JP2009038047A - 液体気化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体プロセスに供給する液体蒸気にミストが混在する問題を単一の気化装置で解決する。
【解決手段】液体をキャリアガスに接触させて気化するための液体気化装置において、気密ハウジング（３）内に、多孔質膜を配置した気化部（１３）と、前記気化部（１３）から隔壁（１１）により分離され且つろ過材（２７、３１、４３）を配置しているミスト分離部（１４）を設け、前記多孔質膜の上流側の液体流路に液体を供給する液体入口（２６）と、前記キャリアガスを前記多孔質膜の下流側の気体流路に供給するガス入口（２３）と、前記多孔質膜を透過した液体が前記キャリアガスと接触することにより気化した蒸気を前記気体流路から前記分離部（１３）の上流側（１５）へ引き出すために、前記気体流路の出口側の前記隔壁（１１）を貫通してろ過材（２７、３３、４３）の上流側に連通させる接続通路と、前記ろ過材（２７、３３、４３）の下流側からミストが除去された蒸気を引き出す蒸気出口（２９、３５）とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は液体の気化に使用される装置に関し、より詳しくは半導体プロセスや液晶パネル製造プロセス等の各種のプロセスに使用されるヘキサメチレンジシラザン（ＨＭＤＳ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の液を気化して処理ガスを生成する気化装置に関する。

半導体製造プロセスあるいは液晶パネル製造プロセスにおけるリソグラフィ工程では、半導体基板であるシリコンウエーハ、あるいは液晶パネルのガラス基板に、フォトレジストを塗布する際、基板とフォトレジストの密着性を向上させるため、フォトレジスト塗布前の基板を、疎水性にする表面処理が行われている（例えば特開平９−１３４８６０号）。この処理は通常、ヘキサメチレンジシラザン（以下「ＨＭＤＳ」）の蒸気雰囲気中に基板表面を曝すことによって行われる。

常温常圧では液体であるＨＭＤＳの気化には、この液体中でキャリアガスとなる窒素あるいは空気をバブリングさせることにより行われている（特開平９−１３４８６０号、特開昭６３−２９９２３１号等）。バブリング法によってＨＭＤＳを気化させた場合、キャリアガス中にはＨＭＤＳの蒸気のみではなく、ＨＭＤＳの液体ミストも混在してしまう。液体ミストは粒径がサブミクロンから数ミクロン程度の大きさであるが、これらが直接基板に付着した場合には、基板表面の均一性の低下、あるいは局所的な反応の進行によって、リソグラフィ工程で形成されるレジストパターンに不要部分を生じることになり、生産性を低下させる原因となる。

また、薬品による洗浄を終えたウエーハの乾燥工程では、イソプロピルアルコール（以下「ＩＰＡ」）の蒸気雰囲気中にウエーハを曝すことが行われる。常温常圧で液体として存在するＩＰＡを気化するためには、同じく液体ＩＰＡ中でキャリアガスをバブリングする方法が多く用いられている。この場合にも、キャリアガス中には液体ミストが発生し、この微小な液滴がウエーハに付着すると、半導体の生産性を低下させる原因となる。

これらのバブリング法で発生した蒸気中の液体ミストを除去するためには、バブリング気化工程で発生した蒸気をミストトラップに導いてミストを分離する方法（特開平９−１３４８６０号）、バブリング気化工程で発生した蒸気をフィルタに導いてミストを分離する方法（特開昭６３−２９９２３１号）等が知られている。

また、多数の微細孔を有する多孔質膜中空糸又は多孔質膜の片側（中空糸膜の場合にはこれらの外側）に液体を満たすことにより微細孔を拡散する液体を、他側（中空糸膜の場合には中空糸の内部流路）を流通するキャリアガス（例えば窒素又は空気）に接触させることにより蒸気化する方法があるが、ミストの混在は避けられない（特開２００５−１７７３８７号、特開２００５−２４９２５６号）。

その他同様な目的を有する気化装置には、ミストの発生が少ない種々の方法もあり、液体を供給ノズルから熱板上に送り出して加熱蒸発させる方法（特開平７−４７２０１号）、繊維布の毛管現象を利用して液体を拡げてキャリアガスとの接触面積を増大して気化を促進する方法（特開平５−１０２０２４号）、超音波により液体を気化する方法（特開平５−１０２０２２号）等が存在する。これらの方法は、気化効率が低かったり、特殊な又は複雑な装置を要したり、あるいは大型の装置を要する。

