JP3842512B2

JP3842512B2 - 流体加熱装置

Info

Publication number: JP3842512B2
Application number: JP2000047387A
Authority: JP
Inventors: 雅一形山; 誓二奥; 友則小路丸; 祐介村岡
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Omron Corp; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Omron Corp; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: US20010017296A1; US6465765B2; KR100417736B1; TW579539B; JP2001235228A; KR20010085397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板や液晶表示装置用基板等の基板に対して所要の処理を施す基板処理装置などにおいて、配管を通して基板処理部へ供給されるガスや液体の各種流体を加熱するのに使用される流体加熱装置、特に電磁誘導加熱式の流体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板処理装置、例えば基板の減圧乾燥装置において、基板が収容されて減圧状態とされたチャンバ内へ配管を通してアルコール蒸気、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）蒸気を供給する場合に、ＩＰＡ蒸気を所定温度に加熱して供給することが必要となる。ＩＰＡ蒸気を加熱する装置として、一般には、ステンレス鋼等で形成された配管の外周面側に抵抗加熱ヒータを配設し、その抵抗加熱ヒータからの熱伝達により配管を加熱し、配管内を流れるＩＰＡ蒸気を間接的に加熱する装置が使用されているが、最近では、配管内を流れる流体を、電磁誘導を利用して加熱する試みもなされている。
【０００３】
図２は、電磁誘導を利用して流体を加熱する装置の構成例を示す概略縦断面図である。この流体加熱装置は、被加熱流体が流される配管（図示せず）の途中に介挿して設けられた加熱容器４０、この加熱容器４０の外周面の一部に巻装されたコイル４２、このコイル４２に高周波電流を流す電源装置部（図示せず）、および、加熱容器４０の内部に配設された発熱充填体４４から構成されている。
【０００４】
加熱容器４０は、フッ化樹脂等の非磁性体材料で形成された円筒部４６と、被加熱流体が流される配管に連通接続される流体流入口５０が形設されパッキン５２を介在させて円筒部４６の一方の開口面を閉塞する入口側閉塞板４８と、加熱された流体が送り出される配管に連通接続される流体流出口５６が形設されパッキン６０を介在させて円筒部４６の他方の開口面を閉塞する出口側閉塞板５４とで形成され、密閉された構造を有する。
【０００５】
発熱充填体４４は、その構造の詳細を図示していないが、フェライト系ステンレス鋼等の導電性材料によって形成された波形板等の薄板を複数枚、規則的に並列させるなどして構成されており、各薄板間の間隙を流体が流れるようになっている。加熱容器４０の内部には、温度検出器６２の温度検出体、例えば熱電対６４が、発熱充填体４４の下流側で発熱充填体４４に近接するように挿入されている。この温度検出器６２により、発熱充填体４４の温度が測定される。また、加熱容器４０には、加熱容器４０内から流出する流体の温度を測定するため温度検出器６６も設けられており、その温度検出体、例えば熱電対６８が加熱容器４０の内部の出口付近に挿入されている。そして、それぞれの温度検出器６２、６６から出力される温度検出信号は、図示しないコントローラへ送られるようになっている。コントローラには、電源装置部および警報器（いずれも図示せず）がそれぞれ接続されている。
【０００６】
