CN101076876A

CN101076876A - 小流量液体的调温方法及其系统

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Publication number: CN101076876A
Application number: CNA2005800389466A
Authority: CN
Inventors: 后藤洋康; 福田昌弘; 山本太郎
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2025-11-07
Also published as: TW200619890A; CN100552880C; EP1814145A1; KR100884292B1; US20090145489A1; EP1814145A4; JP2006140410A; KR20070090925A; WO2006051745A1; TWI267717B; US7896254B2; JP4326461B2

Abstract

本发明提供一种将经过高精度调温后的液体作为极小流或间歇流进行供给的小流量液体的调温方法及其系统。其中，对从供给路(3)供给的液体进行加压、导入循环路(5)，并在该加压状态下一面利用泵(6)使该液体在该循环路(5)内进行循环、一面利用循环路(5)中的调温器(7)进行调温，将该液体通过从循环路(5)分支的排出路(9)、通过设置在排出路(9)上的排出阀(10)的调整、作为流量至少小于循环路(5)中的流量的二分之一的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给。

Description

小流量液体的调温方法及其系统

技术领域

本发明涉及适合在制造半导体的关联装置中使用的小流量液体的调温方法及其系统，尤其是涉及将经过高精度调温后的液体作为极小流(微少流)或间歇流供给的情况下的小流量液体的调温方法及其系统。

背景技术

目前，不仅是制造半导体的关联装置，在各种技术领域中也开发出了供给经过高精度地调温后的液体的调温技术(例如，参照专利文献1)。

这些技术以将稳定地调温后的液体以几乎一定的流量稳定地供给为前提，其流量也是比较大的。

但是，例如在使调整折射率用的液体介于光学系统的光路中调整折射率、并在该状态下使光路相对于对象物移动等的情况下，为了将液体作为极小流或间歇流向该光路供给，并且，为了抑制该折射率的变化，需要在高精度地进行温度控制(例如，±1/100℃)的状态下供给，通常利用上述以大流量为前提的调温技术很难对这样的极小流或间歇流进行高精度的温度控制。

并且，由于作为上述的调温对象的液体通常是昂贵的，因此，不能大量排出、将不要的部分进行废弃或形成污染状态，即使该液体是水，由于使用通过膜分离技术分离的纯水或超纯水，因此，价格比较高，一旦将其排出则成本增加。

专利文献1：特开2003-86486号公报

发明内容

本发明的技术课题是提供一种调温方法及其系统，该调温方法及其系统适合在制造半导体的关联装置等中使用，可对小流量液体进行高精度地调温。

本发明的更具体的技术课题是提供一种调温方法及其系统，该调温方法及其系统能够以作为极小流或间歇流供给小流量液体的流量条件、形成经过高精度地调温的液体。

本发明的其它的具体技术课题是提供一种小流量液体的调温方法及其系统，该小流量液体的调温方法及其系统可进行液体的高精度的调温，并且，在该调温期间可除去液体中的颗粒、溶解的气体、有机物、或者金属离子等，可排出混入的杂质。

用于解决上述课题的本发明的小流量液体的调温方法的特征是，基本上对通过供给路供给的液体进行加压、导入循环路，在该加压状态下一面利用泵使该液体在该循环路进行循环、一面在存在于该循环路中的调温器中对该液体进行调温，使经过调温的液体通过从所述循环路分支的排出路、穿过设置在该排出路的排出阀、作为流量至少小于所述循环路中的流量的二分之一的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给。

在上述小流量液体的调温方法的理想的实施方式中，通过上述供给路供给的液体，使用包括超纯水的纯水或高折射率液体。为了使液体温度稳定，上述循环路中的循环液流量最好是来自排出路的排出液流量的2～20倍。并且，在通过供给路供给的液体中存在有杂质、或者在循环路中有可能含有杂质的情况下，通过设置在上述循环路中的杂质清除机构清除循环的液体中的杂质。

另一方面，用于解决上述课题的本发明的小流量液体的调温方法的特征是，具有：供给路、循环路、调温器和排出路，所述供给路与液体的供给源连接、包括对从该供给源供给的液体进行加压的调节器；所述循环路与该供给路连接、通过泵使在所述调节器中加压的液体在该加压状态下进行循环；所述调温器存在于所述循环路中、对在该循环路中循环的液体进行调温；所述排出路从所述循环路分支，设置有将在该循环路中经过调温的液体作为流量至少小于所述循环路中的流量的二分之一的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给的排出阀。

