JP3137244B2

JP3137244B2 - 洗浄物の乾燥装置及びその乾燥方法

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Publication number: JP3137244B2
Application number: JP11100268A
Authority: JP
Inventors: 昭成田中
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2001-02-19
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: JP2000292059A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗浄物の乾燥装置
及び乾燥方法に関し、特に洗浄が終了した半導体ウエハ
やガラス基板等をすすいで乾燥させる乾燥装置及び乾燥
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微細化したウエハやガラス基板等の精密
基板洗浄後の乾燥は、トレンチに入り込んだ水分をいか
にきれいに取り除くかが重要である。このため、有機溶
剤ベーパー（蒸気）を用いた乾燥装置が使用されてい
る。この有機溶剤ベーパーを用いた乾燥装置としては、
従来から図１０に示すような構造のものが知られてい
る。すなわち、乾燥槽４０の底面に加熱装置（ヒータ）
４１を取り付け、乾燥槽４０に注入した有機溶剤４２を
ヒータ４１により沸点まで加熱上昇させて上層に有機溶
剤ベーパーを作り、そのベーパー中に例えば水等で洗浄
すすぎを行った洗浄物（ウエハ等）４３を投入させる。
すると、洗浄物４３の表面で有機溶剤の凝縮が起こり、
洗浄物４３の表面に付着していた水分はより蒸発しやす
い有機溶剤で置換されて乾燥が進行する。

【０００３】ベーパー中の洗浄物は次第にベーパー温度
（沸点）に達し、ミスト雰囲気外に取り出すことによ
り、付着した溶剤成分はその低い蒸気圧のため急速に蒸
発して乾燥が終了する。なお、乾燥槽４０の上部には冷
却コイル４４が配置されていて、加熱されてベーパーと
なった有機溶剤を凝縮させて溶液受け皿４５に滴下させ
回収再利用している。同様に、洗浄物４３から滴下した
水分を含む溶液も溶液受け皿４６で回収している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この装置の
場合、溶剤をヒータ加熱するので火気に十分なる注意を
必要とするのみならず、加熱冷却を行うのでエネルギー
の消費が大である。また、加熱によりベーパー層を形成
するので時間がかかるとともに、蒸発による有機溶剤の
消耗量が多い。また、洗浄物がベーパー層に触れると、
ベーパー（気相）の熱が洗浄物に奪われ急激な相変化
（気体→液体）が起こりベーパー層が減少し洗浄物が大
気に曝露され、汚染、乾燥不良等が起こる。この大気中
に含まれる塵芥により有機溶剤が汚染されると、洗浄物
が汚染されるおそれがある。

【０００５】本発明は、有機溶剤ミストを常温で効率よ
く瞬時に多量に発生させることを目的とした洗浄物の乾
燥装置及び乾燥方法の提供を、その課題としている。

【０００６】

【課題を解決するために手段】上述課題を解決するため
に、本発明は、次のような手段を採用した。すなわち、
請求項１の発明は、洗浄物を純水中ですすぎ処理する純
水槽と、メガヘルツ帯域の超音波で有機溶剤を振動させ
て、有機溶剤ミストを発生する有機溶剤ミスト発生槽
と、前記純水槽に前記有機溶剤ミストを供給する有機溶
剤ミスト供給手段と、前記純水槽から前記純水を純水の
上部に純水と有機溶剤との混合流体層を形成しないよう
な速度で排出して、前記洗浄物の表面に前記有機溶剤ミ
ストを吸着させる純水排出手段と、前記純水槽に加熱窒
素ガスを供給して、前記洗浄物の表面を乾燥する窒素ガ
ス供給手段とを含む洗浄物の乾燥装置である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の洗浄
物の乾燥装置において、前記有機溶剤ミスト発生槽は、
０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波で前記有機溶剤を振
動させて、温度が２０°Ｃ〜５０°Ｃであり、かつ、ミ
スト径が１００μｍ以下の有機溶剤ミストを発生するこ
とを特徴とする洗浄物の乾燥装置である。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の洗浄物の乾燥装置において、前記純水排出手段
は、前記洗浄物の処理表面に厚さが１０ｎｍ〜１μｍの
純水及び有機溶剤の液滴又は液膜を形成するために、前
記純水と前記有機溶剤との混合流体層をこの純水の上部
に形成しないような速度で排出することを特徴としてい
る洗浄物の乾燥装置である。

