(57)【要約】【目的】基板等の被洗浄部材を良好且つ効果的に洗浄しうる洗浄材を製造する方法を提供する。【構成】洗浄材製造容器５の上部に過冷却液噴射口９を設けると共に下部に洗浄材供給路７に連通する洗浄材貯留領域１１を形成して、水又は水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液を過冷却状態に冷却してなる過冷却液１ｃを過冷却液噴射口９から噴射させて洗浄材貯留領域１１の液面１１ａに衝突させることにより、噴射された過冷却液１ｃの一部を氷粒子１ｄに相変化させて、氷粒子１ｄと液体１ｅとが混在する固液共存のシャーベット状をなす洗浄材１を得ると共に、得られた洗浄材１を洗浄材貯留領域１１から洗浄材供給路７に流出させるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄材製造容器の上部に過冷却液噴射口を設けると共に下部に洗浄材供給路に連通する洗浄材貯留領域を形成して、水又は水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液を過冷却状態に冷却してなる過冷却液を過冷却液噴射口から噴射させて洗浄材貯留領域の液面に衝突させることにより、噴射された過冷却液の一部を氷粒子に相変化させて、氷粒子と液体とが混在する固液共存のシャーベット状をなす洗浄材を得ると共に、得られた洗浄材を洗浄材貯留領域から洗浄材供給路に流出させるようにしたことを特徴とする洗浄材製造方法。
【請求項２】
原料液として、純水又は純水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液を使用することを特徴とする、請求項１に記載する洗浄材製造方法。
【請求項３】
原料液として、炭酸ガスを注入したものを使用することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する洗浄材製造方法。
【請求項４】
有機化合物液として、イソプロピルアルコールを使用することを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記載する洗浄材製造方法。
【請求項５】
原料液として有機化合物の混合液を使用する場合にあっては、原料液又は洗浄材における有機化合物液の濃度を０．０１〜８０ｍａｓｓ％としておくことを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載する洗浄材製造方法。
【請求項６】
過冷却液噴射口から噴射される過冷却液が０〜−５０℃の温度に保持されたものであることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載する洗浄材製造方法。
【請求項７】
過冷却液噴射口からの過冷却液の噴射速度が４〜１５０ｍ／ｓｅｃであること特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載する洗浄材製造方法。
【請求項８】
洗浄材貯留領域の液位を、当該領域の液面が過冷却液噴射口に接触しないように、所定範囲に保持させておくようにすることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７に記載する洗浄材製造方法。
【請求項９】
洗浄材供給路の圧力に応じて洗浄材製造容器内の圧力を調整することによって、洗浄材貯留領域の液位を所定範囲に保持するようにしたことを特徴とする、請求項８に記載する洗浄材製造方法。
【請求項１０】
上部に過冷却液噴射口を設けると共に下部に洗浄材貯留領域を形成した洗浄材製造容器と、水若しくは水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液又はこれに炭酸ガスを注入した原料液を過冷却状態に冷却し、原料液を過冷却状態に保持した過冷却液を過冷却液噴射口へと供給する過冷却液製造機構と、洗浄材製造容器の下部に接続されて洗浄材貯留領域に連通する洗浄材供給路とを具備して、過冷却液を過冷却液噴射口から噴射させて洗浄材貯留領域の液面に衝突させることにより、噴射された過冷却液の一部を氷粒子に相変化させて、氷粒子と液体とが混在する固液共存のシャーベット状をなす洗浄材を得ると共に、得られた洗浄材を洗浄材貯留領域から洗浄材供給路へと流出させるように構成したことを特徴とする洗浄材製造装置。
【請求項１１】
過冷却液製造機構が、原料液を過冷却状態に冷却する過冷却器を具備するものであることを特徴とする、請求項１０に記載する洗浄材製造装置。
【請求項１２】
洗浄材製造容器が洗浄材供給路の上流端部分を構成する円筒状のものであり、洗浄材製造容器の上壁に、過冷却製造機構の過冷却液供給路の下流端部分を構成する噴射筒を同心状に固着して、この噴射筒の底部に形成されたオリフィスを過冷却液噴射口となしていることを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載する洗浄材製造装置。