図２に示した流体加熱装置においては、電源装置部によりコイル４２に高周波電流を流すと、磁束が発生して、加熱容器４０の内部の発熱充填体４４を構成する各薄板に渦電流を生じ、薄板材料の固有抵抗によって薄板にジュール熱が発生して、発熱充填体４４が発熱する。この際、加熱容器４０の円筒部４６は、非磁性体材料で形成されているため、それ自体が発熱することはない。発熱充填体４４が発熱することにより、配管から流体流入口５０を通って加熱容器４０内へ流入した流体は、発熱充填体４４の配設位置を通過する間に、発熱充填体４４からの熱伝達により加熱される。そして、加熱されて昇温した流体は、加熱容器４０内から流体流出口５６を通って流出し配管内へ流れ込む。この際、コントローラでは、温度検出器６６によって検出された流体の温度検出信号に基づいて電源装置部へ制御信号が出力され、加熱容器４０内から流出する流体の温度が目標温度となるように制御される。また、コントローラにおいては、温度検出器６２によって検出された発熱充填体４４近傍の温度と予め設定された警報温度とが比較され、温度検出器６２によって検出された温度が警報温度を超えた時に、警報器へ信号が出力されて警報器を作動させ、また、電源装置部へ信号が出力されて電源装置部からコイル４２への電力の供給を遮断させあるいはコイル４２への出力を弱めるように制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示したような従来の流体加熱装置には以下のような問題点があり、このため、図２に示した構成の流体加熱装置は、半導体基板の処理装置や液晶基板の処理装置などの流体加熱装置として使用することができなかった。すなわち、従来の流体加熱装置では、発熱充填体４４の伝熱面積が大きくなるように、複数枚の波形板等の薄板を規則的に並列させて発熱充填体４４が構成されており、このため、発熱充填体４４の構造が複雑であり、デッドスペースも多くなって、発熱充填体４４の初期洗浄を十分に行うことが困難であった。また、発熱充填体４４での発熱時に、発熱充填体４４を構成している各薄板が熱膨張し、これによって薄板同士が摺接したり、流体、特にガスが発熱充填体４４の配設位置を通過する際に、その流れの影響を受けて薄板が振動したりすることもあった。これらの結果、発熱充填体４４で多量のパーティクルが発生する、という問題点があった。
【０００８】
また、流体流入口５０および流体流出口５６がそれぞれ配管に連通接続されて密閉されコイル４２の巻装部分が非磁性体材料で形成された加熱容器４０の内部に発熱充填体４４を収納する必要があり、このため、フランジ構造部分が出来るなど、加熱容器４０の構造が複雑になって、パーティクル等の汚染物質の蓄積個所が多くなる。この結果、加熱容器４０の内部がパーティクル等によって一旦汚染されると、それを容易に除去することができず、パーティクルの発生を抑えることができない、という問題点があった。
【０００９】
また、従来の流体加熱装置は、加熱容器４０の内部に、複数枚の波形板等の薄板から構成された発熱充填体４４を収納する、といった複雑な構造であるため、加熱容器４０内を通過する流体の流れが滞留する部分を生じ、発熱充填体４４が、その全体で均一に流体と熱交換することができない、といったことが起こる。この結果、発熱充填体４４において過熱部分を生じ、発熱充填体４４の一部が溶融して、発熱充填体４４が損傷したり、熱交換の効率が低下して、流体を所望通りに加熱することができないことから、伝熱面積が必要以上に大きくなって、コスト高を招いたりする、という問題点があった。
【００１０】
また、従来の流体加熱装置では、防爆性を保障するために、最も高温になる部分である発熱充填体４４の温度を監視しようとしても、温度検出器６２の熱電対６４を発熱充填体４４に接触させることが構造的に困難で、発熱充填体４４の近傍の温度を計測することになり、正確に温度監視し難い。仮に熱電対６４を発熱充填体４４に接触させて計測するようにしたところで、発熱充填体４４の振動によって正確に温度計測できなかったり、振動でパーティクルが発生して流体が汚染されてしまう。このため、例えばＩＰＡ等の発火し易い流体を加熱するにつけ、流体を汚染することなく防爆性を確保することが困難である、という問題があった。
