JP7066892B2 - 冷却装置、基板処理装置、冷却方法、および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、冷却装置、基板処理装置、冷却方法、および基板処理方法に関する。

例えば、基板の洗浄装置、エッチング装置などにおいては、低温のガスを処理の対象物に供給して対象物の温度を下げて処理を行う場合がある。この様な技術においては、例えば、液体窒素などの低温の液体を蒸発させて低温のガスを発生させ、発生させたガスを対象物に供給している。

しかしながら、液体窒素などの低温の液体は、長期間の保存や必要量の増減への対応が困難であり、ランニングコストも高いという問題がある。そのため、冷却装置を用いてガスを冷却し、冷却したガスを対象物に供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、低温のガスを対象物に供給することは、冷却が必要な処理を行っている間だけでよい。例えば、対象物の処理と処理との合間などでは、低温のガスを供給する必要はない。そのため、冷却が必要な処理中と、対象物の処理と処理との合間とで供給するガスの量を同じにすると、無駄に消費されるガスの量が増加することになる。

また、対象物の処理によっては、一連の処理において、冷却が必要な処理と必要でない処理が混在する場合がある。そのため、冷却が必要な処理中と冷却が不要な処理中とで供給するガスの量を同じにすると、無駄に消費されるガスの量が増加することになる。そこで、対象物の処理と処理との合間や、冷却が不要な処理中において、低温のガスの供給を停止、あるいは供給量を少なくすることが考えられる。

ところが、対象物の処理中あるいは対象物の処理と処理の合間において低温のガスの供給を停止、あるいは供給量を少なくすると、冷却装置の故障が多発した。

実用新案登録第３２１１２４５号公報

本発明が解決しようとする課題は、低温のガスの供給を停止、あるいは供給量を少なくしても、冷却装置の故障の発生を抑制することができる冷却装置、基板処理装置、冷却方法、および基板処理方法を提供することである。

実施形態に係る冷却装置は、冷媒が流通可能な流路と、前記流路に設けられた凝縮器と、前記流路に設けられた熱交換器と、前記凝縮器と前記熱交換器との間の、前記流路に設けられたコンプレッサと、前記凝縮器から前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する冷却器と、前記熱交換器にガスを供給し、前記冷媒との熱交換により、前記ガスを冷却可能なガス冷却部と、冷却された前記ガスの温度を検出可能な第１の温度計と、前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度を検出可能な第２の温度計と、前記冷却器によって、前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する温度の制御が可能な第１の制御部と、を備えている。前記第１の制御部は、前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する温度を、前記第１の温度計で検出された温度に基づいて制御する第１の制御と、前記第２の温度計で検出された温度に基づいて制御する第２の制御とを切り替えて制御する。

本発明の実施形態によれば、低温のガスの供給を停止、あるいは供給量を少なくしても、冷却装置の故障の発生を抑制することができる冷却装置、基板処理装置、冷却方法、および基板処理方法が提供される。

本実施の形態に係る冷却装置を備えた基板処理装置を例示するための模式図である。 冷却装置の系統図である。 基板処理装置の作用について例示をするためのタイミングチャートである。 本実施の形態に係る冷却装置を備えた他の基板処理装置を例示するための模式図である。 他の基板処理装置で処理する基板の構造を例示するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本実施の形態に係る冷却装置は、例えば、基板の洗浄装置、エッチング装置などに用いることができる。ただし、冷却装置の用途はこれらに限定されるわけではなく、例えば、加熱処理された基板に低温のガスを供給して冷却する場合にも用いることができる。つまり、低温のガスを対象物に供給する用途に用いることができる。

ここでは、一例として、基板１００の洗浄に用いることができる冷却装置２０について説明する。そのため、以下に例示をする基板１００は、例えば、半導体ウェーハ、インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク基板、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に用いられる板状体などとすることができる。ただし、基板１００の用途はこれらに限定されるわけではない。例えば、基板１００は、有機膜を焼成するために用いることができる。

図１は、本実施の形態に係る冷却装置２０を備えた基板処理装置１を例示するための模式図である。
なお、「冷却装置２０を備えた基板処理装置１」とは、基板処理装置１内に冷却装置２０が内蔵されている場合だけでなく、冷却装置２０と基板処理装置１とが各々別体で、基板処理装置１に冷却装置２０が配管等を介して接続されている場合も含む。

本実施の形態に係る基板処理装置１は、基板１００の表面に洗浄処理液を供給し、その洗浄処理液を冷却して凍結させたのち解凍、排出することで、基板１００の表面に存在する汚染物を洗浄する装置である。
なお、汚染物は、パーティクルや異物等である。

図２は、冷却装置２０の系統図である。
図１に示すように、基板処理装置１には、載置部２、冷却装置２０、冷却ガス供給部３、液体供給部４、筐体６、送風部７、排気部９、および制御部１０（第２の制御部の一例に相当する）が設けられている。

載置部２は、載置台２ａ、回転軸２ｂ、および駆動部２ｃを有する。
載置台２ａは、筐体６の内部に設けられている。載置台２ａは、板状を呈している。載置台２ａの一方の主面には、基板１００を保持する複数の突出部２ａ１が設けられている。複数の突出部２ａ１の上には、基板１００が載置される。基板１００を載置する際には、基板１００の、洗浄を行う面が、載置台２ａ側とは反対の方を向くようにする。洗浄を行う面は、例えば、凹凸部が形成された面であり、凹凸部は例えばパターンとすることができる。

複数の突出部２ａ１は、基板１００の周縁を保持する。載置台２ａの中央部分には、載置台２ａの厚み方向を貫通する孔２ａ２が設けられている。

回転軸２ｂの一方の端部は、載置台２ａの孔２ａ２に嵌合されている。回転軸２ｂの他方の端部は、筐体６の外部に設けられている。回転軸２ｂは、筐体６の外部において駆動部２ｃと接続されている。

回転軸２ｂは、筒状を呈している。回転軸２ｂの載置台２ａ側の端部には、吹き出し部２ｂ１が設けられている。吹き出し部２ｂ１の開口は、基板１００が載置台２ａに載置されると、基板１００の載置部２側の面に対向する。なお、載置台２ａの孔２ａ２および後述の冷却ノズル３ｃの先端を吹き出し部２ｂ１と呼ぶこともある。

回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部は閉塞している。回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部には、後述の冷却ノズル３ｃが挿入されている。回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部と、冷却ノズル３ｃとの間には、図示しない回転軸シールが設けられている。そのため、回転軸２ｂは、冷却ノズル３ｃを固定した状態で回転可能である。また、回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部は、図示しない回転軸シールにより気密となるように封止されている。

駆動部２ｃは、筐体６の外部に設けられている。駆動部２ｃは、回転軸２ｂと接続されている。駆動部２ｃの回転力は、回転軸２ｂを介して載置台２ａに伝達される。そのため、駆動部２ｃにより載置台２ａ、ひいては載置台２ａに載置された基板１００を回転させることができる。また、駆動部２ｃは、回転の開始と回転の停止のみならず、回転数（回転速度）を変化させることができる。駆動部２ｃは、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。

冷却装置２０は、ガスを冷却し、冷却したガス（冷却ガス３ｄ）を冷却ガス供給部３に供給する。
図２に示すように、冷却装置２０には、循環部２１、ガス冷却部２２、および制御部２４（第１の制御部の一例に相当する）を設けることができる。

循環部２１は、コンプレッサ２１ａ、凝縮器２１ｃ、冷却器２１ｅ、熱交換器２１ｆ、および温度計２１ｈ（第２の温度計の一例に相当する）を有する。循環部２１には、冷媒Ｌが流通可能な流路（配管）が設けられている。コンプレッサ２１ａ、凝縮器２１ｃ、冷却器２１ｅ、熱交換器２１ｆ、および温度計２１ｈは、流路に設けることができる。

コンプレッサ２１ａは、凝縮器２１ｃと熱交換器２１ｆとの間の、流路に設けられている。コンプレッサ２１ａは、気体状となっている冷媒Ｌを凝縮器２１ｃに向けて送り出すことで、凝縮器２１ｃと熱交換器２１ｅとの間で冷媒Ｌを循環させる。冷媒Ｌは、例えば、フロン、アルゴン、クリプトンなどを混合したものとすることができる。

