(57)【要約】本発明は、複数の中空管からなる熱可塑性熱交換機５０を用いることによって、流体の温度を調節する装置に関する。装置は、交換流体の流量を調節する制御バルブ６４を制御装置４６で調節することによって、熱交換機５０の内部の処理流体の温度を制御する。装置は化学浴１２の温度を維持し、また、温度制御された液体の個々の分注量を調製することができる。熱交換機５０は化学的に不活性であり、苛酷な環境の中で運転可能である。
2005536704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れ回路にインラインで接続するようにされた流体の温度を調節する装置であって、
ａ）複数の熱可塑性樹脂の中空管を含み、前記中空管の各々が第１の表面と、第２の表面と、前記表面間の壁とを有し、中空管の各々が、２つの端部およびその間を通過する中空部を有し、
ｂ）前記中空管の前記端部の少なくとも１つが、その第２の表面の少なくとも一部で結合されて、前記中空管の端部が溶融によって互いに流体密封の形に結合されている端部区画を形成し、
ｃ）前記中空管が、端部以外の部分は結合されておらず、
ｄ）前記一体化された端部区画が、前記中空管の結合されていない部分の中空部と連絡する貫通孔を有し、
ｅ）前記中空管を収容する筐体を含み、前記筐体が、前記中空管の前記第１の表面に接触するための第１の流体を、前記中空管の前記第２の表面に接触している第２の流体と分離し、
ｆ）前記筐体が、前記中空管の第１の表面を通過する第１の流体のために少なくとも１つの第１の流体接続部を有し、前記第１の流体が、前記中空管の壁によって第１の流体から分離されている第２の流体に接触し、
ｇ）前記筐体が、前記中空管の第２の表面を通過する第２の流体のために少なくとも１つの第２の流体接続部を有し、前記第２の流体が、前記中空管の壁を介して、前記第１の流体に接触し、かつ前記第１の流体から分離されており、
ｈ）前記筐体の第２の流体接続部に流体連絡している流量制御手段と、
ｉ）前記第１の流体の温度を測定するための、前記第１の流体に流体連絡し、かつ前記第１の流体接続部に流体連絡している温度検出手段と、
ｊ）前記第１の流体の測定温度を前記第１の流体の予め定めた設定点温度と比較して、第１の流体の設定点温度と第１の流体の測定温度の間の差に比例した電気的な出力信号を発生する、第１の流体の温度を決定するための電気回路手段とを含む、
装置。
【請求項２】
前記第１の流体の設定点温度と前記第１の流体の測定温度の間の差に比例して発生した前記電気的な出力信号を使用して、前記第２の流体の流量制御手段を通る流体の流れを変化させる電気回路手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の流体の設定点温度と前記第１の流体の測定温度の間の差に比例して発生した前記電気的な出力信号を使用して、前記第１の流体の温度が前記第１の流体の温度設定点に実質上等しくなるまで、前記第２の流体の供給源の温度を変化させる電気回路手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の流体の設定点温度と前記第１の流体の測定温度の間の差に比例して発生した前記電気的な出力信号を使用して、中空管を収容するエネルギー源からの出力を制御する電気回路手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の流体の設定点温度と前記第１の流体の測定温度の間の差に比例して発生した前記電気的な出力信号を使用して、前記第１の流体の温度が前記第１の流体の温度設定点に実質上等しくなるまで、前記第１の流体の供給源の流速を変化させる電気回路手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
基板上への流体の分注体積を制御するバルブをさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記熱交換機が、ポリ（テトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル））、ポリ（テトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン）、ＭＦＡ、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、超高分子量ポリエチレン、またはそのコポリマーからなる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記中空管が非円形である請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記中空管が、紐に編まれ、熱焼鈍される請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱可塑性中空管が、熱伝導性の材料で含浸される請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の流体が、フォトレジスト、反射防止コーティング剤、またはフォトレジスト現像剤である請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の流体が、スピンオン誘電体である請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の流体が、銅イオンを含む溶液である請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体が、酸、塩基、酸化剤、または研磨スラリからなる群から選択される請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記液体がフォトレジスト剥離剤である請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記液体が有機液体である請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の筐体流体接続部に流体連絡している流体流量制御手段をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記流体流量制御手段が、分注ポンプ、バルブ、流体流量制御装置、または圧力容器である請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
