JP3954498B2 - 排熱利用システム、排熱利用方法及び半導体製造設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は半導体製造設備の排熱利用システム、排熱利用方法及び半導体製造設備に係わり、特に各種半導体製造装置から排出される冷却水を他の半導体製造装置における冷却又は加熱に再利用する排熱利用システム及び排熱利用方法、及びそのような排熱利用システムを有する半導体製造設備に関する。
【従来の技術】
【０００３】
半導体製造設備において使用される半導体製造装置及びこれらの周辺装置は、一般に装置の温度上昇を制御するために冷却を必要とする。また、これらの装置のなかには半導体製造工程において冷却を必要とする装置もある。一方、これらの装置のなかには、半導体製造工程において加熱処理を必要とする装置もあり、このような装置には加熱源が設けられる。
【０００４】
従来の半導体製造設備において、装置の冷却は一般に装置に冷却水を供給し装置内を循環することにより行われる。すなわち、冷却水が流れる冷却水供給ラインから冷却水を装置に導き、装置から熱を吸収して温まった冷却水を冷却水回収ラインにもどす。冷却水回収ラインに戻った冷却水は冷凍機等を含む冷却装置により冷却された後、再び冷却水供給ラインに供給される。また、加熱処理を必要とする装置では、一般に電気ヒータを加熱源として用いて加熱が行われる。
【０００５】
従来の半導体製造設備では、これら半導体製造装置における冷却及び加熱は装置個々について単独に行われており、装置間での熱の授受は行われていない。
【０００６】
図１は従来の半導体製造設備における冷却システムの一例を示す簡略図である。図１に示す半導体製造設備はシリコンウェハ等を処理して半導体デバイスを製造する設備であり、縦型熱処理装置２、縦型熱処理装置４、ウェハ洗浄装置６、コータ・デベロッパ装置８及びエッチング装置１０等が設置されている。
【０００７】
縦型熱処理装置２、縦型熱処理装置４、ウェハ洗浄装置６、コータ・デベロッパ装置８及びエッチング装置１０は、それぞれ装置の冷却を必要とする。これらの装置の冷却は冷却水循環システムを用いて行われる。冷却水循環システムは、冷却水供給ライン１２と冷却水回収ライン１４とを有する。各装置は冷却水供給ライン１２から冷却水の供給を受け、冷却水が各装置内を循環して熱を吸収することにより装置は冷却される。熱を吸収して温められた冷却水は冷却水回収ライン１４に排出され、冷却水回収ライン１４を通って温冷却水タンク１６に供給される。
【０００８】
冷却水供給ライン１２に供給される冷却水は、一般的に室温の範囲の温度、例えば２３℃である。各装置に供給する冷却水の流量は、各装置が放出する熱量に応じて制御され、各装置から排出される温められた冷却水の温度は、約３０℃である。各装置から排出される約３０℃に温められた冷却水は、冷却水回収ライン１４を介して温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵される。その後、温冷却水タンク１６に貯蔵された温められた冷却水は、冷却水循環ライン１８を通じて熱交換器２０に送られ、熱交換器２０により冷却された再び２３℃の温度となる。そして、熱交換器２０からの２３℃の冷却水は、冷却水循環ポンプ２２により冷却水供給ライン１２供給される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の図１に示す従来の冷却システムにおいて、熱交換器２０には、冷凍機等を含む冷却装置２４により１０℃以下に冷却された冷却水又は冷媒が供給され、３０℃の冷却水と１０℃以下に冷却された冷却水又は冷媒との間で熱交換することにより３０℃の冷却水を２３℃に冷却する。したがって、図１に示す従来の冷却システムでは、各装置２，４，６，８，１０から冷却水を介して排出される熱の全てを冷却装置２４により回収することとなり、冷却装置２４（冷凍機）への負荷が非常に大きなものとなっていた。したがって、冷却装置２４の設備コストは非常時に大きなものとなり、また、冷却装置２４のランニングコストも増大していた。
【００１０】
また、冷却装置２４により回収された熱は、最終的に大気中に放出されるだけであり、各装置２，４，６，８，１０から排出される膨大な熱量は再利用されることなく、省エネルギ化の観点からは何の対策も施されていなかった。
【００１１】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な排熱利用システム、排熱利用方法及び半導体製造設備を提供することである。
【００１２】
本発明のより具体的な目的は、半導体製造装置から排出される温められた冷却水を加熱源として再利用することにより、半導体製造設備の省エネルギ化を達成し得る排熱利用システム及び排熱利用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するために、本発明の一つの面によれば、複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用システムであって、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインとを有する排熱利用システムが提供される。
【００１４】
上述の発明による排熱利用システムは、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置とを更に有することとしてもよい。
【００１５】
また、上述の排熱利用システムは、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することとしてもよい。さらに、上述の排熱利用システムは、半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることとしてもよい。
【００１６】
本発明の実施例において、前記第１の所定の半導体製造装置は、コータ・デベロッパ装置である。また、前記第２の所定の半導体製造装置は、加熱炉を有する熱処理装置である。さらに、前記第３の所定の半導体製造装置は、ウェハ洗浄装置及びエッチング装置の少なくとも一方を含むものである。
【００１７】
また、本発明の他の面によれば、複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用方法であって、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給し、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給し、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給する各工程を有する排熱利用方法が提供される。
【００１８】
上述の本発明による排熱利用方法は、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵し、貯蔵された中温冷却水の一部を、前記第１の所定の半導体製造装置に供給し、貯蔵された中温冷却水の残りの部分を水冷式冷却装置により冷却して半導体製造装置に供給する各工程を有することとしてもよい。また、本発明による排熱利用方法は、水冷式冷却装置により冷却された中温冷却水を熱交換器により更に冷却する工程を有することとしてもよい。