凝縮器２１ｃは、コンプレッサ２１ａから送られてきた気体状の冷媒Ｌを冷却して凝集させる。凝縮器２１ｃは、気体状の冷媒Ｌを液体状の冷媒Ｌにする。例えば、凝縮器２１ｃには、後述の冷媒冷却部２３により冷却液が供給される。凝縮器２１ｃは、気体状の冷媒Ｌと冷却液との間で熱交換を行うことで、気体状の冷媒Ｌを液体状の冷媒Ｌにすることができる。なお、液冷式の凝縮器２１ｃを例示したが、空冷式の凝縮器２１ｃなどとすることもできる。

冷却器２１ｅは、例えば、凝縮器２１ｃにより液状とされ、熱交換器２１ｆに流入する液状の冷媒Ｌを冷却する。冷却器２１ｅには、例えば、蒸発器やカスケードコンデンサなどの既知の冷却機などを用いることができる。また、蒸発器やカスケードコンデンサを多段に組み合わせた構造とすることもできる。冷却器２１ｅには、冷媒Ｌが蒸発しやすいように冷媒Ｌの圧力を低下させる（冷媒Ｌを膨張させる）不図示の膨張弁やキャピラリーチューブが設けられている。また、冷却器２１ｅは、冷媒Ｌを冷却するだけでなく、加熱するための加熱部も取り付けることができる。

熱交換器２１ｆは、凝縮器２１ｃにより液体状となった冷媒Ｌと熱交換を行う。熱交換器２１ｆは、冷媒Ｌによって冷却され、冷却された熱交換器２１ｆが冷却対象のガスとの間で熱交換を行う。液体状の冷媒Ｌは、熱交換器２１ｆとの熱交換によって蒸発する。気体状となった冷媒Ｌはコンプレッサ２１ａに流入し、コンプレッサ２１ａにより凝縮器２１ｃに送られる。

温度計２１ｈは、熱交換器２１ｆに流入する液体状の冷媒Ｌの温度を検出する。温度計２１ｈは、配管の中を流れる液体状の冷媒Ｌの温度を直接検出するものとしてもよいし、配管の温度を検出することで、液体状の冷媒Ｌの温度を間接的に検出するものとしてもよい。温度計２１ｈは、例えば、熱電対などとすることができる。

ガス冷却部２２は、熱交換器２１ｆにガスを供給し、熱交換器２１ｆにより冷却されたガス（冷却ガス３ｄ）を冷却ガス供給部３（接続部３ａ）に供給する。すなわち、ガス冷却部２２は、熱交換器２１ｆにガスを供給し、冷媒Ｌとの熱交換により、ガスを冷却することができる。

ガス冷却部２２は、流路２２ａ、流量制御部２２ｂ、流路２２ｄ、吐出口２２ｅおよび温度計２２ｃ（第１の温度計の一例に相当する）を有する。流路２２ａは、後述するガス供給部２５と熱交換器２１ｆとを接続する部材である。流路２２ａは、公知の配管を用いることができる。例えば、材料としてステンレスや銅を用いることができる。流路２２ａは、ガス供給部２５から供給されたガスを熱交換器２１ｆへと供給する。流路２２ａには、流量制御部２２ｂが設けられる。

流量制御部２２ｂは、熱交換器２１ｆに供給するガスの流量を制御する。流量制御部２２ｂは、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。また、流量制御部２２ｂは、ガスの供給圧力を制御することでガスの流量を間接的に制御するものであってもよい。この場合、流量制御部２２ｂは、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。

流路２２ｄは、熱交換器２１ｆと吐出口２２ｅとを接続する部材である。流路２２ｄは、公知の配管を用いることができる。例えば、材料としてステンレスや銅を用いることができる。流路２２ｄは、熱交換器２１ｆによって冷却されたガス（冷却ガス３ｄ）を吐出口２２ｅへと供給する。

吐出口２２ｅは、冷却ガス３ｄが吐出される吐出口である。吐出口２２ｅは、後述の基板処理装置１の接続部３ａを介して冷却ガス供給部３へと接続される。吐出口２２ｅには、温度計２２ｃが設けられている。

温度計２２ｃは、吐出口２２ｅにおける冷却ガス３ｄの温度を検出する。温度計２２ｃは、吐出口２２ｅの中を流れる冷却ガス３ｄの温度を直接検出するものとしてもよいし、吐出口２２ｅの温度を検出することで、冷却ガス３ｄの温度を間接的に検出するものとしてもよい。温度計２２ｃは、例えば、熱電対などとすることができる。なお、吐出口２２ｅを流れる冷却ガス３ｄの温度あるいは、配管の温度が測定できるものであればよい。

ガス供給部２５は、冷却されるガスを冷却装置２０に向けて供給する供給源である。ガス供給部２５は、例えば、不図示の接続部を介して、流量制御部２２ｂが設けられた流路２２ａと接続される。

ガス冷却部２２に供給されるガスは、基板１００を必要な温度に冷却出来るものであればよく、適宜選定される。例えば、基板１００の材料と反応しにくく、基板１００の処理に必要な温度が得られ、必要な温度において気体でいられるガスである。ガス冷却部２２に供給されるガスは、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。この場合、比熱の高いガスを用いれば基板１００の冷却時間を短縮することができる。例えば、ヘリウムガスを用いれば基板１００の冷却時間を短縮することができる。また、比較的安価な窒素ガスを用いれば基板１００の処理費用を低減させることができる。ガス供給部２５は、例えば、ガスが収納された高圧ボンベ、ガスを供給可能な工場配管などとすることができる。

冷媒冷却部２３は、凝縮器２１ｃに冷却液を供給する。冷却液には特に限定がない。冷却液は、例えば、水などとすることができる。
冷媒冷却部２３は、供給源２３ａ、および流量制御部２３ｂを有する。
供給源２３ａは、凝縮器２１ｃの冷却液を供給する。供給源２３ａは、例えば、冷却液を収納するタンクとポンプなどの供給装置とすることができる。また、供給源２３ａは、例えば、冷却液を供給する工場配管などとすることもできる。なお、凝縮器２１ｃから流出した冷却液は、前述したタンクに戻したり、工場のドレインに排出したりすることができる。

流量制御部２３ｂは、凝縮器２１ｃに供給する冷却液の流量を制御する。また、流量制御部２３ｂは、冷却液の供給と供給の停止を切り替える機能を有することもできる。
なお、凝縮器２１ｃが液冷式の場合の冷媒冷却部２３を例示したが、ガス冷方式でも良く、あるいは空冷式でもよい。凝縮器２１ｃが空冷式の場合には、冷媒冷却部２３は、例えば、送風ファンなどとすることができる。

制御部２４は、冷却装置２０に設けられた各要素の動作を制御する。
制御部２４は、例えば、流量制御部２２ｂを制御して、冷却されるガスの供給量を制御する。また、冷却器２１ｅを制御して、冷媒Ｌの温度を制御する。

また、制御部２４は、基板１００を処理する際の冷却ガス３ｄの目標温度である第１の設定温度を予め記憶することができる。なお、第１の設定温度は、目標温度を含む温度範囲を持たせてもよい。

また、制御部２４は、後述する、第２の設定温度および、しきい値を予め記憶することができる。なお、第１の設定温度、第２の設定温度および、しきい値は、オペレータが不図示の入力装置を用いて制御部２４に入力可能となっている。

次に、図１に戻って、基板処理装置１に設けられた他の要素について説明する。
図１に示すように、冷却ガス供給部３は、基板１００の洗浄を行う面とは反対側の面（載置台２ａ側の面）に冷却ガス３ｄを直接供給する。

冷却ガス供給部３は、接続部３ａ、配管３ｂ、冷却ノズル３ｃ、および温度計３ｅ（第１の温度計の一例に相当する）を有する。接続部３ａおよび配管３ｂは、筐体６の外部に設けられている。
接続部３ａは、冷却装置２０の吐出口２２ｅと配管３ｂを接続する部材である。