その他に、微細孔を有さず、蒸気を選択的に透過させることによって気流中に蒸気を転化する隔膜法も利用されているが、ミストは生成しないけれども、この方法では微細孔を有する隔膜に比して、気化効率が低くなる。
特開平９−１３４８６０号公報 特開昭６３−２９９２３１号公報 特開２００５−１７７３８７号公報 特開２００５−２４９２５６号公報 特開平７−４７２０１号公報 特開平５−１０２０２４号公報 特開平５−１０２０２２号公報

バブリング法で発生した蒸気中の液体ミストを除去するために、バブリング気化工程で発生した蒸気をミストトラップに導いてミストを分離する方法（特開平９−１３４８６０号）や、バブリング気化工程で発生した蒸気をフィルタに導いてミストを分離する方法（特開昭６３−２９９２３１号）では、バブリング気化工程とミスト分離工程に別個の装置を必要とし、また前記の多孔質膜中空糸又は多孔膜による浸透気化法でもミストの分離に生成した上記を管路により別個のトラップ装置やフィルタ装置に導くことが必要であった。
また、前記の多孔質膜中空糸又は多孔膜などの隔膜を利用する方法では、気化法は能率がよいが、気化に要する液体の表面エネルギーが小さい場合にはキャリアガス中のミストが増加し、ミストの分離にはこれらの方法と同様の方法を採用するものであった。
例えばＨＭＤＳ、ＩＰＡなどを液体とした場合、表面エネルギーの小さい材質例えばＰＦＡのようなフッ素系樹脂からなる中空糸でも、微細孔内に液体が浸透し、液体のままキャリアガス流に混入し、液体がウエーハ処理室に達してしまう。
気体流中へのミストの混入は、例えばＩＰＡ蒸気を用いてシリコンウエーハの乾燥を行う用途、あるいはＨＭＤＳ蒸気を用いてシリコンウエーハの表面の改質を行う用途において、ウエーハ上へのミストの付着と、それに伴う製品の欠陥を誘発する可能性がある。
微細孔を有さず、蒸気を選択的に透過させることによって気流中に蒸気を転化する隔膜法では、高い気化効率を期待することができないので、大型の気化ユニットを使用する必要がある。

そこで本発明は、液体をキャリアガスに接触させて気化するための液体気化装置の改良を図ったものであり、気密ハウジング内に、多孔質膜を配置した気化部と、前記気化部から隔壁により分離され且つろ過材を配置しているミスト分離部を設け、前記多孔質膜の上流側の液体流路に液体を供給する液体入口と、前記キャリアガスを前記多孔質膜の下流側の気体流路に供給するガス入口と、前記多孔質膜を透過した液体が前記キャリアガスと接触することにより気化した蒸気を前記気体流路から前記分離部へ引き出すために、前記気体流路の出口側を、前記隔壁を貫通してろ過材の上流側に連通する接続部と、前記ろ過材の下流側からミストが除去された蒸気を引き出す蒸気出口とを設けたことを特徴とする液体気化装置により、本発明の課題を解決する。

前記多孔質膜は好ましくは複数の多孔質膜中空糸束であり、前記上流側通路は前記中空糸束の外側流路であり、前記多孔質膜の下流側流路は前記中空糸束の内側流路である。
前記中空糸束としては、全体的に円筒形を有するもの、あるいは全体的にＵ字形のものを使用することができる。
前記ろ過膜としては、多孔質膜円筒、一枚以上の平板状のろ過膜、あるいは気化膜と同様の多孔質膜中空糸束を使用することができる。
また、前記気化部と前記ミスト分離室は気密隔壁により区画され、前記中空糸の内側流路は前記気密隔壁を貫通する流路により前記ろ過膜の上流側に接続することができる。
中空糸束によりろ過膜を形成する場合には、共通の中空糸束を前記隔壁により区画して気化部側の中空糸束とミスト分離室側の中空糸を構成することもできる。
本発明の液体気化装置を構成するハウジング、中空糸、ろ過材の素材としては気化すべき液体とキャリアガスに対して不活性な任意の素材、例えば金属、ポリオレフィン、フッ素含有樹脂等の合成樹脂が使用できるが、特に化学的に不活性なフッ素含有樹脂が好ましい。ハウジングや中空糸の材料としては例えば成形の容易なＰＦＡ、その他この分野で周知のフッ素樹脂素材を使用することができる。ろ過材としては多孔質ＰＴＦＥ膜、多孔質セラミック等が使用できる。

