JP2000035248A - 薬液加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバを樹脂で形成した場合でもこのチャ
ンバの空炊きや該チャンバ内の薬液の過熱を確実に防止
する。 【解決手段】 チャンバ（１）内を通過する薬液をこの
チャンバ（１）内に配設したランプヒータ（３）の輻射
熱によって加熱する薬液加熱装置であって、チャンバ
（１）内における薬液の有無を検出する薬液検出センサ
（２１）と、チャンバ（１）内に感知部（２０ａ）を臨
ませた温度センサ（２０）と、薬液検出センサ（２１）
が薬液の不存在を検出した場合および温度センサ（２
０）が所定以上の温度を検出した場合にそれぞれランプ
ヒータ（３）への通電を禁止する通電禁止手段（１９）
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプヒータを加
熱源とする薬液加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて用いられる
各種薬液は、この薬液による処理の効率を向上するため
に薬液加熱装置によって加熱される。

【０００３】上記薬液加熱装置は、チャンバ内を通過す
る所定流量の被加熱薬液を該チャンバ内に配設したハロ
ゲンランプ等からなるランプヒータの輻射熱によって加
熱するように構成されている。

【０００４】この薬液加熱装置において、上記チャンバ
が空の状態にあるときにランプヒータが作動されると、
あるいはランプヒータの作動中に薬液の漏洩等によって
上記チャンバが空の状態になると、ランプヒータから輻
射された高熱エネルギーの光（ランプヒータがハロゲン
ランプの場合には、主として近赤外域の光）がチャンバ
の内面に直接到達することになる。つまり、ランプヒー
タの輻射熱が薬液に吸収されないため、いわゆる空炊き
状態となる。

【０００５】従来の薬液加熱装置はチャンバが石英ガラ
スによって形成されている。したがって、上記チャンバ
の壁部の内周面に到達した高熱エネルギーの光は、この
壁部を通ってこのチャンバの外方に抜け出る。

【０００６】そこで、この薬液加熱装置においては、チ
ャンバの外周面にＫ型熱電対等の温度センサを配設し、
この温度センサの出力に基づいて上記空炊きを感知する
ようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】石英ガラスからなるチ
ャンバは、ＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ溶液等の強アルカリ性
の薬液や、フッ酸溶液、リン酸溶液等の酸性の薬液によ
って溶解されるので、この種の薬液の加熱に適用できな
い。

【０００８】上記のような薬液を加熱するためには、上
記チャンバをこの薬液に反応しないフッ素樹脂等の樹脂
で形成すれば良いが、この樹脂製のチャンバは石英硝子
製のチャンバに比して熱伝導性および耐熱性に劣る。

【０００９】それ故、チャンバの外周面に設けた上記温
度センサの出力に基づいて空炊きを検出しようとした場
合、空炊きに起因した高温度を温度センサが検出した時
点でチャンバの壁部内周面温度が軟質化温度以上の高温
度に達することになる。そしてこのようなチャンバの過
熱検出の遅れは、チャンバの壁部の溶解やガス化等の不
都合を招く。

【００１０】本発明の課題は、かかる状況に鑑み、チャ
ンバを樹脂で形成した場合でもこのチャンバの空炊きや
該チャンバ内の薬液の過熱を確実に防止することができ
る薬液加熱装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用効果】第１の発
明は、チャンバ内を通過する薬液をこのチャンバ内に配
設したランプヒータの輻射熱によって加熱する薬液加熱
装置であって、前記チャンバ内における薬液の有無を検
出する薬液検出センサと、前記チャンバ内に感知部を臨
ませた温度センサと、前記薬液検出センサが前記薬液の
不存在を検出した場合および前記温度センサが所定以上
の温度を検出した場合にそれぞれ前記ランプヒータへの
通電を禁止する通電禁止手段とを備えることを特徴とし
ている。

【００１２】従来はチャンバの外周面に設けた温度セン
サの出力に基づいてチャンバの空炊きを防止する手法を
採用しているが、この手法を樹脂製のチャンバに適用し
た場合、空炊きに起因した高熱を温度センサが関知した
時点でチャンバの壁部内周面温度が軟質化温度以上の高
温度に達することになる。

