(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワークステーションの温度を、それぞれについての所定の温度に個別に調節するための方法であって、
供給源から温度制御用の流体を複数のワークステーションの各々に供給する段階と、
各ワークステーションの温度をモニターする段階と、
前記所定の温度と各ワークステーションの温度との差に基づいて、各ワークステーションに供給される流体のヒータによる加熱を個々に制御する段階とを有し、ここで、ワークステーションの温度は該ワークステーションの温度と該ワークステーションについての所定の温度との間の温度差を求めることによって制御されるものであり、
さらに、前記温度差が所定の値以上の場合には対応するワークステーションを前記温度差が所定の値以下となるまで急速に冷却するために、温度制御流体を、ヒータを通らずに、急速温度応答のためのバイパス径路を通って対応するワークステーションに送り、一方、温度差が所定の値以下の場合には温度制御流体を、バイパス径路を通らずに、ヒータを通ってワークステーションに送り、ヒータを調節してワークステーションの温度を維持する段階を有する方法。
【請求項２】
複数の半導体ワークステーションの温度を個別に調節するための温度制御システムであって、温度調節流体用の中央の供給源と、複数のヒータと、温度差を求めるための装置と、温度制御装置とを有し、
前記流体源は、各ワークステーションに流体を送って各ワークステーションにおける温度を個別に調節するために、複数のワークステーションの各々と流通し、
前記ヒータの各々は対応するワークステーションに付設されていて、前記供給源から対応するワークステーションへ送られる流体を加熱し、それによって各ワークステーションに送られる流体の温度が他のワークステーションに送られる流体とは別個に制御されるものであり、
温度差を求めるための装置は、ワークステーションの温度と該ワークステーションについての所定の温度との間の温度差を求めるものであり、
温度制御装置は前記の温度差に基づいて作動するものであり、前記温度差が所定の値以上の場合には対応するワークステーションを前記温度差が所定の値以下となるまで急速に冷却するために、温度制御流体を、ヒータを通らずに、急速温度応答のためのバイパス径路を通って対応するワークステーションに送り、一方、温度差が所定の値以下の場合には温度制御流体を、バイパス径路を通らずに、ヒータを通ってワークステーションに送り、ヒータを調節してワークステーションの温度を維持する、
温度制御システム。
【請求項３】
各ワークステーションは所望の温度に個々に制御されるものであり、前記中央の供給源における流体の温度は前記所望の温度よりも低い請求項２の温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、温度コントローラ及びそのための温度制御方法に関し、詳しくは循環されるクーラントを用いて、ワークステーション（ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）  をワーク媒体（ｗｏｒｋ  ｍｅｄｉｕｍ）  あるいはワークピースとともに設定温度まで急速に冷却するための温度コントローラ及びそのための温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハーに対するフォトレジスト処理などの分野においては、薬品やシリコンウェハーを非常に精密に温度制御する必要がある。こうした精密な温度制御を行うためには、循環クーラントを用いた温度制御が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したタイプの温度制御の大部分においては、室温か、あるいは室温近辺の温度に対しては水などの循環クーラントが使用される。こうした温度制御では、急速な過渡応答を実現するために大きな流量が必要とされる場合が多い。なぜなら、クーラントは、制御の対象となっている材料で実現しようとする温度に設定されており、設定点付近での熱伝達は非常に遅いからである。また、大部分の温度制御においては、様々な温度状態にある複数のワークステーションを温度制御するためには、複数のサーキュレータが必要になる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、急速な過渡応答を有する温度制御を、最小限の流量によって実現することである。
