(57)【要約】【課題】  装置自体が小型で、且つ設置スペースもそれ程要しない熱媒体循環装置を提供する。【解決手段】  熱媒体循環系７８に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器８８と、循環ポンプ８４とを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子１００を用いた副熱交換器９６を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成する。これにより、装置自体が小型で、且つ設置スペースもそれ程要しない構造とする。【選択図】  図２
2008116199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、
前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子を用いた副熱交換器を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置。
【請求項２】
熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、
前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子を用いた副熱交換器を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置。
【請求項３】
前記循環ポンプの下流側の前記熱媒体循環系に設けられた温度検出センサ部と、
該温度検出センサ部の出力に基づいて前記熱電冷却素子の出力を制御する温度制御部とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の熱媒体循環装置。
【請求項４】
前記副熱交換器は、
前記貯留槽の蓋部に設けられて、一端に熱媒体入口を有し、他端に熱媒体出口を有す熱交換流路と、
前記蓋部にその一面が接合された前記熱電冷却素子と、
前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなることを特徴とする請求項２または３記載の熱媒体循環装置。
【請求項５】
前記熱交換流路内には、これに流れる前記熱媒体と接触する複数の熱交換フィンが設けられることを特徴とする請求項４記載の熱媒体循環装置。
【請求項６】
前記副熱交換器は、
前記貯留槽の蓋部に設けられて下端が前記貯留槽内に貯留されている熱媒体に浸漬された複数のヒートパイプと、
前記蓋部にその一面が接合された前記熱電冷却素子と、
前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなることを特徴とする請求項２または３記載の熱媒体循環装置。
【請求項７】
前記主熱交換器及び前記副熱交換器には、廃棄すべき熱を排出するための廃棄熱用熱媒体が、前記順序で流されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項８】
前記主熱交換器に対して前記熱媒体を迂回させるバイパス路が形成されており、必要時には前記熱媒体は前記主熱交換器を迂回して前記バイパス路に流れると共に、前記熱電冷却素子は、前記熱媒体を加熱するように動作することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項９】
前記熱電冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項１０】
前記温度被制御体は、被処理体に対して所定の処理を行う熱処理装置に用いられる処理容器と、必要なガスを供給するシャワーヘッド部と、加熱ランプを収容するランプ室の区画壁の内の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項１１】
真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置する載置台と、
必要なガスを前記処理容器内へ供給するガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱媒体循環装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体循環装置及び半導体ウエハ等に対して成膜処理等の各種の熱処理を行う枚葉式の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理、パターンエッチング処理、酸化拡散処理、改質処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、ウエハサイズの大型化に伴って、バッチ式の熱処理装置と比較して処理の面内均一性がより得られ易い、いわゆる枚葉式の熱処理装置が多用される傾向にある。この枚葉式の熱処理装置は、例えば特開平５−５１２９４号公報や特開平９−２１９３６９号公報等に開示されている。
この種の熱処理装置は、例えば真空引き可能になされた処理容器内に、半導体ウエハを載置する載置台を設け、ウエハの加熱手段として加熱ランプや、抵抗加熱ヒータ等を有している。そして、熱処理時には、処理容器の天井部等に設けたシャワーヘッド部から所定の必要なガスを処理容器内へ供給しつつ容器内部を所定のプロセス圧力に維持し、それと共にウエハを所定のプロセス温度に加熱維持して、成膜処理等を施すことになる。
