JP2010247005A

JP2010247005A - 微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法

Info

Publication number: JP2010247005A
Application number: JP2009095786A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Watanabe; 茂渡辺; Tetsuya Sakai; 哲也境; Takashi Miyamoto; 高志宮本; Koji Takeishi; 浩司武石
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】微小気泡の発生効率を向上させることができる微小気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微小気泡発生装置１において、液体を収容する円筒体２と、その円筒体２内に回転可能に設けられ円筒体２内の液体に多孔質な外周面から微小気泡を発生させる気泡発生構造体３と、円筒体２の外部から気泡発生構造体３を回転させる回転機構４と、円筒体２内の液体を気泡発生構造体３の周囲に旋回させるように円筒体２にそれぞれ接続され、円筒体２内に液体を流入させる流入管８及び円筒体２内から液体を流出させる流出管９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。

基板処理装置は、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウェーハやガラス基板などの基板の表面に対して処理液を供給し、その基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、基板表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離装置や基板表面を洗浄する洗浄装置などが挙げられる。

このような基板処理装置では、マイクロバブルやナノバブルなどの微小気泡（微細気泡）を多数含む液体が処理液として基板表面に供給される場合がある。この微小気泡を発生させる手段としては、旋回流により微小気泡を発生させる旋回式の微小気泡発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、加圧により気体を微細孔に通して微小気泡を発生させる加圧細孔方式の微小気泡発生装置も開発されている。

特開２００７−１１１６１６号公報

しかしながら、前述の旋回式の微小気泡発生装置では、旋回流による微小気泡の発生に限度があり、その発生効率が低いのが現状である。また、前述の加圧細孔方式の微小気泡発生装置でも、発生した微小気泡が微細孔から離脱しにくいため、微小気泡の発生効率が低くなっている。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、微小気泡の発生効率を向上させることができる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、微小気泡発生装置において、液体を収容する円筒体と、円筒体内に回転可能に設けられ、円筒体内の液体に多孔質な外周面から微小気泡を発生させる気泡発生構造体と、円筒体の外部から気泡発生構造体を回転させる回転機構と、円筒体内の液体を気泡発生構造体の周囲に旋回させるように円筒体にそれぞれ接続され、円筒体内に液体を流入させる流入管及び円筒体内から液体を流出させる流出管とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、微小気泡発生方法において、液体を収容する円筒体内に設けられた気泡発生構造体の周囲に円筒体内の液体を旋回させ、気泡発生構造体の多孔質な外周面から円筒体内の液体に微小気泡を発生させながら、気泡発生構造体を回転させることである。

本発明によれば、微小気泡の発生効率を向上させることができる。

本発明の実施の一形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す微小気泡発生装置が備える円筒体に対する流入管及び流出管の接続位置を説明するための模式図である。図１に示す微小気泡発生装置が備える気泡発生構造体の概略構成を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る微小気泡発生装置１は、液体を収容する円筒体２と、その円筒体２内の液体に微小気泡を発生させる円筒形状の気泡発生構造体３と、その気泡発生構造体３を回転させる回転機構４と、気泡発生構造体３に気体を供給する気体供給部５と、円筒体２に液体を供給する液体供給部６と、各部を制御する制御部７とを備えている。

円筒体２は、その内部に液体を収容する金属あるいはプラスチック製の円筒形状のケースである。この円筒体２には、液体供給部６から供給された液体を内部に流入させる流入管８と、内部の液体を流出させる流出管９とが接続されている。これらの流入管８及び流出管９は、円筒体２内の液体が気泡発生構造体３の周囲を旋回して流れるように円筒体２に接続されている。

例えば、流入管８は円筒体２の上部（図１中）に設けらており、流出管９は円筒体２の下部（図１中）に設けられている。さらに、図２に示すように、流入管８は及び流出管９は円筒体２の内部にまで侵入しており、流入管８の流入口８ａと流出管９の流出口８ｂは平面視で同一直線上にある。このような構造により、流入管８から円筒体２内に流入した液体は気泡発生構造体３の周囲を旋回して流れ、流出管９から円筒体２の外部に流れ出す。

図１に戻り、流入管８はチューブなどを介して液体供給部６に接続されており、流出管９はチューブなどを介して基板処理装置に接続されている。この基板処理装置は、微小気泡発生装置１から供給された液体（微小気泡を多数含む液体）を処理液として基板表面に供給して用いる。

