液体加熱方法および液体加熱装置、ならびに電子材料の洗浄方法および洗浄システム。
【課題】過硫酸含有濃硫酸溶液などの流体を短時間で高温に加熱できる流体加熱方法、液体加熱装置、ならびに電子材料の洗浄方法および洗浄システムを提供する。
【解決手段】流路厚みまたは流路径が１０ｍｍ以下の流路に液体を通液し、該流路の厚み方向または周囲の一方向から流路面に向けてマイクロ波を照射し、流路厚みまたは流路径が２５ｍｍ以下の流路には厚み方向両側または全周囲から流路面に向けてマイクロ波を照射することで、流路内を通液される液体を瞬時に均一に加熱でき、液体を加熱することによる化学変化などを抑制することができ、過硫酸を洗浄液として用いる電子材料の洗浄システムなどに好適に利用することができる。
【解決手段】流路厚みまたは流路径が１０ｍｍ以下の流路に液体を通液し、該流路の厚み方向または周囲の一方向から流路面に向けてマイクロ波を照射し、流路厚みまたは流路径が２５ｍｍ以下の流路には厚み方向両側または全周囲から流路面に向けてマイクロ波を照射することで、流路内を通液される液体を瞬時に均一に加熱でき、液体を加熱することによる化学変化などを抑制することができ、過硫酸を洗浄液として用いる電子材料の洗浄システムなどに好適に利用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を高効率かつ短時間で昇温することができる液体加熱方法および加熱装置に関するものであり、特に半導体製造工程のひとつであるレジスト剥離工程などにおける洗浄に好適に用いることができる電子材料の洗浄方法および洗浄システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造におけるレジスト剥離工程において、硫酸溶液を電気分解して過硫酸（ペルオキソ二硫酸およびペルオキソ一硫酸；分子状過硫酸およびイオン状過硫酸）を生成し、過硫酸溶液を洗浄液として洗浄を行う硫酸電解法が知られている。レジスト剥離工程では洗浄液が高温（１２０〜１９０℃程度）であるほどレジスト剥離が効率的に進行する。これは硫酸電解法によって製造した洗浄液が所定の高温になると洗浄液中の過硫酸が自己分解して極めて酸化力の強い硫酸ラジカルを生成して洗浄に寄与するためであると考えられる。
ラジカルは寿命が短いため、洗浄液を早い段階で昇温してしまうと、洗浄液に含まれる過硫酸の自己分解が早すぎて洗浄に寄与することなく消費されてしまう。過硫酸溶液を高温化すると過硫酸が自己分解して硫酸ラジカルを生じて硫酸ラジカル濃度が上がり、同時に生じた硫酸ラジカルが分解して硫酸ラジカル濃度を下げる。液温にもよるが過硫酸溶液の高温化から０．数秒から数秒後に硫酸ラジカル濃度がピークとなる。従って硫酸ラジカル濃度がピークとなった時にちょうど洗浄に寄与させるような高温化のタイミングにするのがもっとも効率が良く、最適なタイミングを適宜設定する必要がある。
また、洗浄液を長時間（例えば数分程度）かけてゆっくり加熱した場合、高温化の途中で過硫酸の自己分解とそれに伴う硫酸ラジカルの分解が進行してしまい、高温化した時点では既に過硫酸濃度が低くなってしまうという問題がある。反応速度論とアレニウスの式に基づいて理論計算すると、図６のような結果となり、高温になると過硫酸の寿命は極めて短いことが分かる。
【０００３】
以上のことから洗浄液の昇温は洗浄直前にごく短時間（数秒程度）で行う必要がある。 一方、硫酸溶液の電解効率は低温ほど高く、過硫酸の自己分解速度は低温ほど小さいため、低温（２０〜６０℃程度）で硫酸溶液を電解することが望ましい。低温で電解した硫酸溶液をレジスト剥離工程における洗浄液として用いるためには洗浄直前に低温から高温まで瞬時に昇温する必要がある。
液体を加熱する加熱器として種々のものが提案されている。
例えば、半導体製造における純水等の加熱工程では、従来、図７に示すような流体加熱器が用いられている。該流体加熱器は筒状に形成された密閉型石英槽の側壁に液入口と液出口とが斜交いの位置に設けられ、内部に赤外線ヒータが設置されており、密閉型石英槽内に液入口を通して流入した純水等は、赤外線ヒータの外周部に接触して昇温しつつ液出口から排液される。
また、この他に、図８に示すように、流体加熱器を二重管で構成し、内管に設けた被加熱液体入口、被加熱液体出口を通して、被加熱液体を流し、一方、内管と外管との間には、外管に設けた熱媒油入口、熱媒油出口を通して熱媒油を流し、内管の壁部を通してこれら流体間で熱交換することで被加熱液体を加熱するものが知られている。
また、筒状としたセラミックヒータの内外周に被加熱流体の流路を設けて加熱効率を高めた流体加熱器も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、前記した流体加熱器のように、熱媒油などの高温流体を加熱源とすると、油→石英壁→溶液という順序で伝導伝熱および強制対流伝熱により熱が伝わる。この伝熱方式で短時間に大量の熱を伝えるためには熱媒油をできるだけ高温（例えば１０００℃以上）にすることが望ましいが、工業的に用いられる熱媒油の最高使用温度は３５０℃から４００℃程度である。熱媒油などを使う方法では加熱源の熱容量が大きいので急速加熱の開始・停止を瞬時に行うことが難しい。
【０００６】
これに対して、ハロゲンランプヒーターのように近赤外線を発する近赤外線ヒーターを用いた場合、光の輻射熱によって熱エネルギーが直接流体に伝わる。波長０．８μｍ〜数μｍの近赤外線は石英を透過し、数ｍｍ〜数１０ｍｍの厚さの水層には９９％以上吸収されるという性質がある。また、ランプヒーターはスイッチの開閉で加熱を瞬時に開始・停止することができるし、ランプ出力によって加熱温度も自在に調節可能である。従って高濃度硫酸水溶液の加熱には、従来から近赤外ランプヒーターが使われている。
【０００７】
しかし、近赤外ランプヒーターを用いた流体加熱器では、超純水や化学薬品溶液の加熱速度は数Ｌ／ｍｉｎと遅い。よって、ランプ出力とその寸法から石英槽の容量は数Ｌになり、液の滞留時間は１〜２分と長時間になってしまう。ここで過硫酸をこのような装置で加熱すると過硫酸の自己分解が進み過硫酸の浪費につながる。
従って上記流体加熱器を用いるときは、伝熱面温度を著しく高温（構成部材の耐熱性にもよるが３００〜５００℃）に設定することが必要である。しかし伝熱面を著しく高温に設定すると、伝熱面において局所的に過硫酸の自己分解速度が著しく大きくなり過硫酸の浪費につながるため、昇温後に過硫酸濃度が下がる原因となってしまう。そこで、伝熱面を高温に設定しないことにより加熱器内での過硫酸の自己分解をできるだけ抑えつつ硫酸溶液を昇温し、硫酸溶液の温度が高温になることによって過硫酸の自己分解が活性化するようにする必要がある。
ところが前記したいずれの流体加熱器で加熱しても、過硫酸濃度を高濃度に維持したまま硫酸溶液を短時間で高温まで加熱することは困難である。つまり、液流路の流路厚みが大きすぎると熱媒体を用いる場合はもちろんのこと、ランプを加熱器として用いる場合も光の輻射熱が奥のほうの液に伝わらず液全体を均等に昇温できないからである。
【０００８】
以上のことから本発明では、伝熱面を高温に設定することなく低温の被加熱液体を短時間で高温まで加熱することが可能な液体加熱方法および液体加熱装置、ならびにこれらを利用した電子材料の洗浄方法および洗浄システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明のうち、第１の本発明の液体加熱方法は、流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする。
また、流路径が１０ｍｍ以下である管状流路では、該流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする。
【００１０】
