(57)【要約】【課題】本発明は、処理対象物の表面に損傷を負わせないつつも、処理対象物の表面に強固に付着した微細汚染物を効果的に除去することのできるスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置を提供するところにある。【解決手段】本発明はスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置に係り、処理対象物１０の表面から異物を脱離可能な高速のガスを噴射するノズルにおいて、前記処理対象物１０の幅方向に沿って延設されるノズル本体１１１と、前記ノズル本体１１１に供給された高圧のガスが前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って均一に分布可能となるように前記処理対象物１０の幅方向に連続する流路を有して前記ノズル本体１１１の内部に形成される圧力均配路１１２と、前記ノズル本体１１１および圧力均配路１１２の一方の端部に前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路１１２を介して高圧のガスを供給されて衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを生成し、前記処理対象物１０に向けて噴射するスリット１１３と、を備ええてなることを技術的要旨として、処理対象物の表面に損傷を負わせないつつも、処理対象物の表面に強固に付着した微細汚染物を効率よく除去することのできるスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置に関する。【選択図】図１
2012516233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物（１０）の表面から異物を脱離可能な高速のガスを噴射するノズルにおいて、
前記処理対象物（１０）の幅方向に沿って延設されるノズル本体（１１１）と、
前記ノズル本体（１１１）に供給された高圧のガスが前記ノズル本体（１１１）の長手方向に沿って均一に分布可能となるように前記処理対象物（１０）の幅方向に連続する流路を有して前記ノズル本体（１１１）の内部に形成される圧力均配路（１１２）と、
前記ノズル本体（１１１）および圧力均配路（１１２）の一方の端部に前記処理対象物（１０）の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路（１１２）を介して高圧のガスを供給されて衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを生成し、前記処理対象物（１０）に向けて噴射するスリット（１１３）と、
を備えてなることを特徴とするスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項２】
前記ノズル本体（１１１）は、
前記圧力均配路（１１２）から前記スリット（１１３）にガスが供給される方向とは異なる方向に高圧のガスが前記ノズル本体（１１１）の内部に流入可能な経路を提供し、前記ノズル本体（１１１）の長手方向に沿って多数が離隔配設されるガス流入孔（１１１ａ）を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項３】
前記圧力均配路（１１２）は、
高圧のガスを供給されて前記スリット（１１３）側に流動方向を切り替え可能な対向面を提供する第１の側壁（１１２ａ−１）と、前記ノズル本体（１１１）の長手方向に沿って圧力を均一に分配しつつ前記スリット（１１３）側に高圧のガスを伝達するように前記第１の側壁（１１２ａ−１）と一定の離隔距離をおいて形成される第２の側壁（１１２ａ−２）が配備されるガス流入均配部（１１２ａ）と、前記ガス流入均配部（１１２ａ）において１次的に均配されたガスを２次的に均配し、前記スリット（１１３）側に伝達可能に前記ガス流入均配部（１１２ａ）とスリット（１１３）に連通形成され、ガスの圧力強化と円滑な流動が図れるように前記ガス流入均配部（１１２ａ）との連結部から前記スリット（１１３）との連結部側に進むつれて断面が連続的に縮小形成されるガス伝達均配部（１１２ｂ）と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項４】
前記スリット（１１３）は、
前記スリット（１１３）の噴射端部側に進むにつれて１５〜５２°の傾斜度をもってスリットの幅が縮小形成される傾斜縮小部（１１３ａ）と、
前記傾斜縮小部（１１３ａ）の端部に連設され、前記スリット（１１３）の噴射方向に対して０．０２〜５．００ｍｍの長さに見合う分だけ連設され、０．０１〜１．２５ｍｍに相当するスリットの幅を形成する曲面連結部（１１３ｂ）と、前記曲面連結部（１１３ｂ）の端部に連設され、前記スリット（１１３）の噴射端部側に進むにつれて０．１〜４８°の傾斜度をもって断面が拡張形成され、前記スリット（１１３）の噴射方向に対して０．０２〜６．２５ｍｍの長さに見合う分だけ連設される傾斜拡張部（１１３ｃ）と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項５】
前記スリット（１１３）の噴射端部は、前記処理対象物（１０）の表面から、前記スリット（１１３）の噴射端部において生成された衝撃波の５波長到達距離以内に相当する離隔距離を有するように配設されることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項６】
前記処理対象物（１０）の搬送方向に対して前記圧力均配路（１１２）とスリット（１１３）の前方部が背面に開放形成された前記ノズル本体（１１１）の前方部に相当する一体型構造を有するノズル前方部（１１０ａ）と、前記処理対象物（１０）の搬送方向に対して前記圧力均配路（１１２）とスリット（１１３）の後方部が前面に開放形成された前記ノズル本体（１１１）の後方部に相当する一体型構造を有し、前記ノズル前方部（１１０ａ）に係合されるノズル後方部（１１０ｂ）と、前記ノズル前方部（１１０ａ）の後面とノズル後方部（１１０ｂ）に前面に気密に密着可能な軟質素材から構成され、前記ノズル前方部（１１０ａ）とノズル後方部（１１０ｂ）との間に前記圧力均配路（１１２）とスリット（１１３）の周縁に沿って連続するように配設される気密リング（１１０ｃ）と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項７】