【０００３】
この場合、シャワーヘッド部や処理容器の壁面が過度に熱くなると、例えば成膜処理時にはこの壁面に不要な膜や反応副生成物が付着したりするので、冷却機構を用いて、このシャワーヘッド部や処理容器の壁面等を、過度に昇温しないように冷却することが行われている。また、加熱手段として加熱ランプを用いている場合には、この加熱ランプを収容するランプ室の区画壁も過度に昇温するので、これを冷却するために冷却機構が設けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記冷却機構としては、一般的にはチラー装置が用いられている。このチラー装置は、非常に大型の熱交換システムを備えて熱媒体を一定の温度まで冷却し、これを冷却すべき構造物に対して循環させるようになっている。
しかしながら、このチラー装置は、熱媒体の温度コントロールが容易であるという利点を有するが、上述のように非常に大型であるために、設備コストの高騰を招来するのみならず、設置スペース（フットプリント）も過大になってしまう、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、装置自体が小型で、且つ設置スペースもそれ程要しない熱媒体循環装置及びこれを用いた熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に規定する発明は、熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子を用いた副熱交換器を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置である。
このように、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかもその設置スペースも大幅に削減することが可能となる。
【０００６】
請求項２に規定する発明は、熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子を用いた副熱交換器を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置である。
このように、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかもその設置スペースも大幅に削減することが可能となる。
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記循環ポンプの下流側の前記熱媒体循環系に設けられた温度検出センサ部と、該温度検出センサ部の出力に基づいて前記熱電冷却素子の出力を制御する温度制御部とを備える。
また、例えば請求項４に規定するように、前記副熱交換器は、前記貯留槽の蓋部に設けられて、一端に熱媒体入口を有し、他端に熱媒体出口を有す熱交換流路と、前記蓋部にその一面が接合された前記熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなる。
【０００７】
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記熱交換流路内には、これに流れる前記熱媒体と接触する複数の熱交換フィンが設けられる。
これによれば、熱交換フィンの作用により、副熱交換器における熱交換効率をより向上させることが可能となる。
或いは、例えば請求項６に規定するように、前記副熱交換器は、前記貯留槽の蓋部に設けられて下端が前記貯留槽内に貯留されている熱媒体に浸漬された複数のヒートパイプと、前記蓋部にその一面が接合された前記熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなるようにしてもよい。
【０００８】
また、例えば請求項７に規定するように、前記主熱交換器及び前記副熱交換器には、廃棄すべき熱を排出するための廃棄熱用熱媒体が、前記順序で流されている。
また、例えば請求項８に規定するように、前記主熱交換器に対して前記熱媒体を迂回させるバイパス路が形成されており、必要時には前記熱媒体は前記主熱交換器を迂回して前記バイパス路に流れると共に、前記熱電冷却素子は、前記熱媒体を加熱するように動作する。
これにより、必要時には熱媒体は、主熱交換器をバイパスされて副熱交換器に直接導入されてここで加熱昇温され、加熱状態で温度被制御体に流してこれを加熱することが可能となる。
また、例えば請求項９に規定するように、前記熱電冷却素子は、ペルチェ素子である。
【０００９】
また、例えば請求項１０に規定するように、前記温度被制御体は、被処理体に対して所定の処理を行う熱処理装置に用いられる処理容器と、必要なガスを供給するシャワーヘッド部と、加熱ランプを収容するランプ室の区画壁の内の少なくともいずれか１つである。
請求項１１に規定する発明は、上記熱媒体循環装置を用いた熱処理装置であり、すなわち、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、必要なガスを前記処理容器内へ供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、上記熱媒体循環装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱媒体循環装置及びこれを用いた熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜４、６、７、９〜１１に規定する発明によれば、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかもその設置スペースも大幅に削減することができる。
