JPH0590240A - 蒸気乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 蒸気発生部と蒸気乾燥部を有する蒸気乾燥装
置であって、蒸気発生部内の乾燥液（ＩＰＡ）の液面下
に膜分離装置を設けた蒸気乾燥装置。 【効果】 膜分離装置により水分濃度の高くなったＩＰ
Ａを再生使用でき、同時にＩＰＡ中の水分濃度を制御す
ることができるので高い信頼性があり、大巾なコスト削
減ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子、光学分野などの精
密部品を対象とする蒸気乾燥装置に関するものであり、
蒸気乾燥液の再生使用並びに蒸気乾燥液中の水分量を一
定値以下に制御することを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等の電子部品や精密光学部品
等の製造工程中には水洗工程がある。水洗後には被処理
物を乾燥することが必要となり、これには、いわゆる蒸
気乾燥方法が多用されている。上記乾燥方法は、たとえ
ばイソプロピルアルコール（以下、「ＩＰＡ」ともい
う。）のような水との親和性が高く、かつ低沸点の有機
溶媒からなる乾燥液を用いて行なわれる。

【０００３】具体的には、有機溶媒を加熱して蒸発さ
せ、有機溶媒の蒸気雰囲気を形成し、該蒸気雰囲気中に
被乾燥物を位置せしめると、有機溶媒の蒸気が被処理物
表面に凝縮する。凝縮した有機溶媒は付着していた水分
をともなって流下していくため、被乾燥物の乾燥が達成
されると云う方法である。被乾燥物の表面に凝縮した有
機溶媒を、乾燥液槽へ落下させると、槽内の有機溶媒に
溶存する水分の濃度が高くなり、蒸発する有機溶媒の蒸
気中の水分濃度も高くなっていく。その結果、被処理物
の表面の水分を完全に除去できなくなり、乾燥効率の低
下を生じることになる。

【０００４】そこで、被乾燥物の表面に凝縮した有機溶
媒は、滴下する際に受け皿状の装置で受けて全て廃棄
し、蒸気発生槽に入り込まない構造にすることが考えら
れる。このようにすると、槽内の有機溶媒に直接水分が
入り込むことを防止できることになる。装置内では、被
乾燥物表面に凝縮しなかった有機溶媒の蒸気が上方の冷
却部で還流されて乾燥液槽に戻され、再び加熱されて蒸
発するサイクルを繰り返している。

【０００５】一方、前記の如く被乾燥物表面の水分が直
接蒸気発生槽に滴下して混ざらない構造にしたとはい
え、被乾燥物表面に凝縮した有機溶媒と水との混合液か
らは、僅かながら水分が直接蒸発していき、その水蒸気
は有機溶媒の蒸気とともに還流されて乾燥液槽に戻るこ
とになる。したがって、乾燥処理を繰り返すに従い、槽
内の乾燥液の水分濃度も増大していき、前記の如き問題
が生じる。

【０００６】被乾燥物が半導体ウエハ等である場合、表
面の水分が完全に除去できないと、その後の工程で不良
品の発生につながり特に重要であることが知られてい
る。なお、乾燥装置については、株式会社工業調査会発
行「電子材料」１９８３年３月号第６８〜７１頁に説明
がある。また、上記問題点を解決する対策として蒸気乾
燥装置内における乾燥液蒸気中に存在する水蒸気を低濃
度に自動制御できる技術が特開昭６２−４５１２７号に
開示されている。

【０００７】この技術は蒸気発生槽内の乾燥液の廃棄手
段と新乾燥液の供給手段とを備えた蒸気乾燥装置におい
て、蒸気発生槽内における乾燥液中の水分濃度が所定値
に達した場合に、該槽内の乾燥液の全部または一部を廃
棄し、新乾燥液を供給し補充することにより、蒸気発生
槽内における乾燥液中の水分濃度が所定値以下に制御す
ることができるものであり、同時に該蒸気発生槽から蒸
発する乾燥液蒸気中の水蒸気濃度をも所定濃度以下に制
御することが達成されるものである。

