多元制冷循环装置的制作方法

1.本发明涉及包含低温侧制冷循环和高温侧制冷循环的多元制冷循环装置，尤其涉及在蚀刻装置等半导体器件制造装置的冷却中使用的多元制冷循环装置。


背景技术：

2.为了扩大存储器容量，作为3d-nand的技术革新，层叠化不断推进。因层叠化而蚀刻工艺所耗费的加工处理时间增加，生产能力(生产率：through-put)的降低成为课题。为了缩短蚀刻加工时间、提高生产率，将蚀刻装置的处理腔室冷却到-30℃～-120℃左右的低温是有效的。
3.因此，为了实现-30℃～-120℃左右的低温，自以往起使用二元制冷循环装置等制冷装置，其已被多家公司产品化。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2012-193908号公报
7.专利文献2：日本特开2013-64559号公报
8.专利文献3：国际公开第2012/128229号


技术实现要素：

9.但是，在这些二元制冷循环装置中，与单级制冷循环装置相比设备数量增加，将这些设备连结的配管也变多，因此不可避免地，装置的整体尺寸变大。作为半导体器件制造装置的通常的设置状况，如图10所示，负责半导体器件加工的工艺腔室(例如，蚀刻装置的处理腔室)设置在无尘室(clean room)内，对工艺腔室进行冷却的二元制冷循环装置设置在与无尘室不同的区域、即设置各种周边设备的辅助生产间(sub-fabrication)、通称辅助间(sub-fab)的区域。
10.无尘室与辅助间的位置关系在大多情况下为楼上与楼下的位置关系，辅助间内的设备的设置面积原则上无法超过楼上的半导体器件制造装置的设置面积。另外，设置于辅助间的装置存在多个，因此缩小设置面积是各种装置的基本课题。然而，半导体器件制造装置的层叠构造的层数具有增加倾向，与此相随，预想到二元制冷循环装置在今后会变得大型化。
11.除了上述问题以外，用于移送超低温的冷却介质的配管需要由与用于防止结露和进行隔热相应的厚度的保冷材料覆盖，施工的劳力和成本上升。而且，不仅需要用于在从辅助间到无尘室的长距离范围内设置这样的配管的空间，而且配管越长，周围环境气体的温度越容易传递到配管内的冷却介质(冷却效果变低)。
12.另外，半导体器件制造装置的冷却中使用的冷却介质的温度根据工艺而大幅变动，与之相应地制冷装置内的制冷剂的温度也容易变动。其结果为，存在制冷装置的运转变得不稳定、无法恰当冷却半导体器件制造装置的情况。
13.因此，本发明提供一种多元制冷循环装置，能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积、并且能够缩短用于向半导体器件制造装置移送冷却介质的配管。
14.另外，本发明提供一种能够实现稳定运转而恰当冷却半导体器件制造装置的多元制冷循环装置。
15.在一个方案中，提供一种多元制冷循环装置，用于冷却半导体器件制造装置，具备：供第1制冷剂循环的第1制冷循环，该第1制冷剂与用于冷却上述半导体器件制造装置的冷却介质进行热交换；和供第2制冷剂循环的第2制冷循环，该第2制冷剂与上述第1制冷剂进行热交换，上述第1制冷循环的至少一部分配置在设置有上述半导体器件制造装置的无尘室内，上述第2制冷循环配置在辅助间内。
16.根据本发明，多元制冷循环装置的构成要素分为两部分且分别配置在无尘室和辅助间中，因此能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积。
17.另外，由于第1制冷循环的至少一部分配置在无尘室内，所以能够缩短用于从第1制冷循环向半导体器件制造装置(例如蚀刻装置的处理腔室)移送超低温的冷却介质的冷却配管。其结果为，能够减小冷却配管用的空间，并且冷却效率提高。
18.在一个方案中，上述第1制冷循环整体配置在上述无尘室内。
19.根据本发明，能够进一步减小辅助间内的设置面积。