請求項５に係る発明によれば、熱交換フィンの作用により、副熱交換器における熱交換効率をより向上させることができる。
請求項８に係る発明によれば、必要時には熱媒体は、主熱交換器をバイパスされて副熱交換器に直接導入されてここで加熱昇温され、加熱状態で温度被制御体に流してこれを加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る熱媒体循環装置及びこれを用いた熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る熱媒体循環装置を用いた熱処理装置の一実施例を示す断面図、図２は本発明に係る熱媒体循環装置を示す構成図、図３は貯留槽の蓋部を示す横断面図、図４は熱媒体の流れを示す図である。
本実施例では、枚葉式の熱処理装置として成膜処理を行う場合を例にとって説明する。この熱処理装置２は、例えばアルミニウム等により内部が円筒状或いは箱状に成形された処理容器４を有しており、この処理容器４内には、処理容器４の底部６より起立させた円筒状の載置台支持基台８が設けられている。尚、この支持基台８を容器側壁で支持させてもよい。この載置台支持基台８は例えばアルミニウム等の耐腐食性材料により形成される。この円筒状の載置台支持基台８の上部に、平面リング状のガス流安定フランジ部１０を設け、更に、このフランジ部１０より内側方向へ僅かに突出させてリング状に支持棚部１２が形成されている。そして、この支持棚部１２上に、円板状の載置台１４の周縁部を当接させて載置している。この載置台１４は、例えば厚さが３〜４ｍｍ程度のＳｉＣにより形成されている。そして、この載置台１４の直径は、この載置台１４上に載置されて処理されるべき半導体ウエハＷのサイズにより異なり、例えば８インチサイズのウエハを処理する場合には、載置台１４の直径は２４ｃｍ程度になされる。
【００１２】
そして、上記ガス流安定フランジ部１０の内周部からは、例えばアルミニウム製の円筒体状の反射板１６が下方向に向かって延びるように形成されており、この内面が反射面となっている。この反射板１６の下端は、上記処理容器４の底部６からは、僅かに離間されており、浮いた状態となっている。
そして、上記載置台支持基台８のガス流安定フランジ部１０の内周部から上記載置台１４の周縁部の上方側に円形リング状のシールドリング１８が設けられている。
【００１３】
また、この載置台１４の下方には、複数本、例えば３本のＬ字状のリフタピン２０（図１では２本のみ示す）が上方へ起立させて設けられており、この各リフタピン２０の基部を連結するリング状の連結部材２２を処理容器４の底部６に貫通して設けられた押し上げ棒２４により上下動させることにより、上記リフタピン２０を載置台１４に貫通させて設けたリフタピン穴２６に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。このリフタピン２０は石英等の熱線透過材料により形成される。また、反射板１６の一部には、リフタピン２０を貫通してこの上下動を許容する長孔（図示せず）が形成されている。
上記押し上げ棒２４の下端は、処理容器４において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ２８を介してアクチュエータ３０に接続されている。
【００１４】
また、載置台１４の直下の容器底部６には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓３２が気密に設けられており、この下方には、透過窓３２を囲むように箱状に区画壁３４を形成してこの内部にランプ室３６を構成している。このランプ室３６内には加熱手段として複数個の加熱ランプ３８が反射鏡も兼ねる回転台４０に取り付けられており、この回転台４０は、回転軸４２を介してランプ室３６の底部に設けた回転モータ４４により回転される。従って、この加熱ランプ３８より放出された熱線は、透過窓３２を透過して載置台１４の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。
また、上記ガス流安定フランジ部１０の外周側には、多数の整流孔４６を有する、例えばアルミニウム製のリング状の整流板４８が、処理容器４の側壁４Ａとの間で連結されるように支持させて設けられている。この整流板４８の下方の底部６には排気口５０が設けられ、この排気口５０には図示しない真空ポンプに接続された排気路５２が接続されており、処理容器４内を所定の真空度に真空引きし得るようになっている。また、処理容器４の側壁４Ａには、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ５４が設けられる。
【００１５】
一方、上記載置台１４と対向する処理容器４の天井部５６には、処理ガス等を処理容器４内へ導入するためにガス供給手段としてのシャワーヘッド部５８が設けられている。具体的には、このシャワーヘッド部５８は、例えばアルミニウム等により円形箱状に成形されたヘッド本体６０を有し、この天井部には流量制御された必要な処理ガスを導入するガス導入口６２が設けられている。
