乾 燥 プロセスの 最 適 化 手 法 - 0 -
1. 工 業 用 洗 浄 に 使 われる 乾 燥 原 理 乾 燥 の 方 法 は 以 下 7つの 物 理 的 原 理 を 複 合 して 構 成 されている 1 洗 浄 ワーク 周 囲 の 気 体 の 洗 浄 溶 媒 ガスの 溶 解 度 を 高 め 蒸 発 を 促 す 例 えば: 空 気 を 温 める 方 法 や 洗 浄 溶 媒 が 水 であれば 乾 燥 した 空 気 を 送 るなど 2 洗 浄 ワーク 周 囲 の 洗 浄 溶 媒 ガスを 含 む 気 体 を それを 含 まない 気 体 に 置 換 し 蒸 発 速 度 を 高 める 例 えば: 風 を 送 る 窒 素 ガスを 吹 きかけるなど 3 洗 浄 ワークを 温 めて 付 着 している 洗 浄 溶 媒 を 加 熱 し その 蒸 気 圧 を 高 めて 蒸 発 を 促 す 例 えば: 温 風 やホットプレートで 洗 浄 ワークを 温 めるなど 4 洗 浄 ワーク 周 囲 の 雰 囲 気 を 洗 浄 溶 媒 の 蒸 気 圧 以 下 に 減 圧 し 蒸 発 速 度 を 高 める 例 えば: 真 空 乾 燥 5 付 着 洗 浄 溶 媒 を より 乾 き 易 い 乾 燥 用 溶 媒 に 置 き 換 え その 乾 燥 用 溶 媒 を 乾 かす 例 えば: 石 油 系 溶 剤 や 水 で 洗 った 洗 浄 ワークを アルコールで 濯 いでから 乾 かすなど 6 物 理 的 な 力 を 加 えて 洗 浄 溶 媒 を 洗 浄 ワークから 引 き 離 す 例 えば: 洗 浄 溶 媒 を 拭 き 取 る 圧 縮 空 気 で 吹 き 飛 ばす 遠 心 力 で 振 り 切 るなど 7 液 体 の 表 面 張 力 を 利 用 して 洗 浄 溶 媒 を 洗 浄 ワークから 引 き 離 す 例 えば: 温 純 水 引 き 上 げ 乾 燥 マランゴニ 乾 燥 など 乾 燥 を 文 字 通 り 洗 浄 溶 媒 を 蒸 発 させる のは 実 は 余 り 好 ましくない 洗 浄 ワークから 除 去 された 汚 れの 一 部 が 当 然 洗 浄 溶 媒 に 残 っており これをそのまま 乾 かしたら その 汚 れは 洗 浄 ワーク 上 に 残 って 染 みになっ てしまう また 洗 浄 溶 媒 が 水 の 場 合 蒸 発 潜 熱 は 約 538.9cal/g(100 )もあり 望 外 なエネルギーコスト がかかる そこで まず 洗 浄 ワークから 洗 浄 溶 媒 を 振 り 落 とす 液 きり をし それでも 残 った 洗 浄 溶 媒 を 蒸 発 させる 手 順 を 踏 むのが 好 ましい 上 記 7 原 理 の 内 1~4 項 が 洗 浄 溶 媒 を 蒸 発 させる 方 法 の 原 理 であり 6~7 項 は 液 きり の 原 理 そ して5 項 が 液 きりと 蒸 発 を 併 せ 持 つ 手 法 である 2. 乾 燥 方 法 工 業 用 洗 浄 でよく 使 われる 乾 燥 方 法 11 種 類 について 概 説 する 温 風 乾 燥 赤 外 線 乾 燥 ホットプレート 乾 燥 真 空 乾 燥 が 洗 浄 溶 媒 を 蒸 発 させる 方 法 吸 引 乾 燥 と 蒸 気 乾 燥 は 液 きりと 蒸 発 を 併 せて 行 う 手 法 温 純 水 引 上 げ 乾 燥 マランゴニ 乾 燥 エアナイフ 水 切 り スピン 乾 燥 絞 りロール 乾 燥 が 液 きり を 利 用 した 乾 燥 方 法 に 分 類 される 2.1 温 風 乾 燥 温 風 乾 燥 とは 洗 浄 ワークに 加 熱 した 空 気 を 送 り 洗 浄 溶 媒 を 蒸 発 させる 乾 燥 方 法 である 大 抵 は 熱 効 率 を 高 める 為 密 