JP2007155209A - Temperature control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に半導体工場、液晶工場等のクリーンルームに好適な温調システムに関する。 The present invention relates to a temperature control system particularly suitable for clean rooms such as semiconductor factories and liquid crystal factories.
従来、半導体製造プロセスをはじめとした精密加工プロセスにおいて、精密加工装置は年間を通じて安定した運転状態を維持し、また停止状態においても装置自身の精度を維持するために安定した環境下におかれる必要がある。このため、精密加工装置、たとえば半導体・液晶露光装置は、ホコリが少なく温度制御がされたクリーンルームに配置されている。外気は、高温多湿の夏期や乾燥した寒い冬季などで大きく変化する。このため、チリ・ホコリなどを除去する作業に加え、エアコンディショナーにより外気を冷却除湿したり加熱加湿したりしてクリーンルーム内に導入している。 Conventionally, in precision processing processes such as semiconductor manufacturing processes, precision processing equipment needs to be kept in a stable environment to maintain a stable operating state throughout the year and to maintain the accuracy of the equipment itself even in a stopped state. There is. For this reason, precision processing apparatuses, such as semiconductor / liquid crystal exposure apparatuses, are arranged in a clean room with little dust and temperature control. The outside air changes greatly in hot and humid summer and dry and cold winter. For this reason, in addition to the work of removing dust, dust, etc., outside air is cooled and dehumidified or heated and humidified by an air conditioner and introduced into a clean room.
クリーンルーム内は夏季及び冬季を問わず所定温度にする必要があるため、夏季であっては、クリーンルーム内を循環した外気を一旦所定温度より低い温度まで冷却し、さらに所定温度になるようにエアコンディショナーで加熱している。特に冬季にあっては、取り込む外気が非常に冷たいのでエアコンディショナーで加熱する熱量が大きくなり電力消費が増大する。
このような従来のエアコンディショナーでは、半導体・液晶露光装置の発熱なども考慮して容量も決めなければならず、半導体・液晶露光装置の高精度化、高生産性化に伴い、大きな容量が必要となり、装置コストおよび運転コストが増大するという問題がある。
また、半導体・液晶露光装置などが駆動されることによって生じた熱は、そのまま外部環境に排出しているので地球温暖化の観点からも好ましくない。
In such a conventional air conditioner, the capacity must be determined in consideration of heat generation of the semiconductor / liquid crystal exposure apparatus, and a large capacity is required as the accuracy of the semiconductor / liquid crystal exposure apparatus increases and the productivity increases. Thus, there is a problem that the apparatus cost and the operation cost increase.
Further, heat generated by driving a semiconductor / liquid crystal exposure apparatus or the like is discharged as it is to the outside environment, which is not preferable from the viewpoint of global warming.
本発明に係る温調システムは、気体冷却部(32)と、気体加熱部(60)と、略密閉された作業空間(56)を含む気体循環路を有し、気体冷却部及び気体加熱部を経て所定温度に温調された第一気体(A1)を作業空間に供給し、且つ第一気体(A1)を回収する。そして、作業空間(56)に配置された発熱体(101)と、発熱体からの排熱(A2)を気体加熱部に導く排熱導管(51)と、を備える。 The temperature control system according to the present invention includes a gas cooling section (32), a gas heating section (60), and a gas circulation path including a substantially sealed work space (56), and the gas cooling section and the gas heating section. The first gas (A1) whose temperature has been adjusted to a predetermined temperature is supplied to the work space, and the first gas (A1) is recovered. And the heat generating body (101) arrange | positioned in a working space (56) and the exhaust heat conduit (51) which guides the exhaust heat (A2) from a heat generating body to a gas heating part are provided.
本発明によれば、エアコンディショナーで循環空気を加熱する必要がなくなり電力消費を抑え、また、発熱体からの排熱を外部に直接排出せず、一部又はすべての熱を利用してから外部環境に排出することができる。循環空気を加熱する必要がある場合でも、発熱体の排熱を利用してある程度暖められているのでエアコンディショナーの容量を小さくすることができる。このため環境保護又は電力消費の削減の観点で有利である。 According to the present invention, it is not necessary to heat the circulating air with an air conditioner, so that power consumption is reduced, and exhaust heat from the heating element is not directly discharged to the outside, but part or all of the heat is used and then externally used. It can be discharged into the environment. Even when the circulating air needs to be heated, the capacity of the air conditioner can be reduced because it is heated to some extent by using the exhaust heat of the heating element. This is advantageous from the viewpoint of environmental protection or reduction of power consumption.
