JPH08206485A - 超臨界流体を利用した洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】短時間に被洗浄物質の洗浄を行え、かつ、被洗
浄物質の表面に付着したパーティクルまで除去すること
ができる洗浄装置を提供する。 【構成】洗浄槽１に循環経路７が接続されている。循環
経路７には循環機２が設置されている。循環機２は、被
洗浄物質４の洗浄中に、洗浄媒質である超臨界流体を循
環させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及び液晶デ
ィスプレイ等の微細加工部品を超臨界流体で洗浄する洗
浄装置に関し、特に、洗浄を短時間で行うことのできる
洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の洗浄装置で、最も一般的に使用さ
れてきた洗浄装置は、洗浄媒質として純水・水・有機溶
剤・酸・アルカリ水溶液などの溶媒を利用する湿式洗浄
装置である。湿式洗浄装置では、液体の分散力を向上さ
せるために、超音波やシャワー等の物理力を水やアルコ
ール等の液体による洗浄力に加えて洗浄を行っている
が、液体自身の洗浄力が劣っているために、十分に被洗
浄物質の洗浄を行うことができない。また、被洗浄物質
を均一に洗浄することも困難である。更に、洗浄後の乾
燥工程において、シミ・腐食等の問題が発生して、十分
な乾燥性が得られないこともある。そのため、洗浄槽を
多数使用する（多数回洗浄＋多数回すすぎ）などして洗
浄レベルの向上を図っている。また、莫大な費用を投資
して、乾燥炉（乾燥工程）を追加することも行われてい
る。

【０００３】上記湿式洗浄の欠点を克服する洗浄装置と
して、昨今、超臨界流体を利用する洗浄装置が注目され
ている。超臨界流体とは、物質固有の臨界温度及び臨界
圧力を越えた領域にある流体を指す。この超臨界流体
は、気体と液体の中間の粘度・拡散係数・密度・溶解力
をもっている。また、元来、気体を圧縮して使用するた
め、圧力を通常圧に戻すと気体として振る舞う。

【０００４】このような性質を有する超臨界流体を洗浄
媒体として利用することは、従来から行われていた湿式
洗浄に比べて、微細化に対応し易い・被洗浄物質の形状
にとらわれない・乾燥工程が不要・素早い処理が可能・
廃液処理が不要・添加溶剤を加えること等で溶解力を自
由にコントロールできる・装置本体の小型化が可能など
の多くの利点を有する。

【０００５】超臨界流体の洗浄媒質として主に使用され
る材料は、二酸化炭素、亜硫酸ガス、亜酸化窒素、エタ
ン、プロパン、フロンガス等である。図５に二酸化炭素
の温度・圧力・状態相関図を示す。二酸化炭素は、温度
３１．０６℃以上、圧力７４．８ａｔｏｍ以上の条件で
超臨界二酸化炭素となる。

【０００６】図６は、従来の超臨界流体を用いた洗浄装
置を示す構成図である。この洗浄装置では、洗浄物質と
して二酸化炭素を使用しており、洗浄室１、汚染物質分
離室１６、液化二酸化炭素タンク１５、冷却器１４、加
熱器１３、昇圧ポンプＰ１で構成されている。上記各部
の間には、バルブＶー２，Ｖー５，Ｖー６、調圧バルブ
ＣＶ１、逆止弁Ｃ１が配置されている。液化二酸化炭素
タンク１５より供給された液化二酸化炭素は冷却器１４
で冷却された後、昇圧ポンプＰ１で臨界圧力以上に昇圧
され、更に、加熱器１３により臨界温度以上に加熱され
て超臨界二酸化炭素となる。そして、洗浄室１に供給さ
れ、被洗浄物質４の洗浄が行われる。洗浄後、超臨界二
酸化炭素は汚染物質分離室１６へ送られ、超臨界二酸化
炭素中に溶けこんだ汚染物質の分離が行われる。このと
き、超臨界二酸化炭素は気体となって大気中に放出され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】湿式洗浄の場合、洗浄
媒質として使用する各種洗浄液体の粘度が高く拡散係数
が低いために、被洗浄物質に細孔や細く深いめくら穴等
の複雑・微細な形状がある場合には、その細部までの精
密洗浄にかなりのタクトタイムを要する。また、洗浄液
体の洗浄力が弱く、超音波やシャワー等の物理力を加え
ても、十分に清浄に洗浄することができない。更に、洗
浄槽・すすぎ槽を複数槽使用しても、装置全体が大型化
するばかりで、結果的には高い洗浄レベルを得ることは
難しい。また、廃液処理設備が必要であり、これに要す
る費用も莫大となる。

【０００８】超臨界流体を利用した洗浄装置では、上記
したように、その洗浄力は非常に高いものとなる。しか
しながら、この洗浄装置では、超臨界流体中に被洗浄物
質を長時間（３０分程度）浸清して洗浄を行うため、タ
クトタイムが長くなるという問題がある。また、被洗浄
物質表面に付着した細かい汚れ成分（パーティクル）ま
で除去することは困難であった。

