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KR102398341B1 - 액체 가열 장치 및 세정 시스템 - Google Patents

액체 가열 장치 및 세정 시스템 Download PDF

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KR102398341B1
KR102398341B1 KR1020207018971A KR20207018971A KR102398341B1 KR 102398341 B1 KR102398341 B1 KR 102398341B1 KR 1020207018971 A KR1020207018971 A KR 1020207018971A KR 20207018971 A KR20207018971 A KR 20207018971A KR 102398341 B1 KR102398341 B1 KR 102398341B1
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tank
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supplied
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카즈히로 미무라
Original Assignee
가부시키가이샤 케르쿠
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Abstract

액체 가열 장치는 대상에 공급되는 제 1 액체가 흐르는 분기 유로와 접속되는 순환 유로와, 순환 유로에 배치되어 순환 유로를 흐르는 제 1 액체를 가열하는 가열 장치와, 대상에 대한 제 1 액체의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 순환 유로를 흐르는 제 1 액체를 냉각하는 냉각 장치를 구비한다.

Description

액체 가열 장치 및 세정 시스템
본 발명은 액체 가열 장치 및 세정 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 처리, 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하는 도포 처리, 포토레지스트가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 노광 처리, 및 노광 후의 반도체 웨이퍼를 에칭하는 에칭 처리와 같은 복수의 처리를 거쳐서 제조된다.
반도체 웨이퍼의 세정 처리에 있어서, 반도체 웨이퍼는 가열된 순수로 세정된다. 순수는 가열 장치에 의해 가열된 후, 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 장치에 공급된다. 가열된 순수 중 반도체 웨이퍼의 세정에 사용되지 않은 순수는 가열 장치로 되돌려지는 경우가 있다. 세정에 사용되지 않은 순수가 가열 장치를 포함하는 순환 유로에 있어서 순환함으로써, 에너지 소비량의 저감을 도모할 수 있다.
일본 특허 공개 2010-067636호 공보
가열 장치를 정지 후에 재기동시키면, 목표 온도까지 온도 상승시키는데 시간이 필요하고, 불필요한 에너지를 소비해버린다. 그 때문에, 세정 장치로부터 액체가 요구되지 않아도, 순환 유로에 있어서 액체를 순환시키면서 가열 장치의 작동을 유지하는 것이 바람직하다. 한편, 가열 장치가 작동하고 있는 상태에서 순환 유로에 있어서 순수를 계속 순환하면, 순수의 온도가 과도하게 높아져 버릴 가능성이 있다.
본 발명의 형태는 가열 장치를 포함하는 순환 유로를 흐르는 액체를 적정한 온도로 유지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 형태에 의하면, 대상에 공급되는 제 1 액체가 흐르는 분기 유로와 접속되는 순환 유로와, 상기 순환 유로에 배치되어 상기 순환 유로를 흐르는 상기 제 1 액체를 가열하는 가열 장치와, 상기 대상에 대한 상기 제 1 액체의 공급이 정지되어 있는 상태에서 상기 순환 유로를 흐르는 상기 제 1 액체를 냉각하는 냉각 장치를 구비하는 액체 가열 장치가 제공된다.
(발명의 효과)
본 발명의 형태에 의하면, 가열 장치를 포함하는 순환 유로를 흐르는 액체를 적정한 온도로 유지할 수 있다.
도 1은 실시형태에 의한 세정 시스템을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태에 의한 세정 시스템을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태에 의한 세정 시스템의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태에 의한 세정 시스템을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 액체의 온도와 가열 장치의 조작량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 액체의 온도와 가열 장치의 조작량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시형태에 의한 세정 시스템을 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시형태의 구성요소는 적당히 조합시킬 수 있다. 또한, 일부의 구성요소를 사용하지 않는 경우도 있다.
[세정 시스템]
도 1은 본 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 세정 시스템(CS)은 세정용 액체(LQ1)(제 1 액체)를 가열하는 액체 가열 장치(100)와, 액체 가열 장치(100)에서 가열된 액체(LQ1)가 공급되는 세정 장치(30)를 구비한다. 세정 장치(30)는 액체 가열 장치(100)로부터의 액체(LQ1)가 공급되는 대상이다. 세정 장치(30)는 액체 가열 장치(100)로부터 공급된 액체(LQ1)로 세정 대상을 세정한다. 본 실시형태에 있어서, 세정 대상은 반도체 웨이퍼이다. 액체(LQ1)는 순수이다.
