(57)【要約】【課題】小型化、コストダウンを達成し、しかも、液体の供給量、温調可能な温度を自由に設定する。【解決手段】液体供給源（１）と連通される液体供給流路（２）の所定位置に介在され、液体流入口（４ａ７）と液体流出口（４ａ８）との間に複数の区画部材（４ａ５）（４ａ６）を有することにより折り返し状の液体流路（４ａ４）が形成され、かつ液体と熱的に連結される第１の放熱部材（４ａ）と、第１の放熱部材（４ａ）と吸熱側が熱的に連結されるペルチェモジュール（４ｂ）と、ペルチェモジュール（４ｂ）の動作を制御する制御手段とを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給源（１）と連通される液体供給流路（２）の所定位置に介在され、液体流入口（４ａ７）と液体流出口（４ａ８）との間に複数の区画部材（４ａ５）（４ａ６）を有することにより折り返し状の液体流路（４ａ４）が形成され、かつ液体と熱的に連結される第１の放熱部材（４ａ）と、第１の放熱部材（４ａ）と吸熱側が熱的に連結されるペルチェモジュール（４ｂ）と、ペルチェモジュール（４ｂ）の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする恒温液体供給装置。
【請求項２】
ペルチェモジュール（４ｂ）の放熱側に熱的に連結され、かつ内部に冷却水が流通される第２の放熱部材（４ｃ）をさらに含む請求項１に記載の恒温液体供給装置。
【請求項３】
第１の放熱部材（４ａ）よりも上流側の所定位置において液体の供給を制御する液体供給制御手段（５）をさらに含む請求項１または請求項２に記載の恒温液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体の温度を高精度に制御して供給することができる恒温液体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置などに使用されるレジストなどの薬液は、製造過程でのばらつきを避けるために、常に一定温度で供給されることが要求される。
【０００３】
従来は、このような薬液の温度を一定に保つために、恒温水循環装置（サーキュレータ）で一定温度に保たれた水を使い、これと薬液とを２重管などで熱交換させて温調を行っていた。図１に従来の温調システムの基本構成を示す。従来のシステムの場合、薬液タンク１０１内の薬液は薬液ポンプ１０２により周期的に熱交換器１０３に送られ、恒温水により温調され、ノズル１０４を通して外部に吐出される。ノズル１０４からの薬液は、図２に示すパターンのように、周期的に停止と吐出とを反復する。また、恒温水は、別途、温調ユニット１０５とポンプ１０６とを持ったサーキュレータにより常に一定温度に温調され、循環される。このシステムでは以下のような問題点がある。
【０００４】
薬液の温調のために、温調して恒温水を得て、循環させるための設備が必要であり、装置の大型化、コストアップを招いてしまう。また、直接薬液を温調するわけではないので、熱的にも効率が悪い。
【０００５】
恒温水系には大量の水を使っているため、システムの立ち上げ時などには、温度が安定化するのに時間がかかる。同様に、温度設定を変えたい場合にも、新たな温度に安定するまでに長時間がかかり、ロットあるいはウエハごとに温度設定を変えることは難しい。
【０００６】
装置のサイズやコストの都合により、複数本のノズルで恒温水を共有する必要がある場合には、ノズルごとに温度を設定することができない。
【０００７】
また、このような不都合を考慮して、薬液を直接ペルチェ素子で温調することも提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献１には、金属製ノズルの周壁に直接接触するペルチェ素子を設ける構成の定温度液体供給器が記載されている。
【０００９】
特許文献２には、シリンジ内に温度センサを設けるとともに、シリンジの外面に接するようにペルチェ素子を設け、ペルチェ素子に設けた放熱フィンを囲んで冷媒通路を区画し、冷媒との間で熱交換を行わせる温度制御装置が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