【請求項１３】
洗浄材貯留領域の液位を所定範囲に保持すべく洗浄材製造容器内の圧力を調整する調圧機構を更に具備することを特徴とする、請求項１０、請求項１１又は請求項１２に記載する洗浄材製造装置。
【請求項１４】
請求項１０、請求項１１、請求項１２又は請求項１３に記載する洗浄材製造装置と洗浄装置とからなり、洗浄装置が、被洗浄部材を保持する洗浄処理室と、洗浄材供給路から供給された洗浄材を洗浄処理室内に保持された被洗浄部材に向けて噴射させる洗浄材噴射機構とを具備するものであることを特徴とする洗浄システム。
【請求項１５】
洗浄材噴射機構が、洗浄材供給路から供給された洗浄材をキャリアガスにより加速して噴射させる噴射ガンを具備するものであることを特徴とする、請求項１４に記載する洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種基板（例えば、半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等）に付着する微細な汚染物質（基板の汚染源となる微粒子等であり、以下「パーティクル」という）を洗浄，除去する場合等に好適に使用できる洗浄材を製造する方法及び装置と、この装置を使用する洗浄システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ウエハ等の基板の洗浄は、一般に、１００〜３００μｍ径のモヘア，ナイロン等を使用したブラシにより基板表面を擦ることにより、基板に付着したパーティクルを除去するブラシ・スクラバーにより行われている。しかし、かかるブラシ・スクラバーによる基板洗浄にあっては、ブラシを回転させつつ基板表面に押し付けて、その摩擦力により異物を擦り取るようにするため、ブラシ同士の擦れや基板配線の段差への擦れにより、基板汚染源となる微粒子たるパーティクルが発生して基板に再付着し、基板の洗浄効果を低下させる。
【０００３】
そこで、近時、微細な氷粒子を洗浄材としてキャリアガスにより基板に噴射，衝突させることにより、基板を洗浄するようにしたアイス・スクラバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるアイス・スクラバーによれば、基板を洗い流すためパーティクルの発生，再付着が生じず、基板洗浄を効果的に行うことができる。
【０００４】
しかし、アイス・スクラバーによる基板洗浄にあっては、洗浄材が硬質の氷粒子であり且つガス（キャリアガス）により基板に高速で衝突されるため、洗浄材の衝突により基板にダメージを与える虞れがある。また、基板に衝突後の氷粒子が飛散すると共に除去されたパーティクルが基板周辺に舞い上がって、基板が再汚染される虞れがある。このようなパーティクルの舞い上がりを防止するためには、氷粒子の噴射と共に基板に純水等によるリンスを行う必要があるが、リンスを行うと、リンス水に氷粒子が溶融して冷熱の有効利用を図ることができず、ランニングコストが増加するといった問題を生じる。また、氷粒子同士が融着して塊状となって輸送配管系で詰まる等、ハンドリング性が頗る悪いといった問題もある。
【特許文献１】特開平８−２７４０５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このように洗浄材を基板等の被洗浄部材に噴射，衝突させる場合において、上記したアイス・スクラバーのような問題を生じることなく、基板等を良好且つ効果的に洗浄しうる洗浄材を製造する方法及び装置と、この装置を使用する洗浄システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１に、洗浄材製造容器の上部に過冷却液噴射口を設けると共に下部に洗浄材供給路に連通する洗浄材貯留領域を形成して、水又は水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液を過冷却状態に冷却してなる過冷却液を過冷却液噴射口から噴射させて洗浄材貯留領域の液面に衝突させることにより、噴射された過冷却液の一部を氷粒子に相変化させて、氷粒子と液体とが混在する固液共存のシャーベット状をなす洗浄材を得ると共に、得られた洗浄材を洗浄材貯留領域から洗浄材供給路に流出させるようにしたことを特徴とする洗浄材製造方法を提案する。
【０００７】