액체 가열 장치(100)는 탱크(1)를 포함하는 순환 유로(10)와, 순환 유로(10)에 배치되는 펌프(5)와, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 가열하는 가열 장치(2)와, 탱크(1)에 접속되는 공급 유로(7)와, 탱크(1)에 접속되는 배출 유로(9)와, 공급 유로(7)에 배치되는 제 1 밸브 장치(3)와, 배출 유로(9)에 배치되는 제 2 밸브 장치(4)와, 액체 가열 장치(100)를 제어하는 제어 장치(20)를 구비한다.
또한, 액체 가열 장치(100)는 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)의 온도를 나타내는 출구 온도를 검출하는 온도 센서(6)와, 탱크(1)에 수용되는 액체(LQ1)의 양을 검출하는 액면 센서(8)를 구비한다.
순환 유로(10)는 분기 유로(31)와 접속되는 분기부(DP)를 갖는다. 분기 유로(31)는 분기부(DP)에 있어서 순환 유로(10)로부터 분기된다. 세정 장치(30)에 공급되는 액체(LQ1)는 분기부(DP)에 있어서 순환 유로(10)로부터 분기되고, 분기 유로(31)를 흐른다.
순환 유로(10)는 탱크(1)와, 탱크(1)와 가열 장치(2)의 입구를 접속하는 유로(10A)와, 가열 장치(2)의 출구와 분기부(DP)를 접속하는 유로(10B)와, 분기부(DP)와 탱크(1)를 접속하는 유로(10C)를 포함한다.
펌프(5)는 유로(10A)에 배치된다. 펌프(5)의 작동에 의해, 액체(LQ1)는 순환 유로(10)를 흐른다. 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)는 유로(10A)를 통해서 가열 장치(2)에 공급되고, 가열 장치(2)에 의해 가열된 후 유로(10B)를 흐른다. 유로(10B)를 흐른 액체(LQ1)는 유로(10C)를 통해서 탱크(1)로 되돌려진다.
액면 센서(8)는 탱크(1)에 설치된다. 액면 센서(8)는 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)의 표면의 높이를 검출하여 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)의 양을 검출한다.
온도 센서(6)는 유로(10B)에 배치된다. 온도 센서(6)는 가열 장치(2)에서 가열된 후의 액체(LQ1)의 온도를 나타내는 출구 온도를 검출한다. 온도 센서(6)는 가열 장치(2)의 출구의 근방에 있어서의 유로(10B)에 배치된다.
가열 장치(2)는 순환 유로(10)에 배치된다. 가열 장치(2)는 할로겐 램프와 같은 램프 히터를 포함한다. 램프 히터는 복사열로 액체(LQ1)를 가열한다. 램프 히터는 액체(LQ1)의 오염을 억제하여 액체(LQ1)를 가열할 수 있다.
가열 장치(2)는 노이즈의 발생이 적은 사이클 제어에 의해 제어된다. 가열 장치(2)를 기동할 때, 가열 장치(2)에 돌입 전류가 입력되는 것을 억제하기 위해 소프트 스타트가 실시된다. 소프트 스타트란 램프 히터에 주는 전압을 일정 변화율로 증가시킴으로써 램프 히터의 온도를 서서히 상승시키는 기동 방법을 말한다. 소프트 스타트에 의해, 램프 히터의 온도가 서서히 상승하여 램프 히터에 대한 돌입 전류의 입력이 억제된다.
가열 장치(2)는 액체(LQ1)를 목표 온도로 가열한다. 목표 온도는, 예를 들면 80[℃]이다. 가열 장치(2)는 유로(10A)로부터 공급된 액체(LQ1)를 가열하여 유로(10B)로 보낸다. 가열 장치(2)에 의해 가열되어, 유로(10B)를 흐르는 액체(LQ1)는 유로(10C) 및 분기 유로(31) 중 적어도 일방에 공급된다.
