KR20110125595A - 온도 제어 장치, 유체 순환 장치, 및 온도 제어 장치를 이용한 온도 제어 방법 - Google Patents

온도 제어 장치, 유체 순환 장치, 및 온도 제어 장치를 이용한 온도 제어 방법 Download PDF

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KR20110125595A
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노리오 타카하시
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가부시키가이샤 케르쿠
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Abstract

온도 제어 장치(1)는 유체 냉각부를 갖는 폐쇄형의 제 1 순환 회로(2)와, 유체 가열부로서의 할로겐 램프 히터(31)를 가짐과 아울러 할로겐 램프 히터(31)에 의해 가열된 온도 유체를 피온도 제어 대상물로서의 진공 챔버(C)에 공급하는 폐쇄형의 제 2 순환 회로(3)와, 제 1 순환 회로(2)측으로부터의 온도 유체를 제 2 순환 회로(3)측으로 보내는 이송 유로(4)와, 제 2 순환 회로(3)측으로부터의 온도 유체를 제 1 순환 회로(2)측으로 유출시켜 리턴시키는 유출 유로(5)를 구비하고, 이송 유로(4)에는 제 1 순환 회로(2)측으로부터의 온도 유체의 이송 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브(40)가 설치되고, 유출 유로(5)에는 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상하는 압력 제어 밸브(50)가 설치되어 있다.

Description

온도 제어 장치, 유체 순환 장치, 및 온도 제어 장치를 이용한 온도 제어 방법{TEMPERATURE CONTROLLER, FLUID CIRCULATOR, AND TEMPERATURE CONTROL METHOD USING TEMPERATURE CONTROLLER}
본 발명은 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치, 피온도 제어 대상물에 대하여 소정의 온도로 조정된 온도 유체를 순환 공급하는 유체 순환 장치, 온도 제어 장치를 이용한 온도 제어 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼에는 예컨대, 플라즈마 열을 이용한 플라즈마 에칭 처리라는 각종 반도체 처리가 실시된다. 그리고, 이 각종 반도체 처리를 실행하는 경우에는 진공 챔버 등의 피온도 제어 대상물에 대하여 소정의 목표 온도로 조정된 온도 유체를 순환 공급하고, 그 순환 공급된 온도 유체에 의해 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 것이 일반적이며, 그와 같은 온도 제어를 행하기 위한 온도 제어 장치가 알려져 있다(예컨대, 문헌1: 일본 특허 공개 평11-282545호 공보 참조).
이 온도 제어 장치는 온도 유체의 주순환 회로로서의 유체 순환 장치를 구비하고, 주순환 회로는 온도 유체를 가열하는 유체 가열부를 구비하고, 주순환 회로에는 온도 유체를 냉각하는 냉각 회로가 접속되어 있다. 주순환 회로에는 온도 유체의 통과 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브가 복수 배치되어 있다.
또한, 이 온도 제어 장치는 주순환 회로에 생기는 압력 변동을 흡수하기 위하여 벨로우즈 튜브(bellows tube) 등과 같이 그 내부 압력의 변동에 따라서 용이하게 용적을 변화시키는 것이 가능한 압력 흡수 수단을 구비하고 있다.
또한, 이 온도 제어 장치에 있어서의 온도 유체의 온도 제어는 모든 유량 제어 밸브의 밸브 개도(開度)를 일정하게 한 상태에서 유체 가열부의 출력을 제어함으로써 행해진다.
그러나, 문헌 1에 기재되는 바와 같은 종래의 온도 제어 장치나 유체 순환 장치에서는 유량 제어 밸브가 주순환 회로측에 설치되어 있기 때문에 큰 유량을 제어할 수 있는 대형의 유량 제어 밸브가 필요로 된다. 또한, 종래의 압력 흡수 수단도 구조상 대형으로 되어버린다. 이 때문에, 온도 제어 장치 및 유체 순환 장치 전체가 대형으로 되어버린다는 문제가 있다.
또한, 유량 제어 밸브를 복수 설치하기 때문에 온도 제어 장치나 유체 순환 장치의 제조 비용이 높아진다.