前記処理対象物（１０）の上面に下向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第１のノズル部（１１０Ａ）と、
前記処理対象物（１０）の下面に上向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第２のノズル部（１１０Ｂ）と、
を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項８】
前記処理対象物（１０）の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物（１０）の搬送方向のさらに前方に位置するように配設され、前記処理対象物（１０）の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射することを特徴とする請求項１又は請求項７に記載のスリット型超音速ノズル（１１０）。
【請求項９】
処理対象物（１０）の表面を処理する表面処理装置において、
前記処理対象物（１０）の幅方向に沿って延設されるノズル本体（１１１）と、
前記ノズル本体（１１１）に供給された高圧のガスが前記ノズル本体（１１１）の長手方向に沿って均一に分布可能となるように前記処理対象物（１０）の幅方向に連続する流路を有して前記ノズル本体（１１１）の内部に形成される圧力均配路（１１２）と、前記ノズル本体（１１１）および圧力均配路（１１２）の一方の端部に前記処理対象物（１０）の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路（１１２）を介して高圧のガスを供給されて衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを生成し、前記処理対象物（１０）に向けて噴射するスリット（１１３）と、を備えるスリット型超音速ノズル（１１０）が配備される超音速処理器（１００）と、を備えてなることを特徴とする表面処理装置。
【請求項１０】
前記スリット型超音速ノズル（１１０）は、
前記処理対象物（１０）の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物（１０）の搬送方向のさらに前方側に位置し、前記処理対象物（１０）の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射するように配設され、空中に飛散された異物を外部に排出・除去可能な流路を有して前記スリット型超音速ノズル（１１０）の後方側に配設され、さらに前方に位置する前記スリット型超音速ノズル（１１０）の一方の側部側に隣接するように配設される排気口（１５０）をさらに備えてなることを特徴とする請求項９に記載の表面処理装置。
【請求項１１】
前記スリット型超音速ノズル（１１０）は、
前記処理対象物（１０）の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射するように配設され、
前記スリット型超音速ノズル（１１０）の後方側の異物が前記処理対象物（１０）の既処理部に再固着されることを防止するように前記スリット型超音速ノズル（１１０）の前後方側空間部間の空気流動を遮断する隔壁を提供する遮蔽カーテン（１６０）をさらに備えてなることを特徴とする請求項９に記載の表面処理装置。
【請求項１２】
３〜１０ｂａｒの空気圧を１００〜２００ｂａｒに昇圧して前記スリット型超音速ノズル（１１０）に供給するエアーブースター（１２１）を備えた高圧供給装置（１２０）をさらに備えてなることを特徴とする請求項９に記載の表面処理装置。
【請求項１３】
前記超音速処理器（１００）を通過した前記処理対象物（１０）に水を噴射し、ローラーブラシ（２５１）で拭き取り、前記処理対象物（１０）の表面に付着した異物を除去するリンス処理器（２５０）と、
前記リンス処理器（２５０）を通過しつつ前記処理対象物（１０）の表面に残存した水をエアーナイフ（２７１）で乾燥させるエアーナイフ処理器（２７０）と、
をさらに備えてなることを特徴とする請求項９に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置に係り、さらに詳しくは、半導体ウェーハ、液晶表示素子などの処理対象物の表面に損傷を負わせないつつも、超音速ガスジェット（ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｇａｓ ｊｅｔ）を用いて処理対象物の表面に強固に付着した微細汚染物を除去することのできるスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗａｆｅｒ）、液晶表示素子（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、太陽電池などは、その表面に微粒子に相当する微細な汚染物が付着されることによっても、当該部品の使用自体が不可能であるか、あるいは、当該部品の作動効率が格段に低下するため、精度よい表面処理が求められ、従来より、かような処理対象物の表面から微粒子を除去するための数多くの表面処理方法が提案されている。
【０００３】
一般に、液晶表示素子の場合、生産コストを節減するために、図１に示すように、大型サイズのガラス基板（以下、「原板ガラス１」と称する。）を作製した後、これを指定サイズに割断して多数のパネル１０を作製しており、液晶表示素子の製造初期には原板ガラス１を１世代（３７０×４７０ｍｍ）の大きさに作製していたが、次第に大型化されて、最近は、７世代（１８７０〜１９５０ｍｍ×２２００〜２２５０ｍｍ）、８世代（２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）の大きさに作製した後、様々なサイズ（２〜１０インチ、１０〜３２インチ、３０〜４２インチ、５０インチ以上など）のパネル１０に切断して作製している。
【０００４】
原板ガラスを切断するに際しては、図２の（ａ）に示すように、ダイアモンドや超硬ホイール２０による機械的な摩擦によって原板ガラス１の表面にＶ字状（又は、Ｕ字状）の溝を凹設して方向性を与えた後、図２の（ｂ）に示すように、機械的な衝撃を与えて切断過程で破片の発生を極力抑えているが、切断部において微細な破片が発生されることを完全に遮断することは困難であり、これは、高清浄度が求められるフラットパネルディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置の製造工程における厄介な問題として指摘されてきた。
