JP2752001B2 - 蒸気乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、揮発性処理液の蒸気を用いて、例えば半導
体装置のウエハのような被処理物の乾燥を行うための蒸
気乾燥装置に関するものである。

【従来技術】

半導体装置の製造工程においては、例えば、半導体ウ
エハを所定の薬液で処理した後、この薬液を水洗処理に
より除去し、この水洗処理に引き続きウエハに付着した
水を乾燥除去するための処理が行われる。この半導体ウ
エハの乾燥を行うための装置として蒸気乾燥装置が用い
られている。 この種の蒸気乾燥装置は、上方が開口された乾燥処理
室の底部に揮発性処理液たるイソプロピルアルコール
（IPA）を供給する一方、この処理室の下方にヒータを
設け、このヒーターにより前記IPAを加熱して蒸発さ
せ、前記処理室内をこのIPAの蒸気雰囲気にし、このIPA
蒸気雰囲気に被処理物たる半導体ウエハを晒して乾燥す
るようにしている。なお、半導体ウエハは、一般には、
キャリア治具と共に処理室内に導入される。また、処理
室の上部にはIPA蒸気を液化するための冷却手段、例え
ば上端開口部の内側に配設された冷却蛇管等から成るも
のが設けられている。 この乾燥の過程は次のように説明することができる。
前記処理室内に導入されるウエハは、前処理工程で室温
に保たれた純水によって水洗処理されているので、この
導入時には半導体ウエハには多くの水が付着していると
共に半導体ウエハは室温と同程度の温度になっている。
そのため、ウエハを処理室内に導入すると、高温のIPA
蒸気雰囲気との温度差により、ウエハの表面でIPA蒸気
が凝縮して液化される。そして、この液化したIPAにウ
エハ表面に付着していた水が溶解し、その溶解物がウエ
ハの表面から漸次脱離することによりウエハの乾燥が行
われる。 なお、この種の蒸気乾燥装置に関する先行文献として
は、例えば特開昭58−207638号公報が挙げられる。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の蒸気乾燥装置の構成では、
ウエハやそのキャリア治具等の処理室内への導入時に、
ウエハやそのキャリア治具等が帯有する水分、あるいは
処理室の上部の冷却蛇管の表面にて凝縮する空気中の水
分や不純物等が処理室内に大量に蓄積されてしまう。し
たがって、ウエハの乾燥処理の回数を重ねる程、処理室
内のIPAの組成の変化が大きくなる。つまり、従来の装
置では、処理室内のIPA中の水分量及び不純物量が経時
的に増加する。ここで、水分量の増加は当然のことなが
らウエハの乾燥不良の大きな原因となる。なお、水分量
の増加は、理論的にはIPA液と水分の２液相の共沸点の
組成まで収束される。更に、IPA液中の不純物量が大き
くなると、ヒータによる加熱の際、IPA液が沸騰して飛
沫が生じたとき、この飛沫に混入している異物等の不純
物がウエハ表面に付着し、同様に乾燥不良の原因とな
る。 かかるウエハ乾燥不良の発生確率を少なくするため
に、従来においては、蒸気乾燥装置の稼働を定期的に停
止させ、その停止時に処理室内に滞留したIPA液を廃液
し、新液、つまり未使用のIPA液と交換するような手段
を講じている。 しかしながら、IPA液の交換頻度を高くした場合、ウ
エハ乾燥の不良発生率は低くなるものの、IPA液交換作
業毎に蒸気乾燥装置の実稼働時間が侵食されるので、ウ
エハプロセスのスループットが低下してしまう。また、
その交換作業の頻度が多くなると、作業者がIPA液に接
する機会も多くなるので、健康管理上の問題がある他、
IPA液の使用量が多くなるので、経済的な問題がある。 そのため、ウエハプロセスにおける余裕度等を考慮し
て前記IPA液交換作業の時間間隔を極力長くしたり、あ
るいは処理室を水分の蓄積が少なくなる構造にしたりす
るような手段を講じているが、かかる手段は急場しのぎ
的なものであり本質的な解決手段とはいえない。 本発明は、被処理物の乾燥を高清浄状態で、しかも長
時間にわたって能率良く行ない得る等とした蒸気乾燥装
置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するべく、本発明の主たる概要は、処
理室内を揮発性処理液の蒸気雰囲気にし、該蒸気雰囲気
に被処理物を配すことにより、該被処理物の乾燥を行う
ように構成された蒸気乾燥装置において、前記処理室内
に滞留した前記揮発性処理液を精製し、該精製された流
体を前記処理室内に帰還させるための循環脱水精製手段
を設け、そして前記循環脱水精製手段は、前記滞留した
揮発性処理液を沸点よりも高温の蒸気状態に気化するた
めの蒸発部と、該蒸発部にて生成された過熱蒸気を脱水
分離膜で脱水処理するための脱水部と、該脱水処理され
た蒸気を蒸留するための蒸留部とを少なくとも備えてい
ることとし、前記揮発性処理液がアルコールとすること
を内容とする。 すなわち、処理室に滞留する揮発性処理液を抽出し、
該抽出された揮発性処理液を脱水精製すると共に、該精
製された揮発性処理液を再利用すべく処理室に戻す手段
を設ける構成とし、処理室内に滞留する揮発性処理液
を、未使用の揮発性処理液と同等の純度の組成で長時間
一定に維持するようにしたものである。 上記揮発性処理液の脱水精製の手段は、より具体的に
は揮発性処理液を沸点よりも高温の蒸気状態に蒸発さ
せ、脱水分離膜モジュールを通過させ、更に、脱水され
た蒸気の蒸留を行う構成としている。

