JP2006247563A

JP2006247563A - 洗浄方法及び洗浄装置

Info

Publication number: JP2006247563A
Application number: JP2005069423A
Authority: JP
Inventors: Yuurikei Yamano; 友里恵山野; Takeyoshi Den; 建順傳; Ko Hatakeyama; 耕畠山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】小型化ができ、かつ制御が容易になる洗浄装置及び被洗浄部材の表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率的に除去できる洗浄方法を提供する。
【解決手段】被洗浄部材を収納した洗浄槽（１）内に、液体の洗浄溶媒を供給し、被洗浄部材（Ｗ）と液体の洗浄溶媒とを接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第１洗浄工程と、上記洗浄槽内に供給された液体の洗浄溶媒を、密閉状態において加熱することにより超臨界流体として、被洗浄部材に接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第２洗浄工程とを有する被洗浄部材の洗浄方法とした。また、この洗浄方法を実現させるために、当該洗浄槽より高位置に液体ボンベ（２）が配設され、かつ、被洗浄部材を洗浄溶媒に接触させる接触手段を有する当該洗浄槽（１）の外周部又は内部に、液体の洗浄溶媒を加熱して超臨界流体とする加熱手段（４）が備えられている洗浄装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被洗浄部材を、洗浄溶媒を用いて液体及び超臨界流体により洗浄するための洗浄方法及び洗浄装置に関するものである。

従来から、半導体ウェハ、ＬＳＩ基板、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の精密部品及びこれらの加工工程に用いられる部材（例えばフィルター等）等の被洗浄部材を洗浄するための各種の洗浄装置が開発されている。
このような中、特に液体の洗浄剤では除去し難い被洗浄部材に含浸している不純物や、浸透するものの流動による洗浄が期待できない狭隘な隙間に付着した不純物を除去することができる、超臨界流体を利用した洗浄装置が提案されている。

この超臨界流体を利用した洗浄装置は、一般に、図３に示すように、被洗浄部材Ｗを収納する洗浄槽１と、被洗浄部材を洗浄するための洗浄溶媒が充填されている液体ボンベ２と、この液体ボンベの供給口から洗浄槽内まで洗浄溶媒を供給するための供給管３とが備えられている。この供給管３には、液体ボンベ２側から洗浄槽１側に順次、開閉弁３１と、冷却器３２と、送液ポンプ３３と、液体の洗浄溶媒を超臨界流体とするための加熱器３４とが設けられている。
そして、洗浄槽１の外周部には、内部に供給された超臨界流体を保温するための保温手段６が設けられており、洗浄槽１には、超臨界流体を外部に排出する減圧弁５１を介装した配管５が連結されている。

この洗浄装置においては、送液ポンプ３３により、洗浄溶媒を液体ボンベ２から供給管３を通じて加熱器３４に送り、超臨界流体とした後に、洗浄槽１内へ供給して、内部の被洗浄部材を洗浄している。なお、液体の洗浄溶媒中に混入した気泡による送液ポンプ３３の動作の不具合を防ぐため、送液ポンプ３３の前段には、冷却器３２を介装して、洗浄溶媒を完全に液化している。

しかしながら、この装置においては、送液ポンプ３３、加熱器３４、冷却器３２を要し、大型化して、稼働に際し高いエネルギーを必要とするのみならず、装置及び制御が複雑化するという問題があった。
さらに、超臨界流体によって、不純物を洗浄することができても、被洗浄部材の表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率的に洗浄できるとはいえないという問題があった。

なお、この種の超臨界流体を利用した洗浄装置としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００４−１９３２３１号公報