また、流路厚みが２５ｍｍ以下の扁平な流路である場合には流路外部の厚み方向両側から、また流路径が２５ｍｍ以下の管状流路である場合には流路外部の周囲複数箇所または全周囲から、マイクロ波を流路面に向けて照射することで、流路内を通液している液体を短時間で昇温させることができる。なお、管状流路では、複数箇所照射では、略等角度間隔の位置から照射するのが望ましく、さらには、全周囲から照射するのが一層望ましい。
なお、扁平な流路は、厚み方向が幅方向よりも小さい流路形状を有しているものであればよい。また、管状流路は、円筒そのものの他、楕円筒形状、多角筒形状であってもよい。円筒以外の流路径は、最長の流路断面長さで示すことができる。
【００１１】
水分子を含む物体をマイクロ波で照射することにより加熱できることは公知である。水分子のＨ原子には正の電荷、Ｏ原子には負の電荷が局在化しており、マイクロ波の正負が入れ替わるのに合わせて吸引・反発されるので水分子が振動し、加熱されるのである。８５質量％硫酸溶液であっても、モル分率で言えば水分子は４９ｍｏｌ％含まれる。従って通常の水分子を含む物質と同様にマイクロ波で加熱することが可能である。水分子に限らず、誘電体であればマイクロ波により分子に振動を与え、加熱することができ、硫酸もマイクロ波による加熱が可能である。但し、その吸収効率（マイクロ波が物質に吸収され、熱に変換される割合）は物質ごとに異なる。
【００１２】
加熱方法によらず、物質によっては加熱時間が長いとその成分が分解してしまい、利用価値を失ってしまうことがある。このような場合には、短時間で加熱することが重要である。家庭用電子レンジでは、一般に食品を常温から１００数十℃まで数分間で加熱するように設計されている。電解硫酸の場合、貯留槽温度が約６５℃であり、枚葉式洗浄機での該溶液の使用温度は１８０℃程度である。過硫酸の熱分解を極力抑えるためには、このΔ１１５℃の昇温を５秒あるいはそれ以下で行う必要がある。短時間に、かつ局部過熱することなく加熱するためには、マイクロ波の進行方向における流体の厚みを極力薄くして、マイクロ波の到達深度が浅くても流体全体を加熱できるようにすることが重要である。
一般にマイクロ波の到達深度は次の式（１）で表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】
日本で家庭用電子レンジや一般工業用加熱装置に用いられるマイクロ波の周波数ｆは２４５０ＭＨｚである。水の比誘電率ε’は８８．１５であり、水のマイクロ波帯域における誘電正接ｔａｎδは約０．１４であるから、マイクロ波の到達深度Ｄは１０ｍｍ程度である（参考文献１）。純粋な硫酸の比誘電率は１００であり、従ってＤは１０ｍｍよりやや小さくなるが、水と比べて大差が無い。よって、硫酸水溶液の流路の片側からマイクロ波を照射した場合には、流路厚が１０ｍｍ以下であれば流体はほぼ均一に加熱される。マイクロ波を流路の両面または全周囲から照射した場合には、その流路幅あるいは流路直径は概ね２５ｍｍ以下であれば均一に加熱されることになる。
参考文献１：R. Von Hippel, Dielectric Materials and Application, The MIT Press (1966)
【００１５】
上記のように、液体に対するマイクロ波の到達深度はほぼ１０ｍｍであるので、流路厚みまたは流路径が１０ｍｍ以下の扁平な流路または管状流路である場合には、流路外の厚み方向片側や一方向からマイクロ波を流路面に向けて照射することで、流路内を通液している液体を短時間で昇温させることができる。
但し、扁平な流路の片面側流路の厚みや流路径が１０ｍｍを超えると、マイクロ波が到達しない部分ができてしまい、均一に加熱できなくなる。したがって、流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路に対しては、厚み方向両側から流路面に向けてマイクロ波を照射し、管状の流路に対しては流路外部の複数箇所または全周囲から流路面に向けてマイクロ波を照射することによって、液体を短時間で確実に加熱することができる。
【００１６】
また、本発明の加熱装置では、液体が通液される上記流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有する。 マイクロ波照射部は、上記したように流路厚み、流路径に従って、照射方向数が異なっている。マイクロ波照射では、２４５０±５０ＭＨｚの周波数域の範囲内にあるマイクロ波を好適に用いることができる。
上記流路では、マイクロ波の照射によって短時間で昇温するが、好適には、流路内を通液される液体を１０℃／秒以上、さらに望ましくは２０℃／秒以上の速度で昇温させる。
マイクロ波の照射によって、流路内を通液される５０〜８０℃の液温を有する液体を１５０〜１９０℃の液温に昇温させることができる。
上記液体には、過硫酸含有硫酸溶液を用いることができ、該過硫酸含有硫酸溶液としては、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液を用いることができる。
【００１７】
また、上記流路の材質としては、ポリテトラフルオロエチレンを好適に用いることができる。該材質は、酸化性の強い液体に対する耐性も高く、また、マイクロ波の透過性が良好で、流路内液体を効果的に昇温させることができる。
【００１８】
上記流路で加熱し、昇温した過硫酸含有硫酸溶液は電子材料の洗浄液として使用することができる。そして、洗浄システムとして、上記液体加熱装置と、該液体加熱装置の通液方向下流側に位置して、液体加熱装置によって昇温した過硫酸含有硫酸溶液を洗浄液として電子材料を洗浄する洗浄部とを備えるものを構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
すなわち、本発明の液体加熱方法によれば、流路厚み、または流路径を制限した流路に液体を通液して、流路外部から流路面に向けてマイクロ波を照射することにより、流路内を通液する液体を短時間、かつ均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の液体加熱器を示す正面断面図（図ａ）および側面断面図（図ｂ）である。
【図２】同じく、他の実施形態の各液体加熱器を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の枚葉式洗浄システムを示す図である。
【図４】同じく、加熱器の温度上昇・降温プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態の液体加熱器を示す断面図である。
【図６】過硫酸溶液の温度（１２０〜１７０℃）と寿命の関係を示す図である。
【図７】従来の液体加熱器の例を示す概略図である。
【図８】同じく、他例の液体加熱器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態の液体加熱器を説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、該液体加熱器１を概略的に示すものである。
液体加熱器１では、ポリテトラフルオロエチレン製の管状の流路２が縦面上で蛇行して、金属板を内張した加熱室３内に配置されている。流路２は、１０ｍｍ以下の流路径で構成されており、その一端には、液体導入部２ａが設けられ、他端に液体排出部２ｂが設けられてそれぞれ外部の配管に接続されている。
加熱室３の前記流路２を長手方向に沿って挟む側壁の一面には、放射開口部５が設けられており、該放射開口部５には、２４５０±５０ＭＨｚのマイクロ波を発信するマイクロ波発信器７が設けられた導波管６が接続されている。上記マイクロ波発信器７、導波管６、放射開口部５によって本発明のマイクロ波照射部が構成されている。
【００２２】
