JP3041102U - 熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設定温度が室温よりもあまり高くない場合に
も高精度の温度制御を効率良く行うことができ、追従性
の良好な熱交換システムを提供する。 【解決手段】 本考案の特徴は、処理槽と、前記処理槽
内に、処理液を循環させる循環路と、前記循環路に配設
され、前記循環路を循環する前記処理液を冷却または加
熱する第１および第２の熱交換器とを具備し、前記第１
の熱交換器は、電流の供給によって冷却または加熱能力
が可変となるように構成されたサーモモジュールで構成
され、前記第２の熱交換器は、電流の供給によって加熱
能力が可変となるように構成されたヒータで構成される
とともに、加熱に際しては、前記第１および第２の熱交
換器に電流が供給せしめられ、冷却に際しては、前記第
２の熱交換器への電流が停止または減少せしめられ、前
記第１の熱交換器に電流が供給されるように構成されて
いることにある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、熱交換システムに係り、特に、高速でかつ高精度の温度制御を行う ことの可能な熱交換システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体ウェハの湿式洗浄工程では、ＲＣＡ洗浄とよばれる洗浄プロセスが広く 採用されている。このプロセスのうち、アンモニア過水（ＳＣ−１）による有機 物、パーティクルの除去工程および、塩酸過水（ＳＣ−２）による金属イオン除 去工程では、８０℃前後で実効されるのが一般的であった。しかしながら、最近 の技術の進歩により、素子の微細化および高精度化が進むにつれて、処理は極め て高精度に制御する必要があり、処理温度も低くなる傾向にあり、例えば４０℃ 前後のプロセスもみられるようになった。

【０００３】 従来のように設定温度を８０℃前後に維持するには、特に冷却機能を付与する 必要がなく、装置外への自然な熱放散が多いため、加熱装置のみでも十分に一定 温度を維持することができた。しかし設定温度が４０℃前後になると装置外への 自然な熱放散が少なく、プロセス条件にもよるが加熱装置のみでは一定温度を維 持することができないという問題があった。

【０００４】 なかでもサブミクロンのパーティクルを除去する効果的な洗浄法としてメガソ ニック帯域の超音波が併用されることが多いが、このエネルギーは処理液中で消 費されるため、このとき４０℃を越えてしまうことがあった。

【０００５】 一方、２０℃から３０℃の温度領域で使用されるものに対しては、冷却／加熱 の両機能をもつサーモモジュールを用いた電子冷却・加熱方式の熱交換器が多用 されてきた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、処理工程数が増大する一 方、各種処理工程で用いられる処理液の数および量も多くなっている。このよう な状況の中で、前述したような電子冷却・加熱方式の熱交換器を用いて、処理液 温度を制御する際、生産性を高めるため４０℃までの待ち時間を少なくするには 、サーモモジュールを多数必要とし、高価となり、小型化にも限界があった。

【０００７】 そこで、４０℃付近において必要な冷却能力を有すると共に、十分な加熱能力 をも有する冷却／加熱装置が必要であり、またコストの低減、および小型化も要 求されている。

【０００８】 このように設定温度が室温よりあまり高くない場合にも、高精度の温度制御を 行うことができるとともに、室温から設定温度までの昇温待ち時間の短い熱交換 システムが求められているが、従来この要求を満たすことのできる装置はなかっ た。

【０００９】 本考案は前記実情に鑑みてなされたもので、設定温度が室温よりもあまり高く ない場合にも高精度の温度制御を効率よく行うことができる熱交換システムを提 供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の特徴は、処理槽と、前記処理槽内に、処理液を循環させる循環路と、 前記循環路に配設され、前記循環路を循環する前記処理液を冷却または加熱する 第１および第２の熱交換器とを具備し、前記第１の熱交換器は、電流の供給によ って冷却または加熱能力が可変となるように構成されたサーモモジュールで構成 され、前記第２の熱交換器は、電流の供給によって加熱能力が可変となるように 構成されたヒータで構成されるとともに、加熱に際しては、前記第１および第２ の熱交換器に電流が供給せしめられ、冷却に際しては、前記第２の熱交換器への 電流が停止または減少せしめられ、前記第１の熱交換器に電流が供給されるよう に構成されていることにある。 望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は 一体的に形成された１つの熱交換器で構成されていることを特徴とする。