공급 유로(7)는 탱크(1)와 접속된다. 탱크(1)는 공급 유로(7)를 통해서 액체(LQ2)(제 2 액체)의 공급원과 접속된다. 공급원은 세정 시스템(CS)이 설치되는 공장의 설비로서 공장에 설치된다. 공급원은 규정 온도의 액체(LQ2)를 송출한다. 규정 온도는 목표 온도보다 낮다. 규정 온도는, 예를 들면 23[℃]이다. 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)는 공급 유로(7)를 통해서 탱크(1)에 공급된다. 액체(LQ2)는 순수이다.
제 1 밸브 장치(3)는 공급 유로(7)에 배치된다. 제 1 밸브 장치(3)는 공급원으로부터 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ2)의 유량을 조정한다. 제 1 밸브 장치(3)는 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 냉각하는 냉각 장치로서 기능한다.
제 1 밸브 장치(3)는 공급원으로부터 공급된 액체(LQ2)를 탱크(1)에 보냄으로써, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 냉각한다. 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)는 유로(10B) 및 유로(10C)를 통해서 탱크(1)에 공급된다. 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)의 온도는 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)의 온도보다 낮다. 그 때문에, 제 1 밸브 장치(3)는 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)를 탱크(1)로 보냄으로써, 탱크(1)의 액체(LQ1)를 냉각할 수 있다.
또한, 제 1 밸브 장치(3)는 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ2)의 유량을 조정함으로써, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 온도를 조정할 수 있다. 또한, 제 1 밸브 장치(3)는 공급원으로부터 탱크(1)에 대한 액체(LQ2)의 공급을 정지할 수 있다.
제 1 밸브 장치(3)는 노멀 포트와, 스로틀 포트와, 클로즈 포트를 포함한다. 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 노멀 포트가 접속됨으로써, 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)는 제 1 유량으로 탱크(1)에 공급된다. 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트가 접속됨으로써, 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)는 제 1 유량보다 적은 제 2 유량으로 탱크(1)에 공급된다. 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트가 접속됨으로써, 공급원으로부터 탱크(1)에 대한 액체(LQ2)의 공급이 정지된다.
배출 유로(9)는 탱크(1)와 접속된다. 탱크(1)의 액체(LQ1)는 배출 유로(9)를 통해서 배출된다. 배출 유로(9)를 통해서 탱크(1)로부터 배출되는 액체(LQ1)는 폐기된다.
제 2 밸브 장치(4)는 배출 유로(9)에 배치된다. 제 2 밸브 장치(4)는 탱크(1)로부터 배출되는 액체(LQ1)의 유량을 조정한다.
제 2 밸브 장치(4)는 노멀 포트와, 스로틀 포트와, 클로즈 포트를 포함한다. 배출 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 노멀 포트가 접속됨으로써, 탱크(1)의 액체(LQ1)는 제 1 유량으로 탱크(1)로부터 배출된다. 배출 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 스로틀 포트가 접속됨으로써, 탱크(1)의 액체(LQ1)는 제 1 유량보다 적은 제 2 유량으로 탱크(1)로부터 배출된다. 배출 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 클로즈 포트가 접속됨으로써, 탱크(1)로부터의 액체(LQ1)의 배출이 정지된다.
유량 조정 밸브(32)가 분기 유로(31)에 배치된다. 유량 조정 밸브(32)는 분기 유로(31)를 흐르는 액체(LQ1)의 유량을 조정가능한 가변 유량 조정 밸브이다. 유량 조정 밸브(32)는 분기 유로(31)를 통해서 세정 장치(30)에 공급되는 액체(LQ1)의 유량을 조정한다. 유량 조정 밸브(32)가 열리면, 세정 장치(30)에 액체(LQ1)가 공급된다. 유량 조정 밸브(32)가 닫히면, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된다.
유량 조정 밸브(33)가 유로(10C)에 배치된다. 유량 조정 밸브(33)는 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 유량을 조정가능한 가변 유량 조정 밸브이다. 유량 조정 밸브(33)는 유로(10C)를 통해서 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ1)의 유량을 조정한다. 유량 조정 밸브(33)가 열리면, 탱크(1)에 액체(LQ1)가 공급되어 액체는 순환 유로(10)를 순환한다. 유량 조정 밸브(33)가 닫히면, 탱크(1)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된다.
