(57)【要約】【課題】  洗浄効果、洗浄効率の優位点を維持し、製品ダメージが極めて少ないという優位点も維持した状態で高圧気体の使用量削減を図ることのできる２流体洗浄用ノズルを提供する。【解決手段】  噴出口から液体ミスト流を噴出して被洗浄物に衝突させる洗浄用２流体ノズルであって、高圧の気体と高圧の液体とを混合して液体ミストを形成する気液混合部、気液混合部に高圧の気体を導入する気体導入部、気液混合部に高圧の液体を導入する液体導入部、及び、気液混合部から噴出口に至る流通路を内部に有し、流通路内で液体ミストに運動量を付与して液体ミスト流を形成する加速管部を有する洗浄用２流体ノズルにおいて、加速管部内の流通路内壁に、流通路の長さ方向にスパイラル状に延びるスパイラル突条を設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴出口から液体ミスト流を噴出して被洗浄物に衝突させる洗浄用２流体ノズルであって、
高圧の気体と高圧の液体とを混合して液体ミストを形成する気液混合部、
気液混合部に高圧の気体を導入する気体導入部、
気液混合部に高圧の液体を導入する液体導入部、及び、
気液混合部から噴出口に至る流通路を内部に有し、流通路内で液体ミストに運動量を付与して液体ミスト流を形成する加速管部
を有し、加速管部内の流通路内壁に、流通路の長さ方向にスパイラル状に延びるスパイラル突条が設けられていることを特徴とする洗浄用２流体ノズル。
【請求項２】
スパイラル突条の渦巻き角度が２０度〜８０度であることを特徴とする請求項１に記載の洗浄用２流体ノズル。
【請求項３】
スパイラル突条の高さが０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗浄用２流体ノズル。
【請求項４】
スパイラル突条が、テーパ角度が２０〜８０度のテーパ状断面を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル。
【請求項５】
スパイラル突条によって、流通路内壁の流通路の長さ方向の断面が凹凸を形成しており、凹部底部の幅及び凸部頂部の幅が、各々、０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の洗浄用２流体ノズルを用いて被洗浄物を洗浄する方法であって、高圧の気体と高圧の液体とが洗浄用２流体ノズルの気液混合部に同時に導入されて液体ミストが形成されるように、高圧の気体を気体導入部に高圧の液体を液体導入部に同時に供給し、液体ミストが加速管部内の流通路を通過することによって形成される液体ミスト流を噴出口から噴出させて被洗浄物に衝突させる洗浄方法。
【請求項７】
請求項１〜５いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル、洗浄用２流体ノズルの気体導入部に高圧の気体を供給する気体供給手段、洗浄用２流体ノズルの液体導入部に高圧の液体を供給する液体供給手段、及び、洗浄用２流体ノズルと被洗浄物とを、洗浄用２流体ノズルから噴出される液体ミスト流が被洗浄物に衝突する位置に保持する保持手段を有する洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は洗浄用２流体ノズルに関するものであり、さらに詳しくは半導体用ウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板などの各種電子部品を製造する過程で電子部品に付着した異物粒子を除去するために用いられる洗浄用２流体ノズルに関する。また、本発明は、その洗浄用２流体ノズルを用いた洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子部品を製造する過程では製造過程で発生した異物粒子が製品に付着して、製造歩留りが低下する場合がある。かかる問題を回避するための方法は、製造工程の要所で製品に付着した異物粒子を除去するための洗浄工程を付加するのが常識となっている。