JP2007027239A - 洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被洗浄物の埃や水分を有機溶剤で洗浄した際に、被洗浄物に付着した有機溶剤を取り除く有機洗浄において、有機洗浄剤の洗浄力が低下することを防止できる洗浄装置及び洗浄方法を提供する。
【解決手段】 洗浄槽２において被洗浄物１２が洗浄された際に被洗浄物１２に付着した第１の有機溶剤１５は、洗浄槽３において第２の有機溶剤１６により除去される。洗浄槽３は、分離槽４と送液管５及び６により連通されており、洗浄槽３から分離槽４に第１の有機溶剤１５が混合した第２の有機溶剤１６が送られるとともに、分離槽４から洗浄槽３に第１の有機溶剤１５が分離された第２の有機溶剤１６が導入される。分離槽４では、洗浄槽３から導入された第２の有機溶剤１６に、第２の有機溶剤１６に比べて第１の有機溶剤１５との親和性に優れる薬液１７が添加され、第２の有機溶剤１６から第１の有機溶剤１５が分離される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハや光学部品、電子部品、精密機械部品等の洗浄を行う洗浄装置及び洗浄方法に関する。

ＣＣＤ等の半導体集積回路の組立工程では、シリコン基板上に形成され、チップに分割された素子（以下、半導体チップという。）が、樹脂やセラミックス等のパッケージに封止される。このとき、半導体チップはパッケージを構成する台座に接着され、当該半導体チップ上の端子とパッケージの端子とが金線により電気的に接続される。

特に、半導体チップがＣＣＤのような撮像素子である場合、パッケージの一部が、撮像素子に光を導入するための硝子板等の透光性部材により構成されており、上記金線による結線が完了した後に当該透光性部材が接着され、撮像素子のパッケージ封止が完了する。

このとき、撮像素子上に埃が存在すると、撮像素子への入射光が埃により遮断されるため、撮像素子は正確な光電変換を行うことができなくなる。また、パッケージ材料が大気中の水分を吸収している場合、撮像素子をパッケージ封止した後に、撮像素子の表面や透光性部材のパッケージ内面側に結露が生じることがある。この場合も、撮像素子への入射光は水滴により散乱されるため、正確な光電変換ができなくなる。

当然のことながら、透光性部材が接着され、撮像素子がパッケージ封止された後では、パッケージ内の埃や水分を除去することはできない。このため、通常、前記透光性部材を接着して撮像素子を完全に封止する直前に、洗浄や乾燥によって埃と水分が除去されている（いわゆる、水切り洗浄）。

この種の洗浄を行う水切り洗浄装置では、被洗浄物を洗浄剤が収容された洗浄槽に浸漬したり、洗浄槽を加熱することにより発生させた蒸気に被洗浄物を接触させたりすることにより水切り洗浄が実施される。しかしながら、被洗浄物に接触した洗浄剤は水分を含有するため、当該洗浄剤が洗浄槽に混入すると、洗浄槽内の洗浄剤の濃度が低下し、洗浄力が低下してしまう。このような洗浄力の低下を避けるため、例えば、被洗浄物に接触した洗浄剤を洗浄槽に混入させることなく廃棄する手法や、水と洗浄剤との比重差を利用して洗浄剤中に混入した水分を分離して水分のみを廃棄する手法、あるいは、被洗浄物を洗浄槽へ搬送する搬送手段の駆動回数を計数することで洗浄剤の濃度低下を予測し、前記計数値が設定値に達したときに洗浄剤を廃棄して新たな洗浄剤を供給する手法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特開平１１−３５１７４７号公報 特開２０００−７０６０５号公報 特開昭６２−４５１２７号公報

しかしながら、上述の水切り洗浄では、被洗浄物から埃や水分を除去するためにイソプロピルアルコール（Iso Propyl Alcohol：以下、ＩＰＡという）等の有機溶剤が使用されるが、このような洗浄が実施された被洗浄物の表面にはＩＰＡが付着残留する。このように被洗浄物の表面に残留したＩＰＡを除去するために、ＩＰＡにより洗浄された被洗浄物を他の有機溶剤を洗浄剤として洗浄することも行われている。このとき、被洗浄物に接触した洗浄剤にはＩＰＡが含有されているため、当該被洗浄物に接触した洗浄剤が、洗浄剤が収容されている洗浄槽に混入すると、上述した水が混入した洗浄剤と同様に、洗浄剤の洗浄力が低下してしまう。

