特開 2025-152425 分子除去方法および分子除去装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025152425

(43)【公開日】2025-10-09

(54)【発明の名称】分子除去方法および分子除去装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 3/12 20060101AFI20251002BHJP

   B01F 33/452 20220101ALI20251002BHJP

【ＦＩ】

B01D3/12

B01F33/452

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024054318

(22)【出願日】2024-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】泉 貴仁

(72)【発明者】

【氏名】石井 良一

【テーマコード（参考）】

4D076

4G036

【Ｆターム（参考）】

4D076AA07

4D076AA16

4D076AA24

4D076BA50

4D076BB13

4D076CD01

4D076CD22

4D076DA22

4D076EA04Z

4D076EA14Z

4D076HA14

4D076JA03

4G036AC24

(57)【要約】

【課題】分子蒸留法のみでは除去が困難な分子成分の除去を可能とする分子除去方法および分子除去装置を提供する。
【解決手段】基油から分子成分を除去する分子除去方法であって、（ａ）チャンバ内に前記基油と前記基油内に配置された攪拌子とが入った容器を配置した状態で、前記チャンバ内を真空排気する工程、（ｂ）前記真空排気により、前記チャンバ内の圧力が１ｍＰａ未満となった状態で、前記攪拌子を回転させて前記基油を攪拌する工程、を有する分子除去方法を用いる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基油から分子成分を除去する分子除去方法であって、
（ａ）チャンバ内に前記基油と前記基油内に配置された攪拌子とが入った容器を配置した状態で、前記チャンバ内を排気する工程、
（ｂ）前記排気により、前記チャンバ内の圧力が１ｍＰａ未満となった状態で、前記攪拌子を回転させて前記基油を攪拌する工程、
を有する、分子除去方法。

【請求項2】

請求項１に記載の分子除去方法において、
前記攪拌子は、磁石を内蔵し、
前記攪拌子は、前記容器の外部に配置された回転ユニットが磁場を回転させることによって回転し、
前記攪拌子は、前記回転ユニットと非接触で回転する、分子除去方法。

【請求項3】

請求項２に記載の分子除去方法において、
前記攪拌子および前記回転ユニットは、マグネチックスターラを構成している、分子除去方法。

【請求項4】

請求項１に記載の分子除去方法において、
前記（ｂ）工程では、前記攪拌子の回転により前記基油の表面に渦を発生させる、分子除去方法。

【請求項5】

請求項４に記載の分子除去方法において、
前記（ｂ）工程では、前記渦の下の前記攪拌子は、前記基油に覆われている、分子除去方法。

【請求項6】

基油を攪拌し、前記基油内の分子成分を除去する分子除去装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内の雰囲気を１００μＰａ未満の圧力に排気可能な真空ポンプと、
前記チャンバ内に配置可能な容器と、
前記容器内に入れられ、磁石を含む攪拌子と、
磁場を回転させることによって前記攪拌子を回転可能に構成された回転ユニットと、
を備え、
前記攪拌子の回転により、前記容器内に入れられた前記基油を攪拌する、分子除去装置。

【請求項7】

請求項６に記載の分子除去装置において、
前記回転ユニットを制御するコンピュータシステムをさらに有し、
前記コンピュータシステムは、前記チャンバ内の圧力が１ｍＰａ未満の状態で、前記回転ユニットに磁場を回転させ、これにより前記攪拌子を回転させる、分子除去装置。

【請求項8】

請求項６に記載の分子除去装置において、
前記基油内で前記攪拌子を回転させることで、前記基油の表面に渦を発生させる、分子除去装置。

【請求項9】

請求項６に記載の分子除去装置において、
前記チャンバ内に配置されたヒータをさらに有し、
前記ヒータを加熱させることで、前記チャンバの内壁に付着した分子成分を放出させる、分子除去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基油から低分子成分を除去して潤滑剤を精製する際に用いる分子除去方法および分子除去装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡等、真空チャンバを備えた装置に搭載されている試料ステージ等の摺動部の潤滑剤として、フッ素系潤滑油が使用されている。フッ素系潤滑油は気化する温度範囲が広く、フッ素などの分子（ガス）が周辺環境へ放出され易い。この放出される分子（ガス）を減少させる方法として、特許文献１（特開２０１７－２５３２４号公報）に、分子蒸留法によってポリマー組成物から低沸点成分および高沸点成分を除去する手法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２５３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されているような分子蒸留法によって分子成分を除去する手法は、真空環境下で蒸発面と凝縮面との間隔を近接させた状態で蒸留を行うものであるが、基油に含まれる低分子成分の量が多いと十分に分子成分を除去できない場合がある。フッ素系の化合物等の低分子成分が十分に除去されていないと、例えば電子顕微鏡の真空チャンバ内で当該低分子成分がガス化し、観察対象である半導体ウェハ、または真空チャンバの内壁に付着し、二次的なガスの発生源となり得る。