配管３ｂは、中空の円筒状で、冷却装置２０と冷却ノズル３ｃとを接続する。配管３ｂの一端は、接続部３ａを介して、冷却装置２０に接続されている。配管３ｂの他端は、不図示の接続部を介して冷却ノズル３ｃに接続されている。配管３ｂは、公知の材料を用いることができる。例えば、ステンレスや銅を用いることができる。

冷却ノズル３ｃは、筒状を呈し、回転軸２ｂに隙間を介して挿入されている。冷却ノズル３ｃは、冷却ガス３ｄを基板１００に供給する。冷却ノズル３ｃから吐出された冷却ガス３ｄは、基板１００の載置部２側の面に直接供給される。

温度計３ｅは、冷却ノズル３ｃにおける冷却ガス３ｄの温度を検出する。温度計３ｅは、冷却ノズル３ｃの吐出口の近傍に設けることが好ましい。この様にすれば、基板１００の載置部２側の面に供給された冷却ガス３ｄの温度と、温度計３ｅにより検出された冷却ガス３ｄの温度との差を小さくすることができる。

温度計３ｅは、冷却ノズル３ｃの中を流れる冷却ガス３ｄの温度を直接検出するものとしてもよいし、冷却ノズル３ｃの温度を検出することで、冷却ガス３ｄの温度を間接的に検出するものとしてもよい。温度計３ｅは、例えば、熱電対などとすることができる。なお、冷却ノズル３ｃを流れる冷却ガス３ｄの温度あるいは配管の温度が計測できるものであれば良い。

液体供給部４は、基板１００の洗浄を行う面に液体１０１を供給する。液体１０１は、例えば、水（例えば、純水や超純水など）や、水を主成分とする液体などとすることができる。

水を主成分とする液体とする場合、水以外の成分が余り多くなると、体積増加に伴う物理力を利用することが難しくなるので、汚染物の除去率が低下するおそれがある。そのため、水以外の成分の濃度は、５ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下とすることが好ましい。

液体供給部４は、液体収納部４ａ、供給部４ｂ、流量制御部４ｃ、および液体ノズル４ｄを有する。

液体収納部４ａは、液体１０１を収納する。
供給部４ｂは、配管を介して、液体収納部４ａに接続されている。供給部４ｂは、液体１０１を液体ノズル４ｄに向けて供給する。供給部４ｂは、例えば、ポンプなどとすることができる。

流量制御部４ｃは、配管を介して、供給部４ｂに接続されている。流量制御部４ｃは、供給部４ｂにより供給された液体１０１の流量を制御したり、液体１０１の供給と停止を切替えたりする。流量制御部４ｃは、例えば、流量制御弁とすることができる。

液体ノズル４ｄは、筒状を呈し、筐体６の内部に設けられている。液体ノズル４ｄの一方の端部は、配管を介して、流量制御部４ｃに接続されている。液体ノズル４ｄの他方の端部は、基板１００の洗浄を行う面に対向している。液体ノズル４ｄから吐出した液体１０１は、基板１００の洗浄を行う面に供給される。

筐体６は、箱状を呈している。筐体６の内部にはカバー６ａが設けられている。カバー６ａは、基板１００に供給され、基板１００が回転することで基板１００の外部に排出された液体１０１を受け止める。カバー６ａは、筒状を呈している。カバー６ａの、載置台２ａ側とは反対側の端部（図１での上方の端部）は、カバー６ａの中心に向けて屈曲している。そのため、基板１００の上方に飛び散る液体１０１の捕捉を容易とすることができる。

また、筐体６の内部には仕切り板６ｂが設けられている。仕切り板６ｂは、カバー６ａの外面と、筐体６の内面との間に設けられている。

筐体６の底面側の側面には排出口６ｃが設けられている。使用済みの冷却ガス３ｄ、筐体６内の空気７ａ、使用済みの液体１０１は、排出口６ｃから筐体６の外部に排出される。排出口６ｃには排気管６ｃ１が接続され、排気管６ｃ１には使用済みの冷却ガス３ｄ、筐体６内の空気７ａを排気する排気部９が接続されている。また、排出口６ｃには使用済みの液体１０１を排出する排出管６ｃ２も接続されている。排出口６ｃは、載置部２に載置される基板１００よりも下方に設けられている。

送風部７は、筐体６の天井面に設けられている。なお、送風部７は、筐体６の天井側の側面に設けることもできる。送風部７は、ファンなどの送風機とフィルタを備えたものとすることができる。フィルタは、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）などとすることができる。送風部７は、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間に空気７ａ（外気）を供給する。

制御部１０は、ＣＰＵなどの演算部と、メモリなどの記憶部とを備えたものとすることができる。制御部１０は、記憶部に格納されている制御プログラムに基づいて、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。
制御部１０は、例えば、流量制御部４ｃを制御して、液体１０１の供給量を制御する。また、制御部１０は、駆動部２ｃを制御して、基板１００を回転させる。例えば、制御部１０は、基板１００を回転させて、供給された液体１０１が、基板１００の全領域に行き渡るように制御したり、液体１０１を基板１００上から排出させたりする。

また、制御部１０は、冷却装置２０の制御部２４を制御することができる。例えば、流量制御部２２ｂを制御して、冷却ガス３ｄの流量を変化させるよう制御部２４に指令を出す。

（基板処理動作）
次に、基板処理装置１の動作（作用）について図３を用いて説明する。
図３は、基板処理装置１の作用について例示をするためのタイミングチャートである。
なお、図３は、基板１００が６０２５クオーツ(Ｑｚ)基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）、液体１０１が純水の場合である。

前述のように、本実施の形態に係る基板処理装置１は、基板１００の表面に洗浄処理液を供給し、その洗浄処理液を冷却して凍結させたのち解凍、排出することで、基板１００の表面に存在する汚染物の洗浄処理を行う。
図３に示すように、この洗浄処理は、洗浄を行う基板処理工程と、洗浄対象の基板１００を基板処理装置１内に搬入／搬出する基板搬入／搬出工程とに分けられる。

基板処理装置１は、基板処理工程において、予め筐体６内に搬入された基板１００の表面の洗浄を行う面に液膜を形成し、その液膜を冷却して凍結させる凍結工程を行う。その後、解凍した液膜を除去して乾燥させる解凍・乾燥工程を行うことで、基板１００の表面の洗浄を行う面を洗浄する。基板１００の洗浄後、処理済みの基板１００を筐体６から搬出し、未処理の基板１００を筐体６に搬入する基板搬入／搬出工程を行う。
以下、凍結工程、解凍・乾燥工程、基板搬入／搬出工程の順で説明する。

まず、凍結工程において、制御部１０は、流量制御部４ｃを制御して、液体ノズル４ｄから液体１０１を基板１００に供給する。次に、駆動部２ｃを制御して、基板１００を回転させて基板１００上に液膜を形成する。

次に、制御部１０は、冷却装置２０の制御部２４に、基板１００に対して冷却ガス３ｄを供給するよう指令を出す。制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御して、窒素ガスを熱交換器２１ｆに供給する。供給された窒素ガスは、熱交換器２１ｆにより冷却され、冷却ノズル３ｃから吐出される。この冷却された窒素ガスが冷却ガス３ｄである。本実施形態では、冷却ガス３ｄは、液膜を凍結させるのに必要な温度、流量で基板１００へと吐出される。例えば、－１２０℃～３０℃、４０ＮＬ／ｍｉｎ～２００ＮＬ／ｍｉｎ程度の流量で冷却ノズル３ｃから基板１００へと吐出され、基板１００上の液膜が凍結される。なお、この時、液体１０１の基板１００への供給は停止している。

次に、解凍・乾燥工程において、制御部１０は、冷却装置２０の制御部２４に冷却ガス３ｄの供給を停止するよう指令を出す。制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御して、冷却ガス３ｄの供給を停止させる。そして、制御部１０は、流量制御部４ｃを制御して、液体１０１を基板１００に再び供給して凍結した液膜を解凍させる。解凍後は、液体１０１の基板１００への供給を停止し、基板１００の回転により基板１００を乾燥させる。乾燥後は、基板１００の回転を停止する。
凍結工程と解凍・乾燥工程を合わせて基板処理工程と呼ぶ。したがって、解凍・乾燥工程が完了し基板１００が乾燥されると、基板１００を洗浄する処理が完了したことになる。