閉 した 専 用 チャンバーで 処 理 を 行 い エネルギー 効 率 を 鑑 みて 加 熱 空 気 の 一 部 は 循 環 再 利 用 する 精 密 洗 浄 後 の 乾 燥 では 洗 浄 ワークが 温 風 に 含 まれる 塵 埃 によって 汚 れるのを 防 ぐ 為 加 熱 した 空 気 をフィルタ ーで 濾 過 してからチャンバーに 供 給 する 洗 浄 ワークに 十 分 な 耐 熱 性 があれば 温 風 の 温 度 は 高 いほうが 良 い その 理 由 は; 1 温 度 が 高 い 空 気 ほど 洗 浄 溶 媒 ガスの 溶 解 度 が 高 くなり 乾 き 易 い - 1 -
2 温 度 が 高 いほど 洗 浄 溶 媒 の 蒸 気 圧 が 高 くなり 乾 き 易 い( 例 として 図 1 に 水 の 蒸 気 圧 を 示 す) 3 洗 浄 ワークごと 付 着 する 洗 浄 溶 媒 を 温 めることで 洗 浄 溶 媒 が 蒸 発 する 際 に 奪 う 蒸 発 潜 熱 で 洗 浄 溶 媒 の 温 度 が 下 がり 蒸 気 圧 が 低 下 して 乾 燥 速 度 が 落 ちるのを 防 ぐ 一 般 には 洗 浄 溶 媒 の 沸 騰 点 より 50 程 度 以 上 高 温 の 温 風 で 洗 浄 ワーク 温 度 が 沸 騰 点 以 上 になるまで 加 熱 でき れば 真 空 成 膜 に 支 障 しない 程 度 の 乾 燥 品 質 が 得 られる 尚 空 気 を 完 全 循 環 使 用 すると 湿 度 が 上 がって 乾 か なくなるので エネルギー 効 率 は 落 ちるが 適 度 な 外 気 の 取 り 入 れが 必 要 である 温 風 乾 燥 は 空 気 を 加 熱 し て 間 接 的 に 洗 浄 ワークと 付 着 洗 浄 溶 媒 を 温 め 更 に 乾 いて 温 まった 洗 浄 ワークが 取 り 出 されて 炉 外 へ 熱 エネル ギーを 出 してしまう 為 エネルギーの 無 駄 が 多 い 割 に 乾 燥 時 間 がかかり 設 備 も 大 型 になりがちである 事 前 に 液 きりをして 温 風 乾 燥 の 負 荷 を 下 げるのが 望 ましい 1200 1000 800 蒸 気 圧 hpa 600 400 200 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 温 度 図 1 水 の 蒸 気 圧 曲 線 2.2 赤 外 線 乾 燥 赤 外 線 乾 燥 とは 洗 浄 ワークに 赤 外 線 を 照 射 して 昇 温 させ 洗 浄 溶 媒 を 気 化 蒸 発 させる 乾 燥 方 法 である 赤 外 線 は 直 進 するため 線 源 の 影 には 当 らないので 単 純 形 状 の 洗 浄 ワークを 枚 葉 処 理 する 場 合 に 適 する( 図 2 に 液 晶 用 ガラス 基 板 のローラーコンベヤ 式 赤 外 線 乾 燥 機 写 真 を 示 す) 多 くの 有 機 物 が 高 い 効 率 で 赤 外 線 を 吸 収 して 温 まるため 本 来 は 洗 浄 ワークの 広 い 面 積 に 塗 られたレジストや 塗 装 膜 などの 有 機 溶 媒 蒸 発 固 化 に 適 する 乾 燥 方 法 である 洗 浄 溶 媒 を 乾 かす 場 合 は 塗 膜 の 乾 燥 と 異 なり 洗 浄 溶 媒 は 洗 浄 ワークに 部 分 的 に 残 っている 状 態 なので 洗 浄 溶 媒 に 赤 外 線 が 直 接 働 きかけるのではなく 赤 外 線 の 間 接 加 熱 で 洗 浄 ワークを 温 めて 付 着 する 洗 浄 溶 媒 の 蒸 発 潜 熱 を 補 うこととなり 効 率 が 悪 い 上 沸 騰 した 洗 浄 溶 媒 が 飛 