JPH11201582A - 精密流体温調装置 - Google Patents

精密流体温調装置

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JPH11201582A
JPH11201582A JP10017920A JP1792098A JPH11201582A JP H11201582 A JPH11201582 A JP H11201582A JP 10017920 A JP10017920 A JP 10017920A JP 1792098 A JP1792098 A JP 1792098A JP H11201582 A JPH11201582 A JP H11201582A
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fluid
heat
heat exchange
temperature
exchange block
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Hideo Morita
田 英 夫 森
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SMC Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属を腐食するような強い浸蝕性のある流体
を高精度に温調するに際し、恒温水を用いることなく、
フッ素樹脂製のチューブ自体を簡単な装置で直接周囲か
ら効率よく温調可能にする。 【解決手段】 浸蝕性流体と熱交換する熱交換ブロック
２の表面にペルチェ素子を密着固定し、このペルチェ素
子の動作制御により熱交換ブロックを介して上記流体を
目標温度に温調する。この精密流体温調装置における上
記熱交換ブロックは、熱伝導性の良い金属材料からなる
一対の互いに接合する伝熱板１１により構成し、この伝
熱板の接合面に凹設した半円状の溝１２間の円孔内面に
密接するように、フッ素樹脂により形成したチューブ３
を挟み込むことにより、流体と熱交換ブロックとの間で
熱交換する熱交換部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体関連製造装
置等において、流路を流れる浸蝕性流体（現像液やフォ
トレジスト等の金属イオンの流入を嫌う液体）を、それ
が間欠的に流れるものであっても、恒温水を用いること
なく精密に直接温調可能にする精密流体温調装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図８に例示するように、ウエハＷに対し
て温度制御された現像液やフォトレジストを間欠的に流
出させる場合、即ち、間欠的に流路を流れる浸蝕性の流
体を高精度に温調する場合に、従来は、フッ素樹脂（商
品名：テフロン）等の耐食性のチューブ５３内に温調対
象の流体を流し、そのチューブ５３の外側に、恒温水循
環装置５１において該流体の目標温度に温調された恒温
水５５を流すようにして熱交換部５２を構成し、その恒
温水５５を循環流路５４において循環させて上記流体の
温調を行っている。そのため、別途恒温水循環装置５１
を設置する必要があって、装置全体の小型化が困難であ
り、しかも、恒温水を流すための循環流路５４が必要で
あって、その水漏れ防止に着いても十分な配慮が必要に
なる。
【０００３】また、効率よく高精度に温調できる熱交換
器として、従来、温調対象の流体を流すステンレス管
を、熱交換ブロックを構成するアルミニウムで鋳込んだ
構造のものも知られている。しかしながら、管内を流れ
る温調対象の流体が上記レジストのように強い浸蝕性を
持つ場合、この方式の熱交換器を温調に適用することは
できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、金属を腐食するような強い浸蝕性のある流体を高精
度に温調するに際し、上記恒温水を用いることなく、耐
食性にすぐれたチューブ内を流れる流体を直接温調でき
るようにした精密流体温調装置を提供することにある。
本発明の更に具体的な技術的課題は、温調すべき浸蝕性
のある流体（現像液やフォトレジスト等の金属イオンの
流入を嫌う液体）に対してフッ素樹脂（商品名：テフロ
ン）のような耐食性チューブを使用するに際し、当該フ
ッ素樹脂チューブ自体を直接周囲から効率よく高精度に