【００１１】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、被加熱流体が流れる経路中におけるパーティクルの発生を抑えることができ、簡易な構造で、発熱体において過熱部分を生じて発熱体が損傷する、といった心配が無く、発熱体と被加熱流体との熱交換の効率の低下を防止して、流体を所望通りに加熱することができ、半導体基板の処理装置や液晶基板の処理装置などにおいてガスや液体を加熱するのに使用することが可能である流体加熱装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、被加熱流体が流される配管の途中に介挿して設けられ電磁誘導により被加熱流体を加熱する流体加熱装置において、導電性材料によって管状に形成され、被加熱流体が流される前記配管に両端部がそれぞれ連通接続された発熱曲管と、この発熱曲管の外側に配設され発熱曲管を取り囲むように巻装されたコイルと、このコイルに高周波電流を流す電源装置部と、前記コイルの内側に、前記発熱曲管の外面に温度検出体が直接に接触するように配設され、前記発熱曲管の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段からの温度検出信号に基づいて所要の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の流体加熱装置において、発熱曲管を螺旋状に形成し、コイルを、前記発熱曲管と同軸状に配設して、前記発熱曲管の両端部同士を導電性部材によって電気的に接続したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１に係る発明の流体加熱装置においては、電源装置部によりコイルに高周波電流が流されると、磁束が発生し、コイルの内側に配置されて磁界内にある発熱曲管に渦電流を生じ、発熱曲管を形成している導電性材料の固有抵抗によるジュール熱が発生して、発熱曲管が発熱する。この発熱して昇温した発熱曲管内に、配管内を流されてきた被加熱流体が流入すると、被加熱流体は、発熱曲管の内部を通過する間に、発熱曲管によって直接的に加熱され、加熱されて昇温した流体が発熱曲管内から流出して配管内へ流れ込む。
【００１６】
この場合において、発熱曲管は単に管状であるので、被加熱流体と接触する曲管内面の初期洗浄を十分に行うことが可能である。また、発熱曲管は単なる１本の管であるので、被加熱流体が流される経路中でパーティクルが発生する原因となるような個所は無く、また、パーティクル等の汚染物質の蓄積個所も少ない。したがって、この流体加熱装置では、被加熱流体が流れる経路中におけるパーティクルの発生はほとんど無い。また、被加熱流体は、管状の発熱曲管内を流れるだけであるので、発熱曲管は、その全体で均一に被加熱流体と熱交換し、このため、発熱曲管において過熱部分を生じることはない。また、発熱曲管と被加熱流体との間での熱交換の効率が低下するようなこともない。
また、この流体加熱装置では、温度検出手段によって発熱曲管の温度が検出され、その温度検出信号に基づいて制御手段により所要の制御、例えば警報器を作動させたり電源装置部からコイルへの電力の供給を遮断させたりする制御が行われる。この場合において、前記した従来の流体加熱装置のように発熱充填体の近傍の温度を測定するのではなく、温度検出手段により、温度検出体、例えば熱電対を直接に発熱曲管の外面に接触させて発熱曲管自体の温度が検出されるため、発熱曲管内を流れる被加熱流体の温度は、検出された発熱曲管の温度より必ず低いので、被加熱流体、例えばＩＰＡ蒸気の温度が発火点を超えたりしないように確実な制御を行うことができる。
【００１７】