一般に製品に付着した異物粒子は製品表面と異物粒子間のポテンシャルエネルギーの存在で強固に製品表面に固定された状態にあるため、これを除去するための洗浄工程では異物粒子にある種の外力を与えて製品表面から引き剥がす必要が生じる。かかる外力の付与には化学的もしくは機械的な方法が用いられるのが一般的であり、機械的な方法としては高圧ジェットのスプレーによる水洗や、超音波の振動を利用した超音波洗浄や、ブラシを用いたスクラブ洗浄などが広範に利用されている。近年、こうした各種の洗浄方法に加えて、高圧の液体と気体を混合した液体ミストによる２流体洗浄が試みられるようになってきている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。
【０００３】
高圧ジェットのスプレーによる洗浄方法は加圧ポンプで１０乃至２０ＭＰａ程度まで純水を加圧し、高圧ノズルより噴射する。洗浄効果は優れているが問題点も多く、ひとつは加圧ポンプの負荷が大きいために加圧ポンプに使用される部品の劣化が進行しやすく、メンテナンスのための多額のランニングコストが生じることである。また、高圧ポンプ装置自体も大型化し設置スペースがかなり必要となることと、もうひとつの問題点はノズル噴射時に１ｋＶを超える静電気が発生するために純水が帯電することである。このため、これの対策として純水の電気伝導度を増大させるために炭酸ガス発生装置が必要となり、システム全体の装置価格がかなり高額となる。また、高圧噴射と静電気のためにノズル先端開口部付近の磨耗がひどく、ノズル交換が頻繁になるために、ノズル費用が高額になるという問題点も有する。
【０００４】
超音波洗浄は広範に用いられているが、洗浄効果や洗浄効率では不十分であり、製品に作用するダメージ等も大きい。近年、洗浄効率が重視され、枚葉式による連続生産方式が採用されてきているが、この過程では短時間処理が前提であり、短時間の超音波洗浄では充分な洗浄効果が得られていない。また、超音波により、微小気泡が発生するが、発生と同時に激しく振動し、この振動衝撃で製品ダメージが発生しやすいことが知られている。
【０００５】
ブラシを用いたスクラブ洗浄はブラシにより直接外力を異物に作用させるのでブラシが接触した部分の異物除去効果は大きいが、一方では１μｍ以下の小さい異物にはブラシが接触する確率が低く除去しにくい問題点がある。さらにはブラシの中に取り込まれた異物により製品にキズを発生させる可能性もあり、回路を有する製品には適用しにくいという問題点がある。さらには、ブラシは使用する過程で次第に磨耗していくのでブラシ高さの調整やブラシ自体の管理が必要となるために管理が複雑となる。
【０００６】
２流体洗浄は洗浄効果、洗浄効率で優れており、メンテナンスも殆んど必要なく、製品ダメージも極めて少ないために、総合的に優れた洗浄方法として利用されるようになってきている。問題点としては高圧気体の使用量が多く、これにともない高圧気体のランニングコストが高額になることや高圧空気の場合は高圧空気を発生させるコンプレッサ等の付帯設備が高額になる点がある。
【特許文献１】特開平６−１０４３０４号公報
【特許文献２】特開平７−２４５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
２流体洗浄は洗浄効果、洗浄効率で優れており、メンテナンスも殆んど必要がなく、製品ダメージも極めて少ないために、総合的に優れた洗浄方法として利用されてきている。問題点は高圧気体の使用量が大きいために高圧気体のランニングコスト費用が高額になることであり、高圧空気の場合はこれを発生させるコンプレッサ等の付帯設備費用が他方法より高額になることである。本発明の目的は、洗浄効果、洗浄効率の優位点を維持し、製品ダメージが極めて少ないという優位点も維持した状態で高圧気体の使用量削減を図ることのできる２流体洗浄用ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記（１）〜（５）の洗浄用２流体ノズルに関する。