【００１９】
また、本発明の更に他の面によれば、複数の半導体製造装置と、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインとを有する半導体製造設備が提供される。
【００２０】
上述の本発明による半導体製造設備は、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置とを更に有することとしてもよい。
【００２１】
また、本発明による半導体製造設備は、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することとしてもよい。さらに、本発明による半導体製造設備は、半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることとしてもよい。
【００２２】
上述の発明によれば、各半導体製造装置から排出される中温冷却水の一部を半導体製造装置の加熱処理が必要な部分にそのまま供給することができ、従来冷却水を介して廃棄されていた熱を再利用することができる。また、所定の半導体製造装置から排出される高温冷却水のみを回収して他の半導体装置の加熱源として利用することができ、中温冷却水より高い加熱温度を必要とする加熱処理にも冷却水の熱を再利用することができる。このように、従来は熱交換器を介して冷却装置により廃棄されていた半導体製造装置から排出される温冷却水の熱の一部を、他の半導体製造装置の加熱処理に再利用するため、半導体製造設備全体の省エネルギ化が達成できる。
【００２３】
上述の発明によれば、熱源としてのエネルギ消費の大きい外調機の加熱源として、半導体製造装置から排出される温められた冷却水を再利用することができ、半導体製造工場全体でのエネルギ消費を大幅に低減することができる。
【００２４】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
【発明の実施の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施例について図面と共に説明する。
【００２６】
図２は本発明の一実施例による排熱利用システムの構成を示す簡略図である。図２において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２７】
まず、本発明の実施例による排熱利用システムの基本概念について説明する。本発明の排熱利用システムは、各半導体製造装置から排出される冷却水を、他の半導体製造装置で必要とされる加熱源又は冷却源として再利用するというものである。すなわち、半導体製造設備における半導体製造装置のうち、比較的高温に温められた冷却水を排出する装置からの冷却水を、その他の装置に必要である比較的低温の加熱源として利用する。また、冷却が必要な部分が比較的高温の装置には、各装置から排出されたままの温められた冷却水を再度供給して冷却を行う。以下、半導体製造装置から排出された温められた冷却水を温冷却水と称する。
【００２８】
上述のような排熱利用を行うため、本実施例による排熱利用システムでは、冷却水の供給ラインを、低温（例えば２３℃）、中温（例えば４０℃）、高温（例えば８０℃）という３系統に分けて準備する。そして、低温、中温、高温の冷却水を冷却源又は加熱源として各半導体製造装置に適宜供給する。中温及び高温の冷却水としては、半導体製造装置から排出された温冷却水をそのまま使用する。
【００２９】
次に、図２に示す各半導体製造装置について、排熱利用の観点から説明する。
【００３０】
縦型熱処理装置２，４は、半導体ウェハを熱処理する装置であり、１０００℃程度の高温でウェハを処理する加熱炉２ａ，４ａを有している。したがって、加熱炉の周囲を冷却するには、他の半導体製造装置から排出される中温（例えば４０℃）の温冷却水でも十分である。中温の温冷却水は、加熱炉２ａを冷却した後、高温（例えば８０℃）の温冷却水として、装置から排出される。ただし、縦型熱処理装置２，４はウェハの搬送部２ｂ，４ｂも有しており、搬送部２ｂ，４ｂには通常の低温（２３℃）の冷却水を供給する必要がある。
【００３１】
ウェハ洗浄装置６は、半導体ウェハを温められた超純水（ＤＩ水）で洗浄する装置であり、洗浄部６ａに隣接してＤＩ水を温めるためのＤＩ水加熱部６ｂを有している。洗浄部６ａは温ためられたＤＩ水を使用するので冷却する必要があり、この冷却には通常の低温（例えば２３℃）の冷却水が用いられる。一方、ＤＩ水加熱部６ｂは室温（２０〜２５℃）のＤＩ水を５０℃〜６０℃程度に加熱して洗浄部６ａに供給する。したがって、ＤＩ水加熱部６ｂには加熱源が必要であり、従来は電気ヒータを加熱源として用いていた。ここで、ＤＩ水の加熱温度は上述のように５０℃〜６０℃程度であり、高温（例えば８０℃）の温冷却水を用いて熱交換することにより十分加熱し得る温度範囲である。
【００３２】
コータ・デベロッパ装置８は一般にコータ・デベロッパ部８ａと空調部８ｂとを有している。コータ・デベロッパ部８ａでは、フォトレジストをコータにより塗布し、デベロッパにより現像する処理が行われる。フォトレジストは、ウェハに塗布される前は溶媒が加えられて液体状になっており、溶媒を蒸発させることによりウェハ上にレジスト層が形成される。液体状のフォトレジストの粘度は周囲温度に大きく依存するため、コータ・デベロッパ部８ａ内の空気の温度は一定（例えば２３℃）に維持されなければならない。したがって、コータ・デベロッパ部８ａを低温（例えば２３℃）の冷却水により常時冷却する必要がある。
【００３３】
また、塗布されたフォトレジスト中の溶媒の蒸発速度は、雰囲気の湿度に影響されるので、コータ・デベロッパ部８ａ内の空気の湿度も一定に保つ必要がある。したがって、コータ・デベロッパ部８ａに隣接して、温度及び湿度の調整された空気を供給するために空調部８ｂが設けられる。
【００３４】
ここで、温度及び湿度を調節するには、まず室温の空気を冷却除湿して乾燥した空気（湿度の低い空気）とし、この乾燥した空気を温水に通すことにより加湿して、適度な湿度（例えば相対湿度４５％）に設定する。この際、同時に空気も加熱して一定の温度（例えば２３℃）とする。この際、冷却乾燥した空気を加温、加湿するには、中温（例えば４０℃）の温冷却水を用いることができる。このように、コータ・デベロッパ装置８の空調部８ｂには、中温（例えば４０℃）の温冷却水を使用する用途がある。
【００３５】
エッチング装置１０は、ウェハをドライエッチングにより処理する装置である。ドライエッチングとして、高周波（ＲＦ）を利用した反応性化学エッチングやプラズマエッチグが用いられる。このようなエッチングでは、ウェハが高温となるため、処理部１０ａにはウェハ（ウェハを載置する載置台）を冷却するための冷媒を冷却するためにチラー部が設けられる。通常、冷媒は冷却されて低温に維持されるものであるが、エッチング処理が終了した場合には冷媒の温度を上げて急速に室温に戻すことが必要となる。そこで、チラー部には冷媒を温めるために高温（例えば８０℃）の温冷却水を使用する用途がある。一方、ドライエッチングを行うための高周波（ＲＦ）を発生するＲＦ発生器１０ｂは低温の冷却水（例えば２３℃）により冷却する必要がある。
【００３６】
以上のように、半導体製造設備に設けられる半導体製造装置は、様々な温度の冷却源及び加熱源を必要としており、各装置から排出される温冷却水を適切に他の装置に供給することにより、加熱源あるいは冷却源として再利用することができる。