【０００９】請求項４の発明は、純水槽内の純水中で洗
浄物をすすぎ処理するすすぎ処理工程と、メガヘルツ帯
域の超音波で有機溶剤を振動させて、有機溶剤ミストを
発生する有機溶剤ミスト発生工程と、前記純水槽から前
記純水を純水の上部に純水と有機溶剤との混合流体層を
形成しないような速度で排出しつつ、前記純水槽に前記
有機溶剤ミストを供給して、前記洗浄物の表面に前記有
機溶剤ミストを吸着させる有機溶剤ミスト吸着工程と、
前記純水槽に加熱窒素ガスを供給して、前記洗浄物の表
面を乾燥する乾燥工程とを含む洗浄物の乾燥方法であ
る。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４に記載の洗浄
物の乾燥方法において、前記有機溶剤ミスト発生工程
は、０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波で前記有機溶剤
を振動させて、温度が２０°Ｃ〜５０°Ｃであり、か
つ、ミスト径が１００μｍ以下の有機溶剤ミストを発生
する工程であることを特徴としている洗浄物の乾燥方法
である。

【００１１】請求項６の発明は、請求項４又は請求項５
に記載の洗浄物の乾燥方法において、前記有機溶剤ミス
ト吸着工程は、前記純水と前記有機溶剤との混合流体層
をこの純水の上部に形成しないような速度で排出して、
前記洗浄物の処理表面に厚さが１０ｎｍ〜１μｍの純水
及び有機溶剤の液滴又は液膜を形成する工程であること
を特徴とする洗浄物の乾燥方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る洗浄物の洗浄乾燥方法及びその装置についの実施の
形態を説明する。図１に、本発明の実施の形態を示す。
洗浄物の乾燥装置１０は、図に示すように、純水槽２０
と有機溶剤ミスト発生槽３０とを備えている。有機溶剤
ミスト発生槽３０は、内槽３１ａと外槽３１ｂの２重構
造になっており、外槽３１ｂの槽底面には超音波振動子
を接着した振動板３２が組み込まれていて、内槽３１ａ
の槽底厚さは超音波エネルギーを通過させるに適した厚
さとし、さらに内槽３１ａと外槽３１ｂとの間にはＩＰ
Ａ温度を２０°Ｃ〜５０°Ｃに保つための循環保温水３
３が流せるように構成されている。

【００１３】内槽３１ａには有機溶剤（例えば、ＩＰ
Ａ：Isopropyl Alcohol ）３４が注入されており、この
有機溶剤３４は循環保温水３３中に配置された配管３５
内を通って循環し、ＩＰＡの設定液温に調整されてい
る。また、内槽３１ａ内の中央部には飛沫防止板３６が
設けられていると共に、中央やや下側には窒素ガス供給
口３７が設けられている。また、内槽３１ａの上部は、
前記純水槽２０の上部と連通路３８で連通しており、該
連通路３８内には内槽３１ａから純水槽２０の方向のみ
開となる弁３９が設けられている。

【００１４】振動板３２は、メガヘルツ帯域の超音波を
発生する部分であり、０．５Ｗ／ｃｍ^２以上の電力を
供給し、０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波超音波で有
機溶剤を励振する。なお、有機溶剤３４の液層の厚さ
は、５ｍｍ以下であり、有機溶剤ミストの温度は、２０
°Ｃ〜５０°Ｃであり、有機溶剤ミストの径は、１００
μｍ以下である。

【００１５】一方、純水槽２０は、下部に三方弁（もし
くは四方弁）からなる純水供給排出弁２１（２１_１、
２１_２、２１_３）と純水を高速度で排出するため
排水弁２２ａ、２２ｂが設けられており、純水槽２０内
部には純水供給排出弁２１_１、２１_２から純水を供給
し、純水槽２０内の純水が一定量に達するとそれ以上は
オーバーフローするように構成されている。従って、純
水槽２０内の上部には気層部２３が形成されることにな
り、該気層部２３には窒素ガス供給口２４が設けられて
いると共に、外気に連通する排気管２５が設けられてい
る。この排気管２５内には弁２６が取り付けられてい
て、該弁２６は純水槽２０から外気方向にのみ開となる
ように構成されている。また、純水槽２０の上部には、
洗浄物の出し入れを行うための完全密閉型の開閉蓋２７
が設けられており、また純水槽２０の内部には、図に示
すように、洗浄物５０を支持する支持台２８が備えられ
ている。

【００１６】また、純水槽２０内部の下部には、液面セ
ンサー２９が配置されており、液面センサー２９の位置
は、排水弁２２ａから純水槽２０内部に延出開口する配
管の開口部にほぼ一致すると共に、内部に投入されたウ
エハ５０の下端部にもほぼ一致するかあるいは僅かに下
側である。なお、もう一方の排水弁２２ｂから純水槽２
０内部に延出開口する配管の開口部は排水弁２２ａの配
管の開口部よりも１〜２ｍｍ高くなっている。

