JP2000121153A - 流体加熱装置およびそれを用いた基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導を利用した流体加熱装置において、
発熱体を形成する金属材料と反応する成分を含んだ流体
や金属体と接触するとパーティクルの発生や金属成分の
溶出を引き起こす薬液を加熱したり、発熱体を形成して
いる金属成分がガス化するような高温で気体を加熱した
りする場合にも、特に問題を生じることなく使用できる
装置を提供する。 【手段】 配管に連通接続される流体流入口１２と流体
流出口１４が形設された密閉構造を有し非磁性体材料で
形成された加熱容器１０、加熱容器の外面に巻装された
コイル１６、コイルに高周波電流を流す電源装置部１
８、および、加熱容器内部に配設され導電性材料で形成
されて、石英材料で形成された保護部材２４によって被
覆された発熱体２２を備えて装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板に対して所
要の処理を施す基板処理装置などへ配管を通して供給さ
れるガスや液体の各種の流体を加熱するのに使用される
流体加熱装置、特に電磁誘導加熱式の流体加熱装置、な
らびに、その流体加熱装置を用いた基板処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】基板処理装置、例えば基板の減圧乾燥装
置において、基板が収容され減圧状態とされたチャンバ
内へ配管を通してアルコール蒸気、例えばイソプロピル
アルコール（ＩＰＡ）蒸気を供給する場合に、ＩＰＡ蒸
気を所定温度に加熱して供給する必要がある。ＩＰＡ蒸
気を加熱する装置としては、一般に、ステンレス鋼等で
形成された配管の外側に抵抗加熱ヒータを配設し、その
抵抗加熱ヒータからの熱伝達により、配管内を流れるＩ
ＰＡ蒸気を加熱する装置が使用されているが、最近で
は、電磁誘導を利用して配管内を流れる流体を加熱する
試みもなされている。

【０００３】この電磁誘導を利用した加熱方式は、配管
の途中に介挿され流体流入口および流体流出口を有し非
磁性体材料で形成された加熱容器の外面にコイルを巻装
するとともに、コイルが巻装された加熱容器の内部に導
電性材料で形成された発熱体を配設し、コイルに高周波
電流を流して磁束を発生させ、磁界内にある発熱体に渦
電流を生じさせてジュール熱を発生させ、この発熱体の
発熱により、加熱容器内を流れる気体や液体の流体を直
接的に加熱する、といったものである。そして、この加
熱装置を、加熱容器の流体流入口および流体流出口をそ
れぞれ配管に連通接続させて配管の途中に設置し、配管
から流体流入口を通って加熱容器内へ流入した流体を加
熱し、加熱された流体を加熱容器内から流体流出口を通
って配管内へ送り込むようにする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような電磁誘
導を利用した流体加熱装置では、発熱体は、導電性材料
によって形成され、通常は金属材料によって形成され
る。ところが、発熱体は、加熱容器の内部に配設され
て、加熱容器内を流れる気体や液体の流体に直接に接触
して流体を加熱する。このため、発熱体を形成している
金属材料と反応する塩素ガス等のガス成分を含んだ気体
や過酸化水素水、塩酸等の無機薬液を含んだ液体を電磁
誘導加熱式の流体加熱装置によって加熱することは、実
際上は不可能であった。また、金属材料で形成された発
熱体が薬液と接触することによりパーティクルが発生し
たり金属を腐食させ金属成分が溶出したりすることがあ
るが、微量のパーティクルや金属成分でも問題となるよ
うな基板の処理では、薬液を加熱するのに電磁誘導加熱
式の流体加熱装置を使用することはできない。さらに、
例えばＣＶＤ装置へ供給される反応ガスを加熱する場合
のように、加熱温度が極めて高温になって、発熱体を形
成している金属成分がガス化して反応ガス中に混入する
恐れがあるときも、電磁誘導加熱式の流体加熱装置を使
用することはできない。

