特許 7264536 調湿ガス発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-17

(45)【発行日】2023-04-25

(54)【発明の名称】調湿ガス発生装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/00 20060101AFI20230418BHJP

   F24F 6/02 20060101ALN20230418BHJP

【ＦＩ】

B01J19/00 A

F24F6/02 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021541380

(86)(22)【出願日】2019-08-20

(86)【国際出願番号】 JP2019032425

(87)【国際公開番号】W WO2021033260

(87)【国際公開日】2021-02-25

【審査請求日】2021-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】521489171

【氏名又は名称】マイクロ・イクイップメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小倉 正大

【審査官】本間 友孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８７６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１０３４２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６３－０９０４２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１８／１２７３３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５１４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４０５６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ １０／００－１２／０２、

１４／００－１９／３２

Ｂ０１Ｄ ５３／２６－５３／２８

Ｆ２４Ｆ ６／０２

Ｇ０１Ｄ ２２／００、２７／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス域と前記ガス域の下方にある貯水域とを内部に有する飽和槽本体と、
前記飽和槽本体の内部に配置されたガス還流装置と
を有し、
前記ガス還流装置は、ガス戻り管と、ガス送出管と、排水管と、トラップ箱とを有し、
前記ガス戻り管は、前記ガス域内に配置されたガス入口から前記貯水域内を通過して前記トラップ箱内に配置されたガス出口に至り、
前記ガス送出管は、前記トラップ箱内に配置されたガス送入口から前記飽和槽本体の外部に配置されたガス送出口に至り、
前記貯水域内の前記ガス送出管と略同じ高さに、前記貯水域の水温制御に用いられる水温センサが配置され、
前記排水管は、前記トラップ箱内に配置された水入口から前記飽和槽本体の外部に配置された水出口に至る調湿ガス発生装置。

【請求項2】

ガス域と前記ガス域の下方にある貯水域とを内部に有する飽和槽本体と、
前記飽和槽本体の内部に配置されたガス還流装置と
を有し、
前記ガス還流装置は、ガス戻り管と、ガス送出管と、排水管と、トラップ箱とを有し、
前記ガス戻り管は、前記ガス域内に配置されたガス入口から前記貯水域内を通過して前記トラップ箱内に配置されたガス出口に至り、
前記ガス送出管は、前記トラップ箱内に配置されたガス送入口から前記飽和槽本体の外部に配置されたガス送出口に至り、
前記排水管は、前記トラップ箱内に配置された水入口から前記飽和槽本体の外部に配置された水出口に至り、
前記飽和槽本体は、上側キャップ部と、前記上側キャップ部の下端に結合された中間胴部とを有し、
前記飽和槽本体は、前記上側キャップ部と前記中間胴部の相互結合を解除することで、互いに分離された前記上側キャップ部と前記中間胴部に分解することができ、
前記貯水域の水面は前記中間胴部内にあって前記上側キャップ部に到達せず、前記上部キャップの内側は前記ガス域であり、
前記飽和層本体は、前記ガス域内のガスを加熱するための第一ヒータと、前記貯水域内の水を加熱するための第二ヒータを有することを特徴とする調湿ガス発生装置。

【請求項3】

ガス域と前記ガス域の下方にある貯水域とを内部に有する飽和槽本体と、
前記飽和槽本体の内部に配置されたガス還流装置と
を有し、
前記ガス還流装置は、ガス戻り管と、ガス送出管と、排水管と、トラップ箱とを有し、
前記ガス戻り管は、前記ガス域内に配置されたガス入口から前記貯水域内を通過して前記トラップ箱内に配置されたガス出口に至り、
前記ガス送出管は、前記トラップ箱内に配置されたガス送入口から前記飽和槽本体の外部に配置されたガス送出口に至り、
前記排水管は、前記トラップ箱内に配置された水入口から前記飽和槽本体の外部に配置された水出口に至り、
前記ガス戻り管が前記貯水域内で上下方向に配置され、
前記貯水域内での前記ガス戻り管の水平方向の断面寸法が、前記トラップ箱の水平方向の断面寸法より小さいことを特徴とする調湿ガス発生装置。

【請求項4】

前記ガス戻り管の前記ガス出口が、前記トラップ箱の内面に向けられ且つ前記内面の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項5】

前記ガス出口の端面の少なくとも一部は前記トラップ箱の内面に接するように斜め方向にカットされた形状であることを特徴とする請求項４に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項6】

