JP2007175643A - 乾燥空気生成装置、基板処理システムおよび乾燥空気生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等のものと比較して全体寸法を小さくすることができるとともに必要露点の制御性および応答性を向上させることができる乾燥空気生成装置およびこの乾燥空気生成装置を備えた基板処理システムを提供する。また、乾燥空気の生成工程における必要露点の制御性および応答性を向上させることができる乾燥空気生成方法を提供する。
【解決手段】乾燥空気生成装置１０は、圧縮空気を生成する圧縮空気生成器１１と、生成された圧縮空気により冷気および暖気をそれぞれ生成するボルテックスチューブ１２とを備えている。ボルテックスチューブ１２には、当該ボルテックスチューブ１２から送られた冷気を収容する容器１４が接続されている。さらに、容器１４に収容された冷気を加熱する加熱器１５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乾燥空気を生成する乾燥空気生成装置、この乾燥空気生成装置を備えた基板処理システムならびに乾燥空気生成方法に関し、とりわけ、冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等のものと比較して寸法が小さくなっているとともに必要露点の制御性および応答性が向上した乾燥空気生成装置、この乾燥空気生成装置を備えた基板処理システムならびに乾燥空気生成方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、当該半導体デバイスが形成される半導体ウエハ等の基板の清浄度を高く維持しておく必要がある。具体的には、基板に対する種々の処理工程の前後で、当該基板に対して洗浄処理および乾燥処理が行われ、基板上のパーティクルが除去されるようになっている。

このような洗浄および乾燥を行うための各工程について以下に詳述する。まず、基板処理室内で基板を略水平状態で保持し、保持された基板を回転させながら当該基板に薬液を供給して薬液洗浄処理を行う。次に、基板を回転させながら当該基板に純水を供給して薬液の洗い流し処理（リンス処理）を行う。その後、基板を回転させながら乾燥空気雰囲気内で、または当該基板に乾燥空気を吹き付けて乾燥処理を行う。

基板処理室内に供給される乾燥空気は、一般的に冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等の乾燥空気生成装置によって生成されるようになっている。乾燥空気生成装置は、例えば、水分を含んだ多湿空気の水分を除去して乾燥空気を生成する除湿機からなり、このような除湿機としては、多孔性構造体にゼオライト乾燥剤等の吸湿剤を固着させた構造の除湿部が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。ここで、上述のような除湿機の除湿部は、多湿空気を通過させることによりこの多湿空気の水分を除去すると同時にケミカルコンタミをも除去してクリーンな乾燥空気を生成する機能を有している。

上述の乾燥空気生成装置は、基板処理システムのうち基板の洗浄および乾燥が行われる基板処理室以外の、乾燥空気を必要とする他の部分に乾燥空気を送るようになっていてもよい。

特開２０００−２９６３０９号公報

しかしながら、従来の冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等の乾燥空気生成装置を基板処理システムに適用した場合、基板の乾燥処理に必要とされる乾燥空気の量が大きいため、この乾燥空気生成装置自体の寸法が大きくなり、基板処理システムにおける乾燥空気生成装置の占有スペースが大きくなってしまったり製造コストが高くなってしまったりするという問題がある。また、一般的に乾燥空気生成装置の寸法が大きくなると必要露点を制御することが困難となり、また応答性も悪化するので、当該乾燥空気生成装置の起動時間が長くなってしまうという問題がある。なお、ここで「必要露点」とは、空気中の水蒸気が予め設定された流量となるような温度のことをいう。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等のものと比較して全体寸法を小さくして製造コストを下げることができるとともに必要露点の制御性および応答性を向上させることができる乾燥空気生成装置およびこの乾燥空気生成装置を備えた基板処理システムを提供することを目的とする。また、乾燥空気の生成工程における必要露点の制御性および応答性を向上させることができる乾燥空気生成方法を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮空気を生成する圧縮空気生成器と、前記圧縮空気生成器から送られた圧縮空気により冷気および暖気をそれぞれ生成するボルテックスチューブと、前記ボルテックスチューブに接続され、このボルテックスチューブから送られた冷気を収容する容器と、前記容器に収容された冷気を加熱する加熱器と、を備えたことを特徴とする乾燥空気生成装置である。
このような乾燥空気生成装置によれば、ボルテックスチューブにより圧縮空気から冷気を生成する過程において圧縮空気の露点が下がることによりこの圧縮空気中に含まれる水蒸気が水滴となり、当該空気における水分含有率が低下して乾燥されるようになっている。そして、乾燥した冷気は加熱器により加熱されて常温の乾燥空気となる。乾燥空気生成装置は、圧縮空気生成器、ボルテックスチューブ、容器および加熱器から構成されており、各々の寸法は比較的小さいため、例えば多孔性構造体に吸湿剤を固着させた構造の除湿部を有する除湿機と比較してその全体寸法を小さなものとすることができる。また、ボルテックスチューブにより圧縮空気から冷気を生成し、加熱器により冷気を再び加熱して乾燥空気としているので、必要露点の制御性および応答性を向上させることができる。