実開平６−２３２３９号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−１２４４３２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２は共にペルチェ素子を用いて薬液を直接温調するようにしているので、小型化、コストダウンなどを達成することができるけれども、薬液の温調の前後における温度差によっては、十分な量の薬液を供給することができず、逆に、薬液の供給量が定められている場合には温調可能な温度が制約を受けてしまう。
【００１３】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小型化、コストダウンを達成でき、しかも、液体の供給量、温調可能な温度を自由に設定することができる恒温液体供給装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の恒温液体供給装置は、液体供給源と連通される液体供給流路の所定位置に介在され、液体流入口と液体流出口との間に複数の区画部材を有することにより折り返し状の液体流路が形成され、かつ液体と熱的に連結される第１の放熱部材と、第１の放熱部材と吸熱側が熱的に連結されるペルチェモジュールと、ペルチェモジュールの動作を制御する制御手段とを含むものである。
【００１５】
請求項２の恒温液体供給装置は、ペルチェモジュールの放熱側に熱的に連結され、かつ内部に冷却水が流通される第２の放熱部材をさらに含むものである。
【００１６】
請求項３の恒温液体供給装置は、第１の放熱部材よりも上流側の所定位置において液体の供給を制御する液体供給制御手段をさらに含むものである。
【００１７】
【作用】
請求項１の恒温液体供給装置であれば、液体供給源と連通される液体供給流路の所定位置に介在され、液体流入口と液体流出口との間に複数の区画部材を有することにより折り返し状の液体流路が形成され、かつ液体と熱的に連結される第１の放熱部材と、第１の放熱部材と吸熱側が熱的に連結されるペルチェモジュールと、ペルチェモジュールの動作を制御する制御手段とを含むのであるから、ペルチェモジュールとの間で熱交換される第１の放熱部材内の液体流路の全長を十分に長く設定することができ、ひいては、小型化、コストダウンを達成でき、しかも、液体の供給量、温調可能な温度を自由に設定することができる。
【００１８】
請求項２の恒温液体供給装置であれば、ペルチェモジュールの放熱側に熱的に連結され、かつ内部に冷却水が流通される第２の放熱部材をさらに含むのであるから、ペルチェモジュールの性能を十分に発揮させることができるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００１９】
請求項３の恒温液体供給装置であれば、第１の放熱部材よりも上流側の所定位置において液体の供給を制御する液体供給制御手段をさらに含むのであるから、恒温液体の供給パターンを自由に設定できるほか、請求項１または請求項２と同様の作用を達成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の恒温液体供給装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図３はこの発明の恒温液体供給装置の一実施形態を示す概略図である。
【００２２】
この恒温液体供給装置は、薬液タンク１からの薬液をノズル３に導く薬液管路２の所定位置に薬液ポンプ５と温調ユニット４とを介在させている。
【００２３】
図４は温調ユニット４の一例の側面図、図５は平面図、図６は底面図、図７は図４のＡ−Ａ線断面図である。
【００２４】
この温調ユニット４は、第１の放熱部材（薬液ジャケット）４ａ、ペルチェモジュール４ｂ、および第２の放熱部材（冷却水ジャケット）４ｃをこの順に積層して構成されている。なお、４ｄは、第１の放熱部材（薬液ジャケット）４ａ、ペルチェモジュール４ｂ、および第２の放熱部材（冷却水ジャケット）４ｃを積層状態で一体化するためのビスなどの連結部材である。
【００２５】
放熱側の冷却水ジャケット４ｃは基本的には既存のサーキュレータで用いているものと同様の構成であり、例えばステンレス（ＳＵＳ）管４ｃ２をアルミニウムなどからなる放熱ジャケット本体４ｃ１に鋳込むことにより作成される。
【００２６】