【００１１】 また望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は、処理液との熱交換接触面 が平板状の熱交換基板で構成されると共に、前記熱交換基板の少なくとも前記熱 交換接触面が炭化珪素、アモルファスカーボン、石英ガラスのいずれかで構成さ れていることを特徴とする。 望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は、処理液との熱交換接触面が平 板状の熱交換基板で構成され、前記熱交換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファ イト、石英ガラス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウムの何れかを基材と し、前記熱交換接触面を前記基材表面にコーティングまたは接着されたフッ素樹 脂層で構成したことを特徴とする。

【００１２】 本考案の第２の特徴は、処理槽と、前記処理槽内に、処理液を循環させる循環 路と、前記循環路に配設され、前記循環路を循環する前記処理液を冷却または加 熱する第１および第２の熱交換器とを具備し、前記第１の熱交換器は、電流の供 給によって冷却または加熱能力が可変となるように構成されたサーモモジュール で構成され、前記第２の熱交換器は、電流の供給によって加熱能力が可変となる ように構成されたヒータで構成されるとともに、目的温度への加熱に際しては、 前記第１および第２の熱交換器に電流が供給せしめられ、前記目的温度での安定 化かに際しては、前記第２の熱交換器への電流が停止または減少せしめられ、前 記第１の熱交換器に電流が供給されるように構成されていることにある。

【００１３】 望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は一体的に形成された１つの熱交 換器で構成されていることを特徴とする。

【００１４】 また望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は、処理液との熱交換接触面 が平板状の熱交換基板で構成されると共に、前記熱交換基板の少なくとも前記熱 交換接触面が炭化珪素、アモルファスカーボン、石英ガラスのいずれかで構成さ れていることを特徴とする。 望ましくは、前記第１および第２の熱交換器は、処理液との熱交換接触面が平 板状の熱交換基板で構成され、前記熱交換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファ イト、石英ガラス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウムの何れかを基材と し、前記熱交換接触面を前記基材表面にコーティングまたは接着されたフッ素樹 脂層で構成したことを特徴とする。

【００１５】 また、前記第１の熱交換器は、処理液との熱交換接触面が平板状の熱交換基板 で構成されると共に、前記熱交換基板の少なくとも前記熱交換接触面が炭化珪素 、アモルファスカーボン、石英ガラスのいずれかで構成されるとともに、前記第 ２の熱交換器は、ハロゲンランプを熱源とし、前記処理液との接触部材が筒状の 透明石英ガラスで構成されていてもよい。

【００１６】 さらにまた、前記第１の熱交換器は、処理液との熱交換接触面が平板状の熱交 換基板で構成され、前記熱交換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファイト、石英 ガラス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウムの何れかを基材とし、前記熱 交換接触面を前記基材表面にコーティングまたは接着されたフッ素樹脂層で構成 されるとともに、前記第２の熱交換器は、ハロゲンランプを熱源とし、前記処理 液との接触部材が筒状の透明石英ガラスで構成されていてもよい。

【００１７】 上記構成によれば、目的温度が４０℃程度の室温に近い温度であっても、加熱 能力に加えて必要十分な冷却能力を付与することができるので、効率よく、高精 度の温度制御を達成できるとともに、室温から目的温度までの昇温待ち時間を短 縮するだけの十分な加熱能力を容易に付与するできることができる、また目的温 度が、室温と大きく異なる場合にも、室温から目的温度までの昇温待時間を短縮 するだけの十分な加熱能力を容易に付与することも可能となる。

【００１８】

【実施例】

次に本考案の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１９】 この熱交換システムは、図１に系統説明図を示すように、処理槽１と、前記処 理槽１内に、処理液２を循環させる循環路３と、前記循環路３に配設され、前記 循環路３を循環する前記処理液２を加熱するヒータからなる第２の熱交換器６と 、前記処理槽１内の温度を検出する温度センサ５と、加熱せしめられた前記処理 液２を所望の温度に維持すべく冷却または加熱の温度制御を行うサーもモジュー ルからなる第１の熱交換器４とを具備し、加熱に際しては、前記第１および第２ の熱交換器４，６に電流が供給せしめられ、目的温度での安定化に際しては第２ の熱交換器への電流が停止または減少せしめられ、第１の熱交換器に電流が供給 されるようにしたことを特徴とする。また温度センサ５の出力に応じてそれぞれ 第１の熱交換器４および第２の熱交換器６を制御するサーモモジュール制御装置 ７ａおよび加熱制御装置７ｂを備えた温調器７を具備している。