【００１３】しかし、上記第１の発明によれば、薬液検
出センサが前記薬液の不存在を検出した場合にランプヒ
ータへの通電が禁止されるので、たとえチャンバを樹脂
で形成した場合でも、該チャンバの空炊きを確実に防止
することができる。

【００１４】また、第１の発明によれば、チャンバ内に
感知部を臨ませた温度センサが所定以上の温度を検出し
た場合にランプヒータへの通電が禁止される。したがっ
て、チャンバを樹脂で形成した場合でも、チャンバ内の
薬液が静止していることに起因した薬液の過熱を確実に
防止することができる。

【００１５】第２の発明は、第１の発明において、薬液
検出センサは、前記チャンバ内の上方部に臨ませた相対
向する一対の電極を備え、この一対の電極間の電気抵抗
に基づいて前記チャンバ内における薬液の有無を検出す
ることを特徴としている。

【００１６】この第２の発明によれば、チャンバ内の上
部空間における薬液の不存在を検出することできる。し
たがって、チャンバから薬液の一部が漏れ出した場合や
加熱開始前にチャンバに薬液が満たされていない場合に
ランプヒータへの通電を禁止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に示した本発明に係る流体加
熱装置は、円筒形状のチャンバ１と、このチャンバ１を
左右に貫通するヒータ収容管２と、このヒータ収容管２
に挿入したランプヒータ３とを備えている。

【００１８】この実施形態においては、上記チャンバ１
を耐熱性および耐薬品性を有したフッソ樹脂によって形
成してある。このフッソ樹脂は、ＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ
溶液等の強アルカリ性の薬液やフッ酸溶液、リン酸溶液
等の酸性の薬液によっても溶解されない強い耐薬液性を
有する。

【００１９】一方、上記ヒータ収容管２は光透過性およ
び耐熱性を有する材料、例えば、石英ガラスで形成して
ある。なお、このヒータ収容管２の両端はチャンバ１の
外方において開口している。また、ヒータ収容管２の両
端部周面とチャンバ１の側壁との間には、耐圧性、耐熱
性および耐薬品性を有したＯリング４によってシールし
てある。

【００２０】チャンバ１の内周面およびヒータ収容管２
の外周面は、被加熱流体の流通空間５を画成している。
そして、チャンバ１の一端部下方および他端部上方に
は、薬液の流入口６および流出口７をそれぞれ設けてあ
る。

【００２１】ヒータ収容管２の外周面は、光透過性、耐
熱性および耐薬品性を有した被膜８で覆ってある。この
被膜８は、例えば、ヒータ収容管１の外周面に塗布した
液状のフッ素樹脂を乾燥固化することによって形成する
ことができる。

【００２２】この被膜８を、別の手法で形成することも
可能である。すなわち、図２に示すように、ヒータ収容
管２の外周面に例えばフッ素樹脂からなる薄肉の熱収縮
性チューブ９を被せる。そして、このチューブ９を熱風
等で加熱すれば、該チューブ９が収縮してヒータ収容管
２の外周面に接着され、その結果、上記光透過性、耐熱
性および耐薬品性を有した被膜８がヒータ収容管１の外
周面に形成される。

【００２３】上記熱収縮性チューブ９を用いる被膜形成
方法によれば、ピンホールが無くかつ厚さの均一な被膜
８を低コストで容易に形成することができる。

【００２４】上記ランプヒータ３は、隣接する一対の管
状ハロゲンランプ１０，１０とこれらのハロゲンランプ
１０，１０を一端部および他端部において相互に結合す
るセラミックべース１１および１２とを備えている。

【００２５】各ハロゲンランプ１０のフィラメントは、
一端相互がセラミックべース１１において接続され、他
端がセラミックべース１２において各別なリード線１３
に接続されている。