【００３７】
本実施例では、図２に示すように、従来と同様の通常の低温（例えば２３℃）の冷却水を供給する冷却水供給ライン１２と、各装置から排出される温冷却水を回収する冷却水回収ライン１４とが設けられる。本実施例では、冷却水回収ライン１４に排出される温冷却水の温度が約４０℃となるように、各装置に供給する冷却水の流量を制御している。
【００３８】
本実施例では、上述の冷却水供給ラインの他に、中温冷却水供給ライン３０及び高温冷却水供給ライン３２が設けられる。中温冷却水供給ライン３０は、各半導体製造装置から排出された中温（例えば４０℃）の温冷却水（以下、中温冷却水と称する）を冷却せずにそのまま半導体製造装置に供給するために設けられる。また、高温冷却水供給ライン３２は、所定の半導体製造装置から排出された高温（例えば８０℃）の温冷却水（以下、高温冷却水と称する）を所定の半導体製造装置に供給するために設けられる。なお、以下の説明では、低温（例えば２３℃）の冷却水（以下、低温冷却水と称する）を供給する冷却水供給ライン１２を低温冷却水供給ライン１２と称する。
【００３９】
各半導体製造装置から冷却水回収ライン１４を介して回収された中温冷却水は、中温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵された後、その一部が中温冷却水循環ライン３４を通って中温冷却水循環ポンプ３６により中温冷却水供給ライン３０に供給される。中温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵された中温冷却水の残りの部分は、低温冷却水循環ライン１８を通じて熱交換器２０に送られる。本実施例では、熱交換器２０の手前にクーリングタワー３８（水冷式冷却装置）が設けられ、低温冷却水循環ライン１８を流れる約４０℃の中温冷却水を３０℃程度まで冷却する。クーリングタワー３８で３０℃に冷却されたれ中温冷却水は、熱交換器２０により２３℃に冷却されて低温冷却水とされた後、低温冷却水循環ポンプ２２により低温冷却水供給ライン１２に供給される。
【００４０】
一方、半導体製造装置のうち、縦型熱処理装置２，４の加熱炉２ａ，４ａから排出された約８０℃の高温冷却水は、高温冷却水タンク４０に送られ、一時的に貯蔵された後、高温冷却水循環ポンプ４２により高温冷却水供給ライン３２に供給される。そして、高温冷却水供給ライン３２の高温冷却水は、ウェハ洗浄装置６のＤＩ水加熱部６ｂに加熱源として供給される。また、高温冷却水供給ライン３２の高温冷却水は、エッチング装置１０の処理部１０ａのチラー部にも供給される。
【００４１】
ＤＩ水加熱部６ｂ及び処理部１０ａのチラー部に供給された高温冷却水は、ＤＩ水を加熱するために熱を放出して約４０℃の中温冷却水となり、冷却水回収ライン１４に排出される。したがって、縦型熱処理装置２，４から排出された高温冷却水の熱は、ＤＩ水加熱部６ｂ及び処理部１０ａのチラー部の加熱に利用され、高温冷却水は中温冷却水となる。すなわち、従来では縦型熱処理装置２，４から製造設備外部に廃棄されていた熱を、ウェハ洗浄装置６及びエッチング装置１０で再利用することとなる。
【００４２】
また、上述のように、中温冷却水供給ライン３０に供給された約４０℃の中温冷却水は、コータ・デベロッパ装置８の空調部８ｂに供給される。そして、中温冷却水は、空調部８ｂにおいて空気を加熱及び加湿するために加熱源として利用され、冷却水回収ライン１４に排出される。したがって、空調部８ｂにおいても、中温冷却水の熱を利用して加熱処理を行っており、中温冷却水の熱の再利用が行われる。
【００４３】
なお、図２において、縦型熱処理装置２の加熱炉２ａには中温冷却水供給ライン３０から約４０℃の中温冷却水が供給され、縦型熱処理装置４の加熱炉４ａには低温冷却水供給ライン１２から約２３℃の低温冷却水が供給される。縦型熱処理装置２，４の加熱炉２ａ，４ａは温度が非常に高いため、低温冷却水ではなく中温冷却水であっても十分冷却効果を得ることができる。したがって、排出される高温冷却水の流量及び温度に不都合が生じないのであれば、高温となる部分の冷却には中温冷却水をなるべく使用することが望ましい。
【００４４】
以上のように、本実施例による排熱利用システムでは、熱交換器２０を介して冷却装置２４により廃棄されていた半導体製造装置から排出される温冷却水の熱の一部を、他の半導体製造装置の加熱処理に再利用するため、半導体製造設備全体の省エネルギ化が達成できる。
【００４５】
ここで、本実施例では、低温冷却水循環ライン１８にクーリングタワー３８を設けて中温冷却水をある程度冷却し、クーリングタワー３８からの冷却水を更に熱交換器２０により冷却して低温冷却水を得ている。しかし、中温冷却水供給ライン３０に供給する中温冷却水の量が多く、低温冷却水循環ライン１８に送られる低温冷却水の量が少なくなれば、クーリングタワー３８による冷却だけで約４０℃の中温冷却水を約２３℃の低温冷却水とすることができる。これにより、熱交換器２０及び冷却装置２４を使用しない排熱利用システムを構築することも可能である。
【００４６】
上述の実施例において、冷却水の温度である、低温（例えば２３℃）、中温（例えば４０℃）及び高温（例えば８０℃）は、具体的に示された温度に限ることなく、例えば、低温を２０℃、中温を３０℃、高温を６０℃というように適宜変更してもよい。
【００４７】
また、上述の実施例において、半導体製造設備に用いられる半導体製造装置は、図２に示す装置に限ることなく、他の半導体製造装置又は、半導体製造に係る周辺装置であってもよい。また、半導体製造装置及び周辺装置に限ることなく、半導体製造設備に隣接して設置される他の設備における装置であってもよい。例えば、半導体製造設備に付随する事務棟の空調設備の加熱源として、温冷却水を利用することもできる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムについて図３を参照しながら説明する。図３は本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムの簡略図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
本実施例における半導体製造設備（半導体製造工場）は、基本的に上述の実施例と同様の構成を有するが、中温冷却水を加熱源として使用する外調機５０を有する点が異なる。外調機５０は、半導体製造装置が設置されたクリーンルームに供給する清浄な空気を生成する空調機である。外調機５０は、外気を取り入れて洗浄し、１０℃程度の温度に冷却し、次いで室温まで加熱して相対湿度を４０％前後にして、クリーンルーム内へ供給する設備を意味する。
【００５０】
従来は、半導体製造装置（例えば縦型熱処理炉２，４）から排出される温冷却水を、冷凍機から冷水が供給されている熱交換器に戻し、温冷却水を室温に冷却して、再度冷却水として使用していた。本実施例においては、上述の実施例と同様に半導体製造装置の冷却によって出る温冷却水から熱回収するために、通常の冷却水供給系に対して、温冷却水を回収し再循環するための配管、水槽およびポンプとからなる温冷却水リサイクル系を追加して、２系統の冷却水配管系を有する設備とする。この温冷却水リサイクル系には、高温冷却水を排水するための配管、高温冷却水を貯蔵する高温冷却水タンク４０、タンク４０から高温冷却水を利用する半導体製造装置（例えばウェハ洗浄装置６及びエッチング装置１０）および/または外調機５０までの配管、及び高温冷却水を送水する高温冷却水循環ポンプ４２が含まれる。