かかる洗浄材製造方法にあって、洗浄材を高度のコンタミネーション対策を必要とする用途に使用する場合、例えば、シリコンウエハ等の基板を洗浄する場合には、原料液の水として純水を使用することが好ましい。また、原料液として有機化合物液の混合液を使用する場合、有機化合物液としては、基板等の被洗浄部材（被洗浄面）に悪影響を与えないものが使用され、具体的には、例えば、イソプロピルアルコール（ｍｐ＝−８９．５℃，ｂｐ＝８２．４℃）、メチルアルコール（ｍｐ＝−９７．７８℃；ｂｐ＝６４．６５℃）、エチルアルコール（ｍｐ＝−１１４．１℃；ｂｐ＝７８．３℃）若しくはアセトン（ｍｐ＝−９４．８２℃；ｂｐ＝５６．５℃）又はこれらの２種以上を混合させたもの等が使用することが好ましく、特に、イソプロピルアルコール（以下「ＩＰＡ」と略称する）を使用することが好ましい。また、原料液として有機化合物の混合液を使用する場合、原料液又は洗浄材における有機化合物液の濃度が０．０１〜８０ｍａｓｓ％となるようにしておくことが好ましい。すなわち、有機化合物液の濃度が０．０１ｍａｓｓ％未満であると、有機化合物液を添加させる意義が消失することになり、８０ｍａｓｓ％を超えると、原料液中の水成分を凍結させる温度（凝固点）が大きく低下して、洗浄材の製造に必要以上のエネルギ（凍結に要するエネルギ）が必要となる。また、原料液に炭酸ガスを注入しておき、洗浄材の比抵抗値を下げると共に洗浄時における洗浄材による静電気の防止を図るようにすることも好ましい。
【０００８】
ところで、水の温度が下降すると、水分子のもつ運動エネルギは減少する。一方、氷核（氷結晶）を発生させるためにはエネルギ（活性エネルギ）を必要とする。したがって、水の温度が凝固点（氷点）以下に下がった場合にも、水分子の運動エネルギが減少していて十分なエネルギが得られないときは、氷結晶が生じない状態が生じる。かかる状態を過冷却状態といい、熱力学的に極めて不安定な状態であり、かかる過冷却状態は、一定以上の外力（衝撃，振動）が付与されることにより解消されて、氷結晶を生じることになる。本発明の洗浄材製造方法は、このような過冷却現象を利用したものであり、過冷却液の液面への衝突によるエネルギ付与により過冷却を解消させて、噴射された過冷却液の一部を氷結晶に変成せしめ、固体（氷粒子）と液体（水又はこれとＩＰＡ等の有機化合物液との混合水溶液）とが共存するシャーベット状の洗浄材を得るものである。なお、洗浄材の製造開始時において、洗浄材貯留領域が形成されていないときは、当該領域の液位に相当する液位となる原料液を洗浄材製造容器及び洗浄材供給路に供給して、洗浄材貯留領域に相当する原料液貯留領域を形成しておき、過冷却液をこの原料液貯留領域の液面に噴射させるようにする。かかる原料液の供給による原料液貯留領域の形成は、例えば、洗浄材供給路の下流端を閉塞した状態で、原料液を過冷却液噴射口から噴射させることによって行なうことができる。
【０００９】
また、氷結晶の発生度合（発生し易さ）は、過冷却液の液面への衝突エネルギの大きさに依存することから、過冷却液噴射口から噴射速度が大きい程、氷結晶の発生度合は高くなる。したがって、洗浄材として適正な固液共存のシャーベット物質を生成させるためには、一般に、過冷却液噴射口からの過冷却液の噴射速度は４〜１５０ｍ／ｓｅｃとしておくことが好ましく、４〜１００ｍ／ｓｅｃとしておくのが最適である。また、過冷却液の液面への噴射，衝突により生成される氷濃度は当該過冷却液の温度に依存し、温度が低い程、氷濃度は高くなる。したがって、適正な洗浄材を得るためには、過冷却液の温度は一般に０〜−５０℃としておくことが好ましい。
【００１０】
また、過冷却液を液面に噴射，衝突させることにより、液面下には気泡を巻き込んだ乱流領域が形成されることになるが、このような乱流領域では、気泡流れによって過冷却液の噴射により発生した氷粒子同士の結合による氷の成長が抑制されて、良好な固液共存のシャーベット状をなす洗浄材が得られる。氷粒子同士の結合による氷の成長を効果的に抑制するためには、例えば、内径を１０．７ｍｍとする円筒状の洗浄材製造容器を使用した場合において、乱流領域における気泡流れの長さが１００ｍｍ程度であることが必要である。また、過冷却液の噴射，衝突により液面高さ（液位）が変動することになるが、このような場合にも、液面が過冷却液噴射口に接触しないことが必要である。液面が過冷却液噴射口に接触するような状態となると、上記した乱流領域が形成されないことは勿論、過冷却液噴射口をこれに氷結晶が付着，凍結して閉塞してしまう虞れが生じる。したがって、洗浄材を良好に得るためには、上記した乱流領域が形成され且つ液面が過冷却液噴射口が接触しないように、過冷却液噴射口と液面との上下方向距離（鉛直距離）つまり洗浄材貯留領域の液位を所定範囲に保持しておく必要がある。なお、過冷却液の噴射による液位の変動幅は過冷却液の噴射速度や洗浄材製造容器の内径（洗浄材貯留領域の液面の面積）によって異なるが、液位は上記鉛直距離が一定となるように設定しておくことが好ましく、通常、上記鉛直距離は５０〜５００ｍｍ程度であれば十分である。洗浄材貯留領域の液位は、洗浄材製造容器及びこれに接続された洗浄材供給路（更には、洗浄材供給路の下流端に接続される洗浄材使用部（例えば、後述する洗浄材噴射器））の配置関係によって設定することができる。また、洗浄材使用部による洗浄材使用条件等によって洗浄材供給路に背圧が作用する場合には、この背圧によって液位が変動することがあるが、このような場合には、洗浄材製造容器内の圧力（液面上の気相領域における圧力）を調整することによって、液位を上記条件を満足する所定範囲に保持させておくようにすることが好ましい。すなわち、洗浄材供給路の圧力に応じて洗浄材製造容器内の圧力を調整することによって、洗浄材貯留領域の液位を所定範囲に保持するようにしておくことが好ましい。