【００１７】次に、この乾燥装置１０の実際の使用方法
について説明する。先ず、図２に示すように、純水槽２
０の蓋２７を開けて、洗浄あるいは予備すすぎが終了し
た洗浄物（ウエハ）５０を支持台２８に支持させる。な
お、この支持台２８は、予め洗浄物５０を支持した状態
になっていて、その状態のまま純水槽２０に投入するよ
うに構成してもよい。

【００１８】次に、図３に示すように、純水槽２０内に
純水を供給して、洗浄物５０を純水に浸漬させて仕上げ
すすぎを行う（すすぎ処理工程）。続いて、液層の厚さ
が５ｍｍ以下になるように、有機溶剤（例えば、ＩＰ
Ａ）３４を内槽３１ａ内に所定量投入する。そして、
０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波超音波を、振動板３
２の超音波振動子に加えて振動させると、キャピラリー
波の発生により、温度２０°Ｃ〜５０°Ｃ、ミスト径１
００μｍ以下の有機溶剤ミストが内槽３１ａ内に発生す
る（有機溶剤ミスト発生工程）。

【００１９】ここで、超音波による霧化現象のメカニズ
ムをキャピラリー波の発生により説明する。図４に示す
ように、液中における超音波振動が強力になると、音の
放射圧が高まり、しかも周波数が高いと音圧は、指向性
をもって集中する。これが液を押し上げて液柱を発生さ
せる。一方、液体の表面では表面波が発生し、液柱の周
辺を反射の境界として表面に干渉波が発生する。そし
て、表面での液体の衝突や引きちぎり合うエネルギー
は、液体の表面張力に打ち勝って、液体を微粒子化し、
空中に飛散させる。

【００２０】内槽３１ａと外槽３１ｂとの間には、循環
保温水３３を循環させておき、有機溶剤３４を底面から
２０°Ｃ〜５０°Ｃに保温させる。このようにしたの
で、長時間運転でも内槽３１ａ内の有機溶剤３４を２０
°Ｃ〜５０°Ｃに保温できる。また、内槽３１ａ内の有
機溶剤が空になった状態でも、超音波振動子面には循環
保温水３３があるため、振動子が空焚きになることはな
い。

【００２１】次に、図５に示すように、純水槽２０内の
純水を排出弁２２ａ、２２ｂから急速に排出する。純水
が排出されるにしたがって純水槽２０内の内圧が下が
り、純水槽２０と有機溶剤ミスト発生槽３０との間を連
通している連通路３８の弁３９が自動的に開いて有機溶
剤ミスト発生槽３０から純水槽２０内に濃度の高い有機
溶剤ミストが入り込む。排出弁２２ａ、２２ｂは、純水
と有機溶剤との混合層がこの純水の上層に形成されない
ように高速度で排出する。このために、洗浄物５０の表
面には、厚さが１０ｎｍ〜１μｍの純水及び有機溶剤の
液滴又は液膜が形成される（有機溶剤ミスト吸着工
程）。また、有機溶剤ミストの侵入によって、洗浄物５
０の表面上の水膜の一部が有機溶剤ミストに置換され、
有機溶剤と混じり凝縮して下方に落下する。

【００２２】さらに、図６に示すように、液面が下がっ
て、液面センサー２９が液面を検知すると、三方弁２１
_２、２１_３が開いて、純水槽２０内から液を排出す
る。そして、約５０°Ｃ程度に加熱された窒素ガスを窒
素ガス供給口２４から供給し、純水槽２０内の有機溶剤
ミストを窒素ガスに置換して、有機溶剤ミストを排気管
２５から弁２６を介して外部に排気する。加熱窒素ガス
雰囲気中に置かれた洗浄物５０は、表面上の水分及び有
機溶剤が取り除かれて乾燥される（乾燥工程）。その
後、図７に示すように、蓋２７を開けて洗浄物５０を取
り出す。

【００２３】本発明の実施形態に係る洗浄物の乾燥装置
は、以下に記載するような効果を有する。（１）本発明の実施形態では、メガヘルツ帯域の超音
波で有機溶剤３４を振動させて有機溶剤ミストを一度に
多量に発生し、純水槽２０から純水を急速に排出して、
洗浄物５０の表面に有機溶剤ミストを吸着させる。その
結果、純水と有機溶剤との混合流体層が純水の上部に形
成されない。また、厚さ１０ｎｍ〜１μｍの純水及び有
機溶剤の液滴又は液膜が洗浄物５０の表面に形成される
が、加熱された窒素ガスでこの洗浄物５０の表面を乾燥
することができる。