20.在一个方案中，上述第1制冷循环包括：第1蒸发器，其构成为在上述冷却介质与上述第1制冷剂之间进行热交换，生成气相的上述第1制冷剂；第1压缩机，其构成为对上述气相的第1制冷剂进行压缩；第1冷凝器，其构成为使压缩后的上述气相的第1制冷剂冷凝而生成液相的上述第1制冷剂；和第1膨胀机构，其为了使上述第1制冷剂的压力和温度降低而配置在上述第1冷凝器与上述第1蒸发器之间，上述第1蒸发器和上述第1膨胀机构配置在上述无尘室内，上述第1压缩机及上述第1冷凝器配置在上述辅助间内。
21.根据本发明，在楼下的辅助间内配置第1压缩机和第1冷凝器，在楼上的无尘室内配置第1蒸发器和第1膨胀机构，因此，从第1压缩机漏出到第1制冷剂内的润滑油不会滞留于第1蒸发器，能够使润滑油在其重力作用下返回到第1压缩机。
22.在一个方案中，上述多元制冷循环装置还具备使中间介质在上述第1制冷循环与上述第2制冷循环之间循环的中间介质循环管道，上述中间介质循环管道在上述第1制冷循环与上述第2制冷循环之间延伸。
23.根据本发明，第1制冷循环的第1制冷剂与第2制冷循环的第2制冷剂借助中间介质进行热交换。对于中间介质，只要能够将第1制冷剂的热传递给第2制冷剂，则能够使用比第1制冷剂及第2制冷剂更容易处理的流体。因此，对于中间介质循环管道，能够使用树脂管等具有柔软性的配管。其结果为，能够降低制造成本，而且，第1制冷循环和第2制冷循环的配置自由度增大。由于中间介质的温度(例如，0℃～-80℃)比冷却介质的温度(例如，-30℃～-120℃)高，所以与覆盖冷却配管的保冷材料相比，覆盖中间介质循环管道的保冷材料可以更简易。
24.另外，中间介质由于具有与其体积相应的热容量，所以也作为第1制冷剂与第2制冷剂之间的热学缓冲物而发挥功能。通常，在半导体器件制造装置的冷却中使用后的冷却介质的温度会发生变动，与之相应地第1制冷剂的温度也容易变动。中间介质由于能够吸收这样的第1制冷剂的温度变动，所以能够使多元制冷循环装置的运转稳定。其结果为，多元
制冷循环装置能够向半导体器件制造装置供给稳定温度的冷却介质。
25.在一个方案中，上述多元制冷循环装置还具备连接于上述中间介质循环管道的缓冲箱。
26.根据本发明，能够增加中间介质的热容量，能够使多元制冷循环装置的运转进一步稳定。
27.在一个方案中，上述中间介质为载冷剂(防冻液)。
28.根据本发明，对于中间介质循环管道，能够使用树脂管等具有柔软性的廉价配管。其结果为，能够降低制造成本，而且第1制冷循环和第2制冷循环的配置自由度增大。
29.在一个方案中，上述多元制冷循环装置还具备用于使上述第1制冷剂和上述第2制冷剂进行热交换的级联冷凝器。
30.根据本发明，由于级联冷凝器中第1制冷循环的冷凝器兼作第2制冷循环的蒸发器，所以能够减少热交换器，能够减小多元制冷循环装置的设置面积。
31.在一个方案中，上述第1制冷循环具备：第1蒸发器，其构成为在上述冷却介质与上述第1制冷剂之间进行热交换，生成气相的上述第1制冷剂；第1压缩机，其构成为对上述气相的第1制冷剂进行压缩；第1冷凝器，其构成为使压缩后的上述气相的第1制冷剂冷凝而生成液相的上述第1制冷剂；和热交换器，其配置在上述第1压缩机与上述第1冷凝器之间，用于冷却压缩后的上述气相的第1制冷剂。
32.根据本发明，由于上述气相的第1制冷剂在进入第1冷凝器之前被预先冷却，所以第1冷凝器中所需的冷却热量降低。即，由于使用了中间介质的冷却热量降低，所以对第2制冷循环要求的制冷能力可以较小。这带来第2制冷循环的耗电降低，其结果为能够提高多元制冷循环装置的运转效率。另外，由于能够减小第2制冷循环的制冷能力，所以其结果为能够减小设备的设置面积。而且，冷却中使用后的冷却水或载冷剂(防冻液)由于在被加热之后被从热交换器排出，所以能够利用于需要加热的其他用途，也能够降低用于加热的耗电。
33.在一个方案中，提供一种多元制冷循环装置，用于冷却半导体器件制造装置，具备：供第1制冷剂循环的第1制冷循环，该第1制冷剂与用于冷却上述半导体器件制造装置的冷却介质进行热交换；供第2制冷剂循环的第2制冷循环，该第2制冷剂与上述第1制冷剂进行热交换；和中间介质循环管道，其用于使中间介质在上述第1制冷循环与上述第2制冷循环之间循环。
