CN111615740B - 液体加热装置以及清洗系统 - Google Patents

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Abstract

液体加热装置具有循环流路，其与分支流路连接，该分支流路供向对象供给的第一液体流动；加热装置，其配置于循环流路，对沿循环流路流动的第一液体进行加热；冷却装置，其在第一液体相对于对象的供给停止的状态下，对沿循环流路流动的第一液体进行冷却。

Description

液体加热装置以及清洗系统
技术领域
本发明涉及液体加热装置以及清洗系统。
背景技术
半导体装置经由对半导体晶圆进行清洗的清洗处理，在半导体晶圆涂覆光致抗蚀剂的涂覆处理，对涂覆有光致抗蚀剂的半导体晶圆进行曝光的曝光处理以及对曝光后的半导体晶圆进行蚀刻的蚀刻处理那样的多个处理而制造。
在半导体晶圆的清洗处理中，半导体晶圆利用加热后的纯水清洗。纯水在利用加热装置加热之后，向对半导体晶圆进行清洗的清洗装置供给。加热后的纯水中的未用于半导体晶圆的清洗的纯水有时会返回加热装置。未用于清洗的纯水在包含加热装置的循环流路中循环，从而能够实现能量消耗量的减少。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-067636号公报
发明内容
在加热装置停止后再起动时，温度上升到目标温度需要时间，而消耗不必要的能量。因此，即便不从清洗装置请求液体，优选一边在循环流路中使液体循环，一边维持加热装置的工作。另一方面，以加热装置工作的状态在循环流路中使纯水继续循环时，可能使纯水的温度过度高。
本发明的方式的目的在于，使在包含加热装置的循环流路流动的液体维持为适当的温度。
用于解决课题的手段
根据本发明的方式，提供液体加热装置，具有：循环流路，其与分支流路连接，该分支流路供向对象供给的第一液体流动；加热装置，其配置于所述循环流路，对沿所述循环流路流动的所述第一液体进行加热；冷却装置，其在所述第一液体相对于所述对象的供给停止的状态下，对沿所述循环流路流动的所述第一液体进行冷却。
发明效果
根据本发明的方式，能够使沿着包含加热装置的循环流路流动的液体维持为适当的温度。
附图说明
图1是示意地表示实施方式的清洗系统的图。
图2是示意地表示实施方式的清洗系统的图。
图3是表示实施方式的清洗系统的动作的图。
图4是示意地表示实施方式的清洗系统的图。
图5是表示液体的温度与加热装置的操作量的关系的图。
图6是表示液体的温度与加热装置的操作量的关系的图。
图7是示意地表示实施方式的清洗系统的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于此。以下说明的实施方式的构成要素能够适当组合。另外，有时不使用一部分的构成要素。
[清洗系统]
图1是示意地表示本实施方式的清洗系统CS的图。在图1中，清洗系统CS具有：对清洗用的液体LQ1(第一液体)进行加热的液体加热装置100，供给被液体加热装置100加热的液体LQ1的清洗装置30。清洗装置30为供给来自液体加热装置100的液体LQ1的对象。清洗装置30利用从液体加热装置100供给的液体LQ1对清洗对象进行清洗。在本实施方式中，清洗对象为半导体晶圆。液体LQ1为纯水。
液体加热装置100具备：包含储液箱1的循环流路10；配置于循环流路10的泵5；对在循环流路10流动的液体LQ1进行加热的加热装置2；连接于储液箱1的供给流路7；连接于储液箱1的排出流路9；配置于供给流路7的第一阀装置3；配置于排出流路9的第二阀装置4；控制液体加热装置100的控制装置20。
另外，液体加热装置100具有：检测表示被加热装置2加热的液体LQ1的温度的出口温度的温度传感器6；检测收容于储液箱1的液体LQ1的量的液面传感器8。
循环流路10具有连接于分支流路31的分支部DP。分支流路31在分支部DP中从循环流路10分支。向清洗装置30供给的液体LQ1在分支部DP中从循环流路10分支，并沿分支流路31流动。
循环流路10包括：储液箱1；连接储液箱1与加热装置2的入口的流路10A；连接加热装置2的出口与分支部DP的流路10B；连接分支部DP与储液箱1的流路10C。