次に、基板搬入／搬出工程において、筐体６の図示しない搬入搬出口を介して、処理済みの基板１００が筐体６の外部へ搬出される。処理済みの基板１００の搬出が完了したら、未処理の基板１００の有無を確認する。未処理の基板１００が存在すれば、未処理の基板１００が筐体６の内部に搬入され、載置台２ａの複数の突出部２ａ１の上に載置される。そして、上記基板処理工程に戻って上記の処理が繰り返される。

未処理の基板１００が無ければ、制御部１０は、処理済みの基板１００を搬出した後、基板処理装置１の動作を停止させる。

以上、図３に示すように、本実施形態において、冷却装置２０による冷却ガス３ｄは、凍結工程において供給され、解凍・乾燥工程および基板搬入／搬出工程において停止される。

なお、基板処理装置１の稼働開始時、冷却装置２０も動作を開始する。この時、制御部２４は、ガスの温度目標値である第１の設定温度を参照し、第２温度計２１ｈの温度が第１の設定温度になるように冷却器２１ｅを制御する。制御部２４が冷却器２１ｅを制御することによって、冷媒Ｌの温度が調整される。

そして、基板処理時は、制御部２４は、温度計２２ｃ（冷却装置２０出口温度）の検出値が第１の設定温度となるように冷却器２１ｅを制御する。これにより、処理に必要な温度の冷却ガス３ｄを基板１００に供給することができる。

（冷却装置の故障について）
ここで、基板１００の処理と処理との合間、本実施形態では、基板搬入／搬出工程において、冷却ガス３ｄを基板処理装置１に供給する必要は無い。また、冷却が不要な処理、本実施形態では解凍・乾燥工程においても冷却ガス３ｄを基板処理装置１に供給する必要は無い。したがって、基板１００を処理するときの冷却ガス３ｄの供給量と同じ量を対象物の処理と処理との合間および、冷却が不要な処理中に基板処理装置１に供給することは、消費される冷却ガス３ｄの量が増加することにつながる。

また、基板１００の搬入・搬出においては、供給される冷却ガス３ｄによって、基板１００の位置がずれたりして基板１００が保持できないおそれがある。また、基板１００の解凍・乾燥においては、冷却ガス３ｄによる冷却が続くと、解凍・乾燥時間が増加するおそれがある。

そこで、基板１００の処理と処理との合間あるいは、基板１００の冷却が不要な処理において、冷却ガス３ｄの供給を停止あるいは、ガスの供給量を少なくして、消費される冷却ガス３ｄの量を減少させた。しかし、基板１００の処理と処理の合間あるいは基板１００の冷却が不要な処理において低温のガスの供給を停止、あるいは供給量を少なくすると、冷却装置２０の故障が多発した。

本発明者は、検討の結果、以下の知見を得た。まず、冷却ガス３ｄの供給を停止あるいは供給量を少なくすると、冷却ガス３ｄの供給系（例えば、ガス冷却部２２および冷却ガス供給部３）の温度が上昇していることが判明した。また、冷却ガス３ｄの供給系の温度が上昇することで、冷媒Ｌが凝固するおそれがあることも判明した。

冷却ガス３ｄの供給系は、周囲の空気と接している。このため、冷却ガス３ｄの供給系は周囲の空気から熱を受け取っている。一方、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが流れている場合、冷却ガス３ｄと冷却ガス３ｄの供給系との間で熱伝導が発生する。このため、冷却ガス３ｄの供給系は、冷却ガス３ｄからも熱を受け取っている。

冷却ガス３ｄの温度が周囲の空気の温度より十分低い場合、冷却ガス３ｄの供給系の温度と冷却ガス３ｄの温度がほぼ同じ値となる。したがって、温度計２２ｃが冷却ガス３ｄの供給系の温度を検出する場合でも、その検出値を冷却ガス３ｄの温度と見なすことができる。このため、制御部２４が温度計２２ｃの検出値を第１の設定温度となるように冷却器２１ｅを制御すれば、基板１００に供給される冷却ガス３ｄの温度を、第１の設定温度を含んだ目標範囲内の値とすることができる。

すなわち、制御部２４は、温度計２２ｃの検出値が目標範囲内の温度（第１の設定温度）になるように冷媒Ｌの温度を調整する第１の制御方法を実行すればよい。

ところが、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが流れていない場合、冷却ガス３ｄと冷却ガス３ｄの供給系との間で熱伝導が発生しない。このため、冷却ガス３ｄの供給系は、冷却ガス３ｄから熱を受け取ることがなく、周囲の空気からのみ熱を受け取ることになる。したがって、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが流れている場合に対し、冷却ガス３ｄの供給系の温度が上昇する。そして、冷却ガス３ｄの供給系の温度は、最終的にその周囲の空気の温度とほぼ同じ値となる。

このように、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが流れていない場合、温度計２２ｃの検出値は、冷却ガス３ｄの温度でなく冷却ガス３ｄの供給系の温度となる。これは、冷却ガス３ｄの温度を直接検出する場合でも同じである。そして、温度計２２ｃの検出値は、基板１００を処理する際の冷却ガス３ｄの目標温度である第１の設定温度よりも高い温度を維持する。したがって、制御部２４が温度計２２ｃの検出値に基づいて、第１の制御方法を実行すると、温度計２２ｃの検出値が実際には冷却ガス３ｄの供給系の温度を示しているので、冷媒Ｌが冷却されるのみである。冷媒Ｌが冷却されると、冷媒Ｌの温度は、より低い温度となる。

しかし、冷媒Ｌの温度を下げても、温度計２２ｃの検出値はほとんど変わらない。よって、制御部２４は、さらに冷媒Ｌの温度を下げるために冷却器２１ｅを制御する。

液体状の冷媒Ｌの温度が低くなり過ぎると、液体状の冷媒Ｌが凝固し易くなる。液体状の冷媒Ｌが凝固すると、冷媒Ｌが循環する配管が詰まるおそれがある。冷媒Ｌが循環する配管が詰まると、冷媒Ｌを循環させるコンプレッサ２１ａなどが故障するおそれがある。また、凝縮器２１ｃ、熱交換器２１ｆなどの冷媒Ｌが流通する流路に設けられる各ユニットも故障するおそれがある。なお、冷媒Ｌの凝固する状態には、冷媒Ｌの一部が凝固する状態も含まれる。

制御部２４が冷却器２１ｅを制御して冷媒Ｌを必要以上に冷却することは、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが少量流れている場合にも発生する。冷却ガス３ｄの供給系の内部を流れる冷却ガス３ｄは、冷却ガス３ｄの供給系から熱を吸収する。冷却ガス３ｄの流量が少なくなるほど、単位流量当たりの冷却ガス３ｄが冷却ガス３ｄの供給系から受け取る熱が多くなる。冷却ガス３ｄが受け取る熱が多くなると、冷却ガス３ｄの温度増加量も大きくなる。つまり、冷却ガス３ｄの流量が少ないほど、冷却ガス３ｄの温度増加量が大きくなる。

冷却ガス３ｄの温度増加量が大きくなり過ぎると、第１の設定温度の温度範囲を上回ってしまう可能性がある。したがって、冷却ガス３ｄの供給を停止した場合だけでなく、冷却ガス３ｄの供給量が少量の場合も考慮する必要がある。

ここで、冷却ガスの供給系に断熱部材を設け、冷却ガスの供給系が周囲の空気から熱を受け取ることを防ぐ方法が考えられる。しかし、冷却ガスの供給系に断熱部材を設けたとしても、周囲の空気から熱を受け取ることを完全に防ぐことはできない。

上記の知見に基づき、本発明者は、冷却装置２０の故障を防ぐため、冷却ガス３ｄの供給量にしきい値を予め設けた。冷却ガス３ｄの供給量がしきい値以下の場合には、制御部２４は、温度計２１ｈの検出値に基づいて冷媒Ｌの温度が第２の設定温度を含む温度範囲内となるように冷却器２１ｅを制御する第２の制御方法に制御を切替える。

