(57)【要約】【課題】洗浄剤レスで環境負荷が小さく、被洗浄物に悪影響を及ぼさず、かつ、十分な洗浄力を有する洗浄方法と装置を提供する。【解決手段】本発明による超音波洗浄ノズルは、超音波洗浄ノズルのノズル内面に、透明薄膜の光触媒層が設けられている。よって、外部からの紫外線照射により光触媒効果が得られ、活性状態を伴った洗浄液を噴射でき、強力な洗浄効果が得られる。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発信器に接続された超音波振動子を備える超音波洗浄ノズルに洗浄媒体を供給し、超音波振動子から超音波を発生し、超音波洗浄ノズルの周縁部から４００ｎｍ以下の波長の照射光を照射し、洗浄媒体を超音波洗浄ノズルから噴射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法において、前記超音波洗浄ノズルのノズル部が、石英ガラスからなり、当該ノズル部の内面に透明薄膜の光触媒層が形成されていることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波洗浄方法において、
前記洗浄媒体が水、純水、オゾン水のいずれか一つであることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項３】
超音波発信器に接続された超音波振動子を備える超音波洗浄ノズルと、超音波洗浄ノズルに接続して、洗浄媒体を供給する洗浄媒体供給装置と、超音波洗浄ノズルの周縁部に配置され、４００ｎｍ以下の波長の照射光を照射する照明装置とを備え、前記超音波洗浄ノズルのノズル部が石英ガラスからなり、当該ノズル部の内面に透明薄膜の光触媒層が形成されていることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波洗浄装置において、
前記洗浄媒体が水、純水、オゾン水のいずれか一つであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の超音波洗浄装置において、前記照明装置の発光源がＬＥＤであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項６】
超音波洗浄ノズルのノズル部の製造方法であって、
前記ノズル部の内面に蒸着方式またはスパッタ方式によって、透明薄膜の光触媒層を形成することを特徴とする超音波洗浄ノズルのノズル部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、純水およびオゾン水などの洗浄媒体を活性化して、レンズなどの光学部品、ガラス基板、半導体基板、光ディスク用のスタンパなどの表面に付着した無機物やレジストなどの有機物の洗浄を行う超音波洗浄方法、超音波洗浄装置および超音洗浄ノズルのノズル部の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学部品、半導体基板および光ディスクスタンパの洗浄では、有機溶剤や硫酸や塩酸、過酸化水素水、アンモニア水、および界面活性剤等の洗浄剤が多量に使用される。このような洗浄剤を用いた洗浄技術では、環境負荷が多大で、洗浄設備の大型化や薬剤の排水処理設備が必要になり、製品コストヘのはね返り等が大きな課題となっている。このような課題を受けて、洗浄剤の使用量を低減したり、洗浄剤そのものを使用しない洗浄方法が提案され、半導体の薬品洗浄では、薬液濃度を下げるために、高周波洗浄による物理的効果を引き出すプロセスも提唱され出しているが、有機・無機汚れを完壁に落とせるまでに至っていないのが現状である。
【０００３】
このような洗浄方法の課題を解決し、かつ洗浄剤を用いない洗浄方法として、次のようなものが挙げられる。例えば、物理的な洗浄では、ドライアイスブラスト、氷粒ブラスト、プラスチックブラストなどのブラスト法、ドライ洗浄としては、紫外線による有機化合物の化学結合の切断効果とオゾンの強力な酸化効果を組み合わせたＵＶ／オゾン洗浄法、プラズマの反応を利用したプラズマ洗浄法、加速したイオンを照射するイオンエッチング法等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの洗浄剤を用いない洗浄技術には、問題点が多い。例えば、ブラスト法では、被洗浄物へのダメージが発生してしまうこと、ＵＶ／オゾン洗浄法では、洗浄能力が十分でなく、分解残渣が残りやすいこと、プラズマ洗浄においても、加速電子などによる被洗浄物へのダメージが発生してしまうこと、イオンエッチング法では、表面へ損傷を与えてしまうこと等が挙げられる。