【０００５】
ガラス基板を切断する過程で、切断部において発生された破片がパネルの表面に付着される場合、パネルと破片との間の表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）、ファンデルワールス力（ｖａｎｄｅｒｗａａｌｓ ｆｏｒｃｅｓ）、静電気力（ｓｔａｔｉｃｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｆｏｒｃｅｓ）、パネルと破片との密着による真空圧などにより、その付着度が特に強固であるため破片（微粒子）の除去が困難であるのが現状である。
【０００６】
図３に示すように、ノズルやエアーナイフ３０などを用いて高圧の流体やガスをパネルの表面に噴射したり、図４に示すように、ブラシ部材４０を用いてパネル１０の表面を履いても、パネル１０に付着した状態を維持する程度の強固な強度で微粒子が付着しているため、図５の（ａ）に示すように、＃１０００〜＃３０００などの番数（＃、１ｉｎ．2内の研磨粒子の数）を有するセリウム（Ｃｅｒｉｕｍ）素材などの研磨ロール５０を小さな番数を有するものから順に適用しつつパネル１０の表面を研磨するという厄介な過程を経ている。
【０００７】
しかしながら、研磨ロール５０を用いて表面を研磨する場合にも、図５の（ｂ）に示すように、微粒子が付着した状態でパネル１０の表面を押し当てて傷を付けたり、図５の（ｃ）に示すように、微粒子によって研磨ロール５０が損傷されたり、研磨ロール５０の損傷部に多数の微粒子が入り込んで研磨が正常に行われない場合が発生するという問題点があり、図５の（ｄ）に示すように、同じ大きさのパネルに対して研磨ロール５０を長時間使用すれば、研磨ロールのパネルとの接触部だけが磨耗されてしまい、様々な大きさのパネルに対応することが困難であるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、処理対象物の表面に損傷を負わせないつつも、処理対象物の表面に強固に付着した微細汚染物を効果的に除去することのできるスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明は、処理対象物１０の表面から異物を脱離可能な高速のガスを噴射するノズルにおいて、前記処理対象物１０の幅方向に沿って延設されるノズル本体１１１と、前記ノズル本体１１１に供給された高圧のガスが前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って均一に分布可能となるように前記処理対象物１０の幅方向に連続する流路を有して前記ノズル本体１１１の内部に形成される圧力均配路１１２と、前記ノズル本体１１１および圧力均配路１１２の一方の端部に前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路１１２を介して高圧のガスを供給されて衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを生成し、前記処理対象物１０に向けて噴射するスリット１１３と、を備えてなることを特徴とするスリット型超音速ノズル１１０を技術的要旨とする。
【００１０】
ここで、前記ノズル本体１１１は、前記圧力均配路１１２から前記スリット１１３にガスが供給される方向とは異なる方向に高圧のガスが前記ノズル本体１１１の内部に流入可能な経路を提供し、前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って多数が離隔配設されるガス流入孔１１１ａを備えてなることが好ましい。
【００１１】
また、前記圧力均配路１１２は、高圧のガスを供給されて前記スリット１１３側に流動方向を切り替え可能な対向面を提供する第１の側壁１１２ａ−１と、前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って圧力を均一に分配しつつ前記スリット１１３側に高圧のガスを伝達するように前記第１の側壁１１２ａ−１と一定の離隔距離をおいて形成される第２の側壁１１２ａ−２が配備されるガス流入均配部１１２ａと、前記ガス流入均配部１１２ａにおいて１次的に均配されたガスを２次的に均配し、前記スリット１１３側に伝達可能に前記ガス流入均配部１１２ａとスリット１１３に連通形成され、ガスの圧力強化と円滑な流動が図れるように前記ガス流入均配部１１２ａとの連結部から前記スリット１１３との連結部側に進むつれて断面が連続的に縮小形成されるガス伝達均配部１１２ｂと、を備えてなることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記スリット１１３は、前記スリット１１３の噴射端部側に進むにつれて１５〜５２°の傾斜度をもってスリットの幅が縮小形成される傾斜縮小部１１３ａと、前記傾斜縮小部１１３ａの端部に連設され、前記スリット１１３の噴射方向に対して０．０２〜５．００ｍｍの長さに見合う分だけ連設され、０．０１〜１．２５ｍｍに相当するスリットの幅を形成する曲面連結部１１３ｂと、前記曲面連結部１１３ｂの端部に連設され、前記スリット１１３の噴射端部側に進むにつれて０．１〜４８°の傾斜度をもって断面が拡張形成され、前記スリット１１３の噴射方向に対して０．０２〜６．２５ｍｍの長さに見合う分だけ連設される傾斜拡張部１１３ｃと、を備えてなることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記スリット１１３の噴射端部は、前記処理対象物１０の表面から、前記スリット１１３の噴射端部において生成された衝撃波の５波長到達距離以内に相当する離隔距離を有するように配設されることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記処理対象物１０の搬送方向に対して前記圧力均配路１１２とスリット１１３の前方部が背面に開放形成された前記ノズル本体１１１の前方部に相当する一体型構造を有するノズル前方部１１０ａと、前記処理対象物１０の搬送方向に対して前記圧力均配路１１２とスリット１１３の後方部が前面に開放形成された前記ノズル本体１１１の後方部に相当する一体型構造を有し、前記ノズル前方部１１０ａに係合されるノズル後方部１１０ｂと、前記ノズル前方部１１０ａの後面とノズル後方部１１０ｂに前面に気密に密着可能な軟質素材から構成され、前