以下、本発明の最良な実施形態に係る温調システムを説明する。
(第一実施形態の構成)
Hereinafter, a temperature control system according to the best embodiment of the present invention will be described.
(Configuration of the first embodiment)
図1は、第一実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
略密閉されたクリーンルーム50内は、空気中におけるチリ・ホコリ(浮遊物質)を一定のレベルまで排除した空間を作り出している。また、クリーンルーム50内は半導体又は液晶などの製造に適した所定湿度及び所定温度に維持する必要がある。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a temperature control system according to the first embodiment.
The inside of the substantially sealed
そのため、クリーンルーム50の天井には、チリなどが除去され所定温度及び湿度に調整された第一気体である空気A1が循環するように天井空間55が設けられている。天井空間55からは、複数の吹出し口から作業空間56へ循環空気A1が吹出している。いわゆる天井から床面に送風するダウンフローと呼ばれる空調である。さらに、クリーンルーム50の床下には、作業空間56を経由した循環空気A1を排出するための床下空間57が設けられ、通気性のあるグレーチング床からなる床面から循環空気A1を吸入している。
Therefore, a
クリーンルーム50の外部には、床下空間57から天井空間55へ循環空気A1を導く導管59が形成されている。すなわち、天井空間55、作業空間56、床下空間57及び導管59で気体循環路を形成している。導管59に設けられたファン24は、図1の作業空間56などに描かれた矢印が示す方向に空気を循環させる。
A
図1ではファン24が床下空間57と冷却器32との間に配置されているが、気体循環路内であればどこに配置してもよい。クリーンルーム50の外部に配置された導管59には、床下空間57から天井空間55へかけて、冷却器32、気体混合部60、補助ヒータ28、加湿用シャワー部36およびHEPAフィルタF2が配置されている。なお、HEPAフィルタF2については、クリーンルーム50の天井空間55に配置してもよい。
In FIG. 1, the
作業空間56内には、半導体露光装置101、フォトレジスト塗布現像装置、マスクを描画する電子ビーム露光装置及び洗浄装置などが配置される。これらの装置は温湿度管理が重要であるので、一般にチャンバと呼ばれる隔壁で覆われ、ほぼ密封した空間内に配置されている。図1において、チャンバ10及びチャンバ11内には半導体露光装置101が、チャンバ12内にはフォトレジスト塗布現像装置がそれぞれ配置されている。
In the
半導体露光装置101は、投影レンズ106を介してマスクRに形成されたパターンをウエハ基板Wに転写露光する。マスクRとウエハ基板Wを移動させる駆動モータ102は、制御基板105によって制御される。駆動モータ102および制御基板105は、かなりの熱量を発している。また、半導体露光装置101は、昼夜休みなく稼動しているので、駆動モータ102および制御基板105から昼夜を問わず熱が発生している。
なお、半導体製造メーカによっては、チャンバ10のように制御基板105を半導体露光装置の横に隣接した配置することもあり、またチャンバ11のように制御基板105を半導体露光装置の下側(床下空間57)に隣接した配置することもある。
The
Depending on the semiconductor manufacturer, the
チャンバ10ないしチャンバ12は、それぞれが個別に温調器(不図示)を有しており、クリーンルーム50内の空気を取り込み、所定温湿度にして、駆動モータ102および制御基板105などに送風している。
本実施形態では、チャンバ10ないしチャンバ12の天井側に排熱導管51が取り付けられている。排熱導管51とチャンバ10との間にはチャンバ10内の暖められた第二気体である空気A2を強制排出するための第一ファン15が取り付けられ、排熱導管51とチャンバ11との間には第二ファン16、排熱導管51とチャンバ12との間には第三ファン17が取り付けられている。
Each of the
In the present embodiment, the
例えば、クリーンルーム50内に送風される空気A1の温度が23.0°Cであった場合、駆動モータ102および制御基板105の熱により、排熱導管51に導かれる空気A2の温度は例えば30°C以上に達する。排熱導管51の下流には、チリ(浮遊物質)を除去するフィルタF1が配置されている。また、排熱導管51内の空気A2を強制排出するように、風量が調整できる可変風量ファン22が排熱導管51に取り付けられている。
For example, when the temperature of the air A1 blown into the
クリーンルーム50外の導管59には、上流側から冷却器32、気体混合部60、補助ヒータ28、および加湿用シャワー部36が配置されている。また、冷却器32の上流側の導管59には、外気を取り込む外気口62が設けられている。外気口62の下流には、循環空気A1と外気とが混ざった空気の温度を測定する第一温度計T1が配置される。冷却器32は、冷却媒体弁34を介して冷却塔からの冷媒の供給を受け、循環空気A1及び外気を冷媒と熱交換することによって冷却する。
A
このように冷却された循環空気A1及び外気は、気体混合部60(気体加熱部)へ導かれる。気体混合部60は、排熱導管51と接続されており、複数のチャンバ10〜12から排出された空気A2と循環空気A1及び外気とを混合する。排熱導管51と気体混合部60との間には、排熱導管51から気体混合部60へ導入される空気A2の温度を測定する第二温度計T2が配置され、また、排熱導管51から気体混合部60へ導入される空気A2の量を調整する可変調整弁26が配置される。
The circulating air A1 and the outside air thus cooled are guided to the gas mixing unit 60 (gas heating unit). The
