KR20030048986A - 세정재, 세정재 제조장치, 세정방법 및 세정시스템 - Google Patents

세정재, 세정재 제조장치, 세정방법 및 세정시스템 Download PDF

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KR20030048986A
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Abstract

반도체 웨이퍼를 양호하게 또한 효과적으로 세정하는 것을 목적으로 한다.
반도체 웨이퍼(3)의 세정은, 세정재(1)를 운반가스(37)와 함께 분사건(34)으로부터 반도체 웨이퍼(3)로 향하여 분사시킴으로써 행해진다. 세정재(1)는 얼음입자를 함유하는 고액공존의 샤베트상을 이루는 것이고, 제종용기(7)에 수용한 세정순수(1a)와 이소프로필알콜(1b)의 혼합액을, 교반날개(15)로 교반하면서, 기계식 냉동기(8)에 의해 물의 응고점 이하로 냉각함으로써 얻어진다. 세정재(1)에 있어서의 이소프로필알콜농도는 1질량% ~ 80질량%로 되어 있고, 얼음농도는 0.2질량% ~ 99질량%로 되어 있다. 세정재(1)는, 제조용기(7)로부터 가압탱크(40)에 공급되고, 가압가스(35)를 가압탱크(40)에 공급함으로써, 세정재 압송로(42)로부터 분사건 (34)으로 압송된다.

Description

세정재, 세정재 제조장치, 세정방법 및 세정시스템{CLEANING MATERIAL, PRODUCING APPARATUS THEREOF, CLEANING METHOD AND CLEANING SYSTEM}
본 발명은, 각종 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼, 전자장치의 기판, 액정기판, 포토마스크, 유리기판 등)에 부착되는 미세한 오염물질(기판의 오염원으로 되는 미립자 등이고, 이하 「입자」이라함)을 세정, 제거하는 경우 등에 바람직하게 사용할 수 있는 세정재, 이 세정재를 제조하기 위한 장치 및 이 세정재를 사용하는 세정방법 및 세정시스템에 관한 것이다.
예컨대, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 세정은, 일반적으로, 100 ~ 300㎛ 지름의 모헤어, 나이론 등을 사용한 브러시에 의해 기판표면을 비비는 것에 의해, 기판에 부착된 입자를 제거하는 브러시ㆍ세정기에 의해 행해지고 있다. 또한, 이러한 브러시ㆍ세정기에 의한 기판세정에 있어서는, 브러시를 회전시키면서 기판표면에 눌러서, 그 마찰력에 의해 이물을 털어내도록 하기 때문에, 브러시끼리의 마찰이나 기판배선의 단차로의 마찰에 의해, 기판 오염원으로 되는 미립자인 입자가 발생하여 기판에 재부착되고, 기판의 세정효과를 저하시킨다.
여기서, 최근, 미세한 얼음입자를 세정재로 하여 운반가스에 의해 기판에 분사, 충돌시킴으로써, 기판을 세정하도록 한 아이스ㆍ세정기가 제안되어 있다. 이러한 아이스ㆍ세정기에 의하면, 기판을 씻어 보내기 때문에 입자의 발생, 재부착이 생기지 않고, 기판세정을 효과적으로 행할 수 있다.
그러나, 아이스ㆍ세정기에 의한 기판세정에 있어서는, 세정재가 경질의 얼음입자이고 또한 가스(운반가스)에 의해 기판에 고속으로 충돌되기 때문에, 세정재의 충돌에 의해 기판에 손상을 줄 우려가 있다. 또한, 기판에 충돌 후의 얼음입자가 비산함과 아울러 제거된 입자가 기판 주변에 날려올라가서, 기판이 재오염될 우려가 있다. 이와 같은 입자의 날려올라감을 방지하기 위해서는, 얼음입자의 분사와 함께 기판에 순수 등에 의한 린스를 행할 필요가 있지만, 린스를 행하면, 린스물에 얼음입자가 용융하여 냉열의 유효이용을 도모하는 것이 불가능하고, 공정비용이 증가한다라는 문제를 발생한다. 또한, 얼음입자끼리가 융착하여 덩어리형상으로 되어 수송배관계로 막히게 하는 등, 취급성이 매우 나쁘다라는 문제도 있다.
본 발명은, 이와 같이 세정재를 기판 등의 피세정부재에 분사, 충돌시키는 경우에 있어서, 상기 아이스ㆍ세정기와 같은 문제를 발생함이 없이, 기판 등을 양호하게 또한 효과적으로 세정할 수 있는 세정재를 및 이러한 세정재를 사용하는 세정방법 및 세정시스템을 제공함과 아울러, 이러한 세정재를 바람직하게 제조할 수 있는 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
도 1은, 제 1세정시스템을 나타내는 계류도이다.
도 2는, 도 1의 요부(본 발명에 관한 세정재 제조장치)의 확대 상세도이다.
도 3은, 제 1세정시스템에 있어서의 세정재 제조장치의 변형예를 나타내는 도 2 상당도이다.
도 4는, 제 2세정시스템을 나타내는 계류도이다.
도 5는, 제 3세정시스템을 나타내는 계류도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 … 세정재 1a … 순수(원료수)
1b … 유기화합물액 1c … 세정잔사(세정에 사용된 세정재)
1e … 세정재의 원료 2, 61, 161 … 세정재 제조장치
3 … 기판(피세정부재) 4, 62 … 세정처리실
5, 63 … 세정재 분사장치 6, 64 … 세정잔사 회수장치.
7 … 제조용기 8, 71, 170 … 기계식 냉동기(냉각기구)
9, 197 … 교반기구 10, 71, 171 … 제어기구
15 … 교반날개 22, 72, 172 … 온도검출기
23 … 얼음농도 검출기 24 … 농도 검출기
25, 73, 173 … 제어기 34, 84 … 분사건(세정재 분사기)
35, 76 … 가압가스 36 … 세정재 압송기구
37, 86 … 운반가스 40 … 가압탱크
41, 85 … 세정재 공급로 42 … 세정재 압송로
45, 77 … 가압가스 공급로 46, 83, 95 … 제어밸브
47 … 세정잔사 회수로 48 … 열교환기
49 … 회수펌프 51 … 바브링가스
52 … 기체분산기 65, 165 … 열교환기
66 … 원료공급기구 67 … 냉매
68, 168 … 냉매용기 69, 169 … 전열관
74 … 원료용기 75 … 원료공급로
167 … 부동액(냉매)
본 발명은, 상기 목적을 해결하기 위하여, 다음과 같이 구성된 세정재, 세정재 제조장치, 세정방법 및 세정시스템을 제안하는 것이다.
즉, 제 1에, 본 발명은, 기판 등의 피세정면을 이것에 분사, 충돌시킴으로써 세정하는 세정재로서, 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물을 원료로 하여, 얼음입자를 함유하는 고액공존의 샤베트상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 세정재를 제안한다. 즉, 고체(얼음입자)와 액체(유기화합물 또는 유기화합물액 및 물)가 공존하는 샤베트상의 세정재를 제안한다.
이러한 세정재는, 일반적으로 물과 유기화합물액을 혼합하여, 이 혼합액을 물의 응고점 이하로 냉각함으로써 얻어지는 것이다. 세정재는, 얼음입자점 이하로서 유기화합물액의 응고점보다 높은 온도범위로 유지되지만, 일반적으로는 0℃ ~ -50℃로 유지하여 두는 것이 바람직하다. -50℃보다 저온이면, 이소프로필알콜(IPA) 등의 유기화합물액의 점도가 높게 되고, 세정재의 취급(세정재 분출기로의 압송등)을 원활하게 행할 수 없는 등의 문제가 생길 우려가 있기 때문이다.