この発明の別の目的は、多数のワークステーションの温度制御を行うのに、たった一つのサーキュレータしか使用しない温度制御を実現することである。
【０００５】
本発明の第１の側面は、複数のワークステーションの温度を、それぞれについての所定の温度に個別に調節するための方法であって、
供給源から温度制御用の流体を複数のワークステーションの各々に供給する段階と、
各ワークステーションの温度をモニターする段階と、
前記所定の温度と各ワークステーションの温度との差に基づいて、各ワークステーションに供給される流体のヒータによる加熱を個々に制御する段階とを有し、ここで、ワークステーションの温度は該ワークステーションの温度と該ワークステーションについての所定の温度との間の温度差を求めることによって制御されるものであり、
さらに、前記温度差が所定の値以上の場合には対応するワークステーションを前記温度差が所定の値以下となるまで急速に冷却するために、温度制御流体を、ヒータを通らずに、急速温度応答のためのバイパス径路を通って対応するワークステーションに送り、一方、温度差が所定の値以下の場合には温度制御流体を、バイパス径路を通らずに、ヒータを通ってワークステーションに送り、ヒータを調節してワークステーションの温度を維持する段階を有する方法である。
本発明の第２の側面は複数の半導体ワークステーションの温度を個別に調節するための温度制御システムであって、温度調節流体用の中央の供給源と、複数のヒータと、温度差を求めるための装置と、温度制御装置とを有し、
前記流体源は、各ワークステーションに流体を送って各ワークステーションにおける温度を個別に調節するために、複数のワークステーションの各々と流通し、
前記ヒータの各々は対応するワークステーションに付設されていて、前記供給源から対応するワークステーションへ送られる流体を加熱し、それによって各ワークステーションに送られる流体の温度が他のワークステーションに送られる流体とは別個に制御されるものであり、
温度差を求めるための装置は、ワークステーションの温度と該ワークステーションについての所定の温度との間の温度差を求めるものであり、
温度制御装置は前記の温度差に基づいて作動するものであり、前記温度差が所定の値以上の場合には対応するワークステーションを前記温度差が所定の値以下となるまで急速に冷却するために、温度制御流体を、ヒータを通らずに、急速温度応答のためのバイパス径路を通って対応するワークステーションに送り、一方、温度差が所定の値以下の場合には温度制御流体を、バイパス径路を通らずに、ヒータを通ってワークステーションに送り、ヒータを調節してワークステーションの温度を維持する、
温度制御システムである。
ここで、各ワークステーションは所望の温度に個々に制御されるものであり、前記中央の供給源における流体の温度は前記所望の温度のいずれよりも低いことが好ましい。
【０００８】
本発明の温度制御システム及び制御方法の特徴は、複数のワークステーションの温度を各ワークステーションが、周囲温度よりも低い温度や、周囲温度に、あるいは周囲温度よりも高い温度となるように個別に設定することができることである。
【０００９】
本発明の実施例では、加熱されていない流体すなわちクーラントをワークステーションへ一時的に流すことによって急速な過渡応答が得られる。また、クーラントの温度をワークステーションの温度よりも若干低い温度とし、各ワークステーションにおいてクーラントの精密な加熱を行なう。
【００１０】
【実施例】
以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。この発明の実施例のコントローラが図１に参照番号１０で示されている。このコントローラ１０は、まず流体クーラントの供給源と、室温または室温付近の所定の温度よりも低い温度に流体クーラントを維持するための手段を有する。この発明では、流体クーラントの温度は±０．５  ℃の公差内に維持される。
【００１１】
