JP2011238160A - 温度制御装置、流体循環装置、および温度制御装置を用いた温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 温度制御装置1は、流体冷却部を有した閉鎖型の第1循環回路2と、流体加熱部としてのハロゲンランプヒータ31を有するとともに、ハロゲンランプヒータ31で加熱された温度流体を被温度制御対象物としての真空チャンバCに供給する閉鎖型の第2循環回路3と、第1循環回路2側からの温度流体を第2循環回路3側に送る送り流路4と、第2循環回路3側からの温度流体を第1循環回路2側流出させて戻すし流出流路5とを備え、送り流路4には、第1循環回路2側からの温度流体の送り流量を調整制御する流量制御バルブ40が設けられ、流出流路5には、温度流体の圧力を所定圧以下に補償する圧力制御バルブ50が設けられている。
【選択図】図1
Description
また、この温度制御装置における温度流体の温度制御は、全ての流量制御バルブのバルブ開度を一定にした状態で、流体加熱部の出力を制御することによって行われる。
さらに、流量制御バルブを複数設置するため、温度制御装置や流体循環装置の製造コストが高くなる。
また、特許文献1に記載のような従来の温度制御方法では、複数の流量制御バルブを用いるため、大きな流量から小さな流量まで流量制御を行う際に、流体の圧力変動が大きくなり、流体の温度や流量が不安定になる。このような場合、広い範囲で流量制御を行うことが困難である、もしくは時間がかかることにより、流量の制御範囲を狭くしなければならない。これにより、流体加熱部の出力が大きくなり、温度制御において消費されるエネルギー量が大きくなってしまう。
また、流出流路には、温度流体が混合されて第2循環回路内の圧力が所定圧力以上になった場合に動作する圧力制御バルブが設けられているが、この圧力制御バルブは、温度流体の膨張収縮に起因した第2循環回路内の圧力の変動も防止する。従来のように、この圧力変動を吸収するものとして、ベローズチューブなどを使った大型の圧力制御装置を用いることが不要となり、温度流体の圧力を調整するものを小型にできる。よって、温度制御装置全体をコンパクトにできる。
また、流量制御バルブを1つだけ設置すればよいので、複数の流量制御バルブを設置する場合と比べて温度制御装置の製造コストを低減できる。
また、流量制御バルブを1つだけ設置すればよいので、温度制御装置および流体循環装置の製造コストを低減できる。
図1に示すように、温度制御装置1は、閉鎖型の第1循環回路2と、閉鎖型の第2循環回路3と、第1循環回路2側からの温度流体を第2循環回路3側に送る送り流路4と、第2循環回路3側からの温度流体を第1循環回路2側に流出させて戻す流出流路5と、バルブ制御部62およびランプ制御部64を有する制御装置60とを備え、被温度制御対象物としての真空チャンバCに対して所定の目標温度Svに調整された温度流体を循環供給し、その循環供給される温度流体によって真空チャンバCの温度制御を行うものである。
また、図1に点線で示すように、第2循環回路3と、送り流路4と、流出流路5とを有して流体循環装置1Aが構成されている。
温度流体としては、フロリナート(登録商標)、エチレングリコール、オイル、水等の液体や窒素、空気、ヘリウム等の気体の中から半導体処理の種類や目標温度Svに応じたものを適宜選択することができる。
第2循環回路3は、温度流体が、供給ポンプ30→流体加熱部としてのハロゲンランプヒータ31→真空チャンバC→流量センサ32→供給ポンプ30といった経路で循環する閉鎖型循環回路である。第2循環回路3を循環する温度流体の温度は、本実施形態では約150℃である。
ハロゲンランプヒータ31は、図示しないハロゲンランプを備える光加熱方式のものであり、合流部Xで混合された温度流体のうち分岐部Yで真空チャンバC側に分岐された温度流体がハロゲンランプヒータ31に送られる。ハロゲンランプヒータ31に送られた温度流体は、点灯されたハロゲンランプから放射される赤外線を吸収し、その放射熱(輻射熱)によって加熱される。ハロゲンランプヒータ31で加熱された温度流体は真空チャンバCに供給される。
流量センサ32は、真空チャンバCの流出口C2から第2循環回路3に戻された温度流体の通過流量を測定検出する。
逆止弁41は、流量制御バルブ40を通過した温度流体が第1循環回路2に逆流することを防止している。
入口側温度センサ61は、真空チャンバCの流出口C2から戻された温度流体の入口温度Pv2を測定検出し、その温度検出信号を制御装置60のバルブ制御部62に出力する。
出口側温度センサ63は、ハロゲンランプヒータ31を通過した後の温度流体の出口温度Pv1を測定検出し、その温度検出信号をランプ制御部64に出力する。ランプ制御部64は、出口温度Pv1と予め設定された目標温度Svとの温度差T2(=Sv−Pv1)に基づいて、ハロゲンランプ点灯時間のデューティ比や発光量を適宜調整してハロゲンランプヒータ31の出力を制御する。
