JP3345803B2

JP3345803B2 - 蒸気発生方法及びその装置

Info

Publication number: JP3345803B2
Application number: JP13024498A
Authority: JP
Inventors: 光明小美野; 内澤　　修
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2002-11-18
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH1128349A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蒸気発生方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、薄膜材料を構成する元素からな
る化合ガスを例えば半導体ウエハ等の被処理体上に供給
して、気相又はウエハ表面での化学反応により所望の薄
膜を形成させるＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術や、被蒸気液例えばＩＰ
Ａ（イソプロピルアルコール）を蒸発し、その蒸気ガス
を被処理体（被乾燥体）に接触させて乾燥する乾燥技術
が知られている。そして、これらＣＶＤ技術やＩＰＡ乾
燥技術において、材料ガスや乾燥ガスを生成するために
蒸気発生装置が使用されている。

【０００３】前記蒸気発生装置としては、被蒸気液を
超音波やキャリアガスを利用してバブリングすると共
に、所定温度に加熱してガスを生成し、そのガスをキャ
リアガスと共に処理室内に供給するバブリング方式、
例えば加熱タンクや蒸発皿に収容される被蒸気液を加熱
してガスを生成し、そのガスの蒸気圧を利用して搬送す
ると共に、高温用マスフローコントローラによって所定
量のガスを処理室内に供給するベーキング方式、あるい
はポンプにて搬送される被蒸気液を、オリフィス部と
ダイアフラム面との隙間を経由させて気化すると共に、
加熱してガスを生成し、そのガスを処理室内へ供給する
ダイレクト・インジェクション方式等が採用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バブ
リング方式は、所定のガスを生成するための制御因子が
多い上、被蒸気液をガス化するために厳密な温度制御が
必要となる。また、多くのキャリアガスを必要とする
上、被蒸気液（材料）の消費量変化に応じて定量性、再
現性に問題が生じ易いという問題がある。また、ベー
キング方式は、被蒸気液（材料）の蒸気圧を利用し、高
温用マスフローコントローラにて流量制御する必要があ
り、また一定量の加熱タンクや蒸発皿を必要とするた
め、構造が複雑かつ大型となり、そのためコストが嵩む
上、装置設計の自由度に限界がある。また、このベーキ
ング方式は前記バブリング方式に比べて制御因子は少な
いが、低蒸気圧材料のため、加熱しても発生する圧力が
低く移送に必要な圧力が得られにくいので、安定した蒸
気の移送の実現が困難であるという問題もあった。ま
た、ダイレクト・インジェクション方式は、被蒸気液
を液体状態で搬送し、処理部近くで直接気化し、流量制
御する方式であるため、前記バブリング方式やベーキン
グ方式に比べて制御因子を少なくすると共に、装置の小
型化を図ることができるが、生成されるガスが少量のみ
しか対応できないため、用途が限定されるという問題が
あった。

【０００５】この発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、少ない制御因子により容易にガスを生成することが
できると共に、ガスの生成量の増大及び蒸気生成時間の
短縮を図れるようにした蒸気発生方法及びその装置を提
供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、蒸気媒体用の気体の流速を
音速まで加速すると共に増速する工程と、この増速さ
れた気体中に被蒸気液を供給して、突発的に衝撃波を発
生させる工程と、発生させた衝撃波のエネルギを利用
して前記被蒸気液を霧状にする工程と、霧状にした前
記被蒸気液を加熱手段により加熱する工程と、を有する
ことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、蒸気媒体用の気体
の流入口と流出口を有し、前記流入口から流出口に向か
って狭小テーパ状の先細ノズル部と、この先細ノズル部
から前記流出口に向かって拡開テーパ状の末広ノズル部
とからなる中細ノズルと、前記中細ノズルの前記末広ノ
ズル部に開設される被蒸気液の供給口と、を具備するこ
とを特徴とする。請求項３記載の発明は、蒸気媒体用の
気体の流入口と流出口を有し、前記流入口から流出口に
向かって狭小テーパ状の先細ノズル部と、この先細ノズ
ル部から前記流出口に向かって拡開テーパ状の末広ノズ
ル部とからなる中細ノズルと、前記末広ノズル部の上流
側の先細ノズル部の中心部に配設され、末広ノズル部に
向かって開口する被蒸気液の供給口と、を具備すること
を特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載の蒸気発生装置において、前記末広ノズル部及び前記
被蒸気液の前記供給口の近傍あるいはその下流側に配設
される、前記被蒸気液を加熱する加熱手段を更に具備す
ることを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項２ないし４
のいずれかに記載の蒸気発生装置において、前記気体の
流入口側と前記気体の流出口側とを接続する分岐路と、
前記流入口側と前記流出口側との圧力関係を調整すべく
前記分岐路中に介設される圧力調整手段と、を更に具備
することを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の蒸気発生装置において、前
記加熱手段は、気体の流れ方向に沿って加熱能力が大き
な密から加熱能力が小さな粗へ推移する加熱体を具備す
る方が好ましい（請求項６）。また、前記加熱手段は、
気体の流れ方向に沿って加熱能力が大きな密から加熱能
力が小さな粗へ推移する複数の加熱体を具備することも
可能である（請求項７）。また、前記複数の加熱体に、
互いに独立な制御可能な加熱能力を具備させる方が好ま
しい（請求項８）。