請求項２に係る発明の流体加熱装置では、発熱曲管がコイルと同軸状の螺旋状（コイル状）に形成されていることにより、コイルに高周波電流が流れると、コイル状の発熱曲管に誘導起電力を生じる。そして、コイル状の発熱曲管の両端部同士が導電性部材によって電気的に接続されていることにより、コイル状の発熱曲管と導電性部材とで形成される閉回路に電流が流れる。発熱曲管に電流が流れることにより、上記した渦電流によるジュール熱以外に、発熱曲管を形成している導電性材料の固有抵抗によるジュール熱が発生することになる。このため、コイルに流される高周波電流に対する発熱曲管での発熱効率が高まり、より有効に被加熱流体の加熱が行われる。また、コイル状の発熱曲管に誘導起電力を生じて電圧が発生するが、コイル状の発熱曲管の両端部同士が電気的に短絡されているので、発熱曲管の温度を測定するために温度センサを発熱曲管の表面に直接に接触させても、温度センサが破壊することはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、流体加熱装置の要部縦断面図である。この流体加熱装置は、図示していないが、半導体基板や液晶基板等の基板に対して所要の処理を施す基板処理装置へＩＰＡ蒸気等のガスや純水、薬液等の液体を供給する配管の途中に介挿して設けられる。そして、この流体加熱装置は、両端部がそれぞれ配管に連通接続される発熱曲管１０、この発熱曲管１０の外側に発熱曲管１０を取り囲むように配設され電気絶縁材料で円筒状に形成された被覆筒１２、この被覆筒１２に埋設され発熱曲管１０を取り巻くように巻装されたコイル１４、このコイル１４に高周波電流を流す電源装置部１６などを備えて構成されている。
【００２１】
発熱曲管１０は、導電性材料、例えばステンレス鋼によって形成されている。そして、発熱曲管１０の加熱部は、螺旋状に形成されている。発熱曲管１０を形成するステンレス鋼管材としては、耐腐食性材料であり誘導加熱に適したフェライト系ステンレス鋼が使用され、また誘導加熱の他に閉回路に流れる電流による加熱も作用するので、ＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系ステンレス鋼なども使用し得る。また、ステンレス鋼管は、電解研磨加工したものが使用され、また光揮焼き鈍し加工したものなども使用し得る。この発熱曲管１０は、汚染を生じないようにクリーンルーム内等で螺旋状に曲げ加工される。また、ステンレス鋼管を一般作業場で曲げ加工した後、化学洗浄処理したもの、あるいは、汚染を生じないようにクリーンルーム内等でステンレス鋼管を曲げ加工した後、さらに化学洗浄処理したものを、発熱曲管１０として用いるようにしてもよい。この発熱曲管１０の加熱部をなす螺旋管部分の両端部には、導電性材料からなる短絡棒１８の両端部がそれぞれ溶接されており、発熱曲管１０の両端部同士が短絡棒１８によって電気的に接続されている。
【００２２】
コイル１４は、発熱曲管１０と同軸状に巻かれている。コイル１４に電気接続された電源装置部１６は、高周波電源２０と電源制御器２２とで構成されており、電源制御器２２は、コントローラ２４に接続されている。また、この装置には、発熱曲管１０の流体流出側の流路中に熱電対、測温抵抗体、放射温度計などの温度検出体の検出端が挿入された温度検出器２６が設けられている。この温度検出器２６により、発熱曲管１０内から流出する流体の温度が検出される。さらに、この装置には、発熱曲管１０の外面に熱電対、測温抵抗体等の温度検出体３０の検出端が直接に接触するように温度検出器２８が固着して設けられている。この温度検出器２８により、発熱曲管１０の温度が接触式で検出される。それぞれの温度検出器２６、２８から出力される温度検出信号は、コントローラ２４へ送られるようになっている。コントローラ２４には、電源制御器２２のほか、警報器３２が接続されている。
【００２３】
以上のような構成を有する流体加熱装置により、配管内を流されて基板処理装置へ送られる被加熱流体、例えばＩＰＡ蒸気を加熱する場合には、電源装置部１６を駆動させてコイル１４に高周波電流を流す。コイル１４に高周波電流が流されることにより、磁束が発生し、コイル１４の内側に配置されて磁界内にある発熱曲管１０に渦電流を生じる。そして、発熱曲管１０において、その導電性材料の固有抵抗によるジュール熱が発生して、発熱曲管１０が発熱する。また、発熱曲管１０と短絡棒１８とで形成される閉回路を流れる電流によっても発熱する。この発熱して昇温した発熱曲管１０内に、配管内を流されてきたＩＰＡ蒸気が流入すると、ＩＰＡ蒸気は、発熱曲管１０の内部を通過する間に、発熱曲管１０の内壁面からの熱伝達によって加熱され、加熱されて昇温したＩＰＡ蒸気が発熱曲管１０内から流出して配管内へ流れ込む。
【００２４】