液体の温度を維持する方法であって、温度センサが前記第１の流体の温度を読み取るために配置されて第１の流体の温度を示す温度信号を発生し、熱可塑性熱交換機が配置されて前記第１の流体の熱を追加または取り去る方法において、前記方法が、温度信号で示される第１の流体の温度を設定点と比較し、温度センサで読み取られる流体回路中の第１の流体温度を本質的に一定に維持するために熱交換機によって瞬間的な熱の追加または除去速度を調節し、前記熱交換機を通る前記第２の流体の流れを、前記第２の流体を流量比例バルブを通すことによって制御し、前記第２の流体の流れを前記流量比例バルブを使用して調節することを含む方法。
【請求項２０】
前記温度センサがウェーハ洗浄浴の中に配置される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記温度センサが、流れ回路の分注ノズルに流体連絡している請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記温度センサが、流れ回路の中に配置されている請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記温度センサが、熱電対、抵抗温度装置、またはサーミスタである請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記処理液体がフォトレジストである請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記処理液体が有機液体を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記処理液体が銅イオンを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記処理液体が、水性の酸、塩基、酸化剤、または研磨剤を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
温度センサで読み取られる流体流れ回路中の前記処理液体の温度を本質的に一定に維持するために熱交換機によって瞬間的な熱の追加または除去速度を調節する機能が、マイクロウェーブの供給源によって行われる請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の流体を熱可塑性熱交換機に接触させることと、前記第１の液体の熱を前記熱可塑性交換機によって追加または除去するために前記熱可塑性熱交換機を第２の流体に接触させることとを含み、前記熱交換機の表面積が、交換機の空間の単位容積当たり１２００ｍ２／ｍ３以上である、前記第１の液体からの制御された熱を第２の流体に移動する方法。
【請求項３０】
交換機の空間の単位容積当たり１２００ｍ２／ｍ３以上の熱交換表面積を含む熱交換機を含む、熱を追加または除去するための熱交換装置および制御装置。
【請求項３１】
熱可塑性熱交換機と、第１および第２流体の流れを検出するための温度センサを含む閉ループ温度回路と、電気回路と、第２流体の熱移動制御装置とを含み、それによって、閉ループ回路が、第１および第２流体の流れの温度を検出することによって動作し、前記電気回路が、第１および第２流体の流れの温度に比例した信号を受け取り、第２の流体の流れまたは第２の液体の温度を、第１の液体の温度が第１の流体の所望の温度に実質上等しくなるまで調節する、熱を追加または除去するための閉ループ熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は仮出願６０／３２６，３５７号に対して優先権を主張するものであり、２００１年１０月１日に米国特許仮出願第６０／３２６，２３４号として併願した同時係属出願に関する（出願人参照番号２００１００２９２ＰＣＴ（以前はＭＹＫＰ−６２０））。
【０００２】
本発明は、複数の中空管から構成された熱可塑性熱交換装置を用いて流体の温度を調節する装置に関する。装置は、交換流体の流れを調節する制御バルブを調節することによって熱交換機内の処理流体の温度を制御する。装置は応答が速く、小型であり、化学的に不活性であり、高温で運転可能である。
【背景技術】
【０００３】
熱交換機は医療、自動車、産業用の用途に使用されてきた。それらの効率と熱交換容量は、熱伝導性、流れの分布、および交換機の熱移動表面積によって定まる。
【０００４】
液体の加熱制御がしばしば必要とされる半導体製造の熱交換機用途の例には、硫酸や過酸化水素のフォトレジスト剥離溶液、窒化ケイ素やアルミニウム金属をエッチングするための熱リン酸浴、水酸化アンモニウムや過酸化水素のＳＣ１洗浄溶液、塩酸や過酸化水素のＳＣ２洗浄溶液、熱脱イオン水洗、熱有機アミンベースのフォトレジスト剥離剤がある。
【０００５】
また、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）の液体および研磨スラリの加熱も、除去速度を制御するために実施することができる。化学機械的スラリは、一般にアルミナまたはシリカ研磨剤などの固体研磨材料、過酸化水素などの酸化剤、塩酸または水酸化アンモニウムなどの酸もしくは塩基のいずれかを含む。
【０００６】