【0005】

本開示に記載の技術は、分子蒸留法のみでは除去が困難な分子成分の除去を可能とする分子除去方法および分子除去装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0007】

一実施の形態である分子除去方法は、基油から分子成分を除去する分子除去方法であって、（ａ）チャンバ内に前記基油と前記基油内に配置された攪拌子とが入った容器を配置した状態で、前記チャンバ内を排気する工程、（ｂ）前記排気により、前記チャンバ内の圧力が１ｍＰａ未満となった状態で、前記攪拌子を回転させて前記基油を攪拌する工程、を有するものである。

【0008】

一実施の形態である分子除去装置は、基油を攪拌し、前記基油内の分子成分を除去する分子除去装置であって、チャンバと、前記チャンバ内の雰囲気を１００μＰａ未満の圧力に排気可能な真空ポンプと、前記チャンバ内に配置可能な容器と、前記容器内に入れられ、磁石を含む攪拌子と、磁場を回転させることによって前記攪拌子を回転可能に構成された回転ユニットと、を備え、前記攪拌子の回転により、前記容器内に入れられた前記基油を攪拌するものである。

【発明の効果】

【0009】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

【0010】

本開示によれば、分子蒸留法のみでは除去が困難な分子成分の除去を可能とする分子除去方法および分子除去装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る分子除去装置の一部を示す概略図である。

【図2】実施の形態に係る分子除去装置の一部を示す概略図である。

【図3】実施の形態に係る分子除去装置を示す概略図である。

【図4】実施の形態に係る分子除去方法を示すフローである。

【図5】実施の形態に係る分子除去装置を示す概略図である。

【図6】実施の形態に係る攪拌子の形状の例を複数示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図または斜視図などであってもハッチングを付す場合がある。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、断面図においてハッチングを省略する場合がある。

【0013】

（実施の形態）
観察対象に光（可視光線）を観察対象に反射させて拡大観察を行う光学顕微鏡とは異なり、電子ビーム（荷電粒子ビーム）を照射して観察対象の拡大像を得る電子顕微鏡がある。電子顕微鏡は内部を真空引き可能な鏡筒内に試料を配置して観察（撮像）を行うものである。試料を配置するステージは摺動可能であり、これにより試料の位置または角度を調整することができる。

【0014】

当該ステージをスムーズに摺動させるために、ステージとその支持部との間に潤滑剤を塗る必要がある。この潤滑剤を構成する基油内に分子（高分子成分および低分子成分）が含まれている場合、ステージとその支持部との間での摩耗による発塵が問題となる。したがって、潤滑剤を精製する段階で、基油内から高分子成分および低分子成分を除去することが重要となる。高分子成分の除去は、特許文献１に記載されているような分子蒸留法で行うことが考えられる。分子蒸留法では、例えば１０^－２Ｐａまたは１０^－３Ｐａの真空状態で基油を加熱し、低沸点成分である分子（高分子成分）の除去を行う。本実施の形態は、分子蒸留法では除去できない低分子成分の除去を可能とする分子除去方法および分子除去装置に関する。本願でいう高分子とは、１つの分子内における原子のつながりが１０００個以上であるものを指し、低分子とは、１つの分子内における原子のつながりが１０００個未満であるものを指す。

【0015】

図１は、電子顕微鏡のステージ等の摺動部に使用されるフッ素系の潤滑剤（以下、基油と呼ぶ）から低分子成分を除去するために用いられる本実施の形態の分子除去装置の一部を示す概略図である。

【0016】

図１に示すように、本実施の形態の分子除去装置は、回転ユニット１０４と、回転ユニット１０４上に配置された容器１０２と、容器１０２内に配置された攪拌子（回転子）１０６と、容器１０２および攪拌子１０６を収容可能な真空チャンバ１０１とを備えている。容器１０２内には基油１０３が収容されており、攪拌子１０６は基油１０３内の底部に沈んでいる。

