JP4231376B2 - 超臨界流体処理装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、LSIやMEMS素子等を超臨界流体を用いて現像後の洗浄又は乾燥を行う新規な超臨界流体処理装置及びその方法に関する。

LSIやMEMS素子を始めとする大規模・高性能デバイスを製作するためには、極微細パターンが必要となる。この極微細パターンは露光、現像、リンス洗浄(以下、単にリンスと言う)及び乾燥を経て形成されるレジストパターンや、エッチング、水洗、リンス・乾燥を経て形成されるエッチングパターンである。レジストとは、光、Ｘ線、電子線などに感光する高分子材料である。

しかしながら、極微細パターンの形成段階の乾燥工程でパターンが倒れる現象が生じ、性能を満足させるパターンが形成できない問題が生じていた。この原因は、乾燥時にパターン間に残ったリンス液の毛細管力が極微細パターンに作用してパターンを倒すことにある。

毛細管力は、パターン間に残ったリンス液内圧力と大気圧との差で生じるもので、リンス液の表面張力に関係する。従って、リンス液の表面張力が大きい程、毛細管力は大きくなりパターンは倒れ易くなる。このパターン倒れを解決するために、通常用いるリンス液から表面張力の小さいリンス液に置換し、この状態から乾燥する。表面張力は、液体と気体の界面が形成された状態で発生する。それゆえ、表面張力を無くすために液体と気体の界面を生じさせることなく乾燥する方法として、超臨界流体を用いた乾燥方法が特許文献１に知られている。一般に使われる超臨界流体としては、臨界圧力、臨界温度が低く安全な二酸化炭素(CO₂)がある。

図４は、従来のこの超臨界二酸化炭素を用いた微細構造乾燥装置の構成図である。先ず、加熱手段と冷却手段とを備えた高圧乾燥処理容器103内部に乾燥しようとする被乾燥物106を入れる。次に、乾燥溶媒(液体二酸化炭素)を貯蔵するサイホン管付液取りボンベやコールドエバポレータ(以下CE)からなるボンベ100等からバルブ104を開けて乾燥溶媒(液体/気体)を送出し、この乾燥溶媒を圧縮して送出する高圧ポンプ101にて圧送する。この時、乾燥溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから混入した金属微粒子を濾過手段102で濾過する。

次に、高圧乾燥処理容器103内が濾過された液体二酸化炭素で満たされ、被乾燥物がリンス液に代わって完全に液体二酸化炭素で覆われた状態にし、極微細パターン間に溜まっているリンス液を液体二酸化炭素で洗い置換した後、高圧乾燥処理容器103の温度を上昇させて臨界点以上の温度及び圧力(二酸化炭素の臨界条件：31℃、73MPa)にして、液化二酸化炭素を超臨界二酸化炭素に変換する。最後に高圧乾燥処理容器103の温度を超臨界温度以上に保持したまま調節弁105を開けて超臨界二酸化炭素を外部に放出して大気圧とし、その後高圧乾燥処理容器102の温度を室温程度まで冷却して乾燥を終了する。

この従来の乾燥方法として、超臨界流体は、気体の拡散性と液体の溶解性(高密度性)を兼ね備えた状態で、液体から超臨界状態を経て気体へ状態変化させると平衡線を介さずに状態変化できる。そのため、超臨界流体で満たされた状態から徐々に流体を放出すると、液体／気体の界面が形成されないことから表面張力による作用を生じさせることなく乾燥することができる。

尚、液体二酸化炭素で置換可能なリンス液としては、例えば、2-プロパノール、エタノール、アルコール等があるが、被乾燥物洗浄に用いるリンス液が二酸化炭素と混和しないものであれば、このリンス液を二酸化炭素親和性を有する別のリンス液に置換しておく必要がある。

又、LSIやMEMS素子の洗浄において、超臨界流体を溶媒とする洗浄方法として特許文献２及び３が知られている。その洗浄方法は前述の乾燥と同様の方法で行われる。

特開2002-33302号公報 特開平10-50648号公報 特開平4-17333号公報

従来の微細構造の乾燥又は洗浄では、溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を多量に含有した液体二酸化炭素を昇圧／昇温して超臨界流体を生成している。この溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子は、液体二酸化炭素の導入経路に設置したフィルタによって除去するのは困難なため、清浄度の高い超臨界流体を得ることが困難であった。