【００１３】また、請求項２ないし８のいずれかに記載
の蒸気発生装置において、前記被蒸気液の供給口に接続
する被蒸気液供給管に冷却手段を設ける方が好ましい
（請求項９）。

【００１４】この発明によれば、蒸気媒体用気体を中細
ノズルの流入口から流出口に向かって流すと、気体は先
細ノズル部によって加速され、狭小部（スロート部）で
音速に到達した後、末広ノズル部に入ってからも大きな
圧力差によって更に膨脹増速されて超音速の流れとな
り、音速以上の流速で噴出する。このような状態下にお
いて供給口から被蒸気液を供給すると、突発的な衝撃波
が発生し、この衝撃波のエネルギを利用して被蒸気液が
霧化される（請求項１〜３）。この霧状となった被蒸気
液を加熱手段により加熱することにより、蒸気を生成す
ることができる（請求項１，４）。

【００１５】また、中細ノズルの気体流入口側と気体流
出口側とを分岐路にて接続すると共に、この分岐路中に
圧力調整手段を介設することにより、圧力調整手段によ
り中細ノズル内を流れる気体の流速を調整することがで
き、中細ノズルへのキャリアガスの供給変動に対応し、
かつ衝撃波の発生条件を適宜設定して広範なガス生成量
に対応させることができる（請求項５）。

【００１６】また、加熱手段を、気体の流れ方向に沿っ
て加熱能力が大きな密から加熱能力が小さな粗へ推移す
る単数又は複数の加熱体にて形成することにより、加熱
手段の温度バランスを是正することができ、加熱手段の
寿命の増大及び被蒸気液のガス化の際の分解炭化着を防
止することができる（請求項６，７）。ここで、分解炭
化着とは、被蒸気液である例えばＩＰＡが一定温度以上
に加熱されることにより分解され炭化し、炭化した成分
が加熱手段により付着されることをいう。したがって、
装置の信頼性の向上を確実に図ることができる。

【００１７】また、加熱手段を、気体の流れ方向に沿っ
て加熱能力が大きな密から加熱能力が小さな粗へ推移す
る複数の加熱体にて形成し、各々の加熱体の加熱能力を
互いに制御可能にすることにより、加熱手段の温度バラ
ンスを確実に是正することができ、加熱手段の寿命の増
大及び被蒸気液のガス化の際の分解炭化着を防止するこ
とができる（請求項８）。したがって、装置の信頼性の
向上を確実に図ることができる。

【００１８】また、被蒸気液の供給口に接続する被蒸気
液供給管に冷却手段を設けることにより、被蒸気液の供
給量が少量の場合に加熱手段からの熱影響により供給口
に達する前に被蒸気液が蒸発するのを防止することがで
き、被蒸気液を確実に液化状態で供給口に供給すること
ができる（請求項９）。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面に基いて詳細に説明する。この実施形態では半導体
ウエハの洗浄処理システムに適用した場合について説明
する。

【００２０】図１はこの発明に係る蒸気発生装置を乾燥
処理装置に適用した洗浄処理システムの一例を示す概略
平面図、図２はその概略側面図である。

【００２１】上記洗浄処理システムは、被処理体である
半導体ウエハＷ（以下にウエハという）を水平状態に収
納する容器例えばキャリア１を搬入、搬出するための搬
送部２と、ウエハＷを薬液、洗浄液等の液処理すると共
に乾燥処理する処理部３と、搬送部２と処理部３との間
に位置してウエハＷの受渡し、位置調整及び姿勢変換等
を行うインターフェース部４とで主に構成されている。

【００２２】上記搬送部２は、洗浄処理システムの一側
端部に併設して設けられる搬入部５と搬出部６とで構成
されている。また、搬入部５及び搬出部６のキャリア１
の搬入口５ａ及び搬出口６ｂには、キャリア１を搬入部
５、搬出部６に出入れ自在のスライド式の載置テーブル
７が設けられている。また、搬入部５と搬出部６には、
それぞれキャリアリフタ８（容器搬送手段）が配設さ
れ、このキャリアリフタ８によって搬入部間又は搬出部
間でのキャリア１の搬送を行うことができると共に、空
のキャリア１を搬送部２上方に設けられたキャリア待機
部９への受け渡し及びキャリア待機部からの受け取りを
行うことができるように構成されている（図２参照）。

【００２３】上記インターフェース部４は、区画壁４ｃ
によって搬入部５に隣接する第１の室４ａと、搬出部６
に隣接する第２の室４ｂとに区画されている。そして、
第１の室４ａ内には、搬入部５のキャリア１から複数枚
のウエハＷを取り出して搬送する水平方向（Ｘ，Ｙ方
向），垂直方向（Ｚ方向）及び回転（θ方向）可能なウ
エハ取出しアーム１０と、ウエハＷに設けられたノッチ
を検出するノッチアライナー１１と、ウエハ取出しアー
ム１０によって取り出された複数枚のウエハＷの間隔を
調整する間隔調整機構１２を具備すると共に、水平状態
のウエハＷを垂直状態に変換する第１の姿勢変換装置１
３が配設されている。

