JP2000154789A - 高圧純水発生装置及び同装置を用いた高圧純水発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダー内で発生するパーティクルの滞留
をなくし、パーティクル汚染の少ないクリーンな超純水
を吐出することができるとともに、超純水の無駄な消費
を抑制することができる高圧純水発生装置及び同装置を
用いた高圧純水発生方法を提供する。 【解決手段】 シリンダー２内のプランジャー３を駆動
することにより、純水吸込管６から吸込んだ純水を純水
吐出管８から高圧純水として吐出する高圧純水発生装置
において、前記シリンダー２と前記プランジャー３間に
所定のギャップＧを設けるとともに、前記シリンダー下
部の前記プランジャー下死点付近にオーバーフロー用排
水口１０を設け、同オーバーフロー用排水口１０に逆止
弁１１及び二方切替弁１２を介して、第１絞り弁１３を
有する吐出時オーバーフロー管１４と、第２絞り弁１５
を有する吸込時オーバーフロー管１６とを接続してなる
高圧純水発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、液体洗浄剤に圧力を加えてノズルから高
速で噴射し、その力で表面に付着している異物を剥離し
て流し去る高圧噴射洗浄システム、特に、ウェーハ表面
に超純水のジェットを当ててウェーハを洗浄する高圧噴
射洗浄システムに適用する高圧純水発生装置及び同装置
を用いた高圧純水発生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は上記したウェーハを洗浄する高圧
噴射洗浄システムの概念図を示し、高圧純水発生装置は
このシステムに組み込まれて使用されるものである。高
圧純水発生装置３０は、純水吸込管３１から吸込んだ超
純水を高圧にして純水吐出管３２から吐出し、この純水
吐出管３２が連なる微小径ノズル（以下ジェットノズル
という。）３３に圧送するものである。ジェットノズル
３３には、スキャン機構が付設されており、高圧純水が
ウェーハ３４の中心から端まで全面に均一に噴射される
よう構成されている。

【０００３】一方、ウェーハ３４は、吸着ヘッドあるい
は外径チャック３５に固定され、ウェーハ３４の中心を
回転軸として高速回転されるようになっている。ウェー
ハ３４の高圧噴射洗浄システムは、上記のように構成さ
れ、ジェットノズル３３によりスキャンされながら同時
に高速回転されることによって、ウェーハ３４の全面に
均一に高圧純水を噴射して、ウェーハ３４の表面上のパ
ーティクルを除去するよう作用するものである。

【０００４】このような高圧噴射洗浄システムに組み込
まれる高圧純水発生装置３０は、図６、７に示すように
シリンダー３６、このシリンダー３６内を往復動するプ
ランジャー３７、シリンダー３６内の上部タンク３８に
逆止弁を介して連なる純水吸込管３１及びシリンダー３
６内の上部タンク３８に逆止弁を介して連なる純水吐出
管３２から構成される水圧部３９と、プランジャー３７
を空気圧にて駆動する空圧駆動部４０とからなり、純水
吸込管３１から吸込んだ超純水を純水吐出管３２から高
圧純水として吐出するよう構成されている。

【０００５】かかる構成の高圧純水発生装置３０におい
ては、シリンダー３６の上部タンク３８をシールする樹
脂製のシールリング４１とプランジャー３７との接触摩
擦によってパーティクルが発生する。このようにしてパ
ーティクルが発生し、それがシリンダー３６の上部タン
ク３８内に滞留している状態で、ウェーハ３４を洗浄す
るために高圧純水を純水吐出管３２から吐出すると、パ
ーティクルが高圧純水とともにジェットノズル３３から
ウェーハ３４の表面に噴射されることになり、このパー
ティクルがウェーハ３４の表面に付着し、それがウェー
ハダストの原因の一つと考えられており、製品の歩留り
低下の要因となっていた。