このように有機溶剤を除去する洗浄剤として有機溶剤が使用される場合であっても、上記従来の被洗浄物に接触した洗浄剤を廃棄する手法や、洗浄槽内の洗浄剤が一定の濃度以下となった場合に洗浄剤を交換する手法を適用することにより、洗浄力の低下を回避することは可能である。しかしながら、これらの手法では、洗浄剤のコストがかさむ上、洗浄剤の交換作業中は洗浄装置を稼動することができないため、洗浄工程のスループットが低下する。したがって、これらの手法は、洗浄工程のコストを増大させてしまう。

また、洗浄剤中の水分のみを水分離機等で分離し、洗浄剤の濃度低下を回避する手法は、水分離機では水以外を洗浄剤から分離することはできない。このため、有機溶剤を除去するための洗浄剤に混入したＩＰＡを分離することができず、洗浄剤の洗浄力は低下してしまう。

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、被洗浄物の埃や水分を有機溶剤で洗浄した際に、前記被洗浄物に付着した有機溶剤を取り除く目的で行う洗浄において、洗浄剤の濃度を維持し、洗浄力の低下を防ぐことができる洗浄装置及び洗浄方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る洗浄装置は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明に係る洗浄装置は、有機溶剤により被洗浄物の洗浄を行う洗浄装置を前提としている。そして、本発明に係る洗浄装置は、洗浄槽と分離槽とを備えている。洗浄槽には、前記第１の有機溶剤と混合可能な第２の有機溶剤が収容されており、第１の有機溶剤により洗浄された被洗浄物が導入される。また、分離槽では、前記第１の有機溶剤が混合した前記第２の有機溶剤に、前記第２の有機溶剤に比べて前記第１の有機溶剤との親和性に優れる薬液を添加することにより、前記第２の有機溶剤から前記第１の有機溶剤が分離される。

さらに、洗浄槽と分離槽とは循環手段によって連結されており、当該循環手段は、洗浄槽から分離槽に第１の有機溶剤が混合した第２の有機溶剤を導入するとともに、分離槽から洗浄槽に第１の有機溶剤が分離された第２の有機溶剤を還流させる。

このとき、上記薬液の比重と上記第２の有機溶剤の比重との差により、分離槽内の液体が、薬液と第１の有機溶剤との混合物を主成分とする液層と、第２の有機溶剤を主成分とする液層とに分離される構成であることが好ましい。また、上記分離槽は、上記薬液の添加に従って、薬液と第１の有機溶剤との混合物を主成分とする上記液層の液体を分離槽の外部に排出する排出手段を備えてもよい。

また、上記洗浄槽は、第２の有機溶剤の蒸気を生成する手段を備え、被洗浄物に付着した第１の有機溶剤の除去は、第２の有機溶剤の蒸気雰囲気中に被洗浄物を位置させることにより実施することが好ましい。さらに、上記洗浄装置は、被洗浄物が第１の有機溶剤に浸漬される洗浄槽を備えてもよい。

以上の構成は、例えば、上記第１の有機溶剤がアルコールであり、上記第２の有機溶剤がハイドロフルオロエーテルであり、上記薬液が水であるときに実現することができる。

一方、他の観点では、本発明は上記構成を有する洗浄装置への適用に好適な洗浄方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る洗浄方法は、第１の有機溶剤により被洗浄物を洗浄する工程と、第２の有機溶剤が収容された洗浄槽において、第２の有機溶剤により前記被洗浄物に付着した第１の有機溶剤を除去する工程を有し、以上の工程により、第２の有機溶剤に含有された第１の有機溶剤を、第２の有機溶剤に比べて第１の有機溶剤との親和性に優れる薬液を添加することにより、第２の有機溶剤から第１の有機溶剤を分離除去した後、当該第２の有機溶剤を洗浄槽に還流させる。

本発明によれば、第１の有機溶剤により洗浄された被洗浄物に付着した第１の有機溶剤を、第２の有機溶剤を使用して洗浄する際に、第２の有機溶剤に混入する第１の有機溶剤を連続的に第２の有機溶剤から分離し、排出することで、第２の有機溶剤の濃度を維持し、洗浄力が低下することを防止することができる。

以下、本発明に係る洗浄装置及び洗浄方法の一実施形態を、上述の撮像素子の洗浄工程に適用した事例に基づいて、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る洗浄装置の構成を示す概略構成図である。図２は、図１における洗浄槽２の拡大図であり、図３は、図１における蒸気洗浄槽３及び分離槽４の拡大図である。