上記液体加熱器１では、マイクロ波発信器７から出力されたマイクロ波が導波管６内を移動して放射開口部５から加熱室３内に放射される。放射開口部５から放射されたマイクロ波は加熱室３内を移動して、流路２の長手方向全体に亘って片面側から照射される。また放射されたマイクロ波は、加熱室３の金属板で反射されて、さらに流路２に照射される作用も得られる。この際に液体導入部２ａから流路２内に過硫酸含有硫酸溶液などの液体が導入される、液体は流路２内を通り、上記マイクロ波の照射を受けつつ液体排出部２ｂに至り、さらに下流側に送液される。流路２内では、マイクロ波の照射によって液体が短時間で昇温する（例えば１０〜２０℃／秒）。例えば、５０〜８０℃の液温を有する状態で流路２に導入された過硫酸含有硫酸溶液は、流路２を通液されることで、排出される際には１５０〜１９０℃に昇温している。
【００２３】
なお、上記加熱器において、マイクロ波が平面波ではなく、ある角度をもって拡がる場合には、図２（ａ）に示すようにマイクロ波が均一に照射されるように複数の流路２を弧状の位置に配置し、その内周側からマイクロ波を照射するとともに、流路２の外周側に凹面とした金属反射板８を配置してもよい。流路全体を反射板で覆えば熱効率を高めることができる。
また、上記では、液体加熱器として管状の流路を有するものについて説明した。
流路を扁平な流路によって構成することもできる。
図２（ｂ）は、流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路１０の外部片側から流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１２を設けたものである。この液体加熱器では、片側からのマイクロ波照射によっても流路内を通液される液体を速やかに加熱することができる。
図２（ｃ）は、流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路１１の外部両側から流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１２、１２を設けたものである。この液体加熱器では、両側からのマイクロ波照射によっても、２５ｍｍ以下、特に１０ｍｍ超２５ｍｍ以下の厚みの流路内を通液される液体を速やかに加熱することができる。
【００２４】
上記液体加熱器１を洗浄システムの用途に用いる場合は、例えば図３のような枚葉式洗浄システムに組み込むことができる。
該システムは、過硫酸（ペルオキソ二硫酸およびペルオキソ一硫酸）を含む濃硫酸溶液（以下、過硫酸含有濃硫酸溶液という）を収容する貯留槽２０と硫酸イオンを電解して過硫酸イオンを生成する電解装置２３と洗浄部２５とを備えている。貯留槽２０では、当初は７０質量％以上の濃硫酸が用意されて５０〜８０℃に保持され、ポンプ２１で送液されつつ熱交換器２２で電解に好適な液温（４０〜６０℃）に冷却されて電解装置２３に供給される。電解装置２３では、電解によって硫酸イオンから過硫酸イオンを生成し、例えば５〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で貯留槽２０との間で循環させて過硫酸含有濃硫酸溶液が得られる。貯留槽２０内の過硫酸含有濃硫酸溶液はポンプ２４で例えば１〜２Ｌ／ｍｉｎの流量で抜き出され、上記した液体加熱器１で短時間で高温（好適には１５０〜１９０℃、さらに好適には１５０〜１８０℃）に加熱され、洗浄部２５に収めた電子材料である半導体ウェハ１００に流下して該半導体ウェハの洗浄に供される。この際に、過硫酸含有濃硫酸溶液は、液体加熱器１で速やかに高温に加熱されており、過硫酸が過剰に自己分解することなく高い洗浄力を維持したままで洗浄部２５に供給される。洗浄部２５で使用された溶液は、ポンプ２６で抜き出され、熱交換器２７で冷却されて貯留槽２０に返送される。
【００２５】
本発明の液体加熱器を用いて過硫酸含有濃硫酸溶液による枚葉式洗浄をする場合、液体加熱器１によって過硫酸を含む硫酸水溶液を瞬時に１５０℃程度にまで加熱しなければならない。従って、前段において適切な液温を保持しておくことが必要である。そこで図３に示すシステムのように、システムにおいて液体加熱器１の前段に貯留槽２０を設けて槽内温度が５０〜８０℃に保持されるようにすることが好ましい。槽内温度が５０℃未満では本発明の液体加熱器１への負荷が大きくなりすぎ、逆に８０℃を超過すると過硫酸の自己分解速度が大きすぎるため貯留槽２０の過硫酸濃度を高い状態で維持できないからである。
ここで図３に示すシステムでは貯留槽２０から引き抜いた硫酸溶液を冷却して電解した後に貯留槽２０に返送している。電解に適した温度は４０〜６０℃であり、電解すると温度が２０℃程度上昇して６０〜８０℃となるので、電解前に硫酸溶液を４０〜６０℃に冷却すれば貯留槽２０内の硫酸溶液の温度を別途調整する必要がないため当該構成となっている。
特に本システムにおいて電解に供される硫酸溶液は、７０〜９６質量％の濃度が望ましい。レジスト剥離には、レジストとシリコン基板との間に浸透する力（浸透力）と、レジストを酸化する力（酸化力）の両者が必要である。硫酸濃度が低い方が、酸化力を有する過硫酸の生成効率が高く、また、硫酸濃度が高い方が、浸透力が高い。このため、レジストの種類やシリコン基板上に形成されたパターン形状などにより、上記の範囲内で最適な硫酸濃度を選択する。
【００２６】
急速加熱器を枚葉式の洗浄装置に用いる場合、加熱器内部での液の保有量が小さく、図４のように昇温・降温が迅速であることが望ましい。保有量が多いと、昇温・降温が迅速でなくなり、ウエハ処理に対して有効ではない中間温度の液を大量に廃棄することになるからである。また、過硫酸溶液を高温のまま長時間保有することは、過硫酸の分解に繋がるので好ましくない。
【００２７】
なお、上記では、洗浄システムとして枚葉式のものを説明したが、洗浄部として洗浄槽を有し、該洗浄槽内に上記洗浄液を貯液して、洗浄液に電子材料を浸漬し洗浄を行うバッチ式のものとすることも可能である。
【００２８】
（実施形態２）
上記実施形態１の液体加熱器は、流路外部の一方側からマイクロ波を照射する構造である。流路外の全周囲から流路面に向けてマイクロ波が照射される構造としてもよい。
図５に示すように、この実施形態の液体加熱器３０では、流路３１の長手方向に沿って扁平状とした導波管３２の先端に、前方に向けて流路断面方向に次第に拡がるテーパー状の導波管３３を連結し、該テーパー状導波管３３の前端に、該導波管３３の前端を覆うように凹面形状の反射板３４を設ける。前記流路３１は上記テーパー状の導波管３３内に位置しており、導波管３３の両側に設けられて前記反射板３４に接続された側板を貫通して外部に伸張する配管に接続されている。これら接続箇所の一方が液体導入部３１ａに相当し、他方が液体排出部３１ｂに相当する。また、反射板３４の反射角は、反射したマイクロ波が流路３１に向かうような角度とする。流路には低誘電率、耐薬品性のポリテトラフルオロエチレンを用いている。尚、図には示していないが、マイクロ波が反射されて導波管を逆に遡ることを防ぐため、導波管３２の途中にアイソレーターを設ける。
【００２９】
上記液体加熱器３０では、導波管３２に導入されたマイクロ波が導波管３２内を進み、さらに導波管３３内で放射され、導波管３３内面および反射板３４内面で反射される。この結果、流路３１には、外部全周囲からマイクロ波が照射され、通液される液体が速やかに加熱される。
この場合、マイクロ波が流路の全周囲から照射される構造となるため、流路の厚みは、２５ｍｍ以下であればよい。
【００３０】
以上、本発明の液体加熱器について上記実施形態のように例を挙げて説明をしたが、本発明は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【実施例１】
【００３１】