（１）噴出口から液体ミスト流を噴出して被洗浄物に衝突させる洗浄用２流体ノズルであって、
高圧の気体と高圧の液体とを混合して液体ミストを形成する気液混合部、
気液混合部に高圧の気体を導入する気体導入部、
気液混合部に高圧の液体を導入する液体導入部、及び、
気液混合部から噴出口に至る流通路を内部に有し、流通路内で液体ミストに運動量を付与して液体ミスト流を形成する加速管部
を有し、加速管部内の流通路内壁に、流通路の長さ方向にスパイラル状に延びるスパイラル突条が設けられていることを特徴とする洗浄用２流体ノズル。
【０００９】
（２）スパイラル突条の渦巻き角度が２０度〜８０度であることを特徴とする（１）に記載の洗浄用２流体ノズル。
（３）スパイラル突条の高さが０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の洗浄用２流体ノズル。
（４）スパイラル突条が、テーパ角度が２０〜８０度のテーパ状断面を有することを特徴とする（１）〜（３）いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル。
（５）スパイラル突条によって、流通路内壁の流通路の長さ方向の断面が凹凸を形成しており、凹部底部の幅及び凸部頂部の幅が、各々、０．１〜２ｍｍであることを特徴とする（１）〜（４）いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル。
【００１０】
また、本発明は、上記の本発明の洗浄用２流体ノズルを用いる下記（６）の洗浄方法に関する。
（６）上記（１）〜（５）いずれかに記載の洗浄用２流体ノズルを用いて被洗浄物を洗浄する方法であって、高圧の気体と高圧の液体とが洗浄用２流体ノズルの気液混合部に同時に導入されて液体ミストが形成されるように、高圧の気体を気体導入部に高圧の液体を液体導入部に同時に供給し、液体ミストが加速管部内の流通路を通過することによって形成される液体ミスト流を噴出口から噴出させて被洗浄物に衝突させる洗浄方法。
【００１１】
また、本発明は、上記の本発明の洗浄用２流体ノズルを有する下記（７）の洗浄装置に関する。
（７）上記（１）〜（５）いずれかに記載の洗浄用２流体ノズル、洗浄用２流体ノズルの気体導入部に高圧の気体を供給する気体供給手段、洗浄用２流体ノズルの液体導入部に高圧の液体を供給する液体供給手段、及び、洗浄用２流体ノズルと被洗浄物とを、洗浄用２流体ノズルから噴出される液体ミスト流が被洗浄物に衝突する位置に保持する保持手段を有する洗浄装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の洗浄用２流体ノズルでは高圧の気体及び高圧の液体を別々の経路から導入し、気液混合部で気体と液体を混合させることにより、微粒子状に分割し、該微粒子をさらに加速管部で加速して洗浄力を増大させるが、この際に加速管部の流通路内壁にスパイラル状に延びるスパイラル突条を形成したノズルは気体消費量が半分ほどでも従来ノズルの非スパイラルノズルと同程度の異物除去率を実現することができる。また、液体微粒子サイズも従来ノズルの４０〜５０μｍから２０〜３０μｍにさらに微細化すると同時に、速度も１００ｍ／ｓから２００ｍ／ｓと２倍ほどになる。
【００１３】