在上述小流量液体调温系统的理想的实施方式中，通过上述供给路供给的液体，使用包括超纯水的纯水或高折射率液体。设定排出路的流量，最好使上述循环路中的循环液流量是来自排出路的排出液流量的2～20倍。作为杂质清除机构，在所述循环路中设置清除循环的液体中的颗粒的过滤器、清除液体中的气体的真空除气装置、具有有机物的氧化功能的紫外线氧化装置、以及清除离子化物质的离子交换装置中的任意一种或这些中的任意几种。

而且，在本发明的调温系统的理想的实施方式中，可使上述调温器存在于上述循环路中的从与上述供给路的连接点起、朝向与上述排出路的分支点的往流路中，并且，可使缓和液量变化、温度变化的干扰的容器存在于上述往流路中的从上述调温器开始的上游侧，而且，调温器也可以使用通过珀耳帖元件(ペルチエ素子)进行温度控制的热交换器，该珀耳帖元件根据设置在该调温器的下游的温度检测器的输出进行控制。

另外，在上述排出路比较长、调温液体在到达该供给点之前有可能受到外气温度影响的情况下，可利用双重管式热交换器形成该排出路，可将双重管式热交换器用的调温水循环装置与其外管连接，该双重管式热交换器用的调温水循环装置将循环调温水调温到与上述调温器相同的温度；或者可将用于使在上述循环路中流动的全部或一部分液体流动的管道与该外管连接。

根据上述本发明的小流量液体的调温方法及其系统，使被调节器加压的液体通过供给路导入循环路，保持该加压状态并通过泵在该循环路中循环的液体，在循环状态下、在存在于该循环路中的调温器中调温，并通过从上述循环路分支的排出路的排出阀、被调整成流量比上述循环路中的流量小的极小连续流或极小间歇流，然后向外部装置供给。

因此，在上述循环路中经过加压、调温的液体不停地稳定地大量循环，由此可正确地保持液体温度，将该液体形成极小的连续流或极小的间歇流、然后向外部装置供给，因此，可将尽可能地保持在正确温度的液体向外部装置供给。

根据上述的本发明的小流量液体的调温方法及其系统，由于在介于供给路和排出路之间的循环路上，使正确调温后的液体在加压状态下循环，并将该调温后的液体通过上述排出路的排出阀、作为流量比上述循环路中的流量小的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给，因此，可将通过循环而高精度地调温后的液体从上述排出路向制造半导体的关联装置等的外部装置供给。

附图说明

图1是表示本发明的小流量液体的调温系统的第一实施例的块结构图。

图2是表示上述第一实施例的变形例的块结构图。

图3是表示通过双重管式热交换器形成上述第一实施例中的排出路的第二实施例的块结构图。

图4是表示通过双重管式热交换器形成上述第一实施例中的排出路的、与上述第二实施例不同的保温方式的第三实施例的块结构图。

图5是表示上述各实施例中使用的调温器的构成例的块结构图。

具体实施方式

图1是表示具有本发明的调温系统的基本方式的第一实施例。以下，就其结构以及本发明的极小量液体的调温方法进行说明。

在该调温系统中，在与应进行调温的液体的供给源1连接的供给路3上，设置对从供给源1供给的液体进行加压的调节器2，在该供给路3的下游端连接循环路5、具体是循环路5中的容器4，该循环路5使在上述调节器2中加压的液体在该加压状态下通过泵6进行循环。该容器4缓和作用于循环路5的后述的各种干扰。

在包括上述容器4的液体的循环路5中，在从作为上述供给路3和上述循环路5的连接点的容器4起、朝向与后述的排出路9的分支点的往流路中，具有用于形成循环流的泵6、用于将循环的液体的温度保持为一定的调温器7、和主要清除产生在循环路5内的杂质的过滤器8。并且，在该循环路5的过滤器8的下游侧设置从循环路5分支的排出路9，在该排出路9上设置排出阀10，排出阀10将经过调温的液体作为极小连续流或极小间歇流从液体出口11向外部装置供给。

并且，使上述排出路9分支的往流路，通过与其连接的回流路与上述容器4连接，通过该往流路和回流路形成上述循环路5。

上述调节器2将通过供给路3供给的液体加压，以一定的加压状态向循环路5供给，循环路5内部作为封闭空间、将充满在此的液体保持为加压状态，通过该加压防止液体中的溶解气体起泡，同时，将向外部装置供给时的排出压力保持为一定，即使在间歇地排出的情况下，也可以保持稳定的流量。