硫酸濃度８５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有硫酸溶液を内径１０ｍｍ、長さ２．１ｍの管状のポリテトラフルオロエチレン製流路に２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で流し、マイクロ波を流路の厚さ方向に対して一方の側より照射した。流路入口における液温度は６５℃であり、流路内での液の滞留時間は５秒であった。マイクロ波発振器はマグネトロン真空管であり、その周波数は２４５０ＭＨｚである。マイクロ波出力を１７．２ｋＷにしたところ、過硫酸含有硫酸溶液の流路出口の温度は１８０℃になった。したがって、昇温速度は２３℃／秒であり、熱効率は７０％と計算される。上記過硫酸含有濃硫酸溶液における過硫酸濃度は流路入口で２０ｇ／Ｌ、流路出口で１６ｇ／Ｌであり、過硫酸の活性は十分に保たれていることが分かった。
【実施例２】
【００３２】
実施例１と同様の装置構成で、硫酸濃度７５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有濃硫酸溶液を２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で流して加熱したところ、１８０℃に達するマイクロ波出力は１５ｋＷであり、熱効率は８０％であった。次いで、硫酸濃度９６質量％の液を用いて同様の試験を行ったところ、マイクロ波出力として１８．３ｋＷを要し、熱効率は６０％であった。硫酸濃度が薄い方が水分子を多く含むので、マイクロ波の吸収効率が良くなったと考えられる。
【実施例３】
【００３３】
図３に示す装置構成からなるマイクロ波加熱装置を用い、流路は内径２５ｍｍ、長さ３４０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン製チューブとした。これに８５質量％過硫酸含有濃硫酸水溶液を２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で通した。この場合の流路内滞留時間は５秒である。マグネトロン真空管から発した周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を上記流路に照射した。流路の液体入口温度６５℃のとき、出口温度を１８０℃にするのにマイクロ波出力１７ｋＷを要した。したがって、昇温速度は２３℃／秒であり、熱効率は７１％と計算される。過硫酸濃度は入口で２０ｇ／Ｌ、出口で１６ｇ／Ｌであった。加熱後も実用上十分な過硫酸濃度を確保できることが分かった。
【００３４】
（比較例１）
硫酸濃度８５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有濃硫酸溶液２Ｌを口径１３０ｍｍのビーカーに入れ、マイクロ波をビーカー側面の１方向から１分間照射した。照射前の過硫酸溶液の温度は６０℃であった。マイクロ波発振器はマグネトロン真空管であり、その周波数は２４５０ＭＨｚである。マイクロ波出力を１５ｋＷにしたところ、１分間加熱後の過硫酸溶液の温度は１３０℃であった。従って、昇温速度は１．１７℃／秒であり、熱効率は５０％と計算される。過硫酸濃度は加熱初期には２０ｇ／Ｌであったが、加熱終了後には１１ｇ／Ｌに低下していた。温度は比較的低いものの、加熱時間が長かったため、過硫酸の分解が進んだものと考えられる。
【００３５】
（比較例２）
比較例１と同じ構成で、１分間で１８０℃まで昇温するようにマイクロ波出力を高めていったところ、３０ｋＷを要した。昇温速度は２℃／秒であり、この時の熱効率は４２％である。過硫酸濃度は加熱初期には２０ｇ／Ｌであったが、加熱終了後には６ｇ／Ｌに低下していた。これは過硫酸が高温下に長時間曝されたためと考えられる
【符号の説明】
【００３６】
１ 液体加熱器
２ 流路
２ａ 液体導入部
２ｂ 液体排出部
３ 加熱室
６ 導波管
７ マイクロ波発信器
８ 金属反射板
１０ 流路
１１ 流路
１２ マイクロ波発信器
２３ 電解装置
２５ 洗浄部
３０ 液体加熱器
３１ 流路
３２ 導波管
３３ 導波管
３４ 反射板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を高効率かつ短時間で昇温することができる液体加熱方法および加熱装置に関するものであり、特に半導体製造工程のひとつであるレジスト剥離工程などにおける洗浄に好適に用いることができる電子材料の洗浄方法および洗浄システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造におけるレジスト剥離工程において、硫酸溶液を電気分解して過硫酸（ペルオキソ二硫酸およびペルオキソ一硫酸；分子状過硫酸およびイオン状過硫酸）を生成し、過硫酸溶液を洗浄液として洗浄を行う硫酸電解法が知られている。レジスト剥離工程では洗浄液が高温（１２０〜１９０℃程度）であるほどレジスト剥離が効率的に進行する。これは硫酸電解法によって製造した洗浄液が所定の高温になると洗浄液中の過硫酸が自己分解して極めて酸化力の強い硫酸ラジカルを生成して洗浄に寄与するためであると考えられる。
ラジカルは寿命が短いため、洗浄液を早い段階で昇温してしまうと、洗浄液に含まれる過硫酸の自己分解が早すぎて洗浄に寄与することなく消費されてしまう。過硫酸溶液を高温化すると過硫酸が自己分解して硫酸ラジカルを生じて硫酸ラジカル濃度が上がり、同時に生じた硫酸ラジカルが分解して硫酸ラジカル濃度を下げる。液温にもよるが過硫酸溶液の高温化から０．数秒から数秒後に硫酸ラジカル濃度がピークとなる。従って硫酸ラジカル濃度がピークとなった時にちょうど洗浄に寄与させるような高温化のタイミングにするのがもっとも効率が良く、最適なタイミングを適宜設定する必要がある。
また、洗浄液を長時間（例えば数分程度）かけてゆっくり加熱した場合、高温化の途中で過硫酸の自己分解とそれに伴う硫酸ラジカルの分解が進行してしまい、高温化した時点では既に過硫酸濃度が低くなってしまうという問題がある。反応速度論とアレニウスの式に基づいて理論計算すると、図６のような結果となり、高温になると過硫酸の寿命は極めて短いことが分かる。
【０００３】
以上のことから洗浄液の昇温は洗浄直前にごく短時間（数秒程度）で行う必要がある。 一方、硫酸溶液の電解効率は低温ほど高く、過硫酸の自己分解速度は低温ほど小さいため、低温（２０〜６０℃程度）で硫酸溶液を電解することが望ましい。低温で電解した硫酸溶液をレジスト剥離工程における洗浄液として用いるためには洗浄直前に低温から高温まで瞬時に昇温する必要がある。
液体を加熱する加熱器として種々のものが提案されている。
例えば、半導体製造における純水等の加熱工程では、従来、図７に示すような流体加熱器が用いられている。該流体加熱器は筒状に形成された密閉型石英槽の側壁に液入口と液出口とが斜交いの位置に設けられ、内部に赤外線ヒータが設置されており、密閉型石英槽内に液入口を通して流入した純水等は、赤外線ヒータの外周部に接触して昇温しつつ液出口から排液される。
また、この他に、図８に示すように、流体加熱器を二重管で構成し、内管に設けた被加熱液体入口、被加熱液体出口を通して、被加熱液体を流し、一方、内管と外管との間には、外管に設けた熱媒油入口、熱媒油出口を通して熱媒油を流し、内管の壁部を通してこれら流体間で熱交換することで被加熱液体を加熱するものが知られている。
また、筒状としたセラミックヒータの内外周に被加熱流体の流路を設けて加熱効率を高めた流体加熱器も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、前記した流体加熱器のように、熱媒油などの高温流体を加熱源とすると、油→石英壁→溶液という順序で伝導伝熱および強制対流伝熱により熱が伝わる。この伝熱方式で短時間に大量の熱を伝えるためには熱媒油をできるだけ高温（例えば１０００℃以上）にすることが望ましいが、工業的に用いられる熱媒油の最高使用温度は３５０℃から４００℃程度である。熱媒油などを使う方法では加熱源の熱容量が大きいので急速加熱の開始・停止を瞬時に行うことが難しい。