【００２６】ハロゲンランプ１０内には、窒素、アルゴ
ン、クリプトン等の不活性ガスと微量のハロゲンガスが
封入されている。したがって、各リード線１３間に所定
の電圧を印加すれば、いわゆるハロゲンサイクル作用に
よって長期間、安定に上記フィラメントが発光する。な
お、このハロゲンランプ１０には、例えば、３ＫＷのも
のが使用される。

【００２７】前記チャンバ１の流入口６と流出口７間に
は、ポンプ１５、薬液を収容した処理槽１６およびフィ
ルタ１７が介在されている。したがって、上記ポンプ１
５の運転に伴って処理槽１６内の薬液が前記流入口６を
介してチャンバ１内に流入する。

【００２８】チャンバ１内に流入した薬液は前記流通空
間５を通過するが、その際、ヒータ収容管１および被膜
８を透過した前記ハロゲンランプ１０の輻射光（輻射
熱）がこの薬液に吸収される。

【００２９】このため、チャンバ１内を通過する被加熱
薬液は、前記流出口７に至るまでの間に上記輻射光の熱
エネルギーによって加熱され、その後、上記流出口７お
よびフィルタ１７を通って処理槽１６に戻される。

【００３０】処理槽１６内の薬液の温度は、温度センサ
１８によって検出されてコントローラ１９に加えられ
る。そこで、コントローラ１９は、上記温度センサ１８
の出力に基づき、処理槽１６内の薬液の温度が所定の目
標温度（例えば８０℃）に維持されるようにランプヒー
タ３への供給電力を制御する。

【００３１】なお、上記処理槽１６では、上記温度管理
された薬液による所定の処理（例えば、半導体製造プロ
セスにおけるウエハ洗浄処理）が実行される。

【００３２】上記構成の薬液加熱装置は、チャンバ１が
フッソ樹脂によって形成され、かつヒータ収容管２の外
周面がフッソ樹脂からなる被膜８によって被覆されてい
る。したがって、ＫＯＨ溶液，ＮａＯＨ溶液等の強アル
カリ薬液の加熱や、フッ酸溶液、リン酸溶液等の酸性薬
液の加熱にも適用することができる。

【００３３】次に、チャンバ１に設けられた温度センサ
２０および薬液検出センサ２１と、これらのセンサ２
０，２１の出力に基づくコントローラ１９の動作につい
て説明する。

【００３４】温度センサ２０は熱電対式の温度センサで
ある。この温度センサ２０は感知部２０ａをチャンバ１
内の上部空間に臨ませ、かつその感知部２０ａをフッソ
樹脂やセラミック等の耐熱、耐薬液性を有した材料から
なる被膜２０ｂによって覆ってある。

【００３５】薬液検出センサ２１は、チャンバ内の上部
空間に臨ませた相対向する一対の電極２１ａ，２１ｂを
備えている。なお、電極２１ａ，２１ｂは耐熱性および
耐薬液性を持たすために導電性セラミック等で形成され
る。

【００３６】図３は、上記温度センサ２０および薬液検
出センサ２１の出力に基づいて実行されるコントローラ
１９の手順を例示している。

【００３７】この手順では、まずオペレータによる加熱
指示の有無を判断し（ステップ１００）、加熱の指示が
あった場合には、薬液検出センサ２１の電極２１ａ，２
１ｂ間に薬液が介在しているか否かを判断する（ステッ
プ１０１）。

【００３８】チャンバ１内に薬液が満たされている状態
では、薬液検出センサ２１の電極２１ａ，２１ｂ間に薬
液が介在するので、図４に示すように、薬液検出センサ
２１の電極２１ａ，２１ｂ間の導電率（抵抗率の逆数）
が薬液の種類に対応した一定な大きさを示す。つまり、
上記電極２１ａ，２１ｂ間が導通する。

【００３９】一方、チャンバ１内が空である場合、ある
いは薬液の液面が電極２１ａ，２１ｂよりも下方に位置
している状態では、電極２１ａ，２１ｂ間の導電率がゼ
ロになる。

【００４０】なお、前記ＫＯＨ溶液，ＮａＯＨ溶液等の
薬液や、フッ酸溶液、リン酸溶液等の薬液の導電率は数
千〜数百μＳ／ｃｍ（水道水で約２００μＳ／ｃｍ）程
度となる。また、薬液が流通している場合の導電率と薬
液が静止している場合の導電率はほとんど変わりがな
い。