また、液体二酸化炭素の導入経路にフィルタを設置して液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を除去しようとした場合、液体二酸化炭素中に不純物や金属微粒子を多量に含有しているため、フィルタに懸かる負荷が大きく、フィルタ寿命を著しく低下させる。また、不純物や金属微粒子除去性能としてフィルタにおける最高の濾過精度まで発揮させることができない。例えば、焼結フィルタにおける最高濾過精度は、0.003μｍ程度であるが、液体では約2μｍでの除去性能までしか発揮できない。

また、液体二酸化炭素をフィルタによって濾過する場合、高圧の液化ガスがフィルタハウジングから出て行く際に断熱膨張が発生し、液体二酸化炭素が固体化(ドライアイス化)する場合があり、フィルタを破壊してしまう恐れがある。

更に、不純物や金属微粒子の濾過性能を優先して一旦気体の二酸化炭素へ変換し、不純物や金属微粒子を濾過後に液体へ再変換した場合、エンタルピを用いて解説すると、a点(20℃、約6Mpa)液体のエンタルピは114(kcal/kg)、ｂ点(20℃、約6Mpa)気体のエンタルピは151(kcal/kg)となり、ｂ点−a点＝151−114＝37(kcal/kg)となる。また、超臨界点から液体へと変換した場合は、a点(20℃、約6Mpa)液体、ｃ点(31.1℃、7.382Mpa)超臨界点のエンタルピにより、ｃ点-a点＝133-114＝19(kcal/kg)となり、気体から液体へ変換した場合のエンタルピは、超臨界から液化する場合の約2倍であり、エネルギーの消費が大きい。

本発明の目的は、超臨界流体による被処理物の洗浄又は乾燥に際し、フィルタの破壊を防止し、清浄度が高く、更にエネルギー消費を少なくできる超臨界流体処理装置及びその方法を提供することにある。

本発明は、高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器内に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理装置において、前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段と、該超臨界状態貯蔵手段からの超臨界状態の前記溶媒中の固形物を濾過する濾過手段とを有し、
前記濾過手段と前記高圧容器との間に、前記濾過手段により濾過された前記超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵できる再液体状態貯蔵手段を有することを特徴とする超臨界流体処理装置にある。

本発明の超臨界流体処理装置は、前記溶媒の供給源と超臨界状態貯蔵手段との間に前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態として貯蔵できる液体状態貯蔵手段を有すること、前記濾過手段と前記高圧容器との間に、前記濾過手段により濾過された前記超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵できる再液体状態貯蔵手段を有すること、前記液体状態貯蔵手段は前記溶媒を液化する液化手段を有し、該液化された溶媒を前記超臨界状態貯蔵手段に送出する圧力印加手段を有すること、前記超臨界状態貯蔵手段は、前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御する制御手段を有することが好ましい。

更に、本発明の超臨界流体処理装置は、前記濾過手段が目の粗さが3μm〜3nmであるフィルタとその外周に設けられた加熱手段と前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御する制御手段を有し、前記フィルタと加熱手段とが複数段直列に配置されていること、前記液体状態貯蔵手段、前記超臨界状態貯蔵手段、前記濾過手段及び前記高圧容器が順次高い位置に設置され、前記溶媒の流れが下部から上部の方向となるように配置されていること、前記再液体状態貯蔵手段が前記濾過手段と前記高圧容器との間に順次高い位置に設置されていること、前記溶媒が前記高圧容器内の前記被処理物よりも低い位置より導入されること、前記高圧容器から大気に排出される前記溶媒の排出口が前記高圧容器の上部に設けられていることが好ましい。

本発明は、高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器内に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理方法において、前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として貯蔵し、該超臨界状態で貯蔵された超臨界状態の前記溶媒を超臨界状態でその中の固形物を濾過すると共に、該濾過された超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記高圧容器に供給することを特徴とする超臨界流体処理方法にある。

又、本発明の超臨界流体処理方法は、前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態で貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記超臨界状態での貯蔵に供給すること、前記濾過された超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記高圧容器に供給すること、前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御しながら前記濾過を行うこと、前記液体状態での貯蔵、前記超臨界状態での貯蔵、前記濾過及び高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥を順次に高い位置で行うこと、前記再液体状態での貯蔵を、前記濾過と高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥との間で順次高い位置で行うことが好ましい。