【０００６】
これに対して、ハロゲンランプヒーターのように近赤外線を発する近赤外線ヒーターを用いた場合、光の輻射熱によって熱エネルギーが直接流体に伝わる。波長０．８μｍ〜数μｍの近赤外線は石英を透過し、数ｍｍ〜数１０ｍｍの厚さの水層には９９％以上吸収されるという性質がある。また、ランプヒーターはスイッチの開閉で加熱を瞬時に開始・停止することができるし、ランプ出力によって加熱温度も自在に調節可能である。従って高濃度硫酸水溶液の加熱には、従来から近赤外ランプヒーターが使われている。
【０００７】
しかし、近赤外ランプヒーターを用いた流体加熱器では、超純水や化学薬品溶液の加熱速度は数Ｌ／ｍｉｎと遅い。よって、ランプ出力とその寸法から石英槽の容量は数Ｌになり、液の滞留時間は１〜２分と長時間になってしまう。ここで過硫酸をこのような装置で加熱すると過硫酸の自己分解が進み過硫酸の浪費につながる。
従って上記流体加熱器を用いるときは、伝熱面温度を著しく高温（構成部材の耐熱性にもよるが３００〜５００℃）に設定することが必要である。しかし伝熱面を著しく高温に設定すると、伝熱面において局所的に過硫酸の自己分解速度が著しく大きくなり過硫酸の浪費につながるため、昇温後に過硫酸濃度が下がる原因となってしまう。そこで、伝熱面を高温に設定しないことにより加熱器内での過硫酸の自己分解をできるだけ抑えつつ硫酸溶液を昇温し、硫酸溶液の温度が高温になることによって過硫酸の自己分解が活性化するようにする必要がある。
ところが前記したいずれの流体加熱器で加熱しても、過硫酸濃度を高濃度に維持したまま硫酸溶液を短時間で高温まで加熱することは困難である。つまり、液流路の流路厚みが大きすぎると熱媒体を用いる場合はもちろんのこと、ランプを加熱器として用いる場合も光の輻射熱が奥のほうの液に伝わらず液全体を均等に昇温できないからである。
【０００８】
以上のことから本発明では、伝熱面を高温に設定することなく低温の被加熱液体を短時間で高温まで加熱することが可能な液体加熱方法および液体加熱装置、ならびにこれらを利用した電子材料の洗浄方法および洗浄システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明のうち、第１の本発明の液体加熱方法は、流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする。
また、流路径が１０ｍｍ以下である管状流路では、該流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする。
【００１０】
また、流路厚みが２５ｍｍ以下の扁平な流路である場合には流路外部の厚み方向両側から、また流路径が２５ｍｍ以下の管状流路である場合には流路外部の周囲複数箇所または全周囲から、マイクロ波を流路面に向けて照射することで、流路内を通液している液体を短時間で昇温させることができる。なお、管状流路では、複数箇所照射では、略等角度間隔の位置から照射するのが望ましく、さらには、全周囲から照射するのが一層望ましい。
なお、扁平な流路は、厚み方向が幅方向よりも小さい流路形状を有しているものであればよい。また、管状流路は、円筒そのものの他、楕円筒形状、多角筒形状であってもよい。円筒以外の流路径は、最長の流路断面長さで示すことができる。
【００１１】
水分子を含む物体をマイクロ波で照射することにより加熱できることは公知である。水分子のＨ原子には正の電荷、Ｏ原子には負の電荷が局在化しており、マイクロ波の正負が入れ替わるのに合わせて吸引・反発されるので水分子が振動し、加熱されるのである。８５質量％硫酸溶液であっても、モル分率で言えば水分子は４９ｍｏｌ％含まれる。従って通常の水分子を含む物質と同様にマイクロ波で加熱することが可能である。水分子に限らず、誘電体であればマイクロ波により分子に振動を与え、加熱することができ、硫酸もマイクロ波による加熱が可能である。但し、その吸収効率（マイクロ波が物質に吸収され、熱に変換される割合）は物質ごとに異なる。
【００１２】
加熱方法によらず、物質によっては加熱時間が長いとその成分が分解してしまい、利用価値を失ってしまうことがある。このような場合には、短時間で加熱することが重要である。家庭用電子レンジでは、一般に食品を常温から１００数十℃まで数分間で加熱するように設計されている。電解硫酸の場合、貯留槽温度が約６５℃であり、枚葉式洗浄機での該溶液の使用温度は１８０℃程度である。過硫酸の熱分解を極力抑えるためには、このΔ１１５℃の昇温を５秒あるいはそれ以下で行う必要がある。短時間に、かつ局部過熱することなく加熱するためには、マイクロ波の進行方向における流体の厚みを極力薄くして、マイクロ波の到達深度が浅くても流体全体を加熱できるようにすることが重要である。
一般にマイクロ波の到達深度は次の式（１）で表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】
日本で家庭用電子レンジや一般工業用加熱装置に用いられるマイクロ波の周波数ｆは２４５０ＭＨｚである。水の比誘電率ε’は８８．１５であり、水のマイクロ波帯域における誘電正接ｔａｎδは約０．１４であるから、マイクロ波の到達深度Ｄは１０ｍｍ程度である（参考文献１）。純粋な硫酸の比誘電率は１００であり、従ってＤは１０ｍｍよりやや小さくなるが、水と比べて大差が無い。よって、硫酸水溶液の流路の片側からマイクロ波を照射した場合には、流路厚が１０ｍｍ以下であれば流体はほぼ均一に加熱される。マイクロ波を流路の両面または全周囲から照射した場合には、その流路幅あるいは流路直径は概ね２５ｍｍ以下であれば均一に加熱されることになる。
参考文献１：R. Von Hippel, Dielectric Materials and Application, The MIT Press (1966)
【００１５】
上記のように、液体に対するマイクロ波の到達深度はほぼ１０ｍｍであるので、流路厚みまたは流路径が１０ｍｍ以下の扁平な流路または管状流路である場合には、流路外の厚み方向片側や一方向からマイクロ波を流路面に向けて照射することで、流路内を通液している液体を短時間で昇温させることができる。
但し、扁平な流路の片面側流路の厚みや流路径が１０ｍｍを超えると、マイクロ波が到達しない部分ができてしまい、均一に加熱できなくなる。したがって、流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路に対しては、厚み方向両側から流路面に向けてマイクロ波を照射し、管状の流路に対しては流路外部の複数箇所または全周囲から流路面に向けてマイクロ波を照射することによって、液体を短時間で確実に加熱することができる。
【００１６】
また、本発明の加熱装置では、液体が通液される上記流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有する。 マイクロ波照射部は、上記したように流路厚み、流路径に従って、照射方向数が異なっている。マイクロ波照射では、２４５０±５０ＭＨｚの周波数域の範囲内にあるマイクロ波を好適に用いることができる。
上記流路では、マイクロ波の照射によって短時間で昇温するが、好適には、流路内を通液される液体を１０℃／秒以上、さらに望ましくは２０℃／秒以上の速度で昇温させる。
マイクロ波の照射によって、流路内を通液される５０〜８０℃の液温を有する液体を１５０〜１９０℃の液温に昇温させることができる。
上記液体には、過硫酸含有硫酸溶液を用いることができ、該過硫酸含有硫酸溶液としては、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液を用いることができる。
【００１７】
また、上記流路の材質としては、ポリテトラフルオロエチレンを好適に用いることができる。該材質は、酸化性の強い液体に対する耐性も高く、また、マイクロ波の透過性が良好で、流路内液体を効果的に昇温させることができる。