図１に示すように、本実施形態の洗浄装置１は、洗浄槽２と蒸気洗浄槽３と分離槽４とを備える。ここで、洗浄槽２にはＩＰＡ１５（第１の有機溶剤）が収容され、蒸気洗浄槽３及び分離槽４には、ハイドロフルオロエーテル１６（第２の有機溶剤）が収容されている。ここで、ハイドロフルオロエーテル（Hydro Fluoro Ether：以下、ＨＦＥという。）とは、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、及び、炭素（Ｃ）からなるエーテルである。例えば、化学式がＣ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃（スリーエム製 ＨＦＥ−７１００等）や、Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅（スリーエム製 ＨＦＥ−７２００等）で示されるハイドロフルオロエーテルを使用することができる。

また、蒸気洗浄槽３と分離槽４との間は、蒸気洗浄槽３の中間程度の高さで送液管５により連通され、また、蒸気洗浄槽３の底部近傍の高さで送液管６により連通されている。そして、蒸気洗浄槽３には、送液管５の上端以上の高さまでＨＦＥ１６が収容され、分離槽４には、ＨＦＥ１６と後述する混合物１８とが、送液管５の上端以上の高さまで収容されている。

また、図１の事例では、送液管５は、送液管５内の液体を蒸気洗浄槽３から分離槽４の方向に送出するポンプ９を備えている。そして、当該ポンプ９を駆動することにより、蒸気洗浄槽３内のＨＦＥ１６は、送液管５を通じて蒸気洗浄槽３から分離槽４に送り込まれ、分離槽４内のＨＦＥ１６は、ポンプ９により分離槽４の上部に送り込まれたＨＦＥ１６により、送液管６を通じて分離槽４から蒸気洗浄槽３に送出される。

さて、図１に示すように、被洗浄物１２はメッシュの籠状の洗浄用治具１１に収納され、搬送装置１０により洗浄装置１の内部を、洗浄槽２、蒸気洗浄槽３の順で搬送され各洗浄槽において洗浄が実施される。本実施形態では、洗浄槽２において、被洗浄物１２に付着している埃や水分が除去され、蒸気洗浄槽３において、洗浄槽２での洗浄の際に被洗浄物１２に付着した洗浄剤が除去される。

搬送装置１０は、例えば、洗浄槽２と蒸気洗浄槽３との上方を通過するように配設されたレールと、当該レールに沿って移動する自走装置（図示せず）とにより構成される。本実施形態では、自走装置がワイヤの巻取り装置を備えており、当該巻取り装置を正転、または逆転させることにより、ワイヤの先端に装着された洗浄用治具１１を、各洗浄槽間を移動する際の移動位置と、各洗浄槽において洗浄が行われる洗浄位置とに渡って昇降できるように構成されている。

図２に示すように、洗浄槽２は、その上部に、揮発したＩＰＡ１５が洗浄槽２の外部に放散することを防止するとともに、洗浄槽２の外部から、例えば、蒸気洗浄槽３において生成されるＨＦＥ蒸気１６ａ（後述する）等の不純物が進入することを防止する蓋２１を備えている。当該蓋２１は、搬送手段１０が、洗浄用治具１１を洗浄槽２に対して出し入れする際に、洗浄槽２の上部を閉塞状態とする閉位置（図２に破線で示す）から、例えば、洗浄槽２の側壁の上端を支点として中央部から両側方に開き、洗浄槽２の上部を開放状態とする開位置（図２に実線で示す）に自動的に移動するように構成される。また、蓋２１が閉位置にある場合でも、洗浄槽２内で洗浄用治具１１を昇降させることができるように、蓋２１は、中央部に上記ワイヤが通過可能な開口を備えている。

搬送装置１０は、まず、被洗浄物１２を収納した洗浄用治具１１を上記移動位置（図２に実線で示す）に保持した状態で、洗浄槽２の上方まで搬送する。このとき、洗浄槽２の蓋２１は開位置にある。

被洗浄物１２が洗浄槽２の上方に到達すると、蓋２１が開位置に移動するとともに、搬送装置１０が洗浄用治具１１をＩＰＡ１５に浸漬する洗浄位置（図２に破線で示す）まで下降させる。このとき、蓋２１は、洗浄用治具１１が洗浄槽２に収容された時点で閉位置に移動する。

次に、搬送装置１０は、洗浄用治具１１をＩＰＡ１５に浸漬した状態で、例えば、上下方向に揺動させる。これにより、被洗浄物１２に付着していたパッケージ材料である樹脂やセラミックス、撮像素子の材料であるシリコンの小片等の埃、及び、パッケージに付着している水分が被洗浄物１２に接触したＩＰＡにより除去される。

上記洗浄用治具１１の揺動が所定時間継続され、洗浄槽２における被洗浄物１２の洗浄が完了すると、蓋２１が開位置に移動し、搬送装置１０が洗浄用治具１１を上記移動位置まで上昇させる。このとき、蓋２１は洗浄用治具１１が洗浄槽２から搬出された時点で、閉位置に移動する。