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂとの間に前記圧力均配路１１２とスリット１１３の周縁に沿って連続するように配設される気密リング１１０ｃと、を備えてなることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記処理対象物１０の上面に下向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第１のノズル部１１０Ａと、前記処理対象物１０の下面に上向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第２のノズル部１１０Ｂと、を備えてなることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記処理対象物１０の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物１０の搬送方向のさらに前方に位置するように配設され、前記処理対象物１０の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射することが好ましい。
【００１７】
また、処理対象物１０の表面を処理する表面処理装置において、前記処理対象物１０の幅方向に沿って延設されるノズル本体１１１と、前記ノズル本体１１１に供給された高圧のガスが前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って均一に分布可能となるように前記処理対象物１０の幅方向に連続する流路を有して前記ノズル本体１１１の内部に形成される圧力均配路１１２と、前記ノズル本体１１１および圧力均配路１１２の一方の端部に前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路１１２を介して高圧のガスを供給されて衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを生成し、前記処理対象物１０に向けて噴射するスリット１１３と、を備えるスリット型超音速ノズル１１０が配備される超音速処理器１００と、を備えてなることを特徴とする表面処理装置を他の技術的要旨とする。
【００１８】
ここで、前記スリット型超音速ノズル１１０は、前記処理対象物１０の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物１０の搬送方向のさらに前方側に位置し、前記処理対象物１０の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射するように配設され、空中に飛散された異物を外部に排出・除去可能な流路を有して前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側に配設され、さらに前方に位置する前記スリット型超音速ノズル１１０の一方の側部側に隣接するように配設される排気口１５０をさらに備えてなることが好ましい。
【００１９】
また、前記スリット型超音速ノズル１１０は、前記処理対象物１０の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように超音速ガスジェットを噴射するように配設され、前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側の異物が前記処理対象物１０の既処理部に再固着されることを防止するように前記スリット型超音速ノズル１１０の前後方側空間部間の空気流動を遮断する隔壁を提供する遮蔽カーテン１６０をさらに備えてなることが好ましい。
【００２０】
さらに、３〜１０ｂａｒの空気圧を１００〜２００ｂａｒに昇圧して前記スリット型超音速ノズル１１０に供給するエアーブースター１２１を備えた高圧供給装置１２０をさらに備えてなることが好ましい。
【００２１】
さらに、前記超音速処理器１００を通過した前記処理対象物１０に水を噴射し、ローラーブラシ２５１で拭き取り、前記処理対象物１０の表面に付着した異物を除去するリンス処理器２５０と、前記リンス処理器２５０を通過しつつ前記処理対象物１０の表面に残存した水をエアーナイフ２７１で乾燥させるエアーナイフ処理器２７０と、をさらに備えてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、処理対象物の幅方向に連続するように開放形成されたスリットを介して、衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを処理対象物の幅の全般に亘って均一に生成して噴射し、処理対象物を損傷させることなく、処理対象物の表面に強国に付着した微細汚染物を安全的に且つ効率よく離脱させることができるという効果がある。
【００２３】
スリットの幅に垂直となる方向に処理対象物を搬送させつつ超音速ガスジェットを１〜２回噴射することによって大面積の処理対象物の全般に亘って微細汚染物を速やかに除去することができるので、既存に円錐状ノズルを用いるに際して求められていた多数のノズル装備、作業回数などにかかるコスト、時間、手間の消耗を大幅に減少させることができ、未処理部の発生による不良率を極力抑えつつも処理の信頼性を確保することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】原板ガラスを切断する一例を示す平面概略図である。
【図２】原板ガラスの切断過程を説明するための要部側面概略図である。
【図３】エアーナイフを用いて処理対象物の表面を処理する一例を示す側面概略図である。
【図４】ブラシ部材を用いて処理対象物の表面を処理する一例を示す側面概略図である。
【図５】研磨ロールを用いて処理対象物の表面を処理する一例を示す側面概略図である。
【図６】超音速ノズルの幾何学的形状および位置による圧力比を示すグラフである。
【図７】過小膨張比が１．２、１．５、１．７である自由ジェットのシュリーレン（Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）写真である。
【図８】ノズルから離隔距離に係る衝撃波の圧力減少を示すグラフ
【図９】本発明に係るスリット型超音速ノズルを用いて処理対象物の表面を処理する一例を示す側面概略図である。
【図１０】本発明に係るスリット型超音速ノズルの第１の実施形態を示す要部正面透視図である。
【図１１】図１０の要部平面透視図である。