流体クーラントを所定の温度以下に維持するための手段は、冷却器  （ｃｏｏｌｉｎｇ  ｖｅｈｉｃｌｅ）と、関連の制御装置を有する。熱交換器などの冷却器１２は、ワークステーションとワーク媒体またはワークピースとに対して望む温度よりも低い温度にまで流体クーラントを冷却する。流体クーラントの温度はメインクーラント温度センサ１４によって検出される。流体クーラントの温度を検出したら、メインクーラント温度センサ１４は、ワイヤか、または他の伝達媒体からなるセンサリード線１８を介して、メインクーラント温度制御装置１６へこの温度を伝える。メインクーラント温度制御装置１６が、オペレータが与える設定温度情報に従って、制御装置リード線２０を介して冷却器１２へ信号を送る。制御装置リード線２０はワイヤか、または他の伝達媒体からなっている。こうして、流体クーラントから十分な量の熱を取り去って、流体クーラントの温度を所望の温度にし、この温度を維持する。流体クーラントの温度はワークステーションとワーク媒体またはワークピースとに対して望む温度よりも低くなっている。メインクーラント温度制御装置１６はプログラミングされた温度制御用コンピュータ２２の中に設けられていてもよい。
【００１２】
冷却器１２からのクーラントは、パイプまたはマニホールド２４などの流体クーラント供給源へ入る。本発明のこの実施例においては、上述したメインクーラント温度センサ１４はマニホールド２４の中に設けられているか、またはマニホールド２４の外部に取り付けられており、マニホールド２４における流体クーラントの温度の検出を行う。
【００１３】
冷却器１２及びマニホールド２４からのクーラントはクーラント循環装置によってワークステーション２８まで運ばれ、そしてワークステーション２８の中を循環される。クーラント循環装置は流路２６と、戻り流路３２と、循環ポンプ３０を有する。
【００１４】
マニホールド２４からの流体クーラント２５は流路２６へ流入する。流路２６はフローレギュレータ３４を有することが好ましい。フローレギュレータ３４は流路２６の中を流れる液体クーラントに対して所望の流量を維持する。特定の実施例において、こうしたフローレギュレータ３４は固定のオリフィスである。流路２６には電気抵抗ヒータのようなヒータ３６も設けられている。ヒータ３６はワークステーション２８へ流れる流体クーラントの温度を調節する。ヒータ３６はまた、必要がある場合には、絶えず流れているクーラント流体へ連続的に熱を加える。
【００１５】
流体クーラントは流路２６からワークステーション２８の中に入り、ワークステーション２８の中を流れ、ワークステーション２８から流出したあと、流路２６の中へ入る。そのあと、クーラントは戻り流路３２を介して循環ポンプ３０及び冷却器１２へ戻る。クーラントは、マニホールド２４からも戻り流路３２を介して循環ポンプ３０及び冷却器１２へ直接に戻る。
【００１６】
流体クーラントがワークステーション２８を通過するとき、流体クーラントは熱伝達により、ワークステーション２８の温度を流体クーラントの温度にまで調節する。通常、流路２６内のクーラントはワークステーション２８よりも温度が低いが、この流路２６内のクーラントはワークステーション２８よりも温度が高くてもよい。ワークステーション２８は、その温度を制御しようとしているワーク媒体またはワークピース３８と非常に密接に関係している。従って、ワーク媒体またはワークピースの温度はワークステーションの温度と大体同じである。
【００１７】
ワークステーション２８はワークステーション温度センサ４０と協働する。すなわち、ワークステーション温度センサ４０はワークステーション２８の温度の検出を行う。ワークステーション２８の温度を検出すると、ワークステーション温度センサ４０は制御装置であるところのワークステーション温度制御装置４２へセンサリード線４４を介してこの温度を伝える。センサリード線４４は、ワイヤか、または他の伝達媒体からなっている。ワークステーション２８において維持しようとする設定温度は、オペレータによってワークステーション温度制御装置４２へ与えられる。ワークステーション温度制御装置４２をプログラミングされた温度制御用コンピュータの中に設け、ワークステーションの温度を調節するときに大きなフレキシビリティと精密さが得られるようにしてもよい。ワークステーション温度制御装置４２は、ワークステーション温度センサ４０からの温度表示と、所望する温度との比較を行い、ワークステーションの温度を所望の温度に調節するための適切な処置を行う。
【００１８】
