CN100554760C - 流体加热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体加热设备，包括：卤素灯(23)；及管状结构(26)，它围绕加热灯，且具有流体入口(24)和流体出口(25)。管状结构(26)包括绕卤素灯(23)周向布置的多个直管(26a)，且相邻直管(26a)彼此接触，或彼此隔开少许。直管(26a)的至少面对卤素灯(23)的表面用黑涂料(27)或辐射光吸收涂料涂覆。

Description

流体加热设备
技术领域
本发明涉及流体加热设备，更具体地涉及利用从加热灯发射的热辐射加热流动流体的流体加热设备。
背景技术
半导体器件制造工艺包括使例如半导体晶片等处理对象与处理流体接触以处理处理对象的流体处理。在流体处理的一个实例中，处理对象被浸在保持在清洁槽中的处理流体(例如稀氢氟酸(DHF)或冲洗液体等)中，以清洁处理对象。在流体处理的另一实例中，汽化异丙醇(IPA)和氮气(N2气体)的混合气态流体被供给处理对象，以干燥处理对象。一般而言，必须将处理流体的温度调整到指定的目标温度，以获得想要的处理结果。为此，采用用于调节处理流体的温度的流体加热设备。
JP09-210577A披露了这样一种流体加热设备。所述流体加热设备包括：加热灯；围绕加热灯的透明石英管；及管状容器，它围绕透明石英管，以在透明石英管和管状容器之间限定流体流动空间。通过流体入口供给流体流动空间内的流体流经流体流动空间，其中流体由从加热灯发射的热辐射加热，并且通过流体出口流出流体流动空间。在所述流体加热设备中，流体暴露于从加热灯发射并且通过透明石英管传输的热辐射，从而流体吸收热辐射的能量，以被加热。简言之，流体利用热辐射“直接”加热。
一般而言，前述直接加热型流体加热设备具有一些问题。首先，如果流体的热辐射吸收较高，则流经流体流动空间中远离加热灯的区域的流体没有被充分加热，同时流经流体流动空间中加热灯附近的区域的流体被有效加热。这样，不能获得充分的加热效率。如果流体是例如IPA等挥发性有机溶剂，则必须特别关注加热流体的温度控制。
JP 09-210577A的流体加热设备进一步设置有用于加热低热辐射吸收的流体的多个金属翼片。金属翼片沿周向布置在流体流动空间中，并且在流体流动方向上延伸。如果流体的热辐射吸收较低，则从加热灯发射的热辐射落在金属翼片上，加热金属翼片。通过从金属翼片到流体的热传递加热流体。翼片结构是复杂的，因此是价格高的。
如上所述，在前述直接加热型流体加热设备中，围绕加热灯的透明管通常由石英制成。如果将被加热的流体是DHF，则与流体接触的石英材料将在其中融解，从而不能被使用。
发明内容
鉴于上述问题做出本发明，因此本发明的主要目的是提供一种能有效并均匀地加热流体并且可以合理的成本被制造的流体加热设备。优选地，流体加热设备可加热任何种类的流体。
为了获得上述目的，本发明提供了一种流体加热设备，其包括：加热灯；管状结构，具有允许待加热的流体流入管状结构内的流体入口和允许已被加热的流体流出管状结构的流体出口，其中管状结构包括围绕加热灯布置成管形式的至少一个管，且管状结构的面对加热灯的至少一个表面用辐射光吸收涂料涂覆；和双流体喷嘴，该双流体喷嘴将惰性气体与挥发性液体混合以形成混合流体，该混合流体包含所述惰性气体和雾化的所述挥发性液体，其中所述管状结构连接到所述双流体喷嘴，使得该混合流体供应到所述管状结构并且所述雾化的挥发性液体在所述管状结构中被加热以被汽化，其中所述管状结构包括绕加热灯缠绕成螺旋结构的单个管。
根据本发明，辐射光吸收涂料有效吸收从加热灯发射的热辐射，所述管被有效加热，因此流经管的流体通过从所述管到流体的热传递被有效加热。因此不管流体种类如何，或流体的热辐射吸收如何，都能有效加热流体。
所述至少一个管的每个都可具有由防化学腐蚀的合成树脂形成的内表面。在此情形下，优选地，所述至少一个管的每个都可具有由导热材料形成的导热层，且辐射光吸收涂料可被涂覆在导热层上。