34.在一个方案中，上述中间介质循环管道在上述第1制冷循环的冷凝器与上述第2制冷循环的蒸发器之间延伸。
35.在一个方案中，上述多元制冷循环装置还具备连接于上述中间介质循环管道的缓冲箱。
36.在一个方案中，上述中间介质为载冷剂(防冻液)。
37.发明效果
38.根据本发明，能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积，并且能够缩短用于向半导体器件制造装置移送冷却介质的配管，能够减小冷却配管用的空间，并且冷却效率提高。
39.根据本发明，中间介质能够吸收半导体器件制造装置的冷却中使用后的冷却介质的温度变动，因此能够使多元制冷循环装置的运转稳定。其结果为，多元制冷循环装置能够
向半导体器件制造装置供给稳定温度的冷却介质，将半导体器件制造装置恰当地冷却。
附图说明
40.图1是表示用于冷却半导体器件制造装置的多元制冷循环装置的一个实施方式的示意图。
41.图2是表示多元制冷循环装置的一个实施方式的详细构造的示意图。
42.图3是表示多元制冷循环装置的其他实施方式的详细构造的示意图。
43.图4是表示多元制冷循环装置的另一其他实施方式的详细构造的示意图。
44.图5是表示多元制冷循环装置的另一其他实施方式的详细构造的示意图。
45.图6是表示多元制冷循环装置的另一其他实施方式的详细构造的示意图。
46.图7是表示多元制冷循环装置的一个实施方式的详细构造的示意图。
47.图8是表示多元制冷循环装置的其他实施方式的详细构造的示意图。
48.图9是表示多元制冷循环装置的配置的一个实施方式的示意图。
49.图10是用于说明半导体器件制造装置和多元制冷循环装置的以往配置的示意图。
具体实施方式
50.以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示用于冷却半导体器件制造装置的多元制冷循环装置的一个实施方式的示意图。在图1所示的实施方式中，半导体器件制造装置1是具备处理腔室的蚀刻装置。半导体器件制造装置1配置在无尘室内，多元制冷循环装置2的一部分配置在存在于无尘室的下方的辅助间内。无尘室处于上楼层，辅助间处于下楼层。
51.多元制冷循环装置2通过冷却配管3与半导体器件制造装置1连结。多元制冷循环装置2通过冷却配管3向半导体器件制造装置1(例如蚀刻装置的处理腔室)输送冷却介质，将半导体器件制造装置1冷却。冷却介质在半导体器件制造装置1与多元制冷循环装置2之间循环。即，由多元制冷循环装置2生成的低温(例如，-30℃～-120℃)的冷却介质通过冷却配管3被输送到半导体器件制造装置1，在半导体器件制造装置1的冷却中使用后的冷却介质通过冷却配管3返回到多元制冷循环装置2。
52.多元制冷循环装置2具备：供与冷却介质进行热交换的第1制冷剂循环的第1制冷循环5、和供与第1制冷剂进行热交换的第2制冷剂循环的第2制冷循环6。因此，本实施方式的多元制冷循环装置2是二元制冷循环装置。在一个实施方式中，多元制冷循环装置2也可以包含三个以上的制冷循环。
53.第1制冷循环5整体配置在无尘室内，第2制冷循环6整体配置在处于无尘室楼下的辅助间内。在无尘室内配置有格子板(grating)等金属制的地板7，在地板7的下方存在地板下方空间9。该地板下方空间9是无尘室的一部分。半导体器件制造装置1设置在地板7之上，第1制冷循环5设置在半导体器件制造装置1的周边空间、地板下方空间9内等。
54.根据本实施方式，由于作为多元制冷循环装置2的构成要素的第1制冷循环5和第2制冷循环6分别配置在无尘室和辅助间中，所以能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积。另外，由于第1制冷循环5配置在无尘室内，所以能够缩短用于从第1制冷循环5向半导体器件制造装置1(例如蚀刻装置的处理腔室)移送超低温的冷却介质的冷却配管3。其结果
为，能够减小冷却配管3用的空间，并且冷却效率提高。