【０００９】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、短時間に、被洗浄物質表面に付着したパ
ーティクルまで除去することのできる洗浄装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超臨界流体を利用した洗浄装置は、洗浄槽
と複数の接続口で接続された循環経路と、被洗浄物質の
洗浄中に洗浄槽内の圧力を略一定に保ちながら超臨界流
体を循環させる手段と、を備えてなることを特徴として
いる。

【００１１】更に、超臨界流体を濾過する手段を備えて
なることを特徴としている。

【００１２】また、前記洗浄槽内での超臨界流体の流れ
を均一にする手段を備えてなることを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の洗浄装置では、超臨界流体を循環させ
ながら、被洗浄物質の洗浄を行う。このため、被洗浄物
質に物理力が加わり、汚れ等が分離・分散され易くな
り、短時間での洗浄が可能となる。更に、被洗浄物質の
表面に付着した細かい汚れ（パーティクル）を除去する
ことが可能となる。

【００１４】また、循環経路を使って、超臨界流体を循
環させるため、洗浄槽内での超臨界流体の流れを層流と
することができ、被洗浄物質を均一に洗浄することが可
能となる。

【００１５】また、一般的に超臨界流体を利用した洗浄
では、湿式洗浄と異なり、超臨界流体の圧力の変動によ
り洗浄力等の洗浄条件が変化するが、洗浄中において洗
浄槽内の圧力を略一定に保つことにより、被洗浄物質の
洗浄を安定して行うことができる。

【００１６】更に、洗浄中に超臨界流体を濾過すれば、
被洗浄物質の洗浄レベルをより一層高めることができ
る。湿式洗浄では溶媒の粘度が高いため、濾過を行う
と、濾過器による圧力損失が大きくなってしまうが、超
臨界流体を利用した洗浄では、超臨界流体の粘度が低い
ため、圧力損失が小さく、パーティクルのような小さな
汚れを除去するための濾過器の使用も可能となる。

【００１７】また、洗浄槽内において超臨界流体を均一
に流すための手段を設ければ、被洗浄物質をより精度良
く均一に洗浄することが可能となる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の超臨界流体を利用した洗浄装
置の一例を示す概略構成図である。但し、この図では、
超臨界流体の生成部分は省略している。本装置は、洗浄
槽１、バルブＶ−１乃至Ｖ−４、循環機２等を備えてお
り、超臨界流体の圧力が非常に高いため、これらの部品
はすべて耐高圧用部品としている。また、安全弁ＳＶ−
１，ＳＶ−２も設置しておいた方がよい。

【００１９】以下に、本装置での洗浄の手順について説
明する。

【００２０】まず、洗浄槽１の上蓋３を開けて、被洗浄
物質４を洗浄槽１内に装填する。その後、上蓋３を閉め
て、洗浄槽１を密閉する。

【００２１】次に、バルブＶ−１を開けて、開口９ａか
ら超臨界流体を洗浄槽１内に導入する。そして、バルブ
Ｖ−３，Ｖ−４を開け、開口１０ａ，１０ｂから循環経
路７内に超臨界流体を供給する。

【００２２】次に、バルブＶ−１を閉めて、循環機２を
作動させ、洗浄槽１内の超臨界流体を開口１０ｂから循
環経路７内に引き込むとともに、循環経路７内の超臨界
流体を開口１０ａから洗浄槽１内に送出する。これによ
り、洗浄槽１内の超臨界流体の循環が実現できる。循環
スピード（一定時間内に循環経路７内を通過する超臨界
流体の量）はいくらでも構わないが、スピードが速いほ
ど、より短時間での洗浄が可能となる。但し、スピード
が速い場合には、被洗浄物質４を均一に洗浄することが
難しくなる。

【００２３】洗浄が終了したら、循環機２を止め、バル
ブＶ−２を開けて、超臨界流体の排出を行う。

【００２４】以上のように洗浄中に超臨界流体を循環さ
せることにより、被洗浄物質４の洗浄を短時間（従来の
洗浄レベルまでなら１０分以下）で行うことができる。
更に、被洗浄物質４の表面に付着していたパーティクル
まで除去することが可能となる。

【００２５】循環機２は、ポンプや圧縮機等で構成でき
る。但し、このポンプや圧縮機等は、一次側と二次側の
圧力に差が生じないものであることが望ましい。一次側
と２次側に圧力差が生じる場合には、図１に示すよう
に、減圧弁８を設置することが望ましい。このようにす
ることにより、洗浄槽１内の圧力を略一定に保つことが
でき、圧力変動に起因する超臨界流体の洗浄能力の変動
を抑制することができる。