【００５１】
図３に示す構成では、タンク４０から外調機５０まで配管の途中には、熱交換器５２が配置される。熱交換器５２は、外調機５０の予熱コイル５０ａと再熱コイル５０ｂとから排出された使用済みの温水と、高温冷却水タンク４０から供給される高温冷却水との間で熱交換を行い、使用済みの温水の温度を上げて、温熱源としての温水タンク５４に戻す。これにより、温水タンク５４から供給されて外調機５０で空気加熱用に使用された温水は、熱交換器５２により加熱されて再び加熱用の温水として使用される。この際の温水の加熱源として、半導体製造装置からの高温冷却水が用いられる。
【００５２】
本実施例において、半導体製造装置及び／又は外調機５０での加熱に用いられた高温冷却水は、３０℃未満に冷却されるので、再び半導体製造装置用の冷却水として使用することができる。このため、従来の冷却水系統のように、高価な冷凍機と熱交換器が不要となり、さらに、その運転動力を節減できるといった利点がある。
【００５３】
本実施例による熱再利用システムは、温度制御が比較的ラフでも問題が生じないようなケースに適用できる。３系統の冷却水配管系の場合には、例えば、厳密に６０℃に制御したい半導体製造装置の場合には、その温度系統の温冷却水を供給することにより、容易に必要な加熱を行う事ができるので、非常に好ましい。しかし、例えば外調機５０の加熱の場合には、加熱すべき熱量が大きく、温冷却水だけでは不十分な場合がある。このため、従来から使用されているような加熱用のスチームヒータもしくは電熱ヒータを併用して、外調機５０から排出された温水を室温まで戻すことができる。したがって、熱交換器５２に供給する温冷却水は必ずしもある一定の温度とする必要はない。このような場合には、２系統の配管系にすることにより、３系統の配管系のうちの一つの温冷却水系統を節約できる。そして、その再利用する温冷却水の温度は、３０℃〜５０℃の中温系で使用することが好ましい。３０℃以下では熱交換効率が悪くなり、また、５０℃以上では配管に本格的な保温材を巻いて保温し、かつ使用するパッキン等に特殊な材料を使用する必要が生じるためである。
【００５４】
上述の実施例において、再利用する温冷却水を排出する半導体製造装置としては、高温の温冷却水を多量に排出するようなシリコンウェハを熱酸化する縦型熱処理炉２，４が好適である。また、上述のように、高温冷却水の熱の利用先は、外調機５０の空気加熱器（予熱コイル５０ａ及び再熱コイル５０ｂ）であることが好ましい。このように、比較的高温で多量の温冷却水を排出する縦型熱処理炉からの温冷却水を、外調機５０の空気加熱器用の加熱源としての温水の加熱に用いれば、効率よく、外気処理のためのエネルギを節約できる。この場合には、空気加熱器用の熱交換器５２を配備する必要があるが、熱交換器５２で室温に近い温度まで加熱できるので、例えばスチームヒータもしくは電熱ヒータを補助の加熱装置として併用したとしても、室温まで上げるためのスチーム量もしくは電気量を大幅に節約することができる。
【００５５】
図３に示す熱再利用システムを用いた一例として、外調機５０の処理風量が１００００ｍ３／ｈであり、その温熱負荷が年間約３０万Ｍｃａｌである場合を想定する。また、半導体製造装置からの生産冷却水排熱のうち利用可能回収熱量が年間１０万Ｍｃａｌであるとすると、一年間で必要な温熱負荷量の約１／３が、半導体製造装置から排出される温冷却水の利用により節約可能となる。また、生産冷却水の排熱利用に伴う冷熱源負荷の減少によって、冷凍機の熱源容量を約１割減少することができる。また、冷凍機の小型化が可能となり、冷凍機の運転に伴う電気代を低減することができる。これらの節約分を電気代に置き換えると、年間１５万ｋＷｈ(約２００万円）の節約となり、半導体製造設備のランニングコストにおいて多大な節約効果を得ることができる。
【００５６】
本発明は上述の具体的に開示された実施例に限定されるものでは無く、本発明の開示の範囲内で様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の半導体製造設備の冷却システムの簡略図である。
【図２】 本発明の一実施例による半導体製造設備の排熱利用システムの簡略図である。
【図３】 本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムの簡略図である。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は半導体製造設備の排熱利用システム、排熱利用方法及び半導体製造設備に係わり、特に各種半導体製造装置から排出される冷却水を他の半導体製造装置における冷却又は加熱に再利用する排熱利用システム及び排熱利用方法、及びそのような排熱利用システムを有する半導体製造設備に関する。
【従来の技術】
【０００３】
半導体製造設備において使用される半導体製造装置及びこれらの周辺装置は、一般に装置の温度上昇を制御するために冷却を必要とする。また、これらの装置のなかには半導体製造工程において冷却を必要とする装置もある。一方、これらの装置のなかには、半導体製造工程において加熱処理を必要とする装置もあり、このような装置には加熱源が設けられる。
【０００４】
従来の半導体製造設備において、装置の冷却は一般に装置に冷却水を供給し装置内を循環することにより行われる。すなわち、冷却水が流れる冷却水供給ラインから冷却水を装置に導き、装置から熱を吸収して温まった冷却水を冷却水回収ラインにもどす。冷却水回収ラインに戻った冷却水は冷凍機等を含む冷却装置により冷却された後、再び冷却水供給ラインに供給される。また、加熱処理を必要とする装置では、一般に電気ヒータを加熱源として用いて加熱が行われる。
【０００５】
従来の半導体製造設備では、これら半導体製造装置における冷却及び加熱は装置個々について単独に行われており、装置間での熱の授受は行われていない。
【０００６】
図１は従来の半導体製造設備における冷却システムの一例を示す簡略図である。図１に示す半導体製造設備はシリコンウェハ等を処理して半導体デバイスを製造する設備であり、縦型熱処理装置２、縦型熱処理装置４、ウェハ洗浄装置６、コータ・デベロッパ装置８及びエッチング装置１０等が設置されている。
【０００７】
縦型熱処理装置２、縦型熱処理装置４、ウェハ洗浄装置６、コータ・デベロッパ装置８及びエッチング装置１０は、それぞれ装置の冷却を必要とする。これらの装置の冷却は冷却水循環システムを用いて行われる。冷却水循環システムは、冷却水供給ライン１２と冷却水回収ライン１４とを有する。各装置は冷却水供給ライン１２から冷却水の供給を受け、冷却水が各装置内を循環して熱を吸収することにより装置は冷却される。熱を吸収して温められた冷却水は冷却水回収ライン１４に排出され、冷却水回収ライン１４を通って温冷却水タンク１６に供給される。
【０００８】