并且，使上述容器4位于往流路中的上述调温器7的上游侧，通过充满于此的液体的热容量缓和伴随着液量变化、温度变化的热干扰，利用与循环路5中的循环流量的关系决定过滤器对热干扰的时间常数。上述泵6使液体循环，同时，确保向外部的排出压力、进行稳定的排出，为了防止杂质排放到循环的液体中，最好使用叶轮磁性浮出、进行无接触旋转的不起尘的特殊泵。

上述调温器7最好使用在图5中模式地表示基本结构的调温器。该调温器7由于使用珀耳帖元件进行温度调节，因此，在具有与循环路5连通的调温液入口7a和调温液出口7b的热交换器30中的热交换面上，接合多个珀耳帖元件31的一面，同时，将珀耳帖元件31的另一面与散热水从散热水入口32a朝向该出口32b流动的散热用热交换器32接合，并且，在上述调温液出口7b上设置检测调温液体温度的温度检测器36，将该检测器36的输出导入温度控制器37，在温度控制器37中输出用于根据上述温度检测器36的输出、控制向通电控制装置35的通电的信号。为了防止循环液体的污染，根据需要、热交换器30的内面可全部用氟树脂覆盖。

并且，通过该调温器7，将在温度检测器36中检测到的循环液体的温度无限制地调节到接近温度控制器37所设定的设定温度。

构成上述杂质清除机构的上述过滤器8，过滤、清除成为光透射障碍的循环液体中的颗粒等杂质，在此最好使用超滤膜式过滤器。通过供给路3供给的超纯水等的液体通常不含有上述杂质，但在该液体中含有颗粒或在循环路5中循环期间二次产生颗粒等的情况下，该过滤器8对清除含有这些的杂质是有效的。

设置在上述排出路9上的排出阀10，用于将经过调温的液体作为极小连续流或极小间歇流从液体出口11向外部装置供给，将从该排出路9排出的调温液体的量设定成流量至少小于循环路5中的流量的1/2。更具体的是，在确定在外部装置中所要求的应从上述排出阀10排出的流量时，将上述循环路5的循环液流量设定为从排出路9排出的排出液流量的2～20倍，最好为4～10倍。

现在，作为与图1实际上相同的纯水调温系统的模型，就流量Gs、温度θs的纯水流入容器4、然后以流量Gs、温度θd(一定)从排出路9流出，纯水以流量Gr在循环路5中循环的情况进行考察，由于通过调温器7之后的温度θd比容器出口温度θm的变化减少，因此，作为对循环系统的评价，关注温度θs发生变化时的容器出口温度θm的变化即可。

在上述模型中，在容器4中经过混合的纯水的温度变化相对于流入容器4的纯水的温度变化的比，用以下的公式表示。

|θm/θs|＝Gs/(Gr+Gs)

在此，设定为θs≈2℃、θm≈0.1～0.5℃，如果从上述公式求出循环流量和排出流量的比Gr/Gs，

则Gr/Gs≈2～20。

即，在上述设定例(理想的设定例)中，如上所述，可看出：使循环路5的循环液流量为从排出路9排出的排出液流量的2～20倍即可。另外，通过本发明的试验也确认了该数值范围是适当的。

虽然上述的循环液流量为排出液流量的2～20倍的数值，是在θs≈2℃、θm≈0.1～0.5℃的条件下求出的数值，但上述θs是外部装置的规格所要求的值，并且，上述θm是根据调温器7的性能决定的值。因此，如果这些数值确定，则可根据上述公式求出循环液流量与排出液流量的比Gr/Gs。

上述排出路9从循环路5分支设置，是根据外部装置的规格用于排出所需量的超纯水的流路，设置在该处的排出阀10决定上述排出液流量。因此，可将该排出阀10作为至少在必要的范围内可调整流量的调整阀，或者作为也可间歇地排出的阀，但根据外部装置的规格、也可形成循环液流量与排出液流量的比例如在2～20倍的范围内的结构。

并且，为了向外部装置供给液体，作为该排出路9所需的最低限度的长度，需要抑制液体在排出路9内流动期间发生温度变化。而且，上述排出阀10最好设置在尽量接近循环路5的位置，使大流量的循环液流到排出阀10的入口，排除外气温度等的影响，使排出液的温度稳定。