このとき、コントローラ２４においては、予め設定された目標温度と温度検出器２６によって検出された流体の温度とが比較され、その温度差に対応した制御信号がコントローラ２４から電源制御器２２へ出力されて、発熱曲管１０内から流出する流体の温度が目標温度となるように、コイル１４に流される電流がフィードバック制御される。
【００２５】
また、コントローラ２４においては、予め設定された警報温度と温度検出器２８によって検出された発熱曲管１０の温度とが比較され、発熱曲管１０の温度が警報温度を超えた時に、コントローラ２４から警報器３２へ信号が送られて警報器３２が駆動させられる。これにより、発熱曲管１０が異常に温度上昇していることが作業者に報知される。また、発熱曲管１０の温度が警報温度を超えた時に、コントローラ２４から電源制御器２２へ信号が送られて、高周波電源２０からコイル１４への電力の供給が遮断され、あるいはコイル１４の出力が弱められる。このほか、発熱曲管１０の温度が警報温度を超えた時に、発熱曲管１０内へ導入される流体の流量を一時的に増加させるなどしてもよい。発熱曲管１０内を流れる被加熱流体の温度は、温度検出器２８によって検出された発熱曲管１０の温度より必ず低いので、このように発熱曲管１０自体の温度を検出して警報器３２を作動させたりコイル１４への電力供給を遮断させたりすることにより、被加熱流体、例えばＩＰＡ蒸気の温度が発火点を超えることがないように確実な制御を行うことができる。
【００２６】
なお、このように発熱曲管１０の温度を検出するにつけ、上記した実施形態では、発熱曲管１０の外周面に温度検出体３０を設けているので、発熱曲管１０が振動することにより温度検出体３０よりパーティクルが生じるようなことがあっても、発熱曲管１０内を流れる被加熱流体を汚染することがない。さらに、上記した実施形態では、発熱曲管１０に温度検出体３０が直接接触するように固着させて設けているので、発熱曲管１４０の振動により温度検出体３０にてパーティクルが発生することそのものを防止している。
【００２７】
この流体加熱装置では、被加熱流体が流される経路となる発熱曲管１０は、汚染を生じないように曲げ加工されあるいは加工工程で汚染を生じても化学洗浄処理して汚染を除去してから使用される。そして、発熱曲管１０は、単にステンレス鋼管を曲げ加工したものであり、構造が簡単で、被加熱流体の経路中にデッドスペースが出来ることもなく、ステンレス鋼管としては、電解研磨加工や光揮焼き鈍し加工などを施したものが使用されるので、被加熱流体と接触する発熱曲管１０の内面の初期洗浄を十分に行うことが可能である。また、発熱曲管１０は単なる１本の管であるので、発熱曲管１０での発熱時に、部品の熱膨張による摺接部分を生じたりすることがなく、また、発熱曲管１０内を流体、特にガスが通過する際に、その流れの影響を受けて振動部分を生じたりすることもない。さらに、従来の流体加熱装置のように、フッ化樹脂等の非磁性体材料で形成された容器の内部に発熱充填体を収納する、といった複雑な構造ではなく、被加熱流体の通路となる加熱曲管１０は、単なる螺旋管で、構造が簡単であるので、パーティクル等の汚染物質の蓄積個所が無い。したがって、この流体加熱装置では、被加熱流体が流れる経路中におけるパーティクルの発生が抑えられることになる。
【００２８】
また、被加熱流体は、螺旋状の発熱曲管１０内を流れるだけであるので、発熱曲管１０は、その全体で均一に被加熱流体と熱交換する。このため、発熱曲管１０で過熱部分を生じて、発熱曲管１０が溶融等により損傷する、といった心配は無い。また、被加熱流体は旋回を生じ、乱れた流れとして発熱曲管１０内を流れるため、発熱曲管１０と被加熱流体との間での熱交換の効率が低下するようなこともないので、伝熱面積を小さくして、コンパクトで低コストの流体加熱装置とすることができる。
【００２９】