冷却水供給ライン１２に供給される冷却水は、一般的に室温の範囲の温度、例えば２３℃である。各装置に供給する冷却水の流量は、各装置が放出する熱量に応じて制御され、各装置から排出される温められた冷却水の温度は、約３０℃である。各装置から排出される約３０℃に温められた冷却水は、冷却水回収ライン１４を介して温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵される。その後、温冷却水タンク１６に貯蔵された温められた冷却水は、冷却水循環ライン１８を通じて熱交換器２０に送られ、熱交換器２０により冷却された再び２３℃の温度となる。そして、熱交換器２０からの２３℃の冷却水は、冷却水循環ポンプ２２により冷却水供給ライン１２供給される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の図１に示す従来の冷却システムにおいて、熱交換器２０には、冷凍機等を含む冷却装置２４により１０℃以下に冷却された冷却水又は冷媒が供給され、３０℃の冷却水と１０℃以下に冷却された冷却水又は冷媒との間で熱交換することにより３０℃の冷却水を２３℃に冷却する。したがって、図１に示す従来の冷却システムでは、各装置２，４，６，８，１０から冷却水を介して排出される熱の全てを冷却装置２４により回収することとなり、冷却装置２４（冷凍機）への負荷が非常に大きなものとなっていた。したがって、冷却装置２４の設備コストは非常時に大きなものとなり、また、冷却装置２４のランニングコストも増大していた。
【００１０】
また、冷却装置２４により回収された熱は、最終的に大気中に放出されるだけであり、各装置２，４，６，８，１０から排出される膨大な熱量は再利用されることなく、省エネルギ化の観点からは何の対策も施されていなかった。
【００１１】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な排熱利用システム、排熱利用方法及び半導体製造設備を提供することである。
【００１２】
本発明のより具体的な目的は、半導体製造装置から排出される温められた冷却水を加熱源として再利用することにより、半導体製造設備の省エネルギ化を達成し得る排熱利用システム及び排熱利用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するために、本発明の一つの面によれば、複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用システムであって、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインとを有する排熱利用システムが提供される。
【００１４】
上述の発明による排熱利用システムは、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置とを更に有することとしてもよい。
【００１５】
また、上述の排熱利用システムは、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することとしてもよい。さらに、上述の排熱利用システムは、半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることとしてもよい。
【００１６】
本発明の実施例において、前記第１の所定の半導体製造装置は、コータ・デベロッパ装置である。また、前記第２の所定の半導体製造装置は、加熱炉を有する熱処理装置である。さらに、前記第３の所定の半導体製造装置は、ウェハ洗浄装置及びエッチング装置の少なくとも一方を含むものである。
【００１７】
また、本発明の他の面によれば、複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用方法であって、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給し、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給し、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給する各工程を有する排熱利用方法が提供される。
【００１８】
上述の本発明による排熱利用方法は、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵し、貯蔵された中温冷却水の一部を、前記第１の所定の半導体製造装置に供給し、貯蔵された中温冷却水の残りの部分を水冷式冷却装置により冷却して半導体製造装置に供給する各工程を有することとしてもよい。また、本発明による排熱利用方法は、水冷式冷却装置により冷却された中温冷却水を熱交換器により更に冷却する工程を有することとしてもよい。
【００１９】
また、本発明の更に他の面によれば、複数の半導体製造装置と、半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、第２の所定の半導体製造装置から排出された中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインとを有する半導体製造設備が提供される。
【００２０】
上述の本発明による半導体製造設備は、半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置とを更に有することとしてもよい。
【００２１】
また、本発明による半導体製造設備は、前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することとしてもよい。さらに、本発明による半導体製造設備は、半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることとしてもよい。
【００２２】
上述の発明によれば、各半導体製造装置から排出される中温冷却水の一部を半導体製造装置の加熱処理が必要な部分にそのまま供給することができ、従来冷却水を介して廃棄されていた熱を再利用することができる。また、所定の半導体製造装置から排出される高温冷却水のみを回収して他の半導体装置の加熱源として利用することができ、中温冷却水より高い加熱温度を必要とする加熱処理にも冷却水の熱を再利用することができる。このように、従来は熱交換器を介して冷却装置により廃棄されていた半導体製造装置から排出される温冷却水の熱の一部を、他の半導体製造装置の加熱処理に再利用するため、半導体製造設備全体の省エネルギ化が達成できる。
【００２３】
上述の発明によれば、熱源としてのエネルギ消費の大きい外調機の加熱源として、半導体製造装置から排出される温められた冷却水を再利用することができ、半導体製造工場全体でのエネルギ消費を大幅に低減することができる。
【００２４】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
【発明の実施の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施例について図面と共に説明する。
【００２６】
図２は本発明の一実施例による排熱利用システムの構成を示す簡略図である。図２において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２７】