또한, 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래의 온도 제어 방법에서는 복수의 유량 제어 밸브를 이용하기 때문에 큰 유량으로부터 작은 유량까지 유량 제어를 행할 때에 유체의 압력 변동이 크게 되어 유체의 온도나 유량이 불안정하게 된다. 이와 같은 경우, 넓은 범위에서 유량 제어를 행하는 것이 곤란하거나 또는 시간이 걸리므로 유량의 제어 범위를 좁게 하지 않으면 안 된다. 이에 따라, 유체 가열부의 출력이 커지고 온도 제어에 있어서 소비되는 에너지량이 커져 버린다.
본 발명의 목적은 장치 전체를 컴팩트하게 할 수 있고 또한 제조 비용을 저감할 수 있는 온도 제어 장치, 유체 순환 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 그 온도 제어 장치를 이용하여 에너지를 절감할 수 있는 온도 제어를 할 수 있는 온도 제어 방법을 제공하는 것이다.
제 1 발명에 의한 온도 제어 장치는 피온도 제어 대상물에 대하여 소정의 목표 온도로 조정된 온도 유체를 순환 공급하고, 그 순환 공급되는 온도 유체에 의해 상기 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치로서, 유체 냉각부를 갖는 폐쇄형의 제 1 순환 회로와, 유체 가열부를 가짐과 아울러 상기 유체 가열부에서 가열된 온도 유체를 상기 피온도 제어 대상물에 공급하는 폐쇄형의 제 2 순환 회로와, 상기 제 1 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 상기 제 2 순환 회로측으로 보내는 이송 유로와, 상기 제 2 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 상기 제 1 순환 회로측으로 유출시켜 리턴시키는 유출 유로를 구비하고, 상기 이송 유로에는 상기 제 1 순환 회로측으로부터의 온도 유체의 이송 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브가 설치되고, 상기 유출 유로에는 상기 제 2 순환 회로 내의 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상하는 압력 제어 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 1 발명에 의한 온도 제어 장치에 의하면, 유량 제어 밸브는 주순환 회로인 제 1 순환 회로와 제 2 순환 회로 사이의 이송 유로에 설치되어 제 1 순환 회로나 제 2 순환 회로에는 설치되어 있지 않기 때문에 큰 유량을 제어할 수 있을 필요가 없어 대형의 유량 제어 밸브가 불필요하게 되어서 유량 제어 밸브를 소형으로 할 수 있다.
또한, 유출 유로에는 온도 유체가 혼합되어서 제 2 순환 회로 내의 압력이 소정 압력 이상으로 된 경우에 동작하는 압력 제어 밸브가 설치되어 있지만 이 압력 제어 밸브는 온도 유체의 팽창 수축에 기인한 제 2 순환 회로 내의 압력의 변동도 방지한다. 종래와 같이, 이 압력 변동을 흡수하는 것으로서 벨로우즈 튜브 등을 사용한 대형의 압력 제어 장치를 이용하는 것이 불필요하게 되어 온도 유체의 압력을 조정하는 것을 소형으로 할 수 있다. 따라서, 온도 제어 장치 전체를 컴팩트하게 할 수 있다.
또한, 유량 제어 밸브를 1개만 설치해도 되므로 복수의 유량 제어 밸브를 설치한 경우에 비해서 온도 제어 장치의 제조 비용을 저감할 수 있다.
제 2 발명에 의한 온도 제어 장치는 제 1 발명에 의한 온도 제어 장치에 있어서 온도 유체가 상기 피온도 제어 대상물로부터 송출되는 유출구 근방에는 상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에 의한 온도 제어 장치에 의하면, 온도 센서가 온도 유체가 피온도 제어 대상물로부터 송출되는 유출구 근방에 설치되어 있기 때문에 피온도 제어 대상물을 통과하고 피온도 제어 대상물로부터 리턴된 직후의 온도 유체의 온도를 온도 센서에 의해 측정 검출할 수 있어 온도 유체의 온도가 목표 온도로 되어 있는지의 여부를 정확히 확인할 수 있다.
제 3 발명에 의한 유체 순환 장치는 유체 가열부를 가짐과 아울러 상기 유체 가열부에서 가열된 온도 유체를 피온도 제어 대상물에 공급하는 폐쇄형의 순환 회로와, 냉각된 온도 유체를 상기 순환 회로에 보내는 이송 유로와, 상기 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 흐르게 하는 유출 유로를 구비하고, 상기 이송 유로에는 상기 냉각된 온도 유체의 이송 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브가 설치되고, 상기 유출 유로에는 상기 순환 회로 내의 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상하는 압력 제어 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 발명에 의한 유체 순환 장치에 의하면, 제 1 발명에 의한 온도 제어 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
제 4 발명에 의한 유체 순환 장치는 제 3 발명에 의한 유체 순환 장치에 있어서 온도 유체가 상기 피온도 제어 대상물로부터 송출되는 유출구 근방에는 상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치된 것을 특징으로 한다.
