(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽の一端に超臨界流体または亜臨界流体の導入口、他端に排出口を設け、洗浄槽内において前記導入口から排出口に向けて超臨界流体または亜臨界流体を流すことで、導入口と排出口との間のスペースに配置された被洗浄物に超臨界流体または亜臨界流体を接触させて被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、
前記導入口から被洗浄物の配置スペースまでの間及び前記被洗浄物の配置スペースから排出口までの間の双方に、隔壁によって画成された所定長さの多数の平行流路を有し且つ該平行流路を通して超臨界流体または亜臨界流体を流すことで超臨界流体または亜臨界流体の流れを整える整流手段を設け、各整流手段に、超臨界流体または亜臨界流体に対して温度変化を与えると共にそれぞれ独立して温度制御の可能な熱交換手段を付設したことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
前記洗浄槽内を流れる超臨界流体または亜臨界流体に脈動を与える手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
【請求項３】
前記熱交換手段の設定温度を間欠的に変更することで、洗浄槽内を流れる超臨界流体または亜臨界流体に脈動を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶ディスプレイなどの微細加工部品を超臨界流体または亜臨界流体を使用して洗浄する洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶ディスプレイなどの微細加工部品を洗浄する装置として、超臨界流体を利用した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超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。
【０００３】
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
・乾燥工程が不要である
・素早い処理が可能である
・廃液処理が不要である
・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である
・抽出した汚染物質の分離が簡単である（特に二酸化炭素の超臨界流体を用いた場合）
などの多くの利点を有する。
【０００４】
超臨界流体の洗浄媒体（洗浄用流体）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。例えば良く使用される二酸化炭素は、温度３１．０６℃以上、圧力７４．８atm以上の条件で超臨界流体となる。
【０００５】
この種の超臨界流体を用いた洗浄装置の例は、特開平５−４７７３２号公報、特開平７−２８４７３９号公報、特開平８−１００１９７号公報、特開平８−２０６４８５公報などに数多く記載されている。
【０００６】
これらの公報に記載の従来の洗浄装置では、被洗浄物を洗浄媒体である超臨界流体中に所定時間浸すか、もしくは、超臨界流体に流れをつけて被洗浄物に浴びせるようにして汚染物質を除去している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、超臨界流体に流れをつける場合でも、入口から導入したままの状態で超臨界流体を被洗浄物に接触させるだけであるから、流れの抵抗の少ないところにばかり超臨界流体が流れることになり、個々の部分に対する洗浄効果を十分に高めるまでには至らなかった。
【０００８】
この点、特開平８−２０６４８５公報には、洗浄槽内にスノコ状の部材を配することで均一に超臨界流体が流れるようにした例が示されているが、この場合は単に均一に超臨界流体を流すためのものであるから、全体にむらなく超臨界流体を行きわたらせることはできるものの、本当に洗浄したい箇所に超臨界流体の流れを有効に接触させることまではできず、よって洗浄効果も十分には高くできないものであった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮し、超臨界流体または亜臨界流体の溶解力に加えて、物理的な流体力によって、高い洗浄効果を発揮できるようにした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】