薬液ジャケット４ａは薬液による腐食や薬液自体の汚染を防ぐために、薬液側をフッ素コートした、アルミニウムなどからなる伝熱板４ａ１と、樹脂製ジャケット本体４ａ２とをＯリング４ａ３をはさんでネジ止めなどにより固定することにより構成され、接液部をメタルフリーの構造としている。そして、樹脂製ジャケット本体４ａ２には、Ｏリング４ａ３により包囲される領域に所定深さの薬液流通用空間が形成されてあり、しかも、この薬液流通用空間を細長い１本の薬液流路４ａ４にすべく、薬液流通用空間の一方の端縁から対向する端縁に近接する位置まで延びる第１の壁部材４ａ５を所定間隔毎に複数枚形成し、薬液流通用空間の他方の端縁から一方の端縁に近接する位置まで延びる第２の壁部材４ａ６を所定間隔毎に複数枚形成し、しかも、第１の壁部材４ａ５と第２の壁部材４ａ６とを互いに食い違い状にしている。なお、４ａ７は薬液入口であり、４ａ８は薬液出口である。４ｅは、伝熱板４ａ１の所定位置に埋め込み状に設けられた温度センサである。また、薬液流路４ａ４は、伝熱板４ａ１から薬液への熱伝導が良くなるように、高さ方向のサイズが小さく設定されている。さらに、伝熱板４ａ１は、アルミニウムのみならず、銅などの熱伝導性のよい金属にフッ素コートしてなるもの、アルミナ、窒化アルミニウムなどの熱伝導性のよいセラミックス、グラファイトなどからなるものであってもよい。
【００２７】
図示しない制御部は、温度センサ４ｅからの信号を受け取り、所定の処理を行ってペルチェモジュール４ｂに駆動信号を供給するものである。ここで、所定の処理としては、温度センサ４ｅからの信号が予め設定された値に等しくなるように駆動信号を生成して出力する処理が例示できる。ただし、温度センサ４ｅからの信号と予め設定された値とが大きく異なる場合に、設定温度よりも低い温度に対応する値を設定し、温度センサ４ｅからの信号と予め設定された値とが互いに接近した場合に、設定温度に対応する値を設定し、温度センサ４ｅからの信号が該当する設定された値に等しくなるように駆動信号を生成して出力する処理を行うことが好ましく、薬液の温度を安定化するための所要時間を短縮することができる。
【００２８】
図８は温調ユニット４の変更例の側面図、図９は平面図、図１０は底面図、図１１は図８のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
この温調ユニット４が前記温調ユニット４と異なる点は、第１の放熱部材（薬液ジャケット）４ａ、および第２の放熱部材（冷却水ジャケット）４ｃの幅を２倍に設定し、２個のペルチェモジュール４ｂを幅方向に並べた点、樹脂製ジャケット本体４ａ２に第１の壁部材４ａ５および第２の壁部材４ａ６を一体形成する代わりに、伝熱板４ａ１から下向きに突出する第１の壁部材４ａ５および第２の壁部材４ａ６を一体形成した点、薬液流路４ａ４の高さ方向のサイズを大きく設定した点のみである。
【００３０】
この変更例を採用した場合には、薬液の供給量を増加させることができ、しかも、薬液流路４ａ４内の薬液と伝熱板４ａ１との間の伝熱面積を増加させて良好な熱交換を達成することができる。したがって、薬液の供給量が多い用途（レジスト液の１０〜１００倍程度の現像液を用いる用途など）に好適である。
【００３１】
温調ユニット４の一例および温調ユニット４の変更例をモデル化し、シミュレーションを実施した結果を、図１２、図１３にそれぞれ示す。なお、シミュレーション条件として、薬液タンク１内の薬液の温度を３０℃、供給薬液の目標温度（設定温度）を２０℃に設定した。
【００３２】
また、温調ユニット４の一例については、初期立ち上げ時間を８０秒とし、薬液の吐出継続時間を１０秒、薬液の吐出停止時間を５０秒として６０秒周期で薬液の吐出と吐出停止とを反復するようにし、薬液の吐出量として１０ｃｃを仮定して吐出時の流量を１ｃｃ／ｓとした。
【００３３】
さらに、温調ユニット４の変更例については、初期立ち上げ時間を８０秒とし、薬液の吐出継続時間を２０秒、薬液の吐出停止時間を１００秒として１２０秒周期で薬液の吐出と吐出停止とを反復するようにし、薬液の吐出量として１００ｃｃを仮定して吐出時の流量を５ｃｃ／ｓとした。
【００３４】
図１２は温調ユニット４の一例での、起動時点から３００秒経過時点までのシミュレーション結果を示す図である。なお、図１２には、薬液入口、図６のポイント１、ポイント２、ポイント３、ポイント４、および薬液出口のそれぞれにおける温度の変化のシミュレーション結果をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆで示している。
【００３５】