【作用】

上記手段によれば、処理室内にIPA液のような揮発性
処理液が供給され、処理室内が揮発性処理液の蒸気雰囲
気にされた後、水分等を帯有した被処理物が該蒸気雰囲
気に晒されると、被処理物の表面で揮発性処理液の蒸気
が凝縮して水分等を溶解させると共に、該水分等の溶解
処理液が被処理物の表面から脱離するという過程を繰り
返し、乾燥が行われる。 この場合、被処理物の表面から脱離した溶解処理液や
処理室内で冷却されて液化した揮発性処理液等は処理室
の底部に滞留するが、該滞留した処理液は、循環脱水精
製手段により脱水精製された流体となって再び処理室内
に戻るという過程を繰り返す。したがって、処理室内に
滞留する処理液の組成を長時間略一定の高純度に保つこ
とができ、被処理物の乾燥は常時可及的に高清浄な状態
で行われる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。 第１図は、本発明に係る蒸気乾燥装置の第１実施例を
示すものである。同図に示すように、乾燥処理室１は、
上方が開口し、水平断面が例えば四角形状の有底の筒状
体から成るものであり、前記上方の開口部の内側にはら
せん状の冷却蛇管２が設けられており、該冷却蛇管２に
は図示しない冷水供給部が連結されている。また、前記
処理室１の底部にはヒータ３が設けられ、前記ヒータ３
の下方には、図示しないバルブを有する廃液導管４を介
して前記処理室１の底部に連結された廃液回収室５が設
けられている。さらに、前記処理室１の外部には、揮発
性処理液たるイソプロピルアルコール（IPA）を貯留し
たIPA供給部６が設けられており、該IPA供給部６には、
中途部に図示しないバルブを有する給液導管７が連結さ
れており、該給液導管７の先端部は前記処理室１の上部
開口内に臨まされている。そして、前記廃液導管４と前
記給液導管７との間には循環脱水精製部８が設けられて
いる。なお、前記処理室１の内部には被処理物たる半導
体ウエハ９及びこれを収納するキャリア治具10が挿入さ
れ、該処理室１の底部には所定量のIPA液11が滞留する
ようになっている。 第２図は、前記循環脱水精製部８の具体的な構成を示
すものである。 該循環脱水精製部８の入液側は前記廃液導管４と吸入
管12を介して連結されており、該吸入導管12は、一定流
量のIPA液11を吸入・吐出可能なポンプ13に連結されて
いる。そして、該ポンプ13の後段には液沸点以下の温度
にするIPA蒸気を発生させるための蒸発器14を連結して
おり、また、該蒸発器14の後段には、IPA過熱蒸気に含
まれる水分とIPA蒸気とに分離可能な脱水分離膜、例え
ば、ポリイミド製の蒸気脱水膜を内蔵する分離膜モジュ
ール15が設けられている。なお、該分離膜モジュール15
には、分離した水分等を系外部に排出するべく排気導管
16を介して真空ポンプ等から成る排気セット17が連結さ
れている。さらに、前記分離膜モジュール15の後段に
は、水分を分離したIPA蒸気に含まれるパーティクルや
溶出金属を除去して分離性の向上を図るべく蒸留するた
めの蒸留塔18が設けられている。ここで、該蒸留塔18
は、精留作用を増長させるべくその塔頂部近傍に還流冷
却器が設けられている。なお、該蒸留塔18は帰還導管19
を介して前記導管７に連結されている。 次に、上記のように構成された第１実施例の作動につ
き説明する。 まず、乾燥処理室１内にIPA供給部６からIPA液が供給
され、ヒータ３により処理室１の底部に滞留したIPA液
が加熱されると、該処理室１内がIPA液の蒸気雰囲気で
充満される。かかる状態で、前処理である水洗処理がな
された半導体ウエハ９が前記蒸気雰囲気に晒されると、