このため本発明は、小型化及び単純化ができ、かつ制御が容易になる洗浄装置及び被洗浄部材の表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率的に除去できる洗浄方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被洗浄部材を収納した洗浄槽内に、液体の洗浄溶媒を供給し、被洗浄部材と液体の洗浄溶媒とを接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第１洗浄工程と、上記洗浄槽内に供給された液体の洗浄溶媒を、密閉状態において加熱することにより超臨界流体として、被洗浄部材に接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第２洗浄工程とを有することを特徴とする被洗浄部材の洗浄方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の洗浄方法において、前記洗浄溶媒として二酸化炭素を供給し、前記第２洗浄工程においては、洗浄槽内を温度３１．０６℃以上、圧力７４．８ａｔｍ以上にして上記被洗浄部材に接触させる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の洗浄方法により洗浄する洗浄装置であって、被洗浄部材が収納される洗浄槽と、この洗浄槽より高位置に配設されて内部に液体の二酸化炭素を充填した液体ボンベと、この液体ボンベの供給口から上記液体の二酸化炭素を上記洗浄槽内へ供給する供給配管と、上記洗浄槽内の超臨界流体を洗浄槽外へ排出する減圧弁が介装された排出管とを備えてなり、かつ、当該洗浄槽は、その内部に、上記被洗浄部材を洗浄溶媒に接触させることにより洗浄する接触手段が備えられており、その外周部又は内部には、液体の洗浄溶媒を加熱して超臨界流体とする加熱手段が備えられている。

上述の請求項１に記載の発明によれば、第１洗浄工程において、被洗浄部材を液体の洗浄溶媒に接触させて、表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率よく除去することができる。

また、上記第２洗浄工程においては、洗浄槽内の液体の洗浄溶媒を加熱することにより発生した気泡を被洗浄部材に接触させて、再度表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率よく除去することができる。

さらに、第２洗浄工程においては、液体の洗浄溶媒を超臨界流体として、被洗浄部材に含浸させ、又はその狭隘な隙間に接触させるため、第１工程において液体の洗浄溶媒により洗浄し難い被洗浄部材に含浸した不純物又はその狭隘な隙間に付着した不純物を除去することができる。

請求項２に記載の発明によれば、洗浄溶媒として液体の二酸化炭素を用いたため、室温に近い温度で超臨界流体にすることができる。また、二酸化炭素の臨界点近傍における拡散係数が、液体の状態の１００倍以上であるため、高い洗浄効果を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、１台の洗浄装置により、上記請求項１又は２に記載の洗浄方法を用いて、液体の洗浄溶媒による洗浄及び超臨界流体とした洗浄溶媒による洗浄を行うことができる。

また、液体ボンベを洗浄槽より高位置に配設したため、重力及び内圧を利用して液体の洗浄溶媒を洗浄槽に供給することができ、送液ポンプを不要とする。さらに、洗浄槽の外周部又は内部に、液体の洗浄溶媒を加熱して超臨界流体とする加熱手段が備えられているため、液体のまま洗浄槽に供給することができ、加熱器及び冷却器を不要とする。これにより、洗浄装置の小型化、単純化及び低廉化を図ることができるのみならず、制御を容易にすることができる。

本発明に係る洗浄装置の一実施形態を、図１を用いて説明する。
本実施形態における洗浄装置は、被洗浄部材Ｗとしての精密部品を収納した洗浄槽１と、この洗浄槽に洗浄溶媒を供給するための液体ボンベ２と、供給管３とにより概略構成されている。さらに、洗浄槽１内の液体の洗浄溶媒を加熱し、超臨界流体とするための加熱手段４と、超臨界流体を洗浄槽外へ排出する排出管５とが設けられている。

この洗浄槽１は、容器部１１と、取り外し可能な蓋部１２とが設けられており、内部には、精密部品Ｗを収納する編目構造等の洗浄かご１５が設けられている。この洗浄かご１５の底部から洗浄槽１外部へ回転軸１４が設けられ、この洗浄槽１外部に位置する回転軸１４の下端に連接して回転モータ１３が設けられている。この洗浄かご１５と、回転軸１４と、洗浄かご１５及び回転軸１４を回転可能とする回転モータ１３とにより接触手段が構成されている。