気体混合部60の下流側には、補助ヒータ28が配置され、空気が気体混合部60で所定温度まで暖められなかった場合には所定温度まで空気を暖める。通常運転中に補助ヒータ28を作動させる必要はないが、半導体露光装置101の運転始動時などでは、排熱導管51から導入される空気温度が低い場合がある。この場合には補助ヒータ28が空気を所定温度まで暖める。また、外気が非常に冷たい冬季などにも補助ヒータ28を作動させる場合がある。
An
加湿用シャワー部36は、蒸気・水を貯留する貯留槽から水量弁38を介して、循環空気A1に蒸気・水を噴霧して所定湿度に加湿する。天井空間55又は導管59の最下流には、クリーンルーム50内へ導入される空気の温度が所定温度に達しているか否かを測定する第三温度計T3が配置される。
The
制御部100には、第一温度計T1ないし第三温度計T3が接続され、この測定値が入力される。また制御部100には、冷却器32の冷却を調整する冷却媒体弁34、導管59の空気流量を調整するファン24、排熱導管51から導入される空気A2の量を調整する可変風量ファン22及び調整弁26、補助ヒータ28ならびに温加湿用シャワー部36の水量弁38がそれぞれ接続されている。
A first thermometer T1 to a third thermometer T3 are connected to the
(第一実施形態の動作)
次に、クリーンルーム50内を23°Cプラスマイナス0.1°Cに調整するための温調システムの動作について説明する。
(Operation of the first embodiment)
Next, the operation of the temperature control system for adjusting the inside of the
作業空間56を経て床下空間57から導管59に導入される循環空気A1は、作業者又はチャンバ10ないしチャンバ12外に配置された装置の熱によって、例えば24°Cになっているとする。一方、外気口62から導管59に導入される空気は、冬季もしくは夏季によって又は日中もしくは夜間によって大きく変動する。夏季の日中であると仮定し、例えば35°Cの外気が取り込まれるとする。
It is assumed that the circulating air A1 introduced into the
この結果、第一温度計T1では、床下空間57からの循環空気A1と外気とが混ざり合って、例えば28°Cの空気になっている。この28°Cの空気は、冷却器32に導入され冷却される。クリーンルーム50内を23°Cにすることが目標であるから、冷却器32は、冷却器32の下流の導管59において、目標温度である23°Cよりも低い例えば22.0°Cまで冷やすように制御する。具体的には、冷却器32に流れる冷媒の量を調整すべく、制御部100により冷却媒体弁34が制御される。
As a result, in the first thermometer T1, the circulating air A1 from the
一方、冬季の夜間であると仮定し、例えば5°Cの外気が取り込まれるとすると、第一温度計T1では、床下空間57からの循環空気A1と外気とが混ざり合って、例えば19°Cの空気になっている。この19°Cの空気は、目標温度よりも低いので冷却器32で冷却する必要はない。
On the other hand, assuming that it is nighttime in winter, for example, 5 ° C outside air is taken in, the first thermometer T1 mixes the circulating air A1 from the
ここで、排熱導管51から導入される空気A2の温度が、半導体露光装置101内の駆動モータ102および制御基板105の熱により、第二温度計T2で計測すると30°Cになっているとする。気体混合部60は、冷却器32の下流の導管59に流れる循環空気A1と排熱導管51から導入される空気A2とを所定の割合で混同して、第三温度計T3で計測される温度を23.0°Cにする。具体的には、制御部100により可変風量ファン22及び可変流量弁26を制御して、気体混合部60に入る空気A2の量を調整する。なお、気体混合部60で使用されなかった排熱導管51から導入される空気A2は、使われずに不図示の排気口を通じて外部へ放出される。
Here, when the temperature of the air A2 introduced from the
一方、冬季など外気が非常に低い場合、もしくは半導体露光装置101の運転始動時など、排熱導管51から導入される空気A2をすべて混合しても気体混合部60で23.0°Cの空気に上昇できない際には、補助ヒータ28を作動し、23.0°Cの循環空気A1にする。その後、加湿用シャワー部36で循環空気A1を所定湿度まで加湿し、HEPAフィルタF2でチリなどを除去した後、作業空間56に循環空気A1が送風される。
On the other hand, even when all of the air A2 introduced from the
制御部100は、具体的には、比例、積分及び微分動作を持つ制御器を使ったPID制御、又はメンバシップ関数及びファジィルールを定義して人間の持つあいまいさを評価に入れるファジイ制御を使用して循環空気A1の温度制御を行う。温度計T3による計測結果を23.0°Cにするように、温度計T1ないし温度計T3を常時計測し、その計測結果に基づいて低温媒体及び高温媒体の流量を調整すべく、可変風量ファン22、ファン24、可変流量弁26、補助ヒータ28及び冷却媒体弁34を制御する。この場合、可変流量弁26は補助ヒータ28の出力が極力小さくなるように制御するのが好ましい。これにより効率的な省電力を実現することができる。また、外気口62に可変流量弁を設け、季節によって外気取入量を調整してもよい。たとえば、夏季は風量が不足しない範囲で外気取入量を少なくするのが望ましい。
Specifically, the
このように、第一実施形態の温調システムでは、気体混合部60で排熱導管51から導入される空気A2を使って循環空気A1の温度を上げるので、従来必要であったエアコンディショナーによる循環空気の加熱が不要となり、あるいは加熱量を減少させて、電力消費を抑えることができる。また、半導体露光装置101からの排熱を外部にすべて外部環境に排出せず、一部又はすべてを再利用しているので、環境保護の観点からも好ましいシステムである。