び 散 ったり 溜 まっている 洗 浄 溶 媒 が 遅 れて 乾 燥 して 染 みとなったりするので 液 きり 後 の 乾 燥 品 質 向 上 に 用 いるのが 適 切 である 洗 浄 溶 媒 の 赤 外 線 吸 光 度 で 線 源 を 選 びがちだが( 水 も 波 長 2.7μ 付 近 の 赤 外 吸 光 度 が 高 い) 波 長 の 長 い 遠 赤 外 線 ほど 線 源 の 単 位 面 積 あたりの 出 力 が 小 さくなるので 洗 浄 ワークの 乾 燥 目 的 ならば 近 赤 外 線 源 を 並 べて 照 射 エネルギ ー 量 を 稼 いだほうが 早 く 乾 くこともある 洗 浄 ワークに 吸 着 した 微 量 の 洗 浄 溶 媒 を 除 去 出 来 るので 高 温 に 耐 える 洗 浄 ワークの 成 膜 前 洗 浄 後 の 乾 燥 に 適 用 される 事 が 多 い 電 磁 波 を 利 用 した 乾 燥 方 法 としては 赤 外 線 よりはるかに 波 長 の 短 いマイクロ 波 を 照 射 する 方 法 もある 電 子 - 2 -
レンジと 同 じ 原 理 で マイクロ 波 で 洗 浄 溶 媒 を 温 めて 沸 騰 させて 乾 かす 洗 浄 溶 媒 が 水 であれば マイクロ 波 のエネルギーの 殆 どが 直 接 水 の 加 熱 に 費 やされるので 効 率 の 高 い 乾 燥 方 法 である しかし 洗 浄 ワークが 不 導 体 でマイクロ 波 を 吸 収 せず 洗 浄 溶 媒 沸 騰 点 の 高 温 に 耐 える 場 合 にのみ 適 応 できる 乾 燥 方 法 なので 実 用 例 は 多 くない 図 2 ローラーコンベヤ 式 赤 外 線 乾 燥 機 メンテナンス 用 に 上 蓋 を 開 けたところ 上 部 のパネルが 赤 外 線 ヒーター 2.3 ホットプレート 乾 燥 ホットプレート 乾 燥 とは 洗 浄 ワークを 高 温 の 台 (ホットプレート)に 置 き 熱 伝 導 で 洗 浄 ワークと 残 存 洗 浄 溶 媒 を 加 熱 して 洗 浄 溶 媒 を 気 化 蒸 発 させる 乾 燥 方 法 である 熱 伝 導 性 の 良 い 薄 板 状 の 洗 浄 ワークであれば 昇 温 時 間 が 早 く 効 率 的 な 乾 燥 方 法 である しかし 多 量 の 洗 浄 溶 媒 が 付 いたままの 洗 浄 ワークを 乾 かそうと すれば 沸 騰 した 洗 浄 溶 媒 がホットプレートや 洗 浄 ワークに 飛 び 散 って 汚 染 してしまうので 必 ず 事 前 の 液 き りが 必 要 である また 低 温 の 台 (コールドプレート)に 乾 いて 熱 くなった 洗 浄 ワークを 置 けば 速 やかに 室 温 に 冷 やして 次 工 程 に 送 れるので 液 晶 テレビ 基 板 などの 高 温 に 耐 える 洗 浄 ワークの 液 きり 後 の 乾 燥 品 質 向 上 のために 用 いられる 事 が 多 い 2.4 吸 引 乾 燥 吸 引 乾 燥 とは 濡 れている 洗 浄 ワークの 周 りの 空 気 ごと 付 着 している 洗 浄 溶 媒 を 吸 い 取 る 乾 燥 方 法 である 掃 除 機 で 塵 のかわりに 洗 浄 溶 媒 を 吸 いとるイメージである 乾 燥 を 促 進 させる 為 に エアブローや 温 風 ブローを 併 用 する 事 もある( 図 3 の 吸 引 乾 燥 概 要 図 参 照 ) 底 に 多 数 の 穴 が 開 いた 洗 浄 トレーに 並 べられた 洗 浄 ワーク の 乾 燥 手 段 として 利 用 される - 3 -