유량 조정 밸브(32)의 개도 및 유량 조정 밸브(33)의 개도에 의거하여 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 세정 장치(30)에 공급된다. 유량 조정 밸브(32)가 열리면, 순환 유로(10)를 흐르고 있는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 분기부(DP)에 있어서 분기 유로(31)로 분기되어 세정 장치(30)에 공급된다.
또한, 유량 조정 밸브(32)의 개도 및 유량 조정 밸브(33)의 개도에 의거하여 분기부(DP)로부터 세정 장치(30)에 공급되는 액체(LQ1)의 유량과, 분기부(DP)로부터 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ1)의 유량이 조정된다.
유량 조정 밸브(32)는 세정 장치(30)의 요구 유량에 의거하여 액체(LQ1)의 유량을 조정한다. 요구 유량이란 세정 장치(30)가 요구하는 액체(LQ1)의 유량을 말한다. 순환 유로(10)의 분기부(DP)에 있어서의 액체(LQ1)의 유량이 요구 유량보다 많은 경우, 잉여한 액체(LQ1)는 유로(10C)를 통해서 탱크(1)로 되돌려져 순환 유로(10)를 순환한다.
제어 장치(20)는 액체 가열 장치(100)를 제어하는 작동 지령을 출력한다. 제어 장치(20)는 적어도 제 1 밸브 장치(3) 및 제 2 밸브 장치(4)를 제어하는 작동 지령을 출력한다. 제 1 밸브 장치(3) 및 제 2 밸브 장치(4)의 각각에 솔레노이드가 접속된다. 제어 장치(20)는 솔레노이드에 작동 지령을 출력하여, 제 1 밸브 장치(3) 및 제 2 밸브 장치(4)의 각각을 작동시킬 수 있다. 제 1 밸브 장치(3) 및 제 2 밸브 장치(4)는 제어 장치(20)로부터 출력된 작동 지령에 의거하여 작동한다.
도 1은 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 노멀 포트가 접속되고, 배출 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 클로즈 포트가 접속되어 있는 상태를 나타낸다. 또한, 유량 조정 밸브(32) 및 유량 조정 밸브(32)의 각각이 열리고, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 일부가 분기 유로(31)를 흐르는 세정 장치(30)에 공급되고, 잉여한 액체(LQ1)가 유로(10C)를 통해서 탱크(1)로 되돌려져 순환 유로(10)를 순환하고 있는 상태를 나타낸다.
세정 장치(30)는 가열 장치(2)로 가열되고, 분기 유로(31)를 통해서 공급된 액체(LQ1)로 반도체 웨이퍼를 세정한다. 세정에 사용된 액체(LQ1)는 폐기된다.
[동작]
다음에, 본 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)의 동작에 대해서 설명한다.
탱크(1)에 액체(LQ1)가 수용되지 않은 상태에서 액체 가열 장치(100)를 기동시키는 동작에 대해서 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)을 모식적으로 나타내는 도면이다.
탱크(1)에 액체(LQ1)가 수용되지 않은 상태에서 액체 가열 장치(100)를 기동시킬 때, 제어 장치(20)는 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 노멀 포트를 접속한다. 이에 따라, 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)가 공급 유로(7)를 통해서 탱크(1)에 공급된다. 또한, 제어 장치(20)는 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)가 공급 유로(7)를 통해서 탱크(1)에 공급되고 있을 때, 공급 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 클로즈 포트를 접속한다.
제어 장치(20)는 액면 센서(8)의 검출 데이터에 의거하여 탱크(1)에 수용된 액체(LQ1)가 상한값에 도달했다고 판정했을 때, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트를 접속한다. 이에 따라, 공급원으로부터 탱크(1)에 대한 액체(LQ2)의 공급이 정지한다.
유량 조정 밸브(32)가 닫히고 유량 조정 밸브(33)가 열려 있는 상태에서, 제어 장치(20)는 펌프(5)를 기동한다. 이에 따라, 도 2에 나타내는 바와 같이 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 액체(LQ1)는 순환 유로(10)를 순환한다.
