JP2018010178A - 液体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体が流通される配管の腐食を生じさせずに、当該液体を温度調節することができる液体加熱装置を提供することにある。【解決手段】 液体加熱装置は、内部を液体が流通する石英ガラス製の配管よりなる加温部と、当該加温部の前記配管の管壁を介して内部の液体に赤外光を照射する赤外光源とを備えてなることを特徴とする。前記液体が超純水であることが好ましい。液体加熱装置においては、前記加温部を通過した前記液体の温度を測定する測温部と、当該測温部において得られた液体の温度信号により、前記赤外光源の出力および／または加温部を流通する液体の流量を調節する制御部とをさらに備えてなる構成とすることができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液体を介して基板に露光光を照射して露光する液浸露光用の液体、具体的には超純水を加熱する液体加熱装置に関するものである。

半導体を製造する装置の一つとして、例えば液浸露光装置が知られている（特許文献１参照。）。
液浸露光装置は、露光の際、光学系（対物レンズ）とワーク（基板）との間に液体、具体的には水を充填し、この水を介してワークに露光光を照射して露光を行う。

水は、温度により屈折率が変化することが知られており、水の屈折率が変化すると液浸露光における露光精度が低くなってしまう。そこで、液浸露光用の水としては温度調節された水が用いられている。
さらに、液浸露光用の水としては、屈折率の管理や高精細のパターンを形成する観点から、超純水が好適に用いられる。
液浸露光用の超純水の温度調節は配管中に超純水を流通させた状態において行っており、この配管としては、通常、熱伝導率が高いという理由から、例えばステンレス鋼などの金属材料により形成されたものが用いられている。

特開２００６−２６１６０４号公報

しかしながら、超純水は非常に高い純度の水であるため、超純水に接触した金属が溶け込みやすい状態にあり、従って超純水は金属材料を腐食する性質を有するので、温度調節に用いる配管が腐食され、当該配管からの水漏れが生じてしまう、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、液体が流通される配管の腐食を生じさせずに、当該液体を温度調節することができる液体加熱装置を提供することにある。

本発明の液体加熱装置は、内部を液体が流通する石英ガラス製の配管よりなる加温部と、
当該加温部の前記配管の管壁を介して内部の液体に赤外光を照射する赤外光源と
を備えてなることを特徴とする。

本発明の液体加熱装置においては、前記液体が超純水であることが好ましい。

本発明の液体加熱装置においては、前記加温部を通過した前記液体の温度を測定する測温部と、
当該測温部において得られた液体の温度信号により、前記赤外光源の出力および／または加温部を流通する液体の流量を調節する制御部と
をさらに備えてなる構成とすることができる。

本発明の液体加熱装置においては、前記測温部が、前記液体からの赤外光を透過する石英ガラス製の測温部配管を有し、当該測温部配管を透過した赤外光を測定するものであることが好ましい。

本発明の液体加熱装置においては、前記測温部が、前記加温部に形成されている構成とすることができる。

本発明の液体加熱装置においては、前記測温部の測温部配管を構成する石英ガラスは、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を透過するものであり、前記測温部が、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を測定するものであることが好ましい。

本発明の液体加熱装置によれば、液体が流通される配管が石英ガラス製のものであることにより、液体が超純水であっても当該液体が流通される配管の腐食を生じさせずに、当該液体を温度調節することができる。

本発明の液体加熱装置の一例における構成を示す模式図である。 図１の液体加熱装置の斜視図である。 或る種の石英ガラスおよび超純水の赤外透過スペクトルを示す図である。 （ａ）は、或る種の石英ガラスの赤外透過スペクトル、および、２０℃の超純水の赤外放射スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の石英ガラスの赤外透過スペクトルと超純水の赤外放射スペクトルとを乗じた合成スペクトルを示す図である。 （ａ）は、本発明の液体加熱装置の他の例における構成を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の液体加熱装置の一例における構成を示す模式図、図２は、図１の液体加熱装置の斜視図である。
この液体加熱装置は、液体を被処理体（被処理水）とし、具体的には、被処理水は、水、特に超純水とされる。
液体加熱装置は、内部に被処理水が流通する例えば円筒状の石英ガラス製の配管１１と、当該配管１１内に配置された、流通される被処理水に配管１１の管壁を介して内部の被処理水に赤外光を照射する赤外光源２０とを備えるものであり、配管１１における赤外光源２０が照射される部分によって加温部１２が構成されている。また、配管１１内の空間によって被処理水が流通される流通空間Ｒが形成されている。
この液体加熱装置には、加温部１２を通過した被処理水の温度を測定する測温部３０と、当該測温部３０において得られた被処理水の温度信号により、赤外光源２０の出力および／または加温部１２を流通する被処理水の流量を調節する制御部３５とがさらに備えられている。