【０００５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、電磁誘導を利用して流体を加熱する
流体加熱装置において、発熱体を形成する金属材料と反
応する成分を含んだ気体や液体を加熱したり、金属体と
接触するとパーティクルの発生や金属成分の溶出を引き
起こす薬液を加熱したり、また、発熱体を形成している
金属成分がガス化するような高温で気体を加熱したりす
る場合にも、特に問題を生じることなく使用することが
できる流体加熱装置を提供すること、ならびに、そのよ
うな流体加熱装置を用いた基板処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
流体が送給される配管の途中に介挿して設けられ、配管
内を流れる流体を加熱する流体加熱装置において、流体
が移送される配管にそれぞれ連通接続される流体流入口
および流体流出口が形設された密閉構造を有し、少なく
とも加熱部が非磁性体材料で形成された加熱容器と、こ
の加熱容器の外面の、前記加熱部の位置に巻装されたコ
イルと、このコイルに高周波電流を流す電源装置部と、
前記加熱容器の内部の、前記加熱部の位置に配設され、
導電性材料で形成されて、保護部材によって被覆された
発熱体とを備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の流
体加熱装置において、発熱体が蛇行形状または螺旋形状
に形成されたことを特徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、基板処理装置にお
いて、請求項１または請求項２記載の流体加熱装置を、
基板の処理を行う基板処理部へ流体を供給するための配
管の途中に介挿して設けたことを特徴とする。

【０００９】請求項１に係る発明の流体加熱装置におい
ては、電源装置部により、加熱容器の外面に巻装された
コイルに高周波電流が流されると、磁束が発生し、磁界
内にある加熱容器内部の発熱体に渦電流が生じ、発熱体
を形成している導電性材料の固有抵抗によるジュール熱
が発生して、発熱体が発熱する。そして、配管から流体
流入口を通って加熱容器内へ流入した気体や液体の流体
は、発熱体の配設位置を通過する際に発熱体によって加
熱され、加熱された流体が加熱容器内から流体流出口を
通って配管内へ流れ込む。

【００１０】この場合において、加熱容器の内部に配設
された発熱体は、保護部材によって被覆されているの
で、加熱容器内を流体が流れても、流体が発熱体に直接
に接触することはない。このため、塩素ガス等のガス成
分を含んだ気体や過酸化水素水、塩酸等の薬液を含んだ
液体を加熱する場合でも、被覆状態が損なわれることは
ない。このため、発熱体を形成している金属材料とガス
や薬液とが反応することはない。また、金属材料で形成
された発熱体と薬液とは接触することがないので、パー
ティクルが発生したり金属成分が溶出したりする可能性
が無い。さらに、例えばＣＶＤ装置へ供給される反応ガ
スを加熱する場合のように、加熱温度が極めて高温にな
って、発熱体を形成している金属成分が仮にガス化する
ようなことがあっても、ガス化した金属成分が反応ガス
中に混入する恐れが無い。

【００１１】請求項２に係る発明の流体加熱装置では、
発熱体の表面積が大きくなり、発熱体から流体への熱伝
達面が増大するので、発熱体の発熱により流体が効率良
く加熱される。

【００１２】請求項３に係る発明の基板処理装置では、
流体加熱装置において、加熱容器内を流体が流れても、
流体が発熱体に直接に接触することがないので、発熱体
を形成している金属材料とガスや薬液とが反応したり、
パーティクルの発生や金属成分の溶出が起こったり、発
熱体を形成している金属成分がガス化して被加熱ガス中
に混入したりすることがない。したがって、発熱体を形
成している金属材料と反応する成分を含んだ気体や液体
であっても、それを流体加熱装置により加熱して基板処
理部へ供給することが可能になる。また、微量のパーテ
ィクルや金属成分でも問題となるような基板の処理にお
いても、流体加熱装置により薬液を加熱して基板処理部
へ供給することが可能になる。さらに、流体加熱装置に
より、発熱体を形成している金属成分がガス化するよう
な高温で反応ガス等を加熱して、基板処理部へ反応ガス
等を供給することが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図面を参照しながら説明する。

【００１４】最初に、図６および図７により、流体加熱
装置の基本構成および作用について説明する。図６は、
流体加熱装置の概略構成を模式的に示す外観斜視図であ
り、図７は、その縦断面図である。

【００１５】この流体加熱装置は、配管１の途中に介挿
して設けられた加熱容器２、この加熱容器２に巻装され
たコイル３、電源装置部（図示せず）および加熱容器２
の内部に配設された発熱体４から構成されている。な
お、図６において、コイル３は、半周部分を切断した状
態で示されている。

【００１６】加熱容器２は、密閉された円筒形状を有
し、配管１にそれぞれ連通接続される流体流入口５およ
び流体流出口６が両側端面部に形設されている。この加
熱容器２の、コイル３が巻装され内部に発熱体４が配設
されて加熱部となる円筒面は、非磁性体材料で形成され
ている。加熱容器の形状は、円筒に限らず種々の形状で
あってもよい。