請求項１の発明は、洗浄槽の一端に超臨界流体または亜臨界流体の導入口、他端に排出口を設け、洗浄槽内において前記導入口から排出口に向けて超臨界流体または亜臨界流体を流すことで、導入口と排出口との間のスペースに配置された被洗浄物に超臨界流体または亜臨界流体を接触させて被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、前記導入口から被洗浄物の配置スペースまでの間及び前記被洗浄物の配置スペースから排出口までの間の双方に、隔壁によって画成された所定長さの多数の平行流路を有し且つ該平行流路を通して超臨界流体または亜臨界流体を流すことで超臨界流体または亜臨界流体の流れを整える整流手段を設け、各整流手段に、超臨界流体または亜臨界流体に対して温度変化を与えると共にそれぞれ独立して温度制御の可能な熱交換手段を付設したことを特徴としている。
【００１１】
この発明では、洗浄中に洗浄槽内に超臨界流体または亜臨界流体の流れを作り、その流れを整流手段によって整えることができる。従って、被洗浄物に効果的に超臨界流体または亜臨界流体を接触させることができ、超臨界流体または亜臨界流体の溶解力だけでなく、その流れによる物理的作用により、高い洗浄能力を発揮できる。即ち、供給された超臨界流体または亜臨界流体の流れを整えることで、超臨界流体または亜臨界流体を被洗浄物の汚染面に所定の角度で当て（望ましくは汚染面に対し平行に当て）、超臨界流体または亜臨界流体による溶解力に加えて、流体の流れにより生じるせん断力によって汚染物を除去し洗浄力を向上させることができる。
【００１３】
また、整流手段に熱交換手段を付設したので、洗浄槽内の温度を素早くコントロールすることができる。例えば、熱交換手段で加温することにより、超臨界流体の導入時に洗浄槽内部が臨界温度以下に下がってしまうのを防止することができる。
【００１５】
さらに、被洗浄物の前後の整流手段に付設した熱交換手段を独立して温度制御することにより、洗浄中に洗浄槽内の流体に温度勾配を与えることができる。超臨界流体または亜臨界流体は、わずかな温度変化によってもその密度が変化するため、一方を高温、他方を低温にすることにより、洗浄槽内に密度差による圧力勾配を生じさせることができ、その結果、整流部を通過する超臨界流体または亜臨界流体に強い流れを与えることができ、流速のアップにより、被洗浄物の表面に更に強いせん断力を及ぼすことができて、洗浄効果を一層高めることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、前記洗浄槽内を流れる超臨界流体または亜臨界流体に脈動を与える手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記熱交換手段の設定温度を間欠的に変更することで、洗浄槽内を流れる超臨界流体または亜臨界流体に脈動を与えることを特徴としている。
【００１８】
請求項２、３の発明のように、洗浄槽内の流れに脈動を与えることにより、被洗浄物の表面に作用する圧力・せん断力に緩急（高低）を付けることができ、洗浄効果を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態の洗浄装置の概略構成図である。図において、１は洗浄槽で、槽本体１Ａと蓋１Ｂを気密に合体することで構成されている。洗浄槽１の内部には、蓋１Ｂを開閉することで、被洗浄物（例えば半導体ウェーハ）Ｗが収容されている。洗浄槽１の上端入口（導入口）には洗浄媒体の供給ラインＬ１が接続され、下端出口（排出口）には循環ラインＬ２が接続されている。
【００２０】
供給ラインＬ１は、ＣＯ2 タンク２から供給されるＣＯ2 を超臨界流体化して洗浄槽１に導入するための経路であり、この供給ラインＬ１上には、ＣＯ2 を高圧化するコンプレッサ３と、高圧化されたＣＯ2 を加熱して超臨界流体化させる加熱器５と、コンプレッサ３及び加熱器５の間に位置するバルブ７とが設けられている。
【００２１】
一方、循環ラインＬ２は、洗浄槽１から排出された洗浄媒体より汚染物質を分離し、汚染物質分離後のＣＯ2 を液化し圧縮した後、供給ラインＬ１上に戻すリサイクル経路であり、この循環ラインＬ２上には、洗浄槽１側から順に、バルブ１８と、洗浄媒体を減圧して気体ガス化することで汚染物質を分離する気化分離器１１と、フィルタ１２と、気化ガス化したＣＯ2 を液化する液化装置１３と、液化されたＣＯ2 を高圧化するコンプレッサ１４と、高圧化したＣＯ2 を貯蔵する蓄圧槽１５とが設けられている。そして、蓄圧槽１５が、バルブ１６、１７を介して供給ラインＬ１上のバルブ７の前後に接続されることにより、洗浄槽１から排出された洗浄媒体を、供給ラインＬ１を介して洗浄槽１に循環させることができるようになっている。