赤外光源２０は、例えば直管状のものであって、配管１１の外部に、当該赤外光源２０の管軸（ランプ中心軸）が配管１１の管軸と平行となるように支持部材（図示省略）によって支持されている。
この例の液体加熱装置においては、１本の配管１１の周囲に３本の赤外光源２０が、管軸と垂直な断面において配管１１の軸中心を中心とする正三角形の各角にランプ中心軸の軸中心が位置するよう、互いに離間して並設されている。
赤外光源２０と配管１１との間の距離は、例えば３０ｍｍとされる。

配管１１および赤外光源２０は、配管１１の管軸に沿って伸びる筒状の楕円集光筒鏡２４内に収容されている。具体的には、楕円集光筒鏡２４は、管軸の周囲に連続して３個、各々断面が楕円の円弧である樋状の反射部２５が配置されて一体化された形状を有し、各々の反射部２５内に赤外光源２０の各々が配置されると共に、各々の赤外光源２０からの赤外光が配管１１に向かって反射されるよう、配管１１が、その管軸が楕円集光筒鏡２４の管軸と一致するよう配置されている。

配管１１は、赤外光源２０からの赤外光を透過する性質を有し、かつ、超純水に対して腐食されない石英ガラスよりなり、例えば、加温部１２において被処理水を効率的に加熱する観点から、ＯＨ基の濃度の低い石英ガラスよりなるガラス管を用いることが好ましい。配管１１を構成する石英ガラスのＯＨ基の濃度は、例えば１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
配管１１にＯＨ基の濃度が高い石英ガラスよりなるガラス管を用いると、ＯＨ基は波長２．８μｍ付近に吸収を有するので被処理水の直接的な光吸収が得られにくく、被処理水を効率的に加熱することが困難となる。

配管１１の加温部１２の内径は例えばφ１０ｍｍとされ、肉厚が３ｍｍとされる。この寸法の加温部１２においては、被処理水に直接吸収されるエネルギーが８０％以上となる。
配管１１の加温部１２の内径が過小である場合は、十分な量の加温された被処理水が得られないおそれがある。一方、配管１１の加温部１２の内径が過大である場合は、被処理水を所期の温度に加温することができないおそれがある。

赤外光源２０としては、被処理水に吸収される０．９μｍ以上の波長範囲の赤外光を放射する光源が用いられることが好ましく、より好ましくは１．３μｍ以上の波長範囲の赤外光を放射する光源である。
赤外光源２０から放射される赤外光の波長域について、具体的に説明する。
図３は或る種の石英ガラスおよび超純水の赤外透過スペクトルを示す図であって、曲線ａは石英ガラスの赤外透過スペクトル、曲線ｂは超純水の赤外透過スペクトルである。図３の曲線ａに示すように、この種の石英ガラスは、０．９μｍ以上の波長範囲の赤外光を透過しやすい。従って、配管１１の加温部１２の材質が図３に示す赤外透過スペクトルを有する石英ガラスである場合には、０．９μｍ以上の波長範囲の赤外光であれば、配管１１の加温部１２に照射されることにより、当該配管１１の加温部１２の管壁を透過して加温部１２の内部を流通する被処理水を高い効率で加熱することができる。
また、図３の曲線ｂに示すように、被処理水（超純水）は、１．３μｍ以上の波長範囲の赤外光を透過しにくい、すなわち吸収しやすい。従って、特に１．３μｍ以上の波長範囲の赤外光であれば、配管１１の加温部１２に照射されることにより、当該配管１１の加温部１２の管壁を良好に透過し、かつ、加温部１２の内部を流通する被処理水に十分に吸収されて、高い効率で加熱することができる。
石英ガラスは熱伝導率が低いため、被処理水を直接加温する方がより効率的に被処理水を加温することができる。従って、赤外光源２０として、０．９μｍ以上、好ましくは１．３μｍ以上の波長範囲の赤外光を放射するものを用いることにより、被処理水を高い効率で加温することができる。
なお、赤外光源２０から放射される光には、他の石英ガラスに吸収される波長の光を含んでいても構わない。配管１１を構成する石英ガラスが加熱されたとしても、間接的に被処理水が加熱される作用が得られる。