泵5配置于流路10A。通过泵5的工作，液体LQ1在循环流路10流动。收容于储液箱1的液体LQ1经由流路10A向加热装置2供给，在利用加热装置2加热后，沿流路10B流动。沿流路10B流动的液体LQ1经由流路10C向储液箱1返回。
液面传感器8设于储液箱1。液面传感器8检测收容于储液箱1的液体LQ1的表面的高度，并检测收容于储液箱1的液体LQ1的量。
温度传感器6配置于流路10B。温度传感器6检测表示被加热装置2加热之后的液体LQ1的温度的出口温度。温度传感器6配置于加热装置2的出口的附近的流路10B。
加热装置2配置于循环流路10。加热装置2包括卤素灯那样的灯加热器。灯加热器利用辐射热对液体LQ1进行加热。灯加热器抑制液体LQ1的污染，而能够对液体LQ1进行加热。
加热装置2通过噪声的产生少的循环控制控制。在对加热装置2进行起动时，为了抑制向加热装置2输入冲击电流，实施软起动。软起动是通过以一定的变化率增加向灯加热器赋予的电压，而使灯加热器的温度逐渐上升的起动方法。通过软起动，使灯加热器的温度逐渐上升，抑制冲击电流相对于灯加热器的输入。
加热装置2将液体LQ1加热到目标温度。目标温度例如为80[℃]。加热装置2对从流路10A供给的液体LQ1进行加热，而向流路10B输送。利用加热装置2加热，而沿流路10B流动的液体LQ1向流路10C以及分支流路31的至少一方供给。
供给流路7与储液箱1连接。储液箱1经由供给流路7与液体LQ2(第二液体)的供给源连接。供给源作为设置有清洗系统CS的工厂的设备而设于工厂。供给源输送规定温度的液体LQ2。规定温度比目标温度低。规定温度为例如23[℃]。从供给源输送的液体LQ2经由供给流路7向储液箱1供给。液体LQ2为纯水。
第一阀装置3配置于供给流路7。第一阀装置3调整从供给源向储液箱1供给的液体LQ2的流量。第一阀装置3作为对在循环流路10流动的液体LQ1进行冷却的冷却装置发挥作用。
第一阀装置3通过将从供给源供给的液体LQ2向储液箱1输送，对在循环流路10流动的液体LQ1进行冷却。被加热装置2加热的液体LQ1经由流路10B以及流路10C向储液箱1供给。从供给源输送的液体LQ2的温度比被加热装置2加热的液体LQ1的温度低。因此，第一阀装置3通过将从供给源输送的液体LQ2向储液箱1输送，而能够冷却储液箱1的液体LQ1。
另外，第一阀装置3通过调整向储液箱1供给的液体LQ2的流量，而能够调整在循环流路10流动的液体LQ1的温度。另外，第一阀装置3能够停止液体LQ2从供给源相对于储液箱1的供给。
第一阀装置3包括正常口、节流口、闭合口。通过连接供给流路7与第一阀装置3的正常口，从供给源输送的液体LQ2以第一流量向储液箱1供给。通过连接供给流路7与第一阀装置3的节流口，从供给源输送的液体LQ2以比第一流量少的第二流量向储液箱1供给。通过连接供给流路7与第一阀装置3的闭合口，停止液体LQ2从供给源相对于储液箱1的供给。
排出流路9与储液箱1连接。储液箱1的液体LQ1经由排出流路9排出。经由排出流路9从储液箱1排出的液体LQ1被废弃。
第二阀装置4配置于排出流路9。第二阀装置4调整从储液箱1排出的液体LQ1的流量。
第二阀装置4包括正常口、节流口、闭合口。通过连接排出流路9与第二阀装置4的正常口，储液箱1的液体LQ1以第一流量从储液箱1排出。通过连接排出流路9与第二阀装置4的节流口，储液箱1的液体LQ1以比第一流量少的第二流量从储液箱1排出。通过连接排出流路9与第二阀装置4的闭合口，停止来自储液箱1的液体LQ1的排出。
流量调整阀32配置于分支流路31。流量调整阀32为能够调整在分支流路31流动的液体LQ1的流量的可变流量调整阀。流量调整阀32调整经由分支流路31向清洗装置30供给的液体LQ1的流量。流量调整阀32打开，向清洗装置30供给液体LQ1。在流量调整阀32关闭时，停止液体LQ1相对于清洗装置30的供给。