【００１１】
本発明は、第２に、上記した洗浄材製造方法を実施するための装置であって、上部に過冷却液噴射口を設けると共に下部に洗浄材貯留領域を形成した洗浄材製造容器と、水若しくは水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液又はこれに炭酸ガスを注入した原料液を過冷却状態に冷却し、原料液を過冷却状態に保持した過冷却液を過冷却液噴射口へと供給する過冷却液製造機構と、洗浄材製造容器の下部に接続されて洗浄材貯留領域に連通する洗浄材供給路とを具備して、過冷却液を過冷却液噴射口から噴射させて洗浄材貯留領域の液面に衝突させることにより、噴射された過冷却液の一部を氷粒子に相変化させて、氷粒子と液体とが混在する固液共存のシャーベット状をなす洗浄材を得ると共に、得られた洗浄材を洗浄材貯留領域から洗浄材供給路へと流出させるように構成したことを特徴とする洗浄材製造装置を提案する。
【００１２】
かかる洗浄材製造装置にあっては、過冷却液製造機構が、原料液を過冷却状態に冷却する過冷却器を具備するものであることが好ましい。また、原料液を事前に適当温度（例えば、２℃程度）に予冷する予冷器を更に具備するものとしておいてもよい。また、洗浄材製造容器が洗浄材供給路の上流端部分を構成する円筒状のものであり、洗浄材製造容器の上壁に、過冷却製造機構の過冷却液供給路の下流端部分を構成する噴射筒を同心状に固着して、この噴射筒の底部に形成されたオリフィスを過冷却噴射口となしておくことが好ましい。過冷却液等の接触面である洗浄材製造容器，噴射筒，洗浄材供給路等の内面は、パーティクルの発生しない電解研磨処理面やＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＰＶＤＦ等のプラスチック構成面としておくことが好ましい。また、過冷却液は前述した如く衝撃により過冷却を解消するものであるから、少なくとも過冷却液製造機構から洗浄材製造容器に至る過冷却液供給路は、かかる衝撃を生じることなく過冷却液を流動させうる形態のものとしておくことが必要である。例えば、曲率半径の小さなエルボ部分、断面積が急激に変化する部分や弁を配設する部分は、これを有しない形態としておくことが好ましい。また、前述した如く、洗浄材供給路の下流端における洗浄材の使用条件により背圧が作用して、洗浄材貯留領域の液位が変動するような場合には、洗浄材貯留領域の液位を所定範囲に保持すべく洗浄材製造容器内の圧力を調整する調圧機構を更に具備しておくことが好ましい。
【００１３】
本発明は、第３に、上記した構成の洗浄材製造装置と洗浄装置とからなる洗浄システムを提案する。この洗浄システムにあって、洗浄装置は、被洗浄部材を保持する洗浄処理室と、洗浄材供給路から供給された洗浄材を洗浄処理室内に保持された被洗浄部材に向けて噴射させる洗浄材噴射機構とを具備するものである。洗浄材噴射機構としては、洗浄材供給路から供給された洗浄材をキャリアガスにより加速して噴射させる噴射ガンを具備するものを使用することが好ましい。この場合、キャリアガスによって洗浄材供給路には背圧が作用して、これにより洗浄材貯留領域の液位が変動することになるが、かかる場合には、上記した調圧機構を設けておくことにより、当該液位の変動を防止することができる。例えば、キャリアガスの噴射ガンへの供給路と洗浄材製造容器の気相領域（液面上の容器内領域）とを調圧路で接続して、当該容器内（気相領域）の圧力をキャリアガスとバランスさせることにより、上記した液位変動を防止するようにする。このような調圧機構にあっては、必要に応じて、調圧路に圧力を微調整する調圧弁を設けて、当該容器内の圧力を微調整するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の洗浄材製造方法及び洗浄材製造装置によれば、冒頭に述べたブラシ・スクラバーやアイス・スクラバーによる場合のような問題（例えば、基板の副次的コンタミネーションや素子の破壊を招く等）を生じることなく基板等の被洗浄面を良好且つ効果的に洗浄しうるシャーベット状の洗浄材を、効率よく良好に製造することができる。また、本発明の洗浄材製造方法によれば、かかる基板等の洗浄に要するランニングコストを低減させることができ、配管系が閉塞する等の問題を生じることなく連続運転を容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に係る洗浄システムの一例を示す系統図であり、図２はその要部の拡大詳細図である。
【００１６】
図１に示す洗浄システムは、基板（半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等）をこれにアイス・スクラバーと同様に洗浄材を噴射，衝突させることにより洗浄する（基板に付着するパーティクルを除去する）ためのものであり、シャーベット状の洗浄材１を製造するための洗浄材製造装置２と、洗浄材１を噴射させることにより被洗浄部材である基板３を洗浄するための洗浄装置４とからなる。