【００２０】 ここで第１の熱交換器４は、図２にその要部拡大図を示すように熱交換基板１ １、１２は、高純度のアモルファスカーボン基板からなり、半導体処理薬液との 反応を防ぐと共に、半導体処理薬液を汚染することもない。

【００２１】 すなわちこの第１の熱交換器は、熱交換基板１１，１２が、弗素樹脂からなる 側部壁体１３を介して対向配置せしめられて冷却加熱室１４を形成し、この冷却 加熱室において、処理槽から第１の配管２１を介して導入されてくる半導体処理 薬液に対し温度制御を行なうように構成されている。

【００２２】 さらにこの装置では、サーモモジュール１５，１６によって各々冷却又は加熱 せしめられるように構成され、サーモモジュール１５，１６の放熱側は夫々、冷 却パイプ１７，１８を介して導入される冷却水によって冷却される放熱ブロック １９，２０に接触せしめられている。そして、第１の配管２１を介して半導体処 理薬液を上記冷却加熱室１４内に導入すると、冷却加熱室１４内で冷却または加 熱された後第２の配管２２を介して処理槽に戻される。さらに、熱交換基板１１ 、１２と側部壁体１３とは、接液表面が弗素樹脂からなるＯリングＯによって気 密的にシールされている。２３はアルミニウムまたは銅で形成された熱伝導性の 良好な補強板である。

【００２３】 また第２の熱交換器６は、図３にその要部拡大図を示すように熱交換基板４１ 、４２は、第１の熱交換器と同様高純度のアモルファスカーボン基板からなり、 半導体処理薬液との反応を防ぐと共に、半導体処理薬液を汚染することもない。

【００２４】 すなわちこの第２の熱交換器は、熱交換基板４１，４２が、弗素樹脂からなる 側部壁体４４を介して対向配置せしめられて加熱室４３を形成し、この加熱室４ ３において、処理槽から第３の配管４８を介して導入されてくる半導体処理薬液 に対し温度制御を行なうように構成されている。４５、４６は、ヒータブロック である。

【００２５】 なお、この熱交換基板の形成に際しては、アルカリ金属・重金属含有率が５ｐ ｐｍ以下の高純度のアモルファスカーボン基板を所望の形状に加工したのち、必 要に応じて研磨加工を行い、表面を平滑化する。

【００２６】 このようにして形成された装置では、安定して、高精度の温度制御を行うこと が可能となり、また熱交換基板が処理薬液と接触して不純物を混入させるような こともなく、長期間にわたって良好に半導体処理薬液の温度制御を行うことが可 能である。なお、この装置では、アンモニア過水、塩酸過水の他、弗酸、硝酸、 リン酸、硫酸、に対しても十分な耐性を発揮する。

【００２７】 この熱交換基板は、表面が鏡面に近い状態となっているため、ＯリングＯによ って、気密性が極めて良好となるようにシールされ、液もれが皆無となる。

【００２８】 さらに基材としてアモルファスカーボンを用いているため加工性が良好で、鏡 面加工も容易である。

【００２９】 ここで新液温度は２０℃とし、目的温度は４０℃とし、液量は３５ｌとする。

【００３０】 また第１の熱交換器は４０℃における冷却能力７００Ｗ、２０℃〜４０℃にお ける加熱能力８５０Ｗで構成されるとともに、第２の熱交換器は加熱能力３００ ０Ｗで構成される。

【００３１】 次に、熱交換システムを用いた熱交換ステップについて、図１を参照しつつ説 明する。

【００３２】 まず、旧液新液の入れ替えと同時にヒーティングモードに入り、第１の熱交換 器４と第２の熱交換器６との両方がヒーティングモードとなり、処理槽１から熱 交換液２が第１の熱交換器４と第２の熱交換器６に循環せしめられ、循環路３を 流れる処理液は２０℃から４０℃ まで急速に加熱される。その立ち上がり時の 待ち時間は約１４分ですむ。