当内表面由防化学腐蚀的合成树脂形成时，腐蚀流体可被加热，而不损坏所述管。如果设置导热层，则由于热辐射的吸收在辐射光吸收涂料中产生的热通过导热层被均匀传递到由防化学腐蚀的合成树脂形成的内表面上，并在所述内表面上分布，因此即使内表面由具有较低导热性的防化学腐蚀的合成树脂形成时，也能均匀加热流体。
在一个优选实施例中，管状结构包括绕加热灯周向布置的多个直管。在另一优选实施例中，管状结构可包括绕加热灯缠绕成螺旋结构的单个管。
流体加热设备可进一步包括容纳加热灯和管状结构的管状容器。所述管状容器可具有光反射内表面。
由于设置管状容器，可抑制加热灯产生的热能的散发，从而提高加热效率。由于从加热灯发射并通过管状结构中的间隙(如果有的话)泄漏的辐射光由管状容器的光反射内表面反射，落在管状结构的外表面上，所以可更有效地加热流体。
流体加热设备可进一步包括适于供应惰性气体到管状容器内部中的惰性气体源。所述构造防止外部大气渗入管状容器，并且实现流体加热设备的安全操作。
流体加热设备可进一步包括：温度传感器，适于检测流经管状结构的流体的温度；电源，适于调节将供给加热灯的电功率，从而控制加热灯产生的发热量；及控制器，用于根据温度传感器检测的温度产生控制信号，并发送控制信号给电源，以使流体的温度与目标值一致。
附图说明
图1示出装配有本发明的第一实施例中的流体加热设备的清洁系统的整体结构的示意图；
图2是本发明的第一实施例中的流体加热设备的纵截面图；
图3A是沿图2中的线IIIA-IIIA的流体加热设备的横截面图；
图3B是图3A中的区域IIIB的放大图；
图4A是本发明的第二实施例中的流体加热设备的纵截面图；
图4B是沿图4A中的线IVB-IVB的流体加热设备的横截面图；
图5A是图4A中所示的灯和管的放大图；
图5B是图5A中的区域VB的放大图；
图6A示出装配有本发明的第三实施例中的流体加热设备的IPA干燥系统的结构的示意图；
图6B是沿图6A中的线VIB-VIB的加热设备的截面图；
图7A是图6A中所示的灯和管的放大图；及
图7B是图7A中的区域VIIB的放大图。
具体实施方式
[第一实施例]
将参看图1、2、3A、和3B描述本发明的第一实施例中的流体加热设备和装配有流体加热设备的清洁系统。
参看图1，清洁系统包括：清洁箱10，具有容纳例如稀氢氟酸(DHF)或冲洗液体(例如，去离子水)等清洁液体L的内箱11和围绕内箱11的上部开口以接收从内箱11溢出的清洁液体的外箱12；清洁液体供应喷嘴14，布置在内箱11的内部的下部区域；循环通道15，具有连接至清洁液体供应喷嘴14的第一端和布置在外箱12底部的排泄口12a的第二端。循环泵16、过滤器17、和流体加热设备20从排泄口12a侧依次布置在循环通道15中。晶片舟13布置在内箱11中，以保持多个(例如50片)半导体晶片W(以下简称为“晶片”)。上面设置有排泄阀(未示出)的排泄管(未示出)连接至内箱11底部。设置清洁液体源(未示出)，以供应倾斜液体L给外箱12。
参看图2、3A和3B，流体加热设备20包括管状容器22，所述管状容器可由不锈钢形成。绝热材料布置在管状容器22的内表面上。加热灯(通常为卤素灯23)布置在管状容器22中，并沿管状容器22的纵轴延伸。管状结构26布置在管状容器22中，以围绕卤素灯23，同时环形间隙形成在卤素灯23和管状结构26之间。管状结构26具有流体入口24和流体出口25。管状容器22的末端开口分别用端帽22a和22b覆盖，其中端帽22a和22b上分别设置有绝热材料。
在第一实施例中，管状结构26包括绕多个绕卤素灯23周向布置以成为管形的多个直管26a。每个直管26a平行于卤素灯23延伸。考虑到加热效率，圆周上相邻的管26a优选彼此紧密接触，但也可离得很近，同时在它们之间保持小间隙，只要可防止从卤素灯23发射的辐射光(热辐射)泄漏或将其抑制到可忽略的水平即可。每个管26a的面对卤素灯23的至少部分用辐射光吸收涂料(通常为黑涂料27)涂覆。在所示出的实施例中，每个管26a的整个表面用黑涂料27涂覆。