【００１８】
上記流路で加熱し、昇温した過硫酸含有硫酸溶液は電子材料の洗浄液として使用することができる。そして、洗浄システムとして、上記液体加熱装置と、該液体加熱装置の通液方向下流側に位置して、液体加熱装置によって昇温した過硫酸含有硫酸溶液を洗浄液として電子材料を洗浄する洗浄部とを備えるものを構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
すなわち、本発明の液体加熱方法によれば、流路厚み、または流路径を制限した流路に液体を通液して、流路外部から流路面に向けてマイクロ波を照射することにより、流路内を通液する液体を短時間、かつ均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の液体加熱器を示す正面断面図（図ａ）および側面断面図（図ｂ）である。
【図２】同じく、他の実施形態の各液体加熱器を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の枚葉式洗浄システムを示す図である。
【図４】同じく、加熱器の温度上昇・降温プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態の液体加熱器を示す断面図である。
【図６】過硫酸溶液の温度（１２０〜１７０℃）と寿命の関係を示す図である。
【図７】従来の液体加熱器の例を示す概略図である。
【図８】同じく、他例の液体加熱器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態の液体加熱器を説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、該液体加熱器１を概略的に示すものである。
液体加熱器１では、ポリテトラフルオロエチレン製の管状の流路２が縦面上で蛇行して、金属板を内張した加熱室３内に配置されている。流路２は、１０ｍｍ以下の流路径で構成されており、その一端には、液体導入部２ａが設けられ、他端に液体排出部２ｂが設けられてそれぞれ外部の配管に接続されている。
加熱室３の前記流路２を長手方向に沿って挟む側壁の一面には、放射開口部５が設けられており、該放射開口部５には、２４５０±５０ＭＨｚのマイクロ波を発信するマイクロ波発信器７が設けられた導波管６が接続されている。上記マイクロ波発信器７、導波管６、放射開口部５によって本発明のマイクロ波照射部が構成されている。
【００２２】
上記液体加熱器１では、マイクロ波発信器７から出力されたマイクロ波が導波管６内を移動して放射開口部５から加熱室３内に放射される。放射開口部５から放射されたマイクロ波は加熱室３内を移動して、流路２の長手方向全体に亘って片面側から照射される。また放射されたマイクロ波は、加熱室３の金属板で反射されて、さらに流路２に照射される作用も得られる。この際に液体導入部２ａから流路２内に過硫酸含有硫酸溶液などの液体が導入される、液体は流路２内を通り、上記マイクロ波の照射を受けつつ液体排出部２ｂに至り、さらに下流側に送液される。流路２内では、マイクロ波の照射によって液体が短時間で昇温する（例えば１０〜２０℃／秒）。例えば、５０〜８０℃の液温を有する状態で流路２に導入された過硫酸含有硫酸溶液は、流路２を通液されることで、排出される際には１５０〜１９０℃に昇温している。
【００２３】
なお、上記加熱器において、マイクロ波が平面波ではなく、ある角度をもって拡がる場合には、図２（ａ）に示すようにマイクロ波が均一に照射されるように複数の流路２を弧状の位置に配置し、その内周側からマイクロ波を照射するとともに、流路２の外周側に凹面とした金属反射板８を配置してもよい。流路全体を反射板で覆えば熱効率を高めることができる。
また、上記では、液体加熱器として管状の流路を有するものについて説明した。
流路を扁平な流路によって構成することもできる。
図２（ｂ）は、流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路１０の外部片側から流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１２を設けたものである。この液体加熱器では、片側からのマイクロ波照射によっても流路内を通液される液体を速やかに加熱することができる。
図２（ｃ）は、流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路１１の外部両側から流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１２、１２を設けたものである。この液体加熱器では、両側からのマイクロ波照射によっても、２５ｍｍ以下、特に１０ｍｍ超２５ｍｍ以下の厚みの流路内を通液される液体を速やかに加熱することができる。
【００２４】
上記液体加熱器１を洗浄システムの用途に用いる場合は、例えば図３のような枚葉式洗浄システムに組み込むことができる。
該システムは、過硫酸（ペルオキソ二硫酸およびペルオキソ一硫酸）を含む濃硫酸溶液（以下、過硫酸含有濃硫酸溶液という）を収容する貯留槽２０と硫酸イオンを電解して過硫酸イオンを生成する電解装置２３と洗浄部２５とを備えている。貯留槽２０では、当初は７０質量％以上の濃硫酸が用意されて５０〜８０℃に保持され、ポンプ２１で送液されつつ熱交換器２２で電解に好適な液温（４０〜６０℃）に冷却されて電解装置２３に供給される。電解装置２３では、電解によって硫酸イオンから過硫酸イオンを生成し、例えば５〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で貯留槽２０との間で循環させて過硫酸含有濃硫酸溶液が得られる。貯留槽２０内の過硫酸含有濃硫酸溶液はポンプ２４で例えば１〜２Ｌ／ｍｉｎの流量で抜き出され、上記した液体加熱器１で短時間で高温（好適には１５０〜１９０℃、さらに好適には１５０〜１８０℃）に加熱され、洗浄部２５に収めた電子材料である半導体ウェハ１００に流下して該半導体ウェハの洗浄に供される。この際に、過硫酸含有濃硫酸溶液は、液体加熱器１で速やかに高温に加熱されており、過硫酸が過剰に自己分解することなく高い洗浄力を維持したままで洗浄部２５に供給される。洗浄部２５で使用された溶液は、ポンプ２６で抜き出され、熱交換器２７で冷却されて貯留槽２０に返送される。
【００２５】
本発明の液体加熱器を用いて過硫酸含有濃硫酸溶液による枚葉式洗浄をする場合、液体加熱器１によって過硫酸を含む硫酸水溶液を瞬時に１５０℃程度にまで加熱しなければならない。従って、前段において適切な液温を保持しておくことが必要である。そこで図３に示すシステムのように、システムにおいて液体加熱器１の前段に貯留槽２０を設けて槽内温度が５０〜８０℃に保持されるようにすることが好ましい。槽内温度が５０℃未満では本発明の液体加熱器１への負荷が大きくなりすぎ、逆に８０℃を超過すると過硫酸の自己分解速度が大きすぎるため貯留槽２０の過硫酸濃度を高い状態で維持できないからである。
ここで図３に示すシステムでは貯留槽２０から引き抜いた硫酸溶液を冷却して電解した後に貯留槽２０に返送している。電解に適した温度は４０〜６０℃であり、電解すると温度が２０℃程度上昇して６０〜８０℃となるので、電解前に硫酸溶液を４０〜６０℃に冷却すれば貯留槽２０内の硫酸溶液の温度を別途調整する必要がないため当該構成となっている。
特に本システムにおいて電解に供される硫酸溶液は、７０〜９６質量％の濃度が望ましい。レジスト剥離には、レジストとシリコン基板との間に浸透する力（浸透力）と、レジストを酸化する力（酸化力）の両者が必要である。硫酸濃度が低い方が、酸化力を有する過硫酸の生成効率が高く、また、硫酸濃度が高い方が、浸透力が高い。このため、レジストの種類やシリコン基板上に形成されたパターン形状などにより、上記の範囲内で最適な硫酸濃度を選択する。