流量调整阀33配置于流路10C。流量调整阀33为能够调整在循环流路10流动的液体LQ1的流量的可变流量调整阀。流量调整阀33调整经由流路10C向储液箱1供给的液体LQ1的流量。在流量调整阀33打开时，向储液箱1供给液体LQ1，液体沿循环流路10循环。在流量调整阀33闭合时，停止液体LQ1相对于储液箱1的供给。
基于流量调整阀32的开度以及流量调整阀33的开度，使在循环流路10流动的液体LQ1的至少一部分向清洗装置30供给。在流量调整阀32打开时，在循环流路10流动的液体LQ1的至少一部分在分支部DP中在分支流路31分支，并向清洗装置30供给。
另外，基于流量调整阀32的开度以及流量调整阀33的开度，调整从分支部DP向清洗装置30供给的液体LQ1的流量，从分支部DP向储液箱1供给的液体LQ1的流量。
流量调整阀32基于清洗装置30的请求流量，调整液体LQ1的流量。请求流量指的是清洗装置30请求的液体LQ1的流量。在循环流路10的分支部DP中的液体LQ1的流量比请求流量多的情况下，剩余液体LQ1经由流路10C向储液箱1返回，而在循环流路10循环。
控制装置20输出控制液体加热装置100的工作指令。控制装置20输出控制至少第一阀装置3以及第二阀装置4的工作指令。第一阀装置3以及第二阀装置4分别连接有螺线管。控制装置20向螺线管输出工作指令，并能够使第一阀装置3以及第二阀装置4分别工作。第一阀装置3以及第二阀装置4基于从控制装置20输出的工作指令工作。
图1表示供给流路7与第一阀装置3的正常口连接，并连接有排出流路9与第二阀装置4的闭合口的状态。另外，表示流量调整阀32以及流量调整阀32分别打开，在循环流路10流动的液体LQ1的一部分沿着分支流路31流动而向清洗装置30供给，剩余液体LQ1经由流路10C向储液箱1返回而在循环流路10循环的状态。
清洗装置30被加热装置2加热，利用经由分支流路31供给的液体LQ1对半导体晶圆进行清洗。用于清洗的液体LQ1被废弃。
[动作]
接下来，对本实施方式的清洗系统CS的动作进行说明。
对以在储液箱1未收容液体LQ1的状态使液体加热装置100起动的动作进行说明。图2是示意地表示本实施方式的清洗系统CS的图。
在以在储液箱1未收容有液体LQ1的状态使液体加热装置100起动时，控制装置20连接供给流路7与第一阀装置3的正常口。由此，从供给源输送的液体LQ2经由供给流路7向储液箱1供给。另外，控制装置20在从供给源输送的液体LQ2经由供给流路7向储液箱1供给时，连接排出流路9与第二阀装置4的闭合口。
控制装置20基于液面传感器8的检测数据，判定为在收容于储液箱1的液体LQ1到达上限值时，将供给流路7与第一阀装置3的闭合口连接。由此，停止液体LQ2从供给源相对于储液箱1的供给。
在流量调整阀32关闭，流量调整阀33打开的状态下，控制装置20使泵5起动。由此，如图2所示，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，液体LQ1在循环流路10循环。
在循环流路10中的液体LQ1的循环开始之后，控制装置20使加热装置2起动。控制装置20基于温度传感器6的检测数据，以使被加热装置2加热的液体LQ1的出口温度成为目标温度的方式控制加热装置2。
接下来，对使被加热装置2加热的液体LQ1向清洗装置30供给的动作进行说明。在液体LQ1的出口温度成为目标温度之后，流量调整阀32打开。由此，如图1所示，利用加热装置2加热而在循环流路10循环的液体LQ1的至少一部分经由分支流路31向清洗装置30供给。在清洗装置30中用于清洗后的液体被废弃。
通过液体LQ1相对于清洗装置30的供给以及清洗装置30中的液体LQ1的废弃，使在循环流路10循环的液体LQ1的量减少，收容于储液箱1的液体LQ1的量减少。
控制装置20基于液面传感器8的检测数据，判定收容于储液箱1的液体LQ1比下限值少时，连接供给流路7与第一阀装置3的正常口。由此，从供给源输送的液体LQ2经由供给流路7向储液箱1供给。通过使来自供给源的液体LQ2向包含储液箱1的循环流路10补充，收容于储液箱1的液体LQ1增量。
接下来，对液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止时的动作进行说明。图3是表示本实施方式的清洗系统CS的动作的图。图4是示意地表示本实施方式的清洗系统CS的图。