순환 유로(10)에 있어서의 액체(LQ1)의 순환이 개시된 후, 제어 장치(20)는 가열 장치(2)를 기동한다. 제어 장치(20)는 온도 센서(6)의 검출 데이터에 의거하여 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)의 출구 온도가 목표 온도가 되도록, 가열 장치(2)를 제어한다.
다음에, 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)를 세정 장치(30)에 공급하는 동작에 대해서 설명한다. 액체(LQ1)의 출구 온도가 목표 온도가 된 후, 유량 조정 밸브(32)가 열린다. 이에 따라, 도 1에 나타내는 바와 같이 가열 장치(2)에 의해 가열되어 순환 유로(10)를 순환하고 있는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 분기 유로(31)를 통해서 세정 장치(30)에 공급된다. 세정 장치(30)에 있어서 세정에 사용된 액체는 폐기된다.
세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급 및 세정 장치(30)에 있어서의 액체(LQ1)의 폐기에 의해, 순환 유로(10)를 순환하는 액체(LQ1)의 양은 감소하고, 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)의 양은 감소한다.
제어 장치(20)는 액면 센서(8)의 검출 데이터에 의거하여 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)가 하한값보다 적다고 판정했을 때, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 노멀 포트를 접속한다. 이에 따라, 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)가 공급 유로(7)를 통해서 탱크(1)에 공급된다. 공급원으로부터의 액체(LQ2)가 탱크(1)를 포함하는 순환 유로(10)에 보충됨으로써, 탱크(1)에 수용되는 액체(LQ1)는 증량된다.
다음에, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되었을 때의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)의 동작을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)을 모식적으로 나타내는 도면이다.
세정 장치(30)에 의한 세정 처리가 실시되지 않을 때, 세정 장치(30)의 요구 유량은 제로가 된다. 세정 장치(30)에 의한 세정 처리가 실시되지 않을 때, 유량 조정 밸브(32)가 닫혀진다. 세정 장치(30)는 액체 가열 장치(100)의 제어 장치(20)에, 액체(LQ1)의 공급 정지를 요구하는 요구 신호를 출력한다(스텝 S1).
유량 조정 밸브(32)가 닫히고 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되면, 액체(LQ1)는 순환 유로(10)를 순환한다.
세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 상태에 있어서도, 가열 장치(2)의 작동은 유지된다. 가열 장치(2)의 작동을 일단 정지시켜버리면, 가열 장치(2)를 재기동할 때, 목표 온도까지 승온시키는데 시간이 필요하고, 불필요한 에너지를 소비해버린다. 또한 가열 장치(2)를 재기동할 때, 상기 소프트 스타트가 필요하게 된다. 소프트 스타트가 실시되고 있는 기간에 있어서, 소프트 스타트에 의한 외란이 들어오고 무제어 상태가 된다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 상태에서, 순환 유로(10)에 있어서 액체(LQ1)가 순환하고 있는 상태에 있어서도, 가열 장치(2)는 정지되지 않고 가열 장치(2)의 작동이 유지된다.
세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 상태에서 가열 장치(2)의 작동을 유지하는 경우, 제어 장치(20)는 가열 장치(2)를 최저 출력으로 작동시킨다(스텝 S2). 이에 따라, 가열 장치(2)의 온도 저하를 억제하면서, 에너지 소비량을 억제할 수 있다.
가열 장치(2)의 작동이 유지되고 있는 상태에서 순환 유로(10)에 있어서 액체(LQ1)가 계속해서 순환하면, 액체(LQ1)의 온도가 과도하게 높아져 버릴 가능성이 있다.
그래서, 제어 장치(20)는 제 1 밸브 장치(3)를 제어하고, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 공급원으로부터의 액체(LQ2)를 탱크(1)에 공급하고 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 냉각한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(20)는 제 1 밸브 장치(3)를 제어하고, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트를 접속한다. 이에 따라, 규정 온도의 액체(LQ2)가 탱크(1)에 공급되기 때문에, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 온도가 저하한다. 또한, 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)가 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급됨으로써, 가열 장치(2)가 최저 출력으로 작동하고 있는 상태에서 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)는 냉각된다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 제어 장치(20)는 제 2 밸브 장치(4)를 제어하고, 배출 유로(9)와 제 2 밸브 장치(4)의 스로틀 포트를 접속한다. 이에 따라, 공급 유로(7)를 통해서 탱크(1)를 포함하는 순환 유로(10)에 액체(LQ2)가 공급되어도, 탱크(1)로부터 액체(LQ1)가 넘쳐 버리는 것이 억제된다. 본 실시형태에 있어서는 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트를 통해서 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ2)의 유량과, 제 2 밸브 장치(4)의 스로틀 포트를 통해서 탱크(1)로부터 배출되는 액체(LQ1)의 유량은 동일한 양이다.