第２の制御方法は、冷媒Ｌの温度調整を熱交換器に入る直前の冷媒Ｌの温度に基づいて、冷媒Ｌが凝固しない温度範囲に設定された第２の設定温度になるように冷媒Ｌの温度を調整する制御方法である。制御部２４が第１の制御方法から第２の制御方法に切り替えることで、温度管理する対象が冷却ガス３ｄから冷媒Ｌに切り替わる。例えば、冷却ガス３ｄの供給系の内部を冷却ガス３ｄが流れていない状態あるいは少量しか流れていない状態であって、制御部２４が温度計２２ｃの検出値に基づいて冷媒Ｌを冷却する場合に、制御部２４は、変化しないあるいは変化しにくい温度計２２ｃの検出値を変化させようとして冷媒Ｌを過剰に冷却する。制御部２４が上記の切り替えを行うことで、冷媒Ｌを過剰に冷却し過ぎることがなくなる。したがって、冷媒Ｌに凝固が生じて冷却装置２０が故障することが無い。

すなわち、制御部２４が、温度計２２ｃの検出値に基づいて目標範囲内の温度に検出値がなるように冷媒Ｌの温度を調整する第１の制御方法を実行しても、温度計２２ｃの検出値を目標範囲内に調整することができない場合、第２の制御方法に切り替えることで、温度管理する対象を切り替えることができる。そのため、変化しないあるいは変化しにくい温度計２２ｃの検出値を変化させようとして冷媒Ｌを過剰に冷却し、冷媒Ｌに凝固が生じて冷却装置２０が故障することが無い。

ここで、予め定める値であるしきい値は、前述の通り、冷却装置２０の故障を防ぐための値である。具体的には、第１の制御方法から第２の制御方法に切り替えるための基準となる値である。本実施形態では、しきい値は、冷却ガス３ｄが冷却ガス３ｄの供給系から熱を受け取って温度上昇し、到達した冷却ガス３ｄの温度が第１の設定温度の範囲内となる冷却ガス３ｄの供給量である。例えば、しきい値は、３０ＮＬ／ｍｉｎである。

しきい値は、ガス冷却部２２および冷却ガス供給部３の配管径や配管長によって異なる。しきい値は、予め実験により求めておけばよい。例えば、冷却ガス３ｄを十分大きな供給量で供給し、温度計２２ｃの検出値が第１の設定温度の温度範囲内となった状態とする。つぎに、冷却ガス３ｄの供給量を徐々に減少させ、温度計２２ｃの検出値が第１の設定温度の温度範囲から外れてしまったときの供給量をしきい値とすればよい。

第２の設定温度は、冷媒Ｌが凝固しない温度範囲である。第２の設定温度も予め実験により求めておけばよい。例えば、冷媒Ｌが凝固する温度を公知のカスケードコンデンサを用いて冷媒Ｌを冷却して求め、その温度よりも高い温度範囲とすればよい。なお、第２の設定温度は、冷却装置２０の故障の発生を抑制できればよい。例えば、冷媒Ｌの凝固が一部生じていてもよい場合もある。このような場合の温度も温度範囲の中に含めることができる。

次に、基板処理装置１における冷却装置２０の作用について例示をする。

凍結工程において、冷却装置２０の制御部２４は、基板処理装置１の制御部１０の指令から冷却ガス３ｄの供給量のデータ（例えば、１５０ＮＬ／ｍｉｎ）を入手する。制御部２４は、入手した冷却ガス３ｄの供給量がしきい値以上かどうか判断する。しきい値を３０ＮＬ／ｍｉｎとした場合、冷却ガス３ｄの供給量は、しきい値以上となる。制御部２４は、冷却装置２０の吐出口２２ｅに設けられた温度計２２ｃからの検出値に基づいて冷却器２１ｅを制御して、温度計２２ｃからの検出値と第１の設定温度との差が許容範囲内になるように冷却ガス３ｄの温度を温度調整する（第１の制御方法）。

したがって、温度計２２ｃにより冷却ガス３ｄの温度は制御されているので、基板１００に供給されている間の冷却ガス３ｄの温度のバラつきを小さくすることができる。その結果、基板１００の温度、ひいては基板１００上の液体１０１の温度を精度よく制御することができる。また、基板１００が交換されても、冷却処理の再現性を向上させることができる。

凍結工程と同様に、解凍・乾燥工程において、制御部２４は、制御部１０の指令から冷却ガスの供給量のデータ（停止：０ＮＬ／ｍｉｎ）を入手する。そして、制御部２４は、冷却ガスの供給量がしきい値以上かどうか判断する。しきい値を３０ＮＬ／ｍｉｎとした場合、冷却ガス３ｄの供給量は、しきい値未満となる。制御部２４は、判断結果に基づき、前述した第１の制御方法（温度計２２ｃを用いた制御）から、温度計２１ｈからの検出値に基づいて冷却器２１ｅを制御する第２の制御方法に切替える。制御部２４は、温度計２１ｈからの検出値と第２の設定温度との差が許容範囲内になるように冷媒Ｌの温度を調整する。

冷却ガス３ｄの供給量がしきい値未満のとき、冷却装置２０の制御部２４は、第２の制御方法を行うので、冷媒Ｌが凝固するのを抑制できる。その結果、無駄に消費されるガスの量を抑制でき、冷却装置の故障の発生を抑制することができる。

解凍・乾燥工程に引き続き行われる基板搬入／搬出工程において、制御部１０から冷却ガス３ｄの供給量に関する新たな指令は出ていない。そのため、制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御して冷却ガス３ｄの供給停止を維持する。また、制御部２４は、冷却装置２０の循環部２１を流れる冷媒Ｌの温度が第２の設定温度となるように、冷却器２１ｅを制御する。つまり、制御部２４は、解凍・乾燥工程から引き続き第２の制御方法を実施する。

本実施形態の基板処理装置１では、冷却ガス３ｄの吐出部分の温度は、冷却ガス３ｄの供給を停止あるいは供給量を少なくしている解凍・乾燥処理工程および基板搬入／搬出工程のときに高くなる。そのため、解凍・乾燥処理工程および基板搬入／搬出工程において、制御部２４が冷却ガス３ｄの吐出部分における温度に基づいて、従来のように冷却ガス３ｄの温度を第１の設定温度まで下げようと冷却装置２０の動作を制御すると、冷却装置２０の故障が多発した。

そのため、本実施形態の基板処理装置１は、冷媒Ｌが流通可能な流路と、流路に設けられた凝縮器２１ｃと、流路に設けられた熱交換器２１ｆと、凝縮器２１ｃと熱交換器２１ｆとの間の流路に設けられたコンプレッサ２１ａと、凝縮器２１ｃから熱交換器２１ｆに流入する冷媒Ｌを冷却する冷却器２１ｅと、熱交換器２１ｆにガスを供給し、熱交換器２１ｆとの熱交換により、ガスを冷却可能なガス冷却部２２と、冷却されたガスの温度を検出可能な温度計２２ｃと、熱交換器２１ｆに流入する冷媒Ｌの温度を検出可能な温度計２１ｈと、冷却される熱交換器２１ｆに流入する冷媒Ｌの温度を冷却器２１ｅを制御することで温度調整することが可能な制御部２４とを備え、制御部２４は、熱交換器２１ｆに流入する冷媒Ｌの温度を、温度計２２ｃで検出された温度に基づいて制御する第１の制御と、温度計２１ｈで検出された温度に基づいて制御する第２の制御とを切り替えて制御することが可能な冷却装置２０を備えている。

冷却装置２０を備えた基板処理装置１は、凍結処理工程においては、温度計２２ｃからの検出値と第１の設定温度との差が許容範囲内になるように冷却ガス３ｄの温度を温度調整する第１の制御方法を実施することができる。そして、解凍・乾燥処理工程および基板搬入／搬出工程において基板処理装置１は、温度計２１ｈからの検出値と第２の設定温度との差が許容範囲内になるように冷媒Ｌの温度を温度調整する第２の制御方法を実施することができる。