【００１７】
本発明に係る洗浄材製造装置２は、図１に示す如く、洗浄材製造容器５と過冷却液製造機構６と洗浄材供給路７と調圧機構８とを具備する。
【００１８】
洗浄材製造容器５は、図２に示す如く、上下方向に延びる筒状の断熱容器であり、その上部には過冷却液噴射口９が設けられると共にその下部には洗浄材供給路７が接続されている。洗浄材供給路７は断面円形の円管で構成されており、洗浄材製造容器５は、その内径を洗浄材供給路７の内径と同一とした円筒状のものであって、洗浄材供給路７の上流端部分を構成している。洗浄材製造容器５の上壁には有底の噴射筒１０が固着されており、噴射筒１０の底壁には過冷却液噴射口９が形成されている。すなわち、噴射筒１０は、図２に示す如く、洗浄材製造容器５より小径の円筒体であり、下端部分を当該容器５内に所定量突出させた状態で、当該容器５の上壁に同心状に固着されている。噴射筒１０の底壁の中心部には、過冷却液噴射口９を構成する円形のオリフィスが形成されている。洗浄材製造容器５の下部には、洗浄材供給路７から供給されるべき洗浄材１（運転初期の段階においては原料液１ａ）が貯留する洗浄材貯留領域１１が形成される。この洗浄材貯留領域１１の液面１１ａの高さ（液位）Ｈは、洗浄材製造容器５及び洗浄材供給路７（又は洗浄装置４）の配置を工夫することにより、過冷却液噴射口９から液面１１ａまでの上下方向距離（鉛直距離）Ｌが一定以上となるように設定される。
【００１９】
過冷却液製造機構６は、図１に示す如く、予冷器１２と、過冷却器１３と、原料液１ａの供給源１４から予冷器１２に至る原料液供給路１５と、予冷器１２から過冷却器１３に至る予冷液供給路１６と、過冷却器１３から洗浄材製造容器５に至る過冷却液供給路１７と、原料液供給路１５に配設された原料液供給弁１８、フィルタ１９及び加圧ポンプ２０と、予冷液供給路１６に配設されたフィルタ２１とを具備する。
【００２０】
原料液１ａとしては、水又は水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液が使用される。水としては純水を使用することが好ましく、有機化合物液としては前述した如くＩＰＡ等を使用することが好ましい。
【００２１】
予冷器１２は、図１に示す如く、出入口部を原料液供給路１５と予冷液供給路１６とに接続した伝熱管２２と、この伝熱管２２を内装する熱交換器本体２３と、熱交換器本体２３内に充填された冷媒（例えば、エチレングリコール等の冷媒液）２４と、この冷媒２４を冷却する冷凍機２５とからなる熱交換器であり、原料液供給路１５から加圧ポンプ２０により所定圧に加圧されて伝熱管２２に供給された常温の原料液１ａを冷媒２４との熱交換により適当温度（例えば、氷点近傍温度の２℃程度）に予冷するものであり、予冷された原料液たる予冷液１ｂは予冷液供給路１６から過冷却器１３に供給される。この予冷器１２は、後述する過冷却器１３の負担を軽減し、過冷却器１３の出口温度を一定にするために設けられたものであり、当該過冷却器１３が常温の原料液１ａを過冷却するに十分な冷却能力を有するものである場合には必要としない。過冷却器１３は、出入口部を予冷液供給路１６と過冷却液供給路１７とに接続した伝熱管２６と、この伝熱管２６を内装する熱交換器本体２７と、熱交換器本体２７内に充填された冷媒（例えば、エチレングリコール等の冷媒液）２８と、この冷媒２８を冷却する冷凍機２９とからなる熱交換器であり、予冷液供給路１６から加圧ポンプ２０により所定圧で伝熱管２６に供給された予冷液１ｂを冷媒２８との熱交換により０〜−５０℃に過冷却して、過冷却状態に保持された原料液たる過冷却液１ｃを得るものである。この例では、過冷却器１３の冷媒２８を、後述する如く、冷媒循環路４６及びこれに配設した冷媒循環ポンプ４７により冷却器４２との間で循環させるようにし、冷却器４２側において冷媒２８を冷凍機２９により冷却させるようにしている。過冷却液供給路１７の下流端は洗浄材製造容器５の噴射筒１０に接続されていて、過冷却器１３で得られた過冷却液１ｃが加圧ポンプ２０により所定圧に加圧されて噴射筒１０に供給され、過冷却液噴射口９から下方に向けて噴射されるようになっている。過冷却液供給路１７は、その内径を噴射筒１０の内径と同一とした円管で構成されており、噴射筒１０は過冷却液供給路１７の下流端部分を構成している。なお、加圧ポンプ２０は、過冷却液噴射口９からの過冷却液１ｃの噴射速度が前述した如く４〜１５０ｍ／ｓｅｃ（より好ましくは４〜１００ｍ／ｓｅｃ）となるように運転される。
【００２２】
