒートシンク部の内部に形成されている
請求項４に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項７】
半導体工場のプロセスガスとして利用されるための液化ガスが流れる液化ガスラインをさらに備え、
前記熱交換器は、第３冷媒としての前記液化ガスと、前記第２冷媒との間の熱交換によって、前記第２冷媒を冷却するように構成されている
請求項１または２に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項８】
前記第１冷却装置は、
前記第１冷媒が循環するための第１冷媒循環ラインと、
前記第１冷媒循環ライン上に配置される圧縮機、膨張タービン、および熱交換部と、
を含み、
前記熱交換部は、前記膨張タービンによって排出される前記膨張した前記第１冷媒を前記熱交換器内に導入するように構成されている
請求項１または２に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項９】
半導体工場のプロセスガスとして利用されるための液化ガスが流れる液化ガスラインと、
前記膨張タービンから前記熱交換部に向かって流れる前記第１冷媒と、前記液化ガスラインを流れる前記液化ガスとの間の熱交換によって、前記第１冷媒を冷却するように構成された冷却用熱交換器と、
をさらに備える
請求項８に記載のウエハステージ冷却システム。
【請求項１０】
前記第１冷却装置は、前記第１冷媒が気相状態を維持して前記第１冷媒循環ラインを循環するように構成されている
請求項８に記載のウエハステージ冷却システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ウエハステージを冷却するためのウエハステージ冷却システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体プラントの製造工程には、半導体ウエハ上に深溝を形成するためのエッチング加工工程が含まれる。エッチング加工中の半導体ウエハの温度は極低温に維持される必要がある。その具体的な手段の一例が特許文献１に開示されている。同文献では、半導体ウエハを支持するウエハステージを冷却するためのフロン冷媒が循環する冷媒配管と、フロン冷媒を冷却する冷却器が組み込まれた冷凍サイクルとが開示されている。冷凍サイクルによって冷却された極低温のフロン冷媒はウエハステージに供給されて、ウエハステージの温度は極低温に維持される（特許文献１の図３（ｂ）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－０７９５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体の微細化、高積層化、および３次元化に伴い、昨今では深溝の更なる微細化が求められるようになっており、エッチング加工中の半導体ウエハの温度も更に極低温にされることが求められるようになっている。これを実現するためには、簡易な構成でもってウエハステージを効率的に冷却することが好ましい。
【０００５】
本開示の目的は、簡易な構成でもってウエハステージを効率的に冷却できるウエハステージ冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の少なくとも一実施形態に係るウエハステージ冷却システムは、
プラズマエッチングの対象となる半導体ウエハを支持するウエハステージを冷却するためのウエハステージ冷却システムであって、
第１冷媒が循環するように構成された第１冷却装置と、
前記第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換が行わるように構成された熱交換器と、
前記熱交換器と前記ウエハステージとの間を循環する前記第２冷媒が封入されたヒートパイプラインと
を備え、
前記ヒートパイプラインは、
前記第１冷媒との熱交換によって前記第２冷媒が気相状態から液相状態に凝縮するための凝縮部と、
前記液相状態の前記第２冷媒が前記ウエハステージの冷却を通じて蒸発するための蒸発部と、
前記凝縮部と前記蒸発部との間で前記第２冷媒を循環させる少なくとも１つの循環ラインと、
を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、簡易な構成でもってウエハステージを効率的に冷却できるウエハステージ冷却システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
一実施形態に係るウエハステージ冷却システムの概略図である。
一実施形態に係る第１冷却装置の概略図である。
一実施形態に係る凝縮部の概略図である。
一実施形態に係るウエハステージの概略的な断面図である。
変形例に係るヒートパイプラインの概略図である。
変形例に係るウエハステージの概略図である。
追加的な構成要素を備えた第１冷却装置の概略図である。
変形例に係る第１冷却装置の概略図である。
図８の部分拡大図である。
他の実施形態に係るウエハステージ冷却システムの概略図である。
変形例に係るウエハステージ冷却システムの概略図である。
半導体工場に組み込まれる熱サイクルの基本概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
【００１０】
＜ウエハステージ冷却システム２の概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係る半導体工場１に組み込まれたウエハステージ冷却システム２の概略図である。ウエハステージ冷却システム２は、半導体ウエハ３をプラズマエッチングの対象とするプラズマ処理装置６を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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