在上述调温系统中进行调温的液体，虽然在这里以使用包括超纯水的纯水或光透射性好的氟油等的高折射率液体为前提，但并不局限于这些液体。

在具有上述结构的第一实施例的调温系统中，在与液体的供给源1连接的供给路3上，供给清除了金属离子、颗粒或有机物以及经过除气的超纯水等的液体，该液体被调节器2加压、作为加压液体向容器4供给、然后导入循环路5，在进行调温时，在具有调温器7的循环路5上通过泵6形成循环流。

上述循环流的液体温度在设置于调温器7的下游侧的温度检测器36中进行检测，根据其输出、通过温度控制器37控制通电控制装置35，通过向珀耳帖元件进行适当的通电而调整到设定温度。

在该状态下，一旦将排出阀10调整、开放为排出规定的极小流量的液体，则循环液体的温度通过调温器7被准确地调整，并且，在上述循环路5中，由于与排出液流量相比较2～20倍、最好是4～10倍的大量液体进行循环，因此，调整到一定温度的极少量的液体从循环路5起通过排出路9向外部装置供给。并且，这样通过与排出液量相比将循环液流量形成为大流量，可提高热交换率，使调温器7的应答性处于良好状态，可实现调温器7的小型化。

通过向外部装置供给超纯水等的液体，从循环路5排出的循环液体，通过从供给源1向容器4供给的液体而得到补充。

并且，上述容器4具有与包含循环路5内的液体的保有量相对应的大的热容量，可利用该热容量的效果在短时间内缓和排出液体的流量变化、温度变化，可发挥极好的调温功能。并且，即使循环液体稍微发生温度变化，通过适当地设定位于容器4下游的调温器7的能力，也可在非常短的时间内调整温度。

图2是表示在上述第一实施例的调温系统中的回流路上附设构成杂质清除机构的紫外线氧化装置15、离子交换装置16、真空除气装置17的变形例。该变形例中的与第一实施例相同的结构使用与第一实施例相同的符号，并省略其说明。

设置在上述循环路5上的紫外线氧化装置15，用于向循环液体照射紫外线，氧化分解混入通过供给路3供给的液体中或在循环路5中产生的循环液体中的有机物(微生物等)。这是由于根据有机物的种类、例如将污染外部装置上的透镜、在加工晶体管的装置中使晶体管的特性劣化，为了排出该原因而设置。

上述的离子交换装置16通过吸附或捕捉来清除离子化物质，该离子化物质一旦包含在向外部装置供给的循环液中，则将给外部装置的操作带来负面影响。

另外，真空除气装置17，通过将溶解或混入循环液中的气体导入真空区域来清除，由于对于在外部装置上的操作，气泡给其操作带来负面影响，因此为了排出该原因而设置。

另外，可将上述紫外线氧化装置15、离子交换装置16以及真空除气装置17，单独或适当选择多个地同时设置在循环路5中，并且，该调温系统中的上述过滤器8、除此之外设置的紫外线氧化装置15、离子交换装置16、真空除气装置17等的杂质清除机构，可以按任意的顺序设置在循环路5上的任意位置。

以下，就图3所示的本发明的第二实施例进行说明。在该第二实施例中，利用双重管式热交换器形成上述第一实施例的排出路，与第一实施例相同的结构使用与第一实施例相同的符号，并省略其说明。

该第二实施例的调温系统，适合于作为经过调温后的循环液的供给对象的外部装置离开循环路5、难以保持排出路9上的液体温度的情况，利用双重管式热交换器20形成上述排出路9，将其内管内作为排出路9，同时，将同心状地包围内管周围的外管20a的两端部、通过保温水循环路22与用于供给调温后的保温水的调温水循环装置21连接。

调温水循环装置21将上述保温水调温到与通过上述调温器7调温的循环液相同的温度，利用泵(省略图示)使其通过保温循环路22在双重管式热交换器20的外管20a内循环，根据需要，可使用实际上与之前利用图5所说明的调温器7相同构成的装置。

图4所示的第三实施例与上述第二实施例相同，适合于作为调温后的循环液的供给对象的外部装置离开循环路5、难以保持排出路9上的液体温度的情况下。在该第三实施例中，与第二实施例相同，利用双重管式热交换器20形成第一实施例中的排出路，但在上述第二实施例中、具有循环路5的调温器7以外的单独的用于双重管式热交换器20的调温水循环装置21，而在该第三实施例中，将循环路5的调温器7也用作双重管式热交换器20。