また、図１に示した流体加熱装置では、発熱曲管１０がコイル１４と同軸状のコイル状に形成されていることにより、コイル１４に高周波電流が流れると、コイル状の発熱曲管１０に誘導起電力を生じる。そして、コイル状の発熱曲管１０の両端部同士は、導電性の短絡棒１８によって接続されているので、コイル状の発熱曲管１０と短絡棒１８とで形成される閉回路に電流が流れる。この結果、発熱曲管１０には、渦電流によるジュール熱以外に、誘導起電力によって発熱曲管１０に流れる電流によるジュール熱が発生することになる。したがって、コイル１４に流される高周波電流に対する発熱曲管１０での発熱効率が高まり、図１に示した流体加熱装置によると、より有効に被加熱流体を加熱することができる。これによって、誘導加熱するのには適さないが、耐食性が高くオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４の使用が可能になり、僅かな腐食でも被加熱流体が汚染されることを極度に嫌う半導体製造装置における流体加熱装置として使用することができる。また、コイル状の発熱曲管１０に誘導起電力を生じて電圧が発生するが、コイル状の発熱曲管１０の両端部同士は短絡棒１８によって短絡されているので、発熱曲管１０の温度を測定するために温度検出器２８の温度検出体３０を発熱曲管１０の表面に直接に接触させても、温度検出器２８が破壊することはない。
【００３０】
なお、上記した実施形態では、発熱曲管１０を螺旋状に形成した例について説明したが、発熱曲管は、或る程度の伝熱面積が確保されるようにステンレス鋼管等を曲げ加工したものであればよく、例えば蛇行状、渦巻き状等であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の流体加熱装置を使用すると、被加熱流体が流れる経路中におけるパーティクルの発生を抑えることができるので、この流体加熱装置は、半導体基板の処理装置や液晶基板の処理装置などにおいてガスや液体を加熱するのに使用することが可能である。また、この流体加熱装置は、簡易な構造であり、発熱曲管の全体で均一に被加熱流体と熱交換するので、発熱曲管において過熱部分を生じて発熱曲管が溶融等で損傷する、といった心配が無く、また、発熱曲管と被加熱流体との間での熱交換の効率が低下するようなこともなく、このため、伝熱面積を大きくしなくても流体を所望通りに加熱することができ、コンパクトで低コストの流体加熱装置とすることができる。さらに、被加熱流体、例えばＩＰＡ蒸気の温度が発火点を超えたりしないように確実な制御が行われるので、安全性を向上させことができる。
【００３２】
請求項２に係る発明の流体加熱装置では、コイルに流される高周波電流に対する発熱曲管での発熱効率が高まり、より有効に被加熱流体を加熱することができる。よって、誘導加熱に適さないオーステナイト系ステンレス等も、発熱曲管の形成材料として採用することができる。また、発熱曲管の温度を測定するために温度検出体を発熱曲管の表面に直接に接触させても、温度センサの破壊が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、流体加熱装置の要部縦断面図である。
【図２】電磁誘導を利用して流体を加熱する装置の構成例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０発熱曲管
１２被覆筒
１４コイル
１６電源装置部
１８短絡棒
２０高周波電源
２２電源制御器
２４コントローラ
２６、２８温度検出器
３０温度検出器の温度検出体
３２警報器

Claims

被加熱流体が流される配管の途中に介挿して設けられ電磁誘導により被加熱流体を加熱する流体加熱装置において、
導電性材料によって管状に形成され、被加熱流体が流される前記配管に両端部がそれぞれ連通接続された発熱曲管と、
この発熱曲管の外側に配設され発熱曲管を取り囲むように巻装されたコイルと、
このコイルに高周波電流を流す電源装置部と、
前記コイルの内側に、前記発熱曲管の外面に温度検出体が直接に接触するように配設され、前記発熱曲管の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段からの温度検出信号に基づいて所要の制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする流体加熱装置。
前記発熱曲管が螺旋状に形成され、前記コイルが、前記発熱曲管と同軸状に配設されて、前記発熱曲管の両端部同士が導電性部材によって電気的に接続された請求項１記載の流体加熱装置。