如图3A和3B中所示，每个管26a都具有双层结构，因此包括内层28a和外层28b。内层28a由不溶于氢氟酸的抗化学腐蚀的材料(具体地，合成树脂，例如聚四氟乙烯等)制成。这样，管26a具有由抗化学腐蚀的合成树脂制成的内表面。外层28b由例如金属材料(例如，铝或不锈钢)等导热材料制成。黑涂料27涂覆在导热外层28b上。
由于上述结构，黑涂料27有效吸收从卤素灯23发射的辐射光(热辐射)，从而黑涂料27被有效加热。热从黑涂料27通过导热外层28b均匀地传递到内层28a。这样，可均匀而有效地加热流经每个管26a的流体。
每个管26a的两端分别连接至环形歧管29a和29b。在本实施例中，管状结构26由管26a和歧管29a和29b组成。歧管29a具有用作管状结构26的流体入口的流体入口24；且歧管29b具有用作管状结构26的流体出口的流体出口25。连接至过滤器17的管状结构26的上游的循环通道15的部分经过管状容器22的一端，并连接至歧管29a的流体入口24；而连接至清洁液体喷嘴14的管状结构26的下游的循环通道15的部分经过管状容器22的另一端，并连接至歧管29b的流体出口25。
温度传感器30布置在管状结构26的流体出口25附近，用于测量流出流体出口25的清洁液体L的温度。功率调节器40电连接至卤素灯23，以控制卤素灯23产生的发热量。温度传感器30和功率调节器40电连接至中央处理单元(CPU)50。温度传感器30测量的温度被送给CPU 50，并且CPU 50发送控制信号给功率调节器40，从而清洁液体L的温度被控制为与目标温度(例如，80℃等)一致。
如图2中的点划线所示的，反光件60可被布置在管状容器22的内表面上。这样，从卤素灯23发射并经过相邻管26a之间的间隙(如果有的话)的辐射光由反光件60反射，落在管状结构26的外表面上，从而管状结构26被更有效地加热。
操作中，循环泵16被驱动，从内箱11溢出的清洁液体L流经循环通道15，以通过流体入口24被供给管状结构26中。卤素灯23发射的辐射光由涂覆在管状结构26的每个直管26a上的黑涂料27吸收，且所吸收的热被均匀传送至每个直管26a的整个内表面。这样，流经每个直管26a的清洁液体L被加热到指定温度(例如，80℃)。清洁液体L的温度由温度传感器30、功率调节器40、和CPU 50以上述方式控制。加热的清洁液体L通过流体出口25流出管状结构26，并且被供给清洁液体供应喷嘴14，以从这里向着保持在内箱11中的晶片W喷射。
[第二实施例]
将参看图4A、4B、5A和5B描述本发明的第二实施例中的流体加热设备。
在流体加热设备20A的第二实施例中，管状结构26A包括绕加热灯23缠绕成螺旋结构以形成管形的单个管70。管状结构26A围绕卤素灯23，同时环形间隙形成在卤素灯23和管状结构26A之间。管70的螺旋轴线与卤素灯23的纵轴线一致。考虑到加热效率，相对螺旋轴线方向管70的相邻部分优选彼此紧密接触，但也可离得很近，同时在它们之间保持小间隙，只要可防止或抑制从卤素灯23发射的辐射光(热辐射)泄漏到可忽略的水平即可。管70具有用作管状结构26A的流体入口24并直线延伸通过端帽22a的一个端部和用作管状结构26A的流体出口25并直线延伸通过端帽22b的另一端部。
螺旋管70的截面结构与第一实施例中的直管26a大体相同，因此省略对其的描述。并且在第二实施例中，通过流体入口24流入管状结构26A的清洁液体L由从卤素灯发射的辐射光以与第一实施例中大体相同的方式被加热，并且通过流体出口25流出管状结构26A。在图4A、4B、5A、和5B中，用与图1、2、3A和3B中相同的参考标号表示的部件与图1、2、3A和3B中的相应部件相同，因此省略对其的描述。
尽管已经对其中流体加热设备应用于半导体晶片清洁系统的实施例做出上面的描述，但流体加热设备也可应用于用于清洁不同于半导体晶片不同的处理对象(例如用于LCD(液晶显示器)的玻璃基板)的清洁系统。将由流体加热设备加热的流体不限于DHF或液态流体。流体也可是气态流体或雾状流体。
[第三实施例]