또한, 제어 장치(20)는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 후, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트가 접속되어 있는 상태를 유지해도 좋다. 제어 장치(20)는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 후, 온도 센서(6)의 검출 데이터에 의거하여 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 온도가 미리 규정되어 있는 역치를 넘었다고 판정했을 때, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트가 접속되어 있는 상태로부터, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트가 접속되어 있는 상태로 변화시켜도 좋다.
또한, 제어 장치(20)는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지된 후, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트가 접속되어 있는 상태, 및 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트가 접속되어 있는 상태 중 일방으로부터 타방으로 교대로 변화시켜도 좋다. 즉, 제어 장치(20)는 공급원으로부터의 액체(LQ2)를 탱크(1)에 단속적으로 공급해도 좋다.
[액체의 유량]
다음에, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ2)의 유량(Qs)에 대해서 설명한다.
순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 순환 유량을 Qc[L/min], 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트를 통과하는 액체(LQ2)의 유량 및 제 2 밸브 장치(4)의 스로틀 포트를 통과하는 액체(LQ1)의 유량을 Qs[L/min], 액체(LQ1)의 목표 온도를 SV[℃], 공급원으로부터 공급되는 액체(LQ2)의 온도를 Tw[℃], 가열 장치(2)의 최저 출력을 Pmin[kW], 순환 유로(10)에 있어서의 자연 방열량을 ΔT[℃], 열량 환산 계수를 K라고 한다.
최저 출력(Pmin)은 가열 장치(2)의 성능(스펙)에 근거해서 정해지는 값이다. 자연 방열량(ΔT)은 가열 장치(2)가 최저 출력(Pmin)에서 작동하고, 목표 온도(SV)의 액체(LQ1)가 순환 유로(10)를 흐르고 있을 때의 유로(10B) 및 유로(10C)에 있어서의 자연 방열량이다. 열량 환산 계수(K)는 액체의 고유값이다.
가열 장치(2)가 최저 출력(Pmin)에서 작동하고 있을 때의 가열 장치(2)의 입구에 있어서의 액체(LQ1)의 입구 온도(Tin_m)는 이하의 (1)식으로부터 도출된다.
[수 1]
Figure 112020068133311-pct00001
탱크(1)에 있어서, 공급원으로부터 공급된 액체(LQ2)와 가열 장치(2)에서 가열된 액체(LQ1)가 혼합된다. 그 때문에, 액체(LQ2)가 혼합된 후의 액체(LQ1)의 입구 온도(Tin_m)는 이하의 (2)식으로부터 도출된다.
[수 2]
Figure 112020068133311-pct00002
자연 방열량(ΔT)이 없는 최악 조건(ΔT=0)을 가정하면, 입구 온도(Tin_m)는 이하의 (3)식으로부터 도출된다.
[수 3]
Figure 112020068133311-pct00003
이상으로부터, 공급원으로부터 탱크(1)로 공급되는 필요한 액체(LQ2)의 유량(Qs)은 이하의 (4)식으로부터 도출된다.
[수 4]
Figure 112020068133311-pct00004
(4)식의 조건을 만족하는 스로틀 포트를 갖는 제 1 밸브 장치(3)가 공급 유로(7)에 배치됨으로써, 가열 장치(2)의 작동을 유지한 상태에서 순환 유로(10)에 있어서 액체(LQ1)를 순환시켜도, 순환 유로(10)를 순환하는 액체(LQ1)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 억제된다.
[효과]
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되었을 때, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)가 냉각된다. 이에 따라, 가열 장치(2)의 작동을 유지한 상태에서, 순환 유로(10)를 순환하는 액체(LQ1)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 억제된다.