また、それぞれに専用の装置が必要になるため、設備が高額になるといった問題もある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、洗浄剤を用いず、被洗浄物に悪影響を及ぼさずに十分な洗浄力を有し、環境負荷を小さくすることができる超音波洗浄方法と超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、このような超音波洗浄方法と超音波洗浄装置に用いる超音波ノズルのノズル部の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた。公知として、光触媒に紫外線を照射すると、光触媒表面で有機物が分解されるのは良く知られているが、この分解反応はあくまで表面反応のみで、有機物を光触媒に接触させないと効果がないと考えられていた。ところが、光が照射された光触媒と接触した水等の洗浄媒体は、有機物分解効果をある程度の時間持続し、光触媒の表面以外でも有機物を分解しうる強力な洗浄力を有すること、特に、洗浄液が洗浄物である基板等に接触する直前に前記光触媒に接触することで、ほぼ同様の効果を得ることを見い出した。
【０００８】
また、オゾン水を洗浄媒体として、先に延べた光触媒に接触させるとオゾン水単体で用いたよりも強力な洗浄効果が得られることを見い出した。
【０００９】
また、光触媒に接触した洗浄媒体に超音波により振動を与えることで、さらに強力な洗浄効果が得られることを見い出した。
【００１０】
従って、請求項１記載の発明は、超音波振動子を備える超音波洗浄ノズルに洗浄媒体を供給して、超音波発信機に接続された超音波振動子から超音波を発生して、超音波洗浄ノズルの周縁部から４００ｎｍ以下の波長の照射光を照射して、洗浄媒体を超音波洗浄ノズルから噴射して、被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法において、前記超音波洗浄ノズルのノズル部が、石英ガラスからなり、当該ノズル部の内面に透明薄膜の光触媒層が形成されていることを特徴とする超音波洗浄方法を提供する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の超音波洗浄において、前記洗浄媒体が水、純水、オゾン水のいずれか一つであることを特徴とする洗浄方法を提供する。
【００１２】
請求項３記載の発明は、超音波振動子を備える超音波洗浄ノズルと、超音波洗浄ノズルに接続して、洗浄媒体を供給する洗浄媒体供給装置と、超音波洗浄ノズルの超音波振動子に接続して、超音波振動子から超音波を発生させる超音波発信器と、超音波洗浄ノズルの周縁部に配置され、４００ｎｍ以下の波長の照射光を照射する照明装置を備え、前記超音波洗浄ノズルのノズル部が石英ガラスからなり、当該ノズル部の内面に透明薄膜の光触媒層が形成されていることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の超音波洗浄装置において、前記洗浄媒体が水、純水、オゾン水のいずれか一つであることを特徴とする洗浄装置を提供する。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項３または４に記載の超音波洗浄装置において、前記照明装置の発光源がＬＥＤであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する。
【００１５】
請求項６記載の発明は、超音波洗浄ノズルのノズル部の製造方法であって、ノズル部の内面に蒸着方式または、スパッタ方式によって、透明薄膜の光触媒層を形成することを特徴とする超音波洗浄ノズルのノズル部の製造方法を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波洗浄ノズル、超音波洗浄ノズルの製造方法、超音波洗浄方法、および超音波洗浄装置の実施の形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明は以下の実態の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明に係る超音波洗浄ノズルの断面概略図である。この超音波洗浄ノズルは、超音波振動子６と、洗浄媒体である液体５を供給する供給配管口７をもったケース３と、石英ガラスを材料としたノズル１とで構成されている。