上記ヘッド本体６０の下面であるガス噴射面には、ヘッド本体６０内へ供給されたガスを放出するための多数のガス噴射孔６４が面内の略全体に配置されており、ウエハ表面に亘ってガスを放出するようになっている。
また、ヘッド本体６０内には、多数のガス分散孔６６を有する拡散板６８が配設されており、ウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。
【００１６】
そして、ここでは通常の熱処理時には、処理容器４、シャワーヘッド部５８及びランプ室３６を区画する区画壁３４は、これらが過度に昇温することを防止するために、温度制御の対象、すなわち温度被制御体となる。そのため、上記処理容器４の側壁４Ａ、シャワーヘッド部４８のヘッド本体６０の側壁及びランプ室３６を区画する区画壁３４には、それぞれ熱媒体を流すための熱媒体ジャケット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃが形成されている。
図２に示すように、各熱媒体ジャケット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃには、熱媒体循環装置７２により温度制御された熱媒体が供給されるようになっている。ここで熱媒体としては、例えば水（冷却水、或いは加熱用の温水を含む）が用いられる。
【００１７】
具体的には、この熱媒体循環装置７２は、熱媒体７４を一時的に貯留するための貯留槽７６を途中に介設した熱媒体循環系７８を有している。この熱媒体循環系７８の途中は、３本に分岐されて並列に流れる分岐路８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃが形成されており、各分岐路８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃに、上記各熱媒体ジャケット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃがそれぞれ介設されている。そして、各分岐路８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃには、開閉弁８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ及び流量計８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃがそれぞれ介設されている。
上記貯留槽７６の媒体出口８２に接続される下流側の熱媒体循環系７８には、熱媒体７４を循環させる循環ポンプ８４が介設されており、更に、その両側には開閉弁８６Ａ、８６Ｂがそれぞれ介設されている。
【００１８】
また、この貯留槽７６の上流側の熱媒体循環系７８には、系内を流れる熱媒体と主たる熱交換を行うための主熱交換器８８が介設されると共に、この主熱交換器８８を必要時に迂回させて熱媒体を流すように主熱交換器８８に対して並行となるようにバイパス路９０が分岐して形成されている。そして、この主熱交換器８８内には熱媒体が流れる内側パイプ８９が設けられており、この入口側８８Ａに接続される熱媒体循環系７８及び上記バイパス路９０には、それぞれ切換開閉弁９２Ａ、９２Ｂが介設されて、主熱交換器８８とバイパス路９０に対して選択的に熱媒体を流し得るようになっている。
【００１９】
そして、上記貯留槽７６の蓋部９４は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導性の良好な材料よりなり、この蓋部９４に副熱交換器９６を設けている。具体的には、図３にも示すように、この蓋部９４内には、例えば蛇行状に形成された熱交換流路９８が形成されており、この上流側の一端である熱媒体入口９８Ａは、上記主熱交換器８８の内側パイプ８９の出口側８８Ｂに熱媒体循環系７８を介して接続され、下流側の他端は貯留槽７６内に向けて開放された熱媒体出口９８Ｂとして形成され、副熱交換後の熱媒体を貯留槽７６内に流下させて一時的に貯留するようになっている。
この蓋部９４の上面には、例えばペルチェ素子よりなる板状の熱電冷却素子１００が、その一面を上記蓋部上面に接合させて設けられている。これにより、上記蓋部９４の熱交換流路９８内を流れる熱媒体を、例えば冷却しつつ温度調整し得るようになっている。この板状の熱電冷却素子１００は、図示例では２枚示しているが、実際には貯留槽７６などの大きさにもよるが、例えば２０枚程度平面的に配列して設けられることになる。
【００２０】
そして、この熱電冷却素子１００の他端（上面）には、この熱電冷却素子１００の他面（上面）にて発生した、例えば温熱を搬出して廃棄させるための熱廃棄ユニット１０２が取り付けられている。この熱廃棄ユニット１０２は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導性の良好な材料よりなるブロック体１０４に熱廃棄用熱媒体を流す熱交換路１０６を形成して構成されている。そして、上記主熱交換器８８の容器内及び上記熱廃棄ユニット１０２の熱交換路１０６内をこの順序で順次、熱廃棄用熱媒体を流すように熱廃棄流路１０８が形成されており、この流路１０８にも、開閉弁１１９及び流量計１１２がその途中に介設されている。ここで、上記熱廃棄用熱媒体としては、例えば常温の市水（水道水）が用いられる。