補 助 エアナイフ 洗 浄 ワーク 洗 浄 トレー フィルター 廃 液 トラップ 吸 引 ファン トラップに 捕 まった 液 図 3 吸 引 乾 燥 概 要 図 2.5 真 空 乾 燥 真 空 乾 燥 とは 濡 れている 洗 浄 ワークを 真 空 チャンバーに 収 めて 減 圧 し 付 着 している 洗 浄 溶 媒 の 蒸 発 を 促 す 乾 燥 方 法 である 図 1に 水 の 蒸 気 圧 を 示 すが 乾 燥 時 点 での 洗 浄 ワーク 温 度 における 洗 浄 溶 媒 の 蒸 気 圧 よりも 減 圧 すると 洗 浄 溶 媒 は 沸 騰 し 速 やかに 蒸 発 する 又 急 速 に 減 圧 すると 洗 浄 溶 媒 は 瞬 間 に 沸 騰 ( 突 沸 ) し その 勢 いでかなりの 洗 浄 溶 媒 が 洗 浄 ワークから 飛 び 出 してしまうので 更 に 早 く 乾 燥 出 来 る この 洗 浄 溶 媒 の 突 沸 を 利 用 すると 部 品 の 狭 い 隙 間 や 螺 旋 穴 内 の 洗 浄 溶 媒 を 速 やかに 乾 かせるので 複 雑 形 状 部 品 の 湿 式 バッチ 洗 浄 装 置 の 乾 燥 方 法 として しばしば 利 用 される しかし 真 空 中 では 空 気 で 洗 浄 ワークが 自 然 に 温 ま ることがないので 洗 浄 溶 媒 の 蒸 発 により 奪 われる 気 化 熱 が 伝 導 して 洗 浄 ワークの 温 度 が 低 下 してしまい 乾 燥 した 洗 浄 ワークを 真 空 チャンバーから 取 り 出 すと 結 露 して 再 び 濡 れる 事 がある 時 には 洗 浄 溶 媒 が 凍 り 乾 燥 に 長 時 間 を 要 す そこで 真 空 乾 燥 機 構 の 直 前 に 洗 浄 溶 媒 を 液 切 りし 洗 浄 ワークを 余 熱 する 為 の 温 風 エ アナイフや 温 純 水 引 上 げ 槽 を 設 ける 工 夫 が 必 要 である 2.6 蒸 気 (ベーパー) 乾 燥 蒸 気 乾 燥 とは 蒸 発 潜 熱 の 小 さな 乾 燥 用 溶 媒 を 加 熱 して 作 った 飽 和 蒸 気 中 に その 蒸 気 温 度 より 低 温 の 洗 浄 ワ ークを 入 れ 洗 浄 ワーク 表 面 に 凝 集 液 化 する 乾 燥 用 溶 媒 によって 洗 浄 溶 媒 を 洗 い 落 とし 洗 浄 ワークが 乾 燥 用 溶 媒 蒸 気 と 同 じ 温 度 に 暖 まった 時 に 洗 浄 ワーク 表 面 への 乾 燥 用 溶 媒 の 凝 集 液 化 が 停 止 し 洗 浄 ワークが 乾 燥 される 洗 浄 乾 燥 方 法 である(グラスに 冷 たい 飲 み 物 を 入 れるとコップが 濡 れるが しばらくして 飲 み 物 が 温 まるとグラスも 乾 いているのと 同 じ 原 理 ) 乾 燥 過 程 で 乾 燥 用 溶 媒 が 凝 集 流 下 する 事 で 洗 浄 も 行 われる 事 ( 蒸 気 洗 浄 と 称 する)が 特 徴 の 乾 燥 方 法 である( 図 4 の 蒸 気 乾 燥 概 要 図 参 照 ) 洗 浄 ワークを 重 ならないよう に 並 べられれば 形 状 を 問 わずに 乾 かせるのが 利 点 である 乾 燥 用 溶 媒 には 加 熱 エネルギーを 節 約 し なる べく 多 量 の 乾 燥 用 溶 媒 が 凝 集 して 洗 浄 効 果 を 高 める 目 的 で 蒸 発 潜 熱 の 小 さな 有 機 溶 剤 が 使 われ バッチ 式 非 水 系 洗 浄 では 洗 浄 用 有 機 溶 剤 でそのまま 蒸 気 乾 燥 する 構 造 の 装 置 も 多 い 只 多 くの 有 機 溶 剤 は 可 燃 性 であ り その 場 合 の 装 置 は 防 爆 構 造 ( 電 装 品 からの 引 火 を 防 ぎ 火 災 時 には 防 火 区 画 を 為 し 自 動 消 火 