제 4 발명에 의한 유체 순환 장치에 의하면, 제 2 발명에 의한 온도 제어 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
제 5 발명에 의한 온도 제어 방법은 제 1 발명 또는 제 2 발명에 의한 온도 제어 장치를 이용하여 그 온도 제어 장치에 의해 순환 공급되는 온도 유체에 의해 상기 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 방법으로서, 상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출함과 아울러 그 검출된 온도와 상기 피온도 제어 대상물로 보내지는 온도 유체의 목표 온도의 온도차를 산출하는 공정과, 그 산출 결과에 의거하여 상기 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 조정 제어하는 공정과, 상기 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 조정 제어하는 공정 후에 상기 유체 가열부를 통과하여 상기 피온도 제어 대상물로 보내지는 온도 유체의 온도를 검출함과 아울러 그 검출된 온도와 상기 목표 온도의 온도차를 산출하는 공정과, 그 산출 결과에 의거하여 상기 유체 가열부의 출력을 제어하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 발명에 의한 온도 제어 방법에 의하면, 유체 가열부의 출력을 제어하기 전에 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 조정 제어함으로써도 온도 유체의 온도를 조정 제어한다. 이 때문에, 온도 유체의 온도 제어를 유체 가열부의 출력을 제어하는 것만으로 행하는 경우에 비해서, 특히 유체 가열부의 출력을 억제할 수 있고 에너지를 절감할 수 있는 온도 제어를 할 수 있다.
제 1 발명에 의한 온도 제어 장치 및 제 3 발명에 의한 유체 순환 장치에 의하면, 유량 제어 밸브는 주순환 회로인 제 1 순환 회로나 제 2 순환 회로에는 설치되어 있지 않기 때문에 대형의 유량 제어 밸브가 불필요하게 되어 유량 제어 밸브를 소형으로 할 수 있다. 또한, 유출 유로에 설치되는 압력 제어 밸브는 제 2 순환 회로 내의 압력의 변동도 방지한다. 이 때문에, 종래의 대형 압력 제어 장치를 이용하는 것이 불필요하게 되어 온도 유체의 압력을 조정하는 것을 소형으로 할 수 있다. 따라서, 온도 제어 장치 전체 및 유체 순환 장치 전체를 컴팩트하게 할 수 있다.
또한, 유량 제어 밸브를 1개만 설치해도 되므로 온도 제어 장치 및 유체 순환 장치의 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 온도 제어 장치 및 유체 순환 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 온도 제어 장치에 의한 온도 제어 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 3A는 종래의 온도 제어 방법에 있어서의 출력되는 열량의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도 3B는 본 발명의 실시형태에 의한 온도 제어 장치를 이용한 온도 제어 방법에 있어서의 출력되는 열량의 변화를 나타내는 타임차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 온도 제어 장치(1)는 폐쇄형의 제 1 순환 회로(2)와, 폐쇄형의 제 2 순환 회로(3)와, 제 1 순환 회로(2)측으로부터의 온도 유체를 제 2 순환 회로(3)측으로 보내는 이송 유로(4)와, 제 2 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 제 1 순환 회로(2)측으로 유출시켜 리턴시키는 유출 유로(5)와, 밸브 제어부(62) 및 램프 제어부(64)를 갖는 제어 장치(60)를 구비하고, 피온도 제어 대상물로서의 진공 챔버(C)에 대하여 소정의 목표 온도(SV)로 조정된 온도 유체를 순환 공급하고, 그 순환 공급된 온도 유체에 의해 진공 챔버(C)의 온도 제어를 행하는 것이다.
또한, 도 1에 점선으로 나타낸 바와 같이, 제 2 순환 회로(3)와 이송 유로(4)와 유출 유로(5)로 유체 순환 장치(1A)가 구성되어 있다.