続いて、搬送装置１０は、洗浄用治具１１を、上記移動位置に保持した状態で蒸気洗浄槽３の上方まで搬送する。

蒸気洗浄槽３は、その周囲にヒータ等の加熱手段（図示せず）を備えており、内部に収容されたＨＦＥ１６を加熱することでＨＦＥ蒸気１６ａを生成する。そして、図３に示すように、蒸気洗浄槽３のＨＦＥ１６で満たされていない空間に、ＨＦＥ蒸気１６ａを充満させている。また、蒸気洗浄槽３は、ＨＦＥ蒸気１６ａが蒸気洗浄槽２の外部に放散することを防止するとともに、蒸気洗浄槽３の外部から、例えば、洗浄槽２から揮発したＩＰＡ等の不純物が進入することを防止する蓋３１を備えている。なお、当該蓋３１の構成は、洗浄槽２の蓋２１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

搬送装置１０により、被洗浄物１２を収納した洗浄用治具１１が、蒸気洗浄槽３の上方まで搬送されると、蒸気洗浄槽３の蓋３１が開位置（図３に破線で示す）に移動する。このとき、搬送装置１０が、洗浄用治具１１をＨＦＥ蒸気１６ａに曝される洗浄位置（図３３に実線で示す。）まで下降させると、蓋３１が閉位置（図３に実線で示す）に移動する。

次に、搬送装置１０は、洗浄用治具１１をＨＦＥ蒸気１６ａに曝した状態で所定時間保持する。これにより、被洗浄物１２の表面にＨＦＥが結露し、結露したＨＦＥが被洗浄物１２の表面に付着しているＩＰＡと混合しつつ流れ落ち、被洗浄物１２の表面に付着したＩＰＡが除去される。このとき、被洗浄物１２の表面から流れ落ちた、ＩＰＡを含有するＨＦＥ１９は、蒸気洗浄槽３に収容されているＨＦＥ１６に混入する。なお、図３では、説明のため、ＨＦＥ１６に混入したＩＰＡを白丸で示すとともに符号２０を付している。

また、蒸気洗浄槽３における洗浄が終了すると、蓋３１が開位置に移動する。そして、搬送装置１０は、洗浄用治具１１を上記移動位置（図３に破線で示す。）まで上昇させるとともに、洗浄用治具１１を当該移動位置に保持した状態で、洗浄装置１の外部まで搬送する。なお、蓋３１は、洗浄用治具１１が蒸気洗浄槽３から搬出された時点で閉位置に移動する。

一方、図３に示すように、蒸気洗浄槽３に収容されているＨＦＥ１６と、ＨＦＥ１６に混入したＩＰＡ２０はポンプ９により、送液管５を通じて分離槽４へ送り込まれる。

分離槽４は、底部付近に送水管８が設けられており、当該送水管８に形成された複数の噴出孔から純水１７（薬液）が、例えば、上方に向けて噴出されている。本実施形態では、送水管８から分離槽４内に噴出される純水１７の流量を、毎分０．２リットルとしている。

ＩＰＡ２０は親水性であるため、ポンプ９により分離槽４へ送り込まれたＨＦＥ１６に混入したＩＰＡ２０は、分離槽４に噴出された純水１７と混合し、純水とＩＰＡの混合物１８（以下、単に混合物１８という。）を形成する。そして、純水１７及び混合物１８はＨＦＥ１６よりも比重が小さいため、分離槽４内で上方に移動する。一方、疎水性でかつ純水１７や混合物１８よりも比重が大きいＨＦＥ１６は分離槽４内で下方へ移動する。

このようにして、分離槽４内の液体は、混合物１８の液層（上層）と、ＨＦＥ１６の液層（下層）との２層に分離する。さらに、分離槽４には、混合物１８が、送水管８から分離槽４内に導入された分量に応じてオーバフローするように、分離槽４内の上部に開口を備えた排出管７が設けられている。そして、ＨＦＥ１６に混入していたＩＰＡ２０は、排出管７を通じて純水１７とともに分離槽４の外部に排出される。

一方、分離槽４の下部に存在する、ＩＰＡ２０が除去されたＨＦＥ１６は、ポンプ９が蒸気洗浄槽３から分離槽４へ送り込まれたＩＰＡ２０を含有するＨＦＥ１６によって押し出され、送液管６を通じて蒸気洗浄槽３へ自然循環する。