在未利用清洗装置30实施清洗处理时，清洗装置30的请求流量为零。在未利用清洗装置30实施清洗处理时，流量调整阀32闭合。清洗装置30将请求液体LQ1的供给停止的请求信号向液体加热装置100的控制装置20输出(步骤S1)。
在流量调整阀32闭合，液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止时，液体LQ1在循环流路10循环。
即便在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，维持加热装置2的工作。在加热装置2的工作暂时停止时，加热装置2再起动时，上升到目标温度需要时间，而消耗不必要的能量。另外，在加热装置2再起动时，需要上述的软起动。在实施软起动的期间，会引入软起动的干扰，而成为失控状态。因此，在本实施方式中，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，即便在循环流路10中液体LQ1循环的状态下，加热装置2不停止，而维持加热装置2的工作。
在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，在维持加热装置2的工作的情况下，控制装置20使加热装置2以最低输出工作(步骤S2)。由此，既能够抑制加热装置2的温度降低，又能够抑制能量消耗量。
在维持加热装置2的工作的状态下，在循环流路10中液体LQ1继续循环时，可能使液体LQ1的温度过高。
因此，控制装置20在控制第一阀装置3，而停止液体LQ1相对于清洗装置30的供给的状态下，来自供给源的液体LQ2向储液箱1供给，而对在循环流路10流动的液体LQ1进行冷却。
如图4所示，控制装置20控制第一阀装置3，而连接供给流路7与第一阀装置3的节流口。由此，由于规定温度的液体LQ2向储液箱1供给，因此在循环流路10流动的液体LQ1的温度降低。另外，通过使从供给源输送的液体LQ2经由第一阀装置3向储液箱1供给，在加热装置2以最低输出工作的状态下，在循环流路10流动的液体LQ1被冷却。
另外，如图4所示，控制装置20控制第二阀装置4，而连接排出流路9与第二阀装置4的节流口。由此，即便液体LQ2经由供给流路7向包含储液箱1的循环流路10供给，抑制液体LQ1从储液箱1溢出。在本实施方式中，经由第一阀装置3的节流口向储液箱1供给的液体LQ2的流量与经由第二阀装置4的节流口从储液箱1排出的液体LQ1的流量为相同的量。
另外，控制装置20也可以在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止之后，维持供给流路7与第一阀装置3的闭合口连接的状态。控制装置20也可以在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止之后，基于温度传感器6的检测数据，判定为在循环流路10流动的液体LQ1的温度超过预先规定的阈值时，从供给流路7与第一阀装置3的闭合口连接的状态变化为供给流路7与第一阀装置3的节流口连接的状态。
另外，控制装置20在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止之后，也可以从供给流路7与第一阀装置3的闭合口连接的状态以及供给流路7与第一阀装置3的节流口连接的状态的一方向另一方交替地变化。即，控制装置20也可以使来自供给源的液体LQ2断续地向储液箱1供给。
[液体的流量]
接下来，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，对经由第一阀装置3向储液箱1供给的液体LQ2的流量Qs进行说明。
以在循环流路10流动的液体LQ1的循环流量为Qc[L/min]，通过第一阀装置3的节流口的液体LQ2的流量以及通过第二阀装置4的节流口的液体LQ1的流量为Qs[L/min]，液体LQ1的目标温度为SV[℃]，从供给源供给的液体LQ2的温度为Tw[℃]，加热装置2的最低输出为Pmin[kW]，循环流路10中的自然散热量为ΔT[℃]，热量换算系数为K。