진공 챔버(C)는 반도체 웨이퍼를 탑재하는 서셉터(susceptor)를 구비하고, 서셉터에 탑재된 반도체 웨이퍼에는 진공 챔버(C) 내에서 플라즈마 에칭 등의 각종 반도체 처리가 실시된다. 진공 챔버(C)는 온도 유체가 송입(送入)되는 유입구(C1)와 온도 유체가 송출되는 유출구(C2)를 구비하고, 유입구(C1)로부터 송입된 온도 유체는 서셉터로 보내진다. 이에 따라, 순환 공급된 온도 유체에 의해 진공 챔버(C)의 온도, 보다 구체적으로는 서셉터의 온도가 제어된다. 또한, 순환 공급된 온도 유체에 의해 진공 챔버(C) 내의 반도체 웨이퍼가 서셉터를 통하여 실행 처리에 따른 온도로 유지된다.
온도 유체로서는 플루오리너트(등록상표), 에틸렌글리콜, 오일, 물 등의 액체나 질소, 공기, 헬륨 등의 기체 중으로부터 반도체 처리의 종류나 목표 온도(SV)에 따른 것을 적절히 선택할 수 있다.
제 1 순환 회로(2)는 칠러(chiller; 20) 등으로 구성되는 온도 유체의 폐쇄형 순환 회로이다. 또한, 도 1에서는 칠러(20) 이외의 구성 기기는 생략되어 있다. 칠러(20)는 도시되지 않은 유체 냉각부로서의 증발기 등으로 구성되어 그 증발기에 있어서 온도 유체를 냉각한다. 제 1 순환 회로(2)를 순환하는 온도 유체의 온도는 본 실시형태에서는 약 90℃이다.
제 2 순환 회로(3)는 온도 유체가 공급 펌프(30)→유체 가열부로서의 할로겐 램프 히터(31)→진공 챔버(C)→유량 센서(32)→공급 펌프(30)라는 경로로 순환하는 폐쇄형 순환 회로이다. 제 2 순환 회로(3)를 순환하는 온도 유체의 온도는 본 실시형태에서는 약 150℃이다.
공급 펌프(30)는 진공 챔버(C)에 온도 유체를 순환 공급한다. 이 때의 온도 유체는 진공 챔버(C)의 유출구(C2)로부터 리턴된 온도 유체와 제 1 순환 회로(2)에서 냉각된 온도 유체의 일부가 합류부(X)에 있어서 혼합된 것이다.
할로겐 램프 히터(31)는 도시되지 않은 할로겐 램프를 구비하는 광가열 방식의 것이고, 합류부(X)에서 혼합된 온도 유체 중 분기부(Y)에서 진공 챔버(C)측으로 분기된 온도 유체가 할로겐 램프 히터(31)로 보내진다. 할로겐 램프 히터(31)로 보내진 온도 유체는 점등된 할로겐 램프로부터 방사되는 적외선을 흡수하고, 그 방사 열(복사열)에 의해 가열된다. 할로겐 램프 히터(31)에 의해 가열된 온도 유체는 진공 챔버(C)로 공급된다.
유량 센서(32)는 진공 챔버의 유출구(C2)로부터 제 2 순환 회로(3)로 리턴된 온도 유체의 통과 유량을 측정 검출한다.
이송 유로(4)에는 유량 제어 밸브(40)와 체크 밸브(41)가 설치되어 있다. 유량 제어 밸브(40)는 밸브 개도가 조정 제어됨으로써 제 1 순환 회로(2)에서 냉각된 온도 유체의 제 2 순환 회로(3)로의 통과 유량을 조정한다.
체크 밸브(41)는 유량 제어 밸브(40)를 통과한 온도 유체가 제 1 순환 회로(2)로 역류하는 것을 방지하고 있다.
유출 유로(5)에는 압력 제어 밸브(50)가 설치되어 있다. 합류부(X)에서 온도 유체가 혼합되면 제 2 순환 회로(3) 내의 온도 유체의 압력은 상승한다. 압력 제어 밸브(50)는 그 온도 유체의 압력 상승에 의해 제 2 순환 회로(3) 내의 압력이 소정 압력 이상으로 된 경우에 개방되어 온도 유체의 일부를 분기부(Y)로부터 제 1 순환 회로(2)측으로 유출시켜서 제 2 순환 회로(3) 내의 압력을 일정하게 유지한다. 또한, 제 2 순환 회로(3) 내의 압력은 온도 유체의 온도 변화에 따른 팽창 수축에 기인하여 변동되지만 압력 제어 밸브(50)는 이 압력 변동도 방지한다. 즉, 압력 제어 밸브(50)는 제 2 순환 회로(3) 내의 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상한다.