上記液体ボンベ２は、その内部に洗浄溶媒として液体の二酸化炭素が充填されており、供給口を下側にして、洗浄槽１より高位置に配置されている。
また、上記供給管３は、液体ボンベ２内部から蓋部１２を挿通して洗浄槽１内へと設けられており、洗浄槽１外において開閉弁３１が介装されている。この開閉弁３１を開口するための、制御装置（図示を略す）が設けられている。

上記加熱手段４として、好ましくは熱媒が用いられるが、マイクロ波等も用いることができる。この熱媒は、２００℃まで昇温して、容器部１１の周囲に螺旋状に設けられている。なお、マイクロ波を用いた場合には、水等の誘電体を少量洗浄槽１内に添加することが望ましい。

また、上記排出管５は、開閉可能な減圧弁５１が介装されており、超臨界流体を外部へ排出するように洗浄槽１から洗浄槽１外部へと設けられている。

次に、上述の洗浄装置の作用とともに、本発明の洗浄方法の一実施形態について図２を用いて説明する。

先ず、洗浄槽１の蓋部１２を取り外し、洗浄かご１５内に、被洗浄部材として精密部品Ｗを収納する。次いで、蓋部１２を容器部１１に取り付け、密閉する。

その後、常温常圧下において開閉弁３１を開口して、液体の二酸化炭素を重力及び内圧により、液体ボンベ２から供給管３を経由して洗浄槽１内に供給する。

すると洗浄槽１内では、液体の二酸化炭素が５ｍ／秒以上の高速流体となって噴出して、精密部品Ｗに接触する。これにより、精密部品Ｗの表面に強いせん断力を生じさせて、洗浄容易な部分に付着した不純物を効率的に除去しながら、図２（ａ）に示すように精密部品Ｗが完全に浸かる程度にまで液体の二酸化炭素が洗浄槽１内に供給される。

次に、開閉弁３１を閉鎖してから、制御装置（図示を略す）により、回転モータ１３を３０ｒｐｍ以上の速度で作動させて、回転軸１４及び回転かご１５を回転させる。これにより、液体の二酸化炭素を攪拌し、精密部品Ｗと液体の二酸化炭素とを接触させて、再度精密部品Ｗの表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率よく除去して、第１洗浄工程が終了する。この際、洗浄槽１内は、常温かつ液体ボンベの内圧以上の状態であり、より詳しくは５０ａｔｍ以上１００ａｔｍ以下の状態である。

なお、精密部品Ｗの表面等に付着した不純物の量が多い場合には、洗浄槽１内を減圧して、洗浄槽１内の液体の二酸化炭素を外部へ排出し、再度第１洗浄工程を繰り返してもよい。

次いで、第２工程へ移行し、開閉弁３１が閉鎖した状態において、加熱手段４により液体の二酸化炭素を加熱することにより発生した気泡を精密部品Ｗと接触させて、再度表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を除去しながら、３１．０６℃以上、７４．８ａｔｍ以上、好ましくは１００ａｔｍ以上２００ａｔｍ以下とする。

すると、液体の二酸化炭素は、図２（ｂ）に示すように気液２層の状態を経て、室温に近い臨界温度３１．０６℃以上及び臨界圧力７４．８ａｔｍ以上において図２（ｃ）に示すように超臨界流体となる。この超臨界二酸化炭素は、溶液の１００倍以上の拡散係数を有するため、精密部品Ｗに含浸し、又はその狭隘な隙間に接触する。

そして、上記温度及び圧力の状態を３分以上保持して、液体の二酸化炭素では除去し難い上記精密部品Ｗに含浸していた又はその狭隘な隙間に付着していた不純物を除去して第２洗浄工程が終了する。第２洗浄工程終了後、制御装置により減圧弁５１を開口させ、洗浄槽１内を減圧し、精密部品Ｗを取り出す。

以上のようにして、一台の洗浄装置により、二酸化炭素を利用して、液体による洗浄及び超臨界流体による洗浄を繰り返し行う。

上述の洗浄装置によれば、重力及び内圧により液体の二酸化炭素を液体ボンベ２から供給管３を経由して洗浄槽１内に供給するため、送液ポンプが不要となり、洗浄装置が小型化及び単純化でき、設備費用も低廉化する。