【００２４】また、第２の室４ｂ内には、処理済みの複
数枚のウエハＷを処理部３から垂直状態のまま受け取っ
て搬送するウエハ受渡しアーム１４と、ウエハ受渡しア
ーム１４から受け取ったウエハＷを垂直状態から水平状
態に変換する第２の姿勢変換装置１３Ａと、この第２の
姿勢変換装置１３Ａによって水平状態に変換された複数
枚のウエハＷを受け取って搬出部６に搬送された空のキ
ャリア１内に収納する水平方向（Ｘ，Ｙ方向），垂直方
向（Ｚ方向）及び回転（θ方向）可能なウエハ収納アー
ム１５が配設されている。なお、第２の室４ｂは外部か
ら密閉されており、図示しない不活性ガス例えば窒素
（Ｎ2）ガスの供給源から供給されるＮ2ガスによって室
内が置換されるように構成されている。

【００２５】一方、上記処理部３には、ウエハＷに付着
するパーティクルや有機物汚染を除去する第１の処理ユ
ニット１６と、ウエハＷに付着する金属汚染を除去する
第２の処理ユニット１７と、ウエハＷに付着する酸化膜
を除去すると共に乾燥処理する洗浄・乾燥処理ユニット
１８及びチャック洗浄ユニット１９が直線状に配列され
ており、これら各ユニット１６〜１９と対向する位置に
設けられた搬送路２０に、Ｘ，Ｙ方向（水平方向）、Ｚ
方向（垂直方向）及び回転（θ）可能なウエハ搬送アー
ム２１が配設されている。

【００２６】前記洗浄・乾燥処理ユニット１８は、図３
に示すように、キャリアガス例えば窒素（Ｎ2）ガスの
供給源３０に供給路３１ａを介して接続するＮ2ガス加
熱手段としてのＮ2ガス加熱器３２（以下に単に加熱器
という）と、この加熱器３２に供給路３１ｂを介して接
続する一方、乾燥ガス用液体（被蒸気液）例えばＩＰＡ
の供給源３３に供給路３１ｃを介して接続するこの発明
に係る蒸気発生装置３４と、この蒸気発生装置３４と乾
燥処理室３５（以下に単に処理室という）とを接続する
供給路３１ｄに配設される流量制御手段３６とを具備し
てなる。

【００２７】この場合、Ｎ2ガス供給源３０と加熱器３
２とを接続する供給路３１ａには開閉弁３７ａが介設さ
れている。また、ＩＰＡ供給源３３と加熱器３２とを接
続する供給路３１ｃには開閉弁３７ｂが介設され、この
開閉弁３７ｂのＩＰＡ供給源（被蒸気液供給源）側には
分岐路３８及び開閉弁３７ｃを介してＩＰＡ回収部３９
が接続されている。また、図３に二点鎖線で示すよう
に、蒸気発生装置３４には、必要に応じてＩＰＡのドレ
ン管４０が接続され、このドレン管４０にドレン弁４１
が介設されると共に、チェッキ弁４２を介設する分岐路
４０ａが接続されている。このようにドレン管４０、ド
レン弁４１等を接続することにより、蒸気発生装置３４
内をクリーニングする際の洗浄液等の排出に便利とな
る。

【００２８】前記蒸気発生装置３４は、図４に示すよう
に、蒸気媒体用の気体としてのキャリアガスの供給路３
１ｂに接続する流入口５０ａと流出口５０ｂを有する例
えばステンレス鋼製のパイプ状の中細ノズル５０を具備
している。この中細ノズル５０は、内周面にキャリアガ
スの流れ方向に沿って漸次狭小となる先細ノズル部５１
ａと、この先細ノズル部５１ａの狭小部（スロート部）
５１ｂから流れ方向に沿って徐々に拡開する末広ノズル
部５１ｃとからなり、スロート部５１ｂ近傍の流出口側
（二次側）に衝撃波形成部５１が形成されている。

【００２９】また、中細ノズル５０のスロート部５１ｂ
近傍の末広ノズル部５１ｃには、被蒸気液としてのＩＰ
Ａの供給口５４が開設されており、この供給口５４にＩ
ＰＡ供給管すなわち供給路３１ｃを介して被蒸気液供給
源としてのＩＰＡ供給源３３が接続されている。

【００３０】なおこの場合、図９に示すように、流量調
節手段供給路３１ｃにポンプ等の流量調節手段３７ｄを
設けてもよい。このように構成することにより、流量調
節手段３７ｄによってＩＰＡ供給源３３から衝撃波形成
部５１へ供給されるＩＰＡ流量を、必要に応じて容易に
調節することができる。

【００３１】また、末広ノズル部５１ｃの流出口５０ｂ
側の中細ノズル５０内に第１の加熱体である内筒ヒータ
５５（加熱手段）が挿入され、その外側には第２の加熱
体である外筒ヒータ５６（加熱手段）が配設されて、流
れ方向に２段階以上の加熱能力が発揮できるように構成
されている。すなわち、加熱能力がキャリアガスの流れ
に沿って加熱能力の大きな密から加熱能力の小さな粗へ
推移するように構成されている。なおこの場合、衝撃波
形成部５１及びＩＰＡ供給口５４付近にヒータを設けて
もよい。