【０００６】そこで、シリンダー３６の上部タンク３８
内の超純水の一部をオーバーフロー排水することによっ
て、高圧純水発生装置３０からパーティクル汚染の少な
い超純水を吐出できるようにしている。図６に示す高圧
純水発生装置３０は、高圧純水発生装置３０に吸込まれ
る超純水に一定の圧力が加えられていることに着目し、
この圧力を利用して吸込み時や待機時に超純水をシリン
ダー３６の上部タンク３８に連なる純水吐出管３２から
オーバーフローさせるようにしたものであり、また、図
７に示す高圧純水発生装置３０は、シリンダー３６の上
部タンク３８の中程にオーバーフロー排水口４２を設
け、この排水口４２にオリフィスを有するホースを接続
し、主に超純水の吸込み時や待機時にオリフィスで絞っ
た量の超純水をオーバーフローさせるようにしたもので
ある。

【０００７】しかしながら、図６に示した高圧純水発生
装置３０では、純水吐出管３２が連なるジェットノズル
３３はノズル径が０．１ｍｍと非常に小さく、吸込み時
や待機時にオーバーフローされる超純水の量は微量であ
る。このため、高圧純水発生装置３０とジェットノズル
３３間の純水吐出管３２内は実質的に死水域となり、吸
込み時や待機時にオーバーフロー排水される超純水量は
極めて少なく、ウェーハ洗浄時に超純水中に残存してい
るパーティクルが排出され、このパーティクルがウェー
ハ３４の表面に付着することになるため、十分な効果を
期待することはできなかった。

【０００８】また、この高圧純水発生装置３０の場合、
プランジャー３７とシールリング４１との接触摩擦によ
って発生するパーティクルが、最も多量に滞留している
プランジャー３７の下死点付近のパーティクルを排出す
ることができず、このパーティクルが圧縮時に純水吐出
管３２から吐出され、ジェットノズル３３からウェーハ
３４の表面に噴射されることになるため、それがウェー
ハ３４の表面に付着して製品の歩留りを低下させること
は避けられなかった。

【０００９】一方、図７に示した高圧純水発生装置３０
では、圧縮作用への影響を考慮してホース中のオリフィ
スの径を小さくしておく必要があり、これによって最大
流量が決まるため、吸込み時や待機時における超純水の
オーバーフロー排水量を多くすることができず、滞留し
ているパーティクルの排出には限界があった。このた
め、残存するパーティクルが圧縮時に純水吐出管３２か
ら吐出され、ジェットノズル３３からウェーハ３４の表
面に噴射されることになり、それがウェーハ３４の表面
に付着し、製品歩留りを低下させていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
に対処するためになされたものであり、その第一の課題
は、シリンダー内で発生するパーティクルを速やかにオ
ーバーフロー排出することによって、タンク内での滞留
をなくし、パーティクル汚染の少ないクリーンな超純水
を吐出できる高圧純水発生装置及び同装置を用いた高圧
純水発生方法を提供することにある。また、本発明のも
う一つの課題は、超純水の無駄な消費を抑制しながら、
効率よくパーティクルをオーバーフロー排出できる高圧
純水発生装置及び同装置を用いた高圧純水発生方法を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明にかかる高圧純水発生装置は、シリンダ
ー、同シリンダー内を往復動するプランジャー、前記シ
リンダー上部に逆止弁を介して連なる純水吸込管及び前
記シリンダー上部に逆止弁を介して連なる純水吐出管か
らなる水圧部と、前記プランジャーを駆動する駆動部と
を備え、前記純水吸込管から吸込んだ純水を前記純水吐
出管から高圧純水として吐出する高圧純水発生装置にお
いて、前記シリンダーと前記プランジャー間に所定のギ
ャップを設けるとともに、前記シリンダー下部の前記プ
ランジャー下死点付近にオーバーフロー用排水口を設
け、同オーバーフロー用排水口に逆止弁及び二方切替弁
を介して、第１絞り弁を有する吐出時オーバーフロー管
と、第２絞り弁を有する吸込時オーバーフロー管とを接
続してなることを特徴とするもので、プランジャーとシ
ールリングとの接触摩擦により発生したパーティクル
は、シリンダーとプランジャー間に設けられたギャップ
の存在により、大半はプランジャー側面に付着したり、
ギャップ内に浮遊しており、吸込時オーバーフロー管の
第２絞り弁の絞り量を適切に設定しておくことによっ
て、超純水の吸込時と待機時にこれらのパーティクルを
プランジャー下死点付近に設けたオーバーフロー用排水
口から、超純水とともに効率よく排出することができる
ため、パーティクルの滞留が殆どない状態で圧縮工程に
入ることができる。