또한, 이러한 세정재에 있어서, 원료수로서는, 일반적으로, 순수를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유기화합물액으로서는, 기판 등의 피세정부재(피세정면)에 악영향을 주지 않는 것이 사용되고, 구체적으로는, 예컨대, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에틸알콜 또는 아세톤 또는 이들이 2종 이상 혼합된 것 등을 사용하지만, 일반적으로는, 이소프로필알콜을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 세정재 내지 원료(혼합액)에 있어서의 유기화합물액의 농도(세정재 내지 원료의 총질량에 대한 유기화합물액의 함유질량의 비율이다)는 1질량% ~ 80질량%인 것이 바람직하다. 즉, 유기화합물액의 농도가 1질량%미만이면, 얼음입자지름이 과대하게 되고, 또한 동결온도를 제어하는 것이 곤란하게 된다. 역으로 유기화합물액의 농도가 80질량%를 넘으면, 원료 중의 물성분을 동결시키는 온도(응고점)가 크게 저하하여, 세정재의 제조에 필요이상의 에너지(동결에 요하는 에너지)가 필요로 되고, 또한 원료 중의 물성분이 전체량 동결한 것으로 하여도, 물농도가 필요이상으로 작게 되고, 세정재에 의한 세정능력(블라스트효과)이 저하함과 아울러, 에너지효율도 아주 나쁘다. 또한, 세정재에 있어서의 얼음입자의 농도(세정재 내지 원료의 총질량에 대한 얼음입자의 함유질량의 비율이고, 이하 「얼음농도」라 함)는 0.2질량% ~ 99질량%인 것이 바람직하다. 즉, 물농도가 0.2질량% 미만이면, 세정재에 의한 세정효과가 충분히 발취되지 않고, 역으로, 얼음농도가 99질량%를 넘으면, 세정재의 유동성이 저하하여, 이 수송이 곤란하게 된다. 얼음농도는, 피세정면의 성질과 상태, 오염도 등의 세정조건에 따라서 설정되지만, 일반적으로, 얼음입자에 의한 강력한 블라스트(일종의 아이스 블라스트)가 필요로 되는 경우에는 얼음농도를 높이고, 역으로, 이러한 블라스트를 그다지 필요로 하지 않는 경우에는, 얼음농도를 낮게 한다.
제 2에, 본 발명은, 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물액의 혼합액인 원료를 수용하는 제조용기와, 제조용기 내의 원료를 물의 응고점이하로 냉각하는 냉각기구를 구비하여, 냉각기구에 의한 원료의 냉각에 의해 상기 세정재를 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치(이하 「제 1세정재 제조장치」라 함)를 제안한다.
제 1세정재 제조장치에 있어서는, 균질의 샤베트상의 세정재를 얻기 위해서, 제조용기 내의 원료를 교반하는 교반기구를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 냉각기구로서는, 일반적으로, 제조용기 내에 배치되어서 원료를 직접 냉각하는 냉각면을 보유하는 기계식 냉동기가 사용된다. 이러한 기계식 냉동기를 사용하는 경우에 있어서는, 교반기구를, 냉각면을 따라서 흐르는 순환류를 형성하는 것으로 하여 두는 것이 바람직하다. 또한, 세정재 제조장치에 있어서는, 제조용기 내의 원료 내지 세정재에 있어서의 온도 및 유기화합물액의 농도를 검출하여, 검출된 온도 및 농도에 기초하여 냉각기구를 제어하는 제어기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제어기구는, 얼음농도가 상기 0.2질량% ~ 80질량%인 샤베트상의 세정재가 얻어지도록, 냉각기구를 제어하는 것이 바람직하다.
제 3에, 본 발명은, 전열관에 공급된 피냉각유체를 냉매와의 열교환에 의해 물의 응고점 이하로 냉각하는 열교환기와, 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물액의 혼합액인 피냉각유체인 원료를 전열관에 공급하는 원료공급기구를 구비하여,열교환기에서 원료를 냉각하는 것에 의해 상기 세정재를 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치(이하 「제 2세정재 제조장치」라 함)를 제안한다.
제 2세정재 제조장치에 있어서, 원료공급기구는, 원료를 수용하는 가압탱크인 원료용기와, 원료용기로부터 안내되어서 전열관에 접속된 원료공급로와, 원료용기에 가압가스를 공급하는 가압가스공급로를 구비하여, 원료용기에 가압가스를 공급하는 것에 의해, 원료를 원료용기로부터 전열관으로 압송하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 열교환기의 냉매온도를 제어하는 제어기구를, 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 냉매로서는 냉매가스 또는 냉매액이 사용되지만, 냉매액으로서는 공지의 부동액, 예컨대 에틸렌글리콜을 주성분으로 하는 것을 사용하여 두는 것이 바람직하다.
냉매로서 부동액을 사용하는 경우에 있어서는, 열교환기를, 부동액을 수용하는 냉매용기와, 냉매용기 내에 배치된 전열관과, 부동액을 냉각하는 냉각기구를 구비하는 것으로 구성하여 두는 것이 바람직하다. 냉각기구는, 냉매용기 내에 배치되어서 부동액을 직접 냉각하는 냉각면을 보유하는 기계식 냉동기인 것이 바람직하다. 또한, 냉매용기 내의 부동액은, 교반기구에 의해 교반하도록 하여 두는 것이 바람직하다.
제 4에, 본 발명은, 상기 샤베트상의 세정재를, 피세정면에 분사, 충돌시키도록 한 것을 특징으로 하는 세정방법을 제안한다.
이러한 세정방법에 있어서는, 세정재를, 피세정면으로 향하여 개구하는 세정재 분사기로부터 운반가스와 함께 분사시키도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 피세정면이 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표리면인 경우에는, 순수와 이소프로필알콜을 원료로 하는 세정재를 사용하는 것이 바람직하다.
제 5에, 본 발명은, 상기 제 1 또는 제 2세정재 제조장치와, 피세정부재를 지지하는 세정처리실과, 세정재 제조장치로 제조된 세정재를 세정처리실 내에 지지된 피세정부재의 피세정면을 향하여 분사시키는 세정재 분사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템을 제안한다.
제 1세정재 제조장치를 사용하는 세정시스템에 있어서는, 세정에 사용한 세정재(세정잔사)를 세정처리실로부터 해당 제조장치의 제조용기로 회수하는 세정잔사 회수장치를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 세정재 분사장치는, 노즐구를 피세정부재의 피세정면을 향한 상태로 세정처리실 내에 배치된 세정재 분사기와, 세정재를 제조용기로부터 세정재 분사기로 가압가스에 의해 압송하는 세정재 압송기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 세정재 분사기는, 세정재 분사기에 공급된 세정재를 운반가스에 의해 가속하여 분출시키는 분사건으로 하는 것이 바람직하다. 세정재 압송기구는, 가압탱크와, 제조용기로부터 가압탱크로 안내된 세정재 공급로와, 가압탱크로부터 세정재 분사기에 안내된 세정재 압송로와, 가아탱크로 가압가스를 공급하는 가압가스공급로와, 가압가스공급로로부터 가압탱크로의 가스공급량을 제어하는 제어밸브를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제 2세정재 제조장치를 사용하는 세정시스템에 있어서는, 세정에 사용한 세정재를 세정처리실로부터 해당 세정재 제조장치의 원료용기로 회수하는 세정잔사 회수장치를, 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 세정재 분사장치는, 노즐구를 피세정부재의 피세정면을 향한 상태로 세정처리실 내에 배치된 세정재 분사기와, 세정재를 세정재 제조장치에 있어서의 열교환기의 전열관으로부터 세정재 분사기로 공급하는 세정재 공급로를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 세정재 분사기는, 세정재 분사기에 공급된 세정재를 운반가스에 의해 가속하여 분사시키는 분사건인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구성을 도 1 ~ 도 3, 도 4 및 도 5에 나타내는 각 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명한다.
각 실시형태는, 기판(반도체 웨이퍼, 전자장치의 기판, 액정기판, 포토마스크, 유리기판 등)을 이것에 아이스ㆍ세정기와 마찬가지로 세정재를 분사, 충돌시킴으로써 세정하기(기판에 부착되는 입자를 제거하기) 위한 세정시스템에 본 발명을 적용한 예에 관한 것이다.