【００３３】 そして温度センサ５の出力が目的温度４０℃に到達したとき、ヒーティングモ ードから制御モードに移行し、第２の熱交換器６はオフ状態となり、第１の熱交 換器４のみがオン状態となり、制御モードに入る。半導体処理薬液温度が４０℃ のとき装置外への自然熱放散を約３００Ｗと見積もると、第１の熱交換器の加熱 能力が８５０Ｗであるから第１の熱交換器だけで十分に４０℃を維持することが できる。 またメガソニック帯域の超音波（液中消費エネルギー９００Ｗ）が併用されて いる場合にも、第１の熱交換器の冷却能力７００Ｗと自然熱放散３００Ｗの合計 １０００Ｗの冷却能力をもつので、これに対しても能力的に十分である。

【００３４】 そして再び旧液新液の入れ替えがなされると同時にヒーティングモードに入り 、第１の熱交換器４および、第２の熱交換器６が作動する。

【００３５】 このようにして処理槽の新液供給に際し、目的温度への高速安定化をはかるこ とが可能となる。

【００３６】 なお、前記実施例では熱交換基板をアモルファスカーボンで構成したが、これ に限定されることなく、炭化珪素、石英ガラスのいずれかで構成するかまたは、 炭化珪素、アルミナ、グラファイト、石英ガラス、酸化アルミニウム被覆された アルミニウムの何れかを基材とし、熱交換接触面をこの基材表面にコーティング または接着されたフッ素樹脂層で構成するようにしてもよい。

【００３７】 また、第１および第２の熱交換器は図４および図５に変形例を示すように一体 化するようにしてもよい。なお同一部位には同一符号を付した。図４は、第１お よび第２の熱交換器を、流路に対して直列となるように一体的に配置したもので ある。また図５は流路の両面から相対向して第１および第２の熱交換器を一体的 に配置したものである。

【００３８】 次に本考案の第２の実施例として、第２の熱交換器を、図６に示すように、透 明石英ガラスからなり、処理液導入口５１と排出口５２とを有する外管５３内に 円筒状の透明石英ガラスからなる内管５４を挿通し、この内管５４内に熱源とし てのハロゲンランプ５５を設置したもので構成するのも有効である。このハロゲ ンランプの加熱能力は電力の供給量によって適宜変更可能であり、電流変化によ って加熱能力が可変となっている。

【００３９】 加えて、前記実施例では目的温度に到達した後、第２の熱交換器への電流が停 止して、その目的温度で安定化するための熱交換システムについて説明したが、 電流を完全に停止することなく、減少させるようにしてもよい。またこれに限定 されることなく、加熱には第１および第２の熱交換器に電流が供給され、冷却に は第１の熱交換器のみに電流が供給される熱交換システムにも適用可能であるこ とはいうまでもない。

【００４０】

【考案の効果】 以上説明してきたように、本考案の熱交換システムによれば、室温よりもあま り高くない温度での温度制御を効率良く行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例の熱交換システムを示す
図

【図２】同システムで用いられる第１の熱交換器を示す
図

【図３】同システムで用いられる第２の熱交換器を示す
図

【図４】同システムの変形例を示す図

【図５】同システムの変形例を示す図

【図６】本考案の第２の実施例で用いられる第２の熱交
換器を示す図

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 処理液 ３ 循環路 ４ 第１の熱交換器 ５ 温度センサ ６ 第２の熱交換器 ７ 温調器 １１ 熱交換基板 １２ 熱交換基板 １３ 側部壁体 １４ 冷却加熱室 １５，１６ サーモモジュール １７，１８ 冷却パイプ １９，２０ 放熱ブロック ２１ 第１の配管 ２２ 第２の配管 ２３ 補強板 ４１、４２ 熱交換基板 ４３ 加熱室 ４４ 側部壁体 ４５、４６ ヒータブロック ４８ 第３の配管 ５１ 処理液導入口 ５２ 排出口 ５３ 外管 ５４ 内管 ５５ ハロゲンランプ