【００２１】
一方、上記循環ポンプ８４の下流側の熱媒体循環系７８には、温度検出センサ部として例えば熱電対１１４が設けられており、ここに流れる熱媒体の温度を検出し得るようになっている。そして、この熱電対１１４の出力は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる温度制御部１１６へ入力されており、この温度制御部１１６は、上記熱電対１１４の出力に基づいて上記熱電冷却素子１００の出力を制御することにより、熱媒体の温度を制御し得るようになっている。
また、上記貯留槽７６内には、これに貯留される熱媒体の液面を検知するレベルスイッチ１１８が設けられており、熱媒体の不足時には、熱媒体供給系１２０より、不足した熱媒体を供給し得るようになっている。
【００２２】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、ウエハ表面に例えばタングステン膜やタングステンシリサイド等の成膜処理を施す場合には、処理容器４の側壁４Ａに設けたゲートバルブ５４を開いて搬送アーム（図示せず）により処理容器４内にウエハＷを搬入し、リフタピン２０を押し上げることによりウエハＷをリフタピン２０側に受け渡す。そして、リフタピン２０を、押し上げ棒２４を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台１４上に載置する。
【００２３】
次に、図示しない処理ガス源から成膜ガス等の種々の必要なガスをシャワーヘッド部５８へ所定量ずつ供給して、これをヘッド本体６０の下面のガス噴射孔６４から処理容器４内へ略均等に供給する。これと同時に、排気口５０から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器４内を所定の真空度に維持し、且つランプ室３６内の加熱ランプ３８を回転させながら駆動し、熱エネルギを放射する。
放射された熱線は、透過窓３２を透過した後、載置台１４の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台１４は、前述のように数ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。供給されたガスは所定の化学反応を生じ、例えばタングステン膜がウエハ表面に堆積し、形成されることになる。
【００２４】
ここで、成膜処理中には、上記加熱ランプ３８からの熱線によって、ランプ室３６の区画壁３４、処理容器４の側壁４Ａ及びシャワーヘッド部５８等は、過度に高温状態に晒される恐れが生ずるが、本実施例では、これらに設けた各熱媒体ジャケット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃに、ここでは略一定の温度に維持された冷却用の熱媒体を流して冷却しているので、過度に高温になることを防止することができる。
すなわち、図２にも示すように、貯留槽７６に貯留されている熱媒体は、ここでは例えば２０〜３５℃程度に維持されて冷却媒体として機能し、これより熱媒体循環系７８を介して送出され、各分岐路８０Ａ〜８０Ｃを通った後に各熱媒体ジャケット７０Ａ〜７０Ｃにそれぞれ流入して、処理容器４の側壁４Ａ、シャワーヘッド部５８及びランプ室３６の区画壁３４を冷却することになる。各熱媒体ジャケット７０Ａ〜７０Ｃを流出した熱媒体は、上記熱交換によって例えば４０〜５０℃程度の高温状態になっており、この熱媒体は合流して主熱交換器８８及び貯留槽７６の蓋部９４に設けた副熱交換器９６内を順次流れ、この時、熱廃棄用熱媒体である常温の市水と順次熱交換されて、例えば２０〜２５℃程度まで冷却され、その後、再度循環使用される。
【００２５】
この時、主熱交換器８８と副熱交換器９６内を流れる熱媒体は、図４（Ａ）において示されており、白抜き矢印１２２が熱媒体の流れを示す。すなわち、温度が２０℃程度の市水が、熱廃棄流路１０８を介して主熱交換器８８内及び熱廃棄ユニット１０２内の熱交換路１０６内を、この順序で流れている。他方、ここではバイパス路９０に介設した切換開閉弁９２Ｂは閉になされ、熱媒体循環系７８に介設した切換開閉弁９２Ａは開になされており、従って、熱媒体である冷却水は、主熱交換器８８内の内側パイプ８９及び蓋部９４の熱交換流路９８内を順次流れる。この時、熱電冷却素子１００は、下面側に冷熱が発生し、上側面に温熱が発生するように動作される。従って、熱処理装置２側より循環されてくる熱媒体は前段に設けた主熱交換器８８にて主たる熱交換が行われてその温度がかなり低下されて、例えば２７〜２９℃程度まで冷却される。そして、次に副熱交換器９６にて僅かな温度、例えば数℃程度、更に冷却されて２０〜２５℃程度になる。
【００２６】
ここで、循環ポンプ８４の下流側の熱媒体循環系７８には熱電対１１４を設けてここに流れる熱媒体の温度を常時検出し、これを温度制御部１１６へ入力している。この温度制御部１１６は、上記熱電対１１４での温度検出値が予め設定された値を維持するように、上記熱電冷却素子１００に投入する電力を制御している。これにより、熱媒体循環系７８を送出される熱媒体の温度は予め設定された所定の値に略維持されることになる。