温調可能にした精密流体温調装置を提供することにあ
る。本発明の他の技術的課題は、上記浸蝕性のある流体
を温調するに際し、恒温水を用いないことによって恒温
水循環装置の設置の必要をなくし、装置を簡単、小型化
できるようにした精密流体温調装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る第１の流体温調装置は、流路を流れる
浸蝕性流体と熱交換する熱容量の大きい熱交換ブロック
の表面にペルチェ素子を密着固定し、このペルチェ素子
の熱交換ブロックとは反対側に熱移送手段を配設して、
該ペルチェ素子の動作制御により熱交換ブロックを介し
て上記流体を精密に目標温度に温調するための精密流体
温調装置において、上記熱交換ブロックを熱伝導性の良
い金属材料からなる一対の互いに接合する伝熱板により
構成し、この一対の伝熱板の接合面に、それぞれ多数の
半円状の溝を対向させて凹設し、対向する溝間に形成さ
れる円孔内面に密接するように、フッ素樹脂により形成
した上記流体が流れるチューブを挟み込むことにより、
上記浸蝕性流体と熱交換ブロックとの間で熱交換する熱
交換部を形成したことを特徴とするものである。
【０００６】また、本発明に係る第２の流体温調装置
は、上記精密流体温調装置において、熱交換ブロック
を、熱伝導性の良い金属材料からなる容器状の伝熱部材
中に、フッ素樹脂により形成した上記流体が流れるチュ
ーブを配列設置し、その伝熱部材とチューブとの間の隙
間に熱伝導性の良い充填材料を充填することにより構成
し、上記浸蝕性流体と熱交換熱ロックとの間で熱交換す
る熱交換部を形成したことを特徴とするものである。
【０００７】上記構成を有する本発明の精密流体温調装
置においては、耐食性にすぐれたフッ素樹脂製のチュー
ブ内に温調対象の流体を流すようにし、しかも、このチ
ューブの周囲に熱容量の大きい伝熱板あるいは伝熱部材
を密接させて、これらをペルチェ素子により加熱または
冷却することにより、上記チューブ内を流れる温調対象
の流体を直接温調するようにしているので、金属を腐食
するような強い浸蝕性のある流体であっても、あるいは
それが間欠的に流れるものであっても、チューブ自体の
周囲から直接的に効率よく高精度に温調することがで
き、また、前記従来例のように恒温水を必要とせず、そ
れによって恒温水循環装置の設置の必要がなくなり、装
置を簡単、小型化することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る精密流体温
調装置の全体的構成を概略的に示している。この精密流
体温調装置は、金属を腐食するような強い浸蝕性のある
現像液やフォトレジスト等の金属イオンの流入を嫌う液
体を高精度に温調するためのもので、その熱交換部１
は、耐食性にすぐれたテフロン（商標）のようなフッ素
樹脂（ＰＦＡ）により形成した上記流体が流れるチュー
ブ３を、アルミニウムのように熱伝導性の良い部材から
なる熱交換ブロック２内に密着固定することにより構成
される。
【０００９】上記熱交換部１は、断熱材４で熱交換ブロ
ック２の周囲を被覆することにより周囲での熱の授受を
遮断し、該熱交換ブロック２の表面に、熱負荷に応じた
必要な容量のペルチェ素子５が密着固定される。一方、
上記ペルチェ素子５の熱交換ブロック２側とは反対の側
の面には、熱移送手段を構成する放熱器６（ヒートシン
ク、水冷ジャケット等）を設置して、ペルチェ素子５の
加熱面の放熱を行わせる。そのため、このペルチェ素子
５の制御により効率的に熱交換ブロック２の温調が行わ
れる。また、上記チューブ３内を流れる温調対象の流体
を目標温度に制御するため、上記熱交換ブロック２に
は、温度検出用のセンサ７を埋め込み、それが、直流電
源９からペルチェ素子５へ流す電流を制御するコントロ
ーラ８に接続される。
【００１０】上記構成を有する精密流体温調装置におい
ては、コントローラ８によるペルチェ素子５の制御によ
り熱交換ブロック２が冷却され、常に温調対象の流体の
目標温度になるように制御される。これにより、チュー
ブ３内を流れる温調対象の流体（薬液）は、それが連続
的に流れるものであっても、あるいは、間欠的に流れる
流体であっても、熱交換ブロック２内で流通または滞留
している間に、熱交換ブロック２からチューブ３を通し
て直接的に精密温調され、目標温度に到達して吐出す
る。そのため、上記チューブ３は流体が目標温度に達す