この温度制御方法では、温度差T1に基づいて流量制御バルブ40のバルブ開度が決定、調整制御され、温度差T2に基づいてハロゲンランプヒータ31の出力が制御されて、真空チャンバCに循環供給される温度流体が所定の目標温度Svに制御される。以下では、各動作ステップをS1,S2,・・・で示す。
S8において、温度差T1が0℃以上であると判断された場合には、温度差T1が0℃以上で0.3℃以下の状態である。このときには、流量制御バルブ40のバルブ開度はそのまま維持され、S5〜S7の動作に移行する。
なお、S4やS9においては、流量制御バルブ40のバルブ開度を規定の開度とするのではなく、流量制御バルブ40のバルブ開度を温度差T1に応じた所定の開度にしてもよい。
図3(A)に示すように、従来の特許文献1に記載のような温度制御方法では、流量制御バルブのバルブ開度を一定としており、図3(A)の(c)に示すように、流量制御バルブを通過する熱量は−4kW(4kWの冷却量)となる。このような流量制御バルブのバルブ開度を維持するためにチラー20で消費される消費電力としては、冷却効率COP(消費熱量に対する冷却熱量)を2としたとき、図3(A)の(d)に示すように、ほぼ一定の約2kWが必要である。
これに対して、図3(B)に示すように、本実施形態の温度制御装置1を用いた温度制御方法では、ハロゲンランプヒータ31の出力はほぼ一定に保つことが可能であり、図3(B)の(b)に示すように、出力に使用される電力はほぼ一定の約1kWが必要である。
前記実施形態では、被温度制御対象物として、半導体ウェハに各種半導体処理を実行するときに利用される真空チャンバCについて説明したが、温度制御装置1や流体循環装置1Aは、液晶デバイスに各種処理を実行するときに利用される処理室や他の恒温室についても適用できる。
また、前記実施形態では、入口側温度センサ61は、真空チャンバCの流出口C2の近傍で、真空チャンバCと流量センサ32との間に設けられているが、流量センサ32と合流部Xとの間に設けられていてもよく、要するに、流出口C2と合流部Xとの間に設けられていればよい。
また、前記実施形態における温度制御方法では、圧力制御バルブ50を備えた温度制御装置1が用いられたが、本発明の温度制御方法は、圧力制御バルブを備えていない温度制御装置を用いた場合においても適用可能である。
Claims (5)
- 被温度制御対象物に対して所定の目標温度に調整された温度流体を循環供給し、その循環供給される温度流体によって前記被温度制御対象物の温度制御を行う温度制御装置であって、
流体冷却部を有した閉鎖型の第1循環回路と、
流体加熱部を有するとともに、前記流体加熱部で加熱された温度流体を前記被温度制御対象物に供給する閉鎖型の第2循環回路と、
前記第1循環回路側からの温度流体を前記第2循環回路側に送る送り流路と、
前記第2循環回路側からの温度流体を前記第1循環回路側に流出させて戻す流出流路とを備え、
前記送り流路には、前記第1循環回路側からの温度流体の送り流量を調整制御する流量制御バルブが設けられ、
前記流出流路には、前記第2循環回路内の温度流体の圧力を所定圧力以下に補償する圧力制御バルブが設けられている
ことを特徴とする温度制御装置。 - 請求項1に記載の温度制御装置において、
温度流体が前記被温度制御対象物から送り出される流出口近傍には、前記被温度制御対象物から戻される温度流体の温度を検出する温度センサが設けられる
ことを特徴とする温度制御装置。 - 流体加熱部を有するとともに、前記流体加熱部で加熱された温度流体を被温度制御対象物に供給する閉鎖型の循環回路と、
冷却された温度流体を前記循環回路に送る送り流路と、
前記循環回路側からの温度流体を流す流出流路とを備え、
前記送り流路には、前記冷却された温度流体の送り流量を調整制御する流量制御バルブが設けられ、
前記流出流路には、前記循環回路内の温度流体の圧力を所定圧力以下に補償する圧力制御バルブが設けられている
ことを特徴とする流体循環装置。 - 請求項3に記載の流体循環装置において、
温度流体が前記被温度制御対象物から送り出される流出口近傍には、前記被温度制御対象物から戻される温度流体の温度を検出する温度センサが設けられる
ことを特徴とする流体循環装置。 - 請求項1または請求項2に記載の温度制御装置を用いて、その温度制御装置により循環供給される温度流体によって前記被温度制御対象物の温度制御を行う温度制御方法であって、
前記被温度制御対象物から戻される温度流体の温度を検出するとともに、その検出された温度と前記被温度制御対象物へ送られる温度流体の目標温度との温度差を算出する工程と、
その算出結果に基づいて、前記流量制御バルブのバルブ開度を調整制御する工程と、
前記流量制御バルブのバルブ開度を調整制御する工程の後に、前記流体加熱部を通過して前記被温度制御対象物に送られる温度流体の温度を検出するとともに、その検出された温度と前記目標温度との温度差を算出する工程と、
その算出結果に基づいて前記流体加熱部の出力を制御する工程とを備えている
ことを特徴とする温度制御方法。
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