55.图2是表示多元制冷循环装置2的一个实施方式的详细构造的示意图。如图2所示，第1制冷循环5具备使液相的第1制冷剂(制冷剂液)蒸发而生成气相的第1制冷剂(制冷剂气体)的第1蒸发器11、对气相的第1制冷剂进行压缩的第1压缩机12、和使压缩后的气相的第1制冷剂冷凝而生成液相的第1制冷剂的第1冷凝器14。第1蒸发器11、第1压缩机12及第1冷凝器14由第1制冷剂配管16连结。第1制冷剂通过第1制冷剂配管16而在第1蒸发器11、第1压缩机12、第1冷凝器14中循环。
56.第1制冷循环5还具备位于第1蒸发器11与第1冷凝器14之间的作为第1膨胀机构的第1膨胀阀17。第1膨胀阀17安装于第1制冷剂配管16的在第1蒸发器11与第1冷凝器14之间延伸的部分。从第1冷凝器14向第1蒸发器11流动的第1制冷剂从第1膨胀阀17通过，从而第1制冷剂的压力和温度降低。通过了第1膨胀阀17的第1制冷剂向第1蒸发器11流入。
57.冷却配管3与第1蒸发器11连接，在第1蒸发器11内进行冷却介质与第1制冷剂的热交换。该热交换的结果为，冷却介质被冷却而成为低温(例如，-30℃～-120℃)，另一方面第1制冷剂被冷却介质加热而蒸发，成为制冷剂气体。冷却后的冷却介质从冷却配管3通过而被输送到半导体器件制造装置1，制冷剂气体从第1制冷剂配管16通过而被输送到第1压缩机12。第1压缩机12对制冷剂气体进行压缩，将压缩后的制冷剂气体输送到第1冷凝器14。在第1冷凝器14中，如后述那样，制冷剂气体冷凝而成为制冷剂液。
58.第2制冷循环6具备使液相的第2制冷剂(制冷剂液)蒸发而生成气相的第2制冷剂(制冷剂气体)的第2蒸发器21、对气相的第2制冷剂进行压缩的第2压缩机22、和使压缩后的气相的第2制冷剂冷凝而生成液相的第2制冷剂的第2冷凝器24。第2蒸发器21、第2压缩机22及第2冷凝器24由第2制冷剂配管26连结。第2制冷剂通过第2制冷剂配管26而在第2蒸发器21、第2压缩机22、第2冷凝器24中循环。
59.多元制冷循环装置2还具备用于使中间介质在第1制冷循环5与第2制冷循环6之间循环的中间介质循环管道31。中间介质循环管道31与第1制冷循环5和第2制冷循环6连接。更具体地说，中间介质循环管道31具有用于将中间介质从第2制冷循环6的第2蒸发器21向第1制冷循环5的第1冷凝器14输送的输送管道31a、和用于使中间介质从第1制冷循环5的第1冷凝器14返回到第2制冷循环6的第2蒸发器21的返回管道31b。输送管道31a的一端与第1冷凝器14连接，输送管道31a的另一端与第2蒸发器21连接。返回管道31b的一端与第1冷凝器14连接，返回管道31b的另一端与第2蒸发器21连接。
60.中间介质通过中间介质循环管道31而在第1制冷循环5的第1冷凝器14与第2制冷循环6的第2蒸发器21之间循环。气相的第1制冷剂(制冷剂气体)与中间介质在第1冷凝器14内进行热交换。其结果为，气相的第1制冷剂被中间介质冷却而成为液相的第1制冷剂(制冷剂液)。中间介质被第1制冷剂加热而温度上升。
61.被第1制冷剂加热后的中间介质与液相的第2制冷剂(制冷剂液)在第2蒸发器21内进行热交换。其结果为，液相的第2制冷剂被中间介质加热而成为气相的第2制冷剂(制冷剂气体)，另一方面，中间介质被第2制冷剂冷却而温度降低。冷却后的中间介质通过中间介质循环管道31而被输送到第1制冷循环5的第1冷凝器14。冷却后的中间介质与第1制冷剂在第1冷凝器14内进行热交换。像这样，中间介质通过中间介质循环管道31在第1制冷循环5的第1冷凝器14与第2制冷循环6的第2蒸发器21之间循环。从第2蒸发器21朝向第1冷凝器14流动
的中间介质的温度为例如0℃～-80℃。
62.在第2蒸发器21中，第2制冷剂被中间介质加热而蒸发，成为制冷剂气体。该制冷剂气体通过第2制冷剂配管26被输送到第2压缩机22。第2压缩机22对制冷剂气体进行压缩，将压缩后的制冷剂气体输送到第2冷凝器24。在第2冷凝器24中，进行从未图示的冷却水源供给的冷却水与制冷剂气体(气相的第2制冷剂)的热交换。其结果为，制冷剂气体冷凝而成为制冷剂液。