市販されている5N(99.999%)高純度液化二酸化炭素中の水分に溶解した不純物やボンベなどから溶け出した金属微粒子が、径0.3μm以上のものが10⁸ケ/cF程度あることが知られている。また、不純物や金属微粒子を分析したところ、Al、Ca、Cr、Fe、Ni、Cu、Au、Na等であること見出し、これらの比重が超臨界二酸化炭素よりも大きい物質であることが分った。従って、本発明は、溶媒を超臨界状態にて一旦貯蔵して重い金属微粒子を容器の下部に集めることにより、フィルタには極めてわずかな不純物や金属微粒子だけを濾過することになり、清浄性能が極めて高いものとなる。

特に、本発明は、溶媒を超臨界状態にした後、一次側より上向きに連結されたフィルタにより濾過すること、溶媒の流路を順次高い位置に配置することで、不純物や金属微粒子自体を搬送せずに、低い位置で停滞させ分離することで、被処理物に到達させないようにすることができ、且つフィルタの破壊を防止することができること、更にエネルギー消費の少ない処理を行うことができる。更に、本発明においては、溶媒となる超臨界流体自身の清浄性能が極めて高いため被処理物の洗浄又は乾燥を高清浄に行うことができる。

更に、本発明では、被処理物を洗浄又は乾燥する溶媒(二酸化炭素)を貯蔵する貯蔵手段より気体/液体混合の状態で取り出し、十分に冷却された液体状態貯蔵手段にて液化し液体状態にて送出ポンプにより送出する。その後、液体より超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段にて貯蔵した後、超臨界状態のまま下から上部方向に連結設置したフィルタにて溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)し高清浄化する。更に高清浄化された溶媒を再液化して貯蔵できる再液化状態貯蔵手段より高圧容器へ溶媒を送出する。そして、液体状態貯蔵手段、超臨界状態貯蔵手段、濾過手段、再液化状態貯蔵手段及び高圧容器を順次高い位置に配置することで、液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した重い金属微粒子との比重差を利用し、上部へ持ち上がらせない(搬送しない)手法を見出した。

また、超臨界状態より再液化することで、気体より再液化する場合のエネルギー消費を約半分とすることとし、エネルギーの消費を低減することができた。更に、フィルタ部分における断熱膨張に起因するフィルタの破壊等を防止することができる。

特に本発明においては、前記被処理物をリンス液に浸漬又は濡れた状態で前記高圧容器内に設置し、前記高圧容器内に導入した前記流体によって前記被処理物から前記リンス液を除去すると共に、前記被処理物を乾燥させる場合に極めて有効である。

本発明によれば、液体或いは超臨界状態の溶媒の清浄度を高くでき、LSIやMEMS素子等を超臨界流体を用いて現像後の低パーティクルな洗浄又は乾燥を行うことが可能となり、歩留まりが向上する。また、フィルタ部分での溶媒の固体化を防止し、フィルタの損傷を防止することができ、信頼性を向上させることができる。更に、再液化の際のエネルギー消費を抑えることができコストダウンを図ることができる。

本発明は、高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器中に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理装置において、前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御する制御手段を有し貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段と、該超臨界状態貯蔵手段からの超臨界状態の前記溶媒中の固形物を濾過するフィルタとその外周に設けられた加熱手段とを有する複数段直列に配置した濾過手段と、更に、前記溶媒の供給源と超臨界状態貯蔵手段との間に前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態として貯蔵できる液体状態貯蔵手段と、前記濾過手段と前記高圧容器との間に前記濾過手段により濾過された前記超臨界状態の溶媒を再度液体状態として前記溶媒を液化する液化手段と貯蔵できる再液体状態貯蔵手段と、該液化された溶媒を前記超臨界状態貯蔵手段に送出する圧力印加手段とを有し、前記液体状態貯蔵手段、前記超臨界状態貯蔵手段、前記濾過手段、前記再液体状態貯蔵手段及び前記高圧容器は、順次高い位置に設置され、前記溶媒の流れが下部から上部の方向となるように配置されていること特徴とする超臨界流体処理装置にある。