本発明によると、単一の装置によりＨＭＤＳ、ＩＰＡなどの液体を気化し且つミストを除去し、半導体製造工程に送ることができ、それにより半導体の品質を高め、生産能率を向上することができる。
本発明の装置は従来のような別個の気化装置とミスト除去装置を使用しないで単一の装置を使用するので、装置の設置、接続、及び交換の作業が単純化され、作業能率が向上する。

本発明の液体気化装置により気化しそしてミストを除去すべき液体は、例えばヘキサメチレンジシザラン（ＨＭＤＳ）又はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等であり、その他水を用いて加湿装置として利用できる。

次に本発明を図示の実施例により詳しく説明する。図１〜３は実施例１の液体気化装置、図４は実施例２の液体気化装置、及び図５は実施例３の液体気化装置を例示するが、本発明はこれらに限定されない。

実施例１
図１は本発明の第１の実施例による液体気化装置１の縦断面図、図２は図１の線II-IIに沿った断面図、及び図３は図１の線III-IIIに沿った断面図を示す。
気化装置１は、気密に形成された円筒形周壁５と上流側端壁７と下流側端壁９とにより形成されたハウジング３を含み、ハウジング３の内部は隔壁１１により区画されて気密の気化部１３とミスト分離部１４を形成している。

気化部１３には多数の多孔質膜中空糸１７の束１９が配置されその両端は端部支持板２１及び隔壁１１により支持されている。中空糸束１９は公知の任意の方法により製造できる。中空糸束１９の両端はポッティング技術により端部支持板２１及び隔壁１１により支持され、中空糸１７の内側通路の両端は開口状態に維持され、そして端部支持板２１及び隔壁１１は周壁５の内面に融着又は密閉された端部支持板２１及び隔壁１１によりそれぞれ支持されている。中空糸１７の内側流路の上流端は分配室２５を介してキャリアガスの入口２３に接続されており、一方内側流路の下流端はミスト分離部１４の上流側の室１５に開口している。

気化部１３はさらに中空糸束１９の周りにＨＭＤＳ、ＩＰＡなどの供給液体を供給するための液体入口２６と、排出のための液体出口２８を有する。液体出口２８は中空糸周りを加圧するために一般に使用時には閉鎖される。

ミスト分離部１４には液体のミスト（微少液滴）を捕捉し、蒸気とキャリアガスを透過させることができる多孔質膜円筒２７が配置されている。円筒２７の基部は下流側の端部壁９に気密結合され、円筒２７の下流側（内部）はミストが除去された蒸気とキャリアガスを引き出すために端部壁９を貫通する流路を介して出口２９に連通している。なお円筒２７は多孔質セラミック、多数の穿孔を有する合成樹脂に柔軟なろ過膜を支持させたもの等が使用できる。多孔質円筒の代わりに１枚以上の平板状のろ過膜又は多孔質ろ過円板を用いてもよい。

次に、実施例１による液体気化装置の動作を説明する。気化すべき液体を液体入口２６から気化部１３に導入する。液体出口２８は閉鎖しておく。これにより液体を多孔質膜中空糸１７の周りを満たす。必要なら入口２６から加圧してもよい。一方キャリアガス例えば清浄な窒素や空気をキャリアガス入口２３から導入し、多孔質膜中空糸１７の内部に流す。必要なら所定の圧力を加える。液体は多孔質膜中空糸１７の壁を浸透して内部流路にしみ出しキャリアガスにより気化され蒸気を形成する。しかしこのとき液体の微細な液滴すなわちミストの形成は避けられない。生成した蒸気とミストはキャリアガスとともに隔壁１１を貫通する中空糸１７の下流端でミスト分離部１４の上流側の室１５に流入し、次いでろ過材円筒２７を流通して円筒２７の内部に流れ、ミストが完全に除去された蒸気及びキャリアガス混合流は出口２９から送出されて半導体処理装置等へ供給される。