【００１２】また、本発明にかかる高圧純水発生装置
は、上記した高圧純水発生装置において、前記オーバー
フロー用排水口を前記シリンダー下部の前記プランジャ
ー下死点より下方に設けたことを特徴とするもので、オ
ーバーフロー用排水口をプランジャー下死点より下方に
設けておくことによって、プランジャーの下死点付近に
滞留しているパーティクルの殆どを、その下方に設けら
れているオーバーフロー用排水口に導いて、速やかに超
純水とともに排出することができる。

【００１３】更に、本発明にかかる高圧純水発生方法
は、上記した高圧純水発生装置を用いて、前記第１絞り
弁を絞り込むとともに、前記第２絞り弁を緩めに調整
し、純水の吸込時にオーバーフロー用排水口からオーバ
ーフローする純水の量を多くし、高圧純水の吐出時にオ
ーバーフロー用排水口からオーバーフローする純水の量
を少なくして高圧純水を発生することを特徴とするもの
で、吸込時オーバーフロー管中の第２絞り弁の絞り量を
緩めに調整しておくことにより、超純水の吸込時と待機
時のオーバーフロー量を上げて、パーティクルの排出効
率を高めることができ、一方、吐出時オーバーフロー管
中の第１絞り弁を絞り込んでおくことによって、圧縮時
における超純水のオーバーフローを殆どなくすることが
でき、超純水の無駄な消費を抑制することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
乃至図４に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態
にかかる高圧純水発生装置の構成を示す断面図、図２は
そのシリンダー上部の構成を示す拡大断面図、図３はプ
ランジャーが上死点付近にある状態のシリンダー上部を
示す拡大断面図、図４はプランジャーが下死点付近にあ
る状態のシリンダー上部を示す拡大断面図である。

【００１５】図中において、１は高圧純水発生装置の水
圧部で、シリンダー２、同シリンダー２内を往復動する
プランジャー３、シリンダー２内の上部タンク４に逆止
弁５を介して連なる純水吸込管６、及びシリンダー２内
の上部タンク４に逆止弁７を介して連なる純水吐出管８
等から構成されている。このシリンダー２とプランジャ
ー３との間には、０．５ｍｍ程度のギャップＧが設定さ
れており、高圧純水発生装置の作動時にシリンダー２と
プランジャー３とが接触しないよう構成されている。

【００１６】また、上部タンク４の下方部のシールは、
シリンダー２の下部に樹脂製のシールリング９を配置
し、このシールリング９とプランジャー３とを密着させ
ることによってシールしている。更に、シリンダー２の
シールリング９より上方位置で、かつプランジャー３の
下死点より下方位置には、上部タンク４と連通するオー
バーフロー用排水口１０が設けられており、このオーバ
ーフロー用排水口１０には、逆止弁１１及び二方切替弁
１２を介して、可変式の第１絞り弁１３を有する吐出時
オーバーフロー管１４と、可変式の第２絞り弁１５を有
する吸込時オーバーフロー管１６とが接続されている。

【００１７】二方切替弁１２は、高圧純水発生装置の運
転状態に連動して切替えられるよう構成されており、圧
縮時にはオーバーフロー用排水口１０を吐出時オーバー
フロー管１４側に連通し、超純水の吸込時及び待機時に
はオーバーフロー用排水口１０を吸込時オーバーフロー
管１６側に連通するよう切替えられるものである。ま
た、可変式の第１絞り弁１３と第２絞り弁１５は、それ
ぞれ絞り量を任意に設定できるもので、通常、第１絞り
弁１３は略全閉に近い状態に設定され、第２絞り弁１５
は略全開に近い状態に設定されている。

【００１８】一方、シリンダー２の下部には、中間シリ
ンダー１７が接続され、この中間シリンダー１７を介し
てその下部にプランジャー３を空気圧にて駆動する空圧
駆動部１８が接続されている。空圧駆動部１８は、大径
のシリンダ室１９と、プランジャー３の下部に設けら
れ、シリンダ室１９内を摺動するピストン２０と、シリ
ンダ室１９の上部と下部に設けられた２つの圧縮空気口
２１、２２と、この圧縮空気口２１、２２に切替弁２３
を介して圧縮空気の給排気方向を切替え可能に接続され
た圧縮空気管２４とから構成されている。