赤外光源２０としては、具体的には、例えばハロゲンヒータ、セラミックヒータなどを用いることができる。

赤外光源２０の出力は、例えば１本当たり３００Ｗとすることができる。赤外光の出力は、入力の８５％程度とされる。
被処理水の流量が例えば５Ｌ／ｍｉｎである場合に、１秒間に１℃被処理水の温度を上昇させるために必要な赤外光源２０の入力は８１９Ｗとされる。

測温部３０は、被処理水からの赤外光を透過する石英ガラス製の測温部配管１５を有し、当該測温部配管１５を透過して放射される赤外光を測定するものである。この液体加熱装置において、測温部３０の測温部配管１５は、配管１１の加温部１２に連続した領域からなる。
この構成の液体加熱装置において、測温部３０において測定する被処理水の温度は、例えば加温部１２を通過した直後の被処理水の温度とされる。
測温部配管１５も加温部１２と同様に被処理水が接触する部分に金属が使用されていないために、被処理水が超純水であっても腐食が生じない。

測温部配管１５を構成する石英ガラスは、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を透過するものであることが好ましい。
このとき、測温部３０は、放射温度計３１によって２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を測定して被処理水の温度を算出する。
測温部配管１５から放射される赤外光の波長域について、図４を用いて具体的に説明する。
図４（ａ）の曲線ｃは、２０℃の超純水の赤外放射スペクトルであり、曲線ｄは或る種の石英ガラスの赤外透過スペクトルである。図４（ａ）の曲線ｃに示されるように、２０℃の超純水からの赤外放射スペクトルは、９．５μｍの波長付近にピークを有する形状のものである。一方、曲線ｄに示されるように、石英ガラスの赤外透過率は、５μｍの波長以降において極めて小さくなる。
従って、図４（ｂ）に示される、石英ガラスの赤外透過スペクトルと超純水の赤外放射スペクトルとを乗じた合成スペクトルから理解されるように、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を測定することにより、測温部配管１５において石英ガラスを介して被処理水からの赤外放射を測定することができてその温度を算出することができる。

制御部３５は、測温部３０において得られた被処理水の温度信号により、赤外光源２０の出力および／または加温部１２を流通する被処理水の流量を調節するものである。
具体的には、被処理水の温度が所期の値よりも大きい場合には、赤外光源電源２１によって赤外光源２０の出力を下げるおよび／または加温部１２を流通する被処理水の流量を大きくする制御がなされる。一方、被処理水の温度が所期の値よりも小さい場合には、赤外光源電源２１によって赤外光源２０の出力をあげるおよび／または加温部１２を流通する被処理水の流量を小さくする制御がなされる。

楕円集光筒鏡２４は、内壁に例えば金メッキが施されたガラス製のものとすることができる。

この液体加熱装置において、被処理水の加温処理中には、赤外光源２０が点灯され、また、被処理水が配管１１の一端部（図１において左端部）から当該配管１１の加温部１２内に供給される。そして、流通空間Ｒを流通する被処理水に対して、赤外光源２０からの赤外光が、配管１１の加温部１２の管壁を透過して被処理水に照射され、当該被処理水に赤外光が吸収されて温度が上昇される。配管１１の加温部１２を通過した被処理水は、連続して配管１１の測温部配管１５を通過する。このとき、配管１１の測温部配管１５の管壁を透過して被処理水から放射される赤外光を放射温度計３１によって測定し、必要に応じて赤外光源２０の出力および／または加温部１２を流通する被処理水の流量が調節される。図１には、被処理水の流通方向が白抜き矢印によって示されている。

被処理水の流量は、例えば５Ｌ／ｍｉｎとされる。

被処理水の目標とする温度は、例えば２０℃程度とされる。

以上のような液体加熱装置によれば、被処理水が流通される配管１１が石英ガラス製のものであることにより、被処理水が超純水であっても当該被処理水が流通される配管１１の腐食を生じさせずに、当該被処理水を温度調節することができる。