実施例２
図４は本発明の他の実施例２による液体気化装置を例示する。実施例１に対応する部分に関しては実施例１で使用した参照符号と同一の符号を使用する。
気化部１３の側のハウジング及び中空糸の構造は図１−３の場合と同様であり、ハウジング３、中空糸１７の束１９、端壁７、９、支持板２１、隔壁１１、液体入口２６、液体出口２８、キャリアガスの入口２３、分配室２５は実施例１と同様の構造を有することができる。

ミスト分離部１４にはミストを捕捉し、蒸気とキャリアガスを透過させることができる多数の多孔質膜中空糸３１の束３３が配置され、中空糸３１の上流端は対応する多孔質膜中空糸１７に直接連通した状態で隔壁１１に支持され、下流端は下流側の端壁９に一体化することにより閉鎖されている。ハウジング３の円筒形周壁５にはミストが除去された蒸気を下流側の室１６から引き出すためのキャリアガスに連行された蒸気の出口３５が形成されている。
なお、気化部１３側の中空糸１７とミスト分離部１４側の中空糸３１は共通の中空糸にて隔壁１１で気密に区画して形成することができる。

動作
次に、実施例２による液体気化装置の動作を説明する。この装置の気化部分の構造は実施例１と同様なので同様な動作が得られる。
気化部で生成した蒸気とミストはキャリアガスとともに隔壁１１を貫通する中空糸１７の下流端でミスト分離部１４側の多孔質膜中空糸３１の内部流路に流入し、次いで中空糸３１の蒸気とキャリアガスは壁を流通して下流側の室１６に流し、一方ミストは中空糸の内部にトラップされる。ミストが完全に除去された蒸気及びキャリアガス混合流は出口３５から送出されて半導体処理装置等へ供給される。

実施例３
図５は図１の実施例においてろ過円筒の代わりに中空糸４３の束を使用した場合であり、図１とは異なる部分のみを説明すると、ミスト分離部１４の内部に中空糸４３の束を全体としてＵ字形に折り返し、両脚部の基部をポッティングにより端部支持板３７に結合し、その下流をガス収集室３９に連通させたものである。室３９は蒸気及びキャリアガスの出口２９に接続される。
動作は図１の実施例１と同様である。

比較試験
従来の気化器として直径約２ｃｍ、長さ約６ｃｍの円筒形のＰＦＡ製ハウジングに、直径約１ｍｍのＰＦＡ製多孔質膜中空糸（最大孔径０．０５μｍ）を一杯に充填した気化器を使用した。構造は図１の気化部の構造に類似している。
試験１（従来）
従来のＰＦＡ製中空糸を利用する気化器を用いて実験を行った。まず液体流路に液体を注入せず液体出入口に封止キャップをし、キャリアガス入口に清浄乾燥空気（ＣＤＡ）を流量３０ｓｌｍを１０分間流した。レーザ式粒子カウンタ（最小可側粒子径０．１μｍ、サンプリング流量２８．３Ｌ／分）及び核凝縮型粒子カウンタ（最小可側粒子径０．０１μｍ、サンプリング流量１Ｌ／分）で固形粒子の流出がいずれも実質的になくなることを確認した。
次いでイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を液体流路に注入し出入口を封止キャップで封鎖した。キャリアガスとして清浄空気を流量３０ｓｌｍで中空糸の内部流路に１０分間流して、流れがほぼ定常化するときのミスト粒子を計数した。結果は次の通りであった。
０．１μｍ以上：２００００個
０．２μｍ以上：１０００個
０．３μｍ以上：２００個
０．５μｍ以上：２０個
１μｍ以上：２個
２μｍ：０個