まず、本発明の実施例による排熱利用システムの基本概念について説明する。本発明の排熱利用システムは、各半導体製造装置から排出される冷却水を、他の半導体製造装置で必要とされる加熱源又は冷却源として再利用するというものである。すなわち、半導体製造設備における半導体製造装置のうち、比較的高温に温められた冷却水を排出する装置からの冷却水を、その他の装置に必要である比較的低温の加熱源として利用する。また、冷却が必要な部分が比較的高温の装置には、各装置から排出されたままの温められた冷却水を再度供給して冷却を行う。以下、半導体製造装置から排出された温められた冷却水を温冷却水と称する。
【００２８】
上述のような排熱利用を行うため、本実施例による排熱利用システムでは、冷却水の供給ラインを、低温（例えば２３℃）、中温（例えば４０℃）、高温（例えば８０℃）という３系統に分けて準備する。そして、低温、中温、高温の冷却水を冷却源又は加熱源として各半導体製造装置に適宜供給する。中温及び高温の冷却水としては、半導体製造装置から排出された温冷却水をそのまま使用する。
【００２９】
次に、図２に示す各半導体製造装置について、排熱利用の観点から説明する。
【００３０】
縦型熱処理装置２，４は、半導体ウェハを熱処理する装置であり、１０００℃程度の高温でウェハを処理する加熱炉２ａ，４ａを有している。したがって、加熱炉の周囲を冷却するには、他の半導体製造装置から排出される中温（例えば４０℃）の温冷却水でも十分である。中温の温冷却水は、加熱炉２ａを冷却した後、高温（例えば８０℃）の温冷却水として、装置から排出される。ただし、縦型熱処理装置２，４はウェハの搬送部２ｂ，４ｂも有しており、搬送部２ｂ，４ｂには通常の低温（２３℃）の冷却水を供給する必要がある。
【００３１】
ウェハ洗浄装置６は、半導体ウェハを温められた超純水（ＤＩ水）で洗浄する装置であり、洗浄部６ａに隣接してＤＩ水を温めるためのＤＩ水加熱部６ｂを有している。洗浄部６ａは温ためられたＤＩ水を使用するので冷却する必要があり、この冷却には通常の低温（例えば２３℃）の冷却水が用いられる。一方、ＤＩ水加熱部６ｂは室温（２０〜２５℃）のＤＩ水を５０℃〜６０℃程度に加熱して洗浄部６ａに供給する。したがって、ＤＩ水加熱部６ｂには加熱源が必要であり、従来は電気ヒータを加熱源として用いていた。ここで、ＤＩ水の加熱温度は上述のように５０℃〜６０℃程度であり、高温（例えば８０℃）の温冷却水を用いて熱交換することにより十分加熱し得る温度範囲である。
【００３２】
コータ・デベロッパ装置８は一般にコータ・デベロッパ部８ａと空調部８ｂとを有している。コータ・デベロッパ部８ａでは、フォトレジストをコータにより塗布し、デベロッパにより現像する処理が行われる。フォトレジストは、ウェハに塗布される前は溶媒が加えられて液体状になっており、溶媒を蒸発させることによりウェハ上にレジスト層が形成される。液体状のフォトレジストの粘度は周囲温度に大きく依存するため、コータ・デベロッパ部８ａ内の空気の温度は一定（例えば２３℃）に維持されなければならない。したがって、コータ・デベロッパ部８ａを低温（例えば２３℃）の冷却水により常時冷却する必要がある。
【００３３】
また、塗布されたフォトレジスト中の溶媒の蒸発速度は、雰囲気の湿度に影響されるので、コータ・デベロッパ部８ａ内の空気の湿度も一定に保つ必要がある。したがって、コータ・デベロッパ部８ａに隣接して、温度及び湿度の調整された空気を供給するために空調部８ｂが設けられる。
【００３４】
ここで、温度及び湿度を調節するには、まず室温の空気を冷却除湿して乾燥した空気（湿度の低い空気）とし、この乾燥した空気を温水に通すことにより加湿して、適度な湿度（例えば相対湿度４５％）に設定する。この際、同時に空気も加熱して一定の温度（例えば２３℃）とする。この際、冷却乾燥した空気を加温、加湿するには、中温（例えば４０℃）の温冷却水を用いることができる。このように、コータ・デベロッパ装置８の空調部８ｂには、中温（例えば４０℃）の温冷却水を使用する用途がある。
【００３５】
エッチング装置１０は、ウェハをドライエッチングにより処理する装置である。ドライエッチングとして、高周波（ＲＦ）を利用した反応性化学エッチングやプラズマエッチグが用いられる。このようなエッチングでは、ウェハが高温となるため、処理部１０ａにはウェハ（ウェハを載置する載置台）を冷却するための冷媒を冷却するためにチラー部が設けられる。通常、冷媒は冷却されて低温に維持されるものであるが、エッチング処理が終了した場合には冷媒の温度を上げて急速に室温に戻すことが必要となる。そこで、チラー部には冷媒を温めるために高温（例えば８０℃）の温冷却水を使用する用途がある。一方、ドライエッチングを行うための高周波（ＲＦ）を発生するＲＦ発生器１０ｂは低温の冷却水（例えば２３℃）により冷却する必要がある。
【００３６】
以上のように、半導体製造設備に設けられる半導体製造装置は、様々な温度の冷却源及び加熱源を必要としており、各装置から排出される温冷却水を適切に他の装置に供給することにより、加熱源あるいは冷却源として再利用することができる。
【００３７】
本実施例では、図２に示すように、従来と同様の通常の低温（例えば２３℃）の冷却水を供給する冷却水供給ライン１２と、各装置から排出される温冷却水を回収する冷却水回収ライン１４とが設けられる。本実施例では、冷却水回収ライン１４に排出される温冷却水の温度が約４０℃となるように、各装置に供給する冷却水の流量を制御している。
【００３８】
本実施例では、上述の冷却水供給ラインの他に、中温冷却水供給ライン３０及び高温冷却水供給ライン３２が設けられる。中温冷却水供給ライン３０は、各半導体製造装置から排出された中温（例えば４０℃）の温冷却水（以下、中温冷却水と称する）を冷却せずにそのまま半導体製造装置に供給するために設けられる。また、高温冷却水供給ライン３２は、所定の半導体製造装置から排出された高温（例えば８０℃）の温冷却水（以下、高温冷却水と称する）を所定の半導体製造装置に供給するために設けられる。なお、以下の説明では、低温（例えば２３℃）の冷却水（以下、低温冷却水と称する）を供給する冷却水供給ライン１２を低温冷却水供給ライン１２と称する。
【００３９】
各半導体製造装置から冷却水回収ライン１４を介して回収された中温冷却水は、中温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵された後、その一部が中温冷却水循環ライン３４を通って中温冷却水循環ポンプ３６により中温冷却水供給ライン３０に供給される。中温冷却水タンク１６に一時的に貯蔵された中温冷却水の残りの部分は、低温冷却水循環ライン１８を通じて熱交換器２０に送られる。本実施例では、熱交換器２０の手前にクーリングタワー３８（水冷式冷却装置）が設けられ、低温冷却水循環ライン１８を流れる約４０℃の中温冷却水を３０℃程度まで冷却する。クーリングタワー３８で３０℃に冷却されたれ中温冷却水は、熱交換器２０により２３℃に冷却されて低温冷却水とされた後、低温冷却水循環ポンプ２２により低温冷却水供給ライン１２に供給される。
【００４０】
一方、半導体製造装置のうち、縦型熱処理装置２，４の加熱炉２ａ，４ａから排出された約８０℃の高温冷却水は、高温冷却水タンク４０に送られ、一時的に貯蔵された後、高温冷却水循環ポンプ４２により高温冷却水供給ライン３２に供給される。そして、高温冷却水供給ライン３２の高温冷却水は、ウェハ洗浄装置６のＤＩ水加熱部６ｂに加熱源として供給される。また、高温冷却水供給ライン３２の高温冷却水は、エッチング装置１０の処理部１０ａのチラー部にも供給される。