る程度の滞留時間を確保できる長さが必要である。温調
対象の流体を加熱温調する場合には、上述した流体温調
装置における熱の流れを全く逆にするだけでよく、その
場合には、ペルチェ素子への電流の方向を反転すればよ
い。
【００１１】チューブ３内の流体を温調するに際し、直
接該流体の温度を計測することは現実的に困難である。
そのため、図１に示すように、熱交換ブロック２に埋め
込まれたセンサ７の検知温度を、温調対象の流体の代表
温度として制御するが、熱交換ブロック２の熱容量を適
度に大きくし、且つ上記熱交換ブロック２内のチューブ
３の長さを十分に確保することにより、流体温度を十分
に上記代表温度に近づけることができる。コントローラ
８による制御は、直流電源９からペルチェ素子５へ流れ
る直流電流を温度センサ７の出力に基づいて制御し、熱
交換ブロック２を目標温度に保つものである。これによ
り、流体の目標温度に温調された熱交換ブロック２から
チューブ３を通じて該チューブ内の流体が目標温度にコ
ントロールされる。
【００１２】上記熱交換部１を構成する熱交換ブロック
２としては、図２及び図３によって以下に説明するよう
な構造を採用することができる。まず、図２の熱交換ブ
ロック２は、アルミニウムのような熱伝導性の良い材料
からなる一対の伝熱板１１を互いに接合することにより
構成し、これらの伝熱板１１の接合面に、それぞれ多数
の半円状の溝１２を対向させて凹設し、対向する溝１２
間に形成される円孔内面に密接させて、前記チューブ３
を挟み込むようにしたものである。したがって、チュー
ブ３内を流れる温調対象流体と、一対の伝熱板１１との
間で、直接的に熱交換が行われる。
【００１３】また、図３に示す熱交換ブロック２は、ア
ルミニウムのような熱伝導性の良い材料により容器状に
形成した伝熱部材１３中に前記チューブ３を配列設置
し、その伝熱部材１３とチューブ３との間の隙間を、熱
伝導性の良い充填材料１４で埋めている。上記充填材料
１４としては、チューブ３の融点よりも低い温度で解け
る金属、またはそれに相当する熱伝導性にすぐれた材料
（例えば、低温ハンダ、伝熱セメント等）を用い、それ
を上記隙間に流し込んで凝固させた鋳込み構造とするの
が望ましい。なお、図２の伝熱板１１における溝１２と
チューブ３との間に隙間がある場合には、上記充填材料
１４と同様なものでその隙間を埋めることもできる。
【００１４】図４及び図５は、上記図２の熱交換ブロッ
クに対応する実施例を、図６及び図７は、上記図３の熱
交換ブロックに対応する実施例をそれぞれ示している。
これらの実施例は、同時に流れることのない複数系統
（図示の例では４系統）の間欠流体流（薬液流）を、一
つの熱交換部２０，３０にてその熱交換部内での滞留時
間中に目標温度に精密温調して吐出させるもので、各系
統の目標温度が異なる場合においても、図１のコントロ
ーラ８において温度設定変更を高速に行い、複数系統を
各温度に温調可能にするものである。これにより、温調
装置の全体的構成を一層簡単化することができる。
【００１５】図４及び図５に示す実施例は、アルミニウ
ムからなる一対の伝熱板２１を互いに接合することによ
り構成し、これらの伝熱板２１の接合面に、それぞれ、
図２によって説明した多数の半円状の溝を対向させて凹
設し、対向する溝間に形成される円孔内面に密接するよ
うに、前記フッ素樹脂製の４系統のチューブ２３を挟み
込んでいる。これらのチューブ２３は、４系統のものが
複数回折り返して一対の伝熱板２１間に挟み込まれ、そ
の折り返し部分では一対の伝熱板２１の間から外部に露
出しているが、この部分は、前記図３で説明したような
充填材料中に埋めることもできる。なお、図中、符号２
４は伝熱板２１を覆う断熱材、２５は伝熱板２１上に密
着固定したペルチェ素子、２６は内部に冷却水用のチュ
ーブ２７を埋め込んだ冷却水ジャケットからなる放熱器
（熱移送手段）、２８は取付け用ブラケット、２９は熱
交換部２０に被設したカバーを示している。
【００１６】また、図６及び図７に示す実施例では、ア
ルミニウムからなる容器状の伝熱部材３１中に、前記フ
ッ素樹脂製の４系統のチューブ３３を配列設置し、その
伝熱部材３１とチューブ３３との間の隙間を熱伝導性の
良い充填材料３２で埋めている。これらのチューブ３３
は、４系統のものを複数回折り返してその折り返し部分
を含めて容器状の伝熱部材３１内に収容されるが、図示