【０００８】これにより、乾燥液中の水分濃度を制御す
ることは可能であるが、上記方法では常に新たな有機溶
媒の補充を続けなければならないため、コストの上昇を
招来し、また使用済有機溶媒の破棄処理の問題も生じて
くる。既存技術である蒸留法を用いて、乾燥液中の水の
含有率を精密電子・光学部品の乾燥において問題となら
ない濃度以下とした留出液を得る為には、蒸留装置が複
雑かつ大規模になる。例えばＩＰＡを乾燥液とした場合
にはＩＰＡ濃度８８ｗｔ％付近に水との共沸組成を有す
る為、これ以上高濃度のＩＰＡを通常の蒸留操作で濃縮
する事はできない。この場合、一般に行なわれている濃
縮方法はベンゼンのエントレーナーを加えて、共沸蒸留
する方法があるが、この方法では、エントレーナーによ
る脱水塔、エントレーナーの回収水除去塔、ＩＰＡ精製
塔の３塔を少なくとも必要とする。また、これに用いら
れる蒸留塔は大変大きなものであり工場のクリーンルー
ム・スペースを大きく占有することになる。このような
複雑な蒸留操作を行なうことは設備費も高価なものとな
り、スペース的に実質的に困難である。またエネルギー
コスト面でもＩＰＡ再生を実施することは困難であっ
た。

【０００９】これに対して脱水工程を蒸留操作の代わり
に膜分離操作を用いる技術が特開昭６１−２３９６２８
号に記載されている。これは半導体基材を有機溶剤蒸気
で洗浄する工程、パーベーパレーション法で有機溶剤廃
液を処理し脱水する工程、脱水した有機溶剤を蒸留する
工程及び有機溶剤の循環工程からなる装置である。この
場合、脱水の大部分を膜分離操作で行なうため蒸留装置
を小型化できるが、依然として蒸気乾燥装置本体と同等
かそれ以上のスペースが脱水工程のために必要となる。
またエネルギーコストの面でも膜分離装置と蒸留装置を
別に運転するため不利であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特に近年は半導体や液
晶の高集積化、精密化に伴ない、蒸気乾燥液中の水分濃
度を低レベルに保ち、かつ、生産性を向上させるため、
狭いスペース内で大量の乾燥液から水分を除去する処理
を行なう必要がある。例えば１６メガバイトのダイナミ
ック・ランダム・アクセス・メモリー（１６Ｍ・ＤＲＡ
Ｍ）用の６インチウエハを５０枚／バッチで乾燥処理す
るにはＩＰＡ中の水分濃度を０．５％（５０００ppm ）
以下に保つことが要求されるため、処理するＩＰＡ量を
１０kg／hr以上とすることが必要となる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、蒸気発生部の乾燥液中に高透過量、高分離
比、耐熱性を具備した膜分離装置を設置することにより
上記課題を解決した。すなわち、本発明の要旨は水洗後
の被処理物を乾燥する蒸気乾燥装置であって、乾燥液を
加熱して乾燥液の蒸気を発生させる蒸気発生部、および
該発生蒸気により被処理物を乾燥させる蒸気乾燥部を有
し、該蒸気発生部内の乾燥液中に、乾燥液から水を分離
する膜分離装置を設けたことを特徴とする蒸気乾燥装置
に存する。

【００１２】以下、本発明を詳述する。本発明の蒸気乾
燥装置は主として蒸気発生部、蒸気乾燥部及び蒸気発生
部内の乾燥液の液面下にある膜分離装置からなる。乾燥
液は水との親和性の高い有機溶剤であり、水と共沸点を
有する有機溶剤が好適である。かかる有機溶剤を例示す
れば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、エタノー
ル、ｎ−プロパノール、イソブタノール、イソアミルア
ルコール等のアルコール類、塩化メチル、塩化メチレ
ン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素等が挙げられる。こ
れらのうち特にＩＰＡが好適である。以下乾燥液として
ＩＰＡを例にとり説明するが、本発明はＩＰＡに限定さ
れるものではない。

【００１３】本発明では蒸気発生部のＩＰＡ中に選択的
に水を透過する膜によって構成される膜分離装置を設置
する。これにより水分濃度の高くなったＩＰＡを再生利
用することができ、ＩＰＡ中の水分濃度を制御すること
ができる。上記の膜分離装置においては、通常パーベー
パレーション法によりＩＰＡ中に含有される水の大部分
が除去される。

【００１４】膜分離装置としてはＩＰＡ−水の系におい
て水を選択的に透過し得る膜を使用するものであれば、
公知の装置が特に制限なく採用される。分離膜としては
水の透過係数が０．１kg／m²・Hr以上、好ましくは１kg
／m²・Hr以上、分離係数が１００以上、好ましくは１０
００以上であり、熱変形温度が１５０℃以上（ＪＩＳＫ
７２０７）であるものが好適に使用される。なお、分
離係数は

