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    公开号:WO1991011021A1
    申请号:PCT/JP1991/000002
    申请日:1991-01-07
    公开日:1991-07-25
    发明作者:Tadahiro Ohmi；Michiya Kawakami；Yasuyuki Yagi；Tohru Ohwada；Yasushi Takahara
    申请人:Tadahiro Ohmi；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 高温 ·高圧洗浄方法及び洗浄装置
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は、 例えば半導体工業等を中心とする電子工業、光学機器工業等で行わ れている洗淨工程や、 それらの工業等で使用される部品等の洗浄工程で用いるた めの高温 ·高圧洗浄方法及び洗浄装置に関するものである。
    [0005] 背景技術
    [0006] 以前より、 あらゆる産業において、洗浄は広く行われてきており、 脱脂等の洗 浄目的、特性に合わせて種々の検討が行われてきている。
    [0007] しかし、 近年のハイテクノロジー化にともなって、 より高清浄な洗淨技術の開 発が重要な課題となっている。 また近年産業廃液による公害問題が起こってお り、 特に脱脂工程で用 tヽられているフロンやトリクロロェチレンの環境破壊が問 題となっており、 これらの薬品は、使用禁止の方向で検討が進められている。 しかしこれらの薬品は現在の洗浄工程には必要不可欠であり、 その代替洗浄技 術の開発も急務となっている。
    [0008] 通常の高温高圧水スプレー洗浄は第 5図に示すような装置で行われることが多 く、 以下第 5図に従い高温高圧水スプレー洗浄について説明する。
    [0009] 高温高圧水スプレー洗浄の目的は、 洗浄面から不純物を完全に除去することで ある。 第 5図において、 洗浄水供給管 1 0 1によって水槽 1 0 2に供給された水 は、圧送ポンプ 1 0 3で加圧され、加熱装置 1 0 4で加熱され、 ノズノレ 1 0 6に よってスプレーとして噴射され洗浄に用いられる。 噴射時の洗浄水は、 例えば、 温度 6 0 C以上、 圧力 3 0 k gZ c m2以上とされる。 この方法は、 噴射水の物理 的な力によつて、 被洗浄物表面の汚れを除去することができる有効な方法であ る。
    [0010] この場合、 洗浄水供給配管 1 0 1によって供給される水は通常は、 水道水、 ま たは比抵抗が 1〜数 πιΩ · c m程度の純水を用いるのが普通であり、第 5図にお いて配管 1 0 1は水道管に接続される。
    [0011] しかし、上記技術により被洗浄物の洗浄を行っても必ずしも清浄な洗浄を行う ことができない。 例えば、被洗浄物に指紋、機械油を付し、 この指紋あるいは機械油が付された 被洗浄物を上記技術により洗浄しても指紋、機械油は完全には除去されず被洗浄 物に残存する。
    [0012] すなわち、上記技術における洗浄効果は良好なものではない。
    [0013] 本発明の目的は、優れた洗浄効果を有する高温 ·高圧洗浄方法及び洗浄装置を 提供することを目的とする。
    [0014] 発明の開示
    [0015] 上記目的を達成するための本発明の高温 ·高圧清浄方法は、 2 5で換算で 1 7. Ο ΜΩ · c m以上の比抵抗を有する超純水を被洗浄物に噴射させることに より洗净を ί亍ぅことを特徵とする。
    [0016] 上記目的を達成するための本発明の高温 ·高圧清浄装置は、圧送ポンプ、加熱 装置、 ノズル、 配管を少なくとも有し、 高温'高圧の水をノズルより被洗浄物に 対し噴射させる洗浄装置において、高温 ·高圧の超純水をノズルょり被洗浄物に 対し噴射させる機能を有していることを特徵とする。