【図１２】図１０の要部側面透視図である。
【図１３】図１２のＡ部拡大図である。
【図１４】本発明に係るスリット型超音速ノズルの配設および使用状態の一例を説明するための超音速処理器の要部平面透視図である。
【図１５】図１４の要部正面透視図である。
【図１６】本発明に係る表面処理装置の第１の実施形態を示す平面概略図である。
【図１７】図１６の側面概略図である。
【図１８】ガス、液体の供給および排出のための配管構造の一例を説明するための図１６の側面概略図である。
【図１９】図１６の油空圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面に基づき、上述した構成を有する本発明に係るスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置をより具体的に説明する。
【実施例】
【００２６】
図６は、超音速ノズルの幾何学的形状および位置による圧力比を示すグラフであり、図７は、過小膨張比が１．２、１．５、１．７である自由ジェットのシュリーレン（Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）写真であり、図８は、ノズルから離隔距離に係る衝撃波の圧力減少を示すグラフであり、図９は、本発明に係るスリット型超音速ノズルを用いて処理対象物の表面を処理する一例を示す側面概略図である。
【００２７】
図１０は、本発明に係るスリット型超音速ノズルの第１の実施形態を示す要部正面透視図であり、図１１及び図１２は、図１０の要部平面透視図及び要部側面透視図であり、図１３は、図１２のＡ部拡大図であり、図１４は、本発明に係るスリット型超音速ノズルの配設および使用状態の一例を説明するための超音速処理器の要部平面透視図であり、図１５は、図１４の要部正面透視図である。
図１６は、本発明に係る表面処理装置の第１の実施形態を示す平面概略図であり、図１７は、図１６の側面概略図であり、図１８は、ガス、液体の供給および排出のための配管構造の一例を説明するための図１６の側面概略図であり、図１９は、図１６の油空圧回路図である。
【００２８】
流体中に伝搬される波動の一種であって、音速よりも速く伝搬されて圧力、密度、温度などが急激に変化する波を衝撃波（ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ）と称し、本発明に係るスリット型超音速ノズルは、このような衝撃波を用いて半導体ウェーハ、液晶表示素子、太陽電池などの処理対象物１０の表面に損傷を負わせないつつも、前記処理対象物１０の表面に強固に付着した微細汚染物を処理対象物１０の表面から脱離させることのできる構成を有するノズル装置に関する。
【００２９】
図６の（ａ）に示すように、入口（ｅｎｔｒａｎｃｅ）側から出口（ｅｘｉｔ）側に進むにつれて経路が次第に縮小されていて首部（ｔｈｒｏａｔ）Ｐｔを起点として経路が拡張される形状を有するスロット（ｓｌｏｔ）に高圧のガスを通過させると、出口側圧力Ｐｅが出口外側の圧力Ｐ2とは異なる場合、衝撃波を生成する過大膨張ジェット（ｏｖｅｒ−ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｊｅｔ）（図６の（ｂ）のＡ、Ｂ、Ｃの場合）、又は過小膨張ジェット（ｕｎｄｅｒ−ｅｘｐａｎｄｅｄ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｊｅｔ）（図６の（ｂ）のＤの場合）に相当する超音速ジェット流動を生成することができる。
【００３０】
本発明に係るスリット型超音速ノズルは、前記処理対象物１０の表面に付着した微細汚染物を信頼性よく離脱させることができる物理力としての衝撃波を生成するために、図６の（ｂ）のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに示す形態の超音速ジェット流動を誘導可能な構造を有し、前記出口の断面積と首部の断面積との比に応じてノズルの出口側圧力Ｐｅを選択的に適用することができる。
【００３１】
ノズルの出口外側において形成される超音速ジェット流動の分布は、波の強度が強くて乱流混合過程が薄い層として現れる非粘性流動領域と、乱流混合層が周りの流動と相互作用して乱流消散が発生して波の強度が小さくなる遷移領域と、波の強度が完全に消滅して圧力分布が一定に現れて乱流混合層が消える粘性流動領域に相当する３種類の領域に分けられる。
【００３２】
図７の（ａ）は、過小膨張比が１．２である自由ジェットのシュリーレン写真であり、ノズル出口から２番目の衝撃波セルまでは波の形状が鮮明に現れる非粘性流動領域に相当し、３番目の衝撃波セルから５番目の衝撃波セルまでは乱流混合層が周りの流動と相互作用して乱流消散が発生して次第に薄くなる遷移領域に相当し、図７の（ｂ）、（ｃ）は、過小膨張比がそれぞれ１．５、１．７である自由ジェットのシュリーレン写真であり、図７の（ａ）に示す衝撃波に比べてセルの大きさがさらに成長することを確認することができる。
【００３３】
図８から明らかなように、５番目の衝撃波セル領域（５波長）を超える離隔距離を有する個所においては前記処理対象物１０の表面に固着した微粒子を安定的に脱離させることができない程度に衝撃力が減少することとなるため、本発明に係るスリット型超音波ノズルの噴射端部は、図９に示すように、前記処理対象物１０の表面から衝撃波の５波長λ到達距離以内に相当する離隔間隔を有するように配設することが好ましい。
【００３４】
また、図８から明らかなように、超音波ノズルの噴射端部から離れるにつれて衝撃波の圧力が順次に連続的に減少されるのではなく、圧力が急激に上昇したり下降することを繰り返しつつ位置に応じて異なる圧力勾配を有するため、前記処理対象物１０の表面から５波長λ到達距離以内に相当する離隔間隔を有するように配設されるに際しても、図８に暗赤色の線にて示す位置、すなわち、近接領域に比べて圧力が急激に上昇する個所乃至距離ｘに相当する離隔間隔を有するように配設することが好ましい。
【００３５】
本発明に係るスリット型超音速ノズル１１０は、大きく、ノズル本体１１１と、圧力均配路１１２と、スリット１１３と、からなり、前記ノズル本体１１１は、前記処理対象物１０の幅方向に沿って延長長さを有するように形成され、前記圧力均配路１１２は、前記ノズル本体１１１の内部に前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って連続するように連通形成され、前記スリット１１３は、衝撃波を発生可能な構造であり、前記ノズル本体１１１および圧力均配路１１２の一方の端部に連設された構造を有する。