도 1 ~ 도 3은 제 1의 실시형태를 나타낸 것으로, 이 실시형태에 있어서의 세정시스템(이하 「제 1세정시스템」이라 함)은, 다음과 같이, 샤베트상의 세정재 (1)를 제조하기 위한 세정재 제조장치(제 1세정재 제조장치)(2)를 구비하는 것이다.
즉, 세정재 제조장치(2)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 물(1a)과 이보다 응고점이 낮은 유기화합물액(1b)의 혼합액인 원료를 수용하는 제조용기(7)와, 제조용기(7) 내의 원료(1a, 1b)를 물의 응고점 이하로 냉각하는 냉각기구(8)와, 제조용기 (7) 내의 원료(1a, 1b) 내지 세정재(1)를 교반하는 교반기구(9)와, 냉각기구(8)를 제어하는 제어기구(10)를 구비한다. 이 예에서는, 원료수(1a)로서 순수를 사용하고, 유기화합물액(1b)로서 이소프로필알콜(mp=-89.5℃ : bp=82.4℃)을 사용하고 있다. 또한, 이소프로필알콜(1b)은, 반도체 웨이퍼 등의 세정액으로서 일반적으로 사용되고 있는 것이고, 반도체 웨이퍼 등의 기판(3)에 악영향을 주지 않는 것이다.
제조용기(7)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원료수인 순수(1a)와 유기화합물액인 이소프로필알콜(1b)의 혼합액, 요컨대 세정재(1)의 원료가 공급, 수납되는 단열밀폐용기이다. 순수(1a) 및 이소프로필알콜(1b)은, 제조용기(7)의 상부에 접속된 원료수 공급로(11) 및 유기화합물액 공급로(12)로부터 각별로 공급된다. 각 공급로 (11, 12)에는 필터(13, 14)가 설치되어 있어서, 각 액(1a, 1b)에 입자가 함유되어 있는 경우에도, 이것을 필터(13, 14)에서 제거된데다가 각 액(1a, 1b)이 제조용기(7)에 공급되도록 되어 있다. 순수(1a) 및 이소프로필알콜(1b)의 제조용기 (7)로의 공급량은, 제조용기(7) 내의 원료(혼합액)에 있어서의 이소프로필알콜(1b)의 농도(이하 「IPA농도」라 함)가 1질량% ~ 80질량%로 되도록 행해진다. 또한, 제조용기(7)의 형상은 임의이지만, 일반적으로, 원형 또는 사각형의 한형태인 횡단면형상을 이루는 것이 사용된다.
냉각장치(8)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 원통형상의 냉각면(8a)을 보유하는 기계식 냉동기이고, 냉동면(8a)을 제조용기(7) 내에 배치함으로써, 제조용기(7) 내의 원료(1a, 1b)를 물의 응고점 이하로 직접 냉각하도록 구성되어 있다. 제조용기(7) 내의 원료(1a, 1b)를 기계식 냉동기(8)에 의해 냉각하면, 순수 (1a)의 일부 또는 전부가 응고(얼음입자동결)하여 얼음입자로 되고, 고액공존의 샤베트상의 세정재(1) 요컨대 고체인 얼음입자와 액체인 이소프로필알콜(1b)(또는 일부의 순수(1a) 및 이소프로필알콜(1b))이 공존하는 샤베트상의 세정재(1)가 얻어진다. 냉동기(8)는, 후술하는 제어기구(10)에 의해, 원료 중의 순수(1a)가 얼음입자동결로서 얻어지는 얼음입자가 소정량으로 되도록(얼음농도가 0.2질량% ~ 99질량%인 세정재(1)가 얻어지도록) 제어된다. 또한, 냉각면(8a)은 나선형상의 냉각관 등으로 구성되어 있고, 제조용기(7)의 중심부에 배치되어 있다.
교반기구(9)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 냉각면(8a)으로 둘러싸이는 용기 내 영역에 교반날개(15)를 냉각면(8a)과 동심형상으로 배치하여, 이 교반날개(15)의 지지축(15a)을 제조용기(7)의 상부에 설치한 구동원(감속기가 부착된 모터)(16)에 의해 회전구동시킴으로써, 제조용기(7) 내의 원료(1a, 1b) 내지 세정재(1)를 교반하도록 구성되어 있다. 교반날개(15)에 의한 교반작용에 의해, 제조용기(7) 내에 있어서 얼음입자가 균일하게 분산한 균일하게 균질한 세정재(1)가 얻어진다. 교반날개(15)는, 냉각면(8a)에 비접촉의 근접상태로 회전되는 것이고, 냉각면(8a)을 따라서 흐르는 상하방향의 순환류(대류)를 생기게 하는 형상을 이루고 있다. 이러한 순활류에 의해서, 냉각면(8a)에 있어서의 얼음입자 동결층의 성장이 방지되어서, 냉각면(8a)에 의한 냉각이 효율좋게 양호하게 행해진다.
그런데, 교반날개(15)의 지지축(15a)은 제조용기(7)의 상부에 설치된 관통구멍을 삽입통과하여 모터(16)에 연결되어 있지만, 이 관통구멍과 지지축(15a)의 간극으로부터 모터(16)나 베어링부에 있어서의 회전접촉부분에서 발생하는 입자나 외기가 제조용기(7) 내에 침입할 우려가 있기 때문에, 이 예에서는, 다음과 같은 고안을 실시하고 있다. 즉, 제 1에, 상기 간극에 래비린스시일이나 스쿠루시일을 설치하여, 입자의 침입을 방지하고 있다. 또한, 지지축(15a)의 베어링부를, 지지축 (15a)을 비접촉상태로 축받이하는 동압 베어링구조인 것으로 하여, 해당 베어링부에 있어서의 입자발생이 방지되도록 하여 두는 것도 가능하다. 제 2에, 가압가스공급원(가스탱크)(17)으로부터 제조용기(7)의 상부에 압력부여 가스공급로(18)로부터 소정압의 압력부여가스(이 예에서는 질소가스)(19)를 압력부여 공급로(18)로부터 제조용기(7)에 공급하고, 제조용기(7) 내를 대기압보다 약간 고압으로 되도록 유지함으로써, 상기 간극으로부터 제조용기(7) 내로의 외기침입을 방지하고 있다. 또한, 압력부여 가스공급로(18)에는 필터(20)가 설치되어 있어서, 입자가 압력부여가스(19)에 동반하여 제조용기(7) 내에 침입하지 않도록 고안되어 있고, 제조용기 (7)의 상부에는 개폐가능한 배기구(21)가 설치되어 있어서, 제조용기(7) 내의 압력을 적정 범위로 유지하도록 되어 있다.
또한, 교반기구(9)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제조용기(7)이 바닥부에 노즐을 보유하는 기체분산기(52)를 설치하여, 이 산기기(52)로부터 질소가스 등의 기포가스(51)를 분출시키도록 구성하여도 좋다. 이 경우에도, 상기 교반날개(15)를 사용하는 경우와 마찬가지로, 기포에 의한 교반작용에 의해 균질의 샤베트상의 세정재(1)를 얻는 것이 가능하다. 또한, 기포가스(51)에 의해, 냉각면(8a)을 따라서 상하방향의 순환류가 생겨지도록 하여 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 둠으로써, 냉각면(8a)으로의 얼음부착이나 부착한 얼음측의 성장을 가급적으로 방지할 수 있어서, 냉각면(8a)에 의한 액각효율의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 교반기구 (9)는, 도 1에 나타내는 기계적 수단과 도 3에 나타내는 기포수단을 함께 구비하는구성으로 하여도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 냉각면(8a)에는 내저온성이 풍부한 저마찰재(폴리 테트라 플루오르 에틸렌 등)을 코팅하여, 부착얼음의 교반기구(9)에 의한 박리를 용이하게 되도록 하여 둘 수 있다.