【００３２】また、中細ノズル５０の流入口５０ａ側と
流出口５０ｂ側には分岐路５２が接続され、この分岐路
５２に圧力調整弁５３が介設されており、この圧力調整
弁５３の調節によって中細ノズル５０に供給されるキャ
リアガスの供給圧力の変動に対応し得るように構成され
ている。つまり、中細ノズル５０のオリフィス径は可変
ではなく固定されているため、中細ノズル一次側（流入
口側）圧力に上限値を設けた場合、中細ノズル５０を通
るキャリアガスの流量にもおのずと上限値が設定される
ことになる。しかし、プロセス条件より更に大きなキャ
リアガス流量が要求された場合、このような分岐路５２
を設け、中細ノズル５０下流側（流出口側）にキャリア
ガスを導入することにより、広範囲の流量を供給するこ
とができる。この場合、分岐路５２中に介設された圧力
調整弁５３によってキャリアガスの補充流量を調整する
ことができる。また、圧力調整弁５３の調節によって衝
撃波の発生条件が適宜設定することができる。

【００３３】なお、流入側圧力（一次側圧力）を高める
ことが可能であれば、キャリアガス流量はそれに比例し
て増加するので、特に分岐路５３にてキャリアガスを補
充する必要はなくなる。すなわち、一次側でキャリアガ
ス（Ｎ2ガス）の圧力あるいは流量を所定の高い圧力範
囲で調整することが可能であれば、圧力調整弁５３を用
いなくても衝撃波形成が可能となる。すなわち、図９に
示すように、Ｎ2ガス供給源３０にＮ2ガスの圧力あるい
は流量を調節するＮ2ガス圧力調整手段３０ａを接続す
ることにより、分岐路５２及び圧力調整弁５３を除去す
ることができる。この場合、所定の高い圧力範囲のＮ2
ガスを供給できるようにＮ2ガス供給源３０は通常より
も高い圧力のＮ2ガスを供給できる必要がある。Ｎ2ガス
圧力調整手段３０ａによってＮ2ガス供給源３０から供
給されるＮ2ガスの圧力の程度を調整することによっ
て、衝撃波形成部５１の流入圧力（一次圧力）と流出圧
力（二次圧力）との圧力差を調節し衝撃波の発生条件を
適宜設定することができる。

【００３４】また、前記ＩＰＡの供給口５４に接続する
ＩＰＡ供給路３１ｃには冷却手段５７が配設されてい
る。この冷却手段５７は、例えば供給路３１ｃを包囲す
るジャケットに冷媒を循環供給するなどして供給路３１
ｃ内を流れるＩＰＡを沸点以下に冷却し得るように構成
されている。このように、冷却手段５７によってＩＰＡ
の温度を沸点温度以下に冷却することによって、例えば
微小量のＩＰＡを供給する場合に、前記加熱手段すなわ
ち内筒ヒータ５５及び外筒ヒータ５６からの熱影響によ
ってＩＰＡが蒸発するのを防止することができ、ＩＰＡ
を液体状態のまま確実に中細ノズル５０の供給口５４か
ら供給することができる。

【００３５】上記のように構成することにより、蒸気媒
体用の気体であるキャリアガス（Ｎ2ガス）が中細ノズ
ル５０の流入口から流出口に向かって流れると、キャリ
アガスは先細ノズル部５１ａによって加速され、スロー
ト部５１ｂで音速に到達した後、末広ノズル部５１ｃに
入ってからも大きな圧力差によって更に膨脹増速されて
超音速の流れとなり、音速以上の流速で噴出して衝撃波
が発生する。このような状態下において供給口５４から
ＩＰＡを供給すると、突発的な衝撃波が発生し、この衝
撃波のエネルギを利用してＩＰＡが霧化される。この霧
状となったＩＰＡを内筒ヒータ５５と外筒ヒータ５６に
より加熱することにより、ＩＰＡガス（蒸気）が生成さ
れる。この際、内筒ヒータ５５と外筒ヒータ５６の加熱
能力がキャリアガスの流れ方向に沿って少なくとも２段
階以上有し、かつ加熱能力をキャリアガスの流れ方向に
沿って加熱能力の大きな密から加熱能力の小さな粗へ推
移させるようにすることにより、内筒ヒータ５５及び外
筒ヒータ５６の温度バランスを是正することができ、ヒ
ータ５５，５６の寿命の増大が図れる。また、過剰加熱
を防止しＩＰＡガスの分解炭化を防止することができ
る。つまり、図５に示すように、均一な加熱能力を有す
るヒータで加熱した場合、ヒータ表面温度は長手方向
（キャリアガスの流れ方向）に大きな勾配が付いてしま
う。

【００３６】また、例えばヒータ内に熱電対を設置し、
一定温度を保つように制御すると、熱電対の温度を元に
戻すために、ヒータに通電され、長手方向の温度バラン
スは更に崩れる。これは、キャリアガスが流れる方向へ
流れるにつれて加熱され、この結果、下流側にあるヒー
タ部分とキャリアガスとの温度差が小さくなり熱交換が
抑制され、下流側にあるヒータ部分が過熱されるからで
ある。これに対し、ヒータ５５，５６の加熱能力をキャ
リアガスの流れ方向に沿って少なくとも２段階以上有
し、かつ加熱能力をキャリアガスの流れ方向に沿って加
熱能力の大きな密から加熱能力の小さな粗へ推移させる
ことにより、ヒータ５５，５６の表面温度を安定化させ
ることができる。よって、ヒータ５５，５６の寿命の増
大が図れると共に、ＩＰＡガスの分解炭化を防止するこ
とができる。