    [0017] 作用
    [0018] 以下に本発明の作用および詳細な構成を本発明をなすに際して得た知見ととも に説明する。
    [0019] 従来高温高圧水スプレー洗浄においては、 噴射水の物理的な力によって、被洗 浄物表面の汚れを除去するものであると考えられていた。 そこで、本発明者は、 圧力を高くすることにより洗净効果を高めようと試みたが、圧力を高めた場合で あっても必ずしも洗浄効果の向上は認められなかった。
    [0020] そこで、 本発明者は、高温高圧水スプレー洗浄における洗浄効果に寄与する因 子の抜本的見直しを行った。
    [0021] その結果、 高温高圧水スプレー洗浄においては、被洗浄物にスプレーされる水 の純度が洗浄効果に寄与するのではな 、かとの着想を得た。
    [0022] しかし、水の純度が洗浄効果に大きく寄与するのではな ヽかと推測されたとし ても、 実際にそうであるかどうか、 また、 実際そうであっても具体的にどの程度 の純度とすれば洗浄効果が高くなるのかという点につ t、ては全く不明であつた。 そこで、本発明者は多数の実験を重ねたところ、 噴射時における水の純度を 2 5 。C換算で 1 7. Ο ΜΩ · c m以上とすれば洗浄効果が急激に向上することをつき とめ、 本発明をなすにいたった。
    [0023] 噴射時における水の純度を、 2 5。C換算で 1 7. 0 ΜΩ · c m以上とすれば洗 浄効果が急激に向上する理由はあきらかではないが、 かかる高純度の水の場合、 水の本来持っている、 多くのものを溶かし込み除去するという性質を発揮し、 ま た、水の中の不純物やパーティクルが洗浄面に付着するということもないためで はないかと考えられる。
    [0024] 次に本発明者は、上記知見に基づき、供給する水として水道水ではなく、比抵 杭が 2 5 °C換算で 1 8. 2 5 ΜΩ · c mすなわち不純物濃度が 1 p p b以下の超 純水を用い、 装置として前記した従来の装置を用 tヽて実験を行つたところ洗浄効 果の向上は認められなかつた。
    [0025] そこで、 さらに実験を進めたところ、 供給する水として、 不純物濃度が 1 p p b以下の超純水を用いたとしてもノズルより噴射される水には、 数 1 0 O p p b〜数 1 0 O p p mの不純物が含まれていることがわかった。
    [0026] 本発明者は、 かかる不純物がどこで混入するかを調査したところ、圧送ポンプ 1 0 3、加熱装置 1 0 4、 配管 1 0 5等よりの不純物溶出により不純物の混入が 生ずることを見い出した。
    [0027] さらに、圧送ポンプ 1 0 3の摺動部からパーティクルの発生があることが確認 されたが、 驚くべきことに配管 1 0 5からも不純物の溶出以外にパーティクルの 発生があることが見い出された。 これは、 高圧水と配管等の表面とに生ずる摩擦 のために発生するのではないかと考えられる。 高温高圧水スプレー洗浄の時に は、 パーティクルは高速で洗净面に衝突して、 洗浄面を傷つけることもわかつ この対策として洗浄装置の末端に精製装置ゃフィルター等を設置することも行 つたが、精製装置やフィルタ一等による圧力損失が大きく、圧送ポンプ以降にこ れらを設置した場合には、十分な噴射圧力が得られず、 その洗浄効果も著しく低 下していた。
    [0028] 以上のように、 洗浄効果を高めるためには、単に供給水に超純水を用いるだけ では不十分であることを本発明者は見い出したのであり、結局、 洗浄効果を高め るためには、高温 ·高圧の超純水をノズルょり被洗浄物に対し噴射させる機能を 有する洗浄装置を用いることが必要であることを見い出したものである。
    [0029] しかし、 かかる機能を有する洗浄装置は従来存在して 、なかった。