多くの半導体製造工程においては、正確に温度制御された液体が基板上に分注され、薄膜が形成される。これらの用途では、液体の温度は最終的な膜の均一性と厚さに影響を及ぼす。スピンオン（ｓｐｉｎ  ｏｎ）誘電体、フォトレジスト、反射防止コーティング剤、現像剤などを、静止または回転基板上に分注する前に正確で再現性のある温度調節を行うには、これらの液体を加熱しまたは冷却する必要がある。これはしばしば処理液体を比較的厚い壁の過フッ化物管の中に流すことによって行われ、その温度は管の外側の水の流れで制御される。
【０００７】
熱交換機は流体間のエネルギーを移動する装置である。これは、１つの流体、すなわち処理流体と、仕事流体、すなわち交換流体を接触させることによって行われる。これらの２つの流体は、熱交換機を構成する材料の壁で互いに物理的に分離されている。多くのこれらの用途の化学薬品を加熱および冷却するのに、ポリマーベースの熱交換機が、その化学的な不活性さ、純度の高さ、腐食に対する抵抗性から、通常使用される。しかし、装置に使用されるポリマーの熱伝導度が低いため、所与の温度変化を行うのに熱移動のための大表面積が必要なので、ポリマー熱交換装置は通常大きい。その大きなサイズによって、それらの装置を半導体プロセスの道具に使用するのは実際的でない。
【０００８】
ガスから流体へのフィン付き熱交換機はレーザーに使用されるガスの調節に使用される。これらの交換機は通常腐食性化学薬品やガスと共に使用するには適さない金属から作られており、湿気があると粒子を生成することがある。
【０００９】
米国特許第３，３１５，７４０号は熱交換機に使用するために溶融で管を互いに結合する方法を開示している。熱可塑性材料の管は、管の端部が平行に接触する関係になるように集められる。カナダ特許第１２５２０８２号は螺旋状に編んだポリマー熱交換機を作製する技術を教示しており、また、米国特許第４，９８０，０６０号はろ過のために多孔質中空ファイバー管を溶融結合して埋め込むことを記載している。いずれの開示もそれらの装置を熱制御に使用することは考えていない。
【００１０】
米国特許第５，２１６，７４３号は、水を加熱するための個別の加熱要素を各小室（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）に備える複数の熱可塑性小室を使用することを教示している。温度センサが温度制御器と連絡して、個々の加熱要素を起動または停止して必要な水温を維持する。この発明は、その加熱要素を使用するには適していない有機流体、腐食性または酸化性の高純度化学薬品に使用することは考えていない。同様に、熱可塑性小室は数が比較的少ない。
【００１１】
米国特許第５，７４８，６５６号は、レーザーガスの温度制御方法として、熱交換機、温度センサ、マイクロプロセッサ制御装置、熱交換流体の流れを制御する比例バルブを用いる、レーザーシステム内のレーザーガスの温度を制御するための金属熱交換機システムの使用を開示している。この発明はガスの温度制御には有用であるが、その熱交換装置は液体の温度を制御するのに使用するには制約がある。これは、ガスに較べて液体がはるかに大きな熱容量と質量を有するためである。さらに、多くの液体の腐食性質はそれらのシステムでそれらを使用することの妨げになる。この発明は、液体の温度と容量を制御して分注するために熱交換機を使用することは考えていない。
【００１２】
現在、流体の温度を制御するために熱可塑性熱交換機を使用することは、必要な装置の高価さとサイズの大きさのために実際的ではない。金属熱交換機は、化学薬品の腐食性質、および処理液体から金属および粒子状の汚染物を除去する必要があるため、半導体製造に使用するのは一般に許容されない。必要とされるのは、分注された液体の温度を制御し調節する装置であり、または液体再循環システムである。このシステムは、温度変化に対して応答が速く、化学的に不活性であり、表面積が大きく、容積が最小でなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、温度センサ、流体制御バルブ、およびマイクロプロセッサ制御装置を備える流体流れ回路に結合された大表面積の熱可塑性熱交換機装置を提供する。装置は再循環浴および流体分注の用途に使用される流体の温度調節に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の好ましい一実施形態では、過フッ化熱可塑性樹脂の中空管、ファイバー、またはフィラメントが本発明の熱交換機に使用される。フィラメントは、ポリ（テトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル））、ポリ（テトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン）、またはその混合物などのポリマーから作られる。中空管は溶融結合して、単一端部構造を形成し、または過フッ化熱可塑性樹脂と筐体を備える一体化された端部区画を形成する。この構造において、中空管は熱可塑性樹脂に流体密封の形で結合される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、筐体に収容される中空管は、中空の管、ファイバー、またはフィラメントの紐を形成するように、溶融結合の前に網目状にされ（ｂｒａｉｄｅｄ）、編まれ（ｐｌａｉｔｅｄ）、または撚られる（ｔｗｉｓｔｅｄ）。紐は、熱焼鈍して紐の峰または湾曲部を固定する。本発明の実施形態において、紐は、撚られ、編まれ、または網目状にされて、平行に設置された１個または複数の中空の管、ファイバー、またはフィラメントを指し、筐体の中に埋め込まれた、または別法として溶融結合されたユニットを形成する。熱焼鈍された中空管の紐によって、熱交換機は高密度の詰め込み、大きな熱移動表面積、向上した流れ分布、および小さな容積が可能になる。熱交換機装置は、高温での有機性、腐食性、および酸化性液体の運転が可能である。熱交換機は、中空管の壁に接触させる処理流体および仕事流体のための流体導入口と導出口接続部を有する筐体を有する。流体を中空管の壁に接触させることによって、処理流体と仕事流体間でエネルギーの交換が行われる。