ケース３の材質としては、ステンレスやテフロン（登録商標）が例示できる。超音波振動子６は、ケース内部１０に満たされた液体５に超音波を照射する。ノズル１は、洗浄媒体である液体５を噴射する部分で、噴射口１１の径がケース３の径に比べると小さい窄まった形状になっており、ケース３に取り付けねじ４によって取り付けられ、着脱可能になっている。このノズル１のノズル内面１ａ全域に光触媒が成膜された光触媒層２が形成されており、液体５が接触する。ここで、液体５は、水または純水を用いるのが通常であるが、半導体部品または光ディスクのスタンパのようなクリーン対応の精密部品の洗浄には、純水または超純水が好ましい。また、オゾン水を用いることでより強力な洗浄効果を得ることもできる。さらに、洗浄効果を促進するために、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２ＳＯ４、ＮＨ２ＯＨ、ＮａＯＨなどの酸化剤、酸、アルカリなどのほか電解イオン水、界面活性剤などの洗浄剤を適宜配合することもできる。
【００１８】
超音波振動子６から超音波が照射された液体５は、ノズル噴射口１１から振動した水分子の集まりとして噴射されるが、その際に、ノズル内面１ａに成膜された光触媒層２に接触しながら噴射されていく。
【００１９】
また、ノズル１は石英ガラスを材料としているため、当該超音波洗浄ノズルの外側からの外光を透過させることが可能であり、一般的な照明である蛍光灯から照射される光の中にも含まれる波長４００ｎｍ以下の紫外光も透過する。従って、４００ｎｍ以下の波長の光でも、ノズル内面１ａの表面に成膜された光触媒層２に照射することができる。また、石英ガラスを用いることで液体５に使用するオゾン水および液体５に添加するＨ２Ｏ２、Ｈ２ＳＯ４、ＮＨ２ＯＨ、ＮａＯＨなどの酸化剤、酸、アルカリなどのほか電解イオン水、界面活性剤などの前記洗浄剤による薬品ダメージがない。
【００２０】
一般的に知られるように、光触媒表面に接触した液体は、次のような化学作用を受けることになる。光触媒層を形成する光触媒半導体における荷電子帯の電子は、４００ｎｍ以下の紫外線領域の周波数をもつ光線によって励起され、伝導帯に移り移動が自由になる。また、その電子が抜けた跡は正孔となり、同様に移動が自由になる。これにより光触媒表面は活性状態になり、接触した液体中の酸素は、光触媒表面に移動した電子により還元してスーパーオキサイドアニオンに変化し、また、移動した正孔によりヒドロキシラジカルといった活性酸素に変化する。この活性酸素は、オゾン以上の強力な酸化作用で有機物を分解し、また改質する力を持つ。つまり、超音波を付与された洗浄媒体である液体５は、ノズル１から噴射される際に、ノズル内面１ａに形成された光触媒層２に接触することで、強力な酸化作用を持つ振動した水分子の集まりとして噴射されることになる。
【００２１】
ノズル１のノズル内面１ａに光触媒層を形成する方法としては、まず、ノズル１の外面１ｂをテープなどのマスキング材でマスクし、ノズル内面１ａのみをスパッタ法により形成する方法が挙げられる。スパッタ法による成膜方法としては、ＴｉＯ２、ＫＴａＯ３、ＺｎＯ、ＺｎＯ２、ＷＯ３、ＲｅＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｄＯ、Ａｇ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｃｕ２Ｏ、ＲｕＯ２、Ｎｄ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＳｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の酸化物をターゲットとして、ＲＦ高周波、ＤＣパルスなどの電源を用いたスパッタ方式により成膜する方法と、Ｔｉ、ＫＴａ、Ｚｎ、Ｗ、Ｒｅ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属をターゲットとしてＤＣ電源を用いた反応型スパッタ方式で、前記金属の酸化膜を成膜する方法が例示できる。または、前記酸化膜を蒸着法により成膜する方法も挙げられる。このとき、より強度で耐久性のある膜を得るためには、スパッタ方式による成膜方法が好ましい。ノズル１は、ケース３に取り付ける口径の広い側をターゲット面に対抗させて配置し、成膜することで、ノズル内面１ａ表面に満遍なく光触媒層を形成することができる。