【００３７】また、図１０に示すように、内筒ヒータ５
５を、互いに独立に制御可能な第１内筒ヒータ５５ａと
第２内筒ヒータ５５ｂとで構成し、外筒ヒータ５６を、
互いに独立に制御可能な第１外筒ヒータ５６ａと第２外
筒ヒータ５６ｂとで構成することも可能である。第１内
筒ヒータ５５ａと第１外筒ヒータ５６ａはキャリアガス
の流れ方向に沿って上流側に配設され、第２内筒ヒータ
５５ｂと第２外筒ヒータ５６ｂはキャリアガスの流れ方
向に沿って下流側に配設されている。第１内筒ヒータ５
５ａの加熱能力を大きくし、第２内筒ヒータ５５ｂの加
熱能力を小さくなるように構成し、また、第１外筒ヒー
タ５６ａの加熱能力を大きくし、第２外筒ヒータ５６ｂ
の加熱能力を小さくなるように構成する。

【００３８】第１内筒ヒータ５５ａと第２内筒ヒータ５
５ｂとを独立に制御し、第１外筒ヒータ５６ａと第２外
筒ヒータ５６ｂとを独立に制御することによって、ヒー
タ５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂの表面温度がキャリ
アガスの流れ方向に沿って所望の分布になるように確実
に制御でき安定化させることができる。よって、ヒータ
５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂの寿命の増大が図れる
と共に、ＩＰＡガスの分解炭化を防止することができ
る。なお、内筒ヒータ５５と外筒ヒータ５６を２つに分
割することに限らず、互いに独立制御可能な３つ以上の
部分で構成してもよい。また、複数のヒータ部分から構
成された内筒ヒータ５５のみで加熱してもよく、また複
数のヒータ部分から構成される外筒ヒータ５６のみで加
熱することも可能である。

【００３９】なお、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、内筒ヒータ５５及び外筒ヒータ５６に代えて、加熱
ヒータ１４０を使用することも可能である。加熱ヒータ
１４０は、図１１（ａ）に示すように、衝撃波形成部５
１に連通する導入管１４３と、この導入管１４３内に挿
入され、導入管１４３の内壁面との間に螺旋状流路１４
４を形成する流路形成管１４５と、この流路形成管１４
５の内方に挿入される加熱手段例えばカートリッジヒー
タ１４６とで主要部が構成されている。

【００４０】この場合、導入管１４３は、一端に衝撃波
形成部５１と接続する流入口１４３ａを有し、他端部の
側面に、供給路３１ｂに接続する流出口１４３ｂが設け
られている。また、流路形成管１４５は、図１１（ｂ）
に示すように、その外周面に例えば台形ねじのような螺
旋状の凹凸溝１４７が形成されて、この螺旋状凹凸溝１
４７と導入管１４３の内壁面１４３ｃとで螺旋状流路１
４４が形成されている。なお、螺旋状流路１４４は必ず
しもこのような構造である必要はなく、例えば導入管１
４３の内壁面に螺旋状凹凸溝を形成し、流路形成管１４
５の外周面を平坦面としてもよく、あるいは導入管１４
３の内壁面及び流路形成管１４５の外周面の双方に螺旋
状凹凸溝を形成して螺旋状流路を形成するようにしても
よい。なお、加熱手段として、上記カートリッジヒータ
１４６に加えて導入管１４３の外部を加熱するヒータを
設けてもよい。

【００４１】上記説明では、導入官１４３と、この導入
管１４３内に挿入される流路形成管１４５とで螺旋状流
路１４４を形成する場合について説明したが、図１２に
示すように、導入管１４３と、この導入管１４３内に挿
入されるコイル状部材例えばコイルスプリング４５Ａと
で螺旋状流路１４４を形成するようにしてもよい。すな
わち、導入管１４３内にコイルスプリング４５Ａを挿入
すると共に、コイルスプリング４５Ａ内にカートリッジ
ヒータ１４６を挿入して、導入管４５Ａとカートリッジ
ヒータ１４６との間に介在されるコイルスプリング４５
Ａによって螺旋状流路１４４を形成することができる。

【００４２】上記のように、衝撃波形成部５１に接続す
る導入管１４３と、この導入管１４３内に挿入される流
路形成管１４５又はコイルスプリング４５Ａとの間に螺
旋状流路１４４を形成し、流路形成管１４５内にカート
リッジヒータ１４６を挿入することにより、ＩＰＡガス
の流路とカートリッジヒータ１４６との接触する流路長
さを長くすると共に、螺旋状の流れを形成して、それが
ない場合に比べ流速を早めることができ、その結果、レ
イノルズ数（Ｒｅ数）及びヌッセルト数（Ｎｕ数）を増
大して、境界層を乱流領域に入れ、加熱ヒータ１４０の
伝熱効率の向上を図ることができる。したがって、カー
トリッジヒータ１４６で効率よくＩＰＡガスを所定温度
例えば２００℃に加熱することができるので、加熱ヒー
タ１４０を小型化することができる。なお、加熱温度を
更に高める必要がある場合は、導入管１４３の外側に外
筒ヒータを配設すればよい。