また、流入管８にはバルブなどの開閉弁Ｖ１が設けられている。この開閉弁Ｖ１は制御部７に電気的に接続されており、その開閉が制御部７により制御される。同様に、流出管９にもバルブなどの開閉弁Ｖ２が設けられている。この開閉弁Ｖ２も制御部７に電気的に接続されており、その開閉が制御部７により制御される。

気泡発生構造体３は、第１多孔質フィルタ３ａと、その外周面に接触させて設けられた第２多孔質フィルタ３ｂとにより構成されている。これらの第１多孔質フィルタ３ａ及び第２多孔質フィルタ３ｂは共に例えば円筒形状の部材である。

第１多孔質フィルタ３ａは円筒体２の中心軸と同軸上に位置付けられ、その軸を回転中心として円筒体２に回転可能に設けられている。詳しくは、第１多孔質フィルタ３ａは、円筒体２の上端（図１中）に設けられたベアリング２ａと円筒体２の下端（図１中）に設けられたベアリング２ｂとにより円筒体２に回転可能に設けられている。

第２多孔質フィルタ３ｂは第１多孔質フィルタ３ａの外周面、すなわち外周面における円筒体２内の所定領域に設けられている。詳しくは、第２多孔質フィルタ３ｂの内周面の直径は第１多孔質フィルタ３ａの内周面の直径より大きく、第２多孔質フィルタ３ｂはその内周面が第１多孔質フィルタ３ａの外周面に密接するように設けられている。

第１多孔質フィルタ３ａは、図３に示すように、例えば高分子フィルムなどの多孔質体フィルムであり、クレーズ部１１とフィルム部１２とから構成されている。クレーズ部１１はフィルム部１２の孔部に形成されており、複数のフィブリル１１ａを有している。これらのフィブリル１１ａの間には、微細な連通孔となるボイド１１ｂが形成されており、これらのボイド１１ｂが第１多孔質フィルタ３ａの各孔となる。このような第１多孔質フィルタ３ａのクレーズ部１１に、圧縮気体が図３に示す矢印Ｓの方向に与えられると、その圧縮気体がフィブリル１１ａの間のボイド１１ｂをぬうように通過して円筒体２内に微小気泡を発生させる。

第２多孔質フィルタ３ｂは、図３に示すように、例えば不織布であり、第１多孔質フィルタ３ａのフィルム部１２に密接して配置されている。この第２多孔質フィルタ３ｂは、第１多孔質フィルタ３ａのクレーズ部１１から出た微小気泡を第１多孔質フィルタ３ａから切り離すことによって、微小気泡同士の合体を生じさせずに微小気泡のまま放出し、微小気泡を多数含む液体を生成する役目を果たすことができる。

第１多孔質フィルタ３ａ及び第２多孔質フィルタ３ｂの各々の孔の直径は、生成する微小気泡の大きさ（必要な直径）に応じて設定されている。なお、第２多孔質フィルタ３ｂの孔の直径は第１多孔質フィルタ３ａの孔の直径以上になっている。これは、第２多孔質フィルタ３ｂの孔が、発生した微小気泡を第１多孔質フィルタ３ａ側から第２多孔質フィルタ３ｂ側に一方通行で送ることができる構成になっており、つまり、第２多孔質フィルタ３ｂから第１多孔質フィルタ３ａに微小気泡が逆流しないような構造になっている。

ここで、第１多孔質フィルタ３ａの孔の直径は例えば０．０１μｍ以上で１μｍ以下であることが好ましい。この上限設定は、第１多孔質フィルタ３ａの孔の直径が１μｍを超えると、微小気泡はマイクロバブル領域の大きさになるが、その孔の直径が１μｍ以下であれば、ナノバブル領域の大きさになるためである。また、第２多孔質フィルタ３ｂの孔の直径は、例えば１μｍを超えて１００μｍ以下であることが好ましい。この上限設定は、第２多孔質フィルタ３ｂの孔の直径が１００μｍを超えると、微小気泡同士が集まって大きくなる可能性が高くなることから、それを防止するためである。

図１に戻り、回転機構４は、気泡発生構造体３の第１多孔質フィルタ３ａに設けられた歯車４ａと、回転用の駆動源となるモータ４ｂと、そのモータ４ｂの回転軸に設けられた歯車４ｃと、それらの歯車４ａ及び歯車４ｃに架け渡された駆動力伝達用のベルト４ｄとを備えている。モータ４ｂは制御部７に電気的に接続されており、その駆動が制御部７により制御される。