【００１９】しかして、上記した実施形態にかかる高圧
純水発生装置の基本動作は、空圧駆動部１８のシリンダ
室１９に対し、圧縮空気口２１、２２から切替弁２３を
介して圧縮空気を給排気することにより、プランジャー
３を駆動し、純水吸込管６から超純水を吸込み、これを
圧縮して純水吐出管８から高圧純水として吐出すること
であり、この動作を繰り返す途中で装置を停止する時
は、超純水の吸込みを完了した状態で停止し、待機状態
となる。この超純水の吸込時と吐出のための圧縮時に、
プランジャー３が上下動し、これによってプランジャー
３とシールリング９とが接触摩擦するため、パーティク
ルＰが発生することになる。

【００２０】特に、超純水の圧縮時に発生したパーティ
クルＰは、図３に示すようにプランジャー３の側面に付
着したり、シリンダー２とプランジャー３間のギャップ
Ｇ内に浮遊した状態で上部タンク４内に滞留することに
なる。このパーティクルＰは、主として超純水の吸込時
にオーバーフロー用排水口１０からオーバーフローする
超純水に伴われ、逆止弁１１及び二方切替弁１２を介し
て吐出時オーバーフロー管１４から排出される。

【００２１】図３はプランジャー３が上死点から僅かに
下がった位置にある状態を示し、このときプランジャー
３の側面にはパーティクルＰが付着している。また、シ
リンダー２とプランジャー３間のギャップＧ内にも多く
のパーティクルＰが浮遊している。この状態からプラン
ジャー３が下降することによって、高圧純水発生装置の
吸込み工程が開始される。図４中の破線で示されたプラ
ンジャー３は、超純水の吸込み工程の途中状態にあり、
この状態で超純水の一部は、図４中の矢印方向に流れ、
オーバーフロー用排水口１０、逆止弁１１、二方切替弁
１２及び第１絞り弁１３を介して吐出時オーバーフロー
管１４からオーバーフロー排水される。

【００２２】この際、第１絞り弁１３の絞り量を略全開
に近い状態に設定しておくことによって、パーティクル
Ｐを略完全に排出するに十分な量の超純水をオーバーフ
ロー排水することができる。このように十分な量の超純
水をオーバーフロー排水することによって、プランジャ
ー３の側面に付着していたパーティクルＰやシリンダー
２とプランジャー３間のギャップＧ内に浮遊していたパ
ーティクルＰの殆どを、図４に示す吸込み工程終了時
（待機時）までにオーバーフローされる超純水ととも
に、上部タンク４内から排出することができる。従っ
て、待機工程が終わって圧縮工程に入る時に、プランジ
ャー３の下死点付近にパーティクルＰが殆ど滞留してい
ない状態とすることができる。逆止弁１１は、この間に
パーティクルＰを含むオーバーフロー排水が逆流するの
を防止する作用をなしている。

【００２３】また、上部タンク４の容量は、一般的にウ
ェーハを一回洗浄するに要する超純水量に対して十分な
余裕を持っており、しかもウェーハを一回洗浄する際に
移動するプランジャー３のストロークはシリンダー２の
全ストロークより十分に短く設定されていることから、
実際にウェーハの洗浄に使用されるのは、パーティクル
Ｐの滞留していない上部タンク４の上方部に存在してい
る超純水のみとなるため、圧縮工程でジェットノズルか
らパーティクルＰが排出されることは殆どなくなり、ウ
ェーハ表面にパーティクルＰが付着することに起因する
ウェーハダストの発生を防止し、製品の歩留りを大幅に
向上させることができる。