【００１５】

【数１】

【００１６】で表わされる。膜分離装置の運転条件は蒸
気発生部に存在するＩＰＡ（膜分離装置に対する被処理
液）の温度が６０〜１２０℃、膜分離装置の透過蒸気室
の真空度が０〜１００Torrとなるように行なうことが好
ましい。特に好ましくはＩＰＡの沸点（１atm で８２．
７℃）付近の温度である。

【００１７】このようにして膜分離装置によりＩＰＡか
ら水分が除去されるが、少量のＩＰＡが分離係数値に応
じて透過蒸気室側に移行し、ＩＰＡの損失となる。しか
し、前述の透過係数、分離係数の膜分離装置を用いて１
０％含水ＩＰＡから５００ppm 含水ＩＰＡまで脱水処理
する時においても、乾燥液の損失は一般的に５％以下で
あり、定期的に全量新液に交換する場合と比べて非常に
経済的となる。

【００１８】上記膜分離装置によって除去される水の量
はＩＰＡ中の水の大部分であればよいが、特に、半導体
ウエハなど精密洗浄工程で用いるときは、その品質面か
らみて水含有量がＩＰＡに対して１％以下、好ましくは
５００ppm 以下に低減するよう水を除去することが望ま
しい。

【００１９】以下、図面を用いて本発明の装置の一例に
つき更に説明する。図１は本発明の装置の一例の説明
図、図２は膜分離装置の一例の縦断面図、図３は図２の
Ａ−Ａ断面図、図４は本発明の装置の他の一例の説明
図、図５は実施例１における蒸気発生部のＩＰＡ中の水
分濃度変化を測定した結果のグラフである。

【００２０】図中、１０１は蒸気乾燥部であり、１０２
は蒸気発生部である。蒸気発生部１０２には乾燥液であ
るＩＰＡ１０３が貯えられている。蒸気発生部１０２の
底面下にはＩＰＡを加熱、蒸発するためのヒーターブロ
ック１０４が設置されている。蒸気乾燥部１０１には被
乾燥物１０５が保持されており、その上方に冷却管１０
６が設置される。蒸気発生部１０２のＩＰＡ１０３中に
は膜分離装置１０８が設置される。

【００２１】また、本発明では脱水性能向上のため必要
に応じて、図４に示すように蒸気発生部１０２のＩＰＡ
１０３を循環させるポンプ１０９又は攪拌機（図示せ
ず）を設置しても良い。次に膜分離装置について更に詳
述する。膜分離装置１０８としては一例を図２、図３に
示すように分離膜により区画された処理液室と透過蒸気
室との２室を基本的に有するものが一般に使用される。
また、装置１０８は中空糸状分離膜２０１を束ねたいわ
ゆる中空糸モジュール型の装置１０８が好適である。ま
た中空糸膜モジュール型の装置１０８を複数併設して用
いることも考えられる。

【００２２】ここで中空糸膜モジュール型の装置１０８
としては多数の中空糸膜２０１の両端を開口させて樹脂
で接着固定して用いるもの（両端開口モジュール）と、
一端が封止され他端を開口して樹脂で接着固定して用い
るもの（一端封止モジュール）が知られている。かかる
モジュールは多数の中空糸膜２０１の少なくとも一端を
束ね、この束がばらばらになることを防止する目的で接
着剤で集束端部を固定し、ポッティング部２０２とす
る。

【００２３】この接着剤には熱硬化性樹脂であるビスフ
ェノール型、ノボラック型ほか種々のエポキシ樹脂が好
ましく用いられる。また、ポリエステル樹脂、フェノー
ル樹脂、メラミン樹脂等を用いることもできる。中空糸
膜モジュール型の装置１０８の形状は従来公知のもので
よいが、分離効率を高くするために中空糸束の中心部に
ＩＰＡを供給又は抜出すための空洞２０３を有する中空
糸膜モジュール型の装置１０８が好ましい。この好適な
中空糸膜モジュールについて図２を参照して説明する。