また、高圧気体の消費量を従来ノズルの半分ほどに低減しても従来と同程度の異物除去率９５％以上が実現できるようになり、高圧気体のランニングコストを大幅に低減すると同時に、高圧空気の場合はコンプレッサ等の付帯設備費も大幅に低減することができる。２流体洗浄が洗浄力、洗浄効率で優れており、メンテナンスがほとんど不要で、被洗浄物に対してもダメージが極めて少なく、総合的に優れた洗浄方法であることは既に説明しているが、本発明により、唯一といってもよい問題点である高圧気体の消費量が多いという点が解消できたので、経済的にも大幅に改善されたといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、本発明の洗浄用２流体ノズルを用いた本発明の洗浄方法の一態様の系統図を模式的に示す。洗浄チャンバ１の内部で洗浄用２流体ノズル２と被洗浄物３を相対運動させながら、洗浄用２流体ノズル２に高圧の気体を供給する配管４と高圧の液体を供給する配管５から高圧の気体及び高圧の液体を供給する。高圧の気体は、配管４から洗浄用２流体ノズル２の気体導入部に供給され、高圧の液体はそれと同時に配管５から洗浄用２流体ノズルの液体導入部に供給される。洗浄用２流体ノズル２の内部ではこれらを混合して液体を微細な液体ミストに分割し、さらに液体ミストに被洗浄物３への方向の運動量を与えて、洗浄用２流体ノズルの先端の噴出口から液体ミスト流６を噴出する。この噴出した液体ミスト流６を被洗浄物３に衝突させ、被洗浄物３に付着した異物を除去して洗浄するのである。この実施態様では、洗浄を適切に行うために、高圧の気体を供給する配管４と高圧の液体を供給する配管５の経路の一部に、それぞれバルブ７，７が設けられており、洗浄用２流体ノズル２と被洗浄物３の相対運動に同期したバルブ７，７の開閉を制御系８にて行う。さらに、洗浄チャンバ１内部に噴出した気体と液体を回収するためのドレイン９を付加することが望ましい。
【００１５】
本発明の洗浄用２流体ノズル２は、その一例を断面図として図２に示すような構造を有するものであり、そのＡ−Ａ′の断面図を図３に示す。この洗浄用２流体ノズル２は、高圧の気体を導入する気体導入部１０１Ｂ及び高圧の液体を導入する液体導入部１０１Ａを有する導入部１０１と、導入された気体及び液体を混合して液体の微粒子である液体ミストを形成するための気液混合部１０２と、液体ミストに運動量を付与して液体ミスト流を形成するための加速管部１０３から構成される。気液混合部１０２においては、ノズル本体内に混合室１０８が設けられている。液体導入部１０１Ａは、ノズル本体を液体供給口１０４から混合室１０８まで貫通する液体流路１０５からなり、気体導入部１０１Ｂは、ノズル本体を気体供給口１０６から混合室１０８まで貫通する気体流路１０７からなる。気体流路１０７は、気体供給口１０６から混合室１０８に至る途中で、４流路に分岐している。分岐は気体と液体の混合を向上させる点で好ましいが、必須ではなく、また、分岐数も特に制限はない。加速管部１０３は、内部に、混合室１０８から噴出口１１１までノズル本体を貫通する流通路１０９を有する。流通路１０９の内壁には、流通路１０９の長さ方向にスパイラル状に延びるスパイラル突条が設けられている。
【００１６】
高圧の液体は、液体供給口１０４から液体流路１０５を経て混合室１０８内に導入される。それと同時に、高圧の気体は、気体供給口１０６から気体流路１０７を経て混合室１０８内に導入される。混合室１０８内で、導入された高圧の気体と高圧の液体とが衝突し、液体は微細化され、多数の液体微粒子を含む液体ミストが形成される。この液体微粒子を含んだ液体ミストは、混合室１０８から加速管部１０３内の流通路１０９へ噴出し、流通路１０９内で加速されると共に被洗浄物への方向の運動量が与えられ、スパイラル突条によってスパイラル状に進行する液体ミスト流１１０を形成し、噴出口１１１から被洗浄物に向けて噴射される。本発明の洗浄用２流体ノズル２からの液体ミスト流１１０の噴出を外観図にて示したのが図４で、加速管部１０３先端の噴出口１１１から噴出した液体ミスト流１１０は、特定の立体角をもって広がる傾向を示す。
【００１７】
噴出した液体ミスト流１１０の形状は、噴出口１１１の形状を変えることで制御することが可能であり、図５に示すように、噴出した液体ミスト流１１０の形状を円形にするには、図２の矢印Ｂの方向からみた噴出口１１１の形状を、円形２０１にすればよい。かかる場合には円形のスプレパターン２０２を得ることができる。また、噴出した液体ミスト流１１０の形状を扁平にするには、図６に示すように、図２の矢印Ｂの方向からみた噴出口１１１の形状を、長方形２０３にすればよい。かかる場合には扁平のスプレパターン２０４を得ることができるのである。かかるパターンの選択は洗浄目的に応じて任意に制御することができる。