제 2 순환 회로(3)에서는 진공 챔버(C)과 유량 센서(32) 사이에 있어서 진공 챔버(C)측으로부터 유출된 온도 유체가 제 2 순환 회로(3)측으로 들어오는 입구측 근방에 입구측 온도 센서(61)가 설치되어 있다. 이 입구측 근방이란 진공 챔버(C)의 유출구(C2)의 근방이다.
입구측 온도 센서(61)는 진공 챔버(C)의 유출구(C2)로부터 리턴된 온도 유체의 입구 온도(PV2)를 측정 검출하여 그 온도 검출 신호를 제어 장치(60)의 밸브 제어부(62)에 출력한다.
제어 장치(60)에 있어서 밸브 제어부(62)는 입구 온도(PV2)와 미리 설정된 목표 온도(SV)의 온도차(T1; =SV-PV2)에 의거하여 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 조정 제어함으로써 이송 유로(4)를 통하여 제 1 순환 회로(2)로부터 제 2 순환 회로(3)로 송입하는 온도 유체의 유량을 제어한다.
또한, 제 2 순환 회로(3)에서는 할로겐 램프 히터(31)와 진공 챔버(C) 사이로서, 온도 유체가 제 2 순환 회로(3)측으로부터 진공 챔버(C)측으로 나오는 출구측에 출구측 온도 센서(63)가 설치되어 있다.
출구측 온도 센서(63)는 할로겐 램프 히터(31)를 통과한 후의 온도 유체의 출구 온도(PV1)를 측정 검출하여 그 온도 검출 신호를 램프 제어부(64)로 출력한다. 램프 제어부(64)는 출구 온도(PV1)와 미리 설정된 목표 온도(SV)의 온도차(T2; =SV-PV1)에 의거하여 할로겐 램프 점등 시간의 듀티(duty)비나 발광량을 적절히 조정하여 할로겐 램프 히터(31)의 출력을 제어한다.
이하의 온도 제어 장치(1)에서는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도가 설정되면 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도에 따라 송입되는 온도 유체와 진공 챔버(C)로부터 리턴된 온도 유체가 합류부(X)에서 혼합된다. 그 혼합 유체는 분기부(Y)를 경유하여 할로겐 램프 히터(31)를 통과하고, 그 후 진공 챔버(C)로 보내진다. 또한, 제 2 순환 회로(3) 내에서 혼합 유체의 압력이 압력 제어 밸브(50)의 소정 압력에 도달한 경우에는 혼합 유체의 일부가 분기부(Y)에서 분기되어 유출 유로(5)에 의해 제 1 순환 회로(2)로 리턴되고, 분기부(Y)에서 분기된 다른쪽의 혼합 유체가 할로겐 램프 히터(31)를 통과하여 그 후 진공 챔버(C)로 공급된다.
이어서, 도 2에 의거하여 이상과 같은 온도 제어 장치(1)를 이용하여 진공 챔버(C) 내에서 반도체 웨이퍼가 플라즈마 열을 이용한 플라즈마 에칭 처리될 때의 온도 제어 방법을 설명한다.
이 온도 제어 방법에서는 온도차(T1)에 의거하여 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도가 결정, 조정 제어되고 온도차(T2)에 의거하여 할로겐 램프 히터(31)의 출력이 제어되어서 진공 챔버(C)에 순환 공급되는 온도 유체가 소정의 목표 온도(SV)로 제어된다. 하기에서는 각 동작 스텝을 S1, S2, ···로 나타낸다.
우선, S1에 있어서 입구측 온도 센서(61)가 온도 유체의 입구 온도(PV2)를 측정 검출하여 그 온도 검출 신호를 밸브 제어부(62)에 출력한다. 이어서 S2에서 밸브 제어부(62)가 목표 온도(SV)와 입구 온도(PV2)의 온도차(T1)를 산출하고, S3에서 온도차(T1)가 0.3℃보다도 큰지의 여부를 판단한다.