【００２４】（２）本発明の実施形態では、メガヘル
ツ帯域の超音波で有機溶剤３４を振動させて、有機溶剤
ミストを発生するので、有機溶剤３４を沸騰させずに、
常温付近でも有機溶剤ミストを効率的に瞬時に発生する
ことができる。例えば、引火性液体であるＩＰＡを沸点
（約８２°Ｃ）まで加熱した場合には、ＩＰＡの消費量
が１回の乾燥工程で約６００ｍｌと多くなるが、本発明
の実施形態では、有機溶剤３４の消費量が２００ｍｌ以
下になり、コストの低減を図ることができる。また、１
回の処理時間が約６分程度に短縮されて、高スループッ
ト化を図ることができるとともに、出力を可変すること
で、有機溶剤ミストの発生量を制御することができる。
さらに、温度２０°Ｃ〜５０°Ｃの低温なＩＰＡを不活
性ガス（例えば、Ｎ_２ガス）雰囲気で使用するため
に、火災などの危険性を低くすることができる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施形態に係る洗浄物の乾燥装置１
０によりウェハを乾燥処理して、処理前後におけるパー
ティクル（ゴミ粒子）の増加数を比較した。図８に示す
ように、２５枚のウェハを洗浄槽内で乾燥処理したとき
に、１枚目のウェハＳ１及び２５枚目のウェハＳ２５の
パーティクル数の変化を比較したところ、乾燥処理の前
後でパーティクル数にあまり変化がなかった。

【００２６】また、ウェハ上におけるＩＰＡの膜厚を比
較するために、ＩＰＡの代わりに水をウェハ上に浸漬及
び霧吹きして、このウェハの表面（親水性）に形成され
た液膜厚を測定した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表１は、ウェハを水に浸漬したときに、こ
のウェハ上に付着した水分を測定した結果であり、表２
は、ウェハに水を霧状にして塗布したときに、このウェ
ハ上に付着した水分を測定した結果である。

【００３０】表１に示すように、ウェハを水に浸漬した
ときには、ウェハ１枚当たりの膜厚は、１回目及び２回
目ともに２．７８μｍであった。一方、表２に示すよう
に、ウェハに水を霧状に塗布したときには、ウェハ１枚
当たりの膜厚は、０．８０２μｍであった。その結果、
図９に示すように、浸漬と霧吹き付けでは、明らかにウ
ェハの表面に形成される膜厚が異なることが分かった。

【００３１】「平成５年度環境装置産業における先端
技術の導入に関する調査研究報告書（社団法人日本機械
工業連合会、社団法人日本産業機械工業会）第４９頁」
には、水の層の厚さが１０ｎｍ〜１μｍであるときに
は、水が吸着している状態であり、１０ｎｍ未満では乾
燥状態であり、１μｍを越えると水に濡れている状態で
あると記載されている。したがって、本発明の実施形態
のように、ＩＰＡを霧状にしたときには、ＩＰＡが凝集
して、ウェハ表面にＩＰＡ膜が形成されるのではなく、
ウェハ上にＩＰＡが吸着するものと考えられる。

【００３２】また、本発明の実施形態に係る洗浄物の乾
燥装置１０によりＩＰＡミストを発生させて、純水の液
面に形成されるＩＰＡ層の厚さを目視にて判断した。そ
の結果、ＩＰＡミストを発生させてから約１０秒経過後
に、純水の液面にＩＰＡ層が形成され始めた。その結
果、ＩＰＡミストを発生させてから１０秒以内に、排水
を完了すれば、純水の液面にＩＰＡ層が形成されないと
考えられる。

【００３３】なお、上述の実施形態例では、洗浄物５０
として、ウエハを例に挙げたが、液晶ガラスなどの平板
形状物やハードディスク基板、レンズ等の小型形状物の
乾燥ができることはいうまでもないことである。また、
純水供給排出弁２１を三方弁（もしくは四方弁）とした
のは、四方弁を用いて、純水以外に薬剤を供給して薬剤
処理を行う場合も考慮したものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
メガヘルツ帯域の超音波で有機溶剤を振動させ、純水槽
から純水を急速に排出して、洗浄物の表面に有機溶剤ミ
ストを吸着させるので、有機溶剤ミストを低温度で瞬時
に効率よく発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る洗浄物の乾燥装置の実施形態を模
式的に示す図である。

