JPH04338282A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造においてウ
エハ洗浄などに用いられる所定温度に加熱された高純水
を大量に製造するに好適な半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来技術】半導体製造におけるウエハ洗浄は、製造過
程中にウエハに付着した空気中に含まれる塵挨、作業者
や各種装置から持込まれたり、原料ガスやレジストなど
の原材料などから生ずる汚染物質や不純物を除去するこ
とを目的とし、通常は先ずウエハを高純度薬液で洗浄し
た後、純水で流水洗浄しこの工程を数回繰り返す。この
ような純水は、厳密にはあらゆる物質を微量ではあるが
溶かす能力を持つ。これを用いた流水洗浄は薬液洗浄で
用いた薬液の置換除去だけでなく、最終仕上げ洗浄とし
て純水自体による洗浄能力を期待した精密洗浄工程でも
ある。純水の洗浄能力はその温度上昇とともに高められ
るので、前述のような純水洗浄には所定温度に加熱され
た温純水が使用されることが多い。しかもウエハの大口
径化により大量の温純水が必要とされ、例えば２００ミ
リの径のウエハラインの場合には流水洗浄用として８０
から９０℃の純水が毎分３０リッター程度も供給しなけ
ればならないとされる。したがって、温純水を大量に製
造する場合には、純水自体の洗浄能力により溶かされ難
い配管材料および加熱方法が必要となり、純水の高純度
性を如何に保ったままで所定温度の温純水に加熱するか
が問題となる。これは、金属製タンクや金属製パイプに
ヒーターを巻き付けるなどして加熱する従来装置では熱
伝導率や耐熱性の上で優れるものの、純水がパイプなど
を溶解する作用つまり純水の洗浄能力の影響を無視でき
ず、半導体製造で最も嫌われる重金属汚染の原因となる
。そこで、従来、広く採用されている装置構成としては
、実開昭６２−２２４６２号公報などで例示される如く
石英ガラス製の配管やタンクを用いることが多く、同公
報のように純水を配管内に通す過程で内部ヒーターある
いは外部ヒーターで連続的に加熱するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の従来装置では
、材質面で石英が温純水に溶けて得られる温純水のシリ
カ成分が増えるといった純度上の問題は完全に解消され
ず、また純水供給設備の水圧に対し、純水加熱部となる
石英ガラス製配管やタンク側の耐圧が低く機械的衝撃に
弱いので破損し易いという構造的問題もあり、これら純
度的および構造的問題に対する根本的な解決が望まれて
いる。また、従来の加熱方式としては、ヒーターを配管
の外周部に巻き付けるなどして配管を加熱し、この加熱
された配管を通して内部の純水を加熱するものが多い。 このような構造ではヒーターとの接触部で局部的に高く
加熱されることも起こり、その局部的な加熱によって配
管が溶けるなどして純度低下の一要因となる。これは、
特に配管として樹脂製パイプを単に用いた場合に顕著と
なり、ヒーターとの接触部で局部的に加熱されて溶融し
、ピンホール等の破損が発生し易くなる。しかも加熱過
程で純水中に解けていた気体が気泡となり、この気泡に
起因してパイプが局部的に加熱されて前述と同様な破損
を生じたり、極端な場合には空焼きのような状態になり
パイプが融解するという事故につながってくる。

【０００４】本発明の目的は、以上のような純度的およ
び構造的な問題を解消するもので、配管に樹脂製パイプ
を使用すると同時にこのパイプの外側から赤外線を効率
よく照射して、パイプ内に供給される純水を極力直接加
熱することにより、半導体製造においてウエハ洗浄など
に用いられる高純度な温純水を安定かつ大量に供給でき
る半導体製造装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、純水を連続的に所定温度まで加熱する半導
体製造装置において、耐熱性の樹脂製パイプで構成した
純水を一定方向へ通す配管と、前記配管の樹脂製パイプ
の外側に配置した赤外線ランプと、前記赤外線ランプの
外側に設けられてランプより放射される光線を前記樹脂
製パイプに向かって反射させる反射鏡とを備えている。 また、本発明の他の構成としては、純水を連続的に所定
温度まで加熱する半導体製造装置において、耐熱性の樹
脂製パイプで構成した純水を一定方向へ通す配管と、前
記配管内の純水を加熱する赤外線ランプと、前記樹脂製
パイプにおける水平部の上部に設けられたパイプ径より
も小径の流出孔と、前記流出孔を覆うようにパイプ外周
に設けられた気液分離器と、前記気液分離器に接続され
た排管とを備え、前記気液分離器により流出孔から出る
流出水と加熱により純水から発生する気泡とを分離して
、前記気泡を排管から除去するようにした。