而して、以上のように構成された洗浄材製造装置２によれば、過冷却液供給路１７から噴射筒１０に供給された過冷却液１ｃを過冷却液噴射口９から液面１１ａに噴射させて衝突させることにより、噴射された過冷却液１ｃの一部が氷粒子１ｄに相変化すると共に残部が液体（水又はこれとＩＰＡ等の有機化合物液との混合水溶液）１ｅとなり、洗浄材貯留領域１１において固液共存のシャーベット状をなす洗浄材１を連続して生成することになる。かかる洗浄材１の連続生成に伴って、当該洗浄材１は洗浄材貯留領域１１から洗浄材供給路７へと流出し、洗浄材供給路７を流動して、その下流端の洗浄材使用部（後述する洗浄材噴射機構３２）へと供給される。このとき、過冷却液１ｃが液面１１ａに噴射，衝突されることにより、図２に示す如く、液面１１ａ下に気泡を巻き込んだ流れ（気泡流れ）１ｆによる乱流領域３０が形成されることになる。したがって、過冷却液１の噴射によって発生した氷粒子同士の結合は、乱流領域３０の気泡流れ１ｆによって可及的に抑制されることになり、氷粒子同士の結合による氷の成長が防止されることになる。その結果、大きな氷粒子を含まず、良好な固液共存のシャーベット状をなす洗浄材１が得られる。
【００２３】
ところで、前述した如く、過冷却液１ｃの噴射による液位Ｈの上昇に伴って液面１１ａが過冷却液噴射口９に接触した場合、過冷却液噴射口９がこれに付着，凝固する氷によって閉塞される虞れがある。この液位Ｈの上昇量は、過冷却液１ｃの噴射速度及び洗浄材製造容器５の内径に依存し、例えば、噴射速度：１７ｍ／ｓｅｃ，容器内径：１０．７ｍｍの条件下においては、５０ｍｍ程度となる。したがって、液位Ｈつまり過冷却液噴射口９から液面１１ａまでの鉛直距離Ｌは、過冷却液１ｃの噴射によって上昇しても過冷却液噴射口９に液面１１ａが接触せず且つ上記した乱流領域３０が形成されるように、５０ｍｍ以上に設定される。また、原料液１ａの供給源１４から洗浄材使用部に至る原料液１ａ，予冷液１ｂ，過冷却液１ｃ，洗浄材１の流動経路においては、パーティクルを除去するためのフィルタ１９，２１が設けられているが、パーティクルの発生を更に効果的に防止するために、各流路７，１５，１６，１７，２２，２６並びに洗浄材製造容器５及び噴射筒１０は、パーティクルを生じないＰＴＦＥ等のプラスチック製のものとするか、流体接触面である内面に電解研磨処理又はＰＴＦＥ等のプラスチックコーティングを施しておく。さらに、過冷却液１ｃの流動路（過冷却液供給路１７等）は、過冷却状態が解消されるような衝撃を与える部分（例えば、曲率半径の小さなエルボ部分，断面積が急激に変化する部分，弁が配設される部分）が生じないような形態のものが好ましい。
【００２４】
洗浄装置４は、図１に示す如く、洗浄処理室３１と、洗浄材製造装置２で製造された洗浄材１を洗浄処理室３１内に保持された基板３の被洗浄面（表面又は表裏面）に向けて噴射，衝突させる洗浄材噴射機構３２とを具備する。
【００２５】
洗浄処理室３１は、図１に示す如く、底壁３３をこれに設けた洗浄残渣１ｇの排出口３４へと下り傾斜する傾斜面に構成したものであり、当該室３１内に半導体ウエハ等の基板３をその裏面中心部を載置して水平回転自在に支持する支持軸３５と、これを回転駆動する駆動源（モータ等）３６とを具備する。
【００２６】
洗浄材噴射機構３２は、図１に示す如く、ノズル口を基板（被洗浄部材）３の被洗浄面たる表裏面に向けた状態で洗浄処理室３１内に配置された上下一対の洗浄材噴射器３７，３７とを具備する。
【００２７】
各洗浄材噴射器３７は、これに接続した洗浄材供給路７から供給された洗浄材１を所定圧のキャリアガス（この例では窒素ガス）３８により加速して噴射させるように構成された噴射ガンである。すなわち、各噴射ガン３７からは、固体（氷粒子１ｄ），液体（水又はこれとＩＰＡ等との混合水溶液１ｅ），気体（キャリアガス３８）の三相混合流体が基板３の表面又は裏面に所定角度をなして噴射，衝突せしめられるようになっている。この例では、各噴射ガン３７は、水平移動することにより洗浄材１の噴射位置を基板３の中心部から外周側へと変位させうるようになっている。また、キャリアガス３８は、ガス供給源（ガスタンク）４０からガス供給路４１を経て各噴射ガン３７に供給される。ガス供給路４１には、冷却器４２及びフィルタ４３が配設されていて、キャリアガス３８を、冷却器４２により冷却すると共にフィルタ４３によりパーティクルを除去した上で、各噴射ガン３７に供給するようになっている。冷却器４２は、図１に示す如く、ガス供給路４１に介装されたガス冷却筒４４と、これを内装する熱交換器本体４５と、熱交換器本体４５に充填された冷媒２８と、冷媒２８を冷却する冷凍機２９とからなる熱交換器であり、冷却筒４４を通過するキャリアガス３８を冷媒２８との熱交換により所定温度に冷却する。冷媒２８は、冷却器４２の熱交換器本体４５と前記過冷却器１３の熱交換器本体２７との間で冷媒循環路４６及びこれに設けた冷媒循環ポンプ４７により循環されるようになっており、両冷却器１３，４２の冷媒２８を共通の冷凍機２９により冷却するようになっている。
【００２８】