ウエハ９の表面でIPA蒸気が凝縮して水分等を溶解させ
ると共に、該水分等を溶解したIPA液が被処理物の表面
から脱離するという過程を繰り返し、乾燥が行われる。 この場合、ウエハ９の表面から脱離したIPA液や前記
冷却蛇管２により冷却されて液化した使用済みのIPA液
等は処理室１の底部に滞留するが、該滞留したIPA液の
一部は、吸収導管12を介して循環脱水精製部８に吸入さ
れ、他は廃液回収室５に流入する。 前記循環脱水精製部８は、ポンプ13により処理室１の
底部のIPA液11を吸入し、該ポンプ13から吐出したIPA液
は蒸発器14に導入され液沸点以上の温度で気化する。該
気化したIPA蒸気は過熱状態のまま分離膜モジュール15
に導入され、蒸気脱水膜モジュールを通過することによ
り膜を透過した水分が分離除去される。ここで、膜を透
過する前のIPAの濃度は、ポンプ13の吐出量や吐出圧、
あるいは蒸気脱水膜の膜面積、さらには排気セット17に
よる分離膜モジュール15内の膜透過側の真空度等に応じ
て任意に制御できる。 前記分離膜モジュール15を通過したIPA蒸気は蒸留塔1
8に導入され、該蒸留塔18では蒸気と液との向流接触の
繰り返し、及び塔頂部と還流冷却器との間の還流の繰り
返しによる精留作用により該蒸留塔18の抽出部から精製
されたIPA流体が得られる。このようにして脱水精製さ
れたIPA流体は帰還管19を介して前記処理室１内に注入
される。 従って、本実施例の構成では処理室１内のIPA液につ
いて脱水精製が繰り返し行われるので、処理室１内に滞
留するIPA液11の組成を長時間略一定の高純度に保つこ
とができ、ウエハ９の乾燥は可及的に高清浄な状態で行
われる。 第３図は、処理室１内のIPA液の純度の経時変化につ
いて、本実施例と従来装置との比較を示したものであ
る。実線で示す曲線Ｐは本実施例を適用した場合の実験
例であり、装置の稼働開始時を最高純度（例えば99.99
パーセント）とすると、暫時の時間を経過した後若干低
下した純度（例えば97パーセント）となるが、その後は
略その高純度で略一定に保たれることが理解できる。こ
れに対し、波線で示す曲線Ｒは従来装置を用いた場合の
実験例であり、IPA液の純度は時間の経過にしたがって
急激に低下し、その後も漸次低下を続けることができ
る。 第４図は第２実施例を示すものであり、前記循環脱水
精製部８において、蒸留塔18の塔頂部を帰還導管19を介
して処理室１内と連通させ、（又、必要であれば、前記
給液導管７と前記吸入導管12との間に分岐導管20を設
け、前記IPA供給部６からの未使用のIPA液についても蒸
留を行なうように構成し、）該帰還導管19の先端部から
前記蒸留塔18の塔頂部で得られる高純度のIPA蒸気の一
部を直接放出するようにしたものである。他の構成、作
用は第１実施例と同様であるので説明を省略する。 かかる構成とすることにより、処理室１内の廃液を再
利用するのみの構成に比べて処理室１内のIPA蒸気雰囲
気をより高純度に保つことができる。 第５図は第３実施例を示すものであり、前記循環脱水
精製部８において、前記吸入管12を前記廃液回収室５に
連結するように構成し、廃液回収室５に貯留されたIPA
液の全てを精製脱水して処理室１内に戻す、いわば完全
クローズドタイプの廃液回収を行うようにしている。他
の構成、作用は上記第１実施例と同様であるので説明を
省略する。 かかる構成とすることにより、廃液再利用の効率が高
くなり、経済性に優れる。 上記各実施例の説明においては、被処理物として半導
体ウエハ９を例として説明したが、本発明は、例えば光
ディスク、磁気ディスク、フォトマスク、レンズ等の各
種被処理物の乾燥に適用することができる。