基板１００を冷却して行われる処理、例えば、凍結処理工程を連続で実施する場合において、第１の制御方法の実施によって各処理ごとに供給される冷却ガス３ｄの温度差を小さくできる。したがって、基板１００ごとの除去率の差も小さくすることができる。また、冷却が不要な処理中あるいは基板１００の処理と処理の合間、例えば解凍・乾燥処理工程および基板搬入／搬出工程において、第２の制御方法の実施によって冷媒Ｌが凝固することを抑制することができる。したがって、配管が詰まって冷却装置２０が故障することを抑制すると共に、ガスの消費量を抑制することができる。

なお、本実施形態の基板処理装置１では、基板搬入／搬出工程で冷却ガス３ｄの供給を停止させた。しかし、基板１００の搬入および搬出に影響が無ければ、冷却ガス３ｄの供給量をしきい値以上の量であって、処理に必要な値よりも少ない量で供給するようにしてもよい。こうすることで、冷却ガス３ｄの供給系を周囲の温度より低く保つ保冷をすることができる。冷却ガス３ｄの供給系を保冷することで、冷却ガス供給部３が次の基板１００を処理するために冷却ガス３ｄを供給する際、冷却ガス３ｄが第１の設定温度まで冷却される時間が短縮される。したがって、基板処理装置１の稼働率を向上させることができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る冷却方法は、冷媒Ｌを蒸発させ、供給されたガスとの間の熱交換により、ガスを冷却する冷却方法である。本発明の実施形態に係る冷却方法は、供給されるガスの流量が所定の値以上の場合には、冷却されたガスの温度に基づいて、冷媒Ｌの温度を制御する。供給されるガスの流量が所定の値未満の場合には、蒸発前の冷媒Ｌの温度に基づいて、冷媒Ｌの温度を制御する。この様にすれば、液体状の冷媒Ｌが凝固するのを抑制することができる。したがって、配管が詰まることに起因する冷却装置２０の故障の発生および、ガスの消費量を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、他の一例として、基板のエッチングに用いることができる冷却装置について説明する。
図４は、本実施の形態に係る冷却装置２０を備えた基板処理装置１１を例示するための模式図である。基板処理装置１１は、電子部品などの微細構造体の製造に用いることができる基板処理装置である。具体的には、プラズマによる半導体基板のエッチングする装置である。

（基板）
図５は、基板処理装置１１で処理する基板２００の構造を例示するための模式図である。基板２００上には、メタル配線がされた配線層２０１が形成される。配線層２０１の上にＳｉＯ２などの絶縁膜２０２が形成される。絶縁膜２０２の上にレジストパターン２０３が形成される。レジストパターン２０３までが形成された基板２００も基板２００と呼ぶ。なお、基板２００の用途はこれに限定されず、第１の実施の形態の基板１００に対応する基板も適用可能である。

図４に示すように、基板処理装置１１には、チャンバ１２、載置部１３、冷却ガス供給部３０、冷却部材１５、加熱装置１６、電源部１７、プラズマ形成用ガス供給部１８、減圧部１９、制御部１０ａ（第２の制御部の一例に相当する）、および冷却装置２０を設けることができる。

チャンバ１２は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な容器である。チャンバ１２の内部には、プラズマＰが発生する領域１２ｅが設けられている。チャンバ１２は、本体部１２ａと窓部１２ｂを有する。本体部１２ａは、一端に開口部１２ｃを有し、他端が閉塞された円筒状である。閉塞された他端は、チャンバ１２の底面となる。本体部１２ａは、例えば、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。

本体部１２ａの、開口部１２ｃに近い側面には、プラズマ生成用のガスＧを供給するガス供給口１２ｄが設けられる。また、本体部１２ａの閉塞された他端には、チャンバ１２の内部のガスを排出する排気口１２ｆが設けられている。

窓部１２ｂは、不図示のシール部材を介して開口部１２ｃに設けられる。窓部１２ｂは、例えば、石英などの絶縁物で形成される。

載置部１３は、チャンバ１２の内部であって、チャンバ１２の底面の上に設けることができる。載置部１３は、電極１３ａ、台座１３ｂ、加熱部１３ｃ、不図示の電源を有する。

電極１３ａは、プラズマＰが発生する領域１２ｅの下方に設けることができる。電極１３ａの上面に基板２００を載置することができる。

台座１３ｂは、電極１３ａと、チャンバ１２の底面との間に設けることができる。台座１３ｂは、電極１３ａと、チャンバ１２との間を絶縁するために設けることができる。台座１３ｂの内部には、加熱部１３ｃと冷却部１３ｅを設けることができる。

加熱部１３ｃは、電極１３ａを介して基板２００を加熱することができる。加熱部１３ｃは、例えば、ジュール熱を利用するもの、熱媒体を循環させるもの、赤外線を放射するものなどとすることができる。

冷却部１３ｅは、冷却ガス３ｄが流れる流路である。例えば、台座１３ｂに形成される。冷却部１３ｅの一端は、後述の冷却ガス供給部３０（配管３０ｂ１）と接続する。冷却部１３ｅの他端は、基板処理装置１１の外部とつながる。これにより、冷却装置２０から供給された冷却ガス３ｄは、配管を通り、装置の外部に排出される。冷却部１３ｅは、電極１３ａを介して基板２００を冷却することができる。

冷却ガス供給部３０は、チャンバ１２（本体部１２ａ）および載置部１３と冷却装置２０とを接続する。冷却ガス供給部３０の内部を冷却ガス３ｄが流れる。本実施形態では、冷却ガス供給部３０は、接続部３０ａと、配管３０ｂ１および配管３０ｂ２を有する。

接続部３０ａは、分岐を有する配管である。
接続部３０ａの一端は、後述する冷却装置２０と接続される。接続部３０ａの分岐した他端は、各々配管３０ｂ１および配管３０ｂ２に接続される。

配管３０ｂ１は、前述の載置部１３の冷却部１３ｅに接続される。配管３０ｂ２は、後述の冷却部材１５に接続される。配管３０ｂ１および配管３０ｂ２には、それぞれ冷却ガス３ｄの供給と停止を制御する不図示のバルブが設けられている。

チャンバ１２の側面には、冷却部材１５、加熱装置１６を設けることができる。冷却部材１５は、本体部１２ａを冷却することができる。冷却部材１５は、例えば、本体部１５ａと配管１５ｂを有する。

本体部１５ａは、チャンバ１２の側面を覆っている。本体部１５ａは、熱伝導性の良い材料であればよく、例えば、薄い金属の板でできている。

本体部１５ａの、チャンバ１２と接する面とは反対の面には、配管１５ｂが設けられている。配管１５ｂは、一本の配管を本体部１５ａの表面あるいは内部に面に沿って折り曲げた構造となっている。配管１５ｂの一端は、配管３０ｂ２と接続され、他端は、チャンバ１２の外部に設けられる。これにより、冷却装置２０から供給された冷却ガス３ｄは、配管を通り、装置の外部に排出される。配管１５ｂの内部を冷却ガス３ｄが流れることで、配管１５ｂが冷却される。その結果、本体部１５ａを介して、チャンバ１２の側面が冷却される。

加熱装置１６は、冷却部材１５を介して、チャンバ１２を加熱する。加熱装置１６は、例えば、冷却部材１５の外周に設けられる。加熱装置１６は、例えば、ジュール熱を利用するもの、熱媒体を循環させるもの、赤外線を放射するものなどとすることができる。

電源部１７は、チャンバ１２の上部に設けられている。電源部１７は、チャンバ１２の内部にプラズマＰを発生させるプラズマ発生部となる。電源部１７は、例えば、公知のＩＣＰプラズマ源を用いることができる。

プラズマ形成用ガス供給部１８は、ガス供給口１２ｄを介してチャンバ１２の内部のプラズマＰが発生する領域１２ｅにガスＧを供給することができる。

減圧部１９は、チャンバ１２の内部が基板２００の処理に必要な圧力となるように減圧することができる。減圧部１９は、例えばターボ分子ポンプなどとすることができる。減圧部１９は、不図示の配管を介して本体部１２ａに設けられた排気口１２ｆに接続する。

制御部１０ａは、制御部１０と同様の構成とすることができる。制御部１０ａは、基板処理装置１１に設けられた各要素の動作を制御することができる。例えば、制御部１０ａは、不図示の電源を制御して、電極１３ａや電源部１７に高周波電力を印加する。