さらに、洗浄槽１の容器部１１の外周部又は内部に加熱手段４が螺旋状に設けられているため、供給管３には、加熱器及び冷却器が不要となる。よって、上述の送液ポンプが不要であることと併せて、洗浄装置が小型化及び単純化でき、設備費用が低廉化できるのみならず、制御も容易になる。

上述の洗浄方法によれば、第１洗浄工程において、精密部品Ｗを密度の高い液体の二酸化炭素と接触させることにより、表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率よく除去することができる。

また、第２洗浄工程においては、洗浄槽１内の液体の二酸化炭素を加熱することにより発生した気泡を精密部品Ｗに接触させて、表面等の洗浄容易な部分に付着した不純物を効率よく除去することができる。

さらに、上記第２洗浄工程において、液体の二酸化炭素を超臨界流体として、精密部品Ｗに含浸させ、又はその狭隘な隙間に接触させるため、第１工程において液体の洗浄溶媒により洗浄し難い精密部品Ｗに含浸した不純物又はその狭隘な隙間に付着した不純物を除去することができる。

さらには、洗浄溶媒として二酸化炭素を用いたため、室温に近い温度で超臨界流体にすることができる。その上、二酸化炭素は、超臨界流体の臨界点近傍における拡散係数が、液体の状態の１００倍以上であるため、高い洗浄効果を得ることができる。

また、上述の洗浄方法の実施形態においては、洗浄溶媒として二酸化炭素を用いたが、エタン、プロパン、フロンガス等の安定で、かつ、容易に超臨界状態をつくることができると共に、臨界温度が室温に近く、加熱操作が容易である各種の流体を好適に使用することができる。
さらにまた、上述の洗浄装置の実施形態においては、接触手段として洗浄かご１５を用いたが、攪拌機を用いてもよい。

本発明の洗浄装置の一実施形態を示した側面模式図である。本発明の洗浄方法の一実施形態について示した断面模式図であり、（ａ）は第１洗浄工程における洗浄槽内の断面模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第２洗浄工程における洗浄槽内の断面模式図である。従来の洗浄装置の一実施形態を示した側面模式図である。

符号の説明

Ｗ・・・精密部品（被洗浄部材）
１・・・洗浄槽
２・・・液体ボンベ
３・・・供給管
４・・・加熱手段
５・・・排出管
１１・・・容器部
１２・・・蓋部
１３・・・回転モータ
１４・・・回転軸
１５・・・洗浄かご

Claims

被洗浄部材を収納した洗浄槽内に、液体の洗浄溶媒を供給し、被洗浄部材と液体の洗浄溶媒とを接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第１洗浄工程と、上記洗浄槽内に供給された液体の洗浄溶媒を、密閉状態において加熱することにより超臨界流体として、被洗浄部材に接触させることにより、上記被洗浄部材を洗浄する第２洗浄工程とを有することを特徴とする被洗浄部材の洗浄方法。
前記洗浄溶媒として二酸化炭素を供給し、前記第２洗浄工程においては、洗浄槽内を温度３１．０６℃以上、圧力７４．８ａｔｍ以上にして上記被洗浄部材に接触させることを特徴とする請求項１に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
請求項１又は２に記載の洗浄方法により洗浄する洗浄装置であって、
被洗浄部材が収納される洗浄槽と、
この洗浄槽より高位置に配設されて内部に液体の二酸化炭素を充填した液体ボンベと、
この液体ボンベの供給口から上記液体の二酸化炭素を上記洗浄槽内へ供給する供給配管と、
上記洗浄槽内の超臨界流体を洗浄槽外へ排出する減圧弁が介装された排出管とを備えてなり、かつ、
当該洗浄槽は、その内部に、上記被洗浄部材を洗浄溶媒に接触させることにより洗浄する接触手段が備えられており、その外周部又は内部には、液体の洗浄溶媒を加熱して超臨界流体とする加熱手段が備えられていることを特徴とする洗浄装置。