제어기구(10)는, 제조용기(7) 내의 원료(1a, 1b) 내지 세정재(1)에 있어서의 온도(이하 「세정재 온도」라 함) 및 IPA농도를 검출하여, 얼음농도가 0.2질량% ~ 99질량%인 샤베트상의 세정재(1)가 얻어지도록 검출된 세정재 온도 및 IPA농도에 기초하여 냉동기(8)를 제어하는 것이다. 즉, 제어기구(10)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 세정재 온도를 검출하는 온도검출기(22)와, 물농도를 검출하는 물농도 검출기(23)와, IPA농도를 검출하는 IPA농도 검출기(24)와, 이들 검출기(22, 23, 24)에 의한 검출데이터(세정재 온도, 물농도, IPA농도)에 기초하여 냉동기(8)를 제어하는 제어기(25)(도 2 참조)를 구비한다.
물농도 검출기(23)로서는, 예컨대, 제조용기(7) 내의 세정재(1)에 레이저광을 조사하여, 그 투과율에 의해서 해당 세정재(1)에 있어서의 물농도를 검출하는 것, 또는 제조용기(7) 내에 있어서의 세정제(1)의 비중을 검출하여, 이것을 물농도에 환산하는 것 등이 사용된다. 또한, 온도검출기(22) 및 IPA농도 검출기(24)로서는, 일반적으로 사용되고 있는 검출기가 사용된다. 또한, 공지의 IPA농도 검출기 (24)에 의해서는, 고액공존상태에 있는 세정재(1)를 직접이 피검출물로서 IPA농도를 검출하는 것이 가능하지 않기 때문에, 이 예에서는, 제조용기(7)의 세정재(1)의 일부를 용기(7) 외로 취출하여 액화한데다가 IPA농도를 검출하도록 하고 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 제조용기(7)의 바닥부로부터 상부로 안내된검출용 순활로(26)를 설치하고, 순환로(26)에 순환펌프(27)를 배치하고, 순환로 (26)에 있어서의 순환펌프(27)의 상류측에 열교환기(28)를 배치함과 아울러, 순환로(26)에 있어서의 순환펌프(27)의 하류측에 IPA농도 검출기(24) 및 필터(29)를 배치하여, 제조용기(7) 내의 세정재(1)의 일부(1d)가 열교환기(28)에서 액화(얼음입자해동)된데다가 순환펌프(27), IPA농도 검출기(24) 및 필터(29)를 통과하여 제조용기(7) 내에 순환되도록 되어 있고, IPA농도 검출기(24)가, 액화된 세정재(1d) 요컨대 순수(1a)와 이소프로필알콜(1b)의 혼합액을 피검출물로서 IPA농도를 검출하도록 고안되어 있다. 이와 같이 하여 검출된 IPA농도는, 제조용기(7) 내에 있어서의 세정재(1)의 IPA농도와 등가이다. 또한, 열교환기(28)는, 제조용기(7)로부터 취출된 샤베트상의 세정재(1d)를 이것과 열교환하여 액화시키기 위한 가열매체로서는, 해당 세정시스템으로 사용되는 유체(냉동기(8)용 냉각수 등)를 이용할 수 있고, 이와 같이 함으로써 열교환기(28)를 해당 유체의 냉각수단으로서 효과적으로 이용할 수 있다. 이 예에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 압력부여 가스공급로(18)를 열교환기(28)에 안내하여, 제조용기(7)에 공급되는 압력부여가스(질소가스)(19)를 세정재(1d)의 열교환에 의해 미리 냉각하도록 하여 둔다.
그런데, 냉동기(8)에 의해 원료(1a, 1b)가 0℃이하의 소정온도까지 냉각되면, 순수(1a)의 응고물인 물이 냉각면(8a)의 주변영역에서 발생하기 시작하지만, 이 얼음발생온도는 IPA농도에 의해서 다르다. 즉, 물발생온도는 IPA농도에 고유의 온도이고, IPA농도가 동일하면 물발생온도도 동일하고, IPA농도가 높게 됨에 따라서 물발생온도는 낮게 된다. 또한, 물발생온도에 다다르면, 그 후는, 냉각을 단속하여도, 원료 중의 순수(1a)가 모두 얼음입자로 되지 않는 한, 얼음입자를 함유하는 세정재(1a, 1b)가 물발생온도까지 냉각되면, 순수(1a)에 의한 물입자가 발생하지만, 그 후의 냉동기(8)에 의한 냉각에 의해서는 물농도가 높게 될 뿐이고, 세정재온도는 변화하지 않고 물발생온도로 유지되게 된다. 따라서, 세정온도가 IPA농도에 따른 물발생온도로 유지되도록 냉동기(8)를 제어함으로써, 또는 이 제어를 목표로 하는 물농도에 따라서 행함으로써, 원하는 IPA농도 및 물농도의 세정재(1)를 효율좋게 제조할 수 있다. 또한, 세정재 온도가 IPA농도에 따른 물발생온도보다 저하함으로써, 원료 중의 순수(1a)가 모두 응고한 것을 파악할 수 있다.
제어기(25)는, 이러한 냉동기(8)의 제어를 각 검출기(22, 23, 24)에 의한 검출데이터에 기초하여 행하는 것이고, 설정된 물농도의 세정재(1)가 얻어지도록 냉동기(8)를 제어하는 것이다. 예컨대, 미리, IPA농도와 물발생온도와의 상관관계를 구하여 기억시켜 두고, 이 기억데이터와 온도검출기(22) 및 IPA농도 검출기(24)에 의한 검출데이터를 비교 연산하여, 온도검출기(22)에 의한 검출값(세정재온도)이 IPA농도 검출기(24)에 의한 검출값(IPA농도)에 따른 물발생온도로 유지되도록 냉동기(8)를 제어함과 아울러, 냉동면(8a)에 의한 냉각을 물농도검출기(23)에 의한 검출값(물농도)이 미리 설정된 물농도(0.2질량% ~ 99질량%의 범위에서 세정조건에 따라서 설정된다)에 다다르기까지 단속하도록 냉동기(8)를 제어한다. 또한, 원하는 물농도의 세정재(1)가 제조된 후에 있어서는, 제조용기(7) 내에 있어서의 세정재농도가 0℃ ~ -50℃로 유지되도록 냉동기(8)를 제어한다. 또한, 이와 같은 냉동기(8)의 제어는, 자동제어로 하는 외, 수동제어로 하여도 좋다.
그런데, 상기 세정재 제조장치(2)를 사용하여 세정재(1)의 제조실험을 한 결과, 물발생온도가 상기한 바와 같이 IPA농도에 의해서 고유의 것인 것을 확인되었다. 실험은, IPA농도를 5질량%, 10질량%, 15질량%, 20질량%로 한 원료(1a, 1b)를 사용하여 행한 것이지만, 각각의 IPA농도에 있어서의 물발생온도는, 표 1에 나타내는 바와 같이, IPA농도에 고유한 것이고, IPA농도가 높게 됨에 따라서 낮게 되는 것이 확인되었다. 또한, 물발생후에 있어서도 냉동기(8)에 의한 냉동을 단속하였지만, 세정재 온도는 물발생온도로부터 변화하지 않고, 일정하였다. 또한, 이 실험에 있어서는, 물의 형태나 물입자의 크기, 밀도, 용해의 정도도 IPA농도와 밀접하게 관련되고, IPA농도에 의해서 현저한 경향을 나타내는 것도 판명하였다. 즉, IPA농도가 높게 됨에 따라, 물이 플레이크형상으로 발생하여 물입자의 크기 및 밀도는 작게 되고, 역으로 IPA농도가 낮게 됨에 따라, 물이 막형상으로 발생하여 물입자의 크기 및 밀도는 크게 되는 경향이 있었다. 또한, IPA농도가 낮게 됨에 따라서, 물은 용해되기 곤란하게 되는 경향이 있었다. 따라서, IPA농도를 조정함으로써, 피세정부재 내지 피세정면의 성질과 상태에 최적한 세정재(1)를 얻을 수 있다.