도 5 및 도 6은 가열 장치(2)가 작동하고 있을 때의 가열 장치(2)의 입구에 있어서의 액체(LQ1)의 입구 온도(Tin)와, 가열 장치(2)의 출구에 있어서의 액체(LQ1)의 출구 온도(PV)와, 가열 장치(2)의 조작량(MV)의 관계를 나타낸다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서 가열 장치(2)에 의한 액체(LQ1)의 가열이 계속되면, 입구 온도(Tin)와 출구 온도(PV)의 차가 서서히 작아진다. 출구 온도(PV)가 목표 온도(SV)에 도달했을 때, 입구 온도(Tin)는 출구 온도(PV)보다 ΔT[℃]만큼 낮은 온도에서 정상 상태가 된다.
이 때, 가열 장치(2)의 조작량(MVss)은 가열 장치(2)의 최저 출력에 대응하는 조작량(MVmin)보다 크다. ΔT는 순환 유로(10)의 자연 방열량이며, 정상 상태에 있어서,
[자연 방열량] > [가열 장치(2)의 최저 출력]…(5)
이면, 목표 온도(SV)로 밸런스시킬 수 있다.
그런데, 도 6에 나타내는 바와 같이 자연 방열량(ΔT)과 밸런스시킬 수 있는 가열 장치(2)의 조작량(MVss)이 가열 장치(2)의 최저 출력에 대응하는 조작량(MVmin)보다 작은 경우, 즉
[자연 방열량] < [가열 장치(2)의 최저 출력]…(6)
인 경우, 가열 장치(2)의 가열 능력이 순환 유로(10)의 자연 방열 능력보다 우수하므로, 액체(LQ1)의 온도가 목표 온도(SV)를 지나도 냉각되지 못하고 제어 불능이 되어버린다.
또한, 가열 장치(2)를 정지했을 경우 상술한 바와 같이, 가열 재개시에는 소프트 스타트가 필요하게 되고, 그 동안은 소프트 스타트에 의한 외란이 들어오고 또한 무제어 상태가 되어버린다.
본 실시형태에 있어서는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되고, 또한 가열 장치(2)가 작동하고 있는 상태에서 순환 유로(10)에 있어서 액체(LQ1)를 순환시킬 때, 공급원으로부터의 액체(LQ2)가 순환 유로(10)에 투입된다. 이에 따라,
[자연 방열량] + [액체 공급에 의한 냉각량] > [가열 장치(2)의 최저 출력]…(7)
를 만족시키는 상태가 생성된다. 따라서, 제어 불능이 되는 상태의 발생이 억제된다.
[다른 실시형태]
도 7은 다른 실시형태에 의한 세정 시스템(CS)을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 예에 있어서, 제 2 밸브 장치(4)는 노멀 포트 및 클로즈 포트를 갖고, 스로틀 포트를 갖지 않는다. 탱크(1)는 탱크(1)의 상부에 형성된 배출구(11)를 갖는다. 탱크(1)에 수용되는 액체(LQ1)의 표면의 높이가 규정 높이 이상이 되면, 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)의 적어도 일부는 배출구(11)로부터 탱크(1)의 외부로 유출한다.
순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 냉각할 때, 공급원으로부터의 액체(LQ2)가 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급된다. 공급원으로부터 송출된 액체(LQ2)가 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급됨으로써, 가열 장치(2)가 최저 출력으로 작동하고 있는 상태에서 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)는 냉각된다.
공급원으로부터 탱크(1)에 액체(LQ2)가 공급되어 탱크(1)에 수용되는 액체(LQ1)의 양이 증가하면, 탱크(1)에 수용되어 있는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 배출구(11)로부터 배출된다. 본 실시형태에 있어서는 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트를 통해서 탱크(1)에 공급되는 액체(LQ2)의 유량과, 배출구(11)를 통해서 탱크(1)로부터 배출되는 액체(LQ1)의 유량은 동일한 양이다.