本発明の乾燥空気生成装置においては、前記加熱器は前記ボルテックスチューブに接続されており、当該加熱器は前記ボルテックスチューブから送られた暖気を用いて前記容器に収容された冷気の加熱を行うことが好ましい。
このような乾燥空気生成装置によれば、加熱器により冷気の加熱を行う際にボルテックスチューブによって生成された暖気を用いているので、当該暖気を有効利用することにより省エネルギー化を図ることができる。

本発明の乾燥空気生成装置においては、前記ボルテックスチューブ、前記容器、前記ボルテックスチューブと前記容器を接続する接続管、のうち少なくとも一つのものにドレン管が接続されていることが好ましい。
このような乾燥空気生成装置によれば、ボルテックスチューブにより圧縮空気から冷気を生成する過程において圧縮空気の露点が下がることにより発生する水滴をドレン管により速やかに除去することができ、この水滴が容器内で再び水蒸気となることにより乾燥空気の湿度が上昇することを抑止することができる。

本発明は、上述の乾燥空気生成装置と、当該乾燥空気生成装置の加熱器において加熱された冷気が乾燥空気として供給される基板処理室と、を備えたことを特徴とする基板処理システムである。
このような基板処理システムにおいては、前記乾燥空気生成装置と前記基板処理室との間にフィルタを設けたことが好ましい。フィルタを設けることにより、乾燥空気中のケミカルコンタミ等の不純物を除去することができ、基板処理室に送られる乾燥空気をよりクリーンにすることができる。

本発明は、圧縮空気を生成する工程と、ボルテックスの原理によって、生成された圧縮空気により冷気および暖気をそれぞれ生成する工程と、生成された冷気を加熱して乾燥空気とする工程と、を備えたことを特徴とする乾燥空気生成方法である。
このような乾燥空気生成方法によれば、ボルテックスの原理により圧縮空気から冷気を生成する過程において圧縮空気の露点が下がることによりこの圧縮空気中に含まれる水蒸気が水滴となり、当該空気における水分含有率が低下して乾燥が行われる。そして、乾燥した冷気は加熱されて常温の乾燥空気となる。このことにより、乾燥空気の生成工程における必要露点の制御性および応答性を向上させることができる。

本発明の乾燥空気生成方法においては、生成された冷気を加熱する工程において、ボルテックスの原理により生成された暖気を用いて冷気の加熱を行うことが好ましい。
このような乾燥空気生成方法によれば、冷気の加熱を行う際にボルテックスの原理によって生成された暖気を用いているので、当該暖気を有効利用することにより省エネルギー化を図ることができる。

本発明の乾燥空気生成装置によれば、冷凍式、乾燥剤式、高分子分離膜式等のものと比較して全体寸法を小さくして製造コストを下げることができるとともに必要露点の制御性および応答性を向上させることができる。
また、本発明の基板処理システムによれば、このような乾燥空気生成装置を備えることにより製造コストを下げることができる。
また、本発明の乾燥空気生成方法によれば、乾燥空気の生成工程における必要露点の制御性および応答性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は、本実施の形態による乾燥空気生成装置を含む基板処理システムの構成を示す図である。
このうち、図１は、本実施の形態の乾燥空気生成装置を含む基板処理システムの構成を概略的に示すブロック図であり、図２は、図１の乾燥空気生成装置におけるボルテックスチューブの概略構成図である。

図１に示すように、乾燥空気生成装置１０は、圧縮空気を生成するコンプレッサー（圧縮空気生成器）１１と、コンプレッサー１１から送られた圧縮空気により例えば−５０℃の冷気および暖気をそれぞれ生成するボルテックスチューブ１２とを備えている。ボルテックスチューブ１２の冷気側出口１２ａには冷気側接続管１３を介してバッファー（容器）１４が接続されている。このバッファー１４にはヒータ（加熱器）１５が連結されており、このヒータ１５はバッファー１４に収容された冷気を加熱するようになっている。また、ボルテックスチューブ１２の暖気側出口１２ｂとヒータ１５は暖気側接続管１６により接続されており、ボルテックスチューブ１２により生成された暖気がヒータ１５に送られるようになっている。