S3에 있어서 온도차(T1)가 0.3℃보다도 크다고 판단된 경우에는 S4로 이행하고, 밸브 제어부(62)는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 규정의 개도까지 작게 하여 제 1 순환 회로(2)에 의해 냉각된 온도 유체의 이송 유로(4)에서의 통과 유량을 감소시킨다. 단, 실제로는 보다 치밀한 피드백 제어가 행하여지는 것이지만 그 상세에 있어서는 설명을 생략한다. 온도차(T1)가 0.3℃ 보다도 크다고 판단되는 경우로서는, 예컨대 반도체 웨이퍼에 플라즈마 열이 가해지고 있지 않은 경우이다.
유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도가 설정되면 진공 챔버(C)의 유출구(C2)로부터 리턴된 온도 유체와 제 1 순환 회로(2)에서 냉각된 온도 유체의 일부가 합류부(X)에 있어서 혼합된 온도 유체가 공급 펌프(30)에 의해 분기부(Y)를 경유하여 할로겐 램프 히터(31)에 보내진다.
그 후, S5에 있어서 출구측 온도 센서(63)가 할로겐 램프 히터(31)를 통과한 후의 온도 유체의 출구 온도(PV1)를 측정 검출하여 그 온도 검출 신호를 램프 제어부(64)에 보낸다. 이어서 S6에서 램프 제어부(64)가 목표 온도(SV)와 출구 온도(PV1)의 온도차(T2)를 산출하고, S7에서 그 산출 결과에 의거하여 할로겐 램프 히터(31)의 출력을 제어하여 진공 챔버(C)에 공급되는 온도 유체의 온도를 목표 온도(SV)에 근접하게 한다. S7에서는, 예컨대 출구 온도(PV1)가 목표 온도(SV)보다도 낮은 경우에는 할로겐 램프 히터(31)의 발광량이 증가되어 온도 유체에 주어지는 열이 증가되어서 온도 유체의 온도가 목표 온도(SV)에 근접해진다. 반대로, 출구 온도(PV1)가 목표 온도(SV)보다도 높은 경우에는 할로겐 램프 히터(31)의 발광량이 감소되어 온도 유체에 주어지는 열이 감소되어서 온도 유체의 온도가 목표 온도(SV)에 근접해진다.
한편, S3에 있어서 온도차(T1)가 0.3 이하인 것으로 판단된 경우에는 S8로 이행하고, 밸브 제어부(62)는 온도차(T1)가 0℃보다도 작은지의 여부를 판단한다. 온도차(T1)가 0.3 이하인 것으로 판단되는 경우로서는, 예컨대 반도체 웨이퍼에 플라즈마 열이 가해지고 있는 경우가 있다.
S8에 있어서 온도차(T1)가 0℃보다도 작다고 판단되는 경우에는 입구 온도(PV2)쪽이 목표 온도(SV)보다도 높은 상태이다. 따라서, S9로 이행하여 밸브 제어부(62)는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 규정의 개도까지 크게 하여 제 1 순환 회로(2)에 의해 냉각된 온도 유체의 이송 유로(4)에서의 통과 유량을 증가시킨다. 그 후는, S4를 경유한 경우와 마찬가지로, S5~S7의 동작을 행한다.
S8에 있어서, 온도차(T1)가 0℃ 이상인 것으로 판단된 경우에는 온도차(T1)가 0℃ 이상 0.3℃ 이하인 상태이다. 이 때에는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도는 그대로 유지되고, S5~S7의 동작으로 이행한다.
또한, S4나 S9에 있어서는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 규정 개도로 하는 것이 아니고, 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 온도차(T1)에 따른 소정의 개도로 하여도 좋다.
이어서, 본 실시형태의 온도 제어 장치(1)를 이용한 온도 제어 방법의 효과에 대하여 도 3A 및 도 3B에 의거하여 설명한다.
도 3A에 나타낸 바와 같이, 종래의 문헌 1에 기재된 바와 같은 온도 제어 방법에서는 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 일정하게 하고 있고, 도 3A의 (c)에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브를 통과하는 열량은 -4㎾(4㎾의 냉각량)가 된다. 이와 같은 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 유지하기 위하여 칠러(20)에서 소비되는 소비 전력으로서는 냉각 효율(COP; 소비 열량에 대한 냉각 열량)를 2로 했을 때 도 3A의 (d)에 나타낸 바와 같이, 거의 일정한 약 2㎾가 필요하다.