前記飽和槽本体の内表面は純水に対する耐食性をもつ耐食性樹脂の層でコートされ、
前記ガス還流装置の外表面は純水に対する耐食性をもつ耐食性樹脂の層でコートされている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項7】

前記上側キャップ部の下端部及び前記中間胴部の上端部には、それぞれ前記飽和槽本体の外方に突出するフランジ部が形成され、
これらフランジ部の相対する面は純水に対する耐食性をもつ耐食性樹脂の層でコートされている
ことを特徴とする請求項２に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項8】

前記ガス戻り管の一部は、前記ガス出口から排出されるガスが前記トラップ箱を上面視した際にこのトラップ箱内において回転流を形成するように湾曲されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項9】

前記ガス出口の下端は、前記トラップ箱内において前記ガス送入口の下端より下方に位置することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の調湿ガス発生装置。

【請求項10】

前記調湿ガス発生装置は予備水タンクを有し、
前記予備水タンクの下部は前記貯水域に連通し、前記予備水タンクの上部は前記ガス域に連通している
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の調湿ガス発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所望の湿度に調整されたガスを発生する調湿ガス発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、定湿ガス発生装置の飽和槽を開示する。その開示によると、飽和槽本体内に気体導出管が設けられる。飽和槽本体の内部は、上部の空間部分を残して、水が充てんされる。気体導出管は、飽和槽本体内の空間部分から水中を通って水面下の気体出口に至る。

【0003】

飽和槽本体内の水の温度が希望温度に制御され、空間部分の温度が水温より高く制御される。飽和槽の底部から気体が気泡の形で水中へ導入される。気泡は水中を通る間に飽和気体になって上部空間に至る。気体は上部空間で増湿され、その後に気体導出管に入る。気体が気体導出管を通過する間に、余分な水蒸気が凝縮して、水温に相当する飽和水蒸気圧の気体になり、気体出口から外部へ送出される。

【0004】

この飽和槽を用いると、恒温水槽が不要なので、定湿ガス発生装置を小型化できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開昭６３－１２３１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

定湿ガス発生装置の用途の一例として、半導体製造工程におけるシリコンウェハのドライ洗浄を挙げることができ、そこでは、湿度が所定値に調整されたガスが用いられる。

【0007】

半導体製造工程のドライ洗浄用の調湿ガスを生成する調湿ガス発生装置は、複数の高度な要求性能を満たす必要がある。例えば、純水への良好な耐久性、長寿命のための保守管理の容易さ、出力ガスの高いクリーン性（含有する金属イオンなどの不純物を極度の低濃度）、湿度制御の高精度、小型性及び低コスト性などである。

【0008】

特許文献１の開示は、小型性及び低コスト性において優れた定湿ガス発生装置を教示しているが、半導体製造工程への適用を可能にするためには不十分であり、更なる改良が要求される。

【0009】

本発明の一つの目的は、半導体製造工程に適用可能とするための調湿ガス発生装置の改良を提供することにある。

【0010】

本発明の別の目的は、耐水性、保守管理性、出力ガスのクリーンさ、または出力ガスの湿度の制御性においてすぐれた調湿ガス発生装置の改良を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施形態に従う調湿ガス発生装置は、ガス域とガス域の下方にある貯水域とを内部に有する飽和槽本体と、飽和槽本体の内部に配置されたガス還流装置とを有する。

【0012】

ガス還流装置は、ガス戻り管と、ガス送出管と、排水管と、トラップ箱を有する。ガス戻り管は、ガス域内に配置されたガス入口から貯水域内を通過してトラップ箱内に配置されたガス出口に至る。ガス送出管は、トラップ箱内に配置されたガス送入口から飽和槽本体の外部に配置されたガス送出口に至る。排水管は、トラップ箱内に配置された水入口から飽和槽本体の外部に配置された水出口に至る。

【発明の効果】

【0013】

以上のように構成された調湿ガス発生装置は、従来の調湿ガス発生装置に比較して、耐水性、保守管理性、出力ガスのクリーンさ、または出力ガスの湿度の制御性において、従来の調湿ガス発生装置より優れることが期待され得る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係る調湿ガス発生装置の縦断面図である。

【図2】一実施形態に係る調湿ガス発生装置のフランジ部を拡大して示した縦断面図である。

【図3】一実施形態に係る調湿ガス発生装置のガス還流装置の横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0016】