63.如上述那样，第1制冷循环5的第1制冷剂和第2制冷循环6的第2制冷剂借助中间介质进行热交换。中间介质是与第1制冷剂及第2制冷剂不同种类的液体。更具体地说，中间介质是全氟化碳(pfc)液或乙二醇液等载冷剂(防冻液)。因此，中间介质保持液相而在中间介质循环管道31中循环。
64.对于中间介质，只要能够将第1制冷剂的热传递给第2制冷剂，则能够使用比第1制冷剂及第2制冷剂更容易处理的载冷剂(防冻液)。因此，对于中间介质循环管道31，能够使用树脂管等具有柔软性的廉价配管。其结果为，能够降低制造成本，而且第1制冷循环5和第2制冷循环6的配置自由度增大。另外，由于中间介质的温度(例如，0℃～-80℃)比冷却介质的温度(例如，-30℃～-120℃)高，所以与覆盖冷却配管3的保冷材料相比，覆盖中间介质循环管道31的保冷材料可以更简易。
65.另外，中间介质由于具有与其体积相应的热容量，所以也作为第1制冷剂与第2制冷剂之间的热学缓冲物而发挥功能。通常，在半导体器件制造装置1的冷却中使用后的冷却介质的温度会发生变动，与之相应地第1制冷剂的温度也容易变动。中间介质由于能够吸收这样的第1制冷剂的温度变动，所以能够使多元制冷循环装置2的运转稳定。其结果为，多元制冷循环装置2能够向半导体器件制造装置1供给稳定温度的冷却介质。
66.第2制冷循环6还具备位于第2蒸发器21与第2冷凝器24之间的作为第2膨胀机构的第2膨胀阀27。第2膨胀阀27安装于第2制冷剂配管26的在第2蒸发器21与第2冷凝器24之间延伸的部分。从第2冷凝器24向第2蒸发器21流动的第2制冷剂从第2膨胀阀27通过，从而第2制冷剂的压力和温度降低。通过了第2膨胀阀27的第2制冷剂向第2蒸发器21流入。
67.图3是表示多元制冷循环装置2的另一其他实施方式的详细构造的示意图。本实施方式的没有特别说明的结构及动作与参照图1及图2说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。在图3所示的实施方式中，第1制冷循环5的一部分配置在无尘室内，第1制冷循环5的其他部分配置在辅助间内。在本实施方式中，第1蒸发器11及第1膨胀阀17配置在无尘室内，第1压缩机12及第1冷凝器14配置在辅助间内。中间介质循环管道31整体也配置在辅助间内。
68.本实施方式在无尘室的设置面积小的情况下有利。另外，根据本实施方式，在楼下的辅助间内配置第1压缩机12和第1冷凝器14，在楼上的无尘室内配置第1蒸发器11，因此从第1压缩机12漏出到第1制冷剂内的润滑油不会滞留于第1蒸发器11，能够使润滑油在其重力作用下返回到第1压缩机12。另外，在第1制冷循环5中，通过将作为变得低温的构成要素的第1蒸发器11、第1膨胀阀17配置在无尘室内，能够缩短用于从第1制冷循环5向半导体器件制造装置1移送冷却介质的冷却配管3。
69.如图4所示，在一个实施方式中，多元制冷循环装置2也可以还具备连接于中间介质循环管道31的缓冲箱32。在图4所示的实施方式中，缓冲箱32连接于用于使中间介质从第
1制冷循环5的第1冷凝器14返回到第2制冷循环6的第2蒸发器21的返回管道31b。缓冲箱32配置在设置面积有余裕的辅助间内。从第1制冷循环5的第1冷凝器14出来的中间介质暂且蓄留于缓冲箱32内，之后从缓冲箱32返回到第2制冷循环6的第2蒸发器21。
70.根据本实施方式，由于能够与缓冲箱32的容积相应地增加中间介质的体积，所以中间介质的热容量增加，能够使多元制冷循环装置2的运转进一步稳定。图4所示的缓冲箱32也可以组入到图3的实施方式。
71.图5是表示多元制冷循环装置2的另一其他实施方式的详细构造的示意图。本实施方式的没有特别说明的结构及动作与参照图2说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。在图5所示的实施方式中，第1制冷循环5的冷凝器和第2制冷循环6的蒸发器由共同的级联冷凝器(cascade condenser)40构成。级联冷凝器40是第1制冷循环5的冷凝器兼作第2制冷循环6的蒸发器的热交换器，配置在辅助间内。在一个实施方式中，在无尘室内的设置面积有余裕的情况下，第1制冷循环5的第1蒸发器11、第1压缩机12、第1膨胀阀17及级联冷凝器40可以配置在无尘室内。