更に、本発明は、高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器中に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理方法において、前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として貯蔵し、該超臨界状態で貯蔵された前記溶媒を超臨界状態でその中の固形物を濾過することを特徴とし、更に、前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態で貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記超臨界状態での貯蔵に供給すること、前記濾過された超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記高圧容器に供給すること、前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御しながら前記濾過を行うこと、前記液体状態での貯蔵、前記超臨界状態での貯蔵、前記濾過、前記再液体状態での貯蔵及び高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥を順次に高い位置で行うことを特徴とする超臨界流体処理方法にある。
〔実験例１〕

図1は、本実験例の微細構造物乾燥装置のブロック図である。図1に示すように、乾燥溶媒を貯蔵するサイホン管付液取りボンベやＣＥからなるボンベ100、乾燥溶媒を送出するための高圧ポンプ101、乾燥溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するためのフィルタを有する濾過手段102、被乾燥物を保持して処理するための高圧乾燥処理容器103、乾燥溶媒を供給するためのバルブ104、乾燥溶媒を開放するための調節弁105、被乾燥物106、高圧ポンプより送出された乾燥溶媒を超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段200を有する。濾過手段102と超臨界状態貯蔵手段200には加熱手段と乾燥溶媒の圧力及び温度を制御する制御手段を有する。

以下、図1に示した微細構造乾燥装置における被乾燥物の乾燥方法について説明する。本実験例は、乾燥溶媒として液化二酸化炭素を用いた場合の例である。
（１）乾燥しようとする被乾燥物106を高圧乾燥処理容器103に搬入・保持し、終了後に高圧乾燥処理容器103の蓋を閉める。
（２）次に、ボンベ100の頭上弁のバルブ104を開放する。バルブ104を開放すると、気体/液体混合の二酸化炭素がリンス置換に必要な流量を高圧ポンプ101にて送出する。
（３）高圧ポンプ101にて送出された気体/液体混合の二酸化炭素は、超臨界状態貯蔵手段200にて、超臨界圧力及び温度に制御され超臨界状態に変換される。
（４）超臨界状態となった二酸化炭素は、濾過手段102の焼結フィルタやメンブレンフィルタなど除去目的の目の粗さに合わせた2つ以上のフィルタにて超臨界状態前の液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)し、高清浄化する。濾過手段102の外周にはヒータがあり、超臨界温度状態に保たれる。

高清浄化された超臨界二酸化炭素は液体二酸化炭素の状態で高圧乾燥処理容器103へ供給する。

高圧乾燥処理容器103へ高清浄化された液体二酸化炭素が導入されると、乾燥される被乾燥物106が液体状態の二酸化炭素で満たされ、微細構造間に残留しているリンス液が液体二酸化炭素に置換される。

リンス液の置換が終了した後、乾燥溶媒の圧力を保ちながら高圧乾燥処理容器103の温度を18℃から40℃に制御する。これにより、液体の二酸化炭素が超臨界状態となる。

超臨界状態となった後、制御温度40℃を保ちながら調節弁105を開けて、高圧乾燥処理容器103内の超臨界二酸化炭素を開放する。これにより、超臨界状態から開放するため気体/液体の界面を介さない、高清浄な状態で乾燥を終了することができる。

以上のように、本実験例の微細構造乾燥装置では、乾燥溶媒を高圧乾燥処理容器に供給する前に、乾燥溶媒を超臨界状態として、その時にフィルタで液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するため、乾燥溶媒の清浄度を高くすることができ、また、フィルタ部分での乾燥溶媒の固体化を防止できるため、フィルタ自身を傷めることなく清浄化できる。本実施例では、超臨界状態貯蔵手段200、濾過手段102及び高圧乾燥処理容器103は同一高さで配管されているが、これらを順次高い位置に設置することにより後述する実施例３と同様に金属微粒子を清浄度を高く除去することができる。
〔実験例２〕

図2は、実験例の他の例を示す微細構造物乾燥装置の構成図である。図2に示すように、乾燥溶媒を貯蔵するサイホン管付液取りボンベやＣＥからなるボンベ100、乾燥溶媒を送出するための高圧ポンプ101、乾燥溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するための濾過手段102、被乾燥物を保持して処理するための高圧乾燥処理容器103、乾燥溶媒を供給するためのバルブ104、乾燥溶媒を開放するための調節弁105、被乾燥物106、高圧ポンプより送出された乾燥溶媒を超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段200、乾燥溶媒を冷却して液化し貯蔵できる液体状態貯蔵手段300を有する。濾過手段102と超臨界状態貯蔵手段200には加熱手段と圧力及び温度を制御する制御手段とを有する。