また、熱廃棄流路１０８内を流れる市水は、最初に熱媒体同士の温度差が大きくなるように主熱交換器８８内に流し、次に、熱媒体同士の温度差が小さくなるように副熱交換器９６の熱廃棄ユニット１０２内に流すようにしたので、その分、貯留槽７６内の熱媒体７４の温度制御を適正に行うことが可能となる。
【００２７】
また、図示するように、全体として比較的構造が簡単なので、従来装置で用いている大型のチラー装置と比較して、設備コストを削減できるのみならず、占有スペースも大幅に減少させることが可能となる。
これに対して、熱処理装置２のメンテナンス時等のように、処理容器４内を開放する場合には、開放に伴って清浄空気が処理容器４内に流入してこれが冷えている処理容器４の側壁４Ａや冷えているシャワーヘッド部５８と接触して清浄空気中の水分が結露すると問題を生ずるので、この場合には、前述とは逆に、処理容器４の側壁４Ａやシャワーヘッド部５８等を加熱してメンテナンス時に結露が生じないようにする。或いは、また、処理容器４を開放する場合には、処理容器４の内壁に付着した反応副生成物が容易に空気中の水分を吸着して反応することもあるが、上述のように処理容器４の側壁やシャワーヘッド部５８を加熱し、これを防ぐようにする。
【００２８】
この時の熱媒体の流れは図４（Ｂ）に示される。すなわち、熱廃棄流路１０８内を流れる市水は図４（Ａ）に示す場合と同様に流すが、熱媒体に関しては、主熱交換器８８内にこれを流さないようにするために、内部パイプ８９の入口側１８８Ａの切換開閉弁９２Ａを閉じ、代わりにバイパス路９０の切換開閉弁９２Ｂ開き、このバイパス路９０内に沿って熱媒体を流す。更に、熱媒体を加熱するために副熱交換器９６における熱電冷却素子１００に対する通電方向を前述した場合とは逆方向になるように動作してこの下面に温熱を発生させ、上面に冷熱を発生させる。
【００２９】
これにより、所定の温度、例えば５０℃程度に熱媒体が加熱されて循環されて行くことになる。
実際に、本発明装置を作成してその評価を行ったところ、同じ冷却能力のもとで、従来のチラー装置と比較して占有スペースは２５．５〜３５％程度も削減することができた。また、消費電力については、従来のチラー装置が２０ＫＶＡであるのに対して、本発明装置（２０枚のペルチェ素子を使用）の場合には２ＫＷ（ワット）であり、消費電力を大幅に減少させることができた。
尚、ここでは熱媒体を一時的に貯留する貯留槽７６を設けた場合を例にとって説明したが、この貯留槽７６を設けないようにして、熱媒体を一時的に貯留することなく熱媒体循環系７８内に連続的に流すようにしてもよい。
【００３０】
次に、本発明の変形例について説明する。
図５は本発明の変形例の副熱交換器を示す横断面図、図６は図５中のＡ−Ａ線矢視断面図である。ここでは、副熱交換器９６の熱交換流路９８内に、複数の熱交換フィン１２４を設け、これに熱媒体を直接的に接触させるようになっている。この熱交換フィン１２４は、熱伝導性の良好な材料、例えばアルミニウム、銅等よりなり、断面が略楕円状の熱交換フィン１２４を上記熱交換流路９８内に起立させて設けている。この熱交換フィン１２４は熱媒体の流れ方向に沿って所定の間隔で多数設けられている。
これによれば、熱交換フィン１２４を設けた分だけ、熱媒体との熱交換効率を向上させることができる。この場合、熱交換フィンを更に薄く形成して、熱媒体の流れ方向に対して、所定の角度、例えば４５度程度だけ傾けて設けるようにし、熱媒体に対する流体抵抗を抑制しつつ、高い熱交換効率を維持するようにしてもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図７は本発明の熱循環装置の第２の実施例を示す構成図である。尚、図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して説明を省略する。
この第２の実施例では、蓋部９４には熱交換流路９８（図２参照）を設けておらず、これに代えて、上端を上記蓋部９４にて支持させ、且つ下端を貯留槽７６内の熱媒体７４に浸漬させた複数のヒートパイプ１２６を設けている。これにより、熱媒体７４の温熱をヒートパイプ１２６により上方まで汲み上げて、これを熱廃棄ユニット１０２で廃棄するようになっている。
【００３２】
この場合、貯留槽７６に対する熱媒体入口９８Ａは、蓋部９４に設けるのではなく、貯留槽７６の上部側壁に設けて、循環して戻ってきて主熱交換器８８から流出した熱媒体を、上記熱媒体入口９８Ａから直接的に貯留槽７６内に導入するようになっている。
この第２の実施例の場合にも、先の実施例の場合と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、上記実施例では温度被制御体として、処理容器４、シャワーヘッド部５８、ランプ室３６の区画壁３４を例にとって説明したが、これらは単に一例を示したに過ぎず、冷却を必要とする部材には全て本発明を適用できるのは勿論である。
また、熱処理としては、成膜処理に限定されず、エッチング処理、酸化拡散処理、改質処理等の全ての熱処理に対して本発明を適用することができる。
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る熱媒体循環装置を用いた熱処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る熱媒体循環装置を示す構成図である。
【図３】貯留槽の蓋部を示す横断面図である。
【図４】熱媒体の流れを示す図である。