このような本発明の液体加熱装置は、液体を介して基板に露光光を照射して露光する液浸露光用の液体、具体的には超純水を加熱する装置として好適に用いられる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、測温部の測温部配管は加温部に形成されていてもよい。

また例えば、赤外光源２０の数は３本に限定されず、用いる赤外光源２０の出力等を考慮した数とすることができる。

また例えば、被処理水が流通される配管は、二重管構造のものとすることができる。
具体的には、図５に示されるように、配管４１は、両端が閉塞された外形が直円筒状の二重管構造のものとされ、配管４１内の円環状の空間によって被処理水が流通される流通空間Ｒが形成されている。また、配管４１の一方の端部に近接した位置に、被処理水が供給される被処理水供給口４３が設けられていると共に、配管４１の他方の端部に近接した位置に、被処理水が排出される被処理水排出口４４が設けられており、当該被処理水排出口４４が測温部配管とされる。この図の例において、被処理水供給口４３と被処理水排出口４４とは、並列配置されている。

二重管構造の配管４１の筒内部には、当該配管４１の管軸に沿って赤外光源５０が配設されている。この赤外光源５０は、配管４１の内側管の内径よりも小さい外径を有すると共に配管４１の全長と略同等の全長を有しており、配管４１の筒内部において、当該赤外光源５０の管軸（ランプ中心軸）が配管４１の管軸と一致するように支持部材（図示省略）によって支持されている。すなわち、赤外光源５０は、当該赤外光源５０の管軸（ランプ中心軸）が配管４１の管軸と一致し、流通空間Ｒに囲まれるように配設されている。
図５において、図１の液体加熱装置と同じ部材には、同符号を付して示した。また、図５には、被処理水の流通方向が白抜き矢印によって示されている。

以下、本発明の液体加熱装置の具体的な実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１および図２の液体加熱装置を用い、被処理水の流量を５Ｌ／ｍｉｎとして赤外光源によって加温処理を行った。液体加熱装置の構成を以下に示す。

−構成−
［配管（加温部、側温部）］
・材質：ＯＨ濃度１０ｐｐｍ以下の石英ガラス
・内径：１０ｍｍ
・肉厚：３ｍｍ
・管長：３００ｍｍ
［赤外光源］
・種類：ハロゲンヒータ
・出力・３００Ｗ
・加温部との中心間距離：３０ｍｍ
［楕円集光筒鏡］
・材質：内側に金メッキが施されたガラス
・楕円集光筒鏡の頂部から第１焦点までの距離：１５ｍｍ
・楕円集光筒鏡の頂部から第２焦点までの距離：４５ｍｍ
・開口幅：４１．４ｍｍ
・長さ：２００ｍｍ

以上のように加温した結果、加温部を通過する前の被処理水の温度が１９℃、側温部における被処理水の温度が２０℃であり、目標値２０℃が達成された。

１１ 配管
１２ 加温部
１５ 測温部配管
２０ 赤外光源
２１ 赤外光源電源
２４ 楕円集光筒鏡
２５ 反射部
３０ 測温部
３１ 放射温度計
３５ 制御部
４１ 配管
４３ 被処理水供給口
４４ 被処理水排出口
５０ 赤外光源
Ｒ 流通空間

Claims (6)

1. 内部を液体が流通する石英ガラス製の配管よりなる加温部と、
   当該加温部の前記配管の管壁を介して内部の液体に赤外光を照射する赤外光源と
   を備えてなることを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記液体が超純水であることを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
3. 前記加温部を通過した前記液体の温度を測定する測温部と、
   当該測温部において得られた液体の温度信号により、前記赤外光源の出力および／または加温部を流通する液体の流量を調節する制御部と
   をさらに備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体加熱装置。
4. 前記測温部が、前記液体からの赤外光を透過する石英ガラス製の測温部配管を有し、当該測温部配管を透過した赤外光を測定するものであることを特徴とする請求項３に記載の液体加熱装置。
5. 前記測温部が、前記加温部に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体加熱装置。
6. 前記測温部の測温部配管を構成する石英ガラスは、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を透過するものであり、前記測温部が、２．５〜５．０μｍの波長範囲のうち少なくとも一部の波長範囲の赤外光を測定するものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の液体加熱装置。