【００１６】
装置の一実施形態では、熱交換機は流量センサ、温度センサ、およびバルブに結合され、正確に温度制御された液体を制御された量分注することが可能である。
【００１７】
第２の実施形態では、熱交換機は、浴の温度を制御するために、温度センサおよびバルブおよびマイクロプロセッサを備える流体回路の中に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は熱可塑性材料に埋め込まれた複数の熱可塑性熱交換管からなる熱交換装置に関する。交換装置は、分注処理流体または化学浴の温度をリアルタイムで制御するために、温度センサ、制御マイクロプロセッサ、流量センサ、または任意選択的にバルブと結合されている。本発明の実施形態と実施例を、加熱または冷却される水を参照して説明するが、それらの説明は流体として水および分注流体として加熱溶液に制限するものではないことを理解すべきである。加熱および冷却する他の適切な流体にはガスが含まれる。
【００１９】
本発明の装置を示す概念図は図１に示されている。この図において、処理流体と仕事流体の流れは並流で流れるように示されているが、流体は向流で流れるようにすることもできる。本発明の実施形態では、再循環浴１２の温度を制御するのに熱交換機５０と温度制御装置４６が使用される。浴１２は、半導体製造プロセスの一部として基板１８の洗浄、剥離、またはコーティングに使用することができる。エネルギー源２４、例えば超音波または放射エネルギーは、プローブまたはランプ筐体１４によってタンクに導入することができる。浴の液体は、バルブ１６、ポンプ２６、および任意選択的に流量計２８の流量制御装置によって循環することができる。浴からの液体は導入口接続部５６から熱交換機５０に入り、装置を通って流れて、７２の中の流体とエネルギーを交換する。浴からの液体は、導出口５８で任意選択的なバルブ４４を経て交換機を離れ、浴１２に戻る。任意選択的な圧力変換機３０および４２、および温度センサ４０および６０は流体の流れ回路の導管に接続することができる。バルブ２０を含むバイパスは、交換装置を通って流れる浴の液体の流れを調節するのに使用することができる。温度センサ２２からの信号は、マイクロプロセッサベースの制御装置４６、例えば、Ｓｔａｍｆｏｒｄ、ＣＴのＯｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、から入手可能なＣＮ７６００温度制御装置を通過する。任意選択的な温度センサ４８は、流体の温度を、流体が交換機を導出口５４から離れるときに測定する。制御装置４６は、処理流体の温度の所望の設定点からの変化を連続的に監視し、信号をバルブ６４もしくは流量制御装置３６、またはポンプ６８へ送り、熱交換機５０への流体７２の流れを変化させ、処理流体導出口５８から熱交換機を出る処理流体の温度を維持する。７２の中の流体温度は管７６および７４によって７８で調節される。この図では、７８はチラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）として示されているが、流体ヒータであることもできよう。７２中の流体は、バルブ７０を通り、ポンプ６８によって交換装置を通して再循環することができる。７２からの液体は、任意選択的な流量制御装置または流量計３６を通って流れる。流体口５２への流体導管導入口はバルブ３４、圧力変換機３８、および温度センサ３２を任意選択的に含む。７２からの流体は流体口５４から交換装置を出て、温度センサ４８、圧力変換機６２、比例バルブ６４を備える導管を通って流れる。流体は７２に戻される。バルブ６６を含む７２の任意選択的なバイパスループは、７２からの液体の流れを変えるのに有用である。
【００２０】
比例バルブ６４は熱交換機に流入する水の流れを連続的に調節することが可能である。オンオフバルブも運転がより簡単でより高圧の流体を制御できる利点をもって使用することができる。比例バルブは高速動作バルブであって、油圧駆動、ボイスコイル駆動、または電気的に駆動できることが好ましい。そのバルブの例は、ＳＭＣバルブ、Ｅｎｔｅｇｒｉｓテフロン（登録商標）油圧バルブである。適切な流体流量制御装置３６には、Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ、ＭＡのＭｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のガス流量制御装置、Ｃｈａｓｋａ、ＭＮのＮＴ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製の液体流量制御装置がある。本発明の実施に有用な速度可変液体ポンプは、Ｖｅｒｎｏｎ  Ｈｉｌｌｓ、ＩＬのＣｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。
【００２１】
温度検出装置２２および４８は、Ｓｔａｍｆｏｒｄ、ＣＴのＯｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇから入手可能な抵抗温度装置または熱電対であるのが好ましい。代わりに、サーミスタを温度測定に使用することもできる。
【００２２】