最低输出Pmin是基于加热装置2的性能(规格)确定的值。自然散热量ΔT是加热装置2以最低输出Pmin工作，目标温度SV的液体LQ1在循环流路10流动时的流路10B以及流路10C中的自然散热量。热量换算系数K为液体的固有值。
加热装置2以最低输出Pmin工作时的加热装置2的入口中的液体LQ1的入口温度Tin＿m从以下(1)式导出。
式1
在储液箱1中从供给源供给的液体LQ2与被加热装置2加热的液体LQ1混合。因此，液体LQ2混合之后的液体LQ1的入口温度Tin＿m从以下的(2)式导出。
式2
在假定没有自然散热量ΔT的最坏条件(ΔT＝0)时，入口温度Tin＿m从以下的(3)式导出。
式3
以上，从供给源向储液箱1供给的必要的液体LQ2的流量Qs从以下的(4)式导出。
式4
通过将具有满足(4)式的条件的节流口的第一阀装置3配置于供给流路7，在维持了加热装置2的工作的状态下，即便在循环流路10中使液体LQ1循环，也抑制在循环流路10循环的液体LQ1的温度过度上升。
[效果]
如以上说明那样，根据本实施方式，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止时，在循环流路10流动的液体LQ1被冷却。由此，在维持了加热装置2的工作的状态下，抑制在循环流路10循环的液体LQ1的温度过度上升。
图5以及图6表示在加热装置2工作时的加热装置2的入口中的液体LQ1的入口温度Tin，加热装置2的出口中的液体LQ1的出口温度PV，加热装置2的操作量MV的关系。
如图5所示，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，在继续利用加热装置2加热液体LQ1时，入口温度Tin与出口温度PV之差逐渐变小。在出口温度PV到达目标温度SV时，以入口温度Tin比出口温度PV低ΔT[℃]的温度成为恒定状态。
此时，加热装置2的操作量MVss比加热装置2的最低输出所对应的操作量MVmin大。ΔT为循环流路10的自然散热量，在恒定状态下，
[自然散热量]>[加热装置2的最低输出]…(5)
能够以目标温度SV平衡。
然而，如图6所示，在能够与自然散热量ΔT平衡的加热装置2的操作量MVss比加热装置2的最低输出所对应的操作量MVmin小的情况下，即
[自然散热量]＜[加热装置2的最低输出]…(6)
的情况下，加热装置2的加热能力比循环流路10的自然散热能力强，因此即便液体LQ1的温度超过目标温度SV，不能完全冷却而失控。
另外，在加热装置2停止的情况下，如上述那样，在再次加热开始时需要软起动，其间会引入软起动的干扰并且成为失控状态。
在本实施方式中，液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止，并且，在加热装置2工作的状态下，在循环流路10中使液体LQ1循环时，来自供给源的液体LQ2投入循环流路10。由此，生成满足
[自然散热量]+[液体供给的冷却量]>[加热装置2的最低输出]…(7)
的状态。因而，抑制产生失控的状态。
[其他实施方式]
图7是示意地表示其他实施方式的清洗系统CS的图。在图7所示的示例中，第二阀装置4具有正常口以及闭合口，没有节流口。储液箱1具有设于储液箱1的上部的排出口11。在收容于储液箱1的液体LQ1的表面的高度成为规定高度以上时，收容于储液箱1的液体LQ1的至少一部分从排出口11向储液箱1的外部流出。
在对沿循环流路10流动的液体LQ1进行冷却时，来自供给源的液体LQ2经由第一阀装置3向储液箱1供给。从供给源输送的液体LQ2经由第一阀装置3向储液箱1供给，从而在加热装置2以最低输出工作的状态下，沿循环流路10流动的液体LQ1被冷却。
在从供给源向储液箱1供给液体LQ2，而使收容于储液箱1的液体LQ1的量增加时，收容于储液箱1的液体LQ1的至少一部分从排出口11排出。在本实施方式中，经由第一阀装置3的节流口向储液箱1供给的液体LQ2的流量与经由排出口11从储液箱1排出的液体LQ1的流量为相同的量。