【００２６】本例では、循環経路７と洗浄槽１は２箇所
において接続されているが、更に多くの箇所で接続され
ていても構わない。また、接続する位置も図１に示した
位置に限るものではない。

【００２７】図２は本発明の他の例を示す概略構成図で
ある。ここでは、循環経路７中に濾過フィルター５を設
置している。尚、循環機２には一次側と二次側の圧力に
差が生じないものを使用しており、これにより、洗浄槽
１内の圧力を略一定に保つことができる。

【００２８】この装置では、濾過フィルター５により超
臨界流体に溶け込んだ汚染物質を除去することができる
ため、より一層、被洗浄物質４を清浄化することができ
る。

【００２９】また、超臨界流体が接触する配管・バルブ
等の部品の内表面に特殊電界研磨処理等を施せば、内表
面での汚れ成分やパーティクルの滞留を防ぐことがで
き、更に被洗浄物質４を清浄化することが可能となる。

【００３０】図３は本発明の更に他の例を示す概略構成
図である。ここでは、図２の洗浄装置に加え、洗浄槽１
の開口１０ａ及び１０ｂの部分に層流化ダクト６を設置
している。尚、循環機２には一次側と二次側の圧力に差
が生じないものを使用しており、これにより、洗浄槽１
内の圧力を略一定に保つことができる。

【００３１】図４（ａ）は層流化ダクト６を示す構成図
である。図中（イ）はその側面図であり、（ロ）は上面
図である。層流化ダクト６には複数の穴（直径数ミリ程
度）が形成されており、その穴を通って、超臨界流体が
循環経路７から洗浄槽１へ流出入する。

【００３２】層流化ダクト６の替わりにスノコを用いて
もよい。図４（ｂ）はそのスノコ１９を示す構成図であ
る。図において、（イ），（ロ）はそれぞれスノコ１９
の側面図，上面図である。層流化ダクト６と同様に複数
の穴が形成されている。スノコ１９を用いる場合には、
スノコ１９が圧力により動くことのないように洗浄槽１
内に確実に固定しておかなければならない。

【００３３】上記の層流化ダクト６あるいはスノコ１９
の使用により、洗浄槽１内において均一な超臨界流体の
流れを確保でき、被洗浄物質４を均一に洗浄することが
可能となる。但し、洗浄槽１が大きく、層流化ダクト６
あるいはスノコ１９を大きく形成しなければならない場
合には、超臨界流体が流出入する開口１０ａ，１０ｂか
ら離れた部分ほど、層流化ダクト６あるいはスノコ１９
に形成する穴を大きくする等して、洗浄槽１内における
超臨界流体の流れを均一に保つ必要がある。また、超臨
界流体の流入側と流出側に配置する二つの層流化ダクト
６あるいはスノコ１９の穴の位置を合わせておけば、よ
り均一に超臨界流体を流すことができる。

【００３４】尚、層流化ダクト６やスノコ１９の穴の形
状や大きさ等は、洗浄槽１中の超臨界流体の流れが均一
になるのであれば、どのようなものでもよいことは言う
までもない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の洗浄装置では、
超臨界流体を循環させながら洗浄を行うため、被洗浄物
質の洗浄に要する時間を短縮することができると同時
に、被洗浄物質の表面に付着する細かい汚れ成分（パー
ティクル）等を除去することが可能となる。

【００３６】また、洗浄中において、洗浄槽内の圧力を
略一定に保つことにより、被洗浄物質の洗浄を安定して
行うことができる。

【００３７】更に、超臨界流体を濾過することにより、
より一層、被洗浄物質を清浄化することができる。

【００３８】また、超臨界流体を洗浄槽内で均一に流す
ことにより、被洗浄物質を高精度に均一に洗浄すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明の洗浄装置の他の例を示す概略構成図で
ある。

【図３】本発明の洗浄装置更に他の例を示す概略構成図
である。

【図４】層流化ダクト及びスノコを示す構成図である。

【図５】超臨界二酸化炭素の温度・圧力・状態相関図で
ある。

【図６】従来の洗浄装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 洗浄室 ２ 循環機 ４ 被洗浄物質 ５ 濾過フィルター ６ 層流化ダクト ７ 循環経路 ８ 減圧弁 ９ スノコ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗浄槽内に導入された超臨界流体により、
   被洗浄物質を洗浄する洗浄装置において、 前記洗浄槽と複数の接続口で接続された循環経路と、 前記被洗浄物質の洗浄中に、前記洗浄槽内の圧力を略一
   定に保ちながら、超臨界流体を循環させる手段と、を備
   えてなることを特徴とする洗浄装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の洗浄装置において、 超臨界流体を濾過する手段を備えてなることを特徴とす
   る洗浄装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の洗浄装置において、 前記洗浄槽内での超臨界流体の流れを均一にする手段を
   備えてなることを特徴とする洗浄装置。