Thus, in the temperature control system of the first embodiment, the temperature of the circulating air A1 is raised by using the air A2 introduced from the
(第二実施形態の構成及びの動作)
図2は、第二実施形態に係る温調システムのシステム構成図である。
第二実施形態の温調システムは、気体混合部60の代わりに熱交換器61を使用している点で上述した第一実施形態の温調システムとは異なる。以下、第一実施形態と異なる点を説明する。
(Configuration and operation of the second embodiment)
FIG. 2 is a system configuration diagram of a temperature control system according to the second embodiment.
The temperature control system of the second embodiment differs from the temperature control system of the first embodiment described above in that a heat exchanger 61 is used instead of the
第一実施形態の気体混合部60と同じ位置に、熱交換器61が配置される。すなわち、熱交換器61には、導管59の冷却器32の下流側、補助ヒータ28の上流側に配置され、排熱導管51と接続される。この熱交換器61は、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属で構成され、熱交換器61内の伝熱プレートには、種々の突起や溝を設けて強度と表面積を増やしてある。また、波形状の突起を設けて気体の渦流を起こさせ、高い伝熱係数を得ている。
なお、第二実施形態では、排熱導管51と熱交換器61との間には、チリを除去するフィルタF1が配置されていない。後述するように、熱を奪った後の空気自体は、外部に排出され、循環空気として使用されることがないからである。
A heat exchanger 61 is disposed at the same position as the
In the second embodiment, the filter F1 for removing dust is not disposed between the
次に、第一実施形態と同様にクリーンルーム50内を23°Cプラスマイナス0.1°Cに調整するための温調システムの動作について説明する。
ここで、排熱導管51から導入される空気A2の温度(第二温度計T2の測定温度)が、半導体露光装置101内の駆動モータ102および制御基板105の熱により、例えば30°Cになっているとする。熱交換器61は、冷却器32の下流の導管59に流れる循環空気A1と排熱導管51から導入される空気A2の熱とを熱交換する。冷却器32で冷やされた循環空気A1は、制御部100により可変風量ファン22及び可変流量弁26が制御されることにより、熱交換器61で23.0°Cに加熱され、熱が奪われて冷やされた空気はすべて外部へ排出される。
Next, the operation of the temperature control system for adjusting the inside of the
Here, the temperature of the air A2 introduced from the exhaust heat conduit 51 (measurement temperature of the second thermometer T2) becomes, for example, 30 ° C. due to the heat of the
制御部100は、第一実施形態で説明したように、PID制御、又はファジイ制御を使用して循環空気A1の温度制御を行う。具体的には、温度計T3による計測結果を23.0°Cにするように、温度計T1ないし温度計T3を常時計測し、その計測結果に基づいて低温媒体及び高温媒体の流量を調整すべく、可変風量ファン22、ファン24、可変流量弁26、補助ヒータ28及び冷却媒体弁34を制御する。
As described in the first embodiment, the
このように、第二実施形態の温調システムでは、熱交換器61で排熱導管51から導入される空気A2の熱を使って循環空気A1の温度を上げるので、従来必要であったエアコンディショナーによる循環空気の加熱が不要となり電力消費を抑えることができる。また、半導体露光装置101からの排熱を奪ってから外部に排出しているので、環境保護の観点からも好ましいシステムである。
As described above, in the temperature control system of the second embodiment, the temperature of the circulating air A1 is increased by using the heat of the air A2 introduced from the
(デバイス製造方法)
最後に、上記半導体製造装置101を用いたデバイス製造方法について説明する。
半導体製造装置101は、以下のような工程を経て、クリーンルーム50内で半導体素子を製造する。すなわち、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図3に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスクRを製作するステップ202、シリコン材料からウエハ基板を製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置によりマスクRのパターンをウエハ基板に露光するリソグラフィ(露光処理)ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。
(Device manufacturing method)
Finally, a device manufacturing method using the
The