72.在本实施方式中，未设置中间介质循环管道31。第1制冷循环5的第1制冷剂配管16和第2制冷循环6的第2制冷剂配管26这两者与级联冷凝器40连接。在第1制冷循环5中循环的第1制冷剂及在第2制冷循环6中循环的第2制冷剂流经级联冷凝器40，在级联冷凝器40内进行第1制冷剂与第2制冷剂的热交换。由于级联冷凝器40中第1制冷循环5的冷凝器兼作第2制冷循环6的蒸发器，所以能够减少热交换器，能够减小多元制冷循环装置2的设置面积。
73.图6是表示多元制冷循环装置2的另一其他实施方式的详细构造的示意图。本实施方式的没有特别说明的结构及动作与参照图2说明的实施方式相同，因此省略其重复的说明。在本实施方式中，在第1制冷循环5的第1压缩机12与第1冷凝器14之间设置有热交换器50。热交换器50与第1制冷剂配管16的在第1压缩机12与第1冷凝器14之间延伸的部分连接。在该热交换器50中流动着冷却水或载冷剂(防冻液)等冷却液、和压缩后的上述气相的第1制冷剂，进行冷却液与气相的第1制冷剂的热交换。通过与冷却液的热交换而被冷却的气相的第1制冷剂被导入第1冷凝器14。
74.像这样，由于气相的第1制冷剂在进入第1冷凝器14之前预先被冷却，所以第1冷凝器14中的所需的冷却热量降低。即，由于使用了中间介质的冷却热量降低，所以对第2制冷循环6要求的制冷能力可以较小。这带来第2制冷循环6的耗电降低，其结果为能够提高多元制冷循环装置2的运转效率。另外，由于能够减小第2制冷循环6的制冷能力，所以其结果为能够减少设备的设置面积。而且，在气相的第1制冷剂的冷却中使用后的冷却水或载冷剂(防冻液)等冷却液在被加热之后被从热交换器50排出，因此能够利用于需要加热的其他用途，也能够降低用于加热的耗电。
75.热交换器50也能够适用于参照图3至图5说明的实施方式。例如，热交换器50也可以配置在图5所示的第1压缩机12与级联冷凝器40之间。
76.图7是表示多元制冷循环装置102的一个实施方式的详细构造的示意图。如图7所示，多元制冷循环装置102通过冷却配管103与半导体器件制造装置1连结。多元制冷循环装置102通过冷却配管103向半导体器件制造装置1(例如蚀刻装置的处理腔室)输送冷却介质，从而冷却半导体器件制造装置1。冷却介质在半导体器件制造装置1与多元制冷循环装置102之间循环。即，由多元制冷循环装置102生成的低温(例如，-30℃～-120℃)的冷却介
质通过冷却配管103被输送到半导体器件制造装置1，在半导体器件制造装置1的冷却中使用后的冷却介质通过冷却配管103返回到多元制冷循环装置102。
77.多元制冷循环装置102具备供与冷却介质进行热交换的第1制冷剂循环的第1制冷循环105、和供借助中间介质与第1制冷剂进行热交换的第2制冷剂循环的第2制冷循环106。因此，本实施方式的多元制冷循环装置102为二元制冷循环装置。在一个实施方式中，多元制冷循环装置102也可以包含三个以上的制冷循环。
78.第1制冷循环105具备使液相的第1制冷剂(制冷剂液)蒸发而生成气相的第1制冷剂(制冷剂气体)的第1蒸发器111、对气相的第1制冷剂进行压缩的第1压缩机112、和使压缩后的气相的第1制冷剂冷凝而生成液相的第1制冷剂的第1冷凝器114。第1蒸发器111、第1压缩机112及第1冷凝器114由第1制冷剂配管116连结。第1制冷剂通过第1制冷剂配管116而在第1蒸发器111、第1压缩机112、第1冷凝器114中循环。
79.第1制冷循环105还具备位于第1蒸发器111与第1冷凝器114之间的作为第1膨胀机构的第1膨胀阀117。第1膨胀阀117安装于第1制冷剂配管116的在第1蒸发器111与第1冷凝器114之间延伸的部分。从第1冷凝器114向第1蒸发器111流动的第1制冷剂从第1膨胀阀117通过，从而第1制冷剂的压力和温度降低。通过了第1膨胀阀117的第1制冷剂向第1蒸发器111流入。