以下、図2に示した微細構造乾燥装置における被乾燥物の乾燥方法について説明する。本実験例は乾燥溶媒として液化二酸化炭素を用いた場合の例である。
（１）まず、乾燥しようとする被乾燥物106を高圧乾燥処理容器103に搬入・保持し、終了後に高圧乾燥処理容器103の蓋を閉める。
（２）次に、ボンベ100の頭上弁のバルブ104を開放する。バルブ104を開放すると、気体/液体混合の二酸化炭素が液体状態貯蔵手段300に導入される。この時、液体状態貯蔵手段300は-10℃に保たれているので気体であった二酸化炭素も冷却され液体となる。
（３）次に、液化二酸化炭素をリンス置換に必要な流量で高圧ポンプ101にて送出する。
（４）高圧ポンプ101にて送出された液体二酸化炭素は、超臨界状態貯蔵手段200にて、超臨界圧力・温度に制御され超臨界状態に変換される。
（５）超臨界状態となった二酸化炭素は、濾過手段102の焼結フィルタやメンブレンフィルタなど除去目的の目の粗さに合わせた2つ以上のフィルタにて液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過 (分離)し、高清浄化する。

高清浄化された超臨界二酸化炭素は液体二酸化炭素の状態で高圧乾燥処理容器103へ供給する。

高圧乾燥処理容器103へ高清浄化された液体二酸化炭素が導入されると、乾燥される被乾燥物106が液体状態の液体二酸化炭素で満たされ、微細構造間に残留しているリンス液が液体二酸化炭素に置換される。

リンス液の置換が終了した後、乾燥溶媒の圧力を保ちながら高圧乾燥処理容器103の温度を18℃から40℃に制御する。これにより、液体二酸化炭素が超臨界状態となる。

超臨界状態となった後、制御温度40℃を保ちながら調節弁105を開けて、高圧乾燥処理容器103内の超臨界二酸化炭素を開放する。これにより、超臨界状態から開放するため気体/液体の界面を介さない、高清浄な状態で乾燥を終了することができる。

以上のように、本実験例の微細構造乾燥装置では、乾燥溶媒を高圧乾燥処理容器に供給する前に、乾燥溶媒を超臨界状態として、その時にフィルタで液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するため、乾燥溶媒の清浄度を高くすることができ、また、フィルタ部分での乾燥溶媒の固体化を防止できるため、フィルタを傷めることなく清浄化できる。又、濾過手段102の外周にはヒータがあり、超臨界温度状態に保たれる。
本実験例においても、液体状態貯蔵手段300、超臨界状態貯蔵手段200、濾過手段102及び高圧乾燥処理容器103は同一高さで配管されているが、これらを順次高い位置に設置することにより後述する実施例１と同様に金属微粒子を清浄度を高く除去することができる。
〔実施例１〕

図３は、本発明の微細構造物乾燥装置の構成図である。図３に示すように、乾燥溶媒を貯蔵するサイホン管付液取りボンベやＣＥからなるボンベ100、乾燥溶媒を送出するための高圧ポンプ101、乾燥溶媒中に含有される水分に溶解した不純物やボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するための濾過手段102、被乾燥物を保持して処理するための高圧乾燥処理容器103、乾燥溶媒を供給するためのバルブ104、乾燥溶媒を開放するための調節弁105、被乾燥物106、高圧ポンプより送出された乾燥溶媒を超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段200、乾燥溶媒を冷却して液化し貯蔵できる液体状態貯蔵手段300、高清浄化された乾燥溶媒を冷却して再液化し貯蔵できる再液化状態貯蔵手段400を有する。濾過手段102と超臨界状態貯蔵手段200には加熱手段と圧力及び温度を制御する制御手段とを有する。