バッファー１４内の冷気は、ヒータ１５により加熱されて常温の乾燥空気としてフィルタ２１を介して基板処理室２０に送られる。基板処理室２０内では半導体ウエハ等の基板が略水平状態で保持されている。当該基板処理室２０において、保持された基板に対する薬液洗浄処理、洗い流し処理が終わった後に、乾燥空気生成装置１０から送られた乾燥空気が基板処理室２０内に供給され、または直接基板に吹き付けられて乾燥処理が行われるようになっている。乾燥空気生成装置１０および基板処理室２０により基板処理システムが構成されている。乾燥空気の基板処理室２０内への供給は、常時供給されても良いし、少なくとも乾燥時に供給されると良い。

乾燥空気生成装置１０の各構成要素の詳細について以下に説明する。
コンプレッサー１１は、上述のように圧縮空気を生成するためのものであり、このコンプレッサー１１と後段にあるボルテックスチューブ１２との間にはレギュレータ１７が設けられている。このレギュレータ１７は圧力計１７ａを有しており、コンプレッサー１１から送られた圧縮空気について当該圧力計１７ａにより空気圧力が測定される。レギュレータ１７は、この測定された空気圧力に基づいてコンプレッサー１１により生成される圧縮空気の圧力調整を行うようになっている。

ボルテックスチューブ１２の構成について図２に示す概略構成図を用いて詳述する。
ボルテックスチューブ１２はシリンダー状の形状となっており、冷気側出口１２ａの近傍に設けられた供給口１２ｃからシリンダーの円形断面の接線方向に圧縮空気Ａを供給すると、当該圧縮空気Ａはシリンダー内を旋回し、遠心力によりチューブ内壁に圧縮されつつ回転して暖気Ｃとして暖気側出口１２ｂ側へ流れるようになっている。一方、遠心力によりエネルギーが奪われた後の冷気Ｂはシリンダー中心部に溜まり、圧力差によって冷気側出口１２ａ側へ流れる。ここで、暖気Ｃと冷気Ｂとの比率に関するバランス調整は、バルブ１２ｄにより行うことができるようになっている。このようにして圧縮空気Ａから冷気Ｂおよび暖気Ｃを生成する原理のことをボルテックスの原理という。

ボルテックスチューブ１２の冷気側出口１２ａには、接続管１３を介してバッファー１４が接続されており、このボルテックスチューブ１２により生成された冷気がバッファー１４に送られるようになっている。
図１に示すように、接続管１３にはドレン管１９が接続されており、当該接続管１３内にある液滴をこのドレン管１９により排水することができるようになっている。このようなドレン管１９が設けられていることにより、ボルテックスチューブ１２において圧縮空気から冷気を生成する過程で圧縮空気の露点が下がることにより発生する水滴を速やかに除去することができ、この水滴がバッファー１４内で再び水蒸気となることにより乾燥空気の湿度が上昇することを抑止することができる。

一方、ボルテックスチューブ１２の暖気側出口１２ｂには、接続管１６を介してヒータ１５が接続されており、このボルテックスチューブ１２により生成された暖気がヒータ１５に送られるようになっている。

ボルテックスチューブ１２から送られた冷気を収容するバッファー１４には、ヒータ１５が連結されており、この収容された冷気がヒータ１５により加熱されるようになっている。ヒータ１５により加熱された冷気は、常温の乾燥空気となる。この際に、ヒータ１５はボルテックスチューブ１２から送られた暖気を利用して冷気の加熱を行うようになっている。

フィルタ２１は、バッファー１４から送られた常温の乾燥空気のフィルタリング処理を行い、具体的にはこの乾燥空気中のケミカルコンタミ等の不純物を除去するようになっている。このようなフィルタ２１が設けられていることにより、基板処理室２０に送られる乾燥空気をよりクリーンにすることができる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まず、コンプレッサー１１により圧縮空気を生成し、この圧縮空気をレギュレータ１７に送る。レギュレータ１７の圧力計１７ａがこの圧縮空気の空気圧力を測定し、この測定された空気圧力に基づいてレギュレータ１７は圧縮空気の圧力調整を行う。

レギュレータ１７により圧力調整が行われた圧縮空気はボルテックスチューブ１２に送られる。このボルテックスチューブ１２において、図２に示すように、圧縮空気Ａから冷気Ｂおよび暖気Ｃがボルテックスの原理により生成される。

ボルテックスチューブ１２により生成された冷気は接続管１３を介してバッファー１４に送られる。この際に、露点が低下することにより空気中の水蒸気が飽和して生成された液滴はドレン管１９により排水される。一方、ボルテックスチューブ１２により生成された暖気は接続管１６を介してヒータ１５に送られる。