【００１７】加熱容器２の円筒面に巻装されたコイル３
には、電源装置部が電気接続されていて、電源装置部に
よりコイル３に高周波電流が流されるようになってい
る。また、加熱容器２の内部に配設された発熱体４は、
金属材料によって形成されている。図示例では、発熱体
４は、ステンレス鋼等から成る複数枚の金属薄板７を、
間隔をあけて互いに平行に並列させて構成されている。
それぞれの金属薄板７は、加熱容器２の軸線方向に沿っ
て配置されており、各金属薄板７間の間隙が流体の通路
８となる。なお、発熱体の構成は、図示例のように複数
枚の金属薄板７を並列させたものに限らず、流体の通路
が形成されて流体との接触面積が或る程度確保される構
造であればどのようなものでもよい。また、発熱体の材
質は、ステンレス鋼以外のもの、例えばニッケル等の各
種金属でもよい。その他、シリコンカーバイト（Ｓｉ
Ｃ）や炭素（Ｃ）でもよく、発熱体の材質は導電性材料
であればよい。

【００１８】図６および図７に示した構成の流体加熱装
置においては、電源装置部によりコイル３に高周波電流
を流すと、磁束が発生して、加熱容器２の内部の金属薄
板７に渦電流を生じ、材料の固有抵抗によって金属薄板
７にジュール熱が発生して、金属薄板７が発熱する。こ
の際、加熱容器２の加熱部は、非磁性体材料で形成され
ているため、それ自身が発熱することはない。そして、
金属薄板７が発熱することにより、配管１から流体流入
口５を通って加熱容器２内に流入した流体は、各金属薄
板７間の通路８を通って流れる際に、金属薄板７からの
熱伝達により加熱される。各金属薄板７間の通路８を通
過する間に加熱されて昇温した流体は、加熱容器２内か
ら流体流出口６を通って流出し配管１内へ流れ込む。

【００１９】図１は、この発明の１実施形態を示し、流
体加熱装置の一部破断縦断面図である。この流体加熱装
置は、配管の途中に介挿して設けられ流体流入口１２お
よび流体流出口１４を有する加熱容器１０、この加熱容
器１０に巻装されたコイル１６、このコイル１６に高周
波電流を流す電源装置部１８などを備えて構成されてい
る。この流体加熱装置の基本構成および作用は、図６お
よび図７に示した装置と同様であるので、重複する説明
は、ここでは省略する。

【００２０】この流体加熱装置は、加熱容器１０が石英
材料によって形成されており、加熱容器１０には、石英
材料によって一体に、加熱容器１０の軸線方向に沿って
複数個、図示例では８個の管状部が、図２に図１のII−
II矢視断面図を示すように加熱容器１０の軸線周りに等
配されて形設されている。そして、それぞれの管状部に
より形成され両端が外部に開口した貫通孔２０に、金属
材料によって棒状に形成された発熱体２２が挿入されて
いて、発熱体２２が、管状の保護部材２４によって被覆
された形態で、加熱容器１０の内部に配設されている。

【００２１】また、この装置には、加熱容器１０の流体
流出口１４の付近に熱電対等の温度検出体の検出端が挿
入された温度検出器２６が設けられており、その温度検
出器２６により加熱容器１０内から流出する流体の温度
を検出するようになっている。温度検出体としては、熱
電対のほか、測温抵抗体や放射温度計などが使用され
る。温度検出器２６から出力される温度検出信号は、コ
ントローラ２８へ送られるようになっており、コントロ
ーラ２８には、電源装置部１８が接続されている。そし
て、コントローラ２８においては、予め設定された目標
温度と温度検出器２６によって検出された流体流出口１
４の流体の温度とが比較され、その温度差に対応した制
御信号がコントローラ２８から電源装置部１８へ出力さ
れて、流体の温度が目標温度となるように発熱体２２が
フィードバック制御される。

【００２２】この流体加熱装置では、上記したように、
加熱容器１０の内部に配設された発熱体２２が、石英材
料で形成された保護部材２４によって被覆されているの
で、加熱容器１０内を流体が流れても、流体が発熱体２
２に直接に接触することはない。このため、発熱体２２
を形成している金属材料と反応するようなガスや薬液を
加熱容器１０内に流しても、発熱体２２とガスや薬液と
が反応することはなく、また、発熱体２２と薬液とが接
触することがないので、パーティクルが発生したり金属
成分が溶出したりする可能性も無い。さらに、加熱温度
が極めて高温になって、発熱体２２を形成している金属
成分が仮にガス化するようなことがあっても、ガス化し
た金属成分が反応ガス中に混入する恐れは無い。この
時、発熱体２２に極めて接近する保護部材２４は、加熱
対象である流体以上の高温にさらされる。しかしなが
ら、保護部材２４は、耐熱性を有する石英材料で形成さ
れているので、被覆状態が損なわれることはない。