图6A、6B、7A和7B示出使用IPA蒸汽和N2气体的混合气体干燥半导体晶片的IPA干燥系统，所述系统装配有本发明的第三实施例中的流体加热设备20B。IPA干燥系统包括：处理容器80，适于在其中容纳半导体晶片W(即，处理对象)；流体供应喷嘴81，用于向着容纳在处理容器80中的半导体晶片W喷射IPA蒸汽和N2气体的混合气体；根据本发明的第三实施例中的流体加热设备20B；及用于使用N，气体雾化IPA液体的双流体喷嘴82。
第三实施例中的流体加热设备20B仅在以下方面不同于第二实施例中的流体加热设备20A。
首先，流体加热设备20B的螺旋管70A的截面结构不同于流体加热设备20A的螺旋管70的截面结构。螺旋管70A具有单层结构，并且包括自身具有良好的导热性的不锈钢管。由于IPA不是腐蚀性的，所以不必提供(但是也可提供)由抗化学腐蚀合成树脂制成的内层。黑涂料27被涂覆在不锈钢管(参看图7B)上。用作管状结构的流体入口24的螺旋管70A的一端连接至双流体喷嘴82的出口83。
其次，流体加热设备20B的管状容器21进一步在其端帽处设置有吹扫气体供应口86。N2气体(即，惰性气体)通过吹扫气体供应口86被供给管状容器21中，由此可净化管状容器21的内部，防止易燃或挥发性流体(例如，IPA蒸汽)渗入管状容器21的内部，从而实现流体加热设备20B的更安全的操作。
在操作中，雾化的IPA和N2气体的混合流体流入流体加热设备20B的螺旋管70A(雾化IPA在这里汽化)，因此IPA和N2气体的混合气态流体流出流体加热设备20B。IPA和N2气体的混合流体被供给流体供应喷嘴81，并且从这里向着半导体晶片W喷射，以干燥半导体晶片W。并且在本实施例中，流体加热设备20B能有效加热流体。
在图6A、6B、7A和7B中，用与图4A、4B、5A、和5B中相同的参考标号表示的部件与图4A、4B、5A、和5B中的相应部件相同，因此省略对其的描述。
可通过用管状结构20B的螺旋管70A代替包括第一实施例的多个直管20a的管状结构修改第三实施例。
两个或更多个流体加热设备20B可串联连接。在此情形下，上游侧流体加热设备20B可以加热流体，以汽化流体，且下游侧加热设备20B可加热汽化流体到指定的工艺温度。
在前述实施例中，可用另一种热辐射灯(例如，红外线灯)代替卤素灯23。

Claims (8)

1.一种流体加热设备，包括：
加热灯；
管状结构，具有允许待加热的流体流入管状结构内的流体入口和允许已被加热的流体流出管状结构的流体出口，其中管状结构包括围绕加热灯布置成管形式的至少一个管，且管状结构的面对加热灯的至少一个表面用辐射光吸收涂料涂覆；和
双流体喷嘴，该双流体喷嘴将惰性气体与挥发性液体混合以形成混合流体，该混合流体包含所述惰性气体和雾化的所述挥发性液体，其中所述管状结构连接到所述双流体喷嘴，使得该混合流体供应到所述管状结构并且所述雾化的挥发性液体在所述管状结构中被加热以被汽化，
其中所述管状结构包括绕加热灯缠绕成螺旋结构的单个管。
2.根据权利要求1所述的流体加热设备，其中所述至少一个管的每个都具有由防化学腐蚀的合成树脂形成的内表面。
3.根据权利要求2所述的流体加热设备，其中所述至少一个管的每个都具有由导热材料形成的导热层，且辐射光吸收涂料被涂覆在导热层上。
4.根据权利要求1所述的流体加热设备，进一步包括容纳加热灯和管状结构的管状容器。
5.根据权利要求4所述的流体加热设备，其中所述管状容器具有光反射内表面。
6.根据权利要求4所述的流体加热设备，进一步包括适于供应惰性气体到管状容器内部中的惰性气体源。
7.根据权利要求1所述的流体加热设备，进一步包括：
温度传感器，适于检测流经管状结构的流体的温度；
电源，适于调节将供给加热灯的电功率，从而控制加热灯产生的发热量；及
控制器，用于根据温度传感器检测的温度产生控制信号，并发送控制信号给电源，以使流体的温度与目标值一致。
8.根据权利要求1所述的流体加热设备，其中所述单个管由不锈钢形成。
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