本実施例においては、超臨界状態貯蔵手段200、濾過手段102、液体状態貯蔵手段300、再液化状態貯蔵手段400及び高圧乾燥処理容器103の順に設置位置が高くなっており、液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した重い金属微粒子との比重差を利用し、重い金属微粒子を上部へ持ち上がらせない(搬送しない)ようにして、より高清浄化された乾燥溶媒を高圧乾燥処理容器103に供給できるものである。

以下、図3に示した微細構造乾燥装置における被乾燥物の乾燥方法について説明する。表1は、図3における各部位での乾燥溶媒の状態を示す表である。表1において、温度及び圧力は乾燥溶媒として液化二酸化炭素を用いた場合の例である。

（１）乾燥しようとする被乾燥物106を高圧乾燥処理容器103に搬入・保持し、終了後に高圧乾燥処理容器103の蓋を閉める。
（２）次に、ボンベ100の頭上弁のバルブ104を開放する。バルブ104を開放すると、気体/液体混合の二酸化炭素が液体状態貯蔵手段300に導入される。この時、液体状態貯蔵手段300は-10℃に保たれているので気体であった二酸化炭素も冷却され液体となる(表1の3参照)。
（３）次に、液化二酸化炭素をリンス置換に必要な流量を高圧ポンプ101にて送出する。
（４）高圧ポンプ101にて送出された液体二酸化炭素は、超臨界状態貯蔵手段200にて、超臨界圧力・温度に制御され超臨界状態に変換される(表1の5参照)。
（５）超臨界状態となった二酸化炭素は、濾過手段102の焼結フィルタやメンブレンフィルタなど除去目的の目の粗さに合わせた２段以上のフィルタにて液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)し、高清浄化する。濾過手段102の外周にはいずれもヒータがあり、超臨界温度状態に保たれる。
（６）高清浄化された超臨界二酸化炭素を再液化状態貯蔵手段400にて冷却し液体へ再変換し(表1の7参照)、高圧乾燥処理容器103へ供給する。
（７）高圧乾燥処理容器103へ高清浄化された液体二酸化炭素が導入されると、乾燥される被乾燥物106が液体状態の二酸化炭素で満たされ、微細構造間に残留しているリンス液が液体二酸化炭素に置換される。
（８）リンス液の置換が終了した後、乾燥溶媒の圧力を保ちながら高圧乾燥処理容器103の温度を18℃から40℃に制御する。これにより、液体で有った二酸化炭素が超臨界状態(表1の8、9参照)となる。
（９）超臨界状態となった後、制御温度40℃を保ちながら調節弁105を開けて、高圧乾燥処理容器103内の超臨界状態の二酸化炭素を開放する。これにより、超臨界状態から開放するため気体/液体の界面を介さない、高清浄な状態で乾燥を終了することができる。

以上のように、本実施の形態の微細構造乾燥装置では、乾燥溶媒を高圧乾燥処理容器に供給する前に、乾燥溶媒を超臨界状態として、その時にフィルタで液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子を濾過(分離)するため、乾燥溶媒の清浄度を高くすることができ、また、フィルタ部分での乾燥溶媒の固体化を防止できるため、フィルタを傷めることなく清浄化できる。

また、液体状態貯蔵手段・超臨界状態貯蔵手段・フィルタ・再液化状態貯蔵手段を其々順次高い位置に配置すること、更に乾燥溶媒が下から導入され、上から供給することで、液体二酸化炭素中に含有される水分に溶解した不純物やサイホン管付液取りボンベなどから溶け出した金属微粒子自体を搬送させずに、低い位置に停滞させることで乾燥溶媒の清浄度を高める効果を高くすることができる。

更に、超臨界状態で濾過(分離)を行うため、気体状態で濾過(分離)する場合と比べて、再液化する際のエネルギーの消費を半減することができる。また、本実施の形態のように乾燥溶媒を再利用する構成となっていなくとも良いことは言うまでもない。

実験例１の微細構造乾燥装置を示す構成図である。 実験例２の微細構造乾燥装置を示す構成図である。 本発明の微細構造乾燥装置を示す構成図である。 従来の微細構造乾燥装置を示す構成図である。

符号の説明

100…ボンベ、101…高圧ポンプ、102…フィルタ、103…高圧乾燥処理装置、104…バルブ、105…調節弁、106…被乾燥物、200…超臨界状態貯蔵手段、300…液体状態貯蔵手段、400…再液化状態貯蔵手段。

Claims (16)