【００２４】２０１は合成樹脂性の中空糸膜であり、外
径が０．５〜２mm程度の中空の糸であり、その表面に分
離機能を有し、分離すべき物質を糸の内側と外側に分離
するものである。中空糸膜２０１を用いて実際に分離操
作を行なう場合には、通常、５０〜５００００本の中空
糸膜２０１を束ね、両端をポッティング材２０２により
接着固定することにより中空糸膜モジュール型の装置１
０８を組み立てる。ポッティング材２０２−ａ側の中空
糸膜端は開口されており（以下２０２−ａ側を開口端と
称する）２０２−ｂ側の中空糸膜端は封止されている
（以下２０２−ｂ側を封止端と称する）。

【００２５】中空糸膜２０１の束の中心部に空洞２０３
が設けられている。空洞２０３は、封止端側ではポッテ
ィング材２０２−ｂを貫通しており、開口端側ではポッ
ティング材２０２−ａにより封止されている。また空洞
２０３の径が大きいと周辺の中空糸膜２０１の本数が少
なくなり、ひいてはモジュール１個当たりの膜面積が減
少し、分離性能が低下してしまうので、空洞２０３の径
は通常中空糸膜２０１の束の外径の１／３以下である
が、好ましくは１／５以下である。また、中空糸膜２０
１の配置密度は、中空糸充填率＝中空糸外径基準断面積
（中空糸を中実であると考えた場合の断面積）×中空糸
本数／モジュール断面積（空洞２０３の面積を含まず）
として考えると、モジュール１個当たりの膜面積を確保
するには充填率は０．５以上、好ましくは０．７５以上
が望ましい。

【００２６】中空糸膜２０１の束は形状を維持し、中空
糸膜２０１を保護するために空洞２０３の内表面および
中空糸膜２０１の束の外周表面に支持体を配設すること
が望ましい。支持体は網の目状の筒などでも良いが、新
たに形状、成型法等を検討することが少ない中空糸と同
一の材料で出来た中実糸２０４からなる簾状の支持体が
望ましい。この中実糸２０４は中空糸膜２０１と同一の
材料で出来ているため、ポッティング部２０２に中空糸
膜２０１と同時に接着固定出来る利点がある。

【００２７】本発明の最も好ましい態様は図４のように
ＩＰＡの一部分を抜き出し、中空糸膜２０１の束の中心
部の空洞部２０３（図２）にポンプ１０９で供給する。
空洞部２０３に供給する液量としては１時間当りの供給
量にして蒸気発生部１０２に収容されている乾燥液の量
と同じ量以上供給されることが望ましい。中空糸膜２０
１の束の外周表面での半径方向へのＩＰＡの流速を０．
０２５cm／sec 以上、好ましくは０．１cm／sec 以上と
するのが好ましい。このようにすることにより膜モジュ
ールでの水を分離する効率が著しく向上する。

【００２８】なお、ここで中空糸の束の外周表面での中
空糸の束の半径方向の流体線速度とは、（中空糸束外径
−中空糸膜外径×中空糸束の最外周の中空糸本数）×中
空糸束長＝外周表面開孔面積を算出し、中空糸膜モジュ
ールへの流体供給量をこの外周表面開孔面積で除した数
値である。中空糸膜２０１の素材として好ましい例とし
てはポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミ
ド、ポリフェニレンアセチレンなどが挙げられるが、熱
変形温度が蒸気乾燥時の有機溶媒を加熱する温度より４
０℃以上高い素材からなる多孔質中空糸膜であれば差し
支えない。好ましくは熱変形温度がＪＩＳ Ｋ ７２０
７で１５０℃以上の素材が挙げられる。

【００２９】尚、本発明は図１に示すような蒸気発生部
１０２上方に蒸気乾燥部１０１を配する型式に限定され
るわけではない。被処理物１０５の表面での溶剤凝縮液
滴を蒸気発生部１０２に導けば、蒸気発生部１０２と蒸
気乾燥部１０１を分離した型式にも適用可能である。ま
た中空糸膜モジュールの形状は直線状に限らずＳ字状な
どの形状でもよい。

【００３０】

【作用】流下したＩＰＡに含まれる水分は膜分離装置１
０８によって除去される。このとき、ポンプ１０９また
は攪拌機により膜分離装置１０８周辺のＩＰＡに流れを
作り、分離膜表面の液更新を行うことにより、膜分離装
置の脱水性能が向上する。また、本発明では膜分離装置
１０８がＩＰＡの液中に設置されているため、ＩＰＡ中
の水分濃度が迅速に低レベルとなる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳述するが、本
発明はその要旨を超えない限り実施例により限定される
ものではない。