【００４３】なおこの場合、前記圧力調整弁５３を調
節、例えば一次圧力（Kgf/cm2G）とＮ2ガスの通過流量
（Nl/min）を適宜選択することによって衝撃波を形成す
ることができる。例えば図６に示すように、スロート部
５１ｃの内径を１．４（mm），１．７（mm），２．０
（mm）とした場合、Ｎ2ガス通過流量が４０（Nl/mi
n），６０（Nl/min），８０（Nl/min）のとき衝撃波が
発生する。なお、上記のようにして生成されるＩＰＡ濃
度は、例えば、Ｎ2ガス流量１００（Nl/min）の場合、
ＩＰＡ供給量が１（cc/sec），２（cc/sec），３（cc/s
ec）ではそれぞれＩＰＡ濃度は約２０（％），約３０
（％），約４０（％）となる。

【００４４】なお、上記実施形態では、中細ノズル５０
の末広ノズル部５１ｃの１箇所にＩＰＡ供給口５４を設
ける場合について説明したが、ＩＰＡ供給口５４を図７
（ａ）に示すように周方向に複数個（図面では４個の場
合を示す）設けてもよい。このように末広ノズル部５１
ｃの周方向に複数個のＩＰＡ供給口５４を設けることに
より、１箇所に設けた場合に比べてＩＰＡを均等に供給
することができ、更に効率よくＩＰＡの蒸気を生成する
ことができる。

【００４５】また、図７（ｂ）に示すように、中細ノズ
ル５０の流入口５０ａ側をエルボ状に屈曲させ、この屈
曲部５０ｃを貫通するＩＰＡ供給管３１ｃの先端開口部
を先細ノズル部５１ａの中心部に配設して末広ノズル部
５１ｃに向かって開口させるようにしてもよい。このよ
うにＩＰＡ供給管３１ｃを先細ノズル部５１ａに配設し
て、ＩＰＡを先細ノズル部５１ａに供給することによ
り、キャリアガスとＩＰＡとを混合させた後、上述した
ように衝撃波を発生させてＩＰＡを霧化し、そして、加
熱手段５５，５６の加熱によって蒸気を生成するように
してもよい。

【００４６】なおここでは、中細ノズル５０の流入口５
０ａ側をエルボ状に屈曲させ、この屈曲部５０ｃにＩＰ
Ａ供給管３１ｃを貫通させているが、中細ノズル５０と
ＩＰＡ供給管３１ｃとを逆にしてもよい。すなわち、図
７（ｃ）に示すように、直状に形成された中細ノズル５
０の先細ノズル部５１ａ内にエルボ状に屈曲されたＩＰ
Ａ供給管３１ｃを挿入して、ＩＰＡ供給管３１ｃの先端
開口部を先細ノズル部５１ａの中心部に位置させるよう
にしてもよい。

【００４７】また、図７（ｄ）に示すように、一端が末
広ノズル部５１ｃに開口し、他端が先細ノズル部５１ａ
の流入口側に開口する横Ｌ形の連通路５８を設け、この
連通路５８に、中細ノズル５０の屈曲部５０ｃを貫通す
るＩＰＡ供給管３１ｃを接続するようにしてもよい。な
おこの場合、連通路５８を横Ｌ形に加工する上で末広ノ
ズル部５１ｃに貫通する孔５８ａを設ける必要があるた
め、この貫通孔５８ａの外側開口部を塞ぎ栓５８ｂで閉
塞しておく必要がある。なお、図７において、その他の
部分は上記実施形態と同じであるので、同一部分には同
一符号を付して、その説明は省略する。

【００４８】なお、前記流量制御手段３６は、図３に示
すように、供給路３１ｄに介設される開度調整弁例えば
ダイアフラム弁６０と、前記処理室３５内の圧力を検出
する検出手段である圧力センサ６１からの信号と予め記
憶された情報とを比較演算する制御部例えばＣＰＵ６２
（中央演算処理装置）と、ＣＰＵ６２からの信号に基い
てダイアフラム弁６０の作動圧を制御する制御弁例えば
マイクロバルブ６３とで構成されている。

【００４９】一方、前記処理室３５は、図８に示すよう
に、例えばフッ化水素酸等の薬液や純水等の洗浄液を貯
留（収容）し、貯留した洗浄液にウエハＷを浸漬する洗
浄槽７０の上部に形成されており、その上方に設けられ
たウエハＷの搬入・搬出用の開口部７０ａに蓋体７１が
開閉可能に装着されている。また、処理室３５と洗浄槽
７０との間には、複数例えば５０枚のウエハＷを保持し
てこのウエハＷを洗浄槽７０内及び処理室３５内に移動
する保持手段例えばウエハボート７２が設けられてい
る。また、処理室３５内には、前記上記発生装置３４に
よって生成されて、処理室３５内に供給されたＩＰＡガ
スを冷却する冷却管７３を配設してもよい。なお、洗浄
槽７０は、底部に排出口７４を有する内槽７５と、この
内槽７５からオーバーフローした洗浄液を受け止める外
槽７６とで構成されている。なおこの場合、内槽７５の
下部に配設される薬液又は純水の供給ノズル７７から内
槽７５内に供給され貯留される薬液又は純水にウエハＷ
が浸漬されて洗浄されるようになっている。また、外槽
７６の底部に設けられた排出口７６ａに排出管７６ｂが
接続されている。このように構成することにより、洗浄
処理されたウエハＷはウエハボート７２によって処理室
３５内に移動され、処理室３５内に供給されるＩＰＡガ
スと接触し、ＩＰＡガスの蒸気を凝縮あるいは吸着させ
て、ウエハＷの水分の除去及び乾燥が行なわれる。