【0017】

回転ユニット１０４および攪拌子１０６は、互いに非接触で攪拌子１０６を回転させることが可能なマグネチックスターラである。マグネチックスターラは、磁場の回転を利用して攪拌子を回転させ、液体を攪拌する装置である。回転ユニット１０４は、その内部においてモーターで回転ユニット１０４内の磁石を回転させ、これにより回転ユニット１０４の外部の磁場を回転させる。このモーターの回転速度は可変である。攪拌子１０６は棒磁石をガラスで封止したもので、例えば角が丸められた円柱状（棒状、繭状）の形状を有している。回転ユニット１０４内でモーターが回転させる磁石の回転運動に連動して、棒磁石を備えた攪拌子１０６も回転する。攪拌子１０６は、回転ユニット１０４の上面である載置面、および、容器１０２の内部の底面に対して垂直な方向を軸として軸回転する。攪拌子１０６は、その延在方向における中心部を通り、当該延在方向に対して垂直な軸を中心に回転する。

【0018】

回転ユニット１０４は真空チャンバ１０１および容器１０２の外側から磁場を回転させ、これにより攪拌子１０６を回転させることが可能である。このため、ここでは回転ユニット１０４は真空チャンバ１０１の外に配置されている。回転ユニット１０４が真空チャンバ１０１内に配置されることも考えられるが、回転ユニット１０４から不要なガス成分が生じる虞もあるため、回転ユニット１０４は真空チャンバ１０１の外部に配置されていることが望ましい。

【0019】

次に、これらの機構を使用して、基油１０３に含まれる低分子成分（以下、ガスと呼ぶ場合がある）を除去する方法を具体的に説明する。

【0020】

基油１０３内にガス（低分子成分）１０７が存在するとき、基油１０３の表面からガス１０７が空間中（基油１０３の外部）に放出される蒸発１１１が起こる。また、図示はしていないが、空間中のガス１０７が基油１０３に入る現状である凝縮が起こり得る。このため、基油１０３からガス１０７を蒸発させて除去するには、基油１０３の周辺雰囲気をガス１０７の少ない環境にする必要がある。

【0021】

真空チャンバ１０１は、真空ポンプによりその内部を１００μＰａ未満（１０^－５Ｐａ台）の高真空にし、常に真空排気を行うことが可能な真空装置である。この真空チャンバ１０１を用いることで、真空チャンバ１０１内にガス１０７の少ない環境を実現できる。真空チャンバ１０１内に基油１０３を配置することで、基油１０３の表面から蒸発したガス１０７を、真空排気により真空チャンバ１０１外に排出して除去させることができ、かつ、ガス１０７の凝縮を防げる。

【0022】

ここで、基油１０３内に含まれているガス１０７を蒸発させるには、基油１０３の全体を高真空の環境に露出させることが重要である。

【0023】

その方法として、図２に示すように、攪拌子１０６と基油１０３を同じ容器１０２に入れた状態で、磁石が内蔵された攪拌子１０６を回転ユニット１０４により非接触で回転させることで、基油１０３が攪拌される。これにより、基油１０３の表面（油面、上面）に渦１０５が発生する。すり鉢状の渦１０５が発生することで、基油１０３の全体を高真空の環境に露出させることが可能である。

【0024】

また、回転ユニット１０４により攪拌子１０６を回転させる際の回転数は、基油１０３に渦１０５が発生し、かつ、攪拌子１０６が基油１０３の外部に露出しない回転数とすることが望ましい。これにより、基油１０３が高真空の環境に露出する表面積が広くなるため、ガス１０７の蒸発効率が高くなる。言い換えれば、渦１０５が発生した状態であっても、渦１０５の下で攪拌子１０６が基油１０３に覆われるような回転数とすることが望ましい。また、基油１０３が攪拌されることで、容器１０２の表面近傍の基油１０３も高真空の環境に露出するため、ガス１０７の蒸発効率が高くなる。

【0025】

基油１０３を攪拌する方法として、回転軸を有したプロペラ型またはオール（櫂）型の攪拌機でも基油全体を高真空に露出させる効果を得ることができる。ただし、この場合、容器１０２の上方から容器１０２内に垂れ下がる回転軸が存在するため、基油１０３が高真空の環境に露出できる表面積が小さくなる。つまり、プロペラ型またはオール型の攪拌機に比べ、図１に示す攪拌子１０６と回転ユニット１０４を使った非接触での攪拌を行う場合、基油１０３が高真空に露出できる表面積が広げることができ、さらに、清掃が容易である。また、回転ユニット１０４と非接触で回転する攪拌子１０６は、回転軸を有するプロペラ型またはオール型などの攪拌機に比べて基油１０３と接触する面積が小さいため、攪拌子１０６に付着したガス１０７が基油１０３内に混入することを抑えられる。