【００３６】
図１０から図１２に示す本発明に係るスリット型超音速ノズルの第１の実施形態において、前記スリット型超音速ノズル１１０は、前記処理対象物１０の搬送方向に対して前記圧力均配路１１２とスリット１１３の前方部が背面に開放形成された前記ノズル本体１１１の前方部に相当する一体型構造を有するノズル前方部１１０ａと、前記処理対象物１０の搬送方向に対して前記圧力均配路１１２とスリット１１３の後方部が前面に開放形成された前記ノズル本体１１１の後方部に相当する一体型構造を有し、ノズル後方部１１０ｂを多数のボルト部材で組み合わせた構造を有する。
【００３７】
前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂのそれぞれを一体型に形成することにより、前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂとの間の接続部を除外し、前記スリット１１３の以外に高圧の空気が外部に流動される可能性を完全に遮断することができて、超音速ガスジェット（ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｇａｓ ｊｅｔ）を生成するための高圧を前記ノズル本体１１１の内部に安全的に維持、造成することができる。
【００３８】
前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂを組み合わせて前記圧力均配路１１２とスリット１１３を一体に連通形成するに当たっては、前記ノズル前方部１１０ａの後面とノズル後方部１１０ｂの前面のそれぞれに一方の側部と他方の側部が気密に押し付けられる軟質素材からなる気密リング１１０ｃを前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂとの間に前記圧力均配路１１２とスリット１１３の周縁に沿って連続するように配設することにより、前記ノズル前方部１１０ａとノズル後方部１１０ｂとの間の接続部を明確に気密化させることができる。
【００３９】
前記スリット１１３の全長に亘って均一な強度の衝撃波を生成するためには、前記スリット１１３側に供給される高圧ガスの均配が前記圧力均配路１１２の上において十分になされる必要があるが、前記ノズル本体１１１の内側への高圧ガスの流入路を提供するガス流入孔１１１ａを前記スリット１１３の噴射方向、すなわち、前記圧力均配路１１２側から前記スリット１１３側にガスが供給される方向とは異なる方向に形成すれば、前記圧力均配路１１２のサイズおよび形状をそのまま維持しつつもガスの方向切り替えなどを経て圧力の均配を一層効率よく行わせることができる。
【００４０】
前記ガス流入孔１１１ａは、高圧ガス供給配管がボルト締め付けなどによって気密に組み付け可能な組み付け部の構造を有して前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って多数が離隔配設されることにより、前記ノズル本体１１１の中央部又は長手方向の一方の側部に１つ又は少数を形成した場合に比べて、前記ノズル本体１１１に供給された高圧のガスを前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って一層均一に且つ安定的に分布することができる。
【００４１】
前記圧力均配路１１２は、前記ノズル本体１１１の内部に流入された高圧ガスを前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って１次的に均一に分配させ、前記スリット１１３側に供給するように均一な横断面を有するガス流入均配部１１２ａと、前記ガス流入均配部１１２ａの高圧ガスを２次的に均一に分配しつつ前記スリット側１１３に円滑に供給可能となるように縮小可変となる横断面を有するガス伝達均配部１１２ｂと、からなる。
【００４２】
前記ガス流入均配部１１２ａは、前記スリット１１３側にガス流動方向とは異なる方向に流路が形成された前記ガス流入孔１１１ａを介して高圧のガスを供給されて前記スリット１１３側に流動方向を切り替え可能な対抗面を提供する第１の側壁１１２ａ−１と、前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って圧力を均一に分配しつつ前記スリット１１３側に高圧のガスを伝達するように前記第１の側壁１１２ａ−１と一定の離隔距離をおいて形成される第２の側壁１１２ａ−２と、を備えた構造を有する。
【００４３】
前記ガス伝達均配部１１２ｂは、一方の端部と他方の端部が前記ガス流入均配部１１２ａとスリット１１３にそれぞれ連通形成され、前記ガス流入均配部１１２ａを介して流入された高圧ガスの圧力を一層強化させつつ前記スリット１１３側への円滑な流動・伝達が可能となるように前記ガス流入均配部１１２ａとの連結部から前記スリット１１３との連結部側に進むにつれて断面が連続的に縮小形成される。
【００４４】
前記スリット１１３は、前記ノズル本体１１１および圧力均配路１１２の一方の端部に前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成され、前記圧力均配路１１２を介して高圧のガスを供給されて前記処理対象物１０の表面に衝撃力を効率よく与え得る衝撃波を発生させる超音速ガスジェットを生成可能な構造を有する。
【００４５】
本出願人は、前記スリット１１３の噴射端部の形状、角度、曲率を反復的に変形適用する研究を通じて、前記スリット１１３の噴射端部を、図１３に示すように、傾斜縮小部１１３ａ、曲面連結部１１３ｂ、傾斜拡張部１１３ｃに画設し、図１３に示す傾斜度や曲率、長さをそれぞれに適用すれば、平板型処理対象物１０の表面に固着した微粒子を効果的に脱離させる程度の衝撃波を安定的に生成することができるということを確認することができた。
【００４６】
ところが、ノズル装置の適用環境、関連装備の仕様、作業条件などに応じてより適切な構造と形状を適用することが好ましいため、本発明に係るスリット型超音速ノズルは、前記スリット１１３の長手方向に沿って均一な圧力と速度にて超音速ガスジェットを安定的に生成可能である限り、上記の公知技術などを含んで特定の構造と形状に限定されて適用されることはない。
【００４７】