【００４１】
ＤＩ水加熱部６ｂ及び処理部１０ａのチラー部に供給された高温冷却水は、ＤＩ水を加熱するために熱を放出して約４０℃の中温冷却水となり、冷却水回収ライン１４に排出される。したがって、縦型熱処理装置２，４から排出された高温冷却水の熱は、ＤＩ水加熱部６ｂ及び処理部１０ａのチラー部の加熱に利用され、高温冷却水は中温冷却水となる。すなわち、従来では縦型熱処理装置２，４から製造設備外部に廃棄されていた熱を、ウェハ洗浄装置６及びエッチング装置１０で再利用することとなる。
【００４２】
また、上述のように、中温冷却水供給ライン３０に供給された約４０℃の中温冷却水は、コータ・デベロッパ装置８の空調部８ｂに供給される。そして、中温冷却水は、空調部８ｂにおいて空気を加熱及び加湿するために加熱源として利用され、冷却水回収ライン１４に排出される。したがって、空調部８ｂにおいても、中温冷却水の熱を利用して加熱処理を行っており、中温冷却水の熱の再利用が行われる。
【００４３】
なお、図２において、縦型熱処理装置２の加熱炉２ａには中温冷却水供給ライン３０から約４０℃の中温冷却水が供給され、縦型熱処理装置４の加熱炉４ａには低温冷却水供給ライン１２から約２３℃の低温冷却水が供給される。縦型熱処理装置２，４の加熱炉２ａ，４ａは温度が非常に高いため、低温冷却水ではなく中温冷却水であっても十分冷却効果を得ることができる。したがって、排出される高温冷却水の流量及び温度に不都合が生じないのであれば、高温となる部分の冷却には中温冷却水をなるべく使用することが望ましい。
【００４４】
以上のように、本実施例による排熱利用システムでは、熱交換器２０を介して冷却装置２４により廃棄されていた半導体製造装置から排出される温冷却水の熱の一部を、他の半導体製造装置の加熱処理に再利用するため、半導体製造設備全体の省エネルギ化が達成できる。
【００４５】
ここで、本実施例では、低温冷却水循環ライン１８にクーリングタワー３８を設けて中温冷却水をある程度冷却し、クーリングタワー３８からの冷却水を更に熱交換器２０により冷却して低温冷却水を得ている。しかし、中温冷却水供給ライン３０に供給する中温冷却水の量が多く、低温冷却水循環ライン１８に送られる低温冷却水の量が少なくなれば、クーリングタワー３８による冷却だけで約４０℃の中温冷却水を約２３℃の低温冷却水とすることができる。これにより、熱交換器２０及び冷却装置２４を使用しない排熱利用システムを構築することも可能である。
【００４６】
上述の実施例において、冷却水の温度である、低温（例えば２３℃）、中温（例えば４０℃）及び高温（例えば８０℃）は、具体的に示された温度に限ることなく、例えば、低温を２０℃、中温を３０℃、高温を６０℃というように適宜変更してもよい。
【００４７】
また、上述の実施例において、半導体製造設備に用いられる半導体製造装置は、図２に示す装置に限ることなく、他の半導体製造装置又は、半導体製造に係る周辺装置であってもよい。また、半導体製造装置及び周辺装置に限ることなく、半導体製造設備に隣接して設置される他の設備における装置であってもよい。例えば、半導体製造設備に付随する事務棟の空調設備の加熱源として、温冷却水を利用することもできる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムについて図３を参照しながら説明する。図３は本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムの簡略図である。図３において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
本実施例における半導体製造設備（半導体製造工場）は、基本的に上述の実施例と同様の構成を有するが、中温冷却水を加熱源として使用する外調機５０を有する点が異なる。外調機５０は、半導体製造装置が設置されたクリーンルームに供給する清浄な空気を生成する空調機である。外調機５０は、外気を取り入れて洗浄し、１０℃程度の温度に冷却し、次いで室温まで加熱して相対湿度を４０％前後にして、クリーンルーム内へ供給する設備を意味する。
【００５０】
従来は、半導体製造装置（例えば縦型熱処理炉２，４）から排出される温冷却水を、冷凍機から冷水が供給されている熱交換器に戻し、温冷却水を室温に冷却して、再度冷却水として使用していた。本実施例においては、上述の実施例と同様に半導体製造装置の冷却によって出る温冷却水から熱回収するために、通常の冷却水供給系に対して、温冷却水を回収し再循環するための配管、水槽およびポンプとからなる温冷却水リサイクル系を追加して、２系統の冷却水配管系を有する設備とする。この温冷却水リサイクル系には、高温冷却水を排水するための配管、高温冷却水を貯蔵する高温冷却水タンク４０、タンク４０から高温冷却水を利用する半導体製造装置（例えばウェハ洗浄装置６及びエッチング装置１０）および/または外調機５０までの配管、及び高温冷却水を送水する高温冷却水循環ポンプ４２が含まれる。
【００５１】
図３に示す構成では、タンク４０から外調機５０まで配管の途中には、熱交換器５２が配置される。熱交換器５２は、外調機５０の予熱コイル５０ａと再熱コイル５０ｂとから排出された使用済みの温水と、高温冷却水タンク４０から供給される高温冷却水との間で熱交換を行い、使用済みの温水の温度を上げて、温熱源としての温水タンク５４に戻す。これにより、温水タンク５４から供給されて外調機５０で空気加熱用に使用された温水は、熱交換器５２により加熱されて再び加熱用の温水として使用される。この際の温水の加熱源として、半導体製造装置からの高温冷却水が用いられる。
【００５２】
本実施例において、半導体製造装置及び／又は外調機５０での加熱に用いられた高温冷却水は、３０℃未満に冷却されるので、再び半導体製造装置用の冷却水として使用することができる。このため、従来の冷却水系統のように、高価な冷凍機と熱交換器が不要となり、さらに、その運転動力を節減できるといった利点がある。
【００５３】
本実施例による熱再利用システムは、温度制御が比較的ラフでも問題が生じないようなケースに適用できる。３系統の冷却水配管系の場合には、例えば、厳密に６０℃に制御したい半導体製造装置の場合には、その温度系統の温冷却水を供給することにより、容易に必要な加熱を行う事ができるので、非常に好ましい。しかし、例えば外調機５０の加熱の場合には、加熱すべき熱量が大きく、温冷却水だけでは不十分な場合がある。このため、従来から使用されているような加熱用のスチームヒータもしくは電熱ヒータを併用して、外調機５０から排出された温水を室温まで戻すことができる。したがって、熱交換器５２に供給する温冷却水は必ずしもある一定の温度とする必要はない。このような場合には、２系統の配管系にすることにより、３系統の配管系のうちの一つの温冷却水系統を節約できる。そして、その再利用する温冷却水の温度は、３０℃〜５０℃の中温系で使用することが好ましい。３０℃以下では熱交換効率が悪くなり、また、５０℃以上では配管に本格的な保温材を巻いて保温し、かつ使用するパッキン等に特殊な材料を使用する必要が生じるためである。
【００５４】