分注された処理流体の温度と容量を制御するのに使用された本発明の一実施形態が図２に概念図で示されている。この図において、処理流体と仕事流体の流れは並流で流れるように示されているが、流体は向流で流れるようにすることもできる。熱交換装置１１０は流量センサ９２とバルブ１２８を含み、熱的に調整された分注される処理流体の容量を測定し制御する。供給源９４からの処理流体は仕事流体または交換流体８４によって加熱または冷却される。適切な液体流量センサ９２はＣｈａｓｋａ、ＭＮのＮＴ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手可能である。流体源９４は加圧容器（ｐｏｔ）または加圧されたＮＯＷ  ＰＡＫ（登録商標）によって熱交換機に送達される。代替として、Ｂｅｄｆｏｒｄ、ＭＡのＭｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎ（登録商標）、またはＨｅｍｌｏｃｋ、ＭＩのＷｈｉｔｅ  Ｋｎｉｇｈｔポンプなどのポンプを供給源から交換機に流体を移動するのに使用することができる。ポンプは交換機の流体接続部１１２の前、または流体交換機接続部１１６の後に設置することができる。加熱された液体の温度はマイクロプロセッサベースの温度制御装置１３０に接続された温度センサ１２６で監視される。任意選択的な圧力変換機１２４は交換機の導出口１１６に設置することができる。液体はバルブ１２８を経由して基板上に分注される。バルブ１２８はオンオフバルブまたは吸引戻り防止弁（ｓｔｏｐ  ｓｕｃｋ−ｂａｃｋ  ｖａｌｖｅ）であることができる。適切な吸引戻り防止弁は日本のＣＫＤ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。制御装置１３０は、貯蔵器８２を用途に適切な温度に維持するために使用されるヒータまたはチラー９０と連絡している。貯蔵器８２の中の液体の温度はヒータまたは冷却表面８４で調節され、温度センサ９１で測定される。この流体はバルブ８６、ポンプ９６、および任意選択的な流量制御装置１０４を経由して交換装置に送達される。任意選択的な圧力変換機１０６と温度センサ１０８の後、８２からの流体は流体接続部１１８から交換装置に入る。エネルギーは交換機中で仕事流体と処理流体間で交換され、８２からの流体は流体接続部１１４から交換機を出る。流体は、任意選択的な温度センサ１２２、圧力変換機１１５を備える導管を通って流れ、８２に戻る。
【００２３】
図３は本発明の装置の他の構成を示す図である。閉ループ供給源または貯蔵器から以外は仕事流体または交換流体供給源１３６が使用される。この図において、供給源１４０からの処理流体および供給源１３６からの仕事流体は並流で流れるように示されているが、流体は向流で流れるようにすることもできる。適切な仕事流体または交換流体１３６の例には、冷却された工場水、熱脱イオン水、または蒸気が含まれる。これらの流体は通常半導体工場の施設から入手可能である。供給源１３６からの流体は、任意選択的なバルブ１３７、任意選択的な流量制御装置１３８、ならびに任意選択的な圧力および温度変換機１４４および１６２を経由して流れる。１３６からの流体は交換装置に入り、そこで供給源１４０からの処理流体とエネルギーの移動が行われる。仕事流体１３６は導出口１５６ならびに任意選択的な圧力および温度変換機１５４と１５５をそれぞれ経由して交換装置を出る。供給源１４０からの仕事流体は流量制御装置１４６を経由して交換装置に入る。供給源１４０からの流体は任意選択的に加圧容器または加圧されたＮＯＷ  ＰＡＫ（登録商標）から熱交換機に送達することができる。代わりに、Ｂｅｄｆｏｒｄ、ＭＡのＭｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎ（登録商標）またはＨｅｍｌｏｃｋ、ＭＩのＷｈｉｔｅ  Ｋｎｉｇｈｔポンプなどのポンプを使用して、流体を供給源から交換機に輸送することができる。ポンプは交換機の流体接続部１５１の前、または流体交換機接続部１５７の後に設置することができる。供給源１４０からの流体は、導管および任意選択的なバルブ１４８、任意選択的な圧力変換機１５０および温度センサ１４２を経由して流れる。処理流体は１５８を通って流れ、そこで１３６からの仕事流体とエネルギーを交換する。温度センサ１６８は熱交換機の流体接続部１５７から出る流出流体１４０の温度を測定する。温度センサ１６８は、マイクロプロセッサ制御装置１７０と連絡しており、制御装置はバルブ１５２を開閉して交換装置を通る仕事流体の流速を制御し、これによって熱交換機を出る処理流体１４０の温度が制御される。液状の処理流体１４０はバルブ１６６を経由して基板上に分注される。バルブ１６６はオンオフバルブまたは吸引戻り防止弁であることができる。
【００２４】
図４は、分注用の処理流体を加熱する本発明の他の実施形態を示しており、これは中空管を収容するマイクロウェーブエネルギー源１８３を用いる。過フッ化熱可塑性樹脂のパイプ、管およびファイバーはマイクロウェーブに対して透明であり、水性の、またはアルコールなど他のマイクロウェーブを吸収する液体を流動加熱（ｆｌｏｗ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｅａｔｉｎｇ）するのに理想的である。供給源１８２からの仕事流体は流量制御装置１８４を経由して交換装置に入る。供給源１８２からの流体は任意選択的に加圧容器または加圧されたＮＯＷ  ＰＡＫ（登録商標）から送達することができる。代わりに、Ｂｅｄｆｏｒｄ、ＭＡのＭｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎ（登録商標）またはＨｅｍｌｏｃｋ、ＭＩのＷｈｉｔｅ  Ｋｎｉｇｈｔポンプなどのポンプを使用して、流体を供給源から交換機に輸送することができる。ポンプは交換機の流体接続部１８９の前、または流体交換機接続部１９１の後に設置することができる。供給源１８２からの流体は、導管および任意選択的なバルブ１８５、任意選択的な圧力変換機１８７および温度センサ１８６を経由して流れる。処理流体は交換装置の中の中空管を通って流れ、マイクロウェーブシステムおよび中空管を収容する供給源１８３からマイクロウェーブエネルギーを吸収する。温度センサ１９０は熱交換機の流体接続部１９１から出る流出流体１８２の温度を測定する。温度センサ１９０は、マイクロプロセッサ制御装置１８０と連絡しており、制御装置はマイクロウェーブのマグネトロンを起動または停止し、これによって熱交換機１８８を出る処理流体１８２の温度が制御される。別法として、マイクロプロセッサ制御装置１８０は、マグネトロンへの電力を調節して、発生するマイクロウェーブの出力量を制御することにより、流体の温度を制御する。液状の処理流体１８２はバルブ１９２を経由して基板上に分注される。バルブ１９２はオンオフバルブまたは吸引戻り防止弁であることができる。別法として、温度センサ１８６と１９０に連絡している制御装置１８０を使用して、流量計１８４を制御し、液体の流量と温度を調節することができる。