【００４１】上記導電率は電気抵抗に対応する。そこ
で、上記ステップ１０１では、上記電極２１ａ，２１ｂ
間の電気抵抗に基づいてこの電極２１ａ，２１ｂ間に薬
液が介在しているか否かを判断する。つまり、上記電気
抵抗が所定の値以下である場合に薬液が介在していると
判断し、そうでない場合に薬液が介在していないと判断
する。

【００４２】そしてステップ１０１で薬液の介在を判断
した場合には、前記温度センサ１８の出力に基づき、チ
ャンバ１内の温度が所定の異常判定温度（たとえば、１
８０℃）よりも低いか否かを判断する（ステップ１０
２）。

【００４３】加熱開始前においては、チャンバ１内の薬
液が常温値を示しているので、ステップ１０２の判断結
果はＹＥＳとなる。そこで、ランプヒータ３への通電を
開始するとともに、前記処理槽１６内の薬液の温調制御
を前記温度センサ１８の出力に基づいて実行する（ステ
ップ１０３）。

【００４４】いま所定流量の薬液がチャンバ１を流通し
ているとすると、チャンバ１内の薬液の温度は上記通電
の開始とともに図６に示す態様で上昇する。すなわち、
当初においては徐々に上昇し、一定時間後には安定状態
になる。

【００４５】なお上記安定状態における温度センサ２０
の検出温度は、前記温調制御の目標温度よりも若干（数
℃〜数１０℃）高くなる。すなわち、ランプヒータ３か
ら輻射された赤外光および可視光の熱エネルギーのう
ち、赤外光の熱エネルギーはそのほとんどが薬液によっ
て吸収されるが、可視光の熱エネルギーは薬液にあまり
吸収されないで温度センサ２０の感知部２０ａに到達す
る。このため、温度センサ２０の検出温度は、上記可視
光の熱エネルギーによって温調目標温度よりも若干高く
なる。

【００４６】つぎのステップ１０４では、オペレータに
よる加熱停止の指示の有無を判断する。そして、この停
止指示がない場合には手順をステップ１０１に戻す。以
後、ステップ１０１，１０２の判断結果が共にＹＥＳで
かつステップ１０４の判断結果ＮＯである間は、上記温
調制御が継続される。

【００４７】つぎに、空炊き等を防止するための手順に
ついて説明する。前記ステップ１００において加熱指示
が判断された後、ステップ１０１で薬液の介在が判断さ
れなかった場合には、前記ランプヒータ３の通電が禁止
される（ステップ１０５）。したがって、チャンバ１が
空の状態で加熱が開始されること、つまり、チャンバ１
の空炊きが防止される。

【００４８】なお、つぎのステップ１０６では、適宜な
アラームを発生することによってオペレータに通電禁止
状態を察知させる。

【００４９】次ぎに、ステップ１０３の温調制御の開始
時点においてチャンバ１内の薬液が静止している場合を
考察する。この場合、薬液によるチャンバ１からの熱エ
ネルギーの持ち出しがない。したがって、温度センサ２
０の検出温度は温調制御の開始後に図７に例示する態様
で徐々に上昇し、やがて、前記異常判定温度に到達す
る。

【００５０】温度センサ２０の検出温度が異常判定温度
に到達すると、ステップ１０２の判断結果がＮＯになる
ので、手順がステップ１０５に移行する。これに伴い、
前記ランプヒータ３への通電が禁止され、その結果、過
熱による薬液の突沸等が防止される。

【００５１】チャンバ１内を流通しながら正常な加熱処
理を受けていたチャンバ内の薬液がポンプ１５の故障等
によって突然静止する事態も起こり得る。薬液が静止す
るとその静止時点以後、この薬液によるチャンバ１から
の熱エネルギーの持ち出しがなくなるので、図８に示す
ように、上記静止時点から温度センサ２０の検出温度が
上昇する。