【００５０】なお、供給路３１ｄには、前記ダイアフラ
ム弁６０の下流側（二次側）にフィルタ８０が介設され
ており、パーティクルの少ない乾燥ガスを供給できるよ
うに構成されている。また、供給路３１ｄの外側には保
温用ヒータ８１が配設されてＩＰＡガスの温度を一定に
維持し得るように構成されている。

【００５１】更に、供給路３１ｄの処理室３５側にはＩ
ＰＡガスの温度センサ９０（温度検出手段）が配設され
て、供給路３１ｄｄ中を流れるＩＰＡガスの温度が測定
されるようになっている。

【００５２】次に、上記乾燥処理装置の動作態様につい
て説明する。まず、上記のように洗浄槽７０に搬入され
たウエハＷを洗浄処理した後、ウエハボート７２を上昇
させてウエハＷを処理室３５内に移動する。このとき、
処理室３５は蓋体７１が閉塞される。この状態におい
て、前記加熱器３２により加熱されたＮ2ガスによって
蒸気発生装置３４で生成された乾燥ガスすなわちＩＰＡ
ガスを処理室３５内に供給することにより、ＩＰＡガス
とウエハＷが接触し、ＩＰＡガスの蒸気が凝縮あるいは
吸着されて、ウエハＷの水分の除去及び乾燥が行われ
る。

【００５３】乾燥処理が終了あるいは終了直前になる
と、ＩＰＡの供給が停止する。乾燥中は排出管７６ｂよ
り排気又は必要に応じて減圧を行う場合があり、処理室
３５内が大気圧より低くなることがある。そのため、処
理室３５内の圧力を検出する圧力センサ６１からの信号
と、予め記憶された情報とをＣＰＵ６２で比較演算して
その出力信号をマイクロバルブ６３に送り、マイクロバ
ルブ６３にて遅延制御された制御流体例えば空気によっ
てダイアフラム弁６０が作動して、処理室３５内の圧力
に応じた少量のＮ2ガスが処理室３５内に供給され、処
理室３５内の雰囲気が徐々に大気圧下状態から大気圧状
態に置換される。したがって、乾燥処理後の処理室３５
内の雰囲気が大気圧下状態から一気に大気圧状態になる
ことがなく、巻き上げによるウエハＷへのパーティクル
の付着等を防止することができる。

【００５４】このようにして、処理室３５内の圧力を大
気圧に置換した後、蓋体７１が開放し、処理室３５の上
方へ移動してきた搬送アーム（図示せず）と上昇するウ
エハボート７２との間でウエハＷの受け渡しを行う。ウ
エハＷを受け取った搬送アームは処理室３５上方から後
退して前記インターフェース部４へウエハＷを搬送す
る。

【００５５】なお、上記実施形態では、この発明に係る
蒸気発生装置を半導体ウエハの洗浄処理システムに適用
した場合について説明したが、洗浄処理以外の処理シス
テム例えばＣＶＤ薄膜成形処理システムにも適用でき
る。この場合、形成されるゲート絶縁膜，キャパシタ絶
縁膜，層間絶縁膜等によって異なる種類の有機ソースガ
ス，高誘電率材料ソースガス等を使用することができ、
例えばＴＥＯＳ｛テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2
Ｈ5）4）｝，ＴＭＰ｛リン酸トリメチル（ＰＯ（ＯＣＨ
3）3）｝，ＴＭＢ｛ホウ酸トリメチル（Ｂ（ＯＣＨ3）
3)}あるいはＰＺＴ｛チタン酸鉛ジルコニウム（ＰｂＴ
ｉＯ3）｝等を被蒸気液として使用することにより、所
望の材料の薄膜を形成することができる。また、半導体
ウエハ以外のＬＣＤ用ガラス基板等にも適用できること
は勿論である。

【００５６】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、以下のような優れた効果が得られる。

【００５７】１）請求項１〜３記載の発明によれば、蒸
気媒体用の気体の流速を音速まで加速すると共に増速
し、この増速された気体中に被蒸気液を供給して、突発
的に衝撃波を発生させると共に、この衝撃波のエネルギ
を利用して被蒸気液を霧状にすることができる。被蒸気
液を霧状にした後、加熱手段により加熱して蒸気を生成
することができるので、少ない制御因子により容易にガ
スを生成することができると共に、ガスの生成量の増大
及び蒸気生成時間の短縮を図ることができる（請求項
１，４）。

【００５８】２）請求項５記載の発明によれば、中細ノ
ズルの気体流入口側と気体流出口側とを分岐路にて接続
すると共に、この分岐路中に圧力調整手段を介設するの
で、上記１）に加えて圧力調整手段により中細ノズル内
を流れる気体の流速を調整することができ、衝撃波の発
生条件を適宜設定して広範なガス生成量に対応させるこ
とができる。

【００５９】３）請求項６，７記載の発明によれば、加
熱手段を、気体の流れ方向に沿って加熱能力が大きな密
から加熱能力が小さな粗へ推移する単数又は複数の加熱
体にて形成するので、上記１）に加えて加熱手段の温度
バランスを是正することができ、加熱手段の寿命の増大
及び被蒸気液のガス化の際の分解炭化を防止することが
できる。したがって、装置の信頼性の向上を図ることが
できる。