設 備 を 備 え る 構 造 )となる 水 系 洗 浄 のバッチ 式 水 系 洗 浄 装 置 にも IPA(イソプロピルアルコール)を 乾 燥 用 溶 媒 と する 蒸 気 乾 燥 がしばしば 採 用 されている( 図 5 に IPA 蒸 気 乾 燥 機 写 真 を 示 す) 乾 燥 時 間 も2~5 分 程 度 で バッチ 式 水 系 洗 浄 装 置 の 洗 浄 タクトに 適 合 する IPAは 水 を 溶 解 する 双 溶 性 溶 剤 であり 電 子 工 業 用 の 高 純 - 4 -
度 の 物 が 市 販 されているので 水 系 洗 浄 の 乾 燥 方 法 としてはスピン 乾 燥 やマランゴニ 乾 燥 と 共 に その 乾 燥 品 質 は 高 い 洗 浄 ワーク 昇 降 機 構 溶 剤 漏 洩 防 止 用 冷 却 管 群 溶 剤 蒸 気 が 洗 浄 ワーク 表 面 に 凝 集 流 下 し 洗 浄 ワーク 表 面 を 洗 う 洗 浄 ワークが 蒸 気 温 度 に 暖 まると 凝 集 が 止 まり 乾 燥 する 蒸 気 乾 燥 槽 加 熱 ヒーター 機 構 凝 集 廃 液 受 槽 凝 集 廃 液 受 け 皿 図 4 蒸 気 乾 燥 概 要 図 図 5 IPA 蒸 気 乾 燥 機 2.7 温 純 水 引 上 げ 乾 燥 温 純 水 引 上 げ 乾 燥 とは 温 めた 純 水 中 に 洗 浄 ワークを 浸 漬 し それをゆっくり 引 き 上 げる 乾 燥 方 法 である 図 6 の 温 純 水 乾 燥 概 要 図 に 示 すように 洗 浄 ワークが 水 面 に 出 ると 表 面 張 力 で 洗 浄 ワークに 付 着 する 純 水 が 水 面 に 取 り 込 まれ 洗 浄 ワークが 離 水 した 時 にはほぼ 乾 燥 する 複 雑 形 状 した 洗 浄 ワークの 凹 みなどに 溜 まった 洗 浄 溶 媒 は 乾 かせないので 平 滑 な 板 状 の 洗 浄 ワークにのみ 対 応 する 乾 燥 方 法 である また 引 き 上 げ 方 向 で 約 50mm 程 度 以 下 の 洗 浄 ワークや 約 0.7mmt より 薄 い 洗 浄 ワークでは 洗 浄 籠 の 形 状 などを 工 夫 しないと 洗 浄 ワーク 最 下 端 が 乾 かない 傾 向 がある プロセス 時 間 は2~5 分 程 度 なので 水 系 バッチ 式 洗 浄 に 適 用 される 純 水 ヒーター 浸 漬 槽 洗 浄 ワーク 昇 降 アームで 構 成 された 簡 易 な 構 造 なので 故 障 が 少 なく 乾 燥 品 質 も 比 較 的 良 好 である ただ 金 属 材 質 表 面 を 酸 化 する 傾 向 があり 洗 浄 ワークが 金 属 の 場 合 は 温 純 水 の 温 度 や 浸 漬 時 間 に 配 慮 が 必 要 な 事 が 有 る ガラス 基 板 のバッチ 式 水 系 洗 浄 後 の 乾 燥 手 段 や 部 品 のバッチ 式 水 系 洗 浄 の 真 空 乾 燥 前 液 切 り 手 段 として 利 用 されている - 5 -
排 気 水 滴 は 水 面 に 取 り 込 まれる 最 後 の 一 滴 が 蒸 発 昇 降 機 構 排 水 ヒーター 水 面 2.8 マランゴニ 乾 燥 図 6 温 純 水 乾 燥 概 要 図 マランゴニ 乾 燥 とは 純 水 槽 に 洗 浄 ワークを 浸 漬 し 水 面 に 微 量 のアルコール(IPA を 使 うケースが 多 い)を 添 加 して 水 面 に 薄 いアルコール 層 を 作 り しかる 後 にゆっくり 洗 浄 ワークを 引 き 上 げて 乾 燥 する 方 法 である( 図 7 のマランゴニ 乾 燥 図 参 照 ) 平 滑 な 板 状 の 洗 浄 ワークに 