この回転機構４は、モータ４ｂの回転によりベルト４ｄを介して気泡発生構造体３を円筒体２の中心軸を中心として回転させる。このとき、液体は円筒体２の内部で気泡発生構造体３の周囲を旋回して流れている。これにより、その気泡発生構造体３の周囲を旋回して流れる液体に加え、気泡発生構造体３自身の回転による遠心力により、気泡発生構造体３の多孔質な外周面、すなわち第２多孔質フィルタ３ｂの各孔に留まっている微小気泡に外力が加えられるので、その微小気泡は気泡発生構造体３の多孔質な外周面から離脱しやすくなる。

気体供給部５は、チューブなどの接続管を介して気泡発生構造体３の第１多孔質フィルタ３ａの内部である中空部に接続されている。気体供給部５は、気体を貯留するタンクや加圧用のポンプを備えており、そのタンク内の気体を例えば０．３〜３．０ｋｇ／ｃｍ^２程度の加圧力で気泡発生構造体３の内部に接続管を介して供給する。気体としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや空気などが用いられる。

液体供給部６は、チューブなどの接続管を介して円筒体２の流入管８に接続されている。この液体供給部６は、液体を貯留するタンクや供給用のポンプなどを備えており、そのタンク内の液体を円筒体２の内部に接続管を介して供給する。液体としては、例えば、純水などの洗浄液や硫酸などの剥離液が用いられる。

制御部７は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、気泡発生処理に関する情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この制御部７は、気泡発生処理に関する情報や各種プログラムに基づいて、回転機構４、気体供給部５及び液体供給部６などを制御する。

制御部７は、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ２を開状態にし、その後、液体供給部６により円筒体２の内部に液体を供給する。その円筒体２内に流入管８から流入した液体は気泡発生構造体３の周囲を旋回して流れ、流出管９から円筒体２の外部に流れ出す。その後、制御部７は、気体供給部５により気体を加圧しながら気泡発生構造体３の内部に供給し、その圧縮空気を第１多孔質フィルタ３ａに通過させて気泡発生構造体３の多孔質な外周面から微小気泡を発生させ、さらに、回転機構４により気泡発生構造体３を回転させる。

このとき、第１多孔質フィルタ３ａを通過した微小気泡は、第２多孔質フィルタ３ｂにより第１多孔質フィルタ３ａの外周面から切り離され、その後、微小気泡同士の合体が抑止されながら第２多孔質フィルタ３ｂを通過して微小気泡のまま流体中に放出される。この際、第２多孔質フィルタ３ｂの各孔に微小気泡が留まると微小気泡の発生効率が低下してしまうが、気泡発生構造体３の周囲には旋回流が発生しており、さらに、気泡発生構造体３が回転しているので、その気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に外力が加えられ、その微小気泡は気泡発生構造体３の外周面から離脱することになる。これにより、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に微小気泡が留まることが抑止されるので、微小気泡の発生効率を向上させることができる。

詳述すると、第２多孔質フィルタ３ｂの孔内に留まっている微小気泡は気泡発生構造体３の回転による遠心力により円筒体２内の液体側に移動し、その孔の開口付近で旋回流による外力により円筒体２の液体中に容易に放出される。したがって、２重の外力により気泡発生構造体３の多孔質な外周面から微小気泡を容易に離脱させることができる。また、第２多孔質フィルタ３ｂの各孔に付着したような状態の微小気泡も遠心力や旋回流による外力によって気泡発生構造体３の多孔質な外周面から容易に離脱させることができる。

また、制御部７は、気泡発生構造体３の回転方向が、円筒体２内の液体が気泡発生構造体３の周囲を旋回する旋回方向と逆方向になるようにモータ４ｂを回転させる。これに応じて、回転機構４は、気泡発生構造体３を液体の旋回方向と逆方向に回転させる。これにより、気泡発生構造体３を液体の旋回方向と同じ方向に回転させる場合に比べ、気泡発生構造体３の外周面と液体との相対速度が速くなり、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に加えられる外力が大きくなるので、その微小気泡は気泡発生構造体３の多孔質な外周面からより離脱しやすくなる。