試験２（実施例）
実施例１の気化器の気化部を蒸気と同様に製作し、下流側のミスト分離器に直径約１ｃｍで長さが約２ｃｍのろ過円筒を設けた構造とした。ろ過円筒の最大孔径は０．２μｍであった。
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を液体流路に注入し出入口を封止キャップで封鎖した。キャリアガスとして清浄乾燥空気を流量３０ｓｌｍで中空糸の内部流路に１０分間流して、流れがほぼ定常化するときのミスト粒子を計数した。レーザ式粒子カウンタ及び核凝縮型粒子カウンタのいずれにおいても粒径０．０１μｍ以上のミスト粒子は全く検出しなかった。
なお、粒子の計測は試験１では気化器のキャリアガス出口の蒸気を３０ｓｌｍのＣＤＡで希釈した後に行った。
試験２における粒子の計測はミスト分離部のキャリアガス出口２９の蒸気を３０ｓｌｍのＣＤＡで希釈した後に行った。

以上のように、本発明によればミストの除去により、液体の蒸気を効率的に半導体プロセス等に送ることができ、気化装置の下流に別個のミスト除去装置を使用する必要がなく、配管を介してフィルタを接続する必要がないので配管に起因する漏洩等の不具合をなくすることができる。
液体気化器とミスト除去フィルタを装置の一体化により、全体の大きさ及び専有面積を減じることができ、配管がないので軽量化及びコストの低下ができ、配管部の接続時に接続部からの異物の混入を防止できる。

図１は本発明の第１の実施例による液体気化装置の縦断面図を示す。 図２は図１の線II-IIに沿った断面図を示す。 図３は図１の線III-IIIに沿った断面図を示す。 図４は本発明の第２の実施例による液体気化装置の縦断面図を示す。 図５は本発明の第３の実施例による液体気化装置の縦断面図を示す。

符号の説明

１ 気化装置
３ ハウジング
５ 円筒形周壁
７ 上流側端壁
９ 下流側端壁
１１ 隔壁
１３ 気化部
１４ ミスト分離部
１５ 上流側の室
１６ 下流側の室
１７ 多孔質膜中空糸
１８ 液体流路
１９ 中空糸１７の束
２１ 支持板
２３ キャリアガス入口
２５ 分配室
２６ 液体入口
２７ 多孔質膜円筒（ろ過材）
２８ 液体出口
２９ 蒸気出口
３１ 多孔質膜中空糸
３３ 中空糸３１の束
３５ 蒸気出口
３７ 端部支持板
３９ ガス収集室
４３ 多孔質膜中空糸

Claims (7)

1. 液体をキャリアガスに接触させて気化するための液体気化装置において、気密ハウジング（３）内に、多孔質膜を配置した気化部（１３）と、前記気化部（１３）から隔壁（１１）により分離され且つろ過材（２７、３１、４３）を配置しているミスト分離部（１４）を設け、前記気化部（１３）は前記多孔質膜の上流側の液体流路に液体を供給する液体入口（２６）と、前記キャリアガスを前記多孔質膜の下流側の気体流路に供給するガス入口（２３）を備え、前記ミスト分離部（１４）は前記多孔質膜を透過した液体が前記キャリアガスと接触することにより気化した蒸気を前記気体流路から前記分離部の上流側（１５）へ引き出すために、前記気体流路の出口側を、前記隔壁（１１）を貫通してろ過材（２７、３３、４３）の上流側（１５）に連通する部分と、前記ろ過材（２７、３３、４３）の下流側（１６）からミストが除去された蒸気を引き出す蒸気出口（２９、３５）とを備えていることを特徴とする、液体気化装置。
2. 前記気化部（１３）の前記多孔質膜は複数の多孔質膜中空糸（１７）の束であり、前記上流側の液体流路は前記中空糸（１７）の外側流路であり、前記多孔質膜の下流側流路は前記中空糸（１７）の内側流路である、請求項１に記載の液体気化装置。
3. 前記ミスト分離部（１４）の前記ろ過材は、多孔質セラミック又は多孔質樹脂膜（２７）より構成される請求項１又は２に記載の液体気化装置。
4. 前記ろ過材は、複数の多孔質膜中空糸（３３、４３）の束から構成されている請求項１又は２に記載の液体気化装置。
5. 前記気化部（１３）の中空糸（１７）と前記ミスト分離部（１４）の中空糸（３１）は共通の連続した中空糸より構成されている請求項４に記載の液体気化装置。
6. 前記多孔質膜の上流側には液体を引き出す液体出口（２８）が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体気化装置。
7. 前記複数の多孔質膜中空糸（４３）の束がＵ字形に形成されている請求項４に記載の液体気化装置。

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