【０００６】

【作用】本発明装置は、純水を通す配管に樹脂パイプを
用いるとともにその樹脂パイプの長さを極力短かくでき
るように加熱効率を工夫し、加熱過程でパイプ自体の温
度上昇をできる限り抑制する方法を検討してきた過程で
完成された。具体的には、樹脂製パイプによく透過する
一方、パイプ内を流れている純水によく吸収される波長
の赤外線照射が可能であり、パイプ内の純水を極力直接
加熱することを基本思想としている。また、樹脂製パイ
プを用いた場合に生じ易い局部加熱による問題を一掃す
る構造を見いだしたのである。

【０００７】工学上は、赤外線放射によるエネルギーが
配管に投与されると、一部は配管に反射され、一部は配
管を透過し、残りは配管に吸収される。配管に吸収され
た部分は配管の分子の振動エネルギーに変換され、最終
的には熱エネルギーとなって配管自体を温度上昇する。 配管を透過した部分は配管内の純水に吸収される部分と
、純水を透過する部分とに分かれる。ところが、前述の
ように吸収された波長によっては光量子のエネルギーの
大きさとの関係で、一部分が解離、分解、重合などの光
化学的作用などの推進力として消費される。このため、
加熱目的に対しては波長が６００ｎｍ以上の方が滴合し
ているといわれており、一般的には波長７６０ｎｍから
１ｍｍまでの範囲、特に２．５μｍから２５μｍまでの
ものが産業上で利用されている。また、赤外線は通常、
０．８μｍから２μｍまでの近赤外放射と、２μｍから
５．６μｍまでの中赤外放射と、５．６μｍから１ｍｍ
までの遠赤外線放射との３区分に大別される。水に対す
る吸収率との関係では、図６に例示される水に対する赤
外線吸収係数の波長依存性から明らかなように波長１μ
ｍから２μｍのときが最も良好になり、波長１μｍ以下
および２μｍ以上になると吸収係数の急激な低下がみら
れる。本発明では水にエネルギーを直接吸収させること
を期待するものであるから、主として波長１μｍから２
μｍの近赤外線放射を適用する。

【０００８】本発明における樹脂製パイプとしては、機
械的強度や水に対する難溶出性に優れていることを前提
として耐熱性および熱伝導率が良好であるものが選定さ
れ、例えば弗素樹脂系のものでは耐熱性が乏しいことに
加え熱伝導率も悪いので充分とはいえない。加えて、赤
外線放射との関係では特にその透過率が問題となり、前
述の水に対する吸収率の点から１μｍから２μｍの波長
までを効率的に透過するものを選ぶことが好ましい。こ
のような条件を満たす具体的な樹脂としては、実施例で
用いたポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（以下、Ｐ
ＥＥＫ樹脂と称する）などを挙げることができる。図５
はＰＥＥＫ樹脂の赤外線透過率を示している。透過率は
波長０．５から１．５μｍまでの間に急上昇し、１．５
μｍからはほぼ８０％となる。またＰＥＥＫ樹脂は水に
優れた難溶出性を有し、８０℃以上の温純水に対して最
も溶出の少ない樹脂であり、しかも機械的強度が強く、
耐熱性にも優れている。

【０００９】図５，図６から推測されるように、本発明
の純水加熱方式は、第１に赤外線ランプから放射される
光線を直接および反射鏡を介して、能率的かつ均一に樹
脂製パイプに照射すること、第２に照射された光線は樹
脂製パイプを高効率で透過しかつ内部の純水に直接吸収
されることを要旨としている。この結果、樹脂製パイプ
自体の温度上昇は大きく抑制され、逆に純水に対する加
熱は光線を純水に直接吸収させることにより優れた加熱
効率となる。また、樹脂製パイプの場合には、上記した
局部加熱に対する対策が不可欠である。この点について
は、従来方式では主として加熱された配管などにより純
水を暖めるようにしているのに対し、本発明では赤外線
ランプから放射される光線を直接および反射鏡を介して
パイプ表面に均一に照射することに加え、赤外線を純水
に極力直接吸収させて、所定の温度に加熱するのでその
分だけ樹脂製パイプを加熱することが少なくできており
、従来のようなヒーター接触部などに起因する局部加熱
を確実に防止できる。