【００２５】
図５は、１個または複数の温度センサからの信号を検知し、センサの信号を適切な形に処理し、センサの測定温度と予め定めた温度設定点を比較し、測定された流体の温度と設定温度間の差に比例する電気信号を発生し、分注ポンプ、バルブ、流量計、または処理装置に信号を送って比較結果に基づいた活性状態にすることのできるプロセッサ２４９の概念図を示している。供給源制御装置２５０は、制御マイクロプロセッサ２６０と連絡することによって、測定された流体の温度と流体の設定温度との温度差に比例して発生した電気信号の少なくとも１つを制御する。また、プロセッサ２４９は、流体の温度変化の速度に比例する電気信号も決定することができる。この電気信号はコネクタ２５２から電圧または電流として出力することができ、流体制御バルブまたは流量制御装置を制御するのに利用できる。任意選択的に、コネクタ２５２に発生した電気信号は、マイクロウェーブ発生装置１８３または中空管を取り囲む他のエネルギー源を調節する。また、この電気信号は、外部ヒータ９０またはチラー７８を調節することによって、仕事流体または交換流体の温度を制御するのに使用することもできる。この構成は、異なる流体特性および分注変更の要求を補償するのに使用することができる。信号調節装置２５６は１個または複数のセンサ入力２５４を起動し受容する。信号調節装置２５６は、センサの生の出力信号を増幅し、濾波し、または平均化することができる。本発明に有用なセンサの例には、温度、流量、圧力、ｐＨがある。マルチプレクサ２５８には、必要なセンサ信号と異なる多重の参照電圧２８２および２８４の入力が可能であり、較正を行い、あるいはプロセッサ２４９の機能を制御する。参照電圧２８２と２８４は、流体粘度の温度など、環境の変化に対する較正および動作時間の補償に使用することができる。制御プロセッサ２６０は、多重もしくは単一の入力の記録と解析機能を開始させるように機能するトリガ２６２、多重もしくは単一の出力として、装置に対して課題またはタスクの完了の信号支持を行うように機能するアック（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）２６４、ウェーハを回転させるように機能するスピンナー２６６、分注が完了し高速回転を開始できることをウェーハの回転制御に指示するように機能するアナログ出力２７０を含んで、プロセッサ２４９とプロセッサ２４９に接続された装置間の全ての入力と出力のインターフェースを制御する。入力−出力インターフェース２７２は、ＲＳ２３２、Ｄｅｖｉｃｅ  Ｎｅｔ、ＲＳ４８５、または他のディジタルプロトコルポート２６８を経由してトラックまたは他の支持装置に連絡するためのハードウェア接続を可能にする。ポート２６８は、起動および停止制御に使用でき、特別な装置形態が可能になり、システムの状態を決定する。電力供給２７４は、導入される電圧を、プロセッサ用の５ＶＤＣなどの内部で必要な電圧および関連するロジックやアナログ供給電圧の±１５ＶＤＣなどに変換する。信号プロセッサ２７６は、アナログ−ディジタル変換機２７８からリアルタイムの信号を得て、流体の分注温度と流速を決定するのに必要なアルゴリズムを実行する。アナログ−ディジタル変換機２７８からのデータは、将��の検索（ｒｅｔｒｉｅｖａｌ）と解析のために記憶される。センサからのリアルタイムのデータ信号は、分注の容量、時間、流体温度を閉ループ制御するための制御信号として使用される。
【００２６】
一実施形態では、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥのＡｍｅｔｅｋから入手可能な、市場で入手可能な熱可塑性熱交換機を使用することができる。本発明を実施するのに有用な熱可塑性熱交換機を形成する他の方法は、米国特許第３，３１５，７５０号明細書、米国特許第３，６１６，０２２号明細書、米国特許第４，７４９，０３１号明細書、米国特許第４，４８４，６２４号明細書、カナダ国特許第１，２５２，０８２号明細書に記載されており、これら各々は全てを参照により組み込まれている。また、中空フィラメントは、その全てを参照により本明細書に組み込まれている、欧州特許出願第０  ５５９  １４９  Ａ１号明細書に記載されている射出成形方法によって筐体に連結することができる。
【００２７】
好ましい実施形態では、出願人参照番号ＭＹＫＰ−６２０の下で米国特許仮出願第２００１００２９２ＰＣＴ号として併願した、その全てが参照により本明細書に組み込まれている同時係属出願が、本発明を実施するのに用いられる。熱交換機は、編み物の中空管の峰または湾曲部を固定するために熱焼鈍された、マット状に編まれ、網目状にされ、編まれ、または撚られた過フッ化熱可塑性樹脂の中空管を含む。それらの装置の例は図６に概念的に示されている。装置は約１３平方フィートの大きな熱交換表面積を有し、約１リットルの小さな容積で、熱焼鈍された編み管にはじゃま板（ｂｕｆｆｌｉｎｇ）の必要がない。過フッ化熱可塑性樹脂の中空管は、その化学抵抗性と熱安定性のため、本発明を実施するのに好ましい。この実施形態では、図６に示すように、熱交換装置は、３１６と３２０で熱可塑性樹脂に溶融された中空管３２８と３３０を備える、単一端部区画構造または一体化された端部区画構造から形成されている。本発明の実施において中空ファイバーまたは中空フィラメントと呼ぶこともできる中空管３２８と３３０は、撚られて熱焼鈍され、管の湾曲部が固定されている。筐体は、端部キャップ３３４と３３６に第１の流体導入口部品３１２および第１の導出口部品３２６を含む。端部キャップは任意選択的に筐体３３２および一体化された端部区画３１６と３２０に溶融結合される。また、筐体は、シェル側部の流体の流れを分配するための任意選択的な挿入部品３３８を備えるシェル側部導入口部品３２２、およびシェル側部の流体導出口のためのシェル側部導出口部品３１８を含む。図解をすれば、第１の液体は流体部品３１２に入り、３１４で中空管に入って、そこで管の表面に接触し、管を通って中空管導出口３２４へ流れ、第１流体導出口部品３２６を出る。第２の流体は流体接続部３２２に入り、そこで管の第２の表面に接触し、管を横断して導出口接続部３１８へ流れる。第１と第２の流体は中空管の壁を介してエネルギーを交換する。第１と第２の流体は、筐体３３２および一体化された端部区画３１６と３２０によって互いに分離される。