ワークステーションの温度を所望の温度に調節するために、ワークステーション温度制御装置４２は制御リード線４６を介してヒータ３６へ信号を送って熱の増減を行う。制御リード線４６はワイヤか、または他の伝達媒体からなっている。ヒータ３６は、クーラントの供給源全体ではなくて、ワークステーション２８への流路２６の中を流れているクーラント部分のみを加熱する。これによって、ワークステーションの温度を精密かつ迅速に制御することができる。
【００１９】
フローレギュレータ３４とヒータ３６の両方を迂回するために、流路にはバイパスバルブ４８などの装置も設けられている。バイパスバルブ４８が開いていると、加熱されていないクーラントがワークステーション２８へ大きな流量で供給され、ワークステーション２８が急速に冷却される。バイパスバルブ４８は、制御リード線５０を介してワークステーション温度制御装置４２によって制御される。制御リード線５０はワイヤか、または他の伝達媒体からなっている。
【００２０】
当業者にはわかるであろうが、バイパスバルブ４８とヒータ３６の動作シーケンスは、必要とする過渡応答の速さや、ワークステーション４２の温度と所望する温度との間の初期温度差に依存する。一つの極端な場合、例えば５  ℃などの大きな初期温度差のある場合には、ワークステーション温度制御装置４２は最初はバイパスバルブ４８を開かせる。もう一つの極端な場合である例えば０．５  ℃あるいは１．０  ℃という小さな初期温度差では、ワークステーション温度制御装置４２はバイパスバルブ４８を閉じた状態に保持する。ワークステーション温度制御装置４２は温度制御用コンピュータの中に設けられているため、非常にたくさんの動作シーケンスをコンピュータの中にプログラミングすることができ、特定の状況に対してそれに適したシーケンスが選択される。
【００２１】
例えば、図６はワークステーションの温度と時間の関係を示すグラフである。ワークステーションは、例えば２２℃という初期温度Ｔ１  から、おそらく２０℃という所望の温度Ｔ２  まで冷却される。所望の温度Ｔ２  は、例えば１９℃である流体温度Ｔ３  よりもいくらか高くなっている。この例においては、ワークステーション温度制御装置４２はまずバイパスバルブ４８を閉じ、ヒータ３６をオフにする。ワークステーションの温度が所定の温度Ｔ４  まで低下したとき、オペレータが設定したように、ワークステーション温度制御装置４２はヒータ３６へ信号を送って、流路２６へ熱を供給し始める。そうするとグラフのラインＬ１  によって示されているように、ワークステーション２８の温度はワークステーション２８の温度がポイントＰ１  で表されている所望の温度Ｔ２  に達するまで、先ほどよりはゆっくりとした速度で低下する。ワークステーション温度制御装置４２は次にヒータ３６を精密に調節して、ワークステーション２８の温度を所望の温度Ｔ２  に維持する。
【００２２】
図７は第２実施例を示している。ここではワークステーションはおそらく２５℃などの、もっと高い温度Ｔ１  からスタートしている。ワークステーション温度制御装置４２はバイパスバルブ４８を開いて、グラフのラインＬ１  によって示されているようにワークステーション２８の急速な冷却を行う。ワークステーションの温度が、例えば１９℃という流体クーラントの温度よりもいくらか高いおそらく２０℃という所望の温度Ｔ２  に近づくと、ワークステーション温度制御装置４２はバイパスバルブ４８を閉じて、加熱されていない大きな流量のクーラントの流れを遮断する。ワークステーション温度制御装置４２は次にヒータ３６を精密に調節して、ワークステーション２８の温度を温度Ｔ２  に維持する。
【００２３】
この発明では、複数のワークステーション２８，２８．１，２８．２を、流路２６，２６．１，２６．２と、ヒータ３６，３６．１，３６．２と、フローレギュレータ３４，３４．１，３４．２と、バイパスバルブ４８，４８．１，４８．２と、ワークステーション温度センサ４０，４０．１，４０．２と、ワークステーション温度制御装置４２，４２．１，４２．２を用いて調節することができる。一つの温度制御装置による制御を行っていることから、ワークステーションが多数の場合にはコストの節約につながる。それと同時に、ワークステーションの温度と流れに対する制御を反復することによって、所望により、各ワークステーションをそれぞれ独立に設定された温度に独立に制御することが可能となる。
【００２４】