【００２６】
急速加熱器を枚葉式の洗浄装置に用いる場合、加熱器内部での液の保有量が小さく、図４のように昇温・降温が迅速であることが望ましい。保有量が多いと、昇温・降温が迅速でなくなり、ウエハ処理に対して有効ではない中間温度の液を大量に廃棄することになるからである。また、過硫酸溶液を高温のまま長時間保有することは、過硫酸の分解に繋がるので好ましくない。
【００２７】
なお、上記では、洗浄システムとして枚葉式のものを説明したが、洗浄部として洗浄槽を有し、該洗浄槽内に上記洗浄液を貯液して、洗浄液に電子材料を浸漬し洗浄を行うバッチ式のものとすることも可能である。
【００２８】
（実施形態２）
上記実施形態１の液体加熱器は、流路外部の一方側からマイクロ波を照射する構造である。流路外の全周囲から流路面に向けてマイクロ波が照射される構造としてもよい。
図５に示すように、この実施形態の液体加熱器３０では、流路３１の長手方向に沿って扁平状とした導波管３２の先端に、前方に向けて流路断面方向に次第に拡がるテーパー状の導波管３３を連結し、該テーパー状導波管３３の前端に、該導波管３３の前端を覆うように凹面形状の反射板３４を設ける。前記流路３１は上記テーパー状の導波管３３内に位置しており、導波管３３の両側に設けられて前記反射板３４に接続された側板を貫通して外部に伸張する配管に接続されている。これら接続箇所の一方が液体導入部３１ａに相当し、他方が液体排出部３１ｂに相当する。また、反射板３４の反射角は、反射したマイクロ波が流路３１に向かうような角度とする。流路には低誘電率、耐薬品性のポリテトラフルオロエチレンを用いている。尚、図には示していないが、マイクロ波が反射されて導波管を逆に遡ることを防ぐため、導波管３２の途中にアイソレーターを設ける。
【００２９】
上記液体加熱器３０では、導波管３２に導入されたマイクロ波が導波管３２内を進み、さらに導波管３３内で放射され、導波管３３内面および反射板３４内面で反射される。この結果、流路３１には、外部全周囲からマイクロ波が照射され、通液される液体が速やかに加熱される。
この場合、マイクロ波が流路の全周囲から照射される構造となるため、流路の厚みは、２５ｍｍ以下であればよい。
【００３０】
以上、本発明の液体加熱器について上記実施形態のように例を挙げて説明をしたが、本発明は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【実施例１】
【００３１】
硫酸濃度８５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有硫酸溶液を内径１０ｍｍ、長さ２．１ｍの管状のポリテトラフルオロエチレン製流路に２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で流し、マイクロ波を流路の厚さ方向に対して一方の側より照射した。流路入口における液温度は６５℃であり、流路内での液の滞留時間は５秒であった。マイクロ波発振器はマグネトロン真空管であり、その周波数は２４５０ＭＨｚである。マイクロ波出力を１７．２ｋＷにしたところ、過硫酸含有硫酸溶液の流路出口の温度は１８０℃になった。したがって、昇温速度は２３℃／秒であり、熱効率は７０％と計算される。上記過硫酸含有濃硫酸溶液における過硫酸濃度は流路入口で２０ｇ／Ｌ、流路出口で１６ｇ／Ｌであり、過硫酸の活性は十分に保たれていることが分かった。
【実施例２】
【００３２】
実施例１と同様の装置構成で、硫酸濃度７５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有濃硫酸溶液を２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で流して加熱したところ、１８０℃に達するマイクロ波出力は１５ｋＷであり、熱効率は８０％であった。次いで、硫酸濃度９６質量％の液を用いて同様の試験を行ったところ、マイクロ波出力として１８．３ｋＷを要し、熱効率は６０％であった。硫酸濃度が薄い方が水分子を多く含むので、マイクロ波の吸収効率が良くなったと考えられる。
【実施例３】
【００３３】
図３に示す装置構成からなるマイクロ波加熱装置を用い、流路は内径２５ｍｍ、長さ３４０ｍｍのポリテトラフルオロエチレン製チューブとした。これに８５質量％過硫酸含有濃硫酸水溶液を２Ｌ／ｍｉｎの通液速度で通した。この場合の流路内滞留時間は５秒である。マグネトロン真空管から発した周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波を上記流路に照射した。流路の液体入口温度６５℃のとき、出口温度を１８０℃にするのにマイクロ波出力１７ｋＷを要した。したがって、昇温速度は２３℃／秒であり、熱効率は７１％と計算される。過硫酸濃度は入口で２０ｇ／Ｌ、出口で１６ｇ／Ｌであった。加熱後も実用上十分な過硫酸濃度を確保できることが分かった。
【００３４】
（比較例１）
硫酸濃度８５質量％の水溶液を電気分解して得られた過硫酸含有濃硫酸溶液２Ｌを口径１３０ｍｍのビーカーに入れ、マイクロ波をビーカー側面の１方向から１分間照射した。照射前の過硫酸溶液の温度は６０℃であった。マイクロ波発振器はマグネトロン真空管であり、その周波数は２４５０ＭＨｚである。マイクロ波出力を１５ｋＷにしたところ、１分間加熱後の過硫酸溶液の温度は１３０℃であった。従って、昇温速度は１．１７℃／秒であり、熱効率は５０％と計算される。過硫酸濃度は加熱初期には２０ｇ／Ｌであったが、加熱終了後には１１ｇ／Ｌに低下していた。温度は比較的低いものの、加熱時間が長かったため、過硫酸の分解が進んだものと考えられる。
【００３５】
（比較例２）
比較例１と同じ構成で、１分間で１８０℃まで昇温するようにマイクロ波出力を高めていったところ、３０ｋＷを要した。昇温速度は２℃／秒であり、この時の熱効率は４２％である。過硫酸濃度は加熱初期には２０ｇ／Ｌであったが、加熱終了後には６ｇ／Ｌに低下していた。これは過硫酸が高温下に長時間曝されたためと考えられる
【符号の説明】
【００３６】
１ 液体加熱器
２ 流路
２ａ 液体導入部
２ｂ 液体排出部
３ 加熱室
６ 導波管
７ マイクロ波発信器
８ 金属反射板
１０ 流路
１１ 流路
１２ マイクロ波発信器
２３ 電解装置
２５ 洗浄部
３０ 液体加熱器
３１ 流路
３２ 導波管
３３ 導波管
３４ 反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項２】
流路径が１０ｍｍ以下である管状流路に液体を通液するとともに、該流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項３】
流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向両側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項４】
流路径が２５ｍｍ以下である管状流路に液体を通液するとともに、該流路外部の周囲複数箇所または全周囲から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項５】
前記マイクロ波の照射によって、前記流路内を通液される前記液体を１０℃／秒以上の速度で昇温させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項６】
前記マイクロ波の周波数域が、２４５０±５０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項７】
前記マイクロ波の照射によって、前記流路内を通液される５０〜８０℃の液温を有する前記液体を１５０〜１９０℃の液温に昇温させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項８】