前記傾斜縮小部１１３ａは、前記スリット１１３の噴射端部側に進むにつれて１５〜５２°の傾斜度をもってスリットの幅が縮小形成され、前記曲面連結部１１３ｂは、前記傾斜縮小部１１３ａの端部に前記スリット１１３の噴射方向に対して０．０２〜５．００ｍｍの長さに見合う分だけ連設され、端部に０．０１〜１．２５ｍｍに相当するスリットの幅を形成し、前記傾斜拡張部１１３ｃは前記スリット１１３の噴射端部側に進むにつれて０．１〜４８°の傾斜度をもって断面が拡張形成され、前記スリット１１３の噴射方向に対して０．０２〜６．２５ｍｍの長さに見合う分だけ連設される。
【００４８】
前記スリット１１３においては、前記ノズル本体１１１の長手方向に沿って連続する多数の個所において０．０１〜１．２５ｍｍに相当するマイクロ単位の微細サイズ幅を通じて同時に高速のガス流動が行われることにより、表面粗度（表面粗さ）に応じてガスの流動性と、表面との摩擦、衝突、これによる方向切り替えなどによりエネルギー損失の度合いが大きく左右されることとなる。
【００４９】
図４及び図５は、本発明に係るスリット型超音速ノズル１１０の配設および使用状態の一例を説明するための超音速処理器１００であり、前記処理対象物１０の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物１０の搬送方向のさらに前方又は後方側に位置するように配設され、前記処理対象物１０の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜角αを有するように配設された構造を有する。
【００５０】
前記スリット型超音速ノズル１１０を前記処理対象物１０の搬送方向に対して垂直となる方向に配設し、前記処理対象物１０の表面に垂直となる方向にガスを噴射すれば、前記処理対象物１０がその搬送方向に対して垂直となるライン状に相当する狭い幅にのみ衝撃力が集中して働くこととなり、前記処理対象物１０の表面に垂直となる方向に与えられる衝撃力によって前記処理対象物１０に無理な加圧力が伝わるだけではなく、前記処理対象物１０から脱離された異物が前記スリット型超音速ノズル１１０の前方側にも飛散されて再び固着する虞がある。
【００５１】
上述したように、前記処理対象物１０の幅方向の一方の側部が他方の側部に比べて前記処理対象物１０の搬送方向のさらに前方側に位置するように配設され、前記処理対象物１０の搬送方向とは反対となる後方側に傾斜するように配設することにより、前記スリット１１３の一方の側部と他方の側部までの相当する拡張された幅に亘って衝撃力が順次的・分散的に作用することとなり、前記処理対象物１０から脱離された異物が前記スリット型超音速ノズル１１０の前方側に飛散されることを防止することができる。
【００５２】
前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側において前記処理対象物１０から脱離処理されて空中に飛散された異物は前記スリット型超音速ノズル１１０が配設された超音速処理器１００の外部に強制吸気して速やかに除去することが好ましく、前記超音速処理器１１０の中央部および前後方部には前記スリット型超音速ノズル１１０とその付設装備、基板ガイド部１３０（後述する）を含む数の装備が配設、運用されることにより、これらの装備の運用を阻害しないつつも限られた空間を効率よく活用するために空中に飛散された異物を強制的に排出、除去可能な流路を提供する排気口１５０は前記超音速処理器１１０の左側部又は右側部の上に配設することが好ましい。
【００５３】
上述したように、前記スリット型超音速ノズル１１０を上述した傾斜を有する平面形状および側面形状を有するように配設した場合、前記排気口１５０を前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側に配設するが、さらに前方に位置する前記スリット型超音速ノズル１１０の一方の側部側に隣接するように配設することが好ましい。
【００５４】
前記排気口１５０を上述したように配設すれば、前記排気口１５０は前記超音速処理器１１０の内部および前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側において相対的に拡張された空間を有する個所に位置することとなり、より拡張された空間を有する個所の空気および異物を明確に排出、除去することができることはもちろん、相対的に狭い空間を有する個所の空気および異物が相対的に一層拡張された空間を順次に円滑に通過しつつ前記排気口１５０を通じた吸気処理が前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側空間部の全般に亘って効率よく行われる。
【００５５】
また、前記スリット型超音速ノズル１１０の前後方側空間部間の空気流動を遮断する隔壁を提供する遮蔽カーテン１６０を配設すれば、前記スリット型超音速ノズル１１０の後方側において前記処理対象物１０から脱離処理されて空中に飛散された異物が、前記スリット型超音速ノズル１１０の前方側空間部の上に位置することとなる前記処理対象物１０の既処理部に再固着することを防止することができる。
【００５６】
前記処理対象物１０の下端と上端を接続支持する多数のガイドローラー１３１と、前記ガイドローラー１３１を定位置において回転可能に支持する多数の支持棒を前記処理対象物１０の搬送方向に沿って連続的に配置させた基板ガイド部１３０により、平板状の前記処理対象物１０を安定的に搬送することができる。
【００５７】
前記基板ガイド部１３０により前記処理対象物１０を多数の個所において接続支持するとしても、前記処理対象物１０に微細振動が作用する虞があるため、前記スリット型超音速ノズル１１０の前方部と後方部に隣り合う位置において前記ガイドローラー１３１が接続されない個所にさらに補助して前記処理対象物１０に接続およびガイド可能なローラー部材を備えた基板補助接続部１４０を適用すれば、前記処理対象物１０の微細振動による衝撃力の作用効果の低減を明らかに防止することができる。
【００５８】
本発明に係る表面処理装置は、上述した構成を有する本発明に係るスリット型超音速ノズル１１０又は超音速処理器１１０を適用して、前記処理対象物１０の表面を処理可能な構成を有する表面処理装置であり、図６及び図７に示すように、前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成されたスリット１１３を介して、衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを前記処理対象物１０の幅の全般に亘って均一に生成、噴射する前記スリット型超音速ノズル１１０を備えた前記超音速処理器１００を前記処理対象物１０の搬送経路上に配設した構造を有する。