ワークステーションの第１の実施例が図２に示されている。この実施例ではワークステーション２８は冷却用プレートを有する。流体クーラントは流路２６からこの冷却用プレートの中を循環される。冷却用プレートは上側表面２９．１を有する。上側表面２９．１の上にはワークピース３８が載っている。この実施例においては、ワークピースは半導体ウェハーであり、この半導体ウェハーの温度が制御されることになる。
【００２５】
ワークステーションの第２の実施例が図３に示されている。この実施例では、ワークステーション２８は円筒状のカラーを有する。カラーの内部には円柱状の通路２９．２が設けられている。通路２９．２の中をワーク媒体３８．１が延びている。この実施例においては、ワーク媒体３８．１は電気モータ５２のシャフト３９である。流体クーラントは流路２６から、ワークステーション２８へ流入したり、ワークステーション２８から流出したりする。こうしてワークステーション２８はシャフト３９の温度を調節し、電気モータ５２からの熱がワークピース５４へ伝わるのを防いでいる。ワークピース５４はウェハーであり、シャフト３９の端部上の回転するチャック５６に支持されている。
【００２６】
ワークステーションの第３の実施例が図４に示されている。この実施例では、ワークステーション２８は液体−液体間の熱交換器からなる。この熱交換器は内部にパイプ２９．３を有しており、このパイプ２９．３の中を、冷却される液体のワーク媒体３８．２が流れている。流体クーラントは流路２６から循環して、ワークステーション２８の中に流入したり、ワークステーション２８から流出したりし、液体のワーク媒体３８．２の温度を調節する。
【００２７】
ワークステーションの第４の実施例が図５に示されている。この実施例では、ワークステーション２８は上側コンパートメント２９．４と下側コンパートメント２９．５を備えたモジュールからなる。上側コンパートメント２９．４と下側コンパートメント２９．５は冷却用プレート２９．６によって分離されている。流体クーラントは流路２６から循環し、冷却用プレート２９．６へ流入したり冷却用プレート２９．６から流出したりして、上側コンパートメント２９．４の中のプロセスと下側コンパートメント２９．５の中でのプロセスが熱的に相互作用しないようになっている。
【００２８】
以上、循環クーラントと急速な過渡応答を用いた温度制御装置について、またワーク媒体を所定の温度まで精密に冷却する方法について説明した。
この発明は、発明の精神または本質から逸脱しないで、他の形によっても実現が可能である。従って、上述した実施例は単に説明のためのものであり、発明を限定するものではない。この発明の範囲に関しては、上述した実施例よりは、添付されている特許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による温度コントローラを示す図である。
【図２】温度制御の対象となるワークステーションの第１の実施例の斜視図である。
【図３】温度制御の対象となるワークステーションの第２の実施例の斜視図である。
【図４】温度制御の対象となるワークステーションの第３の実施例の斜視図である。
【図５】温度制御の対象となるワークステーションの第４の実施例の斜視図である。
【図６】ワークステーションの温度を制御するための一つの時間シーケンスを示すグラフである。
【図７】ワークステーションの温度を制御するための別の時間シーケンスを示すグラフである。
【符号の説明】
１０  コントローラ
１２  冷却器
１４  メインクーラント温度センサ
１６  メインクーラント温度制御装置
２２  温度制御用コンピュータ
２４  マニホルド
２５  流体クーラント
２６，２６．１，２６．２  流路
２８，２８．１，２８．２  ワークステーション
２９．１  上側表面
２９．４  上側コンパートメント
２９．５  下側コンパートメント
２９．６  冷却用プレート
３０  循環ポンプ
３２  戻り流路
３４，３４．１，３４．２  フローレギュレータ
３６，３６．１，３６．２  ヒータ
３８  ワークピース
３８．１，３８．２  ワーク媒体
３９  シャフト
４０，４０．１，４０．２  ワークステーション温度センサ
４２，４２．１，４２．２  ワークステーション温度制御装置
４８  バイパスバルブ
５２  電気モータ
５４  ワークピース
５６  チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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