前記液体が、過硫酸含有硫酸溶液であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項９】
前記過硫酸含有硫酸溶液が、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液であることを特徴とする請求項８に記載の液体加熱方法。
【請求項１０】
前記請求項６、７のいずれかに記載の液体加熱方法によって昇温された過硫酸含有硫酸溶液を電子材料の洗浄液として使用することを特徴とする電子材料の洗浄方法。
【請求項１１】
流路厚みが１０ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に前記液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１２】
流路径が１０ｍｍ以下で、液体が通液される管状流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１３】
流路厚みが２５ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の厚み方向両側から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１４】
流路径が２５ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の全周囲から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１５】
前記マイクロ波照射部は、周波数域が２４５０±５０ＭＨｚの範囲にあるマイクロ波を照射するものであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１６】
前記流路の材質がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１７】
前記流路は、通液される前記液体が過硫酸含有硫酸溶液であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１８】
前記過硫酸含有硫酸溶液は、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液であることを特徴とする請求項１７に記載の液体加熱装置。
【請求項１９】
前記請求項１１〜１８のいずれかに記載の液体加熱装置と、該液体加熱装置の通液方向下流側に位置して、該液体加熱装置によって昇温した過硫酸含有硫酸溶液を洗浄液として電子材料を洗浄する洗浄部とを備えることを特徴とする電子材料の洗浄システム。
【請求項１】
流路厚みが１０ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項２】
流路径が１０ｍｍ以下である管状流路に液体を通液するとともに、該流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項３】
流路厚みが２５ｍｍ以下である扁平な流路に液体を通液するとともに、該流路外部の厚み方向両側から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項４】
流路径が２５ｍｍ以下である管状流路に液体を通液するとともに、該流路外部の周囲複数箇所または全周囲から該流路面に向けてマイクロ波を照射することを特徴とする液体加熱方法。
【請求項５】
前記マイクロ波の照射によって、前記流路内を通液される前記液体を１０℃／秒以上の速度で昇温させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項６】
前記マイクロ波の周波数域が、２４５０±５０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項７】
前記マイクロ波の照射によって、前記流路内を通液される５０〜８０℃の液温を有する前記液体を１５０〜１９０℃の液温に昇温させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項８】
前記液体が、過硫酸含有硫酸溶液であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体加熱方法。
【請求項９】
前記過硫酸含有硫酸溶液が、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液であることを特徴とする請求項８に記載の液体加熱方法。
【請求項１０】
前記請求項６、７のいずれかに記載の液体加熱方法によって昇温された過硫酸含有硫酸溶液を電子材料の洗浄液として使用することを特徴とする電子材料の洗浄方法。
【請求項１１】
流路厚みが１０ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に前記液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の厚み方向片側から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１２】
流路径が１０ｍｍ以下で、液体が通液される管状流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の一方向から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１３】
流路厚みが２５ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の厚み方向両側から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１４】
流路径が２５ｍｍ以下で、液体が通液される扁平な流路と、該流路内に液体を導入する液体導入部と、前記流路を通液した前記液体を前記流路外に排出する液体排出部と、前記流路外部の全周囲から該流路面に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、を有することを特徴とする液体加熱装置。
【請求項１５】
前記マイクロ波照射部は、周波数域が２４５０±５０ＭＨｚの範囲にあるマイクロ波を照射するものであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１６】
前記流路の材質がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１７】
前記流路は、通液される前記液体が過硫酸含有硫酸溶液であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の液体加熱装置。
【請求項１８】
前記過硫酸含有硫酸溶液は、７０質量％以上の濃硫酸を電解して得られた硫酸溶液、あるいは７０質量％以上の濃硫酸に過酸化水素水を混合した硫酸溶液であることを特徴とする請求項１７に記載の液体加熱装置。
【請求項１９】
前記請求項１１〜１８のいずれかに記載の液体加熱装置と、該液体加熱装置の通液方向下流側に位置して、該液体加熱装置によって昇温した過硫酸含有硫酸溶液を洗浄液として電子材料を洗浄する洗浄部とを備えることを特徴とする電子材料の洗浄システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１９８９５６（Ｐ２０１１−１９８９５６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３１５５（Ｐ２０１０−６３１５５）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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