制御部１０ａは、加熱部１３ｃ、冷却装置２０および冷却ガス供給部３０を制御して、電極１３ａに載置された基板２００の温度を制御する。また、制御部１０ａは、加熱装置１６、冷却装置２０および冷却ガス供給部３０を制御して、チャンバ１２の温度を制御する。

制御部１０ａは、プラズマ形成用ガス供給部１８を制御して、ガスＧのチャンバ１２への供給と停止を制御する。また、制御部１０ａは、ガスＧの供給量を制御してチャンバ１２内の圧力を制御する。制御部１０ａは、冷却部材１５でチャンバ１２を冷却する時間を予め記憶する。冷却する時間は、予め実験で求めておけばよい。

次に、基板処理装置１１用いて、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）による基板２００のエッチングついて説明する。基板２００の絶縁膜２０２は、レジストパターン２０３をマスクとしてエッチングされ、溝が形成される。

まず、基板２００をチャンバ１２内に搬入し、チャンバ１２を密閉する。その後、減圧部１９によりチャンバ１２内部を減圧する。所定の圧力となったら、プラズマ形成用ガス供給部１８から反応性ガスであるガスＧをチャンバ１２内に供給する。次に、電源部１７に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる。

プラズマ中に発生するイオンやラジカルによって、基板２００の絶縁膜２０２がエッチング処理される。この時、ガスＧと基板２００との反応によって反応生成物が生成される。

エッチング処理中に生成される反応生成物の生成状態を変えるため、絶縁膜２０２をエッチングする際に、載置部１３またはチャンバ１２もしくはその両方を冷却部１３ｅまたは、冷却部材１５もしくはその両方で冷却する。あるいは、載置部１３またはチャンバ１２もしくはその両方を加熱部１３ｃまたは加熱装置１６もしくはその両方で加熱する。

基板２００の温度によって、反応生成物の生成量が変わる。基板２００を加熱することで反応が促進され、反応生成物が増える。生成された反応生成物は、基板２００やチャンバ１２の内壁に付着する。反応生成物の付着量は、基板２００やチャンバ１２の内壁の温度によって変わる。基板２００やチャンバ１２の内壁の温度が高いほど、付着しにくくなる。

反応生成物は、エッチングにより絶縁膜２０２に形成される溝の側壁を保護する側壁保護膜となる。これによりエッチング形状を制御することができる。したがって、反応生成物を溝の壁部に付着させるため、載置部１３の温度を制御して基板２００を冷却する。以下に温度制御の一例を記載する。

例えば、絶縁膜２０２をエッチングする前に、載置部１３を－３０℃まで冷却する。制御部１０ａは、冷却装置２０の制御部２４に冷却ガス３ｄを供給するように指令を出す。制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御して冷却ガス３ｄをガス冷却部２２に供給する。制御部２４は、基板処理装置１の制御部１０の指令から冷却ガス３ｄの供給量のデータ（例えば、１００ＮＬ／ｍｉｎ）を入手する。そして、制御部２４は、冷却ガス３ｄの供給量としきい値とを比較を行う。その結果、冷却ガス３ｄの供給量がしきい値以上かどうか判断する。しきい値を３０ＮＬ／ｍｉｎとした場合、しきい値よりも冷却ガス３ｄの供給量の方が大きい。したがって、制御部２４は、温度計２２ｃの信号に基づいて冷却ガス３ｄの温度を－３０℃（第１の設定温度）になるよう冷却器２１ｅを制御する。

載置部１３を冷却する間、制御部１０ａは、パーティクルの原因となるチャンバ１２の内壁への反応生成物の付着を防止するため、加熱装置１６を制御してチャンバ１２を加熱する。この場合、配管３０ｂ２の不図示のバルブを閉じる。不図示のバルブを閉じることで、冷却ガス３ｄは、配管３０ｂ２の内部を流れなくなる。そして、配管１５ｂの他端がチャンバ１２の外部と接続されているので、配管１５ｂ内部の冷却ガス３ｄは、チャンバ１２の外部へと排出される。この結果、冷却部材１５により加熱装置１６の加熱が妨げられるのを抑制される。

次に、絶縁膜２０２をエッチング処理した後、制御部１０ａは、加熱部１３ｃを制御して載置部１３を室温まで加熱する。冷却された状態の基板２００が大気中の空気と触れると結露が発生するおそれがある。結露が発生するとウォーターマークができたり、パーティクルが付着して基板２００が不良となったりするおそれがある。載置部１３を室温まで加熱することで、基板２００の温度を室温とし、結露を防止する。また、チャンバが高温の状態で基板２００を搬送する搬送アーム等をチャンバ内に投入すると、搬送アームが熱によって変形してしまうおそれがある。このような搬送トラブルを防止するため、チャンバ１２を冷却し、室温に戻す。この場合、配管３０ｂ１の不図示のバルブを閉じ、配管３０ｂ２の不図示のバルブを開ける。

この場合、制御部１０ａから制御部２４への新たな指令は出ない。このため、制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御して冷却した冷却ガス３ｄを１００Ｌ／ｍｉｎで供給し続ける。また、温度計２２ｃの信号に基づいて冷却ガス３ｄの温度を－３０℃になるよう冷却器２１ｅを制御する。（第１の制御方法）

制御部１０ａは、予め記憶した冷却部材１５でチャンバ１２を冷却する時間が経過したら、制御部２４に冷却ガス３ｄの供給を停止するよう指令を出す。

指令を受け取った制御部２４は、流量制御部２２ｂを制御し冷却ガス３ｄの供給を停止する。また、制御部２４は、冷却ガス３ｄの供給を停止する指令の信号から冷却ガス３ｄの供給量の情報を取得し、冷却ガス３ｄの供給量としきい値とを比較する。この場合、冷却ガス３ｄの供給量はゼロで、しきい値よりも小さい。したがって、制御部２４は、温度計２１ｈの信号に基づいて冷媒Ｌの温度が、冷媒Ｌが凝固しない温度範囲である第２の設定温度となるように冷却器２１ｅを制御する。（第２の制御方法）

基板２００およびチャンバ１２の温度が室温となったら、基板２００を搬出し、未処理の基板２００を搬入する。この間、制御部１０ａによる冷却ガス３ｄの供給量に関する新たな指令は出ていない。そのため、制御部２４は、温度計２１ｈの信号に基づいて冷媒Ｌの温度が第２の設定温度となるように冷却器２１ｅを引き続き制御する。

基板２００を処理する際に、加熱手段や冷却手段を用いて基板２００やチャンバ１２の温度を調整する。冷却装置２０を基板処理装置１１に適用した場合、基板２００またはチャンバ１２を加熱しているときや基板２００の出し入れをしているときには、冷却は必要ない。このため、制御部２４は、基板２００またはチャンバ１２の冷却を止めるために冷却ガス３ｄの供給を止める。チャンバ１２や載置部１３の温度を処理に適正な温度に調整するために、制御部２４は、チャンバ１２や載置部１３に供給される冷却ガス３ｄの温度を計測する。そして、制御部２４は、必要な温度範囲となるように冷却装置２０を制御する。

チャンバ１２や載置部１３に供給される冷却ガス３ｄが停止される場合、チャンバ１２や載置部１３の温度は上昇する。したがって、温度を計測されるチャンバ１２や載置部１３に供給される冷却ガス３ｄの温度が目標範囲を逸脱して高くなると、冷却装置２０は、供給する冷却ガス３ｄの温度を下げようとする。冷却ガス３ｄの供給は停止されているため、供給される冷却ガス３ｄの温度が目標範囲に戻ることはない。このため、冷却ガス３ｄの温度を下げることが過剰に行われ、冷却装置２０が破損する。