IPA농도 물발생온도
5질량% -3℃
10질량% -5℃
15질량% -7℃
20질량% -16℃
또한, 제 1세정시스템은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 피세정부재인 기판(3)을 지지하는 세정처리실(4)과, 상기 세정재 제조장치(2)로 제조된 샤베트상의 세정재(1)를 세정처리실(4) 내로 지지된 기판(3)의 피세정면(표리면)을 향하여 분사,충돌시키는 세정재 분사장치(5)와, 세정에 사용한 세정재(세정잔사)(1c)를 세정처리실(4)로부터 세정재 제조장치(2)로 회수하는 세정잔사 회수장치(6)를 구비한다.
즉, 세정처리실(4)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 바닥부(4a)를 이것에 설치한 세정잔사 배출구(4b)로 아래로 경사지는 경사면에 구성한 것이고, 해당 세정처리실(4) 내에 반도체 웨이퍼 등의 기판(3)을 그 표면 중심부를 얹어놓아서 수평회전가능하게 지지하는 지지축(31)과, 이것을 회전구동하는 구동원(모터 등)(32)을 구비한다.
세정재 분사장치(5)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 노즐구를 기판(피세정부재)(3)의 피세정면인 표리면으로 향한 상태로 세정처리실(4) 내에 배치된 한쌍의 세정재 분사기(34, 34)와, 세정재(1)를 제조용기(7)로부터 세정재 분사기(34, 34)에 가압가스(35)에 의해 압송하는 세정재 압송기구(36, 36)를 구비한다.
각 세정재 분사기(34)는, 세정재 분사기에 공급된 세정재(1)를 소정압의 운반가스(이 예에서는 질소가스)(37)에 의해 가속하여 분사시키는 분사건이다. 즉, 각 분사건 (34)으로부터는, 고체(얼음입자), 액체(이소프로필알콜(1b) 또는 이소프로필알콜(1b) 및 순수(1a)), 기체(운반가스(37))의 3상혼합유체가 기판(3)의 표리면에 소정 각도를 이루어서 분사, 충돌하도록 되어 있다. 또한, 운반가스(37)는 운반가스 공급원(가스탱크)(38)로부터 운반가스 공급로(39)를 경유하여 각 분사건 (34)에 공급된다. 또한, 운반가스(37)는, 후술하는 바와 같이, 운반가스 공급원 (39)에 설치된 열교환기(48)에 있어서 세정잔사(1c)에 의해 미리 냉각된데다가 분사건(34)에 공급된다.
각 세정재 압송기구(36)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제조용기(7)의 바로 밑에 배치된 가압탱크(40)와, 제조용기(7)의 바닥부로부터 가압탱크(40)에 안내된 세정재 공급로(41)와, 가압탱크로부터 세정재 분사기인 분사건(34)에 안내된 세정재 압송로(42)와, 가압탱크(40)에 가압가스 공급원(가스 탱크)(43)으로부터 가압가스(이 예에서는 질소가스)(35)를 공급하는 가압가스 공급로(45)와, 가압가스 공급로(45)로부터 가압탱크(40)로의 가스공급량을 제어하는 제어밸브(46)를 구비하는 것이고, 제조용기(7)로부터 세정재 공급로(41)를 통해서 가압탱크(40)에 공급된 세정재(1)를, 가압가스(35)를 가압탱크(40)로 공급함으로써, 세정재 압송로(42)로부터 분사건(34)으로 압송시키도록 되어 있고, 또한 가압가스(35)의 가압탱크(40)로의 공급량(탱크(40)의 가압력)을 제어밸브(46)에 의해 제어함으로써, 분사건(34)으로의 세정재 공급량을 조정하도록 되어 있다.
세정잔사 회수장치(6)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 세정처리실(4)의 세정잔사 배출구(4b)로부터 제조용기(7)의 상부에 안내한 세정잔사 회수로(47)와, 세정잔사 회수로(47)에 설치된 열교환기(48)와, 세정잔사 회수로(47)에 있어서의 열교환기(48)의 하류측(제조용기측)에 배치하여 설치된 회수펌프(49) 및 필터(50)를 구비하여, 세정처리실(4)의 바닥부(4a)를 흘러내려서 세정잔사 배출구(4b)로부터 배출된 세정잔사(1c)를, 열교환기(48)에 의해 액화시킨데다가, 세정잔사 회수로(47)로부터 제조용기(7)로 회수하도록 구성되어 있다. 그런데, 열교환기(48)는, 가열매체와의 열교환에 의해 세정잔사(1c)에 함유되는 얼음입자를 용해(얼음입자해동)하는 것이지만, 가열매체로서는, 해당 세정시스템에서 사용되는 유체(냉동기(8)용 냉각수 등)을 이용할 수 있고, 이와 같이 함으로써 열교환기(48)를 해당 유체의 예냉수단으로서 효과적으로 이용할 수 있다. 이 예에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 운반가스 공급로(39)의 일부를 열교환기(48)의 전열관에 구성하여, 분사건(34, 34)에 공급되는 운반가스(질소가스)(37)를 세정잔사(1c)와의 열교환에 의해 예냉하도록 하여 둔다.
이상과 같이 구성된 제 1세정시스템에 의하면, 고액공존의 샤베트상을 이루는 세정제(1)가, 운반가스(37)에 의해 가속되어서, 분사건(34, 34)으로부터 기판 (3)의 표리면에 분사, 충돌됨으로써, 기판세정이 아주 양호 또는 효과적으로 행해진다. 즉, 서두에 기술한 아이스ㆍ세정기와 같이 고체(얼음입자)만을 운반가스에 의해 가속하여 기판에 충돌시키는 경우와 달라서, 고체(얼음입자)와 액체가 공존하는 샤베트상의 세정재(1)가 기판(3)에 충돌되기 때문에, 얼음입자의 충돌에 의한 기판(3)의 표리면에 주는 충돌이 미동결의 액체에 의해서 완화되게 된다. 요컨대, 가스(운반가스)에 비해서 점성이 높은 액체(이소프로필알콜(1b))이 얼음입자의 충돌시에 있어서의 액막완충재로서 기능하게 된다. 또한, 아이스ㆍ세정기로 사용되는 얼음입자에 비해서, 세정재(1)에 함유되는 얼음입자는 경질이고, 얼음입자 자체의 성질과 상태도 IPA농도에 의해서 조정가능하기 때문에, 아이스ㆍ세정기에 의해서는 피세정면이 손상할 우려가 있는 기판(3)에 대해서도, 아주 양호한 세정능력을 발휘시킬 수 있다. 따라서, 세정재(1)의 충돌에 의한 기판(3)의 손상을 확실하게 방지하면서, 기판(3)의 표리면을 양호하게 세정할 수 있다. 특히, 상기한 바와 같이 IPA농도를 조정함으로써, 세정재(1)에 함유되는 얼음입자의 성질과 상태(크기, 농도, 용해도 등)를 제어할 수 있고, 기판(3)의 성질과 상태에 따른 최적의 세정을 행할 수 있다. 또한, 얼음입자가 기판(3)으로의 충돌후에 비산함이 없고, 또한 얼음입자의 충돌에 의해 제거된 입자가 세정재(1) 중의 액에 의해 씻겨내려가는 것 때문에, 제거된 입자가 기판(3)을 재오염할 우려가 없고, 완전한 오염 방지효과가 발휘된다. 또한, 세정재(1)는, 얼음입자를 함유하는 저온(0℃ 이하)의 샤베트상 물질이기 때문에, 기판(3)에 부착하는 레지스트막 등의 유기물은 고화, 수축하여 제거되기 쉽게 되고, 세정효과가 더욱 향산한다. 또한, 샤베트상의 세정재(1)는 저온이고 또한 증기압이 낮은 것이기 때문에, 화재발생의 우려가 없고, 안전한 기판세정을 행한다.