【００２８】
本発明の中空管および筐体を実施するのに有用な過フッ化熱可塑性樹脂またはその混合物の例には、［ポリテトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロメチルビニルエーテル］（ＭＦＡ）、［ポリテトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロプロピルビニルエーテル］（ＰＦＡ）、［ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン］（ＦＥＰ）、［ポリビニリデンフルオライド］（ＰＶＤＦ）があるが、制限されない。ＰＦＡ  Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）およびＦＥＰ  Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）熱可塑性樹脂はどちらもＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥのＤｕＰｏｎｔで製造されている。Ｎｅｏｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡはＤａｉｋｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なポリマーである。ＭＦＡ  Ｈａｆｌｏｎ（登録商標）はＴｈｏｒｏｆａｒｅ、ＮＪのＡｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から入手可能なポリマーである。ＭＦＡ  Ｈａｆｌｏｎ（登録商標）およびＦＥＰ  Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）の予備成形管はＯｒａｎｇｅｂｕｒｙ、ＳＣのＺｅｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．から入手可能である。本発明の実施に有用な他の熱可塑性樹脂またはその混合物は、ポリ（クロロトリフルオロエチレンビニリデンフルオライド）、ポリビニルクロライド、ポリプロピレンやポリエチレン、ポリメチルペンテン、および超高分子量ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネートであるが、制限されない。
【００２９】
中空の熱可塑性管は熱伝導性の粉またはファイバーで含浸してその熱伝導度を高めることができる。有用な熱伝導性材料の例には、ガラスファイバー、金属窒化物ファイバー、珪素および金属炭化物ファイバー、またはグラファイトがあるが、制限されない。
【００３０】
過フッ化熱可塑性樹脂の混合物から作られた、外径が０．００７〜０．５インチ、さらに好ましくは直径が０．０２５〜０．１インチ、壁の厚さが０．００１〜０．１インチ、さらに好ましくは厚さ０．００３〜０．０５インチの過フッ化熱可塑性樹脂管のフィラメントは、交換機の網目状に編んだ、または撚った紐を形成するのに有用である。本発明の目的のための、巻かれていない焼鈍された単一の管には非円形（ｎｏｎ−ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の管が考えられる。非円形の管は、外部寸法が管の一方の端から他方の端に動く長手方向の軸上で連続的には円形でない管である。例には、螺旋コイル、巻かれていない、焼鈍された単一のファイバー、またはその状態で押し出し成形された管などの恒久的に撚られた中空の円形配管、三角形状の管もしくはファイバー、矩形形状の管もしくはファイバー、四角形状の管もしくはファイバーがあるが、制限されない。
【００３１】
中空管もしくはファイバーの網目、編み、撚りまたは非円形の幾何形状は中空管の横断方向、かつ内部で流体の分布を向上させる。装置はじゃま板の必要なしに小さな容積中で大きな流体接触面積を提供する。構造が化学的に不活性な材料で構成された、単一のまたは一体化した装置の端部区画構造はＯリングの必要性をなくし、装置の高温での運転および種々の流体で使用することを可能にする。
【実施例１】
【００３２】
内径０．０４７インチ、壁の厚さ０．００６インチの予備成形ＭＦＡ管フィラメントはＯｒａｎｇｅｂｕｒｙ、ＳＣのＺｅｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．製であった。埋め込み用の紐はＭＦＡフィラメントを撚ってストランド（ｓｔｒａｎｄ）のフィート当たり１２ターンで作製した。単一ストランドを幅８インチ、長さ１８インチの金属枠の周りに巻いた。枠と巻いたストランドをオーブン中で１５０℃３０分間焼鈍した。焼鈍後に、約７５本の測定長さ１８インチの紐がラックから得られた。複数のラックからの紐を集めて３１０本の紐にし、予め加熱処理を行ってＭＦＡでコーティングした測定長さ１６インチのＰＦＡ管の中に置いた。ＰＦＡの内径は２インチであり、流体用部品をＰＦＡ管の各端部から２インチに連結した。装置の各端部は、Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ、ＮＪのＡｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から得たＨｙｆｌｏｎ（登録商標）ＭＦＡ  ９４０  ＡＸ樹脂を使用して２７５℃で約４０時間かけて樹脂埋め込み（ｐｏｔｔｉｎｇ）を行った。４０時間の埋め込みの後、応力亀裂を避けるために、各端部の冷却を１５０℃まで分当たり０．２℃で制御した。端部は、旋盤を用いて装置の埋め込まれた端部を機械加工することによって、樹脂を取り除きフィラメントを開口させた。埋め込まれた交換機用の流体用部品は管の各端部にパイプ溝を刻むことによって作製した。