반도체 웨이퍼에 처리가 실시되어 있지 않아 플라즈마 열이 가해지고 있지 않은 상태(도 3A의 (a)에 있어서의 오프의 상태)에서는, 도 3A의 (b)에 나타낸 바와 같이, 온도 유체를 목표 온도로 하기 위해서는 램프 히터의 출력을 4㎾로 하여 온도 유체를 가열할 필요가 있다. 그렇다면, 온도 유체를 목표 온도로 하기 위하여 필요한 총 에너지, 즉 칠러(20)에서 소비되는 소비 전력과 램프 히터의 출력에 사용되는 전력을 합친 에너지는 6㎾가 된다.
이것에 대하여, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 온도 제어 장치(1)를 이용한 온도 제어 방법에서는 할로겐 램프 히터(31)의 출력은 거의 일정하게 유지하는 것이 가능하여, 도 3B의 (b)에 나타낸 바와 같이, 출력에 사용되는 전력은 거의 일정한 약 1㎾가 필요하다.
본 실시형태의 온도 제어 장치(1)를 이용한 온도 제어 방법에서는 도 2의 S7에서 할로겐 램프 히터(31)의 출력을 제어하기 전에, S4나 S9에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도를 조정 제어함으로써도 온도 유체의 온도를 조정 제어한다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼에 플라즈마 열이 가해지고 있지 않은 상태[도 3B의 (a)에 있어서의 오프의 상태]에서는 온도 유체가 목표 온도(SV)가 되는 유량 제어 밸브(40)의 밸브 개도로 하면, 도 3B의 (c)에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브(40)를 통과하는 열량은 -1.0㎾ (1,0㎾의 냉각량)가 된다. 이 때, 도 3B의 (d)에 나타낸 바와 같이, 냉각 효율(COP)을 2로 했을 때, 칠러(20)에서 소비되는 소비 전력은 0.5㎾가 된다. 그렇다면, 온도 유체를 목표 온도(SV)로 하기 위하여 필요한 총 에너지는 1.5㎾가 되고, 종래의 문헌 1에 기재된 바와 같은 온도 제어 방법에 있어서의 총 에너지 6㎾보다도 작게 된다.
한편, 반도체 웨이퍼에 플라즈마 열 3㎾가 가해지고 있는 상태[도 3A 또는 도 3B의 (a)에 있어서의 온의 상태]에 있어서는 종래의 문헌 1에 기재된 바와 같은 온도 제어 방법에서는, 도 3A에 나타낸 바와 같이, 온도 유체를 목표 온도로 하기 위하여 필요한 총 에너지는 램프 히터의 출력에 사용되는 전력 1㎾와 칠러(20)에서 소비되는 소비 전력 2㎾로 3㎾가 된다. 이것에 대하여, 본 실시형태의 온도 제어 장치(1)를 이용한 온도 제어 방법에서는, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 온도 유체를 목표 온도(SV)로 하기 위하여 필요한 총 에너지는 할로겐 램프 히터(31)의 출력에 사용되는 전력 1㎾와 칠러(20)에서 소비되는 소비 전력 2㎾로 3㎾가 되고, 종래의 문헌 1에 기재된 바와 같은 온도 제어 방법에 있어서의 총 에너지 사용량 3㎾와 동일하게 된다. 또한, 이 때 도 3B의 (c)에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브(40)를 통과하는 열량은 -4㎾ (4㎾의 냉각량)이다.
따라서, 플라즈마 에칭 처리에 있어서 플라즈마 열을 가할 때와 가하지 않을 때를 포함한 모든 공정에 있어서 출력되는 총 에너지는 본 실시형태의 온도 제어 장치(1)를 이용한 온도 제어 방법에 있어서의 총 에너지쪽이 종래의 문헌 1에 기재된 바와 같은 온도 제어 방법에 있어서의 총 에너지보다도 작게 되어 에너지를 절감할 수 있는 온도 제어를 행할 수 있다. 또한, 할로겐 램프 히터(31)의 출력이 작고 일정해지므로 할로겐 램프 히터(31)의 소용량화나 내구성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
상기 실시형태에서는 피온도 제어 대상물로서 반도체 웨이퍼에 각종 반도체 처리를 실행하는 때에 이용되는 진공 챔버(C)에 대해서 설명했지만 온도 제어 장치(1)나 유체 순환 장치(1A)는 액정 디바이스에 각종 처리를 실행할 때에 이용되는 처리실이나 기타 항온실에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 온도 유체의 가열을 행하는 것으로서 할로겐 램프 히터(31)를 이용했지만, 열응답성이 우수하고 또한 출력을 용이하게 변화시키는 것이 가능한 것이라면 그 외의 히터이어도 된다.