【００２３】石英材料で形成された保護部材によって被
覆された発熱体を加熱容器の内部に配設する形態は、図
１および図２に示したものに限定されず、各種の形態を
採用することができる。例えば、図４に拡大断面図を示
すように金属材料で形成された発熱体２２ａを石英材料
で形成された保護部材２４ａによって被覆した線状体３
２を、図３に模式図を示すように加熱容器３０の内部に
蛇行状に配設したり、図５に模式図を示すように、同様
の構成の線状体３４を加熱容器３０の内部に螺旋状に配
設したりしてもよい。さらには、図６および図７に示し
たように、複数枚の金属薄板７から発熱体４を構成し、
それぞれの金属薄板７を別々に石英材料によって被覆す
るような構成としてもよい。この場合、発熱体の表面積
が大きくなって発熱体から流体への熱伝達面が増大する
ような形態として、発熱体の発熱により流体が効率良く
加熱されるようにすることが必要である。

【００２４】また、上記した実施形態では、保護部材２
４を含めて加熱容器１０を石英材料で形成するようにし
たが、金属を腐食させる無機薬液の加熱には、保護部材
を耐熱性の非金属材料で形成すればよい。その他、保護
部材２４の材質は、石英材料に限られるものではなく、
酸化アルミニウム、具体的にはアルミナ、サファイア等
の耐熱性材料でもよい。特にサファイアは、無機薬液の
フッ化水素酸の加熱に対しても好適に使用し得る。

【００２５】さらに、加熱容器をフッ化樹脂等のプラス
チック材料やセラミック材料で形成し、保護部材だけを
石英材料で形成するようにしてもよい。また、加熱容器
の全体が非磁性体材料で形成されている必要は必ずしも
無く、少なくともコイルが巻装される加熱部の壁面が非
磁性体材料で形成されておればよい。

【００２６】以上のような構成を有する流体加熱装置
は、各種の基板処理装置において、基板の処理を行う基
板処理部へ流体を供給するための配管の途中に介挿され
て、種々の流体を加熱するために使用される。このよう
な流体加熱装置を備えた基板処理装置の１例について、
図８を参照しながら説明する。

【００２７】図８は、基板処理装置の一種である減圧乾
燥装置の全体の概略構成を示す模式図である。この減圧
乾燥装置は、基板へＩＰＡ蒸気を供給して減圧雰囲気下
で基板を乾燥させる処理に使用される。図８において、
符号３６が減圧乾燥チャンバを示し、チャンバ３６の内
部は、図示していない真空ポンプ等の減圧手段により真
空排気されて減圧状態にすることができる。また、符号
３８は、チャンバ３６に連通接続されたＩＰＡ蒸気供給
用配管、符号４０は、ＩＰＡ蒸気供給用配管３８に連通
接続された希釈用窒素ガス供給配管である。ＩＰＡ蒸気
供給用配管３８は、エバポレータ４２に流路接続されて
いる。エバポレータ４２内にはＩＰＡ４４が収容されて
おり、ポンプ４６によりＩＰＡ供給路４８を通ってエバ
ポレータ４２の天井部の噴射口５０へＩＰＡ４４を供給
することにより、噴射口５０からＩＰＡを噴射してＩＰ
Ａ蒸気を調製するようになっている。エバポレータ４２
の内部空間には、キャリア用窒素ガス供給配管５２が連
通接続されており、また、エバポレータ４２には、エバ
ポレータ４２内に収容されたＩＰＡ４４を循環させて加
熱するためのＩＰＡ循環用配管５４が付設されている。

【００２８】そして、チャンバ３６内へ供給されるＩＰ
Ａ蒸気を所定温度に加熱するために、ＩＰＡ蒸気供給用
配管３８に、図１に示したような上記構成の流体加熱装
置５６が介挿して設けられており、流体加熱装置５６に
コントローラ５８が併設されている。また、希釈用窒素
ガス供給配管４０には、希釈用窒素ガスを加熱するため
に、コントローラ６２が併設された流体加熱装置６０が
介挿して設けられ、キャリア用窒素ガス供給配管５２に
は、キャリア用窒素ガスを加熱するために、コントロー
ラ６６が併設された流体加熱装置６４が介挿して設けら
れている。さらに、ＩＰＡ循環用配管５４には、ＩＰＡ
を所定温度に加熱するために、コントローラ７０が併設
された流体加熱装置６８が介挿して設けられている。