【００１８】
液体微粒子の形成には適正な液体及び気体の流量が必要であり、適正な流量を実現するには液体及び気体を加圧して洗浄用２流体ノズル２に供給することが必要である。
【００１９】
本発明の洗浄用２流体ノズル及び洗浄方法に適した気体及び液体の圧力は、それぞれ、気体の圧力が大気圧に２００ｋＰａ〜９００ｋＰａを加えたものであり、液体の圧力が大気圧に２００ｋＰａ〜９００ｋＰａを加えたものであることが望ましい。さらに好ましくは、気体及び至液体の圧力は、それぞれ、大気圧に３００ｋＰａ〜６００ｋＰａを加えたものである。かかる圧力の下限は洗浄力が低下することから、上限は洗浄に要する気体、液体の消費量が増加することから定められるものである。
【００２０】
このような圧力から得られる気体及び液体の流量はそれぞれ、気体の流量が２０〜２００リットル／分であることが望ましく、３０〜１５０リットル／分であることがより望ましく、液体の流量が０．２〜５リットル／分であることが望ましく、０．３〜２リットル／分であることがより好ましい。かかる流量の下限は洗浄力が低下することから、上限は洗浄に要する気体、液体の消費量が増加することから定められるものである。
【００２１】
このような圧力及び流量から得られる液体ミスト中の液体微粒子の平均粒径は、２０〜２００μｍの範囲となり、さらに噴出口１１１から噴出する液体微粒子の平均流速は３０〜３００ｍ／秒にもなるのである。このように高速の液体微粒子が被洗浄物に衝突する運動エネルギが被洗浄物に付着した異物を除去するのに十分なものであることから、極めて有効な洗浄力が得られるのである。
【００２２】
上記のような有効な洗浄力を得るためには、加速管部１０３の流通路の形状には工夫が必要であり、本発明では、加速管部内の流通路内壁に、流通路の長さ方向にスパイラル状に延びるスパイラル突条を設けている。図８に、図７に示す洗浄用２流体ノズルの断面（図２の洗浄用２流体ノズルと同じ態様）の点線で囲った部分の部分拡大図を示す。図７及び図８に示すように流通路１０９の内壁にスパイラル突条を形成することによって、液体微粒子の平均粒径を混合室１０８内での状態からさらに微細化し、噴出速度を加速させることに有効である。
【００２３】
混合室の容積は、被洗浄物や除去対象の種類等によって異なり、特に制限はないが、電子部品を被洗浄物とする場合、通常、１ｃｍ3〜５ｃｍ3であることが好ましく、１．５ｃｍ3〜３ｃｍ3であることがより好ましい。
【００２４】
加速管部内の流通路の横断面は、円形であることが好ましく、そのサイズは被洗浄物や除去対象の種類等によって異なり、特に制限はない。電子部品を被洗浄物とする場合、通常、流通路の直径はφ０．５ｍｍ〜φ５ｍｍであることが好ましく、φ１ｍｍ〜φ３ｍｍであることがより好ましく、流通路の長さは、３ｍｍ〜６０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜３０ｍｍであることがより好ましい。また、通路は直通路であることが好ましい。流通路の内壁に形成されるスパイラル突条の形状は、流通路内壁の流通路の長さ方向の断面がＶ字状、四角形、台形状、Ｖ字の頂部又は、四角形や台形の角にアールがついた形状等、特に制限はない。断面が台形の場合、流通路内壁の長さ方向の断面が凹凸を形成する。スパイラル突条の渦巻き角度は２０度〜８０度とすることが好ましく、３０度〜６０度とすることが更に好ましい。なお、ここでスパイラル突条の渦巻き角度とは、流通路の長さ方向の中心軸に対する、スパイラル突条の底部の一辺の接線の傾斜角を意味する。スパイラル突条の高さは、０．０５〜１ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがより好ましい。また、スパイラル突条の上記断面は、テーパ角度が２０〜８０度のテーパ状断面であることが好ましく、３０〜６０度のテーパ状断面であることがより好ましい。また、例えば断面が台形の場合、流通路内壁の長さ方向の断面が凹凸を形成するが、凹部底部の幅及び突部頂部の幅が、各々０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．３〜０．８ｍｍであることがより好ましい。