    [0030] そこで、水への不純物の混入を避けるための手段を探究したところ、一つの例 として接液面 （水との接触部） に加工変質層のない金属表面に、超高純度の （不 純物濃度数 P p b以下の） 酸化性雰囲気中で形成された不動態膜で覆われた材料 を用いると、 不純物の混入を避け得ることがわかった。 特に、 1 5 0 °C以上 4 0 0 °C未満の温度において加熱酸化せしめて形成された不動態膜で覆われた材 料を用いることが好ましい。
    [0031] 特に重要なことは、 かかる材料を圧送ポンプの 動部に用いると、 動部から のパーテイクルの発生を大幅に抑えることができることがわかつたことである。 なお、 加熱装置は水温を任意の温度に調整できるものを用いることが好まし い。 例えば、 ランプ加熱装置、 電気ヒーターを用いることが好ましい。
    [0032] また、超純水の加熱は、超純水と加熱装置を接触させることなう行うことが好 ましい。例えば熱交換器により超純水の加熱を行えばよい。
    [0033] また、 圧送ポンプ、加熱装置、 ノズル、配管はその一部または全部がクリーン ルーム内に設置することが不純物の混入を極力低下させ得ることから好まし 、。 なお、本発明における洗浄方法においては、純水中に界面活性剤等を注入して おいてもよく、 この場合には洗'净効果をより一層高めることができる。
    [0034] また、 本発明の方法あるいは装置は、 ウェハ等の基体表面の洗浄に有効である ことはいうまでもなく、 スパッタリング装置等の成膜装置等の壁面の洗浄に用い てもよい。 その場合、壁面の洗浄を極めて単時間で行うことが可能になるのみな らず、 洗浄後、装置の再始動までに要する時間 （再立ち上げ時間） を大幅に短縮 することが可能となる。 なお、壁面を高温 ·高圧の超純水で洗浄することは従来 fわれていない。
    [0035] 図面の簡単な説明
    [0036] 第 1図は本発明の実施例を示す洗浄装置の概略図、第 2図は本発明の実施例で 用 ヽた圧送ポンプの例を示す断面図、第 3図は本発明の実施例による洗浄効果を 示すグラフ、第 4図は比較例の洗浄効果を示すグラフ、第 5図は従来例の洗浄装 置の概略図である。 (符号の説明）
    [0037] 1 0 1…洗浄水供給管、 1 0 2， 2 0 3…水槽、 1 0 3 , 2 0 4…圧送ボン プ、 1 0 4 , 2 0 5…加熱装置、 1 0 5， 2 0 6…配管、 1 0 6， 2 0 7…ノズ ノレ、 2 0 1…超純水供給装置、 2 0 2…超純水供給管。
    [0038] 発明を実施するための最良の形態
    [0039] 本発明の実施例を第 1図に示す。 第 1図において、超純水供給装置 2 0 1より 水槽 2 0 3に供給された超純水は、 圧送ポンプ 2 0 4に供給され、 加熱装置 2 0 5により加熱され、 ノズル 2 0 7より、 スプレー状に洗浄面に吹き付けられ る
    [0040] 本実施例では接液部には以下の処理を行ったステンレス鋼 （S U S 3 1 6 L 材 · J I S規格） を用いた。 表面を電界研磨技術により加工変質層のない鏡面
    [0041] (表面粗度 5 mm以下） に仕上げられたステンレス鐧を不純物 （特に水分、 ハ イド口カーボン） 濃度の非常に少ない （数 p p b以下） 高純度な酸化性雰囲気中 で酸ィヒ処理を行った。 酸化温度 3 8 0。Cで、 不動態膜の厚さ 7 0〜8 0 A程度で あった。 また、 上記の酸化不働態膜は、非常に緻密な膜であり、 脱ガスが少な く、 耐熱性、 耐薬品性に優れ、 超純水中への不純物溶出が極めて少ない C r 2· 〇3 酸化不働態表面であった。 また、上記の C r 2 03 酸化不働態が主体となる ステンレス材の他に、超高清浄な雰囲気中で窒ィ匕を行うことにより形成した窒ィ匕 膜をつけた T i材を用いてもよい。
    [0042] 上記接液部は、 超純水供給装置 2 0 1の内面、 水槽 2 0 3の内面、 圧送ポンプ 2 0 4の摺動部を含む水の通過面、加熱装置 2 0 5の内面、 配管の内面、 ノズル の内面等である。 .