【００２４】更に、超純水の吸込み時と待機時には、第
１絞り弁１３の絞り量を略全開に近い状態に設定してお
くことによって、オーバーフロー排水量を十分に確保す
ることができるため、パーティクルＰの排出効率を十分
高くすることができる。一方、圧縮時には、第２絞り弁
１５の絞り量を略全閉に近い状態に絞っておくことによ
り、オーバーフロー排水量を微量に止めることができる
ため、超純水の無駄な消費を抑制することができる。特
に、第１絞り弁１３及び第２絞り弁１５がそれぞれ可変
式のため、それによって超純水のオーバーフロー排水量
を最適に調整することとができ、超純水の消費量を最小
限に抑えながら、効率よくパーティクルをオーバーフロ
ー排出することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、本発明に
かかる高圧純水発生装置によると、プランジャーとシー
ルリングとの接触摩擦により発生するパーティクルを、
吸込時オーバーフロー管の第２絞り弁の絞り量を適切に
設定しておくことにより、超純水の吸込時と待機時にオ
ーバーフロー用排水口から、超純水とともに効率よく排
出することができるので、パーティクルの滞留が殆どな
い状態にして圧縮工程に入ることができる。このため、
パーティクル汚染の極めて少ないクリーンな超純水のみ
を吐出して洗浄用に供することができ、パーティクル付
着による製品の歩留り低下を防止することができる。

【００２６】また、オーバーフロー用排水口をプランジ
ャー下死点より下方に設けておくことによって、プラン
ジャーの下死点付近に滞留しているパーティクルを略完
全に排出することができるため、パーティクルが混じっ
た超純水が吐出されることに起因する製品の歩留り低下
を略解消でき、装置の性能及びそれにより処理される製
品の品質に関する信頼性を一層向上させることができ
る。

【００２７】更に、本発明にかかる高圧純水発生方法に
よると、吐出時オーバーフロー管中の第１絞り弁と吸込
時オーバーフロー管中の第２絞り弁の絞り量をそれぞれ
適切に設定することによって、超純水のオーバーフロー
排水量を最適の状態に調整することができるため、パー
ティクルの排出効率を高めるとともに、超純水の無駄な
消費を抑制しながら、高圧純水を吐出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる高圧純水発生装置の
構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施形態にかかる高圧純水発生装置の
シリンダー上部の構成を示す拡大断面図である。

【図３】本発明の実施形態にかかる高圧純水発生装置の
プランジャーが上死点付近にある状態のシリンダー上部
を示す拡大断面図である。

【図４】本発明の実施形態にかかる高圧純水発生装置の
プランジャーが下死点付近にある状態のシリンダー上部
を示す拡大断面図である。

【図５】従来の高圧噴射洗浄システムの概念図である。

【図６】従来の高圧純水発生装置のシリンダー上部の構
成を示す拡大断面図である。

【図７】従来の高圧純水発生装置の別の実施例のシリン
ダー上部の構成を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１…水圧部、２…シリンダー、３…プランジャー、５…
逆止弁、６…純水吸込管、７…逆止弁、８…純水吐出
管、１０…オーバーフロー用排水口、１１…逆止弁、１
２…二方切替弁、１３…第１絞り弁、１４…吐出時オー
バーフロー管、１５…第２絞り弁、１６…吸込時オーバ
ーフロー管、１８…空圧駆動部、Ｇ…ギャップ、Ｐ…パ
ーティクル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダー、同シリンダー内を往復動す
   るプランジャー、前記シリンダー上部に逆止弁を介して
   連なる純水吸込管及び前記シリンダー上部に逆止弁を介
   して連なる純水吐出管からなる水圧部と、前記プランジ
   ャーを駆動する駆動部とを備え、前記純水吸込管から吸
   込んだ純水を前記純水吐出管から高圧純水として吐出す
   る高圧純水発生装置において、 前記シリンダーと前記プランジャー間に所定のギャップ
   を設けるとともに、前記シリンダー下部の前記プランジ
   ャー下死点付近にオーバーフロー用排水口を設け、同オ
   ーバーフロー用排水口に逆止弁及び二方切替弁を介し
   て、第１絞り弁を有する吐出時オーバーフロー管と、第
   ２絞り弁を有する吸込時オーバーフロー管とを接続して
   なることを特徴とする高圧純水発生装置。
2. 【請求項２】 前記オーバーフロー用排水口を前記シリ
   ンダー下部の前記プランジャー下死点より下方に設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の高圧純水発生装置。
3. 【請求項３】 前記第１絞り弁を絞り込むとともに、前
   記第２絞り弁を緩めに調整し、純水の吸込時にオーバー
   フロー用排水口からオーバーフローする純水の量を多く
   し、高圧純水の吐出時にオーバーフロー用排水口からオ
   ーバーフローする純水の量を少なくして高圧純水を発生
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧純水
   発生装置を用いた高圧純水発生方法。