【００２５】
加速管部の流通路内壁のスパイラル形状の渦巻き角度２０〜８０度は、液体微粒子の微細化と高速化に特に効果的な範囲であり、この範囲以外では効果が著しく低減する傾向がある。その他のスパイラル突条の高さ０．００５〜１ｍｍ、テーパ形状角度２０〜８０度、凹部底部の幅及び突部頂部の幅０．１〜２ｍｍについても、それらの範囲が液体微粒子の微細化、高速化に特に効果的であり、これらの範囲以外では効果が著しく低減する傾向がある。
【００２６】
かかる高速の液体微粒子を含む液体ミスト流を有効に洗浄物に到達させるためには、噴出口１１１から噴出する液体ミスト流中の液体微粒子の断面形状が円形もしくは楕円であるとともに、この液体ミスト流の噴出口１１１から噴射される扇形スプレ形状の頂点部角度が３０度〜９０度であることが望ましい。
【００２７】
液体微粒子の断面形状が円形もしくは楕円であると、広い面積を有する被洗浄物の全面を洗浄物に衝突する液体ミスト流で掃引が簡単になり、好ましい。また、扇形スプレ形状の頂点部角度が上記範囲の下限より小さいと、洗被浄物に衝突する液体微粒子の面積が小さくなりすぎて、洗浄に時間がかかりすぎ、経済性に劣ることとなる。一方、この角度が上記範囲の上限より大きいと、噴出口から比洗浄物に衝突するまでの距離が長くなりすぎて、大気中で液体微粒子が減速されて洗浄力が低下する微粒子の割合が多くなり、経済性に劣ることとなる。
【００２８】
同様の問題が噴出口と被洗浄物間の距離についても発生する。経済性の観点から、本発明の洗浄方法では、噴出口と被洗浄物との距離が１０〜１００ｍｍであることが望ましく、２０〜５０ｍｍであることがより好ましい。
【００２９】
本発明の洗浄方法に用いる気体の種類は、加圧された気体であれば特に制限はないが、加圧された空気、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガスなどが好ましい。空気は主として経済性の観点から有利であり、窒素ガスは容易に不純物を含まない高純度のガスが得られることから汚染防止とその不燃性から可燃性の液体と組合わせた場合に安全性の観点から有利であり、炭酸ガスは水に溶解して電気伝導度を増大することから静電気防止の観点で有利である。
【００３０】
本発明の洗浄方法に用いる液体の種類は、加圧された液体であれば特に制限はないが、加圧された純水、化学薬品を溶解した洗浄液、有機溶剤などが好ましい。純水は主として経済性の観点と、容易に不純物を含まない高純度の純水が得られることから汚染防止の観点から有利であり、各種の化学薬品を溶解した洗浄液は純水による洗浄に化学反応を併用したい場合に好適である。有機溶剤はレジスト剥離などの目的で洗浄作用に加えて溶剤の溶解力を併用したい場合に好適である。
【００３１】
本発明の洗浄装置に用いられる気体供給手段、即ち本発明の洗浄用２流体ノズルの気体導入部に高圧の気体を供給する手段としては、例えば、オイルフリースクリュー圧縮機と、それと洗浄用２流体ノズルの気体導入部との間の高圧の気体の流路となる配管、配管の経路の一部に設けられたバルブとからなる構成が挙げられる。また、液体供給手段、即ち本発明の洗浄用２流体ノズルの液体導入部に高圧の液体を供給する手段としては、例えば、渦流タービンポンプと、それと洗浄用２流体ノズルの液体導入部との間の高圧の液体の流路となる配管、配管の経路の一部に設けられたバルブとからなる構成が挙げられる。
【００３２】