バッファー１４に送られた冷気はヒータ１５により加熱されて常温の圧縮空気となる。ここで、ヒータ１５により冷気の加熱が行われる際に、当該ヒータ１５においてボルテックスチューブ１２から送られた暖気が用いられている。このようにして、ボルテックスチューブ１２により生成される暖気を有効利用することによって省エネルギー化を図ることができる。

バッファー１４において生成された常温の圧縮空気はフィルタ２１に送られ、この圧縮空気内の不純物が除去される。不純物が除去されてクリーンになった圧縮空気は基板処理室２０に送られる。

以上のように本実施の形態の乾燥空気生成装置１０によれば、ボルテックスチューブ１２により圧縮空気から冷気を生成する過程において圧縮空気の露点が下がることによりこの圧縮空気中に含まれる水蒸気が水滴となり、当該空気における水分含有率が低下して乾燥されるようになっている。そして、乾燥した冷気はヒータ１５により加熱されて常温の乾燥空気となる。乾燥空気生成装置１０は、コンプレッサー１１、ボルテックスチューブ１２、バッファー１４およびヒータ１５から構成されており、各々の寸法は比較的小さいため、例えば多孔性構造体に吸湿剤を固着させた構造の除湿部を有する除湿機と比較してその全体寸法を小さなものとすることができる。また、ボルテックスチューブ１２により圧縮空気から冷気を生成し、ヒータ１５により冷気を再び加熱して乾燥空気としているので、必要露点の制御性および応答性を向上させることができる。

なお、本発明による乾燥空気生成装置および基板処理システムは、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。
例えば、ドレン管１９は接続管１３に接続されてこの接続管１３内の液滴を排水するものに限定されることはなく、ボルテックスチューブ１２またはバッファー１４にドレン管１９が接続されて当該ドレン管１９はこれらのものの内部にある液滴を排水するようになっていてもよい。あるいは、ドレン管１９は、ボルテックスチューブ１２、接続管１３、バッファー１４の全てあるいはこれらのもののうち２つのものに接続されていてもよい。

また、基板処理システムにおいて、乾燥空気生成装置１０からは、当該基板処理システムのうち基板の洗浄および乾燥が行われる基板処理室２０以外の、乾燥空気を必要とする他の部分（図示せず）に乾燥空気が送られるようになっていてもよい。

本実施の形態の乾燥空気生成装置を含む基板処理システムの構成を概略的に示すブロック図である。 図１の乾燥空気生成装置におけるボルテックスチューブの概略構成図である。

符号の説明

１０ 乾燥空気生成装置
１１ コンプレッサー
１２ ボルテックスチューブ
１２ａ 冷気側出口
１２ｂ 暖気側出口
１２ｃ 供給口
１２ｄ バルブ
１３ 接続管
１４ バッファー
１５ ヒータ
１６ 接続管
１７ レギュレータ
１７ａ 圧力計
１９ ドレン管
２０ 基板処理室
２１ フィルタ

Claims (7)

1. 圧縮空気を生成する圧縮空気生成器と、
   前記圧縮空気生成器から送られた圧縮空気により冷気および暖気をそれぞれ生成するボルテックスチューブと、
   前記ボルテックスチューブに接続され、このボルテックスチューブから送られた冷気を収容する容器と、
   前記容器に収容された冷気を加熱する加熱器と、
   を備えたことを特徴とする乾燥空気生成装置。
2. 前記加熱器は前記ボルテックスチューブに接続されており、当該加熱器は前記ボルテックスチューブから送られた暖気を用いて前記容器に収容された冷気の加熱を行うことを特徴とする請求項１記載の乾燥空気生成装置。
3. 前記ボルテックスチューブ、前記容器、前記ボルテックスチューブと前記容器を接続する接続管、のうち少なくとも一つのものにドレン管が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の乾燥空気生成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の乾燥空気生成装置と、
   当該乾燥空気生成装置の加熱器において加熱された冷気が乾燥空気として供給される基板処理室と、
   を備えたことを特徴とする基板処理システム。
5. 前記乾燥空気生成装置と前記基板処理室との間にフィルタを設けたことを特徴とする請求項４記載の基板処理システム。
6. 圧縮空気を生成する工程と、
   ボルテックスの原理によって、生成された圧縮空気により冷気および暖気をそれぞれ生成する工程と、
   生成された冷気を加熱して乾燥空気とする工程と、
   を備えたことを特徴とする乾燥空気生成方法。
7. 生成された冷気を加熱する工程において、ボルテックスの原理により生成された暖気を用いて冷気の加熱を行うことを特徴とする請求項６記載の乾燥空気生成方法。

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