【発明の効果】

以上のように請求項１の発明によれば、処理室内を揮
発性処理液の蒸気雰囲気にし、該蒸気雰囲気に被処理物
を晒すことにより、該被処理物の乾燥を行うように構成
された蒸気乾燥装置において、前記処理室内に滞留した
前記揮発性処理液を精製し、該精製された流体を前記処
理室内に帰還させるための循環脱水精製手段を設けたこ
とを特徴とするので、処理室内の処理液を循環脱水精製
することにより、水分量や不純物量を可及的に低減する
ことができ、未使用の処理液と同等の高純度な組成に長
時間保つことができ、被処理物の乾燥を常時高清浄な状
態で行える。 また、被処理液の交換頻度が激減するので、処理液の
使用量を大幅に節減することができ、従来装置に比べて
経済性に優れる一方、装置の実稼働率が飛躍的に高くな
り、被処理物の乾燥のスループットを向上させることが
できると共に、作業者が被処理液等に触れる機会も少な
くなり、健康管理の面での問題を回避できる。 さらに、請求項１の発明によれば、前記循環脱水精製
手段は、前記滞留した揮発性処理液を沸点よりも高温の
蒸気状態に気化するための蒸発部と、該蒸発部にて生成
された過熱蒸気を脱水処理するための脱水部と、該脱水
処理された蒸気を蒸留するための蒸留部とを少なくとも
備えていることを特徴とするので、前述の効果に加え、
処理液の高純度な脱水精製をより現実的かつ具体的に実
現できる。 請求項２の発明によれば、前記脱水部は、前記滞留し
た揮発性処理液を沸点よりも高温の蒸気状態に気化する
ための蒸発部にて生成された過熱蒸気を高温状態で処理
可能な脱水分離膜により構成されていることを特徴とす
るので、請求項１の効果に加え、水分の分離をより効率
的に行える。 請求項３の発明によれば、前記脱水分離膜は、ポリイ
ミド製の蒸気脱水膜であることを特徴とするので、請求
項２の効果に加え、脱水分離膜を容易に入手できる。 請求項４の発明によれば、前記蒸留部は、還流冷却器
を有する蒸留塔から成ることを特徴とするので、請求項
２から請求項３までの効果に加え、より高純度な処理液
の脱水精製を実現できる。 請求項５の発明によれば、前記蒸留部は、蒸留塔の塔
頂部が前記処理室に連通されていることを特徴とするの
で、請求項４の効果に加え、より効率良く被処理物の乾
燥を行うことができる。 請求項６の発明によれば、前記被処理物は、半導体ウ
エハであることを特徴とするので、請求項１から請求項
５の効果に加え、特に高集積度が要求される半導体の製
造の歩留まり向上に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック構成
図、第２図は第１図に示す循環脱水精製部の要部を示す
ブロック構成図、第３図はIPA純度の経時変化を示すグ
ラフ、第４図は本発明の第２実施例を示すブロック構成
図、第５図は本発明の第３実施例を示すブロック構成図
である。 １……乾燥処理室、２……冷却蛇管、３……ヒータ、８
……循環脱水精製部（循環脱水精製手段）、９……半導
体ウエハ（被処理物）、11……IPA（揮発性処理液）、1
4……蒸発器（蒸発部）、15……分離膜モジュール（脱
水部）、18……蒸留塔（蒸留部）。

フロントページの続き (72)発明者 梅田 優 東京都中央区日本橋室町４丁目２番16号 株式会社渡邊商行内 (72)発明者 二宮 康平 千葉県市原市五井南海岸８番の１ 宇部 興産株式会社千葉研究所内 (72)発明者 菊池 政夫 千葉県市原市五井南海岸８番の１ 宇部 興産株式会社千葉研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−106630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−45124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−209730（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内を揮発性処理液の蒸気雰囲気に
   し、該蒸気雰囲気に被処理物を晒すことにより、該被処
   理物の乾燥を行うように構成された蒸気乾燥装置におい
   て、前記処理室内に滞留した前記揮発性処理液を精製
   し、該精製された流体を前記処理室内に帰還させるため
   の循環脱水精製手段を設け、そして前記循環脱水精製手
   段は、前記滞留した揮発性処理液を沸点よりも高温の蒸
   気状態に気化するための蒸発部と、該蒸発部にて生成さ
   れた過熱蒸気を脱水分離膜で脱水処理するための脱水部
   と、該脱水処理された蒸気を蒸留するための蒸留部とを
   少なくとも備えていることを特徴とし、前記揮発性処理
   液がアルコールである、蒸気乾燥装置。
2. 【請求項２】前記脱水部は、前記滞留した揮発性処理液
   を沸点よりも高温の蒸気状態に気化するための蒸発部に
   て生成された過熱蒸気を高温状態で処理可能な脱水分離
   膜より構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   蒸気乾燥装置。
3. 【請求項３】前記脱水分離膜は、ポリイミド製の蒸気脱
   水膜であることを特徴とする請求項２記載の蒸気乾燥装
   置。
4. 【請求項４】前記蒸留部は、還流冷却器を有する蒸留塔
   から成ることを特徴とする請求項１から請求項３までの
   いずれか１項に記載の蒸気乾燥装置。
5. 【請求項５】前記蒸留部は、蒸留塔の塔頂部が前記処理
   室と連通されていることを特徴とする請求項４に記載の
   蒸気乾燥装置。
6. 【請求項６】前記被処理物は半導体ウエハであることを
   特徴とする請求項１から請求項５までのいずか１項に記
   載の蒸気乾燥装置。