JP3912840B2 - 流体加熱冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を加熱および冷却する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハを洗浄するいわゆるＲＣＡ洗浄工程においては、アンモニア過水による洗浄によって有機物およびパーティクルが除去され、また、塩酸過水による洗浄によって金属イオンが除去される。
【０００３】
上記洗浄処理においては、洗浄用薬液である上記アンモニア過水および塩酸過水を８０℃前後程度まで加熱する必要がある。そこで、加熱源である管状のランプヒータを一端を閉止したヒータ挿入管に着脱自在に挿入し、このヒータ管の周囲に形成した流通空間において上記洗浄薬液を流通させるようにした流体加熱装置が実用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ランプヒータは、両端部をシールした管状の耐熱ガラス管内にフィラメントを配設した構造を有する。
【０００５】
上記ランプヒータのシール部には、一定以上の高温下で変質する金属製部材が封入されているので、該ヒータの寿命を延ばすには、上記シール部を冷却することが望ましい。
【０００６】
特に、上記ヒータ挿入管の閉止端側に位置したシール部は、その周辺が該挿入管の内面に包囲されているので高温になり易く、したがって、上記閉止端側に位置したシール部を冷却することは、ランプヒータの寿命を延ばす上で極めて重要となる。
【０００７】
本発明の目的は、かかる状況に鑑み、加熱源であるランプヒータの端部を冷却することができる流体加熱冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一端が閉止されたヒータ挿入管と、前記ヒータ挿入管が内部を貫通し、該ヒータ挿入管の外周面との間に被加熱冷却流体の流通空間を画成する外管と、前記外管の外周囲に配設され、該外管の外面との間に少なくとも前記ヒータ挿入管の閉止端が内部に露呈する態様で冷却媒体の流通空間を画成するジャケットと、シングルエンド構造を有し、加熱源として前記ヒータ挿入管に挿入される管状のランプヒータと、を備え、前記外管に前記被加熱冷却流体の流入口および流出口を設けると共に、前記ジャケットに前記冷却媒体の流入口および流出口を設けたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る流体加熱冷却装置１０の一実施形態を示した縦断面図であり、また、第２図および第３図は、それぞれ第１図のＡ矢視図およびＢ矢視図である。
【００１０】
各図に示すように、この流体加熱冷却装置１０は、ケーシング２０の内方に、一対のヒータ挿入管３０、外管４０およびジャケット５０を配設した構成を有する。
【００１１】
上記各ヒータ挿入管３０は、透明石英ガラスで形成されており、外管４０の内部を前後方向に貫通している。
【００１２】
外管４０は、石英ガラスからなり、前端および後端にそれぞれ壁４１および４２を備えている。この外管４０は、ヒータ挿入管３０の外周面との間に被加熱冷却流体の流通空間４３を画成し、かつ、壁４１の上部および下部に被加熱冷却流体の流入口４４および流出口４５をそれぞれ設けてある。
【００１３】
図４に示すように、外管４０は、円筒状に形成され、その内部に隔壁４６を設けてある。図１に示した流通空間４３は、この隔壁４６によって空間部４３ａと空間部４３ｂに二分されており、上記各ヒータ挿入管３０の一方は空間部４３ａに、他方は空間部４３ｂにそれぞれ位置している。なお、図１および後述の図５においては、上記隔壁４６が省略されている。
【００１４】
上記空間部４３ａおよび４３ｂは、それぞれ上記流入口４４および流出口４５に連通し、かつ、上記隔壁４６の後端部に設けた穴４６ａを介して相互に連通している。
【００１５】
上記ジャケット５０は、ＳＵＳ等の耐腐蝕性金属で形成されており、図５に示すように、後端に壁５１を備えた円筒形状を有する。
【００１６】
このジャケット５０は、前記外管４０の外周囲に位置し、該外管４０の外面との間に冷却媒体である冷却水の流通空間５２を画成している。そして、壁５１の中央部に冷却液の導入口５３を設けるとともに、前端部に位置した周壁に冷却水の流出口５４を設けてある。
【００１７】
図６および同図のＣ−Ｃ断面図である図７に示すように、上記ヒータ挿入管３０内にはランプヒータの１つであるハロゲンランプ６０が加熱源として挿入されている。
【００１８】
上記ハロゲンランプ６０は、隣接させた一対の透明石英ガラス管６１と、これらのガラス管６１内にそれぞれ配したフィラメント６２、各ガラス管６１の一端部相互を連結するセラミックべース６３と、各ガラス管６１の他端部相互を連結するセラミックべース６４とを備えている。