【００１０】更に、本発明は、前述のように配管のヒー
ター接触部を避け、加熱方式に起因する局部加熱を排除
することに加えて、請求項２によって加熱により発生す
る純水中の気泡に基づく局部加熱も防止するようにした
。これにより、従来のようなヒーターとの接触部や気泡
発生によって局部的に加熱されて配管部が溶融し、ピン
ホール等の破損が発生したり、不純物が純水中に溶解す
るという虞を根本的に解決できるのである。

【００１１】

【実施例】図１は本発明装置の全体構成例を模式的に示
し、図２および図３は前記装置に於ける各要部を示して
いる。同図の半導体製造装置は、半導体製造においてウ
エハ洗浄に用いられる約９０℃の高純水を連続的に供給
するもので、大きくはハウジング１内に配管された樹脂
製パイプ２と、パイプ２の垂直部２ａに設けられて赤外
線ランプ３を用いた単位加熱部４と、ランプ３に印加す
る電力を制御する電源制御手段５と、パイプ２の水平部
２ｂに装着された気液分離器６などを備えている。ハウ
ジング１は密閉容器となっていて、側壁および上壁に換
気用の開口１ａ，１ｂが設けられている。ハウジング１
の内部には、純水を所定の流量で供給するためのパイプ
２が配置された後、パイプ２の垂直部２ａに単位加熱部
４が組み付けられる。パイプ２はＰＥＥＫ樹脂製からな
り、垂直部２ａと水平部２ｂとを交互に有するよう形成
されている。パイプ２の一端部入口２ｃは、ハウジング
１の側壁下部から外部へ導かれて不図示の純水溜槽に接
続される。入口２ｃにはポンプによって純水溜槽から純
水が所定の流速で圧送される。パイプ２の他端部出口２
ｄは他方側壁上部から外部へ導かれて、ここから所定の
温度に加熱された純水を洗浄工程へ供給する。垂直部２
ａは、実際にはハウジング１の中において３箇所よりも
多数箇所に設けられ、これらの夫々に単位加熱部４が設
置されている。

【００１２】各単位加熱部４の詳細は図２に示されてお
り、垂直部２ａの外周をすっぽり覆うケース７ａおよび
保温材７ｂと、反射鏡８と、複数の赤外線ランプ３など
から構成される。ケース７ａは２個の筒半体を一体化し
たもので、筒中心軸に沿って配置される垂直部２ａが両
端面部の貫通孔に断熱シール材９を介在して貫通してい
る。ケース７ａの内壁全面には保温材７ｂを介在して反
射鏡８が装着されており、この反射鏡８と垂直部２ａと
の間に赤外線ランプ３が設けられている。反射鏡８は金
属板を鏡面形成したものを用いているが、他の構成であ
ってもよい。赤外線ランプ３は、垂直部２ａの外周に接
近配置される上・中・下の３段構成となっている。各段
の赤外線ランプ３は、垂直部２ａの同軸回りに４個を組
として構成され等間隔に設けられる。また、これら赤外
線ランプ３は上下の支持部材１０を介して保持されてい
る。支持部材１０はケース７ａの外部からケース７ａ，
保温材７ｂ，反射鏡８の孔を介して内部に突出され、突
出先端部に赤外線ランプ３の各口金部を不動保持し、か
つこれを利用して電源制御手段５と配線で接続して外部
から赤外線ランプ３の各口金部へ通電する構成となって
いる。電源制御手段５は、主電源に接続されて各赤外線
ランプ３への通電をオンーオフするとともに、各単位加
熱部４内の個々の赤外線ランプ３へ印加される電力を常
に設計値に近づけるべく制御する。この制御は、出口２
ｄ付近に設けられた温度センサー１１および温度制御部
１２の演算結果に基づいて行われる。温度センサー１１
は出口２ｄから吐き出される加熱された純水の温度を検
出して、温度制御部１２へ送信する。温度制御部１２で
は、検出された純水の現温度が設計値と異なるとき、各
赤外線ランプ３へ印加している電力値をベースとし、出
口２ｄから出る純水の温度が所定値となるための電力値
を演算し、その演算結果を電源制御手段５へ送信する。 このような各赤外線ランプ３の電力値は各単位加熱部４
間で異なるばかりでなく、任意の単位加熱部４における
上・中・下の３段間でも異なる。