【００２２】
図２は、図１に示した超音波洗浄ノズルを用いた洗浄装置の構成図である。
【００２３】
超音波発振器２０は、メガヘルツ帯の周波数を発振し、信号ケーブル２１により超音波洗浄ノズルのケース３内部に設置された超音波振動子６に電気信号として伝達する。また、液体５は、洗浄液供給装置４０により、供給配管４１を通じて超音波洗浄ノズルのケース３内部に供給される。液体の供給装置４０は、洗浄媒体である水及び純水に対し、洗浄剤であるＨ２Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２ＳＯ４、ＮＨ２ＯＨ、ＮａＯＨなどの酸化剤、酸、アルカリなどのほか電解イオン水、界面活性剤などの添加剤を所望の割合で添加できるようになっている。
【００２４】
ノズル１の外側には、波長４００ｎｍ以下の光を照射する紫外線光源ランプ３１が設置されている。ランプ３１は、紫外線光源ランプ用筐体３０に固定されており、紫外線光源用電源３２に接続されている。また、紫外線光源ランプ用筐体３０には、波長４００ｎｍ以下の光を透過する紫外線光源ランプ用筐体カバー３０ａが取り付けられており、ノズル１から噴射された液体５が飛散しても紫外線光源ランプ３１に液体５が付着しないようになっている。紫外線光源ランプ用筐体カバー３０ａの材質としては、石英ガラスが例示できるが、これに限定されない。
【００２５】
紫外線光源ランプ３１から照射された波長４００ｎｍ以下の光は、ノズル１を透過し、ノズル内面１ａの光触媒層２に到達する。このとき、光触媒層２の表面に液体５が接すると、液体５は強力な酸化作用を持った活性状態になる。液体５は、ノズル１から噴射される直前に活性状態になるため、通常、光触媒層表面でしか起きない触媒反応による効果が噴射後も持続する。従って、被洗浄物５０に液体５を噴射することで、十分な洗浄効果が得られ、被洗浄物５０と超音波洗浄ノズルの噴射口１１との距離が短いほど効果は大きい。これは、液体５が超音波振動子から付与された超音波効果も同様で、１００ｍｍ以下が望ましい。また、被洗浄物５０に対し、液体５を斜め方向から当てる方が、より大きな洗浄効果を得られる場合があるため、洗浄により除去する物質に応じて、噴射角度を調節すればよい。
【００２６】
図３は、図２に示した紫外線光源ランプ用筐体３０の代わりに、紫ＬＥＤランプ３３を用いた小型洗浄装置の構成図である。
【００２７】
紫ＬＥＤランプ３３に紫外線光源を置き換えることで、超音波洗浄装置が小型化でき、扱いが容易になる。光触媒反応は、光触媒に与える波長がエネルギーとなり、光量には左右されないため、小型のＬＥＤでも紫外線波長を照射できれば、同様の効果が得られる。紫ＬＥＤランプ３３は、リング状をしており、ノズル外面１ｂ外側に設置され、筐体３４内部の基板に取り付けられている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の洗浄方法によれば、使用する洗浄媒体が水及び純水のみでも、被洗浄物に付着した無機物やレジストなどの有機物洗浄に効果があり、且つ、被洗浄物に損傷を与えずに洗浄できる。
【００２９】
併せて、この洗浄方法によれば、洗浄剤を使用する必要がないため廃水処理が不要で環境負荷が少ない洗浄技術を提供できる。
【００３０】
また、本発明の超音波洗浄ノズル及び超音波洗浄装置は、かかる洗浄方法に用いる超音波活性洗浄媒体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波洗浄ノズルの断面概略構成図である。
【図２】図１の超音波洗浄ノズルを用いた超音波洗浄装置の構成図である。
【図３】図２の超音波洗浄装置の紫外線光源にＬＥＤランプを組み込んだ小型超音波洗浄装置の構成図である。
【符号の説明】
１…ノズル
１ａ…ノズル内面
１ｂ…ノズル外面
２…光触媒層
３…ケース
４…取り付けねじ
５…洗浄媒体である液体
６…超音波振動子
７…供給口配管
１０…ケース内部
１１…噴射口
２０…超音波発振器
２１…信号ケーブル
３０…紫外線光源ランプ用筐体
３０ａ…紫外線光源ランプ用筐体カバー
３１…紫外線光源ランプ
３２…紫外線光源用電源
３３…紫ＬＥＤランプ
３４…紫ＬＥＤ筐体
４０…洗浄媒体供給装置
４１…供給配管
５０…被洗浄物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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