図１は、一実施形態に係る調湿ガス発生装置の縦断面図である。

【0017】

図1に示されるように、一実施形態にかかる調湿ガス発生装置１は、飽和槽本体２と、予備水タンク３と、ガス還流装置４とを備える。

【0018】

飽和槽本体２は、全体として上下に細長いほぼ円筒又は多角筒（例えば正方筒）の形状を有する。飽和槽本体２は、上側キャップ部２０と、中央胴部２１と、底ベース部２２との３つの部品から構成される。飽和槽本体２のこれら部品の主材料は、耐久性の高い金属、例えばステンレススティールである。

【0019】

上側キャップ部２０の周壁の下端面に中央胴部２１の周壁の上端面が密着し、中央胴部２１の周壁の下端面に底ベース部２２の中央部の上面が密着する態様で、これら３つの部品が順次に結合されて、飽和槽本体２が形成される。これら３つの部品間の結合は、上側キャップ部２０の周壁の下端部のフランジ２０ａと中央胴部２１の周壁の上端部のフランジ２１ａとの間のボルト締結と、中央胴部２１の周壁の下端部のフランジ２１ｂと底ベース部２２の外縁側のフランジ２２ａとの間のボルト結合によりなされる。従って、それらのボルト締結を解除すれば、飽和槽本体２は３つの部品に分解される。

【0020】

調湿ガス発生装置１の作動時には、飽和槽本体２の内部に、その上部のガスが存在すべき領域を残して、水が充填される。調湿ガス発生装置１がシリコンウェハのドライ洗浄に利用される場合、飽和槽本体２に充填される水は超純水である。飽和槽本体２内の水が充填された領域を以下、貯水域Ｗといい、上部のガスの領域を以下、ガス域Ｇという。
飽和槽本体２の上側キャップ部２０と中央胴部２１との高さ寸法は、次の条件を満たすように選ばれる。すなわち、水面は中央胴部２１のほぼ上側半分の高さ領域にあって、上側キャップ部２０に到達することはなく、よって、常に上側キャップ部２０の内部はガス域Ｇに該当する。

【0021】

飽和槽本体２の上側キャップ部２０の周壁の外表面にガス域Ｇ内のガスを加熱するためのガスヒータ（加温部）５が設けられる。上側キャップ部２０は、その外表面の大部分がガスヒータ５でおおわれていてよい。

【0022】

飽和槽本体２の内部の下部、例えば、底ベース部２２に近い高さ位置に、貯水域Ｗの水を加熱するための水ヒータ６が配置される。なお、ヒータは、飽和槽本体２の壁、例えば中央胴部２１の周壁の外面に配置されてもよい。水ヒータ６に代えて、水の過熱と冷却を行える水ヒータ・クーラ、例えばペルチェ効果を利用したヒートポンプが、飽和槽本体２の壁の外表面に密着していてもよい。

【0023】

飽和槽本体２の底ベース部２２の壁内には、ガス導入路２２ｂが形成される。ガス導入路２２ｂのガス入口２２ｃは底ベース部２２の壁の外表面に開口し、そのガス出口２２ｄは底ベース部２２の壁の貯水域Ｗに向けて開口する。そのガス出口２２ｄには、そこから貯水域Ｗに放出されるガスを微細な気泡Ｂにするための多孔体７が設けられる。

【0024】

飽和槽本体２の外部に、予備水タンク３が配置される。予備水タンク３は、上側部３０と下側部３１とを有する。上側部３０の周壁の下端面に下側部３１の壁の上面が密着する態様で、これら２つの部品が結合されて、予備水タンク３が形成される。これら２つの部品間の結合は、上側部３０の周壁の下端部のフランジ３０ａと下側部３１の外縁側のフランジ３１ａとの間のボルト結合によりなされる。従って、それらのボルト締結を解除すれば予備水タンク３は２つの部品に分解され得る。

【0025】

予備水タンク３の主材料は、耐久性の高い金属、例えばステンレススティールである。

【0026】

予備水タンク３の上側部３０の壁、例えば天壁、に開口３０ｂが設けられ、飽和槽本体２の上側キャップ部２０の上部の壁にも開口２０ｂが設けられ、両開口３０ｂ、２０ｂがガス連通管８で接続される。また、予備水タンク３の下側部３１の壁、例えば底壁に開口３１ｂが設けられ、飽和槽本体２の下部の壁、例えば中央胴部２１の下部の周壁、にも開口２１ｃが設けられ、両開口３１ｂ、２１ｃが水連通管９で接続される。