另外，该第三实施例中的与第一实施例以及第二实施例相同的结构使用与这些实施例相同的符号，并省略其说明。

如上所述，该第三实施例的调温系统为了将上述循环路5的循环液向双重管式热交换器20供给，设置从循环路5中的回流路分支的分支管道25，使其与双重管式热交换器20的外管20a的一端部连通，并且，使该外管20a的另一端部通过回流管道26、与循环路5中的上述分支管道25的分支点的下游侧连通。

并且，在上述分支管道25的中途设置第一阀27，在上述循环路5上的分支管道25的分支点与回流管道26的连接点之间设置第二阀28。

在该调温系统中，由于向用于保持排出路9的温度的双重管式热交换器20的外管20a供给在循环路5中经过调温的循环液体，因此，向双重管式热交换器20供给的液体的温度调整变得准确。

另外，在该第三实施例的情况下，由于经过调温的循环液体被向双重管式热交换器20的外管20a内供给，因此，该流路的内面最好用氟树脂覆盖。

在该调温系统中，通过开放上述第一阀27的同时关闭第二阀28，循环路5的所有液体都流入双重管式热交换器20的外管20a，相反，通过关闭上述第一阀27的同时开放第二阀28，循环路5的液体不向双重管式热交换器20流动，并且，通过开放两个阀27、28或调整其流量，可调整向双重管式热交换器20流动的循环液的量。

Claims

1.一种小流量液体的调温方法，其特征在于，对通过供给路供给的液体进行加压、并将其导入循环路，

在该加压状态下一面利用泵使该液体在该循环路进行循环、一面在存在于该循环路中的调温器中对该液体进行调温，

使经过调温的液体通过从所述循环路分支的排出路、穿过设置在该排出路的排出阀、作为流量至少小于所述循环路中的流量的二分之一的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给。

2.如权利要求1所述的小流量液体的调温方法，其特征在于，通过所述供给路供给的液体使用包括超纯水的纯水或高折射率液体。

3.如权利要求1或2所述的小流量液体的调温方法，其特征在于，所述循环路中的循环液流量是来自排出路的排出液流量的2～20倍。

4.如权利要求1至3中任一项所述的小流量液体的调温方法，其特征在于，通过设置在所述循环路中的杂质清除机构清除循环的液体中的杂质。

5.一种小流量液体的调温系统，其特征在于，具有：供给路、循环路、调温器和排出路，

所述供给路与液体的供给源连接、包括对从该供给源供给的液体进行加压的调节器；

所述循环路与该供给路连接、通过泵使在所述调节器中加压的液体在该加压状态下进行循环；

所述调温器存在于所述循环路中、对在该循环路中循环的液体进行调温；

所述排出路从所述循环路分支，设置有将在该循环路中经过调温的液体作为流量至少小于所述循环路中的流量的二分之一的极小连续流或极小间歇流向外部装置供给的排出阀。

6.如权利要求5所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，通过所述供给路供给的液体使用包括超纯水的纯水或高折射率液体。

7.如权利要求5或6所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，设定排出路的流量，使所述循环路中的循环液流量是排出液流量的2～20倍。

8.如权利要求5至7所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，作为杂质清除机构，在所述循环路中设置清除循环的液体中的颗粒的过滤器、清除液体中的气体的真空除气装置、具有有机物的氧化功能的紫外线氧化装置、以及清除离子化物质的离子交换装置中的任意一种或这些中的任意几种。

9.如权利要求5至8所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，使所述调温器存在于所述循环路中的从与所述供给路的连接点起朝向与所述排出路的分支点的往流路中。

10.如权利要求9所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，使缓和液量变化、温度变化的干扰的容器存在于所述往流路中的从所述调温器起的上游侧。

11.如权利要求5至10所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，调温器具有通过珀耳帖元件进行温度控制的热交换器，该珀耳帖元件根据设置在该调温器的下游侧的温度检测器的输出进行控制。

12.如权利要求5至11所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，利用双重管式热交换器形成所述排出路，将循环调温水调温到与所述调温器相同温度的双重管式热交换器用的调温水循环装置与其外管连接。

13.如权利要求5至11所述的小流量液体的调温系统，其特征在于，利用双重管式热交换器形成所述排出路，将用于使在所述循环路中流动的全部或一部分液体流动的管道与其外管连接。