なお、第一及び第二実施形態とも装置全体を覆うチャンバから排熱導管51を導いていたが、本発明は、このような実施形態に限定されない。特に駆動モータ102および制御基板105からの発熱が大きいので、駆動モータ102および制御基板105のみを覆うチャンバを用意し、駆動モータ102および制御基板105から直接導く排熱導管51を用意してもよい。このような場合には、空気流量にもよるが40°C以上に暖められた空気になる。
In both the first and second embodiments, the
また、第一及び第二実施形態では、複数のチャンバから一本の排熱導管51に合流させてから、空気を気体混合部60又は熱交換器61に供給したが、チャンバ毎に排熱導管51を用意してもよいことは勿論である。
本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更を加えることができることは、当業者には明らかである。
In the first and second embodiments, the air is supplied from the plurality of chambers to one
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
24 …… ファン
28 …… 補助ヒータ
32 …… 冷却器
36 …… 加湿用シャワー部
50 …… クリーンルーム
55 …… 天井空間
57 …… 床下空間
60 …… 気体混合部
61 …… 熱交換器
62 …… 外気口
101 …… 露光装置
102 …… 駆動モータ
105 …… 制御基板
106 …… 投影レンズ
A1 …… 循環空気
A2 …… 排熱を含む空気
F1 …… フィルタ
F2 …… HEPAフィルタ
T1〜T3 …… 温度計
24 ...
Claims (6)
前記気体冷却部及び前記気体加熱部を経て所定温度に温調された第一気体を前記作業空間に供給し、且つ該第一気体を回収する温調システムにおいて、
前記作業空間に配置された発熱体と、
前記発熱体からの排熱を前記気体加熱部に導く排熱導管と、
を備えることを特徴とする温調システム。 A gas cooling section, a gas heating section, and a gas circulation path including a substantially sealed working space;
In the temperature control system that supplies the first gas, which is temperature-controlled to a predetermined temperature via the gas cooling unit and the gas heating unit, to the working space, and collects the first gas,
A heating element disposed in the work space;
An exhaust heat conduit for guiding exhaust heat from the heating element to the gas heating unit;
A temperature control system characterized by comprising:
前記気体加熱部が、前記気体冷却部を経て冷却された前記第一気体と前記第二気体とを混合する気体混合部を含むことを特徴とする請求項1に記載の温調システム。 The exhaust heat conduit is an air supply pipe for supplying a second gas exhausted from the heating element,
The temperature control system according to claim 1, wherein the gas heating unit includes a gas mixing unit that mixes the first gas and the second gas cooled via the gas cooling unit.
前記排熱導管を介して送られる前記発熱体の排熱量を調整する排熱量調整部と、
前記温度センサの計測情報に基づいて前記排熱量調整部を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の温調システム。 A temperature sensor for measuring the temperature of the first gas immediately before being introduced into the work space;
An exhaust heat amount adjusting unit that adjusts the exhaust heat amount of the heating element sent through the exhaust heat conduit;
The temperature control system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control unit that controls the exhaust heat amount adjustment unit based on measurement information of the temperature sensor.
前記作業空間は、洗浄度及び温度が略一定に維持されたクリーンルームであることを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の温調システム。 The heating element is an exposure apparatus that transfers and exposes a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system,
The temperature control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the work space is a clean room in which a degree of cleaning and a temperature are maintained substantially constant.
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