このシミュレーション結果から分かるように、薬液が周期的に流入、吐出を反復することにより、薬液流路４ａ４内の薬液の温度も周期的に大きく変化しているが、薬液入口に近いほど変化幅が大きく、薬液出口に近いほど変化幅が小さく、薬液出口では薬液の温度が殆ど変化せず、２０℃±０．１℃を維持している。これは、吐出停止中に薬液流路４ａ４内の薬液がほぼ２０℃に温調され、吐出時はその温調された薬液が吐出されているからである。
【００３６】
図１３は温調ユニット４の変更例での、起動時点から６００秒経過時点までのシミュレーション結果を示す図である。なお、図１３には、薬液入口、図１０のポイント１、ポイント２、ポイント３、ポイント４、および薬液出口のそれぞれにおける温度の変化のシミュレーション結果をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆで示している。
【００３７】
このシミュレーション結果から分かるように、薬液が周期的に流入、吐出を反復することにより、薬液流路４ａ４内の薬液の温度も周期的に大きく変化しているが、薬液入口に近いほど変化幅が大きく、薬液出口に近いほど変化幅が小さく、薬液出口出口では薬液の温度が殆ど変化せず、２０℃±０．１℃を維持している。
【００３８】
以上の実施形態は、薬液を直接温調する方式であるから、システム構成に無駄がなくなり、設備の小型化、コストダウンが可能となる。また、エネルギー的にも無駄がなくなり省エネルギー化を達成することができる。
【００３９】
また、薬液を直接温調する方式であるから、立ち上げ時間を極端に短くすることができる。また、ロットあるいはウエハごとに温度設定を変えることが可能となる。
【００４０】
さらに、ノズルごとに温調ユニットを持つのであるから、ノズルごとに温度を設定することが可能となる。
【００４１】
なお、以上の実施形態において、第２の放熱部材４ｃを省略し、ペルチェモジュールの放熱側を空冷式にすることが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ペルチェモジュールとの間で熱交換される第１の放熱部材内の液体流路の全長を十分に長く設定することができ、ひいては、小型化、コストダウンを達成でき、しかも、液体の供給量、温調可能な温度を自由に設定することができるという特有の効果を奏する。
【００４３】
請求項２の発明は、ペルチェモジュールの性能を十分に発揮させることができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００４４】
請求項３の発明は、恒温液体の供給パターンを自由に設定できるほか、請求項１または請求項２と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の温調システムの基本構成を示す概略図である。
【図２】薬液の吐出パターンを示す図である。
【図３】この発明の恒温液体供給装置の一実施形態を示す概略図である。
【図４】温調ユニット４の一例の側面図である。
【図５】温調ユニット４の一例の平面図である。
【図６】温調ユニット４の一例の底面図である。
【図７】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】温調ユニット４の変更例の側面図である。
【図９】温調ユニット４の変更例の平面図である。
【図１０】温調ユニット４の変更例の底面図である。
【図１１】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】温調ユニット４の一例のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】温調ユニット４の変更例のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１  薬液タンク    ２  薬液管路
５  薬液ポンプ    ４ａ  第１の放熱部材（薬液ジャケット）
４ｂ  ペルチェモジュール    ４ｃ  第２の放熱部材（冷却水ジャケット）
４ａ５  第１の壁部材    ４ａ６  第２の壁部材
４ａ７  薬液入口    ４ａ８  薬液出口
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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