또한, 세정재(1)가 샤베트상의 것이고, 함유물이 용해된 상태에도 물발생온도로 유지되는 것이기 때문에, 세정잔사(1c)를 제조용기(7)로 회수하는 등에 의해, 제 1세정시스템으로부터의 폐기, 잉여냉열을 회수, 유효이용할 수 있고, 공정비용을 대폭적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 선두에 기술한 아이스ㆍ세정기와 같이 세정재가 얼음입자만으로 구성되는 경우에는, 배관 중을 수송되는 사이에 얼음입자가 융해하고, 서로 밀착하여 큰 덩어리형상으로 되어서 수송배관에 동결할 우려가 있기 때문에, 세정재의 수송배관계를 얼음입자가 유행하지 않도록 고도로 보냉하여 둘 필요가 있지만, 상기 세정재(1)는, 이것이 고액공존의 샤베트상을 이루는 것이기 때문에, 수송배관계의 보냉수단이 용이한 것이어도 얼음입자가 서로 밀착하여 덩어리형상으로 될 우려가 없고, 수송배관이 폐쇄 등이 생기지 않고 취급성이 아주 풍부한 것이다. 또한, 이와 같이 취급성에 우수한 것이기 때문에, 제조용기 (7)로부터 분사건(34)으로의 세정재 수송을 가압가스(35)에 의한 압송수단에 의해 행할 수 있고, 펌프 등을 사용하는 경우와 같이 수송 도중에 입자가 발생하는 일이 없고, 기판(3)의 세정을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 도 4는 제 2의 실시형태를 나타낸 것으로, 이 실시형태에 있어서이 세정시스템(이하 「제 2세정시스템」이라 함)은, 제 1세정시스템에 있어서와 동일한 세정재(1)를 제조하기 위한 세정재 제조장치(제 2세정재 제조장치)(61)를 사용하는 것이고, 해당 세정재 제조장치(61)와, 피세정부재인 기판(3)를 지지하는 세정처리실(62)과, 세정재 제조장치(61)로 제조된 세정재(1)를 세정처리실(62) 내에 지지된 기판(3)을 향하여 분사, 충돌시키는 세정재 분사장치(63)와, 세정에 사용한 세정재 (세정잔사)(1c)를 세정처리실(62)로부터 세정재 제조장치(61)로 회수하는 세정잔사 회수장치(64)를 구비한다.
세정재 제조장치(61)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 순수(1a)와 이소프로필알콜(1b)의 혼합액인 피냉각유체(세정재(1)의 원료)(1e)를 냉각하여 샤베트형사의 세정재(1)를 얻기 위한 열교환기(65)와, 원료(1e)를 열교환기(65)에 공급하는 원료공급기구(66)를 구비하여, 열교환기(65)에 있어서 원료(1e)를 물의 응고점 이하로 냉각함으로써 상기 샤베트상의 세정재(1)가 얻어지도록 구성되어 있다.
열교환기(65)는, 냉매(예컨대 프레온 등의 냉매가스)(67)가 충만되는 밀폐형상의 냉매용기(68)와, 냉매용기(68)에 내장된 전열관(69)과, 냉매(67)를 냉각하는 냉각기구(70)와, 냉매용기(68)의 냉매온도를 제어하는 제어기구(71)를 구비한다. 냉각기구(70)는, 전열관(69)에 공급된 원료(1e)가 냉매(67)의 열교환에 의해 물의응고점 이하로 냉각되도록, 냉매(67)를 냉각하는 것에서, 기계식 냉동기 등의 공지의 냉동기가 사용된다. 제어기구(71)는, 냉매용기(68) 내의 냉매온도를 검출하는 온도검출기(72)와, 온도검출기(72)에 의한 검출온도에 기초하여 냉동기(70)를 제어하는 제어기(73)를 구비하여, 열교환기(65)의 냉매온도를 제어한다. 이 냉매온도의 제어는, 미리 설정된 물농도(0.2질량% ~ 99질량%의 범위에서 세정조건에 따라서 설정된다)의 세정재(1)가 얻어지도록 행해진다. 즉, 전열관(69)에 공급된 원료(1e)가 냉매(67)와의 열교환에 의해 냉각되어서, 순수(1a)의 일부 또는 전부가 응고(얼음입자동결)하여 물입자로 되고, 고액공존의 샤베트상의 세정재(1) 요컨대 고체인 얼음입자와 액체인 이소프로필알콜(1b)(또는 이소프로필알콜(1b) 및 일부의 순수 (1a))가 공존하는 샤베트상의 세정재(1)가 얻어지지만, 이 순수(1a)의 응고정도 요컨대 물농도는 냉매온도에 따라서 제어된다.
원료공급기구(66)는, 원료(1e)를 수용하는 원료용기(74)와, 원료용기(74)로부터 안내되어서 전열관(69)의 입구부에 접속된 원료공급로(75)와, 원료용기(74)에 가압가스(76)를 공급하는 가압가스 공급로(77)를 구비한다.
원료용기(74)는 밀폐형상의 가압탱크이고, 순수(1a) 및 이소프로필알콜(1b)이 원료물 공급로(78) 및 유기화합물액 공급로(79)로부터 각별로 공급되도록 되어 있다. 각 공급로(78, 79)에는 필터(80, 81)가 설치되어 있어서, 각 액(1a, 1b)에 입자가 함유되어 있는 경우에도, 이것을 필터(80, 81)로 제거한데다가 각 액(1a, 1b)이 원료용기(74)로 공급되도록 되어 있다. 순수(1a) 및 이소프로필알콜(1b)의 원료용기(74)로의 공급량은, 원료용기(74) 내의 원료(1e)에 있어서의 IPA농도가 1질량% ~ 80질량%로 되도록 설정된다. 또한, 각 공급로(78, 79)로부터의 공급량은, 후술하는 세정재 제조장치(61)에 의해 세정처리실(62)로부터 회수되는 세정잔사 (1c)가 고려된다. 즉, 원료용기(74)로부터 전열관(69)으로의 공급량과 세정잔사 (1c)의 회수량의 차만큼에 상당하는 양이 공급로(78, 79)로부터 공급된다.
가압가스 공급로(77)는 가압가스 공급원(가스탱크)(82)에 접속되어 있어서, 가압가스(이 예에서는 질소가스)(76)를 원료용기(74)에 공급한다. 가압가스(76)가 원료용기(74)에 공급되면, 원료용기(74) 내의 원료(1e)는, 원료공급로(75)로부터 필터(96)를 경유하여 전열관(69)으로 압송되어서, 전열관(69)을 통과하는 사이에 냉각되어서 세정재(1)로 된다. 또한, 전열관(69) 내에 있어서의 샤베트상 세정재 (1)의 제조메카니즘은 상기 제 1세정재 제조장치(2)에 있어서와 동일하지만, 필터링된 원료(1e)가 직접 전열관(69)에 공급되는 것때문에, 아주 깨끗한 세정재(1)를 얻을 수 있다. 또한, 원료(1e)의 전열관(69)으로의 공급량은, 가압가스 공급로(77)에 설치한 제어밸브(83)에 의해 임의로 제어하도록 되어 있다.
세정처리실(62)은, 상기 세정처리실(4)과 동일 구조를 이루는 것이다. 즉, 세정처리실(62)은, 바닥부(62a)를 이것에 설치한 세정잔사 배출구(62b)로 하향 경사하는 경사면에 구성한 것이고, 해당 세정처리실(62) 내에 반도체 웨이퍼 등의 기판(3)을 그 이면 중심부를 얹어놓아서 수평회전가능하게 지지하는 지지축(31)과, 이것을 회전구동하는 구동원(모터 등)(32)을 구비한다.