【図５】本発明の変形例の副熱交換器を示す横断面図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図７】本発明の熱循環装置の第２の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  熱処理装置
４  処理容器（温度被制御体）
１４  載置台
３４  区画壁（温度被制御体）
３８  加熱ランプ（加熱手段）
５８  シャワーヘッド部（ガス供給手段：温度被制御体）
７０Ａ〜７０Ｃ  熱媒体ジャケット
７２  熱媒体循環装置
７４  熱媒体
７６  貯留槽
７８  熱媒体循環系
８４  循環ポンプ
８８  主熱交換器
９０  バイパス路
９６  副熱交換器
９８  熱交換流路
１００  熱電冷却素子
１０２  熱廃棄ユニット
１０８  熱廃棄流路
１１４  熱電対（温度検出センサ部）
１１６  温度制御部
１２４  熱交換フィン
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2008116199.tif 000003
【図２】
2008116199.tif 000004
【図３】
2008116199.tif 000005
【図４】
2008116199.tif 000006
【図５】
2008116199.tif 000007
【図６】
2008116199.tif 000008
【図７】
2008116199.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、
前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、副熱交換器を介設し、
前記副熱交換器は、
前記貯留槽の蓋部に設けられて、一端に熱媒体入口を有し、他端に熱媒体出口を有す熱交換流路と、
前記蓋部にその一面が接合された熱電冷却素子と、
前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなり、
前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置。
【請求項２】
前記循環ポンプの下流側の前記熱媒体循環系に設けられた温度検出センサ部と、
該温度検出センサ部の出力に基づいて前記熱電冷却素子の出力を制御する温度制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の熱媒体循環装置。
【請求項３】
前記熱交換流路内には、これに流れる前記熱媒体と接触する複数の熱交換フィンが設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の熱媒体循環装置。
【請求項４】
熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、
前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、副熱交換器を介設し、
前記副熱交換器は、
前記貯留槽の蓋部に設けられて下端が前記貯留槽内に貯留されている熱媒体に浸漬された複数のヒートパイプと、
前記蓋部にその一面が接合された熱電冷却素子と、
前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなり、
前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置。
【請求項５】
前記主熱交換器及び前記副熱交換器には、廃棄すべき熱を排出するための廃棄熱用熱媒体が、前記順序で流されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項６】
前記主熱交換器に対して前記熱媒体を迂回させるバイパス路を設けるように構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項７】
必要時には前記熱媒体は前記主熱交換器を迂回して前記バイパス路に流れると共に、前記熱電冷却素子は、前記熱媒体を加熱するように動作することを特徴とする請求項６記載の熱媒体循環装置。
【請求項８】
前記熱電冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項９】
前記温度被制御体は、被処理体に対して所定の処理を行う熱処理装置に用いられる処理容器と、必要なガスを供給するシャワーヘッド部と、加熱ランプを収容するランプ室の区画壁の内の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の熱媒体循環装置。
【請求項１０】
真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置する載置台と、
必要なガスを前記処理容器内へ供給するガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
請求項１乃至９のいずれかに記載の熱媒体循環装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の関連技術は、熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、熱電冷却素子を用いた副熱交換器を介設して前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置である。