上記の実施形態では、チャンバ１２や載置部１３に供給する冷却ガス３ｄを停止したために、冷却ガス３ｄの供給量がしきい値を下回った場合には、制御部２４は、第１の制御方法から、第２の制御方法に切り替える。これによって、チャンバ１２や載置部１３への冷却ガス３ｄの供給を停止しても、冷却装置２０が冷却ガス３ｄの温度を過剰に下げようと動作することはない。したがって、冷却装置２０が破損することが無い。なお、冷媒Ｌの温度は、冷却器２１ｅで冷却された後の温度を検出するようにすると良い。なお、第１の制御方法は、チャンバ１２や載置部１３に供給する冷却ガス３ｄの温度を目標範囲に調整するように冷却装置２０を制御することである。第２の制御方法は、冷却装置２０の熱交換器２１ｆに供給される前の冷媒Ｌの温度を第２の目標範囲（第２の設定値）に調整することである。

なお、本実施形態ではエッチングについて記載したが、本実施形態の基板処理装置１１は、プラズマを利用したアッシングや成膜にも用いることができる。

前述の実施の形態では、基板の洗浄処理やエッチング処理を行う基板処理装置での本発明に係る冷却装置の適用を説明しているが、本発明に係る冷却装置が適用される装置はこれらに限られない。洗浄処理のように冷却が必要でない工程が存在する場合や、エッチング処理のように加熱と冷却が繰り返される場合の様に、冷却が間欠的に行われる工程を有する場合やその適用装置に適用することが可能である。

例えば、被処理物の加熱処理を行うが、加熱処理時は冷却せず、被処理物を入れ替えるときには冷却を行うバッチ式のオーブンや焼成炉などが挙げられる。

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、基板処理装置１や基板処理装置１１が備える各要素の形状、寸法、数、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

例えば、前述の実施の形態では、ガス冷却部２２の吐出口２２ｅに設けられた温度計２２ｃからの信号に基づいて冷却装置２０の動作を制御するようにしている。しかし、これに限られるものではない。例えば、基板処理装置１における冷却ガス供給部の冷却ノズル３ｃに設けられた温度計３ｅからの信号に基づいて冷却装置２０の動作を制御してもよい。

温度計３ｅの検出値は、ノズル３ｃの出口温度に相当する。したがって、温度計３ｅからの信号を用いると、基板１００の載置部２側の面に供給される冷却ガス３ｄの温度と温度計３ｅにより検出された冷却ガス３ｄの温度との差を小さくできる。その結果、基板１００の温度、ひいては基板１００上の液体１０１の温度をより精度良く制御することができる。したがって、基板１００の処理の再現性を向上させることができる。

もちろん、基板処理装置１１における載置部１３やチャンバ１２の温度を測定する温度計を設けても、温度計３ｅ同様に扱うことができる。この場合でも、基板２００の温度、チャンバ１２の温度を精度良く制御できる。したがって、基板２００の処理の再現性を向上させることができる。

また、前述の実施の形態では、流量制御部２２ｂが冷却装置内部に設けられている。しかし、これに限られるものではない。例えば、ガス供給部２５と冷却装置２０との間に設けるようにしてもよい。あるいは、冷却装置２０と冷却ガス供給部３との間に設けるようにしてもよい。また、基板処理装置内部に設けてもよい。

また、制御部１０または制御部１０ａが流量制御部２２ｂを制御するようにしてもよい。制御部１０または制御部１０ａが流量制御部２２ｂを制御する場合、制御部１０から制御部２４に指令が出ない。制御部２４は、流量制御部２２ｂから信号を取得し、冷却ガス３ｄの供給量の情報を取得するようにすればよい。

また、前述の実施の形態では、基板処理装置と冷却装置に制御部が各々設けられている。しかし、これに限られるものではない。例えば、基板処理側の制御部だけとし、この制御部が冷却装置の動作も制御するようにしてもよい。

また、前述の実施の形態では、第１の制御方法と第２の制御方法の切り替えを、制御装置１０が出す冷却ガス３ｄを供給する指令に基づいて行っていた。けれども、冷却ガス３ｄの供給系に、冷却ガス３ｄの流量を検出する流量計を設け、この流量計の検出値による実際の冷却ガス３ｄの流量に基づいてもよい。この場合、ガス漏洩などで意図しない流量低下が起こっても対応できる。

また、温度計２２ｃの検出値と第１の設定温度とを比較することで、冷却装置２０の制御を第１の制御方法とするか第２の制御方法とするか決定するようにしてもよい。この場合、しきい値は冷却ガス３ｄの供給状態や供給量でなく、冷却ガス３ｄの温度に対するものとなる。

また、前述の実施の形態では、冷却装置が冷却ガスを基板処理装置に供給しているが、冷却ガスに代えて冷却液体とすることもできる。

１ 基板処理装置、２ 載置部、２ａ 載置台、２ｂ 回転軸、２ｃ 駆動部、３ 冷却ガス供給部、３ａ 接続部、３ｂ 配管、３ｃ 冷却ノズル、３ｄ 冷却ガス、３ｅ 温度計、４ 液体供給部、４ａ 液体収納部、４ｂ 供給部、４ｃ 流量制御部、４ｄ 液体ノズル、６ 筐体、１０ 制御部、２０ 冷却装置、２１ 循環部、２１ａ コンプレッサ、２１ｃ 凝縮器、２１ｅ 冷却器、２１ｆ 熱交換器、２１ｈ 温度計、２２ ガス冷却部、２２ａ 流路、２２ｂ 流量制御部、２２ｃ 温度計、２２ｄ 流路、２２ｅ 吐出口、２３ 冷媒冷却部、２３ａ 供給源、２３ｂ 流量制御部、１００ 基板、１０１ 液体

Claims (5)

1. 冷媒が流通可能な流路と、
   前記流路に設けられた凝縮器と、
   前記流路に設けられた熱交換器と、
   前記凝縮器と前記熱交換器との間の、前記流路に設けられたコンプレッサと、
   前記凝縮器から前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する冷却器と、
   前記熱交換器にガスを供給し、前記冷媒との熱交換により、前記ガスを冷却可能なガス冷却部と、
   冷却された前記ガスの温度を検出可能な第１の温度計と、
   前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度を検出可能な第２の温度計と、
   前記冷却器によって、前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する温度の制御が可能な第１の制御部と、
   を備え、
   前記第１の制御部は、前記熱交換器に流入する前記冷媒を冷却する温度を、前記第１の温度計で検出された温度に基づいて制御する第１の制御と、前記第２の温度計で検出された温度に基づいて制御する第２の制御とを切り替えて制御する冷却装置。
2. 前記第１の制御部は、
   前記熱交換器に供給される前記ガスの流量が予め定めた値以上の場合には、前記第１の制御を行い、
   前記熱交換器に供給される前記ガスの流量が予め定めた値未満の場合には、前記第２の制御を行う請求項１記載の冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却装置と、
   基板を載置して回転可能な載置部と、
   前記基板の洗浄を行う面に液体を供給可能な液体供給部と、
   前記基板の前記載置部側の面に、前記冷却装置により冷却されたガスを供給可能な冷却部と、
   前記基板の回転数、前記液体の供給量、および、前記冷却装置の第１の制御部を制御可能な第２の制御部と、
   を備えた基板処理装置。
4. 熱交換器に冷媒を流入し、供給されたガスとの間の熱交換により、前記ガスを冷却する冷却方法であって、
   前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度を、冷却された前記ガスの温度に基づいて制御する第１の制御と、前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度に基づいて制御する第２の制御とを切り替えて制御するガスの冷却方法。
5. 請求項４に記載のガスの冷却方法を用いて、基板の処理を行う基板処理方法であって、
   前記基板処理方法は、
   前記基板を載置部に搬入する工程と、
   前記基板の一方の面に液体を供給する工程と、
   前記基板の他方の面に冷却された前記ガスを供給する工程と、
   前記基板の面上にある前記液体の少なくとも一部を凍結させる工程と、
   凍結させた前記液体を解凍させる工程と、
   前記液体を解凍させた前記基板を乾燥させる工程と、
   乾燥させた前記基板を載置部から搬出する工程と、
   を有し、
   前記液体の少なくとも一部を凍結させる工程においては、前記ガスの冷却方法における第１の制御によってガスの冷却を行い、
   前記基板を搬入する工程、解凍する工程、乾燥する工程、搬出する工程においては、前記ガスの冷却方法における第２の制御によって前記ガスの冷却を行う基板処理方法。

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