ところで、キャリアガス３８による洗浄材１の噴射作用に伴って洗浄材供給路７には背圧が作用し、この背圧によって洗浄材供給路７に連通する洗浄材貯留領域１１の液位Ｈは変動することになるが、この例では、かかる変動を防止，抑制するために調圧機構８が設けられている。すなわち、調圧機構８は、図２に示す如く、洗浄材製造容器５の上部領域（過冷却液噴出口９より上方領域）とガス供給路４１とを調圧路４８で連通させて、洗浄材製造容器５内の圧力（液面１１ａ上の気相領域における圧力）をキャリアガス３８とバランスさせることにより、上記した背圧による液位Ｈの変動を可及的に防止するように構成されている。かかる調圧機構８にあっては、図２に示す如く、必要に応じて、調圧路４８に圧力を微調整する調圧弁４９を設けて、当該容器５内の圧力を微調整するようにすることができる。なお、ガス供給路４１における調圧路４８の接続箇所５０は、図２に示す如く、噴射ガン３７の入口直近つまりガス供給路４１の下流端に設定しておくことが好ましい。
【００２９】
以上のように構成された洗浄装置４（及び上記した洗浄材製造装置２）によれば、固液共存のシャーベット状をなす洗浄材１が、キャリアガス３８により加速されて、各噴射ガン３７から基板３の表裏面に噴射，衝突されることにより、基板洗浄が極めて良好且つ効果的に行われる。すなわち、冒頭で述べたアイス・スクラバーのように固体（氷粒子）のみをキャリアガスにより加速して基板に衝突させる場合と異なって、固体（氷粒子１ｄ）と液体（水又はこれとＩＰＡ等との混合水溶液１ｅ）とが共存するシャーベット状の洗浄材１が基板３に衝突されることから、氷粒子１ｄの衝突による基板３の表裏面に与える衝撃が未凍結の液体１ｅによって緩和されることになる。つまり、ガス（キャリアガス３８）に比して粘性の高い液体１ｅが氷粒子１ｄの衝突時における液膜緩衝材として機能することになる。また、アイス・スクラバーで使用される氷粒子に比して、洗浄材１に含まれる氷粒子１ｄは軟質であるから、アイス・スクラバーによっては被洗浄面が損傷するような虞れがある基板３に対しても、極めて良好な洗浄能力を発揮させることができる。したがって、洗浄材１の衝突による基板３の損傷を確実に防止しつつ、基板３の表裏面を良好に洗浄することができる。また、氷粒子１ｄが基板３への衝突後に飛散することがなく、且つ氷粒子１ｄの衝突により除去されたパーティクルが洗浄材１中の液１ｅにより洗い流されることから、除去されたパーティクルが基板３を再汚染する虞れがなく、完全なコンタミネーション防止効果が発揮される。また、洗浄材１は、氷粒子１ｄを含む低温（０℃以下）のシャーベット状物質であるから、基板３に付着するレジスト膜等の有機物は固化，収縮して除去され易くなり、洗浄効果が更に向上する。しかも、シャーベット状の洗浄材１は低温であり且つ蒸気圧が低いものであるから、火災発生の虞れがなく、安全な基板洗浄を行いうる。
【００３０】
また、洗浄材１がシャーベット状のものであり、含有氷１ｄが溶けた場合にも氷発生温度に保持されるものであるから、洗浄残渣１ｇを回収すること等により、洗浄装置４からの廃棄，余剰冷熱を回収，有効利用することができ、ランニングコストを大幅に低減させることができる。また、冒頭で述べたアイス・スクラバーのように洗浄材が氷粒子のみで構成される場合には、配管中を輸送される間に氷粒子が融解し、相互に密着して大きな塊状となって輸送配管に詰まったりする虞れがあるため、洗浄材の輸送配管系を氷粒子が融解しないように高度に保冷しておく必要があるが、洗浄材製造装置２によって得られた洗浄材１は、それが固液共存のシャーベット状をなすものであるため、輸送配管系の保冷手段が簡易なものであっても氷粒子１ｄが相互に密着して塊状となる虞れがなく、輸送配管の閉塞等を生じずハンドリング性に極めて富むものである。また、このようにハンドリング性に優れるものであるから、洗浄材製造容器５から噴射ガン３７への洗浄材輸送を加圧ガス（キャリアガス）３８による圧送手段により行なうことができ、ポンプ等を使用する場合のように輸送途中でパーティクルが発生することがなく、基板３の洗浄を良好に行なうことができる。
【００３１】
なお、本発明は上記した形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、洗浄処理室３１には、必要に応じて、純水等によるリンス設備を設けておくことができ、洗浄材１による本洗浄の後にリンスを行うことにより、パーティクルによる再汚染をより確実に防止するように工夫しておくことも可能である。基板３は洗浄材１中の液分により洗い流される結果、除去されたパーティクルが再付着し難いことは勿論であるが、仮に、除去されたパーティクルが再付着したとしても、その付着力が弱いため、上記したリンスにより容易に除去される。
【００３２】
また、過冷却液１ｃ等の加圧手段としては、加圧ポンプ２０によらず、加圧タンクを採用することもできる。例えば、図３に示す如く、原料液１ａの供給源を加圧タンク１４ａとして、加圧された原料液１ａを供給するようにしてもよい。また、図４に示す如く、過冷却器１３の入口側に炭酸ガス５１を導入させるようにして、炭酸ガス５１を含む過冷却液１ｃ及び洗浄材１が得られるようにしてもよい。このようにすれば、洗浄材１による基板３の洗浄において静電気による基板面へのパーティクルの再付着を効果的に防止することができると共に、炭酸ガス５１の膨張を利用して、過冷却液噴射口９から液面１１ａへの過冷却液１ｃの衝突速度をより高めることができる。なお、図３又は図４に示す洗浄システムにおける構成は、上記した点を除いて、図１及び図２に示す洗浄システムと同一である。