適 する 乾 燥 方 法 で 複 雑 形 状 した 洗 浄 ワークの 凹 み などに 溜 まった 洗 浄 溶 媒 は 乾 かせないが IPA 蒸 気 乾 燥 やスピン 乾 燥 では 乾 かせないシリコンウエハのパター ンに 掘 られたコンタクトホールのような 微 細 な 穴 などには 対 応 する 乾 燥 方 法 である 水 からアルコールの 層 に 洗 浄 ワークがさしかかると 両 液 の 表 面 張 力 の 差 から 微 細 な 穴 や 隙 間 に 溜 まった 水 がアルコール 層 に 引 き 出 されて 乾 く(マランゴニ 効 果 ) 乾 燥 品 質 が 極 めて 高 いので 近 年 シリコンウエハの 乾 燥 方 法 として 急 速 に 普 及 してきている アルコールの 添 加 方 法 アルコール 層 の 厚 み 乾 燥 補 助 手 段 の 異 なる 複 数 社 の 製 品 が 主 に 半 導 体 ウエハ 乾 燥 用 に 売 り 出 されている 処 理 時 間 は5~10 分 とされるが 3 分 を 目 指 せる 製 品 も 現 われ 半 導 体 分 野 以 外 への 適 用 も 始 まっている アルコールの 使 用 量 が 少 ないため 防 爆 構 造 でない 装 置 が 多 い 参 考 のため 図 8 に NEO 乾 燥 機 (マランゴニ 乾 燥 の 進 化 型 )の 写 真 を 示 す 基 水 滴 は 水 面 に 取 り 込 まれて 乾 いて 出 てくる 板 薄 いIPA 層 純 水 層 図 7 マランゴニ 乾 燥 図 図 8 NEO 乾 燥 機 (マランゴニ 乾 燥 の 進 化 型 ) 2.9 エアブロー 水 切 り エアブロー 水 切 りとは 圧 縮 空 気 または 窒 素 ガス 等 を 濡 れている 洗 浄 ワークに 強 く 吹 き 当 てて 洗 浄 溶 媒 を 吹 き 飛 ばす 乾 燥 方 法 である 吹 き 付 ける 気 体 の 流 速 を 高 める 為 細 口 のスリット 状 ノズルを 用 いる 場 合 をエアナ イフ 水 切 りと 称 する 乾 燥 を 促 す 為 に 吹 き 付 ける 気 体 を 加 温 する 場 合 もあるが 水 切 り 途 中 で 洗 浄 溶 媒 が 乾 - 6 -
いて 染 みを 作 るので 高 い 乾 燥 品 質 が 求 められる 場 合 は 加 温 しない 液 晶 や PDP テレビ 用 基 板 の 湿 式 枚 葉 洗 浄 では しばしばエアナイフ 水 切 りが 行 われる( 図 9に PDP 基 板 を 液 きり 中 のエアナイフ 乾 燥 機 写 真 を 示 す) その 他 の 工 業 分 野 では 部 品 の 温 風 乾 燥 前 の 液 きり 処 理 としての 適 用 が 多 い 図 9 エアナイフ 乾 燥 機 2.10 スピン 乾 燥 スピン 乾 燥 とは 濡 れている 洗 浄 ワークに 遠 心 力 を 加 え 洗 浄 溶 媒 を 振 り 落 とす 水 系 洗 浄 における 乾 燥 方 法 で ある 遠 心 力 は 一 方 向 にしか 作 用 しないので 平 滑 な 板 状 基 板 の 乾 燥 にのみ 適 合 する 乾 燥 方 法 である また 重 量 バランスに 十 分 配 慮 しないと 洗 浄 ワークを 高 速 で 回 せないので 多 品 種 少 量 生 産 の 乾 燥 には 向 かない し かし その 乾 燥 品 質 は 高 く 乾 燥 処 理 時 間 も 1~2 分 程 度 と 短 い 利 点 がある 遠 心 力 を 加 える 直 前 に 洗 浄 ワーク へ 純 水 をシャワーして 洗 うリンサースピンドライヤーもよく 使 われる 枚 葉 式 磁 気 デイスク 基 板 洗 浄 装 置 や 枚 葉 式 ウエハ 洗 浄 装 置 では 基 板 1 枚 をクランプし そのまま 円 周 方 向 に 高 速 回 転 させるリンサースピンドラ イヤーがよく 使 われる 又 バッチ 式 の 磁 気 デイスク 基 板 やウエハ 洗 浄 装 置 では 洗 浄 カセットごと 処 理 する スピンドライヤーが 用 いられている( 図 10 の 磁 気 デイスク 基 板 用 バッチ 式 スピン 乾 燥 機 写 真 参 照 ) 図 10 バッチ 式 スピン 乾 燥 機 - 7 -