    [0043] なお、 本例では、圧送ポンプとして、摺動部からの不純物やパーティクルを強 制的にリジェクト水として系外に排出する渦流ポンプを用いた。 なお、圧送ボン プとして、摺動部からの不純物やパーティクルを強制的にリジヱクト水として系 外に排出する渦卷ポンプを用いてもよい。 渦流ポンプの代表的な構造例を第 2図 に示す。 軸受け 1 7と軸 1 6との間の軸受シール 1 4に、 外部に連通する孔が設 けてあり、 この孔から強制的に、摺動部近傍の水 （摺動部からのパーティクルを 含む水） を系外に排出する。 なお、 図面上 Aで示した部分は接液部であり不動態 が形成されている面である。
    [0044] またノズルとしては、 スプレーパターンや噴角が異なる各種の物が市販されて おり、 その使用目的に合わせて扇型、充円錐、 直進型等のノズルが使用可能であ る。 しかし、 ノズル噴口では水が高速で流れるために、 通常のノズルでは、 摩耗 やパーティクルの発生が起こってしまう。 これに対して、本発明ではパーテイク ルの発生や摩耗の少ないノズル噴口の材質として、 前記した表面に酸化不働態膜 力形成されている S US 316Lを用た。 スプレーパターンは扇型であり、 噴角 が 12のものを用いたが、 そのほかのノズルも使用可能である。 第 1図ではノズ ルが 2個所の例を示している。
    [0045] このような接液表面に金属の不働態膜を形成させた高温高圧超純水スプレー洗 浄装置においては、接液面からの不純物の溶出やパーティクルの発生が抑えられ ており、洗浄装置に超純水を供給したところノズルから噴射される超純水は装置 入口の比抵抗と一致した。
    [0046] この不純物を含まず、 活性である高温高圧超純水を用いると、通常の高温高圧 水スプレー洗浄より洗浄効果が高く、 SUS 316 L電解複合研磨表面に意識的 に塗布した機械油や指紋が完全に除去された。
    [0047] 次に通常の薬液洗浄を行った場合と、 その後に第 1図に示す装置を用いて高温 高圧超純水スプレー洗浄を行った場合の昇温時の被清浄物からの脱ガスを AP IMS (大気圧イオン化質量分析計） を用いて測定した結果を第 3図及び第 4図に示す。
    [0048] この実験は、 SUS316Lを複合電解研磨した後に、 HC£— H202洗浄等 の薬液洗浄を行った試験片 （比較例） と、 さらに、 それと同じ試験片を第 1図に 示す装置を用いて、 60°C、 10 kgZcirfGの高温高圧超純水スプレーで 20 分洗浄と高純度の N 2で乾燥した試験片を、 別々に、 350。Cまで昇温した場合 の表面からの脱ガスを AP IMSで測定した。
    [0049] 第 3図、 第 4図において m/Z = 40， 41は、 AP I MS時のキャリアガス である A rによるピークであり、 m/Z= l 8, 19は水分であり、 その他はハ 新たな用紙 ィドロカーボン等の不純物によるピークである。 第 3図、 第 4図を比較すると、 高温高圧超純水スプレー洗浄を行うと、 薬液洗浄によって除去されないハイドロ カーボン等の不純物は完全に除去されることがわかる。 この結果により高温高圧 超純水スプレ一洗浄の効果は大きいことが確認できた。
    [0050] (第 2実施例）
    [0051] 本例においては、 圧送ポンプとして遠心ポンプを用いた。 ただ、 その接液部に は上記不動態膜の形成されたステンレス鋼を用いた。
    [0052] 本例においては供給水として超純水 （比抵抗 1 8. 2 5 ΜΩ · c m) を用い た。 他の点は第 1実施例と同様とした。
    [0053] 本例では、 噴射時における水の比抵抗は、 1 7. 0 ΜΩ · c mであったが、 指 紋、機械油はきれいに除去されていた。
    [0054] 雌例）
    [0055] 本比較例では、 噴射時における水の比抵抗が 1 6. 0 ΜΩ · c mとなるように 供給水を供給した。 本例では、 指紋、 機械油の除去が十分ではなかった。
    [0056] 産業上の利用可能性