【００１９】
セラミックべース６３においては、上記各フィラメント６２の端部相互が接続され、また、セラミックべース６４からは、上記各フィラメント６２の他端にそれぞれ接続されたリード線６５が導出されている。つまり、このハロゲンランプ６０は、一端側から給電するシングルエンド構造を有する。
【００２０】
上記石英ガラス管６１内には、ハロゲンガスが封入されている。したがって、上記各リード線６５間に所定の電圧を印加すれば、いわゆるハロゲンサイクル作用によって長期間、安定に各フィラメント６２が発光および発熱する。
【００２１】
ヒータ挿入管３０は、前端が開口するとともに、後端が外管４０の壁４２によって閉止されている。したがって、ハロゲンランプ６０はヒータ挿入管３０の前端から挿入され、そのセラミックべース６３が管３０の閉止端に当接した段階でその挿入が終了する。このハロゲンランプ６０には、例えば、３ＫＷのものが使用される。
【００２２】
図１に示すように、ジャケット５０は、その前端に設けた外フランジ部５０ａがＯリング７０を介して上記壁４１の周縁部４１ａに当接している。また、外管４０の壁４１の前面には、断熱材８０およびＳＵＳ製のプレート８１が重合配設されている
図１に示すように、外管４０の流入口４４と流出口４５間には、ポンプ９０、薬液の貯槽９１およびフィルタ９２が介在され、また、ジャケット５０の流入口５３は、電磁弁９３を介して図示していない冷却水の供給源（例えば、水道）に接続され、流出口５４は図示していない排水設備に接続されている。
【００２３】
貯槽９１内の薬液は、ポンプ９０の運転に伴って、外管４０の流入口４４、図４の空間部４３ａ、前記隔壁４６の穴４６ａおよび空間部４３ｂを通って外管４０の流出口４５から流出し、その後、フィルタ９２を通過して貯槽９１に戻される。
【００２４】
一方、冷却水供給源から供給される冷却水は、電磁弁９３、前記流入口５３および空間５２を通って流出口５４から排出される。そして、上記空間５２を流通する間に、外管４０内を流通する薬液を冷却する。
【００２５】
貯槽９１には、温度センサ９４が設けられているが、この温度センサ９４は、該貯槽９１内の薬液の実際の温度を検出して、その検出信号をコントローラ９５に加える。
【００２６】
そこで、コントローラ９５は、予設定された目標温度と上記薬液の実際の温度との偏差に基づき、この偏差がなくなるように、つまり、貯槽９１内の薬液の温度が上記目標温度が維持されるように、ハロゲンランプ６０への供給電力を制御する。
【００２７】
すなわち、例えば、上記目標温度が４０℃で、貯槽９１内の薬液が入れ替え等のために２０℃程度まで低下したとすると、この場合、ハロゲンランプ６０に加熱用の電力が供給されるので、前記加熱冷却装置１０の流通空間４３を通過する薬液が加熱され、その結果、貯槽９１内の薬液の温度が上記目標温度に向かって速やかに上昇する。
【００２８】
上記供給電力は、薬液の温度が何等かの要因で上記目標温度よりも上昇した場合に減少されるが、もし、上記冷却水による薬液の冷却を行わない場合には、薬液の温度が目標温度まで降下するのにかなりの時間を要することになる。
【００２９】
なぜなら、上記薬液の温度が室温に近い４０℃程度の場合、該薬液の自然な熱放散が少ないことから、ハロゲンランプ６０への供給電力を減少させても、薬液の温度が速やかに低下しないからである。
【００３０】
しかし、薬液の冷却機能も有した上記加熱冷却装置１０によれば、上記供給電力の減少に伴って薬液の温度が目標温度まで速やかに降下される。つまり、上記加熱冷却装置１０によれば、温度制御の応答性を高めることができる。
【００３１】
なお、上記薬液が半導体製造プロセスで使用される洗浄液である場合、サブミクロンのパーティクルを除去するために、この洗浄液にメガソニック帯域の超音波を併用することがあるが、この場合、超音波エネルギーが薬液中で消費されるので、この超音波の照射前における薬液の温度が４０℃であるとすると、この薬液の温度が４０℃よりも上昇することになる。つまり、上記超音波の使用は、薬液の温度を上昇させる要因の１つになる。
【００３２】
ところで、上記冷却水の流通空間５２には、図６に示すように、ヒータ挿入管３０の閉止端が露呈しており、したがって、この閉止端側に位置したハロゲンランプ６０の端部は、上記流通空間５２を通過する冷却水によって冷却される。
【００３３】
周知のように、ハロゲンランプ６０の寿命を決定する要因には、フィラメントの溶断の他に、シール部６６の故障がある。シール部には、モリブデン箔が封入されているが、このモリブデン箔は高温下で酸化し易いという性質を持つので、その温度を３５０℃以下にすることが望ましい。
【００３４】