세정재 분사장치(63)는, 세정재(1)의 공급을 세정재 압송기구(36)를 대신하여 원료공급기구(66)로 행하도록 한 점 및 기판(3)의 표면만을 세정하도록 한 점을제외하고, 상기 세정재 분사장치(5)와 기본적으로 동일 구조를 이루는 것이다. 즉, 세정재 분사장치(63)는, 노즐구를 기판(피세정부재)(3)의 피세정면인 표면을 향한 상태로 세정처리실(62) 내에 배치된 세정재 분사기(84)과, 세정재(1)를 열교환기 (65)로부터 세정재 분사기(84)로 공급하는 세정재 공급로(85)를 구비한다. 세정재 분사기(84)는, 상기 세정재 분사기(34)와 동일 구조를 이루는 것으로, 세정재 공급로(85)로부터 공급된 세정재(1)를 소정압의 운반가스(이 예에서는 질소가스)(86)에 의해 가속하여 분사시키는 분사건이다. 즉, 분사건(84)으로부터는, 고체 (얼음입자), 액체(이소프로필알콜(1b) 및 이소프로필알콜(1b) 및 순수(1a)), 기체(운반가스 (86))의 3상혼합유체가 기판(3)의 표면에 소정 각도를 이루어서 분사, 충돌되도록 되어 있다. 운반가스(86)는, 운반가스 공급원(가스탱크)(87)로부터 운반가스 공급로(88)를 경유하여 분사건(84)에 공급된다. 세정재 공급로(85)는 전열관(69)의 출구부에 접속되어 있고, 원료 공급기구(66)에 의한 전열관(69)으로의 원료(1e)의 압송에 수반하여 전열관(69)으로부터 밀어내진 세정재(1)를 분사건(84)에 공급하는 것이다. 즉, 원료 공급로(75)로부터 전열관(69)에 원료(1e)가 압속되면, 이것에 수반하여 전열관(69) 내에서 제조된 세정재(1)는 샤베트상체의 그대로 세정재 공급로 (85)에 밀어내어서, 해당 공급로(85)로부터 분사건(84)에 공급되는 것이다. 또한, 세정재(1)의 분사건(84)으로의 공급량은 원료(1e)의 전열관(69)으로의 공급량과 대략 동일하고, 제어밸브(83)에 의해서 제어할 수 있다.
이상과 같이 구성도딘 제 2세정시스템에 의하면, 제 1세정시스템과 마찬가지로, 샤베트상의 세정재(1)에 의해 기판세정을 아주 양호하게 또한 효과적으로 행할수 있다.
또한, 도 5는 제 3실시형태를 나타낸 것으로, 이 실시형태에 있어서의 세정시스템(이하 「제 3세정시스템」이라 함)은, 세정재 제조장치(제 2세정재 제조장치)(161) 및 제 2세정시스템과 동일 구성을 이루는 세정처리실(62), 세정재 분사장치(63) 및 세정잔사 회수장치(64)를 구비하는 것이다. 세정재 제조장치(161)는, 순수(1a)와 이소프로필알콜(1b)의 혼합액인 피냉각유체(세정재(1)의 원료)(1e)를 냉각하여 샤베트상의 세정재(1)를 얻기 위한 열교환기(165)와, 상기 세정재 제조장치 (61)와 동일 구성을 이루는 원료 공급기구(66)를 구비한다. 또한, 제 1세정시스템의 구성부재와의 동일 구성을 이루는 것에 관해서는, 이것과 동일한 부호를 붙임으로써, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
제 3세정시스템에 있어서는, 열교환기(165)가, 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉매인 부동액(167)이 수용된 개방형상의 냉매용기(168)와, 냉각용기(168) 내에 배치되어서 부동액(167) 중에 침지된 전열관(169)과, 부동액(167)을 냉각하는 냉각기구(170)와, 냉매용기(168)의 냉매온도를 제어하는 제어기구(171)와, 부동액(167)을 교반하는 교반기구(197)로 구성되어 있다.
냉매용기(168)는, 부동액(167)이 소정의 한냉 에너지(전열관(169) 내에서 세정재(1)를 제조하기에 충분한 한냉 에너지)를 유지할 수 있도록, 충분한 용적을 보유하는 것으로 되어 있다. 부동액(167)으로서는, 예컨대 자동차에 사용되는 것과 마찬가지로 에틸렌글리콜을 주성분으로 하는 것이 사용된다.
전열관(169)에는, 그 입구부에 접속된 원료공급로(75)로부터 소정량의 원료(1e)가 압송된다. 또한, 전열관(169)의 출구부에는 분사건(84)에 이르는 세정재 공급로(85)가 접속되어 있어서, 전열관(169) 내에서 제조된 세정재(1)가 원료 (1e)의 압송에 수반하여 세정재 공급로(85)에 밀어내지고, 분사건(84)에 공급되도록 되어 있다.
냉각기구(170)는 냉각면(170e)을 냉매용기(168) 내에 배치하여 이루어지는 기계식 냉동기이고, 부동액(167)을 냉각하여, 전열관(169)에 공급된 원료(1e)를 부동액(167)의 열교환에 의해 물의 응고점 이하로 냉각할 수 있도록 구성되어 있다. 냉동기(170)는, 후술하는 제어기구(171)에 의해, 원료(1e) 중의 순수(1a)가 얼음입자 동결하여 얻어지는 얼음입자가 소정량으로 되도록(얼음농도가 0.2질량% ~ 99질량%인 세정재(1)가 얻어지도록) 제어된다.
교반기구(197)는 교반날개의 회전에 의해 부동액(167)을 교반하여, 부동액 (167)과 전열관(169) 내의 원료(1e)의 열교환을 균일 또한 효과적으로 행하기 위한 것이다.
제어기구(171)는, 냉매용기(168) 내의 부동액 온도를 검출하는 온도검출기 (172)와, 온도검출기(172)에 의한 검출온도에 기초항 냉동기(170)를 제어하는 제어기(173)를 구비하여, 부동액(167)의 냉각온도를 제어한다. 이 제어는, 미리 설정된 얼음농도(0.2질량% ~ 99질량%의 범위에서 세정조건에 따라서 설정된다)의 세정재 (1)가 얻어지도록 행해진다. 즉, 전열관(169)에 공급된 원료(1e)가 부동액(167)과의 열교환에 의해 냉각되어서, 순수(1a)의 일부 또는 전부가 응고(얼음입자 동결)하여 얼음입자로 되고, 고액공존의 샤베트상의 세정재(1) 요컨대 고체인 얼음입자와 액체인 이소프로필알콜(1b)(또는 이소프로필알콜(1b) 및 일부의 순수(1a))이 공존하는 샤베트상의 세정재(1)가 얻어지지만, 이 순수(1a)의 응고정도 요컨대 얼음농도는 부동액 온도에 따라서 제어된다.
이상과 같이 구성된 제 3세정시스템에 의하면, 제 2세정시스템과 마찬가지의 메카니즘에 의해 샤베트상의 세정재(1)가 얻어지고, 제 1 및 제 2세정시스템과 마찬가지로, 샤베트상의 세정재(1)에 의해 기판세정을 아주 양호하게 또한 효과적으로 행할 수 있다.
그런데, 제 1 ~ 제 3세정시스템에 있어서의 각 장치(2, 5, 6, 61, 63, 161, 163) 및 세정처리실(4, 62)의 구성 등은, 본 발명의 기본원리를 이탈하지 않는 범위에 있어서, 적당하게 개량, 변경할 수 있다.
예컨대, 세정처리실(4, 62)에는, 필요에 따라서, 순수 등에 의한 린스설비를 설치하여 두는 것이 가능하고, 세정재(1)에 의한 본 세정의 후에 린스를 행함으로써, 입자에 의한 재오염을 보다 확실하게 방지하도록 고안하여 두는 것도 가능하다. 기판(3)은 세정재(1) 중의 액분에 의해 씻겨 보내는 결과, 제거된 입자가 재부착하기 어려운 것은 물론이지만, 임시로, 제거된 입자가 재부착한 것으로 하여도, 그 부착력이 약하기 때문에, 상기 린스에 의해 용이하게 제거된다. 또한, 제 2및 제 3세정시스템에 있어서, 세정재(1)를 제 1세정시스템과 마찬가지로 기판(3)의 표리면에 분사시키도록 구성하는 것도 당연히 가능하다.