【００３３】
また、上記した例では、洗浄材製造容器５を、円管である洗浄材供給路７と同一内径の円筒状に構成したが、原料液１ａとして流動性に富む混合水溶液（純水等の水とＩＰＡ等との混合水溶液）を使用する場合には、図５に示す如く、上部側５ａを洗浄材供給路７より大径の円筒状とすると共に下部側５ｂを下窄まりの円錐状とする形状のものに構成しておくことも可能である。勿論、この場合、円錐状部分５ｂの下端部は洗浄材供給路７と同一内径として、洗浄材供給路７に段差を生じない形態で連結しておく。また、洗浄材噴射器３７としては、上記した噴射ガンの他、洗浄材１の性状や洗浄条件等に応じて公知のものを任意に使用することができる。
【００３４】
また、本発明に係る洗浄システムは、過冷却液１ｃの過冷却度を制御（温度制御もしくはＩＰＡ等との混合水溶液濃度制御）して洗浄材１における氷濃度を調整することにより又は洗浄装置４による洗浄材１の噴射形態を変更することにより、上記した半導体ウエハ等の基板３を洗浄する場合の他、一般には液体によるスプレー洗浄を行なっているような被洗浄部材に対しても好適に適用することができる。
【実施例】
【００３５】
実施例として、図１及び図２に示す洗浄システムにより基板３の表面を洗浄した。
【００３６】
洗浄材製造装置２にあっては、原料液１ａの供給源１４から洗浄材製造容器５の噴射筒１０に至る流路（伝熱管を含む）及びその下流端部分（過冷却液供給路１７）に接続された噴射筒１０として、内面を電解処理した円管を使用した。噴射筒１０の底壁の中心部には円形オリフィスを形成して、これを過冷却液噴射口９とした。洗浄材製造容器５としては円筒容器を使用し、その内面は電解研磨処理した。フィルタ２１としては、透過粒径が０．１μｍ程度のものを使用した。
【００３７】
また、洗浄装置４にあっては、洗浄材供給路７から噴射ガン３７に供給された洗浄材１を、噴射速度を約３４０ｍ／ｓｅｃ（計算値）としたキャリアガス（窒素ガス）３８により基板３の表面に噴射させるようにした。基板３としては、１５２ｍｍ径の円形をなすシリコン基板を使用した。噴射ガン３７は上位のもののみを使用して、噴射ガン３７から基板３の表面（上面）に向けてこれと垂直をなす方向に洗浄材１（及びキャアガス３８）を噴射させた。そして、基板３を水平回転させながら、噴射ガン３７を水平方向に移動させて、洗浄材１の噴射箇所を基板３の中心から外周方向へと変位させつつ、基板３の表面を洗浄した。
【００３８】
而して、基板３の表面におけるパーティクルの粒径及び個数を、洗浄前後において測定したところ、表１に示す通りの結果が得られた。なお、パーティクルの粒径，個数は、日立製作所社製のウエハ表面検査装置（ＬＳ−６０００）を使用して測定した。また、表１に示されたパーティクルの個数は、１５２ｍｍ径シリコン基板表面に存在するパーティクル数である。
【００３９】
【表１】
2005087807.tif 000003
【００４０】
したがって、表１からも容易に理解されるように、本発明によれば基板等の洗浄を効果的に行なうことができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る洗浄システムの一例を示す系統図である。
【図２】当該洗浄システムの洗浄材製造容器を示す縦断正面図である。
【図３】当該洗浄システムの変形例を示す図１相当の系統図である。
【図４】当該洗浄システムの他の変形例を示す図１相当の系統図である。
【図５】洗浄材製造容器の変形例を示す図２相当の縦断正面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…洗浄材、１ａ…原料液、１ｂ…予冷液、１ｃ…過冷却液、１ｄ…氷粒子、１ｅ…液体、１ｆ…気泡流れ、１ｇ…洗浄残渣、２…洗浄材製造装置、３…基板（被洗浄部材）、４…洗浄装置、５…洗浄材製造容器、６…過冷却液製造機構、７…洗浄材供給路、８…調圧機構、９…過冷却液噴出口、１０…噴出筒、１１…洗浄材貯留領域、１１ａ…洗浄材貯留領域の液面、１２…予冷器、１３…過冷却器、１４…原料液の供給源、１４ａ…圧力タンク、１５…原料液供給路、１６…予冷液供給路、１７…過冷却液供給路、２０…加圧ポンプ、３０…乱流領域、３１…洗浄処理室、３２…洗浄材噴射機構、３７…噴射ガン、３８…キャリアガス、４１…ガス供給路、４８…調圧路、４９…調圧弁、Ｌ…洗浄材噴射口から液面までの鉛直距離、Ｈ…洗浄材貯留領域の液位。
【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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