80.冷却配管103与第1蒸发器111连接，在第1蒸发器111内进行冷却介质与第1制冷剂的热交换。该热交换的结果为，冷却介质被冷却而成为低温(例如，-30℃～-120℃)，另一方面第1制冷剂被冷却介质加热而蒸发，成为制冷剂气体。冷却后的冷却介质通过冷却配管103被输送到半导体器件制造装置1，制冷剂气体通过第1制冷剂配管116被输送到第1压缩机112。第1压缩机112对制冷剂气体进行压缩，将压缩后的制冷剂气体输送到第1冷凝器114。在第1冷凝器114中，如后述那样，制冷剂气体冷凝而成为制冷剂液。
81.第2制冷循环106具备使液相的第2制冷剂(制冷剂液)蒸发而生成气相的第2制冷剂(制冷剂气体)的第2蒸发器121、对气相的第2制冷剂进行压缩的第2压缩机122、和使压缩后的气相的第2制冷剂冷凝而生成液相的第2制冷剂的第2冷凝器124。第2蒸发器121、第2压缩机122及第2冷凝器124由第2制冷剂配管126连结。第2制冷剂通过第2制冷剂配管126而在第2蒸发器121、第2压缩机122、第2冷凝器124中循环。
82.多元制冷循环装置102还具备用于使中间介质在第1制冷循环105与第2制冷循环106之间循环的中间介质循环管道131。中间介质循环管道131与第1制冷循环105和第2制冷循环106连接。更具体地说，中间介质循环管道131具有用于将中间介质从第2制冷循环106的第2蒸发器121向第1制冷循环105的第1冷凝器114输送的输送管道131a、和用于使中间介质从第1制冷循环105的第1冷凝器114返回到第2制冷循环106的第2蒸发器121的返回管道131b。输送管道131a的一端与第1冷凝器114连接，输送管道131a的另一端与第2蒸发器121连接。返回管道131b的一端与第1冷凝器114连接，返回管道131b的另一端与第2蒸发器121连接。
83.中间介质通过中间介质循环管道131在第1制冷循环105的第1冷凝器114与第2制冷循环106的第2蒸发器121之间循环。气相的第1制冷剂(制冷剂气体)与中间介质在第1冷凝器114内进行热交换。其结果为，气相的第1制冷剂被中间介质冷却而成为液相的第1制冷剂(制冷剂液)。中间介质被第1制冷剂加热而温度上升。
84.被第1制冷剂加热后的中间介质与液相的第2制冷剂(制冷剂液)在第2蒸发器121内进行热交换。其结果为，液相的第2制冷剂被中间介质加热而成为气相的第2制冷剂(制冷剂气体)，另一方面，中间介质被第2制冷剂冷却而温度降低。冷却后的中间介质通过中间介质循环管道131被输送到第1制冷循环105的第1冷凝器114。冷却后的中间介质与第1制冷剂在第1冷凝器114内进行热交换。像这样，中间介质通过中间介质循环管道131在第1制冷循环105的第1冷凝器114与第2制冷循环106的第2蒸发器121之间循环。从第2蒸发器121朝向第1冷凝器114流动的中间介质的温度为例如0℃～-80℃。
85.在第2蒸发器121中，第2制冷剂被中间介质加热而蒸发，成为制冷剂气体。该制冷剂气体通过第2制冷剂配管126被输送到第2压缩机122。第2压缩机122对制冷剂气体进行压缩，将压缩后的制冷剂气体输送到第2冷凝器124。在第2冷凝器124中，进行从未图示的冷却水源供给的冷却水与制冷剂气体(气相的第2制冷剂)的热交换。其结果为，制冷剂气体冷凝而成为制冷剂液。
86.如上述那样，第1制冷循环105的第1制冷剂与第2制冷循环106的第2制冷剂借助中间介质进行热交换。中间介质是与第1制冷剂及第2制冷剂不同种类的液体。更具体地说，中间介质是全氟化碳(pfc)液或乙二醇液等载冷剂(防冻液)。因此，中间介质保持液相而在中间介质循环管道131中循环。
87.对于中间介质，只要能够将第1制冷剂的热传递给第2制冷剂，则能够使用比第1制冷剂及第2制冷剂更容易处理的载冷剂(防冻液)。因此，对于中间介质循环管道131，能够使用树脂管等具有柔软性的廉价配管。其结果为，能够降低制造成本，而且第1制冷循环105和第2制冷循环106的配置自由度增大。另外，由于中间介质的温度(例如，0℃～-80℃)比冷却介质的温度(例如，-30℃～-120℃)高，所以与覆盖冷却配管103的保冷材料相比，覆盖中间介质循环管道131的保冷材料可以更简易。