【００３２】実施例１ ポリイミド中空糸を用いた膜モジュールを設けた、概略
図１に示す装置を用いた。膜モジュールはポリイミド中
空糸をエポキシ樹脂接着剤を用いて集束端部を固定した
一端封止モジュールである。半導体基材用シリコンウェ
ハーを、超純水槽に浸漬した後に、ＩＰＡ蒸気乾燥装置
に５分間隔で送り、２０バッチの蒸気乾燥処理を実施し
た。このとき、シリコンウェハー及び保持治具一式に付
着する水分は、２０〔ｇ／一式〕であった。即ち、シリ
コンウェハーの持込み水分量は２４０〔ｇ／hr〕であ
る。ここでＩＰＡ蒸気乾燥装置の蒸気発生部のＩＰＡ、
滞留液量は６０〔リットル〕＝４８〔kg〕である。該Ｉ
ＰＡ滞留液を、沸点８２〔℃〕に保持し、液中に膜モジ
ュールを浸し、開口端側を真空度１０Torrで吸引しなが
ら、シリコンウェハーの蒸気乾燥を実施した。蒸気発生
部中のＩＰＡ液中の水分濃度を測定した結果を図５に示
す。ここで、処理開始前に蒸気発生部に溜めるＩＰＡは
含水率で５００〔ppm 〕品を用いた。尚、パーベーパレ
ーションに伴い若干減じるＩＰＡは、蒸気発生部の液面
が一定となるように前記仕様と同一のＩＰＡを、自動補
給した。

【００３３】実施例２ 実施例１の蒸気乾燥装置の外部に、図４のような循環ポ
ンプを設置し、中空糸状分離膜モジュールの半径方向へ
の流速を０．１cm／sec となるように循環した上で、同
様の処理を実施した。その結果溶剤液中の水分濃度が５
００〔ppm 〕以下迄低下する所要時間が、実施例１の５
〔分〕に対し、３〔分〕となった。即ち、膜の脱水性能
が増大したと考えられる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の蒸気乾燥装置は、膜分離装置を
設けることにより水分濃度の高くなったＩＰＡから速や
かに水分を取除き、安定した、信頼性の高い処理条件を
迅速かつ合理的に実現することができる。しかも処理液
を全て廃棄することなく繰り返し使用するため、廃液処
理が不要となり大巾なコストの低減が達成できる。ま
た、本発明の装置では脱水処理装置等を設置するスペー
スはほとんど増加する必要はなく、省スペース化のメリ
ットが大きい。エネルギーコストの面では本発明の装置
では膜分離装置がＩＰＡ液中にあるためヒーターから供
給する熱量は蒸気乾燥に必要な熱量の他は水を気化する
熱で足りる。このため、脱水工程を別途設ける方法に比
べエネルギーコストも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一例の説明図である。

【図２】膜分離装置の一例の縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】本発明の装置の他の一例の説明図である。

【図５】実施例１における水分濃度変化のグラフであ
る。

【符号の説明】

１０１ 蒸気乾燥部 １０２ 蒸気発生部 １０３ 乾燥液 １０４ ヒーターブロック １０５ 被乾燥物 １０６ 冷却管 １０８ 膜分離装置 １０９ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩田 堅 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三 菱化成株式会社総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水洗後の被処理物を乾燥する蒸気乾燥装
   置であって、乾燥液を加熱して乾燥液の蒸気を発生させ
   る蒸気発生部、および該発生蒸気により被処理物を乾燥
   させる蒸気乾燥部を有し、該蒸気発生部内の乾燥液中に
   乾燥液から水を分離する膜分離装置を設けたことを特徴
   とする蒸気乾燥装置。
2. 【請求項２】 膜分離装置が５０〜５００００本の中空
   糸状分離膜を束ね、一端を封止し、他端を開口した状態
   で両端をポッティング材によって接着固定し、中空糸束
   の封止端側のポッティング材を貫通し、中空糸束の開口
   端側で封止されている空洞を中心部に有する中空糸膜モ
   ジュールである請求項１に記載の蒸気乾燥装置。
3. 【請求項３】 蒸気発生部の乾燥液の一部を抜き出して
   中空糸束の中心部の空洞に供給する循環装置を設けたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の蒸気乾燥装置。