【００５２】しかし、この場合も温度センサ２０の検出
温度が前記異常判定温度に到達した時点でステップ１０
２の判断結果がＮＯになる。したがって、前記ランプヒ
ータ３への通電が禁止されて、薬液の過熱による突沸等
が防止される。

【００５３】なお、チャンバ１内に薬液が存在していな
いにもかかわらずランプヒータ３への通電を開始したと
すると、図９に例示するように、温度センサ２０の検出
温度が急上昇する。

【００５４】この場合、チャンバ１の壁内表面にランプ
ヒータ３の輻射熱エネルギーが直接かつ瞬時に作用する
ので、温度センサ２０が前記異常判定温度を検出したと
きには既にチャンバが軟化温度（フッソ樹脂の場合、２
００℃程度）もしくはガス発生温度（３５０℃程度）に
達していることになる。

【００５５】しかしながら、本発明の実施形態では、前
述したようにチャンバ１内に薬液が存在していな場合に
薬液検出センサ２１の出力に基づいてランプヒータ３へ
の通電が禁止されるので、チャンバ１が軟化温度やガス
発生温度まで上昇する虞れはない。

【００５６】なお、前記処理槽１６における薬液の液面
よりもチャンバ１が上方に位置されている場合には、運
転中断時にチャンバ１内の薬液の一部が処理槽１６側に
流出することがある。

【００５７】そして、この状態でポンプ１５を作動させ
ることなく運転を再開した場合、チャンバ１内に存在す
る規定量よりも少量の静止薬液が加熱されることになる
ので、この薬液が過熱状態になる。

【００５８】しかし、上記実施形態の加熱装置において
は、薬液検出センサ２１の電極２１ａ，２１ｂをチャン
バ１内の上方部に位置させてあるので、上記運転中断時
における薬液の一部流出に伴って薬液の液面が上記電極
２１ａ，２１ｂの配設位置よりも低くなる。したがっ
て、ランプヒータへの通電が禁止されて、上記したよう
な薬液の過熱が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薬液加熱装置の一実施形態を示す
概念図。

【図２】熱収縮性チューブによる被膜の形成手法を示す
概念図。

【図３】図３はコントローラにおいて実行される手順の
一例を示したフローチャート。

【図４】薬液が介在しているときの電極間の導電率を示
すグラフ。

【図５】薬液が介在しなくなったときの電極間の導電率
を示すグラフ。

【図６】正常加熱時における温度センサの検出温度の変
化態様を例示したグラフ。

【図７】静止薬液の加熱に伴う温度センサの検出温度の
変化態様を例示したグラフ。

【図８】薬液が静止した場合の温度センサの検出温度の
変化態様を例示したグラフ。

【図９】空炊き時における温度センサの検出温度の変化
態様を例示したグラフ。

【符号の説明】

１ チャンバ ２ ヒータ収容管 ３ ランプヒータ ４ Ｏリング ５ 流通空間 ６ 流入口 ７ 流出口 ８ 被膜 ９ 熱収縮性チューブ １５ ポンプ １６ 処理槽 １８ 温度センサ １９ コントローラ ２０ 温度センサ ２０ａ 被覆 ２１ 薬液検出センサ ２１ａ，２１ｂ 電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内を通過する薬液をこのチャン
   バ内に配設したランプヒータの輻射熱によって加熱する
   薬液加熱装置であって、 前記チャンバ内における薬液の有無を検出する薬液検出
   センサと、 前記チャンバ内に感知部を臨ませた温度センサと、 前記薬液検出センサが前記薬液の不存在を検出した場合
   および前記温度センサが所定以上の温度を検出した場合
   にそれぞれ前記ランプヒータへの通電を禁止する通電禁
   止手段とを備えることを特徴とする薬液加熱装置。
2. 【請求項２】 前記薬液検出センサは、前記チャンバ内
   の上方部に臨ませた相対向する一対の電極を備え、この
   一対の電極間の電気抵抗に基づいて前記チャンバ内にお
   ける薬液の有無を検出することを特徴とする請求項１に
   記載の薬液加熱装置。