【００６０】４）請求項８記載の発明によれば、加熱手
段を、気体の流れ方向に沿って加熱能力が大きな密から
加熱能力が小さな粗へ推移する複数の加熱体にて形成
し、各々の加熱体の加熱能力を互いに制御可能にするの
で、上記１）に加えて加熱手段の温度バランスを確実に
是正することができ、加熱手段の寿命の増大及び被蒸気
液のガス化の際の分解炭化着を防止することができる。
したがって、装置の信頼性の向上を確実に図ることがで
きる。

【００６１】５）請求項９記載の発明によれば、被蒸気
液の供給口に接続する被蒸気液供給管に冷却手段を設け
ることにより、被蒸気液の供給量が少量の場合に加熱手
段からの熱影響により被蒸気液が蒸発するのを防止する
ことができ、被蒸気液を確実に液化状態で供給口に供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る蒸気発生装置を適用した洗浄処
理システムの概略平面図である。

【図２】上記洗浄処理システムの概略側面図である。

【図３】この発明に係る蒸気発生装置を具備する乾燥処
理装置の概略構成図である。

【図４】この発明に係る蒸気発生装置の一例を示す断面
図である。

【図５】この発明における加熱手段であるヒータと均一
な加熱能力を有するヒータとの温度分布を示すグラフで
ある。

【図６】蒸気発生装置における一次圧力と乾燥用ガス流
量との関係を示すグラフである。

【図７】この発明に係る蒸気発生装置の別の実施形態を
示す断面図である。

【図８】上記乾燥処理装置における処理室を示す概略断
面図である。

【図９】この発明に係る蒸気発生装置を具備する乾燥装
置の別の概要構成図である。

【図１０】この発明に係る蒸気発生装置の別の例を示す
断面図である。

【図１１】この発明における蒸気発生装置のヒータの別
の例を示す断面図（ａ）及びその要部の一部断面図
（ｂ）である。

【図１２】この発明における蒸気発生装置のヒータの更
に別の例を示す断面図である。

【符号の説明】

３０Ｎ2ガス供給源（キャリアガス供給源）３１ｃＩＰＡ供給路３３ＩＰＡ供給源（被蒸気液供給源）３４蒸気発生装置３５処理室５０中細ノズル５０ａ流入口５０ｂ流出口５１衝撃波形成部５１ａ先細ノズル部５１ｂスロート部（狭小部）５１ｃ末広ノズル部５４ＩＰＡ供給口５５内筒ヒータ（加熱体；加熱手段）５６外筒ヒータ（加熱体；加熱手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/304 ６５１Ｈ０１Ｌ 21/304 ６５１ (56)参考文献特開平６−238211（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−162973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 7/00 - 7/02 B05B 17/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気媒体用の気体の流速を音速まで加速
すると共に増速する工程と、この増速された気体中に被蒸気液を供給して、突発的に
衝撃波を発生させる工程と、発生させた衝撃波のエネルギを利用して前記被蒸気液を
霧状にする工程と、霧状にした前記被蒸気液を加熱手段により加熱する工程
と、を有することを特徴とする蒸気発生方法。
【請求項２】蒸気媒体用の気体の流入口と流出口を有
し、前記流入口から流出口に向かって狭小テーパ状の先
細ノズル部と、この先細ノズル部から前記流出口に向か
って拡開テーパ状の末広ノズル部とからなる中細ノズル
と、前記中細ノズルの前記末広ノズル部に開設される被蒸気
液の供給口と、を具備することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項３】蒸気媒体用の気体の流入口と流出口を有
し、前記流入口から流出口に向かって狭小テーパ状の先
細ノズル部と、この先細ノズル部から前記流出口に向か
って拡開テーパ状の末広ノズル部とからなる中細ノズル
と、前記末広ノズル部の上流側の先細ノズル部の中心部に配
設され、末広ノズル部に向かって開口する被蒸気液の供
給口と、を具備することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の蒸気発生装置にお
いて、前記末広ノズル部及び前記被蒸気液の前記供給口の近傍
あるいはその下流側に配設される、前記被蒸気液を加熱
する加熱手段を更に具備することを特徴とする蒸気発生
装置。
【請求項５】請求項２ないし４のいずれかに記載の蒸
気発生装置において、前記気体の流入口側と前記気体の流出口側とを接続する
分岐路と、前記流入口側と前記流出口側との圧力関係を調整すべく
前記分岐路中に介設される圧力調整手段と、を更に具備することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項６】請求項４記載の蒸気発生装置において、前記加熱手段は、気体の流れ方向に沿って加熱能力が大
きな密から加熱能力が小さな粗へ推移する加熱体を具備
することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項７】請求項４記載の蒸気発生装置において、前記加熱手段は、気体の流れ方向に沿って加熱能力が大
きな密から加熱能力が小さな粗へ推移する複数の加熱体
を具備することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項８】請求項７記載の蒸気発生装置において、前記複数の加熱体は、互いに独立な制御可能な加熱能力
を具備することを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項９】請求項２ないし８のいずれかに記載の蒸
気発生装置において、前記被蒸気液の供給口に接続する被蒸気液供給管に冷却
手段を設けたことを特徴とする蒸気発生装置。