【0027】

予備水タンク３の高さ寸法と飽和槽本体２に対する配置の高さは、次の条件を満たすように選ばれる。すなわち、その水面の高さは予備水タンク３の内部の高さ寸法内に収まる。したがって、予備水タンク３の内部の水面高さと飽和槽本体２内の水面高さは等しく、予備水タンク３の内部にも同様に、ガス域Ｇと貯水域Ｗとが存在する。

【0028】

このように、予備水タンク３の内部と飽和槽本体２の内部はガス域Ｇと貯水域Ｗの両方で連通している。したがって、飽和槽本体２内部で水が消費されて減ったならば、予備水タンク３から飽和槽本体２内部へ水が補充される。

【0029】

予備水タンク３の壁には、別の開口３０ｃが設けられており、その開口３０ｃには給水管１０が接続される。飽和槽内の水位が下がりすぎた場合、給水管１０から予備水タンク３内に、手動または自動で水を補給することができる。

【0030】

飽和槽本体２の内部に、ガス還流装置４が配置される。ガス還流装置４は、ガス戻り管４０と、ガス送出管４１と、排水管４２と、トラップ箱４３とを備える。ガス還流装置４の主材料は、耐久性の高い金属、例えばステンレススティールである。

【0031】

ガス戻り管４０は、ほぼ直線的な形状で上下方向、例えばほぼ垂直、に配置され、その上端にガス入口４０ａ、下端にガス出口４０ｂをもつ。ガス戻り管４０のガス入口４０ａは、飽和槽本体２内のガス域Ｇの上部、例えば、上側キャップ部２０の天壁に近い位置に配置される。ガス戻り管４０はガス域Ｇ内のガス入口４０ａから貯水域Ｗ内を通過してトラップ箱４３の内部のガス出口４０ｂに至る。

【0032】

ガス戻り管４０のガス出口４０ｂは、トラップ箱４３の内部の最上位置より低い位置、例えば、トラップ箱４３の天壁から所定距離だけ下がった位置、に配置される。ガス戻り管４０のガス出口４０ｂの近傍部分は、垂直に対して斜めに傾斜するように曲がってガス出口４０ｂに至る（図３参照）。そして、ガス出口４０ｂの水平面での向きは、そのガス出口４０ｂから見た水平面でのガス送出管４１のガス送入口４１ａの存在する方向とは異なる方向である。よって、ガス出口４０ｂから吹き出るガス流は、ガス送出管４１のガス送入口４１ａとは異なる方向に向かう。

【0033】

また、図３に示すように、ガス戻り管４０のガス出口４０ｂの前端面４０ｃはほぼ円形であるが、その円形の端面の少なくとも一部がトラップ箱４３の内面に接するように、斜め方向にカットされている。より詳細には、ガス出口４０ｂはトラップ箱４３の内壁の内面の近傍に配置され、その壁の内面に向いており、かつ、ガス出口４０ｂの一部分（例えば、ガス出口４０ｂの中で最も先方に延びた先端部）がトラップ箱４３の内面に接触している。

【0034】

以上の構成により、ガスがガス戻り管４０内を通る間に凝縮した水がガス出口４０ｂから出てトラップ箱４３内に落下するとき、それがガス出口４０ｂから吹き出るガス流に運ばれてガス送出管４１のガス入口４０ａに入り込んでしまう問題が低減される。

【0035】

また、図３に示すように、ガス戻り管４０のガス出口４０ｂにおけるガス戻り管４０の中心軸は、トラップ箱４３の内壁の内面に対して周方向へ傾斜した向きになっている。

【0036】

ガス域Ｇ内のガス戻り管４０のガス入口４０ａとほぼ同じ高さに、ガスの温度を検出するガス温度センサ１１が配置される。このガス温度センサ１１の検出信号は、飽和槽本体２の外部に配置された図示しない制御装置に入力されて、ガスヒータによるガス温度制御に利用される。

【0037】

ガス送出管４１は、例えば逆Ｌ字型に曲がった形状もち、上下方向に配置されて、そのほぼ垂直に立った部分の下端にガス送入口４１ａをもち、そのほぼ水平に配された部分の上端にガス送出口４１ｂをもつ。

【0038】

ガス送出管４１のガス送入口４１ａは、トラップ箱４３の内部のガス戻り管４０のガス出口４０ｂより高い位置に配置される。ガス送出管４１は、ガス送入口４１ａから上に伸びてトラップ箱４３の外へ出て貯水域Ｗ内に入り、そこでほぼ水平に向きを変えてから、中央胴部２１の壁の水面より下方の個所を貫通して、飽和槽本体２の外部に配置されたガス送出口４１ｂに至る。