さらに、制御部７は、回転機構４のモータ４ｂをパルス駆動させる。これに応じて、回転機構４は、気泡発生構造体３の回転及び回転の停止を連続して繰り返す。これにより、回転開始時の加速と回転停止時の減速とによって、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に加えられる外力が大きくなるので、その微小気泡は気泡発生構造体３の多孔質な外周面からより離脱しやすくなる。

最後に、円筒体２の周囲には、その円筒体２を囲うように磁石２１が設けられており、さらに、紫外線を照射するＵＶランプ２２が設けられている。このＵＶランプ２２は制御部７に電気的に接続されており、その駆動が制御部７により制御される。

これらの磁石２１及びＵＶランプ２２は、各々円筒体２内の液体の性質を変えることが可能であり、その性質を微小気泡が発生しやすい性質（例えば、イオン化など）に変化させ、微小気泡の発生効率を向上させることができる。なお、紫外線が透過する材料により円筒体２が形成されていない場合には、紫外線が透過する透過性を有する窓がＵＶランプ２２の設置位置に対応させて円筒体２に設けられてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、円筒体２内で気泡発生構造体３の周囲に旋回流を発生させ、さらに、円筒体２内の気泡発生構造体３を回転させることによって、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に外力が加えられ、その微小気泡は気泡発生構造体３の多孔質な外周面から離脱することになるので、その微小気泡が気泡発生構造体３の多孔質な外周面に留まることを抑止することが可能となり、微小気泡の発生効率を向上させることができる。

また、気泡発生構造体３を回転させる回転機構４が、液体を収容する円筒体２の外部に設けられていることから、回転機構４のモータなどが円筒体２内（例えば、液中）に設けられている場合に比べ、金属汚染やパーティクル汚染を防止することができる。

また、円筒体２内の液体が気泡発生構造体３の周囲を旋回する方向と逆方向に気泡発生構造体３を回転させることによって、気泡発生構造体３を液体の旋回方向と同じ方向に回転させる場合に比べ、気泡発生構造体３の外周面と液体との相対速度が速くなり、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に加えられる外力が大きくなる。これにより、気泡発生構造体３の多孔質な外周面からの微小気泡の離脱が促進されるので、微小気泡の発生効率をさらに向上させることができる。

加えて、気泡発生構造体３の回転及び回転の停止を連続して繰り返すことによって、回転開始時の加速と回転停止時の減速とにより、気泡発生構造体３の多孔質な外周面に存在する微小気泡に加えられる外力が大きくなる。これにより、気泡発生構造体３の多孔質な外周面からの微小気泡の離脱が促進されるので、微小気泡の発生効率をさらに向上させることができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

１微小気泡発生装置
２円筒体
３気泡発生構造体
４回転機構
８流入管
９流出管

Claims

液体を収容する円筒体と、
前記円筒体内に回転可能に設けられ、前記円筒体内の液体に多孔質な外周面から微小気泡を発生させる気泡発生構造体と、
前記円筒体の外部から前記気泡発生構造体を回転させる回転機構と、
前記円筒体内の液体を前記気泡発生構造体の周囲に旋回させるように前記円筒体にそれぞれ接続され、前記円筒体内に液体を流入させる流入管及び前記円筒体内から液体を流出させる流出管と、
を備えることを特徴とする微小気泡発生装置。
前記回転機構は、前記円筒体内の液体が前記気泡発生構造体の周囲を旋回する方向と逆方向に前記気泡発生構造体を回転させることを特徴とする請求項１記載の微小気泡発生装置。
前記回転機構は、前記気泡発生構造体の回転及び回転の停止を連続して繰り返すことを特徴とする請求項１又は２記載の微小気泡発生装置。
液体を収容する円筒体内に設けられた気泡発生構造体の周囲に前記円筒体内の液体を旋回させ、前記気泡発生構造体の多孔質な外周面から前記円筒体内の液体に微小気泡を発生させながら、前記気泡発生構造体を回転させることを特徴とする微小気泡発生方法。
前記円筒体内の液体が前記気泡発生構造体の周囲を旋回する方向と逆方向に前記気泡発生構造体を回転させることを特徴とする請求項４記載の微小気泡発生方法。
前記気泡発生構造体の回転及び回転の停止を連続して繰り返すことを特徴とする請求項４又は５記載の微小気泡発生方法。