上述の実施例において、再利用する温冷却水を排出する半導体製造装置としては、高温の温冷却水を多量に排出するようなシリコンウェハを熱酸化する縦型熱処理炉２，４が好適である。また、上述のように、高温冷却水の熱の利用先は、外調機５０の空気加熱器（予熱コイル５０ａ及び再熱コイル５０ｂ）であることが好ましい。このように、比較的高温で多量の温冷却水を排出する縦型熱処理炉からの温冷却水を、外調機５０の空気加熱器用の加熱源としての温水の加熱に用いれば、効率よく、外気処理のためのエネルギを節約できる。この場合には、空気加熱器用の熱交換器５２を配備する必要があるが、熱交換器５２で室温に近い温度まで加熱できるので、例えばスチームヒータもしくは電熱ヒータを補助の加熱装置として併用したとしても、室温まで上げるためのスチーム量もしくは電気量を大幅に節約することができる。
【００５５】
図３に示す熱再利用システムを用いた一例として、外調機５０の処理風量が１００００ｍ３／ｈであり、その温熱負荷が年間約３０万Ｍｃａｌである場合を想定する。また、半導体製造装置からの生産冷却水排熱のうち利用可能回収熱量が年間１０万Ｍｃａｌであるとすると、一年間で必要な温熱負荷量の約１／３が、半導体製造装置から排出される温冷却水の利用により節約可能となる。また、生産冷却水の排熱利用に伴う冷熱源負荷の減少によって、冷凍機の熱源容量を約１割減少することができる。また、冷凍機の小型化が可能となり、冷凍機の運転に伴う電気代を低減することができる。これらの節約分を電気代に置き換えると、年間１５万ｋＷｈ(約２００万円）の節約となり、半導体製造設備のランニングコストにおいて多大な節約効果を得ることができる。
【００５６】
本発明は上述の具体的に開示された実施例に限定されるものでは無く、本発明の開示の範囲内で様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の半導体製造設備の冷却システムの簡略図である。
【図２】 本発明の一実施例による半導体製造設備の排熱利用システムの簡略図である。
【図３】 本発明の他の実施例による半導体製造工場の熱回収システムの簡略図である。
Claims (14)
- 複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用システムであって、
半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、
半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、
第２の所定の半導体製造装置から排出された、中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインと
を有することを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項１記載の排熱利用システムであって、
半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、
前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、
前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、
前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置と
を更に有することを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項２記載の排熱利用システムであって、
前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の排熱利用システムであって、
半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の排熱利用システムであって、
前記第１の所定の半導体製造装置は、コータ・デベロッパ装置であることを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の排熱利用システムであって、
前記第２の所定の半導体製造装置は、加熱炉を有する熱処理装置であることを特徴とする排熱利用システム。 - 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の排熱利用システムであって、
前記第３の所定の半導体製造装置は、ウェハ洗浄装置及びエッチング装置の少なくとも一方を含むことを特徴とする排熱利用システム。 - 複数の半導体製造装置を有する半導体製造設備の排熱利用方法であって、
半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給し、
半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給し、
第２の所定の半導体製造装置から排出された、中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給する
各工程を有することを特徴とする排熱利用方法。 - 請求項８記載の排熱利用方法であって、
半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵し、
貯蔵された中温冷却水の一部を、前記第１の所定の半導体製造装置に供給し、
貯蔵された中温冷却水の残りの部分を水冷式冷却装置により冷却して半導体製造装置に供給する
各工程を有することを特徴とする排熱利用方法。 - 請求項９記載の排熱利用方法であって、
水冷式冷却装置により冷却された中温冷却水を熱交換器により更に冷却する工程を有することを特徴とする排熱利用方法。 - 複数の半導体製造装置と、
半導体製造装置に室温と実質的に等しい温度の低温冷却水を供給するための低温冷却水供給ラインと、
半導体製造装置から排出された室温より高い温度の中温冷却水を、第１の所定の半導体製造装置に供給するための中温冷却水供給ラインと、
第２の所定の半導体製造装置から排出された、中温冷却水よりさらに高い温度の高温冷却水を、第３の所定の半導体製造装置に加熱源として供給するための高温冷却水供給ラインと
を有することを特徴とする半導体製造設備。 - 請求項１１記載の半導体製造設備であって、
半導体製造装置から排出された中温冷却水を一時的に貯蔵する中温冷却水タンクと、
前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記中温冷却水供給ラインに供給するための中温冷却水循環ラインと、
前記中温冷却水タンクに貯蔵された中温冷却水を、前記低温冷却水供給ラインに供給する低温冷却水循環ラインと、
前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記中温冷却水タンクからの中温冷却水を冷却する水冷式冷却装置と
を更に有することを特徴とする半導体製造設備。 - 請求項１２記載の半導体製造設備であって、
前記低温冷却水循環ラインに設けられ、前記水冷式冷却装置からの冷却水を更に冷却して低温冷却水とする熱交換器を更に有することを特徴とする半導体製造設備。 - 請求項１１乃至１３のうちいずれか一項記載の半導体製造設備であって、
半導体製造装置から排出された高温冷却水を一時的に貯蔵する高温冷却水タンクを更に有し、前記高温冷却水供給ラインは前記高温冷却水タンクに接続されることを特徴とする半導体製造設備。
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