    [0057] 以上述べたように本発明の洗浄装置によって、 従来の装置でみられた純度低下 による洗浄効果の低下を防止し、 高温高圧超純水スプレー洗浄が可能になつた。 すなわち、 現在フロン洗浄によって除去されている油脂分の除去も可能であ り、 フロン洗浄装置の代替装置としても有効である。 また上で述べたように、 本 発明の高温高圧超純水スプレー洗浄を有効に活用することによって、 現在行われ ている薬品洗浄工程等の削除および代替として十分対応可能である。 また現在ま で、 洗浄水中の不純物の問題があるために行われていなかつた半導体工業におけ るウェハの洗浄にも十分活用できる。
    [0058] 新たな用紙
    权利要求:
    Claims
    (1) 25。C換算で 17. ΟΜΩ · cm以上の比抵抗を有する超純水を被洗浄物 に噴射させることにより洗浄を行うことを特徵とする高温 ·高圧洗浄方法。
    (2)前記洗浄をクリンーンルーム内において行うことを特徵とする請求項 1記 載の高温 ·高圧洗浄方法。
    ( 3 ) 界面活性剤を超純水中に注入することを特徴とする請求項 1記載の高温 · 高圧洗浄方法。
    (4)前記洗浄は、成膜装置の壁面の洗浄である請求項 1記載の高温 ·高圧洗浄 方法。
    (5)前記洗浄は、 成膜を行う基体表面の洗铮である請求項 1記載の高温 '高圧 洗浄方法。
    (6)圧送ポンプ、 加熱装置、 ノズル、配管を少なくとも有し、高温 ·高圧の水 をノズルより被洗浄物に対し噴射させる洗浄装置において、高温 ·高圧の超純水 をノズルょり被洗浄物に対し噴射させる機能を有していることを特徴とする高 温 ·高圧洗浄装置。
    (7)超高純度の雰囲気中において加熱することにより形成した不動態膜を、鏡 面仕上した金属または合金表面に有する材料により該装置の接水面を構成したこ とを特徵とする請求項 6記載の高温 ·高圧洗铮装置。
    (8)前記ノズルより噴射される超純水が、 25°C換算で 17. 0ΜΩ· cm以 上の比抵抗を有することを特徵とする請求項 7記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    (9)前記圧送ポンプとして、摺動部からの発麈をリジヱクト水として、 系外に 排出し得る圧送ポンプを用いたことを特徵とする請求項 6ないし 8の 、ずれか 1 項に記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    (10)前記圧送ポンプは S¾*及び圧力を可変できることを特徵とする請求項 6 ないし 9のいずれか 1項に記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    (11) 前記圧送ポンプ、加熱装置、 ノズル、配管はその一部または全部がク リーンルーム内に設置されていることを特徵とする請求項 6ないし 10のいずれ か 1項に記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    (12)前記加熱装置は、水温を任意の温度に調整可能な加熱装置である請求項 6ないし 1 1の t、ずれか 1項に記載の高温 ·高圧洗净装置。
    (13) 前記加熱装置は、 ランプ加熱炉または電気ヒータより構成されている請 求項 6ないし 12のいずれか 1項に記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    (14) 前記ノズルは複数個設けられている請求項 6ないし 13のいずれか 1項 に記載の高温 ·高圧洗浄装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    JP2/873||1990-01-07||US07/867,692| US5326035A|1990-01-07|1991-01-07|High purity cleaning system|
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