したように折り返し部分を介して上下にずれた位置に４
系統のチューブ３３を配列させると、該折り返し部分に
おいて各チューブを整然と配列させることができる。な
お、図中、符号３４は伝熱部材３１を覆う断熱材、３５
はペルチェ素子、３６は内部に冷却水用のチューブ３７
を埋め込んだ冷却水ジャケットからなる放熱器（熱移送
手段）、３８は取付け用ブラケット、３９は熱交換部３
０に被設したカバーを示している。
【００１７】このように構成すると、図２及び図３の場
合と同様に、チューブ２３，３３内を流れる温調対象流
体と一対の伝熱板２１または伝熱部材３１との間で直接
的に効率よく熱交換が行われる。そして、従来の流体温
調装置のように、恒温水循環装置や、恒温水と温調対象
流体との間で熱交換する熱交換器（二重管）等が不要と
なり、省スペース、省電力化を実現することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の精密流体温調装
置によれば、金属を腐食するような強い浸蝕性のある流
体を高精度に温調するに際し、従来のように恒温水を用
いることなく、耐食性にすぐれたフッ素樹脂製のチュー
ブを使用して、該チューブ自体を周囲から直接効率よく
温調することができ、しかも、装置を簡単で小型に形成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る精密流体温調装置の全体的構成を
概略的に示すブロック構成図である。
【図２】熱交換部の構成例を示す断面図である。
【図３】熱交換部の他の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る精密流体温調装置の実施例を示す
平面図である。
【図５】同断面図である。
【図６】本発明に係る精密流体温調装置の他の実施例を
示す平面図である。
【図７】同断面図である。
【図８】従来の装置の概略的構成を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
１，２０，３０ 熱交換部 ２ 熱交換ブロック ３，２３，３３ チューブ ５，２５，３５ ペルチェ素子 ６，２６，３６ 放熱器 １１，２１ 伝熱板 １２ 溝 １３，３１ 伝熱部材 １４，３２ 充填材料

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流路を流れる浸蝕性流体と熱交換する熱容
    量の大きい熱交換ブロックの表面にペルチェ素子を密着
    固定し、このペルチェ素子の熱交換ブロックとは反対側
    に熱移送手段を配設して、該ペルチェ素子の動作制御に
    より熱交換ブロックを介して上記流体を精密に目標温度
    に温調するための精密流体温調装置において、 上記熱交換ブロックを熱伝導性の良い金属材料からなる
    一対の互いに接合する伝熱板により構成し、この一対の
    伝熱板の接合面に、それぞれ多数の半円状の溝を対向さ
    せて凹設し、対向する溝間に形成される円孔内面に密接
    するように、フッ素樹脂により形成した上記流体が流れ
    るチューブを挟み込むことにより、上記浸蝕性流体と熱
    交換ブロックとの間で熱交換する熱交換部を形成した、
    ことを特徴とする精密流体温調装置。
  2. 【請求項２】流路を流れる浸蝕性流体と熱交換する熱容
    量の大きい熱交換ブロックの表面にペルチェ素子を密着
    固定し、このペルチェ素子の熱交換ブロックとは反対側
    に熱移送手段を配設して、該ペルチェ素子の動作制御に
    より熱交換ブロックを介して上記流体を精密に目標温度
    に温調するための精密流体温調装置において、 上記熱交換ブロックを、熱伝導性の良い金属材料からな
    る容器状の伝熱部材中に、フッ素樹脂により形成した上
    記流体が流れるチューブを配列設置し、その伝熱部材と
    チューブとの間の隙間に熱伝導性の良い充填材料を充填
    することにより構成し、上記浸蝕性流体と熱交換ブロッ
    クとの間で熱交換する熱交換部を形成した、ことを特徴
    とする精密流体温調装置。
JP10017920A 1998-01-14 1998-01-14 精密流体温調装置 Pending JPH11201582A (ja)

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