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理槽と、 前記処理槽内に、処理液を循環させる循環路と、 前記循環路に配設され、前記循環路を循環する前記処理
   液を冷却または加熱する第１および第２の熱交換器とを
   具備し、 前記第１の熱交換器は、電流の供給によって冷却または
   加熱能力が可変となるように構成されたサーモモジュー
   ルで構成され、 前記第２の熱交換器は、電流の供給によって加熱能力が
   可変となるように構成されたヒータで構成されるととも
   に、 加熱に際しては、前記第１および第２の熱交換器に電流
   が供給せしめられ、 冷却に際しては、前記第２の熱交換器への電流が停止ま
   たは減少せしめられ、前記第１の熱交換器に電流が供給
   されるように構成されていることを特徴とする熱交換シ
   ステム。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の熱交換器は一体的
   に形成された１つの熱交換器で構成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の熱交換器は、前記
   処理液との熱交換接触面が平板状の熱交換基板で構成さ
   れると共に、前記熱交換基板の少なくとも前記熱交換接
   触面が炭化珪素、アモルファスカーボン、石英ガラスの
   いずれかで構成されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２のいずれかに記載の熱交換システム。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の熱交換器は、処理
   液との熱交換接触面が平板状の熱交換基板で構成され、
   前記熱交換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファイト、
   石英ガラス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウム
   の何れかを基材とし、前記熱交換接触面を前記基材表面
   にコーティングまたは接着されたフッ素樹脂層で構成し
   たことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
   の熱交換システム。
5. 【請求項５】 処理槽と、 前記処理槽内に、処理液を循環させる循環路と、 前記循環路に配設され、前記循環路を循環する前記処理
   液を冷却または加熱する第１および第２の熱交換器とを
   具備し、 前記第１の熱交換器は、電流の供給によって冷却または
   加熱能力が可変となるように構成されたサーモモジュー
   ルで構成され、 前記第２の熱交換器は、電流の供給によって加熱能力が
   可変となるように構成されたヒータで構成されるととも
   に、 目的温度への加熱に際しては、前記第１および第２の熱
   交換器に電流が供給せしめられ、 前記目的温度での安定化に際しては、前記第２の熱交換
   器への電流が停止または減少せしめられ、前記第１の熱
   交換器に電流が供給されるように構成されていることを
   特徴とする熱交換システム。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の熱交換器は一体的
   に形成された１つの熱交換器で構成されていることを特
   徴とする請求項５に記載の熱交換システム。
7. 【請求項７】 前記第１および第２の熱交換器は、前記
   処理液との熱交換接触面が平板状の熱交換基板で構成さ
   れると共に、前記熱交換基板の少なくとも前記熱交換接
   触面が炭化珪素、アモルファスカーボン、石英ガラスの
   いずれかで構成されていることを特徴とする請求項５ま
   たは６のいずれかに記載の熱交換システム。
8. 【請求項８】 前記第１および第２の熱交換器は、処理
   液との熱交換接触面が平板状の熱交換基板で構成され、
   前記熱交換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファイト、
   石英ガラス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウム
   の何れかを基材とし、前記熱交換接触面を前記基材表面
   にコーティングまたは接着されたフッ素樹脂層で構成し
   たことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載
   の熱交換システム。
9. 【請求項９】 前記第１の熱交換器は、処理液との熱交
   換接触面が平板状の熱交換基板で構成されると共に、前
   記熱交換基板の少なくとも前記熱交換接触面が炭化珪
   素、アモルファスカーボン、石英ガラスのいずれかで構
   成され、 前記第２の熱交換器は、ハロゲンランプを熱源とし、前
   記処理液との接触部材が筒状の透明石英ガラスで構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換シス
   テム。
10. 【請求項１０】 前記第１の熱交換器は、処理液との熱
    交換接触面が平板状の熱交換基板で構成され、前記熱交
    換基板は炭化珪素、アルミナ、グラファイト、石英ガラ
    ス、酸化アルミニウム被覆されたアルミニウムの何れか
    を基材とし、前記熱交換接触面を前記基材表面にコーテ
    ィングまたは接着されたフッ素樹脂層で構成されるとと
    もに、 前記第２の熱交換器は、ハロゲンランプを熱源とし、前
    記処理液との接触部材が筒状の透明石英ガラスで構成さ
    れていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換シス
    テム。