需要说明的是，在上述实施方式中，在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，来自供给源的液体LQ2经由第一阀装置3向储液箱1供给。在沿循环流路10流动的液体LQ1的至少一部分向清洗装置30供给的状态下，也可以使来自供给源的液体LQ2经由第一阀装置3向储液箱1供给。例如在供给流路7与第一阀装置3的闭合口连接的状态下，在沿循环流路10流动的液体LQ1的至少一部分向清洗装置30供给时，在沿循环流路10流动的液体LQ1的温度上升时，控制装置20也可以基于温度传感器6的检测数据，使供给流路7与第一阀装置3的节流口连接，以使得沿循环流路10流动的液体LQ1的温度降低。由此，第一阀装置3在沿循环流路10流动的液体LQ1的至少一部分向清洗装置30供给的状态下，能够冷却循环流路10的液体LQ1。
需要说明的是，在上述实施方式中，冷却装置包括第一阀装置3。在液体LQ1相对于清洗装置30的供给停止的状态下，只要能够对沿循环流路10流动的液体LQ1进行冷却，冷却装置并不限于第一阀装置3。例如在循环流路10由管部件形成的情况下，冷却装置也可以是连接于管部件的表面的帕尔帖元件。
在上述实施方式中，加热装置2包括灯加热器。灯加热器既能够抑制液体LQ1的污染又能够有效地加热液体LQ1。需要说明的是，加热装置2也可以不是灯加热器。
在上述实施方式中，液体LQ1为水。由于液体为水，因此能够清洗半导体晶圆。需要说明的是，液体LQ1也可以不是水，也可以是用于半导体制造工序的药液。
在上述实施方式中，清洗对象也可以不是半导体晶圆，例如也可以是玻璃基板。
在上述实施方式中，被供给液体的对象也可以不是清洗装置，例如也可以是曝光装置。
附图标记说明
1…储液箱，2…加热装置，3…第一阀装置(冷却装置)，4…第二阀装置，6…温度传感器，7…供给流路，8…液面传感器，9…排出流路，10…循环流路，10A…流路，10B…流路，10C…流路，11…排出口，30…清洗装置，31…分支流路，32…流量调整阀，33…流量调整阀，20…控制装置，100…液体加热装置，CS…清洗系统，DP…分支部，LQ1…液体(第一液体)，LQ2…液体(第二液体)。

Claims (8)

1.一种液体加热装置，其特征在于，具有：
循环流路，其与分支流路连接，该分支流路供向对象供给的第一液体流动；
加热装置，其配置于所述循环流路，对沿所述循环流路流动的所述第一液体进行加热；
冷却装置，其在所述第一液体相对于所述对象的供给停止的状态下，对沿所述循环流路流动的所述第一液体进行冷却，
所述冷却装置与所述循环流路独立地配置，在所述加热装置加热中从所述冷却装置向所述循环流路的储液箱供给第二液体，对所述第一液体进行冷却。
2.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征在于，
所述冷却装置包括第一阀装置，所述第一阀装置对从供给源向所述储液箱供给的第二液体的流量进行调整。
3.如权利要求2所述的液体加热装置，其特征在于，
具备第二阀装置，所述第二阀装置对从所述储液箱排出的所述第一液体的流量进行调整。
4.如权利要求2所述的液体加热装置，其特征在于，
具备排出口，所述排出口设于所述储液箱的上部，供收容于所述储液箱的所述第一液体的至少一部分流出。
5.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的液体加热装置，其特征在于，
所述冷却装置在所述加热装置工作的状态下，对所述第一液体进行冷却。
6.如权利要求5所述的液体加热装置，其特征在于，
所述加热装置包括灯加热器。
7.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的液体加热装置，其特征在于，
所述第一液体为纯水。
8.一种清洗系统，其特征在于，
具有权利要求1至权利要求7中任一项所述的液体加热装置，
所述对象包括清洗装置，利用从所述液体加热装置供给的所述第一液体对清洗对象进行清洗。
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