88.另外，中间介质由于具有与其体积相应的热容量，所以也作为第1制冷剂与第2制冷剂之间的热学缓冲物而发挥功能。通常，在半导体器件制造装置1的冷却中使用后的冷却介质的温度会发生变动，与之相应地第1制冷剂的温度也容易变动。中间介质由于能够吸收这样的第1制冷剂的温度变动，所以能够使多元制冷循环装置102的运转稳定。其结果为，多元制冷循环装置102能够向半导体器件制造装置1供给稳定温度的冷却介质。
89.第2制冷循环106还具备位于第2蒸发器121与第2冷凝器124之间的作为第2膨胀机构的第2膨胀阀127。第2膨胀阀127安装于第2制冷剂配管126的在第2蒸发器121与第2冷凝器124之间延伸的部分。从第2冷凝器124向第2蒸发器121流动的第2制冷剂从第2膨胀阀127通过，从而第2制冷剂的压力和温度降低。通过了第2膨胀阀127的第2制冷剂向第2蒸发器121流入。
90.如图8所示，在一个实施方式中，多元制冷循环装置102也可以还具备连接于中间介质循环管道131的缓冲箱132。在图8所示的实施方式中，缓冲箱132与用于使中间介质从第1制冷循环105的第1冷凝器114返回到第2制冷循环106的第2蒸发器121的返回管道131b连接。缓冲箱132配置在设置面积有余裕的、设置各种周边设备的辅助生产间、通称为辅助间的区域内。从第1制冷循环105的第1冷凝器114出来的中间介质暂且蓄留于缓冲箱132内，之后从缓冲箱132返回到第2制冷循环106的第2蒸发器121。
91.根据本实施方式，与缓冲箱132的容积相应地中间介质的体积增加，因此中间介质
的热容量增加，能够使多元制冷循环装置102的运转进一步稳定。
92.图9是表示多元制冷循环装置的配置的一个实施方式的示意图。半导体器件制造装置1(例如蚀刻装置的处理腔室)配置在无尘室内，多元制冷循环装置102的一部分配置在存在于无尘室的下方的辅助间内。通常，无尘室处于上楼层，辅助间处于下楼层。
93.第1制冷循环105整体配置在无尘室内，第2制冷循环106整体配置在处于无尘室楼下的辅助间内。在无尘室内配置有格子板等金属制的地板7，在地板7的下方存在地板下方空间9。该地板下方空间9为无尘室的一部分。半导体器件制造装置1设置在地板7之上，第1制冷循环105设置在半导体器件制造装置1的周边空间、地板下方空间9内等。
94.由于中间介质循环管道131能够提高第1制冷循环105和第2制冷循环106的配置自由度，所以如图9所示，能够将作为多元制冷循环装置102的构成要素的第1制冷循环105和第2制冷循环106分别配置在无尘室和辅助间中。其结果为，能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积。另外，由于第1制冷循环105配置在无尘室内，所以能够缩短用于从第1制冷循环105向半导体器件制造装置1(例如蚀刻装置的处理腔室)移送超低温的冷却介质的冷却配管103。其结果为，能够减小冷却配管103用的空间，并且冷却效率提高。
95.另外，通过具备中间介质循环管道131，能够针对多个第1制冷循环连接一个第2制冷循环。其结果为，能够减小设置在辅助间内的设备的设置面积，另外，也能够实现运转效率的提高。
96.而且，通过具备中间介质循环管道131，例如即使在开始运用装置后也能够比较容易地增设第2制冷循环，也能够灵活应对冷却容量的变更(增大)和冷却温度的变更(降低)。
97.上述实施方式是以具有本发明所属技术领域的常规知识的人员能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例对于本领域技术人员来说是理所当然的，本发明的技术思想也能够适用于其他实施方式。因此，本发明不限定于所记载的实施方式，在按照由权利要求书定义的技术思想的最大范围内解释。