上記のように薬液を冷却するための冷却水を利用してハロゲンランプ６０の端部を冷却する上記装置１０によれば、この端部に位置したシール部６６が冷却されるので、専用の冷却手段を設けることなく上記モリブデン箔の酸化を可及的に抑制すること、つまり、ハロゲンランプ６０の寿命を延ばすことができる。
【００３５】
なお、リード線６５が導出された側のハロゲンランプ６０の端部にもシール部６６が存在するが、このシール部６６は、セラミックベース６４およびリード線６５を介して放熱されるので、実用上、強制冷却しなくても良い。
【００３６】
しかし、ハロゲンランプ６０の寿命をより延ばすためには、リード線６５が導出された側のシール部６６を冷却することも有利であり、その場合、前記冷却水の流通空間５２を該シール部６６の近傍まで延長すれば良い。
【００３７】
図８は、内周面に螺旋状のガイド板５５を突設したジャケット５０を示している。このガイド板５５を備えたジャケット５０によって図１に示した外管４０を覆えば、上記流通空間５２において外管４０の外周面をガイド板５５が周回することになる。したがって、前記冷却水の流入口５３から流入した冷却水は、ガイド板５５で形成された螺旋状通路を通過し、その結果、外管４０の外周囲に満遍なく冷却水が流通して冷却効率が向上する。
【００３８】
図１に示す実施形態においては、外管４０の壁４１の周縁部４１ａとジャケット５０のフランジ部５０ａ間をＯリング７０によってシールしているが、図９に示す実施形態では、上記周縁部４１ａとフランジ部５０ａ間に管用シール材７１を介在させ、かつ、フランジ部５０ａとプレート８０間にスペーサ７２を介在させてある。
【００３９】
上記のような態様で外管４０とジャケット５０を接合すれば、外管４０の熱膨張の影響を受けない。また、互いに機械的強度の異なる上記周縁部４１ａとフランジ部５０ａが直接接触しないので、両者の締着時に上記周縁部４１ａが破損する虞れもなくなる。
【００４０】
なお、半導体製造プロセスで使用される上記薬液としては、前記ＲＣＡ洗浄に用いられるアンモニア過水、塩酸過水、窒化膜除去液であるリン酸、レジスト剥離液である硫酸過水等がある。しかし、上記装置は、メッキ処理液等の他の分野での処理液の加熱冷却にも適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、流体を加熱および冷却することができるので、流体の温度を室温に近い温度に設定する場合に適用して好適である。また、被加熱冷却流体を冷却するための冷却媒体を利用して加熱源である管状のランプヒータの端部を冷却しているので、専用の冷却手段を用いることなく、上記端部の温度上昇を抑制してランプヒータの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示した縦断面図。
【図２】図１のＡ矢視図。
【図３】図１のＢ矢視図。
【図４】外管の構造を示す部分破断斜視図。
【図５】ジャケット、外管およびヒータ挿入管の位置関係を示す破断斜視図。
【図６】ハロゲンランプの構造の一例を示す断面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図。
【図８】ジャケットの他の構成例を示す斜視図。
【図９】ジャケットと外管の他の接合構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
１０ 加熱冷却装置
２０ ケーシング
３０ ヒータ挿入管
４０ 外管
４４ 流入口
４５ 流出口
４６ 隔壁
５０ ジャケット
５３ 流入口
５４ 流出口
５５ ガイド板
６０ ハロゲンランプ

Claims (3)

1. 一端が閉止されたヒータ挿入管と、
   前記ヒータ挿入管が内部を貫通し、該ヒータ挿入管の外周面との間に被加熱冷却流体の流通空間を画成する外管と、
   前記外管の外周囲に配設され、該外管の外面との間に少なくとも前記ヒータ挿入管の閉止端が内部に露呈する態様で冷却媒体の流通空間を画成するジャケットと、
   シングルエンド構造を有し、加熱源として前記ヒータ挿入管に挿入される管状のランプヒータと、
   を備え、前記外管に前記被加熱冷却流体の流入口および流出口を設けると共に、前記ジャケットに前記冷却媒体の流入口および流出口を設けたことを特徴とする流体加熱冷却装置。
2. 前記ジャケットは、前記冷却媒体の流通空間において前記外管の外周面を周回する螺旋状のガイド板を備え、このガイド板によって前記冷却媒体をガイドするようにした請求項１に記載の流体加熱冷却装置。
3. 前記ランプヒータはハロゲンランプであり、前記ヒータ挿入管は透明の石英ガラスからなる請求項１に記載の流体加熱冷却装置。

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