【0026】

このように、本実施の形態では、真空チャンバ１０１内の高真空環境で、容器１０２に入れた基油１０３を攪拌子１０６により攪拌することで、基油１０３内のガス１０７を効果的に除去できる。

【0027】

次に、図３を用いて本実施の形態の分子除去装置の具体的態様を説明し、図４のフローを用いて基油１０３からガス１０７を除去する分子除去方法について説明する。図３に示す分子除去装置の構成要素のうち、図１および図２の概略図と同一の構成要素については同じ符号を付している。

【0028】

図３に示すように、本実施の形態の分子除去装置は、回転ユニット１０４と、回転ユニット１０４上に配置された容器１０２と、容器１０２内に配置された攪拌子１０６と、容器１０２および攪拌子１０６を収容可能な真空チャンバ１０１とを備えている。容器１０２内には基油１０３が収容されており、攪拌子１０６は基油１０３内の底部に沈んでいる。

【0029】

真空チャンバ１０１には、真空排気を行うドライポンプ１０８が接続され、ドライポンプ１０８にはターボ分子ポンプ１０９が接続されている。つまり、真空チャンバ１０１にはドライポンプ１０８を介してターボ分子ポンプ１０９が接続されている。ドライポンプ１０８およびターボ分子ポンプ１０９は真空ポンプである。真空チャンバ１０１内の真空度を確認するため、真空チャンバ１０１とドライポンプ１０８との間には真空計１１２が接続されている。回転ユニット１０４、ドライポンプ１０８およびターボ分子ポンプ１０９のそれぞれには、コンピュータシステム１１０が接続されている。コンピュータシステム１１０は、攪拌子１０６を回転させる回転ユニット１０４の制御を行い、ドライポンプ１０８およびターボ分子ポンプ１０９のそれぞれの動作の制御を行う。

【0030】

次に、分子除去装置の機能および分子除去方法について、図３および図４を使用して具体的に説明する。

【0031】

図４のＳＴＥＰ２０１では、真空チャンバ１０１内に、基油（潤滑剤）１０３および攪拌子１０６を入れた容器１０２を配置する。

【0032】

次のＳＴＥＰ２０２以降はコンピュータシステム１１０を使用して自動で処理を行う。ＳＴＥＰ２０２では、コンピュータシステム１１０の処理を開始することでドライポンプ１０８とターボ分子ポンプ１０９を運転させ、これにより真空引きを開始する。

【0033】

次に、ＳＴＥＰ２０３では真空計１１２の真空度をコンピュータシステム１１０で確認して、高真空となる１ｍＰａ未満（１０^－４Ｐａ台）まで真空排気を行う。ここでは、１ｍＰａ未満まで真空排気を行うことで、真空チャンバ１０１内のガス１０７を減らして基油１０３への凝縮およびこれに伴う化学変化が起きない環境とする。

【0034】

次に、ＳＴＥＰ２０４ではコンピュータシステム１１０からの回転指令により回転ユニット１０４を回転させる。これにより攪拌子１０６内の磁石を回転ユニット１０４と非接触で回転させ、基油１０３の攪拌を開始する。攪拌子１０６の回転が発生させる対流により、基油１０３に渦１０５を発生させる。これにより、真空環境に露出する基油１０３の表面積を増やして、ガス１０７の蒸発１１１の効果を高めている。

【0035】

次に、ＳＴＥＰ２０５では、基油１０３に含まれるガス１０７を除去するために必要な処理時間をコンピュータシステム１１０内でカウントして、当該処理時間の経過後、次のＳＴＥＰへ移行する。

【0036】

次に、ＳＴＥＰ２０６では、攪拌を停止する。つまり、処理を終了するためコンピュータシステム１１０からの停止指令により、回転ユニット１０４および攪拌子１０６の回転を停止させる。

【0037】

次に、ＳＴＥＰ２０７では、真空引きを停止する。つまり、コンピュータシステム１１０からドライポンプ１０８およびターボ分子ポンプ１０９へ停止指令が発報され、真空チャンバ１０１内が大気圧に置換されたことを真空計１１２で確認し、処理を終了する。

【0038】

分子除去装置は、以上のようにして基油１０３からガス１０７を除去する機能を持つ装置である。

【0039】

分子除去装置を用いて低分子の除去を繰返し行うと、真空チャンバ１０１の内壁にガス１０７が付着する。この付着したガス１０７を除去する構成を、図５を用いて説明する。

【0040】

図５に示すように、真空チャンバ１０１内にはヒータ１１３が配置されている。なお、容器１０２、基油１０３および攪拌子１０６は、真空チャンバ１０１の外部に取り出している。また、上記付着したガス１０７を除去する処理を、回転ユニット１０４上に真空チャンバ１０１を置いて行う必要はない。ヒータ１１３は、コンピュータシステム１１０に接続されており、コンピュータシステム１１０によって加熱を制御される。