以上のように、本発明に係る洗浄装置では、ＩＰＡ２０が混入し、濃度が低下したＨＦＥ１６が蒸気洗浄槽３から分離槽４に送出され、ＨＦＥ１６に混入したＩＰＡ２０が純水１７によって分離除去された後、濃度の高いＨＦＥ１６が分離槽４から蒸気洗浄槽３に送出される。このため、蒸気洗浄槽３のＨＦＥ１６の濃度は、常時９５％以上の高い濃度に維持され、洗浄力が低下することを抑制することができる。

なお、本発明は以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、薬液は純水に限定されるものではなく、第２の有機溶剤に比べて前記第１の有機溶剤との親和性に優れる薬液であれば任意の薬液を採用することができる。また、第２の有機溶剤は、第１の有機溶剤と混合可能であればよく、第１の有機溶剤は被洗浄物の洗浄が可能な有機溶剤であればよく、ＩＰＡに限定されるものではない。また、第１の有機溶剤が収容された洗浄槽が、第１の有機溶剤に混入した水分を分離除去する手段を備える構成であってもよい。

本発明は、被洗浄物に付着した有機溶剤を洗浄除去する際に、洗浄剤の洗浄力が低下することを抑制することができ、有機溶剤を使用する洗浄装置及び洗浄方法として有用である。

本発明の一実施形態を示す全体図。 本発明の一実施形態の洗浄槽を示す図。 本発明の一実施形態の蒸気洗浄槽と分離槽を示す図。

符号の説明

１ 洗浄上装置
２ 洗浄槽
３ 蒸気洗浄槽
４ 分離槽
５ 送液管
６ 送液管
７ 排出管
８ 送水管
１０ 搬送装置
１１ 洗浄用治具
１２ 被洗浄物
１５ イソプロピルアルコール（第１の有機溶剤）
１６ ハイドロフルオロエーテル（第２の有機溶剤）
１６ａ ハイドロフルオロエーテル蒸気
１７ 純水（薬液）
１８ 純水とイソプロピルアルコールの混合物
２０ イソプロピルアルコール

Claims (7)

1. 有機溶剤により被洗浄物の洗浄を行う洗浄装置において、
   第１の有機溶剤により洗浄された被洗浄物が導入されるとともに、前記第１の有機溶剤と混合可能な第２の有機溶剤が収容された洗浄槽と、
   前記第１の有機溶剤が混合した前記第２の有機溶剤に、前記第２の有機溶剤に比べて前記第１の有機溶剤との親和性に優れる薬液を添加することにより、前記第２の有機溶剤から前記第１の有機溶剤を分離する分離槽と、
   前記洗浄槽と前記分離槽とを連結し、前記洗浄槽から前記分離槽に前記第１の有機溶剤が混合した第２の有機溶剤を導入するとともに、前記分離槽から前記洗浄槽に前記第１の有機溶剤が分離された第２の有機溶剤を導入する循環手段と、
   を備えたことを特徴とする洗浄装置。
2. 前記薬液の比重と前記第２の有機溶剤の比重との差により、前記分離槽内の液体が、前記薬液と前記第１の有機溶剤との混合物を主成分とする液層と、前記第２の有機溶剤を主成分とする液層とに分離される請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記分離槽は、前記薬液の添加に従って、前記薬液と前記第１の有機溶剤との混合物を主成分とする液層の液体を前記分離槽の外部に排出する排出手段を備えた請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記洗浄槽が前記第２の有機溶剤の蒸気を生成する手段を備え、前記洗浄槽における前記被洗浄物に付着した第１の有機溶剤の除去が、前記第２の有機溶剤の蒸気雰囲気中に前記被洗浄物を位置させることにより実施される請求項１から３のいずれかに記載の洗浄装置。
5. 前記被洗浄物が前記第１の有機溶剤に浸漬される洗浄槽をさらに備えた請求項１から４のいずれかに記載の洗浄装置。
6. 前記第１の有機溶剤がアルコールであり、前記第２の有機溶剤がハイドロフルオロエーテルであり、前記薬液が水である請求項１から５のいずれかに記載の洗浄装置。
7. 有機溶剤により被洗浄物の洗浄を行う洗浄方法において、
   第１の有機溶剤により被洗浄物を洗浄する工程と、
   第２の有機溶剤が収容された洗浄槽において、第２の有機溶剤により前記被洗浄物に付着した第１の有機溶剤を除去する工程とを有し、
   以上の工程により、前記第２の有機溶剤に含有された第１の有機溶剤を、前記第２の有機溶剤に比べて前記第１の有機溶剤との親和性に優れる薬液を添加することにより、前記第２の有機溶剤から前記第１の有機溶剤を分離除去し、当該第２の有機溶剤を前記洗浄槽に還流させることを特徴とする洗浄方法。
   
   

Images