本発明の洗浄装置に用いられる保持手段、即ち洗浄用２流体ノズルと被洗浄物とを、洗浄用２流体ノズルから噴出される液体ミスト流が被洗浄物に衝突する位置に保持する手段としては、洗浄用２流体ノズルと被洗浄物とを相対的に移動させながら保持するものが好ましい。両者を相対的に移動可能に保持することにより、大面積の被洗浄物や、複数の被洗浄物を効率的に洗浄することができる。保持手段の一例としては、洗浄用２流体ノズルを一定位置に固定するノズルホルダーと、被洗浄物を搬送する並列に配置された複数のローラを有するローラ搬送機構とからなるものが挙げられる。
【００３３】
本発明の洗浄用２流体ノズル及び洗浄装置の配管を含めた流路の接液部の構成材質としては、Ｔｉ、ステンレススチールなどの鉄系合金、セラミックス、石英、高分子材料などが挙げられる。この材質は、高圧に耐える機械的強度と材質そのものの溶解による被洗浄物の汚染防止の観点から経済的に選択されるべきものであり、ステンレススチールは安価な配管とノズルの提供に適しており、フッソ樹脂、ポリイミド、ＰＥＥＫなどに代表される高分子材料は金属イオンを溶出しない低汚染ノズルの提供に適している。勿論、これら以外の金属材料、高分子材料、セラミックスなども使用可能である。
【００３４】
本発明の洗浄用２流体ノズルを駆動して洗浄を効率良く行うためには、高圧の気体を供給する配管と高圧の液体を供給する配管の経路の一部にバルブを設け、必要な時間内にのみ、気体と液体をノズルに供給することが好ましい。
【００３５】
さらに、バルブの開閉は被洗浄物とノズルの相対運動に同期して、洗浄すべき位置がノズルの前面に配置されたときにのみ、ノズルを駆動して洗浄する必要がある。かかる制御系がない場合には気体、液体の消費量に対して洗浄の効率が著しく低下するのである。
【００３６】
本発明の洗浄方法及び洗浄装置は、該ノズルを複数併用することも可能であり、相対的に大きな形状の被洗浄物に対しては、複数のノズルを同時に駆動して洗浄時間を短縮することが望ましい場合もある。
【００３７】
本発明の洗浄装置には、さらに、洗浄チャンバ内部に噴出した気体と液体を回収するためのドレインを付加することが望ましい。ドレインを用いることにより、洗浄チャンバ内部が負圧となって、気体液体が所望外の部分に漏れ出すのを防止することができる。
【実施例】
【００３８】
本発明の実施形態の一例を図９にて以下に述べる。
図９は、図２に示した構造を有する本発明の洗浄用２流体ノズル３０１を基板３０２の洗浄に利用するのに適した洗浄装置の一部を示した斜視図である。複数の洗浄用２流体ノズル３０１が直線状に配列してノズルホルダ３０３に固定されて、基板３０２の上方に配置されており、幅の広い基板３０２を効率良く洗浄することができる。さらに、ローラ搬送機構３０４を用いて基板３０２を一方向に移動できるようにする。
【００３９】
洗浄用２流体ノズル３０１に高圧の空気と高圧の純水を供給して、洗浄用２流体ノズル３０１内で形成した液体ミスト流をスプレパターン３０５のように基板３０２に噴射して、基板３０２に付着した異物粒子を除去することができる。
【００４０】
かかる図９の洗浄装置で洗浄用２流体ノズル３０１に供給する空気と純水の圧力を系統的に変えて洗浄力の評価を試みた。
【００４１】
評価時の実験条件は３００×４００ｍｍのガラス基板上に平均粒子径３μｍの固着型スペーサを２万個ほど散布し、１５０℃で１５分間加熱して固着させた後に室温まで冷却し、該ガラス基板を相対速度２０ｍｍ／ｓで移動させながら、洗浄用２流体ノズルの噴出口−基板間距離４０ｍｍに設定して洗浄をおこなった結果から得られたものである。また、このときのノズル仕様は混合室の容積が２．２ｃｍ3であり、加速管部の流通路の長さが２０ｍｍであり、流通路の口径はφ２ｍｍであり、材質はステンレススチールであり、流通路内壁部分にスパイラル突条を形成したものと形成しないものとで洗浄力と気体消費量の関係を比較した。両者の差異はスパイラル突条が形成されているかいないかだけで、その他の構造・形状は全く同じである。このときのスパイラル突条の仕様は、図７と図８に示すようにスパイラル全体の渦巻き角度を４５度、スパイラル突条の高さｈを０．６ｍｍ、スパイラル突条のテーパ形状の角度を４５度、凹部底部の幅ａ及び凸部頂部の幅ｂをそれぞれ０．５ｍｍとした。