【００２２】
また、図２に拡大して示すように、洗浄槽１の内部には、被洗浄物Ｗの設置ステージ（図示略）が設けられており、洗浄槽１内の上端入口から被洗浄物Ｗの配置スペース（ステージの上方）までの間、及び、被洗浄物Ｗの配置スペース（ステージの下方）から下端出口までの間の双方に、隔壁によって画成された所定長さの多数の平行流路２１ａを有し且つ該平行流路２１ａを通して超臨界流体を流すことで超臨界流体の流れを整える整流装置（整流手段）２１、２２が設けられている。
【００２３】
整流装置２１、２２は、多数の配管の集合体で構成したり、多数の仕切り板（フィン）を井形状に組んだもので構成したりすることができる。配管の集合体で整流装置２１、２２を構成した場合は、個々の配管の管壁が前記隔壁に相当し、配管の内部が平行流路２１ａとなる。多数の仕切り板を井形状に組んだもので整流装置２１、２２を構成した場合は、個々の仕切り板が隔壁に相当し、仕切り板で画成された空間が平行流路となる。
【００２４】
平行流路２１ａの断面は、丸、四角、六角、整流作用の強い星形等、任意に設定することができる。また、平行流路２１ａの配置や断面積も任意に設定可能であり、それらを全体に均等に設定してもよいし、不均等に設定して、偏りを持たせるようにしてもよい。
【００２５】
上部と下部の各整流装置２１、２２には、平行流路２１ａを通過する超臨界流体に対して温度変化を与える熱交換器２３、２４が、それぞれ独立して温度制御できるように付設されている。熱交換器２３、２４は、例えば整流装置２１、２２の隔壁を熱交換壁とするものであり、上部の熱交換器２３は加熱・冷却の両方ができ、下部の熱交換器２４は冷却だけできるように設定されてる。なお、隔壁を熱交換壁として利用する方法としては、例えば、配管の集合体で整流装置を構成する場合には、配管の集合体の中に熱交換パイプを一緒に混ぜて束ねておく方法を採ることができる。また、仕切り板を井形状に組んだもので整流装置を構成する場合には、隔壁自体の内部に熱媒の流路を形成する方法等を採ることができる。
【００２６】
上部の熱交換器２３は、これで流体を加熱することにより、洗浄槽１に対して超臨界流体を導入した時に洗浄槽１の内部が臨界温度以下に下がってしまうことを防止する機能を果たすことができる。
【００２７】
次に作用を説明する。
超臨界流体による洗浄を行う場合は、洗浄媒体供給ラインＬ１に設けた加熱器５で洗浄媒体を加熱することにより、洗浄媒体を超臨界流体化して洗浄槽１に導入する。そして、必要に応じて整流装置２１に付設した熱交換器２３を制御することにより、洗浄槽１内の流体を加熱して超臨界状態を維持しながら、超臨界流体による洗浄を行う。いったん洗浄媒体供給ラインＬ１から洗浄槽１を含む循環ラインＬ２内に洗浄媒体を導入すると、後は、バルブ７、１６を閉じることで、矢印Ａの順路で洗浄媒体を循環させることができる。
【００２８】
この場合、洗浄槽１内には洗浄中に超臨界流体の流れが作られ、その流れが整流装置２１、２２によって一定の状態に整えられる。従って、被洗浄物Ｗに効果的に超臨界流体が接触するようになり、超臨界流体の溶解力だけでなく、その流れによる物理的作用によって、高い洗浄能力が発揮される。即ち、洗浄槽１に供給された超臨界流体の流れが整えられることで、超臨界流体が被洗浄物Ｗの汚染面に所定の角度で当たり、それにより、超臨界流体による溶解力に加えて、流体の流れによって生じるせん断力により、汚染物が除去され洗浄力が向上する。
【００２９】
また、洗浄中に、被洗浄物Ｗの前後の整流装置２１、２２に付設した熱交換器２３、２４を独立して温度制御することにより、洗浄槽１内の流体に温度勾配を与えることができる。超臨界流体は、わずかな温度変化によってもその密度が変化するため、上部を高温、下部を低温にすることにより、洗浄槽１内の上下に密度差による圧力勾配を生じさせることができる。従って、整流装置２１、２２を通過する超臨界流体に対し強い流れを与えることができ、その流速のアップにより、被洗浄物Ｗの表面に更に強いせん断力を及ぼすことができて、洗浄効果を一層高めることができる。
【００３０】
また、熱交換器２３、２４の設定温度を間欠的に制御することで、洗浄槽１内に圧力変動を起こすことができ、洗浄槽１内部の流れに脈動を起こすことができる。その結果、被洗浄物Ｗの表面に作用する圧力・せん断力に緩急（高低）を付けることができ、一層洗浄効果を高めることができる。
