[發(fā)明專(zhuān)利]液體加熱器和液體加熱方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980134691.1
• 申請(qǐng)日: 2009-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102138045A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 內(nèi)田稔;丸山剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 栗田工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): F24H1/10
• 分類(lèi)號(hào): F24H1/10;H05B3/10
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能高效且短時(shí)間加熱液體的液體加熱器，尤其涉及適用于半導(dǎo)體制造工序之一的抗蝕劑剝離工序中的清洗液的急速加熱的液體加熱器和液體加熱方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體制造的抗蝕劑剝離工序中，已知有一種硫酸電解法，該方法通過(guò)電分解硫酸溶液而生成過(guò)硫酸(過(guò)二硫酸、分子狀過(guò)硫酸及離子狀過(guò)硫酸)，將過(guò)硫酸溶液作為清洗液進(jìn)行清洗。在抗蝕劑剝離工序中，清洗液越是高溫(120～190℃左右)抗蝕劑剝離能越高效地進(jìn)行。這是由于通過(guò)硫酸電解法制造而成的清洗液在達(dá)到規(guī)定的高溫時(shí)清洗液中的過(guò)硫酸會(huì)自我分解生成氧化能力極強(qiáng)的硫酸自由基而有助于清洗。

由于自由基的壽命較短，若清洗液在較早的階段升溫的話(huà)，清洗液中含有的過(guò)硫酸過(guò)早自我分解而無(wú)益于清洗便被消耗掉。當(dāng)過(guò)硫酸溶液高溫化后過(guò)硫酸自我分解而生成硫酸自由基，從而使硫酸自由基濃度上升，同時(shí)生成的硫酸自由基分解而導(dǎo)致硫酸自由基濃度下降。根據(jù)不同液溫，硫酸自由基的濃度會(huì)在過(guò)硫酸溶液高溫化開(kāi)始的0.數(shù)秒～數(shù)秒后達(dá)到峰值。因此，將高溫化的時(shí)間點(diǎn)選擇在硫酸自由基濃度達(dá)到峰值時(shí)正好有助于清洗的時(shí)間，此時(shí)的效率最佳，因此需要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定最佳的時(shí)間點(diǎn)。

此外，在花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)分鐘程度)緩慢加熱清洗液的情況下，會(huì)存在以下的問(wèn)題：在高溫化的過(guò)程中，進(jìn)行過(guò)硫酸的自我分解和隨之而來(lái)的硫酸自由基的分解，當(dāng)達(dá)到高溫化的時(shí)候過(guò)硫酸濃度變得較低。按照反應(yīng)速度理論和阿累尼烏斯的公式進(jìn)行理論計(jì)算得到圖7所示的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)在高溫下過(guò)硫酸的壽命極短。

以上可知，清洗液的升溫需要在清洗之前的極短時(shí)間(數(shù)秒程度)內(nèi)進(jìn)行。

另一方面，越是低溫硫酸溶液的電解效率越高，越是低溫過(guò)硫酸的自我分解速度越小，因此在低溫(20～60℃左右)下對(duì)硫酸溶液進(jìn)行電解較為理想。為了將在低溫下電解后的硫酸溶液用作抗蝕劑剝離工序中的清洗液，需要在清洗之前瞬間從低溫升溫至高溫。

為此提出了各種對(duì)流體進(jìn)行加熱的加熱器。

例如，在半導(dǎo)體制造中對(duì)純水等的加熱工序中，以往使用圖8所示的流體加熱器40。該流體加熱器40在形成為筒狀的密閉型石英槽41的側(cè)壁上錯(cuò)開(kāi)位置地設(shè)有液體進(jìn)口41a和液體出口41b，內(nèi)部設(shè)有紅外線加熱器42，經(jīng)由液體進(jìn)口41a流入密閉型石英槽41內(nèi)的純水等與紅外線加熱器42的外周部接觸而一邊升溫一邊從液體出口41b排出。

此外，已知有圖9所示的結(jié)構(gòu)，利用雙重管構(gòu)成流體加熱器50，被加熱流體經(jīng)由設(shè)于內(nèi)管51的被加熱液體進(jìn)口51a和被加熱液體出口51b流動(dòng)，而熱介質(zhì)油經(jīng)由設(shè)于外管52的熱介質(zhì)油進(jìn)口52a和熱介質(zhì)油出口52b在內(nèi)管51與外管52之間流動(dòng)，并在這些流體之間通過(guò)內(nèi)管51的壁部進(jìn)行換熱，由此對(duì)被加熱液體進(jìn)行加熱。

還提出有在筒狀陶瓷加熱器的內(nèi)外周設(shè)置被加熱流體的流道以提高加熱效率的流體加熱器(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利特開(kāi)平5-79695號(hào)公報(bào)

發(fā)明的公開(kāi)

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

例如，上述流體加熱器50那樣，將熱介質(zhì)油等高溫流體作為加熱源，則熱量按照油→石英壁→溶液的順序通過(guò)傳導(dǎo)傳熱和強(qiáng)制對(duì)流傳熱進(jìn)行傳遞。為了以此傳熱方式在短時(shí)間內(nèi)傳遞大量的熱需要將熱介質(zhì)油盡量加熱至高溫(例如1000℃以上)，但工業(yè)上使用的熱介質(zhì)油的最高使用溫度為350℃～400℃左右。因此，在使用熱介質(zhì)油等的方法中，會(huì)因加熱源的熱容量較大而難以瞬間進(jìn)行急速加熱的開(kāi)始、停止。

相比之下，在使用鹵素?zé)艄芗訜崞髂菢拥陌l(fā)出近紅外線的近紅外線加熱器的情況下，熱能通過(guò)光的輻射熱直接傳遞給流體。波長(zhǎng)為0.8μm～數(shù)μm的近紅外線具有穿過(guò)石英而被數(shù)mm～數(shù)10mm厚的水層吸收99％以上的性質(zhì)。而且燈管加熱器能通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉瞬間開(kāi)始、停止加熱，還可利用燈管的輸出自由地調(diào)節(jié)加熱溫度。因此，在對(duì)高濃度硫酸水溶液的加熱中，一直以來(lái)均使用近紅外線燈管加熱器。

但是，例如，上述流體加熱器40中，以數(shù)L/min的速度加熱超純水或化學(xué)藥品溶液。此時(shí)，根據(jù)燈管的輸出功率和其尺寸，石英槽的容量為數(shù)L，液體的滯留時(shí)間為1～2分鐘這樣較長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)化學(xué)藥品使用過(guò)硫酸時(shí)，因過(guò)硫酸的自我分解而導(dǎo)致過(guò)硫酸的浪費(fèi)。