또한, 상술의 실시형태에 있어서는 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 공급원으로부터의 액체(LQ2)가 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급되는 것으로 했다. 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 세정 장치(30)에 공급되어 있는 상태에서, 공급원으로부터의 액체(LQ2)가 제 1 밸브 장치(3)를 통해서 탱크(1)에 공급되어도 좋다. 예를 들면, 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 클로즈 포트가 접속되어 있는 상태에서, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 세정 장치(30)에 공급되어 있을 때에, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 온도가 상승했을 때, 제어 장치(20)는 온도 센서(6)의 검출 데이터에 의거하여 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 온도가 저하하도록 공급 유로(7)와 제 1 밸브 장치(3)의 스로틀 포트를 접속해도 좋다. 이에 따라, 제 1 밸브 장치(3)는 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)의 적어도 일부가 세정 장치(30)에 공급되어 있는 상태에서, 순환 유로(10)의 액체(LQ1)를 냉각할 수 있다.
또한, 상술의 실시형태에 있어서는 냉각 장치가 제 1 밸브 장치(3)를 포함하는 것으로 했다. 세정 장치(30)에 대한 액체(LQ1)의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 순환 유로(10)를 흐르는 액체(LQ1)를 냉각할 수 있으면, 냉각 장치는 제 1 밸브 장치(3)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 순환 유로(10)가 파이프 부재에 의해 형성되는 경우, 냉각 장치가 파이프 부재의 표면에 접속되는 펠티에 소자이어도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 가열 장치(2)는 램프 히터를 포함한다. 램프 히터는 액체(LQ1)의 오염을 억제하면서 액체(LQ1)를 효율 좋게 가열할 수 있다. 또한, 가열 장치(2)는 램프 히터가 아니어도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 액체(LQ1)는 물이다. 액체가 물임으로써, 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다. 또한, 액체(LQ1)는 물이 아니어도 좋고, 반도체 제조 공정에 사용되는 약액이어도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 세정 대상은 반도체 웨이퍼가 아니어도 좋고, 예를 들면 유리 기판이어도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 액체가 공급되는 대상은 세정 장치가 아니어도 좋고, 예를 들면 노광 장치이어도 좋다.
1…탱크, 2…가열 장치,
3…제 1 밸브 장치(냉각 장치), 4…제 2 밸브 장치,
6…온도 센서, 7…공급 유로,
8…액면 센서, 9…배출 유로,
10…순환 유로, 10A…유로,
10B…유로, 10C…유로,
11…배출구, 30…세정 장치,
31…분기 유로, 32…유량 조정 밸브,
33…유량 조정 밸브, 20…제어 장치,
100…액체 가열 장치, CS…세정 시스템,
DP…분기부, LQ1…액체(제 1 액체),
LQ2…액체(제 2 액체).

Claims (9)

  1. 대상에 공급되는 제 1 액체가 흐르는 분기 유로와 접속되는 순환 유로와,
    상기 순환 유로에 배치되어 상기 순환 유로를 흐르는 상기 제 1 액체를 가열하는 가열 장치와,
    탱크와 접속되는 공급 유로와,
    상기 공급 유로에 배치됨과 아울러, 상기 대상에 대한 상기 제 1 액체의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 상기 순환 유로를 흐르는 상기 제 1 액체를 냉각하는 냉각 장치를 구비하는 액체 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환 유로는 상기 탱크를 포함하고,
    상기 냉각 장치는 공급원으로부터 상기 탱크에 공급되는 제 2 액체의 유량을 조정하는 제 1 밸브 장치를 포함하는 액체 가열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탱크로부터 배출되는 상기 제 1 액체의 유량을 조정하는 제 2 밸브 장치를 구비하는 액체 가열 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 탱크의 상부에 설치되어 상기 탱크에 수용되어 있는 상기 제 1 액체의 적어도 일부가 유출되는 배출구를 구비하는 액체 가열 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 가열 장치가 작동하고 있는 상태에서, 상기 제 1 액체를 냉각하는 액체 가열 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열 장치는 램프 히터를 포함하는 액체 가열 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 상기 대상에 상기 제 1 액체가 공급되고 있는 상태에서, 상기 제 1 액체를 냉각하는 액체 가열 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 액체는 순수인 액체 가열 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 가열 장치를 구비하고,
    상기 대상은 세정 장치를 포함하고, 상기 액체 가열 장치로부터 공급된 상기 제 1 액체로 세정 대상을 세정하는 세정 시스템.
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