【００３３】
図１に示した試験装備は、ポンプ２６を経由して流れる分当たり７．２リットルの流体、および分当たり６．２リットルの約２５℃の交換流体で構成した。２個の１０００ワットのヒータを容量４５リットルの浴１２の中に配置した。部品５２および５４を通る分当たり６．２リットルの２５℃の水流で、浴の温度は約３４℃に維持された。冷却水の流れを停止すると、浴１２の温度は４１℃に上昇した。浴の中に、抵抗温度センサ２２を備えるＯｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ製の制御装置モデル番号ＣＮ７６０００を使用することによって、浴の温度を３８℃の設定点１と３９．５℃の設定点２に制御することが可能であった。制御装置は、電気的に駆動される電磁弁（図示されていない）による、平方インチ当たり８０ポンドに加圧された油圧バルブ６４に接続した。制御装置は制御装置からの電気信号に応答してバルブを開閉した。この実施例の結果は図７に示されている。
【実施例２】
【００３４】
内径０．０４７インチ、壁の厚さ０．００６インチの予備成形ＭＦＡ管フィラメントはＯｒａｎｇｅｂｕｒｙ、ＳＣのＺｅｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．製であった。埋め込み用の紐はＭＦＡフィラメントを撚ってストランド（ｓｔｒａｎｄ）のフィート当たり１２ターンで作製した。単一ストランドを幅８インチ、長さ１８インチの金属枠の周りに巻いた。枠と巻いたストランドをオーブン中で１５０℃で３０分間焼鈍した。焼鈍後に、測定長さ１８インチの約７５本の紐がラックから得られた。複数のラックからの紐を集めて３１０本の紐にした。それらを予め加熱処理を行ってＭＦＡでコーティングした測定長さ１６インチのＰＦＡ管の中に置いた。ＰＦＡの内径は２インチであり、流体の部品をＰＦＡ管の各端部から２インチに連結した。装置の各端部は、Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ、ＮＪのＡｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から得たＨｙｆｌｏｎ（登録商標）ＭＦＡ  ９４０  ＡＸ樹脂を使用して２７５℃で約４０時間かけて樹脂埋め込みを行った。４０時間の埋め込みの後、応力亀裂を避けるために、各端部の冷却を１５０℃まで分当たり０．２℃で制御した。端部は、旋盤を用いて装置の埋め込まれた端部を機械加工することによって、樹脂を取り除きフィラメントを開口させた。埋め込まれた交換機用の流体部品は管の各端部にパイプ溝を刻むことによって作製した。第１の熱交換機の管からの流出する流体を第２の熱交換機の管の導入口部品に供給するようにして、２台の装置を直列に構成した。
【００３５】
試験装備は図２に示されている。ＮＴ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製の流量計９２およびＥｎｔｅｇｒｉｓ製の電気的なバルブ９８を流体用部品１１２の上流で熱交換機１１０に接続した。貯蔵器８２に収容された加熱された交換流体は、６０リットルの貯蔵器の水を３個の１０００ワットのヒータで７０℃の温度に加熱して調製した。温度２３℃の処理液体の水９４を、中空管の壁を介して７０℃の仕事流体と接触しエネルギーを交換させるために、熱交換機の中へ送った。分注は、秒当たり約２２ミリリットルの流速で１５秒間送られた体積約３３０ミリリットルの水で構成した。処理水はバルブ９８を開閉することによって分注した。この試験からの結果は図８にグラフで示されている。結果は本発明の装置が、液体を２３℃から約６５．７℃まで繰り返し加熱できることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】流体の流れ回路にインラインに結合された熱交換機と、温度浴と、本発明の温度制御システムとを含む、浴の温度を維持するための装置を示す概念図である。
【図２】流体の流れ回路にインラインに結合された熱交換機と、温度制御浴と、本発明の温度制御システムとを含む、計量された量の温度制御された液体を分注点で供給するための装置を示す概略図である。
【図３】流体の流れ回路にインラインに結合された熱交換機と、温度制御システムおよび加熱された水または蒸気源とを含む、制御された量の加熱された液体を分注点で供給するための装置を示す概念図である。
【図４】流体の流れ回路にインラインに結合された熱交換機と、温度制御システムと、マイクロウェーブエネルギー源とを含む、制御された量の加熱された液体を分注ノズルで供給するための装置を示す概念図である。
【図５】本発明の熱交換機、バルブ、および温度センサを用いて処理流体の温度を制御するのに有用なマイクロプロセッサ回路を示す概念図である。
【図６】本発明の好ましい実施に用いられる熱交換機を示す概念図である。
【図７】実施例１に記載した本発明の装置を使用する閉ループ方法を示すグラフである。
【図８】実施例２に記載した本発明の装置を使用する分注方法を示すグラフである。
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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