このように、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかもその設置スペースも大幅に削減することが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項１に規定する発明は、熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、副熱交換器を介設し、前記副熱交換器は、前記貯留槽の蓋部に設けられて、一端に熱媒体入口を有し、他端に熱媒体出口を有す熱交換流路と、前記蓋部にその一面が接合された熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなり、前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置である。
このように、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかもその設置スペースも大幅に削減することが可能となる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記循環ポンプの下流側の前記熱媒体循環系に設けられた温度検出センサ部と、該温度検出センサ部の出力に基づいて前記熱電冷却素子の出力を制御する温度制御部とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記熱交換流路内には、これに流れる前記熱媒体と接触する複数の熱交換フィンが設けられる。
これによれば、熱交換フィンの作用により、副熱交換器における熱交換効率をより向上させることが可能となる。
請求項４に係る発明は、熱媒体循環系に、温度制御の対象となる温度被制御体と、熱媒体と主たる熱交換を行う主熱交換器と、前記熱媒体を一時的に貯留する貯留槽と、循環ポンプとを介設してなる温度制御用の熱媒体循環装置において、前記主熱交換器の下流側の前記熱媒体循環系に、副熱交換器を介設し、前記主熱交換器に対して前記熱媒体を迂回させるバイパス路を備え、前記副熱交換器は、前記貯留槽の蓋部に設けられて下端が前記貯留槽内に貯留されている熱媒体に浸漬された複数のヒートパイプと、前記蓋部にその一面が接合された熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の他面に接合された熱廃棄ユニットとよりなり、前記熱媒体の温度制御を行うように構成したことを特徴とする熱媒体循環装置である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、例えば請求項５に規定するように、前記主熱交換器及び前記副熱交換器には、廃棄すべき熱を排出するための廃棄熱用熱媒体が、前記順序で流されている。
また、例えば請求項６に規定するように、前記主熱交換器に対して前記熱媒体を迂回させるバイパス路を設ける。
また、例えば請求項７に規定するように、必要時には前記熱媒体は前記主熱交換器を迂回して前記バイパス路に流れると共に、前記熱電冷却素子は、前記熱媒体を加熱するように動作する。
これにより、必要時には熱媒体は、主熱交換器をバイパスされて副熱交換器に直接導入されてここで加熱昇温され、加熱状態で温度被制御体に流してこれを加熱することが可能となる。
また、例えば請求項８に規定するように、前記熱電冷却素子は、ペルチェ素子である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、例えば請求項９に規定するように、前記温度被制御体は、被処理体に対して所定の処理を行う熱処理装置に用いられる処理容器と、必要なガスを供給するシャワーヘッド部と、加熱ランプを収容するランプ室の区画壁の内の少なくともいずれか１つである。
請求項１０に規定する発明は、上記熱媒体循環装置を用いた熱処理装置であり、すなわち、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、必要なガスを前記処理容器内へ供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、上記熱媒体循環装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の熱媒体循環装置及びこれを用いた熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、２、４〜６、８〜１０に規定する発明によれば、主熱交換器と副熱交換器とを用いて、主たる熱交換は主熱交換器にて熱媒体を冷却することにより行い、その後、微妙な温度調整用の熱交換は熱電冷却素子を用いた副熱交換器にて行うようにしたので、送出される熱媒体の温度を適正にコントロールできるのみならず、装置自体を小型化することができ、しかも特に貯留槽の蓋部に熱電冷却素子を設けて一体化しているので、その設置スペースも大幅に削減することができる。
請求項３に係る発明によれば、熱交換フィンの作用により、副熱交換器における熱交換効率をより向上させることができる。
請求項７に係る発明によれば、必要時には熱媒体は、主熱交換器をバイパスされて副熱交換器に直接導入されてここで加熱昇温され、加熱状態で温度被制御体に流してこれを加熱することができる。