또한, 유기화합물액(1b)으로서는, 물보다도 응고점이 낮고 또한 피세정부재 내지 피세정면에 악영향을 미치지 않는 것을 세정조건 등에 따라서 임의로 선택할수 있지만, 일반적으로는, 상기 이소프로필알콜 외, 메틸알콜(mp=-97.78℃: bp=64.65℃), 에틸알콜(mp=-114.1℃:bp=78.3℃), 아세톤(-94.82℃:bp=56.5℃) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 세정재(1)에 있어어의 얼음농도를 조정함으로써 또는 세정재 분사장치(5, 63)에 의한 세정재(1)의 분사형태를 변경함으로써, 상기 반도체 웨이퍼 등의 기판(3)을 세정하는 경우의 외, 일반적으로는 액체에 의한 스프레이 세정을 행하고 있는 피세정부재에 대해서 바람직하게 적용할 수 있다.
이상의 설명으로부터 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 발명의 세정재 및 세정방법에 의하면, 서두에 기술한 브러시ㆍ세정기나 아이스ㆍ세정기에 의한 경우와 같은 문제(예컨대, 기판의 부차적 오염이나 소자의 파괴를 초래하는 등)를 발생함이 없이, 기판 등의 피세정면을 양호하게 또한 효과적으로 세정할 수 있다. 또한, 본 발명의 세정시스템에 의하면, 이러한 기판 등의 세정에 요하는 공정비용을 저감시킬 수 있고, 배관계가 폐쇄하는 등의 문제를 발생함이 없고 연속운전을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 세정재 제조장치에 의하면, 퍄베트형상의 세정재를 효율좋게 제조할 수 있다.

Claims (29)

  1. 피세정면에 분사, 충돌시킴으로써 세정하는 세정재로서, 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물액을 원료로 하며, 얼음입자를 함유하는 고액공존의 샤베트상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 세정재.
  2. 제 1항에 있어서, 원료는 물과 유기화합물액의 혼합액이고, 이 혼합액을 물의 응고점 이하로 냉각함으로써 얻어지는 것임을 특징으로 하는 세정재.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 물이 순수인 것을 특징으로 하는 세정재.
  4. 제 1항에 있어서, 유기화합물액이 이소프로필알콜인 것을 특징으로 하는 세정재.
  5. 제 1항에 있어서, 0℃ ~ -50℃의 온도로 유지된 것임을 특징으로 하는 세정재.
  6. 제 1항에 있어서, 유기화합물액의 농도는 1질량% ~ 80질량%인 것을 특징으로 하는 세정재.
  7. 제 1항에 있어서, 얼음입자의 농도는 0.2질량% ~ 99질량%인 것을 특징으로 하는 세정재.
  8. 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물액의 혼합액인 원료를 수용하는 제조용기와, 제조용기 내의 원료를 물의 응고점 이하로 냉각하는 냉각기구를 구비하여, 냉각기구에 의한 원료의 냉각에 의해 제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 5항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 세정재를 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  9. 제 8항에 있어서, 제조용기 내의 원료 내지 세정재를 교반하는 교반기구를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  10. 제 9항에 있어서, 냉각기구는, 제조용기 내에 배치되어서 원료를 직접 냉각하는 냉각면을 보유하는 기계식 냉동기이고, 교반기구는, 냉각면을 따라서 흐르는 순환류를 형성하는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  11. 제 8항에 있어서, 제조용기 내의 원료 내지 세정재에 있어서의 온도 및 유기화합물액의 농도를 검출하여, 검출된 온도 및 농도에 기초하여 냉각기구를 제어하는 제어기구를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  12. 제 11항에 있어서, 제어기구는, 얼음입자의 농도가 0.2질량% ~ 99질량%인 세정재가 얻어지도록, 냉각기구를 제어하는 것을 특징으로하는 세정재 제조장치.
  13. 전열관에 공급된 피냉각유체를 냉매와의 열교환에 의해 물의 응고점 이하로 냉각하는 열교환기와, 물과 물보다 응고점이 낮은 유기화합물액의 혼합액인 피냉각유체인 원료를 전열관에 공급하는 원료공급기구를 구비하여, 열교환기에서 원료를 냉각함으로써 제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 5항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 세정재를 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  14. 제 13항에 있어서, 원료공급기구가, 원료를 수용하는 가압탱크인 원료용기와, 원료용기로부터 안내되어서 전열관에 접속된 원료공급로와, 원료용기에 가압가스를 공급하는 가압가스 공급로를 구비하여, 원료용기에 가압가스를 공급함으로써, 원료를 원료용기로부터 전열관으로 압송하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  15. 제 13항에 있어서, 열교환기의 냉매온도를 제어하는 제어기구를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  16. 제 13항에 있어서, 열교환기는, 냉매인 부동액을 수용하는 냉매용기와, 냉매용기 내에 배치된 전열관과, 냉매를 냉각하는 냉각기구를 구비하는 것임을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  17. 제 16항에 있어서, 냉각기구는, 냉매용기 내에 배치되어서 부동액을 직접 냉각하는 냉각면을 보유하는 기계식 냉동기인 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  18. 제 17항에 있어서, 냉매용기 내의 부동액을 교반하는 교반기구를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정재 제조장치.
  19. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 세정재를, 피세정면에 분사, 충돌시키도록 한 것을 특징으로 하는 세정방법.
  20. 제 19항에 있어서, 세정재를, 피세정면을 향하여 개구하는 분사건으로부터 운반가스와 함께 분사시키도록 한 것을 특징으로 하는 세정방법.
  21. 제 19항에 있어서, 순수와 이소프로필알콜을 원료로 하는 세정재를, 기판의 피세정면에 분사, 충돌시키도록 한 것을 특징으로 하는 세정방법.
  22. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 세정재 제조장치와, 피세정부재를 지지하는 세정처리실과, 세정재 제조장치로 제조된 세정재를 세정처리실 내에 지지된 피세정부재의 피세정면을 향하여 분사시키는 세정재 분사장치를 구비하는것을 특징으로 하는 세정시스템.
  23. 제 13항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 기재된 세정재 제조장치와, 피세정부재를 지지하는 세정처리실과, 세정재 제조장치로 제조된 세정재를 세정처리실 내에 지지된 피세정부재의 피세정면을 향하여 분사시키는 세정재 분사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  24. 제 22항에 있어서, 세정에 사용한 세정재를 세정처리실로부터 해당 세정재 제조장치의 제조용기로 회수하는 세정잔사 회수장치를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  25. 제 23항에 있어서, 세정에 사용한 세정재를 세정처리실로부터 해당 세정재 제조장치의 원료용기로 회수하는 세정잔사 회수장치를, 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  26. 제 22항에 있어서, 세정재 분사장치가, 노즐구를 피세정부재의 피세정면을 향한 상태로 세정처리실 내에 배치된 세정재 분사기와, 세정재를 세정재 제조장치의 제조용기로부터 세정재 분사기로 가압가스에 의해 압송하는 세정재 압송기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  27. 제 23항에 있어서, 세정재 분사장치가, 노즐구를 피세정부재의 피세정면을 향한 상태로 세정처리실 내에 배치된 세정재 분사기와, 세정재를 세정재 제조장치에 있어서의 열교환기의 전열관으로부터 세정재 분사기로 공급하는 세정재 공급로를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  28. 제 26항에 있어서, 세정재 분사기는 세정재 분사기에 공급된 세정재를 운반가스에 의해 가속하여 분사시키는 분사건인 것을 특징으로 하는 세정시스템.
  29. 제 26항에 있어서, 세정재 압송기구는, 가압탱크와, 제조용기로부터 가압탱크로 안내된 세정재 공급로와, 가압탱크로부터 세정재 분사기에 안내된 세정재 압송로와, 가압탱크에 가압가스를 공급하는 가압가스 공급로와, 가압가스 공급로로부터 가압탱크로의 가스공급량을 제어하는 제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정시스템.
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