【００１３】また、パイプ２における入口２ｃ側の水平
部２ｂには気液分離器６が設けられている。この気液分
離器６は、図３の（イ）に示す如く、水平部２ｂに設け
られた流出孔１３から純水および純水中の気泡を内部に
導くケース１４と、ケース１４に接続されて前記気泡を
パイプ外へ排出する排管１５と、排管１５の途中に設け
られた開閉バルブ１６と、ケース１４内に設けられて気
泡を一定量溜ったことを検知する静電容量タイプの気泡
センサー１７とを有し、気泡センサー１７の信号に基づ
いて所量の気泡を検知したときにバルブ１６を開状態に
制御する。このような気液分離器６は近接スイッチに類
似するもので、水平部２ｂの上部にあって１から数ミリ
大の流出孔１３からケース１４内に導びかれた純水が気
泡を含んでいる場合にケース１４内で純水層と気泡層と
の２層に分けて、気泡層を一部の純水層と共に気泡ドレ
ーンとして排管１５を通じて自動的に排出する。また、
気泡センサー１７は前述の電源制御手段５および温度制
御部１２とに接続され、ここでは例えば装置を駆動した
初期段階などにおいて、前記気泡が大量に検知されたと
きに各赤外線ランプ３へ印加されている電力をそれに応
じて低く調整したり、オフ状態にするなどして制御する
。

【００１４】一方、パイプ２における上側の水平部２ｂ
にも気液分離器６が設けられている。この気液分離器６
は、図３の（ロ）に示す如く、水平部２ｂに設けられた
流出孔１３から純水の一部および加熱により発生した純
水中の気泡とを内部に導くケース１４と、ケース１４に
接続されて前記気泡をパイプ外へ排出する排管１５と、
排管１５の途中に設けられた開閉バルブ１６ａと、ケー
ス１４内に設けられて気泡を一定量溜ったことを検知す
る気泡センサー１７とを有し、気泡センサー１７の信号
に基づいて加熱された純水中に所量の気泡を検知したと
き、常に開状態になっているバルブ１６ａを通し気泡ド
レーンとして排管１５を通じて排出する。また、気泡セ
ンサー１７は前述の電源制御手段５および温度制御部１
２とに接続され、前記気泡が検知されたときに各赤外線
ランプ３へ印加されている電力をそれに応じて調整した
り、オフ状態にすることもある。

【００１５】以上の装置によれば、パイプ２内に圧送さ
れる純水は各単位加熱部４により順次に加熱され、また
温度センサー１１、温度制御部１２、電源制御手段５に
よっ各赤外線ランプ３の電力値がコントロールされて、
出口２ｄから流出するときには所定の温度となる。この
場合、各赤外線ランプ３より放射される光線は直接およ
び反射鏡８を介して能率的かつ均一に垂直部２ａに照射
されることとなり、しかも照射された光線は図５，図６
から推測される如く垂直部２ａを高効率で透過して内部
の純水に直接吸収される。したがって、加熱効率は純水
を専ら直接加熱するので極めて良好となる。この結果、
パイプ全長をそれなりに短縮できるので純水の純度保持
も達成され、消費電力を低減できて経済性にも優れたも
のとなる。　　また、パイプ２自体は赤外線をそれなり
吸収して加熱されるものの、従来方式に比べて加熱程度
を大きく抑制できる。これは、従来方式では主として加
熱された配管などにより純水を暖めるようにしているの
に対し、本発明装置では赤外線ランプ３より放射される
光線を純水に極力直接吸収させて、所定の温度に加熱す
るのでその分だけ樹脂製パイプ２を加熱することが少な
くできること、加えて反射鏡８の利用によりパイプ２表
面に均一に照射するという構成に基づくものであり、従
来のようなヒーター接触部などに起因する局部加熱を確
実に防止できるのである。また、本発明装置は、気液分
離器６、排管１５、開閉バルブ１６などを備え、加熱に
より発生する純水中の気泡を気泡センサー１７により検
出し、かつその気泡を自動的にパイプ２内より排管１５
を通じて気泡ドレーンとして排除するので、気泡発生に
基づく局部加熱も防止できる。これにより、従来のよう
なヒーターとの接触部や気泡発生によって局部的に加熱
されて配管部が溶融し、ピンホール等の破損が発生した
り、不純物が純水中に溶解するという虞を根本的に解決
できるのである。