【００２９】この発明に係る流体加熱装置は、図８に示
した減圧乾燥装置以外にも、例えば薬液循環式処理装置
や温純水洗浄装置、さらにはキャリア洗浄用温風ヒータ
や引上げ乾燥用高温窒素ガスヒータなどとして、また、
ＣＶＤ装置の反応ガス加熱装置、スピンナの塗布液加熱
装置など、各種の処理装置において使用し得るものであ
る。特に、この発明に係る流体加熱装置は、塩素ガスを
含んだ気体を加熱する場合や、薬液循環式処理装置にお
いて過酸化水素水、塩酸等の薬液を含んだ液体を加熱す
る場合、あるいは、ＣＶＤ装置において反応ガスを加熱
する場合などに好適に使用し得るものである。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に係る発明の流体加熱装置は、
発熱体を形成する金属材料と反応する成分を含んだ気体
や液体を加熱したり、金属体と接触するとパーティクル
の発生や金属成分の溶出を引き起こす薬液を加熱した
り、また、発熱体を形成している金属成分がガス化する
ような高温で気体を加熱したりする場合にも、特に問題
を生じることなく使用することができる。

【００３１】請求項２に係る発明の流体加熱装置では、
発熱体の発熱により流体を効率良く加熱することができ
る。

【００３２】請求項３に係る発明の基板処理装置を使用
すると、発熱体を形成している金属材料と反応する成分
を含んだ気体や液体であっても、それを流体加熱装置に
より加熱して、基板処理部へ供給することができ、ま
た、微量のパーティクルや金属成分でも問題となるよう
な基板の処理においても、流体加熱装置により薬液を加
熱して基板処理部へ供給することができる。さらに、流
体加熱装置により、発熱体を形成している金属成分がガ
ス化するような高温で反応ガス等を加熱して、基板処理
部へ反応ガス等を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施形態を示し、流体加熱装置の
一部破断縦断面図である。

【図２】図１のII−II矢視断面図である。

【図３】保護部材によって被覆された発熱体の配設形態
の、図１とは異なる例を示す模式図である。

【図４】保護部材によって被覆された発熱体の拡大断面
図である。

【図５】保護部材によって被覆された発熱体の配設形態
の、さらに別の例を示す模式図である。

【図６】この発明に係る流体加熱装置の基本構成を模式
的に示す外観斜視図である。

【図７】図６に示した流体加熱装置の概略縦断面図であ
る。

【図８】この発明に係る流体加熱装置を、基板処理装置
の一種である減圧乾燥装置に使用した例を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 配管 ２、１０、３０ 加熱容器 ３、１６ コイル ４、２２、２２ａ 発熱体 ５、１２ 加熱容器の流体流入口 ６、１４ 加熱容器の流体流出口 ７ 金属薄板 ８ 流体の通路 ２０ 貫通孔 ２４、２４ａ 保護部材 ２６ 温度検出器 ２８、５８、６２、６６、７０ コントローラ ３２、３４ 発熱体を保護部材によって被覆した線状体 ３６ 減圧乾燥チャンバ ３８ ＩＰＡ蒸気供給用配管 ４０ 希釈用窒素ガス供給配管 ４２ エバポレータ ４４ ＩＰＡ ４６ ポンプ ５２ キャリア用窒素ガス供給配管 ５４ ＩＰＡ循環用配管 ５６、６０、６４、６８ 流体加熱装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が送給される配管の途中に介挿して
   設けられ、配管内を流れる流体を加熱する流体加熱装置
   において、 流体が移送される配管にそれぞれ連通接続される流体流
   入口および流体流出口が形設された密閉構造を有し、少
   なくとも加熱部が非磁性体材料で形成された加熱容器
   と、 この加熱容器の外面の、前記加熱部の位置に巻装された
   コイルと、 このコイルに高周波電流を流す電源装置部と、 前記加熱容器の内部の、前記加熱部の位置に配設され、
   導電性材料で形成されて、保護部材によって被覆された
   発熱体と、を備えたことを特徴とする流体加熱装置。
2. 【請求項２】 前記発熱体が蛇行形状または螺旋形状に
   形成された請求項１記載の流体加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の流体加熱
   装置を、基板の処理を行う基板処理部へ流体を供給する
   ための配管の途中に介挿して設けたことを特徴とする基
   板処理装置。