【図２】本発明に係る洗浄物の乾燥装置において純水槽
に洗浄物を設置する工程を示す図である。

【図３】本発明に係る洗浄物の乾燥装置において純水及
び有機溶剤ミストを純水槽に供給する工程を示す図であ
る。

【図４】有機溶剤ミストの発生原理を説明するための図
である。

【図５】本発明に係る洗浄物の乾燥装置において純水を
純水槽から排出して洗浄物の表面に有機溶剤ミストを吸
着させる工程を示す図である。

【図６】本発明に係る洗浄物の乾燥装置において洗浄物
の表面を乾燥する工程を示す図である。

【図７】本発明に係る洗浄物の乾燥装置において純水槽
から洗浄物を取り出す工程を示す図である。

【図８】乾燥処理の前後でのパーティクル数の変化を示
す図である。

【図９】ウェハ処理の違いによる膜厚の差を示す図であ
る。

【図１０】従来の乾燥装置を示す図である。

【符号の説明】

１０洗浄物の乾燥装置２０純水槽２１純水給排水弁２２排水弁２３気層部２４窒素ガス供給口２５排気管２６弁２７蓋２８支持台３０有機溶剤ミスト発生槽３１ａ内槽３１ｂ外槽３２超音波振動板３３循環保温水３４有機溶剤３５配管３６飛沫防止板３７窒素ガス供給口３８連通路３９弁５０洗浄物（ウエハ）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】洗浄物を純水中ですすぎ処理する純水槽
と、メガヘルツ帯域の超音波で有機溶剤を振動させて、有機
溶剤ミストを発生する有機溶剤ミスト発生槽と、前記純水槽に前記有機溶剤ミストを供給する有機溶剤ミ
スト供給手段と、前記純水槽から前記純水を純水の上部に純水と有機溶剤
との混合流体層を形成しないような速度で排出して、前
記洗浄物の表面に前記有機溶剤ミストを吸着させる純水
排出手段と、前記純水槽に加熱窒素ガスを供給して、前記洗浄物の表
面を乾燥する窒素ガス供給手段と、を含む洗浄物の乾燥装置。
【請求項２】請求項１に記載の洗浄物の乾燥装置にお
いて、前記有機溶剤ミスト発生槽は、０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨ
ｚの超音波で前記有機溶剤を振動させて、温度が２０°
Ｃ〜５０°Ｃであり、かつ、ミスト径が１００μｍ以下
の有機溶剤ミストを発生すること、を特徴とする洗浄物の乾燥装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の洗浄物の
乾燥装置において、前記純水排出手段は、前記洗浄物の処理表面に厚さが１
０ｎｍ〜１μｍの純水及び有機溶剤の液滴又は液膜を形
成するために、前記純水と前記有機溶剤との混合流体層
をこの純水の上部に形成しないような速度で排出するこ
と、を特徴とする洗浄物の乾燥装置。
【請求項４】純水槽内の純水中で洗浄物をすすぎ処理
するすすぎ処理工程と、メガヘルツ帯域の超音波で有機溶剤を振動させて、有機
溶剤ミストを発生する有機溶剤ミスト発生工程と、前記純水槽から前記純水を純水の上部に純水と有機溶剤
との混合流体層を形成しないような速度で排出しつつ、
前記純水槽に前記有機溶剤ミストを供給して、前記洗浄
物の表面に前記有機溶剤ミストを吸着させる有機溶剤ミ
スト吸着工程と、前記純水槽に加熱窒素ガスを供給して、前記洗浄物の表
面を乾燥する乾燥工程と、を含む洗浄物の乾燥方法。
【請求項５】請求項４に記載の洗浄物の乾燥方法にお
いて、前記有機溶剤ミスト発生工程は、０．５ＭＨｚ〜１０Ｍ
Ｈｚの超音波で前記有機溶剤を振動させて、温度が２０
°Ｃ〜５０°Ｃであり、かつ、ミスト径が１００μｍ以
下の有機溶剤ミストを発生する工程であること、を特徴とする洗浄物の乾燥方法。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の洗浄物の
乾燥方法において、前記有機溶剤ミスト発生工程は、前記純水と前記有機溶
剤との混合流体層をこの純水の上部に形成しないような
速度で排出して、前記洗浄物の処理表面に厚さが１０ｎ
ｍ〜１μｍの純水及び有機溶剤の液滴又は液膜を形成す
る工程であること、を特徴とする洗浄物の乾燥方法。