【００３１】
なお、洗浄槽１内の超臨界流体の流れに脈動を与える方法としては、上述の熱交換器２３、２４の間欠的温度制御による方法以外に、上部の整流装置２１の入口あるいは洗浄槽１の入口に図示しない開閉装置（電磁バルブ等）を設けて、この開閉装置により流路の開口面積を間欠的に変化させることで脈動を起こす方法を採ったり、洗浄槽１の外部に別の加圧装置を追加して高圧流体を間欠的に導入する方法を採ったりすることができる。
【００３２】
図３は加熱式の加圧装置（脈動手段）２７を洗浄槽１の入口部に設けた例を示している。この例においては、供給ラインＬ１から分岐させて高圧導入ラインＬ３を追加し、その高圧供給ラインＬ３上に、両側にバルブ２６、２８を配した形で加圧装置２７を設けている。この加圧装置２７を追加したことで、必要に応じて循環流体を更に高圧化して洗浄槽１内に間欠噴射させることができ、洗浄槽１内の流体に脈動を与えることができる。
【００３３】
また、図４に示す例では、加圧装置２７からの高圧流体を、上部の整流装置２１の各平行流路に対して個別にバルブ２８を介して導入できるようにしている。この場合、全部のバルブ２８をまとめて開閉制御してもよいし、個別に開閉制御してもよい。また、グループ分けして、グループごとに開閉制御してもよい。いずれにしろ、整流装置２１の各平行流路内を流れる流体に脈動を与えることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、超臨界流体としてＣＯ2 を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、亜酸化窒素、ＳＦ6 、Ｃ2 Ｈ4 、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ6 、ＣＨＣｌＦ2 、Ｃ3 Ｈ8 、ＣＣｌ2 Ｆ2 、ＮＨ3 などの安定で、且つ、容易に超臨界状態をつくることができると共に、臨界温度が室温に近く、よって加熱操作が一層容易になる各種の流体を好適に使用することができる。また、洗浄媒体に洗浄能力を向上させるための添加物として、メタノールなどの低級アルコール類、アセトン、ジエチルエーテルなどの低級ケトン類、及び洗剤等の界面活性剤を使用することもできる。
【００３５】
また、上記実施形態では、洗浄用流体として超臨界流体を用いた場合を示したが、超臨界流体の代わりに亜臨界流体を用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３の発明によれば、洗浄中に洗浄槽内に超臨界流体の流れを作り、その流れを整流手段によって整えるので、被洗浄物に効果的に超臨界流体を接触させることができ、超臨界流体の溶解力だけでなく、その流れによる物理的作用により、高い洗浄能力を発揮できる。
【００３７】
特に、整流手段に熱交換手段を付設したので、洗浄槽内の温度を素早くコントロールすることができ、超臨界流体の導入時に洗浄槽内部が臨界温度以下に下がってしまうのを防ぐことができる。また、整流手段に付設した熱交換手段を独立して温度制御することにより、洗浄中に洗浄槽内の流体に温度勾配を与えることができるので、洗浄槽内の流体に密度差による圧力勾配を生じさせることができ、整流手段を通過する超臨界流体に強い流れを与えることが可能となる。従って、流速のアップにより、被洗浄物の表面に更に強いせん断力を及ぼすことができて、洗浄効果を一層高めることができる。
【００３８】
また、請求項２、３の発明によれば、洗浄槽内の流れに脈動を与えることができるので、被洗浄物の表面に作用する圧力・せん断力に緩急（高低）を付けることができて、洗浄効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の洗浄装置の構成図である。
【図２】（ａ）は図１の要部拡大図で、（ｂ）は整流装置２１の平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態の要部拡大図である。
【図４】本発明の更に別の実施形態の要部拡大図である。
【符号の説明】
Ｗ  被洗浄物
１  洗浄槽
２１，２２  整流装置（整流手段）
２１ａ  平行流路
２３，２４  熱交換器（熱交換手段）
２７  加圧装置（脈動手段）
【図１】
0003918493.tif 000002
【図２】
0003918493.tif 000003
【図３】
0003918493.tif 000004
【図４】
0003918493.tif 000005