1. 高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器内に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理装置において、
   前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として貯蔵できる超臨界状態貯蔵手段と、該超臨界状態貯蔵手段からの超臨界状態の前記溶媒中の固形物を濾過する濾過手段とを有し、
   前記濾過手段と前記高圧容器との間に、前記濾過手段により濾過された前記超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵できる再液体状態貯蔵手段を有することを特徴とする超臨界流体処理装置。
2. 請求項１において、前記溶媒の供給源と超臨界状態貯蔵手段との間に前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態として貯蔵できる液体状態貯蔵手段を有することを特徴とする超臨界流体処理装置。
3. 請求項２において、前記液体状態貯蔵手段は前記溶媒を液化する液化手段を有し、該液化された溶媒を前記超臨界状態貯蔵手段に送出する圧力印加手段を有することを特徴とする超臨界流体処理装置。
4. 請求項１において、前記超臨界状態貯蔵手段は、前記溶媒を超臨界状態とする加熱手段と、前記溶媒の圧力及び温度を制御する制御手段とを有することを特徴とする超臨界流体処理装置。
5. 請求項１において、前記濾過手段は、目の粗さが３μm〜３nmであるフィルタと、その外周に設けられた加熱手段と、前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御する制御手段とを有し、前記フィルタと加熱手段とが複数段直列に配置されていることを特徴とする超臨界流体処理装置。
6. 請求項２において、前記液体状態貯蔵手段、前記超臨界状態貯蔵手段、前記濾過手段及び前記高圧容器は、順次高い位置に設置され、前記溶媒の流れが下部から上部の方向となるように配置されていることを特徴とする超臨界流体処理装置。
7. 請求項１において、前記濾過手段、前記再液体状態貯蔵手段及び前記高圧容器は、順次高い位置に設置されていることを特徴とする超臨界流体処理装置。
8. 請求項１において、前記溶媒は、前記高圧容器内の前記被処理物よりも低い位置より導入されることを特徴とする超臨界流体処理装置。
9. 請求項１において、前記高圧容器から大気に排出される前記溶媒の排出口は、前記高圧容器の上部に設けられていることを特徴とする超臨界流体処理装置。
10. 請求項１において、前記被処理物がリンス液に浸漬又は濡れた状態で前記高圧容器内に設置され、前記高圧容器内に導入された前記溶媒によって前記被処理物から前記リンス液を除去すると共に、前記被処理物を乾燥させることを特徴とする超臨界流体処理装置。
11. 高圧容器内に被処理物が設置され、前記高圧容器内に常温及び常圧では気体で高圧下では液体となる溶媒を液体又は超臨界状態で導入して前記被処理物を洗浄又は乾燥させる超臨界流体処理方法において、
    前記溶媒の供給源より供給される前記溶媒を超臨界状態として貯蔵し、該超臨界状態で貯蔵された超臨界状態の前記溶媒を超臨界状態でその中の固形物を濾過すると共に、該濾過された超臨界状態の溶媒を再度液体状態として貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記高圧容器に供給することを特徴とする超臨界流体処理方法。
12. 請求項１１において、前記供給源より供給される前記溶媒を液体状態の溶媒として貯蔵し、該貯蔵された液体状態の前記溶媒を前記超臨界状態での貯蔵に供給することを特徴とする超臨界流体処理方法。
13. 請求項１１において、前記溶媒を超臨界状態とする圧力及び温度を制御しながら前記濾過を行うことを特徴とする超臨界流体処理方法。
14. 請求項１２において、前記液体状態での貯蔵、前記超臨界状態での貯蔵、前記濾過及び高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥を順次に高い位置で行うことを特徴とする超臨界流体処理方法。
15. 請求項１１において、前記再度液体状態での貯蔵を、前記濾過と高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥との間で行ない、前記濾過、前記再度液体状態での貯蔵及び前記高圧容器内での前記被処理物の洗浄又は乾燥を順次高い位置で行うことを特徴とする超臨界流体処理方法。
16. 請求項１１において、前記被処理物をリンス液に浸漬又は濡れた状態で前記高圧容器内に設置し、前記高圧容器内に導入した前記溶媒によって前記被処理物から前記リンス液を除去すると共に、前記被処理物を乾燥させることを特徴とする超臨界流体処理方法。

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