【0039】

貯水域Ｗ内のガス送出管４１とほぼ同じ高さに、水の温度を検出する水温センサ１２が配置される。この水温センサ１２の検出信号は、飽和槽本体２の外部に配置された図示しない制御装置に入力されて、水ヒータ６による水の温度制御に利用される。

【0040】

排水管４２は、トラップ箱４３の内部のほぼ最下部に配置された水入口４２ａと、飽和槽本体２の外部に配置された水出口４２ｂとをもつ。排水管４２は、水入口４２ａから伸びてトラップ箱４３の外へ出て、中央胴部２１の壁を貫通して飽和槽本体２の外部へ出る。

【0041】

トラップ箱４３は、飽和槽本体２の中央胴部２１内の貯水域Ｗ内であって、前述した水ヒータ６より高い高さの位置に、配置される。

【0042】

図３に示すように、トラップ箱４３の水平断面積は、ガス戻り管４０の水平断面積より大きく、トラップ箱４３内でガス戻り管４０のガス出口４０ｂとガス送出管４１のガス入口４０ａは水平方向において所定距離だけ離れて配置される。そして、前述したようにトラップ箱４３内では、ガス戻り管４０のガス出口４０ｂが、そのガス出口４０ｂからガス送出管４１のガス入口４０ａを見た方向とは異なる方向を向く。さらに、トラップ箱４３は所定値以上の高さ寸法を有し、トラップ箱４３内でガス戻り管４０のガス出口４０ｂは、ガス送出管４１のガス入口４０ａより低い位置に配置される。またさらに、トラップ箱４３の内部で、水が溜まることになるトラップ箱４３の底面から所定高さだけ離れた高い位置に、ガス送出管４１のガス送入口４１ａが配置される。

【0043】

飽和槽本体２のガス域Ｇと貯水域Ｗに接する内表面の全面は、純水に対する耐久が飽和槽本体２の主材料、例えばステンレススティールよりより高い耐食性材料、例えばフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））、の層でコートされる。図２に示すように、飽和槽本体２の上側キャップ部２０と中央胴部２１との相互の密着面（双方のフランジ２０ａ、２１ａの相対向する密着面）、及び、中央胴部２１と底ベース部２２の相互の密着面（双方のフランジの密着面）も、同じ耐食性材料の層でコートされる。

【0044】

予備水タンク３のガス域Ｇと貯水域Ｗに接する内表面も、同じ耐食性材料の層でコートされる。予備水タンク３の上側部３０と下側部３１の相互の密着面（双方のフランジ３０ａ、３１ａの相対向する密着面）も、同じ耐食性材料の層でコートされる。

【0045】

ガス還流装置４のガス域Ｇと貯水域Ｗに接する外表面（例えばトラップ箱４３の外表面）も、同じ耐食性材料の層でコートされる。

【0046】

以上説明した本実施形態の調湿ガス発生装置１は、従来の調湿ガス発生装置に比較して、耐水性、保守管理性、出力ガスのクリーンさ、または出力ガスの湿度の制御性において、従来の調湿ガス発生装置より優れることが期待され得る。

【0047】

本実施形態の調湿ガス発生装置１は、半導体製造工程のドライ洗浄工程に好適に用いることができ、また、他の半導体製造工程、例えば露光工程におけるステッパ内の雰囲気の調湿、スピンコータなどによる塗装工程における雰囲気の調湿などにも好適に用いることができる。

【0048】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0049】

また、図示した各構成要素の寸法、形状等は必ずしも正確に図示されているとは限らず、本実施形態の特徴を強調するために適宜修正されていることもありうる。

【符号の説明】

【0050】

１…調湿ガス発生装置 ２…飽和槽本体 ３…予備水タンク ４…ガス還流装置 ５…ガスヒータ（加温部） ２０…上側キャップ部 ２０ａ…フランジ ２１…中央胴部 ２１ａ…フランジ ２２…底ベース部 ３０…上側部 ３０ａ…フランジ ３１…下側部 ３１ａ…フランジ ４０…ガス戻り管 ４０ａ…ガス入口 ４０ｂ…ガス出口 ４０ｃ…前端面 ４１…ガス送出管 ４１ａ…ガス送入口 ４１ｂ…ガス送出口 ４２…排水管 ４２ａ…水入口 ４２ｂ…水出口 ４３…トラップ箱 Ｇ…ガス域 Ｗ…貯水域

【図1】

【図2】

【図3】