2.11 絞 りロール 乾 燥 絞 りロール 乾 燥 とは スポンジなどの 吸 水 素 材 で 出 来 たローラーで 板 状 の 洗 浄 ワークを 挟 みながら 送 り 洗 浄 溶 媒 を 吸 い 取 って 乾 かす 乾 燥 方 法 である コンベヤの 途 中 に 吸 水 スポンジローラーを 上 下 に 挟 んで 取 り 付 け その 間 に 洗 浄 ワークを 通 す 簡 単 な 構 造 なので プリント 基 板 やガラス 基 板 などの 液 きりに 使 われている 吸 水 スポンジが 汚 れれば 洗 浄 ワークも 汚 れてしまうのが 欠 点 である 3. 乾 燥 品 質 の 評 価 洗 浄 ワークが 乾 燥 したかどうかを 乾 燥 品 質 と 言 う 最 近 は 真 空 成 膜 も 普 通 に 行 われるようになり 目 視 や 重 量 計 測 などの 簡 易 な 評 価 では 乾 燥 したかを 判 断 できなくなっている 真 空 成 膜 するために 減 圧 すると 僅 か に 残 った 洗 浄 ワーク 上 の 洗 浄 溶 媒 吸 着 分 子 が 蒸 発 して 所 定 の 真 空 圧 になるのに 時 間 を 要 したり 成 膜 中 に 蒸 発 した 部 分 に 膜 が 付 かなくてピンホールになったりする 代 表 的 な 水 系 洗 浄 後 の 残 留 水 評 価 方 法 を 表 1 に 示 す 乾 燥 自 体 は 単 純 な 物 理 現 象 なので あらかじめこれらの 評 価 方 法 を 用 いて 乾 燥 装 置 の 条 件 を 設 定 すれば 乾 燥 品 質 は 安 定 する 問 題 は 洗 浄 品 質 に 乾 燥 が 関 わっていることである 例 えば 洗 浄 ワークの 染 みは 洗 浄 不 良 でも 不 適 切 な 乾 燥 でも 発 生 する 微 細 な 塵 埃 を 洗 う 精 密 洗 浄 では 乾 燥 機 の 発 塵 で 汚 してしまっていることも 少 なくない 評 価 分 析 方 法 得 られる 情 報 定 量 可 否 計 数 情 報 分 析 機 能 [1] 目 視 検 査 有 無 を 検 査 する 粗 検 査 法 [2] 叩 き 試 験 有 無 を 検 査 する 粗 検 査 法 [3] 洗 浄 前 後 重 量 比 較 相 対 値 残 留 汚 れ 込 みで 計 測 される [4] 乾 燥 剤 重 量 計 測 絶 対 値 水 分 のみ 計 測 出 来 る [5] 真 空 到 達 時 間 測 定 微 量 残 水 も 検 出 出 来 る [6] 赤 外 線 吸 収 水 分 計 絶 対 値 水 分 のみ 計 測 出 来 る 4. 乾 燥 に 起 因 する 洗 浄 品 質 低 下 表 1 代 表 的 な 洗 浄 後 残 留 水 の 評 価 方 法 乾 燥 で 起 こる 代 表 的 な 洗 浄 品 質 問 題 は 染 み 洗 浄 ワークが 金 属 の 場 合 の 錆 び 洗 浄 ワークがガラスの 場 合 の やけ シリコンウエハのウォーターマーク( 水 染 み)である 4.1 染 みの 発 生 を 防 ぐ 方 法 洗 浄 ワークに 残 る 洗 浄 溶 媒 には 当 然 に 洗 い 落 とした 汚 れが 含 まれている