【００５９】
本発明に係る表面処理装置の第１の実施形態において、前記超音速処理器１００は、前記処理対象物１０の上面に下向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第１のノズル部１１０Ａと、前記処理対象物１０の下面に上向き傾斜するように超音速ガスジェットを噴射する第２のノズル部１１０Ｂに相当する一対の前記スリット型超音速ノズル１１０を備えて、前記処理対象物１０の上下面を同時に処理することとなる。
【００６０】
さらに、前記超音速処理器１００を通過した前記処理対象物１０に水を噴射し、ローラーブラシ２５１により拭き取り、前記処理対象物１０の表面に付着した異物を除去するリンス処理器２５０と、前記リンス処理器２５０を通過しつつ前記処理対象物１０の表面に残在している水をエアーナイフ２７１により乾燥させるエアーナイフ処理器２７０をさらに備えた構造を有する。
【００６１】
上述した構造によれば、前記処理対象物１０は、超音速処理器１００、リンス処理器２５０、エアーナイフ処理器２７０を順次に経つつ、超音速衝撃波を用いた乾式処理による高強度の強制脱離と、前記処理対象物１０の表面に軽く残在している異物の濯ぎおよび乾燥過程を順次に経ることとなる。
【００６２】
前記超音速処理器１００、リンス処理器２５０、エアーナイフ処理器２７０に高圧ガスと、処理液または水を供給し、処理後に排出するに当たっては、図８及び図９に示す油圧ラインを介して昇圧、加熱、供給、噴射、捕執、排水、循環、廃水処理してエネルギーを効率よく運用することができる。
【００６３】
前記スリット型超音速ノズル１１０により、前記スリット１１３を介して衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを前記処理対象物１０の幅の全般に亘って均一に生成、噴射する程度の高圧の空気圧を供給するに当たっては、通常のコンプレッサーを用いて３〜１０ｂａｒの空気圧でも実現可能であるが、衝撃波の発生条件に応じては１００〜２００ｂａｒに昇圧可能な性能を有するエアーブースター１２１を適用した高圧供給装置１２０を用いて、コンプレッサーを適用して圧縮、昇圧させる場合に比べてエネルギーを一層効率よく運用することができる。
【００６４】
本発明に係るスリット型超音速ノズルおよびこれを備えた表面処理装置は、前記処理対象物１０の幅方向に連続するように開放形成された前記スリット１１３を通じて、衝撃波を生じさせる超音速ガスジェットを前記処理対象物１０の幅の全般に亘って均一に生成、噴射し、前記処理対象物１０の損傷なしに、前記処理対象物１０の表面に強固に付着した微細汚染物を安全的に且つ効率よく離脱することができる。
【００６５】
前記スリット１１３の幅に垂直となる方向に前記処理対象物１０を搬送させつつ超音速ガスジェットを１〜２回噴射することによって大面積の処理対象物１０の全般に亘って微細汚染物を速やかに除去することができ、これにより、既存の円錐状ノズルを用いる場合に求められていた多数のノズル装備、作業回数などによる費用、時間、手間の消耗を顕著に減少させることができ、未処理部の発生による不良率を極力抑えつつ処理の信頼性を確保することができる。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、前記実施形態を既存の公知技術と単に組み合わせて適用した実施形態と一緒に本発明の特許請求の範囲と詳細な説明において本発明が属する技術分野における当業者が変形して利用可能な技術は、当然のことながら本発明の技術範囲に含まれるものと見なされるべきである。
【符号の説明】
【００６７】
１０：処理対象物、
１００：超音速処理器、
１１０：超音速ノズル、
１１０Ａ：第１のノズル部、
１１０Ｂ：第２のノズル部、
１１０ａ：ノズル前方部、
１１０ｂ：ノズル後方部、
１１０ｃ：気密リング、
１１１：ノズル本体、
１１１ａ：ガス流入孔、
１１２：圧力均配路、
１１２ａ：ガス流入均配部、
１１２ａ−１：第１の側壁、
１１２ａ−２：第２の側壁、
１１２ｂ：ガス伝達均配部、
１１３：スリット、
１１３ａ：傾斜縮小部、
１１３ｂ：曲面連結部、
１１３ｃ：傾斜拡張部、
１２０：高圧供給装置、
１２１：エアーブースター、
１３０：基板ガイド部、
１３１：ガイドローラー、
１４０：基板補助接続部、
１５０：排気口、
１６０：遮蔽カーテン、
２５０：リンス処理器、
２５１：ローラーブラシ、
２７０：エアーナイフ処理器、
２７１：エアーナイフ、
【図１】
2012516233.tif 000003
【図２（ａ）】
2012516233.tif 000004
【図２（ｂ）】
2012516233.tif 000005
【図３】
2012516233.tif 000006
【図４】
2012516233.tif 000007
【図５（ａ）】
2012516233.tif 000008
【図５（ｂ）】
2012516233.tif 000009
【図５（ｃ）】
2012516233.tif 000010
【図５（ｄ）】
2012516233.tif 000011
【図６】
2012516233.tif 000012
【図７（ａ）】
2012516233.tif 000013
【図７（ｂ）】
2012516233.tif 000014
【図７（ｃ）】
2012516233.tif 000015
【図８】
2012516233.tif 000016
【図９】
2012516233.tif 000017
【図１０】
2012516233.tif 000018
【図１１】
2012516233.tif 000019
【図１２】
2012516233.tif 000020
【図１３】
2012516233.tif 000021
【図１４】
2012516233.tif 000022
【図１５】
2012516233.tif 000023
【図１６】
2012516233.tif 000024
【図１７】
2012516233.tif 000025
【図１８】
2012516233.tif 000026
【図１９】
2012516233.tif 000027
【国際調査報告】
2012516233.tif 000028
2012516233.tif 000029
2012516233.tif 000030
2012516233.tif 000031