또한 상기 실시형태에서는, 입구측 온도 센서(61)는 진공 챔버(C)의 유출구(C2)의 근방이며 진공 챔버(C)와 유량 센서(32) 사이에 설치되어 있지만 유량 센서(32)와 합류부(X) 사이에 설치되어 있어도 되고, 요컨대, 유출구(C2)와 합류부(X) 사이에 설치되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 S3에 있어서 온도차(T1)가 0.3℃보다도 큰지의 여부가 판단되었지만 판단 기준이 되는 임계값으로서는 온도차(T1)를 S7에서의 할로겐 램프 히터(31)의 출력 제어만에 의해 작게 할 수 있고, 온도 유체의 온도를 목표 온도(SV)에 근접시킬 수 있는 범위의 임계값이어도 되고, 0.3℃로 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시형태에 있어서의 온도 제어 방법에서는 압력 제어 밸브(50)를 구비한 온도 제어 장치(1)가 이용되었지만 본 발명의 온도 제어 방법은 압력 제어 밸브를 구비하지 않은 온도 제어 장치를 이용한 경우에 있어서도 적용가능하다.

Claims (5)

  1. 피온도 제어 대상물에 대하여 소정의 목표 온도로 조정된 온도 유체를 순환 공급하고, 그 순환 공급되는 온도 유체에 의해 상기 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치로서:
    유체 냉각부를 갖는 폐쇄형의 제 1 순환 회로와,
    유체 가열부를 가짐과 아울러 상기 유체 가열부에서 가열된 온도 유체를 상기 피온도 제어 대상물에 공급하는 폐쇄형의 제 2 순환 회로와,
    상기 제 1 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 상기 제 2 순환 회로측으로 보내는 이송 유로와,
    상기 제 2 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 상기 제 1 순환 회로측으로 유출시켜 리턴시키는 유출 유로를 구비하고;
    상기 이송 유로에는 상기 제 1 순환 회로측으로부터의 온도 유체의 이송 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브가 설치되고;
    상기 유출 유로에는 상기 제 2 순환 회로 내의 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상하는 압력 제어 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    온도 유체가 상기 피온도 제어 대상물로부터 송출되는 유출구 근방에는 상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  3. 유체 가열부를 가짐과 아울러 상기 유체 가열부에서 가열된 온도 유체를 피온도 제어 대상물에 공급하는 폐쇄형의 순환 회로와,
    냉각된 온도 유체를 상기 순환 회로에 보내는 이송 유로와,
    상기 순환 회로측으로부터의 온도 유체를 흘리는 유출 유로를 구비하고;
    상기 이송 유로에는 상기 냉각된 온도 유체의 이송 유량을 조정 제어하는 유량 제어 밸브가 설치되고;
    상기 유출 유로에는 상기 순환 회로 내의 온도 유체의 압력을 소정 압력 이하로 보상하는 압력 제어 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 순환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    온도 유체가 상기 피온도 제어 대상물로부터 송출되는 유출구 근방에는 상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 순환 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 온도 제어 장치를 이용하여 그 온도 제어 장치에 의해 순환 공급되는 온도 유체에 의해 상기 피온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 방법으로서:
    상기 피온도 제어 대상물로부터 리턴되는 온도 유체의 온도를 검출함과 아울러 그 검출된 온도와 상기 피온도 제어 대상물로 보내지는 온도 유체의 목표 온도의 온도차를 산출하는 공정;
    그 산출 결과에 의거하여 상기 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 조정 제어하는 공정;
    상기 유량 제어 밸브의 밸브 개도를 조정 제어하는 공정 후에 상기 유체 가열부를 통과하여 상기 피온도 제어 대상물에 보내지는 온도 유체의 온도를 검출함과 아울러 그 검출된 온도와 상기 목표 온도의 온도차를 산출하는 공정; 및
    그 산출 결과에 의거하여 상기 유체 가열부의 출력을 제어하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
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