【００１６】図４は単位加熱部４の他の構成例を示して
いる。同図の単位加熱部２４は、前記樹脂製パイプ２の
垂直部２ａにおける形状をスパイラル状に形成し、この
スバイラル部２２ａの外周をすっぽり覆うケース２７ａ
および保温材２７ｂと、反射鏡２８と、複数の赤外線ラ
ンプ２３とを備えたものである。ケース２７ａは、筒中
心軸に沿って配置されるスパイラル部２２ａの端部を両
端面部の貫通孔に断熱シール材９を介在して貫通してい
る。このスパイラル部２２ａの内部に赤外線ランプ２３
が設けられている。赤外線ランプ２３は、スパイラル部
２２ａの空間内に接近配置される上・下の２段構成とな
っている。各段の赤外線ランプ２３は、スパイラル部２
２ａの空間内に２個を組として配置され、また、これら
赤外線ランプ２３は上下の支持部材１０を介して保持さ
れている。支持部材１０はケース２７ａの外部からケー
ス２７ａ，保温材２７ｂ，反射鏡２８の各孔を介して内
部に突出され、突出先端部に赤外線ランプ２３の各口金
部を不動保持している、これらは前記実施例と同様であ
る。この実施例によれば、上記効果に加えて、スパイラ
ル部２２ａの形状によってこの部分のパイプ全長が長く
なっており、赤外線ランプ２３から投射される光線は効
率よく純水に吸収でき、加熱効率をより向上できるなど
の効果が得られる。このように、本発明装置は、請求項
記載の範囲で種々変形ないしは展開できるものである。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明装置にあっ
ては、赤外線ランプから放射される光線を直接および反
射鏡を介して能率的かつ均一に樹脂製パイプに照射させ
るので、樹脂製パイプ自体の温度上昇は大きく抑制され
る一方、樹脂製パイプ内の純水を効率的に加熱すること
ができる。また、この本発明装置では、赤外線を純水に
極力直接吸収させて、所定の温度に加熱するのでその分
だけ樹脂製パイプを加熱することが少なくでき、しかも
反射鏡の利用によりパイプ表面に均一に照射するという
構成も付加されて、従来問題であったヒーター接触部に
おける局部加熱を防止できる。更に、請求項２によれば
、上記の効果に加えて加熱により発生する純水中の気泡
に基づく局部加熱も防止でき、これにより、従来のよう
なヒーターとの接触部や気泡発生によって局部的に加熱
されて配管部が溶融し、ピンホール等の破損が発生した
り、不純物が純水中に解けるという虞を確実に解消でき
る。したがって、本発明装置は、従来の純度的および構
造的な問題点を比較的簡易な構造により一掃し、半導体
製造においてウエハ洗浄などに用いられる高純度な温純
水を安定かつ大量に供給できるなど各種の分野に有益で
あり、装置と製品の両面で品質的な信頼性を大きく向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した半導体製造装置例の全体を示
す模式図である。

【図２】前記装置の単位加熱部を示す要部断面図である
。

【図３】前記装置の気液分離器装着部を示す要部断面図
である。

【図４】図２の単位加熱部の他の例を示す要部断面図で
ある。

【図５】本発明実施例で使用したＰＥＥＫ樹脂の赤外線
透過率を示す図である。

【図６】水に対する赤外線吸収係数の波長依存性を示す
図である。

【符号の説明】

１　　ハウジング ２　　樹脂製パイプ ２ｂ　　水平部 １３　　流出孔 ３，２３　　赤外線ランプ ４，２４　　単位加熱部 ５　　電源制御手段 ６　　気液分離器 ８，２８　　反射鏡 １１　　温度センサー １５　　排管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　純水を連続的に所定温度まで加熱する
   半導体製造装置において、耐熱性の樹脂製パイプで構成
   した純水を一定方向へ通す配管と、前記配管の樹脂製パ
   イプの外側に配置した赤外線ランプと、前記赤外線ラン
   プの外側に設けられてランプより放射される光線を前記
   樹脂製パイプに向かって反射させる反射鏡とを備えたこ
   とを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】　　純水を連続的に所定温度まで加熱する
   半導体製造装置において、耐熱性の樹脂製パイプで構成
   した純水を一定方向へ通す配管と、前記配管内の純水を
   加熱する赤外線ランプと、前記樹脂製パイプにおける水
   平部の上部に設けられたパイプ径よりも小径の流出孔と
   、前記流出孔を覆うようにパイプ外周に設けられた気液
   分離器と、前記気液分離器に接続された排管とを備え、
   前記気液分離器により流出孔から出る流出水と加熱によ
   り純水から発生する気泡とを分離して、前記気泡を排管
   から除去することを特徴とする半導体製造装置。