【0041】

真空チャンバ１０１の表面をヒータ１１３で加熱することによって、真空チャンバ１０１の内壁に付着したガス１０７を放出（離脱）１１４させる。ここでは、ガス１０７をより確実に放出させるために、真空チャンバ１０１の表面を１００℃以上に加熱することが望ましい。また、６時間以上加熱することが望ましい。真空チャンバ１０１内をドライポンプ１０８とターボ分子ポンプ１０９を用いて真空排気することによって、真空チャンバ１０１の内壁から放出されたガス１０７を真空チャンバ１０１外へ排出する。これにより、真空チャンバ１０１に付着したガス１０７を除去することができる。

【0042】

図６に、攪拌子１０６の例を複数示す。図６は、攪拌子１０６の形状の例を複数示す斜視図である。図６では、左側から順に、棒状（繭状）、十字型、および、片面十字円板型の攪拌子１０６を示している。

【0043】

攪拌子１０６の形状は、上述したように棒状（繭状）であってもよい。これは、中心部から２つの延在部が同じ軸上において互いに反対方向へ延びている形状ともいえる。攪拌子１０６の形状は、このように中心部から延びる延在部を４つ有する十字型であってもよい。当該延在部は２つまたは４つに限らず、その他の数であってもよい。また、攪拌子１０６の形状は、円板の上面に十字の凸部を備えた片面十字円板型であってもよい。当該十字の凸部は、さらに円板の下面に設けられていてもよい。攪拌子１０６の形状は、その他の形状を採用可能である。例えば、攪拌子１０６の形状は、角を有する棒状、棒の両端に膨らみを有する形状、楕円状、または、中心に膨らみを有する棒状などであってもよい。

【0044】

本実施の形態では、攪拌子１０６は磁石をガラスで覆った構造であることを説明した。攪拌子１０６の表面がガラスで構成されていれば、同様にガラスにより構成されている容器１０２を傷つける虞が低い。つまり、攪拌子１０６と容器１０２との間の摩擦により、基油１０３内にゴミが生じることを防げる。このような摩擦が問題とならない場合であって、基油１０３により腐食しない材料であれば、攪拌子１０６の表面の材料として選択可能である。例えば、攪拌子１０６として、磁石の周りをセラミックにより覆ったものを使用することも考えられる。

【0045】

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態では、容器内の基油を攪拌し、前記基油内の分子成分を除去する分子除去装置を用いる。この分子除去装置は、チャンバと、チャンバ内の雰囲気を１００μＰａ未満の圧力に排気可能な真空ポンプと、チャンバ内に配置可能な容器と、容器内に入れられ、磁石を含む攪拌子と、磁場を回転させることによって攪拌子を回転可能に構成された回転ユニットとを備えたものである。この分子除去装置を用い、チャンバ内に基油と基油内に配置された攪拌子とが入った容器を配置した状態で、チャンバ内を排気する第１の工程と、当該排気により、チャンバ内の圧力が１ｍＰａ未満となった状態で、攪拌子を回転させて基油を攪拌する第２の工程とを行う。

【0046】

上記のように攪拌子を回転させることにより、基油の表面に渦を発生させ、これにより、基油が高真空の環境に露出する表面積を広げられる。よって、ガスの蒸発効率が高くなる。したがって、分子蒸留法のみでは除去が困難な分子成分の除去を可能とする分子除去方法および分子除去装置を提供する。

【0047】

また、低分子の除去を繰返し行うと、分子除去装置の真空チャンバの内壁にフッ素系化合物等の低分子成分が付着し、真空チャンバの真空度が悪化する。本実施の形態では、図５に示すようにヒータ１１３を使用することで、真空チャンバの内壁に付着した当該低分子成分（ガス１０７）を除去できる。

【0048】

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本開示は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0049】

１０１ 真空チャンバ
１０２ 容器
１０３ 基油
１０４ 回転ユニット
１０５ 渦
１０６ 攪拌子
１０７ ガス
１０８ ドライポンプ
１０９ ターボ分子ポンプ
１１０ コンピュータシステム
１１１ 蒸発
１１２ 真空計
１１３ ヒータ
１１４ 放出

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】