このまま 蒸 発 させれば 汚 れは 洗 浄 ワーク 上 に 残 り 染 みになる そこで 蒸 発 乾 燥 をする 前 に 液 きり をして 洗 浄 溶 媒 を 洗 浄 ワークから 払 い 落 としておけば 染 みは 出 にくくなる 4.2 錆 を 防 ぐ 方 法 金 属 の 錆 は 水 と 酸 素 が 同 時 に 存 在 する 条 件 で 形 成 され 温 度 が 高 ければ 進 行 が 早 い 即 ち 水 と 酸 素 が 同 時 に 存 在 する 時 間 を 短 くし 低 温 で 乾 燥 させれば 良 い - 8 -
1 有 機 溶 剤 で 洗 って 乾 かす 水 が 無 いので 錆 びにくい 2 水 系 洗 浄 では 徹 底 した 液 きりを 施 してから 乾 燥 させる 板 物 はスピン 乾 燥 など 室 温 での 液 きりだけで 乾 かす それでも 洗 浄 ワーク 表 面 には 水 分 子 が 吸 着 残 留 しているので 後 工 程 で 支 障 なければ 直 ぐに 防 錆 油 に 漬 けて 空 気 を 遮 断 する 酸 素 の 供 給 源 は 空 気 である 3 後 工 程 で 支 障 なければ 水 系 洗 浄 の 最 終 洗 浄 槽 に 低 濃 度 の 界 面 活 性 剤 を 入 れる 或 いは 洗 剤 を 完 全 に 濯 ぎ 落 とさないで 乾 かす 界 面 活 性 剤 は 炭 化 水 素 に 親 水 基 を 持 たせた 分 子 構 造 であり このまま 乾 かせば 乾 燥 中 も 洗 浄 ワークに 防 錆 皮 膜 として 残 り 空 気 を 遮 断 して 錆 を 防 ぐ 4 水 系 洗 浄 でも 蒸 気 乾 燥 を 施 せば 乾 燥 中 は 空 気 が 無 い( 乾 燥 槽 内 は 溶 剤 蒸 気 に 満 たされている)ので 錆 びにくい 5 乾 燥 槽 に 窒 素 ガスを 入 れて 酸 素 の 供 給 源 たる 空 気 を 排 除 する 6 4.3 ガラスのやけを 防 ぐ ガラスの 青 やけ とは 硝 子 表 面 が 水 溶 液 に 接 して 化 学 的 に 浸 蝕 され 表 面 層 から 金 属 イオンが 溶 出 して 表 面 にゲル 層 が 生 成 し 表 面 層 の 屈 折 率 が 低 下 して 干 渉 色 を 呈 する 現 象 である ガラスの 白 やけ とは 硝 子 表 面 と 水 滴 空 気 との 化 学 反 応 によって 生 ずる 塩 類 等 の 反 応 生 成 物 が 表 面 に 析 出 付 着 する 現 象 である い ずれの 形 成 にも 水 と 空 気 が 関 わり 温 度 が 高 ければ 進 行 が 早 くなる 水 系 洗 浄 をした 場 合 は エアナイフやス ピン 乾 燥 で 室 温 にて 手 早 く 液 きりするか 乾 燥 雰 囲 気 に 空 気 が 入 らない 蒸 気 乾 燥 にて 乾 かすことで 乾 燥 時 の やけの 進 行 を 抑 える 4.4 シリコンウエハのウォーター マークを 防 ぐ シリコンウエハは 珪 素 の 単 結 晶 で 水 と 酸 素 が 共 存 する 環 境 では 珪 酸 になる 金 属 が 錆 びるプロセスと 同 じ である ウエハに 水 滴 があると その 境 目 が 空 気 中 の 酸 素 と 反 応 して 珪 酸 塩 になり 水 滴 の 輪 郭 をしたウォー ターマークが 出 来 る そこで 空 気 の 無 い 雰 囲 気 で 乾 かす IPA 蒸 気 乾 燥 ( 乾 燥 槽 内 は IPA 蒸 気 で 満 たされてい る)や マランゴニ 乾 燥 槽 やスピン 乾 燥 槽 に 窒 素 ガスを 送 る 事 で 空 気 を 遮 断 し ウォーターマークの 形 成 を 防 いでいる - 9 -