【００４２】
評価方法としては高圧気体の消費量と洗浄力の尺度となるスペーサ除去率の関係で９５％の除去率が得られる高圧気体の消費量をスパイラル突条付きノズルと非スパイラル突条ノズルとで比較した。供給される高圧の気体として５００ｋＰａの空気を、供給される高圧の液体として５００ｋＰａの純水を用いた。その結果は図１０に示すように、９５％の除去率が得られる高圧気体の消費量はスパイラル突条付きノズルでは７５リットル／分であり、非スパイラル突条ノズルでは１５０リットル／分であり、スパイラル突条付きノズルは気体消費量が半分ほどでも従来品の非スパイラル突条ノズルと同程度の異物除去率が得られることが分かった。
【００４３】
上記の洗浄の結果から、本発明で洗浄用２流体ノズルの加速管部流通路の内壁部分にスパイラル突条を形成したものは、異物除去率９５％以上を確保した状態で気体流量を半分以下にすることができ、２流体洗浄方法の問題点である気体のランニングコストが高額になる点およびコンプレッサ等の付帯設備費が高額になる点を解消することができることがわかる。
【００４４】
さらに、スパイラル形状ノズルと非スパイラルノズルから噴射される液体微粒子のサイズと速度を異物除去率９５％が実現できる洗浄条件で両者を比較すると、非スパイラルノズルの従来品は微粒子径４０乃至５０μｍで速度１００ｍ／ｓであったが、本発明の該スパイラル形状ノズルは微粒子径２０乃至３０μｍで速度２００ｍ／ｓであった。該スパイラル形状ノズルから噴射される液体微粒子はさらに微細化し、速度が２倍になっていることが分かる。一般的に洗浄力は微粒子速度に比例することが分かっており、気体消費量を半分ほどにしても従来ノズルと同等以上の異物除去率を得ることができるのは液体微粒子の微細化と高速化にあると言える。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の洗浄方法を系統図にて模式的に示した図。
【図２】本発明の一態様の洗浄用２流体ノズルの断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ′部分の断面図。
【図４】本発明の一態様の洗浄用２流体ノズルから液体ミスト流が噴出する様子の外観を示す斜視図。
【図５】本発明の一態様の２流体ノズルの加速管部の噴出口形状とスプレパターンの一例を示す平面図。
【図６】本発明の一態様の２流体ノズルの加速管部の噴出口形状とスプレパターンの一例を示す平面図。
【図７】本発明の一態様の洗浄用２流体ノズルの断面図。
【図８】図７の点線で囲った部分の部分拡大図。
【図９】本発明の一態様の洗浄装置を用いて洗浄を行なっている様子を示す斜視図。
【図１０】本発明の洗浄用２流体ノズルと従来品のスペーサ除去率と気体消費量の関係を示した図。
【符号の説明】
【００４６】
１…洗浄チャンバ
２…洗浄用２流体ノズル
３…被洗浄物
４…気体を供給する配管
５…液体を供給する配管
６…液体ミスト流
７…バルブ
８…制御系
９…ドレイン
１０１…導入部
１０１Ａ…液体導入部
１０１Ｂ…気体導入部
１０２…混合部
１０３…加速管部
１０４…液体供給口
１０５…液体流路
１０６…気体供給口
１０７…気体流路
１０８…混合室
１０９…加速管部内の流通路
１１０…液体ミスト流
１１１…噴出口
２０１…加速管の噴出口形状
２０２…スプレパターン
２０３…加速管部の噴出口形状
２０４…スプレパターン
３０１…洗浄用２流体ノズル
３０２…基板
３０３…ノズルホルダ
３０４…搬送ローラ
３０５…スプレパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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